JP2874022B2 - 湿度センサ - Google Patents

湿度センサ

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JP2874022B2 JP31534391A JP31534391A JP2874022B2 JP 2874022 B2 JP2874022 B2 JP 2874022B2 JP 31534391 A JP31534391 A JP 31534391A JP 31534391 A JP31534391 A JP 31534391A JP 2874022 B2 JP2874022 B2 JP 2874022B2
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信俊 佐々木
晃 遠藤
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勝利 長井
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、有機高分子材料を感湿
層として用い湿度の変化を電気抵抗あるいは容量の変化
として検出する湿度センサに関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、有機高分子材料は、水分子の吸
脱着に優れているため、この有機高分子材料を感湿層と
して利用し得ることが知られている。
【0003】従来、これら有機高分子材料を感湿層とし
て用いた湿度センサは、例えば特開昭59−13345
3号公報、特公平2−5268号公報又は特公昭62−
7976号公報等によって提案されている。
【0004】この技術内容は、例えばアルミナやガラス
などからなる公知の絶縁基板上に形成した一対の電極間
に、有機高分子材料としての例えばメタクリルアミドプ
ロピルトリメチルアンモニウムハライドの重合体又は共
重合体やメタクリルオキシプロピルトリメチルアンモニ
ウムブロマイドを液体化させてなる感湿剤を塗布して感
湿層を形成し、この感湿層の電気抵抗の湿度に対する変
化を利用したものである。
【0005】しかしながら、上記のような公報によって
開示された有機高分子材料を感湿層として用いた湿度セ
ンサは、本発明者の検討結果から、 高温度雰囲気での経時安定性に欠ける。
【0006】高湿度雰囲気での経時安定性に欠ける。
【0007】相対湿度と電気抵抗値の関係が対数直線
的でない。(直線性に欠ける) などの問題点を有し、より高い信頼性を得る上で、実用
上必ずしも好ましいものとなっていないことが確認され
た。
【0008】このため、感湿層上に、例えばエチルセル
ロ−スなどを塗布しオーバーコートを施すなどの方法を
採用し、上記問題点の解消を試みてみたが、この試みに
よって上記問題点の一時的な解消に貢献することができ
るが、構造が複雑化し、かつ工数が増し高価になること
は元より、長期的な使用下での経時変化による特性劣化
があり、上記問題点の基本的な解消には至らなかった。
【0009】このことは、上記した有機高分子材料自体
に起因するものであり、上記問題点の基本的な解消に貢
献できる有機高分子材料の改良が必要であった。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来提案
されている有機高分子材料を感湿層とした湿度センサ
は、感湿層を構成する有機高分子材料自体に起因して、
信頼性に欠け、所望の性能を得ることができなかった。
【0011】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、従来技術において問題点とされ
ていた、 高温及び高湿下での経時的安定性に欠ける。
【0012】直線性に欠ける。 などの欠点を解消し、高温及び高湿雰囲気での経時特性
にも優れ、かつ直線性に優れ、しかも、湿度ヒステリシ
スの小さい湿度センサを提供することを目的とするもの
である。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明になる湿度センサ
は、絶縁基板上に形成した一対の電極間に、ジメチルア
ミノエチルメタクリレ−トをデシルハライド,ラウリル
ハライド,ミリスチルハライド,セチルハライド又はス
テアリルハライドで4級塩化し合成したモノマーの重合
体又は共重合体からなる感湿層を設けたことを特徴とす
るものである。
【0014】
【作用】このように構成された湿度センサによれば、感
湿層がジメチルアミノエチルメタクリレ−トをデシルハ
ライド,ラウリルハライド,ミリスチルハライド,セチ
ルハライド又はステアリルハライドで4級塩化し合成し
たモノマーの重合体又は共重合体から構成されるものと
なり、この感湿層は湿度センサとして要求される室温中
ではもちろん高温及び高湿中でも経時安定性に優れ、か
つ直線性が良く、湿度ヒステリシスも小さい性能を発揮
することから、高信頼性化に大きく貢献する。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。
【0016】図1に示すように、表面に白金,金などか
らなる一対の櫛形電極1,2を印刷などによって形成し
た、例えばアルミナ、又はガラスなどからなる無機質の
