(57)【要約】【課題】小型化及び低コスト化を図ることができると共に、高い検出感度で精度良く液滴に関する物性を検出すること。【解決手段】支持基板２と、支持基板の主面２ａ側に配設された撥水体３と、支持基板と撥水体との間に形成された検出電極４を有する検出部とを備え、撥水体には、その表面に付着した液滴Ｗを検出電極に向けて滑落させ、検出電極に液滴を誘導する誘導面１１が形成されている液滴センサ１を提供する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板の主面側に配設された撥水体と、
前記支持基板と前記撥水体との間に形成された検出電極を有する検出部と、を備え、
前記撥水体には、その表面に付着した液滴を前記検出電極に向けて滑落させ、前記検出電極に液滴を誘導する誘導面が形成されている、液滴センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の液滴センサにおいて
前記撥水体は、前記主面上に形成されると共に、液滴を収容する収容孔を有し、
前記検出電極は、前記収容孔の内側に露出した状態で形成され、
前記誘導面は、前記収容孔に向けて傾斜すると共に、前記撥水体の表面に付着した液滴を前記収容孔に向けて滑落させて、前記収容孔内に液滴を誘導する、液滴センサ。
【請求項３】
請求項２に記載の液滴センサにおいて、
前記収容孔は、前記主面の面内方向に規則的に並んだ状態で複数形成されている、液滴センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の液滴センサにおいて、
前記撥水体は、一方向に延びるロッド状に形成されると共に、その一端部が前記検出電極に対して対向し、且つその他端部が前記一端部よりも前記支持基板から前記支持基板の厚さ方向に離れるように配設されている、液滴センサ。
【請求項５】
請求項４に記載の液滴センサにおいて、
前記撥水体は、前記主面に対して垂直な方向に沿って配設されている、液滴センサ。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の液滴センサにおいて、
前記撥水体は、前記他端部から前記一端部に向かうにしたがって、その直径が縮径するように形成されている、液滴センサ。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の液滴センサにおいて、
前記撥水体は、少なくともその表面が、フラクタル構造を有している、液滴センサ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の液滴センサにおいて、
前記撥水体には、複数のセルロースが結合したセルロースナノファイバーが含まれている、液滴センサ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の液滴センサにおいて、
前記検出部は、前記支持基板の前記主面に形成され、前記検出電極に電気接続された一対の接続電極を備え、前記一対の接続電極を介して前記検出電極の抵抗値を検出する、液滴センサ。
【請求項１０】
請求項１から８のいずれか１項に記載の液滴センサにおいて、
前記検出電極は、相互に噛み合うように配置された一対の櫛歯電極を有し、
前記検出部は、前記支持基板の前記主面に形成され、前記櫛歯電極にそれぞれ電気接続された一対の接続電極を備え、前記一対の接続電極を介して前記櫛歯電極間の静電容量を検出する、液滴センサ。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれか１項に記載の液滴センサにおいて、
前記支持基板は、電圧印加によって所定の共振周波数で厚み滑り振動する圧電基板とされ、
前記検出部は、前記支持基板のうち前記主面と対向する対向面に形成されると共に、前記支持基板を挟んで前記検出電極に対向するように配置された対向電極を備え、前記検出電極と前記対向電極との間の電圧印加によって前記圧電基板を振動させ、前記圧電基板の共振特性の変化を検出する、液滴センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液滴に関する物性を検出する液滴センサとして、例えば湿度センサが広く知られている。
例えば、下記特許文献１には、一対の電極によって構成されるコンデンサの静電容量変化に基づいて湿度を検出する静電容量型の湿度センサが開示されている。この湿度センサは、湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜を備えている。すなわち、感湿膜は該感湿膜に吸湿した水分量に応じて比誘電率が変化する。これにより、感湿膜に吸湿した水分量に応じて変化する感湿膜の比誘電率を静電容量変化として検出することで、湿度を検出している。
【０００３】
また、下記特許文献２には、一対の電極間に形成された感湿膜の電気抵抗変化に基づいて湿度を検出する抵抗変化型の湿度センサが開示されている。感湿膜は、該感湿膜に吸湿した水分量に応じて電気抵抗値が変化する、これにより、感湿膜に吸湿した水分量に応じて変化する感湿膜の電気抵抗値を検出することで、湿度を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３００７２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２７４５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の湿度センサでは、検出方式に違いはあるものの、いずれも感湿膜を具備することが必要とされている。特に、検出感度を向上させるためには、例えば特許文献２に記載されているように感湿膜を親水化処理する等して、感湿膜自体の感度を高める工夫が必要とされる。そのため、コスト高を招き易いものであった。
また、検出精度を高めるためには、感湿膜の面積を広く確保して、該感湿膜に所定の水分量を吸湿させる必要がある。そのため、感湿膜の平面サイズを小さくすることが難しく、湿度センサ自体をさらに小型化することが難しい。
【０００６】
