JPH06224003A - 感湿素子 - Google Patents
感湿素子Info
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- JPH06224003A JPH06224003A JP50A JP1085793A JPH06224003A JP H06224003 A JPH06224003 A JP H06224003A JP 50 A JP50 A JP 50A JP 1085793 A JP1085793 A JP 1085793A JP H06224003 A JPH06224003 A JP H06224003A
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Landscapes
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 広範な湿度変化に対応でき、経時変化が少な
くしかも応答性に優れる。 【構成】 ＴｉＯ2 45〜90モル部と、ＳｉＯ2 10〜55モ
ル部とからなる主成分１００モル部に対し、Ｂｉ2 Ｏ3
及びＳｎＯ2 よりなる群のうち少なくとも１種を0.1〜
８モル部と、Ｔａ2 Ｏ5 0.005 〜２モル部とを配合含有
せしめて焼結した多孔質焼結体セラミックスからなる。
くしかも応答性に優れる。 【構成】 ＴｉＯ2 45〜90モル部と、ＳｉＯ2 10〜55モ
ル部とからなる主成分１００モル部に対し、Ｂｉ2 Ｏ3
及びＳｎＯ2 よりなる群のうち少なくとも１種を0.1〜
８モル部と、Ｔａ2 Ｏ5 0.005 〜２モル部とを配合含有
せしめて焼結した多孔質焼結体セラミックスからなる。
Description
【０００１】
【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に好適のセラ
ミックス感湿素子に関するものである。
ステム、湿度計等に使用される湿度センサに好適のセラ
ミックス感湿素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、湿度センサに用いられる感湿
素子としては、湿度に応じて電気抵抗が変化する性質を
利用して、電気抵抗を測定することによって湿度を求め
るものがあり、中でも酸化金属系の焼結体のセラミック
スからなるものは、有機物系のものに比較して、材料自
体の劣化、耐熱性等の面で優れていると言われている。
素子としては、湿度に応じて電気抵抗が変化する性質を
利用して、電気抵抗を測定することによって湿度を求め
るものがあり、中でも酸化金属系の焼結体のセラミック
スからなるものは、有機物系のものに比較して、材料自
体の劣化、耐熱性等の面で優れていると言われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記セ
ラミックスからなる感湿素子でも、従来のものは、湿度
の検出範囲がある領域に限定されていたり、更には、初
期においては、良好な特性を有するものであっても、長
時間の使用においては、経時変化を生じ易いという大き
な欠点があった。このため焼結体セラミックスの近傍に
再生のための加熱クリーニングヒーターを付設した湿度
センサが実用化されているが、この方式は寸法が大きく
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。又、近年、湿度センサの用途の多様化と相俟って、
湿度変化に対する応答性も求められてきているが、従来
のものにあっては、十分に満足のいくものは供給されて
いないというのが実状である。本発明は、上記の不都合
に鑑み、湿度に対して広範な検出及び計測範囲を有し、
さらには、前述した経時変化を大幅に軽減すると共に、
応答性を改善した感湿素子を提供することを目的とす
る。
ラミックスからなる感湿素子でも、従来のものは、湿度
の検出範囲がある領域に限定されていたり、更には、初
期においては、良好な特性を有するものであっても、長
時間の使用においては、経時変化を生じ易いという大き
な欠点があった。このため焼結体セラミックスの近傍に
再生のための加熱クリーニングヒーターを付設した湿度
センサが実用化されているが、この方式は寸法が大きく
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。又、近年、湿度センサの用途の多様化と相俟って、
湿度変化に対する応答性も求められてきているが、従来
のものにあっては、十分に満足のいくものは供給されて
いないというのが実状である。本発明は、上記の不都合
