JPS60143755A - 湿度センサ− - Google Patents
湿度センサ−Info
- Publication number
- JPS60143755A JPS60143755A JP24980783A JP24980783A JPS60143755A JP S60143755 A JPS60143755 A JP S60143755A JP 24980783 A JP24980783 A JP 24980783A JP 24980783 A JP24980783 A JP 24980783A JP S60143755 A JPS60143755 A JP S60143755A
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- JP
- Japan
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- moisture
- humidity sensor
- plasma
- layer
- sensitive film
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
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- G01N27/125—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer
- G01N27/126—Composition of the body, e.g. the composition of its sensitive layer comprising organic polymers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
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- G01N27/121—Investigating 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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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（イ）産業上の利用分野
この発明は湿度センサーに関する。さらに詳しくは、湿
分の吸脱着作用を示す感湿膜を利用してなり、種々の気
体中の水分濃度を検知できる湿度センサーに関する。
分の吸脱着作用を示す感湿膜を利用してなり、種々の気
体中の水分濃度を検知できる湿度センサーに関する。
（ロ）従来技術
従来、高分子電解質を基体上に設けられた一対の電極間
又は電極上に感湿膜として塗布形成した湿度センサーは
知られている。しかし、かような高分子電解質を有する
湿度センサーは電極面や基体との密着性が不充分で感湿
性能が不安定でありかつ膜内体の耐久性も不充分である
という問題点があった。すなわち、感度や分解能を向上
するために感湿膜を厚くして十分に親水性基を導入した
場合には、感湿膜の深部に導入された親水性基に吸着さ
れた水分子は脱着が困難となりセンサーの応答速度を遅
延させる結果となる。また、感度を多少犠牲にして、感
湿膜を薄く形成した場合においては基体ど感応膜の界面
にまで多量の親水性基が導入され、ひいては親水性基と
結合する水分子がこの界面にまで侵入し、センサーの長
期使用期間中に膜が基体から剥離したり感応膜にひび割
れを生ずるに至るという極めて困難な問題があった。
又は電極上に感湿膜として塗布形成した湿度センサーは
知られている。しかし、かような高分子電解質を有する
湿度センサーは電極面や基体との密着性が不充分で感湿
性能が不安定でありかつ膜内体の耐久性も不充分である
という問題点があった。すなわち、感度や分解能を向上
するために感湿膜を厚くして十分に親水性基を導入した
場合には、感湿膜の深部に導入された親水性基に吸着さ
れた水分子は脱着が困難となりセンサーの応答速度を遅
延させる結果となる。また、感度を多少犠牲にして、感
湿膜を薄く形成した場合においては基体ど感応膜の界面
にまで多量の親水性基が導入され、ひいては親水性基と
結合する水分子がこの界面にまで侵入し、センサーの長
期使用期間中に膜が基体から剥離したり感応膜にひび割
れを生ずるに至るという極めて困難な問題があった。
この点につき本発明者らは、先に、感湿膜の高分子膜ベ
ースをプラズマ重合法で形成さｕｌさらにその膜中、主
として表層に親水性基を導入することにより感湿性能や
耐久性が改善される事実を見出した。
ースをプラズマ重合法で形成さｕｌさらにその膜中、主
として表層に親水性基を導入することにより感湿性能や
耐久性が改善される事実を見出した。
