JP6352557B1 - センサ素子、及び、センサ素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明における接合構造は、その軸線方向の所定領域に設けられる主接合領域と、主接合領域に隣接する副接合領域と、を備え、リード線と撚線の接合強度が、副接合領域よりも主接合領域の方が高い、ことを特徴とする。
本発明の温度センサ素子は、副接合領域は、主接合領域を挟んで軸線方向の双方に設けられる第一副接合領域と第二副接合領域を備えることができる。
本発明の温度センサ素子は、第一副接合領域を、撚線の先端から所定の範囲に設けることができる。
本発明の温度センサ素子は、典型的には、リード線は、銅からなる。
コンパクティング工程は、撚線の軸線方向の所定領域を加圧及び加熱することによりコンパクティング領域を形成するとともに、コンパクティング領域に隣接し、コンパクティング領域よりも相対的に背の高いプロジェクション領域、を形成する。
電線設置工程は、コンパクティング領域とプロジェクション領域とに亘り、リード線と撚線を重ねる。
接合工程は、コンパクティング領域とプロジェクション領域とに亘り、リード線と撚線を加圧及び加熱することで溶接する。
また、本発明の接合工程において、コンパクティング領域がリード線を支持しながら、プロジェクション領域とリード線の溶接を行うことができる。
また、このコンパクティング領域は、プロジェクション領域を挟んで軸線方向の双方に設けられる第一コンパクティング領域と第二コンパクティング領域を備えることができる。この第一コンパクティング領域は、撚線の先端から所定の範囲に設けることができる。
本発明のセンサ素子の製造方法に供されるリード線は、典型的には銅からなる。
センサ素子10は、温度センサに用いられるものであり、図1(a),(b)に示すように、周囲の温度の変化に対応して電気抵抗が変化する素子本体11と、素子本体11から引き出される一対のリード線15,15と、一対のリード線15,15のそれぞれに接合される撚線19,19と、を備えている。センサ素子10は、リード線15と撚線19の溶接による接合構造30の強度が安定して高いことを特徴とする。
素子本体11は、図1(a),(b)に示すように、電気抵抗に温度特性を有する感温体12と、感温体12の周囲を覆う封止ガラス13と、封止ガラス13の後端側に設けられるセラミックス保護管14と、を備える円筒状の部材である。
感温体12は、例えば、サーミスタのように電気抵抗に温度特性を有する素材から構成される。
封止ガラス13は、感温体12を封止して気密状態に維持することによって、環境条件に基づく化学的な変化及び物理的な変化が感温体12に生ずるのを避けるために設けられる。封止ガラス13には、非晶質ガラス及び結晶質ガラスのいずれをも用いることができるし、所望の線膨張係数を有するように非晶質ガラスと結晶質ガラスとを混合して用いることもできる。
セラミックス保護管14は、例えばアルミナ(Al2O3)、窒化ケイ素(Si3N4)等の封止ガラス13よりも機械的強度の高い焼結体から構成される。セラミックス保護管14は、軸線方向Lに沿って、二つのリード線15,15のそれぞれが挿通される図示を省略する貫通孔が形成されている。
なお、要求される機械的強度が低い用途には、セラミックス保護管14は不要である。
リード線15は、一例として0.1〜1.0mm程度の直径を有している。
撚線19は、複数の芯線21が撚られている撚線である。また、芯線21は、図1(d)に示すように、線本体22と、線本体22の周囲を覆うめっき層23と、からなる。線本体22は導電率の高い銅又は銅合金からなり、めっき層23は芯線21よりも耐食性のよい錫めっきからなる。めっき層23を構成する錫は、前述したように、融点が232℃程度と低い。なお、錫めっきの組成に限定はなく、錫及び錫合金を含む概念を有している。
線本体22は、一例として0.5〜2.0mm程度の直径を有し、錫からなるめっき層23は0.5〜2.0μm程度の厚さを有している。
次に、センサ素子10の特徴であるリード線15と撚線19の溶接による接合構造30を説明する。
接合構造30は、図2に示すように、撚線19の先端側から第一副接合領域33と、第一副接合領域33と隣接する主接合領域31と、主接合領域31と隣接する第二副接合領域35と、を有する。第一副接合領域33と第二副接合領域35は、主接合領域31を挟んで軸線方向Lの双方に設けられる。主接合領域31の役割、第一副接合領域33及び第二副接合領域35の役割は、以下の通りである。