に鑑み、湿度に対して広範な検出及び計測範囲を有し、
さらには、前述した経時変化を大幅に軽減すると共に、
応答性を改善した感湿素子を提供することを目的とす
る。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の感湿素子は、ＴｉＯ2 45〜90モル部と、
ＳｉＯ2 10〜55モル部とからなる主成分100 モル部に対
し、Ｂｉ2 Ｏ3 及びＳｎＯ2 よりなる群のうち少なくと
も１種を 0.1〜８モル部と、Ｔａ2 Ｏ5 0.005〜２モル
部とを配合含有せしめて焼結した多孔質焼結体セラミッ
クスからなる構成とする。また、本発明に係る感湿素子
は、湿度−抵抗特性において、ＳｉＯ2 の粒径の影響を
受けるため、ＳｉＯ2 の平均粒径はおよそ１〜25μm の
範囲が望ましい。平均粒径１μm 未満では湿度が５〜50
％付近での抵抗値変化が比較的鈍く、25μm を超えた場
合には、低〜高湿度範囲の全域において、抵抗値の変化
が鈍くなる傾向にある。より好ましくはほぼ2.5 〜20μ
m の範囲である。
めに、本発明の感湿素子は、ＴｉＯ2 45〜90モル部と、
ＳｉＯ2 10〜55モル部とからなる主成分100 モル部に対
し、Ｂｉ2 Ｏ3 及びＳｎＯ2 よりなる群のうち少なくと
も１種を 0.1〜８モル部と、Ｔａ2 Ｏ5 0.005〜２モル
部とを配合含有せしめて焼結した多孔質焼結体セラミッ
クスからなる構成とする。また、本発明に係る感湿素子
は、湿度−抵抗特性において、ＳｉＯ2 の粒径の影響を
受けるため、ＳｉＯ2 の平均粒径はおよそ１〜25μm の
範囲が望ましい。平均粒径１μm 未満では湿度が５〜50
％付近での抵抗値変化が比較的鈍く、25μm を超えた場
合には、低〜高湿度範囲の全域において、抵抗値の変化
が鈍くなる傾向にある。より好ましくはほぼ2.5 〜20μ
m の範囲である。
【０００５】さらに、本発明の感湿素子を具体的に得る
には、ＴｉＯ2 45〜90モル部と、ＳｉＯ2 10〜55モル部
とからなる主成分100 モル部に対し、Ｂｉ2 Ｏ3 及びＳ
ｎＯ 2 よりなる群のうち少なくとも１種を 0.1〜８モル
部と、Ｔａ2 Ｏ5 0.005 〜２モル部との割合で秤量した
粉体を混合し、所定の形状に成形した後、温度1200〜14
00℃で焼成することにより、多孔質焼結体のセラミック
スとして得られ、これを感湿素子として用いて所望の湿
度センサが組立てられる。
には、ＴｉＯ2 45〜90モル部と、ＳｉＯ2 10〜55モル部
とからなる主成分100 モル部に対し、Ｂｉ2 Ｏ3 及びＳ
ｎＯ 2 よりなる群のうち少なくとも１種を 0.1〜８モル
部と、Ｔａ2 Ｏ5 0.005 〜２モル部との割合で秤量した
粉体を混合し、所定の形状に成形した後、温度1200〜14
00℃で焼成することにより、多孔質焼結体のセラミック
スとして得られ、これを感湿素子として用いて所望の湿
度センサが組立てられる。
【０００６】
【作用】本発明の感湿素子において、その組成の主成分
はＴｉＯ2 45〜90モル部及びＳｉＯ2 10〜55モル部であ
るが、ここでＴｉＯ2 は、感湿素子の基材として作用
し、ＳｉＯ2 は、焼結体セラミックスとした場合の多孔
質化の影響を与える。しかして、ＴｉＯ2 を45モル部未
満、すなわちＳｉＯ2 を55モル部よりも多くすると、得
られる焼結体セラミックスの抵抗値が大きくなり、湿度
変化に対する抵抗値変化の割合が鈍くなり、かつ焼結体
セラミックスの強度も低下するため好ましくない。又、
逆にＴｉＯ2 が90モル部を超える場合、すなわち、Ｓｉ
Ｏ2 が10モル部未満になる場合には、得られる焼結体セ
ラミックスの多孔質化が不十分となって気孔率が減少す
るため、湿度変化に対する抵抗の変化の傾向が鈍化し好
ましくない。
はＴｉＯ2 45〜90モル部及びＳｉＯ2 10〜55モル部であ
るが、ここでＴｉＯ2 は、感湿素子の基材として作用
し、ＳｉＯ2 は、焼結体セラミックスとした場合の多孔
質化の影響を与える。しかして、ＴｉＯ2 を45モル部未
満、すなわちＳｉＯ2 を55モル部よりも多くすると、得
られる焼結体セラミックスの抵抗値が大きくなり、湿度
変化に対する抵抗値変化の割合が鈍くなり、かつ焼結体
セラミックスの強度も低下するため好ましくない。又、
逆にＴｉＯ2 が90モル部を超える場合、すなわち、Ｓｉ
Ｏ2 が10モル部未満になる場合には、得られる焼結体セ
ラミックスの多孔質化が不十分となって気孔率が減少す
るため、湿度変化に対する抵抗の変化の傾向が鈍化し好
ましくない。
【０００７】次に、添加成分について、Ｂｉ2 Ｏ3 及び
