JPS6236550A

JPS6236550A - 感湿素子

Info

Publication number: JPS6236550A
Application number: JP17656585A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Takahashi; 一夫高橋; Takeshi Itagaki; 剛板垣
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1985-08-10
Filing date: 1985-08-10
Publication date: 1987-02-17

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】（イ）産業上の利用分野この発明は感湿素子に関する。さらに詳しくは種々の雰
囲気中の結露状態を選択的に検知する感湿素子に関する
。

（ロ）従来の技術高湿状態とくに結露状態を選択的に検出する感湿素子と
しては従来吸湿性樹脂に導電性微粉末を分散さじたもの
が知られている。これらのうち吸湿性樹脂は、親水基を
有するビニル化合物と疎水性ビニル化合物との共重合体
からなるものが多く、親木基としてはヒドロキシ基、ア
ミン基等が、また一方線水性ビニル化合物としては、エ
ポキシ基。

テトラヒドロフルフリル基等を有するビニル化合物が選
択され用いられている。また導電性微粉末としては、黒
鉛粉末、金属またはアヒチレンブラック等が用いられて
いた（特ＲｒＩＢ５４−３１５９７号公報、同５４−１
４９６’ｌｌ１号公報、同５８−９９７４０号公報〉。

これらはすべて樹脂の湿度変化による膨潤を分散導電性
微粒子間の接触抵抗、つまり電気抵抗の変化としてとら
えるように作られたものである。

（ハ）発明が解決しようとする問題点かかる感湿素子に要求される特性としては、（＋）抵抗
値の湿度に対する変化率（湿度敏感性）が大きいこと、
（Ｕ）湿度変化に対して抵抗値変化（応答性）がずばや
いこと、（至）湿度、温度、電流に対して安定なこと（
安定性）、（へ）スクリーン印刷等で大量生産でき、か
つ特性のバラツキが少ないこと（生産性）等が挙げられ
る。上記諸条件をすべて満足しうる感湿素子は、本発明
者らの知るかぎり存在していない。すなわち、上記（Ｄ
、（ｉｉ）を満足させるには感湿膜に用いる樹脂が、結
露状態において膨潤が急激に生じ、水分吸収量が大きく
、湿度が低下した場合には復帰時間が短いという特性を
有する必要があり、その為に従来から親水性ビニル化合
物と疎水性ビニル化合物との共重合体が選ばれ種々改良
されてきたが、しかしこれらの感湿素子においても＾湯
高湿状態での長期の使用に耐えつる耐熱性及び耐水性等
温度、湿度に対する安定性を満足するものとは言い難い
。

この発明の発明者らは上記事情に鑑み鋭意研究を行なっ
た結果、疎水性ビニル化合物にフッ素を含んだアクリル
酸エステル誘導体を選び、これと特定のアクリル酸アミ
ド誘導体とを主構成用（イ）体成分とした樹脂に導電性
微粉末を分散させてなる感湿膜が上記問題点を解決し、
さらに結露状態を高感度に検知することを見い出し、こ
の発明を完成させるに至った。

（ニ）　１１題点を解決するための手段及び作用かくし
てこの発明によれば、絶縁基板上の一対の電極間に下式
（１）；（式中、ｘ、ｘ’及びＲはそれぞれ独立して水素原子ま
たはメチル基を示す）で表わされるアクリル酸アミド誘
導体と、下式（■）；Ｈ２Ｃ＝　Ｃ−Ｃ−ＯＣＨ２−ＹＲＯ・・・・・・（Ｉ）（式中、Ｒは水素原子またはメチル基を、Ｙはトリフル
オロメチル基、ジフルオロメチル基またはモノフルオロ
メチル基を示す）で表わされるアクリル酸エステル誘導
体とを主構成単量体成分とする共重合体に導電性微粉末
を分散させた感湿膜を用いてなる感湿素子が提供される
。

アクリル酸アミド誘導体（Ｉ）としてはＮ、Ｎ−ジメチ
ルアクリルアミドが好ましい。

かような化合物はアクリル酸誘導体と、相当するアミン
とを無水の有機溶媒中で反応させることにより得られる
が、一般に試薬（興大株式会社製）として入手可能であ
る。

また一方のアクリル酸エステル誘導体（ＩＩ）としては
、２，２．２−　トリフルオロエチルメタクリレートが
生成する共重合体の耐熱性及び耐水性の点から好ましい
。かような化合物は通常メタクリルＭ誘導体と対応する
フルオロアルキルアルコール誘導体とより合成可能であ
るが、これもまたごスコート＃３ＦＭ（登録商標、大阪
有機化学ｖ／Ｊ製）の名称で入手可能である。なお、式
（Ｉ）のかわりにフッ素を含まないアクリル酸低級アル
キルエステルを用いても得られる感湿膜は応答性及び耐
久性の点で不安がある。

