JPH02232901A

JPH02232901A - 湿度センサ

Info

Publication number: JPH02232901A
Application number: JP1054232A
Authority: JP
Inventors: Masahisa Ikejiri; 昌久池尻; Michio Yanagisawa; 通雄柳澤
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1989-03-07
Filing date: 1989-03-07
Publication date: 1990-09-14

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、外界の湿度に対応して素子の電気的特性が変
化することにより湿度を検出する湿度センサに関する。

［従来の技術］近年、湿度計測、湿度制御を必要とする分野が増加し、
湿度センサの重要性が認められるようになった。

外界の湿度に対応して素子の電気的特性が変化すること
により湿度を検出する湿度センサには、電解質系、金属
系、高分子系、セラミックス系等があり、それぞれいろ
いろな系が研究されているが、現在実用化されているも
のは、高分子系およびセラミックス系の湿度センサであ
る。いずれも、素子に対する水の吸脱着により、素子の
抵抗値または静電容量が変化する性質を利用したもので
ある。外界の湿度に対応して素子の抵抗値が変化するこ
とにより湿度を検出する湿度センサを抵抗値変化型の湿
度センサと呼び、外界の湿度に対応して素子の静電容量
が変化することにより湿度を検出する湿度センサを静電
容量変化型の湿度センサと呼ぶ．［発明が解決しようとする課題］従来の抵抗値変化型の湿度センサは、低湿度で極めて高
抵抗となるものが多く、低湿度を精度良く測定すること
ができない．高抵抗を精度良く測定するためには、高度
な回路技術および実装技術を必要とするため、高価格な
湿度計になってしまう。一般的な抵抗値変化型の湿度セ
ンサは、相対湿度の変化に対し、抵抗値の対数が直線的
に変化する。この直線性が良ければ、対数増幅回路で直
線補償することができる。実際の湿度センサは、この直
線性が悪く、高精度な湿度計を製作するためには、複雑
な直線補償回路を必要とする。抵抗値変化型の湿度セン
サは、低湿度と高湿度の抵抗値の変化率が大きいものほ
ど感度が良いと言われることが多いが、湿度計を製作す
る場合には、低湿度と高湿度の抵抗値の変化率があまり
大きいと、測定回路のダイナミックレンジを確保するこ
とが困難になるため、相対湿度０〜１００％における抵
抗値の変化率は１〜３桁程度か望ましい。実際の湿度セ
ンサは、この変化率が大きく、高精度な湿度計を製作す
るためには、高度な回路技術および実装技術を必要とす
る。静電容量変化型の湿度センサも、相対湿度の変化に
対する静電容量の変化の直線性が悪く、高精度な湿度計
を製作するためには、複雑な直線補償回路を必要とする
。静電容量変化型の湿度センサは、高湿度で安定性が悪
いものが多く、高湿度を精度良く測定することができな
い．従来の湿度センサは、感湿特性の湿度依存性が大きく、
湿度補償回路を必要とする．感湿特性の湿度依存性が簡
単な関数であれば、湿度補償回路は余り複雑にはならな
いが、実際の湿度センサは、感温特性の湿度依存性が簡
単な関数ではなく、高精度な湿度計を製作するためには
、複雑な湿度補償回路を必要とする．湿度補償を行って
も、湿度センサと湿度センサの熱応答性の違いや、湿度
センサと湿度センサの位置による湿度の違いから、湿度
変化が激しい場所では、完璧な湿度補償は不可能であり
、湿度センサの感温特性に湿度依存性がある限り、精密
な湿度測定は不可能である．このように、従来の湿度セ
ンサでは、高精度な湿度計を製作するためには、高度な
回路技術および実装技術を必要とし、検査、調整にも高
度な技術、長時間を必要とするため、量産性が悪く、高
価格な湿度計になってしまう．また、回路の消費電力が
大きくなり、電池駆動で長電池寿命の湿度計を製作する
ことはできない。

