JPS61180401A - Moisture-sensitive element - Google Patents

Moisture-sensitive element

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JPS61180401A
JPS61180401A JP60020500A JP2050085A JPS61180401A JP S61180401 A JPS61180401 A JP S61180401A JP 60020500 A JP60020500 A JP 60020500A JP 2050085 A JP2050085 A JP 2050085A JP S61180401 A JPS61180401 A JP S61180401A
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JP
Japan
Prior art keywords
humidity
moisture
oxide
sensitive element
weight
Prior art date
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Pending
Application number
JP60020500A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
須斉 嵩
楽間 毅
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Sanyo Electric Co Ltd
Sanyo Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、湿度を電気抵抗の変化として検知する酸化
物半導体からなる感湿素子に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION <Industrial Application Field> The present invention relates to a humidity sensing element made of an oxide semiconductor that detects humidity as a change in electrical resistance.

かような感湿素子は、例えば空調用機器や加湿器等の湿
度を管理する手段として利用することができるものであ
る。
Such a humidity sensing element can be used, for example, as a means for controlling humidity in air conditioning equipment, humidifiers, and the like.

〈従来の技術〉 従来、感湿素子として吸湿、性を有する各種金属酸化物
(Sn02 、、A I203 、Cr2o3等)の微
粉末を焼成させたも°゛のが公知であり、この焼成体に
一対の対向電極を取付け、電極間の電気抵抗の変化を測
定することによって湿度変化を検知することができる。
<Prior art> Conventionally, it has been known that fine powders of various metal oxides (Sn02, AI203, Cr2o3, etc.) having hygroscopic properties are fired as humidity sensing elements, and this fired body is Changes in humidity can be detected by attaching a pair of opposing electrodes and measuring changes in electrical resistance between the electrodes.

また、金属酸化物の1つである二酸化チタン(Ti02
)も感湿素子材料としての利用が考えられている。
In addition, titanium dioxide (Ti02
) is also being considered for use as a moisture-sensitive element material.

、  しかしながら、TiO2も含めた上記の金属酸化
物微粉末の焼成体を利用した感湿素子は、一般に固有抵
抗が高く、湿度変化に伴う電気抵抗の変化があっても、
精度よく測定することが困難であり、応答性や再現性が
不十分であった。
However, moisture-sensitive elements using fired bodies of the above-mentioned metal oxide fine powders, including TiO2, generally have a high specific resistance, and even if there is a change in electrical resistance due to a change in humidity,
It was difficult to measure accurately, and responsiveness and reproducibility were insufficient.

そこで固有抵抗を低下させるために、アルカリ金属酸化
物(L!02.に20等)やアルカリ金属塩(L i 
C1等)を添加する試みもなされている。
Therefore, in order to lower the resistivity, alkali metal oxides (L!02.20, etc.) and alkali metal salts (L i
Attempts have also been made to add C1, etc.).

また、酸化コバルト(Coo)または酸化ニッケル(N
ip)と、炭酸リチウム( Li  C1>と酸化バナジウム(V2O3)を組成分
として焼結してなる疑スピネル構造をもつ酸化物(L 
+MeVO4、ここでMeはGoまたはNi>を主体と
する固有抵抗の低い感湿素子も知られている(特公昭5
7−40641号)。
Also, cobalt oxide (Coo) or nickel oxide (N
ip), an oxide with a pseudo-spinel structure (L
+MeVO4, where Me is Go or Ni> is also known as a low-resistivity moisture-sensing element (Japanese Patent Publication No. 5
7-40641).

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記の従来技術のうち、金属酸化物にアルカリ金属酸化
物やアルカリ金属塩を添加して固有抵抗を低減させる試
みは、得られた感湿素子の固有抵抗は低くなるものの、
湿度−電気抵抗値のりニアリテイが湿度サイクルによっ
てずれてくる傾向が認められ、耐久性も不十分であると
いった欠点があった。
<Problems to be Solved by the Invention> Among the above-mentioned conventional techniques, attempts to reduce the specific resistance by adding an alkali metal oxide or alkali metal salt to a metal oxide have Although it is lower,
It was observed that the humidity-electrical resistance value linearity tended to shift depending on the humidity cycle, and the durability was insufficient.

そこでこの発明幀低い固有抵抗を備え、感湿特性や湿度
変化に対する応答性に優れ、しかも充分な耐久性を有す
る感湿素子を提供することを目的としてなされたもので
おる。
SUMMARY OF THE INVENTION The object of the present invention is therefore to provide a moisture sensing element that has low specific resistance, excellent moisture sensitivity characteristics and responsiveness to changes in humidity, and sufficient durability.

