JPS5857701A - 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】 本発明に雰囲気の湿度による感湿部の電気抵抗値の変化
ケ利用し′ｆｅ感湿素子に関するものである。

従来から、このようなｍａｔ有す２るｇ湿素子の感湿部
とし、て、塩化リチウム、塩化カル７クム等の電解質、
セリン、ゲルマニクム等の半導・　　体層着膜および酸
化アルミニクム、酸化チタン。

酸化鉄等管用いた金属酸化物または金−酸化物系セラミ
ックが使用されて・きた。昨今でに、物理的および化学
的に安定であり、素子強度も鳩いｙｔ−６金属、′酸化
物系セラミックが最も多く用いられ、１）１．在、＠Ｌ
のものもこれＶＣ切り替わる傾・向にある。このような
中で、いかに安定なセラミック感湿素子であろうとも、
信頼性ならびに使ｉ易ざの点でセラばツク本来の性質に
由来する大きな欠点があることが、最近の学会等で指摘
され問題となってきている。１ず、ｆｇ軸性の点におい
てに、たとえオイルミスト等の表面汚染物質がない雰囲
気であっても、空気中での使用またに放置により水（湿
気）の吸脱着が（り返されると、０１１基か強く表面に
固着（化学吸着］されてしまうために素子自体の抵抗値
が大きく変化し、しかも湿度検知（感湿）機部が低下し
てし１うことである。そして、この場合にａ通常５００
〜６００′ｃ以上に加熱しないと初期の性症Ｖｃ筐で復
帰しなくなってしまう、つぎに使い易さの点においては
１本来の性質上、セラミック中では金属原子と酸素原子
σある８＃正と負に荷電してイオン化しているので、素
子を使用する場合に、直流のような静電Ｖａ全加えると
両イオンがそれぞれ反対方向に分極し、やＨり素子目体
の抵抗値が変動してしまう（大となる］た吟、直流の場
合よりも検出面路が複雑となることが１すられない交流
を便用ぜざるを得なかったことである。

発明者らは、上記の２点を改良すべ（各檜の材料？用い
て検討し定ところ、有機けい素化合物重合体と非晶質ク
リ力粉末との合計重量が全型・量の７０％　以上である
組成物１３００℃以上で焼結した材料が、上記従来のセ
ラミック感湿素子のもつ欠点全解消できることを見出し
７ｊ７ｔめ。

不発開管提案するものであるすすなわち１本発明の感湿
素子は、低温焼結によ０製作でき、物理、化学的に安定
で素子強度が高（、良好な感湿特性を有することはもち
ろん、長期にわ几って使用しても抵抗値および感湿８！
靜の変化が７４％さく、また友とえこ、の両者が変化し
たとしても。

従来のものよりもけるかに低温での加熱により。

初期の良好な性能にまで復帰し、しかも直流での使用が
可１ヒであるという利点全像えたものであゝる。

以下実施例にしたがって２本発明の詳細な説明する。

〔実施例１．・〕 アルミナ絶縁基板上ｉｃ　Ｐｔ　−Ｐａ合金系ペースト
にて（し形状廐ｉｔスクリー７印刷し、Ｐｔリード線を
取付は後焼付けを行なった。この上に。

下記組成例１．の組成物にシンナーを加えて覚拌機にて
混練後、混練物を浸漬処理により、約６０１１Ｎの厚ざ
に塗布し、８０℃、　１０分間の予備焼成後、６００℃
で３０分間焼成して、皮膜を硬化、焼結させて第１図の
構成例のような本発明の感湿素子を製作した。第１図に
おいて、（１）は絶縁基板、（２止電惨、（３）に感湿
部（皮膜）、　＋４１Ｕリード線である。

（組成＠１．λ 有機ｔｒｉい素化合物重合体：メテル７９コー／初期１
合物エポキシ変性シリコーン初期 重合物 ５３ｆｉ置優 非晶質シリカ粉末＝７９カガラス　　　　　３８ｉ９１
％添加剤：有磯チタン化合物、乾性油、ベントナイト９
重電係 なお０組成例１．におけ添加剤は、皮膜の架橋（硬化Ｊ
お工び乾燥促進、亀裂防止、接着性改善等の目的で加え
られるものである。これは以下の説明での他の組成例で
も同様の目的で、その都度適当な物資を加えるものとす
る。

