JP2007278867A - 湿度感知部品の電極構造 - Google Patents

Abstract

【課題】湿度感知部品の電極構造を提供する。
【解決手段】主に基板表面の湿度感知区中に相互に対応する陽極作業電極と陰極作業電極を形成する。該陽極作業電極と該陰極作業電極の表面上にはそれぞれ陽極導電層と陰極導電層を形成し、該陽極導電層と該陰極導電層上及び該基板全体の表面が湿度感知膜で覆う。該基板はセラミック材料或いは高分子材料を使用し製造し、該陽極作業電極と該陰極作業電極は銅、ニッケル、銀、プラチナ、金、パラジウム、ルテニウムから選択し製造する。該陽極導電層、該陰極導電層は（一）カーボンブラック或いはグラファイトと高分子材料の複合材料、或いは（二）導電高分子、或いは（三）惰性金属から選択し製造する。
【選択図】図３

Description

本発明は一種の湿度感知部品の電極構造に関する。特に一種の材料コストが低く、材料選択の幅が広い湿度感知部品の電極構造に係る。

湿度感知部品は空調、環境制御、農業施設などの領域を始め、現代生活に幅広く普及している。現在湿度感知に用いられている材料はおよそ電解質、精密セラミック、高分子材料に分けられる。精密セラミックの長所は安定性と耐熱性が高い点であるが、感知可能な湿度の範囲が狭く、しかも分子は多孔湿セラミック内部の毛細現象により明確な遅滞現象を生じるという欠点がある。

親水性高分子材料は湿度感知特性が優れているためセラミック、電解質などに比べ湿度感知材料としてより多く用いられている。しかし、親水性高分子材料は高湿度環境下に置くと、その優れた吸水特性のため感知材料の膨張湿潤(Swelling)或いは収縮(Shrinking)の作用を生じ、基板或いは電極上より剥離し、その既存の電気特性も変化してしまう(感知特性曲線の偏移、安定性の低下など)。

高分子湿度感知部品の多くはキャパシタ式とレジスタ式である。前者の回路設計及び製造工程は後者に比べ複雑で、コストも高い。周囲環境の湿度が変化した時、レジスタ式湿度感知部品はその抵抗値を変化させ、感知された抵抗氏は湿度読取り値に転換される。

図１、２に示すように公知の湿度感知部品１は基板１１の表面上において、導電材料により予定図形の湿度感知区１２を形成する。該湿度感知区１２中には、相互に対応しかつ相互に接触しない陽極作業電極１３と陰極作業電極１４を含み、かつ該陽極作業電極１３と該陰極作業電極１４はそれぞれ陽極延伸区間１３aと陰極延伸区間１４aにより陽極接触ワッシャ１３bと陰極接触ワッシャ１４bに接続される。該湿度感知区１２上には湿度感知膜(Humidity sensing material)１５を形成する。該湿度感知膜１５は適当な周波数と電圧値の交流作業電圧において、特定電気特性の変化状況に応じて湿度の変化を検査測定する。

すなわち公知の湿度感知部品はプラチナ、金、パラジウム、ルテニウムなどの貴金属材料を電極とするため、その材料コストが高騰し、湿度感知部品の全体的コストを高止まりさせていた。

さらにプラチナ、金、パラジウム、ルテニウムなどの金属材料を湿度感知部品の導電材料とすると、これら材料は導電性は優れているが、基板得うに設置するとき、高い操作温度を必要とするため、基板材料の選択はセラミック材料に限定されてしまう。

また実際の環境湿度の検査測定に応用する時には、公知の湿度感知部品はしばしば感知材料と基板或いは電極上に剥落の問題が起こり、感知特性曲線が変異し、安定性が低下するという問題があった。

本発明は上記構造の問題点を解決した湿度感知部品の電極構造を提供するものである。それは主に基板表面の湿度感知区中に相互に対応する陽極作業電極と陰極作業電極を形成する。該陽極作業電極と該陰極作業電極の表面上にはそれぞれ陽極導電層と陰極導電層を形成し、該陽極導電層と該陰極導電層上及び該基板全体の表面が湿度感知膜で覆い、該湿度感知膜は予定の周波数と電圧値の交流作業電圧において、電気特性の変化状況に応じて湿度の変化を検査測定し、該基板はセラミック材料或いは高分子材料を使用し製造し、該陽極作業電極と該陰極作業電極は銅、ニッケル、銀、プラチナ、金、パラジウム、ルテニウムから選択し製造し、該陽極導電層、該陰極導電層は（一）カーボンブラック或いはグラファイトと高分子材料の複合材料、或いは（二）導電高分子（ポリアニリン、ポリアセチレン、ポリピロールなど）、或いは（三）惰性金属（金、パラジウム、ルテニウムなど）から選択し製造する。

