JPS6156945B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6156945B2 JPS6156945B2 JP55089461A JP8946180A JPS6156945B2 JP S6156945 B2 JPS6156945 B2 JP S6156945B2 JP 55089461 A JP55089461 A JP 55089461A JP 8946180 A JP8946180 A JP 8946180A JP S6156945 B2 JPS6156945 B2 JP S6156945B2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- moisture
- humidity
- silicone
- sensitive
- sensing
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
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。
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。
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、一般に1000℃以上の焼成温度を必
要とし、その結果感湿表面積が減少し勝ちであつ
た。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。
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、一般に1000℃以上の焼成温度を必
要とし、その結果感湿表面積が減少し勝ちであつ
た。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。
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
の有機珪素化合物重合体（シリコーン）を主成分
とする組成物を加熱分解して得られる分解残留物
を結合成分として用い、この中に感湿能を有し、
物理、化学的に安定な金属酸化物系粉末粒子を全
体に均一に含有分散させる。まず、結合剤とし
て、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。したがつ
て、内部に含有された物質が表面に露出される。
すなわち、この発明では微小体状である粉末また
は粒子状の感湿電気抵抗物質を感湿部材として預
い、これを有機珪素化合物の重合体の加熱分解残
留物により、強固な皮膜に結合してなるものは、
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有効感湿表面積が大である粉
末粒子材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。
脂、シリコーングリース・シリコーンオイルなど
の有機珪素化合物重合体（シリコーン）を主成分
とする組成物を加熱分解して得られる分解残留物
を結合成分として用い、この中に感湿能を有し、
物理、化学的に安定な金属酸化物系粉末粒子を全
体に均一に含有分散させる。まず、結合剤とし
て、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。したがつ
て、内部に含有された物質が表面に露出される。
すなわち、この発明では微小体状である粉末また
は粒子状の感湿電気抵抗物質を感湿部材として預
い、これを有機珪素化合物の重合体の加熱分解残
留物により、強固な皮膜に結合してなるものは、
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有効感湿表面積が大である粉
末粒子材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。
〔実施例 １〕
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結合剤の出発
原料として用い、これに感湿電気抵抗材としてシ
リコーンワニスの２倍の重量の粉末状TiO2を混
合撹拌した混練物をアルミナ絶縁基板上に厚さ約
200μ、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の曝らし、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％RH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％RH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
と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。なお曲線Ｄ
は、同一条件にて測定した従来のセラミツク製
（TiO2系焼結体）湿度センサの感湿特性を示すも
のである。
レンに溶解したシリコーンワニスを結合剤の出発
原料として用い、これに感湿電気抵抗材としてシ
リコーンワニスの２倍の重量の粉末状TiO2を混
合撹拌した混練物をアルミナ絶縁基板上に厚さ約
200μ、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の曝らし、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％RH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％RH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
と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。なお曲線Ｄ
は、同一条件にて測定した従来のセラミツク製
（TiO2系焼結体）湿度センサの感湿特性を示すも
のである。
前述した特性は、結合剤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。
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
Ｃ：炭素
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℃以上の温度では焼成温
度が上昇するにしたがつてシリコーンが分解して
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材料が露出してくる
ため感湿機能が増大してくることがわかつた。ま
た、第３図から、この発明の湿度センサでは、焼
成温度を上昇させることによつて、従来のものよ
りも感湿特性がさらに良好となることが明らかで
ある。
て観察したところ、300℃以上の温度では焼成温
度が上昇するにしたがつてシリコーンが分解して
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材料が露出してくる
ため感湿機能が増大してくることがわかつた。ま
た、第３図から、この発明の湿度センサでは、焼
成温度を上昇させることによつて、従来のものよ
りも感湿特性がさらに良好となることが明らかで
ある。
つぎに、この発明の別の実施例について述べ
る。
る。
〔実施例 ２〕
結合剤として実施例１と全く同様のものを用
い、これに感湿材料として、結合剤の約1.5倍の
重量の粉末状ZnOを混合撹拌した混練物を実施例
１と全く同様にして製作し、第３図の場合と同様
に、焼成温度200，400，600℃における相対湿度
と抵抗値の対数との関係を求めたものが第４図で
ある。なお、比較のため従来のZnO系セラミツク
を感湿部にもつ湿度センサについても同様の特性
を測定した。第４図において、曲線Ｅ、Ｆ、Ｇは
それぞれ焼成温度200，400，600℃の感湿部の特
性を示すものであり、曲線Ｈは従来のものの同特
性を示すものである。
い、これに感湿材料として、結合剤の約1.5倍の
重量の粉末状ZnOを混合撹拌した混練物を実施例
１と全く同様にして製作し、第３図の場合と同様
に、焼成温度200，400，600℃における相対湿度
と抵抗値の対数との関係を求めたものが第４図で
