JPH03118433A

JPH03118433A - 感温素子

Info

Publication number: JPH03118433A
Application number: JP25638189A
Authority: JP
Inventors: Toshishige Yamamoto; 利重山本; Hiromoto Tanimae; 谷前　太基; Satoru Takao; 高尾　哲
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-09-29
Filing date: 1989-09-29
Publication date: 1991-05-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】星策上Ω皿皿旦１本発明は感温素子に関する。

−とその言０感温素子は、電気抵抗が温度によって変化することを利
用した回路素子であって、種々の電気機器などに広く利
用され、さらに技術の多様化した今日においては、様々
な抵抗温度特性を有する感温素子の開発が要請されてき
ている。

感温素子としては、一般に負の抵抗温度特性を有するサ
ーミスタ（以下、ｒＮＴＣサーミスタ」という）と、正
の抵抗温度特性を有するサーミスタ（以下、ｒＰＴＣサ
ーミスタ」という）とがある。

ＮＴＣサーミスタとは、温度上昇と共に抵抗値が緩やか
に減少するサーミスタをいい、所謂突入電流（電源投入
時に発生する過電流）の抑制に適している。すなわち、
ＮＴＣサーミスタは、初期状態における抵抗値が高いた
め、突入電流が抑制され、回路が保護される。また、電
源投入後は、回路を流れる電流による発熱により抵抗値
が除々に減少し、所定の回路動作がなされる。

しかし、上記ＮＴＣサーミスタは、回路を流れる電流に
よる発熱によってその抵抗値が減少するため、異常時に
おける過電流の発生によるトラブルを防止することはで
きない、したがって、異常時においては、電気機器等が
異常に加熱され、火災等の発生を招来するといったこと
には対処できない。

一方、ＰＴＣサーミスタとは、ある一定温度（抵抗急変
温度）以上に温度が上昇すると、その抵抗値が急激に増
加するサーミスタをいい、異常時における過電流の発生
に起因したトラブルを防止するのに適している。すなわ
ち、ＰＴＣサーミスタは、通常は低い抵抗値を維持して
いるが、回路に異常が生じた場合においては、過電流に
よる発熱によって抵抗値が急激に増大するため、回路を
流れる電流値の増大が抑制され、該回路が保護される。

しかし、上記ＰＴＣサーミスタは、電源投入時において
は、その抵抗値が低いため、前記突入電流を防止するこ
とはできず、電源投入時において電気機器等にトラブル
が発生するといったことには対処できない。

そこで、異常時の過電流発生及び突入電流を防止するも
のとして、第９図に示すように、ＮＴＣサーミスタ５１
とＰＴＣサーミスタ５２とが熱的に結合された感温素子
が提案されている（特開昭６１−１５９７０５号公報参
照）。

該感温素子は、ＮＴＣサーミスタ５１とＰＴＣサーミス
タ５２とが直列に結合され、電極５３．５４を介してリ
ード線５５．５６が接続されたものである。このように
構成された感温素子は、第１０図に示すように、ＮＴＣ
サーミスタ５１とＰＴＣサーミスタ５２との特性を合わ
せもつ凹型の抵抗温度特性を有しく図中、破線で示す）
、突入電流及び異常時における過電流発生の防止が可能
である。

しかし、該感温素子においては、それぞれの抵抗温度係
数（温度勾配）の絶対値が著しく異なる。すなわち、Ｎ
ＴＣサーミスタ５１は、その特性が緩やかな温度勾配を
有するのに対し、ＰＴＣサーミスタ５２は、その特性が
急峻な温度勾配を有する。このため、突入電流や異常時
における過電流発生の防止には適するが、任意の温度値
に温度制御する温度センサ等、他の用途には一般的には
使用することができないという課題があった。

