JPS59155102A - 感湿素子 - Google Patents

感湿素子

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JPS59155102A
JPS59155102A JP58029723A JP2972383A JPS59155102A JP S59155102 A JPS59155102 A JP S59155102A JP 58029723 A JP58029723 A JP 58029723A JP 2972383 A JP2972383 A JP 2972383A JP S59155102 A JPS59155102 A JP S59155102A
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humidity
moisture
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sensitive element
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JP58029723A
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宇野 茂樹
光雄 原田
佐久間 一雄
平木 英朗
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Toshiba Corp
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/12Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
    • G01N27/121Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は感湿素子に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
大気中の湿度を測定、検出する感湿素子(湿度センサ)
は、これまでに極めて多数の方式が提案され、かつ実用
化されている。特に、近年は電気的に直接湿度を検出で
きる方式の湿度センサが種々提案されている。この湿度
センサは湿度の検出のみならず、湿度の制御をも簡便に
電気的信号で処理できる特長を有するために注目されて
いる。
ところで、上述した湿度センサは大気中の湿度を測定す
るために、大気中の水分を感湿素子の表面に物理吸着さ
せ、電気的抵抗値を読みとるものが一般的である。こう
した湿度センサの感湿素体としては、従来、高分子物質
、金属酸化物の焼結体、或いは基板上に金属酸化物を焼
付けたものが用いられている。
しかしながら、高分子物質を感湿素体とした湿度センナ
は低湿度領域での抵抗値がIMQ乃至10yIQ以上と
極めて大きくなるため、通常の電気的検出回路では容易
に湿度を検出できず、精度も極めて悪くまるという欠点
があった。
また、金属酸化物を感湿素体とした湿度センサは初期の
感度が優れているものの、いずれも長期間の使用におい
ては抵抗値の変化が大きいという欠点があった。この点
を克服するために金属酸化物の焼結体よシなる湿度セン
サにヒータを付設し、湿度測定前に一時的に感湿素体を
加熱し、高温状態にして感湿素体面を再生した後に湿度
を検出するものも知られている。つまシ、金属酸化物か
らなる感湿素体の熱安定性を利用し、湿度を検出する直
前に高温にすることによシ感湿素体を初期状態に戻して
再現性を確保している。しかしながら、かかる湿度セン
サでは、湿度検出直前に加熱を行なう必要があるために
、連続的な湿度検出は不可能である。しかも、ヒータや
ヒータ制御回路という複雑な機構が必要となシ、コスト
高の一因となる。
このようなことから、最近、湿度センサとし”’(Zn
085〜99 モル%、LiZrVO40,5〜、10
モル係及びCr2O5−)−Fe2O30,5〜5モル
係の組成の金属酸化物からなる感湿素体を用いたもの(
特開昭56−4204号)が開発されている。この湿度
センサはヒータ等の再生処理なしで通常の環境条件(0
〜40℃、30〜90−%RH) テ長期間に亘って安
定的に、しかも低い抵抗値で使用できるものであシ、エ
アコンや加湿器における湿度制御には充分適用できる。
しかしながら、かかる湿度センサは高温条件で使用する
と、必ずしも充分な経時特性、再現性を得られない場合
があった。
〔発明の目的〕
本発明は高温条件下で長時間使用しても抵抗値変化はほ
とんど生じずに安定に使用でき、かつ広範囲の湿度領域
においても使い易い電気的抵抗値を有する感湿素子を提
供しようとするものである。
〔発明の概要〕
本発明はCr2O521〜73モル%、ZnO及びMg
Oのうちの少なくとも1種25〜55モル獣Cu00.
5〜8.0モル%、L1200.5〜8.0モル係、v
2o5 o、 5〜8.0モル係を必須成分とした焼結
体からなる感湿素子である。こうした感湿素子は例えば
周囲温度25℃、相対湿度30チの場合では約500k
Q1同温度で相対湿度90チの場合では約10にΩ、と
広範囲な湿度領域において使い易い抵抗値を持ち、しか
も85℃という高温条件下に長期間放置しても経時変化
が小さく高信頼性を有するものである。このように本発
明の感湿素子が優れた特性を有するのは、Cr2O31
ZnO(又はZnOとMgO、MgO単独)の結晶性粒
子の粒界にこれらCr2O5やZnO等の少量のCub
Lt2o 、 V2O5の成分が存在する構造になって
いるためであると推定される。
上記Cr2O3の配合割合を限定した理由は、その量を
21モモル係満にすると、感湿特性としての抵抗値が全
般的に高くなシ、かといりてその童が73モルqbを越
えると、高温放置での経時変化が大きくなるからである
上記ZnO及びMgOのうちの少なくとも1種の配合割
合を限定した理由は、その量を25モル係未満にすると
、高温放置での経時変化が太きくなシ、かといってその
量が55モル係を越えると、感湿特性としての抵抗値が
全般的に高くなるからである。この場合、znO、Mg
Oを夫々単独で用いても、それらを併用しても同様な作
用を発揮できる。
上記CuOの配合割合を限定した理由は、その量を0.
