JP4984723B2

JP4984723B2 - 湿度検出装置

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Publication number: JP4984723B2
Application number: JP2006210288A
Authority: JP
Inventors: 和男臼井
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-08-01
Filing date: 2006-08-01
Publication date: 2012-07-25
Anticipated expiration: 2026-08-01
Also published as: JP2008039431A

Description

本発明は、湿度検出装置に関するものである。特に、本発明は、感湿膜を加熱する加熱部を備える湿度検出装置に関するものである。

従来、特許文献１に示すように、加熱部を備える湿度検出装置があった。特許文献１に示す湿度検出装置は、基板の一面側に感湿膜と電極が形成され、基板の他面側に基板を介して感湿膜と対向する部位に感湿膜を加熱する加熱部が形成される。
特開２００２−３９９８３号公報

通常、特許文献１に示す湿度検出装置は、筐体に取付けられて使用される場合が多い。この湿度検出装置を筐体に取付ける場合、加熱部側を筐体に取り付けることとなる。ところが、湿度検出装置を筐体に取付けた場合、加熱部が発生する熱の一部は、筐体に逃げてしまい、効率的に感湿膜を加熱できない可能性があった。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、効率的に感湿膜を加熱することができる湿度検出装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の湿度検出装置は、筐体に取付けられる基板と、基板上に設けられる一対の櫛歯形状の電極と、ポリイミド系の材料からなり、少なくとも前記一対の電極間に形成され湿度変化に応じて比誘電率及び抵抗値のいずれか一方が変化する感湿膜と、基板の表面の前記電極と同一平面上で、且つ、電極間に設けられるものであり感湿膜を加熱する加熱部と、筐体と基板とを熱的に分離する熱分離部と、を備え、感湿膜は、電極間に設けられた加熱部を直接覆うように設けられていることを特徴とするものである。

このように、筐体と基板とを熱的に分離する熱分離部を備えることによって、加熱部が発生する熱が筐体に逃げることを抑制でき、効率的に感湿膜を加熱することができる。

このように、加熱部を基板の表面であり電極間に形成することによって、感湿膜の近傍に加熱部を配置することが可能となり、効率的に感湿膜を加熱することができる。

また、請求項２に示すように、熱分離部は、筐体と基板との間に配置される空気層とすることができる。このようにすることによって、特別に部材を用意することなく筐体と基板とを熱的に分離することができ、効率的に感湿膜を加熱することができる。

具体的には、請求項３に示すように、基板は、筐体に対向する面であり感湿膜に対応する領域に基板側凹部を備えることによって筐体と基板との間に熱分離部である空気層を構成することができる。また、請求項４に示すように、筐体は、基板に対向する面であり感湿膜に対応する領域に筐体側凹部を備えることによっても筐体と基板との間に熱分離部である空気層を構成することができる。このように、感湿膜に対応する領域に熱分離部である空気層を構成することによって、効率よく筐体と基板とを熱的に分離することができ、より一層効率的に感湿膜を加熱することができる。

さらに、請求項５に示すように、基板と筐体とは、複数の柱状部材を介して形成することによっても筐体と基板との間に熱分離部である空気層を構成することができる。このようにすることによって、感湿膜に対応する領域に熱分離部である空気層を構成する場合よりも、効率的に感湿膜を加熱することができると共に、基板と筐体とを安定した取付け状態とすることができる。

また、柱状部材としては、請求項６に示すように基板に形成された基板側突起としてもよいし、請求項７に示すように筐体に形成された筐体側突起としてもよい。

また、請求項８に示すように、筐体は、外部装置に電気的に接続される外部接続端子を備えるものであり、柱状部材は、導電性部材からなり、電極と外部接続端子とに電気的に接続されるようにしてもよい。

このようにすることによって、筐体と基板との間に熱分離部である空気層を構成して効率的に感湿膜を加熱することができると共に、ボンディングワイヤなどを用いることなく湿度検出装置と外部装置とを電気的に接続することができる。

