JPH0679002B2 - ポリイミド電気容量式湿度感知素子 - Google Patents
ポリイミド電気容量式湿度感知素子Info
- Publication number
- JPH0679002B2 JPH0679002B2 JP62166251A JP16625187A JPH0679002B2 JP H0679002 B2 JPH0679002 B2 JP H0679002B2 JP 62166251 A JP62166251 A JP 62166251A JP 16625187 A JP16625187 A JP 16625187A JP H0679002 B2 JPH0679002 B2 JP H0679002B2
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- Japan
- Prior art keywords
- polyimide
- humidity sensing
- sensing element
- capacitance type
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、ポリイミド膜を湿度感知膜とする湿度感知素
子で、接着剤を使用せずにポリイミド被膜を耐蝕性金属
基板上に作製し、さらにポリイミド被膜上に水分の貫通
可能な薄金属層を作成することによりキャパシエター構
造とするか、又はポリアミド薄膜の両面に水分の通過を
可能とする薄金属層を蒸着作製することによりキャパシ
エター構造とした電気容量式湿度感知素子（a capacita
tive humidity sensing element）に関する。
子で、接着剤を使用せずにポリイミド被膜を耐蝕性金属
基板上に作製し、さらにポリイミド被膜上に水分の貫通
可能な薄金属層を作成することによりキャパシエター構
造とするか、又はポリアミド薄膜の両面に水分の通過を
可能とする薄金属層を蒸着作製することによりキャパシ
エター構造とした電気容量式湿度感知素子（a capacita
tive humidity sensing element）に関する。
湿度感知素子の現代の生活領域における利用はますます
重要となってきており、例えば空気の調節、環境の制御
又は農業施設等の領域でのニーズは近来すべて明白な成
長を示している。
重要となってきており、例えば空気の調節、環境の制御
又は農業施設等の領域でのニーズは近来すべて明白な成
長を示している。
現在、湿度の感知に使用されている材料はおよそ（１）
電解質、（２）精密な陶磁器、及び（３）高分子の３種
類の材料に分けることが出来る。
電解質、（２）精密な陶磁器、及び（３）高分子の３種
類の材料に分けることが出来る。
精密陶磁器材料の特徴は安定性の高いこと、耐熱性がよ
いことであるが、温度感知の範囲は比較的狭く、又多孔
質陶磁器内部の毛細管現象による水分の停滞現象（mois
ture retention）はかなり明らかな履歴現象の原因とな
る。
いことであるが、温度感知の範囲は比較的狭く、又多孔
質陶磁器内部の毛細管現象による水分の停滞現象（mois
ture retention）はかなり明らかな履歴現象の原因とな
る。
高分子材料の履歴現象は比較的小さいが、その欠点は耐
熱性が比較的悪く、操作の温度範囲も狭く、安定性がや
々劣る。
熱性が比較的悪く、操作の温度範囲も狭く、安定性がや
々劣る。
高分子湿度感知材料の湿度感知原理は電気抵抗（resist
ance）変化型及び電気容量（capacitance）変化型の２
種類に分けられ、水分含有量の変化（moisture content
variation）による誘電率の変化に由来する電気容量の
変化は下記公式による： Ｃ＝εA/d。
ance）変化型及び電気容量（capacitance）変化型の２
種類に分けられ、水分含有量の変化（moisture content
variation）による誘電率の変化に由来する電気容量の
変化は下記公式による： Ｃ＝εA/d。
こゝに、Ｃは電気容量、 εは誘電率、 Ａは電極の面積、及び、 ｄは両電極間の距離である。
ポリイミドは良好な耐熱性を有する吸湿性絶縁材料であ
り、その電気容量は水分含有量の変化によるポリイミド
膜内の誘電率と共に変化し、これによつて大気中の水分
の含有量が測定可能となる。
り、その電気容量は水分含有量の変化によるポリイミド
膜内の誘電率と共に変化し、これによつて大気中の水分
の含有量が測定可能となる。
ポリイミドの誘電率は水分の含有量の増加によって直線
的に増加するため、その湿度感知特性も又直線的であ
り、更にポリイミドの耐熱性がよいので最近これが電気
容量式湿度感知素子に応用されるところとなったこと
は、例えば、米国特許第4305112号及び第4345301号の通
りである。
的に増加するため、その湿度感知特性も又直線的であ
り、更にポリイミドの耐熱性がよいので最近これが電気
容量式湿度感知素子に応用されるところとなったこと
は、例えば、米国特許第4305112号及び第4345301号の通
りである。
