JP4997933B2

JP4997933B2 - サーミスタ

Info

Publication number: JP4997933B2
Application number: JP2006311175A
Authority: JP
Inventors: 康一油田; 義典 ▲高▼嶋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2026-11-17
Also published as: JP2008130639A

Description

本発明は、特に、スチーム型電子レンジに使用される水タンクの液面を検知するサーミスタに関するものである。

従来のこの種のサーミスタは、図４、図５に示すように構成されていた。

図４は従来のサーミスタの上面図、図５は同サーミスタの側断面図である。この図４、図５において、１は絶縁基板、２は金、銀、銅、ニッケル、パラジウムおよびこれらの混合物の少なくとも一種以上から選択される電極材料と、樹脂との混合材料により構成された一対の電極で、この一対の電極２は前記絶縁基板１の上面に所定の間隔を有するように設けられている。３はポリピロール、ポリチオフィン、ポリアニリン誘導体等の共役系有機高分子と、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、ウレア樹脂等の熱硬化性樹脂と、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタン、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアクリルアミド、ポリアクリル、ポリフェニレンオキサイド、ポリブチラール、ポリエチレングリコール等の熱可塑性樹脂との混合物からなる有機ＮＴＣ素子で、この有機ＮＴＣ素子３は前記絶縁基板１の上面に設けられるとともに、両端を前記一対の電極２に電気的に接続しているものである。

以上のように構成された従来のサーミスタについて、次に、その動作を説明する。

サーミスタの周囲の温度が上昇すると、有機ＮＴＣ素子３の抵抗値が減少するため、サーミスタにおける一対の電極２間の抵抗値の変化を計測することにより、サーミスタの周囲の温度を検出することができるものである。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開２００４−３３５７３１号公報

しかしながら、上記した従来のサーミスタにおいては、有機ＮＴＣ素子３を共役系有機高分子化合物と樹脂との混合物で構成しているため、共役系有機高分子化合物は結晶構造がなく、導電性が小さいものとなり、これにより、有機ＮＴＣ素子３の抵抗値が大きくなるため、図４に示すように、一対の電極２および有機ＮＴＣ素子３は層状に構成しないと、サーミスタとしての特性が出なくなるものであり、その結果、サーミスタの製造がしにくくなってしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、有機ＮＴＣ素子の抵抗値を小さくすることができ、これにより、電極および有機ＮＴＣ素子を層状に構成する必要もなく、製造が容易に行えるサーミスタを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられた電極と、前記絶縁基板の上面に設けられるとともに前記電極と両端が電気的に接続された有機ＮＴＣ素子とを備え、前記有機ＮＴＣ素子をポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成するとともに、前記ポリイミドからなる樹脂の材料を（化１）で表される一般式および、（化２）で表される一般式の繰り返し単位１種以上とし、さらに、前記Ｙ１を（化３）で表される材料で構成するようにしたもので、この構成によれば、有機ＮＴＣ素子をポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成しているため、結晶構造を持つ金属酸化物は選択する金属の種類により、容易に導電性を調整することができ、これにより、有機ＮＴＣ素子の抵抗値を小さくすることができるため、電極と有機ＮＴＣ素子とを絶縁基板上に直線状に設けることができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明のサーミスタは、絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられた電極と、前記絶縁基板の上面に設けられるとともに前記電極と両端が電気的に接続された有機ＮＴＣ素子とを備え、前記有機ＮＴＣ素子をポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成するとともに、前記ポリイミドからなる樹脂の材料を（化１）で表される一般式および、（化２）で表される一般式の繰り返し単位１種以上とし、さらに、前記Ｙ１を（化３）で表される材料で構成するようにしたため、結晶構造を持つ金属酸化物は選択する金属の種類により、容易に導電性を調整することができ、これにより、有機ＮＴＣ素子の抵抗値を小さくすることができるため、電極および有機ＮＴＣ素子を層状に構成する必要もなく、製造が容易に行えるサーミスタを提供することができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態におけるサーミスタについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態におけるサーミスタの上面図、図２は同サーミスタの側断面図である。