また、請求項９に示すように、熱分離部は、筐体と基板との間に配置される断熱部材としてもよい。このようにすることによって、基板と筐体とを安定した取付け状態とすることができると共に、加熱部が発生する熱が筐体に逃げることを抑制でき、効率的に感湿膜を加熱することができる。

具体的には、請求項１０に示すように、基板は、筐体に対向する面であり感湿膜に対応する領域に基板側凹部を備え、断熱部材は、基板側凹部と筐体との間に配置されるようにすることによって、筐体と基板との間に熱分離部である断熱部材を配置することができる。また、請求項１１に示すように、筐体は、基板に対向する面であり感湿膜に対応する領域に筐体側凹部を備え、断熱部材は、筐体側凹部と基板との間に配置されるようにすることによっても、筐体と基板との間に熱分離部である断熱部材を配置することができる。

さらに、請求項１２に示すように、断熱部材は、筐体と基板とが対向する領域全面に配置されるようにしてもよい。このようにすることによって、断熱部材を感湿膜に対応する領域に配置する場合よりも、より一層加熱部が発生する熱が筐体に逃げることを抑制でき、効率的に感湿膜を加熱することができる。

また、請求項１３に示すように、断熱部材は、筐体と基板との間の複数個所に配置されるようにしてもよい。このようにすることによって、筐体と基板との間には、空気層と断熱部材とが形成されることとなり、断熱部材を筐体と基板とが対向する領域全面に配置する場合よりも、より一層加熱部が発生する熱が筐体に逃げることを抑制でき、効率的に感湿膜を加熱することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態における湿度検出装置の概略構成を示す図面であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡＡ断面図である。

図１に示すように、本実施の形態における湿度検出装置１００は、筐体１、基板２、加熱部３、電極４、感湿膜５、ボンディングワイヤ６、端子７などを備える。

基板２は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３などからなる絶縁基板である。そして、この基板２の内部には、後ほど説明する感湿膜５を加熱するための加熱部３を備える。この加熱部３は、酸化錫等の抵抗体が例えば蛇行する形状に配置され、この抵抗体の端部に通電するための電極（図示省略）が形成されている。

感湿膜５を構成する高分子は、結露状態のような高湿度雰囲気で長く使用すると、吸湿により感湿膜の変形や流出を生じ易く、長期的な安定性に欠ける場合がある。又、水との吸着性が強いと湿度変化に対して電気的特性変化の感度が低下し、吸湿過程と乾燥過程で電気的特性変化のヒステリシスが生じて湿度コントロール性が不良となる場合がある。したがって、この加熱部３は、感湿膜５を加熱して乾燥させることによって、このような不具合を抑制するものである。

また、半導体基板２の上面に、酸化シリコン膜などの絶縁膜（図示省略）を介して検出電極である一対の電極４（以下、検出電極４とも称する）が同一平面において、離間して対向配置されている。

電極４は、例えばアルミ、銅、金、白金、ｐｏｌｙＳｉ等の配線材料を基板２上に蒸着やスパッタリング等の手法によって付着させ、その後、フォトリソグラフィー処理により、櫛歯形状パターンにパターニングすることによって形成される。本実施形態において、検出電極４はアルミを用いて形成されている。また、電極４は、ボンディングワイヤ６を介して端子７に電気的に接続されている。そして、湿度検出装置１００は、出力を補正する補正回路や静電容量の変化量を検出するための信号処理回路等の外部装置（図示省略）と電気的に接続されている。

電極４の形状は、特に限定されるものではないが、図１（ａ）に示すようにこのように、一対の電極４の形状として櫛歯形状を採用することにより、電極４の配置面積を小さくしつつ、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４間の静電容量の変化量が大きくなり、湿度検出装置１００の感度が向上する。

図１（ｂ）に示すように、少なくとも一対の電極４間を覆うように、例えばポリイミド系ポリマーからなる吸湿性を備えた感湿膜５が形成されている。感湿膜５は、ポリイミド系ポリマーをスピンコート法や印刷法にて塗布後、加熱硬化することにより形成することができる。

