JPH03285301A - 抵抗器用カーボンペースト組成物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）発明の目的 ［産業上の利用分野］ 本発明は半固定抵抗器及び可変抵抗器等に使用される抵
抗器用カーボンペースト組成物に関するもので、特に摺
動抵抗器用に適したものである。

［従来の技術］ 近年、各種電子部品は軽薄短小化の度合を強めており、
それを用いた電子機器はますます多機能化、高機能化し
ている。

このことはデジタル回路のみならずアナログ回路におい
ても言え、多機能化、高機能化の要求により、その構成
がますます複雑化しており、例えばインピーダンスの設
計や調整も難しくなってきている。

一方、電子機器自体も信輔性の高いものが次第に要求さ
れてきており、各種部品レベルでの高信頼化、高品質化
もますます必要となってきている。

半固定抵抗器は回路上のインピーダンス調整用部品とし
て使用されるものであり、通常無機質（サーメット厚膜
タイプ）又は有機質（ポリマー厚膜タイプ、以下ｒＰＴ
Ｆ、と称する。）の抵抗器用ペーストを用いて得られた
印刷抵抗器に、固定端子と摺動端子を取り付け、樹脂、
セラミックス又は金属等で封止して部品化したものであ
る。

ＰＴＦペーストを用いた半固定抵抗器の構成は通常、樹
脂基板の上にＰＴＦ銀ペーストによる印刷端子及び該印
刷端子間にＰＴＦ抵抗器用ペーストによる印刷抵抗器を
設け、その上に調整軸に連なる合金めっき又は貴金属の
摺動端子を取り付け、全体を樹脂容器等で封止したもの
である。

半固定抵抗器は、樹脂を使用しているため全体が軽量で
安価であり、ますます多用化される傾向にあるが、前述
のようにより小型で信頼性の高いものが要求されてきて
いる。

より小型化するために例えば封止材を省き、部品実装す
る基板の上に直接印刷した固定端子、摺動端子及び印刷
抵抗器のみを回路内に組み込むことが行われている。

この場合、環境から保護する容器がない分だけ印刷抵抗
器の耐久信幀性が更に必要となる。

一方、可変抵抗器は摺動端子が常に移動しているため、
前述の半固定抵抗器に比較して抵抗値の変化率はあまり
厳密でなくともよい場合もあるが、事情は半固定抵抗器
と全く同様であり現在のものより更に信頼性の高いもの
が強く要求されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のＰＴＦ抵抗器用ペーストの場合、厳しい耐久試験
では端子間抵抗値及び摺動端子との接触抵抗値の変化が
大きく、例えば数十％以上の値を示したり、試験中に断
線に至るものもあり、このような高レベルの要求にこた
えられない場合が多かった。

耐久信頼性としては耐湿性、耐湿負荷特性、耐熱性及び
耐摺動性等種々のものがあるが、特に温熱条件下で端子
間に一定の電圧を連続的に印加する耐湿負荷試験は厳し
いものであり比較的短時間に故障に至る場合が多い。

故障部位は概ね陰極側の端子と印刷抵抗器との接合部で
あり、端子間抵抗値が異常に上昇し断線に至ることがあ
る。

端子と抵抗器との接触電位差と水分が絡んで起こるこの
故障の原因は詳らかではないが、概ね次のように推測さ
れる。

（１）端子と抵抗器との接合部において水の電解が起こ
り、発生した活性な酸素により抵抗器の炭素粉末等の導
電性粒子が酸化分解されるため。

（２）同様にして導電性粒子と共にバインダ樹脂も酸化
分解されるため。

（３）ＰＴＦ銀ペースト端子の場合、接合部の電位差と
水分により銀のイオンマイグレーションが起こり、拡散
接触していた銀粒子が減少し、抵抗値が上がるため。

（１）説の場合、高抵抗タイプの抵抗ペーストは、炭素
粉末等の導電性粒子の量が少ない組成となっているため
、特に不利であり、また各抵抗器に印加する電力を同等
にして試験を行うのであるが、その場合高抵抗のもの程
指数的に印加電圧が高く更に不利になると考えられる。

