JP3606169B2 - 静電容量式水分量センサ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、水分量の検出や水分の有無を検出する静電容量式水分量センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から水分量を測定する方法は、一般には大別すると、赤外線吸収式、マイクロ波式、電気抵抗式、静電容量式、重量式などがある。
【0003】
しかし、上記の赤外線吸収式において透過赤外光を用いる水分量センサでは、検知対象物が赤外光を透過するような材質のものでなければならない。この場合、数mm程度までの薄い紙等には適するが、赤外光を透過させない材質のものには不向きである。さらに反射赤外光を用いる水分量センサでは、検知対象物の表面の凹凸状態、色によって反射条件が大きく左右される。つまり、照射光量に対する光量減少量が水分の吸収によるのか反射条件によるのかが定まらず、精度の良い水分量検知ができないという問題があった。
【0004】
また、マイクロ波式は、複素誘電率によって発生する伝播エネルギ損失量を測定しているため、装置が複雑となって製作コストが高いという問題があった。
【0005】
更に電気抵抗式は、水の電気抵抗式は、水の電気伝導度を用いた抵抗成分の測定を行う方法だが、実際は水分中に含まれる不純物、例えば塩分(NaCl)などが電気分解によってできたイオン伝導度の方が桁違いに大きく、そのため抵抗で測定できる値は、正確には水分中に溶解している不純物濃度が実際のところである。
【0006】
更にまた重量式は、その測定原理からオンライン計測には不向きな方法である。
【0007】
一方静電容量式は比誘電率が水と同等なものが存在すると誤差の要因となるが、比誘電率が20〜50の有機溶剤系物質を含まない上記用途(発酵工程・米等の穀類・茶の葉・タバコの葉・生ゴミ・木材・土壌・コンクリート細骨材、等で、夫々が静止或いは移動している状態で夫々の物質に含まれる水分量をオンライン又はオフラインで検出する場合や、雨検知・バスお湯はり時の水位監視・人体の着席検知等)中に存在する物質では水と同等の比誘電率を有するものがないため、誤差の少ない水分量検知ができ、しかも検知対象物に対して接触させて検知対象物中の水分量を検知できる特徴がある。
【0008】
この静電容量式の原理は、水が分極する物質(誘電体)である性質を用いて、図22に示すように一対の電極100a,100b間の静電容量値を測定してその静電容量値から水分量を検知する方法である。ここで水分量は水分量=水体積/(S×d)で表され、Sは電極100a,100bの面積、dは電極間距離であり、S×dは検知エリアの体積を示す。
そして水分量と静電容量Cxは
Cx=[ε’(水)×水分量+ε’(他)×(1−水分量)]×ε0×S/dとなる。ここで水の比誘電率ε’(水)は80,比誘電率ε’(他)は木材の場合には2、空気の場合には1であり、検知領域内の水分量によって静電容量Cxが決定される。静電容量Cxの値は電極100a,100bの大きさにも依存するが、乾燥状態で数pF、水分が多い状態で数10pFを示す。(例えば、工業計測技術体系編集委員会編:湿度・水分測定 日刊工業新聞社刊 1965 参照)
図23は水分量と静電容量Cxとの関係を示す。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような検知対象物に対して接触させて検知対象物中の水分量を検知できる静電容量式にあっても、次のような問題があった。
【0010】
つまり図24(a)(b)に示すように構造物たる容器105の内壁の開口部101に絶縁構造物102を配設して、互いの電極面が対向するように平行配置した電極100a,100bでは電極100a,100b間に検出対象物が埋まって、堆積物として残留してしまい、その結果容量検知回路103は電極100a、100b間の堆積物の水分量を測定することになってしまい検知対象物の水分量を反映しなくなるという問題があった。そのためには堆積残留しないようにな清掃構造が必要になるが、清掃構造を持たせるためには、製作コストの上昇を招くという問題があった。尚容量検知回路103の検知出力を入力する出力部104は容量検知回路103が検知する静電容量値から水分量に相当する電気量、例えば電圧値を持つ電圧信号を出力する。
【0011】
また容器105内に電極100a,100bが突出することになり、そのため容器105内の検知対象物の移動を阻害し、また電極100a、100bに荷重がかかったり、他の部分に堆積物が残留してしまうという問題があった。そのため電極100a,100bの構造に荷重に耐えるだけの強度を持たせることが必要になり、結果電極構造が大きくなったり、製作コストが上昇するという問題があった。
【0012】
尚図24(b)中Cxは検知対象物による静電容量を示す。
