(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）１．１ｍ２／ｇ以上の表面積対重量比を有し、且つその粒子が１．０μｍ以下のサイズを有する金属銀の球状且つ５６％以上の臨界顔料体積濃度を有する非凝集型微細粒子と、（ｂ）金属銀１００重量部に対して２．１重量部以下の３５０〜６２０℃の軟化点を有するガラスフリットの微細粒子とからなり、前記（ａ）及び（ｂ）が（ｃ）有機媒体中に分散されている導電性パターンを適用するための厚膜ペースト組成物。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は厚膜導電体ペースト、特に自動車の窓の曇り止めとして使用するための厚膜導電体組成物に関する。
【０００２】
【従来技術】
近年、自動車製造業では窓に常置された電気的に導電性のグリッドを用いて除霜したり及び／または曇りを取り除いたりすることのできる窓の付近の装置をオプションで提供している。迅速に除霜するには、回路に低電圧の電力源から多量の電力、例えば１２ボルトを供給することが可能でなければならない。さらに、導電性グリッドの線は、後ろの窓を通して可視性が維持されるよう十分に狭くなければならない。
導電性パターンの抵抗は２〜３０ミリオーム／スクエアのオーダーであることが要求され、この要求は貴金属導電体、特に銀に容易に適合する。銀はこの用途において現在最も広く用いられている導電体物質である。
【０００３】
これまで、窓の曇りを除去するグリッドの製造に用いる物質には、ほとんど厚膜銀導電体が含まれ、これは有機媒体中に分散された、微細銀粉末粒子及びガラスフリットからなるペーストから製造される。典型的な適用では、銀粉末７０重量％、ガラスフリット５重量％及び有機媒体２５重量％を含むペーストを１８０標準メッシュスクリーンを通して、平坦な未形成のガラスの後ろ窓上にスクリーン印刷する。印刷された組成物を約１５０℃で少なくとも２分間乾燥し、次いで全体のエレメントを空気中６５０℃で２〜５分間焼成する。焼成した後、軟化したガラスを型の中に圧縮して成型し、次いで急速に冷却して焼入れをする。焼成サイクル中に、蒸発及び熱分解によって有機媒体を除去する。ガラス及び銀を焼結させガラスを銀粒子のバインダーとして作用させて、連続的な導電性通路を形成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図１に示すように前述の自動車の窓の曇り止め用の使用では自動車のリア窓１上に配置されたグリッド２に電極端子接着用のバスパー３と呼ばれる広面積（幅１cm×長さ５０cm程度）部分が必要となる（図１）。
このバスパー部分３が自動車外部から見えないようにガラス板と銀の間にエナメルと呼ばれる黒色ガラスペーストを印刷する構造が増えている。この場合、エナメルと銀ペーストは同時焼成されるため、エナメル中のガラスが銀の表面まで浮き出し、端子のハンダ付け不良や接着強度の不良という不具合が発生する。これの対策として従来はバスパー部の銀の膜厚を厚くするために２度印刷したり、端子接着部分のみエナメルを印刷しないなどの方法がとられていたが、両者とも工程数が増えたり銀の使用量が増えるという欠点をもっていた。
本発明は銀ペーストの膜厚を厚くしなくても、エナメルとの同時焼成において端子のハンダ付け性、接着強度の大きい厚膜導電ペーストを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（ａ）１．１ｍ２／ｇ以上の表面積対重量比を有し、且つその粒子が１．０μｍ以下のサイズを有する金属銀の球状且つ５６％以上の臨界顔料体積濃度を有する非凝集型微細粒子と、（ｂ）金属銀１００重量部に対して２．１重量部以下の３５０〜６２０℃の軟化点を有するガラスフリットの微細粒子とからなり、前記（ａ）及び（ｂ）が（ｃ）有機媒体中に分散されている導電性パターンを適用するための厚膜ペースト組成物に関する。
【０００６】
Ａ．導電性金属
本発明は導電性金属として銀粉末が用いられ、その銀粉末は球状の粉末が用いられる。
この球状粉末は焼成後の膜密度を高くするために凝集が解かれた状態でなくてはならない。この凝集度合の目安として臨界顔料体積濃度（ＣＰＶＣ）がある。この値はＡＳＴＭ Ｄ２８１−３１に定義された吸油量から算出され、粉末粒子間の空隙の大きさを示す代用特性となり、大きいほど粉末粒子間の空隙が少ないことを表す。本発明において、このＣＰＶＣは５６％以上であることが望ましい。
フレーク粉はその形状からＣＰＶＣが５６％以上となるものも存在するが、焼結性の問題があり、本発明において使用できない。
