JP2011007612A - 端子付センサ - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト化が図られ、保護管にも挿入組立が容易な、信頼性の高い端子付センサを提供する。
【解決手段】素子取付部１１とコネクタ用接続部１２と、該素子取付部とコネクタ接続部とを連結する導通部１３とを、1枚の薄板素材から一体に形成した端子部材１を備え、２つの端子部材の該素子取付部間に、半田または導電性接着剤を介して感知素子２を挟着状に固着し、感知素子及び素子取付部の外面に、電着により絶縁被膜を形成した。
【選択図】図１

Description

本発明は端子付センサに関する。

従来、温度センサとして、特許文献１記載のように、帯板状端子の先端に半田を介してサーミスタ素子を挟着したものが知られている。

特許第３４９３８０２号公報

ところで、上記特許文献１に記載の端子部材は、コネクタ用接続部の肉厚と同一の十分に厚みのある帯板材が使用されていた。その厚みのある帯板材の先端に、サーミスタ素子を半田付けした場合に次のような問題があることが判明した。即ち、サーミスタ素子（チップ）の熱膨張係数と、これと半田付けされる帯板材（金属）の熱膨張の差によって、半田付け部位及びサーミスタ素子（チップ）に大きな熱応力を発生し、クラックが発生する等の問題がある。
また、上記特許文献１のものは、コーティング材と合成樹脂製位置決め部材と金属製保護筒と（射出成形した）合成樹脂体等の多くの部品を要すると共に、複雑な構造であるという問題もあった。

そこで、本発明者等は、このような複雑な構造を簡素化し、さらに、構成部品の点数を減少し、かつ、上記クラックの発生を防止するため多大な努力を払って、試作・実験及び研究・開発を行ってきた。
例えば、サーミスタ素子を挟着して固着する端子部材の板厚寸法（先端取付部の断面積）を、従来よりも減少し、上記クラックの発生を防止するための発明については、本出願人は別途特許出願を行っている（特願２００９−９７３０４）。さらに、上記コーティング材、合成樹脂製位置決め材等を省略して、直接的に射出成形して合成樹脂にて被覆する構造についても提案を行ってきた。

しかし、サーミスタ素子を挟着する端子部材の先端取付部の断面積が極めて小さくなり、剛性も極端に小さくなり、射出成形時の樹脂圧によって、先端取付部同士が接触してしまい、電気的短絡を生ずる虞がある。

そこで、本発明は、素子取付部と、コネクタ用接続部と、上記素子取付部と上記接続部とを連結する導通部と、を１枚の薄板素材から一体に形成した端子部材を備え、２つの上記端子部材の上記素子取付部の間に、半田又は導電性接着剤を介して、感知素子を挟持状に固着し、上記感知素子及び上記素子取付部の外面に、電着により絶縁被膜を形成したものである。
また、上記絶縁被膜を形成した上記感知素子及び上記素子取付部、及び、上記導通部を、樹脂ボディにて被覆一体化したものである。

絶縁被膜は極めて薄く、素子取付部及び感知素子は、コンパクト化が図られ、保護管にも挿入組立が容易となり、かつ、絶縁も確実に行われて、安定して高品質・高性能を維持可能となる。
さらに、樹脂ボディを射出成形にて被覆する場合にも、射出圧力によって一対の素子取付部が変形して、仮に相互に接触したとしても、電気的短絡を防止できる。
さらに、電着によって絶縁被膜を均一に形成することで、（従来のディッピング法に比較して）断面形状が角張っていても、角部にも十分に絶縁被膜が形成でき、膜厚も小さく、小型化にも貢献できる。かつ、従来のディッピング法よりも絶縁被膜が薄くなることで、感知素子の感度・応答性が向上する。

