JPS58201311A - 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ｇ１８１ｔｔｔ測定するのに有用なｍｉ測定素
子に関する。とくＫ、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示し、例えば、
相対温良約９０〜約３０慢根度の範囲に於て、電気抵抗
が約１０６〜１０’ｎａｌ良の適正なオーダーを示し、
史Ｋ、安価且つ作製容易な湿度測定素子に関する。 史に詳しくは、不発＃！Ａは、（ａ）リチウムと（ｂ）
ニオブ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（の素子がある。 電解質水溶液を多孔質マ）　ＩＪ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％ルＨ〜８０
嘩１−Ｌ）１の中間湿度用として抵抗値が１０７Ω〜１
０’Ω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、たとえは３５℃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
と潮無作用の促進により塩が流出１、使用に耐火なくな
る欠点かある。 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。このような金緘酸化物を熱処理
した湿度測定素子の例として、ＬｉＮｂ０．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３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か提案されて（・る。しかＬ
ながら、このような単結晶の利用は、−単結晶の製作そ
れ自体が煩雑且つ高価につくるため、七の実用には槓々
の制約ケ受ける不利益かある。 このような単結晶の利用に代えて、ＬｉＮｂ（Ｊ、の粉
末とガラス粉末の混合物から成るＬＩＮｂＯｓを主成分
とするペーストをアルミナ基叡上に施して、乾燥、焼成
した素子についての研死報告も知られている（第４２１
応用物理学会学術ｗｓ演会、講演予稿集、８ｐ−ｗ−４
，７９５ｊｌ、昭和５６年ｉ。 月）、この報告によれは、＃素子に於ては、ＬｉＮ１＋
０３とガラス中に含有されているＰｂｏとＱノ反応性な
利用Ｌ　テＬ＋ＰｂＮｂ０４が形成されると記載されて
いる。 史に、％開昭５６−２３７０２号ＶＣハ、ＬＩＮｂｏ。 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
なくとも一層を生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ｔｈｉにそれぞれ付着して少く
とも一層が該本体の感湿抵抗体素子より小さく、しがも
１Ω／口以上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。この提案に忘いては、上記ＩＮ成に％定されてい
ると左り、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、リチウムと二Ａノ゛糸の複合金属酸化物
熱処理構造体の湿度測定素子の開発につし・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Ｌ　ＩＮ　ｂ（
Ｊｓの単結晶が高い電気抵抗を有するＫも拘わらず、（
ａ）リチウムとΦ）ニオブよりなる複合金属酸化物熱処
理構造体の電気抵抗が低下して約９０〜約３０Ｓ（ＲＨ
）の範囲に於て約１０’〜ｌ　Ｏ”Ω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
の変化か実用的な適正変化５４　ｖｙｒ＜すことを発見

【、た。又更に、本発明によれは、素子の加熱は必要と
することなしＫ、上配諸第１」益の達成できる湿度測定
素子が提供できることかわかった。 本発明の上記目的及び更に多（の他の目Ｅｉ：］　ｙＪ
らびに利点は以上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（ａｌ　１７ナウ
ムとΦ）ニオブ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符似とするもの
である。 好ましい御粘様によれは、本発明の湿度測定素子は該（
ａ）リチウムを（ａｌ　ｌ、ｉ、Ｃ□ｓＫ　、　ｇｉｌ
　（ｂ）　＝　、ｔプｔａｒ：　＜ｂ′ノヘｂ、Ｑ、　
Ｋ換算して （ａ）ｉ、ｉ、ＣＯ３０，０１〜７６モル％Φ）　Ｎｂ
、偽　　２４〜９９．９９モモル嗟但し、（ａ）＋（ｂ
）＝　１００七ル憾〕の複合金属酸化物熱処理構造体に
