JP2007183245A

JP2007183245A - 湿度センサ

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Publication number: JP2007183245A
Application number: JP2006300087A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Itakura; 敏和板倉; Toshiki Isogai; 俊樹磯貝
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2005-12-08
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2007-07-19
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Abstract

【課題】センサ特性の変動の影響を排除することができ、湿度の検出精度を向上させることができる湿度センサを実現する。
【解決手段】湿度センサ１０の製造時においてセンサ特性を設定する際に、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量の初期値として下限値もしくは下限値に近い含むことのできる最大水分量を設定する。次に、湿度を変化させながら出力電圧を測定し、出力装置１８においてセンサ特性Ｌを設定する。湿度の検出前にヒータ１３により感湿膜１７に含まれる水分を除去することにより、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量をセンサ特性Ｌが設定されたときの状態もしくはそれに近い値に復帰させることができる。従って、湿度の検出前に、湿度センサ１０のセンサ特性を製造時に設定された初期状態のセンサ特性Ｌに再現性よく戻すことができるので、センサ特性の変動の影響を排除することができ、湿度の検出精度を向上させることができる。
【選択図】図２

Description

この発明は、雰囲気の湿度を検出する湿度センサに関する。

従来より、雰囲気湿度を検出する湿度センサとして、例えば、特許文献１に記載されているように、吸湿性を有する高分子材料で形成された感湿膜を備えた湿度センサが知られている。この感湿膜は、数ナノオーダーの細孔を多数有しており、細孔内に雰囲気の水分が吸脱着することにより誘電率が変化する。通常、水の誘電率は高分子材料よりも大きいため、感湿膜に水分が吸着すると誘電率が大きくなる。そのため、感湿膜の容量値を検出することにより、雰囲気湿度を検出することができる。
特開平２−１４０６５４号公報

図６は、従来の湿度センサにおける感湿膜の含むことのできる最大水分量の変化による湿度センサのセンサ特性の変動を示す説明図である。図６（ａ）は、湿度の変化に伴う感湿膜の細孔径及び感湿膜の含むことのできる最大水分量の変化を模式的に示した説明図であり、図６（ｂ）は、湿度センサのセンサ特性の変動の説明図である。横軸は雰囲気の相対湿度、縦軸はセンサの出力を示す。ここで、「センサ特性」とは、雰囲気の相対湿度に対するセンサ出力の関係をいう。湿度センサは、製造時にはセンサ特性Ａに設定されていたものとする。

図６（ａ）に示すように、湿度センサの製造時において、感湿膜Ｆの細孔Ｐの細孔径はＤＡであり、感湿膜Ｆが含むことのできる最大水分量はＶＡであるとする。湿度センサが高湿度条件で保持されて、感湿膜Ｆが水分の吸収により膨潤した場合、細孔径はＤＡからＤＢに増大し、細孔径分布の平均値が大きくなる。
このとき、細孔径の増大に伴い、感湿膜Ｆが含むことのできる最大水分量がＶＡからＶＢに増大するため、雰囲気の水分を吸着しやすくなる。その結果、雰囲気の湿度が同じであっても、容量値の変化が大きくなるため、図６（ｂ）に示すように、センサの出力が増大し、センサ特性Ｂに示すように、湿度に対する感度が上がる方向にセンサ特性が変動する。

このように、センサ特性Ａからセンサ特性Ｂに変動した状態で湿度センサを使用した場合、以下のような問題が生じる。
例えば、雰囲気の湿度がＲＨ１であった場合、あらかじめ設定されたセンサ特性Ａによれば、出力がＶ１となる。しかし、実際には、感湿膜が雰囲気の水分により含むことのできる最大水分量が変化して、その結果センサ特性Ｂに変動しているため、出力はＶ２に上昇する。このとき、湿度センサはセンサ特性Ａで設定されているので、出力Ｖ２に対応する湿度ＲＨ２が検出されることになり、実際の湿度ＲＨ１に比べて高い値が得られてしまう。

一方、図６（ａ）に示すように、湿度センサが低湿度条件で保持されて、感湿膜Ｆから水分が離脱し、収縮した場合、細孔径はＤＡからＤＣに減少し、細孔径分布の平均値が小さくなる。このとき、細孔径の減少に伴い、感湿膜Ｆが含むことのできる最大水分量がＶＡからＶＣに減少するため、雰囲気の水分を吸着しにくくなる。その結果、雰囲気の湿度が同じであっても、容量値の変化が小さくなるため、図６（ｂ）に示すように、センサの出力が減少し、センサ特性Ｃに示すように、湿度に対する感度が下がる方向にセンサ特性が変動する。

