JPH0484749A - 湿度センサ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、湿度を検出するための湿度センサに関する。

［従来の技術］ 現在、湿度センサとしては、相対湿度を電極間に塗布し
た感湿体の電気抵抗を含むインピーダンス、または静電
容量の変化として捕え、検知する湿度センサが使用され
ており、一般に高い感度を有し、安定性に優れ、また、
比較的容易に使用することができることから、ニアコン
ディショナ、加湿器、除湿器、或いは工業プロセスにお
ける湿度計測などにおいて高い需要を有している。

このような湿度センサは、通常、アルミナやガラス基板
上に、金、白金、銀パラジウム、或いは銀などの金属薄
膜によって、対向する一対のくし形電極を形成し、この
電極上に、感湿体である酸化亜鉛を主成分とした導電性
セラミック粉末を混練したものを塗布後焼成したり、或
いは、この電極上にアクリル系導電性高分子などの被膜
を形成し、架橋し、相対湿度の変化を電気抵抗及びイン
ピーダンスの変化として捕えたり、前記電極」二にポリ
イミド樹脂などの被膜を形成し、相対湿度の変化を静電
容量の変化として捕えたりしていた。

［発明が解決しようとする課題］ ところで、湿度センサを低湿度雰囲気中に放置した状態
から次第に湿度を上げて高湿状態とし、次いで、高湿状
態から低質状態に戻していった場合、同じ相対湿度でも
、低湿から高湿に向かう時と、高湿から低湿に戻す時と
では、湿度センサからの出力が異なるが、このような特
性は、ヒステリシス特性と称されている。

このヒステリシス特性は、湿度の測定値における再現性
を損い、測定精度を下げるため、できるだけ小さくしな
ければならないが、前述した構造の従来の湿度センサに
あっては、相対湿度換算で、ヒステリシス幅は通常７％
ＲＨ以上と大きく、問題となっていた。

また、湿度の変化に対するセンサ出力の追従性を表す応
答速度も、前記構造の従来の湿度センサにあっては、５
〜１５分と遅く、その改善が要求されていた。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するため
に提案されたものであり、その目的は、ヒステリシス特
性を格段に改善して、測定速度が高く、且つ湿度の変化
に対する応答速度の速い、優れた湿度センサを提供する
ことである。

［課題を解決するための手段］ 本発明による湿度センサは、絶縁基板と、この絶縁基板
の一面に対向して形成された一対のくし形電極と、この
くし形電極対上に形成された感湿体、及びくし形電極対
のそれぞれから引出された外部リード線を有してなる湿
度センサにおいて、絶縁基板が、防湿処理を施されたも
のであることを特徴としている。

また、感湿体としては、無機材料を混練した後、電極上
に印刷焼成してなる導電性感湿体、または、感湿型導電
性高分子を使用することが可能である。

［作用］ 以上のような構成を有する本発明の湿度センサの作用を
以下に説明する。

まず、湿度センサにおけるヒステリシス特性の発生は、
感湿体への水分子の吸着性と、感湿体からの水分子の離
脱性が異なることに起因するが、このような感湿体にお
ける吸着性・離脱性の差異は、絶縁基板が水分子を吸着
する一方で、吸着した水分子を離脱し難いことにさらに
起因する。すなわち、湿度センサが高湿度雰囲気中に放
置された後、低湿度雰囲気内におかれると、感湿体は、
薄い被膜状のため、水分子を離脱し易いが、逆に絶縁基
板に吸着された水分子は離脱し難い」二、この絶縁基板
に吸着された水分子が、感湿体側に移動し、感湿体がこ
の水分子を再び吸着することにより、実際の低湿度雰囲
気とは異なる、高湿度雰囲気に相当する出力が湿度セン
サから発せられることになり、このことが、ヒステリシ
ス特性を高くしている。また、このように感湿体が絶縁
基板の水分子を再吸着することは、感湿体の応答速度の
遅延の原因にもなる。

本発明は、このような考察を前提とし、絶縁基板に対す
る水分子の吸着性を低減することで、絶縁基板が感湿体
における水分子の吸着性・離脱性に対して与える影響を
最小限に低減し、これによって、ヒステリシス特性の改
善及び応答速度の向上を図ったものである。

