JPS6347241B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は湿度を電気抵抗の変化として検出し、
空調機器、加湿器、電子レンズ、倉庫、印刷機等
の湿度を制御するために用いられる感湿素子に関
するものである。

従来の感湿素子は、電解質材料を用いたものが
大半を占め、その他有機高分子材料を用いたもの
などがあつた。

電解質材料を用いたものとして、例えばダンマ
ー型といわれるLiC^lからなるものがあるが、これ
には、つぎのような欠点があつた。

高湿度領域になると吸湿して潮解すること。

長期間の経過によつて昇華してしまうので、
一定期間毎に較正する必要があること。

電解質としてのLiC^l溶液の濃度が１種類だけ
では、測定できる相対湿度の範囲が極めて狭
い。そこで、広範囲の湿度を正確に測定するに
は測定範囲毎に溶液濃度を異ならせて作られた
素子を組合せることがなされていた。ところが
組合せるべき素子の数が多くなれば、それに応
じて測定端子も多くなり、この組合せを制御す
るスイツチ回路も必要とし、しかも構造が複雑
かつ大形になり組立ても面倒になること。

などである。

また、前記有機高分子材料を用いたものとし
て、例えばナイロンがあり、これは従来の毛髪に
代わるもので、湿気により膨潤したときの長さの
変化を検出するものである。これにも以下のよう
な欠点があつた。

使用温度の上限が高々60℃であり、使用範囲
が極端に制限されること。

伸縮時のヒステリシスが大きいため精度が低
いこと。

湿度の変化に対する応答が極めて遅いこと。

などである。

本出願人は、以上のような従来の欠点を除去し
た新たな感湿素子を既に種々提案したが、その中
でも特にZrO₂とMgOを混合した素子が最も好ま
しい結果を得ている。具体的には、平均粒径が
1μm以下のZrO₂とMgOとの微粉末を所定割合で
混合し、これを所定圧で加圧し、さらに所定時
間、所定温度で加熱することによつて多孔質の焼
結体となし、この焼結体に電極を設けてなるもの
である。このように多孔質の焼結体で構成したこ
とにより、電気抵抗の電極間の焼結体の空隙に含
浸吸着している水分、すなわち湿度に正しく対応
せしめることができる。

ところが、このZrO₂とMgOとを混合して形成
した感湿素子にもつぎのような若干の問題点があ
ることが判明した。

長期間の経過によつて抵抗値が徐々に上昇す
る傾向があること。

抵抗値の変化率が急峻すぎるため湿度の測定
範囲が狭いこと。

などである。

本発明はこのような問題点を解決するためにな
されたもので、ZrO₂とMgOとを混合して形成し
た感湿素子を母体とし、この母体をNa₃PO₄・
12MoO₃の水溶液で処理をしてなるものである。

以下、本発明の実施例を説明する。

まず、試料の作成順序はつぎの通りである。

純度99.99％以上で平均粒径が1μm以下の
ZrO₂とMgOの微粉末を用意する。そして、
ZrO₂を99モル％、MgOを１モル％ずつ秤量し
て、これら２種類の微粉末をプラスチツク容器
内のエタノール中に入れ、同時にメノーボール
を入れ、ボールミルで湿式混合する。

湿式混合後、放置して上澄み液を除き、加熱
乾燥する。

乾燥した粉末をポリビニルアルコールの水溶
液で練り上げる。

この練り上げたものを金型に入れて所定圧
（例えば300Kg／cm²または500Kg／cm²）をかけ常
温で３〜５分間加圧することにより錠剤にす
る。

錠剤を電気炉に入れて所定温度（例えば900
℃）で２時間加熱し、加熱後自然冷却する。こ
のようにして多孔質の焼結体を形成する。

この焼結体をダイヤモンドブレードを用いて
所定厚（約300μm）にスライスし、かつ１辺が
所定長（約４〜５mm）の角形に切断する。する
と、第１図ａ，ｂに示すようなZrO₂とMgOの
混合物からなる多孔質焼結体１が形成され、こ
れが本発明の母体となる。

この母体１の表裏面に、母体１の外周がやや
残る程度にルテニウム系の厚膜ペーストを印刷
して少なくとも１対の電極２，３となし、この
電極２，３に、白金イリジウムからなる電極線
４，５をルテニウム系の厚膜ペーストで接合す
る。

これを最高800℃のコンベア炉内で焼付ける。

つぎに、このようにして形成した素子にリンモ
リブデン酸ナトリウム（Na₃PO₄・12MoO₃）水
溶液による浸漬被覆処理を行なう。この浸漬処理
法を以下に詳しく説明する。

脱イオン水に、Na₃PO₄・12MoO₃を所定濃
度となるように、具体的には、0.4，4.0および
40重量％となるように秤量して添加し、撹拌し
てそれぞれ濃度の異なる水溶液を作る。

この所定濃度に調整した水溶液をビーカーに
入れ、その中に、第１図で形成した素子を浸漬
し、超音波を20〜30分かける。

ビーカーから素子をとり出し、加熱または自
然乾燥して水分を除去し、本発明による感湿素
子６を得る。

以上のようにしてNa₃PO₄・12MoO₃で浸漬処
理された感湿素子(6)が所期の目的通りの特性を有
するかどうかについて実験した結果を説明する。

まず、感湿素子６は第２図に示すように支持装
置７に取付けられる。すなわち、前記感湿素子６
の電極線４，５を接続するための端子８，９とア
ース端子１１を絶縁性基体１０に植立する。前記
端子８，９間のインピーダンスによる感湿素子６
の抵抗値への悪影響を除くため、端子８，９の外
周に、一定間隙のガードリング１４を設け、この
ガードリング１４を前記アース端子１１に接続す
る。

