JPH0378761B2 - - Google Patents
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- JPH0378761B2 JPH0378761B2 JP58029723A JP2972383A JPH0378761B2 JP H0378761 B2 JPH0378761 B2 JP H0378761B2 JP 58029723 A JP58029723 A JP 58029723A JP 2972383 A JP2972383 A JP 2972383A JP H0378761 B2 JPH0378761 B2 JP H0378761B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
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Description
〔産業上の利用分野〕
本発明は、感湿素子に関する。
〔従来の技術〕
大気中の湿度を測定、検出する感湿素子（湿度
センサ）は、これまで極めて多数の方式が提案さ
れ、かつ実用化されている。特に、近年は電気的
に直接湿度を検出できる方式の湿度センサが種々
提案されている。この湿度センサは、湿度の検出
のみならず、湿度の制御をも簡便に電気的信号で
処理できる特長を有するために注目されている。 ところで、上述した湿度センサは大気中の湿度
を測定するために、大気中の水分を感湿素子の表
面に物理的に吸着させ、電気的抵抗値を読み取る
ものが一般的である。こうした湿度センサの感湿
素子としては、従来、高分子物質、金属酸化物の
焼結体、または基板上に金属酸化物を焼付けたも
のが用いられている。 しかしながら、高分子物質を感湿素体とした湿
度センサは低湿度領域での抵抗値が1MΩないし
10MΩ以上と極めて大きくなるため、通常の電気
的検出回路では容易に湿度を検出できず、精度も
極めて劣るという欠点があつた。 また、金属酸化物を感湿素体とした湿度センサ
は初期の感度が優れているものの、いずれも長期
間の使用においては抵抗値の変化が大きいという
欠点があつた。 この点を克服するために金属酸化物の焼結体よ
りなる湿度センサにヒータを付設し、湿度測定前
に一時的に感湿素体を加熱し、高温状態にして感
湿素体面を再生した後に湿度を検出するものも知
られている。つまり、金属酸化物からなる感湿素
体の熱安定性を利用し、湿度を検出する直前に高
温にすることにより感湿素体を初期状態に戻して
再現性を確保している。しかしながら、かかる湿
度センサでは湿度検出直前に加熱を行う必要があ
るために、連続的な湿度検出は不可能である。し
かも、ヒータやヒータ制御回路という複雑な機構
が必要となり、コスト高の一因となる。 このようなことから、最近、湿度センサとして
ZnO85〜99モル％、LiZrVO40.5〜10モル％およ
びCr2O3＋Fe2O30.5〜５モル％の組成の金属酸化
物からなる感湿素体を用いたもの（特開昭56−
4204号）が開発されている。この湿度センサは、
ヒータ等の再生処理なしで通常の環境条件（０〜
40℃、30〜90％RH）で長期間に亘つて安定的
に、しかも低い抵抗値で使用できるものである。
このため、エアコンや加湿器における湿度制御に
は十分に適用できる。しかしながら、かかる湿度
センサは高温条件で使用すると、必ずしも十分な
経時特性、再現性が得られない場合があつた。 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は、前記問題点を解決するためになされ
たもので、高温条件下で長期間使用しても抵抗値
変化が殆ど生じずに安定的に使用でき、かつ広範
囲の湿度領域においても使い易い電気的抵抗値を
示す感湿素子を提供しようとするものである。 〔課題を解決するための手段〕 本願第１の発明は、Cr2O321〜73モル％、
MgO25〜55モル％、CuO0.5〜8.0モル％、
Li2O0.5〜8.0モル％、V2O50.5〜8.0モル％を必須
成分とした焼結体を具備することを特徴とする感
湿素子である。 本願第２の発明は、Cr2O321〜73モル％、MgO
およびZnO25〜55モル％、CuO0.5〜8.0モル％、
Li2O0.5〜8.0モル％、V2O50.5〜8.0モル％を必須
成分とした焼結体を具備することを特徴とする感
湿素子である。 前記Cr2O3の配合割合を限定した理由は、その
量を21モル％未満にすると感湿特性としての抵抗
値が全般的に高くなり、かといつてその量が73モ
ル％を越えると高温放置での経時変化が大きくな
るからである。 前記MgO、またはMgOおよびZnOの両者の配
合割合を限定した理由は、その量を25モル％未満
にすると高温放置での経時変化が大きくなり、か
