DE19806296B4

DE19806296B4 - NTC-Thermistorelemente

Info

Publication number: DE19806296B4
Application number: DE19806296A
Authority: DE
Inventors: Masahiko Nagaokakyo Kawase; Minoru Nagaokakyo Shimada
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-03-04
Filing date: 1998-02-16
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2018-02-17
Also published as: JPH10247601A; DE19806296A1; JP3393524B2; US6008717A; KR19980079879A; KR100255712B1

Abstract

NTC-Thermistorelement (1; 11; 31; 41) mit folgenden Merkmalen:
einem Thermistorkörper (2), der aus einem NTC-Thermistormaterial hergestellt ist;
einem Paar von äußeren Elektroden (7, 8) auf Endoberflächen (2d, 2e) des Thermistorkörpers (2), wobei die äußeren Elektroden (7, 8) Ärmelteile (7a, 8a) aufweisen, die sich auf oberen und unteren Hauptoberflächen des Thermistorkörpers (2) erstrecken; und
einer Mehrzahl von inneren Elektroden (3a bis 6b; 42a bis 43b) in Schichten (9a bis 9b) innerhalb des Thermistorkörpers, wobei jede innere Elektrode mit einer der äußeren Elektroden verbunden ist, wobei zumindest eine der Schichten eine längere erste Innenelektrode (3a; 42a) und eine kürzere zweite Innenelektrode (3b; 42b) aufweist, welche einander gegenüberliegend mit einem Zwischenraum (g) zwischen denselben angeordnet und mit unterschiedlichen äußeren Elektroden verbunden sind, wobei die längere erste innere Elektrode (3a; 42a) mit der einen äußeren Elektrode (7) verbunden ist und zumindest ein Abschnitt der längeren ersten inneren Elektrode (3a; 42a) eine...

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Thermistorelement mit einem Widerstand mit negativem Temperaturkoeffizienten (nachfolgend als NTC-Thermistorelement bezeichnet), und insbesondere auf eine Verbesserung eines NTC-Thermistorelements mit einer Mehrzahl von inneren Elektroden innerhalb des Thermistorkörpers desselben.
NTC-Thermistorelemente werden in großem Umfang zum Erfassen der Temperatur der Atmosphäre, von festen und flüssigen Materialien sowie zum Kompensieren von Änderungen der Charakteristika einer Schaltung oder einer Komponente derselben aufgrund von Temperaturvariationen eingesetzt. Wie es in den japanischen Patentveröffentlichungen 4-130702 und 62-137804 offenbart ist, können bekannte NTC-Thermistorelementchips vom Gesicht-zu-Gesicht-Typ sein, welche Elektroden aufweisen, die gegenüberliegend in koplanarer Beziehung angeordnet sind, oder dieselben können vom geschichteten Typ sein, bei dem eine Mehrzahl von inneren Elektroden vorhanden ist, die übereinander innerhalb des Thermistorkörpers in einer geschichteten Formation angeordnet sind.
11 zeigt ein bekanntes NTC-Thermistorelement 61 eines Gesicht-zu-Gesicht-Typs mit einem Thermistorkörper 62, der durch Sintern einer Mehrzahl von Übergangsmetalloxiden, wie z. B. Nickeloxid und Kobaltoxid, erhalten wird, wobei derselbe innere Elektroden 63 und 64 aufweist, die gegenüberliegend in einer bestimmten Höhe mit einem spezifizierten Zwischenraum zwischen denselben angeordnet sind. Eine äußere Elektrode 65 ist über einer Endoberfläche (auf der linken Seite) des Thermistorkörpers 62 gebildet und mit einer der inneren Elektroden 63 verbunden, während eine weitere äußere Elektrode 66 über der anderen Endoberfläche (auf der rechten Seite) des Thermistorkörpers 26 gebildet und mit der anderen inneren Elektrode 64 verbunden ist. Der Widerstandswert dieses NTC-Thermistorelements 61 wird durch den Zwischenraum zwischen den gegenüberliegenden inneren Elektroden 63 und 64 bestimmt. Da die zwei inneren Elektroden 63 und 64 in koplanarer Beziehung sind, kann der Widerstandswert des NTC-Thermistorelements 61 sehr genau gesteuert werden, indem diese inneren Elektroden 63 und 64 auf einer sogenannten Grünschicht gebildet werden, welche verwendet wird, um den Thermistorkörper 62 zu erhalten.
12 zeigt ein weiteres Beispiel eines bekannten NTC-Thermistorelements 67 vom Gesicht-zu-Gesicht-Typ, das sich dadurch auszeichnet, daß es weitere Paare von inneren Elektroden 68a, 68b, 69a, 69b, 70a und 70b zusätzlich zu den in 11 gezeigten Elektroden 63 und 64 aufweist, wobei insbesondere vier Paare von gegenüberliegenden Elektroden an vier unterschiedlichen Höhen innerhalb des Thermistorkörpers gezeigt sind.
