特開 2025-24371 湿度センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025024371

(43)【公開日】2025-02-20

(54)【発明の名称】湿度センサ

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/22 20060101AFI20250213BHJP

【ＦＩ】

G01N27/22 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023128425

(22)【出願日】2023-08-07

(71)【出願人】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(72)【発明者】

【氏名】矢野 樹史

(72)【発明者】

【氏名】海老原 由治

(72)【発明者】

【氏名】後藤 遼平

【テーマコード（参考）】

2G060

【Ｆターム（参考）】

2G060AA01

2G060AB02

2G060AE19

2G060AF10

2G060AG03

2G060AG11

2G060BA09

2G060HC24

2G060JA02

2G060KA04

(57)【要約】

【課題】感湿膜が劣化した状態を、湿度センサの出力値の変化として捉える。
【解決手段】この湿度センサは、第１素子１２１および第２素子１２２を備え、第１素子１２１は、第１電極１０１、第１電極１０１の上に形成された第１感湿膜１０２、および第１感湿膜１０２の上に形成された第２電極１０３ａを備え、第２素子１２２は、第３電極１０３ｂ、第３電極１０３ｂの上に形成された第２感湿膜１０４、および第２感湿膜１０４の上に形成された第４電極１０５を備える。第２感湿膜１０４は、第１感湿膜１０２より薄く形成されている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極、前記第１電極の上に形成された第１感湿膜、および前記第１感湿膜の上に形成された第２電極を備える第１素子と、
第３電極、前記第３電極の上に形成されて前記第１感湿膜より薄い第２感湿膜、および前記第２感湿膜の上に形成された第４電極を備える第２素子と、
前記第１素子の第１出力値と前記第２素子の第２出力値との差を求めるように構成された演算回路と、
前記第１出力値と前記第２出力値との差の絶対値が基準値を超えたことを検出すると劣化と判断するように構成された劣化判断回路と
を備える湿度センサ。

【請求項2】

請求項１記載の湿度センサにおいて、
前記第１素子の上に前記第２素子が積層され、前記第２電極と前記第３電極とが共通とされている湿度センサ。

【請求項3】

請求項２記載の湿度センサにおいて、
前記第１素子の平面視の面積は、前記第２素子の平面視の面積より小さい湿度センサ。

【請求項4】

請求項３記載の湿度センサにおいて、
前記第１電極は、前記第４電極の未形成領域に形成されている湿度センサ。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１項に記載の湿度センサにおいて、
前記第１感湿膜と前記第２感湿膜とは、同一の材料から構成されている湿度センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、感湿膜を用いた湿度センサに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば、空調制御では、温度制御に加えて湿度制御が重要となる。湿度制御においては、湿度センサが用いられる。例えば、感湿膜を２つの電極で挟んだ湿度センサが知られている（特許文献１）。湿度の変化により、感湿膜の静電容量値が変化するため、湿度と２つの電極間の静電容量値との対応関係により、測定された静電容量値から湿度を求めることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９－０１９９６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、高温高湿下や薬品雰囲気下においては、感湿膜が劣化していく。しかしながら、感湿膜が劣化した状態を、湿度センサの出力値の変化として捉えることが容易ではないという問題があった。

【0005】

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、感湿膜が劣化した状態を、湿度センサの出力値の変化として捉えることができるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係る湿度センサは、第１電極、第１電極の上に形成された第１感湿膜、および第１感湿膜の上に形成された第２電極を備える第１素子と、第３電極、第３電極の上に形成されて第１感湿膜より薄い第２感湿膜、および第２感湿膜の上に形成された第４電極を備える第２素子と、第１素子の第１出力値と第２素子の第２出力値との差を求めるように構成された演算回路と、第１出力値と第２出力値との差の絶対値が基準値を超えたことを検出すると劣化と判断するように構成された劣化判断回路とを備える。