【0013】
本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、一対の電極によって構成される電界領域を検知領域とするときに、検知領域中に含まれる水分量を、検知対象物の静止中及び移動中の何れにおいてもリアルタイムで誤差無く検知でき、しかも絶縁体の割れ、撓み、電極の剥離などを生じない静電容量式水分量センサを提供することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明では、一対の電極によって構成された電界領域を検知領域とし、上記一対の電極中の少なくとも一方の電極が絶縁体を介して検知対象物に接する面を検知感度面とする電極部と、上記検知領域内に存在する水分量で決定される静電容量値を検知する容量検知回路及び該容量検知回路が検知した静電容量値から水分量に相当する電気量を持つ電気信号を出力する出力回路から少なくとも構成される水分量センサ回路部と、から成る静電容量式水分量センサにおいて、上記絶縁体を介して検知対象物に接する上記電極を上記検知感度面とは反対側の上記絶縁体の面に蒸着した金属蒸着膜により形成するとともに、該金属蒸着膜を蒸着して電極を形成する上記絶縁体の面にリブを一体に設けて成ることを特徴とする。
【0017】
請求項2の発明では、請求項1の発明において、上記リブを一対の電極間で発生する電界方向と略平行で且つ略垂直方向となるように上記絶縁体面に垂立形成して成ることを特徴とする。
【0018】
請求項3の発明では、請求項1又は2の発明において、上記水分量センサ回路部を実装した回路基板と、上記金属蒸着膜からなる電極とを半田付けによりリード線で接続するとともに、当該電極に対するリード線の半田付けによる接続部位を、金属蒸着膜形成位置に存在するリブとの境界位置にある当該電極の端部としたことを特徴とする。
【0019】
請求項4の発明では、請求項1又は2の発明において、上記水分量センサ回路部を実装した回路基板と、上記金属蒸着膜からなる電極とを半田付けによりリード線で接続するとともに、当該電極に対するリード線の半田付けによる接続部位を、上記電極の形成位置内に設けた凹部内としたことを特徴とする請する。
【0020】
請求項5の発明では、請求項1乃至4の何れかの発明において、上記絶縁体が、上記水分量センサ回路部を実装した回路基板を収納する樹脂成型品である水分量センサ筐体の一部であって、該水分量センサ筐体内面には上記水分量センサ回路部の0V電位点と電気的に接続した金属蒸着膜による電波シールド部を形成して成ることを特徴とする。
【0021】
請求項6の発明では、請求項1乃至5の何れかの発明において、上記絶縁体が、上記水分量センサ回路部を実装した回路基板を収納する樹脂成型品である水分量センサ筐体の一部であって、該水分量センサ筐体内には、金属蒸着膜による導電部を表面に形成して該導電部を介して上記電極若しくはシールド部位と、上記回路基板の回路とを電気的に接続する構造体を設けて成ることを特徴とする。
【0022】
請求項7の発明では、請求項6の発明において、上記構造体は水分量センサ筐体と一体に形成されたもので、先端面にねじ螺入用孔を開口し、上記回路基板を上記先端面に載置支持するとともに、回路基板の側に設けた挿通孔を介してねじ螺入用孔に螺入される固定ねじの締結により回路基板を支持固定し、且つ上記固定ねじの締結により回路基板側の載置面に設けた導電パターンと構造体の先端面に位置する上記導電部とを圧接して成ることを特徴とする。
【0023】
請求項8の発明では、請求項6の発明において、上記構造体は水分量センサ筐体と一体に形成されたもので、先端部を上記回路基板に形成した挿入孔に回路基板裏面側から挿入して回路基板の表面側に露出させた上記先端部表面の上記導電部と、回路基板表面側の導電パターンとを電気的に接続して成ることを特徴とする。
【0024】
請求項9の発明では、請求項6の発明において、上記構造体の先端部に、上記回路基板側からの被接続コネクタを接続するコネクタ部を設けるとともに、被接続コネクタに電気的に接続するコネクタ部の接続導電体と、上記構造体の上記導電部とを電気的に接続して成ることを特徴とする。
【0026】
【発明の実施の形態】
以下本発明を実施形態により説明する。
【0027】
(実施形態1)
図1は本実施形態の静電容量式水分量センサ30の全体の斜視図を示しており、底浅で底面の外形状が略正方形で、内底部の中央の円形状凹部10に電極部を配設した合成樹脂製の絶縁体からなる水分量センサ筐体1と、この水分量センサ筐体1内に配置されるプリント基板からなる回路基板2と、この回路基板2の回路部品実装部を覆うように回路基板1上に配置されるシールドボックス3と、水分量センサ筐体1の開口部にパッキン4を介して被着される金属板のような導電体からなる蓋29とで構成される。
【0028】
