JP2004061305A

JP2004061305A - 静電容量センサ

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Publication number: JP2004061305A
Application number: JP2002220198A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ogura; 小倉　勉
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2002-07-29
Filing date: 2002-07-29
Publication date: 2004-02-26
Anticipated expiration: 2022-07-29
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Abstract

【課題】高温高湿環境下に長時間置かれてもドリフト劣化が起こりづらく、また形状小型化が可能な静電容量センサ、とりわけ湿度検出センサを提供する。
【解決手段】１×１０^−５／℃以下の線熱膨張係数を有する絶縁基板１と、その絶縁基板１の表面に、所定の間隔を置いて対向配置された一対の電極２ａ，２ｂと、一対の電極２ａ，２ｂの間に充填され、かつ一対の電極２ａ，２ｂを埋設して配置された感湿膜材料３とを有する静電容量センサであって、一対の電極２ａ，２ｂが１×１０^−５／℃以下の線熱膨張係数を有する導電材料から成り、一対の電極２ａ，２ｂの厚み（ｔ）が１〜１１μｍであり、かつ一対の電極２ａ，２ｂ間の面間間隔（ｄ）が０．５〜５μｍである静電容量センサ。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静電容量センサに関し、更に詳しくは、従来になく形状小型化が可能であり、高温高湿環境下で使用したときのドリフト劣化が抑制されるように設計されている静電容量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
感湿材料として高分子膜を用いた湿度検出センサは、大別して静電容量を測定するタイプのものと電気抵抗を測定するタイプの２種類がある。これらのうち、静電容量を測定して湿度を検出するタイプのものは、湿度応答性が良好で、ヒステリシスが小さく、感湿特性の湿度依存性も小さく、計測可能な湿度・温度範囲も広いという特徴を備えている。
【０００３】
後者のタイプのセンサとしては、例えば次のような平行平板型のコンデンサ構造のものが主流となっており、それは既に実使用されている。
そのセンサは、一般に、絶縁基板の片面に、薄い下側電極と、電気絶縁性でかつ感湿特性を有する高分子材料から成る感湿膜と、多孔質構造の薄い上側電極とをこの順序で積層して成るセンサ本体が形成され、下側電極と上側電極のそれぞれからはリード線を引き出した構造のものである。
【０００４】
このセンサは次のような作動原理に基づいて環境中の湿度を検出する。
上記センサを例えばある相対湿度の環境下に置くと、環境中の水蒸気ガス（水分子）は多孔質構造の上側電極を透過してその下に位置する感湿膜の表面にまで到達し、更に、当該感湿膜の内部に吸蔵される。
【０００５】
その場合の吸蔵現象は、環境中の相対湿度との間で平衡状態が形成されるまで続行する。そして、平衡状態が形成されたのちにあっては、水蒸気ガスの感湿膜への吸蔵と吸蔵ガスの感湿膜からの脱離とが起こり、結局、感湿膜には、環境中の相対湿度に対応するある一定量の水蒸気ガスが吸蔵された状態になる。
【０００６】
そして、感湿膜内への水蒸気ガスの上記した吸蔵量は、環境中の相対湿度に比例し、また、コンデンサ構造になっている上記センサ本体の静電容量は感湿膜に吸蔵されている水蒸気ガスの吸蔵量に比例する。
【０００７】
