JPH0540103A

JPH0540103A - 感湿または結露センサを製造する方法

Info

Publication number: JPH0540103A
Application number: JP19957091A
Authority: JP
Inventors: Sumi Iwazuru; 寿美岩鶴; Shoichi Takamura; 正一高村
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 1993-02-19

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】感度が良好で、応答速度が速い感湿または結
露センサを再現性良く、均一に、より高い収率で、安価
に製造できるようにする。【構成】感湿抵抗体形成物質（例えば吸湿性高分子物
質および導電性粒子）を水やアルコールなどの液体に溶
解または分散させ、これに、繊維フィラー１を混ぜた液
状体を一対の電極４，４′を形成した基板５上に塗付す
ることにより感湿または結露センサを製造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大気中の湿度または被検
体表面上の結露を検知することができる感湿または結露
センサの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】各種精密
電気機器や自動車、空調制御、保存庫、住宅設備などの
様々な分野で結露が問題となり高湿度状態または結露状
態を正確に検知したいという要望が高まっている。一例
として、家庭用ビデオテープレコーダやディジタルオー
ディオテープデッキ等において、磁気テープに記録・再
生を行なう回転ヘッドのシリンダで結露が生じると、テ
ープの巻き込み・切断・機器の損傷が発生する恐れがあ
るため、結露センサが設けられている。

【０００３】従来使用されている結露センサとしては、
吸湿することによって体積膨張する特性を有する吸湿性
高分子中に導電性粉末を分散した感湿抵抗体を、セラミ
ックなどの絶縁性の基板上に形成されたくし形対向電極
を覆うように、５〜数１０μｍの厚さで被膜形成したも
のである（例えば、特開昭５７−２１１０５１１号公
報）。

【０００４】その特性としては、高湿度状態と結露近傍
（相対湿度１００％近傍）の状態とを区別して検知でき
るように高湿度領域での抵抗値変化の大きいものが使用
されている。しかし前記方式の結露センサはセンサ感度
を実用的なレベルにするために、薄膜直下にくし形対向
電極を設置した構成となっているので、多量の結露水滴
が生じた時に水滴直下の感湿抵抗体被膜が吸収する水の
量が容易に飽和してしまい、吸収しきれない余剰の水は
水滴として被膜表面に部分的に付着する。結露解消時に
は、表面を水滴に覆われていない部分と水滴に覆われて
いる部分とで被膜内部の水分の蒸散スピードに差が生
じ、水滴に覆われていない部分で先に被膜内部の水分が
抜けて抵抗値が減少する。そのため、結露解消時のセン
サの検知にズレが生ずる。また僅かな結露量に対する応
答スピードが低い。さらにこの結露センサは均一の膜厚
にするため、ある程度の厚みが必要である。そのため、
塗膜表面に結露した水が内部に吸収され、内部から蒸発
するのにある程度の時間が必要であり、検知時及び解除
時の応答スピードの鈍化がやむを得なかった。

【０００５】また、特開昭５９−４３３４５号公報に
は、導電性粒子を吸湿性繊維表面に均一に担持したセン
サを有する結露センサが記載されている。この結露セン
サは湿度変化により吸湿性繊維が吸湿性接着剤または吸
着剤と共に収縮又は膨張するものである。そのため結露
量が多いと、どんどん繊維内部に水分が入り込んでいく
ため、雰囲気の結露状態が解除されても、結露状態を保
持するという欠点がある。特にセルロース系繊維を用い
た場合には、水素結合による水分子の保持力が強く、仲
々乾燥せず、正確な結露検知ができないという問題があ
る。

【０００６】これに対し、本発明と同一の出願人によ
り、布帛に感湿抵抗体を連続し且つ分散した状態で固着
させ、センサ中に多数の微細な空隙部を形成せしめる感
湿または結露センサが提案されている（特開平２−４９
１４９号公報）。この感湿または結露センサは、湿度の
変化やわずかな結露に対する応答速度が速く、湿度の変
化に対する抵抗値の変化が大きく、且つ被検体の結露時
や結露解消時に検知のずれがない優れた性能をもつ。す
なわち、このセンサは、微細な多孔質構造であり、結露
した水滴が空隙部に生ずる毛細管現象によって速やかに
分散するため応答速度が速い。また、結露解消時には空
隙部の存在と感湿抵抗体の表面積が大きいことによっ
て、保持及び吸収されていた水分は速やかに蒸散するの
で、復帰時の応答のスピードも速い。

