JP2969547B2 - 湿度センサおよびその製造方法 - Google Patents
湿度センサおよびその製造方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、湿度によってインピ
ーダンスの変わる抵抗式の湿度センサおよびその製造方
法に関する。
ーダンスの変わる抵抗式の湿度センサおよびその製造方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】湿度の測定に一般産業用で精度が要求さ
れる場合、塩化リチウム電解質型の湿度センサを用いる
ことが多い。これは、吸湿により塩化リチウムの交流抵
抗が変わることを利用するものであり、精度が±１〜３
％と高く、応答も数分と早い。このように塩化リチウム
を用いた湿度センサとして、ポリビニルアルコール中に
塩化リチウムを含んだものがある。
れる場合、塩化リチウム電解質型の湿度センサを用いる
ことが多い。これは、吸湿により塩化リチウムの交流抵
抗が変わることを利用するものであり、精度が±１〜３
％と高く、応答も数分と早い。このように塩化リチウム
を用いた湿度センサとして、ポリビニルアルコール中に
塩化リチウムを含んだものがある。
【０００３】この湿度センサは、ポリビニルアルコール
の水溶液中に塩化リチウムを溶解し、この溶液を、例え
ば櫛形の対向電極が形成された基板上に塗布し、水分を
乾燥して塩化リチウムの分散した高分子膜を形成するこ
とで作成される。塩化リチウムは相対湿度１１％Ｕで潮
解し始めるので、測定できる湿度の下限が低く、湿度セ
ンサの材料としては有用である。そして、この湿度セン
サは、精度が高く製造が比較的容易である。
の水溶液中に塩化リチウムを溶解し、この溶液を、例え
ば櫛形の対向電極が形成された基板上に塗布し、水分を
乾燥して塩化リチウムの分散した高分子膜を形成するこ
とで作成される。塩化リチウムは相対湿度１１％Ｕで潮
解し始めるので、測定できる湿度の下限が低く、湿度セ
ンサの材料としては有用である。そして、この湿度セン
サは、精度が高く製造が比較的容易である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来は以上のように構
成されていたので、以下に示すような問題点があった。
まず、耐結露・耐水性が悪いという問題があった。ま
た、耐薬品性が低く、アンモニアや窒素酸化物および硫
化物などのガスに対しても耐性が低いという問題があっ
た。そして、測定可能範囲が狭く、広範囲における湿度
の測定を行う場合、３〜１０枚程度の複数のセンサを用
意しておかなければならないという問題があった。
成されていたので、以下に示すような問題点があった。
まず、耐結露・耐水性が悪いという問題があった。ま
た、耐薬品性が低く、アンモニアや窒素酸化物および硫
化物などのガスに対しても耐性が低いという問題があっ
た。そして、測定可能範囲が狭く、広範囲における湿度
の測定を行う場合、３〜１０枚程度の複数のセンサを用
意しておかなければならないという問題があった。
【０００５】従来の湿度センサでは、ポリビニルアルコ
ールを用いているので、製造が容易ではあるが、これが
水溶性である。このため、結露したりセンサを浸水した
りすると、塩化リチウムが溶け出してしまったり、ポリ
ビニルアルコール膜が電極から剥離してしまい、センサ
のインピーダンスが大きくシフトしたままとなり、安定
した動作を得ることが困難であった。
ールを用いているので、製造が容易ではあるが、これが
水溶性である。このため、結露したりセンサを浸水した
りすると、塩化リチウムが溶け出してしまったり、ポリ
ビニルアルコール膜が電極から剥離してしまい、センサ
のインピーダンスが大きくシフトしたままとなり、安定
した動作を得ることが困難であった。
【０００６】また、センサを形成するポリビニルアルコ
ールからなる高分子膜中の塩化リチウムが全て潮解して
しまうと、これ以上の湿度の測定はできず、測定範囲が
狭いものであった。そこで、広い範囲の湿度の測定を行
う場合は、塩化リチウム含有量の異なるセンサを前述し
たように複数用意することで対応することになるが、こ
れではセンサの小型化を阻害する。
ールからなる高分子膜中の塩化リチウムが全て潮解して
しまうと、これ以上の湿度の測定はできず、測定範囲が
狭いものであった。そこで、広い範囲の湿度の測定を行
