JPS58134403A - 感湿素子 - 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】 本発明は湿度を電気抵抗の変化として検出し、空調機器
、加湿器、電子レンジ、倉庫、印刷機等の湿度を制御す
るために用いられる感湿素子に関するものである。

従来の感湿素子は、電解質材料を用いたものが大半を占
め、その他有機高分子材料を用いたものなどがあった。

電解質材料を用いたものとして、例えばダンマー型とい
われるＬ↓Ｃ１からなるものがあるが、これには、つぎ
のような欠点があった。

■　高湿度領域になると吸湿して潮解すること。

■　長期間の経過によって昇華してしまうので、一定期
間毎に較正する必要があること。

＠、ＬＡとＣＪのそれぞれの組成比率が１種類だけでは
測定範囲が狭いので比率を異ならせた何種類かを組合せ
ることが必要となるが、素子の数が多くなれば測定端子
もそれだけ多くなって組立（や制御回路が面倒になるこ
と。

などである。

また、前記有機高分子材料を用いたものとして、例えば
ナイロンがあり、これは従来の毛髪に代わるもので、湿
気により膨潤したときの長さの変化を検出するものであ
る。これにも以下のような欠点があった。

■　使用温度の上限が高々６０’Ｃであり、使用範囲が
接輪に制限されること。

■　伸縮時のヒステリシスが大きいため精度が低いこと
。

■　湿度の変化に対する応答が極めて遅いこと。

などである。

本出願人は、以上のような従来の欠点を除去した新たな
感湿素子を既に種々提案したが、その中でも特にＺｒ０
１とＭｇＯを混合した素子が最も好ましい結果を得てい
る。具体めには、平均粒径が１μｍ以下のＺｒ０１とＭ
ｇＯの微粉末を所定割合で混合し、これを所定圧で加圧
し、さらに所定時間、所定温度で加熱することによって
多孔質の焼結体となし、この焼結体に電極をｉけてなる
ものである。

このように多孔質の焼結体で構成したことにより、電気
抵抗は電極間の焼結体の空隙に含浸吸着している水分、
すなわち湿度に正しく対応せしめることができる。

ところが、このＺｒ０ｉ均ｏとを混合して形成した感湿
素子にもっぎのような若干の問題点があることが判明し
た。

■　長期間の経過によって抵抗値が徐々に上昇する傾向
があること。

■抵抗値の変化率が急峻すぎるため湿度の測定範囲が狭
いこと。

などである。

本発明はこのような間融点を解決するためになされたも
ので、ＺｒＯ２とｉｇＯとを混合して形成した感湿素子
を母体とし、この母体をＰ、Ｏ，・２４ＷＯ、・ｆｌＨ
！０の水溶液で処理をしてなるものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

まず、試料の作成順序はっぎの通りである。

■　純度９９．９９％以上で平均粒径が１μｍ以下のＺ
ｒ０１とＭｇＯの門粉末を用意する。そして、ＺｒＯ，
ｔ９９モル％ｓ　Ｍｇｏを１モル％ずつ秤量して、これ
ら２種類の微粉末をプラスチック容器内のエタノール中
に入れ、同時にメノーポールを入れ、ボールミルで湿式
混合する。

■　湿式混合後、放置して上澄み液を除き、加熱乾燥す
る。

■　乾燥した粉末をポリビニルアルコールの水溶液で練
り上げる。

■　この練り上げたものを金型に入れて所定圧（例えば
３００ｋｙ／ａｍ”または５０ｏｋｙ／♂）をかけ常温
で３〜５分間加圧することにより錠剤にする。

■　錠剤を電気炉に入れて所定温度（例えば９００℃）
で２時間加熱し、加熱後自然冷却する。このようにして
多孔質の焼結体を形成する。

■　この焼結体をダイヤモンドブレードを用いて所定厚
（約３００μｍ）にスライスし、かつ１辺が所定長（約
４〜５謔）の角形に切断する。すると、第１図（ａ）　
（ｂ）　（＝示すようなＺｒ０１とＭｇＯの混合物から
なる多孔質焼結体（１）が形成され、これが本発明の母
体となる。

■　この母体（１）の表裏面に、母体（１）の外周がや
や残る程度にルテ二りム系の厚膜ペーストを印刷して少
なくとも１対の電極（２）（３）となし、この電極（２
）（３）に、白金イリジウムからなる電極線（４）　（
５）をルテニクム系の厚膜ペーストで接合する。