一方信頼性においては、高分子系湿度センサは、高温高
温中で劣化するものが多い．特に有機溶媒に対しては劣
化が顕著である．セラミックス系湿度センサには、一定
時間毎に素子を数１００℃に加熱し、劣化した特性を回
復させる、加熱リフレッシュという機構を設けた製品が
ある。この場合、加熱リフレッシュにより経時変化は小
さくできるが、素子が高温になるため、可燃性のガスや
粉塵の存在するところでは爆発や火災の危険があり使用
できない。このように、満足すべき特性を持つ湿度セン
サは、現状では皆無であるといっても過言ではない．そこで本発明はこのような課題を解決するもので、その
目的とするところは、広範囲の湿度を精度良く測定でき
、過酷な環境でも劣化しない、高精度でかつ信頼性の高
い湿度センサを提供するところにある．［課題を解決するための手段］本発明の湿度センサは、絶縁性基板と、該絶縁性基板上
に形成された一対の電極と、該一対の電極間にまたがっ
て前記絶縁性基板上に形成された、炭素粒子を分散させ
た多孔質シリカ膜から成ることを特徴とする。

本発明の湿度センサは、絶縁性基板と、該絶縁性基板上
に形成された一対の電極と、該一対の電極間にまたがっ
て前記絶縁性基板上に形成された、炭素粒子を分散させ
た多孔質シリカ膜と、該炭素粒子を分散させた多孔質シ
リカ膜上に形成されたシリカ膜から成ることを特徴とす
る。

本発明の湿度センサは、絶縁性基板と、該絶縁性基板上
に形成されたシリカ膜と、該シリカ膜上に形成された一
対の電極と、該一対の電極間にまたがって前記シリカ膜
上に形成された、炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜
から成ることを特徴とする。

本発明の湿度センサは、絶縁性基板と、該絶縁性基板上
に形成されたシリカ膜と、該シリカ膜上に形成された一
対の電極と、該一対の電極間にまたがって前記シリカ膜
上に形成された、炭素粒子を分散させた多孔貿シリカ膜
と、該炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜上に形成さ
れたシリカ膜から成ることを特徴とする．絶縁性基板としては、信頼性、量産性の点で、アルミナ
基板またはガラス基板または耐熱煉瓦が望ましい。ガラ
ス基板を用いる場合は、特に高信頼性を必要とする場合
、石英ガラス基板を用いてもよい。

一対の電極は、湿度センサとしての抵抗値を小さくする
ため、各々櫛歯状の形状に形成された櫛形電極であるこ
とが望ましく、電極の材質は、耐久性、信頼性の面から
、Ａｕ，　　Ａｇ，　　Ｐｔ，　　Ｐｄ、Ｃｒの中から
選ばれた金属またはこれらの元素を沙なくとも１つ含む
合金またはＲｕ０２が望ましい。

また、絶縁性基板または、絶縁性基板上に形成されたシ
リカ膜と、電極との密着性を向上させるため、まず絶縁
性基板または絶縁性基板上に形成されたシリカ膜上に、
Ｃｒで電極を形成し、このＣｒの電極上にＡｕの電極を
形成する、というように、多層電極としてもよい。

一対の電極として、少なくとも炭素粒子を分散させた多
孔質シリカ膜が形成される部分は、Ｃｒによって形成さ
れた櫛形電極を用いることにより、電極と炭素粒子を分
散させた多孔質シリカ膜との密着性を向上させることが
でき、リード線を接続する部分は、Ｃｒの電極上に、Ａ
ｕ，　　Ａｇ，　　Ｃｕ、Ｐｔ，Ｐｄの中から選ばれた
金属またはこれらの元素を少なくとも一つ含有する合金
にによる電極が少なくとも一層形成された多層電極を用
いることにより、リード線の接続が容易になるとともに
、信頼性が向上する。

本発明の湿度センサは、炭素粒子を分散させた多孔質シ
リカ腹中の炭素粒子の含有量や膜厚により、導電率を自
由に変化させることができる。したがって、相対湿度の
変化に対する抵抗値の変化の直線性が良く、抵抗値が大
きくなる低湿度でも測定し易い抵抗値の湿度センサを製
造することができるため、広範囲の湿度を精度良く測定
することができる。また、一般的な抵抗値変化型の湿度
センサは、相対湿度と抵抗値の対数が直線関係になるが
、本発明の湿度センサは、炭素粒子の含有量や膜厚を制
御することにより相対湿度と抵抗値が直線関係になる湿
度センサも製造でき、このような湿度センサは対数増幅
回路が不用である。さらに、感湿特性の湿度依存性が小
さいため、湿度補償回路が不用である。また、炭素粒子
、シリカ膜は、化学的に安定であるため、過酷な環境で
も劣化しない。したがって、高精度、高信頼性湿度セン
サとして使用できる。

