(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁基板の上にギャップを介して対向する一対の電極が設けられ、前記一対の電極及び前記ギャップが感湿膜で覆われており、
前記感湿膜が感湿ポリマと前記感湿ポリマの前記基板に対する接着性を増加させる添加ポリマとの混合物により形成されている湿度センサにおいて、
前記感湿ポリマが次の化学式
【化１】
0004766784.tif 000005
（上記化学式において、Ｒ１〜Ｒ４はアルキル基）
を有し、
前記−(ＣＨ２)ｍ−のｍは６〜１２であり、
前記添加ポリマが水溶性セルロースエーテルであり、
前記添加ポリマの配合量が、前記感湿ポリマに対して１０〜６０重量％であることを特徴とする湿度センサ。
【請求項２】
前記化学式において、
Ｒ１〜Ｒ４＝ＣＨ３であり、
前記水溶性セルロースエーテルがヒドロキシプロピルメチルセルロースであることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ。
【請求項３】
絶縁基板の上にギャップを介して対向する一対の電極が設けられ、前記一対の電極及び前記ギャップが感湿膜で覆われており、
前記感湿膜が感湿ポリマと前記感湿ポリマの前記基板に対する接着性を増加させる添加ポリマとの混合物により形成されている湿度センサにおいて、
前記感湿ポリマが次の化学式
【化２】
0004766784.tif 000006
（上記化学式において、Ｒ１〜Ｒ４はアルキル基）
を有し、
前記−(ＣＨ２)ｍ−のｍは６〜８であり、
前記添加ポリマがヒドロキシプロピルメチルセルロースであり、
前記添加ポリマの配合量が、前記感湿ポリマに対して１０〜６０重量％であることを特徴とする湿度センサ。
【請求項４】
絶縁基板の上にギャップを介して対向する一対の電極が設けられ、前記一対の電極及び前記ギャップが感湿膜で覆われており、
前記感湿膜が感湿ポリマと前記感湿ポリマの前記基板に対する接着性を増加させる添加ポリマとの混合物により形成されている湿度センサにおいて、
前記感湿ポリマが次の化学式
【化３】
0004766784.tif 000007
（上記化学式において、Ｒ１〜Ｒ４はアルキル基）
を有し、
前記−(ＣＨ２)ｍ−のｍは８であり、
前記添加ポリマがヒドロキシプロピルメチルセルロースであり、
前記添加ポリマの配合量が、前記感湿ポリマに対して３０±１０重量％であることを特徴とする湿度センサ。
【請求項５】
前記化学式において、Ｒ１〜Ｒ４＝ＣＨ３であることを特徴とする請求項３または４に記載の湿度センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は湿度センサ及びこのセンサを用いた湿度検出回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特公平２−２４４６５号公報には、絶縁基板の上にギャップを形成して相互に対向する複数の櫛歯部をそれぞれ有する一対の電極が設けられ、電極及びギャップが高分子化合物の感湿膜で覆われて形成された湿度センサが示されている。ここで用いられている感湿膜は、次の化学式を有する感湿ポリマ（以下、ＩＰと言う）と、該感湿ポリマの基板に対する接着性及び耐水性を増加させるポリビニルアルコール等の添加ポリマ（以下、ＯＰと言う）との混合物から形成されている。
【０００３】
【化４】
0004766784.tif 000002
この湿度センサでは、乾燥状態では、Ｎ＋とＢｒ−のイオン対は解離しないから、これらのイオンは自由に動くことができない。これに対して湿度が高くなるとイオン対が解離してＢｒ−が自由イオンとなるため、一対の電極に電位差が与えられると感湿膜中には、湿度に比例したイオン電流が流れる。これにより一対の電極間のインピーダンスを測定することにより湿度を測定することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
湿度センサでは、温度補償された回路において、湿度センサの抵抗値（Ｒｈ）と温度補償をするサーミスタの抵抗値（Ｒｔ）とから求めるＲｔ／（Ｒｔ＋Ｒｈ）の値と、湿度との関係が広い湿度範囲で直線性を示すことが求められている。しかしながら、従来の湿度センサでは、温度補償回路における直線性が悪かった。例えば、湿度が４０〜６０％という範囲でしか直線性を示さないものがある。また、従来の湿度センサでは、低湿度で飽和特性（飽和状態になってインピーダンスが湿度の変化に対して変化しなくなる特性）を示す。そのため、コピーやプリンタ等のように低湿度での測定が求められる機器には適用できない問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、温度補償された回路における直線性を高める湿度センサを提供することにある。
