JPS5947702A - 感湿素子の製造方法 - 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】 本発明は湿度を電気抵抗の変化として検出し、空調機器
、加湿器、電子レンジ、倉庫、印刷機等の湿度を制御す
るために用いられる感湿素子に関するものである。

従来の感湿素子は、電解質材料を用いたものが大半を占
め、その他有機高分子オ」料を用いたものなどがあった
。

電解質相ネ・１を用いたものと１．て、例えばポリヌチ
ロールの円筒管に２木の平行ｙ、ｃパラジウム線を電極
として巻回し５、この樹脂の上にポリビニルアセテート
と１．＋ｃ）−水溶液との混合液を塗在しまたダンマー
型といわれるものとか、植物繊維、多孔性シリコン、ガ
ラヌテーブ等にＬｉＣＪ水溶液を含浸させた含浸式のも
のとがあるが、これらにはＩｉ　＋　Ｃ’を用いている
ため、っぎのような欠点があった。

■　ＬｉＣＪ−は潮解性があるため、梅雨の時期のよう
に、高湿度下では濃度が次第にに’ｆ　＜　ｆｒす、寿
命が短かいこと。

■　長期間の経過によって昇華してしまうので、一定期
間毎に較正する必要かを）ること。

■　ＬｉＣ’溶液の濃度により測定範囲が異なり、しか
もその測定範囲が狭いので、広い範囲の測定には濃度を
異ならせた何種類かのセンナを組合せることが必要とな
り、したがってセンナの数が多くなれは測定端子もそれ
だけ多くなって組立てや制御回路が面倒になること。

などである。

また、前記有機高分子材料な用いたものと１．て、例え
ばナイロンがあり、これは従来の毛髪に代わるもので、
湿気にＪ−り膨潤したときの長さの変化を検出するもの
である。これにも以下のような欠点があった。

■　使用温度の上限が島々６０°Ｃであり、使用範囲が
極端に制限されること。

■　伸縮時のヒステリシスが大きいため精度が低いこと
。

■　湿度の変化に対する応答が極めて遅いこと。

などである。

本出願人は、以上のような従来の欠点を除去した新たな
感湿素子として第１図（ａ）（ｂ）に示すような多孔質
のセラミック焼結体を用いたものを既に提案した。これ
）」、ＺｒＯ２とＭｇＯの微粉末を所定モル％ずつ秤量
して湿式混合し、乾燥した後、所定圧で加圧して錠剤に
し、この錠剤を電気炉に入れて所定温度で所定時間加熱
焼結し、自然冷却後、ダイヤモンドブレードで所定厚（
例えば３００／１ｍ　）にスライスし、かつ１辺が４〜
５間の角形に切断して多孔質のセラミック焼結体（１）
を得、このセラミック焼結体（１）の両面に金の電極（
２＋　（３）を焼成し、これに電極線（４Ｈ５）を接合
してなるものである。このように、多孔質のセラミック
焼結体で構成したことにより、従来の欠点を除去するこ
とができた。

ところが、このような素子でも、セラミック焼結体を一
定厚（例えば３００μｍ）にスライスするための加工が
面倒であること、電極に金を使用していることなどのた
め、極めて高価になるという若干の問題点があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、電気絶縁性基板上に、感湿素子の母体を厚膜と
して形成したものである。また、さらに特性を向上させ
るためＮａ３ＰＯ４・ｔ２ＭｏｏＡ溶液にて浸漬被覆処
理したものである。

以下、本発明の詳細な説明する。

まず、感湿素子の母体となる厚膜用感湿ペーストの作成
１！ｌ＋４序はつぎの通りである。

■　純度９９．９９％以上で平均粒径が１μｍ以下のＺ
ｒＯ２とＭｈｏの微粉末を用意する。そして、ＺｒＯ２
を９９モル％、　ＭｇＯを１モル％ずつ秤量して、これ
ら２ｓ類の微粉末をプラスチック容器内のエタノール中
に入れ、同時にメノーボールを入れ、ボールミルで湿式
混合する。

■　湿式混合後、放置して上澄ろ液を除き、加熱乾燥す
る。

■　この乾燥した粉末を液状バインダと混合して所定の
粘度を有する感湿ペーストとする。前記液状バインダは
、粉末状のメチ、ルセルロース、エチルセルロース、ポ
リビニルアルコールなどとα−テルピネオール、テルピ
ネオールなどとの混合溶液が用いられる。

