JPS61269054A - 結露防止センサ− - 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】 発明の分野 本発明は、湿度センサイうちでも結露の検出を行５結露
防止センサーに関するものであり、感湿素子に短絡回路
を組合せることによって明確なスイッチング特性を現示
し５る結露防止セ汁−に関するものである。

発明の背景 近年、雰囲気の湿度管理目的で湿度センサーが多くの分
野で用いられるようになっている。例えば、電子レンジ
の食品調理制御用、衣類乾燥機の乾燥度検出用、ルーム
エアコン室内湿度検出用に更には各種電子部品製造の際
の湿度管理用に湿度センサーが用いられている。また、
最近では、湿度の測定よりむしろ結露の発生を検出する
結露防止センサーが、家庭用ＶＴＲ，自動車におけるリ
アウィンド・デ・フオツガ、冷凍ショーケース、倉庫等
において広く所望されるようになっている。

湿度の測定を目的とした湿度センサーにおいては、低湿
度から高湿度まで抵抗値が一定して変化する素子を用い
るのに対して、結露防止センサーでは、低湿度から結露
検出目標湿度（例えば７０〜８０チ相対湿度）までは一
定水準の抵抗を示しそして目標湿度を越えると抵抗の急
激な減少を示す素子が必要とされる。目標湿度を結露点
より手前に設定することにより、自動制御回路と組合せ
て結露の防止が可能となり、単に結露の発生を検知する
結（伜÷咄ンサーとしてより結露防止センサーとして機
能させることが出来る。

従来技術 結露センサーとして、例えば特開昭５８−１０１４０１
号は、Ｔ１０．を主体としＹ、　Ｏ１或いはＹｔ　Ｏｓ
　＋　Ｌ　ｉｔ　Ｏを少量添加した感湿原料を用いた塗
膜型素子によって相対湿度８０チ及び９０チまでは一定
水準の高い抵抗を示しそして結露状態下において電気抵
抗がスイッチング的に低下する特性（スイッチング特性
）を得ている。

しかし汝から、こうした感湿材料を用いてスイッチング
特性を再現性良く実現することは非常に難しい。こうし
た素子は経時変化を受けやすく、使用中特性が変化しや
すい。

結露防止センサーにおいては、スイッチング特性が顕著
に表示されることが何よりも肝要である。

作動が安定ししかもスイッチング特性が明瞭な結露防止
センサーを追求した結果、一定の高い抵抗を示す機能（
Ｉ）と結露検出目標湿度以上での急激な抵抗減少を示す
機能■とを切離し、感湿材料には（ｎ）の機能のみを分
担させそして（Ｉ）の機能は適宜の抵抗値を有する短絡
回路に分担させることによりスイッチング特性が顕著に
且つ安定して表示されうろことを想到した。第１図は、
その原理を示すグラフである。ここでは、結露検出目標
湿度は８０１ＲＨとし、感湿素子に１０６９の抵抗値の
短絡回路を設けである。ＲＨが０〜８０％の範囲（Ａ）
では、電流は感湿素子側を流れず短絡回路を流れて１０
６Ωの一定の抵抗値を示す。しかし、ＲＨが８０％を越
えると（範囲Ｂ）、電流は感湿材料の方を流れるように
切換り、抵抗値が急落する。

第２図は上記原理の等価回路を示す。■は表層吸着水、
■は感湿材料粉体のバルクそして［相］は外部の並列抵
抗を示している。（Ａ）の範囲では湿度に影響されない
部分、即ち感湿材料粉体のバルク及び外部並列抵抗の電
導が支配的となる。（Ｂ）の範囲において■が第１図の
ような感湿特性を示せば結露防止センサーが完成するの
である。

従って、本発明は、感湿素子に外部短絡回路を並列に設
け、結露検出目標湿度より低い湿度範囲では外部短絡回
路によって一定水準の抵抗値を示しそして前記目標湿度
より高い湿度範囲では感湿素子により急激に減少する抵
抗値を示す結露防止七ン　−を提供する。

従来、感湿材料としては、電解質材料系、有機高分子材
料系、セラミック材料系等多種類のものが提唱されてい
るが、中でもセラミック材料系感湿材料は、その作動温
度範囲が広いこと、使用環境において物理的・化学的に
安定であり、劣化し危いことと云った長所を持つため、
非常に有望視されている。

