JPH11337419A - 感温センサおよびそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、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、高性能、高信頼性、
低コストの感温センサを提供することを目的とする。 【解決手段】 絶縁基板１上に対向するように電極２，
３を形成し、この電極２，３を含む絶縁基板１上に、新
規な可撓性エポキシ樹脂に硬化剤、導電性金属粉末を分
散させた感温膜４を形成して構成した。

Description

【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８．５
４ｇ、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４
０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）１．２
５ｇ、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８
０℃、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

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   感温層を形成した感温センサ。
2. 【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。
3. 【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。
4. 【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。
5. 【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。
6. 【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。
7. 【請求項７】 請求項１記載の感温センサを用いた電子
   機器。