JPS631721B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は感湿素子、更に詳しくは低湿度での感
湿特性にすぐれかつその時間的変化の小さい感湿
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いるが、近
年、固体の表面（あるいは内部）への水蒸気の吸
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化
で読むものであり、極めて簡単な構造で取扱いが
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、このような感湿素子には、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一対の電極を、例えば
金ペーストなどを焼付けて添着・形成し、該電極
から一対のリードを引き出して成る形式のもの、
あるいは、例えばアルミナのような無機質絶縁基
板の表面に感湿特性を示す金属酸化物の微粉末を
塗布・添着して感湿膜を形成し、該膜に前述のよ
うにして電極を添着・形成し、そこからリードを
引き出して成る形式のものなどが知られている。 このような感湿素子においては、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量の
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、従来の感湿素子は一般にその電
気抵抗、とりわけ低湿度における電気抵抗が極め
て大きく、湿度の変化に対する電気抵抗の変化を
検出することがはなはだ困難であつた。また、該
素子の使用時において、時間の経過とともに、当
初は物理吸着状態にある水の化学吸着状態への移
行、あるいはオイルミスト、粉塵、雑ガスの吸着
が起り、その結果、感湿素子の電気抵抗の増大あ
るいは感湿特性（湿度に対する電気抵抗としての
応答性）それ自体を示さなくなることがあつた。 このような欠点を解消するため、従来は感湿素
子の周辺に加熱ヒーターを配設し、該感湿素子を
作動させるに先だつて、該感湿素子を充分に加熱
して化学吸着している水ならびにオイルミスト、
粉塵あるいは雑ガスを脱離せしめて従前の感湿特
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、感
湿素子を400℃以上に加熱しないと上記のような
再生効果を得ることができず、そのため必要な電
力が大きくなり、通常の電子制御回路に適用する
ことは好ましくなく、またヒーター、ヒーター制
御回路等の複雑な機構を必要とする、該感湿素
子の周辺部材は不燃性のものに限定される、更
には、加熱クリーニング後の感湿素子の正常な作
動は、通常30分〜１時間であり、かつ加熱時およ
び冷却時には該素子を作動することができないの
で、湿度の連続測定が不可能であるという欠点を
まぬがれ得なかつた。 本発明は、このような欠点を解消しかつ低湿度
においても適正な電気抵抗を示す感湿素子の提供
を目的とする。 すなわち、本発明の感湿素子は、酸化スズ
（）（SnO₂）：60〜98.9モル％と、三酸化タング
ステン（WO₃）、三酸化モリブデン（MoO₃）か
ら選ばれる少くとも１種の金属酸化物：1.0〜30
モル％と五酸化アンチモン（Sb₂O₅）、五酸化ニ
オブ（Nb₂O₅）、五酸化タンタル（Ta₂O₅）、五酸
化バナジウム（V₂O₅）から選ばれる少くとも１
種の金属酸化物：0.1〜10モル％の多孔質焼結体
であることを特徴とする。 本発明の感湿素子において、酸化スズ（）と
三酸化タングステン、三酸化モリブデンから選ば
れる少くとも１種の金属酸化物と五酸化アンチモ
ン、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、五酸化バナ
ジウムから選ばれる少くとも１種の金属酸化物の
各成分の組成比は、それぞれ60〜98.9モル％、
1.0〜30モル％、0.1〜10モル％の範囲内に設定さ
れる。該組成比がこの範囲をはずれると、得られ
る感湿素子は、いずれも低湿度においてその電気
抵抗が高くなり、また湿度に対する電気抵抗の変
化も小さくなり該感湿素子の感度が悪くなるので
好ましくない。 このような焼結体は、通常、次のような方法に
よつて得ることができる。すなわち、まず、酸化
スズ（）の粉末と三酸化タングステン、三酸化
モリブデンから選ばれる少くとも１種の金属酸化
物の粉末あるいはこれらを適宜に混合して成る混
合粉末と五酸化アンチモン、五酸化ニオブ、五酸
化タンタル、五酸化バナジウムから選ばれる少く
とも１種の金属酸化物の粉末あるいはこれらを適
宜に混合して成る混合粉末をそれぞれ、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のような少量の非水
溶媒とともに湿式混合する。 混合粉末を用いる場合には、各金属酸化物の粉
末をそれぞれ所定量秤取し、これらを例えばテフ
ロンコーテング鉄製ボールとともに例えばボール
ミルで充分に混合した後、必要があれば適当な温
度（800〜1100℃）で仮焼後に粉砕して原料粉末
が調製される。 このようにして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、流動パラフインのような粘結剤とともに混練
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
成して多孔質焼結体とする。 多孔構造を備える本発明の焼結体は、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：500
〜2000Kg／cm²；成形体の焼結温度：1200〜1400
℃、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、酸化ルテニウム系ペースト、グラフアイ
トペースト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、こ
こからリードを引出して本発明の感湿素子が構成
される。 本発明の感湿素子は、低湿度においても容易に
検出できる適正な電気抵抗を示し、また感湿特性
の経時変化が小さく、その結果、高い信頼性をも
つて湿度（低）の連続測定を可能とする。 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 表１に示したような各種の金属酸化物の粉末
を、所定のモル％の組成比となるように秤取し、
次のようにして組成とそのモル％の異なる感湿素
子を作製した。なお、このとき用いた粉末の粒径
は、いずれも0.1〜2.0μであつた。

