JPS58201302A - 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ｒるこ
と：二１り湿度を測定するの（こ有用な湿度測定素ｒに
関する。とく：二、イ、発明は湿度の変化に呼応して電
気抵抗が変化する応答＋１に筺１１、湿度の変化に追随
する電気抵抗の変化が天川的な適１１゛変化十を・］、
し、例えば、相対湿度約５ＪＯ・〜約３０％程度の範１
川に於て、電′７（抵抗か約１０″′　〜１０°Ω程度
の適正なオーダーを小し、史に、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（０コバルト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％Ｒ）ｌの中間湿度用
として抵抗値力弓（）′Ω〜１０３Ωで実用上伸いやす
いものである。しめ化使用温度の−Ｌ限が低く、たとえ
ば３５°Ｃ以１−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索Ｉは、物理的、化学
的、熱的に安定であるが、一般に固有抵抗か高いため吸
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、１．１ＮｂＯ＝の単結晶を利用する特開昭５５−
２２１２２号の提案が知られている。この提案において
は、強誘電体ＬｉＮｂＯ３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。しかＬながら、このような単
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−ノくるため、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、ＬｉＮｂＯ３の粉末
とガラス粉末の混合物から成る１、１ＮｂＯ＝を主成分
とするペーストをアルミナ基板Ｉ−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でいる（＄４２
回応用物理学会学術講演会、講演］−槁婁、８　ｐ　−
Ｗ　　６．７９５真、昭和５６年１０月）。この報告に
よ！ｔは、該素子に於ては、Ｉ、！　Ｎ　ｂ　Ｏ３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Ｉ
、１「ゝ１３　Ｎ　ｌ］　Ｏ、が形成されると記載され
ている。

更に、特開昭５６−２３７　（’１２号には、ＬｉＮｂ
０．を包含する広範な金属酸化物類がらえらばれた成分
の少なくとも　一種を一１′、成分とした磁器よりなる
感湿抵抗体素Ｐ本体と、この本体の両面にそれぞれイ・
１着して少くとも−ノｊが該本体の感湿抵抗値範囲より
小さく、しかも１Ω／］１以）−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ｆ−か提案されている、この提案においては、−１
−記構成に特定されているとおり、感；８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；口Ｌ−）素子本体の加熱を必要とする
１・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。

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）リチウム、（ｂ）ニオブ及び（ｃ）コバルトよりな
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％（Ｉ（１１）の範囲に於て約１０
３〜１０６Ω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−ｒ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
は以ドの記載から−・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）’ｊチウム
、（１，）ニオブと（ｃ）コバルト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）’Ｊチウム、該（ｂ）ニオブと（ｃ）コバルトを金
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
）　’：Ｊｔ＜ルト　　　　Ｏ，’０１−１０原子％［
但し、（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＝　１１１０原子％ｌの
複合金属酸化物熱処理構造体に１灯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、］−業業態熱処理構造の形成に役立つ。