といつてその量が55モル％を越えると感湿特性と
しての抵抗値が全般的に高くなるからである。 前記CuOの配合割合を限定した理由は、その量
を0.5モル％未満にすると高温放置での経時変化
が大きくなり、かといつてその量が8.0モル％を
越えると低湿度側での感度が低下するからであ
る。 前記Li2O、V2O5のそれぞれ配合割合を限定し
た理由は、それら成分の量をそれぞれ0.5モル％
未満にすると感湿特性としての抵抗値が全搬的に
高くなり、かといつてそれら成分の量がそれぞれ
8.0モル％を越えると高温放置での経時変化が大
きくなるからである。 〔作用〕 本発明に係わる感湿素子は、例えば周囲温度25
℃、相対湿度30％の場合では約500kΩ、同温度で
相対湿度90％の場合では約10kΩ、と広範囲な湿
度領域において使い易い抵抗値を有し、しかも85
℃という高温条件下に長期間放置しても経時変化
が小さく高い信頼性を有する。このような本発明
の感湿素子が優れた特性を有するのは、Cr2O3、
MgO（またはMgOおよびZnOの両者）の結晶性
粒子の粒界にこれらCr2O3やMgO等と少量の
CuO、Li2O、V2O5を含む成分が存在する構造に
なつているためであると推定される。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 実施例 １ まず、出発原料として酸化クロム、炭酸マグネ
シウム、酸化銅、炭酸リチウム、酸化バナジウム
の微粉末を用いた。これら出発原料をCr2O3、
MgO、CuO、Li2O、V2O5のモル比で45％、45
％、４％、３％、３％となるように秤量した後、
ポツトミルで24時間湿式混合した。つづいて、こ
の混合物を120℃で12時間乾燥した後、800℃で仮
焼した。ひきつづき、仮焼物をポツトミルで24時
間湿式粉砕した後、120℃で12時間再度乾燥して
原料を調製した。 次いで、前記原料粉末にポリビニルアルコール
（粘結剤）を２重量％加え、ライカ機で造粒した
後、この造粒物を500Kg/cm2の条件で加圧成形して
直径８mm、厚さ約２mmの円盤状成形体を造つた。
つづいて、この成形体を1300℃の温度下で２時間
焼成した後、焼結体の両主面を研磨して厚さ１mm
とした。ひきつづき、この焼結体（感湿素体）の
両主面に酸化ルテニウムペーストをスクリーン印
刷した後、約700℃で焼付けを行なつて格子状の
電極を形成し、第１図に示す構造の感湿素子を製
造した。なお、第１図中の１は感湿素体、２は電
極である。 しかして、本実施例１の感湿素子について周囲
温度を25℃に一定とし、相対湿度を30〜90％に変
化させた時の抵抗値（感湿特性）を調べた。その
結果を第２図に示す。第２図から明らかなように
本発明の感湿素子は、周囲温度25℃下、相対湿度
30％では600kΩ、同温度下、相対湿度90％では
7kΩと広範囲の温度領域で極めて使い易い低抵抗
値を示すことがわかる。 また、本実施例１の感湿素子について温度85℃
の高温槽に1000時間放置した後、周囲温度25℃で
相対湿度を30〜90％に変化させた時の抵抗値（感
湿特性）を調べた。その結果を第３図に示す。第
３図から明らかなように本発明の感湿素子は、高
温放置した後の感湿特性がほとんど変化せず、安
定した経時特性を有することがわかる。 実施例 ２〜７ 前記実施例１と同様な方法により下記第１表に
示す組成の焼結体（感湿素体）を備えた６種の感
湿素子を製造した。 しかして、本実施例２〜７の感湿素子について
周囲温度25℃下、相対湿度30％、90％の抵抗値
（初期感湿特性）、並びに85℃の高温槽に1000時間
放置した後での周囲温度25℃下、相対湿度30％、
90％の抵抗値（高温放置後の感湿特性）を調べ
た。その結果を同第１表に併記した。また、同第
１表には本発明の組成範囲を外れる感湿素体を備
えた感湿素子を参照例１〜６として併記した。
センサ）は、これまで極めて多数の方式が提案さ
れ、かつ実用化されている。特に、近年は電気的
に直接湿度を検出できる方式の湿度センサが種々
提案されている。この湿度センサは、湿度の検出
のみならず、湿度の制御をも簡便に電気的信号で
処理できる特長を有するために注目されている。 ところで、上述した湿度センサは大気中の湿度
を測定するために、大気中の水分を感湿素子の表
面に物理的に吸着させ、電気的抵抗値を読み取る
ものが一般的である。こうした湿度センサの感湿
素子としては、従来、高分子物質、金属酸化物の
焼結体、または基板上に金属酸化物を焼付けたも
のが用いられている。 しかしながら、高分子物質を感湿素体とした湿
度センサは低湿度領域での抵抗値が1MΩないし
10MΩ以上と極めて大きくなるため、通常の電気
的検出回路では容易に湿度を検出できず、精度も
極めて劣るという欠点があつた。 また、金属酸化物を感湿素体とした湿度センサ
