JPH0540104A

JPH0540104A - 感湿または結露センサの製造方法

Info

Publication number: JPH0540104A
Application number: JP19957191A
Authority: JP
Inventors: Sumi Iwazuru; 寿美岩鶴; Shoichi Takamura; 正一高村
Original assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Asahi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1991-08-08
Filing date: 1991-08-08
Publication date: 1993-02-19

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】感度が良好で、応答速度が速い感湿または結
露センサを再現性良く、均一により高い収率で製造でき
るようにする。【構成】感湿抵抗体形成物質（例えば吸湿性高分子物
質および導電性粒子）を水やアルコールなどの液体に溶
解又は分散させ、これに繊維フィラー１を混ぜた液状体
を流延し、乾燥させることによりシート状物をつくり、
これを任意の大きさに切って基板上に貼り付け、電極を
とりつけることにより感湿または結露センサを製造す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大気中の湿度または被検
体表面上の結露を検知することができる感湿または結露
センサの製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】各種精密
電気機器や自動車、空調制御、保存庫、住宅設備などの
様々な分野で結露が問題となり高湿度状態または結露状
態を正確に検知したいという要望が高まっている。一例
として、家庭用ビデオテープレコーダやディジタルオー
ディオテープデッキ等において、磁気テープに記録・再
生を行なう回転ヘッドのシリンダで結露が生じると、テ
ープの巻き込み・切断・機器の損傷が発生する恐れがあ
るため、結露センサが設けられている。

【０００３】従来使用されている結露センサとしては、
吸湿することによって体積膨張する特性を有する吸湿性
高分子中に導電性粉末を分散した感湿抵抗体を、セラミ
ックなどの絶縁性の基板上に形成されたくし形対向電極
を覆うように、５〜数１０μｍの厚さで被膜形成したも
のである（例えば、特開昭５７−２１１０５１１号公
報）。

【０００４】その特性としては、高湿度状態と結露近傍
（相対湿度１００％近傍）の状態とを区別して検知でき
るように高湿度領域での抵抗値変化の大きいものが使用
されている。しかし前記方式の結露センサはセンサ感度
を実用的なレベルにするために、薄膜直下にくし形対向
電極を設置した構成となっているので、多量の結露水滴
が生じた時に水滴直下の感湿抵抗体被膜が吸収する水の
量が容易に飽和してしまい、吸収しきれない余剰の水は
水滴として被膜表面に部分的に付着する。結露解消時に
は、表面を水滴に覆われていない部分と水滴に覆われて
いる部分とで被膜内部の水分の蒸散スピードに差が生
じ、水滴に覆われていない部分で先に被膜内部の水分が
抜けて抵抗値が減少する。そのため、結露解消時のセン
サの検知にズレが生ずる。また僅かな結露量に対する応
答スピードが低い。さらにこの結露センサは均一の膜厚
にするため、ある程度の厚みが必要である。そのため、
塗膜表面に結露した水が内部に吸収され、内部から蒸発
するのにある程度の時間が必要であり、検知時及び解除
時の応答スピードの鈍化がやむを得なかった。

【０００５】また、特開昭５９−４３３４５号公報に
は、導電性粒子を吸湿性繊維表面に均一に担持したセン
サを有する結露センサが記載されている。この結露セン
サは湿度変化により吸湿性繊維が吸湿性接着剤または吸
着剤と共に収縮又は膨張するものである。そのため結露
量が多いと、どんどん繊維内部に水分が入り込んでいく
ため、雰囲気の結露状態が解除されても、結露状態を保
持するという欠点がある。特にセルロース系繊維を用い
た場合には、水素結合による水分子の保持力が強く、仲
々乾燥せず、正確な結露検知ができないという問題があ
る。

【０００６】これに対し、本発明と同一の出願人によ
り、布帛に感湿抵抗体を連続し且つ分散した状態で固着
させ、センサ中に多数の微細な空隙部を形成せしめる感
湿または結露センサが提案されている（特開平２−４９
１４９号公報）。この感湿または結露センサは、湿度の
変化やわずかな結露に対する応答速度が速く、湿度の変
化に対する抵抗値の変化が大きく、且つ被検体の結露時
や結露解消時に検知のずれがない優れた性能をもつ。す
なわち、このセンサは、微細な多孔質構造であり、結露
した水滴が空隙部に生ずる毛細管現象によって速やかに
分散するため応答速度が速い。また、結露解消時には空
隙部の存在と感湿抵抗体の表面積が大きいことによっ
て、保持及び吸収されていた水分は速やかに蒸散するの
で、復帰時の応答のスピードも速い。