この発明に用いる共重合体は、式（Ｉ）及び式（Ｉｒ）
で示される単位を主構成成分とするものである。かよう
な共重合体は、通常ラジカル発生剤を用いるラジカル重
合の公知の重合方法により得られる。その際の平均重合
度は通常的１００〜１０．０００に調製するのが好まし
い。ただし、この範囲外でも感湿性を発揮する範囲であ
れば適用できる。また、共重合体の他の単量体成分とし
て共重合可能なビニル系単量体く例えば、スチレン、メ
タクリル酸メチル、アクリル酸メチル等）を含んでもよ
い。

また式（Ｉ）の単位と式（ＩＩ）の単位との比率は特に
限定されるものではないが通常式（工）二式（ＩＩ）の
モル比率として５：１〜１：５とするのが感湿効果及び
湿度安定性の点から好ましい。

上記方法により得られた共重合体に分散させる導電性微
粉末には化学的かつ電気的に安定なこと、更に熱的に安
定であって高温になってもガスの発生量が極めて少なく
、かつその体積固有抵抗が安定であること等の諸性質が
要求される。これらを満足する導電性微粉末としては、
アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛粉末、金
属粉末等の微粉末が挙げられるが、粒径が小さく、感湿
膜の膜厚を薄くでき、したがって応答性及びヒステリシ
スがより良好になる点からアセチレンブランク（平均粒
径４２Ｉ１１μ）が好ましい。

これら導電性微粉末の樹脂への添加量は導電性微粉末の
種類により異なるが、たとえばアセチレンブラックの場
合、樹脂１００重量部に対して８〜２０重同部添加する
のが適切である。アセチレンブラックを８重量部以下に
すると素子の抵抗値が高くなり、しかもヒステリシスが
大になる。２０ｍｆｆ１部以上になると、結露時におけ
る抵抗値の上昇率が小さくなり、スイッチング的な検知
が困難となる。

この発明の感湿素子は、上記の如く（ｑられた共重合体
に所望の割合で導電性微粉末を加え、これをエチルセロ
ソルブ等の有機溶媒中に加えてよく分散させて得られる
ペースト状のものを、予め用意しておいた感湿素子の基
板、ことに電極間に塗布し乾燥して感湿膜を形成させる
ことにより得られる。この場合膜厚はとくに限定されな
いが、５μ〜２０μが好ましい。

この発明の感湿素子は高湿または結露雰囲気においては
、感湿膜を構成している樹脂中のアクリル酸アミド成分
の窒素原子付近に、まわりの雰囲気からの水分子が吸着
して樹脂が急激に膨潤することにより該感湿膜中で接触
していた導電性微粉末が互いに離れ、その為該素子抵抗
値が急に増加し、また一方湿度が下がり出すと、耐水性
の疎水性樹脂部分が樹脂全体の収縮を促がし膨潤状態か
ら直ちに復帰して導電性微粉末間が接触しだし抵抗値が
また急激に下がる。つまり高湿度または結露状態でスイ
ッチング的に該素子が働くことになる。このことにより
この発明の感湿素子は結露状態を選択的に検知すること
になる。

なおこの発明の感湿素子における感湿剤は種々の有機溶
媒に可溶であり、その溶液の粘度が小さい為スクリーン
印刷等の印刷により素子が製造でき生産性の点でも特性
のバラツキが少なく大量生産できる利点を備えている。

（ホ）実施例以下実施例によりこの発明の詳細な説明するが、これに
よりこの発明は限定されるものではない。

【」糺へ釦（実施例１゜Ｎ、Ｎ−ジメチルアクリルアミド１０ｇと２．２．２−
トリフルオロエチルメタクリレート８．５（Ｊ　　（モ
ル比率２：１）に重合開始剤として過酸化ベンゾイル１
５０ｍｏを加え、さらにメタノールで溶解して全量８０
ｘｆとした。これをガラス製容器に入れ、凍結脱気を繰
返し封管とした。この封管を６０℃の温水浴中に静置し
て２４時間重合反応を行った。反応物をエーテル等の溶
媒に滴下させて共重合物の白色沈殿を得た。

実施例２゜Ｎ、Ｎ、−ジメチルアクリルアミド１０ｇと２．２．２
−トリフルオロエチルメタクリレート１１ｇ（モル比率
１：１）と重合開始剤として過酸化ベンゾイル１５０ｍ
ｇを加え、実施例１と同様の操作で共重合物の白色沈殿
を得た。

上記感湿剤（実施例１）１ｇにアセチリンブラック０．
１ｇを加えさらにエチルセロソルブ５１！を加えてよく
分散させてペースト状とした。次に、このペーストを第
１図の如く、あらかじめ用意した１対の櫛型炭素電極（
１１ｆｌ）を設けたアルミナ製絶縁基板（２）にスクリ
ーン印刷しその後練樹脂ｇ！　［５）を１６０℃で３０
分間焼付し、感湿素子（３）を完成させた。

