JP2009162625A - 検出素子封止構造およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な検出素子封止構造を得る。
【解決手段】加熱することにより検出素子４へ密着させ外層１となる熱収縮性を有するチューブの内側に、加熱することにより検出素子４と外層１との隙間を埋める熱溶融性を有するチューブを重ね、検出素子４を挿入して加熱することにより検出素子４を封止する。
【選択図】図１

Description

この発明は、検出素子を外部環境から保護するための検出素子封止構造およびその製造方法に関するものである。

従来、測温抵抗体素子、サーミスタ等の検出素子を用いてダクト、配管、タンク内の流体温度を測定する場合、特に被測定流体温度が外気温度より低い場合には検出素子に結露が生じ、正確なデータが得られない。従って、検出素子を樹脂系の充填材によりモールドして封止し、外気から遮断している。
この封止時に、検出素子と充填材との間に隙間が残ると、隙間に封入された空気の熱容量により検出素子の応答性が悪くなる。これを回避するために、検出素子と充填材との間に隙間が残らないように封止する必要がある。

そのための封止方法として、例えば特許文献１には、熱収縮性を有する外層と、熱溶融性を有する内層とが一体となった２層構造の熱収縮チューブを使用した検出素子封止構造の製造方法が開示されている。この検出素子封止構造は、検出素子が挿入された２層構造の熱収縮チューブを、検出素子側の熱収縮チューブ先端から加熱槽に挿入していき、所定の長さを挿入して、検出素子を含む熱収縮チューブの加熱が終わると引き上げる方法で製造される。この方法により製造される検出素子封止構造は、熱溶解した内層が検出素子と外層との間に生じる隙間に流動体となって流れ込み、隙間を埋めるため、検出素子と充填材との間に隙間が残らない。

特開平９−６１２５３号公報

従来の検出素子封止構造およびその製造方法は以上のように構成されているので、熱収縮性を有する外層と、熱溶融性を有する内層とが一体となった２層構造の熱収縮チューブという、特殊で入手困難なチューブを用いる必要があった。このような特殊なチューブは高価なために、これを用いて製造される検出素子封止構造も高価となってしまうという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、入手が容易で安価な、熱収縮性を有する汎用のチューブおよび熱溶融性を有する汎用のチューブを用いることにより、安価な検出素子封止構造を得ることを目的とする。

この発明に係る検出素子封止構造は、熱収縮性を有するチューブの内側に別体の熱溶融性を有するチューブを重ねてなる２層のチューブ内に検出素子を位置させ、２層のチューブを加熱することにより、熱溶融性を有するチューブを熱溶融し、検出素子に密着した状態で封止するようにしたものである。

この発明に係る検出素子封止方法は、検出素子が挿入されている熱溶融性を有するチューブと、熱溶融性を有するチューブの外側に重ねられた熱収縮性を有するチューブとからなる２層のチューブを、２層のチューブの中心軸を中心として回転させると共に、２層のチューブの軸方向に沿って外周方向から加熱し、検出素子を２層のチューブで封止するようにしたものである。

この発明に係る検出素子封止方法は、検出素子が挿入されている熱溶融性を有するチューブと、熱溶融性を有するチューブの外側に重ねられた熱収縮性を有するチューブとからなる２層のチューブの軸方向に沿って、全周を同時に加熱し、検出素子を２層のチューブで封止するようにしたものである。

この発明に係る検出素子封止方法は、検出素子にはリードが接続され、検出素子およびリードが挿入されている２層のチューブを検出素子が下側となるよう保持し、検出素子側からリード側へ向かって２層のチューブを加熱するようにしたものである。

