JPS60121702A - 感湿素子 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は感湿素子に関する。

し発明の技術的背景とその問題点〕 大気中の温度を測定、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サ
は低湿度領域での抵抗値がＩＭΩ乃至１０顯以上と極め
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、精度も極めて悪くなるという欠点があ
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りなる湿度セン
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。つまり、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り感湿素体を初期状態に戻して
再現性を確保している。しがしながら、かかる湿度セン
サでは、湿度検出直前に加熱を行々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り、コスト
高の一因となる。

このようなことから、最近、湿度センサとしてＺｎ０８
５〜９９　モに％、ＬｉＺｒＶＯ，ｏ、　５〜１０　モ
ル％　及びＣｒ、ＯＡ＋　Ｆｅ、ＯＢ　０．５〜５　モ
ル係の組成の金属酸化物からなる温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
度セ憂すはヒータ等の再生処理なしで通常の環境条件（
０〜４０　”Ｑ　。

３０〜９Ｑ％ＲＪ（）で長期間に亘って安定的に、しが
も低い抵抗値で使用できるものであり、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、再現性を得られ麦い場合
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＃
１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Ｃｒ、０．２１−７１モ”Ｌ　ＺｎＯ及びＭｇ
Ｏのうち少くとも１種２５〜５５モルチ、へ〇、２．０
〜１０モル％　、Ｖ、Ｏ，ｏ、５−０．８モル％　Ｎａ
、Ｏ及びに、Ｏ（１）うち少くとも１種０．５〜８．０
モル係を必須成分とした焼結体に一対の電極を具備した
感湿素子である。こうした感湿素子は例えば周囲温度２
５℃、相対湿度３０チの場合では約５００Ｋｊｌ、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やすい抵抗値を持ち、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、Ｃｒρ、、Ｚｎ０（又
はＺｎＯとＭｇＯ、ＭｇＯ単独）の結晶性粒子の表面及
び粒界に少量のｃｒ、　ｏ、　、　ＺｎＯ等と、Ｐｔｏ
ｓ＋’ｔｏｅ。

Ｎａ、Ｏ及び４０のうち少くとも１種の成分が存在する
構造になっているためであると推定される。

上記Ｃｒ、Ｏ，の配合割合を限定した理由は、その量を
２１モルチ未溝にすると、感湿特性としての抵抗値が全
般的に高くなり、かといってその量が７１そルチを越え
ると、高温放置での経時変化が太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モルチ夛満にすると
、高温放置での経時変化が大きくなり、かといってその
量が５５モモル係越えると、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ｐ、ａｌｌの配合割合を限定した理由は、その量を
２．０モル係未満にすると、高温放置での経時変化が大
きくなり、かといってその量が１０モモル係越えると、
低湿度側での抵抗値が大きくなるからである。

上記Ｖ、Ｏ，，またＮａ、Ｏ及びに、Ｏのうち少くとも
１種の配合割合を夫々限定した理由はｖｔＯｓ　＋　Ｎ
ａ、Ｏ及びに、Ｏのうち少くとも１種を各々０．５モル
係未満にすると、感湿特性どしての抵抗値が全般的に亘
って高くなり、かといってＶｔ０Ｉ、　Ｎａ、Ｏ及びに
、Ｏのうち少くとも１種の量が各々８．０モル係を超え
ると高温放置での経時変化が大きくなるからである。

し発明の実施例〕 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。

リン酸１アンモニウム、酸化バナジウム、炭酸ナトリウ
ム、炭酸カリウムの微粉末を用いた。これらの出発原料
をＣｒ、Ｏ，、ＺｎＯ，Ｐ２Ｏ，、Ｖ、Ｏ，、Ｎａ、Ｏ
，Ｋ、０のモル比で４４チ、４４チ、４チ、４チ、２チ
、２チ　となるように秤ｉｔを行い、しかる後にボット
ミルで２４時時間式混合した。つづいてこの混合物を１
２０℃で１２時間乾燥した後、８００℃で仮焼した。ひ
きつづき、仮焼物をボットミルで２４時時間式粉砕した
後、１２０℃で１２時間再度乾燥して原料粉末を調製し
た。

次いで、上記原料粉末にポリビニルナルコール（粘結剤
）を２重量％加え、ライカ機で造粒した後、この造粒物
を５００ＫＦ／−の条件で加圧成形して直径ｌＱ　ｗｔ
　、厚さ約２ｎ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、焼結体の両生面を研磨して厚さ１履とした。

ひきつづき、この焼結体（感湿素体）の両生面に酸化ル
テニウムペーストをスタリーン印刷した後、約７００℃
で焼付けを行なって直径７履の電極を形成し、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’Ｃ，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３０チでは５
４０にΩ、同温度下、相対湿度９０チでは８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チ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２〜１３ 前記実施例１と同様な方法により下記第１表に示す組成
の焼結体（感湿素体）を備えた１２種の感湿素子を製造
した。

しかして、本実施例２〜１３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３０チ、９０
チの抵抗値（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滓素子を参照
例１〜１２として併記した。以７−ｆ泊 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１こ対し、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１〜１２　）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１４ まず出発原料として酸化クロム、炭酸マグネシウム、リ
ン酸１アンモニウム、酸化バナジウム。

炭酸ナトリウム、炭酸カリウムの微粉末を用いた。

これら出発原料をＣｒ、Ｏ，＋　ＭｇＯｌ　ｐ、ｏ６１
　ｖ２ｏＢ　Ｉ　Ｎａ、Ｏｌ　ｘ、。

のモル比で４４％、４４％、　４％、　４％、　２％、
　２％　となるよう秤量を行い、しかる後にボットミル
で２４時時間式混合した。つづいてこの混合物を１２０
℃で１２時間乾燥した後に、８００℃で仮焼した。ひき
つづき、仮焼物をボットミルで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整した。

次いで、上記原料粉末を用いて実施例１と同様な方法に
より第１図と同構造の感湿素子を製造した。

しかして、本実施例１４の感湿素子について周囲温度る
２５℃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）を調べたところ、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３０チでは６３
０にΩ、同温度下、相対湿度９０％では１０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１４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１５〜２６ 前記実施例工と同様な方法により下記第２表に示す組成
の焼結体（感湿素体）を備えた１２種の感湿素子を製造
した。

しかして、本実施例１５〜２６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３゜チ、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
１３〜２４として併記した０以壬イ、白 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１３〜２４）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２７〜３１ 前記実施例１と同様な方法により下記第３表に示す組成
の焼結体（感湿素体）を備えた５種の感湿素子を製造し
た。

しかして、本実施例２７〜３１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２５〜２６として併記した。メ１−ｆ：口 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便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２５〜２６）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径間特性
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窓び特性を示す線
図、第３図は同寅施例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■４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Ｊ
４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。 １・・・焼結体（感湿素体） ２・・・電極 代理人　弁理士　則　近　憲　佑　（ほか１名）第　１
　図 第２図　第８図 ヨρＳｔｒ　７９　ｍ　３１）　Ｓｔｒ　７６９１）相
対１度（％）　相対湿層（静 第４図　第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. Ｃｒ、０．２１〜７１　モル％　、ＺｎＯ及びＭｇＯの
   うち少くとも１種２５−５５　モル％ｘ　Ｐｒｏ＠　２
   ．０〜１０　モル％、Ｖ、０゜０．５〜８．０モルチＮ
   ａ、Ｏ及びに、Ｏのうち少くとも１種０．５〜８．０モ
   ルチを必須成分とした焼結体に一対の電極を具備したこ
   とを特徴とする感湿素子。