(57)【要約】【課題】温度の測定だけでは、材料や製品の寿命や劣化の程度を知るときに重要な、温度に曝された時間経過による劣化、製品寿命など、いわゆる熱履歴の把握は不可能である。【解決手段】熱履歴推定センサは、ガラス転移温度が0〜250℃の接着剤を用いて、金属粒子および接着剤の混合物で金属板を貼り合せ接着層を有するサンドイッチ構造とする。金属板を貼り合せ硬化させる際に、金属粒子が弾性変形を起こす程度に予加圧することもある。金属板を電極とし、電極間の電気変化を測定する手段とあらかじめ作成したマスターカーブとを比較する手段を設ける。【選択図】    図１
2004191230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属粒子（３）および接着剤の混合物で金属板（１）を貼り合せ、接着層（２）を有するサンドイッチ構造とし、該金属板（１）を電極とした熱履歴推定センサ。
【請求項２】
該金属板（１）を貼り合せ硬化させる際に、金属粒子（３）が弾性変形を起こす程度に加圧することを特徴とする請求項１記載の熱履歴推定用センサ。
【請求項３】
該接着剤のガラス転移温度が0〜250℃であることを特徴とする請求項１〜２記載の熱履歴推定用センサ。
【請求項４】
該電極間の電気変化を測定する手段とあらかじめ作成したマスターカーブとを比較する手段を設けたことを特徴とする請求項１〜３記載の熱履歴推定センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱履歴によって、主に有機材料の劣化により材料や製品の寿命が定まる被検体に設置して、熱履歴、つまり履歴温度およびその履歴時間を容易に推定するためのセンサおよび、熱履歴推定法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】工業で使用される各種材料および、それらを使用して製造された工業製品は、それらの製造中あるいは使用中において、熱ストレスが加わるものが多く、その熱ストレスによって、材料の物性や製品の機能の低下をもたらし、ついには使用に耐えなくなり寿命を迎えることが多い。
一般に、材料の一部または全部に有機物が用いられている製品では、熱ストレスが製品寿命に大きな影響をもたらす要因であることが知られている。
【０００３】
この熱ストレスは、製品を構成する有機材料を化学的変化によって劣化させる主な要因であり、その各種物性低下の程度および進行の速さは、温度および時間の関数となる。したがって材料や製品の寿命や劣化の程度を知ろうとする場合、単に温度または時間のみを測定しているだけでは不十分で、曝された温度と曝された時間を同時に把握することが重要であり、使用経過時間後の熱履歴を推定しなくてはならない。
【０００４】
従来、温度の測定には各種の方法が知られており、代表的にはサーモラベル等の温度にって変色や融解などの現象を伴う材料（示温材料）がある。また熱電対や放射温度計などを用いて測定することも広く行なわれている。
しかしながら、温度の測定だけでは、材料や製品の寿命や劣化の程度を知るときに重要な、温度に曝された時間の把握ができず、熱履歴の把握は不可能である。
【０００５】
一方、温度と時間、つまり熱履歴を測定する手段としては、熱電対や放射温度計を常時モニターし、その温度と時間を記録することによって達成することができるが、常時記録するための装置が別途必要となり、装置が複雑になるばかりか、電源の無いところでは使用できないという問題がある。
【０００６】
また材料が熱履歴によって徐々に物理化学的変化を起こすことによってその物性が変化していくことを利用してその物性の変化を測定することにより熱履歴を推定する方法が提案されている。例えば赤外スペクトルで化学構造の変化を捉えてスペクトルから熱履歴の推定を行なう方法（例えば特許文献１参照。）。実働機器から採取した被測定物質を異なる２つの測定方法（例えば、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）と動的粘弾性特性測定（ＤＭＡ）等）で測定し、そこから熱履歴を推定する方法（例えば特許文献２参照。）、融解熱曲線の低温結晶化特性の変化量を測定する方法（例えば特許文献３参照。）、光の２波長間の反射吸光度差を用いた方法（例えば特許文献４参照。）などが知られている。これらは、ある程度の精度で熱履歴を推定できるが、特別な分析装置などが必要となり、現場で容易に行なえる方法ではない。
