JPS5844338A

JPS5844338A - 湿度センサ

Info

Publication number: JPS5844338A
Application number: JP56142007A
Authority: JP
Inventors: Akira Fukami; 深見　彰; Kunio Okamoto; 邦夫岡本
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1981-09-09
Filing date: 1981-09-09
Publication date: 1983-03-15
Also published as: US4489603A

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】本発明は空気中の水蒸気量すなわち湿度を検知する湿度
センサに関する。とりわけ、湿度にょっ（２）て電気抵抗が変化する電気抵抗式湿度センサに関するも
のである。また、本発明の湿度センサは、たとえば窓ガ
ラス等への結露の有無を検知する結露センサとしても応
用できるもの〜である。

従来より、この種の湿度センサとして多くの発明や考案
がなされ、また数種の湿度センサが商品化されている。

たとえば代表的なものに、塩化リチウム含浸式湿度セン
サがある。これは、天然産樹皮材料を含浸基板とし、こ
れに直接塩化リチウム溶液を含浸したものである。この
種の湿度センサは計測できる湿度領域が狭いという欠点
を有している。また、潮解性の塩（塩化リチウム）を用
いるので、これが空気中の湿分によって濃度が希釈され
液滴としてセンサ本体から垂下し、センサ本来の性能が
発揮できなくなる、という欠点、つまり、センサの寿命
が著しく短いという欠点を有している。

もう一つの代表的センサとして、マグネシウム・ルチル
系のセラミック湿度センサがある。この湿度センサはＭ
ｇＣｒ２０ｓとＴ　ｉ　Ｏｘとからな（３）る多孔質焼結体であって、電極にはＲｕＯ２を用い、加
熱クリーニング用のし−タを有している。

この種の湿度センサは広範囲の湿度領域を計測できると
いう利点を持つ反面、ヒータによって加熱再生しなけれ
ば長時間の使用ができないという欠点を有している。

上記二種の代表的センサには、さらに以下に述べる欠点
をも有している。この種の湿度センサの原理は、湿気の
吸脱着による吸着を媒体としたイオン伝導に依存する抵
抗変化現象を利用したものであるので、その抵抗値はＩ
ＯＫΩ〜ＩＯＭΩ程度であり、また抵抗測定にはセンサ
の耐久性の欠点からＩＫＨｚ程度の交流電圧を印加して
交流抵抗を測定するのが常である。ところが、一般に抵
抗測定に於て、抵抗値が大きい程、測定回路には困難が
ともない、特に１００にΩ以上を測定するのは大いな困
難がある。さらに交流抵抗となると　。

交流印加電源が必要となり、装曹としても大がかりで高
価なものとならざるを得ない。

さらに上記のセンサの製造には技術的に困難な（４）工程を含む為に湿度センサとしても高価とならざるを得
ないという欠点を有している。

上記の如く、従来周知の湿度センサには耐久性や価格、
さらには測定測路が高価となる等の多くの問題を有して
いた。

そこで本発明は、製作が容易でかつ安価な、さらに簡単
な測定回路によって用いることができる湿度センサを提
供することを目的とするものである。

以下本発明を図面に示す実施例にもとずいて説明する。

第１図は本発明の第１実施例を示す拡大模式断面図であ
る。１は湿度センサ、２はセルロース繊維、３は炭素繊
維を示す。なお、図中破線は湿度センサ１の表面を示す
。

湿度センサ１は紙状物であって、セルロース繊維２は通
常紙の原料として使われるものと同等である。また、炭
素繊維３は線径３〜２０μｍ１繊維長１〜５鶴程度のも
のを用いた。湿度センサ１の厚さく１）は０．１鶴〜０
．４日程度とした。湿度センサ１の大きさく広さ）は角
５ｆｉから角１００１（５）程度まで任意に作ることが可能であるが、本実施例では
角１０ｗ〜角３０ｍ程度とした。

次に製造方法を述べる。製造方法は、セルロース繊維を
抄いて和紙を作る（抄紙）工程とまった＜同様である。

つまり、本発明に於ては、セルロース繊維２と炭素繊維
３とを適量混合し、それを抄紙することによって非常に
容易に製作できる。

この場合、大型紙（例えば１ｍ角）を抄紙し、それを細
断して所定の寸法の湿度センサ１を作ってもよい。

次に、作動を説明する。第２図は第１図に示した実施例
につき、湿度−抵抗特性を示すものである。なお、抵抗
とは湿度センサ１の両端間の抵抗である。湿度増加と共
に抵抗も増加するが、特に湿度７０％以上でその傾向は
著しい。また、抵抗値も１にΩ前後であり、従来周知の
それよりも大幅に低か値であるので、抵抗値の測定方法
・測定回路も簡単なものでよいことが理解できる。