したがって、上側電極と下側電極から引き出されている各リード線をインピーダンスアナライザに接続して、センサ本体の静電容量に関する出力信号を検出すれば、その出力信号に基づいて感湿膜への水蒸気ガスの吸蔵量、すなわち、環境中の相対湿度を測定することができる。
【０００８】
そして、実際の湿度検出は次のようにして行われる。
まず、組み立てたセンサの感湿特性が測定される。すなわち、温度２５℃で、相対湿度がｘ_０，ｘ_１，…ｘ_ｎである基準環境を作成し、各基準環境の中にセンサを配置してインピーダンスアナライザで各基準環境下におけるセンサの検出信号（静電容量）ｃ_０，ｃ_１，…ｃ_ｎを測定する。そして、相対湿度と検出信号との関係：ｘ_０　ｖｓ　ｃ_０，ｘ_１　ｖｓ　ｃ_１，…ｘ_ｎ　ｖｓ　ｃ_ｎを把握し、これを測定装置に記憶させておく。
【０００９】
そして実際の湿度検出が行われる。すなわち、このセンサを湿度測定対象の環境の中に配置し、そのときの出力信号を検出する。その出力信号が、仮にｃ_ｎであったとすれば、測定対象の環境における相対湿度をｘ_ｎとして測定装置が読みとる。
この検出方式は、上記した水蒸気ガス以外の分子、例えば極性を有するホルムアルデヒド，アセトン，アルコールなどに対しても適用することができる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した平行平板型のコンデンサ構造の静電容量センサの場合、次のような問題がある。
【００１１】
すなわち、高温高湿環境下で長時間使用していると、その環境における真実の相対湿度に対応した出力信号（静電容量）ではなく、前記相対湿度よりも高い相対湿度に対応した出力信号（静電容量）を発信するという傾向を示すことである。
【００１２】
例えば、環境の真実の相対湿度がｘ_ｎであったとしても、そのときのセンサの出力信号はｃ_ｎ＋Δｃとなり、そのため、センサとしては環境の相対湿度をｘｎとして表示するのではなく、ｘ_ｎ＋Δｘとして表示することが起こる。逆にいえば、センサが出力信号ｃ_ｎを示したとしても、環境の真実の相対湿度はｘ_ｎではなく、ｘ_ｎ＋Δｘになっているということである。そしてこのような現象は、通常、センサのドリフト劣化と呼ばれている。
【００１３】
また、この平行平板型コンデンサ構造のセンサの場合、インピーダンスアナライザで測定する検出信号（静電容量）の測定値の不確かさを小さくしてその信頼性を高めるためには、厚みが一定であるとすれば、感湿膜の膜面積を大きくすることが必要になってくる。
【００１４】
そのため、このセンサの場合、全体の形状は大型化し、使用者側の小型化要求に充分に対応しきれないという問題がある。
本発明は、コンデンサ構造のセンサが有している上記したドリフト劣化という一般的な問題を解決し、同時に小型化要求にも対応することができる新規構造の静電容量センサの提供を目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明においては、１×１０^−５／℃以下の線熱膨張係数を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に、所定の間隔を置いて対向配置された少なくとも一対の電極と、前記少なくとも一対の電極の間に充填され、かつ前記少なくとも一対の電極を埋設して配置された感湿膜材料とを有する静電容量センサであって、
前記電極が１×１０^−５／℃以下の線熱膨張係数を有する導電材料から成り、前記電極の厚みが１〜１１μｍであり、かつ前記電極間の面間距離が０．５〜５μｍであることを特徴とする静電容量センサが提供される。
【００１６】
好ましくは、前記一対の電極を埋設する前記感湿膜材料の内部また上部には、多孔質構造または網目構造の導電性薄膜が形成されているの静電容量センサが提供される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
最初に、本発明の静電容量センサに関する設計思想について説明する。
