JPH0215820B2 - - Google Patents
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- JPH0215820B2 JPH0215820B2 JP56107293A JP10729381A JPH0215820B2 JP H0215820 B2 JPH0215820 B2 JP H0215820B2 JP 56107293 A JP56107293 A JP 56107293A JP 10729381 A JP10729381 A JP 10729381A JP H0215820 B2 JPH0215820 B2 JP H0215820B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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- G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、高分子電解質を感湿材として用いた
感湿抵抗素子に関し、特に相対湿度０％から100
％に渡る全領域の雰囲気中の湿度に感応して、感
湿材の電気抵抗値が変化し、かつ感湿応答速度が
速く、感湿特性の再現性、長期安定性に優れた薄
膜或は厚膜型の感湿抵抗素子に関するものであ
る。
感湿抵抗素子に関し、特に相対湿度０％から100
％に渡る全領域の雰囲気中の湿度に感応して、感
湿材の電気抵抗値が変化し、かつ感湿応答速度が
速く、感湿特性の再現性、長期安定性に優れた薄
膜或は厚膜型の感湿抵抗素子に関するものであ
る。
雰囲気中の湿気に感応して電気抵抗値が変化す
る感湿抵抗素子としては、従来より既に酸化鉄
（Fe2O3又はFe3O4）、酸化錫（SnO2）などの金属
酸化物焼結体、或は金属酸化膜を用いたもの、
塩化リチウム（LiCl）などの電解質塩を用いたも
の、吸湿性樹脂、或は高分子膜などに炭素など
の導電性粒子又は繊維を分散させたもの、サー
ミスタなどの測温体を利用したもの、及び親水
性高分子膜を用いたものなどが知られている。
る感湿抵抗素子としては、従来より既に酸化鉄
（Fe2O3又はFe3O4）、酸化錫（SnO2）などの金属
酸化物焼結体、或は金属酸化膜を用いたもの、
塩化リチウム（LiCl）などの電解質塩を用いたも
の、吸湿性樹脂、或は高分子膜などに炭素など
の導電性粒子又は繊維を分散させたもの、サー
ミスタなどの測温体を利用したもの、及び親水
性高分子膜を用いたものなどが知られている。
一般に金属酸化物を用いた感湿抵抗素子は耐熱
性に優れ、感湿応答速度が速い特長を有する反
面、素子の抵抗値が高く、かつ比較的大きな抵抗
温度依存性を有するなどの欠点を有している。特
に金属酸化物焼結体に於いては、感湿特性が金属
酸化物粒子の大きさ、焼結体の密度、表面積など
の構造因子に大きく左右されるため、感湿特性の
再現性或は互換性が充分でないなどの欠点を有す
る。塩化リチウムなどの電解質塩を用いた感湿抵
抗素子は、１個の素子で検出し得る温度領域が狭
く、相対湿度０％から100％までの全湿度領域を
検知するためには、少くとも２個以上の種類の異
なつた感湿抵抗素子を必要とする。また、特に相
対湿度90〜95％以上の高湿度雰囲気中に長時間素
子を放置すると、電解質塩が溶出又は希釈される
ために、感湿特性が著しく劣化するなど寿命に問
題がある。吸湿性樹脂などに導電性粒子或は繊維
等を分散させた感湿抵抗素子は、高湿度雰囲気中
で急峻な抵抗変化を生ずる反面、低湿度雰囲気中
では感度がなく、広範な湿度領域の検知には利用
できない。このためこの種の素子は結露検知用素
子として主に利用されている。またサーミスタな
どの測温体を用いた感湿抵抗素子は、気体或は空
気の熱伝導率が、これに含まれる水蒸気量に依存
して変化することを利用し、自己発熱させた測温
体の温度変化から間接的に雰囲気中の湿度を知る
もので、絶対湿度を測定し得る反面、雰囲気温度
及び風量等の影響を受け易い欠点を有する。一方
親水性高分子膜を用いた感湿抵抗素子も従来より
