JPH0245146B2 - Shitsudosensaa - Google Patents
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- JPH0245146B2 JPH0245146B2 JP24980783A JP24980783A JPH0245146B2 JP H0245146 B2 JPH0245146 B2 JP H0245146B2 JP 24980783 A JP24980783 A JP 24980783A JP 24980783 A JP24980783 A JP 24980783A JP H0245146 B2 JPH0245146 B2 JP H0245146B2
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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Description
【発明の詳細な説明】
(イ) 産業上の利用分野
この発明は湿度センサーに関する。さらに詳し
くは、湿分の吸脱着作用を示す感湿膜を利用して
なり、種々の気体中の水分濃度を検知できる湿度
センサーに関する。
くは、湿分の吸脱着作用を示す感湿膜を利用して
なり、種々の気体中の水分濃度を検知できる湿度
センサーに関する。
(ロ) 従来技術
従来、高分子電解質を基体上に設けられた一対
の電極間又は電極上に感湿膜として塗布形成した
湿度センサーは知られている。しかし、かような
高分子電解質を有する湿度センサーは電極面や基
体との密着性が不充分で感湿性能が不安定であり
かつ膜自体の耐久性も不充分であるという問題点
があつた。すなわち、感度や分解能を向上するた
めに感湿膜を厚くして十分に親水性基を導入した
場合には、感湿膜の深部に導入された親水性基に
吸着された水分子は脱着が困難となりセンサーの
応答速度を遅延させる結果となる。また、感度を
多少儀性にして、感湿膜を薄く形成した場合にお
いては基体と感応膜の界面にまで多量の親水性基
が導入され、ひいては親水性基と結合する水分子
がこの界面にまで侵入し、センサーの長期使用期
間中に膜が基体から剥離したり感応膜にひび割れ
を生ずるに至るという極めて困難な問題があつ
た。
の電極間又は電極上に感湿膜として塗布形成した
湿度センサーは知られている。しかし、かような
高分子電解質を有する湿度センサーは電極面や基
体との密着性が不充分で感湿性能が不安定であり
かつ膜自体の耐久性も不充分であるという問題点
があつた。すなわち、感度や分解能を向上するた
めに感湿膜を厚くして十分に親水性基を導入した
場合には、感湿膜の深部に導入された親水性基に
吸着された水分子は脱着が困難となりセンサーの
応答速度を遅延させる結果となる。また、感度を
多少儀性にして、感湿膜を薄く形成した場合にお
いては基体と感応膜の界面にまで多量の親水性基
が導入され、ひいては親水性基と結合する水分子
がこの界面にまで侵入し、センサーの長期使用期
間中に膜が基体から剥離したり感応膜にひび割れ
を生ずるに至るという極めて困難な問題があつ
た。
この点につき本発明者らは、先に、感湿膜の高
分子膜ベースをプラズマ重合法で形成させ、さら
にその膜中、主として表層に親水性基を導入する
ことにより感湿性能や耐久性が改善される事実を
見出した。
分子膜ベースをプラズマ重合法で形成させ、さら
にその膜中、主として表層に親水性基を導入する
ことにより感湿性能や耐久性が改善される事実を
見出した。
この発明は、上記知見を更に発展させることに
よりなされたものである。
よりなされたものである。
(ハ) 目的
すなわち、この発明は、感湿性能及び耐久性が
より改善された湿度センサーを得ることを目的と
するものである。
より改善された湿度センサーを得ることを目的と
するものである。
(ニ) 構成
かくしてこの発明によれば湿度センサー用基体
上に設けられた一対の電極間又はその少なくとも
一つの電極上に感湿膜を形成してなる湿度センサ
ーにおいて、該感湿膜が親水性基を有するプラズ
マ重合高分子膜からなりかつ該親水性基は、プラ
ズマ重合高分子膜の電極又は基体との密着面から
隔離された状態でその表層部に導入されてなるこ
とを特徴とする湿度センサーが提供される。
上に設けられた一対の電極間又はその少なくとも
一つの電極上に感湿膜を形成してなる湿度センサ
