JPS5849001B2 - 感湿素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感湿素子に関するものであり、感湿抵抗素子は
湿度に敏感に作用し、湿度によって、そ？電気抵抗が変
化する抵抗体で湿度調節器の検出端として用いられるも
のである。

周知のように、一般に金属酸化物系は水分分子に対する
吸着エネルギーが非常に小さいため、水分分子は簡単に
吸着又は放出され、この性質を利用して感湿素子として
応用できる。

上記の金属酸化物を利用した感湿素子は、全般に抵抗値
が高く、しかも吸着エネルギーが非常に小さいため、高
湿蜜側では吸脱現象によって、大きく抵抗変化があって
電気的に検出することができる。

したがって、たとえば、結露点の検出というような領域
あるいは改良されたものでは２０〜３０多の相対湿度以
上の雰囲気の制御に限定されていた。

１た、電気抵抗を測定容易な値にする必要性から上記金
属酸化物に導電性の物質、たとえば、カーボンを混ぜ合
せたものでは、電気抵抗の絶対値は低くなるが、湿度に
対する電気抵抗の変化量が急激に減少し、やはり、使用
できる相対湿度の雰囲気が高湿度側に限定される。

最近の感湿素子の応用として、食品の調理制御が注目さ
れている。

この場合、雰囲気の温度上昇があり、それにともない感
湿素子も温度上昇し、雰囲気の相対湿度も低くなり、い
わゆる高湿度というよりも低湿度での制御が必要である
。

したがって、これ昔での感湿素子では、たとえば２０φ
以下という相対湿度領域を制御することはむつかしい。

さらに１た、上記金属酸化物系感湿素子では、アルニウ
ム薄板の表面酸化による酸化アルミニウム薄膜の利用、
あるいはコロイド粒子の利用、ガラス成分と混合したグ
レーズ薄膜、一部には磁器の形での利用など数多く知ら
れているが、薄膜系あるいはコロイド粒子系では、表面
の汚染による劣化、ヒシテレシスなどをともない、問題
を有する。

グレーズ薄膜は、耐雰囲気性には安定であるが高湿度の
応用のみに限定される。

磁器についても、グレーズと同様で、改度されてかなり
低湿度側１で感度があるものの、２０俸相対湿度以上の
コントロールが現状である。

上記の従来例で、感湿素子としてみた場合、応答性、熱
的安定性、耐雰囲気性などから、グレーズあるいは磁器
のものが良好であることは周知の通りである。

これらのものはいずれも１０００℃以上の高温で焼結し
たものであるから、様々な雰囲気に対する安定性が得ら
れるものである。

たとえ、各種ガス（油蒸気など）が付着して劣化しても
、たとえば、ヒーターを付与して、加熱処理を行なうと
、容易に再生できるという特徴を有するものである。

かかる背景から、本発明は、金属酸化物系の特長を生か
して、焼結体の形で、低湿度から高湿度オで制御できる
感湿抵抗素子を提供するものである。

すなわち、本発明は、各種金属酸化物系磁器について、
感湿抵抗を調べたところ、磁器の気化率が重要な因子で
あるということが判明した。

具体的に記すと、金属酸化物系磁器に督いて、以下の直
径で、気化率として、１０条から４０俤の範囲で、その
気孔の大きさが平均２μｍ以下の金属酸化物系磁器では
、これに電極を付与すると、著しく湿度によって電気抵
抗が変化し、かつ低湿度領域において、高感度にするこ
とができる。

さらに加えて記すと、本発明による気孔と気孔率をもっ
た金属酸化物系磁器は、通常の磁器製造技術で簡単に製
造でき、しかもいわゆる金属酸化物高温焼結体であり、
長期間大気中に放置しても、その表面状態が変化しない
もので、長寿命かつ高温度にトける湿度測定ができるも
のであり、１た、油蒸気などが付着して劣化しても、加
熱クリーニングにより再生できるものである。

さらに１た、比較的低インピーダンス回路を用い、容易
に相対湿度０φ附近からの１００多のほぼ全湿度領域を
検出でき、しかもその応答性も速いものである。

なお、本発明において、金属酸化物系磁器として、アル
ミナ系、ジルコニア系、酸化クロム系、ホルステライト
系、ステアタイト系、酸化鉄系、酸化ニッケル系、酸化
亜鉛系、酸化錫系、酸化バナジウム系、酸化チタン系な
どの金属酸化物系磁器むよびＭｇＣｒ２０４、Ｚｎ２Ｓ
ｎＯ４、Ｚｎ２Ｔｉ０４、Ｍｇ２ＳｎＯ４、ＦｅＣｒ２
０６、ＮｉＣｒ２０４などのスピネル系磁器、あるいは
ＢａＴｉ０３、ＣａＴｔ０３などのペロフスカイト系磁
器などが、吸着エネルギーが小さく、感湿抵抗素子用の
磁器材料として好適である。

次にこれらの磁器の気孔であるが、気孔率については、
１０多以下の気孔率ではやはり低湿度側での感度が小さ
くなり、好１しくない。

４０φ以上の気孔率では、磁器自体の機械的強度が著し
く低下し、好１しくないと同時に湿度特性にかいて、著
しく応答速度が遅くなるため好１しくない。

１たこの気孔の大きさは平均２μｍの直径であることが
望１しい。

平均２μｍ以上の直径の気孔になると、低湿度側での感
度が小さくなり好１しくない。

したがって、本発明は、金属酸化物系磁器にち−いて、
その平均気孔の大きさが水分分子の直径よりも大きく、
２μｍ以下で、しかも気孔率が１０俤から４０咎１であ
ることを特徴とする感湿抵抗体であると結論づけられる
。

