JPS6317203B2 - - Google Patents
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- JPS6317203B2 JPS6317203B2 JP56019758A JP1975881A JPS6317203B2 JP S6317203 B2 JPS6317203 B2 JP S6317203B2 JP 56019758 A JP56019758 A JP 56019758A JP 1975881 A JP1975881 A JP 1975881A JP S6317203 B2 JPS6317203 B2 JP S6317203B2
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Description
本発明は、金属酸化物からなり湿度の変化を電
気抵抗の変化として検出する感湿素子に関する。 一般に金属酸化物は吸水性に優れているため、
この性質を利用して感湿素子として利用しうるこ
とが知られている。すなわち、Fe2O3、Fe3O4、
Al2O3、Cr2O3などの金属酸化物の微粉末を無機
質絶縁基板の表面に塗布して感湿膜を形成し、こ
の膜の電気抵抗の湿度に対する変化を利用したも
のである。この種の感湿素子は、物理的、化学
的、熱的に安定であるが、概して固有抵抗が高い
ため吸脱湿現象によつて多少の抵抗変化があつて
もこれを電気的に高精度に検出することは難し
い。また、スピネル構造酸化物の半導体性を利用
したものは抵抗値が比較的低く、相対湿度０〜
100％の全領域の湿度を検出することができる。
しかしながら、室温で放置すると抵抗値が増加し
再現性が得にくい。この欠点をなくすために加熱
することが考えられているが、加熱によつて再現
性は得られても繰返し加熱による電極材の経時特
性に難点があり、信頼性に欠け、かつ構造が複雑
になる欠点があつた。 本発明は上記のような事情に鑑みてなされたも
ので、金属酸化物の酸化亜鉛（ZnO）、酸化クロ
ム（Cr2O3）、酸化バナジウム（V2O5）および酸
化リチウム（Li2O）に換算してそれぞれ69.95〜
30モル％、29.95〜50モル％、0.05〜10モル％お
よび0.05〜10モル％の組成を有する焼結体で構成
することによつて、抵抗値が比較的低く室温放置
で加熱しなくとも抵抗値は安定で、経時特性も優
れており、しかも湿度ヒステリシスの小さい85℃
の高温に放置しても安定な感湿素子の得られるこ
とがわかつた。したがつて、本発明は焼結体で安
定性が良好で信頼性の高い感湿素子を提供せんと
するものである。 以下、本発明を詳細に説明する。 実施例 １ 本発明は、金属酸化物のZnO、Cr2O3、V2O5、
Li2Oに換算してそれぞれ69.95〜30モル％、29.95
〜50モル％、0.05〜10モル％、0.05〜10モル％の
組成を有する焼結体からなることを特徴とするも
のであつて、例えば第１図に示すように構成し使
用される。図中１は本発明に係る素子の感湿部で
金属酸化物であるZnO−Cr2O3−V2O5−Li2Oを
焼結した焼結体である。２，３は電極で焼結体１
とよく密着して接触抵抗が小さく耐湿性のよい電
極材料、例えば金ペーストまたは銀ペーストで形
成される。４，５は電極２，３に取着した端子で
ある。 このような本発明の感湿素子は、例えば次のよ
うな方法によつて製造できる。すなわち、金属酸
化物であるZnO47.5モル％、Cr2O342.5モル％、
V2O55モル％、Li2O5モル％を秤取し、これをボ
ールミルでよく混合する。次いでこれらの混合物
を850℃の温度で２時間予備焼成して、これをさ
らにボールミルで粉砕した。しかるのち、この粉
体に粘結剤としてポリビニルアルコールを添加混
合し1ton／cm2の圧力で厚さ１mm×直径10mmの円板
に成形する。次いでこの成形体を1300℃の温度で
空気雰囲気中で１時間焼結する。この焼結体１
は、この焼結によつて前記金属酸化物が互いに反
応してできていると予想されるZnCr2O4からなる
スピネルなどから構成されているものと思われ
る。この焼結体１の両面を研摩して厚さ0.3mmと
し、この両面に第１図のように金ペーストを塗布
焼付けして電極２，３を形成し、該電極２，３に
