JPS61180401A - 感湿素子 - 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】 〈産業上の利用分野〉 この発明は、湿度を電気抵抗の変化として検知する酸化
物半導体からなる感湿素子に関する。

かような感湿素子は、例えば空調用機器や加湿器等の湿
度を管理する手段として利用することができるものであ
る。

〈従来の技術〉 従来、感湿素子として吸湿、性を有する各種金属酸化物
（Ｓｎ０２　、、Ａ　Ｉ２０３　、Ｃｒ２ｏ３等）の微
粉末を焼成させたも°゛のが公知であり、この焼成体に
一対の対向電極を取付け、電極間の電気抵抗の変化を測
定することによって湿度変化を検知することができる。

また、金属酸化物の１つである二酸化チタン（Ｔｉ０２
）も感湿素子材料としての利用が考えられている。

、　　しかしながら、ＴｉＯ２も含めた上記の金属酸化
物微粉末の焼成体を利用した感湿素子は、一般に固有抵
抗が高く、湿度変化に伴う電気抵抗の変化があっても、
精度よく測定することが困難であり、応答性や再現性が
不十分であった。

そこで固有抵抗を低下させるために、アルカリ金属酸化
物（Ｌ！０２．に２０等）やアルカリ金属塩（Ｌ　ｉ　
Ｃ１等）を添加する試みもなされている。

また、酸化コバルト（Ｃｏｏ）または酸化ニッケル（Ｎ
ｉｐ）と、炭酸リチウム（ Ｌｉ　　Ｃ１＞と酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ３）を組成分
として焼結してなる疑スピネル構造をもつ酸化物（Ｌ　
＋ＭｅＶＯ４、ここでＭｅはＧｏまたはＮｉ＞を主体と
する固有抵抗の低い感湿素子も知られている（特公昭５
７−４０６４１号）。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記の従来技術のうち、金属酸化物にアルカリ金属酸化
物やアルカリ金属塩を添加して固有抵抗を低減させる試
みは、得られた感湿素子の固有抵抗は低くなるものの、
湿度−電気抵抗値のりニアリテイが湿度サイクルによっ
てずれてくる傾向が認められ、耐久性も不十分であると
いった欠点があった。

そこでこの発明幀低い固有抵抗を備え、感湿特性や湿度
変化に対する応答性に優れ、しかも充分な耐久性を有す
る感湿素子を提供することを目的としてなされたもので
おる。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明者等は、電気抵抗が１０−１〜１０１Ω・ｃｍ　
（１０ｋＭｃＩ２圧粉体〉といった低抵抗の半導体特性
を有する酸化チタン”　’　ｎ　ｏ２ｎ−１（１≦ｎ＜
１．５）に着目し、この酸化チタンに酸化鉛（ＰｂＯ）
系フリッ１〜の有効量を配合した粉末混合物を焼成して
得られる感湿素子が、上記の目的に適した感湿素子とな
ることを見出し、この発明を完成させたものである。

一般にＴｉＯの分子式で表わされる一酸化チタンは、酸
化されやすい不安定な物質であり、通常は存在しにくい
ものでおるが、この発明で使用する”　’　ｎ　ｏ２ｎ
−１は、分子中の酸素／チタンの原子数比が１に近いに
も拘らず、−酸化チタンのように酸化されやすくなく、
安定な物質である。

このＴ１□０２ｎ−１は、白色の二酸化チタン（ＴｉＯ
２）を窒素を含む還元雰囲気で約７５０〜８５０’Ｃの
範囲の温度で還元することによって１ｑられる黒色物質
である。還元雰囲気に窒素を含ませるのは、生成物の酸
化チタンを安定化させるためでおる。生成物は、黒色を
有する点および分子式中のｎが１≦ｎ＜１．５の範囲を
有する点で、一般に１．９＜ｎ≦２．０の範囲を有する
とされている白色のＴｉＯ２と区別することができる。

かようなＴｉ０（１≦ｎ＜１．５＞ｎ　　２ｎ−１ は、例えば［チタンブラック２０ＭＪ　　（三菱金属工
業■製商品名）のごとき市販品としても入手できる。

この発明においては、上記分子式を有する酸化チタンの
７０重量％以上に、酸化鉛（ＰｂＯ）系フリットの３０
重量％以下の有効量を混合した粉末混合物を焼成して感
湿素子を得ることができる。ＰｂＯ系フリットを配合す
ることによって、低温度での焼結が可能になり、ざらに
はスクリーン印刷法を用いて焼成体とすることもできる
。加えて、得られた焼成体は、充分な密着強さや接着強
さを備え、湿度−電気抵抗値のリニアリティに優れた耐
久性のある感湿素子となる ＰｂＯ系フリットの配合量は添加効果が発現する有効量
とすればよいが、一般的には混合物重量の約１〜３０重
量％の範囲で添加する。

３０重量％より多くｐｂｏ系フリットを配合すると、感
湿特性が悪くなると同時に電気抵抗が大きくなるため好
ましくない。また１重量％以下ではＰｂＯ系フリットの
配合効果が十分に発現せず、基板への密着力が小さくな
り耐久性に問題がある。

