JP2006078280A - Capacitive humidity sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜を一対の電極間に介在させてなる容量式湿度センサに関するものである。 The present invention relates to a capacitive humidity sensor in which a humidity sensitive film whose relative dielectric constant changes according to humidity is interposed between a pair of electrodes.
従来、湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜を、一対の電極間に介在させてなる容量式湿度センサの一例として、本出願人は先に特許文献1を開示している。 Conventionally, the present applicant has previously disclosed Patent Document 1 as an example of a capacitive humidity sensor in which a humidity sensitive film whose relative dielectric constant changes according to humidity is interposed between a pair of electrodes.
特許文献1に開示された容量式湿度センサは、半導体基板と、半導体基板上に形成された第1の絶縁膜と、第1の絶縁膜の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一対の電極と、一対の電極を覆うように形成された第2の絶縁膜と、第2の絶縁膜の上に一対の電極及び一対の電極間を覆うように形成された感湿膜とにより構成される。従って、一対の電極間に湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜が介在されており、感湿膜の比誘電率の変化に基づいて湿度を検出することができる。
しかしながら、従来の容量式湿度センサは、特許文献1に示す半導体基板やガラス基板のように、リジッド基板に電極及び感湿膜からなる検出部を形成した構成である。 However, the conventional capacitive humidity sensor has a configuration in which a detection unit including an electrode and a moisture-sensitive film is formed on a rigid substrate, such as a semiconductor substrate or a glass substrate described in Patent Document 1.
従って、曲面を有する取付け部に直接配置(例えば車両のウインドシールドの曇り防止を目的の一つとして、オートエアコンシステムの自動制御に適用するためにウインドシールドに配置)する場合、取付け部に対して部分的な接触となるため、外力が印加された際にセンサが破壊される恐れがある。 Therefore, when placing directly on a mounting part having a curved surface (for example, placing it on a windshield for application to automatic control of an auto air-conditioning system for the purpose of preventing fogging of a windshield of a vehicle) Since the contact is partial, the sensor may be destroyed when an external force is applied.
また、取付け部の曲面に応じた曲面を有する緩衝部材を介して、センサを取付け部に配置する構成も考えられるが、緩衝部材を含めたセンサの体格が大きくなる。従って、特にウインドシールドの場合には、乗員の視界を妨げることとなり、好ましくない。 Moreover, although the structure which arrange | positions a sensor in an attachment part via the buffer member which has a curved surface according to the curved surface of an attachment part is also considered, the physique of a sensor including a buffer member becomes large. Therefore, especially in the case of a windshield, the view of the passenger is obstructed, which is not preferable.
そこで、従来は、曲面を有する取付け部から離れた平坦部(例えばダッシュパネル上)にセンサを配置していた。従って、実際に測定したい部位に対する誤差が多少なりとも生じていた。 Therefore, conventionally, the sensor is arranged on a flat portion (for example, on the dash panel) that is separated from the mounting portion having a curved surface. Therefore, some errors have occurred with respect to the part to be actually measured.
本発明は上記問題点に鑑み、曲面に沿って配置可能な容量式湿度センサを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a capacitive humidity sensor that can be arranged along a curved surface.
上記目的を達成する為に、請求項1〜4に記載の発明は、基板と、基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の電極と、一対の電極及び一対の電極間を覆うように基板上に設けられ、湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜とを備える容量式湿度センサに関するものである。 In order to achieve the above object, the invention according to any one of claims 1 to 4 covers a substrate, a pair of electrodes that are spaced apart from each other on the same plane on the substrate, and a space between the pair of electrodes and the pair of electrodes. As described above, the present invention relates to a capacitive humidity sensor including a moisture sensitive film provided on a substrate and having a relative dielectric constant that changes according to humidity.
先ず請求項1に記載のように、基板が可撓性を有し、取付け部に対して基板の電極形成面の裏面が対向するように配置する際に、取付け部の曲面に合わせて変形することを特徴とする。 First, as described in claim 1, when the substrate has flexibility and is disposed so that the back surface of the electrode forming surface of the substrate faces the mounting portion, the substrate deforms in accordance with the curved surface of the mounting portion. It is characterized by that.