13 zeigt ein NTC-Thermistorelement 61 des geschichteten Typs mit einer Mehrzahl von inneren Elektroden 73, 74 und 75, die einander überlappend angeordnet sind, wobei sich Thermistorschichten innerhalb eines Thermistorkörpers 72 befinden. Die inneren Elektroden 73 und 75 sind mit einer äußeren Elektrode 76 verbunden, die über einer Endoberfläche des Thermistorkörpers 72 gebildet ist, während die innere Elektrode 74 mit einer weiteren äußeren Elektrode 77 verbunden ist, die über der anderen Endoberfläche des Thermistorkörpers 72 gebildet ist. Bei diesem NTC-Thermistorelement 71 wird der Widerstandswert durch die Trennungen zwischen der oberen und unteren inneren Elektrode 73 und 75 und der mittleren inneren Elektrode 74 bestimmt. Somit kann durch diesen Typ einfacher ein Thermistorelement mit einem kleinen Widerstandswert erhalten werden.
Zusammengefaßt sind bekannte NTC-Thermistorelemente des Gesicht-zu-Gesicht-Typs, wie sie bei 61 und 67 gezeigt sind, vorteilhaft, da ihre Widerstandswerte genau gesteuert werden können, es ist jedoch schwierig, ihre Widerstandswerte zu reduzieren. Der Widerstandswert kann reduziert werden, indem der Zwischenraum zwischen dem gegenüberliegenden Paar der innere Elektroden (wie z. B. zwischen den Elektroden 63 und 64) reduziert wird, wobei jedoch die Möglichkeit des Auftretens eines Kurzschlusses zunimmt, wenn der Zwischenraum übermäßig reduziert wird. In anderen Worten existiert eine Grenze, über die der Widerstandswert eines NTC-Thermistorelements nicht weiter reduziert werden kann. Ein weiteres Problem besteht darin, daß Kantenabschnitte der äußeren Elektroden 65 und 66, die sich in der Richtung einer Linie erstrecken, die die zwei Endoberflächen verbindet, als Parallelwiderstände zu den inneren Elektroden wirken, wobei ihre Auswirkung auf den Gesamtwiderstandswert nicht vernachlässigbar ist.
Bei einem NTC-Thermistorelement des geschichteten Typs, wie er bei 71 gezeigt ist, kann der Widerstandswert reduziert werden, indem die Anzahl von Schichten der inneren Elektroden erhöht wird, wobei jedoch Schwankungen bezüglich der Dicke von Grünschichten vorhanden sind, welche für die Herstellung verwendet werden, und wobei der Widerstandswert wesentlich variieren kann, was durch solche Schwankungen sowie durch variierende Genauigkeiten beim Überlappen der Grünschichten bewirkt wird. In anderen Worten ausgedrückt können zwar NTC-Thermistorelemente mit niedrigen Widerstandswerten erhalten werden, je mehr jedoch der Widerstandswert verringert wird, umso größer wird die Variation des Widerstandswertes an sich.

Aus der DE 4207915 A1 ist ein Thermistor bekannt, wie er oben bezugnehmend auf die 12 beschrieben wurde, während aus der DE 2321478 A ein Thermistor bekannt ist, der im wesentlichen die Merkmale aufweist, die oben bezugnehmend auf 13 beschrieben wurden.

Die JP 5-299201 A offenbart PTC-Thermistoren, wobei ein Beispiel solcher PTC-Thermistoren auf Seitenoberflächen eines Thermistorkörpers aufgebrachte äußere Elektroden aufweist, die sich auf die Hauptoberflächen des Thermistorkörpers erstreckende Abschnitte aufweisen. Auf jeweiligen Schichten des Thermistorkörpers angeordnete innere Elektroden sind in längere und kürzere Abschnitte unterteilt, wobei ein Widerstandswert des PTC-Thermistors durch den Abstand zwischen den längeren und kürzeren Abschnitten, Überlappungsbereichen zwischen den längeren Abschnitten und der Anzahl von Schichten, die innere Elektroden aufweisen, bestimmt ist. Die sich auf die Hauptoberfläche des Thermistorkörpers erstreckenden Abschnitte der äußeren Elektroden sind kürzer als die kürzeren Abschnitte der inneren Elektroden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein NTC-Thermistorelement mit niedrigem Widerstandswert und mit kleiner Schwankung in seinem Widerstandswert zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein NTC-Thermistorelement gemäß Anspruch 1 gelöst.

Wenn zumindest zwei Schichten jeweils eine längere erste innere Elektrode und eine kürzere zweite innere Elektrode enthalten, die einander gegenüberliegend angeordnet sind, wobei sich ein Zwischenraum zwischen denselben befindet, und die mit unterschiedlichen äußeren Elektroden verbunden sind, und wenn die ersten inneren Elektroden in diesen zwei Schichten mit unterschiedlichen zwei äußeren Elektroden verbunden sind, ist die Anforderung dieser Erfindung erfüllt, derart, daß sie sich zumindest teilweise in der Richtung senkrecht zu den Schichten überlappen, wobei sich eine Thermistorschicht zwischen denselben befindet.

Vorzugsweise eine und am liebsten beide äußeren Schichten sollten von dem Typ sein, der zwei solche längere und kürzere Elektroden, die sich einander gegenüberliegen und durch einen Zwischenraum getrennt sind, aufweist. Es wird am meisten bevorzugt, daß alle Schichten von diesem Typ sind.

