(57)【要約】      （修正有）【課題】測定対象部位が所定の温度を超える温度履歴を経たか否かを簡単に判定可能とする。【解決手段】電流ヒューズ素子F1とPTCサーミスタ素子PT1との並列回路を含み、前記並列回路に印加される電圧Ｖとし、前記PTCサーミスタPT1は、所定温度Tc以下の低い温度で抵抗値Rptlを、前記所定温度Tcより高い温度で抵抗値Rpthを有し、電流ヒューズF1の内部抵抗値Rf1は、Rptl＜Rf1＜Rpthであり、前記電流ヒューズ素子F1の定格電流Irは、V*Rptl/{R0(Rf1+Rptl)+Rf1Rptl}＜Ir＜V*Rpth/{R0(Rf1+Rpth)+Rf1Rpth}の関係を有することを特徴とする温度履歴記憶装置。【選択図】図１Ａ
2015175838.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電流ヒューズ素子（F1）とPTCサーミスタ素子（PT1）との並列回路を含み、
前記並列回路に印加される電圧をＶとし、前記PTCサーミスタ（PT1）は、所定温度Tc以下の低い温度で抵抗値Rptlを、前記所定温度Tcより高い温度で抵抗値Rpthを有し、電流ヒューズ（F1）の内部抵抗値Rf1は、Rptl＜Rf1＜Rpthであり、
前記電流ヒューズ素子（F1）の定格電流Ir1は、
V*Rptl/{R0(Rf1+Rptl)+Rf1Rptl}＜Ir＜V*Rpth/{R0(Rf1+Rpth)+Rf1Rpth}
の関係を有することを特徴とする温度履歴記憶装置。
但し、Ｒ０は、前記並列回路に直列に接続する保護抵抗Rの抵抗値である。
【請求項２】
請求項１に記載の並列回路が複数直列接続され、それぞれの並列回路の前記PTCサーミスタが、異なるTcを有していることを特徴とする請求項１に記載の温度履歴記憶装置。
【請求項３】
電流ヒューズ素子Fi(i=1,2,・・・，n)とPTCサーミスタ素子PTi(i=1,2,・・・，n)とが二股に分かれて接続され、その分岐点において、前記分岐点に印加される電圧をＶとし、前記PTCサーミスタ素子PTi (i=1,2,・・・，n)へヒューズ素子Fi+1 (i=1,2,・・・，n) とPTCサーミスタ素子PTi+1が接続され、前記電流ヒューズ素子Fi(i=1,2,・・・，n)は接地される単位回路の繰り返しにより形成される複数の温度検知部で構成され、第１から第nまでの前記PTCサーミスタ素子は、所定温度Tc以下で抵抗値Rptlを有し、Tcより高い温度で抵抗値Rpthを有する場合、第mの電流ヒューズ素子の抵抗値Rfmは、以下の関係を有する温度履歴記憶装置。
Rptl+Rf(m+1)||｛ Rptl+ Rf(m+2) ||｛Rptl+ Rf(m+3) || ・・・|| ｛Rptl+ （Rfn|| Rptl）｝｝｝＜Rfm＜Rpth+Rf(m+1)||｛ Rpth+ Rf(m+2) ||｛Rpth+ Rf(m+3) || ・・・|| ｛Rpth+ （Rfn|| Rpth）｝｝｝
ここで、mは1≦m≦nであり、また記号：||は並列接続の合成抵抗を示す。
【請求項４】
前記電流ヒューズ素子Fi(i=1,2,・・・，n)は、スローブローヒューズからなることを特徴とする請求項３に記載の温度履歴記憶装置。
【請求項５】
前記PTCサーミスタにおける異なるTcを、
チタン酸バリウム(BaTiO3)のBaの一部をストロンチウム(Sr)又は鉛(Pb)等に置換し、その濃度を調整することより得ることを特徴とする請求項３又は４に記載の温度履歴記憶装置。
【請求項６】
前記電流ヒューズ素子の両端間の抵抗を測定するための測定端子を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の温度履歴記憶装置。
【請求項７】
前記温度履歴記憶装置は、
温度履歴駆動時に、間欠的に前記電圧Ｖを印加する駆動回路を有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の温度履歴記憶装置。
【請求項８】
前記温度履歴記憶装置は、
温度履歴駆動時に、間欠的に前記電圧Ｖを印加する駆動回路を有し、
前記駆動回路は、
前記並列回路又は前記単位回路に保護抵抗として抵抗体と直列に接続した温度履歴記憶装置に並列に容量Csを有するキャパシタCを接続し、
前記並列回路又は前記単位回路の一方の電極は接地電位に接続され、他方の電極はインバータ回路が複数段接続されたインバータ回路の入力に接続され、
前記インバータ回路が奇数段の場合は、前記インバータ回路の出力は、前記他方の電極と電源との間に設けられたｎ型トランジスタのゲートに接続され、前記インバータ回路が偶数段の場合は、前記インバータ回路の出力は、前記他方の電極と電源との間に設けられたP型トランジスタのゲートに接続され、前記ｎ型トランジスタまたはP型トランジスタのソースおよびドレイン電極の一方は前記電源電圧に接続され、他の一方は前記他方の電極に接続されていることを特徴とする請求項７に記載の温度履歴記憶装置。
【請求項９】
前記PTCサーミスタ素子に代えて、所定の温度Tc以下で導通し、Tcより高い温度において非導通状態となるバイメタルによるスイッチに用いることを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の温度履歴記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度履歴記憶装置に関し、より詳細には、所定の温度を超える温度履歴を経たか否かを判別する温度履歴を記憶する装置に関わり、例えば車両のエンジン内の温度やトランスミッション内の温度などを測定し、その温度履歴を残す技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の車両のエンジンやトランスミッションの制御には、電子制御装置などが用いられているが、運転条件や環境温度によっては電子制御装置の動作限界温度を超える可能性があり、電子制御装置の誤動作や故障が発生する場合がある。このことは、エンジンやトランスミッション自体の温度も設計温度を超え、故障を引き起こす原因となる。このため、これらの部位の温度を測定し、所定の温度以上になったか否か、温度履歴を残しておくことが出来れば故障原因の調査が容易になる。
