JP3494348B2 - 感湿抵抗材料及びそれを用いた湿度センサ - Google Patents
感湿抵抗材料及びそれを用いた湿度センサInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、雰囲気中の湿度に
応じてその電気抵抗値を変化させる感湿抵抗材料と、そ
れを用いた湿度センサとに関する。
応じてその電気抵抗値を変化させる感湿抵抗材料と、そ
れを用いた湿度センサとに関する。
【０００２】
【従来の技術】湿度センサの検出機構としては、水分子
の吸脱着による電気抵抗値の変化を感知するタイプと、
容量値変化を感知するタイプとに大別することができ
る。例えば、このような湿度センサにおいて、湿度感知
部をセラミック系の感湿材料で構成したものとして、Ａ
ｌ2Ｏ3系、ＭｇＣｒ2Ｏ4−ＴｉＯ2系、ＴｉＯ2−Ｖ2Ｏ5
系、ＺｒＣｒ2Ｏ4−ＬｉＺｒＶＯ4系等が知られている
が、それらは多くが電気抵抗値変化を感知するタイプの
ものである。
の吸脱着による電気抵抗値の変化を感知するタイプと、
容量値変化を感知するタイプとに大別することができ
る。例えば、このような湿度センサにおいて、湿度感知
部をセラミック系の感湿材料で構成したものとして、Ａ
ｌ2Ｏ3系、ＭｇＣｒ2Ｏ4−ＴｉＯ2系、ＴｉＯ2−Ｖ2Ｏ5
系、ＺｒＣｒ2Ｏ4−ＬｉＺｒＶＯ4系等が知られている
が、それらは多くが電気抵抗値変化を感知するタイプの
ものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のセラミック系感湿抵抗材料を用いて湿度感知部を構
成した湿度センサは、長時間使用を継続するに伴い、電
気特性ひいては感湿特性が経時変化を起こしやすく、正
確な湿度測定を長期間連続して行うことが困難である欠
点がある。
来のセラミック系感湿抵抗材料を用いて湿度感知部を構
成した湿度センサは、長時間使用を継続するに伴い、電
気特性ひいては感湿特性が経時変化を起こしやすく、正
確な湿度測定を長期間連続して行うことが困難である欠
点がある。
【０００４】本発明の課題は、長期間連続して測定雰囲
気に晒されても感湿特性の経時変化が小さく、正確な湿
度測定が可能な感湿抵抗材料と、それを用いた湿度セン
サとを提供することにある。
気に晒されても感湿特性の経時変化が小さく、正確な湿
度測定が可能な感湿抵抗材料と、それを用いた湿度セン
サとを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段および作用・効果】上述の
課題を解決するために、本発明の感湿抵抗材料は、それ
ぞれ主に酸化物形態で存在するＮａ成分と、Ｔｉ成分
と、Ｓｉ成分とを主体とし、Ｎａ成分をＮａ2Ｏ換算に
て７〜２５mol％と、Ｔｉ成分をＴｉＯ2換算にて１０〜
６５mol％と、Ｓｉ成分をＳｉＯ2換算にて５〜６０mol
％とを含有する多孔質セラミックとして構成されたこと
を特徴とする。また、本発明の湿度センサは、湿度感知
部が上記感湿抵抗材料で構成されたことを特徴とする。
該感湿抵抗材料は湿度測定に適した電気抵抗値レベルを
示し、湿度センサの湿度感知部として長期間連続使用し
た場合の感湿特性の経時変化も小さい。その結果、セン
サを長期間連続して使用した場合も、精度が高く安定し
た湿度測定が可能となる。
課題を解決するために、本発明の感湿抵抗材料は、それ
ぞれ主に酸化物形態で存在するＮａ成分と、Ｔｉ成分
と、Ｓｉ成分とを主体とし、Ｎａ成分をＮａ2Ｏ換算に
て７〜２５mol％と、Ｔｉ成分をＴｉＯ2換算にて１０〜
６５mol％と、Ｓｉ成分をＳｉＯ2換算にて５〜６０mol
％とを含有する多孔質セラミックとして構成されたこと
を特徴とする。また、本発明の湿度センサは、湿度感知
部が上記感湿抵抗材料で構成されたことを特徴とする。
該感湿抵抗材料は湿度測定に適した電気抵抗値レベルを
示し、湿度センサの湿度感知部として長期間連続使用し