（１）一般に感湿膜は、高分子材料の重縮合によって形成された骨格部と、この骨格部の中に微細孔の形態をとって３次元的に分布する自由体積部とで構成されている。そして、水蒸気ガスの感湿膜への吸蔵現象とは、水蒸気ガスが上記した自由体積部に捕捉される現象であると解釈することができる。
【００１８】
したがって、センサが環境の相対湿度と平衡状態にあるということは、感湿膜の上記自由体積部に、相対湿度に見合った水蒸気ガスが吸蔵されており、そのうえで等量の吸蔵水蒸気ガスと脱離水蒸気ガスが自由体積部に出入りしている状態であると考えてよい。
【００１９】
（２）そして、このセンサが高温高湿環境下に置かれると、感湿膜は膨潤し、またこの感湿膜を挟み込んでいる一対の電極も熱膨張する。
感湿膜が膨潤すると、自由体積部の相対的な体積割合は増加してその自由体積部に吸蔵される水蒸気ガスは膨潤前（すなわち基準環境下の状態）に比べて増量する。そして、吸蔵された水蒸気ガスの一部はクラスター化し、それは、センサを高温高湿環境から基準環境下に戻しても自由体積部内に滞留する。
【００２０】
その結果、この状態で計測される静電容量は、基準環境下で計測された静電容量に比べて、増量し、クラスター化した水蒸気ガスの静電容量に相当する分だけ大きい値となる。
【００２１】
逆にいえば、仮に高温高湿環境下におけるセンサの検出信号がｃ_ｎであったとしても、それは基準環境下で計測した相対湿度ｘ_ｎに相当する信号ではなく、実際は、相対湿度ｘ_ｎ＋Δｘに対応する信号になっている。
【００２２】
（３）ドリフト劣化は上記したメカニズムに基づいて生起する。したがって、このメカニズムの発生を防止または抑制するためには、センサを高温高湿環境下に置いたときに、感湿膜が膨潤してその自由体積部の割合が増加しないようにすればよい。
【００２３】
上記したことを実現するために、本発明では、感湿膜をその両面から挟み込んでいる一対の電極を、その線熱膨張係数が少なくとも感湿膜を構成する高分子材料の線熱膨張係数よりも小さい材料で形成し、かつその電極を、感湿膜と同程度の線熱膨張係数を有する絶縁基板に固定配置する。このようにすれば、センサを高温高湿環境下に置いたときに生起する感湿膜の膨潤は、その感湿膜の両面に固定配置され、しかも熱膨張量が小さい一対の電極によって強制的に抑制されることになる。このとき、電極が配置されている絶縁基板も当該電極と同程度の熱膨張量になるので、電極と絶縁基板の相互の位置関係は変わらない。
【００２４】
本発明のセンサは、基本的には、以上の設計思想に立脚してなされたものであり、かつ、製造のしやすさ、静電容量の測定値に関する信頼性の確保などの要素も考慮して開発されたものである。
【００２５】
本発明のセンサの１例Ａを図１と図２に示す。図１はセンサＡの平面図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
このセンサＡでは、いずれも後述する厚み（ｔ）を有する電極２Ａと電極２Ｂから成る一対の電極２が前記絶縁基板１の表面１ａに固定配置されている。
【００２６】
そして、電極２Ａと電極２Ｂの先端部は複数に分割され、それぞれの先端部２ａ，２ｂは互いに所定の面間間隔（ｄ）をおいて櫛歯状に組合されて対向配置されている。
【００２７】
また、上記した先端部２ａと先端部２ｂの間を感湿膜材料３で充填して厚みがｄの感湿膜３Ａが形成され、同時に電極２Ａと電極２Ｂの上部にはこれら電極を埋設して上部感湿膜３Ｂが形成されている。
【００２８】
したがって、電極の先端部２ａ，２ｂの間には、感湿膜材料３が充填されて感湿膜が形成されることにより、ここに、先端部２ａ−感湿膜材料（感湿膜）３Ａ−先端部２ｂから成る縦型コンデンサ構造Ｃが絶縁基板１の上に複数個（図では８個）形成される。
【００２９】
このセンサＡは、電極２Ａと電極２Ｂのそれぞれの端部に例えば導電性接着剤を用いてリード線（図示しない）を取付け、リード線をインピーダンスアナライザに接続し、測定対象の環境下に置き、そのときの静電容量を測定するという態様で使用される。