このように、センサ特性Ａからセンサ特性Ｃに変動した状態で湿度センサを使用した場合、以下のような問題が生じる。
例えば、雰囲気の湿度がＲＨ１であった場合、あらかじめ設定されたセンサ特性Ａによれば、出力がＶ１となる。しかし、実際には、感湿膜が水分の離脱による収縮でセンサ特性Ｃに変動しているため、出力はＶ３に低下する。このとき、湿度センサはセンサ特性Ａで設定されているので、出力Ｖ３に対応する湿度ＲＨ３が検出されることになり、実際の湿度ＲＨ１に比べて低い値が得られてしまう。
つまり、上記のような湿度センサでは、湿度センサが湿度検出前におかれていた環境の湿度によって、あらかじめ設定されたセンサ特性が変動してしまい、湿度の検出誤差が生じるおそれがあった。

そこで、この発明は、センサ特性の変動の影響を排除することができ、湿度の検出精度を向上させることができる湿度センサを実現することを目的とする。

この発明は、上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、基板と、前記基板の同一基板面において相互間に間隔を置いて配置された一組の電極と、前記基板面において少なくとも前記電極間の領域に形成され、湿度に応じて容量値が変化する感湿部材と、前記各電極と電気的に接続され、前記感湿部材の容量値を検出し、その検出された容量値に対応するレベルの信号を出力する出力手段とを備え、前記湿度の変化及び前記レベルの変化が特定の関係となるように設定された湿度センサにおいて、前記感湿部材に含むことのできる最大水分量を減少させる手段および前記感湿部材に含むことのできる最大水分量を増加させる手段の少なくとも一方を備えることにより、前記感湿部材の含むことのできる最大水分量を、前記特定の関係が設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させる復帰手段を備えた、という技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の湿度センサにおいて、車両に搭載されており、前記車両復帰手段は、前記車両のスタートスイッチのオン操作に伴い、前記感湿部材の含むことのできる最大水分量を、前記特定の関係が設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させる、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明では、請求項１に記載の湿度センサにおいて、車両に搭載されており、前記車両復帰手段は、前記車両のスタートスイッチのオフ操作に伴い、前記感湿部材の含むことのできる最大水分量を、前記特定の関係が設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させる、という技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の湿度センサにおいて、前記初期値は、前記感湿部材の含むことのできる最大水分量が下限値もしくは下限値に近い含むことのできる最大水分量である、という技術的手段を用いる。

請求項５に記載の発明では、請求項４に記載の湿度センサにおいて、前記感湿部材に含むことのできる最大水分量を減少させる手段は、前記復帰手段は、前記感湿部材を加熱する加熱手段である、という技術的手段を用いる。

請求項６に記載の発明では、請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の湿度センサにおいて、前記初期値は、前記感湿部材の含むことのできる最大水分量が上限値もしくは上限値に近い含むことのできる最大水分量である、という技術的手段を用いる。

請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の湿度センサにおいて、前記感湿部材に含むことのできる最大水分量を増加させる手段は、前記感湿部材に水分を添加する水分添加手段である、という技術的手段を用いる。

請求項８に記載の発明では、請求項６または請求項７に記載の湿度センサにおいて、前記感湿部材を加熱するための加熱手段を更に備えた、という技術的手段を用いる。

請求項９に記載の発明では、請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載の湿度センサにおいて、前記高分子材料はポリイミド系樹脂である、という技術的手段を用いる。

請求項１０に記載の発明では、請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の湿度センサにおいて、前記一組の電極は櫛歯状に形成された櫛歯部をそれぞれ備えており、前記櫛歯部が互いにかみ合うように配置されている、という技術的手段を用いる。

請求項１に記載の発明によれば、感湿部材に含むことのできる最大水分量を減少させる手段および感湿部材に含むことのできる最大水分量を増加させる手段の少なくとも一方を備える復帰手段により、感湿部材に含むことのできる最大水分量を調節して、感湿部材の含むことのできる最大水分量を、温度の変化及び出力手段から出力される信号のレベルの変化について特定の関係が設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させることができる。
従って、湿度の検出前に、復帰手段によって湿度センサのセンサ特性を特定の関係設定時の初期状態に再現性よく戻すことができるので、センサ特性の変動の影響を排除することができ、湿度の検出精度を向上させることができる湿度センサを実現することができる。

請求項２に記載の発明によれば、復帰手段は、車両のスタートスイッチのオン操作に伴い、感湿部材の含むことのできる最大水分量を、特定の関係が設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させるため、車室内の湿度など車両の制御に必要な湿度を検出する前に、湿度センサのセンサ特性を特定の関係に再現性よく戻すことができるので、センサ特性の変動の影響を排除することができ、湿度の検出精度を向上させることができる湿度センサを実現することができる。更に、車室内の湿度など車両の制御に必要な湿度を精度良く検出することができるので、車両の使用者は快適な運転を楽しむことができる。

