(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して平行に配置した電極薄板間に電気的機能粒子層を挟装させ、これを真空パック用袋内に挿入した後、同パック内を減圧して、大気圧による加圧力で、パック内の電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間の電気的接続を確保し、その後パック内の電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間の空隙に液状の樹脂プレポリマーを注入し、注入後、同樹脂プレポリマーを硬化させることにより前記粒子相互間及び同粒子と電極薄板間の電気的接続が確保された面状電気的機能素子板を製造することを特徴とする面状電気的機能素子板の製造方法。
【請求項２】
対向して平行に配置した電極薄板間に電気的機能粒子層を挟装させ、これを真空パック用袋内に挿入した後、同パック内を減圧して、大気圧による加圧力で、パック内の電極薄板と粒子との間及び粒子相互間の電気的接続を確保し、その後パック内の空隙に液状の熱硬化性樹脂プレポリマーを押圧・注入し、その後、加熱して同樹脂プレポリマーを硬化させることにより挟装粒子相互間及び挟装粒子と電極薄板との間の電気的接続が確保された面状電気的機能素子板を製造することを特徴とする面状電気的機能素子板の製造方法。
【請求項３】
対向して平行に配置した電極間の電気的機能粒子層に真空パック用外装袋の外部から空気圧又は静水圧あるいは空気圧と静水圧の複合圧で加圧して、同パック内の電極薄板と粒子との間及び粒子相互間の電気的接続を確保することを特徴とする請求項１又は２に記載の面状電気的機能素子板の製造方法。
【請求項４】
対向して平行に配置した電極間への電気的機能粒子の配置が、電極間に挟装した絶縁性の枠体内に電気的機能粒子を充填して行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の面状電気的機能素子板の製造方法。
【請求項５】
電極薄板間に挟装された電気的機能粒子層と、それらを被包する真空パック用袋と、同パック用袋内の電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間に密充填された可塑性樹脂とからなる面状電気的機能素子板において、電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間が電気的接続が確保された接合状態をなしてなることを特徴とする面状電気的機能素子板。
【請求項６】
電極薄板間に挟装された電気的機能粒子層と、それらを被包する真空パック用袋と、同パック用袋内の電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間の空隙に密充填された熱硬化性樹脂とからなる面状電気的機能素子板において、二つの電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間が電気的に接続が確保された接合状態をなしてなることを特徴とする面状電気的機能素子板。
【請求項７】
電気的機能粒子が非線形かつ正の温度抵抗特性を示すＰＴＣセラミック粒子であることを特徴とする請求項５又は６に記載の面状電気的機能素子板。
【請求項８】
電気的機能粒子が非線形かつ負の温度抵抗特性を示すＮＴＣセラミック粒子であることを特徴とする請求項５又は６に記載の面状電気的機能素子板。
【請求項９】
電気的機能粒子層の各粒子が金属又は合金からなる子粒子で非連続的に分散被覆されてなる複合化粒子であり、電気的機能粒子層の粒子相互間の接触抵抗が低減されてなることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の面状電気的機能素子板。
【請求項１０】
真空パック用外装袋が、ガス透過率の低いラミネート樹脂シート製あるいは金属箔蒸着ラミネート樹脂シート製で、かつ当該外装材内に注入する樹脂又は当該樹脂が硬化する際に生ずる生成物により劣化しなものであることを特徴とする請求項５〜９のいずれか１項に記載の面状電気的機能素子板。
【請求項１１】