【０００７】しかしながら、その製造にあたっては、不
織布などの布帛に感湿抵抗体を付着させる方法をとるた
め、不織布に斑があると、感湿抵抗体と繊維の分布が不
均一になる。本発明は、湿度の変化や、わずかな結露に
対する応答速度が速く、湿度の変化に対する抵抗値の変
化が大きく、且つ被検体の結露時や結露解消時に検知の
ずれがない感湿または結露センサを、再現性良く、均一
に、より高い収率で、安価に製造することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記ａ、ｂ、
ｃおよびｄから選ばれた少なくとも１種からなる感湿抵
抗体形成物質（以下、感湿抵抗体形成物質という）およ
び繊維フィラーからなる液状体を、一対の電極の形成前
または形成後に基板上に塗布することを特徴とする感湿
または結露センサを製造する方法である。

【０００９】ａ）吸湿性高分子物質および導電性粒
子、ｂ）吸湿性高分子物質および電解質物質、ｃ）吸湿性電解質高分子物質ｄ）吸湿性電解質高分子物質および導電性粒子。図１は、本発明の方法による感湿または結露センサの例
を示す図である。

【００１０】基板５の上には両端にリード線６，６′が
接続された一対の電極４，４′および検知部７が設けら
れている。検知部は感湿抵抗体２、繊維フィラー１およ
び微細な空隙部３から形成されている。不織布上に感湿
抵抗体形成物質を直接に分散・固着させる従来の方法で
は、不織布のムラ（厚みムラ・空隙率のムラなど）の影
響により、繊維と感湿抵抗体の分布が不均一になるのに
比べ、本発明では、繊維と感湿抵抗体の分布を均一にで
き、バラツキの少ない均一なセンサを製造することがで
き、収率が向上する。しかも、工程が簡略になるため、
性能の優れたセンサを安価に製造することができる。

【００１１】感湿抵抗体形成物質および繊維フィラーか
らなる液状体を基板に塗付し、固化させると、感湿抵抗
体形成物質は繊維フィラー上に固着して感湿抵抗体が形
成されると共に多数の微細な空隙部が均一に発生する。
この空隙部をもつため、湿度の変化や、わずかな結露に
対する応答速度が速く、湿度の変化に対する抵抗値の変
化が大きく、且つ被検体の結露時や結露解消時に検知の
ずれがないセンサとなる。

【００１２】空隙部の比率量をコントロールするために
は、吸湿性高分子物質や吸湿性電解質高分子物質と繊維
フィラーの混合比を調節する。感湿抵抗体が吸湿性高分
子と導電性粒子とからなる場合には吸水時に高分子の膨
潤にもとづいて導電性粒子の粒子間の電気的接触が悪く
なり、電気抵抗の増大を引き起こすように作用する。吸
湿性高分子は、繊維上に実質的に連続した成型体を構成
するもので、吸湿時に膨潤し、かつ形態保持されるもの
であればよい。

【００１３】吸湿性高分子の膨潤度は２０％以上、好ま
しくは１００％以上が好ましい。ここで膨潤度とは２５
℃、相対湿度６５％雰囲気での厚さ１００μの１ｃｍ角
の感湿抵抗体を蒸留水に２５ｈ_NS浸漬したときの重量増
加分の浸漬前の重量に対する割合（％）で示す。膨潤度
が２０％未満では、吸水時の感湿抵抗体の抵抗値変化が
小さく、電気信号として検出する際にノイズの影響を受
けやすく好ましくない。

【００１４】非イオン吸湿性高分子として、ポリアクリ
ルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサ
イド、またはメチルセルロース、エチルセルロース、な
どのセルロース誘導体高分子、ナイロン等のポリアミド
樹脂、ポリビニルピロリドン、さらに吸湿性アクリレー
ト、イソブチレンと無水マレイン酸の縮合ポリマー、吸
湿性メタクリレート等、吸湿性の高分子を用いることが
できる。また、それらの変性物、複合物でもよい。感湿
抵抗体が前記非イオン吸湿性高分子の中に導電性粒子を
混合することによって作られた場合には、感湿抵抗体中
の電気伝導は電子伝導機構によって行われる。したがっ
てこの感湿抵抗体を用いた感湿または結露センサは直流
で作動させることができ、その結果簡単な構造の回路を
センサに接続する回路として用いることができる。

