JP2008151524A - 結露センサ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、絶縁基板の材料成分のバラツキにより、絶縁基板の誘電率が変化しても、出力信号が変動するということがない結露センサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の結露センサは、絶縁基板１１の上面に設けられた一対の参照電極１８とこの一対の参照電極１８と電気的に接続されかつ所定の間隔をもって並設された一対の参照パターン１９とからなる参照部２０を備え、この参照部２０における参照パターン１９の近傍に位置して結露防止手段１６を設けたものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、特に、冷凍庫内の結露および着霜状態を検出する結露センサに関するものである。

従来のこの種の結露センサは、図７に示すように構成されていた。

図７は従来の結露センサの上面図を示したもので、この図７において、１はセラミック製の絶縁基板である。２は一対の検出電極で、この検出電極２は前記絶縁基板１の上面に設けられている。３は一対の検出パターンで、この検出パターン３は前記絶縁基板１の上面に設けられるとともに、前記検出電極２と電気的に接続され、かつ所定の間隔をもって並設されている。

以上のように構成された従来の結露センサについて、次にその動作を説明する。

従来の結露センサを、例えば冷凍機の中に設置する。そうすると、冷凍機の中の温度変化により、結露センサの表面の被検出物質が、乾燥状態であれば、空気であったり、結露状態であれば、水滴が付着したり、着霜状態であれば、氷だったりする。空気の誘電率は１．０で、不純物を含んだ水の誘電率は導通性を有しており０で、さらに、氷の誘電率は４．２であるとともに、セラミックからなる絶縁基板１の誘電率は８〜９である。ゆえに、一対の検出電極２間から、被検出物質および絶縁基板１に応じた電荷を外部回路（図示せず）に出力した後、電圧に変換して出力信号とする。そして、図８に示すように、結露状態と着霜状態との間に第１の基準レベルを設けるとともに、乾燥状態と着霜状態との間に第２の基準レベルを設け、そして前述した出力信号を第１の基準レベルおよび第２の基準レベルと比較することにより、冷凍庫の中が乾燥状態、結露状態または着霜状態のいずれであるかを検出するものであった。

このとき、一対の検出電極２間に生じる静電容量Ｃは（数１）に示す式で概略的に表される。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開昭５８−１６５０５０号公報

しかしながら、上記従来の構成においては、（数１）に示すように、検出電極２から出力される静電容量は、被検出物質と絶縁基板１との誘電率の和に比例するため、絶縁基板１の材料成分のバラツキにより、絶縁基板１の誘電率が変化すると、被検出物質の状態変化の要因なしに、静電容量を電圧に変換した出力信号が第１の基準レベルまたは第２の基準レベルをまたぐこととなり、これにより、出力信号が変動してしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、絶縁基板の材料成分のバラツキにより、絶縁基板の誘電率が変化しても、出力信号が変動するということがない結露センサを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられた一対の検出電極と前記絶縁基板の上面に設けられるとともに前記検出電極と電気的に接続されかつ所定の間隔をもって並設された一対の検出パターンとからなる検出部と、前記絶縁基板の上面に設けられた一対の参照電極とこの一対の参照電極と電気的に接続されかつ所定の間隔をもって並設された一対の参照パターンとからなる参照部とを備え、前記参照部における参照パターンの近傍に位置して結露防止手段を設けたもので、この構成によれば、参照部における参照パターンの近傍に位置して結露防止手段を設けているため、絶縁基板の誘電率のバラツキにより、検出電極からの出力信号が変動した場合においても、参照電極からの出力信号を基準電圧とすることにより、正確に被検出物質の状態を検出することができ、これにより、出力信号が変動するということがない結露センサを提供することができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、結露防止手段をヒータ層で構成するとともに、絶縁基板の上面に設けた検出部と参照部とを互いに離間して設け、かつ前記検出部と参照部との間に位置して絶縁基板に伝熱防止手段を設けたもので、この構成によれば、結露防止手段をヒータ層で構成するとともに、絶縁基板の上面に設けた検出部と参照部とを互いに離間して設け、かつ前記検出部と参照部との間に位置して絶縁基板に伝熱防止手段を設けているため、参照部におけるヒータ層からの検出部への熱の伝導を防止することができ、これにより、検出部に付着した結露および着霜が熱により消滅してしまうのを防止できるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、絶縁基板をポリイミドで構成したもので、この構成によれば、絶縁基板をポリイミドで構成しているため、絶縁基板をセラミックで構成したものに比べ、絶縁基板の誘電率が低くなり、これにより、出力信号に対する結露センサの周囲に設けた被検出物質の乾燥状態、結露状態および着霜状態の変化による誘電率の影響度合いが大きくなるため、結露センサの感度が向上するという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の結露センサは、絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられた一対の検出電極と前記絶縁基板の上面に設けられるとともに前記検出電極と電気的に接続されかつ所定の間隔をもって並設された一対の検出パターンとからなる検出部と、前記絶縁基板の上面に設けられた一対の参照電極とこの一対の参照電極と電気的に接続されかつ所定の間隔をもって並設された一対の参照パターンとからなる参照部とを備え、前記参照部における参照パターンの近傍に位置して結露防止手段を設けているため、絶縁基板の誘電率のバラツキにより、検出電極からの出力信号が変動した場合においても、参照電極からの出力信号を基準電圧とすることにより、正確に被検出物質の状態を検出することができ、これにより、出力信号が変動するということがない結露センサを提供することができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態における結露センサについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における結露センサから保護層を取り外した状態を示す上面図、図２は同結露センサの側断面図、図３は同結露センサの絶縁基板におけるヒータ層の上面図である。

