JPH02285247A - 感湿素子 - Google Patents

感湿素子

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JPH02285247A
JPH02285247A JP10459489A JP10459489A JPH02285247A JP H02285247 A JPH02285247 A JP H02285247A JP 10459489 A JP10459489 A JP 10459489A JP 10459489 A JP10459489 A JP 10459489A JP H02285247 A JPH02285247 A JP H02285247A
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黒岩 孝朗
Tetsuya Miyagishi
宮岸 哲也
Toru Abe
亨 阿部
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は・有機高分子を感湿膜の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。
〔従来の技術〕
従来よシこの種の感湿素子としては、例えばセルロース
アセテートブチレート(以下CADと称する)高分子を
感湿材料として用い、この感湿材料によシ形成される感
湿膜の電気容量値変化を湿度検出に利用し九感湿容量素
子が例えば特開昭62−88951号公報などにより提
案されている。
この種の感湿素子において、感湿材料であるCAHの収
着水分量は、ブチリル基17%のCABでは第5図に示
すように温度30℃、相対湿度90SRHにおける平衡
状態でポリマ1?当り、約70〜90TR9/L?であ
った。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、このように構成される感湿素子は、感湿
膜の高分子材料としてCABを用いているので、ヒステ
リシス(吸湿過程と脱湿過程とでの感湿特性の差)が2
〜4%RH(約25℃、測定間隔5分)であり、理想的
な1*RH以下のヒステリシスが達成できないという問
題があった。また、ヒステリシスには湿度依存性があシ
、約40℃程度の高温度で同一条件で測定すると、高温
度となることによシ、ヒステリシスが2〜3%RH程度
増加するという問題があつな。さらに長時間同一雰囲気
中に放置されると、湿度履歴の効果がちシ、ヒステリシ
スの変化、感湿特性の変化がある。
例えば相対湿度11SRHの常温度で長時間にわたって
放置すると、初期にヒステリシスが2SRHの感湿素子
が4〜6%RHと大きくなる。さらに約84esRHの
常温度で長期間にわたって放置すると、初期のヒステリ
シス2SRHの感湿素子が1%RHQ度と小さくなるが
、感湿特性は10〜90%RHにおいて、5〜71H程
度出力が犬きくな9、ドリフトする。また、相対湿度9
01Hでの電気容量値と10チRHでの電気容量値との
比(Cso/Cio )が変化するという問題があった
。さらに温度40℃。
相対湿度90チRH程度の高温高湿度条件、結露。
水中浸漬、温度−湿度サイクルなどにより、感湿特性が
+側に大きくドリフトするなどの問題があった。
これらの問題点の発生は、感湿膜として感湿材料の収着
水分量(吸水率)が理想的な容量式もしくはインピーダ
ンス式感湿素子としては大きすぎることにより、感湿膜
中の水分子同志の相互作用により応答性が変化したシ、
測定湿度雰囲気での平衡収着水分量が変化し、出力ドリ
フトを生じるものであつな。
したがって本発−明は、前述した従来の問題に鑑みてな
されたものであシ、その目的は、低温度から高温度およ
び低湿度から高湿度までの各種の使用範囲において、ヒ
ステリシスが小さり、マた、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各種の使用奈件に長期間にわ
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。
〔課題を解決するための手段〕
本発明による感湿素子は、温度30℃、相対湿度90S
RHにおける平衡収着水分量が高分子1%r当910〜
40η含む高分子を用いて感湿膜を形成するものである
本発明による他の感湿素子は、高分子として熱変形温度
が120℃以上もしくは連続使用温度が100℃以上の
非結晶性高分子を用いて感湿膜を形成するものである。
本発明によるさらに他の感湿素子は、高分子としてガラ
ス転移点が100℃もしくは融点が150℃以上の結晶
性高分子を用いて感湿膜を形成するものである。
本発明による他の感湿素子は、絶縁破壊の強さが14K
V/■以上の高分子を用いて感湿膜を形成するものであ
る。
本発明による他の感湿素子は、体積固有抵抗が1014
0/an ”以上の高分子を用いて感湿膜を形成するも
のである。
〔作用〕
本発明による感湿素子においては、感湿膜に高分子材料
を用いることによシ、収着水分量が低くなシ、ヒステリ
シスが小さくなって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。
〔実施例〕
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
なる上部電極である。すなわち、感湿膜3t−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湿素子において、その感湿膜3
は、ポリサルフオン、ポリエーテルサルフオン、ポリエ
ーテルイミド、ポリフェニレンオキサイド、ポリカーボ
ネート、ボリアリレート。
ポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル。
ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリエーテルエーテルケント、ポリエーテルケン
トもしくはポリアセタールを主成分とする高分子の感湿
材料によシ形成される。
次にこのように構成された感湿素子について説明する。
まず、水晶撮動子上に上述した高分子材料を約10μm
以下に薄く塗布して感湿膜を形成し、恒温度雰囲気中に
挿入して水晶振動子の発掘周波数の変化によυこの感湿
膜に収着した水の質量を約30℃で測定した。ま九、同