【００１５】吸湿性高分子として、ポリアクリル酸ソー
ダのような吸湿性高分子電解質又は非イオン吸湿性高分
子と電解質との混合物を用いることができる。電解質は
イオン電導性を有するので、導電性粒子を用いることな
く感湿抵抗体を作ることができる。勿論さらに導電性粒
子を添加して用いてもよい。ただしイオン電導によって
生ずる抵抗値の変化の影響を防ぐために、電解質を含む
場合には交流で作動させるとよい。

【００１６】上記の各種高分子の場合、それ自身が各種
繊維材料への付着力を有しているので、感湿抵抗体は布
帛中の繊維に十分固着するが、結露時に吸水した場合に
不溶化し安定性、耐久性、耐環境性や繊維への付着力を
さらに向上しておくには、上記高分子に親水性の架橋剤
・架橋高分子などを用いて部分的架橋を施して水に対し
ての不溶性を付与する処理を行なったり、上記高分子と
相溶性が良くかつ繊維に対する付着力の大きい他のバン
イダ樹脂（例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポ
キシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂など）を
混合しても良い。

【００１７】吸湿性高分子中に分散される導電性粒子と
しては、例えばカーボンブラックがあるが、炭素繊維や
その他の化合物導電体、銅、ニッケル、銀、合金などの
金属を用いてもよい。この導電性粒子の平均粒径として
は、布帛を構成する繊維の直径以下である方が、薄い感
湿抵抗体層を形成できるので良好な応答性能を得る上で
好ましい。また、繊維表面上に均一に分散させる上で
は、平均１μｍ以下であることがより好ましい。

【００１８】２５℃×６０％ＲＨの雰囲気下、導電性粒
子と吸湿性高分子との重量比は、吸湿性高分子１００重
量部に対して３０〜２５００重量部を用いるとよい。
尚、導電性粒子がカーボンブラックの場合は、吸湿性高
分子１００重量部に対して３０〜４００重量部用いると
良く、好ましくは４０〜３００重量部である。カーボン
ブラックが４００重量部を越えると、感湿抵抗体の繊維
に対する付着力が小さくなり、力学的な強度も弱くなる
上、吸水による抵抗値変化が小さいものとなる。カーボ
ンブラックが３０重量部未満であると、感湿抵抗体その
ものの抵抗値が大きくなって実用上好ましくない。

【００１９】また、カーボンブラックが３０〜２００重
量部であると、高湿度または結露状態で抵抗値が増大す
る結露センサとしての特性が得られ、２００〜４００重
量部であると、幅広い湿度領域で抵抗値が徐々に変化す
る湿度センサとしての特性が得られる。高分子からなる
感湿抵抗体形成物質は、その性質に応じて水やアルコー
ルに溶解又は分散させたり、溶融させて液状物とし、こ
れに導電性粒子、電解質物質、繊維フィラーを溶解又は
分散させて液状体を製造する。

【００２０】繊維フィラーとしては、例えば通常の溶融
紡糸、湿式紡糸、乾式紡糸、液晶紡糸法等により紡糸さ
れたフィラメントやトウ等を短く切断したもの、割繊繊
維、合成パルプ、フラッシュ紡糸繊維等が用いられる。
良好な分散性を与えるためには合成パルプの様な微細網
状繊維が好ましい。繊維フィラーの素材は、繊度に対す
る変化の小さいものが好ましい。具体的には、ポリエス
テル系、ポリアクリル系、ポリアミド系、ポリプロピレ
ン系、ポリエチレン系、アラミド系、などの合成繊維、
ガラス繊維、鉱物繊維、セラミック繊維などの繊維があ
げられる。繊維フィラーを均一に分散させるためには、
その長さ、直径を調節することが好ましい。繊維フィラ
ーの長さは、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは
５ｍｍ以下である。繊維フィラーの直径は好ましくは３
０μｍ以下より好ましくは１５μｍ以下、最も好ましく
は５μｍ以下である。

