(57)【要約】      （修正有）【課題】優れた耐久性を有するセンサ及びその製造方法を提供する。【解決手段】樹脂組成物から形成される検知膜と、前記検知膜の第１表面上に設けられた第１電極と、前記検知膜の第２表面上に設けられた第２電極と、を備え、前記検知膜の前記第１表面は、前記第１電極と接触する部分に、二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍの微細な凹凸を有する粗面を含む、センサである。また、樹脂組成物から形成される検知膜と、前記検知膜の第１表面上に設けられた第１電極と、前記検知膜の第２表面上に設けられた第２電極と、を備えたセンサ素子を含み、前記センサ素子の前記第１電極を有する表面は、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍの微細な凹凸を有する粗面を含む、センサである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂組成物から形成される検知膜と、前記検知膜の第１表面上に設けられた第１電極と、前記検知膜の第２表面上に設けられた第２電極と、を備え、
前記検知膜の前記第１表面は、前記第１電極と接触する部分に、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍの微細な凹凸を有する粗面を含む、センサ。
【請求項２】
樹脂組成物から形成される検知膜と、前記検知膜の第１表面上に設けられた第１電極と、前記検知膜の第２表面上に設けられた第２電極と、を備えたセンサ素子を含み、
前記センサ素子の前記第１電極を有する表面は、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍの微細な凹凸を有する粗面を含む、センサ。
【請求項３】
前記第１電極及び前記第２電極のうちの少なくとも一方は、めっき膜である、請求項１又は２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記検知膜の前記第１表面は、前記第１電極と接触しない部分を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項５】
前記検知膜は、平均厚さが０．３μｍ〜１０μｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項６】
前記検知膜の前記第２表面は、前記第２電極と接触する部分に、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍの微細な凹凸を有する粗面を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項７】
基板をさらに備え、
前記基板、前記第２電極、前記検知膜、前記第１電極がこの順に積層されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項８】
可撓性を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項９】
前記検知膜は感湿膜である、請求項１〜８のいずれか１項に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記感湿膜は、ポリイミド樹脂成分を含有する樹脂組成物から形成される、請求項９に記載のセンサ。
【請求項１１】
基板を準備する工程と、
前記基板上に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極上に樹脂を主成分とする検知膜を形成する工程と、
前記検知膜の前記第２電極と反対側の表面の少なくとも一部を粗面化して粗面とする工程と、
前記検知膜の前記表面の前記粗面を含む領域に、第１電極をめっきにより形成する工程と、を有し、
前記粗面は、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍである、センサの製造方法。
【請求項１２】
基板を準備する工程と、
前記基板上に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極上に樹脂を主成分とする検知膜を形成する工程と、
前記検知膜の前記第２電極と反対側の表面に、第１電極をめっきにより形成する工程と、を有し、