第一副接合領域33及び第二副接合領域35は、主接合領域31の接合強度の向上に間接的に貢献するが、それ自体の接合強度は主接合領域31に比べると小さい。第一副接合領域33及び第二副接合領域35は、リード線15と撚線19の溶接時に、主接合領域31の両側からリード線15を支持することにより、リード線15が複数の芯線21と芯線21の間に潜り込むのを防止する。
接合構造30は、第一副接合領域33及び第二副接合領域35に対応する撚線19の領域にコンパクティングを施した後に、リード線15と撚線19を抵抗溶接により得られる。
以下、接合構造30を得る手順について、図3及び図4を参照して説明する。
はじめに、図3(a),(b)に示すように、絶縁被覆25が剥がされてむき出しの芯線21にコンパクティングを施す。コンパクティングは、第一副接合領域33に対応する第一コンパクティング領域34と第二副接合領域35に対応する第二コンパクティング領域36に対して行われる。コンパクティング工程は、抵抗溶接にて行われる。接合工程も同様である。
第一コンパクティング領域34は、撚線19の先端から所定の範囲に設けられ、第二コンパクティング領域36は、プロジェクション領域32を挟んで、第一コンパクティング領域34と対称に配置される。第一コンパクティング領域34は、以降の工程において撚線19がばらけるのを防止する効果を奏する。
なお、第一上電極41Aと第二上電極43Aを一体の上電極とし、第一下電極41Bと第二下電極43Bを一体の下電極としてもよい。
第一上電極41Aと第二上電極43Aは、撚線19を加圧する面が平坦面をなしており、第一下電極41Bと第二下電極43Bは、撚線19が配置される収容溝42,44を備えている。
コンパクティング工程を終えると、図3(c)に示すようにリード線15を撚線19の上に重ねる。このとき、リード線15は、プロジェクション領域32と第一コンパクティング領域34、第二コンパクティング領域36とに亘って撚線19に重ねられる。
次いで、図5(a),(b)に示すように、プロジェクション領域32、第一コンパクティング領域34及び第二コンパクティング領域36の全域を一対の上電極47Aと下電極47Bで挟み込む。このとき、リード線15は、主にプロジェクション領域32と接触し、プロジェクション領域32を挟む第一コンパクティング領域34と第二コンパクティング領域36とは接触しないか、接触したとしても微小な面積である。
以上のように、第一コンパクティング領域34と第二コンパクティング領域36を設けることにより、溶接による接合工程を通じて、リード線15と撚線19が安定した姿勢で接することができる。
以上説明した構成を備えるセンサ素子10は、以下の効果を備える。
センサ素子10は、主接合領域31と第一副接合領域33、第二副接合領域35とを備え、主接合領域31は、プロジェクション領域32という選択された狭い領域だけでリード線15が接することで、発熱が集中した溶接部分である。しかも、プロジェクション領域32は、発熱が促進されるめっき層23が残されているので、発熱がさらに促進される。したがって、主接合領域31を有するリード線15と撚線19の接合強度は高い。
本発明者らの測定によれば、本実施形態の接合構造はコンパクティングを行わずにリード線15と撚線19を溶接した構造の2倍程度の接合強度を得ることができる。
特に、本実施形態は、プロジェクション領域32の軸線方向Lの両側に設けられる第一コンパクティング領域34及び第二コンパクティング領域36でリード線15を支持するので、潜り込み防止の効果が大きい。
例えば、本実施形態は、コンパクティングを軸線方向Lに離れた二つの領域で行ったが、図6(a),(b)に示すように、撚線19の先端側のみに一つのコンパクティング領域37を形成してもよいし、撚線19の根本側のみに一つのコンパクティング領域37を形成してもよい。一つのコンパクティング領域37であっても、プロジェクション領域32にリード線15が芯線21,21の間に潜り込むのを拘束できるので、主接合領域31において、安定して高い接合強度を得ることができる。
11 素子本体
12 感温体
13 封止ガラス
14 セラミックス保護管
15 リード線
16 内層
17 外層
19 撚線
19A おもて面
19B うら面
21 芯線
22 線本体
23 めっき層
25 絶縁被覆
30 接合構造
31 主接合領域
