JPH0518920A - 感湿体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 インピーダンス値の変化が大きいとともに応
答速度が速く、経時変化を少なくする。 【構成】 感湿体をｘＬｉ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ
₂ （０＜ｘ＜５）よりなる金属酸化物を用いて構成す
る。出発原料としては試薬級の炭酸リチウム〈Ｌｉ₂ Ｃ
Ｏ₃ 〉、酸化アルミニウム〈Ａｌ₂ Ｏ₃ 〉、二酸化ケイ
素〈ＳｉＯ₂ 〉、ＳｉＯ₂ ーＡｌ₂ Ｏ₃ 系の天然原料を
用い、各組成比に配合、湿式混練、乾燥、仮成形、焼
成、および粉砕を行って感湿体原料とし、この原料を薄
板に成形、熱処理した後、その両面に対向電極を設けて
感湿素子とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は雰囲気中の湿度の変化に
応じて電気的インピーダンス値の変化する感湿体に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、雰囲気中の湿度の変化に感応して
インピーダンス値が変化する感湿体としては、Ａｌ₂ Ｏ
₃ ，ＺｒＳｉＯ₄ ，ＭｇＡｌ₂ Ｏ₄ ，ＭｇＣｒ₂ Ｏ₄ な
どの金属酸化物の多孔質体やＬｉＣｌ飽和溶液などの電
解質塩、或いはセルロースや疎水ポリマーと親水性ポリ
マーとの共重合体等の有機物質系のものがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
感湿体のほとんどは常温においても著しい経時変化を有
している。その解決策として熱的安定性に優れた金属酸
化物よりなる感湿素子にヒータを設け、一定時間ごとに
加熱し、素子表面を再生することで経時変化を抑える方
法が実用化されている。しかし、この方法は一定時間ご
との素子の加熱が必要で湿度の連続測定が不可能であ
り、ヒータを作動させるための大きな電力が必要とな
り、またヒータ制御回路を設けなければならないために
複雑な機構が必要になってしまうという問題がある。

【０００４】本発明は上記課題を解決するためのもの
で、インピーダンス値の変化が大きいとともに応答速度
が速く、長時間にわたり経時変化が極めて少ない、優れ
た感湿能を有する感湿体を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのために本発明の感湿
体は ｘＬｉ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ （０＜ｘ＜５） よりなる金属酸化物を用いたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】本発明は、出発原料としては試薬級の炭酸リチ
ウム〈Ｌｉ₂ ＣＯ₃ 〉、酸化アルミニウム〈Ａｌ
₂ Ｏ₃ 〉、二酸化ケイ素〈ＳｉＯ₂ 〉を用いた他に、Ｓ
ｉＯ₂ ーＡｌ₂ Ｏ₃ 系の天然原料である平木カオリンも
用いた。なお、試薬級原料および天然原料どちらを用い
た場合も感湿特性に対して違いは認められなかった。こ
の出発原料を各組成比に配合、湿式混練、乾燥、仮成
形、焼成、および粉砕を行って感湿体原料とする。その
原料を薄板に成形、熱処理した後、その両面に対向電極
を設け、サンドウィッチ型感湿素子とする。

【０００７】この素子は相対湿度２０〜９０％でインピ
ーダンスが１０⁷Ωのオーダ以下で、２〜４桁程変化す
る。応答速度は３０℃、３０％ｒ．ｈ．（相対湿度）の
変化に対して２〜３分である。また、経時変化はエイジ
ング後（大気中１〜２カ月）、１５カ月間で±５％ｒ．
ｈ．以下、最も安定した素子で±１％ｒ．ｈ．である。

【０００８】

【実施例】以下、実施例を図面を参照しつつ説明する。
ｘＬｉ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ₂ の組成比が、図２
（モル比ｘ；サンプルＮｏ１：０．６６，サンプルＮｏ
２：０．８１，サンプルＮｏ３：１．００，サンプルＮ
ｏ４：１．２１，サンプルＮｏ５：１．４５，サンプル
Ｎｏ６：２．１９，サンプルＮｏ７：３．７７，比較例
１：５．９５，比較例２：９．２２）の如くなるように
試薬級のＬｉ₂ ＣＯ₃ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＳｉＯ₂ を配合
し、エタノールを用い、ボールミルにより混練を行う。
乾燥の後、１００ｋｇ／ｃｍ² で加圧成形し、図２に示
す各焼成温度（サンプルＮｏ１〜５：１３５０℃、サン
プルＮｏ６，７：１１００℃、比較例１，２：７００
℃）で３時間焼成を行い、その後粉砕する。この操作に
より均一な組成の感湿体原料が得られる。サンプルＮｏ
６，７および比較例の焼成温度をサンプルＮｏ１〜５に
比べて低くしたのは、その温度以上では溶融するためで
ある。また、比較例の焼成体は７００℃で焼成した後、
冷却過程で生成したものと思われる炭酸リチウム〈Ｌｉ
₂ ＣＯ₃ 〉が赤外吸収スペクトルなどによって認めら
れ、さらに、感湿素子に組み上げたところ、経時変化が
著しく実用化が困難であるのでＬｉ₂ Ｏのモル比ｘは０
＜ｘ＜５の範囲である必要がある。