このようにして得た感湿素子（３）にリード線（４）　
［４）を接続して、温度２５℃下、０．８Ｖ以下の直流
電圧をかけて該素子の各相対湿度に於ける抵抗値を測定
した。この結果を第３図に示す。

以上第３図から、相対湿度１００％付近でスイッチング
的に抵抗値が変化（曲線イ）しているため高湿状態に高
感度で応答でき、とくに結露状態を検知するのに優れて
いることがわかる。またざらに結露状態から雰囲気湿度
が低下した際の応答性、すなわらヒステリシス（曲線口
）についても優れたものであることが分る。

一方、実施例２の共重合体についても同様に優れた特性
を持ったものであった。

工玉ｊ− 比較例１゜フッ素を含まない疎水性ビニル化合物を用いた例を示す
。アクリルアミドと、フッ素を含まないメチルメタクリ
レート（以下ＭＭ、Ａと略す）を共重合させさらにアセ
チレンブラックを分散させた感湿膜を用いて相対湿度−
抵抗特性を測定した結果を下に示す。

（以下余白、次頁に続く。）注意：Ｏｏは２０ＭΩ以上を示す上記結果から、同じ組成からなるポリマを比較した場合
金フッ素系の方がヒステリシスが圧倒的に良（また抵抗
値の変化幅が大きいことが分る。

ＭＭＡ系の場合、良好な特性を得るにはＭＭＡ成分を多
くしなければならないことを示している。

比較例２゜耐久性試験の比較として、この発明の感湿膜を用いた感
湿素子とフッ素を含有していない感湿膜を用いた市販の
感湿素子ＨＯ８１０３ｐタイプ（登録商標、村山製作所
製）とを６０℃、８０％ＲＨ雰囲気という苛酷な条件下
で２１日間放置した場合の初期（Ａ）、　７日後（Ｂ）
、１４日後（Ｃ）、２１日後（Ｄ）の相対湿度−抵抗値
特性をそれぞれ測定し、第４図及び第５図に示す結果を
得た。

この結果からはフッ素を含むポリマが安定で耐久性が大
であることを示している。

以上の結果全体から、フッ素を疎水性ビニルモツマに含
んだものを使用することにより感湿膜の疎水性が高まり
、親水性と疎水性という相反する性質を極度に合せもつ
ものとなる。その結果、応答性及び湿度敏感性にすぐれ
た性質を示すことができる。またさらに耐久性が増し、
温度及び湿度変化に対しより安定なものとなる。

（へ）発明の効果この発明の感湿素子は、とくに高湿度雰囲気中で前記条
件（Ｄ　、　（ｉ）　、（ト）が優れているので結露検
知素子としての利用度が高く、例えばビデオテープレコ
ーダの回転磁気ヘッドシリンダにおける結露検知、自動
車の窓ガラスのくもり検知等広範囲な利用ができる。ま
たこの発明は、スクリーン印刷等により大量生産が可能
であるので、高感度で安定な性能をもつ感湿素子をより
安価に供給できうる利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の感湿素子の平面図、第２図は第１図
のＩ［’線断面図、第３図はこの発明の感湿素子の相対
湿度−抵抗特性図の一例を示すグラフ、第４図はこの発
明の感湿素子の耐久性試験後の相対湿度−抵抗値特性を
示すグラフ、第５図は市販の感湿素子を用いたときの第
４図相当図である。（１）・・・・・・電極、　　　（２）・・・・・・絶
縁基板、（３）・・・・・・感湿素子、　　（４）・・
・・・・リード線、（５）・・・・・・感湿膜（導電性
微粉末分散樹脂膜）。相対湿度　ＲＨ（’／、）

Claims

【特許請求の範囲】

１．絶縁基板上の一対の電極間に、下式（ I ）；▲数
式、化学式、表等があります▼・・・・・・（ I ）（式中、Ｘ，Ｘ′及びＲはそれぞれ独立して水素原子ま
たはメチル基を示す）で表わされるアクリル酸アミド誘
導体と、下式（II）； ▲数式、化学式、表等があります▼・・・・・・（II）（式中、Ｒは水素原子またはメチル基を、Ｙはトリフル
オロメチル基，ジフルオロメチル基またはモノフルオロ
メチル基を示す）で表わされるアクリル酸エステル誘導
体とを主構成単量体成分とする共重合体に導電性微粉末
を分散させた感湿膜を用いてなる感湿素子。
２．導電性微粉末が共重合体１００重量部に対して８〜
２０重量部を添加してなる特許請求の範囲第１項に記載
の感湿素子
３．導電性微粉末がアセチレンブラックである特許請求
の範囲第１項に記載の感湿素子。
４．（ I ）と（II）の共重合のモル比が５：１〜１：
５である特許請求の範囲第１項に記載の感湿素子。