Bei allen derartigen Ausführungsbeispielen der Erfindung wird es bevorzugt, wenn jede der äußeren Elektroden gebildet ist, um keine der längeren ersten Elektroden zu überlappen, die mit der anderen der äußeren Elektroden verbunden ist. Der Abstand zwischen entweder den äußeren Elektroden und irgendeiner der inneren Elektroden, die mit der anderen der äußeren Elektroden verbunden ist, sollte vorzugsweise größer als der Abstand zwischen der ersten und der zweiten Elektrode sein. Die erste Elektrode in einer der Schichten sollte ebenfalls vorzugsweise eine unterschiedliche Breite bezüglich einer anderen inneren Elektrode, die sich in der Nachbarschicht befindet, aufweisen, und dieselben sollten sich in der senkrechten Richtung überlappen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend bezugnehmend auf die beiliegenden Zeichnungen detaillierter erläutert. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht eines NTC-Thermistorelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
2 eine diagonale Explosionsansicht bestimmter Komponenten, die verwendet werden, um das in 1 gezeigte Thermistorelement herzustellen;
3 eine schematische Diagonalansicht des NTC-Thermistorelements von 1, um einen Herstellungsschritt darzustellen;
4A und 4B Drauf sichten von zwei Schichten mit Elektroden mit unterschiedlichen Breiten;
5A und 5B Diagonalansichten, die innere Elektroden mit unterschiedlichen Formen zeigen;
6 einen Graph, der die Beziehung zwischen der Anzahl von Schichten und dem Widerstandswert eines NTC-Thermistorelements, wie es in 1 gezeigt ist, darstellt;
7 einen Graph, der die Beziehung zwischen der Anzahl von Schichten und der Abweichung R_3CV des Widerstandswerts eines NTC-Thermistorelements, wie es in 1 gezeigt ist, darstellt;
8 eine Schnittansicht eines Thermistorelements, um die Überlappungsbeziehung zwischen dem Ärmelabschnitt einer äußeren Elektrode und gegenüberliegenden inneren Elektroden zu zeigen;
9 eine Schnittansicht eines weiteren NTC-Thermistorelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
10 eine Schnittansicht noch eines weiteren NTC-Thermistorelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung;
11 eine Schnittansicht eines bekannten NTC-Thermistorelements vom Gesicht-zu-Gesicht-Typ;
12 eine Schnittansicht eines weiteren bekannten NTC-Thermistorelements vom Gesicht-zu-Gesicht-Typ; und
13 eine Schnittansicht eines bekannten NTC-Thermistorelements vom geschichteten Typ.
1 zeigt ein NTC-Thermistorelement 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, das einen säulenförmigen Thermistorkörper 2 mit rechteckigem Querschnitt aufweist, welcher ein gesinterter Körper sein kann, der eine Mehrzahl von Oxiden von Übergangsmetallen, wie z. B. Nickel, Kobalt und Kupfer, aufweist. Der Thermistorkörper 2 kann erhalten werden, indem eine Mehrzahl von Keramikgrün schichten gestapelt wird, wobei bestimmte Grünschichten innere Elektroden (nachfolgend beschrieben) auf der oberen Oberfläche gebildet aufweisen, und wobei bestimmte Grünschichten keine auf sich gebildeten Elektroden aufweisen, und indem die geschichtete Struktur, die so erhalten wurde, gesintert wird.
Innerhalb des Thermistorkörpers 2 befindet sich eine Mehrzahl von Paaren von inneren Elektroden, wobei jedes Paar eine längere Elektrode und eine kürzere Elektrode (nachfolgend als die erste bzw. die zweite Elektrode bezeichnet) in koplanarer Beziehung und um einen spezifizierten Zwischenraum getrennt aufweist. Detaillierter dargestellt ist ein erstes Paar von inneren Elektroden an einer bestimmten Höhe innerhalb des Thermistorkörpers 2 gebildet, wobei dasselbe aus einer längeren ersten Elektrode 3a und einer kürzeren zweiten Elektrode 3b besteht. Ferner ist ein zweites Paar unter dem ersten gebildet, wobei die längere erste Elektrode 4a des zweiten Paars und die kürzere zweite Elektrode 4b in 1 zu sehen sind. Ferner ist ein drittes Paar unter dem zweiten Paar gebildet, wobei das dritte Paar eine längere erste Elektrode 5a und eine kürzere zweite Elektrode 5b aufweist. Außerdem ist ein viertes Paar unter dem dritten Paar gebildet, wobei dasselbe eine längere erste Elektrode 6a und eine kürzere zweite Elektrode 6b aufweist. Somit sind die ersten Elektroden 3a, 4a, 5a und 6a jeweils koplanar zu und länger als eine entsprechende Elektrode der zweiten Elektroden 3b, 4b, 5b und 6b, und die ersten Elektroden sind von den zweiten Elektroden durch einen Zwischenraum g getrennt. Der Widerstandswert, der durch den Zwischenraum g bestimmt ist, kann genau eingestellt werden, wenn beispielsweise die erste und die zweite Elektrode jedes Paars (wie z. B. 3a und 3b) auf einer Keramikgrünschicht mittels eines Druckverfahrens, bei dem leitfähige Paste verwendet wird, gebildet werden.