5モル係未満にすると、高温放置での経時変化が大きく
なシ、かといってその量が8.0モル係を越えると、低
湿度側での感度が低下するからである。
上記Li2O、V、205の配合割合を夫々限定した理
由はLi2O* V2O5の量を各々0.5モル係未満
にすると、感湿特性としての抵抗値が全般的に亘って高
くなシ、かといってLi2O、V2O5の量が各々8.
0モル係を越えると、高温放置での経時変化が大きくな
るからである。
〔発明の実施例〕
次に、本発明の詳細な説明する。
実施例1 まず、出発原料として酸化クロム、酸化亜鉛。
酸化銅、炭酸リチウム、酸化バナジウム・の微粉末を用
いた。これら出発原料を、Cr2O5r ZnO+Cu
Ox Li2O、V2O5のモル比で45%、45%。
4チ、3%、3俤となるように秤量を行ない、しかる後
にポットミルで24時時間式混合した。
つづいて、この混合物を120℃で12時間乾燥した後
、800℃で仮焼した。ひきつづき、仮焼物をポットミ
ルで24時時間式粉砕した後、120℃で12時時間区
乾燥して原料粉末を調製した。
次いで、上記原料粉末にポリビニルアルコール(粘結剤
)を2重量係加え、ライカ機で造粒した後、との造粒物
を500 kg/cnの条件で加圧成形して直径8鱈、
厚さ約2rmの円盤状成形体を造った。つづいて、この
成形体を1300℃の温度下で2時間焼成した後、焼結
体の両主面を研磨して厚さIIIII+とした。ひきつ
づき、この焼結体(感湿素体)の両主面に酸化ルテニウ
ムペーストをスクリーン印刷した後、約700℃で焼付
けを行なって格子状の電極を形成し、第1図に示す構造
の感湿素子を製造した。なお、第1図中の1は感湿素体
、2は電極である。
しかして、本実施例1の感湿素子について周囲温度を2
5℃に一定とし、相対湿度を30〜90チに変化させた
時の抵抗値(感湿特性)を調べたところ、第2図に示す
特性図を得た。この第2図から明らかな如く本発明の感
湿素子は周囲温度25℃下、相対湿度30q6では42
0にΩ、同温度下、相対湿度90チでは9にΩと広範囲
の湿度領域で極めて使い易い低い抵抗値を示すことがわ
かる。
また、本実施例1の感湿素子について温度85℃の恒温
槽に1000時間放置した後、周囲温度25℃で相対湿
度を30〜90%に変化させた時の抵抗値(感湿特性)
を調べたところ、第3図に示す特性図を得た。この第3
図から明らかな如く、本発明の感湿素子は高温放置した
後の感湿特性がほとんど変化しておらず、安定した経時
特性を有することがわかる。
実施例2〜7 前記実施例1と同様な方法によシ下記第1表に示す組成
の焼結体(感湿素体)を備えた6種の感湿素子を製造し
た。
しかして、本実施例2〜7の感湿素子について周囲温度
25℃下、相対湿度30%、90%の抵抗値(初期感湿
特性)、並びに85℃の恒温槽に1000時間放置した
後での周囲温度25℃下、相対湿度30f6.90%の
抵抗値(高温放置後の感湿特性)を調べた。その結果を
同第1表に併記した。また、同第1表中には本発明の組
成範囲をはずれる感湿素体を備えた感湿素子を参照例1
〜6として併記した。
上記第1表から明らかな如く、本発明の感湿素子は広範
囲の湿度領域で極めて使い易い抵抗値を有し、かつ高温
条件下でも安定した経時特性を有することがわかる。こ
れに対し、本発明の組成範囲からはずれた焼結体からな
る感湿素子(参照例1〜6)は前記広範囲の湿度領域で
使い易い抵抗値と、高温条件下で安定した経時特性との
両方を満足しない。
実施例8 まず、出発原料として酸化クロム、炭酸マグネシウム、
酸化銅、炭酸リチウム、酸化バナジウムの微粉末を用い
た。これら出発原料を、Cr2O3p MgO−、Cu
Or Li2O、V2O5のモル比で45%、45チ、
4%、3チ、3チとなるように秤量を行ない、しかる後
にポットミルで24時時間式混合した。つづいて、この
混合物を120℃で12時間乾燥した後、800℃で仮
焼した。ひきつづき、仮焼物をポットミルで24時時間
式粉砕した後、120℃で12時間再度乾燥して原料を
調製した。
次いで、上記原料粉末を用いて実施例1と同様な方法に
よ)第1図と同構造の感湿素子を製造した。
しかして、本実施例8の感湿素子について、周囲温度を
250に一定とし、相対湿度を30〜90%に変化させ
た時の抵抗値(感湿特性)を調べたとζろ、第4図に示
す特性図を得た。この第4図から明らかな如く本発明の
感湿素子は周囲温度25℃下、相対湿度3096では6
00にΩ、同温度下、相対湿度90チでは7にΩと広範
囲の湿度領域で極めて使い易い低い抵抗値を示すことが
わかる。
また、本実施例8の感湿素子に゛ついて温度85℃の恒
