JPH0692953B2

JPH0692953B2 - 感湿素子

Info

Publication number: JPH0692953B2
Application number: JP1105871A
Authority: JP
Inventors: 哲也宮岸; 享阿部; 孝朗黒岩
Original assignee: 山武ハネウエル株式会社
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1994-11-16
Anticipated expiration: 2009-11-16
Also published as: FI902097A0; FI101106B; JPH02285242A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は有機高分子を感湿材料として用いてなる感湿素
子に関するものである。

〔従来の技術〕

従来よりこの種の感湿素子としては、セルロースアセテ
ートブチレート、セルロースアセテートプロピオネー
ト、ポリイミドもしくはポリイミドアミドなどの有機高
分子を感湿材料として用い、この感湿材料により形成さ
れる感湿膜の電気容量値変化を湿度検出に利用した感湿
容量素子が提案されている（特開昭62−88951号公
報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、このように構成される感湿素子は、親水
性（水を引きつける性質）が高く、収着水分量（吸水
率）が大きいため、その化学吸着によつて高分子と強固
に結合した水が多分に残留する。このため、例えば温度
40℃，湿度90％程度の高温高湿度雰囲気中で長期間にわ
たつて使用すると、その出力値がドリフトするなど長期
の安定性に欠けるという問題があつた。また、吸湿過程
と脱湿過程とでの感湿特性の差（ヒステリシス）が低温
度側で小さく、高温度側で大きくなり、センサレスポン
スが遅くなるという問題があつた。さらに低湿度雰囲気
中で長期間にわたつて使用すると、ヒステリシスが大き
くなるという問題があつた。また、結露の発生，水浸漬
によりその出力値がドリフトするという問題があつた。
また、同一雰囲気中で長期間にわたつて使用すると、容
量比が変化し、長期の安定性に欠けるという問題があつ
た。

したがつて本発明は、前述した従来の問題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、温度依存性が小さく、広
い温度範囲で使用可能な感湿素子を提供することにあ
る。

本発明の他の目的は、低温度から高温度まで、また低湿
度から高湿度までの使用範囲においてヒステリシスが小
さく、センサレスポンスの速い感湿素子を提供すること
にある。

本発明のさらに他の目的は、高湿度，高温高湿度，湿度
サイクル，低湿度放置，結露もしくは水浸漬などの条件
に長期間にわたつて晒されても安定した出力値が得られ
る感湿素子を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による感湿素子は、ポリエーテルサルフオンもし
くはポリサルフオンを主成分とする高分子を用いて感湿
膜を形成するものである。

〔作用〕

本発明における感湿膜は、ポリエーテルサルフオンもし
くはポリサルフオンを主成分とする高分子を用いること
により、感湿素子としての感度の確保を図つた上で収着
水分量が低いため、ヒステリシスが小さくなり、感湿特
性の改善が促される。

〔実施例〕

以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。

第１図は本発明による感湿素子の一実施例を示す斜視
図、第２図はその平面図である。これらの図において、
１は例えばアルミナ基板，ガラス基板，熱酸化シリコン
基板などからなる絶縁性基板、２はこの絶縁性基板１の
上面部に形成された例えば白金などからなる下部電極、
３はこの下部電極２に交差するように積層塗着された感
湿膜、４はこの感湿膜３上に形成された例えば金などか
らなる上部電極である。すなわち、感湿膜３を下部電極
２と上部電極４とでサンドイッチ状に挟み込み、この感
湿膜３の相対湿度に対する電気容量値変化を検出すべ
く、下部電極２および上部電極４にそれぞれリード線2a
および4aが接続されている。

このように構成される感湿素子において、この感湿膜３
は、ポリエーテルサルフオン（以下PESと称する）もし
くはポリサルフオンを主成分とする高分子の感湿材料に
より形成されている。

次にこの感湿素子の具体的な製造方法について説明す
る。

まず、PESの粉末を例えば10〜40gr用意し、これを例え
ばジメチルホルムアミド20ml,シクロヘキサノン80ml,メ
チルエチルケトン25mlの混合溶媒中に溶解してPES溶液
を得る。次にこのPES溶液を絶縁性基板１上に形成され
た下部電極２上にスピンコート法により塗布した後、室
温の窒素雰囲気中で乾燥させて0.5μｍ〜５μｍの厚さ
の感湿膜３を得る。この場合のスピンナーの回転数は50
0〜5000r.p.mとする。また、室温乾燥後、160℃〜240℃
の範囲で１時間以上熱処理する。次にこの感湿膜３を積
層塗布した絶縁性基板１上に例えば金を蒸着法もしくは
スパッタリング法により付着させて膜厚50〜1000Å程度
の上部電極４を形成する。なお、付着金属は金以外にも
パラジウム，白金，クロムなどの耐蝕性金属であればど
のような金属を用いても良い。また、絶縁性基板１上の
下部電極２は白金を蒸着法もしくはスパッタリング法な
どにより1000〜10000Åの厚さで薄膜状に形成すること
により得る。

このような構成によると、感湿膜３は、ポリエーテルサ
ルフオンをジメチルホルムアミド，シクロヘキサノン，
メチルエチルケトンの極性の強い混合溶剤に溶解し、こ
れを予め絶縁性基板１上に形成した下部電極２上に薄く
コーテイングし、室温雰囲気中で乾燥して形成されるの
で、溶媒が抜けてポリマーが緻密となり、収着水分量が
0.2〜0.4wt％と極めて低くなり、ヒステリシスが小さく
なる。また、前述したジメチルホルムアミド，シクロヘ
キサノン，メチルエチルケトンの混合溶媒の代りにジメ
チルホルムアミド、シクロヘキサノン，メチルエチルケ
トンなどの極性の強い単一溶媒を用いても同様の効果が
得られる。