水分量センサ筐体1は図2(a)〜(d)に示すように、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリフェニレンサルファイド等の成形材料により成形されたもので、電極部を配設する凹部10の底部の厚みを5mm乃至0.1mm程度に形成している。
【0029】
凹部10は図2(a)、(c)、(d)に示すように底壁を外方向に膨出させることで形成され、底面上には同心状に3つの円環状のリブ261〜264を一体形成するとともに、中心のリブ261の外側周壁面から放射状に複数のリブ26を凹部10の内周面に達するまで形成してある。
【0030】
図3(a)、(c)、(d)で示す例は図2における,リブ263を無くした例を示す。
【0031】
中心のリブ261で囲繞される凹所Aが電極5aを構成する金属蒸着膜を形成する場所となり、外側のリブ263(或いは262)と、264とリブ26と囲まれた凹所Bが環状の電極5bを構成する金属蒸着膜を形成する場所となり、これら凹所A,Bが電極形成場所の目印ともなる。
【0032】
電極5a,5bは銅、アルミニウム等の金属蒸着膜を凹所Aの底面と、部位Bの底面に形成して、それらの金属蒸着膜により構成されたものである。またこれらの電極5a、5bの表面には腐食防止のために半田メッキ或いは金メッキを施して保護膜とする。
【0033】
図4(a)〜(c)は図2に示す水分量センサ筐体1における電極形成後を示しており、同図(a)において網線で示す部分が電極5a又は5bを示す。
【0034】
ここで電極形成方法としては、上記凹み部A,Bに金属蒸着膜を形成するように蒸着をコントロールするか、周辺を含めて金属蒸着膜を形成し、この形成後電極5a、5bを構成する部位を除くように選択的に剥離して形成する方法の何れかがあるが、適宜何れかの方法を採用すればよい。図5は、図3に示す水分量センサ筐体1における電極形成後を示しており、この場合リブ262,264の間に一旦金属蒸着膜を形成した後、図示するように電極5bの形状となるように不要な金属蒸着膜を選択除去した場合を示す。
【0035】
尚図4或いは図5で示す電極5bはリブ26によって分断される形で形成されるためこれら分断部を電気的に適宜な方法で接続して、一つの環状の電極5bを構成する。
【0036】
図6はリブ26を含めて金属蒸着膜を形成して、環状の電極5bを形成した例を示しており、この場合にはリブ26により電気的に分断されることが無いため、分断部を電気的に接続する必要がない。またリブ26を蒸着しなようにするための選択マスクを必要とせず、蒸着処理が簡単となる。
【0037】
ところで図6のようにリブ26表面にも金属蒸着膜を形成して電極5bを構成する場合には、該部位も検知領域内で電界領域を構成するため、後述する容量検知回路6で検知される静電容量値に影響を及ぼす恐れがある。つまりこの影響はリブパターンが検知領域の電界強度分布に密接な関係があり、リブパターンが電界方向と無関係に構築されると電界分布を不均一に乱すことになる。
【0038】
そこで本実施形態における中心の電極5aと、電極5bとの電界方向は図7(a)(b)に示すように放射状で且つ垂直面を通ることから、リブ26を電界方向に略平行となるように中心から放射状に延長形成し、かつ凹部10の底面に対して垂直に垂立させて、対称性のある規則性を持たせ、検知領域内の電界分布が対称性をもって均一性な分布となるようにしてある。つまり検知対象物に異物が混入されて検知する水分量に誤差が含まれる場合、電界密度にばらつきがあるような不均一な電界分布では、電界密度の高いところに水分量が多い異物が混入すると、上記誤差が大きくなる。これに対して電界分布が均一であると、水分量の多い異物が混入されても、検知誤差を低くすることができる。
【0039】
またリブ26,261〜264を形成することで水分量センサ筐体1の強度を高め、しかも電極5a、5bを金属蒸着膜により構成するため、樹脂成形部位の割れや、電極5a、5Bの剥離が生じ難く、また金属蒸着膜により電極5a、5bを形成しているため電極5a,5bと検知感度面23までの距離、つまりその間に介在する樹脂成形部位の厚みの管理が容易となる。
【0040】
さて回路基板2は凹部10の周辺の水分量センサ筐体1の底面に4隅付近に一体立設してある柱体12上に載置した状態で図8に示すように柱体12の孔12aに固定ねじ13を螺入締結することで固定される。この回路基板2上には図8に示すように水分量センサ回路部たる水分量センサ回路ブロック9を構成する電子部品が実装され、更に電子部品を覆うように板金加工によって形成された金属製のシールドボックス3が載置固定されている。回路基板2上の回路と電極5a、5bとはリード線40を介して接続されている。また蓋29と回路基板2上の水分量センサ回路ブロック9の動作基準点αとはリード線40’により接続されている。
【0041】