【０００３】
温度履歴を把握する方法の１つとして、温度ヒューズを用いる方法がある。温度ヒューズを用いると、所定の融点を有する金属等を使用し、所定の温度に達した際に温度ヒューズが溶融・断線することによって端子間の抵抗値が無限大となり温度履歴を把握することが可能である。しかしながら、温度ヒューズをプリント基板等にはんだ付けで実装する場合、その熱によって金属が溶融して断線してしまうことがある。すなわち、はんだ付けに用いられる230℃〜280℃程度より低い温度を対象としては、安定的に温度ヒューズで温度履歴を把握することは困難であった。
【０００４】
関連する技術としては、特許文献１〜３がある。これらについて以下に説明する。
【０００５】
特許文献１には、一定温度になると変色し、以後その色を維持する温感レベルを測定部位に貼り付けることが記載されている。また、特許文献２および特許文献３においては、温度センサからの出力を温度データとしてメモリに書き込みこむことで温度履歴を記憶する構成が記載されている。
【０００６】
また、特許文献４には、ヒューズ素子とPTCサーミスタの並列回路が開示されている。特許文献５には、アンチヒューズ素子とPTCサーミスタの並列回路が複数直列に接続された回路が開示されている。非定常高温を検出してPTCサーミスタが高抵抗になった場合、並列に接続されたアンチヒューズ素子に印加される電圧がトリガー電圧を超えるため、アンチヒューズ素子が絶縁状態から導通状態へ遷移することが記載されている。またその検出は、前記並列回路に接続された分圧回路の出力電圧の変化をマイクロコンピュータに取り込むことで判定することが記載されている。
【０００７】
特許文献６では、温度によって変化するトランジスタのオフリーク電流によってキャパシタを充電し、その電位をインバータ入力に接続して、その出力をカウンタに接続することで温度変化情報を得ている。
【０００８】
非特許技術１の、図１には「周波数変調出力方式の薄膜フォトセンサ」回路が記載されている。トランジスタの光リーク電流によるキャパシタの電位変動をリングオシレータ（多段のインバータ）の入力とし、またその出力の一部をリセットトランジスタのゲート電極に接続し、前記キャパシタの充電を制御している。本回路では出力端子から、光量（照度）変化を電圧パルスの周波数変調信号として得られることが特徴である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開2002-294123号公報「感温インキおよびそれを用いた温度履歴インジケータ」
【特許文献２】特開2003-140979公報「EEPROMへの記録方法」
【特許文献３】特開2007-199014公報「温度履歴測定方法および装置
【特許文献４】特開2009-32696 公報「一体化されたサーミスタ及び金属素子装置並びに方法」
【特許文献５】特開2013-024718公報「温度異常検知センサ」
【特許文献６】国際公開WO2009/084352公報「温度測定装置及び方法」
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】第60回応用物理学会春季学術講演会（2013年春）28a-G6-7「周波数変調出力方式の薄膜フォトセンサ」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１では、屋外で用いる車両の環境下においては、長期間にわたって汚れなどが付着する為、色保持機能を維持することは困難であり、実際には車両などには用いることは難しかった。
【００１２】
特許文献２および特許文献３においては、詳細な温度履歴データが取得可能であるが、システムが複雑で高価なものとなり、用途や設置場所は制限されてしまう。故障原因の調査として測定対象の部位が所定の温度以上に達したか否かの温度履歴を判断する為には、より簡便な方式が望まれていた。
【００１３】
特許文献４に記載の技術は、温度履歴記憶装置として動作するものではなく、回路保護装置として機能する装置である。
【００１４】
また、特許文献４の請求項１には、ヒューズ素子はPTCサーミスタよりも低い抵抗を有していることのみ記載されているだけである。
【００１５】
特許文献５、特許文献６は、ヒューズ素子とPTCサーミスタとの並列回路ではない。
非特許技術１の回路では出力端子から、光量（照度）変化を電圧パルスの周波数変調信号として得られることが特徴であり、それ以上の開示はない。ヒューズやサーミスタの抵抗値、およびヒューズの定格電流との関係の開示はない。
【００１６】
本発明は、測定対象部位が所定の温度を超える温度履歴を経たか否かを簡単に判定可能とすることを目的とする。また、温度履歴記憶装置の動作時における消費電力の低減を実現させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明では、従来技術の問題点に鑑み、測定部位が所定の温度を超える温度履歴を経たか否かを簡単に判別できる温度履歴記憶装置を提供する。
【００１８】
本発明の一観点によれば、電流ヒューズ素子（F1）とPTCサーミスタ素子（PT1）との並列回路を含み、前記並列回路に印加される電圧をＶとし、前記PTCサーミスタ（PT1）は、所定温度Tc以下の低い温度で抵抗値Rptlを、前記所定温度Tcより高い温度で抵抗値Rpthを有し、電流ヒューズ（F1）の内部抵抗値Rf1は、Rptl＜Rf1＜Rpthであり、前記電流ヒューズ素子（F1）の定格電流Irは、V*Rptl/{R0(Rf1+Rptl)+Rf1Rptl}＜Ir＜V*Rpth/{R0(Rf1+Rpth)+Rf1Rpth}の関係を有することを特徴とする温度履歴記憶装置が提供される。