このようにして製作し・た本発明の感湿素子と。

感湿部に１２５０℃で５時間焼結したＡｚ２Ｕｓ　−Ｍ
ｆＣ−ＴｉＯｚ糸セライセラミック、他のｍｓ材に＠ｌ
内の場合と同一のものを使用し友従来タイプのセラミッ
ク感湿素子との両サンプルにより、感湿特性とその経時
変化を測定した。まず、絢素子にそれぞれ直流ｒ、ｓＶ
２印加して抵抗して抵抗値を測定したところ、印加と同
時に従来タイプのものは抵抗値が増大してしまい顕著な
分極現象か現われたのに対し９本発明の素子にこの現象
が全く見られず安定した抵抗値を不し、しかも低湿度側
から高湿度側まで直流により抵抗変化が安定して測定で
きた。この結果を第２因に示す。つぎに９画素子の感湿
特性を比較するために交流（５０ＨｚＪ　１．５Ｖ　ｆ
印加して、相対湿度変化による抵抗値変化とその経時変
化を測定したところ、第３図の結果が得られた。Ｆ４Ｂ
ｍ四、　ＬＡ’ｚは従来タイプのものの初期および８０
日間呈円内放置後感湿特性を示し９曲ｍ＜Ｂ）、　（８
５は本発明のものの初期および８０日間室内放ｌｔ後の
感湿特性である。第３図から明らかなように、従来り）
　　イブの感湿素子は、８０日間放ＩＩ後［Ｕ抵抗値が
３桁はど大となり感湿機靜もかなり低下してしまったの
に対して１本発明の感湿素子に８０日間放ｔｉｔ後には
、やや抵抗値が大となったのみであり、感湿＆＆餌の低
下も見られなかった。また。

初期の感湿特性曲線四およ゛び（Ｂ）からもわかるよう
に１本発明のものの万が従来のものよりも抵抗上使い易
いものである。ところで、ｍａｔおよび（ｔｌ）の特性
を示す８０日間放置後の画素子を電気炉内に入れ、１５
０℃から５０℃とと罠昇温し、各温度でｌＯ分曲加熱し
て、Ｉｔｃ湿特性ｐ；初期の値四および（Ｂ）Ｋまで回
復する温度′に調べた。この結果、従来のものでｆｆ、
　　６００″ｃＰｉ上で加熱しないと初期特性に復帰し
なかったのに対して９本発明のものでは、２００℃の加
熱により完全に初期特性にまで復帰した。したがって、
上記の結果から９本発明の素子に水蒸気（湿気］−の吸
脱着が（り返されても、従来の素子のようにＯＨが強く
固着されに（（、また、固Ｈされた場合にも従来のもの
よりもかなり低温で７７１１１熱することにより再生が
可能であることが判明し皮。

以上のように本発明の素子が従来のセラミックＭ＆湿素
子の欠点を解消して直流での使用が’ｏｆ熊であり、耐
ＯＨ基固着性に強く長寿砧である理由について考えてみ
る。１ず２本発明の素子のｇ湿部を＊成する主成分であ
る有機けい素化合物重合体の焼ＦＭ、物について、Ｘ＠
回折等で調査し皮ところ、有ＦＭＦｙ１分（メチル基、
フヱニル基等］が分解焼失しにしめる３０ｏ℃以上の温
度においてニ、邦晶％５ｉｆｔ　が主成分であることが
わかっ之。

そして、この＠度範囲においては、有機成分の焼失分解
残留物および装置の炭素分が富有分散されていることが
わかった。本発明の感湿素子ニオいては、非晶質物質が
主成分であることおよび残留炭素分が存在することが電
子伝導性を高め、イオン伝導性を抑える働き？成してい
るので、静を型中においてもイオン分極が起こり［（い
ため、直流で使用できるものと考えられる。つぎに本発
明の素子が耐ＯＨ基固着性に強いのは、やはり非晶質物
質が主成分であり、しかも焼成温度３００　’Ｃ以上に
おいてａ、有機けい素化合物重合体の分解残留成分であ
る有機物および無機物（非晶質ンリカ）が組み合された
複合材料が、感湿部表面において９本質的に水蒸気（湿
気ＪζしくばＯＨ基とげ強い化学ｒ！Ｊ１．着を形成し
得ないという性質を有することによるものと推定される
。

