JPH0530281B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0530281B2 JPH0530281B2 JP61234508A JP23450886A JPH0530281B2 JP H0530281 B2 JPH0530281 B2 JP H0530281B2 JP 61234508 A JP61234508 A JP 61234508A JP 23450886 A JP23450886 A JP 23450886A JP H0530281 B2 JPH0530281 B2 JP H0530281B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mol
- humidity
- resistance
- sintered body
- humidity sensor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
- Thermistors And Varistors (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は空調機器、湿度制御システム、湿度計
等に使用される湿度センサ、特にセラミツクス系
の湿度センサに関するものである。 （従来の技術） センシングデバイスとしての湿度センサの最近
の傾向を見ると、セラミツクス系と有機高分子系
との二つに大別される。このような湿度センサが
具備すべき条件を列挙すると次の通りである。 (1) 実用計測湿度範囲が広いこと。 (2) 応答特性が良好であること。 (3) ヒステリシスが少ないこと。 (4) 経時変化が少ないこと。 (5) 耐熱、耐寒性があり、劣化が少ないこと。 (6) 機械的強度が大きいこと。 (7) 小形に構成できること。 (8) 低コストであること。 有機高分子系の湿度センサは上記(2)および(5)の
点において問題があるのに対しセラミツクス系の
湿度センサは(4)の点が問題となるだけであるの
で、現在はセラミツクスを素材とした湿度センサ
が主として開発されている。 セラミツクス系の湿度センサで問題となる経時
変化は、酸化物表面に化学吸着OH基が形成さ
れ、このOH基の量の増大とともに徐々に高抵抗
値化することに起因するものであることが解明さ
れている。したがつて、化学吸着されたOH基を
400℃以上の加熱処理で除去することにより高抵
抗化を回避することが提案されている。この目的
のために焼結体の近傍に加熱処理用の加熱クリー
ニングヒータを付設した湿度センサが開発されて
いる。 （発明が解決しようとする問題点） 上述したように、焼結体の近傍に加熱用ヒータ
を配置した湿度センサは寸法が大きくなるととも
に電力消費量も大きくなるという欠点がある。近
年のセンシングデバイスに対するニーズは、用途
の多様化と相俟つて湿度センサの性能の向上とと
もに小型化、省電力化に対する要求も高まつてい
るが、従来の湿度センサはこのような要求に十分
に答え得るものではなかつた。 さらに、従来のセラミツク湿度センサは機械的
強度が小さいため、自己支持型とすることが困難
であり、基体の上に形成する必要があつた。その
ため、部品点数が多くなり、管理項目が増加する
他、基板成分との相互拡散の発生による性能変動
や工程の複雑さといつた欠点がある。 本発明の目的は、セラミツク湿度センサとして
の本来の特性は損なわず、しかもOH基の化学吸
着による高抵抗化を招くことがなく、したがつて
加熱クリーニング用ヒータを必要とせず、その結
果として小形に構成することができ、消費電力が
少ないとともに経時抵抗変化が少なく、さらに機
械的強度が高く、自己支持型とすることができる
にも拘らず厚さを薄くすることができ、したがつ
て応答性に優れた湿度センサを提供しようとする
ものである。 （課題を解決するための手段） 本発明の湿度センサは、55〜95モル％のTa2O5
と、５〜45モル％のBaTiO3を主成分とし、この
主成分を100モルとしたときにLi2ＯおよびLi2
CO3等のLi塩を0.1〜５モルの割合で外配した組
成を有する自己支持型の多孔化焼結体と、その表