【０００６】
本発明の目的は、低湿度での飽和特性を示し難い湿度センサを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、従来よりも耐水性の高い湿度センサを提供することにある。
【０００８】
本発明の更に他の目的は、サーミスタを用いた温度補償が容易な湿度センサを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明が改良の対象とする湿度センサは、絶縁基板の上にギャップを介して一対の電極を設け、一対の電極及びギャップを感湿膜で覆い、この感湿膜を感湿ポリマと該感湿ポリマの基板に対する接着性を増加させる添加ポリマとの混合物により形成する。本発明では、感湿ポリマが次の化学式を有している。
【００１０】
【化５】
0004766784.tif 000003
（上記化学式において、Ｒ１〜Ｒ４はアルキル基）
また、−(ＣＨ２)ｍ−のｍが６〜１２であり、添加ポリマが水溶性セルロースエーテルであり、添加ポリマの配合量が感湿ポリマに対して１０〜６０重量％である。ここでいう水溶性セルロースエーテルとは、セルロースを水酸化ナトリウムで処理した後、塩化メチル、酸化プロピレンまたは酸化エチレン等のエーテル化剤と反応して得られるものであり、セルロースの水酸基をメトキシル基等で置換して水素結合を消滅させたものである。本発明では、従来用いていたＢｒ−の代わりにＣｌ−をイオン対のマイナスイオンとして用いる。本発明のようにＣｌ−をイオン対のマイナスイオンとして用いると、温度補償回路における直線性を高めることができ、低湿度で飽和特性を示し難くなる。これはＣｌ−は、Ｂｒ−に比べて低湿度でも解離しやすいためであると考えられる。そのため、コピーやプリンタ等の低湿度での測定が求められる機器に用いることができる。
【００１１】
また、Ｃｌ−を用いる場合には、−(ＣＨ２)ｍ−のｍを６〜１２とするのが好ましい。ｍが６より小さいと、耐湿性が低下し、ｍが１２より大きいと、インピーダンスが高くなり、低湿感度が低下する。また、添加ポリマとして水溶性セルロースエーテルを用いると直線性の低下を抑制できる。また、感湿膜の強度を高めることができる。特に、ｍを６〜８にすると、４０％から６０％において良好な温度特性を持った湿度センサを得ることができる。
【００１２】
添加ポリマの配合量は、感湿ポリマに対して１０〜６０重量％とするのが好ましい。１０重量％より小さいと、感湿膜の強度が低下し、６０重量％より大きいと、感湿膜の強度の低下はないものの、インピーダンスが高くなる上、応答性が低下する。より好ましい添加ポリマの配合量は、ｍ＝８とした場合には、感湿ポリマに対して３０±１０重量％であり、この範囲であれば直線性が大きく向上する。
【００１３】
水溶性セルロースエーテルとしては、種々のものを用いることができるが、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを用いれば、直線性を最も良く改善することができる。ヒドロキシプロピルメチルセルロースは、メチルセルロースの水酸基をメトキシル基及びヒドロキシプロポキシル基で置換したものである。ヒドロキシプロピルメチルセルロースを用いると、直線性に優れ、しかも耐水性に優れた湿度センサを得ることができる。
【００１４】
Ｒ１〜Ｒ４としては、ＣＨ３，Ｃ２Ｈ５等を用いることができる。Ｒ１〜Ｒ４としてＣＨ３を用いる場合に、特にヒドロキシプロピルメチルセルロースのメトキシル基の置換度を約１．９とし、ヒドロキシプロポキシル基の置換モル数を約０．２５にすると、低湿度範囲における直線性、耐水性、温度補償特性をより好ましいものにすることができる。またこの場合には、ヒドロキシプロピルメチルセルロースとして粘度が約４０００Ｐａ・ｓのものを用いると、感湿膜の強度を高めることができる。
【００１５】
なお一対の電極は、種々の形状のものを用いることができる。例えば、間隔を隔てて相互に対向する複数の櫛歯部をそれぞれ有しているものを一対の電極として用いれば、一対の電極の相互の対向部分の面積を大きくでき、湿度の測定精度を高めることができる。
【００１６】
