JP2007248401A - 湿度センサとその構造 - Google Patents

Abstract

【課題】湿度センサに関し、センサの組み立てを容易とするケース構造と、耐久性に優れるリード線構造を備える湿度センサを提供する。
【解決手段】正面と底面が開口されるセンサケース１０であり、天壁と側壁面とに接続されて奥壁から正面開口部まで伸びる一対のリブ１１ａ、ｂを備え、該リブと対で奥壁に根元が接続され正面開口部まで伸長する係合爪が上に配置されるスナップフィット構造で、該リブ底面と一定の空隙を保ち並列する変形柱部材１２ａ、ｂとを備え、該リブ先端と該係合爪とで形成されるＶ形溝から、櫛状電極面を上に向け末端にリード線２２ａ、ｂを接続したセンサ基板２０の先端を奥壁まで挿入して基板を定設する湿度センサの構造からなる。
【選択図】図１

Description

この発明は湿度センサに関し、センサの組み立てが容易なケース構造と、耐久性に優れるリード線構造を備える安定設置の湿度センサを提供する。

湿度を計測するセンサ基板は、支持基板に一対の櫛状電極に湿度を感知する感湿膜を被膜する検出部と、この検出部から信号を取り出すリード線端子部から構成されている。このセンサ基板は感湿膜が外的要因で傷がつく、あるいは汚染されるのを防止するため樹脂ケース１０に収納され、ケースから電気信号を取り出すためのリード線２２が接続されている。該湿度センサケースは上下に２分割される構造からなり一方のケース内側にはセンサ基板を画設するための基板枠４０が内設され、センサ基板が収納される。図５は代表的湿度センサのケース組立図である。この湿度センサ基板にはリード線端子部に一対の伸長するリード線２２ａ、ｂが半田付けされており、ケース前壁の高さ略半高から外に伸長する。

このような従来の湿度センサはセンサケースが上下２分割されており、センサを作る上で２種類の金型を製作する必要があり、さらには２種類の成形品を常備保管する必要があり、コストの負担に問題があった。また製造の一例として下ケースを上向きに設置し、所定の枠内にセンサ基板をセットし、上ケースの前後の向きを揃えて下向きに被せる３工程の作業が必要で組み立てに時間が掛っていた。

また組み立て工程において、所定の枠内からセンサ基板が多少外れて配設すると、または上下ケースの勘合位置が多少でもずれているとケース間の勘合に不具合が発生する問題があった。

またこれら構造のセンサを実装すると、ケース前壁の略半高から伸長するリード線２２に測定ケーブル３０が空中不安定な状態で接続されるので該ケーブルの自重と撓みによりセンサケース先端部から持ち上がる、または横に傾く問題がある。

また、このような不具合対策として、リード線をケースから出た所で下向きに折り曲げ、さらに床に接する面で床に這うように折り曲げる手段が行われる。

しかしながらこれらの折り曲げたリード線部分は屈折部に金属疲労が発生し、振動試験を行うと屈折部分から容易に断線が起こり耐久性に問題があった。

本発明は以上の欠点を改善するためになされたもので、センサケースの成形部品点数を半減すると共に、迅速に正確な組み立てを行うことのできるセンサケースの構造と、耐久性に優れたリード線の構造を備える湿度センサを提供する。

本発明の湿度センサは正面と底部が開口する樹脂材のセンサケース１０であり、天壁と片側壁とに接続されて奥壁から正面開口部まで伸びる一対のリブ１１ａ、ｂを備え、該リブと対で奥壁に根元が接続され正面開口部まで伸長する、係合爪が上向きのスナップフィット構造で、該リブ底面と一定の空隙を保ち並列する変形柱部材１２ａ、ｂとを備える構造で、該リブ先端と該係合爪とで形成されるＶ形溝から、櫛状電極面を上に向け末端にリード線２２ａ、ｂを接続したセンサ基板２０の先端２３を挿入して行くと、奥壁接合の根元を支点に変形柱部材１２ａ、ｂの先端が下方に撓曲して拡がり、その拡開した奥にはリブ１１ａ、ｂと変形柱部材１２ａ、ｂで形成される上下に並列のガイドが奥壁まで伸延しているので、センサ基板２０はガイドに導かれて略奥壁まで達し、基板末端が変形柱部材１２ａ、ｂの係合爪の垂設部１３ａ、ｂから外れて変形柱部材先端は上方に復帰し、変形柱部材１２ａ、ｂの奥壁と該垂設部１３ａ、ｂとで形成される凹溝にセンサ基板２０が格納される。