う場合は、塩化リチウム含有量の異なるセンサを前述し
たように複数用意することで対応することになるが、こ
れではセンサの小型化を阻害する。
【０００７】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、湿度センサの測定範囲を
広くし、かつ耐水，耐薬品性を有するようにすることを
目的とする。
るためになされたものであり、湿度センサの測定範囲を
広くし、かつ耐水，耐薬品性を有するようにすることを
目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の湿度センサ
は、対向して設けられた第１と第２の電極と、この第１
と第２の電極との両方に接して形成された感湿膜とから
構成され、感湿膜は上記の化１で示される架橋構造を有
する高分子材料を有していることを特徴とする。また、
この発明の湿度センサの製造方法は、ポリクロロメチル
スチレンを上記化２で示されるジアミンを架橋剤として
架橋させて高分子材料を形成し、この高分子材料を用い
て前記感湿膜を形成することを特徴とする。
は、対向して設けられた第１と第２の電極と、この第１
と第２の電極との両方に接して形成された感湿膜とから
構成され、感湿膜は上記の化１で示される架橋構造を有
する高分子材料を有していることを特徴とする。また、
この発明の湿度センサの製造方法は、ポリクロロメチル
スチレンを上記化２で示されるジアミンを架橋剤として
架橋させて高分子材料を形成し、この高分子材料を用い
て前記感湿膜を形成することを特徴とする。
【０００９】
【作用】感湿膜が水や有機溶剤などに不溶となる。
【００１０】
【実施例】以下この発明の１実施例を図を参照して説明
する。図１は、この発明の湿度センサの構成を示す斜視
図（ａ）と断面図（ｂ）である。同図において、１はア
ルミナやサファイアや石英やガラスおよび酸化膜が形成
されたＳｉ基板などの絶縁基板、２ａ，２ｂはそれぞれ
絶縁基板１上に対向して配置された白金などの金属から
なる０．１〜数μｍの膜厚の櫛形電極、３ａ，３ｂはそ
れぞれ櫛形電極２ａ，２ｂとの電気的接続をとるための
パッド、４は絶縁基板１上にパッド３ａ，３ｂの部分は
露出するように形成された、以下の化３の構造の高分子
材料を含む感湿膜である。
する。図１は、この発明の湿度センサの構成を示す斜視
図（ａ）と断面図（ｂ）である。同図において、１はア
ルミナやサファイアや石英やガラスおよび酸化膜が形成
されたＳｉ基板などの絶縁基板、２ａ，２ｂはそれぞれ
絶縁基板１上に対向して配置された白金などの金属から
なる０．１〜数μｍの膜厚の櫛形電極、３ａ，３ｂはそ
れぞれ櫛形電極２ａ，２ｂとの電気的接続をとるための
パッド、４は絶縁基板１上にパッド３ａ，３ｂの部分は
露出するように形成された、以下の化３の構造の高分子
材料を含む感湿膜である。
【００１１】なお、櫛形電極２ａ，２ｂは白金に限るも
のではなく、Ｔｉ／Ｐｔ，Ｎｂ／Ｐｔ，Ｔｉ／Ａｕおよ
びＣｒ／Ａｕ等の２つの金属からなる２層膜を用いるよ
うにしても良い。また、金（Ａｕ）や鉛（Ｐｂ）等を用
いても良い。櫛形電極２ａ，２ｂおよびパッド３ａ，３
ｂの形成は、絶縁基板１上に所望の金属膜を、例えばス
パッタや真空蒸着などにより形成し、これを公知のフォ
トリソグラフィや、リフトオフなどを用いて行えば良
い。また、白金や金などのペーストをスクリーン印刷を
用いてその形状に印刷し、８５０℃前後の温度で約１時
間焼成することで形成するようにしても良い。
のではなく、Ｔｉ／Ｐｔ，Ｎｂ／Ｐｔ，Ｔｉ／Ａｕおよ
びＣｒ／Ａｕ等の２つの金属からなる２層膜を用いるよ
うにしても良い。また、金（Ａｕ）や鉛（Ｐｂ）等を用
いても良い。櫛形電極２ａ，２ｂおよびパッド３ａ，３
ｂの形成は、絶縁基板１上に所望の金属膜を、例えばス
パッタや真空蒸着などにより形成し、これを公知のフォ
トリソグラフィや、リフトオフなどを用いて行えば良
い。また、白金や金などのペーストをスクリーン印刷を
用いてその形状に印刷し、８５０℃前後の温度で約１時
間焼成することで形成するようにしても良い。
【００１２】
【化３】 なお、化３において、ｎ，ｘ，ｙ，ｚは自然数である。
【００１３】化３において、架橋をしている部分に「−
（ＣＨ2）2（ＣＨ3）2Ｎ〕+Ｃｌ-−」で示される、第４
アミンすなわち四級アンモニウム基が２つ存在してい
