WO2021095244A1

WO2021095244A1 - 温度センサ、温度センサ素子および温度センサの製造方法

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Publication number: WO2021095244A1
Application number: PCT/JP2019/044907
Authority: WO
Inventors: 竜行鈴木
Original assignee: 株式会社芝浦電子
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2021-05-20
Also published as: EP3842775A4; JP6698978B1; EP3842775B1; US20210404882A1; CN111615622A; JPWO2021095244A1; EP3842775A1; US11808634B2; CN111615622B

Abstract

温度センサ１は、感熱体１１と感熱体１１に電気的に接続される一対の電線とを備えるセンサ素子１０と、センサ素子１０を収容する保護管３０と、保護管３０の内部において保護管３０とセンサ素子の間に介在される充填体４０と、を備える。一対の電線は、感熱体に接続される一対の第１電線１５，１５と、一対の第１電線１５，１５にそれぞれが接続される一対の第２電線１７，１７と、を備える。一対の第２電線１７，１７は、一対の第１電線１５，１５と接続される前側において、絶縁被覆が互いに離れている。

Description

温度センサ、温度センサ素子および温度センサの製造方法

　本発明は、保護管の内部に温度センサの要素が収容されるとともに、保護管と当該要素の間が樹脂材料からなる充填体で埋められている温度センサに関する。

　従来、一端が閉塞し他端が開口する保護管の内部に感熱体を備えるセンサ素子を収容し、保護管の内部に樹脂材料からなる充填体を設けてセンサ素子を保持する温度センサが知られている。
　この温度センサは、周囲の温度を感熱体に迅速に伝えるために、充填体よりも熱伝導性の優れた金属材料により保護管を構成する。また、保護管の内部の充填体は、センサ素子を取り囲むことで周囲の雰囲気からセンサ素子を保護する。保護管もまた周囲の雰囲気からセンサ素子を保護する役割を担う。

　水分の多い湿潤雰囲気で使用される温度センサは、微小な隙間であっても水分が内部に浸入し得る。この水分が感熱体に接続される一対の電線間に至ると電気的な短絡を招く。

　そこで特許文献１は、湿潤雰囲気で使用されても短絡を抑えることのできる温度センサを提案する。特許文献１の温度センサは、感熱体から一対の電線の所定位置までを覆う、第１電気絶縁体からなる第１被覆層と、第１被覆層を覆う、第２電気絶縁体からなる第２被覆層と、を備える。特許文献１の温度センサにおいて、第１被覆層は、一対の電線、具体的には感熱体に接続される引出線を束にして覆う領域と、一対の引出線のそれぞれを個別に覆う領域と、を備える。
　特許文献１の温度センサは、一対の引出線を束にして覆う領域と、一対の引出線のそれぞれを個別に覆う領域と、を設ける。この特許文献１の温度センサによれば、一対の引出線の間の沿面距離（creepage distance）が長くなり、一対の引出線の間の短絡を抑制できる。

特許第６３６０２７３号公報

　本発明は、特許文献１とは異なる部位における短絡の可能性を、当該部位の沿面距離をより長くすることで低減することを目的とする。

　本発明の温度センサは、感熱体と感熱体に電気的に接続される一対の電線とを備えるセンサ素子と、センサ素子を収容する保護管と、保護管の内部において保護管とセンサ素子の間に介在される充填体と、を備える。
　一対の電線は、感熱体に接続される一対の第１電線と、一対の第１電線にそれぞれが接続される一対の第２電線と、を備える。
　一対の第２電線は、一対の第１電線と接続される前側において、絶縁被覆が互いに離れている。

　本発明における一対の第２電線は、好ましくは、前側から離れるのにつれて、その間隔が狭くなり、所定位置で接する。

　本発明における一対の第２電線は、好ましくは、保護管の外部に引き出され、引き出された先の所定位置で接する。

　本発明における保護管の内部において、好ましくは、互いに離れている一対の第２電線の間に、充填体が介在する。

　本発明における充填体は、好ましくは、第１被覆層と、第２被覆層と、第３被覆層と、を備える。
　第１被覆層は、第１電気絶縁体からなり、感熱体から一対の第１電線の所定位置までを覆う。第２被覆層は、第２電気絶縁体からなり、第１被覆層を覆う。第３被覆層は、第３電気絶縁体からなり、第２被覆層および一対の第２電線を覆う。第２被覆層は、互いに離れている一対の第２電線の間に、充填体として介在する。

　本発明における第１被覆層は、好ましくは、一対の第１電線を束にして覆う第１領域と、第１領域に一体的に接続され、一対の第１電線のそれぞれを個別に覆う第２領域と、を備える。この第２被覆層は、互いに離れている一対の第１電線の間に充填体として介在する。