本発明の実施の一形態を示す断面図である。 要部の斜視図である。 他の実施の形態を示す断面図である。 要部の斜視図である。 製造方法の一工程を説明するための図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。 製造方法の次の工程を説明するための図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＹ−Ｙ断面図、（ｃ）は（ａ）の拡大Ｚ−Ｚ端面断面図である。 製造方法（電着工程）を説明するための正面図である。 電着工程と電着の原理を説明する要部断面説明図である。 要部拡大断面図である。 その後の工程を説明するための図であって、（ａ）は正面図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大Ｚ´−Ｚ´端面断面図である。 図３と図４に例示した端子付センサの製造方法（電着工程）の説明図である。 コネクタ用接続部12の製造方法を工程順に示す説明断面図である。

以下、図示の実施の形態に基づき本発明を詳説する。
図１に示した本発明の実施の一形態に於て、金属薄板から成る一対の端子部材１，１と、感知素子２と、端子部材１，１の一部位及び感知素子２を一体状に被覆した樹脂ボディ３とを、備えている。感知素子２は直方体等の小ブロック型であり、例えば、サーミスタ素子とする。
各端子部材１は、素子取付部11と、コネクタ用接続部12と、この素子取付部11とコネクタ用接続部12とを連結する導通部13と、を一体に有する。
２つの端子部材１，１の素子取付部11，11は、相互に接近し、かつ、先端で交叉するように傾斜状に配設され、その交叉部10にて感知素子２を挟持状に、半田又は導電性接着剤を介して、固着して成る。

ところで、図１と図２に、点々をもって示した部位は、電着により形成した絶縁被膜20を示す。つまり、少なくとも感知素子２と素子取付部11，11の外面には、電着絶縁被膜20が形成されている。なお、図例のように、導通部13，13の先端寄りにも電着絶縁被膜20を形成することも、好ましい。
上記絶縁被膜20を形成した感知素子２及び素子取付部11、及び、導通部13を、樹脂ボディ３にて被覆一体化する。樹脂ボディ３の材質としては、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン、ナイロン、ポリフェニレンサルファイドや、それらにガラス繊維を含有したものが用いられる。耐熱性の点で、ポリフェニレンサルファイドが好ましい。

本発明に於て、端子部材１の製作のための薄板素材としては、厚さ寸法が、0.05mm〜0.50mmのものが使用される。図１又は図２に示すように、素子取付部11は、横断面一文字状であり、かつ、上述のような厚さ寸法の薄板から成るため、剛性が小さく弾性変形しやすい。絶縁被膜20にて被覆されているので、仮に素子取付部11，11同士が接触したとしても電気的短絡を防止できる。

コネクタ用接続部12は、端子部材１の長手方向に沿った折り曲げ線で両側から内側方向へ折り畳んだ４層構造の横断面略正四角形に形成されている。具体的には、図12に横断面をもって工程順に図示した如く、（同図（ａ）に示すような）横断面一文字の帯板状片部14の両端縁15，15を内側に折込んで、同図（ｂ）の形状とした後、同図（ｃ）に示すように両端縁15，15を内側へさらに折曲げて幅方向Ｗに４層構造とする。その後、四方向から圧縮して、同図（ｃ）から（ｄ）のように、横断面略正方形に塑性変形させる。

このように、強度と剛性を必要とするコネクタ用接続部12は、例えば、１辺が0.64mmの横断面略正方形とすることができ、他方、（図１と図２に示すように、）感知素子２を挟持する素子取付部11，11は、厚さが0.16mmの極めて薄い一文字断面として、熱膨張に伴う（感知素子２へ及ぼす）熱応力を、微小な値とすることが可能となり、感知素子２への悪影響を低減して、優れた感知性能を発揮でき、さらに、半田付け部位又は接着部位のクラック発生も防止できる。

