JP4430422B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

本発明は電子部品である温度センサの構造に係わり、特に自動車の吸入空気温度を計測する温度センサの様に、腐食を受けやすい環境下で使用されるリード線付き温度センサに好適な耐腐食性に優れた電子部品の構造に関する。

温度変化により特性が変化する素子を用いた温度センサは民生電子機器に多く用いられてきたが、近年自動車への採用が拡大される傾向にある。自動車に使用する温度センサは、吸入空気温度や自動車各部の温度モニター用、あるいは制御用であるが、使用環境が厳しい自動車に採用する温度センサには一般民生品より優れた信頼性、とりわけ耐腐食環境における耐久信頼性の優れた温度センサが要求される。

図１は現在市場で一般に流通されているサーミスタチップを利用した温度センサである。このサーミスタ構造は特許文献１に記載されている。温度変化により抵抗値等の物理特性が変化する特性を有するサーミスタチップを封止電極及びガラス管で封止する構造であり、封止電極には一般的に鉄―ニッケル合金より成る円柱の表面に銅を中間層として亜酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）が形成されたジュメットが用いられる場合が多い。

サーミスタチップと封止電極を固定封止する材料としてガラス管が用いられる。ガラス管中には、サーミスタチップとサーミスタチップ両端の電極に接続する封止電極が配置され、ガラスを焼成することにより封止電極表面の亜酸化銅とガラスが化学結合し、サーミスタチップと封止電極がガラス管により気密に固定される。

尚、封止電極にはあらかじめニッケルリード、鉄−ニッケル合金リード等の導電性金属より成るリード線が接続されている。このリード付きサーミスタは、通称アキシャルタイプと呼称されているサーミスタであるが、このアキシャルタイプでは、封止電極にリードを溶接した部分が露出した形状となり、この露出した溶接部に塩水が付着すると、塩水による腐食が発生する可能性を有する。

自動車用には腐食対策として、リード線あるいは、リード線を含む溶接部全体にニッケルメッキあるいは錫メッキを施すことにより腐食防止対策している例がある。しかしながら、メッキ自体はミクロ的に観察すればポーラスであり、部分的にはリード線や溶接部などの素地が露出している。メッキで完全な被覆膜を形成することは困難である以上、完全な腐食防止構造とは言いがたい状況である。

また、特許文献２には、リードを含むサーミスタ部分全体を樹脂でコートする腐食防止構造が開示されている。この例はサーミスタチップの両端に軸方向に配置した一対の電極及び該電極の軸方向に電気的に接続されたリードを持つものではなくて、Ｕ字型に電極及びリード線が配置されているものである。特許文献２には、コート剤としてエポキシ樹脂のほか、他の合成樹脂や弾性体を使用することもできると記載されている。

以下、図１を用いて、従来の温度センサの問題点について説明する。図１は一般的にはアキシャルタイプと呼称されるサーミスタチップを用いたサーミスタ（温度センサ）の断面構造である。

１は温度変化により物理特性（抵抗値等）が変化する半導体よりなるサーミスタチップである。サーミスタチップ１の両端には信号検出用の電極があり、サーミスタチップ１の両端の信号検出用電極には更に封止電極２が電気的に接続される。封止電極２は一般的に鉄―ニッケル合金より成る円柱の表面に銅を中間層として亜酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）が形成されたジュメットが用いられる場合が多い。

封止電極２にはあらかじめリード線３が溶接されており、前記したサーミスタチップ１とニッケル、ステンレスあるいは鉄―ニッケル合金等の導電性部材から成るリード線３が溶接された封止電極２を、サーミスタチップ１を固定するためのガラス管４に挿入する。ガラス管４の長さはサーミスタチップ１と両端に配置される封止電極２の寸法分の長さであり、位置を合わせをした後、加熱して封止電極２表面の亜酸化銅とガラス管４を溶融させて双方を化学結合させて、サーミスタチップ１と封止電極２がガラス管４により固定される。

民生用では前記構造の温度センサは十分に耐用寿命があり腐食に対する信頼性も十分であるが、自動車の車載電子機器として用いると信頼性に問題が生じる可能性がある。自動車の運転環境は非常に苛酷で、保証期間も民生品の比ではない。特に冬季に道路に散布される融雪剤が水に融解して塩水となってエンジンルーム内に入り込み、あるいは通常の水や硫化ガス、酸性ガス、窒素酸化物系ガス等の腐食ガスが常時存在する環境であると考えても間違いではない。