■　これを最高ｓｏｏ　”Ｃのコンベア炉内で焼付ける
。

つぎに、このようにして形成した素子をプロトン導電体
溶液浸漬処理を行なう。プロトン導電体は、プロトン（
Ｈ）がキャリアとなって電気伝導し、結晶内部のＨ”１
１度が外部穿囲気の水分濃度、すなわち湿度との平衡関
係により変化し電気伝導度も変化する特徴を利用したも
のである。用いた材料は具体的にはリンタングステン酸
（ＰｔＯｓ”２４Ｗ０３・ｆｉｌ（、ｏ　）である。こ
の浸漬処理法を以下に詳しく説明する。

■　脱イオン水に、Ｐ２Ｏ５・２４ＷＯ１・ｎＨｌｏ　
（以下ＰＴＡという）を所定濃度となるように、具体的
には、脱イオン水１０ｃｃに、ＰＴ人を４００岬秤量し
て添加し、攪拌して４．０重量％の水溶液を作る。

■　この所定濃度に調整した水溶液をビーカー６：入れ
、その中に、第１図で形成した素子を浸漬し、超音波を
２０−３０分かける。

■　ビーカーから素子をとり出し、加熱または自熱乾燥
して水分を除去し、本発明による感湿素子（６）を得る
。

以上のようにしてＰＴ人氷水溶液浸漬処理された感湿素
子（６）が所期の目的通りの特性を有するがどうかにつ
いて実験した結−果を説明する。

まず、感湿素子（６）は第２図に示すように支持装置（
７）に取付けられる。すなわち、前記感湿素子（６）の
電極線（４）　（５）を接続するための端子（８）　（
９）とアース端子αυを絶縁性基体（１１）に植立する
。前記端子（８）　（９）間のインピーダンスに本る感
湿素子（６）の抵抗値への悪影響を除くため、端子（８
）（９）の外周に、一定間隙のガードリングａ◆を設け
、このガードリングＩを前記アース端子α〃に接続する
。

このようにして構成された被測定感湿素子（６）は、第
３図に示すように、Ｉ　Ｖ、　１００Ｈｚ程度の信号源
α９に、抵抗αｅ（例えばＩＯＫΩ）と直列に接続され
、さらにこの抵抗ａｅと並列に電圧ｉａηが接続される
。

つぎに測定結果を第４図以下の特性図に基づいて説明す
る。

■　第４図はＰＴＡＴ溶液により処理をした素子のＲ−
Ｈ特性で、特性（イ）（ロ）（ハ）に）（ホ）はそれぞ
れ試料作成直後、８日後、２０日後、３５日後、ｓｓ日
日後特性図である。この特性図から、少なくとも１０〜
９０％ＲＨの範囲内で経時変化がほとんどないことがわ
かる。なお、初期特性Ｕ）は矢印で示すように相対湿度
を３０−５０−７０→９０％ＲＨと増加させた後、逆に
９０−７０−５０−３０−１０％ＲＨと減少させたとき
の抵抗値であり、わずかなヒステリシスを有するが実用
上はとんど問題はない、また、測定雰囲気温度は２５℃
とした。

■　第５図はＰＴＡＴ理をした感湿素子の同一相対湿度
における経時変化をあられしたもので、横軸に経過日数
、縦軸にｎ日経過後の相対湿度（Ｘｎ）と試料作成直後
の相対湿度（Ｘｏ）との差（ΔＲＨ＝Ｘｎ　−Ｘｏ　）
をとっている、そして特性（へ）はＰＴ人処理をした素
子、特性（ト）はＰＴ人処理をしない素子で、ともに約
５４′・％の室内湿度で放置した。これらの特性からも
わかる通り、ＰＴＡＴ理をしない素子の特性（ト）は時
間の経過とともに次第に変化が大きくなり、５０日経過
後もさらに上昇する傾向にある。これに対し、？？ム魁
曹をした素子の特性（へ）は３ｓ日経過後は略−１０％
で一定値を示している。

