JPS58200502A - 湿度測定素子 - 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】 本発明は湿度の変化を電気抵抗の変化として検出するこ
とにより湿度を測定するのに有用な湿度測定素子に関す
る。とくに、本発明は湿度の変化に呼応して電気抵抗が
変化する応答性１こ優れ、湿度の変化に追随する電気抵
抗の変化が実用的な適正変化率を示し、例えば、相対湿
度約９０〜約３０％程度の範囲に於て、電気抵抗が約１
０′〜１０６Ω程度の適正なオーダーを示し、更シこ、
１− 安価且つ作製容易な湿度測定素子に関する。

更に詳しくは、本発明は、（ａ）リチウム、（ｂ）ニオ
ブ及び（ｃ）鉄よりなる複合金属酸化物熱処理構造体か
らなることを特徴とする湿度測定素子に関する。

従来、湿度測定素子としては、電解質水溶液を多孔質マ
トリクスに浸潤させたもの、金属酸化物を熱処理したも
のなど数多くの素子がある。

電解質水溶液を多孔質マトリクスに浸潤させた湿度測定
素子の一例として塩化リチウムを電解質水溶液として用
いたものがある。

この例の素子は４０％ＲＨ〜８０％ＲＨの中間湿度用と
して抵抗値が１０７Ω〜１０３Ωで実用上使いやすいも
のである。しかし使用温度の上限が低く、たとえば３５
°Ｃ以上に６ケ月間放置するだけで特性が大きく変化し
てしまう。また高湿度になると潮解作用の促進により塩
が流出し、使用に耐えなくなる欠点がある。

金属酸化物を熱処理した湿度測定素子は、物理的、化学
的、熱的に安定であるが、一般に固有抵抗が高いため吸
脱湿現象による抵抗変化があっても高精度に検出するこ
とは難しい欠点がある。

このような金属酸化物を熱処理した湿度測定素子の例と
して、ＬｉＮｂ０１の単結晶を利用する特開昭５５−２
２１２２号の提案が知られている。この提案においては
、強誘電体ＬｉＮｂ０．結晶に電極を取り付け、その電
気抵抗から湿度を測定することを特徴とする湿度測定素
子が提案されている。しｈ化なが呟このよう２− な単結晶の利用は、該単結晶の製作それ自体が煩雑且つ
高価につくるため、その実用には種々の制約を受ける不
利益がある。

このような単結晶の利用に代えて、ＬｉＮｂＯ５の粉末
とガラス粉末の混合物から成るＬｉＮｂ０１を主成分と
するペーストをアルミナ基板上に施して、乾燥、焼成し
た素子についての研究報告も知られている（第４２回応
用物理学会学術講演会、講演予稿集、８ｐ−Ｗ−６，７
９５頁、昭和５６年１０月）。この報告によれば、該素
子に於ては、ＬｉＮｂＯ３とガラス中に含有されている
円〕０との反応性を利用してＬｉＰｂＮｂ０＝が形成さ
れると記載されている。

更に、特開昭５６−２３７０２号には、ＬｉＮｂ０．を
包含する広範な金属酸化物類からえらばれた成分の少な
くとも一種を主成分とした磁器よりなる感湿抵抗体素子
本体と、この本体の両市にそれぞれ付着して少くとも一
方が該本体の感湿抵抗値範囲より小さく、しかも１Ω／
口以−トの面抵抗を有する抵抗発熱体よりなる一対の湿
度検知電極とを備えた感湿抵抗体素子が提案されている
。

この提案においては、上記構成に特定されているとおり
、感湿抵抗体素子本体を加熱する抵抗発熱体よりなる電
極を要し、構造及び製作が煩雑であり且つ素子本体の加
熱を必要とする不利益がある。

