JPH02285242A - 感湿素子 - Google Patents
感湿素子Info
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- JPH02285242A JPH02285242A JP1105871A JP10587189A JPH02285242A JP H02285242 A JPH02285242 A JP H02285242A JP 1105871 A JP1105871 A JP 1105871A JP 10587189 A JP10587189 A JP 10587189A JP H02285242 A JPH02285242 A JP H02285242A
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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
子に関するものでおる。
子に関するものでおる。
従来エリこの種の感湿素子としては、セルロースアセテ
ートブチ１ノート、セルロースアセテートブチ１ノ−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
ｆ素子が提案されている（特開昭６２−８８９５１号公
報）。
ートブチ１ノート、セルロースアセテートブチ１ノ−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
ｆ素子が提案されている（特開昭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１（吸水率
）が太きいため、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。このなめ、例えば温度４
０℃ 、湿度９０％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。１次、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１／
スボ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１（吸水率
）が太きいため、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。このなめ、例えば温度４
０℃ 、湿度９０％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。１次、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１／
スボンスが遅くなるという問題があった。
さらに低湿度雰囲気中で長期間にわたって使用すると、
ヒステリシスが大きくなるという問題があった。また、
結語の発生、水１１ｉ２＠によりその出力値がドリフト
するという問題があった。また、同一雰囲気中で長期間
にわたって使用すると、容量比が変化し、長期の安定性
に欠けるという問題があった。
ヒステリシスが大きくなるという問題があった。また、
結語の発生、水１１ｉ２＠によりその出力値がドリフト
するという問題があった。また、同一雰囲気中で長期間
にわたって使用すると、容量比が変化し、長期の安定性
に欠け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
れたものであり、その目的は、温度依存性が小さく、広
い温度範囲で使用可能な感湿素子を提供することにある
。
れたものであり、その目的は、温度依存性が小さく、広
い温度範囲で使用可能な感湿素子を提供することにある
。
本発明の他の目的は、低湛度力・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１／スポンスの速い感湿素子を提供する
ことにある。
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１／スポンスの速い感湿素子を提供する
ことにある。
本発明のさらに他の目的は、高湿度、高温高湿度、湿度
サイクル、低湿度放置、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。
サイクル、低湿度放置、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、ポリエーテルサルフオンもし
くはポリサルフオンを主成分とする高分子を用いて感湿
膜全形成するものである。
くはポリサルフオンを主成分とする高分子を用いて感湿
膜全形成するものである。
本発明における感湿膜は、ポリエーテルサルフオンもし
くはポリサルフオンを主成分とする高分子を用いること
にエリ、感湿素子としての感度の確保を図った上で収着
水分量が低いため、ヒステリシスが小さくなり、感湿特
性の改善が促される。
くはポリサルフオンを主成分とする高分子を用いること
にエリ、感湿素子としての感度の確保を図った上で収着
水分量が低いため、ヒステリシスが小さくなり、感湿特
性の改善が促される。
以下、図面音用いて本発明の実施例を祥細に説明する。
第１図は本発明による感湿素子の一実施例金示す斜視図
、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
はこの下部を極２に交差する工うに積層塗看された感湿
膜、４はこの感湿膜３上に形成され念例えば金などから
なる上部１！極である。すなわち、感湿ｉｎ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お工び上部電極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