図１〜図３において、１１はポリイミドで構成した絶縁基板で、この絶縁基板１１の上面には、一端側に一対のＡｇからなる検出電極１２を設けるとともに、略中央に位置して孔からなる伝熱防止手段１１ａを設けている。この場合、前記ポリイミドの誘電率は３．５程度で、一方、背景技術に開示したセラミックの誘電率は８〜９である。本発明の一実施の形態における結露センサは、絶縁基板１１をポリイミドで構成しているため、絶縁基板１１をセラミックで構成したものに比べ、絶縁基板１１の誘電率が低くなり、これにより、出力信号に対する結露センサの周囲に設けた被検出物質の乾燥状態、結露状態および着霜状態の変化による誘電率の影響度合いが大きくなるため、結露センサの感度が向上するという効果を有するものである。

１３は櫛歯形状のＡｇからなる一対の検出パターンで、この検出パターン１３は前記絶縁基板１１の上面に設けられるとともに、前記検出電極１２と電気的に接続され、かつ一対の検出パターン１３は互いに所定の間隔をもって並設されている。そして、前記検出電極１２と検出パターン１３とにより検出部１４を構成している。１５はＡｇからなるヒータ電極で、このヒータ電極１５は前記絶縁基板１１の上面に、前記検出電極１２を設けた位置と絶縁基板１１の長手方向の反対側に設けられている。１６はＡｇ製のヒータ層からなる結露防止手段で、この結露防止手段１６は図３に示すように、前記絶縁基板１１の上面に設けられるとともに、前記ヒータ電極１５と電気的に接続されている。１７は樹脂製の絶縁層で、この絶縁層１７は前記結露防止手段１６の上面を覆うように設けられている。１８はＡｇからなる参照電極で、この参照電極１８は前記絶縁基板１１の検出部１４における検出電極１２と絶縁基板１１の長手方向の反対側に設けられている。１９は櫛歯形状のＡｇからなる参照パターンで、この参照パターン１９は前記絶縁層１７の上面に設けられるとともに、前記参照電極１８と電気的に接続されている。そして、前記ヒータ電極１５、結露防止手段１６、絶縁層１７、参照電極１８および参照パターン１９とにより参照部２０を構成している。そしてまた、前記検出部１４と参照部２０とは互いに離間して設けられるとともに、検出部１４と参照部２０との間に位置して、前記孔からなる伝熱防止手段１１ａを設けている。

また、本発明の一実施の形態における結露センサは、結露防止手段１６をヒータ層で構成するとともに、絶縁基板１１の上面に設けた検出部１４と参照部２０とを互いに離間して設け、かつ前記検出部１４と参照部２０との間に位置して絶縁基板１１に孔からなる伝熱防止手段１１ａを設けているため、参照部２０における結露防止手段１６からの検出部１４への熱の伝導を防止することができ、これにより、検出部１４に付着した結露および着霜が熱により消滅してしまうのを防止できるという効果を有するものである。

２１は樹脂製の保護層で、この保護層２１は前記検出部１４における検出パターン１３および参照部２０における参照パターン１９の上面を覆うように設けている。

以上のように構成された本発明の一実施の形態における結露センサについて、次にその組立方法を説明する。

まず、ポリイミド製の前記絶縁基板１１に厚膜印刷工法により、Ａｇペーストを印刷した後、約２５０℃で約２時間焼成することにより、絶縁基板１１の上面に検出電極１２、検出パターン１３、ヒータ電極１５およびヒータ層からなる結露防止手段１６を形成する。

次に、前記結露防止手段１６を覆うように樹脂製の絶縁ペーストを印刷した後、約２５０℃で約２時間焼成することにより、ヒータ層からなる結露防止手段１６を覆うように絶縁層１７を形成する。

次に、前記結露防止手段１６の上方に位置して、絶縁層１７の上面に、Ａｇ系のペーストを印刷した後、約２５０℃で約２時間焼成することにより、参照電極１８および参照パターン１９を形成する。

最後に、前記検出パターン１３および参照パターン１９を覆うように、カーボンを含有する保護層ペーストを印刷した後、焼成することにより、検出パターン１３および参照パターン１９を覆うように保護層２１を形成する。

