JPS58201303A - 湿度測定素子 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は湿度の変化を電気抵抗の変化として検出する、
〕と：二１つ湿度を測定するのに有用な湿度測定素子に
関する。とくに、本発明は湿度の変化に呼応して電気抵
抗が変化する応答性に優れ、湿度の変化に追随する電気
抵抗の変化が実用的な適ｌ（変化率を小し、例えば、相
同湿度約９０〜約３０％程度の範囲に於て、電−（抵抗
が約１０３〜１０らΩ程度の適正なオーダーを示し、−
！：二安価且つ作製容易な湿度測定素子に関する。

更に詳しくは、本発明は、（、）リチウム、（ｂ）ニオ
ブ及び（ｃ）ニッケルよりなる複合金属酸化物熱処理構
造体からなることを特徴とする湿度測定素子に関する。

従来、湿度測定素子としては、電解質水溶液を多孔質マ
）　１７クスに浸潤させたもの、金属酸化物を熱処理し
たものなど数多くの素子がある。

電解質水溶液を多孔質マ）　ＩＪクスに浸潤させた湿度
測定素子の一例として塩化リチウムを電解質水溶液とし
て用いたものがある。

この例の素子は４０％ＲＨ〜８０％ＲＨの中間湿度用と
して抵抗値が１０７Ω〜１０３Ωで実用上使いやすいも
のである。しかし使用温度の」１限が低く、たとえば３
５℃以上に６ケ月間放置するだけで特性が大きく変化し
てしまう。また高湿度になると潮解作用の促進により塩
が流出し、使用に耐えなくなる欠点がある。

金属酸化物を熱処理した湿度測定素子は、物理的、化学
的、熱的に安定であるが、一般に固有抵抗が高いため吸
脱湿現象による抵抗変化があっても高精度に検出するこ
とは難しい欠点がある。

このような金属酸化物を熱処理した湿度測定素子の例と
して、［、，１ＮｂＯ，の単結晶を利用する特開昭５５
−２２１２２号の提案が知られている。この提案におい
ては、強誘電体１ｉＮｂｏ３結品゛に電極を取り付け、
その電気抵抗から湿度を測定することを特徴とする湿度
測定素子が提案されている。しかしながら、このような
単結晶の利用は、該単結晶の製作それ自体が煩雑珪つ高
１ＩＩＩＩに−）くるため、その実用には種々の制約を
受ける不利益がある。

このような単結晶の利用に代えて、ＬｉＮｂ０．の粉末
とガラス粉末の混合物から戒るｌ−１ＮｂＯ３を主成分
とするペーストをアルミナ基板上に施して、転燥、焼成
した素子についての研究報告も知られている（第４２回
応用物理学会学術講演会、講演予稿東、８ｐ　　Ｗ　　
６．７９５頁、昭和５６年１０月）。この報告によれば
、該素子に於ては、ＬｉＮｂＯ３とガラス中に含有され
ている■几０との反応性を利用してＬ　ｉ　Ｆ”ｌ）Ｎ
　ｂｏ　４が形成されると記載されている。

更ニ、特開昭５６−２３７０２号ニハ、Ｌ−ｉＮｂＯ−
を包含Ｆ　７．）広範な金属酸化物類からえらばれた成
分の少なくとも一種を１．成分とした磁器よりなる感湿
抵抗体素子本体と、この本体の両面：こそれぞれ付着し
て少くとも一方が該本体の感湿抵抗値範囲より小さく、
しかも１Ω／［−１以１−の面抵抗を有する抵抗発熱体
よりなる一対の湿度検知電極とを備えた感湿抵抗体素子
が提案されている。

この提案においては、−１−記構成に特定されていると
おり、感、・５Ｃ抵抗体素子本体を加熱する抵抗発熱体
よりなる電極を要し、構造及び製作が煩雑であり且−ン
素子本体の加熱を必要とする一層・利益がある。

