WO2019082618A1 - 温度センサ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

サーミスタ素子を樹脂モールドした温度センサ及びその製造方法に関し、サーミスタ素子に対する気密性を高め、製造時における性能の安定性及び歩留まりを高める温度センサ及びその製造方法を提供する。　サーミスタ素子（１）と接続ターミナル（２）からなるセンサ部（Ａ）と、接続ターミナル（２）に接続されたケーブル部（Ｂ）と、センサ部（Ａ）の全体及びケーブル部（Ｂ）の先端部を覆う被覆部（Ｃ）を備えた温度センサにおいて、被覆部（Ｃ）は、サーミスタ素子（１）が収まる先端部中央に向って先細りとなる内空部（５ａ）を備えるセンサケース（５）と、サーミスタ素子（１）の全面を覆う弾性樹脂コーティング層（６）と、センサケース（５）の内面と弾性樹脂コーティング層（６）の間に満たされる充填樹脂層（７）を備える温度センサ及びその製造方法。

Description

温度センサ及びその製造方法

　本発明は、サーミスタ素子を樹脂モールドした温度センサ及びその製造方法に関する。

　温度センサは、サーミスタ素子と接続ターミナル(銅線やジュメット線など)を導線で接続したセンサ部を金属製のケースに挿入し、ケースの開口部をモールド樹脂で形成された樹脂モールド部により封口する構造が知られている（例えば下記特許文献１参照）。
　このような温度センサは、水分の浸入による金属合金の腐食などによりセンサ部の断線や短絡などの原因となることから、センサ部内の気密性を確保することが極めて重要となる。

  そこで、金属製のケースの開口部に樹脂製の絶縁キャップを挿入し、この絶縁キャップの開口部にセンサ部を挿入し、この状態でケース及び絶縁キャップの開口部を樹脂でモールド成形して封口する構成が提案されている。
　この例では、絶縁キャップ及び樹脂モールド部に同じ樹脂を採用することによって、モールド成形時にこの界面が溶着し水分の浸入経路を遮断する構造となっている。

　この様な温度センサは、一般的にサーミスタ素子が用いられていることが多いが、サーミスタ表面は、極めて脆い保護膜で覆われているものも存在する。

特開２０１４－７７６７８号公報

  しかしながら、このような温度センサを小型化しようとすれば、水分の浸入経路を遮断する溶着部分の沿面距離が短くなってしまい、サーミスタ素子に対する気密性が低下してしまうという問題がある。
　また、モールド樹脂は、固化の際に、限られた空隙内で膨張し、サーミスタ素子の保護膜を破損させる原因となり、製造時における歩留まりを低下させることとなる。
　加えて、この様なモールドタイプの温度センサは、ケース内におけるサーミスタ素子のモールド位置の相違によって、センサの感度や特性が変化し、品質が安定しないという問題もある。

　本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、サーミスタ素子を樹脂モールドした温度センサ及びその製造方法に関し、サーミスタ素子に対する気密性を高め、製造時における性能の安定性及び歩留まりを高める温度センサ及びその製造方法の提供を目的とする。

　上記課題を解決するためになされた本発明による温度センサは、サーミスタ素子と接続ターミナルからなるセンサ部と、接続ターミナルに接続されたケーブル部と、センサ部の全体及びケーブル部の先端部を覆う被覆部を備えた温度センサにおいて、被覆部は、サーミスタ素子が収まる先端部中央に向って先細りとなる内空部を備えるセンサケースと、サーミスタ素子の全面を覆う弾性樹脂コーティング層と、センサケースの内面と弾性樹脂コーティング層の間に満たされる充填樹脂層を備える。

　ケーブル部の先端部を覆うプライマ層を備える温度センサとすることもできる。
　また、弾性樹脂コーティング層を、サーミスタ素子の全面及びそこからケーブル部の先端部に至る領域に連続して備える構成を採ることもできる。
　尚、プライマとは、一般的に接着促進剤や下処理剤として使用されるものであって、部材間の接着性を向上させる効果を有するものである。

　上記課題を解決するためになされた本発明による温度センサの製造方法は、サーミスタ素子と接続ターミナルからなるセンサ部と、接続ターミナルに接続されたケーブル部と、センサ部の全体及びケーブル部の先端部を覆う被覆部を備えた温度センサの製造方法であって、センサ部の接続ターミナルにケーブル部の導線を連結する接続工程と、センサ部のサーミスタ素子の全面に弾性樹脂コーティング層を被着するコーティング工程と、ケーブル部の先端部にプライマ層を被着する下地形成工程と、サーミスタ素子が収まる先端部中央に向って先細りとなる内空部を具備するセンサケースの内空部の先端に前記各工程を経たサーミスタ素子を差し入れる装填工程と、センサケースの内面と弾性樹脂コーティング層の間に充填樹脂層を満たす充填工程と、充填樹脂層を固める固化工程を備える。