【表】 まず、これらの粉末を200mlのエチルアルコー
ルとともにテフロン製ポツトを用いて約24時間湿
式混合した。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、らいか
い機で20分間混練し、得られた混練物を直径11mm
の金型シリンダー中に充填し、室温（25℃）で
1ton／cm²の圧力を印加して直径11mm厚み1.0mmの
円板を作製した。ついでこの成形円板を電気炉中
（雰囲気：空気）で1300℃、２時間加熱処理した。
その後、厚さを調整するため3000#sic研磨材で
研磨し直径約10mm厚み0.5mmの焼結円板を得た。 次に、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８mmの金電極を添着・形成
した。 感湿素子の対向する金電極に銅線をそれぞれリ
ード線として熱圧着し、これをインピーダンス測
定回路に接続した後、該感湿素子を恒温・恒湿槽
にいれて、25℃における相対湿度10％あるいは90
％のときのインピーダンス測定回路にあらわれた
電気抵抗（ＫΩ）の値を求めた。その結果を表１
の実施例番号と対応させて、表２に示した。 なお、比較のために、組成比がはずれるものに
ついても同様にして感湿素子を作製し（表１の比
較例１、２、３）、それぞれの感湿特性を求めそ
の結果を表２に併記した。

【表】

【表】 結果から明らかなように、本発明の感湿素子は
低湿度（相対湿度：10％）においても充分に検出
可能な電気抵抗を示し、かつ、相対湿度90％まで
は実用上充分な感度を有することが判明した。 ついで、実施例２の感湿素子について、相対湿
度10％（25℃）および相対湿度30％（25℃）の雰
囲気中に放置し、放置時間に対する該感湿素子の
電気抵抗の変化率を求め、その結果をそれぞれ第
１図、第２図として示した。 ここでいう電気抵抗の変化率は、最初の電気抵
抗をR₀、ｔ時間放置後の電気抵抗をRtとしたと
き、Rt−R₀／R₀×100（％）として表わした。 この結果から明らかなように、本発明の感湿素
子は、1000時間放置後も、その電気抵抗の変化率
は２％にも達つせず、感湿特性の時間的変化が極
めて小さく安定性に富むことが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は、それぞれ実施例２の感湿素
子を相対湿度10％（25℃）、相対湿度30％（25℃）
の雰囲気中に放置した時の放置時間に対する電気
抵抗の変化率を表わす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 酸化スズ（）：60〜98.9モル％と、三酸化
   タングステン、三酸化モリブデンから選ばれる少
   くとも１種の金属酸化物：1.0〜30モル％と五酸
   化アンチモン、五酸化ニオブ、五酸化タンタル、
   五酸化バナジウムから選ばれる少くとも１種の金
   属酸化物：0.1〜10モル％の多孔質焼結体とから
   成る感湿素子。