請求項３に記載の発明によれば、復帰手段は、車両のスタートスイッチのオフ操作に伴い、感湿部材の含むことのできる最大水分量を、特定の関係が設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させるため、例えば、車両の使用頻度が高い場合には、次に車両を使用するときに、湿度センサのセンサ特性が特定の関係となっているので、スタートスイッチのオン操作後直ちに室内湿度などを検出することができる。

請求項４に記載の発明によれば、初期値は、感湿部材の含むことのできる最大水分量が下限値もしくは下限値に近い含むことのできる最大水分量であるため、復帰手段により感湿部材の水分をできるだけ除去することにより、感湿部材の含むことのできる最大水分量を初期値に再現性よく戻すことができる。そのため、センサ特性の変動の影響を排除することができ、湿度の検出精度を向上させることができる。

請求項５に記載の発明によれば、感湿部材に含むことのできる最大水分量を減少させる手段は、感湿部材を加熱する加熱手段であるため、感湿部材の水分を減少させて効率よく感湿部材を収縮させることができる。また、水分を減少させる条件を制御することにより、感湿部材の含むことのできる最大水分量を制御することができる。例えば、必ず含むことのできる最大水分量を下限値にすることができる時間を求めておき、少なくともその時間以上水分を減少させることにより、感湿部材の含むことのできる最大水分量を確実に下限値にすることができる。また、ヒータなどの簡単な構造に作製することができる。

請求項６に記載の発明によれば、初期値は、感湿部材の含むことのできる最大水分量が上限値もしくは上限値に近い含むことのできる最大水分量であるため、復帰手段により感湿部材に対して水分をできるだけ添加することにより、感湿部材の含むことのできる最大水分量を初期値に再現性よく戻すことができる。そのため、センサ特性の変動の影響を排除することができ、湿度の検出精度を向上させることができる。

請求項７に記載の発明によれば、感湿部材に含むことのできる最大水分量を増加させる手段は、感湿部材に水分を添加する水分添加手段であるため、感湿部材に水分を添加して効率よく感湿部材を膨潤させることができる。また、水分を添加する条件を制御することにより、感湿部材に添加する水分量を制御することができる。例えば、必ず含むことのできる最大水分量を上限値にすることができる時間を求めておき、少なくともその時間以上水分を添加することにより、感湿部材の含むことのできる最大水分量を確実に上限値にすることができる。

請求項８に記載の発明によれば、加熱手段を更に備えているため、雰囲気の水分が多く感湿部材に結露した場合でも、加熱手段によって感湿部材を加熱することにより、結露した水分を除去することができるので、湿度センサが湿度を検出可能な状態に速やかに復帰させることができる。

請求項９に記載の発明によれば、感湿部材を構成する高分子材料としてポリイミド系樹脂を用いる。更に、ポリイミド系樹脂は耐熱性が高いので、加熱手段により高温まで加熱することが可能である。これにより、短時間で効率的に感湿部材の含むことのできる最大水分量を下限値もしくは下限値に近い含むことのできる最大水分量に復帰させることができる。

請求項１０に記載の発明によれば、一組の電極は櫛歯状に形成された櫛歯部をそれぞれ備えており、櫛歯部が互いにかみ合うように配置されているため、それぞれの櫛歯部間の対向する面積の合計を大きくすることができる。また、櫛歯部間に凹んだ部分が形成されるため、櫛歯部間に介在する感湿部材の体積が増大し、湿度の変化に対する容量値の変化が増大するので、湿度センサの感度を向上させることができる。

[第１実施形態]
この発明に係る湿度センサの第１実施形態について、図を参照して説明する。図１は、湿度センサを基板の基板面上方から見た平面説明図である。図２は、図１のＸ−Ｘ矢視断面の一部を拡大した拡大断面図である。図３は、感湿膜の水分量による湿度センサのセンサ特性の変動を示す説明図である。
なお、図１及び図２では、説明のために一部を拡大して誇張して示している。

（湿度センサの構造）
図１及び図２に示すように、湿度センサ１０は、基板１１の基板面上に、第１絶縁膜１２、ヒータ１３、第２絶縁膜１４、検出電極１５、保護膜１６、感湿膜１７を順に積層して構成されている。
ヒータ１３はヒータ電極パッド１３ａを介してヒータ制御装置１９と電気的に接続されている。また、ヒータ制御装置１９は車両のスタートスイッチ３１と電気的に接続されている。検出電極１５は、電極パッド１５ｂを介して、感湿膜１７の容量値を検出し、その検出された容量値に対応するレベルの電圧信号を出力する出力装置１８と電気的に接続されている。