ある。なお、比較のため従来のZnO系セラミツク
を感湿部にもつ湿度センサについても同様の特性
を測定した。第４図において、曲線Ｅ、Ｆ、Ｇは
それぞれ焼成温度200，400，600℃の感湿部の特
性を示すものであり、曲線Ｈは従来のものの同特
性を示すものである。
〔実施例 ３〕
結合剤としてメチルシリコーンをトルエンとキ
シレンとの混合溶剤に溶解したシリコーンワニス
を用い、これに感湿材料として結合剤の約２倍の
重量の粉末状Ｃr2O3を混合撹拌した混練物を実施
例１と同様に製作し、第３図の場合と同様に、焼
成温度200，400，600℃における相対湿度と抵抗
値の対数との関係を求めたものが第５図である。
なお、この場合にも比較のため、従来のＣr2O3系
セラミツクを感湿部にもつ湿度センサについても
同様の特性を測定した。第５図において、曲線
Ｉ、Ｊ、Ｋはそれぞぞれ焼成温度200，400，600
℃の感湿部の特性を示すものであり、曲線Ｌは従
来のものの同特性を示すものである。
シレンとの混合溶剤に溶解したシリコーンワニス
を用い、これに感湿材料として結合剤の約２倍の
重量の粉末状Ｃr2O3を混合撹拌した混練物を実施
例１と同様に製作し、第３図の場合と同様に、焼
成温度200，400，600℃における相対湿度と抵抗
値の対数との関係を求めたものが第５図である。
なお、この場合にも比較のため、従来のＣr2O3系
セラミツクを感湿部にもつ湿度センサについても
同様の特性を測定した。第５図において、曲線
Ｉ、Ｊ、Ｋはそれぞぞれ焼成温度200，400，600
℃の感湿部の特性を示すものであり、曲線Ｌは従
来のものの同特性を示すものである。
第４，第５図からも明らかなように、この発明
による湿度センサは焼成温度が高いものほど従来
のものよりも感湿特性がより良好となる。
による湿度センサは焼成温度が高いものほど従来
のものよりも感湿特性がより良好となる。
なお、この発明は、前述の実施例で用いたメチ
ルフエニルシリコーンやメチルシリコーン以外の
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
組成物を加熱分解して得られる分解残留物であれ
ば結合剤として用いることができ、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。
ルフエニルシリコーンやメチルシリコーン以外の
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
組成物を加熱分解して得られる分解残留物であれ
ば結合剤として用いることができ、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。
また、この発明で用いる感湿材料としては、実
施例１〜３にて使用したTiO2，ZnOおよびＣr2O3
ばかりでなくＦe2O3・Ａ2O3・CuOなどの金属
酸化物または、複合金属酸化物もしくは金属酸化
物系セラミツクならびにこれらの二種以上の混合
物などの金属酸化物系粉末であれば用いることが
できる。そして、発明者の実験によれば、これら
の粉末状の感湿材料は従来の蒸着膜や焼結体より
も有効感湿表面積が大であるため、感湿特性がよ
り良好であることが確かめられた。
施例１〜３にて使用したTiO2，ZnOおよびＣr2O3
ばかりでなくＦe2O3・Ａ2O3・CuOなどの金属
酸化物または、複合金属酸化物もしくは金属酸化
物系セラミツクならびにこれらの二種以上の混合
物などの金属酸化物系粉末であれば用いることが
できる。そして、発明者の実験によれば、これら
の粉末状の感湿材料は従来の蒸着膜や焼結体より
も有効感湿表面積が大であるため、感湿特性がよ
り良好であることが確かめられた。
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。
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、結合剤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。
温度が高いほど、結合剤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、この発明によれば、感湿
部が有機珪素化合物重合体（シリコーン）を主成
分とする組成物の加熱分解残留物を結合成分とす
る金属酸化物系粉末粒子よりなるものであるた
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、素子強度が大きい
という効果があり、湿度センサや結露センサなど
として各種の用途に広く利用できるものである。
部が有機珪素化合物重合体（シリコーン）を主成
分とする組成物の加熱分解残留物を結合成分とす
る金属酸化物系粉末粒子よりなるものであるた
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、素子強度が大きい
という効果があり、湿度センサや結露センサなど
として各種の用途に広く利用できるものである。
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，第４図および第５図は
夫々異なる実施例の相対湿度―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。
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，第４図および第５図は
夫々異なる実施例の相対湿度―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 有機珪素化合物重合体の加熱分解残留物を結
合成分とする金属酸化物系粉末粒子よりなる湿度
センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8946180A JPS5715402A (en) | 1980-07-01 | 1980-07-01 | Moisture sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8946180A JPS5715402A (en) | 1980-07-01 | 1980-07-01 | Moisture sensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5715402A JPS5715402A (en) | 1982-01-26 |
| JPS6156945B2 true JPS6156945B2 (ja) | 1986-12-04 |
Family
ID=13971339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8946180A Granted JPS5715402A (en) | 1980-07-01 | 1980-07-01 | Moisture sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5715402A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5990037A (ja) * | 1982-11-16 | 1984-05-24 | Mitsubishi Electric Corp | 感湿材料 |
| JPS59102149A (ja) * | 1982-12-06 | 1984-06-13 | Mitsubishi Electric Corp | 感湿材料 |
| JPS60186748A (ja) * | 1984-03-06 | 1985-09-24 | Mitsubishi Electric Corp | 感湿材料の製造方法 |
| JPS60186747A (ja) * | 1984-03-06 | 1985-09-24 | Mitsubishi Electric Corp | 感湿材料の製造方法 |
-
1980
- 1980-07-01 JP JP8946180A patent/JPS5715402A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5715402A (en) | 1982-01-26 |
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