た場合の感湿特性の経時変化も小さい。その結果、セン
サを長期間連続して使用した場合も、精度が高く安定し
た湿度測定が可能となる。
【０００６】感湿抵抗材料中のＮａ成分の含有量が、Ｎ
ａ2Ｏ換算にて７mol％未満になると、低湿度側での電気
抵抗値が高くなり、湿度測定が困難となる。他方、該含
有量が２５mol％を超えると、湿度センサの湿度感知部
として長期間連続使用した場合の感湿特性（すなわち電
気抵抗値と検知すべき相対湿度との関係）の経時的安定
性、特に高湿度側での安定性が損なわれる問題を生ず
る。
ａ2Ｏ換算にて７mol％未満になると、低湿度側での電気
抵抗値が高くなり、湿度測定が困難となる。他方、該含
有量が２５mol％を超えると、湿度センサの湿度感知部
として長期間連続使用した場合の感湿特性（すなわち電
気抵抗値と検知すべき相対湿度との関係）の経時的安定
性、特に高湿度側での安定性が損なわれる問題を生ず
る。
【０００７】また、感湿抵抗材料中のＴｉ成分の含有量
がＴｉＯ2換算にて１０mol％未満になると感湿特性の直
線性が失われ、湿度測定の精度が損なわれる結果につな
がる。他方、該含有量が６５mol％を超えると、相対湿
度の変化に対する抵抗値の変化幅が大きくなり過ぎ、湿
度測定の安定性が損なわれる結果につながるほか、低湿
度側での電気抵抗値が高くなり過ぎて湿度測定が困難と
なる。
がＴｉＯ2換算にて１０mol％未満になると感湿特性の直
線性が失われ、湿度測定の精度が損なわれる結果につな
がる。他方、該含有量が６５mol％を超えると、相対湿
度の変化に対する抵抗値の変化幅が大きくなり過ぎ、湿
度測定の安定性が損なわれる結果につながるほか、低湿
度側での電気抵抗値が高くなり過ぎて湿度測定が困難と
なる。
【０００８】さらに、感湿抵抗材料中のＳｉ成分の含有
量がＳｉＯ2換算にて５mol％未満になると、湿度センサ
の湿度感知部として長期間連続使用した場合の感湿特性
の経時的安定性が損なわれる問題を生ずる。他方、該含
有量が６０mol％を超えると、全湿度領域で抵抗値が上
昇し、湿度センサとして適さなくなる。
量がＳｉＯ2換算にて５mol％未満になると、湿度センサ
の湿度感知部として長期間連続使用した場合の感湿特性
の経時的安定性が損なわれる問題を生ずる。他方、該含
有量が６０mol％を超えると、全湿度領域で抵抗値が上
昇し、湿度センサとして適さなくなる。
【０００９】次に、本発明の感湿抵抗材料は、主に酸化
物形態で存在するＰ成分をＰ2Ｏ5換算にて２５mol％以
下の範囲で含有するものとして構成することができる。
これにより、材料の吸湿性が向上し、湿度検出の感度を
高めることができる場合がある。ただし、Ｐ成分の含有
量がＰ2Ｏ5換算にて２５mol％を超えると、湿度センサ
の湿度感知部として長期間連続使用した場合の感湿特性
の経時的安定性、特に高湿度側での安定性が損なわれる
場合がある。
物形態で存在するＰ成分をＰ2Ｏ5換算にて２５mol％以
下の範囲で含有するものとして構成することができる。
これにより、材料の吸湿性が向上し、湿度検出の感度を
高めることができる場合がある。ただし、Ｐ成分の含有
量がＰ2Ｏ5換算にて２５mol％を超えると、湿度センサ
の湿度感知部として長期間連続使用した場合の感湿特性
の経時的安定性、特に高湿度側での安定性が損なわれる
場合がある。
【００１０】
【００１１】また、本発明の感湿抵抗材料において、Ｎ
ａ成分、Ｔｉ成分、Ｓｉ成分及びＰ成分が酸化物形態で
含有されるか否かは、次の〜の方法あるいはそれら
の組み合わせにより確認することができる。Ｘ線回折
により、Ｎａ成分、Ｔｉ成分、Ｓｉ成分及びＰ成分を含
有する特定酸化物の結晶構造を反映した回折パターンが
得られるか否かを確認する。材料断面においてＥＰＭ
Ａ（電子プローブ微小分析：特性Ｘ線の測定には、波長
分散方式とエネルギー分散方式のいずれを用いてもよ
