JPS6131419B2

JPS6131419B2 -

Info

Publication number: JPS6131419B2
Application number: JP56171835A
Authority: JP
Inventors: Hidefusa Uchikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-10-27
Filing date: 1981-10-27
Publication date: 1986-07-19
Also published as: JPS5872047A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、湿度による感湿部の電気抵抗値変化
を利用した感湿素子に関するものである。

従来から、このような機能を有する感湿素子の
感湿部として、塩化リチウム、塩化カルシウム等
の電解質、セレンゲルマニウム等の半導体蒸着膜
および酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化鉄等
を用いた金属酸化物または金属酸化物系セラミツ
クが使用されてきた。昨今では、物理的および化
学的に安定であり、素子強度も高いため金属酸化
物系セラミツクが最も多く用いられ、現在他のも
のもこれに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ツク感湿素子であろうと
も、その使用実績がまだ浅く、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。すなわち、１つはタバコの煙やオイルミ
スト等の汚染物質が表面に吸着されると抵抗値が
大きく変化して相対湿度指示値が大幅に変わつて
しまい、しかも感湿機能が低下してしまうこと、
もう１つは、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つても、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
かもこの場合にも湿度検知（感湿）機能が低下し
てしまうことである。そして、両者とも劣化状態
では通常500〜600℃以上に加熱しないと初期の性
能まで復帰しなくなつてしまう。したがつて、セ
ラミツク感湿素子の中には、この点を解消するた
めに、感湿部を500〜600℃に加熱するためのヒー
タおよびその駆動回路を備えたものがある。しか
し、これらのものを装備すると、素子自体も高価
なものとなり、また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新たな欠点も生じて
しまうことが避けられなかつた。

発明者は、上記の点を改良すべく、各種の材料
を用いて検討したところ、有機けい素化合物重合
体の300℃以上の焼成物を感湿基材とし、表面を
有機けい素化合物重合体の硬化皮膜で被覆して、
しかもこの膜厚が10μｍ以下の場合には、上記欠
点が解消され実用に値する感湿機能および信頼性
が得られることを見いだしたため、本発明を提案
するものである。すなわち、本発明の感湿素子
は、物理、化学的に安定で素子強度が高く、良好
な感湿特性を有することはもちろん、長期にわた
つて使用しても抵抗値および感湿機能の変化が小
さく、またたとえこの両者が変化したとしても、
従来のものよりもはるかに低温での加熱により、
初期の良好な性能にまで復帰するという利点を備
えたものである。

以下、実施例にしたがつて、本発明の詳細を説
明する。

〔実施例１〕アルミナ絶縁基板上にPt―Pd合金系ペースト
にてくし形状電極をスクリーン印刷し、ptリード
線を取り付け後焼付けを行なつた。この上に、感
湿部の基材として、下記組成物を650℃で40分間
焼成して皮膜状の感湿部基材を形成した。

（組成例１）有機けい素化合物重合体：メチルシリコーン初
期重合物 55重量部無機質粉末粒子：タルク５〃アルミナ 15 〃添加剤：シンナー、有機チタン化合物60 〃なお、添加剤とは、上記組成物の混合性、塗着
性を向上させ、皮膜の硬化を促進するためのもの
である。

つぎに、メチルフエニルシリコーンの初期重合
物をキシレンに溶解させた市販のけい素樹脂（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、この中に上記感湿部を浸漬後80℃で20
分間予備乾燥を行ない、ついで200℃で20分間焼
成してけい素樹脂皮膜を硬化させた。この作業に
よつて、第１図に示したような感湿素子が製作で
きた。第１図ａにおいて、１は絶縁基板、２は電
極、３は感湿部、４はリード線、第１図ｂにおい
て３ａは、上記組成例１の焼成物よりなる感湿基
材、３ｂはけい素樹脂の硬化皮膜である。なお、
感湿基材の膜厚は約60μｍ、表面のけい素樹脂膜
の膜厚は３μｍであつた。