【００３０】
このセンサＡにおいて、まず絶縁基板１としては、電極材料の線熱膨張係数と同程度であるが、しかし感湿膜の線熱膨張係数より小さい線熱膨張係数を有する電気絶縁性の材料から成る基板であれば何であってもよく、例えば、ガラス；石英；シリコン；窒化ケイ素，窒化アルミニウム，ジルコニア，サイアロンのようなセラミックス；サファイアなどの基板をあげることができる。これらのうち、ガラス基板は価格の点や基板加工が行いやすいなどの点から好適である。
【００３１】
ここで、感湿膜材料３としては、電気絶縁性でかつ感湿特性を備えるものであれば何であってもよく、例えば、ポリイミド，ポリスルホン，ポリエーテルスルホン，ポリエーテルイミド，ポリエーテル，ポリアミドイミド，ポリフェニレンオキサイド，ポリカーボネート，ポリメタクリル酸メチル，ポリブチレンテレフタレート，ポリエチレンテレフタレート，ポリエチルエーテルケトン，ポリエーテルケトン，セルロースアセテートブチル，セルロースアセテートなどの有機高分子材料、および架橋高分子材料をあげることができる。
【００３２】
これらのうち、腐食環境下でも変質を起こしづらく、感湿特性の長期安定性が良好であるという点で架橋ポリイミドが好適である。
電極２Ａ，電極２Ｂの構成材料は、上記した感湿膜材料よりも線熱膨張係数が小さい値の材料であることが必要である。センサＡを高温高湿環境下に置いたときに、感湿膜３が膨潤することを強制的に抑止するためである。
【００３３】
なお、上記した感湿膜材料３の線熱膨張係数は、概ね２×１０^−５／℃以上の値である。
したがって、センサＡの製造に用いる電極材料としては、線熱膨張係数が１×１０^−５／℃以下の値を有する導電材料であることが必要になる。
【００３４】
このようなことから、電極２Ａ，電極２Ｂの構成材料としては、例えば、Ｓｉ，ＳｉＣ，ＧａＡｓ，ポリシリコンなどをあげることが出来る。これらのうち、製造がしやすい、入手しやすいなどの点から、電極材料としては、Ｓｉであることが好ましい。
【００３５】
上記した構造において、電極２Ａと電極２Ｂの厚み、したがって先端部２ａ，２ｂの厚み（ｔ）は１〜１１μｍに設定され、また、電極２Ａと電極２Ｂとの間隔、具体的には縦型コンデンサ構造Ｃを形成している先端部２ａと先端部２ｂの面間間隔（ｄ）は０．５〜５μｍに設定される。
【００３６】
厚み（ｔ）を１μｍより薄くしたり、また面間間隔（ｄ）を５μｍより広くすると、図２で示した縦型コンデンサ構造Ｃの容量が小さくなりすぎてその検出信号が弱くなり、インピーダンスアナライザで目盛実測される測定値（静電容量）の信頼性が低下する。
【００３７】
目盛実測された測定値が、相対湿度１％以下まで信頼できる値として測定可能にするためには、厚み（ｔ）は１μｍ以上とし、また面間間隔（ｄ）を５μｍ以下に設定することが必要である。
【００３８】
一方、面間間隔（ｄ）を０．５μｍより薄くすると、後述する感湿膜の形成時に、先端部２ａ，２ｂの間に感湿膜材料の樹脂液が充填されにくくなるとともに、その後の架橋重合の進行が不充分となり、その結果、良好な感湿特性を有する感湿膜の形成が困難になる。すなわち、不良品の発生率が高くなる。
【００３９】
また、厚み（ｔ）を１１μｍより厚くすると、感湿膜中への水蒸気ガスの吸蔵・脱離が悪くなり、その結果、、センサＡのヒステリシスが急激に悪化して測定値の信頼性が大幅に低下する。
【００４０】
このセンサＡでは、測定値（静電容量）は縦型コンデンサ構造Ｃの静電容量として仮定されている。しかしながら、実際問題としては、電極２Ａ（先端部２ａ）と電極２Ｂ（先端部２ｂ）の上にも上部感湿膜３Ｂが形成されているので、電極２Ａ−上部感湿膜３Ｂ−電極２Ｂでも１個のコンデンサ構造を構成している。そのため、実測される静電容量は、縦型コンデンサ構造Ｃの静電容量の外に、このコンデンサ構造の静電容量も加算された値になっている。
【００４１】