実際に前記の民生用サーミスタに通電し、塩水噴霧（ＪＩＳ Ｚ２３７１）中に暴露試験を実施したところ、４８時間以内にほとんどのサーミスタが腐食する結果となった。その試験品を調査したところ、腐食開始個所はリード線３と封止電極２の溶接部５であった。前記したように、封止電極２は鉄―ニッケル合金であるが、リード線３と溶接することで、溶接部表面に封止電極２中の鉄が析出する部分が発生し、この鉄の析出部が基点となり封止電極２が腐食したものである。

また、ジュメットの表面層である亜酸化銅は塩水に対し耐腐食性に対する抵抗力がない。車載用サーミスタとしては前述したように、リード線溶接部５を含む金属（溶接部５、封止電極２）の露出部分全面にメッキを施したサーミスタ（特許文献２）や溶接部を含むガラス管全体をエポキシ樹脂、ポリアミド樹脂でコートされた製品が市場にはある。しかしながら、メッキは前述のとおり、ＳＥＭ等でミクロ的な観察を行なうと、実際はかなりポーラスで局部的には下地が見える部分もあり、完全な腐食防止構造とは言いがたい。膜厚を増加すれば表面のメッキ洩れである空孔は減少する傾向にはあるがコストなどの面で問題がある。

またエポキシ樹脂のコートは樹脂自体が硬く、塗布膜厚が変化するガラス管端部付近においては、フィレット形状となり、各構成部品の線膨張係数の差による歪（応力）が、このフィレット部分に集中し、クラックが発生する可能性が高い。またポリアミド樹脂は、分子の特性として非常に吸水性が高く密着性が悪化し、最悪の場合、コート膜が加水分解し、コート膜が剥離することが懸念される。

また特許文献２に記載の高分子弾性体とは、変形に応じた応力が生じ、変形を元に戻すことにより応力も元に戻り、加えた力学的エネルギーも回復する物体を指している。つまり、この弾性体は、構成部品と弾性体との間の変形差により、コーティング膜が剥離を生じる可能性がある。

特開平１０−５５９０３号公報

特許第３０３９２７７号公報

本発明は、腐食環境下で使用される温度センサの腐食防止構造を提供することを目的とし、特に最も腐食が発生し易いリード線と封止電極の接合部の耐腐食性を向上することである。

本発明によれば、温度変化により抵抗値等の特性が変化する素子と、該素子の両側に直接又は他の部材を介して電気的に接続された電極と、該素子と該電極の少なくとも一部を封止または被覆する無機絶縁部材と、該電極に接続されたリード線とを有し、少なくとも該電極と該リード線の接続部に、該接続部を覆う粘弾性体の特性を有するエラストマーのコートを直接又は他の物質を介して形成したことを特徴とする温度センサが提供される。

更に、本発明により、抵抗体を備えた素子と、該素子の両端方向に伸び、該素子に直接又は他の部材を介して電気的に接続されたリード線とを有し、少なくとも該抵抗体を覆う粘弾性体の特性を有するエラストマーのコートを直接又は他の物質を介して形成したことを特徴とする温度センサが提供される。

上記エラストマーは弾性体とは異なり、粘弾性体である。粘弾性体とは、粘弾性（固体でありながら弾性のほかに粘性を持っていると考えられる物）を示す物質である。すなわち、室温でゴム弾性を示す高分子物質を言う。加硫ゴムのように、室温でよく伸び、外力を取り除くと殆ど元の形状に戻るものである。従って、本発明で用いるエラストマーは、前記特許文献２に記載の弾性体とは異なるものである。

リード線と封止電極との接合部を含む部分あるいは封止電極を格納したガラス管等の無機絶縁体の外周全体を、粘弾性を有するエラストマーでコートすることにより、サーミスタの発熱にも拘わらず、コートにラックが発生せず、従って腐食環境下においても腐食性液体やガスがコート内に浸入することがない。

粘弾性は上記した弾性体の特性の他に変形速度に応じた応力が発生するが、変形を停止すれば応力は０となり、変形はそのまま残り、加えた力学的エネルギーは熱となる粘性特性を兼ね合わせた物質を指し、弾性体とは異なるものである。

本発明は、温度センサの封止電極とリード線との接続部あるいは少なくとも感温素子の抵抗体を覆うように、エラストマーコートを形成することにより、腐食環境条件が厳しい自動車用等の温度センサとして使用することができる、耐腐食信頼性の高い温度センサを提供することができる。