Wie es in 1 gezeigt ist, überlappt die erste Elektrode 3a des ersten Paars die erste Elektrode 4a des zweiten Paars in der Richtung der Dicke, wobei sich eine keramische Schicht 2a zwischen denselben befindet. Auf ähnliche Art und Weise überlappen sich die erste Elektrode 4a und die erste Elektrode 5a des zweiten bzw. dritten Paars, wobei sich eine weitere Keramikschicht 2b zwischen denselben befindet, und wobei die ersten Elektroden 5a und 6a des dritten und vierten Paars jeweils ebenfalls zueinander überlappt angeordnet sind, wobei sich eine weitere keramische Schicht 2c zwischen denselben befindet. Da die vier ersten Elektroden 3a bis 6a übereinander gestapelt sind, wobei sich Keramikschichten 2a-2c zwischen denselben befinden, kann zusammenfassend festgestellt werden, daß ein Widerstandwert existiert, der einem Mittelabschnitt zugeordnet ist, der durch den Buchstaben B gezeigt ist, und zwar wie im Thermistorelement vom geschichteten Typ.
Somit kann der Widerstandswert des NTC-Thermistorelements 1 reduziert werden, wenn die Anzahl von gegenseitig überlappenden längeren ersten Elektroden erhöht wird. Obwohl ein weiterer Widerstandswert zu den sich Sandwich-artig überlappenden Seitenregionen zugeordnet ist, der durch die Buchstaben A in 1 gezeigt ist, können Schwankungen bezüglich dieses Widerstandswerts reduziert werden, da die Länge des Zwischenraums g zwischen der ersten und der zweiten Elektrode jedes Paars genau gesteuert werden kann. Zusammengefaßt läßt sich also feststellen, daß NTC-Thermistorelemente, wie sie bei 1 gezeigt sind, und die einen kleinen Widerstandswert und kleine Abweichungen des Widerstandswerts aufweisen, gemäß dieser Erfindung hergestellt werden können, indem die strukturellen Merkmale bekannter Thermistorelemente des Gesicht-zu-Gesicht-Typs und des geschichteten Typs erfindungsgemäß eingesetzt werden.
Um das NTC-Thermistorelement 1 herzustellen, wird eine Mehrzahl von Keramikgrünschichten, die aus einem Thermistormaterial bestehen, und die angepaßt sind, um als NTC-Thermistor zu arbeiten, hergestellt, einschließlich einer (bei 9a in 2 gezeigt), auf deren rechteckiger oberer Oberfläche keine Elektrode aufgedruckt ist, und einer weiteren (bei 9b gezeigt), die ein Paar aus einer längeren ersten und einer kürzeren zweiten Elektrode 3a und 3b auf sich aufgedruckt aufweist, und zwar beispielsweise mit leitfähiger Paste, die Ag-Pd-Pulver aufweist, und wobei weitere Schichten 9c und 9d auf ähnliche Art und Weise gebildet sind, wobei jede eine längere erste Elektrode 4a oder 5a und eine kürzere zweite Elektrode 4b oder 5b aufweist. Obwohl es in 2 nicht gezeigt ist, sind die Elektroden 6a und 6b, die in 1 gezeigt sind, ebenfalls auf ähnliche Art und Weise auf noch weiteren Keramikgrünschichten gebildet.
Anschließend wird eine Gruppe von Keramikgrünschichten 9a, 9b, ... aufeinander gestapelt, wie es in 3 zu sehen ist. Geeignete Anzahlen von elektrodenlosen Keramikgrünschichten, von denen eine bei 9a gezeigt ist, können bei diesem Verfahren unter und über dem Thermistorkörper 2 verwendet werden.
Anschließend werden die äußeren Elektroden 7 und 8 gebildet, damit jede eine der gegenüberliegenden Endoberflächen 2d und 2e des Thermistorkörpers 2 bedeckt, wie es in 1 gezeigt ist, beispielsweise durch Beschichten derselben mit einer leitfähigen Paste, die leitfähiges Pulver, wie z. B. Ag, enthält, und durch Unterziehen derselben einem Brennverfahren. Die äußeren Elektroden 7 und 8 sind nicht nur auf den Endoberflächen 2d und 2e gebildet, sondern dieselben erstrecken sich etwas über die obere, die untere und beide Seitenoberflächen des Thermistorkörpers 2, wodurch seine Endoberflächen 2d und 2e verbunden werden. (obwohl 1 nicht die Abschnitte zeigt, die sich auf den Seitenoberflächen erstrecken). Diese besagten Abschnitte auf der oberen unteren und den Seitenoberflächen werden anschließend als die Ärmelteile 7a und 8a der äußeren Elektroden 7 bzw. 8 bezeichnet. Erste Elektroden 3a und 5a und zweite Elektroden 4b und 6b sind mit der äußeren Elektrode 7 auf der rechten Seite verbunden, während erste Elektroden 4a und 6a und zweite Elektroden 3b und 5b mit der äußeren Elektrode 8 auf der linken Seite verbunden sind.
