JPS5832303A - Humidity sensitive dielectric loss element - Google Patents

Humidity sensitive dielectric loss element

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JPS5832303A
JPS5832303A JP56129971A JP12997181A JPS5832303A JP S5832303 A JPS5832303 A JP S5832303A JP 56129971 A JP56129971 A JP 56129971A JP 12997181 A JP12997181 A JP 12997181A JP S5832303 A JPS5832303 A JP S5832303A
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JP
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dielectric loss
moisture
humidity
sensitive
sensitive dielectric
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二郎 寺田
二三夫 福島
新田 恒治
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、感湿誘電損失体素子に関するものである。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a moisture-sensitive dielectric loss body element.

感湿誘電損失体素子は湿度に敏感に感応し、湿度によっ
てその誘電損失(誘電正接)が変化する素子であり、湿
度の測定用素子や、湿度調節用のセンサとして用いるも
のである。周知のように、Fe2o3やAl2O3,C
r2o3.N1203などの金属酸化物は吸水性に優れ
ており、そのため、このような性質を利用して感湿抵抗
体素子が作製されている。
A moisture-sensitive dielectric loss element is an element that is sensitive to humidity and whose dielectric loss (dielectric loss tangent) changes depending on the humidity, and is used as a humidity measurement element or a humidity adjustment sensor. As is well known, Fe2o3, Al2O3, C
r2o3. Metal oxides such as N1203 have excellent water absorption properties, and therefore, moisture-sensitive resistor elements are manufactured using such properties.

ところが、上記金属酸化物を使用した感湿抵抗体素子は
、全般的に抵抗が高く、水分の吸脱着現象により、抵抗
変化があっても、これを電気的に精度よく検出すること
が困難なものである。すなわち、この種の素子は、たと
えば、結露点の検出といった高湿度領域での応用に限ら
れている。
However, moisture-sensitive resistor elements using the above-mentioned metal oxides generally have high resistance, and even if there is a change in resistance due to moisture adsorption/desorption, it is difficult to electrically detect this with high accuracy. It is something. That is, this type of element is limited to applications in high humidity regions, such as detection of dew point, for example.

素子を測定の容易な抵抗値の素子とするためにこれまで
上記金属酸化物に、アルカリ金属系の物質、たとえば、
Na、Li  などの化合物を添加混合することが試み
られている。しかしながら、この方法では、抵抗の絶対
値が減少するものの、高湿度の状態では、アルカリ金属
系化合物が溶出し、感湿抵抗特性が変化する。このよう
な理由により、実際にこれを使用することはむずかしい
。また、これらの素子は、物理吸着した水のイオン伝導
により、感湿特性を得ているものである。
In order to make an element with a resistance value that is easy to measure, alkali metal-based substances, such as
Attempts have been made to add and mix compounds such as Na and Li. However, in this method, although the absolute value of resistance decreases, under high humidity conditions, alkali metal compounds are eluted and the moisture-sensitive resistance characteristics change. For these reasons, it is difficult to actually use it. Furthermore, these elements obtain moisture-sensitive characteristics through ionic conduction of physically adsorbed water.

たとえば、イオン化しやすい低濃度の成分を含む雰囲気
に触れるだけで感湿抵抗特性が変化する。
For example, the moisture-sensitive resistance characteristics change simply by exposure to an atmosphere containing low-concentration components that are easily ionized.

本発明は、かかる問題点を解決することができたもので
、これまでの感湿抵抗体とは異なり、全く新しい感湿誘
電損失体素子を提供するものである。
The present invention has been able to solve these problems, and provides a completely new moisture-sensitive dielectric loss element, unlike conventional moisture-sensitive resistors.

すなわち、本発明にかかる素子は、ABo3成分(ただ
し、ABは、KTa、 PbHf 、 LiTa、Li
Nb。
That is, the element according to the present invention has three ABo components (where AB is KTa, PbHf, LiTa, Li
Nb.

