JPH0242428B2 - - Google Patents
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- JPH0242428B2 JPH0242428B2 JP58049150A JP4915083A JPH0242428B2 JP H0242428 B2 JPH0242428 B2 JP H0242428B2 JP 58049150 A JP58049150 A JP 58049150A JP 4915083 A JP4915083 A JP 4915083A JP H0242428 B2 JPH0242428 B2 JP H0242428B2
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
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Description
【発明の詳細な説明】
＜技術分野＞
本発明は感湿材料として高分子膜を利用した感
湿素子に関し、特にその透湿性電極材料に関する
ものである。
湿素子に関し、特にその透湿性電極材料に関する
ものである。
＜従来技術＞
感湿材料として、アセテート、セルロース、ポ
リスチレンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩その
他種々の高分子膜を利用した感湿素子は湿度ある
いは結露等を検出する薄膜型の湿度センサとして
空調機器、医療、自動車、農林畜産等の広範な分
野にその応用が期待されている。高分子膜を用い
た感湿素子は、雰囲気中の水蒸気量（湿度）に依
存して高分子膜中の吸水量が可逆的に増減する結
果、イオン電導度が変化する現象を湿度検出に利
用しようとするものであり、基板上に櫛歯状等の
電極を形成し、その上に感湿膜として高分子薄膜
を層設するとともに必要に応じて透湿性のコーテ
イング膜を被覆した構造を基本としている。ま
た、コーテイング膜の代わりに透湿性の導電膜を
使用し、これを上記基板上の電極に対する他方の
電極として利用したものもある。ここで透湿性導
電膜としては、下記の条件を満たすことが要求さ
れる。
リスチレンスルホン酸塩、ポリアクリル酸塩その
他種々の高分子膜を利用した感湿素子は湿度ある
いは結露等を検出する薄膜型の湿度センサとして
空調機器、医療、自動車、農林畜産等の広範な分
野にその応用が期待されている。高分子膜を用い
た感湿素子は、雰囲気中の水蒸気量（湿度）に依
存して高分子膜中の吸水量が可逆的に増減する結
果、イオン電導度が変化する現象を湿度検出に利
用しようとするものであり、基板上に櫛歯状等の
電極を形成し、その上に感湿膜として高分子薄膜
を層設するとともに必要に応じて透湿性のコーテ
イング膜を被覆した構造を基本としている。ま
た、コーテイング膜の代わりに透湿性の導電膜を
使用し、これを上記基板上の電極に対する他方の
電極として利用したものもある。ここで透湿性導
電膜としては、下記の条件を満たすことが要求さ
れる。
(1) 感湿膜に対して強い密着性を有すること。
(2) 感湿膜の吸湿・脱湿に伴なう膨潤・収縮によ
つても、亀裂が入らず、また剥離しないこと。
つても、亀裂が入らず、また剥離しないこと。
(3) 充分な透湿性をもつこと。
(4) 感湿膜のインピーダンスに比較して充分低抵
抗であること。
抗であること。
(5) 感湿膜の耐え得る温度範囲内で形成できるこ
と。
と。
従来、感湿素子の透湿性導電膜としては、
RuO2等の焼結体あるいはAu等の金属薄膜が主と
して用いられてきた。このうち、焼結体の電極
は、製作工程で高分子材料の耐熱性を超える高温
焼成を必要とするため、高分子膜を用いた感湿素
子には使用することができない。従つて、高分子
膜を用いた感湿素子の透湿性電極としては、主に
Au薄膜が用いられる。しかしながら、Au薄膜
は、一般に真空蒸着、スパツタリング等の方法で
作製されるが、高分子膜の熱特性を考慮すると基
板温度をあまり高く設定することができないため
得られるAu薄膜は感湿膜との密着性が悪い。ま
た、感湿素子としては極力全湿度範囲で使用可能
なことが望ましいが、Au薄膜は高湿雰囲気にお
ける高分子膜の膨潤によつて容易に亀裂を生じ、