この発明は、上記知見を更に発展させることによりなさ
れ／ｊものである。
れ／ｊものである。
（ハ）目的
すなわち、この発明は、感湿性能及び耐久性がより改善
された湿度センサーを得ることを目的とするものである
。
された湿度センサーを得ることを目的とするものである
。
（ニ）構成
かくしてこの発明によれば湿度センサー用基体、１−に
設けられた一対の電極間又はその少なくとも一つの電極
上に感湿膜を形成してなる湿度センサーにおいて、該感
湿膜が親水性基を有するプラズマ重合高分子膜からなり
かつ該親水性基は、プラズマ重合高分子膜の電極又は基
体との密着面から隔１１ｉ１ｉされた状態ぐその表層部
に導入されてなることを特徴とする湿度センサーが提供
される。
設けられた一対の電極間又はその少なくとも一つの電極
上に感湿膜を形成してなる湿度センサーにおいて、該感
湿膜が親水性基を有するプラズマ重合高分子膜からなり
かつ該親水性基は、プラズマ重合高分子膜の電極又は基
体との密着面から隔１１ｉ１ｉされた状態ぐその表層部
に導入されてなることを特徴とする湿度センサーが提供
される。
この発明における湿度センサー用基体は、意図する測定
方式により選択される。例えば、絶縁基板を用いれば抵
抗式や容量式の湿度センサーを構成することができ、圧
電素子を用いれば周波数検知式湿度センサー（いわゆる
ピエゾエレクトリック湿度センサー）を構成することが
できる。一対の電極は蒸着や塗布により形成することが
でき、抵抗式や容量式の湿度センサーの場合には、この
電極間の基板上に少なくとも後述する感湿膜が形成され
ておればよく、周波数検知式の湿度センサーの場合には
通常圧電素子の両面に位置される一χりの電極の少なく
とも一つの電極面上に後述する感湿膜が形成されておれ
ばよい。
方式により選択される。例えば、絶縁基板を用いれば抵
抗式や容量式の湿度センサーを構成することができ、圧
電素子を用いれば周波数検知式湿度センサー（いわゆる
ピエゾエレクトリック湿度センサー）を構成することが
できる。一対の電極は蒸着や塗布により形成することが
でき、抵抗式や容量式の湿度センサーの場合には、この
電極間の基板上に少なくとも後述する感湿膜が形成され
ておればよく、周波数検知式の湿度センサーの場合には
通常圧電素子の両面に位置される一χりの電極の少なく
とも一つの電極面上に後述する感湿膜が形成されておれ
ばよい。
この発明の感湿膜のベースはプラズマ重合高分子膜であ
る。そしにの発明においＣ最も特徴とする点は親水性基
がこの高分子膜の表層部のみに集中的に導入されており
、かつこの親水性基が感湿膜の基体や電極面から隔離さ
れていることにある。上記隔間１は、通常、プラズマ重
合高分子膜の内部に隔離層を形成させることにより行な
うのが好適である。より具体的には、湿度セン１ノｍｍ
基体上又は電極上に所定のモノマー蒸気中にてプラズマ
放電させ、重合させてまずプラズマ重合高分子膜を密着
形成された後、この高分子膜の表面にアルゴンガス等の
不活性ガスにＪ：る放電処理を行なって後述する親水性
基導入用化合物の非透過性と高架橋性を併せもつ隔離層
を形成させ、次いでこの表面にさらに表層を構成するプ
ラズマ重合高分子膜を形成し、この表層に所定の親水性
基導入用化合物を接触処理させて充分に親水性基を導入
することにより構成することができる。
る。そしにの発明においＣ最も特徴とする点は親水性基
がこの高分子膜の表層部のみに集中的に導入されており
、かつこの親水性基が感湿膜の基体や電極面から隔離さ
れていることにある。上記隔間１は、通常、プラズマ重
合高分子膜の内部に隔離層を形成させることにより行な
うのが好適である。より具体的には、湿度セン１ノｍｍ
基体上又は電極上に所定のモノマー蒸気中にてプラズマ
放電させ、重合させてまずプラズマ重合高分子膜を密着
形成された後、この高分子膜の表面にアルゴンガス等の
不活性ガスにＪ：る放電処理を行なって後述する親水性
基導入用化合物の非透過性と高架橋性を併せもつ隔離層
を形成させ、次いでこの表面にさらに表層を構成するプ
ラズマ重合高分子膜を形成し、この表層に所定の親水性
基導入用化合物を接触処理させて充分に親水性基を導入
することにより構成することができる。
上記プラズマ重合高分子膜の対応するモノマーとじては
、種々のモノマーが適用でき特に限定はされないが、通
常、スチレンやジビニルベンゼン等の重合性官能基を有
する芳香族化合物を用いるのが好適である。また、表層
に導入する親水性基どしては、水酸基やイオン交換基が
挙げられスルホネート基が好ましい。従って表層への導
入はかような親水性基含有化合物やその前駆体く例えば
スルボネート基を導入する際にはスルボン酸や発煙硫酸
等）を数分〜数十分接触処理さければよい。
、種々のモノマーが適用でき特に限定はされないが、通
常、スチレンやジビニルベンゼン等の重合性官能基を有
する芳香族化合物を用いるのが好適である。また、表層