さらに、感湿膜のどの位置に水分が吸湿されているのかが把握できないので、一対の電極と水分の吸湿位置との相対位置関係が、その都度変化してしまう。そのため、実際に感湿膜に吸湿した水分量が、湿度検出にどの程度貢献しているのかということを正確に把握することが難しく、検出精度の信頼性に改善の余地がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、小型化及び低コスト化を図ることができると共に、高い検出感度で精度良く液滴に関する物性を検出することができる液滴センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）本発明に係る液滴センサは、支持基板と、前記支持基板の主面側に配設された撥水体と、前記支持基板と前記撥水体との間に形成された検出電極を有する検出部と、を備え、前記撥水体には、その表面に付着した液滴を前記検出電極に向けて滑落させ、前記検出電極に液滴を誘導する誘導面が形成されている。
【０００９】
本発明に係る液滴センサによれば、撥水体に誘導面が形成されているので、撥水体の表面に付着した液滴を、検出電極に向けて誘導面の表面上を滑落、すなわち滑り落ちるように移動させて検出電極に誘導することができる。これにより、検出電極に液滴を集めることができ、集められた液滴に基づいて、例えば液滴の量や液滴の粘度等、液滴に関する各種物性を検出することができる。
【００１０】
特に、誘導面を利用して検出電極に液滴を集めることができるので、検出感度を高めることができる。また、誘導面を利用して予め決まった位置に液滴を集めることができるので、液滴の定量性を確保し易く、集めた液滴を物性検出に貢献させることができる。そのため、高い精度の検出を行うことができる。また、広い面積の確保が必要とされていた従来の感湿膜が不要であるので、小型化及び低コスト化を図り易い。
【００１１】
（２）前記撥水体は、前記主面上に形成されると共に、液滴を収容する収容孔を有し、前記検出電極は、前記収容孔の内側に露出した状態で形成され、前記誘導面は、前記収容孔に向けて傾斜すると共に、前記撥水体の表面に付着した液滴を前記収容孔に向けて滑落させて、前記収容孔内に液滴を誘導しても良い。
【００１２】
この場合には、撥水体の表面に付着した液滴を、誘導面の傾斜を利用して収容孔に向けて滑り落ちるように移動（滑落）させることができ、収容孔内に液滴を集めて収容することができる。収容孔の内側には検出電極が露出しているので、誘導面の傾斜を利用して収容孔内に液滴を誘導することで、液滴を検出電極に誘導することができる。これにより、収容孔内に集められた液滴に基づいて液滴に関する各種物性を検出することができる。
特に、予め決められたサイズの収容孔内に液滴を集めることができるので、より一層液滴の定量性を確保することができ、高精度な検出を行い易い。
【００１３】
（３）前記収容孔は、前記主面の面内方向に規則的に並んだ状態で複数形成されても良い。
【００１４】
この場合には、収容孔が複数形成されているので、撥水体の表面に付着した液滴を、その付着位置に近い収容孔内に誘導面を利用して収容させることができる。そのため、反応性良く検出を行うことができる。また、複数の収容孔が規則的に並んでいるので、液滴の定量性を確保し易い。
【００１５】
（４）前記撥水体は、一方向に延びるロッド状に形成されると共に、その一端部が前記検出電極に対して対向し、且つその他端部が前記一端部よりも前記支持基板から前記支持基板の厚さ方向に離れるように配設されても良い。
【００１６】
この場合には、撥水体の表面に付着した液滴を、液滴の自重を利用して、撥水体の他端部から一端部に向けて誘導面の表面上を滑り落ちるように移動させることができる。撥水体の一端部は検出電極に対して対向しているので、自重を利用して撥水体の一端部まで液滴を移動させることで液滴を検出電極に向けて誘導することができる。そして、一端部から検出電極側に液滴を自重によってさらに移動させることができ、検出電極に液滴を集めることができる。これにより、集められた液滴に基づいて液滴に関する各種物性を検出することができる。
特に、自重を有効に利用して液滴を誘導面上で移動させ易くなるので、検出電極に効率良く液滴を集めることができ、検出感度を高め易い。
【００１７】
（５）前記撥水体は、前記主面に対して垂直な方向に沿って配設されても良い。
【００１８】
この場合には、撥水体の表面に付着した液滴を、液滴の自重をさらに有効に利用して、撥水体の他端部から一端部に向けて誘導面の表面上を滑り落ちるように効率良く移動させることができる。従って、検出電極にさらに効率良く液滴を集め易く、検出感度をより一層高め易い。
【００１９】
（６）前記撥水体は、前記他端部から前記一端部に向かうにしたがって、その直径が縮径するように形成されても良い。
【００２０】
この場合には、撥水体の表面に付着した液体を、徐々に集めながら撥水体の一端部に移動させることができる。これにより、凝集した液滴を、撥水体の一端部から検出電極側に移動させることができ、検出電極の決まった位置に液滴を集めることができる。従って、より一層液滴の定量性を確保することができ、高精度な検出を行い易い。
【００２１】
（７）前記撥水体は、少なくともその表面が、フラクタル構造を有しても良い。
【００２２】
この場合には、撥水体の少なくとも表面が、フラクタル構造を有しているので、フラクタル構造が有する撥水性によって、誘導面に高い撥水性を発揮させることができる。
【００２３】
（８）前記撥水体には、複数のセルロースが結合したセルロースナノファイバーが含まれても良い。
【００２４】
この場合には、鋼鉄に比べて１／５程度軽量でありながら５倍以上の強度を有するセルロースナノファイバーを利用するので、軽量化を図りながら、高い機械的強度を有する撥水体とすることができ、例えば耐衝撃性等を高めることもできる。しかもセルロースナノファイバーは、熱収縮率が低く、例えばガラスの１／５０程度であるので、撥水体の形状精度を向上させることができ、収容孔を高精度に形成できる。さらにセルロースナノファイバーは、植物に由来するので、例えば炭素繊維、ガラス繊維やアラミド繊維等に比べて環境負荷が小さい。従って、環境負荷軽減に貢献することができるうえ、資源の再利用にも貢献することができる。
【００２５】
