JPH04502965A - 静電容量式の湿度センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 静電容量式湿度センサー 本発明は、基層、第１の静電容量板としての非透湿性でかつ導電性の底層、誘電 層、及び第２の静電容量板としての透湿性でかつ導電性の最上層を具備し、前記 第１及び第２の静電容量板と組み合わせて線を接続し、誘電材料の水の分子の吸 収による誘電率の変化、従って静電容量値の変化が測定される。かかる湿度セン サーは、例えば、米国特許出願第４５３２０１６号に開示されている。

事実上、静電容量より構成されるかかるセンサーにおいては、湿度は、誘電材料 の水の分子の吸収による誘電媒体の誘電率の変化、従って静電容量値の変化の測 定により決定される。例えば、乾燥誘電層の材料の誘電率が３．５であり、水の それが約８０であるならば、吸湿による静電容量値の変化は認識しうろことが明 らかであろう。誘電層が湿気又は水を吸収するためには、最上層は水分を透過で きなければならない。

この公知のセンサーはガラス基層を有し、その上に第１の静電容量板としてタン タル板が置かれる。前記タンタル板は陽極化され、その結果、酸化タンタルより なる薄い絶縁層が得られる。前記絶縁層は、明らかに高い相対湿度において誘電 媒体を横切る抵抗損失を防止し、又は誘電媒体の構造に無関係に板間の短絡をも 防止する。電解の結果として分極ドリフトの生ずる直流の発生もまた防止される 。前述の誘電層は水分を吸収するに十分な多孔賀である。透湿性の最上層は、例 えば多孔性の金又はひび割れの入れられたクロームで構成される。クロームは、 誘電層上に蒸着されると、実際上、高い張力を有し、その結果、クローム及び誘 電体に小さなひび割れが作られる。しかし、欠点は、特に有効寿命の始めにおい て、ひび割れ作用が継続することであり、その結果として静電容量値が時間とと もに変化する。これに対抗するには後処理が必要である。

前記センサーの製造にも問題が伴う。特に、処理できる薄いガラス基層の寸法が 限定され、その結果、生産速度が限定されかつ費用がかさむ。

技術は複雑化し、仕上げられたセンサーは非常に繊細であり、更に製造の生産高 が比較的低い。多孔性の金は工業的な汚染物により影響され、またクロームひび 割れ処理は偶発的な事象に依存する。仕上げられたセンサーに関しては、測定精 度を調整するための別の用意がないという問題もある。

このセンサーのグループは、センサーの比較的高い価格を吸収でき、更にセンサ ー精度に広い許容度を与えるために電子回路を調整できかつ較正できる高価格な 装置に適している。

本発明の目的は上述の問題点を無くすことであり、更により耐久性がありかつ相 互交換を可能とするために製作後に容易に較正できる安価なセンサーを提供する ことである。

本発明に従って、基層が少なくも上述の導電性底層が腐刻された可撓性の銅積層 体であり、かつ前述の導電性の最上層が導電性の格子パターンを有する固相印刷 層を備えた透湿性の上述の形式の静電容量式湿度センサーにより、上述の目的は 達成される。

本発明によるこの実施例において、消費者市場に対する特別に安価なセンサーが 得られ、これは工業用にも適している。本発明によるこのセンサーは、乾燥及び 湿潤の両方の大気条件下で簡単に較正できる。

本発明は図面を参照し例示の実施例に基づき更に詳細に説明されるであろう。図 面において、 図１は本発明によるセンサーの実施例の層状構造の斜視図を示す。そして、 図２は図１の実施例の第２の静電容量板として作用する最上部の板の平面図を示 す。

上述のように、本発明の目的は消費者用の安価なセンサーを提供することでる。

本発明により、それ自身が優秀な材料であるガラス基層材は、例えば印刷回路板 （Ｐ　ＣＢ）にしばしば使用される銅の積層板に、事実上、置き換えられる。別 の実施例においては、前記銅積層板は、ポリシロキサンガラスの織物又は布で構 成することができる。非透湿性の底層は、これに次ぐ第２の薄い接触板が透湿性 の最上層用の接触板として作用する必要があれば、これを第１の静電容量板のよ うな積層板の銅表面に腐刻することができる。製造の後段で、前記底層と接触層 とに接続用の線が取り付けられる。

