JPH01103803A - 感温・感湿センサー素子およびその製造方法 - Google Patents
感温・感湿センサー素子およびその製造方法Info
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- JPH01103803A JPH01103803A JP63158944A JP15894488A JPH01103803A JP H01103803 A JPH01103803 A JP H01103803A JP 63158944 A JP63158944 A JP 63158944A JP 15894488 A JP15894488 A JP 15894488A JP H01103803 A JPH01103803 A JP H01103803A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
本発明は、温度や湿度を検出するための感温・感湿セン
サー素子とその製造方法に関するもので、例えば、空調
装置が空気中の温度や湿度を制御するため等に使用され
る。
サー素子とその製造方法に関するもので、例えば、空調
装置が空気中の温度や湿度を制御するため等に使用され
る。
(従来の技術)
温度や湿度の変動が単一のセンサー素子で検出できるこ
とは既に多くの文献に紹介されている。
とは既に多くの文献に紹介されている。
例えば、1981年5月21日に公開された特開昭56
−58202号公報には、 Bao、s Sro、5Ti03 +MgCrz 04
という成分組成を有するセンサー素子が紹介されている
。
−58202号公報には、 Bao、s Sro、5Ti03 +MgCrz 04
という成分組成を有するセンサー素子が紹介されている
。
上記センサー素子では、温度変動はセンサー素子の誘電
率の変動によって検出される。それとは別に、湿度変動
はセンサー素子の抵抗率の変動によって検出される。
率の変動によって検出される。それとは別に、湿度変動
はセンサー素子の抵抗率の変動によって検出される。
上記組成では、Srはキューリー点Tcをシフトさせる
ために存在し、M g Cr z 04は湿度変動に対
する感度を高めるために加えられる。センサー素子のキ
ューリー点T。は、センサー素子に要求された最低検出
可能温度よりも10°C〜50°C下に設定される。そ
して、温度変動はセンサー素子の常誘電域内の誘電率を
測定することによって検出される。
ために存在し、M g Cr z 04は湿度変動に対
する感度を高めるために加えられる。センサー素子のキ
ューリー点T。は、センサー素子に要求された最低検出
可能温度よりも10°C〜50°C下に設定される。そ
して、温度変動はセンサー素子の常誘電域内の誘電率を
測定することによって検出される。
(発明が解決しようとした課題)
上記従来のセンサー素子は以下のような問題点を有する
。
。
(a)上記成分組成においては、キューリー点T。
が単一の元素Srによって引き下げられている。
このために、温度変動に対する誘電率の変動が幾分鈍く
なる。特に、キューグー点Tcが一30°C以下に設定
された場合には、温度変動が正確に検出されなくなる。
なる。特に、キューグー点Tcが一30°C以下に設定
された場合には、温度変動が正確に検出されなくなる。
(b)上記成分組成においては、粒子成長を抑制するた
めの抑制剤が含まれていない。従って、粒子成長が容易
に発生し、温度変動や湿度変動に対する感度が鈍くなり
、経時変化が大きくなる。
めの抑制剤が含まれていない。従って、粒子成長が容易
に発生し、温度変動や湿度変動に対する感度が鈍くなり
、経時変化が大きくなる。
(C)上記成分組成においては、センサー素子が高い抵
抗率を有する。
抗率を有する。
そこで本発明では、従来技術の問題点を解消し、温度や
湿度の変動に対して敏感なセンサー素子を提供すること
を共通の技術的課題とした。
湿度の変動に対して敏感なセンサー素子を提供すること
を共通の技術的課題とした。
また、本発明では、経時変化が少ないセンサー素子を提
供することを第二の技術的課題とした。
供することを第二の技術的課題とした。
(課題を解決するための手段)
前述した共通の技術的課題を達成するために講じた技術
的手段は、センサー素子の成分組成を、(B a H,
−ks r、1)(T i 1−(L−11) S n
t Z rlI) 03ただし、Oak≦1. 0≦I
≦1゜ 0≦m≦1、j2十m≠0゜ としたことである。
的手段は、センサー素子の成分組成を、(B a H,
−ks r、1)(T i 1−(L−11) S n
t Z rlI) 03ただし、Oak≦1. 0≦I
≦1゜ 0≦m≦1、j2十m≠0゜ としたことである。
また、前述した第二の技術的課題を達成するために講じ
