JPS58201304A - 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Ｖるこ
とにより湿度を測定するのに有用な湿度測定素子に関す
る。とく：二、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陰れ、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小し、例えば、相対湿
度約９０〜約３０％程度の範囲に於て、電−（抵抗が約
１０３〜１０６Ω程度の適正なオーダーを示し、史に、
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、（ａ）リチウム、（ｂ）ニオ
ブ及び（ｃ）チタン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
）　＋７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トリ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
して抵坑値力弓０７Ω〜１０３Ωで実用上使いやすいも
のである。しカル使用温度の一１ｍ限が低く、たとえば
３５℃以トに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、１ｉＮｂＯ，の華結晶を利用する特開昭５５−２
２１２２号の提案が知られている。この提案においては
、強誘電体Ｌ　ｉ　Ｎ　ｂｏ　３結晶に電極を取り付け
、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ｈ化なが呟この上うな
単結晶の利用は、該単結晶の製作それ自体が煩雑且−）
高価につくるため、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成るＬｉＮｂ０．を主成分
とするペーストをアルミナ基板にに施して、乾燥、焼成
した素子についての研究Ｗｄ？ｒも知られている（第４
２回応用物理学会学術講演会、講演Ｔ−ｆｇ集、８ｐ−
Ｗ６．７９５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１）ｂＯとの反応性を利用してｌ、１ＰｂＮｂ
ｏ、が形成されると記載されている。

更に、特開昭５６−２３７　＋’１２号には、ＬｉＮｂ
（’）、を包含する広範な金属酸化物類からえらばれた
成分の少なくとも　・種を川、成分とした磁器よりなる
感湿抵抗体素子本体と、この本体の両面にそれぞれ（＝
ｔ！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／１−１以Ｉ−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ｔｙでいる。

この提案においては、１−記構成に特定されているとお
り、感湿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）Δ及び製作が煩雑であり且つ素４本体
の加熱を必要とするｆ・利益かある。

本発明者等は、リチウｌ、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）チタンよりなる
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１０３〜
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二となしに、Ｌ記緒利益の達成でト
る湿度測定素−ｆが提供できることがわかった。

本発明の一ト記目的及び更に多くの他の［」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（ａ）’Ｊチウム
、（ｂ）ニオブと（ｃ）チタン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
（ａ）リチウム、該仙）ニオブと（ｃ）チタンを金属原
子換算して、（、）リチウム　　０．０１〜７５原ｒ％
（ｂ）ニオ１　　２０〜９９．９８原了％（ｃ）チタン
　　　０．．０］〜１０原了％［但し、（ａ）＋（ｂ）
＋（ｃ）＝ｌ　００原了−％１の複合金属酸化物熱処理
構造体に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。

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Ａ１□００．５ｉ０
２などを例示することがで終る。その量は例えば担体金
属酸化物に対して、前記（、）（ｂ）（ｃ）の合計が重
量換算で表わして０．１重量％以りの鷲を例示すること
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、Ｌｉ２Ｃ０，＋　、Ｎｂ２Ｏ５と
ＴｉＯ２を用いるが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
とチタンを含むものであればよい。

たとえばリチウム原料としてＬ　ｉ　２０　、１．−　
ｉ　：　Ｃ（’）　３　、Ｉ、ｒ　０１（、ｆｉｌ（Ｃ
１”）３　、　ＬｉＣｌ、　ｌ−，１ＣＩＯ、、Ｌｉ）
３ｒ、　　ＬｉＩ、　　ＬｉＦ　、１．１２ｓｏ４、Ｌ
ｉＮｂＯ３，１，１ＮＯａ、！、、＋Ｎ１−１＝　、Ｌ
、＋１ＮＩ１．１、、ｉ、Ｓ、Ｉ＝ｉｌ（、Ｌｉ、Ｎ、
ｌ−、ｉ、Ｃ２、Ｃ２０４Ｌｉ２などを例示することが
できる。これらはｉ社独でも複数種でも利用できる、又
、ニオ７原料としてＮ　ｌ］　０、ＮｂＯ７、Ｎｌ）、
（−）、、、ＮＩＪ（０１１）、、、ＮｂＢｒ３．Ｎｂ
Ｆｌ、Ｎｌ＋ｌＩ、Ｎｌ＋Ｃ，ＮｂＮなどを例示する、
二とかでトる。これらは単独でも複数種でも利用するこ
とかでトる。

