JP3152352B2 - サーミスタ素子 - Google Patents

サーミスタ素子

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、高度な耐湿性を要求されるサーミスタ素子
として利用するに適する。本発明は高湿度環境または水
中においても充分な耐湿性を得ることができるサーミス
タ素子に関する。
〔概要〕
本発明は、サーミスタ素材にリード線を有する電極が
設けられ、樹脂によりコーティングされたサーミスタ素
子において、 樹脂コートの少なくとも一層を主鎖がポリブタジエン
系である樹脂を用いて被覆することにより、 高湿度環境または水中においても充分な耐湿性を得ら
れるようにしたものである。
〔従来の技術〕
一般に、サーミスタ素子は温度検出用としてエアコ
ン、冷蔵庫および給湯器など広範な分野で使用されてい
る。
サーミスタ素子の構造には、遷移金属の酸化物を板状
に焼成した後に両面に電極を設けたもの、あるいは、こ
れを小片のチップに切断したものに、半田などでリード
線を接続し、外部環境からの保護および電気的絶縁のた
めに、樹脂でコートしたものやあるいはこれを軟質樹脂
で金属ケースに封入し、外部環境および機械的な力から
の保護を強化したものがある。
このような構造のサーミスタ素子は、温度により電気
抵抗が変化する特性を有することから、その性質を利用
して両端に電界を印加し、その電圧の変化を電気回路で
検出して温度を測定し、取り付け機器の制御を行うため
の温度検知手段として用いられている。従って、サーミ
スタ素子では素子特性の劣化および素子の電極間ないし
取り付け機器との間の電流リークなどがあると検出電
圧、ひいては検出温度に誤差を生じる。
素子特性の劣化には、素体そのものの劣化、電極金属
の半田中への拡散による電極の劣化、および使用材料の
熱膨張率の違いから発生する応力によって起こる電極と
素体の界面の劣化など様々な劣化の形態とその要因が知
られている。
また、外部環境から浸入した水分などの作用による化
学的な電極の劣化および水分の存在下で微弱電流を通電
したときに発生する電極金属および半田などの金属移
行、水分の凝縮による電極間、リード線間などの絶縁低
下による電流のリークの現象も知られている。
実際の使用環境では、これらの様々な要因が複合して
劣化を引き起こす。
一方、小型のサーミスタ素子の厚みは約1.0ミリ以下
で極めて薄く、電極間のリークを起こし易い形状となっ
ているため、防湿対策も重要な技術要素である。前述の
樹脂コートの役割の一つとして、使用環境の水分からの
保護があり、従来はこの樹脂コートにエポキシ系、フェ
ノール系およびシリコーン系などの熱硬化性樹脂および
これらの間で相互に変性した熱硬化性樹脂を用い、ディ
ップ法などの方法でコートした後、加熱硬化して樹脂層
を形成していた。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、従来の樹脂コートつまりエポキシ系、
フェノール系およびシリコーン系などの熱硬化性樹脂お
よびこれらの間で相互に変性した熱硬化性樹脂を用い、
ディップ法などの方法でコートした後、加熱硬化して形
成した保護樹脂層では防水性能が不十分であり、素子部
まで空気中の水分または水蒸気が浸入して内部で凝結し
電極間の絶縁低下が起きる。また、この水分と使用時の
微弱電流の相互作用により電極金属および半田などの金
属移行の現象が発生し、これに起因する不良や性能を劣
化が生じる。
また、使用条件によっては水分の存在により抵抗値が
高くなる不良モードを示すことがあり、例えば、温水中
で通電した場合にはその傾向を示し、短時間の内に抵抗
値が大幅に高くなる劣化モードを示す。
従って、外部環境からの保護を樹脂コートで行うタイ
プのサーミスタ素子およびこれを軟質樹脂で金属ケース
に封入したタイプのサーミスタ素子において従来から使