　本発明は、温度センサに適用される単体としてのセンサ素子をも提供する。このセンサ素子は、感熱体と感熱体に電気的に接続される一対の電線とを備える。一対の電線は、感熱体に接続される一対の第１電線と、一対の第１電線にそれぞれが接続される一対の第２電線と、を備える。一対の第２電線は、一対の第１電線と接続される前側において、絶縁被覆が互いに離れている。

　本発明は、感熱体と感熱体に電気的に接続される一対の電線とを備えるセンサ素子と、センサ素子の感熱体の部分を収容する保護管と、保護管の内部において保護管とセンサ素子の間に介在される充填体と、を備える温度センサの製造方法を提供する。本発明における一対の電線は、感熱体に接続される一対の第１電線と、一対の第１電線にそれぞれが接続される一対の第２電線と、を備える。本発明の製造方法は、一対の第２電線が、一対の第１電線と接続される前側において、絶縁被覆が互いに離れている状態で、感熱体と接続されている一対の第１電線と接続されるステップ（Ａ）を備える。ステップ（Ａ）の後に、互いに離れている状態を維持したままで、保護管とセンサ素子の間に充填体を介在させるステップ（Ｂ）が実施される。

　本発明におけるステップ（Ｂ）は、好ましくは、以下のステップ（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を含んでいる。
　ステップ（ａ）：感熱体から一対の第１電線の所定位置までを覆う、第１電気絶縁体からなる第１被覆層を形成する。
　ステップ（ｂ）：第１被覆層を覆う、第２電気絶縁体からなる第２被覆層を形成する。
　ステップ（ｃ）：未硬化の樹脂材料が収容されている保護管の内部に、第２被覆層が形成されている側からセンサ素子を挿入して、第３電気絶縁体からなる第３被覆層を形成する。
　ステップ（ａ）において、絶縁被覆が互いに離れている一対の第２電線の間に拘束部材を介在させたままで第１被覆層を形成する。
　ステップ（ｂ）において、一対の第２電線の間に介在させた拘束部材を避けて、第２被覆層を形成する。
　ステップ（ｃ）において、拘束部材が取り除かれるか、または、拘束部材が一対の第２電線の間に介在させたままで、保護管の内部にセンサ素子を挿入して、第３被覆層を形成する。

　本発明に係る温度センサは、一対の第２電線の絶縁被覆の間が前側において離れているので、一対の第２電線の芯線の間の沿面距離を長くできる。したがって、本発明に係る温度センサによれば、湿潤雰囲気で使用されても一対の第２電線の芯線の間の短絡を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る温度センサを示し、（ａ）は一部縦断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は正面図である。本実施形態に係る第１中間体を示す部分縦断面図である。本実施形態に係る第２中間体を示し、（ａ）は一部縦断面図、（ｂ）は側面図である。本実施形態に係る第３中間体（センサ素子）を示し、（ａ）は一部縦断面図、（ｂ）は側面図である。図１に示す温度センサの製造手順を示す図であり、（ａ）は第１中間体を示し、（ｂ）は第２中間体を示し、（ｃ）は第３中間体（センサ素子）を示し、（ｄ）は温度センサを示す。本実施形態における沿面距離を説明する図である。本実施形態の変形例を示す図である。

　以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態に係る温度センサ１およびその製造方法を説明する。
　温度センサ１は、図１に示すように、温度検出の主体を担うセンサ素子１０と、センサ素子１０の主要部を覆う保護管３０と、センサ素子１０と保護管３０の間に介在される充填体４０と、を備える。
　温度センサ１は、一対の第２電線１７，１７の芯線１７Ａ，１７Ａの間の沿面距離を長くすることで、湿潤環境下で使用しても、芯線１７Ａ，１７Ａの間の短絡を抑制する。
　以下、温度センサ１の各構成要素について説明したのちに、温度センサ１の製造手順を説明する。

＜センサ素子１０＞
　センサ素子１０は、図１および図２に示すように、感熱体１１と、感熱体１１の周囲を覆うガラス製の保護層１３と、感熱体１１に電気的に直に接続される一対の第１電線１５，１５と、第１電線１５，１５のそれぞれに電気的に接続される第２電線１７，１７と、を備えている。電気的に接続される第１電線１５，１５と第２電線１７，１７により本発明における一対の電線が構成される。
　なお、温度センサ１において、図１に示すように、感熱体１１が設けられる側を前Ｆと定義し、第２電線１７が引き出される側を後Ｂと定義する。この定義は相対的なものとする。

［感熱体１１］
　感熱体１１は、例えば、サーミスタを用いることが好ましい。サーミスタはthermally sensitive resistorの略称であり、温度によって電気抵抗が変化する性質を利用して温度を検出する金属酸化物である。
　サーミスタは、ＮＴＣ（negative temperature coefficient）サーミスタとＰＴＣ（positive temperature coefficient）に区分されるが、本発明はいずれのサーミスタをも使用できる。

