JP2020173245A - 付着水分検出装置、付着水分検出方法、電気機器、及びログ出力システム - Google Patents

Abstract

【課題】結露、着霜等の水分の付着を早く正確に検出することを可能とし、小型で安価な付着水分検出装置を提供する。【解決手段】湿度を検出する検出面を有する湿度検出部と、前記検出面を加熱する加熱部とを有するセンサチップと、前記加熱部に加熱を開始させた後、前記湿度検出部により検出される湿度の変化の差異に基づいて、前記検出面上に付着した水分の有無を判定する付着水分判定部と、を備える付着水分検出装置である。【選択図】図１４

Description

本発明は、付着水分検出装置、付着水分検出方法、電気機器、及びログ出力システムに関する。

近年の浮上式のＨＤＤドライブの中には、水の付着によるヘッドの破壊等を防止する目的で、結露センサが搭載されたものがある。このような結露センサを搭載したＨＤＤドライブにおいて、結露センサにより結露を検知すると、ヘッドを一時的に避難させ、結露が検知されなくなるまで磁気ディスクを回転させることが提案されている（特許文献１参照）。

また、近年のプロジェクターには、冷却機構が設けられているため、冷却機構の影響で発生した結露による水滴が、密閉容器内部で飛散して光学装置に付着する可能性がある。そこで、プロジェクターに結露センサを搭載し、結露センサによる結露状態の検出結果に基づいて、熱交換装置を制御することが提案されている（特許文献２参照）。

さらに、近年の冷蔵庫は、冷蔵室以外に、野菜の保存に適した野菜室を備えたものが普及している。野菜室は、冷蔵室よりも高温に維持され、また、野菜の乾燥を防ぐために冷蔵室よりも高い湿度に維持される。このため、冷蔵庫では結露が発生しやすく、結露が発生すると、逆に野菜を傷めてしまう可能性がある。

そこで、野菜室の湿度を湿度センサにより測定し、測定された湿度に応じて、送風ユニットから野菜室内へ空気を導入することで、結露を防止することが提案されている（特許文献３参照）。また、特許文献１では、野菜室内の結露状態を早く正確に検知するために、結露センサを設けることが提案されている。

上述した文献には、ＨＤＤドライブ、プロジェクター、冷蔵庫等の電気機器に結露センサを搭載することが記載されており、また、特許文献３には、結露センサとして、アルミ等の素材で構成した高感度検知結露センサを用いることが記載されているが、いずれの文献にも結露センサの具体的な構成は開示されていない。

一般に、結露は、抵抗式の結露センサ（特許文献４参照）を用いて検知され、着霜の検知には、抵抗式の着霜センサを用いて検知される。また、光学式露点計などを用いて露点、霜点等が検知される。

特開平１０−３２０９０２号公報 特開２０１６−２００６５７号公報 特開２０１４−１２２７５７号公報 特開平１１−００２６１７号公報

上記のようなＨＤＤドライブ、プロジェクター、冷蔵庫等の電気機器に設ける、結露、着霜等を検出するためのセンサは、結露、着霜等を早く正確に検出することができ、かつ小型で安価なものが求められる。

しかしながら、例えば、抵抗式の結露センサ、着霜センサ等は、安価であるものの、原理上、結露、着霜等の検出回数が増えるにつれて検出精度が劣化するという問題がある。一方、光学式露点計は、レーザやフォトディテクタ等の光学部品を用いるため、高価であって、かつ小型化が難しいという問題がある。しがたって、抵抗式の結露センサ、着霜センサ及び光学式露点計は、いずれも上記のような電気機器への搭載には適していない。

なお、浴室等に設けられる結露センサについても同様の課題がある。

本発明は、結露、着霜等の水分の付着を早く正確に検出することを可能とし、小型で安価な付着水分検出装置を提供することを目的とする。

開示の技術は、湿度を検出する検出面を有する湿度検出部と、前記検出面を加熱する加熱部とを有するセンサチップと、前記加熱部に加熱を開始させた後、前記湿度検出部により検出される湿度の変化の差異に基づいて、前記検出面上に付着した水分の有無を判定する付着水分判定部と、を備える付着水分検出装置である。

本発明によれば、結露、着霜等の水分の付着を早く正確に検出することを可能とし、小型で安価な付着水分検出装置を提供することが実現される。

本発明の第一の実施形態に係る冷蔵庫の全体構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るセンサモジュールの概略構成を例示する図である。 図２中のＡ−Ａ線沿う断面を概略的に示す断面図である。 モールド樹脂を除去した状態における湿度検出装置の平面図である。 センサチップの構成を示す概略平面図である。 ＥＳＤ保護回路の構成を例示する回路図である。 ＥＳＤ保護回路を構成するＮＭＯＳトランジスタの層構造を例示する図である。 湿度検出部の構成を例示する回路図である。 温度検出部の構成を例示する回路図である。 センサチップの素子構造を説明するための概略断面図である。 下部電極及び上部電極の形状を例示する平面図である。 加熱部を構成するｎ型拡散層の形状を例示する平面図である。 ＡＳＩＣチップの機能構成を例示するブロック図である。 結露判定処理について説明するフローチャートである。 結露が発生していない場合における第１の実験結果を示す図である。 結露が発生していない場合における第２の実験結果を示す図である。 結露が発生している場合における実験結果を示す図である。 加熱を開始した後の湿度の差分値と時間との関係を例示する図である。 加熱を開始した後の湿度の差分値と時間との関係を例示する図である。 Ｎ℃露点に対応する湿度と温度との関係を例示するグラフである。 変形例に係る結露解消判定処理を有する結露判定処理を説明するフローチャートである。 霧状の結露が発生する環境下において加熱を開始した場合における湿度及び温度の変化を例示する図である。 結露が発生していない環境下において加熱を開始した場合におけるセンサチップの温度変化量を例示する図である。 結露水量と温度変化係数Ｙとの関係を例示する図である。 結露判定処理とともに実行される結露水量推定処理を説明するフローチャートである。 湿度変化係数の算出処理を説明するフローチャートである。 温度変化係数の算出処理を説明するフローチャートである。 結露水量の判定処理を説明するフローチャートである。 本発明の第一の実施形態に係る事前判定処理の変形例を説明するフローチャートである。 検出面上に撥水膜を設けたセンサチップを例示する図である。 本発明の第二の実施形態に係る冷蔵庫の全体構成を示す概略図である。 本発明の第二の実施形態に係る事前判定処理の変形例を説明するフローチャートである。 本発明の第二の実施形態に係る実験結果を示す図である。 本発明の第三の実施形態に係るログ出力システムの全体構成を示す概略図である。 本発明の第三の実施形態に係るセンサモジュールおよび制御装置の機能構成を例示するブロック図である。 本発明の第三の実施形態に係るログ出力処理を説明するフローチャートである。 本発明の第三の実施形態に係るログ出力結果を例示する図である。

（第一の実施形態）
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。なお、本開示において、単に湿度と記載されている場合における湿度は、相対湿度を意味する。

［全体構成］
本発明の付着水分検出装置を、電気機器の一例としての野菜室を備える冷蔵庫に適用した例について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る冷蔵庫の全体構成を示す概略図である。図１に示すように、冷蔵庫１は、冷蔵室７と野菜室３とを有する。冷蔵庫１には、図示しない冷却器、圧縮機等が設けられており、熱交換により冷蔵室７を冷却する。野菜室３は、冷蔵室７から流出された冷気により冷却される。野菜室３は、冷蔵室７よりも高温となる。例えば、冷蔵室７は約３℃に維持され、野菜室３は約５℃に維持される。また、野菜室３は、野菜の乾燥を防ぐために、冷蔵室７よりも高い湿度に維持される。

野菜室３には、野菜室３内に乾燥した空気を導入するための送風ファン４が接続されている。送風ファン４は、ドライバ５によって駆動されることにより、野菜室３内への送風を行う。

また、野菜室３には、野菜室３内の湿度及び温度を計測するためのセンサモジュール１０が設けられている。センサモジュール１０及びドライバ５には、制御装置６が接続されている。制御装置６は、センサモジュール１０の計測値に基づいて結露の検出を行い、結露の検出結果に応じてドライバ５を制御して送風ファン４を作動させる。送風ファン４は、駆動部としてのドライバ５により駆動され、センサモジュール１０が収容されたセンサ収容空間部としての野菜室３内の結露を解消する結露解消部である。

［センサモジュールの構成］
次に、センサモジュール１０の構成について説明する。

図２は、本発明の一実施形態に係るセンサモジュール１０の概略構成を例示する図である。図２（Ａ）は、センサモジュール１０を上方から見た平面図である。図２（Ｂ）は、センサモジュール１０を下方から見た下面図である。図２（Ｃ）は、センサモジュール１０を横方向から見た側面図である。また、図３は、図２（Ａ）中のＡ−Ａ線沿う断面を概略的に示す断面図である。

センサモジュール１０は、平面形状がほぼ矩形状であって、対向する２組の二辺の一方がＸ方向に平行であって、他方がＹ方向に平行である。Ｘ方向とＹ方向とは互いに直交する。また、センサモジュール１０は、Ｘ方向及びＹ方向に直交するＺ方向に厚みを有する。なお、センサモジュール１０の平面形状は、矩形状に限られず、円形、楕円、多角形等であってもよい。

センサモジュール１０は、第１半導体チップとしてのセンサチップ２０と、第２半導体チップとしてのＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）チップ３０と、モールド樹脂４０と、複数のリード端子４１とを有する。

センサチップ２０は、ＡＳＩＣチップ３０上に第１ＤＡＦ（Die Attach Film）４２を介して積層されている。すなわち、センサチップ２０とＡＳＩＣチップ３０とは、スタック構造となっている。

センサチップ２０とＡＳＩＣチップ３０とは、複数の第１ボンディングワイヤ４３により電気的に接続されている。ＡＳＩＣチップ３０と複数のリード端子４１とは、複数の第２ボンディングワイヤ４４により電気的に接続されている。

このように積層化されたセンサチップ２０及びＡＳＩＣチップ３０、複数の第１ボンディングワイヤ４３、複数の第２ボンディングワイヤ４４、及び複数のリード端子４１は、モールド樹脂４０により封止されてパッケージ化されている。このパッケージ方式は、ＰＬＰ（Plating Lead Package）方式と呼ばれるものである。

ＡＳＩＣチップ３０の下面には、詳しくは後述するが、ＰＬＰ方式によりパッケージ化する際に使用された第２ＤＡＦ４５が残存している。第２ＤＡＦ４５は、ＡＳＩＣチップ３０の下面を絶縁する役割を有する。センサモジュール１０の下面には、第２ＤＡＦ４５と、複数のリード端子４１とが露出している。

各リード端子４１は、ニッケルや銅により形成されている。第１ＤＡＦ４２及び第２ＤＡＦ４５は、それぞれ樹脂とシリカなどの混合物からなる絶縁材料で形成されている。モールド樹脂４０は、カーボンブラックやシリカなどの混合物を含むエポキシ樹脂等の遮光性を有する黒色系の樹脂である。

センサモジュール１０の上面側には、センサチップ２０の一部をモールド樹脂４０から露出させる開口部５０が形成されている。この開口部５０は、例えば、壁部がテーパ状であって、開口面積が下方に向かうにつれて小さくなる。この開口部５０のうち、実際にセンサチップ２０を露出させる最下端の部分を有効開口部５１という。