また、凹型特性を有する感温素子としては、その他にＰ
ＴＣサーミスタの素材として一般的に使用されるＢ　ａ
　Ｔ　ｉＯｓ系半導体磁器組成物にＹｂ（イッテルビウ
ム）を添加したものが提案されている（例えば特公昭５
４−２７５５５号公報参照）該感温素子は、第１１図に示すように、ＢａＴｉＯ３系
半導体磁器組成物の抵抗急変温度である１２０℃付近ま
ではかなり急峻な負の抵抗温度係数を有し、前記抵抗急
変温度以降では正の抵抗温度係数を有するものであって
、上述の感温素子と同様、異常時の過電流発生及び突入
電流を防止することができる。

しかし、該感温素子においては、感温素子を構成するＢ
ａ原子によって抵抗急変温度が決まるため、それに対応
して最低抵抗値も常に抵抗急変温度近傍に存在すること
となる。したがって、任意の温度領域に抵抗急変温度を
有する感温素子を得ることができず、上述の感温素子と
同様、広範な用途には不適格であるという課題があった
。

また、その他の凹型特性を有する感温素子としては、上
述のＢａをＳｒとｐｂで置換した（ＳｒＰ　ｂ）　Ｔ　
ｉ　Ｏｓ系半導体磁器組成物により形成された感温素子
が提案されている（エレクトロセラミクス　°８８５月
号、ｐ３３〜ｐ３５参照）。

該感温素子は、第１２図に示すように、鋭角的な７字状
の特性を有し、Ｓｒとｐｂとの組成比を変λることによ
り抵抗急変温度の変動を可能としたものである１図中、
Ｙは等モル量のＳｒとｐｂが含有されている場合を示し
、ＺはＳｒのモル量がｐｂのモル量よりも多く含有され
ている場合を示し、Ｘはｐｂのモル量がＳｒのモル量よ
りも多く含有されている場合を示している。すなわち、
Ｓｒのモル量を増加させることにより抵抗急変温度が下
がり、ｐｂのモル量を増加させることにより抵抗急変温
度が上がっている。

該感温素子においては、抵抗急変温度の変動は可能であ
るが、急峻な抵抗温度特性が得られる温度領域が狭く、
図中Ｚに示すように、抵抗急変温度の変動により、抵抗
温度特性の急峻さが失われる傾向にある。すなわち、一
定の狭い温度領域においてのみ抵抗急変温度を移動させ
ても特性の急峻性が維持できるにすぎず、任意の抵抗急
変温度において所望の急峻な特性を有する感温素子を得
ることはできないため、特性の急峻さが要求される空調
機器等の温度制御素子などには使用できないという課題
があった。

また、Ｔｉと（ＳｒＰｂ）の組成比を変えることによっ
ても種々の抵抗急変温度を有する凹型特性の感温素子を
得ることができるが（前記エレクトロセラミクス　°８
８５月号、ｐ３３〜ｐ３５参照）、上述の感温素子と同
様、抵抗急変温度の変動により、抵抗温度特性の急峻さ
が失われ。

上述と同様の課題があった。

本発明は上記したような課題に鑑みてなされたものであ
って、任意の温度領域において任意の抵抗温度特性を有
する感温素子を提供することを目的としている。

課　を　゛するための　丁１上記目的を達成するために本発明に係る感温素子は、Ｐ
ＴＣサーミスタとクリテジスタとが熱的に結合されてい
ることを特徴としている。

さらに、上記感温素子において、ＰＴＣサーミスタとク
リテジスタとが直列に接続されていることを特徴として
いる。

また、上記感温素子において、ＰＴＣサーミスタとクリ
テジスタとが並列に接続されていることを特徴としても
よい。

さらに、これら感温素子に抵抗体がさらに熱的に結合さ
れていることを特徴としている。

尚、ここでｒ熱的に結合された」とは、ＰＴＣサーミス
タとクリテジスク、又はＰＴＣサーミスタとクリテジス
クと抵抗体とが、これらの間で熱移動が円滑に行なわれ
るように密着されて接合されている状態をいう。