る。また、架橋はしていないがメチルスチレンの先に１
つの四級アンモニウム基が存在している。そして、化３
の記載において、その右には第３アミンすなわち三級ア
ンモニウム基がある。
（ＣＨ2）2（ＣＨ3）2Ｎ〕+Ｃｌ-−」で示される、第４
アミンすなわち四級アンモニウム基が２つ存在してい
る。また、架橋はしていないがメチルスチレンの先に１
つの四級アンモニウム基が存在している。そして、化３
の記載において、その右には第３アミンすなわち三級ア
ンモニウム基がある。
【００１４】この実施例においては、感湿膜４が化３の
構造を有する高分子材料からなるので、この高分子材料
の四級アンモニウム基の存在により、キャリアイオンと
なる塩素イオン（Ｃｌ- ）が供給できる状態となってい
る。すなわち、湿度の存在により感湿膜４に吸着した水
分子により、四級アンモニウム基についている塩素がキ
ャリアイオンとなって移動するようになり、この結果、
乾湿膜４のインピーダンスが変化する。
構造を有する高分子材料からなるので、この高分子材料
の四級アンモニウム基の存在により、キャリアイオンと
なる塩素イオン（Ｃｌ- ）が供給できる状態となってい
る。すなわち、湿度の存在により感湿膜４に吸着した水
分子により、四級アンモニウム基についている塩素がキ
ャリアイオンとなって移動するようになり、この結果、
乾湿膜４のインピーダンスが変化する。
【００１５】以下、この感湿膜４の製造方法について説
明する。まず初めに、クロロメチルスチレンを重合し
て、以下の化４に示す、ポリクロロメチルスチレンを作
る。
明する。まず初めに、クロロメチルスチレンを重合し
て、以下の化４に示す、ポリクロロメチルスチレンを作
る。
【００１６】
【化４】 なお、化４において、ｎは自然数である。
【００１７】このポリクロロメチルスチレンの作成にお
いては、まず、クロロメチルスチレン（東京化成工業
（株）製）６０ｇｒと、重合開始剤であるアゾイソブチ
ロニトリル（東京化成工業（株）製）０．６５ｇｒとを
ベンゼン８０ｍｌに溶解する。そして、これを還流冷却
器と窒素導入管を備えた３つ口フラスコに入れ、窒素気
流中で攪拌する。
いては、まず、クロロメチルスチレン（東京化成工業
（株）製）６０ｇｒと、重合開始剤であるアゾイソブチ
ロニトリル（東京化成工業（株）製）０．６５ｇｒとを
ベンゼン８０ｍｌに溶解する。そして、これを還流冷却
器と窒素導入管を備えた３つ口フラスコに入れ、窒素気
流中で攪拌する。
【００１８】この攪拌は４０〜６０℃の温度で３〜７時
間続け、続いて、７０〜９０℃の温度で１〜５時間続け
る。以上のことにより粗ポリクロロメチルスチレンが得
られる。ついで、これを良溶媒である小量のアセトンに
溶解した後、貧溶媒であるメタノールを加えて再沈澱を
行い精製し、その後、減圧乾燥を行って精製ポリクロロ
メチルスチレンを得る。
間続け、続いて、７０〜９０℃の温度で１〜５時間続け
る。以上のことにより粗ポリクロロメチルスチレンが得
られる。ついで、これを良溶媒である小量のアセトンに
溶解した後、貧溶媒であるメタノールを加えて再沈澱を
行い精製し、その後、減圧乾燥を行って精製ポリクロロ
メチルスチレンを得る。
【００１９】つぎに、以下の化５に示す、架橋剤となる
ジアミン（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６
−ヘキサジアミン）と精製したポリクロロメチルスチレ
ンを、アセトン等の良溶媒中で混合する。これは、例え
ば、ジアミン０．０５〜０．４ｍｏｌ／ｌのアセトン溶
液と、ポリクロロメチルスチレン０．１〜０．３ｍｏｌ
／ｌのアセトン溶液とを当量ずつビーカーなどにとり、
撹拌混合すれば良い。
ジアミン（Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６
−ヘキサジアミン）と精製したポリクロロメチルスチレ
ンを、アセトン等の良溶媒中で混合する。これは、例え
ば、ジアミン０．０５〜０．４ｍｏｌ／ｌのアセトン溶
液と、ポリクロロメチルスチレン０．１〜０．３ｍｏｌ
／ｌのアセトン溶液とを当量ずつビーカーなどにとり、
撹拌混合すれば良い。
【００２０】
【化５】
【００２１】なお、架橋剤としては上述のＮ，Ｎ，
Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６−ヘキサジアミンに