面および裏面に形成した電極とを具えることを特
徴とするものである。 （作用） このような本発明による湿度センサにおいて
は、主成分であるTa2O5およびBaTiO3の含有量
を55〜95モル％および５〜45モル％とするが、
Ta2O5を55モル％未満、すなわちBaTiO3を45モ
ル％よりも多くすると、得られる焼結体の気孔径
が大きくなり、その結果として低湿度における抵
抗が高くなる。また、逆にTa2O5が55モル％を越
える場合、すなわちBaTiO3が５モル％未満の場
合には開放気孔率が低下し、高湿度での抵抗が高
くなつてしまう。また、Li塩の含有量を、0.1モ
ル未満とすると、高湿度における抵抗が高くなる
とともに経時安定性も悪化し、また５モルを越え
る場合には低湿度と高湿度との間での抵抗変化量
が小さくなり、実用計測範囲が狭くなつてしま
う。 さらに、本発明によれば、焼結体の機械的強度
が高くなるので、支持基板を用いない自己支持型
とすることができ、部品点数を減らすことができ
るとともに厚さを、後述する実施例のように0.3
mmときわめて薄くすることができるのでシート状
に形成することができ、その結果として応答性が
良好となる。 （実施例） 実施例 １ 60モル％のTa2O5と40モル％のBaTiO3とより
成る複合粉体を100モルとするとき、Li2CO3を２
モルの割合で含む複合粉体を得るために、Ta2O5
を0.6モル（約265.1グラム）、BaTiO3を0.4モル
（約93.3グラム）、Li2CO3を0.2モル（約1.5グラム）
それぞれ正確に秤量し、メノウ自動乳鉢により十
分に混合した。この混合粉体にバインダを加えた
後プレス加工して厚さ１mm、直径10mmの円板状に
成形した。通常の処理によつてバインダを消散さ
せた後、1360℃り温度で１時間焼成した。このよ
うにして得られた焼結体に研磨処理を施し、厚さ
0.3mm、直径8.5mmの円板状の焼結体を得た。この
焼結体の両面にRuO2焼付けおよびリード線付け
の処理を施し、一対の電極を設け湿度センサを形
成した。このようにして得られた湿度センサを95
％RH（相対湿度）以上の水蒸気雰囲気に１週間
浸してエージングを行なつて安定化処理を施した
後、湿度特性を電気抵抗の測定により求めた。20
％RH、55％RHおよび95％RH時における抵抗値
はそれぞれ5.1×107Ω、1.8×106Ωおよび1.4×104
Ωであり、低湿度および高湿度間の抵抗変化はほ
ぼ３桁に亘り、大きかつた。 また、この湿度センサを65％RH±10％RH、
25℃±２℃の雰囲気中に1000時間曝した後の抵抗
変化率は＋52％と小さかつた。
等に使用される湿度センサ、特にセラミツクス系
の湿度センサに関するものである。 （従来の技術） センシングデバイスとしての湿度センサの最近
の傾向を見ると、セラミツクス系と有機高分子系
との二つに大別される。このような湿度センサが
具備すべき条件を列挙すると次の通りである。 (1) 実用計測湿度範囲が広いこと。 (2) 応答特性が良好であること。 (3) ヒステリシスが少ないこと。 (4) 経時変化が少ないこと。 (5) 耐熱、耐寒性があり、劣化が少ないこと。 (6) 機械的強度が大きいこと。 (7) 小形に構成できること。 (8) 低コストであること。 有機高分子系の湿度センサは上記(2)および(5)の
点において問題があるのに対しセラミツクス系の
湿度センサは(4)の点が問題となるだけであるの
で、現在はセラミツクスを素材とした湿度センサ
が主として開発されている。 セラミツクス系の湿度センサで問題となる経時
変化は、酸化物表面に化学吸着OH基が形成さ
れ、このOH基の量の増大とともに徐々に高抵抗
値化することに起因するものであることが解明さ
れている。したがつて、化学吸着されたOH基を
400℃以上の加熱処理で除去することにより高抵
抗化を回避することが提案されている。この目的
のために焼結体の近傍に加熱処理用の加熱クリー
ニングヒータを付設した湿度センサが開発されて
いる。 （発明が解決しようとする問題点） 上述したように、焼結体の近傍に加熱用ヒータ
を配置した湿度センサは寸法が大きくなるととも
に電力消費量も大きくなるという欠点がある。近
