JPS6057202B2

JPS6057202B2 - 感湿素子

Info

Publication number: JPS6057202B2
Application number: JP55111607A
Authority: JP
Inventors: 茂樹宇野; 光雄原田; 正樹桂; 昌之白島; 英朗平木
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-08-15
Filing date: 1980-08-15
Publication date: 1985-12-13
Also published as: JPS5736801A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は感湿素子、更に詳しくは、感湿特性の時間的劣
化が小さく信頼性に富む感湿素子に関する。

空気中の水蒸気の量、すなわち湿度を測定する装置とし
ては種々のものが知られており、乾湿球ｃ六ュを甲ｉ
−荊■■」−ｔｊル小Ａ■−± ｆｒＬ（ｒｌア水スー
これらは、安価ではあるが、その保守あるいは操作性に
難点がある。

例えば、乾湿球湿度計においては、湿球部分への水の補
給操作が必要でありまた水質によつては湿度の読み値に
若干の影響がでる。また、露点湿度計においては、鏡面
研磨された金属板の有無を適確にとらえるためには高度
の熟練あるいは装置が必要となる。このため、これら乾
湿球湿度計あるいは露点湿度計の用途は、いずれも殆ん
どが単なる湿度測定に限られ、これらを例えば自動装置
の信号発信用に組み込んだ事例は極くまれである。一方
、マイクロ波やレーザー光線を用い、その水蒸気による
吸収あるいは散乱等の現象から湿度を測定する装置も提
案されているが、該装置はい門ずれも大がかりなもので
あり、かつ高価なため広く適用されるまでには到つてい
ない。

気年、固体の表面（あるいは内部）への水蒸気吸着現象
を利用した感湿素子が提案されている。

この感湿素子は、湿度の相違に基づく該素子へのク水蒸
気の吸着量の変化を、該素子の電気抵抗の変化て読むも
のであり、極めて簡単な構造で取り扱いが容易であると
ともに、湿度（変化）を電気信号として取り出せるため
広い応用分野が期待されている。一般に、惑湿素子は金
属酸化物の粉末を焼結して成る多孔質の板状焼結体の対
向するあるいは同一の面に１対の電極を添着し、該電極
から一対のリードを引き出すことによつて構成されてい
る。

該リードの間にはインピーダンス測定回路が配設され、
該素子の表面あるいは内部空孔内に吸着される水蒸気量
の変化に基づく該素子の電気抵抗の変化が読みとられる
。しかしながら、この場合、感湿素子の表面あるいは内
部空孔内がオイルミスト、粉塵あるいは微少量の雑ガス
などを水蒸気とともに吸着すると、該該感湿素子がその
感湿抵抗領域を変動せしめたり、更には感湿特性（湿度
に対する電気抵抗値としての応答性）それ自体を示さな
くなることがある。

従つて、これら不純物を水蒸気から分離・除去すること
が必要となる。このうち、オイルミスト、粉塵などは、
例えば微細フィルターを惑湿素子に装着することによつ
てある程度分離・除去することができるが、雑ガスを水
蒸気と分離・除去することは極めて困難である。

このため、一般には、感湿素子の周囲に加熱ヒーターを
配設し、該感湿素子を作動させるに先だつて該感湿素子
を充分に加熱して吸着されているオイルミスト、粉塵な
どを焼却飛散せしめ、また雑ガスを脱離せしめて従前の
感湿特性を有する感湿素子として再生する方法（加熱ク
リーニング法）が行なわれている。

しかしながら、該加熱クリーニング法法は、１惑湿素子
を４００′Ｃ以上に加熱しないと上記のような効果を得
ることができず、そのため加熱に必要な電力が大きくな
り、通常の電子制御回路に適用することは好ましくない
、２また、該惑湿素子の周辺の部材は不燃性のものに限
定される、３更には、加熱クリーニング後の感湿素子の
正常な作動は、通常３紛〜１時間であり、かつ加熱時お
よび冷却時は、該素子を作動することができないので、
湿度の連続測定あるいは自動制御装置に適用することは
困難である、などの欠点を有し、汎用性に乏しい。