場合によつては剥離するという問題があつた。
RuO2等の焼結体あるいはAu等の金属薄膜が主と
して用いられてきた。このうち、焼結体の電極
は、製作工程で高分子材料の耐熱性を超える高温
焼成を必要とするため、高分子膜を用いた感湿素
子には使用することができない。従つて、高分子
膜を用いた感湿素子の透湿性電極としては、主に
Au薄膜が用いられる。しかしながら、Au薄膜
は、一般に真空蒸着、スパツタリング等の方法で
作製されるが、高分子膜の熱特性を考慮すると基
板温度をあまり高く設定することができないため
得られるAu薄膜は感湿膜との密着性が悪い。ま
た、感湿素子としては極力全湿度範囲で使用可能
なことが望ましいが、Au薄膜は高湿雰囲気にお
ける高分子膜の膨潤によつて容易に亀裂を生じ、
場合によつては剥離するという問題があつた。
＜発明の目的＞
本発明は上記従来の問題点に鑑み、高分子膜を
用いた感湿素子の透湿性電極材料として高分子膜
との密着性が良好でかつ高湿雰囲気下に於いても
安定な強度を有する導電膜を用いることにより、
広範囲な湿度検出を可能とする品質及び信頼性の
高い感湿素子を提供することを目的とするもので
ある。
用いた感湿素子の透湿性電極材料として高分子膜
との密着性が良好でかつ高湿雰囲気下に於いても
安定な強度を有する導電膜を用いることにより、
広範囲な湿度検出を可能とする品質及び信頼性の
高い感湿素子を提供することを目的とするもので
ある。
＜実施例＞
高分子膜を用いた感湿素子の感湿膜上に被覆す
る透湿性電極として通常の金属薄膜を使用する
と、前述した如く湿度サイクルによる感湿膜の膨
潤・収縮に起因する亀裂や剥離を生じる。これを
防止する手段として、延性・展性に秀れた導電薄
膜を利用することが考えられる。延性及び展性に
秀れた金属材料としては、例えばInがある。
る透湿性電極として通常の金属薄膜を使用する
と、前述した如く湿度サイクルによる感湿膜の膨
潤・収縮に起因する亀裂や剥離を生じる。これを
防止する手段として、延性・展性に秀れた導電薄
膜を利用することが考えられる。延性及び展性に
秀れた金属材料としては、例えばInがある。
第１図は本発明の１実施例を示す感湿素子の構
成斜視図であり、透湿性電極としてIn薄膜を用い
たものである。
成斜視図であり、透湿性電極としてIn薄膜を用い
たものである。
アルミナ焼結体等のセラミツクあるいはガラス
等から成る厚さ0.3〜２mm程度の基板１上に下部
電極２としてAu等の金属膜を層設し、この上に
感湿膜３として高分子薄膜を堆積する。高分子薄
膜としてはポリスチレンスルホン酸塩、ポリアク
リル酸塩、アルギル酸塩等の電解質にポリビニル
アルコールを加えたもの、ポリビニルアルコール
単体、アセテート・セルロースにアセトン等の溶
媒を加えたもの、その他種々の感湿機能を有する
有機材料が用いられる。感湿膜３上にはIn薄膜か
ら成る透湿性の上部電極４が被覆される。上部電
極４と下部電極２はリード線５によつて外部へ導
出される。
等から成る厚さ0.3〜２mm程度の基板１上に下部
電極２としてAu等の金属膜を層設し、この上に
感湿膜３として高分子薄膜を堆積する。高分子薄
膜としてはポリスチレンスルホン酸塩、ポリアク
リル酸塩、アルギル酸塩等の電解質にポリビニル
アルコールを加えたもの、ポリビニルアルコール
単体、アセテート・セルロースにアセトン等の溶
媒を加えたもの、その他種々の感湿機能を有する
有機材料が用いられる。感湿膜３上にはIn薄膜か
ら成る透湿性の上部電極４が被覆される。上部電
極４と下部電極２はリード線５によつて外部へ導
出される。
上部電極４を構成するIn薄膜は真空蒸着法によ
つて作製され、充分な透湿性を有しかつ水中浸漬
試験及び高温放置試験等の過酷な環境下において
も充分な耐久性をもつことが確認された。しかし
ながら、In薄膜は抵抗値がやや高くまた非常に過
酷な環境下においては抵抗値変化が起こるといつ
た問題を内包する。従つて、本実施例では、In薄
膜上に更に低抵抗の金属薄膜としてAu、Ag、Pt
等の貴金属薄膜を蒸着し、上部電極４をIn薄膜と
貴金属薄膜の２層構造で構成している。上部電極
４を２層構造とすることによつて電極面抵抗が
10Ω／□以下の極めて低い値になつた。