本発明のコート材としては特に封止電極とリード線との接合部或いは該接合部を収容する無機絶縁材に対して接着性を有する有機基を有するエラストマーを用いると、更にコート材と防食すべき部分との密着性が向上し、腐食防止効果が一層向上する。本発明の温度センサは．従来民生品として広く用いられてきた安価なアキシャルタイプサーミスタをそのまま利用することが出来るので、安価で信頼性の高い温度センサを提供することができる。

腐食環境下における信頼性が高い温度センサを供給するための最良の形態は、リード線の接合部あるいはリード線接合部を含むサーミスタチップ及び電極を格納したガラス管等の無機絶縁材全体をシリコーン系エラストマーでコートするものである。

上記エラストマーは電極とリード線との接続部に対する接着基を有するエラストマーであり、これにより、素子の温度が上下してもエラストマーが素子又は抵抗体に良く密着して腐食性物質が素子内部に浸入することがない。

また、該エラストマーは弾性率が５００ＭＰａ以下の粘弾性体であるものが好ましい。さらに、該エラストマーは非結晶質の合成高分子であることが望ましい。結晶性高分子は一般に剛性が高く、本発明のコート材として適切でない。該エラストマーのガラス転移点は−３０℃以下であることが望ましい。ガラス転移点が低いということは一般に粘弾率が小さいことであり、本発明のコート材として好ましいものである。また、該エラストマーの主鎖に結合した疎水基を有するものが好ましい。疎水基を有するエラストマーを用いると、仮にエラストマーの表面に腐食性の液体が付着しても該エラストマーに弾かれて、該エラストマーから該液体が容易に除去される。

該エラストマーとしてはポリシロキサンからなるシリコーンは、良く知られた材料で、特に主鎖となるシロキサン結合に有機基が配位したシリコーンが好ましい。該シリコーンの有機基はメチル基、あるいはフェニル基である物が好ましい。また、該シリコーンの主鎖となるシロキサン結合に、含フッ素有機基が配位しているものを用いることができる。このエラストマーは特に耐食性、撥水性が優れており、腐食性環境で用いるのに適している。具体的には、該含フッ素有機基を配位したシリコーンは、γ―トリフロロプロピルポリシロキサンである。なお、山下晋三、小松公栄著「エラストマー」共立出版（１９９７）にはエラストマーについての詳しい説明がなされている。

（実施例１）
本発明では、上記問題点を解決する方法として図２に示す温度センサの構造を説明する。温度センサの母体となるサーミスタは図１に提示する民生用サーミスタである。このサーミスタにリード溶接部５を含むガラス管４全体を、図２に示すように、接着基を有する粘弾性体であるシリコーンエラストマーによるコート６を形成する。被覆部に対する接着基を有する粘弾性体をコート部材６とした目的は、応力緩和機能を有しつつ耐腐食性も兼ねた部材であるためである。

本発明で特に好ましいエラストマーは、有機接着基を有するシリコーンエラストマーである。耐腐食性を向上させるために、塩水や腐食性ガスを直接リード溶接部５に接触させないことが重要で、接着基のないエラストマーはサーミスタにコート６してもリード線の溶接部５及びリード線３とは分子間力による結合もなく、化学的結合もない、単に接触しているだけの状態となる。もしあっても物理吸着程度であろう。この状態ではコート部６の端面の界面部分より水分や塩水が容易に浸入し、局部電池を形成し、腐食の基点となる恐れがある。更にコート６端面より侵入する塩水や水分が常に供給される場合は水分、塩水のイオンの濃縮反応が発生し、局部電池が加速して形成され腐食進展速度は増加し、腐食断線に至る時間が短縮される。

腐食し易いサーミスタのリード溶接部５に接着基のないエラストマーのコート６を形成しても、耐腐食性の改善は十分でないと考えられるが、従来のような剛性のエポキシ樹脂や弾性体を用いてコートした場合よりは、効果がある。また、エラストマーコートは直接電極とリード線との接続部又は無機絶縁材の上に形成しなくとも、シランカップリング剤等を介して形成しても良く、カップリンング剤とエラストマーが親和性がありよく密着する。この場合は、必ずしもエラストマー自体が上記被覆部に対する接着基を持たなくとも良い。このように、エラストマーコートは直接的又は間接的に被覆部に対して結合しうる接着基を利用して形成するのが好ましい。

