JPH04212049A - 感湿誘電損失体素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、感湿誘電損失体素子に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】感湿誘電損失体素子は湿度に敏感に感応
し、湿度によってその誘電損失（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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】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、抵抗変化があっても、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
いった高湿度領域での応用に限られている。

【０００４】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。

【０００５】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。

【０００６】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。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる素子は、
ＰｂＸＯ３成分（ただし、Ｘは（Ｍｇ１／２Ｗ１／２）
，（Ｃｄ１／２Ｗ１／２），（Ｃｏ１／２Ｗ１／２），
（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２），（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）
，（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２），（Ｙｂ１／２Ｎｂ１／２
），（Ｈｏ１／２Ｎｂ１／２），（Ｆｅ１／２Ｔａ１／
２），（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２），（Ｌｕ１／２Ｎｂ１
／２），（Ｌｕ１／２Ｔａ１／２），（Ｍｇ１／３Ｎｂ
２／３），（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３），（Ｃｏ１／３Ｎ
ｂ２／３），（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３），（Ｍｇ１／３
Ｔａ２／３），（Ｃｏ１／３Ｔａ２／３），（Ｎｉ１／
３Ｔａ２／３），（Ｆｅ２／３Ｗ１／３），（Ｍｎ２／
３Ｗ１／３），のうちから選ばれた１種）を主成分とす
る金属酸化物系の磁器もしくは膜に少なくとも一対の電
極を設けた構成である。

【０００８】

【作用】上記の様な組成の素子は、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。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。

【０００９】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
ことによって、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。

【００１０】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。

【００１１】

【実施例】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。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】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。

【００１５】図１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。図１（Ａ）は、バルク
型の素子であり、図（Ｂ）は膜型の素子である。これら
素子は、磁器であっても、あるいは膜であっても、本質
的な機能は同じである。図１（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１（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。

【００１６】まず、ＰｂＸＯ３で示される感湿誘電損失
体素子について述べる。出発原料として、ＰｂＯ，Ｍｇ
Ｏ，Ｗ２Ｏ３を湿式混合した後、乾燥粉末とした。つぎ
に、この粉末原料を４ｍｍ×４ｍｍ×０．２５ｍｍに成
形（成形圧７５０Ｋｇ／ｃｍ２）し、空気中において１
１５０℃で２時間焼成してＰｂ（Ｍｇ１／２Ｗ１／２）
Ｏ３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℃で焼付し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、
ＰｂＸＯ３で示される他の組成Ｐｂ（Ｍｇ１／２Ｗ１／
２）Ｏ３，Ｐｂ（Ｃｄ１／２Ｗ１／２）Ｏ３，Ｐｂ（Ｃ
ｏ１／２Ｗ１／２）Ｏ３，Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２
）Ｏ３，Ｐｂ（Ｆｅ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３，Ｐｂ（Ｉ
ｎ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３，Ｐｂ（Ｙｂ１／２Ｎｂ１／
２）Ｏ３，Ｐｂ（Ｈｏ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３，Ｐｂ（
Ｆｅ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３，Ｐｂ（Ｓｃ１／２Ｔａ１
／２）Ｏ３，Ｐｂ（Ｌｕ１／２Ｎｂ１／２）Ｏ３，Ｐｂ
（Ｌｕ１／２Ｔａ１／２）Ｏ３，Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｎｂ
２／３）Ｏ３，Ｐｂ（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３，Ｐ
ｂ（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３）Ｏ３，Ｐｂ（Ｎｉ１／３Ｎ
ｂ２／３）Ｏ３，Ｐｂ（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，
Ｐｂ（Ｃｏ１／３Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｐｂ（Ｎｉ１／３
Ｔａ２／３）Ｏ３，Ｐｂ（Ｆｅ２／３Ｗ１／３）Ｏ３，
Ｐｂ（Ｍｎ２／３Ｗ１／３）Ｏ３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。

【００１７】そして前記によっ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
８００℃で焼付けて感湿誘電損失体素子とした。

【００１８】また、感湿誘電損失体素子が膜タイプの場
合、スパッタリング法，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。

【００１９】図２はＰｂ（Ｍｇ１／２Ｗ１／２）Ｏ３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（表１）に示す。

【００２０】

【表１】

【００２１】図２および（表１）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。

【００２２】本発明の素子は、従来の感湿抵抗特性を示
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って生じる
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
が得られるものである。

【００２３】さらに、本発明において、各種添加物とし
て、ＢａＴｉＯ３，ＳｒＴｉＯ３，ＭｇＴｉＯ３，Ｃａ
ＴｉＯ３，ＫＴａＯ３，ＰｂＨｆＯ３，ＬｉＴａＯ３，
ＬｉＮｂＯ３，ＢａＺｒＯ３，ＣａＺｒＯ３，ＳｒＺｒ
Ｏ３，ＭｇＺｒＯ３，ＰｂＺｒＯ３，ＮａＮｂＯ３，Ｋ
ＮｂＯ３，ＰｂＴｉＯ３，ＭｇＣｒ２Ｏ４など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。

【００２４】

【発明の効果】本発明の感湿誘電損失体素子は、湿度−
誘電正接特性を有する新しい感湿素子であり、高安定性
と高精度検知を同時に実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、本発明の一実施例における感湿誘電
損失体素子の構造を示す斜視図 （Ｂ）は、本発明の他の実施例における感湿誘電損失体
素子の構造を示す斜視図

【図２】本発明の一実施例における感湿誘電損失体素子
の湿度−誘電正接特性の代表例を示す特性図

【符号の説明】

１　　感湿誘電損失体 ６　　感湿誘電損失体膜 ２　　電極 ３　　電極 ８　　電極 ９　　電極

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ＰｂＸＯ３成分（ただし、Ｘは（Ｍｇ
   １／２Ｗ１／２），（Ｃｄ１／２Ｗ１／２），（Ｃｏ１
   ／２Ｗ１／２），（Ｓｃ１／２Ｎｂ１／２），（Ｆｅ１
   ／２Ｎｂ１／２），（Ｉｎ１／２Ｎｂ１／２），（Ｙｂ
   １／２Ｎｂ１／２），（Ｈｏ１／２Ｎｂ１／２），（Ｆ
   ｅ１／２Ｔａ１／２），（Ｓｃ１／２Ｔａ１／２），（
   Ｌｕ１／２Ｎｂ１／２），（Ｌｕ１／２Ｔａ１／２），
   （Ｍｇ１／３Ｎｂ２／３），（Ｚｎ１／３Ｎｂ２／３）
   ，（Ｃｏ１／３Ｎｂ２／３），（Ｎｉ１／３Ｎｂ２／３
   ），（Ｍｇ１／３Ｔａ２／３），（Ｃｏ１／３Ｔａ２／
   ３），（Ｎｉ１／３Ｔａ２／３），（Ｆｅ２／３Ｗ１／
   ３），（Ｍｎ２／３Ｗ１／３），のうちから選ばれた１
   種）を主成分とする金属酸化物系の磁器または膜を有す
   る感湿誘電損失体素子。