本発明は、このような欠点を解消し、感湿特性にすぐれ
湿度の連続測定が可能で、信頼性に富む感湿素子の提供
を目的とする。

すなわち、本発明の感湿素子は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）：
７０〜９９モル％と酸化マグネシム（ＭｇＯ）、酸化カ
ルシウム（ＣａＯ）、酸化コバルト（■）（ＣＯＯ）、
酸化マンガン（■）（ＭｎＯ）から選ばれる少くとも１
種の金属酸化物：１〜３０モル％から成る多孔質焼結素
体に、リン、イオウから選”ばれる少くとも１種の単体
もしくは酸化物のいずれかまたは両方を担持せしめて成
ることを特徴とする。

本発明にかかる多孔質焼結素体は、酸化亜鉛と酸化マグ
ネシウム、酸化コバルト（■）、酸化マンガン（■）か
ら選ばれる少くとも１種の金属酸化物の焼結体である。

該焼結素体において、酸化亜鉛が７０モル％未満の場合
はには、その電気抵抗値が極めて高くなり（約５０００
ＫΩ）、その測定が困難となる。また、９９モル％を超
えると該焼結素体から得られた感湿素子の感湿抵抗変化
が極めて小さくなり、湿度に対する電気抵抗の変化とし
ての惑湿特性を求めることが困難となる。この焼結素体
は、通常、次のような方法によつて得ることがてきる。

すなわち、酸化亜鉛の粉末と酸化マグネシウム、酸化カ
ルシウム、酸化コバルト（■）、酸化マンガン（■）か
ら選ばれる少くとも１種の金属酸化物の粉末を、所定の
組成比（モル％）となるように秤量して配合し、これを
例えば、エチルアルコール、エチレングリコールのよう
な少量の非水溶媒とともに混式混合する。得られた混合
粉末を更に、例えばポリビニルアルコール、ポリエチレ
ングリコール、流動パラフィンのような粘着剤とともに
混練して混練物を調製し、これを風乾後、所定形状の金
型を用いて室温て加圧成形し、例えは板状の成形体とす
る。ついで、この成形体を常法により焼結して焼結素体
とする。このとき、該焼結素体は適正な多孔構造を備え
ることが必要であり、本発明においては通常、その３７
Ａ以上の空孔の累積容積が該焼結素体の重量（ｙ）に対
し０．１〜０．０２ｃｃ／ｙの多孔構造にあることが好
ましい。このような多孔構造を備える本発明の焼結素体
は、上記の製造過程において、通常、主要には原料粉末
の粒径：０．１〜２．０μ；混練物の成形時の成形圧力
ニ５００〜２０００ｋ９／Ｃ７ｌｆ；成形体の焼結温度
：１０００〜１２００℃、焼結時間：０．５〜２時間の
条件を設定することにより得ることができる。

このようにして得られた焼結素体の対向する面あるいは
同一の面には、例えば金ペースト、白金ペースト、酸化
ルテニウムペースト、カーボンペーストなどの常用され
るペーストを所定部位に塗布した後焼付けて成る一対の
電極を添着し、ついでこの素体の表面および内部空孔内
にリン、イオウから選ばれる少くとも１種の単体もしく
は酸化物のいずれかまたは両方を担持せしめて本発明の
感湿素子が形成される。

