JPS61237044A - 湿度検出素子およびその製造方法 - 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） 本発明はアミノ基の４級化処理が行われたアミンの誘導
体のポリマーの薄膜の電気的特性が雰囲気の湿度により
変化することを利用した湿度検出素子およびその製造方
法に関する。

（従来の技術） 露点湿度針や、水分の絶対量を測定する装置が知られて
いる。

また多孔質の材料に水分が吸収されることにより変化す
るその材料と水分により形成される物体の電気的特性を
測定することにより湿度を推定する装置等が知られてい
る。

（発明が解決しようとする問題点） 前述した装置はいずれも形状が大きいとか、測定に時間
を要する等の問題がある。

本発明の目的は、感湿性を有し、かつ超薄膜の高分子フ
ィルムを利用して、小形で応答特性の優れた湿度検出素
子およびその製造方法を提供することにある。

（問題を解決するための手段） 前記目的を達成するために本発明による湿度検出素子は
、絶縁基板と、前記基板上に形成された平面パターン電
極と、前記電極上にプラズマ重合によって形成されたプ
ラズマポリマー中のアミノ基の４級化処理が行われたア
ミンの誘導体のポリマーの薄膜とからなり、前記薄膜の
前記電極間の抵抗値または容量値が雰囲気の湿度の変化
に対応して変わることにより湿度を検出するように構成
されている。

また前記検出素子を製造する方法は、絶縁性基板の表面
に平面パターン電極を形成する工程と、前記平面パター
ン電極を形成した基板を反応管に入れて七ツマーガスを
導入して放電によるプラズマ重合により、アミンの誘導
体のポリマーの薄膜を形成するプラズマ重合工程と、前
記ポリマーの薄膜を形成した基板をドープ用ガス雰囲気
に入れてアミンの４級化処理を行う工程から構成されて
いる。

（実施例） 以下、図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する
。

第１図は本発明による湿度針の実施例を示す平面図およ
び断面図である。

なお断面図は層構造の理解を容易にするために厚さ方向
を誇張して示しである。

基板１としてリード線用の貫通孔を有するセラミック基
板を用いる。

前記絶縁基板１０表面に形成された櫛歯状の電極２・２
には、調性の引出し線４・４が導電性接着材５・５によ
り接続され、引出し線４・４は貫通孔を介して裏面に引
き出されている。

前記電極２・２の表面および基板１の表面にアミノ基の
４級化処理が行われたアミンの誘導体のポリマーの薄１
１１３が形成されている。

前記構成の湿度検出素子の細部の構成をその製造方法と
ともに詳しく説明する。

（基板の準備工程） 表面の形状が略（８，２ｍｍ　ｘ　７．０　ｍｍ）で犀
さが、３、Ｑｍｍで、引出し線用の貫通孔を有する絶縁
性、セラミック基板を用意する。

前記基板を硫酸、Ｈ２Ｏ２混合液で洗浄し、その後酸性
成分の無くなるまで流水でよく洗浄する。

その後、１００℃で２時間以上乾燥させる。

（電極形成の工程） 第２図（Ａ）に櫛歯状電極の形状の実施例パターンを示
し、同図（Ｂ）にその一部を拡大して示し□である。

電極の櫛歯に相当する金属部分の幅（拡大部に示すａ）
は０．１３ｍｍ、櫛歯間の間隔（拡大部に示すｂ）は０
．１９ｍｍである。

この０．１９ｍｍの部分を引き伸ばすと略４２ｍｍとな
る。

前記形状の電極を前記基板１の温度を１２０℃に保って
金を蒸着して形成した。

なおこの実施例では金電極としたが、１ｎ０２の薄膜を
利用することができる。

長期間の使用を目的とする場合には、ＩｎＯ２の薄膜の
ほうが適していると思われる。

（リード線等の接続工程） 前記基板の貫通孔に調性のリード線４・４を挿入して、
前記電極に導電性接着材で接続固定する。

（アミンの誘導体のポリマーの薄膜の形成工程）第３図
はポリマーの薄膜の形成に利用される反応装置を示すシ
ステム図である。、 反応管１００本体部の直径は３５ｍｍで長さは略３００
０ｍｍであり、前述のようにして電極が形成された基板
を反応管の中心に配置したガラス板に並べて配置してお
く。