〔実施例２．〕 下記組成例２．の組成物に７７ナー？加えて覚拌機にて
混縁後、混練物を実施例１で用いたのき同一材質で’［
葎を形成したアルセナ基板上に。

”ケ塗？）［テ約４５＃）厚ざに塗布し、　ＳＯ℃、２
０分間の予備焼成稜、４００℃で２０　分間焼成して。

皮膜全°硬化、焼結させて第４図の構成例のような本発
明の感湿素子全製作した。編４図におＡて、　　１５１
０ヒーター（６）ハヒータ用リード線である。

（組成例２．） 有機けい素化合物１合本：メチルフェニル７リコ一／初
Ｍ東合物　　　　　　　７５Ｎ＠１非晶質シリカ粉末：
エチルシリケート重合体。

エアロジル　　　　　　　　　　　　　　　１３重攪チ
添加剤：有機アルミ化合物、　　ＭｆＯ，フリット１２
亜散慢 なお１組成例１．２および以下で記す組成例においても
、有機けい素化合物夏合体′ｆ！：溶解させ。

かつ他の成分との混合を助け、塗布性を向上さ−せる役
目を成す７ンナ・−を用いるが、これは。

トルエン、キンレンツシアセントアルコール。

ブチルセロソルブなど全混合したものである。

このようにして製作した本発明の感湿素子と感湿部に、
　　１２００℃で６時間焼結したＣｒｘＯｓ−ＣａＯ糸
セラｉツク全用い他の構成材は第４図の場合と同一のも
の全使用した従来タイプの七うばツク感湿素ギとの両サ
ンプルにより、感湿特性とその経時変化全測定した。実
施例１．の場合と同様に、まず画素子にそれぞれ直Ｒ，
１，ｓｖｌ印加したところ、印加と同時にやはりＣｒ　
２０３−　ＣａＯ系セラミックよ＃７なる従来タイプの
ものは、抵抗値が増大してしまい顕著な分極現象が現わ
れた。そして、この現象は、Ｘ子を暁結後に空気中に放
置する時間が長Ｖ１程ＩＩｌ顕著［観測された。

これは、空気中の湿気の吸看が進行するＣ′−シ友がっ
て、セラミックを構成する成分原子のイオノ化が進んで
（るために分揄現象が促進されるものと考えられる。こ
れに対して、上記のようにして製作した本発明ｐ素子ａ
、直流印加に対しても分極現象が全（兄られず、安定し
た抵抗値を示し、しかも第５図のように低湿度側から高
湿度側まで抵抗変化が安定して測定できた。

つぎに１画素子の感Ｏ１素子特性およびその経時変化を
交流１．５Ｖ１２印加して調べた。この場合。

経時劣化を促進するために１画素子全沸騰水中に２時間
浸漬した後の感湿特性を測定して、初期特性と比較した
。結果を第６図に示す。第６図において、１ｔｆＩ線（
Ｃ）、　（ｃ’＞ｔａ従来タイプのものの初期および劣
化促進テスト後の特性ケ示し、Ｅ［Ｂ線（Ｄ）、　ｔｅ
ａ本発明のものの初期および劣化促進テスト後の特性で
ある。４６図から、従来タイプのものは、劣化促進テス
ト後［σ抵抗値が２桁以上大となり、感湿機能も全（消
失してしまったのに対して１本発明のものに、劣化促進
テスト後も抵抗値がやや大となったがｇ湿機鯵の低下は
ほとんど艶られないことがわかる。シ皮がって、経時劣
化促進の友めに用いた沸騰水中への浸漬に、従来タイプ
の素子の湿度検知感電を全く無くするほど過酷な試験法
であるにもかかわらず、劣化がほとんどないことから１
本発明の素子に、耐経時劣化性が非常に潰れていると言
える。また、このテスト後も感湿皮膜にふ（れやクラッ
ク等の劣化に全（生じていなかっ次ので、素子強度が高
いことも明白となった。