但し、R0は、前記並列回路に直列に接続保護抵抗Rの抵抗値である。
【００１９】
この温度履歴記憶装置によれば、温度ヒューズを用いた場合と比べて、電流ヒューズ素子（F1）の溶断温度とは独立したパラメータであるPTCサーミスタ素子（PT1）のキューリー温度に依存して温度履歴を得ることができる。
【００２０】
本発明は、上記に記載の並列回路が複数直列接続され、それぞれの並列回路の前記PTCサーミスタが、異なるTcを有していることを特徴とする温度履歴記憶装置である。
【００２１】
例えば、複数の並列回路の所定温度Tcを異なるものとすれば、複数の異なる温度履歴の有無を判定できる。
【００２２】
また、本発明は、電流ヒューズ素子Fi(i=1,2,・・・，n)とPTCサーミスタ素子PTi(i=1,2,・・・，n)とが二股に分かれて接続され、その分岐点において、前記分岐点に印加される電圧をＶとし、前記PTCサーミスタ素子PTi (i=1,2,・・・，n)へヒューズ素子Fi+1 (i=1,2,・・・，n) とPTCサーミスタ素子PTi+1が接続され、前記電流ヒューズ素子Fi(i=1,2,・・・，n)は接地される単位回路の繰り返しにより形成される複数の温度検知部で構成され、第１から第nまでの前記PTCサーミスタ素子は、所定温度Tc以下で抵抗値Rptlを有し、Tcより高い温度で抵抗値Rpthを有する場合、第mの電流ヒューズ素子の抵抗値Rfmは、以下の関係を有する温度履歴記憶装置である。
【００２３】
Rptl+Rf(m+1)||｛ Rptl+ Rf(m+2) ||｛Rptl+ Rf(m+3) || ・・・|| ｛Rptl+ （Rfm|| Rptl）｝｝｝＜Rfm＜Rpth+Rf(m+1)||｛ Rpth+ Rf(m+2) ||｛Rpth+ Rf(m+3) || ・・・|| ｛Rpth+ （Rfm|| Rpth）｝｝｝
ここで、mは1≦m≦nであり、また記号：||は並列接続の合成抵抗を示す。
【００２４】
第１から第nまでの電流ヒューズ素子の各々の第一の端子または第二の端子のいずれか、もしくは両方を前記温度履歴記憶装置から電気的に切り離し、前記第１から第mまでの電流ヒューズ素子の各々の第一の端子と第二の端子の間の抵抗が初期値よりも大きくなっているか否かを判定することにより、測定部位の温度履歴が所定温度Tcよりも高い温度を、少なくとも各ヒューズ素子の溶断時間の合計であるｔf1 + tf2 + …+tfmの期間を経たことを判断することができる。
【００２５】
前記PTCサーミスタにおける異なるTcを、チタン酸バリウム(BaTiO3)のBaの一部をストロンチウム(Sr)又は鉛(Pb)等に置換し、その濃度を調整することより得るようにしてもよい。これにより、キューリー温度の異なるサーミスタ素子を簡単に得ることができる。
【００２６】
前記電流ヒューズの両端間の抵抗を測定するための測定端子を有するようにしてもよい。
【００２７】
また、前記温度履歴記憶装置は、温度履歴駆動時に、間欠的に前記電圧Ｖを印加する駆動回路を設けることで、消費電力を少なくすることができる。
【００２８】
また、前記温度履歴記憶装置は、温度履歴駆動時に、間欠的に前記電圧Ｖを印加する駆動回路を有し、前記駆動回路は、前記並列回路又は前記単位回路に保護抵抗として抵抗体と直列に接続した温度履歴記憶装置に並列に容量Csを有するキャパシタCを接続し、前記並列回路又は前記単位回路の一方の電極は接地電位に接続され、他方の電極はインバータ回路が複数段接続されたインバータ回路の入力に接続され、前記インバータ回路が奇数段の場合は、前記インバータ回路の出力は、前記他方の電極と電源との間に設けられたｎ型トランジスタのゲートに接続され、前記インバータ回路が偶数段の場合は、前記インバータ回路の出力は、前記他方の電極と電源との間に設けられたP型トランジスタのゲートに接続され、前記ｎ型トランジスタまたはP型トランジスタのソースおよびドレイン電極の一方は前記電源電圧に接続され、他の一方は前記他方の電極に接続されるようにしても良い。
【００２９】
前記PTCサーミスタ素子に代えて、所定の温度Tc以下で導通し、Tcより高い温度において非導通状態となるバイメタルによるスイッチに用いても良い。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、測定対象部位が所定の温度を超える温度履歴を経たか否かを簡単に判定可能とすることができる。
【００３１】
また、温度履歴記憶装置の動作時における消費電力の低減を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】本発明の第１の実施の形態における温度履歴記憶装置の一構成例を示す回路図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示す温度履歴記憶装置における、電流ヒューズと、PTCサーミスタの一構成例を示す図である。
【図１Ｃ】第３の実施の形態の温度履歴記憶装置の製造工程例を示す図である。
【図２】PTCサーミスタの温度−抵抗率特性の一例を示す図である。
【図３Ａ】ソケットを有する温度履歴記憶装置の一構成例を示す図である。
【図３Ｂ】ソケットを有する温度履歴記憶装置における測定方法の一例を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による駆動回路付き温度履歴記憶装置の一構成例を示す回路図である。
【図５】図４に示す駆動回路の電極Nの電位Vnの時間変化例を示す図である。
【図６】図４に示すインバータ回路の入出力特性を示す図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施の形態による温度履歴装置の構成例を示す図である。
【図８】チタン酸バリウム(BaTiO3)のBaの一部をストロンチウム(Sr)や鉛(Pb)等に置換し、その濃度を調整することより異なるTcを有する材料を得る場合の、Tcと抵抗率の温度依存性を示す図である。