（９）前記検出部は、前記支持基板の前記主面に形成され、前記検出電極に電気接続された一対の接続電極を備え、前記一対の接続電極を介して前記検出電極の抵抗値を検出しても良い。
【００２６】
この場合には、液滴との接触によって検出電極の抵抗値が変化する。これにより、検出電極の抵抗値変化に基づいて例えば液滴の量を検出することができる。従って、湿度の検出にとくに有効な液滴センサとすることができる。
【００２７】
（１０）前記検出電極は、相互に噛み合うように配置された一対の櫛歯電極を有し、前記検出部は、前記支持基板の前記主面に形成され、前記櫛歯電極にそれぞれ電気接続された一対の接続電極を備え、前記一対の接続電極を介して前記櫛歯電極間の静電容量を検出しても良い。
【００２８】
この場合には、液滴の有無によって櫛歯電極間の誘電率が変化するので、液滴との接触によって櫛歯電極間の静電容量が変化する。これにより、櫛歯電極間の静電容量変化に基づいて例えば液滴の量を検出することができる。従って、湿度の検出に特に有効な液滴センサとすることができる。
【００２９】
（１１）前記支持基板は、電圧印加によって所定の共振周波数で厚み滑り振動する圧電基板とされ、前記検出部は、前記支持基板のうち前記主面と対向する対向面に形成されると共に、前記支持基板を挟んで前記検出電極に対向するように配置された対向電極を備え、前記検出電極と前記対向電極との間の電圧印加によって前記圧電基板を振動させ、前記圧電基板の共振特性の変化を検出しても良い。
【００３０】
この場合には、液滴との接触によって圧電基板の共振特性（例えば振動振幅や共振周波数等）が変化する。これにより、圧電基板の共振特性の変化に基づいて、例えば液滴の量、或いは液滴の粘性等を検出することができる。従って、液滴の粘性の検出（例えば、インクの粘性検出等）にとくに有効な液滴センサとすることができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、小型化及び低コスト化を図ることができると共に、高い検出感度で精度良く液滴に関する各種物性を検出することができる液滴センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る液滴センサの第１実施形態を示す平面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線に沿った液滴センサの縦断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線に沿った液滴センサの縦断面図である。
【図４】撥水体の表面に付着した液滴の接触角を説明する模式図である。
【図５】撥水体の誘導面を滑落する際の液滴の滑落角を説明する模式図である。
【図６】図３に示す状態から、液滴が誘導面上を収容孔に向けて滑落している状態を示す縦断面図である。
【図７】図６に示す状態から、液滴が収容孔内に集まっている状態を示す縦断面図である。
【図８】図７に示す状態から液滴が収容孔内に収容された状態を示す縦断面図である。
【図９】本発明に係る液滴センサの第２実施形態を示す平面図である。
【図１０】本発明に係る液滴センサの第３実施形態を示す平面図である。
【図１１】図１０に示すＣ−Ｃ線に沿った液滴センサの縦断面図である。
【図１２】図１０に示すＤ−Ｄ線に沿った液滴センサの縦断面図である。
【図１３】図１１に示す液滴センサにおける撥水体を製造する際の一工程を示す図であって、支持基板上に櫛歯電極を形成した状態を示す縦断面図である。
【図１４】図１３に示す状態から、成形シートを櫛歯電極上にセットした状態を示す縦断面図である。
【図１５】図１４に示す状態から、成形シートを間に挟んだ状態で支持基板に対して成形型を配置した状態を示す縦断面図である。
【図１６】図１５に示す状態から、成形体を利用して成形シートを成形した状態を示す縦断面図である。
【図１７】本発明に係る液滴センサの第４実施形態を示す平面図である。
【図１８】図１７に示すＥ−Ｅ線に沿った液滴センサの縦断面図である。
【図１９】本発明に係る液滴センサの第５実施形態を示す平面図である。
【図２０】図１９に示すＦ−Ｆ線に沿った液滴センサの縦断面図である。
【図２１】図２０に示す撥水体の拡大斜視図である。
【図２２】図２１に示すＧ部分の拡大断面図である。
【図２３】第５実施形態の液滴センサの変形例を示す縦断面図である。
【図２４】第５実施形態の液滴センサの撥水体の変形例を示す拡大側面図である。
【図２５】第５実施形態の液滴センサの別の変形例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る液滴センサの第１実施形態について図面を参照して説明する。
なお、各図面では、図面を見易くして発明の理解を助けるために、各構成部品の縮尺を適宜変更している。
【００３４】
図１から図３に示すように、本実施形態の液滴センサ１は、厚さ方向に互いに対向する第１主面（主面）２ａ及び第２主面（対向面）２ｂを有する支持基板２と、支持基板２の第１主面２ａ側に配設された撥水体３と、支持基板２と撥水体３との間に形成された検出電極４を有する検出部５と、を備えている。
【００３５】
本実施形態では、支持基板２の厚さ方向に沿った第１主面２ａ側を上方、その反対方向を下方という。また、支持基板２の面内に沿う方向のうち一方向を第１方向Ｌ１といい、第１方向Ｌ１に直交する方向を第２方向Ｌ２という。
【００３６】
支持基板２は、例えばシリコン基板の半導体基板とされ、第１主面２ａ上には酸化膜等の絶縁膜６が被膜されている。ただし、支持基板２としては、半導体基板に限定されるものではなく、例えばガラス基板、樹脂基板、セラミック基板等であっても構わない。また、電気絶縁性を有する支持基板２とした場合には、上述した絶縁膜６は不要である。
【００３７】
図示の例では、支持基板２は第１方向Ｌ１よりも第２方向Ｌ２に短い平面視長方形状に形成されている。ただし、支持基板２の形状は、この場合に限定されるものではなく、例えば平面視正方形状や平面視円形状等に形成されていても構わない。
【００３８】
撥水体３は、絶縁膜６を介して支持基板２の第１主面２ａ上に設けられている。図示の例では、撥水体３は支持基板２の中央部分に配置され、支持基板２と同様に第１方向Ｌ１よりも第２方向Ｌ２に短い平面視長方形状に形成されている。
