JPS59186305A - 感湿素子 - Google Patents

感湿素子

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JPS59186305A
JPS59186305A JP58061278A JP6127883A JPS59186305A JP S59186305 A JPS59186305 A JP S59186305A JP 58061278 A JP58061278 A JP 58061278A JP 6127883 A JP6127883 A JP 6127883A JP S59186305 A JPS59186305 A JP S59186305A
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JP
Japan
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oxide
humidity
moisture
electrodes
sensitive
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JP58061278A
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田中 嗣治
下山 健二
江原 正広
安田 博彦
日野田 征佑
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Omron Corp
Original Assignee
Tateisi Electronics Co
Omron Tateisi Electronics Co
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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
  • Non-Adjustable Resistors (AREA)

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] この発明は、湿度によって電気抵抗が変化する感湿物質
を、利用した感湿素子に関するものである。
[従来の技術及び欠点] 感湿素子としては、従来より塩化リチウムを感湿物質と
するものが汎用されていたが、近年、金属酸化物を用い
た感湿素子が開発されている。
この金属酸化物系の感湿素子は、上記塩化リチウム系の
感湿素子に比較して特性の経時変化や適用できる相対湿
度領域の大きさの面で優れる。
しかし、湿度サイクル中で感湿抵抗体層の表面良 に安オな金属水酸化物層が形成されて感度低下をきたず
ため、定期的に加熱クリーニングを施j す必要がある。そのため、このようぇ金属酸化物系の感
湿素子では、その対策として傍熱型のヒーターを付設し
ているが、それによっ’CWJ造が複雑となることから
0産性や製造価格の点で大きな問題を残している。また
、温度サイクルや湿度サイクル中に基板と感湿抵抗体層
との接着状態が悪くなったり、感湿抵抗体層にひび割れ
を生じたりすることが、多々経験され、この面での特性
の改善が望まれている。一方非加熱型のセラミック湿度
センサーでは、大気中の有機ガスを吸着し、経時変化を
起しやすいため、感湿膜表面の安定性の改善が望まれて
いる。÷発[部間の目的] この発明は、上記欠点を改善し広範囲の相対湿度領域に
渡って高い感度と長時間安定した感湿性能を有するうえ
、絶縁性基板と乾湿抵抗体層どの接着層が良好で、特別
なりリーニング手段を付設することを不要とした感湿素
子を提供することを目的とする。
また、感湿特性において各相対湿度に対する抵抗値を下
げるために、スピネル型及びベロブスノJイト型の酸化
物を添加し、抵抗値の制御を行い、さらに安定性を改善
するために、第2添加物としての金属酸化物を加え、低
抵抗で量産性に富むとともに、低価格化が可能な、使い
易い感湿特性を有する素子を提供することを目的とする
[発明の構成と効果] この発明の素子は、セラミック等の絶縁基板上に一対の
電極と、これら両電極間に渡る感湿抵抗体層が形成され
た感湿素子において、感湿抵抗体層がLlを含む複合酸
化物LiNbO3、Li Ta 03 、Li、Ti 
OJ 、Liz  lr 07、L1□MOo+、Li
2WO4より選ばれる少なくとも一種の酸化物粉末と、
AI 、 3a 。
Bi 、Ca XPb 、Cu 、Fe 、Mn 、3
r 。
Z1]、の元素からなる金属酸化物より選ばれる少なく
とも一種の酸化物粉末に、バナジン酸化合物粉末を添加
した組成物の仮焼成微粉末と、スピネル型複合酸化物(
Me M2O千)およびペロブスカイト型複合酸化物(
fVIeMO3)において、MeがNi XMn、Co
、 Fe、よりなる少なくとも一種の酸化物粉末と3価
の金属酸化物から選ばれる少なくとも一種の粉末とを添
加物として○右りる組成物の焼結体からなることを特徴
とするものである。 上記組成物にお(t”’C1L’
 Nll 03 、LI Ta OJN L!zZ ”
 03  、l−i 2− T ! 03 、L ! 