CaTi 、PbZr 、 NaNb、 KNb、 P
bTiのうちから選ばれた少なくとも1種)もしくはそ
れを主成分とする磁器もしくは膜に少なくとも一対の電
極を設けてなる素子、および、PbxO3成分(ただし
、Xは(Mq)”X)、 (Cd3AW3.) 、 (
Co、w、) 、 (S c、Nb、) 。
CaTi, PbZr, NaNb, KNb, P
(At least one type selected from bTi) or a porcelain or film containing it as a main component with at least one pair of electrodes, and a PbxO3 component (where X is (Mq)"X), (Cd3AW3) ), (
Co, w, ), (S c, Nb,).

(F epgNbh) t (I n、ANb34) 
、(YbHNb34) 。
(F epgNbh) t (I n, ANb34)
, (YbHNb34).

(H033N b>ρt (F e H” a>ρ、 
(S C42T a3.、、 ) 。
(H033N b>ρt (F e H” a>ρ,
(S C42T a3.,, ).

(Lu、Nb5A) 、 (Lu、Ta、)、 (Mq
、Nb、) 。
(Lu, Nb5A), (Lu, Ta,), (Mq
,Nb,).

(Zn、Nb%) 、 (Co、Nb、B) 、 (N
i、Nb、ρ。
(Zn, Nb%), (Co, Nb, B), (N
i, Nb, ρ.

(Mq3A” ” X ) + (CoM ” aX 
) t (N’ 3’ T−) t(Fe%%)、(M
n%W%) のうちから選ばれた少なくとも1種)もし
くはそれを主成分とする金属酸化物系の磁器もしくは膜
に少なくとも一対の電極を設けてなる素子であり、湿度
に応じて、電極間の誘電損失(誘電正接)が大きく変化
する現象を見出したものである。
(Mq3A""X) + (CoM"aX
) t (N'3' T-) t (Fe%%), (M
It is an element in which at least one pair of electrodes is provided on at least one kind selected from the following (n%W%) or a metal oxide-based porcelain or film containing it as a main component, and the distance between the electrodes changes depending on the humidity. We discovered a phenomenon in which the dielectric loss (dielectric loss tangent) of

本発明はこのような現象の発見に基づくものである。ま
た、組成を選ぶことにより、低湿度から高湿度にかけて
高い感度を示す素子を得ることができる。相対湿度−誘
電圧接特性は、低湿度から高湿度までほぼ対数的に直線
である。
The present invention is based on the discovery of such a phenomenon. Furthermore, by selecting the composition, it is possible to obtain an element that exhibits high sensitivity from low humidity to high humidity. The relative humidity-dielectric voltage contact characteristic is approximately logarithmically linear from low humidity to high humidity.

さらに、詳細に述べるならば、本発明にかかる組成物は
一種の誘電体であり、その組成を選定することによって
、湿度変化による誘電正接値の変化の大きい素子を作る
ことができる。
More specifically, the composition according to the present invention is a type of dielectric, and by selecting its composition, it is possible to produce an element whose dielectric loss tangent value changes greatly due to changes in humidity.

しかも、本発明の素子は、ペロブスカイト形結晶構造の
化合物であり、その誘電正接の温度係数も小さい。この
素子に交流電圧を印加することにより、電流と電圧の位
相差を検出することにより、容易に相対湿度O〜1oo
%の全湿度領域において湿度を検知することができる。
Furthermore, the element of the present invention is a compound having a perovskite crystal structure, and its temperature coefficient of dielectric loss tangent is also small. By applying an alternating current voltage to this element and detecting the phase difference between the current and voltage, it is possible to easily adjust the relative humidity to
Humidity can be detected in the entire humidity range of %.

さらにまた、その湿度応答性も早いものである。Furthermore, its humidity response is also fast.

本発明にかかる組成物は、通常の磁器製造技術は薄膜製
造技術で簡単に製造することができるものである。
The composition according to the present invention can be easily manufactured using a thin film manufacturing technique, which is a conventional porcelain manufacturing technique.

さらに、これは、いわゆる金属酸化物であ、す、長期間
大気中に放置しておいても、その表面状態が変化しない
Furthermore, since this is a so-called metal oxide, its surface condition does not change even if it is left in the atmosphere for a long period of time.

