JPS5853743A - 電気抵抗式湿度センサ− - Google Patents

電気抵抗式湿度センサ−

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JPS5853743A
JPS5853743A JP56152200A JP15220081A JPS5853743A JP S5853743 A JPS5853743 A JP S5853743A JP 56152200 A JP56152200 A JP 56152200A JP 15220081 A JP15220081 A JP 15220081A JP S5853743 A JPS5853743 A JP S5853743A
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moisture
humidity
humidity sensor
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Tokuyuki Kaneshiro
徳幸 金城
Shuichi Ohara
大原 周一
Toru Sugawara
徹 菅原
Shigeki Tsuchiya
茂樹 土谷
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Hitachi Ltd
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/121Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid

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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、電気抵抗式湿度センサーに関し、特に感湿材
料の劣化、感湿特性の低下を防止しうる安定性及び信頼
性を高めた電気抵抗式湿度センサーに関する。
電気抵抗穴湿度センサーとしては、湿度が変化したとき
に感湿材料の電気抵抗が変化する現象を利用して湿度を
検出するものが普通である。感湿材料としては、これま
で、セラミックス材料、LiC1等の電解質を用いたも
の、吸湿性樹脂に導電性粉末を分散したもの、及び親水
性高分子物質あるいは高分子電解質を用いたもの、が知
られている。しかしながら、これらの感湿材料には、そ
の材料固有の欠点がある。セラミックス材料の場合には
、セラミックスに対する湿気の吸着が一部不可逆的な化
学吸着であシ、ヒステリシスが大きい。LiC1を用い
た場合、−個のセンサーで計測できる湿度領域が狭く、
又、湿度の高い雰囲気中に長時間放置すると、LiCz
そのものが昇華あるいは溶出して行くために、待時、特
性の更正を必要とする。吸湿性樹脂に導電性粉末(例え
ばカーボンブラックンを分散したものでは、低湿度雰囲
気で感湿特性がなく、又、分散の度合が均一にならない
ために製作歩留シが極めて悪く信頼性に乏しい、、rj
らC録こ材料に比較すると高分予電解質を感湿材料とし
て用いた電気抵抗式湿度センサーは優れた感湿特性を示
す。特に、内部に疎水性基、外部にイオン性基を有する
高分子共重合体の水溶液であるラテックスを塗布乾燥し
て得られる感湿材料はその特異な構造性によシ、低い電
気抵抗値を示すと同時に従来の感湿材料にはみられない
優れた感湿特性を示す。しかし、上述したようなラテッ
クス又は通常の高分子電解質を感湿材料として用いる時
には、湿気の凝結に注意しなければならない。その理由