知られて居り、感湿範囲が広く、感湿応答速度が
速く、かつ素子作製方法、素子構造が比較的簡単
なため、低コスト化し易いなどの特長を有する反
面、従来のものは特に耐湿耐水性が悪く、素子の
寿命に問題があつた。
性に優れ、感湿応答速度が速い特長を有する反
面、素子の抵抗値が高く、かつ比較的大きな抵抗
温度依存性を有するなどの欠点を有している。特
に金属酸化物焼結体に於いては、感湿特性が金属
酸化物粒子の大きさ、焼結体の密度、表面積など
の構造因子に大きく左右されるため、感湿特性の
再現性或は互換性が充分でないなどの欠点を有す
る。塩化リチウムなどの電解質塩を用いた感湿抵
抗素子は、１個の素子で検出し得る温度領域が狭
く、相対湿度０％から100％までの全湿度領域を
検知するためには、少くとも２個以上の種類の異
なつた感湿抵抗素子を必要とする。また、特に相
対湿度90〜95％以上の高湿度雰囲気中に長時間素
子を放置すると、電解質塩が溶出又は希釈される
ために、感湿特性が著しく劣化するなど寿命に問
題がある。吸湿性樹脂などに導電性粒子或は繊維
等を分散させた感湿抵抗素子は、高湿度雰囲気中
で急峻な抵抗変化を生ずる反面、低湿度雰囲気中
では感度がなく、広範な湿度領域の検知には利用
できない。このためこの種の素子は結露検知用素
子として主に利用されている。またサーミスタな
どの測温体を用いた感湿抵抗素子は、気体或は空
気の熱伝導率が、これに含まれる水蒸気量に依存
して変化することを利用し、自己発熱させた測温
体の温度変化から間接的に雰囲気中の湿度を知る
もので、絶対湿度を測定し得る反面、雰囲気温度
及び風量等の影響を受け易い欠点を有する。一方
親水性高分子膜を用いた感湿抵抗素子も従来より
知られて居り、感湿範囲が広く、感湿応答速度が
速く、かつ素子作製方法、素子構造が比較的簡単
なため、低コスト化し易いなどの特長を有する反
面、従来のものは特に耐湿耐水性が悪く、素子の
寿命に問題があつた。
さらに上記以外に感湿膜母材として配設された
ポリスチレン有機重合体の表面をスルホン化処理
によつて化学変化され、表面領域にスルホン化ポ
リスチレンの反応層を形成してこれを感湿膜に利
用する感湿素子も知られている（特公昭54−
26913号）。しかしながら、この感湿素子は感湿膜
となる反応層が分子構造上不安定であり一義的に
特定されない。即ち、ポリスチレンのベンゼン環
にスルホン酸基が導入されている部分もあれば導
入されていない部分もあり、スルホン化処理時の
硫酸濃度や処理温度、処理時間等によつて反応層
の深さ及びスルホン酸基の導入される密度が多様
に変化するため、特性の安定した感湿膜を得るこ
とができず、また感湿素子としての特性も良好と
は評し難く、実用上精度を要する用途にはほとん
ど使用不可というのが実情である。
ポリスチレン有機重合体の表面をスルホン化処理
によつて化学変化され、表面領域にスルホン化ポ
リスチレンの反応層を形成してこれを感湿膜に利
用する感湿素子も知られている（特公昭54−
26913号）。しかしながら、この感湿素子は感湿膜
となる反応層が分子構造上不安定であり一義的に
特定されない。即ち、ポリスチレンのベンゼン環
にスルホン酸基が導入されている部分もあれば導
入されていない部分もあり、スルホン化処理時の
硫酸濃度や処理温度、処理時間等によつて反応層
の深さ及びスルホン酸基の導入される密度が多様
に変化するため、特性の安定した感湿膜を得るこ
とができず、また感湿素子としての特性も良好と
は評し難く、実用上精度を要する用途にはほとん
ど使用不可というのが実情である。
本発明は、上に述べたような従来の感湿抵抗素
子が有していた欠点を解消するためになされたも
ので、耐湿・耐水性及び感湿特性の長期安定性に
優れ、且つ相対湿度０％から100％に至る全湿度
領域に渡つて良好な感応特性を有することを特徴
とした薄膜或は厚膜型の感湿抵抗素子を提供する
ものである。以下に実施例に従つて本発明を詳細
に説明する。
子が有していた欠点を解消するためになされたも
ので、耐湿・耐水性及び感湿特性の長期安定性に
優れ、且つ相対湿度０％から100％に至る全湿度
領域に渡つて良好な感応特性を有することを特徴
