JP2018151283A - 湿度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型かつ低コストであると共に高精度に湿度検出が可能で、さらに表面実装も可能になる湿度センサを提供すること。【解決手段】 互いに対向配置された第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂと、補償側サーミスタ素子３Ａ及び検出側発熱抵抗体４Ａと、検出側サーミスタ素子３Ｂ及び補償側発熱抵抗体４Ｂとを備え、検出側発熱抵抗体と検出側サーミスタ素子とが互いに第１の絶縁性基板及び第２の絶縁性基板を挟んで対向配置されていると共に、補償側発熱抵抗体と補償側サーミスタ素子とが互いに第１の絶縁性基板及び第２の絶縁性基板を挟んで対向配置され、検出側発熱抵抗体と検出側サーミスタ素子との間に位置する検出側領域ＡＲ１が、外気を導入可能な空間とされ、補償側発熱抵抗体と補償側サーミスタ素子との間に位置する補償側領域が、検出側領域及び外部と隔離されて外気が侵入不可とされている。【選択図】図１

Description

本発明は、小型かつ低コストであると共に高精度に湿度検出が可能な湿度センサに関する。

従来、サーミスタ素子を用いた湿度センサとして、例えば特許文献１には、基板と、基板上に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に形成された薄膜サーミスタである感温抵抗膜と、感温抵抗膜の周囲を取り囲む絶縁膜上に形成された加熱用抵抗膜と、感温抵抗膜と加熱用抵抗膜とをそれぞれ外部に電気的に導出するために基板上に形成された電極パッドとから構成されている傍熱型感温抵抗素子を利用した湿度センサが記載されている。

上記傍熱型感温抵抗素子は、基板上の同一平面上に感温抵抗膜の周囲を取り囲むようにして加熱用抵抗膜が形成されている。
また、特許文献１の図９には、対称に作られた凹部が形成された筐体部材と、貫通孔と２つの空間を形成するために仕切り部が形成された蓋部と、２つの傍熱型感温抵抗素子とから構成された絶対湿度センサが記載されている。

特開２００９−１６８６４９号公報

上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、上記特許文献１の湿度センサでは、加熱用抵抗膜から感温抵抗膜に伝わる熱は基板を介して伝わる伝熱が支配的であり、感度が低くなってしまう問題があった。また、閉空間が狭くなると伝熱経路が狭くなるため、伝熱量が少なくなり感度が落ちてしまう。さらに、閉空間が狭くなると伝熱経路が外部に近くなることで、加熱用抵抗膜に対向した開放空間若しくは上蓋の影響が強くなり、開放空間の影響が支配的になって、やはり感度が低くなってしまう。このように加熱用抵抗膜からの熱量が、ほとんど開放空間に伝わってしまう不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、外部の開放空間の影響を低減でき、より感度が高い湿度センサを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、第１の発明に係る湿度センサは、互いに対向配置された第１の絶縁性基板及び第２の絶縁性基板と、前記第１の絶縁性基板の外側面に互いに間隔を空けて設けられた補償側サーミスタ素子及び検出側発熱抵抗体と、前記第２の絶縁性基板の外側面に互いに間隔を空けて設けられた検出側サーミスタ素子及び補償側発熱抵抗体と、前記第１の絶縁性基板の外側面に形成され前記補償側サーミスタ素子に接続された補償側サーミスタ用配線及び前記検出側発熱抵抗体に接続された検出側抵抗用配線と、前記第２の絶縁性基板の外側面に形成され前記検出側サーミスタ素子に接続された検出側サーミスタ用配線及び前記補償側発熱抵抗体に接続された補償側抵抗用配線とを備え、前記検出側発熱抵抗体と前記検出側サーミスタ素子とが互いに前記第１の絶縁性基板及び前記第２の絶縁性基板を挟んで対向配置されていると共に、前記補償側発熱抵抗体と前記補償側サーミスタ素子とが互いに前記第１の絶縁性基板及び前記第２の絶縁性基板を挟んで対向配置され、前記第１の絶縁性基板と前記第２の絶縁性基板との間であって前記検出側発熱抵抗体と前記検出側サーミスタ素子との間に位置する検出側領域が、外気を導入可能な空間とされ、前記第１の絶縁性基板と前記第２の絶縁性基板との間であって前記補償側発熱抵抗体と前記補償側サーミスタ素子との間に位置する補償側領域が、前記検出側領域及び外部と隔離されて外気が侵入不可とされていることを特徴とする。