本実施形態では、基板１１として、シリコンからなる半導体基板を用いる。基板１１の基板面には、例えば、酸化けい素からなる第１絶縁膜１２が形成されている。第１絶縁膜１２上には、ヒータ１３が、例えば、ｐｏｌｙＳｉ薄膜により、後述する検出電極１５の櫛歯部１５ａの直下に、それぞれの櫛歯部１５ａとほぼ同じ幅で蛇腹状に形成されている。
ヒータ１３及び第１絶縁膜１２の上面を覆って、例えばプラズマＣＶＤ法により、酸化けい素からなる第２絶縁膜１４が形成されている。ここで、第２絶縁膜１４は、ほぼ同じ厚さでヒータ１３及び第１絶縁膜１２を覆っているため、隣接するヒータ１３の間には凹部１４ａが形成される。

図１に示すように、第２絶縁膜１４の上面には、櫛歯状に形成された櫛歯部１５ａを有する一組の検出電極１５、１５が設けられている。各検出電極１５は、第２絶縁膜１４の上面にスパッタリング法によりアルミニウムを付着させ、ヒータ１３の上方に、櫛歯状にパターニングして形成されている。ここで、一方の検出電極１５の櫛歯部１５ａが、他方の検出電極１５の櫛歯部１５ａ間の間隙に配置されている。検出電極１５には、アルミニウム以外にも、銅、金、白金等の低抵抗金属材料を用いることができる。

第２絶縁膜１４の上面には、検出電極１５を覆って、検出電極１５を水分による腐食等から保護するための保護膜１６が形成されている。保護膜１６は、例えばプラズマＣＶＤ法により形成された窒化けい素膜である。ここで、保護膜１６は、ほぼ同じ厚さで第２絶縁膜１４の上面を覆っているため、隣接する検出電極１５の間に凹部１６ａが形成される。

保護膜１６の上面には、検出電極１５及び検出電極１５間を覆って、湿度に応じて容量値が変化する感湿膜１７が形成されている。本実施形態では、感湿膜１７は、ポリイミド系樹脂をスピンコート法や印刷法にて塗布後、所定温度で加熱して硬化することにより数μｍの厚さに形成される。感湿膜１７は、数ナノオーダーの細孔を多数有しており、細孔内に雰囲気の水分が吸脱着することにより誘電率が変化する。水の誘電率はポリイミド系樹脂の誘電率よりも大きいため、感湿膜１７の細孔内に、雰囲気の湿度に応じて水分が吸着すると、吸着した水分量に応じて誘電率が大きくなる。そのため、隣接する検出電極１５とこの検出電極１５の間に介在する感湿膜１７とにより構成されるコンデンサの容量値が変化する。この容量値は、出力装置１８において検出され、容量値に対応するレベルの電圧信号が出力される。この出力された電圧信号から、後述するセンサ特性に基づいて、雰囲気の湿度が検出される。

ここで、検出電極１５は櫛歯状に形成されているため、配置面積を小さくしつつ、それぞれの櫛歯部１５ａが互いに対向する面積の合計を大きくすることができる。これにより、雰囲気の湿度変化に伴って検出電極１５間の容量値の変化量が大きくなり、湿度センサ１０の感度が向上する。
更に、保護膜１６の上面に凹部１６ａが形成され、隣接する検出電極１５間に介在する感湿膜１７の量が増加するため、ヒータ１３が検出電極１５の櫛歯部１５ａの直下に配置され、上記凹部１６ａが形成されていない場合に比べて、湿度センサ１０の感度を向上させることができる。

（センサ特性の設定）
図３には、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量の変化による湿度センサ１０のセンサ特性の変動を示す。横軸は雰囲気の相対湿度（％ＲＨ）、縦軸はセンサの出力電圧（Ｖ）を示す。
例えば、湿度センサ１０の製造時における湿度の変化及び出力の変化の関係がセンサ特性Ｍであるとする。
湿度センサ１０が湿度検出前におかれていた環境中の水分によって、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量がセンサ特性Ｍが設定された初期値から変動すると、つまり、感湿膜１７の細孔径分布の平均値が変化すると、センサ特性がセンサ特性Ｍから変動する。

そのため、湿度検出時には、変動したセンサ特性に基づいた出力がなされ、その出力からセンサ特性Ｍに基づいて湿度が検出されるので、湿度の検出誤差が生じてしまう。
この現象を防止するためには、湿度の検出を行う前に、変動したセンサ特性をあらかじめ設定されたセンサ特性に戻せばよい。そのためには、あらかじめ設定されるセンサ特性を、容易に再現できるセンサ特性に設定する必要がある。

本実施形態では、まず、湿度センサ１０の製造時において、センサ特性を設定する際に、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量の初期値として下限値もしくは下限値に近い含むことのできる最大水分量を設定する。次に、湿度を変化させながら出力電圧を測定し、両者の関係より出力装置１８においてセンサ特性Ｌを設定する。
感湿膜１７を低湿状態に放置すると、感湿膜１７の細孔径分布の平均値が小さくなるため、雰囲気中から細孔内に吸着する水分量が減少する。そのため、湿度センサ１０の出力が減少し、湿度に対する感度が下がる方向にセンサ特性が変動する。