本発明者等は、リチウムとニオブ系の複合金属酸化物熱
処理構造体の湿度測定素子の開発について研究を進めて
きた。

３− その結果、リチウム及びニオブよりなる複合金属酸化物
熱処理構造体が高い電気抵抗を有するにも拘わらず、（
ａ）’ｊチウム、（）〕）ニオブ及び（ｃ）鉄よりなる
複合金属酸化物熱処理構造体の電気抵抗が顕著に低下し
て約９０〜約３０％（Ｒ１１）の範囲に於て約１０３〜
１０６Ω程度の実用的に適正なオーダーとなって、湿度
の変化に追随する電気抵抗の変化が実用的な適正変化率
を示すことを発見した。又更に、本発明によれば、素子
の加熱は必要とすることなしに、上記諸利益の達成でき
る湿度測定素子が提供できることがわかった。

本発明の上記目的及び更に多くの他の目的ならびに利点
は以下の記載から一層明らかとなるであろう。

本発明の湿度測定素子は、小なくとも（ａ）リチウム、
（ｂ）ニオブと（ｃ）鉄を含む複合金属酸化物熱処理構
造体に少なくとも１対の電極を設けてなることを特徴と
するものである。

好ましい一態様によれば、本発明の湿度測定素子は該（
ａ）リチウム、該（ｂ）ニオブと（ｃ）鉄を金属原子換
算して、（、）リチウム　　０．０１−７５原子％（ｂ
）ニオブ　　　２０〜９９．９８原子％（ｃ）　　鉄　
　　（）・、０１〜１（）原子％［但し、（ａ）＋（ｂ
）＋（ｃ）”　１０　（ｌ原ｆ％１の複合金属酸化物熱
処理構造体【こ１対の電極を設けてなる湿度測定素子を
例示することができる。

４一 本発明の湿度測定素子は、さらに他の金属酸化物を担体
として含有する系からの熱処理構造体であることができ
、より経済的、工業的熱処理構造体の形成に役立つ。

このような担体金属酸化物としてはＡ　ｌ　２０３．５
ｉ０２などを例示することができる。その量は例えば担
体金属酸化物に対して、前記（ａ）（ｂ）（ｃ）の合計
が重量換算で表わして０．１重量％以上の菫を例示する
ことができる。

本発明の湿度測定素子を構成する熱処理構造体の出発原
料として実施例では、Ｌｉ２Ｃ０１，Ｎｂ２Ｏ５とＦｅ
ｚＯ３を用いるが必ずしもこの組合せに限定されるもの
でない。熱処理構造体が少なくともリチウム、ニオブと
鉄を含むものであればよい。

たとえばリチウム原料としてＬ；２０、Ｉ＝ｉ＝ＣＯｓ
　、Ｌｉ（−）１１、Ｌ　ｉ　ＨＣＯ３、Ｌ　！　ＣＩ
、ＬｉＣｌ０．　、ＬｉＢｒ、Ｌｉｌ、ｌｉＦ、Ｌｉ２
５Ｏ，、ＬｉＨ３Ｏ，、ＬｉＮ０＝　　、　　ＬｉＮＨ
，、１，ｉ　旧Ｉ、　、Ｌｉ２Ｓ、ＬｉＨ，Ｌｉ＝Ｎ、
Ｌｉ２Ｃ２、Ｃ：Ｏ，Ｌｉ、などを例小することがで軽
る。これらは単独でも複数種でも利用できる１、又、ニ
オブ原料としてＮｂＯ，ＮｂＯ２、Ｎｂ２Ｏ，、、Ｎ　
ｂ（（’、）　Ｉｔ　）、ＮｂＢｒ３、ＮｂＦｓ　、Ｎ
ｂＨ，ＮｂＣ，ＮｂＮなどを例示することができる。こ
れらは単独でも複数種でも利用することができる。

更に、鉄原料としてＦｅ０１Ｆ　ｅ　＝、　０３、Ｆｅ
、Ｏ，、Ｆｅ（ＣＯ）：（ＮＯ）、ＦｅＢｒ２、ＦｅＢ
ｒ２、Ｆｅ（ＮＯｚ）２、Ｆｅ（、Ｎ０３）３、Ｆｅ（
０１１）：、、ｌ’　ｅ（ＯＨ）３、ＦｅＣ０，、Ｆｅ
（Ｃ５Ｎ、）２、ＦｅＦ２、ＦｅＦ　３、ｌ’　ｅ　Ｓ
など５− を例示することができる。これらは単独でも複数種でも
利用できる。