本発明者等は、リチウムとニオブ系の複合金属酸化物熱
処理構造体の湿度測定素子の開発について研究を進めて
きた。

その結果、リチウム及びニオブよりなる複合金属酸化物
熱処理構造体が高い電気抵抗を有するにも拘わらず、、
（ａ）リチウム、（ｂ）ニオブ及び（ｃ）ニッケルより
なる複合金属酸化物熱処理構造体の電気抵抗が顕著に低
下して約９０〜約３０％（Ｒ１１）の範囲に於て約１０
”　〜１０６Ω程度の実用的に適正なオーダーとなって
、湿度の変化に追随する電気抵抗の変化が実用的な適正
変化率を示すことを発見した。又更に、本発明によれば
、素子の加熱は必要とすることなしに、上記諸利益の達
成できる湿度測定素子が提供できることがわかった。

本発明のに記目的及び更に多くの他の目的ならびに利点
は以下の記載から一層明らかとなるであろう。

本発明の湿度測定素子は、小なくとも（、）リチウム、
（）Ｉ）ニオブと（ｃ）　ニッケルを含む複合金属酸化
物熱処理構造体に少なくとも１対の電極を設けてなるこ
とを特徴とするものである。

好ましい一態様によれば、本発明の湿度測定素子は該（
、）リチウム、該（ｂ）ニオブと（ｃ）ニッケルを金属
原子換算して、（ａ）　’）＋’）Ｌ　　　０．０１−
７５原−ｊ’％（１））ニオブ　　　２０〜９９□１〕
８原子％（ｃ）ニッケル　　０．０１〜１０原子％［（
１、（ａ）＋（ｂ）十（ｃ）＝　１００原ｆ−％１の複
合金属酸化物熱処理構造体に１月の電極を設けてなる湿
度測定素子を例示することができる。

本発明の湿度測定素子は、さらに他の金属酸化物を担体
として含有する系からの熱処理構造体であることができ
、より経済的、工業的熱処理構造体の形成に役立つ。

このような担体金属酸化物としてはＡｌ２Ｏ，、ＳｉＣ
２などを例示することができる。その量は例えば担体金
属酸化物に対して、前記（ａ）（ｂ）（ｃ）の合計が重
量換算で表わして０．１重量％以上の駿を例示すること
ができる。

本発明の湿度測定素子を構成する熱処理構造体の出発原
料として実施例では、Ｌ　；　２ＣＯ：ｌ、　Ｎ　ｂ　
２０　ｓとＮｉＯを用いるか必ずしもこの組合せに限定
されるものでない。熱処理構造体が少なくともリチウム
、ニオブとニッケルを含むものであればより）。

たとえばリチウム原料としてＬｉ２Ｏ、Ｌｉ２ＣＯｚ　
、Ｌ、１０１１、Ｌｉ）ＩＣＯ３，ＬｉＣ１、ＬｉＣｌ
０−　、ＬｉＢｒ、ｆｉｌ、Ｌ、ＩＦ、Ｌ、１２ＳＯ４
，ＬｉＨ８Ｏ４、ＬｉＮ０＊　、ＬｉＮＨ＝　、Ｉ、ｉ
ｆ’３１１．、Ｌｉ２Ｓ、Ｉ真１．１．１、ｉｒＮ、Ｌ
ｉ、Ｃ２，Ｃ２０１１、：、などを例示することができ
る。これらは単独でも複数種でも利用できる。

又、ニオブ原料としてＮｂＯ，ＮｂＯ２、Ｎｂ、Ｏ，、
Ｎ　ｂ（０１１）１、Ｎｂ）１＋５、ＮｂＦ７、ＮｂＨ
ｌＮｂＣ，Ｎｌ＋Ｎなどを例示する二とができる。これ
らは単独でも複数種でも利用することかできる。