このように、本発明の容量式湿度センサは、曲面を有する取付け部にも直接配置することができる。すなわち、より精度良く湿度を検出することができる。また、容量式湿度センサは、取付け部の曲面に合わせて変形した状態で、取付け部の表面に固定される。従って、容量式湿度センサに外力が印加されても、応力が分散するので、従来の容量式湿度センサを曲面を有する取付け部に直接配置するよりも、外力に対して強い構成である。 As described above, the capacitive humidity sensor of the present invention can be directly arranged on the mounting portion having a curved surface. That is, the humidity can be detected with higher accuracy. The capacitive humidity sensor is fixed to the surface of the mounting portion in a state of being deformed according to the curved surface of the mounting portion. Therefore, even if an external force is applied to the capacitive humidity sensor, the stress is dispersed. Therefore, the configuration is stronger against the external force than the conventional capacitive humidity sensor is directly disposed on the mounting portion having a curved surface.
尚、本発明の容量式湿度センサは、所定の曲面に合わせて変形するのではなく、任意の曲面に合わせて変形することが可能である。また、曲面だけでなく平面に配置することも可能である。 The capacitive humidity sensor of the present invention can be deformed according to an arbitrary curved surface, not deformed according to a predetermined curved surface. Moreover, it is possible to arrange not only a curved surface but also a plane.
請求項2に記載のように、一対の電極が互いに櫛歯状をなしており、噛み合うように配置された構成とすると良い。この場合、一対の電極間の対向面積を大きくできるので、電極間の静電容量の変化量を大きくすることができる。 According to a second aspect of the present invention, it is preferable that the pair of electrodes have a comb-teeth shape and are arranged so as to mesh with each other. In this case, since the facing area between the pair of electrodes can be increased, the amount of change in capacitance between the electrodes can be increased.
請求項3に記載のように、電極及び感湿膜が設けられた基板に、一対の電極間の容量変化を信号処理する回路部を設けた構成としても良い。それ以外にも、請求項4に記載のように、一対の電極間の容量変化を信号処理する回路部が、電極の形成された基板とは異なる基板に設けられ、電極と回路部とがリードを介して電気的に接続された構成とすることもできる。 According to a third aspect of the present invention, a circuit unit that performs signal processing on capacitance change between a pair of electrodes may be provided on a substrate on which an electrode and a moisture sensitive film are provided. In addition, as described in claim 4, the circuit unit for signal processing of the capacitance change between the pair of electrodes is provided on a substrate different from the substrate on which the electrodes are formed, and the electrode and the circuit unit are connected to each other. It can also be set as the structure electrically connected through this.
尚、取付け部としては特に限定されるものではないが、請求項1〜4のいずれかに記載の容量式湿度センサは、例えば請求項5に記載のように、車両のウインドシールドの曇り防止を一つの目的として、オートエアコンシステムの自動制御に適用するために、車両のウインドシールドに好適に取付けることができる。 In addition, although it does not specifically limit as an attaching part, The capacitive humidity sensor in any one of Claims 1-4 prevents fogging of the windshield of a vehicle as described in, for example, Claim 5. As one object, it can be suitably attached to a windshield of a vehicle in order to be applied to automatic control of an automatic air conditioner system.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、本実施形態における容量式湿度センサ100の概略構成を示す図であり、(a)は平面図、(b)は(a)のA−A断面における断面図である。尚、図1(a)においては、便宜上、感湿膜下にある一対の電極を破線にて図示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