限るものではない。たとえば、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テ
トラメチル−１，３−プロパンジアミンなど、Ｎ，Ｎ，
Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−α，ω−アルキルジアミン
であってもよく、上記した化２で示されるジアミンであ
れば良い。
Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６−ヘキサジアミンに
限るものではない。たとえば、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テ
トラメチル−１，３−プロパンジアミンなど、Ｎ，Ｎ，
Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−α，ω−アルキルジアミン
であってもよく、上記した化２で示されるジアミンであ
れば良い。
【００２２】そして、上述のジアミンとポリクロロメチ
ルスチレンのアセトン混合溶液からなる感湿膜原料を、
櫛形電極２ａ，２ｂとパッド３ａ，３ｂが形成された絶
縁基板１上に塗布して、後述する後処理を行うことで、
架橋反応を起こさせ、化３で示した、高分子材料を含む
乾湿膜４を作成する。なお、感湿膜原料の塗布は、例え
ば、絶縁基板１を８００〜４０００ｒｐｍで約１分間回
転させることによるスピンコートでも良く、感湿膜原料
の入った容器中に、浸漬することによるディップコート
でもよい。この際、パッド３ａ，３ｂの部分をアセトン
などに不溶な材料でマスクしておき、感湿膜原料を塗布
した後、これを剥すなどして、パッド３ａ，３ｂを露出
しておく。
ルスチレンのアセトン混合溶液からなる感湿膜原料を、
櫛形電極２ａ，２ｂとパッド３ａ，３ｂが形成された絶
縁基板１上に塗布して、後述する後処理を行うことで、
架橋反応を起こさせ、化３で示した、高分子材料を含む
乾湿膜４を作成する。なお、感湿膜原料の塗布は、例え
ば、絶縁基板１を８００〜４０００ｒｐｍで約１分間回
転させることによるスピンコートでも良く、感湿膜原料
の入った容器中に、浸漬することによるディップコート
でもよい。この際、パッド３ａ，３ｂの部分をアセトン
などに不溶な材料でマスクしておき、感湿膜原料を塗布
した後、これを剥すなどして、パッド３ａ，３ｂを露出
しておく。
【００２３】以下に、上述した後処理について説明す
る。感湿膜材料を塗布した絶縁基板１を、アセトンと
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６−ヘキサジ
アミンとが飽和蒸気圧状態である中で、４０〜８０℃に
加温して５〜４０時間放置する。このことにより、ポリ
クロロメチルスチレンとＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメ
チル−１，６−ヘキサジアミンは架橋反応と同時に四級
化反応し、有機溶剤などに対して不溶な安定した高分子
材料となる。
る。感湿膜材料を塗布した絶縁基板１を、アセトンと
Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６−ヘキサジ
アミンとが飽和蒸気圧状態である中で、４０〜８０℃に
加温して５〜４０時間放置する。このことにより、ポリ
クロロメチルスチレンとＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメ
チル−１，６−ヘキサジアミンは架橋反応と同時に四級
化反応し、有機溶剤などに対して不溶な安定した高分子
材料となる。
【００２４】ここで、架橋剤であるＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’
−テトラメチル−１，６−ヘキサジアミンの蒸気雰囲気
中で加熱することで、より架橋反応と四級化が進行する
ようになる。そして、この雰囲気中にアセトンの蒸気も
存在するようにしたので、より架橋反応と四級化が進行
するようになる。この後、エタノールなどの溶媒に１〜
数時間浸漬して未反応物を溶出させた後、乾燥させる。
これに加えて、数分から数時間の水洗を行っても良い。
−テトラメチル−１，６−ヘキサジアミンの蒸気雰囲気
