JPS6317207B2 - - Google Patents
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- JPS6317207B2 JPS6317207B2 JP56060281A JP6028181A JPS6317207B2 JP S6317207 B2 JPS6317207 B2 JP S6317207B2 JP 56060281 A JP56060281 A JP 56060281A JP 6028181 A JP6028181 A JP 6028181A JP S6317207 B2 JPS6317207 B2 JP S6317207B2
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Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Non-Adjustable Resistors (AREA)
Description
本発明は、金属酸化物からなり湿度の変化を電
気抵抗の変化として検出する感湿素子に関する。 一般に金属酸化物は吸水性に優れているため、
この性質を利用して感湿素子として利用しうるこ
とが知られている。すなわち、Fe2O3、Fe3O4、
Al2O3、Cr2O3などの金属酸化物の微粉末を無機
質絶縁基板の表面に塗布して感湿膜を形成し、こ
の膜の電気抵抗の湿度に対する変化を利用したも
のである。この種の感湿素子は、物理的、化学
的、熱的に安定であるが、概して固有抵抗が高い
ため吸脱湿現象によつて多少の抵抗変化があつて
もこれを電気的に高精度に検出することは難し
い。また、スピネル構造酸化物の半導体性を利用
したものは抵抗値が比較的低く、相対湿度０〜
100％の全領域の湿度を検出することができる。
しかしながら、室温で放置すると抵抗値が増加し
再現性が得にくい。この欠点をなくすために加熱
することが考えられているが、加熱によつて再現
性は得られても繰返し加熱による電極材の経時特
性に難点があり、信頼性に欠け、かつ構造が複雑
になる欠点があつた。 本発明は上記のような事情に鑑みてなされたも
ので、金属酸化物の酸化亜鉛（ZnO）、酸化マグ
ネシウム（MgO）、酸化クロム（Cr2O3）、酸化ビ
スマス（Bi2O3）および酸化リチウム（Li2O）に
換算してそれぞれ49.95〜29.95モル％、20〜0.05
モル％、29.95〜50モル％、0.05〜10モル％およ
び0.05〜10モル％の組成を有する焼結体で構成す
ることによつて、抵抗値が比較的低く室温放置で
加熱しなくとも抵抗値は安定で、経時特性も優れ
ており、しかも湿度ヒステリシスの小さい85℃の
高温に放置しても安定な感湿素子の得られること
がわかつた。したがつて、本発明は焼結体で安定
性が良好で信頼性の高い感湿素子を提供せんとす
るものである。 以下、本発明を詳細に説明する。 実施例 １ 本発明は、金属酸化物のZnO、MgO、Cr2O3、
Bi2O3、Li2Oに換算して、それぞれ49.95〜29.95
モル％、20〜0.05モル％、29.95〜50モル％、0.05
〜10モル％、0.05〜10モル％の組成を有する焼結
体からなることを特徴とするものであつて、例え
ば第１図に示すように構成し使用される。図中１
は本発明に係る素子の感湿部で金属酸化物である
ZnO−MgO−Cr2O3−Bi2O3−Li2Oを焼結した焼
結体である。２，３は電極で焼結体１とよく密着
して接触抵抗が小さく耐湿性のよい電極材料、例
えば金ペーストまたは銀ペーストで形成される。
４，５は電極２，３に取着した端子である。 このような本発明の感湿素子は、例えば次のよ
うな方法によつて製造できる。すなわち、金属酸
化物であるZnO40モル％、MgO7.5モル％、
Cr2O342.5モル％、Bi2O35モル％、Li2O5モル％
を秤取し、これをボールミルでよく混合する。次
いでこれらの混合物を850℃の温度で２時間予備
焼成して、これをさらにボールミルで粉砕した。
しかるのち、この粉体に粘結剤としてポリビニル
アルコールを添加混合し、1ton／cm2の圧力で厚さ
１mm×直径10mmの円板に成形する。次いでこの成
形体を1300℃の温度で空気雰囲気中で１時間焼結
する。この焼結体１は、この焼結によつて前記金
属酸化物が互いに反応してできていると予想され
