JPH0387642A - 容量性湿度センサの製造方法 - Google Patents
容量性湿度センサの製造方法Info
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- JPH0387642A JPH0387642A JP2213587A JP21358790A JPH0387642A JP H0387642 A JPH0387642 A JP H0387642A JP 2213587 A JP2213587 A JP 2213587A JP 21358790 A JP21358790 A JP 21358790A JP H0387642 A JPH0387642 A JP H0387642A
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
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- G01N27/22—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating capacitance
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の目的コ
（産業上の利用分野）
本発明は、層内に吸収された湿気の量に比例して誘電性
因子が変化する誘電性層と、 誘電性層を包囲し、そのコンデンサ構造の導電性層の１
つにランダムなパターンの裂け目が設けられ、その裂け
目は誘電性層への周辺空気の迅速な情報伝達を可能にす
る、少なくとも２つの電気的に絶縁された導電性層とを
具備する容量性湿度センサ構造に関する。
因子が変化する誘電性層と、 誘電性層を包囲し、そのコンデンサ構造の導電性層の１
つにランダムなパターンの裂け目が設けられ、その裂け
目は誘電性層への周辺空気の迅速な情報伝達を可能にす
る、少なくとも２つの電気的に絶縁された導電性層とを
具備する容量性湿度センサ構造に関する。
本発明はまた、このような湿度センサの製造方法に関す
る。
る。
（従来の技術および発明が解決しようとする課題）誘電
性材料が周辺空気と直接情報伝達することを可能にする
裂け目が、１つの導電性層と１つの誘電性層の両者に設
けられたコンデンサ構造は第７１９９８号特許関係出版
物から知られている。これらの裂け目は、そのクラッキ
ングが隣接する誘電性層内にも裂け目を形成するような
高い内部応力を示す材料から真空蒸着によって導電性表
面を生成することによって作成される。
性材料が周辺空気と直接情報伝達することを可能にする
裂け目が、１つの導電性層と１つの誘電性層の両者に設
けられたコンデンサ構造は第７１９９８号特許関係出版
物から知られている。これらの裂け目は、そのクラッキ
ングが隣接する誘電性層内にも裂け目を形成するような
高い内部応力を示す材料から真空蒸着によって導電性表
面を生成することによって作成される。
しかし、これらの裂け目が誘電性層に向けて延在すると
きセンサの履歴特性および安定性の質は低下する。いわ
ゆる毛管凝結が平面上よりも幾分か低い湿度で幅の狭い
割れ目および毛管に生しること、そしてさらに、毛管凝
結に履歴現象の特徴があることはこの技術において良く
知られている（すなわち、凝結は蒸発という逆作用の場
合よりも高い相対湿度レベルで起こる）。例えば、毛管
の内側半径ｒ、が下記の式から得られた値よりも小さい
ときに、凝結は一端部が閉じられている円筒型の毛管で
起こる。
きセンサの履歴特性および安定性の質は低下する。いわ
ゆる毛管凝結が平面上よりも幾分か低い湿度で幅の狭い
割れ目および毛管に生しること、そしてさらに、毛管凝
結に履歴現象の特徴があることはこの技術において良く
