JPH0638061B2 - 温度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、温度センサに関する。更に詳しくは、中温度
領域の温度を精度よく測定できる温度センサに関する。

〔従来の技術〕および〔発明が解決しようとする問題
点〕 抵抗変化によって温度を検出する代表的な素子として
は、金属の抵抗体やサーミスタが挙げられる。抵抗体と
しての金属には、精度が必要な場合にはプラチナが使用
されるがこれは高価であり、従って一般的には廉価なニ
ッケルや銅が使用されるが、これらは精度の点で十分と
はいえず、その抵抗変化量は１℃当りの１％以下であ
る。

また、サーミスタは、金属抵抗体の場合よりは感度がよ
く、通常１℃当りの抵抗変化は３〜５％程度と大きい
が、生医学や化学の分野では中温度領域(0〜100℃)の温
度を精度よく測定する必要があり、この点からするとサ
ーミスタでも十分とはいえない。また、サーミスタ材料
として半導体が使用されるため、高価であるばかりでは
なく、それの耐環境性が悪く、電磁波や湿度の影響を受
けて雑音となるため、信頼性にも問題がある。

本発明者は、従来の金属抵抗体やサーミスタにみられる
こうした欠点を避け、中温度領域の温度を精度よく測定
し得る感温素子として、絶縁性基板上に形成させた導電
性くし形電極の表面をハロゲン化アルキルで表面処理さ
れた含窒素有機けい素化合物プラズマ重合膜で覆った構
造の感温素子を先に提案している（特公平５−１９９６
１号公報）。本発明は、かかる感温素子を感温素子とし
て用いた温度センサを提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕および〔作用〕 従って、本発明は温度センサに係り、この温度センサ
は、透湿性フィルムによって分離されたセルの一方の室
にはハロゲン化アルキルで表面処理された含窒素有機け
い素化合物プラズマ重合フィルムを感温膜とする感湿素
子を、また他方の室には水をそれぞれ封入せしめて構成
されている。

かかる温度センサの一態様の断面図が第１図に示されて
おり、セル１は透湿性フィルム２によって二分されてお
り、その分離された一方の室３には、絶縁性基板４上に
形成させた導電性くし形電極５の表面をプラズマ重合フ
ィルム６で覆った構造の感湿素子が封入されており、ま
た他方の室７には水８が封入されている。

セルとしては、アルミニウム薄板、ステンレススチール
薄板などの金属材料、ポリテトラフルオロエチレン、ポ
リイミド、ポリエチレンなどのプラスチック材料などか
ら箱型に成形され、その継目をエポキシ樹脂などでシー
ルしたものであって、その寸法が感湿素子を収納するの
に十分に大きさのものが用いられる。

透湿性フィルムとしては、水を透過する性質のフィル
ム、例えば、多孔質ポリテトラフルオロエチレンシート
などであって、その厚さが約0.1〜1mm程度のものが用い
られる。これらの透湿性フィルムのセルへの固定も、エ
ポキシ樹脂などを用いて行われる。

プラズマ重合フィルムを感湿膜とする感湿素子として
は、絶縁性基板上に形成させた導電性くし形電極の表面
をプラズマ重合フィルム感湿膜が覆うように形成させた
ものなどが、一般に用いられる。これ以外には、例えば
対向電極などの単純な電極の表面をプラズマ重合膜で覆
ったものなども用いることができる。

絶縁性基板上への導電性くし形電極の形成は、次のよう
にして行われる。即ち、絶縁性基板としてはガラス、石
英、アルミナなどが、一般にはガラス板などが用いら
れ、その表面上にはステンレススチール、ハステロイ
Ｃ、インコネル、モネル、金などの耐食性金属や銀、ア
ルミニウムなどの電極形成材料金属をスパッタリング
法、イオンプレーテイング法などにより、約0.1〜0.5μ
ｍ程度の厚さで薄膜状で形成させる。

例えばアルミニウムの場合には、このようにして形成さ
れた電極形成材料金属薄膜へのフォトレジストパターン
の形成は、周知のフォトリソグラフ工程を適用すること
によって行われる。即ち、金属薄膜上にフォトレジスト
コーティングを行ない、そこにくし形電極のパターンの
陰画または陽画を焼付けたガラス乾板を重ね、光照射に
よる焼付けおよび現像によって行われる。この後、湿式
化学エッチングが行われるが、エッチング液としては、
リン酸-硫酸-無水クロム酸-水(重量比65：15：５：15)
混合液、BHF(フッ酸系)、塩化第２鉄水溶液、硝酸、リ
ン酸-硝酸混合液などが用いられる。