ただし、撥水体３の形状は、この場合に限定されるものではなく、例えば平面視正方形状や平面視円形状等に形成されていても構わない。
【００３９】
撥水体３は、支持基板２よりも薄く形成されており、その中央部分には液滴Ｗを収容する収容孔１０が形成されている。
収容孔１０は、撥水体３を厚さ方向に貫通するように形成されていると共に、第１方向Ｌ１に沿って延びたスリット状に形成されている。なお、収容孔１０を画成する内壁面１０ａは、上方から下方に向かうにしたがって収容孔１０の中心に向けて傾斜した傾斜面とされている。ただし、収容孔１０の内壁面１０ａは傾斜面である必要はなく、例えば支持基板２の第１主面２ａに対して垂直な垂直面とされていても構わない。
【００４０】
さらに撥水体３には、その表面に付着した液滴Ｗを検出電極４に向けて滑落させ、検出電極４に液滴Ｗを誘導する誘導面１１が形成されている。
具体的には、誘導面１１は、撥水体３の表面に、収容孔１０に向けて傾斜すると共に該収容孔１０の周囲を囲むように形成されている。これにより誘導面１１は、傾斜を利用して撥水体３の表面に付着した液滴Ｗを収容孔１０に向けて滑落させて、収容孔１０内に向けて液滴Ｗを誘導することで、検出電極４に液滴を誘導することが可能とされている。
【００４１】
上述のように構成された撥水体３は、例えば高分子材料である合成樹脂中にナノファイバーが含まれた混合樹脂１５によって成形されている。本実施形態では、ナノファイバーは複数のセルロールが結合したセルロースナノファイバー１６とされている。
【００４２】
また、撥水体３は、少なくともその表面がフラクタル構造を有している。従来より、はすの葉など、フラクタル構造が撥水性を備えている点が知られているが、本実施形態では、撥水体３の少なくとも表面がフラクタル構造を有していることで、撥水体３の撥水性をより高めることが可能になり、液滴Ｗをより確実に収容孔１０に向けて滑落させることが可能になる。
なお、本実施形態では、ＦＩＢ加工によって微細構造を形成した成形型を使用したナノインプリント技術によって、撥水体３の少なくとも表面にフラクタル構造を形成している。この加工によれば、簡易にフラクタル構造を得る事ができるので、製造コストの低減を図る事が可能になる。
また、撥水体３の材料はセルロースナノファイバー１６に限られるものではなく、例えばセルロースナノファイバー１６以外のナノファイバー材料、ナノカーボン材料又はその他の樹脂材料等であっても良い。
【００４３】
セルロースナノファイバー１６について補足する。
一般的に木材、藁、綿、竹、水草、海藻等の植物は、天然高分子であるセルロースを主成分とした細胞壁で成り立っている。そして、複数のセルロースが結合してセルロースナノファイバー１６を構成し、これらセルロースナノファイバー１６が結合することで長さが数十μｍ〜数ｍｍのセルロース繊維を構成し、さらにこれらセルロース繊維が結合することで各植物の器管等を構成している。
【００４４】
セルロースナノファイバー１６は、セルロース繊維を切断、溶融等を行わずに、解繊処理する（解きほぐす）ことで得られることが知られており、その太さ（幅）は例えば数ｎｍ〜数百ｎｍとされ、その長さは例えば数百ｎｍ〜数μｍとされた、ナノレベルの極小ファイバーである。なお、解繊処理としては機械的或いは化学的に解繊処理することが知られている。
【００４５】
また、撥水体３の表面には、フラクタル構造としての微小な凹凸が形成されており、これにより図４に示すように撥水体３の表面と液滴Ｗの接線とのなす角度（より詳細には、液滴Ｗと撥水体３の表面との界面に作用する表面張力Ｆ１と、液滴Ｗと空気との界面に作用する表面張力Ｆ２とのなす角度）である接触角θが９０度以上となるように設定されている。このことによって、撥水体３は高い撥水性を具備している。
【００４６】
さらに上記誘導面１１は、液滴Ｗが該誘導面１１に沿って滑落する滑落角α（すなわち転落角）で傾斜している。滑落角αとは、図５に示すように、液滴Ｗが滑落していく方向側の接触角θを前進側接触角θ１、その反対側の接触角θを後退側接触角θ２としたときに、前進側接触角θ１が後退側接触角θ２よりも大きくなる傾斜角度である。なお、前進側接触角θ１及び後退側接触角θ２は、液滴Ｗが移動している状態における接触角であり、いわゆる動的接触角に相当する。
【００４７】
撥水体３の成型方法としては、特に限定されるものではないが、例えば上記混合樹脂１５を第１主面２ａ上に塗布した後、ＦＩＢ加工によって微細構造を実現した成形型の押し付けによって成形しても構わない（ナノインプリント）。或いは、成形型を利用せずに、例えば３Ｄプリント技術を応用して混合樹脂１５を第１主面２ａ上に直接３次元的に成形することも可能である。すなわち、本実施形態では、プリント技術によって、撥水体３における所望の領域の表面にフラクタル構造を形成している。これによれば、簡易かつ低コストでフラクタル構造を得ることが出来る。
【００４８】
図１から図３に示すように、検出電極４は収容孔１０の内側に露出した状態で第１主面２ａと撥水体３との間に形成されている。図示の例では、検出電極４は収容孔１０の形状に対応して、第１方向Ｌ１に沿って延びた帯状に形成されている。
【００４９】
検出部５は、支持基板２の第１主面２ａ上に形成され、検出電極４に電気接続された一対の接続電極２０と、一対の接続電極２０を介して検出電極４の抵抗値を検出する検出部本体２１と、をさらに備えている。
【００５０】
一対の接続電極２０は、第１方向Ｌ１に間隔をあけて配置されると共に第２方向Ｌ２に沿って延びるように形成されている。一対の接続電極２０の一端部は、検出電極４の両端部に対してそれぞれ接続されている。また、一対の接続電極２０の他端部には、外部接続端子２２が形成されている。検出部本体２１は、外部接続端子２２を介して一対の接続電極２０に電気接続されている。
【００５１】
（液滴センサの作用）
上述のように構成された液滴センサ１によって、撥水体３に付着した液滴Ｗの量（すなわち、液滴Ｗに関する物性）を検出する場合について説明する。
本実施形態の液滴センサ１によれば、撥水体３に誘導面１１が形成されているので、撥水体３の表面に付着した液滴Ｗを、検出電極４に向けて誘導面１１の表面上を滑落させて検出電極４に誘導することができる。
