JPH0484748A - 湿度センサ - Google Patents

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、湿度を検出するための湿度センサに関する。

［従来の技術］ 現在、湿度センサとしては、相対湿度を電極間に塗布し
た感湿体の電気抵抗を含むインピーダンス、または静電
容量の変化として捕え、検知する湿度センサが使用され
ており、一般に高い感度を有し、安定性に優れ、また、
比較的容易に使用することができることから、ニアコン
ディショナ、加湿器、除湿器、或いは工業プロセスにお
ける湿度計測などにおいて高い需要を有している。

このような湿度センサは、通常、アルミナやガラス基板
上に、金、白金、銀パラジウム、或いは銀などの金属薄
膜によって、対向する一対のくし形電極を形成し、この
電極上に、感湿体である酸化亜鉛を主成分とした導電性
セラミック粉末を混練したものを塗布後焼成したり、或
いは、この電極上にアクリル系導電性高分子などの被膜
を形成し、架橋し、相対湿度の変化を電気抵抗及びイン
ピーダンスの変化として捕えたり、前記電極上にポリイ
ミド樹脂などの被膜を形成し、相対湿度の変化を静電容
量の変化として捕えたりしていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、湿度センサを低湿度雰囲気中に放置した状態
から次第に湿度を上げて高湿状態とし、次いで、高湿状
態から低湿状態に戻していった時、同じ相対湿度でも低
湿から高湿に向かう時と高湿から低湿に戻る時では、湿
度センサからの出力が異なるが、このような特性は、ヒ
ステリシス特性と称されている。

このヒステリシス特性（ヒステリシス幅）は、湿度の測
定値における再現性を損い、測定精度を低下させるため
、できるだけ小さくしなければならないが、前述した構
造の従来の湿度センサにあっては、相対湿度換算で通常
７％ＲＨ以上と大きく、問題となっていた。

また、湿度の変化に対するセンサ出力の追従性を表す応
答時間も、前記構造の従来の湿度センサにあっては、５
〜１５分と遅く、その改善が要求されていた。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するため
に提案されたものであり、その目的は、ヒステリシス特
性を格段に改善して、測定精度が高く、且つ湿度の変化
に対する応答速度の速い、優れた湿度センサを提供する
ことである。

［課題を解決するための手段］ 本発明による湿度センサは、絶縁基板と、この絶縁基板
の一面に対向して形成された一対のくし形電極と、この
くし形電極上に形成された感湿体、及びくし形電極対の
それぞれから引出された外部リード線を有してなる湿度
センサにおいて、絶縁基板が、空孔率１５％以上である
ことを特徴としている。

［作用］ 以上のような構成を有する本発明の湿度センサの作用を
以下に説明する。

まず、湿度センサにおけるヒステリシス特性の発生は、
感湿体への水分子の吸着性と、感湿体からの水分子の離
脱性が異なることに起因するが、このような感湿体にお
ける吸着性・離脱性の差異は、絶縁基板が水分子を吸着
する一方で、吸着した水分子を離脱し難いことにさらに
起因する。すなわち、湿度センサが高湿度雰囲気中に放
置された後、低湿度雰囲気中に置かれると、感湿体は、
薄い被膜状のため、水分子を離脱し易いが、逆に絶縁基
板に吸着された水分子は離脱し難い上、この絶縁基板に
吸着された水分子が、感湿体側に移動し、感湿体がこの
水分子を再び吸着することにより、実際の低湿度雰囲気
とは異なる、高湿度雰囲気に相当する出力が湿度センサ
から発せられることになり、このことが、ヒステリシス
特性を高くしている。

本発明は、このような考察を前提とし、絶縁基板におけ
る水分子の離脱性を高めることで、感湿体の再吸着を防
止し、ヒステリシス特性の低下を図ったものである。

すなわち、空孔率１５％以上の多孔質体を絶縁基板とし
て使用してなる本発明においては、絶縁基板に対して水
分子が吸着、離脱し易くなり、周囲雰囲気が、高湿度雰
囲気から低湿度雰囲気に変化した場合にも、絶縁基板に
吸着された水分子は絶縁基板から速やかに離脱するため
、感湿体が絶縁基板の水分子を再吸着することも少なく
、また、再吸着しても速やかに離脱するため、ヒステリ
シス特性が格段に改善される。