本発明の湿度センサ１が第２図に示す如く作動をする理
由は以下の通りである。まず、セルロー（６）ス繊維２は絶縁体と見なし得る。炭素繊維３は導体であ
るがわずかな抵抗を有している。一方、炭素繊維３は湿
度センサ１の両端間で、多数からまり合いながら達なっ
ている。従って、連なっている２つの炭素繊維間に、は
接触抵抗が存在する。従って、湿度センサ１の両端間の
抵抗は炭素繊維自体の抵抗と接触抵抗との総和となる。

さらに詳細に述べるならば、それらの抵抗は直列接続さ
れつつ、並列接続もされているという状態で、総合的に
全体の抵抗値が決定される。以上の様に、本発明の湿度
センサ１の抵抗値は、従来周知のイオン伝導を利用した
ものとは異なるので、非常に小さな抵抗値を容易に得る
ことができる。

次に、湿気にさらされた時の湿度センサ１の作動を述べ
る。従来より、セルロース繊維、あるいはセルロース繊
維により製造せれる紙は空気中の湿分を吸収（吸着）す
ることは、よく知られている。また、湿分の吸着量は空
気の湿度に依存し、湿度上昇と共に吸着量も増加するこ
ともよく知られている。さらに、湿分を吸着したセルロ
ース繊（７）帷は、その太さが２０〜３０％も膨張するということも
よ（知られて・いる、ところで、本発明の湿度センサ１
が湿気にさらされると空気中の湿分はセルロースｍ１ｉ
２が吸着するので、セルリース繊維２は膨張する。する
と、今まで、接触していた炭素繊維どうしはセルロース
繊維が膨張して体積が増加するので各所で接触できなく
なる。従って湿度センサ１の両端を連なっていた炭素繊
維の連なりの数は減少し、抵抗値が増大する。また、抵
抗値の増大はセルロース繊維の膨張に依存し、ひいては
空気中の湿度に依存するものとなる。つまり、空気中の
湿度によって一義的に湿度センサ１の抵抗値が定まると
ころとなる。

一方、高い湿度から低い湿度へと変化する時には、セル
ロース繊維から湿分が脱離し、セルロース繊維は収縮し
、その結果、炭素１ｍ雑の接触が復活し、再び抵抗値は
元通り低下する。

次に、セルロース繊維と炭素繊維の混抄割合について述
べる０紙状の湿度センサ１の強度を考えると、セルロー
ス繊維が少なすぎると弱い紙とな（８）るので、セルロース繊維は上記混合繊維中で３０％以上
が望ましい。一方、炭素繊維が少ないと湿度センサ１の
抵抗が増加するので、上記混合繊維中で１０％以上が望
ましい。以上の関係の中において、所定の湿度センサの
大きさで、所望の抵抗値を得られる様に混抄率を適当に
選択すればよい。

第３図に本発明の第２実施例の断面模式図を示す。４は
セルロース繊維と炭素繊維との混抄部、５はセルロース
繊維のみの抄紙部、６は電極部である。湿度の検知は混
抄部４によって第１実施例と同様に行なわれる。抄紙部
５はセルロース繊維のみであるから強度的に優れるので
湿度センサ１の補強部分として作用する。また、その厚
さは０．０５〜０．１日程度が好ましい。なぜならば、
あまり薄すぎては強度向上に役立たないし、厚すぎると
空気中の湿分が混抄部４へ達するのに時間を要し、応答
性の悪化をきたすからである。また片側の抄紙部５はそ
の両端を切り欠いて電極＄６を設ける。これは、セルロ
ース繊維のみで作られた抄紙部５は絶縁体であるので、
混抄部４の抵抗を、　　　　　　　　　（９）測定するには切り欠き部を必要とするからである。

なお、第３図においては、両面に抄紙部５を設けたが、
強度的に支障がなければ、片面のみに設けてせよい。

以上述べた湿度センサ′ｌは紙状材であるのでその強度
には限界があり、異物が接触したりすると場合によって
は破れることがある。そこで、第４図および第５図はこ
の不具合を解消するものである。即ち、保持材１１．１
２によって湿度センサｌを保護することによって湿度セ
ンサ１の破損を防止し、合せて湿度センサ１の形状を保
持する役目を行なわせている。保持材１１．１２は湿度
センサ１への空気の流通を確保しなければならないので
、多数の小孔１１ａ、１２ａを有している。

また、湿度センサｌが抵抗変化を行なうのに対して、そ
の妨害とならない程度に保持材１１．１２は絶縁体でな
ければならない、また、その剛性を必要であるから、本
実施例ではベークライトを用いた。クリップ１４は湿度
センサ１、電極１３、保持材１１．１２を挟んで一体化
する為のもので（１０）あるので、本実施例ではバネ網を用いて、スプリング力
によって押し付ける方法を用いたが、ビス止めにしても
よい。