このように製作した本実施例の感湿素子と、構
成は上記本実施例のものと同様であるが、感湿部
にSiO₂―Al₂O₃セラミツクを焼結した従来タイプ
のセラミツク感湿素子とについて、感湿特性とそ
の経時変化を測定した。まず、両素子の感湿特性
を比較するために交流（50Hz）1.0Vを印加し
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２図の結果が得られた。
曲線Ａ，A′は従来タイプのものの初期および80
日間室内放置後の感湿特性を示し、曲線Ｂ，B′は
本実施例のものの初期および80日間室内放置後の
感湿特性である。第２図から明らかなように、従
来タイプの感湿素子は80日間放置後には抵抗値が
３桁ほど大となり感湿機能もかなり低下してしま
つたのに対して、本実施例の感湿素子は80日間放
置後には、やや抵抗値が大となつたのみであり、
感湿機能の低下も見られなかつた。ところで、曲
線A′およびB′の特性を示す80日間放置後の両素
子を電気炉内に入れ、150℃から50℃ごとに昇温
し、各温度で10分間加熱して、感湿特性が初期の
値ＡおよびＢにまで回復する温度を調べた。この
結果、従来のものでは、600℃以上で加熱しない
と初期特性に復帰しなかつたのに対して、本実施
例のものでは、200℃の加熱により完全に初期特
性にまで復帰した。したがつて、上記の結果か
ら、本実施例の素子は水蒸気（湿気）の吸脱着が
くり返されても、従来の素子のようにOH基が強
く固着された場合にも従来のものよりもかなり低
温で加熱することにより再生が可能であることが
判明した。

〔実施例２〕基板、電極およびリード線の材料は、実施例１
のものと同一材料を用い、感湿部の基材として、
下記組成例２の組成物を400℃で１時間焼成した
ものを使用した。

（組成例２）有機けい素化合物重合体：メチルフエニルシリ
コーン初期重合物 65重量部無機質粉末粒子：酸化チタン 25 〃酸化マグネシウム５〃添加剤：シンナー、有機アルミ化合物70 〃この表面に、けい素樹脂をベースレジンとし、
これをエポキシ樹脂の初期重合物で変性させた市
販の変性けい素樹脂系塗料をシンナーで希釈し、
これをハケ塗りにて塗布した。塗布物を100℃で
20分間乾燥後、150℃で30分間焼成して硬化させ
た。これにより第３図に構成例を示したような感
湿素子が得られた。第３図において、１は絶縁基
板、２は電極、３は感湿部、４はリード線、５は
ヒーター、６はヒーター用リード線である。な
お、表面のけい素樹脂皮膜の膜厚は、６μｍであ
つた。

このような本実施例の素子と、上記と同一の構
成で、TiO₂―MgO系セラミツクを焼結して感湿
部とした従来タイプのものとについて、感湿特性
ならびに表面汚染物質存在下の信頼性について調
査した。劣化促進テストとして、まずデシケータ
の底に市販のサラダオイルを入れ、この上方雰囲
気に、上記の両素子をつるしたものを60℃の電気
炉内に入れ、デシケータ内に絶えずタバコの煙を
流通させて放置した。20日後に両素子を取り出
し、交流1.0Vを印加して感湿特性を測定し、初
期特性と比較した。

