JPH0379802B2

JPH0379802B2 -

Info

Publication number: JPH0379802B2
Application number: JP56129971A
Authority: JP
Inventors: Jiro Terada; Fumio Fukushima; Koji Nitsuta
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1981-08-19
Filing date: 1981-08-19
Publication date: 1991-12-20
Also published as: JPS5832303A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、感湿誘電損失体素子に関するもので
ある。感湿誘電損失体素子は湿度に敏感に感応し、湿
度によつてその誘電損失（誘電正接）が変化する
素子であり、湿度の測定用素子や、湿度調節用の
センサとして用いるものである。周知のように、
Fe₂O₃やAl₂O₃、Cr₂O₃、Ni₂O₃などの金属酸化物
は吸水性に優れており、そのため、このような性
質を利用して感湿抵抗体素子が作製されている。
ところが、上記金属酸化物を使用した感湿抵抗体
素子は、全般的に抵抗が高く、水分の吸脱着現象
により、抵抗変化があつても、これを電気的に精
度よく検出することが困難なものである。すなわ
ち、この種の素子は、たとえば、結露点の検出と
いつた高湿度領域での応用に限られている。素子を測定の容易な抵抗値の素子とするために
これまで上記金属酸化物に、アルカリ金属系の物
質、たとえば、Na、Liなどの化合物を添加混合
することが試みられている。しかしながら、この
方法では、抵抗の絶対値が減少するものの、高湿
度の状態では、アルカリ金属系化合物が溶出し、
感湿抵抗特性が変化する。このような理由によ
り、実際にこれを使用することはむずかしい。ま
た、これらの素子は、物理吸着した水のイオン伝
導により、感湿特性を得ているものである。たとえば、イオン化しやすい低濃度の成分を含
む雰囲気に触れるだけで感湿抵抗特性が変化す
る。本発明は、かかる問題点を解決することができ
たもので、これまでの感湿抵抗体とは異なり、全
く新しい感湿誘電損失体素子を提供するものであ
る。すなわち、本発明にかかる素子は、ABO₃成分
（ただし、ABは、KTa、PbHf、LiTa、LiNb、
CaTi、PbZr、NaNb、KNb、PbTiのうちから
選ばれた１種）を主成分とする磁器もしくは膜に
少なくとも一対の電極を設けてなる素子であり、
湿度に応じて、電極間の誘電損失（誘電正接）が
大きく変化する現象を見出したものである。本発明はこのような現象の発見に基づくもので
ある。また、組成を選ぶことにより、低湿度から
高湿度にかけて高い感度を示す素子を得ることが
できる。相対湿度−誘電正接特性は、低湿度から
高湿度までほぼ対数的に直線である。さらに、詳細に述べるならば、本発明にかかる
組成物は一種の誘電体であり、その組成を選定す
ることによつて、湿度変化による誘電正接値の変
化の大きい素子を作ることができる。しかも、本発明の素子は、ペロブスカイト形結
晶構造の化合物であり、その誘電正接の温度係数
も小さい。この素子に交流電圧を印加することに
より、電流と電圧の位相差を検出することによ
り、容易に相対湿度０〜100％の全湿度領域にお
いて湿度を検知することができる。さらにまた、
その湿度応答性も早いものである。本発明にかかる組成物は、通常の磁器製造技術
は薄膜製造技術で簡単に製造することができるも
のである。さらに、これは、いわゆる金属酸化物であり、
長期間大気中に放置しておいても、その表面状態
が変化しない。本発明において、組成を前述のように特定した
理由は、ペロブスカイト形結晶構造の化合物であ
り、湿度変化に応じて誘電正接の変化が一義的に
決まるからである。そして、この素子は、低湿度
領域から高湿度領域にわたり高い感度を得ること
ができる。以下本発明にかかる感湿誘電損失体素子の実施
例について、図面を用いて詳細に説明する。第１図に本発明にかかる感湿誘電損失体素子の
実施例の代表的な構造を示す。第１図Ａは、バル
ク型の素子であり、第１図Ｂは膜型の素子であ
る。これら素子は、磁器であつても、あるいは膜
であつても、本質的な機能は同じである。図Ａに
おいて、１は磁器からなる感湿誘電損失体、２，
３は電極、４，５はリード線である。図Ｂにおい
て、６は膜状の感湿誘電損失体、７はその支持基
板、８，９はくし型電極、１０，１１はリード線
である。まず、ABO₃で示される感湿誘電損失体素子に
ついて述べる。出発業料として、PbO、TiO₂を湿式混合した
後、乾燥粉末とする。つぎに、この粉末原料を４
mm×４mm×0.25mmに成形（成形圧750Kg／cm²）し、
空気中において1150℃で２時間焼成してPbTiO₃
の磁器からなる感湿誘電損失体１を作成した。さ
らに感湿誘電損失体にRuO₂系電極ペーストを塗
布して温度800℃で焼付て一対の電極を形成した。
なお、電極はPt系、Ag系、Au系でも良好であ
る。また、ABO₃で示される他の組成KTaO₃、
PbHfO₃、LiTaO₃、LiNbO₃、CaTiO₃、
PbZrO₃、NaNbO₃、KNbO₃についても同様な方
法にて感湿誘電損失体磁器を作成し、そして作製
された磁器に一対の電極を設け、感湿誘電損失体
とする。そして前記によつて得た感湿誘電損失体の電極
の部分に白金リード線をRuO₂系ペーストを用い
て800℃で焼付けて感湿誘電損失体素子とした。また、感湿誘電損失体素子が膜タイプの場合、
スパツタリング法、蒸着法、スクリーン印刷法な
どにより、感湿誘電損失体の膜を形成して同様に
各種組成の素子を得ることができる。第２図はPbTiO₃系感湿誘電損失体素子の相対
湿度−誘電損失（誘電正接、ただし相対湿度０％
との比で表わす）の感度特性を示す。他の組成の
素子についての特性を下表に示す。

