JP2006078280A - 容量式湿度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 曲面に沿って配置可能な容量式湿度センサを提供すること。
【解決手段】 基板１０と、基板１０上の同一平面に離間して対向配置された一対の電極２１，２２と、電極２１，２２及び電極２１，２２間を覆うように基板１０上に設けられ、湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜３０とを備える容量式湿度センサ１００であって、基板１０が可撓性を有し、取付け部２００に対して基板１０の電極形成面の裏面が対向するように配置する際に、取付け部２００の曲面に合わせて変形する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜を一対の電極間に介在させてなる容量式湿度センサに関するものである。

従来、湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜を、一対の電極間に介在させてなる容量式湿度センサの一例として、本出願人は先に特許文献１を開示している。

特許文献１に開示された容量式湿度センサは、半導体基板と、半導体基板上に形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜の上に同一平面上にて離間して対向するように形成された一対の電極と、一対の電極を覆うように形成された第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜の上に一対の電極及び一対の電極間を覆うように形成された感湿膜とにより構成される。従って、一対の電極間に湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜が介在されており、感湿膜の比誘電率の変化に基づいて湿度を検出することができる。
特開２００２−２４３６９０号公報

しかしながら、従来の容量式湿度センサは、特許文献１に示す半導体基板やガラス基板のように、リジッド基板に電極及び感湿膜からなる検出部を形成した構成である。

従って、曲面を有する取付け部に直接配置（例えば車両のウインドシールドの曇り防止を目的の一つとして、オートエアコンシステムの自動制御に適用するためにウインドシールドに配置）する場合、取付け部に対して部分的な接触となるため、外力が印加された際にセンサが破壊される恐れがある。

また、取付け部の曲面に応じた曲面を有する緩衝部材を介して、センサを取付け部に配置する構成も考えられるが、緩衝部材を含めたセンサの体格が大きくなる。従って、特にウインドシールドの場合には、乗員の視界を妨げることとなり、好ましくない。

そこで、従来は、曲面を有する取付け部から離れた平坦部（例えばダッシュパネル上）にセンサを配置していた。従って、実際に測定したい部位に対する誤差が多少なりとも生じていた。

本発明は上記問題点に鑑み、曲面に沿って配置可能な容量式湿度センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に、請求項１〜４に記載の発明は、基板と、基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の電極と、一対の電極及び一対の電極間を覆うように基板上に設けられ、湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜とを備える容量式湿度センサに関するものである。

先ず請求項１に記載のように、基板が可撓性を有し、取付け部に対して基板の電極形成面の裏面が対向するように配置する際に、取付け部の曲面に合わせて変形することを特徴とする。

このように、本発明の容量式湿度センサは、曲面を有する取付け部にも直接配置することができる。すなわち、より精度良く湿度を検出することができる。また、容量式湿度センサは、取付け部の曲面に合わせて変形した状態で、取付け部の表面に固定される。従って、容量式湿度センサに外力が印加されても、応力が分散するので、従来の容量式湿度センサを曲面を有する取付け部に直接配置するよりも、外力に対して強い構成である。

尚、本発明の容量式湿度センサは、所定の曲面に合わせて変形するのではなく、任意の曲面に合わせて変形することが可能である。また、曲面だけでなく平面に配置することも可能である。

請求項２に記載のように、一対の電極が互いに櫛歯状をなしており、噛み合うように配置された構成とすると良い。この場合、一対の電極間の対向面積を大きくできるので、電極間の静電容量の変化量を大きくすることができる。

請求項３に記載のように、電極及び感湿膜が設けられた基板に、一対の電極間の容量変化を信号処理する回路部を設けた構成としても良い。それ以外にも、請求項４に記載のように、一対の電極間の容量変化を信号処理する回路部が、電極の形成された基板とは異なる基板に設けられ、電極と回路部とがリードを介して電気的に接続された構成とすることもできる。

尚、取付け部としては特に限定されるものではないが、請求項１〜４のいずれかに記載の容量式湿度センサは、例えば請求項５に記載のように、車両のウインドシールドの曇り防止を一つの目的として、オートエアコンシステムの自動制御に適用するために、車両のウインドシールドに好適に取付けることができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本実施形態における容量式湿度センサ１００の概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。尚、図１（ａ）においては、便宜上、感湿膜下にある一対の電極を破線にて図示している。

