JPH01156653A - 結露センサ - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は結露センサに関するものである。詳しくは基板
、その表面に被着してなる溶媒可溶型ポリイミド樹脂層
、さらにその表面に相互に近接して形成した一対の電極
より構成される結露センサに関するものである。本発明
の結露センサは水、アルコール類、ケトン類をはじめと
する凝縮性の気体の結露の有無を検出するのに好適に用
いられる。

〔従来の技術およびその問題点〕

結露センサとは水、アルコール類、ケトン類をはじめと
する凝縮性気体の結露の有無を検出する装置である。結
露センサはインピーダンス変化式湿度センナの一種とし
て開発されてきた。

インピーダンス変化式湿度センサとは感湿体への水分の
吸着により、電気的特性、特にインピーダンスが顕著に
変化することを利用して、これを測定して湿度を求める
ものである。インピーダンスの変化には抵抗変化型と容
量変化型とあるが、結露センサには抵抗変化型が用いら
れる。このタイプのセンサは一般には絶縁性基板。

倒えば多孔性セラミック板の表面に相互に近接して一対
の電極が厚膜印刷法等により形成されており、高湿状態
においてセラミック表面に結露がはじまると、これら電
極間の抵抗値が指数関数的に急激に低下するため、これ
を測定して結露の有無を検出することができる。

結露センサに用いられる感湿層の材料としては、セラミ
ック系と高分子系に大別される。セラミック系としては
、　Ｔｉ　％　Ｓｎ　、　Ｚｒ　、　ｉＶＩｇ　。

Ｃｒ、Ｓｉ、Ｖ等の酸化物を配合したものが多く用いら
れ、耐熱性が高く、使用可能湯度が広い旦 が、セラミックの多孔構造のため、−〆結露するとその
後の回復が遅い傾向がみられ、また、電極として導体ペ
ーストを厚膜印刷後高温焼成するためコスト的に有利と
は言えない。また。

高分子系としては、ポリイミド等のフィルムや、基板上
にポリアミック酸を塗布した後、加熱して縮重合して形
成したポリイミド薄膜等が用いられるが、前者の場合に
は、吸湿に伴う寸法変化の問題があり、またセンサとし
て機械的強度が十分とは言えず、また後者の場合には、
一般にはポリイミド薄膜の形成に長時間を要し、いずれ
の場合も有利とは言えない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者達は、基板の上に溶媒可溶型ポリイミド樹脂を
塗布して、乾燥、熱処理しさらにその表面に相互に近接
して一対の電極を形成することにより、安価でしかも機
械的に十分な強度を有する結露センサを製造できること
を見い出し１本発明を完成した。

本発明のセンサは、適当な湿度下に配置して、例えば直
流バイアスを有しない交流電圧を印加することにより抵
抗を測定することができるが、温度あるいは湿度を変化
させて露点に達すると。

基板表面の電極付近において結露状態となって抵抗値が
急激に低下するので、これにより結露の有無を検出する
ことができる。

以下に本発明の詳細な説明する。

本発明で基板とは、無機質あるいは有機質の素材で１表
面に被着するポリイミド樹脂の熱処理温度に耐えるだけ
の耐熱性を有し、また、該ポリイミド樹脂の溶媒に対し
て耐久性を有し。

さらに表面が平担で十分な機械的強度を有するものであ
ればよい。例えば各種の金属板や、ガラス板、シリコン
基板等の無機素材が好適だ挙げられ、特に金属板が好適
である。

本発明で用いられる金属板としては、ステンレス板、ア
ルミニウム板、アルミニウム合金板。

銅板、銅合板、鉄板、モリブデン板、クローム板、亜鉛
板等が好ましく１％にステンレス板、アルミニウム板が
好ましい。アルミニウム板を用いる場合疋は１表面をア
ルマイト加工することにより１表面に被着される溶媒可
溶型ポリイミド樹脂との密着性を高めることもできる。