なお、上記劣化促進テストにおいて従来タイプのものの
初期特性が劣化した原因に、やσすＯＨ基の強い化学吸
着（固着］とそれにともなうセラミックの微細構造中に
おける粒子の体積鯵張による孔の閉塞（有効感湿表面積
の低下Ｊが主であると推察される。つづいて、劣化促進
テスト後、　ＦＭＪｌｌｉａ（Ｃ）および（Ｄ）の特性
を示す画素子のヒータ（第４図参照）Ｋ通電して１５０
℃から５０℃ごとに昇温し、合理Ｉで１５分間加熱して
。

感湿特性が初期の値（ｑならび［（Ｄ）Ｉｃまで回復す
る温度１ｒ調べた。この結果、実施例！、の場合と同様
に、従来のものでは、６００℃以上で加熱しないと初期
特性Ｉ／ｃ復帰しなかったが１本発明のものでに、２５
０℃というはるかに低温で９加熱により完全に初期特性
にまで復帰した。

〔実施例３．〕 Ｆ記組成例３および４．の組成ｗＩを用いて、実施例１
．２と同様にして、第１因なら６に第４図のような構成
による本発明の感湿素子１農作して、直流および交流に
よる感湿特性とその８時劣化を調べた。その結果、実施
例１．および２の場合と同様にこれら本発明の感湿素子
日直流で使用でき、しかもＯＨ基固着による経時劣化が
Ｉｔとんどないものであることが判明した。そして、′
４８施例２で行なっ友と同様の沸謄水浸漬テストによっ
ても皮膜劣化が全く生じず、＊’Ｐ強度が高いことも明
らかであった。

（組成例３．） 有機けい素化合物重合体：メチルフェニルシリコーン初
期重合 体 ３３１＠チ 非晶質シリカ粉末ニジ９カガラス、コロイダル７９力、
けい石 ５２事置チ 添加剤二金属石けん、マイカ扮、　　Ｔｉ０２１５頁敏
チ 有機けい素化合物重合体二メチルフェニルンシコーンお
よびアクリル変性シリコ ーン初期１合物 ７ＯＮ＠チ 非晶質７９カ粉末ニジリカガラス、エアロジル２５ｍ１
ｉ％ 添加剤：有機チタン化合物、アスベスト粉ｓｉｎ優 発明者らは、実施例のようＶＣ，各稽の有機けい素化合
物重合体と非晶質シリカ粉末および檀々の添加剤を用い
、それぞれの成分比率を変化させて感湿素子を表作し、
その感湿特性と経時変化ならびに感湿部の皮膜性籠（基
板への接着性などＪの両面から検討を加えたところ、ｍ
酸成分の比率は下記の範囲内にあるものでなければなら
ないことがわかっ几。

有機けい素化合′ｆｔＪ菖合体：ｌＯ〜９５重置チ非晶
質シシ力粉末：５〜９０菖置チ 他の添加剤：０〜３０優 すなわち、角磯は一素化合物重合体と非晶質シリカ粉末
との合計重量は少なくとも全体の７０優であることが必
要であり、これ以下の場合には、′４施例で記したよう
な従来タイプの素子に勝る良好な特性ｉ現われない。そ
して、Ｘ子の焼結温ｆは１本発明の素子の感湿部が本質
的に非晶質Ｓ：０２が主成分となることが必要であるた
め、前述のように、３００℃以上でなければならない。

本発明の素子を製作する場合、実施例で行なったように
１組成物を絶縁基板上へ皮膜状に塗着させて感湿部を形
成する方法が簡便で好都什である。

ところで９本発明で用いる有機けい素化合物１合体とし
て灯、実施例に記した工うな各種けい素樹脂の初期重合
物（変性タイプも含む２等を用いることができ、たとこ
げ市販のシリコーンフェス（メチルフェニルシリコーン
等の初胡Ｎ　合′ｆｍＹｒ　）ルエン、キシレンなどの
溶剤に、溶解させたものＪなどが使い易い。同様に、非
晶質シリカ粉末としては実施例に示したようないわゆる
結晶化して−なりｈ７リカを主成分とする粉末であれば
用いることが可能である。ただし。

