JPH04315040A - 結露検知素子 - Google Patents

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】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、高湿度域でのスイッチ
ング特性に優れ、かつ信頼性の良好なキャパシタ型の結
露検知素子に関する。

【０００３】

【従来の技術】近年、湿度計測に対する要求が強まり、
さまざまな湿度センサが開発されている。これらの湿度
センサは、セラミックスや有機高分子材料の電気的性質
が湿度（相対湿度或いは絶対湿度）に依存することを利
用したものが主流である。湿度とともに変化する電気的
性質とは、導電率、誘電率、圧電振動子の共振周波数な
どである。

【０００４】また、さまざまな機器の結露による障害を
防止する目的で、相対湿度がおよそ９０％以上になると
、電気的性質が急激に変化してスイッチング現象を示す
結露検知素子が開発されている。従来のこのような結露
検知素子としては、抵抗型とキャパシタ型のものがある
。

【０００５】まず、抵抗型の結露検知素子は、感湿材料
として、吸湿性高分子に導電性粉末を分散したものが用
いられている。これは、吸湿によって高分子が膨潤し、
導電性粉末の粒子間距離が増大して、高湿側で導電性が
減少することを利用したものである。図４は、感湿材料
として、ナイロンにカーボンブラックを充填したものを
用いた結露検知素子の４０℃で１０％ＲＨから９５％Ｒ
Ｈまで加湿したときの抵抗変化特性を示している。この
特性から、加湿時の抵抗変化は緩慢であり、結露検知素
子としてのスイッチング特性は劣っている。また、この
方式の結露検知素子は、高分子の膨潤を利用することか
ら、繰返し使用による感湿材料の劣化が問題となってい
た。

【０００６】一方、キャパシタ型の結露検知素子は、高
分子誘電体の表面における水分子の吸着によって誘電率
が上昇するという現象を利用したものであり、感湿材料
として、比較的吸湿率の小さいセルロース誘導体、ポリ
イミド樹脂等が用いられ、感湿範囲が広いこと、応答性
がよいこと、及び温度依存性が小さいといった長所があ
る。また、高分子の膨潤が殆んど起らないため、長期安
定性に優れている。しかし、高湿度域で誘電率が急激に
上昇する如きスイッチング現象は見られず、結露検知素
子としての特性は必ずしも十分ではなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来の抵抗型の結露検
知素子は、高分子の膨潤による抵抗値の上昇を利用して
いるため、繰返し使用によって材料が劣化するという問
題があり、また、その抵抗変化は緩慢であり、スイッチ
ング特性が劣っていた。一方、キャパシタ型の結露検知
素子は、高湿度域で誘電率が急激に上昇する如きスイッ
チング現象は見られず、結露検知素子としての特性は必
ずしも十分ではなかった。そこで、誘電体表面への水分
子の吸着のみでスイッチング現象を起し得るキャパシタ
型の結露検知素子が求められていた。

【０００８】本発明は、かかる点に対処してなされたも
ので、高湿度域でのスイッチング特性に優れ、かつ信頼
性の良好なキャパシタ型の結露検知素子を提供すること
を目的とする。

【０００９】［発明の構成］

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明の結果検知素子は、少なくとも一方が透湿性を
有する対向電極で挟持された感湿膜を有する結露検知素
子であって、前記感湿膜を、有機置換基を有するポリシ
ランで形成してなることを要旨とする。

【００１１】上記の有機置換基は、フェニル基、アルキ
ル基などの疎水性の置換基であって、ポリシランの重合
度は少なくとも数十以上であることが望ましい。

【００１２】

【作用】ポリシランは、金属シリコンに比べるとバンド
ギャップが大きい（約４電子ボルト）ため、基本的には
誘電体とみなすことができ、このポリシランの感湿膜を
、少なくとも一方が透湿性を有する対向電極で挟持する
ことによりキャパシタ型の結露検知素子が構成される。 ポリシランは疎水基を有するので、高湿条件下で膨潤す
ることがなく、繰返し使用による材料の劣化が防止され
る。

