JP4547475B2 - 平板型温度センサ - Google Patents

Description

本発明は、平板型温度センサ、詳しくは、リード線を備えた感熱素子の表面を樹脂によって平板状の絶縁被膜を形成した平板型温度センサに関するものである。

従来、感熱素子とリード線をはんだ付して構成された温度センサの電気絶縁性、耐候性能を確保する方法としては、図１０に示すように、エポキシなどの有機樹脂材料８７を満たした槽Ｂに温度センサの感熱素子８６及びリード線８３ａ、８３ｂの一部を浸漬した後、槽Ｂから取り出し、高温雰囲気で有機樹脂材料８７を加熱硬化して絶縁被膜を形成していた。しかしこの方法は、電気絶縁性、耐候性能の良好な温度センサを製作することができるが、加熱硬化する前にリード線８３ａ、８３ｂに付着した有機樹脂材料８７が表面張力によって感熱素子８６の周囲に集まり、感熱素子８６に厚く球状の絶縁被膜８７ａを形成したり、重力によって余分な樹脂が温度センサ先端部に集まるため、樹脂の加熱硬化後の形状にバラツキが生じて形状不良による不良品を発生させる等の欠点があった。また、このように完成した温度センサは、感熱素子８６を覆う絶縁被膜８７ａの膜厚のバラツキにより、被検知体から吸収された絶縁被膜８７ａの熱が感熱素子８６に伝達するまでの応答時間にバラツキが生じ、熱応答性の面で満足のいくものではなかった。また、この温度センサは、絶縁被膜８７ａが厚くて形状が球形であるために、狭い隙間に挿入して温度を検知しなければならない用途には適さなかった。

このような問題を解消した温度センサとして、例えば、特開平８−５４２９２号（特許文献１）に開示した構造の薄型の温度センサが提案されている。この温度センサは、図１１（ａ）に示すように、一対の細幅金属板部９３ａ、９３ｂの一端から延在する部分を外部引出端子９３ａ’、９３ｂ’とし、この細幅金属板部９３ａ、９３ｂの他端に挟持部９６ａ、９６ｂを形成し、この一対の挟持部９６ａ、９６ｂの側壁にチップ状の感熱素子９７の電極部を電気的に接続し、前記外部引出端子９３ａ’、９３ｂ’の一部を除いて、接着剤付き絶縁シート９８ａ、９８ｂを貼り合せてなる薄型の温度センサである。この薄型の温度センサは、厚みが薄く、平板状であるので、特別な空間を設けることなく、僅かな隙間に実装でき、熱応答速度が速い等の利点がある。
特開平８−５４２９２号

しかしながら特許文献１に開示された構造の薄型の温度センサは、感熱素子及び外部引出端子の一部を除く金属板部を接着剤付き絶縁シートで貼り合わせた構造であるので、高温多湿の環境下や長い期間使用していると、絶縁シートの接着剤の接着力が低下し、絶縁シートが金属板部から剥がれる場合があり、長期的な信頼性の点で十分なものではなかった。またこの温度センサの構造は、図１１（ｂ）の断面図に示すように、薄い絶縁シートを使用し、感熱素子や細幅金属板部に対して両面から貼り合せた構造であるために、感熱素子や細幅金属板の側壁部分に空隙（ｔ）が生じ、周囲の温度変化によって空隙部分から水分や湿気が侵入して感熱素子の電気的特性が劣化したり絶縁シートが剥離する等、長期的な信頼性の点で十分なものではなかった。またこの薄型の温度センサの構造は、薄い絶縁シートを使用し、感熱素子の形状に沿って貼り合わせた構造であるので、感熱部の感熱素子が挟持部の厚みより出っ張った構造となっており、感熱素子部が被検知体との接触において過度の応力を受けて損傷したり、感熱素子の角部分によって絶縁シートが破損し絶縁不良を生じる等の欠点があった。

