JP6539466B2 - 湿度検知ユニット - Google Patents

Description

本発明は基板に湿度センサが実装された湿度検知ユニットに関する。

湿度センサは、空気調整装置や冷蔵庫など各種電気製品や電子製品に使用されている。
特許文献１に記載されているように、湿度センサは、電極間に水分を吸収し放出する感湿性高分子が配置されている。感湿性高分子は保持している水分に応じて誘電率が変化するものであり、電極間の静電容量を測定することでこの湿度センサが晒されている外気の湿度が計測される。

湿度センサは、外気に晒される必要があるため、特許文献１では、導電ワイヤーやＩＣなどは樹脂で覆われているが、センサチップは外気に露出させた構造を採用している。

特許文献２には、ガスセンサに関する発明が記載されている。このガスセンサは、多層基板で構成された配線基板の凹部内にガス検出素子が収納されている。前記配線基板とガス検出素子が保護カバーで覆われ、この保護カバーに複数の通気孔が形成されている。

国際公開 ＷＯ２０１０／１１３７１２ Ａ１ 特開２０１２−２７２１号公報

湿度センサでは、保持される水分の量に応じて誘電率が変化する感湿性高分子を使用しているが、この感湿性高分子は異物が付着すると誘電率に影響を及ぼす課題がある。例えば異物として油脂などの有機物が付着すると、保持されている水分とは無関係に誘電率を変化させてしまい、しかも一度付着した有機物は容易に離脱しないため、湿度の測定値に常に誤差を含ませることになる。

特許文献１に記載された湿度センサはセンサチップが常に外気に晒されているため、感湿性高分子に有機物などの異物が付着する可能性が非常に高い。

また、前記湿度センサのセンサチップを特許文献２に記載されたガス検出素子に置き換えて、湿度センサのセンサチップを保護カバーで覆うことも考えられる。しかしながら、特許文献２に示す保護カバーでは貫通孔から入り込んだ異物が直接にセンサチップに触れる可能性が高い。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、湿度センサを異物が付着しにくい状態で実装できるようにした湿度検知ユニットを提供することを目的としている。

本発明は、基板の一方の表面に湿度センサが実装されている湿度検知ユニットにおいて、
前記基板に貫通穴が形成され、前記貫通穴は、内側内壁と、この内側内壁よりも前記湿度センサから離れた位置にある外側内壁と、を有しており、
前記基板の前記表面に前記湿度センサを覆うケースが装着されて、前記ケースに設けられた脚部が前記貫通穴に挿入され、前記脚部が前記外側内壁に付勢された状態で、前記ケースの側板部の少なくとも一部と前記基板の前記表面との隙間が樹脂材料で塞がれており、
前記内側内壁と前記脚部との間に、外気を前記ケース内に流入させる通気路が形成されていることを特徴とするものである。

本発明の湿度検知ユニットは、前記基板の前記表面と前記ケースの裾部との間に形成される隙間の前記表面と垂直な方向の寸法よりも、前記内側内壁から前記脚部までの前記通気路の寸法の方が広いことが好ましい。

また、前記脚部は、前記貫通穴に挿入されるときに弾性変形して前記外側内壁に押し付けられているものが好ましい。

本発明の湿度検知ユニットは、前記基板の前記表面では、前記ケースで覆われていない領域に電子素子が実装されており、前記電子素子が樹脂材料で覆われているものとして構成できる。

本発明の湿度検知ユニットは、基板の一方の表面に湿度センサが実装されると共にこの湿度センサがケースで覆われ、ケースの脚部が基板の貫通穴に装着されている。そのため、基板の前記表面側からケースの内部に異物が直接に入りにくくなっている。また、貫通穴の内部に通気路が形成されているため、外気は基板の他方の表面側から前記通気路を通じて湿度センサに与えられる。前記通気路は基板の厚さ寸法分だけ流入距離を有しているため、湿度検知ユニットを手で保持されたときなどに、指に付着している油脂などの有機物が湿度センサに届きにくくなる。そのため、湿度センサの検知精度を常に高く維持することが可能になる。

本発明の実施の形態の湿度検知ユニットの全体構造を示す斜視図、 図１に示す湿度検知ユニットの分解斜視図、 図１に示す湿度検知ユニットをＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した断面図、 図３の一部を拡大した拡大断面図、

図１ないし図４に示すように、本発明の実施の形態の湿度検知ユニット１は、基板２を有している。基板２はガラスエポキシ基板であり、各図において上に向けられている第１の表面２ａと、これとは逆に下に向けられている第２の表面２ｂを有している。第１の表面２ａには、銅箔により配線パターンが形成されている。以下で説明する湿度センサ５や各種電子素子は、配線パターン上に接続されており、湿度センサ５と各種電子素子ならびに配線パターンとで電子回路が構成されている。

