JPS6291847A

JPS6291847A - 感湿素子

Info

Publication number: JPS6291847A
Application number: JP23282885A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Takahashi; 一夫高橋; Takeshi Itagaki; 剛板垣; Takashi Suzai; 須斉　嵩
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1985-10-17
Filing date: 1985-10-17
Publication date: 1987-04-27

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せたもの
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、親水基としては水酸基、アミノ基
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、金属またはアセチレンブランク等が用いら
れていたく特開昭５４−３１５９７号公報、同５４−１
４９６９１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、
（ｉ＋）湿度変化に対して抵抗値変化（応答性）がすば
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つる感湿素子は、本発
明者らの知るかぎり存在していない。すなわち、上記（
Ｉ）、（ｆｉ）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
高温高湿状態での長期の使用に耐えうる耐熱性及び耐水
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、親水性ビニルモノマにアクリルアミド誘導体を
選び、この誘導体に特定のアクリル酸またはその誘導体
を共重合させ、これに導電性微粉末を分散させたのち架
橋して適度の疎水性を与えた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）問題点を解決するための手段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、導電性微粉末を分散した樹脂からなる感湿膜を形成
してなり、該樹脂が、（Ｊ　下式（Ｉ）；（式中、ｘ、ｘ’　はともにメチル基または一方がメチ
ル基で他方は水素原子、Ｒはメチル基または水素原子を
示す）で表わされるアクリルアミド誘導体及び＋ｂ＋　　下式（■）：Ｈ２Ｃ＝ＣＣＲ′ １（ＩＲ’　　０（式中、Ｒ′はメチル基または水素原子を、Ｒｎは水酸
基またはアミン基）で表わされるアクリル酸類とを主構
成単量体成分としかつ多官能性エポキシ樹脂で架橋処理
された架橋共重合体からなる感湿素子が提供される。

アクリルアミド誘導体（ａ）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
とを無水の有線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。

また一方の特定のアクリル酸類市）としては、アクリル
酸、メタクリル酸、アクリルアミド、メタクリルアミド
等が挙げられ、メタクリル酸が好ましい。かような化合
物は通常、試薬として市販されており入手可能である。

この発明に用いる共重合体は、アクリルアミド誘導体（
ａ）成分及びアクリル酸類＋ｂ＋成分を主構成単量体成
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等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の範囲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
ニル系単量体を含んでもよい。とくにスチレン、アクリ
ル酸メチル等の添加は架橋剤の使用量を減少でき、更に
耐有別溶媒性を増す点で好ましい場合がある。

これらの共重合比は限定されることはないが、（ａ＋１
００ｆｆ１１部に対しくｂ）１５〜３５重量部とするの
が適しており、〈ｂ〉が１５重量部以下及び３５重量部
以上では湿度安定性点から好ましくない。

予め上記方法により得られたく田と＋ｂ＋とを主構成単
量体成分とする共重合体は、後述の如く多官能性エポキ
シ樹脂等の架橋剤と共にエチルセロソルブ等の適当な溶
媒中に溶解されて、さらにアセチレンブラック等の導電
性微粉末と混合された後、適宜熱処理されて架橋処理さ
れるのが適している。

多官能性エポキシ樹脂は、上記未架橋共重合体１００重
量部に対し、１０〜５０重量部添加されるのが好ましい
。該樹脂１０重母部以下では該樹脂による疎水効果が弱
くなり、５０重量部以上では架橋重合体全体の吸湿効果
が弱くなって、スイッチング的な感湿効果が期待できか
ねる点で好ましくない。

上記架橋剤には疎水性基を有する多官能性エポキシ樹脂
が用いられ、４官能性グリシジルアミン化合物が適して
いる。上記化合物にはたとえばテトラグリシジルメタキ
シレンジアミンあるいはテトラグリシジル−１，３−ご
スアミノメチルシクロヘキサンが挙げられる。

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ック（平均粒
径４２ｍμ）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、上記重合体１００重１部に対して１５〜３０重量部
添加するのが適切である。アセチレンブラックを１５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。

３０重間部以上になると、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、上記の如く得られた共重合体に
所望の割合で架橋剤及び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Ｊ３いた感
湿素子の基板、ことにＮ極間に印刷等の手法により塗布
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、５〜２０μが好ま
しい。