中で加熱することで、より架橋反応と四級化が進行する
ようになる。そして、この雰囲気中にアセトンの蒸気も
存在するようにしたので、より架橋反応と四級化が進行
するようになる。この後、エタノールなどの溶媒に１〜
数時間浸漬して未反応物を溶出させた後、乾燥させる。
これに加えて、数分から数時間の水洗を行っても良い。
【００２５】以上のような処理を行うことで、ポリクロ
ロメチルスチレンがＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル
−１，６−ヘキサジアミンにより架橋して、化３で示し
た構造の高分子材料が形成される。この反応では、，
Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６−ヘキサジアミ
ンの第３アミンの部分が第４アミンすなわち四級アンモ
ニウム基となり四級化され、ポリクロロメチルスチレン
の「−（ＣＨ2 ）Ｃｌ」の部分と結合して架橋構造を形
成する。そして、有機溶剤などに溶解しない安定した高
分子材料となる。
ロメチルスチレンがＮ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル
−１，６−ヘキサジアミンにより架橋して、化３で示し
た構造の高分子材料が形成される。この反応では、，
Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，６−ヘキサジアミ
ンの第３アミンの部分が第４アミンすなわち四級アンモ
ニウム基となり四級化され、ポリクロロメチルスチレン
の「−（ＣＨ2 ）Ｃｌ」の部分と結合して架橋構造を形
成する。そして、有機溶剤などに溶解しない安定した高
分子材料となる。
【００２６】しかし、この架橋構造は、ポリクロロメチ
ルスチレンを構成する基本部分であるクロロメチルスチ
レンの「−（ＣＨ2 ）Ｃｌ」部分の全てに対して行われ
るわけではない。架橋反応の結果の四級アンモニウム基
の生成率を四級化率と呼び、後述するように、この四級
化率によって、感湿膜の特性すなわち湿度センサの特性
が変化する。
ルスチレンを構成する基本部分であるクロロメチルスチ
レンの「−（ＣＨ2 ）Ｃｌ」部分の全てに対して行われ
るわけではない。架橋反応の結果の四級アンモニウム基
の生成率を四級化率と呼び、後述するように、この四級
化率によって、感湿膜の特性すなわち湿度センサの特性
が変化する。
【００２７】そして、電気的接続をとるためのリード線
をパッド３ａ，３ｂに接続すれば、湿度センサが完成す
る。リード線の接続は、半田付けや導電性接着剤とこの
熱処理効果によるものなど、様々な方法を用いることが
可能である。ここで、図２は作成した湿度センサについ
て、雰囲気温度３０℃におけるインピーダンスの湿度依
存性を１ｋＨｚで測定した結果を示す説明図である。全
湿度領域で、インピーダンスは１０7 から１０4 と指数
関数的に減少しており、良好な感度を有している。
をパッド３ａ，３ｂに接続すれば、湿度センサが完成す
る。リード線の接続は、半田付けや導電性接着剤とこの
熱処理効果によるものなど、様々な方法を用いることが
可能である。ここで、図２は作成した湿度センサについ
て、雰囲気温度３０℃におけるインピーダンスの湿度依
存性を１ｋＨｚで測定した結果を示す説明図である。全
湿度領域で、インピーダンスは１０7 から１０4 と指数
関数的に減少しており、良好な感度を有している。
【００２８】図３は、熱処理条件を変えて作成したこと
による、湿度センサを構成する感湿膜における高分子材
料の四級化率と、湿度９０％Ｕでのインピーダンスの関
係を示す散布図である。インピーダンスは四級化率にそ
れほど影響されないことがわかる。ジアミンによるポリ
クロロメチルスチレンの架橋反応は、四級アンモニウム
基を生成すると同時に、その架橋構造が３次元化するた
め、架橋反応が進むほど架橋構造のもつれが大きくなる
と考えられる。この状態では、水分による膨潤などが起
こりにくい。
による、湿度センサを構成する感湿膜における高分子材
料の四級化率と、湿度９０％Ｕでのインピーダンスの関
係を示す散布図である。インピーダンスは四級化率にそ
れほど影響されないことがわかる。ジアミンによるポリ
クロロメチルスチレンの架橋反応は、四級アンモニウム
基を生成すると同時に、その架橋構造が３次元化するた
