JPH0153483B2

JPH0153483B2 -

Info

Publication number: JPH0153483B2
Application number: JP57157578A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Izumi; Yasuhide Murai
Original assignee: Fujitsu General Ltd
Current assignee: Fujitsu General Ltd
Priority date: 1982-09-10
Filing date: 1982-09-10
Publication date: 1989-11-14
Also published as: JPS5947702A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は湿度を電気抵抗の変化として検出し、
空調機器、加湿器、電子レンジ、倉庫、印刷機等
の湿度を制御するために用いられる感湿素子の製
造方法に関するものである。

従来の感湿素子は、電解質材料を用いたものが
大半を占め、その他有機高分子材料を用いたもの
などがあつた。

電解質材料を用いたものとして、例えばポリス
チロールの円筒管に２本の平行なパラジウム線を
電極として巻回し、この樹脂の上にポリビニルア
セテートとLiCl水溶液との混合液を塗布したダン
マー型といわれるものとか、植物繊維、多孔性シ
リコン、ガラステープ等にLiCl水溶液を含浸させ
た含浸式のものとがあるが、これらにはLiClを用
いているため、つぎのような欠点があつた。

LiClは潮解性があるため、梅雨の時期のよう
に、高湿度下では濃度が次第に薄くなり、寿命
が短かいこと。

長期間の経過によつて昇華してしまうので、
一定期間毎に較正する必要があること。

LiCl溶液の濃度により測定範囲が異なり、し
かもその測定範囲が狭いので、広い範囲の測定
には濃度を異ならせた何種類かのセンサを組合
せることが必要となり、したがつてセンサの数
が多くなれば測定端子もそれだけ多くなつて組
立てや制御回路が面倒になること。

などである。

また、前記有機高分子材料を用いたものとし
て、例えばナイロンがあり、これは従来の毛髪に
代わるもので、湿気により膨潤したときの長さの
変化を検出するものである。これにも以下によう
な欠点があつた。

使用温度の上限が高々60℃であり、使用範囲
が極端に制限されること。

伸縮時のヒステリシスが大きいため精度が低
いこと。

湿度の変化に対する応答が極めて遅いこと。

などである。

本出願人は、以上のような従来の欠点を除去し
た新たな感湿素子として第１図ａ，ｂに示すよう
な多孔質のセラミツク焼結体を用いたものを既に
提案した。これは、ZrO₂とMgOの微粉末を所定
モル％ずつ秤量して湿式混合し、乾燥した後、所
定圧で加圧して錠剤にし、この錠剤を電気炉に入
れて所定温度で所定時間加熱焼結し、自然冷却
後、ダイヤモンドブレードで所定厚（例えば
300μｍ）にスライスし、かつ１辺が４〜５mmの
角形に切断して多孔質のセラミツク焼結体１を
得、このセラミツク焼結体１の両面に金の電極
２，３を焼成し、これに電極線４，５を接合して
なるものである。このように、多孔質のセラミツ
ク焼結体で構成したことにより、従来の欠点を除
去することができた。

ところが、このような素子でも、セラミツク焼
結体を一定厚（例えば300μｍ）にスライスする
ための加工が面倒であること、電極に金を使用し
ていることなどのため、極めて高価になるという
若干の問題点があつた。

本発明は、このような問題点を解決するために
なされたもので、ZrO₂とMgOの混合物をバイン
ダ溶液により粘性のある感湿ペーストとなし、こ
の感湿ペーストを、電気絶縁性基板上の少なくと
も１対の電極上に塗布しかつ焼成して厚膜感湿層
を形成し、しかる後Na₃PO₄・12MoO₃水溶液で
浸漬被覆処理したものである。

以下、本発明の実施例を説明する。

まず、感湿素子の母体となる厚膜用感湿ペース
トの作成順序はつぎの通りである。

純度99.99％以上で平均粒径が1μｍ以下の
ZrO₂とMgOの微粉末を用意する。そして、
ZrO₂を99モル％、MgOを１モル％ずつ秤量し
て、これら２種類の微粉末をプラスチツク容器
内のエタノール中に入れ、同時にメノーボール
を入れ、ボールミルで湿式混合する。

湿式混合後、放置して上澄み液を除き、加熱
乾燥する。

この乾燥した粉末を液状バインダと混合して
所定の粘度を有する感湿ペーストとする。前記
液状バインダは、粉末状のメチルセルロース、
エチルセルロース、ポリビニルアルコールなど
とα−テルピネオール、テルピネオールなどと
の混合溶液が用いられる。

つぎに感湿素子の作成順序はつぎの通りであ
る。

第２図に示すように、10mm×15mm×0.3mm程
度のアルミナなどの電気絶縁性基板６を用意す
る。

この基板６上に、櫛歯状の電極７，８を互い
に所定間隔（ｄ＝500μｍ、250μｍなど）をも
つて形成する。電極７，８として、例えばルテ
ニウムオキサイド（RuO₂）を用いて基板６上
にプリントし、乾燥した後、850℃で焼成して
形成する。なお、前記電極７，８の間隔(d)を変
えることによりインピーダンスを調整できる
が、この点については後述する。

つぎに、前記感湿ペーストを、電極７，８と
基板６の上に塗布して厚膜感湿層９を形成す
る。すなわちこの厚膜感湿層９は、電極７，８
の端子部分を残して前記感湿ペーストをプリン
トし、乾燥した後、900℃程度で焼成する。厚
さは、目的によつて数十μｍから数百μｍまで
となるように、複数回塗布することもある。