本発明において、組成を前述のように特定した理由は、
ペロブスカイト形結晶構造の化合物であり、湿度変化に
応じて誘電正接の変化が一義的に決まるからである。そ
して、この素子は、低湿度領域から高湿度領域にわたり
高い感度を得ることができる。
In the present invention, the reason why the composition is specified as described above is as follows.
This is because it is a compound with a perovskite crystal structure, and changes in dielectric loss tangent are uniquely determined by changes in humidity. Furthermore, this element can obtain high sensitivity from a low humidity region to a high humidity region.

以下本発明にかかる感湿誘電損失体素子6実施例につい
て、図面を用いて詳細に説明する。
Six embodiments of the moisture-sensitive dielectric loss body element according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図に本発明にかかる感湿誘電損失体素子の実施例の
代表的な構造を示す1第1図Aは、バルク型の素子であ
り、第1図Bは模型の素子である。
FIG. 1 shows a typical structure of an embodiment of a moisture-sensitive dielectric loss body element according to the present invention. FIG. 1A shows a bulk type element, and FIG. 1B shows a model element.

これら素子は、磁器であっても、あるいは嘆であっても
、本質的な機能は同じである。図Aにおいて、1は磁器
からなる感湿誘電損失体、2.3は電極、4,6はリー
ド線である。図Bにおいて、6は膜状の感湿誘電損失体
、7はその支持基板、8.9はくし型電極、10.11
はリード線である。
These elements have the same essential function whether they are made of porcelain or ceramic. In Figure A, 1 is a moisture-sensitive dielectric loss body made of ceramic, 2.3 is an electrode, and 4 and 6 are lead wires. In Figure B, 6 is a film-like moisture-sensitive dielectric loss body, 7 is its support substrate, 8.9 is a comb-shaped electrode, and 10.11
is the lead wire.

まず、ABO3で示される感湿誘電損失体素子について
述べる。
First, a moisture-sensitive dielectric loss body element denoted by ABO3 will be described.

出発業料として、l0. 、T 102を湿式混合した
後、乾燥粉末とする。つぎに、この粉末原料を4 +w
m X 4 w X 0 、26 tmに成形(成形圧
760Kg/cnf)L、myおいて1160℃で2時
間焼成してP bT 10sの磁器からなる感湿誘電損
失体101を作成した。さらに感湿誘電損失体にRuO
2系電極ペーストを塗布して温度800℃で焼付て一対
の電極を形成した。なお、電極はpt系、 Aq系、 
Au系でも良好である。また、ABO3で示される他ノ
組成KT aO3,PbHfO3,L iT ao3.
 L 1NbO3+ CaT iO3゜Pb Z rO
a 、NaNbO5、藷め。、および、pbxo3で示
さ、hル他ノm成pb(Mq3AW3A)o3. Pb
(Cd3AW%)03゜Pb (Co%W、)03. 
Pb (S c3ANb3003゜P b (F ”3
(Nb% ) 03. P b (I n3ANb%)
 oa rPb(Yb3ANb3A)03.Pb(Ho
y6Nbh)03゜P b (F e HT a M 
) 03. P b (S c3AT a3A) 03
 。
As starting fee, l0. , T 102 are wet mixed into a dry powder. Next, add this powder raw material to 4 +w
m x 4 w x 0, 26 tm (molding pressure 760 kg/cnf) L, my, and fired at 1160° C. for 2 hours to produce a moisture-sensitive dielectric loss body 101 made of P bT 10s porcelain. Furthermore, RuO is used as the moisture-sensitive dielectric loss material.
A pair of electrodes was formed by applying a type 2 electrode paste and baking it at a temperature of 800°C. Note that the electrodes are PT-based, Aq-based,
Au-based materials are also suitable. In addition, other compositions KT aO3, PbHfO3, LiT ao3.
L 1NbO3+ CaT iO3゜Pb Z rO
a, NaNbO5, linseed. , and pbxo3, the other m-formed pb(Mq3AW3A)o3. Pb
(Cd3AW%)03°Pb (Co%W,)03.
Pb (S c3ANb3003゜P b (F ”3
(Nb%) 03. P b (I n3ANb%)
oa rPb(Yb3ANb3A)03. Pb(Ho
y6Nbh)03゜P b (F e HT a M
) 03. P b (S c3AT a3A) 03
.