／又はＳｎＯ2 は、経時変化の大幅な低減と応答性の改
善の効果を有する。従って、Ｂｉ2 Ｏ3 及び／又はＳｎ
Ｏ2が、ＴｉＯ2 及びＳｉＯ2 からなる主成分100 モル
部に対し、0.1 モル部を下回ると、経時変化が大きくな
るとともに湿度変化に対する応答性が悪化する。一方、
Ｂｉ2 Ｏ3 及び／又はＳｎＯ2 が８モル部を超える場合
には、焼結体セラミックスの抵抗値が大きくなるととも
に、湿度変化に対する抵抗値変化の感度が鈍くなるため
好ましくない。
／又はＳｎＯ2 は、経時変化の大幅な低減と応答性の改
善の効果を有する。従って、Ｂｉ2 Ｏ3 及び／又はＳｎ
Ｏ2が、ＴｉＯ2 及びＳｉＯ2 からなる主成分100 モル
部に対し、0.1 モル部を下回ると、経時変化が大きくな
るとともに湿度変化に対する応答性が悪化する。一方、
Ｂｉ2 Ｏ3 及び／又はＳｎＯ2 が８モル部を超える場合
には、焼結体セラミックスの抵抗値が大きくなるととも
に、湿度変化に対する抵抗値変化の感度が鈍くなるため
好ましくない。
【０００８】次に、Ｔａ2 Ｏ5 は、ＴｉＯ2 に対する原
子価制御剤として働き、上記の主成分100 モル部に対
し、0.005 モル部を下回った場合には、焼結体セラミッ
クスの抵抗値が大きくなるため好ましくない。又、２モ
ル部を超えた場合には、焼結体の抵抗値が大きくなると
ともに高湿度域での抵抗変化幅が狭くなり好ましくな
い。以上述べたように、ＴｉＯ2 は、本発明の感湿素子
の基材を構成するが、これに上記の所定量のＳｉＯ2 、
Ｂｉ2 Ｏ3 及び／又はＳｎＯ2 、並びにＴａ2 Ｏ5を同
時に添加することによって、はじめて優れた感湿特性を
発現することができる。
子価制御剤として働き、上記の主成分100 モル部に対
し、0.005 モル部を下回った場合には、焼結体セラミッ
クスの抵抗値が大きくなるため好ましくない。又、２モ
ル部を超えた場合には、焼結体の抵抗値が大きくなると
ともに高湿度域での抵抗変化幅が狭くなり好ましくな
い。以上述べたように、ＴｉＯ2 は、本発明の感湿素子
の基材を構成するが、これに上記の所定量のＳｉＯ2 、
Ｂｉ2 Ｏ3 及び／又はＳｎＯ2 、並びにＴａ2 Ｏ5を同
時に添加することによって、はじめて優れた感湿特性を
発現することができる。
【０００９】
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいて説明す
る。表１に示す試料No. １〜35について、所定の組成と
なるように、各成分原料を秤量した。なお、このときの
ＴｉＯ2 の平均粒径は0.7 μm 、またＢｉ2 Ｏ3 、Ｓｎ
Ｏ2 、Ｔａ2 Ｏ5 のそれは各々順に2.2 μm 、2.0 μm
、1.1 μm であった。ＳｉＯ2 の平均粒径は、表１の
ように変化させた。このものを湿式のボールミルで20時
間混合した。この混合物を乾燥した後、少量のポリビニ
ルアルコールからなるバインダーを加えて攪拌した。次
に、80メッシュの篩を通過し、 150メッシュの篩を通過
しないものを造粒粉とした。この造粒粉を0.7ton/cm2の
圧力で、直径10mm、厚さ0.8mm の円板状に成形した。次
に、これを空気中で温度1280℃にて、１時間焼成し多孔
質の焼結体セラミックスを得た。
る。表１に示す試料No. １〜35について、所定の組成と
なるように、各成分原料を秤量した。なお、このときの
ＴｉＯ2 の平均粒径は0.7 μm 、またＢｉ2 Ｏ3 、Ｓｎ
Ｏ2 、Ｔａ2 Ｏ5 のそれは各々順に2.2 μm 、2.0 μm
、1.1 μm であった。ＳｉＯ2 の平均粒径は、表１の
ように変化させた。このものを湿式のボールミルで20時
間混合した。この混合物を乾燥した後、少量のポリビニ
ルアルコールからなるバインダーを加えて攪拌した。次
に、80メッシュの篩を通過し、 150メッシュの篩を通過
しないものを造粒粉とした。この造粒粉を0.7ton/cm2の
圧力で、直径10mm、厚さ0.8mm の円板状に成形した。次
に、これを空気中で温度1280℃にて、１時間焼成し多孔
質の焼結体セラミックスを得た。
【００１０】次いで、この焼結体セラミックスの両面に
ＲｕＯ2 ペーストを焼付け、リード線付け等の処理を施
し、一対の電極を設けた。このようにして得られた各試
料につき、25℃における各相対湿度（５％ R.H.,30％
R.H., 55 ％ R.H., 95 ％ R.H.)での抵抗値、また25℃
において湿度が変化（10％ R.H. から90％ R.H. へ、90
％ R.H. から10％ R.H. ヘ) したときの応答時間、及
び、経時安定性の評価として、各試料を40℃、 65 ％R.
