JP2995106B2 - 水溶液中の溶質濃度測定センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば硫酸溶液中の
水蒸気圧を測定検出することによって、この溶液の濃度
を測定させる水溶液中の溶質濃度測定センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】溶液中の水蒸気圧を検出することによっ
て、この溶液の濃度を測定するようにした濃度センサと
しては、例えば特開平１−２５０７４７号公報に示され
るように、感湿センサを多孔性膜で被覆して構成したも
のが知られている。この濃度センサは水溶液中に直接浸
漬することによって使用されるもので、多孔性膜に形成
された孔を介して拡散される水蒸気の分圧を、感湿セン
サによって測定することで、水溶液中の溶質の濃度を検
出するようにしている。

【０００３】この様な濃度センサを構成する感湿センサ
は感湿膜を備え、この感湿膜部分に溶液から水蒸気を分
離して供給する水蒸気透過膜（多孔性膜）を含み構成さ
れ、感湿センサに対しては電気的な測定信号を出力する
リード線が接続し、このリード線の接続された感湿セン
サの全体を保護ケースによって被覆するようにしてい
る。

【０００４】図１０は従来の感湿センサ50を示している
もので、感湿センサ50はセラミックによって構成された
基板51上に、櫛の歯状にした電極521 および空気中の水
分によって抵抗値が変化する性質を有する感湿膜52を形
成することによって構成される。この基板51上には電極
521 に電気的に接続されるリード取出し用端子53を形成
し、この端子53にリード線54を半田55によって接続す
る。

【０００５】この感湿センサ50は保護ケース内に収納
し、被検溶液中に浸漬するものであるが、この保護ケー
スの一部分を、水蒸気透過膜で構成し、被検溶液中の水
蒸気圧が検出されるようにする。

【０００６】この様な感湿センサ50では、リード線54を
接続するための半田55に突起状物が形成され、この突起
状物によって感湿センサ50の厚さを薄くすることが困難
となる。また、感湿センサ50のセンサ外部の水蒸気圧変
化に対する応答性を良くするためには、水蒸気透過膜の
面積を大きくする必要があり、このため半田55の突起状
物が水蒸気透過膜に接触する状態となると、この水蒸気
透過膜に傷を付けるようになり、被検溶液がこの感湿セ
ンサ50部に侵入し、この溶液の濃度測定が行えなくなる
ことがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この発明は上記のよう
な点に鑑みなされたもので、特に感湿膜に接続される端
子部と導出リードとの接続部分を改善し、半田付けによ
る突起状物が形成されないようにして、全体の膜厚を確
実に薄型化して構成できるようにすると共に、水蒸気透
過膜となる多孔性非透水性膜に傷が付けられないように
して、信頼性が充分に得られるようにした水溶液中の溶
質濃度測定センサを提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明に係る水溶液中
の溶質濃度測定センサは、感湿膜を形成した基板に、こ
の感湿膜に接続されるリード取出し電極を形成すると共
に、電極部に対向して測定センサリードの平板状被覆接
続部を対向設定し、前記リード取出し電極に半田付け接
続されるようにしている。

【０００９】

【作用】この発明に係る溶質濃度測定センサにあって
は、感湿膜の形成された基板に対して、測定センサリー
ドが対面設定され、感湿膜に接続されるリード取出し電
極部分がこのセンサリードの平板状被覆接続部によって
覆われ、この接続部が基板上のリード取出し電極との間
を半田によって結合されるようにしても、この半田部は
接続部によってカバーされ、この濃度測定センサの厚さ
が容易に薄く構成することができる。また、半田の突起
状物が突出しないものであるため、感湿膜部を覆うよう
に設定される水蒸気透過膜に傷が付けられることがな
く、信頼性が確実に確保されるようになる。

【００１０】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の一実施例を
説明する。図１は水溶液中の溶質濃度を測定するセンサ
の断面構造を示すもので、測定センサ本体とされる感湿
センサ11はセラミックによって構成された基板12上に、
感湿膜13を印刷等の手法によって塗布形成して構成され
る。131 は感湿膜13に接触して設定される電極である。

