JP2005129466A - 電気回路用抵抗ペースト - Google Patents

Abstract

【課題】低温から高温にわたって抵抗パターンの摩擦抵抗を小さく維持でき、同時に抵抗パターンの形成が容易に行える電気回路用抵抗ペーストを提供する。
【解決手段】カーボン粉末と、有機バインダーと、溶剤とを混練してなる電気回路用抵抗ペーストに、この電気回路用抵抗ペーストの焼成温度以下の温度で溶ける材質の熱可塑性樹脂を混合する。熱可塑性樹脂の混合割合は、有機バインダーと熱可塑性樹脂全体に対して２重量％以下とする。熱可塑性樹脂としてポリオレフィン系樹脂を用いる。
【選択図】なし

Description

本発明は、基板上の抵抗パターンを形成するのに用いて好適な電気回路用抵抗ペーストに関するものである。

従来、回路基板上への抵抗パターンの形成は、カーボン粉と有機バインダーと溶剤とを混練してなる電気回路用抵抗ペーストを、スクリーン印刷等によって回路基板上に印刷し、この回路基板を焼成することによって行っていた。

ところで抵抗パターンの内、可変抵抗器用の抵抗パターンは、その上を金属製の摺動子が摺動するので、摺動子の摺動が滑らかに行えるように、その表面に潤滑性を有していることが必要である。このため従来例えば特許文献１に示すように、電気回路用抵抗ペースト中にフッ素樹脂の粉末を混合したもの等がある。

また従来、表面に潤滑性のある可変抵抗器用の抵抗パターンのカーボン粉として、黒鉛の粉末が使用されている。黒鉛の潤滑性は、水蒸気分子を吸着したきわめて薄い吸着層が原因であるという表面すべり説と、黒鉛分子の層間にある水蒸気（吸着ガス）による結合力の変化による内部すべり説の２つの説がある。何れにしても黒鉛においては、水蒸気と摩擦力は密接な関係にあり、水蒸気量は温度（気圧）に依存するので、抵抗ペーストの摩擦係数は温度によって変化することがわかっている。

ここで図１（ａ）の二本の点線で示す折線グラフは、上記従来の抵抗パターンの温度に対する摩擦係数の変化の状態を示している。その実験方法を説明すると、図１（ｂ）に示すように、ヒータ１００の上に基板上に前記抵抗ペースト（黒鉛粉末からなるカーボン粉末と、フェノール樹脂製の有機バインダーと、エチレングリコールモノブチルエーテル製の溶剤と、少量の添加剤（消泡剤等）を混練したもの）を印刷して焼成して抵抗パターンを形成した試料１１０を固定し、試料１１０の抵抗パターン上に弾性金属板（ベリリウム銅板）製の摺動子１２０の摺動接点１２１を所定の圧力（３０ｇＦ）で押し付け、この状態でヒータ１００及びこれに固定した試料１１０を水平方向（矢印Ａ方向）に移動し、その際に摺動子１２０に加わる水平方向の力をロードセルによって検出することで、その摩擦係数を測定する。測定は、雰囲気温度が２３℃、４１℃、５９℃、７８℃、９８℃、１１５℃のときであって、且つヒータ１００及び試料１１０の一往復目と五往復目とについて行った。なおこの抵抗パターンは、比抵抗４００（Ω／□）〔長さ×幅＝（１ｃｍ×１ｃｍ）、厚み＝１０μｍで、その抵抗値が４００Ωのもの〕となるように、有機バインダーとカーボン粉末とを混練したものを用いた。

図１（ａ）に点線で示すように、摩擦係数は、温度が高くなればなるほど大きくなることが確認された。つまり温度が高くなればなるほど摺動子を摺動させる際の抵抗が大きくなって滑らかな摺動ができなくなってしまう。

一方抵抗パターン上を摺動する摺動子の摩擦抵抗を低くする方法として、従来、印刷形成した抵抗パターン上にグリースをオーバーコートする方法がある。図１（ａ）の一点鎖線は、グリースをオーバーコートした抵抗パターンの温度に対する摩擦係数の変化の状態を示している。実験方法は上記の場合と同様である。図１（ａ）に一点鎖線で示すように、グリースを塗布した抵抗パターンの場合、室温では摩擦係数が小さくなる。