ーにおいて、該感湿膜が親水性基を有するプラズ
マ重合高分子膜からなりかつ該親水性基は、プラ
ズマ重合高分子膜の電極又は基体との密着面から
隔離された状態でその表層部に導入されてなるこ
とを特徴とする湿度センサーが提供される。
この発明における湿度センサー用基体は、意図
する測定方式により選択される。例えば、絶縁基
板を用いれば抵抗式や容量式の湿度センサーを構
成することができ、圧電素子を用いれば周波数検
知式湿度センサー（いわゆるピエゾエレクトリツ
ク湿度センサー）を構成することができる。一対
の電極は蒸着や塗布により形成することができ、
抵抗式や容量式の湿度センサーの場合には、この
電極間の基板上に少なくとも後述する感湿膜が形
成されておればよく、周波数検知式の湿度センサ
ーの場合には通常圧電素子の両面に位置される一
対の電極の少なくとも一つの電極面上に後述する
感湿膜が形成されておればよい。
する測定方式により選択される。例えば、絶縁基
板を用いれば抵抗式や容量式の湿度センサーを構
成することができ、圧電素子を用いれば周波数検
知式湿度センサー（いわゆるピエゾエレクトリツ
ク湿度センサー）を構成することができる。一対
の電極は蒸着や塗布により形成することができ、
抵抗式や容量式の湿度センサーの場合には、この
電極間の基板上に少なくとも後述する感湿膜が形
成されておればよく、周波数検知式の湿度センサ
ーの場合には通常圧電素子の両面に位置される一
対の電極の少なくとも一つの電極面上に後述する
感湿膜が形成されておればよい。
この発明の感湿膜のベースはプラズマ重合高分
子膜である。そしてこの発明において最も特徴と
する点は親水性基がこの高分子膜の表層部のみに
集中的に導入されており、かつこの親水性基が感
湿膜の基体や電極面から隔離されていることにあ
る。上記隔離は、通常、プラズマ重合高分子膜の
内部に隔離層を形成させることにより行なうのが
好適である。より具体的には、湿度センサー用基
体上又は電極上に所定のモノマー蒸気中にてプラ
ズマ放電させ、重合させてまずプラズマ重合高分
子膜を密着形成された後、この高分子膜の表面に
アルゴンガス等の不活性ガスによる放電処理を行
なつて後述する親水性基導入用化合物の非透過性
と高架橋性を併せもつ隔離層を形成させ、次いで
この表面にさらに表層を構成するプラズマ重合高
分子膜を形成し、この表層に所定の親水性基導入
用化合物を接触処理させて充分に親水性基を導入
することにより構成することができる。
子膜である。そしてこの発明において最も特徴と
する点は親水性基がこの高分子膜の表層部のみに
集中的に導入されており、かつこの親水性基が感
湿膜の基体や電極面から隔離されていることにあ
る。上記隔離は、通常、プラズマ重合高分子膜の
内部に隔離層を形成させることにより行なうのが
好適である。より具体的には、湿度センサー用基
体上又は電極上に所定のモノマー蒸気中にてプラ
ズマ放電させ、重合させてまずプラズマ重合高分
子膜を密着形成された後、この高分子膜の表面に
アルゴンガス等の不活性ガスによる放電処理を行
なつて後述する親水性基導入用化合物の非透過性
と高架橋性を併せもつ隔離層を形成させ、次いで
この表面にさらに表層を構成するプラズマ重合高
分子膜を形成し、この表層に所定の親水性基導入
用化合物を接触処理させて充分に親水性基を導入
することにより構成することができる。
上記プラズマ重合高分子膜の対応するモノマー
としては、種々のモノマーが適用でき特に限定は
されないが、通常、スチレンやジビニルベンゼン
等の重合性官能基を有する芳香族化合物を用いる
のが好適である。また、表層に導入する親水性基
としては、水酸基やイオン交換基が挙げられスル
ホネート基が好ましい。従つて表層への導入はか
ような親水性基含有化合物やその前駆体（例えば
スルホネート基を導入する際にはスルホン酸や発
煙硫酸等）を数分〜数十分接触処理させればよ
い。
としては、種々のモノマーが適用でき特に限定は
されないが、通常、スチレンやジビニルベンゼン
等の重合性官能基を有する芳香族化合物を用いる
のが好適である。また、表層に導入する親水性基
としては、水酸基やイオン交換基が挙げられスル
ホネート基が好ましい。従つて表層への導入はか
ような親水性基含有化合物やその前駆体（例えば
スルホネート基を導入する際にはスルホン酸や発
煙硫酸等）を数分〜数十分接触処理させればよ
い。
なおプラズマ重合させる周波数条件は、ことに