本発明において、焼結素体へのリン、イオウの単体もし
くは酸化物の担持は次のようにして行なわれる。

すなわち、上記のようにして得られた焼結素体にリン、
イオウから選ばれる少くとも１種を含有する溶液を含浸
せしめ、これを所定の温度で加熱・熱分解する方法が好
んで適用される。この方法において、含浸せしめる溶液
としては、次の加熱処理時に、熱分解してリン、イオウ
から選はれる少くとも１種の単体もしくは酸化物を焼結
素体の表面あるいは内部空孔の壁面に残留するような溶
液であり、例えばリンの場合には、亜リン酸トリエチル
、リン酸トリメチル、リン酸トリブチル、リン酸トリー
ｐ−クレシル、リン酸トリー０−クレシルなどの有機リ
ン酸化合物溶液および、オィヒトリン酸、亜リン酸、ピ
ロリン酸などの無機リン酸溶液があげられ、またイオウ
の場合には硫化エチル、硫化ビニル、硫化フェニル、硫
化ベンジル、硫化メチル、硫化トリエチルホスフィン、
硫化ジエチルなどの有機イオウ化合物溶液をあげること
ができる。これらの溶液は、単独であるいは必要に応じ
ては相互に混合せしめた混合溶液として用いることがで
きる。また、この含浸処理時、上記の溶液を焼結素体の
中心部にまで均一に含浸せしめるために、該処理を減圧
下あるいは真空中で行なうことが好ましい。このように
して含浸処理された焼結素体は、ついで所定の温度で加
熱処理される。

このとき焼結素体に含浸されている溶液は熱分解して、
リン、イオウから選ばれる少くとも１種の単体もしくは
酸化物を該焼結素体の表面もしくは内部空孔の壁面に付
着せしめる。本発明においては、加熱処理温度は、上記
溶液中の成分の熱分解温度以上に設定されるが、その温
度の上限は７００℃、好ましくは５５０′Ｃの温度であ
る。該上限温度を超えて加熱処理すると、得られた感湿
素子の感湿特性の改善効影が殆んど得られない。本発明
の惑湿素子において、リン、イオウから選ばれる少くと
も１種の単体もしくは酸化物は、焼結素体に、該素体の
重量に対しリン、イオウに換算して０．１〜２．鍾量％
担持されることが好ましく、該担持量が０．１重量％未
満の場合には、焼結素体の表面あるいは内部空孔の壁面
への付着量が充分ではないため、惑湿素子の惑湿特性が
改善されず、また２．０重量％を超えると感湿素子全体
の電気抵抗が著増して感湿特性を得るための抵抗測定が
はなはだ困難となる。

以上のよに構成される本発明の感湿素子は、その感湿特
性の改善効果、とりわけ感湿特性の時間的劣化が大幅に
小さくなるので信頼性に富む湿度の連続測定が可能とな
り、自動制御装置の惑湿部材として組み込むことができ
る。

以下に本発明の感湿素子を実施例に基づいて更に詳しく
説明する。

実施例１（１）焼結素体（酸化亜鉛：８０モル％、酸化カルシウ
ムニ２０モル％）の調製。

粒径０．１〜２．０μの酸化亜鉛の粉末８６．５ダと同
粒径範囲の酸化カルシウムの粉末１３．５ｙとをテフロ
ン製ポットを用いて２００７７Ｌ１エチルアルコールと
ともに約２４時間混合した。

混合粉末を室温で風乾後、５％溶液のポリビニルアルコ
ールを８重量％加えライカイ機で約２紛間混練し、得ら
れた混練物を金型シリンダー中に充填し、室温（約２５
゜Ｃ）で１０００ｋ９／Ｃｄの圧を加えた。ついで、こ
の成形円板を電気炉中（雰囲気：空気）で１１００℃、
２時間加熱処理し、かくして得られた円板焼結体を３０
０幡ＳｌＣ研磨剤を用いて研磨し直径１０ＴｎＩ！Ｌ厚
み１Ｔｒ＄Ｌの焼結素体の円板とした。この焼結円板に
つき、水銀ポロシメーターを用いて３７Ａ以上の空孔の
累積容積を常法により測定したところ０．０６５ｃｃ／
ｆの値であつた。またこの焼結円板の組成量比を分析し
たところ酸化亜鉛８０モル％、酸化カルシウム２０モル
％であることが確認された。次に、この焼結円板の両面
に金ペーストを塗布し、７５０゜Ｃで焼付けて直径８．
０ＷｒＩＩ１の金電極を添着・形成した。

