JPH0515982B2 - - Google Patents

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JPH0515982B2
JPH0515982B2 JP59181288A JP18128884A JPH0515982B2 JP H0515982 B2 JPH0515982 B2 JP H0515982B2 JP 59181288 A JP59181288 A JP 59181288A JP 18128884 A JP18128884 A JP 18128884A JP H0515982 B2 JPH0515982 B2 JP H0515982B2
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JP
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moisture
sensitive
resistance
nass
aqueous solution
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JP59181288A
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Akihito Jinda
Masaya Hijikigawa
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Sharp Corp
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Sharp Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating 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
    • G01N27/121Investigating 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】 <技術分野> 本発明は雰囲気中の湿度に感応する感湿膜が高
分子電解質膜から成り、該感湿膜の抵抗値が湿気
(水分)の吸脱着に伴なつて変化することを利用
した抵抗変化型感湿素子に関するものである。
<従来技術> 雰囲気中の湿気或いは水蒸気に感応して、電気
抵抗値或いは電気容量が変化する感湿材料として
は、従来より酸化鉄(Fe2O3またはFe3O4)、酸
化錫(SnO2)などの金属酸化物の焼結体或いは
金属酸化膜を用いたもの、 親水性高分子膜或
いは高分子電解質膜を用いたもの、塩化リチウ
ム(LiCl)などの電解質塩を用いたもの、吸湿
樹脂或いは吸質性高分子膜などに炭素などの導電
性粒子または繊維を分散させたものなどが知られ
ている。
一般に、金属酸化物及び高分子電解質膜を用い
た感湿素子は、広い感湿範囲を有し、素子の抵抗
値が相対湿度の値に対応して指数関数的に変化す
る。また金属酸化物を用いた感湿素子は、耐熱性
に優れ、感湿応答速度が速い特徴を有する反面、
素子の抵抗値が高く且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、感湿特性が構造因子に
大きく左右されるため感湿特性の再現性或いは互
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素子は検出し得
る湿度範囲が狭く、特に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または希釈され
るために感湿特性が著しく劣化するなどの理由で
高湿度雰囲気の測定には利用することができな
い。さらに吸湿性樹脂などに導電性粒子或いは繊
維などを分散させた感湿素子は、高湿度雰囲気中
では急峻な抵抗値変化を生じ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
用することができない。
また親水性高分子膜或いは高分子電解質膜を用
いた感湿素子では、感湿範囲が広く且つ感湿応答
速度が速く、また素子構造及び素子作製方法が比
較的簡単なため、低コスト化し易いなどの特徴を
有する反面、従来のものは耐湿耐水性に問題が有
り、高湿度雰囲気或いは結露状態に長く放置する
と、素子特性が変化する欠点を有していた。
即ち、従来の感湿素子に見られる様に感湿膜3
が一次元線状高分子電解質より成る場合、高湿度
雰囲気下或いは結露状態下では感湿膜が膨潤或い
は溶出するため素子特性が大きく劣化する。ここ
で耐湿耐水性をもつた感湿膜を得るには、感湿膜
中の高分子電解質を架橋し三次元網目構造とする