本発明は、上述の課題に鑑みなされたものであり、リード線を備えた感熱素子の表面に有機樹脂材料により絶縁被膜を形成した平板型の温度センサであって、厚みが薄く僅かな隙間へ実装でき、熱応答性が速く、被検知体と面接触可能で、尚且つ電気絶縁性、耐候性能に優れた平板型温度センサを提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係わる発明は、基台上に平面な底部を有する凹部を設け、前記凹部内に感熱素子の感熱エレメントとリード線の一部が位置するように配置し、液状の有機樹脂材料を前記感熱素子の前記感熱エレメントと前記リード線の一部が埋没するように前記凹部内に流動させた後、前記有機樹脂材料を加熱硬化させて平板状の絶縁被膜を形成させたことを特徴とする平板型温度センサの製造方法である。この製造方法によって完成した平板型温度センサは、感熱エレメントとリード線の部分に厚みの薄い平板状の絶縁被膜を形成できるために、被検知体の僅かな隙間へ実装することができ、また熱応答性が速く、さらに被検知体と面接触可能で、尚且つ電気絶縁性、耐候性能に優れたものである。また、基台に設けた凹部の深さを変えることで完成品の絶縁被膜の厚みを管理できる。

本発明の請求項２に係わる発明は、基台上に平面な頂部を有する凸部を設け、前記凸部上に感熱素子の感熱エレメントとリード線の一部が位置するように配置し、液状の有機樹脂材料を前記感熱素子の前記感熱エレメントと前記リード線の一部が埋没するように前記凸部上に流動させた後、前記有機樹脂材料を加熱硬化させて平板状の絶縁被膜を形成させたことを特徴とする平板型温度センサの製造方法である。この製造方法によって完成した平板型温度センサは、感熱エレメントとリード線の部分に厚みの薄い平板状の絶縁被膜を形成できるために、被検知体の僅かな隙間へ実装することができ、また熱応答性が速く、さらに被検知体と面接触可能で、尚且つ電気絶縁性、耐候性能に優れたものである。

本発明の請求項３に係わる発明は、基台上に平面な頂部を有する凸部を設け、前記凸部上に予め液状の有機樹脂材料を加熱硬化させた予備絶縁被膜を形成した後、感熱素子の感熱エレメントとリード線の一部が前記予備絶縁被膜上に位置するように配置し、前記液状の有機樹脂材料を前記感熱素子の前記感熱エレメントと前記リード線の一部が埋没するように流動させた後、前記有機樹脂材料を加熱硬化させて前記予備絶縁被膜と同一体の絶縁被膜を形成したことを特徴とする平板型温度センサの製造方法である。この製造方法によって完成した平板型温度センサは、感熱エレメントとリード線の部分に厚みの薄い平板状の絶縁被膜を形成できるために、被検知体の僅かな隙間へ実装することができ、また熱応答性が速く、さらに被検知体と面接触可能で、尚且つ電気絶縁性、耐候性能に優れたものである。また、基台上の所定の位置に、予め液状の有機樹脂材料を加熱硬化させた予備絶縁被膜を形成した後、感熱素子の感熱エレメントとリード線の一部を予備絶縁被膜上に位置するように配置するので、完成品の絶縁被膜の厚み管理が容易にできて電気絶縁性が向上する。

本発明の平板型温度センサは、外部引出用の電極を形成した感熱エレメントにリード線を電気的に接続した感熱素子において、前記感熱素子を平らな表面を有する基台上に置き、液状の有機樹脂材料を前記感熱素子の感熱エレメントと前記リード線の一部が埋没するように前記基台上に流動させた後、前記有機樹脂材料を加熱硬化させて平板状の絶縁被膜を形成し、前記感熱エレメントと前記リード線の一部を絶縁被覆することによって、従来例で示したような感熱素子及びリード線の一部を除く金属板部を接着剤付き絶縁シートで貼り合わせた構造で課題となっていた、高温多湿の環境下や長期間の使用による絶縁シートの剥離による絶縁性能および耐久性等の信頼性の問題を解消できる。また本発明の平板型温度センサは、感熱エレメント及びリード線の一部を有機樹脂材料からなる平板状の絶縁被膜とすることによって、従来の先端部が球状の温度センサでは難しかった狭い隙間内の温度検知ができる平板型温度センサが作製できる。また本発明の平板型温度センサは、上記のように感熱部分に平板状の絶縁被膜を形成することで、被検知体に対して面接触で温度検知きるために精度のよい温度検知が可能である。