感湿膜５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５の比誘電率が変化する。その結果、感湿膜５を誘電体の一部として検出電極４によって構成されるコンデンサの静電容量が変化する。したがって、湿度検出装置１００は、この静電容量の変化から湿度を検出することができる。

このように検出電極４、感湿膜５などが形成された基板２は、接着材（図示省略）などによって筐体１に取付けられる。この筐体１は、例えばＡＢＳ樹脂等のプラスチックからなる。この筐体１は、図１（ｂ）に示すように、箱形状をなすものであり、端子７がインサート成形されている。また、筐体１は、図１（ｂ）に示すように、基板２に対向する面、すなわち底部（基板２の取付面）に、基板２が取り付けられた際に基板２に形成された感湿膜５に対応する領域に筐体側凹部１ａが形成される。

筐体側凹部１ａを設けることによって、基板２は、図１（ｂ）に示すように、筐体１に片持ち梁のように取り付けられることとなる。したがって、基板２を筐体１に取り付けた際に、基板２と筐体１との間に空間（空気層８）が構成される。このように、感湿膜５に対応する領域における基板２と筐体１との間に空気層８を構成することによって、感湿膜５に対応する領域における基板２と筐体１とを熱的に分離することができる。すなわち、この空気層８は、基板２と筐体１とを熱的に分離する熱分離部をなすものである。

このように、筐体１と基板２とを熱的に分離する空気層８を備えることによって、特別に部材を用意することなく加熱部３が発生する熱が筐体１に逃げることを抑制でき、効率的に感湿膜５を加熱することができる。したがって、感湿膜５を効率的に乾燥させることができる。特に、感湿膜５に対応する領域に空気層８を構成することによって、より一層効率的に感湿膜５を加熱することができる。

また、例えば図２に示すように、基板側に凹部を設けて空気層を構成するようにしてもよい。図２は、本発明の変形例１における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。この変形例１の場合、筐体１１の基板２１に対向する面、すなわち底部（基板２１の取付面）は、略平坦面とする。そして、基板２１は、感湿膜５が形成された面の裏面、すなわち筐体１１に対向する面であり、感湿膜５に対応する領域に基板側凹部２１ａを備える。このように空気層８１が形成されることで、加熱部３が発生する熱が筐体１１に逃げることを抑制でき、効率的に感湿膜５を加熱することができる。なお、変形例１においては、上述の実施の形態と同一箇所に関しては、同一の符号を付与して説明を省略する。

（変形例２）
また、例えば図３に示すように、複数の柱状部材によって空気層を構成するようにしてもよい。図３は、本発明の変形例２における湿度検出装置の概略構成を示す図面であり、（ａ）は、図１（ｂ）に対応する図面であり、（ｂ）は（ａ）のＢＢ断面図である。この変形例２の場合、筐体１２の基板２に対向する面、すなわち底部（基板２の取付面）における、基板２に対向する領域には、複数個所に筐体側突起１２ｂを備える。変形例２においては、図３（ｂ）に示すように、３箇所に筐体側突起１２ｂを備える。そして、基板２は、この筐体側突起１２ｂに接着材（図示省略）などによって取り付けられる。このように、基板２と筐体１２とを複数の柱状部材（筐体側突起１２ｂ）を介して形成することによっても、基板２と筐体１２との間に熱分離部である空気層８２を構成することができる。このようにすることによって、感湿膜５に対応する領域に空気層を構成する場合よりも、効率的に感湿膜を加熱することができると共に、基板２と筐体１２とを安定した取付け状態とすることができる。なお、変形例２においては、上述の実施の形態と同一箇所に関しては、同一の符号を付与して説明を省略する。

（変形例３）
また、例えば図４に示すように、柱状部材を基板に設けるようにしてもよい。図４は、本発明の変形例３における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。この変形例３の場合、筐体１１の基板２２に対向する面、すなわち底部（基板２２の取付面）は、略平坦面とする。そして、基板２２における筐体１１と対向する面の複数個所に基板側突起２２ｂを設ける。このようにすることによっても、基板２２と筐体１１との間に熱分離部である空気層８２を構成することができる。なお、変形例３においては、上述の実施の形態と同一箇所に関しては、同一の符号を付与して説明を省略する。