炭素粒子を分散させた多孔貿シリカ膜中の炭素粒子の含
有量は、１０重量％未満であると、抵抗値が極めて大き
くなり、５０重量％を越えると、感度が極めて小さくな
るため、１０〜５０重量％であることが望ましい。さら
に望ましくは、１５〜４５重量％である。

炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜の膜厚は、１μｍ
未満であると、抵抗値が極めて大きくなり、３００μｍ
を越えると、感度が極めて小さくなるため、１μｍ〜３
００μｍであることが望ましい。

さらに望ましくは、５μｍ〜２５０μｍである。

絶縁性基板上に形成されたシリカ膜は、絶縁性基板と、
炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜の密着性を改善す
る役割を果たしている。また、炭素粒子を分散させた多
孔質シリカ膜上に形成されたシリカ膜は、炭素粒子を分
散させた多孔質シリカ膜の、保護膜的な役割を果たして
おり、これにより、炭素粒子を分散させた多孔質シリカ
膜の機械的強度が大きくなり、耐久性、信頼性の向上に
役立っている．炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜は、炭素粒子を分
散させたシリカゾルを皮膜状に成形した後、熱処理する
ことにより、容易に形成することができる。炭素粒子を
分散させたシリカゾルは、シリコンアルコキシドの加水
分解溶液中にシリカ粒子および炭素粒子を分散させるこ
とにより、容易に製造することができる。したがって、
炭素粒子を分散させた多孔質シリカ腹中の炭素粒子の含
有量は、炭素粒子を分散させたシリカゾルにおける炭素
粒子の分散量で、容易に制御することができる。

シリカ膜は、シリカゾルを皮膜状に成形した後、熱処理
することにより、容易に形成することができる。シリカ
ゾルは、シリコンアルコキシドの加水分解溶液中にシリ
カ粒子を分散させることにより、容易に製造することが
できる。

なお、シリカ粒子および炭素粒子は、シリコンアルコキ
シドの加水分解前に分散させても加水分解後に分散させ
ても良い。

本発明のように、金属アルコキシドを原料として液和か
らセラミックスを合成する方法はゾルゲル法と呼ばれ、
従来の方法よりも低温でセラミックスを製造することが
でき、また、従来の方法では不可能であった複合体も製
造することができる。

本発明では、シリカ膜または炭素粒子を分散させた多孔
質シリカ膜を５００６Ｃ以下の湿度で製造することが可
能であり、従来のセラミックスの製造湿度よりはるかに
低い。したがって、製造費用が安価になるため低価格の
湿度センサを製造することができる。また、シリカと炭
素の複合体は従来の方法では製造することが困難であっ
たが、本発明によれば容易に製造することができる。

上記ゾルを皮膜状に成形する方法には、デイツブコーテ
ィング、スピンコーティング、ロールコーティング、ス
クリーン印刷等があり、ゾルの粘度、必要な膜厚等に応
じて使い分ければよい。

このように、本発明の湿度センサは、容易に製造するこ
とができるため量産性が良く、さらに、原料や製造費用
が安価であるため低価格の湿度センサを製造することが
できる。

したがって、本発明によれば、高精度、高信頼性の湿度
センサを、低価格で量産性良く製造することができる。

［実施例１コアルミナ基板上に、Ｃｒによる櫛形電極をスパッタリン
グにより形成し、リード線を接続する部分は、さらにＡ
ｕ，ＮｉＣｒ，Ａｕをこの順にスパッタリングし、電極
を形成した．すなわち、炭素粒子を分散させた多孔質シ
リカ膜が形成される部分は、Ｃｒのみによって形成され
た櫛形電極であり、リード線を接続する部分は、基板に
近い方からＣｒ，Ａｕ，ＮｉＣｒ．Ａｕの順に形成され
た４層電極である。