るZnMgxCr1-xO4などから構成されているものと
思われる。この焼結体１の両面を研摩して厚さ
0.3mmとし、この両面に第１図のように金ペース
トを塗布焼付けして電極２，３を形成し、該電極
２，３にそれぞれ端子４，５を接続する。 このようにして得られた本発明の実施例Ａによ
る感湿素子と従来の参考例Ｂによる感湿素子との
湿度−抵抗特性、経時特性およびヒステリシスの
比較を第２図〜第５図に示す。参考例Ｂはスピネ
ル構造酸化物からなるMgCr2O4系感湿素子であ
るが、いずれも実施例Ａの方が優れた結果を示し
ている。すなわち第２図の湿度−抵抗特性におい
て、参考例Ｂは抵抗値が高く変化桁も３桁程度で
大きいという欠点がある。これに対して実施例Ａ
は抵抗値が低く変化桁も２桁程度で、参考例Ｂと
比較して計測回路とのマツチングに大きな利点を
もつている。第３図〜第５図は、実施例Ａの感湿
素子と参考例Ｂの感湿素子との経時特性の比較を
示したもので、温度35℃、温度90％RHの雰囲気
中で1000時間経過したのち各素子を温度25℃、湿
度50％RH、70％RH、90％RHの抵抗値を初期値
と比較して湿度に換算し、湿度変化率として示し
たものである。第３図が湿度50％RHの場合、第
４図が湿度70％RHの場合、第５図が湿度90％
RHの場合の変化率である。これによれば実施例
Ａはほとんど変化せず安定であるが、参考例Ｂは
変化率が大きくマイナス方向に変化する。第６図
〜第８図は実施例Ａの感湿素子の高温85℃におけ
る経時特性を示したもので、1000時間経過したの
ち温度25℃、湿度50％RH、70％RH、90％RHの
抵抗値を初期値と比較して湿度に換算し湿度変化
率として示したものである。 これらから実施例Ａの感湿素子は高温雰囲気中
で安定であり、高温でも十分使用できることを示
している。 実施例 ２ 次に本発明におけるZnO、MgO、Cr2O3、
Bi2O3およびLi2Oの組成比の限定理由について第
９図〜第１３図によつて説明する。第９図は焼結
体を金属酸化物にそれぞれ換算したとき、焼結体
に占めるZnOの組成比と焼結体の平均粒径との関
係を示したもので、この実施例の組成は表１のと
おりであり、素子の作製は実施例１と同様の条件
で行つた。
気抵抗の変化として検出する感湿素子に関する。 一般に金属酸化物は吸水性に優れているため、
この性質を利用して感湿素子として利用しうるこ
とが知られている。すなわち、Fe2O3、Fe3O4、
Al2O3、Cr2O3などの金属酸化物の微粉末を無機
質絶縁基板の表面に塗布して感湿膜を形成し、こ
の膜の電気抵抗の湿度に対する変化を利用したも
のである。この種の感湿素子は、物理的、化学
的、熱的に安定であるが、概して固有抵抗が高い
ため吸脱湿現象によつて多少の抵抗変化があつて
もこれを電気的に高精度に検出することは難し
い。また、スピネル構造酸化物の半導体性を利用
したものは抵抗値が比較的低く、相対湿度０〜
100％の全領域の湿度を検出することができる。
しかしながら、室温で放置すると抵抗値が増加し
再現性が得にくい。この欠点をなくすために加熱
することが考えられているが、加熱によつて再現
性は得られても繰返し加熱による電極材の経時特
性に難点があり、信頼性に欠け、かつ構造が複雑
になる欠点があつた。 本発明は上記のような事情に鑑みてなされたも
ので、金属酸化物の酸化亜鉛（ZnO）、酸化マグ
ネシウム（MgO）、酸化クロム（Cr2O3）、酸化ビ
スマス（Bi2O3）および酸化リチウム（Li2O）に
換算してそれぞれ49.95〜29.95モル％、20〜0.05
モル％、29.95〜50モル％、0.05〜10モル％およ
び0.05〜10モル％の組成を有する焼結体で構成す
ることによつて、抵抗値が比較的低く室温放置で
加熱しなくとも抵抗値は安定で、経時特性も優れ
ており、しかも湿度ヒステリシスの小さい85℃の
高温に放置しても安定な感湿素子の得られること
がわかつた。したがつて、本発明は焼結体で安定
性が良好で信頼性の高い感湿素子を提供せんとす
るものである。 以下、本発明を詳細に説明する。 実施例 １ 本発明は、金属酸化物のZnO、MgO、Cr2O3、
Bi2O3、Li2Oに換算して、それぞれ49.95〜29.95
モル％、20〜0.05モル％、29.95〜50モル％、0.05
〜10モル％、0.05〜10モル％の組成を有する焼結
体からなることを特徴とするものであつて、例え
