JP6965995B2 - 複合センサー - Google Patents
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Description
図1は、実施の形態1の複合センサーの構成を示す斜視図である。図2は、実施の形態1の複合センサーの湿度センサー部の電極形成面を示した平面図である。図3は、図1におけるIII−III断面における断面図である。
なお、湿度センサーと一体化する温度センサーはPtの電気抵抗変化を用いたものでもよい。図5は、湿度センサーと温度センサーとを一体化させたセンサー素子の変形例を示した図である。Pt温度センサー部66の作製は、湿度センサー部61作製のプロセスに並行して行なう。上記方法と同様にポリイミド前駆体シートを形成し、湿度センサー用電極を印刷した面とは逆側にPtペーストを印刷し、温度センサー部66のパターニングを行なう。このシートを目的サイズになるようにカットし、空気雰囲気下で350℃、1時間の焼成を行なうことによって、図5に示すセンサー素子(1−2)を得ることができる。このPt温度センサー部66の25℃〜85℃の温度係数を測定したところ、3800ppm/Kであり、一般的なPt温度センサーと同等の特性が得られる。なお、Pt温度センサー部66の形成は、蒸着法やスパッタ法などの一般的な薄膜または厚膜形成方法で行なってもよい。
実施の形態1では、湿度センサーとして容量変化型のものを使用したが、実施の形態2では、抵抗変化型の湿度センサーと、温度センサーを、それぞれのGNDを共通化した3端子構造で一体化させる。抵抗変化型湿度センサー材料としては、知られているAl2O3、TiO2、SiO2、SnO2、ZnO、In2O3、ポリマー材料(高分子電解質や導電性ポリマーなど)、などを使用することができる。
実施の形態3では、湿度センサーとして静電容量型湿度センサーを用い、湿度センサー用の電極として、感湿部材に覆われた内部電極を有する点が特徴である。内部電極の形状は、平板状、くし歯状、ミアンダ状などの形状にする。また、これらの電極を任意の組み合わせで複数層形成してもよい。
実施の形態4では、静電容量型湿度センサー用の電極として、湿度センサー材料内部に内部電極を有し、この内部電極の形状をコイル状にする。また、内部電極としては、平板状、くし歯状、ミアンダ状などの電極形状のものと組み合わせを用いたりしてもよく、これらの電極を複数層形成してもよい。
実施の形態5では、複合センサーの構成において、湿度センサー部の感湿部材として、湿度センサー材料と、湿度センサー材料とは誘電率が異なる材料とのコンポジット材料を用いる。誘電率が異なる材料は、湿度センサー材料より比誘電率が高い。湿度センサー材料としては、例えば、ポリイミド、ポリアミドイミド、ポリアミド、酢酸酪酸セルロース(CAB)、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)、クロトン酸ビニル、ポリエチレンテレフタラート及びこれらの混合物などを使用できる。また、比誘電率が高い材料としては、BaTiO3、Pb(Zr,Ti)O3、(K,Na)NbO3、CaCu3Ti4O12などのセラミックス誘電体材料などを使用できる。また、コンポジット材料の各成分は、湿度センサー材料と誘電体材料が均一に混ざっていても、不均一に混ざっていても、局在していても良い。
実施の形態6では、湿度センサー材料と、湿度センサー材料より比透磁率が高い材料とのコンポジット材料を用いた感湿部材について検討する。比透磁率が高い材料としては、各種フェライト(スピネルフェライト、六方晶フェライト、ガーネットフェライトなど)、各種セラミックス磁性体材料(酸化鉄など)、パーマロイ、各種ステンレス鋼、各種金属磁性体材料(FePt、PtCo、FeCo、Ni、Feなど)などを使用することができる。また、コンポジット材料の各成分は、湿度センサー材料と磁性体材料が均一に混ざっていても、不均一に混ざっていても、局在していても良い。
実施の形態7では、実施の形態5(湿度センサー材料と誘電体材料のコンポジット)と実施の形態6(湿度センサー材料と磁性体材料のコンポジット)の組み合わせについて検討する。すなわち、湿度センサー材料と、湿度センサー材料より誘電率の高い誘電体材料と、磁性体材料とのコンポジット材料を湿度センサー部の感湿部材に使用する。
誘電体や磁性体材料の量を多くすることで静電容量やインダクタンスが大きくなるというメリットがある一方で、これらの材料は湿度に対して応答しないので、湿度変化に対する感度が悪くなるというデメリットもある。そこで、実施の形態8では、湿度センサー部の素子の中心部分で誘電体や磁性体の割合を高くする一方で、湿度センサー部の素子の表面付近ではポリイミドの割合を高くする。
実施の形態8の複合センサーは、湿度センサー部の感湿部材は、第1部分と、第1部分よりも湿度センサー部の主面(外表面)の近くに配置され、湿度センサー材料(ポリイミド等)の割合が第1部分よりも高い第2部分とを含む点が特徴であった。
Claims (9)
- 温度に応じて抵抗率が変化する感温部材を含む温度センサーと湿度に応じて静電容量または抵抗率が変化する感湿部材を含む湿度センサーとを一体化した複合センサーであって、
前記温度センサーと前記湿度センサーに共通して用いられる第1端子と、
前記第1端子との間で前記感温部材の電気的特性を測定可能に配置された第2端子と、
前記第1端子との間で前記感湿部材の電気的特性を測定可能に配置された第3端子とを備え、
前記感温部材は、前記感湿部材に積層して配置され、
前記第1端子は、前記複合センサーの積層方向に沿う面に形成される、複合センサー。 - 前記複合センサーは、直方体の形状を有し、
前記直方体は、前記複合センサーの積層方向に沿う第1〜第4面を含み、
前記第1端子は前記第1面に形成され、
前記第3面は、前記第1面と反対側の面であり、
前記第3端子は、前記第3面に形成される、請求項1に記載の複合センサー。 - 前記第2端子は、前記積層方向に直交する面に形成される、請求項1または2に記載の複合センサー。
- 前記第1端子は、接地端子であり、
前記第1端子と前記第2端子との間には、直流電圧源が接続され、
前記第1端子と前記第3端子との間には、交流電圧源が接続される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合センサー。 - 前記第1端子に電気的に接続された第1電極と、
前記第3端子に電気的に接続された第2電極とをさらに備え、
前記第1電極は、
前記感湿部材に覆われた第1主面と、前記感湿部材に覆われた第2主面とを有する第1内部電極部を含み、
前記第2電極は、
前記感湿部材に覆われた第3主面と、前記感湿部材に覆われた第4主面とを有する第2内部電極部を含み、
前記第1内部電極部と前記第2内部電極部とは前記感湿部材を挟んで配置される、請求項1に記載の複合センサー。 - 前記感湿部材は、湿度の変化に応じて静電容量が変化する第1材料と、前記第1材料と誘電率が異なる第2材料とを含む複合材料で形成される、請求項1に記載の複合センサー。
- 前記感湿部材は、湿度の変化に応じて静電容量が変化する第1材料と、磁性体である第2材料とを含む複合材料で形成される、請求項1に記載の複合センサー。
- 前記感湿部材は、湿度の変化に応じて静電容量が変化する第1材料と、前記第1材料と誘電率が異なる第2材料と、磁性体である第3材料とを含む複合材料で形成される、請求項1に記載の複合センサー。
- 前記感湿部材は、
第1部分と、
前記第1部分よりも前記感湿部材の主面の近くに配置され、前記第1材料の割合が前記第1部分よりも高い第2部分とを含む、請求項6〜8のいずれか1項に記載の複合センサー。
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