〈問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、電気抵抗が10−1〜101Ω・cm 
(10kMcI2圧粉体〉といった低抵抗の半導体特性
を有する酸化チタン” ’ n o2n−1(1≦n<
1.5)に着目し、この酸化チタンに酸化鉛(PbO)
系フリッ1〜の有効量を配合した粉末混合物を焼成して
得られる感湿素子が、上記の目的に適した感湿素子とな
ることを見出し、この発明を完成させたものである。
<Means for solving the problem> The present inventors have discovered that the electrical resistance is 10-1 to 101 Ω・cm.
Titanium oxide with low resistance semiconductor properties such as (10kMcI2 green compact)
Focusing on 1.5), we added lead oxide (PbO) to this titanium oxide.
The present invention was completed based on the discovery that a moisture-sensitive element obtained by firing a powder mixture containing an effective amount of System Frit 1 is a moisture-sensitive element suitable for the above-mentioned purpose.

一般にTiOの分子式で表わされる一酸化チタンは、酸
化されやすい不安定な物質であり、通常は存在しにくい
ものでおるが、この発明で使用する” ’ n o2n
−1は、分子中の酸素/チタンの原子数比が1に近いに
も拘らず、−酸化チタンのように酸化されやすくなく、
安定な物質である。
Titanium monoxide, which is generally represented by the molecular formula of TiO, is an unstable substance that is easily oxidized and is usually difficult to exist, but it is used in this invention.
-1 is not easily oxidized like -titanium oxide, even though the atomic ratio of oxygen/titanium in the molecule is close to 1.
It is a stable substance.

このT1□02n−1は、白色の二酸化チタン(TiO
2)を窒素を含む還元雰囲気で約750〜850’Cの
範囲の温度で還元することによって1qられる黒色物質
である。還元雰囲気に窒素を含ませるのは、生成物の酸
化チタンを安定化させるためでおる。生成物は、黒色を
有する点および分子式中のnが1≦n<1.5の範囲を
有する点で、一般に1.9<n≦2.0の範囲を有する
とされている白色のTiO2と区別することができる。
This T1□02n-1 is white titanium dioxide (TiO
2) in a reducing atmosphere containing nitrogen at a temperature in the range of about 750-850'C. The reason why nitrogen is included in the reducing atmosphere is to stabilize the titanium oxide product. The product has a black color and n in the molecular formula has a range of 1≦n<1.5, and is different from white TiO2, which is generally said to have a range of 1.9<n≦2.0. can be distinguished.

かようなTi0(1≦n<1.5>n  2n−1 は、例えば[チタンブラック20MJ  (三菱金属工
業■製商品名)のごとき市販品としても入手できる。
Such Ti0 (1≦n<1.5>n 2n-1 ) is also available as a commercial product such as Titanium Black 20MJ (trade name, manufactured by Mitsubishi Metal Industries, Ltd.).

この発明においては、上記分子式を有する酸化チタンの
70重量%以上に、酸化鉛(PbO)系フリットの30
重量%以下の有効量を混合した粉末混合物を焼成して感
湿素子を得ることができる。PbO系フリットを配合す
ることによって、低温度での焼結が可能になり、ざらに
はスクリーン印刷法を用いて焼成体とすることもできる
。加えて、得られた焼成体は、充分な密着強さや接着強
さを備え、湿度−電気抵抗値のリニアリティに優れた耐
久性のある感湿素子となる PbO系フリットの配合量は添加効果が発現する有効量
とすればよいが、一般的には混合物重量の約1〜30重
量%の範囲で添加する。
In this invention, 30% by weight of lead oxide (PbO)-based frit is added to 70% by weight or more of titanium oxide having the above molecular formula.
A moisture-sensitive element can be obtained by firing a powder mixture containing an effective amount of less than % by weight. By blending PbO-based frit, sintering at a low temperature becomes possible, and a fired body can also be produced using a screen printing method. In addition, the amount of PbO-based frit added is determined by the addition effect so that the obtained fired body has sufficient adhesion strength and adhesion strength, and becomes a durable moisture-sensitive element with excellent humidity-electrical resistance linearity. It may be added in an effective amount to achieve the desired effect, but it is generally added in an amount of about 1 to 30% by weight based on the weight of the mixture.

30重量%より多くpbo系フリットを配合すると、感
湿特性が悪くなると同時に電気抵抗が大きくなるため好
ましくない。また1重量%以下ではPbO系フリットの
配合効果が十分に発現せず、基板への密着力が小さくな
り耐久性に問題がある。
If more than 30% by weight of PBO frit is added, the moisture sensitivity characteristics will deteriorate and at the same time the electrical resistance will increase, which is not preferable. Moreover, if it is less than 1% by weight, the effect of blending the PbO-based frit will not be sufficiently expressed, and the adhesion to the substrate will be reduced, causing a problem in durability.

