JP2023177671A - 温度検出器 - Google Patents
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Abstract
【課題】 比較的大きな温度変化に晒され及び／又は比較的長時間に渡って水中に浸漬した状態で使用されても、マイグレーションによるサーミスタチップ及び／又はリード線の接続端部の劣化が防止される温度検出器を提供する。【解決手段】 温度検出器は、サーミスタチップ、サーミスタチップに接続された一対のリード線、及びサーミスタチップとリード線の接続端部とを被覆する絶縁性被覆を含む。絶縁性被覆は高粘着性樹脂製内側層とエポキシ系樹脂製外側層とから構成されている。【選択図】 図１
Description
本発明は、温度検出器、更に詳しくはサーミスタチップ、このサーミスタチップに接続された一対のリード線及びサーミスタチップとリード線の接続端部とを被覆する絶縁性被覆を含む温度検出器に関する。
下記特許文献１には、サーミスタチップ、このサーミスタチップに接続された一対のリード線及びサーミスタチップとリード線の接続端部とを被覆する絶縁性被覆を含む温度検出器が開示されている。絶縁性被覆は通常の（即ち非高粘着性の）シリコーン系樹脂から構成された内側層とエポキシ系樹脂から構成された外側層とを含んでいる。サーミスタチップ、一対のリード線の接続端部及び絶縁性被覆は、片端は閉塞され他端は開放された円筒形状の金属製ケース内に収納され、ケース内には高熱伝導性エポキシ樹脂が充填されている。
本発明者の経験によれば、上記特許文献１に記載されている上記のとおりの温度検出器には、特に比較的大きな温度変化に晒された状態及び／又は比較的長時間に渡って水中に浸漬された状態で使用されると、サーミスタチップ及び／又はリード線の接続端部がマイグレーション（短絡の発生）によって劣化されてしまう傾向がある、という問題があることが判明した。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、その主たる技術的課題は、比較的大きな温度変化に晒された状態及び／又は比較的長時間に渡って水中に浸漬された状態で使用されても、マイグレーションによるサーミスタチップ及び／又はリード線の接続端部の劣化が防止される、新規且つ改良された温度検出器を提供することである。
本発明者は、鋭意検討及び実験の結果、上述したとおりの従来の温度検出器においては、絶縁性被覆の内側層と外側層との間の剥離強度が充分でなく、比較的大きな温度変化に晒された状態及び／又は比較的長時間に渡って水中に浸漬された状態で使用されると、特に絶縁性被覆の内側層と外側層とが局部的に剥離されて両者間に間隙が生成され、これに起因してサーミスタチップ及び／又はリード線の接続端部がマイグレーションによって劣化されてしまうことを認識した。そして、かかる認識を踏まえて、絶縁性被覆の内側層を、サーミスタチップに対する剥離強度は大きいが絶縁性被覆の外側層に対する剥離強度は小さい（０．０８乃至０．０９ＭＰａ程度）通常の（即ち非高粘着性の）シリコーン系樹脂に代えて、サーミスタチップに対する剥離強度のみならず絶縁性被覆の外側層に対する剥離強度も充分に大きい高粘着性樹脂から形成することによって、上記主たる技術課題を達成することができることを見出した。
即ち、本発明によれば、上記主たる技術的課題を達成することができる温度検出器として、
サーミスタチップ、該サーミスタチップに接続された一対のリード線、及び該サーミスタチップと該リード線の接続端部とを被覆する絶縁性被覆を含む温度検出器において、
該絶縁性被覆は高粘着性樹脂製内側層とエポキシ系樹脂製外側層とから構成されている、ことを特徴とする温度検出器が提供される。
サーミスタチップ、該サーミスタチップに接続された一対のリード線、及び該サーミスタチップと該リード線の接続端部とを被覆する絶縁性被覆を含む温度検出器において、