い）等の公知の微小分析方法による成分分析を行ったと
きに、同一領域からＮａ成分、Ｔｉ成分、Ｓｉ成分及び
Ｐ成分と酸素成分とが同時に検出されるかどうかを確認
する。Ｎａ成分、Ｔｉ成分、Ｓｉ成分及びＰ成分の原
子ないしイオンの価数を、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）や
オージェ電子分光（ＡＥＳ）等の公知の手法により分析
する。これら成分が酸化物形態で存在している場合は、
該成分の価数はプラスの値として測定されることとな
る。
ａ成分、Ｔｉ成分、Ｓｉ成分及びＰ成分が酸化物形態で
含有されるか否かは、次の〜の方法あるいはそれら
の組み合わせにより確認することができる。Ｘ線回折
により、Ｎａ成分、Ｔｉ成分、Ｓｉ成分及びＰ成分を含
有する特定酸化物の結晶構造を反映した回折パターンが
得られるか否かを確認する。材料断面においてＥＰＭ
Ａ（電子プローブ微小分析：特性Ｘ線の測定には、波長
分散方式とエネルギー分散方式のいずれを用いてもよ
い）等の公知の微小分析方法による成分分析を行ったと
きに、同一領域からＮａ成分、Ｔｉ成分、Ｓｉ成分及び
Ｐ成分と酸素成分とが同時に検出されるかどうかを確認
する。Ｎａ成分、Ｔｉ成分、Ｓｉ成分及びＰ成分の原
子ないしイオンの価数を、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）や
オージェ電子分光（ＡＥＳ）等の公知の手法により分析
する。これら成分が酸化物形態で存在している場合は、
該成分の価数はプラスの値として測定されることとな
る。
【００１２】次に、本発明の湿度センサは、セラミック
基板と、そのセラミック基板上に形成された少なくとも
２つの電極とを備えたものとして構成できる。この場
合、湿度感知部は、上記感湿抵抗材料によりセラミック
基板上にてそれら少なくとも２つの電極にまたがるよう
に形成された感湿抵抗層として形成できる。これによ
り、セラミック基板（あるいはセラミック基板となるべ
き未焼成成形体）上に、感湿抵抗材料の原料粉末からな
るペーストを用いて感湿抵抗層のパターンを印刷等によ
り形成し、これを焼成することで感湿抵抗層が得られる
ので、湿度センサの製造を極めて能率的に行うことがで
きるようになる。
基板と、そのセラミック基板上に形成された少なくとも
２つの電極とを備えたものとして構成できる。この場
合、湿度感知部は、上記感湿抵抗材料によりセラミック
基板上にてそれら少なくとも２つの電極にまたがるよう
に形成された感湿抵抗層として形成できる。これによ
り、セラミック基板（あるいはセラミック基板となるべ
き未焼成成形体）上に、感湿抵抗材料の原料粉末からな
るペーストを用いて感湿抵抗層のパターンを印刷等によ
り形成し、これを焼成することで感湿抵抗層が得られる
ので、湿度センサの製造を極めて能率的に行うことがで
きるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に示す実施例を参照しつつ説明する。図１は、本発明の
湿度センサの一実施例を示している。該湿度センサ１に
おいては、電気絶縁性のセラミック基板２（例えばアル
ミナを主体とするセラミック焼結体からなるもの）の、
一方の板面上に、酸化Ｒｕ等の非金属導電材料あるいは
Ａｕ等の金属等からなる導電材料層により櫛形電極３，
４を形成し、それら櫛形電極３，４にまたがるように層
状の感湿抵抗体７層が形成されている。また、櫛形電極
３，４の各端部には、やや広幅の電極取出部５，６が形
成され、それぞれリード線８，９が半田付け等で接続さ
れている。
に示す実施例を参照しつつ説明する。図１は、本発明の
湿度センサの一実施例を示している。該湿度センサ１に
おいては、電気絶縁性のセラミック基板２（例えばアル
ミナを主体とするセラミック焼結体からなるもの）の、
一方の板面上に、酸化Ｒｕ等の非金属導電材料あるいは