知られている（すなわち、凝結は蒸発という逆作用の場
合よりも高い相対湿度レベルで起こる）。例えば、毛管
の内側半径ｒ、が下記の式から得られた値よりも小さい
ときに、凝結は一端部が閉じられている円筒型の毛管で
起こる。
「 ｋ ′
（２７Ｍ）／ （ｒＲＴ ｌ ｎ （Ｐｓ
／Ｐ） ）ここで γ−水の表面張力（２０℃で７２．７５ｄｙｎ／ｃａ＋
）Ｍ−水の分子ｍ （１８，０２ｇ／ｍｏｌ）「−水の
密度（１，ｏｏｇ／ｃ１） Ｒ−ガス定数（８ＪＬＪ／（印ｏｆ Ｋ））Ｔ−絶対温
度 ＰＳ−水の部分飽和圧力 例えば、もし相対温度が９０％ならば（すなわちＰ ｓ
／ Ｐ ＝ １．ｌ１１．１） 、凝結は０．０１μ
ｍか或いはそれよりも小さい半径を有するすべての毛管
で起こる。
／Ｐ） ）ここで γ−水の表面張力（２０℃で７２．７５ｄｙｎ／ｃａ＋
）Ｍ−水の分子ｍ （１８，０２ｇ／ｍｏｌ）「−水の
密度（１，ｏｏｇ／ｃ１） Ｒ−ガス定数（８ＪＬＪ／（印ｏｆ Ｋ））Ｔ−絶対温
度 ＰＳ−水の部分飽和圧力 例えば、もし相対温度が９０％ならば（すなわちＰ ｓ
／ Ｐ ＝ １．ｌ１１．１） 、凝結は０．０１μ
ｍか或いはそれよりも小さい半径を有するすべての毛管
で起こる。
さらに、誘電性層内の裂け目はあり得る内部応力を別々
の点に集中させ、その点はセンサの長期安定性に対して
有害な影響を及ぼす。
の点に集中させ、その点はセンサの長期安定性に対して
有害な影響を及ぼす。
さらに、裂け目の中に蓄積した汚染物質は測定結果に影
響を及ぼすことができる。
響を及ぼすことができる。
上述の理由のため、センサの特性にとって電極の裂け目
が誘電性層の中へ延在するのを第７１９９８号特許関係
出版物に記載された方法で防ぐか、或いはその代わりに
、誘電性層内の裂け目を例えば、センサの反応速度を遅
らせることが適切な材料を選択することによってほぼ全
体的に避けることができるような、適切なプラスチック
層で満たすことが好ましい。しかし誘電性層内の裂け目
の発生は、従来の製造方法を使用するときには避けられ
ない。
が誘電性層の中へ延在するのを第７１９９８号特許関係
出版物に記載された方法で防ぐか、或いはその代わりに
、誘電性層内の裂け目を例えば、センサの反応速度を遅
らせることが適切な材料を選択することによってほぼ全
体的に避けることができるような、適切なプラスチック
層で満たすことが好ましい。しかし誘電性層内の裂け目
の発生は、従来の製造方法を使用するときには避けられ
ない。
したがって、本発明の目的は迅速な反応、腐食に対する
高い抵抗力、良好な履歴特性を有するような容量性湿度
センサを得ることであり、上述の従来の技術の問題点を
解決し、そして完全に新しい容量性湿度センサおよびそ
のセンサの作成方法を得ることである。
高い抵抗力、良好な履歴特性を有するような容量性湿度
センサを得ることであり、上述の従来の技術の問題点を
解決し、そして完全に新しい容量性湿度センサおよびそ
のセンサの作成方法を得ることである。
［発明の構成］
（課題を解決するための手段）
本発明は、ランダムなパターンの裂け目を備えたセンサ
の導電性層を少なくとも１つと、その−１裂け目がない
隣接した誘電性層を設けることに基いている。
の導電性層を少なくとも１つと、その−１裂け目がない
隣接した誘電性層を設けることに基いている。
さらに特に、本発明による容量性湿度センサは誘電性層
が導電性層の裂け目に対応するクラックのない固体構造
を有することを特徴とする。
が導電性層の裂け目に対応するクラックのない固体構造
を有することを特徴とする。
さらに、本発明はランダムなパターンの裂け目を備えた
導電性層を有するコンデンサ構造に関し、そして前記裂
け目は誘電性材料の薄い第２の層によって覆われている
。