該絶縁性被覆は高粘着性樹脂製内側層とエポキシ系樹脂製外側層とから構成されている、ことを特徴とする温度検出器が提供される。
好ましくは、該高粘着性樹脂は付加反応型シリコーン系樹脂、特にビニル基を含有するオルガノポリシロキサンを主成分する付加反応型シリコーン系樹脂である。該内側層は０．５μｍ以上の厚さを有するのが好都合である。該内側層は該サーミスタチップ及び該外側層に対して０．２０ＭＰａ以上、特に０．３０ＭＰａ以上、殊に０．５０ＭＰａ以上の剥離強度を有するのが好適である。該サーミスタチップ、該一対のリード線の接続端部及び該絶縁性被覆は、片端は閉塞され他端は開放された円筒形状の金属製又は合成樹脂製ケース内に収納され、該ケース内には合成樹脂が充填されているのが望ましい。
本発明に従って構成された温度検出器においては、後述する実施例等からも明確に理解される如く、絶縁性被覆の内側層がサーミスタチップ及び絶縁性被覆の外側層に対して大きな剥離強度を有する高粘着性樹脂から形成されている故に、比較的大きな温度変化に晒された状態及び／又は比較的長時間に渡って水中に浸漬された状態で使用されても、絶縁性被覆の内側層と外側層とが局部的に剥離されることがなく、サーミスタチップ及びリード線の接続端部の絶縁が確実に維持され、かくしてマイグレーションによるサーミスタチップ及び／又はリード線の接続端部の劣化が防止される。
以下、本発明に従って構成された温度検出器の好適実施形態を図示している添付図面を参照して、更に詳述する。
図１を参照して説明すると、全体を番号２で示す温度検出器はサーミスタチップ４を含んでいる。サーミスタチップ４は、温度検出素子としてのサーミスタ素子、このサーミスタ素子の両面（即ち図１において上面及び下面）に積層された素子電極層、及び素子電極層に積層されたカバー電極から構成されている、それ自体は周知の形態でよく、例えば平面図における寸法が１×１ｍｍ程度で厚さが０．５ｍｍ程度の平板形状である。かようなサーミスタチップ４の詳細については、例えば特開２０２０－２１８６１号公報に記載されているので、かかる記載を引用して本明細書においては説明を省略する。
サーミスタチップ４の両面には、夫々、一対のリード線６の接続端部（即ち絶縁カバーが除去された端部）６ａの各々が接続されている。サーミスタチップ４の表面及び裏面に対するリード線６の接続端部６ａの接続は、例えばＳｎ－Ｃｕ系はんだ８によって遂行することができる。温度検出の際には、リード線６の他端は抵抗計（図示していない）を介して電源（図示していない）に接続される。サーミスタチップ４と、リード線６の接続端部６ａと、そしてまた図示の実施形態においてはリード線６の接続端部６ａに隣接して位置する部分とは、絶縁性被覆１０によって被覆されている。絶縁性被覆１０は内側層１２とこの内側層１２を覆う外側層１４とから構成されている。図示の実施形態においては、リード線６の接続端部６ａの一部は内側層１２によっては覆われることなく外側層１４のみによって覆われているが、所望ならばリード線６の接続端部６ａ及びこれに隣接するリード線６の絶縁カバーの先端部を内側層１２によって覆うこともできる（しかしながら、内側層１２をディップコーティングによって形成してリード線６の接続端部６ａ及びこれに隣接するリード線６の絶縁カバーの先端部をも覆うと、リード線６の絶縁カバーの先端部に対応する部位において絶縁性被覆１０が局部的に膨出し、これに起因して特に後述するケースの内径が小さい小寸法温度検出器の場合、後述するケース内に絶縁性被覆１０によって被覆されたサーミスタチップ４を挿入する操作が困難になる傾向がある。