【０００７】しかしながら、その製造にあたっては、不
織布などの布帛に感湿抵抗体を付着させる方法をとるた
め、不織布に斑があると、感湿抵抗体と繊維の分布が不
均一になる。本発明は、湿度の変化や、わずかな結露に
対する応答速度が速く、湿度の変化に対する抵抗値の変
化が大きく、且つ被検体の結露時や結露解消時に検知の
ずれがない感湿または結露センサを、再現性良く、均一
に、より高い収率で製造することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記ａ、ｂ、
ｃおよびｄから選ばれた少くとも１種からなる感湿抵抗
体形成物質および繊維フィラーからなる液状体を流延
し、乾燥してシート状物をつくり、これを任意の大きさ
に切断し、その両端に電極をとりつけることを特徴とす
る感湿または結露センサの製造方法である。

【０００９】ａ）吸湿性高分子物質および導電性粒
子、ｂ）吸湿性高分子物質および電解質物質、ｃ）吸湿性電解質高分子物質ｄ）吸湿性電解質高分子物質および導電性粒子。図１は、本発明の方法による感湿または結露センサの例
を示す図である。

【００１０】両端にリード線６，６′が接続された一対
の電極４，４′の間に導電性樹脂５，５′を介して、感
湿抵抗体２、繊維フィラー１および微細な空隙部３から
なる検知部３が設けられている。本発明では、感湿抵抗
体形成物質と、繊維フィラー１からなる液状体を流延
し、乾燥させたものをシート状にする。このため不織布
上に感湿抵抗体形成物質を分散、固着させる従来の方法
では、不織布の性状ムラ（厚みムラ、空隙率のムラな
ど）の影響により、繊維と感湿抵抗体の分布が不均一に
なるのに比べ本発明では、繊維と感湿抵抗体の分布を均
一にでき、バラツキの少ない均一なセンサを製造するこ
とができ、収率が向上する。

【００１１】感湿抵抗体形成物質を溶解または分散させ
た液状物と繊維フィラーを混ぜたものを流延し乾燥させ
ると、溶媒が気化し、感湿抵抗体形成物質は、繊維フィ
ラー上に固着し、感湿抵抗体が形成されると共にセンサ
内には多数の微細な空隙部が均一に発生する。この空隙
部があるため、湿度の変化や、わずかな結露に対する応
答速度が速く、湿度の変化に対する抵抗値の変化が大き
く、且つ被検体の結露時や結露解消時に検知のずれがな
いセンサとなる。この空隙部の量をコントロールするた
めには、感湿抵抗体形成物質と繊維フィラーの混合比を
調節したり、流延したシートを圧力下で絞ることにより
該流体の量を減じてやればよい。

【００１２】感湿抵抗体が吸湿性高分子と導電性粒子と
からなる場合、吸水時に高分子の膨潤にもとづいて導電
性粒子の粒子間の電気的接触が悪くなり、電気抵抗の増
大を引き起こすように作用する。吸湿性高分子は、繊維
上に実質的に連続した成形体を構成するもので、吸湿時
に膨潤し、かつ形態保持されるものであればよい。

【００１３】吸湿性高分子の膨潤度は２０％以上、好ま
しくは１００％以上が好ましい。ここで膨潤度とは２５
℃、相対湿度６５％雰囲気での厚さ１００μの１ｃｍ角
の感湿抵抗体を蒸留水に２４ｈ_NS浸漬したときの重量増
加分の浸漬前の重量に対する割合（％）で示す。膨潤度
が２０％未満では、吸水時の感湿抵抗体の抵抗値変化が
小さく、電気信号として検出する際にノイズの影響を受
けやすく好ましくない。

【００１４】非イオン吸湿性高分子として、ポリアクリ
ルアミド、ポリビニルアルコール、ポリエチレンオキサ
イド、またはメチルセルロース、エチルセルロース、な
どのセルロース誘導体高分子、ナイロン等のポリアミド
樹脂、ポリビニルピロリドン、さらに吸湿性アクリレー
ト、イソブチレンと無水マレイン酸の縮合ポリマー、吸
湿性メタクリレート等、吸湿性の高分子を用いることが
できる。また、それらの変性物、複合物でもよい。感湿
抵抗体が前記非イオン吸湿性高分子の中に導電性粒子を
混合することによって作られた場合には、感湿抵抗体中
の電気伝導は電子伝導機構によって行われる。したがっ
てこの感湿抵抗体を用いた感湿または結露センサは直流
で作動させることができ、その結果簡単な構造の回路を
センサに接続する回路として用いることができる。

