JP2013163808A - ポリマー厚膜正温度係数炭素組成物 - Google Patents
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Abstract
【課題】ポリマー厚膜正温度係数炭素組成物を提供する。
【解決手段】本発明は、（ａ）（ｉ）有機ポリマーバインダー；および（ｉｉ）溶媒を含む有機媒体と；（ｂ）導電性炭素粉末とを含むポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物に関する。本組成物は、すべての溶媒を除去することが必要な時に、および温度により加工されてもよい。
本発明は、溶媒を除去するために乾燥された本発明の組成物を含むＰＴＣ回路と、ならびにそのようなＰＴＣ回路を含有する物品、たとえば、ミラーヒーターおよびシートヒーターとにさらに関する。
【選択図】なし
【解決手段】本発明は、（ａ）（ｉ）有機ポリマーバインダー；および（ｉｉ）溶媒を含む有機媒体と；（ｂ）導電性炭素粉末とを含むポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物に関する。本組成物は、すべての溶媒を除去することが必要な時に、および温度により加工されてもよい。
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【選択図】なし
Description
本発明は、自動制御ヒーター回路での使用のためのポリマー厚膜（ＰＴＦ）正温度係数（ＰＴＣ）炭素抵抗体組成物に関する。
導電性ポリマーの電気的特性がそれらの温度に頻繁に依存することは当該技術分野においてよく知られている。非常に小さい割合の導電性ポリマーは、正温度係数（ＰＴＣ）、すなわち、ある特定の温度でまたはある特定の温度範囲にわたって固有抵抗の急増を示す。ＰＴＣ挙動を示す材料は、回路を通過する電流のサイズが回路の一部を形成するＰＴＣ素子の温度によって制御される多数の用途において有用である。
ＰＴＣ回路は典型的には、自動車などにおいて見いだされるミラーヒーターおよびシートヒーターなどの自動温度調節回路として用いられる。それらは、外部温度自動調節器の代わりに用いられる。それらは、これらのタイプの用途において長年使用されてきたが、ＰＴＣ回路は、抵抗シフト安定性、動力オン／オフ・サイクリング不一致、および二次加工に使用される接着剤に対する感受性などの問題を典型的には抱えている。すべてのこれらの問題は、機能性ＰＴＣ回路に負の影響を及ぼし得るし、負の影響を及ぼす。これらの問題を軽減するのに役立ち、こうしてより効率的な、信頼できるＰＴＣ回路を製造するのに役立つことが本発明の目的である。
本発明は、
（ａ）（ｉ）二フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマーであるフルオロポリマー樹脂；および
（ｉｉ）有機溶媒
を含む、５０〜９９重量パーセントの有機媒体であって、フルオロポリマー樹脂が、総有機媒体の１０〜５０重量パーセントであり、そして有機溶媒に溶解している有機媒体と；
（ｂ）有機媒体に分散している、１〜５０％の導電性カーボンブラックと
を含む、ポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物であって、有機媒体および導電性カーボンブラック粉末の重量パーセントが、ポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物の総量を基準とする組成物に関する。
（ａ）（ｉ）二フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマーであるフルオロポリマー樹脂；および
（ｉｉ）有機溶媒
を含む、５０〜９９重量パーセントの有機媒体であって、フルオロポリマー樹脂が、総有機媒体の１０〜５０重量パーセントであり、そして有機溶媒に溶解している有機媒体と；
（ｂ）有機媒体に分散している、１〜５０％の導電性カーボンブラックと
を含む、ポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物であって、有機媒体および導電性カーボンブラック粉末の重量パーセントが、ポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物の総量を基準とする組成物に関する。
本組成物は、すべての溶媒を除去することが必要な時に、および温度により加工されてもよい。
本発明は、溶媒を除去するために乾燥された本発明の組成物を含むＰＴＣ回路と、ならびにそのようなＰＴＣ回路を含有する物品、たとえば、ミラーヒーターおよびシートヒーターとにさらに関する。