本発明に従って構成された温度検出器２においては、絶縁性被覆１０の内側層１２は高粘着性樹脂製であり、絶縁性被覆１０の外側層１４はエポキシ系樹脂製であることが重要である。絶縁性被覆１０の内側層１２を構成する高粘着性樹脂は、サーミスタチップ４（上記特開２０２０―２１８６１号公報に開示されているサーミスタチップにおいては、その両表面にカバー電極が配設されておリ、カバー電極の外側層はＡｕ薄膜から形成されている）に対する剥離強度と共に絶縁性被覆１０の外側層１４を構成するエポキシ系樹脂に対する剥離強度が０．２０ＭＰａ以上、好ましくは０．３０ＭＰａ以上、殊に０．５０ＭＰａ以上の剥離強度、を有することが好ましい。高粘着性樹脂のサーミスタチップ４に対する剥離硬度は５．６０ＭＰａ以下であることが望ましい。本発明者の経験及び実験によれば、サーミスタチップ４及び絶縁性被覆１０の外側層１４に対する、絶縁性被覆１０の内側層を構成する高粘着性樹脂の剥離強度が過少であると、特にサーミスタチップ４及び絶縁被覆層１０が比較的大きな温度変化に晒された状態及び／又は比較的長時間に渡って水中に浸漬された状態で使用された場合に、サーミスタチップ４と絶縁性被覆１０の内側層１２との間及び絶縁性被覆１０の内側層１２と外側層１４との間に局部的な剥離が生成され、これに起因してサーミスタチップ４及びリード線６の接続端部６ａがマイグレーションによって劣化されてしまう虞がある。他方、絶縁性被覆１０の内側層１２を構成する高粘着性樹脂のサーミスタチップ４に対する剥離強度が過大であると、特にサーミスタチップ４及び絶縁性被覆層１０が比較的大きな温度変化に晒された場合に、サーミスタチップ４における素子電極層及びカバー電極層が絶縁性被覆１０の内側層１２と共に移動してサーミスタ素子から局部的に剥離されてしまう傾向がある。
上記高粘着性樹脂の好適例としては、付加反応型シリコーン系樹脂、特にビニル基を含有するオルガノポリシロキサンを主成分とする付加反応型シリコーン系樹脂を挙げることができる。
絶縁性被覆１０の外側層１４は適宜のエポキシ系樹脂でよいが、チキソ性が付与されたエポキシ系樹脂、例えばビスフェノールＡ型エポキシ樹脂であるのが好適である。
上記のとおりの絶縁性被覆１０は所謂ディップコーティングによって形成することができる。即ち、最初に、サーミスタチップ４を液状の高粘着性樹脂内に浸漬し、次いで液状の高粘着性樹脂から上方に引き上げて加熱硬化させて内側層１２を形成する。次に、内側層１２が被覆されたサーミスタチップ４を液状のエポキシ系樹脂内に浸漬し、次いで溶融状態のエポキシ系樹脂から引き上げて加熱硬化させて外側層１４を形成する。
図１を参照して説明を続けると、図示の実施形態においては、サーミスタチップ４及び絶縁性被覆１０と共にリード線６の一部（即ち接続端部６ａ及びこれに続く先端部分）はケース１６内に収容にされており、ケース１６の空間内には合成樹脂１８が充填されている。更に詳述すると、ケース１６は全体として円筒形状であり、片端（図１において左端）は円形端壁によって閉じられており、他端（図１において右端）は開放されている。サーミスタチップ４及び絶縁性被覆１０と共にリード線６の一部（即ち接続端部６ａ及びこれに続く先端部分）は、開放されている上記他端を通してケース１６内に挿入され、しかる後にケース１６内に液状の合成樹脂１８が充填され硬化される。ケース１６は銅薄板の如き適宜の金属薄板又はポリエチレンテレフタレートの如き適宜の合成樹脂から形成することができ、ケース１６内に充填される合成樹脂１８はフレキシブルエポキシ樹脂であるのが好都合である。
剥離強度試験Ａ（高粘着性樹脂）
株式会社大泉製作所から商品名「ＮＢＣ」として販売されているサーミスタチップと実質上同一構成である、厚さ０．５ｍｍの平板状素体の片面に、高粘着性樹脂であるビニル基を含有するオルガノポリシロキサンを主成分とする付加反応型シリコーン系樹脂を厚さ０．０５ｍｍで被覆し、次いで高粘着性樹脂の表面にビスフェノールＡ型エポキシ系樹脂を厚さ１．０ｍｍで被覆して試験片を作成した。そして、引張試験機を使用して素体に対する高粘着性樹脂の剥離強度及びエポキシ樹脂に対する高粘着性樹脂の剥離強度を測定した。かような剥離強度試験を２回遂行した。その結果は下記表１のとおりであった。表１におけるモード欄の「断裂」は高粘着性樹脂が破断して分離されたことを意味する。
