JPS58201301A - 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、
二と：二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に優れ、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／Ｊくし、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１０３〜１０６Ω程度の適正なオーダーを示し史に
、安価１［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）’Ｊチウム、（ｂ）ニ
オブ及び（ｃ）銅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ｌ８液を多孔質マ）　ＩＪクスに浸潤させた湿
度測定素ｆの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。

、二の例の素子は４０％ＲＩ（〜８０％ＲＨの中間湿度
用として抵抗値が１０パΩ〜１０コΩで実用１−使いや
すいものである。しカル使用温度の１・限が低く、たと
えば３５℃以１−に６ケ月間放置するたけて”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−４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ｒ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
とは難しい欠点かある。

、−のような金属酸化物を熱処理した湿度測定［−の例
として、１、　ｉ　Ｎ　ｔ）ｏ　３の単結晶を利用する
特開昭５５−２２１２２号の提案か知られている　二の
提案においては、強誘電体Ｌ　ｉ　Ｎ　ＬＯｌ結晶に！
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ｒる湿度測定素子が提案されている。しカルなか
゛ら、この上うな単結晶の利用は、該単結晶の製作それ
自体が煩雑珪っ高価につくるため、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、ＬｉＮｂ０９の粉末
とガラ入粉末の混合物がら成るＬｉＮｂ０．を主成分と
するペーストをアルミナ基板ｌ〕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ｆ−稿東、８ｐ−Ｗ−６
，７９Ｓ　ｉ、昭和５６年１０月）。コノ報告によｔ１
ハ、該素子に於ては、ＬｉＮｂ０．とガラス中に含有さ
れている１゛旧）との反応性を利用してＬｉＰｂＮｂ０
．が形成されると記載され′ごいる。

更に、特開昭５６−２３７０２号には、１ｉＮｂＯａ　
を包含ｉる広範な金属酸化４＃類がらえらぼれた成分の
少なくとも一種を１１友分とした磁器よりなる感２Ｍ抵
抗体素子本体と、この木本の両１（１臣それぞれイ・１
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／１−１以１−の面抵抗を有する抵抗発
熱体よりなる−・対の湿度検知電極とを備えた感湿抵抗
体素ｆ−が提案さｎ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、ナ；ｔ）、感：！１１！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丘−）素子一本体の加熱を必要
とする１：利益がｔ、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。

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、（
、）リチウム、（ｂ）ニオブ及び（ｃ）銅よりなる複合
金属酸化物熱処理構造体の電気抵抗が顕著に低Ｆして約
９０〜約３（）％（Ｒ１１）の範囲に於て約１０３〜１
０６Ω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［ことを発見した。又更に、本発明によれば、素ｒの
加熱は必要とすることなしに、ト記諸利益の達成できる
湿度測定素ｒが提供できることがｔンかった。

本発明の」−記目的及び更に多くの眺の目的ならびに利
点は以−１・の記載から−・層明らがとなるであろっ。

本発明の湿度測定素ｆは、小なくとも（ａ）’Ｊチウム
、（ＩＪ）ニオブと（ｃ）ａＮを含む複合金属酸化物熱
処理構造体に少なくともｊ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）銅を金属原子換
算して、（ｇ）リチウム０．（’）　１　・＝　７５原
子％（ｂ）ニオブ　　　２０−９９．９８原了％（ｃ）
銅　　　０．０１〜１０原子％ ［但し、（ａ）＋（１＋）＋（ｃ）＝　１００１京ｒ％
１の複合金属酸化物熱処理構造体に１月の電極を設けて
なる湿度測定素子を例示することができる。

本発明の湿度測定素子は、さらに池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Ａｌ２Ｏ３，５ｉ０
２などを例示することができる。その星は例えば担体金
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％以トの電を例示すること
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、Ｌｉ＝ＣＯｘ　、Ｎｂ２Ｏ，とＣ
ｕ　Ｃ［）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
ブと銅を含むものであればよい。

たとえばリチウム原料としでＬｉ２Ｏ，Ｌｉ。Ｃ（’）
、　、１．１０ｔｌ、１−．１ＨＣＯ３、ＬｉＣｌ、　
　Ｉ、ｉｃＩ　Ｏ，、ＬｉＢｒ、　　　１．ｉ　　ｌ　
　　Ｉ、；Ｉパ　、Ｌ、　ｉ２Ｓ　Ｏ＋　、’１．．　
ｉ　ＨＳ　（’）イ、Ｉ、１Ｎ（Ｌ　、１．１Ｎｌ（，
１，１１３１Ｌ、Ｌ、ｉ２Ｓ、［、ｉｌｌ、ｒ、、ｉ３
Ｎ、１ｉｐｃ２、Ｃ：ｏ＋ｒ、ｉｒなどを例示する二と
ができる。これらは単独でも複数種でも利用できる。