は初期の感度が優れているものの、いずれも長期
間の使用においては抵抗値の変化が大きいという
欠点があつた。 この点を克服するために金属酸化物の焼結体よ
りなる湿度センサにヒータを付設し、湿度測定前
に一時的に感湿素体を加熱し、高温状態にして感
湿素体面を再生した後に湿度を検出するものも知
られている。つまり、金属酸化物からなる感湿素
体の熱安定性を利用し、湿度を検出する直前に高
温にすることにより感湿素体を初期状態に戻して
再現性を確保している。しかしながら、かかる湿
度センサでは湿度検出直前に加熱を行う必要があ
るために、連続的な湿度検出は不可能である。し
かも、ヒータやヒータ制御回路という複雑な機構
が必要となり、コスト高の一因となる。 このようなことから、最近、湿度センサとして
ZnO85〜99モル％、LiZrVO40.5〜10モル％およ
びCr2O3＋Fe2O30.5〜５モル％の組成の金属酸化
物からなる感湿素体を用いたもの（特開昭56−
4204号）が開発されている。この湿度センサは、
ヒータ等の再生処理なしで通常の環境条件（０〜
40℃、30〜90％RH）で長期間に亘つて安定的
に、しかも低い抵抗値で使用できるものである。
このため、エアコンや加湿器における湿度制御に
は十分に適用できる。しかしながら、かかる湿度
センサは高温条件で使用すると、必ずしも十分な
経時特性、再現性が得られない場合があつた。 〔発明が解決しようとする課題〕 本発明は、前記問題点を解決するためになされ
たもので、高温条件下で長期間使用しても抵抗値
変化が殆ど生じずに安定的に使用でき、かつ広範
囲の湿度領域においても使い易い電気的抵抗値を
示す感湿素子を提供しようとするものである。 〔課題を解決するための手段〕 本願第１の発明は、Cr2O321〜73モル％、
MgO25〜55モル％、CuO0.5〜8.0モル％、
Li2O0.5〜8.0モル％、V2O50.5〜8.0モル％を必須
成分とした焼結体を具備することを特徴とする感
湿素子である。 本願第２の発明は、Cr2O321〜73モル％、MgO
およびZnO25〜55モル％、CuO0.5〜8.0モル％、
Li2O0.5〜8.0モル％、V2O50.5〜8.0モル％を必須
成分とした焼結体を具備することを特徴とする感
湿素子である。 前記Cr2O3の配合割合を限定した理由は、その
量を21モル％未満にすると感湿特性としての抵抗
値が全般的に高くなり、かといつてその量が73モ
ル％を越えると高温放置での経時変化が大きくな
るからである。 前記MgO、またはMgOおよびZnOの両者の配
合割合を限定した理由は、その量を25モル％未満
にすると高温放置での経時変化が大きくなり、か
といつてその量が55モル％を越えると感湿特性と
しての抵抗値が全般的に高くなるからである。 前記CuOの配合割合を限定した理由は、その量
を0.5モル％未満にすると高温放置での経時変化
が大きくなり、かといつてその量が8.0モル％を
越えると低湿度側での感度が低下するからであ
る。 前記Li2O、V2O5のそれぞれ配合割合を限定し
た理由は、それら成分の量をそれぞれ0.5モル％
未満にすると感湿特性としての抵抗値が全搬的に
高くなり、かといつてそれら成分の量がそれぞれ
8.0モル％を越えると高温放置での経時変化が大
きくなるからである。 〔作用〕 本発明に係わる感湿素子は、例えば周囲温度25
℃、相対湿度30％の場合では約500kΩ、同温度で
相対湿度90％の場合では約10kΩ、と広範囲な湿
度領域において使い易い抵抗値を有し、しかも85
℃という高温条件下に長期間放置しても経時変化
が小さく高い信頼性を有する。このような本発明
の感湿素子が優れた特性を有するのは、Cr2O3、
MgO（またはMgOおよびZnOの両者）の結晶性
粒子の粒界にこれらCr2O3やMgO等と少量の
CuO、Li2O、V2O5を含む成分が存在する構造に
なつているためであると推定される。 〔実施例〕 以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 実施例 １ まず、出発原料として酸化クロム、炭酸マグネ
シウム、酸化銅、炭酸リチウム、酸化バナジウム
の微粉末を用いた。これら出発原料をCr2O3、
MgO、CuO、Li2O、V2O5のモル比で45％、45
％、４％、３％、３％となるように秤量した後、
ポツトミルで24時間湿式混合した。つづいて、こ
の混合物を120℃で12時間乾燥した後、800℃で仮
焼した。ひきつづき、仮焼物をポツトミルで24時
間湿式粉砕した後、120℃で12時間再度乾燥して
原料を調製した。 次いで、前記原料粉末にポリビニルアルコール
（粘結剤）を２重量％加え、ライカ機で造粒した
後、この造粒物を500Kg/cm2の条件で加圧成形して
直径８mm、厚さ約２mmの円盤状成形体を造つた。