更に、ニッケル原料としてＮ　ｉ　Ｏ、Ｎ　ｉ　ＣＯ）
、Ｎ１（ＣＩ（’）、Ｌ　、Ｎｉ（ＮＯ３）２、Ｎ１（
Ｃ０３）＝（（’）ＩＩ）６、Ｎ１（ＣｓＨｓ）２、Ｎ
ｉＳなどを例示することができる。これらは単独でも複
数種でも利用できる本発明における複合金属酸化物熱処
理構造体の粉末は例えばＬｉ２Ｃｏ３、％ＯｓとＮｉＯ
を正確に秤取し、ボールミルにより十分に混合粉砕し、
９００℃前後の温度で焼成して後に粉砕することにより
調整粉末を得ることができる。またこの焼成においては
任意の２者を焼成して後に残りの金属酸化物を加えて再
度焼成して後に粉砕することにより調整粉末を得ること
もできる。該調整粉末に粘結剤を必要に応じて加えても
加えなくてもよくまた加圧成形もしくは無加圧成形によ
り該調整粉末を成形したものを９００°Ｃ〜１３００°
Ｃの温度で熱処理して得た複合金属酸化物熱処理構造体
に少なくとも１対の電極を設けてなる湿度測定素子を例
示することができる。また１、、１２ｃＯ，、Ｎｂ、０
５とＮｉＯを正確に秤取し、ボールミルにより十分に混
合粉砕したものを成形して焼成に続いて熱処理して得た
複合金属酸化物熱処理構造体（ユ１対の電極を設けてな
る湿度測定素子を例示することができる。このような粉
末混合系を熱処理して、目的とする熱処理構造体を形成
する熱処理温度としては、約り００℃〜約１３００℃の
温度を例示することができる。又、粉末混合系の粉末粒
子サイズは適宜に選択できるが、例えば約０．１〜約２
００ミクロンの如き平均ネｑ了径の粒子サイズを例示す
ることができる。

又、前記の所望の形状に加圧成形する際、或いは又、前
記の加圧成形熱処理の際の加圧条件としては、たとえば
、約５０　Ｋｇ／　ｒｉｉ〜約２０　（１（ｌ　Ｋ、／
ｄの如き成形圧を例示することができる。

本発明の湿度測定素子を構成する熱処理構造体を形成す
る一態様によれば、（ａ）リチウム、（ｂ）ニオブ及び
（ｃ）ニッケルを又、ｉｉｊ記例示の如き二種の金属成
分を含む予め形成された複合酸化物及び残りの金属化合
物を、各化合物を夫々粉砕して混合したり或は又、それ
らを、例えばボールミル、バイブレーションミルその池
適宜な粉砕混合手段で共粉砕したりして、（ａ）、（ｂ
）及び（ｃ）を含む粉末混合物系を調製し、所望により
適当な粘結剤を混合し、加圧成形して所望形状の成形物
を得、これを予備焼成しもしくはせずに、熱処理焼成す
ることにより、熱処理構造体を得ることができる。　又
、他の一態様によれば、上述の如き粉末混合物系に、塗
布に適した適当なスラリー乃至ペースト状物の形成に適
した種類及び量の粘結剤を配合してスラリー乃至ペース
ト状の混合物を形成し、これを例えばアルミナ、ベリリ
ア、シリカ、７オルステライト、ステアタイト、ムライ
ト、マグネシア、ノルコニア、フージライト、窒素ケイ
素、窒化ホウ素、などの如き所望の基板に塗布して、例
えば約（１，００１〜約１ｕ程度の被膜を形成し、これ
を、前記に例示したような熱処理条件で熱処理して、基
板Ｌ：こ熱処理構造体を形成することができる。

又、上記曲者の態様に於て利用する粘結剤の例としては
、たとえば、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタア
クリレート、メチルメタアクリレート系共重合体、ポリ
エチルアクリレート、エチルアクリレート系共重合体、
ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコー
ル、ポリアクリル７ミド、酢酸セルローズ、ゼラチン、
メチルセルローズ、メチルエチルセルローズ、パラフィ
ン、ワセリン、などを例示できる。これらの中から各態
様に適した粘結剤を適宜にえらんで利用でき、複数種え
らんで併用することもできる。