開口部５０を形成する際には、金型をセンサチップ２０に押しあてながらモールド樹脂４０により封止する。このときの金型によるセンサチップ２０とＡＳＩＣチップ３０とへの押圧力によって、チップ割れ等の破損が生じるおそれがある。この破損を防止するために、センサチップ２０の厚みＴ１とＡＳＩＣチップ３０の厚みＴ２は、それぞれ例えば２００μｍ以上であることが好ましい。

図４は、モールド樹脂４０を除去した状態におけるセンサモジュール１０の平面図である。図４に示すように、センサチップ２０とＡＳＩＣチップ３０とは、それぞれ平面形状がほぼ矩形状であって、Ｘ方向に平行な二辺と、Ｙ方向に平行な二辺とを有する。センサチップ２０は、ＡＳＩＣチップ３０より小さく、ＡＳＩＣチップ３０の表面上に第１ＤＡＦ４２を介して積層されている。

センサチップ２０には、有効開口部５１により露出される領域に、湿度検出部２１と、温度検出部２２と、加熱部２３とが設けられている。加熱部２３は、湿度検出部２１の下面側に、湿度検出部２１の形成領域を覆うように形成されている。すなわち、加熱部２３の面積は、湿度検出部２１より大きい。このように、封止部材としてのモールド樹脂４０は、湿度検出部２１及び温度検出部２２を露出させた状態でセンサチップ２０等を封止している。

また、センサチップ２０の端部には、複数のボンディングパッド（以下、単にパッドという。）２４が形成されている。本実施形態では、６個のパッド２４が形成されている。パッド２４は、例えばアルミニウムやアルミシリコン合金（ＡｌＳｉ）により形成されている。

ＡＳＩＣチップ３０は、信号処理及び制御用の半導体チップであって、後述する湿度計測処理部３１、温度計測処理部３２、及び加熱制御部３３（いずれも図１３参照）が形成されている。

また、ＡＳＩＣチップ３０の表面においてセンサチップ２０で覆われていない領域には、複数の第１パッド３５と、複数の第２パッド３６とが設けられている。第１パッド３５及び第２パッド３６は、例えばアルミニウムやアルミシリコン合金（ＡｌＳｉ）により形成されている。

第１パッド３５は、第１ボンディングワイヤ４３を介して、センサチップ２０の対応するパッド２４に接続されている。第２パッド３６は、第２ボンディングワイヤ４４を介して、対応するリード端子４１に接続されている。リード端子４１は、ＡＳＩＣチップ３０の周囲に配置されている。

製造時において、ＡＳＩＣチップ３０の実装位置は、リード端子４１を基準として決定される。センサチップ２０のＡＳＩＣチップ３０上の実装位置は、ＡＳＩＣチップ３０の位置又はリード端子４１のいずれかを基準として決定される。開口部５０は、金型を用いたトランスファモールド法等により形成されるが、この金型の位置は、リード端子４１を基準として決定される。

図４に示す符号２５は、センサチップ２０上における湿度検出部２１及び温度検出部２２の形成許容領域を表す。この形成許容領域２５は、実装時に、ＡＳＩＣチップ３０、センサチップ２０、及び金型の間に位置ずれが最も大きく発生した場合であっても、開口部５０から確実に露出するように、開口部５０の形成領域内に設定されている。湿度検出部２１及び温度検出部２２は、形成許容領域２５内に形成されていれば、上記位置ずれにかかわらず、開口部５０から確実に露出する。

［センサチップの構成］
次に、センサチップ２０の構成について説明する。

図５は、センサチップ２０の構成を示す概略平面図である。前述のパッド２４は、外部からの電圧印加や、電位検出に使用される端子である。図５では、図４に示した複数のパッド２４を、パッド２４ａ〜２４ｆと区別して示している。なお、パッド２４ａ〜２４ｆを区別する必要がない場合は、単にパッド２４という。

パッド２４ａは、グランド電位に接地されるグランド電極端子（ＧＮＤ）として機能する。このパッド２４ａは、配線や基板を介して、温度検出部２２や加熱部２３等の各部に電気的に接続される。

パッド２４ｂは、湿度検出部２１の下部電極８３に電気的に接続された下部電極端子（ＢＯＴ）である。パッド２４ｂは、下部電極８３に駆動電圧を供給するために用いられる。パッド２４ｃは、湿度検出部２１の上部電極８４に電気的に接続された湿度検出用端子（ＨＭＤ）である。パッド２４ｃは、上部電極８４から相対湿度の検出信号を取得するために用いられる。パッド２４ｄは、湿度検出部２１の参照電極８２に電気的に接続された参照電極端子（ＲＥＦ）である。パッド２４ｄは、参照電極８２から湿度検出用の参照信号を取得するために用いられる。

パッド２４ｅは、温度検出部２２に電気的に接続された温度検出用端子（ＴＭＰ）である。パッド２４ｅは、温度の検出信号を取得するために用いられる。パッド２４ｆは、加熱部２３に電気的に接続された加熱用端子（ＨＴ）である。パッド２４ｆは、加熱部２３を駆動するための駆動電圧を供給するために用いられる。

また、パッド２４ａ以外のパッド２４ｂ〜２４ｆには、それぞれ静電気放電（ＥＳＤ：Electro-Static Discharge）保護回路６０が接続されている。各ＥＳＤ保護回路６０は、入力端子又は出力端子としてのパッド２４ｂ〜２４ｆのそれぞれと、グランド電極端子としてのパッド２４ａとの間に接続されている。本実施形態では、ＥＳＤ保護回路６０は、１つのダイオード６１により構成されている。ダイオード６１は、アノード側がパッド２４ａに接続され、カソード側がパッド２４ｂ〜２４ｆのうちのいずれかに接続されている。

ＥＳＤ保護回路６０は、有効開口部５１から可能な限り離すように、パッド２４ｂ〜２４ｆの近傍に配置することが好ましい。ＥＳＤ保護回路６０は、モールド樹脂４０により覆われているので、光電効果による不要な電荷発生が生じることはない。

［ＥＳＤ保護回路の構成］
次に、ＥＳＤ保護回路６０の構成について説明する。

図６は、ＥＳＤ保護回路６０の構成を例示する回路図である。図６に示すように、ＥＳＤ保護回路６０を構成するダイオード６１は、例えば、ＮチャネルＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）トランジスタ（以下、ＮＭＯＳトランジスタという。）により形成されている。具体的には、ダイオード６１は、ＮＭＯＳトランジスタのソースとゲートとバックゲートを短絡（いわゆるダイオード接続）したものである。この短絡部は、アノードとして機能する。このＮＭＯＳトランジスタのドレインは、カソードとして機能する。

図７は、ＥＳＤ保護回路６０を構成するＮＭＯＳトランジスタの層構造を例示する図である。このＮＭＯＳトランジスタは、センサチップ２０を構成するためのｐ型半導体基板７０の表層に形成された２つのｎ型拡散層７１，７２と、コンタクト層７３と、ゲート電極７４とを有する。ゲート電極７４は、ｐ型半導体基板７０の表面上にゲート絶縁膜７５を介して形成されている。ゲート電極７４は、２つのｎ型拡散層７１，７２の間に配置されている。

例えば、ｎ型拡散層７１がソースとして機能し、ｎ型拡散層７２がドレインとして機能する。コンタクト層７３は、バックゲートとしてのｐ型半導体基板７０との電気的接続のための低抵抗層（ｐ型拡散層）である。ｎ型拡散層７１とゲート電極７４とコンタクト層７３とは、共通に接続されて短絡される。この短絡部がアノードとして機能し、ｎ型拡散層７２がカソードとして機能する。

ｐ型半導体基板７０は、例えばｐ型シリコン基板である。ゲート電極７４は、金属や多結晶シリコン（ポリシリコン）により形成されている。ゲート絶縁膜７５は、例えば、二酸化シリコン等の酸化膜により形成されている。

［湿度検出部の構成］
次に、湿度検出部２１の構成について説明する。

図８は、湿度検出部２１の構成を例示する回路図である。図８に示すように、湿度検出部２１は、湿度検出用キャパシタ８０と参照用キャパシタ８１とを有する。

湿度検出部２１の一方の電極（下部電極８３）は、下部電極端子としてのパッド２４ｂに接続されている。湿度検出部２１の他方の電極（上部電極８４）は、湿度検出用端子としてのパッド２４ｃに接続されている。参照用キャパシタ８１の一方の電極は、湿度検出部２１の一方の電極（下部電極８３）と共通である。参照用キャパシタ８１の他方の電極（参照電極８２）は、参照電極端子としてのパッド２４ｄに接続されている。

湿度検出用キャパシタ８０は、電極間に後述する感湿膜８６が設けられている。感湿膜８６は、空気中の水分を吸収し、吸収した水分量に応じて誘電率が変化するポリイミド等の高分子材料で形成されている。したがって、湿度検出用キャパシタ８０は、感湿膜８６が吸収する水分量に応じて静電容量が変化する。

参照用キャパシタ８１は、電極間に後述する第２絶縁膜１１１（図１０参照）が設けられている。第２絶縁膜１１１は、水分を吸収しない二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）等の絶縁材料で形成されている。したがって、参照用キャパシタ８１は、静電容量は変化しないか、変化したとしても極僅かである。

感湿膜８６に含まれる水分量は、センサモジュール１０の周囲の湿度に対応するので、湿度検出用キャパシタ８０の静電容量と参照用キャパシタ８１の静電容量との差を検出することにより、相対湿度を測定することができる。この相対湿度の測定は、湿度検出用端子としてのパッド２４ｃの電位と、参照電極端子としてのパッド２４ｄの電位とに基づき、ＡＳＩＣチップ３０内の湿度計測処理部３１（図１３参照）によって行われる。

［温度検出部の構成］
次に、温度検出部２２の構成について説明する。

図９は、温度検出部２２の構成を例示する回路図である。温度検出部２２は、半導体のバンドギャップで温度変化により電気特性が比例的に変化する特性を利用して温度を検出するバンドギャップ型の温度センサである。例えば、温度検出部２２は、ベース、エミッタ、コレクタのいずれか２つを接続して２端子とされた１又は複数のバイポーラトランジスタを含む。この２端子間の抵抗値を検出することにより、温度を測定することができる。

図９に示すように、本実施形態では、温度検出部２２は、ベースとコレクタを接続したｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ９０を、複数個（例えば８個）並列に接続することにより構成されている。このように、複数個のバイポーラトランジスタ９０を並列接続することにより、ｐｎ接合の接合面積が増大し、ＥＳＤ耐性が向上する。

バイポーラトランジスタ９０のエミッタは、グランド電極端子としてのパッド２４ａに接続されている。バイポーラトランジスタ９０のベース及びコレクタは、温度検出用端子としてのパッド２４ｅに接続されている。

温度の測定は、パッド２４ｅの電位に基づき、ＡＳＩＣチップ３０内の温度計測処理部３２（図１３参照）によって行われる。

［センサチップの素子構造］
次に、センサチップ２０の素子構造について説明する。

図１０は、センサチップ２０の素子構造を説明するための概略断面図である。なお、図１０では、パッド２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｅを、湿度検出部２１、温度検出部２２、及び加熱部２３と同一の断面内に示しているが、これは構造の理解を容易にするために示したものであり、実際に同一断面内に存在することを意味するものではない。湿度検出部２１、温度検出部２２、及び加熱部２３の断面についても、構造の理解を容易にするために簡略化しており、各部の位置関係等は実際とは異なる。