に導入する親水性基どしては、水酸基やイオン交換基が
挙げられスルホネート基が好ましい。従って表層への導
入はかような親水性基含有化合物やその前駆体く例えば
スルボネート基を導入する際にはスルボン酸や発煙硫酸
等）を数分〜数十分接触処理さければよい。
なおプラズマ重合させる周波数条件は、ことに表層の膜
を形成させる際には０，１〜５００Ｋｌ−ＩＺの低周波
域とくに１〜１０Ｋ Ｈｚ下で行なうのが好ましい。か
ような条件下で形成した表層への親水性基の導入は他の
周波数域で形成されたものより効率良く行なうことがで
きる。また、感湿膜の全体厚みは通常約０６０１〜１４
程度で充分である。
を形成させる際には０，１〜５００Ｋｌ−ＩＺの低周波
域とくに１〜１０Ｋ Ｈｚ下で行なうのが好ましい。か
ような条件下で形成した表層への親水性基の導入は他の
周波数域で形成されたものより効率良く行なうことがで
きる。また、感湿膜の全体厚みは通常約０６０１〜１４
程度で充分である。
このようにして得られた感湿膜は基本的に、電極又は基
体に密着する親水性基を有さない下層と、その上に形成
された隔１ｌｌ１層と、その上に形成された親水性基を
有する表層から構成されている。そして隔離層の存在に
より親水性基導入時及び導入後にも、親水性基が電極又
は基体との密着面の近傍に移行され″ていない。従って
、長時間使用した際にも湿分の吸脱着現象は親水性基が
導入された表層のみで生じることとなり、密着部分への
悪影響が抑制される。さらに隔離層は親水性基や湿分自
体の膜内での物理的又は物理科学的移行をも抑制する働
きをも有しているため増感を目的としＣ表層に充分に親
水性基を導入しても、密着部分への悪影響が実質的に防
止され、プラズマ重合高分子膜の特性とも相俟つ“Ｃ感
湿性能ことに応答速頂や履歴現象が改善され機能性膜と
しての耐久性も改善される。ことに圧電素子を用いた周
波数検知式の湿度センサーを対象とした際には、かよう
な効果は特に顕著である。
体に密着する親水性基を有さない下層と、その上に形成
された隔１ｌｌ１層と、その上に形成された親水性基を
有する表層から構成されている。そして隔離層の存在に
より親水性基導入時及び導入後にも、親水性基が電極又
は基体との密着面の近傍に移行され″ていない。従って
、長時間使用した際にも湿分の吸脱着現象は親水性基が
導入された表層のみで生じることとなり、密着部分への
悪影響が抑制される。さらに隔離層は親水性基や湿分自
体の膜内での物理的又は物理科学的移行をも抑制する働
きをも有しているため増感を目的としＣ表層に充分に親
水性基を導入しても、密着部分への悪影響が実質的に防
止され、プラズマ重合高分子膜の特性とも相俟つ“Ｃ感
湿性能ことに応答速頂や履歴現象が改善され機能性膜と
しての耐久性も改善される。ことに圧電素子を用いた周
波数検知式の湿度センサーを対象とした際には、かよう
な効果は特に顕著である。
（ホ）実施例
以下、図面によりこの発明の詳細な説明覆る。
第１図に示す（１）はこの発明の湿度センサーの一例を
示す斜視図であり、第２図は第１図の側面図である。図
において、湿度センサー（１）は、圧電素子（２）の両
面に蒸着形成された一対の金型４＠＋３１、（３）の片
面上に、感湿膜（４）を密着形成してなる。そして感湿
膜（４）は、電極上に密着形成された親水性基を有さな
いプラズマ重合ポリスチレンからなる１・層（４１；約
３５００人）とその上に形成されたアルゴンイオン照射
処理されたプラズマ重合ポリスチレンからなる隔離層（
４２；約５００人）と、ざらにその上に形成された親水
性基（ナトリウムスルホネ−１・基）を有するプラズマ
重合ポリスチレンからなる表層（４３：約３０００人）
とから構成されＣいる。
示す斜視図であり、第２図は第１図の側面図である。図
において、湿度センサー（１）は、圧電素子（２）の両
面に蒸着形成された一対の金型４＠＋３１、（３）の片
面上に、感湿膜（４）を密着形成してなる。そして感湿
膜（４）は、電極上に密着形成された親水性基を有さな
いプラズマ重合ポリスチレンからなる１・層（４１；約
３５００人）とその上に形成されたアルゴンイオン照射
処理されたプラズマ重合ポリスチレンからなる隔離層（
４２；約５００人）と、ざらにその上に形成された親水
性基（ナトリウムスルホネ−１・基）を有するプラズマ
重合ポリスチレンからなる表層（４３：約３０００人）
とから構成されＣいる。
なお、３１）はリード線である。
上記感湿膜（４）は、所定部分をマスクしてなる電極を
備えた圧電素子（ａを、ｏ、５ｔｏｒｒのスチレンモノ
マーの雰囲気下、７０鯖、 ６０秒間、１０ＫＩ−１ｚ
の放電条件でプラズマ重合させて、まず下層（４１）を
形成させ、続いてスチレンモノマーを真空脱気したのち
０，７ｔＯｒｒまでアルゴンを導入し再び５０鯖、６０
秒、１．ＯＫ Ｈｚ下で放電処理を行なって隔離層（４
２）を放電形成させ、さらにスチレンモノマーを１．２
