(57)【要約】【課題】当初の検出精度を長期間に渡って維持することのできる湿度センサを提供する。【解決手段】湿度センサ１は、多数の細孔を有する無機材料から形成されて、水分を吸着することによってその誘電率が変化する感湿膜６０、並びに、誘電率の変化を検出するための櫛歯電極１０ａ及び１０ｂを有する第１センサ素子１０と、櫛歯電極２０ａ及び２０ｂを有するとともに、相対湿度によってその容量値が変化しない第２センサ素子２０とを、同一の半導体基板３０に備える。また、湿度センサ１は、櫛歯電極１０ａ及び１０ｂ並びに２０ａ及び２０ｂの容量差を電圧に変換するＣＶ変換回路、ＣＶ変換値を所定増幅率で増幅する増幅器、並びに、増幅器の増幅率を切り換える切替回路を有する処理回路を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水分を吸着することによって物理量が変化する感湿部材と、その物理量の変化を検出するための検出部材とを有する湿度センサ素子と、前記検出部材の出力信号を処理する処理回路とを備え、雰囲気の湿度変化を前記物理量の変化として検出する湿度センサであって、
前記感湿部材は、水分を吸着するための多数の細孔を有する無機材料から形成されていることを特徴とする湿度センサ。
【請求項２】
前記感湿部材は、水分を吸着することによってその誘電率が変化する感湿膜であり、
前記検出部材は、前記感湿膜の容量値の変化を検出するための一対の電極であり、
当該湿度センサは、前記感湿膜の誘電率の変化に基づいて相対湿度を検出する容量式の湿度センサであることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ。
【請求項３】
前記細孔の直径は、雰囲気に含まれる水分子が急激に細孔の内部に浸入する現象である毛管凝集現象が所定相対湿度において生じる直径に設定され、
前記所定相対湿度よりも高い相対湿度の雰囲気における、湿度変化に対する容量値の変化率は、前記所定相対湿度よりも低い相対湿度の雰囲気における、湿度変化に対する容量値の変化率よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の湿度センサ。
【請求項４】
前記細孔の直径のばらつきは、前記設定された直径を含む所定分布幅内に収まるように設定され、
前記湿度変化に対する容量値の変化率は、前記所定分布幅の大きさが小さいほど大きくなることを特徴とする請求項３に記載の湿度センサ。
【請求項５】
前記細孔の直径は、「１０〜５０ｎｍ」に設定されていることを特徴とする請求項４に記載の湿度センサ。
【請求項６】
前記細孔の直径の分布が、直径を中心として±１ｎｍ以内に設定されていることを特長とする請求項５に記載の湿度センサ。
【請求項７】
前記一対の電極は、前記感湿膜に覆われているとともに、櫛歯形状に形成されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の湿度センサ。
【請求項８】
前記一対の電極は、前記感湿膜を上下から挟むように配置されるとともに、平板形状に形成されていることを特徴とする請求項２〜６のいずれか一項に記載の湿度センサ。
【請求項９】
一対の電極を有するとともに相対湿度によってその容量値が変化しない第２容量素子をさらに備え、
前記処理回路は、この第２容量素子の一対の電極と前記湿度センサ素子を構成する一対の電極との容量差を電圧に変換するＣＶ変換回路を含み、
前記ＣＶ変換回路の出力電圧値であるＣＶ変換値に基づいて雰囲気の相対湿度を検出することを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の湿度センサ。
【請求項１０】
水分を吸着することによってその誘電率が変化する高分子有機物からなる感湿膜と、該感湿膜に覆われた一対の電極とを有する第３容量素子をさらに備え、
前記処理回路は、この第３容量素子の一対の電極と前記湿度センサ素子を構成する一対の電極との容量差を電圧に変換するＣＶ変換回路を含み、
前記ＣＶ変換回路の出力電圧値であるＣＶ変換値に基づいて雰囲気の相対湿度を検出することを特徴とする請求項２〜８のいずれか一項に記載の湿度センサ。
【請求項１１】
前記処理回路は、所定増幅率にて前記ＣＶ変換値を増幅する増幅器を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の湿度センサ。
【請求項１２】
前記処理回路は、所定相対湿度よりも高い相対湿度を検出するための第１増幅率にて前記ＣＶ変換値を増幅する第１増幅器と、前記所定相対湿度よりも低い相対湿度を検出するための第２増幅率にて前記ＣＶ変換値を増幅する第２増幅器とを含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の湿度センサ。
【請求項１３】
前記処理回路は、所定相対湿度よりも高い相対湿度を検出するための第１増幅率にて前記ＣＶ変換値を増幅する第１増幅器と、前記所定相対湿度よりも低い相対湿度を検出するための第２増幅率にて前記ＣＶ変換値を増幅する第２増幅器と、前記第１及び第２増幅器を前記ＣＶ変換値に基づいて切り替える切替回路とを含むことを特徴とする請求項９または１０に記載の湿度センサ。
【請求項１４】
前記感湿部材を振動可能に支持する支持部材をさらに備え、
前記感湿部材は、吸着した水分の重さに応じた共振周波数で振動するものであり、
前記検出部材は、前記感湿部材の振幅に応じた大きさの電気信号を出力するものであり、
当該湿度センサは、前記感湿部材の共振周波数の変化に基づいて相対湿度を検出する振動式の湿度センサであることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ。
【請求項１５】
前記感湿部材は、前記支持部材に１箇所のみで支持されていることを特徴とする請求項１４に記載の湿度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、当該湿度センサを取り巻く雰囲気の湿度を検出する湿度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の湿度センサとしては、従来、例えば特許文献１に記載の技術が知られている。この技術では、半導体基板と、この半導体基板上に形成されたシリコン酸化膜と、シリコン酸化膜上に同一平面上にて離間して対向するように形成された２個の電極と、これら２個の電極を覆うように形成されたシリコン窒化膜と、シリコン窒化膜上に両電極及びこれら両電極の間を覆うように形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜とを備えている。このように構成されることで、当該センサを取り巻く雰囲気の湿度の変化に応じて変化する、２個の電極間の容量値に基づき、雰囲気の湿度の変化を検出することができるようになる。