Pb(Lu3ANb+r)Os、Pb(Lu3ATa3
A)03゜P b (Z n3AN bH) 03 、
 P b (C03AN b X ) 03゜P b 
(N i XN bX ) 03. P b (M g
3AT a B ) 03゜P b (C03AT a
 X ) 03. P b (N 1 y、 T a 
X ) oa rP b (F e XWM )Oa 
、 P b (M n XWH) o3についても同様
な方法にて感湿誘電損失体素子を作成し、そして作製さ
れた磁器に一対の電極を設け、感湿誘電損失体とする。
Pb(Lu3ANb+r)Os, Pb(Lu3ATa3
A) 03°P b (Z n3AN bH) 03,
P b (C03AN b X ) 03°P b
(N i XN bX ) 03. P b (M g
3AT a B ) 03°P b (C03AT a
X) 03. P b (N 1 y, T a
X ) oa rP b (F e XWM ) Oa
, P b (M n

そして前記によって得た感湿誘電損失体の電極の部分に
白金リード線をRuo2系ペーストヲ用いて800℃で
焼付けて感湿誘電損失体素子とした。
Then, a platinum lead wire was baked at 800° C. using Ruo2 paste on the electrode portion of the moisture-sensitive dielectric loss body obtained as described above to obtain a humidity-sensitive dielectric loss body element.

また、感湿誘電損失体素子が膜タイプの場合、スパッタ
リング法、蒸着法、スクリーン印刷法などにより、感湿
誘電損失体の膜を形成して同様に各種組成の素子を得る
ことができる。
Furthermore, when the moisture-sensitive dielectric loss element is a film type, a film of the moisture-sensitive dielectric loss element can be formed by sputtering, vapor deposition, screen printing, or the like to similarly obtain elements of various compositions.

第2図はPbTio3系感湿誘電損失体素子の相対湿度
−誘電損失(誘電正接、ただし相対湿度0%との比で表
わす)の感度特性を示す。他の組成の素子についての特
性を下表に示す。
FIG. 2 shows the relative humidity-dielectric loss (dielectric loss tangent, expressed as a ratio to 0% relative humidity) sensitivity characteristic of the PbTio3 moisture-sensitive dielectric loss element. The characteristics for devices with other compositions are shown in the table below.

以  下  余  白 第2図および上表より、本発明の素子は、前述した各組
成を主成分として構成するペロブスカイト型構造のもの
が、湿度変化に対応して大きく誘電正接が変化すること
が実験により判明した。
From Figure 2 and the table above, experiments have shown that the element of the present invention has a perovskite structure mainly composed of the above-mentioned compositions, and that the dielectric loss tangent changes greatly in response to changes in humidity. It was revealed by

さらに、上記組成を少なくとも1種を含む主成分からな
る感湿誘電損失体素子を相対湿度40〜−誘電正接特性
の変化量は数チ以内であり、きわめて安定なものである
ことを確認した。また、湿度応答性については、相対湿
度0〜100%において、応答速度は、数秒以内であり
、きわめて早い。
Furthermore, it was confirmed that a humidity-sensitive dielectric loss element composed of a main component containing at least one of the above-mentioned compositions was extremely stable, with a change in dielectric loss tangent characteristic of 40 to 40 relative humidity within a few inches. Furthermore, regarding the humidity response, the response speed is within several seconds at relative humidity of 0 to 100%, which is extremely fast.

本発明の素子は、従来の感湿抵抗特性を示すイオン伝導
タイプとは異なり、素子に吸着した水分そのものによる
誘電損失すなわち誘電分散によって生じる誘電正接の変
化であるため、きわめて安定で、しかも、各種有機ガス
や酸性ガスなどに対し、安定した湿度検知が得られるも
のである。
The element of the present invention differs from conventional ion-conducting types that exhibit moisture-sensitive resistance characteristics, and the change in dielectric loss tangent caused by the dielectric loss due to the moisture itself adsorbed on the element, that is, dielectric dispersion, is extremely stable, and moreover, Stable humidity detection can be obtained for organic gases, acidic gases, etc.

