JPH0311660B2 - - 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
検出する感湿抵抗体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
よつて湿度検知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え
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。 したがつて、この発明は上記した問題点を解消
するためになされたもので、湿度に対する感度が
すぐれ、応答性、ヒステリシスなどにもすぐれた
特性を有する感湿抵抗体を提供することを目的と
する。 すなわち、この発明にかかる感湿抵抗体は、対
向電極上に感湿抵抗膜が設けられており、相対湿
度の増加に伴つて抵抗値が増大する感湿抵抗体に
おいて、感湿抵抗膜は、アルカリ土類金属、アル
カリ金属のイオンの一種以上を含む親水性高分子
と導電粉末とからなり、前記親水性高分子はポリ
ビニルアルコール系重合体、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、ポリアク
リル酸メチルエステルケン化物、ポリアクリル酸
エチルケン化物のうちから選ばれた少なくとも一
種からなることを特徴とするものである。 かかる構成からなる感湿抵抗体は、吸湿、脱湿
時の樹脂の膨潤、収縮の可逆性にすぐれている。
また吸湿時には樹脂の膨潤にもとづいて導電粒子
同志の電気的接触を断ち、抵抗増加の変化をもた
らす。 この発明における特徴は、親水性高分子と導電
粉末を含む感湿抵抗膜に、アルカリ土類金属、ア
ルカリ金属のイオンの一種以上を含有させ、その
表層部にこれらイオンを偏在させるか、全体に含
有させ、親水性高分子と反応させることによつ
て、高分子鎖を捲縮させて導電性粒子相互の接触
を確実にし、かつ水分の吸着時における親水性高
分子の膨潤を大きくし、抵抗増加の変化を大きく
したことにある。 上記した各金属イオンを感湿抵抗膜に含有させ
るには、各金属の塩をペースト作成時に含有させ
るか、皮膜を形成したのち皮膜を金属塩の溶液中
に浸漬、吹き付け、塗布などの方法によつて行う
ことができる。 感湿抵抗膜を形成するための処理は、感湿抵抗
膜を構成する皮膜、つまり上記した各金属イオン
を含む親水性高分子、導電粉末からなる皮膜をア
ルカリ性溶液に浸漬するか、アルカリ性の蒸気に
接触し、そののち水洗し、乾燥して加熱する方
法、または皮膜を100℃以上で親水性高分子が分
解しない温度までの温度で加熱する方法などによ
つて行われる。このとき、親水性高分子の結晶化
と、親水高分子の親水基と金属塩との反応が生
じ、感湿抵抗膜の表面は強固になるとともに疎水
性を帯び、安定した特性を有するとともに、信頼
性の高い感湿抵抗体が得られることになるのであ
る。 つまり、感湿抵抗膜の表面の親水性が低下し、
疎水性が強められた結果、水が存在しても溶解す
ることがなく、水に対して安定な構造になつてい
る。 一般には、親水性高分子を含む感湿抵抗体の場
合、触媒の存在下のもとに架橋する有機性架橋剤
を用いることは知られている。こうした架橋剤を
使用すると親水性高分子膜の疎水性が著しく強め
られるだけでなく、親水性高分子膜の硬化が生じ
吸湿に伴う高分子膜の膨潤が小さくなる。 一方、上記したようにこの発明において実施さ
れる処理では、結晶化が進まず、また分子鎖も長
くならず、親水性高分子の親水基であるOH基は
完全に脱水されずに一部配位子として残存するの
で、吸湿に伴う膨潤度が大きくなり、大きな抵抗
増加の変化を実現することができる。 この発明の特徴である感湿抵抗膜の一部を構成
する導電粒子としては、たとえばカーボンがある
が、その他の化合物導電体、金属などを用いても
よい。この導電粒子の粒径としては10μ以下が良
好な応答性能を得る上で好ましい。 また、親水性高分子としては、たとえば、ポリ
ビニルアルコール系重合体、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、ポリアク
リル酸メチルエステルケン化物、ポリアクリル酸
エチルケン化物などがある。 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基変性されたポリビ
ニルアルコール系重合体。 また、金属イオンには、たとえば、塩化物、酢
酸塩、硫酸塩、硝酸塩などの塩があり、水溶性、
アルコール可溶性のものが用いられる。 相対湿度の増加に伴つて抵抗値が増加する特性
を有する感湿抵抗膜を構成する親水性高分子と導
電粉末との配合比は次の範囲に選ばれる。 つまり、親水性高分子は20〜80重量％、導電粉
末20〜80重量％である。ここで親水性高分子を20
〜80重量％とし、導電粉末を20〜80重量％とした
のは、親水性高分子が20重量％未満、導電粉末が
80重量％を越えると、吸湿による抵抗変化が小さ
いものとなり、また親水性高分子が80重量％を越
え、導電粉末が20重量％未満になると、感湿抵抗
体そのものの抵抗値が大きくなつて実用に適しな
いからである。 以下この発明を実施例にもとづいて詳細に説明
する。 実施例 １ 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に溶解した。この
ポリビニルアルコール100重量部に対して平均粒
径30ｍμのカーボンブラツクの粉末を等量加え、
混練してペーストを作成した。一方、その表面に
電極間隔0.3mm、全電極対向長6.5cmのくし型カー
ボン電極を有する絶縁基板を準備し、この絶縁基
板上にペーストをカーボン電極が隠れるように塗
布手段によつて設けた。 次いで、この絶縁基板を第１表に示すそれぞれ
の金属イオンの10％アルコール水溶液に浸漬し、
引き上げたのち乾燥して塗布膜に金属塩を含有さ
せた。さらに絶縁基板をアルカリ性溶液に浸漬し
た。こののち水洗し乾燥させた。次に170℃で加
熱処理を行い、それぞれ試料を得た。 得られた感湿抵抗体について、相対湿度におけ
る抵抗値の変化を測定したところ、第１図から第
６図に示すような結果が得られた。