また、本発明の他の実施例においては、前述したPESの
代りにポリサルフオンを用いて感湿膜３を形成しても良
く、また、室温乾燥後、140℃〜200℃の範囲で１時間以
上熱処理を行なって形成しても前述と全く同様の効果が
得られる。このポリサルフオンは、下記に示す構造式を
有しており、また、下記に構造式で示すポリエーテルサルフオンと比較してSO₂がC(CH₃)₂に置き換えられているため、収
着水分量がポリエーテルサルフオンの約1/3と小さくな
り、感度も約1/3となるが、実用上は全く問題なく、ポ
リエーテルサルフオンと同様に温度依存性が小さく、か
つ高温，高湿でのドリフトの小さい感湿素子が得られ
た。

このように構成された感湿素子は、相対湿度−電気容量
特性を測定した結果、感湿膜３としてポリエーテルサル
フオンを主成分とした場合には第３図（ａ）に、ポリサ
ルフオンを主成分とした場合には第３図（ｂ）にそれぞ
れ示すようなデータが得られた。なお、この測定にはLC
Zメータを使用し、周波数100KHzでそれぞれ温度10℃,25
℃,40℃について行なつた。同図から明らかなように温
度依存性が小さく、良好な感湿特性が得られた。したが
つて温度による検出出力の変化（温度特性）が小さくな
るので、回路による温度補正が不要となる。また、同図
から明らかなように恒湿槽安定後、約２分後の測定では
ヒステリシスが１％RH以下であり、極めて良好であつ
た。

第４図は本実施例で作製した感湿素子を約40℃,90％RH
の高温高湿度雰囲気中に放置した後の各10,30,50,60,7
0,90％RHにおける各出力のドリフトを示したものであ
る。また、第５図は比較例として従来のセルロースアセ
テートブチレート感湿材料を感湿膜とした感湿素子の同
一条件における各出力のドリフトを示したものである。
これらの図から明らかなように本実施例による感湿素子
の出力ドリフトは、従来（第５図）と比較して安定した
（ドリフトの小さい）感湿特性が得られ，良好であつ
た。また、ヒステリシスも恒湿槽安定後、約２分後の測
定で１％RH以下となり、従来と比べて再現性が良好であ
るとともに高温高湿雰囲気中においてもさらに長期間に
わたつて同一雰囲気中に放置してもほとんど容量比が変
化せず安定している。また、高温高湿雰囲気中に放置し
た後、室内雰囲気中に戻すと、可逆的に初期特性に回復
することができた。

なお、前述した実施例においては、サンドイツチ構造の
感湿素子を例にとつて説明したが、本発明はこれに限定
されるものではなく、絶縁性基板面上に対向して一対の
櫛形状薄膜電極を形成し、この櫛形状薄膜電極を覆うよ
うに感湿膜を積層形成して得られる櫛形構造の感湿素子
に適用しても同様の効果が得られることは言うまでもな
い。

さらに前述した実施例においては、感湿膜の相対湿度に
対する電気容量値の変化に着目して湿度検出を行なうも
のとしたが、その相対湿度に対するインピーダンスの変
化に着目して湿度検出を行なうような方法を採用しても
良い。

また、前述した実施例における感湿膜は、水晶振動子上
に形成し、その感湿膜の吸着に伴う共振周波数のずれか
ら湿度を検出する構成をとる湿度センサの感湿膜として
も好適であり、また、表面弾性波素子上に感湿膜を形成
し、その表面弾性波素子を通過する速度の変化により、
湿度を検出する構成をとる湿度センサの感湿膜としても
好適である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明による感湿素子によれば、ポ
リエーテルサルフオンもしくはポリサルフオンを主成分
とする高分子を用いて感湿膜を形成し、ポリエーテルサ
ルフオンではその薄膜形成後、160℃〜240℃の範囲で熱
処理するもしくはポリサルフオンではその薄膜形成後、
140℃〜200℃の範囲で熱処理することにより、収着水分
量が低くなり、ドリフトが少なく、かつ温度依存性のな
い安定した感湿特性を、ヒステリシスが少なく、さらに
レスポンス良く得ることができる。また、収着水分量が
小さく親水性が低いので、その製造後において、定温，
定湿雰囲気中でのコンデイシヨニングおよび温湿度サイ
クルのようなコンデイシヨニングが不要もしくは容易と
なるなどの極めて優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による感湿素子の一実施例を示す斜視
図、第２図はこの感湿素子の平面図、第３図（ａ），
（ｂ）は感湿膜材料にポリエーテルサルホン，ポリサル
ホンをそれぞれ用いた感湿素子の感湿特性の温度依存性
を示す図、第４図はこの感湿素子の感湿特性を示す図、
第５図は従来の感湿素子の感湿特性を示す図である。１……絶縁性基板、２……下部電極、３……感湿膜、４
……上部電極、2a,4a……リード線。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポリエーテルサルフオンを主成分とする高
分子を用いて形成された感湿膜を備えてなる感湿素子。
【請求項２】ポリエーテルサルフオンを薄膜形成後、16
0℃〜240℃の範囲の温度で熱処理して形成された感湿膜
を備えてなる感湿素子。
【請求項３】ポリサルフオンを主成分とする高分子を用
いて形成された感湿膜を備えてなる感湿素子。
【請求項４】ポリサルフオンを薄膜形成後、140℃〜200
℃の範囲の温度で熱処理して形成された感湿膜を備えて
なる感湿素子。