JPS6156945B2 - - Google Patents
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- 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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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。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a humidity sensing element that utilizes changes in the electrical resistance of a humidity sensing portion depending on the humidity of the atmosphere.
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。 Conventionally, as a humidity sensing part of a humidity sensing element having the above-mentioned functions, electrolytes such as lithium chloride and calcium chloride, semiconductor vapor deposited films such as selenium and germanium, and aluminum oxide, titanium oxide,
Metal oxides or metal oxide ceramics using iron oxide or the like have been used.
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。 Among these, the electrolyte has remarkable hygroscopicity in a high humidity region, so it becomes fluid, and therefore has low strength, and the measured humidity region is about 0 to 60% relative humidity. Further, since semiconductor vapor deposition films require vacuum vapor deposition, they are not easy to manufacture, and measured values are affected by temperature. Further, metal oxide-based materials are physically and chemically stable and have high element strength, but generally require firing temperatures of 1000° C. or higher, which tends to reduce the moisture-sensitive surface area. Therefore, each of the conventional moisture sensitive parts has its own drawbacks and is not satisfactory.
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。 This invention was made in view of the above-mentioned circumstances, and has excellent humidity detection sensitivity, a wide measurable humidity range, the use of inexpensive and easily available raw materials, an easy manufacturing method, and a strong element. It is an object of the present invention to provide a moisture sensing element having a large moisture sensing portion.
以下、この発明を詳細に説明する。 This invention will be explained in detail below.
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。 In this invention, as a material for the moisture sensitive part, a decomposition residue obtained by thermally decomposing a composition whose main component is an organosilicon compound polymer (silicone) such as silicone resin, silicone grease, or silicone oil is used as a bonding component. It has a moisture-sensing ability,
Physically and chemically stable metal oxide powder particles are uniformly contained and dispersed throughout. First, a silicon resin will be explained as an example of the binder. Silicone resin has a structure in which a hydrocarbon group is bonded to the side chain of a siloxane bond --Si--O--Si--O. When this is heated, the hydrocarbon groups in the side chains gradually decompose, leaving behind a hard solid consisting of the siloxane bonds and decomposed products of the hydrocarbon groups. When the firing temperature is increased, decomposition of hydrocarbon groups is promoted, and the surface of the residual solid becomes porous. Therefore, the substance contained inside is exposed to the surface.
That is, in this invention, a microscopic powder or particulate moisture-sensitive electric resistance material is deposited as a moisture-sensitive member, and this is bonded to a strong film by the thermal decomposition residue of a polymer of an organosilicon compound. What will become
This was done based on the discovery that the rate of change in electrical resistance value due to changes in ambient humidity (relative humidity 0 to 100%) is large. Furthermore, the material of the moisture sensing part according to the present invention can be a powder particle material with a large effective moisture sensing surface area, and can be fired at a lower temperature than ordinary metal oxide type (ceramic) materials. Its strength is also relatively high.
次に、この発明の実施例について説明する。 Next, embodiments of the invention will be described.
〔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。[Example 1] A silicone varnish prepared by dissolving silicone resin (methyl phenyl silicone) in xylene was used as a starting material for the binder, and powdered TiO 2 twice the weight of the silicone varnish was added as a moisture-sensitive electrical resistance material. The mixed and stirred kneaded material is placed on an alumina insulating substrate to a thickness of approx.
A large number of 200μ, 5mm square films were manufactured, and the firing temperature was varied from 200℃ to 700℃ to 100℃.
We prepared different types of baked goods. A pair of electrodes 1 made of gold (Au) were deposited on this material by vapor deposition, as an example of the structure shown in FIG. 1, and a conductive wire 2 was attached to the electrodes 1. In FIG. 1, numeral 3 represents a substrate, and numeral 4 represents a moisture sensing portion made of the above-mentioned fired product. The humidity sensing part 4 was exposed to air with a relative humidity ranging from 0 to 100%, and the electrical resistance value of the humidity sensing part 4 at that time was measured. 0 to Figure 2
Changes in electrical resistance of the humidity sensitive part at 100% RH are shown at different firing temperatures. As is clear from FIG. 2, as the firing temperature increases, the change in resistance value from 0 to 100% RH increases, and the material exhibits desirable characteristics as a moisture sensing portion of a moisture sensing element. Also,
Figure 3 shows the relationship between relative humidity and logarithm of resistance at firing temperatures of 200°C, 400°C, and 600°C. In Figure 3, curves A, B, and C are each at a firing temperature of 200
It shows the moisture sensitivity characteristics of the humidity sensitive part at ℃, 400℃, and 600℃. It is clear from FIG. 3 that the higher the firing temperature, the better the moisture sensing function. However, as you can see from Figure 2, the firing temperature is 600
When the temperature exceeds ℃, it tends to become saturated. Furthermore, curve D
This shows the humidity sensitivity characteristics of a conventional ceramic (TiO 2 sintered body) humidity sensor measured under the same conditions.
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。 The above-mentioned characteristics are understandable because it is estimated that the change in the firing components due to the heating temperature of the silicone resin used as the binder is approximately as follows.
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。 However, in the above formula, R: methyl group, phenyl group C: carbon Furthermore, when the moisture-sensitive part was observed under a microscope at each firing temperature, it was found that at temperatures of 300°C or higher, as the firing temperature rose, silicone It was found that as the surface decomposes and becomes porous, the moisture-sensitive material becomes exposed and the moisture-sensing function increases as the surface becomes more porous. Furthermore, from FIG. 3, it is clear that the humidity sensor of the present invention has better moisture sensitivity characteristics than the conventional one by increasing the firing temperature.
