JPS6216523B2

JPS6216523B2 -

Info

Publication number: JPS6216523B2
Application number: JP8164079A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Kanamori
Original assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Current assignee: Yokohama Rubber Co Ltd
Priority date: 1979-06-28
Filing date: 1979-06-28
Publication date: 1987-04-13
Also published as: JPS566309A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は温度センサーに関し、詳しくは、特定
の温度を境にして低温時の低抵抗状態から高温時
の高抵抗状態に可逆的に抵抗変化を生ずる温度セ
ンサーにおいて、不可逆的な特性変化が小さく、
また使用可能な温度限界が高く、更に振動あるい
は衝撃への耐久性を向上せしめ、加えて低温度に
おける動作点のものを製作可能にし得るようにし
た温度センサーに関するものである。

従来この種の温度センサーにおける感温部に使
用される感温性抵抗体として、例えば、融点が明
確な高分子材料に、導電粒子としてカーボンブラ
ツクあるいは金属粒体等を混入分散したものが使
用されているが、この種の感温性抵抗体には解決
しがたい問題がある。

すなわち、上記感温性抵抗体は、その高温側の
溶隔限界が、その動作点よりもあまり高くないた
めに、使用雰囲気温度が、上記感温性抵抗体を用
いた温度センサーの動作点より高温になると、マ
トリツクスが軟化変形するとともに、このマトリ
ツクス内部に混入分散された前記導電粒子が沈降
移動して、温度と抵抗との特性の下可逆的変化が
生じるという本質的な問題である。

そこで、この問題を解決するために、前記マト
リツクスが融点に達しても極力高粘度を保持せし
めるために、高重合度のすなわち分子量の大きな
材料を用いるという手段が考えられるが、この手
段は、マトリツクスの加工性が著しく阻損され、
これを所望の形状に加工する事が困難になるばか
りでなく、依然として長時間に徐々に生じる変形
や導電粒子の沈降は防止できず、低い温度におけ
る動作点の温度センサーは得られない。

また、これとは別に上述の問題点を解決する手
段として、前記マトリツクスを３次元架橋化する
か、又は熱硬化性樹脂マトリツクスによつて温度
と抵抗との可逆的な特性を安定化せしめることを
考えられる。しかし、この手段によると材料はも
はや、いかなる条件においても熱可塑性がなく、
したがつてモールドによつて架橋するという方法
によつてしか製品を作り得ず、加工上の自由性が
失われ、所望のものが得られない。

そこで本発明は、上述の現状に鑑みなされたも
ので、前記諸問題点をことごとく解決した極めて
有効適切な温度センサーを提供することを目的と
するものである。

そして、その特徴とするところは、融点を有す
る絶縁性のマトリツクス中に、カーボン、グラフ
アイト等炭素材料あるいは金属粉粒などの導電性
粉粒体を分散した感温性抵抗体を、感温体とする
温度センサーにおいて、前記マトリツクスとし
て、炭化水素ワツク100重量部に対して５〜30重
量部のアルミニウム石けんを添加した組成物を使
用することにより、所要動作温度に比較して使用
可能な温度限界を高くできて、不可逆な特性変化
が発生するのを防止できるばかりでなく、加工性
も良好で、振動あるいは衝撃への耐久性をも向上
せしめた点にある。

以下本発明の温度センサーを各実施例を参照し
て説明する。

第１図〜第３図に示す各実施例の温度センサー
E₁及びE₂は、融点を有する絶縁性のマトリツク
ス中に、導電性の粒子を分散した感温性抵抗体を
感温体４とする温度センサーにおいて、前記マト
リツクスとして、炭化水素ワツクスにアルミニウ
ム石けんを添加した組成物を使用することにより
構成されている。

そして第１図及び第２図に示す第１実施例の温
度センサーE₁は、図示のごとく、アルミニウム
の薄板により成形した基板１上に、フイルム状の
絶縁層２を貼り合わせ、この絶縁層２の上面に、
プリント回路の技術により電極３をプリントし、
このプリントされた電極３の上面を覆うよう前記
感温体４を装着することにより構成されている。
なお図中５は端子で、前記電極３の両極に接続せ
しめてある。

また第３図に示す温度センサーE₂は、本発明
の第２実施例を示すもので、図示したごとく、中
空のボルト状に成形した金属製等の導電性ケーシ
ング６の内部下方に、前記感温体４を装填し、こ
の感温体３内に電極３の基部を埋装するととも
に、その上端に形成した端子５を、前記ケーシン
グ６の上端面から突出せしめて構成されている。

