サーミスタは温度変化に応じて抵抗が変化するため、電子製品の温度を監視するのに最適なデバイスです。さらに、PTCサーミスタはリセット可能なヒューズとして機能し、産業オートメーション機器の安全な動作を確保する上で重要な役割を果たします。本稿では、サーミスタの開発と特徴、そして村田製作所が提供する関連ソリューションについて紹介します。
サーミスタは理想的な温度センサーです
サーミスタは、温度によって抵抗値が変化するセンサー抵抗器の一種で、通常の固定抵抗器に比べてサイズが温度によって大きく変化します。サーミスタは可変抵抗器のカテゴリに属し、さまざまな電子部品に広く応用されています。これらは主に温度の測定、制御、監視に使用され、サージ電流リミッター、温度センサー、リセット可能なヒューズ、自動ヒーター制御など、さまざまな用途があります。
純金属を使用する抵抗温度検出器 (RTD) とは異なり、サーミスタに一般的に使用される材料はセラミックまたはポリマーです。また、それらは異なる温度応答特性を示し、RTDはより広い温度範囲に適していますが、サーミスタは通常、-90°C ～ 130°Cの限られた温度範囲内でより高い精度を実現します。
サーミスタは、環境や物体の温度を測定するための温度センサーに広く使用されています。また、電子機器の温度補償にも使用され、さまざまな温度で電子部品が正しく動作することを保証し、機器の精度と安定性の向上に貢献します。
サーミスタは、サーモスタット、ヒーター、クーラーなどの温度制御システムで利用され、特定の範囲内で安定した温度を維持します。また、過熱を防ぎ損傷を回避するために、デバイス内の過熱保護アプリケーションにも使用されます。
サーミスタは温度感度が高く、温度測定に高い感度を提供し、広い温度範囲で動作できる理想的な温度センサーです。さらに、サーミスタの抵抗と温度の関係は通常非線形であるため、抵抗の変化を温度データに変換するには校正と適切な回路が必要です。一方、サーミスタは温度変化に対する応答時間が比較的速いため、リアルタイムの温度監視と制御を必要とするアプリケーションに適しています。
NTCサーミスタはさまざまな電子製品に広く使用されています
「サーミスタ」という用語は通常、NTC (負の温度係数) サーミスタを指します。1833年、マイケル・ファラデーは硫化銀半導体の研究中にサーミスタを発見しました。サミュエル・ルーベンは1930年代にこれを商品化しました。NTCサーミスタは、マンガン (Mn)、ニッケル (Ni)、コバルト (Co) からなる酸化物半導体セラミックで作られています。
NTCサーミスタは、温度変化に応じて1 ℃ あたり3 ～ 5% の抵抗変化を示します。電子機器の温度センサーとしてよく使用されます。NTCサーミスタは、私たちの日常生活のさまざまな用途に使用されています。温度が上昇すると抵抗が減少する特性を活かし、温度センサー、エアコンの温度感知装置、スマートフォン、電気ポット、アイロンなどの温度制御装置、電源装置の電流制御装置などに使用されています。
村田製作所は1984年頃からNTCサーミスタの量産を開始し、チップ型を中心に製品ラインナップを構築してきました。村田製作所のNTCサーミスタは高精度、高感度のセラミックを採用しており、突入電流抑制や温度補償などに用いられる表面実装型（SMD）やリード型などさまざまなタイプがあります。チップ型、リード型NTCサーミスタなど、複数の製品シリーズを取り揃えております。
NCUシリーズは、村田製作所のNTCサーミスタ ラインナップに新たに加わったもので、表面実装型温度センサーとして機能します。高い信頼性を備えており、広い温度範囲で温度検知と温度補償が可能で、高い信頼性が求められる自動車市場に適しています。
NCPシリーズは、温度検知や温度補償に使用されるチップ型SMD温度センサーです。06 x 03から20 x 12mmまでのさまざまなサイズがあり、スマートフォン、コンピューター、LED照明などに応用されています。
NCGシリーズは、さまざまな温度検知および補正アプリケーションに使用されるSMDタイプの温度センサーです。高い信頼性が求められる自動車用途にも適しています。NCGシリーズは導電性接着剤実装限定製品であり、はんだ実装には対応しておりません。
NXFシリーズはフレキシブル リード型NTCサーミスタであり、温度検知用の小型センサー ヘッドを備えています。コンパクトなサイズと高い感度で知られています。さらに、NXFシリーズはリードセクションに優れた柔軟性を提供し、製品の長さは21 mmから50 mmまであります。
PTCサーミスタはリセット可能なヒューズとして機能します
1940年代初頭、日本、アメリカ、ソ連により、室温で1010Ω･cmを超える高抵抗を示すチタン酸バリウム（BaTiO3）が発見されました。1952年、フィリップス（オランダ）のハアイマンらの研究者らは、希土類元素（Y、Bi、Sbなど）を微量添加することで比抵抗が10～106Ω·cmの範囲に変化し、その温度特性がキュリー点に一致することを発見した。これがPTCサーミスタの誕生でした。1961年、村田製作所は世界に先駆けてPTCサーミスタの量産化に成功し、「POSISTOR」という商標を登録しました。
