JPH04324352A - 湿度センサ - 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、被検ガス中の湿度を正
確に測定することができる湿度センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】被検ガス中の湿度を測定するための湿度
計としては、従来から、乾球と湿球が示す温度差と気温
との関係から湿度を換算する乾湿計、金属の鏡面におけ
る結露現象を利用する露点計、湿度による毛髪の伸縮を
利用する毛髪湿度計、五酸化リンの吸湿に伴う重量増を
利用する吸収湿度計、塩化リチウムの吸湿や半導体また
はセラミックスの粉末への水分の化学吸着に伴って起こ
る電気伝導度の変化を利用する電気湿度計、または、特
定波長における吸収を利用する赤外線吸収湿度計などが
知られている。

【０００３】しかしながら、上に列記した各湿度計は、
いずれも、形状が小型であること、高精度でかつ安定し
た測定値が得られること、および安価に製造できること
など、汎用の湿度センサとして求められる性能の全てを
満たすものになっていない。本発明は、上記した汎用湿
度センサに要求されている条件の全てを満たし、センサ
出力が安定性に富むとともに精度が高く、形状は小型で
、しかも安価に製造することができる新規な湿度センサ
の提供を目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明においては、アルカリ金属イオン伝導性
固体電解質と、前記アルカリ金属イオン伝導性固体電解
質の一方の端部に接触して形成された検知電極と、前記
アルカリ金属イオン伝導性固体電解質の他方の端部に一
方の端部を接合して配設された酸素イオン（Ｏ２−）伝
導性固体電解質と、前記Ｏ２−伝導性固体電解質の他方
の端部に接触して形成された基準電極とを含むことを特
徴とする湿度センサが提供され、また、電気絶縁性の支
持基板；および、前記支持基板の上に配設された、アル
カリ金属イオン伝導性固体電解質と、前記アルカリ金属
イオン伝導性固体電解質の一方の端部に接触して形成さ
れた検知電極と、前記アルカリ金属イオン伝導性固体電
解質の他方の端部に一方の端部を接合して配設されたＯ
２−伝導性固体電解質と、前記Ｏ２−伝導性固体電解質
の他方の端部に接触して形成された基準電極とを含む湿
度検知部；を備えていることを特徴とする湿度センサが
提供される。

【０００５】

【作用】この湿度センサは、３００〜６５０℃の温度に
加熱された状態で使用される。上記温度で、この湿度セ
ンサを被検ガス中に置くと、検知電極と基準電極の間に
は、被検ガス中の湿度に比例した値の起電力が発生する
。この場合、理由は明らかではないが、アルカリ金属イ
オン伝導性固体電解質に形成されている検知電極が湿度
変化を検知し、酸素イオン伝導性固体電解質に形成され
ている基準電極は湿度変化の影響を受けない。

【０００６】この湿度センサの使用温度が３００℃より
低いときは、上記したアルカリ金属イオン伝導性固体電
解質やＯ２−伝導性固体電解質の厚みが１ｍｍ程度であ
ると、これら固体電解質のインピーダンスが大きいので
、測定精度が悪くなる。もっとも、これら固体電解質を
薄膜化して厚みを薄くすれば、測定温度をさらに１００
℃以上低温にすることもできる。

【０００７】湿度センサの使用温度が６５０℃より高い
ときは、コストアップを招くだけではなく、被検ガス中
の湿度変化に対し、検知電極における電位変化が小さく
なり、この場合も測定精度が低下してしまう。

【０００８】

【実施態様】以下、図面に基づいて本発明の各実施態様
につき詳細に説明する。図１は、第１の実施態様の湿度
センサを示す側面図である。この湿度センサの場合は、
円柱形状をしたアルカリ金属イオン伝導性固体電解質１
の一方の端部１ａに検知電極２が接触して形成され、ま
た、アルカリ金属イオン伝導性固体電解質１の他方の端
部１ｂに、同じく円柱形状をしたＯ２−伝導性固体電解
質３の一方の端部３ａを接合して配設し、このＯ２−伝
導性固体電解質３の他方の端部３ｂに基準電極４が接触
して形成されている。そして、検知電極２と基準電極４
には、それぞれリード線５ａ、５ｂが取付けられている
。