米国特許第4305112号は多層構造の電気容量式湿度感知
素子に係わる。この素子は最低一層の湿度感知層及び水
分透過性の導電金属層を有し、これら両層と基体とは接
着剤にて接着される。使用される湿度感知層はイミド化
由来の溶解性のポリイミドを使用するため、そのポリイ
ミド層と金属基板とは接着剤を使用し始めてスムーズに
結合可能である。ところが、接着促進剤の使用は単にポ
リイミド膜の吸湿性に影響を与えるばかりでなく、その
測定された湿度の正確性に影響すると共に、実際の製造
プロセスの複雑性を増加する。
素子に係わる。この素子は最低一層の湿度感知層及び水
分透過性の導電金属層を有し、これら両層と基体とは接
着剤にて接着される。使用される湿度感知層はイミド化
由来の溶解性のポリイミドを使用するため、そのポリイ
ミド層と金属基板とは接着剤を使用し始めてスムーズに
結合可能である。ところが、接着促進剤の使用は単にポ
リイミド膜の吸湿性に影響を与えるばかりでなく、その
測定された湿度の正確性に影響すると共に、実際の製造
プロセスの複雑性を増加する。
一方、米国特許第4345301号は電気容量式湿度変換器に
関するもので、ポリイミド膜の両面に平行板コンデンサ
ー板として２個の導電コーチングを有する。これらは銅
被覆されまたコネクターを必要とする。銅電極は水分の
存在で極めて腐蝕しやすく、そのため長期的使用に適合
せず、かつ本発明のものより構造は複雑である。
関するもので、ポリイミド膜の両面に平行板コンデンサ
ー板として２個の導電コーチングを有する。これらは銅
被覆されまたコネクターを必要とする。銅電極は水分の
存在で極めて腐蝕しやすく、そのため長期的使用に適合
せず、かつ本発明のものより構造は複雑である。
本発明の目的は、適当な方法を使用して、接着剤を使用
しない情況のもと依然として安定性のよい、湿度感知優
良で、応答迅速なポリイミド電気容量式湿度感知素子を
製作可能にするものである。
しない情況のもと依然として安定性のよい、湿度感知優
良で、応答迅速なポリイミド電気容量式湿度感知素子を
製作可能にするものである。
この目的を達成するため、まず金属基板上にポリイミド
前駆物質（ポリアミド酸）又は溶解性ポリイミドとポリ
イミド前駆物質との混合溶液を塗布し、乾燥したる後さ
らに一層の水分を通す薄金電極をその上に被覆してポリ
イミド電気容量式湿度感知素子を構成するものである。
前駆物質（ポリアミド酸）又は溶解性ポリイミドとポリ
イミド前駆物質との混合溶液を塗布し、乾燥したる後さ
らに一層の水分を通す薄金電極をその上に被覆してポリ
イミド電気容量式湿度感知素子を構成するものである。
他の製作方法では、ポリイミド膜の両面に水分の透過を
許す薄金属を蒸着メッキしても電気容量式湿度感知素子
を製作することが可能である。
許す薄金属を蒸着メッキしても電気容量式湿度感知素子
を製作することが可能である。
本発明で使用されるポリイミドは、ジアンハイドライド
（dianhydride）及びジアミンを極性溶剤の中で反応し
て得られたポリアミド酸を加熱乾燥並びに脱水して得ら
れるもので、その中ジアンハイドライドにはピロメリト
酸ジアンハイドライド及び3,3′−4,4′−ベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸ジアンハイドライドが含まれ、ジア
ミンにはｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジア
ミン、4,4′−ジアミノジフェニルメタン,4,4′−ジア
ミノジフェニルエーテル,3,4′−ジアミノジフェニルエ
ーテル及び硫化4,4′−ジアミノジフェニルが含まれ、
Ｎ−メチルピロリドンは極性溶剤として使用される。
（dianhydride）及びジアミンを極性溶剤の中で反応し
て得られたポリアミド酸を加熱乾燥並びに脱水して得ら
れるもので、その中ジアンハイドライドにはピロメリト
酸ジアンハイドライド及び3,3′−4,4′−ベンゾフェノ
ンテトラカルボン酸ジアンハイドライドが含まれ、ジア
ミンにはｐ−フェニレンジアミン、ｍ−フェニレンジア
ミン、4,4′−ジアミノジフェニルメタン,4,4′−ジア
ミノジフェニルエーテル,3,4′−ジアミノジフェニルエ
ーテル及び硫化4,4′−ジアミノジフェニルが含まれ、
Ｎ−メチルピロリドンは極性溶剤として使用される。
図１の素子の接着促進剤を使用せぬ製作方法は、例えば
次の通りである。
次の通りである。
先ず、金属基板（１）にまだ亞ポリイミド化しないポリ
アミド酸（polyamic acid、ポリイミド前駆物質）溶液
又はすでに亞ポリイミド化した溶解性ポリイミド及びポ
リアミド酸の混合溶液（２）を塗布し、室温より逐次加
熱して約350℃に至らしめて厚さ0.1〜50μｍの薄膜に乾
燥し、次に、真空蒸着法により少量の金をポリイミド膜
上に蒸着させ、水分の透過可能な薄い金の電極とする。
アミド酸（polyamic acid、ポリイミド前駆物質）溶液
又はすでに亞ポリイミド化した溶解性ポリイミド及びポ
リアミド酸の混合溶液（２）を塗布し、室温より逐次加