ここで図２（A）,(B)に記載するように、センサ基板をセンサケース内に確実に定設するためには、センサケース変形柱部材１２ａ、ｂの根元奥壁からを係合爪丘の垂設部１３ａ、ｂまでの長さをＬとし、挿入するセンサ基板の長さをｌとすると両者の関係はＬ＞ｌであり、リブ１１ａ、ｂ底と変形柱部材１２ａ、ｂとの空隙Ｔ１とＶ形溝最狭部Ｔ２とセンサ基板の厚さｔとの関係はＴ１＞ｔ＞Ｔ２であり、センサケース内の収納横幅Ｗ１と変形柱部材間内距離Ｗ２と変形柱部材幅を含みケース内側壁までの距離Ｗ３とセンサ基板幅ｗ１とリード線間外距離ｗ２の関係はＷ１＞ｗ１＞（Ｗ２＋Ｗ３）であり、さらにＷ２＞ｗ２の条件を備える湿度センサの構造であることを特徴とする。

また、センサケース１０のリブ先端の下向きテーパと変形柱部材の係合爪テーパとで形成されるＶ形溝の角度は１０度以上１７０度以下であることを特徴として、Ｖ形溝の角度が１０度より狭いとセンサ基板の挿入が著しく困難になり、１７０度より広いと挿入基板が係合爪から外れやすくなる。

このように本発明の湿度センサのケースは一個のセンサケースからできているので、センサケースを作る成形金型と成形する必要のケース部品は従来の場合に比べて半分にすることができる。

また、センサの組み立てにあっては、センサ基板２０をリブ１１ａ、ｂ先端と該変形柱部材１２ａ、ｂ先端とで形成されるＶ形溝から挿入し奥壁まで突き当てると、下方に撓曲していた変形柱部材１２ａ、ｂの先端はスナップ力で瞬間的に上方に復帰するので、組み立て作業時間が極めて効率良く行うことができる。また、挿入位置が多少ずれたり、傾いても挿入しても、リブ１１ａ、ｂと変形柱部材１２ａ、ｂで構成される上下ガイドＴ１とケース左右内壁で構成される左右ガイドＷ１とで挿入のセンサ基板２０の不具合は自動的に修正され、挿入不良を防止することができる。

ここで、変形柱部材１２ａ、ｂの根元は奥壁に固定されているが、伸延する該変形柱部材の奥一部１４を片側壁と接合することにより変形柱部材の弾性変形長が縮まり、スナップ力を強めることができる。

また、本発明の湿度センサはセンサ基板２０上のリード線端子部２１ａ、ｂから延出して基板末端断面を廻延し、下方Ｓ形状に屈曲して端末が基板と略平行に外部に伸長するリード線２２ａ、ｂを備える構造であることを特徴とする。

該リード線構造はセンサケース１０を床に設置したとき、外部に伸長するリード線２２ａ、ｂはＳ形状を経て床に近い位置に配設されるので、測定ケーブルが接続されるとリード線２２ａ、ｂは屈曲部を支点に床に撓み、床を這って測定ケーブル３０ａ、ｂが伸長するのでセンサケース１０は床に安定配設され、従来のようにケーブル捩れによるケースの横転や、ケーブルの自重でケース先端部が持ち上る事故を防止できる。

また、リード線２２ａ、ｂのＳ形状の屈曲部では適宜に撓むので、外部から伝播する振動を減衰させる効果があり、振動試験で測定ケーブルが大きく振動してもセンサケース１０が踊りだしケース付け根からリード線が切断されることはない。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。図１（A）は本発明の一実施形態に係る湿度センサ素子の斜視図であり、センサ素子基板２０を矢印に従いケース１０に挿入し湿度センサは組み立てられる。ここでリブ１１ａ、ｂ先端の下向きテーパと変形柱部材１２ａ、ｂ先端の上向きの係合爪とで形成されるＶ形溝に、櫛状電極を上に向けたセンサ基板を先端部２３から挿入していくと、奥壁から伸長する変形柱部材１２ａ、ｂの先端は下向きに撓曲して拡開し、奥に形成される空隙ガイドT1(図２)が現れ、それに沿ってセンサ基板１０を奥あてで進めると、センサ基板の末端が変形柱部材１２ａ、ｂの係合爪垂下部１３ａ、ｂからはずれ、変形柱部材１２ａ、ｂの先端は瞬時に上方に復帰するので、垂設部１３ａ、ｂと奥壁とで構成される凹溝にセンサ基板２０をすばやく正確に格納することができる。図１（Ｂ）はセンサケース１０にセンサ基板２０を収納した図１（Ａ）のＡ−Ａ間で切断した断面図を示す。

