JPS639721B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS639721B2 JPS639721B2 JP56156650A JP15665081A JPS639721B2 JP S639721 B2 JPS639721 B2 JP S639721B2 JP 56156650 A JP56156650 A JP 56156650A JP 15665081 A JP15665081 A JP 15665081A JP S639721 B2 JPS639721 B2 JP S639721B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- humidity sensor
- humidity
- conductivity
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は湿度を検知する湿度センサーに関す
る。
る。
現在、空気中の湿度を測定する湿度計としては
人間の毛髪や馬の尾の毛を用いたものが存在する
が、装置が大がかりである事は免れず、小型化は
困難であつた。一方、ソリツドステート化を図つ
たものとしてセラミツクスを用いたものが提案さ
れ、一部実用化されつつあるが、応答速度の点で
問題があり、普及には今一歩である。
人間の毛髪や馬の尾の毛を用いたものが存在する
が、装置が大がかりである事は免れず、小型化は
困難であつた。一方、ソリツドステート化を図つ
たものとしてセラミツクスを用いたものが提案さ
れ、一部実用化されつつあるが、応答速度の点で
問題があり、普及には今一歩である。
本発明はこのような点に鑑みて為されたもので
あつて、以下に図面を参照しつつ詳述する。
あつて、以下に図面を参照しつつ詳述する。
第１図は本発明湿度センサーの概念を示す断面
図、第２図はその上面図であつて、これ等の図に
於て、１はガラス基板、２，２は該ガラス基板１
の表面に微小間〓３を設けて対向した対向電極で
あつて、金を00〜400Åの厚みで蒸着する事に依
つて形成される。尚、上記微小間〓３は0.1〜２
mmの範囲に設定される。４はこの対向電極２，２
の微小間〓３に跨つて形成されたWO3薄膜で、
抵抗加熱による真空蒸着法を用いて6000〜9500Å
の厚みに被着されている。
図、第２図はその上面図であつて、これ等の図に
於て、１はガラス基板、２，２は該ガラス基板１
の表面に微小間〓３を設けて対向した対向電極で
あつて、金を00〜400Åの厚みで蒸着する事に依
つて形成される。尚、上記微小間〓３は0.1〜２
mmの範囲に設定される。４はこの対向電極２，２
の微小間〓３に跨つて形成されたWO3薄膜で、
抵抗加熱による真空蒸着法を用いて6000〜9500Å
の厚みに被着されている。
斯る構成のセンサーに対して第１図に示す如
く、両対向電極２，２間に定電圧源５を接続して
WO3薄膜４に定電圧を印加すると、このWO3薄
膜４は次第に青色に着色されて行き、その青色化
の進行に伴つて通電量が増加し、青色化が完了し
た時点でその電流量も飽和状態に達する。
く、両対向電極２，２間に定電圧源５を接続して
WO3薄膜４に定電圧を印加すると、このWO3薄
膜４は次第に青色に着色されて行き、その青色化
の進行に伴つて通電量が増加し、青色化が完了し
た時点でその電流量も飽和状態に達する。
このWO3薄膜４の青色化現象、並びに電流量
の変化に就いては、S.K.DebがPhilosophical
Magazine、27、801（1973）に於て発表してい
る。
の変化に就いては、S.K.DebがPhilosophical
Magazine、27、801（1973）に於て発表してい
る。
この飽和状態に達したセンサーの雰囲気湿度を
変化させると、その電流量が変化し、その電流量
を電流計６で読み取る事に依つてその時の雰囲気
湿度を知る事が出来る。
変化させると、その電流量が変化し、その電流量
を電流計６で読み取る事に依つてその時の雰囲気
湿度を知る事が出来る。
斯る現象に就いて本発明者等は次のように考案
している。即ち、蒸着に依るWO3薄膜は表面が
α−WO3で表わされるアモルフアス（非晶質）
材料に依つて構成されているので、空気中の湿度
を吸着し易い状態にある。そしてWO3薄膜表面
に吸着する水の量は湿度に依存する。
している。即ち、蒸着に依るWO3薄膜は表面が
α−WO3で表わされるアモルフアス（非晶質）
材料に依つて構成されているので、空気中の湿度
を吸着し易い状態にある。そしてWO3薄膜表面
に吸着する水の量は湿度に依存する。
一方、α−WO3中へは電気化学的に電界を掛
ける事に依つてプロトン（H+）と電子を導入す
る事が出来、α−WO3とは結晶構造の異るα−
HxWO3（タングステンブロンズ構造）に変化す
る。即ちプロトンと電子の対が水素原子と見なさ