次に、テトラエトキシシラン（　Ｓ　ｉ　（Ｏ　Ｃ２Ｈ
６）４）５０ｍｌにエタノール２５ｍｌ、０．０２Ｎ塩
酸４ｍｌを加え、１時間攪拌することによりテトラエト
キシシランを加水分解した後、グリセリン１　０ｍｌ、
微粉末シリカ１　３　．５　ｇを加え、３０分間攪拌し
、さらに活性炭５．４ｇ、カーボンブラック２．７ｇを
加え、３０分間攪拌することにより、炭素粒子を分散さ
せたシリカゾルを作製した。前記電極を形成したアルミ
ナ基板上に、このゾルをデイツブコーティングし、１０
０℃で１０分間乾燥し、４３０゜Ｃで３０分間焼結し、
炭素粒子を分散させた多孔質シリ゛力膜を形成した。こ
こで、炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜中の炭素粒
子の含有量は、２３重量％であり、炭素粒子を分散させ
た多孔質シリカ膜の膜厚は、１５μｍである。

このようにして製作した湿度センサの断面図を第１図に
示す。第１図において、ｌは基板、３は電極、４は炭素
粒子を分散させた多孔質シリカ膜である。本湿度センサ
の感湿特性を第２図に示す。

第２図より、相対湿度に対する抵抗値の対数の直線性が
良く、低湿度でも測定し易い抵抗値であるため、複雑な
直線補償回路や、高抵抗測定回路が不用であることがわ
かる。また、感湿特性の湿度依存性が小さく、本湿度セ
ンサは湿度補償回路が不用である。本湿度センサの応答
特性を第３図に示す。第３図より、本湿度センサは応答
が速いことがわかる。本湿度センサの耐久性、信頼性を
調べるため、本湿度センサを６０℃、相対湿度９５％の
恒温恒温層中に１０００時間放置後、感温特性を測定し
たところ、第２図と測定誤差の範囲内で同様であった．
したがって、本湿度センサは、耐久性、信頼性が高いこ
とがわかる。このように、本湿度センサを用いれば、簡
単な回路で、低価格、低消費電力、高精度、高速応答性
、高信頼性の湿度計や、湿度検出器を製作することがで
きる。

なお、リード線を接続する部分のＡｕＯ代わりに、　Ａ
ｇ，　　Ｃｕ％　Ｐｔ，　　Ａｇ−Ｐｄ合金、　ｐｔ−
Ｐｄ合金を用いても、同様の湿度センサを製作すること
ができた。

［実施例２］テトラエトキシシラン５０ｍｌにエタノール３５ｍｌ、
０．０２Ｎ塩酸１６ｍｌを加え、１時間攪拌することに
よりテトラエトキシシランを加水分解した後、エチレン
グリコール２０ｍｌ、活性炭５ｇ、カーボンブラック９
６５ｇを加え、３０分間攪拌し、さらに微粉末シリカ２
０ｇを加え、３０分間攪拌することにより、炭素粒子を
分散させたシリカゾルを作製した。Ｐｔ−Ｐｄ櫛形電極
をスクリーン印刷により形成したアルミナ基板上に、こ
のゾルをスピンコーティングし、１５０℃で１時間乾燥
し、３８０°Ｃで１時間焼結し、炭素粒子を分散させた
多孔質シリカ膜を形成した。ここで、炭素粒子を分散さ
せた多孔質シリカ膜中の炭素粒子の含有量は、３０重量
％であり、炭素粒子を分散させた多孔貿シリカ・膜の膜
厚は、３０μｍであ次に、テトラエトキシシラン５０ｍ
ｌにエタノール３５ｍｌ、０．０２Ｎ塩酸４ｍｌを加え
、１時間攪拌することによりテトラエトキシシランを加
水分解した後、微粉未シリカ１０ｇを加え、３０分間攪
拌することにより、シリカゾルを作製した。