この湿度センサでは、第１の絶縁性基板と第２の絶縁性基板との間であって検出側発熱抵抗体と検出側サーミスタ素子との間に位置する検出側領域が、外気を導入可能な空間とされ、第１の絶縁性基板と第２の絶縁性基板との間であって補償側発熱抵抗体と補償側サーミスタ素子との間に位置する補償側領域が、検出側領域及び外部と隔離されて外気が侵入不可とされているので、発熱抵抗体から対向する検出側領域又は補償側領域を介して伝わる伝熱が支配的になり、高い感度を得ることができる。また、それぞれの発熱抵抗体の熱量の約半分が、閉空間である補償側領域と補償側領域と同じ体積の検出側領域を介してサーミスタ素子に伝わるため、閉空間と開放空間との影響が相対的に同じになり、感度に影響を与えないため、良好な感度を得ることができる。

本発明の湿度センサでは、検出側発熱抵抗体から対向する検出側サーミスタ素子への伝熱と、補償側発熱抵抗体から対向する補償側サーミスタ素子への伝熱との差が、発熱抵抗体とサーミスタ素子との間の媒体によって差があることで、温度差が生じる。検出側発熱抵抗体と検出側サーミスタ素子との間には外気（空気）が媒体として流通されるため、その伝熱が空気の湿度に応じて変わるのに対し、外気が侵入しない補償側発熱抵抗体と補償側サーミスタ素子との間の媒体では、外気の湿度の影響を受けず、湿度による伝熱特性の変化が無い。このため、補償側サーミスタ素子での温度は、外気の湿度に応じて変化しないのに対し、検出側サーミスタ素子での温度が、外気の湿度に応じて変化する。このとき、検出側発熱抵抗体及び補償側発熱抵抗体の熱は、対向するサーミスタ素子に向けて伝わるだけでなく、第１の絶縁性基板上又は第２の絶縁性基板上に並んだサーミスタ素子にも絶縁性基板等を介して伝わる。この絶縁性基板上で並ぶサーミスタ素子への伝熱は、検出側発熱抵抗体と補償側発熱抵抗体とで対称的に生じる。したがって、検出側サーミスタ素子と補償側サーミスタ素子とでは、検出側サーミスタ素子の温度が検出側領域に導入された空気の影響を受ける以外は、互いに対称的な伝熱構造を有しているので相殺され、空気の湿度に応じた熱伝導の変化のみが抽出可能となる。

第２の発明に係る湿度センサは、第１の発明において、前記第１の絶縁性基板及び前記第２の絶縁性基板が、絶縁性フィルムであることを特徴とする。
すなわち、この湿度センサでは、第１の絶縁性基板及び第２の絶縁性基板が、絶縁性フィルムであるので、薄い絶縁性フィルムを介して検出側発熱抵抗体と補償側発熱抵抗体との熱を対向した検出側領域と補償側領域とに良好に伝えることができる。

第３の発明に係る湿度センサは、第１又は第２の発明において、前記補償側領域が、固体部材で埋められていることを特徴とする。
すなわち、この湿度センサでは、補償側領域が、固体部材で埋められているので、補償側領域が外気の湿度の影響を受けずに高精度な測定が可能になる。また、固体部材が第１の絶縁性基板と第２の絶縁性基板との間のスペーサーとなり、両基板の間隔を安定して保持することができる。

第４の発明に係る湿度センサは、第１又は第２の発明において、前記補償側領域が、乾燥空気が封入された密封空間とされていることを特徴とする。
すなわち、この湿度センサでは、補償側領域が、乾燥空気が封入された密封空間とされているので、補償側領域が外気の湿度の影響を受けずに高精度な測定が可能になる。