図２と図３に示すように、基板２の第１の表面２ａに湿度センサ５が実装されている。湿度センサ５は湿度センサチップであり、小基板の表面に設けられた対を成す電極と、この電極間に挟まれた感湿性高分子を有している。

対を成す電極は、小基板の表面の面に沿う方向に間隔を空けて配置されて、前記表面において電極と電極の間の感湿性高分子が配置されている。あるいは、小基板の表面と垂直な方向へ、電極と感湿性高分子と電極の順に立体的に重ねられて配置されている。

感湿性高分子は外気の湿度に応じて水分を吸収しまた水分を放出する機能を有しており、感湿性高分子は含まれる水分の量によって誘電率が変化する。湿度センサ５では、小基板上で前記感湿性高分子が外気に晒されている。

湿度センサ５は、小基板の下面に前記電極と電気的に接続されている 複数の端子部が形成されており、それぞれの端子部が、第１の表面２ａに形成された配線パターンに半田付けされている。

基板２の第１の表面２ａには、湿度センサ５と並んで、ＩＣ素子などの電子素子６ａ，６ｂが実装されている。この電子素子６ａ，６ｂの端子部も、第１の表面２ａに形成された配線パターンに半田付けされている。

第１の表面には、湿度センサ５と電子素子６ａ，６ｂを覆うケース１０が装着される。ケース１０は合成樹脂で形成されまたは金属板で形成される。実施の形態のケース１０は合成樹脂製である。ケース１０は、下方が開口した立方体であり、天井板部１０ａと４つの側板部１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅを有している。

ケース１０の対向する２つの側板部１０ｂと１０ｃには、ケースの裾部１２から下向きに突出する脚部１１が一体に形成されている。脚部１１の下端部には、ケース１０の外側方向へ突出する掛止爪１１ａが一体に形成されている。

図２と図３に示すように、基板２には一対の貫通穴３，３が形成されている。貫通穴３，３は、湿度センサ５と電子素子６ａ，６ｂが実装されている領域を挟む位置に形成されている。 図２に示すように、それぞれの貫通穴３，３の開口形状は矩形（長方形）である。

図３と図４に示すように、それぞれの貫通穴３は、ケース１０の外面側に位置する外側内壁３ａと、ケース１０の内側に位置する内側内壁３ｂとを有している。

ケース１０は、湿度センサ５と電子素子６ａ，６ｂを覆うようにして基板２の第１の表面２ａに装着される。このとき、一対の脚部１１，１１が基板２に形成された貫通穴３，３の内部に挿入される。脚部１１は弾性を有しており、互いの間隔を狭めるように外力を与えた状態で貫通穴３に挿入される。よって、貫通穴３に挿入された後の脚部１１には、貫通穴３の外側内壁３ａに向く弾性力Ｅが与えられ、脚部１１が外側内壁３ａに加圧された状態で、脚部１１の下端部の掛止爪１１ａが、基板２の第２の表面２ｂに掛止される。

図４に拡大して示すように、脚部１１が外側内壁３ａに加圧されている結果、貫通穴３の内側内壁３ｂと脚部１１との間に通気路４が形成される。この通気路４は、脚部１１の内面側に開口しているため、基板２の第２の表面２ｂ側の外気Ａが、通気路４を通って、ケース１０の内部空間に導かれて、湿度センサ５に与えられる。

図４に示すように、ケース１０の裾部１２と基板２の第１の表面２ａとの間に隙間δ２が形成される部分があるが、この隙間δ２に対し、前記通気路４の幅寸法δ１の方が広く形成されている。図１と図３および図４に示すように、第１の基板２の第１の表面２ａでは、ケース１０の側板部１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｄの下端部と第１の表面２ａとの間に樹脂材料１３が供給されて、前記裾部１２と第１の表面２ａとの間の前記隙間δ２が塞がれている。

前記樹脂材料１３は耐湿性すなわち耐水性を有する樹脂が好ましく、ポリイミド系やエポキシ系樹脂で構成される。前記樹脂材料１３が塗布されることによって、ケース１０の裾部１２と第１の表面２ａとの隙間δ２を封止でき、第１の表面２ａ側からケース１０の内部に異物などが混入しにくくなる。