　本発明による温度センサ及びその製造方法によれば、センサケースの内空部の形状を、サーミスタ素子が収まる先端部中央に向って先細りとなる内空部を備える形状とすることによって、サーミスタ素子が、ケースの内面の先端に当接する際に、当該センサケースの先端部中央への位置決めを自動的に行うので、当該サーミスタ素子の位置をより簡単に且つ正確に定めることができる。
　また、内空部が先細りであるため、サーミスタ素子の近傍に存在する充填樹脂の量が少なくなり、充填樹脂の膨張に伴う圧力がセンサケースの開口部に向うことが相俟って、当該サーミスタ素子に加わる応力が緩和される。

　更に、サーミスタ素子の全面を覆う弾性樹脂コーティング層を備えることによって、その緩衝作用により、充填樹脂が固化する際に生じる圧力でサーミスタ素子の表面に備える保護膜が破損する不具合を回避することができる。
　加えて、当該弾性樹脂コーティング層を、更に、ケーブル部の先端部に至る領域に連続して備える構成を採ることによって、当該センサ部を被覆部に装填する際の接続ターミナルの変形による短絡を防止することも出来る。

　一方、センサケースの素材として、ガラス繊維や無機フィラーなどの強化材を含有するＰＰＳなどの熱伝導率の高い素材を採用すれば、サーミスタ素子近傍に存在する充填樹脂の厚みが薄さと相俟って内空部に装填されるサーミスタ素子の熱応答性を高めることができる。

　また、ケーブル部の先端部にプライマ層を被着する下地形成工程を経ることによって、ケーブルの被覆と充填樹脂との密着性が高まりケーブルの表面に沿った空気、湿気又は油分の浸入を回避し、長期にわたって良好な温度検出が可能となる。

本発明による温度センサの一例を示す断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）は、本発明による温度センサの構成要素の一例を示す分解図である。 本発明による温度センサの製造方法の一工程を示す説明図である。 本発明による温度センサの製造方法の一工程を示す説明図である。 本発明による温度センサの製造方法の一工程を示す説明図である。 本発明による温度センサのセンサケースの例（Ａ）（Ｂ）を従来の温度センサの一例（Ｃ）と対比して示す断面図である。

　以下、本発明による温度センサの実施の形態を、その製造方法と共に図面に基づき詳細に説明する。
　本発明による温度センサは、サーミスタ素子１と接続ターミナル２からなるセンサ部Ａと、接続ターミナル２に接続された導線３及び各銅線を絶縁し保護するシース４からなるケーブル部Ｂと、センサ部Ａの全体及びケーブル部Ｂの先端部を覆う被覆部Ｃを備えた温度センサである。

　センサ部Ａは、表面がガラス製の保護膜１ａで覆われたガラス封止型のサーミスタ素子１と、当該サーミスタ素子１と温度制御回路との間を通電させる一対の接続ターミナル２，２を備える。
　ケーブル部Ｂは、一対の導線３，３と、その側面を被覆するフッ素ゴムなどからなるシース４を備え、一対の導線３，３は、一対の接続ターミナル２，２に各々溶接されている。

　被覆部Ｃは、サーミスタ素子１が収まる先端部中央に向って先細りとなる内空部５ａを備えるセンサケース５と、サーミスタ素子１の全面を覆う弾性樹脂コーティング層６と、センサケース５の内面と弾性樹脂コーティング層６の間に満たされる充填樹脂層７を備える。

　センサケース５は、熱伝導性が比較的高く、且つ絶縁性を持った合成樹脂等を採用した保護ケースであって、この例では、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を採用している。
　この例のセンサケース５は、設置に便宜な直方体状の外形を持ち、その中央部に先細りの内空部５ａを備える。
　内空部５ａは、サーミスタ素子１をセンサケース５の先端部の略定位置に保持し得る平面状、球面状又は角錐状の支持面５ｂを備え、当該支持面５ｂから連続的又は断続的に末広がりとなる案内面５ｃを備える（例えば図６（Ａ）又は（Ｂ）参照）。

　この様なセンサケース５の外形及び内空部５ａの形状の関係より、当該センサケース５の先端部の左右の厚みが大きくなる一方、同先端部の前後方向の厚みが薄く出来る。
　この様に、サーミスタ素子１を取り巻く環境によって、当該サーミスタ素子１の感度が方向によって異なることは否めないものの、センサケース５の素材であるＰＰＳは、熱伝導性が比較的高い絶縁素材であるから、当該サーミスタ素子１の感度の、方向性による相違を緩和することができる。
　尚、より高い応答性を求める場合には、ガラス繊維や無機フィラーなどを含有させて熱伝導性を向上させ、又はセンサケース５の肉厚を薄くすることが出来る先端部を温度検出すべき方向へ合わせればよい。