つぎに感湿素子の作成順序はつぎの通りである。

■　第２図に示すように、１０關×１５篇ｍ×０．３＋
＋ｓ程度のアルミナなどの電気絶縁性基板（６）を用意
する。

■　この基板（６）上に、櫛歯状の電極（７１（８）を
互いに所定間隔（ｄ＝５ｏｏμｍ、　２５０μｍなど）
をもって形成する。電極（７１ｆ８）として、例えばル
テニウムオギサイド（几ＵＯ，，）を用いて基板（６１
１にプリントし、乾燥した後、８５０℃で焼成して形成
する。なお、前記電極（７）　（８）の間隔（（１）を
変えることによりインピーダンスを調整できるが、この
点については後述する。

■　つぎに、前記感湿ペーストを、電極（７１（８１と
基板（６）の上に塗布して厚膜感湿層（９）を形成する
。

すなわちこの厚膜感湿Ｎ（９）は、電極（７０８１の端
子部分を残して前記感湿ペーストをプリントし、乾燥し
た後、９００℃程度で焼成する。厚さは、目的によって
数十μｍから数百μｍまでとなるように、複数回塗布す
ることもある。

■　つぎに、さらに、特性を向」ニさせるときはリンタ
ングステン酸ナトリウム（Ｎａ、ＰＯ，・１２ＭｏＯ３
）（以下ＳＰＭという）の水溶液による浸漬被覆処理を
行なう。具体的には、脱イオン水１０ｃｃに、ＳＰＭを
４ｆｆ、４０”Ｐ、４００　Ｗ９．４ｔずつ秤１１ｒ　
Ｌ、　テ添加し、攪拌してそれぞれ０，０４．０．４．
４，０．４０重量％の水溶液を作る。これらの濃度に調
整した水溶液なピー力に入れ、第２図のように形成した
素子を浸漬する。

■　ビー力から素子をとり出し、加熱または自然乾燥し
て水分を除去し感湿素子（１０）を得る。

■　この感湿素子（１０）の特性の安ｙ［（化のために
アニーリング処理をする。

以上のようにして形成された感２！ｌｌｌ累千００が所
期の目的通りの特性を有するかどうかについて実験する
ために、第４図に示すように、Ｉ　Ｖ、　　１００Ｈｚ
程度の信号源（１υに、抵抗０２　（例えばＩＯＫΩ）
と直列に接続され、さらにこの抵抗（１２）と並列に電
圧計Ｈが接続される。

つぎに、測定結果を第５図ないし第６図に基づいて説明
する。

■　第５図は、電極（％ｌ　（８１の間隔（（１）を５
００μｍ（点線特性）と２５０μｍ（実線特性）に変え
たときのＲ−Ｈ特性である。この第５図の実験では、厚
膜感湿層（９）のＺｒＯ２とＭｇＯの混合割合は９９：
１　（モル比）とした。また、特性（（）（（’）はＳ
ＰＭ処理なし、（ロ）（ｄ）は０．４重量％、（ハ）（
／１は４．０重量％、に）Ｃ）は４０重量％の８ｔＭ溶
液でそれぞれ処理をしたものである。

この特性図から電極（７）　（８１の間隔（ｄ）を広く
すると抵抗値が高くなり、狭くすると低く　１．ｃす、
しかも相対湿度１０〜ｂ ことがわかる。したがって、目的の抵抗値を得るには電
極（７１（８１の間隔（ｄ）を変化せしめればよい。ま
た、この特性図から、（イ）ＳＰＭ処理なしから（へ）
）０．４、（ハ）４．０、に）４０重量％と次第に８ｔ
Ｍ濃度が増大するに従い抵抗値は略平行移動して小さく
なることがわかる。特に（／４４．０に）４０重量％の
とき相対湿度１０〜９０％ＲＨの範囲で略直線的に変化
し、１個の素子で広範囲測定が可能である。以上の点か
ら、８ｔＭ濃度は０．５〜５．０重量％の範囲が最も好
ましい。

■　第６図は、ＳＰＭ４，０重慴％の水溶液で処理し、
電極（７）（８１の間隔（ｄ）を５００μｍとした場合
において、ＺｒＯ２に対するＭｇＯの混合割合を可変し
たときのＲ−Ｈ特性である。すなわち、（／９はＺ　ｒ
ｏ　２：Ｍｇ０−＝　９９：１　（モＡ／比）の、（ホ
））はＺｒＯ２：ＭｇＯ＝９５：５　（モル比）へ（へ
）はＺｒＯ２：Ｍｇ０ｚ　９０：１０　（モ／Ｌ／比）
の、住）はＺｒＯ２：Ｍｇ０＝　８５：１５（モル比）
の、チ）はＺｒＯ２：　ＭｇＯ＝８０：２０　（モル比
）のそれぞれの特性である。この特性図から、いずれも
相対湿度１０〜９０％Ｉ’Ｌ）ｉの範囲で略直線的な変
化を示し、１個の素子で充分広範囲測定が可能であるこ
とがわかる。