前記炭素粒子を分散させた多孔貿シリカ膜上に、このゾ
ルをスピンコーティングし、１２０℃で３０分間乾燥し
、４００℃で２０分間焼結し、シリカ膜を形成した。

このようにして製作した湿度センサの断面図を第４図に
示す。第４図において、ｌは基板、３は電極、４は炭素
粒子を分散させた多孔質シリヵ膜、５はシリカ膜である
。本湿度センサの感湿特性を第５図に示す。第５図より
、相対湿度に対する抵抗値の対数の直線性が良く、低湿
度でも測定し易い抵抗値であるため、複雑な直線補償回
路や、高抵抗測定回路が不用であることがわかる。また
、感温特性の湿度依存性が小さく、本湿度センサは湿度
補償回路が不用である。本湿度センサの応答特性を第６
図に示す。第６図より、本湿度センサは応答が速いこと
がわかる。本湿度センサの耐久性、信頼性を調べるため
、本湿度センサを６０℃、水とエタノールの蒸気で飽和
した雲囲気中に１０００時間放置後、感温特性を測定し
たところ、第５図と測定誤差の範囲内で同様であった。

したがって、本湿度センサは、極めて過酷な環境でも安
定であることがわかる。

なお、櫛形電極の材質として、Ｐ　ｔ−Ｐ　ｄ合金の代
わりにｐｔを用いても、同様の湿度センサを製作するこ
とができた。

［実施例３コテトラエトキシシラン５０ｍｌにエタノール５０ｍｌ、
０．０２Ｎ塩酸８ｍｌ，　　微粉末シリカ１ｏｇを加え
、１時間攪拌することによりテトラエトキシシランを加
水分解した後、モノオレイン５ｍｌ、活性炭１８ｇを加
え、３０分間攪拌することにより、炭素粒子を分散させ
たシリカゾルを作製した。ＲｕＯ２による櫛形電極をス
クリーン印刷により形成した耐熱煉瓦基板上に、このゾ
ルをロールコーティングし、６０℃で２４時間乾燥し、
４５０゜Ｃで２０分間焼結し、炭素粒子を分散させた多
孔貿シリカ膜を形成した。ここで、炭素粒子を分散させ
た多孔質シワ力膜中の炭素粒子の含有量は、４３重量％
であり、炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜の膜厚は
、２５０μｍである。

次に、テトラエトキシシラン５０ｍｌにエタノール５０
ｍｌ、０．０２Ｎ塩酸８ｍｌ、微粉末シリカ２０ｇを加
え、１時間攪拌することによりテトラエトキシシランを
加水分解してシリカゾルを作製した。前記炭素粒子を分
散させた多孔質シリカ膜上に、このゾルをロールコーテ
ィングし、８０゜Ｃで５時間乾燥し、４８０℃で１０分
間焼結し、シリカ膜を形成した。

このようにして製作した湿度センサの断面図を第４図に
示す．第４図において、１は基板、３は電極、４は炭素
粒子を分散させた多孔質シリヵ膜、５はシリカ膜である
。本湿度センサの感湿特性を第７図に示す。第７図より
、本湿度センサは、相対湿度と抵抗値が直線関係になる
ことがわかる。

したがって、本湿度センサは対数増幅回路が不要であり
、極めて簡単な回路で広範囲の湿度を精度良く測定する
ことができる。このように、本発明の湿度センサは、炭
素粒子の含有量や膜厚を制御することにより相対湿度と
抵抗値が直線関係になる湿度センサも製造できる，本湿
度センサの耐久性、信頼性を調べるため、本湿度センサ
を沸騰水中で１時間煮沸し、１００゜Ｃで１時間乾燥後
、感湿特性を測定したところ、第７図と測定誤差の範囲
内で同様であった。したがって、本湿度センサは、極め
て過酷な環境でも安定であることがわかる。

［実施例４］活性炭の量を２２ｇ、２５ｇとした以外はすべて実施例
３と同様に試料を製作した。炭素粒子を分散させた多孔
質シリカ腹中の炭素粒子の含有量は、それぞれ４８重１
％、５２重量％である．本湿度センサの感湿特性を第８
図に示す。第８図において、ＡＳ　Ｂはそれぞれ炭素粒
子を分散させた多孔質シリカ膜中の炭素粒子の含有量が
、４８重量％、５２重量％の試料である。第８図より、
炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜中の炭素粒子の含
有量が、４５重量％を越えると低湿度で感度が低下し、
５０重量％を越えると全湿度で感度が低下するため、炭
素粒子を分散させた多孔質シリカ膜中の炭素粒子の含有
量は、５０重量％以下の方が特性の良い湿度センサが得
られることがわかり、さらに望ましくは４５重量％以下
が良いことがわかる。