　この例の弾性樹脂コーティング層６は、例えば、シリコン樹脂等の硬度の低い樹脂材料を採用し、サーミスタ素子１の全面及びケーブル部Ｂの先端部に形成される。
　また、この例の充填樹脂層７は、エポキシ系樹脂を採用し、センサケース５の内面とプライマ層８の隙間を満たす様に形成される。

＜製造方法＞
　上記温度センサは、温度センサの各構成要素を、成形空間内においてサーミスタ素子１の配置変動を抑制しつつ組み立てる製造方法であって、センサ部Ａの接続ターミナル２，２にケーブル部Ｂの導線３，３をレーザー若しくは超音波又は半田付けなどを用いた工法で溶接する接続工程（図２参照）と、センサ部Ａのサーミスタ素子１をシリコン樹脂に浸し固化させることによって当該サーミスタ素子１の全面に弾性樹脂コーティング層６を被着するコーティング工程（図３参照）と、サーミスタ素子１の先端からケーブル部Ｂの先端部をプライマに浸し乾燥させることによってサーミスタ素子１の全面及びケーブル部Ｂの先端部にプライマ層８を被着する下地形成工程（図４参照）と、センサケース５の内空部５ａの先端の支持面５ｂに前記各工程を経たサーミスタ素子１を差し入れる装填工程（図５参照）と、センサケース５の内面とプライマ層８の間にエポキシ樹脂からなる充填樹脂を満たす充填工程と、サーミスタ素子１の位置を維持しつつ充填工程を経たセンサケース５を加熱し充填樹脂を固める（充填樹脂層７を形成する）固化工程（図１参照）を経て製造される。

  この製造方法によれば、コーティング工程を経ることによって、弾性樹脂コーティング層６の弾性とセンサケース５の内空部５ａの末広がりの形態とが相俟って、固化工程の際、又は使用時において高温負荷を受けている際の充填樹脂の膨張でガラス製の保護膜１ａが破損することを防止することができる。

　また、充填工程の前に、サーミスタ素子１の全面及びケーブル部Ｂの先端部にプライマ層８を被着する下地形成工程を経ることによって、固化工程の際に、充填樹脂７とケーブル部Ｂのシース４との親和性が高まり、センサ部Ａ周辺の気密性はもとより、当該センサ部Ａの先端部について、従来の下地形成工程を経ない充填工程による水分の遮断構造より高い気密性を確保することができる。

　　Ａ　センサ部，Ｂ　ケーブル部，Ｃ　被覆部，
　　１　サーミスタ素子，１ａ　保護膜，
　　２　接続ターミナル，
　　３　導線，４　シース，
　　５　センサケース，５ａ　内空部，５ｂ　支持面，５ｃ　案内面，
　　６　弾性樹脂コーティング層，
　　７　充填樹脂層，８　プライマ層，
 

Claims (4)

1. 　サーミスタ素子と接続ターミナルからなるセンサ部と、前記接続ターミナルに接続されたケーブル部と、前記センサ部の全体及び前記ケーブル部の先端部を覆う被覆部を備えた温度センサにおいて、
   　前記被覆部は、前記サーミスタ素子が収まる先端部中央に向って先細りとなる内空部を備えるセンサケースと、
   　前記サーミスタ素子の全面を覆う弾性樹脂コーティング層と、
   　前記センサケースの内面と前記弾性樹脂コーティング層の間に満たされる充填樹脂層を備えることを特徴とする温度センサ。
2. 　前記ケーブル部の先端部を覆うプライマ層を備えることを特徴とする請求項１に記載の温度センサ。
3. 　前記弾性樹脂コーティング層を、前記サーミスタ素子の全面及びそこから前記ケーブル部の先端部に至る領域に連続して備えることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載の温度センサ。
4. 　サーミスタ素子と接続ターミナルからなるセンサ部と、前記接続ターミナルに接続されたケーブル部と、前記センサ部の全体及び前記ケーブル部の先端部を覆う被覆部を備えた温度センサの製造方法であって、
   　センサ部の接続ターミナルにケーブル部の導線を連結する接続工程と、
   　前記センサ部のサーミスタ素子の全面に弾性樹脂コーティング層を被着するコーティング工程と、
   　前記ケーブル部の先端部にプライマ層を被着する下地形成工程と、
   　前記サーミスタ素子が収まる先端部中央に向って先細りとなる内空部を具備するセンサケースの内空部の先端に前記各工程を経たサーミスタ素子を差し入れる装填工程と、
   　前記センサケースの内面と前記弾性樹脂コーティング層の間に充填樹脂層を満たす充填工程と、
   　前記充填樹脂層を固める固化工程を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
    

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