れている。この時のＸは、Ｈ原子の量に対応し、
またこのｘはその時の電流量と時間、即ち電荷量
で定まり、ｘの最大値はＨ原子の最大溶解量に当
つている。Ｈ原子がα−WO3の格子或いは粒界
に導入されると青色の着色中心となり、ｘの値が
大きい程、濃い青色を示す。これがα−WO3薄
膜に依るエレクトロクロミズム現象と呼ばれてい
るものである。
ける事に依つてプロトン（H+）と電子を導入す
る事が出来、α−WO3とは結晶構造の異るα−
HxWO3（タングステンブロンズ構造）に変化す
る。即ちプロトンと電子の対が水素原子と見なさ
れている。この時のＸは、Ｈ原子の量に対応し、
またこのｘはその時の電流量と時間、即ち電荷量
で定まり、ｘの最大値はＨ原子の最大溶解量に当
つている。Ｈ原子がα−WO3の格子或いは粒界
に導入されると青色の着色中心となり、ｘの値が
大きい程、濃い青色を示す。これがα−WO3薄
膜に依るエレクトロクロミズム現象と呼ばれてい
るものである。
一方、Ｈ原子の導入は前述の如くプロトンと電
子との導入であり、α−HxWO3中ではプロトン
も電子も伝導し、α−HxWO3を電子イオン混合
超イオン導電体として考える事が出来る。プロト
ンの伝導率より電子の伝導率が大きく、α−
HxWO3の電気伝導は電子伝導率に依つて与えら
れ、その値はドナー原子として働いているＨ原子
の量、ｘに依存する。この事はα−HxWO3に於
ては青色量、即ちＨ原子の量、ｘに依つて電子伝
導度が変化する。
子との導入であり、α−HxWO3中ではプロトン
も電子も伝導し、α−HxWO3を電子イオン混合
超イオン導電体として考える事が出来る。プロト
ンの伝導率より電子の伝導率が大きく、α−
HxWO3の電気伝導は電子伝導率に依つて与えら
れ、その値はドナー原子として働いているＨ原子
の量、ｘに依存する。この事はα−HxWO3に於
ては青色量、即ちＨ原子の量、ｘに依つて電子伝
導度が変化する。
従つてWO3薄膜の湿度センサーとしての利用
は、着色が終了してから、即ちWO3薄膜を流れ
る電流が飽和状態に達した後に、α−HxWO3中
での電子伝導及び水素原子の化学ポテンシヤルの
利用であり、これ等がWO3薄膜表面の吸着水の
量、即ち湿度に対応する。
は、着色が終了してから、即ちWO3薄膜を流れ
る電流が飽和状態に達した後に、α−HxWO3中
での電子伝導及び水素原子の化学ポテンシヤルの
利用であり、これ等がWO3薄膜表面の吸着水の
量、即ち湿度に対応する。
次に本発明の具体例を説明する。対向電極２，
２として300Å厚の金を電極間隔３0.1mmで配置
し、両電極２，２に跨つて7600Åの厚みのWO3
薄膜４を長さ10mm、巾５mmで形成したものを試料
とした。
２として300Å厚の金を電極間隔３0.1mmで配置
し、両電極２，２に跨つて7600Åの厚みのWO3
薄膜４を長さ10mm、巾５mmで形成したものを試料
とした。
この試料に30Vの直流定電圧５を印加した時の
電流計６での測定結果を第３図に示す。この図か
ら明らかな如く、定電圧５印加直後は10-7A程度
であつたものが時間の経過と共に増加し、７〜８
分後には1.6〜1.7×10-3A程度に達し、その状態
で飽和している。尚、この時上述した如くWO3
薄膜４は青色化が進行し、次第にその青色を増し
て行くが、電流が飽和するとその青色化現象も飽
和し、青色化は進行しない。参考までにこの時の
雰囲気温度は28℃、湿度は約57％であつた。
電流計６での測定結果を第３図に示す。この図か
ら明らかな如く、定電圧５印加直後は10-7A程度
であつたものが時間の経過と共に増加し、７〜８
分後には1.6〜1.7×10-3A程度に達し、その状態
で飽和している。尚、この時上述した如くWO3
薄膜４は青色化が進行し、次第にその青色を増し
て行くが、電流が飽和するとその青色化現象も飽
和し、青色化は進行しない。参考までにこの時の
雰囲気温度は28℃、湿度は約57％であつた。
次にこのように電流が飽和状態にある試料をシ
リカゲルが挿入されているデシケータ内に投入す
ると第４図の実線で示す如く、電流が減少しはじ
め、約10分後には約1.6ｍＡであつたものが約1.0
ｍＡに減少する。10分経過後に試料をデシケータ
から取り出し、約57％の雰囲気中に戻すと２〜３
分後には多少のオーバーシユートが見られるもの
の、デシケータ投入前の1.6ｍＡ程度の状態に戻
る。またこの第４図の破線で示されたものは、先
の条件よりデシケータ内に約３倍のシリカゲルが
入れられていた時の電流変化であり、先の場合よ
り急激に電流が減少している。この場合でも試料
をデシケータから取り出すと元の状態に復帰して
いる。
リカゲルが挿入されているデシケータ内に投入す
ると第４図の実線で示す如く、電流が減少しはじ
め、約10分後には約1.6ｍＡであつたものが約1.0
ｍＡに減少する。10分経過後に試料をデシケータ
から取り出し、約57％の雰囲気中に戻すと２〜３