【０００９】上記の操作により得られた原料を４００ｋ
ｇ／ｃｍ² で厚み０．５ｍｍ、φ２０ｍｍのペレットに
加圧成形した後、６×６ｍｍの板状に加工する。その板
を１０００〜１２００℃で２時間程熱処理を行い感湿体
とした。なお、熱処理温度は１０００℃以下では感湿体
の強度がないために取扱いにくく、また、１２００℃以
上では焼結が進み、感湿能が低下する。以下で述べる結
果は、１１００℃で熱処理した感湿体についてのもので
ある。

【００１０】次に、図１に示すように、得られた感湿体
１の両表面に、金〈Ａｕ〉を蒸着して電極２を構成し、
これにリード線３を取りつけてサンドウィッチ型感湿素
子を構成する。Ａｕ電極２は透湿性があり、感湿体１は
電極２を通して吸湿し、リード線３を通してインピーダ
ンスを測定することにより湿度が測定できる。もちろ
ん、感湿素子はサンドウィッチ型に限らず、絶縁体基板
上に櫛型電極を形成し、その上に感湿体を設けるように
したもの、電極を設けた容器内に感湿体を充填し、容器
の一面を透湿性膜で包むようにしたもの等任意のもので
よい。

【００１１】このようにして作成した感湿素子を大気中
１７カ月間放置した後の感湿特性を図３に示す。測定は
温度３０℃、印加電圧１Ｖ、周波数１ｋＨｚで行った。
横軸は相対湿度、縦軸はインピーダンスの対数値を示
す。Ｌｉ₂ Ｏモル比が１．０〜１．５付近（サンプルＮ
ｏ．３，４，５）で２０〜９０％ｒ．ｈ．の範囲でのイ
ンピーダンス変化幅が３〜４桁と極めて大きいことが分
かる。また、２０〜９０％ｒ．ｈ．の範囲での相対湿度
対インピーダンスの対数値の関係は、サンプルＮｏ．
５，７の素子を除くとすべて直線的に変化しており、こ
のことは測定回路を設計する上で大きな利点となる。

【００１２】図４は最も安定した経時変化を示したサン
プルＮｏ．３の素子の大気中での経時変化を示したもの
である。初期１カ月間、低、中湿度領域でインピーダン
スが高くなる傾向が認められた後は、非常に安定してい
ることが分かる。初期１カ月後から１６カ月間で経時変
化は±１％ｒ．ｈ．である。他の素子についても初期１
〜２カ月間経過すると経時変化が小さくなり、安定後は
１５カ月間で経時変化は±３〜７％ｒ．ｈ．であった。
安定性はＬｉ₂ Ｏモル比（ｘ）が１．０に近いほど比較
的良い結果が認められた。

【００１３】図５はサンプルＮｏ．３の素子の３０℃に
おける湿度変化に対する応答性を示したものであり、横
方向は時間軸、縦方向は出力電圧である。特性Ａは吸湿
過程、特性Ｂは脱湿過程を示しており、３０％ｒ．ｈ．
変化したとき、吸湿過程では２分以下、脱湿過程では３
分以下の応答速度が得られた。なお、Ｌｉ₂ Ｏ含有量が
増えるに従い、応答速度が遅くなる傾向が認められる
が、実用上問題ない程度である。

【００１４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、湿度変化
に対してインピーダンス値が大きく変化し、応答速度が
速く、さらに経時変化が現在実用化されているものに比
べ極めて少なく安定した感湿体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の感湿体の斜視図である。

【図２】 各サンプル、比較例に対する焼成温度、Ｌｉ
₂ Ｏモル比を示す図である。

【図３】 相対湿度対インピーダンス値の関係を示す図
である。

【図４】 インピーダンス値の経時変化を示す図であ
る。

【図５】 感湿体の応答速度を説明する図である。

【符号の説明】

１…感湿体、２…Ａｕ電極、３…リ−ド線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 ｘＬｉ₂ Ｏ・Ａｌ₂ Ｏ₃ ・２ＳｉＯ
   ₂ （０＜ｘ＜５） よりなる金属酸化物を用いた感湿体。