例えば、湿度センサ１０を、恒温槽などを用いて、温度を８５℃、湿度を１０％ＲＨ以下に制御した雰囲気に２００時間保持すると、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量が下限値もしくは下限値に近い含むことのできる最大水分量となる。この状態を初期値として、湿度及び出力の関係からセンサ特性Ｌを設定する。感湿膜１７の含むことのできる最大水分量が下限値である状態では、感湿膜１７の細孔径分布の平均値が最小となるため、センサ特性Ｌは湿度に対する感度の下限値となる。
このように、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量の初期値を下限値もしくは下限値に近い含むことのできる最大水分量にしてからセンサ特性を設定すると、感湿膜１７からできるだけ水分を除去することにより、センサ特性Ｌが設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させることができるので、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量の制御が容易であり、再現性も高くすることができる。
ここで、感湿膜１７は、湿度センサ１０の製造時にヒータ１３で加熱することにより、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量が下限値である状態に処理してもよい。これによれば、感湿膜１７を含むことのできる最大水分量が下限値である状態に処理するために恒温槽などの設備を別途設ける必要がない。

（初期値への復帰）
湿度センサ１０により湿度の検出を行う前に、センサ特性Ｌが設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態、即ち、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量を下限値もしくは下限値に近い状態に復帰させる。例えば、湿度センサ１０が車両に搭載されている場合には、車両の使用者がイグニッションキーなどのスタートスイッチ３１をオンに操作した時に、ヒータ制御装置１９によってヒータ１３に通電して、約１００℃で３０秒間加熱することにより、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量を下限値もしくは下限値に近い状態に復帰させることができる。

これにより、スタートスイッチ３１をオンに操作した後に短時間で、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量をセンサ特性Ｌが設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させ、製造時に設定したセンサ特性Ｌに基づいて湿度を検出できるようになる。
従って、感湿膜１７が水分を含んでいる場合であっても、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量を下限値にすることにより、再現性の高いセンサ特性Ｌに基づいた湿度の検出が可能となるため、センサ特性の変動の影響を排除することができる。

また、車両の使用頻度が高い場合には、車両の使用者がスタートスイッチ３１をオフに操作した時に、ヒータ１３に通電して、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量を下限値に復帰させてもよい。この場合、湿度センサ１０を即座に使用可能な状態にする必要がないため、例えば、加熱温度を６５℃に下げて５分間加熱する、という緩やかな加熱条件にすることができる。

ここで、ヒータ１３による感湿膜１７の加熱は、スタートスイッチ３１のオン操作、またはオフ操作の度に実施しなくてもよい。例えば、最後のオフ操作から次のオン操作までの間隔が６時間以内の場合にはヒータ１３に通電しないようにしてもよい。
また、車両の使用者がヒータ１３の加熱のオンオフを行うことができるスイッチを設け、例えば、車両の使用前にヒータ１３の加熱のオン操作により感湿膜１７の加熱を行う構成を採用することもできる。
ヒータ１３に常時通電して加熱しておき、湿度の検出を行う場合にのみ加熱のオフを行い、湿度を検出する構成を採用することもできる。

また、スタートスイッチ３１のオン操作直後やオフ操作直後のセンサ使用直前や直後ではなく、車両運転中にヒータ１３による感湿膜１７の加熱を行ってもよい。このような制御ができるのは、湿度センサ出力を他のシステム、たとえばエアコンシステム、で使用しない場合に限る。たとえば、内気センサにて車室内４０℃を測定した場合や、日射センサで一定以上の日射量がある場合や、ＧＰＳ情報や他の通信手段により季節・天気情報を入手し、それをＥＣＵが判断し湿度センサ出力をシステムで必要なしと判断した場合などである。

内気センサなどにより計測された車室内の温度に基づいて、ヒータ１３を作動させる構成を採用することもできる。
例えば、冬場のように車室内の温度が例えば１０℃以下の低温低湿状態である場合には、センサ特性が変動することがないため、ヒータ１３を作動させる必要がない。また、夏場のように車室内の温度が例えば４０℃以上の場合には、常時エアコンシステムが作動しているため、湿度センサ１０の出力をエアコンシステムの制御に用いる必要がないので、ヒータ１３を作動させ、変動したセンサ特性を復帰させることができる。
このように、例えば、車室内の温度により、ヒータ１３を作動させたり、動作させないように制御する構成を用いることができる。これによれば、ヒータ１３を必要な時にのみ作動させることができるので、電力の消費を少なくすることができる。なお、温度条件は、これに限定されるものではない。

