JPS6122898B2

JPS6122898B2 -

Info

Publication number: JPS6122898B2
Application number: JP53106572A
Authority: JP
Inventors: Tatsuki Matsuo; Tsuneyuki Suzuki; Mitsugi Yamamoto
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 1978-08-30
Filing date: 1978-08-30
Publication date: 1986-06-03
Also published as: JPS5531983A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、繊維状活性炭を担体とした湿度セン
サーに関する、湿度センサーは、居住環境の湿度
調整、工場の生産現場や精密機器室の湿度管理、
自動車や一般建築等の窓ガラスの防曇、ビニルハ
ウス栽培や生鮮食品貯蔵時の湿度管理、乾燥機の
レベル設定等、近年とみにその需要が増してきて
いる。しかし、従来の湿度センサーは、応答速
度、吸脱湿のヒステリシスの少なさ、経時的な安
定性、検出感度、汚れ等に対する耐性、温湿度の
適用範囲等、要求される性能について満足なもの
とはいえない。例えば毛髪やナイロン剛毛の湿度
による伸縮を利用した方式の湿度センサーは最も
普遍的に使用されているものであるが、感度が充
分でないこと、吸脱湿時のヒステリシスが大きい
こと、クリープのあること、応答速度が遅いこ
と、振動に弱いこと、スペースを取ることなど、
多くの欠点がある。吸湿樹脂膜を用いて電気抵抗
変化を検出する方式もあるが、抵抗値が大きく信
号として使用しにくい欠点がある。このため導電
性粒子を混合した樹脂膜の利用も提案されている
が、粒子相互の接触状態が安定せず、経時的変化
が生じやすい。金属酸化物の焼結被膜を用い、そ
の電気抵抗変化を検出する方式も数多くあるが、
感度の信頼性が乏しいこと、他のガス物質の吸収
や汚れ等による経時変化が大きいこと等の難点が
ある。また塩化リチウム等の電解質水溶液を多孔
質マトリツクスに浸潤したものは、かなり広く使
用されているが、高湿度で潮解性があること、経
時変化が大きいこと、直流電圧を印加すると特性
が急変すること等の問題点がある。

本発明者らは、上記従来品の欠点を改良して、
使いやすく、しかも経済的な湿度センサーを得る
べく鋭意研究の結果本発明に到達した。

すなわち、本発明は、平均直径が10〜50Åの細
孔を有する繊維状活性炭に吸湿性物質を担持させ
たことを特徴とする湿度センサーである。

本発明の湿度センサーの最大の特徴は、測定可
能範囲がきわめて大きいことである。従来のもの
が測定可能範囲にしてたかだか20〜40％であり、
したがつて広い範囲の湿度を測定しなければなら
ない時には、低湿度用、中湿度用、高湿度用とい
うように２種類以上の湿度計を準備しなければな
らなかつたのに対し、本発明の湿度センサーは相
対湿度10〜95％の広範囲にわたつて測定可能であ
る。

本発明の湿度センサーの第２の特徴は、繊維状
活性炭を用いているため、表面積がきわめて大き
く、繊維内拡散抵抗もきわめて小さいことであ
る。また繊維状であるので、薄くて空隙率の高い
紙状シートを容易に作ることができ、このシート
は、水分のシート内拡散抵抗を、たとえば焼結多
孔薄膜の場合よりも小さく抑えることができる。
したがつて湿度変化に対する検出量の応答がきわ
めて敏速で特に脱湿速度が他のセンサーの場合よ
りも著しく大きいという特徴がある。

本発明のセンサーの第３の特徴は、担持させる
吸湿性物質の量を制御しやすく、かつ担持された
吸湿性物質が潮解現象を示しにくいことである。
従つて本発明のセンサーは従来のものに比して長
寿命である。繊維状活性炭は、それが適切に製造
されている場合には、吸湿性物質を相当多量にし
かも安定に担持させることができる。第１図の例
は担持させる塩化リチウム濃度と塩化リチウム担
持量との関係を示すグラフであつて、このグラフ
から分かるように両者には直線関係があり、塩化
リチウム濃度を決めれば、塩化リチウム担持量を
一義的に制御することができるという利点があ
る。

また、吸湿性物質を担持させた場合、たとえば
塩化リチウムを10重量％担持させた場合、雰囲気
の相対湿度95％でも潮解現象を示すことはない。
このように本発明のセンサーでは多量の吸湿性物
質を担持できるので、湿度変化を充分な感度で電
気抵抗や容量の形で検出できる。特に電気抵抗素
子として用いた場合、繊維状活性炭自身が半導体
なので、センサーとしての抵抗のレベルを10²〜
10⁴Ωという抵抗変化を検出しやすい範囲で使用
することができるという利点がある。

本発明のセンサーの第４の特徴は検出量と湿度
の関係で吸湿、脱湿間のヒステリシスがきわめて
小さいことである。繊維状活性炭は雰囲気の湿度
変化に対して吸湿、脱湿の対応が速く、したがつ
て吸湿、脱湿間のヒステリシスが小さく、湿度変
化に対する湿度センサーの検出量の変化もきわめ
て速い。