た技術的手段は、前記センサー素子に約0.5〜約7w
t%のTiO2を含ませたことである。
た技術的手段は、前記センサー素子に約0.5〜約7w
t%のTiO2を含ませたことである。
(作用)
前述した第一の技術的手段によれば、センサー素子のキ
ューリー点TcはSr、Sn、Zrの中から選ばれた少
なくとも二つの元素によって引き下げられる。温度変動
に対する感度はSr、Sn。
ューリー点TcはSr、Sn、Zrの中から選ばれた少
なくとも二つの元素によって引き下げられる。温度変動
に対する感度はSr、Sn。
ZrO中から選ばれた少なくとも二つの元素によって高
められる。
められる。
また、前述した第二の技術的手段によれば、TiO□に
よって湿度に対する感度が高められ、さらに、粒子成長
が抑制される。
よって湿度に対する感度が高められ、さらに、粒子成長
が抑制される。
(実施例)
本実施例のセンサー素子は焼結後の最終組成が以下の通
りである。
りである。
(B a +−hs rJ(T r +−(L、111
1 S nt Z rm) 03十χTiO□ ただし、O<k≦1,0≦l≦1゜ 0≦m≦1. ffi+m≠0゜ χは約0.5〜約7wt%。
1 S nt Z rm) 03十χTiO□ ただし、O<k≦1,0≦l≦1゜ 0≦m≦1. ffi+m≠0゜ χは約0.5〜約7wt%。
前述した化合物を製造するために、複数のシフターと抑
制剤が誘電体に加えられる。純粋なりaTiO,のキュ
ーリー点T、は約120°Cである。それゆえに、純粋
なりaTiO3は約130°C以上の温度しか検出でき
ない。BaTiO3のキューリー点Tcを引き下げるシ
フターは良く知られており、Sr、Sn、Zr等が含ま
れる。
制剤が誘電体に加えられる。純粋なりaTiO,のキュ
ーリー点T、は約120°Cである。それゆえに、純粋
なりaTiO3は約130°C以上の温度しか検出でき
ない。BaTiO3のキューリー点Tcを引き下げるシ
フターは良く知られており、Sr、Sn、Zr等が含ま
れる。
これらのシフターのキューり点Tcに関する効果は、B
aTiO3の固溶体構造内における、それぞれのシフタ
ーに特有のイオン半径と原子価によって決定される。
aTiO3の固溶体構造内における、それぞれのシフタ
ーに特有のイオン半径と原子価によって決定される。
センサー素子を製造するための一つの方法は以下の通り
である。
である。
(a−1)Sr、Sn、Zrから選ばれた少なくとも二
つのシフターを生成するための出発原料がB a T
iOyを生成するための別の出発原料に混ぜられる。こ
のようにして、センサー素子を製造するための基本材料
が準備される。
つのシフターを生成するための出発原料がB a T
iOyを生成するための別の出発原料に混ぜられる。こ
のようにして、センサー素子を製造するための基本材料
が準備される。
(a−2)それから、基本材料にTiO7が加えられる
。加えられるTiO□は抑制剤として、また乾燥剤とし
ての機能を有する誘電体である。
。加えられるTiO□は抑制剤として、また乾燥剤とし
ての機能を有する誘電体である。
(a−3) T i O□が加えられた基本材料は、固
溶反応体を生成するために仮焼きされる。仮焼き後、T
iO□が加えられた基本材料はセンサー素子を生成する
ために焼結される。
溶反応体を生成するために仮焼きされる。仮焼き後、T
iO□が加えられた基本材料はセンサー素子を生成する
ために焼結される。
センサー素子を製造するためのもう一つの方法は以下の
通りである。
通りである。
(b−1)少なくとも二種類のシフターを含む化合物が
生成される。このような化合物は良く知られており、5
rSn(1+や5rZrO,およびS r (sn+−
y Zry)oi等が含まれる。なお、yの値は0≦y
≦1に設定される。
生成される。このような化合物は良く知られており、5
rSn(1+や5rZrO,およびS r (sn+−
y Zry)oi等が含まれる。なお、yの値は0≦y
≦1に設定される。
(b−2)前述したステップ(b−1)で生成された化
合物にBaTiO3が混ぜられ、基本材料が準備される
。
合物にBaTiO3が混ぜられ、基本材料が準備される
。
(b−3)それから固溶反応を促進させるために基本材
料が仮焼きされる。仮焼きされた後、基本材料はセンサ
ー素子を生成するために焼結される。
料が仮焼きされる。仮焼きされた後、基本材料はセンサ
ー素子を生成するために焼結される。
以下の例は本発明のより詳細を示すものである。
本発明が以下の例によって限定されるものではないこと
は容易に理解されるであろう。
は容易に理解されるであろう。
(例1)
最終組成が(B a l−8ts r a><Ti、−
aS na) 03の化合物を生成し、aの値を変化さ