用されているコート用樹脂を用いたものは、防水性およ
び防湿性が不十分である。
本発明はこのような問題を解決するもので、湿度の高
い環境または水中においても高い信頼性を得ることがで
きるサーミスタ素子を提供することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明は、サーミスタ素材と、そのサーミスタ素材に
設けられた電極と、この電極に取付けられたリード線と
を備え、前記サーミスタ素材および前記電極の部分の外
周囲に二以上の層からなる樹脂コートが設けられたサー
ミスタ素子において、前記樹脂コートの少なくとも一層
は、主鎖がポリブタジエン系樹脂であることを特徴とす
る。
樹脂コートは二層とし、内側がポリブタジエン系樹脂
であり、外側が比較的硬質の樹脂(例えばエポキシ樹
脂)である構造が、発明者らの試験によれば最適であ
る。
さらにこの二層構造のものを金属ケースに封入するこ
とができる。これはサーミスタ素子をセンサとして使用
する環境条件により適応的に選択される。
ケースに封入する場合には、外側の樹脂層とケースの
間に接着剤を介在させることがよい。その場合には、外
側の層として接着剤となじみのよい材料を選ぶことがよ
い。
また、重合、硬化反応を行う末端基の種類には種々の
ものを用いることができ、例えば、末端基を二重結合と
してラジカル重合させる方法、末端基をエポキシ基とし
てジオール・ジアミンおよび酸無水物などのエポキシ樹
脂の一般に使用されている硬化剤を用いて硬化させる方
法、および末端基をイソシアネート基としてウレタン結
合を作ることによりより硬化させる方法など種々の方法
を採用することができる。
さらに、主鎖がポリブタジエン系樹脂で構成された樹
脂を主成分とすれば、その一部を他の樹脂、例えばエポ
キシ系、フェノール系、およびシリコーン系などの熱硬
化性樹脂、これらの間で相互に変性した熱硬化性樹脂で
変性して用いてもよい。
樹脂のコート方法は、特に限定する必要はなく、一般
的にはディップコート法が簡易であるが、注型法、スプ
レイコート法などで樹脂被覆層を形成してもよい。ま
た、樹脂被膜の膜欠陥を無くし、かつ樹脂被覆層の厚み
を確保するために、コートとキュアを数回繰り返して樹
脂コート層(但し、この場合には樹脂が同一なので一層
とみなす)を形成してもよい。
〔作用〕
樹脂コートに主鎖がポリブタジエン系樹脂で構成され
た樹脂を使用する。したがって、湿度の高い環境、ある
いは水中でも劣化を少なくし、センサーとしての信頼性
を高めることができる。また、樹脂コートを二重にし、
内側を主鎖がポリブタジエン系樹脂で構成された樹脂で
コートし、その上に硬度が高くかつ接着性の良い樹脂
(例えば、エポキシ樹脂などのセンサのコート用樹脂と
して一般に使用されている熱硬化性樹脂)でコートした
複合構造とすることで耐湿性はさらに向上する。
内側にポリブタジエン系樹脂をコートし、その外側に
ポリブタジエン系樹脂よりも耐湿性は劣るが硬度が固く
かつ接着性の良い樹脂(例えばエポキシ樹脂などのコー
ト用樹脂として一般に使用されている熱硬化性樹脂)を
コートすると複合効果が発現し、ポリブタジエン系の樹
脂を二回コートして樹脂の厚みをほぼ同じにした場合に
比べて耐湿性が大幅に向上する。
このように、湿度の高い環境下または水中においてサ
ーミスタ素子の劣化を防止できるのは、樹脂の物性に基
づく水分の浸入の防止、または金属移行の現象を助長す
る樹脂中の不純物量の影響などによるものと考えられ
る。
〔実施例〕
次に、本発明実施例を図面に基づいて説明する。第1
図は本発明実施例および比較例の基本的構成を示す図で
ある。
本発明実施例は、サーミスタ素子1と、そのサーミス
タ素子1に設けられた電極2a、2bと、この電極2a、2bに
半田3a、3bによって取付けられたリード線4a、4bとを備