本発明は、ポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物およびＰＴＣ加熱回路における活性なＰＴＣ炭素抵抗体の形成でのその使用を記載する。それは典型的には、全回路の加熱を提供するために使用される。封入剤の層が時々、活性なＰＴＣ炭素抵抗体の上に印刷され、乾燥される。
一般に、厚膜組成物は、適切な電気的機能特性を組成物に与える機能相を含む。この機能相は、機能相のためのキャリアとして働く有機媒体中に分散された電気的機能性粉末を含む。一般に、組成物は、有機化合物を焼き尽くすためにおよび電気的機能特性を与えるために燃やされる。しかし、ポリマー厚膜組成物の場合には、ポリマーまたは樹脂成分は、乾燥および溶媒の除去後に組成物の不可欠な部分として留まる。
ポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物の成分は、以下に議論される。
有機媒体
樹脂またはポリマーは典型的には、好適な一貫性および印刷のためのレオロジーを有する「有機媒体」を製造するために溶媒に加えられる。多種多様な不活性液体を有機媒体として使用することができる。有機媒体は、固形分が十分な程度の安定性を持ってその中に分散可能であるものでなければならない。媒体のレオロジー的特性は、それらが良好な塗布特性を組成物に与えるようなものでなければならない。そのような特性としては、十分な程度の安定性を持った固形分の分散、組成物の良好な塗布、適切な粘度、チキソトロピー、基材および固形分の適切な湿潤性、良好な乾燥速度、ならびに手荒な取り扱いに耐えるのに十分な乾燥フィルム強度が挙げられる。
樹脂またはポリマーは典型的には、好適な一貫性および印刷のためのレオロジーを有する「有機媒体」を製造するために溶媒に加えられる。多種多様な不活性液体を有機媒体として使用することができる。有機媒体は、固形分が十分な程度の安定性を持ってその中に分散可能であるものでなければならない。媒体のレオロジー的特性は、それらが良好な塗布特性を組成物に与えるようなものでなければならない。そのような特性としては、十分な程度の安定性を持った固形分の分散、組成物の良好な塗布、適切な粘度、チキソトロピー、基材および固形分の適切な湿潤性、良好な乾燥速度、ならびに手荒な取り扱いに耐えるのに十分な乾燥フィルム強度が挙げられる。
本発明に使用されるフルオロポリマー樹脂は、二フッ化ビニリデン（ＶＦ２）とヘキサフルオロプロピレン（ＨＦＰ）とのコポリマーであり、ＰＴＣ組成物に重要な特性を与える。具体的には、見いだされる一般的な有機溶媒への樹脂の溶解度および温度安定性は、試験された他のフルオロポリマーのそれらと比較して異なった。ＰＴＦ銀層および下にある基材の両方への良好な接着性を両方とも達成するのに役立つ、かつ、それらと相溶性である二フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマーは、ＰＴＣ性能、ＰＴＣ回路についての２つの決定的に重要である特性に悪影響を及ぼさないであろう。ある実施形態においては、このフルオロポリマー樹脂は、組成物の総重量の１０〜５０％、１５〜３５％、または２２．５〜２７．５％であってもよい。
ポリマー厚膜組成物での使用に好適な溶媒は、当業者によって認められており、アセテートおよびアルファ−もしくはベータ−テルピネオールなどのテルペン、またはそれらアセテートおよびテルペンと灯油、ジブチルフタレート、ブチルカルビトール、ブチルカルビトールアセテート、ヘキシレングリコールおよび高沸点アルコールならびにアルコールエステルなどの他の溶媒との混合物が挙げられる。加えて、基材上への塗布後に迅速な硬化を促進するための揮発性液体が、ビヒクル中に含められてもよい。本発明の多くの実施形態においては、グリコールエーテル、ケトン、エステルおよび同様な沸点の（１８０℃〜２５０℃の範囲の）他の溶媒、ならびにそれらの混合物などの溶媒が使用されてもよい。好ましい媒体は、ＤｉＢａｓｉｃ Ｅｓｔｅｒｓ（二塩基性エステル）をベースにしている。これらの溶媒と他の溶媒との様々な組み合わせが、所望の粘度および揮発度要件を得るために調合される。使用される溶媒は、樹脂を可溶化しなければならない。
導電性粉末
本発明で使用される導電性粉末は、標的抵抗（１〜５０Ｋオーム／平方）および所望のＰＴＣ効果を達成するために必要とされる導電性炭素またはカーボンブラックである。他の炭素粉末および／または黒鉛が、導電性カーボンブラックならびにヒュームドシリカなどの非導電性粉末の組み合わせと併せて使用されてもよい。他の印刷助剤が使用されてもよい。銀および金などの一般的な導電性粉末がまた、炭素粉末と併せて使用されてもよい。