【０００９】この場合、アルカリ金属イオン伝導性固体
電解質１の形状は、断面が多角形の角柱状であってもよ
く、また円板状や角板状であってもよい。このような形
状のアルカリ金属イオン伝導性固体電解質１は、所定の
原料粉末を成形したのち、得られた成形体を焼結し、つ
いでその焼結体をダイヤモンドカッターや旋盤などの加
工機械で上記した形状に切削加工することにより製作す
ることができる。

【００１０】アルカリ金属イオン伝導性固体電解質とし
ては、例えば、ナトリウムイオン（Ｎａ＋　）伝導性固
体電解質、リチウムイオン（Ｌｉ＋　）伝導性固体電解
質、カリウムイオン（Ｋ＋　）伝導性固体電解質、セシ
ウムイオン（Ｃｓ＋　）伝導性固体電解質などを用いる
ことができる。これらのうち、Ｎａ＋　伝導性固体電解
質としては、例えば、次式：Ｎａ１＋ｘ　Ｚｒ２　Ｓｉ
　Ｐ３−ｘ　Ｏ１２（ただし、０≦ｘ≦３）で示される
ＮＡＳＩＣＯＮ；次式：Ｎａ２　Ｏ・ｘＡｌ２　Ｏ３　
（式中、５≦ｘ≦１１）で示されるβ−アルミナ；次式
：Ｎａ１＋ｘ　ＭｘＡｌ１１−ＸＯ１７（式中、Ｍは、
Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｏ２＋、
Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋の２価陽イオンを表し、０≦ｘ≦２
）で示されるβ”−アルミナ；　Ｎａ１＋ｘ　Ｚｒ２−
Ｘ　ＭｘＰ３　Ｏ１２（式中、Ｍは、Ｆｅ３＋、Ｉｎ３
＋、Ｓｃ３＋、Ｙ３＋、Ｓｍ３＋、Ｅｕ３＋、Ｇｄ３＋
、Ｔｂ３＋、Ｄｙ３＋、Ｈｏ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋
、Ｙｂ３＋、Ｌｕ３＋の３価陽イオンを表し、０≦ｘ≦
２）で示される化合物；次式：Ｎａ１＋２ｘＺｒ２−ｘ
　ＭｘＰ３　Ｏ１２（式中、Ｍは、Ｍｇ２＋、Ｃａ２＋
、Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋
の２価陽イオンを表し、０≦ｘ≦２）で示される化合物
；次式：ＮａＭＳｉ４　Ｏ１２（式中、Ｍは、Ｆｅ３＋
、Ｉｎ３＋、Ｓｃ３＋、Ｙ３＋、Ｓｍ３＋、Ｅｕ３＋、
Ｇｄ３＋、Ｔｂ３＋、Ｄｙ３＋、Ｈｏ３＋、Ｅｒ３＋、
Ｔｍ３＋、Ｙｂ３＋、Ｌｕ３＋の３価陽イオンを表す）
で示され、ＮＭＳ−ＮＡＳＩＣＯＮと呼ばれる化合物；
次式：Ｎａ３　ＭＳｉ４　Ｏ１２（式中、Ｍは、Ｆｅ３
＋、Ｉｎ３＋、Ｓｃ３＋、Ｙ３＋、Ｓｍ３＋、Ｅｕ３＋
、Ｇｄ３＋、Ｔｂ３＋、Ｄｙ３＋、Ｈｏ３＋、Ｅｒ３＋
、Ｔｍ３＋、Ｙｂ３＋、Ｌｕ３＋の３価陽イオンを表す
）で示される化合物；Ｎａ１．７　Ａｌ１．７　Ｓｉ０
．３　Ｏ４　；Ｎａ３　ＳｃＰ３　Ｏ１２を用いること
ができる。