図１（ａ），（ｂ）において、符号１０は基板であり、本実施形態においては可撓性を有するフレキシブル基板を適用している。基板１０の構成材料としては、可撓性を有するものであれば特に限定されるものではなく、本実施形態においては、厚さ２５μｍの液晶ポリマー（ＬＣＰ）からなる熱可塑性樹脂フィルムを適用している。

そして、基板１０上の同一平面において、一対の電極２１，２２が離間して対向配置されている。電極２１，２２の形状は特に限定されるものではないが、本実施形態においては、図１（ａ）に示されるように、それぞれの電極２１，２２が、共通電極部２１ａ，２２ａと、この共通電極部２１ａ，２２ａから一方向に延びる複数の櫛歯電極部２１ｂ，２２ｂとにより構成される。そして、一対の電極２１，２２のそれぞれの櫛歯電極部２１ｂ，２２ｂが交互に並んで配置されるように、一対の電極２１，２２が配置されている。このように、一対の電極２１，２２の形状として櫛歯形状を採用することにより、電極２１，２２の配置面積を小さくしつつ、櫛歯電極部２１ｂ，２２ｂが互いに対向する面積を大きくすることができる。これにより、周囲の湿度変化に伴って変化する電極２１，２２間の静電容量の変化量が大きくなり、容量式湿度センサ１００の感度が向上する。

電極２１，２２は、例えば基板１０の片面に貼着された導体箔を所望のパターンにエッチングすることにより形成される。導体箔としては、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ等の低抵抗金属箔を用いることができ、本実施形態においてはＡｕ箔を用いている。尚、電極２１，２２の形成は、導体箔のエッチング以外にも、例えば印刷法を用いて実施することもできる。

尚、電極２１，２２に水分に対する耐食性が無い場合には、一対の電極２１，２２を覆うように、基板１０上に保護膜を形成することで、電極２１，２２の水分による腐食を抑制すれば良い。

また、図１（ａ）に示すように、電極２１，２２は、その端部に外部接続端子としてのパッド部２１ｃ，２２ｃを有し、当該パッド部２１ｃ，２２ｃにはんだ等を用いて接続されたリード１１０を介して、出力を補正したり、静電容量の変化量を検出するための信号処理回路が形成された回路部（回路基板）と電気的に接続されている。このパッド部２１ｃ，２２ｃは、リード１１０との接続のため露出されている必要があり、後述する感湿膜によっては被覆されていない。

さらに基板１０上には、一対の電極２１，２２及び電極２１，２２間を覆うように、吸湿性の高分子材料からなる感湿膜３０が形成されている。高分子材料としては、ポリイミドや酪酸酢酸セルロース等を適用することができ、本実施形態においてはポリイミドを用いて形成されている。尚、その形成方法としては、種々の方法が考えられるが、本実施形態においては、フォトプロセスによるパターニングを不要とできるスクリーン印刷法を適用している。

このように構成される容量式湿度センサ１００において、感湿膜３０中に水分が浸透すると、水分は比誘電率が大きいため、その浸透した水分量に応じて、感湿膜３０の比誘電率が変化する。その結果、感湿膜３０を誘電体の一部として一対の電極２１，２２によって構成されるコンデンサの静電容量が変化する。感湿膜３０内に含まれる水分量は、容量式湿度センサ１００の周囲の湿度に対応するため、一対の電極２１，２２間の静電容量から湿度を検出することができる。

次に、本実施形態に示す容量式湿度センサ１００の特徴部分について、図２（ａ），（ｂ）を用いて説明する。図２は、本実施形態に示す容量式湿度センサ１００の取付け部の曲面への取付け例を示す図であり、（ａ）は、取付け部としてのフロントガラスに取付けた場合の構成図であり、（ｂ）は（ａ）におけるセンサ周辺の拡大断面図である。

車両のウインドシールドの曇り防止を目的の一つとして、オートエアコンシステムの自動制御に適用するために、ウインドシールド付近の湿度を精度良く検出することが望まれている。しかしながら、ウインドシールド（図２（ａ）においてはフロントガラス２００）の曲面に対して、従来のリジッド基板を用いた容量式湿度センサを直接配置する場合、部分的な接触となるため、外力が印加された際に容量式湿度センサが破壊される恐れがある。

また、ウインドシールドの曲面に応じた曲面を有する緩衝部材を介して、容量式湿度センサを取付け部に配置する構成も考えられるが、緩衝部材を含めた容量式湿度センサの体格が大きくなる。すなわち、乗員（フロントガラス２００の場合、特に運転者）の視界を妨げる範囲が大きくなるので、好ましくない。