以上のようにして組み立てられた本発明の一実施の形態における結露センサについて、次にその動作を図面を参照しながら説明する。

本発明の一実施の形態における結露センサを、例えば冷凍機の中に設置するとともに、図４に示す発振回路２１、検出回路２２および参照回路２３からなる外部回路に接続する。そして、冷凍機の中の温度変化により、結露センサの表面が変化する。例えば、絶縁基板１１の表面が乾燥状態であるため空気であったり、結露状態であるため水滴が付着したり、着霜状態であるため氷だったりする。そして、空気の誘電率は１．０で、水の誘電率は不純物によりイオン伝導により、電流が流れるため０である。また、氷の誘電率は４．２であり、温度変化による静電容量を以下に比較する。図５に示すように、結露センサを１０℃以上の気体中に放置すると、検出電極１２の出力信号は３０［ｐＦ］であるが、−４℃〜１０℃の状態において、水滴が付着すると０［ｐＦ］となり、さらに、−４℃以下においては、氷の着霜状態によって、５０［ｐＦ］から３０［ｐＦ］が測定されている。一方、ヒータ電極１５に電圧が印加されることにより結露防止手段１６が加熱される。そうすると、結露防止手段１６から発生した熱は、絶縁層１７を介して参照パターン１９に伝わる。この場合、参照パターン１９の上面に設けた保護層２１の上面が結露状態あるいは着霜状態になろうとしても、参照パターン上は露点以下の温度にならないため、保護層２１の上面は乾燥状態となる。参照電極１８からは、ポリイミドからなる絶縁基板１１の誘電率３．５と空気の誘電率１との和からなる誘電率により、図６に示すように、結露センサの周囲の温度が変化しても、常に、約３０［ｐＦ］の静電容量値が参照電極１８から検出される。そして、発振回路２１から交流電圧を検出部１４に印加することにより、検出電極１２から出力される電荷を検出回路２２により電圧に変換して、出力信号として出力する。また、同様に、参照電極１８から出力される電荷を参照回路２３により電圧に変換して出力する。そして、検出回路２２からの出力信号と参照回路２３からの出力信号を比較することにより、結露センサの周囲の状態が、乾燥状態か結露状態かそれとも着霜状態であるかを検出するものである。

ここで、製造状態のバラツキにより、絶縁基板１１の誘電率が変動する場合を考えて見ると、本発明の一実施の形態における結露センサにおいては、参照部２０における参照パターン１９の近傍に位置して結露防止手段１６を設けているため、絶縁基板１１の誘電率のバラツキにより、検出電極１２からの出力信号が変動した場合においても、参照電極１８からの出力信号を基準電圧とすることにより、正確に被検出物質の状態を検出することができ、これにより、出力信号が変動するということのない結露センサを提供することができるという効果を有するものである。

なお、上記本発明の一実施の形態における結露センサにおいては、検出部１４と参照部２０との間に位置して絶縁基板１１に孔を設け、この孔により伝熱防止手段１１ａを構成しているが、孔の替わりにセラミック層あるいはゴム成分を含む熱伝導率の低い層を設けた場合でも、上記本発明の一実施の形態と同様の効果が得られるものである。

本発明に係る結露センサは、絶縁基板の誘電率のバラツキにより、検出電極からの出力信号が変動した場合においても、参照電極からの出力信号を基準電圧とすることにより、正確に被検出物質の状態を検出することができ、これにより、出力信号が変動するということがないという効果を有するものであり、冷凍庫内の結露および着霜状態を検出する結露センサ等として有用なものである。

本発明の一実施の形態における結露センサから保護層を取り外した状態を示す上面図 同結露センサの側断面図 同結露センサの絶縁基板における結露防止手段の上面図 同結露センサを外部回路に接続した状態を示す回路図 同結露センサにおける検出部が動作する状態を示す図 同結露センサにおける参照部が動作する状態を示す図 従来の結露センサの上面図 同結露センサが動作する状態を示す図

符号の説明

１１ 絶縁基板
１１ａ 伝熱防止手段
１２ 検出電極
１３ 検出パターン
１４ 検出部
１６ 結露防止手段
１８ 参照電極
１９ 参照パターン
２０ 参照部

Claims (3)

1. 絶縁基板と、この絶縁基板の上面に設けられた一対の検出電極と前記絶縁基板の上面に設けられるとともに前記検出電極と電気的に接続されかつ所定の間隔をもって並設された一対の検出パターンとからなる検出部と、前記絶縁基板の上面に設けられた一対の参照電極とこの一対の参照電極と電気的に接続されかつ所定の間隔をもって並設された一対の参照パターンとからなる参照部とを備え、前記参照部における参照パターンの近傍に位置して結露防止手段を設けた結露センサ。
2. 結露防止手段をヒータ層で構成するとともに、絶縁基板の上面に設けた検出部と参照部とを互いに離間して設け、かつ前記検出部と参照部との間に位置して絶縁基板に伝熱防止手段を設けた請求項１記載の結露センサ。
3. 絶縁基板をポリイミドで構成した請求項１記載の結露センサ。

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