JPH028719A - 抵抗変化素子 - Google Patents

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、温度変化を抵抗値の変化として検出する抵抗
変化素子に関するものであり、例えば自動温度制御用の
温度検出素子として用いられるものである。

［従来の技術］ 従来、温度制御用の抵抗変化素子としてサーミスタが広
く用いられている。これは、半導体の抵抗が大きな負の
温度係数を持つことを利用した抵抗変化素子であり、鉄
、ニッケル、マンガン、モリブデン、銅などの炭酸塩や
硝酸塩等を焼結して作られている。

［発明が解決しようとする課題］ 上述のように、従来、温度制御用の抵抗変化素子として
サーミスタが広く用いられているが、この従来例にあっ
ては、温度変化による抵抗値の変化がほぼ連続的であり
、しかも抵抗値の変化が少なく、１度につき２〜５％程
度である。したがって、一定温度で電流をオン／オフ制
御するような温度制御回路を構成する場合には、動作温
度のばらつきが大きくなるという問題があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、一定温度で不連続的に且つ大き
く電気抵抗が変化するような抵抗変化素子を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ 第１図は本発明の抵抗変化素子に用いる形状記憶合金１
の構成を示す図である。線状の形状記憶合金１はコイル
状に巻回されている。第１図（ａ）は低温時の断面形状
、同図（ｂ）は周囲温度が上昇したときの断面形状を示
しており、同図（Ｃ）はコイル状に巻回された線状の形
状記憶合金１の断面形状を示している。この形状記憶合
金１を、マルテンサイト変態温度を挟む温度変化で可逆
的に形状を伸縮変化させることにより電気抵抗変化を得
ている。

［作用］ 温度の低い状態では、線状の形状記憶合金１は低温相（
・マルテンサイト相）であり、第１Ｗ（ａ）に示すよう
に、コイル状に折り畳まれて、相互の線は密着している
。したがって、そのコイル軸方向の抵抗値は低い、とこ
ろが、周囲の温度が上昇すると、相変態が始まり、一定
温度で高温相（オーステナイト相）となって、同図（ｂ
）に示すように、形状記憶合金１が伸びた状態になる。

この第１図（ａ）に示す状態から第１図（ｂ）に示す状
態への形状変化に伴い、電気抵抗が変化する。

電気抵抗の変化量は、以下のように計算される。

第１図（ｃ）に示すような断面形状を持つ線状の形状記
憶合金１をコイル状に巻いたときに、収縮時（密着時）
の抵抗値をＲ１、伸長時の抵抗値をＲ２とすれば、 Ｒ＋＝ρｎｂ／ａＤｇ　　　　　　　　＋＋＋■Ｒ７−
ρπＤｏ／ａｈ　　　　　　　　・・・■Ｒ２／Ｒ１＝
（πＤ／ｂ）”　　　　　　・・・■となる。ここで、
ρは形状記憶合金１の固有抵抗であり、ｎは巻数、ａ、
ｂは第１図（ｅ）に示すように、形状記憶合金線の断面
寸法であり、ａが接触面寸法、ｂがコイル軸方向の寸法
である。また、Ｄはコイル直径である。Ｒ２／Ｒ，は０
式で示され、ｂ＝１ｍｍ、Ｄ＝１０ｍｍとすると、Ｒ２
／Ｒ，＝　９８７となり、非常に大きな抵抗変化が得ら
れることが分かる。

このように本発明によれば、相変態温度に相当する遷移
温度Ｔ０を境にして非常に大きな抵抗変化が生じるもの
であり、これを利用して温度制御を行うことができるも
のである。

なお、マルテンサイト変態点温度を挟む温度変化で形状
が可逆的に伸縮変化することを利用して抵抗変化を生じ
させるための形状としては、第１図（ａ）、（ｂ）に示
すようなコイル形状に特に限定するものではなく、断面
形状も第１図（ｃ）に示すように角形であっても良いし
、円形であっても良い。

形状記憶合金１は実用材料として、Ｎ　ｉ　−Ｔ　ｉ系
合金及びＣｕ系合金があり、Ｎ　ｉ　−Ｔ　ｉ系ではＮ
；Ｔｉ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ、Ｃｕ系ではＣｕ−Ｚｎ−Ａ
ｌ２、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｂｅの各合金が
ある。

Ｎ　ｉ　−Ｔ　ｉ系はＣｕ系よりも材料の固有抵抗が高
く、Ｎｉ−Ｔｉ合金で５０〜１１０ＭΩｃｍ、Ｃｕ−Ｚ
ｎ−Ａｌ合金で８ＭΩａｍ程度である。したがって、材
料を変えることにより初期抵抗値を選ぶことができる。