絶縁基板3を、以下に述べる感湿剤溶液に浸漬させ、し
かる後100℃中で20分間乾燥させて、前記一対の櫛
形電極1,2間及びこの櫛形電極1,2面上に感湿層4
を形成する。
【0017】上記感湿剤溶液は、次の手段で作製する。
すなわち、ジメチルアミノエチルメタクリレ−トとデシ
ルハライド,ラウリルハライド,ミリスチルハライド,
セチルハライド又はステアリルハライドをアセトンに溶
解させ、50℃,30時間反応させモノマーを合成し、
これをエーテル中に投入して、ろ別を行い真空乾燥して
白色固形物のモノマーを得、このモノマーをベンゼン中
に過酸化ベンゾイルと共に溶解させ、これを真空下30
℃で20時間反応させて重合体(ポリマー)を得た後、
これをメタノール,酢酸エチル等で精製を行い、乾燥後
に再度メタノールに溶解させて調製する。
【0018】次に、前記一対の櫛形電極1,2の端子導
出部5,6それぞれに、例えばはんだ7を介してリ−ド
端子8,9を取着して湿度センサを完成するものであ
る。
【0019】以上のような構成になる湿度センサによれ
ば、感湿層4がジメチルアミノエチルメタクリレ−トを
デシルハライド,ラウリルハライド,ミリスチルハライ
ド,セチルハライド又はステアリルハライドで4級塩化
し合成したモノマーの重合体又は共重合体から構成され
るものとなり、室温中ではもちろん高温及び高湿中でも
経時安定性に優れ、長時間安定した特性を維持できると
同時に、直線性が良く、湿度ヒステリシスも小さい性能
を発揮することから、各種回路に組み込み使用した湿度
センサの高信頼性化に大きく貢献できる優れた効果を得
ることができる利点を有する。
【0020】このことは、以下に述べる本発明と従来例
の特性比較を行った実験結果によって実証された。 (本発明A)ジメチルアミノエチルメタクリレ−ト7
8.7g,デシルブロマイド110.5gをアセトンに
溶解させ、50℃,30時間反応させモノマーを合成
し、これをエーテル中に投入して、ろ別を行い真空乾燥
して白色固形物のモノマーを得、このモノマーをベンゼ
ン中に過酸化ベンゾイルと共に溶解させ、これを真空下
30℃で20時間反応させて重合体(ポリマー)を得た
後、これをメタノール,酢酸エチル等で精製を行い、乾
燥後に再度メタノールに溶解させて調製した感湿剤溶液
によって形成した感湿層を用いた図1に示す構造の湿度
センサ。 (本発明B)ジメチルアミノエチルメタクリレ−ト7
8.7g,ラウリルブロマイド124.5gをアセトン
に溶解させ、50℃,30時間反応させモノマーを合成
し、これをエーテル中に投入して、ろ別を行い真空乾燥
して白色固形物のモノマーを得、このモノマーをベンゼ
ン中に過酸化ベンゾイルと共に溶解させ、これを真空下
30℃で20時間反応させて重合体(ポリマー)を得た
後、これをメタノール,酢酸エチル等で精製を行い、乾
燥後に再度メタノールに溶解させて調製した感湿剤溶液
によって形成した感湿層を用いた図1に示す構造の湿度
センサ。 (本発明C)ジメチルアミノエチルメタクリレ−ト7
8.7g,ミリスチルブロマイド138.5gをアセト
ンに溶解させ、50℃,30時間反応させモノマーを合
成し、これをエーテル中に投入して、ろ別を行い真空乾
燥して白色固形物のモノマーを得、このモノマーをベン
ゼン中に過酸化ベンゾイルと共に溶解させ、これを真空
下30℃で20時間反応させて重合体(ポリマー)を得
た後、これをメタノール,酢酸エチル等で精製を行い、
乾燥後に再度メタノールに溶解させて調製した感湿剤溶
液によって形成した感湿層を用いた図1に示す構造の湿
度センサ。 (本発明D)ジメチルアミノエチルメタクリレ−ト7
8.7g,セチルブロマイド152.5gをアセトンに
溶解させ、50℃,30時間反応させモノマーを合成
し、これをエーテル中に投入して、ろ別を行い真空乾燥
して白色固形物のモノマーを得、このモノマーをベンゼ
ン中に過酸化ベンゾイルと共に溶解させ、これを真空下
30℃で20時間反応させて重合体(ポリマー)を得た
後、これをメタノール,酢酸エチル等で精製を行い、乾
燥後に再度メタノールに溶解させて調製した感湿剤溶液
によって形成した感湿層を用いた図1に示す構造の湿度
センサ。 (本発明E)ジメチルアミノエチルメタクリレ−ト7
8.7g,ステアリルブロマイド166.5gをアセト
ンに溶解させ、50℃,30時間反応させモノマーを合
成し、これをエーテル中に投入して、ろ別を行い真空乾
燥して白色固形物のモノマーを得、このモノマーをベン
ゼン中に過酸化ベンゾイルと共に溶解させ、これを真空
下30℃で20時間反応させて重合体(ポリマー)を得
た後、これをメタノール,酢酸エチル等で精製を行い、
乾燥後に再度メタノールに溶解させて調製した感湿剤溶
液によって形成した感湿層を用いた図1に示す構造の湿
度センサ。
【0021】以上、本発明A〜本発明Eと、感湿層とし
て上記従来技術にて開示されているメタクリルオキシプ
ロピルトリメチルアンモニウムブロマイドの重合体を用
いて製作した従来例Aとの相対湿度に対する抵抗値特性
比較を行った結果、図2〜図6に示す通りとなった。 (本発明F)また、ジメチルアミノエチルメタクリレ−
トにラウリルクロライドを本発明Aの場合と同様に反応
させてモノマーを調製し、メタクリルオキシエチルジメ
チルラウリルアンモニウムクロライドを得て、このメタ