つぎに、さらに、特性を向上させるときはリ
ンモリブデン酸ナトリウム（Na₃PO₄・
12MoO₃）（以下SPMという）の水溶液による
浸漬被覆処理を行なう。具体的には、脱イオン
水10c.c.に、SPMを４mg、40mg、400mg、４ｇず
つ秤量して添加し、撹拌してそれぞれ0.04、
0.4、4.0、40重量％の水溶液を作る。これらの
濃度に調整した水溶液をビーカに入れ、第２図
のように形成した素子を浸漬する。

ビーカから素子をとり出し、加熱または自然
乾燥して水分を除去し感湿素子１０を得る。

この感湿素子１０の特性の安定化のためにア
ニーリング処理をする。

以上のようにして形成された感湿素子１０が所
期の目的通りの特性を有するかどうかについて実
験するために、第４図に示すように、1V、100Hz
程度の信号源１１に、抵抗１２（例えば10KΩ）
と直列に接続され、さらにこの抵抗１２と並列に
電圧計１３が接続される。

つぎに、測定結果を第５図ないし第６図に基づ
いて説明する。

第５図は、電極７，８の間隔(d)を500μｍ
（点線特性）と250μｍ（実線特性）に変えたと
きのＲ−Ｈ特性である。この第５図の実験で
は、厚膜感湿層９のZrO₂とMgOの混合割合は
99：１（モル比）とした。また、特性(イ)(イ)′は
SPM処理なし、(ロ)(ロ)′は0.4重量％、(ハ)(ハ)′は4.
0
重量％、(ニ)(ニ)′は40重量％のSPM溶液でそれぞ
れ処理をしたものである。この特性図から電極
７，８の間隔(d)を開くすると抵抗値が高くな
り、狭くすると低くなり、しかも相対湿度10〜
90％RHの範囲で略平行移動していることがわ
かる。したがつて、目的の抵抗値を得るには電
極７，８の間隔(d)を変化せしめればよい。ま
た、この特性図から、(イ)SPM処理なしから(ロ)
0.4、(ハ)4.0、(ニ)40重量％と次第にSPM濃度が増
大するに従い抵抗値は略平行移動して小さくな
ることがわかる。特に(ハ)4.0(ニ)40重量％のとき
相対湿度10〜90％RHの範囲で略直線的に変化
し、１個の素子で広範囲測定が可能である。以
上の点から、SPM濃度は0.5〜5.0重量％の範囲
が最も好ましい。

第６図は、SPM4.0重量％の水溶液で処理
し、電極７，８の間隔(d)を500μｍとした場合
において、ZrO₂に対するMgOの混合割合を可
変したときのＲ−Ｈ特性である。すなわち、(ハ)
はZrO₂：MgO＝99：１（モル比）の、(ホ)は
ZrO₂：MgO＝95：５（モル比）の、(ヘ)は
ZrO₂：MgO＝90：10（モル比）の、(ト)は
ZrO₂：MgO＝85：15（モル比）の、（チ）は
ZrO₂：MgO＝80：20（モル比）のそれぞれの
特性である。この特性図から、いずれも相対湿
度10〜90％RHの範囲で略直線的な変化を示
し、１個の素子で充分広範囲測定が可能である
ことがわかる。

前記実施例では、電極７，８の形状を、第２図
に示すように、櫛形とし互いに間隔(d)をもつて噛
合させたが、この間隔(d)は、直角に屈折したもの
以外に、曲線的に屈折したもの、直線的なものな
どであつてもよい。また、第２図では電極７，８
を同一面に設けたが、厚膜感湿層を挾んで両側に
設けてもよい。具体的には、第３図に示すよう
に、アルミナ基板６の裏面にはリフレツシユ用ヒ
ータ１４を設け、上面には多孔性の下部電極７、
厚膜感湿層９、多孔性の上部電極８の順に積層し
たものであつてもよい。この場合、電極７，８の
面積、厚膜感湿層９の厚さによつてRH特性が変
わることは勿論である。このような形状にすると
素子の形状を小型にできる。

本発明は上述のように、感湿素子の母体を厚膜
を用いて構成したので、加工性にすぐれて低価格
になる。また単一素子によつて広範囲の湿度を測
定できるとともに長寿命でもある。さらに、
SPM処理をするとさらにその効果が増大する。
また、電極の相互の間隔を変えても、SPMの溶
液濃度を変えても特性（素子インピーダンス）の
平行移動ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは、セラミツク焼結体を用いた素子の
正面図、第１図ｂは同側面図、第２図は１対の電
極を片面に設けた厚膜型素子の一部切欠いた正面
図、第３図は１対の電極を両面に設けた厚膜型素
子の分解斜視図、第４図は特性を測定する電気回
路図、第５図は電極の間隔およびSPM濃度を変
えたときの特性図、第６図はZrO₂とMgOの混合
比を変えたときの特性図である。６……電気絶縁性基板、７，８……電極、９…
…厚膜感湿層、１０……感湿素子、１１……信号
源、１２……抵抗、１３……電圧計、１４……リ
フレツシユヒータ。

Claims

【特許請求の範囲】１ ZrO₂とMgOの混合物をバインダ溶液により
粘性のある感湿ペーストとなし、この感湿ペース
トを、電気絶縁性基板上の少なくとも１対の電極
上に塗布しかつ焼成して厚膜感湿層を形成し、し
かる後Na₃PO₄・12MoO₃水溶液で浸漬被覆処理
してなる感湿素子の製造方法。２特許請求の範囲第１項記載において、バイン
ダ溶液は粉末状のメチルセルロース、エチルセル
ロースまたはポリビニルアルコールにα−テルピ
ネオールまたはテルピネオールを混合溶解してな
る感湿素子の製造方法。