それぞれ端子４，５を接続する。 このようにして得られた本発明の実施例Ａによ
る感湿素子と従来の参考例Ｂによる感湿素子との
湿度−抵抗特性、経時特性およびヒステリシスの
比較を第２図〜第５図に示す。参考例Ｂはスピネ
ル構造酸化物からなるMgCr2O4系感湿素子であ
るが、いずれも実施例Ａの方が優れた結果を示し
ている。すなわち第２図の湿度−抵抗特性におい
て、参考例Ｂは抵抗値が高く変化桁も３桁程度で
大きいという欠点がある。これに対して実施例Ａ
は抵抗値が低く変化桁も２桁程度で、参考例Ｂと
比較して計測回路とのマツチングに大きな利点を
もつている。第３図〜第５図は、実施例Ａの感湿
素子と参考例Ｂの感湿素子との経時特性の比較を
示したもので、温度35℃、湿度90％RHの雰囲気
中で1000時間経過したのち各素子を温度25℃、湿
度50％RH、70％RH、90％RHの抵抗値を初期値
と比較して湿度に換算し、湿度変化率として示し
たものである。第３図が湿度50％RHの場合、第
４図が湿度70％RHの場合、第５図が湿度90％
RHの場合の変化率である。これによれば実施例
Ａはほとんど変化せず安定であるが、参考例Ｂは
変化率が大きくマイナス方向に変化する。第６図
〜第８図は実施例Ａの感湿素子の高温85℃におけ
る経時特性を示したもので、1000時間経過したの
ち温度25℃、湿度50％RH、70％RH、90％RHの
抵抗値を初期値と比較して湿度に換算し湿度変化
率として示したものである。 これらから実施例Ａの感湿素子は高温雰囲気中
で安定であり、高温でも十分使用できることを示
している。 実施例 ２ 次に本発明におけるZnO、Cr2O3、V2O5および
Li2Oの組成比の限定理由について第９図〜第１
２図によつて説明する。第９図は焼結体を金属酸
化物にそれぞれ換算したとき、焼結体に占める
ZnOの組成比と焼結体の平均粒径との関係を示し
たもので、この実施例の組成は表１のとおりであ
り、素子の作製は実施例１と同様の条件で行つ
た。
気抵抗の変化として検出する感湿素子に関する。 一般に金属酸化物は吸水性に優れているため、
この性質を利用して感湿素子として利用しうるこ
とが知られている。すなわち、Fe2O3、Fe3O4、
Al2O3、Cr2O3などの金属酸化物の微粉末を無機
質絶縁基板の表面に塗布して感湿膜を形成し、こ
の膜の電気抵抗の湿度に対する変化を利用したも
のである。この種の感湿素子は、物理的、化学
的、熱的に安定であるが、概して固有抵抗が高い
ため吸脱湿現象によつて多少の抵抗変化があつて
もこれを電気的に高精度に検出することは難し
い。また、スピネル構造酸化物の半導体性を利用
したものは抵抗値が比較的低く、相対湿度０〜
100％の全領域の湿度を検出することができる。
しかしながら、室温で放置すると抵抗値が増加し
再現性が得にくい。この欠点をなくすために加熱
することが考えられているが、加熱によつて再現
性は得られても繰返し加熱による電極材の経時特
性に難点があり、信頼性に欠け、かつ構造が複雑
になる欠点があつた。 本発明は上記のような事情に鑑みてなされたも
ので、金属酸化物の酸化亜鉛（ZnO）、酸化クロ
ム（Cr2O3）、酸化バナジウム（V2O5）および酸
化リチウム（Li2O）に換算してそれぞれ69.95〜
30モル％、29.95〜50モル％、0.05〜10モル％お
よび0.05〜10モル％の組成を有する焼結体で構成
することによつて、抵抗値が比較的低く室温放置
で加熱しなくとも抵抗値は安定で、経時特性も優
れており、しかも湿度ヒステリシスの小さい85℃
の高温に放置しても安定な感湿素子の得られるこ
とがわかつた。したがつて、本発明は焼結体で安
定性が良好で信頼性の高い感湿素子を提供せんと
するものである。 以下、本発明を詳細に説明する。 実施例 １ 本発明は、金属酸化物のZnO、Cr2O3、V2O5、
Li2Oに換算してそれぞれ69.95〜30モル％、29.95
〜50モル％、0.05〜10モル％、0.05〜10モル％の
組成を有する焼結体からなることを特徴とするも
のであつて、例えば第１図に示すように構成し使
用される。図中１は本発明に係る素子の感湿部で
金属酸化物であるZnO−Cr2O3−V2O5−Li2Oを
焼結した焼結体である。２，３は電極で焼結体１
とよく密着して接触抵抗が小さく耐湿性のよい電