はこの下部を極２に交差する工うに積層塗看された感湿
膜、４はこの感湿膜３上に形成され念例えば金などから
なる上部１！極である。すなわち、感湿ｉｎ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お工び上部電極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：うに構成される１函湿素子において、この感湿膜
３は、ポリエーテルサルフオン（以下ＰＥＳと称する）
もしくはポリサルフ号ン全生成分とする高分子の感湿制
料にエリ形成されている。
３は、ポリエーテルサルフオン（以下ＰＥＳと称する）
もしくはポリサルフ号ン全生成分とする高分子の感湿制
料にエリ形成されている。
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、ＰＥＳ の粉末を例えば１０〜４０ｇｒ用意し、
これを例えばジメチルホルムアミド２０ｍｔ ）シクロ
へキサノン８０ｍ／、、メチルエチルケトン２５ｍｔの
混合溶媒中に溶解してＰＥＳ 溶液を得る。次にこのＰ
ＥＳ 浴液を絶縁性基板１上に形成された下部ｉＩ極２
上にスピンコード法にエリ塗布した後、室温の窒素雰囲
気中で乾燥させて０．５μｍ〜５μｍの厚さの感湿膜３
を得る。この場合のスピンナーの回転数は５００〜５０
００ ｒ、ｐ、ｍ、とする。また、室温乾燥後、１６０
℃〜２４０℃の範囲で１時間以上熱処理する。次にこの
感湿膜３を積層塗布し次絶縁性基板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膵厚５
０〜１０００＾程度の上部電極４を形成する。々お、付
着金属は全以外にもパラジウム、白金、クロム々どの耐
蝕性金属でお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１０００４１００００Δの
厚さで薄膜状に形成することにエリ得る。
これを例えばジメチルホルムアミド２０ｍｔ ）シクロ
へキサノン８０ｍ／、、メチルエチルケトン２５ｍｔの
混合溶媒中に溶解してＰＥＳ 溶液を得る。次にこのＰ
ＥＳ 浴液を絶縁性基板１上に形成された下部ｉＩ極２
上にスピンコード法にエリ塗布した後、室温の窒素雰囲
気中で乾燥させて０．５μｍ〜５μｍの厚さの感湿膜３
を得る。この場合のスピンナーの回転数は５００〜５０
００ ｒ、ｐ、ｍ、とする。また、室温乾燥後、１６０
℃〜２４０℃の範囲で１時間以上熱処理する。次にこの
感湿膜３を積層塗布し次絶縁性基板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膵厚５
０〜１０００＾程度の上部電極４を形成する。々お、付
着金属は全以外にもパラジウム、白金、クロム々どの耐
蝕性金属でお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１０００４１００００Δの
厚さで薄膜状に形成することにエリ得る。
このような構成によると、感湿膜３は、ポリエーテルサ
ルフオンをジメチルホルムアミド、シクロヘキサノン、
メチルエチルケトンの極性の強い混合溶剤に溶解し、こ
れを予め絶縁性基板１上に形成した下部電極２上に薄く
コーティングし、室温雰囲気中で乾燥して形成されるの
で、溶媒が抜けてポリマーが＃密となり、収着水分量が
０．２〜Ｑ、４ｗｔ％と極めて低くなり、ヒステリシス
が小さくなる。また、前述したジメチルホルムアミド。
ルフオンをジメチルホルムアミド、シクロヘキサノン、
メチルエチルケトンの極性の強い混合溶剤に溶解し、こ
れを予め絶縁性基板１上に形成した下部電極２上に薄く
コーティングし、室温雰囲気中で乾燥して形成されるの
で、溶媒が抜けてポリマーが＃密となり、収着水分量が
０．２〜Ｑ、４ｗｔ％と極めて低くなり、ヒステリシス
が小さくなる。また、前述したジメチルホルムアミド。
シクロヘキサノン、メチルエチルケトンのＡ 合ｍ媒の
代りにジメチルホルムアミド、シクロヘキサノン、メチ
ルエチルケトンなどの極性の強い単一溶媒を用いても同
様の効果が得られる。
代りにジメチルホルムアミド、シクロヘキサノン、メチ
ルエチルケトンなどの極性の強い単一溶媒を用いても同
様の効果が得られる。
また、本発明の他の実施例においては、前述したＰＥＳ
の代りにポリサルフォンを用いて感湿膜３を形成しても
良く、また、室温乾燥後、１４０℃〜２００℃の節回で
１時間以上熱処理を行なって形成しても前述と全く同様
の効果が得られる。このポリサルフオ、ノば、下記に示
す構造式を有しており、 また、下記に構造式で示すポリエーテルサルフオン と比較してＳＯ□がＣ（ＣＨ３）２に置き換えられてい
るため、収着水分Ｓがポリエーテルサルフオンの約局と
小さくが９、感度も約３となるが、実用上は全く問題な
く、ポリエーテルサルフオンと同様に温度依存性が小さ
く、かつ高温、高湿でのドリフトの小さい感湿素子が得
られた。
の代りにポリサルフォンを用いて感湿膜３を形成しても
良く、また、室温乾燥後、１４０℃〜２００℃の節回で
１時間以上熱処理を行なって形成しても前述と全く同様
の効果が得られる。このポリサルフオ、ノば、下記に示
す構造式を有しており、 また、下記に構造式で示すポリエーテルサルフオン と比較してＳＯ□がＣ（ＣＨ３）２に置き換えられてい
るため、収着水分Ｓがポリエーテルサルフオンの約局と
小さくが９、感度も約３となるが、実用上は全く問題な
く、ポリエーテルサルフオンと同様に温度依存性が小さ
く、かつ高温、高湿でのドリフトの小さい感湿素子が得
られた。
このように構成された感湿素子は、相対湿度−電気容量
特性を測定した結果、感湿膜３としてポリエーテルサル