ステンレス板としては公知のものすべてが用いられる。

例えば＋　Ｊ　ＩＳ規格で５ＵＳ２０１．３０２，３０
ダ＋３０！；−３１０Ｓ−３／ｌ、、３２９．弘２Ｏ−
１Ｉ３０．１）．？弘、ゲ、？Ａ−１ＩＱダ−４３０，
１，３／　　等が挙げられる。

金属板の形状は特に制限されるものではないが１表面に
溶媒可溶型ポリイミド樹脂を塗布できるよう１表面の平
担なものが好ましく、シかも該ポリイミド樹脂の薄膜に
ピンホールができないよう、できるだけ表面粗度の小さ
なものがよい。たとえば、ステンレス板であれば、　Ｒ
ｍａｘで１μｍ以下、好ましくはＯ，Ｓμｍ以下のもの
が好適に用いられる。金属板の厚みは、センサの電気特
性に影響を及ぼさない範囲であれば特に制限されるもの
ではないが、取扱い易さの点から通常θ−０！ｒ〜１０
ｒｒｍ、好ましくは０．１〜／ｒ１ｍのものが用いられ
る。

金属板の硬度としては上記の板厚とも関連するが硬すぎ
るものは加工性が悪く、また軟らかすぎるものはプレス
打抜き加工等で端部変形（パリ）を発生しやすいためい
ずれも好ましくない。たとえばステンレス板であれば好
適には。

ビッカース硬度が１００〜３００．好ましくは／！；０
−２！；０のものが用いられる。

本発明で用いるポリイミド樹脂とは、イミド基を有する
樹脂のうち溶媒可溶型のものであり。

ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミドお
よびこれらの混合物が含まれる。具体的には、ベンゾフ
ェノンテトラカルポン酸二無水物（ＢＴＤＡ　’）と二
種の芳香族ジインシアネート。

すなわちジフェニルメタン−＋、’＋’−ジイソシアネ
ートおよびトリレンジイソシアネートを共重合させて合
成したもの１例えば を表わす。） の構造を有するもの。

ゼネラル・エレクトリック社製、商品名［ＩＪｌｔｅｍ
　Ｊとして知られる の構造を有するもの。

族ジアミンからポリアミド酸を経由して合成される の構造を有するもの。

チバ・ガイイー社製。商品名ｒＸＵ−２／ｇ」として知
られる の構造を有するもの。

繰り返し単位の約ｇｏモルチ式 で表わされる構造を有し、および残りの２θモルチが式 で表わされる構造を有するコポリアミドイミド。

アモコ社製、商品名ｒ　Ｔｏｒｌｏｎ　Ｊとして知られ
るの構造を有するもの等が挙げられる。

また、ポリイミドの中に第２成分として、ポリサルホン
、ポリエーテルサルホン等の溶媒可溶型ポリマーを混合
したものも含まれる。

本発明においては、繰り返し単位の１０〜３０モルチが
式 で表わされる構造を有し、かつ残り９ｏ〜７０モルチが
式 で表わされる構造を有するコポリイミド、または繰り返
し単位の７０〜９０モルチが式で表わされる構造を有し
、かつ残り３０〜１０モルチが式 で表わされる構造を有するコポリアミドイミドが好適に
用いられる。

これらのポリイミド樹脂は、ポリイミド樹脂の中でも特
に吸湿率が高く、親水性であるので。

結露の付着に好都合であり、結露の有無を検出する結露
センサとして好ましい。参考までに各種ポリイミドのび
０℃、９０ＳＲＨにおける平衡吸湿率を下表に示す。

これらのポリイミド樹脂は耐熱性に優れており、特に該
コポリアミドイミドは柔軟性も優れているため１曲げ加
工を必要とする場合に好適に用いることができる。

また１本発明のコポリイミドおよびコポリアミドイミド
の対数粘度（η１ｎｈ）はＱ、／〜／　Ｏｄ７！／Ｌ？
（Ｎ−メチルピロリドン中、ｏ、ｓＬ％、３０℃で測定
）の範囲から選ばれる。

