JPS58201307A - 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
変化する応答性に１憂ｒし、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小し、例えば、相対
温度約≦〕（）〜約３０％程度の範囲に於′乙電気抵抗
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）モリブデン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、湿度測定素子としでは、電解質水溶液を多孔質７
トリクスに浸潤させたもの、金属酸化物を熱処理［、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。しめ化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、ＬｉＮｂＯ５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１．１Ｎｂ０３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。しカルなが呟このような単結晶
の利用は、該単結晶の製作それ自体が煩雑且つ高価に−
〕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ＬｉＮｂＯ３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、ε３ｐ−Ｗ−６，
７９５貞、昭和５６年１０月）。この報告によれば、該
素子に於ては、ＬｉＮｂ０．とガラス中に含有されてい
るｐｂ。

との反応性を利用してＩ−，１ＰｂＮｂＯ，が形成され
ると記載されている。

更に、特開昭５６−２３７０２号には、ＬｉＮｂ０１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Ｐ、１反分とした磁器よりなる感湿抵抗体
素子本体と、この本体の両面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１
Ω／口以−）−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子が提案され
ている。

この提案においては、ｌ−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（こついて研究を進め
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）モリブデンより
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
は以下の記載が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、
（１１）ニオブと（ｃ）モリブデン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（Ｌ）ニオブと（ｃ）モリブデンを金
属原子換算して、（、）リチウム　　０．０１〜７５原
了−％（ｂ）ニオブ　　　２０〜９９．９８原子％（ｃ
）モリブチ゛ン　（１，０１〜１０原了％１（ｕシ、（
ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）＝　１００原子％１の複合金属酸
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。

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ｔＩＪ、二に熱的熱処理構造体の形成に役立
つ。

この上うな担体金属酸化物としてはＡｌ２Ｏ，、ＳｉＯ
２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【二対して、Ｍｊｊ記（ａ）（ｂ）（Ｃ）の合
計が重量換算で表わして（）、１重量％’：ｌ　ｌ−の
謙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、ｌ−７ｉｚＣ０３、Ｎｂ２Ｏ５と
ＭｏＯ３を用りする力ｔ　、ｆｌ、ずしもこの組合せに
限定されるもので鱈１゜熱処理構造体力Ｃ少なくとも１
けラム、ニオブとモリブデンを含むものであれ１ｒよ（
１゜たとえばリチウム原料としてＬｉ、Ｏ，Ｌｉ２ＣＯ
３、Ｉ、１０１１、ＬｉＨＣＯ３、Ｉ、ｉｃｌ、１−１
ｉｃｌｏ、　、ＬｉＢｒ、１．ｉＬ　１．ｉＦ、Ｌｉ２
５Ｏ＋　、ｆｉｌｌｓＯ，，１−ｉＮｏ：＋　、ＬｉＮ
）１．、ＬｉＲＩＬ、Ｌｉ、Ｓ、Ｉ、ｉｌｌ　ＬｉｚＮ
、１．１２Ｃ２、Ｃ２０，１，、ｉ。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外る。

又、ニオブ原料としてＮｂＯ，ＮｂＯ２、Ｎ　ｂ　２　
ｏ　ｓ、Ｎｂ（（’）Ｉ＋）、、ＮｂＢｒ１．Ｎｌ］Ｆ
１、Ｎｌ泪、ＮｂＯ，ＮｂＮなどを例示することかでき
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、モ’Ｊブデン原料としてＭｏ０７、Ｍｏｂ、、Ｍ
ｏＣｌ−、、ＭｏＣＬ、、Ｎ（、ＣＬｌ、ＮｏＣＬｓｅ
３、ＭｏＣ１−，０、Ｍｏ０（（１１１’）３、ＭｏＣ
Ｌ、０、ＭｏＢｒ７、Ｍ　Ｏｌ’（ｒ　、、Ｍｏ１ｌｒ
、、Ｍｏ５７などを例示することかできる。

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１！Ｌｉ２ＣＯ３、Ｎｂ２Ｏ，とＭｏＯ３を正確に秤
取し、ボールミル十分に混合粉砕し、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１こおし）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トる。

該調整粉末に枯結剤を必要に応じて加えても加えなくて
もよくまたｊｙａ圧成形成形くは無加圧成形により該調
整粉末を成形したものを９　０　０　’Ｃ〜１　３　０
　０℃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ｂる。また１ｊ２ＣＯ３、Ｎｂ２（
Ｌ，とＭｏＯ，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斤多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ｌ二１対の電極を設
けてなる湿度測定素ｒを例示する、：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、約圓０°Ｃ−約１　
３　０　０　’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１こ選択できるが、
例えば約０．１〜約２００ミクロンの如鰺平均粒子径の
粒ｔ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、成り・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　（ｌ　Ｋｇ／　ｄ〜約２０００　Ｋ、／、ｊ
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、（、）リチウム、（ｂ）ニオブ及び
（Ｃ）モリブデンを又、前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、バイブレージシンミルその他適
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：ユ塗布
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、これを例えばアノ＾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０．０＋１１・−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、
埴板Ｉ−に熱処理構造体を形成することかできる。

又、上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、などを例示で外る。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終る。この上゛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きる。電
極形成材料としては、たとえばＡｕ、Ａｔ、、ＰｄＳＡ
ｇ。

Ａｇ　　Ｐｄ、Ｃｕ、Ｎｉ等の金属及びＲｕＯ２、Ｌ　
ａ　Ｃｒ　Ｏｌ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Ｌｉ２Ｃ０，、Ｎｂ２Ｏ５及びＭ　
ｏ　Ｏ３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９００　’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５１％のパラフィンを加え
て混合し、１トン／１の圧力で径２０ｇ、厚さ約１ｘｘ
の円盤状試料を加圧成形した。該円盤状試料を９００°
Ｃ〜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ペースト
を用いて櫛型電極を印刷し、約８５０°Ｃの温度で約４
５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　シＯ１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％Ｒ１１の抵抗値Ｒ
１と２５℃、９（）％［々Ｉ］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、！８１表中、実施例５（図中、
線Ｃ）、比較例１（Ｍ中、線ｂ）及び比較例２（図中、
線ａ）の結果を小す相対湿度対電気抵抗値（月数）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」と同意給として使用する。

【図面の簡単な説明】

添付路１図は、実施例５、比較例１及び比較例２の夫々
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。

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
   ）モリブデン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（ＩＪ）ニオブと該（ｃ）モ
   リブデンを金属線イ換算で表わして、 （ａ）　　リチウム　　０．０１〜７５原子％（ｂ）　
   　ニオブ　　　２０　〜９９．９８原子％（Ｃ）　　モ
   リブデン　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。