以下、本発明の平板型温度センサの実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の平板型温度センサ及びリードフレームの説明図であり、図１（ａ）は平板型温度センサの斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、図１（ｃ）は本発明に係る平板型温度センサに用いられるリード線となるリードフレームの形状を示す平面図である。まず本発明の平板型温度センサに使用されるリードフレームについて、図１（ｃ）に基づいて説明する。Ａはステンレス、コバール、ニッケル又はニッケル合金等の帯状の金属板を化学エッチング或いはプレス等によって形成されたリードフレームである。スプロケット孔１が一定間隔で形成された帯状部２には、帯状部２に対し直角方向にリード部３ａ、３ｂが連なっている。このように、平行なリード部３ａ、３ｂを一組とする複数組が帯状部２に設けられている。リード部３ａ、３ｂの先端には、感熱エレメントを挟持するための挟持部５ａ、５ｂが形成されている。

次に、本発明の平板型温度センサの実施の形態について図１（ａ）及び図１（ｂ）に基づいて説明する。図１（ａ）は本発明の平板型温度センサの構造を示す。サーミスタ等の感熱エレメント６は、挟持部５ａ、５ｂに挟持され感熱エレメント６に形成された電極部がはんだによって電気的に接続されている。感熱エレメント６と挟持部５ａ、５ｂ及びリード部３ａ、３ｂの一部には、ポリアミドイミド樹脂またはポリイミド樹脂等の有機樹脂材料を加熱硬化して形成した平板状の絶縁被膜７が形成されている。

次に、この平板型温度センサの製造方法について簡単に説明する。

図２は、本発明の第１の実施例による平板型温度センサを製造するための基台の構造を説明するための図を示し、図２（ａ）は基台の構造を示す斜視図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＹ−Ｙ線で切断した断面図を示す。図３は、第１の実施例による本発明の平板型温度センサの製造方法を示す図であり、図３（ａ）はリードフレームで作製された感熱素子を基台上に設けられた凹部にセットした状態を示す斜視図である。図３（ｂ）は図３（ａ）のＹ−Ｙ線で切断した断面図、図３（ｃ）は前記基台上の凹部に有機樹脂材料を流し込んだ状態を示すＹ−Ｙ線断面図、図３（ｄ）は前記基台上から取り出された一連の感熱素子に平板状の絶縁被膜が形成されたリードフレームを示す斜視図である。

先ず、感熱素子に絶縁被膜を形成するための基台の構造について説明する。図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、基台Ｊには液状の有機樹脂材料を流し込み絶縁被膜７を形成するために深さ０．５〜１．０ｍｍの凹部５１が形成されており、更にリードフレームＡを位置決めするための位置決めピン５２と、感熱エレメント６とリード部３ａ、３ｂの一部を凹部５１内に保持するために、リードフレームＡの帯状部２を固定するための台座部５３が形成されている。上記実施例における凹部５１の深さは、上記に限定されず所望する厚みの絶縁被膜を得るための深さとすることができる。

次に、この基台を用いた本発明の平板型温度センサの製造方法について説明する。まず、リードフレームＡを用いた感熱素子の製造方法について簡単に説明する。リードフレームＡの帯状部２から延びるリード部３ａ、３ｂの先端部に設けられた挟持部５ａ、５ｂの隙間に、両面に電極を形成した感熱エレメント６を挟持固定する。その後、感熱エレメント６が挟持されたリードフレームＡは、はんだ槽に送られ、感熱エレメント６と挟持部５ａ、５ｂがはんだ付けされ電気的に接続固定される（不図示）。このようにしてリードフレームＡ上に形成された一連の感熱素子は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、リードフレームＡのスプロケット孔１を基台Ｊの位置決めのピン５２に挿入することにより位置決めされるとともに台座部５３によって、感熱エレメント６とリード部３ａ、３ｂの一部が、凹部５１内に保持されることになる。次に図３（ｃ）に示すように、凹部５１内に感熱エレメント６とリード部３ａ、３ｂが埋没する程度まで液状の有機樹脂材料７を吐出装置等を用いて充填する。なお、本実施例では、液状の有機樹脂材料としてポリイミドアミド樹脂またはポリイミド樹脂が用いられたが、その他にポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリエステルイミド樹脂、ポリエチレン樹脂、シリコーン樹脂等も使用することができる。次に液状の有機樹脂材料７が充填された基台Ｊを指定の加熱硬化温度に設定された恒温槽中で一定時間保持して加熱硬化させて、感熱エレメント６とリード部３ａ、３ｂの一部分を被覆した絶縁被膜７を形成する。その後図３（ｄ）に示すように、基台Ｊから取り出されたリードフレームＡは、Ｃ−Ｃ線に示す部分から切断し、平板型温度センサＳが完成する。本実施例においては、リード部３ａ、３ｂの厚み及びリードフレームＡの厚み方向の感熱エレメント６の寸法に対応して、凹部の深さを変えることで完成した平板型温度センサの絶縁被膜７の厚みを調整することができる。