Ａｕ等の金属等からなる導電材料層により櫛形電極３，
４を形成し、それら櫛形電極３，４にまたがるように層
状の感湿抵抗体７層が形成されている。また、櫛形電極
３，４の各端部には、やや広幅の電極取出部５，６が形
成され、それぞれリード線８，９が半田付け等で接続さ
れている。
【００１４】具体的には、セラミック基板２は、アルミ
ナ系セラミック焼結体により、例えばその寸法が、厚さ
０．６ｍｍ、長さ１５ｍｍ、幅５ｍｍの横長に形成され
ている。また、櫛形電極３，４は、ＲｕＯ2ペーストを
セラミック基板２の板面上にスクリーン印刷し、二次焼
成により焼き付けることにより形成されたものであり、
その厚さは例えば１５μｍ程度である。また、電極取出
部５，６は、Ａｕペーストをスクリーン印刷して二次焼
成により焼き付けたものであり、その厚さは例えば１５
μｍ程度である。
ナ系セラミック焼結体により、例えばその寸法が、厚さ
０．６ｍｍ、長さ１５ｍｍ、幅５ｍｍの横長に形成され
ている。また、櫛形電極３，４は、ＲｕＯ2ペーストを
セラミック基板２の板面上にスクリーン印刷し、二次焼
成により焼き付けることにより形成されたものであり、
その厚さは例えば１５μｍ程度である。また、電極取出
部５，６は、Ａｕペーストをスクリーン印刷して二次焼
成により焼き付けたものであり、その厚さは例えば１５
μｍ程度である。
【００１５】次に、感湿抵抗層７は、本発明の感湿抵抗
材料により、それぞれ酸化物形態で存在するＮａ成分
と、Ｔｉ成分と、Ｓｉ成分とを主体とし、Ｎａ成分をＮ
ａ2Ｏ換算にて７〜２５mol％と、Ｔｉ成分をＴｉＯ2換
算にて１０〜６５mol％と、Ｓｉ成分をＳｉＯ2換算にて
５〜６０mol％と、必要に応じて酸化物形態で存在する
Ｐ成分を、Ｐ2Ｏ5換算にて２５mol％以下の範囲で含有
させた多孔質セラミック体として構成されている。その
厚さは、例えば５０μｍ程度である。このような感湿抵
抗層７は、次にのような方法により形成されたものであ
る。まず、Ｎａ2ＣＯ3粉末を７〜２５mol％、ＴｉＯ2粉
末を１０〜６５mol％、ＳｉＯ2粉末を５〜６０mol％、
さらに必要に応じて２５mol％以下のＰ2Ｏ2粉末を配合
し、これを仮焼・粉砕した素材粉末を用いてペーストを
作る。次に、櫛形電極３，４及び電極取出部５，６を形
成後のセラミック基板２に対し、両櫛形電極３，４にま
たがるように、感湿抵抗層のパターンをスクリーン印刷
等により形成する。そして、これを二次焼成により基板
２に焼き付けることで感湿抵抗層７を得る。
材料により、それぞれ酸化物形態で存在するＮａ成分
と、Ｔｉ成分と、Ｓｉ成分とを主体とし、Ｎａ成分をＮ
ａ2Ｏ換算にて７〜２５mol％と、Ｔｉ成分をＴｉＯ2換
算にて１０〜６５mol％と、Ｓｉ成分をＳｉＯ2換算にて
５〜６０mol％と、必要に応じて酸化物形態で存在する
Ｐ成分を、Ｐ2Ｏ5換算にて２５mol％以下の範囲で含有
させた多孔質セラミック体として構成されている。その
厚さは、例えば５０μｍ程度である。このような感湿抵
抗層７は、次にのような方法により形成されたものであ
る。まず、Ｎａ2ＣＯ3粉末を７〜２５mol％、ＴｉＯ2粉
末を１０〜６５mol％、ＳｉＯ2粉末を５〜６０mol％、
さらに必要に応じて２５mol％以下のＰ2Ｏ2粉末を配合
し、これを仮焼・粉砕した素材粉末を用いてペーストを
作る。次に、櫛形電極３，４及び電極取出部５，６を形
成後のセラミック基板２に対し、両櫛形電極３，４にま
たがるように、感湿抵抗層のパターンをスクリーン印刷
等により形成する。そして、これを二次焼成により基板
２に焼き付けることで感湿抵抗層７を得る。
【００１６】上記のような湿度センサ１は、次のように
して使用される。すなわち、感湿抵抗層７が被測定雰囲
気と接すように湿度センサ１を配置し、その状態でリー
ド線８，９と櫛形電極３，４を介して感湿抵抗層７の電
気抵抗値を測定する。感湿抵抗層７の電気抵抗値は被測