請求項１の発明は、主に環境湿度の感知に用い、湿度感知部品は基板、陽極作業電極、陰極作業電極、陽極導電層、陰極導電層、湿度感知膜を含み、
該基板は湿度感知部品のベースとし、該基板の表面には予定図形の湿度感知区を形成し、
該陽極作業電極は該基板の湿度感知区に形成し、該陽極作業電極は陽極延伸区間により陽極接触ワッシャに接続し、
該陰極作業電極は該基板の湿度感知区に形成し、かつ該陽極作業電極と相互に対応しかつ相互に絶縁し、該陰極作業電極は陰極延伸区間により陰極接触ワッシャに接続し、
該陽極導電層は該陽極作業電極の表面を覆い、
該陰極導電層は該陰極作業電極の表面を覆い、
該湿度感知膜は該陽極導電層と該陰極導電層上及び該基板全体の表面を覆い、
該湿度感知膜は予定の周波数と電圧値の交流作業電圧において、電気特性の変化状況に応じて湿度の変化を検査測定することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記基板はセラミック材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記基板は高分子材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記陽極作業電極と該陰極作業電極は銅、ニッケル、銀、プラチナ、金、パラジウム、ルテニウムの内の一つを材料として使用することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記陽極導電層と該陰極導電層はカーボンブラックと高分子材料の複合材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記陽極導電層と該陰極導電層はグラファイトと高分子材料の複合材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記陽極導電層と該陰極導電層は導電高分子から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。
請求項８の発明は、請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記陽極導電層と該陰極導電層は惰性金属から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。
請求項９の発明は、請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記湿度感知膜は高分子材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。

請求項１０の発明は、主に環境湿度の感知に用い、湿度感知部品は基板、陽極導電層、陰極導電層、湿度感知膜を含み、
該基板は湿度感知部品のベースとし、該基板の表面には予定図形の湿度感知区を形成し、
該陽極導電層は該基板の湿度感知区に形成し、該湿度感知区の陽極作業電極とし、該陽極導電層は（a）カーボンブラック或いはグラファイトと高分子材料の複合材料、或いは（b）導電高分子、或いは（c）惰性金属から一つを選択し、
該陰極導電層は該基板の湿度感知区に形成し、かつ該陽極導電層と相互に対応し、相互に絶縁し、該湿度感知部品の陰極作業電極とし、該陰極導電層は（a）カーボンブラック或いはグラファイトと高分子材料の複合材料、或いは（b）導電高分子、或いは（c）惰性金属から一つを選択し、
該湿度感知膜は該陽極導電層と該陰極導電層上及び該基板全体の表面を覆い、
該湿度感知膜は予定の周波数と電圧値の交流作業電圧において、電気特性の変化状況に応じて湿度の変化を検査測定することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。
請求項１１の発明は、請求項１０記載の湿度感知部品の電極構造において、前記基板はセラミック材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。
請求項１２の発明は、請求項１０記載の湿度感知部品の電極構造において、前記基板は高分子材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。
請求項１３の発明は、請求項１０記載の湿度感知部品の電極構造において、前記湿度感知膜は高分子材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造としている。

本発明は湿度感知部品の製造時にコストを低下させることができるため、本発明の湿度感知部品のコストは低く、当然高い市場競争力を具え、さらに本発明の技術により完成された湿度感知部品は陽極導電層と陰極導電層は陽極作業電極と陰極作業電極の表面と湿度感知膜を効果的に隔離することにより、陽極作業電極、陰極作業電極は該湿度感知膜のプリンティング或いはスパッタリングの工程においても影響を受けず、実際の使用時に外界環境の影響を受けることがなく、また本発明は比較的操作温度の引く材料を使用するため、基板材料の選択において、操作温度の制限をそれほど受けず、該基板材料は一般のセラミック材料を使用可能な他に、高分子材料を基板として採用することができ、材料の選択において極めてフレキシブルでしかもコストを低下させることができることを特徴とする湿度感知部品の電極構造である。

図３〜６に示すように、本発明の湿度感知部品２を製造する時には、先ず基板２１を製造し、湿度感知部品のベースとする。該基板２１は絶縁と難熱特性を備え、使用する材料は公知のセラミック材料の他、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエステル、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、尿素、メラミンなどの高分子材料とすることができる。