第５の発明に係る湿度センサは、第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記第１の絶縁性基板及び前記第２の絶縁性基板の互いの対向面に、前記検出側サーミスタ素子及び前記検出側発熱抵抗体に対向した赤外線反射膜が形成されていることを特徴とする。
すなわち、この湿度センサでは、第１の絶縁性基板及び第２の絶縁性基板の互いの対向面に、検出側サーミスタ素子及び検出側発熱抵抗体に対向した赤外線反射膜が形成されているので、第１の絶縁性基板と第２の絶縁性基板との間における赤外線の影響を低減することができる。また、第１の絶縁性基板及び第２の絶縁性基板よりも熱伝導性が高い金属膜等の赤外線反射膜を採用することで、赤外線反射膜が検出用サーミスタ素子への集熱膜としても機能する。

第６の発明に係る湿度センサは、第１から第５の発明のいずれかにおいて、前記第１の絶縁性基板の前記補償側サーミスタ素子と前記検出側発熱抵抗体との間、及び前記第２の絶縁性基板の前記検出側サーミスタ素子と前記補償側発熱抵抗体との間に、スリットが形成されていることを特徴とする。
すなわち、この湿度センサでは、第１の絶縁性基板の補償側サーミスタ素子と検出側発熱抵抗体との間、及び第２の絶縁性基板の検出側サーミスタ素子と補償側発熱抵抗体との間に、スリットが形成されているので、発熱抵抗体から隣接するサーミスタ素子へ絶縁性基板を介して伝わる熱をスリットで抑制することができる。したがって、隣接する発熱抵抗体からの熱の影響が低減され、対向する発熱抵抗体からの伝達熱の差をより高精度に測定可能になる。

第７の発明に係る湿度センサは、第１から第６の発明のいずれかにおいて、少なくとも前記補償側サーミスタ素子、前記検出側サーミスタ素子、前記検出側発熱抵抗体及び前記補償側発熱抵抗体を内部に密封するケースを備えていることを特徴とする。
すなわち、この湿度センサでは、少なくとも補償側サーミスタ素子、検出側サーミスタ素子、検出側発熱抵抗体及び補償側発熱抵抗体を内部に密封するケースを備えているので、補償側サーミスタ素子、検出側サーミスタ素子、検出側発熱抵抗体及び補償側発熱抵抗体が外気に触れず、外気中の水分によって腐食してしまうことを抑制可能になる。

第８の発明に係る湿度センサは、第１から第７の発明のいずれかにおいて、前記検出側発熱抵抗体及び前記補償側発熱抵抗体がサーミスタであることを特徴とする。
すなわち、この湿度センサでは、補償側サーミスタ素子、検出側サーミスタ素子、検出側発熱抵抗体及び補償側発熱抵抗体が全てサーミスタであるため、部品の種類を少なくすることが可能である。特に、サーミスタが薄膜サーミスタである場合は、第１の絶縁性基板に補償側サーミスタ素子と検出側発熱抵抗体とを、第２の絶縁性基板に検出側サーミスタ素子と補償側発熱抵抗体とを同時に成膜することが可能となるため、製造工程を削減でき、低コストで製造ができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る湿度センサによれば、第１の絶縁性基板と第２の絶縁性基板との間であって検出側発熱抵抗体と検出側サーミスタ素子との間に位置する検出側領域が、外気を導入可能な空間とされ、第１の絶縁性基板と第２の絶縁性基板との間であって補償側発熱抵抗体と補償側サーミスタ素子との間に位置する補償側領域が、検出側領域及び外部と隔離されて外気が侵入不可とされているので、発熱抵抗体から対向する検出側領域又は補償側領域を介して伝わる伝熱が支配的になり、高い感度を得ることができる。
特に、本発明の湿度センサは、複写機やエアコンなど、湿度計測を必要とする機器の湿度計測用のセンサとして好適である。