このようにして絶縁性基板上に形成させた導電性くし形
電極の表面は、感湿特性にすぐれたプラズマ重合膜によ
って覆われる。プラズマ重合される単量体としては、例
えばトリメチルシリルジメチルアミン、トリエチルシラ
ザン、ヘキサメチルジシラザン、ヘキサメチルシクロト
リシラザンなどの含窒素有機けい素化合物が用いられ
る。

このプラズマ重合法により、約0.3〜0.6μｍ程度の厚さ
のプラズマ重合膜が取出電極部分９を除いて形成される
が、形成されたプラズマ重合膜は電気抵抗が高く、通常
は絶縁性の薄膜であるが、その表面を臭化メチル、臭化
エチル、ヨウ化メチル、ヨウ化エチルなどのハロゲン化
アルキルのガスと接触させると、その抵抗値を下げるこ
とができる。これは、化学反応や拡散現象により、膜中
に臭素やヨウ素が取り込まれ、そのために導電性が改善
されるためと考えられる。

本発明においては、かかるプラズマ重合フィルムを乾湿
膜とする乾湿素子と水とが、それぞれ透湿性フィルムに
よって二分されたセル中に封入され、温度センサが構成
されるが、これを用いての測定が可能なのは、次のよう
な理由に基いている。

即ち、セル中に十分な量の水が存在するため、各温度に
おいて、セル中の空気がほぼ飽和水蒸気圧に近い状態に
保たれることになり、また素子側も透湿性フィルムを通
して水蒸気が供給されるため、これと同じ状態となる。
感湿素子は、湿度(蒸気圧)に対して抵抗値がリニアーに
変化する特性があるため、各温度で湿度に対して抵抗値
が変化することとなり、従って間接的に温度を測定する
ことができるようになる。

〔発明の効果〕

本発明にかかる温度センサは、従来の金属抵抗体やサー
ミスタと比較して感度が高く、中温度領域での測定精度
がよい。また、電磁波などの影響がみられず、従って信
頼性が高く、更に材料は主として高分子材料を使用して
いるので廉価である。

〔実施例〕

次に、実施例について本発明を説明する。

実施例 15×12×2mmの寸法のガラス基板上に形成させたアルミ
ニウム-けい素(99：1)のスパッタリング薄膜にフォトレ
ジストパターンを形成させた後、それを湿式化学エッチ
ングすることにより、幅50μｍ、間隔100μｍ、厚さ0.2
μｍの線状歯を 6mmの長さで多数本形成させ、その長さ
の内 5mmに相当する部分で互いに対向する線状歯同士が
噛み合っているような状態のくし形電極を形成させ、次
いでトリメチルシリルジメチルアミンのプラズマ重合膜
をこのくし形電極部分を十分に覆うようにして形成さ
せ、その後このプラズマ重合膜に臭化メチルガスを接触
させて導電性を改善した。

アルミニウム薄板を40×15×5mmの箱型に成形し、その
継目をエポキシ樹脂でシールして作製されたセルを、ゴ
アテック製透湿性フィルムをエポキシ樹脂で固定化する
ことにより二分し、その一方の室に上記プラズマ重合フ
ィルム感湿膜を有する感湿素子を、また他方の室には電
導度 1.8×10^-6Ω・cmの水約５〜６mlをそれぞれ封入し
た。

このようにして形成された温度センサを用いての温度-
素子抵抗の関係の測定は、温湿度試験器で0〜100℃の範
囲の測定温度を設定し、相対湿度を一定の65％とし、素
子の抵抗変化を LCRメーターにより測定することにより
行われた。

その測定結果は第２図に示されており、この結果から抵
抗変化率は２〜３％ときわめてすぐれていることが分
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る温度センサの一態様の断面図で
ある。また、第２図は、実施例の温度センサを用いた温
度変化に対する素子抵抗変化を示すグラフである。 （符号の説明） １……セル ２……透湿性フィルム ３，７……分離されたセルの室 ６……プラズマ重合フィルム感湿膜 ８……水

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透湿性フィルムによって分離されたセルの
   一方の室にはハロゲン化アルキルで表面処理された含窒
   素有機けい素化合物プラズマ重合フィルムを感湿膜とす
   る感湿素子を、また他方の室には水をそれぞれ封入せし
   めた温度センサ。
2. 【請求項２】ハロゲン化アルキルで表面処理された含窒
   素有機けい素化合物プラズマ重合フィルム感湿膜が絶縁
   性基板上に形成された導電性くし形電極の表面を覆うよ
   うに形成されている特許請求の範囲第１項記載の温度セ
   ンサ。