JPH05149901A - 湿度センサー - Google Patents

湿度センサー

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JPH05149901A
JPH05149901A JP34169491A JP34169491A JPH05149901A JP H05149901 A JPH05149901 A JP H05149901A JP 34169491 A JP34169491 A JP 34169491A JP 34169491 A JP34169491 A JP 34169491A JP H05149901 A JPH05149901 A JP H05149901A
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temperature
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Yuji Ando
有司 安藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 検出感度及び検出応答性を向上した湿度セン
サーを提供すること。 【構成】 同一基板上10に、外部雰囲気中の湿度が検
出可能な構造とされた第1の感温素子4と外部雰囲気か
ら遮断させるべく密封構造とされた第2の感温素子5を
一体的に形成する。前記基板10は金属製のハーメチッ
クシールにマウントし、前記第1及び第2の感温素子
4、5はほぼ同一温度に自己加熱されるようにする。前
記ハーメチックシールは多数の孔を開口した金属製のキ
ャップあるいは金属製のメッシュで封止する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、検出感度及び検出応答
性を向上した湿度センサーに関する。
【0002】
【従来の技術】近年では各種のセンサーが開発され、種
々の分野において使用されている。例えば家電製品であ
る電子レンジもその一例に漏れず、温度センサーや湿度
センサーが使用されている。一般的に使用されている湿
度センサーの一例としては、図5(A),(B)に示す
ような構造のものが挙げられる。この図に示してあるも
のは、第1及び第2の感温素子をそれぞれ独立して設け
たものである。第1及び第2の感温素子としては例えば
サーミスタなどが使用されている。2つの感温素子によ
って湿度を検出するには、一方側を外部雰囲気にさら
し、また他方側は逆に外部雰囲気から遮断するように構
成する必要がある。このような構造とする必要があるの
は、湿度の検出原理に基づくものである。つまり両サー
ミスタはそれぞれ自己発熱するようになっており、これ
によって両サーミスタは同一の環境においては共にほぼ
同一の温度となるようになっている。このようなサーミ
スタの一方は外部雰囲気中の温度変化を検出しうるよう
にし、他方は外部雰囲気の温度変化に影響されないよう
に外部雰囲気から遮断しておけば、両検出値の差,つま
り両サーミスタが呈する抵抗値の差は、雰囲気中の絶対
湿度に関連した値となる。これは、外部雰囲気中に露呈
されているサーミスタは湿度変化による熱伝達係数の変
化をそれに設けられている感熱抵抗の抵抗値の変化とし
て検出することとなり、外部雰囲気から遮断されている
サーミスタは外部雰囲気の温度変化による熱伝達係数の
変化をそれに設けられている感熱抵抗の抵抗値の変化と
して検出することとなるからに他ならない。
【0003】以上のような検出原理であるから、図5に
示した湿度センサーにおける一方のサーミスタには、外
部雰囲気中の湿度を検出できるようにするために外部雰
囲気と連通させるための孔1aが複数開口された金属製
キャップ1が装着され、他方のサーミスタには外部雰囲
気と遮断するために密閉構造の金属製キャップ2が装着
されている。尚、これらのサーミスタはハーメチックシ
ール3aにマウントされる。また、外部雰囲気とは遮断
されるサーミスタは他方のサーミスタの温度補償用であ
るから、両サーミスタの温度が等しくなるようにハーメ
チックシール3aにマウントされた両サーミスタは金属
製の均熱板3に保持されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の湿度センサーにあっては、サーミスタなどの
感温素子が独立して設けられているから、その各々を単
独で金属製キャップによって封止する必要があり、構成
部品数が多い。また、湿度の検出精度を維持するために
は両感温素子はその熱応答性を一致させる必要があるこ
とから、同一形状の金属製キャップを用いているが、湿
度の検出感度は感温素子が直接外部雰囲気内に置かれた
場合が最良であるから、このような金属製キャップを用
いることは湿度の検出感度および応答性を犠牲にしてい
るものといえる。本発明は、このような従来の湿度セン
サーの問題点を解消するために成されたものであり、同
