JPS6237339B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は湿度変化を抵抗変化として検出する
感湿抵抗体に関し、特に寿命特性にすぐれた感湿
抵抗体に関するものである。 感湿抵抗体には、塩化リチウム（Licl）などの
電解質を絶縁性基板の表面に塗布した、いわゆる
ダンモア型のものや、有機の高分子電解質膜から
なるものなどがある。 このうち前者のものは、塩化リチウムが吸湿し
て電離することにより、検出電極間のインピーダ
ンスが変化するタイプのものである。 また、後者のものは高分子電解質膜が有する吸
湿性とイオン導電性を利用したものであり、これ
も検出電極間のインピーダンスが変化する特性を
有するものである。 これらの感湿抵抗体はいずれも感湿材料が有す
る親水性のために、高湿度状態や結露状態になる
と水分を含んで溶解してしまい、耐水性に乏しい
ことから、動作安定性に欠けるというものであつ
た。 かかる欠点を改善する目的で、親水性高分子ま
たは高分子電解質膜を架橋するという試みが考え
られる。しかし架橋構造を構成することによつて
耐水性を持たせることができるとしても、応答性
が低下し、機能の低下を招くことになり、好まし
い解決策といえるものではない。 したがつて、この発明は湿度の検出特性を損う
ことなく、安定な機能を有する感湿抵抗体を提供
することを目的とする。 この発明を要約すれば、絶縁性基板の上に形成
された一対の検出電極と、この検出電極を覆つて
形成された感湿膜とからなり、該感湿膜はポリビ
ニルアルコール系重合体と電解質とを含む第１層
の高分子樹脂被膜とその表面を覆う吸湿性を有す
る第２層の高分子樹脂被膜との一体構造からな
り、第２層の高分子樹脂被膜が第１層の高分子樹
脂被膜より吸湿による膨潤度が小さいことを特徴
とする感湿抵抗体である。 この発明の詳細とその他の目的、特徴は以下に
行う説明において明らかとならう。 第１図はこの発明にかかる感湿抵抗体の一例を
示す概略平面図、第２図は第１図Ａ―Ａ線断面図
である。 図において明らかなように、１はアルミナ、ジ
ルコニアなどからなる絶縁性基板、２，３は絶縁
性基板１の上に形成された検出電極であり、図示
したものは電極指が交互に交叉しているくし歯状
になつている。４は感湿膜を示し、検出電極２，
３を含む領域にこの検出電極２，３を覆うように
形成されている。この感湿膜４は特に第２図にお
いて明らかにされているように、ポリビニルアル
コール系重合体と電解質とを含む第１層の高分子
樹脂被膜５と、この被膜５を覆う吸湿性を有する
第２層の高分子樹脂被膜６との一体構造からなる
ものであり、第２層の高分子樹脂被膜６は第１層
の高分子樹脂被膜５より吸湿による膨潤度が小さ
いという特徴を有する。このような特徴は後述す
るところから明らかなようにすぐれた効果をもた
らすものである。なお、７，８はリード線で検出
電極２，３から導出されている。 上記した構成において、ポリビニルアルコール
系重合体には次のようなものがある。 酢酸ビニル、その他の各種ビニルエステル類
の重合体、およびこれらの共重合体を完全ケン
化または部分ケン化して得られたもの。 酢酸ビニル、その他の各種ビニルエステル類
と各種不飽和単量体、たとえば、α―オレフイ
ン類、塩化ビニル、アクリロニトリル、アクリ
ルアミド、アクリル酸エステル類、メタクリル
酸エステル類を共重合させた共重合体のケン化
物。 こうしたポリビニルアルコール系重合体の環
状酸無水物でエステル化したポリビニルアルコ
ール共重合体やカルボキシル基変性されたポリ
ビニルアルコール系重合体。 また、電解質とは水分吸着によつてイオン解離
を生じ、イオン伝導性を与える物質であり、無
機、有機電解質のものを含む。これにはたとえ
ば、塩化ナトリウム、酢酸ナトリウム、ポリアク
リル酸ソーダ、ポリグルタミン酸ソーダなどがあ
る。 さらに、第２層を構成する吸湿性を有する高分
子樹脂被膜としては、次のようなものがある。 デアセテルセルロース、メチルセルロース、
エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロー
ス、カルボキシメチルロース、シアノエチルセ