本発明で使用される導電性粉末は、標的抵抗（１〜５０Ｋオーム／平方）および所望のＰＴＣ効果を達成するために必要とされる導電性炭素またはカーボンブラックである。他の炭素粉末および／または黒鉛が、導電性カーボンブラックならびにヒュームドシリカなどの非導電性粉末の組み合わせと併せて使用されてもよい。他の印刷助剤が使用されてもよい。銀および金などの一般的な導電性粉末がまた、炭素粉末と併せて使用されてもよい。
厚膜の用途
「ペースト」としても知られるポリマー厚膜組成物は典型的には、ガスおよび水分を透過しない、ポリエステルなどの、基材上に沈着される。基材はまた、その上に沈着されたプラスチックシートと任意の金属層もしくは誘電性層との組み合わせで構成される複合材料などのシートであることができる。
「ペースト」としても知られるポリマー厚膜組成物は典型的には、ガスおよび水分を透過しない、ポリエステルなどの、基材上に沈着される。基材はまた、その上に沈着されたプラスチックシートと任意の金属層もしくは誘電性層との組み合わせで構成される複合材料などのシートであることができる。
ＰＴＦ ＰＴＣ組成物の沈着は、型紙捺染、注射器計量分配またはコーティング技法などの他の沈着技法を利用することができるが、スクリーン印刷によって好ましくは行われる。スクリーン印刷の場合には、スクリーンメッシュ寸法が沈着厚膜の厚さを制御する。
１４０℃で典型的には１０〜１５分間熱への暴露によって、沈着厚膜は乾燥される、すなわち、溶媒は除去される。
一実施形態においては、ＰＴＦ ＰＴＣ炭素抵抗体組成物は、ＤｕＰｏｎｔ ５０６４銀導電性インク（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）などのＰＴＦ銀組成物の上にスクリーン印刷層として使用される。
本発明は、実例を示すことによってさらに詳細に議論される。しかし、本発明の範囲は、これらの実例によって決して限定されない。
実施例１および比較例Ａ
実施例１
ＰＴＦ ＰＴＣ炭素抵抗体組成物（ペースト）を、次の通り先ず有機媒体を調製することによって調製した：２５．０重量％の二フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー樹脂（Ａｒｋｅｍａ Ｉｎｃ．Ｋｉｎｇ ｏｆ Ｐｒｕｓｓｉａ，ＰＡ製のＲＣ−１０，２３５）を、７５．０重量％の二塩基性エステルＤＢＥTM−９（ＩｎｖｉｓｔａTM，Ｗｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）有機溶媒と混合した。この樹脂の分子量は約２０，０００であった。上記の混合物を９０℃で１〜２時間加熱して樹脂をすべて溶解させ、有機媒体を形成した。導電性カーボンブラックＭｏｎａｒｃｈ（登録商標）１２０（Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐ．，Ｂｏｓｔｏｎ，ＭＡ）を次に、適切な量の有機媒体に加えた。
実施例１
ＰＴＦ ＰＴＣ炭素抵抗体組成物（ペースト）を、次の通り先ず有機媒体を調製することによって調製した：２５．０重量％の二フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー樹脂（Ａｒｋｅｍａ Ｉｎｃ．Ｋｉｎｇ ｏｆ Ｐｒｕｓｓｉａ，ＰＡ製のＲＣ−１０，２３５）を、７５．０重量％の二塩基性エステルＤＢＥTM−９（ＩｎｖｉｓｔａTM，Ｗｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）有機溶媒と混合した。この樹脂の分子量は約２０，０００であった。上記の混合物を９０℃で１〜２時間加熱して樹脂をすべて溶解させ、有機媒体を形成した。導電性カーボンブラックＭｏｎａｒｃｈ（登録商標）１２０（Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐ．，Ｂｏｓｔｏｎ，ＭＡ）を次に、適切な量の有機媒体に加えた。
このＰＴＦ ＰＴＣ炭素抵抗体組成を下に示す：
８２．７２％ 有機媒体
８．１８ 導電性カーボンブラック粉末
９．１０ ＤＢＥTM−９溶媒
８２．７２％ 有機媒体
８．１８ 導電性カーボンブラック粉末
９．１０ ＤＢＥTM−９溶媒
この組成物を惑星ミキサーで３０分間混合した。組成物を次に３−ロールミルに移し、そこで０ｐｓｉでのワンパスおよび１５０ｐｓｉでのワンパスにかけた。その結果は、ＰＴＦ ＰＴＣ炭素抵抗体組成物であった。
回路を次の通り二次加工した：２８０メッシュのステンレススチールスクリーンを用いて、一連の互いに絡み合った銀ラインを、ＤｕＰｏｎｔ ５０６４銀導電性インク（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）を使用してポリエステル基材上に印刷した。この銀導体を、強制空気ボックスオーブン中１４０℃で１５分間乾燥させた。次に、互いに絡み合ったラインの標準ＰＴＣ回路パターンを、銀導電性インクで行ったように印刷し、強制空気ボックスオーブン中１４０℃で１５分間乾燥させた上記のＰＴＦ ＰＴＣ炭素抵抗体組成物で作った。ＰＴＣ回路の特性を測定した。ＰＴＣペーストの固有抵抗は、約１０オーム／平方であった。まとめ表は下に現れる。