具体的には、図６に示すように撥水体３の表面に付着した液滴Ｗを、誘導面１１の傾斜を利用して収容孔１０に向けて滑落、すなわち滑り落ちるように移動させることができる。これにより、図７に示すように収容孔１０内に液滴Ｗを集めることができ、最終的には図８に示すように液滴Ｗを収容孔１０内に収容することができる。特に、撥水体３の少なくとも表面はフラクタル構造を有しているので、顕著な撥水効果を期待できる。
【００５２】
収容孔１０内の内側には、検出電極４が露出した状態で形成されているので、収容孔１０内に集められた液滴Ｗは検出電極４に接触する。これにより、集められた液滴Ｗに基づいて液滴Ｗの量を検出することができる。具体的には、収容孔１０内に液滴Ｗが収容されたときに、液滴Ｗとの接触によって検出電極４の抵抗値が変化する。このとき、検出電極４は、液滴Ｗの量に対応して抵抗値が変化する。従って、検出部本体２１によって検出電極４の抵抗値変化を検出することができ、この抵抗値変化に基づいて液滴Ｗの量を検出することができる。その結果、空気中の水分量を把握することができ、湿度を検出することができる。
【００５３】
特に、検出電極４が内側に露出した収容孔１０内に、誘導面１１を利用して液滴Ｗを集めることができるので、検出感度を高めることができる。また、予め決められたサイズの収容孔１０内に液滴Ｗを集めるので、液滴Ｗの定量性を確保できると共に、収容孔１０内に集めた液滴Ｗの物性検出、すなわち湿度検出に貢献させることができる。そのため、高精度に湿度の検出を行える。
さらに、広い面積の確保が必要とされていた従来の感湿膜が不要であるので、小型化及び低コスト化を図り易い。
【００５４】
さらに、セルロースナノファイバー１６による補強材効果を利用できるので、撥水体３に各種の機械的特性を安定的且つ均等に付与することができる。従って、例えば誘導面１１に高い撥水性や耐腐食性を発揮させることができ、長期に亘って安定した検出を行うことができる高品質な液滴センサ１とすることができる。
しかも、鋼鉄に比べて１／５程度軽量でありながら５倍以上の強度を有するセルロースナノファイバー１６を利用するので、軽量化を図りながら、高い機械的強度を有する撥水体３とすることができ、例えば耐衝撃性等も高めることができる。加えてセルロースナノファイバー１６は、熱収縮率が低く、例えばガラスの１／５０程度であるので、撥水体３の形状精度を向上させることができ、収容孔１０を高精度に形成できる。
【００５５】
さらにセルロースナノファイバー１６は、植物に由来するので、例えば炭素繊維、ガラス繊維やアラミド繊維等に比べて環境負荷が小さい。従って、環境負荷軽減に貢献することができるうえ、資源の再利用にも貢献することができる。
【００５６】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る液滴センサの第２実施形態について図面を参照して説明する。
なお、第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００５７】
図９に示すように、本実施形態の液滴センサ３０は、収容孔１０が３つ形成され、第２方向Ｌ２に一定の間隔をあけて規則的に並んでいる。なお、収容孔１０の数は３つに限定されるものではなく、２つでも構わないし、４つ以上形成されていても構わない。
誘導面１１は、各収容孔１０の周囲をそれぞれ囲むように形成され、各収容孔１０に向けて液滴Ｗを滑落によって誘導することが可能とされている。
検出電極４は、収容孔１０に対応して３つ形成され、各収容孔１０の内側に露出するように撥水体３と支持基板２との間に形成されている。一対の接続電極２０は、各検出電極４に接続されている。
【００５８】
なお、収容孔１０が形成された撥水体３、検出電極４及び一対の接続電極２０は、センサ部３１を構成する。本実施形態の液滴センサ３０は、支持基板２の第１主面２ａに、センサ部３１と同様に構成されたレファレンス用センサ部３２をさらに備えている。
【００５９】
レファレンス用センサ部３２は、センサ部３１に対して第１方向Ｌ１に間隔をあけて並ぶように配置されている。ただし、センサ部３１とレファレンス用センサ部３２との位置関係は、この場合に限定されるものではなく、適宜変更して構わない。
レファレンス用センサ部３２は、上述したようにセンサ部３１と同様に構成されているため、センサ部３１と同一の構成部品には、同一の符号を付している。つまり、レファレンス用センサ部３２は、３つの収容孔１０が形成された撥水体３、３つの検出電極４及び一対の接続電極２０を具備している。
【００６０】
それに加え、レファレンス用センサ部３２は、各収容孔１０の内側を加熱する加熱部を備えている。図示の例では、加熱部として、絶縁膜６と検出電極４との間に通電によって発熱する加熱シート３３を採用している。
加熱シート３３は、例えば平面視で撥水体３よりも一回り小さい長方形状に形成され、３つの収容孔１０の内側を同時に加熱することが可能とされている。なお、加熱シート３３と検出電極４との間は電気的に絶縁されている。
なお、加熱部としては、上述した加熱シート３３に限定されるものではなく、例えばヒータ等の公知の加熱機構を採用しても構わない。
【００６１】
レファレンス用センサ部３２は、加熱シート３３を備えているので、収容孔１０内に集められた液滴Ｗを加熱によって蒸発させ、収容孔１０から液滴Ｗを除去することが可能とされている。
本実施形態の検出部本体２１は、センサ部３１における検出電極４の抵抗値を検出することができることに加え、センサ部３１における検出電極４の抵抗値と、レファレンス用センサ部３２における検出電極４の抵抗値との差分を検出することも可能とされている。
【００６２】
（液滴センサの作用）
上述のように構成された液滴センサ３０によれば、例えばレファレンス用センサ部３２を利用した検出と、レファレンス用センサ部３２を利用しない検出と、を行うことができる。
【００６３】
レファレンス用センサ部３２を利用しない場合には、第１実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。それに加え、収容孔１０が複数（３つ）形成されているので、撥水体３の表面に付着した液滴Ｗを、その付着位置に近い収容孔１０内に誘導面１１を利用して収容させることができる。そのため、反応性良く、湿度検出を行える。また、複数の収容孔１０が規則的に並んでいるので、液滴Ｗの定量性を確保し易い。
