JP2011017638A

JP2011017638A - 温度センサ

Info

Publication number: JP2011017638A
Application number: JP2009162867A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Matsunaga; 和之松永
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2009-07-09
Filing date: 2009-07-09
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2029-07-09
Also published as: JP5312239B2

Abstract

【課題】係止アームに作用する押圧荷重を高めることによって被測定部とセンサ本体の測温面との密着性を向上させて、測定精度の向上を図ることができ、また、温度センサを装着する相手形状の寸法公差を緩和して、生産性の向上や、コストの低減を図ることができる温度センサを提供すること。
【解決手段】センサ本体２３から延出した係止アーム２５の自由端が被測定部側への押圧荷重を受ける形態で被測定部に装着されて、係止アーム２５の弾性復元力によってセンサ本体２３の先端の測温面２３ａと被測定部との密着状態を確保する温度センサ２１において、センサ本体２３に弾性変位可能に延設された可撓部材３３上に、係止アーム２５を設ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば車載バッテリーのセルの温度検出等に用いて好適な温度センサに関する。

通常、ハイブリッド自動車や電気自動車などに搭載されるバッテリーは、複数のバッテリーセルを直列に接続して、所定の出力電圧を得るようにしている。そして、これらのバッテリーセルの過充電、過放電を防止するために、温度センサをバッテリーセルに装着して、バッテリーセルの温度を監視することが提案されている。

図５及び図６はバッテリーセルの温度監視に使用される従来の温度センサとその取付構造を示したものである。
図５に示した温度センサ１及びその取付構造は下記特許文献１に開示されたものであり、図６に示した温度センサ２及びその取付構造は下記特許文献２に開示されたものである。

図５及び図６に示した温度センサ１，２は、いずれも、サーミスタの周囲を樹脂で覆ったセンサ本体５と、センサ本体５の外周部から延出した係止アーム６と、を備えている。

センサ本体５は、図５及び図６に示すように、先端に、被測定部であるバッテリーセル８の表面８ａに当接する平坦な測温面５ａが設けられている。また、センサ本体５の後端には、本体内のサーミスタに接続したリード線９が引き出されており、該リード線９が温度測定装置又は温度測定回路基板に接続される。

係止アーム６は、センサ本体２の側方に延出して設けられていて、その先端部である自由端６ａが、バッテリーセル８の表面８ａに対して定位置に設けられたセンサ係止部１１に係止されることで、バッテリーセル８に対する位置決めが成される。

上記従来の温度センサ１，２の場合、係止アーム６の基端６ｃはセンサ本体５にリジッドに（硬直に）結合されており、係止アーム６の中間部には自由端６ａの変位を助ける折り曲げ部６ｂが設けられている。

係止アーム６の自由端６ａを係止するセンサ係止部１１は、自由端６ａに被測定部であるバッテリーセル８の表面８ａ側への押圧荷重を作用させて、係止アーム６に弾性変形を生じさせる。この係止アーム６の弾性復元力が、測温面５ａと被測定部である表面８ａとの密着状態を確保する。

特開２００５−１８９０８０号公報特開２００８−３０４２９５号公報

ところが、前述した従来の温度センサ１，２では、係止アーム６の基端６ｃがリジッドにセンサ本体５に結合されているため、センサ係止部１１による押圧で係止アーム６が撓み変形した時に、係止アーム６の基端６ｃに応力集中が起こり易い。

そのため、組立誤差等でセンサ係止部１１の位置がバッテリーセル８側にずれて、センサ係止部１１から係止アーム６に作用する押圧力が増加すると、係止アーム６ｂの基端６ｃに過度の応力が作用して、基端６ｃが破損するおそれがある。

そこで、従来の温度センサ１，２を使用する場合には、温度センサ１，２が装着される相手形状の構成部品（例えば、センサ係止部１１や、センサ係止部１１が取り付けられる部材）の寸法公差を小さく設定して、センサ係止部１１の位置ずれを抑止することが必要となる。

しかし、寸法公差を小さく設定すると、高精度な寸法出しのために、生産性が低下したり、あるいは加工コストの増加によりコストアップを招くという問題が生じた。

また、上記のような温度センサ１，２の場合、測定精度や応答性を向上させるためには、測温面５ａと被測定部との密着性を高めて、被測定部から測温面への熱伝導効率が高めることが有効である。

しかし、上記の温度センサ１，２では、係止アーム６の基端６ｃに応力集中が起こり易いことから、センサ係止部１１から係止アーム６に作用する押圧荷重を高めることができない。したがって、係止アーム６への押圧荷重の強化によって測温面５ａと被測定部との密着性の向上を図ることができなかった。