【００２１】感湿抵抗体形成物質と繊維フィラーを混ぜ
る方法としては、例えば羽根型ミキサーで攪拌して混ぜ
る方法、噴流混合機で混ぜる方法、ホモミキサーで混ぜ
る方法、ボールミルで混ぜる方法、乳ばちですりながら
混ぜる方法、回転ドラム中に入れて混ぜる方法、ディス
クリファイナーで粉砕しながら混ぜる方法等がある。繊
維フィラーを乾燥した状態で、直接に、感湿抵抗体形成
物質の液状物と混ぜても良いが、より均一に分散させる
ためには、繊維フィラーをあらかじめ、水やアルコール
などに分散させてから、必要であればろ過し、完全に乾
燥させる前に前記液状物と混ぜる方法も有効である。

【００２２】このようにして形成された液状体を基板上
に塗付する方法としては、ディスペンサー法の様に、適
切な太さの針と液圧により一定量を滴下する滴下法メタ
ルスクリーン法、あるいは短繊維の形状に比し十分な大
きさのメッシュ径をもつメッシュを用いてのメッシュス
クリーン法、又は転写印刷法やグラビア印刷法などの各
種印刷法が挙げられる。

【００２３】基板の材質としては、常温環境下において
電極側の面が十分な絶縁性を有するものであれば、特に
限定するものではない。例えば、アルミナなどのセラミ
ック基板、芳香族ポリアミドやポリイミドやポリエステ
ルなどの樹脂基板、紙フェノール基板、ガラスエポキシ
基板、表面を絶縁コートした金属基板、例えば、セラミ
ック粉入り樹脂や、通常の樹脂やガラスでコートしたア
ルミニウム基板が挙げられる。

【００２４】尚、前述の基板上に形成される電極の形状
は、一般的にいう一対の電極であれば良く、従来のこの
種のセンサに多く用いられている櫛歯状電極にこだわる
ものではない。以下、本発明を実施例により具体的に説
明する。

【００２５】

【実施例】

【００２６】

【実施例１】ポリアクリルアミド１００重量部に対して
平均粒径３０ｎｍの導電性カーボンブラック８０重量
部、ホルマリン０．５重量部、水を３００重量部配合
し、羽根型回転ミキサーで攪拌した（液状物）。これ
にアクリル繊維（平均直径２μｍ、平均繊維長１ｍｍ）
を、イオン交換水中に分散させた後、ろ過し、含水率１
０００％（重量比）にしたものを３０００重量部加え、
ホモミキサーで混合した。この液状体を銀パラジウム電
極（各々が１×５ｍｍで、間隔が２ｍｍの１対の平行電
極）が焼成されたセラミック基板上に、メタルスクリー
ン（開口部：５×５ｍｍ）を用いて塗布し、１３０℃で
１０分間加熱処理を行ない、センサを１００個製造し
た。

【００２７】

【実施例２】ポリアクリルアミド１００重量部に対し
て、平均粒径３０ｎｍの導電性カーボンブラック８０重
量部、ホルマリン０．５重量部、水を３０００重量部配
合し、噴流攪拌機で攪拌した（液状物）。これにポリ
エステル繊維（平均直径２μｍ、平均繊維長１ｍｍ）を
３００重量部加え、噴流攪拌機で攪拌した。このように
して得られた液状体を実施例１と同様の基板上に同様の
方法で塗布し、加熱処理し、センサを１００個製造し
た。

【００２８】

【実施例３】実施例２と同様にして調整した液状物と
ポリエステル繊維（平均直径２μｍ、平均繊維長１ｍ
ｍ）３００重量部を噴流攪拌機で混合して得た液状体を
エッチングにより１対の銅電極（表面ハンダメッキ、各
々が１×５ｍｍで間隔が２ｍｍの１対の平行電極）を形
成したポリイミド製の基板上に、ディスペンサーにて、
滴下し、加熱処理し、センサを１００個製造した。

【００２９】

【比較例１】実施例１と同様にして調整した液状物に
水を７００重量部加えて攪拌した。これをアクリル繊維
不織布（平均繊維直径２μｍ、平均繊維長ｍｍ、目付２
５ｇ／ｍ²）にグラビアコーティング（６０メッシュ／
インチ）したのち、乾燥させ厚みが６０μｍのシート状
物を得た。これを、トムソン刃型にて、５ｍｍ×５ｍｍ
に１００個打ち抜き、実施例１と同様の基板上に導電性
樹脂（フェノール系樹脂、カーボンブラック粉末入り）
で貼りつけて、センサを１００個製造した。