なお、本実施例で開示された感熱エレメント６は両面に電極を有する構造のサーミスタ素子について説明したが、これに限定されるものではなく、図３（ｅ）に示すように、絶縁基板の一表面上に電極が形成された薄膜構造の素子を使用してもよい。この場合は、リード部３ａ、３ｂ間に薄膜素子を架橋させて電極と前記リード部とを電気的に接続すればよい。また積層チップサーミスタのような構造の素子を使用することも可能であることはもちろんである。

図４は、第２の実施例による本発明の平板型温度センサを製造する方法を説明するための図であり、図４（ａ）は基台上の凹部に一連の感熱素子が形成されたリードフレームをセットした状態を示す斜視図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＹ−Ｙ線で切断された断面を示す断面図、図４（ｃ）は基台上の凹部内に有機樹脂材料が充填された状態を示すＹ−Ｙ線断面図、図４（ｄ）は基台から取り出された一連の感熱素子に絶縁被膜が形成されたリードフレームを示す斜視図である。なお使用する符号は、実施例１と同一部分については同じ符号を使用し、基台は図２で示したものと同じ基台を使用する。

リードフレームＡを用いた感熱素子の製造方法については、実施例１において簡単に説明したので省略する。本実施例による平板型温度センサの製造方法の特徴は、予め基台Ｊ上に形成された凹部５１の底部にポリアミドイミド樹脂の少量の液状有機樹脂材料を流し込み、加熱硬化させて予備絶縁被膜７ａを形成しておくことである。上述したように、予め予備絶縁皮膜７ａが形成された基台Ｊの凹部５１内に、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、感熱エレメント６及びリード部３ａ、３ｂを保持する。そして、図４（ｃ）に示すように感熱エレメント６とリード部３ａ、３ｂが埋没する程度までポリアミドイミド樹脂からなる液状の有機樹脂材料７を吐出装置等を用いて充填する。次に上記液状の有機樹脂材料７が充填された基台Ｊを指定の加熱硬化温度に設定された恒温槽中で一定時間保持して有機樹脂材料７を加熱硬化させて、感熱エレメント６とリード部３ａ、３ｂの一部分を被覆した絶縁被膜７を形成する。次に図４（ｄ）に示すようにリードフレームＡを基台Ｊから取り出しＣ−Ｃ線に示す部分を切断機などによって切断し、平板型温度センサＳが完成する。

なお、実施例１、２では、ひとつの感熱素子に対してひとつの凹部が対応する基台の例について説明したが、リードフレームＡに配列された一連の感熱素子に対してひとつの凹部を形成した基台を使用してもよい。この場合には、一連の感熱素子に対してひとつの絶縁被膜が形成されることになるので加熱硬化後に、形成された絶縁被膜を個々に切断することで完成した個々の平板型温度センサが得られる。

図５は、第３の実施例による本発明の平板型温度センサを製造する方法を説明するための図であり、図５（ａ）は基台の構造を示す斜視図、図５（ｂ）は図５（ａ）のＺ−Ｚ線で切断した断面図を示す。図６は、本発明の平板型温度センサの製造方法を説明する図を示し、図６（ａ）は基台上に形成された凸部に一連の感熱素子が形成されたリードフレームをセットした状態を示す斜視図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＺ−Ｚ線で切断された断面を示す断面図、図６（ｃ）は基台上の凸部上に有機樹脂材料が充填された状態を示すＺ−Ｚ線断面図、図６（ｄ）は基台上から取り出された一連の感熱素子に絶縁被膜が形成されたリードフレームを示す斜視図である。