ことが有効であり、これによつて感湿膜の膨潤及
び溶出を防ぐことができる。即ち、この様な三次
元的に架橋された感湿膜を用いることによつて高
湿度雰囲気下でも安定に動作する耐湿耐水性の優
れた感湿抵抗素子を作製することができる。
また、従来このような、感湿膜は高分子電解質
のモノマーと架橋材を含有する溶液を基板上に塗
布した後架橋重合することにより形成されてい
た。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、上記のように単に、高分子電解
質のモノマーと架橋材を含有する溶液を基板上に
塗布した後架橋重合させることにより感湿膜を形
成させると、充分な耐湿性、耐水性が得られなか
つたり、素子抵抗が高くなつて実使用が困難な感
湿抵抗素子となる場合があつた。
本発明は、耐湿性、耐水性に優れ、且つ素子抵
抗が比較的小さく使い易い素子特性を有する感湿
抵抗素子を得る方法を提供することを目的とす
る。
<課題を解決するための手段> 本発明は、スチレンスルホン酸ナトリウム
(NaSS)とメチレンビスアクリルアミド
(MBA)を含有する水溶液を材料が金である櫛
歯状金属導電膜からなる一対の電極を形成した基
板に塗布した後、架橋重合することにより感湿膜
を形成する感湿抵抗素子の製造方法において、 前記水溶液がNaSSを6〜20重量%含有するこ
とを特徴とする。
前記水溶液のNaSSの含有量が6重量%よりも
少ないと重合が不完全になり耐湿性が悪くなる。
また、NaSSの含有量が20重量%より多いと
NaSSが感湿膜に析出し素子特性に悪影響を及ぼ
す。
<作用> NaSSのMBAを含有する水溶液を基板上に塗
布した後、架橋重合させて感湿膜を形成する場
合、前記感湿膜の耐湿・耐水性及び素子化さち場
合の抵抗の大小は、前記水溶液中のNaSSの含有
量に左右される。水溶液中のNaSSの含有量が6
重量%より小さいとNaSSの重合が不完全にな
り、その結果、感湿膜の構造安全性が悪くなるた
め、耐湿・耐水性も悪くなる。また、このような
感湿膜を用いた感湿抵抗素子は、実使用上困難な
高い素子抵抗を有する。水溶液中のNaSSの含有
量が20重量%をこえるとNaSSの含有に溶解しな
いか析出する。このようなNaSSの単量体は素子
特性が悪くなる原因となる。
<実施例> 以下、本発明の実施例について詳説する。
実施例 1 第1図は本発明の一実施例を説明する感湿抵抗
素子の構造模式図である。アルミナ或いはガラス
等の高絶縁性基板1上に真空蒸着法或いはスパツ
タリング法等によつて、金等の櫛歯状金属導電膜
2を形成する。更に該金属導電膜2上に雰囲気中
の湿度によつて電気的抵抗値が変化する感湿膜3
を形成する。金属導電膜2は互いに櫛歯が噛合す
る如くパターン形成され、その端部は外部に露出
してリード線4に接続された一対の電極を形成し
ている。リード線4を介して通電することにより
感湿膜3を介して一対の金属導電膜2から成る電
極間に電流が流れる。感湿膜3の抵抗値変化に応
じて電極間の通電量が変化し、この通電量変化が
検出される。
以下に上記感湿膜の形成方法について述べる。
スチレンスルホン酸ナトリウム(NaSSと略
す)をモノマーとし、これに架橋剤として
NN′−メチレンビスアクリルアミド(MBAと略
す)及びポリビニルアルコール(PVAと略す)
を加え夫々NaSS1g、MBA0.2g及びPVA0.2g
としこれらを13mlの水に溶解し、この水溶液を櫛
歯状の金電極2がパターン形成されたアルミナ基
板1上に塗布した後、上記同様窒素ガス雰囲気中
で紫外線照射を行なつてNaSSがMBAによつて
重合架橋された感湿膜3を形成し第1図に示す構
造の感湿抵抗素子とする。本実施例に基づいて作
製した感湿抵抗素子の感湿特性を第3図に実線
で、また4時間水中浸漬を行なつた後の感湿特性
を第3図に破線で示す。本実施例において感湿膜
はNaSS6.9重量%の水溶液を用いて作製されてお
り、このときの相対湿度60%RHでの抵抗は約
50KΩと上記実験結果に比較して小さく、また水
中浸漬後の抵抗は約100KΩと2倍に増加するの
みである。
実施例 2 NaSS1g、MBA0.2g、PVA0.2gを9mlの水
に溶解し、この水溶液を櫛歯状の金電極2がパタ
ーン形成されたアルミナ基板上に塗布した後、窒
素ガス雰囲気中で紫外線照射を行なつてNaSSが
MBAによつて重合架橋された感湿膜3を形成し
第1図に示す構造の感湿抵抗素子とする。本実施
例に基づいて作製した感湿抵抗素子の感湿特性を
第4図に実線で、また4時間水中浸漬を行なつた
後の感湿特性を第4図に破線で示す。
本実施例において感湿膜はNaSS9.6重量%の水
溶液を用いて作製しており、このときの相対湿度
60%RHでの抵抗は約18KΩと小さく、また水中