前記第１電極を有する表面は、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍの微細な凹凸を有する粗面を含む、センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にセンサとは、検知膜の外部刺激による物性の変化を電気信号として読み取るものであり、測定対象とする物質によって様々な種類の検知膜が用いられる。例えば、湿度センサ等では、湿度の変化による静電容量の変化を読み取るもの知られている。このような湿度センサとして、樹脂組成物から形成される感湿膜を備えた、静電容量式の湿度センサ等が知られている。例えば、特許文献１（特開２００１−２４９０９９号公報）には、親水基を有する有機化合物を用いた感湿膜を備えた、静電容量式の湿度センサが開示されている。
【０００３】
樹脂組成物から形成される感湿膜は、周囲雰囲気に含まれる水分を吸脱着することができる。静電容量式の湿度センサでは、感湿膜の両面に配置した二つ電極間に電圧を付加することにより、感湿膜の静電容量を測定し、かかる測定値に基づいて感湿膜が吸着している水分量が算出され、周囲雰囲気の湿度が算出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２４９０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
安定したセンシングのためにセンサにおいては、検知膜の物性変化による電気信号が常に安定的に読み取れることが重要であり、長期間使用した場合であっても、測定精度が低下しないこと、すなわち良好な耐久性が求められている。例えば、電気信号として静電容量の変化を読み取るものであれば、長時間使用したとしても、その静電容量の経時変化が小さいことが求められる。
【０００６】
本発明は、良好な耐久性を有するセンサ及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のセンサ及びその製造方法を提供する。
〔１〕  樹脂組成物から形成される検知膜と、前記検知膜の第１表面上に設けられた第１電極と、前記検知膜の第２表面上に設けられた第２電極と、を備え、
前記検知膜の前記第１表面は、前記第１電極と接触する部分に、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍの微細な凹凸を有する粗面を含む、センサ。
【０００８】
〔２〕樹脂組成物から形成される検知膜と、前記検知膜の第１表面上に設けられた第１電極と、前記検知膜の第２表面上に設けられた第２電極と、を備えたセンサ素子を含み、
前記センサ素子の前記第１電極を有する表面は、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍの微細な凹凸を有する粗面を含む、センサ。
【０００９】
〔３〕  前記第１電極及び前記第２電極のうちの少なくとも一方は、めっき膜である、〔１〕又は〔２〕に記載のセンサ。
【００１０】
〔４〕  前記検知膜の前記第１表面は、前記第１電極と接触しない部分を含む、〔１〕〜〔３〕のいずれか１項に記載のセンサ。
【００１１】
〔５〕  前記検知膜は、平均厚さが０．３μｍ〜１０μｍである、〔１〕〜〔４〕のいずれか１項に記載のセンサ。
【００１２】
〔６〕  前記検知膜の前記第２表面は、前記第２電極と接触する部分に、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍの微細な凹凸を有する粗面を含む、〔１〕〜〔５〕のいずれかに記載のセンサ。
【００１３】
〔７〕  基板をさらに備え、
前記基板、前記第２電極、前記検知膜、前記第１電極がこの順に積層されている、〔１〕〜〔６〕のいずれか１項に記載のセンサ。
【００１４】
〔８〕  可撓性を有する、〔１〕〜〔７〕のいずれか１項に記載のセンサ。
〔９〕  前記検知膜は感湿膜である、〔１〕〜〔８〕のいずれか１項に記載のセンサ。
【００１５】
〔１０〕  前記感湿膜は、ポリイミド樹脂成分を含有する樹脂組成物から形成される、〔９〕に記載のセンサ。
【００１６】
〔１１〕  基板を準備する工程と、
前記基板上に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極上に樹脂を主成分とする検知膜を形成する工程と、
前記検知膜の前記第２電極と反対側の表面の少なくとも一部を粗面化して粗面とする工程と、
前記検知膜の前記表面の前記粗面を含む領域に、第１電極をめっきにより形成する工程と、を有し、
前記粗面は、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍである、センサの製造方法。