この発明に係る検出素子封止方法は、２層のチューブにおける被加熱位置は一定速度で移動するようにしたものである。

この発明に係る検出素子封止方法は、火炎により加熱するようにしたものである。

この発明によれば、熱収縮性を有するチューブを、熱溶融性を有するチューブの外側に重ねてなる２層のチューブを加熱することにより検出素子を封止するように構成したので、２種類の汎用チューブを用いることにより、安価な検出素子封止構造を得ることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る検出素子封止構造の構成を示す断面図である。図１に示す検出素子封止構造において、熱収縮チューブが熱収縮してなる外層１、および、外層１で囲われた隙間を埋めるために熱溶融チューブが熱溶融してなる内層２は、測温抵抗素子等の検出素子４、検出素子４から引き出された一対のリード５ａ，５ｂ、リード５ａと延長用被覆電線７ａの芯線とを接続する接続箇所６ａ、リード５ｂと延長用被覆電線７ｂ，７ｃの２本の芯線とを接続する接続箇所６ｂを封止している。接続箇所６ａ，６ｂは、ろう付け、接続端子による圧着、スポット溶接等により接続されている。封止した際に、熱溶融されない状態の熱溶融チューブの一部である未溶融部３が残るが、これについては後述する。
図１に示す検出素子封止構造において、検出素子４が挿入されている側の２層のチューブの先端側を検出素子側Ａとし、反対方向の、検出素子４のリード５ａ，５ｂ側をリード側Ｂとする。

外層１には熱収縮性を有するチューブを用いればよく、また、内層２には熱溶融性を有するチューブを用いればよい。本実施の形態１では、外層１にはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン樹脂）製の熱収縮チューブを用い、内層２にはＦＥＰ（テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体樹脂）製の熱溶融チューブを用いた例を示す。
ＰＴＦＥおよびＦＥＰ製チューブはそれぞれ汎用品であるため、安定的かつ安価に入手可能である。従って、本実施の形態１による熱収縮チューブおよび熱溶融チューブを用いることで、安価な検出素子封止構造を得ることができる。

この検出素子封止構造では、熱収縮チューブが熱収縮してなる外層１が、検出素子４とそのリード５ａ，５ｂ、接続箇所６ａ，６ｂおよび延長用被覆電線７ａ，７ｂ，７ｃの一部へ、熱収縮により密着している状態にある。さらに、熱溶融チューブが熱溶融してなる内層２が、外層１と検出素子４とそのリード５ａ，５ｂ、接続箇所６ａ，６ｂおよび延長用被覆電線７ａ，７ｂ，７ｃの一部との隙間に、熱溶融し軟化して流れ込むことにより、検出素子４を封止している状態にある。これら外層１および内層２によって、検出素子４が水分や湿度といった外部環境から遮断され、保護される。そして、内層２により、検出素子４と外層１との間を隙間なく封止することによって、空気等が封入された隙間が発生しない。従って、検出素子４の検出感度や応答性に悪影響を及ぼすことのない良好な封止が実現する。
さらに、ＦＥＰ等の耐薬品性の高い樹脂を内層２に用いて検出素子４を封止することにより、耐水性に加えて耐薬品性を備えた検出素子封止構造を実現する。

以下では、この検出素子封止構造の製造方法について説明する。
図２は、この発明の実施の形態１に係る検出素子封止構造の製造方法を示す説明図である。図２において図１と同一または相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。
熱収縮チューブ１０１に挿入された熱溶融チューブ１０２と、検出素子４から伸びる延長用被覆電線７とは保持具８で保持され、保持具８は台座９に取り付けられている。保持具８は、図示しないモータにより、矢印３０で示す上下方向に動作可能であり、また、保持した熱溶融チューブ１０２と延長用被覆電線７とを矢印４０で示す熱溶融チューブ１０２と平行な軸を中心とした回転方向に回転自在である。保持された熱収縮チューブ１０１および熱溶融チューブ１０２は、バーナ１０の火炎１１により加熱される。
なお、図において、リード５および接続端子６は省略している。