１■ クリテジスタ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕ
ｒｅ　Ｒｅ５ｉｓ−ｔｏｒ　；以下、ｒｃＴＲＪという
）とは、ある特定温度を越えるとその抵抗値が急激に減
少する抵抗素子をいい、Ｖ、Ｏ，を主成分とし、このｖ
２０ｓに特定の添加剤を添加して作製される。そして、
このＣＴＲにおいては、抵抗値が急激に減少する温度（
抵抗急変温度）が、前記添加剤の種類に応じて広範囲に
選択可能であり、また１０’倍程度の抵抗変化幅を有す
る。

したがって、本発明に係る感温素子によれば、ＰＴＣサ
ーミスタとＣＴＲとが熱的に結合されているので、ＰＴ
ＣサーミスタとＣＴＲの特性が複合された抵抗温度特性
を有する感温素子が得られる。しかも、ＣＴＲの作製条
件を変えることにより、任意の抵抗温度特性を有するＣ
ＴＲを得ることができるため、適当に選択したＰＴＣサ
ーミスタと熱的に結合させることにより、任意の温度領
域において任意の凹型又は凸型の抵抗温度特性を有する
感温素子が得られる。

具体的には、ＰＴＣサーミスタとＣＴＲとを直列に接続
することにより、任意の温度領域において任意の凹型抵
抗温度特性を有する感温素子が得られ、ＰＴＣサーミス
タとＣＴＲとを並列に接続することにより、任意の温度
領域において任意の凸型抵抗温度特性を有する感温素子
が得られる。

また、抵抗体がこれら感温素子に熱的に結合されること
により、平坦部を有する抵抗温度特性を具備した感温素
子が得られる。

衷施胴以下、本発明に係る実施例を図面に基づき詳説する。尚
、本発明は以下の実施例のみに限定されるものでないこ
とはいうまでもない。

［実施例１］第１図（ａ）は本発明に係る感温素子の一実施例を示し
た断面図であって、断面略円形形状に形成されたＣＴＲ
Ｌが、断面略矩形形状のＰＴＣサーミスタ２の下面に密
接して配設されている。該ＰＴＣサーミスタ２とＣＴＲ
Ｉとの接合は、熱伝導性の良好な接着剤によってなされ
ている。また、ＰＴＣサーミスタ２の上面側においては
、その略全域に亙ってＡｇ等の導電材料からなる第１の
電極３が形成され、さらに該第１の電極３にはリード線
４が接続されている。一方、ＰＴＣサーミスタ２の下面
側においては、そのほぼ全域に亙って第２の電極７が形
成されると共に、該第２の電極７とＣＴＲＬとの間には
リード線８が連架されている。また、ＣＴＲＩにはリー
ド線９が接続され、さらにＣＴＲＩ及びＰＴＣサーミス
タ２は、エポキシ系樹脂等の耐熱性樹脂ｌＯにより被覆
されている。

ＣＴＲＩは、「作用」の項で述べたように、ある特定温
度を越えるとその抵抗値が急激に減少する抵抗素子をい
い、以下の如く作製される。

まず、Ｂ、Ｓｉ、Ｐ系の酸化物のうち１つ、及びＭｇ、
Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｌａ、Ｐｂ系の酸化物のうち１つを
添加剤として主成分である■２０Ｓに混入し、混合物を
作製する。そして、結晶の転移現象に基づく前記混合物
の劣化を防止するため、該混合物を粉砕し、さらに該粉
砕物をガラス状の酸化物で充填することにより作製され
る。

このようにして作製されたＣＴＲＩは、結晶の転移現象
に基づく劣化が生じることもなく、耐久性の向上したも
のとなる。上記添加剤の添加物質及び添加量に応じて抵
抗急変温度は６０〜８０℃の範囲で可変であり、抵抗値
は約１０’Ωから約１Ω程度まで変化し、抵抗変化幅も
広い、また、ＣＴＲＩに上記以外の添加物質、例えば、
Ｗ（タングステン）等を添加することによりさらに抵抗
急変温度を低（設定したり高く設定したりすることがで
きる。