前記樹脂材料１３は、側板部１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅの全域で、ケース１０の裾部１２の全周を塞ぐことが好ましい。ただし、裾部１２と第１の表面２ａとの隙間δ２が狭い箇所には塗布せず、樹脂材料１３を必要な箇所に部分的に塗布してもよい。

図２に示すように、貫通穴３，３が、湿度センサ５と電子素子６ａ，６ｂが実装されている領域を挟む位置に形成されているため、貫通穴３，３に脚部１１，１１が挿入されたときに、脚部１１，１１を貫通穴３，３の外側内壁３ａに付勢する弾性力Ｅが、一対の脚部１１，１１どうしを互いに外側内壁３ａに向けて押し付ける方向に働くようになり、ケース１０をガタつきなく（確実に）基板２に固定することができるとともに、脚部１１，１１と内側内壁３ｂとの間に外気をケース１０内部に流入する通気路を確実に形成することができる。

図１と図２に示すように、基板２の第１の表面２ａには、ケース１０の外側にも電子素子２１が実装されている。電子素子２１は、抵抗器やコンデンサなどのチップ電子部品またはＩＣ素子などである。これら電子素子２１は、第１の表面２ａに形成された配線パターンに接続されている。これら電子素子２１は樹脂材料２３で覆われているが、この樹脂材料２３は、前記樹脂材料１３と同じ材料で形成されている。

基板２の第１の表面２ａにはコネクタ部２５が形成されて、各配線パターンがこのコネクタ部２５に接続されている。また、基板２に必要に応じて取付け穴２６が開口している。

前記湿度検知ユニット１は、各種電気製品や電子機器の内部に収納され、取付け穴２６などを利用して基板２が製品内部に固定される。

湿度検知ユニット１は湿度を測定しようとする外気が触れる場所に設置される。外気Ａは基板２の第１の表面２ａからケース１０の内部に入り込むことはほとんどなく、図４に示すように、基板２の第２の表面２ｂ側から、基板２を貫通する貫通穴３の内部の通気路４を経て、ケース１０の内部に浸入する。ケース１０から延びる脚部１１は弾性力Ｅによって貫通穴３の外側内壁３ａに押し付けられているため、内側内壁３ｂと脚部１１との間に、ケース１０の内部に通じる通気路４を確実に開口させることができる。

ただし、通気路４は基板２の厚さ分だけの経路長を有しており、第２の表面２ｂ側の外気がこの通気路４の内部を通過してからケース１０の内部に至るため、油脂やその他の有機物などの異物が、第２の表面２ｂ側から湿度センサ５に届きにくい。一方で、基板２の第１の表面２ａの至った異物は、樹脂材料１３で阻止されてケース１０の内部に入りにくくなる。

そのため、湿度センサ５に設けられた感湿性高分子に異物が付着する可能性を低くでき、湿度センサ５の検知精度を高く維持することが可能になる。

１ 湿度検知ユニット
２ 基板
２ａ 第１の表面
２ｂ 第２の表面
３ 貫通穴
３ａ 外側内壁
３ｂ 内側内壁
４ 通気路
５ 湿度センサ
６ａ，６ｂ，２１ 電子素子
１０ ケース
１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ 側板部
１１ 脚部
１１ａ 掛止爪
１２ 裾部
１３，２３ 樹脂材料

Claims (4)

1. 基板の一方の表面に湿度センサが実装されている湿度検知ユニットにおいて、
   前記基板に貫通穴が形成され、前記貫通穴は、内側内壁と、この内側内壁よりも前記湿度センサから離れた位置にある外側内壁と、を有しており、
   前記基板の前記表面に前記湿度センサを覆うケースが装着されて、前記ケースに設けられた脚部が前記貫通穴に挿入され、前記脚部が前記外側内壁に付勢された状態で、前記ケースの側板部の少なくとも一部と前記基板の前記表面との隙間が樹脂材料で塞がれており、
   前記内側内壁と前記脚部との間に、外気を前記ケース内に流入させる通気路が形成されていることを特徴とする湿度検知ユニット。
2. 前記基板の前記表面と前記ケースの裾部との間に形成される隙間の前記表面と垂直な方向の寸法よりも、前記内側内壁から前記脚部までの前記通気路の寸法の方が広い請求項１記載の湿度検知ユニット。
3. 前記脚部は、前記貫通穴に挿入されるときに弾性変形して前記外側内壁に付勢されている請求項１または２に記載の湿度検知ユニット。
4. 前記基板の前記表面では、前記ケースで覆われていない領域に電子素子が実装されており、前記電子素子が樹脂材料で覆われている請求項１ないし３のいずれかに記載の湿度検知ユニット。

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