JPH0227249A - 感湿素子 - Google Patents
感湿素子Info
- Publication number
- JPH0227249A JPH0227249A JP17711488A JP17711488A JPH0227249A JP H0227249 A JPH0227249 A JP H0227249A JP 17711488 A JP17711488 A JP 17711488A JP 17711488 A JP17711488 A JP 17711488A JP H0227249 A JPH0227249 A JP H0227249A
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- Japan
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- moisture
- film
- humidity
- cab
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- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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。
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〕
本発明は有機高分子を感湿材料として用いてなる感湿素
子に関するものである。
子に関するものである。
従来よりこの種の感湿素子としては、セルロースアセテ
ートプチレート、セルロースアセテートグロビオネート
、ポリイミドもしくはポリイミドアミドなどの有機高分
子を感湿材料として用い、この感湿材料により形成され
る感湿膜の電気容量値変化を湿度検出に利用した感湿容
量素子が提案されているｌ開昭６２−８８９５１号公報
）。
ートプチレート、セルロースアセテートグロビオネート
、ポリイミドもしくはポリイミドアミドなどの有機高分
子を感湿材料として用い、この感湿材料により形成され
る感湿膜の電気容量値変化を湿度検出に利用した感湿容
量素子が提案されているｌ開昭６２−８８９５１号公報
）。
しかしながら、このように構成される感湿素子は、親水
性（水を引きつける性質）が高く、収着水分量（吸水率
）が大きいため、その化学吸着によって高分子と強固に
結合した水が多分に残留する。この九め、例えば温度４
０℃１ｇ１度９０チ程度の高温高湿度雰囲気中で長期間
にわたって使用すると、その出力値がドリフトするなど
長期の安定性に欠けるという問題があった。また、吸湿
過程と脱湿過程とでの感湿特性の差（ヒステリシス）が
低温度側で小さく、高温度側で大きくなり、センサレス
ポンスが遅くなるという問題があった。
性（水を引きつける性質）が高く、収着水分量（吸水率
）が大きいため、その化学吸着によって高分子と強固に
結合した水が多分に残留する。この九め、例えば温度４
０℃１ｇ１度９０チ程度の高温高湿度雰囲気中で長期間
にわたって使用すると、その出力値がドリフトするなど
長期の安定性に欠けるという問題があった。また、吸湿
過程と脱湿過程とでの感湿特性の差（ヒステリシス）が
低温度側で小さく、高温度側で大きくなり、センサレス
ポンスが遅くなるという問題があった。
さらに結露の発生、水浸漬によプ、その出力値がドリフ
トするという問題があった。
トするという問題があった。
したがって本発明は、前述した従来の問題に鑑みてなさ
れ念ものであシ、その目的は、低温度から高温度まで、
また低湿度から高湿度までの使用範囲においてヒステリ
シスが小さく、センサレスポンスの速い感湿素子を提供
することにある。
れ念ものであシ、その目的は、低温度から高温度まで、
また低湿度から高湿度までの使用範囲においてヒステリ
シスが小さく、センサレスポンスの速い感湿素子を提供
することにある。
本発明の他の目的は、高湿度、高温高湿度、湿度サイク
ル、結露もしくは水浸漬などの条件に長期間にわたって
晒されても安定した出力値が得られる感湿素子を提供す
ることにある。
ル、結露もしくは水浸漬などの条件に長期間にわたって
晒されても安定した出力値が得られる感湿素子を提供す
ることにある。
本発明による感湿素子は、結晶化した高分子を用いて感
湿膜を形成するものである。
湿膜を形成するものである。
本発明における感湿膜は、結晶化した高分子を用いるこ
とによシ、収着水分量が低くなシ、感湿素子としての感
度の確保を図ってその感湿特性の改善が促される。
とによシ、収着水分量が低くなシ、感湿素子としての感
度の確保を図ってその感湿特性の改善が促される。
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