溶媒可溶型ポリイミド樹脂は溶媒での希釈の割合に応じ
て塗布する厚さを制御でき、−！た。

塗膜の熱処理も容易であり、従来のポリアミック酸を塗
布した彦、加熱して縮重合させるタイプのポリイミドを
用いる場合より製造上有利である。

溶媒可溶型ポリイミド樹脂層の膜厚としては０．０／　
〜１００μｍ、好ましくは０．／　〜／　０μｍが好適
である。膜厚は、この範囲より小さい場合ピンホール等
の欠陥が発生しやすく、また。

膜厚がこの範囲より大きい場合には、塗膜の乾燥、熱処
理に長時間を要し、いずれも好ましくない。

本発明の相互に近接して形成してなる一対の電極とは、
導電性の金属薄膜あるいは有機導電材料薄膜であり、　
Ａｌ　＋　Ｃｒ　−Ｎｉ　、　Ｃｕ等の他、Ａｕ、　Ａ
ｇ−Ｒｕ−Ｒｈ、　Ｐｄ、　Ｏｓ−Ｉｒ−Ｐｔ等の貴金
属あるいはポリアセチレン、ポリピロール等の有機導電
材料が用いられる。特にＡｕ、Ａｇ等の酸化されにくい
金属が好ましく、またＲｕＯ□等の金属酸化物も好まし
い。上部電極の厚さとしては、十分な導電性を有してい
れば特に限定されず１通常０．０７〜１μｍ程度の厚さ
である。

形状としては電気的に分離されたユつの電極を。

相互に近接させてポリイミド樹脂層表面だ形成したもの
であれば、その形状は特に限定されない。例えば、櫛歯
状に形成した２つの電極のうち、櫛歯の部分同志を接触
させずに互いちがいに近接して形成させてもよい。近接
させる距離としては通常は０．０　／　−／■程度、好
ましくは０．０５〜Ｑ、ｊ；　ＩＩＥＩ１）程度である
。距離が小さいほど。

また、近接した部分の辺の長さが長いほど抵抗変化量が
大きくなり結露を検出するのが容易であり好ましい。こ
こで距離が０．Ｏ／−以下では異物の介在により導通し
たり、パターニング自体が困難となるので好ましくない
。

本発明の結露センサは、溶媒可溶型ポリイミド層の表面
に相互に近接して形成される一対の電極を直接駆動回路
の端子と接続させてもよいし、一対の電極の各々に導電
性接着剤等によりリード線を取付けてから、駆動回路の
端子に接続してもよい。

次に本発明の結露センサを製造する方法を説明する。基
板上に溶媒可溶型ポリイミド樹脂を塗布する方法として
は、ロールコート、スピンコード、フローコート、ドク
タブレードコート、バーコード等の公知の方法が挙げら
れるが該樹コートであれば、ロールの種類、樹脂溶液の
粘度−ｍ度等にもよるが、湿り膜厚として３〜３００μ
ｍ程度に塗布することができるので。

乾燥膜厚が所定の膜厚になるよう上記の操作条件を適宜
調整すればよい。

塗布が完了したら加熱処理を行う。塗布する樹脂溶液に
使用する溶媒の種類によっては、塗布径大気中に放置す
ると吸湿して樹脂を凝固析出させるものがあるので、こ
の場合には、大気の湿度にもよるが、数秒〜数分以内に
直ちに加熱して残留溶媒濃度が十分低い値になるように
する必要がある。加熱処理の仕方としては。

ｉｏｏ〜ｔｔｏｏ℃程度でＳ〜３０分程度加熱する。具
体的には、溶媒の種類や感湿性の程度に応じて適宜法め
ればよい。

加熱時の昇温の仕方としては、使用する溶媒の種類によ
っては、いきなり昇温すると急激に気化して表面性が悪
くなることがあるので徐々に昇温させることが好ましい
。この場合、連続的に昇温しても、数十度毎に段階的に
昇温してもよく１表面性、残留溶媒濃度の程度に従って
適宜昇温パターンを選択することができる。