反応管１０の一端にコイルが巻回されている。このコイ
ルに高周波発生源７から１３．５６ＭＨｚの高周波電流
を供給することにより、内部ノ七ツマ−ガスに、高周波
によるグロー放電を行わせることができる。

まず、反応管１０を拡散ポンプ１５．ロータリポンプ１
６等により約０゜１３Ｐａまで減圧しアルゴンガスを吹
き込み、高周波出力２５Ｗで１０分間アルゴンエツチン
グを行い、反応管１０の壁に吸着されているガスなどを
除去する。なお、反応管１０内の圧力は真空計１１によ
り監視されている。

アルゴンガスは供給源１７からバルブ１８を介して供給
される。

再び、反応系をＯ−１３Ｐ　ａに減圧し、０．７〜３．
３Ｐａでモノマーとしてビスジメチルアミノメチルとニ
ルシラン（Ｃ７ＨＩ　Ｂ　Ｎ２　Ｓ　ｉ）を、モノマー
供給源６からバルブ８等を介して反応管１０内に吹き込
み高周波出力２５Ｗで１時間重合を行った。

重合を終了後、アルゴンガスを１０分間吹き込み、反応
管内の七ツマーガスおよびラジカルの消去を行った後、
１．３　Ｐ　ａにしてポリマーの薄膜の形成されたセラ
ミック板を取り出す。

前記ポリマーの薄膜の構造は元素分析によれば、Ｃｓ、
ｓ　Ｈｌ４．ＯＮ１．３０２．２　Ｓ　ｉ・ｃｓ、ｅ　
Ｈｌ　２．。Ｎ１゜８０２．。Ｓｉなどである。

生成フィルム（薄ＩＩＩ）は透明で無色に近い淡黄色で
ある。拡大して観測したところ、平坦でピンホール等の
存在は認められなかった。

（アミノ基の４級化処理） 前述のようにして、形成されたアミンの誘導体のプラズ
マポリマーのアミノ基の４級化処理を行う。

前述のようにしてポリマーの薄膜が形成された素子をオ
ートクレーブに入れ、脱気後メチルブロマイド（ＣＨ３
Ｂｒ）ガスを飽和蒸気圧（２０℃で２Ｘ１０５Ｐａ）ま
で満たし、４８時間５０℃に保チＣＨ３Ｂ　ｒのフィル
ム中へのドープ処理を行い湿度検出素子を形成する。

なお、前記のようにしてＣＨ３Ｂｒがドープされたポリ
マー中にはＮ＋グループが存在することをＩＲスペクト
ル構造確認により確かめた。

次に以上のようにして製造された検出素子の特性を説明
する。

第４図は前述のようにして製造された複数種の湿度検出
素子の抵抗値と容量値の湿度に対する変化を示すグラフ
である。

なお以下の数値は４０℃における数値である。

薄膜の厚さが２９５００人の湿度検出素子の抵抗値の変
化を記号◆の示す曲線で、同じく容量の変化を記号◇の
示す曲線により示す。

薄膜の厚さが１４０００人の湿度検出素子の抵抗値の変
化を記号ムの示す曲線で、同じく容量の変化を記号△の
示す曲線により示す。

参考までに、薄膜の厚さが１４０００人で前述したＣＨ
３Ｂｒのフィルム中へのドープ処理を行わなかった素子
の抵抗値の変化を記号・の示す曲線で、同じく容量の変
化を記号０の示す曲線により示す。

第４図に示すように、ＣＨ３Ｂｒドープを行わない参考
例の素子（−・−）は相対湿度９０％で１０７Ωと高抵
抗を示す。

同じ厚さのＣＨ３Ｂｒドープフィルム（−◆−）は、相
対湿度２０％で９Ｘ１０５Ωであり、湿度の増加に従っ
てその抵抗を下げ、９０％では３．２×１０２Ωと、３
桁以上の抵抗値の変化が得られている。

また、厚さを約１／２にしたもの（−ム一）は相対湿度
２０％で２Ｘ１０’Ω、９０％で１．２Ｘ１０’Ωと抵
抗が増加している。相対湿度に対する変化は同様の傾向
を示す。

