JPS6057204B2 - 感湿素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は感湿素子、更に詳しくは、感湿特性の時間的劣
化が小さく信頼性に富む感湿素子に関する。

空気中の水蒸気の量、すなわち湿度を測定する装置とし
ては種々のものが知られており、乾湿球湿度計、露点湿
度計はその代表的なものである。

、、ッ、Ｎ７／−＾ｌｏｒＪＴｐセフれ″↓＋品作性に
難点がある。例えば、乾湿球湿度計においては、湿球部
分への水の補給操作が必要でありまた水質によつては湿
度の読み値に若干の影響がでる。また、露点湿度計にお
いては、鏡面研磨された金属板の有無を適確にとらえる
ためには高度の熟練あるいは装置が必要となる。このた
め、これら乾湿球湿度計あるいは露点湿度計の用途は、
いずれも殆んどが単なる湿度測定に限られ、これらを例
えば自動装置の信号発信用に組み込んだ事例は極くまれ
てある。一方、マイクロ波やレーザー光線を用い、その
水蒸気による吸収あるいは散乱等の現象から湿度を測定
する装置も提案されているが、該装置はいずれも大がか
りなものであり、かつ高価なため広・く適用されるまで
には到つていない。

近年、固体の表面（あるいは内部）への水蒸気吸着現象
を利用した感湿素子が提案されている。

この感湿素子は、湿度の相違に基づく該素子への水蒸気
の吸着量の変化を、該素子の電気抵抗の変フ化で読むも
のであり、極めて簡単な構造で取り扱いが容易であると
ともに、湿度（変化）を電気信号として取り出せるため
広い応用分野が期待されている。一般に、惑湿素子は金
属酸化物の粉末を焼結して成る多孔質の板状焼結体の対
向するあるいは同一の面に１対の電極を添着し、該電極
から一対のリードを引き出すことによつて構成されてい
る。

該リードの間にはインピーダンス測定回路が配設され、
該素子の表面あるいは内部空孔内に吸着される水蒸気の
変化に基づく該素子の電気抵抗の変化が読みとられる。
しかしながら、この場合、感湿素子の表面あるいは内部
空孔内がオイルミスト、粉塵あるいは微少量の雑ガスな
どを水蒸気とともに吸着すると、該該惑湿素子がその感
湿抵抗領域を変動せしめたり、更には惑湿特性（湿度に
対する電気抵抗値としての応答性）それ自体を示さなく
なることがある。

従つて、これら不純物を水蒸気から分離・除去すること
が必要となる。このうち、オイルミスト、粉塵などは、
例えば微細フィルターを感湿素子に装着することによつ
てある程度分離・除去することができるが、雑ガスを水
蒸気と分離・除去することは極めて困難である。

このため、一般には、感湿素子の周囲に加熱ヒ，−ター
を配設し、該感湿素子を作動させるに先だつて該惑湿素
子を充分に加熱して吸着されているオイルミスト、粉塵
などを焼却飛散せしめ、また雑ガスを脱離せしめて従前
の惑湿特性を有する感湿素子として再生する方法（加熱
クリーニング法）が行なわれている。

しかしながら、該加熱クリーニング法は、１感湿素子を
４００゜Ｃ以上に加熱しないと上記のような効果を得る
ことができず、そのため加熱に必要な電力が大きくなり
、通常の電子制御回路に適用すＪることは好ましくない
、２また、該感湿素子の周辺の部材は不燃性のものに限
定される、３更には、加熱クリーニング後の惑湿素子の
正常な作動は通常３吟〜１時間てあり、かつ加熱時およ
び冷却時は、該素子を作動することができないので、湿
度の連続測定あるいは自動制御装置に適用することは困
難てある、などの欠点を有し、汎用性に乏しい。