導電性層を有するコンデンサ構造に関し、そして前記裂
け目は誘電性材料の薄い第２の層によって覆われている
。
本発明による生成方法は、ゆっくりと蒸発する可塑剤に
よって柔らかくされた誘電性材料の絶縁層上に真空蒸着
により高い内部応力の材料から本質的に形成された裂け
目のある導電性層を作成することを特徴とし、それによ
って導電性層内に形成される裂け目が誘電性層をクラッ
クすることを防ぐ。
よって柔らかくされた誘電性材料の絶縁層上に真空蒸着
により高い内部応力の材料から本質的に形成された裂け
目のある導電性層を作成することを特徴とし、それによ
って導電性層内に形成される裂け目が誘電性層をクラッ
クすることを防ぐ。
さらに特に、本発明による方法は第２の導電性電極が誘
電性層上に生成されるが、その誘電性層はなお可塑状態
であり、それによって第２の導電性層上に形成された裂
け目が誘電性層内へ延在するのを防ぐという特徴を有す
る。
電性層上に生成されるが、その誘電性層はなお可塑状態
であり、それによって第２の導電性層上に形成された裂
け目が誘電性層内へ延在するのを防ぐという特徴を有す
る。
（作用）
本発明は重要な利点を提供する。
本発明によるセンサは、本発明の、ある実施例での影響
を完全に排除するまで、毛管の影響および結果として生
じる履歴現象を減少することができる。センサの長期安
定性はさらに、誘電性層内のクラックを避けることによ
って改善される。さらに、汚染によるセンサ特性の劣化
は裂け目のない誘電性層のおかげで減少される。
を完全に排除するまで、毛管の影響および結果として生
じる履歴現象を減少することができる。センサの長期安
定性はさらに、誘電性層内のクラックを避けることによ
って改善される。さらに、汚染によるセンサ特性の劣化
は裂け目のない誘電性層のおかげで減少される。
もし導電性の上層が第２の誘電性層によって覆われるな
らば、毛管の形成は完全に避けられる。
らば、毛管の形成は完全に避けられる。
水に対する高い浸透性を備えた材料の選択は非常に速い
反応をもたらす。
反応をもたらす。
さらに、もし第２の誘電性層が下方の層に対する高い付
着力を提供するならば、腐食に対する極めて効果的な保
護が得られる。
着力を提供するならば、腐食に対する極めて効果的な保
護が得られる。
（実施例）
第１図および第２図によると、センサ６は例えばガラス
基体４上に形成されることができるので、例えば陽極酸
化タンタル層の導電性電極１が最初に基体４に最も近接
して配置される。次に、第１の導電性電極１は誘電性材
料の層３で被覆され、その層は通常例えばセルローズア
セテート酪酸塩のような適切なポリマーである。誘電性
層３は使用に耐える高い抵抗力を有する例えばクロミウ
ム或いは他の適切な材料から成る第２の導電性電極２に
よって覆われている。第２の導電性電極２は、薄い層と
して生成されたときに内部応力下で自己収縮するような
材料でなければならない。この方法は、複数の裂け目７
を第２の電極２の中に生成する。誘電性因子の測定装置
の接触導線（図示さレナい）は、接触領域８でセンサの
電極１および２に接続される。
基体４上に形成されることができるので、例えば陽極酸
化タンタル層の導電性電極１が最初に基体４に最も近接
して配置される。次に、第１の導電性電極１は誘電性材
料の層３で被覆され、その層は通常例えばセルローズア
セテート酪酸塩のような適切なポリマーである。誘電性
層３は使用に耐える高い抵抗力を有する例えばクロミウ
ム或いは他の適切な材料から成る第２の導電性電極２に
よって覆われている。第２の導電性電極２は、薄い層と
して生成されたときに内部応力下で自己収縮するような
材料でなければならない。この方法は、複数の裂け目７
を第２の電極２の中に生成する。誘電性因子の測定装置
