JPH09304314A

JPH09304314A - 蒸散度検出装置

Info

Publication number: JPH09304314A
Application number: JP12380396A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Iwata; 征一岩田
Original assignee: Ricoh Seiki Co Ltd
Current assignee: Ricoh Seiki Co Ltd
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1996-05-17
Publication date: 1997-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】検出対象物の表面から蒸散する気体（物質）
の蒸散度を、対象物の表面の狭い部位についても精度良
く検出することを可能とする検出装置を提供する。【解決手段】センサ素子１０ａは、熱伝導原理で被検
出気体の濃度に感応する要素をマイクロブリッジ構造と
してなるものである。センサ素子１０ａを保持するセン
サ部１０を本体１１とともに検出対象物表面Ｓに近接さ
せていった時に、本体１１に設けたタッチセンサやマイ
クロスイッチ等の接触検知手段１３を表面Ｓと接触によ
り動作させ、一定の位置関係にあることを知らせ、最適
な検出条件の設定が行われるようにしている。また、検
出対象物表面に接触した時の検知信号を用いて、センサ
部１０の蒸散量の出力をサンプリングすることができる
ので、自動的に最適な条件での蒸散度を得ることが可能
となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸散度検出装置に
関し、より詳細には、検出対象物からの蒸散度を対象物
の局部表面の近傍で非接触の状態で検出するようにした
マイクロセンサ素子を用いた当該蒸散度検出装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、検出対象物表面における水分
量といった量を電気量として検出するために、表面に電
極を直接接触させるような方法で行うセンサが存在する
が、これは、同じ物質ではあっても物体表面上において
水の状態にあるものを検出するもので、表面から蒸散す
る気体の濃度、すなわち、蒸散度を検出するものとは異
なる状態量の検出装置を構成するものといえる。また、
同じ量を検出する手段であっても、このように、電極を
検出対象物に直接接触させる方法によると、検出しよう
とする対象そのものを変化させてしまう可能性があり、
例えば、生体をより自然に近い状態で観測しようとする
ような場合に、適切な手段をなさない。

【０００３】また、一般的な湿度計（センサ）を単に設
置して雰囲気中の湿度を検出することにより、蒸散度に
相当するものの検出が可能となることが考えられるが、
対象物が、例えば、生体の表面である場合の様に、狭い
部位に分布する蒸散度の違いを精度良く検出するために
適応する手段を構成するものとしては適当ではなく、こ
の様な対象への検出手段がこれまでには存在しない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述の従来
技術における問題点に鑑みてなされたもので、検出対象
物の表面から蒸散する気体（物質）の蒸散度を、対象物
の表面の狭い部位についても精度良く検出することを可
能とする検出装置を提供することをその目的とするもの
である。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、熱伝
導原理で被検出気体の濃度に感応する要素をマイクロブ
リッジ構造としてなるセンサ素子を有するセンサ部を備
える蒸散度検出装置において、前記センサ部を検出対象
物の表面に近接し、所定の空間を隔てた位置に案内する
ための案内手段を設け、前記検出対象物表面から蒸散す
る気体の蒸散度を検出するようにし、センサ部を検出対
象物表面に対して適正な位置に案内して、検出条件を整
えることを可能としたものである。

【０００６】請求項２の発明は、請求項１の発明におい
て、前記センサ部に対して定位置に設けられ、検出対象
物の表面へ当接する当接部として前記案内手段を構成す
るようにし、案内手段を簡素な手段で構成するようにし
たものである。

【０００７】請求項３の発明は、請求項２の発明におい
て、前記当接部に当接、或いは、接触を感知するタッチ
センサやマイクロスイッチ等の接触感知手段を備え、検
出動作や検出出力のサンプリング等を自動化し得るよう
にしたものである。

【０００８】請求項４の発明は、請求項１の発明におい
て、前記案内手段が、前記センサ部に対して定位置に設
けられ、検出対象物の表面との距離を検知する距離検知
手段を備え、距離の変化に応じて蒸散量を検出し、その
検出値の中からより正しい検出値が得られるようにした
ものである。

【０００９】請求項５の発明は、請求項１ないし４項の
いずれかの発明において、蒸散する被検出気体が密閉状
態となることを防ぐための通気孔を前記センサ部に設
け、異常値を検出することがないようにしたものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の蒸散度検出装置
の実施形態を説明する。先ず、本発明で用いられる熱伝
導原理で被検出物質の濃度に感応する要素をマイクロブ
リッジ構造としてなるセンサ素子の実施例について説明
する。このセンサ素子は、例えば、特願平５−１５８４
５６号，特願平６−２７００５９号，特願平７−１０１
０８８号に開示されているセンサ素子を用いることがで
き、当該センサ素子の一例は、図２に示すものである。