　ＮＴＣサーミスタとして典型的なスピネル構造を有するマンガン酸化物（Ｍｎ_３Ｏ_４）を基本組成とする酸化物焼結体を感熱体１１に用いることができる。この基本構成にＭ元素（Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｕ、ＡｌおよびＣｒの１種又は２種以上）を加えたＭ_ｘＭｎ_３－ｘＯ_４の組成を有する酸化物焼結体を感熱体１１に用いることもできる。さらに、Ｖ、Ｂ、Ｂａ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｌａ、Ｓｂ、Ｓｒ、ＴｉおよびＺｒの１種又は２種以上を加えることができる。
　また、ＰＴＣサーミスタとして典型的なペロブスカイト構造を有する複合酸化物、例えばＹＣｒＯ_３を基本構成とする酸化物焼結体を感熱体１１に用いることができる。

［保護層１３］
　ガラス製の保護層１３は、図１および図２に示すように、感熱体１１を封止して気密状態に保持することによって、温度センサ１が用いられる周囲の環境条件に由来する感熱体１１の化学的、物理的変化の発生を防止するとともに、感熱体１１を機械的に保護する。ガラス製の保護層１３は、感熱体１１の全体に加えて第１電線１５，１５の前端を覆い、第１電線１５，１５を封着する。
　なお、ガラス製の保護層１３を設けることは、本発明において好ましい形態にすぎず、保護層１３を設けることは任意である。

［第１電線１５］
　第１電線１５，１５は、図２に示すように、図示を省略する感熱体１１の電極に電気的に接続される。
　第１電線１５，１５は保護層１３により封着されるため、線膨張係数がガラスと近いジュメット線（Dumet wires）が好適に用いられる。なお、ジュメット線は、鉄とニッケルを主成分とする合金を導電体である芯線として用い、そのまわりを銅で覆った電線である。第１電線１５，１５は、電気的な絶縁被覆がなく、導電体芯線が剥き出しにされているため、水分が浸入すると短絡のおそれがある。そこで、本実施形態において、後述するように、第１電線１５，１５の間の沿面距離を長くしている。
　以下に、温度センサ１の構成要素の線膨張係数の一例を示しておく。

線膨張係数
　シリコーンゴム：２.０～４.０×１０^－４（／℃）
　　エポキシ樹脂：５.０～８.０×１０^－５（／℃）
　　　　　　　銅：１６．５～１６．８×１０^－６（／℃）
　　ジュメット線：４．５～６．０×１０^－７（／℃）
　　　　　ガラス：９．１×１０^－６（／℃）

　第１電線１５，１５は、図２に示すように、前側の間隔が狭い第１領域１５Ａと、連続的に間隔が拡がる第２領域１５Ｂと、後側の間隔が広い第３領域１５Ｃと、を有している。第1領域１５Ａの前側は感熱体１１に繋がり、後側は第２領域１５Ｂの前側に繋がる。第２領域１５Ｂの後側は第３領域１５Ｃの前側に繋がり、第３領域１５Ｃの後側は第２電線１７，１７に繋がる。第1領域１５Ａの前側の間隔は感熱体１１の寸法により特定され、第３領域１５Ｃの後側の間隔は第２電線１７，１７の間隔によって特定される。
　第１領域１５Ａと第３領域１５Ｃの間隔を整合させるために、第１電線１５，１５は、第１領域１５Ａと第３領域１５Ｃの間に、第２領域１５Ｂを備えている。第２領域１５Ｂにおいて、第１電線１５，１５は、相当の間隔を隔てて離れている。

［第２電線１７］
　第２電線１７，１７は、図２に示すように、導電体からなる芯線１７Ａ，１７Ａと、芯線１７Ａ，１７Ａを覆う絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂと、を備える。第２電線１７，１７は、２芯平行線、または単に平行線と称されている。第２電線１７，１７は、芯線１７Ａ，１７Ａの部分で第１電線１５，１５とそれぞれが溶接、導電性接着剤などにより電気的に接続される。
　第２電線１７は、第１電線１５のように線膨張係数の制約がなく、所定の耐熱性、耐久性を備えている限り、任意の材質を選択できる。

　一対の第２電線１７，１７の芯線１７Ａ，１７Ａは、第１電線１５，１５と接続される部分が剥き出しとされており、芯線１７Ａ，１７Ａの間で短絡のおそれがある。そこで、本実施形態において、沿面距離を長くする対象として第２電線１７，１７の芯線１７Ａ，１７Ａを選択する。

　一対の第２電線１７，１７において、通常、一対の絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂは一体的に成形されており、互いに接している。しかし、本実施形態に係る絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂは、図１（ａ）および図２に示すように、前側が離れている。したがって、一対の絶縁被覆が接しているのに比べて、芯線１７Ａ，１７Ａの間隔を広くできる。この前側の芯線１７Ａ，１７Ａの間隔は、前側より後側の間隔が広い。そのため、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂは平面視するとＶ字状をなしており、前側から後側へ離れるのにつれて、その間隔が狭くなる。従って、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂは前側から所定位置、具体的にはＶ字の末端部分で接する。
　このように、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂが、前側から後側へ離れるのにつれて、その間隔が狭くなる形態を有するので、Ｖ字の末端部分における負荷が小さい。これに対して、前側における間隔を後側の末端部分まで同じにするには、末端部分をＬ字状に屈曲させる必要があり、この屈曲部における負荷が大きい。これにより、本実施形態によれば、第２電線１７，１７に残留する応力を抑えることができる。