なお、図中７は絶縁栓で、前記ケーシング６の
頂部に嵌着してある。

以下本発明の温度センサーに用いられる前記感
温体４について詳細に説明する。

本発明の温度センサーに用いられる前記感温体
４は、前述のごとく、炭化水素ワツクスにアルミ
ニウム石けんを添加したマトリツクス中にカーボ
ン、グラフアイト等炭素材料あるいは金属の粉体
等導電性の粒子を混入分散することにより形成さ
れており、その電気抵抗値がある特定の温度領域
に達すると、急激に温度に対する抵抗値が増大す
る性質を有する。

前記炭化水素ワツクスは、各種の天然及び合成
の脂肪酸一価アルコールエステルをも含むが、特
に炭化水素鎖でなるものがよい。すなわち、天然
のパラフインワツクス及び合成のエチレン鎖ある
いは、プロピレン鎖からなるものである。合成の
ワツクスは、従来技術で用いるポリエチレン、ポ
リプロピレンと化学組成的には同一である（天然
のパラフインワツクスもそうである）。しかしな
がら本発明で用いるものは、融点に達すると、液
体となり容易に流動するものであり溶融粘度
（140℃）は1000cps以下、好ましくは600cps以下
である。したがつて、分子量も5000以下、好まし
くは3000以下であるものがよい。一方、金属石け
んはマグネシウム、カルシウム、カドミウム、亜
鉛、鉛、鉄、ニツケル、マンガン、鉄クローム、
アルミニウムなどの金属に対し、有機酸としては
オクチル酸、ステアリン酸、あるいはその他の天
然油脂脂肪酸の組み合わせがある。しかしなが
ら、発明者の研究によつて金属はアルミニウムに
限定されうる事が確かめられた。また脂肪酸は飽
和脂肪酸が好ましい。更にアルキル基の大きさに
よつて使用の可否の明確な境界があるわけではな
いが、オクチル酸はごく低温融点のワツクスにの
み使用可能であつて、融点が60℃以上のワツクス
に対しては不適であり、結局最も広く使用を推奨
できるのはステアリン酸である。しかしながら、
この脂肪酸の限定は本発明の本質ではない。アル
ミニウム石けんの適否は使用するワツクスとの相
溶性の問題であつて、通常無極性と考えられるエ
チレン重合による合成ワツクスでもその製法によ
つてはわずかな極性基を有する。例えば、ポリエ
チレンを空気酸化によつて分子鎖を切断して得た
ワツクスである。更には極性液体（水、アルコー
ル等）に微粉を安定に分散せしめるために、意途
的にカルボキシル基等の極性基を導入したものも
ある。この様なわずかの極性基（例えば酸価が20
以下）の存在もアルミニウム石けんの酸基の適否
に多大の影響を及ぼす。ワツクス中の極性の存在
は使用できるアルキル基の炭素数の下限を引き下
げることは明らかであろう。また融点が100℃を
越えるワツクスにあつては、ステアリン酸アルミ
ニウムを使用する場合といえどもわずかな極性を
有するもの（酸価で10以上）を選ぶことを推奨す
る。

一方、アルミニウムイオンの＋３の電価がいく
つの有機酸で結合されているか、つまり石けんの
アルミニウム含有量はあまり大きな影響はない。

次に、ワツクスに対するアルミニウム石けんの
添加量であるが、５パーツ（ワツクス100重量パ
ーツに対し……以下同じ）より少ないと十分なゲ
ル化効果が得られず、また30パーツを越えるとゲ
ルがぜい性を示すようになり本発明の目的を達し
得ない。好ましくは10パーツ以上〜20パーツ以下
である。

更に前記導電粉粒の材質、粒状、添加量は本発
明の特徴とするところではないが、多くの金属及
び炭素質の粉粒体等を使用目的に応じて用い得
る。例えば、銀メツキした銅の球状粉、ニツケル
粉、黒鉛粉がある。粒度及び粒形については例え
ば特公昭50−33707が極めて良い参考文献であ
る。この文献は材質としてはカーボンを示してい
るが、抵抗値変化を大きくするために述べられて
いる事柄は金属粉の場合でも同じである。なお、
本発明の方法によれば、沈降が激しくて従来技術
では使用しにくかつた金属粉、それも球形に近い
ものを、また添加量を少なくする場合も容易であ
る。