次に、製造方法の動作を説明する。まず、未収縮の熱収縮チューブ１０１の内側に熱溶融チューブ１０２を重ね、２層のチューブとする。熱収縮チューブ１０１は、検出素子４、リード５ａ，５ｂ、接続箇所６ａ，６ｂおよび延長用被覆電線７ａ，７ｂ，７ｃの一部を覆う長さであればよい。熱溶融チューブ１０２は、リード側Ｂ上方に熱収縮チューブ１０１より長くする。この２層のチューブ内に、検出素子４と延長用被覆電線７とを接続した状態で挿入し、熱溶融チューブ１０２と延長用被覆電線７とを保持具８で保持する。

初めに、検出素子側Ａのチューブ先端部の全周を加熱し、所定の治具等により先端部を押圧して潰しておく。さらに検出素子側Ａのチューブ全周を加熱することにより、熱収縮チューブ１０１が熱収縮させ、検出素子側Ａの先端部を閉じておく。
この状態で、図２に示すように、保持具８が、保持する熱収縮チューブ１０１、熱溶融チューブ１０２および検出素子４を矢印４０で示す回転方向に回転させながら、矢印３０下方向のバーナ１０へ向けて所定の速度で下降し、熱収縮チューブ１０１および熱溶融チューブ１０２がバーナ１０の火炎１１で加熱される。
保持具８の下降に伴い、熱収縮チューブ１０１および熱溶融チューブ１０２は、検出素子側Ａからリード側Ｂに向かって、順次、局所的に加熱され、熱収縮チューブ１０１が熱収縮する。この過程において、熱溶融チューブ１０２は、熱収縮チューブ１０１と検出素子４、リード５ａ，５ｂ、接続箇所６ａ，６ｂおよび延長用被覆電線７ａ，７ｂ，７ｃの一部との隙間に、熱溶融して液体状となって流れ込み、隙間の空気はリード側Ｂ上方に押し出される。
下降動作と同時に、保持具８が熱収縮チューブ１０１、熱溶融チューブ１０２および検出素子４を所定の速度で回転させているため、熱収縮チューブ１０１および熱溶融チューブ１０２は全周が加熱され、それぞれ熱収縮および熱溶融する。

バーナ１０による加熱は、リード側Ｂの熱収縮チューブ１０１上端まで行う。バーナ１０で加熱された結果、熱収縮チューブ１０１は図１に示す外層１の状態となり、また熱溶融チューブ１０２は図１に示す内層２の状態となって、検出素子４が封止される。保持具８で保持され、加熱されなかった部分の熱溶融チューブ１０２は、熱溶融せずに図１に示す未溶融部３となる。製造された検出素子封止構造が冷え固まった後、熱収縮チューブ１０１が熱収縮して閉じた検出素子側Ａ先端を切り落としてもよい。図１は、検出素子側Ａ先端が切り落とされた後の検出素子封止構造を示している。

このように、熱収縮チューブ１０１および熱溶融チューブ１０２を先端から局所的に加熱した結果、未収縮の熱収縮チューブ１０１は加熱された長さだけ熱収縮すると共に、熱溶融チューブ１０２が熱収縮チューブ１０１内側に溶融し、検出素子４とそのリード５、さらにリード５と接続される延長用被覆電線７が外層１内に封止される。

図３は、この発明の実施の形態１に係る検出素子封止構造が、製造過程における加熱により受けた熱量を示すグラフである。図３において、縦軸は加熱により受けた熱量を、横軸は検出素子封止構造の検出素子側Ａからリード側Ｂ方向の高さ位置を、それぞれ示す。本実施の形態１に係る検出素子封止構造の製造方法であるバーナ１０で加熱した場合の各高さ位置における検出素子封止構造が受けた熱量２１を、従来の検出素子封止構造の製造方法の１例である特許文献１に開示された、加熱槽で加熱した場合の各高さ位置における検出素子封止構造が受けた熱量２２と比較する。