■　第６図はＰテム魁環をした感湿素子の加熱リフレッ
シュ効果をあられしたものである。図中、特性（イ）は
前記第４図における初期特性（イ）を書き写したもので
ある。また特性チ）（す）は、試料作成機所定の期間経
過後にリフレッシュしてそのときの特性の変化をあられ
したものである。具体的には常温、常湿の状態で、特性
枦）は５５日経過後にリフレッシュつまり４００℃で１
５秒間加熱し、その後外部掌囲気と平衡するまでのＳ分
間放置してから各相対湿度で抵抗値を測定した。特性（
す）はさらに２日経過後に再リフレッシュして測定した
結果、を示している。これらの特性（イ）（す）（ト）
からりフレッシュ操作が有効であることがわかる。

■　ＰＴＡＴ理をした素子における感湿特性の温度依存
性は、種々実験の結果０．７％ＲＨ／”Ｃであることが
確認されており、公知の感湿素子よりもかなりすぐれて
いる。

本発明は上述のように、Ｚｒ０ｇ＆ＭｇＯの混合焼結体
を母体とし、これにＰＴムの水嬉液で処理をして感湿素
子とした。第４図、第５図および第６図の特性図からも
明らかなように、っぎのような種々の特徴を有するもの
である。

■　経時変化が少ないこと、すなわち、３５日程度の経
過後は特性が極めて安定してくること。

■　抵抗値が相対湿度の高い方から低い方まで全体的′
に低下し、測定範囲が少なくとも１０〜ｅｏ％ｍと非常
に広くなること。

■　ヒステリシスがＰＴ人処理前よりさらに小さいこと
。

■　加熱リフレッシュ操作が有効であること。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は母体となる素子の正面図、第１図（ｂ）
は同側面図、第２図は本発明による感湿素子を支持装置
に装着□した状態を示す斜視図、第３図は特性測定回路
図、第４図は、ＰＴＡ処Ｉｌ論の経時変化を示すＲ−Ｈ
特性図、第５図はｐ’ｒム処聰前と処理後の経時変化の
比較特性図、第６図は加熱すフレッシュ効果を示す特性
図である。 （１）・・・多孔質焼結体、（２）　（３）・・・電極
、（４）　（５）・・・電極線、（６）・・・感湿素子
、（７）・・・支持装置、（８）　（９）・・・端子、
Ｑｌ・・・絶縁性基体、αト・・アース端子、α尋・・
・ガードリング、鱈・・・信号源、ａｅ・・・抵抗、ｒ
ｉη・・・電圧針。 特許出願人　株式会社　（ネ　ラ　ル 代理人弁環士古澤俊男 同　　　　　　　　加　納　　−男。 第　　１　　図 第　　２　　図 第　　５　　図 →惜７’を眉／ｉｌ（’／・） 手続補正書（１１発） 昭和５７年０９月０１日 昭和１１年　轡　許　１第１７８８０号２、発明の名称
　　感温素子 ３　補正をする者 事件との関係　　４１ｍ！［１１人 ４、代理人 明細書の第２頁第１３行目ないし第１７行目に「■　Ｌ
ｌとＣｊの・・・面倒になること、」とあるのを、［■
　電解質としてのＬＩＣｊ溶液の濃度が１種類だけでは
、測定できる相対湿度の範囲が極めて狭い。 そこで１．広範囲の湿度を正確に測定するには測定範囲
毎に溶液濃度を異ならせて作ら・れた素子を組合せるこ
とがなされていた。ところ−が組合せるべき素子の数が
多くなれば、それに応゛じて測定端子も多くなり、この
組合せ′を制御するスイッチ回路も必要とし、しかも構
造が複雑か９大形になり組立ても面倒になること。」と
訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）　　ＺｒＯ＊とＭｇＯの微粉末を所定割合で混合
   し、所定の圧力、時間、温度で処理をして多孔質の焼結
   体となし、この焼結体に少なくとも１対の電極を設けた
   ものを母体とし、この母体にＰ、０．＠２４ＷＯ。 ・ｎＪｏの水溶液でプロトン導電体処理をしたものから
   なることを特徴とする感湿素子。 （２、特許請求の範囲第１項記載において、ＺｒＯ２と
   ＭｇＯの混合割合を９９：１モル嘔とした感湿素子。 （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載において
   、Ｐ、０．・２４ＷＯ，・鳳Ｈ，Ｏの水滴液濃度を約４
   ．０重量％とした感湿素子。 （４）特許請求の範囲第１項記載において、Ｚｒ０１と
   ＭｇＯの微粉末の粒径を平均１μｍ以下とした感湿素子
   。