そこで、本発明の目的は上記課題を解消することに係り、係止アームに作用する押圧荷重を高めることによって被測定部とセンサ本体の測温面との密着性を向上させて、測定精度の向上を図ることができ、また、温度センサを装着する相手形状の寸法公差を緩和して、生産性の向上や、コストの低減を図ることができる温度センサを提供することにある。

本発明の前述した目的は、下記の構成により達成される。
（１）被測定部に当接される測温面を先端に有したセンサ本体と、該センサ本体から延出した係止アームとを備え、前記係止アームの自由端が前記被測定部側への押圧荷重を受ける形態で前記被測定部に装着されて、前記係止アームの弾性復元力によって前記測温面と前記被測定部との密着状態を確保する温度センサであって、
前記係止アームを、前記センサ本体に弾性変位可能に延設された可撓部材上に設けたことを特徴とする温度センサ。

（２）前記可撓部材は、前記センサ本体の外周部から後方に延出するアーム状で、その自由端側が、当該温度センサを被測定部に装着する際に把持する把持部となっていることを特徴とする上記（１）に記載の温度センサ。

（３）前記係止アームには、該アームの自由端に作用する荷重に応じて撓み変形する折り曲げ部として、前記可撓部材からの分岐部となる第１の曲げ部と、この第１の曲げ部に隣接する第２の曲げ部とが備えられ、且つ、第１の曲げ部と第２の曲げ部とが滑らかな波形の折り曲げ形状を形成していることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の温度センサ。

上記（１）の構成によれば、被測定部に装着されて係止アームの自由端に押圧荷重が作用すると、係止アームに弾性変形が発生し、その弾性変形に伴う弾性復元力によってセンサ本体の測温面が被測定部に密着して、被測定部の温度を測定可能な装着状態になる。

また、係止アームの自由端に作用した押圧荷重により、係止アーム内には応力が発生するが、係止アームの基端がセンサ本体に弾性変位可能に延設された可撓部材上にあることから、係止アームの基端側に伝搬された応力は可撓部材を弾性変位させて可撓部材側に分散される。

したがって、係止アームの基端がセンサ本体にリジッドに固定された従来の温度センサの場合と比較すると、押圧荷重を受けた係止アームの基端に応力集中が発生することを防止でき、係止アームの耐荷重性能を向上させることができる。そのため、被測定部へ装着状態にしたときに係止アームに作用する押圧荷重を高めることによって被測定部とセンサ本体の測温面との密着性を向上させて、測定精度の向上を図ることができる。

また、可撓部材の弾性変形によって係止アームの基端が変位可能なため、係止アームの基端がリジッドにセンサ本体に固定されている従来の温度センサと比較すると、係止アームの自由端の可動範囲が広がる。

したがって、組立誤差等で係止アームの自由端の変位が増加しても、増加した変位によって係止アームが破損することを防止することができる。

換言すると、温度センサを装着する相手形状の寸法公差を小さく制限することで組立誤差等のばらつきを小さく抑える必要がなくなり、温度センサを装着する相手形状の寸法公差を緩和することができ、相手形状を構成する部品の加工精度の緩和等によって生産性の向上や、コストの低減を図ることができる。

上記（２）の構成によれば、係止アームの基端が結合される可撓部材は、温度センサを被測定部に装着する際に把持する把持部を兼用する部材であり、係止アームの装備のためだけに専用の可撓部材を追加していないため、温度センサの構造の複雑化を防止することができる。

上記（３）の構成によれば、係止アームに装備された第１の曲げ部及び第２の曲げ部は、係止アームの自由端に作用する荷重に応じて撓み変形する際に、変形を生じさせている応力の分散を担う。そして、これらの第１の曲げ部及び第２の曲げ部が滑らかな波形の折り曲げ形状を形成しているため、波形の範囲の全域となる広い範囲に略均等な撓み特性が付与され、波形の範囲の全域となる広い範囲に略均等に応力を分散することが可能になる。

したがって、係止アーム上の折り曲げ部において効率良く応力を分散して、応力集中の発生を防止できるため、係止アームの耐荷重性能が更に向上する。

そのため、被測定部側への装着時に係止アームに作用する押圧荷重を更に高めて被測定部とセンサ本体の測温面との密着性を更に向上させることができ、測定精度の更なる向上を図ることができる。