第１図は本発明による感湿素子の一実施例を示す斜視図
、第２図はその平面図である。これらの図において、１
は例えばアルミナ基板、ガラス基板、熱酸化シリコン基
板などからなる絶縁性基板、２はこの絶縁性基板１の上
面部に形成された例えば白金などからなる下部電極、３
はこの下部電極２に交差するように積層塗着された感湿
膜、４はこの感湿膜３上に形成された例えば金などから
なる上部電極でおる。すなわち、感湿Ｍ３を下部電極２
と上部電極４とでサンドインチ状に挾み込み、この感湿
膜３の相対湿度に対する電気容量値変化を検出すべく、
下部電極２および上部電極４にそれぞれリード線２ａお
よび４ａが接続されている。
、第２図はその平面図である。これらの図において、１
は例えばアルミナ基板、ガラス基板、熱酸化シリコン基
板などからなる絶縁性基板、２はこの絶縁性基板１の上
面部に形成された例えば白金などからなる下部電極、３
はこの下部電極２に交差するように積層塗着された感湿
膜、４はこの感湿膜３上に形成された例えば金などから
なる上部電極でおる。すなわち、感湿Ｍ３を下部電極２
と上部電極４とでサンドインチ状に挾み込み、この感湿
膜３の相対湿度に対する電気容量値変化を検出すべく、
下部電極２および上部電極４にそれぞれリード線２ａお
よび４ａが接続されている。
このように構成される感０！素子において、この感湿膜
３は、高分子を結晶化した感湿材料により形成されてい
る。
３は、高分子を結晶化した感湿材料により形成されてい
る。
次にこの感湿素子の具体的な製造方法について説明する
。
。
まず、高分子として例えばブチリル基を１７チ含むセル
ロースアセテートプチレート（以下ＣＡＢと称する）を
３〜１５ｇ用意し、これをジオキサン溶液１００ａｃ中
に溶解してＣＡＢ溶液を得る。次にこのＣＡＢ溶液を絶
縁性基板１上に形成された下部電極２上にスピンコード
法によ）塗布した後、室温の窒素雰囲気中で乾燥させて
感湿膜を得る。
ロースアセテートプチレート（以下ＣＡＢと称する）を
３〜１５ｇ用意し、これをジオキサン溶液１００ａｃ中
に溶解してＣＡＢ溶液を得る。次にこのＣＡＢ溶液を絶
縁性基板１上に形成された下部電極２上にスピンコード
法によ）塗布した後、室温の窒素雰囲気中で乾燥させて
感湿膜を得る。
このときのスピンナーの回転数ハ１０００〜５０００ｒ
ｐ□とし、膜厚０．５〜１０μｍの膜を得る。次に予備
加熱として約９０℃で１時間程度加熱した後、高分子感
湿材料のガラス転移点（１８０〜２００℃）以上融点以
下の温度で１〜数時間加熱し、結晶化させて膜厚０．５
〜１０μｍの感湿膜３を得る。次にこの感湿膜３を積層
塗着した絶縁性基板１上に例えば金を蒸着法もしくはス
パッタリング法により付着させて膜厚５０〜５００Ａ程
度の上部電極４を形成する。なお、付着金属は全以外に
もパラジウム白金、クロムなどの耐蝕性金属でらればど
のような金属を用いても良い。また、絶縁性基板１上の
下部電極２は白金を蒸着法もしくはスパッタリング法な
どにより１０００〜１００００ Ａの厚さで薄膜状に形
成することＫより得る。
ｐ□とし、膜厚０．５〜１０μｍの膜を得る。次に予備
加熱として約９０℃で１時間程度加熱した後、高分子感
湿材料のガラス転移点（１８０〜２００℃）以上融点以
下の温度で１〜数時間加熱し、結晶化させて膜厚０．５
〜１０μｍの感湿膜３を得る。次にこの感湿膜３を積層
塗着した絶縁性基板１上に例えば金を蒸着法もしくはス
パッタリング法により付着させて膜厚５０〜５００Ａ程
度の上部電極４を形成する。なお、付着金属は全以外に
もパラジウム白金、クロムなどの耐蝕性金属でらればど
のような金属を用いても良い。また、絶縁性基板１上の
下部電極２は白金を蒸着法もしくはスパッタリング法な
どにより１０００〜１００００ Ａの厚さで薄膜状に形
成することＫより得る。
このような構成によると、感湿膜３は、ＣＡＢをジオキ
サン溶液に溶解し、これを予め絶縁性基板１上に形成し
九下部電極２上に薄くコーティングし、乾燥させた後、
加熱処理を行なって形成したことにより、ＣＡＢがその
分子配列が規則的に並んで結晶化され、緻密な膜となり
、安定した感湿特性を得ることができた。
サン溶液に溶解し、これを予め絶縁性基板１上に形成し
九下部電極２上に薄くコーティングし、乾燥させた後、
加熱処理を行なって形成したことにより、ＣＡＢがその
分子配列が規則的に並んで結晶化され、緻密な膜となり
、安定した感湿特性を得ることができた。
第３図はこのように構成された感７！ｌ素子の感湿膜４
のＸｓ回折チャートを示したものであシ、同図において
、曲線Ａが結晶化を、曲線Ｂが非結晶化をそれぞれ示し
ておシ、曲線人のピークが多数個存在することから、結
晶化されていることが明らかでめる。
のＸｓ回折チャートを示したものであシ、同図において
、曲線Ａが結晶化を、曲線Ｂが非結晶化をそれぞれ示し
