JPS58211643A - 湿度センサ - 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】 本発明は、空気中の湿度を検知する湿度センサに関する
ものである。

本件出願人の一人は、吸湿により膨潤する有機繊維と導
電性繊維とを混合して抄紙した感湿部によって湿度を検
知する湿度センサを特願昭５６＝１４２００７号として
既に出願している。

本発明は、上記湿度センサにおける感湿部の感度を向上
できる湿度センサを提供しようとするものである。

以下本発明を具体的実施例により年明する。

第１図において、１は炭素繊維紙よりなる感湿部、２は
導電性接着剤（例えば銀ペーストより成る）、３は電極
、４は絶縁体（例えばプラスチ・ツクよりなる基板）、
４ａは基板４に設けた貫通開孔である。導電性接着剤２
（例えば銀ペースト）は感湿部ｌの一端部と電極３とを
電気的に導通させると同時に接着している。

（２） 第２図は上記感湿部１の内部概略構造を模式的に示して
いる。同図において、ｌａはセルロース繊維、１ｂは炭
素繊維、ｔは紙厚であり、図中破線は感湿部１の表面を
示す。セルロース繊維１ａは通常紙の原料として使われ
るものとほぼ同等のものであるが、その叩解程度は濾水
度で　５Ｒ３５を用いた。炭素繊維１ｂの線径は１０Ｉ
Ｊｍ、繊維長は５１のものを用い、紙に占める炭素繊維
１ｂの割合は３５％（残部６５％はセルロース繊維）と
した。感湿部１の坪量は３５〜４０　ｇ　ｒ　／　ｍ、
紙厚ｔは０．２ｍ、大きさく広さ）は角５ｆｉから角１
００ｆｉ程度まで任意に製作可能であるが、ここでは１
０鶴×２０ｗ程度とした。

第３図は感湿部１の内部詳細構造を示す図であり、１ｃ
はセルロース繊維１ａに含浸された塩化リチウム（Ｌ′
１Ｃ１）であって、その含浸重量は感湿部１中の約１２
％である。ｌｄは接着剤であって、ポリビニルブチラー
ル（ＰＶＢ）とフタル酸−ｎ−ブチル（ＤＢＰ）との混
合物よりなり、その混合比は２：１で、その重量は感湿
部１中の（３） 約９％である。

次に、製造方法を述べる。製造方法は、セルロース繊維
を抄いて和紙を作る（抄紙）王権とはまったく同様であ
る。つまり、本発明に於ては、セルロース繊維１ａと炭
素繊維１ｂとを混合し、それを抄紙することによって非
常に容易に製作できる。

この場合、大型紙（例えば１ｍ角）を抄紙し、それを細
断して所定の寸法の感湿部１を作ってもよい。

さらに、抄紙された感湿部１にＬｉＣＮを含浸処理する
。前記の含浸比率を達成するためには、ＬｉＣｆｆ１の
２％の水溶液もしくは２％のエチルアルコール溶液を用
いた。次に、接着剤を含浸処理スル。、：、　ｈ　ニ４
；Ｌ、ＰＶＢを１％、ＤＢＰを０．５％含むエチルアル
コール溶液を含浸処理する。なおＬｉＣ＆！、ＰＶＢ、
ＤＢＰをエチルアルコール溶液で同時に含浸してもよい
。

第４図は本湿度センサの特性を示す。線ＡはＬｉＣβを
含浸処理しない場合の性能で、線ＢはＬｉＣβを含浸処
理した本発明の実施例の場合を（４） 示している。いづれにおいても直流電圧による抵抗値で
あり、しかも従来になく低抵抗である。さらには、Ｌｉ
Ｃｊ！含浸処理により感度が向上しているのがわかる。

以後、感度とは湿度９０％におけるセンサ抵抗Ｒ９０と
、湿度２０％におけるセンサ抵抗値Ｒ２０との比、すな
わちＲ９０／Ｒ２０をもって表すこととする。

第５図はＬｉＣｊ！含浸率と感度との関係を示す。

好ましい範囲は６％〜１８％である。

第６図は接着剤（ＰＶＢ＋ＤＢＰ比率２：１）の含浸率
と感度との関係を示す。線Ｃは初期性能で、線りは耐久
試験後の性能である。なお、耐久試験は３５℃２０％Ｒ
Ｈと３５℃８５％ＲＨをくり返し１０００サイクル行な
った。好ましい範囲は６％〜１５％である。

第７図は、接着剤中（ＰＶＢ＋ＤＢＰ）の可塑剤（ＤＢ
Ｐ）の混合比率と感度との関係を示す。

線Ｅは初期性能で、線Ｆは耐久試験（前述と同じ）後の
性能である。好ましい範囲は０．２〜０．４５で　□（
５） ある。

本発明の感湿部１が作動をする理由は以下の通りである
。まず、セルロース繊維１ａは絶縁体と見なし得る。炭
素繊維１ｂは導体であるがわずかな抵抗を有している。

一方、炭素繊維１ｂは感湿部１の両端間で、多数絡み合
いながら連なっている。従って、連なっている２つの炭
素繊維間には接触抵抗が存在する。

よって、感湿部１の両端間の抵抗すなわち電極３間の抵
抗は炭素繊維自体の抵抗と接触抵抗との緩和となる。さ
らに詳細に述べるならば、それらの抵抗は直列接続され
つつ、並列接続もされているという状態で、総合的に全
体の抵抗値が決定される。以上の様に、本発明の感湿部
１の抵抗値は、従来周知のイオン伝導を利用したものと
は異なるので、非常に小さな抵抗値を容易に得ることが
できる。