【表】

【表】 図中の番号は試料No.である。第７図は金属イオ
ンを含有していないこの発明範囲外（参考例）の
ものである。 第１図から第６図に示したように、この発明に
かかるものは高湿度領域において抵抗変化率の大
きな特性を有し、ヒステリシスの小さいものが得
られていることがわかる。一方第７図に示すよう
に金属イオンを含有させないと、抵抗−相対湿度
特性曲線において、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、実用には不適当であることがわ
かる。 実施例 ２ 実施例１と同様に絶縁基板の上にペーストの皮
膜を設け、酢酸リチウム２％を含む10％アルコー
ル水溶液に浸漬し、引き上げたのち乾燥してリチ
ウム塩を塗布膜に含有させた。これをアルカリ性
溶液に浸漬せずに170℃で熱処理を行い、ポリビ
ニルアルコールとリチウムイオンを反応させ、感
湿抵抗体を得た。 この感湿抵抗体につき、抵抗−相対湿度特性を
測定したところ、第８図に示すような結果が得ら
れた。（番号１）この第８図から明らかなように、
結露時の抵抗値が1.8MΩで、相対湿度60％時の
抵抗値に対する結露時の抵抗値の増加比（結露に
よる抵抗増加比）も750と大きな特性を示し、高
湿度領域で抵抗変化の大きい感湿抵抗体が得られ
た。 実施例 ３ 実施例１で得られた各感湿抵抗体について、結
露時の抵抗値と、相対湿度60％時の抵抗値に対す
る結露時の抵抗値の増加比（結露による抵抗増加
比）を測定し、その結果を第２表に示した。 第２表から明らかなように、結露による抵抗変
化比の大きい特性を示している。また乾燥状態と
結露状態を繰り返しても安定した特性を示すこと
が確認できた。

【表】 実施例 ４ 親水性高分子として、35％アクリル変性ポリビ
ニルアルコール、およびポリビニルアルコール70
重量部とエチルセルロース30重量部のものを用
い、実施例１と同様にペーストを作成した。この
ペーストを実施例１で作成した絶縁基板の上に塗
布手段で設けた。 次いで、この絶縁基板を２％酢酸バリウムを含
む10％アルコール水溶液に浸漬し、引き上げたの
ち乾燥して塗布膜にバリウム塩を含有させた。さ
らに絶縁基板をアルカリ性溶液に浸漬して反応さ
せ、こののち水洗し乾燥させた。ひきつづき加熱
温度を100℃で行い試料を得た。 得られた感湿抵抗体について、相対湿度におけ
る抵抗値の変化を測定したところ、第８図に示す
ような結果が得られた。図中、２は親水性高分子
として35％アクリル変性ポリビニルアルコールを
用いた例、３は親水性高分子としてポリビニルア
ルコール70重量部とエチルセルロース30重量部の
ものを用いた例である。また結露時の抵抗値は前
者のものは2.5MΩ、後者のものは1.0MΩの値を
示し、いずれも電気抵抗の変化が大きいものであ
つた。 以上この発明にかかる感湿抵抗体は、その感湿
抵抗膜が、アルカリ土類金属、アルカリ金属のイ
オンの一種以上を含む親水性高分子と導電粉末と
で構成され、具体的には親水性高分子とこれら金
属イオンとの間で、アルカリ性溶液との接触によ
る反応または熱処理によつて作られたものであ
り、感湿抵抗膜の水濡性を低下させずに膜強度を
向上させることができ、良好な感湿特性を有する
とともに、その感湿特性のヒステリシスも小さい
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図は抵抗−相対湿度特性を示す図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 対向電極上に感湿抵抗膜が設けられており、
   相対湿度の増加に伴つて抵抗値が増大する感湿抵
   抗体において、 感湿抵抗膜は、アルカリ土類金属、アルカリ金
   属のイオンの一種以上を含む親水性高分子と導電
   粉末とからなり、 前記親水性高分子はポリビニルアルコール系重
   合体、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、ポリアクリル酸メチルエステル
   ケン化物、ポリアクリル酸エチルケン化物のうち
   から選ばれた少なくとも一種からなることを特徴
   とする感湿抵抗体。 ２ 感湿抵抗膜を構成する親水性高分子と導電粉
   末の比率はそれぞれ20〜80重量％、80〜20重量％
   の範囲からなる特許請求の範囲第１項記載の感湿
   抵抗体。