しかしながらグリースをオーバーコートした抵抗パターンの場合、抵抗パターンを形成した後に、改めてグリースを塗布し、さらに余剰のグリースをふき取るという作業が必要で、製造工程が煩雑化するという問題があった。また前述のように摩擦抵抗は低くなるが、温度が上昇するにつれて摩擦係数が上昇していくということ自体は前記グリースを塗布しない抵抗パターンの場合と同様であり、高温の環境下では摺動子の摺動感覚が悪くなってしまう。
特開平２−２６３８７７号公報

本発明は上述の点に鑑みてなされたものでありその目的は、低温から高温にわたって抵抗パターンの摩擦抵抗を小さく維持でき、同時に抵抗パターンの形成が容易に行える電気回路用抵抗ペーストを提供することにある。

本願の請求項１に記載の発明は、カーボン粉末と、有機バインダーと、溶剤とを混練してなる電気回路用抵抗ペーストにおいて、前記電気回路用抵抗ペーストの焼成温度以下の温度で溶ける材質の熱可塑性樹脂を混合したことを特徴とする電気回路用抵抗ペーストである。カーボン粉末としては、例えば黒鉛粉末のみでも良いし、黒鉛粉末とカーボンブラック粉末とを混合した粉末でも良いし、カーボンブラック粉末のみでも良い。

本願の請求項２に記載の発明は、前記熱可塑性樹脂の混合割合は、前記有機バインダーと熱可塑性樹脂全体に対して２重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電気回路用抵抗ペーストである。

本願の請求項３に記載の発明は、前記熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気回路用抵抗ペーストである。

請求項１に記載の発明によれば、熱可塑性樹脂は、電気回路用抵抗ペースト中では粒子状として分散していても、焼成によって電気回路用抵抗パターンを形成する際に液状化し対流によりその表面付近に浮き出てきて、電気回路用抵抗パターンの表面を薄く覆い、これによってその上を摺動する摺動子の摺動に潤滑性を持たせることができ、摺動子の摺動時の摩擦抵抗を小さくすることができる。そして雰囲気温度が上昇しても摩擦抵抗は上昇せず、低温から高温にわたって電気回路用抵抗パターンの摩擦抵抗を小さく維持できる。

また電気回路用抵抗ペーストを基板に印刷・焼成するという、従来の電気回路用抵抗パターンの形成方法と同一の方法を用いるだけで、グリースを塗布するなどの追加作業を必要とせず、摩擦抵抗の低い抵抗パターンを形成することができる。

特に請求項２に記載の発明によれば、この電気回路用抵抗ペーストを用いて形成される電気回路用抵抗パターンの抵抗値をほとんど上昇させることなく、その摩擦抵抗を小さく維持するのに好適である。

以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。
即ち本発明の電気回路用抵抗ペーストは、カーボン粉末と、有機バインダーと、溶剤とを混練してなる電気回路用抵抗ペーストであって、この電気回路用抵抗ペーストにこの電気回路用抵抗ペーストの焼成温度以下の温度で溶ける材質の熱可塑性樹脂を混合して構成されている。

ここでカーボン粉末は、黒鉛粉末のみでも良いし、黒鉛粉末とカーボンブラック粉末とを混合した粉末でも良いし、カーボンブラック粉末のみでも良い。またこれら以外のカーボン粉末を用いても良い。

有機バインダーは熱硬化性樹脂を用いる。熱硬化性樹脂の具体例としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂がある。

溶剤は、例えばエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等を用いる。

熱可塑性樹脂は、例えばこの電気回路用抵抗ペーストの焼成温度が１６５℃であるとすると、それよりも低い温度で溶ける材質の熱可塑性樹脂、例えばポリオレフィン系樹脂であるポリエチレン樹脂や、脂肪酸アミド又は脂肪酸ビスアミドを使用する。ポリエチレン樹脂の溶融温度（融点）は９０〜１３０℃、脂肪酸アミド又は脂肪酸ビスアミドの溶融温度（融点）は７０〜１４０℃である。

また熱可塑性樹脂の有機バインダーに対する混合割合は、有機バインダーと熱可塑性樹脂の全重量に対して熱可塑性樹脂の割合が２重量％以下となるようにする。熱可塑性樹脂の配合割合が高くなると、下記するように比抵抗が必要以上に大きくなるからである。

そして本発明にかかる電気回路用抵抗ペーストを用いて電気回路用抵抗パターンを形成するには、この電気回路用抵抗ペーストを基板（フレキシブル基板、硬質基板を問わない）上に所定のパターン形状にスクリーン印刷等によって塗布し、次にこの基板を加熱・焼成して溶剤を揮発させると同時に有機バインダーを硬化させることによって行う。