極材料、例えば金ペーストまたは銀ペーストで形
成される。４，５は電極２，３に取着した端子で
ある。 このような本発明の感湿素子は、例えば次のよ
うな方法によつて製造できる。すなわち、金属酸
化物であるZnO47.5モル％、Cr2O342.5モル％、
V2O55モル％、Li2O5モル％を秤取し、これをボ
ールミルでよく混合する。次いでこれらの混合物
を850℃の温度で２時間予備焼成して、これをさ
らにボールミルで粉砕した。しかるのち、この粉
体に粘結剤としてポリビニルアルコールを添加混
合し1ton／cm2の圧力で厚さ１mm×直径10mmの円板
に成形する。次いでこの成形体を1300℃の温度で
空気雰囲気中で１時間焼結する。この焼結体１
は、この焼結によつて前記金属酸化物が互いに反
応してできていると予想されるZnCr2O4からなる
スピネルなどから構成されているものと思われ
る。この焼結体１の両面を研摩して厚さ0.3mmと
し、この両面に第１図のように金ペーストを塗布
焼付けして電極２，３を形成し、該電極２，３に
それぞれ端子４，５を接続する。 このようにして得られた本発明の実施例Ａによ
る感湿素子と従来の参考例Ｂによる感湿素子との
湿度−抵抗特性、経時特性およびヒステリシスの
比較を第２図〜第５図に示す。参考例Ｂはスピネ
ル構造酸化物からなるMgCr2O4系感湿素子であ
るが、いずれも実施例Ａの方が優れた結果を示し
ている。すなわち第２図の湿度−抵抗特性におい
て、参考例Ｂは抵抗値が高く変化桁も３桁程度で
大きいという欠点がある。これに対して実施例Ａ
は抵抗値が低く変化桁も２桁程度で、参考例Ｂと
比較して計測回路とのマツチングに大きな利点を
もつている。第３図〜第５図は、実施例Ａの感湿
素子と参考例Ｂの感湿素子との経時特性の比較を
示したもので、温度35℃、湿度90％RHの雰囲気
中で1000時間経過したのち各素子を温度25℃、湿
度50％RH、70％RH、90％RHの抵抗値を初期値
と比較して湿度に換算し、湿度変化率として示し
たものである。第３図が湿度50％RHの場合、第
４図が湿度70％RHの場合、第５図が湿度90％
RHの場合の変化率である。これによれば実施例
Ａはほとんど変化せず安定であるが、参考例Ｂは
変化率が大きくマイナス方向に変化する。第６図
〜第８図は実施例Ａの感湿素子の高温85℃におけ
る経時特性を示したもので、1000時間経過したの
ち温度25℃、湿度50％RH、70％RH、90％RHの
抵抗値を初期値と比較して湿度に換算し湿度変化
率として示したものである。 これらから実施例Ａの感湿素子は高温雰囲気中
で安定であり、高温でも十分使用できることを示
している。 実施例 ２ 次に本発明におけるZnO、Cr2O3、V2O5および
Li2Oの組成比の限定理由について第９図〜第１
２図によつて説明する。第９図は焼結体を金属酸
化物にそれぞれ換算したとき、焼結体に占める
ZnOの組成比と焼結体の平均粒径との関係を示し
たもので、この実施例の組成は表１のとおりであ
り、素子の作製は実施例１と同様の条件で行つ
た。
【表】
この結果からZnO30モル％未満の場合および
69.95モル％を超える場合には、焼結体の平均粒
径が2μｍを超え気孔率が小さくなり、感湿素子
として望ましくない。 第１０図は第９図の場合と同じく焼結体を金属
酸化物に換算したとき焼結体に占めるCr2O3の組
成比と焼結体の平均粒径との関係を示したもの
で、表２の組成を用い、素子の作製は実施例１と
同様の条件で行つた。
69.95モル％を超える場合には、焼結体の平均粒
径が2μｍを超え気孔率が小さくなり、感湿素子
として望ましくない。 第１０図は第９図の場合と同じく焼結体を金属
酸化物に換算したとき焼結体に占めるCr2O3の組
成比と焼結体の平均粒径との関係を示したもの
で、表２の組成を用い、素子の作製は実施例１と
同様の条件で行つた。
【表】
この結果からCr2O329.95モル％未満の場合およ
び50モル％を超える場合には、前記ZnOの場合と
同様に焼結体の平均粒径が2μｍを超え気孔率が
小さくなり感湿素子として不適である。 また第１１図は焼結体を金属酸化物に換算した
とき焼結体に占めるV2O5の組成比と焼結体の抵
抗値との関係を示したもので、温度60％RHの場
合のV2O5の組成比に対応する抵抗値の変化であ
るが、表３に示すような組成を用い、素子の作製