本発明に係る湿度センサの第１実施形態において、湿度センサを示す断面図である。 第１実施形態において、湿度センサの原理を説明するための概略的な断面図である。 第１実施形態において、第１の絶縁性基板又は第２の絶縁性基板の内面図（ａ）、ケースを外した状態の湿度センサを示す上面図（ｂ）及び下面図（ｃ）である。 本発明に係る湿度センサの第２実施形態において、湿度センサを示す断面図である。 本発明に係る湿度センサの第３実施形態において、ケースを外した状態の湿度センサを示す上面図（ａ）及び下面図（ｂ）である。 本発明に係る湿度センサの実施例において、熱抵抗解析を行う際の解析モデルを示す断面図である。 本発明に係る湿度センサの実施例において、上記解析モデルの熱抵抗回路図である。 本発明に係る湿度センサの実施例において、熱抵抗解析で得られた絶対湿度に対する検出側サーミスタ素子と補償側サーミスタ素子との温度差を示すグラフである。

以下、本発明に係る湿度センサの第１実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。

本実施形態の湿度センサ１は、図１から図３に示すように、互いに対向配置された第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂと、第１の絶縁性基板２Ａの外側面に互いに間隔を空けて設けられた補償側サーミスタ素子３Ａ及び検出側発熱抵抗体４Ａと、第２の絶縁性基板２Ｂの外側面に互いに間隔を空けて設けられた検出側サーミスタ素子３Ｂ及び補償側発熱抵抗体４Ｂと、第１の絶縁性基板２Ａの外側面に形成され補償側サーミスタ素子３Ａに接続された補償側サーミスタ用配線５Ａ及び検出側発熱抵抗体４Ａに接続された検出側抵抗用配線６Ａと、第２の絶縁性基板２Ｂの外側面に形成され検出側サーミスタ素子３Ｂに接続された検出側サーミスタ用配線５Ｂ及び補償側発熱抵抗体４Ｂに接続された補償側抵抗用配線６Ｂとを備えている。

上記検出側発熱抵抗体４Ａと検出側サーミスタ素子３Ｂとは、互いに第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂを挟んで対向配置されていると共に、補償側発熱抵抗体４Ｂと補償側サーミスタ素子３Ａとは、互いに第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂを挟んで対向配置されている。すなわち、検出側発熱抵抗体４Ａの直下に検出側サーミスタ素子３Ｂが配されており、検出側発熱抵抗体４Ａと検出側サーミスタ素子３Ｂとは、互いに向かい合わせた位置に配されている。また、補償側サーミスタ素子３Ａの直下に補償側発熱抵抗体４Ｂが配されており、補償側サーミスタ素子３Ａと補償側発熱抵抗体４Ｂとは、互いに向かい合わせた位置に配されている。

上記第１の絶縁性基板２Ａと第２の絶縁性基板２Ｂとの間であって検出側発熱抵抗体４Ａと検出側サーミスタ素子３Ｂとの間に位置する検出側領域ＡＲ１が、外気を導入可能な空間とされている。
また、第１の絶縁性基板２Ａと第２の絶縁性基板２Ｂとの間であって補償側発熱抵抗体４Ｂと補償側サーミスタ素子３Ａとの間に位置する補償側領域ＡＲ２が、検出側領域ＡＲ１及び外部と隔離されて外気が侵入不可とされている。

本実施形態では、補償側領域ＡＲ２が、固体部材７で埋められている。すなわち、図１において、第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂの間における右半分に板状の固体部材７で埋められて補償側領域ＡＲ２とされ、左半分の検出側領域ＡＲ１から外気の侵入を防いでいる。
なお、検出側領域ＡＲ１と補償側領域ＡＲ２とは、互いに同じ体積に設定されている。
上記固体部材７は、湿度に影響されない伝熱特性を有する材料が好ましく、例えば樹脂板、銅等の金属板、セラミックス板等が採用される。

また、本実施形態の湿度センサ１は、補償側サーミスタ素子３Ａ、検出側サーミスタ素子３Ｂ、検出側発熱抵抗体４Ａ及び補償側発熱抵抗体４Ｂを内部に密封するケース１０を備えている。
上記ケース１０は、第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂよりも熱伝導性の低いものが好ましく、例えば箱状の樹脂ケースが採用される。