必要な測定値は縦型コンデンサ構造Ｃの静電容量であるから、上記したコンデンサ構造の影響を測定値から消去することが好ましい。
上記したことを考慮して、本発明においては、図３で示したように、電極２Ａ（先端部２ａ）と電極２Ｂ（先端部２ｂ）の上方に位置する上部感湿膜３Ｂの中に、導電材料で多孔質構造または網目構造の膜４を形成し、それをシールド膜として機能させる構造のセンサＡ_１が提供される。
【００４２】
このセンサＡ_１の場合、電極２Ａ−上部感湿膜３Ｂ−電極２Ｂから成るコンデンサ構造による静電容量の影響がシールド膜４の作用で消去され、測定値はほとんどが縦型コンデンサ構造Ｃの静電容量として測定されることになる。
【００４３】
次に、センサＡ、センサＡ_１の製造方法の１例を以下に説明する。
まず、絶縁基板１と導電性基板を接合した接合基板を製造する。ここで、導電性基板は、本発明のセンサにおける電極になる部材である。なお、この接合基板としては、例えばガラス基板の片面にＳｉウェハが接合されている市販のＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ　Ｏｎ　Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）を用いることができる。
【００４４】
ついで、接合基板の導電性基板に研磨処理またはエッチング処理を施して、当該導電性基板を前記した厚み（ｔ）となるまで薄膜化して、図４で示したような出発基板を製造する。
【００４５】
ついで、この基板の導電性薄膜に対し、例えばフォトリソグラフィーとエッチング、またはＩＣＰエッチングを行って、当該薄膜を、図１と図２で示したような電極２Ａ（先端部２ａ）、電極２Ｂ（先端部２ｂ）にパターニングして中間材を製造する（図５）。
【００４６】
ついで、電極２Ａ，２Ｂの間に感湿膜材料を充填して感湿膜３Ａを形成し、また、電極２Ａ，２Ｂを埋設して上部感湿膜３Ｂを形成し、図６で示したコンデンサ構造を製造する。
【００４７】
具体的には、所定の高分子材料から成り、所定の粘度に調整した樹脂液を中間材の上に例えばスピンコート法で塗布したのち、熱処理を施し、乾燥、更に架橋重合して感湿膜にする。
【００４８】
そして最後に、電極の上の感湿膜の一部を除去して電極表面を露出させ、そこにリード線を接合することにより、本発明のセンサＡが得られる。
なお、センサＡ_１を製造する際には、図６で示したセンサＡの上部感湿膜３Ｂの上に、厚みが数百〜数千Å程度の多孔質構造または網目構造のシールド膜４を形成し、更にその上にオーバコート膜を成膜すればよい。
【００４９】
図３は、本発明の別のセンサ例Ａ_２を示す平面図である。
このセンサＡ_２は、いずれも厚みが１〜１１μｍである電極２Ａと電極２Ｂの先端部がそれぞれ円弧状になっていて、各円弧状の先端部が対向配置されている。そして、各円弧状の先端部間の面間間隔は０．５〜５μｍになっていて、ここに充填される感湿膜材料と組合わさって縦型コンデンサ構造が形成されている。
【００５０】
図８は、本発明の更に別のセンサ例Ａ_３を示す平面図である。
このセンサＡ_３の場合、電極２Ａと電極２Ｂの先端部はそれぞれ凹凸状で対向配置されている。そして、各先端部の間には感湿膜材料が充填されてコンデンサ構造が形成されている。
【００５１】
図９と、図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である図１０は、本発明の更に別のセンサＢを示す。
このセンサＢの場合は、絶縁基板１の上に、先端部２ａが互いに連結している下側電極２Ａと、同じく先端部２ｂが互いに連結し、かつ下側電極２Ａの上方に位置する箇所は開口部２ｃになっている上側電極２Ｂが形成されている。
【００５２】
上側電極２Ｂの先端部２ｂと下側電極２Ａの先端部２ｂは、互いに櫛歯状に対向配置されており、先端部２ａと先端部２ｂの間には感湿膜材料３が介在して感湿膜を形成し、複数（図では１４個）の縦型コンデンサ構造が形成されている。
