JPS59102149A - 感湿材料 - Google Patents

感湿材料

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JPS59102149A
JPS59102149A JP57213505A JP21350582A JPS59102149A JP S59102149 A JPS59102149 A JP S59102149A JP 57213505 A JP57213505 A JP 57213505A JP 21350582 A JP21350582 A JP 21350582A JP S59102149 A JPS59102149 A JP S59102149A
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JP
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moisture
substrate
moisture sensitive
humidity sensor
humidity
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JP57213505A
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Hidefusa Uchikawa
英興 内川
Hiroko Horii
堀井 弘子
Kunihiko Miyao
宮尾 国彦
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/121Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid

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】 この発明は湿度による感湿部の電気抵抗値変化を利用し
た感湿材料に関するものである。
昨今では、前記のような機能を有する感湿°材料として
は、物理的および化学的に安定であり、皮膜強度も高い
金属酸化物系セラミックが最も多く用いられているが、
いかに安定なセラミック感湿材料であろうとも、信頼性
および寿命の点で問題のあることが最近の学会等で指摘
されている。
セラミック感湿材料は、空気中での使用または放置によ
り水(湿気)の吸脱着がくり返されると。
OH基が強くセラミック表面に固着(化学吸着)されて
し甘うため、感湿材料の抵抗値が大きく変化し、しかも
湿度検知(感湿)機能が低下してしまう。したがって、
感湿材料を初期の感湿特性に復帰させるために、ヒータ
およびその駆動回路を装備して、500〜600℃に加
熱して吸着した水を脱離させる構成の湿度センサが実用
化されている。
しかし、これらのものを装備すると、湿度センサ自体も
高価なものとなシ、まだ上記温度まで加熱するためには
電力をかなり要するという欠点が生じている。
この発明は、従来の感湿材料が有する欠点を除去するた
めになされたもので、感湿機能を有する有機けい素化合
物重合体を主成分とする組成物の焼成物である感湿基材
に、フッ化黒鉛を分散させたけい素樹脂およびその変性
樹脂の内の少なくとも一種を被覆することによシ、上記
感湿基材のもつ良好な感湿機能を有し、感湿特性の経時
劣化の少ない長寿命、高信頼性、および相対湿度変化に
対する応答性が向上した感湿材料を得ることを目的とす
るものである。
この発明の感湿機能を有する。有機けい素化合水素基が
結合した例えばシリコーンなどの有機けい素化合物重合
体を2例えば350℃以上の温度で焼成することにより
、側鎖の炭化水素基の一部を熱分解によシ気体を発生さ
せ、多孔質化した分解残留固形物として得られる。この
ような有機dい素化合物重合体を主成分とするような焼
成物が前述した目的をかなシ満足する感湿材料であるこ
とを2発明者らは以前見出し、このものの性質や溶成雰
囲気等については、先行技術として特開昭56−126
756.および同57−15402など一連の出願に提
案している。
また、この発明でフッ化黒鉛を含有分散させて。
感湿基材を被覆するけい素樹脂としては、いわゆるシリ
コーンとよばれる有機けい素化合物重合体およびこれを
エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、アル
キッド樹脂等の他の樹脂で変性したものを用いることが
でき、この皮膜は、硬化皮膜であっても1だ、オイル状