【図９】本発明の第４の実施形態による温度履歴記録装置の一構成例を示す回路図である。
【図１０】図９の構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の実施の形態による温度履歴記憶装置について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００３４】
（第１の実施の形態）
図１Ａは、本発明の第１の実施の形態における温度履歴記憶装置の一構成例を示す回路図である。図１Ａに示すように、本実施の形態による温度履歴記憶装置１は、電流ヒューズ素子（F1）とPTCサーミスタ素子（PT1）の並列回路を含み、この並列回路に、保護抵抗として抵抗値R0を有する抵抗体（R）を直列接続した構成を有する。
【００３５】
PTCサーミスタ（PT1）は、所定温度Tc以下の低い温度で抵抗値Rptlを有し、Tcより高い温度で抵抗値Rpthを有する。電流ヒューズ（F1）の内部抵抗値Rf1を、Rptl＜Rf1＜Rpthとする。図１に示す温度履歴記憶装置１において、少なくともPTCサーミスタ（PT1）を測定部位付近に設置し、電源電圧（V）を印加する。
【００３６】
PCTサーミスタは、図２に実線で示すような温度−抵抗率特性を有する（出典「温度センサ」 著者：二木久夫、村上孝一 発行：日刊工業新聞社）。すなわち、所定の温度Tcにおいて抵抗値が大きく変化（温度上昇により抵抗値が急激に高くなる）するCTR（Critical Temperature Resistor）特性を有する。
【００３７】
サーミスタは、チタン酸バリウム（BaTiO3）をベースにして一部のBaをストロンチウム（Sr）やカルシウム（Ca）や鉛（Pd）に置換した材料で形成することができる。また、抵抗率を調整する為に、イットリウム（Y）を添加したものでも良い。さらには、所定温度Tcにおける抵抗率変化を急崚にするため、マンガン（Mn）を添加したものでも良い。また、Zn、Ti、Niを含む酸化物やPb、Fe、Nbを含む酸化物、多結晶Si、グラファイト等の導電材を含有したポリエチレン等のポリマー材料でも良い。
【００３８】
図２に示すように、PTCサーミスタでは、キューリー温度において抵抗率が大きく変化するという特徴がある。例えば、キューリー温度以下の低い温度領域では、10℃の温度変化に対して抵抗値の変化は2倍程度又はそれ以下であるが、キューリー温度を超える温度領域では10℃の温度変化に対しておよそ一桁以上の大きな抵抗値変化を示す。
【００３９】
例えば、測定すべき所定の温度TcとPTCサーミスタのキューリー温度とを同一又はその近傍に調整しておくことにより、Tc以下の温度領域に比べてTcより高い温度領域ではPTCサーミスタ素子の抵抗値は大きく変化（RptlからRpthに増大）する。
【００４０】
以下に温度履歴記憶装置１の動作について説明する。所定温度Tc以下の温度においては、電流ヒューズ（F1）を流れる電流IflおよびPTCサーミスタ（PT1）を流れる電流Iptlは各々、以下のように表される。
【００４１】
Ifl＝V* Rptl/{ R0(Rf1+Rptl)+Rf1Rptl}      （１）
Iptl＝V* Rf1/{ R0(Rf1+Rptl)+Rf1Rptl}      （２）
【００４２】
ここで、Rptl＜Rf1であるため、PTCサーミスタ（PT1）を流れる電流Ipt1が大きく、電流ヒューズ（F1）を流れる電流Iflは小さくなる。Iflは電流ヒューズ（F1）の定格電流Irに比べて小さくなるように設定されている。これにより、所定温度Tc以下の温度範囲においては、電流ヒューズ（F1）が溶断することはない。
【００４３】
測定部位の温度が上昇し、所定温度Tcより高い温度になった場合について説明する。
【００４４】
Tcより高い温度領域における電流ヒューズ（F1）を流れる電流IfhおよびPTCサーミスタ（PT1）を流れる電流Ipthは、各々以下のように記される。
【００４５】
Ifh ＝V*Rpth/{R0(Rf1+Rpth)+ Rf1Rpth}  （３）
Ipth＝V* Rf1/{R0(Rf1+Rpth)+ Rf1Rpth}  （４）
【００４６】
ここで、Rf1＜Rpthであるため、PTCサーミスタ（PT1）を流れる電流Ipthが小さく、電流ヒューズ（F1）を流れる電流Ifhが大きくなる。そして、Ifhは、電流ヒューズ（F1）の定格電流Irに比べて大きくなるように設計する。その結果、電流ヒューズ（F1）は溶断する。その後、測定部位が所定温度TCよりも低くなっても電流ヒューズ（F1）は溶断したままで保持される。
【００４７】
以上のように、電流ヒューズ（F1）の内部抵抗値Rf1は、Rptl＜Rf1＜Rpthであり、電流ヒューズ素子（F1）の定格電流Irは、（１）から（４）式より、以下の式で表される。
【００４８】
V*Rptl/{R0(Rf1+Rptl)+Rf1Rptl}＜Ir＜V*Rpth/{R0(Rf1+Rpth)+Rf1Rpth}  （５）
但し、Ｒ０は、並列回路に直列に接続された保護抵抗Rの抵抗値である。
【００４９】
後から電流ヒューズ（F1）の両端間の抵抗値を抵抗計（接続を破線で示す。）などで計測することで、電流ヒューズ（F1）が切れているかどうかを判定することができ、従って、PTCサーミスタ（PT1）が、TCより高い温度履歴を受けたかどうかを判定することが容易にできる。
【００５０】
このように、例えば、エンジンなどの測定対象部位における故障解析などにより測定部位の温度履歴を調査する際には、電流ヒューズ（F1）の第一の端子Ｔ１、または第二の端子Ｔ２のいずれか、または、両方Ｔ１、Ｔ２を温度履歴記憶装置１から電気的に切り離し、電流ヒューズ（F1）の第一の端子Ｔ１と第二の端子Ｔ２との間の抵抗値から溶断の有無を確認することができる。
【００５１】