つて作製され、充分な透湿性を有しかつ水中浸漬
試験及び高温放置試験等の過酷な環境下において
も充分な耐久性をもつことが確認された。しかし
ながら、In薄膜は抵抗値がやや高くまた非常に過
酷な環境下においては抵抗値変化が起こるといつ
た問題を内包する。従つて、本実施例では、In薄
膜上に更に低抵抗の金属薄膜としてAu、Ag、Pt
等の貴金属薄膜を蒸着し、上部電極４をIn薄膜と
貴金属薄膜の２層構造で構成している。上部電極
４を２層構造とすることによつて電極面抵抗が
10Ω／□以下の極めて低い値になつた。
以下、製造方法及び製造条件を示す種々実施例
に従つて詳述する。
に従つて詳述する。
実施例 １
感湿膜３を構成する高分子膜としてポリビニル
アルコールを180℃で焼成したものを使用し、こ
れを下部電極２が形成されたガラス基板１上に層
設する。その上にIn薄膜を真空蒸着して上部電極
４とする。蒸着条件はAr：１×10-3Torr雰囲気
中で蒸着速度を0.5Å／秒、膜厚を400Åとした。
上部電極４及び下部電極２にリード線５を接続し
感湿素子とする。また、比較のため、上部電極４
をAu薄膜とし他は全く同一条件に設定した感湿
素子も同時に作製した。この２種類の感湿素子を
高温放置試験で観測した結果、上部電極４がAu
薄膜のものは亀裂を生じ、水中浸漬試験に於いて
も剥離が現出した。一方、上部電極４がIn薄膜の
ものは全く安定であり、水中浸漬試験に於いても
異常は認められなかつた。
アルコールを180℃で焼成したものを使用し、こ
れを下部電極２が形成されたガラス基板１上に層
設する。その上にIn薄膜を真空蒸着して上部電極
４とする。蒸着条件はAr：１×10-3Torr雰囲気
中で蒸着速度を0.5Å／秒、膜厚を400Åとした。
上部電極４及び下部電極２にリード線５を接続し
感湿素子とする。また、比較のため、上部電極４
をAu薄膜とし他は全く同一条件に設定した感湿
素子も同時に作製した。この２種類の感湿素子を
高温放置試験で観測した結果、上部電極４がAu
薄膜のものは亀裂を生じ、水中浸漬試験に於いて
も剥離が現出した。一方、上部電極４がIn薄膜の
ものは全く安定であり、水中浸漬試験に於いても
異常は認められなかつた。
実施例 ２
上記実施例１と同様の感湿膜３上にAr：１×
10-3Torr雰囲気中で蒸着速度を0.5Å／秒に設定
してInを厚さ100Åだけ蒸着し、更に同一雰囲気
下でAuを300Å堆積することにより上部電極４と
する。これによつて得られた感湿素子は実施例１
と同様に密着性の良好な透湿性電極が形成され
た。高湿放置試験を30時間行なつた結果、実施例
１の素子の電極抵抗が1KΩ／□以上に上昇した
のに対し、実施例２の素子では10Ω／□以下で安
定していた。この結果を第２図に示す。図中曲線
a1は実施例１の感湿素子、b1は実施例２の感湿素
子の特性曲線である。また、水中浸漬試験を４時
間行なつた結果に於いても実施例１の素子の電極
抵抗は、1KΩ／□以上に上昇したのに対し、実
施例２の素子では10Ω／□以下で安定していた。
この結果を第３図に示す。図中曲線a2は実施例２
の感湿素子、b2は実施例２の感湿素子の特性曲線
である。
10-3Torr雰囲気中で蒸着速度を0.5Å／秒に設定
してInを厚さ100Åだけ蒸着し、更に同一雰囲気
下でAuを300Å堆積することにより上部電極４と
する。これによつて得られた感湿素子は実施例１
と同様に密着性の良好な透湿性電極が形成され
た。高湿放置試験を30時間行なつた結果、実施例
１の素子の電極抵抗が1KΩ／□以上に上昇した
のに対し、実施例２の素子では10Ω／□以下で安
定していた。この結果を第２図に示す。図中曲線
a1は実施例１の感湿素子、b1は実施例２の感湿素
子の特性曲線である。また、水中浸漬試験を４時
間行なつた結果に於いても実施例１の素子の電極
抵抗は、1KΩ／□以上に上昇したのに対し、実
施例２の素子では10Ω／□以下で安定していた。
この結果を第３図に示す。図中曲線a2は実施例２
の感湿素子、b2は実施例２の感湿素子の特性曲線
である。
第４図は本発明に係る感湿素子構造の他の実施
例を示す構成斜視図である。
例を示す構成斜視図である。
基板１上に１対の櫛歯状電極６を形成し、この
上に高分子薄膜の感湿膜３、上部電極４を順次堆