用ｉるものの初期形りは粉末でなぐてもよいが。

素子を製作する場合に框、これは他の成分と混練される
ため、最終的にはやけり粉末状となるものである。

以上説明したように、感湿部が、有機けい素化合物重合
体ｌＯ〜９５重量％、非晶賀７す力粉末５〜９０重置チ
、他の添加剤成分０〜３０］［轍チのそれぞれ範囲内で
含有する５ｏｏｔｙ上の焼結体よりなる本発明の感湿素
子であれば、素子強度が高く、感湿特性が良好であるこ
とはもちろん、長期ンわ友って使用しても感湿機態の劣
化や抵抗値の変動がほとんどなく、友とえこの両者が変
化しても、従来のものよりもはるかに低温での加熱によ
り初期性能にまで復帰するという長所がある。しかも、
従来のものよ０本低温での焼結により素子が製作でき、
直流で相対湿度変化を検出することが可能であるという
胸点、をも備えたもの大ある。七たがりて、湿度センサ
や結露セッサなどの感湿素子として、各種の用途に長寿
命で広く用いることがでさりものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および４図は１本発明の感湿素子の構成例全示す
斜視図、第２図、３図、５図ならびに６因は９本発明の
感湿素子の特性を示すグラフである。 図中同一符号に同、−または相当部位を示し。 １１）に・基板、　＋２＋Ｈ［葎、（３）は感湿部、＋
４１にリード線、（５）はヒーター、、　１６＋にヒー
ター用リード線である。 代理人　　葛　野　信　− 畝ｌ那 第２図 相　対　湿度　（ヅ・） 第３図 相　　対　湿　　度　　（ヅ・９ 第４図　　　ヨ 第５図 ４目　　　　少丁　　　３呈　　　ガ【　　　障り第６
ｒｌ！Ｊ 相　　対　湿　度　（ヅθ 手続補正書（方式） ％式％ 事件の俵示　　　　　特願昭　８６−１５５９６１、発
明の名称 感湿素子 補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　　　東５；〔都千代田区丸の内二丁目２番
３号名　称（６０１）　　　三菱電機株式会社代表者片
由仁八部 代理人 住　所　　　　　東京都千代ｔ口区丸の内二丁目２番３
号賑　： ６、補正の対象 図面 ７、補正の内容 図面中幕１図及び第４図の浄ＩＦ（内容に変更なし） 第１図 第４図 マ 昭和　　年　　月　　日 詩許庁長宮殿 ■、事件の表示　　　　持頼昭　Ｉ６−言１ｉｓｓｔ号
２、発明の名称 感湿素子 ３、補正をする者 代表者片山仁へ部 翫　補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の欄。 亀　補正の内容 （１）明細書中４頁８行目に「覚拌」とあるのを「攪拌
」と訂正する。 （２）同上申藝頁１＠行目に「印加して抵抗して抵抗」
とあるのを「印加して抵抗」と訂正する０（３＋　　同
上中１０頁１４行目に「長い程度顕著Ｋ」とあるのを「
長い程顕著に」と訂正する。 （４）同上中１２頁８行目に「微細構造中」とあるのを
「微細構造中」と訂正する。 （５）同上中１４頁１行目に「有機けい素化合物重合体
」とあるのｔｒ　　（組成例痕）有機けい素化合物重合
体」と訂正する。 （６）同上中Ｉ　ＩｊＩＩ行ｇＫｒＢ：０２Ｊ　とある
のｔ「８１０２Ｊと訂正する。 （７）同上中１５頁１６行目に「たとこげ」とあるのヲ
「九とえば」と訂正する。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 感湿部が、有機けい素化合物重合体ｌＯ〜９５重置優、
   非晶質シリカ粉末５〜９０　３［置チ、他の添加済成分
   ０〜３１Ｘｔ＊のそれぞれ範囲内で含有Ｊ、、、　３σ
   ０℃以上の温度で焼結された焼結体よりなることｔ特徴
   とする感湿素子。