は、ラテックス又は高分子電解質は水を溶媒としている
ために、水がこれらの感湿材料の表面に凝結する(結露
する)と局所的に感湿材料が溶解して、感湿特性が変化
するという欠点を有しているからである。又、種種の薬
品雰囲気にさらした時、その感湿特性が変化してしまう
欠点をも有している。
本発明の目的は、上記の欠点を解消し、感湿材料を用い
て形成した感湿材料皮膜の塵埃の付着又は結露による劣
化及び感湿特性の低下を防止しうる安定性及び信頼性の
高い電気抵抗式湿度センサーを提供することである。
本発明につき概説すれば、本発明の電気抵抗式湿度セン
サーは、外界の湿度変化に対応する電気抵抗値の変化に
よシ湿度を検出する湿度センサーにおいて、感湿材料皮
膜の表面にシリコーン樹脂の保護皮膜を被覆してなるこ
とを特徴とするものである。
本発明によれば、前記した感湿材料皮膜の表面にシリコ
ーン樹脂の保護皮膜を形成することにょシ、まず第1に
感湿材料皮膜が結露した水滴又は雰囲気中の塵埃、腐食
性ガスあるいは薬品に直接接触しなくなるために、感湿
材料の劣化及び感湿特性の低下を防止することができ、
又、第2に高湿下における異常な膨潤を防止することが
でき、湿度セくサーとしての安定性及び信頼性を向上さ
せることができる。
本発明における感湿材料は、特に限定されず、中でも前
記した通常の高分子電解質のラテックス等を適宜使用す
ることができる。
本発明において、保護皮膜を形成するシリコーン樹脂と
しては、縮重合型(水酸基含有)シリコ−7樹脂及び付
加重合型シリコーン樹脂のそれぞれ単独若しくはそれら
の混合系を適用することができる。これらのシリコーン
樹脂の保護皮膜の形成に当り、その形成温度は150″
C以下とすることが望ま七い。これよシ高温になると、
感湿材料例えばラテックスの皮膜の構造性が崩れ、更に
は、皮膜そのものが熱劣化するために、湿度センサーの
感湿特性そのものが低下してしまうので、150℃よシ
高温で反応するシリコーン樹脂を保護皮膜11 等のよう力反応基を有するシロキサン同志を触媒の存在
下に反応させて高分子量化あるいは架橋反応させてゴム
状化したものを代表的にあげることができ、例えば縮重
合型シリコーン樹脂としては、α ω−ジヒドロキシポ
リジメチルシロキサンとビニルトリメトキシシランを主
成分とするもの、又、付加重合型シリコーン樹脂として
は、信越シリコーン社製KE109のような市販品又は
、α。
ω−ジビニルジメチルポリシロキサンとヒドロシリルジ
メチルポリシロキサンを生成分とするものを使用するこ
とができる。
このような保護皮膜の厚さは特に限定されないが、湿度
センサーの応答性の観点から、20μm以下とすること
が望ましい。
次に、本発明及びその効果を実施例によシ詳説するが、
本発明はこれらによりなんら限定されるものではない。
実施例1及び対照1 (a)  感湿材料の製造 疎水性モノマーとして、メタクリル酸メチル(MMA)
0.2モル、カチオン性モノマー(乳化剤も兼ねる)と
して、2−メタクリルオキシエチルトリメチルアンモニ
ウムアイオダイド(METMAI )0.1モル及び重
合開始剤として、アゾビスイソブチルアミジン塩酸塩(
AIBA)0.001モルを、300m/の水媒体中、
窒素雰囲気下、60″Cで10時間、高速攪拌しながら
乳化共重合を行った。
その結果、粒手の内部にMMA単位が入り、表面にカチ
オン基であるトリメチルアンモニウム基が存在する安定
なラテックスが得られた。このラテックスをセロファン
の透析チューブを用いて2ケ月間透析精製して、低分子
量不純物を除去した。
0))湿度センサーの作製  、− 図面を参照して説明する。すなわち、第1図は櫛型金電