図１０に示すように、センサチップ２０は、前述のｐ型半導体基板７０を用いて形成されている。このｐ型半導体基板７０には、第１ディープｎウェル１００ａと、第２ディープｎウェル１００ｂとが形成されている。第１ディープｎウェル１００ａには、温度検出部２２が形成されている。第２ディープｎウェル１００ｂには、加熱部２３が形成されている。

第１ディープｎウェル１００ａと第２ディープｎウェル１００ｂとのいずれも形成されていないｐ型半導体基板７０の表層には、ｐウェル１０３ａ，１０３ｂが形成されている。ｐウェル１０３ａ，１０３ｂの表層には、それぞれｐ型拡散領域からなるコンタクト層１０４ａ，１０４ｂが形成されている。コンタクト層１０４ａ，１０４ｂは、ｐ型半導体基板７０上に形成される所定の配線層とｐ型半導体基板７０との電気的接続のための低抵抗層（ｐ型拡散層）である。

第１ディープｎウェル１００ａの表層には、ｐウェル１０１とｎウェル１０２とが形成されている。ｐウェル１０１の表層には、ｎ型拡散層９１及びｐ型拡散層９２が形成されている。ｎウェル１０２の表層には、ｎ型拡散層９３が形成されている。ｎ型拡散層９１、ｐ型拡散層９２、及びｎ型拡散層９３は、前述のｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ９０を構成し、それぞれエミッタ、ベース、及びコレクタとして機能する。

第２ディープｎウェル１００ｂの表層には、ｐウェル１０５が形成されている。ｐウェル１０５の表層には、１又は２以上のｎ型拡散層１０６が形成されている。本実施形態では、複数のｎ型拡散層１０６が形成されている。例えば、各ｎ型拡散層１０６は、紙面に直交する方向に延伸しており、全体として１次元格子状となっている（図１２参照）。ｎ型拡散層１０６は、所定の抵抗値（例えば、約３Ωのシート抵抗値）を有し、電流が流れることにより発熱する抵抗体として機能する。すなわち、ｎ型拡散層１０６は、前述の加熱部２３を構成する。

ｐ型半導体基板７０内の各層は、通常の半導体製造工程（ＣＭＯＳプロセス）を用いて形成される。したがって、抵抗体としてのｎ型拡散層１０６は、温度検出部２２の一部に含まれるｎ型拡散層９１，９３と同一の製造工程で形成される。ｎ型拡散層１０６，９１，９３は、ｎ型不純物（例えばリン）をイオン注入することにより基板中への不純物添加を行うイオン注入工程により同時に形成される。すなわち、抵抗体としてのｎ型拡散層１０６は、温度検出部２２の一部に含まれるｎ型拡散層９１，９３と、ｐ型半導体基板７０の表面からの深さが同一である。また、ｎ型拡散層１０６は、温度検出部２２の一部に含まれるｐ型拡散層９２と、ｐ型半導体基板７０の表面からの深さが同一であってもよい。

なお、ｎ型拡散層１０６，９１，９３は、イオン注入工程に代えて、熱処理によって不純物添加を行う熱拡散工程で形成することも可能である。

また、前述のＥＳＤ保護回路６０のｎ型拡散層７１，７２についてもｎ型拡散層１０６，９１，９３と同一の製造工程（イオン注入工程又は熱拡散工程）で作成される。コンタクト層７３は、ｐ型拡散層９２、コンタクト層１０４ａ，１０４ｂ等と同一の製造工程（イオン注入工程又は熱拡散工程）で作成される。

ｐ型半導体基板７０中のその他の層は、主にコンタクト層として機能するものであるので、説明は省略する。

ｐ型半導体基板７０の表面上には、第１絶縁膜１１０、第２絶縁膜１１１、及び第３絶縁膜１１２が順に積層されている。これらは、二酸化シリコン（ＳｉＯ_２）や窒化シリコン（ＳｉＮ）等の絶縁材料で形成されている。

第１絶縁膜１１０上には、第１配線層１２０が形成されている。第２絶縁膜１１１上には、第２配線層１２１が形成されている。第２絶縁膜１１１は、第１配線層１２０上を覆っている。第３絶縁膜１１２は、第２配線層１２１上を覆っている。第１配線層１２０及び第２配線層１２１は、アルミニウム等の導電性材料により形成されている。

第１絶縁膜１１０中には、第１配線層１２０をｐ型半導体基板７０に接続するための複数の第１プラグを有する第１プラグ層１２２が形成されている。第２絶縁膜１１１中には、第１配線層１２０と第２配線層１２１とを接続するための複数の第２プラグを有する第２プラグ層１２３が形成されている。第１プラグ層１２２及び第２プラグ層１２３は、タングステン等の導電性材料により形成されている。

例えば、前述のバイポーラトランジスタ９０のベースとコレクタとを接続するための配線９４は、第１配線層１２０により形成され、第１プラグ層１２２を介してｐ型拡散層９２及びｎ型拡散層９３に接続される。また、配線９４は、第２プラグ層１２３及び第２配線層１２１を介して、温度検出用端子としてのパッド２４ｅに接続される。また、バイポーラトランジスタ９０のエミッタとしてのｎ型拡散層９１は、第１プラグ層１２２、第１配線層１２０、及び第２配線層１２１を介して、グランド電極端子としてのパッド２４ａに接続される。

加熱部２３の一端をグランド電位に接地するための配線１０７は、第１配線層１２０により形成され、第１プラグ層１２２を介してｎ型拡散層１０６及びコンタクト層１０４ｂに接続される。また、加熱部２３の他端を加熱用端子としてのパッド２４ｆに接続するための配線１０８は、第１プラグ層１２２を介してｎ型拡散層１０６に接続され、かつ、第２プラグ層１２３及び第２配線層１２１を介してパッド２４ｆに接続される。

参照用キャパシタ８１の参照電極８２は、第１配線層１２０により形成され、第２プラグ層１２３及び第２配線層１２１を介して、参照電極端子としてのパッド２４ｄ（図１０では図示せず）に接続される。

また、湿度検出用キャパシタ８０の下部電極８３は、第２配線層１２１により形成され、下部電極端子としてのパッド２４ｂに接続されている。さらに、湿度検出用キャパシタ８０の上部電極８４を湿度検出用端子としてのパッド２４ｃに接続するための配線８５は、第２配線層１２１により形成されている。なお、下部電極８３は、第２絶縁膜１１１を介して参照電極８２に対向する位置に配置されている。

パッド２４ａ〜２４ｆは、アルミニウム等の導電性材料によって、第３絶縁膜１１２上に形成され、第３絶縁膜１１２を貫通して第２配線層１２１に接続されている。

第３絶縁膜１１２上には、感湿膜８６が形成されている。感湿膜８６は、厚みが０．５μｍ〜１．５μｍであって、湿度に応じて水分子を吸着及び脱着しやすい高分子材料で形成されている。感湿膜８６は、例えば、厚みが１μｍのポリイミド膜である。なお、感湿膜８６を形成する高分子材料は、ポリイミドに限られず、セルロース、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などであってもよい。

感湿膜８６の上面は平坦であり、この上面に、平板状の上部電極８４が形成されている。上部電極８４は、感湿膜８６を介して下部電極８３に対向する位置に形成されている。上部電極８４の一部は、配線８５に接続されている。上部電極８４は、例えば、厚みが２００ｎｍのアルミニウム等で形成された導電膜である。また、上部電極８４には、空気中の水分子を感湿膜８６に効率的に取り込むために、複数の開口８４ａが形成されている。

感湿膜８６上には、上部電極８４を覆うようにオーバーコート膜８７が設けられている。オーバーコート膜８７は、高分子材料、例えば、感湿膜８６と同一の材料で形成されている。オーバーコート膜８７の厚みは、例えば０．５μｍ〜１０μｍである。

感湿膜８６及びオーバーコート膜８７には、パッド２４ａ〜２４ｆを露出させる開口が形成されている。

このように、下部電極８３と上部電極８４とによって平行平板の湿度検出用キャパシタ８０が構成されている。また、下部電極８３と参照電極８２とによって、平行平板の参照用キャパシタ８１が構成されている。また、湿度検出用キャパシタ８０と参照用キャパシタ８１とは、加熱部２３の上方に配置されている。

したがって、加熱部２３が発熱することにより、下部電極８３と上部電極８４との間の感湿膜８６が加熱される。これにより、感湿膜８６は、加熱により温度が上昇することで湿度に応じた量の水分子を吸着するので、誘電率が変化し、湿度検出用キャパシタ８０の静電容量が低下する。また、温度検出部２２は、加熱部２３により生じる温度上昇を検出する。

図１１は、下部電極８３及び上部電極８４の形状を例示する平面図である。図１１に示すように、下部電極８３と上部電極８４とはともに矩形状である。上部電極８４は、下部電極８３上を覆うように形成されている。

開口８４ａは、可能な限り小さいほうが好ましく、小さいほど空気中への電界の漏れが防止される。実際は、多数の開口８４ａが形成されている。なお、開口８４ａは、正方形には限られず、細長い短冊状であってもよいし、円形であってもよい。また、開口８４ａは、千鳥状に配列されていてもよい。開口８４ａは、円形であって、かつ千鳥状配列であることが望ましい。

なお、図１１では図示を省略しているが、下部電極８３の下方には、矩形状の参照電極８２が形成されている。

図１２は、加熱部２３を構成するｎ型拡散層１０６の形状を例示する平面図である。図１２に示すように、ｎ型拡散層１０６は、細長い短冊状の領域が複数平行に並べられた一次元格子状となっている。この一次元格子状のｎ型拡散層１０６の一端が前述の配線１０７に接続され、他端が前述の配線１０８に接続されている。加熱部２３は、温度検出部２２の全体を覆うように、温度検出部２２の下方に位置している。

［ＡＳＩＣチップの機能構成］
次に、ＡＳＩＣチップ３０に構成される機能部について説明する。

図１３は、ＡＳＩＣチップ３０の機能構成を例示するブロック図である。図１３に示すように、ＡＳＩＣチップ３０には、湿度計測処理部３１、温度計測処理部３２、及び加熱制御部３３が構成されている。

湿度計測処理部３１は、下部電極端子としてのパッド２４ｂに所定の駆動電圧を印加するとともに、湿度検出用端子としてのパッド２４ｃの電位と、参照電極端子としてのパッド２４ｄの電位とを検出する。そして、湿度計測処理部３１は、両者の電位差に基づいて、相対湿度（％ＲＨ）を算出する。

温度計測処理部３２は、温度検出用端子としてのパッド２４ｅの電位を検出し、検出電位に対応する温度を算出する。

加熱制御部３３は、加熱用端子としてのパッド２４ｆに所定の駆動電圧を印加することにより、加熱部２３に電流（例えば１０ｍＡ程度）を流して発熱させる。加熱制御部３３は、パッド２４ｆへの印加電圧を制御することにより、発熱量の制御を行う。

［制御装置の機能構成］
図１３には、制御装置６の機能構成が示されている。制御装置６には、付着水分判定部６３及び付着水分解消制御部６４が構成されている。例えば、制御装置６は、マイクロコンピュータやＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算装置と、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶装置とにより構成されている。制御装置６は、記憶装置に記憶されたプログラムに基づく処理を演算装置が実行することにより各機能が実現される。なお、制御装置６は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のフィールドでプログラム可能な論理回路により構成されていてもよい。

