JPS6149622B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は感湿抵抗素子に関し、特に親水性高分
子膜を感湿材として用い、相対湿度０％から100
％に渡る全領域の雰囲気中の湿気に感応して、感
湿材の電気抵抗値が変化し、かつ感湿応答速度が
速く、感湿特性の再現性、長期安定性に優れた薄
膜或は厚膜型の感湿抵抗素子に関するものであ
る。 雰囲気中の湿気に感応して電気抵抗値が変化す
る感湿抵抗素子としては、従来より既に酸化鉄
（Fe₂O₃又はFe₃O₄）、酸化錫（SnO₂）などの金属
酸化物焼結体、或は金属酸化膜を用いたもの、
塩化リチウム（LiCl）などの電解質塩を用いたも
の、吸湿性樹脂或は高分子膜などに炭素などの
導電性粒子又は繊維を分散させたもの、サーミ
スタなどの測温体を利用したもの、及び親水性
高分子膜を用いたものなどが知られている。 一般に金属酸化物を用いた感湿抵抗素子は耐熱
性に優れ、感湿応答速度が速い特長を有する反
面、素子の抵抗値が高く、か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、感湿特性が金属
酸化物粒子の大きさ、焼結体の密度、表面積など
の構造因子に大きく左右されるため、感湿特性の
再現性或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抵
抗素子は、１個の素子で検出し得る湿度領域が狭
く、相対湿度０％から100％までの全湿度領域を
検知するためには、少くとも２個以上の種類の異
なつた感湿抵抗素子を必要とする。また、特に相
対湿度90〜95％以上の高湿度雰囲気中に長時間、
素子を放置すると、電解質塩が溶出又は希釈され
るために、感湿特性が著しく劣化するなど寿命に
問題がある。吸湿性樹脂などに導電性粒子又は繊
維等を分散させた感湿抵抗素子は高湿度雰囲気中
で急峻な抵抗変化を生ずる反面、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
できない。このためこの種の素子は結露検知用素
子として主に利用されている。またサーミスタな
どの測温体を用いた感湿抵抗素子は、気体或は空
気の熱伝導率が、これに含まれる水蒸気量に依存
して変化することを利用し、自己発熱させた測温
体の温度変化から間接的に雰囲気中の湿度を知る
もので、絶対湿度を測定し得る反面、雰囲気温度
及び風量等の影響を受け易い欠点を有する。一方
親水性高分子膜を用いた感湿抵抗素子も従来より
知られて居り、感湿範囲が広く、感湿応答速度が
速く、かつ素子作製方法、素子構造が比較的簡単
なため、低コスト化し易いなどの特長を有する反
面、従来のものは特に耐湿・耐水性が悪く、素子
の寿命に問題があつた。 本発明は、上に述べた様な従来の感湿抵抗素子
が有していた欠点を解消するためになされたもの
で、耐湿・耐水性及び感湿特性の長期安定性に優
れ、且つ相対湿度０％から100％に至る全湿度領
域に渡つて良好な感応特性を有することを特徴と
した薄膜或は厚膜型の感湿抵抗素子を提供するも
のである。以下に、実施例に従つて本発明を詳細
に説明する。 第１図に本発明になる感湿抵抗素子の構造模式
図を示す。アルミナ或は、ガラス等の高絶縁性基
板１の上に、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、ポリスチレンスルホン酸
或はポリスチレンスルホン酸塩と、ポリビニルア
ルコール、メチルセルローズ或はポリアミド樹脂
等の親水性高分子との混合物を塗膜して高分子電
解質よりなる感湿膜３を形成する。本実施例に於
いては、分子量約10万以上のポリスチレンスルホ
ン酸アンモニウムの30％水溶液とポリビニルアル
コール水溶液の混合溶液をスピンナーを用いて高
絶縁性基板１に塗布し、100℃前後のの温度で焼