表層の膜を形成させる際には0.1〜500KHzの低周
波域とくに１〜10KHz下で行なうのが好ましい。
かような条件下で形成した表層への親水性基の導
入は他の周波数域で形成されたものより効率良く
行なうことができる。また、感湿膜の全体厚みは
通常約0.01〜1μｍ程度で充分である。
表層の膜を形成させる際には0.1〜500KHzの低周
波域とくに１〜10KHz下で行なうのが好ましい。
かような条件下で形成した表層への親水性基の導
入は他の周波数域で形成されたものより効率良く
行なうことができる。また、感湿膜の全体厚みは
通常約0.01〜1μｍ程度で充分である。
このようにして得られた感湿膜は基本的に、電
極又は基体に密着する親水性基を有さない下層
と、その上に形成された隔離層と、その上に形成
された親水性基を有する表層から構成されてい
る。そして隔離層の存在により親水性基導入時及
び導入後にも、親水性基が電極又は基体との密着
面の近傍に移行されていない。従つて、長時間使
用した際にも湿分の吸脱着現象は親水性基が導入
された表層のみで生じることとなり、密着部分へ
の悪影響が抑制される。さらに隔離層は親水性基
や湿分自体の膜内での物理的又は物理科学的移行
をも抑制する働きをも有しているため増感を目的
として表層に充分に親水性基を導入しても、密着
部分への悪影響が実質的に防止され、プラズマ重
合高分子膜の特性とも相俟つて感湿性能ことに応
答速度や履歴現象が改善され機能性膜としての耐
久性も改善される。ことに圧電素子を用いた周波
数検知式の湿度センサーを対象とした際には、か
ような効果は特に顕著である。
極又は基体に密着する親水性基を有さない下層
と、その上に形成された隔離層と、その上に形成
された親水性基を有する表層から構成されてい
る。そして隔離層の存在により親水性基導入時及
び導入後にも、親水性基が電極又は基体との密着
面の近傍に移行されていない。従つて、長時間使
用した際にも湿分の吸脱着現象は親水性基が導入
された表層のみで生じることとなり、密着部分へ
の悪影響が抑制される。さらに隔離層は親水性基
や湿分自体の膜内での物理的又は物理科学的移行
をも抑制する働きをも有しているため増感を目的
として表層に充分に親水性基を導入しても、密着
部分への悪影響が実質的に防止され、プラズマ重
合高分子膜の特性とも相俟つて感湿性能ことに応
答速度や履歴現象が改善され機能性膜としての耐
久性も改善される。ことに圧電素子を用いた周波
数検知式の湿度センサーを対象とした際には、か
ような効果は特に顕著である。
(ホ) 実施例
以下、図面によりこの発明を詳しく説明する。
第１図に示す１はこの発明の湿度センサーの一
例を示す斜視図であり、第２図は第１図の側面図
である。図において、湿度センサー１は、圧電素
子２の両面に蒸着形成された一対の金電極３，３
の片面上に、感湿膜４を密着形成してなる。そし
て感湿膜４は、電極上に密着形成された親水性基
を有さないプラズマ重合ポリスチレンからなる下
層（41；約3500Å）とその上に形成されたアルゴ
ンイオン照射処理されたプラズマ重合ポリスチレ
ンからなる隔離層（42；約500Å）と、さらにそ
の上に形成された親水性基（ナトリウムスルホネ
ート基）を有するプラズマ重合ポリスチレンから
なる表層（43；約3000Å）とから構成されてい
る。なお、２１はリード線である。
例を示す斜視図であり、第２図は第１図の側面図
である。図において、湿度センサー１は、圧電素
子２の両面に蒸着形成された一対の金電極３，３
の片面上に、感湿膜４を密着形成してなる。そし
て感湿膜４は、電極上に密着形成された親水性基
を有さないプラズマ重合ポリスチレンからなる下
層（41；約3500Å）とその上に形成されたアルゴ
ンイオン照射処理されたプラズマ重合ポリスチレ
ンからなる隔離層（42；約500Å）と、さらにそ
の上に形成された親水性基（ナトリウムスルホネ
ート基）を有するプラズマ重合ポリスチレンから
なる表層（43；約3000Å）とから構成されてい
る。なお、２１はリード線である。
上記感湿膜４は、所定部分をマスクしてなる電
極を備えた圧電素子２を、0.5torrのスチレンモ
ノマーの雰囲気下、70ｍＡ、60秒間、10KHzの放
電条件でプラズマ重合させて、まず下層４１を形
成させ、続いてスチレンモノマーを真空脱気した
のち0.7torrまでアルゴンを導入し再び50ｍＡ、
60秒、1.0KHz下で放電処理を行なつて隔離層４