の未硬化皮膜であってもよく、その膜厚は、溶剤を加え
た時の粘度によ)制御される。さらに2発明者の実験に
よれば、皮膜の厚さによって感湿機能が影響を受け。
膜厚が厚くなると、抵抗値は犬となり、感湿機能も全く
消失してし葦うことがわかった。
したがって、けい素樹脂およびその変性樹脂の内の少な
くとも1稲の皮膜がある程度の皮膜強度を維持する範囲
内において、膜厚はなるべく薄いことが好ましい。
なお、この発明で用いるフッ化黒鉛とは、各炭素原子に
1個づつフッ素原子が共有結合によシ強固に結合したも
ので、化学的に非常に安定した白色〜灰色の微粉末であ
って、工業的には無水ソツ酸の電解により発生したフッ
素を直接炭素と反応させて製造されている。その性質は
、低表面エネルギー性を有し、摩擦係数が小さいため固
体潤滑剤として実用化されているものである。また、こ
のものは600℃以上の焼成において、熱分解されるの
で、有機けい素化合物重合体を焼成硬化させるには、6
00℃以下の温度で行なうことが望ましい。さらに、こ
のものは他の物質と混合しにくいだめ、適当な界面活性
剤や分散剤を用いるかまたは強制的に混合して用いる必
要がある。
以下、実施例を示すことによシこの発明の詳細な説明す
るが、これによジこの発明を限定するものではない。
実施例1 第1図(a)にこの発明の一実施例の感湿材料を用いた
湿度上ンサの断面図であシ、第1図(b)は(a)から
皮膜と感湿基材を取シ除いたものの斜視図である。図に
おいて、(1)は絶縁基板、(2)は電極、(3)はリ
ード線、 、 (ioi)は有機けい素化合物重合体を
主成分とする焼成物よりなる感湿基材、  (102)
はフッ化黒鉛を含有分散させた有機けい素化合物重合体
硬化皮膜である。
メチルフェニルシリコーン初期重合体をキシレンに溶解
させた市販のシリコーンワニスおよびシリコーンワニス
の2倍の重量の粉末状TlO2ならびにMよ0.さらに
全体の重量に対して10wt%になるようにNa2CO
3およびタルクを含有分散させたものを混合攪拌した混
線物をディッピングによシアルミナ絶縁基板(1)上に
厚さ約40μmの皮膜状に塗布した。このものを80℃
で10分、130℃で20分、200℃で20分の予備
焼成後、電気炉中でBoooC,2時間の焼成を行ない
、この焼成残留固形物を感湿基材(101)とした。た
だし、アルミナ絶縁基板(1)上には、ティッピングの
前にあらかじめPt−Pd合金系ペーストにて、くシ形
電極(2)をスクリーン印刷してあシ、塗布皮膜を焼成
した後。
Ptリード線を焼付けて取り付けた。
次に、主としてメチルシリコーン初期重合体を用いた市
販のシリコーンワニスをさらにキシレンで希釈して粘度
を下げ、この中に、フッ化黒鉛を5wt%どなるように
界面活性剤と共に加えて十分に混合攪拌する。この中に
前記感湿基材を浸漬後。
80°Cで20分間予備乾燥を行ない、ついで250℃
で20分間焼成し、フッ化黒鉛を含有分散させたメチル
シリコーンを硬化させて硬化皮膜(102)とし、この
発明の感湿材料を作製した。
比較例1 実施例1におけるフッ化黒鉛を含有分散させたメチルフ
ェニルシリコーンの皮膜を除き、他は実施例1と同様に
して湿度センサを作製した。
比較例2 実施例1におけるメチルフェニルシリコーンを主成分と
する焼成物の代わりに5102−A7203系セラミッ
クを用い、更にフッ化黒鉛を含有分散させたメチルフェ
ニルシリコーンの皮膜を除き、他は実施例1と同様に、
即ち従来最も一般的なセラミック湿度センサを作製した
感湿特性測定 実施例1.比較例1.および比較例2の各々の湿度セン
サについて、初期および高温高湿槽(60℃、95%R
H)中に300時間放置した加速水和劣化後、湿度セン
サに交流1■を印加して、相対湿度〔チ〕−変化による
抵抗値〔Ω〕変化を測定することにより各湿度センサの
感湿特性を測定した。
さらに、セラミック湿度センサである比較例2の湿度セ
ンサ以外の実施例1および比較例1の湿度センサについ
ては、再び、高温高湿槽中に500時間放置し、都合8
00時間劣化後前記の方法によシ感湿特性を測定した。
その結果を第2図に示す。
図において1曲線(A)、 (AI)、および(A2)
は各々この発明による感湿材料を用いた湿度センサ即ち
実施例1の湿度センサの初期、水利劣化300時間後、
および水利劣化800時間後の感湿特性2曲線(B)、
 (B1)、および(B2)は各々比較例1の湿度セン
サの初期、水和劣化300時間後、および水和劣化80