次に、第１図、第３図〜第５図に示した本発明になる湿
度センサについて、その応用例の回路図を第６図に示す
。第６図において、７は比較器、８はトランジスタ、９
は電磁リレー、１０は除湿器である。作動の概略は以下
の通りである。湿度が増加し、湿度センサ１の抵抗が増
加すると、比較器７への入力電圧が増加し基準抵抗によ
りあらかじめ設定されていた基準電圧を上まわる。する
と、比較Ｗ７は「１」を出力し、トランジスタ８は導通
する。するとリレー９も導通し、除湿器１０が作動する
。

以上の様に、本発明の湿度センサは従来周知のイオン伝
導を利用するセンサと興って抵抗値が低く、しかも直流
抵抗によって測定することができるので、第６図に示し
た様に非常に簡単な回路で測定あるいは制御することが
できる。

さらに、本発明の湿度センサ１は第２図に示す様に広い
湿度範囲で湿度が検知でき、さらには結露センサとして
も用いることができる。なぜならばセルロース繊維は吸
湿能力を有すると同様に吸水の能力を有し、また同様の
膨張作動を行うからである。従って、水センサ（水の有
無を検知するセンサ）としても使用できるのは言うまで
もない。

なお、湿度センサ１の原料として、セルロース繊維と炭
素繊維とを用いたが、セルロース繊維に換えて、ポリビ
ニルアルコール繊維あるいはセルロース繊維とポリビニ
ルアルコール繊維とを混合して用いてもよい。つまり、
空気中の湿度に応じて、湿分を吸着する能力を有しくほ
とんどの繊維状物質は吸湿性を有する）、且っ湿分を吸
着することによって、自らが膨張する性質を有する繊維
あるいはそれらの繊維の組み合せ混合のいずれでもよい
、また、炭素繊維に変えて、活性炭素繊維を用いてもよ
い。つまり、導通性繊維ならばなんでも良い。しかしな
がら金属繊維（たとえばステンレス織締等）を用、＋ま
たのでは、その剛性の為に、抄紙することが困難になる
ので、あまり好ましくない。これら各繊維を用いても繊
維の混合比率は前述したものと同じである。

また、保持材３．４として、本実施例ではベークライト
を用いたが多孔質セラミック等を用いても良い。この場
合には電極２をこの多孔セラミックの表面に金属材料を
コーティングして作ることもできる。

以上に説明した様に、本発明の湿度センサは、セルロー
ス繊維等の吸湿、膨張性を有する繊維と炭素繊維等の導
通性繊維とを混合したシートで構成したことにより、製
作が安価で、しがも簡単な測定回路を用いることができ
るという優れた効果を有するものである。

さらに、本発明は通気性と剛性をもった板状絶縁体で湿
度センサを保護することにより、そのセンサの破損を防
止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を模式的に示す断面図、第２
図は本発明の湿度センサの特性を表す湿度−抵抗特性図
、第３図は本発明の他の実施例を（１３）模式的に示す断面図、第４図は本発明の他の実施例を模
式的に示す斜視図、第５図は第４図のＡ−Ａ断面図、第
６図は本発明の湿度センサを用いた電気回路図である。１・・・湿度センサ、２・・・セルロース繊維、３−炭
素繊維、１１．１２・・・絶縁体をなす保持材、１３・
・・電極、１４・・・クリップ。代理人弁理士　岡　部　　　隆（１４）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）吸湿すると膨張する性質を有する繊維と、導電性
を有する繊維とを混合したシートよりなる湿度センサ。
（２）前記吸湿、膨張性の繊維として、セルロース繊維
および／またはポリビニルアルコール繊維を用い、この
繊維と導電性繊維との混合物中に占める前記セルロース
繊維および／またはポリビニルアルコールの比率が３０
％以上である特許請求の範囲第１項に記載の湿度センサ
。
（３）前記導電性繊維として炭素繊維および／または活
性炭素繊維を用い、この繊維と前記吸湿、膨張性繊維と
の混合物中に占める前記炭素繊維および／または活性炭
素繊維の占める比率が１０％以上である特許請求の範囲
第１項または第２項に記載の湿度センサ。
（４）前記シートの少なくとも片面が導電性繊維を（１
）含まない層によって被われている特許請求の範囲第１項
乃至第３項いずれかに記載の湿度センサ。
（５）吸湿すると膨張する性質を有する繊維と、導電性
を有する繊維とを混合したシートを湿度検知部とし、通
気性と剛性とを有する板状の絶縁体によって前記湿度検
知部を両側より挟み、前記湿度検知部と前記絶縁体との
間には、２つの電極を有し、前記の湿度検知部、絶縁体
、電極を一体に保持する部材を有する湿度センサ。
（６）前記吸湿、膨張性の繊維としてセルロース繊維お
よび／またはポリビニルアルコール繊維を用い、前記導
電性繊維として炭素繊維および／または活性炭素繊維を
用いた特許請求の範囲第５項に記載の湿度ヤンサ。
（７）前記絶縁体として板状の多孔質セラミックを用い
たことを特徴とする特許請求の範囲第５項または第６項
に記載の湿度センサ。