比較例Ａ
ＰＴＣ回路をポリエステル基材上に、先ずＤｕＰｏｎｔ ５０６４銀導電性インク、引き続きＤｕＰｏｎｔ ７２８２炭素抵抗体厚膜組成物（ＤｕＰｏｎｔ ７２８２ Ｃａｒｂｏｎ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ Ｔｈｉｃｋ Ｆｉｌｍ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）を使用して上記の通り正確に製造した。それらをそれぞれ、上記の通り１４０℃で１５分間乾燥させた。実施例１との唯一の相違は、本発明のＰＴＦ ＰＴＣ炭素抵抗体組成物の代わりにＤｕＰｏｎｔ ７２８２ Ｃａｒｂｏｎ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ Ｔｈｉｃｋ Ｆｉｌｍ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎを使用することであった。ＰＴＣ回路の特性を下にまとめる。
ＰＴＣ回路をポリエステル基材上に、先ずＤｕＰｏｎｔ ５０６４銀導電性インク、引き続きＤｕＰｏｎｔ ７２８２炭素抵抗体厚膜組成物（ＤｕＰｏｎｔ ７２８２ Ｃａｒｂｏｎ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ Ｔｈｉｃｋ Ｆｉｌｍ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）（ＤｕＰｏｎｔ Ｃｏ．，Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ，ＤＥ）を使用して上記の通り正確に製造した。それらをそれぞれ、上記の通り１４０℃で１５分間乾燥させた。実施例１との唯一の相違は、本発明のＰＴＦ ＰＴＣ炭素抵抗体組成物の代わりにＤｕＰｏｎｔ ７２８２ Ｃａｒｂｏｎ Ｒｅｓｉｓｔｏｒ Ｔｈｉｃｋ Ｆｉｌｍ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎを使用することであった。ＰＴＣ回路の特性を下にまとめる。
さらに、６５℃での抵抗／室温（約２５℃）での抵抗の比によって測定されるようなＰＴＣ効果の大きさは、実施例１において約３倍だけ増加し、それは比較例Ａにおいて見られたものと同様であるが、初期抵抗値の半分であり、ＶＦ２／ＨＦＰコポリマーを使った組成物を使用するときに見られる改善をさらに実証する。
Claims (8)
- （ａ）（ｉ）二フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマーであるフルオロポリマー樹脂；および
（ｉｉ）有機溶媒
を含む、５０〜９９重量パーセントの有機媒体であって、前記フルオロポリマー樹脂が、前記総有機媒体の１０〜５０重量パーセントであり、そして前記有機溶媒に溶解している有機媒体と；
（ｂ）前記有機媒体に分散している、１〜５０％の導電性カーボンブラック粉末とを含む、ポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物であって、前記有機媒体および前記導電性カーボンブラック粉末の重量パーセントが、ポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物の総量を基準とする組成物。 - ヒュームドシリカをさらに含む、請求項１に記載のポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物。
- 前記フルオロポリマー樹脂が、前記総有機媒体の１５〜３５重量パーセントである、請求項１に記載のポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物。
- 前記フルオロポリマー樹脂が、前記総有機媒体の２２．５〜２７．５重量パーセントである、請求項１に記載のポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物。
- 前記ポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物が、前記溶媒を除去するために乾燥された、請求項１〜４のいずれか一項に記載のポリマー厚膜正温度係数炭素抵抗体組成物を含む正温度回路。
- 請求項５に記載の正温度回路を含有する物品。
- ミラーヒーターの形態での請求項６に記載の物品。
- シートヒーターの形態での請求項６に記載の物品。
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