【００１５】吸湿性高分子として、ポリアクリル酸ソー
ダのような吸湿性高分子電解質又は非イオン吸湿性高分
子と電解質との混合物を用いることができる。電解質は
イオン電導性を有するので、導電性粒子を用いることな
く感湿抵抗体を作ることができる。勿論さらに導電性粒
子を添加して用いてもよい。ただしイオン電導によって
生ずる抵抗値の変化の影響を防ぐために、電解質を含む
場合には交流で作動させるとよい。

【００１６】上記の各種高分子の場合、それ自身が各種
繊維材料への付着力を有しているので、感湿抵抗体は布
帛中の繊維に十分固着するが、結露時に吸水した場合に
不溶化し安定性、耐久性、耐環境性や繊維への付着力を
さらに向上しておくには、上記高分子に親水性の架橋剤
・架橋高分子などを用いて部分的架橋を施して水に対し
ての不溶性を付与する処理を行なったり、上記高分子と
相溶性が良くかつ繊維に対する付着力の大きい他のバン
イダ樹脂（例えば、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポ
キシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド樹脂など）を
混合しても良い。

【００１７】吸湿性高分子中に分散される導電性粒子と
しては、例えばカーボンブラックがあるが、炭素繊維や
その他の化合物導電体、銅、ニッケル、銀、合金などの
金属を用いてもよい。この導電性粒子の平均粒径として
は、布帛を構成する繊維の直径以下である方が、薄い感
湿抵抗体層を形成できるので良好な応答性能を得る上で
好ましい。また、繊維表面上に均一に分散させる上で
は、平均１μｍ以下であることがより好ましい。

【００１８】２５℃×６０％ＲＨの雰囲気下、導電性粒
子と吸湿性高分子との重量比は、吸湿性高分子１００重
量部に対して３０〜２５００重量部を用いるとよい。
尚、導電性粒子がカーボンブラックの場合は、吸湿性高
分子１００重量部に対して３０〜４００重量部用いると
良く、好ましくは４０〜３００重量部である。カーボン
ブラックが４００重量部を越えると、感湿抵抗体の繊維
に対する付着力が小さくなり、力学的な強度も弱くなる
上、吸水による抵抗値変化が小さいものとなる。カーボ
ンブラックが３０重量部未満であると、感湿抵抗体その
ものの抵抗値が大きくなって実用上好ましくない。

【００１９】また、カーボンブラックが３０〜２００重
量部であると、高湿度または結露状態で抵抗値が増大す
る結露センサとしての特性が得られ、２００〜４００重
量部であると、幅広い湿度領域で抵抗値が徐々に変化す
る湿度センサとしての特性が得られる。高分子からなる
感湿抵抗体形成物質は、その性質に応じて水やアルコー
ルに溶解又は分散させたり、溶融させて液状物とし、こ
れに導電性粒子、電解質物質、繊維フィラーを溶解又は
分散させて液状体を製造する。

【００２０】繊維フィラーとしては、例えば通常の溶融
紡糸、湿式紡糸、乾式紡糸、液晶紡糸法等により紡糸さ
れたフィラメントやトウ等を短く切断したもの、割繊繊
維、合成パルプ、フラッシュ紡糸繊維等が用いられる。
良好な分散性を与えるためには合成パルプの様な微細網
状繊維が好ましい。繊維フィラーの素材は、湿度に対す
る変化の小さいものが好ましい。具体的には、ポリエス
テル系、ポリアクリル系、ポリアミド系、ポリプロピレ
ン系、ポリエチレン系、アラミド系、などの合成繊維、
ガラス繊維、鉱物繊維、セラミック繊維などの繊維があ
げられる。

【００２１】繊維フィラーを均一に分散させるために
は、その長さ、直径を調節することが好ましい。繊維フ
ィラーの長さは、好ましくは１０ｍｍ以下、より好まし
くは５ｍｍ以下である。繊維フィラーの直径は好ましく
は３０μｍ以下、より好ましくは１５μｍ以下、最も好
ましくは５μｍ以下である。