0時間後の感湿特性2曲線(C)、および(C1)は各
々5i02− g2o3系セラミック湿度センサ即ち比
較例2の湿度センサの初期、および水和劣化300時間
後の感湿特性を示す。第2図によシ明らかなように、初
期の感湿特性を比較すると、この発明による感湿材料を
用いた湿度センサ(A)は、フッ化黒鉛を含有分散させ
たメチルシリコーンの皮膜で。
被覆しない感湿材料を用いた湿度センサ(B)に比べ。
高湿度側でや\電気抵抗値が高いが、その感湿特性を損
う程度ではない。
次に、水利劣化200時間後の感湿特性を比較すると、
従来最も一般的なセラミックの湿度センサであるEii
02− k1203系セラミック湿度センサの200時
間水利劣化後の感湿特性(C1)は、初期の感湿特性(
0)に比べ著るしく電気抵抗値が増大し、この湿度セン
サは水利劣化しているのが解る。
又、有機けい素化合物重合体を主成分とする感湿基材を
もつ実施例1および比較例1で示された湿度センサは、
200時間水利劣化後の感湿特性(AI ) 、 (B
l )も、それぞれ初期の感湿特性(Al、 (B)か
らほとんど変化していす、耐水性に優れた湿度センサで
あることが解る。次に、この耐水性に優れた湿度センサ
について、さらに500時間水利劣化即ち、初期より都
合800時間水利劣化させた後の感湿特性(A2) 、
 (B2)を比較すると、感湿部表面にフッ化黒鉛を含
有分散させたメチルシリコーンの皮膜で被覆しない感湿
材料を用いた湿度センサの感湿特性(B2)は、その初
期の感湿特性(B)よシや\電気抵抗値が高くなってい
るが、この発明による湿度センサの感湿特性(A2)は
、初期の感湿特性(Alとほとんど変わらず、電気抵抗
値の経時変化はなく初期の感湿機能を維持していた。し
たがって。
従来、最も一般的なセラミック湿度センサは、使用前に
、経時変化した特性を初期特性にまで復帰させるのに、
ヒータにより500℃、10分間の加熱を必要とするの
に対し、実施例1および比較例1で示した有機けい素化
合物重合体を主成分とする感湿基材をもつ湿度センサは
、ヒータをもだない非加熱型湿度センサ用の感湿材料と
して十分使用でき、特にこの発明の感湿材料は、非加熱
型としてきびしい劣化雰囲気にも耐えうる高信頼性のも
のであシまた。長寿命のものである。
応答速度測定 さらに、前記3種の初期の湿度センサについて。
相対湿度を50%RHと80%RHO間で急激に変化さ
せた時の水の吸脱着の応答性を調べた。方法としては、
相対湿度を変化させてから、電気抵抗値が一定になるま
での時間、即ち水の吸着もしくは脱着応登時間を測定し
た。以上の結果を下表に1とめた。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)はこの発明の感湿材料を用いた湿度センサ
の断面図2第1図(b)は(a)から皮膜と感湿基材を
取り除いた図であシ、第2図は、この発明と従来の感湿
材料を比較する感湿特性図である。 図において(1)は絶縁基板、(2)は電極、(3)は
リード線、  (101)は有機けい素化合物重合体を
主成分とする焼成物よシ成る感湿基材、  (102)
はフッ化黒鉛を含有分散させたメチルシリコーン硬化皮
膜。 (A1へ(A2)はこの発明の感湿材料の特性、(B)
〜(B2)。 (0)、 (01)は比較例の湿度センナの特性である
。 代理人 葛野信− 第 1 図(Iり / 第1図(b)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 感湿機能を有する有機けい素化合物重合体を主成分とす
    る組成物の焼成物である感湿基材、およびこの感湿基材
    を被覆するフッ化黒鉛を分散させたけい素樹脂およびそ
    の変性樹脂の内の少なくとも一種の層を備えた感湿材料
JP57213505A 1982-12-06 1982-12-06 感湿材料 Granted JPS59102149A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0187205A2 (en) * 1984-12-20 1986-07-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Moisture sensitive ceramic material and process for its production
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