（ホ）作　用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ミン基または水Ｍ基
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
に該素子が動くことになる。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開生産できる利点を備えている。

（へ）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。

感湿剤の合成実施例１゜Ｎ、Ｎ−ジメチルアクリルアミドＴＯｇおよびメタアク
リル酸２．６ｇに重合開始剤として過酸化ベンゾイル１
５０Ｂを加え、エチルセロソルブ５０（ｌに溶解する。

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℃の渇水浴中に静置して２４時間重
合反応を行った。反応終了侵溶液をエーテル中に注いで
ポリマを沈澱させた。

その後メタノール、エーテル系でＭ製し、減圧乾燥して
白色の乾燥ポリマを得た。

上記ポリマ１ｇにエチルセロソルブ４ｇ、テトラグリシ
ジル−１，３−ごスアミノメチルシクロヘキサン０，２
Ｑ　、導電性微粉末として平均粒径４２ｍμのアセチレ
ンブラック０．１８Ｑを加えよく分散させてベースト状
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対の櫛形酸化ルテニウム電極（Ｉ）　（Ｉ
）を設けたセラミック製絶縁基板（２１上にスクリーン
印刷し、その後該樹脂膜（５）を　１６０℃で１時間焼
付し、感湿素子（３）を完成させた。このときの該ＩＩ
Ｉ　（５）の膜厚は５〜１０μであった。

このようにして得た感湿素子（３）にリード線（４１（
４１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。この特性変化の結果を第３図に示す。この特性の再
現性は良好であった。

比較例比較として６０℃、相対湿度８０％（８０％ＲＨ）雰囲
気中に、この発明の感湿素子及びポリビニルアルコール
系樹脂からなる感湿性高分子中にカーボン粉末を分散さ
せた市販の感湿素子を２１日間放置したときの初期（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。第５図より市販の感湿素子は時間
と共にその特性が大きく変化しているが、第４図よりこ
の発明の感湿素子はほとんど特性に変化が無くぎわめて
安定しており、このことは優れた耐久性を有しているこ
とを示している。

以上の結果から、この発明の感湿素子は、高湿度状態で
スイッチング的に抵抗値が変化しているため、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。

さらに耐久性が増し、湿度及び温度変化に対し、より安
定なものとなっていることが判る。

（ト）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（ｉ）　、　（ｎ）　、（至）が優れているので結霧
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。さらにこの発
明に用いる架橋共重合体はカルボン酸基を反応点として
多官能性エポキシ樹脂により架橋されるため、高度の３
次元構造が発現し、その結果耐久性、信頼性の優れた感
湿素子を与えることになる。

【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［−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。（Ｉ）・・・・・・電極、　　（ａ・・・・・・セラミ
ック製絶縁基板、（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）。第１図第２図笛１Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

１．絶縁基板上の一対の電極間に、導電性微粉末を分散
した樹脂からなる感湿膜を形成してなり、該樹脂が、（ａ）　下式（Ｉ）； ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、Ｘ，Ｘ′はともにメチル基または一方がメチル
基で他方は水素原子、Ｒはメチル基または水素原子を示
す）で表わされるアクリルアミド誘導体及び（ｂ）　下式（II）； ▲数式、化学式、表等があります▼ （式中、Ｒ′はメチル基または水素原子を、Ｒ”は水酸
基またはアミノ基）で表わされるアクリル酸類とを主構
成単量体成分としかつ多官能性エポキシ樹脂で架橋処理
された架橋共重合体からなる感湿素子。
２．多官能性エポキシ樹脂が４官能性グリシジルアミン
化合物である特許請求の範囲第１項に記載の感湿素子。
３．導電性微粉末が共重合体１００重量部に対して１５
〜３０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
４．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。
５．（ａ）および（ｂ）の共重合比が（ａ）１００重量
部に対し、（ｂ）１５〜３５重量部である特許請求の範
囲第１項に記載の感湿素子。
６．多官能性エポキシ樹脂が、未架橋処理共重合体１０
０重量部に対して、１０〜５０重量部用いられてなる特
許請求の範囲第１項に記載の感湿素子。