ば第１図に示すように構成し使用される。図中１
は本発明に係る素子の感湿部で金属酸化物である
ZnO−MgO−Cr2O3−Bi2O3−Li2Oを焼結した焼
結体である。２，３は電極で焼結体１とよく密着
して接触抵抗が小さく耐湿性のよい電極材料、例
えば金ペーストまたは銀ペーストで形成される。
４，５は電極２，３に取着した端子である。 このような本発明の感湿素子は、例えば次のよ
うな方法によつて製造できる。すなわち、金属酸
化物であるZnO40モル％、MgO7.5モル％、
Cr2O342.5モル％、Bi2O35モル％、Li2O5モル％
を秤取し、これをボールミルでよく混合する。次
いでこれらの混合物を850℃の温度で２時間予備
焼成して、これをさらにボールミルで粉砕した。
しかるのち、この粉体に粘結剤としてポリビニル
アルコールを添加混合し、1ton／cm2の圧力で厚さ
１mm×直径10mmの円板に成形する。次いでこの成
形体を1300℃の温度で空気雰囲気中で１時間焼結
する。この焼結体１は、この焼結によつて前記金
属酸化物が互いに反応してできていると予想され
るZnMgxCr1-xO4などから構成されているものと
思われる。この焼結体１の両面を研摩して厚さ
0.3mmとし、この両面に第１図のように金ペース
トを塗布焼付けして電極２，３を形成し、該電極
２，３にそれぞれ端子４，５を接続する。 このようにして得られた本発明の実施例Ａによ
る感湿素子と従来の参考例Ｂによる感湿素子との
湿度−抵抗特性、経時特性およびヒステリシスの
比較を第２図〜第５図に示す。参考例Ｂはスピネ
ル構造酸化物からなるMgCr2O4系感湿素子であ
るが、いずれも実施例Ａの方が優れた結果を示し
ている。すなわち第２図の湿度−抵抗特性におい
て、参考例Ｂは抵抗値が高く変化桁も３桁程度で
大きいという欠点がある。これに対して実施例Ａ
は抵抗値が低く変化桁も２桁程度で、参考例Ｂと
比較して計測回路とのマツチングに大きな利点を
もつている。第３図〜第５図は、実施例Ａの感湿
素子と参考例Ｂの感湿素子との経時特性の比較を
示したもので、温度35℃、温度90％RHの雰囲気
中で1000時間経過したのち各素子を温度25℃、湿
度50％RH、70％RH、90％RHの抵抗値を初期値
と比較して湿度に換算し、湿度変化率として示し
たものである。第３図が湿度50％RHの場合、第
４図が湿度70％RHの場合、第５図が湿度90％
RHの場合の変化率である。これによれば実施例
Ａはほとんど変化せず安定であるが、参考例Ｂは
変化率が大きくマイナス方向に変化する。第６図
〜第８図は実施例Ａの感湿素子の高温85℃におけ
る経時特性を示したもので、1000時間経過したの
ち温度25℃、湿度50％RH、70％RH、90％RHの
抵抗値を初期値と比較して湿度に換算し湿度変化
率として示したものである。 これらから実施例Ａの感湿素子は高温雰囲気中
で安定であり、高温でも十分使用できることを示
している。 実施例 ２ 次に本発明におけるZnO、MgO、Cr2O3、
Bi2O3およびLi2Oの組成比の限定理由について第
９図〜第１３図によつて説明する。第９図は焼結
体を金属酸化物にそれぞれ換算したとき、焼結体
に占めるZnOの組成比と焼結体の平均粒径との関
係を示したもので、この実施例の組成は表１のと
おりであり、素子の作製は実施例１と同様の条件
で行つた。
【表】
この結果からZnO29.95モル％未満の場合およ
び49.95モル％を超える場合には、焼結体の平均
粒径が2μｍを超え気孔率が小さくなり、感湿素
子として望ましくない。 第１０図は第９図の場合と同じく焼結体を金属
酸化物に換算したとき焼結体に占めるMgOの組
成比と応答速度との関係を示したもので、表２の
組成を用い、素子の作製は実施例１と同様の条件
で行つた。
び49.95モル％を超える場合には、焼結体の平均
粒径が2μｍを超え気孔率が小さくなり、感湿素
子として望ましくない。 第１０図は第９図の場合と同じく焼結体を金属
酸化物に換算したとき焼結体に占めるMgOの組
成比と応答速度との関係を示したもので、表２の
組成を用い、素子の作製は実施例１と同様の条件
で行つた。
【表】
この結果からMgOが0.05モル％未満の場合お
よび20モル％を超える場合には、応答速度が急激
に遅くなる傾向を示し望ましくない。 第１１図は第９図の場合と同じく焼結体を金属