本発明の目的は、以上の問題点を考慮し、従来の手段では不可能であった、有機物が使用された材料や製品の熱履歴が容易に推定できる熱履歴推定センサおよびその推定方法を提供するものである。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６０−４２６４３号公報
【特許文献２】
特開平３−３７５５７号公報
【特許文献３】
特開平９−１７０９８９号公報
【特許文献４】
特開２００１−２２８０５号公報
【課題を解決するための手段】
【０００８】本発明の熱履歴推定の手段としては、2枚の金属板を、金属粉末の球状粒子を含有させた接着剤で加圧して接着したものを熱履歴センサとし、熱環境下に曝されている材料または製品に取り付けまたは組み込み、材料または製品の熱履歴を知りたいときに、そのセンサの電気変数を測定して熱履歴を推定しようとするものである。
【０００９】
ここで2枚の金属板を、金属粒子を含有させた接着剤で加圧して接着したものを熱履歴センサとは、温度および時間によって徐々に電気的変数、例えば、抵抗、容量が変化するように製造されたセンサで、あらかじめ温度と時間および電気変化を測定しマスターカーブを作成しておいてそれと比較するといった手段を設けておく。
【００１０】
次に上記と同じ方法で作成された新品のセンサを製品にあらかじめ組み込んでおき、その熱履歴が知りたいときに、かかる手段を使って、例えばそのセンサの電気抵抗を測定して、その電気抵抗値とマスターカーブを比較して熱履歴を推定することで目的を達成される。
【００１１】
ここでセンサに用いる金属板は、比較的剛性が高く容易に変形しないもので、かつ使用温度領域で融解や著しい劣化(酸化等)等をしないものであれば特に制限はないが、一般的にはAl、Ti、 Fe、Ni、Cu、Zn、Ag、Pt、Au、Mo、Wあるいはそれらの合金などの中から適当な材料が選択される。板の厚さは、作成時に変形が大きくなるような厚さでなければ特に制限はないが、一般的に1mm〜5mm程度が望ましい。
【００１２】
この2枚の金属板を張り合せる際には、金属粉末を含有させた接着剤を用いる。金属粉末には各種あるが、ここで用いる金属粒子は大きさ50μm〜2mm程度の比較的粒子径の揃った球状粒子が望ましい。
【００１３】
またこの金属粒子の種類は、使用温度で導電性、化学的、物理的特性が安定であるものであれば、特に制限なく用いられ、一般的にAl、Cu、Ag、Ni、Au、Ptあるいはその合金などの粉末粒子が好適である。
【００１４】
さらに、接着剤への配合量も、1〜80wt％の広範な範囲で目的とする特性に合わせるように自由に配合可能である。
【００１５】
用いる接着剤には特に制限はないが、ある程度の剛性を持ち、用いられる金属板や金属粉末粒子を比較的強固に接着するものが望ましい。中でもエポキシ系、アクリル系、ウレタン系、イミド系などが物性上好適に用いられる。
【００１６】
また、用いる接着剤のガラス転移温度は、センサが使用される温度範囲によって適当なものが選択されるが、組み込まれる製品の使用温度を考慮して決定される。
【００１７】
また金属粒子含有接着剤を塗布し、金属板で挟み込み、接着剤を硬化させる際には、接着層に含まれる金属粒子が変形する程度に予加圧した状態で硬化させることが必要である。この時の予加圧の程度は、金属粒子の種類、大きさ、含有量などによって適宜選択され、一般には0.1〜10Mpa程度の圧力下で硬化させる。
この時の硬化温度もまた、使用する接着剤で変わるが、一般に室温〜250℃の間が多い。
【００１８】
こうして接着硬化したものは、予加圧したまま室温まで冷却し、予加圧を解除した後に、端面を整形し、外部からの汚損や水分などで電気変数値が変化しないようシールや被覆などの適正な端面処理を行ない、熱履歴センサに供する。
【００１９】
図１は、本発明による熱履歴推定センサの外観略図であり、その断面構造の拡大略図を図２に示す。
【００２０】
このような熱履歴センサは、金属板の種類、接着剤のガラス転移温度、硬化後の弾性率、金属粒子の種類および含有量、製造プロセス中の加圧条件、硬化温度、硬化時間などによって各種の特性を持つものが容易に作成できる。
このようにして得られた熱履歴センサは、前述のようにマスターカーブをあらかじめ作成しておき、熱履歴が推定したい製品の適当な場所にこの熱履歴センサを組み込み、必要が生じた時点でその電気変数を測定し、あらかじめ作成したマスターカーブとの比較により製品の受けた熱履歴を推定する。
