JPS63100352A - 湿度センサ - 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】 （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、気体一固体界面の電気特性を利用するも
のであシ、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、
時開昭５６−４２１２６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さる湿度センサを提供するも
のである。

に）問題点を解決するための手段 本発明の湿度センｆ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１７板の撓み量を検出
する手段とを備え、上記伸縮膜の伸縮力以外のパイアス
カによシ、上記感湿伸縮膜の予定の最大吸湿状態時に、
上記半導体薄板を最大撓み状態となしたことを特徴とす
る。

（ホ）−作　　　用 本発明湿度センサにあっては、感湿伸縮膜が測定算囲気
の湿度に応じて伸縮し、その伸縮時に半導体薄板の撓み
鎗が変化する。この撓み量は撓み量検出手段で検出され
電気信号に変換され匂。

史に本発明湿度センサにおっＣは、感湿伸Ｎ膜が吸湿状
態から脱湿状態に同う場合、感湿伸＠膜の増加する収縮
力がパイアスカに抗して半１体薄板の撓み号を少なくし
、逆の場合、収縮力が小さくなっていくので、パイアス
カによシ半導体薄板の撓み介が増加する。

（へ）　実　　施　　例 紀２図に、本実施例に用いられるシリコンダイアプラム
型圧力センサベレット（１）を示す。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
９口く、シリコンダイアフラムＶＣｓ、−ける半導体ピ
エゾ効果を利用したものでるる。

本実施例に３けるペレット（１）は、よシ具体的には。

約４ｎ角の平面を持つＮ型単結晶シリコンからなシ、厚
さ約６００．ｔｔｍの方形環状基部（２）と、この基部
と一体的に連なる厚さ約１０）Ｌｍの薄板からなるダイ
アフラム（３）とを有する。ダイアプラム（３）には拡
散によ＃）Ｐ型のピエゾ抵抗領域（４ａ）〜（４ｄ）が
形成されて２す、各領域に連なる配線路（５）＋５１・
・・が拡散や蒸着で形成されている。

第１図は、上記ペレット（１）を組込んだ本実施例の湿
度センサを示す。ペレット（１）はその基部（２）に２
いてヘッダ（６）に接着され、ヘッダ（６１に植設され
たリードビン（７＋＋７１・・・とペレットの配線路と
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。尚
、感湿伸縮膜（９１の被着法については、後に更に説明
される。

ヘッダ（６）に固定されたケースｕｅはセンサベレット
（１ｊを気密包囲し、一方、感湿伸縮膜（９）はヘッダ
（６）の中央開口αυを通じて測定雰囲気に接する。

よって、感湿伸縮膜（９）が測定雰囲気の湿度に応じて
伸縮すると、ダイアフラム（３）の撓み量が変化し、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）ｉｆ
、通常の如く、リードピン＋７１　＋７１・・・を通じ
て外部に゛Ｃ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）の撓み鉱
、即ち湿度を測定できる。

さて１本実施例の特徴として、感湿伸縮膜（９）の被着
の際に、ダイアフラム（３）にパイアスカが印加される
。即ち、感湿伸縮膜（９）の被着前に、高圧の雰囲気内
において、センチベレット（１）をケースａαにて気密
包囲し１次いで、雰囲気を大気圧状ＢＫ戻すと、ケース
Ｃ１Ｇ内の圧力がケース外のそれに比し高くなるのでダ
イアフラム（３）は斯る圧力差に基くパイアスカを受け
て、第１図Ａに示す如く、外側に向けて大きく焼む。そ
して、感湿伸縮膜（９）の溶液が、この様に撓わんだダ
イアプラム（３）の外側面に塗布される。上記感湿伸縮
膜溶液は、感湿材を揮発性溶剤で液状となし、更に水を
加えて水溶液化したものである。上記感湿伸縮膜溶液の
塗布法としては、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）　（１１を高速回転し
、そこべ上記溶液を滴下する方法が良い。最後の工程と
して、感湿伸縮膜（９）の乾燥が行われる。このとき、
上記溶液の水分が蒸発せず、溶剤のみ揮発する温度帯及
び時間長での乾燥が行われ、これＫよシ乾燥直後の感湿
伸縮膜（９）は十分吸湿し、最も伸びた状態でダイアフ
ラム１３＋に被着嘔れたことになる。尚、この吸湿状態
を、以後、予定の最大吸湿状態と称する。

斯る感湿伸縮膜（９）は、通常の測定湿度範囲において
、これ以上吸湿して伸びることはなく、従って、上記予
定の最大吸湿状態にてダイアフラム（３）の撓み量は最
大となっている。即ち、感湿伸縮膜（９）が、測定雰囲
気湿度に応じて吸湿状態から脱湿状態に向う場合、感湿
伸縮膜の増加する収、縮力が上記パイアスカに抗してダ
イアフラム（３）の撓み量を少なくシ（第１図Ｂ）、逆
の場合、収縮力が小さくなっていくので、パイアスカに
よりダイアフラム（３）の撓み量が増加する。