また、このケース１０は、第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂを内側で支持している。
さらに、ケース１０には、検出側領域ＡＲ１につながって貫通した開口部１０ａが形成されている。すなわち、この開口部１０ａを介して外気が検出側領域ＡＲ１に導入可能になっている。

上記第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂは、互いに平行に配置された絶縁性フィルムである。
すなわち、第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂは、例えばポリイミド樹脂シートで形成され、検出側抵抗用配線６Ａと補償側抵抗用配線６Ｂとが銅箔でパターン形成されている。

また、第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂの互いの対向面には、検出側サーミスタ素子３Ｂ及び検出側発熱抵抗体４Ａに対向した赤外線反射膜８がそれぞれ矩形状に形成されている。
さらに、第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂの互いの対向面には、補償側サーミスタ素子３Ａ及び補償側発熱抵抗体４Ｂに対向した集熱膜９がそれぞれ矩形状に形成されている。なお、集熱膜９は必要に応じて設けられる。
これらの赤外線反射膜８及び集熱膜９は、第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂよりも熱伝導性の高い材料で形成され、例えば銅箔やＡｕ膜等が採用される。

上記検出側サーミスタ素子３Ｂ及び補償用サーミスタ素子３Ａは、例えばチップサーミスタである。チップサーミスタの材料としては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタ材料があるが、本実施形態では、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタ材料は、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。

特に、本実施形態では、サーミスタ素子として、Ｍｎ，ＣｏおよびＦｅの金属酸化物を含有するセラミックス焼結体、すなわちＭｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料で形成されたものを採用している。さらに、このセラミックス焼結体は、立方晶スピネル相を主相とする結晶構造を有していることが好ましい。特に、セラミックス焼結体としては、立方晶スピネル相からなる単相の結晶構造が最も望ましい。

上記検出側発熱抵抗体４Ａ及び補償側発熱抵抗体４Ｂは、例えばＴｉＮ膜やムライトの金属薄膜やサーミスタ材料で形成されている。これら検出側発熱抵抗体４Ａ及び補償側発熱抵抗体４Ｂは、第１の絶縁性基板２Ａ又は第２の絶縁性基板２Ｂに矩形状にパターン形成され、その両端に検出側抵抗用配線６Ａ又は補償側抵抗用配線６Ｂが接続されている。

このように本実施形態の湿度センサ１では、第１の絶縁性基板２Ａと第２の絶縁性基板２Ｂとの間であって検出側発熱抵抗体４Ａと検出側サーミスタ素子３Ｂとの間に位置する検出側領域ＡＲ１が、外気を導入可能な空間とされ、第１の絶縁性基板２Ａと第２の絶縁性基板２Ｂとの間であって補償側発熱抵抗体４Ｂと補償側サーミスタ素子３Ａとの間に位置する補償側領域ＡＲ２が、検出側領域ＡＲ１及び外部と隔離されて外気が侵入不可とされているので、発熱抵抗体から対向する検出側領域ＡＲ１又は補償側領域ＡＲ２を介して伝わる伝熱が支配的になり、高い感度を得ることができる。また、それぞれの発熱抵抗体の熱量の約半分が、閉空間である補償側領域ＡＲ２と補償側領域ＡＲ２と同じ体積の検出側領域ＡＲ１を介してサーミスタ素子に伝わるため、閉空間と開放空間との影響が相対的に同じになり、感度に影響を与えないため、良好な感度を得ることができる。

本実施形態の湿度センサ１では、図２に示すように、検出側発熱抵抗体４Ａから対向する検出側サーミスタ素子３Ｂへの伝熱と、補償側発熱抵抗体４Ｂから対向する補償側サーミスタ素子３Ａへの伝熱との差が、発熱抵抗体とサーミスタ素子との間の媒体によって差があることで、温度差が生じる。検出側発熱抵抗体４Ａと検出側サーミスタ素子３Ｂとの間には外気（空気）が媒体として流通されるため、その伝熱が空気の湿度に応じて変わるのに対し、外気が侵入しない補償側発熱抵抗体４Ｂと補償側サーミスタ素子３Ａとの間の媒体（固体部材７）では、外気の湿度の影響を受けず、湿度による伝熱特性の変化が無い。
なお、図２において、二点鎖線の円は、検出側発熱抵抗体４Ａと補償側発熱抵抗体４Ｂとが発熱していることを示しており、二点鎖線の矢印は、検出側発熱抵抗体４Ａ及び補償側発熱抵抗体４Ｂの伝熱方向を示している。