【００１７】
〔１２〕  基板を準備する工程と、
前記基板上に第２電極を形成する工程と、
前記第２電極上に樹脂を主成分とする検知膜を形成する工程と、
前記検知膜の前記第２電極と反対側の表面に、第１電極をめっきにより形成する工程と、を有し、
前記第１電極を有する表面は、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍの微細な凹凸を有する粗面を含む、センサの製造方法。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、静電容量の経時的な変化が抑制され、また耐摩耗性により優れるという良好な耐久性を有するセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）は、本発明の第１実施形態の湿度センサの一例を模式的に示す概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の第２実施形態の湿度センサの一例を模式的に示す概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図３】実施例及び比較例における湿度センサの試験片の作製手順を模式的に示す概略平面図である。
【図４】実施例及び比較例における湿度センサの試験片について、感湿膜の第１表面の表面粗さＳ１（μｍ）を横軸に、静電容量保持率（％）を縦軸にプロットしたグラフである。
【図５】実施例及び比較例における湿度センサの試験片について、上部電極の表面粗さＳ２（μｍ）を横軸、静電容量保持率（％）を縦軸にプロットしたグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［センサ］
本発明のセンサは、樹脂組成物から形成される検知膜と、検知膜の第１表面上に設けられた第１電極と、検知膜の第２表面（第１表面に対向する表面）上に設けられた第２電極とを備えるセンサ素子を含む。センサの方式としては、検知膜の外部刺激による物性変化を電気信号として読み取ることができるものであれば特に限定されず、静電容量式、抵抗式、電圧式、電流式等であってもよい。また、センサの種類としては、湿度センサ、近接センサ、感圧センサ、加速度センサ、レベルセンサ、歪みセンサ、焦電センサ等、特に限定されない。
【００２１】
センサ素子において、第１電極と第２電極が対向し検知膜を挟持する領域は、例えば静電容量式センサではコンデンサとして作用する。コンデンサとして作用する領域（以下、「コンデンサ領域」とも称する。）の静電容量Ｃ（Ｆ）は、コンデンサ領域の誘電率をε（Ｆ／ｍ）、面積をＳ（ｍ２）、膜厚をｄ（ｍ）とすると、以下の式を満たす。
Ｃ＝εＳ／ｄ
【００２２】
上記式によれば、静電容量Ｃ（Ｆ）は、コンデンサ領域の誘電率をε（Ｆ／ｍ）によって変化する。例えば、湿度センサ（単に「センサ」とも称する。）に用いられる感湿膜（「検知膜」とも称する。）は、周囲雰囲気に応じて水分を脱吸着するため、水分の吸着量に応じてコンデンサ領域の誘電率がε（Ｆ／ｍ）変化し、検出される静電容量Ｃ（Ｆ）も変化する。そのため、湿度センサでは、コンデンサ領域の静電容量Ｃ（Ｆ）の変化を検出することにより、周囲雰囲気の湿度を算出することができる。以下では、コンデンサ領域の静電容量を単に「静電容量」と称することがある。
【００２３】
湿度センサにおいて、周囲雰囲気の条件を一定にしても、測定される静電容量が経時的に変化し、耐久性が低下することがある。本発明者らはその原因の一つが耐摩耗性の低下であることを突き止めた。また、湿度センサに限らず電極間に検知膜を挟持するセンサ素子を有するセンサでは、センサが可撓性である場合に、耐久性の低下が顕著であることも予想される。センサに撓む力が付加される頻度に応じて、センサ素子の各層に摩擦力が付加される頻度も向上することが予想されるからである。
【００２４】
本発明者らは、さらに鋭意検討を重ね、検知膜の第１表面の第１電極と接触する部分に、微細な凹凸を有する粗面（以下、「第１粗面」とも称する。）を含む構成とすることにより、良好な耐久性を有するセンサが得られることを見出し、本発明に至った。特に、静電容量式のセンサにおいては、第１粗面及び後述する第２粗面のうちの少なくとも一方を設けることにより、周囲雰囲気の条件を一定にした場合の、静電容量の経時的な変化を抑制できることを見出した。
【００２５】