また、係止アームに装備された第１の曲げ部及び第２の曲げ部が滑らかな波形の折り曲げ形状を形成していることで、波形の範囲の全域となる広い範囲に略均等な撓み特性が付与されるため、撓みによる応力負担を係止アーム上の広い範囲に分散して、係止アームの自由端の可動範囲を広げることができる。この滑らかな波形の折り曲げ形状による可動範囲の拡大効果は、係止アームを可撓部材上に設けたことによる可動範囲の拡大効果に相乗して、係止アームの自由端に更に大きな可動範囲を確保可能にする。

したがって、温度センサを装着する相手形状の寸法公差を小さく制限することで組立誤差等のばらつきを小さく抑える必要がなくなり、温度センサを装着する相手形状の寸法公差を更に緩和することが可能になり、相手形状を構成する部品の加工精度の緩和等を更に促進して、生産性の向上やコストの低減を更に促進することが可能になる。

本発明による温度センサによれば、係止アームの基端側に伝搬された応力は可撓部材を弾性変位させて可撓部材側に分散されるため、押圧荷重を受けた係止アームの基端に応力集中が発生することを防止でき、係止アームの耐荷重性能を向上させることができる。そのため、被測定部側への装着時に係止アームに作用する押圧荷重を高めることによって被測定部とセンサ本体の測温面との密着性を向上させて、測定精度の向上を図ることができる。

また、可撓部材の弾性変形によって係止アームの基端が変位可能なため、係止アームの自由端の可動範囲が広がる。そのため、組立誤差等で係止アームの自由端の変位が増加しても、増加した変位によって係止アームが破損することを防止することができる。したがって、温度センサを装着する相手形状の寸法公差を小さく制限することで組立誤差等のばらつきを小さく抑える必要がなくなり、温度センサを装着する相手形状の寸法公差を緩和することができ、相手形状を構成する部品の加工精度の緩和等によって生産性の向上や、コストの低減を図ることができる。

本発明に係る温度センサの一実施形態の斜視図である。（ａ）は図１に示した温度センサの正面図、（ｂ）は同側面図である。図１に示した温度センサの取付状態の説明図である。比較のために一実施形態の温度センサの係止アームの基端をセンサ本体にリジッドに装備した場合の取付状態の説明図である。（ａ）は従来の温度センサの一部断面した側面図、（ｂ）は（ａ）に示した温度センサの取付構造の縦断面図である。（ａ）は従来の別の温度センサの斜視図、（ｂ）は（ａ）に示した温度センサの取付構造の説明図である。

以下、本発明に係る温度センサの好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１〜図３は、本発明に係る温度センサの一実施形態を示したものである。
この一実施形態の温度センサ２１は、サーミスタの周囲を樹脂ケースで覆ったセンサ本体２３と、該センサ本体２３からその側方に延出した係止アーム２５とを備えている。

センサ本体２３は、先端に、被測定部であるバッテリーセル８の表面８ａに当接する平坦な測温面２３ａが設けられている。また、センサ本体２３の後端には、本体内のサーミスタに接続したリード線９が引き出されており、該リード線９がケーブル２６を介して温度測定装置又は温度測定回路基板に接続される。

係止アーム２５は、センサ本体２３の両側に延出して設けられていて、その先端部である自由端２５ａが、バッテリーセル８の表面８ａに対して定位置に設けられたセンサ係止部２７に係止されることで、バッテリーセル８に対する位置決めが成される。

本実施形態の場合、センサ係止部２７は、係止アーム２５の自由端２５ａをバッテリーセル８側に押さえ込む壁部材で、バッテリーセル８の上面側に固定される樹脂製のモジュール部品２８に一体形成されている。

センサ係止部２７は、モジュール部品２８に形成されたセンサ収容穴３１の上端開口を狭めるように設けられている。

温度センサ２１は、センサ係止部２７によって係止アーム２５の自由端がバッテリーセル８の表面側への押圧荷重を受ける形態でバッテリーに装着されて、係止アーム２５の弾性復元力によって測温面２３ａと被測定部であるバッテリーセル８の表面８ａとの密着状態を確保する。

本実施形態の場合、係止アーム２５は、センサ本体２３に弾性変位可能に延設された可撓部材３３上に設けられている。

可撓部材３３は、センサ本体２３の外周部から後方に延出するアーム状で、センサ本体２３の両側に設けられている。また、可撓部材３３は、外力を受けると、図２（ａ）の矢印Ａ，Ｂ方向に弾性変位可能であり、その自由端側が、当該温度センサ２１を被測定部に装着する際に把持する把持部３４となっている。

本実施形態の場合、両側の係止アーム２５は、可撓部材３３の途中から延出している。
図２（ａ）に示すように、各係止アーム２５には、当該アームの自由端２５ａに作用する荷重に応じて撓み変形する折り曲げ部として、可撓部材３３からの分岐部となる第１の曲げ部３６と、この第１の曲げ部３６に隣接する第２の曲げ部３７とが備えられている。