とした薄膜或は厚膜型の感湿抵抗素子を提供する
ものである。以下に実施例に従つて本発明を詳細
に説明する。
第１図に本発明になる感湿抵抗素子の構造模式
図を示す。アルミナ或はガラス等の高絶縁性基板
１上に、蒸着法或はスパツタリング法等によつ
て、金等の櫛歯状金属導電膜２を互いに噛合する
１対の電極として形成する。更に該金属導電膜上
に、ポリスチレンスルホン酸或はポリスチレンス
ルホン酸塩を塗膜して高分子電解質よりなる感湿
膜３を形成する。本実施例に於いては、分子量約
10万以上のポリスチレンスルホン酸アンモニウム
の30％水溶液をスピンナーを用いて高絶縁性基板
１上に塗布し、100℃前後の温度で焼成したもの
を感湿膜３とした。本実施例に於ける感湿膜厚は
約1μｍである。上記絶縁基板１上の感湿膜３は
露出状態でも使用し得るが、表面に高分子の透湿
性保護膜がコーテイングされて湿度センサが構成
される。
図を示す。アルミナ或はガラス等の高絶縁性基板
１上に、蒸着法或はスパツタリング法等によつ
て、金等の櫛歯状金属導電膜２を互いに噛合する
１対の電極として形成する。更に該金属導電膜上
に、ポリスチレンスルホン酸或はポリスチレンス
ルホン酸塩を塗膜して高分子電解質よりなる感湿
膜３を形成する。本実施例に於いては、分子量約
10万以上のポリスチレンスルホン酸アンモニウム
の30％水溶液をスピンナーを用いて高絶縁性基板
１上に塗布し、100℃前後の温度で焼成したもの
を感湿膜３とした。本実施例に於ける感湿膜厚は
約1μｍである。上記絶縁基板１上の感湿膜３は
露出状態でも使用し得るが、表面に高分子の透湿
性保護膜がコーテイングされて湿度センサが構成
される。
上記構造の感湿抵抗素子の雰囲気温度30℃に於
ける感湿特性を第２図に示す。同図の感湿特性に
見られる如く、本素子は、相対湿度０％から100
％の全湿度範囲に渡つて、大きな電気抵抗変化を
示し、更に相対湿度20〜30％以上の高湿度領域で
は、電気抵抗値も10kΩ以下の低抵抗となつて居
り実用上好ましい特性を有している。また感湿応
答速度も速く、相対湿度40％〜80％の湿度変化に
対し、吸湿性及び脱湿過程共に数秒以内である。
更に、雰囲気温度30℃、相対湿度80％の条件下に
長期間該素子を放置しても、感湿膜の分散などの
変化もなく、感湿特性は安定している。
ける感湿特性を第２図に示す。同図の感湿特性に
見られる如く、本素子は、相対湿度０％から100
％の全湿度範囲に渡つて、大きな電気抵抗変化を
示し、更に相対湿度20〜30％以上の高湿度領域で
は、電気抵抗値も10kΩ以下の低抵抗となつて居
り実用上好ましい特性を有している。また感湿応
答速度も速く、相対湿度40％〜80％の湿度変化に
対し、吸湿性及び脱湿過程共に数秒以内である。
更に、雰囲気温度30℃、相対湿度80％の条件下に
長期間該素子を放置しても、感湿膜の分散などの
変化もなく、感湿特性は安定している。
上記実施例に於いては、感湿膜としてポリスチ
レンスルホン酸アンモニウムを用いたが、ポリス
チレンスルホン酸或は一般式〔−CH
（C6H4SO3X）−CH2−〕oに於けるＸ基として金属
原子、尿素、トリエチレンジアミン、テトラメチ
ルグアニジン及びヘキサメチレンジアミンの内少
く共１つを含む重合膜を用いても、同様の感湿特
性を有する感湿抵抗素子を作製することができ
る。
レンスルホン酸アンモニウムを用いたが、ポリス
チレンスルホン酸或は一般式〔−CH
（C6H4SO3X）−CH2−〕oに於けるＸ基として金属
原子、尿素、トリエチレンジアミン、テトラメチ
ルグアニジン及びヘキサメチレンジアミンの内少
く共１つを含む重合膜を用いても、同様の感湿特
性を有する感湿抵抗素子を作製することができ
る。
以上に述べた様に、ポリスチレンスルホン酸或
はポリスチレンスチレンスルホン酸塩の高分子膜
をポリマー溶液の塗布によつて得られる塗布膜の
塗布条件を制御するのみで容易に感湿膜として用
いた感湿抵抗素子は、相対湿度０％から100％ま
での全湿度範囲に感応し、ポリマー溶液の塗布条
件を制御するのみで容易に感湿膜の厚さを決定す
ることができ、感湿特性の均一な感湿膜を効率良