【特許文献１】特開２００２−２４３６９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、こうした従来の湿度センサでは、感湿膜を形成する材料として、一般に、例えばポリイミドや酪酸酢酸セルロース等の吸湿性高分子有機材料が採用されている。そして、そのような高分子有機材料にて形成された感湿膜を備える湿度センサは、次のような課題を有している。
【０００４】
詳しくは、感湿膜を形成する高分子有機材料は、微視的には、鎖状に長く連なった無数の分子群が互いに密に絡み合った状態にある。そうした感湿膜を有する湿度センサが高湿な雰囲気中に長期間に渡って置かれると、雰囲気に含まれる水分子に起因して、密に絡み合っていた分子群は徐々にほぐれる。そして、ほぐれた分子群を有する感湿膜は、密に絡み合った分子群を有する感湿膜に比べて、同一の湿度下であっても、雰囲気に含まれる水分子をより多く内部に取り込むようになる（いわゆる膨潤現象）。そして、より多くの水分子を内部に取り込むと、図１４に示すように、同一の相対湿度下であっても、センサ出力値が増大してしまい、ひいては、こうした湿度センサのセンサ出力値の変動は、雰囲気の相対湿度の検出精度を低下させてしまう。なお、図１４においては、長期間に渡って使用された湿度センサのセンサ出力値と雰囲気の相対湿度との関係を直線Ａとして、ほとんど使用されていない湿度センサのセンサ出力値と雰囲気の相対湿度との関係を直線Ｂとして、それぞれ示している。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、当初の検出精度を長期間に渡って維持することのできる湿度センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
こうした目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、水分を吸着することによって物理量が変化する感湿部材と、その物理量の変化を検出するための検出部材とを有する湿度センサ素子と、前記検出部材の出力信号を処理する処理回路とを備え、雰囲気の湿度変化を前記物理量の変化として検出する湿度センサとして、前記感湿部材は、水分を吸着するための多数の細孔を有する無機材料から形成されていることとした。
【０００７】
湿度センサとしてのこのような構成では、まず、多数の細孔を有する無機材料から形成された感湿部材が、雰囲気に含まれる水分を吸着し、感湿部材の物理量を変化させる。すなわち、雰囲気の相対湿度が高ければ、感湿部材はより多くの水分を吸着するとともに、雰囲気の相対湿度が低ければ、感湿部材はそれほど多くの水分を吸着しない。このようにして、感湿部材は、雰囲気の水分に応じて物理量を変化させる。また、検出部材によって、そうした物理量の変化を検出し、出力信号を処理回路に出力する。そして、処理回路において、検出部材から出力された出力信号が処理されるようになる。
【０００８】
ここで、感湿部材は無機材料から形成されている。無機材料にあっては、一般に、高分子有機材料のような、いわゆる膨潤現象が生じない。すなわち、無機材料は、有機材料と比較して、その物性が安定しており、長期間に渡って変化しない。したがって、そうした無機材料から形成されている感湿部材を用いれば、たとえ長期間経過した場合であっても、同一の相対湿度下において、同一のセンサ出力値を維持し、変動することはほとんどないため、雰囲気の相対湿度について、当初の検出精度を長期間に渡って維持することができるようになる。
【０００９】
こうした請求項１に記載の構成では、例えば請求項２に記載の発明のように、前記感湿部材は、水分を吸着することによってその誘電率が変化する感湿膜とし、前記検出部材は、前記感湿膜の容量値の変化を検出するための一対の電極とし、当該湿度センサは、前記感湿膜の誘電率の変化に基づいて相対湿度を検出する容量式の湿度センサとすることができる。
【００１０】
湿度センサとしてのこのような構成では、まず、多数の細孔を有する無機材料から形成された感湿膜が、雰囲気に含まれる水分を吸着し、感湿膜の誘電率を変化させる。すなわち、雰囲気の相対湿度が高ければ、感湿膜はより多くの水分を吸着するため、誘電率が高くなる。一方、雰囲気の相対湿度が低ければ、感湿膜はそれほど多くの水分を吸着しないため、感湿膜の誘電率は低くなる。このようにして、感湿膜は、雰囲気の水分に応じて誘電率を変化させる。また、一対の電極は、感湿膜の誘電率、換言すれば、これら一対の電極間の容量値の変化を検出し、出力信号を処理回路に出力する。そして、処理回路において、検出部材から出力された出力信号が処理されるようになる。なお、こうした容量式の湿度センサの構造自体は一般的に知られているものであり、そうした一般的に使用される技術を用いることで、検出精度を長期間に渡って維持することのできる湿度センサを容易に構成することができるようになる。
【００１１】
ところで、所定相対湿度に満たない雰囲気下では、感湿膜の細孔内部まで浸入する水分子は少ないものの、所定相対湿度を超える雰囲気下では、感湿膜の細孔内部まで浸入する水分子が急増する現象である、いわゆる毛管凝集現象が知られている。なお、感湿膜の細孔内部まで水分子が浸入することは、感湿膜に吸着される水分子、すなわち、誘電率や容量値が急増することを意味する。そして、この毛管凝集現象が生じる所定相対湿度は細孔径（直径）に大きく関係することが、発明者らによって確認されている。
【００１２】
その点、上記請求項２に記載の構成において、例えば請求項３に記載の発明のように、前記細孔の直径は、雰囲気に含まれる水分子が急激に細孔の内部に浸入する現象である毛管凝集現象が所定相対湿度において生じる直径に設定されていることとした。
【００１３】
これにより、所望の相対湿度で毛管凝集現象を生じさせることができるようになる。具体的には、前記所定相対湿度よりも高い相対湿度の雰囲気における、湿度変化に対する容量値の変化率は、前記所定相対湿度よりも低い相対湿度の雰囲気における、湿度変化に対する容量値の変化率よりも大きくなる。ここで、湿度変化に対する容量値の変化率とは、相対湿度の変化に対する当該湿度センサの感度に相当し、相対湿度の変化に対する当該湿度センサの検出精度に影響する。そのため、上記構成によれば、例えば、所定相対湿度よりも高い相対湿度の雰囲気における検出精度を、所定相対湿度よりも低い相対湿度の雰囲気における検出精度より高めることができるようになる。
【００１４】
また、雰囲気の相対湿度が上記所定相対湿度に達すると、感湿膜の細孔内部まで浸入する水分子が急増する毛管凝集現象が生じることは既述した通りである。しかしながら、上記細孔の直径のばらつきが大きいと、感湿膜の細孔内部まで浸入する水分子が急増するとは言え、そうした水分子の数は、上記所定相対湿度からの湿度上昇に伴って緩やかに増加する。一方、上記細孔の直径のばらつきが小さいと、感湿膜の細孔内部まで浸入する水分子の数は、上記所定相対湿度からの湿度上昇に伴って急激に増加する。このように、上記毛管凝集現象が生じ始めてから終了するまでの相対湿度幅、すなわち、湿度変化に対する容量値の変化率の大きさは、細孔の直径のばらつきの幅に大きく関係することが、発明者らによって確認されている。