図３に示すバーナ１０で加熱した場合の熱量２１は、検出素子封止構造の高さ位置によらず常に一定である。これは、バーナ１０の火炎１１による加熱が局所的であること、および、保持具８の下降速度および回転速度が一定であることによる。
これに対して、特許文献１に開示の加熱槽で加熱した場合の熱量２２は、検出素子封止構造の高さ位置に反比例して減少する。ここで、特許文献１に開示の検出素子封止構造の製造方法を簡単に説明する。

特許文献１では、検出素子が挿入された、熱収縮性を有する外層と熱溶融性を有する内層とが一体となった２層構造の熱収縮チューブを、はんだ等が溶解した加熱槽に挿入することによって加熱し封止構造を製造する。２層構造の熱収縮チューブは、検出素子が挿入されている側の熱収縮チューブ先端（検出素子側とする）から検出素子から出るリード側の熱収縮チューブ（リード側とする）方向へ向かって、徐々に加熱槽に挿入され、所定の長さ挿入した時点で引き上げられる。
従って、最初に加熱槽に挿入される検出素子側は、所定の長さが加熱槽に挿入されるまでの間加熱されるため、加熱槽から受ける熱量が多くなる。反対に、リード側は加熱槽に挿入されている時間が短くなり、加熱槽から受ける熱量が少なくなる。
この製造方法では、検出素子が挿入されている検出素子側が受ける熱量が多いために、検出値のドリフト等といった不具合が検出素子に生じるおそれがある。この熱の悪影響を抑えるために、加熱槽の温度を低くして検出素子封止構造を製造した場合には、不具合は生じにくくなるが、２層構造の熱収縮チューブの熱収縮および熱溶融に要する加熱時間が長くなり、結果として製造時間も長くなってしまう。

これに対して、本実施の形態１に係る検出素子封止構造の製造方法ではバーナ１０の火炎１１により局所的な加熱を行うために、検出素子側Ａが受ける熱量２１が加熱槽で加熱した場合の熱量２２に比べて少なくすむ。従って、熱を受け続けることによる検出素子４の不具合が生じるおそれが低減される。また、加熱槽より高温の火炎１１を使用することによって、バーナ１０で加熱した場合の製造時間を加熱槽で加熱した場合のそれに比べて短縮することができる。高温の火炎１１による加熱であっても、短時間の局所加熱であるために検出素子４への熱の悪影響は低減される。

以上のように、実施の形態１によれば、熱収縮性を有する熱収縮チューブ１０１の内側に、別体の熱溶融性を有する熱溶融チューブ１０２を重ねてなる２層のチューブを加熱することにより検出素子を封止するように構成したので、汎用で安価な熱収縮チューブおよび熱溶融チューブを用いることで、安価な検出素子封止構造を得ることができる。
また、加熱することにより検出素子４と熱収縮チューブ１０１との隙間を埋める熱溶融チューブ１０２が検出素子４に密着した状態で封止するように構成したので、検出素子４と外層１との間に生じる隙間を内層２が確実に埋めることができる。そのため、空気等の影響が排除され、検出素子４の検出感度や応答性に悪影響を及ぼすことのない良好な封止が実現する。

また、実施の形態１によれば、熱収縮チューブ１０１と熱溶融チューブ１０２とからなる２層のチューブを、２層のチューブの中心軸を中心として一定速度で回転させると共に、軸方向にそってバーナ１０が加熱するように構成した。そのため、バーナ１０の火炎１１により高温で加熱することで、検出素子封止構造を短時間で製造することができる。また、バーナ１０の火炎１１を用いた局所加熱により、受ける熱量が２層のチューブ内の場所によらず均一となり、加熱が検出素子４に及ぼす悪影響を低減することができる。
また、検出素子側Ａからリード側Ｂに向かってバーナ１０が２層のチューブを加熱することにより、検出素子４周辺に存在する隙間の空気がリード側Ｂ上方に押し出され、空気等の封入による隙間のない確実な封止ができる。