本実施形態では、付着水分判定部６３は、加熱制御部３３を介して加熱部２３に加熱を開始させるとともに、湿度計測処理部３１から湿度の計測値を取得することにより、結露の有無を判定する。付着水分解消制御部６４は、付着水分判定部６３により結露が発生していると判定された場合に、ドライバ５を介して送風ファン４を作動させる。

このように、付着水分検出装置は、温湿度検出装置としてのセンサモジュール１０と、制御装置６とにより構成されている。なお、制御装置６を、センサモジュール１０内に組み込むことも可能である。

［結露判定処理］
次に、付着水分判定部６３により行われる結露判定処理について説明する。

図１４は、結露判定処理について説明するフローチャートである。図１４に示すように、付着水分判定部６３は、加熱部２３をオフとし（ステップＳ１０）、カウンタ値Ｃを「０」にリセットする（ステップＳ１１）。次に、付着水分判定部６３は、湿度計測処理部３１により計測された検出面の湿度Ｈ０を取得し（ステップＳ１２）、取得した湿度Ｈ０が第１閾値Ｈ_ＴＨ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３は、温度が露点に達しているか否かに関する判定に相当する。第１閾値Ｈ_ＴＨ１は、例えば１００％ＲＨである。

付着水分判定部６３は、湿度Ｈ０が第１閾値Ｈ_ＴＨ１未満であると判定した場合には（ＮＯ判定）、処理をステップＳ１１に戻す。これにより、カウンタ値Ｃがリセットされて（ステップＳ１１）、付着水分判定部６３は、湿度計測処理部３１により計測された湿度Ｈ０を再び取得する（ステップＳ１２）。湿度Ｈ０の計測及び取得は、例えば３０秒ごとに行われる。

付着水分判定部６３は、ステップＳ１３において、湿度Ｈ０が第１閾値Ｈ_ＴＨ１以上であると判定した場合には（ＹＥＳ判定）、カウンタ値Ｃに「１」を加算する（ステップＳ１４）。

次に、付着水分判定部６３は、カウンタ値Ｃが閾値Ｃ_ＴＨであるか否かを判定する（ステップＳ１５）。閾値Ｃ_ＴＨは、例えば「１０」である。付着水分判定部６３は、カウンタ値Ｃが閾値Ｃ_ＴＨでないと判定した場合には（ＮＯ判定）、処理をステップＳ１２に戻し、湿度計測処理部３１により計測された湿度Ｈ０を再び取得する（ステップＳ１２）。

付着水分判定部６３は、カウンタ値Ｃが閾値Ｃ_ＴＨであると判定した場合には（ＹＥＳ判定）、処理をステップＳ１６に移行する。すなわち、付着水分判定部６３は、湿度Ｈ０が第１閾値Ｈ_ＴＨ１以上と連続した判定された回数が閾値Ｃ_ＴＨとなった場合に、結露のおそれがあると推定して、処理をステップＳ１６に移行する。

ステップＳ１６において、付着水分判定部６３は、加熱部２３をオンとする。加熱部２３が発熱し、検出面の加熱が開始すると、付着水分判定部６３は、湿度計測処理部３１により計測された検出面の湿度Ｈ１を取得する（ステップＳ１７）。この湿度Ｈ１の計測及び取得は、所定時間間隔（例えば１秒間隔）で複数回行われる。付着水分判定部６３は、湿度Ｈ１の取得回数が所定回数（例えば１５回）に達したか否かを判定し（ステップＳ１８）、所定回数に達した場合に（ＹＥＳ判定）、取得した湿度Ｈ１の平均値Ｈ_ＡＶＧを算出する（ステップＳ１９）。

そして、付着水分判定部６３は、平均値Ｈ_ＡＶＧが第２閾値Ｈ_ＴＨ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。第２閾値Ｈ_ＴＨ２は、例えば８５％ＲＨである。なお、第２閾値Ｈ_ＴＨ２は８５％ＲＨに限られず適宜変更してもよい。

付着水分判定部６３は、平均値Ｈ_ＡＶＧが第２閾値Ｈ_ＴＨ２未満である場合には（ＮＯ判定）、センサモジュール１０の検出面（有効開口部５１内におけるセンサチップ２０の表面）には結露が生じていない（結露：陰性）と判断して、処理をステップＳ１０に戻す。なお、このとき、送風ファン４が作動している場合には、付着水分解消制御部６４に、送風ファン４を停止させる（ステップＳ２１）。一方、付着水分判定部６３は、平均値Ｈ_ＡＶＧが第２閾値Ｈ_ＴＨ２以上である場合には（ＹＥＳ判定）、センサモジュール１０の検出面に結露が生じている（結露：陽性）と判断して、処理をステップＳ２２に移行する。

このステップＳ２０の判定は、結露が生じているか否か、すなわち検出面に水滴（結露水）が付着しているか否かによって、加熱部２３によりセンサチップ２０を加熱した場合における検出面の湿度変化が異なることに基づいている。具体的には、結露が生じておらず、検出面に水滴が付着していない場合には、加熱が開始すると短時間で検出面の湿度が低下し、上記第２閾値Ｈ_ＴＨ２未満となる。一方、結露が生じて、検出面に水滴が付着している場合には、加熱が開始しても検出面に水滴が存在する限り湿度が低下せず、検出面の湿度が第２閾値Ｈ_ＴＨ２以上のまま長時間維持される。

付着水分判定部６３は、ステップＳ２２において、付着水分解消制御部６４に、送風ファン４の作動を開始させる。送風ファン４が作動することにより、乾燥した空気がセンサモジュール１０の存在する野菜室３内に導入される。

次に、付着水分判定部６３は、送風ファン４が作動した状態で、加熱部２３をオフとし（ステップＳ２３）、センサチップ２０の加熱を停止させる。付着水分判定部６３は、加熱を停止させた状態で、湿度計測処理部３１により計測された湿度Ｈ２を取得し（ステップＳ２４）、取得した湿度Ｈ２が第１閾値Ｈ_ＴＨ１未満であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。

付着水分判定部６３は、湿度Ｈ２が第１閾値Ｈ_ＴＨ１より大きいと判定した場合には（ＮＯ判定）、処理をステップＳ２４に戻す。湿度Ｈ２の計測及び取得は、例えば３０秒ごとに行われる。付着水分判定部６３は、湿度Ｈ２が第１閾値Ｈ_ＴＨ１未満であると判定した場合には（ＹＥＳ判定）、処理をステップＳ１６に移行させ、送風ファン４が作動した状態で、再度、ステップＳ１６〜Ｓ２０の結露判定処理を実行する。なお、ステップ２５で用いる第１閾値Ｈ_ＴＨ１の値は、ステップＳ１３で設定した値であってもよいし、ステップＳ１３で設定した値よりも低い新たな値であってもよい。

この再度の結露判定処理は、検出面から水滴が消失したことの再確認として実行されるので、異常等がない限り、ステップＳ２０では、ＮＯ判定（結露：陰性）となり、ステップＳ２１へ移行して送風ファン４の作動が停止される。

以上のように、センサチップ２０の加熱を開始した後の検出面の湿度変化の差異に基づいて判定を行うことにより、結露を早く正確に検出することができる。また、本実施形態に係る付着水分検出装置は、湿度検出部、加熱部、及び制御部を含んでいればよく、光学式露点計のような光学部品は不要であるため、小型で安価に実現することができる。さらに、本実施形態に係る付着水分検出装置では、湿度、温度、及び結露を、１つのセンサチップ２０を用いて検出することができる。

［実験結果］
次に、センサチップ２０の加熱開始後の湿度変化に関する実験結果について説明する。以下の実験結果は、センサモジュール１０を、ペルチェ素子上に搭載して冷却することにより、疑似的に野菜室３内の環境を再現した結果である。

図１５は、結露が発生していない場合における第１の実験結果を示す図である。具体的には、図１５は、加熱部２３をオフとした状態でペルチェ素子の電流を調整し、温度を約９℃、湿度を９７〜９８％ＲＨに維持した状態で、加熱部２３をオンとした場合における湿度と温度との変化を示す図である。

図１５に示すように、結露の発生がなく、センサチップ２０の検出面に水滴が付着していない場合には、加熱部２３をオンとして加熱を開始すると、温度が急峻に上昇するとともに、湿度が急峻に低下することが確認された。本実験では、加熱を開始した後の湿度（上記湿度Ｈ１に相当）は、約８秒で７０％ＲＨまで低下した。加熱を開始した後、１５秒間の湿度Ｈ１の平均値Ｈ_ＡＶＧは約７６．５％ＲＨであり、上記第２閾値Ｈ_ＴＨ２（８５％ＲＨ）未満となることが確認された。

図１６は、結露が発生していない場合における第２の実験結果を示す図である。第２の実験は、温度を約５℃、湿度を約９８．３％ＲＨに維持した状態で、加熱部２３をオンとした点のみが、上記第１の実験における実験条件と異なる。本実験では、加熱を開始した後の湿度（上記湿度Ｈ１に相当）は、約１０秒で７０％ＲＨまで低下した。加熱を開始した後、１５秒間の湿度Ｈ１の平均値Ｈ_ＡＶＧは約７８．５％ＲＨであり、上記第２閾値Ｈ_ＴＨ２（８５％ＲＨ）未満となることが確認された。

図１７は、結露が発生している場合における実験結果を示す図である。なお、図１７では、実験に用いたセンサモジュール１０の特性上、湿度が１００％ＲＨ以上の値を示している。

図１７に示すように、結露が発生している場合には、加熱部２３をオンとして加熱を開始するとともに温度は急峻に上昇する一方で、湿度が低下を開始するまでに一定時間が要されることが確認された。加熱を開始する前は、センサチップ２０の検出面に水滴が凝集している状態であるので、加熱を開始しても水滴が消失するまでには一定時間が要され、この一定時間の間は高湿度状態が維持される。

本実験では、加熱を開始した後、湿度が低下し始めるまでに、約９０秒の時間が要された。加熱を開始した後、１５秒間の湿度Ｈ１の平均値Ｈ_ＡＶＧは約１０３．５％ＲＨであり、上記第２閾値Ｈ_ＴＨ２（８５％ＲＨ）以上となることが確認された。

なお、湿度が約７０％ＲＨまで低下した後、水滴が完全に消失していることが確認された。

［変形例］
以下に、上記実施形態の各種変形例について説明する。

上記実施形態では、結露のおそれを検知するために、結露判定処理（ステップＳ１６〜Ｓ２０）の前に、予備的な事前判定処理（ステップＳ１０〜Ｓ１５）を行っているが、この事前判定処理は必須ではない。

また、上記実施形態では、結露が陽性と判定された後、送風ファン４が作動した状態で、結露が解消したことを確認するために結露解消判定処理（ステップＳ２３〜Ｓ２５）を行っているが、この結露解消判定処理も必須ではない。

＜結露判定処理＞
上記実施形態では、加熱部２３により加熱を開始した後、湿度Ｈ１の計測値を複数取得し、これらの平均値Ｈ_ＡＶＧに基づいて結露の有無を判定しているが、平均値Ｈ_ＡＶＧの算出は必須ではない。例えば、加熱を開始した後の所定時間後の湿度Ｈ１の計測値を第２閾値Ｈ_ＴＨ２と比較することにより、結露の有無を判定してもよい。