の接触導線（図示さレナい）は、接触領域８でセンサの
電極１および２に接続される。
第３図によると、センサの第２の導電性電極２はそれを
通じて水蒸気が第１の誘電性層３に達するように拡散す
ることができるような第２の誘電性層５によって被覆さ
れることができる。第２の誘電性層に対して適切な材料
とは、例えばセルローズアセテート及び架橋結合したポ
リビニールピロリジンである。
通じて水蒸気が第１の誘電性層３に達するように拡散す
ることができるような第２の誘電性層５によって被覆さ
れることができる。第２の誘電性層に対して適切な材料
とは、例えばセルローズアセテート及び架橋結合したポ
リビニールピロリジンである。
本発明の好ましい実施例は、第２の誘電性層５が、裂け
目７を備えた導電性電極２および第１の誘電性層３の両
者に対する強い付着力を有することを特徴とする。
目７を備えた導電性電極２および第１の誘電性層３の両
者に対する強い付着力を有することを特徴とする。
本発明によるセンサは以下のようにして作成される。
第１の電極１は、例えば陽極酸化のような従来の薄膜技
術の方法を使用して、ガラス基体４上に形成される。ポ
リマー層３は、例えばガラス基体４を液体ポリマーから
ゆっくりと引き上げることによって第１の電極１上に生
成され、それによって溶剤の中で溶かされたプラスチッ
クの薄い層がガラス基体４上に残される。
術の方法を使用して、ガラス基体４上に形成される。ポ
リマー層３は、例えばガラス基体４を液体ポリマーから
ゆっくりと引き上げることによって第１の電極１上に生
成され、それによって溶剤の中で溶かされたプラスチッ
クの薄い層がガラス基体４上に残される。
誘電性材料の溶剤には例えばＮＭＰ （Ｎ−メチルピロ
リジン）及びアルコールの混合物を使用することかでき
、そのＮＭＰ溶剤はゆっくりと蒸発する構成要素を形成
し、そしてポリマーはセルローズアセテート酪酸塩であ
る。そのポリマーは１５０℃の温度で約１０分間予め乾
燥される。アルコールはそれによって蒸発するが、ポリ
マーはＮＭＰ可塑剤の影響によって可塑状態のままであ
る。次に表面電極２は、例えばクロミウムが可塑性ポリ
マー層上にデポジット生成される。電極２は約０．１．
、．１μ這の厚さまでデポジットされる。
リジン）及びアルコールの混合物を使用することかでき
、そのＮＭＰ溶剤はゆっくりと蒸発する構成要素を形成
し、そしてポリマーはセルローズアセテート酪酸塩であ
る。そのポリマーは１５０℃の温度で約１０分間予め乾
燥される。アルコールはそれによって蒸発するが、ポリ
マーはＮＭＰ可塑剤の影響によって可塑状態のままであ
る。次に表面電極２は、例えばクロミウムが可塑性ポリ
マー層上にデポジット生成される。電極２は約０．１．
、．１μ這の厚さまでデポジットされる。
センサ構造は１５０℃の温度で約３日間後焼きされ、そ
れによってＮＭＰ可塑剤は蒸発し、誘電性層は最終的な
固さに重合する。
れによってＮＭＰ可塑剤は蒸発し、誘電性層は最終的な
固さに重合する。
その代わりとして、誘電性層の可塑化手段としてゆっく
りと蒸発する溶剤を使用することは、誘電性層を高い処
理温度によって可塑状態に維持することによって省略で
き、そのときは、センサは表面電極２の蒸着中には例え
ば１８０℃に保持されねばならない。基体温度がガラス
の転移温度Ｔ１或いは溶融温度より高いことが本質的な
条件である。
りと蒸発する溶剤を使用することは、誘電性層を高い処
理温度によって可塑状態に維持することによって省略で
き、そのときは、センサは表面電極２の蒸着中には例え
ば１８０℃に保持されねばならない。基体温度がガラス
の転移温度Ｔ１或いは溶融温度より高いことが本質的な
条件である。
第３図によると、第２の誘電性層５は、第１の層３に対