実際に本発明者等が検討した範囲では高抵抗のもの程早
期に故障する結果が得られている。

本発明は高抵抗品であっても耐久性の良い、なかんずく
耐湿負荷特性の良いＰＴＦ印刷抵抗器、特に高信転の摺
動抵抗器を得ることができるＰＴＦ抵抗器用ペーストを
捷供するものである。

（ロ）発明の構成 ［課題を解決するための手段］ 本発明者等は、より耐久信頼性のある、なかんずく耐湿
負荷特性の良い摺動抵抗器を得ることができるＰＴＦ抵
抗器用ペーストの組成について鋭意検討した結果、本発
明を完成するに至った。

即ち、本発明は、下記成分からなる抵抗器用カーボンペ
ースト組成物である。

（Ａ　炭素粉末 （Ｂ　熱硬化性バインダ （Ｃ有機Ｔｉ、Ｓｉ又はＡ１化合物 （Ｄ　酸化亜鉛粉末 以下、本発明の詳細な説明する。

４電性粒子としては炭素粉末、金属粉末、導電性金属酸
化物（ＭＯ，）粉末、導電性金属窒化物（ＭＮＸ）粉末
、導電性金属炭化物（ＭＣＸ）粉末、導電性金属珪化物
（ＭＳｉ、）粉末、導電性金属硫化物（ＭＳＸ）粉末及
び導電性金属ほう化物（ＭＢｘ）粉末等があるが、本発
明では酸化に対して比較的安定で、導電性の経時的変化
が少なく、かつ安価な炭素粉末を用いるものである。

炭素粉末はその構造及び製法により多種類に分類される
が、ＰＴＦ抵抗器用ペーストに通用した場合、ＰＴＦ印
刷抵抗器、特に摺動抵抗器用途において耐久信頼性が良
い種類は、炭素粉末自体が導電性の高いもの、即ち表面
の不純分が少なく結晶構造が発達しているものに殆ど限
られている。

このような炭素粉末としては、各種の有機物質を不完全
燃焼して得られるいわゆるカーボンブラック並びに結晶
性の高い層構造物として天然に産出又は人工的に得られ
るいわゆるグラファイトが挙げられ、中でも導電性に優
れた、船釣に言う（原料、製法、特徴により分類された
名称ではあるが）ファーネスブラック、アセチレンブラ
ック、ランプブラック、ケッチエンブラック及びグラフ
ァイトが好ましい。

例えばグラファイトは層状構造を持った導電性の高い炭
素粉末であるが、この層状構造のため滑性があり耐摩耗
性も良いため摺動抵抗器用導電性粒子として適当である
。

炭素粉末の主成分としてはこのようにグラファイトが好
ましいのであるが、印刷抵抗器の他の特性との関係で、
本発明の抵抗器用カーボンペースト組成物の導電成分は
、グラファイトと他の高導電性炭素粉末を併用すること
が多い。

抵抗器用カーボンペースト組成物における炭素粉末の配
合量は、印刷抵抗器の目的とする抵抗値により決定され
る。

後述の非導電性充填材と炭素粉末の合計の配合量は、後
述の熱硬化性バインダ１００重量部（以下単に「部」と
称する。）当り、１２０部以下が好ましい。１２０部を
超えて配合すると粘度が高すぎてペースト化することが
困難になる。

ＰＴＦ抵抗器用ペーストのバインダとしては熱可塑性樹
脂、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂及び放射線硬化性樹脂
等積々のものが知られているが、本発明の抵抗器用カー
ボンペースト組成物には、熱、湿度等の様々な環境耐性
を有する熱硬化性樹脂を用いるものである。