図１、図２において、１１はポリイミドからなる樹脂系材料によりフィルム状に構成された絶縁基板で、この絶縁基板１１の長手方向の一端側にはＡｇからなる電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４およびＧＮＤ電極１５を設けている。１６はポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物からなる第１の上位側有機ＮＴＣ素子で、この第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６は絶縁基板１１の上面に設けられるとともに、一端を回路パターン１７を介して前記電源電極１２と電気的に接続するとともに、他端を回路パターン１７を介して第１の出力電極１３と電気的に接続している。そして、前記第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６におけるポリイミド材料は、（化１）で表される一般式および（化２）で表される一般式の繰り返し単位１種以上からなるポリイミドで構成されている。（化１）におけるＹ１は（化３）で表される材料で構成されている。

また、上位側有機ＮＴＣ素子１６における金属酸化物は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉを含んでいる。

１８は前記第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６と同一の材料からなる第１の下位側有機ＮＴＣ素子で、この第１の下位側有機ＮＴＣ素子１８は絶縁基板１１の上面に前記第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６と離間して並設されるとともに、一端を前記第１の出力電極１３と回路パターン１７を介して電気的に接続し、かつ他端をＧＮＤ電極１５と電気的に接続している。１９は前記第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６と同一の材料からなる第２の上位側有機ＮＴＣ素子で、この第２の上位側有機ＮＴＣ素子１９は絶縁基板１１の上面に前記第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６と第１の下位側有機ＮＴＣ素子１８との間に位置して設けられるとともに、一端を前記電源電極１２と電気的に接続し、かつ他端を第２の出力電極１４と電気的に接続している。２０は前記第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６と同一の材料からなる第２の下位側有機ＮＴＣ素子で、この第２の下位側有機ＮＴＣ素子２０は絶縁基板１１の上面に前記第２の上位側有機ＮＴＣ素子１９と離間して並設されるとともに、一端を前記第２の出力電極１４と回路パターン１７を介して電気的に接続し、かつ他端をＧＮＤ電極１５と電気的に接続している。そして、前記電源電極１２、第１の出力電極１３、ＧＮＤ電極１５、第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６および第１の下位側有機ＮＴＣ素子１８により、第１のハーフブリッジ回路を構成している。

また、これと同様に、前記電源電極１２、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５、第２の上位側有機ＮＴＣ素子１９および第２の下位側有機ＮＴＣ素子２０により第２のハーフブリッジ回路を構成している。また、前記第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６、第２の上位側有機ＮＴＣ素子１９、第１の下位側有機ＮＴＣ素子１８、第２の下位側有機ＮＴＣ素子２０は樹脂系材料によりフィルム状に構成されているものである。

２１は絶縁層で、この絶縁層２１は前記絶縁基板１１の上面に設けた第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６、第２の上位側有機ＮＴＣ素子１９、第１の下位側有機ＮＴＣ素子１８、第２の下位側有機ＮＴＣ素子２０および回路パターン１７の上面を覆うように設けられている。

以上のように構成された本発明の一実施の形態におけるサーミスタについて、次にその組立方法を説明する。

まず、ポリイミド製の絶縁基板１１の上面における電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５および回路パターン１７を設ける位置に、厚膜印刷工法によりＡｇペーストを印刷した後、約２５０℃で約３０分間焼成することにより、絶縁基板１１の上面に電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５および回路パターン１７を形成する。

次に、攪拌機、温度計および窒素置換装置を備えたフラスコ内にジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水化物３５．８ｇ、及びシクロヘキサノン４００ｇを投入する。

次に、アミノプロピル末端ポリジメチルシロキサン２４．７ｇ、およびジアミノジフェニルエーテル６．０ｇをシクロヘキサノン１００ｇに溶解してジアミン混合溶液を形成した後、このジアミン混合溶液を前述したフラスコ内に滴下し、１０時間室温で攪拌した。

次に、フラスコ内にトルエン３０ｇを加えた後、１５０℃に昇温して６時間保持し、さらに、冷却して、メタノール中に投じて沈殿させ、得られた沈殿物を乾燥し、ポリイミド樹脂を形成する。

次に、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉをボールミルに、５０：２０：１０の原子％比で投入し、湿式混合を行った後、約１２４０℃で焼成し、固相反応させて、スピネル構造体を形成する。

