特許 7407621 加熱型センサ搭載検出回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-21

(45)【発行日】2024-01-04

(54)【発明の名称】加熱型センサ搭載検出回路

(51)【国際特許分類】

   G01N 27/12 20060101AFI20231222BHJP

【ＦＩ】

G01N27/12 M

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020035910

(22)【出願日】2020-03-03

(65)【公開番号】P2021139676

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2023-01-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000133526

【氏名又は名称】株式会社チノー

(74)【代理人】

【識別番号】100067323

【弁理士】

【氏名又は名称】西村 教光

(74)【代理人】

【識別番号】100124268

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 典行

(72)【発明者】

【氏名】結城 洋介

(72)【発明者】

【氏名】武田 匡弘

【審査官】黒田 浩一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－０３９９８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０５７１４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０４５５４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－０１００７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－１４６２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－２１８４６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ヒータを搭載してプリント配線板上に配置され、雰囲気中の湿度を検出する湿度センサを有する加熱型センサと、
前記プリント配線板の温度を検出する監視用温度センサと、
前記湿度センサにて検出した湿度と前記監視用温度センサにて検出した温度に基づいて露点温度を算出し、前記プリント配線板の温度が前記露点温度より高くなるように前記ヒータを制御する制御手段とを備え、
前記監視用温度センサが前記加熱型センサと熱的に分離された状態で前記プリント配線板上に配置されることを特徴とする加熱型センサ搭載検出回路。

【請求項2】

ヒータを搭載してプリント配線板上に配置され、雰囲気中のガスの濃度を検出するガスセンサを有する加熱型センサと、
前記プリント配線板の温度を検出する監視用温度センサと、
前記雰囲気中の湿度を検出する監視用湿度センサと、
前記監視用温度センサにて検出した温度と前記監視用湿度センサにて検出した湿度に基づいて露点温度を算出し、前記プリント配線板の温度が前記露点温度より高くなるように前記ヒータを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする加熱型センサ搭載検出回路。

【請求項3】

ヒータを搭載してプリント配線板上に配置され、前記プリント配線板の温度を検出する温度センサを有する加熱型センサと、
雰囲気中の湿度を検出する監視用湿度センサと、
前記温度センサにて検出した温度と前記監視用湿度センサにて検出した湿度に基づいて露点温度を算出し、前記プリント配線板の温度が前記露点温度より高くなるように前記ヒータを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする加熱型センサ搭載検出回路。

【請求項4】

前記監視用温度センサが前記加熱型センサと熱的に分離された状態で前記プリント配線板上に配置されることを特徴とする請求項２に記載の加熱型センサ搭載検出回路。

【請求項5】

複数の発熱部品を含む回路部品を備え、
前記複数の発熱部品は、前記プリント配線板に対して前記複数の発熱部品の廃熱が均等に伝導するように、当該複数の発熱部品の廃熱の大きさに応じて前記プリント配線板上に配置されることを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の加熱型センサ搭載検出回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、本体にヒータを搭載し、雰囲気中の物理量（例えば湿度、温度、ガス濃度など）を検出する加熱型センサ搭載検出回路に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、結露の発生を防止するセンサとして、例えば下記特許文献１に開示される湿度センサが知られている。特許文献１の湿度センサは、基板の一面側に、感湿膜と湿度センサ電極とからなるセンサ素子が形成され、基板の他面側における、基板を介して感湿膜と対向する部位に発熱体が形成され、この発熱体の端部に発熱体電極が形成されている。発熱体は、到達温度が予め定められており、発熱体を作動させている時は、使用環境において考えられる最高の露点以上の一定温度に湿度センサが保持されるようになっている。

【0003】

また、結露の発生を防止する別の構成として、例えば下記特許文献２や特許文献３に開示される半導体装置が知られている。特許文献２の半導体装置では、パッケージ底面に搭載した半導体素子の主面を除きシリカゲル等の乾燥剤と暗色顔料を充填したシリコーン製のゲル状吸湿性樹脂を滴下塗布している。また、特許文献３の半導体装置では、透明窓を有する半導体受光素子の内部に遮光性除湿部材を設けている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００２－０３９９８３号公報

【文献】特開２００４－０２２９２８号公報

【文献】特開２０１１－１５１４１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上述した特許文献１に開示される構成では、センサ素子とは別に発熱体や発熱体電極を基板に形成する必要があり、構成部品が増えるだけでなく、発熱体を別途設けるための余分なスペースが必要となる問題がある。

