JPH03211702A

JPH03211702A - 温度検知素子

Info

Publication number: JPH03211702A
Application number: JP572690A
Authority: JP
Inventors: Junichi Muramatsu; 淳一村松; Hidenori Ishikawa; 英典石川
Original assignee: KURABE KK
Current assignee: KURABE KK
Priority date: 1990-01-13
Filing date: 1990-01-13
Publication date: 1991-09-17

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】（産業上の利用分野）本発明は、高分子半導体のＮＴＣ特性を利用した温度検
知素子に関し、特に任意の形状の感温体を持ち非点状部
の温度検知に適した温度検知素子に関する。

（従来の技術）従来から温度検知素子としては、サーミスタと呼ばれる
無機酸化物の焼結体を用いた素子が広く利用されてきた
。このサーミスタは、ある−点の温度を検知する場合に
は有効であるが、温度が広い範囲に分布している場合は
複数個のサーミスタが必要となる。

そこで近年では、これに対応する面状温度検知素子への
要求が高まりつつあり、高分子半導体の合成技術の進歩
とあいまって任意の形状の感温体を持たせることが可能
な高分子半導体を用いた温度検知素子が提案されてきた
。その提案の一例を挙げると特開昭５５−１０２１１０
号公報においては、テトラシアノキノジメタン塩（以下
ＴＣＮＱ塩という）を用いた温度検知素子が示されてい
る。

（発明が解決しようとする課題）特開昭５５−１０２１１０号公報の発明の詳細な説明の
項にも掲載されているとおり、ＴＣＮＱ塩は本来、結晶
若しくは粉末状の有機半導体装置リ、任意の形状の感温
体を持つ温度検知素子を得るためには、ＴＣＮＱ塩に高
分子バインダーを添加した後溶媒に溶解させ、スクリー
ン印刷法、ドクターブレード法等の成膜方法により素子
を形成するという工程が必要不可欠である。しかし、こ
の場合ＴＣＮＱ塩の粒子径及び皮膜の厚さといったパラ
メーターを正確に制御しなければ再現性のある温度検知
素子を得ることはできない。

尚、前記ＴＣＮＱ塩は高価なものであるため経済面から
も実用化のためにはさらなる努力、工夫が必要である。

また、ＴＣＮＱ塩に添加される高分子バインダーとして
は、ポリ酢酸ビニル、ポリスチレン、エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体等の熱
可塑性樹脂が用いられるため、素子の温度検知範囲は用
いられる高分子バインダーの転移点以下に制限されてし
まう。

本発明の目的は、上記欠点を解消するもので、簡単な製
造工程により任意の形状の感温体を持ち非点状部の温度
検知に適した温度検知素子を安価に提供することにある
。

（課題を解決するための手段）前記目的を達成するために本発明による温度検知素子は
、一対の電極と、部分ドープされた電子共役有機重合体
を成分とする高分子半導体からなる感温体とが絶縁基板
上に形成されるよう構成しである。

ここで前記電子共役有機重合体とは有機重合体の主鎖の
原子結合が、単結合と二重結合が交互に結合している共
役系よりなる有機重合体のことであり、前記電子共役有
機重合体としては、ポリピロール又はポリアニリンが挙
げられる。

本発明に用いられる電子共役有機重合体は、例えば電解
重合法によって容易に得ることができる。

このとき溶媒としては一般的に知られているアセトニト
リル、水、又支持電解質としてはテトラブチルアンモニ
ウムバークロレート、テトラエチルアンモニウムフルオ
ロポレート、塩酸等を使用しても良く、直流電圧を印加
することにより陽極上に電子共役有機重合体膜を得るこ
とが可能である。

尚、電解型合法以外に、塩化第二鉄等を酸化剤とした化
学重合法により電子共役有機重合体膜を合成することも
可能である。

また、この電子共役有機重合体膜は、（化学量論的に考
えて、）七ツマー単位すべてがドープされているわけで
はなく、即ち“部分ドープ”の状態となっている。

ここで前記電子共役有機重合体膜の所望のＢ定数を得る
方法として、七ツマ−の初期濃度に対する支持電解質（
ドーパント）の濃度を調整する方法と、前記電子共役有
機重合体膜に対し、マイナス電位を印加（脱ドープ）す
る方法の２つが挙げられる。