【００５３】
このセンサＢにおいても、先端部２ａと先端部２ｂの厚み（ｔ）は１〜１１μｍに設計されており、先端部２ａと先端部２ｂの面間間隔（ｄ）は０．５〜５μｍに設計されている。
【００５４】
このセンサＢの場合、水蒸気ガスは上部電極２Ｂの開口部２ｃを介して感湿膜３で吸蔵・脱離される。各縦型コンデンサ構造の静電容量は、各先端部が連結しているので、下部電極２Ａの１箇所と上部電極２Ｂの１箇所にそれぞれ接合されたリード線を介して測定される。
【００５５】
【実施例】
実施例１
図１と図２で示したセンサＡを次のようにして製造した。
【００５６】
ガラス基板の片面にＳｉウェハが接合されているＳＯＩのＳｉウェハ側を研磨して、異なる厚み（ｔ）のＳｉ薄膜を有する基板にした。
ついで、Ｓｉ薄膜の厚みが異なってそれぞれの基板の当該Ｓｉ薄膜にＩＣＰエッチングを施して、先端部２ａと先端部２ｂの面間間隔（ｄ）が５μｍである電極２Ａと電極２Ｂをパターニングした。
【００５７】
この電極パターンの上からポリイミド系樹脂液を塗布したのち、温度３００℃で熱処理して架橋重合を進めて感湿膜３を形成し、コンデンサ構造Ｃを有する各種のセンサＡを製造した。
【００５８】
なお、Ｓｉの線熱膨張係数は３．３×１０^−６／℃、ポリイミド感湿膜の線熱膨張係数は５×１０^−５／℃である。
ついで、電極２Ａと電極２Ｂの端部を覆う感湿膜を除去し、表出した各端部にＣｕリード線を導電接着剤で接合した。
【００５９】
これらのセンサにつき、まず、温度２５℃で相対湿度１０％の雰囲気中に放置してそのときの静電容量（Ｃ_１：ｐＦ）を測定し、続いて、温度４０℃で相対湿度９０％の雰囲気中に２０時間放置したのち、再び温度２５℃で相対湿度１０％の雰囲気中に戻し、そのときの静電容量（Ｃ_２：ｐＦ）を測定した。
【００６０】
測定は、ＬＣＺメータを用いて行った（測定条件：周波数１００ｋＨｚ、印加電圧１．０Ｖ）。
Ｃ_１値の方がＣ_２値より大きくなる。これは、後者の高温高湿環境下で吸蔵された水蒸気ガスの一部が前者の環境下に戻った時点ではクラスター化しているためである。
【００６１】
したがって、Ｃ_１−Ｃ_２をセンサの感湿ヒステリシスと呼ぶ。この値を電極の厚み（ｔ）との関係として図１１に示した。
図１１から明らかなように、電極の厚み（ｔ）が１１μｍより厚くなると、センサの感湿ヒステリシスは急激に大きくなり、測定値の信頼性は大幅に低下する。
【００６２】
実施例２
電極２Ａ，２Ｂの厚み（ｔ）は５μｍと一定にし、面間間隔（ｄ）を変化させた以外は、実施例１と同様にして各種のセンサＡを製造した。
【００６３】
この製造工程においては、面間間隔（ｄ）が狭くなると感湿膜に欠陥が生じて製造歩留まりが低下した。
そこで、面間間隔（ｄ）が３μｍであるときの製造歩留まりを１００とした場合に、面間間隔（ｄ）を変化させたときの製造歩留まりの相対指数を求めた。その結果を図１２に示した。
【００６４】
図１２から明らかなように、面間間隔（ｄ）が０．５μｍより狭くなると、製造歩留まりは急激に低下している。
実施例３
ＳＯＩを用い、また感湿膜材料としてポリイミドを用いて電極（先端部）の厚み（ｔ）が５μｍ、電極（先端部）の面間間隔（ｄ）が５μｍであり、上部感湿膜３Ｂの厚みが３μｍであり、かつ、この上部感湿膜３Ｂの中にＣｒから成る厚み２０００Åのシールド膜が配置されている、図３で示した構造のセンサＡ_１を製造した。
【００６５】
いずれも温度が２５℃で、相対湿度が例えば１０％，２５％，４５％，７０％，９０％の５水準で管理されているそれぞれの基準環境を作成し、これら環境にセンサを配置し、そのときの静電容量を測定した。
【００６６】
ついで、センサを、温度４０℃で相対湿度９０％の環境下に２００時間放置したのち、再度、上記したそれぞれの基準環境に戻し、そのときの静電容量を測定した。
【００６７】