　また、第２電線１７，１７は、図１（ａ），（ｂ）に示すように、保護管３０から外部に引き出されるが、互いに離れている部分は保護管３０の外部まで達している。そして、第２電線１７，１７は、引き出された先の所定位置で絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂが接する。このように、第２電線１７，１７の互いに離れている部分が保護管３０の外部まで達していれば、保護管３０の内部において、芯線１７Ａ，１７Ａの間に長い沿面距離が確保されていることを目視で確認できる。

［保護管３０］
　次に、保護管３０は、図１に示すように、センサ素子１０を内部に収容し、その前端から第２電線１７，１７に亘って覆う金属製、好ましくは、熱伝導性の高い銅、銅合金から構成される。保護管３０は、内部に収容されるセンサ素子１０を周囲の雰囲気から保護することに加えて、周囲の雰囲気の温度を迅速に内部に伝えるために、高熱伝導性の金属材料から構成される。

　保護管３０は、一端が閉塞された閉塞端３１、他端が開口端３３である筒状の部材である。保護管３０は、閉塞端３１が前側に位置し、開口端３３が後側に配置されており、その内部に充填体４０を介してセンサ素子１０を支持する。
　図１などでは保護管３０の肉厚を薄く描いているが、本発明における保護管３０の肉厚は使用環境などに応じて設定される。

［充填体４０］
　次に、充填体４０は、図１および図５（ｄ）に示すように、第１被覆層４１、第２被覆層４３および第３被覆層４５を備える。
　本発明の好ましい形態として、感熱体１１を直に覆う第１被覆層４１は、第２被覆層４３および第３被覆層４５よりも変形のしやすい材料で構成される。
　以下、第１被覆層４１、第２被覆層４３および第３被覆層４５のより具体的な内容を順に説明する。

［第１被覆層４１］
　充填体４０は、図１および図３に示すように、好ましい例として、シリコーンゴムからなる第１被覆層４１を備える。第１被覆層４１は、保護層１３および第１電線１５に対する電気的な絶縁体として機能するものであり、理想的には空孔が存在しない緻密な膜からなる。シリコーンゴムは、本発明における第１電気絶縁体を構成する。なお、電気的な絶縁体を、以下では単に絶縁体ということがある。
　ここで、後述するエポキシ樹脂からなる第２被覆層４３は、第１被覆層４１と同様に絶縁体として機能する。しかるに、シリコーンゴムからなる第１被覆層４１を設けるのは、シリコーンゴムは引張弾性率が小さく高い弾性を有するからである。つまり、シリコーンゴムとエポキシ樹脂の引張弾性率を対比して示すと以下の通りであるが、シリコーンゴムはエポキシ樹脂に比べて格段に低い弾性率を有し、小さい負荷でも容易に変形する。

引張弾性率
　シリコーンゴム：０．０１～２０（Ｎ／ｍｍ^２）
　エポキシ樹脂：２０００～５０００（Ｎ／ｍｍ^２）

　ここで、温度差の生じる環境下で温度センサ１が用いられると、温度センサ１を構成する要素、例えば第１電線１５，１５および第１電線１５，１５を覆う第１被覆層４１が膨張・収縮を繰り返す。第１電線１５，１５と第１被覆層４１は線膨張係数が相当に異なるので、相当の温度差の中で膨張・収縮が繰り返されると、第１電線１５，１５と第１被覆層４１の間が剥離するおそれがある。ところが、第１被覆層４１を構成するシリコーンゴムは、以下に示すように、弾性率が小さいために負荷が加わると容易に変形し、膨張・収縮を吸収することができる。
　このように、シリコーンゴムからなる第１被覆層４１は、絶縁体として機能するのに加えて、温度昇降に伴う熱応力による第１電線１５，１５と第１被覆層４１の剥離を防止する緩衝機能を担う。
　ただし、この緩衝機能は温度昇降の程度が小さければ必ずしも要求されるものではなく、本発明においてシリコーンゴムからなる被覆層は好ましい形態にすぎない。

　第１被覆層４１は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、保護層１３の前端から第１電線１５の所定位置までの領域を覆っており、感熱体１１および保護層１３の全体が第１被覆層４１により覆われている。第１被覆層４１は、第１電線１５を覆っている部分の形態に特徴を有する。つまり、第１被覆層４１は第１電線１５の第１領域１５Ａと第２領域１５Ｂを覆っている。しかも、第１領域１５Ａにおいては、第１被覆層４１が２本の第１電線１５，１５をまとめて束にして覆っているが、第２領域１５Ｂにおいては第１被覆層４１が第１電線１５をそれぞれ個別に覆っている。このように、一対の第１電線１５，１５の間は、第１被覆層４１が略Ｖ字状の形態をなしており、一対の第１電線１５，１５の間の沿面距離を長くできる。この第１被覆層４１の第１電線１５を覆う形態は、本発明にとって好ましい形態である。