図２（A）は図１（A）A-A間で切断した湿度センサのセンサケースとセンサ基板の断面図を示す。センサ基板２０の長さｌはセンサケースの変形柱部材１２ａ、ｂの根元奥壁と係合爪丘の垂設部１３ａ、ｂで構成する凹溝長Ｌにセンサ基板２０を収納するためＬ＞ｌであり、またセンサ基板の厚さｔはリブの底面と変形柱部材とで得られる高さ空隙Ｔ１より薄く、リブ先端のテーパと変形柱部材先端の係合爪とで構成されるＶ溝最狭部Ｔ２よりは厚くして、センサ基板が空隙Ｔ１内に確実に収納できると共に最狭部Ｔ２から引き出されない条件Ｔ１＞ｔ＞Ｔ２であり、センサ基板の横幅ｗ１はセンサケースの内壁に収納するため内壁間距離Ｗ１より狭くて、センサ基板が確実に２本の変形柱部材１２ａ、ｂに架かるため変形柱部材間の内側寸法Ｗ２と変形柱部材の幅を含むケース内壁までの距離Ｗ３を加算した距離よりも広いことが必要でその条件はＷ１＞ｗ１＞（Ｗ２＋Ｗ３）である。また、センサ基板の２本のリード線が変形柱部材内に収まるには変形柱部材間の内側寸法Ｗ２とセンサリード線間外寸法ｗ２はＷ２＞ｗ２の条件を備えることでセンサ基板２０を確実にセンサケース１０内に収納することができる。

センサ基板２０のリード線２２ａ、ｂは図２（A）右図のようにリード線端子部２１ａ、ｂから基板末端断面を廻延し、裏面上でＵターンするＳ字形状を形成して、基板に平行して外に伸長する。図２（B）は図１の矢印Ｂから見た正面図を示す。同じく図３はセンサケース内にセンサ基板を収納し、外伸するリード線と信号ケーブル３０ａ、ｂを接合する斜視図を示す。リード線２２ａ、ｂは下向きにＳ字屈曲することでセンサ基板２０から外伸するリード線２２ａ、ｂは略床面を這延して設置されるので、測定ケーブルを接続してもリード線とケーブルが安定して床を這うのでセンサケースを安定して設置することができる。

また本発明の形態は図４に示す如く、外伸するリード線をケース端で切断し使用すれば面実装型湿度センサとして使用できる。外伸するリード線２２ａ、ｂをケース端で切断すればケース下に内蔵されるリード線部分が面実装可能な電極として作用し、湿度センサをプリント基板上に配設し、リフロー炉を通過させることで容易にセンサを固定できる。

以上湿度センサについて説明したが、本発明の形態はこれに限定されるものではなく、例えば、ガスセンサ、温度センサ、バイオセンサ、化学センサ等の各種のセンサにも適用することができる。

この発明は湿度センサに関し、センサの組み立てを容易とするケース構造と、耐久性に優れるリード線構造を備える安定配置の湿度センサを実現した。

以下、添付図面を参照しつつ、実施例１に関わる湿度センサの構造を詳細に説明する。

本発明は図１（A）のようにセンサケース１０とセンサ基板２０から構成される。センサケースは肉厚１ｍｍで幅１０ｍｍ、高さ５ｍｍ、奥行き１２ｍｍの正面と底面が開口されたＡＢＳ容器からなり、天壁と片側壁に接続されて奥壁から正面開口部まで伸長する先端に下向きのテーパを備える高さ１ｍｍ、幅２ｍｍ、長さ１１ｍｍのリブ１１ａ、ｂを配設する。そして該リブと対で奥壁に根元が接続され側壁から１ｍｍの空隙を設け、さらに該リブ底面から１ｍｍの上下空隙を保ち並列する横、高さ各１ｍｍで奥行き長さ１１ｍｍの変形柱部材からなる角柱で、その角柱先端には係合爪の高さ０．５ｍｍ、幅１ｍｍの上向きテーパで頂上の平坦部を経て変形柱部材に垂設する台形構造からなるスナップフィットを備える。この時、該センサケースのリブ１１ａ、ｂのテーパ部と変形柱部材１２ａ、ｂ先端のテーパとで形成されるＶ形溝の角度は９０度であった。