PTCサーミスタは、非常にシンプルな回路構成でデバイスの過熱を検出できるという特徴があります。一方、PTCサーミスタの独自の「自己発熱」特性を活用するアプリケーションにも使用できます。大電流を流すと自己発熱により抵抗が増加し、電流を抑制することができます。これらは、部品の故障、配線ミスなどにより回路に異常な電流が流れるのを防ぐ目的で集積回路 (IC) を保護するために使用されます。PTCサーミスタはリセット可能なヒューズとして使用でき、異常状態が解消されると元の抵抗値に戻ります。
村田製作所のPOSISTOR PTCサーミスタは、優れた信頼性と性能を備えたセラミック材料で作られています。包括的な製品ラインは、さまざまなパッケージ形態（表面実装型、リード型）をカバーし、過電流保護、過熱保護、突入電流抑制などのさまざまな用途に適しています。
村田製作所のPRFシリーズPTCサーミスタはSMDタイプで、過熱検知に使用できます。温度検知用のこれらの薄膜PTCサーミスタは、特定の温度を超えると抵抗が急激に増加するという特性を利用し、FET、パワーIC、その他の発熱領域での過熱検知に適しています。PRFシリーズは、電気インピーダンスの急速な変化により優れた耐ノイズ性を発揮します。さらに、急速な抵抗変化により、過熱検知用に複数のPTCを直列に接続した単純な回路でも、正しく検知を行うことができます。これにより、ICポート数が削減され、機器の小型化に貢献します。
PRGシリーズ（リセット可能ヒューズ）は過電流保護装置に使用され、高速動作を特徴としています。ショートによる過電流発生時に回路を保護し、過電流除去後は自動的に初期状態に戻るため、繰り返し使用できます。セラミック材料の使用により、高い信頼性と短絡後の迅速な保護が保証され、お客様は機器をより安全かつメンテナンスフリーにすることができます。
多層構造PTCサーミスタは優れた特性を発揮します
PTCサーミスタは、ファクトリーオートメーションに適したチップ部品であり、メンテナンスフリーのPTCサーミスタは、ファクトリーオートメーション機器やセンサーのI/Oシーケンス出力回路エラーや短絡による過電流保護に使用されます。さらに、PTCサーミスタは、機械コントローラやロボットコントローラのI/O回路保護にも広く使用されています。
現在、リセット可能ヒューズには、ポリマーPTC、セラミックPTC、村田セラミックPTCの3種類があります。ポリマーPTCは不安定な特性を持ち、より高い電流と電圧をサポートできます。従来のセラミックPTC技術は特性が安定しており、低電流および低電圧をサポートできますが、ファクトリーオートメーション規格で要求される電気仕様 (24V電圧および100mA以上) を満たすことができません。村田製作所のセラミックPTC技術は安定した特性を持ち、より高い電流と電圧をサポートしているため、村田製作所はポリマーPTCの不安定な特性という技術的問題を解決できます。
村田製作所のセラミックPTCは多層構造を採用し、抵抗を大幅に低減し、高耐電圧（最大30V以上）と高電力容量、さらに高い保持電流（260mA）を実現しています。セラミック材料を使用しているため、信頼性が高く、過電流保護時間が短く、メンテナンスフリーで動作し、安全性が向上します。従来のセラミックPTCテクノロジと比較すると、より低い電圧とより低い保持電流 (30Vで最大20mA) のみをサポートします。
ファクトリーオートメーションアプリケーションでは、PRGシリーズは、誤接続や短絡による過電流障害からファクトリーオートメーション機器を保護します。たとえば、モーター ドライブでは、I/Oライン トランジスタやその他のスイッチング デバイスを過電流から保護できます。モーターのデジタル出力ラインに使用する場合は、オープンコレクタ回路が使用され、24VDC電圧をサポートし、電流は機器によって異なります。PRGシリーズは、モーター駆動の回路保護に適しています。
過電流保護に使用される村田製作所のPRGシリーズPTCサーミスタは、「リセット可能ヒューズ」として機能し、ポリマーPTCリセット可能ヒューズと同様の過負荷保護を提供します。RoHS/ELV規格に準拠し、UL/cULおよびTÜV認証を取得しています（全ラインナップ）。応答速度が速く、異常電流を防止し、最大6V ～ 32Vの電圧範囲をサポートします。ポリマーPTCと比較すると、PRGシリーズは、はんだ付け、負荷テスト、熱衝撃後の抵抗特性が安定しており、PCBコーティングまたは成形下で確実に動作し、寸法がコンパクトでPCBスペースを節約できるなどの利点があります。
結論
サーミスタは温度感度が高いため、温度センサーに最適です。工場自動化環境に適用すると、機器の温度をリアルタイムで監視し、機器の安定した動作を確保できます。さらに、PTCサーミスタはリセット可能なヒューズとしても機能し、誤接続や短絡による過電流障害から工場自動化機器を保護します。村田製作所は、高い信頼性、コスト効率、小型フットプリントで知られるサーミスタの完全な製品ラインを提供しています。これらのサーミスタをセンサー設計に使用すると、信頼性が向上し、利益が増加する可能性があります。