定雰囲気中の湿度に応じて変化するので、その電気抵抗
値に基づいて湿度レベルを知ることができる。
して使用される。すなわち、感湿抵抗層７が被測定雰囲
気と接すように湿度センサ１を配置し、その状態でリー
ド線８，９と櫛形電極３，４を介して感湿抵抗層７の電
気抵抗値を測定する。感湿抵抗層７の電気抵抗値は被測
定雰囲気中の湿度に応じて変化するので、その電気抵抗
値に基づいて湿度レベルを知ることができる。
【００１７】そして、上記湿度センサ１は、その感湿抵
抗層７が前記組成を有することで、湿度測定に適した電
気抵抗値レベルを示し、湿度センサの湿度感知部として
長期間連続使用した場合の感湿特性の経時変化も小さ
い。その結果、センサを長期間連続して使用した場合
も、精度が高く安定した湿度測定が可能となる。
抗層７が前記組成を有することで、湿度測定に適した電
気抵抗値レベルを示し、湿度センサの湿度感知部として
長期間連続使用した場合の感湿特性の経時変化も小さ
い。その結果、センサを長期間連続して使用した場合
も、精度が高く安定した湿度測定が可能となる。
【００１８】なお、上記実施例においては、セラミック
基板２上の櫛形電極３，４にまたがるように感湿抵抗層
７を形成したセンサ構造を例示したが、本発明の湿度セ
ンサの態様はこれに限られるものではなく、当業者が通
常有する知識に基づいて種々の変形を加えうることはい
うまでもない。例えば、上記構造に代えて、本発明の感
湿抵抗材料で構成された湿度感知部を上下の電極でサン
ドイッチ状に挟んだ構造としたり、感湿抵抗材料をペレ
ット成形してこれに電極を付与した構造など、各種態様
を採用することが可能である。
基板２上の櫛形電極３，４にまたがるように感湿抵抗層
７を形成したセンサ構造を例示したが、本発明の湿度セ
ンサの態様はこれに限られるものではなく、当業者が通
常有する知識に基づいて種々の変形を加えうることはい
うまでもない。例えば、上記構造に代えて、本発明の感
湿抵抗材料で構成された湿度感知部を上下の電極でサン
ドイッチ状に挟んだ構造としたり、感湿抵抗材料をペレ
ット成形してこれに電極を付与した構造など、各種態様
を採用することが可能である。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の湿度センサの性能を確認する
ために下記の実験を行った。まず、図１に示す湿度セン
サを以下のようにして各種作製した。まず、Ｎａ2ＣＯ3
粉末（純度９９．０％）、ＴｉＯ2（純度９８．０
％）、ＳｉＯ2（純度９８．０％）、Ｐ2Ｏ5（純度９
９．０％）の各粉末を、それぞれ表１に示す組成となる
ように秤量・混合し、これを８００〜１０００℃で仮焼
した後、粉砕し、さらに適量の分散剤及びバインダを配
合してペースト化した。そして、予め櫛形電極３，４及
び電極取出部５，６を焼き付けておいたアルミナセラミ
ック製の基板２上に印刷し、７００〜１０００℃で焼き
付けて感湿抵抗層７を形成した。そして、さらに、リー
ド線８，９を電極取出部５，６に半田付けし、湿度セン
サ１を得た。なお、焼き付け後の感湿抵抗層７のＮａ、
Ｔｉ、Ｓｉ及びＰの各成分の含有量をエネルギー分散型
Ｘ線分光計（ＥＤＳ）を用いて分析したところ、それぞ
れ酸化物換算した時の組成が、表１に示す配合組成（酸
化物換算した値によるもの）と一致することが確認でき
た。
ために下記の実験を行った。まず、図１に示す湿度セン
サを以下のようにして各種作製した。まず、Ｎａ2ＣＯ3
粉末（純度９９．０％）、ＴｉＯ2（純度９８．０
％）、ＳｉＯ2（純度９８．０％）、Ｐ2Ｏ5（純度９
９．０％）の各粉末を、それぞれ表１に示す組成となる
ように秤量・混合し、これを８００〜１０００℃で仮焼
した後、粉砕し、さらに適量の分散剤及びバインダを配
合してペースト化した。そして、予め櫛形電極３，４及
び電極取出部５，６を焼き付けておいたアルミナセラミ