熱して約350℃に至らしめて厚さ0.1〜50μｍの薄膜に乾
燥し、次に、真空蒸着法により少量の金をポリイミド膜
上に蒸着させ、水分の透過可能な薄い金の電極とする。
図2aの素子の製作方法は、図１の素子の製作プロセスと
類似するが、ただ金電極の製作はまずポリイミド膜上に
金メッキの電極を蒸着し、次にマイクロリトグラフィ
（Microlithography）の方法にて金の電極を食刻して不
連続の図案型金電極（４）とし、図2bの正面図に示す如
くにする。
類似するが、ただ金電極の製作はまずポリイミド膜上に
金メッキの電極を蒸着し、次にマイクロリトグラフィ
（Microlithography）の方法にて金の電極を食刻して不
連続の図案型金電極（４）とし、図2bの正面図に示す如
くにする。
図３の素子の製作方法は、絶縁基板（６）の上に金又は
白金等の耐蝕性金属を蒸着し、焼結プロセスによって耐
蝕性金属層と絶縁基板とを緊密に接着後、最後にその上
に図１の素子の製作方法によりポリイミド膜とその上に
金の電極を作製する。
白金等の耐蝕性金属を蒸着し、焼結プロセスによって耐
蝕性金属層と絶縁基板とを緊密に接着後、最後にその上
に図１の素子の製作方法によりポリイミド膜とその上に
金の電極を作製する。
図４の素子の製作方法は、ポリイミド膜の両面に金薄膜
電極を作製するものである。
電極を作製するものである。
本発明を下記の実施例により更に説明する。
実施例１ ステンレス鋼基板上に3,3′−4,4′ベンゾフェノンテト
ラカルボン酸ジアンハイドライドとｐ−フェニレンジア
ミンとをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解した溶液由
来の合成ポリイミド前駆物質を塗布する。このように塗
布した基板を室温から段階的に約350℃まで加熱乾燥し
てその表面に厚さ約20μｍのポリイミド膜を形成させ、
しかる後さらにこの膜上に真空蒸着法により金を蒸着さ
せて、図１に示す如き構成の湿度感知素子を得る。
ラカルボン酸ジアンハイドライドとｐ−フェニレンジア
ミンとをＮ−メチル−２−ピロリドンに溶解した溶液由
来の合成ポリイミド前駆物質を塗布する。このように塗
布した基板を室温から段階的に約350℃まで加熱乾燥し
てその表面に厚さ約20μｍのポリイミド膜を形成させ、
しかる後さらにこの膜上に真空蒸着法により金を蒸着さ
せて、図１に示す如き構成の湿度感知素子を得る。
その湿度感知特性は図５に示す通りである。そのテスト
方法は、当該素子を湿度室（humiditychamber）中にお
き、一定温度（25±0.5℃）で相対湿度を変化させてそ
の電気容量の変化を記録するものである。図６よりわか
る如く、100時間のテスト後その誤差は２％RHより小さ
く、明らかに該湿度感知素子は接着剤を使用しなくても
良好なる安定性を有していることを示す。
方法は、当該素子を湿度室（humiditychamber）中にお
き、一定温度（25±0.5℃）で相対湿度を変化させてそ
の電気容量の変化を記録するものである。図６よりわか
る如く、100時間のテスト後その誤差は２％RHより小さ
く、明らかに該湿度感知素子は接着剤を使用しなくても
良好なる安定性を有していることを示す。
表１は上記の製作方法により製作されたポリイミド膜と
ステンレス鋼基板の接着特性テストの結果であり、測定
テスト基準はASTM Ｄ 3359−78であり、表１よりわか
る如く、ポリイミドとステンレス鋼基板との間は良好に
接着くされている。
ステンレス鋼基板の接着特性テストの結果であり、測定
テスト基準はASTM Ｄ 3359−78であり、表１よりわか
る如く、ポリイミドとステンレス鋼基板との間は良好に
接着くされている。
図１は、連続的薄金電極型の湿度感知素子側面図、１は
基板、２はポリイミド膜、３は連続型薄金電極であり、
図2aは、図案型（pattern type）薄金電極の湿度感知素
子側面図で、1,2は図１と同様の意味を有し、４は連続
的でない図案型薄金電極であり、図2bは、図案型薄金電
極の正面図であり、図３は、上面を金属層で被覆した絶
縁基板を下側電極（a lower electrode）とする電気容
量式湿度感知素子の側面図で、２と３は図１と同じ意味
を有し、５は耐蝕性金属層で、６は絶縁基板であり、図
４は、両面に薄金電極を有するポリイミド膜の湿度感知
素子で、2,3は図１における同じ意味を有するものであ
り、図５は、図１の構成の湿度感知素子の湿度感知特性
図であり、そして、図６は、上記湿度感知素子の安定的
測定感知テスター図である。
基板、２はポリイミド膜、３は連続型薄金電極であり、
図2aは、図案型（pattern type）薄金電極の湿度感知素
子側面図で、1,2は図１と同様の意味を有し、４は連続
的でない図案型薄金電極であり、図2bは、図案型薄金電
極の正面図であり、図３は、上面を金属層で被覆した絶
縁基板を下側電極（a lower electrode）とする電気容
量式湿度感知素子の側面図で、２と３は図１と同じ意味
を有し、５は耐蝕性金属層で、６は絶縁基板であり、図