分後には多少のオーバーシユートが見られるもの
の、デシケータ投入前の1.6ｍＡ程度の状態に戻
る。またこの第４図の破線で示されたものは、先
の条件よりデシケータ内に約３倍のシリカゲルが
入れられていた時の電流変化であり、先の場合よ
り急激に電流が減少している。この場合でも試料
をデシケータから取り出すと元の状態に復帰して
いる。
一方、試料を高湿度雰囲気に投入した場合を示
したのが第５図で、水を充分に含ませた綿の入つ
たシヤーレが内挿されたデシケータに上述の場合
と同様に電流が飽和した状態の試料を投入する
と、その電流が増加し始め、投入後約10分で2.4
ｍＡ程度にまで増え、その時点で試料をデシケー
タから取り出すと電流は多少のアンダーシユート
を経て元の状態に戻る。
したのが第５図で、水を充分に含ませた綿の入つ
たシヤーレが内挿されたデシケータに上述の場合
と同様に電流が飽和した状態の試料を投入する
と、その電流が増加し始め、投入後約10分で2.4
ｍＡ程度にまで増え、その時点で試料をデシケー
タから取り出すと電流は多少のアンダーシユート
を経て元の状態に戻る。
このように試料に流れる電流が湿度に依存して
おり、湿度とWO3薄膜４の見かけ上の伝導率と
の関係は28℃に於て第６図に示すように略比例関
係にある。尚、ここで云う見かけ上の伝導率と
は、 電流／電位差×WO3薄膜の長さ／WO3薄膜の断面
積 で表わされる。
おり、湿度とWO3薄膜４の見かけ上の伝導率と
の関係は28℃に於て第６図に示すように略比例関
係にある。尚、ここで云う見かけ上の伝導率と
は、 電流／電位差×WO3薄膜の長さ／WO3薄膜の断面
積 で表わされる。
従つてこの見かけ上の伝導度から湿度を検出す
る事が可能であり、ソリツドステート化された湿
度センサーとする事が出来る。
る事が可能であり、ソリツドステート化された湿
度センサーとする事が出来る。
最後に本発明に係る湿度センサーの応答速度を
毛髪湿度計のそれと比較した曲線図を第７図に示
す。この図は湿度が98％から52％へ減少した場合
と、27％から52％へ増加した場合とが示されてお
り、何れも実線が本発明湿度センサーでの測定値
であり、破線が毛髪湿度計の指示値である。本発
明湿度センサーは湿度の減少の場合も増加の場合
も約２分後には正確な湿度を検出出来ているのに
対し、毛髪湿度計の場合はそれより数倍、もしく
はそれ以上の時間を要している事が明らかであ
る。
毛髪湿度計のそれと比較した曲線図を第７図に示
す。この図は湿度が98％から52％へ減少した場合
と、27％から52％へ増加した場合とが示されてお
り、何れも実線が本発明湿度センサーでの測定値
であり、破線が毛髪湿度計の指示値である。本発
明湿度センサーは湿度の減少の場合も増加の場合
も約２分後には正確な湿度を検出出来ているのに
対し、毛髪湿度計の場合はそれより数倍、もしく
はそれ以上の時間を要している事が明らかであ
る。
尚、本発明の以下の説明に於ては、WO3薄膜
４の伝導率は対向電極２，２間を流れるから電流
から算出したが、第８図に示す如く、対向電極
２，２以外にWO3薄膜４に検出電極７，７に設
けてこの検出は電極７，７に依つてWO3薄膜４
の伝導率を検出しても良い。このような構成の場
合、対向電極２，２とWO3薄膜４との界面近傍
の不安定要素が無視し得て安定状態にあるWO3
薄膜４の純粋の伝導率の検出が可能であり、より
高い精度の湿度センサーとする事が出来る。
４の伝導率は対向電極２，２間を流れるから電流
から算出したが、第８図に示す如く、対向電極
２，２以外にWO3薄膜４に検出電極７，７に設
けてこの検出は電極７，７に依つてWO3薄膜４
の伝導率を検出しても良い。このような構成の場
合、対向電極２，２とWO3薄膜４との界面近傍
の不安定要素が無視し得て安定状態にあるWO3
薄膜４の純粋の伝導率の検出が可能であり、より
高い精度の湿度センサーとする事が出来る。
本発明は以上の説明から明らかな如く、WO3
薄膜４に流れる電流が飽和した状態に於て、その
時のWO3薄膜の示す抵抗値にから湿度を検出す
る構成であるので、湿度計のソリツドステート化
が図れ、湿度計の信頼性や耐振特性が向上し、ま
た小型化が可能となり、空調装置のセンサーや調
理器等のセンサーにも用いる事が出来る。またそ
の応答速度も毛髪湿度計やセラミツク型のものに
比し格段に速く、応用範囲の広い湿度センサーと
する事が出来る。
薄膜４に流れる電流が飽和した状態に於て、その
時のWO3薄膜の示す抵抗値にから湿度を検出す
る構成であるので、湿度計のソリツドステート化
が図れ、湿度計の信頼性や耐振特性が向上し、ま
た小型化が可能となり、空調装置のセンサーや調
理器等のセンサーにも用いる事が出来る。またそ
の応答速度も毛髪湿度計やセラミツク型のものに
比し格段に速く、応用範囲の広い湿度センサーと
する事が出来る。