ておシ、曲線人のピークが多数個存在することから、結
晶化されていることが明らかでめる。
第４図はこのように構成された感湿素子の相対湿度−電
気容量特性を測定した結果を示したものである。なお、
この測定にはＬＣＺメータを使用し、周波数１００ＫＨ
ｚで温度２５℃について行なった。
気容量特性を測定した結果を示したものである。なお、
この測定にはＬＣＺメータを使用し、周波数１００ＫＨ
ｚで温度２５℃について行なった。
同図から明らかなように恒湿槽安定後、約５分間隔で測
定した場合のヒステリは約２４ＲＨ前後であシ、極めて
良好であつな。
定した場合のヒステリは約２４ＲＨ前後であシ、極めて
良好であつな。
第５図は本実施例で作製した結晶ＣＡＢ感湿素子を約４
０℃、９０％ＲＨの高温高湿度雰囲気中に放置した後の
各１０．３０，５０．６０，７０，９０％ＲＨＫおける
各出力のトリ°フトを示したものであ夛、また第６図は
比較例として従来の非晶質ＣＡＤ 感湿素子の同一条
件における各出方のドリフトを示したものである。これ
らの図から明らかなように本実施例による結晶ＣＡＢ感
湿素子の１０％ＲＨにおける出力容量ＣＩＯは安定して
おシ、これよ）も高湿度側の出力容量は１００時間以内
にドリフトが飽和しておシ、安定している。
０℃、９０％ＲＨの高温高湿度雰囲気中に放置した後の
各１０．３０，５０．６０，７０，９０％ＲＨＫおける
各出力のトリ°フトを示したものであ夛、また第６図は
比較例として従来の非晶質ＣＡＤ 感湿素子の同一条
件における各出方のドリフトを示したものである。これ
らの図から明らかなように本実施例による結晶ＣＡＢ感
湿素子の１０％ＲＨにおける出力容量ＣＩＯは安定して
おシ、これよ）も高湿度側の出力容量は１００時間以内
にドリフトが飽和しておシ、安定している。
なお、前述した実施例において、高分子として例えばブ
チリル基を１７チ含むＣＡＢを用いたが、このブチリル
基を例えば３８係と５０４とのＣＡＨについても同様に
結晶化が可能であり、結晶化のための温度範囲は例えば
ブチリル基５０％では１４０〜１６０℃程度であシ、ガ
ラス転移点（Ｔｇ）以上でタルトレンジ以下の温度範囲
にある。以下、表１に３種類のＣＡＢのガラス転移点お
よびメルトレンジを示す。
チリル基を１７チ含むＣＡＢを用いたが、このブチリル
基を例えば３８係と５０４とのＣＡＨについても同様に
結晶化が可能であり、結晶化のための温度範囲は例えば
ブチリル基５０％では１４０〜１６０℃程度であシ、ガ
ラス転移点（Ｔｇ）以上でタルトレンジ以下の温度範囲
にある。以下、表１に３種類のＣＡＢのガラス転移点お
よびメルトレンジを示す。
表 １
また、前述した実施例においては、結晶ＣＡＢ感湿素子
を水中に浸漬し、約２０００時間後に再度Ｘ線回折を行
なったが、初期のデータとの差は全くなく、安定である
ことが確認された。
を水中に浸漬し、約２０００時間後に再度Ｘ線回折を行
なったが、初期のデータとの差は全くなく、安定である
ことが確認された。
また、前述し九実施例においては、結晶化のための熱処
理を上部電極４の形成前に行なつ九が、これは上部電極
４の形成時に真空室内で実施しても良く、同様の効果が
得られる。
理を上部電極４の形成前に行なつ九が、これは上部電極
４の形成時に真空室内で実施しても良く、同様の効果が
得られる。
また、前述した実施例においては、下部電極として白金
を用いたが、その材質は白金に＠られるものではなく、
金、クロム、タンタルなどの耐蝕性金属ならばどのよう
な金属を用いてもよい。また、Ｃｒ／Ａｕ 、Ｃｒ／Ｎ
ｌ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、ＮｉＣｒ／Ａｕ。
を用いたが、その材質は白金に＠られるものではなく、
金、クロム、タンタルなどの耐蝕性金属ならばどのよう
な金属を用いてもよい。また、Ｃｒ／Ａｕ 、Ｃｒ／Ｎ
ｌ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｕ、ＮｉＣｒ／Ａｕ。
Ｃｒ／Ｐ ｔ ＋ Ｔ ’／Ｐｔｒ等の多層構造であっ
てもよい。
てもよい。
また、前述した実施例においては、サンドインチ構造の
感湿素子を例にとって説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、絶縁性基板面上に対向して一対の
櫛形状薄膜電極を形成し、この櫛形状薄膜電極を覆うよ
うに感湿膜を積層形成して得られる櫛形構造の感湿素子
に適用しても同様の効果が得られることは言うまでもな
い。
感湿素子を例にとって説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、絶縁性基板面上に対向して一対の
櫛形状薄膜電極を形成し、この櫛形状薄膜電極を覆うよ
うに感湿膜を積層形成して得られる櫛形構造の感湿素子