【００１１】図２の（Ａ）はこの感湿センサ11部を取出
して示した平面図で、基板12上には感湿膜13と共に、基
板12の１つの辺部分に近接した位置にリード取出し電極
141および142 が導電体膜によって形成されている。こ
の電極141 および142 は、感湿膜13の電極131 に配線15
1 および152 を介して接続され、空気中の水分と反応し
て変化する感湿膜13の抵抗値に対応した電気的信号が出
力される。

【００１２】平板状の接続リードであるフレキシブル配
線基板16は、感湿センサ11の基板12に対向して設定され
る。この配線基板16は測定センサリードとされるもの
で、図２の（Ｂ）で示すように銅箔によって構成された
配線層161 および162 を樹脂膜によって挟み込んで構成
した、極く一般に知られた構造である。

【００１３】フレキシブル配線基板16は、リード取出し
電極141 および142 に対面して樹脂膜を剥離して内部の
銅箔配線部を露出した平板状被覆接続部を備え、この接
続部で接続用電極163 および164 が形成される。

【００１４】このフレキシブル配線基板16は、感湿セン
サ11の基板12の面に対面して設定され、その接続用電極
163 および164が、基板12上のリード取出し電極141 お
よび142 にそれぞれ対面され、その相互間は半田17によ
って一体的に結合する。

【００１５】この様にフレキシブル配線基板16が接続さ
れた感湿センサ11は、全体を保護ケース18中に収納し、
被検溶液中に浸漬した場合、この溶液が感湿センサ11に
直接接触されないようにしている。

【００１６】測定センサ本体収納手段とされる保護ケー
ス18は、感湿センサ11の特に感湿膜13に対面する位置に
開口形成した窓を備え、この窓部は多孔性非透水性膜で
構成した水蒸気透過膜19で塞ぐ。

【００１７】この様に構成された濃度センサは、リード
取り出し電極141 、142 とフレキシブル配線基板16の接
続用電極163 、164 とが半田17によって接続されるが、
この半田17部分は基板12とフレキシブル配線基板16との
間に挟まれて形成される。

【００１８】したがって、この電極相互を接続する半田
17に突起状物が形成されることがなく、またこの半田17
が保護ケース18の特に水蒸気透過膜19に接触されること
がない。このため、この濃度センサ全体の厚さを容易に
薄型に構成できると共に、半田17によって水蒸気透過膜
19に傷をつけるようになる虞がない。

【００１９】この濃度センサが被検溶液中に浸漬された
場合、保護ケース18の窓部に形成された水蒸気透過膜19
で溶液が遮断され、水蒸気成分のみがこの透過膜19を通
過して感湿膜13に作用される。

【００２０】被検溶液が硫酸であると場合、濃度センサ
を硫酸中に浸漬したときに、硫酸に含まれる水蒸気のみ
が感湿センサ11に拡散されるようにする必要がある。こ
のため、この濃度センサにあっては感湿センサ11がポリ
プロピレン等によって構成された保護ケース18内に収納
されるようにすると共に、保護ケース18の一部が多孔性
膜による水蒸気透過膜19で構成されている。

【００２１】この水蒸気透過膜19は、例えば０．０１〜
０．５μｍの多数の孔を形成して薄膜でなり、水蒸気透
過膜19によって水分が遮断されると共に水蒸気成分のみ
が透過される性質を有する。

【００２２】この場合、この水蒸気透過膜19を構成する
材料は、耐硫酸性のポリプロピレンやテフロン系の樹脂
が選択されもので、特に硫酸の濃度変化に対して応答性
を良くするために、例えば厚さ１００μｍ等の非常に薄
い膜によって構成される。

【００２３】上記実施例においては、フレキシブル配線
基板16を、感湿センサ11のリード取り出し電極141 、14
2 部を覆う位置まで延長形成した。しかし、図３に示す
ようにフレキシブル配線基板16を基板12の全体を覆うよ
うに大きくしてもよい。