ここで熱硬化性樹脂とは反応性官能基を有するモノマー
、オリゴマー及び／又はプレポリマー（以下単に「プレ
ポリマー」と称する。）の混合物を指し、抵抗器用カー
ボンペースト組成物として配合した後、加熱して硬化さ
せるものである。

熱硬化性樹脂の内でも架橋度が高く耐熱性の高いものを
バインダとして使用することにより耐久信頼性の高い印
刷抵抗器を得ることができる。

このような熱硬化性樹脂としては通常市販されているも
のが使用できるが、メチロール基の反応により重合する
プレポリマー、或いは該プレポリマー及びオキシラン基
の開環反応により重合するプレポリマーの混合物を主成
分とするものは、炭素粉末との親和性及び基板との密着
性が良く、硬化条件により百数十〜二百数十°Ｃのガラ
ス転移点を持つ事ができるものであり、かつ後述の有機
Ｔｉ、Ｓｉ又はＡｌ化合物、酸化亜鉛粉末、並びに炭素
粉末等と共に抵抗器用カーボンペースト組成物を作成し
た場合、これを用いた摺動抵抗器は充分な耐久信頼性を
示すため最も好ましい。

メチロール基の反応により重合するプレポリマーとは、
メチロール基を分子中に一つ以上有する芳香族環及び／
又は芳香族性を持つ環を有する化合物のプレポリマーで
あり、例えば架橋硬化させる前のフェノールホルムアル
デヒド樹脂、ウレアホルムアルデヒド樹脂、メラミンホ
ルムアルデヒド樹脂、フェノール変性キシレンホルムア
ルデヒド樹脂、フェノールフルフラール樹脂、フルフラ
ールアセトン樹脂、ケトンホルムアルデヒド樹脂、ベン
ゾグアナミンホルムアルデヒド樹脂及びアニリンホルム
アルデヒド樹脂等が挙げられる。

オキシラン基の開環反応により重合するプレポリマーと
は、種々の化合物とエビハロヒドリンとの反応により得
られる化合物、或いは二重結合の酸化によって得られる
グリシジル基を備えた化合物のプレポリマーであり、例
えばビスフェノール型、フエノールノボラツク型又はタ
レゾールノボラック型等のグリシジルエーテルタイプエ
ポキシ樹脂、グリシジルアミンタイプエポキシ樹脂、脂
環族タイプエポキシ樹脂、脂肪酸エステル型又は芳香族
カルボン酸型等のグリシジルエステルタイプエポキシ樹
脂等が挙げられる。

本発明で使用する有機Ｔｉ、Ｓｉ又はＡｌ化合物とは、
Ｔｉ、Ｓｔ又はＡｌのアルコキシドタイプ、有機酸塩タ
イプ、キレート化合物タイプ又は多座配位化合物タイプ
等積々のタイプのもののでこれらの１種又は２種以上が
使用できる。これらは一般にカップリング削として市販
されているものである。

本発明はこれらの化合物と後述の酸化亜鉛粉末を、抵抗
器用カーボンペース）＆Ｉｌ成物生物中加すると、問題
となっている耐湿負荷特性を大幅に上げるという、従来
全く予測されていなかった知見をもとに完成されたもの
である。

該化合物の中で、特に有機Ｔｉ化合物はこの効果が最も
顕著であり好ましいものである。

使用できる有機Ｔｉ化合物を例示すると、イソブロビル
チタントリリシル−ト、イソプロピルアクリルチタンジ
ステアレート、イソプロピルチタントリ（ジオクチルピ
ロホスフェート）、イソブロビルエトキシチタンジ（ジ
ブチルピロホスフェート）、チタンジイソステアレート
オキシアセテート、チタンジ（ジオクチルホスフェート
）オキシアセテート、ジ（ジオクチルホスフェート）エ
チレンチタネート、ジ（２−フォルミルフェニル）エチ
レンチタネート、テトライソプロビルジ（ジラウリルホ
スファイト）チタネート、及びテトラオクチルオキシチ
タニウムジ（ラウリルホスファイト）等がある。