【００１１】また、特開昭５７−１３５７１４号公報、
特開昭５９−２１３６０９号公報、欧州特許公開第０　
０６７　２７４　号公報などで提案されているＮａ＋　
伝導性固体電解質や、次式：Ｎａ２　Ｏ・Ａｌ２　Ｏ３
　・ｘＳｉＯ２　（式中、ｘは２、４、６、８）で示さ
れる化合物も、３００〜７００℃の比較的低温下におい
ても、Ｎａ＋　の導電率が高い、すなわち、内部インピ
ーダンスが小さいので、これらも本発明に係るＮａ＋　
伝導性固体電解質として用いることができる。

【００１２】また、次式：（ＰＥＯ）ｘＮａＳＣＮ、（
ＰＰＯ）ｘＮａＳＣＮ、（ＰＥＯ）ｘＮａＩ、（ＰＰＯ
）ｘＮａＩ、（ＰＥＯ）ｘＮａＣＦ３　ＳＯ３　、（Ｐ
ＰＯ）ｘＮａＣＦ３　ＳＯ３　など（式中、ＰＥＯは（
ＣＨ２　ＣＨ２　Ｏ）ｎ、ＰＰＯは（ＣＨ２　ＣＨ（Ｃ
Ｈ３　）Ｏ）ｎを表し、ｘは陽イオンあたりの酸素原子
数を表す）で示される高分子錯体も、低温下におけるＮ
ａ＋の導電率が高いので、本発明に係るＮａ＋　伝導性
固体電解質として用いることができる。

【００１３】Ｌｉ＋　伝導性固体電解質としては、例え
ば、ＬｉＩ、ＬｉＩ−ＣａＩ２　、ＬｉＩ−ＣａＯ、Ｌ
ｉＡｌＣｌ４　、ＬｉＡｌＦ４　、ＬｉＩ−Ａｌ２　Ｏ
３　、ＬｉＦ・（Ｈ２　Ｏ）−Ａｌ２　Ｏ３　、２Ｌｉ
Ｂｒ・（Ｈ２　Ｏ）−Ａｌ２　Ｏ３　、Ｌｉ３　Ｎ、Ｌ
ｉ３　ＮＩ２　、Ｌｉ３　Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ
３　Ｎ−ＬｉＣｌ、Ｌｉ６　ＮＢｒ３　、Ｌｉ２　Ｓｉ
Ｏ４　、次式：ｘＬｉ３　ＰＯ４　−（１−ｘ）Ｌｉ４
　ＳｉＯ４　（式中、０≦ｘ≦１）で示される固溶体、
次式：ｘＬｉ４　ＧｅＯ４　−（１−ｘ）Ｚｎ２　Ｇｅ
Ｏ４　（式中、０≦ｘ≦１）で示される固溶体（ｘが３
／４のときの化合物：Ｌｉ１４Ｚｎ（ＧｅＯ４　）４　
はＬＩＳＩＣＯＮと呼ばれる）、次式：ｘＬｉ４　Ｓｉ
Ｏ４　−（１−ｘ）Ｌｉ４　ＺｒＯ４　（式中、０≦ｘ
１）で示される固溶体、ＬｉＡｌＳｉＯ４　、Ｌｉ５　
Ｂ７　Ｏ１２．５Ｃｌ、Ｌｉ２　ＴｉＯ７　、Ｌｉ２　
Ｔｉ２　Ｏ５　、０．８（ＬｉＴｉ２　（ＰＯ４　）３
　）−０．２Ｌｉ３　ＰＯ４　、Ｌｉ４　ＳｉＯ４　−
Ｌｉ３　ＢＯ３、Ｌｉ２　Ｏ−Ｎａ２　Ｏ−Ｂ２　Ｏ３
　、次式：Ｌｉ４−２ＸＭｇｘＳｉＯ４　（式中、０＜
ｘ＜２）で示される化合物などを用いることができる。