次に、３本ロール（図示せず）に、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉの金属酸化物からなるスピネル構造体７０ｗｔ％と、ポリイミド樹脂２２ｗｔ％と、カーボン粉末８ｗｔ％とを投入し、有機溶剤を添加しながら練り合わせて厚膜有機ＮＴＣ素子のペーストを形成する。

次に、絶縁基板１１および回路パターン１７の上面における第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６、第１の下位側有機ＮＴＣ素子１８、第２の上位側有機ＮＴＣ素子１９および第２の下位側有機ＮＴＣ素子２０を設ける位置に厚膜有機ＮＴＣ素子ペーストを印刷した後、約２７０℃で約２時間焼成することにより、絶縁基板１１および回路パターン１７の上面に第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６、第１の下位側有機ＮＴＣ素子１８、第２の上位側有機ＮＴＣ素子１９および第２の下位側有機ＮＴＣ素子２０を形成する。

次に、前記絶縁基板１１、回路パターン１７、第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６、第１の下位側有機ＮＴＣ素子１８、第２の上位側有機ＮＴＣ素子１９および第２の下位側有機ＮＴＣ素子２０の上面に絶縁層ペーストを印刷した後、紫外線を照射して硬化させることにより、絶縁層２１を形成する。

以上のようにして組み立てられた本発明の一実施の形態におけるサーミスタについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。

図３に示すように、予めスチーム型電子レンジ等（図示せず）に使用される熱伝導性のプラスチック容器２２に水２３を満たした後、プラスチック容器２２の外側面にサーミスタを立設するように接着剤で貼り付けて取り付ける。そして、サーミスタにより、プラスチック容器２２における第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６、第１の下位側有機ＮＴＣ素子１８、第２の上位側有機ＮＴＣ素子１９および第２の下位側有機ＮＴＣ素子２０における温度を計測するものである。

上記したように、本発明の一実施の形態においては、絶縁基板１１と、この絶縁基板１１の上面に設けられた電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５と、前記絶縁基板１１の上面に設けられるとともに前記電極と両端が電気的に接続された第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６、第１の下位側有機ＮＴＣ素子１８、第２の上位側有機ＮＴＣ素子１９、第２の下位側有機ＮＴＣ素子２０とを備え、前記第１の上位側有機ＮＴＣ素子１６、第１の下位側有機ＮＴＣ素子１８、第２の上位側有機ＮＴＣ素子１９、第２の下位側有機ＮＴＣ素子２０をポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成しているため、結晶構造を持つ金属酸化物は選択する金属の種類により、容易に導電性を調整することができ、これにより、有機ＮＴＣ素子の抵抗値を小さくすることができるため、電極および有機ＮＴＣ素子を層状に構成する必要もなく、製造が容易に行えるサーミスタを提供することができるものである。

本発明に係るサーミスタは、有機ＮＴＣ素子の抵抗値を小さくすることができ、これにより、電極および有機ＮＴＣ素子を層状に構成する必要もなく、製造が容易に行えるサーミスタを提供することができるという効果を有するものであり、特にスチーム型電子レンジ等に使用されるプラスチック容器の液面を検知するサーミスタとして有用なものである。

本発明の一実施の形態におけるサーミスタの上面図同サーミスタの側断面図本発明の一実施の形態におけるサーミスタが動作する状態を示す側断面図従来のサーミスタの上面図同サーミスタの側断面図

１１絶縁基板
１２電源電極
１３第１の出力電極
１４第２の出力電極
１５ＧＮＤ電極
１６第１の上位側有機ＮＴＣ素子
１７回路パターン
１８第１の下位側有機ＮＴＣ素子
１９第２の上位側有機ＮＴＣ素子
２０第２の下位側有機ＮＴＣ素子

Claims

絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられた電極と、前記絶縁基板の上面に設けられるとともに前記電極と両端が電気的に接続された有機ＮＴＣ素子とを備え、前記有機ＮＴＣ素子をポリイミドからなる樹脂と金属酸化物とカーボンとの混合物で構成するとともに、前記ポリイミドからなる樹脂の材料を（化１）で表される一般式および、（化２）で表される一般式の繰り返し単位１種以上とし、さらに、前記Ｙ１を（化３）で表される材料で構成するようにしたサーミスタ。