電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間に密充填された樹脂の熱膨張係数が、電気的機能粒子の熱膨張係数と同等かそれ以下で、少なくとも２０×１０−６／℃より小さい線熱膨張係数のものであることを特徴とする請求項５〜１０のいずれか１項に記載の面状電気的機能素子板。
【請求項１２】
金属又は合金からなる子粒子が、正の温度抵抗特性を有する電気的機能粒子とオーミック接合し（低仕事関数）、高変形能を持つものであることを特徴とする請求項５、６あるいは８〜１１のいずれか１項に記載の面状電気的機能素子板。
【請求項１３】
金属又は合金からなる子粒子が、負の温度抵抗特性を有する電気的機能粒子とオーミック接合し（低仕事関数）、高変形能を持つものであることを特徴とする請求項５〜７，あるいは９〜１１のいずれか１項に記載の面状電気的機能素子板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、面状電気的機能素子板及びその製造方法に係るもので、特に薄板状で可撓性の面状電気的機能素子板及びその製造方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来、電気的機能素子としての非線形型抵抗素子は、正の温度抵抗特性を有するＰＴＣ型と負の温度抵抗特性を有するＮＴＣ型が開発されており、ＰＴＣ型のものはファンヒーター、ヘアードライヤー、蚊取り器、鏡の曇り止め装置など家電領域から、打ち込みコンクリートや水道管の凍結防止機器などの産業分野まで広く使用されており、また他方ＮＴＣ型のものは、昨今のモバイル機器の多様化により搭載電池の充電状況監視用として必要不可欠となっている。
いずれの素子も、その特性から派生するその自己制御により制御用電子回路が不用、高い安全性、低コストなど多くの長所を持ち多用されている。
しかしながら、これら素子はセラミックの焼結材であり、形状がブロック状に限定され薄型にならないため、利用分野がいまひとつ拡がらない問題がある。
今後電子機器の超小型化、高密度化は一層進んでいくと考えられるが、これに伴い上記ＰＴＣやＮＴＣを始めとした電子セラミック自身の軽薄短小化や可撓性化が必要不可欠となり、高密度化に適したあるいは利便性に優れた面状素子の開発が望まれている。
【０００３】
本発明は、焼結したブロック状でしか使えなかった電子セラミックスを可撓性を備えた薄型で使えるものとし、その使用分野の更なる拡大、例えば住宅用床暖房発熱体、各種恒温槽用発熱体、電気回路結露防止発熱体や感熱型電流制御素子等への使用を可能とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来技術の課題を解決するもので、下記構成の面状電気的機能素子板及びその製造方法である。
（１）対向して平行に配置した電極薄板間に電気的機能粒子層を挟装させ、これを真空パック用袋内に挿入した後、同パック内を減圧して、大気圧による加圧力で、パック内の電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間の電気的接続を確保し、その後パック内の電極薄板と電気的機能粒子間の間隙に液状の樹脂プレポリマーを注入し、注入後、同樹脂プレポリマーを硬化させることにより前記粒子相互間及び同粒子と電極薄板間の電気的接続が確保された面状電気的機能素子板を製造することを特徴とする面状電気的機能素子板の製造方法。
（２）対向して平行に配置した電極薄板間に電気的機能粒子層を挟装させ、これを真空パック用袋内に挿入した後、同パック内を減圧して、大気圧による加圧力で、パック内の電極薄板と粒子との間及び粒子相互間の電気的接続を確保し、その後パック内の電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間に液状の熱硬化性樹脂プレポリマーを押圧・注入し、その後、加熱して同樹脂プレポリマーを硬化させることにより挟装粒子相互間及び挟装粒子と電極薄板との間の電気的接続が確保された面状電気的機能素子板を製造することを特徴とする面状電気的機能素子板の製造方法。
【０００５】
（３）対向して平行に配置した電極間の電気的機能粒子層に真空パック用外装袋の外部から空気圧又は静水圧あるいは空気圧と静水圧の複合圧で加圧して、同パック内の電極薄板と粒子との間及び粒子相互間の電気的接続を確保することを特徴とする前項１又は２に記載の面状電気的機能素子板の製造方法。