極を有する湿度センサーの一具体例を示した平面図、第
2図は第1図の湿度センサーのA−A ’断面図であシ
、符号1はアルミナ基板、2は金電極、3は感湿材料、
4はリード線接続端子を示す。上記(a)で得られた感
湿材料3すなわちラテックスを第1図及び第2図に示す
ように、櫛型の金電極2を設けたアルミナ基板上に塗布
し、乾燥して電気抵抗式湿度センサー(対照l・)1得
た。
この時形成された感湿ラテックス皮膜の重量は5mgと
した。
(C)  本発明による保護皮膜の形成上記湿度センサ
ーの感湿ラテックス皮膜の表面に付加重合型シリコーン
樹脂(信越シリコーン社製、KE109)をスピンナー
で塗布し、io。
℃で2時間硬化し、厚さ5μmの保護皮膜を設けた湿度
センサー(実施例1)を得た。
実施例1と対照1の湿度センサーの感湿特性を調べた。
すなわち、第3図は湿度センサーの相対湿度C%)(横
軸)と電気抵抗(Ω)(縦軸)との関係を示したグラフ
であり、A(−・−〕は本本実施例の場合、B(−0−
)は対照1の場合を示す。第3図のグラフから明らかな
ように、両者はとんど変らず、保護皮膜の形成は感湿特
性に影響のないことが確認された。
次に、両湿度センサーの水分凝結による特性の変化につ
いて検討した。すなわち、両湿度センサーを相対湿度3
0%の雰囲気中に放置し、これらの湿度センサーの表面
に0.005mI!の水滴を30分毎に5回滴下して、
電気抵抗の変化を測定し九。得られた結果を第4図に示
す。すなわち、第4図は湿度センサーの表面に一定時間
毎に水滴を滴下した場合の時間(時)(横軸)と電気抵
抗(Ω)(縦軸)との関係を示したグラフであシ、A(
−・−)は本実施例1の場合、B(−0−)は対照1の
場合を示し、又、矢印は水滴を滴下した時点を示す。第
4図のグラフから明らかなように、初期の電気抵抗値R
o と5回水滴が乾燥した後の電気抵抗値Rとの差をR
−R0=△几とすると、実施例1の△Rは零であったが
、対照1のΔRはかなシ大きく、水分の凝結によシミ気
抵抗値が変化しておシ、これによシ保護皮膜の効果は十
分に認められる。
実施例2及び対照2 (a)  感湿材料の製造 スチレン0.1モル、スチレンスルホン酸ナトリウム0
.01モル(乳化剤を兼ねる)及び触媒として過硫酸カ
リウムo、ooiモルを、500ccの水媒体中、窒素
気流中、60″Cで高速攪拌しながら10時間乳化重合
を行った。その結果スチレンが内部に入り、スチレンス
ルホン酸ナトリウムが表面についたラテスクスが得られ
た。このラテックスをセロファンの透析チューブを用い
て2力月間透析精製して、不純物を除去した。
(b)  湿度センサーの作製 上記(a)で得られた感湿材料(ラテックス)を用い、
実施例−1と同様の操作により、電気抵抗式湿度センサ
ー(対照2)を得た。この時形成された感湿ラテックス
皮膜の重量は5mgであった。
(C)  本発明による保護皮膜の形成上記湿度センサ
ーの感湿ラテックス皮膜の表面に、α、ω−ジヒドロキ
シポリジメチルシロキサ795重量部、ビニルトリメト
キシシラン6重量部及ヒジブチルスズジオクトエート0
.3重量部を配合した縮重合型シリコーン樹脂をスピン
ナーで塗布し、室温、50%相対湿度下で100時間反
応させた後、100℃で2時間硬化し、厚さ3μmの保
護皮膜を設けた湿度センサー(実施例2)を得た。
以下、実施例1と同様の操作によシ、両湿度センサーに
つき、水分の凝結によって特性が変化するか否かについ
て検討した。その結果、相対湿度が30%の雰囲気にお
ける実施例2と対照2の電気抵抗値は9.0X10’ 
Ωであり、はぼ同じであった。しかし、実施例2のもの
のΔRはほぼ零であったが、対照2のもののΔRは1.