計測された静電容量（これをＣ_ｘで表す）と、相対湿度１０％の基準環境で測定された静電容量（これをＣ_１０で表す）との比（Ｃ_ｘ／Ｃ_１０）を計算し、その値と上記した相対湿度との関係を図１３に示した。
【００６８】
図１３から明らかなように、センサＡ_１のＣ_ｘ／Ｃ_１０値は、相対湿度７０％までは直線性が保たれている。すなわち、このセンサは高温高湿環境下に長時間曝されてもドリフト劣化の小さいセンサになっている。
【００６９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明の静電容量センサは、それを湿度検出センサとして用いた場合、高温高湿環境下においてもドリフト劣化を起こしづらく、信頼性の高い湿度信号を発信している。
【００７０】
これは、縦型コンデンサ構造を構成する電極と感湿膜との間で、電極材料の線熱膨張係数を感湿膜の線熱膨張係数より小さくして、感湿膜の膨潤が抑制されるように構造設計したことによってもたらされた効果である。
【００７１】
したがって、このセンサは、例えば燃料電池における湿度検出や、施設園芸栽培分野のように極めて高湿の環境を形成することが必要とされる分野に使用して有効である。
【００７２】
また、本発明の静電容量センサにおけるコンデンサ構造は、平行平板型のコンデンサ構造と異なり、縦型の構造になっているので、コンデンサ構造を小面積の中に多重化して全体として広い面積（大容量）を、小面積の基板に内蔵させることができる。すなわち、測定される静電容量を下げることなく全体の小型化が可能である。
【００７３】
なお、以上の説明は測定対象が環境中の湿度である場合について行ったが、本発明の静電容量センサはこれに限定されるものではなく、高分子膜への吸蔵とその脱離により静電容量を変化させるようなガス類であれば、それを検出対象とするセンサとして使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のセンサの１例Ａを示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の別のセンサの１例Ａ_１を示す断面図である。
【図４】センサＡ_１を製造する際の出発基板を示す断面図である。
【図５】図４の出発基板に電極を形成した状態を示す断面図である。
【図６】感湿膜を形成した状態を示す断面図である。
【図７】本発明のセンサの別の例Ａ_２を示す平面図である。
【図８】本発明のセンサの更に別の例Ａ_３を示す平面図である。
【図９】本発明のセンサの更に他の例Ｂを示す平面図である。
【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。
【図１１】実施例１において、電極の厚みと感湿ヒステリシスとの関係を示すグラフである。
【図１２】実施例２において、電極の面間間隔と製造歩留まりとの関係を示すグラフである。
【図１３】実施例３において、Ｃ_ｘ／Ｃ_１０と相対湿度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　　　　　絶縁基板
２Ａ，２Ｂ　電極
２ａ，２ｂ　電極２Ａ，２Ｂの先端部
３　　　　　感湿膜材料
３Ａ　　　　感湿膜
３Ｂ　　　　上部感湿膜
４　　　　　シールド膜

Claims

１×１０^−５／℃以下の線熱膨張係数を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に、所定の間隔を置いて対向配置された少なくとも一対の電極と、前記少なくとも一対の電極の間に充填され、かつ前記少なくとも一対の電極を埋設して配置された感湿膜材料とを有する静電容量センサであって、
前記電極が１×１０^−５／℃以下の線熱膨張係数を有する導電材料から成り、前記電極の厚みが１〜１１μｍであり、かつ前記一対の電極間の面間距離が０．５〜５μｍであることを特徴とする静電容量センサ。
前記一対の電極を埋設する前記感湿膜材料の内部または上部には、多孔質構造または網目構造の導電性薄膜が形成されている請求項１の静電容量センサ。