上記のようにして形成したポリイミド樹脂層の表面に金
属薄膜からなる相互に近接した一対の電極層を形成する
。形成する方法としては蒸着法、スパッタリング法、無
電解メツキ法、スクリーン印刷法等が挙げられるが１例
えば蒸着法によって金の薄膜を形成させる場合には、ポ
リイミド樹脂層との密着性をよくするためＮｉあるいは
Ｃｒ　　の蒸着による下地処理を行ってもよい。上記電
極層はエツチング法、マスク法、印刷法等、公知の方法
によって任意の形状に形成することができる。

このようにして形成された結露センサは、大形の基板の
上に多数個形成したのちに裁断、あるいは打抜き加工し
て個々のセンナとすることもできる。

また、このようにして形成された結露センサの一対の電
極のそれぞれに導電性接着剤等を用いてリード線を取付
けてもよい。さらに、この結露センナに例えば交流電圧
発生器、信号処理回路、出力装置、電源等の周辺機器を
取付ければ、結露の検出１表示が可能となり、さらに制
御回路を取付ければ、他の機器への制御信号の説明する
が１本発明はその要旨を越えない限り実施例により限定
されるものではない。

製造参考例１ 米国特許第、）、７０　ｇ、’ｉｔ　！ｒ　１号の実施
例ダに述べられている手順を使用し３．３’、’Ｉ、’
Ｉ’−ベンゾフェノンテトラカルボン酸無水物とｇｏモ
ルチのトリレンジイソシアネー）　（２，ＩＩ−異性体
約ｇ。

モルチと２，６−異性体約２０モルチの混合物）および
２０モルチのジフェニルメタン＝ｌＩ、ｌＩ’−ジイソ
シアネート（以下ＭＤＩと略称）を含む混合物よりコポ
リイミドを重合した。

重合溶媒はＮ、Ｎ−ジメチルホルムアミドを使用し、樹
脂物濃度は２７重量％であった。

このコポリイミドの３０℃における相対粘度（η１ｎｈ
）　（Ｎ、Ｎ−ジメチルホルムアミド中。

ｏ、ｓチ）は０．１．ｄｉ／ｆであった。

製造参考例コ 予備乾燥した１０１の反応器に４　／　’１．ｇ　２　
？（３，２０モル）のトリメリット酸無水物および／３
２，９Ｏｆ（ＯｇＯ−Ｅ：ｋ）のイソフタル酸を装入し
た。この反応器は温度計、凝縮器、攪拌機及び窒素入口
を備えていた。

５ｔの乾燥したびん中に１ｏｏｏ、ｑｔ、ｇ−（ｙ、。

モル）のＭＤＩをはかり取り１次いでダ３グゴのＮ−メ
チルピロリドン（以下ＮＭＰと略称）をはかり取ってＭ
ＤＩを溶解した。このＭＤＩ溶液を反応器に加え１次い
でＭＤＩをはかり取ったびんをすすぐために３４！；Ｏ
ｍｔのＮＭＰを加えた。

ｂ　！；　ｒｐｍの攪拌速度および窒素雰囲気の下でこ
の溶液を３時間１）０分にわたって５３℃から／７０Ｃ
まで加熱し、さらに７時間５５分／Ａ９℃〜／７／Ｃに
加熱した。このようにして繰返し単位の約ｇｏモルチが の構造を有し、繰返し単位の約ユＯモル多がの構造を有
するランダムコポリアミドイミドの２５重量ＳＮＭＰ溶
液が得られた。