つづいて、この成形体を1300℃の温度下で２時間
焼成した後、焼結体の両主面を研磨して厚さ１mm
とした。ひきつづき、この焼結体（感湿素体）の
両主面に酸化ルテニウムペーストをスクリーン印
刷した後、約700℃で焼付けを行なつて格子状の
電極を形成し、第１図に示す構造の感湿素子を製
造した。なお、第１図中の１は感湿素体、２は電
極である。 しかして、本実施例１の感湿素子について周囲
温度を25℃に一定とし、相対湿度を30〜90％に変
化させた時の抵抗値（感湿特性）を調べた。その
結果を第２図に示す。第２図から明らかなように
本発明の感湿素子は、周囲温度25℃下、相対湿度
30％では600kΩ、同温度下、相対湿度90％では
7kΩと広範囲の温度領域で極めて使い易い低抵抗
値を示すことがわかる。 また、本実施例１の感湿素子について温度85℃
の高温槽に1000時間放置した後、周囲温度25℃で
相対湿度を30〜90％に変化させた時の抵抗値（感
湿特性）を調べた。その結果を第３図に示す。第
３図から明らかなように本発明の感湿素子は、高
温放置した後の感湿特性がほとんど変化せず、安
定した経時特性を有することがわかる。 実施例 ２〜７ 前記実施例１と同様な方法により下記第１表に
示す組成の焼結体（感湿素体）を備えた６種の感
湿素子を製造した。 しかして、本実施例２〜７の感湿素子について
周囲温度25℃下、相対湿度30％、90％の抵抗値
（初期感湿特性）、並びに85℃の高温槽に1000時間
放置した後での周囲温度25℃下、相対湿度30％、
90％の抵抗値（高温放置後の感湿特性）を調べ
た。その結果を同第１表に併記した。また、同第
１表には本発明の組成範囲を外れる感湿素体を備
えた感湿素子を参照例１〜６として併記した。
【表】
前記第１表から明らかなように本発明の感湿素
子は広範囲の温度領域で極めて使い易い抵抗値を
有し、かつ高温条件下でも安定した経時特性を有
することがわかる。これに対し、本発明の範囲か
ら外れた焼結体を備える感湿素子（参照例１〜
６）は前記広範囲の温度領域で使い易い抵抗値
と、高温条件下で安定した経時特性との両方を満
足しない。 実施例 ８〜12 前記実施例１と同様な方法により下記第２表に
示す組成の焼結体（感湿素体）を備えた５種の感
湿素子を製造した。 しかして、本実施例８〜12の感湿素子について
周囲温度25℃下、相対湿度30％、90％の抵抗値
（初期感湿特性）、並びに85℃の高温槽に1000時間
放置した後での周囲温度25℃下、相対湿度30％、
90％の抵抗値（高温放置後の感湿特性）を調べ
た。その結果を同第２表に併記した。また、同第
２表には本発明の組成範囲を外れる感湿素体を備
えた感湿素子を参照例７、８として併記した。
子は広範囲の温度領域で極めて使い易い抵抗値を
有し、かつ高温条件下でも安定した経時特性を有
することがわかる。これに対し、本発明の範囲か
ら外れた焼結体を備える感湿素子（参照例１〜
６）は前記広範囲の温度領域で使い易い抵抗値
と、高温条件下で安定した経時特性との両方を満
足しない。 実施例 ８〜12 前記実施例１と同様な方法により下記第２表に
示す組成の焼結体（感湿素体）を備えた５種の感
湿素子を製造した。 しかして、本実施例８〜12の感湿素子について
周囲温度25℃下、相対湿度30％、90％の抵抗値
（初期感湿特性）、並びに85℃の高温槽に1000時間
放置した後での周囲温度25℃下、相対湿度30％、
90％の抵抗値（高温放置後の感湿特性）を調べ
た。その結果を同第２表に併記した。また、同第
２表には本発明の組成範囲を外れる感湿素体を備
えた感湿素子を参照例７、８として併記した。
以上詳述した如く、本発明によれば広範囲の湿
度領域においても使い易い電気抵抗値（感湿特
性）を有し、しかも高温条件下で長期間使用して
も抵抗値変化をほとんど生じずに安定的に使用す
ることが可能な高信頼性の感湿素子を提供でき
る。
度領域においても使い易い電気抵抗値（感湿特
性）を有し、しかも高温条件下で長期間使用して
も抵抗値変化をほとんど生じずに安定的に使用す
ることが可能な高信頼性の感湿素子を提供でき
る。
第１図は本発明の感湿素子の一形態を示す斜視
図、第２図は実施例１の感湿素子における初期感
湿特性を示す線図、第３図は実施例１の感湿素子
における高温放置後の感湿特性を示す線図であ
る。 １…焼結体（感湿素体）、２…電極。
図、第２図は実施例１の感湿素子における初期感
湿特性を示す線図、第３図は実施例１の感湿素子
における高温放置後の感湿特性を示す線図であ
る。 １…焼結体（感湿素体）、２…電極。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Cr2O321〜73モル％、MgO25〜55モル％、
CuO0.5〜8.0モル％、Li2O0.5〜8.0モル％、