本発明に使用し得る炭化水素ワツクスは室温あ
るいはそれ以下から120℃程度までの各種の融点
のものが入手できるので、目的とする動作温度に
よつて適当なものを選定し得る。

しかしながら、また別に動作温度を調節する方
法がある。すなわち、鉱油を添加することによつ
てワツクスの見掛けの融点を低下させる技術であ
る。

この鉱油としては目的とするセンサーの使用さ
れる最低温より低い融点の鉱油（あるいはワツク
ス）である必要がある。もとよりこの添加量には
限界があるのであつて動作点をせいぜい10℃低下
させる程度にする。それ以上の添加は抵抗値変化
の巾を狭くするのみであつて動作点の低下に役立
たないことが多くの実験で確かめられた。また、
融点の異なる二種以上のワツクスのブレンドはほ
とんど役に立たない点を注意すべきである。

実施例１融点60℃の精製されたパラフインワツクス100
重量パーツにステアリン酸アルミニウム
（mono）10パーツ及びニツケル粉（インターナシ
ヨナルニツケル社Type123）500パーツを混ぜ合
わせ、120℃に加熱して激しくかきまぜ、その温
度に15分保ち、次いで冷却固化した。固化物をく
だき、これを第３図に示したケーシング６に投入
し、端子５及び電極３を取り付けた絶縁栓７を取
り付け、全体を120℃に加熱して遠心機にかけて
所定の位置に感温体４を形成せしめた。この温度
センサーE₂を第４図の測定装置で測定したとこ
ろ、第５図のごとき特性が得られた。更にセンサ
ーE₂を転倒させた状態で24時間120℃に放置した
後も何等の特性変化を認めなかつた。

実施例２分子量500、溶融粘度50cpsの合成ワツクスの
融点は90℃であつた。このワツクスの粉砕粉100
重量パーツに対してのステアリン酸アルミニウム
（tri）を15パーツ、及び粒径が0.5〜７μｍの人造
黒鉛粉45パーツをよく混合し、次いで150℃に加
熱してゲル化させたのち冷却固化した。

次に第２図に示した電極３を有する基板１を
150℃に加熱しておき、先に用意した固化物をこ
すりつけたところ第１図に示したごとく感温体４
の層が形成されたので、これを冷却し、更に金属
のふたをかぶせシールし、巾７mm、厚さ2.5mmの
温度センサーE₁とすることができた。

これを温度を調節できる金属にもうけたスリツ
トに落とし込み、温度による抵抗変化を測定した
ところ第６図の結果が得られた。

この特性は多数回の繰返しにわたり安定してお
り、毎分10℃〜0.5℃の昇降温速度でも変わりな
く、高温に放置しても不可逆的な特性変化は認め
られず、またセンサーの姿勢には全く影響されな
かつた。

ここで前記第４図に示す温度センサーの特性測
定装置の構造を簡単に説明すると、４１は電源、
４２は負荷、４３は可変温度水槽、４４は熱電対
温度計４５はＸ−Ｙレコーダーである。

本発明は、上述のごとく、アルミニウム石けん
の添加によつて溶融時にゲル状態を示す炭化水素
系ワツクスをマトリツクスとし、この内部に前記
導電性粉粒体を分散することにより感温体を形成
したから、所要動作温度に比較して高温の雰囲気
で使用しても、不可逆な特性変化が発生すること
がなく、安定した性能を得ることができる。ま
た、本発明は、加工性も良好で所望の形状に容易
に加工することができるのは勿論、無接点で振動
あるいは衝撃への耐久性を向上でき、更に低温度
における動作点のものをも製作することができる
等その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の実施例を示すもので
第１図は第１実施例の斜視図、第２図は同断面
図、第３図は第２実施例の一部切欠した斜視図で
ある。また第４図は温度センサーの特性測定装置
を示し、第５図及び第６図はそれぞれ第４図に示
す装置を用いて温度センサーの特性を測定した測
定結果を示す図で、第５図は横軸には温度を、縦
軸には電圧がそれぞれ取つてあり、第６図は横軸
に温度を、縦軸には抵抗がそれぞれ取つてある。４…感温体。

Claims

【特許請求の範囲】

１融点を有する絶縁性のマトリツクス中に導電
性の粒子を分散した感温性抵抗体を、感温体とす
る温度センサーにおいて、前記マトリツクスが炭
化水素ワツクス100重量部当たり５〜30重量部の
アルミニウム石けんを添加した組成物であること
を特徴とする温度センサー。