は実施例１と同様の条件で行つたものである。
び50モル％を超える場合には、前記ZnOの場合と
同様に焼結体の平均粒径が2μｍを超え気孔率が
小さくなり感湿素子として不適である。 また第１１図は焼結体を金属酸化物に換算した
とき焼結体に占めるV2O5の組成比と焼結体の抵
抗値との関係を示したもので、温度60％RHの場
合のV2O5の組成比に対応する抵抗値の変化であ
るが、表３に示すような組成を用い、素子の作製
は実施例１と同様の条件で行つたものである。
【表】
この結果V2O50.05〜10モル％の範囲での抵抗
値は105Ωの領域に入つているが、0.05モル％未
満の場合および10モル％を超える場合には抵抗値
が増大する傾向にあつて計測回路とのマツチング
が悪く感湿素子として不適である。 さらに第１２図は焼結体を金属酸化物に換算し
たとき焼結体に占めるLi2Oの組成比に対応する
抵抗値の変化を示したものであるが、表４に示す
ような組成を用い、素子の作製は実施例１と同様
の条件で行つた。
値は105Ωの領域に入つているが、0.05モル％未
満の場合および10モル％を超える場合には抵抗値
が増大する傾向にあつて計測回路とのマツチング
が悪く感湿素子として不適である。 さらに第１２図は焼結体を金属酸化物に換算し
たとき焼結体に占めるLi2Oの組成比に対応する
抵抗値の変化を示したものであるが、表４に示す
ような組成を用い、素子の作製は実施例１と同様
の条件で行つた。
【表】
この結果Li2O0.05〜10モル％の範囲での抵抗値
は105Ωの領域に入つているが、0.05モル％未満
の場合は抵抗値が増大する傾向にあり、10モル％
を超える場合には抵抗値は低下するが経時特性が
悪く良好な感湿素子が得られない。 これらから明らかなように金属酸化物のZnO、
Cr2O3、V2O5、Li2Oに換算してそれぞれ69.95〜
30モル％、29.95〜50モル％、0.05〜10モル％、
0.05〜10モル％が最適組成範囲であることがわか
る。 なお上記実施例では成形体を焼結温度1300℃、
焼結時間1hで焼結した場合について述べたが、
焼結温度1200〜1400℃、焼結時間１〜5hの範囲
で焼結した素子でも同様の効果を得ることができ
たことから、実施例と同様ZnCr2O4のスピネルな
どができていることが予想される。 以上詳述したように本発明によれば、金属酸化
物に換算してZnO69.95〜30モル％、Cr2O329.95
〜50モル％、V2O50.05〜10モル％およびLi2O0.05
〜10モル％の組成を有する焼結体からなることを
特徴とし、抵抗値が低く室温放置で加熱しなくと
も抵抗値は安定で経時特性も優れており、しかも
湿度ヒステリシスの小さい、そして高温領域での
使用においても信頼性の高い感湿素子を得ること
ができる。
は105Ωの領域に入つているが、0.05モル％未満
の場合は抵抗値が増大する傾向にあり、10モル％
を超える場合には抵抗値は低下するが経時特性が
悪く良好な感湿素子が得られない。 これらから明らかなように金属酸化物のZnO、
Cr2O3、V2O5、Li2Oに換算してそれぞれ69.95〜
30モル％、29.95〜50モル％、0.05〜10モル％、
0.05〜10モル％が最適組成範囲であることがわか
る。 なお上記実施例では成形体を焼結温度1300℃、
焼結時間1hで焼結した場合について述べたが、
焼結温度1200〜1400℃、焼結時間１〜5hの範囲
で焼結した素子でも同様の効果を得ることができ
たことから、実施例と同様ZnCr2O4のスピネルな
どができていることが予想される。 以上詳述したように本発明によれば、金属酸化
物に換算してZnO69.95〜30モル％、Cr2O329.95
〜50モル％、V2O50.05〜10モル％およびLi2O0.05
〜10モル％の組成を有する焼結体からなることを
特徴とし、抵抗値が低く室温放置で加熱しなくと
も抵抗値は安定で経時特性も優れており、しかも
湿度ヒステリシスの小さい、そして高温領域での
使用においても信頼性の高い感湿素子を得ること
ができる。
第１図は本発明に係る感湿素子の一実施例を示
す断面図、第２図は湿度−抵抗特性を示す曲線
図、第３図〜第８図はそれぞれ経時特性を示す曲
線図、第９図は焼結体を金属酸化物に換算したと