【００６４】
また、レファレンス用センサ部３２を利用する場合には、加熱シート３３によってレファレンス用センサ部３２における収容孔１０内に収容された液滴Ｗを蒸発させて、液滴Ｗを除去することができる。そのため、検出部本体２１は、センサ部３１における検出電極４の抵抗値、すなわち液滴Ｗによって変化した抵抗値と、レファレンス用センサ部３２における検出電極４の抵抗値、すなわち液滴Ｗに影響されない抵抗値と、の差分を検出することができる。これにより、さらに高精度に液滴Ｗの量を検出することができ、湿度の検出精度を向上させることができる。
【００６５】
（第３実施形態）
次に、本発明に係る液滴センサの第３実施形態について図面を参照して説明する。
なお、第３実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００６６】
図１０及び図１１に示すように、本実施形態の液滴センサ４０は、第１実施形態よりも厚みの薄いシート状に形成された撥水体４１を備えている。図示の例では、撥水体４１は第１方向Ｌ１よりも第２方向Ｌ２に長い平面視長方形状に形成されている。ただし、撥水体４１の形状は、この場合に限定されるものではなく、例えば平面視正方形状や平面視円形状であっても構わない。
なお、本実施形態の支持基板２は、撥水体４１の形状に対応して、第１方向Ｌ１よりも第２方向Ｌ２に長い平面視長方形形状に形成されている。
【００６７】
撥水体４１は、第１実施形態と同様に、合成樹脂中にセルロースナノファイバー１６が含まれた混合樹脂１５によって成形されている。そして、本実施形態では、収容孔１０が複数形成され、第１方向Ｌ１及び第２方向Ｌ２のそれぞれに一定の間隔をあけて配置されている。具体的には、収容孔１０は、第１方向Ｌ１に４つ並び、この４つ並んだ列が第２方向Ｌ２に９列並ぶように複数形成されている。
ただし、収容孔１０の数及び配置は、この場合に限定されるものではなく、自由に設定して構わない。
【００６８】
図１２に示すように、各収容孔１０を画成する内壁面１０ａは、第１実施形態と同様に上方から下方に向かうにしたがって収容孔１０の中心に向けて傾斜した傾斜面とされている。また、本実施形態においても、各収容孔１０を周囲から囲むように誘導面１１が各収容孔１０に対応して形成されている。
ただし、図面を見易くするために、図１２以外の各図面では誘導面１１の図示を省略していると共に、収容孔１０の図示を簡略化している。
【００６９】
図１０に示すように、本実施形態の検出電極４は、一対の接続電極２０に電気接続された一対の櫛歯電極４２、４３を備えている。一対の櫛歯電極４２、４３は、第１主面２ａと撥水体４１との間に形成されている。
一方の櫛歯電極４２は、一方の接続電極２０から他方の接続電極２０に向かって第１方向Ｌ１に沿って延びるように形成されていると共に、第２方向Ｌ２に一定の間隔をあけて複数形成されている。図示の例では、一方の櫛歯電極４２は５つ形成されている。
他方の櫛歯電極４３は、他方の接続電極２０から一方の接続電極２０に向かって第１方向Ｌ１に沿って延びるように形成されていると共に、第２方向Ｌ２に一定の間隔をあけて複数形成されている。図示の例では、他方の櫛歯電極４３は５つ形成されている。
なお、一対の櫛歯電極４２、４３の数は５つに限定されるものではない。
【００７０】
検出部本体２１は、一対の接続電極２０を介して櫛歯電極４２、４３間の静電容量を検出する。
なお、上述した複数の収容孔１０は、平面視で一対の櫛歯電極４２、４３間に配置されるように形成されている。このとき一対の櫛歯電極４２、４３は、その一部分が収容孔１０の内側に露出している。
【００７１】
（液滴センサの作用）
上述のように構成された本実施形態の液滴センサ４０によれば、第１実施形態と検出方式が異なるだけで、同様の作用効果を奏功することができる。
すなわち、図１２に示すように撥水体４１の表面に付着した液滴Ｗを、誘導面１１の傾斜を利用して収容孔１０に向けて滑落させることができ、収容孔１０内に液滴Ｗを集めて収容することができる。一対の櫛歯電極４２、４３間の誘電率は液滴Ｗの有無によって変化するので、収容孔１０内に液滴Ｗが収容されて一対の櫛歯電極４２、４３間に液滴Ｗが存在することで、櫛歯電極４２、４３間の静電容量が変化する。このとき、液滴Ｗの量に対応して静電容量が変化する。
従って、検出部本体２１によって検出された静電容量変化に基づいて液滴Ｗの量を検出することができる。その結果、湿度を検出することができる。
【００７２】
また、本実施形態の液滴センサ４０は、第２実施形態と同様に、収容孔１０が複数形成されているので、撥水体４１の表面に付着した液滴Ｗを、その付着位置に近い収容孔１０内に誘導面１１を利用して収容させることができる。従って、反応性良く、湿度検出を行えると共に、液滴Ｗの定量性を確保し易い。
【００７３】
なお、第１実施形態で説明したように、撥水体４１の成型方法は各種の方法を採用することができるが、例えば成形型を利用して成形する場合について簡単に説明する。
この場合には、図１３に示すように、支持基板２の第１主面２ａに形成された絶縁膜６上に一対の櫛歯電極４２、４３を有する検出電極４、及び一対の接続電極２０を形成した後、図１４に示すようにセルロースナノファイバー１６を混合させた混合樹脂１５から形成され、可撓性を有する成形シート４５を載置する。この際、一対の櫛歯電極４２、４３、及び一対の接続電極２０のうち外部接続端子２２を除く部分を覆うように成形シート４５をセットする。
【００７４】
次いで、図１５に示すように、成形シート４５を間に挟んだ状態で支持基板２に対して成形型４６を重ね合わせる。なお、成形型４６の成形面には、収容孔１０の形状に対応した成形凸部４７が、収容孔１０の数及び位置に対応するように複数形成されている。
更に、成形型４６の成形面には、誘導面１１に対応して傾斜した成形傾斜面が形成されている。なお、図１５では、図面を見易くするために成形傾斜面の図示を省略している。
なお、上述した成形凸部４７や成形傾斜面は、例えばＦＩＢ加工或いはマスクを利用したレーザ加工等によって成形面に対して高精度に形成することが可能である。
【００７５】