く量産することができる。感湿精度もきわめて高
く実用性に富みかつ耐湿・耐水性及び感湿特性の
長期安定性に優れた特長を有する。また、感湿膜
の表面に電極が被覆されておらず、従つて湿分の
感湿膜への侵入が速やかに行なわれるため応答速
度がきわめて速く、前述した他の感湿抵抗素子に
比べ構造が簡単であり、かつ素子作製方法も比較
的簡単であるため、安価であり更に感湿特性の再
現性に優れていると云う特長をも有する。
はポリスチレンスチレンスルホン酸塩の高分子膜
をポリマー溶液の塗布によつて得られる塗布膜の
塗布条件を制御するのみで容易に感湿膜として用
いた感湿抵抗素子は、相対湿度０％から100％ま
での全湿度範囲に感応し、ポリマー溶液の塗布条
件を制御するのみで容易に感湿膜の厚さを決定す
ることができ、感湿特性の均一な感湿膜を効率良
く量産することができる。感湿精度もきわめて高
く実用性に富みかつ耐湿・耐水性及び感湿特性の
長期安定性に優れた特長を有する。また、感湿膜
の表面に電極が被覆されておらず、従つて湿分の
感湿膜への侵入が速やかに行なわれるため応答速
度がきわめて速く、前述した他の感湿抵抗素子に
比べ構造が簡単であり、かつ素子作製方法も比較
的簡単であるため、安価であり更に感湿特性の再
現性に優れていると云う特長をも有する。
第１図は本発明の実施例に基ずく感湿抵抗素子
の構造模式図、第２図は本発明の実施例に基ずく
感湿特性（相対湿度と素子抵抗との相関）を示す
図である。 １：高絶縁性基板、２：櫛歯状金属導電膜、
３：感湿膜。
の構造模式図、第２図は本発明の実施例に基ずく
感湿特性（相対湿度と素子抵抗との相関）を示す
図である。 １：高絶縁性基板、２：櫛歯状金属導電膜、
３：感湿膜。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 絶縁性基板上に１対の抵抗値変化検出用金属
電極を並設するとともに該金属電極を覆つて前記
絶縁性基板上にポリスチレンスルホン酸あるいは
化学式〔−CH（C6H4SO3X）CH2−〕oであつてＸ
が金属原子、アンモニウム基、尿素、トリエチレ
ンジアミン、テトラメチルグアニジン及びヘキサ
メチレンテトラミンの内少くとも１つから選択さ
れてなるポリスチレンスルホン酸塩の塗布膜を堆
積し、湿分に応答して抵抗値が変化する感湿膜と
して用いたことを特徴とする感湿抵抗素子。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56107293A JPS589056A (ja) | 1981-07-08 | 1981-07-08 | 感湿抵抗素子 |
| DE3224920A DE3224920C2 (de) | 1981-07-08 | 1982-07-03 | Feuchtigkeitsempfindliches Widerstandselement |
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Family
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
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Citations (1)
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-
1981
- 1981-07-08 JP JP56107293A patent/JPS589056A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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Also Published As
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| JPS589056A (ja) | 1983-01-19 |
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