また、加熱を開始した後の湿度Ｈ１の変化率の差異に基づいて結露の有無を判定することも可能である。例えば、加熱を開始した後の湿度Ｈ１を時間Δｔごとに湿度Ｈ１を取得し、加熱を開始後のある時間ｔにおける湿度Ｈ１（ｔ）と、続く時間Δｔ後における湿度Ｈ１（ｔ＋Δｔ）との差分値ΔＨ（＝Ｈ１（ｔ＋Δｔ）−Ｈ１（ｔ））を求め、この差分値ΔＨが連続して基準値Ｈｓ以上となる回数に基づいて結露の有無を判定する。

図１８及び図１９は、加熱を開始した後の湿度の差分値ΔＨと時間との関係を例示する図である。図１８（Ａ）は、結露が発生していない場合を示している。図１８（Ｂ）は、霧状の結露が発生している場合を示している。図１９は、水滴が凝集した結露が発生している場合を示している。図１８及び図１９では、時間Δｔを１秒とし、基準値Ｈｓを「−１％ＲＨ」としている。

図１８（Ａ）に示すように、結露が発生している場合には、加熱を開始した後、湿度Ｈ１が急激に低下するので、前回取得した湿度との差分値ΔＨが連続して基準値Ｈｓ以上となる回数が少ない。図１８（Ａ）に示す例では、２回である。

一方、図１８（Ｂ）に示すように、結露（霧状）が発生している場合には、加熱を開始した後の湿度Ｈ１の低下率が緩やかになることから、差分値ΔＨが連続して基準値Ｈｓ以上となる回数が多くなる。図１８（Ａ）に示す例では、４回である。さらに、図１９に示すように、結露（凝集）が発生している場合には、加熱を開始した後の湿度Ｈ１の低下率がさらに緩やかになることから、差分値ΔＨが連続して基準値Ｈｓ以上となる回数が多数となる。

したがって、図１８及び図１９に示す例では、加熱を開始した後、湿度の差分値ΔＨが連続して基準値Ｈｓ以上となる回数が３回以上であるか否かを判定することにより、結露が発生しているか否かを判定することができる。なお、判定の基準回数は、３回に限られず、適宜変更可能である。また、加熱を開始した後、湿度の差分値ΔＨが連続して基準値Ｈｓ以上となる回数に基づいて、検出面に付着した水滴（結露水）の量を推定することができる。

＜事前判定処理＞
また、上記実施形態では、露点に達しているか否かを判定する事前判定処理において、第１閾値Ｈ_ＴＨ１を固定値（１００％ＲＨ）としているが、判定中に温度が変動する可能性を考慮し、温度計測処理部３２により計測される温度に応じて第１閾値Ｈ_ＴＨ１を変更することも好ましい。結露解消判定処理で用いる第１閾値Ｈ_ＴＨ１についても同様である。

具体的には、付着水分判定部６３は、例えばＮ℃の環境下で事前判定処理を行う場合には、Ｎ℃露点に対応する湿度と温度との関係を表すデータを記憶しておき、温度計測処理部３２により計測された温度に対応する湿度を第１閾値Ｈ_ＴＨ１とする。

露点とは、大気中の水蒸気量と飽和水蒸気量とが等しくなる温度（相対湿度が１００ＲＨ％になる温度）を意味する。Ｎ℃露点とは、露点がＮ℃であることを意味する。

図２０は、Ｎ℃露点に対応する湿度と温度との関係を例示するグラフである。例えば、温度が１０℃の場合には、５℃露点に対応する湿度が７１％ＲＨであるので、第１閾値Ｈ_ＴＨ１を７１％ＲＨに設定すればよい。

Ｎ℃露点に対応する湿度と温度との関係を表すデータは、飽和水蒸気圧Ｅ（単位：ｈＰａ）を求めるための下式（１）に基づいて算出することができる。

Ｅ＝（ｅｘｐ（−６０９６．９３８５×（Ｔ＋２７３．１５）^−１＋２１．２４０９６４２−２．７１１１９３×1０^−２×（Ｔ＋２７３．１５）＋１．６７３９５２×１０^−５×（Ｔ＋２７３．１５）^２＋２．４３３５０２×ｌｎ（Ｔ＋２７３．１５）））／１００ ・・・（１）
この式（１）は、ＳＯＮＮＴＡＧの式と呼ばれている。ここで、Ｔは摂氏温度を表す。

例えば、Ｔ＝５℃の場合、Ｅ＝８．７２ｈＰａと算出される。また、Ｔ＝２５℃の場合、Ｅ＝３１．６７ｈＰａと算出される。したがって、温度Ｔが２５℃の場合には、５℃露点に対応する湿度は、８．７２／３１．６７×１００＝２７．５３％ＲＨと算出される。

＜結露解消判定処理＞
次に、結露解消判定処理の変形例について説明する。

図２１は、本変形例に係る結露解消判定処理を有する結露判定処理を説明するフローチャートである。図２１に示すフローチャートは、ステップＳ２２〜Ｓ２５に代えて、ステップＳ３０〜Ｓ３３を適用している点のみが、図１４に示すフローチャートと異なる。

本変形例では、結露が陽性と判定され、付着水分解消制御部６４に送風ファン４の作動を開始させると（ステップＳ２２）、付着水分判定部６３は、加熱部２３をオフとせずにオンとしたままの状態で、湿度計測処理部３１により計測された湿度Ｈ２を取得する（ステップＳ３０）。また、付着水分判定部６３は、温度計測処理部３２により計測された温度Ｔを取得する（ステップＳ３１）。

次に、付着水分判定部６３は、取得した湿度Ｈ２と温度Ｔとに基づいて露点Ｔｄを算出する（ステップＳ３２）。この露点Ｔｄの算出は、温度と飽和水蒸気量との関係を表すデータや、飽和水蒸気圧と温度との関係を表わすデータ等を用いて行われる。

そして、付着水分判定部６３は、算出した露点Ｔｄを基準温度Ｔｓと比較し（ステップＳ３３）、露点Ｔｄが基準温度Ｔｓ以上である場合には（ＮＯ判定）、結露が解消されていないと判断して、処理をステップＳ３０に戻す。一方、露点Ｔｄが基準温度Ｔｓ未満である場合には（ＹＥＳ判定）、結露が解消されたと判断して、処理をステップＳ２１に移行し、付着水分解消制御部６４に送風ファン４の作動を停止させる。基準温度Ｔｓは、例えば５℃とする。

このように、加熱部２３をオンとした状態で露点に基づいて判定を行うことにより、判定速度が向上し、短時間で送風ファン４の作動を停止させることができる。これは、加熱部２３をオンとしたまま判定を行うことにより、センサチップ２０の検出面に付着した水滴が短時間で消失し、検出面に水滴が存在しない状態で判定処理を行うことができるためである。

＜結露水量推定処理＞
次に、センサチップ２０の検出面に付着した水滴（結露水）の量を推定処理について説明する。

図２２は、霧状の結露が発生する環境下において加熱を開始した場合における湿度及び温度の変化を例示する図である。より具体的には、図２２は、加熱部２３による加熱を行った状態から加熱を停止し、センサチップ２０の検出面に霧状の結露が発生した後、再び加熱を開始した場合における湿度及び温度の変化を示している。

結露水量は、結露が発生している場合における加熱開始後の温度変化量を、結露が発生していない場合における加熱開始前後の温度変化量と比較することにより推定することができる。

図２３は、結露が発生していない環境下において加熱を開始した場合におけるセンサチップ２０の温度変化量を例示する図である。図２３に示す例では、温度変化量ΔＴは約７．６℃である。

これに対して、図２２に示すように、霧状の結露が発生する環境下では、加熱を開始する直前の温度Ｔ（０）は約６．１℃であり、加熱を開始してから１０秒後の温度Ｔ（ｔ）は約１３．３℃であり、温度変化量（Ｔ（ｔ）−Ｔ（０））は約７．２℃であった。ここで、Ｔ（ｔ）は、加熱を開始してから一定時間ｔ後におけるセンサチップ２０の温度を表している。

加熱開始後の一定期間における温度変化量は、結露水量に依存し、結露水量が小さいほど大きく、上記温度変化量ΔＴに近づく。したがって、例えば、下式（２）で表される係数Ｙ（以下、温度変化係数Ｙという。）を求めることにより、結露水量を推定することができる。

Ｙ＝ΔＴ／（Ｔ（ｔ）−Ｔ（０））−１ ・・・（２）
図２４は、結露水量と温度変化係数Ｙとの関係を例示する図である。図２４は、異なる結露水量における実験結果であり、ΔＴ＝７．６℃として温度変化係数Ｙの算出を行っている。このように、温度変化係数Ｙが０に近いほど、結露水量が少ないことが分かる。

次に、上述の結露判定処理とともに結露水量推定処理を行う具体例について説明する。図２５は、結露判定処理とともに実行される結露水量推定処理を説明するフローチャートである。図２５に示す結露水量推定処理では、温度変化係数Ｙに加えて、加熱開始後の湿度の低下率を表す湿度変化係数Ｘを用いて結露水量を推定する。なお、図２５に示すフローチャートでは、上記実施形態で説明した事前判定処理及び結露解消判定処理は省略している。

まず、付着水分判定部６３は、加熱部２３をオフとした状態で、カウンタ値ｎを「０」とし（ステップＳ４０）、湿度計測処理部３１により計測された湿度Ｈ１（ｎ）を取得し（ステップＳ４１）、温度計測処理部３２により計測された温度Ｔ（ｎ）を取得する（ステップＳ４２）。付着水分判定部６３は、取得した湿度Ｈ１（０）及び温度Ｔ（０）を初期値として記憶装置に記憶させる。

次に、付着水分判定部６３は、加熱部２３をオンとして加熱を開始させる（ステップＳ４３）とともに、カウンタ値ｎに「１」を加算する（ステップＳ４４）。そして、付着水分判定部６３は、湿度計測処理部３１により計測された湿度Ｈ１（ｎ）を取得し（ステップＳ４５）、温度計測処理部３２により計測された温度Ｔ（ｎ）を取得する（ステップＳ４６）。付着水分判定部６３は、取得した湿度Ｈ１（ｎ）及び温度Ｔ（ｎ）を記憶装置に記憶させる。

そして、付着水分判定部６３は、カウンタ値ｎが最大値Ｎ_ｍａｘであるか否かを判定する（ステップＳ４７）。最大値Ｎ_ｍａｘは、例えば「１５」である。付着水分判定部６３は、カウンタ値ｎが最大値Ｎ_ｍａｘでないと判定した場合には（ＮＯ判定）、処理をステップＳ４４に戻し、カウンタ値をインクリメントするとともに、湿度Ｈ１（ｎ）及び温度Ｔ（ｎ）を再び取得する。なお、湿度Ｈ１（ｎ）及び温度Ｔ（ｎ）の取得は、例えば１秒ごとに行われる。

付着水分判定部６３は、カウンタ値ｎが最大値Ｎ_ｍａｘであると判定した場合には（ＹＥＳ判定）、記憶装置に記憶された湿度Ｈ１（ｎ）に基づき、平均値Ｈ_ＡＶＧの算出を行う（ステップＳ４８）。平均値Ｈ_ＡＶＧの算出は、下式（３）に基づいて行われる。