一の高分子材料を前記絶縁性基板1上に形成した下側電
極2上に約10μm以下に薄く塗布して感湿膜3′t−
形成し、さらに上側電極4を形成して電気容量比と相対
湿度との関係を約30℃で測定した。この結果、感湿膜
3を形成する高分子材料をセルロースアセテートブチレ
ート(ブチル基17チ)とした場合は、高分子膜の形成
方法、膜厚、熱処理方法もしくは上側電極4の形成方法
により、収着水分量および感湿特性は第6図に示すよう
に微妙に変化するが、収着水分量は70〜90■で61
、ヒステリシスは2〜4*RH+ Coo/Cooは1
.21〜1.41であった。これに比較して高分子材料
をセルロースアセテートブチレート(ブチリル基50%
)とした場合は、収着水分量は40〜60叩であシ、ヒ
ステリシスは1〜2 ’% RH、C90/ CIOは
1.10〜1.20であった。
また、高分子材料をポリメタクリル酸メチルとした場合
は、収着水分量は10〜30m9であり、ヒステリシス
は0.5〜1 チRH、C90/C10は1.06〜1
.15 と良好であった。さらに同様にポリエーテルサ
ルフオンとした場合は収着水分量は10〜30■であシ
、ヒステリシスは0.5〜1.5%RH、C90/CI
Oは1.12〜1.17と良好であった。また同様にポ
リサルフオンとした場合は収着水分量はlO〜15■で
あり、ヒステリシスは0.2〜1.(IRH。
Cso/Cxoは1.05〜1.08と良好であった。
また、セルロースアセテートブチレート(ブチリル1フ
チ)の収着水分量と感湿特性との関係と、相対湿度10
%RH→60チRH→10チRHと測定湿度を変えて測
定し九データと、相対湿度601RH以上に測定領域を
増やした場合とのヒステリシスの変化からも、高分子材
料中に存在する水分子の量が感湿特性を大きく変えてい
ることが明らかである。
すなわち、相対湿度60%RH以下では、収着水分量が
35〜40m9/9−程度であるため、ヒステリシスは
0.3〜0.4*RHとなり、感湿特性の直線性が極め
て良好である。ところが、相対湿度60%RH以上では
収着水分量が40’9.Q−と超えてしまうため、水分
子間のインタラクションが起シ、徐々にヒステリシスが
大きくなる。例えば相対湿度10%RH→70チR1(
−+10%RHと測定した場合、最大収着水分量は40
〜45ダ/P程度であり、ヒステリシスは1.2〜1.
5チRH、相対湿度10%RH→80%RH→10%R
Hと測定した場合、最大の収着水分量は50〜55〜/
y−程度であシ、ヒステリシスは1.5〜2.1*RH
であった。すなわち、収着水分量が増加するにつれてヒ
ステリシスが大きくなシ、直線性が低下している。これ
らのデータから感湿特性が高分子材料の収着水分量と大
きな相関があることが明らかであり、ヒステリシスの目
標仕様をl5RH以下と設定した場合、収着水分量は4
0■/P以下としなければならない。ここで示したデー
タは代表的なものであり、ヒステリシスは製造方法およ
びその条件により変化するものである。
また、測定法、その条件およびセンサの温湿度履歴によ
シ変化するものである。したがって第3図および第4図
に示す特性曲線はある幅を有することになる。また、相
対湿度901Hにおける収着水分量10〜40〜/?な
る高分子材料を用い、第1図および第2図に示す感湿素
子を製作した場合、その容量比Coo/Csoは1.0
5〜1.20であった。
なお、前述した実施例において、感湿膜3を構成する高
分子材料の熱的特性については、湿度センサの使用温度
範囲が通常−30〜100℃であることから、上部電極
4が破壊されたシ、センサ特性に大きな変化が発生する
ことは全くない。ま念、絶縁破壊強度については、高分
子材料膜厚0.5〜10μmにおいて、±1.5〜±5
vの電圧を連続して印加しても全く問題がなかった。さ
らに体積固有抵抗についても見損回路と組合せて測定し
ても何ら全く問題が発生しなかつ九。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明による感湿素子によれば、ヒ
ステリシスはIJRH以下が達成されるとともに温度依
存性もなくなった。また、長時間にわたって同一雰囲気
中に放置されても出力ドリフトが小さく、容量比変化も
小さい。さらに高温高湿放置、結露、水中浸漬、温湿度
サイクルなどによっても感湿特性のドリフトが小さい。
さらに湿度センナの使用雰囲気に合わせた耐薬品、耐環
境性の良いセンサを供給することができる。また、高分
子材料の合成などによる材料設計が可能となるなどの極
めて優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
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図は本発明によ
る感湿素子の吸着水分量とヒステリシスとの関係を示す
図、第4図は本発明による感湿素子の吸着水分量と容量
比との関係を示す図、第5図は従来の感湿素子(ブチリ
ル基17%のCAB )の収着水分量と相対湿度との関
係を示す図、第6図は従来の感湿素子(ブチリル基17
%のCAB)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、411・拳・上部電極、2a、4a嘩・拳・
リード線。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)温度30℃,相対湿度90%RHにおける平衡収
    着水分量が高分子1gr当10〜40mg含む高分子材
    料を感湿膜として備えてなる感湿素子。
  2. (2)請求項1記載の感湿素子において、高分子材料を
    、熱変形温度が120℃以上もしくは連続使用温度が1
    00℃以上の高分子とした感湿素子。
  3. (3)請求項1記載の感湿素子において、高分子材料を
    、ガラス転移点が100℃もしくは融点が150℃以上
    の高分子とした感湿素子。
  4. (4)請求項1記載の感湿素子において、高分子材料を
    、体積固有抵抗が10^1^4Ω/cm^3以上の高分
    子とした感湿素子。
  5. (5)請求項1記載の感湿素子において、高分子材料を
    、絶縁破壊強度が14KV/mm以上の高分子とした感
    湿素子。
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