JPS639722B2 - - Google Patents
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- JPS639722B2 JPS639722B2 JP56196534A JP19653481A JPS639722B2 JP S639722 B2 JPS639722 B2 JP S639722B2 JP 56196534 A JP56196534 A JP 56196534A JP 19653481 A JP19653481 A JP 19653481A JP S639722 B2 JPS639722 B2 JP S639722B2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/12—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid
- G01N27/121—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a solid body in dependence upon absorption of a fluid; of a solid body in dependence upon reaction with a fluid, for detecting components in the fluid for determining moisture content, e.g. humidity, of the fluid
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T29/00—Metal working
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- Y10T29/49082—Resistor making
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
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- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Description
本発明は、金属酸化物の焼結体からなり、相対
湿度を電気抵抗の変化として検出する感湿素子に
関するものである。 一般に、感湿素子の受感部は、ポリアミド樹
脂、ポリ塩化ビニール、ポリエチレン等の有機高
分子、あるいはFe2O3、Al2O3、Cr2O3、V2O5等
の金属酸化物からなる感湿抵抗体が使用されてい
る。しかし、金属酸化物の方が、有機高分子より
も、化学的、物理的に比較的安定で、素子材料と
して有望である、といわれている。 ところが、通常の金属酸化物は、固有抵抗が高
く、湿度変化による抵抗変化が小さく、しかも、
加湿−除湿の条件において、湿度−抵抗特性にヒ
ステリシスが存在すること、さらに、多湿雰囲気
での長期安定性に欠ける等の欠点があり、そのま
までは感湿素子用材料として適当でない。そこで
発明者らは、かかる従来の状況に鑑み、研究を重
ねた結果、上記欠点を克服した感湿素子を発明す
るに至つたのである。 本発明、スピネル構造を有するM1-xAx
Fe2O4-aを主成分とする焼結体からなる感湿素子
にある。ここに、Ｍはマグネシウム（Mg）又は
亜鉛（Zn）、Ａはアルカリ金属、ｘは0.001ないし
0.2の範囲の値である。また、ａは酸素空格子数
である。 本発明にかかる感湿素子の電気抵抗は０ないし
100％の相対湿度変化に対して、104ないし105倍
変化し、素子の感湿特性はすこぶる高い。また該
感湿素子は、加湿−除湿の繰返し時、上記特性に
ヒステリシスを現わさず、しかも多湿雰囲気での
長期使用にも耐える、等の長所を有している。さ
らに、周囲温度により、上記特性は影響を受けに
くい、という特長も有している。 それ故、本発明によれば、小型で、高感度の感
湿素子を提供することができる。 本発明にかかる感湿素子は、スピネルである
「MFe2O4」のＭの0.1ないし20アトム（atm）％
をアルカリ金属で置換した形態を有する、「M1-x
AxFe2O4-a」の一般式で表わされる金属酸化物を
主成分とするものである。ここに、ｘの値として
は、0.001ないし0.2の範囲がよく、この範囲で該
金属酸化物は前記長所を現わす。またａはアルカ
リ金属の量ｘから決まる数値で、その値は約ｘ／