なお、上記実施の形態１では、熱溶融チューブ１０２と延長用被覆電線７とを保持具８で保持し、下降および回転させるように構成したが、熱溶融チューブ１０２と延長用被覆電線７とを保持した保持具８の高さ位置が固定された状態で、バーナ１０を保持具８の方向へ上昇させる構成であってもよい。あるいは、バーナ１０を保持具８の方向へ上昇させながら、回転させる構成であってもよい。
また、上記実施の形態１では、保持具８が熱収縮チューブ１０１および熱溶融チューブ１０２を回転させることにより２層のチューブ全周を加熱する構成であったが、例えばバーナ１０を同一高さ位置の円周上に複数設置して、火炎１１が２層のチューブ全周を同時に加熱する構成であってもよい。その場合には、保持具８は熱収縮チューブ１０１および熱溶融チューブ１０２の回転動作はせずに、上下動作のみを行う。あるいは、バーナ１０を保持具８の方向へ移動させる構成であってもよい。

さらに、上記実施の形態１では、熱収縮チューブ１０１および熱溶融チューブ１０２の加熱にバーナ１０による火炎１１を用いる構成としたが、熱収縮チューブ１０１および熱溶融チューブ１０２を局所的に加熱できる構成であればよく、例えば熱風による加熱をする構成であってもよい。

また、上記実施の形態１に係る検出素子封止構造は、検出素子４である測温抵抗素子を封止する構成であったが、封止するものは測温抵抗素子以外でもよく、耐水性および耐薬品性を要するサーミスタ、熱電対等を検出素子４として用いた構成であってもよい。さらに、封止するものは検出素子以外でもよく、耐水性および耐薬品性を要するＬＥＤ等であってもよい。

この発明の実施の形態１に係る検出素子封止構造の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態１に係る検出素子封止構造の製造方法を示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係る検出素子封止構造が製造過程における加熱により受けた熱量を示すグラフである。

符号の説明

１ 外層
２ 内層
３ 未溶融部
４ 検出素子
５ａ，５ｂ リード
６ａ，６ｂ 接続箇所
７ａ，７ｂ，７ｃ 延長用被覆電線
８ 保持具
９ 台座
１０ バーナ
１１ 火炎
２１，２２ 熱量
３０，４０ 矢印
１０１ 熱収縮チューブ
１０２ 熱溶融チューブ

Claims (6)

1. 熱収縮性を有するチューブの内側に別体の熱溶融性を有するチューブを重ねてなる２層のチューブ内に検出素子を位置させ、当該２層のチューブの外周を加熱することにより、前記熱溶融性を有するチューブを熱溶融し、前記検出素子に密着した状態で封止してなる検出素子封止構造。
   
2. 検出素子が挿入されている熱溶融性を有するチューブと、当該熱溶融性を有するチューブの外側に重ねられた熱収縮性を有するチューブとからなる２層のチューブを、当該２層のチューブの中心軸を中心として回転させると共に、前記２層のチューブの軸方向に沿って外周方向から加熱し、前記検出素子を前記２層のチューブで封止する検出素子封止方法。
3. 検出素子が挿入されている熱溶融性を有するチューブと、当該熱溶融性を有するチューブの外側に重ねられた熱収縮性を有するチューブとからなる２層のチューブの軸方向に沿って、全周を同時に加熱し、前記検出素子を前記２層のチューブで封止する検出素子封止方法。
4. 検出素子にはリードが接続され、当該検出素子およびリードが挿入されている２層のチューブを当該検出素子が下側となるよう保持し、前記検出素子側から前記リード側へ向かって前記２層のチューブを加熱することを特徴とする請求項２または請求項３記載の検出素子封止方法。
5. ２層のチューブにおける被加熱位置は一定速度で移動することを特徴とする請求項２から請求項４のうちのいずれか１項記載の検出素子封止方法。
6. 火炎により加熱することを特徴とする請求項２から請求項５のうちのいずれか１項記載の検出素子封止方法。

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