又、ニオブ原料としてＮｂ０１ＮｂＯ２，Ｎｂ、０１、
Ｎ　１＋（Ｏｆｆ　）、、Ｎｂ１３ｒ１．ＮｂＦｓ　、
ＮｂＨ，ＮｂＣ，ＮｂＮなどを例示する二とが′できる
。これらは単独でも複数種でも利用することかて′きる
更に、銅原料として（、：　ｕ　ＯｌＣｕ　（、’）　
、、Ｃｕ＝Ｏ１Ｃｔ＋Ｃ’、Ｎ、Ｃｕ（ＣＮ）７、Ｃｒ
Ｂｒ、ＣｕＢｒ＝、Ｃｕ（Ｎ　Ｏ：ｌ　Ｌ、、ＣｕＯＩ
Ｉ、（’、ｕｌ○１１Ｊ２、Ｃｕ１ｌ　Ｃｕ（ＣＯ，）
（ＯＨ，）、Ｃｕ２ＣＯ３、Ｃｕ　３　Ｎ　、　Ｃｕ　
ｌ’、Ｃｕ２８などを例示することができる。これらは
ｑｔ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１−　ｉ　２Ｃ（−、）　ｖ、Ｎｂ２Ｏ５とＣｕ　
Ｏを正確に秤取しボールミルにより十分に混合粉砕し、
９００　’Ｃｍ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きる。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
て重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５月）０℃〜１３　
（１０’Ｃ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
素子を例示する二とができる。またＬ　ｉ　２Ｃ（’）
　、、Ｎｂ２Ｏ５とＣｕ　Ｏを正確に秤取し、ボールミ
ルにより（・分に混合粉砕したものを成形して焼成Ｉこ
続いて熱処理して得た複合金属酸化物熱処理構造体にＩ
ｔｓのＶＬ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８０＋１’ｃ、−約１３　（１０°Ｃ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２選択できるが、例えば約０．１〜約２１１０　ミ
クロンの如き東均粒子径の粒子サイズ′を例示すること
かできる。

又、前記の所望の形状に加圧成形する際、或いは又、前
記の加圧成形熱処理の際の加圧条件としては、たとえば
、約５　ｔｌ　ｋｙｙ’ｃｊへ・約２０００　Ｋｙ／ｃ
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成ｒ
る一態様によれば、（、）リチウム、（ｂ）ニオブ及び
（ｃ）銅を又、１１ｊ記例示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、（８）、（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
粘結剤を混合し、）１１山’、　ＩＩＬＩｔ＞して所望
形状の成形物を得、これを予備焼成しもしくはぜずに、
熱処理焼成することにより、熱処理構造体を得ることか
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：口過した適当なスラリーＪ５至ペースト
状物の形成：こ適したＭｔ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ｒｉ物を形成Ｅ、これを例
えば′アノにミナ、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、ジルコニア
、フーノライト、窒素ケイ素、窒化ホウ素、などの如き
所望の活板：ンｊｌｌｉＬで、例えば約＋１　、０　（
１１〜約１．ｗＪ程度の被膜を形成しこれを、１１１）
記に例示したような熱処理条件で熱処理して、基板１−
に熱処理構造体を形成することができる。

又、ｌ−記前者の態様に於て利用する粘結剤の例として
は、！ごとえぼ、ポリビニルブチラール、ポリメチルメ
タアクリレート、Ｉ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ｍ酸ビニル、ポリビニルアル
コール、ポリアクリルアミド、酢酸セルローズ、ゼラチ
ン、メチルセルローズ、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、枚
数種えらんで使用することもできる。

本発明の湿度測定素ｒ・は、それ自体公知のｆ・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ド段を例示できる
。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ができる。

電極形成材料としては、たとえばＡｕ、　Ａｔ、　Ｐｄ
、　Ａｇ、Ａｇ　Ｉ〉ｄ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属及びＩ＜
　ｋｌ　Ｏ２，１，ａＣｒＯｌ等の酸化物などを例示す
ることができる。

以ド、実施例により本発明方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 後掲第１＆に示した１、　ｉ　２ＣＯ、、Ｎｂ、０．及
びＣｕＯを表に示したモル％の割合で秤取し、粉砕混合
した。この粉砕混合系を約９１）　ｌ）　’Ｃの温度で
約１０時間のｆ備熱処理をし、その後、これらのｆ備熱
処理物をボールミルで再粉砕して調整粉末を摺だ。１績
、薊整粉末に粘結剤として該調整粉末の５ｕｉｔ％のパ
ラフィンをｈｌ＋えて／１ｒ、合し、１トン／　ｃｉの
ＩＥ力で径２０．、厚さ約ＩＢの円盤状試ｔ４を加圧成
形した。該円盤状試料を９００°Ｃ〜＋　３　ｆｌ　Ｏ
℃ｉこ設定された温度で約１時間の熱処理をし、複合金
属酸化物熱処理槽ｊｉｉ　１４を得た。該複合金属酸化
物熱処理構造体に、スクリーン印刷、去て゛金ペースト
を用いて櫛型電極を印刷腰約８　Ｓ　（１’Ｃの温度で
ｌ＋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
ＬｉＮ１７０３のｌＪｉ結晶に１灯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
特性をより定し、その２５°Ｃ１４０％Ｒ１＋の抵抗値
１＜１と２５°Ｃ１９ｆｌ　ｅｏｌ＜　Ｉ　Ｉ　Ｊ）４
工に抗値１（２を組成とともに第１表に示した。

なお、添イ・１第１図には、第１表中、実施例５（ＬＺ
ｉ中、線０、比較例１（図中、線ｂ）及び比較例２（図
中、線ａ）の結果を小Ｙ相月ｉｌｌ：度−電シ（抵抗値
（対数）の特性曲線を示した。

又１本明細誉で使用する［湿度測定素子Ｊ　、１；Ｊ「
感湿素子」　「感湿抵抗体素子」と同地ｄで（としく使
用する。

【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の夫’
／ｉこっ−・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−４１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　少なくとも（、）リチウム、（ｂ）ニオブと（Ｃ
   ）銅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（、）リチウム、該（ｂ）ニオブと該（ｃ）銅を
   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原了％（ｃ）　　銅　
   　　　　（１，０１〜１０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。