め、架橋反応が進むほど架橋構造のもつれが大きくなる
と考えられる。この状態では、水分による膨潤などが起
こりにくい。
【００２９】一方で、四級化率が大きいほど、湿度セン
サの極性基（Ｃｌ- ）が多くなるが、極性基が単純に多
くなれば、水分の収着量が増加し、インピーダンスが全
体的に減少する。しかし、四級化率が大きくなるにつ
て、高分子材料の膨潤もしにくくなるので、膨潤による
四級アンモニウム基近傍の空間の拡張ということが起こ
り難くなり、水分子の取り込み量が減少する。従って、
これらが組み合わさることで、四級化率はインピーダン
スに影響を及ぼさないものと考えられる。
サの極性基（Ｃｌ- ）が多くなるが、極性基が単純に多
くなれば、水分の収着量が増加し、インピーダンスが全
体的に減少する。しかし、四級化率が大きくなるにつ
て、高分子材料の膨潤もしにくくなるので、膨潤による
四級アンモニウム基近傍の空間の拡張ということが起こ
り難くなり、水分子の取り込み量が減少する。従って、
これらが組み合わさることで、四級化率はインピーダン
スに影響を及ぼさないものと考えられる。
【００３０】図４は、湿度センサを構成する感湿膜にお
ける高分子材料の四級化率と減湿過程の９０％Ｕ応答時
間の関係を示す散布図である。四級化率が増加すると減
湿過程の応答時間は減少することが分かる。ここで、感
湿膜に収着した水分が脱離する様子を考えてみる。高湿
度雰囲気にさらされた湿度センサは、雰囲気の湿度を下
げると、その感湿膜の表面に収着している水分子が、雰
囲気との平衡を保つために脱離していく。
ける高分子材料の四級化率と減湿過程の９０％Ｕ応答時
間の関係を示す散布図である。四級化率が増加すると減
湿過程の応答時間は減少することが分かる。ここで、感
湿膜に収着した水分が脱離する様子を考えてみる。高湿
度雰囲気にさらされた湿度センサは、雰囲気の湿度を下
げると、その感湿膜の表面に収着している水分子が、雰
囲気との平衡を保つために脱離していく。
【００３１】このため、感湿膜の表面近くの水分子濃度
が薄くなるので、感湿膜内部との平衡関係が表面に近い
ところから徐々に変わっていく。そして、感湿膜内部の
収着水は、その表面近くへ出ていき、そして表面で雰囲
気との平衡によって脱離していく。つまり、感湿膜を構
成している高分子材料内部では、何層もの平衡が起こっ
ており、そして表面では、雰囲気との平衡が達成される
まで水分子の脱離が行われる。
が薄くなるので、感湿膜内部との平衡関係が表面に近い
ところから徐々に変わっていく。そして、感湿膜内部の
収着水は、その表面近くへ出ていき、そして表面で雰囲
気との平衡によって脱離していく。つまり、感湿膜を構
成している高分子材料内部では、何層もの平衡が起こっ
ており、そして表面では、雰囲気との平衡が達成される
まで水分子の脱離が行われる。
【００３２】このような状態のなかで、四級化率が増加
するほど減湿過程の応答時間が減少したのは、四級化が
進むと四級アンモニウム基同士の間の距離が小さくなる
ので、極性基の間での水分子の平衡が脱離方向へ円滑に
進むためと考えられる。すなわち、四級化率をより高く
得ることが出きれば、減湿過程の応答時間波より短くな
り、また、増湿過程と減湿過程とのインピーダンスの差
（ヒステリシス）は小さくなるものと思われる。
するほど減湿過程の応答時間が減少したのは、四級化が
進むと四級アンモニウム基同士の間の距離が小さくなる
ので、極性基の間での水分子の平衡が脱離方向へ円滑に
進むためと考えられる。すなわち、四級化率をより高く
得ることが出きれば、減湿過程の応答時間波より短くな
り、また、増湿過程と減湿過程とのインピーダンスの差
（ヒステリシス）は小さくなるものと思われる。
【００３３】図５は、上述したこの発明による湿度セン
サの耐水試験を行った結果を示す説明図である。耐水試
験は、インピーダンスを測定した湿度センサを一定時間
水に浸漬し、これを自然乾燥した後、再びインピーダン
スを測定するといった一連の操作を繰り返すことで行
う。
サの耐水試験を行った結果を示す説明図である。耐水試
験は、インピーダンスを測定した湿度センサを一定時間
水に浸漬し、これを自然乾燥した後、再びインピーダン
スを測定するといった一連の操作を繰り返すことで行
う。
【００３４】図５において、５１は雰囲気湿度が１０％
Ｕでインピーダンス測定をした結果を示すデータ、５２
