JPH0372253A - 感湿素子およびその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はＦ！２．湿素子、特には応答特性が速くてヒス
テリシスも小さく、しかも１００℃以上の高温下でも感
温特性が低下せず、耐熱性がすぐれているので、自動車
のエンジンルームや衣類乾燥機、さらにはサウナルーム
などにおける温度センサーとして有用とされる感湿素子
に関するものである。

［従来の技術］ 感湿素子については湿度による電気抵抗値の変化から湿
度を検知するものが汎用されており、これには感湿部に
塩化リチウムなどの無機系の電解質物を用いたものが公
知とされている。

また、最近ではこの感湿部に有機電解質としての高分子
電解質膜を用いたものも開発されているが、この高分子
電解質膜を用いた感湿素子は応答速度が速く、ヒステリ
シスも小さいという利点がある反面において、耐熱性が
わるく、一般的には６０℃以上の高温雰囲気中で使用す
ると感湿膜が変質して感度が低下するという欠点がある
。

また、これらはいずれも電解質物を含有しているので耐
水性がわるく、結露雰囲気中で使用すると感湿膜中のキ
ャリアイオンが流出し、感度が低下するという欠点もあ
る。

［発明が解決しようとする課題］ そのため、これらの欠点を改善する目的において、この
感湿素子についてはオルガノボリシロキ、サン膜を用い
るものも提案されている（特開昭６２−２４７２３９号
公報参照）が、このものはここに使用される有機電解質
がカチオン系の第４級アンモニウム基を有するものであ
るために工００℃以上の高温雰囲気では分解が起きて感
湿素子の感度が低下してしまうという欠点がある。

［課題を解決するための手段］ 本発明はこのような不利、欠点を解決することのできる
感湿素子に関するもので、これは表面に水酸基を有する
絶縁性基板上に形成された電極の表面に、カルボキシル
基またはその塩を含有し、かつ加水分解性基を有するシ
ランを結合させ、ここにカルボキシル基またはその塩を
含有するオルガノポリシロキサン膜を形成させてなるこ
とを特徴とするものである。

すなわち、本発明者らは特に耐熱性のすぐれた感温素子
を開発すべく種々検討した結果、表面に水酸基を有する
絶縁性基板上に形成した電極の表面に、カルボキシル基
またはその塩を含有する、加水分解性基含有シランをデ
ィッピング、スプレーコートなとで塗布し、加熱してこ
のシランを電極上に結合させると、このシランは結合と
同時にオルガノポリシロキサン膜を形成するので、これ
によればこのオルガノポリシロキサン膜か耐熱性のすぐ
れたものであることから、耐熱性のすぐれた感湿素子が
得られることを見出すと共に、このようにして得られた
感温素子は応答特性がよく、ヒステリシスも小さいもの
になるということを確認して本発明を完成させた。

つぎにこれをさらに詳述する。

［作　用］ 本発明の感湿素子は第１図に示したように絶縁性基板１
の上にくし型状の電極２をスクリーン印刷などで形成さ
せ、これを焼き付けたのち、この上にカルボキシル基ま
たはその塩を含有するオルガノポリシロキサン膜を感湿
層３として形成させ、ついでこの電極取出し部４にリー
ド線５を半田付けすることによって製造される。

この絶縁性基板１はアルミナ、石英ガラス、ステアタイ
トなどから作られたものとすればよいが、このものは後
記するオルガノシランとの反応により、この上にオルガ
ノポリシロキサン膜を形成させるものであることから、
その表面に水酸基を有するものとする必要がある。

また、この絶縁性基板１の上に形、戎される電極２は金
、銀−パラジウム、酸化ルテニウムなどのような導電性
材料をスクリーン印刷、スバ・ンタリングなどで形成さ
せればよいが、この形状はくし型状とすることがよく、
これは好ましくは焼付けによって固定化することがよい
。