【００２２】感湿抵抗体形成物質と繊維フィラーを混ぜ
る方法としては、例えば羽根型ミキサーで攪拌して混ぜ
る方法、噴流混合機で混ぜる方法、ホモミキサーで混ぜ
る方法、ボールミルで混ぜる方法、乳ばちですりながら
混ぜる方法、回転ドラム中に入れて混ぜる方法、ディス
クリファイナーで粉砕しながら混ぜる方法等がある。繊
維フィラーを乾燥した状態で、直接に、感湿抵抗体形成
物質の液状物と混ぜても良いが、より均一に分散させる
ためには、繊維フィラーをあらかじめ、水やアルコール
などに分散させてから、必要であればろ過し、完全に乾
燥させる前に前記液状物と混ぜる方法も有効である。

【００２３】このようにして得られた液状体を流延し乾
燥させシート状物を得る方法としては、例えば、液状体
をロールコーターを用いて離型紙やフィルム上に一定の
厚さに流延し、これを乾燥させる方法が挙げられる。ま
た、この時、ロールバーの表面に金属線を巻くか、ある
いは直接溝を切る方法により、溝を設けておくと、流延
が容易であり望ましい。

【００２４】コーティング法により流延する場合、コー
ティング方式としては、キスロール方式、リバースロー
ル方式、グラビアロール方式、ナイフエッジ方式など種
々の方式があげられる。また、押し出し法により、一定
厚みに流延し、これを乾燥させても良い。この他、抄紙
法により流延、乾燥させてもよい。また、型ワク内に流
しこみ、乾燥させてもよい。

【００２５】次に実施例により本発明を具体的に説明す
る。

【００２６】

【実施例】

【００２７】

【実施例１】ポリアクリルアミド１００重量部に対して
平均粒径３０ｎｍの導電性カーボンブラック８０重量
部、ホルマリン０．５重量部、水を３００重量部配合
し、羽根型回転ミキサーで攪拌した（液状物）。これ
にアクリル繊維（平均直径２μｍ、平均繊維長１ｍｍ）
を、イオン交換水中に分散させた後、ろ過し、含水率１
０００％（重量比）にしたものを３０００重量部加え、
ホモミキサーで混合した。この液状体テフロン製の型
（１０×２０ｃｍ）に厚み５ｍｍまで流しこみ、乾燥さ
せ、繊維と感湿抵抗体の重量比が１００：６０で厚みが
３０μｍのシート状物を得た。このシート状物をトムソ
ン刃型にて直径５ｍｍφに１００個打ち抜き、銅電極を
エッチングしたセラミック基板上に導電性樹脂（フェノ
ール系樹脂、カーボンブラック粉末入り）で貼りつけ
て、センサを１００個製造した。

【００２８】

【実施例２】ポリアクリルアミド１００重量部に対し
て、平均粒径３０ｎｍ導電性カーボンブラック８０重量
部、ホルマリン０．５重量部、水を３０００重量部配合
し、羽根型回転ミキサーで攪拌した（液状物）。これ
にポリエステル繊維（平均直径２μｍ、平均繊維長１ｍ
ｍ）を３００重量部加え、ホモミキサーで攪拌した。こ
のようにして得られた液状体を実施例１と同様のテフロ
ン製の型に厚み５ｍｍまで流しこみ、乾燥させ、繊維と
感湿抵抗体の重量比が１００：６０で厚みが３７μｍの
シート状物を得た。このシート状物をトムソン刃型にて
直径５ｍｍφに１００個打ち抜き、銅電極をエッチング
したセラミック基板上に実施例１と同様に貼りつけて、
センサを１００個製造した。

【００２９】

【実施例３】実施例２と同様にして調整した液状物と
ポリエステル繊維（平均直径２μｍ、平均繊維長１ｍ
ｍ）３００重量部を混合した液状体を、実施例１、２と
同様のテフロン製の型に厚み２ｍｍまで流しこみ、乾燥
させ、繊維と感湿抵抗体の重量比が１００：６０で厚み
が１５μｍのシート状物を得た。このシート状物を直径
５ｍｍφに打ち抜き、実施例１及び２と同様にして、セ
ンサを１００個製造した。