（変形例４）
また、例えば図５に示すように、柱状部材を断熱部材で設けるようにしてもよい。図５は、本発明の変形例４における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。この変形例４の場合、筐体１１の基板２に対向する面、すなわち底部（基板２の取付面）、及び、基板２における筐体１１と対向する面は、略平坦面とする。そして、筐体１１と基板２との間の複数個所に断熱部材９を配置する。このようにすることによって、筐体１１と基板２との間には、空気層８２と断熱部材９とが形成されることとなり、より一層加熱部３が発生する熱が筐体１１に逃げることを抑制でき、効率的に感湿膜を加熱することができる。なお、変形例４においては、上述の実施の形態と同一箇所に関しては、同一の符号を付与して説明を省略する。

（変形例５）
また、例えば図６に示すように、柱状部材を導電性部材で設けるようにしてもよい。図６は、本発明の変形例５における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。この変形例５の場合、筐体１１の基板２に対向する面、すなわち底部（基板２の取付面）、及び、基板２における筐体１１と対向する面は、略平坦面とする。そして、筐体１１と基板２との間の複数個所に導電性部材１０を配置する。さらに、２つの導電性部材１０は、基板２を貫通するスルーホール（図示省略）などによって電極４と電気的に接続されると共に、端子７とも電気的に接続される。このようにすることによって、筐体１１と基板２との間に熱分離部である空気層８２を構成して効率的に感湿膜を加熱することができると共に、ボンディングワイヤなどを用いることなく湿度検出装置１００と外部装置とを電気的に接続することができる。なお、変形例５においては、上述の実施の形態と同一箇所に関しては、同一の符号を付与して説明を省略する。

（変形例６）
また、例えば図７に示すように、熱分離部を断熱部材としてもよい。図７は、本発明の変形例６における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。この変形例６の場合、筐体１は、基板２に対向する面、すなわち底部（基板２の取付面）に、基板２が取り付けられた際に基板２に形成された感湿膜５に対応する領域に筐体側凹部１ａが形成される。また、基板２における筐体１１と対向する面は、略平坦面とする。そして、基板２を筐体１に取り付けた際に、基板２と筐体１との間に空間に熱分離部である断熱部材８３を配置する。このようにすることによっても、加熱部３が発生する熱が筐体１に逃げることを抑制でき、効率的に感湿膜５を加熱することができる。なお、変形例６においては、上述の実施の形態と同一箇所に関しては、同一の符号を付与して説明を省略する。

（変形例７）
例えば図８に示すように、筐体と基板とが対向する領域全面に断熱部材を配置してもよい。図８は、本発明の変形例７における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。この変形例６の場合、筐体１１の基板２に対向する面、すなわち底部（基板２の取付面）、及び、基板２における筐体１１と対向する面は、略平坦面とする。そして、筐体１１と基板２とが対向する領域全面に熱分離部である断熱部材８４を形成する。このようにすることによって、断熱部材を感湿膜に対応する領域に配置する場合よりも、より一層加熱部が発生する熱が筐体に逃げることを抑制でき、効率的に感湿膜を加熱することができる。なお、変形例７においては、上述の実施の形態と同一箇所に関しては、同一の符号を付与して説明を省略する。

（変形例８）
また、例えば図９に示すように、加熱部は電極間に設けるようにしてもよい。図９は、本発明の変形例８における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。図９に示すように、基板２３は、筐体１との対向面の裏面、すなわち電極４が形成される面であり、その電極４の間に加熱部３１を設ける。このようにすることによって、感湿膜５の近傍に加熱部３１を配置することが可能となり、効率的に感湿膜を加熱することができる。なお、変形例８においては、上述の実施の形態と同一箇所に関しては、同一の符号を付与して説明を省略する。