成したものを感湿膜とした。本実施例に於ける感
湿膜厚は約１μｍである。上記絶縁性基板１上の
感湿膜３は露出状態でも使用し得るが更に表面に
高分子の透湿性保護膜がコーテイングされて湿度
センサが構成される。 上記構造の感湿抵抗素子の雰囲気温度30℃に於
ける感湿特性を第２図に示す。同図における曲線
Ａはポリスチレンスルホン酸とポリビニルアルコ
ールを２：１の割合で、曲線Ｂは４：１の割合で
混合した感湿素子の特性を示す。第２図の感湿特
性と混合比との関係に見られる如く、本素子の感
湿特性はポリスチレンスルホン酸アンモニウムと
ポリビニルアルコールの混合比を変えることによ
つて制御することができ、更にポリスチレンスル
ホン酸アンモニウムとポリビニルアルコールの混
合物を感湿膜として用いる事によつて耐水性も向
上する。感湿応答速度は相対湿度40％〜80％の湿
度変化に対し、吸湿及び脱湿過程共に数秒以内と
速く、たとえ透湿性保護膜で被つても応答性はわ
ずかに劣るだけで、雰囲気温度30℃、相対湿度80
％の条件下に長期間該素子を放置しても、感湿膜
の分散などの変化もなく、感湿特性は安定してい
る。 上記実施例に於いては、感湿膜としてポリスチ
レンスルホン酸アンモニウムとポリビニルアルコ
ールの混合物を用いたが、ポリスチレンスルホン
酸アンモニウムの代わりにポリスチレンスルホン
酸、或は一般式〔−CH（C₆H₄SO₃X）−CH₂−〕
ｎに於けるＸ基として金属原子、尿素、トリエチ
レンジアミン、テトラメチルグアニジン及びヘキ
サメチレンジアミンの内少なく共１つを含む高分
子電解質と、ポリビニルアルコールの代わりに、
メチルセルローズ或はポリアミド樹脂等の親水性
高分子との混合物を用いても、同様の感湿特性を
有する感湿抵抗素子を作製することができる。
尚、一般式〔−CH（C₆H₄SO₃X）−CH₂−〕ｎに
おいて重合度ｎは約50から4000の範囲（分子量約
１万から80万の範囲）にあることが望ましい。分
子量が小さすぎると耐水性が悪くなり、逆に分子
量が大きすぎるとポリスチレンスルホン酸自体の
合成が困難となりまたポリマー溶液の粘度が高く
なりすぎて素子作製上困難を生じる。例えばＸに
Na金属を用いた場合、ポリスチレンスルホン酸
ナトリウムは

【式】で表わされ、単 位分子量は206となる。ここでｎが50のとき、ポ
リマーの分子量は10300，ｎが4000のときポリマ
ーの分子量は824000となる。 以上に述べた様に、ポリスチレンスルホン酸或
はポリスチレンスルホン酸塩と親水性高分子との
混合物を感湿膜として用いた感湿抵抗素子は混合
比によつて感湿特性を制御でき、かつ耐湿・耐水
性及び感湿特性の長期安定性に優れた特長を有す
る。また、前記した従来の感湿抵抗素子に比べ構
造が簡単であり、かつ素子作製方法も比較的簡単
であるため安価であり、更に感湿特性の再現性に
優れているという特長をも有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に基づく感湿抵抗素
子の構造模式図、第２図は本発明の実施例に基づ
く感湿特性と混合比との関係図である。 １……高絶縁性基板、２……櫛状金属導電膜、
３……感湿膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポリスチレンスルホン酸或は化学式〔−CH
   （C₆H₄SO₃X）CH₂−〕ｎであつて、Ｘが金属原
   子、アンモニウム基、尿素、トリエチレンジアミ
   ン、テトラメチルグアニジン及びヘキサメチレン
   テトラミンの内少くとも一つからなるポリスチレ
   ンスルホン酸塩に、ポリビニルアルコール、メチ
   ルアセチルセルロース及びポリアミド樹脂の内少
   くとも１種の親水性高分子を加えた混合物を感湿
   膜として用い、雰囲気中の水蒸気量或は相対湿度
   によつて電気抵抗値が変化することを特徴とした
   感湿抵抗素子。