（２）焼結円板へのリンの担持リンを１鍾量％含有する亜リン酸トリエチル溶液を用意
した。

これに、上記の焼結円板を浸漬し、全体を１０−３Ｔ０
ｒｒで２０分間保持して含浸処理を行なつた。その後、
該焼結円板を取り出し、１００′Ｃで１時間乾燥した。
ついで、これを、電気炉（雰囲気：空気）にいれて、５
５０℃、３吟間加熱処理して感湿素子を得た。該感湿素
子につき常法に基づいて元素分析したところ、該焼結円
板の重量に対し０．踵量％のリンが担持されていること
が確認された。

（３）感湿特性の測定。惑湿素子の対向する金電極に銅
線をそれぞれリード線として付設し、これをインピーダ
ンス測定回路に接続した後惑湿素子を恒温・恒湿槽にい
れて、２５゜Ｃにおける相対湿度（％）とインピーダン
ス測定回路にあられれた電気抵抗値（ＫΩ）との関係（
初期惑湿特性）を求めた。

その結果を第１図に示した。更に、それぞれの相対湿度
に該惑湿素子を１０凹時間放置した後の感湿特性を求め
、その結果を第２図に示した。なお比較のため、従来の
惑湿素子（組成：酸化亜鉛８０モル％、酸化カルシウム
２０モル％）に＊＊ついても、同様の初期感湿特性お
よび１００時間放置後の感湿特性を求め、その結果を第
３図、第４図として示した。結果から明らかなように、
本発明の惑湿素子は、従来のものに比較してその電気抵
抗値は多少大きいが、その惑湿特性の時間的劣化は殆ん
どみられず、湿度の連続測定に対し、極めて高い信頼性
を備えていることが判明した。

実施例２実施例１と同様にして酸化亜鉛８０モル％、酸化カルシ
ウム２０モル％の焼結円板を調製した。

含浸溶液としてイオウの濃度が３５重量％である硫化エ
チルを用いた以外は、実施例１と全く同様にしてイオウ
担持の惑湿素子を調製した。該惑湿素子中にはイオウが
１．踵量％担持されていた。これを実施例１と同様に初
期惑湿特性および１００叫間放置後の感湿特性を求めた
。その結果、２５℃における相対湿度３０％、９０％の
時の電気抵抗値はそれぞれ４９００ＫΩ，８７ＫΩで１
００時間放置後にはそれぞれ５１００ＫΩ，９１ＫΩで
あり、その時間的劣化は小さかつた。実施例３〜９第１表に示した仕様に基づいて実施例１，２と同形状の
各種の感湿素子を調製した。

（比較例３，４）を比較例として併記した。

また、用いた原料粉末の粒径は、実施例、比較例いずれ
においても０．１〜２．０μの範囲であつた。得られた
感湿素子に関し、その成分組成比（モル％）、および、
焼結素体の重量に対するリン、イオウとしての担持量（
重量％）をそれぞれ測定化、その結果を第１表の番号に
対応させて第２表に示した。これらの感湿素子について
、実施例１と同様に初期惑湿特性および１０００Ｉ寺間
放置後の感湿特性を求め、２５℃における相対湿度３０
％および９０％におけるそれぞれの電気抵抗値を第２表
に併記した。

以上の結果から明らかなように、本発明の感湿素子は、
その感湿特性における時間的劣化が極めて小さいことが
判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ本発明の実施例１によ
つて得られた感湿素子の初期惑湿特性および１００（ロ
）間放置後の感湿特性を表わし、第３図および第４図は
従来の惑湿素子の初期感湿特性および１０（４）時間放
置後の感湿特性を表わす。

Claims

【特許請求の範囲】１酸化亜鉛：７０〜９９モル％と酸化マグネシウム、
酸化カルシウム、酸化コバルト（II）、酸化マンガン（
II）から選ばれる少くとも１種の金属酸化物：１〜３０
モル％から成る多孔質焼結素体に、リン、イオウから選
ばれる少くとも１種の単体もしくは酸化物のいずれかま
たは両方を担持せしめて成る感湿素子。２リン、イオウから選ばれる少くとも１種の単体もし
くは酸化物のいずれかまたは両方の担持量が、該焼結素
体の重量に対し、リン、イオウに換算して０．１〜２．
０重量％である特許請求の範囲第１項記載の感湿素子。