（４）対向して平行に配置した電極間への電気的機能粒子の配置が、電極間に挟装した絶縁性の枠体内に電気的機能粒子を充填して行うことを特徴とする前項１〜３のいずれか１項に記載の面状電気的機能素子板の製造方法。
（５）電極薄板間に挟装された電気的機能粒子層と、それらを被包する真空パック用袋と、同パック用袋内の電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間に密充填された可塑性樹脂とからなる面状電気的機能素子板において、電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間が電気的接続が確保された接合状態をなしてなることを特徴とする面状電気的機能素子板。
（６）電極薄板間に挟装された電気的機能粒子層と、それらを被包する真空パック用袋と、同パック用袋内の電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間に密充填された熱硬化性樹脂とからなる面状電気的機能素子板において、二つの電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間が電気的に接続が確保された接合状態をなしてなることを特徴とする面状電気的機能素子板。
【０００６】
（７）電気的機能粒子が非線形かつ正の温度抵抗特性を示すＰＴＣセラミック粒子であることを特徴とする前項５又は６に記載の面状電気的機能素子板。
（８）電気的機能粒子が非線形かつ負の温度抵抗特性を示すＮＴＣセラミック粒子であることを特徴とする前項５又は６に記載の面状電気的機能素子板。
（９）電気的機能粒子層の各粒子が金属又は合金からなる子粒子で非連続的に分散被覆されてなる複合化粒子であり、電気的機能粒子層の粒子相互間の接触抵抗が低減されてなることを特徴とする前項５〜８のいずれか１項に記載の面状電気的機能素子板。
（１０）真空パック用外装袋が、ガス透過率の低いラミネート樹脂シートあるいは金属箔蒸着ラミネート樹脂シートで、かつ当該外装材内に注入する樹脂又は当該樹脂が硬化する際に生ずる生成物により劣化しなものであることを特徴とする前項５〜９のいずれか１項に記載の面状電気的機能素子板。
（１１）電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間に密充填された樹脂の熱膨張係数が、電気的機能粒子の熱膨張係数と同等かそれ以下で、少なくともはんだ合金の熱膨張係数より小さい２９×１０−６／℃より小さい線熱膨張係数のものであることを特徴とする前項５〜１０のいずれか１項に記載の面状電気的機能素子板。
（１２）金属又は合金からなる子粒子が、正の温度抵抗特性を有する電気的機能粒子とオーミック接合し（低仕事関数）、高変形能を持つものであることを特徴とする前項５、６あるいは８〜１１のいずれか１項に記載の面状電気的機能素子板。
（１３）金属又は合金からなる子粒子が、負の温度抵抗特性を有する電気的機能粒子とオーミック接合し（低仕事関数）、高変形能を持つものであることを特徴とする前項５〜７，あるいは９〜１１のいずれか１項に記載の面状電気的機能素子板。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
本発明は上記発明構成の面状電気的機能素子板及びその製造方法であるが、本発明に係る電気的機能粒子としては、例えばＢａＴｉＯ３  系セラミックＰＴＣ粒子やＢａＴｉＯ３  系セラミックＮＴＣ粒子あるいは特許第２６９４８９５号特許公報記載の方法により作製された電気的機能を有する複合化粒子が適用される。
そして、これら粒子を電極薄板間に挟持して真空パックすることで生ずる大気圧差を圧力作用とし、粒子と電極間及び粒子相互間の電気的接続を充分確保した後、好ましくは硬化物が低熱膨張係数のもので、かつ未硬化物が低粘性の樹脂プレポリマー、例えばポリイミド、エポキシ、シリコン等をベースとする樹脂プレポリマーを真空パックの電極薄板で挟装された電気的機能粒子間内に注入し、樹脂プレポリマーを硬化することで、電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間が電気的に接続が確保された面状電気的機能素子板が得られる。
これにより、例えば従来のＰＴＣセラミック焼結体とヒーターの長所に加えて、形状の軽薄短小化が可能で、可撓性、利便性に優れた発熱体としての面状電気的機能素子板が提供される。