（変更例）
基板１１としては、ガラス基板、樹脂基板等の絶縁基板を適用することが可能である。
検出電極１５が腐食などの環境劣化を起こさない場合には、保護膜１６を形成しない構成を採用することもできる。また、検出電極１５は、櫛歯構造に限定されるものではなく、例えば、平板型の電極を１枚ずつ対向させる構造としてもよい。
ヒータ１３を形成する場所は第１絶縁膜１２上に限定されるものではない。例えば、基板１１の下面側に絶縁膜を形成し、この絶縁膜を介して配置してもよいし、感湿膜１７の上面に形成することもできる。
感湿膜１７は少なくとも検出電極１５の櫛歯部１５ａ間の領域に形成されていればよい。

[第１実施形態の効果]
（１）ヒータ１３により、感湿膜１７に含まれる水分量を蒸発により除去して、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量を、湿度センサ１０の製造時にセンサ特性Ｌが設定されたときの下限値である状態もしくはそれに近い値に復帰させることができる。
従って、湿度の検出前に、ヒータ１３によって湿度センサ１０のセンサ特性を製造時に設定された初期状態のセンサ特性Ｌに再現性よく戻すことができるので、センサ特性の変動の影響を排除することができ、湿度の検出精度を向上させることができる湿度センサ１０を実現することができる。

（２）車両のスタートスイッチ３１のオン操作に伴い、ヒータ１３により感湿膜１７を加熱し、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量を下限値である状態もしくはそれに近い状態に復帰させるため、室内湿度などの湿度を検出する前に、湿度センサ１０のセンサ特性をセンサ特性Ｌに再現性よく戻すことができるので、センサ特性の変動の影響を排除することができ、湿度の検出精度を向上させることができる湿度センサ１０を実現することができる。更に、車室内の湿度など車両の制御に必要な湿度を精度良く検出することができるので、車両の使用者は快適な運転を楽しむことができる。

（３）車両のスタートスイッチ３１のオフ操作に伴い、ヒータ１３により感湿膜１７を加熱し、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量を下限値である状態もしくはそれに近い状態に復帰させるため、湿度の検出感度を向上させることができる湿度センサ１０を実現することができる。

（４）内気センサにて車室内４０℃を測定した場合や、日射センサで一定以上の日射量がある場合や、ＧＰＳ情報や他の通信手段により季節・天気情報を入手し、それをＥＣＵが判断し湿度センサ出力をシステムで必要なしと判断した場合などには、スタートスイッチ３１のオン操作直後やオフ操作直後のセンサ使用直前や直後ではなく、車両運転中にヒータ１３による感湿膜１７の加熱を行うこともできる。これによれば、湿度センサ１０を作動させる必要が生じるまで、ヒータ１３による感湿膜１７の加熱を行わず、湿度センサ１０を作動させる直前に感湿膜１７を加熱することができるので、湿度センサ１０の電力の消費を少なくすることができる。

（５）感湿膜１７をポリイミド系樹脂で形成しており、ポリイミド系樹脂は耐熱性が高いので、ヒータ１３により高温まで加熱することが可能である。これにより、短時間で効率的に感湿膜１７の含むことのできる最大水分量を下限値もしくは下限値に近い水分量に復帰させることができる。

（６）検出電極１５は、櫛歯部１５ａが互いにかみ合うように配置されているため、それぞれの櫛歯部１５ａ間の対向する面積の合計を大きくすることができる。また、櫛歯部１５ａ間に凹部１６ａが形成されるため、櫛歯部１５ａ間に介在する感湿膜１７の体積が増加し、湿度の変化に対する容量値の変化が増大するので、湿度センサ１０の感度を向上させることができる。

[第２実施形態]
この発明に係る湿度センサの第２実施形態について、図を参照して説明する。図４は、第２実施形態の湿度センサの一部断面図である。図５は、第２実施形態の湿度センサにおける感湿膜１７の含むことのできる最大水分量による湿度センサのセンサ特性の変動を示す説明図である。横軸は雰囲気の相対湿度（％ＲＨ）、縦軸はセンサの出力（Ｖ）を示す。
なお、第１実施形態と同様の構成については、同じ符号を使用するとともに説明を省略する。

（湿度センサの構造）
図４に示すように、湿度センサ２０には、第１実施形態の湿度センサ１０に加えて、感湿膜１７に水分を添加するための水分添加装置２１が設けられている。ここで、水分添加装置２１は、例えば、車両のエンジンルーム内に排ガスをフィードバックさせて高温高湿状態を作り出す装置である。

（センサ特性の設定）
本実施形態では、まず、湿度センサ２０の製造時において、センサ特性を設定する際に、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量の初期値として上限値もしくは上限値に近い水分量を設定する。次に、湿度を変化させながら出力電圧を測定し、両者の関係より出力装置１８においてセンサ特性Ｈを設定する。
感湿膜１７を高湿状態に放置すると、感湿膜１７の細孔径分布の平均値が大きくなるため、細孔内に吸着する水分量が増大する。そのため、湿度センサ２０の出力が増大し、湿度に対する感度が上がる方向にセンサ特性が変動する。

