JPH02209702A - 耐水性感湿素子 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は耐水性感湿素子、特には空気中の水分の化学吸
着やオイルミストなどのような汚染物質の吸着による感
湿特性の経時劣化がなく、水に浸漬しても感湿特性が殆
んど変化しないので、加熱クリーニング装置を必要とせ
ず、結露があったり、雨などの水分のかかる屋外でも長
時間安定して使用できる耐水性の感湿素子に関するもの
である。

（従来の技術） 感湿素子としては湿度による電気抵抗値の変化を利用し
たものが公知とされており、この感湿材料としては物理
的にも化学的にも安定であり、強度も高い金属酸化物系
セラミックスが多く用いられているが、この種のセラミ
ックスからなる感湿素子は空気中の水を繰り返し吸脱着
させると感湿膜表面に水酸基が吸着されたり、あるいは
オイルミストなどのような汚染物質が吸着されるために
電気抵抗値（感湿特性）が経時的に変化するという不利
がある。

そのため、この種の６湿素子については５００〜６００
℃で加熱クリーニングするという方法が採られているが
、これにはヒーターおよび駆動回路が必要とされるため
に素子が高価なものとなるし、電力消費も大きいという
欠点がある。

したがって、この感湿素子については加熱りリーニング
をしなくても安定して使用できる、いわゆる非加熱型の
ものとして有機けい素化合物重合体と導電性炭素粉末と
からなる組成物を焼成したものが提案されており（特開
昭５８−５５８４７号公報、特開昭６０−１８６７４８
号公報参照）、これについてはまた上記したセラミック
ス系の感湿素子の表面を有機けい素化合物重合体の硬化
皮膜で被覆したものも提案されている（特開昭５８−７
２０４９号公報参照）。

（解決されるべき課題） しかし、これらのセラミックス系感湿素子は空調機によ
って湿度を自動釣に調節するときの湿度センサーとして
使用する場合に、駆動および検出回路上その電気抵抗値
が２０℃、５０％ＲＨで１０６Ω以上と高いために使用
し難いという欠点があり、これについてはその電気抵抗
値を下げる目的において感湿膜にアルカリ金属イオンな
どのイオン剤を含有させたものも提案されている（特開
昭５８−３７９０１号公報、特開昭６１−１４７１４３
号公報参照）が、このものは水に浸漬した場合に感湿素
子中のイオンが水中に流出して減少するために電気抵抗
値が急激に高くなり、感湿機能が低下するどい欠点があ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明はこのような不利を解決した耐水性の感湿素子に
関するものであり、これは絶縁性基板上に形成させた導
電性電極の表面上に、シリコーン、無機酸化物、導電性
炭素粉およびアルカリ金属塩からなる組成物を焼成して
なる感湿層を設けてなることを特徴とするもの、またこ
の感湿層の表面をシリコーン硬化皮膜で被覆してなるこ
とを特徴とするものである。

すなわち、本発明者らは前記したような不利、欠点を伴
わない耐水性の感湿素子を開発すべく種々検討した結果
、絶縁性基板上に形成させた電極上に設ける感湿膜をシ
リコーンを結合剤とした無機酸化物と導電性炭素粉末お
よびアルカリ金属塩からなる組成物を焼成してなるもの
とし、この電極部にリード線を取りつけて感湿素子とす
ると、このものは水酸基やオイルミイストの吸着がなく
なって経時劣化の少ないものとなるので加熱クリーニン
グする必要がなくなるし、これはまた電気抵抗値が低い
ために使用し易く、さらにこの感湿膜をシリコーン硬化
皮膜で被覆すると、このものは水に浸漬してもアルカリ
金属イオンが水中に流出しないので水に浸漬しても感湿
特性が殆んど変化せず、したがって結露や雨などの水の
かかる屋外での使用も可能になるという有利性をもつも
のになるということを見出し、ここに使用するシリコー
ン、無機酸化物、導電性炭素粉末、アルカリ金属塩の種
類、配合量などについての研究を進めて本発明を完成さ
せた。

以下にこれをさらに詳述する。

（作用） 本発明の耐水性感湿素子は上記したように絶縁性基板上
に形成させた導電性電極の表面上に感湿膜を設けたもの
であるが、この絶縁性基板、電極は公知のものでよく、
したがってこれはアルミナ、Ａ４２Ｎ、ガラス、などの
絶縁性基板上にＡｇ−Ｐｄ合金ペースト、Ａｕペースト
、Ｒｕｂ２ペーストなどの導電性ペーストをスクリーン
印刷などで電極を形成させたものとすればよい。

電極の形状は特に限定されず、くし形電極、対向電極、
積層タイプのポーラス電極等公知のものが使用できるが
、好ましくはくし形電極とすることが良い。

本発明の耐水性感湿素子はこの公知の絶縁性基板上に形
成させた電極の表面に設けた感湿膜の構成に関するもの
であるが、この感湿膜はシリコーンを結合剤とする無機
酸化物、導電性炭素粉末およびアルカリ金属塩とからな
る組成物を焼成するか、またはこの上にシリコーン硬化
皮膜を被覆したものとされる。