Ｈ_ＡＶＧ＝（Ｈ１（１）＋Ｈ１（２）＋・・・＋Ｈ１（Ｎ_ｍａｘ））／Ｎ_ｍａｘ ・・・（３）
次に、付着水分判定部６３は、記憶装置に記憶された湿度Ｈ１（ｎ）に基づき、湿度変化係数Ｘを算出する（ステップＳ４９）。湿度変化係数Ｘは、加熱を開始した後、湿度の差分値ΔＨが連続して基準値Ｈｓ以上となった回数を表す。湿度変化係数Ｘの算出処理については、後述する。

次に、付着水分判定部６３は、記憶装置に記憶された温度Ｔ（ｎ）と、予め記憶装置に記憶されている前述の温度変化量ΔＴに基づいて、温度変化係数Ｙを算出する（ステップＳ５０）。温度変化係数Ｙの算出処理については、後述する。

次に、付着水分判定部６３は、上記実施形態と同様に、平均値Ｈ_ＡＶＧが第２閾値Ｈ_ＴＨ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ５１）。付着水分判定部６３は、平均値Ｈ_ＡＶＧが第２閾値Ｈ_ＴＨ２未満である場合には（ＮＯ判定）、結露が生じていない（結露：陰性）と判断する。一方、付着水分判定部６３は、平均値Ｈ_ＡＶＧが第２閾値Ｈ_ＴＨ２以上である場合には（ＹＥＳ判定）、結露が生じている（結露：陽性）と判断して、処理をステップＳ５２に移行する。

ステップＳ５２において、付着水分判定部６３は、湿度変化係数Ｘ及び温度変化係数Ｙを用いて、検出面上の結露水量を判定する。

図２６は、湿度変化係数Ｘの算出処理を説明するフローチャートである。付着水分判定部６３は、上記ステップＳ４９において湿度変化係数Ｘの算出を行う場合、まず、カウンタ値Ｘ及びカウンタ値ｎをそれぞれ「０」とする（ステップＳ６０，Ｓ６１）。

次に、付着水分判定部６３は、記憶装置に記憶された湿度Ｈ１（ｎ）に基づき、差分値ΔＨを算出する（ステップＳ６２）。差分値ΔＨは、下式（４）で表される。

ΔＨ＝Ｈ１（ｎ＋１）−Ｈ１（ｎ） ・・・（４）
付着水分判定部６３は、算出した差分値ΔＨが基準値Ｈｓ以上であるか否かを判定する（ステップＳ６３）。付着水分判定部６３は、差分値ΔＨが基準値Ｈｓ以上であると判定した場合には（ＹＥＳ判定）、カウンタ値Ｘ及びカウンタ値ｎにそれぞれ「１」を加算し（ステップＳ６４，Ｓ６５）、カウンタ値ｎが上述の最大値Ｎ_ｍａｘであるか否かを判定する。付着水分判定部６３は、カウンタ値ｎが最大値Ｎ_ｍａｘでないと判定した場合には（ＮＯ判定）、処理をステップＳ６２に戻し、再び差分値ΔＨを算出する。

一方、付着水分判定部６３は、カウンタ値ｎが最大値Ｎ_ｍａｘであると判定した場合には、カウンタ値Ｘ（＝Ｎ_ｍａｘ）を記憶装置に記録して処理を終了する。また、付着水分判定部６３は、ステップＳ６３において、差分値ΔＨが基準値Ｈｓ未満であると判定した場合には（ＮＯ判定）、その時点のカウンタ値Ｘを記憶装置に記録して処理を終了する。

このように、記憶装置に記録されるカウンタ値Ｘが、差分値ΔＨが連続して基準値Ｈｓ以上となった回数を表す湿度変化係数Ｘである。

図２７は、温度変化係数Ｙの算出処理を説明するフローチャートである。付着水分判定部６３は、上記ステップＳ５０において温度変化係数Ｙの算出を行う場合、まず、記憶装置から初期値と記憶した温度Ｔ（０）を読み出す（ステップＳ７０）。次に、付着水分判定部６３は、ステップＳ４３により加熱を開始してから一定時間ｔ後の温度Ｈ１（ｔ）を読み出す（ステップＳ７１）。例えば、付着水分判定部６３は、ｎ＝１０として、加熱を開始してから１０秒後の温度Ｈ１（１０）を読み出し、温度Ｈ１（ｔ）とする。

また、付着水分判定部６３は、予め記憶装置に記憶されている結露が生じていない場合における温度変化量ΔＴを読み出す（ステップＳ７２）。そして、付着水分判定部６３は、上式（２）に基づいて温度変化係数Ｙを算出する。

図２８は、結露水量の判定処理を説明するフローチャートである。まず、付着水分判定部６３は、湿度変化係数Ｘが最大値Ｎ_ｍａｘであるか否かを判定する（ステップＳ８０）。付着水分判定部６３は、湿度変化係数Ｘが最大値Ｎ_ｍａｘであると判定した場合には（ＹＥＳ判定）、温度変化係数Ｙが閾値Ｙ_ＴＨ以上であるか否かを判定する（ステップＳ８１）。閾値Ｙ_ＴＨは、例えば「０．０８」である。

付着水分判定部６３は、温度変化係数Ｙが閾値Ｙ_ＴＨ以上である場合には（ＹＥＳ判定）、結露水量が「大」であると判定し（ステップＳ８２）、温度変化係数Ｙが閾値Ｙ_ＴＨ未満である場合には（ＮＯ判定）、結露水量が「中」であると判定する（ステップＳ８３）。

付着水分判定部６３は、ステップＳ８０において湿度変化係数Ｘが最大値Ｎ_ｍａｘでないと判定した場合には（ＮＯ判定）、温度変化係数Ｙが閾値Ｙ_ＴＨ以上であるか否かを判定する（ステップＳ８４）。ステップＳ８１と同様に、閾値Ｙ_ＴＨは、例えば「０．０８」である。

付着水分判定部６３は、温度変化係数Ｙが閾値Ｙ_ＴＨ未満である場合には（ＮＯ判定）、結露水量が「小（霧状）」であると判定し（ステップＳ８５）、温度変化係数Ｙが閾値Ｙ_ＴＨ以上である場合には（ＹＥＳ判定）、「エラー」と判定する（ステップＳ８６）。

すなわち、付着水分判定部６３は、差分値ΔＨが連続して基準値Ｈｓ以上となる回数が多く、かつ温度変化量（Ｔ（ｔ）−Ｔ（０））が小さいほど、結露水の量が多いと推定する。

仮に湿度変化係数Ｘのみを用いて判定を行う場合には結露水量を詳細に推定することはできないが、本判定方法によれば、湿度変化係数Ｘに加えて、温度変化係数Ｙを用いて判定を行うので、結露水量をより詳細に推定することができる。なお、付着水分判定部６３は、温度変化係数Ｙを用いずに、湿度変化係数Ｘのみを用いて判定を行うことも可能である。本開示は、湿度変化係数Ｘのみを用いた判定方法を排除するものではない。

なお、上記各フローチャートに示した処理は、矛盾が生じない限り順序を変更してもよい。

＜事前判定処理＞
次に、事前判定処理の変形例について説明する。図２９は、事前判定処理の変形例を説明するフローチャートである。本変形例は、図１４又は図２１に示すフローチャートに、複数のステップＳ９０〜Ｓ９５を追加したものである。

図２９に示すように、本変形例では、付着水分判定部６３は、ステップＳ１０の後、カウンタ値ｑを「０」とする（ステップＳ９０）。そして、付着水分判定部６３は、ステップＳ１２で湿度Ｈ０を取得した後、温度計測処理部３２により計測された温度Ｔ０を取得する（ステップＳ９１）。

次に、付着水分判定部６３は、取得した湿度Ｈ０と温度Ｔ０とに基づいて露点Ｔｄ（ｑ）を算出する（ステップＳ９２）。付着水分判定部６３は、算出した露点Ｔｄ（ｑ）を記憶装置に記憶させる。この露点Ｔｄ（ｑ）の算出処理は、上述した図２１に示すステップＳ３２において行われる算出処理と同様である。付着水分判定部６３は、記憶装置に記憶された露点Ｔｄ（ｑ）及びＴｄ（ｑ−１）を用いて、差分値ΔＴｄを算出する（ステップＳ９３）。差分値ΔＴｄは、下式（５）で表される。

ΔＴｄ＝Ｔｄ（ｑ）−Ｔｄ（ｑ−１） ・・・（５）
ここで、Ｔｄ（ｑ−１）は、ステップＳ９２において前回算出された露点である。なお、前回算出された露点が存在しない場合には、ステップＳ９３，Ｓ９４をスキップしてステップＳ９５に移行してもよい。また、前回算出された露点が存在しない場合には、予め記憶装置に記憶された初期値を用いてもよい。

次に、付着水分判定部６３は、算出した差分値ΔＴｄを閾値Ｔ_ＴＨと比較し（ステップＳ９４）、差分値ΔＴｄが閾値Ｔ_ＴＨ未満である場合には（ＮＯ判定）、カウンタ値ｑに「１」を加算して（ステップＳ９５）、処理をステップＳ１３に移行する。一方、付着水分判定部６３は、差分値ΔＴｄが閾値Ｔ_ＴＨ以上である場合には、結露のおそれがあると推定して、処理をステップＳ１６に移行する。ここで、閾値Ｔ_ＴＨは、例えば１．５℃である。閾値Ｔ_ＴＨは、小さすぎると誤判定の可能性が高まり、逆に大き過ぎると判定が行えないため、用途に応じて適切な値に設定することが好ましい。また、想定される環境温度をパラメータとして閾値Ｔ_ＴＨを設定することも好ましい。

このように、露点の変化に基づいた結露の推定処理を事前判定処理に追加することにより、同程度の温度で急激な湿度変化が生じるような場合でも結露の推定が可能となる。これにより、霧吹きのような水滴の付着の検知や、水没の検知等を迅速に行うことが可能となる。

＜その他の変形例＞
センサモジュール１０は、モールド樹脂４０に形成された凹状の開口部５０を検出面上に有するので、検出面上に結露が溜り易く、結露の発生を早期に検出することができる。

さらに、結露の発生を早期に検出するために、図３０に示すように、センサチップ２０検出面２ａ上の開口部５０の周囲に撥水性を有する撥水膜２００を形成してもよい。この撥水膜２００は、上部電極８４よりも外側に形成することが好ましい。撥水膜２００は、オーバーコート膜８７よりも撥水性の高い材料で形成された膜であればよい。このように撥水膜２００を設けることにより、結露水が検出面２ａ上に集まり易くなるため、結露発生の検出感度が向上する。

上記実施形態では、センサチップ２０において、参照電極８２を加熱部２３の上方に配置しているが、参照電極８２は必ずしも加熱部２３の上方でなくてもよい。

また、上記実施形態では、センサチップ２０を形成するための半導体基板としてｐ型半導体基板７０を用いているが、ｎ型半導体基板を用いることも可能である。この場合には、加熱部２３をｐ型拡散層により形成すればよい。すなわち、加熱部は、半導体基板の表層に不純物を添加してなる不純物拡散層で形成されていればよい。

また、上記実施形態では、温度検出部２２をｎｐｎ型のバイポーラトランジスタ９０により構成しているが、ｐｎｐ型のバイポーラトランジスタにより構成してもよい。

また、上記実施形態では、センサチップ２０が備える湿度検出用キャパシタ８０は、電極構造が平行平板型であるが、これに代えて、いわゆる櫛歯型の電極構造を用いてもよい。センサチップは、加熱部（ヒータ）を有する温湿度センサであればよい。