第１図は本発明湿度センサーの断面図、第２図
はその上面図、第３図はWO3薄膜を流れる電流
の状態を示した曲線図、第４図、第５図は夫々湿
度変化にともなう電流量の変化を示した曲線図、
第６図は湿度と見かけ上の伝導率との関係曲線
図、第７図は湿度計の応答速度を示す曲線図、第
８図は本発明湿度センサーの他の実施例を示す上
面図であつて、２は対向電極、４はWO3薄膜、
を夫々示している。
はその上面図、第３図はWO3薄膜を流れる電流
の状態を示した曲線図、第４図、第５図は夫々湿
度変化にともなう電流量の変化を示した曲線図、
第６図は湿度と見かけ上の伝導率との関係曲線
図、第７図は湿度計の応答速度を示す曲線図、第
８図は本発明湿度センサーの他の実施例を示す上
面図であつて、２は対向電極、４はWO3薄膜、
を夫々示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 絶縁基板表面に微小間〓を有して対向してい
る対向電極を設け、その電極間〓に跨つてWO3
薄膜を被着して成り、上記対向電極間に定電圧を
印加してその時流れる電流が飽和した状態に於
て、その時のWO3薄膜の伝導率からWO3薄膜が
曝されている湿度を検出する事を特徴とした湿度
センサー。 ２ 上記絶縁基板はガラス基板である事を特徴と
した特許請求の範囲第１項記載の湿度センサー。 ３ 上記WO3薄膜はアモルフアス材料である事
を特徴とした特許請求の範囲第１項、又は第２項
記載の湿度センサー。 ４ 上記WO3薄膜の伝導率は、上記対向電極間
に流れる電流から算出される事を特徴とした特許
請求の範囲第１項、第２項、又は第３項記載の湿
度センサー。 ５ 上記WO3薄膜の伝導率は、上記対向電極と
は別にWO3薄膜に設けた検出電極に依つて検出
される事を特徴とした特許請求の範囲第１項、第
２項、又は第３項記載の湿度センサー。 ６ 上記対向電極は、膜厚300〜400Åの金電極で
ある事を特徴とした特許請求の範囲第１項、第２
項、第３項、第４項、又は第５項記載の湿度セン
サー。 ７ 上記対向電極の微小間〓は、0.1〜2.0mmの範
囲である事を特徴とした特許請求の範囲第１項、
第２項、第３項、第４項、第５項、又は第６項記
載の湿度センサー。 ８ 上記WO3薄膜は6000〜9500Åの厚みを有す
る事を特徴とした特許請求の範囲第１項、第２
項、第３項、第４項、第５項、第６項、又は第７
項記載の湿度センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56156650A JPS5857702A (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | 湿度センサ− |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56156650A JPS5857702A (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | 湿度センサ− |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5857702A JPS5857702A (ja) | 1983-04-06 |
| JPS639721B2 true JPS639721B2 (ja) | 1988-03-01 |
Family
ID=15632287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56156650A Granted JPS5857702A (ja) | 1981-09-30 | 1981-09-30 | 湿度センサ− |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5857702A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60211347A (ja) * | 1984-04-06 | 1985-10-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素ガスセンサ− |
| JPS60211348A (ja) * | 1984-04-06 | 1985-10-23 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 水素ガスセンサ− |
-
1981
- 1981-09-30 JP JP56156650A patent/JPS5857702A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5857702A (ja) | 1983-04-06 |
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