この感湿膜の構成は無機酸化物、導電性炭素粉末、アル
カリ金属塩の所定量の混合物に結合剤としてのシリコー
ンを添加した組成物を上記した電極上にスクリーン印刷
、ディッピング、エアスプレー法などの方法で必要な膜
厚に塗布し、室温で乾燥し、１００〜２５０℃で焼成し
てこの塗膜を硬化させ、さらに３５０〜８５０℃で焼成
して多孔質化させたのち、６０〜８０℃、９５％ＲＨの
：囲気中でエージングして膜表面を水和安定化させるこ
とによって作られるが、このものはついでこの表面にシ
リコーンを塗布し、この塗膜を加熱硬化させてこの膜表
面をシリコーン硬化皮膜で被覆したものとすればより耐
水性のよいものになる。

この感湿膜を形成させるために使用される無機酸化物は
吸水量の多いシリカやゼオライトまたは造膜効果の高い
タルクなどとすればよいし、この導電性炭素粉末として
はカーボンブラック、グラファイトなととすればよく、
さらにこのアルカリ金属塩としては炭酸ソーダ（Ｎａ２
ＣＯ３）などのアルカリ酸素酸塩、Ｎａ、　Ｋ、　Ｒｂ
、　Ｃｓ等のアルカリ金属とＦ、　ＣＪＺ、Ｂｒ、１等
のハロゲン化アルカリ塩などが例示される。

また、この無機酸化物、導電性炭素粉末、アルカリ金属
塩の混合物はシリコーンを結合剤として含有する組成物
とされるが、このシリコーンはオルガノポリシロキサン
を主成分とするシリコーンオイル、シリコーンオイル、
シリコーンゴムのいずれであってもよいが、これは加熱
によって硬化するものとすることがよいので、有機過酸
化物などの硬化剤を含有させたもの、このオルガノシロ
キサンがアルケニル基含有オルガノシロキサンとけい素
結合水素原子を含有するオルガノハイドロジエンポリシ
ロキサンとの混合物であるときにはこれらを付加反応さ
せるための白金系触媒を含有するものとすることがよい
。

なお、この感湿膜を形成させるための各成分の配合比は
無機酸化物ｉｏｏ重量部に対して導電性炭素粉末が５重
量部より少ないと高抵抗となり、１００重量部より多く
すると低感度となるので、これは５〜１００重量部の範
囲とすることが好ましく、アルカリ金属塩については０
１５重量部より少なくすると高抵抗となり、５０重量部
より多くするとエージングに長時間を要するので、これ
は０．５〜５０重量部の範囲とすることが好ましい。ま
た、これらの結合剤としてのシリコーンの添加量は無機
化合物１００重量部に対して５重量部より少ないと膜強
度が低くなり、２００重量部より多くすると膜強度が低
くなり表面クラックが発生することがあるので、これは
５〜２００重量部、の範囲とすることが好ましい。

（実施例） つぎに本発明の実施例をあげるが、例中の部は重量部を
示したものである。

実施例１ ７Ｘ１７ｘＯ，６３５ｍｍのアルミナ絶縁基板１の上に
Ａｇ−Ｐｄ合金系ペーストを用いて第１図にボしたよう
にくし形状の電極部２をスクリーン印刷したのち、８０
０℃に加熱してこれを焼き付けた。

ついでこの電極２の上にメチルフェニルシリコーンフェ
ス・ＫＲ１５５［信越化学工業（株）製部品名］４０部
、シリカゲル４０部、タルク７部、グラファイト１０部
、炭酸ナトリウム３部からなる組成物をスクリーン印刷
して厚さ２０μｍの塗膜を作り、室温で６０分間乾燥し
たのち２００℃で３０分間焼成して膜を硬化させ、つい
で５００℃で９０分間焼成し、さらに８０℃、９５％Ｒ
Ｈの７囲気中で３００時間放置してエージングして感湿
層３を形成させ、この電極部にリード線４を半田づけし
て第１図に示したような感湿素子を作った。

つぎにこの感湿素子を温度湿度試験器中に入れ２０℃、
ＩＫＨｚ、ＩＶの条件でＬＣＺメータを用いてその感湿
特性をしらべたところ、第２図のＡ線（製作初期）、Ａ
゛線（６ケ月放置後）の結果が得られ、これは比較のた
めに行なった従来公知の八ｆｔ０ｓ−ＭｇＯＺｎＯ系の
セラミックス系感湿素子の測定結果としてのＢ線（製作
初期）、Ｂ°線（６ケ月放置後）にくらべて抵抗値の変
動が小さく、経時安定性及び感湿特性のすぐれたもので
あった。