また、ＰＴＣ，サーミスタ２は、ＢａＴｉＯｓにＮｂ、
Ｔａ等の半導体化剤が添加されたＢａＴｉＯ３系半導体
磁器組成物や５ｒＴｉＯｉ系半導体磁器組成物等で形成
される。そして、これら組成物の組成比を変えることに
より、異なる抵抗急変温度を有するＰＴＣサーミスタ２
を得ることができる。

このように形成された感温素子は、第１図（ｂ）に示す
ように、ＣＴＲＩとＰＴＣサーミスタ２とが直列的に接
続されることとなる。しかも、ＣＴＲＩとＰＴＣサーミ
スタ２とが密接して熱的に結合されているため、熱移動
を円滑に行なうことができ、該感温素子は、ＣＴＲＬの
特性とＰＴＣサーミスタ２の特性とが複合化されたもの
となる。

第２図は上記感温素子の抵抗温度特性の一例を示したも
のである。ＣＴＲＩは、ＮＴＣサーミスタが有さない急
峻な特性を有しているので、急峻な特性を有するＰＴＣ
サーミスタ２と複合化が図られることにより、破線で示
すように、急峻な凹型の抵抗温度特性を得ることができ
る。すなわち、ＣＴＲＩの抵抗急変温度Ａにおいて抵抗
値は急激に減少し、ＰＴＣサーミスタ２の抵抗急変温度
近傍の点ＢでＰＴＣサーミスク２の特性曲線に接続され
、その後抵抗値が温度とともに急激に増加する正の抵抗
温度特性を有するものとなる。また、ＣＴＲＩの組成及
びＰＴＣサーミスタ２の組成を変えることにより、最低
抵抗値を示す温度領域を自由に変えることができる。し
たがって、任意の温度領域において、急峻な凹型の抵抗
温度特性を有する感温素子を得ることができる。

このような感温素子を例＾ば空調機器等の温度センサに
使用した場合においては、該空調機器等の温度は、最低
抵抗値（図中、Ｂ）に相当する温度に自動制御すること
が可能となり、温度センサとして高性能なものが得られ
る。すなわち、任意の温度領域において、上述のような
凹型の抵抗温度特性を有する感温素子を得ることができ
、前記空調機器等の温度制御素子などとして高性能なも
のを提供することができる。

［実施例２］第３図（ａ）は本発明に係る感温素子の別の実施例を示
した断面図であって、ＣＴＲＬが、ＰＴＣサーミスタ２
の一方の端面に熱伝導性の良好な接着剤を介して熱的に
結合されたものである。また、ＰＴＣサーミスタ２の上
下両面にはその略全域に亙ってＡｇ等の導電材料からな
る第１及び第２の電極１１．１２が形成され、さらに、
ＣＴＲ１はリード線１３．１４に接続され、ＰＴＣサー
ミスタ２は、第１及び第２の電極１１．１２を介してリ
ード線１３．１４に接続されている。また、ＣＴＲＬ及
びＰＴＣサーミスタ２は、エポキシ系樹脂等の耐熱性樹
脂１０により被覆されている。

ＣＴＲＬとＰＴＣサーミスタ２の構成等は［実施例１］
と同様であるので省略する。

このように形成された感温素子は、第３図（ｂ）に示す
ように、ＣＴＲＬとＰＴＣサーミスタ２とが並列的に接
続とされることとなる。しかもＣＴＲＬとＰＴＣサーミ
スタ２とが密接して熱的に結合されている。したがって
、該感温素子は、熱移動を円滑に行なうことができ、Ｃ
ＴＲＬの特性とＰＴＣサーミスタ２の特性とが複合され
たものとなり、第４図に示すように、凸型の抵抗温度特
性を有する感温素子を得ることができる（図中、破線で
示す）、すなわち、抵抗値の高い領域（図中、Ｃで示す
）で両者の抵抗温度特性が交わるため、凸型の急峻な抵
抗温度特性を有する感温素子を得ることができる。この
ような凸型の抵抗温度特性を有する感温素子が開発され
た例は未だ報告されておらず、技術の多様化した今日に
おいて今後の活用が期待される。