すなわち、防湿処理を施した絶縁基板を使用してなる本
発明においては、絶縁基板の吸水性が極めて低くなるた
め、高湿中においても絶縁基板内に水分子が取込まれる
ことがなくなり、その表面における水分子の吸着量も極
めて少なくなり、高湿度雰囲気から低湿度雰囲気に戻さ
れた場合でも、感湿体が絶縁基板の水分子を再吸着する
ことが極めて少なくなる。従って、絶縁基板が感湿体に
おける水分子の吸着性・離脱性に対して与える影響を最
小限に低減できるため、ヒステリシス特性が格段に改善
される。

また、このように、水分子の吸着が感湿体被膜に限定さ
れ、絶縁基板の水分子を再吸着することが極めて少なく
なる結果、水分子の再吸着に起因する感湿体の応答の遅
延が解消され、応答速度を速くできる利点もある。

［実施例］ 以下に、本発明による一実施例（第１実施例）を、第１
図を参照して具体的に説明する。

まず、第１図に示すように、アルミナ基板（絶縁基板）
１を、無機ガラスペーストに浸漬するかまたは全面にス
クリーン印刷し、引上げ焼成して防湿性被膜２を形成し
た後、このアルミナ基板１に、金、白金、銀パジウム、
或いは銀などの金属ペーストを使用し、スクリーン印刷
法により所定の対向するくし形電極対パターンを印刷し
、この後、６００〜１２００℃の範囲における金属ペー
ストの種類に適合した温度で焼成し、くし形電極対３を
形成した。続いて、このくし形電極対２の表面に、予め
粉砕し、有機溶剤でスラリー状に混練したＺｎＣｒ２Ｃ
）ｓを主成分とする感湿体４を電極と同様のスクリーン
印刷法により印刷した後、５００〜１０００℃で焼成し
た。さらに、くし形電極の各々に、外部リード線５を接
続した。

以上のような構成を有する第１実施例の湿度センサの作
用を、第２図及び第３図を参照して説明する。

第２図は、本発明の第１実施例の湿度センサと従来の湿
度センサの相対湿度換算における湿度−抵抗特性を示す
図である。すなわち、第２図に示すように、低湿から高
湿に向かう場合の湿度−抵抗特性曲線Ｃに対して、従来
の湿度センサ化−１（） における高湿から低湿に戻る場合の湿度−抵抗特性曲線
ＣＯ（Ｈ−Ｌ）は、大きな幅を有して下方に位置してい
るのに比べ、本発明の第１実施例における高湿から低湿
に戻る場合の湿度−抵抗特性曲線Ｃ目　　　は、曲線Ｃ
にはるかに接近して（ＩＩ−Ｌ）　　　　　　　化−１
１）おり、第１実施例のヒステリシス特性が、従来に比
べて大幅に改善されていることが明らかである。

第３図は、第１実施例の湿度センサと従来の湿度センサ
の応答速度特性を示す図である。すなわち、この第３図
に示すように、従来の湿度センサの応答速度（特性曲線
Ｃｏ）は、センサ抵抗の増大時（９０％ＲＨ−３０％Ｒ
Ｈ時）及びセンサ抵抗の低減時（３０％ＲＨ−９０％Ｒ
Ｈ時）のいずれにおいても、はぼ８分以上の時間を要す
るのに対し、第１実施例の湿度センサの応答速度（特性
曲線Ｃ＋）は、センサ抵抗の増大時（９０％ＲＨ−３０
％ＲＨ時）及びセンサ抵抗の低減時（３０％ＲＨ→９０
％ＲＨ時）のいずれにおいても、はぼ５分乃至６分程度
と、明らかに速くなっている。

続いて、本発明による第２実施例を、前記第１実施例と
同様に、第１図を参照して具体的に説明する。

すなわち、第１図に示すように、アルミナ基板１を、無
機ガラスペーストに浸漬するかまたは全面にスクリーン
印刷し、引上げ焼成して防湿性被膜２を形成した後、こ
のアルミナ基板１に、金、白金、銀パジウム、或いは銀
などの金属ペーストを使用し、スクリーン印刷法により
所定の対向するくし形電極対パターンを印刷し、この後
、６００〜１２００℃の範囲における金属ペーストの種
類に適合した温度で焼成し、くし形電極対３を形成した
。続いて、このくし形電極対２の表面に、アクリル系ポ
リマーに官能基として第４級アンモニウム塩を結合した
高分子ポリマーと架橋剤を添加したものを溶剤にて希釈
してなる溶液を塗布して、加熱架橋し、感湿体４を形成
した後、くし形電極の各々に、外部リード線５を接続し
た０以上のような構成を有する第２実施例の湿度センサ
の作用を、第４図及び第５図を参照して説明する。この
場合、第４図は、前述の第２図に対応する図面であり、
第２実施例の湿度センサと従来の湿度センサの相対湿度
換算における湿度−抵抗特性を示す図である。同様に、
第５図は、前述の第３図に対応する図面であり、第２実
施例の湿度センサと従来の湿度センサの応答速度特性を
示す図である。