2 zeigt die ersten Elektroden 3a, 4a und 5a derart, daß sie die gleiche Breite haben, wobei die "Breite" in der Richtung senkrecht zu der Richtung zwischen den zwei Endoberflächen 2d und 2e des Thermistorkörpers 2 auf einer Grünschicht definiert ist. Es wird jedoch bevorzugt, die Breiten der ersten Elektroden, die übereinander gestapelt sind, wobei Thermistorschichten zwischen denselben eingefügt sind, zu variieren, da die Variationen des Widerstandswerts, der schließlich erhalten wird, damit weiter reduziert werden können. Wenn die erste Elektrode 5a breiter als die erste Elektrode 6a, die derselben benachbart ist, wobei sich eine Thermistorschicht zwischen denselben befindet, gebildet wird, wie es in den 4A und 4B gezeigt ist, können Variationen des Widerstandswerts, welche durch Verschiebungen in der Richtung der Breite zum Zeitpunkt des Stapelns dieser Schichten bewirkt werden, reduziert werden. Obwohl die Elektroden 5a und 6a u. U. nicht genau gedruckt sind, und/oder die Schichten u. U. nicht genau zusammengestapelt sind, variiert die Fläche, in der sie sich gegenüberliegen, nicht, solange die schmälere erste Elektrode 6a innerhalb der Fläche der breiteren ersten Elektrode 5a ist, die sich aus der Ebene der Letzteren heraus erstreckt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann jedes oder auch ein bestimmtes Paar aus ersten und zweiten inneren Elektroden (in 5A beispielhaft durch das erste Paar 3a und 3b von 1 gezeigt) mit Kantenteilen 3a1 und 3b1 gebildet sein, die sich entlang und über die gesamte Breite der Keramikgrünschicht 9b erstrecken. Diese Kantenteile 3a1 und 3b1 dienen dazu, die Zuverlässigkeit der elektrischen Kontakte zwischen den inneren Elektroden 3a und 3b mit den äußeren Elektroden 7 und 8 zu verbessern. Da die Hauptteile der ersten und zweiten Elektroden 3a und 3b schmäler als die Keramikgrünschicht 9b ist, die von den Seitenkanten derselben zurückgezogen sind, dient dieses Ausführungsbeispiel ferner dazu, die Eigen schaft der Feuchtigkeitswiderstandsfähigkeit zu verbessern.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung kann jedes oder ein beliebiges Paar aus erster und zweiter inneren Elektrode (wieder als Beispiel in 5B durch das erste Paar 3a und 3b gezeigt) in einer kammartigen Form gebildet sein, wobei Elektrodenfinger 3a2 und 3b2 vorhanden sind, die an der Spitze interdigital zueinander eingefügt sind. Wenn die erste und die zweite Elektrode, welche derart interdigital geformt sind, sich gegenüberliegen, kann eine weitere Reduktion des Widerstandswerts erreicht werden.
Anschließend werden die Vorteile dieser Erfindung (d. h. die Reduktion des Widerstandswertes und die Variationen der Widerstandswerte) mittels eines Testexperiments dargestellt. Für dieses Experiment wurden eine Mehrzahl von Keramikgrünschichten, die Oxide von Mn, Ni und Co als Hauptkomponenten aufweisen, bereitgestellt, wobei ferner Paare von gegenüberliegenden ersten und zweiten Elektroden 3a, 3b bis 6a, 6b gedruckt wurden, und zwar jedes Paar auf eine andere Grünschicht. Die derart erhaltenen Keramikgrünschichten, die auf sich gedruckte Elektrodenpaare aufweisen, wurden aufeinander gestapelt, wobei eine geeignete Anzahl von Keramikgrünschichten ohne aufgedruckte Elektroden darüber und darunter gestapelt wurden. Der derart gebildete Stapel wurde gesintert, und es wurden äußere Elektroden 7 und 8 gebildet, indem der Thermistorkörper der derart erhalten wurde, mit Elektroden, die Ag aufweisen, beschichtet wurde und dann einem Brennverfahren unterzogen wurde. Beispielhafte NTC-Thermistorelemente gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wurden hergestellt, indem die Anzahl (= N) von Paaren von inneren Elektroden variiert wurden. Ihre Widerstandswerte R und ihre "3CV"-Abweichungswerte R_3CV ergaben sich so, wie es in der Tabelle 1 gezeigt ist.