【００１５】
その点、上記請求項３に記載の構成において、例えば請求項４に記載の発明のように、前記細孔の直径のばらつきは、前記設定された直径を含む所定分布幅内に収まるように設定されることとすれば、上記毛管凝集現象を所望の相対湿度で生じさせることができることはもとより、上記毛管凝集現象を所望の相対湿度で終了させることができるようにもなる。すなわち、所定分布幅の大きさを設定することで、湿度変化に対する容量値の変化率を設定することができるようになる。
【００１６】
また、従来の高分子有機物からなる感湿膜を有する湿度センサでは、相対湿度がおよそ「５％〜９０％」の雰囲気において一律の検出精度をもって相対湿度を検出することはできるものの、相対湿度がおよそ「９５％」よりも高い雰囲気においては、湿度変化に対する容量値の変化率が変化してしまうため、高い検出精度をもって相対湿度を検出することは難しかった。
【００１７】
その点、上記請求項４に記載の構成において、例えば請求項５に記載の発明のように、前記細孔の直径を「１０〜５０ｎｍ」に設定すれば、相対湿度がおよそ「９５％」よりも高い雰囲気における検出精度を、相対湿度がおよそ「９５％」よりも低い雰囲気における検出精度よりも高めることができるようになる。特に、上記請求項５に記載の構成において、例えば請求項６に記載の発明のように、前記細孔の直径の分布を、直径を中心として±１ｎｍ以内に設定することが望ましい。
【００１８】
なお、こうした構成において、例えば請求項７に記載の発明のように、前記一対の電極は、前記感湿膜に覆われているとともに、櫛歯形状に形成されていることとしてもよい。あるいは、例えば請求項８に記載の発明のように、前記一対の電極は、前記感湿膜を上下から挟むように配置されるとともに、平板形状に形成されていることとしてもよい。
【００１９】
また、上記請求項２〜８のいずれかに記載の構成において、例えば請求項９に記載の発明のように、一対の電極を有するとともに相対湿度によってその容量値が変化しない第２容量素子をさらに備え、前記処理回路は、この第２容量素子の一対の電極と前記湿度センサ素子を構成する一対の電極との容量差を電圧に変換するＣＶ変換回路を含み、前記ＣＶ変換回路の出力電圧値であるＣＶ変換値に基づいて雰囲気の相対湿度を検出することとすれば、たとえ上記容量差が微小であっても、雰囲気の相対湿度を精度良く検出することができるようになる。
【００２０】
また、上記請求項２〜８のいずれかに記載の構成において、例えば請求項１０に記載の発明では、水分を吸着することによってその誘電率が変化する高分子有機物からなる感湿膜と、該感湿膜に覆われた一対の電極とを有する第３容量素子をさらに備え、前記処理回路は、この第３容量素子の一対の電極と前記湿度センサ素子を構成する一対の電極との容量差を電圧に変換するＣＶ変換回路を含み、前記ＣＶ変換回路の出力電圧値であるＣＶ変換値に基づいて雰囲気の相対湿度を検出することとしてもよい。
【００２１】
こうした構成では、第３容量素子の容量値は相対湿度に対してほぼ直線状に変化するものの、湿度センサ素子の容量値は、相対湿度範囲によっては、第３容量素子よりもより急峻な直線状に変化したり、逆にほとんど変化しなかったりする。そのため、湿度センサ素子の容量値がほとんど変化しない相対湿度範囲においては、湿度センサ素子と第３容量素子との容量差を大きくすることができるため、従来の湿度センサと同程度の精度をもって、雰囲気の相対湿度を検出することができる。一方、湿度センサ素子の容量値が第３容量素子よりもより急峻な直線状に変化する相対湿度範囲においては、湿度センサ素子に吸着される水分の量が、第３容量素子に吸着される水分の量よりもはるかに大きいため、第３容量素子の容量値の変化が湿度センサの検出精度に与える影響は小さい。したがって、そうした相対湿度範囲においても、高い精度をもって、雰囲気の相対湿度を検出することができる。
【００２２】
また、上記請求項９または１０に記載の構成において、例えば請求項１１に記載の発明のように、前記処理回路は、所定増幅率にて前記ＣＶ変換値を増幅する増幅器を含むことが望ましい。これにより、ＣＶ変換値の出力を所定増幅率で増幅した上で雰囲気の相対湿度が検出されるため、雰囲気の相対湿度をさらに高い精度で検出することができるようになる。
【００２３】
ただし、上記請求項１１に記載の構成は、例えば上記請求項３に記載の構成と併用することも可能であり、これらを併用する場合には、所定相対湿度よりも高い相対湿度の雰囲気における、湿度変化に対する容量値の変化率は、所定相対湿度よりも低い相対湿度の雰囲気における、湿度変化に対する容量値の変化率と異なる。そのため、単一の増幅率では、広い範囲に渡って高い検出精度で相対湿度を検出するには不十分となることもある。
【００２４】
その点、上記請求項９または１０に記載の構成において、例えば請求項１２に記載の発明のように、前記処理回路は、所定相対湿度よりも高い相対湿度を検出するための第１増幅率にて前記ＣＶ変換値を増幅する第１増幅器と、前記所定相対湿度よりも低い相対湿度を検出するための第２増幅率にて前記ＣＶ変換値を増幅する第２増幅器とを含むこととしてもよい。
【００２５】
あるいは、上記請求項９または１０に記載の構成において、例えば請求項１３に記載の発明のように、前記処理回路は、所定相対湿度よりも高い相対湿度を検出するための第１増幅率にて前記ＣＶ変換値を増幅する第１増幅器と、前記所定相対湿度よりも低い相対湿度を検出するための第２増幅率にて前記ＣＶ変換値を増幅する第２増幅器と、前記第１及び第２増幅器を前記ＣＶ変換値に基づいて切り替える切替回路とを含むこととしてもよい。
【００２６】
特に上記請求項１３に記載の構成によれば、雰囲気の相対湿度に応じて増幅率が切り換えられるため、雰囲気の相対湿度に拘わらず、すなわち広い範囲に渡って、高い精度をもって相対湿度を検出することができるようになる。
【００２７】
他方、上記請求項１に記載の構成では、例えば請求項１４に記載の発明のように、前記感湿部材を振動可能に支持する支持部材をさらに備え、前記感湿部材は、吸着した水分の重さに応じた共振周波数で振動するものであり、前記検出部材は、前記感湿部材の振幅に応じた大きさの電気信号を出力するものであり、当該湿度センサは、前記感湿部材の共振周波数の変化に基づいて相対湿度を検出する振動式の湿度センサとすることができる。
【００２８】