え、サーミスタ素材1および電極2a、2bの部分の外周囲
に一以上の層からなる樹脂コート5が設けられる。
サーミスタ素材1は、マンガン、鉄、コバルトなどの
遷移金属の酸化物を主成分とする配合組成物を焼成した
負の温度係数をサーミスタ素体に銀で電極を形成し、所
望の抵抗値となる寸法に切断したものを用いた。
(比較例1) 比較例1は、第2図に示すように、被覆電線6a、6bの
芯線7a、7bの先端に半田3a、3bにより取付けられたサー
ミスタ素材1の周囲をエポキシ樹脂(主剤エピホームR
−7288、硬化剤H143、配合比100:12、ソマール(株)
製)を用いた第一の樹脂コート5aにてコートし120℃で
1時間加熱して樹脂を仮キュアし、次いで素子の先端か
ら被覆電線の被覆を少し覆うように主鎖がポリブタジエ
ン系樹脂で構成された熱硬化性樹脂(主剤ポリベックT
−2459)を用いた第二の樹脂コート5bにて二層にコート
して、80℃で2時間加熱した後120℃に昇温して更に4
時間加熱して樹脂をキュアした構造とした。
(比較例2) 比較例2は、第2図に示すように、サーミスタ素材1
を被覆電線6a、6bの先端部の被覆を削除して露出した芯
線7a、7bの先端に半田3a、3bによって取付け、その周囲
を主鎖がポリブタジエン系樹脂で構成され、末端基に二
重結合を持つ熱硬化性樹脂(主剤、ポリベックT−245
9、硬化剤A69、配合比100:5、日本ヒドラジン工業
(株)製)を用いた第一の樹脂コート5aにてコートして
80℃で2時間仮キュアを行い、更に素子の先端から被覆
電線6a、6bの被覆を少し覆うように主鎖がポリブタジエ
ン系樹脂で構成された熱硬化製樹脂(ポリベックT−24
59)を用いた第二の樹脂コート5bにてコートし、80℃で
2時間加熱した後120℃に昇温して更に4時間加熱して
樹脂をキュアした構造とした。ここで、樹脂を二回コー
トしているが、その目的は他のサンプルと樹脂の厚みを
揃え、試験条件を揃えるためであって、一回のコートで
も差し支えない。
(第一実施例) 本発明第一実施例は、第2図に示すように、被覆電線
6a、6bの先端に半田3a、3bにより取付けられたサーミス
タ素材1の周囲を主鎖がポリブタジエン系樹脂で構成さ
れた熱硬化性樹脂(主剤 ポリベックT−2459)を用い
た第一の樹脂コート5aにてコートして80℃で2時間仮キ
ュアを行い、更に素子の先端から被覆電線の被覆を少し
覆うようにエポキシ樹脂(主剤エピホームR−7288)を
用いた第二の樹脂コート5bで二層にコートし、120℃で
4時間加熱して樹脂をキュアした構造とした。
(比較例3) 比較例3は、第3図に示すように、比較例2の構造の
サンプルを銅製の金属ケース8に入れ、軟質樹脂の熱硬
化性樹脂(主剤 STYCAST 2850FT、硬化剤CATALYST GE
L、配合比100:25、グレースジャパン(株)製)9を用
いて注型して100℃で8時間仮キュアを行った構造とし
た。
以上説明した比較例1、2、第一実施例および比較例
3では、被覆電線6a、6bの末端の被覆を除去し、その芯
線7a、7bにサーミスタ素材1を直接半田3a、3bにて取付
けているが、第1図に示すようにサーミスタ素材1を単
線のリード線4a、4bを半田3a、3bにて取付け、このリー
ド線4a、4bを被覆電線6a、6bの芯線7a、7bに半田付けす
ることもでき、また、サーミスタ素材1にジュメット線
を接続または圧着した状態で素子をガラスで封入した
後、ジュメット線を被覆電線6a、6bの芯線7a、7bに半田
付けすることもできる。
上記例はケースの材料は金属であるが樹脂をケース材
料とすることもできる。
(比較例4) 比較例4のサンプルは、比較例2にて第一および第二
の樹脂コート5a、5bに主鎖がポリブタジエン系樹脂で構
成された熱硬化製樹脂(主剤 ポリベックT−2459)を
用いたが、その代わりにエポキシ樹脂(主剤エピホーム
