JPS58201305A - 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二
とに上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（ユ本発明は湿度の変化に呼応して電気抵抗が
変化する応答性に擾ｎ、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′乙電気抵抗が約１０
３〜１０６Ω程度の適正なオーダーを示し、史：こ、安
価比−〕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、輸）リチウム、（ｂ）ニオブ
及び（ｃ）バナジウム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
トリ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％Ｒ１１の中間湿度用
として抵抗値が１０゛Ω・〜１０３Ωで実用−に使いや
すいものである。しめ化使用温度のに限が低く、たとえ
ば３５℃以１−に６ケ月間放置するだけで特性が入き（
変化しでしまう。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ｆ−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素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、ＬｉＮｂ０．の栄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
５強誘電体１．１ＮｂＯ，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。しかしなが呟この上うな単結晶
の利用は、１該雫結晶の製作それ自体が煩雑珪つ市価に
つくるため、その実用には種々の制約を受ける不利益か
あるこのような単結晶の利用に代えて、Ｉ、１Ｎｂｏ、
の粉末とプラス粉末の混合物から成るｌ　ｉ　Ｎ　１〕
０３を主成分とするペーストをアルミナ基板）二に施し
て、乾燥、焼成した素子についての研究報；；１も知ら
れている（第４２回応用物理学会学術講演会、講演ＪＺ
ｈ已Ｌ８ｐ　　Ｗ　　６．７９５頁、昭和５６年１０Ｊ
Ｉ）。この報告に上Ｚシ、よ、該素子に於ては、ＬｉＮ
１＋０．とガラス中に含有されているｌ’ｌＪＯとの反
応性を利用してＩ７；円ｌＮｂ０．が形成されると記載
されている。

更に、特開昭５６−２３７０２号ニハ、１．１ＮｂＯ，
を包含ＣＬ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Ｆ１友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：：それぞれイ・ｔ、ｌ
て少くとも一力が該本体の感湿抵抗値範囲上り小さく、
しかも１Ω／Ｌ−１以上の面抵抗を有する抵抗発熱体上
りへる一対の湿度検知電極とを備えた感湿抵抗体素子か
提案さ１ｔているこの提案においては、ｌ−記構成に特
定されているとおり、感ｉ！＋ｊ　ｌｉｔ抗体抗体素体
本体熱する抵抗発熱体よりなる電極を要し、措置及び製
作が煩雑であり１１勺素ｒ一本体の加熱を必要とする１
・利砦か矛。

る。

本発明者等は、リチウムとニオブ系の複合位属酸化物熱
処理ｔＩｒ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、（
、）リチウム、（１〕）ニオブ及び（ｃ）バナジウムよ
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１
０３〜１（）６Ω程度の実用的に適ＩＴｈ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ＩＦ′＆化率を示Ｖことを発見した。又更に、本発
明によれば、素ｆ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かわ
かった。

本発明の１−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−・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、
（１））ニオブと（ｃ）バナジウムを含む複合金属酸化
物熱処理構造体に少なくとも１肘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（１１）ニオブと（ｃ）バナジウムを
金属原子換算して、（ｄ）リチウム　　　０．（１１〜
７５原了％（ｂ）＝オ”ｆ　　　　　２（１−９９，９
８原ｒ−％（ぐ）バナジウム　　Ｑ、ｌ）１〜１０原了
％［但し、（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＝　１００原子％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ｆを例示する、二とができる。

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た
、より経済的、′ｒ、業的熱的熱処理構造体成に役立つ
。

このような担体金属酸化物としてはＡｌ２Ｏ，、Ｓｉｎ
、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、１宙記（ａ）（ｂ）（ｃ）の合計が
重積換算で表わして０．１重責％以上の櫨を例示するこ
とができる。

本発明の湿度測定素Ｔを構成する熱処理構造体の出発原
料として実施例では、Ｉ、ｉ　２　Ｃ（’）　）　、　
Ｎ　ｂ　２０　ｓ　と■２０５を用いるか必すしもこの
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、ニオブとバナジウムを含むものであれば
よい。

たとえばリチウム原料としてＩ、１２０、Ｌｉ２ＣＯ３
，１，１０１１、ＬｉＨＣＯ３、１ｉｃｌ、　　ＬｉＣ
１０，、ＬｉＢｒ、　　ｌｉｌ、　　Ｌｉｔ’、１ｉ、
Ｓ（”）４．１．１Ｈ８Ｏ１、ｌ−７ｉＮ（’）、、Ｌ
ｉＮＨ，、ｆｉｌｉｌｌ４、Ｉ、ｉ２Ｓ％１．、ｉｌｌ
、Ｌ、ｉｔＮ、Ｌｉ２Ｃ２、Ｃ２０（１，ｉ２　’！　
どを例小ｒ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Ｎｌ＋０、Ｎｂ（
’）：　、Ｎｂ２０１、Ｎｌ＋（（０口３、ＮｂＢｒ１
、ＮｂＦ、、　、ＮｂＨｌＮｂＣ，ＮｂＮなどを例示す
ることかできる。これらは単独でも複数種でも利用する
ことができる一更に、バナジウム原料としてＮ１０、＼
！２０３、ＶＯ，、＼−（）１、い１．０、ＶＣＩ、、
＼７Ｃ１３、ＶＣＬ　　、　　ＶＯＣｌ、　　、Ｖ　　
ト’　３０、＼　１吃１　、、　＼（Ｃ，、Ｈｌｈ、Ｖ
Ｓ、Ｖ、Ｓ３、Ｖ２Ｓ、などを例示ｔ　ル：−トｈ’　
１’　％　’、）　、。

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Ｌ　ｉ　２ＣＯ，、Ｎｂ２Ｏ５トＶ２Ｏ５ヲ正［１
：秤取り、　ｒｆｃ−ルミルニヨ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トる。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。詠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９（）０°Ｃ〜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ｆ外る。＊？、：Ｌｉ２Ｃ０，、Ｎｂ２Ｏ
５とｖ２０５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。この上゛うな
粉末混合系を熱処理して、［１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１：
’１００’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径の粒
子−サイズを例示することができる。。

又、Ａｊｆ記の所望の形状に加圧成形する際、或いは又
、４１．記の加圧成形熱処理の際の加ｒ＝条件としては
、たとえば、約５０Ｋｙ／ｒｉ〜約２０００にｙ／ｃｄ
の如ト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、（、）リチウム、（ｂ）ニオブ及び
（ｃ）バナジ・ンムを又、前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陵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、（ａ）、（１
，）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かできる。　
又、他の−・態様によれば、」二連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、ジルコニア、コーノライト、窒
素ケイ素、窒化ホウ素、などの如き所望の基数に塗布し
て、例えば約（’）、０ｉｌｌ〜約１１１程度の被膜を
形成し、これを、前記に例ｔＪ’％　したような熱処理
条件で熱処理して、騙椴トに熱処理構造体を形成するこ
とができる。

又、−１−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島、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、
　Ａ８、ＡＨＰｄ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属及びＲｕ　（’
）　７、ＬａＣｒ０１等の酸化物などを例示することが
でトる。

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１、１２Ｃｏ３、Ｎ　ＩＪ、Ｏｓ及
びＶ２Ｏ，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ｆ＋Ｉｄ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５ｂｉｔ％のパラフ
ィンを加えて混合し、１トン／ｉの圧力で径２０ｊｊｌ
、厚さ約ＩＪＪの円盤状試＊４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℃
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
ｌ　ｉ　Ｎ　ＬＯ３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°Ｃ１４０％旧Ｉの抵抗値Ｒ１
と２５℃、９０％１＜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
Ｃ）、比較例１（図中、線ｂ）及び比較例２（図中、線
Ｕ）の結果を小Ｃ相★（ｉＷ度−電気抵抗値（対数）の
特性曲線を示した。

又１本明細誉で使用する「湿度測定素子」とＶ」「感湿
素子」　「感湿抵抗体素子」と同意詔とＬ　−Ｃ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
   ）バナジウム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）バ
   ナジウムを金属原子換算で表わして、 （ａ）　　リチウム　　　０．０１〜７５原子％（ｂ）
   　　ニオブ　　　　２０〜９９．’９８原子％（ｃ）　
   　バナジウム　　０．０１〜１０原子％［但し、（ａ）
   ＋（ｂ）＋（ｃ）＝　１　（１０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。