Zum Vergleich wurden bekannte NTC-Thermistorelemente des Gesicht-zu-Gesicht- und des geschichteten Typs, wie sie bei 67 und 71 in den 12 bzw. 13 gezeigt sind, hergestellt, wobei die gleichen Materialien, wie sie oben beschrieben wurden, zum Herstellen der beispielhaften Exemplare verwendet wurden, und wobei ferner auf gleiche Abmessungen geachtet wurde. Die Anzahlen (= N) von Paaren von inneren Elektroden wurden ebenfalls variiert, um Vergleichsbeispiele für NTC-Thermistorelemente zu erhalten. Ihre Widerstandswerte R und ihre Abweichungen R_3CV, die sich ergaben, sind ebenfalls in Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
Tabelle 1 zeigt deutlich, daß die Widerstandsabweichung R_3CV durch NTC-Thermistorelemente des Gesicht-zu-Gesicht-Typs reduziert werden kann, da die Widerstandswerte durch den Zwischenraum bestimmt werden. Dieselbe ist jedoch bei NTC-Thermistoren des geschichteten Typs aus verschiedenen Gründen, wie z. B. Ungenauigkeiten beim Stapeln, beim Drucken und beim Schneiden der Mutterschicht, um die einzelnen Keramikgrünschichten zu erhalten, sehr groß. Tabelle 1 zeigt ferner, daß ein NTC-Thermistorelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung einen viel kleineren Widerstandswert als ein ähnliches bekanntes NTC-Thermistorelement des Gesicht-zu-Gesicht-Typs bei der gleichen Anzahl von Schichten von inneren Elektroden aufweist. Obwohl kleine Widerstandswerte bei einem bekannten NTC-Thermistorelement erhalten werden können, indem die Anzahl von Schichten der innerer Elektroden erhöht wird, zeigt Tabelle 1, daß eine außerordentlich große Anzahl von Schichten gestapelt werden müßte, um einen Widerstandswert zu erhalten, der geringer als 1 kΩ ist, weshalb die Dicke erhöht werden müßte.
Anschließend wurde die Anzahl der inneren Elektroden der NTC-Thermistorelemente gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung variiert, wobei entsprechende Änderungen des Widerstandswerts und der Abweichungen R_3CV gemessen und erhalten wurden. Die Ergebnisse sind in den 6 und 7 gezeigt.
Die 6 und 7 zeigen deutlich, daß Widerstandswerte wesentlich reduziert werden können, wenn gemäß dieser Erfindung die Anzahl von Schichten der inneren Elektroden erhöht wird. Dies bedeutet, daß NTC-Thermistorelemente mit einem erwünschten niedrigen Widerstandswert mit einem hohen Grad an Genauigkeit hergestellt werden können, indem die Anzahl von Paaren (Schichten) von inneren Elektroden (wobei jede Schicht eine längere erste Elektrode und eine kürzere zweite Elektrode aufweist) geeignet erhöht oder erniedrigt wird.
Die Ärmelteile 7a und 8a der äußeren Elektroden 7 und 8 des NTC-Thermistorelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind vorzugsweise derart gebildet, um nicht (in der Richtung der Dicke) eine der inneren Elektroden zu überlappen, die mit der gegenüberliegenden äußeren Elektrode 7 und 8 verbunden ist. Dies dient dazu, die Abweichungen der Widerstandswerte weiter zu reduzieren. Dies wird nachfolgend bezugnehmend auf die 1 und 8 erklärt.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist der Ärmelteil 8a der äußeren Elektrode 8 des NTC-Thermistorelements 1 angeordnet, um die erste Elektrode 3a des ersten Paars von inneren Elektroden nicht zu überlappen, die mit der gegenüberliegenden äußeren Elektrode 7 verbunden ist. Bei derart strukturierten Thermistorelementen wurden die Länge L des Ärmelteils 8a (als der Abstand zwischen der äußeren Endoberfläche 2e der äußeren Elektrode 8 und der Oberseite P₁ des Ärmelteils 8a definiert) und der horizontale Abstand zwischen der Spitze des Ärmelteils 8a und der ersten Elektrode 3a des ersten Paars variiert, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist, um ihre Widerstandswerte R, ihre Abweichungen R_3CV und die prozentuale Änderung vom Standard einzuschätzen, welcher für einen Fall angesetzt wird, bei dem der Überlappungsabstand X (nachfolgend erklärt) -0,2 mm war. (Nicht-positive Werte bei X bedeuten keine Überlappung.) Zum Vergleich wurde ein Vergleichsbeispiel-NTC-Thermistorelement, wie es bei 11 in 8 gezeigt ist, hergestellt, wobei der Ärmelteil 8a die erste Elektrode 3a des ersten Paars von inneren Elektroden um einen Überlappungsabstand X = + 0,1 mm überlappt, was zu einem Widerstandswert R und zu seiner Abweichung R_3CV und zu der prozentualen Differenz ΔR geführt hat, wie es in Tabelle 2 gezeigt ist.
Tabelle 2
Tabelle 2 zeigt deutlich, daß der Widerstandswert des Vergleichsbeispiels (des NTC-Thermistorelements 11 von 8) wesentlich von den Testproben bei keiner Überlappung (d. h. x ≤ 0) abweicht. In anderen Worten resultiert eine Abweichung in der Länge des Ärmelteils 8a, wenn der Ärmelteil 8a die erste Elektrode 3a überlappt, die mit der gegenüberliegenden äußeren Elektrode 7 verbunden ist, in einer wesent lichen Abweichung des Widerstandswerts. Somit können der Widerstandswert und seine Abweichung R_3CV weiter reduziert werden, wenn kein Ärmelteil (7a oder 8a) einer äußeren Elektrode (7 oder 8) derart angeordnet ist, daß er die erste Elektrode überlappt, die mit der gegenüberliegenden äußeren Elektrode (8 oder 7) verbunden ist.