本発明における複合金属酸化物熱処理構造体の粉末は例
えば■、１２ＣＯ＝、Ｎｂ２Ｏ，とＦｅ２０−を正確に
秤取し、ボールミルにより十分に混合粉砕し、９００℃
曲後の温度で焼成して後に粉砕することにより調整粉末
を得ることがで終る。またこの焼成においては任意の２
者を焼成して後に残りの金属酸化物を加えて再度焼成し
て後に粉砕することにより調整粉末を得ることもできる
。該調整粉末に粘結剤を必要に応じて加えても加えなく
てもよくまた加圧成形もしくは無加圧成形により該調整
粉末を成形したものを９００℃〜１３００℃の温度で熱
処理して得た複合金属酸化物熱処理構造体に少なくとも
１対の電極を設けてなる湿度測定素子を例示することが
できる。またＬ　ｉ　２ＣＯ、、Ｎｂ２Ｏ５と）”ｅｚ
ｏ３を正確に秤取し、ボールミルにより十分に混合粉砕
したものを成形して焼成に続いて熱処理して得た複合金
属酸化物熱処理構造体に１対の電極を設けてなる湿度測
定素子を例示することができる。　このような粉末混合
系を熱処理して、【１的とする熱処理構造体を形成する
熱処理温度としては、約り００℃〜約１３０　（１’（
：の温度を例示することができる。又、粉末混合系の粉
末粒子サイズは適宜に選択できるが、例えば約（）、１
〜約２１）　０　ミクロンの如き１１Ｌ均粒子径の粒子
サイズを例示することができる。

又、前記の所望の形状に加圧成形する際、或いは又、＾
１ｊ記の加６− 圧成形熱処理の際の加圧条件としては、たとえば、約５
０　Ｋｙ　／　ｄ〜約２０００　Ｋｙ／ｄの如き成形圧
を例示することができる。

本発明の湿度測定素子を構成する熱処理構造体を形ｒ＆
家る−・態様によれば、（、）リチウム、（ｂ）ニオブ
及び（ｃ）鉄を又、ｉＩＪ記例小の如き二種の金属成分
を含む予め形成された複合酸化物及び残りの金属化合物
を、各化合物を夫々粉砕して混合したり或は又、それら
を、例えばボールミル、バイブレーションミルその池適
宜な粉砕混合手段で共粉砕したりして、（ａ）、（ｂ）
及び（ｃ）を含む粉末混合物系を調製し、所望により適
当な粘結剤を混合腰加１自友形して所望形状の成形物を
得、これを予備焼成しもしくはせすに、熱処理焼成する
ことにより、熱処理構造体を得ることができる。

又、他の一態様によれば、上述の如き粉末混合物系に、
塗布ｉ：適した適当なスラリー乃至ペースト状物の形成
に適した種類及び量の粘結剤を配合してスラリー乃至ペ
ースト状の混合物を形成し、これを例えばアルミナ、ベ
リリア、シリカ、７オルステライト、ステアタイト、ム
ライト、マグネシア、ノルコニア、コーノライＹ、窒素
ケイ素、窒化ホウ素、などの如き所望の基板に塗布して
、例えば約０．００１〜約１ａｍ程度の被膜を形成し、
これを、１）１ｊ記に例示したような熱処理条件で熱処
理し、で、基板−１に熱処理構造：： 体を形成することができる。

又、上記曲者の態様に於て利用する粘結剤の例としては
、たとえば、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタア
クリレート、！７− チルメタアクリレート系共重合体、ポリエチルアクリレ
ート、エチルアクリレート系共重合体、ポリ塩化ビニル
、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリ
ルアミド、酢酸セルロース′、七゛ラチン、メチルセル
ロース、メチルエチルセルロース、パラフィン、ワセリ
ン、などを例示できる。これらの中から各態様に適した
粘結剤を適宜にえらんで利用でき、複数種えらんで併用
ｒることもできる。