更に、チタン原料としてＴｉ０１Ｔｉ０２、Ｔｉ２０．
　、Ｔｉ＜”）ＳＯ，、Ｔｉ１３ｒ４．１ＬＴｉ（’）
４，１１２Ｔ　＋０３、Ｔｉ（Ｃ１ｌ（、）：、ＴＩＦ
　などを例示することができる。５：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１、、．１２ＣＯ９、Ｎｂ２Ｏ，とＴｉＯ２を正確
に秤取し、ボールミルにより十分に混合粉砕し、９００
°Ｃ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、二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ら
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℃〜１３００℃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。またり、　ｉ　２ＣＯ、、Ｎ　ｂ　、　
（、）　、と’［’ｉ０．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に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。

二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８００　’Ｃ
・〜約１３００°Ｃ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　＋１０　ミクロンの如き平均粒
子杼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）ｆ成形熱処理の際の加圧条件としては、たとえ
ば、約５　（ｌ　Ｋｙ　／ｃｌ〜約２０　＋１０　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針
るー・態様によれば、（ａ）リチウム、（ｂ）ニオブ及
び（ｃ）チタンを又、前記例示の如外二種の金属成分を
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他適宜
な粉砕混合手段で共粉砕したりして、（、）、（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１−Ｅ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（口過した適当なスラリー乃至ペースト状物の形成
に適した種類及び菫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１１ミナ
、ベリリア、シリカ、）オルステライト、又テアタイト
、ムライト、マグネシア、ノルフニア、コーンライト、
窒素ケイ素、窒化ホウ素、などの如き所望の基板に塗４
＋して、例えば約０．００１〜約１ｕ程度の被膜を形成
し、これを、＋ｉｉ＋記に例示したような熱処理条件で
熱処理して、基板ｌ−に熱処理構造体を形成することが
できる。

又、ｌ〕記前者の態様に於て利用する粘結剤の例として
は、たとえば、ポリビニルアルコ−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、ポリアクリルアミド、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、　Ａｔ、　Ｐｃｔ、
　ＡＦｉ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属及びＲｕＯ
２、ＬａＣｒ０１等の酸化物などを例示することができ
る。

以Ｆ″、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　ｉ　２　Ｃ（’）　３、Ｎｂ２
Ｏ，及びＴ　ｉ　Ｏ２を表に示したモル％の割合で杆取
し、粉砕混合した。この粉砕混合系を約５　（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＃ｊ４整粉米
粉末た。該調整粉末に粘結剤として該調整粉末の５ａｉ
１％のパラフィンを加えて混合し、１トン／ｉの圧力で
径２（１ｕ、Ｉ’ｐさ約１１１の円盤状試料を加圧成形
した。該円盤状試料を９００℃〜１３００“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°Ｃの温度で約４Ｓ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
Ｉ、ＩＮ１〕０３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同湿度灯電気抵抗値の
特性を測定し、その２５°Ｃ１４０％Ｒ１１の抵抗値Ｒ
１と２５°Ｃ１９０％１でＩＩ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ｂ）及び比較例２（図中、線ａ
）の結果を、に１相月湿度−電気抵抗値（対数）の特性
曲線を示した。

又２本明細書で使用する「湿度測定素子」とｔよ「感湿
素子」　「感湿抵抗体素子」と巨］意詔とし、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−Ｂ％での、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　＋　　ｔｌａ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　少なくとも（ａ）リチウム、（ｂ）ニオブと（ｃ
   ）チタン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（ａ）リチウム、該（ｂ）ニオブと該（ｃ）チタ
   ンを金属原ｒ−換で表わして、 （、）　　リチウム　　０．０１−７５原子％（ｂ）　
   　ニオブ　　　２０〜９９．９８原子％（ｃ）チタン　
   　　０．０１〜１０原子％［但し、（ａ）干し）＋（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項記載の湿度測定素子。