JPS6222097B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は吸湿性樹脂に導電性粉末を分散してな
る湿度検知素子にかかり、特に低温における応答
性を改良した湿度検知素子を提供しようとするも
のである。

従来から、吸湿性樹脂に導電性粉末を分散させ
て樹脂の湿度変化による膨潤を分散導電粒子間の
接触抵抗、つまり電気抵抗の変化としてとらえる
湿度検知素子が作られている。それらは、湿度に
対する応答性、再現性、あるいは耐寿命性などの
点について改善が必要なものであつた。その中で
親水基を有するビニルモノマーにエポキシ基を有
するビニルモノマーを共重合させて得られる吸湿
性樹脂が、再現性、耐寿命性に優れていることが
知られている。しかし、この吸湿性樹脂では低温
における応答性についてはまだ十分でない。一般
に、応答性と耐寿命性とは二律背反の関係にある
といえる。低温における応答性を向上させる方法
として、親水性モノマーの仕込み比を大きくする
か、他の親水性モノマーを共重合させるなどが考
えられる。しかし、このようにして得られた吸湿
性樹脂は低温における応答性が向上する一方、耐
寿命性の低下することが認められる。発明者ら
は、かかる問題点を解決するために、鋭意研究し
た結果、可撓性の大きな重合体を与える疎水性モ
ノマーが応答性と耐寿命性を満足させることを見
い出した。

本発明にかかる湿度検知素子は、親水基を有す
るビニルモノマーに疎水性モノマーを共重合させ
て得られた吸湿性樹脂に、導電性粉末を分散させ
てなることを特徴とするものである。本発明にお
ける疎水性モノマーの異す機能な親水基と疎水基
の比率を最適化することにより、低温における可
撓性を改善できる点にある。この疎水基を共重合
することによりはじめて親水基ポリマーを可塑化
し、加水分解されにくくかつ低温における親水基
ポリマーの膨潤速度を速めることが可能となる。
この低温における膨潤速度が速くなる。これより
樹脂中に分散させた導電性粉末の接触面積が低下
し、電気抵抗の上がる速度がはやくなり、低温に
おける湿度に対する応答速度が向上する。

本発明において使用される親水基を有するビニ
ルモノマーとしては、吸湿性（メタ）アクリレー
ト、吸湿性（メタ）アクリルアミド類、またはビ
ニルピロリドン類がある。ここで（メタ）アクリ
レートとはアクリレートとメタアクリレートとを
総称するものとし、また（メタ）アクリルアミド
とはアクリルアミドとメタアクリルアミドとを総
称するものとし、以下の具体的な物質についても
同様とする。吸湿性（メタ）アクリレートとして
はヒドロキシ低級アルキシ（メタ）アクリレート
またはヒドロキシ低級アルコキシ低級（メタ）ア
クリレートなどがある。前記化合物のうち本発明
に使用される好ましいビニルモノマーとしては、
それぞれ２―ヒドロキシエチル（メタ）アクリレ
ート、ジエチレングリコールモノ（メタ）アクリ
レート、２―ヒドロキシプロピル（メタ）アクリ
レート、３―ヒドロキシプロピル（メタ）アクリ
レート、トリエチレングリコールモノ（メタ）ア
クリレート、ジプロピレングリコールモノ（メ
タ）アクリレートなどがある。（メタ）アクリル
アミド類としては、（メタ）アクリルアミド、メ
チロール（メタ）アクリルアミド、ジアセトン
（メタ）アクリルアミドなどがある。ビニルピロ
リドン類としては、Ｎ―ビニルピロリドン、また
は２―メチル―Ｎ―ビニルピロリドンなどがあ
る。耐寿命性を向上させるために公知のエポキシ
基を含むビニルモノマーを共重合させたのち、一
般のエポキシ硬化剤で架橋させてもよい。エポキ
シ基を含むビニルモノマーとしては、（メタ）ア
クリル酸グリシジルまたはｐ―ビニル安息香酸グ
リシジルなどがある。