1A and 1B are diagrams illustrating a schematic configuration of a
図1(a),(b)において、符号10は基板であり、本実施形態においては可撓性を有するフレキシブル基板を適用している。基板10の構成材料としては、可撓性を有するものであれば特に限定されるものではなく、本実施形態においては、厚さ25μmの液晶ポリマー(LCP)からなる熱可塑性樹脂フィルムを適用している。
In FIGS. 1A and 1B,
そして、基板10上の同一平面において、一対の電極21,22が離間して対向配置されている。電極21,22の形状は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、図1(a)に示されるように、それぞれの電極21,22が、共通電極部21a,22aと、この共通電極部21a,22aから一方向に延びる複数の櫛歯電極部21b,22bとにより構成される。そして、一対の電極21,22のそれぞれの櫛歯電極部21b,22bが交互に並んで配置されるように、一対の電極21,22が配置されている。このように、一対の電極21,22の形状として櫛歯形状を採用することにより、電極21,22の配置面積を小さくしつつ、櫛歯電極部21b,22bが互いに対向する面積を大きくすることができる。これにより、周囲の湿度変化に伴って変化する電極21,22間の静電容量の変化量が大きくなり、容量式湿度センサ100の感度が向上する。
In the same plane on the
電極21,22は、例えば基板10の片面に貼着された導体箔を所望のパターンにエッチングすることにより形成される。導体箔としては、例えばAu、Ag、Cu、Al等の低抵抗金属箔を用いることができ、本実施形態においてはAu箔を用いている。尚、電極21,22の形成は、導体箔のエッチング以外にも、例えば印刷法を用いて実施することもできる。
The
尚、電極21,22に水分に対する耐食性が無い場合には、一対の電極21,22を覆うように、基板10上に保護膜を形成することで、電極21,22の水分による腐食を抑制すれば良い。
In addition, when the
また、図1(a)に示すように、電極21,22は、その端部に外部接続端子としてのパッド部21c,22cを有し、当該パッド部21c,22cにはんだ等を用いて接続されたリード110を介して、出力を補正したり、静電容量の変化量を検出するための信号処理回路が形成された回路部(回路基板)と電気的に接続されている。このパッド部21c,22cは、リード110との接続のため露出されている必要があり、後述する感湿膜によっては被覆されていない。
Further, as shown in FIG. 1A, the
さらに基板10上には、一対の電極21,22及び電極21,22間を覆うように、吸湿性の高分子材料からなる感湿膜30が形成されている。高分子材料としては、ポリイミドや酪酸酢酸セルロース等を適用することができ、本実施形態においてはポリイミドを用いて形成されている。尚、その形成方法としては、種々の方法が考えられるが、本実施形態においては、フォトプロセスによるパターニングを不要とできるスクリーン印刷法を適用している。
Further, a moisture
このように構成される容量式湿度センサ100において、感湿膜30中に水分が浸透すると、水分は比誘電率が大きいため、その浸透した水分量に応じて、感湿膜30の比誘電率が変化する。その結果、感湿膜30を誘電体の一部として一対の電極21,22によって構成されるコンデンサの静電容量が変化する。感湿膜30内に含まれる水分量は、容量式湿度センサ100の周囲の湿度に対応するため、一対の電極21,22間の静電容量から湿度を検出することができる。
In the
次に、本実施形態に示す容量式湿度センサ100の特徴部分について、図2(a),(b)を用いて説明する。図2は、本実施形態に示す容量式湿度センサ100の取付け部の曲面への取付け例を示す図であり、(a)は、取付け部としてのフロントガラスに取付けた場合の構成図であり、(b)は(a)におけるセンサ周辺の拡大断面図である。
Next, the characteristic part of the
車両のウインドシールドの曇り防止を目的の一つとして、オートエアコンシステムの自動制御に適用するために、ウインドシールド付近の湿度を精度良く検出することが望まれている。しかしながら、ウインドシールド(図2(a)においてはフロントガラス200)の曲面に対して、従来のリジッド基板を用いた容量式湿度センサを直接配置する場合、部分的な接触となるため、外力が印加された際に容量式湿度センサが破壊される恐れがある。
For the purpose of preventing fogging of a windshield of a vehicle and applying it to automatic control of an auto air conditioner system, it is desired to accurately detect the humidity in the vicinity of the windshield. However, when a capacitive humidity sensor using a conventional rigid substrate is directly placed on the curved surface of the windshield (the
また、ウインドシールドの曲面に応じた曲面を有する緩衝部材を介して、容量式湿度センサを取付け部に配置する構成も考えられるが、緩衝部材を含めた容量式湿度センサの体格が大きくなる。すなわち、乗員(フロントガラス200の場合、特に運転者)の視界を妨げる範囲が大きくなるので、好ましくない。 In addition, a configuration in which the capacitive humidity sensor is arranged on the mounting portion through a buffer member having a curved surface corresponding to the curved surface of the windshield is also conceivable, but the size of the capacitive humidity sensor including the buffer member is increased. That is, it is not preferable because a range that hinders the field of view of the occupant (in particular, the driver in the case of the windshield 200) becomes large.