Es wurde ferner bezüglich des NTC-Thermistorelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung entdeckt, daß der Abstand zwischen der Spitze P₁ eines Ärmelteils (z. B. 8a) einer äußeren Elektrode (wie z. B. 8) und die Spitze P₂ der ersten Elektrode (wie z. B. 3a), die mit der gegenüberliegenden äußeren Elektrode (wie z. B. 7) verbunden ist, die Abweichung des Widerstandswerts beeinträchtigen. Gemäß dieser Erfindung wird bevorzugt, daß der Abstand zwischen den Spitzen P₁ und P₂ größer als der Zwischenraum g zwischen der ersten und zweiten Elektrode 3a und 3b desselben Paars von inneren Elektroden gemacht wird, derart, daß die Abweichung reduziert werden kann.
Bei dem NTC-Thermistorelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wurde der Zwischenraum g gleich 0,25 mm eingestellt, wurde die Länge L des Ärmelteils 8a der äußeren Elektrode 8 gleich 0,3 mm eingestellt, wurde die Länge der zweiten Elektrode 3b des ersten Paars auf 0,05 mm eingestellt, und wurde die Dicke t der Thermistorschicht zwischen dem ersten Paar von inneren Elektroden und der oberen Oberfläche des Thermistorkörpers 2 variiert, wie es in Tabelle 3 gezeigt ist, um den Abstand zwischen den Spitzen P₁ und P₂ zu verändern, um die Abweichungen der Widerstandswerte bewerten zu können.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Tabelle 3 zeigt deutlich, daß die Widerstandsabweichung R_3CV reduziert werden kann, wenn der Abstand p zwischen den Spitzen P₁ und P₂ größer als der Zwischenraum g ist.
Nachfolgend wird auf 9 Bezug genommen, um ein zweites Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zu beschreiben. 9 zeigt ein NTC-Thermistorelement 31 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, das vier Schichten aus inneren Elektroden aufweist, die innerhalb eines säulenförmigen Thermistorkörpers 2 mit rechteckigem Querschnitt gebildet sind. Dasselbe ist ähnlich zum NTC-Thermistorelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in 1 gezeigt ist, strukturiert, dasselbe unterscheidet sich jedoch darin, daß die zwei inneren Elektroden 32 und 33 in den Mittelschichten in der Richtung der Dicke jeweils das zweite und dritte Paar von inneren Elektroden 4a, 4b, 5a und 5b des NTC-Thermistorelements 1 von 1 ersetzen.
Wie es durch dieses Beispiel dargestellt ist, ist es nicht erforderlich, daß jede innere Elektrode (an einer anderen Schicht) eines NTC-Thermistorelements gemäß dieser Erfindung mit einer längeren ersten Elektrode und einer kürzeren zweiten Elektrode gebildet wird. Anders ausgedrückt kann als Variation zum zweiten Ausführungsbeispiel ein NTC-Thermistorelement gemäß dieser Erfindung eine Kombination geeigneter Anzahlen von inneren Elektroden aufweisen, wobei jede in eine längere erste Elektrode und eine kürzere zweite Elektrode geteilt ist, und ferner innere Elektroden wie die be kannter NTC-Thermistorelemente des geschichteten Typs (d. h. nicht geteilt in einen längeren und einen kürzeren Teil). In diesem Fall können die Variationen der Widerstandselemente ebenfalls durch den Zwischenraum g gesteuert werden, wie es beim NTC-Thermistorelement des Gesicht-zu-Gesicht-Typs der Fall war. Ferner kann der Widerstandswert reduziert werden, indem die Anzahl von Schichten zwischen ersten Elektroden von unterschiedlichen Höhen reduziert wird, oder wenn ein NTC-Thermistorelement des geschichteten Typs gebildet wird. Zusammengefaßt können Gesicht-zu-Gesicht-Elektroden und geschichtete Elektroden geeignet kombiniert werden, wobei viele Arten und Weisen zum Kombinieren derselben innerhalb des Bereichs dieser Erfindung möglich sind. Es wird jedoch bevorzugt, daß Gesicht-zu-Gesicht-Elektroden in den äußersten Schichten in der Richtung der Dicke angeordnet werden, wie es bei dem NTC-Thermistorelement 31 der Fall ist. Mit inneren Elektroden 32 und 33, die wie bei bekannten NTC-Thermistorelementen des geschichteten Typs strukturiert sind, ist es nicht besonders wahrscheinlich, daß Variationen des Widerstandswerts aufgrund der Variationen der Abstände zwischen den Spitzen der inneren Elektroden und den gegenüberliegenden äußeren Elektroden 7 und 8 resultieren, wobei jedoch Variationen wegen eines solchen Grundes nicht ohne weiteres bei inneren Elektroden 3a, 3b, 6a und 6b des Gesicht-zu-Gesicht-Typs auftreten.