該基板２１の表面には予定図形の湿度感知区２２を形成し、該湿度感知区２２中には相互に対応しかつ相互に接触しない陽極作業電極２３と陰極作業電極２４を含み、該陽極作業電極２３と該陰極作業電極２４はそれぞれ陽極延伸区間２３aと陰極延伸区間２４aにより陽極接触ワッシャ２３bと陰極接触ワッシャ２４bに接続する。

該陽極作業電極２３と該陰極作業電極２４は銅、ニッケル、銀などの導電性に優れるが、相対的にコストの低い材料を使用する。これら金属材料は公知のプリンティング或いはスパッタリングの技術により該基板２１上に形成する。該陽極作業電極２３と該陰極作業電極２４もまたプラチナ、金、パラジウム、ルテニウムなどを材料として使用することができる。

該陽極作業電極２３、該陽極延伸区間２３a、該陽極接触ワッシャ２３b、該陰極作業電極２４、該陰極延伸区間２４a、該陰極接触ワッシャ２４bを完成後、該陽極作業電極２３、該陽極延伸区間２３aの表面に陽極導電層２５を形成し、該陰極作業電極２４、該陰極延伸区間２４aの表面には陰極導電層２６を形成する。

該陽極導電層２５、該陰極導電層２６は（一）カーボンブラック或いはグラファイトと高分子材料の複合材料、或いは（二）導電高分子、或いは（三）金、プラチナ、パラジウムなどの惰性金属を材料とする。該陽極導電層２５、該陰極導電層２６は公知のプリンティング或いはスパッタリングの技術により形成する。

最後に該陽極導電層２５、該陰極導電層２６上、及び該基板２１全体の表面を湿度感知膜２７で覆う。該湿度感知膜は高分子材料により製造する。該湿度感知膜２７は適当な周波数と電圧値の交流作業電圧において、特定電気特性の変化状況に応じて湿度の変化を検査測定する。

上記のように全体構造を完成後、該陽極導電層２５、該陰極導電層２６は該陽極作業電極２３、該陽極延伸区間２３a、該陰極作業電極２４、該陰極延伸区間２４aの表面に覆層構造を形成する。これにより該陽極作業電極２３、該陽極延伸区間２３a、該陰極作業電極２４、該陰極延伸区間２４aの表面は該湿度感知膜２７のプリンティング或いはスパッタリングの工程においても影響を受けず、実際使用時にも外界環境の影響を受けることはない。

さらに、本発明の該陽極作業電極２３、該陽極延伸区間２３a、該陽極接触ワッシャ２３b、該陰極作業電極２４、該陰極延伸区間２４a、該陰極接触ワッシャ２４bが使用する材料は貴金属材料に限定されず、銅、ニッケル、銀などコストの低い材料を使用することもできる。よって、本発明の湿度感知部品のコストは比較的低く抑えることができる。

本発明は銅、ニッケル、銀などの導電材料を該陽極作業電極２３、該陽極延伸区間２３a、該陽極接触ワッシャ２３b、該陰極作業電極２４、該陰極延伸区間２４a、該陰極接触ワッシャ２４bに使用する時、その導電性は湿度感知部品の要求に符合している。

さらに、本発明の該陽極作業電極２３、該陽極延伸区間２３a、該陽極接触ワッシャ２３b、該陰極作業電極２４、該陰極延伸区間２４a、該陰極接触ワッシャ２４bは銅、ニッケル、銀などの操作温度が比較的低い材料を使用するため、基板材料の選択時に、高い操作温度の制限を受けることが少なく、該基板材料は公知のセラミック材料を使用可能である他、高分子材料を基板として使用することもできるなど、材料の選択に弾力性があり、しかもコストを低下させることができる。

続いて図７に示すように、本発明の第二実施例はおよそ前記の第一実施例と同様であるが、その差異は該湿度感知部品２aの基板２１表面において相互に対応しかつ相互に接触しない陽極作業電極２３と陰極作業電極２４を直接形成することができ、それぞれ湿度感知部品２aの陽極作業電極及び陰極作業電極とすることができる点である。

該陽極導電層２８と該陰極導電層２９もまた（一）カーボンブラック或いはグラファイトと高分子材料の複合材料、或いは（二）導電高分子、或いは（三）金、プラチナ、パラジウムなどの惰性金属を材料とする。該陽極導電層２８、該陰極導電層２９は公知のプリンティング或いはスパッタリングの技術により形成する。また該陽極導層２８及び陰極銅伝送２９上、及び基板２１全体の表面は一層の湿度感知膜２７で覆う。該湿度感知膜２７は高分子材料を使用する。