５ｔＯｒｒまで導入しｚｏＷＡ、 ４０秒間、１．ＯＫ
＋−１７の条件下でプラズマ重合させて表層（４３）の
ベ一７を形成さけた後、この状態で高温度の光？Ｉ硫酸
のガス中に保持して接触させることにより、作製するこ
とがＣきる。
備えた圧電素子（ａを、ｏ、５ｔｏｒｒのスチレンモノ
マーの雰囲気下、７０鯖、 ６０秒間、１０ＫＩ−１ｚ
の放電条件でプラズマ重合させて、まず下層（４１）を
形成させ、続いてスチレンモノマーを真空脱気したのち
０，７ｔＯｒｒまでアルゴンを導入し再び５０鯖、６０
秒、１．ＯＫ Ｈｚ下で放電処理を行なって隔離層（４
２）を放電形成させ、さらにスチレンモノマーを１．２
５ｔＯｒｒまで導入しｚｏＷＡ、 ４０秒間、１．ＯＫ
＋−１７の条件下でプラズマ重合させて表層（４３）の
ベ一７を形成さけた後、この状態で高温度の光？Ｉ硫酸
のガス中に保持して接触させることにより、作製するこ
とがＣきる。
かかるこの発明の湿度センサーの感２！ｉｌＩ股にお（
）る親水性基の厚み方向への分布を調べた結果を比較例
と共に第４図に示した。図中、比較例１は、約７０００
人のプラズマ重合ポリスチレンの全体に親水性基（ナト
リウムスルホネー１〜基）を導入した場合を示し、比較
例２は、隔ｌ！ａ層を形成しない以外前記実施例と同様
にして作製した感湿膜についてのデータである。なお、
親水性基の分布はＥＳＣＡによる表面分析を行ないその
Ｓ湿度の大小により判断した。
）る親水性基の厚み方向への分布を調べた結果を比較例
と共に第４図に示した。図中、比較例１は、約７０００
人のプラズマ重合ポリスチレンの全体に親水性基（ナト
リウムスルホネー１〜基）を導入した場合を示し、比較
例２は、隔ｌ！ａ層を形成しない以外前記実施例と同様
にして作製した感湿膜についてのデータである。なお、
親水性基の分布はＥＳＣＡによる表面分析を行ないその
Ｓ湿度の大小により判断した。
このような隔１１１層を有づるこの発明の感湿膜におい
ては、親水性基が表層のみにかつ電極の密着面から充分
に隔離された状態で導入されていることが判る。また、
薄い表層部分に導入された親水性基の量を伯よりも充分
に大きくすることができ従って感度の増加が達成できる
ことを示している。
ては、親水性基が表層のみにかつ電極の密着面から充分
に隔離された状態で導入されていることが判る。また、
薄い表層部分に導入された親水性基の量を伯よりも充分
に大きくすることができ従って感度の増加が達成できる
ことを示している。
なお、比較例２では表層部のみならず、密着面の近傍ま
で親水性基が導入されており隔離が不充分であることが
判る。
で親水性基が導入されており隔離が不充分であることが
判る。
上記実施例、及び比較例１，２の感湿膜を用いた湿度セ
ンサーの湿度応答性を調べた結果を第５図に示した。測
定条件は絶対湿度１１００ｐｐの窒素ガスを各湿度セン
サーをそれぞれ内蔵した湿度測定レル内に導入した際の
相対感度を示すものである。
ンサーの湿度応答性を調べた結果を第５図に示した。測
定条件は絶対湿度１１００ｐｐの窒素ガスを各湿度セン
サーをそれぞれ内蔵した湿度測定レル内に導入した際の
相対感度を示すものである。
このように、この発明の湿度センサーは、優れた応答性
を有していることが判る。
を有していることが判る。
（へ）効果
以上述べたように、この発明の湿度センサーは、感度の
増加と応答速度迅速化など、湿度センサーとしての優れ
た感湿性能を有し、かつ感湿膜の密着面に対する外気こ
とに湿度の悪影響も防止されているため耐久性も改善さ
れており、ことに長時間の測定用の湿度センサーとして
有用である。
増加と応答速度迅速化など、湿度センサーとしての優れ
た感湿性能を有し、かつ感湿膜の密着面に対する外気こ
とに湿度の悪影響も防止されているため耐久性も改善さ
れており、ことに長時間の測定用の湿度センサーとして
有用である。
第１図は、この発明の湿度センサーを例示する斜視図、
第２図は、第１図の側面図、第３図は、この発明の湿度
レンザーの感？ｉｉｉ！膜を例示する模式的断面図、第
４図は第３図の感湿膜の厚み方向における親水性基の分
イ１を比較例ど共に例示づるグラフ、第５図は、この発
明の湿度センサーの湿度応答性を比較例ど共に例示する
グラフである。 （１）・・・・・・湿度センサー、（２）・・・・・・
圧電素子、（２１）・・・・・・リード線、（３）・・
・・・・金電極、（４）・・・・・・感湿膜、（４１）
・・・・・・下層、（４２）・・・・・・隔離層、（４
３）・・・・・・表層。 第１図 第２図 第３灰 第４図 ＠５ＷＬ鳴Ａ面午５句薄さく入） ′ 第５図 わ 含＝ 時間 （分） −−÷
第２図は、第１図の側面図、第３図は、この発明の湿度
レンザーの感？ｉｉｉ！膜を例示する模式的断面図、第
４図は第３図の感湿膜の厚み方向における親水性基の分
イ１を比較例ど共に例示づるグラフ、第５図は、この発
明の湿度センサーの湿度応答性を比較例ど共に例示する