また、本開示において、「覆う」や「上」という文言により表される２つの要素の位置関係は、第１の要素を第２の要素の表面に、他の要素を介して間接的に設けられる場合、及び直接的に設けられる場合の両方を含む。

また、上記実施形態では、送風ファンにより結露の解消を行っているが、ＨＤＤドライブにおいて磁気ディスクを回転させて結露を解消するような結露解消手段や、エアブローによる結露解消手段など、送風ファン以外の他の結露解消手段を用いることも可能である。

また、上記実施形態では、温度検出部２２をセンサチップ２０に搭載した例を示したが、温度検出部をＡＳＩＣチップ３０に搭載することも可能であり、ＡＳＩＣチップ３０に搭載された温度検出部で、加熱部２３により生じる温度上昇を検出してもよい。

（第二の実施形態）
以下に図面を参照して、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態では、結露の検出に加えて、着霜を検出する点が、第一の実施形態と相違する。以下の第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点について説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図３１は、本発明の第二の実施形態に係る冷蔵庫の全体構成を示す概略図である。

本実施形態に係る冷蔵庫１は、冷凍室１１をさらに有する。冷凍室１１の室内の壁面には、センサモジュール１０が設置されている。

本実施形態に係る冷蔵庫１は、センサモジュール１０を使用して、野菜室３に発生する結露の検出に加えて、冷凍室１１に発生する着霜の検出を行う。

制御装置６は、野菜室３に結露が発生しているか否かの判定に加えて、冷凍室１１に着霜が発生しているか否かを判定する。そして、制御装置６は、冷凍室１１に着霜が発生していると判定すると、ドライバ５を制御して、加熱器８を作動させる。

加熱器８は、ドライバ５により駆動されて、冷凍室１１の内部を加熱して霜を溶かす。加熱器８は、付着水分を解消するための付着水分解消部として機能する。

本実施形態に係る制御装置６の付着水分判定部６３は、結露または着霜が発生しているか否かを判定する。具体的には、付着水分判定部６３は、図１４または図２１に示した結露判定処理と同様の処理によって、結露、着霜等の水分の付着が発生しているか否かを判定する付着水分判定処理を実行する。

付着水分判定部６３は、付着水分判定処理において、加熱部２３がオフの状態における温度である温度Ｔ０が０℃以上の場合には、結露が発生しているか否かを判定し、温度Ｔ０が０℃未満の場合には、着霜が発生しているか否かを判定する。

また、本実施形態に係る制御装置６の付着水分解消制御部６４は、付着水分判定部６３が、結露が発生していると判定した場合には、ドライバ５を制御して送風ファン４を作動させ、着霜が発生していると判定した場合には、ドライバ９を制御して加熱器８を作動させる。

さらに、付着水分解消制御部６４は、図１４または図２１に示した結露解消判定処理と同様の処理によって、結露、着霜等の付着水分の発生が解消されたことを確認するための付着水分解消判定処理を実行する。

また、本実施形態では、事前判定処理において、温度が露点に達しているか否か、または温度が霜点に達しているか否かを判定しても良い。なお、霜点とは、霜が発生する温度であり、露点よりも低い温度となることが知られている。

また、温度計測処理部３２により計測される温度に応じて第１閾値Ｈ_ＴＨ１を変更することも好ましい。付着水分解消判定処理で用いる第１閾値Ｈ_ＴＨ１についても同様である。

具体的には、付着水分判定部６３は、例えばＮ℃の環境下で事前判定処理を行う場合には、Ｎ℃露点に対応する湿度と温度との関係を表すデータと、Ｎ℃霜点に対応する湿度と温度との関係を表すデータと、を記憶しておき、温度計測処理部３２により計測された温度に対応する湿度を第１閾値Ｈ_ＴＨ１とする。なお、Ｎ℃霜点とは、霜点がＮ℃であることを意味する。

この場合、温度によって、Ｎ℃露点に対応するデータを使用するか、Ｎ℃霜点に対応するデータを使用するかを決定しても良い。例えば、温度Ｎが０以上の場合には、Ｎ℃露点に対応するデータを使用し、温度が０未満の場合には、Ｎ℃霜点に対応するデータを使用しても良い。

Ｎ℃霜点に対応する湿度と温度との関係を表すデータは、氷の飽和水蒸気圧Ｅ（単位：ｈＰａ）を求めるための下式（６）に基づいて算出することができる。

Ｅ＝（ｅｘｐ（−６０２４．５２８２×（Ｔ＋２７３．１５）^−１＋２９．３２７０７＋１．０６１３８６８×1０^−２×（Ｔ＋２７３．１５）−１．３１９８８２５×１０^−５×（Ｔ＋２７３．１５）^２−０．４９３８２５７７×ｌｎ（Ｔ＋２７３．１５）））／１００ ・・・（６）
この式（６）は、ＳＯＮＮＴＡＧの式のうち、氷の飽和水蒸気圧に関する式である。ここで、Ｔは摂氏温度を表す。

次に、事前判定処理の変形例について説明する。図３２は、本発明の第二の実施形態に係る事前判定処理の変形例を説明するフローチャートである。本変形例は、図２９に示すフローチャートに、霜点の算出のためのステップＳ９６およびＳ９７を追加したものである。

図３２に示すように、本変形例では、付着水分判定部６３は、温度Ｔ０が０℃以上であるか否かを判定する（ステップＳ９６）。付着水分判定部６３は、温度Ｔ０が０℃以上であると判定すると（ＹＥＳ判定）、露点Ｔｄ（ｑ）を算出する（ステップＳ９２）。

また、付着水分判定部６３は、温度Ｔ０が０℃以上でないと判定すると（ＮＯ判定）、霜点Ｔｄ（ｑ）を算出する（ステップＳ９７）。具体的には、付着水分判定部６３は、上述した式（６）に基づいて算出された、Ｎ℃霜点に対応する湿度と温度との関係を表すデータを用いて、霜点Ｔｄ（ｑ）算出する。

このように、本変形例に係る付着水分判定部６３は、事前判定処理によって、結露または着霜のおそれが有るか否かを判定する。

なお、ステップＳ９４において差分値ΔＴｄと比較する閾値Ｔ_ＴＨは、温度Ｔ０が０℃以上であるか否かによって異なる閾値としても良いし、温度Ｔ０に関わらず同一の閾値としても良い。また、閾値Ｔ_ＴＨは、温度Ｔ０が０℃以外の温度を境界として、さらに異なる閾値としても良い。

［実験結果］
次に、センサチップ２０の加熱開始後の湿度変化に関する実験結果について説明する。以下の実験結果は、センサモジュール１０を、ペルチェ素子上に搭載して冷却することにより、疑似的に冷凍室１１内の環境を再現した結果である。

図３３は、本発明の第二の実施形態に係る実験結果を示す図である。

本実験は、温度１５℃、湿度３５％ＲＨの環境において実施した。なお、この環境においては、露点は−０．３２３℃、霜点は−０．２７３℃である。

図３３に示すように、実験開始から５０秒後にペルチェ素子によって冷却を開始すると、
実験開始から２００秒後までの間に、温度が−８℃となり、霜の発生が確認された。

次に、実験開始から２００秒後から加熱部２３をオンとして加熱を開始すると、温度が急峻に上昇するとともに、湿度が下降し始めるまでの間に約２０秒程度のタイムラグがあった。

したがって、着霜が発生している場合に湿度の低下が遅れることを利用して、着霜を検出することが可能であることが確認された。

（第三の実施形態）
以下に図面を参照して、第三の実施形態について説明する。第三の実施形態では、付着水分の検出を継続して実行し、実行結果のログを出力する点が、第一の実施形態と相違する。以下の第三の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点について説明し、第一の実施形態と同様の機能構成を有するものには、第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

図３４は、本発明の第三の実施形態に係るログ出力システムの全体構成を示す概略図である。

ログ出力システム３００は、付着水分の検出を継続して実行し、実行結果のログを出力する。例えば、ログ出力システム３００は、ビニールハウス内で栽培されている野菜に、水分が付着しているか否かを監視するために使用される。

具体的には、ログ出力システム３００は、センサモジュール１０と、制御装置６と、ログ出力装置１２と、を備える。

本実施形態に係るセンサモジュール１０は、第一の実施形態と同様に、湿度及び温度を計測する。

本実施形態に係る制御装置６は、第一の実施形態と同様に、センサモジュール１０から計測結果を受信して、水分の付着が発生しているか否かを判定する。

ログ出力装置１２は、制御装置６から判定結果と測定データとを受信して、受信した判定結果と測定データとを含むログデータをディスプレイ等の出力部に出力する。

図３５は、本発明の第三の実施形態に係るセンサモジュールおよび制御装置の機能構成を例示するブロック図である。

本実施形態に係る制御装置６は、付着水分判定部６３と、データ通信部６５と、を備える。

データ通信部６５は、付着水分判定部６３による判定結果と、センサモジュール１０から受信した測定結果と、を含むログデータを、ログ出力装置１２に送信する。また、データ通信部６５は、ログ出力処理の開始または終了を指示する信号や、現在時刻を示すデータ等を、ログ出力装置１２から受信する。

図３６は、本発明の第三の実施形態に係るログ出力処理を説明するフローチャートである。

制御装置６のデータ通信部６５がログ出力処理の開始を指示する信号を、ログ出力装置１２から受信すると、制御装置６は、図３６に示されるログ出力処理を開始する。

付着水分判定部６３は、時間変数ｔを「０秒」にセットする（ステップＳ１０１）。なお、時間変数ｔは、このステップＳ１０１において初期設定してからの経過時間を示す変数である。

そして、付着水分判定部６３は、ログ出力装置１２から現在時刻を示す時刻データを受信する（ステップＳ１０２）。

続いて、付着水分判定部６３は、温度と湿度とを示すデータを取得する（ステップＳ１０３）。具体的には、付着水分判定部６３は、湿度計測処理部３１により測定された検出面の湿度を示すデータと、温度計測処理部３２により測定された温度を示すデータと、を受信する。

続いて、付着水分判定部６３は、ステップＳ１０４に係る測定をＮ回行ったか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、Ｎは、あらかじめ設定された基準回数を示す値であって、測定環境などを考慮して、例えば８に設定される。付着水分判定部６３は、測定をＮ回行っていないと判定すると（ＮＯ判定）、１秒間待って（ステップＳ１０５）、ステップＳ１０３の処理に戻る。

また、付着水分判定部６３は、測定をＮ回行ったと判定すると（ＹＥＳ判定）、Ｎ回分の測定結果に基づいて、平均温度Ｔ_{ＯＦＦＡＶＧ}と、平均湿度Ｈ_{ＯＦＦＡＶＧ}と、を算出する（ステップＳ１０６）。

次に、付着水分判定部６３は、加熱部２３をオンにして（ステップＳ１０７）、１秒間待つ（ステップＳ１０８）。なお、加熱部２３をオンにした後に１秒間待つことによって、センサチップ２０の温度上昇が安定する。センサチップ２０の温度上昇が安定するまでの間は温度や湿度の検出結果が正確ではない可能性があるため、センサチップ２０の温度上昇が安定した後のデータを取得することで検出精度を向上することができる。