【００１３】また、キャパシタンスは、相対湿度に対し
て線形に変化するのではなく、高湿側、即ち相対湿度が
８０〜９０％ＲＨ以上で急激に増加する。その原因とし
ては、主鎖のケイ素原子と吸着水分子との電荷移動錯体
の形成、又は吸着水分子からポリシラン鎖の末端のヒド
ロキシル基へのプロトン移動による電離などが考えられ
る。高湿側で急激に増加したキャパシタンスは、低湿に
戻したとき、或る一定時間を経た後に元の値に回復する
。これにより、高湿度域で優れたスイッチング特性が得
られる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図３を参照し
て説明する。

【００１５】図１は、結露検知素子の構造を示している
。絶縁基板１の表面に、クロム、金を順に積層して厚さ
約０．１５μｍとした１対の旗型の薄膜下部電極２が形
成されている。下部電極２上には、厚さ２〜３μｍのポ
リシランからなる感湿膜３がキャスト法により形成され
、その上に、厚さ３０〜４０ｎｍの金膜からなる多孔質
の透湿性上部電極４が形成されている。下部電極用パッ
ド５には、図示省略のリード線が取付けられる。この構
造により、等価回路的には、２個のキャパシタを直列に
接続した構成となっている。

【００１６】感湿膜３としてのポリシランの膜は、例え
ばポリメチルフェニルシランからなり、これは次の化学
式１で示すようにして作製される。

【００１７】

【化１】

【００１８】１１０℃で金属ナトリウムを撹拌により分
散させたトルエン中で、ジクロロメチルフェニルシラン
を縮合させて（ヴルツーフィッティヒ反応）、ポリシラ
ンを合成する。生成したポリシランをトルエン／ヘキサ
ンにより２〜３回再沈澱させ、その後、トルエン溶液を
数回水洗して水溶性不純物を除去してから、ヘキサンで
再沈澱させる。これにより数平均分子量約１万のガラス
状のポリマーが得られる。成膜は、重量百分率２〜３％
のトルエン溶液からキャスト法により行う。

【００１９】なお、上述の場合は、有機置換基がメチル
基とフェニル基の例であるが、本発明のポリシランの感
湿膜はこれらに限定されるものではなく、鎖長の異なる
アルキル置換基など種々の有機置換基を有するポリシラ
ンを使用することができる。図２は、上述のように構成
された結露検知素子の高湿度域におけるスイッチング特
性を示し、４０℃で、１０％ＲＨから９５％ＲＨまで加
湿したときの、１０ｋＨｚにおけるキャパシタンスの変
化を示している。９０％ＲＨの近くでキャパシタンスは
急激に増加する。素子の雰囲気を除湿してもすぐには元
に戻らないが、低湿下で数十分間でキャパシタンは完全
に元の値に戻る。

【００２０】図３は本実施例と比較例としての従来例の
スイッチング特性の経時変化を示している。４０℃で１
０％ＲＨと９０％ＲＨとの間で加湿・除湿を繰返したと
きの１０％ＲＨでのキャパシタンス（Ａ：本実施例）及
び抵抗（Ｂ：従来例）の経時変化（初期値に対する比を
とってある）を示している。加湿・除湿を繰返していく
と、本実施例Ａのキャパシタンスも従来例Ｂの抵抗も上
昇していくが、本実施例Ａは従来例Ｂに比べると、極め
て経時安定性に優れていることが分る。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
有機置換基を有するポリシランからなる感湿膜を、少な
くとも一方が透湿性を有する対向電極で挟持した構成と
したため、誘電体表面への水分子の吸着のみでスイッチ
ング現象を起し得るキャパシタ型の結露検知素子を実現
することができる。ポリシランからなる感湿膜は高湿条
件下で膨潤することがなく、繰返し使用による劣化が防
止されて良好な信頼性が得られる。また、キャパシタン
スが高湿側で急激に増加して高湿度域において優れたス
イッチング特性が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る結露検知素子の実施例の構成を示
す図である。

【図２】図１の実施例の高湿度域におけるスイッチング
特性を示す図である。

【図３】図１の実施例のスイッチング特性の経時変化を
比較例とともに示す図である。

【図４】従来の結露検知素子の高湿度域におけるスイッ
チング特性を示す図である。

【符号の説明】

２　　薄膜下部電極 ３　　感湿膜 ４　　透湿性上部電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　少なくとも一方が透湿性を有する対向
   電極で挟持された感湿膜を有する結露検知素子であって
   、前記感湿膜を、有機置換基を有するポリシランで形成
   してなることを特徴とする結露検知素子。