［実施例５］炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜の膜厚を３００μ
ｍ、３５０μｍとした以外はすべて実施例３と同様に試
料を製作した。本湿度センサの感湿特性を第９図に示す
。第９図において、Ｃ，　　Ｄはそれぞれ炭素粒子を分
散させた多孔質シリカ膜の膜厚が、３００μｍ，３５０
μｍの試料である。

第９図より、炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜の膜
厚が、２５０μｍを越えると低湿度で感度が低下し、３
００μｍを越えると全湿度で感度が低下するため、炭素
粒子を分散させた多孔質シリカ膜の膜厚は、３００μｍ
以下の方が特性の良い湿度センサが得られることがわか
り、さらに望ましくは２５０μｍ以下が良いことがわか
る。

［実施例６］テトラエトキシシラン５０ｍｌに０．０２Ｎ塩酸４０ｍ
ｌ、微粉末シリカ２５ｇを加え、１時間攪拌することに
よりテトラエトキシシランを加水分解してシリカゾルを
作製した。ガラス基板上に、このゾルをスクリーン印刷
し、３００°Ｃで１時間焼結し、シリカ膜を形成した後
、該シリカ膜上に、Ｃｒ，Ａｕをこの順に蒸着して櫛形
電極を形成した。

次に、テトラエトキシシラン５０ｍｌに０．０２Ｎ塩酸
５０ｍｌ、微粉末シリカ２５ｇ、カーボンブラック７．
３ｇを加え、１時間攪拌することによりテトラエトキシ
シランを加水分解して、炭素粒子を分散させたシリカゾ
ルを作製した。前記シリカ膜及び櫛形電極を形成したガ
ラス基板上に、このゾルをスクリーン印刷し、３５０℃
で１０時間焼結し、炭素粒子を分散させた多孔質シリカ
膜を形成した。ここで、炭素粒子を分散させた多孔貿シ
リカ腹中の炭素粒子の含有量は、１６重量％であり、炭
素粒子を分散させた多孔質シリカ膜の膜厚は、５μｍで
ある．このようにして製作した湿度センサの断面図を第１０図
に示す。第１０図において、１は基板、２はシリカ膜、
３は電極、４は炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜で
ある。本湿度センサの感湿特性を第１１図に示す。

［実施例７］カーボンブラックの量を５．３ｇ、３．３ｇとした以外
はすべて実施例６と同様に試料を製作した。

炭素粒子を分散させた多孔質シリカ腹中の炭素粒子の含
有量は、それぞれ１２重量％、８重量％である。本湿度
センサの感湿特性を第１２図に示す。

第１２図において、Ｅ，　　Ｆは、それぞれ炭素粒子を
分散させた多孔質シリカ膜中の炭素粒子の含有量が、１
２重量％、８重量％の試料である。第１２図より、炭素
粒子を分散させた多孔質シリカ膜中の炭素粒子の含有量
が、１５重量％未満であると低湿度で抵抗値が高くなり
、１０重量％未満であると抵抗値が極めて高くなるため
、炭素粒子を分散させた多孔貿シリカ膜中の炭素粒子の
含有量は、１０重Ｉ％以上の方が特性の良い湿度センサ
が得られることがわかり、さらに望ましくは１５重量％
以上が良いことがわかる。

［実施例８］炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜の膜厚を１μｍ，
０．５μｍとした以外はすべて実施例６と同様に試料を
製作した。本湿度センサの感湿特性を第１３図に示す。

第１３図において、Ｇ，　　Ｈはそれぞれ炭素粒子を分
散させた多孔質シリカ膜の膜厚が、１μｍ、０．５μｍ
の試料である。第１３図より、炭素粒子を分散させた多
孔質シリカ膜の膜厚が、５μｍ未満であると低湿度で抵
抗値が高くなり、１μｍ未満であると抵抗値が極めて高
くなるため、炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜の膜
厚は、１μｍ以上の方が特性の良い湿度センサが得られ
ることがわかり、さらに望ましくは５μｍ以上が良いこ
とがわかる。