湿度センサとしてのこのような構成では、まず、多数の細孔を有する無機材料から形成された感湿部材が、雰囲気に含まれる水分を吸着し、吸着した水分の重さに応じて共振周波数を変化させる。すなわち、雰囲気の相対湿度が高ければ、感湿部材はより多くの水分を吸着するため、感湿部材が重くなり、振動時の共振周波数が高くなる。一方、雰囲気の相対湿度が低ければ、感湿部材はそれほど多くの水分を吸着しないため、感湿部材は軽くなり、振動時の共振周波数が低くなる。このようにして、感湿部材は、雰囲気の水分に応じて共振周波数を変化させる。また、検出部材は、感湿部材の振幅に応じた大きさの電気信号を処理回路に出力する。そして、処理回路において、検出部材から出力された出力信号が処理されるようになる。そうした感湿部材は、例えば請求項１５に記載の発明のように、前記支持部材に１箇所のみで支持されていることとしてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
（第１の実施の形態）
以下、本発明に係る湿度センサの第１の実施の形態について、図１〜図７を参照して説明する。なお、図１は、本実施の形態の湿度センサについて、平面構造を示す模式図である。また、図２は、先の図１中、ＩＩ−ＩＩ線に沿った側面断面図であり、図３は、先の図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った側面断面図である。まず、これら図１〜図３を併せ参照して、本実施の形態の湿度センサの構成について説明する。また、本実施の形態の湿度センサは、感湿膜の誘電率の変化に基づいて湿度を検出する容量式の湿度センサとして具体化されている。
【００３０】
図１に示されるように、容量式湿度センサ１は、基本的には、第１センサ素子（湿度センサ素子）１０及び第２センサ素子（第２容量素子）２０を有する。
【００３１】
詳しくは、図２及び図３にそれぞれ示されるように、第１センサ素子１０及び第２センサ素子２０は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる同一の半導体基板３０上表面に形成されている。また、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる絶縁膜４０がこの半導体基板３０上表面に形成されており、湿度センサ１を取り巻く雰囲気の相対湿度を検出するための電極（一対の電極）１０ａ及び１０ｂ並びに２０ａ及び２０ｂが、例えばＡｌ（アルミニウム）等の金属から同一平面上に離間して対向するようにこの絶縁膜４０上にそれぞれ形成されている。なお、これら電極１０ａ〜２０ｂの形成材料としては、他にも、Ａｌ−Ｓｉ合金（ＡｌにＳｉを微量に含有させたもの）、Ｔｉ、Ａｕ、Ｃｕ、多結晶シリコン（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ）などを使用することができる。また、こうした電極１０ａ〜２０ｂの形状は特に限定されることなく任意であるが、本実施の形態では、櫛歯形状を採用している。これにより、電極１０ａ〜２０ｂそれぞれの櫛歯部が噛み合って対向するため、電極全体としての配置面積を極力小さくしつつ、対向面積を大きくすることができる。そしてひいては、湿度センサ１を取り巻く雰囲気の相対湿度の検出精度を向上することができる。
【００３２】
また、図２及び図３に示されるように、後に詳述する感湿膜（感湿部材）６０が吸着した水分や雰囲気に含まれる水分による腐食から櫛歯電極１０ａ〜２０ｂを保護するため、保護膜５０が、これら櫛歯電極１０ａ〜２０ｂ上に、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）から形成されている。なお、本実施の形態では、保護膜５０は、櫛歯電極１０ａ及び１０ｂ並びにこれら電極間を覆うように（図２参照）、また、櫛歯電極２０ａ及び２０ｂ並びにこれら電極間を覆うように（図３参照）、それぞれ形成されている。なお、少なくとも、櫛歯電極１０ａ〜２０ｂが保護膜５０に覆われていれば、腐食から保護することはできる。
【００３３】
さらに、図１及び図２に示されるように、第１センサ素子１０側の保護膜５０上には、雰囲気に含まれる水分を吸着するための多数の細孔を有する感湿膜６０が無機材料を用いて形成されている。この感湿膜６０は、保護膜５０と同様に、櫛歯電極１０ａ及び１０ｂ並びにこれら電極間を覆うように形成されている。また、こうした感湿膜６０は、例えばディップなどの方法により、櫛歯電極１０ａ〜２０ｂが形成された半導体基板３０上に成膜され、形成される。なお、こうした感湿膜６０の形成方法は任意である。
【００３４】
また、雰囲気に含まれる水分が感湿膜６０の細孔内部に取り込まれると、感湿膜６０自体の誘電率は変化しないものの、吸着した水分も含めた感湿膜６０全体の誘電率は、水分の誘電率が大きいため、吸着した水分量に応じて大きく変化する。そのため、櫛歯電極１０ａ及び１０ｂ間の静電容量値も変化する。このようにして、雰囲気の湿度変化は、櫛歯電極１０ａ及び１０ｂ間の容量値の変化として捉えられている。なお、こうした感湿膜６０が有する特性等については後述する。また、図１及び図３に示されるように、第２センサ素子２０側の保護膜５０上には、先の第１センサ素子１０側の保護膜５０上とは異なり、感湿膜は形成されていない。そのため、櫛歯電極２０ａ及び２０ｂ間の容量値は、雰囲気の湿度変化によって変化しない。
【００３５】
一方、図１〜図３においては図示を割愛しているが、第１及び第２センサ素子１０及び２０の出力信号を処理する処理回路が、半導体基板３０の表層部に形成されている。この処理回路は、櫛歯電極１０ａ及び１０ｂと櫛歯電極２０ａ及び２０ｂとの容量差を電圧に変換するスイッチドキャパシタ回路（ＣＶ変換回路）、このスイッチドキャパシタ回路の出力電圧値であるＣＶ変換値を所定増幅率で増幅する増幅器、この増幅器の増幅率を切り換える切替回路等々を有している。なお、こうした処理回路についても後述する。
【００３６】
ところで、課題の欄にも記述したように、こうした湿度センサの感湿膜を形成する材料として一般的な、例えばポリイミド系樹脂等の高分子有機材料は、微視的には、鎖状に長く連なった無数の分子群が互いに密に絡み合った状態にある。そうした感湿膜を有する湿度センサが例えば温度６５℃、相対湿度９０％の高湿な雰囲気中に長期間に渡って置かれると、同一の湿度下でありながら、雰囲気に含まれる水分子をより多く内部に取り込むようになる。いわゆる膨潤現象が生じる。この膨潤現象が生じると、同一の相対湿度下であっても、センサ出力値が増大してしまい、ひいては、こうした湿度センサのセンサ出力値の変動は、雰囲気の相対湿度の検出精度を低下させてしまう。
【００３７】
しかしながら、無機材料にあっては、一般に、いわゆる膨潤現象は生じない。すなわち、無機材料は、有機材料と比較して、その物性が安定しており、長期間にわたって変化しない。したがって、既述したように、本実施の形態では、そうした無機材料から形成された感湿膜６０を用いるため、たとえ長期間経過した場合であっても、雰囲気の相対湿度について、当初の検出精度を長期間に渡って維持することができるようになる。
【００３８】