２を放電形成させ、さらにスチレンモノマーを
1.25torrまで導入し70ｍＡ、40秒間、1.0KHzの条
件下でプラズマ重合させて表層４３のベースを形
成させた後、この状態で高濃度の発煙硫酸のガス
中に保持して接触させることにより、作製するこ
とができる。
極を備えた圧電素子２を、0.5torrのスチレンモ
ノマーの雰囲気下、70ｍＡ、60秒間、10KHzの放
電条件でプラズマ重合させて、まず下層４１を形
成させ、続いてスチレンモノマーを真空脱気した
のち0.7torrまでアルゴンを導入し再び50ｍＡ、
60秒、1.0KHz下で放電処理を行なつて隔離層４
２を放電形成させ、さらにスチレンモノマーを
1.25torrまで導入し70ｍＡ、40秒間、1.0KHzの条
件下でプラズマ重合させて表層４３のベースを形
成させた後、この状態で高濃度の発煙硫酸のガス
中に保持して接触させることにより、作製するこ
とができる。
かかるこの発明の湿度センサーの感湿膜におけ
る親水性基の厚み方向への分布を調べた結果を比
較例と共に第４図に示した。図中、比較例１は、
約7000Åのプラズマ重合ポリスチレンの全体に親
水性基（ナトリウムスルホネート基）を導入した
場合を示し、比較例２は、隔離層を形成しない以
外前記実施例と同様にして作製した感湿膜につい
てのデータである。なお、親水性基の分布は
ESCAによる表面分析を行ないそのＳ濃度の大小
により判断した。
る親水性基の厚み方向への分布を調べた結果を比
較例と共に第４図に示した。図中、比較例１は、
約7000Åのプラズマ重合ポリスチレンの全体に親
水性基（ナトリウムスルホネート基）を導入した
場合を示し、比較例２は、隔離層を形成しない以
外前記実施例と同様にして作製した感湿膜につい
てのデータである。なお、親水性基の分布は
ESCAによる表面分析を行ないそのＳ濃度の大小
により判断した。
このような隔離層を有するこの発明の感湿膜に
おいては、親水性基が表層のみにかつ電極の密着
面から充分に隔離された状態で導入されているこ
とが判る。また、薄い表層部分に導入された親水
性基の量を他よりも充分に大きくすることができ
従つて感度の増加が達成できることを示してい
る。なお、比較例２では表層部のみならず、密着
面の近傍まで親水性基が導入されており隔離が不
充分であることが判る。
おいては、親水性基が表層のみにかつ電極の密着
面から充分に隔離された状態で導入されているこ
とが判る。また、薄い表層部分に導入された親水
性基の量を他よりも充分に大きくすることができ
従つて感度の増加が達成できることを示してい
る。なお、比較例２では表層部のみならず、密着
面の近傍まで親水性基が導入されており隔離が不
充分であることが判る。
上記実施例、及び比較例１、２の感湿膜を用い
た湿度センサーの湿度応答性を調べた結果を第５
図に示した。測定条件は絶対湿度100ppmの窒素
ガスを各湿度センサーをそれぞれ内蔵した湿度測
定セル内に導入した際の相対感度を示すものであ
る。
た湿度センサーの湿度応答性を調べた結果を第５
図に示した。測定条件は絶対湿度100ppmの窒素
ガスを各湿度センサーをそれぞれ内蔵した湿度測
定セル内に導入した際の相対感度を示すものであ
る。
このように、この発明の湿度センサーは、優れ
た応答性を有していることが判る。
た応答性を有していることが判る。
(ヘ) 効果
以上述べたように、この発明の湿度センサー
は、感度の増加と応答速度迅速化など、湿度セン
サーとしての優れた感湿性能を有し、かつ感湿膜
の密着面に対する外気ことに湿度の悪影響も防止
されているため耐久性も改善されており、ことに
長時間の測定用の湿度センサーとして有用であ
る。
は、感度の増加と応答速度迅速化など、湿度セン
サーとしての優れた感湿性能を有し、かつ感湿膜
の密着面に対する外気ことに湿度の悪影響も防止
されているため耐久性も改善されており、ことに
長時間の測定用の湿度センサーとして有用であ
る。
第１図は、この発明の湿度センサーを例示する
斜視図、第２図は、第１図の側面図、第３図は、
この発明の湿度センサーの感湿膜を例示する模式
的断面図、第４図は第３図の感湿膜の厚み方向に
おける親水性基の分布を比較例と共に例示するグ
ラフ、第５図は、この発明の湿度センサーの湿度
応答性を比較例と共に例示するグラフである。 １……湿度センサー、２……圧電素子、２１…
…リード線、３……金電極、４……感湿膜、４１