きの焼結体に占めるZnOの組成比と平均粒径との
関係を示す曲線図、第１０図は同じくCr2O3の組
成比と平均粒径との関係を示す曲線図、第１１図
は同じくV2O5の組成比と抵抗値との関係を示す
曲線図、第１２図は同じくLi2Oの組成比と抵抗
値との関係を示す曲線図である。 １……焼結体、２，３……電極、４，５……端
子。
す断面図、第２図は湿度−抵抗特性を示す曲線
図、第３図〜第８図はそれぞれ経時特性を示す曲
線図、第９図は焼結体を金属酸化物に換算したと
きの焼結体に占めるZnOの組成比と平均粒径との
関係を示す曲線図、第１０図は同じくCr2O3の組
成比と平均粒径との関係を示す曲線図、第１１図
は同じくV2O5の組成比と抵抗値との関係を示す
曲線図、第１２図は同じくLi2Oの組成比と抵抗
値との関係を示す曲線図である。 １……焼結体、２，３……電極、４，５……端
子。
Claims (1)
- １ 金属酸化物の酸化亜鉛、酸化クロム、酸化バ
ナジウム、酸化リチウムに換算して、それぞれ
69.95〜30モル％、29.95〜50モル％、0.05〜10モ
ル％、0.05〜10モル％の組成を有する焼結体から
なることを特徴とする感湿素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56019758A JPS57133601A (en) | 1981-02-12 | 1981-02-12 | Moisture sensitive element |
| US06/342,225 US4464647A (en) | 1981-02-12 | 1982-01-25 | Humidity sensor made of metal oxide |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56019758A JPS57133601A (en) | 1981-02-12 | 1981-02-12 | Moisture sensitive element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57133601A JPS57133601A (en) | 1982-08-18 |
| JPS6317203B2 true JPS6317203B2 (ja) | 1988-04-13 |
Family
ID=12008235
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56019758A Granted JPS57133601A (en) | 1981-02-12 | 1981-02-12 | Moisture sensitive element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57133601A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5856301A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-04 | 株式会社東芝 | 感湿素子 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56104401A (en) * | 1980-01-23 | 1981-08-20 | Hitachi Ltd | Moisture sensitive resistor composition |
-
1981
- 1981-02-12 JP JP56019758A patent/JPS57133601A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56104401A (en) * | 1980-01-23 | 1981-08-20 | Hitachi Ltd | Moisture sensitive resistor composition |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57133601A (en) | 1982-08-18 |
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