【００１１】図２に示したセンサは、自己温度補償方式
の湿度センサの例を示すもので、図中、（Ｂ）は（Ａ）
のＢ−Ｂ断面を表わしている。図２において、発熱抵抗
体４は、低電力加熱したとき、湿度依存性が小さく、雰
囲気温度に依存した抵抗値を示し、高電力加熱のとき
は、湿度，温度に応じて変化することを利用して温度依
存分を減算して湿度を求める湿度センサである。この湿
度センサは、角形のシリコンＳｉ（１００）からなる基
板１に酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₅）の絶縁薄膜２を形成
後、異方性エッチングにより角形の凹部３と、凹部３上
に凹部３の対角線と平行な辺をもち、支持部２ｂで架橋
された四角な絶縁薄膜２ａを形成し、更に、基板１上に
パッド部４ａ，４ｂを有するジクザク状の白金膜等から
なる発熱抵抗体４を成膜し、更に、発熱抵抗体４上に酸
化シリコン（ＳｉＯ₂）被膜が成形されている。寸法と
しては、例えば、発熱抵抗体４を挟んだ絶縁薄膜間の厚
さｔが３μｍ、凹部３上の発熱抵抗体４のリード４ｃ間
の長さＮ（Ｘ₁〜Ｘ₄間）は約３００μｍ、対角線Ｍ（Ｘ
₂〜Ｘ₃）間の長さが２６０μｍである。湿度センサの凹
部３上に設けられた発熱抵抗体４が８ｍＡ，３.５Ｖの
電力で加熱されたときの温度分布は、発熱抵抗体４の対
角線（Ｘ₂〜Ｘ₃）の範囲では１００〜５００（℃）の温
度分布をもっているが、リード４ａ間（Ｘ₁〜Ｘ₂）,
（Ｘ₃〜Ｘ₄）の間では、１００℃から常温迄連続的に低
下している。

【００１２】次に、発熱抵抗体４の温度と関連のある湿
度（絶対湿度）と熱伝導率の関係について述べる。図３
は、雰囲気温度に対する絶対湿度と熱伝導率との関係の
一例を説明するための図であり、横軸は絶対温度（ｇ／
ｍ³）、縦軸は熱伝導率（Ｗ／ｍｋ）をあらわす。図２
に示すように、熱伝導率は、雰囲気温度の影響を受け、
雰囲気温度が７７３°ｋ（５００℃）のとき、絶対湿度
０〜２００（ｇ／ｍ³）の範囲で、熱伝導率は５４０×
１０^-4〜６５０×１０^-4（Ｗ／ｍｋ）に変化するが、雰
囲気温度が４７３°ｋ（２００℃）のとき、絶対湿度は
略一定の値３８０×１０^-4（Ｗ／ｍｋ）である。湿度セ
ンサによる湿度検出は、発熱抵抗体４が近傍の湿度雰囲
気を発熱抵抗体４とほぼ同程度の温度に加熱して、雰囲
気との間で熱交換，熱伝導を行うメカニズムであるか
ら、発熱抵抗体４の温度そのものは、検出出力感度に反
映される。

【００１３】次いで、上記したようなセンサ素子を用い
て構成される蒸散度検出装置について述べると、そのセ
ンサ部は、センサ素子の抵抗体が検出対象物の表面から
蒸散する気体に一定の条件で感応するために表面から所
定の距離及び姿勢にある時に有効な検出を行うようにす
る必要がある。本蒸散度検出装置本体に取付けられたセ
ンサ部を検出対象物の表面に対して所定の空間を隔てて
最適な状態に条件設定するための第１の方法が図１に示
されている。これは、図１の本体１１の一部に対象物の
表面Ｓへの当接部１１ａを備えて、この当接部１１ａに
よってセンサ素子１０ａを保持するセンサ部１０を一定
の関係に設定する実施形態を示すものである。本蒸散度
検出装置本体１１を検出対象物の表面Ｓに近接させ、該
表面Ｓに当接部１１ａを接触、或いは、当接させること
により、最適な検出条件となる。一方、この図示の例に
おいて示されるように、センサ部１０のセンサ素子１０
ａの周囲の蒸散する気体が密閉状態となって、開放状態
で自然に起きる蒸散が起こらずに、異常な値が検出され
ることがないように、例えば、図１に示すように、通気
孔１２を設けて自然な蒸散を呈するようにすることが望
ましい。