静電容量の経時的な変化は、例えば以下の方法により静電容量保持率を測定することで評価することができる。まず、湿度センサの試験片を常温常湿（例えば、温度２０±１５℃程度で相対湿度４０〜６０％ＲＨ程度）の環境下に静置して調湿し、市販のキャパシタンスメータで静電容量を測定する。この静電容量を初期の静電容量Ｃ０とする。次に、湿度センサの試験片に後述の耐摩耗試験を行い、耐摩耗試験後の湿度センサを、上記と同じ常温常湿の環境下で同様に調湿し、静電容量を測定する。この静電容量を静電容量Ｃ１とする。これらの静電容量を用い、下記式に基づいて静電容量保持率（％）を算出する。なお、後述の実施例では、温度３０℃で相対湿度６０％ＲＨの雰囲気下で約１時間調湿をしている。
静電容量保持率（％）＝（Ｃ１／Ｃ０）×１００
【００２６】
静電容量保持率は、好ましくは５０％以上であり、より好ましくは６０％以上であり、さらに好ましくは７０％以上であり、ことさら好ましくは８０％以上である。静電容量保持率が上記範囲であると、静電容量の経時的な変化が抑制される傾向となる。
【００２７】
湿度センサの試験片に行う耐摩耗試験は、以下の方法で行うことができる。
図３（ｈ）を参照して、湿度センサの試験片の上部電極３４表面の領域３４ａを中心とする１ｃｍ幅×２ｃｍの長さの領域に対して、市販の摩擦摩耗試験機で摩耗試験を行う。試験は、装置の接触端子と上部電極との接触面に市販の不織布ワイパーを載置し、移動速度及び垂直荷重を所望の条件に設定し、接触端子を往復させることで行われる。後述の実施例では、摩擦摩耗試験機として新東科学株式会社製の「トライボギアＴＹＰＥ３８」を使用し、移動速度１６００ｍｍ／分、及び垂直荷重３０ｇの条件で、接触端子を１００往復させている。
【００２８】
＜検知膜＞
検知膜は、その第１表面の第１電極と接触する部分に、微細な凹凸を有する第１粗面を含むことができる。検知膜の第１表面における第１粗面の微細な凹凸は、耐摩耗性を向上させる観点から、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜２．５μｍであることがより好ましく、０．６μｍ〜１．５μｍであることがさらに好ましい。二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）は、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に記載されている二次元の輪郭曲線の二乗平均平方根粗さ（Ｒｑ）を、三次元に拡張したものである。
【００２９】
検知膜の第１表面の第１電極と接触する部分に、上記第１粗面を有する構成とすることにより、センサの耐摩耗性を向上させることができ、結果的に耐久性を向上させることができるものと推測される。なお、センサの検知膜が上記第１粗面を有する場合、センサにおける第１電極の検知膜とは反対側の表面に後述する第２粗面を有していてもよい。
【００３０】
検知膜の第１表面における第１粗面は、第１電極と接触する部分を含むものであれば、第１表面の全体であってもよく、第１表面の一部であってもよい。第１粗面は、コンデンサ領域を含むことが好ましく、コンデンサ領域の５０％以上を含むことが好ましく、コンデンサ領域の１００％を含むことがより好ましい。
【００３１】
検知膜の第２表面の第２電極と接触する部分についても、第１表面の第１電極と接触する部分と同様に、微細な凹凸を有する粗面（以下、「第３粗面」とも称する。）を含む構成としてもよい。このような構成とすることにより、センサのより良好な耐久性を得ることができる。また、静電容量式のセンサにおいては、静電容量の経時的な変化をさらに抑制することができる。検知膜の第２表面における第３粗面の微細な凹凸は、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜２．５μｍであることがより好ましく、０．６μｍ〜１．５μｍであることがさらに好ましい。
【００３２】
検知膜において、上記した第１粗面及び第３粗面の形成は、特に限定されることはなく、公知の方法が採用される。例えば、サンドブラスト処理、液体ホーニング処理、バフ研磨、研磨シート（ラッピングフィルム等）による研磨などの機械研磨等により、表面を研磨する方法が挙げられる。または、検知膜を形成する際に、第１粗面や第３粗面を有する検知膜が形成されるようにしてもよい。具体的には、検知膜を形成する際に、粗面を転写する方法、検知膜の形成に用いられる組成物に微粒子を添加し微粒子を表面から突出させて粗面を形成する方法等が挙げられる。検知膜は、樹脂組成物と溶剤とを含む溶液を用いた溶液キャスト法、溶融押出法等の公知の方法により形成することができる。塗布方法としては、スピンコート法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法、ディップコート法、エアーナイフコート法、ロールコート法、グラビアコート法、ブレードコート法等の公知の塗布方法を採用することができる。