以上のようにして形成された電気回路用抵抗パターン上に摺動子を摺動させると、その摩擦抵抗が小さく、スムーズな摺動ができる。その理由は以下のように考えられる。即ち本発明にかかる電気回路用抵抗ペーストは、その焼成温度よりも低い温度で溶ける熱可塑性樹脂を含有しているので、図２（ａ）に示すように、基板３０上に印刷した電気回路用抵抗パターン４０の焼成時にこの熱可塑性樹脂が液状化し、電気回路用抵抗パターン４０の表面に対流によって浮き出てきて電気回路用抵抗パターン４０の表面を薄く覆う（熱可塑性樹脂層４５）。そして図２（ｂ）に示すようにその上に摺動子５０の摺動接点５１を所定の圧力で押し付けて摺動すると、熱可塑性樹脂層４５表面の摺動接点５１が押し付けられている圧接部分ａが摺動接点５１の圧力と摩擦熱とによって溶融して液状になり、電気回路用抵抗パターン４０と摺動接点５１との間に潤滑油のような状態で存在し、このため両者間の摩擦係数を下げることができる。そして摺動接点５１が通り過ぎると熱可塑性樹脂層４５は再結晶して電気回路用抵抗パターン４０の表面を覆う。

ところで同様に摺動子の摺動を滑らかにする手段として、電気回路用抵抗ペースト中にフッ素樹脂粉末を添加する方法が考えられる。フッ素樹脂を添加した電気回路用抵抗ペーストを基板上に印刷・焼成して電気回路用抵抗パターンを形成すると、フッ素樹脂には融点がなく３００℃以上で熱分解するため、図３（ａ）に示すように、焼成後の電気回路用抵抗パターン４０の表面にフッ素樹脂粉末６０が点々と露出することとなる。そして図３（ｂ）に示すように、この電気回路用抵抗パターン４０の上を摺動子５０の摺動接点５１が摺動すると、摺動接点５１によって表面に露出したフッ素樹脂粉末６０が伸び、これによって潤滑性が得られるものと考えられる。しかしながらこの場合、不導体であるフッ素樹脂粉末６０が電気回路用抵抗パターン４０の表面を覆うことになるので摺動子５０と電気回路用抵抗パターン４０との接触信頼性が得られない。

これに対して上記本発明にかかる電気回路用抵抗ペーストを用いた電気回路用抵抗パターンの場合、上述のように、表面を覆う絶縁性の熱可塑性樹脂層４５が一度液状化して直接摺動接点５１が熱可塑性樹脂層４５の下側の電気回路用抵抗パターン４０に接触するため、接触信頼性が得られる。また本発明は熱可塑性樹脂層４５が電気回路用抵抗パターン４０表面に薄く均一に形成されれば良いので熱可塑性樹脂の投入量は少なくて良いが、これに比べてフッ素樹脂粉末６０は粉末のままなのでその投入量は多くなってしまう。

次に前記電気回路用抵抗ペーストとして、黒鉛粉末からなるカーボン粉末と、フェノール樹脂製の有機バインダーと、前記有機バインダーと熱可塑性樹脂全体に対して１重量％のポリエチレン樹脂製の熱可塑性樹脂と、エチレングリコールモノブチルエーテル製の溶剤と、少量の添加剤（消泡剤等）を混練したものを作製し、作製した抵抗ペーストを用いて形成した抵抗パターンの温度に対する摩擦係数の変化の状態を測定し、その測定結果を図１（ａ）の実線で示した。なおその実験方法は、上記従来例の実験方法と同様に、図１（ｂ）に示すヒータ１００の上に基板上に前記抵抗ペーストを印刷して焼成して抵抗パターンを形成した試料１１０を固定し、試料１１０の抵抗パターン上に弾性金属板（ベリリウム銅板）製の摺動子１２０の摺動接点１２１を所定の圧力（３０ｇＦ）で押し付け、この状態でヒータ１００及びこれに固定した試料１１０を水平方向（矢印Ａ方向）に移動し、その際に摺動子１２０に加わる水平方向の力をロードセルによって検出することで、その摩擦係数を測定した。測定は、雰囲気温度が２３℃、４１℃、５９℃、７８℃、９８℃、１１５℃のときであって、且つヒータ１００及び試料１１０の一往復目と五往復目とについて行った。なおこの抵抗パターンは、比抵抗４００（Ω／□）〔長さ×幅＝（１ｃｍ×１ｃｍ）、厚み＝１０μｍで、その抵抗値が４００Ωのもの〕となるように、有機バインダーとカーボン粉末とを混練したものを用いた。