L M OQ +、LlえWO+J:り選ばれる少なく
とも一種の化合物粉末は、感湿膜中のし1イオン源どし
て添加されでいる。モの場合、配合比が20モルパーレ
ント以下であると素子の抵抗値の増加が〆暑しく、70
モルパーセント以上ではその添加2効果が飽和する。
金属酸化物には、上記元素の酸化物が適用されるが、上
記1iイオン源と反応しセラミックの融点を下げるMn
 O,Sr O,Pb Oが焼結性の点から好ましい。
PbO粉末の場合では、配合比が20モルパーセント以
下であると、感湿抵抗体層の絶縁基板に対する接着強度
が低下し、70モルパーセント以上であると上記イオン
源としての化合物粉末としての添加目的が阻害される。
さらにバナジン酸化物は、焼結促進剤および表面の支足
化の目的で添加されたものであり、V−Or 、V 、
LOJ、V O2,V r?’、VCl[OVO+、M
n V20h等を使用することができ、その場合、上記
した二種の酸化物粉末の添加目的を阻害しない有効な石
として1〜20モルパーセントの範囲で適当に選択する
ことが望ましい。
次に添加づるスピネル型複合酸化物(MeM。
0、>及びペロブスカイト型複合酸化物(MeMOj)
において、MeがNi、Mn、co。
FeJ:りなる酸化物粉末は感湿特性の抵抗値の制御の
ために使用されるものであり、これらの酸化物中に、L
1イオンが固溶されると、セラミック半導体を形成し電
子伝導成分を増加させ、その配合比(20〜80モルパ
ーセント)によって、所望の抵抗値の感湿膜を得ること
ができる。
さらに3価の金属酸化物Fe、 OJN CrLOJ、
Alz 03 、Gaz Ot 、Sbz OJ、I 
n 203.1−az o、 、B !、03を添加(
3〜40 ’Eルパーレント)することによって、感湿
膜中に、高抵抗の粒子を介在させ、感湿特性の曲線11
d3よび安定性を改善する。
次に、感湿抵抗体層を形成するには、上記の混合粉末に
、ビークルたとえは“エチルセルローズやアクリル樹脂
と、ブヂルカルビトールアレテ−1〜ど、テレピネオー
ル等からなるビークルを加え、L」−ラやボールミル等
で充分に混合することによって適度な粘度を有するペー
スト状とした組成物を焼成′リ−ればよい。
この発明による感湿素子は、広範な相対湿度領域にわた
って高感度で、特に高湿雰囲気での放置に対しC非當に
安定した特性を示し、また、有機カスの吸着による経時
変化が少ないため、クリーニングがほどんと不要となり
、そのため、従来のように傍熱型ヒータ等の余分なりリ
ーニング手段を付設する必要がなく、しかも、この素子
は、厚膜技術によって生産できる。したがって、その量
産化と低価格化に適し、工業的利用画伯の高い利点を有
する。
[実施例の説明] 次に、この発明の感湿素子の具体的な構造を図面に従っ
て説明する。
第1図は、この発明の感湿素子の一例を示づものであり
15図中11はセラミック等からなる絶縁基板、12お
よび13はそれぞれ櫛型の形状を有して対向する一対の
・電極であり、この電極12ど13にお()るそれぞれ
リードアラ1へ部12bと13bを除き主要部12aと
13aにまたがって既述した焼結体よりなる感湿抵抗体
層14が被覆されている。15および16は、電極13
と電極13とを各々の外部リード17および18に接続
するための電極である。第2図は、第1図の2−2′の
Ili面を示づ゛。
このような感湿素子は、たとえば次の方法によって製造
される。まず、あらかじめ電4115および16が設け
られた絶縁基板11を用い、この表面に櫛形の電極12
および13をスクリーン印刷によって形成し、焼成炉中
で850〜950’C程度にて電極焼成する。ついで、
既述したペース1〜状の組成物を用いて、電極12と1
3の主要部12aと13bとを完全に覆うように均一な
厚みでスクリーン印刷を行って被膜層を形成し、続いC
絶縁基板11と感湿抵抗体層14との密着性を増すため
に焼成炉中でたとえば900〜120C)℃の適当な温
度で焼成する。この焼成炉の冷却過程で、感湿抵抗体層
14は硬化するとともに絶縁基板11に対する密着性が
良好でしかも適度な細孔分布を有する被膜となる。この
冷却後、外部リード17および18を取付(、−J、続
い−C特性の安定化のために高温高湿下で負荷エージン
グを行なう。
なお、上述した第1図および第2図の構成においては、
一対の電極12および13を被覆する状態で感湿抵抗体
層14を形成した構成について説明しているが、この発