6X10’Ωであった。
実施例3及び対照3 (a)  感湿材料の製造 500m/の水に疎水性モノマーとしてアクリロニトリ
ル0.2モル、架橋剤としてアリルグリシジルエーテル
0.02モル及びアミノエチルメタクリレート0.02
モル、クラフト点を与えるモノマーとしてヒドロキシエ
チルメタクリレ−) 0.01モル、並びに重合開始剤
としてアゾビスインブチルアミジン塩酸塩Q、001モ
ルを加え、液温を70″Cとし、窒素雰囲気下、10時
間高速攪拌しながら共重合反応と架橋反応を同時に行っ
た。次に、こうして得られたラテックスにグラフト重合
開始剤として硝酸第2セリウムアンモニウムo、oiし
て2−メタクリルオキシエチルトリメチルアンモニウム
ブロマイド0.1モルを加え、液温を50℃とし、窒素
雰囲気下、6時間、高速攪拌しながらグラフト反応を行
った。その結果、表面層がカチオン性ポリマーで覆われ
た微粒子が分散したラテックスを得た。
Φ) 湿度センサーの作製 上記(a)、で得られた感湿材料(ラテックス)を用い
、実施例1と同様の操作によシミ気抵抗式湿度センサー
を得た。(対照3)この時形成された感湿ラテックス皮
膜の重量は4mgであった。
(C)  本発明による保護皮膜の形成上記湿度センサ
ーの感湿ラテックス皮膜の表面に、α、ω−ジビニルジ
メチルポリシロキサン(分子量34,000)95重量
部、ヒドロシリルジメチルポリシロキサン(分子量1,
354)3重量部及び白金系触媒0.08重量部を配合
した付加重合型シリコーン樹脂をスピンナーで塗布し、
100でで2時間、更に150℃で1時間反応させて、
厚さ5μmの保護皮膜を設けた湿度センサーを得た。
以下、実施例1と同様の操作によシ、両湿度センサーに
つき、水分の凝結によって特性が変化するか否かについ
て検討した。その結果、相対湿度30チの雰囲気におけ
る実施例3と対照3の電気抵抗値は1.2X10’ Ω
であシ、はぼ同じであった。しかし、実施例3のものの
Δ凡はほぼ零であったが、対照3のもののΔRは2.5
xlO’Ωであった。
実施例4〜7及び対照4〜7 前記実施例1〜3及び対照1〜3と同様にして、保護皮
膜の有無によって湿度センサーの特性がどのように変化
するかにつき、各種感湿材料の成分及び保護皮膜の構成
材料につき検討を行った。得られた結果を下表に示す。
表から明らかな°ように、本発明の実施例4〜7のもの
は、対照4〜7のものに比し、前記ΔRは、はぼ零と変
化せず、シリコーン樹脂の保護皮膜の効果は顕著である
これらの各側から、本発明で使用するシリコーン樹脂の
保護皮膜が、感湿材料の固有の感湿特性に影響を及ぼす
ことなく、むしろ塵埃の付着又は結露による悪影響を防
止することは明らかである。
それ故、本発明においては、感湿材料は、上記例示のも
の以外に、いかなるものも使用可能である。
以上説明し喪ように、本発明によれば、感湿材料の表面
に特定の保護皮膜を設けることによシ、感湿材料皮膜の
塵埃の付着又は結露による劣化及び感湿特性の低下を防
止した安定性及び信頼性の高い電気抵抗式湿度センサー
を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は櫛型金電極を有する湿度センサーの一具体例を
示しf!、〒震」」2図は第1図0A−A/断面図、第
3図は湿度センサーの相対湿間と電気抵抗の関係を示し
たグラフ、第4図は湿度センサーの表面に一定時間毎に
水滴を滴下した場合の時間と電気抵抗との関係を示した
グラフである。 1・・・アルミナ基板、2・・・金電極、3・・・感湿
材料、4・・・リード線接続端子。 t 3目

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、外界の湿度変化に対応する電気抵抗値の変化によシ
    湿度を検出する湿度センサーにおいて、感、塁材料皮膜
    の表面にシリコーン樹脂の保護皮膜を被覆してなる電気
    抵抗式湿度センサー。 2、該感湿材料皮膜が、疎水性の核と、該核を覆うもの
    であって且つイオン性基の表面層とからなる微粒子の集
    合体からなる皮膜である特許請求の範囲第1項に記載の
    電気抵抗式湿度センサー。 3、該シリコーン樹脂の保護皮膜が、150′c以下の
    温度で皮膜形成が可能なシリコーン樹脂の皮膜である特
    許請求の範囲第1項又は第2項に記載の電気抵抗式湿度
    センサー。
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Cited By (2)

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