JPS58171657A - 感湿抵抗体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は湿度変化を抵抗変化とし、′Ｃ検出する感湿
抵抗体に関し、特に寿命特性にすく°れた感湿抵抗体に
関するものである。

感湿抵抗体には、塩化リチウム（ＬＬＣＩ）　　４−ど
の電解質を絶縁性基板の表面に塗布した、いわゆるダン
モア型のものや、有機の高分子電解＊１１１１からなる
ものなどがある。

このうち前者のものは、塩化リチウムが吸湿して電離す
ることにより、検出電極間のインピーダンスが変化する
タイプのものである。

また、喚者のものは高分子電解ｘｉが有する吸湿性とイ
オン導電性を利用したものＣあり、これも検出ＩＥ他間
のインピーダンスが変化する特性を有するものである。

これらの感湿抵抗体はいずれも感湿材料が有する親水性
のために、高湿度状態や結電状態になると水分を含んで
溶解しＣしまい、耐水性に乏しいことから、動作安定性
に欠けるというものであった０ かかる欠点を改善する目的で、親水性高分子または高分
子電解質−を架橋するという試みが考えられる。しかし
架橋構造を構成することＶこよつ°Ｃ耐水性を持たせる
ことができるとし〔も、応答性が低下し、機能の低下を
招くことになり、好ましい解決策といえるものではない
。

したがつ゛〔、この発明は湿度の検出特性を偵うことな
く、安定な機走を有する感湿抵抗体を提供することを目
的とする。

この発明を要約すれば、絶縁性基板の上に形成された一
対の検出電極と、この検出電極を榎り゛Ｃ形成された感
湿膜とからなり、該感湿ＩＩはポリビニルアルコール系
重合体と電解質とを含む第１層Ω高分子樹脂被験とその
表面を覆う吸湿性を有する第２層の高分子樹脂被験との
一体構造からなり、第２層の高分子樹脂被験が第１層の
高分子樹＋１１ｊ被膜より吸湿による膨潤度が小さいこ
とを特徴とする感湿抵抗体である。

この発明の詳細とその他の目的、特徴Ｖよ以下（・こ行
う説明において明らかとならう。

第１図はこの発明にかかる感湿抵抗体の一例を示す概略
平面図、第２図は第１図Ａ−Ａ線析面図である。

図におい〔明らかなように、１はアルミナ、ジルコニア
などからなる絶縁性基板、２．３ｒｄ絶縁性基板１の上
に形成された検出電極であり、図示したものは電極指が
交互に交叉しているくし歯状になつＣいる。４は感湿膜
を示し、検出成極２゜３を含む領域にこの検出電極２，
６を覆うように形成されている。この感ｆｉｌ＄４は特
に第２図におい゛〔明らかにされているように、ポリビ
ニルアルコール系重合体と電解質とを含む第１層の高分
子樹脂液＃５と、この被験５を覆う吸湿性を有する第２
層の高分子樹脂液＃６との一体構造からなる−のであり
、１１２層の高分子樹脂液１１１１６は第１層の高分子
樹脂液１Ｉ１５より吸湿による膨潤度が小さいという特
徴を有する。このような特徴は後述するところから明ら
かなようにすぐれた効果をもたらすものである。なお、
７．８はリード線で検出電［２，３から導出されている
。

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宅全ケン化を九は部分ケン
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−オレフィン類、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、電解質とは水分吸着によってイオン解離を生じ、
イオン伝導性を与える物質であり、無機、有機電解質の
ものを含む。これＫはたとえば、塩化ナトリウム、酢酸
ナトリウム、ポリアクリル酸ソーダ、ポリグルタミン酸
ソーダなどがある。

さらに、第２層を構成する吸湿性を有する高分子樹脂被
膜としては、次のようなものがある。

■デアセチルセルロース、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のセルロース
誘導体。

■ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリメチトン ルビニルケＸ斗、ポリビニルイノブチルエーテルなどの
各種ポリビニル重合体。

■ポリブチルアルコール、ポリメチルアリルｆルコール
などのポリアルキルアルコール系高分子。

■ヒドロキシアルキルＩクリレート、ポリアルキルアク
リル酸の部分エステル化物、ポリメチルメタクリレート
などのポリアクリル系重合体。

す ■アククロニトリル。

■エポキシ系高分′子。

との発明Ｋかかる感湿抵抗体を作成するには、まずアル
ミナなどの絶縁性基板の上に、検出電極を覆うように電
解質を含むポリビニルアルコール系重合体を一状に塗布
声刷などの手段で付与する。