また、絶縁基板が多孔質であるため、感湿体の絶縁基板
に密着している側でも、水分子の吸着性・離脱性が高く
なり、吸着・離脱の実効表面積が広くなり、湿度の変化
に対する応答速度が速くなる利点もある。

［実施例］ 以下に、本発明による一実施例（第１実施例）を、第１
図を参照して具体的に説明する。

まず、第１図に示すように、空孔率１５％〜２０％を有
する厚み０．６３ｍｍのアルミナまたはマグネシア製多
孔質絶縁基板１に、金、白金、銀パラジウム、或いは銀
などの金属ペーストを使用し、スクリーン印刷法により
、所定の対向するくし形電極対パターンを塗布し、この
後、金属ペーストの種類に応じて６００〜１２００℃で
焼成し、くし形電極対２を形成した。続いて、このくし
形電極対２０表面に、予め粉砕し、有機溶剤でスラリー
状に混練したＺｎＣｒ２Ｏ４を主成分とする感湿体３を
電極と同じスクリーン印刷法により印刷した後、５００
〜１０００℃で焼成した。さらに、くし形電極２の各々
に、外部リード線４を接続した。

以上のような構成を有する第１実施例の湿度センサの作
用を、第２図及び第３図を参照して説明する。

第２図は、本発明の第１実施例の湿度センサと従来の湿
度センサの相対湿度換算における湿度抵抗特性を示す図
である。すなわち、第２図に示すように、低湿から高湿
に向かう場合の湿度−抵抗特性曲線Ｃ（Ｌ−Ｈ）に対し
て、従来の湿度センサにおける高湿から低湿に戻る場合
の湿度−抵抗特性曲線Ｃｏ　　　　は、大きな幅を有し
て下方に位（Ｈ−Ｌ） 置しているのに比べ、本発明の第１実施例における高湿
から低湿に戻る場合の湿度−抵抗特性曲線Ｃ１（１１−
Ｌ）は、曲線Ｃにはるかに接近して（Ｌ−１１） おり、第１実施例のヒステリシス特性が、従来に比べて
大幅に改善されていることが明らかである。

より具体的には、従来の湿度センサにおけるヒステリシ
ス幅は、はぼ７％ＲＨであったのに対し、本発明の第１
実施例の湿度センサにおけるヒステリシス幅は、はぼ３
％ＲＨと、格段に低減されている。

第３図は、第１実施例の湿度センサと従来の湿度センサ
の応答速度特性を示す図である。すなわち、この第３図
に示すように、従来の湿度センサの応答速度（特性曲線
Ｃｏ）は、センサ抵抗の増大時（９０％ＲＨ−３０％Ｒ
Ｈ時）及びセンサ抵抗の低減時（３０％ＲＨ−９０％Ｒ
Ｈ時）のいずれにおいても、はぼ８分程度と遅いのに対
し、第１実施例の湿度センサの応答速度（特性曲線Ｃ＋
）は、センサ抵抗の増大時（９０％ＲＨ−３０％ＲＨ時
）及びセンサ抵抗の低減時（３０％ＲＨ→９０％ＲＨ時
）のいずれにおいても、はぼ３分程度と、格段に早くな
っている。