本発明では接着基を有するエラストマーのコート６を形成することが重要で、これはコート膜６が被コート部分と水素結合や分子間力、あるいはアンカー効果で結合（接着）している状態を意味している。コート膜６と被コート部分が接着されていることで、コート膜６の端面からの水分、塩水等の腐食を促す媒体の侵入を阻止することができ、腐食しやすい、リード溶接部５を確実に保護できるために高い耐腐食信頼性を得ることが可能となる。

また、コート６にエラストマーを選定した理由は、耐腐食性の観点からのみではなく、車載電子機器は氷結地帯から砂漠地帯においても製品が破壊しないだけの信頼性が要求されるからである。前記サーミスタに耐腐食性を目的としたエポキシ樹脂をコートしたサーミスタは耐腐食性に限定すれば、効果が認められるが、冷熱サイクルを含めた全般的な信頼性となると、全く状況が異なる。

温度変化時におけるサーミスタ構成部品の線膨張係数の違いによる歪（応力）は、ガラス管４からリード線３にかけて断面積が急変する部分にコート６されたエポキシ樹脂コート部分に集中する。実際にエポキシコートしたサーミスタを−３０℃〜１３０℃に各３０分間保持する冷熱サイクルを実施したところ、前記したエポキシ樹脂コート部分にクラックが発生したことが確認された。

従って、前記サーミスタのコート部材として応力緩和効果のある粘弾性体であるエラストマーを用いることにより、エラストマー自身に加わる応力自体が小さく、かつ粘性特性により応力が加わった際に位相遅れを持って応力緩和することが可能となる。それは、冷熱サイクル実施における応力集中が発生しても、弾性率（５００ＭＰａ以下）が低いため、またシリコーンエラストマーの多くは耐水性があり、塩水が付着しても水と反応することが少ないからである。この特性により腐食の発生原因となる局部電池を形成することがないため腐食に対する抵抗力をも持ち合わせている。水と反応し加水分解しやすいエラストマーは、加水分解性の程度にもよるが、なるべく避けるのが良い。

また、腐食性ガス（硫化ガス、酸性ガス、窒素酸化物ガス等）における環境でもシリコーンエラストマーは基本的に不活性で化学反応することはないため、信頼性が問題となることはない。本発明の実施例ではサーミスタのコート部材に接着基を有する粘弾性体のエラストマーを用いることで耐腐食性及び、冷熱サイクル等の基本的信頼性を兼ね揃えた温度センサを提供できるという効果がある。

（実施例２）
図２に示す実施例とは別の実施例を図３に示す。本実施例は粘弾性エラストマーの塗布部分の規定について説明する。前述したアキシャルタイプサーミスタにおいて、塩水等のイオン性水溶液が付着した場合の腐食開始点はリード線３と封止電極２の溶接部５である。従って、本実施例ではリード線３と封止電極２及び、ガラス管４の終端界面部分をコート６によって保護した構造を提供する。

機能面から見ると、腐食防止コート６が必要なのは前記リード線３と封止電極２の溶接部である。アキシャルタイプサーミスタの場合、サーミスタチップ１と封止電極２をガラス管４で封止固定しているため、このガラス管４で被覆された封止電極２とガラス管４で覆われた部分は、完全に密封構造であり、この部分に塩水が付着しても不活性であり腐食することはない。

また封止電極２は鉄―ニッケル合金であり、その線膨張係数はガラス管と近似しているため、冷熱サイクルを受けてもガラス管４が破壊することはない。リード線３も耐食合金であるニッケル、ステンレス等の耐食金属、耐食合金が使用されていればリード線３自身が腐食する可能性は少なく問題とはならない。

この実施例の場合は、コート６の形成が簡単なディスペンサで実施できることであり、コートするのに大掛かりな設備は全く必要ない。そのため簡単な設備で製品を製造できる利点がある。

図４及び図５に、本発明のアキシャルタイプサーミスタに形成するコート６のエラストマーの分子構造例を示す。図４（ａ）は脂肪族基が主鎖に結合したシリコーンエラストマーの一般式であり、図４（ｂ）は図４（ａ）における有機基Ｒ及び主鎖の具体例（ジメチルシリコーン）を示す。エラストマーとしては各種部材があるが、種々検討した結果、最も良い結果を得ることができたのはシリコーンエラストマーであった。シリコーンはシリコン原子と酸素原子が交互に結合（シロキサン結合７）した直鎖状の主鎖に、有機基８が側鎖として配位している分子構造である。また、図５（ａ）は、芳香族基が主鎖に結合したシリコーンエラストマーの一般式であり、図５（ｂ）はその具体例であるメチルフェニルシリコーンの分子構造を示す。