次に、湿気にさらされた時の感湿部１の作動を述べる。

従来より、セルロース繊維、あるいはセルロース繊維に
より製造される紙は空気中の湿度（６） を吸収（吸着）することは、よく知られている。

また、湿分の吸着量は空気の湿度に依存し、湿度上昇と
共に吸着量も増加することもよく知られている。さらに
、湿分を吸着したセルロース繊維はその太さが２０〜３
０％も膨張したり、あるいはねじれなどの変形を起すこ
と、すなわち膨潤、変形する性質を有していることもよ
く知られている。

ところで、本発明の感湿部１が湿気にさらされると空気
中の湿分はセルロース繊維１ａが吸着するので、セルロ
ース繊維１ａは膨潤、変形する。

すると、今まで、接触していた炭素繊維どうしはセルロ
ース繊維が膨潤、変形するので各所で接触できなくなる
。従って、感湿部ｌの両端を連なっていた炭素繊維の連
なりの数は減少し、抵抗値が増大する。また、抵抗値の
増大はセルロース繊維の膨潤、変形に依存し、ひいては
空気中の湿度に依存するものとなる。つまり、空気中の
湿度によって一義的に感湿部１の抵抗値が定まるところ
となる。

一方、高い湿度から低い湿度へと変化する時に（７） は、セルロース繊維から湿分が脱離し、セルロース繊維
は収縮し、その結果、炭素繊維の接触が復活し、再び抵
抗値は元通り低下する。

上記した作動原理による湿度センサの特性は第４図線Ａ
に示すものとなる。ところが、これではまだ感度が十分
に大きいとはいえないので、湿度センサとしては使いに
くいものとなる。そこで線Ｂに示す様にＬｉＣ＃を含浸
処理すると、感度が向上する。この理由は含浸されたＬ
ｉＣｆは第３図に示す如く、セルロース繊維１ａに含ま
れている。ＬｉＣｆは潮解性を有するので、空気中の湿
気を取り込む能力が大きい。水を取り込んだＬｉＣｆは
自ら水溶液となって、セルロース繊維１ａを膨潤、変形
させる。つまりセルロース繊維１ａ自身の膨潤、変形の
程度をさらに増大させることができ、従って感度も向上
する。

また、第５図から明らかな様に、ＬｉＣｆの増−癒効果
が顕著に現−ねれるのは、ＬｉＣｊｌ含浸量が重量比で
６％以上である。１８％以上で再び感度が低下するのは
ＬｉＣＮのイオン伝導現象のた（８） めである。イオン伝導が起ると、性能の安定性・再現性
が悪化するので、イオン伝導が、はとんど起らない１８
％以下が好ましい。以上よりＬｉＣρ含浸率は６％〜１
８％が良い。

以゛上の説明に於て、セルロース繊維１ａの膨潤・変形
によって炭素繊維１ｂが移動すると記したが、そのため
にはセルロース繊維１ａと炭素繊維１ｂとがある程度の
接合力で接合している必要がある。

この接合力を発揮するのは、セルロース繊維１ａのフィ
ブリルである。つまりフィブリルが炭素１ｂに絡まるこ
とにより、セルロース繊ｍｌａとの接合を保っている。

ところが、フィブリルの接合力だけでは不十分であって
、第６図に示す如く、接着剤１ｄの処理なしでは、初期
性能を維持することが出来ず、耐久試験後は大巾に感度
が低下している。そこで、接着剤の接着力によりフィブ
リルの接合力を補なうことによって耐久性を向上するこ
とができる。接着剤としては、ポリビニルアルコール（
ＰＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）　、エチル
セルロース等が一般的である（９） が、発明者らの実験ではＰＶＢが最も安定した接着力を
発揮できた。この接着剤（ＰＶＢ＋ＤＢＰ）の必要量は
第６図の線Ｃと線りとの比較から、含浸率６％以上でほ
ぼ耐久性を確保できることがわかった。ところが、接着
剤が多きすぎると、セルロース繊維１ａの膨潤・変形の
動きを阻害し、感度の低下を起す。第６図から明らかな
様に、含浸率１５％以上で感度の低下が著しい。以上か
ら、接着剤の含浸率は６％〜１５％が好ましい。

