JPH0658320B2 - 湿度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は湿度センサに関する。

(ロ) 従来の技術 湿度検出体として感湿セラミック等の如く湿度による電
気的特性の変わるものが知られている。この検出体は、
気体−固体界面の電気特性を利用するものであり、従っ
てその界面が大気にさらされ、汚染等の影響を受けやす
く、長期安定性に欠ける。これに対し、特開昭５６−４
２１２６号公報に開示された如き、毛髪やナイロンの様
な感湿伸縮体は長期的に安定である半面、その伸縮を電
気信号に変換し難い。

(ハ) 発明が解決しようとする問題点 本発明は感湿伸縮膜を用い、かつその伸縮を容易にしか
も敏感に電気信号に変換できる湿度センサを提供するも
のである。

(ニ) 問題点を解決するための手段 本発明の湿度センサは、半導体薄板と、この薄板に被着
された感湿伸縮膜と、上記半導体薄板の撓み量を検出す
る手段とを備え、上記伸縮膜は、該膜の伸縮自由度の大
きい方向に配向処理されていることを特徴とする。

こゝに配向とは、上記伸縮膜を構成する分子が特定方向
に並ぶことを意味する。

上記半導体薄板の全周縁が、より大なる厚みの基部によ
り支持されている場合、上記配向は、上記半導体薄板の
中央を中心とする放射状配置にあることが好ましい。

上記半導体薄板の１部端縁が、より大なる厚みの基部に
より支持されている場合、上記配向は、上記１部端縁か
ら、この端縁と対向する上記半導体薄板の自由端に向う
直線上に沿うことが好ましい。

(ホ) 作用 本発明湿度センサにあっては、感湿伸縮膜が被測定雰囲
気の湿度に応じて伸縮し、その伸縮力が半導体薄板を撓
わませる。この撓わみ量は撓わみ量検出手段で検出され
電気信号に変換される。

感湿伸縮膜の伸縮率は、その配向方向に沿って最も大き
く、従って、伸縮自由度の大きい方向に一致して配向さ
れた感湿伸縮膜は、被測定雰囲気の湿度に応じて敏感に
伸縮し、効率良くその伸縮力を半導体薄板に伝える。

(ヘ) 実施例 第１図に示す実施例装置は、シリコンダイアフラム型圧
力センサペレット(1)を含む。このペレットは、それ自
体特公昭５８−７１７９号公報等によって周知の如く、
シリコンダイアフラムにおける半導体ピエゾ効果を利用
したものである。本実施例におけるペレット(1)は、よ
り具体的には、約４mm角の平面を持つＮ型単結晶シリコ
ンからなり、厚さ約３００μｍの方形環状基部(2)と、
この基部と一体的に連なる厚さ約１０μｍの薄板からな
るダイアフラム(3)とを有する。ダイアフラム(3)には拡
散によりＰ型のピエゾ抵抗領域（4a）〜（4d）が形成さ
れており、各領域に連なる配線路(5)(5)…が拡散や蒸着
で形成されている。

ペレット(1)はその基部(2)においてヘッダ(6)に接着さ
れ、ヘッダ(6)に植設されたリードピン(7)(7)…とペレ
ットの配線路(5)(5)…とを金属細線(8)が結ぶ。

感湿伸縮膜(9)は、厚みが約２０μｍのナイロンからな
り、ダイアフラム(3)の裏面に被着されている。従って
感湿伸縮膜(9)の伸縮はダイアフラム(3)を歪ませる。
尚、感湿伸縮膜(9)は、後に更に説明される。

ヘッダ(6)に固定されたケース(10)はセンサペレット(1)
を気密包囲し、一方、感湿伸縮膜(9)はヘッダ(6)の中央
開口(11)を通じて被測定雰囲気に接する。

よって、感湿伸縮膜(9)が被測定雰囲気の湿度に応じて
伸縮すると、ダイアフラム(3)が歪み、それに応じてピ
エゾ抵抗領域（4a）〜（4d）の抵抗値が変化する。各ピ
エゾ抵抗領域（4a）〜（4d）は、通常の如く、リードピ
ン(7)(7)…を通じて外部にて抵抗ブリッジ結合され、こ
のブリッジの出力電圧値を読むことによりダイアフラム
(3)の歪度、即ち湿度を測定できる。

本実施例の特徴は、感湿伸縮膜(9)が第２図中点線で示
す如く、ダイアフラム(3)の中央を中心とする放射状配
置で配向されていることにある。斯る膜(9)の形成に際
しては、ペレット(1)を上下逆の状態に配すると共に、
スピンナを用いてダイアフラム(3)の中央を回転中心と
してペレット(1)を高速回転し、その回転時、ヘキサフ
ルオロイソプロパノール等の溶済で液状となしたナイロ
ンをダイアフラム(3)上に滴下する。このとき、液状ナ
イロンは遠心力にて上記放射状に拡がり、このため、そ
の後の乾燥により感湿伸縮膜(9)を構成するナイロンは
上記放射状に配向することとなる。

