JPH02108952A - 湿度センサー - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は湿度センサーの改良に関する。

［従来の技術］ 近年、誘電体層が空気中の水分を吸収することによって
その誘電率を変化させる性質を利用して、その誘電層の
両面に電極を形成した所謂静電容量形湿度センサーが提
供されている。

この湿度センサーの誘電体層に形成される電極には、誘
電体層が空気中の水分を吸収し易いように、良好な透湿
性を有するとともに機械的強度が良好であると言った条
件が要求される。

そして、従来この種の湿度センサーとしては、例えば特
開昭５７−８２７６０号公報に記載された構成が知られ
ている。

すなわち、第８図に示すように、ガラス製基板１上にニ
ッケルやクロム（Ｎｉ、Ｃｒ）製の第１の電極３を形成
し、この第１の電極３上に高分子誘電体ＪＰＪ５を形成
し、この誘電体層５の上面にクロム（Ｃｒ）からなる第
２の電極７を形成し、この第２の電極７には誘電体層５
に至るような裂は目９を多数形成した構成を有するもの
である。

このような構成の湿度センサーでは、誘電体層５が裂は
目９によって空気中に露出するから、誘電体Ｊ？ＩＪ５
の上面に形成する第２の電極７の厚みを厚くしても、誘
電体層５の吸湿性と耐候性を確保することができるし、
第２の電極７の機械的強度が良好となると考えられてい
る。

また、図示はしないが、特開昭５７−１４１５４６号公
報に記載されるように、第９図の誘電体層５に該当する
誘電体層に、例えば金、銀、白金（Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ）
等の貴金属材料からなる第２の電極を形成するとともに
、誘電体層の軟化点に近い温度で熱処理することにより
、第２の電極の透湿性を向上させようとする構成も知ら
れている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、前者の湿度センサーは誘電体層５に裂は
目９を形成するから、誘電体層５自体の機械的強度や化
学的安定性を損ね易い難点がある。

また、後者の湿度センサーにあっては、熱処理を施す関
係から、誘電体層として用いる高分子材料が制限される
うえ、熱処理温度が誘電体層の軟化点に制限されて耐熱
性の良好な誘電体層を　用いなければならず、誘電体層
として用いる材料も制限される。

さらに、第２の電極の透湿性電極を確保する観点から厚
く形成できず、第２の電極の誘電体層への付着強度が不
十分で１機械的強度に改良すべき点がある。

しかも、後者の構成では、第２の電極に透湿性を具備さ
せる際に誘電体層にも亀裂等の損傷を与えるおそれがあ
り、前者と同様な欠点を伴うおそれがある。

本発明はこのような状況の下になされたもので、電極の
良好な機械的強度および透湿性を確保し、応答速度の速
い湿度センサーの提供を目的とする。

［課題を解決しようとする手段］ このような課題を解決するために本発明は、吸収される
水分量の関数として誘電率が変化する誘電体層の片面に
第１の電極を形成し、その誘電体層の他面にその第１の
電極と対向するように第２の電極を形成するとともに、
その第２の電極が、その誘電体層の他面からの法線に対
して６０°〜８５°の入射角度で斜め蒸着によって形成
された構成となっている。

［作　用］ このような手段を備えた本発明は、第２の電極が斜め蒸
着によって形成されているから、斜め蒸着によるシャド
ウ効果によって誘電体層の表面には凹凸状の第２の電極
もしくは第２の電極の付着しない露出領域が形成され、
誘電体層の吸湿性と耐候性が確保されるとともに、第ス
の電極は極めて容易に厚く形成される。

［実施例］ 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る湿度センサーの一実施例を示す断
面図である。

ガラス製基板１１の上面にはニクロム（ＮｉＣｒ）から
なる第１の電極１３が真空蒸着法等によって膜厚約１０
００人に形成さ九ており、この第１の電極１３上には感
湿膜として、例えば高分子誘電体層１５がプラズマ重合
法等によって膜厚約１０００人に平坦形成されている。

この高分子誘電体層１５は、吸収される水分量の関数と
して誘電率が変化するものである。

なお、基板１１、第１の電極１３および誘電体層１５の
材料・厚みおよび形成方法は目的に応じて任意に選定可
能である。

誘電体層１５の第１の電極１３と対向する面（上面）に
は、第１の電極１３と同様な材料からなる第２の電極１
７が誘電体層１５の上面における法線Ａに対して７５°
の入射角度で斜め蒸着によって膜厚約３００人に形成さ
れているにのような第２の電極１７は、第２図に示すよ
うな蒸着装置によって形成可能である。

すなわち、ペルジャー１９の内部上方に、第２の電極１
７を形成する前の湿度センサー素材２１が、支持基台２
３上に載置させるとともに後述する蒸着材料の入射角方
向に対して誘電体層１５の法線Ａが７５°となるような
位置関係で配置される。なお、支持基台２３の支持部材
の図示は省略した。

一方、ペルジャー１９内における湿度センサー素材２１
の下方には、加熱フィラメント２７に巻付けた蒸着材料
としてのニクロム線２５を配置し、ペルジャー１９に排
気装置（図示せず）が連結されて構成されている。