また、所定相対湿度よりも低い相対湿度の雰囲気下では、感湿膜６０の細孔内部まで浸入する水分子は少ないものの、所定相対湿度よりも高い相対湿度の雰囲気下では、感湿膜６０の細孔内部まで浸入する水分子が急増する現象である、いわゆる毛管凝集現象が知られている。なお、感湿膜６０の細孔内部まで水分子が浸入することは、感湿膜６０に吸着される水分子、すなわち、誘電率や容量値が急増することを意味する。そして、この毛管凝集現象が生じる所定相対湿度は細孔径（直径）の分布に大きく関係することが、発明者らによって確認されている。
【００３９】
以下、図４及び図５を併せ参照して、毛管凝集現象が生じる所定相対湿度と、細孔径の分布との関係について説明する。なお、図４は、感湿膜６０を構成する無機材料の細孔径のばらつきの分布を示すものであり、図５（ａ）〜（ｃ）は、細孔径のばらつきの分布態様の別に、相対湿度と水分の吸着量との関係を示すものである。また、こうした毛管凝集現象を示す式として一般的なケルビン式が知られている。
【００４０】
図４に曲線ａとして実線にて示すように、感湿膜６０を形成する無機材料の細孔径を例えば「１０〜１１ｎｍ」というごく狭い範囲内に収めると、感湿膜６０に吸着される水分と相対湿度との間に、図５（ａ）のような関係が生じる。すなわち、図５（ａ）に示されるように、雰囲気の相対湿度がおよそ「０〜５％」であるとき、感湿膜６０に吸着される水分量は増加し、雰囲気の相対湿度がおよそ「５〜９５％」であるとき、感湿膜６０に吸着される水分量はほぼ一定となる。そして、雰囲気の相対湿度がおよそ「９５〜１００％」であるとき、感湿膜６０に吸着される水分量が急峻に立ち上がる。すなわち、無機材料の細孔径が例えば「１０〜１１ｎｍ」という範囲に収まると、雰囲気の相対湿度がおよそ「９５％」であるときに毛管凝集現象が生じている。
【００４１】
感湿膜６０がこのような関係を有するとき、相対湿度「９５％」よりも高い相対湿度の雰囲気に対しては、湿度変化に対する容量値の変化率が非常に大きいため、当該湿度センサ１の検出感度は非常に高く、したがって、相対湿度の検出精度も非常に高い。一方、相対湿度「９５％」よりも低い相対湿度の雰囲気に対しては、湿度変化に対する容量値の変化がほとんどないため、当該湿度センサ１の検出感度は非常に低く、相対湿度の検出は難しい。湿度センサ１は、このような検出特性を有することとなる。
【００４２】
また、図４に曲線ｂとして一点鎖線にて示すように、感湿膜６０を形成する無機材料の細孔径を例えば「３〜１０ｎｍ」という広い範囲内に収めると、感湿膜６０に吸着される水分と相対湿度との間に、図５（ｂ）のような関係生じる。すなわち、図５（ｂ）に示されるように、雰囲気の相対湿度がおよそ「０〜５％」であるとき、感湿膜６０に吸着される水分量は増加し、雰囲気の相対湿度がおよそ「５〜４５％」であるとき、感湿膜６０に吸着される水分量は略一定となる。また、雰囲気の相対湿度がおよそ「４５〜５５％」であるとき、感湿膜６０に吸着される水分量はリニアに変化し、雰囲気の相対湿度がおよそ「５５〜１００％」であるとき、感湿膜６０に吸着される水分量は再びほぼ一定となる。すなわち、無機材料の細孔径が例えば「３〜１０ｎｍ」という範囲に収まると、雰囲気の相対湿度がおよそ「４５％」であるときに毛管凝集現象が生じているとともに、雰囲気の相対湿度がおよそ「５５％」であるときに大部分の細孔内部に水分が浸入し飽和している。
【００４３】
感湿膜６０がこのような関係を有するとき、相対湿度「４５％」に満たない相対湿度の雰囲気に対しては、湿度変化に対する容量値の変化がほとんどないため、当該湿度センサ１の検出感度は非常に低く、相対湿度の検出は難しい。一方、相対湿度「４５〜５５％」に収まる相対湿度の雰囲気に対しては、湿度変化に対する容量値の変化率が大きいため、当該湿度センサ１の検出感度は高く、したがって、相対湿度の検出精度も高い。他方、相対湿度「５５％」を超える相対湿度の雰囲気に対しては、湿度変化に対する容量値の変化がほとんどないため、当該湿度センサ１の検出感度は非常に低く、相対湿度の検出は難しい。湿度センサ１は、このような検出特性を有することとなる。
【００４４】
また、図４に曲線ｃとして二点鎖線にて示すように、感湿膜６０を形成する無機材料の細孔径を例えば「１〜２ｎｍ」という、ごく狭い範囲内に収めると、感湿膜６０に吸着される水分と相対湿度との間には、図５（ｃ）のような関係が生じる。すなわち、図５（ｃ）に示されるように、雰囲気の相対湿度がおよそ「０〜１０％」であるとき、感湿膜６０に吸着される水分量は増加し、雰囲気の相対湿度がおよそ「１０〜１００％」であるとき、感湿膜６０に吸着される水分量は略一定となる。すなわち、無機材料の細孔径が例えば「１〜３ｎｍ」という範囲に収まると、雰囲気の相対湿度がおよそ「０％」であるときにすでに毛管凝集現象が生じているとともに、雰囲気の相対湿度がおよそ「１０％」であるときに大部分の細孔内部に水分が浸入し飽和している。
【００４５】
感湿膜６０がこのような関係を有するとき、相対湿度「１０％」に満たない相対湿度の雰囲気に対しては、湿度変化に対する容量値の変化が大きいため、当該湿度センサ１の検出感度は高く、したがって、相対湿度の検出精度も高い。一方、相対湿度「１０％」を超える相対湿度の雰囲気に対しては、湿度変化に対する容量値の変化がほとんどないため、当該湿度センサ１の検出感度は非常に低く、相対湿度の検出は難しい。湿度センサ１は、このような検出特性を有することとなる。
【００４６】
また、従来の高分子有機物からなる感湿膜を有する湿度センサでは、相対湿度がおよそ「５〜９０％」の雰囲気において一律の検出精度をもって相対湿度を検出することはできるものの、相対湿度がおよそ「９５％」よりも高い雰囲気においては、湿度変化に対する容量値の変化率が変化してしまうため、高い検出精度をもって相対湿度を検出することは難しかった。
【００４７】
そこで、本実施の形態では、感湿膜６０を形成する無機材料の細孔径を例えば「１０〜１１ｎｍ」という範囲に収め、図５（ａ）に示す関係を湿度センサ１に持たせることにより、そうした相対湿度が高い雰囲気に対しても高い検出精度をもって相対湿度を検出しようとしている。
【００４８】
次に、図６〜図８を併せ参照して、処理回路について詳述する。なお、図６は、本実施の形態の湿度センサ１の等価回路の一例を示した回路図である。
【００４９】
図６に示されるように、また既述したように、湿度センサ１は、処理回路として、基本的に、雰囲気の相対湿度に応じて容量値が変化する可変容量Ｃ１０（第１センサ素子１０に相当（図１参照））と容量値が変化しない固定容量Ｃ２０（第２センサ素子２０に相当（図１））との容量差を電圧値に変換するＳＣ（スイッチドキャパシタ）回路７０、増幅率を切り換える切替回路８０、例えば「６０倍」の増幅率に設定された増幅回路９０ａ、及び、例えば「１２倍」の増幅率に設定された増幅回路９０ｂ等々を備える。
【００５０】