一基板上にそれぞれ構造の異なる2つの感温素子を形成
し、これらの感温素子の封止は外部雰囲気との連通性が
良好な金属製のキャップあるいはメッシュによって行な
っている湿度センサーの提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明は、同一基板上に第1及び第2の感温素子が一
体的に形成され、該第1の感温素子は外部雰囲気中の湿
度が検出可能な構造とされ、該第2の感温素子は外部雰
囲気から遮断させるべく密封構造とされ、前記基板は金
属製のハーメチックシールにマウントされており、前記
第1及び第2の感温素子はほぼ同一温度に自己加熱され
るように構成され、外部雰囲気中の湿度変化に基づく第
1及び第2の感温素子における検出値の変化に基づいて
絶対湿度を検出する湿度センサーであって、前記ハーメ
チックシールは外部雰囲気への連通孔が開口されている
金属製キャップで封止されていることを特徴とする。ま
た、同一基板上に第1及び第2の感温素子が一体的に形
成され、該第1の感温素子は外部雰囲気中の湿度が検出
可能な構造とされ、該第2の感温素子は外部雰囲気から
遮断されるべく密封構造とされ、前記基板は金属製のハ
ーメチックシールにマウントされており、前記第1及び
第2の感温素子はほぼ同一温度に自己加熱されるように
構成され、外部雰囲気中の湿度変化に基づく第1及び第
2の感温素子における検出値の変化に基づいて絶対湿度
を検出する湿度センサーであって、前記ハーメチックシ
ールは金属製のメッシュで封止されていることを特徴と
する。
【0006】
【作用】以上のように構成された本発明の湿度センサ
は、同一基板上に、外部雰囲気中の湿度が検出可能な構
造とされた第1の感温素子と外部雰囲気から遮断させる
べく密封構造とされた第2の感温素子が一体的に形成さ
れているから、2つの素子間の均熱性は非常に優れてい
る。このために、蒸気結露が原因で生じるリード線の電
蝕防止用のキャップとして、複数の孔が開いた金属製の
キャップや金属製のメッシュの使用が可能となる。この
ようなキャップを用いても、上記のように均熱性が良好
であるから、両感温素子の熱応答性は常に一致してお
り、検出感度を低下させることなく検出精度及び応答性
を向上させることができる。
【0007】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。図1(A),(B)は本発明の湿度センサーの素
子構造を示す図であり、(A)はその斜視図、(B)は
X−X’断面図である。図に示す湿度センサーは、同一
特性のマイクロブリッジ素子4あるいはカンチレバー素
子5を同一基板内に形成し、かつ2つのマイクロブリッ
ジあるいはカンチレバーを同時にSi異方性エッチング
して製作したブリッジ構造のキャップ7で気密封止して
1つの素子として構成されている。マイクロブリッジ側
には外部雰囲気の水蒸気の出入りが可能なように微小孔
6が形成してあり、カンチレバー側は外部雰囲気の水蒸
気の出入りを完全に絶つように気密封止の構造とされて
いる。このような構造のセンサーの出力端子からは水蒸
気変動によるもののみが高精度で出力されることにな
る。このような構造の湿度センサーは次のようにして製
造される。まず、第1の感温素子であるセンサ、第2の
感温素子であるリファレンス素子の製作に関しては、2
つのマイクロブリッジ素子4あるいはカンチレバー素子
5を同一基板10上に形成して、1ユニットとして1つ
の本体素子とする。次にキャップ7の製作は、熱酸化に
より基板全面にSiO2 膜を形成したSi基板にエッチ
ングによりキャップ7の2つの空洞8、9及びセンサ側
の水蒸気の出入り可能な微小孔6が形成できるように基
板の表裏面にフォトリソグラフィー技術と化学エッチン
グあるいはドライエッチング技術によりSiO2 膜をエ
ッチングしパターン化する。この後SiO2 のエッチン
グにより露出したSi部を本体素子と同様にアルカリ溶
液により異方性エッチングすることによって行なう。最
後にこうして得られたキャップ7と本体素子の接合を行
なって感温素子が製作される。この接合は具体的には低
融点のガラスなどの接合媒体11を用いて行なわれる。
すなわち、キャップの接合パターン部にスクリーン印刷
法あるいは塗布法などによって低融点のガラス11をパ
ターン形成し、これを本体素子と位置合わせして極低温
の雰囲気炉内で焼成結合する。こうして接合の完了した
素子を公知のTOパッケージ等に搭載して電極部12に
ワイヤーボンディングして最終的な素子を作る。この素
子を用いて水蒸気の変化を高精度で検出する。尚、上記
の感温素子には白金薄膜抵抗体が使用されており、感温
部をブリッジ構造とするのは、発熱効率を向上させるた
めである。この湿度センサーの大きさは5mm角程度で
あり、この2つの感温素子間の均熱性は非常に優れてい
る。また上記のギャップをつけるのは、検出対象が湿度
であることから、常に結露による電蝕を考慮する必要が