感湿伸縮膜の伸縮率は、その配向方向に沿って最も大き
いが、その配向方向を、感湿伸縮膜の伸縮自由度の大き
い方向に一致させることが重要である。

実施例の如く、ダイアフラム(3)の全周縁が、基部(2)に
より支持されている場合、感湿伸縮膜(9)の伸縮自由度
は、上記放射方向において最も大きい。このことは、第
３図中、一点鎖線で示す如く、方形環状基部(2)の対向
辺（2a）（2b）に平行な方向(A)における膜の伸縮自由
度と比較することにより容易に理解される。即ち、基部
(2)の周辺に近いほど、膜(9)は伸縮し難く、よって、対
向辺（2a）（2b）に平行な方向(A)では、膜(9)のほゞ中
央部のみが最も伸縮し易いのに較べ、上記放射方向で
は、膜(9)は、その全ての方向において最も伸縮し易
く、こゝに、その方向の伸縮自由度はより大きいという
ことができる。

従って、感湿伸縮膜の伸縮率が大きな配向方向と、膜の
伸縮自由度の大きな方向とを一致させることは、湿度に
応じた感湿伸縮膜(9)の伸縮量をより大となし、その分
ダイアフラム(3)の撓み量が大きくなって、センサの感
度が向上する。

第４図に他の実施例として、カンチレバー型の湿度セン
サを示す。この場合、エッチング加工によりシリコン基
部(2)より一体に張り出すシリコン薄板状カンチレバー
(20)を設け、このレバー(20)表面に第１図の場合と同様
のピエゾ抵抗を形成すると共に、上記表面全体に同様の
感湿伸縮膜(9)を被着する。

膜(9)の形成に際し、カンチレバー(20)の表面に、この
レバーの長手方向に平行に多数の凹凸条を設け、斯るカ
ンチレバー表面に液状ナイロンを塗布し乾燥することに
より、感湿伸縮膜(9)は、カンチレバー(20)の長手方向
に配向する。

この実施例の如く、基部(2)からカンチレバー(20)の自
由端に向う方向（即ち長手方向）において、膜(9)の伸
縮自由度がより大きく、従って、膜(9)の配向方向と伸
縮自由度の大となる方向とが一致していることにより、
この場合もセンサ感度が向上する。

上記実施例において、半導体薄板、即ちカンチレバー(2
0)の撓み量の検出手段としてピエゾ抵抗が用いられた
が、斯る検出手段の他の例として、第５図に示す如く、
カンチレバー(20)の裏面及びそれと対向するヘッダ(6)
の表面に、夫々電極膜(21)(22)を設け、カンチレバー(2
0)の撓みによる、これら両電極間の距離変化、即ち両電
極間の静電容量変化によりカンチレバー(20)の撓み量を
検出してもよい。

又、上記各実施例において、感湿伸縮膜(9)の材料とし
てナイロンが用いられたが、その他の高分子、例えば紫
外線硬化樹脂 あるいはセルロース等を用いることも可
能である。

(ト) 発明の効果 本発明によれば、感湿伸縮膜が被測定雰囲気による汚染
を受けても安定して湿度に応じた伸縮をなし、その伸縮
量が半導体薄板の撓み量として検出されるものであり、
従って上記伸縮量が容易に電気信号に変換され、更に
は、感湿伸縮膜がその伸縮自由度の大きい方向に配向処
理されているので上記伸縮膜の伸縮量が大となり湿度セ
ンサの感度が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明の第１の実施例を示す断面図、第１図
Ｂは同要部平面図、第２図及び第３図は上記実施例を説
明するための底面図、第４図及び第５図は夫々第２及び
第３の実施例を示す側面図である。 (3)……半導体薄板からなるダイアフラム、（4a）〜（4
d）……撓み量検出手段としてのピエゾ抵抗、(9)……感
湿伸縮膜。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体薄板と、この薄板に被着された感湿
   伸縮膜と、上記半導体薄板の撓み量を検出する手段とを
   備え、上記伸縮膜は、該膜の伸縮自由度の大きい方向に
   配向処理されていることを特徴とする湿度センサ。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、上記半導
   体薄板の全周縁が、より大なる厚みの基部により支持さ
   れている場合、上記配向は、上記半導体薄板の中央を中
   心とする放射状配置にあることを特徴とする湿度セン
   サ。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項において、上記半導
   体薄板の１部端縁が、より大なる厚みの基部により支持
   されている場合、上記配向は、上記１部端縁から、この
   端縁と対向する上記半導体薄板の自由端に向う直線上に
   沿うことを特徴とする湿度センサ。