２である。 一方、ｘの値が0.001以下の場合は、湿度によ
る抵抗変化が小さくなる。逆にｘの値が0.2以上
の場合は、加湿−除湿繰返しによるヒステリシス
特性が著しく大きく現われる。これら、いずれの
場合も、感湿素子用材料として使用不可能であ
る。 なお、ｘの値が0.01ないし0.05の範囲内の場合
は、湿度−抵抗特性曲線がほぼ直線となり、非常
に使いやすい感湿素子を得ることができる。 次に、本発明にかかる感湿素子の製造方法を例
示する。まず、所望の成分割合になるように秤量
した二価金属の酸化物、アルカリ金属の炭酸塩、
酸化鉄を出発原料とし、これらが均質になるよう
に充分粉砕、混合したのち、圧縮成形、仮焼成す
る。さらに、上記、仮焼成したものを、再び粉砕
し、より高い圧力で圧縮成形し、適度な空孔を保
てるような温度で本焼成する。このようにして、
本発明にかかる感湿素子を得ることができる。な
お、本発明にかかる最終焼成体の組成を得るため
の出発原料は酸化物、炭酸塩に限定されず、硝酸
塩等の他の塩類でもよい。 実施例 酸化マグネシウム（MgO）、酸化亜鉛（ZnO）、
炭酸カリウム（K2CO3）、炭酸ソーダ
（Na2CO3）、炭酸リチウム（Li2CO3）、三酸化第
二鉄（Fe2O3）の粉末を原料とし、該当各原料に
ついて、第１表の１から６の各番号欄に示した分
量を正確に秤量、混合し、６種類の、本発明にか
かる感湿素子用原料を調整した。
湿度を電気抵抗の変化として検出する感湿素子に
関するものである。 一般に、感湿素子の受感部は、ポリアミド樹
脂、ポリ塩化ビニール、ポリエチレン等の有機高
分子、あるいはFe2O3、Al2O3、Cr2O3、V2O5等
の金属酸化物からなる感湿抵抗体が使用されてい
る。しかし、金属酸化物の方が、有機高分子より
も、化学的、物理的に比較的安定で、素子材料と
して有望である、といわれている。 ところが、通常の金属酸化物は、固有抵抗が高
く、湿度変化による抵抗変化が小さく、しかも、
加湿−除湿の条件において、湿度−抵抗特性にヒ
ステリシスが存在すること、さらに、多湿雰囲気
での長期安定性に欠ける等の欠点があり、そのま
までは感湿素子用材料として適当でない。そこで
発明者らは、かかる従来の状況に鑑み、研究を重
ねた結果、上記欠点を克服した感湿素子を発明す
るに至つたのである。 本発明、スピネル構造を有するM1-xAx
Fe2O4-aを主成分とする焼結体からなる感湿素子
にある。ここに、Ｍはマグネシウム（Mg）又は
亜鉛（Zn）、Ａはアルカリ金属、ｘは0.001ないし
0.2の範囲の値である。また、ａは酸素空格子数
である。 本発明にかかる感湿素子の電気抵抗は０ないし
100％の相対湿度変化に対して、104ないし105倍
変化し、素子の感湿特性はすこぶる高い。また該
感湿素子は、加湿−除湿の繰返し時、上記特性に
ヒステリシスを現わさず、しかも多湿雰囲気での
長期使用にも耐える、等の長所を有している。さ
らに、周囲温度により、上記特性は影響を受けに
くい、という特長も有している。 それ故、本発明によれば、小型で、高感度の感
湿素子を提供することができる。 本発明にかかる感湿素子は、スピネルである
「MFe2O4」のＭの0.1ないし20アトム（atm）％
をアルカリ金属で置換した形態を有する、「M1-x
AxFe2O4-a」の一般式で表わされる金属酸化物を
主成分とするものである。ここに、ｘの値として
は、0.001ないし0.2の範囲がよく、この範囲で該
金属酸化物は前記長所を現わす。またａはアルカ
リ金属の量ｘから決まる数値で、その値は約ｘ／
２である。 一方、ｘの値が0.001以下の場合は、湿度によ
る抵抗変化が小さくなる。逆にｘの値が0.2以上
の場合は、加湿−除湿繰返しによるヒステリシス
特性が著しく大きく現われる。これら、いずれの
場合も、感湿素子用材料として使用不可能であ
る。 なお、ｘの値が0.01ないし0.05の範囲内の場合
は、湿度−抵抗特性曲線がほぼ直線となり、非常
に使いやすい感湿素子を得ることができる。 次に、本発明にかかる感湿素子の製造方法を例
示する。まず、所望の成分割合になるように秤量
した二価金属の酸化物、アルカリ金属の炭酸塩、
酸化鉄を出発原料とし、これらが均質になるよう
に充分粉砕、混合したのち、圧縮成形、仮焼成す
る。さらに、上記、仮焼成したものを、再び粉砕
し、より高い圧力で圧縮成形し、適度な空孔を保
てるような温度で本焼成する。このようにして、
本発明にかかる感湿素子を得ることができる。な
お、本発明にかかる最終焼成体の組成を得るため