コート部材としてのシリコーンエラストマーは、図４に示すシロキサン結合７のシリコン原子にメチル基が有機基８として配位し、更に架橋点を形成するビニル基が側鎖あるいは、主鎖の端部に配位したジメチルポリシロキサンがある。また、図５に示すフェニル基を有機基８として配位したメチルフェニルポリシロキサンの分子構造を有するシリコーンが有力である。

表１はアキシャルタイプサーミスタに、図４に示す分子構造を有するジメチルポリシロキサンのシリコーンをコートしたサーミスタに通電し、塩水噴霧（ＪＩＳ Ｚ２３７１）中に暴露試験を実施した結果である。この試験を実施した製品は全数６００時間においてもサーミスタ特性に異常のないレベルでありコート膜部材として問題はない。

また、同様にジメチルポリシロキサンのシリコーンをコートしたサーミスタについて、−４０〜＋１３０℃（各３０ｍｉｎ）の冷熱サイクルを１０００サイクル実施したが、シリコーンコート膜にクラックや剥離は全くなく問題ないことを確認した。これはシリコーンが化学的、物理的に安定したエラストマーであることの他、シリコーンが有する撥水性による効果が大きいと考えられる。

通常、撥水性は平面板の表面に樹脂やゴムをコートした後、水滴（塩水）を滴下し、その水滴の濡れる角度を測定して求める。一般的に９０°以上の角度を持つ場合は、撥水性があると定義されているが、シリコーンは約１０３°（ジメチルポリシロキサン）と明確な撥水作用が確認されている。従って、サーミスタコート部分に付着した水滴（塩水）はコート部表面に留まることができず、すぐにコート表面から離脱してしまうため、コート部表面には、擬似的な乾燥表面が連続的に形成されるため腐食しにくいものと考えられる。

尚、評価に使用したシリコーンは付加重合硬化タイプのシリコーンである。シリコーンは縮合重合型より付加重合型の方がコート膜を均等に塗布しやすく、かつ仕上がり外観も良いので、より好ましい。縮合重合型は空気中の水分と反応し副生物を生成して硬化するタイプのため、硬化速度にばらつきがあり、同一品を大量に製造する部品への展開は扱いにくい面がある。また、副生物が残留すると、コートの耐熱性や耐水性などにも影響があると考えられる。これに対して、付加重合型硬化シリコーンは、加熱するだけ確実に硬化するので温度管理さえ間違わないならば、確実なコート膜を短時間で形成できる利点もある。

比較のため、コート膜なしのサーミスタについても同様の塩水噴霧試験を実施したが、４８時間で腐食断線してしまった。従って、サーミスタのコート膜としてシリコーンは耐腐食性及び耐冷熱サイクル等の基本信頼性の双方を兼ね揃えたコート部材であることが分かった。

（実施例４）
図６には、実施例３において用いたシリコーンエラストマーとは異なった分子構造のフロロシリコーンエラストマーを示す。図６（ａ）は、その一般式であり、図６（ｂ）はその具体的な分子構造であり、具体的な化合物としては、γ―トリフロロプロピルポリシロキサンがある。実施例３で用いたジメチルポリシロキサンに対し、図６に示すフロロシシコーンエラストマーは、車載電子機器として搭載される上で特に好ましい。それは、フロロシリコーンはガソリン蒸気やガソリンが直接接触しても、シリコーンが膨潤するような現象を避けることが可能であるからである。

ジメチルポリシロキサンがガソリンにより膨潤するのを避けるため、ポリシロキサンの分子構造を変えたりすることができるが、フッ素原子を配位したシリコーンは、前記ガソリンに対する耐膨潤性を改良したものと言える。なお、図６に示すフロロシリコーンは、シリコーン変性物として知られている。

このγ―トリフロロプロピルポリシロキサンはシリコーンの主鎖であるシロキサン結合７の側鎖に有機基として、γ―トリフロロプロピル基９を配位した構造のシリコーンである。側鎖にγ―トリフロロプロピル基９が配位することで、シリコーン特有の分子回転立体障害性が低下して、ポリマー間の分子間力が増大し、ガソリンに対する耐膨潤性（抗力）を有する。実際に膨潤率を測定した結果、ジメチルポリシロキサンは、通常のガソリンに１２０時間浸漬することで体積が２３０％増大したのに対し、フロロシリコーンは３５％と問題となる状態ではないことを確認している。もっとも、上記試験は、ガソリンにジメチルポリシロキサンを浸漬したもので実車の場合はそのような厳しい環境にないとすれば、ジメチルポリシロキサンも十分実用に耐えうる。