【０００８】
また、加えて従来は焼結体だけであったＮＴＣセラミック素子を薄い面状に仕上げることが可能となった。
真空パック用外装袋の樹脂シートとしては、ガス透過性の無のあるいは非常に低い樹脂シートが採用されるが、好ましくはガス非透過性の樹脂を張り合わせたラミネート樹脂シートや金属箔蒸着ラミネート樹脂シートが採用され、かつ当該樹脂プレポリマー又は当該樹脂プレポリマーの硬化剤あるいは硬化する際に生ずる生成物等によって劣化しないものが採用される。
真空パックは簡単な装置で極めて容易に行えるという長所を持ち、またレトルト製品、品質の変わりやすい品物の保存用例で明らかなように、長時間その効果が維持されることも既に証明済みである。
【０００９】
本発明者らは平成１２年１０月２１日に「セラミック面状発熱体とその製造方法」（出願番号：特許出願２０００−３１２４３１号）を提出してあるが、同出願では樹脂プレポリマーを注入しないで真空パックしたものであり、破れてしまうと使えなくなる、強度が十分でないなどの欠点があった。
本発明は前記欠点を改善し発展させたものである。
また従来、最低１組からなる櫛形電極間に塗布・充填し形成した面状発熱体があるが、これは接触抵抗の大きい電子セラミックには応用できなかった。
本発明では、粒子、好ましくは球状粒子を用いるので、形状に大きな制限はなく、多様な形、例えばきわめて薄い面状、シート状のものも作ることがてきる。また、電極と粒子間及び粒子相互間の電気的結合を堅固にするために可撓性をそなえた樹脂が充填されてあるため、充分な変形追従性及び強度をもっている。
【００１０】
他方、面状発熱体として従来より広く用いられている導電性物質練り込み型発熱体は非常に薄型で優れたものであるが、ＰＴＣ機能発現が樹脂と導電性物質との熱膨張の相違により派生しているので長時間使用すると、導電性物質が移動凝集し、性能が劣化しやすい問題があった。
ところが、本発明では、例えば発熱材料としての電気的機能粒子そのものがセラミックであり、しかも粒子単独でＰＴＣ機能を発現するため、同粒子が移動しても、その電気的特性を劣化することにつながらない。また電極薄板が、対向して平行に配置した対向型であるため、定尺で供給し現場で必要に応じた寸法に切り出して用いることができるという特長が新たに派生している。
本発明により、焼結処理を行わないで素子化でき、かつ可撓性をも損なわないＮＴＣ面状電気的機能素子板を初めて提供することに成功した。このことによりラミネートパック型等の充電池内に充電状況監視機能の組み込みが可能となった。すなわちＮＴＣ面状電気的機能素子板を充電池の両極に並列挿入し、充電池の電池温度を直接モニターし、当該温度により当該素子板の抵抗を減少させ充電電流バイパス機能を発現させる。放電時には当該素子の抵抗が著しく高いためモバイル機器の稼働時間を短縮することはない。これらにより今後一層増えるであろう各種モバイル機器の安全性を高めることに寄与できよう。なおＰＴＣ型でも上記保護機能をもたせることは可能であるが、この場合は、当該素子板を電池の片極側に直列に挿入する。このため当該素子板も充電電流により発熱してしまうためモニタ精度が劣るばかりでなく、放電時にも電力消費が避けられず、モバイル機器の動作時間をも短縮してしまう。
【００１１】
【実施例】
図２に示すブロック図の機構を備えた面状電気的機能素子板試作装置を作製し、当該装置を用いて当該素子板を作製した。まず試作装置の基本構成について記述する。
当該試作装置には、熱硬化性樹脂プレポリマー３を面状電気的機能素子板２５内に送り込むことと加圧用バック１４を膨らませるための加圧ポンプ８、真空パック用外装袋４内を減圧する真空ポンプ１７、静水圧を作り出す加圧用バック１４、液状熱硬化性樹脂プレポリマーサーバー９及びシール用ヒーター１３が装備されていることを基本としている。
図１に示すごとく、上下に対向して平行に配置した厚さ２０μｍの二枚の銅板電極２、２’間に、厚さ０．８ｍｍの枠状シリコンスペーサ枠体７を挟み込み、その枠内に、粒径８００μｍのＢａＴｉＯ３  の硬粒子の表面に粒径２０μｍのＰｂ−Ｓｎ−Ｙ合金の軟金属粒子を非連続的に被着した複合化電気的機能粒子１（前出特願２０００−３１２４３１号記載方法により製造）を充填・積層し、それを真空パック用外装袋４内に挿入した。