（−０−）は参考例の容量変化を示す。相対湿度の増加
に対応して、容量の増加が見られるがその変化の割合は
、ＣＨ３Ｂｒのフィルム中へのドープ処理を行ったもの
に比較して少ない。

本発明による湿度検出素子は応答性においても優れてい
る。

湿度を上昇する方向で５０％→９０％で５秒以内で略満
足すべき抵抗値に達し、湿度を下降する方向で、９０％
→４０％では、２２秒以内で満足すべき抵抗値に到達す
ることが確認されている。

本発明による湿度検出素子には若干のヒステリシスがあ
る。

第５図に前記湿度検出素子のヒステリシス特性を示す。

相対湿度の大きい所で１％以下の指示差が見られるが実
用に際してはほとんど問題にならない。

また前述した湿度検出素子で、前記電極をＩｎＯ２にし
たものを、４０℃で相対湿度４０％の雰囲気内に１．５
年程度放置して置いた後に抵抗値を測定したところ、実
質的な抵抗値の変化は認められなかった。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明による湿度検出素子は、絶
縁基板上に平面パターン電極を形成し、その表面にアミ
ノ基の４級化処理が行われたアミンの誘導体のプラズマ
ポリマーの薄膜を形成しである。

検出素子自体は極めて小形である。

相対湿度の変化に対して電極間で広範囲な電気的特性の
変化が得られ、この電気的特性変化を測定することによ
り、相対湿度を検出することができる。

応答速度も従来の湿度計よりも速く、十分な耐久性をも
つから、製造過程における湿度検出素子として広い応用
が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による湿度検出素子の実施例を示す平面
図および断面図である。 第２図は本発明による湿度検出素子の電極の実施例の形
状を示す平面図および一部拡大図である。 第３図は薄膜を形成する反応装置の実施例を示す略図で
ある。 第４図は湿度検出素子の電気的特性の変化を示すグラフ
である。 第５図は前記湿度検出素子のヒステリシス特性を示すグ
ラフである。 １・・・基板　　　　　　　２・・・電極３・・・薄膜
　　　　　　　　　４・・・リード線５・・・導電性接
着材 ６・・・モノマー源 ７・・・高周波発生源 ８．１８・・・バルブ １０・・・反応管 １１・・・真空計 １２・・・コールドトラップ １５．１６・・・真空ポンプ １８・・・アルゴン源 特許出願人　□浜松ホトニクス株式会社代理人　弁理士
　　井　ノ　ロ　　壽 ２１図 才２図 （Ａ）（Ｂ） 才３図 オ４図 ＲＥＬＡＴＩＶＥ　ＨＵＭＩＤＩＴＹ　（％）才５図 ＲＥＬＡＴＩＶＥ　ＨＵＭＩＤＩＴＹ　、　ｒ。 手続補正書 昭和６０年　６月　７日

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板と、前記基板上に形成された平面パター
   ン電極と、前記電極上にプラズマ重合によって形成され
   たプラズマポリマー中のアミノ基の４級化処理が行われ
   たアミンの誘導体のポリマーの薄膜とからなり、前記薄
   膜の前記電極間の抵抗値または容量値が雰囲気の湿度の
   変化に対応して変わることにより湿度を検出するように
   構成した湿度検出素子。
2. （２）前記絶縁基板は、セラミック基板またはパイレッ
   クス基板である特許請求の範囲第１項記載の湿度検出素
   子。
3. （３）平面パターン電極は、櫛歯状の電極である特許請
   求の範囲第１項記載の湿度検出素子。
4. （４）前記アミンの誘導体のポリマーの薄膜はビスジメ
   チルアミノメチルビニルシランのプラズマ重合膜である
   特許請求の範囲第１項記載の湿度検出素子。
5. （５）絶縁性基板の表面に平面パターン電極を形成する
   工程と、前記平面パターン電極を形成した基板を反応管
   に入れてモノマーガスを導入して放電によるプラズマ重
   合により、アミンの誘導体のポリマーの薄膜を形成する
   プラズマ重合工程と、前記ポリマーの薄膜を形成した基
   板をドープ用ガス雰囲気に入れてアミンの４級化処理を
   行う工程から構成した湿度検出素子の製造方法。