浸漬後の抵抗は約30KΩと、水中浸漬前の1.7倍に
増加するのみであつた。
比較例 1 NaSS1g、MBA0.2g、PVA0.2gを18mlの水
に溶解する。この水溶液を櫛歯状の金電極2がパ
ターン形成されたアルミナ基板上に塗布した後、
窒素ガス雰囲気中で紫外線照射を行なつて感湿膜
3を形成し、第1図に示す構造の感湿抵抗素子と
する。ここでNaSSは紫外線模射により重合する
と同時にMBAによつて架橋され三次元網目構造
を持つた感室が形成される。上記に基づいて作製
した感湿抵抗素子の感湿特性(抵抗−相対湿度特
性)を第2図に実線で示す。さらに感湿膜の耐
湿、耐水性テストとしてもつとも苛酷なテスト条
件である水中への浸漬テストを4時間行なつた後
の感湿特性を第2図は破線で示す。この実験結果
において感湿膜はNaSS5.2重量%の水溶液を用い
て作製しており、このときの相対湿度60%RHに
おける抵抗は約100KΩと大きく、また4時間水
中浸漬後での抵抗は約500KΩと5倍に増加し耐
水性は良くない。
実施例1、2及び比較例1から明らかなように
得られる感湿膜の抵抗値は、膜作製工程における
NaSS水溶液の濃度によつて大きな影響を受け感
湿膜形成用水溶液のNaSS濃度が6重量%より低
い水溶液を材料として感湿膜を作製したときは、
素子抵抗が高く耐水性も良くないが、NaSSの濃
度が60重量%以上の水溶液を用いると素子抵抗も
低く耐水性も良好な感湿抵抗素子が得られる。
第5図に上記実施例1、実施例2及び比較例1
の水溶液中のNaSS濃度に対する相対湿度60RH
%での感湿膜の抵抗値の変化を示す。第5図から
わかるように、水中に4時間浸漬した場合、水溶
液中のNaSSの濃度が6%以下のときに抵抗値が
急激に大きくなつており、素子が劣化しているこ
とが分かる。
さらにNaSSの純水に対する溶解度は22重量%
であるが、感湿膜作製の材料としての水溶液は
MBA、PVA等の架橋剤、水に可溶な高分子との
混合水溶液であり、水溶液中のNaSSは飽和量ま
で溶解することができず、従つて最大濃度は20重
量%程度とみなすことが適当である。
<発明の効果> 本発明は製造方法により作製されたスチレンス
ルホン酸ナトリウムの6〜20重量%水溶液を架橋
重合した感湿膜からなる感湿抵抗素子は、抵抗値
が比較的低く実用に適した値であり、さらに該素
子を水中に浸漬しても抵抗が大きく増加すること
がなく優れた耐湿・耐水性を示し、高湿度雰囲気
中にても安定で長寿命である。本発明によればこ
のような優れた特性の感湿素子を得ることができ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明により作製される感湿抵抗素子
の一実施例を示す構造模式図である。第2図は
NaSS濃度が5.2重量%の水溶液を用いて作製した
感湿抵抗素子の感湿特性図である。第3図は
NaSS濃度が6.9重量%の水溶液を用いて作製した
感湿抵抗素子の感湿特性図である。第4図は
NaSS濃度が9.6重量%の水溶液を用いて作製した
感湿抵抗素子の感湿特性図である。第5図は水溶
液中のNaSSの濃度を変化させたときの相対湿度
60%での感湿膜の抵抗値の変化を示す説明図であ
る。 1……基板、2……金属導電膜、3……感湿
膜、4……リード線。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 スチレンスルホン酸ナトリウムとメチレンビ
    スアクリルアミドを含有する水溶液を材料が金で
    ある櫛歯状金属導電膜からなる一対の電極を形成
    した基板上に塗布した後、架橋重合することによ
    り感湿膜を形成する感湿抵抗素子の製造方法にお
    いて、 前記水溶液がスチレンスルホン酸ナトリウムを
    6〜20重量%含有することを特徴とする感湿抵抗
    素子の製造方法。
JP18128884A 1984-08-28 1984-08-28 感湿抵抗素子の製造方法 Granted JPS61165651A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS561579A (en) * 1979-06-18 1981-01-09 Shunpei Yamazaki Semiconductor device
JPS5899743A (ja) * 1981-12-08 1983-06-14 Sharp Corp 感湿素子及びその製造方法
JPS58213245A (ja) * 1982-06-07 1983-12-12 Hitachi Ltd センサ用感湿材

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