株式会社大泉製作所から商品名「ＮＢＣ」として販売されているサーミスタチップと実質上同一構成である、厚さ０．５ｍｍの平板状素体の片面に、高粘着性樹脂であるビニル基を含有するオルガノポリシロキサンを主成分とする付加反応型シリコーン系樹脂を厚さ０．０５ｍｍで被覆し、次いで高粘着性樹脂の表面にビスフェノールＡ型エポキシ系樹脂を厚さ１．０ｍｍで被覆して試験片を作成した。そして、引張試験機を使用して素体に対する高粘着性樹脂の剥離強度及びエポキシ樹脂に対する高粘着性樹脂の剥離強度を測定した。かような剥離強度試験を２回遂行した。その結果は下記表１のとおりであった。表１におけるモード欄の「断裂」は高粘着性樹脂が破断して分離されたことを意味する。
剥離強度試験Ｂ（非高粘着性樹脂）
高粘着性樹脂に代えて、非高粘着性樹脂である縮合反応型シリコーン系樹脂を使用した点を除いて上記剥離強度試験Ａと同様にして剥離強度試験を２回遂行した。その結果は下記表２のとおりであった。表２におけるモード欄の「剥離」は非高粘着性樹脂が断裂されることなくエポキシ樹脂との界面で剥離したことを意味する。
高粘着性樹脂に代えて、非高粘着性樹脂である縮合反応型シリコーン系樹脂を使用した点を除いて上記剥離強度試験Ａと同様にして剥離強度試験を２回遂行した。その結果は下記表２のとおりであった。表２におけるモード欄の「剥離」は非高粘着性樹脂が断裂されることなくエポキシ樹脂との界面で剥離したことを意味する。
剥離強度試験Ｃ（高粘着性樹脂）
剥離強度試験Ａで使用した試験片と同一の試験片を使用して、プレッシャクッカテスト（ＰＣＴ）を９６時間遂行した後に、剥離強度試験を２回遂行した。その結果は下記表３に示すとおりであった。表３におけるモード欄の「断裂」は高粘着性樹脂が破断して分離されたことを意味する。
剥離強度試験Ａで使用した試験片と同一の試験片を使用して、プレッシャクッカテスト（ＰＣＴ）を９６時間遂行した後に、剥離強度試験を２回遂行した。その結果は下記表３に示すとおりであった。表３におけるモード欄の「断裂」は高粘着性樹脂が破断して分離されたことを意味する。
剥離強度試験Ｄ（非高粘着性樹脂）
剥離強度試験Ｂで使用した試験片を使用したことを除いて剥離強度試験Ｃと同様にして剥離強度試験を２回遂行した。その結果は下記表４に示すとおりであった。表４におけるモード欄の「剥離」は非高粘着性樹脂が断裂されることなくエポキシ樹脂との界面で剥離したことを意味する。
剥離強度試験Ｂで使用した試験片を使用したことを除いて剥離強度試験Ｃと同様にして剥離強度試験を２回遂行した。その結果は下記表４に示すとおりであった。表４におけるモード欄の「剥離」は非高粘着性樹脂が断裂されることなくエポキシ樹脂との界面で剥離したことを意味する。
実施例
図１に図示するとおりの形態の温度検出器を１０個作成した。サーミスタチップは株式会社大泉製作所から製品名「ＮＢＣ」として販売されているものであった。絶縁性被覆の内側層は、高粘着性樹脂であるビニル基を含有するオルガノポリシロキサンを主成分とする付加反応型シリコーン系樹脂をディップコーティング様式によって被覆して形成した。絶縁被覆の内側層の厚さは０．０５乃至０．１２ｍｍであった（この厚さは同様にして別途作成した温度検出器をＸ線撮像して測定したものである）。絶縁性被覆の外側層は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂をディップコーティング様式によって被覆して形成した。ケースは厚さ０．３ｍｍの銅薄板製で、外径は４．０ｍｍであった。ケース内にはフレキシブルエポキシ樹脂を充填した。