さらに、本発明において、各種添加物として、PbHf
0L、、 LiTaO3,LiNbO3,BaZrO3
,CaZrO2゜SrZrO3,MgZrO3,PbZ
rO3,NaNbO3,KNbO3゜PbT IOs 
t MgCr 204  などを1種または複数種(た
だし主成分と同種は除く)加えると、応答性がよく、特
性劣化のきわめて少ない高感度の感湿誘電損失体素子を
得ることができる。
Furthermore, in the present invention, as various additives, PbHf
0L, LiTaO3, LiNbO3, BaZrO3
, CaZrO2゜SrZrO3, MgZrO3, PbZ
rO3, NaNbO3, KNbO3゜PbT IOs
By adding one or more types of tMgCr204 or the like (excluding those of the same type as the main component), it is possible to obtain a highly sensitive moisture-sensitive dielectric loss body element with good responsiveness and extremely little deterioration of characteristics.

以上に説明したように、本発明にかかる感湿誘電損失体
素子は、湿度−誘電正接特性を有する全く新しい感湿素
子であり、高安定性と高精度検知を行うことができ、産
業界にとって価値大なる感湿誘電損失体素子を提供する
As explained above, the moisture-sensitive dielectric loss element according to the present invention is a completely new moisture-sensitive element having humidity-dielectric loss tangent characteristics, and is capable of high stability and high-precision detection, and is useful in industry. To provide a moisture-sensitive dielectric loss body element of great value.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図A、Bはそれぞれ本発明にかかる素子の実施例の
代表的な構造を示す図、第2図はその湿度−誘電圧接特
性の代表例を示す特性図である。 1.6・・・・・−感湿誘電損失体、2,3,8.9・
・・・・・電極。 111図 12  図 σ   20   41   60   110   
100相対濯友  (%)
FIGS. 1A and 1B are diagrams each showing a typical structure of an embodiment of an element according to the present invention, and FIG. 2 is a characteristic diagram showing a typical example of its humidity-dielectric voltage contact characteristics. 1.6...-Moisture-sensitive dielectric loss body, 2,3,8.9.
·····electrode. 111Figure 12 Figure σ 20 41 60 110
100 Relative Relative Friends (%)

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)  ABO3成分(ただし、ABは、KTa、 
PbHf ′LiTa  LiNb CaTi  Pb
Zr NaNb  KNb  PbTiのうちから選ば
れた少なくとも1種)またはそれを主成分とする磁器ま
たは膜に少なくとも一対の電極を設けてなることを特徴
とする感湿誘電損失体素子。 t (I n 、ANbH) t (Yb3ANbM 
) t (HoM’ bM ) t(F @54 Ta
、) l (5ChTab) t (Lu、Nb、) 
t(Fe%W%)、(Mn%Wh) のうちから選ばれ
たー少なくとも1種)またはそれを主成分とする金属酸
化物系の磁器または膜に少なくとも一対の電極を設けて
なることを特徴とする感湿誘電損失体素子。
(1) ABO3 components (AB is KTa,
PbHf ′LiTa LiNb CaTi Pb
1. A moisture-sensitive dielectric loss body element comprising at least one electrode selected from Zr, NaNb, KNb, and PbTi, or a ceramic or film containing the same as a main component, and provided with at least one pair of electrodes. t (I n , ANbH) t (Yb3ANbM
) t (HoM' bM ) t(F @54 Ta
,) l (5ChTab) t (Lu, Nb,)
t(Fe%W%), (Mn%Wh)) or a metal oxide-based porcelain or film containing it as a main component is provided with at least one pair of electrodes. Features a moisture-sensitive dielectric loss element.
JP56129971A 1981-08-19 1981-08-19 Humidity sensitive dielectric loss element Granted JPS5832303A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4716134A (en) * 1985-12-10 1987-12-29 Mitsubishi Mining And Cement Co., Ltd. Dielectric ceramic composition

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4716134A (en) * 1985-12-10 1987-12-29 Mitsubishi Mining And Cement Co., Ltd. Dielectric ceramic composition

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