JPH051903B2 - - Google Patents

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JPH051903B2
JPH051903B2 JP59181287A JP18128784A JPH051903B2 JP H051903 B2 JPH051903 B2 JP H051903B2 JP 59181287 A JP59181287 A JP 59181287A JP 18128784 A JP18128784 A JP 18128784A JP H051903 B2 JPH051903 B2 JP H051903B2
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sensitive
humidity
resistance
resistance element
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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は雰囲気中の湿度に感応する感湿膜を高
分子電解質で構成し、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
して湿度を検出する抵抗変化型感湿素子に関する
ものである。
<従来の技術> 雰囲気中の湿気や水蒸気に感応して電気抵抗値
ある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または金属酸
化膜を用いたもの、親水性高分子または高分子
電解質を用いたもの、塩化リチウム(LiCl)な
どの電解質塩を用いたもの、吸湿性高分子膜に
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を用いた
感湿素子は、広い感湿範囲を有する反面、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
中では急峻な抵抗変化が生じる反面、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
解的簡単なため、低コスト化し易いなどの特徴を
有する反面、従来のものは高湿度雰囲気あるいは
結露状態に長く放置すると素子特性が変化し、耐
湿・耐水性の点で問題があつた。
即ち、このような従来の感湿素子は、感湿膜が
一次元線状高分子電解質よりなり、高湿度雰囲気
下或は、結露状態下では感湿膜が膨潤又は溶出し
素子特性が著しく劣化するという問題があつた。
このような問題を解決するために、前記感湿膜
中の高分子電解質を架橋し、三次元網目構造とす
ることによつて、膨潤及び溶出を防ぐという技術
が特開昭58−99743号公報及び特開昭58−213245
号公報に開示されている。
<発明が解決しようとする課題> しかしながら、上述のように、単に感湿膜中の
高分子電解質を架橋して三次元網目構造にしただ
けでは、例えば、100℃等の高温に素子を放置す
ると、素子が劣化するか又は、一時的に素子特性
が変化する等耐熱性の面で弱いという欠点を有し
ていた。
本発明は、耐湿・耐水性に優れ、且つ素子抵抗
が比較的小さく、実使用上使い易い素子特性を有
し、さらに高温放置に対して素子特性が変化しな
い、耐熱性の点でも優れた感湿抵抗素子を提供す
ることを目的とする。
<課題を解決するための手段> 上記目的を達成するために、本発明の感湿抵抗
素子では、有機高分子化合物のモノマーと架橋材
とを主たる感湿膜材料とし、前記有機高分子化合
物のモノマーが前記架橋材で架橋重合された感湿
膜を有する感湿抵抗素子において、 前記感湿膜中にポリエチレングリコール
(PEG)が含有されており、かつこのPEGの含有
量が前記有機高分子化合物のモノマー100部に対
して3乃至7部の割合となるように添加した。
前記PEGの添加量が前記有機高分子化合物の
モノマー100部に対して、3部より小さいと充分
な耐熱性を得ることができず、7部以上であると
感湿膜の電気抵抗が高くなり、実使用上困難な感
湿抵抗素子しか得られない。
<作用> 感湿抵抗素子の耐熱性は感湿材料の熱に対する
化学的安定性及び感湿膜の熱に対する構造的安定
性によつて決定される。感湿膜は吸湿すると膨潤
するので感湿膜の構造的安定性は感湿膜自体の吸
湿性によつて左右され、吸湿力が弱い程、感湿膜
は安定である。しかしながら感湿膜の吸湿力が弱
いと、感湿膜中へ吸着される水の量が少なくなり
そのため素子抵抗が大きくなつて実使用上問題と
なつてくる。そこで素子抵抗が大き過ぎることな
くかつ高温乾燥雰囲気下に素子を放置しても、特
性が安定であるような感湿抵抗素子を得るには、
感湿膜の吸湿性をある程度小さくし、しかも素子
抵抗をあまり増加しないような物質を感湿膜に添
加すれば良い。本発明はこのような物質として
PEGを使用している。
<実施例> 実施例 1 第1図は本発明の1実施例を示す感湿抵抗素子
の構造模式図である。アルミナまたはガラス等の
高絶縁性基板1上に真空蒸着法或はスパツタリン
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
によつて抵抗の変化する感湿膜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。
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)
を夫々NaSS1g、MBA0.05g、PVA0.2g、
PEG0.05gを5ml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図に示す感湿抵抗
素子とした。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図に実線で示す。この感
湿抵抗素子を100℃の高温に15時間放置後感湿特
性を測定すると第3図に破線で示すような特性を
示し、100℃放置前後での相対湿度60%における
変化幅を求めると相対湿度換算で1.3%RHと小さ
な値を示した。さらに湿度30%RHでの素子抵抗
も3.5×106Ωと小さな値を示した。
比較例 1 NaSS1g、MBA0.05g、PVA0.2gの割合で
加え、5ml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
に塗布した後窒素雰囲気中で紫外線照射を行なつ