つぎに、この発明の別の実施例について述べ
る。 Next, another embodiment of this invention will be described.
〔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。[Example 2] The same binder as in Example 1 was used, and powdered ZnO, which was about 1.5 times the weight of the binder, was mixed and stirred as a moisture-sensitive material. Figure 4 shows the relationship between the relative humidity and the logarithm of the resistance value at firing temperatures of 200, 400, and 600°C, which were produced in the same manner as in the case of Figure 3. For comparison, similar characteristics were also measured for a humidity sensor with a conventional ZnO-based ceramic in its humidity sensing section. In FIG. 4, curves E, F, and G show the characteristics of the moisture sensitive part at firing temperatures of 200, 400, and 600°C, respectively, and curve H shows the same characteristics of the conventional one.
〔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。[Example 3] A silicone varnish in which methyl silicone was dissolved in a mixed solvent of toluene and xylene was used as a binder, and powdered C r2 O 3 about twice the weight of the binder was mixed and stirred as a moisture-sensitive material. Figure 5 shows the relationship between the relative humidity and the logarithm of the resistance value at firing temperatures of 200, 400, and 600°C. be.
In this case as well, for comparison, similar characteristics were measured for a humidity sensor having a conventional C r2 O 3 ceramic in its humidity sensing section. In Figure 5, curves I, J, and K correspond to firing temperatures of 200, 400, and 600, respectively.
It shows the characteristics of the humidity sensitive part at .degree. C., and the curve L shows the same characteristics of the conventional one.
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。 As is clear from FIGS. 4 and 5, the higher the firing temperature of the humidity sensor according to the present invention is, the better the humidity sensitivity characteristic is than that of the conventional sensor.
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。 In addition, this invention uses silicon resins other than methylphenyl silicone and methyl silicone used in the above-mentioned examples, modified silicon resins such as epoxy-modified silicone, polymers of organosilicon compounds such as silicone oil, and silicone rubber, In other words, any decomposition residue obtained by thermally decomposing a composition whose main component is silicone can be used as a binder, and this decomposition residue can also be used as a binder. Experiments have shown that it has moisture-sensitive properties.
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。 In addition, the moisture-sensitive materials used in this invention include TiO 2 , ZnO, and Cr2 O 3 used in Examples 1 to 3.
In addition, metal oxide powders such as F e2 O 3 , A 2 O 3 , CuO, composite metal oxides, metal oxide ceramics, and mixtures of two or more of these can be used. be able to. According to the inventor's experiments, it has been confirmed that these powdered moisture-sensitive materials have a larger effective moisture-sensing surface area than conventional vapor-deposited films or sintered bodies, and therefore have better moisture-sensing properties. It was done.
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。 As a result of repeated humidity measurements using the humidity sensing element of this invention, the amount of change was within 2 to 3%, indicating that it was an extremely stable element, and the response speed also increased from 0% relative humidity to 100% relative humidity. It was confirmed that the change took only a few seconds, which is sufficiently fast for practical use.
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。 In the moisture-sensitive element of the present invention, the higher the firing temperature during production, the more inorganic the skeleton of the binder becomes, and thus the higher the strength and physical and chemical stability become. Further, a firing temperature of about 600° C. at most during production is sufficient. Therefore, conventionally, metal oxide type (ceramic) devices, which are the most practical moisture sensing elements, are manufactured at a minimum temperature of about 800℃, usually
Because it requires a firing temperature of over 1000℃,
The moisture-sensitive element according to the present invention is advantageous because it can be fired at a lower temperature.
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。 As explained above, according to the present invention, the moisture sensitive part is made of metal oxide powder particles whose binding component is the thermal decomposition residue of a composition whose main component is an organosilicon compound polymer (silicone). Therefore, the humidity detection sensitivity is excellent, the measurable humidity range is wide, and inexpensive and easily available raw materials can be used.
It is easy to manufacture and has the effect of having high element strength, so it can be widely used in various applications such as humidity sensors and dew condensation sensors.
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。
FIG. 1 is a perspective view of a humidity sensing element according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a firing temperature-resistance characteristic diagram of the humidity sensing element of this invention, and FIGS. 3, 4, and 5 are, respectively. FIG. 4 is a logarithmic characteristic diagram of relative humidity-resistance value of different examples. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1...Electrode, 2...Conducting wire, 3...Substrate, 4...Moisture sensing part.
Claims (1)
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。1. A humidity sensor made of metal oxide powder particles whose binding component is the thermal decomposition residue of an organosilicon compound polymer.
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 (en) | 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 (en) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5990037A (en) * | 1982-11-16 | 1984-05-24 | Mitsubishi Electric Corp | Moisture sensitive material |
| JPS59102149A (en) * | 1982-12-06 | 1984-06-13 | Mitsubishi Electric Corp | Moisture sensitive material |
| JPS60186747A (en) * | 1984-03-06 | 1985-09-24 | Mitsubishi Electric Corp | Moisture-sensitive material |
| JPS60186748A (en) * | 1984-03-06 | 1985-09-24 | Mitsubishi Electric Corp | Moisture-sensitive element |
-
1980
- 1980-07-01 JP JP8946180A patent/JPS5715402A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5715402A (en) | 1982-01-26 |
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