【表】

【表】第２図および上表より、本発明の素子は、前述
した各組成を主成分として構成するペロブスカイ
ト型構造のものが、湿度変化に対応して大きく誘
電正接が変化することが実験により判明した。ま
た前記組成を２種および３種組合せた素子につい
ても、実験した結果、湿度変化に対応して誘電正
接が変化し、感湿感度は、前記同様に得られた。さらに、上記組成を少なくとも１種を含む主成
分からなる感湿誘電損失体素子を相対湿度40〜60
％から結露（相対湿度100％）の湿度サイクルを
10⁵回繰返して試験した。その結果、湿度−誘電
正接特性の変化量は数％以内であり、きわめて安
定なものであることを確認した。また、湿度応答
性については、相対湿度０〜100％において、応
答速度は、数秒以内であり、きわめて早い。本発明の素子は、従来の感湿抵抗特性に示すイ
オン伝導タイプとは異なり、素子に吸着した水分
そのものによる誘電損失すなわち誘電分散によつ
て生じる誘電正接の変化であるため、きわめて安
定で、しかも、各種有機ガスや酸性ガスなどに対
し、安定した湿度検知が知られるものである。さらに、本発明において、各種添加物として、
BaTiO₃、SrTiO₃、MgTiO₃、CaTiO₃、
KTaO₃、PbHfO₃、LiTaO₃、LiNbO₃、
BaZrO₃、CaZrO₃、SrZrO₃、MgZrO₃、PbZrO₃、
NaNbO₃、KNbO₃、PbTiO₃、MgCr₂O₄などを
１種または複数種（ただし主成分と同種は除く）
加えると、応答性がよく、特性劣化のきわめて少
ない高感度の感湿誘電損失体素子を得ることがで
きる。以上に説明したように、本発明にかかる感湿誘
電損失体素子は、湿度−誘電正接特性を有する全
く新しい感湿素子であり、高安定性と高精度検知
を行うことができ、産業界にとつて価値大なる感
湿誘電損失体素子を提供する。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ，Ｂはそれぞれ本発明にかかる素子の
実施例の代表的な構造を示す図、第２図はその湿
度−誘電正接特性の代表例を示す特性図である。１，６……感湿誘電損失体、２，３，８，９…
…電極。

Claims

【特許請求の範囲】

１ ABO₃成分（ただし、ABは、KTa、PbHf、
LiTa、LiNb、CaTi、PbZr、NaNb、KNb、
PbTiのうちから選ばれた１種）を主成分とする
磁器または膜を有する感湿誘電損失体素子。