本発明の湿度測定素子は、それ自体公知の手法によって
、電極を取りつけて利用できる。このような電極形成の
手段としては、スクリーン印刷法、塗布法、ディップ法
、蒸着法、スパッタリングなどの手段を例示できる。又
、電極の形状は適宜に選択でき、たとえば櫛型電極、渦
巻型電極、平行電極の形状に設けることができる。電極
形成材料としては、たとえばＡｕ、Ａ［、ｒ”ｄ、Ａｇ
、ＡＢ　　Ｐｄ、　（ｌｕ、　Ｎｉ等の金属及びＲｕＯ
３、！、、ａＣｒＯ１等の酸化物などを例示することが
できる。

以ド、実施例により本発明方法の数態様について、更に
詳しく説明する。

実施例１〜６及び比較例１ 後掲第１表に示したＬ　ｌ　２　ＣＯｖ、Ｎｂ２Ｏ，、
及びＮ１０を表に示したモル％の割合で秤取し、粉砕混
合した。この粉砕混合系を約９　（１０’Ｃの温度で約
１０時間の予備熱処理をしその後、これらの予備熱処理
物をボールミルで再粉砕して調整粉末を得た。該調整粉
末に粘結剤として該調整粉末の５ｕｉｔ％のパラフィン
を加えて混合し、１トン／ｉの圧力で径２＋１．、厚さ
約ＩＵの円盤状試料を加圧成形した。該円盤状試料を９
００°Ｃ〜１３　（１０’Ｃに設定された温度で約１時
間の熱処理をし、複合金属酸化物熱処理構造体を得た。

該複合金属酸化物熱処理構造体に、スクリーン印刷法で
金ペーストを用いて櫛型電極を印刷し、約８５０℃の温
度で約４５分間の焼成をして１対の櫛型金電極を形成し
た。

比較例　２ 比較例２はリチウムとニオブよりなる複合金属酸化物の
１．１ＮｂＯ３の単結晶に１対の櫛型金電極を形成した
。

複合金属酸化物熱処理構造体に１対の櫛型金電極を設け
てなる試料を標準回路を用いて相対湿度対電気抵抗値の
特性を測定し、その２５℃、４０％１７Ｉ（の抵抗値Ｒ
，と２５°Ｃ１９０％１＜Ｉ（の抵抗値Ｒ２を組成とと
もに第１表に示した。

なお、添付第１図には、第１表中、実施例５（図中、線
０、比較例１（図中、線１〕）及び比較例２（Ｖ中、線
ａ）の結果を示を相に’＋　１５１！度−電気抵抗値（
対数）の特性曲線を示した。

又１本明細書で使用する「湿度測定素子」とは「感湿素
子」　「感湿抵抗体素子」と同意語として使用する。

【図面の簡単な説明】

添付第１図は、実施例５、比較例１及び比較例２の夫々
についての、相対湿度−電気抵抗値（対数）特性曲線を
示すグラフである。 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　少なくとも（、）リチウム、（ｂ）ニオブと（ｃ
   ）ニッケルを含む複合金属酸化物熱処理構造体に少なく
   とも１対の電極を設けてなることを特徴とする湿度測定
   素子。 ２、　該（、）リチウム、該（ｂ）ニオブと該（ｃ）ニ
   ッケルを金属原子換算で表わして、 （ａ）　　リチウム　　０．０１〜７５原子％（１１）
   ニオブ　　　２０　〜９９．９８原子％（ｃ）ニッケル
   　　０−０１〜１０原子％［但し、（ａ）＋（ｂ）＋（
   ｃ）＝　１００原子％１の複合金属酸化物熱処理構造体
   からなる特許請求の範囲第１項記戦の湿度測定素子。