フメンを主成分とした場合には第３図（ａ）に、ポリサ
ルフオンを主成分とした場合には第３図（ｂ）にそれぞ
れ示すようなデータが得られた。なお、この測定にはＬ
ＣＺメータを使用し、周波数１００Ｋ）Ｉｚでそれぞれ
温度１０℃、２５℃、４０℃について行なった。同図か
ら明らかなように温度依存性が小さく、良好な感湿特性
が得られた。したがって温度による検出出力の変化（温
度特性）が小さくなるので、回路による温度補正が不要
となる。また、同図から明らかなように恒湿槽安定後、
約２分後の測定ではヒステリシスが１％ＲＦ（以下でア
リ、極めて良好であった。
特性を測定した結果、感湿膜３としてポリエーテルサル
フメンを主成分とした場合には第３図（ａ）に、ポリサ
ルフオンを主成分とした場合には第３図（ｂ）にそれぞ
れ示すようなデータが得られた。なお、この測定にはＬ
ＣＺメータを使用し、周波数１００Ｋ）Ｉｚでそれぞれ
温度１０℃、２５℃、４０℃について行なった。同図か
ら明らかなように温度依存性が小さく、良好な感湿特性
が得られた。したがって温度による検出出力の変化（温
度特性）が小さくなるので、回路による温度補正が不要
となる。また、同図から明らかなように恒湿槽安定後、
約２分後の測定ではヒステリシスが１％ＲＦ（以下でア
リ、極めて良好であった。
第４図は本実施例で作製した感湿素子を約４０℃。
９０チ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％ＲＨにおける各出力
のドリフトを示したものである。また、第５図は比較例
として従来のセルロースアセテートブチレート感湿材料
を感湿膜とした感湿素子の同一条件における各出力のド
リフトを示し念ものである。
．３０，５０，６０，７０．９０％ＲＨにおける各出力
のドリフトを示したものである。また、第５図は比較例
として従来のセルロースアセテートブチレート感湿材料
を感湿膜とした感湿素子の同一条件における各出力のド
リフトを示し念ものである。
これらの図から明ら〃）なように本実施例による感湿素
子の出力ドリフトは、従来（第５図つと比較して安定し
た（ドリフトの小さい）感湿特性が得られ、良好であっ
た。また、ヒステリシスも恒湿槽安定後、約２分後の測
定で１％ＲＨ以下となり、従来と比べて再現性が良好で
あるとともに高温高湿雰囲気中においてもさらに長期間
にわたって同一雰囲気中に放置してもほとんど容量比が
変化せず安定している。着た、高温高湿雰囲気中に放置
した後、室内坏囲気中に戻すと、可逆的に初期特性に回
復することができた。
子の出力ドリフトは、従来（第５図つと比較して安定し
た（ドリフトの小さい）感湿特性が得られ、良好であっ
た。また、ヒステリシスも恒湿槽安定後、約２分後の測
定で１％ＲＨ以下となり、従来と比べて再現性が良好で
あるとともに高温高湿雰囲気中においてもさらに長期間
にわたって同一雰囲気中に放置してもほとんど容量比が
変化せず安定している。着た、高温高湿雰囲気中に放置
した後、室内坏囲気中に戻すと、可逆的に初期特性に回
復することができた。
なお、前述した実施例においては、サンドインチ構造の
感湿素子全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。
感湿素子全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。
さらに前述した実施例においては、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
のとしたが、その相対湿度に対するイノビーダンスの変
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
のとしたが、その相対湿度に対するイノビーダンスの変
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力
）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、また、表面弾性波素子上に感湿膜を形
成し、その表面押付波素子を通過する速度の変化にエリ
、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力
）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、また、表面弾性波素子上に感湿膜を形
成し、その表面押付波素子を通過する速度の変化にエリ
、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、ポ
リエーテルサルフオンもしくはポリサルフオンを主成分
とする高分子を用いて感湿膜全形成し、ポリエーテルサ
ルホンではその薄膜形成後、１６０℃〜２４０℃の範囲
で熱処理するもしくはポリサルホンではその薄膜形成後
、１４０℃〜２００℃の範囲で熱処ぜすることにより、
収着水分量が低くなり、ドリフトが少なく、がっ温度依
存性のない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。
リエーテルサルフオンもしくはポリサルフオンを主成分
とする高分子を用いて感湿膜全形成し、ポリエーテルサ
ルホンではその薄膜形成後、１６０℃〜２４０℃の範囲
で熱処理するもしくはポリサルホンではその薄膜形成後
、１４０℃〜２００℃の範囲で熱処ぜすることにより、
収着水分量が低くなり、ドリフトが少なく、がっ温度依
存性のない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。
また、収着水分量が小さく親水性が低いので、その製造
後において、定温、定湿雰囲気中でのコンディショニン
グおよび温湿度サイクルのようなコンディショニングが