次に、この基台を用いた本発明の平板型温度センサの製造方法について説明する。リードフレームＡを用いた感熱素子の製造方法については、実施例１において簡単に説明したので省略する。図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、基台Ｊ上には、形成される絶縁被膜７の形状に合わせた平面な頂部を有する凸部５４が形成されており、更にリードフレームＡを位置決めするための位置決めピン５２と、リードフレームＡの帯状部を固定するための台座部５３が形成されている。

先ずリードフレームＡ上に形成された一連の感熱素子は、図６（ａ）に示すように、リードフレームＡのスプロケット孔１を基台Ｊの位置決めのピン５２に挿入することにより位置決めされるとともに台座部５３によって、感熱エレメント６とリード部３ａ、３ｂの一部が、平面な頂部を有する凸部５４上に保持されることになる。次に図６（ｃ）に示すように、感熱エレメント６及びリード部３ａ、３ｂが埋没する程度まで有機樹脂材料７を吐出装置等を用いて吐出させる。このとき有機樹脂材料は、表面張力により平面な頂部を有する凸部５４上に留まり凸部の形状を維持する。次に液状の有機樹脂材料７が充填された基台Ｊを指定の加熱硬化温度に設定された恒温槽中で一定時間保持して加熱硬化させて、感熱エレメント６とリード部３ａ、３ｂの一部分が被覆された絶縁被膜７が形成される。最後に、図６（ｄ）に示すようにリードフレームＡ部分を基台Ｊから取りはずし、Ｃ−Ｃ線に示す部分を切断することによって平板型温度センサＳが完成する。なお、有機樹脂材料としては上記実施例と同様に、ポリイミドアミド樹脂またはポリイミド樹脂が用いられた。

図７は、第４の実施例による本発明の平板型温度センサを製造する方法を説明するための図であり、図７（ａ）は基台上に一連の感熱素子が形成されたリードフレームをセットした状態を示す斜視図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＺ−Ｚ線で切断された断面図、図７（ｃ）は基台上の平面な頂部を有する凸部上に有機樹脂材料によって一連の感熱素子に絶縁被膜が形成された状態を示すＺ−Ｚ線断面図、図７（ｄ）は基台から取りはずされた一連の感熱素子に絶縁被膜が形成されたリードフレームを示す斜視図である。なお使用する符号は、他の実施例と同一部分については同じ符号を使用し、基台は図５で示したものと同じ基台を使用する。

リードフレームＡを用いた感熱素子の製造方法については、実施例１において簡単に説明したので省略する。本実施例による平板型温度センサの製造方法の特徴は、予め基台Ｊ上に形成された平面な頂部を有する凸部５４の頂部にポリアミドイミド樹脂またはポリイミド樹脂の少量の液状有機樹脂材料を流し、加熱硬化させて予備絶縁被膜７ａを形成しておくことである。予め予備絶縁被膜７ａが形成された基台Ｊの凸部５４上に、図７（ａ）、図７（ｂ）に示すように、感熱エレメント６及びリード部３ａ、３ｂを配置する。その後、図７（ｃ）に示すように感熱エレメント６とリード部３ａ、３ｂが埋没する程度までポリアミドイミド樹脂またはポリイミド樹脂からなる液状の有機樹脂材料７を吐出装置等を用いて吐出させ、前記凸部５４の平面な頂部に表面張力によって滞留させることができる。次に液状の有機樹脂材料７が前記凸部５４の平面な頂部に滞留した基台Ｊを指定の加熱硬化温度に設定された恒温槽中で一定時間保持して加熱硬化させて、感熱エレメント６とリード部３ａ、３ｂの一部分を被覆した絶縁被膜７が形成される。最後に、図７（ｄ）に示すようにリードフレームＡを基台Ｊから取りはずしＣ−Ｃ線に示す部分を切断して平板型温度センサＳが完成する。