図２（ａ）において、第１の曲げ部３６は上に凸の滑らかな湾曲形状で、第２の曲げ部３７は下に凸の滑らかな湾曲形状である。そして、第１の曲げ部３６と第２の曲げ部３７との中間に、第１の曲げ部３６から第２の曲げ部３７に移行する変曲点が設定されている。

換言すると、第１の曲げ部３６と第２の曲げ部３７とは、ｓｉｎカーブのような滑らかな波形の折り曲げ形状を形成している。

また、第１の曲げ部３６は、可撓部材３３が外接接線となる滑らかな湾曲形状になっている。

なお、上記一実施形態と従来の温度センサとの構造の相異を顕著にするために、図４には、比較例としての温度センサ４１を示した。

この温度センサ４１は、一実施形態の温度センサ２１に近い形状で、係止アーム２５がリジッドにセンサ本体２３に延設された従来構造を再現したもので、バッテリーセル８側の形状は、図３と共通にしている。

以上に説明した一実施形態の温度センサ２１は、図３に示すように被測定部（バッテリーセル８の表面８ａ）に装着されて、センサ係止部２７から係止アーム２５の自由端に押圧荷重が作用すると、係止アーム２５に弾性変形が発生し、その弾性変形に伴う弾性復元力によってセンサ本体２３の測温面２３ａが表面８ａに密着して、表面８ａの温度を測定可能な装着状態になる。

また、係止アーム２５の自由端に作用した押圧荷重により、係止アーム２５内には応力が発生するが、係止アーム２５の基端がセンサ本体２３に弾性変位可能に延設された可撓部材３３上にあることから、係止アーム２５の基端側に伝搬された応力は可撓部材３３を弾性変位させて可撓部材３３側に分散される。

したがって、図４に示すように係止アーム２５の基端がセンサ本体２３にリジッドに固定された従来型の温度センサ４１の場合と比較すると、押圧荷重を受けた係止アーム２５の基端に応力集中が発生することを防止でき、係止アーム２５の耐荷重性能を向上させることができる。そのため、被測定部へ装着状態にしたときに係止アーム２５に作用する押圧荷重を高めることによって被測定部とセンサ本体２３の測温面２３ａとの密着性を向上させて、測定精度の向上を図ることができる。

また、可撓部材３３の弾性変形によって係止アーム２５の基端が変位可能なため、係止アーム２５の基端がリジッドにセンサ本体２３に固定されている従来の温度センサ２１と比較すると、係止アーム２５の自由端の可動範囲が広がる。

したがって、組立誤差等で係止アーム２５の自由端の変位が増加しても、増加した変位によって係止アーム２５が破損することを防止することができる。

換言すると、温度センサ２１を装着する相手形状の寸法公差を小さく制限することで組立誤差等のばらつきを小さく抑える必要がなくなり、温度センサ２１を装着する相手形状の寸法公差を緩和することができ、相手形状を構成する部品の加工精度の緩和等によって生産性の向上や、コストの低減を図ることができる。

また、上記一実施形態の温度センサ２１の場合、可撓部材３３は、センサ本体２３の外周部から後方に延出するアーム状で、その自由端側が、当該温度センサ２１を被測定部に装着する際に把持する把持部３４となっている。

即ち、係止アーム２５の基端が結合される可撓部材３３は、温度センサ２１を被測定部に装着する際に把持する把持部３４を兼用する部材で、係止アーム２５の装備のためだけに専用の可撓部材３３を追加していないため、温度センサ２１の構造の複雑化を防止することができる。

更に、上記一実施形態の温度センサ２１の場合、係止アーム２５には、該アームの自由端２５ａに作用する荷重に応じて撓み変形する折り曲げ部として、可撓部材３３からの分岐部となる第１の曲げ部３６と、この第１の曲げ部３６に隣接する第２の曲げ部３７とが備えられており、これらの曲げ部３６，３７は、係止アーム２５の自由端に作用する荷重に応じて撓み変形する際に、変形を生じさせている応力の分散を担う。そして、これらの第１の曲げ部３６及び第２の曲げ部３７が滑らかな波形の折り曲げ形状を形成しているため、波形の範囲の全域となる広い範囲に略均等な撓み特性が付与され、波形の範囲の全域となる広い範囲に略均等に応力を分散することが可能になる。