【００１４】また、Ｋ＋　伝導性固体電解質やＣｓ＋　
伝導性固体電解質としては、Ｎａ＋　をＫ＋　で置換し
たβ−アルミナやβ”−アルミナ、次式：ＫｘＭｇＸ／
２　Ｔｉ８−Ｘ／２　Ｏ１６（式中、１．６＜ｘ＜２）
で示される化合物、次式：Ｋ２　Ｏ−Ｆｅ２　Ｏ３　−
ＺｎＯで示される化合物、（ＰＥＯ）ｘＫＳＣＮ、（Ｐ
ＥＯ）ｘＣｓＳＣＮ、（ＰＰＯ）ｘＫＳＣＮ、（ＰＰＯ
）ｘＣｓＳＣＮ（ＰＥＯ、ＰＰＯ、ｘはいずれも前記と
同じ意味を有する）などを用いることができる。

【００１５】ここで、上記したアルカリ金属イオン伝導
性固体電解質は、それぞれのアルカリ金属イオンの濃度
や内部インピーダンスが若干異なっているので、得られ
た各センサの示す起電力や応答速度も異なってくる。し
かしながら、この点に関していえば、たとえば、起電力
については、各センサにつきそれ固有の検量線を予め作
成しておくことによりセンサとしての性能差は解消でき
るし、また応答速度についても、上述した各化合物はい
ずれも高いアルカリ金属イオン伝導性を示すので、実用
上、センサとしての性能に支障をきたすことはない。

【００１６】また、Ｏ２−伝導性固体電解質３は、所定
の原料粉末を成形したのち、得られた成形体を焼結し、
ついでその焼結体をダイヤモンドカッターや旋盤のよう
な加工機械を用いて上記形状に切削加工することにより
製作することができる。ここで、Ｏ２−伝導性固体電解
質としては、次式：（ＭＯ２　）１−ｘ　（ＲｙＯｚ）
ｘ（式中、ＭはＺｒ４＋、Ｔｈ４＋、Ｈｆ４＋、Ｃｅ４
＋の４価陽イオンを表わし、ＲはＭｇ２＋、Ｃａ２＋、
Ｓｒ２＋、Ｂａ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋の
２価陽イオンまたはＦｅ３＋、Ｉｎ３＋、Ｓｃ３＋、Ｙ
３＋、Ｓｍ３＋、Ｅｕ３＋、Ｇｄ３＋、Ｔｂ３＋、Ｄｙ
３＋、Ｈｏ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋、Ｙｂ３＋、Ｌｕ
３＋の３価陽イオンを表わし、０．０５≦ｘ≦０．３で
、ｙおよびｚは（ＲｙＯｚ）を電気的に中性にする数）
で示される化合物；次式：（Ｂｉ２　Ｏ３　）１−ｘ　
（ＲｙＯｚ）ｘ（式中、ＲはＭｇ２＋、Ｃａ２＋、Ｓｒ
２＋、Ｂａ２＋、Ｃｏ２＋、Ｎｉ２＋、Ｃｕ２＋、Ｐｂ
２＋の２価陽イオン、Ｆｅ３＋、Ｉｎ３＋、Ｓｃ３＋、
Ｙ３＋、Ｓｍ３＋、Ｅｕ３＋、Ｇｄ３＋、Ｔｂ３＋、Ｄ
ｙ３＋、Ｈｏ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋、Ｙｂ３＋、Ｌ
ｕ３＋の３価陽イオン、またはＷ６＋を表わし、０．０
５≦ｘ≦０．３で、ｙおよびｚは（ＲｙＯｚ）を電気的
に中性にする数）で示される化合物；を用いることがで
きる。