少な（とも１対の電極を設けてなる。更に好ましい一態
様によれは、本発明の湿度測定素子は、 （ａｒ　Ｌｉ２ＣＯ３０，０１〜５１モル嗟（ｂ）　Ｎ
ｂｚＵｓ　　　４９〜９９．９９モル肴〔但し、（ａ）
＋（ｂ）＝　１００モル囁〕の複合金属酸化物熱処理構
造体に少なくとも１丈ｉの電極を設けてなる。とくに好
まＬい一態様によ扛ば （ａｒ　Ｌｉ、ＧＯ，０，０１〜４　（ｌモ／ｌ／　％
（ｂ）　Ｎｂ、０．　　６０〜９９．９９モル％〔但し
、（ａ）　＋　ｔｂノ＝１００モル係〕の複合金属酸化
物熱処理構造体に少なくとも１対の電極を設けてなる。 更にと（に好ましい−、を様によれば、本発明の湿度測
定素子は、 （ａ）Ｌｌ、Ｃ０，０，０１〜２０％／Ｌｌ（’））　
ＮｂｔＯｓ　　　８　Ｃ１〜９９．９９　％　ル囁〔但
し、（ａ）　＋（ｂ）−１００モル係〕の複合金属酸化
物熱処理構造体に少なくとも１対の電極な設けてなる１
Ｍ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約り００℃〜約１４００℃の温
度で熱処理してなる。好ま（くは約り００℃〜約１３０
０℃の温度で熱処理してなる。更ｈｃ好まｌくは約り０
０℃〜約１２００℃の温度で熱処ｍｌ−てなる。とくに
好ま［−＜は約り００℃〜約１２００℃の温度で熱処理
してなる複合金属酸化物熱処理構造体に少な（とも１対
の電極な設は一〇なる湿度測定素子を例ボすることがで
きる。 本発明の湿ｉ　＃１　ｍ素子は、さらに他の金ｉ酸化物
を担体として含有イろ糸からの熱処［構造体であること
かでき、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ム、０８、らｌ（
Ｊ。 などを例示することができる。その倉は例えば担体金属
酸化物に対して、前記（ａ）　（山の合計か塩蓋換算で
表わして０．１重量係以上の１ヶ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＃！Ｉ造体の出
発ＪＪＡ　Ｎと【て実ｍ例”’Ｃ−ｔｉ、Ｌｉ、ＣＯ，
トＮｂ、０．　ヲ用いるか必す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と
ニオブな含むものであればよい。 たとえばリチウム原料としてＬ　Ｉ　１（入　１，１．
ＣＯ，。 ＬＩＵ）１、ＬＬ）１ｃＯ，、ｌ、＋ＣＩ、ＬｉＣｌＯ
３、ＬＩ　Ｈｒ、　　Ｌｉ、ＩＪ　Ｉ　ｋ’。 ＬＩ　２　Ｓ　０４　　、　　ｉ、　Ｉｈ１８（Ｊ４　
、　　Ｌｓ　ＮＬ）、　　、　　ＬＩＮＩｎ、　　、　
　Ｌｉ　　Ｂ１１４　、　　Ｌ１２５、Ｌｔｕ、Ｌ１３
Ｎ、　Ｌ１２Ｃ１、ｃ、ｕ、ＬＩ、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。 又、ニオブ原料としてＮｂＯ，ＮｂＯ２，Ｎｂ、０．、
Ｎｂ（Ｕ）−１）ｉ　、　Ｎｂ　Ｂ　ｒ、、Ｎｂｌ”ｓ
　、　Ｎｂ１ｉ、ｉｂＵ、　ＮｂＮなどをｆｉｌボする
ことができる。これらは単独でも復数柚でもオリ用する
ことができる。 本発明に名ける横合金属酸化物熱処、ｆｆｍ造俸の粉末
は例えはＬ　ｉ　、ＣＯ，とＮｂ、０．を正確に秤取し
　ボールミルにより十分に混合粉砕し、９００℃１％ｉ
ｊ　佐の温度で焼成して後に粉砕することＫよりｒＡ整
そｔ末を得る仁とができる。＃Ｉｌｉ整粉末に粘結剤を
必要に比して加えても加えなくてもよくまた力ａ圧成形
もしくは無加圧成形により該調整粉末を成形し７’、−
ものを９００℃〜１４００℃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−ｆＪ、・二とができる。 またＬｉ、ＣＵ、とＮｂ、０．　？正確ｖｃ秤取し、ボ
ールミルにより十分＆Ｃ混合粉砕またも力！ｆ底成形て
焼成に続いて熱処理して優だ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ボするこ
とかできる。このような粉末混合系を熱処理して、目的
とする熱処理ｍ遺体ケ形成する熱処理温（Ｗとしては、
約８００℃〜＜：、＋　ｌ　４　（Ｊ　（１℃のｉ！度
を例示することかできる　又、粉末？にτ糸の粉末粒子
サイズは適宜に選択できるか、例えは約Ｏ１〜約２００
ミクロンの如き平均粒イ住Ｖ）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隙の加圧条件としては、たとえば
、約５０　ｋｆ／−〜約２０００時／メの如き成形圧を
例示することが、できる。 本発明の湿度測定素子をＩｌｌ成−「る熱処理構造体ケ
形成する一１ａ様によれば、（ａ＋リナウムと（ｂ／　
ニオブの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