［実施例３］第５図（ａ）は本発明に係る感温素子のさらに別の実施
例を示した断面図であって、ＰＴＣサーミスタ２の下面
に、上述と同様、ＣＴＲＬが熱的に結合されると共に、
ＰＴＣサーミスタ２の上面には断面略楕円形状の抵抗体
１５が接着剤を介して密接して配設されている。また、
ＰＴＣサーミスタ２の上下両面にはそのほぼ全域に亙っ
てそれぞれ第１及び第２の電極７．１７が形成されてい
る。さらに、第２の電極１７と抵抗体１５との間にはリ
ード線１８が連架され、第１の電極７とＣＴＲＩとの間
にはリード線８が連架されている。そして、ＣＴＲＬ及
び抵抗体１５にはそれぞれリード線９．１９が接続され
ている。また、ＣＴＲＬ、ＰＴＣサーミスタ２及び抵抗
体１５は、エポキシ系樹脂等の耐熱性樹脂１０により被
覆されている。

ＣＴＲＩとＰＴＣサーミスタ２の構成等は［実施例１］
と同様であるので省略する。

このように形成された感温素子は、第５図（ｂ）に示す
ように、ＣＴＲＩとＰＴＣサーミスタ２と抵抗体１とが
直列的に接続とされることとなる。しかも、ＣＴＲＬと
ＰＴＣサーミスタ２とが密接して熱的に結合されている
ので、熱の移動を円滑に行なうことができる。したがっ
て、該感温素子は、ＣＴＲＬの特性とＰＴＣサーミスタ
２の特性と抵抗体１５の有する平坦化特性とが複合され
たものとなり、第６図に示すように、平坦部を具備した
凹型の抵抗温度特性を有する感温素子が得られる（図中
、破線で示す）。すなわち、ＣＴＲ１の抵抗急変温度り
において抵抗は急激に減少し、平坦な抵抗温度特性を有
する抵抗体１５の抵抗温度特性と点Ｅで交わり、さらに
抵抗体１５の抵抗温度特性は、ＰＴＣサーミスタ２の抵
抗温度特性とその抵抗急変温度近傍の点Ｆで交わる。つ
まり、該感温素子の抵抗温度特性は、平坦部を具備した
凹型の抵抗温度特性を有することとなる。

［実施例４］第７図（ａ）は本発明に係る感温素子のさらに別の実施
例を示した断面図であって、ＰＴＣサーミスタ２の一方
の端面にＣＴＲＩが熱的に結合されると共に、接着剤を
介してＰＴＣサーミスタ２の他方の端面に抵抗体１５が
熱的に結合されている。そして、ＰＴＣサーミスタ２の
上下両面にはその略全域に亙ってＡｇ等の導電材料から
なる第１及び第２の電極１１．１２が形成され、さらに
、ＣＴＲＩはリード線１３．１４に接続され、ＰＴＣサ
ーミスタ２は、第１及び第２の電極１１．１２を介して
リード線１３．１４に接続されている。さらに、抵抗体
１５は、リード線２０．２１を介して第１および第２の
電極１１．１２に接続されている。また、ＣＴＲＬ、Ｐ
ＴＣサーミスタ２及び抵抗体１５は、エポキシ系樹脂等
の耐熱性樹脂１０により被覆されている。

