JPH051418B2

JPH051418B2 -

Info

Publication number: JPH051418B2
Application number: JP58116314A
Authority: JP
Inventors: Mitsumasa Oku; Takeshi Hamabe
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-06-27
Filing date: 1983-06-27
Publication date: 1993-01-08
Also published as: JPS607350A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は、電子レンジやビデオテープレコーダ
（VTR）等の家電機器、空調機器、医療機器等に
用いられる湿度センサ、露点センサ、結露センサ
としての感湿素子に関するものである。従来例の構成とその問題点上記利用分野で用いられる感湿素子の従来例と
しては、まず第１にLiClセンサがあげられる。こ
のLiClセンサは電解質系の湿度センサで、雰囲気
の相対湿度の変化に応じてLiClが乾燥あるいは湿
潤し、イオン伝導によつて電気抵抗が変化するも
のである。このLiClセンサは取扱いに多くの制限
があるのと、10％RHから90％RHで１桁程度し
か抵抗値が変化しないのが欠点である。つぎに第２にアルミニウム陽極酸化膜湿度セン
サがあるが、このアルミニウム陽極酸化膜湿度セ
ンサは、80％RH以上の高湿度ではヒステリシス
が大きく、経時変化が大きいのが欠点である。さらに、第３に金属酸化物粉末塗布膜湿度セン
サがある。これは金属酸化物の粉末が水分の付着
に対して速乾性があることを利用したもので、絶
縁基板上に対電極あるいはくし型電極を形成し電
極基板とし、その上に、Cr₂O₃，Fe₂O₃，Ni₂O₃，
Al₂O₃，ZnO，TiO₂等の金属酸化物粉末を水でス
ラリーにしたものを筆やスプレーで薄く塗布し、
自然乾燥後100℃程度で固めて酸化物膜を作成し
たものである。これは、すなわち、高分子材料等
のバインダを用いないで酸化物粉末だけで作成し
た膜である。そして、特性は、40％RHから90％
RHの間で10¹⁰Ωから10⁶Ω程度まで４桁ほど変化
するが、絶対値が高抵抗であり機械的にはがれ易
いのが欠点である。また第４に前記金属酸化物を
エポキシ樹脂バインダで固めた湿度センサがある
が、特性的にはほぼ前記第３のものと同様であ
り、高抵抗となるのが欠点である。一方、第５に高分子材料の膨潤性を利用した結
露センサがある。これは膨潤する樹脂に導電性粉
末を混合して、結露を電気的に検出するものであ
る。すなわち、樹脂の体積が吸湿により膨張する
と、導電体の濃度は減少したことになり抵抗が増
加する。換言すれば、体積膨張で導電粒子間隔が
拡がり接触抵抗値が増大することを利用する。す
なわち、高湿度中で高抵抗となる特性を持つ。ま
た導電性粉末には、炭素粉等が用いられるが、感
湿特性は、導電粉の粉径、分散濃度、分散状態が
大きく影響するため、これらの要素を正確に定め
なければならない点がこの結露センサの欠点であ
る。さらに、第６に導電性高分子を用いた湿度セン
サがある。この湿度センサの感湿膜である導電性
高分子は、親水性高分子モノマーと特殊高分子モ
ノマーを共重合反応させたものである。またこの
湿度センサの感湿特性は、30％RHから90％RH
で抵抗が３桁変化し、容量も50％RHから90％
RHで２桁程度変化する。この湿度センサは、有
機溶剤雰囲気、50℃以上の高温、90％RH以上で
の長時間使用、結露の頻繁な繰返しなどで、感湿
特性が大きく変化するのが欠点である。以上の通り、現状では、あらゆる点で満足な感
湿素子が存在していないといつても過言ではな
い。発明の目的本発明は、前記従来例の個々の欠点に鑑がみ、
湿度変化に対する特性値変化量が大きく、耐熱
性、耐湿性の高い安定した感湿素子で、しかも再
現性の高い、コストの安い感湿素子を提供するこ
とを目的とする。発明の構成そのための構成として、本発明の感湿素子は、
高分子材料よりなるバインダ中に、絶縁性ないし
半導電性ないし導電性の物質の粉末材料と、酸性
基と塩基性基の双方を持つ両性電解質とを含有し
たものである。発明の作用本発明の感湿素子は、水分が吸着することによ
り両性電解質の電荷分布が不均一化し双極子化し
て誘電作用を惹起し、誘電率と導電率の増大をも
たらすものである。実施例の説明バインダとなる高分子材料には、ポリカーボネ
ート（PC）、ポリスチレン（PS）、ポリエチレン
テレフタレート（PET）、ポリプロピレン
（PP）、ポリエチレン（PE）、ポリフツ化ビニリ
デン（PVF₂）、ポリ塩化ビニル、エポキシ、ポ
リスルホン、シリコンゴム、セロフアン等、あら
ゆる高分子材料を用いることができる。また粉末
材料としては、TiO₂、SiO₂、SiO、MgO、CaO、
ZnO、Fe₂O₃、Al₂O₃、BaO、CuO、Cu₂O、
MnO、MnO₂、CoO、MoO₃、NiO、PbO、
SnO₂、SrO、ZrO₂、AgCl、Al（OH）₃、BaCO₃、
BaSO₄、BeSO₄、CaCO₃、CaS、CaSO₄、
CdSO₄、CuS₄、Fe₃C、FeCO₃、FeCl₂、FeCl₃、
FeS、FeSi、HgCl、KBr、KCl、KClO₃、
K₂CrO₇、KI、La₂S₃、LiCO₃、MgCO₃、
MgSO₄、MgSO₄・7H₂O、MnCO₃、MnCl₂、