この発明で使用するPbO系フリットとしては、Pbo
(7)他k[(lJ’7素(B203)、1化亜鉛(Z
nO)、Z酸化ケイ素(Sin2)。
The PbO frit used in this invention includes Pbo
(7) Other k [(lJ'7 elements (B203), zinc monoxide (Z
nO), Z silicon oxide (Sin2).

酸化カルシウム(Cab)等の金属酸化物や、酸化リチ
ウム(Li20>、m化す1〜リウム(Nap)、酸化
カリウム(K20>等のアルカリ金属酸化物を含有させ
・でもよい。
It may contain metal oxides such as calcium oxide (Cab), and alkali metal oxides such as lithium oxide (Li20>, lithium oxide (Nap), and potassium oxide (K20>).

この発明の感湿素子を製造するに際しては、上記分子式
を有する酸化チタンとPbO系フリットとの所定配合量
の粉末混合物を、常法によりプレス成形をおこなったの
ち焼結するが、おるいは前記粉末混合物をペースト状と
なし、スクリーン印刷法を用いて電極上に印刷したのち
焼成する方法を採用することができる。
In manufacturing the moisture-sensitive element of the present invention, a powder mixture of titanium oxide having the above molecular formula and PbO-based frit in a predetermined amount is press-molded by a conventional method and then sintered. A method can be adopted in which the powder mixture is made into a paste, printed on the electrode using a screen printing method, and then fired.

〈実施例〉 実施例1゜ T ’ n02n−1(1≦n<1.5)として「チタ
ン ブラック20MJ  (三菱金属工業■製商品名)
を用い、PbO系フリッ1〜としてPb0(75@量%
)−B203(9重■%)−ZnO(12重量%)系フ
リットを用いて、第1表に示したごとき配合の4種類の
原料粉末混合物試料を調製した。
<Example> Example 1゜Titanium Black 20MJ (product name manufactured by Mitsubishi Metal Industries ■) as T' n02n-1 (1≦n<1.5)
Pb0 (75@amount%) was used as PbO-based frit 1~
)-B203 (9% by weight)-ZnO (12% by weight) based frit was used to prepare four types of raw powder mixture samples having the formulations shown in Table 1.

第1表 Δ     95     5 B      90     10 C8515 D      80     20 上記各粉末混合物試料を、プチルカルビ1〜−ル100
’aQ、ニトロセルロース3.5gおよびα−テレビネ
ール25mNの混合溶液に添加してペースト状とし、予
め製作しておいた第1図のごとき基板上に320メツシ
ユのスクリーン印刷版を用いてペーストを印刷した。第
1図の基板は、95%アルミナ(A12o3)1上に酸
化ルテニウム(RuO2)電@2および銀−パラジウム
(Aq−Pd)電極3a、3bを形成し、さらにAg−
Pd電極3a、3bにリード線4a。
Table 1 Δ 95 5 B 90 10 C8515 D 80 20 Each of the above powder mixture samples was mixed with Butylcarbyl 1 to 100
'aQ, 3.5 g of nitrocellulose and 25 mN of α-television to form a paste, and the paste was applied onto a prefabricated substrate as shown in Figure 1 using a 320 mesh screen printing plate. Printed. The substrate shown in Fig. 1 has ruthenium oxide (RuO2) electrodes 2 and silver-palladium (Aq-Pd) electrodes 3a and 3b formed on 95% alumina (A12o3) 1, and further has Ag-
A lead wire 4a is connected to the Pd electrodes 3a and 3b.

4bをハンダ付けして製作したものであり、図中5はベ
ース1〜印刷部を示す。
4b is soldered together, and 5 in the figure indicates the base 1 to the printing section.

印刷後、この基板を150’Cで15分間乾燥したのち
、450’Cで30分間焼成し、この発明の感湿素子を
1qた。得られた焼成体感湿素子について相対湿度と抵
抗値の関係を調べた結果を第2図のグラフに示す。
After printing, this substrate was dried at 150'C for 15 minutes and then baked at 450'C for 30 minutes to obtain 1 q of moisture-sensitive elements of the present invention. The graph of FIG. 2 shows the results of examining the relationship between relative humidity and resistance value of the obtained fired body humidity sensing element.

この結果、湿度−抵抗値の関係は各試料とも湿度サイク
ルによるずれもなく、リニアリティが良好で安定した特
性が認められた。
As a result, the relationship between humidity and resistance value of each sample showed no deviation due to humidity cycles, and stable characteristics with good linearity were observed.