このように、素子取付部11を極めて肉厚寸法の小さい（断面積の小さい）ものとして、前述のような利点が得られるが、それ故に、素子取付部11の剛性が小さく、容易に弾性変形を生じるため、樹脂ボディ３を射出成形する際の溶融樹脂圧力を受けて、一対の素子取付部11，11同士が接触することも予測されるが、絶縁被膜20を予め形成してあることで、電気的短絡を防ぐことができるのである。

次に、図３と図４に示す他の実施の形態について説明する。図１，図２と同一符号は同様の構成であるので、主として、相違する構成につき以下説明する。
図３，図４の実施の形態では、図１，図２に示した交叉部10が存在せず、素子取付部11，11は相互に平行状に配設して、（その先端の間に）感知素子２を挟着状に固着している。導通部13は、素材厚さのままで塑性加工された補強部30を有する第１導通部13Ａと、この第１導通部13Ａの先端から、素子取付部11の基端を接続するための第２導通部13Ｂとから成り、第２導通部13Ｂは、幅寸法が先端方向へしだいに減少し、しかも、一対の第２導通部13Ｂ，13Ｂの相互間隔寸法が先端方向へしだいに減少するように、塑性加工にて形成されている。
なお、図１，図２でも、補強部30がプレス加工等にて形成されている。また、図３，図４でも、コネクタ用接続部12の形状は、図12（ｄ）に示すような横断面形状として、同様に作製されている。

図３と図４に示すように、素子取付部11，11は、横断面の幅寸法も小さく、しかも、長手方向に相互平行に長い寸法をもって、接近状態であるので、射出成形の際の溶融樹脂圧を受けて、素子取付部11，11同士が接触する虞が高い。
しかしながら、点々をもって示す範囲（部位）には、電着絶縁被膜20が形成されているので、電気的な短絡を確実に防ぎ得る。

次に、図１，図２に示すような交叉部10を形成した端子部材１，１と、交叉部に挟着された感知素子２とを備えた端子付センサの製造方法について、以下説明する。図５〜図10にその製造方法の主要部を工程順に示し、まず、図５に示すように、複数本の平行な細帯体21…と、この細帯体21の長手方向の中途部を順次連結する連結片部22とから成る櫛型中間体23を、めっき処理した金属薄板素材から作製する。これを基本プレス工程と呼ぶ。この際、隣り合う細帯体21，21を一対毎に一組として、この一組の細帯体21，21の先端を相互に接近するように傾斜した傾斜先端部24，24を、上記基本プレス工程にて作製する。傾斜先端部24，24の最先端は相互に微小間隔Ｇを有する。連結片部22、及び、細帯体21の一部を含んで図５（ａ）のＸ−Ｘ線に沿って切断した場合には、図５（ｂ）に示す一直線状の断面となる。

その後、図６に示すように、一組の細帯体21，21の間の連結片部22を、折り曲げＡして、一組の細帯体21，21のピッチ寸法Ｐを（元のＰ₁ からＰ₂ に）減少させることによって、傾斜先端部24，24を交叉させ、感知素子２を保持する交叉部10を形成する（これを交叉部形成工程と呼ぶ）。
感知素子２は、その後、交叉部10に差込んで、半田又は導電性接着剤で固着する（これを素子固着工程と呼ぶ）。あるいは、図示省略するが、図５に示した状態下で、一対の傾斜先端部24，24の内の一方に予め感知素子２を載置して半田又は導電性接着剤で固着し、その次に、図６のように、傾斜先端部24，24の内の他方を感知素子２に重ね合わせて、半田又は導電性接着剤で固着する。つまり、後者は、素子固着工程と交叉部形成工程とが混在しているといえる。この傾斜先端部24が、その後、図１と図２に示した素子取付部11を構成する。
その後、図６の上下を反転して、図７に示すように横断面略正方形のコネクタ用接続部12を、仮想線で示したチャック部材（治具）25にて挟持し、電着槽８内に、下端の感知素子２と傾斜先端部24（素子取付部11）、さらに、細帯体21の一部を、電着液９へ浸漬し、所定時間通電を行い絶縁被膜20を形成する。