本実施例では、所望のＢ定数と膜厚を簡単に設定できる
後者の方法により行った。

尚、ドープ量が多い程得られたポリマーの導電率は増加
する。

特に、素子のＢ定数は５００以上３０００未満のものが
好ましい。Ｂ定数が５００未満であるとく、一応はＮＴ
Ｃ特性を示すが感度が低いため温度検知が不可能となっ
てしまう。

また、Ｂ定数が３０００以上のものは、素子の電気抵抗
が増大してしまい脱ドープ工程では所望のＢ定数を得る
ことができない。

本発明の絶縁基板は感温体を支持するものであり絶縁材
料であれば使用できるが、熱伝導率ｋ［Ｗｍ　−Ｉ　Ｋ
−１］は低い程好ましく、石英ガラス（ｋ＝１．３８）
、パイレックスガラス（ｋ−１−１０）等の無機系ガラ
ス材料やポリエチレン（ｋ−０。

２２）、ポリ塩化ビニル（ｋ＝０．１６）、ポリテトラ
フルオロエチレン（ｋ＝０．３０）、シリコンゴム（ｋ
−０，２０）等の高分子材料等を用いることができる。

尚、高分子材料を絶縁基板として用いる場合は任意の形
状に成形した後に一般に知られている方法により架橋構
造をとったものを使用しても良い。

（作　用）前述した本発明の手段によれば、簡単な合成方法体とし
て使用するため構造は単純で、その成膜性を有効に利用
し、任意の形状の感温体を持ち非点状部の温度検知に適
した温度検知素子を安価に提供することができる。

尚、ポリピロール及びポリアニリンは、ＴＣＮＱ塩に添
加される高分子バインダーとして例に挙げた熱可塑性樹
脂と異なり融点を持たない。従って温度に対しては土兄
樹脂と比較して安定であると考えられる。

（実施例）以下、本発明を図面等を参照して更に詳しく説明する。

第１図は、本発明による温度検知素子の一実施例を示す
断面図である。

〈ポリピロールを用いた実施例〉第１図に示す如く、絶縁基板１として縦、横及び厚さが
１５Ｘ１５Ｘ０．５ｍｍの石英基板（３００Ｋにおける
熱伝導率に＝１．３８）を用意し、該基板上に感温体２
としてポリピロール膜を装着する。次に感温体２の両端
に金の真空蒸着を行い電極３を設けることにより温度検
知素子を形成した。

ここでポリピロール膜の合成は以下に述べる方法により
行った。

まず溶媒として試薬特級のアセトニトリルを更に一回蒸
留したものを用意し、陽極として（１０００人２５Ω／
口）のＩＴＯ付ガツガラス極として白金の電極を設けた
電解槽内で支持電解質を混入したポリピロールの電解重
合を行い陽極上にポリピロールを成膜した。

このときピロールの初期濃度は０、ＩＭ／ｌであり、支
持電解質としては０．０７５Ｍ／！！／のテトラブチル
アンモニウムバークロレートを使用した。又、ドープ条
件としては電極間電位３．Ｏｖ及び３．５Ｖ１電解時間
１０分間である。

次に、このようにして陽極上に成膜されたポリピロール
に対し電極間電位−３，ＯＶ、電解時間１分間及び１０
分間の条件で脱ドープを施すことによりポリピロール膜
のＢ定数を制御した。

本実施例では、このようにして得られたポリピロール膜
を感温体として用いた温度検知素子４種類（本実施例Ａ
、Ｂ、Ｃ，Ｄ）を作成した。

尚、表−１には各々の素子についてのドープ条件。

脱ドーグ条件及びＢ定数を示した。

ここで上記４種類の温度検知素子について、温度変化に
対する素子の電気抵抗（温度特性）を測定したところ第
２図に示すようなグラフを得ることができた。

第２図によれば、本実施例Ａ（Ｂ定数２５０）の素子は
、温度変化に対する抵抗変化の割合が低く温度検知素子
としては適していない。本実施例Ｂ、Ｃ及びＤは、それ
ぞれ５００．１４３０及び２３００のＢ定数を有する素
子であるが、これらは温度変化に対する抵抗変化は十分
でありＮＴＣ特性を有する温度検知素子として適してい
る。