MnSO₄、M₀Cl₃、NbF₅、NiCl₂、NiS、P₂O₅、
PbBr₂、PbCl₂、Pb₃O₄、PbS、PbSO₄、SiC、
SiS₂、SnCl₂、SrCl₂、TiBr₄、WC、YC₂、
ZnCO₃、ZnCl₂、ZnF₂、Zn（OH）₂、ZnS、
ZnSO₄、ZrO₂、ZrCl₄、BaTiO₃、SrTiO₃、
CaTiO₃、Bi₂O₃、PbTiO₃、PbZrO₃、Pb（Zr−
Ti）O₃等の絶縁性の無機化合物や、Be、Na、
Mg、Al、Ｋ、Ca、Sr、Ba、Ti、Zr、Nb、Cr、
Ｖ、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Si、Ｐ、
Ｓ、Ｃ、Ｙ、Mo、Ag、Cd、In、Sn、Ｗ、Pt、
Au、等の半導電性および導電性の単体物質や、
ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレン
テレフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレ
ン、ポリフツ化ビニリデン、ポリ塩化ビニル、エ
ポキシ、ポリスルホン、シリコンゴム、セロフア
ン等の絶縁性の有機高分子材料を用いることがで
き、必ずしも、前記の物質を単体で用いる必要は
なく複数種類任意な割合で混合して用いることが
でき、また粉末の表面を異なる物質（例えば
SiO₂，Al₂O₃、Si等）で覆つたり、被覆した粉末
を用いてもよい。粉末の量は0.1Vol％から95Vol
％まで効果があるが、特に5Vol％から70Vol％の
間で著しい効果が見られる。0.1Vol％未満では、
感湿素子の抵抗値変化が３桁以下となり、高感度
な感湿素子として適さず、また95Vol％を超える
と、素子のは・が・れ・やクラツク等の機械的な問題が
起きて来るため適当でない。粒径は１mm以下の適
当な粒度分布を持つたものが使用できる。また、酸性基と塩基性基の双方を含む両性電解
質としては、以下のものがある。（）リン脂質 (1) グリセロリン脂質 (イ) ホスフアチジルコリン（レシチン） (ロ) ホスフアチジルエタノールアミン（ケフア
リン） (ハ) ホスフアチジル−２−Ｎ−メチルエタノル
アミン（メチルケフアリン） (ニ) ホスフアチジル−２−Ｎ，Ｎ−ジメチルエ
タノルアミン（ジメチルケフアリン） (ホ) ホスフアチジルセリン（Ｋ塩） (ヘ) ホスフアチジルスレオニン（Ｋ塩） (ト) リポアミノ酸 (チ) プラスマローゲン (リ) リゾリン脂質 (2) スフインゴリン脂質 (ヌ)スフインゴミエリン (ル) セラミドホスホリルエタノールアミン (オ) セラミド２−アミノエチルホスホネート () Ｎ−アルキルトリグリシン () ジメチルアルキルベタイン () Ｎ−アルキルオキシメチル−Ｎ，Ｎ−ジエ
チルベタイン ROCH₂N （C₂H₅）₂CH₂COO Ｒ：C₁₈ () アルキルベタイン () Ｎ−アルキルβ−アミノプロピオン酸塩 RNHC₂H₄COONaR：C_12〜18 () Ｎ−アルキルβ−イミノジプロピオン酸塩 RN（C₂H₄COONa）₂R：C_12〜18 () アルキルジ（アミノエチル）グリシン塩酸
塩 RNH（C₂H₄NH）₂CH₂COOH・HCl Ｒ：C_12〜18 () ジアルキルジエチレントリアミノ酢酸の塩
酸塩（RNHC₂H₄）₂NCH₂COOH・ HClR：C₈ () ２−アルキルイミダゾリンの誘導体 (XI) Ｎ−アルキルタウリン塩 RNHC₂H₄SO₃Na Ｒ：C_12〜18 (XII) アミノエチルイミダゾリン有機酸塩 () アミノ酸 RCH（NH₂）COOH () 各種タンパク質これらの材料を用いた本発明の感湿素子は、湿
度変化に対して、抵抗値が８桁以上変化し、さら
に容量（すなわち誘電率）が３桁以上変化するた
め、きわめて高感度の感湿特性が得られるもので
ある。以下本発明の具体的実施例につき、図面の第１
図〜第３図に沿つて説明する。実施例１ジクロロメタン140c.c.とジクロロエタン70c.c.と
を混合したものにレシチンを2.8ｇ添加したのち
TiO₂粉末を53ｇ入れ十分撹拌した後、粒状のポ
リカーボネートを30ｇ入れ、さらに十分撹拌して
ポリカーボネートを完全に溶かした。第１図に示
すように、下部電極３ｂとしてAlを真空蒸着し
たスライドガラス基板１上に、前記溶液を塗布し
て、厚さ10μｍの塗布膜２を得た。十分乾燥した
後、20mm×25mmの上部電極３ａを、Alを真空蒸
着することにより得た。この上部電極３ａ、下部
電極３ｂによるサンドイツチ構造の感湿素子は、
20℃、50％RHで、抵抗が10¹¹Ω、容量が3nFで
あつた。この感湿素子の抵抗特性Ａおよび容量特性Ｂを
第２図に示す。10％RHから100％RHの変化で、
抵抗値が11桁、容量が３桁変化し、高感度の感湿
素子が得られた。しかも抵抗値の絶対値が最低20
Ωときわめて低かつた。前記実施例１ではサンド
イツチ型電極構造であるが、第３図に示すよう
に、同一平面に（例えば、スライドガラス基板１
上に）対電極３ｃ，３ｄや、くし形電極を設けた
電極系上に塗布膜２を得た場合においても、抵抗
値が８桁以上変化することが確められた。さらに
耐熱性、耐湿性、再現性等の安定性がきわめて優
れていた。また特性曲線の形状は、用いる材料の種類や含
有率に大きく依存し、種々の形状の特性曲線を持
つた感湿素子を得ることができる。実施例２実施例１と同じサンドイツチ型の電極構造で、
種々の材料を用いて実験を実施した。その結果を
次の表に示す。