公知の湿度感知部品の平面指示図である。 図１の２−２位置における断面図である。 本発明第一実施例の湿度感知部品の製造時の平面図一である。 本発明第一実施例の湿度感知部品の製造時の平面図二である。 本発明第一実施例の湿度感知部品の製造時の平面図三である。 図５の６−６位置における断面図である。 本発明第二実施例の湿度感知部品の断面図である。

符号の説明

１ 公知の湿度感知部品
１１ 基板
１２ 湿度感知区
１３ 陽極作業電極
１３a 陽極延伸区間
１３b 陽極接触ワッシャ
１４ 陰極作業電極
１４a 陰極延伸区間
１４b 陰極接触ワッシャ
１５ 湿度感知膜
２、２a 湿度感知部品
２１ 基板
２２ 湿度感知区
２３ 陽極作業電極
２３a 陽極延伸区間
２３b 陽極接触ワッシャ
２４ 陰極作業電極
２４a 陰極延伸区間
２４b 陰極接触ワッシャ
２５ 陽極導電層
２６ 陰極導電層
２７ 湿度感知膜
２８ 陽極導電層
２９ 陰極導電層

Claims (13)

1. 主に環境湿度の感知に用い、湿度感知部品は基板、陽極作業電極、陰極作業電極、陽極導電層、陰極導電層、湿度感知膜を含み、
   該基板は湿度感知部品のベースとし、該基板の表面には予定図形の湿度感知区を形成し、
   該陽極作業電極は該基板の湿度感知区に形成し、該陽極作業電極は陽極延伸区間により陽極接触ワッシャに接続し、
   該陰極作業電極は該基板の湿度感知区に形成し、かつ該陽極作業電極と相互に対応しかつ相互に絶縁し、該陰極作業電極は陰極延伸区間により陰極接触ワッシャに接続し、
   該陽極導電層は該陽極作業電極の表面を覆い、
   該陰極導電層は該陰極作業電極の表面を覆い、
   該湿度感知膜は該陽極導電層と該陰極導電層上及び該基板全体の表面を覆い、
   該湿度感知膜は予定の周波数と電圧値の交流作業電圧において、電気特性の変化状況に応じて湿度の変化を検査測定することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
2. 請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記基板はセラミック材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
3. 請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記基板は高分子材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
4. 請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記陽極作業電極と該陰極作業電極は銅、ニッケル、銀、プラチナ、金、パラジウム、ルテニウムの内の一つを材料として使用することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
5. 請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記陽極導電層と該陰極導電層はカーボンブラックと高分子材料の複合材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
6. 請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記陽極導電層と該陰極導電層はグラファイトと高分子材料の複合材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
7. 請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記陽極導電層と該陰極導電層は導電高分子から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
8. 請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記陽極導電層と該陰極導電層は惰性金属から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
9. 請求項１記載の湿度感知部品の電極構造において、前記湿度感知膜は高分子材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
10. 主に環境湿度の感知に用い、湿度感知部品は基板、陽極導電層、陰極導電層、湿度感知膜を含み、
    該基板は湿度感知部品のベースとし、該基板の表面には予定図形の湿度感知区を形成し、
    該陽極導電層は該基板の湿度感知区に形成し、該湿度感知区の陽極作業電極とし、該陽極導電層は（a）カーボンブラック或いはグラファイトと高分子材料の複合材料、或いは（b）導電高分子、或いは（c）惰性金属から一つを選択し、
    該陰極導電層は該基板の湿度感知区に形成し、かつ該陽極導電層と相互に対応し、相互に絶縁し、該湿度感知部品の陰極作業電極とし、該陰極導電層は（a）カーボンブラック或いはグラファイトと高分子材料の複合材料、或いは（b）導電高分子、或いは（c）惰性金属から一つを選択し、
    該湿度感知膜は該陽極導電層と該陰極導電層上及び該基板全体の表面を覆い、
    該湿度感知膜は予定の周波数と電圧値の交流作業電圧において、電気特性の変化状況に応じて湿度の変化を検査測定することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
11. 請求項１０記載の湿度感知部品の電極構造において、前記基板はセラミック材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
12. 請求項１０記載の湿度感知部品の電極構造において、前記基板は高分子材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
13. 請求項１０記載の湿度感知部品の電極構造において、前記湿度感知膜は高分子材料から選択し製造することを特徴とする湿度感知部品の電極構造。
    

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