JPS6347321B2 - - 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、電子レンジ、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、例えばポリス
チロールの円筒管に２本の平行なパラジウム線を
電極として巻回し、この樹脂の上にポリビニルア
セテートとLiCl水溶液との混合液を塗布したダン
マー型といわれるものとか、植物繊維、多孔性シ
リコン、ガラステープ等にLiCl水溶液を含浸させ
た含浸式のものとがあるが、これらにはLiClを用
いているため、つぎのような欠点があつた。

LiClは潮解性があるため、梅雨の時期のよう
に、高湿度下では濃度が次第に薄くなり、寿命
が短かいこと。

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。

LiCl容液の濃度により測定範囲が異なり、し
かもその測定範囲が狭いので、広い範囲の測定
には濃度を異ならせた何種類かのセンサを組合
わせることが必要となり、したがつてセンサの
数が多くなれば測定端子もそれだけ多くなつて
組立てや制御回路が面倒になること。

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
た新たな感湿素子として、多孔質のセラミツク焼
結体を用いたものを既に提案した。これはZrO₂
とMgOの微粉末を所定モル％ずつ秤量して湿式
混合し、乾燥した後、所定圧で加圧して錠剤に
し、この錠剤を電気炉に入れて所定温度で所定時
間加熱焼結し、自然冷却後、ダイヤモンドブレー
ドで所定厚（例えば300μｍ）にスライスし、か
つ１辺が４〜５mmの角形に切断して多孔質のセラ
ミツク焼結体を得、このセラミツク焼結体の両面
に金の電極を焼成し、これに電極線を接合してな
るものである。このように、多孔質のセラミツク
焼結体で構成したことにより、従来の欠点を除去
することができた。

ところが、このような素子でも、セラミツク焼
結体を一定厚（例えば300μｍ）にスライスする
ための加工が面倒であること、電極に金を使用し
ていることなどのため、極めて高価になるという
若干の問題点があつた。

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、電気絶縁性基板上に、感湿素子
の母体を厚膜として形成したものである。また、
さらに特性を向上させるためLiCl水溶液にて浸漬
被覆処理したものである。

以下、本発明の実施例を説明する。

まず、感湿素子の母体となる厚膜用感湿ペース
ト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−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。

この乾燥した粉末を液状バインダと混合して
所定の粘度を有する感湿ペーストとする。前記
液状バインダは、粉末状のメチルセルロース、
エチルセルロース、ポリビニルアルコールなど
とα−テルピネオール、テルピネオールなどと
の混合溶液が用いられる。

つぎに感湿素子の作成順序はつぎの通りであ
る。

第１図に示すように、10mm×15mm×0.3mm程
度のアルミナなどの電気絶縁性基板１を用意す
る。

この基板１上に、櫛歯状の電極２，３を互い
に所定間隔（ｄ＝500μｍ、250μｍなど）をも
つて形成する。電極２，３として、例えばルテ
ニウムオキサイド（RuO₂）を用いて基板１上
にプリントし、乾燥した後、850℃で焼成して
形成する。なお、前記電極２，３の間隔ｄを変
えることによりインピーダンスを調整できる
が、この点については後述する。

つぎに、前記感湿ペーストを、電極２，３と
基板１の上に塗布して厚膜感湿層４を形成す
る。すなわち、この厚膜感湿層４は、電極２，
３の端子部分を残して前記感湿ペーストをプリ
ントし、乾燥した後、900℃程度で焼成する。
厚さは目的によつて数十μｍから数百μｍまで
となるように、複数回塗布することもある。

つぎに、さらに特性を向上させるため塩化リ
チウム（LiCl）の水溶液による浸漬被覆処理を
行なう。具体的には、脱イオン水10c.c.に、LiCl
を10mg、50mg、100mg、１ｇずつ秤量して添加
し、撹拌してそれぞれ0.1、0.5、1.0、10重量％
の水溶液を作る。これらの濃度に調整した水溶
液をビーカに入れ、第１図のように形成した素
子を浸漬する。

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感湿素子５を得る。

この感湿素子５の特性の安定化のためにアニ
ーリング処理をする。

以上のようにして形成された感湿素子５が所期
の目的通りの特性を有するどうかについて実験す
るために、第３図に示すように、1V、100Hz程度
の信号源６に、抵抗７（例えば10KΩ）と直列に
接続され、さらにこの抵抗７と並列に電圧計８が
接続される。

つぎに、測定結果を第４図に基づいて説明す
る。

第４図は、電極２，３の間隔ｄを500μｍ（実
線特性）と250μｍ（点線特性）に変えたときの
Ｒ−Ｈ特性である。特性(イ)（イ′）は0.1重量％、
(ロ)（ロ′）は0.5重量％、(ハ)（ハ′）は1.0重量％、
(ニ)（ニ′）は10重量％のLiCl水溶液でそれぞれ浸
漬被膜処理したものである。この特性図から電極
２，３の間隔ｄを広くすると抵抗値が高くなり、
狭くすると低くなり、しかも10〜90％RHの範囲
で略平行移動していることがわかる。したがつて
目的の抵抗値を得るには電極２，３の間隔を変化
せしめればよい。また、素子抵抗と相対湿度の関
係が10〜90％RHの範囲で略直線的に変化してい
るのが特性(ロ)（ロ′）であり、特に広範囲測定用
として好適であることを示している。

前記実施例では、電極２，３の形状を、第１図
に示すように、櫛形とし互いに間隔ｄをもつて噛
合させたが、この間隔ｄは、直角に屈折したもの
以外に、曲線的に屈折したもの、直線的なものな
どであつてもよい。また、第１図では電極２，３
を同一面に設けたが、厚膜感湿層を挾んで両側に
設けてもよい。具体的には、第２図に示すよう
に、アルミナ基板１の裏面にはリフレツシユ用ヒ
ータ９を設け、上面には多孔性の下部電極２、厚
膜感湿層４、多孔性の上部電極３の順に積層した
ものであつてもよい。この場合、電極２，３の面
積、厚膜感湿層４の厚さによつてRH特性が変わ
ることは勿論である。このような形状にすると素
子の形状を小型にできる。

本発明は上述のように、感温素子の母体を厚膜
を用いて構成し、さらにLiCl水溶液で浸漬被膜処
理したので、加工性にすぐれて低価格になる。ま
た単一素子によつて広範囲の湿度を測定できると
ともに長寿命でもある。また電極の相互の間隔を
変えると特性（素子インピーダンス）の平行移動
ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１対の電極を片面に設けた本発明によ
る厚膜型素子の一実施例を示す一部切欠いた正面
図、第２図は１対の電極を両面に設けた厚膜型素
子の他の実施例を示す分解斜視図、第３図は特性
を測定する電気回路図、第４図は電極の間隔およ
びLiClの濃度を変えたときの特性図である。 １……電気絶縁性基板、２，３……電極、４…
…厚膜感湿層、５……感湿素子、６……信号源、
７……抵抗、８……電圧計、９……リフレツシユ
ヒータ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気絶縁性基板に、互いに所定の間隔をもつ
   て少なくとも１対の電極を設け、該電極の間隔を
   充填するようにZrO₂とMgOの混合物を主体とし
   て形成された厚膜感湿層を設け、該厚膜感湿層に
   LiClの被膜を形成して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0.5重量％のLiCl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。