不要もしくは容易となるなどの極めて優れた効果が得ら
れる。
後において、定温、定湿雰囲気中でのコンディショニン
グおよび温湿度サイクルのようなコンディショニングが
不要もしくは容易となるなどの極めて優れた効果が得ら
れる。
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（ａ） 、
（ｂ）は感湿膜材料にポリエーテルサルホン。 ポリサルホンをそれぞれ用いた感湿素子の感湿特性の温
度依存性を示す図、第４図はこの感湿素子の感湿特性を
示す図、第５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 ・・・・感湿膜、４・・・ ・ ・ ・ リード紗。 ・・・・下部電極、 ・上部電極、２ａ、４ａ
、第２図はこの感湿素子の平面図、第３図（ａ） 、
（ｂ）は感湿膜材料にポリエーテルサルホン。 ポリサルホンをそれぞれ用いた感湿素子の感湿特性の温
度依存性を示す図、第４図はこの感湿素子の感湿特性を
示す図、第５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 ・・・・感湿膜、４・・・ ・ ・ ・ リード紗。 ・・・・下部電極、 ・上部電極、２ａ、４ａ
Claims (4)
- （１）ポリエーテルサルフオンを主成分とする高分子を
用いて形成された感湿膜を備えてなる感湿素子。 - （２）ポリエーテルサルフオンを薄膜形成後、１６０℃
〜２４０℃の範囲の温度で熱処理して形成された感湿膜
を備えてなる感湿素子。 - （３）ポリサルフオンを主成分とする高分子を用いて形
成された感湿膜を備えてなる感湿素子。 - （４）ポリサルフオンを薄膜形成後、１４０℃〜２００
℃の範囲の温度で熱処理して形成された感湿膜を備えて
なる感湿素子。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1105871A JPH0692953B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 感湿素子 |
| DE69021925T DE69021925T3 (de) | 1989-04-26 | 1990-04-24 | Feuchtigkeitsempfindliches Element. |
| EP90304370A EP0395349B2 (en) | 1989-04-26 | 1990-04-24 | Moisture sensitive element |
| US07/515,096 US5069069A (en) | 1989-04-26 | 1990-04-26 | Moisture-sensitive element for moisture sensors |
| FI902097A FI101106B (fi) | 1989-04-27 | 1990-04-26 | Kosteusherkkä elementti |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1105871A JPH0692953B2 (ja) | 1989-04-27 | 1989-04-27 | 感湿素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02285242A true JPH02285242A (ja) | 1990-11-22 |
| JPH0692953B2 JPH0692953B2 (ja) | 1994-11-16 |
Family
ID=14419014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1105871A Expired - Lifetime JPH0692953B2 (ja) | 1989-04-26 | 1989-04-27 | 感湿素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0692953B2 (ja) |
| FI (1) | FI101106B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007102262A1 (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-13 | Toplas Engineering Co., Ltd. | 湿度センサ |
-
1989
- 1989-04-27 JP JP1105871A patent/JPH0692953B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-04-26 FI FI902097A patent/FI101106B/fi active IP Right Grant
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007102262A1 (ja) * | 2006-03-06 | 2007-09-13 | Toplas Engineering Co., Ltd. | 湿度センサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FI101106B (fi) | 1998-04-15 |
| FI902097A0 (fi) | 1990-04-26 |
| JPH0692953B2 (ja) | 1994-11-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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