前記実施例では、電極（７）（８）の形状を、第２図に
示すように、櫛形とし互いに間隔（ｄ）をもって噛合さ
妊たが、この間開（ｄ）は、直角に屈折したもの以外に
、曲線的に屈折したもの、め直線的なものなどであって
もよい。また、第２図では電極（７１（８１を同一面に
設けたが、厚膜感湿層を挾んで両側に設けてもよい。具
体的には、第３図に示すように、アルミナ基板（６）の
裏面にはリフレッシュ用ヒータ（１４１を設け、上面に
は多孔性の下部電極（７）、厚膜感湿層（９）、多孔性
の上部電極（８）の順に積層したものであってもよい。

この場合、電極（７１（８）の面積、厚膜感湿層（９）
の厚さによってＲＨ特性が変わることは勿論である。こ
のような形状にすると素子の形状を小型にできる。

本発明は上述のように、感湿素子の母体を厚膜な用いて
構成したので、加工性にすぐれて低価格になる。また単
一素子によって広範囲の湿度を測定できるとともに長寿
命でもある。さらに、８ＰＭ処理をするとさらにその効
果が増大する。また、電極の相互の間隔を変えても、Ｓ
ＰＭの溶液濃度を変えても特性（素子インピーダンス）
の平行移動ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は、セラミック焼結体を用いた素子の正面
図、第１図（ｂ）は同側面図、第２図は１対の電極を片
面に設けた厚膜型素子の一部切欠いた正面図、第３図は
１対の電極を両■１に設けたＪ９膜型素子の分解斜視図
、？Ｐ、４図は特性を測定する電気回路図、第５図は電
極の間隔および８ＰＭ濃度を変えたときの特性図、第６
図はＺｒＯ２とＭｇＯの混合比を変えたときの特性図で
ある。 （６）・・・電気絶縁性基板、（７）（８１・・・電極
、（９）・・・厚膜感湿層、ａＯｌ・・・感湿素子、（
１１）・・・信号源、（１２１・・・抵抗、（１３）・
・・％を圧１ｔｌ−１０４１・・・リフレッシュヒータ
。 特許出願人　株式会社　ゼ　ネ　ラ　ル第　　１　　図 （ａ）　　　（ｂ） 第　　４　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）電気絶縁性の基板と、 該基板に互いに所定の間隔をもって設けられた少なくと
   も１対の電極と、 該電極の間隔を充填するように設けられＺｒＯ２とＭｇ
   Ｏの混合物を主体として形成された厚膜感湿層と からなることを特徴とする感湿素子。 （２、特許請求の範囲第１項記載において、ＺｒＯ２と
   ＭｇＯの混合比を９９＝１ないし８０：２０　（モル比
   ）とした感湿素子。 （３）特許請求の範囲第１項または第２項記載において
   、Ｗ脱感湿層をＮ〜ＰＯ，・１２ＭｏＯｓ水溶液で浸漬
   被覆処理した感湿素子。 （４）特許請求の範囲第３項記載におい−Ｃ、Ｎａ３Ｐ
   Ｏ４・１２ＭｏＯｓ水溶液濃度は０．５ないし５．０重
   量％のものを使用してなる感湿素子。 （５）特許請求の範囲第１項記載において、１対の電極
   は、互いに間隔をもって厚膜感湿層の片面に設けてなる
   感湿素子。 （６）特許請求の範囲第１項記載において、１対の電極
   は、厚膜感湿層を挾むようにし゛Ｃ厚Ｂψ感、湿層の両
   面に設けてなる感湿素子。 （７）　　ＺｒＯ□とＭｇＯの混合物をバインダ溶液に
   より粘性のを）る感湿ペーストとｆ、ｒ　Ｌ、この感湿
   ペーストを、電気絶縁性Ｍ板上の少ｔｒ　くとも１列の
   電極上に塗布しかつ焼成して厚膜感湿層を形成し、しか
   る後Ｎａ３ＰＯ４・１２ＭｏＯ＋＋水溶液で浸漬被覆処
   理Ｉ７てなる感湿素子の製造方法。 （８）特許請求の範囲第７項記載において、バインダ溶
   液は粉末状のメチルセルロース、エチルセルロースマタ
   はポリビニルアルコールにα−テルピネオールまたはテ
   ルピネオールを混合溶解してなる感湿素子の製造方法。