本発明の湿度測定素子は、それ自体公知の手法によって
、電極を取りつけて利用できる。このような電極形成の
手段としては、スクリーン印刷法、塗布法、ディップ法
、蒸着法、スパッタリングなどの手段を例示できる。又
、電極の形状は適宜に選択でき、たとえば櫛型電極、渦
巻型電極、平行電極の形状に設けることかで終る。電極
形成材料としては、たとえばＡｕ、　Ａｔ、Ｉ’ｄ、　
ＡＨ１Ａ８　Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属及びＩ’＜　ｕ
　（、）　２．１ａｃｒＯ１等の酸化物などを例示する
ことができる。

以下、実施例により本発明り法の数態様について、更に
詳しく説明する。

実施例１〜６及び比較例１ 後掲築１表に示したｌ、ｉ　２　Ｃ０３、Ｎ　ｂ　：　
（−）　、及び）ｅｒ、０３を表に示したモル％の割合
で秤取Ｃり粉砕混合した。二の粉砕混合系を約９００　
’（：の温度で約１１）時間のｆ・備熱処理をし、その
後、これらの予備熱処理物をボールミルで＋１＋粉砕し
て調整粉末を得た。該調８− 整粉末に粘結剤として該調整粉末の５ｗｔ％のパラフィ
ンを加えて混合し、１）ン／ｉの圧力で径２０ｕ、厚さ
約１Ｈの円盤状試料を加圧成形した。該円盤状試料を９
００℃〜１３００℃に設定された温度で約１時間の熱処
理をし、複合金属酸化物熱処理構造体を得た。該複合金
属酸化物熱処理構造体に、又クリーン印刷法で金ペース
トを用いて櫛型電極を印刷し、約８５０°Ｃの温度で約
４５分間の焼成をして１対の櫛型金電極を形成した。

比較例　２ 比較例２はリチウムとニオブよりなる複合金属酸化物の
ｌ−、ｉ　Ｎ　ｌＩＯ３の単結晶に１対の櫛型金電極を
形成した。

複合金属酸化物熱処理構造体に１対の櫛型金電極を設け
てなる試料を標準回路を用いて相対湿度対電気抵抗値の
特性を測定し、その２５℃、４０％Ｒ１−１の抵抗値Ｒ
１と２５℃、９０％ＲＨの抵抗値Ｒ２を組成とともに第
１表に示した。

なお、添付第１図には、第１表中、実施例５（図中、線
Ｃ）、比較例１（図中、線ｂ）及び比較例２（図中、線
ａ）の結果を示１相村；ソ度−電気抵抗値（対数）の特
性曲線を示した。

又１本明細書で使用する「湿度測定素子」とは「感湿素
子」　「感湿抵抗体素子」と同意語として使用する。

９− ＝１０−

【図面の簡単な説明】

添付第１図は、実施例５、比較例１及び比較例２の人／
／についての、相対湿度−電気抵抗値（対数）特性曲線
を示すグラフである。 ＝１１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　少なくとも（＋１）リチウム、（ｂ）ニオブと（
   ｃ）鉄を含む複合金属酸化物熱処理構造体に少なくとも
   １対の電極を設けてなることを特徴とする湿度測定素子
   。 ２、該（ａ）リチウム、該（ｂ）ニオブと該（ｃ）鉄を
   金属原子換算で表わして、 （ａ）　　リチウム　　０．０１−７５原子％（ｂ）　
   　ニオブ　　　２０〜９９．９８原子％（ｃ）鉄　　　
   　　０．０１〜１０原子％［但し、（ａ）＋（ｂ）＋（
   ｃ）”　１００原子％１の複合金属酸化物熱処理構造体
   からなる特許請求の範囲第１項記載の湿度測定素子。