あり、湿度のセンサー部への到達をある程度制限する必
要があるからである。
【0008】図2から図4までは、本発明にかかる湿度
センサーの各種の態様を示すものである。図2は、湿度
センサーをハーメチックシールにマウントした場合の状
態を示している。湿度センサー13は図示の通りハーメ
チックシール15に取り付けられ、これとはハーメチッ
クシール15に取り付けられているリード線部16にワ
イヤー14によって接続される。そして、図3に示すよ
うに、この湿度センサー13を覆うようにハーメチック
シール15には複数の孔17aが開口された金属製のキ
ャップ17が取り付けられる。また、この金属製のキャ
ップ17に代えて図4に示すように、金属メッシュ18
が取り付けられる。この金属メッシュ18はそれ自体で
はハーメチックシール15との装着性がないから、メッ
シュ押え金具19によって取り付けられる。このような
構造とすることによって、湿度センサー13に金属製の
カバーを装着したとしても、そのカバーは湿度センサー
13の検出精度や応答性にはなんら関係がなくなること
となり、非常に高精度の検出を迅速に行なえるようにな
る。従来では、構造上、両側の感温素子の熱応答性を一
致させるために上述のギャップ構造に制約があったが、
本発明のものでは、センサー部の均熱性が優れているた
めに、このセンサーの設置条件と必要とされる応答性に
より金属製のキャップで封止でき、このキャップは上記
のように複数の孔があいているものや、メッシュ状のも
のが使用可能となる。このメッシュ状のものは、電子レ
ンジに使用したときでも十分な信頼性が確認されてお
り、応答性を重視する場合にはメッシュタイプのもの
を、コストを重視する場合には金属製キャップのもの
を、それぞれ使い分けることができる。
【0009】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明によれば、同一基板上にそれぞれ構造の異なる2つの
感温素子を形成し、これらの感温素子の封止は外部雰囲
気との連通性が良好な金属製のキャップあるいはメッシ
ュによって行なったから、両感温素子の熱応答性は常に
一致しており、検出感度を低下させることなく検出精度
及び応答性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の湿度センサーの素子構造を示す図であ
り、(A)はその斜視図、(B)は(A)のX−X’断
面図である。
【図2】本発明に係る湿度センサーをハーメチックシー
ルにマウントした場合の状態図である。
【図3】本発明にかかる湿度センサーの金属製キャップ
の第1の態様を示す図である。
【図4】本発明にかかる湿度センサーの金属製キャップ
の第2の態様を示す図である。
【図5】従来の湿度センサーの構造図である。
【符号の説明】
4:マイクロブリッジ素子(第1の感温素子) 5:カンチレバー素子(第2の感温素子) 6:孔 7:キャップ 8、9:空洞 10:基板 11:接合媒体 12:電極部 13:湿度センサー 14:ワイヤ 15:ハーメチックシール 16:リード線部 17:穴あき金属製キャップ 18:金属製メッシュ 19:メッシュ押え金具

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同一基板上に第1及び第2の感温素子が
    一体的に形成され、該第1の感温素子は外部雰囲気中の
    湿度が検出可能な構造とされ、該第2の感温素子は外部
    雰囲気から遮断させるべく密封構造とされ、前記基板は
    金属製のハーメチックシールにマウントされており、前
    記第1及び第2の感温素子はほぼ同一温度に自己加熱さ
    れるように構成され、外部雰囲気中の湿度変化に基づく
    第1及び第2の感温素子における検出値の変化に基づい
    て絶対湿度を検出する湿度センサーであって、前記ハー
    メチックシールは外部雰囲気への連通孔が開口されてい
    る金属製キャップで封止されていることを特徴とする湿
    度センサー。
  2. 【請求項2】 同一基板上に第1及び第2の感温素子が
    一体的に形成され、該第1の感温素子は外部雰囲気中の
    湿度が検出可能な構造とされ、該第2の感温素子は外部
    雰囲気から遮断されるべく密封構造とされ、前記基板は
    金属製のハーメチックシールにマウントされており、前
    記第1及び第2の感温素子はほぼ同一温度に自己加熱さ
    れるように構成され、外部雰囲気中の湿度変化に基づく
    第1及び第2の感温素子における検出値の変化に基づい
    て絶対湿度を検出する湿度センサーであって、前記ハー
    メチックシールは金属製のメッシュで封止されているこ
    とを特徴とする湿度センサー。
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