ック製の基板２上に印刷し、７００〜１０００℃で焼き
付けて感湿抵抗層７を形成した。そして、さらに、リー
ド線８，９を電極取出部５，６に半田付けし、湿度セン
サ１を得た。なお、焼き付け後の感湿抵抗層７のＮａ、
Ｔｉ、Ｓｉ及びＰの各成分の含有量をエネルギー分散型
Ｘ線分光計（ＥＤＳ）を用いて分析したところ、それぞ
れ酸化物換算した時の組成が、表１に示す配合組成（酸
化物換算した値によるもの）と一致することが確認でき
た。
【００２０】
【表１】
【００２１】次に、得られた各湿度センサに対し、以下
の感湿特性試験を実施した。まず、分流式湿度発生槽
に、試料Ｎｏ．１、５、７、１４、２０の各湿度センサ
１を入れて槽内の温度を２０℃に保ち、相対湿度を２０
％ＲＨから９０％ＲＨまで１０％ＲＨずつ１０分間隔で
増加させ、その後さらに１０％ＲＨずつ１０分間隔で２
０％ＲＨまで減少させるとともに、その間のリード線
８，９間のインピーダンス変化をＬＣＲメータにより測
定した。図２及び図３に、試料Ｎｏ．１、５、７の湿度
センサ（図２）、及び試料Ｎｏ.７、１４、２０（図
３）の各湿度センサについて得られた感湿特性、すなわ
ち電気抵抗値−相対湿度関係のグラフを示す。
の感湿特性試験を実施した。まず、分流式湿度発生槽
に、試料Ｎｏ．１、５、７、１４、２０の各湿度センサ
１を入れて槽内の温度を２０℃に保ち、相対湿度を２０
％ＲＨから９０％ＲＨまで１０％ＲＨずつ１０分間隔で
増加させ、その後さらに１０％ＲＨずつ１０分間隔で２
０％ＲＨまで減少させるとともに、その間のリード線
８，９間のインピーダンス変化をＬＣＲメータにより測
定した。図２及び図３に、試料Ｎｏ．１、５、７の湿度
センサ（図２）、及び試料Ｎｏ.７、１４、２０（図
３）の各湿度センサについて得られた感湿特性、すなわ
ち電気抵抗値−相対湿度関係のグラフを示す。
【００２２】すなわち、本発明に属する試料Ｎｏ.７
（図２）、同１４（図３）の湿度センサはグラフの直線
性が良く、２０％ＲＨにおける抵抗値も約２０ＭΩ程度
と湿度測定に適した値を示した。また、相対湿度を９０
％ＲＨまで増加させたときの曲線と、９０％ＲＨから２
０％ＲＨまで減少させたときの曲線とを比較したとこ
ろ、ヒステリシスは１％ＲＨ以内と小さかった。以上か
ら、これら湿度センサは感湿特性に優れていることがわ
かる。
（図２）、同１４（図３）の湿度センサはグラフの直線
性が良く、２０％ＲＨにおける抵抗値も約２０ＭΩ程度
と湿度測定に適した値を示した。また、相対湿度を９０
％ＲＨまで増加させたときの曲線と、９０％ＲＨから２
０％ＲＨまで減少させたときの曲線とを比較したとこ
ろ、ヒステリシスは１％ＲＨ以内と小さかった。以上か
ら、これら湿度センサは感湿特性に優れていることがわ
かる。
【００２３】これに対して、Ｎａ2Ｏ換算したＮａ成分
含有量を７mol％未満とした試料Ｎｏ.１（図１）の湿度
センサは、低湿度側での抵抗値が高くなり、且つ直線性
が失われていることがわかる。また、ＴｉＯ2換算した
Ｔｉ成分含有量を６５mol％より多くした試料Ｎｏ.５の
湿度センサ（図１）は、相対湿度変化に対する電気抵抗
値の変化幅が大きく、また低湿度側での電気抵抗値が高
くなりすぎていることがわかる。さらに、ＳｉＯ2換算
したＳｉ成分含有量を６０mol％より多くした試料Ｎｏ.
２０の湿度センサ（図３）は、全湿度領域で電気抵抗値
が高くなっていることがわかる。
含有量を７mol％未満とした試料Ｎｏ.１（図１）の湿度
センサは、低湿度側での抵抗値が高くなり、且つ直線性
が失われていることがわかる。また、ＴｉＯ2換算した
Ｔｉ成分含有量を６５mol％より多くした試料Ｎｏ.５の
湿度センサ（図１）は、相対湿度変化に対する電気抵抗
値の変化幅が大きく、また低湿度側での電気抵抗値が高
くなりすぎていることがわかる。さらに、ＳｉＯ2換算
したＳｉ成分含有量を６０mol％より多くした試料Ｎｏ.