続いて、本発明による第２実施例を、前記第１実施例と
同様に、第１図を参照して具体的に説明する。

すなわち、第１図に示すように、空孔率１５％〜２０％
を有する厚み０．６３ｍｍのアルミナまたはマグネシア
性多孔質絶縁基板１に、金、白金、銀パラジウム、或い
は銀などの金属ペーストを使用し、スクリーン印刷法に
より、所定の対向するくし形電極対パターンを塗布し、
この後、金属ペーストの種類に応じて６００〜１２００
℃で焼成し、くし形電極対２を形成した。続いて、この
くし形電極対２の表面に、アクリル系ポリマーに官能基
として第４級アンモニウム塩を付加した高分子と架橋剤
を添加したものを溶剤に希釈した溶液を塗布して、加熱
架橋し、感湿体３を形成した後、くし形電極２の各々に
、外部リード線４を接続した。

以上のような構成を有する第２実施例の湿度センサの作
用を、第４図及び第５図を参照して説明する。この場合
、第４図は、前述の第２図に対応する図面であり、第２
実施例の湿度センサと従来の湿度センサの相対湿度換算
における湿度−抵抗特性を示す図である。同様に、第５
図は、前述の第３図に対応する図面であり、第２実施例
の湿度センサと従来の湿度センサの応答速度特性を示す
図である。

すなわち、第４図に示すように、低湿から高湿に向かう
場合の湿度−抵抗特性曲線Ｃ（Ｌ−１１）に対して、従
来の湿度センサにおける高湿から低湿に戻る場合の湿度
−抵抗特性曲線Ｃｏ　　　　は、大（１１−Ｌ） きな幅を有して下方に位置しているのに比べ、本発明の
第２実施例における高湿から低湿に戻る場合の湿度−抵
抗特性曲線Ｃ２（ＩＩ−Ｌ）は、はるかに曲線Ｃ（Ｌ−
ＩＯに接近しており、前述の第１実施例と同様に、ヒス
テリシス特性が従来に比べて大幅に改善されていること
は明らかである。

また、第５図に示すように、従来の湿度センサの応答速
度（特性曲線Ｃｏ）は、センサ抵抗の増大時（９０％Ｒ
Ｈ→３０％ＲＨ時）及びセンサ抵抗の低減時（３０％Ｒ
Ｈ−９０％ＲＨ時）のいずれにおいても、はぼ５分程度
と遅いのに対し、第２実施例の湿度センサの応答速度（
特性曲線Ｃ２）は、センサ抵抗の増大時（９０％ＲＨ−
３０％ＲＨ時）及びセンサ抵抗の低減時（３０％ＲＨ→
９０％ＲＨ時）のいずれにおいても、はぼ２．５分程度
と、格段に早くなっている。

なお、本発明は前記各実施例に限定されるものではなく
、具体的に使用する各構成要素、すなわち絶縁基板、く
し形電極、感湿体、リード線などの寸法形状及び使用す
る材料は適宜選択可能である。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明においては、絶縁基板を空
孔率１５％以上とすることにより、絶縁基板に対して水
分子が吸着、離脱し易くなり、また、吸着・離脱の実効
表面積が広くなるため、従来に比べて、ヒステリシス特
性が格段に改善され、測定精度が高く、且つ湿度の変化
に対する応答速度の速い、優れた湿度センサを提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による湿度センサの一実施例を示す斜
視図、第２図は、本発明による第１実施例の湿度センサ
と従来の湿度センサの相対湿度換算における湿度−抵抗
特性を比較的に示すグラフ、第３図は、本発明による第
１実施例の湿度センサと従来の湿度センサの応答速度特
性を比較的に示すグラフ、第４図は、本発明による第２
実施例の湿度センサと従来の湿度センサの相対湿度換算
における湿度−抵抗特性を比較的に示すグラフ、第５図
は、本発明による第２実施例の湿度センサと従来の湿度
センサの応答速度特性を比較的に示すグラフである。 １・・・多孔質絶縁基板、２・・・くし形電極対、３・
・・感湿体、４・・・外部リード線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　絶縁基板と、この絶縁基板の一面に対向して形成され
   た一対のくし形電極と、このくし形電極上に形成された
   感湿体、及びくし形電極対のそれぞれから引出された外
   部リード線を有してなる湿度センサにおいて、 前記絶縁基板が、空孔率１５％以上であることを特徴と
   する湿度センサ。