この発明で使用するＰｂＯ系フリットとしては、Ｐｂｏ
（７）他ｋ［（ｌＪ’７素（Ｂ２０３）、１化亜鉛（Ｚ
ｎＯ）、Ｚ酸化ケイ素（Ｓｉｎ２）。

酸化カルシウム（Ｃａｂ）等の金属酸化物や、酸化リチ
ウム（Ｌｉ２０＞、ｍ化す１〜リウム（Ｎａｐ）、酸化
カリウム（Ｋ２０＞等のアルカリ金属酸化物を含有させ
・でもよい。

この発明の感湿素子を製造するに際しては、上記分子式
を有する酸化チタンとＰｂＯ系フリットとの所定配合量
の粉末混合物を、常法によりプレス成形をおこなったの
ち焼結するが、おるいは前記粉末混合物をペースト状と
なし、スクリーン印刷法を用いて電極上に印刷したのち
焼成する方法を採用することができる。

〈実施例〉 実施例１゜ Ｔ　’　ｎ０２ｎ−１（１≦ｎ＜１．５）として「チタ
ン　ブラック２０ＭＪ　　（三菱金属工業■製商品名）
を用い、ＰｂＯ系フリッ１〜としてＰｂ０（７５＠量％
）−Ｂ２０３（９重■％）−ＺｎＯ（１２重量％）系フ
リットを用いて、第１表に示したごとき配合の４種類の
原料粉末混合物試料を調製した。

第１表 Δ　　　　　９５　　　　　５ Ｂ　　　　　　９０　　　　　１０ Ｃ８５１５ Ｄ　　　　　　８０　　　　　２０ 上記各粉末混合物試料を、プチルカルビ１〜−ル１００
’ａＱ、ニトロセルロース３．５ｇおよびα−テレビネ
ール２５ｍＮの混合溶液に添加してペースト状とし、予
め製作しておいた第１図のごとき基板上に３２０メツシ
ユのスクリーン印刷版を用いてペーストを印刷した。第
１図の基板は、９５％アルミナ（Ａ１２ｏ３）１上に酸
化ルテニウム（ＲｕＯ２）電＠２および銀−パラジウム
（Ａｑ−Ｐｄ）電極３ａ、３ｂを形成し、さらにＡｇ−
Ｐｄ電極３ａ、３ｂにリード線４ａ。

４ｂをハンダ付けして製作したものであり、図中５はベ
ース１〜印刷部を示す。

印刷後、この基板を１５０’Ｃで１５分間乾燥したのち
、４５０’Ｃで３０分間焼成し、この発明の感湿素子を
１ｑた。得られた焼成体感湿素子について相対湿度と抵
抗値の関係を調べた結果を第２図のグラフに示す。

この結果、湿度−抵抗値の関係は各試料とも湿度サイク
ルによるずれもなく、リニアリティが良好で安定した特
性が認められた。

またこれら焼成体感湿素子について、４０’Ｃ１相対湿
度９０％以上で１ｏｏｏ時間放置したところ、いずれの
試料とも経時変化は認められなかった。

実施例２゜ 第１表に示した４種類の混合物試料にバインダーとして
メチルセルロースを加え、１００ｋ（ＩＩ　／ｃｖｌの
圧力でプレス成形したのち、成形体を３００〜５００’
Ｃの温度で１０〜６００分間加熱焼結させて、厚さ１．
０ｍｍ、直径１０ｍｍの第３図に示したごとき円板状焼
成体１１を得た。

この焼成体１１の主面に銀ペース１〜を焼付けて一対の
電極１２ａ、　１２ｂを形成し、さらにこれら電極にリ
ード線１４ａ、　１４ｂをハンダ付けしてこの発明の焼
成体感湿素子を作製した。

得られた感湿素子は、実施例１の感湿素子と同様に、湿
度サイクルにる湿度−抵抗値のりニアリテイのずれもな
く安定した特性を示すとともに、４０’Ｃ１相対湿度９
０％以上で１０００時間枚置し装も経時変化は認められ
なかった。

〈発明の効果〉 以上説明したように、この発明の感湿素子は、湿度」ノ
イクルによる湿度−抵抗値のリニアリティのずれもなく
常に安定した特性を示す。また、湿度変化に対する抵抗
値の変化も大きくかつ応答性がよいため、精度よく湿度
測定を行なうことができる。ざらに、焼結温度を比較的
低い温度にでき、またスクリーン印刷法で焼成体として
作製することができるため、生産性、経済性の観点から
も有利となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の感湿素子の実施例を示す説明図、第
２図はこの発明の焼成体感湿素子に係る相対湿度と抵抗
値の関係の一例を示すグラフ、および第３図はこの発明
の感湿素子の他の実施例を示す説明図である。 １・・・アルミナ基板、２．３ａ、３ｂ、１２ａ。 １２ｂ・・・電極、４ａ、　４ｂ、　１４ａ、　１４ｔ
ｌ・ＩＪ−ト線、５・・・ペースト印刷部、１１・・・
焼成体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．分子式Ｔｉ＿ｎＯ＿２＿ｎ＿−＿１（１≦ｎ＜１．
   ５）で表わされる酸化チタンの７０重量％以上と酸化鉛
   系フリットの３０重量％以下の有効量とからなる粉末混
   合物の焼成体からなることを特徴とする感湿素子。