［実施例９］テトラエトキシシラン５０ｍｌにエタノール２５ｍｌ、
０．０２Ｎ塩酸１６ｍｌ、微粉末シリカ１３．５ｇを加
え、１時間攪拌することによりテトラエトキシシランを
加水分解してシリカゾル（以後ゾルＡと記す）を作製し
た。石英ガラス基板上に、ゾルＡをデイツブコーティン
グし、５０℃で１０分間乾燥し、５００℃で３０分間焼
結し、シリカ膜を形成した後、，該シリカ膜上に、Ａｇ
−Ｐｄ合金による櫛形電極をスクリーン印刷により形成
した。

次に、テトラエトキシシラン５０ｍｌにエタノール１　
５ｍｌ、０．０２Ｎ塩酸２ｍｌ、活性炭８．７ｇ、カー
ボンプラック８．７ｇを加え、１時間攪拌することによ
りテトラエトキシシランを加水分解した後、ボリエチレ
ングリコール５０ｍｌ，　　微粉末シリカ１５ｇを加え
、３０分間攪拌することにより、炭素粒子を分散させた
シリカゾルを作製した。前記シリカ膜及び櫛形電極を形
成した石英ガラス基板上に、このゾルをディップコーテ
ィングし、２００℃で５分間乾燥し、４００℃で１時間
焼結し、炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜を形成し
た。ここで、炭素粒子を分散させた多孔貿シリカ膜中の
炭素粒子の含有量は、３８重量％であり、炭素粒子を分
散させた多孔質シリカ膜の膜厚は、１００μｍである。

さらに、前記炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜上に
、ゾルＡをデイップコーティングし、１５０゜Ｃで１０
分間乾燥し、３８０゜Ｃで５時間焼結し、シリカ膜を形
成した。

このようにして製作した湿度センサの断面図を第１４図
に示す。第１４図において、１は基板、２はシリカ膜、
３は電極、４は炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜、
５はシリカ膜である。本湿度センサの感湿特性を第１５
図に示す。第１５図より、相対湿度に対する抵抗値の対
数の直線性が良く、また、低湿度でも測定し易い抵抗値
であるため、高精度な湿度センサとして使用できること
がわかる。本湿度センサの耐久性、信頼性を調べるため
、本湿度センサをアセトン中で１０分間超音波洗浄後、
感温特性を測定したところ、第１５図と測定誤差の範囲
内で同様であった。したがって、本湿度センサは、極め
て過酷な環境でも安定であることがわかる。

なお、櫛形電極の材質として、Ａｇ−Ｐｄ合金の代わり
にＡｇを用いても、同様の湿度センサを製作することが
できた。

［発明の効果］以上述べたように本発明の湿度センサは、絶縁性基板と
、該絶縁性基板上に形成された一対の電極と、該一対の
電極間にまたがって前記絶縁性基板上に形成された、炭
素粒子を分散させた多孔質シリカ膜から成るので、炭素
粒子を分散させた多孔質シリカ膜中の炭素粒子の含有量
により、導電率を自由に変化させることができる。

したがって、相対湿度の変化に対する抵抗値の変化の直
線性が良く、抵抗値が大きくなる低湿度でも測定し易い
抵抗値の湿度センサを製造することができるため、簡単
な回路で広範囲の湿度を精度良く測定することができる
。また、相対湿度と抵抗値が直線関係になる湿度センサ
も製造でき、このような湿度センサは対数増幅回路が不
要である。さらに、感湿特性の湿度依存性が小さいため
、湿度補償回路が不要である。したがって、湿度計測回
路を簡略化することができ、高精度、低価格、低消費電
流の湿度測定装置を製造することができる。

次に、炭素粒子、シリカ膜は、化学的に安定であるため
、過酷な環境でも劣化しない。したがって、加熱リフレ
ッシュが不要であり、可燃性のガスや粉塵の存在すると
ころでも使用できる。また、湿度の変化に対する応答が
速く、特性の経時変化が小さいため、高精度の湿度制御
装置にも使用できる。

さらに、本発明の湿度センサは、容易に製造することが
できるためＪｌ産性が良く、さらに、原料や製造費用が
安価であるため低価格の湿度センサを製造することがで
きる。