【００１７】このようなアルカリ金属イオン伝導性固体
電解質１の一方の端部１ａに形成される検知電極２、Ｏ
２−伝導性固体電解質３の他方の端部３ｂに形成される
基準電極４は、いずれも、多孔質のガス拡散電極である
。 これらの電極は、スパッタリング法や蒸着法などによっ
ても形成することができるが、各電極素材の微粉を含む
スペースをアルカリ金属イオン伝導性固体電解質１の一
方の端部１ａとＯ２−伝導性固体電解質３の他方の端部
３ｂにそれぞれ塗布したのち、これを所定温度で焼成し
て焼付けるというペースト塗布熱分解法によって形成す
ることが、操作が簡便で、電極形成が確実に行なえると
いうことから好適である。

【００１８】検知電極２の形成に用いる素材としては、
白金（Ｐｔ）でもよいが、高温下においてもアルカリ金
属や酸素が固溶することがなく、経時変化も起こりにく
いということから、金（Ａｕ）であることが好ましい。 基準電極４の形成に用いる素材としては、検知電極の場
合と同じように金であってもよいが、高温下においても
Ｏ２−伝導性固体電解質の構成元素や酸素が固溶しない
材料であって、しかも、酸素の解離反応に対して触媒効
果を発揮する材料であるということから、白金（Ｐｔ）
が好適な素材である。

【００１９】また、基準電極４の素材としては、酸化物
電極材として知られている、例えば、次式：Ｌａ１−Ｘ
　ＳｒＸ　ＭＯ３　（式中、ＭはＣｏ２＋、Ｍｎ２＋、
Ｆｅ２＋の２価陽イオンを表し、０≦ｘ＜１）で示され
る化合物、次式：Ｌａ１−ＸＳｒＸ　Ｍ１１−ｙＭ２　
ｙＯ３　（式中、Ｍ１　はＭｎ２＋、Ｆｅ３＋、Ｃａ２
＋、Ｍｇ２＋などの陽イオンを表し、Ｍ２　はＣｏ２＋
、Ｃｒ３＋、Ａｌ３＋などの陽イオンを表し、ｘ，ｙは
、それぞれ、０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で示される化合
物なども用いることができる。

【００２０】検知電極２、基準電極４にはそれぞれリー
ド線５ａ、５ｂが取付けられ、ここから、湿度の測定時
における起電力信号が取り出される。これらのリード線
５ａ、５ｂは検知電極２、基準電極４と同じ素材で構成
されていることが好ましく、たとえば、両電極の形成前
または形成と同時に金ペーストや白金ペーストなどを用
いてこれら電極に固定して取付けることが好ましい。

【００２１】図２は別の実施態様を示す平面図である。 この実施態様の湿度センサは、電気絶縁性の支持基板６
の上に、薄板形状をしたアルカリ金属イオン伝導性固体
電解質１と、このアルカリ金属イオン伝導性固体電解質
１の一方の端部１ａに接触して形成された検知電極２と
、このアルカリ金属イオン伝導性固体電解質１の他方の
端部１ｂに一方の端部３ａを接合して配設された、薄板
形状をしたＯ２−伝導性固体電解質３と、このＯ２−伝
導性固体電解質３の他方の端部３ｂに接触して形成され
た基準電極４とを含む湿検知部Ａが形成されている。

【００２２】支持基板６に薄板形状のアルカリ金属イオ
ン伝導性固体電解質１やＯ２−伝導性固体電解質３を形
成するためには、たとえば、粉末混合法または共沈法、
加水分解法、アルコキシド法等を用いた湿式合成法で合
成した所定組成の原料粉末をボールミルのような粉砕機
で充分に微粉砕し、得られた微粉末をスクリーン印刷法
などにより耐熱性の電気絶縁性の支持基板６の上にパタ
ーニングしたのち、全体を、それぞれの微粉末の焼結温
度にまで加熱して前記微粉末の印刷パターンを支持基板
の上に焼き付けるという塗布焼付け法を適用することが
好ましい。このとき、パターニング時の塗布量を変える
ことにより、各固体電解質を厚膜または薄膜の膜状にも
、円柱もしくは角柱の柱状または半柱状にも、さらには
、板状にも前記支持基板６の上に形成することができる
。 また、各固体電解質の焼結ブロックを予め製造しておき
、これらのブロックから柱状体、板状体を切削加工し、
それぞれをアルミナを主成分とするような無機接着剤で
支持基板６の上に接合することもできる。

