JPH0311426B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は雰囲気の湿度変化を抵抗変化として
検出する感湿素子に関するものである。 従来より樹脂に導電粉末を分散したものが雰囲
気の湿度変化にもとづいて抵抗変化を示すことは
知られている。このような特性を利用することに
よつて感湿素子に利用することも試みられてい
る。しかしながら、湿度検知の履歴を繰り返すご
とに樹脂中の導電粒子の移動を伴うため、応答
性、再現性あるいはヒステリシスなどに難点が見
られた。 このような難点を改善させるため樹脂を有機化
合物の架橋剤で架橋し、樹脂中の導電粒子の移動
をなくす試みがなされている。このような手段を
施すことによつて樹脂膜の強度を増し、導電粒子
の移動を押えているが、水濡性が悪くなり、湿度
の検知能力が低下してしまうという問題があつ
た。 この発明はかかる問題を解消し、応答性がよ
く、また耐熱性、耐湿性などの寿命特性にすぐれ
た感湿素子を提供することを目的とする。 またこの発明は経時変化の小さい感湿素子を提
供することを目的とする。 すなわち、この発明の要旨とするところは、基
板に形成された対向電極上に感湿抵坑体が設けら
れている感湿素子であつて、前記感湿抵抗体は、
導電粉末と、ポリビニルアルコール系重合体また
はポリビニルアルコール系重合体とセルロース誘
導体高分子を含むものとからなり、ホウ酸と反応
させたことを特徴とするものである。 感湿抵抗体を構成するもののうち、導電粉末と
してはカーボン粉末を用いるのが望ましいが、こ
のほかたとえばパラジウムからなる金属粉末など
がある。導電粉末の粒径は検湿感度の上で10μｍ
以下が望ましい。 上記した構成において、ポリビニルアルコール
系重合体には次のようなものがある。 酢酸ビニル、その他の各種ビニルエステル類
の重合体、およびこれらの共重合体を完全ケン
化または部分ケン化して得られたもの。 酢酸ビニル、その他の各種ビニルエステル類
と各種不飽和単量体、たとえば、α−オレフイ
ン類、塩化ビニル、アクリロニトリル、アクリ
ルアミド、アクリル酸エステル類、メタクリル
酸エステル類を共重合させた共重合体のケン化
物。 こうしたポリビニルアルコール系重合体の環
状酸無水物でエステル化したポリビニルアルコ
ール共重合体やカルボキシル基変性されたポリ
ビニルアルコール系重合体。 また、セルロース系誘導体高分子としては、デ
アセテルセルロース、メチルセルロース、エチル
セルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カル
ボキシメチルロース、シアノエチルセルロースな
どがある。 導電粉末はポリビニルアルコール系重合体また
はポリビニルアルコール系重合体とセルロース誘
導体高分子と混合されてペースト状に作成され
る。ペースト状とするため通常アルコール、エチ
レングリコールモノブチルエーテルなどの溶媒が
用いられる。 ペーストはその表面に検出電極となる対向電極
が形成されているアルミナ、ジルコニアなどの絶
縁基板上に塗布、印刷などの手段で設けられる。
もちろんこのペーストは対向電極を覆うように設
けられる。 このように基板上に設けられた厚膜状の感湿抵
抗体はホウ酸と反応させられる。ホウ酸との反応
はたとえばこの感湿抵抗体をホウ酸溶液に浸漬す
るか、この感湿抵抗体にホウ酸溶液を吹き付ける
などの処理によつて実施することができる。ポリ
ビニルアルコールはOH基を有しているため親水
性があり、一度水を含むと脱水が困難であるとい
う性質を有している。しかしながら、ホウ酸処理
によつてポリビニルアルコールのグリコール結合
しているOHとこのホウ酸を反応させると脱水反
応が生じ、このとき−Ｏ−Ｂ−Ｏ−鎖の架橋構造
が作られるために、ポリビニルアルコールの親水
性が弱められる。したがつて、ポリビニルアルコ
ールの耐湿性の向上と、感湿素子に適した吸湿
性、脱水性が実現される。このことは結果的に感
湿抵抗体の膜強度を高め、感湿抵坑体の一部を構
成している導電粉末間の接触状態も安定なものと
なり、経時変化の小さい乾湿素子が提供できる。
またこのことは感湿抵抗体の表面の水濡性が向上
し、応答特性も安定なものとなる。ホウ酸処理し
たのちは乾燥するため熱処理を行なう。この熱処
理は感湿抵抗体から水分を除去するためであり、
熱処理温度は特に限定されないが、100〜200℃が
適当な温度範囲である。また使用するホウ酸の濃
度は特に限定されないが、水を溶媒として用いた
場合には、水に対するホウ酸の溶解度が100℃で
40％であり、それまでの溶解度の範囲で使用でき
る。 以下この発明を実施例に従つて詳細に説明す
る。 実施例 １ まずポリビニルアルコールをアルコールとエチ
レングリコールモノブチルエーテルの混合液に溶
解して混合溶液を作成した。次いで、この混合溶
液に平均粒径30ｍμのカーボンブラツク粉末をポ
リビニルアルコール100重量部に対して等量加え、
混合してペーストを作成した。 一方、アルミナからなる絶縁基板の上に電極間
隔が0.3mm、全電極対向長が6.5mmのカーボンから