……下層、４２……隔離層、４３……表層。
斜視図、第２図は、第１図の側面図、第３図は、
この発明の湿度センサーの感湿膜を例示する模式
的断面図、第４図は第３図の感湿膜の厚み方向に
おける親水性基の分布を比較例と共に例示するグ
ラフ、第５図は、この発明の湿度センサーの湿度
応答性を比較例と共に例示するグラフである。 １……湿度センサー、２……圧電素子、２１…
…リード線、３……金電極、４……感湿膜、４１
……下層、４２……隔離層、４３……表層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 湿度センサー用基体上に設けられた一対の電
極間又はその少なくとも一つの電極上に感湿膜を
形成してなる湿度センサーにおいて、該感湿膜が
親水性基を有するプラズマ重合高分子膜からなり
かつ該親水性基は、プラズマ重合高分子膜の電極
又は基体との密着面から隔離された状態でその表
層部に導入されてなることを特徴とする湿度セン
サー。 ２ プラズマ重合高分子膜からなる感湿膜が、電
極又は基体に密着する親水性基を有さない下層
と、その上に形成された隔離層と、その上に形成
された親水性基を有する表層とからなる特許請求
の範囲第１項記載の湿度センサー。 ３ 隔離層が不活性ガスの放電処理により形成さ
れてなる特許請求の範囲第２項記載の湿度センサ
ー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24980783A JPH0245146B2 (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | Shitsudosensaa |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24980783A JPH0245146B2 (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | Shitsudosensaa |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60143755A JPS60143755A (ja) | 1985-07-30 |
| JPH0245146B2 true JPH0245146B2 (ja) | 1990-10-08 |
Family
ID=17198498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24980783A Expired - Lifetime JPH0245146B2 (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | Shitsudosensaa |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0245146B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08281136A (ja) * | 1995-04-10 | 1996-10-29 | Asahi:Kk | もみがら粉砕機 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02114166A (ja) * | 1988-10-25 | 1990-04-26 | Rika Kogyo Kk | 湿度センサー |
| CN111579603B (zh) * | 2020-05-09 | 2021-10-26 | 北京航空航天大学 | 一种集成加热控制及超声振动的mems电容式湿度传感器 |
-
1983
- 1983-12-29 JP JP24980783A patent/JPH0245146B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08281136A (ja) * | 1995-04-10 | 1996-10-29 | Asahi:Kk | もみがら粉砕機 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60143755A (ja) | 1985-07-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |