JPS58201308A - 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こ
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。とくに、本発明は湿度の変化に呼応して電＞（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、ｔａ（抵抗が約
１（）３・−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（ｅ）マンガ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ツ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−Ｌ限が低く、たとえば３
５℃以りに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ｒの例と
して、Ｌ、、　ｉ　Ｎ　ｂ　Ｏ］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１．　ｉ　Ｎ　ｔ）０３　Ｍ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、こめような単結晶の利用は、該単結晶の製作そ
れ自体が煩雑且つ高価につくるため、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ＬｉＮｂＯ３を主成分と
するペーストをアルミナ基板上に施して、乾燥、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、講演予稿集、８ｐ−Ｗ−６，７
９５頁、昭和５６年１０月）。この報告によれば、該素
子に於ては、ＬｉＮｂ０．とガラス中に含有されている
ＰｂＯとの反応性を利用してＬｉＰｂＮｂ０．が形成さ
れると記載されている。

更に、特開昭５６−２３７０２号には、ＬｉＮｂＯ３を
包含する広範な金属酸化物類がらえらぼれた成分の少な
くとも一種を主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付着して少くとも一
力が該本体の感湿抵抗値範囲より小さく、しかも１Ω／
口以ト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ｒ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、構造及び製作が煩雑であり１．１−）素子
本体の加熱を必要とするイ；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＾い電気抵抗を有するにも拘わらず、（
ａ）’Ｊチウム、（ｂ）ニオブ及び（ｅ）マンガンより
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１（
）３〜１０６Ω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ｒ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がった。

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一層明らがとなるであろう。

本発明の湿度測定素ｒ−は、小なくとも（、）リチウム
、（ｂ）ニオブと（ｃ）マンガ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？Ｍ度測定索ｒは該
（ａ）１７チウム、該（ｂ）ニオブと（ｃ）マンガンを
金属原子換算して、（、）　リチウム　　０．０１〜７
５原子％（１，）ニオブ　　　２０〜９９．９８原子％
（ｃ）マンガン　　　　０．（１１−１０原子％１（１
↓し、（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＝　］　ｌ）　０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ｉｆ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抗体
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Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉｎ
、などを例示することができる。その獄は例えば担体金
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Ｙ−のり。

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、ｉ、ＣＯｓ　、Ｎｂ２Ｏ５と
ＭｎＯ２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
とマンガ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Ｌｉ２Ｏ、Ｌｉ＝Ｃ０，、
Ｉ、ｉ　（’）　］　Ｉ、ＬｉＨＣ（−）ａ　、１ｉｃ
Ｉ、！、１ＣＩＯ３、Ｌ−ｉＢｒ、１．−ｉＬ　ＬｉＦ
、ｌ−４ｉ、、ＳＯ，、ｂｉｔ（Ｓ（’）、　　、　Ｌ
ｉＮ０．、ＬｉＮＩ（：　　、　　１ｉ１３１１．　　
、Ｌｉ２Ｓ、Ｉ、ｉＩｆ％Ｌｉ、Ｎ、Ｌｉ、Ｃ２，Ｃ２
０，Ｌ、ｉ２などを例示することができる。これらは１
社独でも複数種でも利用できる。

又、ニオブ原料としてＮｂ（’）、Ｎ１３０２　、Ｎｂ
２Ｏ５、Ｎｂ（ＯＩ＋）、、ＮｂＢｒ９、ＮｂＦ３、Ｎ
ｌ＋Ｈ，ＮｂＣ，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。

更に、マンガン原料としてＭ　ｎ　Ｏ、Ｍ　ｎ　２０３
、Ｍ　ｎ　（’）　０、Ｍｎ：ＩＯｌＭｎ、０４、Ｍｎ
０（０１１）、ＭｎＣｌ２、Ｍｎ（ＣＬ、）＝、Ｍｎ１
３ｒ７、Ｍｎ（Ｎ（’）３）、、Ｍｎ（ＯＩ−１２）、
ＭｎＣＯ３などを例示することかでべろ。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１、！　２ＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ５とＭｎＯ２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両度焼成し
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索ｒを例示する
ことができる。またＬｉ２Ｃｏ、、Ｎｂ２Ｏ５とＭ＋＋
０２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１極を設けてなる湿度測定
素ｆ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８００°Ｃ〜約１３００℃の温度を例
示する二とができる。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２００　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、前記の所望の形状に加圧成形する際、或いは又、前
：ｉＩ＋の加圧成形熱処理の際の加圧条件としては、た
とえば、約５ＯＫｙ／ｒｊ〜約２０００Ｋｙ／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）マンガンを又、面前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他適宜
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かできる。　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巧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、ＩＬ合物を形成し、これを例えばアＩ）ミナ、ベリ
リア、シリカ、７オル又テライト、ステアタイト、ムラ
イト、マグネシア、ノルフニア、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椴：二塗布して
、例えば約ｆ）、＋１０１〜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１−：こ熱処理構造体を形成［ることがで外る
。

又、」−記Ａｔｊ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１．／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に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Ａ　＋、１、Ａｔ、　Ｐｄ、
　Ａｇ、Ａｇ−Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属及びＲｕＯ２
，１，ａＣｒＯ５等の酸化物などを例示する二とができ
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＠１表に示した１、、　ｉ　２　ＣＯｚ、Ｎｂ２Ｏ
，及びＭ１１０２を表に示したモル％の割合で秤取し、
粉砕混合した。、二の粉砕混合系を約９１）　＋１　’
Ｃの温度で約１（）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＃ｌｌ粒
粉末得た。該調整粉末Ｉこ粘結剤として該調整粉末の５
ｕｉｔ％のパラフィンを加えて混合し、１トン／ｄの圧
力で径２０．、厚さ約１ｕの１１÷盤状試料を加圧成形
した。該円盤状試料を９（）Ｏ℃〜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．、　ｉ　Ｎ　ｂＯ３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％ＲＨの抵抗値Ｒ１と
２５°Ｃ１９０％ＲＨ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
ａ）の結果を示を相同湿度−電気抵抗値（対数）の特性
曲線を示した。

又、本明細書で使用する［湿度測定素子］とは［感）５
＋！素ｆ’［感；ソ抵抗体素ｒｌ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Ｃ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
   ）マンガ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・クム、該仙）ニオブと該（Ｃ）マ
   ンがンを金属原ｆ換算で表わして、 （ａ）　　リチウム　　０．＋１１〜７５原子％（ｂ）
   　　ニオ１　　２０　〜９９．９８原子％（ｃ）　　マ
   ンガン　　（１，ｔ、１１〜１０原子％［但し、（ａ）
   ＋（ｂ）＋（ｃ）＝　１　ｎ　ｏ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ｒ−０