本発明は、このような欠点を解消し、感湿特性にすぐれ
湿度の連続測定が可能て信頼性に富む感湿素子の提供を
目的とする。

すなわち、本発明の感湿素子は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）
：６０〜９９モル％と酸化クロム（■）（Ｃｒ２Ｏ３）
、酸化鉄０Ｄ（Ｆｅ２Ｏ３）から選ばれる少くとも１種
の金属酸化物：１〜４０モル％から成る多孔質焼結素体
に、リン、イオウから選ばれる少くとも１種の単体もし
くは酸化物のいずれかまたは両方を、担持せしめて成る
ことを特徴とする。

ノ 本発明にかかる多孔質焼結素体は、酸化亜鉛と酸化
クロム（■）、酸化鉄（■）から選ばれる少くとも１種
の金属酸化物の焼結体である。該焼結素体において、酸
化亜鉛が６０モル％未満の場合には、その電気抵抗値が
極めて高くなり（約５０００ＫΩ）、その測定が困難と
なる。また、９９モル％を超えると該焼結素体から得ら
れた感湿素子の惑湿抵抗変化が極めて小さくなり、湿度
に対する電気抵抗の変化としての感湿特性を求めること
が困難となる。この焼結素体は、通常、次のような方法
によつて得ることがてきる。

すなわち、酸化亜鉛の粉末と酸化クロム（■）、酸化鉄
（■）から選はれる少くとも１種の金属酸化物の粉末を
、所定の組成比（モル％）となるように秤量して配合し
、これを例えば、エチルアルコール、エチレングリコー
ルのような少量の非水溶媒とともに混式混合する。得ら
れた混合粉末を更に、例えばポリビニルアルコール、ポ
リエチレングリコール、流動パラフィン、のような粘着
剤とともに混練して混練物を調製し、これを風乾後、所
定形状の金型を用いて室温で加圧成形し、例えば板状の
成形体とする。ついで、この成形体を常法により焼結し
て焼結素体とする。このとき、該焼結素体は適正な多孔
構造を備えることが必要であり、本発明においては通常
、その３７Ａ以上の空孔の累積容積が該焼結素体の重量
（ｇ）に対し０．１〜０．０２ｃｃ／ダの多孔構造にあ
ることが好ましい。

このような多孔構造を備える本発明の焼結素体は、上記
の製造過程において、通常、主要には原料粉末の粒径：
０．１〜２．０μ：混練物の成形時の成形圧力ニ５００
〜２０００ｋｇ／Ｃｆｔ：成形体の焼結温度：１１００
〜１３０００Ｃ１焼結時間：０．５〜２時間の条件を設
定することにより得ることができる。このようにして得
られた焼結素体の対向する面あるいは同一の面には、例
えば金ペースト、白金ペースト、酸化ルテニウムペース
ト、カーボンペーストなどの常用されるペーストを所定
部位に塗布した後焼付けて成る一対の電極を添着し、つ
いでこの素体の表面および内部空孔内にリン、イオウか
ら選はれる少くとも１種の単体もしくは酸化物のいずれ
かまたは両方を担持せしめて本発明の感湿素子が形成さ
れる。

本発明において、焼結素体へのリン、イオウの単体もし
くは酸化物の担持は次のようにして行なわれる。

すなわち、上記のようにして得られた焼結素体にリン、
イオウから選ばれる少くとも１種を含有する溶液を含浸
せしめ、これを所定の温度で加熱・熱分解する方法が好
んで適用される。この方法において、含浸せしめる溶液
としては、次の加熱処理時に、熱分解してリン、イオウ
から選はれる少くとも１種の単体もしくは酸化物を焼結
素体の表面あるいは内部空孔の壁面に残留するような溶
液であり、例えばリンの場合には、亜リン酸トリエチル
、リン酸トリメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリー
ｐ−クレシル、リン酸トリー０−クレシル、等の有機リ
ン酸化合物溶液および、オルトリン酸、亜リン酸、ピロ
リン酸等の無機リン酸溶液があげられまたイオウの場合
には硫化エチル、硫化ビニル、硫化フェニル、硫化ベン
ジル、硫化メチル、硫化トリエチルホスフィン、硫化ジ
エチル等の有機イオウ化合物溶液をあげることができる
。これらの溶液は、単独であるいは必要に応じては相互
に混合せしめた混合溶液として用いることができる。ま
た、この含浸処理時、上記の溶液を焼結素体の中心部に
まで均一に含浸せしめるために、該処理を減圧下あるい
は真空中で行なうことが好ましい。このようにして含浸
処理された焼結素体は、ついで所定の温度で加熱処理さ
れる。