図８は、本発明の平板型温度センサの他の実施例を示した図であり、図８（ａ）に示すように、上記実施例のリードフレームを用いた感熱素子に換えて、単線のリードワイヤ３ａ、３ｂを用いた感熱素子に上記方法によって平板状の絶縁被膜を形成しても良いし、図８（ｂ）に示すように絶縁被膜７に被検知体に固定するためのねじ孔を形成したり、被検知体の検知部分の形状に合わせて上記基台の有機樹脂材料の充填部の形状を変えることで、最適な形状を有する平板型温度センサが製作可能である。また図８（ｃ）、（ｄ）は、電気絶縁を更に必要とする用途には、有機樹脂材料を成型する前に感熱エレメント部分にワニス８などの絶縁物を被覆してから絶縁被膜を形成してもよいし、エナメル等の被覆部３ａ’、３ｂ’が形成されたリード線３ａ、３ｂを使用してもよいことはもちろんである。

また本発明の平板型温度センサは、被検知体の形状に合わせて形状自在な絶縁被膜を形成できるので、図９に示すような複写機の定着装置に使用される加熱ローラの曲面にあわせた形状の平板型温度センサを製作することができる。また、バッテリーパックのセル表面に密着できる形状としたり、パイプの表面温度を検知できるような形状の温度センサを製作できる。

図１は、本発明の平板型温度センサ及びリードフレームの説明図である。 図２は、第１の実施例、第２の実施例による本発明の平板型温度センサを製造するための基台の構造を説明するための図である。 図３は、第１の実施例による本発明の平板型温度センサの製造方法を示す図である。 図４は、第２の実施例による本発明の平板型温度センサを製造する方法を説明するための図である。 図５は、第３の実施例、第４の実施例による本発明の平板型温度センサを製造するための基台の構造を説明するための図である。 図６は、第３の実施例による本発明の平板型温度センサの製造方法を説明する図を示す図である。 図７は、第４の実施例による本発明の平板型温度センサを製造する方法を説明するための図である。 図８は、本発明の平板型温度センサの他の実施例を示した図である。 図９は、被検知体への取り付けを説明する説明図である。 図１０は、従来の温度センサの製造方法と構造を説明する説明図である。 図１１は、従来の薄型の温度センサの構造を説明する説明図である。

符号の説明

Ｓ 平板型温度センサ
３ａ、３ｂ リード線
５ａ、５ｂ 挟持部
６ 感熱素子
７ 絶縁被膜
Ｊ 基台
５１ 凹部
５２ 位置決めのピン
５３ 台座部
５４ 凸部

Claims (6)

1. 基台上に平面な底部を有する凹部を設け、前記凹部内に感熱素子の感熱エレメントとリード線の一部が位置するように配置し、液状の有機樹脂材料を前記感熱素子の前記感熱エレメントと前記リード線の一部が埋没するように前記凹部内に流動させた後、前記有機樹脂材料を加熱硬化させて平板状の絶縁被膜を形成させたことを特徴とする平板型温度センサの製造方法。
2. 基台上に平面な頂部を有する凸部を設け、前記凸部上に感熱素子の感熱エレメントとリード線の一部が位置するように配置し、液状の有機樹脂材料を前記感熱素子の前記感熱エレメントと前記リード線の一部が埋没するように前記凸部上に流動させた後、前記有機樹脂材料を加熱硬化させて平板状の絶縁被膜を形成させたことを特徴とする平板型温度センサの製造方法。
3. 基台上に平面な頂部を有する凸部を設け、前記凸部上に予め液状の有機樹脂材料を加熱硬化させた予備絶縁被膜を形成した後、感熱素子の感熱エレメントとリード線の一部が前記予備絶縁被膜上に位置するように配置し、前記液状の有機樹脂材料を前記感熱素子の前記感熱エレメントと前記リード線の一部が埋没するように流動させた後、前記有機樹脂材料を加熱硬化させて前記予備絶縁被膜と同一体の絶縁被膜を形成したことを特徴とする平板型温度センサの製造方法。
4. 削除
5. 削除
6. 削除

Images