本発明において、銀の粒子径は技術的な効果の見地からは、それ自体狭く限定されることはない。しかしながら粒子サイズは銀の焼結特性に影響を与え、大きな粒子は小さな粒子よりもゆっくりした速度で焼結する。さらに銀粒子は適用される方法（通常はスクリーン印刷）に適したサイズでなければならない。それ故本発明の銀の粒子は１ミクロンを超えないサイズでなければならない。それに伴う表面積重量比は１.１ｍ2／ｇ以上となる必要がある。
組成物中の銀の量は液体有機媒体を除く固体に基づいて通常６０〜９９重量％である。ペーストに基づくと５０〜９０重量％である。
【０００７】
Ｂ. 無機バインダー
ガラス基板上にスクリーン印刷された厚膜ペーストを５８０〜６８０℃で焼成し、厚膜ペーストからの有機媒体の揮発と銀粒子の液相焼結を行うことから、本発明の組成物の無機バインダーは、組成物が５８０〜６８０℃で焼成され、適切に焼結、湿潤及びガラス基体への接着が行われるために、３５０〜６２０℃の軟化点を有するガラスフリットである。
ガラスフリットバインダーの化学組成物は遷移金属酸化物がガラス中に含まれなければならない範囲以外は本発明の機能に関して重要ではない。鉛ボロシリケートは自動車のガラスペーストに広く用いられており、これは本発明の実施にも用いることができる。鉛シリケート及び鉛ボロシリケートガラスは軟化点の範囲及びガラス接着性の両方の見地から優れている。低ボレートガラス、すなわち約２０重量％を越えないＢ2Ｏ3を有するものを使用するのが好ましい。このような低ボレートガラスにはしばしば少量の他のガラス形成剤及び改質剤同様ＰｂＯ ６０〜８０％が含まれる。
組成物中の無機バインダーの総量は普通、組成物の固体部分の１〜２０重量％、好ましくは１〜１０重量％である。更に本発明においては、所望のガラス基板上、エナメル上の接着強度を得ることができるのは金属銀１００重量部に対して０.８７重量部〜２.１重量部の範囲である。
ここで用いたように、「軟化点」の用語はＡＳＴＭ Ｃ３３８−５７の繊維伸び法（fiber elongation method）により得られる軟化点である。
【０００８】
Ｃ. 有機媒体
本発明の金属組成物は、普通所望の回路パターン中に印刷されるのが可能なペーストに形成される。
任意の適した不活性液体が有機媒体（担体）として使用することができ、非水性の不活性液体が好ましい。増粘剤、安定化剤及び／または他の一般の添加剤を有するまたは有さない、種々の有機液体の任意の一つを使用することができる。使用できる有機液体の例はアルコール、このようなアルコールのエステル、例えば酢酸、及びプロピオネート、テルペン、例えばパイン油、テルピネオール等、樹脂、例えばポリメタクリレート、の溶液、溶媒例えばパイン油中のエチルセルロースの溶液及びエチレングリコールモノアセテートのモノブチルエーテルである。媒体には揮発性の液体を含むことができ、これは基体へ印刷した後の高速セッティングを促進する。
【０００９】
好ましい有機媒体はターピネオール中のエチルセルロース（９対１の比率）からなりブチルカルビトールアセテートと配合されている増粘剤との組み合わせに基づいている。ペーストは三本ロール練り機で都合よく製造される。これらの組成物の好ましい粘度は約３０〜１００Pa.Sであり、これは Brookfield HBT 粘度計で＃５スピンドルを用いて１０rpm及び２５℃で測定されたものである。使用される増粘剤の量は最終的な所望の組成物の粘度に依存している。すなわち、系の印刷の要求条件によっている。有機媒体は普通、ペーストの５〜５０重量％を構成するであろう。
【００１０】
Ｄ. 発色剤
自動車の曇り止めの製造における重要な基準は、ガラスと導電体パターンの間の界面の色である。自動車の窓の製造に用いられるガラスの最も有力なタイプはフロートガラス法により製造される研磨したり磨いたりする必要のないほぼ完全な平らな厚さの均一性の優れたソーダライムガラスである。フロートガラス法では少量のスズが浴からガラスの中へ拡散する。これはガラスの表面上に可視の像を残さない。しかしながら、スズの拡散は銀および銅のような金属の着色を伴うガラスの異なる化学相互作用を生じ、そしてガラスの表面はより硬くなる。
銀を導電性物質として用いた場合、導電体がガラスの“スズ側”すなわちフロート法中のスズの次に行うガラスの側に印刷された時に、着色剤を添加することなしに、ガラス−導電体界面で、天然の暗い褐色が生じる。
【００１１】
この製造方法では、操作の困難さを避けるためにガラスの空気側の上に導電体を印刷するのが好ましい。例えば、ガラス表面への機械的なダメージからより少ない収量の損失をまねき、そしてエナメルの色はより良く制御することができる。しかしながら、ガラスの「空気側」すなわち雰囲気にさらされている側に導電体を印刷する場合、色の発生は少ししか起こらない。このため自動車ガラス産業では通常、ガラスの上にエナメルのボーダーを印刷した後、フロートガラスのスズ側に銀ペーストを印刷する。その結果、この使用のための厚膜ペーストの処方物には種々の着色剤が含まれ、それらは適当な色の発生を伴いガラスの空気側に印刷することができる。