また湿度センサを用いて湿度を検出する湿度センサとしては、湿度センサとＢ係数が約４０００の負の温度特性を有するサーミスタとが交流電源に対して直列に接続され、湿度センサとサーミスタとの接続点から検出出力を得る回路を用いるのが好ましい。この回路を用いると、温度補償の精度が高くなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の湿度センサについて説明する。本発明の実施の形態の湿度センサは、次のようにして製造した。最初に等モルのＮ，Ｎ，Ｎ'，Ｎ'−テトラメチル−1,8−ジアミノオクタン２０．０ｇ（０．１mol）と1,8−ジクロロオクタン１８．３ｇ（０．１mol）とをＮ，Ｎ'−ジメチルホルムアミド４０mlとエタノール４０mlの混合溶媒中で下記式により６０℃で２４０時間反応させた。次に、この反応物を大量のエーテル中に入れ、生成した重合体を回収して8,8アイオネンクロライド［以下、（ＩＰ）8,8 Clと言う］からなる感湿ポリマを作る。
【００１８】
【化６】
0004766784.tif 000004
次に、この（ＩＰ）8,8 Clと、ヒドロキシプロピルメチルセルロースの水溶性セルロースエーテルからなり感湿ポリマに対して３０重量％の添加ポリマ（ＯＰ）と、感湿ポリマに対して４２倍の重量のイオン交換水とを混合して感湿液を作る。本例では、ヒドロキシプロピルメチルセルロースの例として信越化学工業株式会社からメトローズ（６０ＳＨ４０００Ｆ）の商品名で販売されているものを用いた。このメトローズ（６０ＳＨ４０００Ｆ）は、セルロースのグルコール環単位当たりのメトキシル基で置換された水酸基の平均個数（置換度）が約１．９であり、セルロースのグルコール環単位当たりに付加したヒドロキシプロポキシル基の平均モル数（置換モル数）が約０．２５であり、約４０００ｍＰａ・ｓの粘度を示している。
【００１９】
次に図１の平面図に示す湿度センサを作る。まず、絶縁基板（セラミック基板）１上に一対の櫛歯状の電極２，２が形成され、該一対の電極２，２上に一対の端子３，３が形成されたセンサ材料を用意する。ここで、一対の電極２，２は、間隔（３００〜１０００μｍ）を隔てて相互に対向する複数の櫛歯部２ａ…をそれぞれ有しており、Ａｕ及びＲｕＯからなる低抵抗ペーストをスクリーン印刷することにより形成されている。次に、リード線４，４を一対の端子３，３に半田付けしてから、これを洗浄する。次にセンサ材料を前述の感湿液に浸漬してから乾燥して感湿膜５を形成して湿度センサを完成した。感湿膜５は、感湿液をセンサ材料にスプレー、または刷毛塗りして形成しても構わない。なお、感湿膜５の形成では、厚みを均一にすることが重要である。厚み寸法にむらがあると、湿度特性がゆがんだり、均一性を欠いたりする。また、厚み寸法が大き過ぎるとヒステリシスが大きくなる。
【００２０】
次に本実施例の湿度センサと従来例の湿度センサとを用意して試験を行った。ここで用いた従来例の湿度センサは、感湿ポリマが前述の化４の化学式を有しており、添加ポリマとしてポリビニルアルコールを用い、添加ポリマの配合量が感湿ポリマに対して５０重量％である。その他は本実施例の湿度センサと同じ方法で製造した。
【００２１】
試験は、各湿度センサの１０℃，２５℃，４０℃における相対湿度とリード線４，４間のインピーダンスとの関係を測定した。図２はその測定結果を示している。
【００２２】
図２より、本実施例の湿度センサは、従来例の湿度センサに比べて、湿度が１５％〜３５％の低湿度において飽和特性を示さないことが分かる。
【００２３】
次に、本発明の複数の実施例の湿度センサと従来例の湿度センサとを用意して、各温度における湿度変化に対する温度補償特性のばらつきを調べた。具体的には、図３に示すような温度検出回路を用いた。図３においては、湿度センサＲｈと負の温度特性を有するサーミスタＲｔとが交流電源に対して直列に接続され、湿度センサＲｈとサーミスタＲｔとの接続点から検出出力を得ている。この例では、Ｂ係数が４０００になるサーミスタを用いている。また上記のようにして製造した湿度センサのＢ係数は４８００であり、サーミスタのＢ係数に近い値であるため、温度補償の精度が上がる。これに対して比較の対象とした従来の湿度センサのＢ係数は６５００であった。
【００２４】
試験では、湿度センサの抵抗値（Ｒｈ）とサーミスタの抵抗値（Ｒｔ）とを測定してＲｔ／（Ｒｔ＋Ｒｈ）（＝Ｖ０／Ｖｉ）を求め、各温度（１０℃，２５℃，４０℃）におけるＲｔ／（Ｒｔ＋Ｒｈ）と湿度（ＲＨ）との関係を調べた。
【００２５】