クリルオキシエチルジメチルラウリルアンモニウムクロ
ライドの重合体を感湿層として用いて製作した本発明F
と、感湿層として上記従来技術にて例示したメタクリル
アミドプロピルトリメチルアンモニウムクロライドの重
合体を用いた従来例Bとの高温(85℃乾燥雰囲気)放
置下における経時特性及び高湿(50℃,90%RH雰
囲気)放置下における経時特性比較を行った結果、図7
及び図8に示す通りであった。 (本発明G)ジメチルアミノエチルメタクリレ−トとデ
シルクロライドとの反応によって合成したモノマ−と、
ジメチルアミノエチルメタクリレ−トとラウリルクロラ
イドとの反応によって合成したモノマ−をそれぞれ1:
1の比で共重合させたポリマ−を感湿層として用いた図
1に示す構造の湿度センサ。 (本発明H)ジメチルアミノエチルメタクリレ−トとラ
ウリルクロライドとの反応によって合成したモノマ−
と、ジメチルアミノエチルメタクリレ−トとミリスチル
クロライドとの反応によって合成したモノマ−と、更に
ジメチルアミノエチルメタクリレ−トとセチルクロライ
ドとの反応によって合成したモノマ−をそれぞれ1:
1:1の比で共重合させたポリマ−を感湿層として用い
た図1に示す構造の湿度センサ。
【0022】以上、本発明G,本発明Hと、感湿層とし
て上記従来技術にて例示したメタクリルアミドプロピル
トリメチルアンモニウムクロライドの重合体を感湿層と
して用いた従来例Bとの高温(85℃乾燥雰囲気)放置
下における経時特性及び高温(50℃,90%RH雰囲
気)放置下における経時特性比較を行った結果、図9〜
図12に示す通りであった。
【0023】図2〜図6から明らかなように、従来例A
と比較して本発明A〜本発明Eのものは直線性に優れて
いることを示し、また図7〜図12から明らかなよう
に、従来例Bのものが高温及び高湿雰囲気下における相
対湿度の経時変化が大きいのに対し、本発明F〜本発明
Hのものは高温及び高湿両雰囲気下の1000時間経過
時点でも変化率は±3%RH以内に納まっており、経時
劣化が小さいことを示した。
【0024】なお、上記実施例では、ジメチルアミノエ
チルメタクリレ−トの4級塩化に用いるものとしてデシ
ルハライド,ラウリルハライド,ミリスチルハライド,
セチルハライド又はステアリルハライドを示し、例えば
ラウリルハライドとしてラウリルブロマイド又はラウリ
ルクロライドそれぞれを例示して説明したが、ジメチル
アミノエチルメタクリレ−トとラウリルブロマイドの合
成モノマ−と、ジメチルアミノエチルメタクリレ−トと
ラウリルクロライドの合成モノマ−を共重合させたもの
を用いても良いことは勿論である。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、相対湿度と抵抗値の関
係が対数直線性に優れているために、回路的に利用度が
高く、高温及び高湿雰囲気下でも経時劣化が小さく初期
特性が維持でき、しかも湿度ヒステリシスの小さい高信
頼性の湿度センサを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る湿度センサを示す正面
図である。
【図2】相対湿度に対する抵抗値を示す特性曲線図であ
る。
【図3】相対湿度に対する抵抗値を示す特性曲線図であ
る。
【図4】相対湿度に対する抵抗値を示す特性曲線図であ
る。
【図5】相対湿度に対する抵抗値を示す特性曲線図であ
る。
【図6】相対湿度に対する抵抗値を示す特性曲線図であ
る。
【図7】高温放置における経時特性を示す特性曲線図で
ある。
【図8】高湿放置における経時特性を示す特性曲線図で
ある。
【図9】高温放置における経時特性を示す特性曲線図で
ある。
【図10】高湿放置における経時特性を示す特性曲線図
である。
【図11】高温放置における経時特性を示す特性曲線図
である。
【図12】高湿放置における経時特性を示す特性曲線図
である。
【符号の説明】
1,2 櫛形電極 3 絶縁基板 4 感湿層 5,6 端子導出部 7 はんだ 8,9 リ−ド端子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 黒田 浩一 (56)参考文献 特開 昭62−269053(JP,A) 特開 昭60−250241(JP,A) 特開 昭60−167258(JP,A) 特開 昭62−83642(JP,A) 特開 昭58−223052(JP,A) 特公 平2−5268(JP,B2) 特公 昭62−7976(JP,B2) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01N 27/00 - 27/22

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 絶縁基板上に形成した一対の電極間に、
    ジメチルアミノエチルメタクリレ−トをデシルハライ
    ド,ラウリルハライド,ミリスチルハライド,セチルハ
    ライド又はステアリルハライドで4級塩化し合成したモ
    ノマーの重合体又は共重合体からなる感湿層を設けたこ
    とを特徴とする湿度センサ。
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