次いで、図１６に示すように、支持基板２と成形型４６とを所定の圧力で重ね合わせる。これにより、成形凸部４７を利用して収容孔１０を成形することができると共に、成形傾斜面を利用して誘導面１１を成形することができる。その後、成形シート４５が例えば固化した後、支持基板２から成形型４６を離型させることで、図１１に示す撥水体４１を製造することができる。
なお、形状を転写する場合、熱加塑性材料に転写する熱転写方式と、紫外線硬化樹脂に転写するＵＶ転写方式とが知られているが、本実施形態では、いずれの転写方式を採用しても良い。これらの転写方式であれば、例えば収容孔１０、誘導面１１、撥水体４１等を形状精度よく形成することができる。
【００７６】
（第４実施形態）
次に、本発明に係る液滴センサの第４実施形態について図面を参照して説明する。
なお、第４実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００７７】
第１実施形態では液滴Ｗに関する物性として液滴Ｗの量を検出することで湿度検出を行う場合を説明したが、本実施形態では液滴Ｗに関する物性として、さらに液滴Ｗの粘性を検出することが可能とされている。
【００７８】
図１７及び図１８に示すように、本実施形態の液滴センサ５０は、厚さ方向に互いに対向する第１主面（主面）５１ａ及び第２主面（対向面）５１ｂを有し、電圧印加によって所定の共振周波数で厚み滑り振動する圧電基板（支持基板）５１と、撥水体３と、検出電極５２、対向電極５３及び検出部本体５４を有する検出部５５と、を備えている。
【００７９】
圧電基板５１は、例えばＡＴカット水晶板であり、図示の例では第１実施形態と同様に第１方向Ｌ１よりも第２方向Ｌ２に短い平面視長方形状に形成されている。
検出電極５２は、圧電基板５１の第１主面５１ａの中央部分に形成されている。図示の例では、検出電極５２は平面視円形状に形成されている。ただし、検出電極５２の形状は、この場合に限定されるものではなく、例えば平面視長方形状や平面視正方形状に形成されていても構わない。
対向電極５３は、検出電極５２と対向するように圧電基板５１の第２主面５１ｂの中央部分に形成されると共に平面視円形状に形成されている。
【００８０】
また、圧電基板５１の第１主面５１ａには、検出電極５２に電気接続される接続電極５６が形成され、圧電基板５１の第２主面５１ｂには、対向電極５３に電気接続される接続電極５７が形成されている。これら接続電極５６、５７の端部には、外部接続端子５８がそれぞれ形成されている。
【００８１】
上述した圧電基板５１は、外部接続端子５８を介して検出電極５２と対向電極５３との間に所定の電圧が印加されることで、圧電基板５１の面内方向に所定の共振周波数で厚み滑り振動する。検出部本体５４は、圧電基板５１の共振特性、例えば振動振幅や共振周波数を検出することが可能とされている。
【００８２】
本実施形態の撥水体３は、圧電基板５１の第１主面５１ａ側及び第２主面５１ｂ側にそれぞれ設けられている。このとき、第１主面５１ａ側に設けられた撥水体３と、第２主面５１ｂ側に設けられた撥水体３とは、同サイズ、同形状とされていると共に、互いに対向し合う位置に形成されている。これにより、バランス良く圧電基板５１を厚み滑り振動させることが可能とされている。
【００８３】
第１主面５１ａ側に設けられた撥水体３について説明する。
撥水体３は、検出電極５２の形状に対応して平面視円形状に形成され、検出電極５２上に設けられている。収容孔１０は、撥水体３の中央部分に形成されている。これにより、検出電極５２の中央部分は、収容孔１０の内側に露出している。
なお、本実施形態の場合であっても、収容孔１０を画成する内壁面１０ａは第１実施形態と同様に傾斜している。また撥水体３には、収容孔１０を囲むように環状の誘導面１１が形成されている。
【００８４】
（液滴センサの作用）
上述のように構成された液滴センサ５０によれば、第１実施形態と同様に、撥水体３の表面に付着した液滴Ｗを、誘導面１１の傾斜を利用して収容孔１０に向けて滑落させることができ、収容孔１０内に液滴Ｗを集めて収容することができる。収容孔１０に液滴Ｗが収容されると、圧電基板５１の共振特性が変化する。すなわち、液滴Ｗによる微小な重量増加分や液滴Ｗの粘性に対応して、共振特性が変化する。従って、検出部本体５４によって検出された共振特性の変化に基づいて、液滴Ｗの量だけでなく、液滴Ｗの粘性を検出することができる。
【００８５】
従って、液滴Ｗの粘性の検出（例えばインクの粘性検出）に特に有効な液滴センサ５０とすることができ、粘性の検出を感度良く、高精度に行うことができる。なお、本実施形態の場合であっても、湿度の検出を行うことも可能である。
【００８６】
（第５実施形態）
次に、本発明に係る液滴センサの第５実施形態について図面を参照して説明する。
なお、第５実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００８７】
図１９及び図２０に示すように本実施形態の液滴センサ６０は、支持基板２の第１主面２ａ側に配設され、一方向に延びるロッド状に形成された撥水体６１を備えている。
撥水体６１は、その下端部（一端部）６１ａが検出電極４に対して対向配置され、且つその上端部（他端部）６１ｂが下端部６１ａよりも支持基板２から該支持基板２の厚さ方向に離れるように配設されている。
【００８８】
具体的には、撥水体６１は中実の円柱状に形成され、支持基板２の第１主面２ａに対して垂直な方向（すなわち支持基板２の厚さ方向）に沿って配置されている。そして撥水体６１は、検出電極４における中央部分の上面に立設した状態で固定されている。なお撥水体６１の固定方法としては、例えば接着等が挙げられるが、この場合に限定されものではなく、種々の方法を採用することができる。
【００８９】
図２０及び図２１に示すように、撥水体６１は、その全長に亘って同径となるように形成され、その下端面及び上端面は平坦面とされている。これにより、撥水体６１は検出電極４の上面に安定に固定されている。ただし、撥水体６１の上端面は平坦面である必要はなく、例えば上方に向けてドーム状に膨らむように形成されても構わない。
【００９０】
本実施形態の撥水体６１は、第１実施形態と同様に、合成樹脂中にセルロースナノファイバー１６が含まれた混合樹脂１５によって形成されている。なお、撥水体６１の下端部６１ａと検出電極４との間には、例えば図示しない絶縁膜が形成されている。