図５に示すように、例えば、湿度センサ１０を、恒温槽などを用いて、温度を８５℃、湿度を９０％ＲＨに制御した雰囲気に２００時間保持すると、感湿膜１７に水分が添加され、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量が上限値もしくは上限値に近い含むことのできる最大水分量となる。この状態を初期値として、湿度及び出力電圧の関係からセンサ特性Ｈを設定する。感湿膜１７の含むことのできる最大水分量が上限値である状態では、感湿膜１７の細孔径分布の平均値が最大となるため、センサ特性Ｈは湿度に対する感度の上限値となる。
このように、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量の初期値を上限値もしくは上限値に近い含むことのできる最大水分量にしてからセンサ特性を設定すると、感湿膜１７に対してできるだけ水分を添加することにより、センサ特性Ｈが設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させることができるので、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量の制御が容易であり、再現性も高くすることができる。
ここで、上記の処理は、湿度センサ１０の製造時に水分添加装置２１により感湿膜１７に水分を添加することにより行うこともできる。

（初期値への復帰）
湿度センサ２０により湿度の検出を行う前に、感湿膜１７に対して水分を添加して、センサ特性Ｈが設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態、即ち、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量を上限値もしくは上限値に近い状態に復帰させる。例えば、湿度センサ２０が車両に搭載されている場合には、車両の使用者がイグニッションキーなどのスタートスイッチ３１をオンに操作した時に、水分添加装置２１によって感湿膜１７に水分を添加することにより、感湿膜１７の含むことのできる最大の水分量が上限値もしくは上限値に近い状態に復帰させることができる。

これにより、スタートスイッチ３１をオンに操作した後に短時間で、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量をセンサ特性Ｈが設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させ、製造時に設定したセンサ特性Ｈに基づいて湿度を検出できるようになる。
従って、感湿膜１７が乾燥している場合であっても、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量を上限値にすることにより、再現性の高いセンサ特性Ｈに基づいた湿度の検出が可能となるため、センサ特性の変動の影響を排除することができる。
また、雰囲気の水分が多く感湿膜１７に水分が結露した場合には、加湿を停止して、ヒータ１３により感湿膜１７を加熱して、結露を解消し、湿度センサ２０が湿度を検出可能な状態に速やかに復帰させることができる。

ここで、感湿膜１７への水分添加は、スタートスイッチ３１のオン操作、またはオフ操作の度に実施しなくてもよい。例えば、最後のオフ操作から次のオン操作までの間隔が６時間以内の場合には感湿膜１７に水分を添加しないようにしてもよい。
また、湿度センサ２０の使用前に、使用者の操作により感湿膜１７に水分を添加する構成を採用することもできる。

[第２実施形態の効果]
水分添加装置２１により、感湿膜１７に対して水分を添加して、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量を、湿度センサ１０の製造時にセンサ特性Ｌが設定されたときの含むことのできる最大水分量が上限値である状態もしくはそれに近い状態に復帰させることができる。
従って、湿度の検出前に、湿度センサ２０のセンサ特性を、製造時に設定された初期状態のセンサ特性Ｈに再現性よく戻すことができるので、センサ特性の変動の影響を排除することができ、湿度の検出精度を向上させることができる湿度センサ２０を実現することができる。

[その他の実施形態]
（１）検出電極１５をヒータとして用いる回路構成をしてもよい。この構成を用いると、検出電極１５をヒータとして兼用できるため、ヒータ１３及び第２絶縁膜１４を形成する必要がなく、湿度センサ１０の製造工程を短縮することができる。

（２）湿度センサ１０に隣接した箇所に、温風を送風するドライヤーなどの送風手段を配置し、温風により感湿膜１７の水分を除去することにより、感湿膜１７の含むことのできる最大水分量が下限値である状態に処理する構成を使用することができる。この構成を使用すると、湿度センサ１０にヒータ１３を形成する必要がなく、簡単な構成で、感湿膜１７の水分を取り除き、含むことのできる最大水分量が下限値である状態に処理することができる。

（３）湿度センサ１０に隣接した箇所に、例えば、２．４ＧＨｚで発振するマグネトロンを形成して、水分を共振させることにより感湿膜１７の含むことのできる最大水分量が下限値である状態に処理する構成を使用することができる。この構成を使用すると、ヒータ１３で加熱する場合よりも短時間で感湿膜１７の水分を取り除き、含むことのできる最大水分量が下限値である状態に処理することができる。