図７に示すように、連結片部22は未だ切断されておらず、細帯体21は多数本が櫛型に連結されている櫛型中間体23のままの構造であるので、所定時間の電着液９内に浸漬させつつ、容易に能率的に矢印Ｂ方向への送りを与えることができる。
図８は、この電着層付着工程の概要説明のための簡略説明のための図であり、図７の矢印Ｂ方向から見た要部拡大断面図であって、電着槽８内にはマイナス電極16が差し込まれ、矢印Ｂ方向へ送りを与えられる櫛型中間体23はプラス極となるように、電源に接続される。電着液９について説明すれば、環境の点で対して水溶性の電着塗料が好ましい。また、電着塗料に含有する樹脂成分（被電着物表面に形成される絶縁被膜の主成分）は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、エポキシ−アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂，ポリイミド樹脂、ポリエステルイミド樹脂の中から適宜選択すれば良く、中でも、耐熱性の点で、ポリイミド樹脂が好ましく、詳しくは、ポリイミドの主鎖中にシロキサン結合を含有しているポリイミド樹脂が最適である。図８に於て、模式的に小円にて示したのは、上述のエポキシ系等の樹脂微粒子17であって、泳動中の樹脂微粒子17は。マイナス帯電しており、プラス極としての櫛型中間体23の内の傾斜先端部24（素子取付部11）及び感知素子２等の外面に効率良く次々と付着して、電着層18を形成する。

その後、乾燥工程と焼付工程を行えば、図９に示すように、絶縁被膜20が感知素子２、及び、傾斜先端部24（素子取付部11）等の外面に、均一な厚さをもって、形成される。特に、本発明では電着によって絶縁被膜20を形成するので、図９に示すように、感知素子２の角部Ｃ、及び、素子取付部11の角部Ｃの皮膜厚さが、他の部位と、同じ厚さに（均等に）形成される。これによって、絶縁被膜20の全体の厚さを十分に薄くしても、絶縁特性が良好となる。
図９に示したように焼付け工程を経て絶縁被膜20を形成した後、図10に示すように、連結片部22（図７参照）を切断除去する。つまり、連結片部22は、切断片22ａ，22ｂとして図７に破線にて示した位置にて切断分離されて除去される。
図10（ａ）に示すように、一対の端子部材１，１と、その素子取付部11，11の間に挟着された感知素子２から成り、点々にて示した範囲に絶縁被膜20を形成した端子付センサ中間品５が得られる。図10（ｂ）に示すように、絶縁被膜20は、感知素子２及び素子取付部11，11を均一厚さに被覆しており、特に、角部Ｃにも均等に被覆している。

なお、その後、上記端子付センサ中間品５は、図１にて述べたように、樹脂射出成形によって、樹脂ボディにて（コネクタ用接続部12を除いて）包囲形成される。あるいは、（図示省略するが）金属製保護管の中に（図２のものを）挿入して組み付けて、端子付センサとしても良い。この際に、絶縁被膜20を、感知素子２と素子取付部11のみならず、導通部13の長い範囲までも被覆形成するのが望ましい場合もあり、そのためには、図７に例示した深さ（浸漬深さ）Ｄを一層深くすれば良い。

上述の図５〜図10の製造方法に於て、所定本数の細帯体21…、又は、多数本の細帯体21…が、連結片部22にて櫛状（柵状）に連結された状態で電着工程に移行し、焼付工程の後に、切断分離（図10参照）する方法であるので、生産効率が著しく改善され、かつ、製品の品質も安定する。
ところで、図５〜図10に於て、細帯体21は簡略化して図面に示しており、実際は、例えば図２に示すように、補強部30（折曲片部，凸条部）、貫通孔、切欠部、重ね部等の部分を備えた形状であり、しかも、これ等は、打ち抜き，折り曲げ，折り畳み，圧縮加工，切断等の基本プレス工程によって、作製される。なお、図５に於ける傾斜先端部24を、打ち抜き加工にて行う以外に、予め相互に平行に打ち抜き加工した先端部の途中を、斜め折り畳み加工することで形成することも望ましい（図示省略）。