【0006】

また、上述した特許文献２や特許文献３に開示される構成では、経年劣化などにより長期間効果を得るのが難しいという問題がある。

【0007】

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、加熱型センサを有効利用してプリント配線板の結露の発生を防止することができる加熱型センサ搭載検出回路を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するため、本発明の請求項１に記載された加熱型センサ搭載検出回路は、ヒータを搭載してプリント配線板上に配置され、雰囲気中の湿度を検出する湿度センサを有する加熱型センサと、
前記プリント配線板の温度を検出する監視用温度センサと、
前記湿度センサにて検出した湿度と前記監視用温度センサにて検出した温度に基づいて露点温度を算出し、前記プリント配線板の温度が前記露点温度より高くなるように前記ヒータを制御する制御手段とを備え、
前記監視用温度センサが前記加熱型センサと熱的に分離された状態で前記プリント配線板上に配置されることを特徴とする。

【0009】

本発明の請求項２に記載された加熱型センサ搭載検出回路は、ヒータを搭載してプリント配線板上に配置され、雰囲気中のガスの濃度を検出するガスセンサを有する加熱型センサと、
前記プリント配線板の温度を検出する監視用温度センサと、
前記雰囲気中の湿度を検出する監視用湿度センサと、
前記監視用温度センサにて検出した温度と前記監視用湿度センサにて検出した湿度に基づいて露点温度を算出し、前記プリント配線板の温度が前記露点温度より高くなるように前記ヒータを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

【0010】

本発明の請求項３に記載された加熱型センサ搭載検出回路は、ヒータを搭載してプリント配線板上に配置され、前記プリント配線板の温度を検出する温度センサを有する加熱型センサと、
雰囲気中の湿度を検出する監視用湿度センサと、
前記温度センサにて検出した温度と前記監視用湿度センサにて検出した湿度に基づいて露点温度を算出し、前記プリント配線板の温度が前記露点温度より高くなるように前記ヒータを制御する制御手段とを備えたことを特徴とする。

【0011】

本発明の請求項４に記載された加熱型センサ搭載検出回路は、請求項２の加熱型センサ搭載検出回路において、
前記監視用温度センサが前記加熱型センサと熱的に分離された状態で前記プリント配線板上に配置されることを特徴とする。

【0012】

本発明の請求項５に記載された加熱型センサ搭載検出回路は、請求項１～４の何れかの加熱型センサ搭載検出回路において、
複数の発熱部品を含む回路部品を備え、
前記複数の発熱部品は、前記プリント配線板に対して前記複数の発熱部品の廃熱が均等に伝導するように、当該複数の発熱部品の廃熱の大きさに応じて前記プリント配線板上に配置されることを特徴とする。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、従来のような発熱体を別途配置するための余分なスペースを必要とせずに、ヒータを搭載した加熱型センサを有効利用してプリント配線板の結露の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る加熱型センサ搭載検出回路の第１実施の形態のブロック構成図である。

【図2】本発明に係る加熱型センサ搭載検出回路の第２実施の形態のブロック構成図である。

【図3】本発明に係る加熱型センサ搭載検出回路の第３実施の形態のブロック構成図である。

【図4】（ａ），（ｂ），（ｃ）本発明に係る加熱型センサ搭載検出回路におけるプリント配線板上の発熱部品の配置例と廃熱による熱伝導の様子を示す平面図である。

【図5】（ａ），（ｂ），（ｃ）本発明に係る加熱型センサ搭載検出回路におけるプリント配線板上の発熱部品の他の配置例と廃熱による熱伝導の様子を示す平面図である。

【図6】本発明に係る加熱型センサ搭載検出回路において加熱型センサと監視用温度センサとを熱的に分離させた状態の一例を示すプリント配線板の部分平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明を実施するための形態について、添付した図面を参照しながら詳細に説明する。

【0016】

本発明に係る加熱型センサ搭載検出回路は、雰囲気中の物理量（湿度、ガス濃度、温度など）を検出する回路であり、本体にヒータを搭載した加熱型センサがプリント配線板上に配置され、プリント配線板の温度が露点温度より高くなるようにヒータを制御する機能を有するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）のデバイスとして構成されるものである。加熱型センサ搭載検出回路は、各種センサ（湿度センサ、ガスセンサ、温度センサなど）の筐体内に収容して用いられる。

【0017】

以下、加熱型センサ搭載検出回路の各実施の形態について図１～図３を参照しながら説明する。なお、図１～図３の各実施の形態において、同一の構成要素には同一番号を付して説明する。

【0018】

［第１実施の形態］
図１に示すように、第１実施の形態の加熱型センサ搭載検出回路１Ａは、加熱型センサ２Ａ、監視用温度センサ４、制御手段５をプリント配線板３上に配置して概略構成される。

【0019】

加熱型センサ２Ａは、本体にヒータ２ａを搭載し、センサが雰囲気中の絶対湿度や相対湿度を検出する湿度センサ２ｂで構成され、湿度センサ２ｂにて検出した雰囲気中の湿度情報を制御手段５に出力する。