つぎに、この電極上に形成される感温層３は本発明では
カルボキシル基またはその塩を含有するオルガノポリシ
ロキサンＨ莫とされる。このオルガノポリシロキサン膜
はカルボキシル基またはその塩を含有する加水分解性を
有するオルガノシラン、例えば式 ％式％ で示され、Ｒが炭素数１〜１０の２価の炭化水素基、Ｘ
が水素原子、Ｎａ、　Ｋ、　Ｌｉなとのアルカリ金属原
子、Ｙが炭素数１〜４のアルコキシ基、アシルオキシ基
、アミノ基、アミノオキシ基、オキシム基、アルケニル
オキシ基あるいはハロゲン原子（これらのうち好ましく
はアルコキシ基あるいはハロゲン原子）などとされるオ
ルガノシランを絶縁性基板１の上にディッピング、スプ
レーコートなどで塗布してから加熱すると、絶縁性基板
上のＯＨ基とこのオルガノシランの＝　５ｉＹ３基との
反応によってこの＝ＳｉＹ、基が＝ＳｉＯ−となり、こ
の絶縁性基板１の上にオルガノシロキサン膜が形成され
るが、このオルガノシロキサン膜は上記した電極２が好
ましくはすき間の大きいくし型状とされているので、こ
の電極３を覆った形で絶縁性基板１の上に形成され、こ
れが感湿層３となる。

しかし、前記した式Ｘ０ＯＣ−Ｒ−５ｉＹ３で示される
オルガノシランは絶縁性基板１の上に塗布されたのち、
絶縁性基板１の表面に存在する０１１基と反応してオル
ガノポリシロキサン膜を形成させる際には加熱すること
が必要とされ、この際弐Ｘ０ＯＣ−Ｒ−５ｉ’／＋で示
されるオルガノシランのｘｏｏｃ−基が官能基であるた
めにこの加熱によって例えばＹがアルコキシ基である場
合には脱アルコール反応が起こり、シリルエステルに変
性されるおそれがあり、したがって得られるオルガノポ
リシロキサン膜がカルボキシル基またはその塩を含有し
ないものになってしまうおそれがあるので、このオルガ
ノポリシロキサン膜の形成にはつぎのような手段をとる
ことがよい。

すなわち、このカルボキシル基またはその塩を含有する
オルガノポリシロキサン膜を形成させるためには表面に
水酸基を有する絶縁性基板の上にくし型状の電極を形成
したのち、まずこの電極上にトリアルキルシリルエステ
ル基を含有し、かつ加水分解性基をもつオルガノシラン
、例えばＲ２３Ｓｉ００Ｃ−Ｒ’−５ｉ−Ｙ３で示され
、Ｒ１が炭素数１〜１０の二価炭化水素基、Ｒ２がメチ
ル基、エチル基、プロピル基等の炭素数１〜６のアルキ
ル基、Ｙは前記に同しであるオルガノシランを塗布し、
このオルガノシランのミＳｉＹ、基と絶縁性基板のＯＨ
基との反応でこれを絶縁性基板上に結合させ、加熱によ
る架橋重合によってこれをＲ２３Ｓｉ００Ｃ−Ｒ’−５
ｔ−０で示されるオルガノポリシロキサン膜とし、つい
でこれに塩酸水溶ン夜をディッピング、スプレーコート
なとで塗布し、５０〜１５０℃で０．１〜２時間加熱し
てから蒸留水中に浸漬すると、このオルガノポリシロキ
サン膜におけるトリオルガノシリルエステル基（Ｒ’３
ＳＯＯＣ−）がカルボキシル化されて１−＋００に−Ｒ
’　−５１−０−で示されるカルボキシル基を含有する
オルガノポリシロキサン膜となって本発明の感湿素子用
部材が形成される。

