JPS6028202A

JPS6028202A - 感湿素子

Info

Publication number: JPS6028202A
Application number: JP58135912A
Authority: JP
Inventors: 宇野　茂樹; 光雄原田; 佐久間　一雄; 平木　英朗
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-07-27
Filing date: 1983-07-27
Publication date: 1985-02-13

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】［発明の技術分野］本発明は感湿素子に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］大気中の湿度を測定、検出する感湿素子（湿度センサ）
は、これまでに極めて多数の方式が提案され、かつ実用
化されている。特に、近年は電気的に直接湿度を検出で
きる方式の湿度センサが種々提案されている。この湿度
センサは湿度の検出のみならず、湿度の制御をも簡便に
電気的信号で処理できる特長を有するために注目されて
いる。

ところで、上述した湿度センサは大気中の湿度を測定す
るために、大気中の水分を感湿素子の表面に物理吸着さ
せ、電気的抵抗値を読−とるものが一般的である。こう
した湿度センサの感湿素体としては、従来、高分子物質
、金属酸化物の焼結体、或いは基板上に金属酸化物を焼
付けたものが用いられている。

しかしながら、高分子物質を感湿素体とした湿度センサ
は低湿度領域での抵抗値がＩＭΩ乃至１０ＭΩ以上と極
めて犬きくなるため、通常の電気的検出回路では容易に
湿度を検出できず、精度も極めて悪くなるという欠点が
あった。

まだ、金属酸化物を感湿素体とした湿度センサは初期の
感度が優れているものの、いずれも長期間の使用におい
ては抵抗値の変化が大きいという欠点がありた。この点
を克服するだめに金属酸化物の焼結体より々る湿度セン
サにヒータを付設し湿度測定前に一時的に感湿素体を加
熱し、高温状態にして感湿素体面を再生した後に湿度を
検出するものも知られている。つまシ、金属酸化物から
なる感湿素体の熱安定性を利用し、湿度を検出する直前
に高温にすることにより感湿素体を初期状態に戻して再
現性を確保している。しかしながらかかる湿度センサで
は、湿度検出直前に加熱を行なう必要があるために、連
続的な湿度検出は不可能である。しかも、ヒータやヒー
タ制御回路という複雑な機構が必要となり、コスト高の
一因となる。

この上う々ことから、最近、湿度センサとしてＺｎ０８
５〜９９−ｔ＝　ル％、ＬｉＺｒＶＯ４０，５〜１０　
％　ル％及びＣｒ２Ｏ３＋　Ｆｅ２０３０．５〜５　モ
ｋ　％の組成の金属酸化物からなる感湿素体を用いたも
の（特開昭５６−４２０４号）が開発されている。この
湿度センサはヒータ等の再生処理なしで通常の環境条件
（０〜４０℃、３０〜９０　％　’Ｈｂｌ）で長期間に
亘って安定的に、しかも低い抵抗値で使用できるもので
あシ、エアコンや加湿器における湿度制御には充分適用
できる。しかしながら、かかる湿度センサは高温条件で
使用すると、必ずしも充分な経時特性、再現性（を得られない場合があった。

［発明の目的］本発明は高温条件下で長時間使用しても抵抗値変化はほ
とんど生じずに安定に使用でき、かつ広範囲の湿度領域
においても使い易い電気的抵抗値を有する感湿素子を提
供しようとするものである。

［発明の概要］本発明はＣｒｚ０３２１〜７３−ｅ　ル％、ＺｎＯ及び
ＭｇＯのうちの少なくとも１種２５〜５５モルチ、Ｐ２
Ｏ５２，０〜１０．０モル襲、Ｌｉ２００．５〜８０モ
ルチモル２Ｏ５０，５〜８．０モル襲を必須成分とした
焼結体からなる感湿素子である。こうした感湿素子は例
えば周囲温度２５°Ｃ１相対湿度３０％の場合では約８
００にΩ、同温度で相対湿度９咋の場合では約１５にΩ
、と広範囲な湿度領域において使い易い抵抗値を持ち、
しかも８５°Ｃという高温条件下に長期間放置しても経
時変化が小さく高信頼性を有するものである。このよう
に本発明の感湿素子が優れた特性を有するのはＣｒｚＯ
３，ＺｎＯ（又はＺｎＯとＭｇＯ、ＭｇＯ単独）の結晶
性粒子の粒界にこれらＣｒｚＯａやＺｎＯ等の少量のＰ
２Ｏ５、Ｌｉ　２０　、　Ｖ２Ｏ５の成分が存在する構
造になっているためであると推定される。

上記Ｃ「２０３の配合割合を限定した理由は、その量を
２１モモル襲満にすると、感湿特性としての抵抗値が全
般的に高くなシ、かといってその量が７３モモル襲超え
ると、高温放置での経時変化が大きくなるからである。

上記ＺｎＯ及びＭｇＯのうちの少なくとも１種の配合割
合を限定した理由は、その量を２５モモル襲満にすると
、高温放置での経時変化が犬きくなシ、かといってその
量が５５モモル襲超えると、感湿特性としての抵抗値が
全般的に高く々るがらである。