このとき焼結素体に含浸されている溶液は熱分解して、
リン、イオウから選ばれる少くとも１種の単体もしくは
酸化物を該焼結素体の表面もしくは内部空孔の壁面に付
着せしめる。本発明においては、加熱処理温度は、上記
溶液中の成分の熱分解温度以上に設定されるが、その温
度の上限は７００℃、好ましくは５５０℃の温度てある
。

該上限温度を超えて加熱処理すると、得られた感湿素子
の感湿特性の改善効影が殆んど得られない。本発明の感
湿素子において、リン、イオウから選ばれる少くとも１
種の単体もしくは酸化物は、焼結素体に、該素体の重量
に対しリン、イオウに換算して０．１〜２．鍾量％担持
されることが好まし．く、該担持量が０．１重量％未満
の場合には、焼結素体の表面あるいは内部空孔の壁面へ
の付着量が充分ではないため、感湿素子の感湿特性が改
善されず、また２．０重量％を超えると感湿素子全体の
電気抵抗が著増して感湿特性を得るための抵抗測定がは
なはだ困難となる。

以上のよに構成される本発明の感湿素子は、その感湿特
性の改善効果、とりわけ感湿特性の時間的劣化が大幅に
小さくなるので信頼性に富む湿度の連続測定が可能とな
り、自動制御装置の惑湿部材として組み込むことができ
る。

以下に本発明の感湿素子を実施例に基づいて更に詳しく
説明する。

実施例１ （１）焼結素体（酸化亜鉛：９０モル％、酸化クロム（
■）：１０モル％）の調製粒径０．１〜２．０μの酸化
亜鉛の粉末８２．８Ｉ１と同粒径範囲の酸化クロム（■
）の粉末１７．２ｙとをテフロン製ポットを用いて２０
０ｒｆＬ１エチルアルコールとともに約２４時間混合し
た。

混合粉末を室温で風乾後、５％溶液のポリビニルアルコ
ールを８重量％加え、ライカイ機て約２０分間混練し、
得られた混練物を金型シリンダー中に充填し、室温（約
２５℃）て１０００ｋ９／ｄの圧を加えた。ついで、こ
の成形円板を電気炉中（雰囲気：空気）て１２００゜Ｃ
１２時間加熱処理し、かくして得られた円板焼結体を３
００幡ＳｌＣ研磨剤を用いて研磨し直径１０ｗｕｎ厚み
１Ｔｒｒｍの焼結素体の円板を得た。この焼結円板につ
き、水銀ポロメーターを用いて３７Ａ以上の駈孔の累積
容積を常法により測定したところ０．０７７ｃｃ／ｙの
値であつた。またこの焼結円板の組成量比を分析したと
ころ酸化亜鉛９０モル％、酸化クロム（■）１０モル％
であることが確認された。次に、この焼結円板の両面に
金ペーストを塗布し、７５０℃で焼付けて直径８．０悶
の金電極を添着・形成した。

（２）焼結円板へのリンの担持 リンを１踵量％含有する亜リン酸トリエチル溶液を用意
した。

これに、上記の焼結円板を浸漬し、全体を１０−３Ｔ０
ｒｒて２０分間保持して含浸処理を行なつた。その後、
該焼結円板を取り出し、１００′Ｃでｌ時間乾燥した。
ついで、これを、電気炉（雰囲気：空気）にいれて、５
５０℃、３吟間加熱処理して惑湿素子を得た。該感湿素
子につき常法に基づいて元素分析したところ、該焼結円
板の重量に対し０．踵量％のリンが担持されていること
が確認された。