【００３３】
検知膜は、平均厚さが０．３μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であってもよく、また、９０μｍ以下であってもよく、５０μｍ以下であってもよく、１０μｍ以下であることが好ましく、３μｍ以下であることがより好ましく、１μｍ以下であることがさらに好ましい。
【００３４】
検知膜は、樹脂組成物から形成される。樹脂組成物は、樹脂を含み、酸化防止剤、難燃剤、可塑剤、紫外線吸収剤等の添加剤等を含んでいても良い。検知膜をなす樹脂としては特に限定されない。検知膜が感湿膜である場合、樹脂としては、水分を吸脱着できる樹脂であれば限定されることはなく、ポリイミド樹脂、セルロール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等が例示され、優れた耐久性を有する観点から、ポリイミド樹脂が好適である。樹脂組成物は、ポリイミド樹脂成分の含有量が、樹脂組成物の総量に対して、９０質量％以上であることが好ましく、９５質量％以上であることがより好ましく、９８質量％以上であることがさらに好ましく、１００質量％であってもよい。樹脂組成物の総量とは、樹脂組成物に含まれる固形成分を意味し、溶剤以外の成分の総量となる。
【００３５】
ポリイミド樹脂成分は、１種以上のポリイミド樹脂を含み、少なくともフッ素化ポリイミド樹脂を含むことが好ましい。ここで、樹脂組成物が含有するポリイミド樹脂成分とは、樹脂組成物に含まれるポリイミド樹脂をさす。すなわち、ポリイミド樹脂成分が１種のポリイミド樹脂を含む場合、樹脂組成物が含有するポリイミド樹脂成分とはこの１種のポリイミド樹脂を意味し、ポリイミド樹脂成分が２種以上のポリイミド樹脂を含む場合、樹脂組成物が含有するポリイミド樹脂成分とはこの２種以上のポリイミド樹脂を意味する。
フッ素化ポリイミド樹脂を含むことにより、感湿膜において、水分の脱吸着に対して優れた応答性が得られる。フッ素化ポリイミド樹脂は、ポリイミド構造とフルオロ基（すなわち、フッ素原子）とを有する樹脂であれば特に限定されない。ポリイミド樹脂は、例えば、ジアミン又はその誘導体と、テトラカルボン酸又はその誘導体とを反応させることによって得ることができる。感湿膜に使用できるポリイミド樹脂としては、例えば、国際公開第２０１７／１７９３６７号に記載の樹脂等が挙げられる。
【００３６】
＜第１電極＞
第１電極は、導電性材料を用いて形成することができ、例えば、金、銅、アルミニウム、鉄、錫、亜鉛、ニッケル、チタン、モリブデン、クロム、タングステン、鉛等の金属、及びこれら金属から選択される２種以上の金属を含む合金、アルミニウム−ケイ素合金、並びに、多結晶シリコンからなる群より選択される１種以上によって形成することができる。第１電極は、検知膜の第１表面上に、電解めっき、無電解めっき、溶融めっき、化学蒸着、物理蒸着等、公知のめっき方法に成膜する方法、または、予め成膜された電極膜を第１表面上に積層する方法等によって形成することができる。物理蒸着としては、真空蒸着、分子線蒸着、イオンビーム蒸着等の蒸発源を加熱して蒸発させる方法を含む蒸発系、マグネトロンスパッタリング、イオンビームスパッタリング等のスパッタリング系が挙げられる。これらの方法は、必要に応じてパターニングを組み合わせることができる。なお、第１表面との高い密着性が得られることから、めっき方法が好ましい。本明細書では、めっき方法により形成された膜をめっき膜という。
【００３７】
第１電極の厚さは、１００ｎｍ〜５００ｎｍであることが好ましく、１００ｎｍ〜３００ｎｍであることがより好ましい。センサが湿度センサであり、センサを任意の位置に設置したときに外部環境に露出する面が第１電極側の面である場合（センサの設置面が第１電極側の面ではない場合）、第１電極表面から水分を取り込むことができるように、第１電極の厚さは薄い方が好ましい。
【００３８】
＜センサ素子の第１電極を有する表面＞
センサ素子の第１電極を有する表面は、微細な凹凸を有する粗面（「第２粗面」とも称する。）を含むことができる。センサ素子の第１電極を有する表面は、第１電極の検知膜側とは反対側の表面を含む。センサ素子の第１電極を有する表面における第２粗面は、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜２．５μｍであることがより好ましく、０．６μｍ〜１．５μｍであることがさらに好ましい。