ルロースなどのセルロース誘導体。 ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリメチ
ルビニルケトン、ポリビニルイソブチルエーテ
ルなどの各種ポリビニルア重合体。 ポリブチルアルコール、ポリメチルアリルア
ルコールなどのポリアルキルアルコール系高分
子。 ヒドロキシアルキルアクリレート、ポリアル
キルアクリル酸の部分エステル化物、ポリメチ
ルメタクリレートなどのポリアクリル系重合
体。 アクリロニトリル。 エポキシ系高分子。 この発明にかかる感湿抵抗体を作成するには、
まずアルミナなどの絶縁性基板の上に、検出電極
を覆うように電解質を含むポリビニルアルコール
系重合体を膜状に塗布印刷などの手段で付与す
る。次いでこれを自然乾燥または熱処理すること
によつて乾燥する。さらにこの上に吸湿性を有す
る高分子樹脂のペーストを膜状に塗布、印刷など
の手段で付与し、こののち加熱することによつて
得られる。 上記した構成からなるこの発明の感湿抵抗体は
次のような効果をもたらすものである。 第１層の高分子樹脂被膜はポリビニルアルコー
ル系重合体と電解質とを含むものからなるが、構
造的に見れば均一ではなく、ポリビニルアルコー
ル系重合体のうち部分的に結晶化した微小の繊維
粒状部が非晶質部分を介して存在している構造を
とる。したがつて、第１層においては繊維粒状部
の粒界に形成される非晶質部のマイクロチヤンネ
ルが形成されている。一方、電解質の多くはこの
非晶質部に多く存在しており、吸湿に伴なうイオ
ン伝導はこのマイクロチヤンネルを通して行われ
ていると推定される。この第１層のみでも相対湿
度によつて電極間のインピーダンスは変化する
が、表面に水滴が付着すれば、ただちに電解質が
溶解し、電極間インピーダンスが増大することと
なり、感湿抵抗体として使用できなくなる。 ところが、この発明によれば、このような第１
層の高分子樹脂被膜の上に第２層の高分子樹脂被
膜を形成して一体構造とし、この第２層の高分子
樹脂被膜の吸湿による膨潤度を第１層の高分子樹
脂被膜より小さくして、上記した欠点を改善した
ものである。 つまり、第２層の高分子樹脂被膜は第１層の高
分子樹脂被膜の繊維粒状部による表面の凹凸にも
とづき、大きな接合面積が得られ、強固な接合状
態が実現されている。そしてかかる層状一体構造
において、第１層の高分子樹脂被膜よりも第２層
の高分子樹脂被膜の吸湿による膨潤度を小さくす
れば、第１層の高分子樹脂被膜に含まれている電
解質が水中へ溶出する量はほとんど無視できる程
度に押えることができ、電極間インピーダンスの
変動は全く生じないことが判明した。 当然のことながら、感湿膜を構成する第１層の
高分子樹脂被膜および第２層の高分子樹脂被膜の
それぞれの膜厚によつて応答性や感度が変わるた
め、所定の特性を得るためにその膜厚を制御する
必要があることはいうまでもない。 また、この発明にかかる感湿抵抗体は、電解質
濃度を変えることによつて、相対湿度―抵抗特性
を変えることができる。ちなみに、電解質濃度が
少ない領域では、高湿度で抵抗値が急激に変化す
る湿度スイツチング素子として有用な感湿抵抗体
が得られる。 さらに、ポリビニルアルコール系重合体のケン
化度を変えることによつて、膨潤度を変えること
ができるので、感湿特性の調整が可能である。ま
たポリビニルアルコール系重合体の重合度等によ
つてガラス転移点を変えることができる。このガ
ラス転移点を変えることによつて、感湿抵抗体の
温度特性を変えることができ、かかる特徴を利用
すれば、使用可能な温度範囲に調整することがで
きるようになり、従来より使用することがむつか
しいとされていたポリビニルアルコール系重合体
を感湿抵抗体に実用化することができる。 以上のように、感湿膜を層状構造にすることに
よつて、従来親水性高分子樹脂を用いた感湿抵抗
体では困難であつた耐水特性の大幅な改善を実現
することができる。 以下にこの発明を具体的な実施例にもとづいて
詳細に説明する。 実施例 絶縁性基板としてアルミナ基板を準備し、この
アルミナ基板の上に検出電極として、電極の間隔
が300μｍ、対向電極長が48mmの金からなるくし
歯状の検出電極を形成した。 次いで、第１表に示すように、第１層の高分子
樹脂被膜を構成する各ペーストを検出電極を覆う
ようにアルミナ基板の上にそれぞれ塗布し、この