の出発原料は酸化物、炭酸塩に限定されず、硝酸
塩等の他の塩類でもよい。 実施例 酸化マグネシウム（MgO）、酸化亜鉛（ZnO）、
炭酸カリウム（K2CO3）、炭酸ソーダ
（Na2CO3）、炭酸リチウム（Li2CO3）、三酸化第
二鉄（Fe2O3）の粉末を原料とし、該当各原料に
ついて、第１表の１から６の各番号欄に示した分
量を正確に秤量、混合し、６種類の、本発明にか
かる感湿素子用原料を調整した。
【表】
次に、各素子用原料をそれぞれ約７グラム
（ｇ）ずつ取り出し、200Kg／cm2の圧力で直径20
mm、厚さ６mmの円板状に成形し、番号１から５の
素子用原料は1000℃、番号６の素子用原料は900
℃で、1.5時間仮焼成した。さらに、上記仮焼成
したものを、それぞれ乳鉢でよく粉砕したのち、
1ton／cm2の圧力で直径10mm、厚さ１mmの円板状に
再成形した。番号１から５の成分を有する成形体
は1050℃、番号の６の成分を有する成形体は950
℃で、いずれも空気中で1.5時間本焼成した。こ
のようにして、本発明にかかる６種類の異なつた
成分、組成をもつ感湿素子を得た。 ここで、本発明にかかる感湿素子の諸特性を測
定するために次の方法で特性計測用リード線を取
りつけた。まず、得た各感湿素子の表裏面を
＃2000のエメリーペーパーで研摩し、アセトンで
洗浄したのち、素子表裏面全面に酸化ルテニウム
（RuO2）ペーストを塗布した。これを大気中で温
度800℃、３分間加熱し、酸化ルテニウム電極を
形成した。さらに該電極の中央部に銀ペーストを
塗布し、750℃、３分間加熱して銀皮膜を形成し、
ここに、特性計測用リード線をハンダ付けした。
次に本発明にかかる感湿素子の特性を測定した。 まず、上記リード線を通して感湿素子に周波数
1KHz、電圧１ボルトの交流を印加し、この感湿
素子の湿度−抵抗特性を求めた。周囲温度が26℃
の場合の結果を、第１図に示す。図中の各曲線に
つけた番号は第１表の番号に対応する。この図よ
り知られるように、本発明にかかる感湿素子は、
相対湿度０から100％の範囲において、大きな抵
抗変化を示していることがわかる。 また、加湿時、除湿時、いずれの条件について
も、上記測定を実施したが、どの感湿素子におい
ても、それぞれが上記の場合と同一曲線で表わす
ことができ、ヒステリシスは見られなかつた。次
に本発明にかかる感湿素子の長期安定性を調べ
た。まず上記測定を行なつた番号１の成分を有す
る感湿素子を、相対湿度80％の恒湿箱に保管し
た。該多湿雰囲気中で２ケ月間放置後、この感湿
素子を取り出し、再度、湿度−抵抗特性を測定し
た。その結果を第１図中の黒丸で示す。該黒丸は
曲線番号１の上にあり、素子製作時と同一特性を
保持していたことがわかる。 さらに、本発明にかかる感湿素子について、周
囲温度の影響を調べた。番号４の成分を有する感
湿素子について、その周囲温度を26℃、30℃およ
び36℃の３段階に変化させて、それぞれの条件に
おける湿度−抵抗特性を測定した。その結果を第
２図に示す。この図より明らかなように、本発明
にかかる感湿素子の上記特性は、素子の周囲温度
が上昇すると、抵抗値は低下する傾向を示すが、
その程度はわずかであり、サーミスタ等を用いて
簡単に温度補償することができる。
（ｇ）ずつ取り出し、200Kg／cm2の圧力で直径20
mm、厚さ６mmの円板状に成形し、番号１から５の
素子用原料は1000℃、番号６の素子用原料は900
℃で、1.5時間仮焼成した。さらに、上記仮焼成
したものを、それぞれ乳鉢でよく粉砕したのち、
1ton／cm2の圧力で直径10mm、厚さ１mmの円板状に
再成形した。番号１から５の成分を有する成形体
は1050℃、番号の６の成分を有する成形体は950
℃で、いずれも空気中で1.5時間本焼成した。こ
のようにして、本発明にかかる６種類の異なつた
成分、組成をもつ感湿素子を得た。 ここで、本発明にかかる感湿素子の諸特性を測
定するために次の方法で特性計測用リード線を取
りつけた。まず、得た各感湿素子の表裏面を
＃2000のエメリーペーパーで研摩し、アセトンで
洗浄したのち、素子表裏面全面に酸化ルテニウム
（RuO2）ペーストを塗布した。これを大気中で温
度800℃、３分間加熱し、酸化ルテニウム電極を
形成した。さらに該電極の中央部に銀ペーストを
塗布し、750℃、３分間加熱して銀皮膜を形成し、
ここに、特性計測用リード線をハンダ付けした。
次に本発明にかかる感湿素子の特性を測定した。 まず、上記リード線を通して感湿素子に周波数