　つまり、温度センサ１は、第１被覆層４１でそれぞれが個別に覆われる第２領域１５Ｂ，１５Ｂにおいて第１電線１５，１５の間に第１被覆層４１が存在しない。したがって、第１電線１５，１５の第３領域１５Ｃ，１５Ｃにおける沿面距離は、図３（ａ）に示すように２×Ｌ１である。これに対して、仮に第２領域１５Ｂ，１５Ｂにおいて第１電線１５，１５の間を第１被覆層４１が埋めるように形成されているとすると、沿面距離は図３（ａ）に示すように第３領域１５Ｃ，１５Ｃにおける第１電線１５，１５の間隔Ｌ２である。
　２×Ｌ１とＬ２を比較すれば、第１電線１５，１５のそれぞれを個別に被覆することにより、沿面距離を相当に長くできることが容易に理解できる。これにより、温度センサ１によれば、仮に当該領域に水が浸入したとしても、第１電線１５，１５の間に短絡が生ずるのを抑制できる。

　第１被覆層４１の厚さは所期の目的を達成する限り任意であるが、一つの目安として、０．１ｍｍ以上の厚さを有すれば絶縁体としての機能を達成できる。

［第２被覆層４３］
　次に、充填体４０は、図１および図４に示すように、好ましい例として、エポキシ樹脂からなる第２被覆層４３を備える。第２被覆層４３も、第１被覆層４１と同様に保護層１３、第１電線１５および第２電線１７に対する絶縁体として機能する。加えて、第２被覆層４３はエポキシ樹脂からなる第３被覆層４５との接着を担う接合層としての機能を担う。第２被覆層４３を構成するエポキシ樹脂が本発明の第２電気絶縁体を構成する。

　第２被覆層４３は、第１被覆層４１の前端から第２電線１７，１７の絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの所定位置までの領域を覆っており、第１被覆層４１の全体が第２被覆層４３により覆われている。
　第２被覆層４３は、後述するようにディッピングおよび硬化処理を経て形成される。このディッピングの際に液状のエポキシ樹脂は第１電線１５，１５の間に浸入するとともに、第２電線１７，１７の間にも浸入する。これにより、硬化処理後の第２被覆層４３は、図１および図４（ａ）に示すように、互いに離れている第１電線１５，１５の間および第２電線１７，１７の絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間に介在する。これにより、第２被覆層４３は、離れている第１電線１５，１５の間隔および離れている絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間隔を維持する効果を奏する。
　図１において、第２被覆層４３は、保護管３０の内部において第２電線１７，１７の絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間に介在するが、保護管３０の外部に引き出された部分においても絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間に介在することもできる。

　ここで、本実施形態においては、第１被覆層４１を構成するシリコーンゴムと第２被覆層４３を構成するエポキシ樹脂との接着力は弱い。したがって、仮に第２被覆層４３を設けることなく第１被覆層４１を第３被覆層４５に直に接触させたとすると、両者間の接着力が不十分であるから、第１被覆層４１と第３被覆層４５の間に水の浸入経路ができやすい。ところが、第２被覆層４３を設けることにより、水の浸入経路を防ぐ効果が期待できる。

　つまり、第２被覆層４３は第１被覆層４１の全体を覆って密閉しているので、シリコーンゴムとエポキシ樹脂の接着力が弱くても、第１被覆層４１と第２被覆層４３の間に水の浸入経路はできにくい。一方で、エポキシ樹脂同士の接着力は強いので、第２被覆層４３と第３被覆層４５の間は強く接着され、水の浸入経路ができにくい。

　また、第１被覆層４１を構成するシリコーンゴムは、前述したように、エポキシ樹脂に比べて線膨張係数が一けた大きい。したがって、第１被覆層４１に加えて、第２被覆層４３および第３被覆層４５をもシリコーンゴムで構成したとすれば、保護管３０の内部の膨張・収縮により感熱体１１および保護管３０に与えられる熱応力が大きくなる。そこで、シリコーンゴムよりも線膨張係数の小さいエポキシ樹脂で第２被覆層４３および第３被覆層４５を構成することにより、保護管３０に与える熱応力を抑えることができる。

　一方で、第１被覆層４１が弾性率の大きなエポキシ樹脂で構成されているものとする。エポキシ樹脂はシリコーンゴムに比べるとジュメット線との線膨張係数の差は小さいが、エポキシ樹脂はシリコーンゴムに比べて弾性率が相当に大きい。したがって、温度昇降の程度によっては、膨張・収縮によって第１電線１５，１５との間が剥離しやすい。