【００２３】このようなことから、支持基板６は上記各
微粉末の焼結温度に充分耐えられる耐熱性を備えている
ことが必要であり、また、この支持基板６の上に形成さ
れる検知電極２と基準電極４の短絡を防止するために電
気絶縁性であることが必要である。このような特性を満
足する材料としては、たとえば、アルミナ、ジルコニア
、窒化ケイ素、窒化アルミニウムをあげることができる
。また、支持基板は、他の基板の表面を上記した材料で
前述の塗布焼付け法、蒸着法、ＣＶＤ方法、スパッタリ
ング法、プラズマ溶射法等によってコーティングしてな
る基板であってもよい。

【００２４】また、上記した塗布焼付け法の外に、支持
基板６に所定のマスキングを施したのち、ここに蒸着法
、ＣＶＤ法、スパッタリング法、プラズマ溶射法等によ
り所定組成のアルカリ金属イオン伝導性固体電解質１や
Ｏ２−伝導性固体電解質３を形成することもできる。検
知電極２、基準電極４、リード線５ａ、リード線５ｂは
、いずれも、第１の実施態様の場合と同じようにして、
それぞれの個所に形成されている。

【００２５】図３、図４は、それぞれ、さらに別の実施
態様を示す平面図と側面図である。この実施態様の湿度
センサは、センサそれ自体に発熱体を搭載したタイプの
ものである。本発明のセンサは、前述したように、３０
０〜７５０℃の温度域でそのセンサ機能を発揮するが、
このタイプのように発熱体を搭載したものは温度制御の
精度を高めることができる。

【００２６】図３において、図２で示したセンサにおけ
る電気絶縁性の支持基板６の背面に、発熱体７がジグザ
グに形成され、発熱体用リード線７ａ、７ｂがこの発熱
体７に取り付けられている。発熱体７は、たとえば白金
の微粉末をテレピン油等に分散させて調製したペースト
をスクリーン印刷等の方法で支持基板６の裏面にパター
ニングしたのち、これを焼付けることによって形成する
ことができる。そのときの素材としては、上記白金の外
に、ロジウム、白金−ロジウム合金、タングステン、ニ
ッケル−クロム合金も使用することができる。また、上
記焼付け法の外に、基板６の裏面をマスキングして、そ
こに蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法、プラズマ溶
射法等を適用して発熱体７を形成することもできる。

【００２７】

【実施例】

実施例１ 図１で示した湿度センサを次のようにして製造した。す
なわち、まず、純度９９．９％のＮａ３　ＰＯ４　の試
薬（無水）とＺｒＳｉＯ４　試薬を、モル比で１：２と
なるように秤量したのち両者を混合した。得られた混合
粉を１１４７℃で４８時間、熱処理して固相反応を起こ
させて均質化したのち、ボールミルで２４時間粉砕処理
を行なった。得られた粉末を１ｔｏｎ／ｃｍ２　の圧力
で円柱状に金型プレス成形したのち、その成形体を、１
２４７℃で１２時間、熱処理した。直径約２ｍｍ、長さ
約４ｍｍの円柱状のＮＡＳＩＣＯＮ焼結体１が得られた
。

【００２８】つぎに、特級試薬の酸化イットリウム（Ｙ
２Ｏ３）粉末と特級試薬の酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２
）粉末とを、モル比で８：９２となるように秤量したの
ち両者を混合した。得られた混合粉を、大気中において
、１０００℃で２時間、熱処理して固相反応を起こさせ
て均質化したのち、ボールミルで２４時間粉砕処理を行
なった。得られた粉末を１ｔｏｎ／ｃｍ２　の圧力でラ
バープレス成形したのち、その成形体を、１７５０℃で
２時間、熱処理した。 イットリア安定化ジルコニア（以後、ＹＳＺという）の
焼結体ブロックが得られた。このＹＳＺブロックをダイ
ヤモンドカッターと旋盤で加工して、直径４ｍｍ、厚み
０．５ｍｍのディスク３にした。