10 zeigt ein weiteres NTC-Thermistorelement 41 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung, das innere Elektroden in zwei Schichten innerhalb eines Thermistorkörpers 2 aufweist, wobei jede Schicht ein Paar von gegenüberliegenden Elektroden in einer Gesicht-zu-Gesicht-Beziehung aufweist. Detaillierter gesagt enthält die obere Schicht eine längere erste Elektrode 42a und eine kürzere zweite Elektrode 42b, während die untere Schicht eine längere erste Elektrode 43a und eine kürzere zweite Elektrode 43b umfaßt. Ein Paar von äußeren Elektroden 7 und 8 ist auf den gegenüberliegenden Endoberflächen des Thermistorkörpers 2 gebildet, wobei die Elektroden 42a und 43b mit einer der äußeren Elektroden (7) verbunden sind, während die Elektroden 42b und 43a mit der anderen äußeren Elektrode (8) verbunden sind. Wie bei dem NTC-Thermistor gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, der oben beschrieben wurde, können dadurch die Variationen des Widerstandswerts als auch der Widerstandswert selbst reduziert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt kann der NTC-Thermistor 41, der in 10 gezeigt ist, als die am meisten vereinfachte Form eines NTC-Thermistors angesehen werden, welcher gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.

Claims

NTC-Thermistorelement (1; 11; 31; 41) mit folgenden Merkmalen: einem Thermistorkörper (2), der aus einem NTC-Thermistormaterial hergestellt ist; einem Paar von äußeren Elektroden (7, 8) auf Endoberflächen (2d, 2e) des Thermistorkörpers (2), wobei die äußeren Elektroden (7, 8) Ärmelteile (7a, 8a) aufweisen, die sich auf oberen und unteren Hauptoberflächen des Thermistorkörpers (2) erstrecken; und einer Mehrzahl von inneren Elektroden (3a bis 6b; 42a bis 43b) in Schichten (9a bis 9b) innerhalb des Thermistorkörpers, wobei jede innere Elektrode mit einer der äußeren Elektroden verbunden ist, wobei zumindest eine der Schichten eine längere erste Innenelektrode (3a; 42a) und eine kürzere zweite Innenelektrode (3b; 42b) aufweist, welche einander gegenüberliegend mit einem Zwischenraum (g) zwischen denselben angeordnet und mit unterschiedlichen äußeren Elektroden verbunden sind, wobei die längere erste innere Elektrode (3a; 42a) mit der einen äußeren Elektrode (7) verbunden ist und zumindest ein Abschnitt der längeren ersten inneren Elektrode (3a; 42a) eine andere (4a; 43a) der inneren Elektroden in einer Richtung senkrecht zu den Schichten überlappt, wobei eine Thermistorschicht zwischen denselben angeordnet ist, und wobei die andere innere Elektrode (4a; 43a) mit der anderen äußeren Elektrode (8) verbunden ist, und wobei das Ärmelteil (8a) der äußeren Elektrode, mit der die kürzere zweite Innenelektrode (3b; 42b) verbunden ist, länger ist als die kürzere zweite Innenelektrode (3b; 42b).
NTC-Thermistorelement gemäß Anspruch 1, bei dem zumindest zwei (9c, 9d) der Schichten eine längere erste innere Elektrode (3a, 4a) und eine kürzere zweite innere Elektrode (3b, 4b) aufweisen, welche einander gegenüberliegend mit einem Zwischenraum (g) zwischen denselben angeordnet und mit unterschiedlichen äußeren Elektroden (7, 8) verbunden sind, wobei die ersten inneren Elektroden in den zwei Schichten mit unterschiedlichen äußeren Elektroden verbunden sind und sich zumindest teilweise in einer Richtung senkrecht zu den Schichten überlappen, wobei eine Thermistorschicht zwischen denselben angeordnet ist.
NTC-Thermistorelement gemäß Anspruch 2, bei dem zumindest eine (9d) der zumindest zwei Schichten (9c, 9d) die äußerste der Schichten ist.
NTC-Thermistorelement gemäß Anspruch 2 oder 3, bei dem jede innere Elektrode (3a bis 6b) in jeder der Schichten (9b bis 9d) eine längere erste innere Elektrode (3a) und eine kürzere zweite innere Elektrode (3b) aufweist, die einander gegenüberliegend mit einem Zwischenraum (g) zwischen denselben angeordnet sind und mit unterschiedlichen der äußeren Elektroden (7, 8) verbunden sind, wobei die ersten inneren Elektroden (3a, 4a) in einem benachbarten Paar (9b, 9c) von Schichten mit unterschiedlichen der äußeren Elektroden (7, 8) verbunden sind und sich zumindest teilweise in der senkrechten Richtung durch eine Thermistorschicht (9b) hindurch überlappen.
NTC-Thermistorelement gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die äußeren Elektroden (7, 8) an gegenüberliegenden Enden des Thermistorkörpers (2) angeordnet sind, wobei keine der inneren Elektroden, die mit einer der äußeren Elektroden verbunden ist, die andere äußere Elektrode in der senkrechten Richtung überlappt.
NTC-Thermistorelement gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem der Abstand zwischen einer äußeren Elektrode und einer inneren Elektrode, die mit der anderen der äußeren Elektrode verbunden ist, größer als der Zwischenraum (g) ist.
NTC-Thermistorelement gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem die erste Elektrode (3a) in einer der Schichten (9b bis 9d) eine andere Breite als eine (4a) der inneren Elektroden aufweist, die sich in einer benachbarten Schicht befindet und dieselbe in der senkrechten Richtung überlappt.