他適宜な粉砕混合手段で共粉砕したりして、（ａ）及び
（ｂ）を含む粉末混合物系を調剥し、虜菫により過当な
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ｆＡ成しもしくはせずに、熱処理焼成するこ
とにより、熱処理＋Ｓ遺体を侮ることかできる。 又、他の一態様によれは、−ト述の如き粉末混合物糸に
、塗布に適した適当なスラリー乃至ペースト状物の形成
に通した種類及び皺の粘結剤を配・ａしてスラリー乃至
ペースト状の混合物を形成１、これを例えはアルミナ、
ベリリア、ソリ力、７オルスグライト、スデアタイト、
ムフィト、マグネシア、ジルコニア、コージライト、窒
素ケイ素、窒化Ｊ・つ素、などυノ如さＨｊ望の基板ｔ
こ産伯１−て、例えば約０．００１〜約１ｍｍ程度の被
膜を゛形成し、これを、前記にｆＩ＋示したような熱処
理条件で熱処理【、て、丞也上に熱処理構造体を形成す
ることかできる。 又、上８【二前者の態様に於て利用ｆろ粘結がｊＣす１
ｙｉｉとしては、たとえは、ポリビニルブチラール、ポ
リメチルメタアクリレート、メチルメタアクリし・−）
糸共重合体、ボ１１エナルアクリし・−ト、エナチル了
りリレート系共東合体、ボｌ塙化ビ−ニノ１゜ポリ＃酸
ビニル、ホリビニルアルコール、ホリーノクリルアミド
、酢酸セルロース、セラナ／、メチルセル（＋−ズ、メ
ナルエナルセル「」−ズ、）ｚジノイン、’７　セＩＩ
ン、などを例示できろ。こねレフ【つ中から各態ａＫ過
しだ粘結剤を適宜にえらんＣ利用でき、複数極えト】４
で併用することもでさ乙、。 本発明の湿吸６Ｊｉ１足素ｔ（工、てれ目体公幻１の手
法によって、電極￥取０つをすて利用でさミ）。この誹
うな電極形成の手段としては、スクｊ＋−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
えば櫛型を極、渦巻型′ｔＩＫ極、乎行電他の形状に設
けることができる。電極形成材料としては、たとえばＡ
ＬＬ、Ａｔ、　Ｐｄ、　Ａｇ、　Ａｇ　−Ｐｄ、　Ｃｕ
、Ｎ１等の金属及びｌ（ｕ　ｏ、、ＬａＣｒ０１等の酸
化中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１〜５ 後掲第１表に示したＬｉ、ＣＯｍとＮｂ、０．を表に示
したモル囁の割合で秤取し、粉砕混合した。この粉砕混
合系を約９００℃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
して調整粉末を傷だ。該調整粉末に粘結剤とｌて該調整
粉末の５　’ｗｔ％のパラフィンを加えて混合１−１１
トン／−の圧力で径２０鴫、犀さ約１−一の円盤状試料
を加圧成形した　該円盤状試料を１０００℃〜１２００
℃に設定された温度で約１時間の熱処理を１１、被合金
属酸化物熱処理＃４遺体を得た。Ｉ！ｉ＃複合金属酸化
物熱処理構造体に、スフ１１−ン印刷法で金ペーストを
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１ 比較例１はリチウムとニオブよりなる複合金属酸化物の
ＬｉＮｂ０．の単結晶に１対のＷＤ型金電極を形成（−
だ。 複合金属酸化物熱処理構造体１／Ｃｉ対の仙な４−電極
を設けてなる試料ケ棟準回路を用いて相幻籍反対電気抵
抗値の特性を測定し、その２５℃、４υｓｆＬ　Ｈ〕抵
抗＠ｆｌ、　ト２５℃、９０％ｌ（、Ｉ（ＺＬａ抗１１
１−を組成とともに勢１表に示］、た。 なに、添付第１図には、第１表中、実施例３（図中、−
〇）、実施例５（図中、繊ｒＯＪ）及び比較愕ｌ（図中
、線ａ）の結果を示す相ス、１湿Ｌ１−晃気抵抗１直（
対数）め特性曲線を示した。 又１本明細書で使用する「湿ｆ＃Ｉ定素子」とは「感湿
素子」　「感湿抵抗体素子」と同意時として使用する。 第　　１　　表 ■

【図面の簡単な説明】

添付第１図は、夾總＠３、実施例５及び比較例１１ノ夫
々についての、相対湿度−電気抵抗ｍ（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（ａ）リチウムとΦ）ニオブからなる
   複合金属酸化物熱処理構造体に少な（とも一対の電ｌｋ
   を設けてなることを特徴とする湿度測定素子。 ２、　　＃　（ａ）　＋７チウムｙに；）Ｌｒ、ｃｏ、
   に、ｒＪｉ（ｂ）ニオブな（ＭｒＮｂ、０．に換算して （ａ）ＬｉＩＣ’０．　　０．０１〜７５モル％（ｂ）
   Ｎｂｔｏツ　　２４〜９９．９９モル暢〔但し、（ａ）
   十〆）−１００モルチ〕の複合金属酸化物熱処理構造体
   からなる％許請求の範囲矛１項記載の湿度測定素子。 ３、該複合金属酸化物熱処理構造体が約り００℃〜約１
   ４００℃の温度で熱処理された構造体である特許請求の
   範囲矛１項も【７くは矛２項記載の湿度測定素子。