V2O50.5〜8.0モル％を必須成分とした焼結体を具
備することを特徴とする感湿素子。 ２ Cr2O321〜73モル％、MgOおよびZnO25〜55
モル％、CuO0.5〜8.0モル％、Li2O0.5〜8.0モル
％、V2O50.5〜8.0モル％を必須成分とした焼結体
を具備することを特徴とする感湿素子。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58029723A JPS59155102A (ja) | 1983-02-24 | 1983-02-24 | 感湿素子 |
| US06/582,553 US4529540A (en) | 1983-02-24 | 1984-02-22 | Humidity-sensitive resistive element |
| EP84301175A EP0123385B1 (en) | 1983-02-24 | 1984-02-23 | Humidity-sensitive resistive element |
| DE8484301175T DE3465785D1 (en) | 1983-02-24 | 1984-02-23 | Humidity-sensitive resistive element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58029723A JPS59155102A (ja) | 1983-02-24 | 1983-02-24 | 感湿素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59155102A JPS59155102A (ja) | 1984-09-04 |
| JPH0378761B2 true JPH0378761B2 (ja) | 1991-12-16 |
Family
ID=12284026
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58029723A Granted JPS59155102A (ja) | 1983-02-24 | 1983-02-24 | 感湿素子 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4529540A (ja) |
| EP (1) | EP0123385B1 (ja) |
| JP (1) | JPS59155102A (ja) |
| DE (1) | DE3465785D1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| EP3992623B1 (en) | 2020-11-03 | 2023-07-05 | Institutul National de Cercetare-Dezvoltare Pentru Microtehnologie - IMT Bucuresti INCD | Quaternary oxidized carbon nanohorns - based nanohybrid for resistive humidity sensor |
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| JPS58141501A (ja) * | 1982-02-17 | 1983-08-22 | 株式会社デンソー | 感湿素子 |
-
1983
- 1983-02-24 JP JP58029723A patent/JPS59155102A/ja active Granted
-
1984
- 1984-02-22 US US06/582,553 patent/US4529540A/en not_active Expired - Lifetime
- 1984-02-23 EP EP84301175A patent/EP0123385B1/en not_active Expired
- 1984-02-23 DE DE8484301175T patent/DE3465785D1/de not_active Expired
Patent Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0123385B1 (en) | 1987-09-02 |
| US4529540A (en) | 1985-07-16 |
| EP0123385A1 (en) | 1984-10-31 |
| DE3465785D1 (en) | 1987-10-08 |
| JPS59155102A (ja) | 1984-09-04 |
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