このようにして構成された被測定感湿素子６
は、第３図に示すように、1V，100Hz程度の信号
源１５に、抵抗１６（例えば10KΩ）と直列に接
続され、さらにこの抵抗１６と並列に電圧計１７
が接続される。

つぎに測定結果を第４図以下の特性図に基づい
て説明する。

第４図はNa₃PO₄・12MoO₃（以下SPMとい
う）の濃度と、経時変化の関係を示したもの
で、図中、特性イは、SPM濃度０％つまり
SPMの処理をしないZrO₂とMgOだけによる素
子の特性である。特性ロ，ロ′はSPM濃度0.4
％、特性ハ，ハ′はSPM濃度4.0％、特性ニ，
ニ′はSPM濃度40％で処理したときの特性であ
る。また、図中実線は試料作成直後の特性、点
線はその２日経過後の特性を示している。これ
らの特性曲線から、本発明の目的である抵抗値
の経時変化が最も少なく、かつ湿度測定範囲の
広いものは、SPM濃度4.0％で処理したもので
あることがわかる。したがつて、以後の実験
は、このSPM濃度4.0％処理のもので行なつ
た。なお、測定雰囲気温度は25℃とした。

第５図はSPM処理をした感湿素子の加熱リ
フレツシユ効果をあらわしたものである。図
中、実線特性ホ，ホ′は試料作成直後の特性で、
このうち特性ホは、相対湿度を10→30→50→70
→90％RHと増加させたときの抵抗値であり、
また特性ホ′は、逆に90→70→50→30→10％
RHと減少させたときの抵抗値である。これら
の特性ホ，ホ′の間にほとんどヒステリシスが
なく、極めて望ましい特性曲線であることがわ
かる。また、点線特性ヘは、試料作成後所定の
期間経過後にリフレツシユしてそのときの特性
の変化をあらわしたものである。具体的には、
試料作成後、常温、常湿の状態で35日経過後
に、リフレツシユつまり400℃で15秒間加熱し、
その後外部雰囲気と平衡するまでの５分間放置
してから各相対湿度で抵抗値を測定した。この
ときの特性ヘと試料作成直後の特性ホ，ホ′と
の間にほとんど差違がみられず充分実用可能な
素子であることがわかる。

第６図はSPM濃度4.0％水溶液で処理をした
感湿素子の経時変化をあらわしたもので、横軸
に経過日数、縦軸にｎ日経過後の相対湿度
（Xn）と試料作成直後の相対湿度（Xo）との
差（△RH＝Xn−Xo）をとつている。そして
特性トはSPM処理をした素子、特性チはSPM
処理をしない素子で、ともに約54％の室内湿度
で放置した。これらの特性からもわかる通り、
SPM処理をしない素子の特性チは時間の経過
とともに次第に変化が大きくなり、50日経過後
もさらに上昇する傾向にある。これに対し、
SPM処理をした素子の特性トは35日経過後は
略10％で一定値を示している。

SPM処理をした素子における感湿特性の温
度依存性は、種々実験の結果0.7％RH／℃であ
ることが確認されており、公知の感湿素子より
もかなりすぐれている。

本発明は上述のように、ZrO₂とMgOの混合焼
結体を母体とし、これにNa₃PO₄・12MoO₃で処
理をして感湿素子とした。第４図、第５図および
第６図の特性図からも明らかなように、つぎのよ
うな種種の特徴を有するものである。

経時変化が少ないこと。すなわち、35日程度
の経過後は特性が極めて安定してくること。

抵抗値が相対湿度の高い方から低い方まで全
体的に低下し、測定範囲が少なくとも10〜90％
RHとなり非常に広くなること。

ヒステリシスがSPM処理前よりさらに小さ
いこと。

加熱リフレツシユ操作が有効であること。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは母体となる素子の正面図、第１図ｂ
は同側面図、第２図は本発明による感湿素子を支
持装置に装着した状態を示す斜視図、第３図は特
性測定回路図、第４図は、SPM濃度と経時変化
の関係を示す特性図、第５図は加熱リフレツシユ
効果を示す特性図、第６図はSPM処理前と処理
後の経時変化の比較特性図である。 １…多孔質焼結体、２，３…電極、４，５…電
極線、６…感湿素子、７…支持装置、８，９…端
子、１０…絶縁性基体、１１…アース端子、１４
…ガードリング、１５…信号源、１６…抵抗、１
７…電圧計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ZrO₂とMgOの微粉末を所定割合で混合し、
   所定の圧力、時間、温度で処理をした多孔質の焼
   結体に、少なくとも１対の電極を設けて母体とし
   た感湿素子において、前記母体にNa₃PO₄・
   12MoO₃の被覆を形成したものからなることを特
   徴とする感湿素子。 ２ 特許請求の範囲第１項記載において、ZrO₂
   とMgOの混合割合を99：１モル％とした感湿素
   子。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項記載にお
   いて、被覆は約4.0重量％のNa₃PO₄・12MoO₃の
   水溶液に浸漬後乾燥して形成した感湿素子。 ４ 特許請求の範囲第１項記載において、ZrO₂
   とMgOの微粉末の粒径を平均1μm以下とした感
   湿素子。