もちろん、抵抗変化率Ｒ２／　Ｒ＋は０式に示すように
、材料によらず形状のみに関係する。

変形開始温度（相変態開始温度）は上記のように合金系
を変更することにより、また組成比を変更することによ
り希望する温度に設定することが可能である。また、第
２図に示すように、バイアスばねによりバイアス力を付
与する構成とすることにより、変形開始温度を微調整す
ることが可能である。第２図において、■はコイルばね
状の形状記憶合金、２．３はそれぞれ上部及び下部電極
、４．５はリード線、６はバイアスばね、７はばね固定
部である。８は絶縁体よりなるガイド筒である。バイア
スばね６は、コイルばね状の形状記憶合金１の伸びる方
向Ｐとは逆方向に付勢されている０周囲温度が相変態開
始温度に達すると、コイルばね状の形状記憶合金１は伸
びようとするが、バイアスばね６のバイアス力により変
形は阻止される。そして、さらに温度が上がり、バイア
スばね６のバイアス力に打ち縛ったときに変形が開始す
る。したがって、バイアスばね６のバイアス力を変化さ
せることにより、変形開始温度を調整することができる
。

ところで、形状記憶合金１の材料であるＮｉ−Ｔｉ系合
金、Ｃｕ系合金は共に卑金属であり、接触抵抗が高い、
そこで、形状記憶合金１の表面をＡｕ、Ｐｔ等の貴金属
で被覆し、線間の接触抵抗を低下させることが有効であ
る。貴金属は、酸化しに＜＜、また耐雰囲気性にも優れ
ることから、線間の接触抵抗を低下させる用途には最適
である。

なお、本発明の抵抗変化素子による抵抗変化を利用して
、電流を開閉するための機構については、例えば、抵抗
変化素子に電流を流したときの電圧変化により、トラン
ジスタ等をオン／オフ動作させるスイッチング回路を用
いることができ、発熱要素の温度を一定に保持するため
のサーモスタットや、異常温度上昇を検出する警報器等
への応用が可能となる。

［実施例］ Ｎ　ｉ−Ｔ　ｉ系及びＣｕ系の形状記憶合金を角型の断
面形状を持つ線状の形状記憶合金線とした。これをコイ
ル状に巻回してコイルばねを作った。断面寸法はａ”１
．０ｍ−１ｂ＝０．６ｍ＋＊とした。このコイルばねに
Ａｕメツキよりなる被覆層を施し、抵抗変化素子とした
。この抵抗変化素子について、被覆層の有無、バイアス
ばねの有無による特性変化を調べた。すなわち、変形開
始温度、収縮時及び伸長時の抵抗Ｒ＋　、　Ｒｚを測定
し、その抵抗変化率Ｒ２／Ｒ，を評価した。その結果を
第１表に示す。

第１表 第１表において、バイアスばね力の単位は（ｇ）、変形
開始温度の単位は〔℃〕である。この表から明らかなよ
うに、形状記憶合金の材料を選ぶことにより、変形開始
温度を選択することができる。また、バイアスばね力を
ｙ４′ｆｔＬすることにより、変形開始温度を微妙に調
整することができる。さらに、形状記憶合金にＡｕメツ
キよりなる被覆層を設けることにより、抵抗変化率を大
きくすることができる。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、マルテンサイト変態温度を挟む
温度変化で形状を可逆的に伸縮変化させる形状記憶合金
を備え、前記形状記憶合金の伸長時における抵抗値が収
縮時における抵抗値よりも大きくなるように形状記憶さ
せたものであるから、一定温度で不連続的に抵抗値が変
化し、且つその変化率を非常に大きくすることができる
という効果がある。また、形状記憶合金を使用している
ので、合金の材料や組成比を変えることにより、抵抗変
化開始温度を任意に設定できるという効果がある。

なお、形状記憶合金にバイアス力を付与するバイアスば
ねを設けて、前記バイアスばねのバイアス力に応じて抵
抗変化の生じる温度を設定すれば、抵抗変化開始温度の
＠調整が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例に係る抵抗変化素子の
低温時の要部破断正面図、同図（ｂ）は同上の高温時の
要部破断正面図、同図（ｃ）は同上に用いる形状記憶合
金の断面図、第２図は本発明の他の実施例の断面図であ
る。 １は形状記憶合金、６はバイアスばねである。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）マルテンサイト変態温度を挟む温度変化で形状を
   可逆的に伸縮変化させる形状記憶合金を備え、前記形状
   記憶合金の伸長時における抵抗値が収縮時における抵抗
   値よりも大きくなるように形状記憶を与えたことを特徴
   とする抵抗変化素子。
2. （２）形状記憶合金にバイアス力を付与するバイアスば
   ねを備え、前記バイアスばねのバイアス力に応じて抵抗
   変化の生じる温度を設定して成ることを特徴とする請求
   項１記載の抵抗変化素子。
3. （３）形状記憶合金はＮｉ−Ｔｉ合金、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃ
   ｕ合金、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金
   のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２記載
   の抵抗変化素子。
4. （４）形状記憶合金の表面を貴金属で被覆して成ること
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の抵
   抗変化素子。