（４）湿度センサがヒータ１３と水分添加装置２１とを備え、予め湿度センサのセンサ特性Ｌ、Ｈが求められており、使用者が、湿度センサをセンサ特性Ｌに設定して用いるか、センサ特性Ｈに設定して用いるかを選択することができる構成を採用することもできる。
初期値をセンサ特性Ｌに設定した湿度センサは、乾燥した状態で使用する場合に特性変動を起こしにくく、初期値をセンサ特性Ｈに設定した湿度センサは、湿潤した状態で使用する場合に特性変動を起こしにくい。
そこで、この構成を用いると、使用者が湿度センサの使用環境を判断し、乾燥した状態で使用する場合には、センサ特性Ｌに設定し、ヒータ１３を用いる構成を選択することができる。また、湿潤した状態で使用する場合には、センサ特性Ｈに設定し、水分添加装置２１を用いる構成を選択することができる。
これにより、湿度センサの出荷前にセンサ特性Ｌ、Ｈを設定する必要がなく、汎用性の高い湿度センサを製造することができる。
ここで、上記のセンサ特性Ｌ、Ｈを選択する構成は、湿度センサ内に実装していてもよい。つまり、使用者が湿度センサに「センサ特性Ｌに対応するコマンド」または「センサ特性Ｈに対応するコマンド」を入力することにより、湿度センサが自動的に加熱または水分添加を行いセンサ特性を設定する構成を採用することもできる。

[各請求項と実施形態との対応関係]
ヒータ１３及び水分添加装置２１が請求項１に記載の復帰手段に、検出電極１５が電極に、感湿膜１７が感湿部材に、出力装置１８が出力手段にそれぞれ対応する。更に、ヒータ１３は請求項５に記載の加熱手段に、水分添加装置２１は請求項７に記載の水分添加手段にそれぞれ対応する。

湿度センサを基板の基板面上方から見た平面説明図である。図１のＸ−Ｘ矢視断面の一部を拡大した拡大断面図である。感湿膜の水分量による湿度センサのセンサ特性の変動を示す説明図である。第２実施形態の湿度センサの一部断面図である。第２実施形態の湿度センサにおける感湿膜の水分量による湿度センサのセンサ特性の変動を示す説明図である。従来の湿度センサにおける感湿膜の含むことのできる最大水分量の変化による湿度センサのセンサ特性の変動を示す説明図である。図６（ａ）は、湿度の変化に伴う感湿膜の細孔径及び感湿膜の含むことのできる最大水分量の変化を模式的に示した説明図であり、図６（ｂ）は、湿度センサのセンサ特性の変動の説明図である。

符号の説明

１０湿度センサ
１１基板
１３ヒータ（復帰手段）
１５検出電極（電極）
１７感湿膜（感湿部材）
１８出力装置（出力手段）
２０湿度センサ
２１水分添加装置（復帰手段）
３１スタートスイッチ

Claims

基板と、
前記基板の同一基板面において相互間に間隔を置いて配置された一組の電極と、
前記基板面において少なくとも前記電極間の領域に形成され、湿度に応じて容量値が変化する感湿部材と、
前記各電極と電気的に接続され、前記感湿部材の容量値を検出し、その検出された容量値に対応するレベルの信号を出力する出力手段とを備え、
前記湿度の変化及び前記レベルの変化が特定の関係となるように設定された湿度センサにおいて、
前記感湿部材に含むことのできる最大水分量を減少させる手段および前記感湿部材に含むことのできる最大水分量を増加させる手段の少なくとも一方を備えることにより、前記感湿部材の含むことのできる最大水分量を、前記特定の関係が設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させる復帰手段を備えたことを特徴とする湿度センサ。
車両に搭載されており、
前記車両復帰手段は、前記車両のスタートスイッチのオン操作に伴い、前記感湿部材の含むことのできる最大水分量を、前記特定の関係が設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ。
車両に搭載されており、
前記車両復帰手段は、前記車両のスタートスイッチのオフ操作に伴い、前記感湿部材の含むことのできる最大水分量を、前記特定の関係が設定されたときの初期値もしくは初期値に近い状態に復帰させることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ。
前記初期値は、前記感湿部材の含むことのできる最大水分量が下限値もしくは下限値に近い状態であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の湿度センサ。
前記感湿部材に含むことのできる最大水分量を減少させる手段は、前記感湿部材を加熱する加熱手段であることを特徴とする請求項４に記載の湿度センサ。
前記初期値は、前記感湿部材の含むことのできる最大水分量が上限値もしくは上限値に近い状態であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１つに記載の湿度センサ。
前記感湿部材に含むことのできる最大水分量を増加させる手段は、前記感湿部材に水分を添加する水分添加手段であることを特徴とする請求項６に記載の湿度センサ。
前記感湿部材を加熱する加熱手段を更に備えたことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の湿度センサ。
前記感湿部材はポリイミドであることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１つに記載の湿度センサ。
前記一組の検出電極は櫛歯状に形成された櫛歯部をそれぞれ備えており、前記櫛歯部が互いにかみ合うように配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項９のいずれか１つに記載の湿度センサ。