このため、補償側サーミスタ素子３Ａでの温度は、外気の湿度に応じて変化しないのに対し、検出側サーミスタ素子３Ｂでの温度が、外気の湿度に応じて変化する。このとき、検出側発熱抵抗体４Ａ及び補償側発熱抵抗体４Ｂの熱は、対向するサーミスタ素子に向けて伝わるだけでなく、第１の絶縁性基板２Ａ上又は第２の絶縁性基板２Ｂ上に並んだサーミスタ素子にも絶縁性基板等を介して伝わる。この絶縁性基板上で並ぶサーミスタ素子への伝熱は、検出側発熱抵抗体４Ａと補償側発熱抵抗体４Ｂとで対称的に生じる。したがって、検出側サーミスタ素子３Ｂと補償側サーミスタ素子３Ａとでは、検出側サーミスタ素子３Ｂの温度が検出側領域ＡＲ１に導入された空気の影響を受ける以外は、互いに対称的な伝熱構造を有しているので相殺され、空気の湿度に応じた熱伝導の変化のみが抽出可能となる。

また、第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂが、絶縁性フィルムであるので、薄い絶縁性フィルムを介して検出側発熱抵抗体４Ａと補償側発熱抵抗体４Ｂとの熱を対向した検出側領域ＡＲ１と補償側領域ＡＲ２とに良好に伝えることができる。
また、補償側領域ＡＲ２が、固体部材７で埋められているので、補償側領域ＡＲ２が外気の湿度の影響を受けずに高精度な測定が可能になる。また、固体部材７が第１の絶縁性基板２Ａと第２の絶縁性基板２Ｂとの間のスペーサーとなり、両基板の間隔を安定して保持することができる。

また、第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂの互いの対向面に、検出側サーミスタ素子３Ｂ及び検出側発熱抵抗体４Ａに対向した赤外線反射膜８が形成されているので、第１の絶縁性基板２Ａと第２の絶縁性基板２Ｂとの間における赤外線の影響を低減することができる。また、第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂよりも熱伝導性が高い金属膜等の赤外線反射膜８を採用することで、赤外線反射膜８が検出用サーミスタ素子３Ｂへの集熱膜としても機能する。

さらに、補償側サーミスタ素子３Ａ、検出側サーミスタ素子３Ｂ、検出側発熱抵抗体４Ａ及び補償側発熱抵抗体４Ｂを内部に密封するケース１０を備えているので、補償側サーミスタ素子３Ａ、検出側サーミスタ素子３Ｂ、検出側発熱抵抗体４Ａ及び補償側発熱抵抗体４Ｂが外気に触れず、外気中の水分によって腐食してしまうことを抑制可能になる。

また、補償側サーミスタ素子３Ａ、検出側サーミスタ素子３Ｂ、検出側発熱抵抗体４Ａ及び補償側発熱抵抗体４Ｂを全てサーミスタとすることで、部品の種類を少なくすることが可能である。特に、サーミスタが薄膜サーミスタである場合は、第１の絶縁性基板２Ａに補償側サーミスタ素子３Ａと検出側発熱抵抗体３Ｂとを、第２の絶縁性基板２Ｂに検出側サーミスタ素子４Ａと補償側発熱抵抗体４Ｂとを同時に成膜することが可能となるため、製造工程を削減でき、低コストで製造ができる。

次に、本発明に係る湿度センサの第２及び第３実施形態について、図４及び図５を参照して以下に説明する。なお、以下の各実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、補償側領域ＡＲ２に固体部材７が埋め込まれているのに対し、第２実施形態の湿度センサ２１では、図４に示すように、補償側領域ＡＲ２が、乾燥空気が封入された密封空間とされている点である。すなわち、第２実施形態では、補償側領域ＡＲ２が枠部材２７によって検出側領域ＡＲ１及び外部と隔離され、内部に乾燥空気が封入されている。