なるくし型の対向電極を形成し、この対向電極を
覆うように前記ペーストを塗布手段により設け
た。 次いで2.5％ホウ酸溶液に浸漬し、水洗したの
ち100℃、150℃、180℃の各々の温度で熱処理し
た。 このようにして得られた各感湿素子について、
相対湿度と抵抗値の関係を測定し、その結果を第
１図に示した。図中番号１は100℃で熱処理した
もの、番号２は150℃で熱処理したもの、番号３
は180℃で熱処理したものである。なお、ホウ酸
処理していない感湿素子についても同様に相対湿
度と抵抗値の関係を測定し、その結果を第１図に
破線で示した。図中番号４は100℃で熱処理した
もの、番号５は180℃で熱処理したものである。 第１図から明らかなように、高湿度領域で抵抗
変化の大きい特性を有し、ヒステリシスの小さい
ものが得られていることが判る。一方ホウ酸処理
をしていないものは相対湿度90％付近に極大値が
みられヒステリシスも大きくさらには初期抵抗値
（相対湿度０％のときの抵抗値）が高いという難
点が見られる。 実施例 ２ 実施例１と同様にポリビニルアルコールをエチ
ルセルロースとエチレングリコールモノブチルエ
ーテルの混合液に溶解して混合溶液を作成した。
次いで、平均粒径30ｍμのカーボンブラツク粉末
100部、前記ポリビニルアルコールを含む混合溶
液50部、エチルセルロース50部をそれぞれ用意
し、混合してペーストを作成した。 さらに、実施例１と同様に、絶縁基板の上に形
成したカーボンからなるくし型の対向電極を覆う
ように前記ペーストを塗布手段により設けた。 次いで、この絶縁基板を2.5％ホウ酸溶液に浸
漬し、水洗したのち100℃、150℃、180℃の各々
の温度で熱処理した。 このようにして得られた各感湿素子について相
対湿度と抵坑値の関係を測定し、その結果を第２
図に示した。図中、番号１は100℃で熱処理した
もの、番号２は150℃で熱処理したもの、および
番号３は180℃で熱処理したものを示す。 第２図から明らかなように、この実施例にかか
る感湿素子は高湿度領域で抵抗変化が大きく、ヒ
ステリシスの小さいという特性を有している。 実施例 ３ 実施例１において作成した試料（熱処理温度が
150℃のもの）と、実施例２において作成した試
料（熱処理温度が100℃のもの）について、乾燥
状態と結露状態を交互に繰り返し、感湿素子の抵
抗変化率を測定した。乾燥状態として相対湿度を
60％に設定し、その初期抵抗値を測定したとこ
ろ、実施例１の試料は4.0KΩ、実施例２の試料
は5.5KΩであつた。また結露状態で初期抵抗値
を測定したところ、実施例１の試料は3.6MΩ、
実施例２の試料は4.5MΩであつた。 次いで、乾燥状態−結露状態−乾燥状態を１サ
イクルとして、これを500回繰り返した結果、相
対湿度60％の状態において、実施例１の試料は
4.5KΩ、実施例２の試料は6KΩであつた。また
結露状態において、実施例１の試料は3.2MΩ、
実施例２の試料は5.0MΩであつた。 したがつて、この実施例にかかる感湿素子によ
れば、乾燥状態と結露状態を繰り返しても抵抗値
の変化が少なく、周囲の雰囲気の変化に対して再
現性よく検知することができ、結露状態に対して
も安定な状態を示すという特性を有する。 上記した各実施例において、感湿抵抗体をホウ
酸と反応させたが、この反応の際ホウ酸処理温度
を上げてもよい。またホウ酸処理を行つたのち水
洗を行わずに加熱処理し、そののち水洗して加熱
処理を行つてもよい。いずれの処理によつても安
定した特性を示す感湿素子が得られた。 たとえば、実施例１と同じ条件で基板上に感湿
抵抗体を設けたものについて、50℃のホウ酸溶液
に浸漬したものと、室温でホウ酸溶液に浸漬した
のち110℃で加熱処理し、そののち水洗して150℃
で加熱処理したものとをそれぞれ作成し、得られ
た各感湿素子について相対湿度50％と結露状態と
における抵抗値を測定したところ、下表に示すよ
うな結果が得られた。

【表】 以上各実施例から明らかなように、この発明に
かかる感湿素子によれば、感湿抵抗体を導電粉末
と、ポリビニルアルコール系重合体またはポリビ
ニルアルコール系重合体とセルロース誘導体高分
子を含むものから構成するとともに、ホウ酸と反
応させたことを特徴とするものであり、感湿抵抗
体そのものの膜強度が高められ、導電粉末間の接
触状態を安定なものとすることができ、経時変化
が小さく、応答性や、耐熱性、耐湿性などの寿命
特性にすぐれた感湿素子を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はこの発明の各実施例で得られ
た感湿素子について相対湿度と抵抗値の関係を示
す図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板に形成された対向電極上に感湿抵抗体が
   設けられている感湿素子であつて、前記感湿抵抗
   体は、導電粉末と、ポリビニルアルコール系重合
   体またはポリビニルアルコール系重合体とセルロ
   ース誘導体高分子を含むものとからなり、ホウ酸
   と反応させたことを特徴とする感湿素子。