に適用しても同様の効果が得られることは言うまでもな
い。
さらに前述し九実施例においては、感湿膜の相対湿度に
対する電気容量値の変化に着目して湿度検出を行なうも
のとし九が、その相対湿度に対するインピーダンスの変
化に着目して湿度検出を行なうような方法を採用しても
良い。
対する電気容量値の変化に着目して湿度検出を行なうも
のとし九が、その相対湿度に対するインピーダンスの変
化に着目して湿度検出を行なうような方法を採用しても
良い。
また、前述した実施例における感湿膜は、水晶振動子上
に形成し、その感湿膜の吸着に伴う共振周波数のずれか
ら湿度を検出する構成をとる湿度センサの感湿膜として
も好適であり、ま九、表面弾性波素子上に感湿膜を形成
し、その表面弾性波素子を通過する速度の変化により、
湿度を検出する構成をとる湿度センサの感湿膜としても
好適である。
に形成し、その感湿膜の吸着に伴う共振周波数のずれか
ら湿度を検出する構成をとる湿度センサの感湿膜として
も好適であり、ま九、表面弾性波素子上に感湿膜を形成
し、その表面弾性波素子を通過する速度の変化により、
湿度を検出する構成をとる湿度センサの感湿膜としても
好適である。
以上説明したように本発明による感湿素子によれば、感
湿膜を結晶化した高分子を用いて形成したことにより、
その分子配列が規則的に並んだ緻密な膜となるので、収
着水分量が低くな）、ドリフトが少なく安定した感湿特
性をヒステリシスが少なく、さらにレスポンス良く得る
ことができる。
湿膜を結晶化した高分子を用いて形成したことにより、
その分子配列が規則的に並んだ緻密な膜となるので、収
着水分量が低くな）、ドリフトが少なく安定した感湿特
性をヒステリシスが少なく、さらにレスポンス良く得る
ことができる。
第１図は本発明による感湿素子の一実施例を示す斜視図
、第２図はこの感湿素子の平面図、第３図は本発ＢＡＫ
よる感湿素子のＸ１１回折チャートを示す図、第４図は
本発明による感湿素子の相対湿度−電気容量特性を示す
図、第５図は本発明による感湿素子の感湿特性を示す図
、第６図は従来の感湿素子の感湿特性を示す図である。 １・・・・絶縁性基板、２・・・・下部電極、３・・・
・感湿膜、４・・・φ上部電極、２＆、４ｍ・ 拳 ・
・ リード線。 特許出願人 山武ハネウェル株式会社 代 理 人 山 川 政情（ほか２名）第１区 ２θ 〔膚〕 罵４図 オ目ヤヤラ箋ン駐 ｒ’／、ＲＨ）
、第２図はこの感湿素子の平面図、第３図は本発ＢＡＫ
よる感湿素子のＸ１１回折チャートを示す図、第４図は
本発明による感湿素子の相対湿度−電気容量特性を示す
図、第５図は本発明による感湿素子の感湿特性を示す図
、第６図は従来の感湿素子の感湿特性を示す図である。 １・・・・絶縁性基板、２・・・・下部電極、３・・・
・感湿膜、４・・・φ上部電極、２＆、４ｍ・ 拳 ・
・ リード線。 特許出願人 山武ハネウェル株式会社 代 理 人 山 川 政情（ほか２名）第１区 ２θ 〔膚〕 罵４図 オ目ヤヤラ箋ン駐 ｒ’／、ＲＨ）
Claims (2)
- （１）結晶化した高分子を用いて形成された感湿膜を備
えてなる感湿素子。 - （２）請求項１において、セルロースアセテートプチレ
ートを主成分とする高分子を結晶化した感湿膜とする感
湿素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17711488A JPH0227249A (ja) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | 感湿素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17711488A JPH0227249A (ja) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | 感湿素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0227249A true JPH0227249A (ja) | 1990-01-30 |
Family
ID=16025405
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17711488A Pending JPH0227249A (ja) | 1988-07-18 | 1988-07-18 | 感湿素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0227249A (ja) |
-
1988
- 1988-07-18 JP JP17711488A patent/JPH0227249A/ja active Pending
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