【００２４】この場合、フレキシブル配線基板16に対し
て、基板12上の感湿膜13の形成領域に対応して窓20を開
口形成し、水蒸気透過膜19を通過した水蒸気が感湿膜13
に効果的に作用させられるようにする。

【００２５】図４は図３で示した感湿センサ11を用いて
構成される濃度センサの断面構造を示すもので、フレキ
シブル配線基板16の窓20部に対応して保護ケース18に窓
を開口形成し、この窓部分に水蒸気透過膜19を取り付け
る。その他、前実施例と同一部分は同一符号を付してそ
の説明を省略する。

【００２６】この様にフレキシブル配線基板16によっ
て、感湿センサ11の基板12部の全面を覆うようにすれ
ば、基板12の角部のバリ等によって水蒸気透過膜19に傷
を付けることが確実に阻止され、信頼性がさらに向上さ
れる。

【００２７】図５はさらに他の実施例の感湿センサ11を
示すもので、この実施例においてはフレキシブル配線基
板16を図３の実施例よりさらに大きく構成し、基板12の
裏面までも覆うように構成する。したがって、基板12の
裏面の角部で裏面の水蒸気透過膜19を傷付けることをさ
らに確実に防止できる。

【００２８】この濃度センサにおいては、基板12に形成
されたリード取出し電極141 、142部に対応して、フレ
キシブル配線基板16の銅箔配線層161 、162 を露出させ
て露出電極すなわち接続用電極163 、164 を形成し、こ
の両者を対設した状態で半田付けするようにした。した
がって、この導出リード部を構成する場合の作業性が向
上される。

【００２９】これは、従来のリード線の半田付け作業の
各電極部に対する半田付け時における場合のようにリー
ド線の位置決めが不要であり、例えば基板12上の電極14
1 、142 に対して迎え半田処理を施し、熱板上でのリフ
ローによる半田付け作業が可能とされる。

【００３０】実施例で示した感湿センサは、上記説明の
ようにして導出電極部の半田接続処理が行われるが、基
板12上の電極141 、142 とフレキシブル配線基板16に形
成される接続用電極部163 、164 のそれぞれの大きさ
は、特に同一の大きさである必要はない。

【００３１】例えば、図６で示すようにフレキシブル配
線基板16の配線層161 、162 の延長上に形成される接続
用電極163 、164 が、基板12に形成されるリード取出し
電極141 、142 それぞれより大きく構成されるようにし
てもよく、また図７で示すようにその逆の大きさの関係
としてもよい。

【００３２】この様に構成される硫酸濃度センサが、例
えば比重センサとしてバッテリに実装される場合、濃度
センサがバッテリの電槽と電極との間に実装されるよう
にすることが要求され、比重センサを充分に薄型に構成
することが必要である。しかし、比重センサはフレキシ
ブル配線基板16を用いて信号導出部が構成されるように
することにより、半田付け部の盛上がりが防止され、例
えば厚さ約２ｍｍとすることが可能となる。

【００３３】以上の実施例においては、湿度センサとし
てセラミック基板12上に形成された感湿膜13の抵抗値の
変化を利用した例を示したが、電極間の誘電率の変化を
利用した湿度センサにおいても、同様に実施できる。

【００３４】図８および図９で示す実施例の感湿センサ
は、基板12上の電極141 、142 とフレキシブル配線基板
16の接続用電極部との半田付け作業時に、半田フラック
スが感湿膜13部に流れ込み、感湿膜13の特性が変化させ
られることを防止する構造とされている。

【００３５】すなわち、基板12は感湿膜13に接続された
配線151 、152 にそれぞれ対応する位置に、裏面に貫通
するスルーホール211 、212 を備える。そしてリード取
り出し電極143 、144 が、スルーホール211 、212 を介
して電気的に接続されるようにして基板12の裏面に形成
されるようにする。