すなわち、第４図に示すように、低湿から高湿に向かう
場合の湿度−抵抗特性曲線Ｃに対（Ｌ−１＋） して、従来の湿度センサにおける高湿から低湿に戻る場
合の湿度−抵抗特性曲線Ｃｏ　　　　は、大（Ｉｔ−Ｌ
） きな幅を有して下方に位置しているのに比べ、本発明の
第２実施例における高湿から低湿に戻る場合の湿度−抵
抗特性曲線Ｃ２は、はるかに（ＩＩ−Ｌ） 曲線Ｃに接近しており、前述の第１実施例（Ｌ−１１） と同様に、ヒステリシス特性が従来に比べて大幅に改善
されていることが明らかである。

また、第５図に示すように、従来の湿度センサの応答速
度（特性曲線Ｃｏ）は、センサ抵抗の増大時（９０％Ｒ
Ｈ→３０％ＲＨ時）及びセンサ抵抗の低減時（３０％Ｒ
Ｈ−９０％ＲＨ時）のいずれにおいても、はぼ９分以上
の時間を要するのに対し、第２実施例の湿度センサの応
答速度（特性曲線Ｃ２）は、センサ抵抗の増大時（９０
％ＲＨ−３０％ＲＨ時）及びセンサ抵抗の低減時（３０
％ＲＨ→９０％ＲＨ時）のいずれにおいても、はぼ６分
乃至７分程度と、明らかに速くなっている。

さらに、第３実施例として、くし形電極対３形成後、ア
ルミナ基板１の側面及び裏面をエポキシ樹脂またはシリ
コン樹脂で被覆するという防湿処理を行ったところ、同
様の効果が得られた。

また、第４実施例として、くし形電極対３形成後、アル
ミナ基板１全体をシリコン油に含浸するという防湿処理
を行い、この処理に続いてくし形ＩＳ極対３の表面に付
着した油を拭きとり、くし形電極対３上に感湿体４を形
成した場合にも、同様の効果が得られた。

なお、本発明は前記各実施例に限定されるものではなく
、防湿処理の方法及び使用材料は自由に変更可能であり
、また、他の各構成要素、すなわち絶縁基板、くし形電
極感湿体、リード線などの具体的・な寸法形状及び使用
する材料は適宜選択可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明においては、絶縁基板に防
湿処理を施すことにより、絶縁基板の吸水性が極めて低
くなり、絶縁基板が感湿体における水分子の吸着性・離
脱性に対して与える影響を最小限に低減できるため、従
来に比べて、ヒステリシス特性が格段に改善され、測定
精度が高く、且つ湿度の変化に対する応答速度の速い、
優れた湿度センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による湿度センサの一実施例を示す斜
視図、第２図は、本発明による第１実施例の湿度センサ
と従来の湿度センサの相対湿度換算における湿度〜抵抗
特性を比較的に示すグラフ、第３図は、本発明による第
１実施例の湿度センサと従来の湿度センサの応答速度特
性を比較的に示すグラフ、第４図は、本発明による第２
実施例の湿度センサと従来の湿度センサの相対湿度換算
における湿度−抵抗特性を比較的に示すグラフ、第５図
は、本発明による第２実施例の湿度センサと従来の湿度
センサの応答速度特性を比較的に示すグラフである。 １・・・アルミナ基板（絶縁基板）、２川防湿性被膜、
３・・・くし形電極対、４・・・感湿体、５・・・外部
リード線。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）絶縁基板と、この絶縁基板の一面に対向して形成
   された一対のくし形電極と、このくし形電極対上に形成
   された感湿体、及びくし形電極対のそれぞれから引出さ
   れた外部リード線を有してなる湿度センサにおいて、 前記絶縁基板が、防湿処理を施されたものであることを
   特徴とする湿度センサ。
2. （２）感湿体が、無機材料を混練した後、電極上に印刷
   焼成してなる導電性感湿体であることを特徴とする請求
   項１に記載の湿度センサ。
3. （３）感湿体が、感湿型導電性高分子であることを特徴
   とする請求項１に記載の湿度センサ。