【００３９】
センサ素子の第１電極を有する表面における第２粗面は、第１電極が設けられた部分の表面の全体であってもよく、当該表面の一部であってもよい。第２粗面は、コンデンサ領域を含むことが好ましく、コンデンサ領域の５０％以上を含むことが好ましく、コンデンサ領域の１００％を含むことがより好ましい。
【００４０】
センサ素子の第１電極を有する表面における第２粗面は、検知膜の第１表面に上記した第１粗面を形成することにより、検知膜の第１表面の形状を踏襲して形成することができ、第１粗面の形状に追随して形成された形状を含むことができる。第１粗面の形状と第２粗面の形状とは一致していてもよいが、一致していなくてもよい。
【００４１】
＜第２電極＞
第２電極は、導電性材料を用いて形成することができ、例えば、第１電極で例示した材料を用いて形成することができる。第２電極は、検知膜の第２表面上に直接形成してもよいし、基板上に形成して、その後検知膜の第２表面上に積層されるようにしてもよい。第２電極は、第１電極で例示した形成方法によって形成することができる。
【００４２】
第２電極の厚さは、特に限定されず、第１電極の厚さと同じ厚さであってもよく、第１電極の厚さよりも大きくてもよい。第２電極の厚さは、例えば、１００ｎｍ〜５００ｎｍであってもよく、１００ｎｍ〜３００ｎｍであってもよい。
【００４３】
＜センサ素子の第２電極を有する表面＞
センサ素子の第２電極を有する表面は、センサ素子の第１電極側の表面と同様に、微細な凹凸を有する粗面（以下、「第４粗面」とも称する。）を含んでいてもよい。センサ素子の第２電極を有する表面は、第２電極の検知膜側とは反対側の表面を含む。センサ素子の第２電極を有する表面における第４粗面は、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）が０．３μｍ〜３．０μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜２．５μｍであることがより好ましく、０．６μｍ〜１．５μｍであることがさらに好ましい。
【００４４】
センサ素子の第２電極を有する表面における第４粗面は、第２粗面と同様に形成することができ、例えば、検知膜の第３粗面における上記した第３粗面を形成することにより、検知膜の第３表面の形状を踏襲して形成することができ、第３粗面の形状に追随して形成された形状であり得る。第３粗面の形状と第４粗面の形状とは一致していてもよいが、一致していなくてもよい。
【００４５】
＜用途＞
本発明のセンサの用途は、特に限定されることなく公知の用途に用いられる。センサは、第１電極側の面と第２電極側の面とを区別することなく搭載することもできるが、第１電極と第２電極の内、センサの露出面（センサの設置面とは反対側）が、第１電極側の面となるように搭載されることが好ましい。用途の一例として、スマートフォン、腕時計型携帯端末等の携帯装置への搭載が挙げられる。センサは、その用途に応じて、可撓性に構成してもよい。携帯装置に搭載されたセンサは、その検出湿度を携帯装置の制御に適用してもよい。
【００４６】
以下、本発明のセンサが湿度センサであり、検知膜が感湿膜である場合を例に挙げて具体的に説明する。
【００４７】
（第１実施形態）
図１（ａ）は、湿度センサの第１実施形態を模式的に示す概略平面図であり、図１（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、湿度センサ（センサ）１０は、絶縁性基板１、下部電極（第２電極）２、感湿膜（検知膜）３、上部電極（第１電極）４、下部電極用リード線７、上部電極用リード線９を有する。下部電極２は絶縁性基板１上に形成されており、下部電極２には下部電極用リード線７が接続されている。感湿膜３は、下部電極２の下部電極用リード線７との接続部分を除く領域を覆うように、絶縁性基板１上に形成されている。上部電極４は、感湿膜３上において、下部電極２が延在する方向と直交する方向に延在するように形成されている。上部電極４には上部電極用リード線９が接続されている。
【００４８】
湿度センサ１０において、上部電極４と下部電極２が対向する領域が、コンデンサ領域１０ａである。感湿膜３の、上部電極４が設けられている表面（第１表面）において、上部電極４と接する表面は上記した粗面となっている。
【００４９】