年のセンシングデバイスに対するニーズは、用途
の多様化と相俟つて湿度センサの性能の向上とと
もに小型化、省電力化に対する要求も高まつてい
るが、従来の湿度センサはこのような要求に十分
に答え得るものではなかつた。 さらに、従来のセラミツク湿度センサは機械的
強度が小さいため、自己支持型とすることが困難
であり、基体の上に形成する必要があつた。その
ため、部品点数が多くなり、管理項目が増加する
他、基板成分との相互拡散の発生による性能変動
や工程の複雑さといつた欠点がある。 本発明の目的は、セラミツク湿度センサとして
の本来の特性は損なわず、しかもOH基の化学吸
着による高抵抗化を招くことがなく、したがつて
加熱クリーニング用ヒータを必要とせず、その結
果として小形に構成することができ、消費電力が
少ないとともに経時抵抗変化が少なく、さらに機
械的強度が高く、自己支持型とすることができる
にも拘らず厚さを薄くすることができ、したがつ
て応答性に優れた湿度センサを提供しようとする
ものである。 （課題を解決するための手段） 本発明の湿度センサは、55〜95モル％のTa2O5
と、５〜45モル％のBaTiO3を主成分とし、この
主成分を100モルとしたときにLi2ＯおよびLi2
CO3等のLi塩を0.1〜５モルの割合で外配した組
成を有する自己支持型の多孔化焼結体と、その表
面および裏面に形成した電極とを具えることを特
徴とするものである。 （作用） このような本発明による湿度センサにおいて
は、主成分であるTa2O5およびBaTiO3の含有量
を55〜95モル％および５〜45モル％とするが、
Ta2O5を55モル％未満、すなわちBaTiO3を45モ
ル％よりも多くすると、得られる焼結体の気孔径
が大きくなり、その結果として低湿度における抵
抗が高くなる。また、逆にTa2O5が55モル％を越
える場合、すなわちBaTiO3が５モル％未満の場
合には開放気孔率が低下し、高湿度での抵抗が高
くなつてしまう。また、Li塩の含有量を、0.1モ
ル未満とすると、高湿度における抵抗が高くなる
とともに経時安定性も悪化し、また５モルを越え
る場合には低湿度と高湿度との間での抵抗変化量
が小さくなり、実用計測範囲が狭くなつてしま
う。 さらに、本発明によれば、焼結体の機械的強度
が高くなるので、支持基板を用いない自己支持型
とすることができ、部品点数を減らすことができ
るとともに厚さを、後述する実施例のように0.3
mmときわめて薄くすることができるのでシート状
に形成することができ、その結果として応答性が
良好となる。 （実施例） 実施例 １ 60モル％のTa2O5と40モル％のBaTiO3とより
成る複合粉体を100モルとするとき、Li2CO3を２
モルの割合で含む複合粉体を得るために、Ta2O5
を0.6モル（約265.1グラム）、BaTiO3を0.4モル
（約93.3グラム）、Li2CO3を0.2モル（約1.5グラム）
それぞれ正確に秤量し、メノウ自動乳鉢により十
分に混合した。この混合粉体にバインダを加えた
後プレス加工して厚さ１mm、直径10mmの円板状に
成形した。通常の処理によつてバインダを消散さ
せた後、1360℃り温度で１時間焼成した。このよ
うにして得られた焼結体に研磨処理を施し、厚さ
0.3mm、直径8.5mmの円板状の焼結体を得た。この
焼結体の両面にRuO2焼付けおよびリード線付け
の処理を施し、一対の電極を設け湿度センサを形
成した。このようにして得られた湿度センサを95
％RH（相対湿度）以上の水蒸気雰囲気に１週間
浸してエージングを行なつて安定化処理を施した
後、湿度特性を電気抵抗の測定により求めた。20
％RH、55％RHおよび95％RH時における抵抗値
はそれぞれ5.1×107Ω、1.8×106Ωおよび1.4×104
Ωであり、低湿度および高湿度間の抵抗変化はほ
ぼ３桁に亘り、大きかつた。 また、この湿度センサを65％RH±10％RH、
25℃±２℃の雰囲気中に1000時間曝した後の抵抗
変化率は＋52％と小さかつた。
【表】
＊ 比較例
上に示した第１表は上述したようにして製造し
た湿度センサの特性を示すものであり、試料No.２
が上述した実施例に相当し、＊印をつけた試料No.