この上うな担体金属酸化物としてはＡＬＯ，、Ｓ　ｉ　
Ｏ、などを例示することができる。その鼠は例えば担体
金属酸化物に対して、前記（ａ）（ｂ）（ｃ）の合計が
重置換算で表わして０．１重量％ｌ゛ノ斗の址を例示す
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、Ｌｉ２Ｃ（’）、、Ｎｂ２Ｏ，と
Ｃｏｏ　を用ｔするが必すしも二の組合せに限定される
ものでなし・。熱処理構造体が少なくともリチウム、ニ
オブとコバルトを含むものであればよ−１゜たとえばリ
チウム原料としてＬ　ｉ　２０、ｌ−、ｉ□ＣＯ３，１
、ｊｏｌｌ、Ｌｉ１１ＣＯ３、Ｌ、ｉ（土ＬｉＣｌＯ３
、Ｌｉａｒ、　Ｉ−ｉ　１．　Ｌ、ｉｔ’、Ｌｉ２５ｏ
４．１．１ｌｌＳＯ，，１ｉＮｏ：＋　、ＬｉＮＩＬ　
、１．１ｌＮｌ、、Ｌｉ２Ｓ、　Ｌｉ１ｌ、Ｌｉ３Ｎ、
］、ｉ２Ｃ：　、Ｃ２０，Ｌｉ＝などを例示ｒ　ルこと
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Ｎｉｌ０、ＮｂＯ２、Ｎｂ、（’
）、、、Ｎｂ（（ＮＩ’Ｌ、、ＮｂＢｒ５　、ＮｂＦ３
．Ｎｂ１１．ＮｂＣ，ＮｂＮなどを例示する二と力１で
きる。これらは単独でも複数種でも利用することｈＩで
パトる、更に、コバルト原料としてＣｏＯ，Ｃｏ２０．
、Ｃｏ５０＋、Ｃ：０（、’１．２、Ｃｏ（ＣＬ、　Ｏ
、）＝、ＩＣｏＣＬ（Ｎｉｌ、）、ＩＣＬ、、Ｃｏ（Ｃ
３ｌＬ）（Ｃ−、、ＩＬｚ（）２）、１ＣｏＣ１，＝（
Ｎｉｌ３）、（ＩＬ（’））ＩＣＩ−、ＣｏＢｒ２、Ｃ
ｏ（Ｏｌｌ）、ＣｏＣ０３、Ｃｏ５（Ｃｏ、）２、Ｃｏ
（Ｃ５Ｈ、Ｌ、ＣｏＦ２、Ｃ０Ｆ３、ＣｏＳ　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
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Ｌｉ２ＣＯ＝、Ｎｂ２Ｏ５とＣＯＯを正確に秤取し
、ホールミルニより十分に混合粉砕し、９００°Ｃ前後
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。またこの焼成におり）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二ともできる。

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　’Ｃ〜１３００°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こ
とができる。またＬ　ｉ　２ＣＯ、、Ｎｂ２Ｏ，とＣｏ
ｏ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、目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８００°Ｃ〜約１３００℃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０．１・〜約２００　
ミクロンの如きＶ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、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Ｓ　ＯＫｇ／　ｃｊ〜約２０００　Ｋｇ／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す
る一態様によれば、（ａ）リチウム、（ｂ）ニオブ及び
（Ｃ）コバルトを又、Ｍ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、（、）、（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、加圧成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ずに、熱処理焼成するこ
とにより、熱処理構造体を得る、：とができる。　又、
他の一態様によれば、上述の如ト粉末混合物系に、塗布
に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ＪＪ、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、フージライト、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１ｕ程度の被膜を形成し、これ
を、前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、１−記前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、メ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、酢酸セルローズ、ゼラチン
、メチルセルローズ、メチルエチルセルローズ、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
えらんで使用することもできる。

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がでトる。電極
形成材料としては、たとえばＡｌｌ、　Ａｔ、　Ｐｄ、
　Ａｇ、ＡＢ　　Ｆ’ｄ、　Ｃｕ、　Ｎｉ等の金属及び
ＲｕＯ２，１，、ａＣｒ（”）、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表に示したＬ　ｉ　２　ＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ，及
びＣｏ（’）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９　（１０’Ｃの温度で
約１０時間の予備熱処理をし、その後、これらの予備熱
処理物をボールミルで再粉砕して調整粉末を得た。該調
整粉末に粘結剤として該調整粉末の５ｕ＋ｔ％のパラフ
ィンを加えて混合し、１トン／ｄの圧力で径２０ｕ、、
厚さ約１ｕの円盤状試料を加圧成形した。該円盤状試料
を９００℃〜１３００　’Ｃ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、スクリーン印刷法で
金ぺ一又トを用いて櫛型電極を印刷し、約８５０℃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　ｂ０３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°Ｃ１４０％ＲＨの抵抗値Ｒ１
と２５°Ｃ１９０％１で１１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、＠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７１＜　’ｊ相月淘度−電気抵抗値（対
数）の特性曲線を示した。

又２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。

【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の夫々
に−】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６第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　少なくとも（、）リチウム、仙）ニオブと（ｃ）
   コ／＜ルト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（１〕）ニオブと該（ｃ）
   コバルトを金属１４；ｊ　１’換算で表わして、 （ａ）　　リチウム　　＋１．０１〜７５原子％（ｂ）
   　　”−オブ　　　２（１−９９，９８原ｒ％（ｃ）　
   　コバルト　　（’１．＋１１〜１０原ｒ−％１但し、
   （ａ）＋（Ｉ＋）＋（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頂記
   戦の湿度測定素子。