酸化物に換算したとき焼結体に占めるCr2O3の組
成比と焼結体の平均粒径との関係を示したもの
で、表３の組成を用い、素子の作製は実施例１と
同様の条件で行つた。
よび20モル％を超える場合には、応答速度が急激
に遅くなる傾向を示し望ましくない。 第１１図は第９図の場合と同じく焼結体を金属
酸化物に換算したとき焼結体に占めるCr2O3の組
成比と焼結体の平均粒径との関係を示したもの
で、表３の組成を用い、素子の作製は実施例１と
同様の条件で行つた。
【表】
この結果からCr2O329.95モル％未満の場合およ
び50モル％を超える場合には、前記ZnOの場合と
同様に焼結体の平均粒径が2μｍを超え気孔率が
小さくなり感湿素子として不適である。 また第１２図は焼結体を金属酸化物に換算した
とき焼結体に占めるBi2O3の組成比と焼結体の抵
抗値との関係を示したもので、湿度60％RHの場
合のBi2O3の組成比に対応する抵抗値の変化であ
るが、表４に示すような組成を用い、素子の作製
は実施例１と同様の条件で行つたものである。
び50モル％を超える場合には、前記ZnOの場合と
同様に焼結体の平均粒径が2μｍを超え気孔率が
小さくなり感湿素子として不適である。 また第１２図は焼結体を金属酸化物に換算した
とき焼結体に占めるBi2O3の組成比と焼結体の抵
抗値との関係を示したもので、湿度60％RHの場
合のBi2O3の組成比に対応する抵抗値の変化であ
るが、表４に示すような組成を用い、素子の作製
は実施例１と同様の条件で行つたものである。
【表】
この結果Bi2O30.05〜10モル％の範囲での抵抗
値は105Ωの領域に入つているが、0.05モル％未
満の場合および10モル％を超える場合には抵抗値
が増大する傾向にあつて計測回路とのマツチング
が悪く感湿素子として不適である。 さらに第１３図は焼結体を金属酸化物に換算し
たとき焼結体に占めるLi2Oの組成比に対応する
抵抗値の変化を示したものであるが、表５に示す
ような組成を用い、素子の作製は実施例１と同様
の条件で行つた。
値は105Ωの領域に入つているが、0.05モル％未
満の場合および10モル％を超える場合には抵抗値
が増大する傾向にあつて計測回路とのマツチング
が悪く感湿素子として不適である。 さらに第１３図は焼結体を金属酸化物に換算し
たとき焼結体に占めるLi2Oの組成比に対応する
抵抗値の変化を示したものであるが、表５に示す
ような組成を用い、素子の作製は実施例１と同様
の条件で行つた。
【表】
この結果Li2O0.05〜10モル％の範囲での抵抗値
は105Ωの領域に入つているが、0.05モル％未満
の場合は抵抗値が増大する傾向にあり、10モル％
を超える場合には抵抗値は低下するが経時特性が
悪く良好な感湿素子が得られない。 これらから明らかなように金属酸化物のZnO、
MgO、Cr2O3、Bi2O3、Li2Oに換算して、それぞ
れ49.95〜29.95モル％、20〜0.05モル％、29.95〜
50モル％、0.05〜10モル％、0.05〜10モル％が最
適組成範囲であることがわかる。 なお上記実施例では成形体を焼結温度1300℃、
焼結時間1hで焼結した場合について述べたが、
焼結温度1200〜1400℃、焼結時間１〜5hの範囲
で焼結した素子でも同様の効果を得ることができ
たことから、実施例と同様ZnMgxCr1-xO4などが
できていることが予想される。 以上詳述したように本発明によれば、金属酸化
物に換算してZnO49.95〜29.95モル％、MgO20〜
0.05モル％、Cr2O329.95〜50モル％、Bi2O30.05
〜10モル％およびLi2O0.05〜10モル％の組成を有
する焼結体からなることを特徴とし、抵抗値が低
く室温放置で加熱しなくとも抵抗値は安定で経時
特性も優れており、しかも湿度ヒステリシスの小
さい、そして高温領域での使用においても信頼性
の高い感湿素子を得ることができる。
は105Ωの領域に入つているが、0.05モル％未満
の場合は抵抗値が増大する傾向にあり、10モル％
を超える場合には抵抗値は低下するが経時特性が
悪く良好な感湿素子が得られない。 これらから明らかなように金属酸化物のZnO、
MgO、Cr2O3、Bi2O3、Li2Oに換算して、それぞ
れ49.95〜29.95モル％、20〜0.05モル％、29.95〜
50モル％、0.05〜10モル％、0.05〜10モル％が最