は雰囲気湿度が２０％Ｕでインピーダンス測定をした結
果を示すデータ、５３は雰囲気湿度が４０％Ｕでインピ
ーダンス測定をした結果を示すデータ、５４は雰囲気湿
度が６０％Ｕでインピーダンス測定をした結果を示すデ
ータ、５５は雰囲気湿度が９０％Ｕでインピーダンス測
定をした結果を示すデータである。
Ｕでインピーダンス測定をした結果を示すデータ、５２
は雰囲気湿度が２０％Ｕでインピーダンス測定をした結
果を示すデータ、５３は雰囲気湿度が４０％Ｕでインピ
ーダンス測定をした結果を示すデータ、５４は雰囲気湿
度が６０％Ｕでインピーダンス測定をした結果を示すデ
ータ、５５は雰囲気湿度が９０％Ｕでインピーダンス測
定をした結果を示すデータである。
【００３５】はじめの２分でインピーダンスは僅かに上
昇したが、その後は、水に１２０分間浸漬してもインピ
ーダンスの変化はなかった。また、異なる湿度における
インピーダンスも、耐水試験によって変化することはな
い。これは、感湿膜を構成する高分子材料が、ほぼ不溶
化しているためと考えられる。また、このことは、この
高分子材料が浸水したときでも塩素イオンの溶出がない
ためと思われる。
昇したが、その後は、水に１２０分間浸漬してもインピ
ーダンスの変化はなかった。また、異なる湿度における
インピーダンスも、耐水試験によって変化することはな
い。これは、感湿膜を構成する高分子材料が、ほぼ不溶
化しているためと考えられる。また、このことは、この
高分子材料が浸水したときでも塩素イオンの溶出がない
ためと思われる。
【００３６】すなわち、この発明による湿度センサは、
水の結露した状態が数時間続いた後でも、問題なく湿度
センサとして用いることが可能であることが分かる。ま
た、この湿度センサをエタノールに浸漬しても感湿膜が
剥がれたり溶出することはなく、また他の薬品やまたそ
れらの蒸気ガスに対しても極めて安定している。
水の結露した状態が数時間続いた後でも、問題なく湿度
センサとして用いることが可能であることが分かる。ま
た、この湿度センサをエタノールに浸漬しても感湿膜が
剥がれたり溶出することはなく、また他の薬品やまたそ
れらの蒸気ガスに対しても極めて安定している。
【００３７】なお、上記実施例では感湿膜を露出させた
まま用いるようにしているが、これに限るものではな
い。より疎水性を有する材料からなる膜を感湿膜の上に
備えるようにして、フィルターの役割を持たせるように
しても良い。また、上記湿度センサを、図６に示すよう
に、テフロンなどの疎水性フィルタ６１でふさがれた開
口部６２を有するハウジング６３内に配置させ、接続の
ためのリード線６４をハウジング６３の外に出すように
して、耐環境性を向上させるようにしても良い。
まま用いるようにしているが、これに限るものではな
い。より疎水性を有する材料からなる膜を感湿膜の上に
備えるようにして、フィルターの役割を持たせるように
しても良い。また、上記湿度センサを、図６に示すよう
に、テフロンなどの疎水性フィルタ６１でふさがれた開
口部６２を有するハウジング６３内に配置させ、接続の
ためのリード線６４をハウジング６３の外に出すように
して、耐環境性を向上させるようにしても良い。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、感湿膜に化１で示される架橋構造を有する高分子材
料を用いるようにした。また、ポリクロロメチルスチレ
ンを上記化２で示されるジアミンを架橋剤として架橋さ
せることにより、その高分子材料を形成するようにし
た。この結果、この発明による湿度センサは、測定範囲
が広く、かつ耐水，耐薬品性等の耐環境性が格段に向上
するという効果を有する。このため、アンモニアや窒素
酸化物および硫化物などのガス存在下でも安定した湿度
測定が行えるようになる。
ば、感湿膜に化１で示される架橋構造を有する高分子材
料を用いるようにした。また、ポリクロロメチルスチレ
ンを上記化２で示されるジアミンを架橋剤として架橋さ
せることにより、その高分子材料を形成するようにし
た。この結果、この発明による湿度センサは、測定範囲
が広く、かつ耐水，耐薬品性等の耐環境性が格段に向上
するという効果を有する。このため、アンモニアや窒素
酸化物および硫化物などのガス存在下でも安定した湿度
測定が行えるようになる。
【図１】 この発明の湿度センサの構成を示す斜視図
（ａ）と断面図（ｂ）である。