例えば、図３Ａに示すように、電流ヒューズ（F1）とPTCサーミスタ（PT1）の一方の端子Ｔ２を直接接続せず、ソケット１ｂ等の部品を通じて接続することが望ましい。これにより、温度履歴を調査する際には、本体１ａからソケット１ｂを取り外すことで、電流ヒューズ（F1）の端子Ｔ１、Ｔ２間抵抗を容易に確認することができ、異常（電流ヒューズ（F1）の溶断）が検出されていない場合には、本体１ａを再度ソケット１ｂに取り付け使用することが可能となる。
【００５２】
図３Ｂは、その他の測定方法の一例を示す図である。図３Ｂ（ａ）に示すように、電流ヒューズ（F1）間において、基板１１が、電流ヒューズ（F1）の両端で切断するように、コの字状の領域１１ｙが基板１１から抜けるようにしても良い（図３Ｂ（ｂ））。抜けた残りの基板１１ｘに、図３Ｂ（ｃ）に示すように、コの字状の領域１１ｙと同じ形状の測定用基板１１ｚを挿入して、電流ヒューズ（F1）間の抵抗値を測定するようにすると便利である。この場合には、測定用基板１１ｚには、抵抗計の端子が電流ヒューズ（F1）の両端にそれぞれ接続されていて抵抗値を測定することができる。
【００５３】
以上の方法により、本実施の形態による温度履歴記憶装置を用いると、測定部位の温度履歴が所定温度Tcを超えたか否かを簡単な構成の装置で判断することが可能となる。
【００５４】
本実施の形態によれば、電流ヒューズを用いるとともに、PTCサーミスタ（PT1）の抵抗値変化が起こり電流ヒューズが溶断する温度Tcをはんだ付け等の実装温度より低い温度設定にすることが可能であり、従来の温度ヒューズを使用した場合のような実装温度におけるような制約を受けない。
【００５５】
また、本実施の形態におけるPTCサーミスタ素子を、バイメタルによるスイッチに置換えることも可能である。すなわち、所定の温度Tc以下で導通し、Tcより高い温度において非導通状態となるバイメタルを電流ヒューズ（F1）と並列に接続しておくことにより、PTCサーミスタ素子と同様の効果を得ることが可能である。その他、PTCサーミスタ素子、ヒューズと同様な特性を有する素子を任意に組み合わせて利用することができることは言うまでもない。
【００５６】
図１Ｂは、温度履歴記憶装置の構造の一例を示す図である。図１Ｂ（ａ）に示すように、温度履歴記憶装置は、絶縁性の基板１１、または導電性の基板の少なくとも片側の面上に絶縁膜が堆積している基板１１上に形成する。
【００５７】
図１Ｂ（ｂ）の（Ａ）- （Ａ´）断面構造で示すように、電流ヒューズ（F1）を形成するためには、絶縁性基板、または絶縁膜が堆積されている基板１１上にヒューズおよび配線層５１を堆積する。  図１Ｂ（ｃ）の平面図で示すように、電流ヒューズ（F1）は、例えばCu膜が途中でくびれた形状をしている。
【００５８】
図１Ｂ（ｄ）の（Ｂ）- （Ｂ´）断面構造で示すように、PTCサーミスタ（PT1）用のPT膜７１には、下部電極８１と上部電極９１とにより、膜厚方向に電流が流れる構造とする。これによりヒューズの抵抗値（例えば１Ω程度）に対し、一般に比抵抗の高いPTC素子の抵抗値を0.1Ω〜10Ω程度にすることができる。ここでは、抵抗膜６１を用いた抵抗素子も同じ基板１１上に形成されている。図１Ｂ（ｅ）の（Ｂ）- （Ｂ´）断面構造で示すように、下部電極８１上の一部に配線層５１が形成されていても良い。
【００５９】
PTCサーミスタ（PT1）は上下電極８１、９１に挟まれているが、下部電極８１はソケットを介して電流ヒューズ（F1）側の配線に接続するか、または、下部電極８１上の一部に配線層が接続されているようにしても良い。尚、上記構造の全体または一部に保護膜として絶縁膜が形成されても良い。
【００６０】
このように、図１Ａに示す温度履歴記憶装置は、基板１１上に集積化することが簡単にできる。
【００６１】
以上に説明したように、本実施の形態によれば、測定対象部位が所定の温度を超える温度履歴を経たか否かを簡単に判定可能とすることができる。
【００６２】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態による温度履歴記憶装置について説明する。本実施の形態による温度履歴記憶装置は、第１の実施の形態による温度履歴記憶装置１の電流ヒューズ（F1）とPTCサーミスタ（PT1）の並列回路に接続して温度履歴記憶装置の消費電力の低減を行う駆動回路が追加されている。
【００６３】
図４に示すように、本実施の形態による駆動回路付き温度履歴記憶装置は、電流ヒューズ（F1）とPTCサーミスタ（PT1）の並列回路を含み、この並列回路に保護抵抗として抵抗値R0を有する抵抗体（R）と直列に接続した温度履歴記憶装置（例えば、図１Aに示す回路）に、並列に容量Csを有するキャパシタCを接続し、並列回路の一方の電極Gは接地電位に接続され、他方の電極Nはインバータが奇数段（ｎが奇数）接続されたインバータ回路INV２１の入力に接続されている。インバータ回路INV２１の出力は、電極（N）と電源(V)間に設けられたn型トランジスタTrのゲートに接続され、n型トランジスタTrのソースおよびドレイン電極の一方は電源電圧Vに接続され、他の一方は前記電極Nに接続されている。
【００６４】
以下に、図４の回路の動作については、図５を用いて説明する。
まずn型トランジスタTrがオン状態（通電状態）である場合を考える。この場合、n型トランジスタTrを経由して温度履歴記憶装置（保護抵抗(R)、および電流ヒューズ（F1）とPTCサーミスタ（PT1）の並列回路）１には電圧が印加される。
【００６５】
ここで、測定部位の温度が所定の温度Tc以下で低ければ、電流は保護抵抗（R）およびPTCサーミスタ（PT1）を流れ、電流ヒューズ（F）は溶断しない。同時に、温度履歴記憶装置１に並列に接続されたキャパシタCにも電圧が印加されキャパシタCが充電される。キャパシタCの充電により電極Nの電位VnがインバータINV1の論理反転の閾値Vthを上回ると、インバータINV1の入力はHigh状態と認識される。そして、インバータにより論理は反転し、n段後（nは奇数）のインバータINVnの出力はLow状態となる（Ｐ２１）。
【００６６】