２０の湿度センサ（図３）は、全湿度領域で電気抵抗値
が高くなっていることがわかる。
【００２４】次に、湿度センサの経時的な出力変化挙動
を調べるために、次の実験を行った。すなわち、試料Ｎ
ｏ.７及び１４の各湿度センサを、室内（平均相対湿度
５０％ＲＨ、平均気温２０℃）で０〜４０００Ｈｒの各
種時間保持した後、温度２０℃、相対湿度が２０、５０
及び９０％ＲＨのいずれかに設定された各種雰囲気に１
０分保持し、室内保持時間０Ｈｒの状態からの湿度出力
値の変化を各時間毎に測定した。以上の結果を図４及び
図５に示している。
を調べるために、次の実験を行った。すなわち、試料Ｎ
ｏ.７及び１４の各湿度センサを、室内（平均相対湿度
５０％ＲＨ、平均気温２０℃）で０〜４０００Ｈｒの各
種時間保持した後、温度２０℃、相対湿度が２０、５０
及び９０％ＲＨのいずれかに設定された各種雰囲気に１
０分保持し、室内保持時間０Ｈｒの状態からの湿度出力
値の変化を各時間毎に測定した。以上の結果を図４及び
図５に示している。
【００２５】すなわち、図４に示すように、本発明に属
する試料Ｎｏ．７の湿度センサは、２０、５０、９０％
ＲＨ何れの湿度雰囲気においても出力変化が±５％ＲＨ
以内と小さく、非常に安定していることがわかる。これ
に対して、図５に示すように、Ｎａ２Ｏ換算したＮａ成
分含有量を２５mol％より多くした試料Ｎｏ.１４の湿度
センサは、９０％ＲＨの測定において出力変化が負側に
５％ＲＨより大きい値となり、高湿度側での出力の経時
変化が大きいことがわかる。
する試料Ｎｏ．７の湿度センサは、２０、５０、９０％
ＲＨ何れの湿度雰囲気においても出力変化が±５％ＲＨ
以内と小さく、非常に安定していることがわかる。これ
に対して、図５に示すように、Ｎａ２Ｏ換算したＮａ成
分含有量を２５mol％より多くした試料Ｎｏ.１４の湿度
センサは、９０％ＲＨの測定において出力変化が負側に
５％ＲＨより大きい値となり、高湿度側での出力の経時
変化が大きいことがわかる。
【００２６】以下、他の試料の湿度センサについても、
感湿特性試験及び経時変化試験を同一条件で行い、以下
の条件で判定を行った。すなわち、感湿特性において２
０％ＲＨにおける抵抗値が５０ＭΩ以下のものを一次判
定、同じく５０ＭΩより大きいものを一次判定×とし
た。また、経時変化試験において、室内稼働４０００時
間までの出力変化が±５％ＲＨ以内のものを二次判定、
同じく±５％ＲＨより大きいものを二次判定×とした。
以上の結果を表１に示す。
感湿特性試験及び経時変化試験を同一条件で行い、以下
の条件で判定を行った。すなわち、感湿特性において２
０％ＲＨにおける抵抗値が５０ＭΩ以下のものを一次判
定、同じく５０ＭΩより大きいものを一次判定×とし
た。また、経時変化試験において、室内稼働４０００時
間までの出力変化が±５％ＲＨ以内のものを二次判定、
同じく±５％ＲＨより大きいものを二次判定×とした。
以上の結果を表１に示す。
【００２７】すなわち、本発明に属する湿度センサは一
次判定及び二次判定とも良好な結果を示すことがわか
る。さらに、本発明に属する試料Ｎｏ.７の湿度センサ
を４０℃、９５％ＲＨの雰囲気で０〜４０００Ｈｒの各
種時間保持した後、温度２０℃、相対湿度が２０、５０
及び９０％ＲＨのいずれかに設定された各種雰囲気に１
０分保持し、室内保持時間０Ｈｒの状態からの湿度出力
値の変化を各時間毎に測定した。その結果を図６に示し
ている。これにより、該センサは、４０℃×９５％ＲＨ
というかなりの高温多湿な条件で稼働させても、その出
力の経時変化が±５％ＲＨ以内と小さいことがわかる。
次判定及び二次判定とも良好な結果を示すことがわか
る。さらに、本発明に属する試料Ｎｏ.７の湿度センサ
を４０℃、９５％ＲＨの雰囲気で０〜４０００Ｈｒの各
種時間保持した後、温度２０℃、相対湿度が２０、５０
及び９０％ＲＨのいずれかに設定された各種雰囲気に１
０分保持し、室内保持時間０Ｈｒの状態からの湿度出力
値の変化を各時間毎に測定した。その結果を図６に示し
ている。これにより、該センサは、４０℃×９５％ＲＨ
というかなりの高温多湿な条件で稼働させても、その出
力の経時変化が±５％ＲＨ以内と小さいことがわかる。
【図１】本発明の一実施例に係る湿度センサの分解斜視
図。
図。
【図２】実施例の試料Ｎｏ.１、５、７の湿度センサ
の、相対湿度に対するインピーダンス変化を示すグラ
フ。
の、相対湿度に対するインピーダンス変化を示すグラ
フ。
【図３】同じく試料Ｎｏ.７、１４、２０の湿度センサ
の、相対湿度に対するインピーダンス変化を示すグラ
フ。
の、相対湿度に対するインピーダンス変化を示すグラ
フ。
【図４】試料Ｎｏ.７の湿度センサを室内で稼動させ、