有機Ｔｉ、Ｓｉ又はＡｌ化合物の好ましい配合量は、熱
硬化性バインダ１００部当り、０．５〜ＩＯ部である。

配合量が少ないと効果が発揮されず、１０部を超えて配
合してもそれ以上の効果は出す、コスト高になり好まし
くない。

本発明において前述の有機金属化合物と併用して添加す
る第二の成分は酸化亜鉛粉末である。

これを前述の有機金属化合物と併用して抵抗器用カーボ
ンペースト組成物に添加することにより耐湿負荷特性を
大幅に上げるこ七ができる。

酸化亜鉛粉末の好ましい配合量は、熱硬化性バインダ１
００部当り、０．５〜１０部である。

配合量が少ないと効果が発揮されず、多すぎると印刷性
が悪くなり各々好ましくない。

本発明の抵抗器用カーボンペースト組成物には、粘度特
性を調整し印刷性を上げるため、或いは印刷抵抗器の種
々の特性を調整するために非導電性充填材を配合するこ
とができる。

これらは無機物又は有機物の微粉末であり、無機充填材
としては例えば、コロイド状シリカ、熔融シリカ、アル
ミナ、タルク、マイカ、酸化鉄、炭酸カルシウム、炭酸
マグネシウム、ベントナイト、ドロマイト及びカオリン
等が挙げられ、有機充填材としては、熱硬化性樹脂、例
えばフェノール樹脂及びベンゾグアナミン樹脂等の硬化
物粉末、並びに熱可塑性樹脂、例えばポリメチルメタク
リレート、ポリエチレン及びポリスチレン等の粉末が挙
げられる これらは二種以上混合して用いても良い。

本発明のカーボン抵抗器用ペースト組成物には、ケトン
系、エステル系、エーテル系又はアルコール系等の希釈
溶剤も配合できる。

スクリーン印刷等を考えた場合、高沸点の溶剤が好まし
く、例えばブチルセロソルブアセテート、ブチルカルピ
トールアセテ−１−、イソボロン及びテルピネオール等
が好ましく用いられる。

溶剤は、抵抗ペーストを構成する他の固形成分１００部
当り５０〜１５０部程度の配合が好ましい。

その他必要に応じて、低分子化合物、例えばレベリング
性改良剤等の種々のインク特性改良剤、分散性改良剤又
は密着性改良剤等、並びに着色剤である種々の顔料又は
染料等を適宜配合して抵抗器用カーボンペースト組成物
を製造する。

抵抗器用カーボンペースト組成物を印刷する方法として
はスクリーン印刷、グラビア印刷、オフセット印刷及び
ノズルによる描画法があるが、最も一般的なものはスク
リーン印刷である。

乾燥硬化方法としては熱風炉、遠赤外線炉、近赤外線炉
及びマイクロ波加熱炉等が用いられる。

〔作用〕

有機Ｔｉ、Ｓｉ又はＡｌ化合物並びに酸化亜鉛粉末を配
合した本発明の抵抗器用カーボンペースト組成物を用い
て得られるＰＴＦ印刷抵抗器が、耐湿負荷特性がよい理
由は明らかでないが、前述のように耐湿負荷試験におい
て故障の原因として考えられている酸化又はイオンマイ
グレーションの防止に効果があるものと推測される。