この場合、ＺｎＯ、ＭｇＯを夫々単独で用いても、それ
らを併用しても同様な作用を発揮できる。

上記ＣｕＯの配合割合を限定した理由は、その量を２．
０モル襲未満傾、すると、高温放置での経時変化が犬き
くなシ、かといってその量が１０．０モル襲を越えると
、低湿度側での抵抗値が上昇するからである。

上記Ｌｉ２Ｏ、Ｖ２Ｏ５の配合割合を夫々限定した理由
はＬｉｚＯ、Ｖ２Ｏ５の量を各々０．５モル襲未満にす
ると、感湿特性としての抵抗値が全般的に亘って高くな
り、かといってＬｉｚＯ、Ｖ２Ｏ５の量が各々８．０モ
ル襲を越えると、高温放置での経時変化が大きくなるか
らである。

［発明の実施例」次に、本発明の詳細な説明する。

実施例　１゜まず、出発原料として酸化クロム、酸化亜鉛、リン酸−
アンモニウム、炭酸リチウム、酸化バナジウムの微粉末
を用いた。これら出発原料を、Ｃｒ２Ｏ３，ＺｎＯ、Ｃ
ｕＯ，Ｌｉ２Ｏ，Ｖ２Ｏ５（７）モル比テ４５％。

４５％、４％、３％、３チとなるように秤量を行ない、
しかる後にポットミルで冴時間湿式混合した。

つづいて、この混合物を１２０℃で１２時間乾燥した後
、８００℃で仮焼した。ひきつづき、仮焼物をボットミ
ルで冴時間湿式粉砕した後、１２０’Ｏで１２時間再度
乾燥して原料粉末を調製した。

次いで、上記原料粉末にポリビニルアルコール（粘結剤
）を２重量％加え、ライカ機で造粒した後、この造粒物
を５０轍／ｃｒ／Ｉの条件で加圧成形して直径８間、厚
さ約２朋の円盤状成形体を造った。

つづいて、この成形体を１３００’Ｏの温度下で２時間
焼成した後、焼結体の両生面を研磨して厚さ１節とした
。ひきつづき、この焼結体（感湿素体）の両生面に酸化
ルテニウムペーストをスクリーン印刷した後、約７００
℃で焼付けを行なって直径６關の電極を形成し、第１図
に示す構造の感湿素子を製造した。なお、第１図中の１
は感湿素体、２は電極である。

しかして、本実施例１の感湿素子について周囲温度を２
５°Ｃに一定とし、相対湿度を３０〜９０％に変化させ
た時の抵抗値（感湿特性）を調べたところ第２図に示す
特性図を得た。この第２図から明らかな如く本発明の感
湿素子は周囲温度２５°Ｃ下、相対湿度３０％では７６
０ＫＱ、同温度下、相対湿度９０％では８．６にΩと広
範囲の湿度領域で極めて使い易い低い抵抗値を示すこと
がわかる。

また、本実施例１の感湿素子について温度８５°０の恒
温槽に１０００時間放置した後、周囲温度５℃で相対湿
度を３０〜９０％に変化させた時の抵抗値（感湿特性）
を調べたところ、第３図に示す特性図を得た。この第３
図から明らかな如く、本発明の感湿素子は高温放置した
後の感湿特性がほとんど変化しておらず、安定した経時
特性を有することがわかる〇実施例２〜７前記実施例工と同様な方法によシ下記第１表に示す組成
の焼結体（感湿素体）を備えた６種の感湿素子を製造し
た。

しかして、本実施例２〜７の感湿素子について周囲温度
２５℃下、相対湿度３０％、９０％の抵抗値（初期感湿
特性）、並びに８５°Ｃの恒温槽に１０００時間放置し
た後での周囲温度２５°Ｃ下、相対湿度３０チ９０％の
抵抗値（高温放置後の感湿特性）を調べた〇その結果を
同第１表に併記した。また、同第１表中には本発明の組
成範囲をはずれる感湿素体を備えた感湿素子を参照例１
〜６として併記した。

以下余白上記第１表から明らかな如く、本発明の感湿素子は広範
囲の湿度領域で極めて使い易い抵抗値を有し、かつ高温
条件下でも安定した経時特性を有することがわかる。こ
れに対し、本発明の組成範囲からはずれた焼結体からな
る感湿素子（参照例１〜６）は前記広範囲の湿度領域で
使い易い抵抗値と、高温条件下で安定した経時特性との
両方を満足しない。

実施例　８゜まず、出発原料として酸化クロム、炭酸マグネシウム、
リン酸−アンモニウム、炭酸リチウム、酸化バナジウム
の微粉末を用いた。これら出発原料を、Ｃｒ２Ｏ３，Ｍ
ｇＯ、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ　２０　、　Ｖ２Ｏ５のモル比で
４５チ、４５条、４チ、３係、３チとなるように秤量を
行ない、しかる後にボットミルでＵ時間湿式混合した。