所定時間毎に２０、５０、９０％ＲＨ雰囲気に配置した
ときの湿度出力変化を示すグラフ。
所定時間毎に２０、５０、９０％ＲＨ雰囲気に配置した
ときの湿度出力変化を示すグラフ。
【図５】試料Ｎｏ.１４の湿度センサを室内で稼動さ
せ、所定時間毎に２０、５０、９０％ＲＨ雰囲気に配置
したときの湿度出力変化を示すグラフ。
せ、所定時間毎に２０、５０、９０％ＲＨ雰囲気に配置
したときの湿度出力変化を示すグラフ。
【図６】試料Ｎｏ.７の湿度センサを４０℃×９５％Ｒ
Ｈ雰囲気で稼動させ、所定時間毎に２０、５０、９０％
ＲＨ雰囲気に配置したときの湿度出力変化を示すグラ
フ。
Ｈ雰囲気で稼動させ、所定時間毎に２０、５０、９０％
ＲＨ雰囲気に配置したときの湿度出力変化を示すグラ
フ。
１ 湿度センサ
２ セラミック基板
３，４ 櫛形電極
５，６ 電極取出部
７ 感湿抵抗層
８，９ リード線
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 27/00 - 27/12
Claims (4)
- 【請求項１】 それぞれ主に酸化物形態で存在するＮａ
成分と、Ｔｉ成分と、Ｓｉ成分とを主体とし、Ｎａ成分
をＮａ2Ｏ換算にて７〜２５mol％と、Ｔｉ成分をＴｉＯ
2換算にて１０〜６５mol％と、Ｓｉ成分をＳｉＯ2換算
にて５〜６０mol％とを含有する多孔質セラミックとし
て構成されたことを特徴とする感湿抵抗材料。 - 【請求項２】 主に酸化物形態で存在するＰ成分をＰ2
Ｏ5換算にて２５mol％以下の範囲で含有する請求項１記
載の感湿抵抗材料。 - 【請求項３】 湿度感知部が請求項１又は２に記載の感
湿抵抗材料で構成されたことを特徴とする湿度センサ。 - 【請求項４】 セラミック基板と、そのセラミック基板
上に形成された少なくとも２つの電極とを備え、前記湿
度感知部は、前記感湿抵抗材料により前記セラミック基
板上にて前記少なくとも２つの電極にまたがるように形
成された感湿抵抗層である請求項３記載の湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10051098A JP3494348B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 感湿抵抗材料及びそれを用いた湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10051098A JP3494348B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 感湿抵抗材料及びそれを用いた湿度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11281606A JPH11281606A (ja) | 1999-10-15 |
| JP3494348B2 true JP3494348B2 (ja) | 2004-02-09 |
Family
ID=14275955
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10051098A Expired - Fee Related JP3494348B2 (ja) | 1998-03-26 | 1998-03-26 | 感湿抵抗材料及びそれを用いた湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3494348B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101512695B1 (ko) * | 2013-10-17 | 2015-04-17 | 한국과학기술원 | 후처리 공정 없이 표준 cmos 공정만으로 제조 가능한 습도센서 |
-
1998
- 1998-03-26 JP JP10051098A patent/JP3494348B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101512695B1 (ko) * | 2013-10-17 | 2015-04-17 | 한국과학기술원 | 후처리 공정 없이 표준 cmos 공정만으로 제조 가능한 습도센서 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH11281606A (ja) | 1999-10-15 |
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Legal Events
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