JPS6156952A - 感湿抵抗素子 - Google Patents

感湿抵抗素子

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JPS6156952A
JPS6156952A JP59181287A JP18128784A JPS6156952A JP S6156952 A JPS6156952 A JP S6156952A JP 59181287 A JP59181287 A JP 59181287A JP 18128784 A JP18128784 A JP 18128784A JP S6156952 A JPS6156952 A JP S6156952A
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 く技術分野〉 、−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
脱着に伴なっ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、従来よりの酸化
鉄(Fe203またはFe50.4 )、酸化錫(Sn
02)  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、■塩化ジリチウムLiC1)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
子捷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。塩化リチウム々
どの電解質塩を用いた感湿素子は検出し得る湿度範囲か
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を生じる反面、低湿度雰囲気中では
感度が々く、広範な湿度領吠の検知には利用することか
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、感湿範囲か広く且つ感湿応答速度が速く、捷
た素子構造及び素子作製方法が比較的簡単々ため、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、而・j湿・耐水性の点で問題があった。さら
に、従来のゝ(親水性高分子膜或は高分子電解を用いた
感湿素子では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
性の而で弱い欠点を有していた。
〈発明の目的〉 本発明は、以上に述べた様な従来の感湿素子が有してい
た欠点を解消するためになされたもので、特に耐湿・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
性か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ものである。
〈描成の説明〉 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
(11上に真空蒸着法或はスパッタリング法等によって
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って抵抗の変化
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1対の電極を
形成している。
従来の感湿素子に見られる様に感湿膜が一次元線状高分
子電解質より成る場合、高湿度雰囲気下或は結露状態下
では感湿膜が膨潤又は、溶出するため、素子特性が大き
く劣化する。耐湿・耐水性をもった感湿膜を得るには、
感湿膜中の高分子電解質を架橋し、三次元網目構造とす
ることによって膨潤及び溶出を防ぐことができ、この様
な三次元的に架橋された感湿膜を用いることによって、
耐湿・耐水性の優れた感湿抵抗素子を得ることかできる
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って決定
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って左右され、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@か少な
くなり、そのため素子抵抗が大きくなって実使用上問題
と々っでくる。そこで素子抵抗が大き過ぎること々くか
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げ良い。本発明はこのよ
うな物質としてポリエチレングリコール(PEG)を使
用している。
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Na5S  ] f、 M
BA O,05?、  PVA O,2?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って感湿膜(3)
を形成し、第1図に示す感湿抵抗素子とする。
ここでNa5Sは紫外線照射によって重合されると同時
にM B A Kよって架橋され三次元網目構造を持っ
た感湿膜か形成される。
以−ヒによって作製した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ICl3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で
あった。
以下、実施例に従って本発明の詳細な説明する。
実施例 l Na5S] !、 MBAo、05 f、 PVA0.
2 Fを5ml!の水に溶解する。この水溶液にさらに
()、21のポリエチレングリコールを溶解し、櫛歯状
の金電極(2)か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々って感湿
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膜\! 性を測定し、さらに100 ’Cの高711VC15時
間枚置後、感湿特性を測定して、100°C放置前後で
の相対湿度6096における変化幅を求めると、相対湿
度換算で’1..294 RHとほぼ測定誤差内の値と
なった。しかしながら、相対湿度3096における素子
抵抗はPEG無添加の素子抵抗か 2.5XIOΩ であるのに対し、PEGを0.2y添
加した素子では3.8X107Ω と実使用上測定困難
な値を示した。
実施例 2 NaSSI W、MnAo、05 y、PVA0.2!
PEG(’1.15’を5mf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
って感湿膜(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1−で300℃放置前後での相対湿度6096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った。しかしなから相対湿度
3096における素子抵抗は1.4X107Ωと大きな
値を示1−たO 実施例 3 NaSS19. MBAo、051. P VA O,
2y。
PEGo、05yを5m7?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っ
て感湿膜(3)を形成し、第1図に示す感湿抵抗素子と
した。本実施例に基づ込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3.5X
10  Ω と小さな値を示j〜た。
実施例 4 NaSS l k! 、 MB A 0105 y、p
VAo、2 y。
PEGo、025y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々っ
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3096での素子抵抗は3.0X10
’Ω と小さい値を示1−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
6096における変化幅を求めると相対湿度換算で2.
89fS 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Na2SiO3部
に対してPEGg部から7部の範囲か良く、さらにNa
5S I 00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、スチレンスルホン酸ナトリウム(
NaSS)、メチレンビスアクリルアミド(MBA)、
ポリビニルアルコールCI)vA)を感湿膜材料とし、
スチレンスルホン酸ナトリウムをメチレンビスアクリル
アミドで架橋重合した感湿膜に、ポリエチレングリコー
ル(PEG)をスチレンスルホン酸ナトリウム100部
に対して、3万全7部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、耐熱計か優れており、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】
ゝ!       @j図は本発明の1実施例を説明す
る感湿抵抗第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!−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609五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tと、相対湿
度3096における素子抵抗との関係図であるO 1・・・基板、  2・・・金属導電膜、  3・・・
感湿膜、   4・・・リード線、

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、スチレンスルホン酸ナトリウム、メチレンビスアク
    リルアミド及びポリビニルアルコールを感湿膜材料とし
    、前記スチレンスルホン酸ナトリウムが前記メチレンビ
    スアクリルアミド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
    ールを前記スチレンスルホン酸ナトリウム100部に対
    して3乃至7部の割合で添加した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)

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US06/761,494 US4635027A (en) 1984-08-28 1985-08-01 Resistance-variation type moisture sensor
DE19853530447 DE3530447A1 (de) 1984-08-28 1985-08-26 Feuchtigkeitssensor vom widerstandsaenderungstyp
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