R−7288)を用い、それ以外の構造は同じにした。但
し、一回目のコートのキュアは120℃で1時間、2回目
のコートのキュアは120℃で4時間加熱した。
以上説明した第一および比較例1〜4のサンプルに対
して実施した試験結果を表に示す。試験は、各サンプル
を80℃の水中に沈め、第4図に示す回路を用いて一分間
通電し、次いで1分間電源を遮断するサイクルを試験期
間中繰り返した。比較例3のサンプルの場合はケースの
開口部も水中に沈めた。試験データは、各20個のサンプ
ルの平均値を示した。
試験結果によれば、サーミスタ素子の保護コートに一
般的に使われている熱硬化性のエポキシ樹脂を用いた比
較例のサンプルの抵抗値変化率に比較して、第一および
比較例1、2、3の抵抗値変化率は大幅に減少してお
り、二層以上の樹脂コートの少なくともそのうちの一層
に、主鎖がポリブタジエン系樹脂で構成された熱硬化性
樹脂を使用した構造とすることにより耐湿性が大幅に向
上したことが判る。
さらに、第一実施例と比較例1、2とを比較すると、
第一実施例の抵抗値変化率はさらに小さくなっており、
内側にポリブタジエン系樹脂をコートし、その外側にポ
リブタジエン系樹脂よりも耐湿性に劣るが硬度が硬く且
つ接着性の良い樹脂(例えばエポキシ樹脂等のセンサの
コート用樹脂として一般に使用されている熱硬化性樹
脂)をコートした構造に起因する複合効果が発現したも
のと考えられる。その理由は、 第一実施例は上側のコート樹脂に耐湿性の劣るエポ
キシ樹脂(比較例2及び比較例3参照)を使用し、ポリ
ブタジエン系樹脂の厚みが比較例2に比較して薄いにも
拘らず、抵抗値変化率が大幅に少ない、 第一実施例と樹脂コート順を逆にした比較例1の構
造は比較例2よりも耐湿性が劣る、 と考えられる。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、サーミスタ素子
の耐湿性をさらに向上させることができ、湿度の高い環
境または水中においても高い信頼性を得ることができる
効果がある。
本発明は液面計の素子として利用して効果が大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明実施例の基本構成を示す図。 第2図は本発明の実施例ないし比較例の構成を示す図。 第3図は比較例3の構成を示す図。 第4図は本発明実施例における試験回路を示す図。 1……サーミスタ素材、2a、2b……電極、3a、3b……半
田、4a、4b……リード線、5……樹脂コート、5a……第
一の樹脂コート、5b……第二の樹脂コート、6a、6b……
被覆電線、7a、7b……芯線、8……金属ケース、9……
軟質樹脂。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福島 崇記 埼玉県秩父郡横瀬町大字横瀬2270番地 三菱鉱業セメント株式会社セラミック研 究所内 (56)参考文献 特開 昭63−46701(JP,A) 特開 昭51−48153(JP,A) 実開 昭64−41101(JP,U)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】サーミスタ素材と、そのサーミスタ素材に
    設けられた電極と、この電極に取付けられたリード線と
    を備え、前記サーミスタ素材および前記電極の部分の外
    周囲に二以上の層からなる樹脂コートが設けられたサー
    ミスタ素子において、 前記樹脂コートは複数層で形成され、 もっとも内側の層が主鎖がポリブタジエン系樹脂であ
    り、最外層が硬質のエポキシ樹脂である ことを特徴とするサーミスタ素子。
  2. 【請求項2】請求項1記載の素子が軟質樹脂が介在する
    金属ケースに封入されたサーミスタ素子。
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