JP6799908B2 - 感温素子 - Google Patents
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Description
項1. 少なくとも1つの第1の電極と、
少なくとも1つの第2の電極と、
前記各第1の電極及び前記各第2の電極に電気的に接続された、少なくとも1つの感温抵抗体と、
を備え、
前記感温抵抗体が、導電性粒子及び樹脂を含んでおり、
200℃での電気抵抗値が、30℃での電気抵抗値の1.2倍以上である、感温素子。
項2. 30℃〜200℃の温度範囲における体積抵抗率が、10Ω・cm〜100KΩ・cmの範囲にある、項1に記載の感温素子。
項3. 前記感温抵抗体は、前記導電性粒子の含有量が15質量%未満である、項1または2に記載の感温素子。
項4. 前記感温抵抗体の厚みが100μm以下である、項1〜3のいずれかに記載の感温素子。
項5. 100℃での電気抵抗値が、30℃での電気抵抗値の5倍以下である、項1〜4のいずれかに記載の感温素子。
項6. 30℃〜200℃の温度範囲における電気抵抗値の変化率が0.12〜2.4%/℃の範囲にある、項1〜5のいずれかに記載の感温素子。
項7. 基材をさらに備え、
前記基材上に、前記第1の電極、前記感温抵抗体、及び前記第2の電極が、配置されている、項1〜6のいずれかに記載の感温素子。
項8. 前記第1及び第2の電極は、線状に形成されており、
前記基材上に、複数の前記第1の電極と、複数の前記第2の電極とが配置され、
前記複数の第1の電極は第1の方向に延びるように平行に配置され、
前記複数の第2の電極は前記第1の方向と交差する第2の方向に延びるように平行に配置され、
前記第1の電極と前記第2の電極とが交差する箇所である温度検出部に、前記感温抵抗体がそれぞれ配置されている、項7に記載の感温素子。
項9. 前記温度検出部同士の間に絶縁材料が設けられることで、前記第1の電極から前記第2の電極にかけての厚みが均一にされている、項8に記載の感温素子。
項10. 前記温度検出部が絶縁材料で被覆されている、項8または9に記載の感温素子。
項11. 導電性粒子と、樹脂と、溶剤とを含み、
200℃での電気抵抗値が30℃での電気抵抗値の1.2倍以上となる感温抵抗体を形成するためのインク。
項12. 請求項11に記載のインクを電極の表面に塗布する工程を備える、感温素子の製造方法。
本発明に係る感温抵抗体1は、温度の上昇と共に、電気抵抗値が上昇する特性を備えており、具体的には、少なくとも30℃〜200℃の範囲においては、温度が上昇すると電気抵抗値が高くなり、温度が低下すると電気抵抗値が低くなる特性を備えている。また、この感温抵抗体1は、導電性粒子と、樹脂とを含んでいる。
次に、上記感温抵抗体1を形成するための本発明のインクについて説明する。本発明のインクは、前述の導電性粒子と、前述の樹脂に加えて、溶剤を含んでおり、導電性粒子と樹脂が溶剤中に分散した形態を備えている。本発明の感温素子は、例えば、本発明のインクを電極の表面に塗布し、溶剤を乾燥させることにより容易に製造することができる。
次に、第1及び第2の電極2,3について説明する。本実施形態に係る感温素子では、これらのの電極2,3が互いに接触しないように、これら電極2,3の間に感温抵抗体1が配置される。これにより、各電極2,3と感温抵抗体1とが電気的に接続されている。第1及び第2の電極2,3は、それぞれ、導電性材料により構成されていればよい。導電性材料としては、例えば、銅、アルミニウム、銀、及びこれらのうち少なくとも1種を含む合金など金属、これらのうち少なくとも1種の金属粉を含む樹脂により形成された導電性ペーストなどが挙げられる。
基材4は、絶縁性のシート状材料で形成することができ、その材料は特には限定されないが、例えば、ポリイミド、PETなどの可撓性を有する材料で形成することができる。