塗布膜を乾燥した。 こののち、同じく第１表に示すように、第２層
の高分子樹脂被膜を構成する各ペーストを上記第
１層の高分子樹脂被膜を覆うように塗布し、150
℃で加熱処理した。さらに検出電極にリード線を
取り付けて各感湿抵抗体を得た。

【表】

【表】 第３図〜第７図は上記した各実施例により得ら
れた感湿抵抗体の相対湿度―抵抗特性図を示した
ものである。 第３図は試料１―１、試料１―２の特性図であ
る。 第４図は試料２―１、試料２―２、試料２―３
の特性図である。 第５図は試料３―１、試料３―２の特性図であ
る。 第６図は試料４―１、試料４―２、試料４―３
の特性図である。 第７図は試料５―１、試料５―２、試料５―
３、試料５―４の特性図である。 図中の番号はいずれも試料番号と一致する。 第３図から明らかなように、この実施例によれ
ば高湿度で急激に抵抗値が低下する特性を有し、
特定の湿度でスイツチング特性を有する感湿抵抗
体として利用することができる。 また、第４図からポリビニルアルコール系重合
体の種類を変えることによつて、スイツチング特
性を変えることができることがわかる。 また、第５図からは電解質濃度を変えることに
よつて、特性を変化させることができると理解し
うる。 また、第６図は第１層の高分子樹脂被膜を覆う
第２層の高分子樹脂被膜の種類を変えた感湿抵抗
体の特性を示したものである。第１層の高分子樹
脂被膜が同じ種類のものであれば、異なる第２層
の高分子樹脂被膜を用いても特性に大幅な変化の
ないことがわかる。 また、第７図によれば、電解質の種類を変える
ことによつて特性を変えられることが伺える。 次に上記した各実施例で得られた各感湿抵抗体
について、水中30秒、乾燥10分を１サイクルとし
てこれを1000サイクル繰り返えし、その後相対湿
度90％における抵抗値を測定した。第２表はその
結果を示したもので、相対湿度90％における初期
抵抗値も併せて示した。

【表】 第２表からこの発明にかかる感湿抵抗体は抵抗
値の変化が小さく、耐水性にすぐれたものである
ことがわかる。 比較例として、高分子樹脂被膜からなる表面層
を形成していない感湿抵抗体について同様に試験
を行つたところ、１サイクルの試験ですでに抵抗
値が１桁以上増大し、特性の劣化ははなはだしい
ものであつた。 また、試料番号２―２において、ガラス転移点
が２℃と５℃のアクリル変性ポリビニルアルコー
ルのものと用い、湿度―抵抗特性の温度効果につ
いてそれぞれ測定した結果、相対湿度―抵抗特性
の温度変化率はそれぞれ１％RH／℃、0.5％
RH／℃であつた。このことからこの発明にかか
る感湿抵抗体は温度変化に対して相対湿度―抵抗
特性の変化の小さいものと云える。 また、試料２―２の感湿抵抗体を用い、相対湿
度60％、70％、80％、90％の各条件に感湿抵抗体
を設置し、約３カ月経過したのちの抵抗値を測定
したところ、第８図のような結果であつた。 図から明らかなように、一定条件の湿度状態下
に設置しておいても、ほとんど抵抗値の変化が見
られず、安定した湿度検出特性を有しているもの
と云える。 以上この発明にかかる感湿抵抗体によれば、良
好な耐水性を有するとともに、経時変化も小さい
という特徴を有するものであり、実用上有用なも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明にかかる感湿抵抗体の一例を
示す概略平面図、第２図は第１図のＡ―Ａ線断面
図、第３〜第７図は相対湿度―低抗特性図、第８
図は抵抗値の経時変化特性を示す図である。 １……絶縁性基板、２，３……検出電極、４…
…感湿膜、５……第１層の高分子樹脂被膜、６…
…第２層の高分子樹脂被膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 絶縁性基板の上に形成された一対の検出電極
   と、この検出電極を覆つて形成された感湿膜とか
   らなり、該感湿膜はポリビニルアルコール系重合
   体と電解質とを含む第１層の高分子樹脂被膜とそ
   の表面を覆う吸湿性を有する第２層の高分子樹脂
   被膜との一体構造からなり、第２層の高分子樹脂
   被膜が第１層の高分子樹脂被膜より吸湿による膨
   潤度が小さいことを特徴とする感湿抵抗体。