このように形成された感温素子は、第７図（ｂ）に示す
ように、ＣＴＲＩとＰＴＣサーミスタ２と抵抗体１５と
が並列的に接続とされることとなる。しかも、ＣＴＲＩ
とＰＴＣサーミスタ２と抵抗体１５とが密接して熱的に
結合されているので、熱の移動を円滑に行なうことがで
きる。したがって、該感温素子は、ＣＴＲＩの特性とＰ
ＴＣサーミスタ２の特性と抵抗体１５の有する平坦化特
性とが複合されたものとなり、第８図に示すように、平
坦部を具備した凸型の抵抗温度特性を有する感温素子が
得られる（図中、破線で示す）。

すなわち、抵抗値の高い領域（図中、Ｇ、Ｈで示す）で
もって、ＣＴＲＬと抵抗体１５とＰＴＣサーミスタ２と
のそれぞれの抵抗温度特性が交わるため、平坦部を具備
した凸型の抵抗温度特性を有する感温素子を得ることが
できる。

上記［実施例１］〜［実施例４］から明らかなように、
ＰＴＣサーミスタとＣＴＲとを熱的に結合させることに
より任意の温度領域において任意の凹型または凸型の抵
抗温度特性を有する感温素子を得ることができ、さらに
これらに抵抗体を熱的に結合させることにより、より応
用範囲の広い感温素子を得ることができる。

及ユ五激呈以上詳述したように本発明に係る感温素子は、ＰＴＣサ
ーミスタとＣＴＲとが熱的に結合されているので、ＰＴ
Ｃサーミスタの特性とＣＴＲの特性とが複合された感温
素子を得ることができる。

しかも、ＣＴＲは、ＮＴＣサーミスタと異なり急峻な特
性を有するため、ＰＴＣサーミスタと直列接続すること
により、抵抗温度係数の絶対値が路間−である急峻な凹
型抵抗温度特性を有する感温素子を得ることができ、高
性能の温度センサとしての使用に適したものとなる。

さらに、ＰＴＣサーミスタとＣＴＲとが並列に接続され
ることにより、任意の凸型特性を有する感温素子を得る
ことができ、また、抵抗体がこれらの感温素子に熱的に
結合されることにより、さらに種々の凹型又は凸型の抵
抗温度特性を有する感温素子を得ることができる。

このように、本発明によれば、任意の温度領８域におい
て、所望の凹型または凸型の抵抗温度特性を有する感温
素子を得ることができるため、該感温素子を種々の温度
センサやスイッチ素子などに使用することが可能となり
、空調機器等極めて広範な分野に利用することができる
こととなる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係る感温素子の一実施例［実施
例１］を示す断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の等
価回路、第２図は［実施例１］の抵抗温度特性図、第３
図（ａ）は［実施例２］を示す断面図、第３図（ｂ）は
第３図（ａ）の等価回路、第４図は［実施例２］の抵抗
温度特性図、第５図（ａ）は［実施例３］を示す断面図
、第５図（ｂ）は第５図（ａ）の等価回路、第６図は［
実施例３］の抵抗温度特性図、第７図（ａ）は［実施例
４］を示す断面図、第７図（ｂ）は第７図（ａ）の等価
回路、第８図は［実施例４］の抵抗温度特性図、第９図
は従来例を示した感温素子の断面図、第１０図は従来例
の抵抗温度特性図、第１１図は別の従来例の抵抗温度特
性図、第１２図はさらに別の従来例の抵抗温度特性図で
ある。１・・・ＣＴＲ（クリテジスタ）、２・・・ＰＴＣサー
ミスタ（サーミスタ）、１５・・・抵抗体。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）正の抵抗温度特性を有するサーミスタとクリテジ
スタとが熱的に結合されていることを特徴とする感温素
子。
（２）正の抵抗温度特性を有するサーミスタとクリテジ
スタとが直列に接続されていることを特徴とする請求項
１記載の感温素子。
（３）正の抵抗温度特性を有するサーミスタとクリテジ
スタとが並列に接続されていることを特徴とする請求項
１記載の感温素子。
（４）請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の感温素
子において、さらに抵抗体が熱的に結合されていること
を特徴とする感温素子。