つづいて、この混合物を１２０υで１２時間乾燥した後
、８００°Ｃで仮焼した。ひきつづき、仮焼物をポット
ミルでＵ時間湿式粉砕した彼、１２０°Ｃで１２時間再
度乾燥して原料を調製した。

次いで、上記原料粉末を用いて実施例１と同様な方法に
よシ第１図と同構造の感湿素子を製造した。

しかして、本実施例８の感湿素子について周囲温度を５
°０に一定とし、相対湿度を３０〜９０つに変化させた
時の抵抗値（感湿特性）を調べたところ第４図に示す特
性図を得だ。この第４図から明らかな如く本発明の感湿
素子は周囲温度５℃下、相対湿度３０％では６３０ＫＱ
、同温度下、相対湿度９０係では６，７にΩと広範囲の
湿度領域で極めて使い易い低い抵抗値を示すことがわか
る。

また、本実施例８の感湿素子について温度８５°Ｃの恒
温槽に１０００時間放置した後、周囲温度２５℃で相対
湿度を３０〜９０％に変化させた時の抵抗値（感湿特性
）を調べたところ、第５図に示す特性図を得た。この第
５図から明らかな如く、本発明の感湿素子は高温放置し
た後の感湿特性がほとんど変化しておらず、安定した経
時特性を有することがわかる。

実施例９〜１４前記実施例１と同様な方法により下記第２表に示す組成
の焼結体（感湿素体）を備えた６種の感湿素子を製造し
た。

しかして、本実施例９〜１４の感湿素子について周囲温
度５℃下、相対湿度３０％　、　９０％の抵抗値（初期
感湿特性）、並びに８５°Ｃの恒温槽に１０００時間放
置した後での周囲温度２５°Ｃ下、相対湿度側％　、　
９０％の抵抗値（高温放置後の感湿特性）を調べた。そ
の結果を同第２表に併記した。また、同第２表中には本
発明の組成範囲をはずれる感湿素体を備えた感湿素子を
参照例７〜１２として併記した。

以下余白上記第２表から明らかな如く、本発明の感湿素子は広範
囲の湿度領域で極めて使い易い抵抗値を有し、かつ高温
条件下でも安定した経時特性を有することがわかる。こ
れに対し、本発明の組成範囲からはずれた焼結体からな
る感湿素子（参照例７〜１２）は前記広範囲の湿度領域
で使い易い抵抗値と、高温条件下で安定した経時特性と
の両方を満足しない。

実施例１５〜１９前記実施例１と同様々方法により下記第３表に示す組成
の焼結体（感湿素体）を備えた６種の感湿素子を製造し
た。

しかして、本実施例１５〜１９の感湿素子について周囲
温度２５°Ｃ下、相対湿度３０％、９０係の抵抗値（初
期感湿特性）、並びに８５°Ｃの恒温槽に１０００時間
放置した後での周囲温度２５℃下、相対湿度３０％。

９０係の抵抗値（高温放置後の感湿特性）を調べた０そ
の結果を同第３表に併記した。また、同第３表中には本
発明の組成範囲をはずれる感湿索体を備えた感湿素子を
参照例１３〜１４として併記した。

上記第３表から明らかな如く、本発明の感湿素子は広範
囲の湿度領域で極めて使い易い抵抗値を有し、かつ高温
条件下でも安定した経時特性を有することがわかる。こ
れに対し、本発明の組成範囲からはずれた焼結体からな
る感湿素子（参照例１３〜１４）は前記広範囲の湿度領
域で使い易い抵抗値と、高温条件下で安定した経時特性
との両方を満足しない。

［発明の効果］以上詳述した如く、本発明によれば広範囲の湿度領域に
おいても使い易い電気抵抗値（感湿特性）を有し、しか
も高温条件下で長時間使用しても抵抗値変化をほとんど
生じずに安定的に使用できる高信頼性の感湿素子を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の感湿素子の一形態を示す斜視図、第２
図は実施例１の感湿素子における初期感湿特性を示す線
図、第３図は同実施例１の感湿素子における高温放置後
の感湿特性を示す線図、第４図は実施例８の感湿素子に
おける初期感湿特性を示す線図、第５図は同実施例８の
感湿素子における高温放置後の感湿特性を示す線図であ
る。 ■・・・焼結体（感湿素体）、２・・・電　極。７第１図第２図相苅狼（％）第　４　図相対湿度％第３図第５図補益（％）

Claims

【特許請求の範囲】

ＣｒｚＯａ　２１〜７３　モル％、ＺｎＯ及びＭｇＯ（
Ｄ　’）　チノ少なくとも１種２５〜５５モルチ、Ｐ２
Ｏ５２，０〜１０．０％　ル％、Ｌｉｓ＋００．５〜８
．０　モル％、Ｖ２Ｏ５０，５〜８．０　（−ｈチを必
須成分とした焼結体からなることを特徴とする感湿素子
。