グラフである。 （１）・・・・・・湿度センサー、（２）・・・・・・
圧電素子、（２１）・・・・・・リード線、（３）・・
・・・・金電極、（４）・・・・・・感湿膜、（４１）
・・・・・・下層、（４２）・・・・・・隔離層、（４
３）・・・・・・表層。 第１図 第２図 第３灰 第４図 ＠５ＷＬ鳴Ａ面午５句薄さく入） ′ 第５図 わ 含＝ 時間 （分） −−÷
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、湿度ヒンサー用基体上に設けられた一対の電極間又
はその少なくとも一つの電極上に感湿膜を形成してなる
湿度センサーにおいて、該感湿膜が親水性基を有するプ
ラズマ重合高分子膜がらなりかつ該親水性基は、プラズ
マ重合高分子膜の電極又は基体との密着面から隔離され
た状態でその表層部に導入されてなることを特徴とする
湿度センサー。 ２、プラズマ重合高分子膜からなる感湿膜が、電極又は
基体に密着する親水性基を有さない下層と、その上に形
成された隔離層と、その上に形成、された親水性基を有
する表層とからなる特許請求の範囲第１項記載の湿度セ
ンサー。 ３、隔離層が不活性ガスの放電処理により形成されてな
る特許請求の範囲第２項記載の湿度センサー口
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24980783A JPH0245146B2 (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | Shitsudosensaa |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24980783A JPH0245146B2 (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | Shitsudosensaa |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60143755A true JPS60143755A (ja) | 1985-07-30 |
| JPH0245146B2 JPH0245146B2 (ja) | 1990-10-08 |
Family
ID=17198498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24980783A Expired - Lifetime JPH0245146B2 (ja) | 1983-12-29 | 1983-12-29 | Shitsudosensaa |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0245146B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02114166A (ja) * | 1988-10-25 | 1990-04-26 | Rika Kogyo Kk | 湿度センサー |
| CN111579603A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-08-25 | 北京航空航天大学 | 一种集成加热控制及超声振动的硅基电容式湿度传感器 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08281136A (ja) * | 1995-04-10 | 1996-10-29 | Asahi:Kk | もみがら粉砕機 |
-
1983
- 1983-12-29 JP JP24980783A patent/JPH0245146B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02114166A (ja) * | 1988-10-25 | 1990-04-26 | Rika Kogyo Kk | 湿度センサー |
| JPH0551858B2 (ja) * | 1988-10-25 | 1993-08-03 | Rika Kogyo Kk | |
| CN111579603A (zh) * | 2020-05-09 | 2020-08-25 | 北京航空航天大学 | 一种集成加热控制及超声振动的硅基电容式湿度传感器 |
| CN111579603B (zh) * | 2020-05-09 | 2021-10-26 | 北京航空航天大学 | 一种集成加热控制及超声振动的mems电容式湿度传感器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0245146B2 (ja) | 1990-10-08 |
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