またセンサ基板の外形は幅７ｍｍ、高さ０．６３ｍｍ、長さ１０ｍｍのアルミナ基板に線幅０．４ｍｍ間隔でトータル櫛数が８本の対向する櫛状電極と、該櫛状電極から１ｍｍ伸長して２ｍｍ角のリード線端子部２１ａ、ｂを配置するパターンの印刷マスクを用いてスクリーン印刷機で銀パラジュームペーストを印刷した。アルミナ基板は１５０度で乾燥後、８００度でトータル１時間の焼付けを行った。そして、焼付け後のアルミナ基板の櫛状電極部にはスルホン酸基を末端に持つポリメタアクリレート液を塗布し１２０度で１時間の乾燥をして感湿膜を形成した。

該センサ基板にはリード線間距離が５ｍｍ、幅０．４ｍｍ、厚さ０．２５ｍｍのリン青銅板に１．５μｍの銅メッキを施し、先端から２ｍｍの伸長短端部と直径０．６５ｍｍの半円部と２ｍｍの伸長する中間部と直径１．５ｍｍの半円部と長さ１０ｍｍの伸長する長端部からなるＳ形状に屈曲したリード線２２ａ、ｂの短端部を電極端子部２１ａ，ｂと接するように直径０．６５ｍｍの半円部をアルミナ基板に勘合し、そのリード線端子部とリード線短端部とを半田付けで固着した。

そして図１（A）のように、該センサ基板２０の電極面を上に向けて、センサケースのリブ１１と変形柱部材１２ａ、ｂの係合爪で形成されるＶ形溝からセンサ基板先端部２３を挿入した。挿入と共に該変形柱部材１２ａ、ｂは下向きに撓み、開口部が広がり、さらに押し進めるとリブ１１ａ、ｂと変形柱部材１２ａ、ｂで形成されるガイドＴ１に誘導されるのでそのまま押し込むと奥壁にぶつかり、同時にセンサ基板末端から変形柱部材の係合爪がはずれて変形柱部材は元の状態に復帰し、垂設部１３ａ、ｂと奥壁とで構成される凹溝にセンサ基板が格納された。図１（B）

実施例の如く、本発明による湿度センサは一個のセンサケース１０とセンサ基板２０から構成されており、該ケース１０のＶ形溝に挿入すればセンサ基板１０はスナップフィット効果で容易にケース内の定位置に収納され、リード線２２ａ、ｂの外に伸長するリード先端部はケーススカート底面と略面一に配設できる。

このように該湿度センサを構成するセンサケース１０とセンサ基板２０を５０組用意して組み立てを行った。その結果の平均時間は３．２秒であり、ケースや基板の損傷は無く、挿入不良も無かった。

次に該湿度センサから外伸するリード線に測定ケーブル３０を半田付け接合したところケーブルは床に沿って這っていき、センサを床面に安定して配置できた。

該センサ１０の底面部１３を床に両面テープで貼り付け、リード線２２ａ、ｂと測定ケーブル３０ａ、ｂとの接続点をガムテープで床に固定して振動試験を実施した。
試験条件はＪＩＳ−Ｃ００４０に則り、荷重２０G、掃引サイクル１０Hz〜５５Hz〜１０Hz、１分間を１往復としてＸ，Ｙ，Ｚ軸に各２時間の試験をおこなった。結果はリード線２２ａ、ｂが多少伸長する傾向が見られたが、湿度センサの電気特性に異常は無く、リード線の断線やセンサ基板のケースからの脱落もなかった。これはリード線２２ａ、ｂの撓曲部が振動を吸収してセンサ基板への影響を防いだものと判断される。

図４は外延のリード線をケース端で切断してプリント基板に面実装した湿度センサを示す。湿度センサからのリード線２２ａ、ｂはクリーム半田を塗布したプリント基板のリード線端子部に配設され、２４０度に設定されたリフロー炉を通して半田付けした。ＪＩＳ−Ｃ００４０に則り、荷重２０G、掃引サイクル１０Hz〜５５Hz〜１０Hz、１分間を１往復としてＸ，Ｙ，Ｚ軸に各２時間の試験をおこなった。結果はリード線２２ａ、ｂが多少伸びて湿度センサの位置が移動する傾向を見たが、湿度センサの電気特性に異常は無く、リード線の断線やセンサ基板のケースからの脱落もなかった。これはリード線の撓曲部が振動を吸収してセンサ基板への影響を防いだものと判断される。