　第２被覆層４３の厚さは所期の目的を達成する限り任意であるが、一つの目安として、０．３ｍｍ以上の厚さを有すれば絶縁体としての機能を達成できる。

［第３被覆層４５］
　第３被覆層４５は、図１に示すように、センサ素子１０、第１被覆層４１および第２被覆層４３を覆うとともに、これらと保護管３０の内周面との間を埋める。
　第３被覆層４５は、好ましい例として、第２被覆層４３と同様にエポキシ樹脂からなり、第２被覆層４３との間の接着力を確保するとともに、保護管３０の内壁との間の接着力を確保する。これにより、保護管３０の内部には水の浸入経路ができにくい。第３被覆層４５を構成するエポキシ樹脂が本発明における第３電気絶縁体を構成する。

　第３被覆層４５と第２被覆層４３はエポキシ樹脂が用いられる点で共通する。ところが、第３被覆層４５は周囲の温度を感熱体１１に向けて熱伝導させることを主たる目的とすることを考慮し、第２被覆層４３よりも熱伝導性の高い材質で構成されていることが好ましい。これに対して、第２被覆層４３は後述するディッピングを健全に行えることを考慮した材質で構成されていることが好ましい。

　本実施形態においては、第１被覆層４１、第２被覆層４３および第３被覆層４５と３つの層を備える充填体４０の例を説明したが、本発明における充填体はこれに限るものではない。昇降する温度、雰囲気などによっては、１つの層だけで充填体４０を構成してもよいし、２つの層または４つの層以上で充填体４０を構成することもできる。また、本発明においては、シリコーンゴム、エポキシ樹脂以外の電気的な絶縁体で充填体４０を構成することもできる。

＜温度センサ１の製造方法＞
　次に、図２～図５を参照して、温度センサ１を製造する手順を説明する。
［第１中間体］
　はじめに、図２および図５（ａ）に示すように、第１被覆層４１、第２被覆層４３を備えていない、第１中間体１０Ａを用意する。第１中間体１０Ａは、感熱体１１の表裏のそれぞれの面に設けられる一対の電極（図示省略）に第１電線１５，１５が接続されている。図２および図５（ａ）においては、第１電線１５，１５には既に一対の第２電線１７，１７そのそれぞれが接続されているが、一対の第２電線１７，１７の前側は絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂが離れている。保護層１３は、第１電線１５などが接続された感熱体１１をガラス管の内部を貫通するように配置した状態でガラス管を加熱溶解、凝固することにより形成できる。

　よく知られているように、一対の第２電線１７，１７は、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂが一体となって製造される。本実施形態においては、第１電線１５，１５と接続される前に、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの前側に相当する部位に切り込みを入れることで、一対の第２電線１７，１７の前側を離せるようにしておく。そして、第１電線１５，１５と第２電線１７，１７の芯線１７Ａ，１７Ａを電気的に接続した後に、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの前側の間隔を広げ、第２電線１７，１７の前側をＶ字状に離す。

［第２中間体］
　次に、図３（ａ）および図５（ｂ）に示すように、第１中間体１０Ａに第１被覆層４１を形成して第２中間体１０Ｂを得る。
　第１被覆層４１は、液状のシリコーンゴムに感熱体１１（保護層１３）の側をディッピング（dipping）することにより形成される。このとき、第１電線１５，１５を覆う部分は、第１電線１５，１５のそれぞれを個別に覆うように配慮することが好ましい。例えば、センサ素子１０を液状のシリコーンゴムに浸してから引き上げる際に所定の制御をすることにより、第１電線１５，１５のそれぞれを個別に覆う第１被覆層４１を形成できる。
　ディッピングとは、液状の被覆材、ここでは液状のシリコーンゴムの中に被覆の対象物である感熱体１１および保護層１３を漬けるコーティング手法の一つである。

　ディッピングの最中に、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間の間隔を維持するために、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂを機械的に拘束することができる。この機械的な拘束による間隔の維持は、第２中間体１０Ｂを得る過程で行うこともできるが、次の第３中間体であるセンサ素子１０を得る過程で行うこともできる。そこで、機械的な拘束の具体例については、次の第３中間体の項で言及する。

［第３中間体］
　次に、図４および図５（ｃ）に示すように、第２中間体に第２被覆層４３を形成して第３中間体としてのセンサ素子１０を得る。
　第２被覆層４３は、液状のエポキシ樹脂に第１被覆層４１が形成された感熱体１１（保護層１３）の側を第１被覆層４１と同様にディッピングすることにより形成できる。

　このディッピングの際に、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの前側の部分が離れている状態を維持するように、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの離れている部分を機械的に拘束することが好ましい。機械的に拘束するには、図４（ａ）に示すように、離れている絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間にピン状の拘束部材５０を介在させることができる。ディッピングは、この拘束部材５０が液状のエポキシ樹脂に漬からないように、拘束部材５０が設けられる部位を液状のエポキシ樹脂の表面より上方に避けるようにして行われる。したがって、離れている絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間に第２被覆層４３が介在するが、少なくとも拘束部材５０が設けられる位置からＶ字の末端までの間は隙間が空いている。