絶縁性基板１は、絶縁性を有するガラス基板、酸化アルミニウムや酸化ケイ素等の金属酸化物で形成された金属酸化物基板であってもよく、導電性基板の表面を金属酸化物等の絶縁性材料で被覆したものであってもよい。
【００５０】
湿度センサ１０の製造方法の一例を説明する。まず、絶縁性基板１を準備し、絶縁性基板１上に下部電極２を形成する。下部電極２は、例えば、絶縁性基板１の全面に電極材料を成膜し、フォトリソグラフィ技術を用いて所望の形状にパターニングしてもよいし、絶縁性基板１上にマスクを付して、電極材料の成膜とパターニングが同時になされるようにしてもよい。次に、下部電極２が形成された絶縁性基板１上に感湿膜３を形成する。感湿膜３は、樹脂組成物と溶剤とを含む塗布液を絶縁性基板１上に塗布して乾燥することによって形成することができる（溶液キャスト法）。塗布液の塗布にあたって、下部電極２上の下部電極用リード線７との接続部分をマスク等して塗布を行うことが好ましい。
【００５１】
続いて、感湿膜３の上面の上部電極４が形成される領域に研磨処理を施し粗面を形成した後、感湿膜３の上面に上部電極４を形成する。上部電極４は、下部電極２と同様の方法により形成することができる。
【００５２】
（第２実施形態）
図２（ａ）は、湿度センサの第２実施形態を模式的に示す概略平面図であり、図２（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、湿度センサ２０は、絶縁性基板１を有さない点のみ、第１実施形態の湿度センサ１０と異なる。湿度センサ２０は、絶縁性基板１を有さないため、下部電極２は、予め成膜された感湿膜３の表面（第２表面）に直接設けることにより構成することができる。上部電極４と下部電極２が対向する領域が、コンデンサ領域２０ａである。
【００５３】
図２において、下部電極用リード線及び上部電極用リード線は図示しないが、適宜設けることができる。
【００５４】
本発明のセンサの上部電極及び下部電極の形状は、第１実施形態及び第２実施形態の湿度センサに示すような互いに直交する形状に限定されることはないものの、感湿膜の表面の少なくとも一部は電極で覆われることなく周囲環境に露出している構成であることが測定精度を向上させることができる観点から好ましい。
【実施例】
【００５５】
以下、実施例及び比較例を示して本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
【００５６】
［耐久性の評価方法］
実施例及び比較例の湿度センサの試験片について、次のようにして静電容量保持率の評価を行った。まず、湿度センサの試験片を、温度３０℃、相対湿度６０％ＲＨの雰囲気下で約１時間調湿した後、キャパシタンスメータ（商品名：Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  Ｍｅｔｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  ８１０Ｃ、ＢＫ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ社製）を用いて静電容量を測定した。このとき測定された静電容量を初期の静電容量Ｃ０とした。
【００５７】
次に、実施例及び比較例の湿度センサの試験片を、以下の耐摩耗試験に供し、耐摩耗試験後の湿度センサを、温度３０℃、相対湿度６０％ＲＨの雰囲気下で約１時間調湿した後、キャパシタンスメータ（商品名：Ｃｏｍｐａｃｔ  Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  Ｍｅｔｅｒ  Ｍｏｄｅｌ  ８１０Ｃ、ＢＫ  Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ社製）を用いて静電容量を測定した。このとき測定された静電容量を静電容量Ｃ１とした。
【００５８】
そして、静電容量保持率（％）を下記の式に基づいて算出した。
静電容量保持率（％）＝（Ｃ１／Ｃ０）×１００
【００５９】
［製造例１］
（ポリイミド樹脂フィルムの製造）
国際公開第２０１７／１７９３６７号の実施例１の記載に基づき、２，２’−ビス（トリフルオロメチル）−４，４’−ジアミノフェニル及び４，４’−（１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン−２，２−ジイル）ジフタル酸二無水物を反応させてポリイミド樹脂を合成した。得られたポリイミド樹脂をγ-ブチロラクトンに２０質量％で溶解させて、均一なポリイミド溶液とした。得られた溶液をガラス基板に塗布し、５０℃で３０分、次いで１４０℃で１０分加熱して溶媒を乾燥させた。フィルムをガラス基板から剥離し、金枠を取り付けて２１０℃で１時間加熱し、８０μｍのポリイミド樹脂フィルムを得た。
