(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性を有するモノマーと疎水性を有するモノマーとグリシジル基を有するモノマーを共重合させてなる樹脂と硬化剤の混合物に導電性粉末を分散した感温層を形成し、前記混合物はガラス転移温度を１００〜１５０℃に有し、且つ、前記混合物のガラス転移温度以上での膨張率が室温時における膨張率の２倍以上である感温センサ。
【請求項２】
可撓性を有するモノマーがテトラヒドロフルフリルアクリレートもしくはメタクリレートであることを特徴とする請求項１記載の感温センサ。
【請求項３】
疎水性を有するモノマーがフッ素を含有するアクリレートもしくはメタクリレートであることを特徴とする請求項１記載の感温センサ。
【請求項４】
グリシジル基を有するモノマーがグリシジルアクリレートもしくはグリシジルメタクリレートであることを特徴とする請求項１記載の感温センサ。
【請求項５】
硬化剤がエポキシ樹脂用の硬化剤であることを特徴とする請求項１記載の感温センサ。
【請求項６】
導電性粉末が金属粉末であることを特徴とする請求項１記載の感温センサ。
【請求項７】
請求項１記載の感温センサを用いた電子機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度変化に応じて抵抗値が変化する感温センサおよびそれを用いた電子機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パソコンなどの電子機器の回路において、過電流を防止するためにある温度で抵抗値が急激に増大するサーミスタ、感温素子の使用が増大している。さらに２次電池のショート時の過熱破損防止にも用いられている。その中で小型電子機器に搭載するために小型、チップ化が必要な分野には米国特許第４，２３８，８１２号明細書に記載されているカーボン／ポリエチレンコンポジットが実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
カーボンを導電粒子とした場合は、金属に比べて比抵抗が高いため大電流を使用する電源回路へ応用するのが難しく、より比抵抗の低い素子が望まれていた。
【０００４】
さらに製造工程が簡単で高信頼性、低コストの素子に対する要望も強い。
本発明は上記課題を解決するために、比抵抗が小さく高信頼性、低コストの感温センサおよびその感温センサを用いた電子機器を提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は導電性粉末を分散させた塗料を基板上に塗布後加熱硬化させるという簡便な方法によって製造可能な感温素子を提供するものである。
【０００６】
その導電メカニズムは（１）ポリマーのガラス転移温度以下では分散された導電粒子同士の接触が多く低抵抗の状態を保持している。（２）温度が上昇しガラス転移温度を越すと、ポリマーの膨張が大きくなり導電粒子同士の接触が減少するということから成り立っている。ガラス転移温度を越えさらに温度が上昇することにより導電粒子同士の接触が極端に減少し、高抵抗状態になる。そして室温に戻れば、ポリマーの収縮により元の接触状態に復帰して低抵抗の状態に戻る。
【０００７】
このような特性を満たすためには本発明で使用する感温センサ用バインダ系は１００〜１５０℃付近にガラス転移温度を有し、且つガラス転移温度以上での膨張率が室温時よりも２倍以上大きくなければならない。さらに降温時の復帰性に優れ、且つ導電粒子との分散性、各種基板に対する接着性に優れていることが必要であることはいうまでもない。
【０００８】
本発明者らはこれらの諸要求を満たす可撓性ポリマーの開発に鋭意努力し、本発明に到達したものである。即ちテトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレートとグリシジル基を有するモノマー及び必要であればフッ素含有モノマーを共重合させた新規ポリマーに導電粒子を分散させ、エポキシ樹脂用硬化剤を添加し塗料とする。基板上に塗布後加熱硬化させることにより再現性の良い感温センサを製造することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、添付の図面を用いて説明する。
