JPS6378048A - 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１　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−１り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５６−４２１２／ｌ−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。

１’Ｎ　　発明が解決しようとする問題点本発明は感湿
伸湿膜を用い、かつその伸縮を容易番こしかも敏感に電
気信号に変換できる湿度センサを提供するものである。

に）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ｉ′厚板に
被着された感湿伸縮膜と、上記半導体薄板の撓み毎を検
出する手段とを備え、上記伸縮膜は、液膜の伸縮自由度
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＼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
電気値８１こ変換される。

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５す囲気の湿度に応じて敏感
Ｉこ伸縮し、効率良くその伸縮力を半導体薄板に伝える
。

（へ）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）ヲ含ム。このペレットは、それ
自体特公昭５Ｂ−７１７９％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（ｊ、ｌ
は、より具体的には、約４Ｍ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ｉ
５）　１５１・・・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）においてへ−Ｉダ（６
）に接着され、ヘーｌダ（６）に植設されたリードビン
［７＋　＋７１・・・とペレットの配線路ｆ５１　［５
１・・・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、ダイアプラム（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−ｐ　ｆ　ｆｉｌに固定されたケースｕ１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１１１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＋７１　（７１・・・を通じて外部にて
抵抗ブリーフジ結合され、このブリーフジの出力電圧値
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、ヘキサフルオロインプロパツ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）　（２１））に平行な方向
内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［Ａｌでは、膜（９）のはゾ中央部のみが最
も伸縮し易いのに較べ、上記放射方向では、膜（９）は
、その竺での方向において最も伸縮し易く、こ−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）の撓み澁が大きくなって、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、工・ｌ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■を設け、このレバーの表面に第１図の場合と同様
のピエゾ抵抗を形成すると共に、上記表面金体に同様の
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■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■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■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ｊ
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■の裏面及びそれと対向するヘヅダ（６）の表
面に、夫々電極膜ＣＩＪ＠を設け、カンチレバー■の撓
みによる、これら両電極間の距離変化、即ち両ｔｉ間の
静電８鑓変化によりカンチレバー■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険として検量 出されるものであり、従って上記伸縮ρＳ容易に電気信
号に変換され、史には、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、＠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
）〜（４ｄ）・・・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. （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. （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. （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。