疎水性モノマーとしては、テトラヒドロフルフ
リル（メタ）アクリレート、２―エチルヘキシル
（メタ）アクリレート、ラウリル（メタ）アクリ
レートなどが望ましい。本発明の共重合体中にお
いて、疎水性モノマー成分は親水基を有するビニ
ルモノマーに対して20〜70モル％範囲内の組成比
率であることが好まし。共重合体中に占める疎水
性モノマー成分が親水基を有するビニルモノマー
に対し20モル％より少なくなると、低温における
応答性能向上の効果が少なくなる。一方70モル％
より多くなると共重合体の吸水率が低下するの
で、相対湿度の変化による抵抗値の変化が小さく
なる。それ故、相対湿度変化によつて抵抗値をス
イツチング的に変化させる目的には適しなくな
る。

本発明の湿度検知素子は、上記組成の共重合体
と一般のエポキシ硬化剤、たとえばジアミノジフ
エニルメタンなどをエチルセロソルブやジメチル
ホルムアミドなどの溶剤にとかし、その溶液に炭
素または金属などの導電性粉末を加えてよく分散
させたのち、あらかじめ基板の上に設けられたく
し形電極の上に積層し、加熱して溶剤を飛散させ
ると同時に、架橋させて固体状分散体とすること
によつて製造される。このようにして得られる湿
度検知素子の電極としては、導電性ペイントおよ
び通常の電極材料を使用することができる。湿度
検知素子の抵抗値は、樹脂中に分散させる導電性
粉末の量を選ぶことによつて設定できる。以下、
本発明を実施例においてさらに具体的に説明す
る。

実施例 １ ２―ヒドロキシエチルメタクリレート19.5ｇ、
テトラヒドロフルフリルメタクリレート7.8ｇ、
メタアクリル酸グリシジル1.42ｇ（モル比15：
５：１）と重合開始剤としてアゾビスイソブチロ
ニトリル19mgをエチルセロソルブ110ｇに溶解
し、窒素気流下、80℃、５時間加熱して共重合さ
せた。反応終了後、溶液をエーテル中に注いでポ
リマーを沈澱させた。メタノール・エーテル系で
再沈精製したあと、減圧室温で白色固体乾燥ポリ
マーを得た。この樹脂２ｇをエチルセロソルブに
溶解し、エポキシ硬化剤としてのジアミノジフエ
ニルメタン70mg、導電性粉末として平均粒子径
0.5μｍの黒鉛１ｇを加えてよく分散させて、ペ
ースト状とした。次に、この分散液を、あらかじ
めくし形炭素電極を形成したセラミツク基板上に
塗布し、100℃の温度で１時間加熱して反応さ
せ、固体皮膜を形成した。このようにして作つた
湿度検知素子の構造を第１図Ａ，Ｂに示す。図に
おいて、１はセラミツク基板、２，３はくし形炭
素電極、４は黒鉛微粉末を分散させた樹脂膜、
５，６はリード線でそれぞれ電極２，３に接続さ
れている。この湿度検知素子の相対湿度と電極間
抵抗値との関係（温度25℃一定）は、第２図の曲
線７に示すとおりである。特性の再現性は良好で
あつた。温度25℃、相対湿度47％の状態から、１
℃の氷水中に浸して100KΩの抵抗値に対するま
での時間を低温における応答性と定義すれば、こ
の湿度検知素子では70秒であつた。

比較例 テトラヒドロフルフリルメタクリレートを加え
ない以外は実施例１と同様にして共重合体を合成
した。この樹脂２ｇにジアミノジフエニルメタン
100mgを加え、エチルセロソルブに溶解させ、こ
れに黒鉛の微粉末（平均粒径：0.5μｍ）を１ｇ
分散させてペースト状とした。この素子の25℃の
温度における相対湿度と抵抗値との関係は、第２
図の曲線８のとおりである。実施例１と同様にし
て１℃における応答性を測定すると240秒であつ
た。

実施例 ２ ２―ヒドロキシエチルメタクリレート、テトラ
ヒドロフルフリルアクリレート、メタアクリル酸
グリシジルの共重合仕込モル比を15：７：1.3と
し、実施例１と同様にして共重合体を合成した。
この樹脂２ｇにジアミノジフエニルメタン84mgを
加えエチルセロソルブに溶解させ、これに黒鉛の
微粉末（平均粒径：0.5μｍ）を１ｇ分散させて
ペースト状とした。実施例１と同様にして１℃に
おける応答性を測定すると64秒であつた。耐寿命
性は比較例とほぼ同等であつた。