せてキューリー点Tcを測定した。その結果を第1表に
示す。
aS na) 03の化合物を生成し、aの値を変化さ
せてキューリー点Tcを測定した。その結果を第1表に
示す。
(例2)
最終組成が(B a 1.−bS rb)(T i 1
−bZ rb) Oxの化合物を生成し、bの値を変化
させてキューリー点T。を測定した。その結果を第2表
に示す。。
−bZ rb) Oxの化合物を生成し、bの値を変化
させてキューリー点T。を測定した。その結果を第2表
に示す。。
(例3)
キューリー点が一60°Cに設定され、最終組成が、(
B a o、eos r 0.20)(T i o、a
os n O,20) 03の化合物を生成するための
基本材料が準備された。
B a o、eos r 0.20)(T i o、a
os n O,20) 03の化合物を生成するための
基本材料が準備された。
それから、それぞれの基本材料のサンプルに0.5゜1
,3,4,5,6.7wt%のT i O,が加えられ
た。そして、それらのサンプルは、おのおの50時間の
間、ボールミルで混ぜられた。その後、おのおののサン
プルについて、TiO2を含む基本材料がセンサー素子
を作り出すために焼結された。
,3,4,5,6.7wt%のT i O,が加えられ
た。そして、それらのサンプルは、おのおの50時間の
間、ボールミルで混ぜられた。その後、おのおののサン
プルについて、TiO2を含む基本材料がセンサー素子
を作り出すために焼結された。
上述した方法によって作り出されたセンサー素子は、−
30℃から120″Cの範囲の温度を検出することがで
き、さらに、0%〜100%の範囲の湿度も検出するこ
とができた。また、これらのセンサー素子は、温度変動
に対して、従来のセンサー素子である(B a6.s
S ro、5) T i 03に比べて大きく、そして
直線的な誘電率変動を示した。さらにまた、本例のセン
サー素子は、湿度変動に対して、従来のセンサー素子に
比べて大きく、そして直線的な抵抗率変動を示した。
30℃から120″Cの範囲の温度を検出することがで
き、さらに、0%〜100%の範囲の湿度も検出するこ
とができた。また、これらのセンサー素子は、温度変動
に対して、従来のセンサー素子である(B a6.s
S ro、5) T i 03に比べて大きく、そして
直線的な誘電率変動を示した。さらにまた、本例のセン
サー素子は、湿度変動に対して、従来のセンサー素子に
比べて大きく、そして直線的な抵抗率変動を示した。
第1図は、例3のセンサー素子によって得られた誘電率
を従来のセンサー素子と比較したグラフである。例3の
センサー素子は、典型的な従来のセンサー素子に比べて
誘電率曲線の傾きが急である。
を従来のセンサー素子と比較したグラフである。例3の
センサー素子は、典型的な従来のセンサー素子に比べて
誘電率曲線の傾きが急である。
第2図は、センサー素子中のTiO□の量を変化させた
時の効果を示す。χT i O2の値が0.5〜7wt
%の範囲にある時には、その範囲外である時に比べて抵
抗率がより忠実な湿度の関数として変化する。
時の効果を示す。χT i O2の値が0.5〜7wt
%の範囲にある時には、その範囲外である時に比べて抵
抗率がより忠実な湿度の関数として変化する。
(例4)
最終組成が、
(B a 0.76S r o、z<)(T j O,
762r O,24) 03の化合物を生成するための
基本材料が準備された。
762r O,24) 03の化合物を生成するための
基本材料が準備された。
それから、その基本材料のサンプルに0.5〜7wt%
のTiO□が加えられた。そして、基本材料とTiO7
は、50時間の間、ボールミルで混ぜられた。その後、
TiO4を含む基本材料が仮焼・きされ、焼結された。
のTiO□が加えられた。そして、基本材料とTiO7
は、50時間の間、ボールミルで混ぜられた。その後、
TiO4を含む基本材料が仮焼・きされ、焼結された。
例4では、センサー素子が温度変動や湿度変動に対して
改善された特性を示した。
改善された特性を示した。
例3や例4で得られたセンサー素子は共に、加えられた
TiO□が約0.5 w t%未満になると、(l 1
) センサー素子の抵抗値が増加し易くなり、また、誘電率
変動が減少し易くなる。同様に、加えられたTiO□が
約0.5 w t%未溝になると、粒子成長が充分に抑
制されなくなる。また、例3や例4で得られたセンサー
素子は共に、加えられたTiO2が約7wt、%を越え
ると、誘電率変動が減少し易くなる。
TiO□が約0.5 w t%未満になると、(l 1
) センサー素子の抵抗値が増加し易くなり、また、誘電率
変動が減少し易くなる。同様に、加えられたTiO□が
約0.5 w t%未溝になると、粒子成長が充分に抑
制されなくなる。また、例3や例4で得られたセンサー