【００１０】
（実施の形態１）
図１は本発明の感温センサの一実施の形態を示す上面図、図２は同断面図である。
【００１１】
図１、図２において、１はセラミックなどからなる絶縁基板、２，３は絶縁基板１上に相対向するように設けられた銀からなる櫛形の電極、４はこの電極２，３を形成した絶縁基板１上に形成された感温膜で、この感温膜４は本発明の可撓性ポリマーに硬化剤を添加し、これに導電性粉末を分散させた構成となっている。５，６は上記電極２，３に接続されたリードである。
【００１２】
以上のように可撓性ポリマーに導電性粉末を分散させた感温膜４を用いることにより、可撓性ポリマーの温度変化による膨張、収縮を分散された導電性粉末間の接触抵抗、つまり電気抵抗の変化として検出するものである。
【００１３】
上記構成で、感温膜４の可撓性樹脂として特公昭６２−２２０９７号公報に記載されているようにテトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレートを使用し、ビニルモノマーにエポキシ基を有するビニルモノマーを共重合させた新規エポキシ樹脂が適していて、さらにエポキシ樹脂用硬化剤を使用することにより再現性が得られることが見いだされた。本発明者らは１００℃〜１５０℃の間で抵抗値が急激に増大する新規な樹脂系と導電粒子の組み合わせを有する感温センサを鋭意検討を続けた結果、本発明に至ったものである。
【００１４】
その特徴は新規な可撓性樹脂に、硬化剤及び導電粒子を添加し塗料化した後電極を形成した基板上に塗布、乾燥、硬化させて感温性塗膜を得る点にある。この作製法によれば、小型化と低コストを実現することが可能となる。さらに必要に応じて疎水性を増大させるためにフッ素含有モノマーを共重合させることもできる。本発明において使用される可撓性を与えるポリマー原料のモノマーとしては、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレートが可能であるが、テトラヒドロフルフリルメタクリレートの方が共重合性の点からより好ましい。ビニルモノマーにエポキシ基を有するビニルモノマーとしては、グリシジル（メタ）アクリレートなどが適している。フッ素を含有する（メタ）アクリレートとしては一分子あたり２〜５個のフッ素を含有する化合物、好ましくは３〜４個を有する化合物が選ばれる。フッ素含有化合物として具体的にはトリフルオロエチル（メタ）アクリレート、テトラフルオロプロピル（メタ）アクリレート、ペンタフルオロプロピル（メタ）アクリレートなどがあげられる。
【００１５】
可撓性をさらに付与するために、他のモノマー例えば、テトラヒドロフルフリル（メタ）アクリレート、２−エチルヘキシル（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリレート、トリデシル（メタ）アクリレートなどの脂肪族（メタ）アクリレートを添加することも可能である。硬化剤としてはエポキシ樹脂用の硬化剤であれば基本的にはすべて使用可能であるが、好ましくは芳香族ジアミン、例えば４、４’−ジアミノジフェニルメタン、脂肪族ジアミン、例えば１、１２−ジアミノドデカンなどが用いられる。さらに芳香族ジアミンと脂肪族ジアミンを併用してもよい。導電性粉末としては、銀粉、銅粉などの金属粉、さらにはそれらの混合物を使用することができる。粒径は１０ミクロン以下で１ミクロン以上好ましくは３〜５ミクロンの球状粉が望ましい。抵抗値の再現性のためにフレーク状または樹枝状粉を添加することもできる。
【００１６】
導電粒子の添加量は樹脂量に対して３０〜５０Ｖ％の範囲内で選ばれ、所望の抵抗値とその温度変化率及び復帰性を勘案して決定される。最適値を越えれば変化率が下がり、少なければ初期抵抗値が上がるとともに温度変化に対する復帰性が悪くなる。本発明の感温センサは、上記組成の樹脂、導電粒子、硬化剤と必要最小量の溶剤を加えよく分散させた後、あらかじめ絶縁基板１の上に設けられた櫛形の電極２，３の上に積層し、加熱硬化させて製造される。このようにして得られる感温センサの電極２，３としては、導電性ペーストおよび通常の電極材料を使用することができる。
【００１７】
以下、本発明をさらに具体的な実施例を用いて説明する。
【００１８】