ところで、温度測定を行う際、融点の低い感温抵抗体1を用いると、その融点より高い温度の測定を行うと、感温抵抗体1が流動するおそれがある。これに対しては、感温抵抗体1の周囲に流動防止壁を設けることが好ましい。例えば、図2A及び図2Bに示すように、基材4上に帯状の第1の電極2を形成し、その端部を覆うように平面視矩形状の感温抵抗体1を形成する。より詳細には、第1の電極2の端部の上面及び両側面を覆うように感温抵抗体1を形成する。これに続いて、この感温抵抗体1の周囲を囲むように、流動防止壁7を形成する。この流動防止壁7は、基材4からの高さが、感温抵抗体1とほぼ同じ、またはそれよりも高くなるような厚さとし、これによって感温抵抗体1が流動防止壁7の外側へ流れ出るのを防止する。これに続いて、帯状の第2の電極3を形成する。第2の電極3は、第1の電極2と直交するように、感温抵抗体1の上面を基点とし、流動防止壁7を越えて、基材4へと延びるように形成する。なお、流動防止壁4は、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂などの樹脂材料で形成することができる。
次に、感温素子10の製造方法の一例について説明する。まず、基材4の上に第1の電極2をスクリーン印刷により形成する。次に、第1の電極2の上に感温抵抗体1をスクリーン印刷により形成する。続いて、感温抵抗体1を挟むようにして、第1の電極2の上に第2の電極3をスクリーン印刷により形成する。その後、各電極2,3には適宜配線を施すことができる。こうして、本実施形態に係る感温素子10が形成される。なお、図2A及び図2Bに示す流動防止壁7も、スクリーン印刷により形成することもできる。
上述した感温素子10は、2つの電極2,3と1つの感温抵抗体1により形成されたが、多数の電極及び感温抵抗体により、複数の位置で温度を検知可能な感温素子を形成することもできる。以下では、本発明に係る感温素子を温度分布センサシートに適用した実施形態について、図3〜図7を参照しつつ説明する。図3はこの温度分布センサーの分解斜視図、図4は温度分布センサシートの平面図、図5は図4の一部断面図、図6は図4の要部Cの拡大図、図7は図4の一部斜視図である。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。なお、以下の変形例は適宜組合せが可能である。
表1に記載の導電性粒子、樹脂、フィラー、溶剤、及び消泡剤を遊星式攪拌脱泡装置(クラボウ社製のマゼルスターKK−V1000)を用いて混合して感温抵抗体を形成するためのインクを調製した。各成分の詳細は、後述の通りである。
上記で得られた感温素子10を用いて、次の条件で表1に記載の各温度における電気抵抗値及び電気抵抗値の変化率を測定した。すなわち、感温素子10を恒温槽(ヤマト科学株式会社製 DF612)に配置し、感温素子10の傍らに熱電対(アズワン株式会社製、被覆熱電対(Dg−K-5m-Y端子))を設置する。そして、熱電対の温度を温度レコーダ(株式会社キーエンス製 NR−1000)でモニターしながら、テスター(日置電機株式会社製 デジタルハイテスタ3805−50)にて各温度における電気抵抗値及び電気抵抗値の変化率を測定した。結果を表1に示す。また、実施例1〜3及び比較例1における測定温度と電気抵抗値との関係を示すグラフを図12〜15に、測定温度と電気抵抗値の逆数との関係を示すグラフを図16〜19に、測定温度と電気抵抗値の変化率との関係を示すグラフを図20に示す。
上記で得られたインクを用い、図10及び図11に示される構造の感温素子10を製造して、表1に記載の温度における体積抵抗率を測定した。具体的には、図10及び図11に示されるように、ポリイミドシート4(東レ・デュポン社製のカプトン300V)の上に、第1の電極2(ポリイミドの銀フィラー分散体、サンワ化学工業社製のSAP−15、厚みx=8μm、幅ya=2mm、長さz=5mm)及び第1の電極3(ポリイミドの銀フィラー分散体、サンワ化学工業社製のSAP−15、厚みx=8μm、幅yb=2mm、長さz=5mm)を間隔y1を空けてスクリーン印刷により形成した。次に、両電極2、3との間を埋めるようにして、前述のインクをスクリーン印刷により塗布し、感温抵抗体1(厚みx=28μm、幅y1=5mm、長さz=5mm)を形成した。