て感湿膜3を形成し、感湿膜中にPEGを添加し
ないということ以外は第1図に示す感湿抵抗素子
と同様の構成とする。
ここでNaSSは紫外線照射によつて重合される
と同時にMBAによつて架橋され三次元網目構造
を持つた感湿膜が形成される。
以上によつて作製したPEGが無添加の感湿抵
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。この感湿抵抗素子を100℃の高
温に15時間放置後感湿特性を測定すると、第2図
に破線で示すような特性を示し、さらに続けて2
回目の感湿特性を測定すると、元の第2図に実線
で示す感湿特性が得られた。この様にPEGが無
添加の感湿抵抗素子は100℃の高温に放置すると、
感湿特性が一時的に変化し、相対湿度60%におけ
るその変化幅は相対湿度換算で4.2%RHと大きな
値を示した。
比較例 2 NaSS1g、MBA0.05g、PVA0.2gを5mlの
水に溶解する。この水溶液にさらに0.2gのポリ
エチレングリコールを溶解し、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図に示す感湿抵抗素子とした。
本実施例に基づく感湿抵抗素子の感湿特性を測定
し、さらに100℃の高温に15時間放置後、感湿特
性を測定して、100℃放置前後での相対湿度60%
における変化幅を求めると相対湿度換算で1.2%
RHとほぼ測定誤差内の値となつた。しかしなが
ら、相対湿度30℃における素子抵抗はPEG無添
加の素子抵抗が2.5×106Ωであるのに対し、PEG
を0.2g添加した素子では3.8×107Ωと実使用上測
定困難な値を示した。
比較例 3 NaSS1g、MBA0.05g、PVA0.2g、PEG0.1
gを5mlの水に溶解し、この水溶解を櫛歯状の金
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図に示す感湿抵抗素子とし
た。本実施例に基づく感湿抵抗素子の感湿特性を
測定し、さらに100℃の高温に15時間放置後感湿
特性を測定して100℃放置前後での相対湿度60%
における変化幅を求めると、相対湿度換算で1.2
%RHとほぼ測定誤差内の値となつた。しかしな
がら相対湿度30%における素子抵抗は1.4×107Ω
と大きな値を示した。
比較例 4 NaA1g、MBA0.05g、PVA0.2g、
PEG0.025gを5mlの水に溶解し、この水溶解を
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図に示す感湿抵
抗素子とした。本実施例に基づく感湿抵抗素子の
感湿特性を測定すると、相対湿度30%での素子抵
抗は3.0×106Ωと小さい値を示したが、100℃の高
温に15時間放置した後の感湿特性は放置前と異な
り、相対湿度60%における変化幅を求めると相対
湿度換算で2.8%RHと大きな値を示した。
以上の実施例で示した様にポリスチレンスルホ
ン酸塩からなる感湿抵抗素子は、素子を高温乾燥
中に長時間放置すると、素子抵抗が一時的に変化
するが、この様な変化は感湿膜中にPEGを添加
すると変化幅が小さくなる。しかしながら感湿膜
中にPEGを添加すると素子抵抗が増加するため
感湿膜に添加するPEGは、ある定められた量で
なければならない。第4図にPEGの添加量と、
素子を高温乾燥中に放置したときの相対湿度60%
における一時的変化幅の関係を第5図にPEGの
添加量と相対湿度30%における素子抵抗の関係を
示す。これらの図から明らかな様にPEGの添加
量はNaSS100部に対してPEG3部から7部の範囲
が良く、さらにNaSS100部に対してPEG5部が最
適である。
<発明の効果> 以上に記述した様に、主として、架橋材により
高分子鎖が互いに化学結合された有機高分子化合
物からなる感湿膜に、PEGを前記有機高分子化
合物のモノマーに対して3乃至7部の割合で添加
した感湿抵抗素子は、素子を高温乾燥中に長時間
放置しても、素子特性が変化する事なく、耐熱性
が優れており、さらに素子抵抗も小さく、実使用
に適した感湿抵抗素子を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を説明する感湿抵抗
素子の感湿特性(抵抗対相対湿度特性)を測示す
るために作製した素子の構造模式図である。第2
図は、ポリエチレングリコールを添加していない
感湿抵抗素子の感湿特性である。第3図はポリエ
チレングリコールをスチレンスルホン酸ナトリウ
ム100部に対して、5部添加した感湿抵抗素子の
感湿特性である。第4図は、ポリエチレングリコ
ールの添加量と相対湿度60%における高温放置前
後の変化幅との関係図である。第5図は、ポリエ
チレングリコールの添加量と相対湿度30%におけ
る素子抵抗との関係図である。 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 有機高分子化合物のモノマーと架橋材とを主
    たる感湿膜材料とし、前記有機高分子化合物のモ
    ノマーが前記架橋材で架橋重合された感湿膜を有
    する感湿抵抗素子において、 前記感湿膜中にポリエチレングリコールが含有
    されており、かつこのポリエチレングリコールの
    含有量が前記有機高分子化合物のモノマー100部
    に対して3乃至7部の割合であることを特徴とす
    る感湿抵抗素子。
JP59181287A 1984-08-28 1984-08-28 感湿抵抗素子 Granted JPS6156952A (ja)

Priority Applications (4)

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JP59181287A JPS6156952A (ja) 1984-08-28 1984-08-28 感湿抵抗素子
US06/761,494 US4635027A (en) 1984-08-28 1985-08-01 Resistance-variation type moisture sensor
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JPS6156952A JPS6156952A (ja) 1986-03-22
JPH051903B2 true JPH051903B2 (ja) 1993-01-11

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