表２はアキシャルタイプサーミスタに図５に示す分子構造を有するフロロシリコーンをコートしたサーミスタに通電し、塩水噴霧（ＪＩＳ Ｚ２３７１）中に暴露試験を実施した結果であるが、試験実施した製品は全数５００時間においてもサーミスタ特性に異常がないレベルにあり、コート膜部材として問題はない。また、同様にフロロシリコーンをコートしたサーミスタを−４０〜１３０℃（各３０分）の冷熱サイクルを、１０００サイクル実施したが、フロロシリコーンコート膜にクラックや剥離は全くなく問題ないことを確認した。

また、前記したフロロシリコーンとは別に近年、信越化学工業株式会社より市販されたシリコーンエラストマー「商品名“サイフェル（ＳＩＦＥＬ）”」でも本発明の目的を達成することができる。サイフェルはシリコーンとフッ素ポリマーのポリマーアロイであり、シリコーンが有する接着性、柔軟性、扱い易さとフッ素樹脂が有する耐溶剤性を兼ね備えた新しい材料である。

また、シリコーンエラストマー以外に、ポリアミドイミド系コート剤を用いることができる。この材料は、日立化成工業〔株〕から、商品名“ハイマル”という名称で販売されている。

本発明の温度センサを車載電子機器として搭載される具体例を図７に示す。車載電子機器は多数に及び、ここでそれら全ての機器について説明することは困難なので、車載電子機器を代表して、図７に示す吸入空気流量を測定する熱式流量計を代表例として構造、及び本発明の実施例を説明する。尚、本発明はここに提示する熱式流量計のみならず、他機能、他構造を有する車載電子機器に用いられる温度センサ全てに適用できることは言うまでもない。

まず、熱式の流量計の説明を簡単に行なう。熱式流量計は、近年急速に市場で普及している吸入空気を計測するセンサである。熱式空気流量計は、発熱抵抗体１０及び感温抵抗体１１を用いる。発熱抵抗体１０は、空気温度を計測する感温抵抗体１１と常に一定の温度差を保つように、定温度制御回路１２により定温度制御され、常時加熱されている。

発熱抵抗体１０は空気流の中に設置されるため該空気流に放熱する発熱抵抗体１０の表面部分が放熱面、つまり熱伝達面となる。この熱伝達で該空気流に奪われた熱量を電気的信号に変換し、空気流量を計測するものである。その全体的な構成は吸入空気を導入しつつ、熱式流量計を保持するボディ１３において、全流量の一部が流入する副通路１４中に発熱抵抗体１０、感温抵抗体１１、及び吸入空気温度測定用の温度センサ（実施例１によるサーミスタ）１５が配置されている。これら抵抗体素子と定温度制御回路１２はケース１６に埋設された導電性部材によるターミナル１７を介し電気的信号の伝達を行なう構造となっている。

本実施例による温度センサ１５は、吸入空気温度計測用センサとして、熱式流量計を駆動する信号ではなく、熱式流量計とは独立した温度センサとして熱式流量計に配置される構造となっている。主に前記温度センサ１５の信号はコントロールユニットへと直接伝達され、内燃機関の燃焼制御用、自己診断用の信号として使用されている場合が多い。従って、吸入空気温度を計測する温度センサ１５が腐食断線し、温度信号を伝達不能となった場合、自動車は好適な燃焼状態を行なうことでできなくなるか、あるいはエンジンが停止する事態も考えられるため、車載用温度センサ１５には十分な耐腐食信頼性のある製品が必要となる。前述のように、本発明の温度センサ１５構造は耐食性に優れ、正に車載電子機器として好適な構造といえる。

（実施例５）
本発明の温度センサの構造は、アキシャルタイプサーミスタにのみ適用する訳ではない。他の温度センサへの適用例を図８、図９、及び図１０を用いて説明する。

図８、図９、及び図１０は、図７に示した熱式流量計の発熱抵抗体１０を制御するための吸入空気温度を検出する感温抵抗体１１に関する。本実施例では、本発明のコート部材を感温抵抗体１１の保護膜１８として適用するものである。以下に感温抵抗体の構造を示す。