比較例

図５は従来の標準的湿度センサの構造図を示す。上下ケースとセンサ基板を分解して再度組み立てたところ良品の組み立て時間は平均８．６秒かかり、３０回繰り返す中で基板の位置ずれ不良での勘合不良２個、ケースの位置ずれ不良３個があった。また良品湿度センサを図５（B）に示す如くリード線と測定ケーブルを半田付け接合して、該センサの底面部を床に両面テープで貼り付け、リード線と測定ケーブルとの接続点をガムテープで床に固定して振動試験を実施した。

試験条件はＪＩＳ−Ｃ００４０に則り、荷重２０G、掃引サイクル１０Hz〜５５Hz〜１０Hz、１分間を１往復としてＸ，Ｙ，Ｚ軸に各２時間の試験をおこなった。結果はケース先端部が両面テープから剥離し、激しく頭部が振動してリード線が断線した。

以上、上述したように本発明のセンサケースは成形金型や成形品が従来の半分で済むので極めて経済的ある。また成形品も一種類の管理で済むため在庫管理が容易である。また組み立てに際し、ケース内のガイドの存在はセンサ基板の組み立て性を改善し、作業能率が向上した。また、センサから伸びるリード線はケース低位から伸延するので測定ケーブルを接続しても湿度センサを安定に配設できる。またリード線にＳ字状の屈曲部を設けることでリード線に伝わる振動を吸収し、リード線の断線を低減できた。

（A）は代表的湿度センサ構造の斜視図と（B）は組み立て断面図 （A）は図１のA-Aで切断した断面図、（B）は図１のBから見た正面図 測定ケーブルを接続した湿度センサ斜視図 面実装湿度センサの実装斜視図 従来の湿度センサの構造斜視図

符号の説明

１０ センサケース
１１ａ、ｂ リブ
１２ａ、ｂ 変形柱部材
１３ａ、ｂ 係合爪の垂設部
１４ 変形柱部材と片側壁の接合部
２０ センサ基板
２１ａ、ｂ リード線端子部
２２ａ、ｂ リード線
２３ センサ基板先端部
３０ａ、ｂ 測定ケーブル
４０ 基板枠

Claims (4)

1. 湿度センサにあって正面と底面が開口するセンサケースであり、天壁と片側壁とに接続されて奥壁から正面開口部まで伸びる一対のリブを備え、該リブと対で奥壁に根元が接続され正面開口部まで伸長する係合爪が上に配置されるスナップフィット構造で、該リブ底面と一定の空隙を保ち並列する変形柱部材とを備え、該リブ先端と該係合爪とで形成されるＶ形溝から、櫛状電極面を上に向け末端にリード線を接続したセンサ基板の先端を奥壁まで挿入して基板を定設する湿度センサとその構造。
2. 前項記載のセンサケースにあって、リブ先端には下向きのテーパを設け、該テーパと変形柱部材の係合爪テーパとでセンサ基板を挿入するためのＶ形溝を形成する湿度センサとその構造。
3. 前項記載のセンサケースで、変形柱部材の根元奥壁から係合爪丘の垂設部までの長さをＬとし、挿入するセンサ基板の長さをｌとすると両者の関係はＬ＞ｌであり、リブ底と変形柱部材との空隙Ｔ１とＶ形溝最狭部Ｔ２とセンサ基板の厚さｔとの関係はＴ１＞ｔ＞Ｔ２であり、センサケース内の収納横幅Ｗ１と変形柱部材間内距離Ｗ２と変形柱部材幅を含みケース内側壁までの距離Ｗ３とセンサ基板幅ｗ１とリード線間外距離ｗ２の関係はＷ１＞ｗ１＞（Ｗ２＋Ｗ３）であり、さらにＷ２＞ｗ２の条件を備える湿度センサとその構造。
4. 前項記載のセンサ基板で櫛状電極から伸延されるリード線端子部にリード線の一端を接続し、延出して基板末端断面を廻延し下方Ｓ字形状に屈曲し、他端が外部に伸長するリード線を備える湿度センサとその構造。
   

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