なお、上述の実施の形態は、それぞれ個別で実施することも可能であるが、組み合わせて実施することも可能である。例えば、図１（ｂ）、図２に示す空気層８、８１に、柱状部材（筐体側突起、基板側突起など）を設けてもよい。また、基板２の表面であり電極４間に加熱部３１が設けられる変形例８を上述の実施の形態、変形例のいずれかに適用してもよい。

また、上述の実施の形態においては、容量式の湿度検出装置を例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、抵抗式の湿度検出装置であっても本発明の目的は達成できるものである。抵抗式の湿度検出装置の場合、感湿膜としては、湿度変化に応じて抵抗値が変化する高分子、例えばアミン系の高分子などを用いる。

本発明の実施の形態における湿度検出装置の概略構成を示す図面であり、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は断面図である。本発明の変形例１における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。本発明の変形例２における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。本発明の変形例３における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。本発明の変形例４における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。本発明の変形例５における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。本発明の変形例６における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。本発明の変形例７における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。本発明の変形例８における湿度検出装置の概略構成を示す断面図である。

符号の説明

１，１１，１２筐体、１ａ筐体側凹部、１２ｂ筐体側突起（柱状部材）、２，２１，２２，２３基板、２１ａ基板側凹部、２２ｂ基板側突起（柱状部材）、３，３１加熱部、４電極、５感湿膜、６ボンディングワイヤ、７端子、８，８１，８２空気層（熱分離部）、８３，８４断熱部材（熱分離部）、９断熱部材、１０導電性部材（柱状部材）

Claims

筐体に取付けられる基板と、
前記基板上に設けられる一対の櫛歯形状の電極と、
ポリイミド系の材料からなり、少なくとも前記一対の電極間に形成され、湿度変化に応じて比誘電率及び抵抗値のいずれか一方が変化する感湿膜と、
前記基板の表面の前記電極と同一平面上で、且つ、前記電極間に設けられるものであり、当該感湿膜を加熱する加熱部と、
前記筐体と前記基板とを熱的に分離する熱分離部と、を備え、
前記感湿膜は、前記電極間に設けられた前記加熱部を直接覆うように設けられていることを特徴とする湿度検出装置。
前記熱分離部は、前記筐体と前記基板との間に配置される空気層であることを特徴とする請求項１に記載の湿度検出装置。
前記基板は、前記筐体に対向する面であり前記感湿膜に対応する領域に基板側凹部を備えることを特徴とする請求項２に記載の湿度検出装置。
前記筐体は、前記基板に対向する面であり前記感湿膜に対応する領域に筐体側凹部を備えることを特徴とする請求項２に記載の湿度検出装置。
前記基板と前記筐体とは、複数の柱状部材を介して形成されることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の湿度検出装置。
前記柱状部材は、前記基板に形成された基板側突起であることを特徴とする請求項５に記載の湿度検出装置。
前記柱状部材は、前記筐体に形成された筐体側突起であることを特徴とする請求項５に記載の湿度検出装置。
前記筐体は、外部装置に電気的に接続される外部接続端子を備えるものであり、前記柱状部材は、導電性部材からなり、前記電極と前記外部接続端子とに電気的に接続されることを特徴とする請求項５に記載の湿度検出装置。
前記熱分離部は、前記筐体と前記基板との間に配置される断熱部材であることを特徴とする請求項１に記載の湿度検出装置。
前記基板は、前記筐体に対向する面であり前記感湿膜に対応する領域に基板側凹部を備え、前記断熱部材は、前記基板側凹部と前記筐体との間に配置されることを特徴とする請求項９に記載の湿度検出装置。
前記筐体は、前記基板に対向する面であり前記感湿膜に対応する領域に筐体側凹部を備え、前記断熱部材は、前記筐体側凹部と前記基板との間に配置されることを特徴とする請求項９に記載の湿度検出装置。
前記断熱部材は、前記筐体と前記基板とが対向する領域全面に配置されることを特徴とする請求項９に記載の湿度検出装置。
前記断熱部材は、前記筐体と前記基板との間の複数個所に配置されることを特徴とする請求項９に記載の湿度検出装置。