【００２９】ＮＡＳＩＣＯＮ焼結体１の一方の端面にＮ
ＡＳＩＣＯＮの粉末を付着させ、ここにＹＳＺのディス
ク３を載せ、全体をセラミックヒータの上で１３５０℃
に加熱して、ＹＳＺのディスク３の一方の端部３ａをＮ
ＡＳＩＣＯＮ焼結体１の一方の端面１ｂに融着して両者
を一体化した。ＮＡＳＩＣＯＮ焼結体１の別の端部１ａ
の外周に直径０．２ｍｍの金線５ａを巻きつけ、さらに
金線の巻きつけ個所に金ペーストを塗布し、また、ＹＳ
Ｚのディスク３の他方の端部３ｂの端面に直径０．２ｍ
ｍの金線を添着し、この上に金ペーストを塗布した。つ
いで、全体を７００℃で１時間焼成して検知電極２と基
準電極４を形成した。

【００３０】得られたセンサを図５に示した起電力測定
系にセットした。すなわち、電気炉８内に置かれた石英
管９の中にセンサ１０をセットし、このセンサのリード
線１０ａ，１０ｂをそれぞれ信号処理回路１１に接続し
た。起電力信号は信号処理回路１１に接続する表示回路
１２に表示されるようになっている。石英管９は、水１
３をいれたフラスコ１４と流量計１５を介して接続され
ている。フラスコ１４には湿度計１６が挿入され、標準
炭酸ガスのボンベ１７が接続されている。

【００３１】この測定系において、センサ１０の作動温
度を５２５℃に保持し、ボンベ１７から、相対湿度が０
％のときの炭酸ガス濃度が４００ｐｐｍである標準ガス
を、１５０ｍｌ／ｍｉｎのガス流量で流しつづけた。そ
して、ヒータ１８を作動してフラスコ１４内の水１３の
温度を調節し、標準ガス中の相対湿度を湿度計１６で測
定した。標準ガス中の相対湿度を０％から１００％まで
変化させたときのセンサ起電力を測定した。その結果を
表１に示した。さらに、一旦、起電力測定を停止し、１
ヶ月後に同じようにして起電力測定を行なった。その結
果を表１に示した。

【００３２】

【表１】 実施例２ アルカリ金属イオン固体電解質が、実施例１におけるＮ
ＡＳＩＣＯＮに代えて、以下の方法で製造したＬｉ＋　
伝導性固体電解質であったことを除いては、実施例１と
同様にしてセンサを製造した。

【００３３】試薬特級の、炭酸リチウム、二酸化シリコ
ン、五酸化バナジウを固溶体組成（モル比）で０．４Ｌ
ｉ４　ＳｉＯ４　−０．６Ｌｉ３　ＶＯ４　となるよう
にそれぞれ秤量し、これらをｎ−ヘキサンに混合・分散
し、乾燥したのち、６００℃で５時間の熱処理を行なっ
て炭酸ガスを追い出し、さらに７００℃で４時間の熱処
理を行なって固相反応を起こさせて均質化したのち、ボ
ールミルで２４時間の粉砕処理を行なった。得られた粉
末を１ｔｏｎ／ｃｍ２　の圧力でラバープレス成形し、
その成形体に１０００℃で１時間の熱処理を行なって焼
結体ブロックを製造した。

【００３４】このセンサについても、実施例１と同じよ
うにして起電力測定を行なった。その結果を表２に示し
た。

【００３５】

【表２】 実施例３ 図３と図４に示した湿度センサを次のようにして製造し
た。すなわち、まず、純度９９．９％のアルミナ基板６
の上に、実施例１の方法で製造したＹＳＺの微粉末をス
クリーン印刷法でパターニングしたのち、全体を１６０
０℃の温度で２時間焼成して、長さ４ｍｍ、幅２ｍｍ、
厚み０．５ｍｍのＹＳＺの膜を形成した。