そこで、従来は、曲面を有するウインドシールドから離れた平坦部（例えばダッシュパネル２１０上）に容量式湿度センサを配置していた。従って、実際に測定したい部位に対する誤差が多少なりとも生じていた。

それに対し、本実施形態における容量式湿度センサ１００は、基板１０が可撓性を有しており、図２（ａ），（ｂ）に示すように、フロントガラス２００の内面に対して基板１０の電極形成面の裏面が対向するように配置する際に、フロントガラス２００の曲面に合わせて変形することができる。このように、本実施形態におけるの容量式湿度センサ１００は、フロントガラス２００のように曲面を有する取付け部にも直接配置することができる。すなわち、より精度良く湿度を検出することができる。尚、図２（ａ）において、一端が容量式湿度センサ１００と接続されたリード１１０は、他端にてダッシュパネル２１０下に配置された回路部（図示せず）と電気的に接続されている。また、図２（ｂ）において符号３００は接着層であり、本実施形態においては両面テープを採用している。

また、容量式湿度センサ１００は、フロントガラス２００の曲面に合わせて変形した状態で、フロントガラス２００の内面に固定されている。従って、容量式湿度センサ１００に外力が印加されても、応力が分散するので、従来の容量式湿度センサ１００を直接フロントガラス２００に配置するよりも、外力に対して強い構成である。

また、本実施形態における容量式湿度センサ１００は、所定のＲを有する曲面にのみ対応して変形するのではなく、任意のＲを有する曲面に合わせて変形することができる。従って、例えばフロントガラス２００は車両の種類によって曲面のＲ形状が異なるが、同一の容量式湿度センサ１００にて対応することができる。また、曲面だけでなく平面に配置することも可能であることは言うまでも無い。さらには、例えば角柱等の角部に配置することも可能である。

また、本実施形態においては、電極２１，２２及び感湿膜３０からなる検出部と回路部とが別個に設けられ、リード１１０を介して電気的に接続された例を示した。このような構成とすると、フロントガラス２００に配置される容量式湿度センサ１００の体格を小型化できる。すなわち、乗員の視界の妨げを小さくすることができる。しかしながら、電極２１，２２及び感湿膜３０が設けられた基板１０に、回路部を設けた構成としても良い。この場合、電極２１，２２形成と、回路部を構成する配線を同時に形成することもできるので、製造工程を簡素化することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態のみに限定されず、種々変更して実施することができる。

本実施形態においては、取付け部として、車両のウインドシールド（フロントガラス２００）の表面に容量式湿度センサ１００を配置する例を示した。しかしながら、本実施形態に示した容量式湿度センサ１００は、上記例以外の曲面を有する取付け部に対しても配置することができる。

本発明の容量式湿度センサの概略構成を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面における断面図である。 取付け部の曲面に対する容量式湿度センサの取付け例を示す図であり、（ａ）は、取付け部としてのフロントガラスに取付けた場合の構成図であり、（ｂ）は（ａ）におけるセンサ周辺の拡大断面図である。

符号の説明

１０・・・基板
２１，２２・・・電極
３０・・・感湿膜
１００・・・容量式湿度センサ
１１０・・・リード
２００・・・フロントガラス（取付け部）
３００・・・接着層

Claims (5)

1. 基板と、
   前記基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の電極と、
   前記一対の電極及び前記一対の電極間を覆うように前記基板上に設けられ、湿度に応じて比誘電率が変化する感湿膜とを備える容量式湿度センサであって、
   前記基板は可撓性を有し、取付け部に対して前記基板の電極形成面の裏面が対向するように配置する際に、前記取付け部の曲面に合わせて変形することを特徴とする容量式湿度センサ。
2. 前記一対の電極は互いに櫛歯状をなしており、噛み合うように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の容量式湿度センサ。
3. 前記基板には、前記一対の電極間の容量変化を信号処理する回路部も設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の容量式湿度センサ。
4. 前記一対の電極間の容量変化を信号処理する回路部は、前記基板とは異なる基板に設けられ、前記電極と前記回路部とがリードを介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の容量式湿度センサ。
5. 前記取付け部は車両のウインドシールドであることを特徴とする請求項１〜４いずれか１項に記載の容量式湿度センサ。
   

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