このように第２実施形態の湿度センサ２１では、補償側領域ＡＲ２が、乾燥空気が封入された密封空間とされているので、補償側領域ＡＲ２が外気の湿度の影響を受けずに高精度な測定が可能になる。

次に、第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、第１の絶縁性基板２Ａ及び第２の絶縁性基板２Ｂが単に長方形状の絶縁性フィルムであるのに対し、第３実施形態の湿度センサでは、図５に示すように、第１の絶縁性基板１２Ａの補償側サーミスタ素子３Ａと検出側発熱抵抗体４Ａとの間、及び第２の絶縁性基板１２Ｂの検出側サーミスタ素子３Ｂと補償側発熱抵抗体４Ｂとの間に、スリットＳが形成されている点である。

すなわち、第３実施形態では、検出側領域ＡＲ１と補償側領域ＡＲ２との境において第１の絶縁性基板１２Ａ及び第２の絶縁性基板１２Ｂに直線状のスリットＳが形成されている。
このように第３実施形態の湿度センサでは、第１の絶縁性基板１２Ａの補償側サーミスタ素子３Ａと検出側発熱抵抗体４Ａとの間、及び第２の絶縁性基板１２Ｂの検出側サーミスタ素子３Ｂと補償側発熱抵抗体４Ｂとの間に、スリットＳが形成されているので、発熱抵抗体から隣接するサーミスタ素子へ絶縁性基板を介して伝わる熱をスリットＳで抑制することができる。したがって、隣接する発熱抵抗体からの熱の影響が低減され、対向する発熱抵抗体からの伝達熱の差をより高精度に測定可能になる。

次に、本発明に係る湿度センサについて、上記第１実施形態に基づいて熱抵抗解析を行った結果を、図６から図８を参照して具体的に説明する。

まず、図６に示すように、検出側領域ＡＲ１又は補償側領域ＡＲ２について解析モデルを考えたとき、図の上から、空気、サーミスタ、ポリイミド（第１の絶縁性基板２Ａ又は第２の絶縁性基板２Ｂ）、銅箔（赤外線反射膜８又は集熱膜９）、空気又は固体（検出側領域ＡＲ１の外気又は補償側領域ＡＲ２の固体部材７）、銅箔（赤外線反射膜８又は集熱膜９）、ポリイミド（（第１の絶縁性基板２Ａ又は第２の絶縁性基板２Ｂ）、抵抗（補償側発熱抵抗体４Ｂ又は検出側発熱抵抗体４Ａ）の順に重なることになる。

このとき上記解析モデルの熱抵抗回路は、図７のように示すことができる。
この解析モデルの熱抵抗回路に基づいて、表１及び表２に示す具体的なサイズ及び物性値を用いて、湿り空気の熱伝導率（参照：伝熱工学資料（第４版）ｐ３６４ ３３．流体の熱伝導率の推算）から絶対湿度に対する検出側サーミスタ素子３Ｂと補償側サーミスタ素子３Ａとの温度差について計算した結果のグラフを、図８に示す。

なお、表１において、Ｗは幅、Ｌは長さ、ｈは厚さを示している。また、上記計算結果は、補償側発熱抵抗体４Ｂ及び検出側発熱抵抗体４Ａに０．２５Ｗ印加し、室温２５℃の条件で計算したものである。また、このときの補償側発熱抵抗体４Ｂ及び検出側発熱抵抗体４Ａの温度は、両方とも１０３．１２５℃である。第１の絶縁性基板２Ａと第２の絶縁性基板２Ｂとの間隔は、約１ｍｍに設定している。

上記計算結果のグラフからわかるように、絶対湿度が大きくなるに従って温度差も大きくなっており、検出側サーミスタ素子３Ｂと補償側サーミスタ素子３Ａとの温度差を測定することで、外気の湿度を高精度に検出することが可能である。