【表】

【表】 R₁₀およびC₁₀はこれらの素子の10％RHにおけ
る抵抗値と容量値を示し、R₁₀₀およびC₁₀₀は100
％RHにおける特性を示す。表のNo.11〜13は両性
電解質を添加しない場合の特性で、抵抗値および
容量値の変化がきわめて小さい。また、No.14のよ
うに粉末を用いない場合も同様に変化が非常に小
さい。さらに両性電解質でない物質、例えば、ジアルキルジメチルアンモニウム塩 R₂N （CH₃）₂・ＸＲ：C_12〜18 Ｘ：Cl，Br アルキルイソキノリニウム塩ジアルキルスルホコハク酸塩を添加しても十分な特性は得られなかつた。これらの結果は本発明の感湿素子においては、
両性電解質の両性イオン的性質、すなわち電気双
極子的性質が大きく関与していることを示してい
る。発明の効果本発明によれば、軽量、小型、機械的強度、特
性、再現性、安定性、それにコストの面で特に優
れた感湿素子が得られ、特に物理量として抵抗値
と容量値の両方が利用できる点から、種々の産業
分野の感湿素子（露点センサ、結露センサ、湿度
センサ）に応用でき、産業性は極めて大なるもの
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における感湿素子の断
面図、第２図は同特性図、第３図は他の実施例を
示す断面図である。１……スライドガラス基板、２……塗布膜、３
ａ……上部電極、３ｂ……下部電極、３ｃ，３ｄ
……対電極。

Claims

【特許請求の範囲】

１高分子材料よりなるバインダ中に、絶縁性な
いし半導電性ないし導電性の物質の粉末材料と、
酸性基と塩基性基の双方を持ち電気双極子性を示
す両性電解質とを含有した感湿素子。