【0020】

監視用温度センサ４は、プリント配線板３の温度を検出する温度センサで構成され、検出した温度情報を制御手段５に出力する。

【0021】

制御手段５は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、計測回路などを含むマイクロコンピュータなどで構成され、露点温度算出部５ａとヒータ制御部５ｂを備える。露点温度算出部５ａは、加熱型センサ２Ａの湿度センサ２ｂからの湿度情報と監視用温度センサ４からの温度情報に基づいて露点温度を算出する。また、ヒータ制御部５ｂは、監視用温度センサ４にて検出されるプリント配線板３の温度が露点温度算出部５ａにて算出した露点温度より高くなるように加熱型センサ２Ａのヒータ２ａを制御する。

【0022】

［第２実施の形態］
図２に示すように、第２実施の形態の加熱型センサ搭載検出回路１Ｂは、加熱型センサ２Ｂ、監視用温度センサ４、監視用湿度センサ６、制御手段５をプリント配線板３上に配置して概略構成される。

【0023】

加熱型センサ２Ｂは、本体にヒータ２ａを搭載し、センサが雰囲気中のガス（例えば水素、酸素、二酸化炭素など）の濃度を検出するガスセンサ２ｃで構成され、ガスセンサ２ｃにて検出した雰囲気中のガス濃度情報を制御手段５に出力する。

【0024】

監視用温度センサ４は、プリント配線板３の温度を検出する温度センサで構成され、検出した温度情報を制御手段５に出力する。

【0025】

監視用湿度センサ６は、雰囲気中の湿度（相対湿度）を検出する湿度センサで構成され、検出した湿度情報を制御手段５に出力する。

【0026】

制御手段５は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、計測回路などを含むマイクロコンピュータなどで構成され、露点温度算出部５ａとヒータ制御部５ｂを備える。露点温度算出部５ａは、監視用温度センサ４からの温度情報と監視用湿度センサ６からの湿度情報に基づいて露点温度を算出する。また、ヒータ制御部５ｂは、監視用温度センサ４にて検出されるプリント配線板３の温度が露点温度算出部５ａにて算出した露点温度より高くなるように加熱型センサ２Ｂのヒータ２ａを制御する。

【0027】

［第３実施の形態］
図３に示すように、第３実施の形態の加熱型センサ搭載検出回路１Ｃは、加熱型センサ２Ｃ、監視用湿度センサ６、制御手段５をプリント配線板３上に配置して概略構成される。

【0028】

加熱型センサ２Ｃは、本体にヒータ２ａを搭載し、センサがプリント配線板３の温度を検出する温度センサ２ｄで構成され、温度センサ２ｄにて検出したプリント配線板３の情報を制御手段５に出力する。

【0029】

監視用湿度センサ６は、雰囲気中の湿度（相対湿度）を検出する湿度センサで構成され、検出した湿度情報を制御手段５に出力する。

【0030】

制御手段５は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、計測回路などを含むマイクロコンピュータなどで構成され、露点温度算出部５ａとヒータ制御部５ｂを備える。露点温度算出部５ａは、加熱型センサ２Ｃの温度センサ２ｄからの温度情報と監視用湿度センサ６からの湿度情報に基づいて露点温度を算出する。また、ヒータ制御部５ｂは、加熱型センサ２Ｃの温度センサ２ｄにて検出されるプリント配線板３の温度が露点温度算出部５ａにて算出した露点温度より高くなるように加熱型センサ２Ｃのヒータ２ａを制御する。

【0031】

以上説明した第１乃至第３実施の形態の加熱型センサ搭載検出回路１Ａ，１Ｂ，１Ｃのプリント配線板３上には、共通の構成として、複数の発熱部品７ａ（例えば電源、ＣＰＵなどのＩＣ）を含む回路部品７が配置される。

【0032】

ここで、加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃや各発熱部品７ａの廃熱の大きさが略同等であれば、図４（ａ）～（ｃ）に示すように、加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃや各発熱部品７ａをプリント配線板３の長手方向に等間隔に配置するのが好ましい。これに対し、加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃや各発熱部品７ａの廃熱の大きさが異なる場合には、図５（ａ）～（ｃ）に示すように、プリント配線板３に対して加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃや各発熱部品７ａの廃熱が均等に伝導するように、加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃや各発熱部品７ａの廃熱の大きさに応じてプリント配線板３上に加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃや各発熱部品７ａを配置する間隔を決めるのが好ましい。これにより、加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃや発熱部品７ａの廃熱によりプリント配線板３全体を満遍なく加熱することができる。また、加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃや発熱部品７Ａの廃熱によってプリント配線板３を加熱する際に、プリント配線板３上の導体（配線やアースなどの導体）を利用すれば、より早く加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃや発熱部品７Ａの廃熱をプリント配線板３全体に広げることができ、より効果的である。