温槽に1000時間放置した後、周囲温度25℃で相対
湿度を30〜90%に変化させた時の抵抗値(感湿特性
)を調べたところ、第5図に示す特性図を得た。この第
5図から明らかな如く、本発明の感湿素子は高温放置し
た後の感湿特性がほとんど変化しておらず、安定した経
時特性を有することがわかる。
実施例9〜14 前記実施例1と同様な方5法により下記第2表に示す組
成の焼結体(感湿素体)を備えた6種の感湿素子を製造
した。
しかして、本実施例9〜14の感湿素子について周囲温
度25℃下、相対湿度30%、90チの抵抗値(初期感
湿特性)、並びに85℃の恒温槽に1000時間放置し
た後での周囲温度25℃下、相対湿度30%、90%の
抵抗値(高温放置後の感湿特性)゛を調べた。その結果
を同第2表に併記した。また、同第2表中には本発明の
組成範囲をはずれる感湿素体を備えた感湿素子を参照例
7〜12として併記した。
上記第2表から明らかな如く、本発明の感湿素子は広範
囲の湿度領域で極めて使い易い抵抗値を有し、かつ高温
条件下でも安定した経時特性を有することがわかる。こ
れに対し、本発明の組成範囲からはずれた焼結体からな
る感湿素子(参照例7〜12)は前記広範囲の湿度領域
で使い易い抵抗値と、高温条件下で安定した経時特性と
の両方を満足しない。
実施例15〜19 前記実施例1と同様な方法によシ下記第3表に示す組成
の焼結体(感湿素体)を備えた6種の感湿素子を製造し
た。
しかして、本実施例15〜19の感湿素子について周囲
温度25℃下、相対湿度30%。
90%の抵抗値(初期感湿特性)、並びに85℃の恒温
槽に1000時間放置した後での周囲温度25℃下、相
対湿度βO%、90%の抵抗値(高温放置後の感湿特性
)を調べた。その結果を同第3表に併記した。また、同
第3表中には本発明の組成範囲をはずれる感湿素体を備
えた感湿素子を参照例13〜14として併記した上記第
3表から明らかな如く、本発明の感湿素子は広範囲の湿
度領域で極めて使い易い抵抗値を有し、かつ高温条件下
でも安定した経時特性を有することがわかる。これに対
し、本発明の組成範囲からはずれた焼結体からなる感湿
素子(参照例13〜14)は前記広範囲の湿度領域で使
い易い抵抗値と、高温条件下で安定した経時特性との両
方を満足しない。゛ 〔発明の効果〕 以上詳述した如く、本発明によれば広範囲の湿度領域に
おいても使い易い電気抵抗値(感湿特性)を有し、しか
も高温条件下で長時間使用しても抵抗値変化をほとんど
生じずに安定的に使用できる高信頼性の感湿素子を提供
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の感湿素子の一形態を示す斜視図、第2
図は実施例1の感湿素子における初期感湿特性を示す線
図、第3図は同実施例1の感湿素子における高温放置後
の感湿特性を示す線図、第4図は実施例8の感湿素子に
おける初期感湿特性を示す線図、第5図は同実施例8の
感湿素子における高温放置後の感湿特性を示す線図であ
る。 I・・・焼結体(感湿素体)、2・・・電極。 出願人代理人  弁理士 鈴 江 武 意力1図 第2図    第3図 30 50 70 90           30 
50 70 90J@Z−f’1iAC°t、)   
  苅苅、:tljE、(’/、)第4図    第5
図 α

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. Cr2O521〜73モル係、ZnO及びMgOのうち
    の少なくとも1種25〜55モルeft、Cu0O15
    〜8.0モル係、L1200.5〜8.0モル係、V2
    O50,5〜8.0モル係を必須成分とした焼結体から
    なることを特徴とする感湿素子。
JP58029723A 1983-02-24 1983-02-24 感湿素子 Granted JPS59155102A (ja)

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JP58029723A JPS59155102A (ja) 1983-02-24 1983-02-24 感湿素子
US06/582,553 US4529540A (en) 1983-02-24 1984-02-22 Humidity-sensitive resistive element
DE8484301175T DE3465785D1 (en) 1983-02-24 1984-02-23 Humidity-sensitive resistive element
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