このような斜め蒸着装置において、ペルジャー１９内を
真空度５Ｘ１０−ＧＴｏｒｒ程度に排気した後、フィラ
メント２７でニクロム線２５を加熱蒸発させて誘電体層
１５の上面に７５°の入射角度で凝着させて斜め蒸着さ
れる。

第３図および第４図は斜め蒸着過程において蒸着材料が
誘電体層］５に斜め蒸着してゆく過程を示すものであり
、当初は第３図のように蒸着材料が誘電体［１５の上面
に島状に凝着してゆくが、凝着の進行に応じて入射角度
方向から見て個々の凝着領域にはシャドウ部分Ｂが生じ
、そのシャドウ部分Ｂには蒸着材料が凝着されず、結果
として第４図のように斜めに蒸着材料が凝着されて第２
の電極１７が形成されてゆく。

このように、本発明の湿度センサーにあっては、第２の
電極１７が斜め蒸着によって形成されているから、第２
の電極１７自体が凹凸状となったり、誘電体層１５が直
接空気に触れる部分が形成され、その凹部や露出部が透
湿部となって第２の電極１７が良好な透湿性を有するこ
となる。

本発明者の実験によれば、上述した構成の湿度センサー
を相対湿度０％の乾燥雰囲気中から相対湿度４４％の室
内雰囲気中に引き出した場合、略測定飽和値とみなせる
６３．２％の容量応答が０．１秒以下といった高速性が
得られる。

これに対して、入射角度がＯｏすなわち斜め蒸着を用い
ずに第２の電極１７を平坦に厚膜８ｏ人で形成した場合
には、第６図に示すように６３゜２％の容量応答を得る
のに２．７分かかり、本発明の応答速度が極めて速いこ
とが確認された。

しかも、本発明の湿度センサーは、第２の電極１７の厚
みを厚く形成しても、第２の電極１７には凹凸が形成さ
れて良好な透湿性を有するから。

第２の電極１７の機械的強度を良好な状態に保つことが
できる。

また、第２の電極１７を厚く形成すると、誘電体層１５
が第２の電極１７によって抑えられて変形等が少なくな
り、この点からも特性の向上に寄与する。

ところで、上述した実施例においては、７５″の入射角
度で第２の電極１７を斜め蒸着形成する例を説明したが
１本発明にあっては蒸着の入射角度は７５″に限定され
るものではない。

本発明者は、第２の電極１７を形成する際の入射角度を
変化させて実験したところ、法衣に示すような測定結果
が得られた。

［以下余白］ 第７図は入射角度に対する応答時間の特性図である。

これによれば、入射角度が６０”より大きくなると、応
答速度が極めて速くなることが示されている。

一般に１機械的強度を確保するには、第２の電極１７の
厚みは２００Å以上が好ましいとされており、入射角度
が９０’の場合には第２の電極１７が形成され難いから
、このような厚みを確保しつつ極めて良好な応答速度を
得るには、６０”〜８５°の入射角度で第２の電極１７
が斜め蒸着形成されていれば、本発明の目的達成が可能
であり、特に７０°〜８５°の入射角度に選定すれば、
０．１秒以下の高速性が得られる。

なお、本発明のような斜め蒸着された第２の電極は、ガ
スセンサーの透過、保護膜として有用である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の湿度センサーは、第１の電
極を形成した誘電体層の他面に第２の電極を形成し、そ
の第２の電極を６０°〜８５°の入射角度で斜め蒸着し
て形成したので、誘電体層に形成した第２の電極の厚み
を厚くしても、第２の電極が斜め蒸着のシャドウ効果に
よって凹凸状となったり部分的に誘電体層の表面が露出
し易いから、第２の電極の機械的強度を良好に保ちなが
ら良好な透湿性の確保が可能となり、極めて速い応答速
度を得ることができる。

しかも１本発明の湿度センサーは、第２の電極や誘電体
層に裂は目を形成したり加熱処理する必要がないから、
誘電体層の機械的強度および化学的強度を良好に保つこ
とが可能であるし、誘電体層の材料が制約されることも
少ない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る湿度センサーの一実施例を示す断
面図、第２図は本発明の湿度センサーを製造する斜め蒸
着装置を示す概略図、第３図および第４図は蒸着工程を
示す図、第５図は本発明の構成における応答速度を示す
特性図、第６図は従来構成の応答速度を示す特性図、第
７図は斜め蒸着における入射角度と応答速度との関係を
特性図、第８図は従来の湿度センサーの一例を示す断面
図ある。 １．１１・　・基板 ３．１３・　・第１の電極 ５．１５・　・誘電体層 ７、１７　・ ９　・ １９　・ ２１　・ ２３　・ ２５　・ ２７　・　・　・ ・第２の電極 ・裂は目 ・ペルジャー ・湿度センサー素材 ・支持基板 ・蒸着材料にクロム線） フィラメント 特許出願人　理　化　工　業　株式会社代　理　人　弁
理士　斎　藤　美　晴 第 図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）吸収される水分量の関数として誘電率が変化する
   誘電体層と、 この誘電体層の片面に形成された第１の電極と、 前記誘電体層の他面に前記第１の電極と対向するように
   形成された第２の電極と、 を具備する容量形湿度センサーにおいて、 前記第２の電極が、前記誘電体層の他面からの法線に対
   して６０°〜８５°の入射角度で斜め蒸着形成されてな
   ることを特徴とする容量形湿度センサー。