素子は共に、加えられたTiO2が約7wt、%を越え
ると、誘電率変動が減少し易くなる。
さらにまた、例3や例4で得られたセンサー素子は、S
r、Sn、Zrから選ばれた少なくとも二種類のシフタ
ー元素を有している。これらのシフターとB a T
i O3は、TiO□が加えられたペロプスカイト固溶
体を作り出す。従って、以下のような優位点が現れる。
r、Sn、Zrから選ばれた少なくとも二種類のシフタ
ー元素を有している。これらのシフターとB a T
i O3は、TiO□が加えられたペロプスカイト固溶
体を作り出す。従って、以下のような優位点が現れる。
(1)キューリー点Tcが自由に設定できる。また、温
度変動に対する誘電率変動が大きい。それゆえに、温度
変動が正確に検出される。
度変動に対する誘電率変動が大きい。それゆえに、温度
変動が正確に検出される。
(2)粒子成長が抑制されているので、誘電率変動が大
きい。また、水分を吸着するための面積が大きい。従っ
て、センサー素子は湿度変動に対して敏恣になる。また
、センサー素子は低い抵抗値になる。
きい。また、水分を吸着するための面積が大きい。従っ
て、センサー素子は湿度変動に対して敏恣になる。また
、センサー素子は低い抵抗値になる。
(3)粒子成長が抑制されているので、経時変化が少な
くなる。
くなる。
本発明によれば、センサー素子のキューリー点TcがS
r、Sn、Zrの中から選ばれた少なくとも二つの元素
によって引き下げられる。また、温度変動に対する感度
がSr、Sn、ZrO中から選ばれた少なくとも二つの
元素によって高められる。
r、Sn、Zrの中から選ばれた少なくとも二つの元素
によって引き下げられる。また、温度変動に対する感度
がSr、Sn、ZrO中から選ばれた少なくとも二つの
元素によって高められる。
さらにまた、請求項(2)記載の発明によれば、T i
Ozによって湿度に対する感度が高められ、粒子成長
が抑制される。
Ozによって湿度に対する感度が高められ、粒子成長
が抑制される。
第1図は、本発明のセンサー素子の一実施例を用いて、
温度に対する誘電率をプロットしたグラフである。 第2図は、本発明のセンサー素子の一実施例を用いて、
相対湿度に対する抵抗率をプロットしたグラフである。
温度に対する誘電率をプロットしたグラフである。 第2図は、本発明のセンサー素子の一実施例を用いて、
相対湿度に対する抵抗率をプロットしたグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 (1)成分組成が、 (Ba_1_−_kSr_k)(Ti_1_−_(_l
_+_m_)Sn_lZr_m)O_3ただし、0<k
≦1,0≦l≦1, 0≦m≦1,l+m≠0, からなる感温・感湿センサー素子。 (2)前記センサー素子が約0.5〜約7wt%のTi
O_2を含むことを特徴とした請求項(1)記載の感温
・感湿センサー素子。 (3)成分組成が、 (Ba_1_−_aSr_a)(Ti_1_−_aSn
_a)O_3+χTiO_2ただし、χは約0.5〜約
7wt%, 0.16≦a≦0.25, であることを特徴とした請求項(2)記載の感温・感湿
センサー素子。 (4)成分組成が、 (Ba_1_−_bSr_b)(Ti_1_−_bZr
_b)O_3+χTiO_2ただし、χは約0.5〜約
7wt%、 0.19≦b≦0.29, であることを特徴とした請求項(2)記載の感温・感湿
センサー素子。 (5)ストロンチウム,すず,ジルコニウムからなるグ
ループから選ばれた少なくとも二つの元素を含む化合物
にバリウム,チタニウム,酸素を含む化合物を混合して
基本材料を構成する段階と、該基本材料に酸化チタンを
加える段階と、 固溶反応体を作り出すために前記基本材料と前記酸化チ
タンを仮焼きする段階と、 請求項(1)に記載されたセンサー素子を作り出すため
に前記固溶反応体を焼結する段階と、 を備える感温・感湿センサー素子の製造方法。 (6)ストロンチウム,すず,ジルコニウムからなるグ
ループから選ばれた少なくとも二つの元素を含む化合物
を生成する段階と、 該化合物にBaTiO_3を化合させて基本材料を構成
する段階と、 固溶反応体を作り出すために前記基本材料を仮焼きする
段階と、 請求項(1)に記載されたセンサー素子を作り出すため
に前記固溶反応体を焼結する段階と、 を備える感温・感湿センサー素子の製造方法。
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- 1988-06-27 JP JP63158944A patent/JPH01103803A/ja active Pending
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