なお、本発明の技術範囲は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記各実施形態では、検出側サーミスタ素子及び補償用サーミスタ素子にチップサーミスタを採用しているが、薄膜サーミスタを採用しても構わない。
なお、検出側サーミスタ素子及び補償用サーミスタ素子としては、上述したように薄膜サーミスタやチップサーミスタが用いられるが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。

１，２１…湿度センサ、２Ａ…第１の絶縁性基板、２Ｂ…第２の絶縁性基板、３Ａ…補償側サーミスタ素子、３Ｂ…検出側サーミスタ素子、４Ａ…検出側発熱抵抗体、４Ｂ…補償側発熱抵抗体、５Ａ…補償側サーミスタ用配線、５Ｂ…検出側サーミスタ用配線、６Ａ…検出側抵抗用配線、６Ｂ…補償側抵抗用配線、７…固体部材、８…赤外線反射膜、１０…ケース、ＡＲ１…検出側領域、ＡＲ２…補償側領域、Ｓ…スリット

Claims (8)

1. 互いに対向配置された第１の絶縁性基板及び第２の絶縁性基板と、
   前記第１の絶縁性基板の外側面に互いに間隔を空けて設けられた補償側サーミスタ素子及び検出側発熱抵抗体と、
   前記第２の絶縁性基板の外側面に互いに間隔を空けて設けられた検出側サーミスタ素子及び補償側発熱抵抗体と、
   前記第１の絶縁性基板の外側面に形成され前記補償側サーミスタ素子に接続された補償側サーミスタ用配線及び前記検出側発熱抵抗体に接続された検出側抵抗用配線と、
   前記第２の絶縁性基板の外側面に形成され前記検出側サーミスタ素子に接続された検出側サーミスタ用配線及び前記補償側発熱抵抗体に接続された補償側抵抗用配線とを備え、
   前記検出側発熱抵抗体と前記検出側サーミスタ素子とが互いに前記第１の絶縁性基板及び前記第２の絶縁性基板を挟んで対向配置されていると共に、前記補償側発熱抵抗体と前記補償側サーミスタ素子とが互いに前記第１の絶縁性基板及び前記第２の絶縁性基板を挟んで対向配置され、
   前記第１の絶縁性基板と前記第２の絶縁性基板との間であって前記検出側発熱抵抗体と前記検出側サーミスタ素子との間に位置する検出側領域が、外気を導入可能な空間とされ、
   前記第１の絶縁性基板と前記第２の絶縁性基板との間であって前記補償側発熱抵抗体と前記補償側サーミスタ素子との間に位置する補償側領域が、前記検出側領域及び外部と隔離されて外気が侵入不可とされていることを特徴とする湿度センサ。
2. 請求項１に記載の湿度センサにおいて、
   前記第１の絶縁性基板及び前記第２の絶縁性基板が、絶縁性フィルムであることを特徴とする湿度センサ。
3. 請求項１又は２に記載の湿度センサにおいて、
   前記補償側領域が、固体部材で埋められていることを特徴とする湿度センサ。
4. 請求項１又は２に記載の湿度センサにおいて、
   前記補償側領域が、乾燥空気が封入された密封空間とされていることを特徴とする湿度センサ。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の湿度センサにおいて、
   前記第１の絶縁性基板及び前記第２の絶縁性基板の互いの対向面に、前記検出側サーミスタ素子及び前記検出側発熱抵抗体に対向した赤外線反射膜が形成されていることを特徴とする湿度センサ。
6. 請求項１から５のいずれか一項に記載の湿度センサにおいて、
   前記第１の絶縁性基板の前記補償側サーミスタ素子と前記検出側発熱抵抗体との間、及び前記第２の絶縁性基板の前記検出側サーミスタ素子と前記補償側発熱抵抗体との間に、スリットが形成されていることを特徴とする湿度センサ。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の湿度センサにおいて、
   少なくとも前記補償側サーミスタ素子、前記検出側サーミスタ素子、前記検出側発熱抵抗体及び前記補償側発熱抵抗体を内部に密封するケースを備えていることを特徴とする湿度センサ。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載の湿度センサにおいて、
   前記検出側発熱抵抗体及び前記補償側発熱抵抗体がサーミスタであることを特徴とする湿度センサ。