して使用された方法に類似の方法を使用して、液体プラ
スチック内へ侵すことによって生成される。本質的な条
件は、液体ポリマー内で使用された溶剤が第１の層３を
溶かさないことである。その代わりに、第２の誘電性層
は、適切なモノマー（例えばスチレン）からプラズマ重
合によって生成されることができ、それによって層の間
の高い付着力が得られる。
して使用された方法に類似の方法を使用して、液体プラ
スチック内へ侵すことによって生成される。本質的な条
件は、液体ポリマー内で使用された溶剤が第１の層３を
溶かさないことである。その代わりに、第２の誘電性層
は、適切なモノマー（例えばスチレン）からプラズマ重
合によって生成されることができ、それによって層の間
の高い付着力が得られる。
第１図は本発明による湿度センサの断面平面図、第２図
は第１図で示された容量性湿度センサの断面（断面Ａ−
Ａ）側面図、第３図は第１図で示された容量性湿度セン
サの導電性層を誘電性層で被覆された後の断面側面図。 １．２・・・導電性電極、３，５・・・誘電性層、４・
・・絶縁性基体、６・・・センサ、７・・・裂け目。
は第１図で示された容量性湿度センサの断面（断面Ａ−
Ａ）側面図、第３図は第１図で示された容量性湿度セン
サの導電性層を誘電性層で被覆された後の断面側面図。 １．２・・・導電性電極、３，５・・・誘電性層、４・
・・絶縁性基体、６・・・センサ、７・・・裂け目。
Claims (8)
- （１）層内に吸収された湿気の量に比例して誘電性因子
が変化する誘電性層と、 誘電性層を包囲し、そのコンデンサ構造の導電性層の１
つにランダムなパターンの裂け目が設けられ、その裂け
目は誘電性層への周辺空気の迅速な情報伝達を可能にす
る、少なくとも２つの電気的に絶縁された導電性層とを
具備する容量性湿度センサであり、 誘電性層が、導電性層の裂け目に対応するクラックのな
い固体構造を有することを特徴とする、誘電性因子の測
定装置に接続されることができる容量性湿度センサ。 - （２）裂け目のある導電性層が、水蒸気が第１の誘電性
層内へ拡散することを可能にする第２の誘電性層によっ
て覆われることを特徴とする請求項１記載の湿度センサ
。 - （３）第２の誘電性層が、第１の誘電性層および裂け目
のある導電性電極層の両者にしっかりと付着されている
ことを特徴とする請求項２記載の湿度センサ。 - （４）第１の導電性電極が絶縁性基体上に生成され、 誘電性層が第１の導電性電極上に生成され、第２の導電
性電極が誘電性層上に、薄い層として生成されたときに
内部応力下で収縮し、そして第２の導電性層内の裂け目
を形成するような使用に耐える高い抵抗力を有する材料
から形成されるような方法であり、 第２の導電性電極が誘電性層上に生成されるが、その誘
電性層はなお可塑状態であり、それによって第２の導電
性層上に形成された裂け目が誘電性層内へ延在するのを
防ぐことを特徴とする、容量性湿度センサの製造方法。 - （５）裂け目のある第２の電極が可塑性のある誘電性層
上に真空蒸着によって生成されることを特徴とする、請
求項４記載の方法。 - （６）誘電性層がプラスチック材料から生成されること
を特徴とする、請求項４、５のいずれか１項記載の方法
。 - （７）誘電性層が例えばＮＭＰのようなゆっくりと蒸発
する溶剤によって可塑状態に保持されることを特徴とす
る、請求項４或いは５記載の方法。 - （８）誘電性層が高い温度で可塑状態に保持されており
、それによってセンサは、第２の導電性電極の処理中に
ガラスの転移温度或いは溶融温度、例えば１８０℃、よ
りも高い温度で保たれるという特徴を有する、請求項４
乃至７のいずれか１項記載の方法。
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