　ディッピングに用いられるエポキシ樹脂を硬化させるには、例えば１００～１５０℃の温度域で所定時間保持する硬化処理を行う。拘束部材５０はこの硬化処理を終えるまで絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間に介在する。その後、第３中間体、つまりセンサ素子１０が保護管３０へ封入するまでの間に、拘束部材５０は絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間から取り除かれてもよいし、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間に介在したままでセンサ素子１０が保護管３０へ封入されてもよい。
　硬化処理は、第２中間体１０Ｂを作製するステップにおいても同様に適用される。

　ピン状の拘束部材５０は機械的な拘束手段の一例に過ぎない。本発明においては、他の手段、例えば離れている絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの部分をクリップで表裏から挟み込むことで、離れている状態を維持してもよい。他に、離れている絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの部分に剛性の高い粘着テープを架け渡して粘着することで、前側の部分が離れている状態を維持することもできる。

［保護管３０への封入］
　次に、第２被覆層４３まで形成されたセンサ素子１０を保護管３０へ封入する。封入は以下の手順による。
　開口端３３が上向きの保護管３０の内部に硬化処理後に第３被覆層４５を構成する液状、つまり未硬化状態のエポキシ樹脂を所定量だけ投入しておく。エポキシ樹脂が投入された保護管３０の内部に、センサ素子１０を前端から挿入する。
　センサ素子１０を挿入した後にエポキシ樹脂の硬化処理を施せば、温度センサ１が完成する。

　図１（ａ）に示すように、保護管３０の内部において、離れている絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間に第２被覆層４３および第３被覆層４５が介在される。離れている絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの後側は保護管３０の外部に露出するが、この露出する部分は、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間は隙間が空いたままとされる。ただし、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間の間隔が狭く、かつ、拘束部材５０を介在させていなければ、第３被覆層４５を形成する過程で、毛細管現象により、エポキシ樹脂が当該隙間に浸入することもある。

　また、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂの間に拘束部材５０を介在させたままであれば、拘束部材５０が設けられる部位を保護管３０の開口端３３より上方になるようにして、センサ素子１０を保護管３０へ封入する。

［温度センサ１の効果］
　以上説明した温度センサ１が奏する効果を説明する。
　本実施形態に係る温度センサ１は、図６（ｂ）に示すように、第２電線１７，１７の絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂが前側において離れている。これにより、本実施形態における芯線１７Ａ，１７Ａの間の沿面距離Ｌ３は、絶縁被覆１７Ｂ，１７Ｂが前側においても接している図６（ａ）の場合の沿面距離Ｌ４よりも大きい。したがって、温度センサ１は、一対の芯線１７Ａ，１７Ａの間の短絡を抑えることができる。

　以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に置き換えたりすることができる。
　温度センサ１は、好ましい形態として、第２領域１５Ｂ，１５Ｂにおいて第１電線１５，１５の間に第１被覆層４１を介在させない例を示した。しかし、本発明においては、図７（ａ）に示すように、第２領域１５Ｂ，１５Ｂにおいて第１電線１５，１５の間に第１被覆層４１を介在させてもよい。

　また、本実施形態は好ましい第１被覆層４１としてシリコーンゴムを用いたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ブジエンゴムを用いることができる。これらの樹脂材料は、電気的絶縁性、耐水性を有するとともに、弾性率が小さいという機械的特性の点で、シリコーンゴムと共通している。

　また、本実施形態は好ましい第２被覆層４３および第３被覆層４５としてエポキシ樹脂を用いたが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明において、エポキシ樹脂と同等の物理的および化学的な特性を備える樹脂材料を用いることができる。

　また、本実施形態は好ましい充填体４０として、第１被覆層４１、第２被覆層４３および第３被覆層４５の３層としたが、本発明はこれに限定されない。温度センサが使用される環境によって、充填体４０を1層から構成できるし、図７（ｂ）に示すように、第２被覆層４３と第３被覆層４５とを１層に集約して第３被覆層４５とすることもできる。この場合、第１被覆層４１と第３被覆層４５は、相互の接着性を考慮してその材質が選択されることになる。

　さらに、本実施形態は感熱体としてサーミスタの例を示したが、本発明はこれに限定されず、例えば白金を用いた電気抵抗体を感熱体に用いることができる。

　さらにまた、一対の第１電線１５，１５は、前側から後側に向けて間隔が広くなるＶ字状に形成されているが、本発明はこれに限定されず、例えばＵ字状など、本発明は相互の間隔が広くなる形態を広く包含する。同様に、第２電線１７，１７についても、前側から後側に向けて間隔が狭くなるＶ字状に形成されているが、本発明はこれに限定されず、例えばＵ字状など、本発明は相互の間隔が狭くなる形態を広く包含する。