また、この感湿素子についてはこれをデシケータ−中に
入れ、この中で０．３ｍｆＬのサラダ才イルを燃やして
オイルミストを発生させたのち２４時間放置するという
サイクルを８回繰り返してその劣化促進試験を行なった
ところ、本実施例の感湿素子は第３図におけるＣ線（製
作初期）、Ｃ°線（６ケ月放置後）のような結果を示し
たが、比較のために行なった従来公知の上記のセラミッ
クス系感湿素子の結果はＤ線（製作初期）、Ｄ′線（６
ケ月放置後）のようになり、本発明のものは抵抗値が僅
かに高くなるだけで感湿特性の低下はみられなかった。

なお、本実施例で得られた感湿素子の２０℃、５０％Ｒ
Ｈでの抵抗値は１０５Ω程度で、従来品にくらべて抵抗
値が１ケタ低く、回路に使い易いものであった。

実施例２ くし形電極付きアルミナ基板を実施例１と同じ方法で作
成し、この電極の上に分子鎖両末端がビニルジメチルシ
リル基で封鎖された、粘度が１００ｃｓ（２０℃）のビ
ニルメチルシリコーンオイル４７部、式 で示されるメチルハイドロジエンポリシロキサン２．９
８５部、白金触媒０．０１５部からなるシリコーンと、
シリカゲル３０部、タルク７部、グラファイト１０部、
炭酸ナトリウム３部とからなる組成物をスクリーン印刷
してここに厚さ２５μｍの塗膜を作り、室温で６０分間
乾燥してから２００℃で３０分間焼成して膜を硬化させ
、ついで５５０℃で９０分間焼成し、さらに７０℃、９
５％ＲＨの雰囲気中に５００時間放置しエージングして
感湿層を形成させ、この感湿層の上に室温硬化型シリコ
ーンゴム・ＫＥ４１［信越化学工業（株）商品名］の２
０％キシレン溶液をエアスプレー法で塗布し、室温に２
４時間放置して硬化させてここに膜厚１０μｍのシリコ
ーン硬化皮膜５を形成させ、この電極部にリード線を半
田づけして第４図にその縦断面図を示した感湿素子を作
った。

つぎにこの感湿素子および上記におけるシリコーン硬化
皮膜を形成させなかった感湿素子を水道水中に６０分間
浸漬してから取り出し、室温で３０分間放置したのちに
その感湿特性を測定したところ、第５図に示したような
結果が得られ、このシリコーン硬化皮膜を設けなかった
ものの浸漬後のＦ′線が浸漬前のＦ線にくらべて急激に
抵抗値が高くなり、感度が著しくわるくなっているのに
対し、本実施例で作られたものは浸漬後のＥ′線も浸漬
前のＥ線とほぼ同様の感湿特性を示すことが確認された
。

（発明の効果） 本発明の感湿素子は前記したように絶縁性基板上に形成
されたくし型電極上で、シリコーンを結合剤とした無機
酸化物、導電性炭素粉末およびアルカリ金属塩とからな
る組成物を焼成させて感湿層を設けたもの、さらにはこ
の感湿層にシリコーン硬化皮膜を被覆させたものである
が、このものは感湿膜表面に水酸基やオイルミストが吸
着することがなく、したがって感湿特性の経時劣化がな
いので加熱クリ−ニゲする必要がなく、長期間安定して
使用することができるし、これはまた電気抵抗が低いの
で駆動および検出回路において使い易いものであり、さ
らにシリコーン硬化皮膜を設ければアルカリ金属イオン
が水中に流出することがなくなるので水中に浸漬しても
感湿特性が殆んど変化せず、したがって従来では使用で
きなかった結露や雨などの水のかかる屋外でも使用でき
るようになるという有利性が与えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１で作られた本発明の感湿素子を示した
ものでａ）はその斜視図、ｂ）は縦断面図、第２図、第
３図は実施例１における感湿素子の感湿特性を示すグラ
フ、第４図は実施例２で作られた本発明の感湿素子の縦
断面図、第５図はこの感湿素子の水浸漬後の感湿特性を
示したグラフである。 １・・・絶縁性基板、 ２・・・導電性くし形電極、 ・感湿層、 リード線、 ・シリコーン硬化皮膜。 第 図 ネ目Ｉ丁５ｚ月【（′／ｌ） ろゴ 泗 図 第 図 Ｃ） ｂ） 第 に 相対５１度（％） 相対５１度（％）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．絶縁性基板上に形成させた導電性電極の表面上に、
   シリコーン、無機酸化物、導電性炭素粉およびアルカリ
   金属塩からなる組成物を焼成してなる感湿層を設けてな
   ることを特徴とする耐水性感湿素子。
2. ２．請求項１に記載の感湿層の表面をシリコーン硬化皮
   膜で被覆してなる耐水性感湿素子。