1KHz、電圧１ボルトの交流を印加し、この感湿
素子の湿度−抵抗特性を求めた。周囲温度が26℃
の場合の結果を、第１図に示す。図中の各曲線に
つけた番号は第１表の番号に対応する。この図よ
り知られるように、本発明にかかる感湿素子は、
相対湿度０から100％の範囲において、大きな抵
抗変化を示していることがわかる。 また、加湿時、除湿時、いずれの条件について
も、上記測定を実施したが、どの感湿素子におい
ても、それぞれが上記の場合と同一曲線で表わす
ことができ、ヒステリシスは見られなかつた。次
に本発明にかかる感湿素子の長期安定性を調べ
た。まず上記測定を行なつた番号１の成分を有す
る感湿素子を、相対湿度80％の恒湿箱に保管し
た。該多湿雰囲気中で２ケ月間放置後、この感湿
素子を取り出し、再度、湿度−抵抗特性を測定し
た。その結果を第１図中の黒丸で示す。該黒丸は
曲線番号１の上にあり、素子製作時と同一特性を
保持していたことがわかる。 さらに、本発明にかかる感湿素子について、周
囲温度の影響を調べた。番号４の成分を有する感
湿素子について、その周囲温度を26℃、30℃およ
び36℃の３段階に変化させて、それぞれの条件に
おける湿度−抵抗特性を測定した。その結果を第
２図に示す。この図より明らかなように、本発明
にかかる感湿素子の上記特性は、素子の周囲温度
が上昇すると、抵抗値は低下する傾向を示すが、
その程度はわずかであり、サーミスタ等を用いて
簡単に温度補償することができる。
第１図は本発明の実施例にかかる感湿素子の湿
度−抵抗特性を示す線図、第２図は温度変化によ
る上記特性変化の例を示す線図である。
度−抵抗特性を示す線図、第２図は温度変化によ
る上記特性変化の例を示す線図である。
Claims (1)
- １ スピネル構造のM1-xAxFe2O4-a（但し、Ｍは
マグネシウム又は亜鉛、Ａはアルカリ金属、
0.001＜ｘ＜0.2、ａは酸素空格子数）を主成分と
する焼結体からなる感湿素子。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56196534A JPS5897801A (ja) | 1981-12-07 | 1981-12-07 | 感湿素子 |
| US06/446,034 US4462930A (en) | 1981-12-07 | 1982-12-01 | Humidity sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56196534A JPS5897801A (ja) | 1981-12-07 | 1981-12-07 | 感湿素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5897801A JPS5897801A (ja) | 1983-06-10 |
| JPS639722B2 true JPS639722B2 (ja) | 1988-03-01 |
Family
ID=16359333
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56196534A Granted JPS5897801A (ja) | 1981-12-07 | 1981-12-07 | 感湿素子 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4462930A (ja) |
| JP (1) | JPS5897801A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4858125A (en) * | 1983-04-26 | 1989-08-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Electronic cone with environmental and human body condition sensors and alarm for indicating existence of undesirable conditions |
| US4801211A (en) * | 1985-10-12 | 1989-01-31 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Humidity and dew point detector |
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