次いでこれを自然乾燥または熱処理するこをによって乾
燥する。さらにこの上に吸湿性を有する高分子樹脂のペ
ーストを鱗状に塗布、印刷などの手段で付与し、このの
ち加熱することによって得られる。

上記した構成からなるこの発明の感湿抵抗体は次のよう
な効果をもたらすものである。

第１層の高分子樹脂被膜はポリビニルアルコール系重合
体と電解質とを含むものからなるが、構造的に見れば均
一ではなく、ポリビニルアルコール系重合体のうち部分
的に結晶化した微小の繊維粒状部が非晶質部分を介して
存在し°Ｃいる構造をとる。したがって、第１層におい
ては繊維粒状部の粒界に形成される非晶質部のマイクロ
チャンネルが形成されている。一方、電解質の多くはこ
の非晶質部に多く存在しており、吸湿に伴々うイオン伝
導はこのマイクロチャンネルを通しＣ行われていると推
定される。この第１層のみでも相対湿度によつ′Ｃ電極
間のインピーダンスは変化するが、表面に水滴が付着す
れば、ただちに電解質が溶解し、電極間インピーダンス
が増大することとなり、感湿抵抗体として使用できなく
なる。

ところが、この発明によれば、このような第１層の高分
子樹脂被膜の上に第２層の高分子樹脂被膜を形成して一
体構造とし、この第２層の高分子樹脂液−の吸湿による
膨潤度を第１層の高分子樹脂液−よシ小さくして、上記
した欠点を改善したものである。

つまり、第２層の高分子樹脂被膜は第１層の高分子樹脂
被膜の繊膿粒状部による表面の凹凸にもとづき、大きな
接合面−が得られ、強固な接合状癩が実現されている。

そしてかかる層状一体構造において、第１層の高分子樹
脂液−よりも第２層の高分子樹脂被膜の吸湿による膨潤
度を小さくすれば、第１層の高分子樹脂被膜に含まれて
いる電解質が水中へ溶出す、る量はほとんど無視できる
程度に押えることができ、電極間インピーダンスの変動
は全く生じ”ないことが判明した。

当然のことながら、感湿禮を構成する第１層の高分子樹
脂被膜および第２層の高分子樹脂液−のそれぞれの膜厚
によって応答性や感度が変わるため、所定の特性を得る
ためにその膜厚を制御する必要があることはいうまでも
ない。

また、この発明にかかる感湿抵抗体は、電解質濃度を変
えることによって、相対湿度−抵抗特性を変え本ことが
できる。ちなみ（、電解質濃度が少ない領域では、高湿
度で抵抗値が急激に変化する湿度スイッチング素子とし
・Ｃ有用な感湿抵抗体が得られ不。

さらに、ポリビニルアルコール系重合体のケン化度を変
、えることによって、膨潤度を変えることス転移点を変
えることができる。このガラス転移点を変えることによ
って、感湿抵抗体の温度特性を変えることができ、かか
る特徴を利用すれば、使用可能な温度範囲に調整するこ
とができるようになり、従来＾り使用することがむつか
しいとされていたポリビニルアルコール系重合体を感湿
抵抗体に実用化することができる。

以上のように、感湿−を層状構造にすることによって、
従来親水性高分子樹脂を用いた感湿抵抗体では困難であ
らた耐水特性の大幅な改善を実現することができる。

以下にこの発明を具体的な実施例にもとづいて詳細に説
明する。

実施例 絶繊性基板としてアルミナ基板を準備し、このアルミナ
基板の上に検出電極として、電極の間−隅が５００μ鳳
、対向電極長が４８１１ｆｉの金からなるくし歯状の検
出電極を形成した。

次いで、＄１１１！に示すように％＃１１層の高分子樹
脂被膜を構成する各ペーストを検出電極を覆うようにア
ルミナ基板の上にそれぞれ塗布し、この塗布−を乾燥し
た。

こののち、同じく第１表に示すように、第２層の高分子
樹脂被膜を構成する各ペー′ストを上記第１層の高分子
樹脂被膜を覆うように塗布し、１５０Ｃで加熱処理し九
。さらに検出電極［リード線を取り付けて各感湿抵抗体
を得た。