図１に図示するとおりの形態の温度検出器を１０個作成した。サーミスタチップは株式会社大泉製作所から製品名「ＮＢＣ」として販売されているものであった。絶縁性被覆の内側層は、高粘着性樹脂であるビニル基を含有するオルガノポリシロキサンを主成分とする付加反応型シリコーン系樹脂をディップコーティング様式によって被覆して形成した。絶縁被覆の内側層の厚さは０．０５乃至０．１２ｍｍであった（この厚さは同様にして別途作成した温度検出器をＸ線撮像して測定したものである）。絶縁性被覆の外側層は、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂をディップコーティング様式によって被覆して形成した。ケースは厚さ０．３ｍｍの銅薄板製で、外径は４．０ｍｍであった。ケース内にはフレキシブルエポキシ樹脂を充填した。
上記のとおりの１０個の温度検出器の各々について、耐マイグレーション試験を実施した。かかる耐マイグレーション試験においては、サーミスタチップに直列抵抗１ＫΩを介して直列電圧５Ｖを印加した状態で、プレッシャークッカテスト（ＰＣＴ）を９６時間遂行した。しかる後に、耐マイグレーション試験後に２５℃雰囲気で測定したサーミスタチップの抵抗値を耐マイグレーショ試験前に２５℃雰囲気中で測定しておいたサーミスタチップの抵抗値と比較し、抵抗値の変化が３％以下であれば合格とした。１０個の温度検出器の全てが合格であった。
比較例
絶縁性被覆の内側層を非高粘着性樹脂である縮合反応型シリコーン系樹脂をディップコーティング様式によって被覆して形成した点を除いて実施例と同様にして１０個の温度検出器を作成した。そして、実施例と同様の耐マイグレーション試験を実施した。合格した温度検出器は零であった。
絶縁性被覆の内側層を非高粘着性樹脂である縮合反応型シリコーン系樹脂をディップコーティング様式によって被覆して形成した点を除いて実施例と同様にして１０個の温度検出器を作成した。そして、実施例と同様の耐マイグレーション試験を実施した。合格した温度検出器は零であった。
２：温度検出器
４：サーミスタチップ
６：リード線
６ａ：リード線の接続端部
８：はんだ
１０：絶縁性被覆
１２：絶縁性被覆の内側層
１４：絶縁性被覆の外側層
１６：ケース
１８：ケースに充填された合成樹脂
４：サーミスタチップ
６：リード線
６ａ：リード線の接続端部
８：はんだ
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１６：ケース
１８：ケースに充填された合成樹脂
Claims (8)
- サーミスタチップ、該サーミスタチップに接続された一対のリード線、及び該サーミスタチップと該リード線の接続端部とを被覆する絶縁性被覆を含む温度検出器において、
該絶縁性被覆は高粘着性樹脂製内側層とエポキシ系樹脂製外側層とから構成されている、
ことを特徴とする温度検出器。 - 該高粘着性樹脂は付加反応型シリコーン系樹脂である、請求項１記載の温度検出器。
- 該付加反応型シリコーン系樹脂はビニル基を含有するオルガノポリシロキサンを主成分とする、請求項２記載の温度検出器。
- 該内側層は０．５μｍ以上の厚さを有する、請求項１記載の温度検出器。
- 該内側層は該サーミスタチップ及び該外側層に対して０．２０ＭＰａ以上の剥離強度を有する、請求項１から４までのいずれかに記載の温度検出器。
- 該内側層は該サーミスタチップ及び該外側層に対して０．３０ＭＰａ以上の剥離強度を有する、請求項５記載の温度検出器。
- 該内側層は該サーミスタチップ及び該外側層に対して０．５０ＭＰａ以上の剥離強度を有する、請求項６記載の温度検出器。
- 該サーミスタチップ、該一対のリード線の接続端部及び該絶縁性被覆は、片端は閉塞され他端は開放された円筒形状の金属製又は合成樹脂製ケース内に収納され、該ケース内には合成樹脂が充填されている、請求項１から４までのいずれかに記載の温度検出器。
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