さらに撥水体６１の表面全体には、表面に付着した液滴Ｗを検出電極４に向けて滑落させ、検出電極４に液滴Ｗを誘導する誘導面１１が形成されている。
【００９１】
さらに図２２に示すように、撥水体６１の表面には第１実施形態と同様に、フラクタル構造としての微小な凹凸が形成されている。なお、図２２では凹凸を極端に図示している。従って、本実施形態の場合であっても、撥水体６１の表面と液滴Ｗの接線とのなす角度である接触角θが図４に示す場合と同様に９０度以上となるように設定されている。従って、撥水体６１は高い撥水性を具備している。
【００９２】
（液滴センサの作用）
上述のように構成された本実施形態の液滴センサ６０によれば、第１実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。
すなわち、図２１に示すように、撥水体６１の表面に付着した液滴Ｗを、液滴Ｗの自重を利用して図２１に示す矢印の如く、撥水体６１の上端部６１ｂから下端部６１ａに向けて誘導面１１の表面上を滑り落ちるように移動させることができる。これにより、自重を利用して撥水体６１の下端部６１ａまで液滴Ｗを移動させることで液滴Ｗを検出電極４に向けて誘導することができると共に、下端部６１ａから検出電極４側に液滴Ｗを自重によってさらに移動させて、検出電極４に液滴Ｗを集めることができる。
【００９３】
従って、集められた液滴Ｗの量に応じて検出電極４の抵抗値が変化するので、検出電極４の抵抗値変化に基づいて液滴Ｗの量を検出することができる。その結果、液滴Ｗに関する各種物性、例えば湿度を検出することができる。
【００９４】
このように本実施形態の液滴センサ６０であっても、第１実施形態と同様の作用効果を奏功することができる。特に、自重を有効に利用して液滴Ｗを誘導面１１上で移動させ易くなるので、検出電極４に効率良く液滴Ｗを集めることができ、検出感度を高め易い。
【００９５】
なお上記実施形態では、支持基板２の第１主面２ａに対して垂直な方向に撥水体６１を配置したが、この場合に限定されるものではなく、例えば第１主面２ａに対して斜めに撥水体６１を配置しても構わない。さらに撥水体６１の数は１つに限定されるものではなく、例えば図２３に示すように複数の撥水体６１を配置しても構わない。
【００９６】
さらに撥水体６１の形状は、中実の円柱状に限定されるものではなく、例えば中実の多角形状或いは円筒状に形成しても構わないし、図２４に示すように上端部６１ｂから下端部６１ａに向かうにしたがって、その直径が漸次縮径する円錐状に形成された撥水体６１としても構わない。
【００９７】
この場合には、撥水体６１の表面に付着した液体を、徐々に集めながら撥水体６１の下端部６１ａに移動させることができる。これにより、凝集した液滴Ｗを、撥水体６１の下端部６１ａから検出電極４側に移動させることができ、検出電極４の決まった位置に液滴Ｗを集めることができる。従って、より一層液滴Ｗの定量性を確保することができ、高精度な検出を行い易い。
【００９８】
さらに上記実施形態では、撥水体６１を検出電極４の上面に固定したが、この場合に限定されるものではない。
例えば、図２５に示すように、支持基板２に撥水体６１を保持する保持部材７１を一体的に組み合わせ、保持部材７１を利用して検出電極４に対して非接触状態となるように撥水体６１を保持した液滴センサ７０として構わない。
保持部材７１は、支持基板２に一体に組み合わされると共に、撥水体６１よりも上方に配置され、且つ支持基板２の第１主面２ａに対して平行に延びた保持アーム７２を備えている。撥水体６１は、その上端部６１ｂが保持アーム７２によって保持され、保持アーム７２に吊り下げられている。なお、撥水体６１の下端部６１ａは、検出電極４に対して非接触状態で対向配置されている。
このように構成された液滴センサ７０によれば、検出電極４に対して撥水体６１を利用して集めた液滴Ｗだけを接触させることができるので、より高精度な検出を行うことができる。
【００９９】
さらに上記第５実施形態において、例えば第３実施形態のように櫛歯電極４２、４３間の静電容量変化に基づいて湿度を検出しても構わないし、第４実施形態のように圧電基板５１の共振特性の変化に基づいて湿度の検出や、液滴Ｗの粘性等を検出しても構わない。
【０１００】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。各実施形態は、その他様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことが可能であることに加え、各実施形態を適宜組み合わせてもよい。さらに、これら実施形態には、例えば当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、均等の範囲のものなどが含まれる。
【０１０１】
上記各実施形態では、ナノファイバーとして、セルロースナノファイバー１６を例に挙げて説明したが、この場合に限定されるものではなく、例えば、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、ガラスナノファイバー等を採用しても良い。さらに、ナノファイバーとしては、１種類だけでなく、複数種類を組み合わせて使用しても良い。
さらに、混合樹脂１５中に、例えば難燃助剤、難燃剤、酸化防止剤、離形剤等を機械的特性が損なわれない程度に添加しても構わない。
【符号の説明】
【０１０２】
Ｗ…液滴
１、３０、４０、５０、６０、７０…液滴センサ
２…支持基板
２ａ、５１ａ…第１主面（主面）
２ｂ、５１ｂ…第２主面（対向面）
３、４１、６１…撥水体
４、５２…検出電極
５、５５…検出部
１０…収容孔
１１…誘導面
１６…ナノファイバー（セルロースナノファイバー）
２０…接続電極
４２、４３…櫛歯電極
５１…圧電基板（支持基板）
５３…対向電極
６１ａ…撥水体の下端部（一端部）
６１ｂ…撥水体の上端部（他端部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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