感湿伸縮膜にあっては、その収縮力は大きいが、伸長時
、即ち、吸湿して膨潤するときの伸長力は非常に小さく
、従って、上記の如く、脱湿過程において、収縮力によ
り、又吸湿過程においてバイアス力により、夫々ダイア
プラム（３）の撹みを変化させることは、撓み量変化を
大きくとれ、湿度センサ出力のダイナミックレンジの向
上にとって極めて有利である。

上記予定の最大吸湿状態は、湿度１００９ｂのときの感
湿伸縮膜の吸湿状態に一致させるのが好適であるが、一
般的には、測定湿度範囲の上限における吸湿状態に一致
させれば良い。

上記実施例では、十分吸湿した状態で感湿伸縮膜（９）
の仮着を行ったが、感湿材によっては、例えば紫外線硬
化樹脂の如く、十分吸湿した状態で膜付けすることが困
催な場合もある。この場合は、第２の実施例として、第
６図に示す如く、まず、パイアスカのかかっていないダ
イアフラム（３）に感湿伸縮膜（９）を被着形成する。

次いでこのペレット（１１をヘッダに固定後、感湿伸縮
膜（９）に吸湿させ。

それを予定の最大吸湿状態とし、この状態において、第
１図の場合と同様にパイアスカが生じるべくケニスｔｌ
Ｇ　（第１図）による気密封止を行えば、感湿伸縮膜の
予定の最大吸湿状態時に、ダイアプラム（３）の最大撓
み状態が得ら几る。尚、第２の実施例に２？ける上記感
湿伸縮膜（９）の被着形成法は。

例えば、液状の紫外線硬化樹脂を塗布後、紫外線照射を
行うものである。

感湿伸縮膜（９）の、更に他の被着法ｔ、第５の実施例
として説明するに、まず第１図と同一様にパイアスカが
加わって、撓んだ状態のダイアフラム（３）に液状感湿
伸縮膜（９）を塗布する。次だし、この塗布される感湿
材は紫外線硬化樹脂である。次いで。

斯る塗布膜を紫外線照射により硬化させると、硬化時の
収縮により、ダイアプラム（３）の撓み量は、第１図Ｂ
に示す如く、少なくなる。

紫外線硬化樹脂は、その紫外線照射時、かなり高温にな
るから、硬化後の膜は、＋ｈｓ乾燥状態になっている。

従って、湿度測定時に、これ以上感湿伸縮膜（９）は縮
むことはなく、逆に測定雰囲気が高温になるにつれ、吸
湿して膨潤し、このときパイアスカが徐々に勝ってダイ
アプラム（３）の撓み状態は第１図Ａの状態に近づく。

そして、湿度１００９６にて、感湿伸縮膜（９）ハ予定
の最大吸湿状態となり、このときダイアフラム（３）の
撓み量は最大となる。

上記の各実施例では、パイアスカの付与方法は気圧差を
利用したものであったが、第４の実施例としての他の付
与方法を説明するに、まず、第４図に示す如く、ペレッ
ト（１）の基部（２）を拡開させｔ状態で、接着材■に
よりヘッダ（６）に固定する。このときの拡開による変
形力がパイアスカとなってダイアプラム（３）は撓んだ
状態となる。よって、以後、既に述べた方法で、感湿伸
縮膜（９）が被着され、同様の湿ｔｙｔセンサが構成さ
ｎる。この実施例では。

第１図に示すケースαａＦｉ気密型のものでなくて良く
、従ってパイアスカが大気圧の変動の影響を受けないと
いう点で有利である。

（ト）発明の効果 本発明によれば、感湿伸縮膜が測定雰囲気による汚染を
受けても安定し゛Ｃ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
、感湿伸縮膜の脱湿過程においては膜の収縮力により、
又吸湿過程においてはバイアス力により、夫々半導体薄
板の撓み量が変化されるので、何れの場合も十分な撓み
変化量が得られ、湿度センサ出力のダイナミックレンジ
が大となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１及び第６の実施例を説明するため
の断面図、第２図Ａ及びＢＦｉ本発明実施例に用いられ
るセンサペレットの断面図及び平面図、第６図及び第４
図は、夫々本発明の第２及び第４の実施例を説明するた
めの断面図である。 （１１・・・センサペレッ）、＋３１・・・半導体薄板
としてのダイアプラム％（４ａ）〜（４ｄ）・・・撓み
量検出手段としてのピエゾ抵抗領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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、
   上記感湿伸縮膜の伸縮力以外のバイアス力により、上記
   感湿伸縮膜の予定の最大吸湿状態時に、上記半導体薄板
   を最大撓み状態となしたことを特徴とする湿度センサ。