次に、図11は、図４に例示した端子付センサ中間品５を製造する場合を説明する図である。
即ち、金属薄板（導電板）から基本プレス加工によって、かつ、記述の図５等に示した連結片部22を切断分離して端子部材１を独立状に作製し、次に、半田又は導電性接着剤によって感知素子２を、２本の（独立した）端子部材１，１の素子取付部11，11間に挟持状に固着した中間品を製造する。

次に、図11に示すように、チャック部材25にて、１本ずつ、又は、複数本を、掴持し、電着槽８の電着液９内へ、感知素子２と素子取付部11（さらには必要ならば導通部13の一部）を浸漬し、記述の図７と図８と同様に、電着工程を経て、その後、図９のように、焼付け工程を経て、図４に点々をもって示す部位に電着絶縁被膜20を形成する。特に、一対の素子取付部11，11が幅寸法が小さく、かつ、相互間隔も小さく平行に配設されているが、仮に接触を生じても、絶縁被膜20にて外面が被覆されているため、電気的短絡を防止できる。

なお、本発明は上述した実施の形態以外にも設計変更自由であって、端子部材１の形状、特に素子取付部11の形状や構造は変更可能である。また、図11のように複数本を同時に掴持して電着する以外に、１本ずつ電着させることも可能である。また、感知素子２は感温素子（サーミスタ素子）以外のセンサ用の素子であっても良い。

本発明は、上述のように、素子取付部11と、コネクタ用接続部12と、上記素子取付部11と上記接続部12とを連結する導通部13と、を１枚の薄板素材から一体に形成した端子部材１を備え、２つの上記端子部材１の上記素子取付部11，11の間に、半田又は導電性接着剤を介して、感知素子２を挟持状に固着し、上記感知素子２及び上記素子取付部11，11の外面に、電着により絶縁被膜20を形成した構成であるので、絶縁被膜20は均一かつ極めて薄く形成され、信頼性の高いコンパクトなセンサが得られる。特に、電着によって形成されるので、気泡の巻き込みやピンホールが無く、角部Ｃにおいても均一な厚みで被覆されるので、電気的絶縁性が安定して良好である。絶縁被膜20が均一に薄く形成できるので、感知素子２の感度と応答性が優れる。さらに、射出成形による溶融樹脂圧を受ける場合や金属保護管内へ挿入する場合に、素子取付部11，11が相互に接触しても、絶縁性が維持され、電気的短絡を発生しない。
また、上記絶縁被膜20を形成した上記感知素子２及び上記素子取付部11、及び、上記導通部13を、樹脂ボディ３にて被覆一体化したので、電気的短絡を生じない、コンパクトで取扱いの容易なセンサが得られる。

１ 端子部材
２ 感知素子
３ 樹脂ボディ
８ 電着槽
11 素子取付部
20 絶縁被膜
21 細帯体

Claims (2)

1. 素子取付部（11）と、コネクタ用接続部（12）と、上記素子取付部（11）と上記接続部（12）とを連結する導通部（13）と、を１枚の薄板素材から一体に形成した端子部材（１）を備え、
   ２つの上記端子部材（１）の上記素子取付部（11）（11）の間に、半田又は導電性接着剤を介して、感知素子（２）を挟持状に固着し、
   上記感知素子（２）及び上記素子取付部（11）（11）の外面に、電着により絶縁被膜（20）を形成したことを特徴とする端子付センサ。
2. 上記絶縁被膜（20）を形成した上記感知素子（２）及び上記素子取付部（11）、及び、上記導通部（13）を、樹脂ボディ（３）にて被覆一体化した請求項１記載の端子付センサ。

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