本発明のセンサーの第５の特徴は水蒸気以外の
ガス、ダスト、ミスト等の影響を受けにくいこと
である。繊維状活性炭は、元来シヤープな細孔分
布を有しているが、吸湿性物質を担持させると、
その細孔はその吸湿性物質で埋められているので
水蒸気以外のガス分子の吸着はほとんど行われ
ず、水蒸気ガスのみがほとんど選択的に吸収され
る。したがつて水蒸気以外のガス吸着等による感
度特性の変化はほとんど回避できる。また繊維状
活性炭の表面積はきわめて大きいので、その表面
の一部が油等で掩われても特性変化は僅少にとど
まる。また繊維状活性炭を、例えば紙状のシート
として開いた場合、粗大なダストやミストの大部
分はシートの表層で捕えられ、シートの大部分を
占める内層まで到達することが阻止される。これ
らの理由から本発明のセンサーは汚れに対する耐
性がきわめて大きい。その他、繊維状であるの
で、粒状活性炭のように振動で脱落せず、電導性
もすぐれている。

本発明の湿度センサーに使用する繊維状活性炭
は、綿、麻、レーヨンのようなセルロース系繊
維、アクリロニトリル系繊維、架橋ポリエチレン
繊維、ノポラツク繊維のような合成繊維等に必要
に応じて難燃剤を合浸させて通常、400℃以下で
炭化し、400℃以上で賦活化して製造される。細
孔分布は平均直径10〜50Åの比較的シヤープな分
布を有することが好ましい。繊維状活性炭の使用
形態は、単一の繊維を用いることもできるが、汚
れ等の耐性という点から紙状、不織布状、布帛状
のシート、特に繊維状活性炭のみからなる薄い紙
状シートまたは繊維状活性炭を50％以上含む他の
繊維との薄い紙状混抄シートが好ましい。

繊維状活性炭に担持させる吸湿性物質として
は、エチレングリコール、トリエチレングリコー
ルのような有機吸湿性物質、塩化リチウム、塩化
マグネシウム、硫酸銅、塩化亜鉛等の無機吸湿性
物質が挙げられるが、塩化リチウムが毒性、腐蝕
性が少ないという点で好ましい。

繊維状活性炭に吸湿性物質を含浸させて乾燥後
に担持される量は、第１図の担持された塩化リチ
ウムの量と水溶液の塩化リチウム濃度との関係に
見られるように濃度が高いほど担持量も大きくな
るので、吸湿性物質の濃度で担持量を決めること
ができる。しかし、担持量が多くなりすぎると吸
湿性物質によつては潮解現象等が起こるので、適
量にすることが好ましい。例えば塩化リチウムの
場合には、担持量が40％（ｇ／但体ｇ×100）以
上になると潮解性が目立つてくるので、それ以下
にすることが好ましい。

ダストやミストの多い雰囲気下で使用するには
繊維状活性炭の表層に薄い疎水性のダスト、ミス
ト防護層を重ね合わせた積層シートを用いるのが
好ましい。この複合シートの好ましい製法として
は繊維状活性炭シートと防護層シートを同時に抄
紙、積層するか、防護層シートを予め作成し、こ
れに繊維状活性炭を主成分とするシートを抄紙積
層シートと繊維状活性炭シートを貼り合わせる方
法がある。

第２図は本発明の湿度センサーの構造の一例を
示す斜視図であつて、１，１′は電極、２は絶縁
性樹脂板、３は吸湿性物質を担持させた繊維状活
性炭を主成分とするシートであつて、このシート
３と電極１，１′ならびに絶縁性樹脂板２とは、
それぞれ導電性接着剤で接着されている。電流
は、一方の電極１からシート３内を流れて他方の
電極１′に達するようになつているので、これを
ホイートストンブリツジ回路等の検出回路に連結
して電気抵抗の変化、電気容量の変化等を検知す
ることができる。湿度センサーの構造は、この目
的に応じて適宜選択されるものであるから、第２
図の構造に限定されないことはもちろんである。

次に実施例について本発明を説明する。

実施例平均直径５μ、表面積1470m²／ｇであつて、シ
ヤープな細孔分布を有するセルロース系繊維状活
性炭70重量％、ポリアクリロニトリルパルプ25重
量％、ポリビニルアルコール繊維５重量％の割合
で通常の丸網式抄紙法に従つて混合抄紙したの
ち、170℃の温度でヒートプレスして厚み0.25
mm、秤量60g／m²の紙状シートを得た。このシー
トを塩化リチウム10g／mlの水溶液に浸漬し、乾
燥して、このシートに塩化リチウムを20重量％担
持させた。

このシートを第２図の構造の湿度センサーに組
み立て、各種の湿度の恒湿槽内に挿入して電気抵
抗を測定した。なおその際の測定にはホイートス
トンブリツジ回路を使用し、ブリツジ電圧は交流
0.3Vとし、比較湿度計には較正されたリシヤー
ル式毛髪湿度計を使用した。その結果は第３図の
グラフのとおりである。第３図において横軸は関
係湿度（RH、％）、縦軸は抵抗値（Ω）であり、
広範囲にわたつて測定が可能であり、測定値のば
らつきはあまり見当らなかつた。

また上記湿度センサーを恒湿槽に挿入してか
ら、検知量が一定になるまでの時間15秒程度であ
つた。更にこのセンサーを屋外に１ケ月放置して
から使用したが、検知量に差異は見られなかつ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は繊維状活性炭に担持させる塩化リチウ
ム濃度と塩化リチウム担持量との関係の一例を示
すグラフであり、第２図は、本発明の湿度センサ
ーの構造の一例を示す斜視図、第３図は実施例の
湿度センサーで測定した関係湿度と抵抗値との関
係を示すグラフである。１，１′：電極、２：絶縁性樹脂板、３：吸湿
性物質を担持させた繊維状活性炭を主成分とする
シート。

Claims

【特許請求の範囲】

１平均直径が10〜50Åの細孔を有する繊維状活
性炭に吸湿性物質を担持させたことを特徴とする
湿度センサー。