そこで、従来は、曲面を有するウインドシールドから離れた平坦部(例えばダッシュパネル210上)に容量式湿度センサを配置していた。従って、実際に測定したい部位に対する誤差が多少なりとも生じていた。 Therefore, conventionally, a capacitive humidity sensor has been arranged on a flat portion (for example, on the dash panel 210) away from the windshield having a curved surface. Therefore, some errors have actually occurred with respect to the part to be actually measured.
それに対し、本実施形態における容量式湿度センサ100は、基板10が可撓性を有しており、図2(a),(b)に示すように、フロントガラス200の内面に対して基板10の電極形成面の裏面が対向するように配置する際に、フロントガラス200の曲面に合わせて変形することができる。このように、本実施形態におけるの容量式湿度センサ100は、フロントガラス200のように曲面を有する取付け部にも直接配置することができる。すなわち、より精度良く湿度を検出することができる。尚、図2(a)において、一端が容量式湿度センサ100と接続されたリード110は、他端にてダッシュパネル210下に配置された回路部(図示せず)と電気的に接続されている。また、図2(b)において符号300は接着層であり、本実施形態においては両面テープを採用している。
On the other hand, in the
また、容量式湿度センサ100は、フロントガラス200の曲面に合わせて変形した状態で、フロントガラス200の内面に固定されている。従って、容量式湿度センサ100に外力が印加されても、応力が分散するので、従来の容量式湿度センサ100を直接フロントガラス200に配置するよりも、外力に対して強い構成である。
The
また、本実施形態における容量式湿度センサ100は、所定のRを有する曲面にのみ対応して変形するのではなく、任意のRを有する曲面に合わせて変形することができる。従って、例えばフロントガラス200は車両の種類によって曲面のR形状が異なるが、同一の容量式湿度センサ100にて対応することができる。また、曲面だけでなく平面に配置することも可能であることは言うまでも無い。さらには、例えば角柱等の角部に配置することも可能である。
In addition, the
また、本実施形態においては、電極21,22及び感湿膜30からなる検出部と回路部とが別個に設けられ、リード110を介して電気的に接続された例を示した。このような構成とすると、フロントガラス200に配置される容量式湿度センサ100の体格を小型化できる。すなわち、乗員の視界の妨げを小さくすることができる。しかしながら、電極21,22及び感湿膜30が設けられた基板10に、回路部を設けた構成としても良い。この場合、電極21,22形成と、回路部を構成する配線を同時に形成することもできるので、製造工程を簡素化することができる。
Further, in the present embodiment, an example in which the detection unit and the circuit unit including the
以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施することができる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be implemented with various modifications.
本実施形態においては、取付け部として、車両のウインドシールド(フロントガラス200)の表面に容量式湿度センサ100を配置する例を示した。しかしながら、本実施形態に示した容量式湿度センサ100は、上記例以外の曲面を有する取付け部に対しても配置することができる。
In this embodiment, the example which arrange | positions the
10・・・基板
21,22・・・電極
30・・・感湿膜
100・・・容量式湿度センサ
110・・・リード
200・・・フロントガラス(取付け部)
300・・・接着層
10 ...
300: Adhesive layer
Claims (5)
前記基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の電極と、
前記一対の電極及び前記一対の電極間を覆うように前記基板上に設けられ、湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜とを備える容量式湿度センサであって、
前記基板は可撓性を有し、取付け部に対して前記基板の電極形成面の裏面が対向するように配置する際に、前記取付け部の曲面に合わせて変形することを特徴とする容量式湿度センサ。 A substrate,
A pair of electrodes arranged opposite to each other on the same plane on the substrate;
A capacitive humidity sensor provided on the substrate so as to cover between the pair of electrodes and the pair of electrodes, and a moisture sensitive film whose relative dielectric constant changes according to humidity,
The substrate is flexible, and is deformed in accordance with the curved surface of the mounting portion when the mounting portion is arranged so that the back surface of the electrode forming surface of the substrate faces the mounting portion. Humidity sensor.
The capacitive humidity sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the attachment portion is a windshield of a vehicle.
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