まず、感温抵抗体１１として採用されているキャップ式抵抗器の構造を図８に示す。図７に示される、熱式流量計に用いられる感温抵抗体素子１１を得るため、外径φ０．５〜φ２ｍｍ程度、長さ２〜４ｍｍ程度の中実のセラミックボビンを基体１９として用いた。その外表面に導電性金属による薄膜２０をスパッタ、蒸着、プラズマ溶射等の薄膜成形方法により形成した後焼成することで、抵抗体となるべき薄膜２０を形成した。薄膜（厚さ：０．５μｍ〜１μｍ程度）を形成した後、レーザトリミングによってスパイラル状の切り溝２１を入れ、抵抗値が４００Ω〜１０００ｋΩ程度となるような薄膜抵抗体素子を形成する。

一方、リード線２２は白金、あるいは白金を含む合金、またはニッケル等の純金属、あるいはステンレス等の合金より成り、その外径はφ０．１５〜φ０．２ｍｍ程度である。このリード線２２が接合されるべきキャップ２３はステンレス等で形成される。キャップ２３と、リード線２２とを溶接した後に、抵抗体を形成した基体１９の両端に挿入、あるいは圧入される。更に、薄膜抵抗体素子の保護膜１８として抵抗体を形成した部分に前述のエラストマーコート膜１８を形成することにより感温抵抗体１１を完成することが可能となる。

図９は感温抵抗体１１の別形態である。外径φ０．５〜φ２ｍｍ程度、長さ２〜４ｍｍ程度の中空のセラミックパイプを基体１９として用い、その外表面に導電性金属による薄膜２０をスパッタ、蒸着、プラズマ溶射等の薄膜成形方法により形成した後焼成することにより、抵抗体となるべき薄膜２０を形成する。

その後セラミックパイプの基体１９両端に導電性接着剤２４によりリード線２２を挿入し、焼成することでリード線２２と基体１９が導電性を有したまま接着固定される。更にレーザトリミングによってスパイラル状の切り溝２１を入れ、抵抗値が４００Ω〜１０００ｋΩ程度となるような薄膜抵抗体による感温抵抗体１１を形成する。最後に感温抵抗体１１の保護膜１８として抵抗体を形成した部分に、前述のエラストマーによりコート膜１８を形成することで感温抵抗体１１を完成することが可能となる。

図１０は感温抵抗体１１の更に別の形態である。外径φ０．５〜φ２ｍｍ程度、長さ２〜４ｍｍ程度の中空のセラミックパイプを基体１９として用い、そのセラミックパイプの基体１９両端にリード線２２をガラス接着剤２５で接着固定した後、リード線２２部分を基点に導電性金属より成る抵抗線２６を基体１９表面にスパイラル状に巻き線する。

この際抵抗線２６の巻き数により抵抗値が決定するため所定の巻き数を管理することで目的の抵抗値を得ることができる。最後に感温抵抗体１１の保護膜１８として抵抗体を形成した部分に、エラストマーコート膜１８を形成することで感温抵抗体１１を完成することが可能となる。

図９及び図１０に示す構造の感温抵抗体の保護膜１８として、実際製品では、現在殆どガラスが用いられている。しかしながら近年環境問題が重要となり、鉛を使用しない部材を用いることが重要となっている。ガラスは各種類があるが、前記感温抵抗体１１の保護膜に酸化鉛（ＰｂＯ）ガラスが配合された例が多い。ガラス部材に対する酸化鉛配合は重要な役割があり、それは低温焼成、線膨張係数調整、ガラスの耐酸性改善の基礎材料であるが、法規制により酸化鉛を含有するガラスが使用できない状況となると代替品が必要となる。

本発明は、現在、感温抵抗体１１の保護膜１８に利用しているガラスの代替品として、接着基を有する粘弾性エラストマーを提示するものである。全てのガラスが酸化鉛を含有するとは限らないが、低融点ガラスなど、多くのものが鉛を含んでいる。これにたいしエラストマーであれば、鉛、カドミウム、水銀等の法規制対象となる有害物質はなく環境に対しても安全である感温抵抗体を提供できる。また、ガラス被覆の場合はこれを焼成するために最低でも５００℃以上の温度で処理することが必要であるが、本実施例の場合は、同じ保護被覆を形成するために、はるかに低い温度での処理でよいことになるので、特性変化が少なくなり、エネルギーコストも節減できる。