【実施例】
（実施例１）
テトラヒドロフルフリルアクリレート６２．４８ｇ、グリシジルメタクリレート８．５４ｇ、重合開始剤としてアゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）０．５ｇをシクロヘキサノン１０６．５ｇに溶解し、窒素気流中で８０℃、５時間加熱して共重合させポリマー溶液を得た。この樹脂溶液（固形分濃度４０重量％）４．５ｇに導電性粒子として球状銀粉（平均粒径３〜４ミクロン）８ｇ、４、４’−ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）０．２ｇを加えてよく混合する。次に三本ロールで十分混練分散してペーストとする。図１に示す櫛形銀電極を形成したセラミックの絶縁基板上に得られたペーストを塗布し、１５０℃で１時間加熱硬化させて感温センサを作製した。
【００１９】
図３に感温センサの感温特性を示す。横軸が温度で縦軸が端子間抵抗値である。Ａの曲線が実施例１の感温特性である。
【００２０】
（比較例１）
エポキシ樹脂としてエピコート８０６（油化シェルエポキシ（株）社商品名）１．２５ｇ、硬化剤のＤＤＭ０．７５ｇ、導電性粒子として球状銀粉（平均粒径３〜４ミクロン）８ｇを加えてよく混合する。次に三本ロールで混練分散した後、実施例１と同様にして感温センサを作製した。なお膜厚はほぼ同等になるように塗布した。図３のＢ曲線が比較例１の感温特性である。
【００２１】
（実施例２）
テトラヒドロフルフリルメタクリレート５７．８７ｇ、テトラフルオロエチルメタクリレート１１．１６ｇ、グリシジルメタクリレート８．５４ｇ、重合開始剤としてＡＩＢＮ０．５８ｇをシクロヘキサノン７７．５７ｇに溶解し、窒素気流中で８０℃、５時間加熱して共重合させポリマー溶液を得た。
【００２２】
この樹脂溶液（固形分濃度５０重量％）２．９８ｇに導電性粒子として球状銀粉（平均粒径３〜４ミクロン）８．３ｇ、ＤＤＭ０．２１ｇ、溶剤としてベンジルアルコール０．８ｇを加えてよく混合する。次に三本ロールで十分混練分散してペーストとする。このペーストを用いて実施例１と同様にして感温センサを作製した。
【００２３】
作製した感温センサの吸湿による抵抗値変化をみるために相対湿度９５％ＲＨの槽中に２４時間放置し、抵抗値上昇率を評価したところ１％であった。
【００２４】
（比較例２）
テトラヒドロフルフリルメタクリレート６８．０８ｇ、グリシジルメタクリレート８．５４ｇ、重合開始剤としてＡＩＢＮ０．５８ｇをシクロヘキサノン７６．６２ｇに溶解し、窒素気流中で８０℃、５時間加熱して共重合させポリマー溶液を得た。
【００２５】
この樹脂溶液（固形分濃度５０重量％）を使用して実施例２と同様にして感温センサを作製した。この感温センサの吸湿による抵抗値変化率は３％であった。
【００２６】
図３より、実施例１の感温センサの温度による抵抗値変化率は比較例１の場合に比べ、格段に優れているのは明らかである。これは可撓性ポリマーの違いに由来するものである。さらに実施例２ではポリマー分子内にフッ素原子を有しているため、比較例２より吸湿性が小さくなるので抵抗値上昇が小さくなっている。
【００２７】
以上に述べたごとく、本発明の感温センサは性能と信頼性及び印刷により製造できるというユニークな感温センサである。
【００２８】
本発明の特性評価は櫛形電極上での塗膜について実施したが、サンドイッチ構造でも同様の効果が得られた。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明は、球状導電金属粒子を新規な可撓性エポキシ樹脂に含有させたペーストを塗布し、加熱硬化させることにより、高性能、高信頼性で低コストの感温センサを提供するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の感温センサの一実施の形態を示す平面図
【図２】同図１のＸ−Ｘ′線における断面図
【図３】同感温センサの温度特性を説明する特性図
【符号の説明】
１  絶縁基板
２，３  電極
４  感湿膜
５，６  リード
【図１】
0004221772.tif 000002
【図２】
0004221772.tif 000003
【図３】
0004221772.tif 000004