【００３０】

【比較例２】実施例１と同様にして調整した液状物に
水を７００重量部加えて攪拌した。これをメルトブロー
法により作られたポリエステル不織布（平均繊維直径２
μｍ、目付１５ｇ／ｍ²）にグラビアコーティング（６
０メッシュ／インチ）したのち、乾燥させ、厚みが５１
μｍのシート状物を得た。これを比較例１と同様に打ち
抜き、実施例１及び２と同様の基板上に貼り、センサを
１００個製造した。

【００３１】

【比較例３】比較例２と同様にして作成したシート状物
を、同じく５ｍｍ×５ｍｍに打ち抜いたものを、実施例
３と同様の基板上に貼り付け、センサ１００個を得た。
尚、以上の実施例１〜３、比較例１〜３は、いずれも繊
維と感湿抵抗体の重量比が１００：６０になるように調
整したものである。

【００３２】以上の実施例１〜３、比較例１〜３のセン
サ各１００個を、以下の方法で検査し、収率を調べた。
まず２５℃×６０％ＲＨの環境下で、マルチメーター
（アドバンテスト社製、ＴＲ６８４５、測定電流０．１
μＡ）を用いて、電気抵抗値を測定し０．６〜３．０キ
ロオームのものを合格、それ以外を不合格とした。次
に、アトマイザーで、水を秒間噴霧し、１０秒後に電気
抵抗値が１メガオーム以上のものを合格、１メガオーム
未満のものを不合格とした。以上の結果を表１に示す。
実施例１〜３の総合収率は、各々、８０、７９、８０％
であり比較例１〜３のそれが、４５、３９、４１％であ
るのに比べ、いずれも高かった。

【００３３】次に、実施例１〜３、比較例１〜３の合格
品センサより、各５個ずつをランダムに選び、２５℃×
６０、７０、８０、９０、９５％ＲＨ下での電気抵抗
値、及びアトマイザー噴霧を１秒行なった場合の電気抵
抗値を測定した。結果を図２に示す。図中、Ｉ〜ＩＩＩ
のカーブは実施例１〜３に反応し、ＩＶ〜ＶＩのカーブ
は比較例１〜３に対応する。

【００３４】確認のため実施例１〜３、比較例１〜３の
合格品より選んだ各５個のセンサについて、応答速度を
測定した。方法は、２５℃×５０％ＲＨの雰囲気より、
３０℃×８０％ＲＨの雰囲気にセンサを投入し、電気抵
抗値が１ＭΩに上昇するまでの時間を測定した。結果を
表２に示す。実施例、比較例ともに応答速度は良好で、
差異はなかった。

【００３５】また、製造工程上、比較例１〜３は、いず
れも、シート状物を小さな面積に切り取るための「打ち
抜き工程」及び打ち抜いたものを基板上に導電ペースト
で貼りつけるための工程、即ち、「導電ペースト塗布工
程」「打ち抜きシートを適切な位置にのせる工程」「導
電ペーストを硬化させるための加熱工程」が必要なのに
比べ、実施例１〜３は、これらの工程が不要であり、簡
易に製造できた。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表２】

【００３８】

【発明の効果】以上のように、本発明は、結露検知時や
結露解消時の応答速度が速く、湿度の変化に対する抵抗
値の変化が大きく、且つ被検体の結露時及び結露解消時
に検知のずれがない感湿または結露センサを、再現性良
く、均一に、より高い収率で、しかも、簡略な工程で、
安価に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法により製造される感湿または
結露センサの平面図。

【図２】本発明の実施例１〜３及び、比較例１〜３の湿
度に対する電気抵抗値の変化カーブを示す図。

【符号の説明】

１繊維フィラー２感湿抵抗体３微細な空隙４、４′電極５基板６、６′リード線７検知部Ｉ実施例１の相対湿度に対する電気抵抗値の変化カー
ブＩＩ実施例２〃〃〃〃ＩＩＩ実施例３〃〃〃
〃ＩＶ比較例１〃〃〃〃Ｖ比較例２〃〃〃〃ＶＩ比較例３〃〃〃〃

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記ａ、ｂ、ｃおよびｄから選ばれた少
なくとも１種からなる感湿抵抗体形成物質および繊維フ
ィラーからなる液状体を、一対の電極の形成前又は形成
後に基板上に塗付することを特徴とする感湿または結露
センサを製造する方法。ａ）吸湿性高分子物質および導電性粒子ｂ）吸湿性高分子物質および電解質物質ｃ）吸湿性電解質高分子物質ｄ）吸湿性電解質高分子物質および導電性粒子