このように本発明の湿度センサは、高精度、高信頼性湿
度センサとして、湿度計測、湿度制御を必要とする分野
に広く応用することができる。

明の湿度センサの感湿特性図。

第３図、第６図は、本発明の湿度センサの応答特性図。

以上出願人　セイコーエプソン株式会社代理人　弁理士　鈴木　喜三郎　他１名

【図面の簡単な説明】

第１図、第４図、第１０図、第１４図は、本発明の湿度
センサの断面図。１・・・基板２・・・シリカ膜３・・・電極４・・・炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜５・・・
シリカ膜第２図、第５図、第７図、第８図、第９図、第１１図、
第１２図、第１３図、第１５図は、本発第図腓聞（ナ少）第３図本ＩＩ討濾崖（−／−）第２図第４口未目ナ寸シｉノ【　（ヲｉ〕第５図晴間（サ）第６図相対シｉｎ　（情）第９図第１０図友ガ壜ｋ＜−ｙ．＞笥７図朝灯湿よ（９／．ノ第８図オ８女三ｒシｒ！＝〉りＬ（’／．）第１１図利メ４Ｊ人（ヅ。）第１２図相灯シＬＡ（ゾ．）第１４図第１５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）絶縁性基板と、該絶縁性基板上に形成された一対
の電極と、該一対の電極間にまたがって前記絶縁性基板
上に形成された、炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜
から成ることを特徴とする湿度センサ。
（２）絶縁性基板と、該絶縁性基板上に形成された一対
の電極と、該一対の電極間にまたがって前記絶縁性基板
上に形成された、炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜
と、該炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜上に形成さ
れたシリカ膜から成ることを特徴とする湿度センサ。
（３）絶縁性基板と、該絶縁性基板上に形成されたシリ
カ膜と、該シリカ膜上に形成された一対の電極と、該一
対の電極間にまたがって前記シリカ膜上に形成された、
炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜から成ることを特
徴とする湿度センサ。
（４）絶縁性基板と、該絶縁性基板上に形成されたシリ
カ膜と、該シリカ膜上に形成された一対の電極と、該一
対の電極間にまたがって前記シリカ膜上に形成された、
炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜と、該炭素粒子を
分散させた多孔質シリカ膜上に形成されたシリカ膜から
成ることを特徴とする湿度センサ。
（５）絶縁性基板として、アルミナ基板またはガラス基
板または耐熱煉瓦を用いることを特徴とする請求項１〜
４記載の湿度センサ。
（６）一対の電極として、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｃ
ｒの中から選ばれた金属またはこれらの元素を少なくと
も一つ含有する合金またはＲｕＯ＿２によって形成され
た櫛形電極を用いることを特徴とする請求項１〜４記載
の湿度センサ。
（７）一対の電極として、少なくとも炭素粒子を分散さ
せた多孔質シリカ膜が形成される部分は、Ｃｒによって
形成された櫛形電極を用い、リード線を接続する部分は
、Ｃｒの電極上に、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｐｔ、Ｐｄの中
から選ばれた金属またはこれらの元素を少なくとも一つ
含有する合金にによる電極が、少なくとも一層形成され
た多層電極を用いることを特徴とする請求項１〜４記載
の湿度センサ。
（８）炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜において、
炭素粒子の含有量が１０〜５０重量％であることを特徴
とする請求項１〜４記載の湿度センサ。
（９）炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜の膜厚は、
１μｍ〜３００μｍであることを特徴とする請求項１〜
４記載の湿度センサ。
（１０）炭素粒子を分散させた多孔質シリカ膜は、炭素
粒子を分散させたシリカゾルを皮膜状に成形した後、熱
処理することにより形成することを特徴とする請求項１
〜４記載の湿度センサ。
（１１）炭素粒子を分散させたシリカゾルは、シリコン
アルコキシドの加水分解溶液中にシリカ粒子および炭素
粒子を分散させることにより製造することを特徴とする
請求項１０記載の湿度センサ。
（１２）シリカ膜は、シリカゾルを皮膜状に成形した後
、熱処理することにより形成することを特徴とする請求
項１〜４記載の湿度センサ。
（１３）シリカゾルは、シリコンアルコキシドの加水分
解溶液中にシリカ粒子を分散させることにより製造する
ことを特徴とする請求項１２記載の湿度センサ。