したがって、係止アーム２５上の折り曲げ部において効率良く応力を分散して、応力集中の発生を防止できるため、係止アーム２５の耐荷重性能が更に向上する。

そのため、被測定部側への装着時に係止アーム２５に作用する押圧荷重を更に高めて被測定部とセンサ本体２３の測温面２３ａとの密着性を更に向上させることができ、測定精度の更なる向上を図ることができる。

また、係止アーム２５に装備された第１の曲げ部３６及び第２の曲げ部３７が滑らかな波形の折り曲げ形状を形成していることで、波形の範囲の全域となる広い範囲に略均等な撓み特性が付与されるため、撓みによる応力負担を係止アーム２５上の広い範囲に分散して、係止アーム２５の自由端の可動範囲を広げることができる。この滑らかな波形の折り曲げ形状による可動範囲の拡大効果は、係止アーム２５を可撓部材３３上に設けたことによる可動範囲の拡大効果に相乗して、係止アーム２５の自由端に更に大きな可動範囲を確保可能にする。

したがって、温度センサ２１を装着する相手形状の寸法公差を小さく制限することで組立誤差等のばらつきを小さく抑える必要がなくなり、温度センサ２１を装着する相手形状の寸法公差を更に緩和することが可能になり、相手形状を構成する部品の加工精度の緩和等を更に促進して、生産性の向上やコストの低減を更に促進することが可能になる。

このように、係止アーム２５は、可撓部材３３と第１の曲げ部３６と第２の曲げ部３７の３箇所で曲げ変形可能であるので、図５に示した従来例における２箇所で曲げ変形するものに比べて、曲げに対する自由度が増す。このため、被測定物側への装着時に、係止アーム２５の自由端によりセンサ係止部２７を下から確実に押さえることができ、この結果、被測定物との密着度が増す。更に、センサ係止部２７による押さえ込み量の公差を増やすことができ、取付相手を高精度で加工する必要がなくなり、生産性を向上させ、コストを低減することができる。

本願出願人は、図３に示すように、一実施形態の温度センサ２１が装着されるバッテリーセル８の表面８ａとセンサ係止部２７との間の寸法をＸ±β、従来構造の温度センサ４１が装着されるバッテリーセル８の表面８ａとセンサ係止部２７との間の寸法をＸ±αとして、係止アーム２５に過度の負担をかけずに温度センサ２１，４１を適正に固定することができるそれぞれの公差α，βを測定した。

すると、温度センサ４１の場合は許容できる公差αが０．６であったが、温度センサ２１の場合は許容できる公差βが１．６で、３倍近く公差を緩和でき、上記一実施形態の構成の有用性を確認するができた。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

上記一実施形態の温度センサ２１では、係止アーム２５に形成する波形の折り曲げ形状は、必要最小限の２つの曲げ部３６，３７から構成し、波形の長さも一周期未満に抑えた。そのため、係止アーム２５を小型化することができた。

しかし、本発明に係る温度センサにおいて、係止アームに形成する波形の折り曲げ形状は、寸法上の制限がない場合には、３つ以上の曲げ部を持つ波形形状に形成して、更に、可動範囲の拡充や応力分散性の向上を図ることも可能である。

また、本発明の温度センサの用途は、上記一実施形態に示したバッテリーセル８の温度測定に限らない。バッテリー以外の各種の機器や部材の温度測定に利用することが可能である。

８バッテリーセル
８ａ表面（被測定部）
２１温度センサ
２３センサ本体
２３ａ測温面
２５係止アーム
２５ａ自由端
２７センサ係止部
２８モジュール部品
３１センサ収容穴
３３可撓部材
３４把持部
３６第１の曲げ部
３７第２の曲げ部

Claims

被測定部に当接される測温面を先端に有したセンサ本体と、該センサ本体から延出した係止アームとを備え、前記係止アームの自由端が前記被測定部側への押圧荷重を受ける形態で前記被測定部に装着されて、前記係止アームの弾性復元力によって前記測温面と前記被測定部との密着状態を確保する温度センサであって、
前記係止アームを、前記センサ本体に弾性変位可能に延設された可撓部材上に設けたことを特徴とする温度センサ。
前記可撓部材は、前記センサ本体の外周部から後方に延出するアーム状で、その自由端側が、当該温度センサを被測定部に装着する際に把持する把持部となっていることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
前記係止アームには、該アームの自由端に作用する荷重に応じて撓み変形する折り曲げ部として、前記可撓部材からの分岐部となる第１の曲げ部と、この第１の曲げ部に隣接する第２の曲げ部とが備えられ、且つ、第１の曲げ部と第２の曲げ部とが滑らかな波形の折り曲げ形状を形成していることを特徴とする請求項１又は２に記載の温度センサ。