H.の雰囲気に4800時間放置した後の抵抗値の変化率（抵
抗値が増加した場合を＋とした。）を併せて表１に示し
た。尚、抵抗値の測定方法はＬＣＲメータ（HEWLETT PA
CKARD 製インピーダンスアナライザー4192Ａ）を用い、
１Ｖ，１ｋＨｚの交流電圧を印加したときの値を抵抗値
とし、応答時間の測定は、感湿素子を異なる湿度雰囲気
中へ移した時点を０秒とし、抵抗値が最終抵抗値の±10
％の範囲内にはいるまでの所要時間（秒）を応答時間と
して求めた。
ＲｕＯ2 ペーストを焼付け、リード線付け等の処理を施
し、一対の電極を設けた。このようにして得られた各試
料につき、25℃における各相対湿度（５％ R.H.,30％
R.H., 55 ％ R.H., 95 ％ R.H.)での抵抗値、また25℃
において湿度が変化（10％ R.H. から90％ R.H. へ、90
％ R.H. から10％ R.H. ヘ) したときの応答時間、及
び、経時安定性の評価として、各試料を40℃、 65 ％R.
H.の雰囲気に4800時間放置した後の抵抗値の変化率（抵
抗値が増加した場合を＋とした。）を併せて表１に示し
た。尚、抵抗値の測定方法はＬＣＲメータ（HEWLETT PA
CKARD 製インピーダンスアナライザー4192Ａ）を用い、
１Ｖ，１ｋＨｚの交流電圧を印加したときの値を抵抗値
とし、応答時間の測定は、感湿素子を異なる湿度雰囲気
中へ移した時点を０秒とし、抵抗値が最終抵抗値の±10
％の範囲内にはいるまでの所要時間（秒）を応答時間と
して求めた。
【００１１】
【表１】 上記の結果から、本発明の感湿素子は、以下の特性を兼
ね備えていることが分かる。即ち、５〜95％R.H.という
極めて広範囲にわたる湿度変化に対して、機能すること
が分かり、またこの広範囲において、抵抗値の変化割合
が大きいので、湿度（相対湿度）を精度よく測定するこ
とが可能となり、加えて、低湿度域における抵抗値が５
％ R.H. で約2000ＫΩ以下と実用計測範囲内にあるた
め、精度面の他、小型化等装置設計上においても非常に
有利である。また、湿度変化に対する応答時間が短かく
応答性が良いことが分かり、更に、4800時間使用後の抵
抗値の変化が小さく耐久性が良いことが分かる。
ね備えていることが分かる。即ち、５〜95％R.H.という
極めて広範囲にわたる湿度変化に対して、機能すること
が分かり、またこの広範囲において、抵抗値の変化割合
が大きいので、湿度（相対湿度）を精度よく測定するこ
とが可能となり、加えて、低湿度域における抵抗値が５
％ R.H. で約2000ＫΩ以下と実用計測範囲内にあるた
め、精度面の他、小型化等装置設計上においても非常に
有利である。また、湿度変化に対する応答時間が短かく
応答性が良いことが分かり、更に、4800時間使用後の抵
抗値の変化が小さく耐久性が良いことが分かる。
【００１２】
【発明の効果】本発明のセラミックスからなる感湿素子
は、経時変化を大幅に低減でき、極めて広範な検知計測
湿度範囲で使用できると共に湿度変化に対する応答性を
大幅に改善できる。もって、これよりなる湿度センサ
は、小型で高精度で耐久性が良いので利用価値の極めて
大きいものである。
は、経時変化を大幅に低減でき、極めて広範な検知計測
湿度範囲で使用できると共に湿度変化に対する応答性を
大幅に改善できる。もって、これよりなる湿度センサ
は、小型で高精度で耐久性が良いので利用価値の極めて
大きいものである。
Claims (1)
- 【請求項１】 ＴｉＯ2 45〜90モル部と、ＳｉＯ2 10〜
55モル部とからなる主成分１００モル部に対し、Ｂｉ2
Ｏ3 及びＳｎＯ2 よりなる群のうち少なくとも１種を
0.1〜８モル部と、Ｔａ2 Ｏ5 0.005 〜２モル部とを配
合含有せしめて焼結した多孔質焼結体セラミックスから
なることを特徴とする感湿素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06224003A (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 感湿素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP50A JPH06224003A (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 感湿素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06224003A true JPH06224003A (ja) | 1994-08-12 |
Family
ID=11762029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP50A Pending JPH06224003A (ja) | 1993-01-26 | 1993-01-26 | 感湿素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06224003A (ja) |
-
1993
- 1993-01-26 JP JP50A patent/JPH06224003A/ja active Pending
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