図１（ａ）に実線で示すように、本発明を用いて形成した抵抗パターンは、図１（ａ）に点線で示す従来の抵抗パターンに比べてその摩擦抵抗値が小さくなり、また摩擦係数は、雰囲気温度が高くなっても上昇せず、むしろ徐々に下降していくことが確認された。以上のことから本発明にかかる電気回路用抵抗ペーストを用いて形成された電気回路用抵抗パターンは、低温から高温にわたって抵抗パターンの摩擦抵抗を常に小さく維持することができ、たとえ高温の環境下であっても、摺動子の摺動感覚は良好な状態を維持することがわかった。

図４は熱可塑性樹脂の含有量を変化させたときの比抵抗の変化を測定した測定結果を示す図である。測定方法は、電気回路用抵抗パターンを形成するための電気回路用抵抗ペーストとして、黒鉛粉末からなるカーボン粉末と、フェノール樹脂製の有機バインダーと、ポリエチレン樹脂製の熱可塑性樹脂と、エチレングリコールモノブチルエーテル製の溶剤と、少量の添加剤（消泡剤等）とを混練したものであって、有機バインダとカーボン粉末の配合割合〔有機バインダーの重量：カーボン粉末の重量〕が〔２：１〕のもの（丸の点でプロット）と、〔４：１〕のもの（四角の点でプロット）について、前記熱可塑性樹脂の配合割合を、有機バインダーと熱可塑性樹脂全体に対して０．０重量％〜５．０重量％の間で変化させたものを用い、これら各種電気回路用抵抗ペーストを用いて形成した電気回路用抵抗パターンの比抵抗（Ω／□）をそれぞれ測定した。なお比抵抗を測定した電気回路用抵抗パターンは、長さと幅が何れも１ｃｍで厚み１０μｍのものである。

同図に示すように、有機バインダー中の熱可塑性樹脂の含有量が増加すると、電気回路用抵抗パターンの比抵抗は急激に増大していくことがわかる。即ち前記含有量が２．０重量％を越えると、全く熱可塑性樹脂を含んでいない電気回路用抵抗パターンに比べて、その抵抗値はかなり（１．５倍以上）上昇してしまう。従って抵抗値の上昇率を１．５倍以内の小さいものとするためには、有機バインダー中の熱可塑性樹脂の含有量は、２．０重量％以下であることが望ましい。

図１（ａ）は本発明にかかる電気回路用抵抗ペーストを用いて形成した電気回路用抵抗パターンと、従来の電気回路用抵抗パターンの、温度−摩擦係数特性を示す図、図１（ｂ）は摩擦係数の測定方法を示す図である。 図２（ａ）は、本発明にかかる電気回路用抵抗ペーストを用いて形成した電気回路用抵抗パターンの要部概略拡大断面図、図２（ｂ）はその電気回路用抵抗パターン上を摺動子５０が摺動する際の状態を示す要部概略拡大断面図である。 図３（ａ）は、フッ素樹脂粉末を混練してなる電気回路用抵抗ペーストを用いて形成した電気回路用抵抗パターンの要部概略拡大断面図、図２（ｂ）はその電気回路用抵抗パターン上を摺動子５０が摺動する際の状態を示す要部概略拡大断面図である。 本発明にかかる電気回路用抵抗ペーストを用いて形成した電気回路用抵抗パターンにおける熱可塑性樹脂の含有率と比抵抗の関係を示す図である。

符号の説明

３０ 基板
４０ 電気回路用抵抗パターン
４５ 熱可塑性樹脂層
５０ 摺動子
５１ 摺動接点
ａ 圧接部分
１００ ヒータ
１１０ 試料
１２０ 摺動子
１２１ 摺動接点

Claims (3)

1. カーボン粉末と、有機バインダーと、溶剤とを混練してなる電気回路用抵抗ペーストにおいて、
   前記電気回路用抵抗ペーストの焼成温度以下の温度で溶ける材質の熱可塑性樹脂を混合したことを特徴とする電気回路用抵抗ペースト。
2. 前記熱可塑性樹脂の混合割合は、前記有機バインダーと熱可塑性樹脂全体に対して２重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の電気回路用抵抗ペースト。
3. 前記熱可塑性樹脂は、ポリオレフィン系樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の電気回路用抵抗ペースト。

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