なお、このものはカルボキシル基を含有するオルガノポ
リシロキサン膜が形成されているので、これによれば耐
熱性がよく、応答特性が速くてヒステリシスも小さい感
湿素子が得られるけれども、電気抵抗値が低く、回路上
使い易いという点からはこのカルボキシル基をアルカリ
金属塩とすることが好ましいので、これについてはこの
表面にさらにアルカリ金属水酸化物の水溶液をディッピ
ング、スプレーコートなとで塗布し、室温で乾燥すれば
このオルガノポリシロキサン膜をｘｏｏｃ−Ｒ’−５ｉ
−０−で示されるカルボキシアルカリ金属塩を含有する
ものとすることができ、これによれば電気抵抗値が低く
、回路上使い易い上に感度も良いという有利性が与えら
れるし、これについてはこのオルガノポリシロキサン膜
の表面にシリコーンワニスなどを塗布してシリコーン保
護皮膜６を形成させれば耐水性が付与されるという有利
性が与えられる。

［実施例］ つぎに本発明の実施例をあげるが、例中における感湿素
子の感湿特性、応答特性、ヒステリシス特性は温度温度
試験器中において３０℃、ＩＫＨｚ。

ＩＶの条件でＬＣＲメーター・ＨＰ４２８４Ａ　［横河
ヒューレットパッカード社製商品名］を用いて測定した
結果を示したものであり、この経時変化は１２０℃の乾
燥量中に３ケ月間放置した場合の試験結果を示したもの
である。

実施例１ １７ｍｍＸ　７　ｍｍＸ　０．６３５ｍｍのアルミナ製
絶縁基板上に、銀−パラジウム合金系ペーストを用いて
くし型状電極をスクリーン印刷し、焼き付けを行なって
電極付きアルミナ基板を製作した。

ついでこの基板を式 ％式％ メトキシシランの１０％メタノール溶液に浸漬し、室温
で乾燥してから１００℃で１時間加熱したところ、該基
板上にトリメチルシリルエステル基を有するオルガノポ
リシロキサン膜が形成されたので、これを３％の塩酸水
溶液中に１時間浸漬したのち、１００℃で１時間加熱し
、蒸留水中に６時間浸漬したところ、このオルガノホゾ
シロキサン中のトリメチルシリルエステル基がカルボキ
シル基に変性された。

つぎにこの基板の取り出し電極部分にリード線を半田付
けしたところ、電極上にカルボキシル基を含有するオル
ガノポリシロキサン膜を形成させた感湿素子が得られた
ので、このものの感湿特性をしらべたところ、第２図に
示したとおりの結果が、またこの応答特性、ヒステリシ
ス特性については第３図、第４図に示したとおりの結果
が得られたので、これらは応答特性が速く、ヒステリシ
スも小さい、すぐれた特性を有するものであることが確
認されたし、このものはまたその経時変化をしらべたと
ころ、第５図に示したとおりの結果を示し、高温雰囲気
でもその感湿特性が殆ど変化しないことから耐熱性の極
めてすぐれたものであることが確認された。

実施例２ ８　ｍｍＸ　６　ｍｍｘ　０．６３５ｍｍのアルミナ製
絶縁基板上に、くし型状の金電極をスパッタリングで形
成して電極付きアルミナ基板を作った。

ついでこの基板上に式 ％式％ るトリメトキシシランの１０％メタノール溶液をスプレ
ーコート法で塗布し、室温で１時間乾燥してから１００
℃で１時間加熱したところ、該基板上にトリメチルシリ
ルエステル基を含有するオルガノポリシロキサン膜が形
成されたので、これを３％の塩酸水溶液中に１時間浸漬
し、１００℃で１時間加熱してから蒸留水中に６時間浸
漬したところ、このオルガノポリシロキサン膜中のトリ
メチルシリルエステル基がカルボキシル基に変性された
が、このものをさらに水酸化ナトリウムの１％水溶イ夜
中に３０分間浸漬し、室温で３時間乾燥したところ、こ
のカルボキシル基がカルボン酸ナトリウムに変性された
オルガノポリシロキサン膜をもつ電極付きアルミナ基板
が得られた。