【0033】

なお、図４（ａ）～（ｃ）および図５（ａ）～（ｃ）の斜線部分は、プリント配線板３上の加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃや発熱部品７ａによる加熱箇所である。また、加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃや発熱部品７ａによる廃熱の伝導の推移を図４（ａ）→図４（ｂ）→図４（ｃ）、図５（ａ）→図５（ｂ）→図５（ｃ）で概略的に示している。

【0034】

また、加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃは、図４（ａ）～（ｃ）ではプリント配線板３の中央に配置し、図５（ａ）～（ｃ）ではプリント配線板３の端部に配置しているが、配置位置が限定されるものではなく、加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃや各発熱部品７ａの廃熱の大きさや発熱部品７ａを含む回路部品７との兼ね合いでプリント配線板３の最適な位置に配置される。

【0035】

さらに、第１実施の形態の加熱型センサ２Ａ（湿度センサ２ｂ）や第２実施の形態の加熱型センサ２Ｂ（ガスセンサ２ｃ）を用いる場合には、加熱型センサ２Ａ，２Ｂと監視用温度センサ４とを熱的に分離させた状態でプリント配線板３上に配置する。具体的には、図６に示すように、加熱型センサ２Ａ，２Ｂの周囲のプリント配線板３にコ字状の切欠き８を形成して加熱型センサ２Ａ，２Ｂと監視用温度センサ４とを熱的に分離させた状態でプリント配線板３上に配置する。これにより、加熱型センサ２Ａ，２Ｂの熱が監視用温度センサ４に直接伝導されるのを低減することができる。

【0036】

［具体例］
湿度センサ２ｂを用いた加熱型センサ２Ａでは、外形寸法２０ｍｍ×９０ｍｍ×１．６ｍｍのプリント配線板３を使用した場合、加熱型センサ２Ａが最大５００℃程度に加熱され、プリント配線板３の加温状態は周囲温度によっても変わるが、プリント配線板３上のセンサ周辺の温度を概ね周囲温度＋５℃～＋１５℃に保つことができる。

【0037】

また、ガスセンサ２ｃを用いた加熱型センサ２Ｂでは、外形寸法２０ｍｍ×９０ｍｍ×１．６ｍｍのプリント配線板３を使用した場合、加熱型センサ２Ｂが最大７００℃程度に加熱され、湿度センサ２ｂを用いた加熱型センサ２Ａと同様に、プリント配線板３の加温状態は周囲温度によっても変わるが、プリント配線板３上のセンサ周辺の温度を概ね周囲温度＋５℃～＋１５℃に保つことができる。

【0038】

ところで、上述した各実施の形態において、制御手段５は、温度と湿度（相対湿度）から露点温度に換算する露点温度換算表を予め記憶しておき、各センサ（第１実施の形態では、加熱型センサ２Ａ（湿度センサ２ｂ）と監視用温度センサ４、第２実施の形態では、監視用温度センサ４と監視用湿度センサ５、第３実施の形態では、加熱型センサ２Ｃ（温度センサ２ｄ）と監視用湿度センサ６）から得られる温度情報と湿度情報（相対湿度）に対応する露点温度を露点温度換算表から検索するようにしてもよい。

【0039】

このように、本実施の形態によれば、従来のような発熱体を別途配置するための余分なスペースを必要とせずに、ヒータ２ａを搭載した加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃを有効利用してプリント配線板３の結露の発生を防止することができる。しかも、プリント配線板３を加熱する熱源として、ヒータ２ａを搭載した加熱型センサ２Ａ，２Ｂ，２Ｃだけでなく、プリント配線板３上に配置される回路部品７に含まれる発熱部品７ａで消費された熱量等の廃熱を利用すれば、新たに加熱用の部品や構造的仕組みを追加することなくプリント配線板３を加熱して結露発生の防止を低コストで実現でき、省エネにもつながる。また、定常的に周囲の空気が飽和空気に近い状態であっても効果が変わらない。

【0040】

以上、本発明に係る加熱型センサ搭載検出回路の最良の形態について説明したが、この形態による記述及び図面により本発明が限定されることはない。すなわち、この形態に基づいて当業者等によりなされる他の形態、実施例及び運用技術などはすべて本発明の範疇に含まれることは勿論である。

【符号の説明】

【0041】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 加熱型センサ搭載検出回路
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 加熱型センサ
２ａ ヒータ
２ｂ 湿度センサ
２ｃ ガスセンサ
２ｄ 温度センサ
３ プリント配線板
４ 監視用温度センサ
５ 制御手段
５ａ 露点温度算出部
５ｂ ヒータ制御部
６ 監視用湿度センサ
７ 回路部品
７ａ 発熱部品
８ 切欠き

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】