適組成範囲であることがわかる。 なお上記実施例では成形体を焼結温度1300℃、
焼結時間1hで焼結した場合について述べたが、
焼結温度1200〜1400℃、焼結時間１〜5hの範囲
で焼結した素子でも同様の効果を得ることができ
たことから、実施例と同様ZnMgxCr1-xO4などが
できていることが予想される。 以上詳述したように本発明によれば、金属酸化
物に換算してZnO49.95〜29.95モル％、MgO20〜
0.05モル％、Cr2O329.95〜50モル％、Bi2O30.05
〜10モル％およびLi2O0.05〜10モル％の組成を有
する焼結体からなることを特徴とし、抵抗値が低
く室温放置で加熱しなくとも抵抗値は安定で経時
特性も優れており、しかも湿度ヒステリシスの小
さい、そして高温領域での使用においても信頼性
の高い感湿素子を得ることができる。
第１図は本発明に係る感湿素子の一実施例を示
す断面図、第２図は湿度−抵抗特性を示す曲線
図、第３図〜第８図はそれぞれ経時特性を示す曲
線図、第９図は焼結体を金属酸化物に換算したと
きの焼結体に占めるZnOの組成比と平均粒径との
関係を示す曲線図、第１０図は同じくMgOの組
成比と応答速度との関係を示す曲線図、第１１図
は同じくCr2O3の組成比と平均粒径との関係を示
す曲線図、第１２図は同じくBi2O3の組成比と抵
抗値との関係を示す曲線図、第１３図は同じく
Li2Oの組成比と抵抗値との関係を示す曲線図で
ある。 １……焼結体、２，３……電極、４，５……端
子。
す断面図、第２図は湿度−抵抗特性を示す曲線
図、第３図〜第８図はそれぞれ経時特性を示す曲
線図、第９図は焼結体を金属酸化物に換算したと
きの焼結体に占めるZnOの組成比と平均粒径との
関係を示す曲線図、第１０図は同じくMgOの組
成比と応答速度との関係を示す曲線図、第１１図
は同じくCr2O3の組成比と平均粒径との関係を示
す曲線図、第１２図は同じくBi2O3の組成比と抵
抗値との関係を示す曲線図、第１３図は同じく
Li2Oの組成比と抵抗値との関係を示す曲線図で
ある。 １……焼結体、２，３……電極、４，５……端
子。
Claims (1)
- １ 金属酸化物の酸化亜鉛、酸化マグネシウム、
酸化クロム、酸化ビスマス、酸化リチウムに換算
して、それぞれ49.95〜29.95モル％、20〜0.05モ
ル％、29.95〜50モル％、0.05〜10モル％、0.05〜
10モル％の組成を有する焼結体からなることを特
徴とする感湿素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56060281A JPS57173905A (en) | 1981-04-20 | 1981-04-20 | Moisture sensitive element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56060281A JPS57173905A (en) | 1981-04-20 | 1981-04-20 | Moisture sensitive element |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57173905A JPS57173905A (en) | 1982-10-26 |
| JPS6317207B2 true JPS6317207B2 (ja) | 1988-04-13 |
Family
ID=13137601
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56060281A Granted JPS57173905A (en) | 1981-04-20 | 1981-04-20 | Moisture sensitive element |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS57173905A (ja) |
-
1981
- 1981-04-20 JP JP56060281A patent/JPS57173905A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS57173905A (en) | 1982-10-26 |
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