セラミック材料系感湿材料としては、Ｚｒ０１−Ｍ　ｇ
　Ｏｓ　Ｔ　ｉ　Ｏｔ　−Ｓ　ｎ　Ｏｔ　、Ｓ　１０５
−金属酸化物、Ｔｉｅｓ　　−Ｖｔ　Ｏｓ　　、ＭｇＯ
−Ｃｒ１　ｏ、−Ｔｉｌｔ　　、Ｙｔ　Ｏｓ系、Ｙ鵞Ｏ
ｎ　＋Ｚ　ｒ　Ｏｓ系、Ｚｒ０ｇ系その他多数の提唱が
ある。これらのうちでも、 （１）　　ｙ、　ｏ、、 （２）　　　　Ｙ鵞　Ｏｓ＋ＺｒＯ＊　　　（０，０１
〜　９　９．　　ＯＯ’４　　）（３）　　Ｙｔ　Ｏｓ
　＋（Ｃａｂ、　ＭｇＯ１ＢａＯ１Ｔｉｅ、、Ｔａｇ　
Ｏｓ　、Ｎｂ＊　Ｏｓ及びｖｔ　０１　）の少くとも　
　　一種（０，０１〜９９．０Ｏチ） （４）　　Ｚｒ０ｔ　＋　（ＣａＯ１Ｍｇ０１Ｂ　ａ　
Ｏ％Ｔ　ｉ　Ｏｘ、Ｔａ、　ｏｓ　、Ｎｂ＊　ＯＨ及び
ｖｔ　０４　）の少くとも一種（０，０１〜９９．００
　％　） 等のＹ、０．系、Ｙｔ　ＯＨ＋　Ｚ　ｒ０１系及びＺｒ
０１系　　　″セラミックが良好な性能を示す。とりわ
け、Ｙｔ　０１　＋Ｚ　ｒ　ＯＨセラミックは安定した
好特性を示す。

感湿素子の形態としては、 （１）前述したセラミックを高圧でプレスして焼結して
バルク状の焼結体を作成し、その対向する面に一対の電
極を設けて成るバルク形、及び（２）　　セラミック基
板の少くとも一面に電極層を形成しそしてその電極層上
に前述したセラミックをバインダーと混合した混合物を
塗布し、乾燥後焼結して感湿層を形成して成る塗膜形の
２種類が一般的である。

特に、後者の塗膜形のものは、好ましくは電極層及び感
湿層をスクリーン印刷により形成することによって、き
わめて精確にして安定な感湿素子を生成する。とりわけ
、電極模様として、一対のくし形電極なくし歯を互い違
いに噛合せることによって好適な感湿性能が得られる。

バルク形は次のよう表手順で作製される：感湿材料をポ
リビニールアルコールの水溶液で練り上げ、練ったもの
を金１１に入れて所定圧（例えばｉ　ｏ　ｏ　ｋｇ／ｃ
ｒｎ”　〜７００　ｋｇ／ｃｗｔ”　）をかけ常温で３
〜５分間加圧し、一定形状のものを作成し、その後、一
定の温度（例えば９５０〜１３００℃）１　　　で数時
間加熱する。

成形されたものを、ダイヤモンドカッターを用いて、所
定厚（約１００〜５００μｍ）にスライスし、一定の角
片を得る。この多孔質焼結体の表と裏の面に、ルテニウ
ム等の厚膜ペーストを印刷し、一対の電極とする。第３
図はその一例を示す。

多孔質焼結体バルクＢと電極Ｅがリード線りと共に示さ
れている。

塗膜形は例えば第４図に示されるような構造を持つ。基
板１の一面或いは両面に電極層３が形成され、そしてそ
の上に感湿層５が形成される（感湿層は一部省略）。基
板としては、Ａ１．Ｏ，，５１０１、Ｚｒ０１等のセラ
ミックが使用される。基板上への電極層の形成は、例え
ばアンダー電極としてのニッケル吟を蒸着し、ついでそ
の上に防錆用のアッパー電極として金、白金等を蒸着し
、フォトエツチング技術により所望の電極模様を賦形す
ることができるし、またルテニウムペーストによるスク
リーン印刷法によりルテニウム電極を形成することもで
きる。近時、電子回路用プリント回路板製造の為の微細
加工技術が多数実用化されており、それらを応用して微
細な電極模様を形成することができる。例えば、スパッ
タ法も有用な手段である。電極模様としては、第４図に
示すよ５に一対のくし形電極なく、シ歯を互い違いに噛
合せた形態のものが好ましい。くし歯間の間隔は小さい
程抵抗値を下げるので感湿素子の高感度化を計ることが
できる。

とプして電極層を形成した後、セラきツク感湿材料とバ
インダーとの混合物から成る感湿層がその上に形成され
る。即ち、上記セラミックとバインダーとの混合物を粉
砕及び混線後、樹脂塗料で粘度調整し、その後感湿層の
膜厚が５〜２００μｍ、好ましくは４０〜１２０μｍ前
後となるようスクリーン印刷により感湿層が塗布形成さ
れる。膜厚の厚い程、最終製品の電気抵抗は低下する。