本発明は上記のような特徴をもつ新しい感湿抵抗体磁器
を提供するものである。

以下実施例卦よび図面により本発明を詳細に説明する。

しかし、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。

第１図において、１は金属酸化物系磁器、２、３はくし
型電極を示す。

以下この実施例を詳述する。

出発原料として、ＭｇＯ，Ａｌ２０３、ＳｎＯ２、Ｔｉ
０２，Ｃｒ２０３、Ｆｅ２０３、ＮｉＯ、Ｓｉｎ２、Ｂ
ａ Ｃ０ ３、ＺｎＯ，Ｚｒ０２、ＨｉＯ２、ＭｎＯ
２、ＣｕＯ、ＣｏＯを用い、これらを所定の割合に配合
し、メノウボール入りポットミルで湿式混合し、乾燥後
これらの混合粉末を１０×６％の寸法に戒型し、９００
℃〜２０００°Ｃの温度で焼成して磁器化せしめる。

このような方法で、アルミナ、ジルコニア、チタニア、
酸化クロム、酸化鉄、酸化ニッケル、酸化亜鉛、酸化錫
八どの金属酸化物系磁器、むよびＭｇＣｒ２０４、Ｚｎ
２Ｓｎ０４、ｚｎ２ＴｉＯ４ などのスピネル系磁器、
ＢａＴｉ０３ などのべロプスカイト磁器、ホルステラ
イト、ステアタイト系の磁器などが得られる。

これらの磁器の気孔は、焼結条件（焼或温嗟、ホットプ
レス法など）を変化せしめて、制御した。

たとえば、感湿抵抗素子組成として、ＭｇＣｒ２０４系
のスピネル材を例にとって記す。

次表の焼或条件で気孔を制御したＭｇＣｒ２０４系磁器
１上に第１図に示すようなくし型状にＲｕＯ２系の低抵
抗（１０Ω／一）ペーストをスクリーン法で塗布し、８
００゜Ｃで焼或し、電極２、 ３とする。

このようにして作られた感湿抵抗器について、電極間の
電気抵抗を測定雰囲気の相対湿度を変化させて測定する
。

第２図にＭｇＣｒ２０，系について、湿度一抵抗特性を
示す。

第２図は気孔の平均の大きさを２μｍ以下に制御して、
その気孔率を変化させた場合で、気孔率が増加するにし
たがって、低湿度側で感度を示すようになる。

しかし、気孔率が１０多以下のものでは低湿度側での感
度が少なくなる。

１た、４０多以上の気孔率では、磁器の機械的強度も小
さくなるが、感湿抵抗体として重要な特性である応答性
が著しく低下するもので、４０斜以上の気孔率のもので
は、±２０φの相対湿度の変化で数分を要するのに対し
、４０係以下の気孔率では０．５秒からＩＯ〜１５秒で
ある。

第２図にあ−いて、点線で示した例は気孔の大きさが平
均２μｍ以上の場合で、このときは、やはり低湿吠側で
の感度が小さくなり、好豊しくない。

具体的な結果として、ＭｇＣｒ２０４系のデータを中心
に記したが、Ａｌ２０３、ＺｒＯ２、Ｔｉ０２、Ｃｒ２
０３、Ｆｅ２０３、Ｎｉｐ，ＺｎＯ，ＳｎＯ２などの金
属酸化物系磁器、Ｚｕ２Ｓｎ０４、Ｚｎ２ＴｉＯ４、Ｍ
ｇ２Ｓ２０＋などのスピネル系磁器、Ｂ ａ Ｔ ｔ
０ ３などのべロプスカイト磁器、ホルスライト磁器、
ステアタイト磁器などについてもほぼ同様な結果が得ら
れた。

本発明は、上記のように、金属酸化物系磁器にむいて、
その気孔率を］Ｏφ〜４０俸の範囲で、その気孔の大き
さが平均２μｍ以下のものでは、０附近から１００多の
相対湿度のほぼ全領域にわたって、湿度を検出できるも
のである。

これらの感湿素子は高温度での使用、高温度高湿度での
使用にむいても特性の劣化が少なく、きわめて安定であ
り、１た油などの汚染についても加熱クリーニングが適
用できるもので、食品の調理制御あるいは空調機の湿度
制御素子として応用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の感湿素子によって構成した感湿抵抗体
の拡大平面図、第２図は同感湿抵抗体の湿度抵抗特性図
である。 １・・・・・・金属酸化物系磁器、２，３・・・・・・
ＲｕＯ２系くし型電極。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 気孔率が１０％から４０％の範囲内であって、気孔
   の大きさの平均が２μｍ以下である金属酸化物系磁器か
   らなることを特徴とする感湿素子。 ２ 金属酸化物系磁器が、アルミナ、ジルコニア、チタ
   ニア、酸化クロム、酸化鉄、酸化ニッケル酸化亜鉛およ
   び酸化錫からなる金属酸化物磁器、スピルネル系磁器、
   ペロブスカイト系磁器、ホルステライト、ち−よび、ス
   テアタイトの群から選ばれた少なくとも１種の金属酸化
   物系磁器であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の感湿素子。