このインバータINVnの出力は、n型トランジスタTrのゲートに接続されているため、Trはオフ状態（略非通電）となり、電源Vと電極Nとは略遮断状態となる。ここで、Trがオフ状態になると、キャパシタCに充電されていた電荷は、温度履歴記憶装置１を通じで放電する。この時も、測定部位の温度が所定の温度Tc以下で低ければ、放電電流は保護抵抗(R)およびPTCサーミスタ（PT1）を流れ、電流ヒューズ（F1）は溶断しない。
【００６７】
電極Nの電位Vnは、保護抵抗（R）、PTCサーミスタ（PT1）、電流ヒューズ（F1）の抵抗値、およびキャパシタCの容量C0を用いると、図５に示すように、Exp (-1 / { (R0+ Rf Rptｌ / (Rf+Rptｌ) ) C0 } に比例し、Ｌ１に沿って、時間ｔ１からｔ２まで低下する。キャパシタCの放電により電極Nの電位VnがインバータINV1の論理反転の閾値Vthを下回ると、インバータINV1の入力はLow状態と認識され、奇数段後のインバータINVnの出力はHigh状態となる（Ｐ２２）。これによりTrはオン状態となり、電源Vと電極Nとは略導通状態となる。
以下、この動作を繰り返す。
【００６８】
この動作により、電極Nの電位VnはインバータINV1の論理反転の閾値Vth付近において時間軸に沿ってキャパシタCの充放電に伴う電位変動をする（図５：VthL〜VthH）。これにより、電源Vからは、キャパシタCの充放電に伴う電荷のみを間欠的に供給すればよく、従来に比べて低い消費電力で動作が可能となる。
【００６９】
Vnの電位変動の幅（VthL〜VthH）は、図６に示すインバータINV1の入出力特性における遷移領域の幅ΔVthに関係し、更にこれはインバータINVを構成するｎ型およびｐ型のトランジスタの特性に起因している。トランジスタのオフ状態からオン状態への立ち上がり特性が急峻、すなわち閾値電圧下におけるSubthreshold swing（S値）が小さければΔVthは小さく、S値が大きければΔVthは大きくなる。
【００７０】
インバータINVを構成するｎ型およびｐ型のトランジスタのチャネル幅は、入力段側のインバータ（INV1）では小さく、出力段側に向かって徐々に大きくし、n番目の最終段のインバータ（INVn）の出力電圧が、インバータの電源電圧VddおよびVssと略同等の振幅を有することが望ましい。より具体的には、トランジスタのチャネル幅を２倍から３倍程度ずつ大きくすると良い。そして、実質的にはインバータの段数は3段以上であり、特に、ｎ＝５またはｎ＝７程度が好適である。これにより電極Nの電位は、図５に示したようにVthLからVthHの間を変動する。
【００７１】
温度履歴記憶装置１が動作状態、すなわち測定部位の温度が所定温度Tcより高くなった場合には、PTCサーミスタ（PT1）の抵抗値はRpthとなり、ヒューズ（F1）を溶断させる状態を保持するためには、電圧VthLとヒューズの定格電流Irに対して次式の関係が成り立つようにすれば良い。
【００７２】
Ir≦Ifh = VthLRpth /{R0(Rf+Rpth)+RfRpth}
【００７３】
同時に、測定部位の温度が所定温度Tc以下の低い場合にヒューズ（F1）が溶断しない状態を保持するためには、ヒューズの定格電流Irに対して次式の関係が成り立つよう設計する。
【００７４】
Ir＞Ifl = VthLRptl/{R0(Rf+Rptl)+RfRptl}
これにより、電極Nの電圧がVthL以上であれば常に測定部位の温度をモニタすることになる。
【００７５】
なお、電極Nの電位がVthHになった時のみ、温度履歴記憶装置１を動作状態にすることも可能である。この場合には、以下の２つの式が成り立つように設計すればよい。
【００７６】
Ir≦Ifh = VthHRpth/{R0(Rf+Rpth)+RfRpth}
Ir＞Ifl = VthHRptl/{R0(Rf+Rptl)+RfRptl} 
【００７７】
電位変動の周期がTの場合、1秒間に1/T回のみ間欠的に測定部位の温度をモニタすることになり、消費電力を一層低減することが可能となる。
【００７８】
これらの応用として、VthLとVthHの間に温度履歴記憶装置１を動作状態の閾値を設定することも可能である。
【００７９】
以上のように、測定部位の温度履歴を連続的又は間欠的にモニタし、所定温度Tcを超えたか否かを判断することが可能となる。本実施の形態によれば、外部からの制御信号等は必要なく、簡易な駆動回路によって前度履歴記憶装置を連続的又は間欠的に動作させ、当該装置の駆動の消費電力を低く抑えることができる。
【００８０】
なお、本実施の形態では、Trはn型トランジスタで、インバータINVは奇数段から構成される場合について説明したが、Trがp型トランジスタで、インバータINVが偶数段から構成される場合についても同様の動作が可能である。
【００８１】
また、この駆動回路は、下記の第３、第４の実施の形態においても利用することができる。
【００８２】
また、この駆動回路は、例えば、温度測定部位の温度変化がヒューズの溶断に要する時間trよりも長い時間幅で発生するものであれば、温度履歴記憶装置１に印加する電圧は、tr以上の時間幅（電圧印加される時間幅）を有するパルス状の波形（電圧が印加される時間Tonと印加されない時間Toffの和を周期とする。）に置き換えることが可能である。
【００８３】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態による温度履歴装置の構成例を示す図である。第１の実施形態においては、一組の電流ヒューズおよびPTCサーミスタの並列回路による温度履歴記憶回路について説明したが、本実施の形態では、第１の実施の形態における並列回路を直列に複数接続している。各並列回路のPTCサーミスタは抵抗値変化の発生する温度が異なるものによって構成しても良い。そして、各電流ヒューズの両端を、例えば抵抗計で示される抵抗値からヒューズの溶断の有無を確認することで、異なる複数の所定温度に対しての温度履歴を把握することが可能となる。図７を例にして、並列回路をn段直列に接続した温度履歴記憶装置について説明する。尚、図における抵抗計は、測定時に用いるものであり、実際には、１つの抵抗計を用いて温度履歴を調べることができる。