次に、付着水分判定部６３は、温度と湿度とを示すデータを取得する（ステップＳ１０９）。付着水分判定部６３は、ステップＳ１０９に係る測定をＭ回行ったか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、Ｍは、あらかじめ設定された基準回数を示す値であって、測定環境などを考慮して、例えば２に設定される。付着水分判定部６３は、測定をＭ回行っていないと判定すると（ＮＯ判定）、ステップＳ１０８の処理に戻る。

また、付着水分判定部６３は、測定をＭ回行ったと判定すると（ＹＥＳ判定）、加熱部２３をオフにして（ステップＳ１１１）、Ｍ回分の測定結果に基づいて、平均温度Ｔ_{ＯＮＡＶＧ}と、平均湿度Ｈ_{ＯＮＡＶＧ}と、を算出する（ステップＳ１１２）。

続いて、付着水分判定部６３は、Ｈ_{ＯＦＦＡＶＧ}＞Ｈ_ＴＨ３かつＨ_{ＯＦＦＡＶＧ}−Ｈ_{ＯＮＡＶＧ}≦Ｈ_Ｄであるか否かを判定する（ステップＳ１１３）。Ｈ_ＴＨ３およびＨ_Ｄは、あらかじめ設定された閾値であって、例えば、Ｈ_ＴＨ３＝９０％ＲＨ、Ｈ_Ｄ＝１に設定される。

センサチップ２に結露、着霜等の付着水分がある場合には、湿度の低下が遅れるため、Ｈ_{ＯＦＦＡＶＧ}−Ｈ_{ＯＮＡＶＧ}の値は小さくなる。したがって、Ｈ_{ＯＦＦＡＶＧ}−Ｈ_{ＯＮＡＶＧ}≦Ｈ_Ｄであるか否かの判定によって、センサチップ２０に付着水分があるか否かの判定を行うことができる。

また、湿度が高い環境下において結露、着霜等の水分の付着が発生するため、Ｈ_{ＯＦＦＡＶＧ}＞Ｈ_ＴＨ３であるか否かの判定によって、水分の付着が発生しやすい環境であるか否かを補助的に判定することができる。

付着水分判定部６３は、Ｈ_{ＯＦＦＡＶＧ}＞Ｈ_ＴＨ３かつＨ_{ＯＦＦＡＶＧ}−Ｈ_{ＯＮＡＶＧ}≦Ｈ_Ｄであると判定すると（ＹＥＳ判定）、判定結果の値を１（陽性）とする（ステップＳ１１４）。１（陽性）は、結露、着霜等の水分の付着が発生していることを示す値である。

また、Ｈ_{ＯＦＦＡＶＧ}＞Ｈ_ＴＨ３かつＨ_{ＯＦＦＡＶＧ}−Ｈ_{ＯＮＡＶＧ}≦Ｈ_Ｄでない（Ｈ_{ＯＦＦＡＶＧ}≦Ｈ_ＴＨ３またはＨ_{ＯＦＦＡＶＧ}−Ｈ_{ＯＮＡＶＧ}＞Ｈ_Ｄである）と判定すると（ＮＯ判定）、判定結果の値を０（陰性）とする（ステップＳ１１５）。０（陰性）は、結露、着霜等の水分の付着が発生していないことを示す値である。

次に、データ通信部６５は、ステップＳ１０２において取得した時刻データ、ステップＳ１０６において算出した平均温度Ｔ_{ＯＦＦＡＶＧ}および平均湿度Ｈ_{ＯＦＦＡＶＧ}、およびステップＳ１１４またはステップＳ１１５で決定した判定結果の値を含むデータをログ出力装置１２に送信する（ステップＳ１１６）。

そして、付着水分判定部６３は、時間変数ｔ＝ｔ_ｓとなるまで待つ（ステップＳ１１７）。ここで、ｔ_ｓは、あらかじめ設定された基準値であって、測定環境などを考慮して、例えば６００秒に設定される。なお、実験の結果では、加熱部２３をオフしてから６０秒程度でセンサチップ２０が外気の温度および湿度に戻ることが確認された。したがって、ｔ_ｓを約６０秒に設定しても良い。また、ｔ＝ｔｓとなるまでの期間は、データ通信部６５や付着水分判定部６３など付着水分検出のときに動作を必要とするブロックをスリープ状態とし、ｔ＝ｔｓの付着水分検出を開始する直前にアクティブ状態となるように間欠動作させることで消費電力を抑えるようにしてもよい。

付着水分判定部６３は、ログ出力装置１２から処理終了を示す信号を受信したか否かを判定する（ステップＳ１１８）。具体的には、時間変数ｔが０秒からｔ_ｓになるまでの間に、ログ出力装置１２から処理終了を示す信号を受信した場合には、このステップＳ１１８の判定結果はＹＥＳとなる。

付着水分判定部６３は、ログ出力装置１２から処理終了を示す信号を受信していないと判定すると（ＮＯ判定）、ステップＳ１０１の処理に戻る。

また、付着水分判定部６３は、ログ出力装置１２から処理終了を示す信号を受信したと判定すると（ＹＥＳ判定）、このログ出力処理を終了する。

ログ出力装置１２は、制御装置６から受信したデータに基づいて、ログをディスプレイ等の表示部に表示する。

図３７は、本発明の第三の実施形態に係るログ出力結果を例示する図である。

ログ出力結果を示すテーブル３１０は、項目として、「日時」と、「温度」と、「湿度」と、「付着水分判定結果」と、を含む。

項目「日時」の値は、制御装置６から受信した時刻データに示される値である。項目「日時」の値は、測定した日時を示す値であって、複数回の測定を行っているため、厳密には測定の開始時刻を示す値である。

項目「温度」の値は、制御装置６から受信した平均温度Ｔ_{ＯＦＦＡＶＧ}の値である。

項目「湿度」の値は、制御装置６から受信した平均湿度Ｈ_{ＯＦＦＡＶＧ}の値である。

項目「付着水分判定結果」の値は、制御装置６から受信した判定結果の値である。

本実施形態に係るログ出力システム３００によれば、結露、着霜等の発生の有無を継続して出力することができる。したがって、ログ出力システム３００は、例えば、夜間のビニールハウス内の湿度制御の結果の確認に有用である。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。上述した実施形態では、冷蔵庫の野菜室内に生じる結露、冷凍室内に生じる着霜等の、付着水分の検出を対象とした付着水分検出装置について説明を行ったが、本発明は、ＨＤＤドライブ内、プロジェクターの内部、エアコンキャビネット内、車の窓ガラス等の種々の電気機器内に発生する結露、着霜等の付着水分の検出を対象とすることが可能である。

２ａ 検出面、４ 送風ファン、６ 制御装置、１０ センサモジュール、１２ ログ出力装置、２０ センサチップ、２１ 湿度検出部、２２ 温度検出部、２３ 加熱部、３０ ＡＳＩＣチップ、３１ 湿度計測処理部、３２ 温度計測処理部、３３ 加熱制御部、４０ モールド樹脂、５０ 開口部、５１ 有効開口部、６３ 付着水分判定部、６４ 付着水分解消制御部、６５ データ通信部、８０ 湿度検出用キャパシタ、８１ 参照用キャパシタ、８２ 参照電極、８３ 下部電極、８４ 上部電極、８６ 感湿膜、８７ オーバーコート膜、１０６ ｎ型拡散層、２００ 撥水膜、３００ ログ出力システム

Claims (13)

1. 湿度を検出する検出面を有する湿度検出部と、前記検出面を加熱する加熱部とを有するセンサチップと、
   前記加熱部に加熱を開始させた後、前記湿度検出部により検出される湿度の変化の差異に基づいて、前記検出面上に付着した水分の有無を判定する付着水分判定部と、
   を備える付着水分検出装置。
2. 前記付着水分判定部は、前記加熱部に加熱を開始させた後、前記湿度検出部により検出される湿度を、所定時間間隔で複数回取得し、取得した複数の湿度の平均値が閾値未満である場合に水分の付着が発生していると判定する
   請求項１に記載の付着水分検出装置。
3. 前記付着水分判定部は、前記加熱部に加熱を開始させた後、前記湿度検出部により検出される湿度を、所定時間間隔で複数回取得し、前回取得した湿度との差分値が連続して基準値以上となる回数が、基準回数以上である場合に水分の付着が発生していると判定する
   請求項１に記載の付着水分検出装置。
4. 前記付着水分判定部は、前記差分値が連続して基準値以上となる回数に基づいて、前記検出面上に付着した水分の量を推定する
   請求項３に記載の付着水分検出装置。
5. 前記センサチップは、温度を検出する温度検出部を有し、
   前記付着水分判定部は、前記差分値が連続して基準値以上となる回数と、前記加熱部に加熱を開始させた後の一定期間における温度変化量とに基づいて前記水分の量を推定する
   請求項４に記載の付着水分検出装置。
6. 前記センサチップからの信号を処理する半導体チップを備え、
   前記半導体チップは、温度を検出する温度検出部を有しており、
   前記付着水分判定部は、前記差分値が連続して基準値以上となる回数と、前記加熱部に加熱を開始させた後の一定期間における温度変化量とに基づいて前記水分の量を推定する
   請求項４に記載の付着水分検出装置。
7. 前記付着水分判定部は、前記差分値が連続して基準値以上となる回数が多く、かつ前記温度変化量が小さいほど、前記水分の量が多いと推定する
   請求項５又は６に記載の付着水分検出装置。
8. 前記センサチップは、温度を検出する温度検出部を有し、
   前記付着水分判定部は、前記温度に基づいて、結露の有無を判定するか、着霜の有無を判定するかを決定する、
   請求項１ないし７いずれか１項に記載の付着水分検出装置。
9. 前記センサチップは、半導体基板を有し、
   前記加熱部は、前記半導体基板中の不純物拡散層により形成されており、
   前記湿度検出部は、前記加熱部の上方に絶縁膜を介して形成された下部電極と、前記下部電極を覆う感湿膜と、前記感湿膜上に形成された上部電極とにより構成されている
   請求項１ないし８いずれか１項に記載の付着水分検出装置。
10. 前記不純物拡散層は、一次元格子状である請求項９に記載の付着水分検出装置。
11. 請求項１ないし１０いずれか１項に記載の付着水分検出装置と、
    前記センサチップが収容されたセンサ収容空間部と、
    付着水分解消部と、
    前記付着水分解消部を駆動する駆動部と、
    前記付着水分判定部及び前記駆動部を制御する制御部と、
    を備える電気機器であって、
    前記制御部は、前記付着水分判定部の判定結果に応じて前記駆動部を制御することにより前記付着水分解消部を駆動し、前記センサ収容空間部内の水分の付着を解消する電気機器。
12. 湿度を検出する検出面を有する湿度検出部と、温度を検出する温度検出部と、前記検出面を加熱する加熱部とを有するセンサチップと、
    前記加熱部に加熱を開始させた後、前記湿度検出部により検出される湿度の変化の差異に基づいて、前記検出面上に付着した水分の有無を判定する付着水分判定部と、
    前記湿度と前記温度と前記判定の結果とを出力するデータ通信部と、
    を備えるログ出力システム。
13. 湿度を検出する検出面を有する湿度検出部と、前記検出面を加熱する加熱部とを有するセンサチップを用いた付着水分検出方法であって、
    前記加熱部に加熱を開始させた後、前記湿度検出部により検出される湿度の変化の差異に基づいて、前記検出面上に付着した水分の有無を判定する付着水分検出方法。

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