【００３６】リード取出し電極143 、144 が基板12の裏
面に形成された場合には、フレキシブル配線基板16は基
板12の裏面に対設され、このフレキシブル配線基板16の
配線層161 、162 のそれぞれ延長上に形成された接続用
電極部が電極143 、144 に対設され、それぞれ半田17に
よって接合されるようになる。

【００３７】また、この実施例においては、フレキシブ
ル配線基板16部にダイオード、サーミスタ等の温度検出
素子22を取り付け、この温度検出素子22によって感湿セ
ンサ11の温度特性を補正するようにしている。

【００３８】この実施例においては、フレキシブル配線
基板16が基板12の裏面部に対設されるものであるが、こ
のフレキシブル配線基板16を折り返して基板12の両面を
覆うように構成すれば、感湿膜13部に対設設定される水
蒸気透過膜を確実に保護することができる。この場合、
窓29が感湿膜13の対面する部分に形成されている。

【００３９】

【発明の効果】以上のようにこの発明に係る水溶液中の
溶質濃度測定センサによれば、感湿膜の形成されたセラ
ミック等の基板面に、フレキシブル配線基板によって構
成された測定センサリードを対設することによって信号
導出部が構成され、基板に形成される感湿膜に接続され
たリード取出し電極とフレキシブル配線基板に形成され
た接続用電極との間は、フレキシブル配線基板とセラミ
ック機破線との間で半田によって結合される。したがっ
て、この接続用半田が基板面から大きく突出することが
なく、この濃度センサを容易に薄型に構成できると共
に、この種センサを構成する水蒸気透過膜に対して傷を
付けることも確実に防止され、信頼性の高い濃度センサ
を構成できるようになるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る濃度センサを説明す
る断面構成図。

【図２】（Ａ）および（Ｂ）はそれぞれ図１の実施例の
感湿センサ部およびフレキシブル配線基板部を取出して
示す平面図。

【図３】（Ａ）はこの発明の第２の実施例の感湿センサ
部を示す平面図で、（Ｂ）は（Ａ）図のｂ−ｂ線断面
図。

【図４】上記感湿センサを用いた濃度センサを示す断面
構成図。

【図５】この発明の第３の実施例に係る濃度センサの感
湿センサ部を示す断面図。

【図６】この発明の第４の実施例を示す感湿センサの平
面図。

【図７】この発明の第５の実施例を示す感湿センサの平
面図。

【図８】この発明の第６の実施例に係る感湿センサを示
す断面図。

【図９】図８で示した感湿センサの平面図。

【図１０】従来の感湿センサを説明する図。

【符号の説明】

11…感湿センサ、12…基板（セラミック）、13…感湿
膜、141 〜144 …リード取出し電極、16…フレキシブル
配線基板、161 、162 …配線層、163 、164 …接続用電
極部、17…半田、18…保護ケース、19…水蒸気透過膜。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−250747（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−161060（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01N 27/00 - 27/24

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 測定センサ本体(11)と平板状接続リード
   (16)と測定センサ本体収納手段(18)とを備えてなり、前記 測定センサ本体は、感湿センサ部であって、基板と
   前記基板上に形成した電極と前記電極上に形成した感湿
   膜と、前記基板上に配設した信号取り出し用電極(141)
   を備え、 前記平板状接続リードは、接続リードと、その両面を覆
   う平板状被覆と、前記接続リードを前記信号取り出し用
   電極に対面して一方の面にのみ露出させてなる露出電極
   (163) を備え、 前記測定センサ本体収納手段は、非透水性の水蒸気透過
   膜を少なくとも一部に備え、前記信号取り出し用電極と
   前記露出電極を対面させて導電接続し、前記測定センサ
   本体収納手段中に液密に収納したものであることを特徴
   とする水溶液中の溶質濃度測定センサ。
2. 【請求項２】 前記平板状接続リード(16)は、前記測定
   センサ本体の少な＜とも前記感湿膜の存在する面を覆う
   ように形成され、前記平板状接続リードには前記感湿膜
   の形成面に対応して窓(20)が形成されるようにした請求
   項１記載の溶質濃度測定センサ。