このような薄く可撓性のＰＣＢ積層板の使用は、使用がＰＣＢ製造技術で行いつ る利点を有し、得られた結果もまた薄膜ガラス基層より製造されたものよりなお 丈夫なセンサーを生み出している。また、例えば、５０Ｘ５０＝２５００個のセ ンサーが得られるような大きな基層より開始することも可能である。絶縁ポリマ ーが非透湿性の底層上の絶縁層として置かれるようなある条件下では、実際上、 背中合わせに同時に２個の基層を処理することが可能であり、その結果、１処理 工程で５０００個のセンサーを作ることが可能である。

図１は、本発明によるセンサーの構造を図解的に示す。

１は薄いＰＣＢ銅積層よりなる基層を示し、これに２個の銅層２及び３が腐刻さ れる。左側に示された層２は第１の静電容量板として作用する非透湿層であり、 層３は、第２の静電容量板として作用する透湿性の最上層４と後の製造段階で接 触させられる接触板である。最終段階で基層が切り分けられ個々のセンサーに分 離されると、接続用の線５が層２と３とに取り付けられる。

６は絶縁層として作用するポリマー被覆を示し、これは極めて薄いが活性の銅の 静電容量板２の表面を侵食と汚染とに対して保護する。層６はそれ自体が非透湿 性であるので、誘電媒体の構造に関係な（、説明された静電容量板間のいかなる 短絡も防止し、電解の結果としての分極ドリフトを生ずる直流の流れることが防 止される。この層は活性誘電体７のいわゆる「ピンホール」の発生の結果として 起こる故障を防止するであろう。ポリマー６は薄い銅の接触層３の上方には延び ていない。後者の場合は、不活性で反応しないピンホールなしの遮断ポリマーを 使用することが好ましい。

誘電層７は、繊維になしうる活性ポリマーより作られ、スクリーン印刷の手段又 は別の方法で付着させることができ、従って湿度センサーの作動に必要な充分量 の孔を含むが極めて薄い層が作られる。この方法で、湿度の影響下で静電容量値 が確実に迅速に変化する誘電「スポンジ」が得られる。従って、大きな「吸入」 及び「吐出」の面が達成される。図は、層７が接触層３の上方に（るには充分に 延びていないことを示す。しかし、別の製造方法も考えることができる。

４は全体の上に延びる第２の静電容量板としての透湿性最上層を示す。

前記最上層のうちで誘電層７の上方を延びている部分は、導電性インキで誘電層 に印刷された格子形状を持つ。

図２に示された平面図は、他のパターンも可能であるが大部分を長方形の格子パ ターンとした板７を示す。格子の開口は水分の移動を確実にする。格子１０の形 状は重要である。（導電性）インキ面の部分を最大にすれば最大の静電容量値を 与えるが、水分移動面積が充分に大きくない限り、吸収及び吐出に長い時間を要 するであろう。例えば１０ｍ＋ａ”のような比較的大きなセンサー面積で良い結 果が得られ、この場合は応答時間は一定範囲で逆の影響を受ける。

１１は、べたに印刷された形状、即ち最上板の少しも開口の無い部分を示し、こ れは基層１上の接触層３と接触するためのものである。

１２は、絶縁されて配置された小さな導電印刷領域の列を示す。コンデンサーの 構築のさい、小領域１２の前記列は、遮断ポリマーの上方だけに設置され、活性 ポリマーの上方には設置されないようにされる。これにより形成される静電静電 容量の値は最小又は零である。

製造においては、乾燥及び湿潤の両条件下とも（デルタ＝０％から１００％相対 湿度範囲）、センサーの静電容量値が正規の許容度の少し下にあるように設計さ れる。自動較正に対しては、乾燥基準環境の場合は、所要の一定の（乾燥）基準 静電容量値を得るために、導電性インキの小パッド手段により小領域１２の幾つ かが主格子に接続される。

１３は、絶縁されて配置された小さな導電印刷領域の別の列を示す。

しかし、コンデンサーの構成においては、これらは活性ポリマーの上方に設置さ れる。これらの小さな領域も、湿潤基準環境における所要のデルタ容量値を調整 するために、主格子に接続される。

以上においては、静電容量値を減らすよりは加える方が容易であると想定された 。しかし、かかる削減もレーザートリミングにより遂行することができる。

トリミング後に、導電インキのトラックが硬化される。この「印刷」方法の利点 は、正確な印刷形状を定めることができ偶発的な現象に依存することがない点で ある。トリミングは、一定値又はデルタ値の双方に対して行うことができる。も し印刷中に処理の誤りが生じたら、これらを「消去」することができ、基層のよ り高価な部分はそのまま遮断ポリマーで被覆される。

