JPS6154175B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は雰囲気の湿度による感湿部の電気抵
抗の変化を利用した感湿素子に関するものであ
る。

従来から、前記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
などの電解質、セレン、ゲルマニウムなどの半導
体蒸着膜および酸化アルミニウム、酸化チタン、
酸化鉄など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。

これらのうち、電解質は高湿度領域での吸湿性
が顕著であるので、流動性となり、このために強
度が小さく、測定湿度領域が相対湿度０〜60％程
度である。また、半導体蒸着膜は、真空蒸着を必
要とするために、製造が容易でないと共に、測定
値が温度に影響されてしまう。さらに金属酸化物
系のものは、物理的、化学的に安定であり、素子
強度も高いが、測定湿度領域が相対湿度50〜100
％と比較的狭く、高湿度領域に限られる。したが
つて、従来の感湿部は、それぞれ欠点があつて十
分なものではなかつた。

この発明は、前述した事情に鑑みてなされたも
ので、湿度検出感度が優れ、測定可能湿度範囲が
広く、安価で入手し易い原料を用いることがで
き、製造方法も容易であると共に、素子強度も大
きい感湿部を有する感湿素子を提供することを目
的とするものである。

以下、この発明を詳細に説明する。

この発明では、感湿部の材料として、珪素樹
脂、シリコーングリース、シリコーンオイルなど
の有機珪素化合物の重合体（シリコーン）を主成
分とする組成物を200〜700℃の温度で焼成して得
られる熱分解残留物を使用する。珪素樹脂を例に
とつて説明する。珪素樹脂は、シロキサン結合−
Si−Ｏ−Si−Ｏ−の側鎖に炭化水素基が結合した
構造になつている。これを加熱すると、側鎖の炭
化水素基が徐々に分解して前記シロキサン結合と
炭化水素基の分解物とからなる硬い固形物が残留
する。そして、焼成温度を上げると、炭化水素基
の分解が促進され、前記残留固形物の表面が多孔
質化してくる。この発明は、前述の多孔性を有す
る高温焼成物がとくに優れた感湿機能をもつ、す
なわち、周囲の湿度変化（相対湿度０〜100％）
による電気抵抗値の変化率が大きいことを見出し
たことに基いてなされたものである。そして、こ
の発明による感湿部の材料は安価な原料を用いる
ことができると共に、通常の金属酸化物系（セラ
ミツク）材料のものに比べて低温焼成ですみ、素
子強度も比較的高いものである。

次に、この発明の実施例について説明する。

珪素樹脂（メチルフエニルシリコーン）をキシ
レンに溶解したシリコーンワニスを出発原料とし
て用い、これをアルミナ絶縁基板上に厚さ約200
μ、５mm平方の皮膜状に形成したものを多数個製
造し、焼成温度を200℃から700℃まで100℃ごと
に変化させてそれぞれ焼成したものを用意した。
このものに、第１図に構成の一例を示すように１
対の金Auからなる電極１を蒸着によつて被着
し、電極１に導線２を取付けた。なお、第１図
中、３は基板、４は前述の焼成物からなる感湿部
である。感湿部４を相対湿度が０から100％まで
の範囲に変化させた空気中に曝らし、その時の感
湿部４の電気抵抗値を測定した。第２図に０〜
100％PHにおける感湿部の電気抵抗値の変化を焼
成温度別に示す。第２図から明らかなように、焼
成温度が上昇するにしたがつて、０〜100％PHに
おける抵抗値の変化が大となり、感湿素子の感湿
部として好ましい特性を示すようになる。また、
焼成温度200℃、400℃、600℃における相対湿度
の抵抗値の対数の関係を第３図に示す。第３図に
おいて、曲線Ａ，Ｂ，Ｃはそれぞれ焼成温度200
℃、400℃、600℃の感湿部の感湿特性を示すもの
である。第３図からも、焼成温度が高いものほ
ど、感湿機能が向上することが明らかである。し
かし、第２図からわかるように、焼成温度が600
℃を越えると、飽和する傾向にある。

前述した特性は、試料として用いた珪素樹脂の
加熱温度による焼成成分の変化がおよそ次のよう
なものであると推定されることからも納得できる
ものである。

ただし、前記式中Ｒ：メチル基、フエニル基 また、各焼成温度による感湿部を顕微鏡によつ
て観察したところ、300℃では焼成温度が上昇す
るにしたがつて表面が多孔質化してくること、す
なわち、表面の多孔質化が進むにつれて感湿機能
が増大してくることがわかつた。そして、多孔質
中に存在する炭化水素基の分解物（炭素Ｃなど）
が感湿機能の増大を助長しているものと推定され
る。これは、酸化珪素SiO₂を主成分とする感湿
部（珪酸ナトリウムなど）を有する感湿素子の感
湿特性を第３図に破線の曲線Ｄで示したが、この
ものと比べて、この発明による焼成温度が400℃
および600℃の感湿素子の特性がさらに良好であ
ることによるものである。

なお、この発明は、前述の実施例を用いたメチ
ルフエニルシリコーン（ワニス）以外でも、メチ
ルシリコーンなどの珪素樹脂およびエポキシ変性
シリコーンなどの変性タイプの珪素樹脂やシリコ
ーンオイル、シリコーンゴムなどの有機珪素化合
物の重合体、すなわちシリコーンと総称されるも
のを主成分とする組成物を同様に200〜700℃の温
度で焼成して得られる熱分解残留物であればよ
く、この分解残留物でも前述したものと実質的に
同様の感湿特性を有することが実験により判明し
た。さらに、前述の材料中に金属や金属酸化物な
どを混入させることにより、感湿素子の抵抗値を
比較的容易に制御できることも確められた。

この発明の感湿素子を用いて、湿度測定を繰り
返し行なつた結果、変化量は２〜３％以内であ
り、きわめて安定した素子であり、応答速度につ
いても相対湿度０％状態から100％の変化に対し
て数秒であつて実用上十分に速いものであること
が確認された。

そして、この発明の感湿素子は、製造時の焼成
温度が高いほど、素子材料の骨格が無機質となる
ために、強度および物理的、化学的安定性が高く
なる。また、製造時の焼成温度は高くとも600℃
程度で十分である。したがつて、従来、最も実用
性の高い感湿素子である金属酸化物系（セラミツ
ク）のものが製造時に最低800℃程度、通常は
1000℃以上の焼成温度を必要とすることからも、
この発明による感湿素子の方が低温焼成で済むの
で有利である。

以上説明したように、この発明の感湿素子は、
感湿部が有機珪素化合物の重合体（シリコーン）
を主成分とする組成物の200〜700℃の温度での熱
分解残留物を主成分としたものであるため、湿度
検出感度が優れ、測定可能湿度範囲が広く、安価
で入手し易い原料を用いることができ、製造方法
も容易であると共に、素子強度が大きく、さらに
感湿部の抵抗値を制御することも容易に行なうこ
とができるという効果があり、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広く利
用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による感湿素子の
斜視図、第２図はこの発明の感湿素子の焼成温度
−抵抗値特性図、第３図は同相対湿度−抵抗値の
対数特性図である。 １……電極、２……導線、３……基板、４……
感湿部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 湿度変化に応じて電気抵抗値が変化する感湿
   部を有する感湿素子において、前記感湿部が有機
   珪素化合物の重合体を主成分とする組成物の200
   〜700℃の温度での熱分解残留物を主成分とする
   ものであることを特徴とする感湿素子。 ２ 前記200〜700℃の温度での熱分解残留物が多
   孔性を有するものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の感湿素子。