実施例 ３ ２―ヒドロキシエチルメタクリレート、テトラ
ヒドロフルフリルアクリレート、メタアクリル酸
グリシジルの共重合仕込モル比を17：５：1.3と
し実施例１と同様にして共重合体を合成した。こ
の樹脂２ｇにジアミノジフエニルメタン84mgを加
え、エチルセロソルブに溶解させ、これに黒鉛の
微粉末（平均粒径：0.5μｍ）を１ｇ分散させて
ペースト状とした。実施例１と同様にして１℃に
おける応答性を測定すると50秒であつた。

以上の実施例においては、導電性粉末として黒
鉛の粉末のみを用いたが、黒鉛に限らずカーボン
ブラツク、金粉や銀粉などの金属粉、さらにはそ
れらの混合物を使用しても同等の結果が得られ
る。

また、共重合体を形成するための成分について
も、上記実施例のものに限られるものでなく、他
のものについても同じ傾向が認められた。

実施例 ４ アクリルアミド、２―エチルヘキシルメタアク
リレート、Ｐ―ビニル安息香酸グリシジルの共重
合仕込モル比を10：８：１とし実施例１と同様に
して共重合体を合成した。この樹脂２ｇにジアミ
ノジフエニルメタン80mgを加え、エチルセロソル
ブに溶解させ、これに黒鉛の微粉末（平均粒径：
0.5μｍ）を１ｇ分散させてペースト状とした。

実施例１と同様にして１℃における応答性を測
定すると48秒であつた。

疎水性モノマーの仕込モル比は親水基を有する
ビニルモノマーからの単独重合体の吸水率に依存
する。たとえば、Ｎ―ビニルピロリドンのように
大きな吸水率を有するポリマーを与えるモノマー
の場合には、疎水性モノマーの仕込モル比を大き
くすることができる。

以上のように、本発明にかかる湿度検知素子
は、低温における応答性が従来品に比べて著しく
改善されたものであり、かつ信頼性の高いもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる湿度検知素子の応用例
の一例を示し、図Ａは平面図、図ＢはＸ―X′線
に沿つた断面図である。第２図はその相対湿度と
抵抗値との関係を示す図である。 １……セラミツク基板、２，３……くし形炭素
電極、４……黒鉛微粉末（導電性微粉末）を分散
させた樹脂膜、５，６……リード線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 感湿要素がアクリレート類、メタアクリレー
   ト類、アクリルアミド類、メタアクリルアミド
   類、またはビニルピロリドン類のいずれかよりな
   る親水基を有するビニルモノマーに、テトラヒド
   ロフルフリルアクリレート、テトラヒドロフルフ
   リルメタアクリレート、２―エチルヘキシルアク
   リレート、２―エチルヘキシルメタアクリレー
   ト、ラウリルアクリレート、またはラウリルメタ
   アクリレートのいずれかよりなる疎水性モノマー
   を共重合させて得られた吸湿性樹脂に導電性粉末
   を分散させてなる湿度検知膜を絶縁基体上に形成
   し、前記湿度検知膜上に対向する電極を形成し、
   前記電極間の抵抗値により湿度を検知することを
   特徴とする湿度検知素子。 ２ ビニルモノマーとしてヒドロキシ低級アルキ
   ルアクリレート、ヒドロキシ低級アルキルメタア
   クリレート、ヒドロキシ低級アルコキシ低級アル
   キルアクリレート、ヒドロキシ低級アルコキシ低
   級アルキルメタアクリレート、２―ヒドロキシエ
   チルアクリレート、２―ヒドロキシエチルメタア
   クリレート、ジエチレングリコールモノアクリレ
   ート、ジエチレングルコールモノメタアクリレー
   ト、トリエチレングリコールモノアクリレート、
   トリエチレングリコールモノメタアクリレート、
   ジプロピレングリコールモノアクリレート、ジプ
   ロピレングリコールモノメタアクリレート、Ｎ―
   ビニルピロリドン、または２―メチル―Ｎ―ビニ
   ルピロリドンを使用したことを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の湿度検知素子。 ３ 共重合体において親水基を有するビニルモノ
   マーに対して疎水性モノマーを20〜70モル％使用
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の湿度検知素子。 ４ 導電性粉末を吸湿性樹脂100重量部に対して
   30〜100重量部分散させてなることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の湿度検知素子。