カーボンブラック:キャボット・スペシャリティ・ケミカルズ・インク社製のXC−72R
ポリイミド樹脂/エポキシ樹脂、酸化チタン、及びトリエチレングリコールジメチルエーテル、N-メチル-2-ピロリドンの混合物:サンワ化学工業社製のIRP−1407
アクリル系重合物:楠本化成社製のディスパロン1970
1 感温抵抗体
2 第1の電極
3 第2の電極
4 基材
Claims (12)
- 少なくとも1つの第1の電極と、
少なくとも1つの第2の電極と、
前記各第1の電極及び前記各第2の電極に電気的に接続された、少なくとも1つの感温抵抗体と、
を備え、
前記感温抵抗体が、導電性粒子及び樹脂を含んでおり、
前記樹脂は、ガラス転移温度が200℃以上であり、
前記感温抵抗体は、前記導電性粒子の含有量が15質量%未満であり、
200℃での電気抵抗値が、30℃での電気抵抗値の1.2倍以上である、感温素子。 - 30℃〜200℃の温度範囲における体積抵抗率が、10Ω・cm〜100KΩ・cmの範囲にある、請求項1に記載の感温素子。
- 前記感温抵抗体は、前記導電性粒子の含有量が2〜9質量%である、請求項1または2に記載の感温素子。
- 前記感温抵抗体の厚みが100μm以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の感温素子。
- 100℃での電気抵抗値が、30℃での電気抵抗値の5倍以下である、請求項1〜4のいずれかに記載の感温素子。
- 30℃〜200℃の温度範囲における電気抵抗値の変化率が0.12〜2.4%/℃の範囲にある、請求項1〜5のいずれかに記載の感温素子。
- 基材をさらに備え、
前記基材上に、前記第1の電極、前記感温抵抗体、及び前記第2の電極が、配置されている、請求項1〜6のいずれかに記載の感温素子。 - 少なくとも1つの第1の電極と、
少なくとも1つの第2の電極と、
前記各第1の電極及び前記各第2の電極に電気的に接続された、少なくとも1つの感温抵抗体と、
を備え、
前記感温抵抗体が、導電性粒子及び樹脂を含んでおり、
前記樹脂は、ガラス転移温度が200℃以上であり、
200℃での電気抵抗値が、30℃での電気抵抗値の1.2倍以上である感温素子であって、
基材をさらに備え、
前記基材上に、前記第1の電極、前記感温抵抗体、及び前記第2の電極が、配置されており、
前記第1及び第2の電極は、線状に形成されており、
前記基材上に、複数の前記第1の電極と、複数の前記第2の電極とが配置され、
前記複数の第1の電極は第1の方向に延びるように平行に配置され、
前記複数の第2の電極は前記第1の方向と交差する第2の方向に延びるように平行に配置され、
前記第1の電極と前記第2の電極とが交差する箇所である温度検出部に、前記感温抵抗体がそれぞれ配置されている、感温素子。 - 前記温度検出部同士の間に絶縁材料が設けられることで、前記第1の電極から前記第2の電極にかけての厚みが均一にされている、請求項8に記載の感温素子。
- 前記温度検出部が絶縁材料で被覆されている、請求項8または9に記載の感温素子。
- 導電性粒子と、樹脂と、溶剤とを含み、
前記樹脂は、ガラス転移温度が200℃以上であり、
200℃での電気抵抗値が30℃での電気抵抗値の1.2倍以上となり、前記導電性粒子の含有量が15質量%未満である感温抵抗体を形成するためのインク。 - 請求項11に記載のインクを電極の表面に塗布する工程を備える、感温素子の製造方法。
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