またこれら焼成体感湿素子について、40’C1相対湿
度90%以上で1ooo時間放置したところ、いずれの
試料とも経時変化は認められなかった。
Further, when these fired humidity sensing elements were left for 100 hours at a 40'C1 relative humidity of 90% or higher, no change over time was observed in any of the samples.

実施例2゜ 第1表に示した4種類の混合物試料にバインダーとして
メチルセルロースを加え、100k(II /cvlの
圧力でプレス成形したのち、成形体を300〜500’
Cの温度で10〜600分間加熱焼結させて、厚さ1.
0mm、直径10mmの第3図に示したごとき円板状焼
成体11を得た。
Example 2 Methyl cellulose was added as a binder to the four types of mixture samples shown in Table 1, and after press molding at a pressure of 100k (II/cvl), the molded product was
It is heated and sintered at a temperature of C for 10 to 600 minutes to a thickness of 1.
A disk-shaped fired body 11 as shown in FIG. 3 with a diameter of 0 mm and a diameter of 10 mm was obtained.

この焼成体11の主面に銀ペース1〜を焼付けて一対の
電極12a、 12bを形成し、さらにこれら電極にリ
ード線14a、 14bをハンダ付けしてこの発明の焼
成体感湿素子を作製した。
A pair of electrodes 12a and 12b were formed by baking silver paste 1 to the main surface of this fired body 11, and lead wires 14a and 14b were soldered to these electrodes to produce a fired body moisture sensing element of the present invention.

得られた感湿素子は、実施例1の感湿素子と同様に、湿
度サイクルにる湿度−抵抗値のりニアリテイのずれもな
く安定した特性を示すとともに、40’C1相対湿度9
0%以上で1000時間枚置し装も経時変化は認められ
なかった。
The obtained humidity sensing element, like the humidity sensing element of Example 1, exhibited stable characteristics with no deviation in humidity-resistance linearity during humidity cycles, and had a relative humidity of 40'C1 relative humidity of 9.
No change over time was observed when the device was placed on a sheet for 1000 hours at 0% or more.

〈発明の効果〉 以上説明したように、この発明の感湿素子は、湿度」ノ
イクルによる湿度−抵抗値のリニアリティのずれもなく
常に安定した特性を示す。また、湿度変化に対する抵抗
値の変化も大きくかつ応答性がよいため、精度よく湿度
測定を行なうことができる。ざらに、焼結温度を比較的
低い温度にでき、またスクリーン印刷法で焼成体として
作製することができるため、生産性、経済性の観点から
も有利となる。
<Effects of the Invention> As explained above, the humidity sensing element of the present invention always exhibits stable characteristics without deviation in humidity-resistance linearity due to humidity noise. Further, since the resistance value changes greatly and has good responsiveness to humidity changes, humidity can be measured with high accuracy. Furthermore, since the sintering temperature can be set to a relatively low temperature and the fired body can be produced by screen printing, it is advantageous from the viewpoint of productivity and economy.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の感湿素子の実施例を示す説明図、第
2図はこの発明の焼成体感湿素子に係る相対湿度と抵抗
値の関係の一例を示すグラフ、および第3図はこの発明
の感湿素子の他の実施例を示す説明図である。 1・・・アルミナ基板、2.3a、3b、12a。 12b・・・電極、4a、 4b、 14a、 14t
l・IJ−ト線、5・・・ペースト印刷部、11・・・
焼成体。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an example of the humidity sensing element of the present invention, FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between relative humidity and resistance value of the fired body humidity sensing element of the invention, and FIG. FIG. 7 is an explanatory diagram showing another embodiment of the moisture-sensitive element of the invention. 1... Alumina substrate, 2.3a, 3b, 12a. 12b...electrode, 4a, 4b, 14a, 14t
l/IJ-t line, 5... paste printing section, 11...
fired body.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.分子式Ti_nO_2_n_−_1(1≦n<1.
5)で表わされる酸化チタンの70重量%以上と酸化鉛
系フリットの30重量%以下の有効量とからなる粉末混
合物の焼成体からなることを特徴とする感湿素子。
1. Molecular formula Ti_nO_2_n_-_1 (1≦n<1.
5) A moisture-sensitive element comprising a fired body of a powder mixture comprising 70% by weight or more of titanium oxide represented by the formula 5) and an effective amount of 30% by weight or less of a lead oxide frit.
JP60020500A 1985-02-05 1985-02-05 Moisture-sensitive element Pending JPS61180401A (en)

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