詳しくは、ＳＣ回路７０は、図６に示すように、例えば「５Ｖ」の同一の振幅で且つ１８０度の位相差を有する矩形波である搬送波１及び搬送波２を可変容量Ｃ１０及び固定容量Ｃ２０に対してそれぞれ印加する発振回路７０１、例えば「２．５Ｖ」のバイアス電圧を出力する基準電圧源７０２、可変容量Ｃ１０及び固定容量Ｃ２０の中点電位とバイアス電圧とを差動増幅する差動増幅回路７０３、所定容量を有するコンデンサ７０４、アナログスイッチ７０５及び図示しないサンプルホールド回路等々を備える。
【００５１】
このように構成されたＳＣ回路７０で実行されるＣＶ変換の一例を図７にタイミングチャートとして示す。この図７に示されるように、ＳＣ回路７０で実行されるＣＶ変換は、「リセット→サンプルホールド→搬送波切替→サンプルホールド」を一周期として、この周期が約１０μ秒ごとに実行される。
【００５２】
まず、図７（ａ）に示されるように、例えば時刻ｔ１１においてアナログスイッチがオンされると、コンデンサ７０４が放電される（リセット）。また、図７（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、このコンデンサ７０４の放電と同時に、搬送波１が立ち上げられるとともに搬送波２が立ち下げられる。このとき、関係「可変容量Ｃ１０＞固定容量Ｃ２０」と、可変容量Ｃ１０の発振回路７０１側の電極１０ａ（図１参照）及び固定容量Ｃ２０の発振回路７０１側の電極２０ｂ（図１参照）それぞれに印加される電圧とに応じて、これら可変容量Ｃ１０及び固定容量Ｃ２０が充電される。ちなみに、可変容量Ｃ１０の差動増幅回路７０３側の電極１０ｂ（図１参照）及び固定容量Ｃ２０の差動増幅回路７０３側の電極２０ａ（図１参照）の電荷量は、負の電荷が多い状態になる。
【００５３】
次に、図７（ａ）に示されるように、例えば時刻ｔ１２においてアナログスイッチがオフされると、可変容量Ｃ１０の電極１０ｂ及び固定容量Ｃ２０の電極２０ａ並びにコンデンサ７０４の差動増幅回路７０３の反転入力端子側の電極によって閉回路が構成され、先の時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までに蓄えられた電荷量は保存される。そうした状態にある例えば時刻ｔ１３において、ＳＣ回路７０の出力電圧値Ｖｓがサンプリングされ（図７（ｄ））、適宜の記憶保持手段に一時的に記憶される。
【００５４】
そして、図７（ｂ）及び（ｃ）に示されるように、例えば時刻ｔ１４において、搬送波１が立ち下げられると同時に搬送波２が立ち上げられる。このように搬送波が反転されると、可変容量Ｃ１０の電極１０ｂ及び固定容量Ｃ２０の電極２０ａの電荷量は、正の電荷が多い状態になる。しかしながら、既述したように、可変容量Ｃ１０の電極１０ｂ及び固定容量Ｃ２０の電極２０ａ並びにコンデンサ７０４の差動回路７０３の反転入力端子側の電極によって閉回路が構成されていることから、この閉回路にある電荷量は保存されている。そのため、可変容量Ｃ１０の電極１０ｂ及び固定容量Ｃ２０の電極２０ａの電荷の平衡状態から溢れた負の電荷が、コンデンサ７０４の差動増幅回路７０３の反転入力端子側の電極に移動する。この電荷の移動により、コンデンサ７０４の差動増幅回路７０３の出力端子側の電極には、正の電荷が蓄えられることになり、「蓄えられる電荷量＝容量×電位差」の関係から、移動した電荷量に比例し、コンデンサ７０４の容量値に反比例した電圧値分だけ、ＳＣ回路７０の出力電圧値Ｖｓが変動することになる。
【００５５】
このように変動した出力電圧値ＶｓがＳＣ回路７０の出力端子７０６から出力される（図７（ｅ））。そして、例えば時刻ｔ１６において、電荷の移動が終了し安定したところで、サンプリングされ（図７（ｄ））、適宜の記憶保持手段に一時的に記憶される。そして、続く時刻ｔ１７から、この周期が同様に開始される。
【００５６】
なお、最終的には、上記時刻ｔ１６においてサンプリングした電圧値から、上記時刻ｔ１３においてサンプリングした電圧値を差動演算した値に基づいて、雰囲気の相対湿度が検出される。また、本実施の形態では、感湿膜６０が先の図５（ａ）に示す特性を有するため、雰囲気の相対湿度と出力端子７０６における出力電圧値Ｖｓとの関係は、例えば図８（ａ）に示す関係となっている。すなわち、相対湿度が「０〜９５％」の範囲においては、出力電圧値Ｖｓは「０〜５０ｍＶ」で直線状となり、相対湿度が「９５〜１００％」の範囲においては、出力電圧値Ｖｓは「５０〜２５０ｍＶ」で直線状となる。
【００５７】
また、先の図６に示すように、切替回路８０は、例えば「５０ｍＶ」のバイアス電圧を出力する基準電圧源８０１と出力端子７０６における出力電圧値Ｖｓとを比較するとともに、論理Ｈｉレベルに対応する電圧と論理Ｌｏレベルに対応する電圧との間で比較結果に応じて出力電圧を出力する比較器８０２、比較器８０２の出力電圧を反転するインバータ８０３、論理Ｈｉレベルに対応する電圧が比較器８０２から印加されるとオンとなるアナログスイッチ８０４、論理Ｈｉレベルに対応する電圧がインバータ８０３から印加されるとオンとなるアナログスイッチ８０５、並びに、出力端子８０６等々を備える。なお、基準電圧源８０１のバイアス電圧は、先の図８（ａ）に示した、直線の特性が変わる変曲点に相当する電圧値（すなわち「５０ｍＶ」）に設定されている。
【００５８】
このように構成された切替回路８０で実行される、後段に接続される増幅回路９０ａ及び９０ｂの切替動作、すなわち、増幅率の切替動作の一例を説明する。
【００５９】
相対湿度が「０〜９５％」の範囲においては、まず、既述したように、「０〜５０ｍＶ」の出力電圧値Ｖｓが出力端子７０６から出力され、切替回路８０に入力される。次に、ＳＣ回路７０の出力電圧値と上記バイアス電圧とが比較器８０２において比較され、バイアス電圧の方が高いため、論理Ｈｉに対応する電圧値が比較器８０２から出力される。こうして論理Ｈｉに対応する電圧値が出力されると、アナログスイッチ８０４がオンとなる一方、アナログスイッチ８０５はオフとなる。そして、出力端子７０６の出力電圧値Ｖｓは、増幅回路９０ａにおいて、例えば「６０倍」に増幅される。したがって、増幅回路９０ａの出力端子９０１ａにおける出力電圧は、図８（ｂ）に示すように、相対湿度「０〜９５％」に対して「１．０〜４．０Ｖ」の範囲で直線状に変化することとなる。なお、増幅回路９０ａ内でオフセット調整が行われるため、出力端子９０１ａにおける出力電圧は、相対湿度「９５〜１００％」に対して、一定電圧「１．０Ｖ」となる。
【００６０】