【0007】

上記湿度センサの一構成例において、第１素子の上に第２素子が積層され、第２電極と第３電極とが共通とされている。

【0008】

上記湿度センサの一構成例において、第２素子の平面視の面積は、第１素子の平面視の面積より小さい。

【0009】

上記湿度センサの一構成例において、第１電極は、第４電極の未形成領域に形成されている。

【0010】

上記湿度センサの一構成例において、第１感湿膜と第２感湿膜とは、同一の材料から構成されている。

【発明の効果】

【0011】

以上説明したように、本発明によれば、各々の感湿膜の厚さが異なる第１素子と第２素子とを用いるので、感湿膜が劣化した状態を、湿度センサの出力値の変化として捉えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、本発明の実施の形態に係る湿度センサの構成を示す構成図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態に係る他の湿度センサの一部構成を示す断面図である。

【図3】図３は、本発明の実施の形態に係る他の湿度センサの一部構成を示す断面図である。

【図4】図４は、本発明の実施の形態に係る他の湿度センサの一部構成を示す断面図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態に係る他の湿度センサの一部構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施の形態に係る湿度センサについて図１を参照して説明する。この湿度センサは、第１素子１２１および第２素子１２２を備える。この例では、第１素子１２１の上に第２素子１２２が積層されている。

【0014】

第１素子１２１は、第１電極１０１、第１電極１０１の上に形成された第１感湿膜１０２、および第１感湿膜１０２の上に形成された第２電極１０３ａを備える。第２素子１２２は、第３電極１０３ｂ、第３電極１０３ｂの上に形成された第２感湿膜１０４、および第２感湿膜１０４の上に形成された第４電極１０５を備える。第２感湿膜１０４は、第１感湿膜１０２より薄く形成されている。従って、第２感湿膜１０４は、第１感湿膜１０２に比較して強度が低いものとなる。なお、第１感湿膜１０２と第２感湿膜１０４とは、同一の材料から構成することができる。

【0015】

第１感湿膜１０２、第２感湿膜１０４は、例えば、ポリメチルメタクリレート樹脂（ＰＭＭＡ）、架橋ＰＭＭＡ、ポリイミド、ポリスルホン、およびポリエーテルスルホンなどの有機高分子樹脂材料から構成することができる。第１感湿膜１０２、第２感湿膜１０４は、例えば、厚さ１～１０μｍとすることができる。

【0016】

また、この湿度センサは、演算回路１０６、劣化判断回路１０７を備える。演算回路１０６は、第１素子１２１の第１出力値と第２素子１２２の第２出力値との差を求める。ところで、第２感湿膜１０４は、第１感湿膜１０２より薄いので、第２素子１２２の周囲湿度変化に対する応答時間は、第１素子１２１に比べて速い。このため、第１素子１２１と第２素子１２２のそれぞれの出力値（相対湿度）が安定したと判断される状態で、第１出力値と第２出力値との差を求める。

【0017】

例えば、人の出入りが少ない夜中など、測定空間の温度湿度が安定している状態で、第１出力値と第２出力値との差を求める。また、例えば５分おきに２時間測定して、第１出力値、第２出力値の偏差がある値以下となる状態を安定状態とし、この状態で、第１出力値と第２出力値との差を求める。

【0018】

なお、各素子は、２つの電極により測定される感湿膜の静電容量値と相対湿度の相関を示すテーブルを備え、この相関により得られる相対湿度を温度補正係数で補正した値を出力値として出力することができる。

【0019】

劣化判断回路１０７は、演算回路１０６が求めた第１出力値と第２出力値との差の絶対値が、設定されている基準値を超えたことを検出すると劣化と判断する。例えば、劣化判断回路１０７は、上述したような安定状態において演算回路１０６が求めた第１出力値と第２出力値との差と、出荷時に記録している第１出力値と第２出力値との差分を比較し、比較したデータが閾値以内か閾値以上かを確認することで劣化判断を実施することができる。