【００６０】
［実施例１〜５、比較例１］
（湿度センサの試験片の作製）
第２実施形態の湿度センサと同様の構成を有する湿度センサの試験片を、図３（ａ）〜（ｈ）に示す手順で作成した。具体的には、（ａ）に示すように、感湿膜として、上記製造例１で得たポリイミド樹脂フィルムを５ｃｍ角の大きさに切出したフィルム３３を用意し、（ｂ）に示すように、フィルム３３の第２表面３３ｂに、一方向に延在する１ｃｍ幅の領域を中心に露出させてテープ３５を貼り付けて第２表面３３ｂをマスクした。次に、（ｃ）に示すように、フィルム３３の第２表面３３ｂに、イオンコーターＩＢ−３（株式会社エイコー製）を用い、蒸着源をＡｕ、蒸着条件を５〜８ｍＡとして、１０分間蒸着を行って下部電極３２を形成した後、（ｄ）に示すように、マスク用のテープ３５を剥離して、第２表面３３ｂに、露出させた領域に対応する１ｃｍ×５ｃｍサイズの下部電極３２が形成されたフィルム３３を得た。
【００６１】
次に、（ｅ）に示すように、フィルム３３の第１表面３３ａに、下部電極３２に直交する方向に延在する１ｃｍ幅の領域３６に、ラッピングフィルム（厚み：３μｍ、砥粒：酸化アルミニウム（粒度１２μｍ）、３Ｍ社製）を表１に示す所定回数往復させて研磨処理を施した。研磨処理の後、領域３６の下部電極３２と対向する１ｃｍ×１ｃｍサイズの領域３６ａの表面粗さＳ１（μｍ）を、表面粗さ測定装置（ＯＬＳ４１００、ＯＬＹＭＰＵＳ社製）を用い、測定倍率を１０倍、測定面積を１２８０μｍ×１２８０μｍとして測定を行った。表面粗さＳ１（μｍ）は、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）の値とした。
【００６２】
次に、（ｆ）に示すように、フィルム３３の第１表面３３ａに、領域３６を露出させるように、フィルムにテープ３７を貼り付けて第１表面３３ａをマスクした。次に、（ｇ）に示すように、フィルム３３の第１表面３３ａに、イオンコーターＩＢ−３（株式会社エイコー製）を用い、蒸着源をＡｕ、蒸着条件を５〜８ｍＡとして、５分間蒸着を行って上部電極を形成した後、（ｈ）に示すように、マスク用のテープ３７を剥離して、第１表面３３ａに、露出させた領域３６に対応する１ｃｍ×５ｃｍサイズの上部電極３４が形成されたフィルム３３を得た。その後、上部電極３４表面の下部電極３２と対向する領域３４ａの表面粗さＳ２（μｍ）を、表面粗さ測定装置（ＯＬＳ４１００、ＯＬＹＭＰＵＳ社製）を用い、測定倍率を１０倍、測定面積を１２８０μｍ×１２８０μｍとして測定を行った。表面粗さＳ２（μｍ）は、二乗平均平方根粗さ（Ｓｑ）の値とした。
【００６３】
（耐摩耗試験）
実施例及び比較例の湿度センサの試験片について、上部電極３４表面の領域３４ａ（図３（ｈ））を中心として含む１ｃｍ幅×２ｃｍの長さの領域を、摩擦摩耗試験機（商品名：トライボギアＴＹＰＥ３８、新東科学株式会社製）を用いて、接触端子と上部電極との接触面に不織布ワイパー（ＢＥＭＣＯＴＭ−１、旭化成株式会社製）を載置して、移動速度１６００ｍｍ／分、垂直荷重３０ｇの条件で、接触端子を１００往復させた。
【００６４】
［耐久性の評価結果］
表１に、実施例及び比較例の湿度センサの試験片について、上記のようにして測定した感湿膜の第１表面の表面粗さＳ１（μｍ）、上部電極の表面粗さＳ２（μｍ）、及び静電容量保持率（％）を示す。また、図４は、表１に示す結果を、感湿膜の第１表面の表面粗さＳ１（μｍ）を横軸、静電容量保持率（％）を縦軸にプロットしたグラフであり、図５は、表１に示す結果を、上部電極の表面粗さＳ２（μｍ）を横軸、静電容量保持率（％）を縦軸にプロットしたグラフである。
【００６５】
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【符号の説明】
【００６６】
１  絶縁性基板、２，３２  下部電極、３，３３  感湿膜、４，３４  上部電極、７  下部電極用リード線、９  上部電極用リード線、１０  感湿センサ、２０  感湿センサ、３３ａ  （感湿膜の）第１表面、３３ｂ  （感湿膜の）第２表面。
【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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