【００８４】
PTCサーミスタ素子PT1、PT2、…、PTiは、各Tc1、Tc2、…、Tciの温度において、抵抗値変化が発生する特性を有する。異なる特性を有するPTCサーミスタ素子は、例えば、図８に示すように、チタン酸バリウム(BaTiO3)のBaの一部をストロンチウム(Sr)や鉛(Pb)等に置換し、その濃度を調整することより異なるTcを有する材料を得ることにより形成することが出来る（出典「温度センサ」 著者：二木久夫、村上孝一 発行：日刊工業新聞社）。また、各PTCサーミスタ素子の抵抗値は、その膜厚（図１Ｂ(ｄ)の７１の厚み）や面積（図１Ｂ(ｄ)の９１の重なり部分）によって調整できる。
【００８５】
図１Ｃは、基板１１上に異なるＴｃを有するサーミスタ素子を形成する工程例を示す図である。まず、図１Ｃ（ａ）に示すように、基板１１上に、例えばＢａＴｉＯ３膜１７を形成する。次いで、図１Ｃ（ｂ）に示すように、基板１１上に一部領域に第１の開口を有するマスク３１ａ等を形成し、例えば、Ｓｒ３３を添加する。これにより、第１の開口に対応する領域のＢａＴｉＯ３膜１７のＢａが一部Ｓｒに置き換わり、Ｂａ１−ｙＳｒｙＴｉＯ３膜４１になる。
【００８６】
次いで、図１Ｃ（ｃ）に示すように、基板１１上に第１の開口とは異なる一部領域に第２の開口を有するマスク３１ｂ等を形成し、例えば、Ｐｂ３４を添加する。これにより、第２の開口に対応する領域のＢａＴｉＯ３膜１７のＢａが一部Ｐｂに置き換わり、Ｂａ１−ｙＰｂｙＴｉＯ３膜４３になる。
【００８７】
このようにして図１Ｃ（ｄ）に示すような、異なるTcを有するサーミスタ膜を任意の領域に形成することができ、プレーナ構造で形成することができる。
【００８８】
これらの作成方法は一例であり、限定的に解釈されるものではない。例えば、異なる組成の膜をそれぞれに領域にフォトリソグラフィー技術を利用して形成するようにしても良い。
【００８９】
m番目(1≦m≦n)の並列回路のPTCサーミスタ素子PTmは、Tcm以下の低い温度において、抵抗値Rptml、Tcmより高い温度において抵抗値Rptmhとなるようにしている。各PTCサーミスタ素子PTmに並列に接続されている電流ヒューズFmの抵抗値はRfmである。これらにおいては、第１の実施形態と同様に、Rptml＜Rfm＜Rptmhの関係を有する。本実施形態においては、説明をわかりやすくする為に、Tc1＜Tc2＜…＜Tcnの関係があるものとする。
【００９０】
測定部位の温度TがT<Tc1の場合においては、電圧Vを印加した際に並列回路に流れる電流は主に各並列回路のPTm側を流れる為、電流ヒューズFmの溶断は発生しない。
【００９１】
測定部位の温度TがTcm＜T＜Tc(m+1)に上昇した場合には、一番目からm番目の並列回路において、Rfm＜Rptmhとなることから、電流ヒューズFmに多くの電流が流れる。この際に流れる電流を電流ヒューズFmの定格電流以上にしておくことにより、電流ヒューズFmの溶断が発生するようにしておく。
【００９２】
一方で、m+1番目からn番目の並列回路では、Rpt(m+1)＜Rf(m+1)であることから、PTCサーミスタ素子PT(m+1)に多くの電流が流れる。この際に電流ヒューズF(m+1)に流れる電流量を定格電流より小さくしておくことにより、電流ヒューズF(m+1)の溶断は発生しない。
【００９３】
測定部位の温度履歴を調査する際には、本発明の第１の実施の形態と同様にテスタによる抵抗値測定や図3Bのように各温度履歴記憶素子に対して抵抗計によって抵抗値を測定しても良い。これにより、測定部位の温度履歴が所定温度Tcmよりも高い温度で且つTc(m+1)以下の低い温度を経たことを判断することが可能となる。
【００９４】
また、全てのヒューズの定格電流を同じにすると、すなわち、定格電流が同じヒューズを複数使用した場合には、同じヒューズをしているので溶断までに至る時間はどのヒューズも同じであるため、次のヒューズが溶断するまでに要した時間を把握したい場合には、溶断時間に溶断したヒューズの素子数を乗じることで比較的容易に所定温度を超えた期間の長さを知ることができる。
【００９５】
ここで、第２実施形態と同様に、電流ヒューズ（F1）とPTCサーミスタ（PT1）の並列回路に接続した駆動回路を第３実施形態にも適用することにより消費電力の低減を実現させることができる。
【００９６】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について説明する。
【００９７】
図９、１０は、本実施の形態による温度履歴記録装置の一構成例を示す図である。本実施の形態による温度履歴記録装置は、第一の電流ヒューズ素子F1と、正の温度係数（PTC）を持つ第一のPTCサーミスタ素子PT1とが並列（二股）に接続され、第一のPTCサーミスタ素子PT1には直列に、第二の電流ヒューズ素子F2と第二のPTCサーミスタ素子PT2との並列回路が接続され、これらの単位回路が以降同様に繰り返され、第(n-1)の電流ヒューズ素子Fn-1と第(n-1)のPTCサーミスタ素子PTn-1とが並列に接続され、第(n-1)のPTCサーミスタ素子PTn-1には直列に、第nの電流ヒューズ素子Fnと第nのPTCサーミスタ素子PTnとの並列回路が接続されている回路を含み、第一から第nまでのPTCサースタ素子は所定温度Tc以下で抵抗値Rptlを有し、Tcより高い温度で抵抗値Rpthを有する場合、第mの電流ヒューズ素子の抵抗値Rfmは、以下の関係を有する温度履歴記憶装置である。
【００９８】
Rptl+Rf(m+1)||｛ Rptl+ Rf(m+2) ||｛Rptl+ Rf(m+3) || ・・・|| ｛Rptl+ （Rfn|| Rptl）｝｝｝＜Rfm＜Rpth+Rf(m+1)||｛ Rpth+ Rf(m+2) ||｛Rpth+ Rf(m+3) || ・・・|| ｛Rpth+ （Rfn || Rpth）｝｝｝