32 プロジェクション領域
33 第一副接合領域
34 第一コンパクティング領域
35 第二副接合領域
36 第二コンパクティング領域
41A 第一上電極
41B 第一下電極
42,44 収容溝
43A 第二上電極
43B 第二下電極
47A 上電極
47B 下電極
F 荷重
I 電流
L 軸線方向
Claims (17)
- 素子本体と、
前記素子本体から引き出される一対のリード線と、
一対の前記リード線のそれぞれに溶接による接合構造において接合される、複数の芯線が撚られた撚線と、を備え、
前記接合構造は、
その軸線方向の所定領域に設けられる主接合領域と、
前記主接合領域に隣接する副接合領域と、を備え、
前記リード線と前記撚線の接合強度が、前記副接合領域よりも前記主接合領域の方が高い、
ことを特徴とするセンサ素子。 - 前記副接合領域は、
前記主接合領域を挟んで前記軸線方向の一方の側又は両側に設けられる、
請求項1に記載のセンサ素子。 - 前記副接合領域は、
前記主接合領域を挟んで前記軸線方向の双方に設けられる第一副接合領域と第二副接合領域を備える、
請求項1に記載のセンサ素子。 - 前記第一副接合領域は、
前記撚線の先端から所定の範囲に設けられる、
請求項3に記載のセンサ素子。 - 前記撚線は、銅からなる前記芯線の表面に錫からなるめっき層が形成され、
前記主接合領域における錫の濃度が、前記副接合領域における錫の濃度よりも高い、
請求項1又は請求項2に記載のセンサ素子。 - 前記リード線は、銅からなる
請求項5に記載のセンサ素子。 - 前記撚線は、
前記接合構造に、前記リード線が接合されるおもて面と、前記おもて面に対向するうら面と、を備え、
前記うら面は、
横断面における外形が円弧状をなす、
請求項1に記載のセンサ素子。 - 素子本体と、
前記素子本体から引き出される一対のリード線と、
一対の前記リード線のそれぞれに溶接により接合される、複数の芯線が撚られた撚線と、を備えるセンサ素子の製造方法であって、
前記撚線の軸線方向の所定領域を加圧及び加熱することによりコンパクティング領域を形成するとともに、前記コンパクティング領域に隣接し、前記コンパクティング領域よりも相対的に背の高いプロジェクション領域を形成するコンパクティング工程と、
前記コンパクティング領域とプロジェクション領域とに亘り、前記リード線と前記撚線を重ねる電線設置工程と、
前記コンパクティング領域とプロジェクション領域とに亘り、前記リード線と前記撚線を加圧及び加熱することで溶接する接合工程と、
を備えることを特徴とするセンサ素子の製造方法。 - 前記コンパクティング工程において、
前記所定領域の前記芯線同士を溶接するとともに、厚さを薄くすることで、前記コンパクティング領域と前記プロジェクション領域を形成する、
請求項8に記載のセンサ素子の製造方法。 - 前記接合工程において、
前記コンパクティング領域が前記リード線を支持しながら、前記プロジェクション領域と前記リード線の溶接が行われる、
請求項9に記載のセンサ素子の製造方法。 - 前記接合工程の後における、前記リード線と前記撚線の接合強度が、前記コンパクティング領域よりも前記プロジェクション領域の方が高い、
請求項8に記載のセンサ素子の製造方法。 - 前記コンパクティング領域は、
前記プロジェクション領域を挟んで前記軸線方向の一方の側又は両側に設けられる、
請求項8に記載のセンサ素子の製造方法。 - 前記コンパクティング領域は、
前記プロジェクション領域を挟んで前記軸線方向の双方に設けられる第一コンパクティング領域と第二コンパクティング領域を備える、
請求項8に記載のセンサ素子の製造方法。 - 前記第一コンパクティング領域は、
前記撚線の先端から所定の範囲に設けられる、
請求項13に記載のセンサ素子の製造方法。 - 前記撚線は、銅からなる前記芯線の表面に錫からなるめっき層が形成され、
前記プロジェクション領域における錫の濃度が、前記コンパクティング領域における錫の濃度よりも高い、
請求項8に記載のセンサ素子の製造方法。 - 前記リード線は、銅からなる
請求項15に記載のセンサ素子の製造方法。 - 前記撚線は、
前記リード線が接合されるおもて面と、前記おもて面に対向するうら面と、を備え、
前記接合工程において、前記うら面は、横断面の形状が円弧状をなす電極があてがわれる、
請求項8に記載のセンサ素子の製造方法。
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