（ａ）と断面図（ｂ）である。
【図２】 この発明による湿度センサについて、雰囲気
温度３０℃におけるインピーダンスの湿度依存性を１ｋ
Ｈｚで測定した結果を示す説明図である。
温度３０℃におけるインピーダンスの湿度依存性を１ｋ
Ｈｚで測定した結果を示す説明図である。
【図３】 湿度センサを構成知る感湿膜における高分子
材料の四級化率と湿度９０％Ｕでのインピーダンスの関
係を示す散布図である。
材料の四級化率と湿度９０％Ｕでのインピーダンスの関
係を示す散布図である。
【図４】 湿度センサを構成する感湿膜における高分子
材料の四級化率と減湿過程の９０％Ｕ応答時間の関係を
示す散布図である。
材料の四級化率と減湿過程の９０％Ｕ応答時間の関係を
示す散布図である。
【図５】 発明による湿度センサの耐水試験を行った結
果を示す説明図である。
果を示す説明図である。
【図６】 この発明による湿度センサの耐環境性を向上
させための構成を示す構成図である。
させための構成を示す構成図である。
【符号の説明】 １…絶縁基板、２ａ，２ｂ…櫛形電極、３ａ，３ｂ…パ
ッド、４…感湿膜。
ッド、４…感湿膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−156655（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−269051（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−223052（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01N 27/12 G01N 27/04
Claims (2)
- 【請求項１】 対向して設けられた第１と第２の電極
と、 前記第１と第２の電極とに接して形成された感湿膜とか
ら構成され、 前記感湿膜は以下の化１で示され化１中のｌ，ｍ，ｎが
自然数である架橋構造を有する高分子材料を有している
ことを特徴とする湿度センサ。 - 【請求項２】 対向して設けられた第１と第２の電極
と、前記第１と第２の電極とに接して形成された感湿膜
とから構成される湿度センサの製造方法であって、 ポリクロロメチルスチレンを以下の化２で示されるジア
ミンを架橋剤として架橋させて高分子材料を形成し、 前記高分子材料を用いて前記感湿膜を形成することを特
徴とする湿度センサの製造方法。 【化１】 【化２】
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9550094A JP2969547B2 (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 湿度センサおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9550094A JP2969547B2 (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 湿度センサおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07280768A JPH07280768A (ja) | 1995-10-27 |
| JP2969547B2 true JP2969547B2 (ja) | 1999-11-02 |
Family
ID=14139325
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9550094A Expired - Fee Related JP2969547B2 (ja) | 1994-04-11 | 1994-04-11 | 湿度センサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2969547B2 (ja) |
-
1994
- 1994-04-11 JP JP9550094A patent/JP2969547B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07280768A (ja) | 1995-10-27 |
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