積している。この場合、上部電極４は電界効果型
（FET）湿度センサのゲート電極として利用する
ことができる。
上に高分子薄膜の感湿膜３、上部電極４を順次堆
積している。この場合、上部電極４は電界効果型
（FET）湿度センサのゲート電極として利用する
ことができる。
＜発明の効果＞
以上の如く、本発明に係る透湿性導電膜は、高
分子感湿膜に対して強い密着性を有し、感湿膜の
膨潤・収縮によつても亀裂・剥離が起こらず、か
つ充分な透湿性と導電性を有するものであり、高
分子膜を用いた感湿素子の電極として非常に優れ
たものである。得られる感湿素子は品質及び信頼
性の高いかつ検出範囲の広いものである。
分子感湿膜に対して強い密着性を有し、感湿膜の
膨潤・収縮によつても亀裂・剥離が起こらず、か
つ充分な透湿性と導電性を有するものであり、高
分子膜を用いた感湿素子の電極として非常に優れ
たものである。得られる感湿素子は品質及び信頼
性の高いかつ検出範囲の広いものである。
第１図は本発明の１実施例を示す感湿素子の構
成斜視図である、第２図は高湿放置試験における
実施例１の素子および実施例２の素子の電極抵抗
の変化を示す特性図である。第３図は水中浸漬試
験における実施例１の素子及び実施例２の素子の
電極抵抗の変化を示す特性図である。第４図は本
発明に係る感湿素子の他の実施例を示す構成斜視
図である。 １……基板、２……下部電極、３……感湿膜、
４……上部電極、５……リード線、６……櫛歯状
電極。
成斜視図である、第２図は高湿放置試験における
実施例１の素子および実施例２の素子の電極抵抗
の変化を示す特性図である。第３図は水中浸漬試
験における実施例１の素子及び実施例２の素子の
電極抵抗の変化を示す特性図である。第４図は本
発明に係る感湿素子の他の実施例を示す構成斜視
図である。 １……基板、２……下部電極、３……感湿膜、
４……上部電極、５……リード線、６……櫛歯状
電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 感湿膜として高分子膜を使用し、該高分子膜
上に透湿性電極層が層設されて成る感湿素子に於
いて、前記透湿性電極層はインジウム薄膜を具備
して成ることを特徴とする感湿素子。 ２ 透湿性電極層がインジウム薄膜と該インジウ
ム薄膜に重畳された貴金属薄膜で構成された特許
請求の範囲第１項記載の感湿素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58049150A JPS59173743A (ja) | 1983-03-23 | 1983-03-23 | 感湿素子 |
| US06/590,343 US4496931A (en) | 1983-03-23 | 1984-03-16 | Moisture permeable electrode in a moisture sensor |
| GB08407169A GB2139761B (en) | 1983-03-23 | 1984-03-20 | Electrical moisture detector with indium electrode |
| DE3410578A DE3410578C2 (de) | 1983-03-23 | 1984-03-22 | Dünnfilm-Feuchtigkeitsmeßfühler |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58049150A JPS59173743A (ja) | 1983-03-23 | 1983-03-23 | 感湿素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59173743A JPS59173743A (ja) | 1984-10-01 |
| JPH0242428B2 true JPH0242428B2 (ja) | 1990-09-21 |
Family
ID=12823064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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