（３）感湿特性の測定。感湿素子の対向する金電極に銅
線をそれぞれリード線として付設し、これをインピーダ
ンス測定回路に接続した後感湿素子を恒温・恒湿槽にい
れて、２５゜Ｃにおける相対湿度（％）とインピーダン
ス測定回路にあられれた電気抵抗値（ＫΩ）との関係（
初期惑湿特性）を求めた。

その結果を第１図に示した。更に、それぞれの相対湿度
に該惑湿素子を１０Ｃ＠間放置した後の感湿特性を求め
、その結果を第２図に示した。なお、比較のため、従来
の感湿素子（組成：酸化亜鉛９０モル％、酸化クロム（
■）１０モル％）についても、同様の初期感湿特性およ
び１００〔間放置後の感湿特性を求め、その結果を第３
図、第４図として示した。結果から明らかなように、本
発明の感湿素子は、従来のものに比較してその電気抵抗
値は多少大きいが、その感湿特性の時間的劣化は殆んど
みられず、湿度の連続測定に対し、極めて高い信頼性を
備えていることが判明した。

実施例２ 実施例１と同様にして酸化亜鉛９０モル％、酸化クロム
（■）１０モル％の焼結円板を調製した。

含浸溶液としてイオウの濃度が３５重量％である硫化エ
チルを用いた以外は、実施例１と全く同様にしてイオウ
担持の惑湿素子を調製した。該惑湿素子中にはイオウが
０．踵量％担持されていた。これを実施例１と同様に初
期感湿特性および１００（ロ）間放置後の感湿特性を求
めた。その結果、２５℃における相対湿度３０％、９０
％の時の電気抵抗値はそれぞれ２８００ＫΩ，８５ＫΩ
で１００叫間放置後にはそれぞれ２９００ＫΩ，１００
ＫΩであり、その時間的劣化は小さかつた。実施例３〜
７ 第１表に示した仕様に基づいて実施例１，２と同形状の
各種の感湿素子を調製した。

なお、第１表には、焼結素体の組成において、酸化亜鉛
の組成比が６０〜９９モル％をはずれるように各成分を
配合したもの（比較例１，２）および、含浸溶液の加熱
処理温度を７００℃としたもの（比較例３，４）を比較
例として併記した。

また、用いた原料粉末の粒径は、実施例、比較例いずれ
においても０．１〜２．０μの範囲であつた。得られた
感湿素子に関し、その成分組成比（モル％）、焼結素体
の重量に対するリン、イオウとしての担持量（重量％）
をそれぞれ測定し、その結果を第１表の番号に対応させ
て第２表に示した。これらの感湿素子について、実施例
１と同様に初期感湿特性および１００叫間放置後の感湿
特性を求め、２５゜Ｃにおける相対湿度３０％および９
０％におけるそれぞれの電気抵抗値を第２表に併記した
。

以上の結果から明らかなように、本発明の惑湿素子は、
その感湿特曲における時間的劣化が極めて小さいことが
判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ本発明の実施例３によ
つて得られた惑湿素子の初期感湿特性および１００（ロ
）間放置後の感湿特性を表わし、第３図ｊおよび第４図
は従来の感湿素子の初期惑湿特性および１０（１）時間
放置後の感湿特性を表わす。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 酸化亜鉛：６０〜９９モル％と酸化クロム（III）
   、酸化鉄（III）から選ばれる少くとも１種の金属酸化
   物：１〜４０モル％から成る多孔質焼結素体に、リン、
   イオウから選ばれる少くとも１種の単体もしくは酸化物
   のいずれかまたは両方を、担持せしめて成る感湿素子。 ２ リン、イオウから選ばれる少くとも１種の単体もし
   くは酸化物のいずれかまたは両方の担持量が、該焼結素
   体の重量に対し、リン、イオウに換算して０．１〜２．
   ０重量％である特許請求の範囲第１項記載の感湿素子。