一方、相対湿度が「９５〜１００％」の範囲においては、まず、既述したように、「５０〜２５０ｍＶ」の出力電圧値Ｖｓが出力端子７０６から出力され、切替回路８０に入力される。次に、ＳＣ回路７０の出力電圧値と上記バイアス電圧とが比較器８０２において比較され、バイアス電圧の方が低いため、論理Ｌｏに対応する電圧値が比較器８０２から出力される。こうして論理Ｌｏに対応する電圧値が出力されると、アナログスイッチ８０４がオフとなる一方、アナログスイッチ８０５はオンとなる。そして、出力端子７０６の出力電圧値Ｖｓは、増幅回路９０ｂにおいて、例えば「１２倍」に増幅される。したがって、増幅回路９０ｂの出力端子９０１ｂから出力される出力電圧は、図８（ｃ）に示すように、相対湿度「９５〜１００％」に対して「１．０〜４．０Ｖ」の範囲で直線状に変化することとなる。なお、増幅回路９０ａ内でオフセット調整が行われるため、出力端子９０１ｂにおける出力電圧は、相対湿度「０〜９５％」に対して、一定電圧「１．０Ｖ」となる。
【００６１】
このように、切替回路８０の出力端子８０６における出力電圧、増幅回路９０ａの出力端子９０１ａにおける出力電圧、及び、増幅回路９０ｂの出力端子９０１ｂにおける出力電圧に基づくことで、雰囲気の相対湿度に拘わらず、換言すれば、広範囲にわたって、高い精度をもって相対湿度を検出することができるようになる。
【００６２】
こうした湿度センサ１は、例えば車両の窓ガラスなどのくもりを防止するべく、空調機の制御に用いることができる。詳しくは、湿度センサ１は、高い相対湿度の雰囲気下においても、高精度をもって相対湿度を検出することができるため、窓ガラスに結露が生じる直前（相対湿度が１００％付近）に、空調機を駆動することで相対湿度を低下させ、結露を未然に防止することができるようになる。すなわち、当該湿度センサ１は、結露センサとしても使用することが可能である。
【００６３】
なお、本発明に係る湿度センサは、上記実施の形態で例示した構成に限られるものではなく、本実施の形態を適宜変更した例えば次の形態として実施することもできる。
【００６４】
上記実施の形態では、相対湿度が９５％よりも高い相対湿度を検出するための増幅率に設定された増幅回路９０ｂと、相対湿度が９５％よりも低い相対湿度を検出するための増幅率に設定された増幅回路９０ａとを切り換えていた。すなわち、増幅回路を２つ使用して増幅率を切り換えていたがこれに限らない。他に例えば、先の図６に対応する図として図９に示すように、増幅回路を２つ使用するとともに切替回路８０を割愛した湿度センサ１ａとしてもよい。この場合、増幅回路９０ａの出力端子９０１ａにおける出力電圧に基づき、相対湿度「５〜９５％」の検出が可能となり、増幅回路９０ｂの出力端子９０１ｂにおける出力電圧に基づき、相対湿度「９５〜１００％」の検出が可能となる。
【００６５】
また、他に例えば、先の図６に対応する図として図１０に示すように、切替回路８０を割愛するとともに、増幅回路９０ａ及び９０ｂに替えて増幅率を可変設定することのできる増幅回路９０ｃを備えた湿度センサ１ｂとしてもよい。これにより、増幅回路の数を減らすことができ、湿度センサの体格の小型化を図ることができる。さらには、そうした増幅回路９０ｃ自体を割愛した構成としてもよい。これにより、湿度センサの体格のさらなる小型化を図ることができる。
【００６６】
上記実施の形態（変形例を含む）では、櫛歯電極２０ａ及び２０ｂを有するとともに相対湿度の変化によって容量値が変化しない第２センサ素子２０を備えていたが、これに限らない。他に例えば、図１に対応する図として図１１に示すように、第２センサ素子２０に替えて、櫛歯電極２１ａ及び２１ｂを有するとともに、高分子有機物からなる感湿膜６１を有する第３センサ素子（第３容量素子）２１を備えた湿度センサ１ｃとしてもよい。こうした第３センサ素子２１は、従来の湿度センサ素子に相当し、その容量値は、相対湿度に対してほぼ直線状に変化する。そのため、既述したように、相対湿度がおよそ「５％〜９０％」の雰囲気において一律の検出精度をもって相対湿度を検出することはできる。一方、第１センサ素子１０は、これも既述したように、相対湿度「９５％」よりも高い相対湿度の雰囲気に対しては、湿度変化に対する容量値の変化率が非常に大きいため、相対湿度の検出精度も非常に高い。しかし、相対湿度「９５％」よりも低い相対湿度の雰囲気に対しては、湿度変化に対する容量値の変化がほとんどないため、相対湿度の検出精度はあまり良くない。その点、第１センサ素子１０と第３センサ素子２１を併用する上記変形例によれば、「５〜９５％」の相対湿度範囲に対しては、従来の湿度センサと同程度の検出精度をもって、「９５〜１００％」の相対湿度範囲に対しては、従来の湿度センサよりも高い検出精度をもって、相対湿度を検出することができるようになる。
【００６７】
上記実施の形態（変形例を含む）では、第１センサ素子１０と第２センサ素子２０との組み合わせや、第１センサ素子１０と第３センサ素子２１との組み合わせによって、湿度センサを構成していたが、こうした２素子方式に限らない。他に例えば、図１及び図１１に対応する図として図１２に示すように、第２センサ素子２０及び第３センサ素子２１を割愛した湿度センサ１ｄとしてもよい。この場合、２素子間の容量差を電圧に変換するＣＶ変換回路を用いていたが、こうした単一素子方式においては、ＣＶ変換回路に限らず、一般的な共振回路を用いることとしてもよい。詳しくは、第１センサ素子（容量）と適宜の抵抗器とを用いてＲＣ発振回路を構成するとともに、湿度変化に伴う第１センサ素子の容量変化、この容量変化に伴う共振周波数の変化に基づき、相対湿度を検出することもできる。
【００６８】
上記実施の形態（変形例を含む）では、一対の電極として、櫛歯電極１０ａ〜２１ｂを採用していたが、電極形状については、既述した通り、これに限らず、任意である。他に例えば、一対の電極として、その一対の電極間に感湿膜を挟むように上下に配置され、平板形状に形成された平板電極を採用してもよい。
【００６９】
上記実施の形態（変形例を含む）では、感湿膜６０を形成する無機材料の細孔径を例えば「１０〜１１ｎｍ」という範囲に収め、先の図５（ａ）に示す関係を湿度センサに持たせていたが、細孔径の設定範囲はこれに限らない。他に例えば「１０〜５０ｎｍ」という範囲に収めることとしても、先の図５（ａ）に示す関係に準じた関係を有することはできる。
【００７０】
なお、特に図５（ａ）に示す関係に準じた関係でなくてもよいのであれば、先の図４に曲線ｂとして示したように、感湿膜を形成する無機材料の細孔径を例えば「３〜１０ｎｍ」という範囲に収め、先の図５（ｂ）に示す関係を湿度センサに持たせることとしてもよい。あるいは、先の図４に曲線ｃとして示したように、感湿膜を形成する無機材料の細孔径を例えば「１〜２ｎｍ」という範囲に収め、先の図５（ｃ）に示す関係を湿度センサに持たせることとしてもよい。高い検出精度で検出したい所望の相対湿度範囲に応じて、無機材料の細孔径の範囲を設定してよい。
【００７１】
（第２の実施の形態）
以下、図１３を参照しつつ、本発明に係る湿度センサの第２の実施の形態について説明する。なお、図１３は、本実施の形態の湿度センサの斜視図である。
【００７２】