１，５，６および９は比較例である。No.９を除く
比較例では経時による抵抗変化率が大きく、実用
上問題があるが本発明の湿度センサは経時による
抵抗変化率は小さく、特にTa2O5を75モル％、
BaTiO3を25モル％を含む複合粉体にLi2Ｏを外割
で4.5モル含む試料８では経時による抵抗変化は
特に小さくなつている。また、比較例No.９のLi2
Ｏ含有量は５モルを超えているため、経時による
抵抗変化は小さいが、相対湿度に対する抵抗変化
が約１桁と小さくなつている。この抵抗変化は、
通常101〜107Ωの実用計測範囲内で２桁以上、好
ましくは３桁以上あれば良い。 実施例 ２ 80モル％のTa2O5および20モル％のBaTiO3よ
り成る組成の焼結体を造るために、0.8モルの
Ta2O5（約353.6グラム）と、0.2モルのBaTiO3
（約46.6グラム）とを正確に秤量し、メノウ自動
乳鉢によつて十分に混合した。この混合粉体にバ
インダを加え、厚さ１mm、直径10mmの円板状にプ
レス成形し、空気中にて1360℃の温度で１時間一
次焼成した。このようにして得られた多孔化焼結
体より成る中間体に研磨処理を施し、厚さ0.3mm、
直径8.5mmの円板状焼結体を得た。次にこの中間
焼結体を、4.5規定のLi2CO3水溶液を満たした超
音波洗浄槽内に浸漬し、超音波によつて多孔化焼
結体の内部までLi2CO3の水溶液を強制的に含浸
させ、粒子表面に付着させた。次に中間焼結体を
槽から取り出し、空気中で乾燥させた後、空気中
で上記一次焼成湿度よりも低い1250℃の温度で１
時間に亘つて二次焼成した。このような処理を施
した後、焼結体の両面にRuO2を焼き付け、リー
ド線付けなどの処理を施し、一対の電極を設け
た。このようにして形成した湿度センサを95％
RHの水蒸気雰囲気中に１週間曝してエージング
を行なつて安定化処理を施した後、湿度特性を電
気抵抗の測定により求めた。この湿度センサは20
％RH、55％RHおよび95％RHにおいてそれぞれ
1.5×107Ω、2.6×105Ωおよび4.6×103Ωの抵抗値
を示すとともに65％RH±10％RH、25℃±２℃
の雰囲気中に1000時間曝した後の抵抗値の変化率
は僅か＋1.4％であつた。 Ta2O5，BaTiO3の組成比、Li水溶液の種類お
よびそのLiイオン濃度を変えながら上述した方法
により製造した湿度センサの組成および特性を第
２表に示す。
上に示した第１表は上述したようにして製造し
た湿度センサの特性を示すものであり、試料No.２
が上述した実施例に相当し、＊印をつけた試料No.
１，５，６および９は比較例である。No.９を除く
比較例では経時による抵抗変化率が大きく、実用
上問題があるが本発明の湿度センサは経時による
抵抗変化率は小さく、特にTa2O5を75モル％、
BaTiO3を25モル％を含む複合粉体にLi2Ｏを外割
で4.5モル含む試料８では経時による抵抗変化は
特に小さくなつている。また、比較例No.９のLi2
Ｏ含有量は５モルを超えているため、経時による
抵抗変化は小さいが、相対湿度に対する抵抗変化
が約１桁と小さくなつている。この抵抗変化は、
通常101〜107Ωの実用計測範囲内で２桁以上、好
ましくは３桁以上あれば良い。 実施例 ２ 80モル％のTa2O5および20モル％のBaTiO3よ
り成る組成の焼結体を造るために、0.8モルの
Ta2O5（約353.6グラム）と、0.2モルのBaTiO3
（約46.6グラム）とを正確に秤量し、メノウ自動
乳鉢によつて十分に混合した。この混合粉体にバ
インダを加え、厚さ１mm、直径10mmの円板状にプ
レス成形し、空気中にて1360℃の温度で１時間一
次焼成した。このようにして得られた多孔化焼結
体より成る中間体に研磨処理を施し、厚さ0.3mm、
直径8.5mmの円板状焼結体を得た。次にこの中間
焼結体を、4.5規定のLi2CO3水溶液を満たした超
音波洗浄槽内に浸漬し、超音波によつて多孔化焼
結体の内部までLi2CO3の水溶液を強制的に含浸
させ、粒子表面に付着させた。次に中間焼結体を
槽から取り出し、空気中で乾燥させた後、空気中
で上記一次焼成湿度よりも低い1250℃の温度で１
時間に亘つて二次焼成した。このような処理を施
した後、焼結体の両面にRuO2を焼き付け、リー
ド線付けなどの処理を施し、一対の電極を設け
た。このようにして形成した湿度センサを95％
RHの水蒸気雰囲気中に１週間曝してエージング
を行なつて安定化処理を施した後、湿度特性を電
気抵抗の測定により求めた。この湿度センサは20
％RH、55％RHおよび95％RHにおいてそれぞれ
1.5×107Ω、2.6×105Ωおよび4.6×103Ωの抵抗値
を示すとともに65％RH±10％RH、25℃±２℃
の雰囲気中に1000時間曝した後の抵抗値の変化率
は僅か＋1.4％であつた。 Ta2O5，BaTiO3の組成比、Li水溶液の種類お
よびそのLiイオン濃度を変えながら上述した方法
により製造した湿度センサの組成および特性を第
２表に示す。
【表】
＊ 比較例
上記第２表中、試料No.17が上述した実施例の湿
度センサであり、＊印を付けた試料No.10，14，15
および18は比較例である。 本発明の湿度センサでは、20％RH〜95％RH
の湿度変化に対する抵抗値変化は３〜４桁と大き
いとともに経時による抵抗変化率も41％以下と小
さくなつている。これに対し比較例10および15で
は経時による抵抗変化率がそれぞれ＋86％および
＋1100％と非常に大きく、また比較例14および18
では経時による抵抗変化率はそれぞれ＋59％およ