【００２１】
【作用】
挟まれた金属粒子は加圧によって弾性変形、塑性変形を生じたまま、接着剤が硬化することによって金属板間に拘束される。
従って、接着層内部にはその反発力が内部応力として働くことになるが、接着剤のガラス転移温度よりはるかに低い温度では、接着剤は金属粒子の反発力からくる内部応力によってほとんど変形せず、例えば、電気変数として抵抗の変移を捉えると、初期の電気抵抗からほとんど変化しないが、温度が上昇し、ガラス転移温度近傍になると接着剤の弾性率が低下し、内部応力を緩和する方向に徐々に変形して行く所謂クリープ現象が生じる。この際金属粒子と金属板の接触状態が変化し、接触抵抗に変化を来たし、徐々に電気抵抗が上昇していく。この電気抵抗の上昇度合いは、曝露された温度と時間の関数であり、熱履歴によって定まる。
【発明の実施の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例の１形態を述べるが、以下に示す実施形態に限定されるものではない。
長さ50×幅50×厚さ3mmのアルミニウム板2枚を電極として用意し、接着面をアセトンで脱脂し、乾燥させた。一方、エポキシ系接着剤（ガラス転移温度120℃）に直径約0.1mmの球状で粒子径の揃った球状粒子として、銅粒子を約30wt％混入したものを片方のアルミ板に厚さ約0.2mmで塗布し、もう片方のアルミ板と重ね合せ、１MPaの予加圧下で100℃、4時間加熱硬化した。この試験片を、10mm×10mmの大きさに切断し端面を磨いた後、端面の汚損や吸湿で電気変数が変化しないようエポキシ系樹脂で封止し、熱履歴センサとした。電気変数として、抵抗変化、容量変化など交流インピーダンス変化をも含まれることは云うまでもない。
【００２３】
このセンサの幾つかを、温度の異なる恒温槽にそれぞれ放置し、電気変数の変化を測定した。ここでは電気変数として抵抗変化をトレースした。時間と共に図３のような曲線が得られ、これをマスターカーブとした。
また、ガラス転移温度の異なるエポキシ系接着剤（160℃、180℃）を用いたほかは、前述の実施形態と変わらぬ方法で同様の熱履歴センサを作成したところ図４、図５のような曲線が得られた。
【００２４】
また、熱履歴センサに使用する接着剤のガラス転移温度より高い温度領域ではでは接着剤の弾性率が大きく低下するため、抵抗の変化率が極めて大きく、実用上は製品に許される最高許容温度付近のガラス転移温度を持った接着剤を用いた熱履歴センサを使用することが望ましい。
【００２５】
一般的には、本発明の熱履歴センサは、使用接着剤のガラス転移温度より50℃程度低い温度からガラス転移温度付近より10℃程度高い温度までが使用可能温度領域となる。ガラス転移温度の異なる接着剤を用いて作られた幾つかの熱履歴センサを組み込んでおくことによって、熱履歴の推定精度がより向上する。
【００２６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明の熱履歴センサを用いることにより、従来は困難であった熱履歴の推定が、極めて簡便に行なえるようになる。
熱履マスターカーブを取得し、マスターカーブと同一の特性を持つセンサを製品に組み込み、必要なときにセンサの電気変数を測定する手段とマスターカーブとを比較する手段により容易に熱履歴が把握、推定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱履歴センサの外観略図
【図２】本発明による熱履歴センサの断面拡大略図
【図３】ガラス転移温度120℃の接着剤を用いて作成した熱履歴センサの熱履歴と電気抵抗の関係を示すマスターカーブ
【図４】ガラス転移温度160℃の接着剤を用いて作成した熱履歴センサの熱履歴と電気抵抗の関係を示すマスターカーブ
【図５】ガラス転移温度180℃の接着剤を用いて作成した熱履歴センサの熱履歴と電気抵抗の関係を示すマスターカーブ
【符号の説明】
1      金属板
2      接着層
3      金属粒子
【図１】
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【図２】
2004191230.tif 000004
【図３】
2004191230.tif 000005
【図４】
2004191230.tif 000006
【図５】
2004191230.tif 000007