この図１３に示されるように、本実施の形態の湿度センサ２は、基本的に、カンチレバー部（感湿部材）６２を振動可能に１箇所にて支持する支持部材３１、感湿材料を用いて形成されるとともに吸着した水分の重さに応じた共振周波数で振動するカンチレバー部６２、カンチレバー部６２の振幅に応じた大きさの電気信号を処理回路（図示略）に出力する歪ゲージ１１（検出部材）及び歪ゲージ１１の出力信号を処理する処理回路を備える。
【００７３】
このうち、カンチレバー部６２は、図１３に示されるように、支持部材３１の側壁から突出した略直方体形状に感湿材料を用いて形成される。そして、カンチレバー部６２は、支持部材３１による支持点を基点として、主に、上下方向に振動可能となっている。なお、本実施の形態では、カンチレバー部６２を形成する感湿材料として、水分を吸着するための多数の細孔を有する無機材料が採用されている。また、カンチレバー部６２の縦の長さをＤ、横の長さをＬ、幅をＷ、ρをカンチレバー部６２の密度、ｇを重力加速度、Ｅをヤング率、Ｉを断面２次モーメントとすると、カンチレバー部６２の一次振動の共振周波数は、下式（１）にて表される。
【００７４】
【数１】
2008268025.tif 000003
ここで、雰囲気の相対湿度が高いと、カンチレバー部６２は、水分を多量に吸着するため、密度ρが大きくなる。密度ρが大きくなると、上式（１）中の分母が大きくなるため、共振周波数は小さくなる。一方、雰囲気の相対湿度が低いと、カンチレバー部６２は、水分をほとんど吸着しないため、密度ρが小さくなる。密度ρが小さくなると上式（１）中の分母が小さくなるため、共振周波数は大きくなる。このように、カンチレバー部６２の共振周波数は、相対湿度に応じて変化する。したがって、相対湿度の変化に応じた共振周波数の変化に基づいて、相対湿度を検出することが可能となる。
【００７５】
また、歪ゲージ１１は、図１３に示されるように、支持部材３１がカンチレバー部６２を支持する箇所の上表面に、貼付されている。そして、歪ゲージ１１は、カンチレバー部６２が上下方向に振動すると、その振幅に応じた大きさの電気信号を処理回路（図示略）に出力する。
【００７６】
処理回路は、このようにして出力された歪ゲージ１１の出力信号を取り込むとともに、該出力信号を適宜に処理し、共振周波数を検出する。そして、この共振周波数に基づき、雰囲気の相対湿度を検出する。
【００７７】
なお、本発明に係る湿度センサは、上記第２の実施の形態で例示した構成に限られるものではなく、本実施の形態を適宜変更した例えば次の形態として実施することもできる。
【００７８】
上記第２の実施の形態では、検出部材として歪ゲージ１１を採用したが、これに限らない。他に例えば、圧電素子などを採用することもできる。要は、カンチレバー部６２の振幅を電気信号に変換することができるのであればよい。
【００７９】
上記第２の実施の形態では、カンチレバー部６２は、支持部材３１に１箇所のみで支持されていたが、複数個所で支持されるように構成してもよい。要は、感湿部材が、吸着した水分の重さに応じた共振周波数で振動することができれば、支持態様は任意である。
【００８０】
（他の実施の形態）
上記第１実施の形態では、相対湿度の検出原理として容量式を採用した湿度センサについて説明し、上記第２の実施の形態では、相対湿度の検出原理として振動式を採用した湿度センサについて説明したが、相対湿度の検出原理については、これら容量式あるいは振動式に限らない。検出原理に拘わらず、雰囲気の湿度変化を感湿部材の物理量の変化として検出する湿度センサにおいて、感湿部材が、水分を吸着するための多数の細孔を有する無機材料から形成されていれば、所期の目的を達成することはできる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明に係る湿度センサの第１の実施の形態について、その平面構造の一例を示す平面図。
【図２】同第１の実施の形態の湿度センサについて、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図。
【図３】同第１の実施の形態の湿度センサについて、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図。
【図４】同第１の実施の形態の湿度センサにおいて、感湿膜を構成する無機材料の細孔径の分布を示す図。
【図５】（ａ）〜（ｃ）は、細孔径の分布態様の別に、相対湿度と水分の吸着量との関係を示す図。
【図６】同第１の実施の形態の湿度センサについて、その等価回路の一例を示す回路図。
【図７】同第１の実施の形態の湿度センサにおいて、（ａ）〜（ｅ）は、スイッチドキャパシタ回路によるＣＶ変換動作の一例を示すタイミングチャート。
【図８】同第１の実施の形態の湿度センサについて、（ａ）は、スイッチドキャパシタ回路７０の出力端子における、相対湿度と出力電圧値との関係を示す図。（ｂ）は、増幅回路９０ａの出力端子における、相対湿度と出力電圧値との関係を示す図。（ｃ）は、増幅回路９０ｂの出力端子における、相対湿度と出力電圧値との関係を示す図。
【図９】同第１の実施の形態の変形例について、その等価回路の一例を示す回路図。
【図１０】同第１の実施の形態の他の変形例について、その等価回路の一例を示す回路図。
【図１１】同第１の実施の形態のその他の変形例について、その平面構造の一例を示す平面図。
【図１２】同第１の実施の形態のさらに他の変形例について、その平面構造の一例を示す平面図。
【図１３】本発明に係る湿度センサの第２の実施の形態の斜視図。
【図１４】膨潤現象に起因してセンサ出力値が増大することを説明するための説明図。
【符号の説明】
【００８２】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、２…湿度センサ、１０…第１センサ素子（湿度センサ素子）、１０ａ、１０ｂ…櫛歯電極（一対の電極）、１１…歪ゲージ（検出部材）、２０…第２センサ素子（第２容量素子）、２０ａ、２０ｂ…櫛歯電極（一対の電極）、２１…第３センサ素子、３０…半導体基板、３１…支持部材、４０…絶縁膜、５０…保護膜、６０…感湿膜（感湿部材）、６１…感湿膜、６２…カンチレバー部（感湿部材）、７０…スイッチドキャパシタ回路（処理回路）、７０１…発振回路、７０２…基準電圧源、７０３…オペアンプ、７０４…キャパシタ、７０５…アナログスイッチ、８０…切替回路、８０１…オペアンプ、８０２…基準電圧源、８０３…アナログスイッチ、８０４…インバータ、８０５…アナログスイッチ、９０ａ、９０ｂ…増幅器、９０１ａ、９０１ｂ…端子。
【図１】
2008268025.tif 000004
【図２】
2008268025.tif 000005
【図３】
2008268025.tif 000006
【図４】
2008268025.tif 000007
【図５】
2008268025.tif 000008
【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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