次に、接着剤（ｐｖＢ＋ＤＢＰ）中に占める可Ｗｉ（Ｄ
ＢＰ）の比率について述べる。Ｄ　Ｂ　Ｐ　７！ｌ＜不
足すると、接着剤は固形化が著しくなり、変形しにくく
なる。この時、セルロース繊維１ａと炭素繊維１ｂとの
接合点（第３図のｌｄ）で接着力が強化に働くことは好
ましいが、接着剤はセルロース繊維１ａの内部にも浸透
しているので、接着剤の固形化により、セルロース繊維
の膨潤、変形が阻害され、感度が低下する。第７図より
ＤＢＰの比率が０．２以下でこの傾向が著しい。一方、
ＤＢＰが多すぎると、接着剤の流動性が著しくなり、（
１０） セルロース繊維１４と炭素繊維１ｂとの接合点での接着
力が低下し、ひいては耐久性の低下をもたらす。第７図
よりＤＢＰの比率が０．４５以上でこの傾向が著しい。

以上から、ＤＢＰの比率としては接着剤中で０．２〜０
．４５が好ましい。

以上の様に、本発明の湿度センサは従来周知のイオン伝
導を利用するセンサと異って抵抗値が低（、しかも直流
抵抗によって測定することができるので、非常に簡単な
回路で測定あるいは制御することができる。

さらに、本発明の感湿部１は従来周知の表面イオン伝導
を利用するものではなく、感湿部ｌの全体を利用しての
ものであるので、よごれに強く、また感湿部１はその内
部に十分な気孔を有、しているので外気との空気の出入
りが容易であり、本質的に空気の湿度を計測するのに優
れているという特性を有している。

なお、本発明は結露センサとしても用いることができる
。なぜならばセルロース繊維は吸湿能力を有し、また同
様の膨潤、変形作用を行うからである。従って、水セン
サ（水の有無を検知するセンサ）としても使用できるの
は言うまでもない。

また、感湿・部１の材料としてはセルロース繊維と炭素
繊維とにより構成したが、セルロース繊維の他にポリビ
ニルアルコール繊維、レーヨン、綿、羊毛でもよく、要
は吸湿によって膨潤する有機繊維であればよい。炭素繊
維の他には活性炭素繊維でもよく、直径１０μ以下の金
属繊維でもよく、要は導電性繊維ならばよい。また、炭
素繊維に換えて、活性炭素繊維を用いると、接着剤（Ｐ
ＶＢ＋ＤＢＰ）のなじみ性がより良好となって接着力が
増し、耐久性がさらに向上する。炭素繊維と活性炭素繊
維とを混合しても同様のことが言える。

また、ＬｉＣβに換えて、他の潮解性塩類、たとえば塩
化カルシウムＣａＣβン、炭酸カリウムに２ＣＯ３、硝
酸マグネシウムＭｇ　（ＮＯ３）２　　、塩化ナトリウ
ムＮａ　Ｃ７！等を用いてもよい。上記の内、最も少な
い量で安定した増感が得られたのはＬｉＣｊ！であった
。

また、基板４としてプラスチック基板を用いたが、ベー
クライト、多孔質セラミック等絶縁体ならばなんでもよ
い。また、感湿ぶ１と電極３との電気的接合には導電性
接着剤２を用いたが、電極３はばね鋼のクリップを用い
て感湿部に圧着させても勿論よい。

以上述べたごとく、本発明によれば、湿度に対する感度
が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す斜視図、第２図は８１
図の感湿部を模式的に示す断面図、第３図は第２図の一
部を拡大して模式的に示す斜視図、第４〜第７図は本発
明の作用説明に供する特性図である。 １・・・感湿部、３・・・電極、４・・・基板。 代理人弁理士　岡　部　　　隆 （１３） 第　１．２゜ １ 度 第２図　　　　　　　　　　士 ７′　＼ １ｂ　　　１ａ 第　３　図 ふ　４　図 ２０　　　　４０　　　　６０　　　　８０ｉ　度　　
　にＲ１−１ ￥　５　図 ″　　　　　　　　　　　　度 第６図 χ 多ａ　　　　　　　　準（ト　Ａ１　をＪ　の　上し隼
　　　　２豐 第７図 ０　　０．２　　０．４　　０．６　　　Ｃｊ８ＥＩＰ ＰＶＢ＋ＤＢＰ　　比率

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸湿すると膨潤する有機繊維と導電性繊維とを混
   合して抄紙され、かつ潮解性塩が添加された感湿部と、
   この感湿部に設けた一対の電極と、この電極および前記
   感湿部が配設された電機絶縁性基板とを有することを特
   徴とする湿度センサ。
2. （２）前記感湿部の有機繊維と導電性繊維とは接着剤に
   より接着されていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の湿度センサ。
3. （３）前記潮解性塩が塩化リチウムであって、それの前
   記感湿部中に占める割合が６％〜１８％であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項および第２項いずれかに
   記載の湿度センサ。
4. （４）前記接着剤がポリビニルブチラールとフタル酸−
   ｎ−ブチルとの混合物であって、それの前記紙状材に占
   める割合が６％〜１５％であり、さらに前記接着剤に占
   める、前記フタル酸−ｎ−ブチ（１） ルの割合が０．２〜０．４５であることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項に記載の湿度センサ。