図４は、図２に示す試験で用いたものと同様の従来例の湿度センサの特性を示しており、図５〜図１０は、−(ＣＨ２)ｍ−のｍの値及び感湿ポリマに対する添加ポリマ（ＯＰ）の重量％を変え、その他は前述した本実施例と同様に製造した湿度センサの特性をそれぞれ示している。各図より、図４に示す従来例の湿度センサでは、温度補償をしても、各温度における湿度変化に対する温度補償特性のばらつきが大きく、湿度４０〜６０％でしか直線性を示さないのに対して、図５〜図１０に示す各実施例の湿度センサでは、各温度における湿度変化に対する温度補償特性のばらつきが小さく、しかも湿度４０〜８０％の広い範囲でか直線性を示しているのが分かる。また合わせて、耐水性の試験を行ったが、いずれの場合も従来より耐水性が向上していることが確認された。更に、膜の耐久性についても試験を行ったが、添加ポリマの添加範囲が１０〜６０重量％の範囲では、特に問題がなかった。
【００２６】
図５、図６及び図７は、前述のｍを８にして、添加ポリマ（ＯＰ）の重量％を１０重量％、３０重量％及び６０重量％と変えた場合の測定結果を示している。この測定結果を見ると、直線性、耐水性及び耐久性を総合的に勘案すると、添加ポリマの添加量が３０重量％の場合に、実用上最も良い結果が得られることが分かる。
【００２７】
図８、図９及び図１０は、添加ポリマ（ＯＰ）の重量％を３０重量％にして、前述のｍを６、１０、１２と変えた場合の測定結果を示している。これらの図を比較すると、ｍの値が小さくなると、低湿度側のバラツキが小さくなり、ｍの値が大きくなると、高湿度側のバラツキが小さくなることが分かる。直線性、耐水性及び耐久性に関しては、いずれの場合も４０〜８０％の湿度範囲において、使用可能である。しかし低湿度側の特性を重視すると、ｍを６〜８の値にするのが好ましい。
【００２８】
上記実施の形態では、水溶性セルロースエーテルとして、ヒドロキシプロピルメチルセルロースを用いたが、メチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等のその他の水溶性セルロースエーテルを用いることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、温度補償回路における直線性を高めることができ、低湿度で飽和特性を示し難くなり、しかも耐水性及び耐久性に優れた湿度センサを得ることができる。そのため、この湿度線は、コピーやプリンタ等の低湿度での測定が求められる機器に用いることができる。また、サーミスタのＢ係数と近いＢ係数を持つ湿度センサを得ることができるので、各温度における湿度変化に対する温度補償特性のばらつきを小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の湿度センサの平面図である。
【図２】  試験に用いた湿度センサの相対湿度とインピーダンスとの関係を示す図である。
【図３】  試験に用いた湿度センサを温度補償をする際に使用した回路。
【図４】  従来例の湿度センサの各温度における湿度変化に対する温度補償特性特性を示す図である。
【図５】  本発明の実施例の湿度センサの各温度における湿度変化に対する温度補償特性特性を示す図である。
【図６】  本発明の実施例の湿度センサの各温度における湿度変化に対する温度補償特性特性を示す図である。
【図７】  本発明の実施例の湿度センサの各温度における湿度変化に対する温度補償特性特性を示す図である。
【図８】  本発明の実施例の湿度センサの各温度における湿度変化に対する温度補償特性特性を示す図である。
【図９】  本発明の実施例の湿度センサの各温度における湿度変化に対する温度補償特性特性を示す図である。
【図１０】  本発明の実施例の湿度センサの各温度における湿度変化に対する温度補償特性特性を示す図である。
【符号の説明】
１  セラミック基板（絶縁基板）
２，２  一対の電極
５  感湿膜
【図１】
0004766784.tif 000008
【図２】
0004766784.tif 000009
【図３】
0004766784.tif 000010
【図４】
0004766784.tif 000011
【図５】
0004766784.tif 000012
【図６】
0004766784.tif 000013
【図７】
0004766784.tif 000014
【図８】
0004766784.tif 000015
【図９】
0004766784.tif 000016
【図１０】
0004766784.tif 000017