【００１４】また、センサ部を検出対象物表面に対して
一定の関係に設定するための第２の方法が、図４に示さ
れている。これは、図４に示すように、センサ素子１０
ａを保持するセンサ部１０を本体１１とともに検出対象
物表面Ｓに近接させていった時に、本体１１に設けたタ
ッチセンサやマイクロスイッチ等の接触検知手段１３を
表面との当接、或いは、接触により動作させ、一定の位
置関係にあることを知らせることにより、設定動作が行
われるようにしたものである。この場合に、接触検知手
段１３が検出対象物表面に接触した時の検知信号を用い
て、センサ部１０の蒸散量の出力をサンプリングするこ
とができるので、自動的に最適な条件での蒸散度を得る
ことが可能となる。

【００１５】また、センサ部を検出対象物表面に対して
一定の関係に設定するための第３の方法が、図５に示さ
れている。ここでは、図５に示すように、センサ素子１
０ａを保持するセンサ部１０を本体１１とともに検出対
象物表面Ｓに近接させていった時に、該表面Ｓとの距離
の変化が測定し得るような距離測定手段１４を本体１１
に設け、距離変化の測定値に対応してセンサ部１０の出
力を得るようにするものである。図６は、検出対象物の
表面Ｓからセンサ部１０のセンサ素子１０ａまでの距離
とセンサ部１０で検出される蒸散量との関係を示すもの
である。ここで、センサ素子１０ａのもつ応答性は高
く、通常の使用上では応答性に問題がないので、距離測
定手段１４からの測定信号を用いて距離の変化に応じて
蒸散量を順次サンプリングするような方法をとることが
でき、サンプリングした中からより正しい蒸散量が得ら
れる有効サンプリング点を見出すことも可能となる。な
お、距離測定手段として、超音波や赤外線を利用した非
接触式の方法、或いは、歪みゲージ等の接触式の方法が
採用し得るし、複数の距離測定手段を用意して姿勢を検
知して、より正しい検出を行うように構成しても良い。

【００１６】

【発明の効果】上述のように、本発明は、熱伝導原理で
被検出物質の濃度に感応する要素をマイクロブリッジ構
造としてなるセンサをその構成要素とすることにより、
該センサが持つ高速応答性，マイクロ製造技術によって
得られる小型化，及び、高精度をそのような特性を必要
とする生体等の表面といった検出対象物から蒸散する気
体の蒸散度へ利用することを可能にし、また、一定の検
出条件を設定するための手段を備えることにより、有効
な検出を行うことが可能となる。そして、当該検出装置
が提供されることによって、従来の問題点が解消され、
新たな応用分野、例えば、対象物表面の乾燥度や生体、
或いは生物の活性度といった対象への適用が考えられ、
医療や美容，動植物の育成等の各分野に利用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の蒸散度検出装置の実施形態を示す概
要図である。

【図２】本発明のセンサ素子として用いることができ
る湿度センサ素子の一例を示す図である。

【図３】雰囲気温度に対する絶対湿度と熱伝導率との
関係の一例を説明するための図である。

【図４】本発明の他の蒸散度検出装置の実施形態を示
す概要図である。

【図５】本発明の他の蒸散度検出装置の実施形態を示
す概要図である。

【図６】検出対象物の表面センサ素子までの距離とセ
ンサ部で検出される蒸散量との関係を示すものである。

【符号の説明】

１…基板、２…絶縁薄膜、３…凹部、４…発熱抵抗体、
４ａ，４ｂ…パッド部、１０…センサ部、１０ａ…セン
サ素子、１１…本体、１１ａ…当接部、１２…通気孔、
１３…接触検知手段、１４…距離測定手段、Ｓ…検出対
象物表面。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱伝導原理で被検出気体の濃度に感応す
る要素をマイクロブリッジ構造としてなるセンサ素子を
有するセンサ部を備える蒸散度検出装置において、前記
センサ部を検出対象物の表面に近接し、所定の空間を隔
てた位置に案内するための案内手段を設け、前記検出対
象物表面から蒸散する気体の蒸散度を検出するようにし
たことを特徴とする蒸散度検出装置。
【請求項２】前記センサ部に対して定位置に設けら
れ、検出対象物の表面へ当接する当接部として前記案内
手段を構成するようにしたことを特徴とする請求項１記
載の蒸散度検出装置。
【請求項３】前記当接部に当接、或いは、接触を感知
する接触感知手段を備えるようにしたことを特徴とする
請求項２記載の蒸散度検出装置。
【請求項４】前記案内手段が、前記センサ部に対して
定位置に設けられ、検出対象物の表面との距離を検知す
る距離検知手段を備えるようにしたことを特徴とする請
求項１記載の蒸散度検出装置。
【請求項５】蒸散する被検出気体が密閉状態となるこ
とを防ぐための通気孔を前記センサ部に設けるようにし
たことを特徴とする請求項１ないし４項のいずれかに記
載の蒸散度検出装置。