第５図〜第７図は上記した各実施例により得られ九感湿
抵抗体の相対湿度−抵抗特性図を示したものである。

第３図は試料１−１、試料１−２の特性図である。

第４図は試料２−１、試料２−２、試料２−３の特性図
である。

第５図は試料３−１、試料３−２の特性図である。

第６図は試料４−１、試料４−２、試料４−５の特性図
である。

第１図は試料５−１、試料５−２、試料５−５、試料５
−４の特性図である。

図中の番号はいずれも試料番号と一致する。

第３図から明らかなように、この実施例によれば高湿度
で急激に抵抗値が低下する特性を有し、特定の湿度でス
イッチング特性を有する感湿抵抗体として利用すること
ができる。

また、第４図からポリビニルアルコール系重合体の種類
を変えることによって、スイッチング特性を変えること
ができることがわかる。

また、第５図から唸電解質濃度を変えることによって、
特性を変化させることができると理解しうる。

また、第６図は第１層の高分子樹脂被膜を覆う第２層の
高分子樹脂被膜の種類を変えた感湿抵抗体の特性を示し
丸ものである。第１層の高分子樹騙被−が同じ種類のも
のであれば、異なる第２層の高分子樹脂被膜を用いても
特性に大幅な変化のないことがわかる。

ｔｉ、第７図によれば、電解質の種類を変えることによ
って特性を変えられることが伺える。

次に上記し九各実施例で得られた各感湿抵抗体について
、水中５０秒、乾燥１０分を１サイクルとしてこれを１
０００サイクル繰り起えし、その後相対湿度９０ｇ６に
おける抵抗値を測定した。第２表はその結果を示したも
ので、相対湿度９０チにおける初期抵抗値も併せて示し
た。

第　　　２　　表 ＠２表からこの発明にかかる感湿抵抗体は抵抗値の変化
が小さく、耐水性にすぐれたものであることがわかる。

比較例とし“Ｃ１高分子＊Ｗ−からなる表面層を形成し
〔いない感湿抵抗体について同様に試験を行つ九ところ
、１サイクルの試験ですでに抵抗値が１桁以上増大し、
特性の劣化ははなはだしいものであった。

また、試料番号２−２において、ガラス転移点が２Ｃと
Ｓａｔ″のアクリル変性メ〆リビニルアルコールのもの
を用い、湿度−抵抗特性の温度効果についてそれぞれ測
定した結果、相対湿度−抵抗特性の温度変化率はそれぞ
れ１％ＲＨ／ｌ”、　　α５１ＲＨ／ｌ″であった。こ
のことからこの発明にかかる感湿抵抗体は温度変化に対
して相対湿度−抵抗特性の変化の小さいものと云える。

また、試料２−２の感湿抵抗体を用い、相対湿度６０％
、７（１，８０％、９０　％〕各条件ＫＪａ湿抵抗体を
設置し、約５カ月間経１したのちの抵抗値を測定したと
ころ、第８図のような結果であつた。

図から明らかなように、一定条件の湿度状態下に設置し
ておいても、はとんど抵抗値の変化が見られず、安定し
た湿度検出特性を有しＣいるものと云える。

以上この発明にかかる感湿抵抗体によれば、良好な耐水
性を有するとともに、経時変化も小さいという特徴を有
するものであ少、実用上有用なものであろう

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる感湿抵抗体の一例を示す概略
平面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断面図、ｉｓ５〜第
５〜は相対湿度−抵抗特性図、第８図は抵抗値の経時変
化特性を示す図である。３１・・・・・・絶縁性基板、
２．５・・・・・・検出電極、４・・・・・・感湿膜、
°５・・・・・・第１１ｉ１の高分子樹脂被験、６・・
・・・・第２層の高分子樹脂被膜。 席１図 第２１凹 第、３図 相対性（％） 熱４０ 相対−＆（％） 単６０ ０　　　２０　　　４０　　　６０　　　８０　　１０
０３．４　　　　　　　　　　　　　　　　相対＝ｖＬ
（％）相対５駐α〕 焼Ｓ口 天（！４〜門（日） 手続補正書（方式） ％式％［（ ） １、事件の表示 昭和５７年特許願　第５４５６９　　号２、発明の名称 ３、補正をする者 ５　補正により増加する発明の数 明細書の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 絶縁性基板の上に形成された一対の検出電極と、この検
   出電極を覆って形成された感湿−とからなり、該感湿硬
   はポリビニルアルコール系重合体と電解質とを含む第１
   ＃の高分子樹脂被膜とその表面を覆う吸湿性を有する第
   ２層の高分子樹脂被験との一体構造からなり、第２層の
   高分子樹脂被験が第１層の高分子樹脂被膜より吸湿によ
   る膨潤度が小さいことを特徴とする感湿抵抗体。