［実施例〕 以下、実施例及び比較例を用いて本発明の詳細な説明す
る。

実施例１ 熱硬化性バインダとしてフェノール樹脂　ショウノール
ＥＬＳ−０７６（昭和高分子■製）とクレゾールノボラ
ック型エポキシ樹脂　エポトートＹＤＣＮ−７０４（東
部化成■製）を固型分換算で各々３５部及び１５部、炭
素粉末としてカーボン粒子であるケ・ンチェンブラック
ＥＣ−３００（三菱油化■製）及び人造黒鉛であるグラ
ファイトＡＴ−４０（オリエンタル産業■製）を各２部
８部ずつ、エポキシ樹脂硬化剤として２ＭＺ−ＡＺ　ｒ
ＮＥ　（四国化成工業昧製）を０．５部、非導電性充填
材としてシリカ微粉末であるアエロジル２００　（日本
アエロジｌしＩＩ製）を７部、γ−グリシドキシプロビ
ルトリメトキシシランを２部、酸化亜鉛を２部並びに溶
剤としてブチルカルピトールアセテートを８５部配合し
、三木ロールにて混練し抵抗器用カーボンペースト組成
物を得た。

３５μｍｆｌ箔張り紙フエノール絶縁基板Ｒ６７００（
松下電工■製）を用いて、その５０ｍｍ角内にエツチン
グ銅箔端子を５Ｍｉパターンニングしたテストピースを
準備した。このテストピース上の端子間に前記組成物を
印刷乾燥しく１５０°Ｃ１５分）、銅箔端子と印刷抵抗
器に２ｍｒｎずつ重なってＰＴＦ銀ペーストＣ−１００
（東亜合成化学工業■製）を印刷乾燥しく同前）、１８
０”Ｃで８０分硬化して各抵抗器有効サイズが巾４ｍｒ
ｎ、端子間４０ｍｍ、固形分厚み２０部２μｍである印
刷抵抗器を得た。

このようにして都合４個のテストピースを作成し合計２
０個の印刷抵抗器を得た。この抵抗器の端子間抵抗値は
２０μｍ厚みに換算して（以下に記す全ての端子間抵抗
値は２０μｍ厚みに換算したアスペクト比（抵抗器の有
効長さ／抵抗器の巾）１０の平均値を表わす。）平均３
７２、４　ＫΩであった。

２５０ｇ圧着力下での銀線摺動端子と抵抗器表面との集
中接触抵抗値は（以下に記す全ての接触抵抗値は同じ方
法での平均値を表わす。）１２、５　ＫΩであり、この
値は平均端子間抵抗値に比べて（以下この比率を単に「
接触抵抗率Ｊと略称する。）、３．３６％と問題ない値
であった。

２５０ｇ圧着力下での銀線摺動端子を抵抗器上で１００
回摺動した後の集中接触抵抗値の変化率は４．９％と良
好な結果であった。

また４０°Ｃ１９５％Ｒｈ、１０００時間の耐湿試験（
以下「耐湿試験」と称する。）をした後の抵抗値変化率
は端子間抵抗値で３．８％、集中接触抵抗値で６．４％
と良好であり、７０″Ｃ１１０００時間の耐熱試験（以
下１耐熱試験」と称する。）をした後の抵抗値変化率は
、端子間抵抗値で−３，５％、集中接触抵抗値で４．２
シロと良好であった。

耐湿負荷試験、即ち耐湿試験条件で抵抗器に０、ＩＷの
電力を印加して１０００時間後の抵抗値変化率をみたが
端子間抵抗値で３．３％と良好でありＰＴＦ銀ペースト
との接点も外観上異常はなく、もちろん断線もなかった
。

実施例２〜４及び比較例１〜２ 抵抗器用カーボンペースト組成物の組成を表１に、評価
結果を表２に示す。表に示した以外のことは全て実施例
１と同様である。

＼ （ハ）発明の効果 本発明の抵抗器用カーボンペース）＆［ｌ酸物は耐久信
転性が良く、これを用いて得られた印刷抵抗器、特に印
刷摺動抵抗器は、電子部品の高倍転化に大きく貢献する
ものである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．下記成分からなる抵抗器用カーボンペースト組成物 （Ａ）炭素粉末 （Ｂ）熱硬化性バインダ （Ｃ）有機Ｔｉ、Ｓｉ又はＡｌ化合物 （Ｄ）酸化亜鉛粉末