【0020】

劣化判断回路１０７は、判断結果を出力する。第１感湿膜１０２より薄い第２感湿膜１０４は、第１感湿膜１０２より早く劣化する。このため、第２感湿膜１０４が劣化した時点では、第１感湿膜１０２は劣化しておらず、第１出力値と第２出力値とが異なるものとなる。従って、第１出力値と第２出力値とが異なることが検出された時点で、第２感湿膜１０４の劣化が判断できる。このように、第２感湿膜１０４の劣化が判断された時点で、湿度センサの交換時期であるなどの対策をとることができる。

【0021】

なお、例えば、湿度制御に用いる相対湿度値は、第１出力値および第２出力値のいずれかを用いることができる。ここで、前述したように、第２素子１２２の周囲湿度変化に対する応答時間は、第１素子１２１に比べて速いものとなっている。従って、第２出力値を湿度制御に用いることで、制御の応答を早くすることが可能となる。劣化判断回路１０７により第２感湿膜１０４の劣化が判断されるまで、第２出力値を湿度制御に用いることができる。

【0022】

ところで、第１素子１２１の上に第２素子１２２が積層された構成において、図２に示すように、第２電極と第３電極とを共通とした共通電極１０３を用いることができる。この構成では、第１感湿膜１０２の上に共通電極１０３が形成され、共通電極１０３の上に第２感湿膜１０４が形成される。なお、図２では、演算回路、劣化判断回路を省略している。第１出力値は、第１電極１０１と共通電極１０３との間の静電容量値より求められ、第２出力値は、共通電極１０３と第４電極１０５との間の静電容量値より求められる。

【0023】

また、前述したように、第１感湿膜１０２より第２感湿膜１０４が薄い場合、第２素子１２２のベース容量が第１素子１２１より高くなる。なお、ベース容量は、相対湿度０％ＲＨにおける感湿膜の静電容量値（ｐＦ）のことを示す。このベース容量値を第１感湿膜１０２と第２感湿膜１０４とで同じ値とするために、図３に示すように、第２素子１２２’（第４電極１０５）の平面視の面積を、第１素子１２１より小さくすることができる。なお、図３では、演算回路、劣化判断回路を省略している。

【0024】

また、図４に示すように、平面視で、第４電極１０５の未形成領域（第４電極１０５が形成されていない領域）に第１電極１０１ａを形成することで、第４電極１０５と第１電極１０１ａとによる寄生容量の発生を抑制することができる。なお、図４では、演算回路、劣化判断回路を省略している。

【0025】

また、図５に示すように、基板１１０の上に、第１素子１２１と第２素子１２２’とを並列に配置することができる。図５では、演算回路、劣化判断回路を省略している。なお、周辺回路などの素子周囲からの熱影響の回避、小型化などのためには、前述したように第１素子１２１と第２素子１２２とを積層した構造とすることが望ましい。

【0026】

なお、上述した演算回路１０６、劣化判断回路１０７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit；中央演算処理装置）と主記憶装置と外部記憶装置とネットワーク接続装置となどを備えたコンピュータ機器とし、主記憶装置に展開されたプログラムによりＣＰＵが動作する（プログラムを実行する）ことで、上述した各機能が実現されるようにすることができる。上記プログラムは、上述した機能をコンピュータが実行するためのプログラムである。ネットワーク接続装置は、ネットワークに接続する。また、各機能は、複数のコンピュータ機器に分散させることもできる。また、演算回路１０６、劣化判断回路１０７は、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などのプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ：Programmable Logic Device）により構成することも可能である。

【0027】

以上に説明したように、本発明によれば、各々の感湿膜の厚さが異なる第１素子と第２素子とを用いるので、感湿膜が劣化した状態を、湿度センサの出力値の変化として捉えることができるようになる。

【0028】

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

【符号の説明】

【0029】

１０１…第１電極、１０２…第１感湿膜、１０３…共通電極、１０３ａ…第２電極、１０３ｂ…第３電極、１０４…第２感湿膜、１０５…第４電極、１０６…演算回路、１０７…劣化判断回路、１２１…第１素子、１２２…第２素子。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】