明の感湿素子は、両者の形成;1n序を逆にして感)♀
抵抗体層状に一対の電極を形成したものや、感湿抵抗体
層を電極でザンドイッチ状にした対向電極をも包含する
明する。
下記の表−1に示す配合比でLlを複合酸化物Li N
b O,、?、Li Ta10.の微粉末の一種と、金
属酸化物p、b oの微粉末に添加物として、バナジン
酸化合物V L 01を加え、乳鉢にて混合粉砕した後
、950〜12oo℃空気中の湿度において3〜5時間
仮焼成した。
上記仮焼成物を微粉砕し、スピネル型複合酸化物として
Ni Cr20+、Fe Cr、0+、(、o Cr 
z 04 、Mn Cr z O+より3對よれる少な
くとも一種の酸化物粉末と、3価の金属酸化物Fe2O
3、cr2o2、B120.、?、△1□OJ  より
選ばれる少なくとも一種の酸化物粉末をボールミル中で
混合しニブルセルL1−スどブチシカルビ1−−ルアセ
テ−1−とテレピネオールとからなるビニクル整加え、
めのう製乳鉢にて均一な粘度のペースト状組成物とした
。次に、この組成物を第1図および第2図で示?i構成
においで、電1i1i 12 A’;よひ13がRLI
O電極、電極15J>よび1GがA(]−Pd電極であ
るアルミナ製絶縁基板十に膜厚が50〜100 umと
後、950 ’Cて焼結させ、冷却後に60 ’C19
0%RHにて通電化のエージングを行ない、常法に準じ
て感湿素子とした。
上記実施例に−(’+f、%られた感湿素子について、
電極間の電気抵抗を25℃において測定雰囲気の相対湿
度を変化させて測定した値を下表−2に示す。
第3図に、表2に示された試料3についてのシ1 相対1度と抵抗値との関係を線図どして表した。
実線は初!IIJ狛性、破線は雰囲気試験後の特性を示
す、、なお、第3図には、比較のために、従来の金属酸
化物系の感湿素子の特性をも一点鎖線−C並記した。
第3図から明らかなように、上記実施例の素子は、広範
な相9=j湿1隻領域にわたって、従来のものに比べ、
抵抗値が小さく、かつ直線性(安定性)!すぐれ、特に
、高湿雰囲気Cの放置に対して非常に安定した特性を示
J0 また、上述したどころから明らかなJ、うに、この素子
は厚膜技術によって容易(こ生産されるものである。
1、yi ″”F  乍 I:1) ハ  しtA/しo3/f’&o/VLO!:=  6
0/3ど/1B  :  LQMbOJビトo/v、o
r=+′l/+*/ zc  LATa(L/I’bO
/v−Or=417’+−?/午未 −1 寿  =  λ
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の感湿素子の一例を示す平面図、第
2図は第1図の2−2′断面図、第3図は相対湿度と電
気抵抗値の関係を示す特性図である。 萌 11・・・絶′縁基板、12.13・・・対〆する一対
の電極、14・・・感湿抵抗体層。 特許出願人  立石電機株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. セラミックなどの絶縁基板上に、一対の電極と、これら
    両電極間にわたる感湿抵抗体層が形成された感湿素子に
    おいて、感湿抵抗体層がLlを含む複合酸化物1 i 
    l 11103、し1丁aOJl i 、 −r i/
    IO,、Li□ Zr10.、Ll 2Mo o今、1
    i2WO+より選ばれる少なくとも一種の酸化物粉末と
    、AI 、13a 、3i 、 Ca 、pb、Cu 
    、 Fe 、 Mn 、、3r 、 Zl)の元素から
    なる金属酸化物より選ばれる少なくと−b一種の酸化物
    粉末に、バナジン酸化合物粉末を添加した。f−1成物
    の仮焼成機番5)末と、スピネル型複合酸化物(Me 
    M2O4)およびヘロブスカイ1へ型複合酸化物(Me
    MO3)において、M eがN1、Mll、co、トe
    、よりなる少なくとも一種の酸化物粉末と、3価の金属
    酸化物からjバばれる(!・なくとも一種の粉末とを添
    加物として含有する組成物の焼結体からなることを特徴
    とする感湿素子。
JP58061278A 1983-04-06 1983-04-06 感湿素子 Granted JPS59186305A (ja)

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