この後、予備乾燥後、焼結、表面処理が行われる。

本発明に従えば、こうした感湿素子に対して外部短絡回
路が並列に設けられる。塗膜形を例にとると、第５（ａ
）図は、外部短絡回路としてペースト印刷体Ｓを感湿面
に並列に設けた例を示す。第５（ｂ）図は感湿面の裏側
にペースト印刷体Ｓを設けたものである。第５（ｃ）図
は、リード線間に抵抗体Ｓを設けたものである。

上記外部短絡回路用ペースト印刷体酸いは抵抗体Ｓとし
ては、１０３〜１０７ｇ、好ましくは１０６Ω前後の抵
抗を有する材料が使用される。　　　”例えば、ＲｕＯ
２、ＣｕＯ１、Ｎｌ０ｔ等のペーストが使用される。抵
抗値は、材料及び巾等の形状を選択することにより調節
することが出来る。

感湿素子は、結露検出目標湿度より低湿度側では外部短
絡回路より大き々抵抗を有しそしてそれより高湿度側で
は急激な抵抗減少を示すものでなければならない。そう
した感湿素子は前記のものに次のよ５な変更を加えるこ
とにより実現し５る：（１）電極間隔を広げる。

（２）仮焼温度は例えば１２００℃のよ５に高める。

（３）　　ＬｉＣＯ５を５〜・１０モル添加する。

（４）　　ＰｂＺｒＯｓを形成する為ｐｂｏ、ｐｂｏ、
　　を添加する。

（５）　　Ｉ　ｎｙ　Ｏｓを感湿材料の主体とするか、
或いは前記感湿材料にＩｎ１Ｏ１を加える。

発明の効果 （１）明瞭なスイッチング特性を有する結露防止センサ
ーが得られる。

（２）経時変化が無い、安定した動作特性を示す。

（３）感湿材料選択の自由度が増大する。

（４）結露検出目標値の変更が容易であり、結露防止セ
ンサーを作成しうる。

実施例 １８１に長さＸ９ｍ巾のＡｌｔｏｓ基板上にスクリーン
印刷により第１　（ｂ）図に示すよ５表くし形ルテニウ
ム電極を形成した。各電極くし歯間隔は１ｆｉくし本数
者５本を、１２襲の長さにわたって印刷した。電極層上
に次の組成から成る感湿層を形成した。

Ｚｌ−０，４２，５重量％ ｙ、ｏ、　　　　　　　４２．５　　ｚＲｕｎｇペース
ト　　　　５Ｉ ＬｉＣ０１１０＃ 感湿層は、上記混合物をアルミナ製の自動乳鉢で粉砕及
び混線後ブチルカルピトール及びエポキシ系樹脂塗料で
粘度調整し、感湿層の厚みが約２０μｍとなるようスク
リーン印刷により塗布した。その後、８００℃の温度で
２０分焼成した〇次いで・第５〜）図に示したように素
子の裏面にＲｕｎｇゝ−ストにより１０６Ωの外部短絡
回路を形成した。

得られた結露防止センサーは、第１図に示したのと同等
の抵抗−相対湿度特性を示した。

【図面の簡単な説明】

第１及び２図は、本発明の原理を示す抵抗−相対湿度特
性を表すグラブ及び等何回路である。第３及び４図は、
感湿素子の形態例を示す。第５　（ａ）、（ｂ）及び（
ｅ）図は、本発明を具現する結露センサーの例を示す。 Ｂ　：　多孔質焼結体バルク Ｅ　：　電極 Ｌ　：　　リード線 １　：　基板 ３　！　電極層 ５　：　感湿層 Ｓ　：　外部短絡回路 第１図 Ｒ，Ｈ（％］ 第２図 第５（ｑ）図 手続補正書 昭和６０年　９月　６日 特許庁長官　宇　賀　道　部　殿 事件の表示　昭和６０年　特願第　１０９３１、発明の
名称　　結露防止センサー 補正をする者

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）感湿素子に外部短絡回路を並列に設け、結露検出目
   標湿度より低い湿度範囲では外部短絡回路によつて一定
   水準の抵抗値を示しそして前記目標湿度より高い湿度範
   囲では感湿素子により急激に減少する抵抗値を示す結露
   防止センサー。 ２）外部短絡回路が１０＾５〜１０＾７Ωの抵抗を有す
   る特許請求の範囲第１項記載の結露防止センサー。 ３）外部短絡回路がＲｕＯ＿２、ＣｕＯ＿２及びＮｉＯ
   ＿２ペーストから構成される特許請求の範囲第１項記載
   の結露防止センサー。