【００３６】つぎに、実施例１の方法で製造したＮＡＳ
ＩＣＯＮの微粉末を、アルミナ基板６の上に、ＹＳＺの
膜と接触するようにしてスクリーン印刷法でパターニン
グしたのち、全体を１２４７℃の温度で１２時間焼成し
て、アルミナ基板６の上に、長さ４ｍｍ、幅２ｍｍ、厚
み０．５ｍｍのＮＡＳＩＣＯＮの膜を形成した。また、
アルミナ基板６の裏面に白金ペーストをスクリーン印刷
法でパターニングし、ついで、全体に１０００℃で１時
間の熱処理を施して発熱体７を形成した。このとき、発
熱体７のリード線である白金線７ａ、７ｂも上記白金ペ
ーストと一緒に焼き付けた。その後、ＮＡＳＩＣＯＮの
膜の一方の端部とＹＳＺの膜の別の端部に、直径０．２
ｍｍの金線を添着し、さらにその上から金ペーストを塗
布したのち、乾燥後、全体を７００℃で１時間焼成して
、それぞれ、検知電極と基準電極を形成した。

【００３７】このセンサを図５の起電力測定系にセット
し、電気炉１０は作動させず、センサが搭載する発熱体
を作動して温度制御して、起電力の測定を行なった。そ
の結果を表３に示した。

【００３８】

【表３】

【００３９】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
センサは、被検ガス中の湿度を測定することができる。 得られる測定値は高精度であり、また安定した値になっ
ている。また、形状は小型であり、製造も簡単であるた
め、汎用の湿度センサとしての価値が高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施態様を示す側面図である。

【図２】本発明の第２の実施態様を示す平面図である。

【図３】本発明の第３の実施態様を示す平面図である。

【図４】本発明の第３の実施態様を示す側面図である。

【図５】湿度センサの起電力測定系を示す概略構成図で
ある。

【符号の説明】 １　　アルカリ金属イオン伝導性固体電解質１ａ　　ア
ルカリ金属イオン伝導性固体電解質１の一方の端部 １ｂ　　アルカリ金属イオン伝導性固体電解質１の他方
の端部 ２　　検知電極 ３　　酸素イオン伝導性固体電解質 ３ａ　　酸素イオン伝導性固体電解質３の一方の端部３
ｂ　　酸素イオン伝導性固体電解質３の他方の端部４　
　基準電極 ５ａ、５ｂ　　リード線 ６　　支持基板 ７　　発熱体 ７ａ、７ｂ　　発熱体７のリード線 ８　　電気炉 ９　　石英管 １０　　湿度センサ １０ａ、１０ｂ　　リード線 １１　　信号処理回路 １２　　表示回路 １３　　水 １４　　フラスコ １５　　流量計 １６　　湿度計 １７　　標準ガスボンベ １８　　ヒータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アルカリ金属イオン伝導性固体電解質
   と、前記アルカリ金属イオン伝導性固体電解質の一方の
   端部に接触して形成された検知電極と、前記アルカリ金
   属イオン伝導性固体電解質の他方の端部に一方の端部を
   接合して配設された酸素イオン伝導性固体電解質と、前
   記酸素イオン伝導性固体電解質の他方の端部に接触して
   形成された基準電極とを含むことを特徴とする湿度セン
   サ。
2. 【請求項２】　　電気絶縁性の支持基板；および、前記
   支持基板の上に配設された、アルカリ金属イオン伝導性
   固体電解質と、前記アルカリ金属イオン伝導性固体電解
   質の一方の端部に接触して形成された検知電極と、前記
   アルカリ金属イオン伝導性固体電解質の他方の端部に一
   方の端部を接合して配設された酸素イオン伝導性固体電
   解質と、前記酸素イオン伝導性固体電解質の他方の端部
   に接触して形成された基準電極とを含む湿度検知部；を
   備えていることを特徴とする湿度センサ。