び−3.0％と小さいが、相対湿度に対する抵抗変
化が１桁と小さく、実用計測範囲が狭くなつてい
る。 （発明の効果） 上述した本発明の湿度センサによれば、Li2Ｏ
およびLi2CO3等のLi塩をTa2O5およびBaTiO3に
加えることによつて、焼結体粒子表面にOH基が
化学吸着されにくくなり、経時により高抵抗化す
ることがなくなる。その結果、加熱クリーニング
用のヒータが不要となり、湿度センサ全体を小
形、軽量とすることができるとともに電力消費量
を低減することができる。さらに、低湿度から高
湿度に亘つて十分広い実用計測範囲が得られるこ
とになる。また、機械的強度が大きいので、基板
を必要としない自己支持型とすることができ、し
たがつて部品点数を減らすことができる。しかも
自己支持型でありながら厚さを薄くすることがで
きるので応答性も良好となる。
上記第２表中、試料No.17が上述した実施例の湿
度センサであり、＊印を付けた試料No.10，14，15
および18は比較例である。 本発明の湿度センサでは、20％RH〜95％RH
の湿度変化に対する抵抗値変化は３〜４桁と大き
いとともに経時による抵抗変化率も41％以下と小
さくなつている。これに対し比較例10および15で
は経時による抵抗変化率がそれぞれ＋86％および
＋1100％と非常に大きく、また比較例14および18
では経時による抵抗変化率はそれぞれ＋59％およ
び−3.0％と小さいが、相対湿度に対する抵抗変
化が１桁と小さく、実用計測範囲が狭くなつてい
る。 （発明の効果） 上述した本発明の湿度センサによれば、Li2Ｏ
およびLi2CO3等のLi塩をTa2O5およびBaTiO3に
加えることによつて、焼結体粒子表面にOH基が
化学吸着されにくくなり、経時により高抵抗化す
ることがなくなる。その結果、加熱クリーニング
用のヒータが不要となり、湿度センサ全体を小
形、軽量とすることができるとともに電力消費量
を低減することができる。さらに、低湿度から高
湿度に亘つて十分広い実用計測範囲が得られるこ
とになる。また、機械的強度が大きいので、基板
を必要としない自己支持型とすることができ、し
たがつて部品点数を減らすことができる。しかも
自己支持型でありながら厚さを薄くすることがで
きるので応答性も良好となる。
Claims (1)
- １ 55〜95モル％のTa2O5と、５〜45モル％の
RaTiO3を主成分とし、この主成分を100モルと
したときにLi2ＯおよびLi2CO3等のLi塩を0.1〜５
モルの割合で外配した組成を有する自己支持型の
多孔化焼結体と、その表面および裏面に形成した
電極とを具えることを特徴とする湿度センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61234508A JPS6390101A (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | 湿度センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61234508A JPS6390101A (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | 湿度センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6390101A JPS6390101A (ja) | 1988-04-21 |
| JPH0530281B2 true JPH0530281B2 (ja) | 1993-05-07 |
Family
ID=16972124
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61234508A Granted JPS6390101A (ja) | 1986-10-03 | 1986-10-03 | 湿度センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6390101A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5988362B2 (ja) * | 2012-07-30 | 2016-09-07 | フィガロ技研株式会社 | ガスセンサのエージング方法 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4867795A (ja) * | 1971-12-18 | 1973-09-17 | ||
| JPS57210602A (en) * | 1981-06-19 | 1982-12-24 | Omron Tateisi Electronics Co | Moisture sensitive element |
| JPS5967601A (ja) * | 1982-10-09 | 1984-04-17 | 富山県 | 感湿素子 |
| JPS60116101A (ja) * | 1983-11-29 | 1985-06-22 | 株式会社東芝 | 感湿素子 |
-
1986
- 1986-10-03 JP JP61234508A patent/JPS6390101A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6390101A (ja) | 1988-04-21 |
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