次いで、前記で得られたパック用外装袋４を図２を示すブロック図中の加圧用バック１４と台１５との間にセットし、パック用外装袋４の熱硬化性樹脂挿入口５を耐圧ホースを介してバルブ２０に、またパック用外装袋４の減圧口６を耐圧ホースを介して液状熱硬化性樹脂プレポリマー回収トラップ１６に接続した。
そこで、バルブ２３を開き真空ポンプ１７を作動させて真空パック用外装袋４内を減圧しつつ、バルブ１８を開き加圧ポンプ８からの圧搾空気を加圧用バック１４に導入して面状電気的機能素子２５を加圧し、同素子内の複合化電気的機能粒子１、相互間と同粒子１と電極２、２’間の電気的接続を確保した。なお、２１、２４は圧力調整器である。
【００１２】
同時に液状熱硬化性樹脂プレポリマーサーバー９内にセットした同樹脂プレポリマー（あらかじめ触媒と液状熱硬化性樹脂プレポリマーを所定の比率で混合してある）３を加圧ポンプ８の空気圧でバルブ１９を介して二枚の銅板電極２、２’間に注入する。
注入した液状熱硬化性樹脂プレポリマー３の硬化及び硬化時間は、ヒーター１１の温度制御（温度調節器１０及び温度センサ１２により制御）により調整した。
同樹脂プレポリマーが硬化後、パック用外装袋４の両口端をシール用ヒーター１３を用いて熱溶着し閉じ、面状電気的機能素子を完成した。
【００１３】
なお、圧力調整器２２は液状の熱硬化性樹脂プレポリマー３の注入速度の調整をするものであり、バルブ２０は減圧時に真空パック用外装袋４内に挿入した複合化電気的機能粒子相互１、１・・間と同粒子１と電極２、２’間の電気的接続を確保するまで液状の熱硬化性樹脂プレポリマー３の流入を防止するためのものである。
図３は面状電気的機能素子板の製造に用いる枠体７の斜視図であるが、例示してあるものは大面積の当該素子板を想定し、枠体内を小さく区切っているが、小面積型では必ずしも設ける必要はない。
ここで枠体７が備えるべき機能を記すと、まず静水圧等を受けて容易に押しつぶされること、減圧効果が発揮できるよう多孔質であり注入樹脂の液粘度でも容易に通過できることが必要事項である。また枠体７が多孔質でない場合は、枠体７の一部に切れ込みがあり、注入樹脂が容易に入り込むことができ、減圧中に充填粒子が排出されないことが配慮されていることが必要である。
【００１４】
また、作製した面状電気的機能粒子の電気的結合評価は、以下のようにして行った。まず、図１に示すごとく、充填・積層面積２５ｍｍ角中に複合化電気的機能粒子を１、１を２層詰め挟み込んだ銅板電極２、２’をもつ面状電気的機能素子板を評価対象とした。
同素子板を、▲１▼．熱硬化性樹脂プレポリマー注入前と、▲２▼．同樹脂注入後、加熱温度７０℃で同樹脂を硬化させた後、室温まで冷却させた後の室温での当該素子板の電極間の抵抗をそれぞれ測定した。
その測定結果は、▲１▼．未注入時のものが３．５ＭΩ、▲２▼．注入後硬化したものが３．６ＭΩであり、本発明に係る面状電気的機能素子の電気的接続は十分に確保されていることが確認できた。
【００１５】
【発明の効果】
以上に説明したとおり、本発明によれば薄板状で可撓性の面状電気的機能素子板が提供できる。また、同面状電気的機能素子板は内部の電極薄板と電気的機能粒子との間及び同粒子相互間が電気的に接続が確保された状態で樹脂マトリックスで包囲されているため、複数回の曲げに対しても劣化ないし損傷を受けることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】面状電気的機能素子板の製造方法の説明図、
【図２】面状電気的機能素子板の製造方法のブロック図、
【図３】面状電気的機能素子板の製造に用いる枠体の斜視図、
【符号の説明】
１：電気的機能粒子
２、２’：電極薄板
３：液状熱硬化性樹脂プレポリマー
４：真空パック用外装袋
５：熱硬化性樹脂プレポリマー挿入口
６：減圧口
７：枠体
８：加圧ポンプ
９：液状熱硬化性樹脂プレポリマーサーバー
１０：温度調節器
１１：ヒーター
１２：温度センサ
１３：シール用ヒーター
１４：加圧用バック
１５：台
１６：液状熱硬化性樹脂プレポリマー回収トラップ
１７：真空ポンプ
１８、１９、２０、２３：バルブ
２１、２２、２４：圧力調整器
２５：面状電気的機能素子板
【図１】
0003613590.tif 000002
【図２】
0003613590.tif 000003
【図３】
0003613590.tif 000004