１　　　温度センサ
１０　　センサ素子
１１　　感熱体
１３　　保護層
１５　　第１電線
１５Ａ　第１領域
１５Ｂ　第２領域
１５Ｃ　第３領域
１７　　第２電線
１７Ａ　芯線
１７Ｂ　絶縁被覆
３０　　保護管
３１　　閉塞端
３３　　開口端
４０　　充填体
４１　　第１被覆層
４３　　第２被覆層
４５　　第３被覆層

Claims

　感熱体と前記感熱体に電気的に接続される一対の電線とを備えるセンサ素子と、
　前記センサ素子を収容する保護管と、
　前記保護管の内部において前記保護管と前記センサ素子の間に介在される充填体と、を備え、
　一対の前記電線は、前記感熱体に接続される一対の第１電線と、一対の前記第１電線にそれぞれが接続される一対の第２電線と、を備え、
　一対の前記第２電線は、一対の前記第１電線と接続される前側において、絶縁被覆が互いに離れている、
ことを特徴とする温度センサ。
　一対の前記第２電線は、前記前側から離れるのにつれて、その間隔が狭くなり、所定位置で接する、
請求項１に記載の温度センサ。
　一対の前記第２電線は、前記保護管の外部に引き出され、引き出された先の所定位置で接する、
請求項１または請求項２に記載の温度センサ。
　前記保護管の内部において、互いに離れている一対の前記第２電線の間に、前記充填体が介在する、
請求項１～請求項３のいずれか一項に記載の温度センサ。
　前記充填体は、
　前記感熱体から一対の前記第１電線の所定位置までを覆う、第１電気絶縁体からなる第１被覆層と、
　前記第１被覆層を覆う、第２電気絶縁体からなる第２被覆層と、
　前記第２被覆層および一対の前記第２電線を覆う、第３電気絶縁体からなる第３被覆層と、を備え、
　前記第２被覆層は、互いに離れている一対の前記第２電線の間に、前記充填体として介在する、
請求項４に記載の温度センサ。
　前記第１被覆層は、
　一対の前記第１電線を束にして覆う第１領域と、
　前記第１領域に一体的に接続され、一対の前記第１電線のそれぞれを個別に覆う第２領域と、を備え、
　前記第２被覆層は、互いに離れている一対の前記第１電線の間および互いに離れている一対の前記第２電線の間に前記充填体として介在する、
請求項５に記載の温度センサ。
　感熱体と前記感熱体に電気的に接続される一対の電線とを備え、
　一対の前記電線は、前記感熱体に接続される一対の第１電線と、一対の前記第１電線にそれぞれが接続される一対の第２電線と、を備え、
　一対の前記第２電線は、一対の前記第１電線と接続される前側において、絶縁被覆が互いに離れている、
ことを特徴とするセンサ素子。
　感熱体と前記感熱体に電気的に接続される一対の電線とを備えるセンサ素子と、前記センサ素子の前記感熱体の部分を収容する保護管と、前記保護管の内部において前記保護管と前記センサ素子の間に介在される充填体と、を備え、
　一対の前記電線が、前記感熱体に接続される一対の第１電線と、一対の前記第１電線にそれぞれが接続される一対の第２電線と、を備える温度センサの製造方法であって、
　一対の前記第２電線は、一対の前記第１電線と接続される前側において、絶縁被覆が互いに離れている状態で、前記感熱体と接続されている一対の前記第１電線と接続されるステップ（Ａ）と、
　一対の前記第２電線の絶縁被覆が互いに離れている状態を維持したままで、前記保護管と前記センサ素子の間に前記充填体を介在させるステップ（Ｂ）と、
を備えることを特徴とする温度センサの製造方法。
　前記ステップ（Ｂ）は、
　前記感熱体から一対の前記第１電線の所定位置までを覆う、第１電気絶縁体からなる第１被覆層を形成するステップ（ａ）と、
　前記第１被覆層を覆う、第２電気絶縁体からなる第２被覆層を形成するステップ（ｂ）と、
　未硬化の樹脂材料が収容されている前記保護管の内部に、前記第２被覆層が形成されている側から前記センサ素子を挿入して、第３電気絶縁体からなる第３被覆層を形成するステップ（ｃ）と、を備え、
　前記ステップ（ａ）において、
　絶縁被覆が互いに離れている一対の前記第２電線の間に拘束部材を介在させたままで前記第１被覆層を形成し、
　前記ステップ（ｂ）において、
　一対の前記第２電線の間に介在させた前記拘束部材を避けて前記第２被覆層を形成し、
　前記ステップ（ｃ）において、
　前記拘束部材が取り除かれるか、または、前記拘束部材が一対の前記第２電線の間に介在させたままで、前記保護管の内部に前記センサ素子を挿入して、前記第３被覆層を形成する、
請求項８に記載の温度センサの製造方法。