【００１２】
本発明の組成物において使用される着色剤としては、ガラス（Ｍｎを含むガラス等）、金属レジネート、ホウ素、ホウ化化合物が挙げられる。これらの着色剤は焼成した導電性ペーストの性質に異なった効果を示す。すなわちロジウムまたはＢ2Ｏ3を所望の比率で混合添加することによって、導電体ペーストの焼成後の抵抗値の制御にその有利な効果を生ぜしめる。焼成されたペーストの性質はこのように異なるため、焼成されたペーストの色、抵抗及びはんだ付け特性のバランスを適度に保つために着色添加剤を適宜選択の上、所望の量使用することが好ましい。
【００１３】
Ｅ. 試料製造
実施例中で評価するため以下の方法を用いて小スケールの曇り止め回路を製造した。
１. 溶媒ベースまたはＵＶ−硬化タイプのいずれかの装飾用エナメルペーストを慣用のスクリーン、典型的には１５６または１９５メッシュのポリエステルを用いて平らなガラス基体の上にスクリーン印刷する。
２. 印刷されたエナメルパターンをエナメルのタイプにより１５０℃で１５分間乾燥させるかまたは１.２Ｊ／cm2でＵＶ硬化させる。
３. 銀ペーストを慣用のスクリーン、典型的には１９５メッシュポリエステルを用いて平らなガラス基体の空気側もしくはスズ側の上にまたは未焼成のエナメルの上にスクリーン印刷する。他のメッシュ、例えば１５６及び２３０メッシュも同様に使用することができる。
４. ピークガラス表面温度が５８０〜６８０℃に達するベルト炉中で銀を焼成または銀およびエナメルを同時焼成する。
【００１４】
Ｆ. 試験方法
抵抗−銀ペーストの抵抗を Hewlett Packard 3478Ａ マルチメーターを用いて測定した。シートの抵抗は印刷されたパターンのスクエアの数により抵抗を動かしてスクエアあたりの抵抗を計算した。この数は１００mm／０.５mm＝２００スクエアであった。
接着性−銅クリップを３mm厚のガラス基体上の焼成された銀ペーストにはんだ付けした。銀へのクリップの接着性をイマダ製作所引っ張り試験機ＰＳ ５０kg型を用いて測定した。接着性の値は２０kgより大きいのが好ましい。
色−銀ペーストにより着色されたガラスの色は、視覚的な観察及び比色計（X-Rite Model 918）の測定の両方を行った。比色計は１０°の隙間を通して送られた入射光のビームで４５°反射された光からＣＩＥＬ＊ａ＊ｂ＊を計算するよう設計されている。入射光は太陽光の６５００Ｋのスペクトルに設定されている。Ｌまたはｂの正の変化は明るい色から暗い色への変化を示している。Ｌまたはｂが１またはそれ以上である色の変化は人間の眼単独で検出できる。
【００１５】
【実施例】
例１〜１２
一連の１２個の銀含有厚膜ペーストを製造し、本発明の組成の変化性を観察しそして同様の目的に用いられる慣用の（標準の）厚膜ペーストと本発明の組成物を比較した。組成物及びこれらのペーストの焼成された特性を表１〜２に示した。例１及び例８においては本発明を例示しているが、それ以外の例は特許請求されている金属銀粉末またはガラスフリットを含有しない厚膜ペースト組成物と本発明とを比較するための比較例である。この中のデータは以下の様に構成されている。
例１〜７において、銀粉末の種類、表面積対重量比、粒子径及びＣＰＶＣについて異なる銀粉末タイプを使用した。
例８〜１２において、厚膜ペーストの組成物の銀粉末をその表面積対重量比が１.１ｍ2／ｇ、その粒子径が１.０μｍ以下の０.６μｍであって、且つ球状のＣＰＶＣが５６％となる粉末を使用し、ガラスフリットの含有量を異ならせた。尚、例８〜１０を除いて、ロジウム及びＢ2Ｏ3である顔料を合計で０.２５重量％添加し、最終的なペーストの特性への影響を検討するものとした。
【００１６】
【表１】
0003541070.tif 000002
【００１７】
【表２】
0003541070.tif 000003
【００１８】
【発明の効果】
本発明の自動車ガラスの厚膜導電体ペーストは上述のごとく構成したので、これを用いて自動車の窓に電気的に導電性のグリッドを形成することによってペースト膜厚を厚くしなくても、ガラス板と銀との間に印刷されるエナメルとの同時焼成において端子のはんだ付け性、接着強度の大きい厚膜導電ペーストを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一般的な自動車のリア窓に配置される厚膜導電体ペーストを用いて形成される導電性グリッドとその電極端子接着用バスパーを示すものである。
【符号の説明】
１    自動車のリア窓
２    導電性グリッド
３    電極端子接着用バスパー
【図１】
0003541070.tif 000004