この結果を第４図に示す。第４図において、曲
線Ｃ，C′は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を示し、曲線Ｄ，D′は、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。第４図から、従来タイプのものは、劣化
促進テスト後には抵抗値が３桁以上大となり、感
湿機能も全く消失してしまつたのに対して、本実
施例のものは、劣化促進テスト後も抵抗値がやや
大となつたが、感湿機能の低下はほとんど見られ
ないことがわかる。したがつて、表面汚染物質に
よる経時劣化促進のために用いた上記テストは、
従来タイプの素子の湿度検知感度を全く無くする
ほど過酷な試験法であるにもかかわらず、本実施
例のものは劣化がほとんどないことから、本実施
例の素子は、オイルミストやタバコの煙などの汚
染物質に対する耐経時劣化性が非常に優れている
と言える。つづいて、劣化促進テスト後、曲線
C′およびD′の特性を示す両素子のヒータ（第４
図参照）に通電して150℃から50℃ごとに昇温
し、各温度で15分間加熱して、感湿特性が初期の
値ＣならびにＤにまで回復する温度を調べた。こ
の結果実施例１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に復帰し
なかつたが、本実施例のものでは、250℃という
はるかに低温での加熱により完全に初期特性にま
で復帰した。

実施例１および２から判明した本発明の感湿素
子が有する良好な耐OH基脱着性ならびに汚染物
質に対する信頼性は、表面に被覆したけい素樹
脂、すなわち、有機けい素化合物重合体のもつ低
表面エネルギー性に起因する撥水性および撥油性
によるものと考えられる。ただし、発明者の実験
によれば、これらの樹脂皮膜の厚さによつて感湿
機能が影響を受け、膜厚が厚くなると、抵抗値は
大となり、感湿機能も全く消失してしまうことが
わかつた。すなわち、相対湿度を10％から95％ま
で変化させた時、素子の抵抗値変化がどのくらい
あるかを感湿機能の目安とした場合、有機けい素
化合物重合体の硬化皮膜の変化にしたがつて第５
図のような特性が見られた。これは、上記重合体
の種類を変化させても同様の特性であつた。した
がつて、第５図から、膜厚が10μｍを越えると急
激に感湿機能が低下して実用に値しなくなる。

つまり、この結果から、本発明で表面に被覆さ
れているけい素樹脂等の有機けい素化合物重合体
の膜厚は10μｍ以下であることが必要である。

ところで、本発明において、感湿部の基材およ
びその表面被覆として使用する有機けい素化合物
重合体としては、実施例で使用したけい素樹脂や
そのワニスなどを用いることができるばかりでな
く、変性タイプのけい素樹脂やオイル、ゴム状の
いわゆるシリコーンといわれるものを使用するこ
とができる。また、感湿部の基材として、上記有
機けい素化合物重合体中に混練して用いる無機質
粉末粒子としては、金属の酸化物や金属粉であれ
ば使用できることを実験により確かめた。

本発明で感湿部の表面に被覆する有機けい素化
合物重合体のかわりに、他の重合体を用いて同様
の実験を行なつたところ、いずれのものも本発明
のものほど良好な性能が得られず、実用に値しな
いものであつた。また、実施例で述べたように、
劣化後の素子を加熱して再生する場合に、上記重
合体は一般に他の重合体よりも耐熱温度が高い
（200℃以上）ので有利である。

以上説明したように、有機けい素化合物重合体
と無機質粉末粒子との混合物の焼成物を感湿基材
とし、この表面が膜厚10μｍ以下の有機けい素化
合物重合体を主成分とする硬化皮膜で被覆されて
いる本発明の感湿素子であれば、感湿特性が良好
であることはもちろん、長期にわたつて汚染雰囲
気で使用しても感湿機能の劣化や抵抗値の変動が
ほとんどなく、た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。したがつ
て、湿度センサや結露セン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き
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は、本発明の感湿素子の構
成例を示す斜視図、第２図、第４図、第５図は、
それぞれ本発明の感湿素子の特性を示すグラフで
ある。なお図中、同一符号は同一または相当部位を示
し、１は基板、２は電極、３は感湿部、４はリー
ド線、５はヒーター、６はヒーター用リード線で
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

１有機けい素化合物重合体と無機質粉末粒子と
の混合物の焼成物を感湿基材とし、この感湿基材
の表面が、膜厚10μｍ以下の有機けい素化合物重
合体を主成分とする硬化皮膜で被覆されているこ
とを特徴とする感湿素子。