【００３０】

【比較例１】実施例１と同様にして調合した液状物に
水を７００重量部加えて攪拌した。これを、アクリル繊
維不織布（平均直径２μｍ、平均繊維長１ｍｍ、目付２
５ｇ／ｍ²）にグラビアコーティング（６０メッシュ／
インチ）したのち、乾燥させ、繊維と感湿抵抗体の重量
比が１００：６０で、厚みが６０μｍのシート状物を得
た。これを、実施例１〜３と同様に打ち抜き、セラミッ
ク基板上に貼り、センサを１００個製造した。

【００３１】

【比較例２】実施例１と同様にして調合した液状物に
水を７００重量部加えて攪拌した。これをメルトブロー
法により作られたポリエステル不織布（平均直径２μ
ｍ、目付１５ｇ／ｍ²）にグラビアコーティング（６０
メッシュ／インチ）したのち、乾燥させ、繊維と感湿抵
抗体の重量比が１００：６０で、厚みが５１μｍのシー
ト状物を得た。これを、実施例１〜３と同様に打ち抜
き、セラミック基板上に貼り、センサを１００個製造し
た。

【００３２】以上の実施例１〜３、比較例１、２のセン
サ各１００個を、以下の方法で検査し、収率を調べた。
まず２５℃×６０％ＲＨの環境下で、マルチメーター
（アドバンテスト社製、ＴＲ６８４５、測定電流０．１
μＡ）を用いて、電気抵抗値を測定し０．６〜３．０キ
ロオームのものを合格、それ以外を不合格とした。次
に、アトマイザーで、水を２秒間噴霧し、１０秒後に電
気抵抗値が、１メガオーム以上のものを合格、１メガオ
ーム未満のものを不合格とした。以上の結果を表１に示
す。実施例１〜３の総合収率は、各々、８０、８５、８
０％であり比較例１、２のそれが、４５、３９％である
のに比べ、いずれも高かった。

【００３３】次に、実施例１〜３、比較例１、２の合格
品センサより、各５個ずつをランダムに選び、２５℃×
６０、７０、８０、９０、９５％ＲＨ下での電気抵抗
値、及びアトマイザー噴霧を１秒行なった場合の電気抵
抗値を測定した。結果を図２に示す。図中、Ｉ〜ＩＩＩ
のカーブは実施例１〜３に対応し、ＩＶ、Ｖのカーブ
は、比較例１、２に対応する。

【００３４】次に、確認のため実施例１〜３、比較例１
〜２の合格品より選んだ各５個のセンサについて、応答
速度を測定した。方法は、２５℃×５０％ＲＨの雰囲気
より、３０℃×８０％ＲＨの雰囲気にセンサを投入し、
電気抵抗値が１ＭΩに上昇するまでの時間を測定した。
結果を表２に示す。実施例、比較例ともに応答速度は良
好で、差異はなかった。

【００３５】

【表１】

【００３６】

【表２】

【００３７】

【発明の効果】以上のように、本発明は、結露検知時や
結露解消時の応答速度が速く、湿度の変化に対する抵抗
値の変化が大きく、且つ被検体の結露時及び結露解消時
に検知のずれがない感湿または結露センサを、再現性良
く、均一に、より高い収率で製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の製造方法により製造される感湿または
結露センサの平面図である。

【図２】本発明の実施例１〜３及び、比較例１〜２の湿
度に対する電気抵抗値の変化カーブである。

【符号の説明】

１繊維フィラー２感湿抵抗体３微細な空隙部４、４′電極５、５′導電性樹脂（導電コンタクト部）６、６′リード線７検知部Ｉ実施例１の相対湿度に対する電気抵抗値の変化カー
ブＩＩ実施例２〃〃〃〃ＩＩＩ実施例３〃〃〃
〃ＩＶ比較例１〃〃〃〃Ｖ比較例２〃〃〃〃

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】下記ａ、ｂ、ｃおよびｄから選ばれた少
くとも１種からなる感湿抵抗体形成物質および繊維フィ
ラーからなる液状体を流延し、乾燥してシート状物をつ
くり、これを任意の大きさに切断し、その両端に電極を
とりつけることを特徴とする感湿または結露センサの製
造方法。ａ）吸湿性高分子物質および導電性粒子ｂ）吸湿性高分子物質および電解質物質ｃ）吸湿性電解質高分子物質ｄ）吸湿性電解質高分子物質および導電性粒子