４は、両面に薄金電極を有するポリイミド膜の湿度感知
素子で、2,3は図１における同じ意味を有するものであ
り、図５は、図１の構成の湿度感知素子の湿度感知特性
図であり、そして、図６は、上記湿度感知素子の安定的
測定感知テスター図である。
Claims (6)
- 【請求項１】ポリイミド湿度感知膜を有する電気容量式
湿度感知素子であって、その構造が接着剤を使用するこ
となしにポリイミド膜を被覆された、下側電極としての
耐蝕性金属基板と該ポリイミド膜の上面に作製された水
分の通過可能な薄い金電極とからなり、該ポリイミド
が、 （ａ）ピロメリト酸ジアンハイドライド、又は （ｂ）3,3′−4,4′−ベンゾフェノンテトラカルボン酸
ジアンハイドライド、及び （ａ）ｐ−フェニレンジアミン、 （ｂ）ｍ−フェニレンジアミン、 （ｃ）4,4′−ジアミノジフェニルメタン、 （ｄ）4,4′−ジアミノジフェニルエーテル、 （ｅ）3,4′−ジアミノジフェニルエーテル、 又は （ｆ）硫化4,4′−ジアミノジフェニルから極性溶剤中
で合成されたものであることを特徴とする素子。 - 【請求項２】ポリイミド湿度感知膜が、（ｉ）耐蝕性金
属基板上にポリアミド酸（ポリイミド前駆物質）を塗布
し、ついでそれを約350℃に加熱して膜を形成させる
か、又は（ii）耐蝕性金属基板上にイミド化ポリイミド
とその前駆物質との混合物を塗布し、ついでそれを約35
0℃に加熱して膜を形成させることにより製造されたも
のである、特許請求の範囲第１項に記載の素子。 - 【請求項３】該耐蝕性基板が、（ａ）ステンレス鋼基板
又は（ｂ）金，白金又はニッケルで被覆した耐蝕性金属
基板である、特許請求の範囲第１項に記載の電気容量式
湿度感知素子。 - 【請求項４】該最上側の電極が連続した金属薄層又はパ
ターン化された金属薄層である、特許請求の範囲第１項
に記載の電気容量式湿度感知素子。 - 【請求項５】下側電極としての耐蝕性金属基板が水分の
通過可能な薄い金電極である、特許請求の範囲第１項に
記載の電気容量式湿度感知素子。 - 【請求項６】該薄い金電極が水分の通過可能な連続した
薄い金属である、特許請求の範囲第５項に記載の電気容
量式湿度感知素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62166251A JPH0679002B2 (ja) | 1987-07-02 | 1987-07-02 | ポリイミド電気容量式湿度感知素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62166251A JPH0679002B2 (ja) | 1987-07-02 | 1987-07-02 | ポリイミド電気容量式湿度感知素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6425052A JPS6425052A (en) | 1989-01-27 |
| JPH0679002B2 true JPH0679002B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=15827920
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62166251A Expired - Fee Related JPH0679002B2 (ja) | 1987-07-02 | 1987-07-02 | ポリイミド電気容量式湿度感知素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0679002B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0786491B2 (ja) * | 1987-12-15 | 1995-09-20 | 三菱化学株式会社 | 湿度センサ |
| JPH0786492B2 (ja) * | 1987-12-15 | 1995-09-20 | 三菱化学株式会社 | 湿度センサ |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5870153A (ja) * | 1981-10-23 | 1983-04-26 | Fuji Xerox Co Ltd | 温・湿度検出装置 |
| JPS60188835A (ja) * | 1984-03-08 | 1985-09-26 | Sharp Corp | 感湿素子 |
-
1987
- 1987-07-02 JP JP62166251A patent/JPH0679002B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6425052A (en) | 1989-01-27 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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