このコポリアミドイミドの３０℃における対数粘度（η
１ｎｈ）（Ｎ−メチルピロリドン中。

ｏ、ｓ％）はｏ、ｂ　０．７　（／６／　Ｐであった。

この溶液をメタノール中に加え、ポリマーを析出させた
後、ｌ！；０℃で３時間乾燥してコポリアミドイミド粉
末を得た。

実施例１ 金属板として寸法３００ＬＩｒｊｆ＋×２００ｒｍ、板
厚Ｑ、／ｊ；ｍｌの５ＵＳ４（，７０を用いた。該金属
板の硬度はビッカース硬度／１，０であった。ポリイミ
ド樹脂としては製造参考例１に記載のものをジメチルホ
ルムアミドを溶媒として固形分濃度７７重量％に調整し
、孔径１μｍのフィルターで濾過した溶液を用いた。

上記金属板の片側表面に上記ポリイミド樹脂溶液を室温
下ドクターナイフで塗布し、直ちに８０℃のオープンで
ｌＳ分間処理し、その後連続的に昇温して３２０ＣでＳ
分間処理した。得られた塗膜の膜厚は約１０μｍであっ
た。これをｇ　Ｑ　ａ　Ｘ　ｊ　Ｑ　１）１）１に切断
し、ポリイミド層表面に、櫛歯状の孔が２組あって、し
かも櫛歯同士が相互に組み合わされるように形成された
メタルマスクを重ね合わせて、該マスクの孔と同様の形
状をした金の蒸着層を形成した。これらの蒸着層は相互
に０．２碩離れていた。さらに導電性接着剤”ドータイ
ト”（商品名；藤倉化成■製）により、ＳＵＳ板を金蒸
着層のそれぞれリード線を取付けて結露センサを製造し
た。

このようにして製造した結露センサをダ０℃。

ＡＯ％ＲＨの雰囲気下に配置し、該センサの２本のリー
ド線に、最大電圧子〇、ｓ　Ｖ　、最小電圧−ｏ、ｓＶ
を有する正弦波からなる交流電圧（周波数ｌｏ　ｏ　Ｈ
ｚ　）　　を印加し、絶縁は抗を測定したところ１０３
ＭΩ以上であった。また、同様にしてｑｏ℃で結露状態
の雰囲気下に配置したところ、６ダにΩであった。

実施例コ ポリイミド樹脂として製造参考例コに記載のものを用い
たこと、および３００℃で５分間処理したこと以外は実
施例１と同様にして結露センサを製造した。さらに実施
例１と同様にして特定の温度、湿度の雰囲気下における
絶縁抵抗を測定したところ−ｔｉｏ℃、ＡＯ％ＦＬＨの
場合に１０３ＭΩ以上、ダθ℃で結露状態の場合に１０
ｇＫΩであった。

〔発明の効果〕

本発明の結露センサは、耐熱性、耐薬品性。

機械的強度に優れているため長期にわたり精度良く結露
の有無を検出することができる。

出願人　　三菱化成工業株式会社 代理人　　弁理士　長谷用　　− ほか１名

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　基板、その表面に被着してなる溶媒可溶型ポリ
   イミド樹脂層、および該樹脂層の表面に相互に近接して
   形成してなる一対の電極より構成される結露センサ。
2. （２）　基板が金属板である特許請求の範囲第１項記載
   の結露センサ。
3. （３）　金属板がステンレス板またはアルミニウム板で
   ある特許請求の範囲第２項記載の結露センサ。
4. （４）　溶媒可溶型ポリイミド樹脂が、繰り返し単位の
   １０〜３０モル％が式 ▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされる構造を有し、かつ残り９０〜 ７０モル％が式 ▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされる構造を有するコポリイミドである特許請求
   の範囲第１項又は第２項記載の結露センサ。 （４）　溶媒可溶型ポリイミド樹脂が、繰り返し単位の
   ７０〜９０モル％が式 ▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされる構造を有し、かつ残り３０〜 １０モル％が式 ▲数式、化学式、表等があります▼ で表わされる構造を有するコポリアミドイミドである特
   許請求の範囲第１項又は第２項記載の結露センサ。