トリミングした小領域は小さな正方形として示される。これらもまたより少数で かつ例えば二つの表面領域に続けて提供できることが明らかであろう。

製造中、要求された用途に応じて、寸法をより大きくし、その結果、より長いセ ンサーを得ることにより、改良された応答速度を有するセンサーを製造すること ができる。接触面は縁表面のかなりの部分を占めので、より細長い設計は、接触 面積に対して、これが大きな活性表面を減らすことを可能とするであろう。

遮断ポリマーは高価であるので、銅積層は一方の側だけを被覆することが好まし い。これは２個の基層板を背中合わせにして同時に処理することにより最もよく 達成できる。これを行うには、接触層をマスクし又は得られた遮断層を研ぎ出す ことが必要である。積層は両側で処理し得るので、遮断層で被覆されず従って容 易にはんだ付けできる他方の側の両接触層を設け、これらを、通り穴めっきの手 段又は特別に設計された「ナイフェツジ」接触端子の手段により接続させること が可能である。

遮断ポリマーで被覆されない非活性表面の総ては、ＰＣＢ積層版の通常の保護方 法ではんだレジストで被覆することができる。

再現可能な方法で製造しつる上に特定された安価な湿度センサーは、自動車工業 における窓の曇り止めシステム、ブレーキ（シュー）システム用の空気処理シス テム、及び燃焼過程が相対湿度に強（影響される内燃機関のような多くの形式の 用途に使用可能である。

補正音の写しく翻訳文）提出書　（特許法第１８４条の８）平成３年６月２７日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．基層、第１の静電容量板としての非透湿性でかつ導電性の底層、誘電層、及 び第２の静電容量板としての透湿性でかつ導電性の最上層を具備し、前記第１及 び第２の静電容量板と組み合わせて線を接続し、水の分子の吸収による誘電率の 変化、従って静電容量値の変化が測定される静電容量式湿度センサーにして、基 層は少なくも前述の導電性の底層が腐刻された可撓性の銅積層体であり、更に前 述の導電性の最上層が導電性の格子パターンを有する固相の印刷層を備えること を特徴とする静電容量式湿度センサー。
2. ２．前述の最上層の格子パターンが導電性インキで印刷されることを特徴とする 請求範囲１による静電容量式湿度センサー。
3. ３．前述の底層及び透湿性最上層と接触する接触層が基層上で長手方向に互いに 平行に置かれ、非透湿性の絶縁層が少なくも前述の底層と誘電層との間にあり、 更に前述の最上層は誘電層の上方と接触層の上方の双方に延びていて、絶縁層が 不活性で無孔性の絶縁ポリマーであり、誘電層が適切な多孔度のある極めて薄い 層が作られるように置かれた誘電性ポリマーであり、更に前述の最上層は、適切 な静電容量値が得られかつ短時間での吸収と吐出が可能なように導電性インキ面 の領域と透湿面の領域とが適合するような格子形状を有することを特徴とする請 求範囲１による静電容量式湿度センサー。
4. ４．接触層が銅の積層体に腐刻されることを特徴とする請求範囲３による静電容 量式湿度センサー。
5. ５．銅の積層体がポリシロキサン織物材料で構成されることを特徴とする請求範 囲３による静電容量式湿度センサー。
6. ６．絶縁ポリマーが遮断ポリマーであることを特徴とする請求範囲３による静電 容量式湿度センサー。
7. ７．最上層が格子パターンの少なくも一方の側に小さなインキ領域の列を持つこ とを特徴とする請求範囲３による静電容量式湿度センサー。
8. ８．小さなインキ領域（１２）の列の下方には誘電ポリマーが設置されず絶縁ポ リマーがあり、従って、乾燥雰囲気内での静電容量値の事前較正中に、必要であ れば、小さなインキ領域を格子パターンに接続できるように仕上がりセンサーの 小さなインキ領域（１２）の列が設置されることを特徴とする請求範囲７による 静電容量式温度センサー。
9. ９．小さなインキ領域（１３）の列の下方には誘電ポリマーが設置され絶縁ポリ マーがなく、従って、湿潤雰囲気内での静電容量値の事前較正中に、必要であれ は、小さなインキ領域を格子パターンに接続できるように仕上がりセンサーの小 さなインキ領域（１３）の列が設置されることを特徴とする請求範囲７による静 電容量式湿度センサー。
10. １０．格子パターンが静電容量値の事前較正中にレーザー照射により調整される ことを特徴とする請求範囲３による静電容量式湿度センサー。