また、本実施例の中には加えていないが、Ｂ定数が３０
００以上のものは、素子の電気抵抗が増大し脱ドープ工
程では所望のＢ定数を得ることができなかった。

尚、本実施例Ａ及びＢに関してはいずれも１５μｍの膜
厚のポリピロール膜が得られ、Ｃ及びＤに関してはいず
れも１０μｍの膜厚のポリピロール膜が得られた。即ち
七ツマー濃度、支持電解質濃度及び電解重合条件という
必要最小限のパラメーターの制御により再現性のある感
温体を得ることができる。

〈絶縁基板の熱伝導率を代えた実施例〉次に異なった熱
伝導率をもつ絶縁基板について素子の応答性を比較した
。

本実施例Ｘは、感温体として前述の方法により得られた
Ｂ定数１４３０のポリピロール膜、絶縁基板として縦、
横及び厚さが１５Ｘｌ　５ＸＯ，５ｍｍの石英基板（３
００Ｋにおける熱伝導率に−１，３８）より構成された
素子について８０℃に保った恒温槽中に放置してから時
間−抵抗特性を測定し熱時定数τを求めたものであり、
その結果を表−２に示した。

また、比較例Ｙは、感温体としては本実施例Ｘと同一と
し、絶縁基板については縦、横及び厚さが１５Ｘ１５Ｘ
０．５ｍｍの多結晶酸化アルミニウム基板（３００Ｋに
おける熱伝導率に＝３６）より構成された素子について
本実施例Ｘと同一の方法により時間−抵抗特性を測定し
熱時定数τを求めたものであリ、その結果を表−２に併
記した。

これを見てもわかるように、素子の応答性は熱伝導率の
低い基板を使用した本実施例Ｘが優れており、比較例Ｙ
は本実施例Ｘに比べ約２０倍の応答時間が必要であっｔ
；。

くポリアニリンを用いた実施例〉次に感温体としてポリピロールに代えてポリアニリンを
用いた温度検知素子を作成しｔ：。

ポリアニリン膜の合成は以下に述べる方法により行った
。

まず溶媒として水を用意し、陽極として（１０００Ａ２
５Ω／口）のＩＴＯ付ガツガラス極として白金の電極を
設けた電解槽内で支持電解質を混入したポリアニリンの
電解重合を行い陽極上にポリアニリンを成膜した。

このときアニリンの初期濃度は１．ＯＭ／、／、であり
、支持電解質としては１．５Ｍ／、４の塩酸を使用した
。又、ドープ条件としては電極間電位２．５Ｖ。

電解時間１０分間である。

次に、このようにして陽極上に成膜されたポリアニリン
に対し電極間電位−２，５Ｖ、電解時間１０分間の条件
で脱ドープを施すことによりポリアニリン膜のＢ、定数
を制御した。

本実施例では、このようにして得られたポリアニリン膜
を感温体として用いた温度検知素子２種類（本実施例Ｅ
、Ｆ）を作成した。

尚、表−３には各々の素子についてのドープ条件。

脱ドープ条件及びＢ定数を示した。

ここで上記２種類の温度検知素子について、温度変化に
対する素子の電気抵抗（温度特性）を測定したところ第
３図に示すようなグラフを得ることかできｔ二。

第３図によれば、本実施例Ｅ　（Ｂ定数２７０）の素子
は、温度変化に対する抵抗変化の割合が低く温度検知素
子としては適していない。本実施例Ｆ　（Ｂ定数１５０
０）の素子は温度変化に対する抵抗変化は十分でありＮ
ＴＣ特性を有する温度検知素子として適していることが
判る。

（以下余白）表＝１表−２表−３（発明の効果）以上説明したように本発明によれば、ＴＣＮＣ’ｌ塩等
の結晶もしくは粉末状の有機半導体を用いることなく成
膜性の良好な電子共役有機重合体（ポリピロール又はポ
リアニリン）を感温体とすることにより、感温体の形状
及び面積の自由度の高い、非点状部の温度検知に適した
温度検知素子を安価に提供することが可能であり、その
工業的価値は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による温度検知素子の一実施例を示す
断面図である。第２図及び第３図は、本実施例による温度検知素子の温
度特性図である。ｌ・・・・絶縁基板２・・・・感温体３・・・・電極

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁基板上に形成された一対の電極と、部分ドー
プされた電子共役有機重合体を成分とする高分子半導体
からなる感温体とによって構成された温度検知素子。
（２）前記電子共役有機重合体がポリピロールであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の温度検知素
子。
（３）前記電子共役有機重合体がポリアニリンであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の温度検知素
子。