また、シリコーンは人体に対し不活性であり、感温抵抗体の保護膜をシリコーンで形成することは環境にも優しい製品となりうる。

本発明によれば、腐食環境下での耐信頼性の高い温度センサを製造でき、自動車用温度センサの他、プラント設備、産業機器、民生品にも信頼性の高い温度センサを供給できる。

公知のアキシャルタイプと呼称されるダイオード素子を用いた汎用サーミスタ（温度センサ）の側断面図。 本発明の実施例による温度センサであるサーミスタの断面図。 本発明の他の実施例による温度センサであるサーミスタの断面図。 本発明において用いられるシリコーンエラストマーの分子構造を示す図。 本発明において用いられるシリコーンエラストマーの他の分子構造例を示す図。 本発明において用いられるシリコーンエラストマーの更に他の分子構造例を示す図。 本発明の温度センサを車載電子機器として搭載した熱式流量計の断面図。 本発明による熱式流量計の感温抵抗体の断面図。 本発明の他の実施例による熱式流量計の感温抵抗体の断面図。 本発明による更に他の実施例の熱式流量計の感温抵抗体の断面図。

符号の説明

１…サーミスタチップ、２…封止電極、３…リード線、４…．ガラス管、５…リード溶接部、６…コート部、７…シロキサン結合、８…有機基、９…γ―トリフロロプロピル基、１０…発熱抵抗体、１１…感温抵抗体、１２…定温度制御回路、１３…ボディ、１４…副通路、１５…温度センサ、１６…ケース、１７…ターミナル、１８…保護膜、１９…基体、２０…薄膜、２１…トリミング切り溝、２２…リード線、２３…キャップ、２４…導電性接着剤、２５…ガラス接着剤、２６…抵抗線。

Claims (11)

1. アキシャルタイプの温度センサにおいて、
   温度変化により抵抗値等の特性が変化する素子と、
   該素子の両端に直接又は他の部材を介して電気的に接続された封止電極と、
   該素子と該封止電極の外周部を全周にわたって被覆するための無機絶縁部材と、
   該封止電極の軸方向に電気的に接続されたリード線とを有し、
   該封止電極と該リード線との接続部側の封止電極端面と該無機絶縁部材の少なくともリード線側封止電極端面は、接着基を有し、かつ粘弾性体の特性を有する合成高分子であるエラストマーのコートにより直接覆われている、
   ことを特徴とする温度センサ。
2. アキシャルタイプの温度センサにおいて、
   温度変化により抵抗値等の特性が変化する素子と、
   前記素子の軸方向両端部にそれぞれ電気的に接続され、前記素子を軸方向の両端部でシールする2つの封止電極と、
   前記２つの封止電極の軸方向において前記素子が接続された側とは反対側の各面にそれぞれ溶接によって封止電極に接続された２つのリード線と、
   前記封止電極の前記リード線との接続側の封止電極端面と、前記素子及び前記封止電極の外周部を全周にわたって被覆し、前記素子の外周部でシールする無機絶縁部材を備え、
   前記封止電極と前記リード線との接続部の封止電極端面及び前記無機絶縁部材の少なくともリード線側の端面を、カップリング剤を介して、接着基を有し、粘弾性体の特性を有するエラストマーでコートしたことを特徴とする温度センサ。
3. 前記絶縁性部材の外周部を全周にわたって前記エラストマーで被覆したことを特徴とする請求項１又は２記載の温度センサ。
4. 請求項１又は２において、該エラストマーは弾性率が５００ＭＰａ以下の粘弾性体であることを特徴とする温度センサ。
5. 請求項１又は２において、該エラストマーは非結晶質の合成高分子であることを特徴とする温度センサ。
6. 請求項１又は２において、該エラストマーのガラス転移点は−３０℃以下であることを特徴とする温度センサ。
7. 請求項１又は２において、該エラストマーの主鎖に結合した疎水基を有することを特徴とする温度センサ。
8. 請求項１又は２において、該エラストマーは、主鎖となるシロキサン結合に接着基として有機基が配位したシリコーンであることを特徴とする温度センサ。
9. 請求項８において、該シリコーンの有機基はメチル基、あるいはフェニル基であることを特徴とする温度センサ。
10. 請求項８において、該シリコーンの主鎖となるシロキサン結合に、含フッ素有機基が配位していることを特徴とする温度センサ。
11. 請求項１０において、該含フッ素有機基を配位したシリコーンは、γ―トリフロロプロピルポリシロキサンであることを特徴とする温度センサ。

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