ここで、mは1≦m≦nであり、また記号：||  は並列接続の合成抵抗を示す。
【００９９】
上記の式は、図９の回路構成を、ヒューズn個、PTCサーミスタn個の構成まで拡張したものである。第１番目（最上段）においては、ＲとF1を除く全ての回路構成が合成抵抗に寄与し、第２番目では、さらに、ＲとF1とF2とPT1とを除く部分が寄与するというように、順次、下段の回路のみを考慮した内部抵抗を考えれば良いことになる。
【０１００】
すなわち、上記の式は、二股接続で複数の温度履歴装置が接続された場合に関するものであり、ｍ番目のヒューズの内部抵抗値Rfmと、Tc以下の低い温度におけるm番目のPTCサーミスタPTｍからn番目のPTCサーミスタPTnまでの合成抵抗値と、Tcより高い温度におけるm番目のPTCサーミスタPTｍからn番目のPTCサーミスタPTnまでの合成抵抗値と、以上３つの抵抗値の大小関係を表している。PTCサーミスタの特性から、Rptl＜Rpthの関係を有しているため、上記の不等式で表される。
【０１０１】
上記の関係を有する温度履歴記憶装置において、第１から第nまでの電流ヒューズ素子の一部また全てはスローブローヒューズの特徴を有しており、第１から第nまでの電流ヒューズ素子は、定格電流Ir1=Ir2=…=Irn=Irであり、溶断時間について、tf1<tf2<…<tfnの関係を有する電流ヒューズである。
【０１０２】
温度履歴記憶装置において、第１から第nまでの電流ヒューズ素子の各々の第一の端子または第二の端子のいずれか、もしくは両方を前記温度履歴記憶装置から電気的に切り離し、前記第１から第mまでの電流ヒューズ素子の各々の第一の端子と第二の端子の間の抵抗が初期値よりも大きくなっているか否かを判定することにより、測定部位の温度履歴が所定温度Tcよりも高い温度を、少なくとも各ヒューズ素子の溶断時間の合計であるｔf1 + tf2 + …+tfmの期間を経たことを判断する温度履歴判定方法を提供することができる。
【０１０３】
以上の方法により測定部位の温度履歴が、所定温度Tcを超えたか否かを判断することが可能となり、更に所定温度Tcを超えた期間の長さも把握可能となる。
【０１０４】
尚、ヒューズ素子の選定に関して、温度測定したい対象物により設計し、溶断時間をtr１＜tr2＜tr3＜tr4のように下にいくほど長くしていく方法には２通りある。第１の方法は、溶断時間の設計を細かい刻みで温度履歴を把握したい場合に適しており、１つ前（上段）のヒューズに比べて少し溶断時間がずれたヒューズを採用する方法である。
【０１０５】
第２の方法は、第１の方法とは逆に、大まかな刻みで温度履歴を把握したい場合に適しており、１つ前のヒューズに比べて溶断時間が長いヒューズを採用し、対象物の温度を把握ようにしても良い。
【０１０６】
また、スローブローヒューズを用いると以下の利点がある。
【０１０７】
速断タイプのヒューズと比較して溶断時間が長いスローブローヒューズを用いることにより、時間スケールに合わせて温度計測したい対象の温度変化、すなわち、温度履歴を的確に把握ができる。例えば、第一のヒューズを通常の速断タイプのヒューズとし、第二のヒューズをスローブローヒューズとして温度履歴装置を設計した場合、短時間で所定温度Tcを越える温度履歴があったか否かを第一のヒューズの溶断時間で判断し、第一のヒューズのTcを超えて、第二のヒューズのTcを超えて溶断するまでに要する時間（第二のヒューズの溶断時間による）を合計し、所定温度に達するまでに要する時間と温度とを把握することが可能である。すなわち、上記のように、どのくらいの刻みで温度履歴を把握したいかによって任意に溶断時間の異なるヒューズ（定格電流が異なるもの）を選択して設計することができるので、用途に応じて設計の自由度を持たせることができる。
【０１０８】
ここで、第２実施形態と同様に、電流ヒューズ（F1）とPTCサーミスタ（PT1）の並列回路に接続した駆動回路を第４実施形態にも適用することにより消費電力の低減を実現させることができる。
【０１０９】
上記の実施の形態において、添付図面に図示されている構成等については、これらに限定されるものではなく、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更することが可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施することが可能である。
【０１１０】
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれるものである。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、温度履歴記憶装置として利用可能である。
【符号の説明】
【０１１２】
１…温度履歴記憶装置（並列回路）、１ａ…本体、１ｂ…ソケット、Ｆ（ｎ）…ヒューズ素子、ＰＴ（ｎ）…ＰＴＣサーミスタ素子、Ｒ…保護抵抗の抵抗体、２１…インバータ装置、Ｔｒ…トランジスタ。
【図１Ａ】
2015175838.tif 000003
【図１Ｂ】
2015175838.tif 000004
【図１Ｃ】
2015175838.tif 000005
【図２】
2015175838.tif 000006
【図３Ａ】
2015175838.tif 000007
【図３Ｂ】
2015175838.tif 000008
【図４】
2015175838.tif 000009
【図５】
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【図６】
2015175838.tif 000011
【図７】
2015175838.tif 000012
【図８】
2015175838.tif 000013
【図９】
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【図１０】
2015175838.tif 000015