つぎにこのようにして得られたカルボン酸ナトリウムを
含有するオルガノポリシロキサン膜を表面にもつ電極付
きアルミナ基板のオルガノポリシロキサン膜の上にシリ
コーンワニス・Ｓコート５８［信越化学工業■製商品名
］をスプレーコート法で塗布し、室温で１時間乾燥後に
１５０℃で３０分間加熱してオルガノポリシロキサン膜
の上にシリコーン保護皮膜６を設け、この基板の取り出
し電極部分にリード線を半田付けして第６図に示したよ
うな感湿素子を作り、このものの感湿特性、経時変化を
しらべたところ、第７図、第８図に示したとおりの結果
が得られ、さらにこのものを水道水中に１週間浸漬した
ときの経時変化をしらべたところ、第９図に示したとお
りの結果が得られたので、このものは耐熱性、耐水性に
すぐれたものであることが確認された。

［発明の効果コ 本発明は感湿素子に関するものであり、これは前記した
ように水酸基を有する絶縁性基板に電極を設け、これに
カルボキシル基またはその塩を含有するオルガノポリシ
ロキサン膜を形成させたものであるが、このものは感湿
層となるオルガノポリシロキサン膜、が耐熱性を有する
ので、応答速度が速くてヒステリシスも小さく、高温雰
囲気てもその感湿特性が殆ど変化しない感湿素子が得ら
れるという有利性が与えられる。

また、本願はこの感湿素子の製造方法に関するものであ
り、これは電極付き絶縁性基板にトリアルキルシリルエ
ステル基含有加水分解性基を有するオルガノシランを作
用させてトリアルキルシリル基含有オルガノシロキサン
膜を形成させたのち、このトリアルキルシリル基をカル
ボキシル化し、さらにこれをカルボン酸アルカリ金属塩
としてカルボン酸金属塩を含有するオルガノポリシロキ
サン膜とするものであり、これによればカルボキシル基
またはその塩を含有する加水分解性を有するオルガノシ
ランの反応中の変性なしで目的とする感湿素子を容易に
得ることができるという有利性が与えられる。

４、図面の’ＰＪ−ＪＬな説明 第１図は本発明の感湿素子の斜視図、第２図〜第５図は
本発明の実施例１で得られた感湿素子の物性を示すグラ
フで、第２図は感湿特性、第３図は応答特性、第４図は
ヒステリシス特性、第５図はその経時変化を示したもの
である。

また第６図ａ）は本発明の実施例２で得られた感湿素子
の斜視図、第６図ｂ）はその縦断面図、第７図〜第９図
はこの感湿素子の物性を示すグラフで、第７図はその感
湿特性、第８図は経時変化を示したもの、第９図はこれ
を水道水に浸したときの耐水性を示す経時変化のグラフ
を示したものである。

３０　４０　５０　６０　７０　８０ Ｒ目（％） ０ ２　　　　３ 時開（分） 第 図 ＲＨ（％） 第４図 ｉ間（８） 第５図 Ｒ１−１％ 第７図 □時開（月） 第８図 手 糸売 補 正 １丑１に （自発） 事件の表示 平成１年特許願第２０８２９０号 発明の名称 感湿素子およびその製造方法 補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名称（２０６）信越化学工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、表面に水酸基を有する絶縁性基板上に形成させた電
   極の表面に、カルボキシル基またはその塩を含有し、か
   つ加水分解性基を有するシランを結合させ、ここにカル
   ボキシル基またはその塩を含有するオルガノポリシロキ
   サン膜を形成させてなることを特徴とする感湿素子。 ２、表面に水酸基を有する絶縁性基板上に形成させた電
   極の表面に、トリアルキルシリルエステル基を含有し、
   かつ加水分解性を有するシランを結合させ、これを架橋
   重合させて電極面にトリアルキルシリル基含有オルガノ
   シロキサン膜を形成させたのち、このトリアルキルシリ
   ル基をカルボキシル化し、ついでこのカルボキシル基を
   カルボン酸金属塩とし、電極上にカルボン酸金属塩を含
   有するオルガノポリシロキサン膜を形成させることを特
   徴とする感湿素子の製造方法。