水分量センサ回路ブロック9は、図9に示すように電極部を構成する一対の電極5a、5b間の電界領域により構成される検知領域の静電容量値Cxを検知する容量検知回路6と、容量検知回路6の検知容量値に応じた電気量、例えば電圧信号を出力する出力回路7と、これら容量検知回路6及び出力回路7に動作電源を供給する電源回路8と、これら回路6乃至8のグランド、つまり容量検知回路6の動作基準点αと、大地βとの間に接続して容量検知回路6の動作基準点αと大地βとの間のインピーダンスを決定するコンデンサCEとから構成され、回路基板1上に被着されるシールドボックス3によりシールドされ、また上記動作基準点αがシールドボックス3に接続される。電源回路8は例えば3端子レギュレータICなどにより構成される。
【0042】
電源回路8及び出力回路7は、一端が回路基板1側回路に接続され、他端側を図8に示すようにシールドボックス3、蓋29を介して外部に導出したケーブル20の先端に設けたコネクタ21を用いて外部の操作盤14に接続されるようになっており、ケーブル20を介して操作盤14から電源回路8の電源が供給され、また出力回路7の出力信号が操作盤14へ送出される。
【0043】
尚シールドボックス3は水分量センサ回路ブロック9を電磁遮蔽するものである。また凹部10にはシリコンゴムなどの絶縁物11が充填され、水分量センサ筐体1内で結露が発生しても、その水で電極5a,5bが短絡するのを防止している。
【0044】
ところで本実施形態では上記リード線40と電極5bとの接続を、図10(a)(b)に示すように電極5bの外周端部とリブ264との境界部においてリード線40の芯線40aを半田付けして行うようになっている。この場合リブ264が半田15の流れを防ぐ壁となり、信頼性を向上させている。
【0045】
尚図11(a)(b)に示すように電極5bを形成している凹所Bの底面に一端がリブ264に連なり、且つ平行する部位を持つ壁16を立設し、この壁24とリブ264で形成される凹部17をリード線40と電極5bとの半田付け部位として、この凹部17を構成する壁16及びリブ264で半田15の流れを防ぐ壁を構成しても良い。
【0046】
而して上述のように構成した本実施形態の水分量センサ30を検知対象物Xを入れている容器31の壁面に取り付けるに当たっては、図8に示すように容器31の壁面に開口した窓孔32に水分量センサ筐体1の凹部10に対応する膨出部22を容器31の外側から嵌合する。ここで膨出部22の突出量と容器31の壁の厚さとを略同じ寸法に設定しており、窓孔32に膨出部22を嵌め込む際に、膨出部22の周辺の水分量センサ筐体1の外底面1aと容器31の外壁面とを直接当てて位置決めを行うことで、容器31内に臨む膨出部22の外面、つまり検知感度面23が容器31の内壁面と同一面(面一)となるように配置される。そして蓋29、パッキン4、水分量センサ筐体1の4角に設けた孔28a,28b,28cを貫挿させた取り付けボルト(図示せず)により容器31に水分量センサ30を固定する。
【0047】
本実施形態では上述のように水分量センサ30を容器31に取り付けることで、電極5a、5bが直接検知対象物Xに触れることがなく、また検知感度面23が容器31内に突出することもないため、電極5a、5B間に検知対象物Xが埋まったり、移動を阻害することがなく、例えば検知対象物Xが発酵工程の発酵物・米・穀類・茶葉・タバコの葉・生ゴミ・木材・土壌・コンクリート細骨材など何れにおいても、一対の電極5a、5bによって構成される電界領域を検知領域とするときに、その検知領域中に含まれる水分量を、検知対象物Xが静止中であっても、あるいは攪拌、搬送などの移動中においてもリアルタイムで誤差無く、検知することができる。
【0048】
また電界分布に均一性を持たせるように構成しているため、検知対象物Xに異物が混入していても、誤差を低減することができる。
【0049】
尚図12(a)に示すように電極5aを正方形で、周囲を囲む電極5bを4周枠状に形成して、電極5aの一辺の長さd0と、電極5bの幅d1とを同じ寸法とし、両者の並行する辺間の距離d2を4周とも同じ寸法としても良い。この場合も浮遊容量に対する影響を低減することができる。
【0050】
また中央の電極5aの形状を正方形や円形ではなく、図12(b)に示すように長方形、或いは同図(c)に示すように長円形、更には図12(d)に示すように楕円形とし、夫々に対応した環状の電極5bを組み合わせても良い。
【0051】
(実施形態2)
ところで上記実施形態1は検知対象物Xが入っている容器31の外壁面及び内壁面が共に平坦な面に対応するものであったが、少なくとも内壁面が曲面となっているような場合には、検知感度面23を容器31の内壁面と面一にはできない。
【0052】
そこで本実施形態では図13乃至図15に示すように膨出部22の外面、つまり検知感度面23を容器31の円弧状の内壁面と面一となるように曲面としてある。この場合膨出部22の壁、つまり凹部10の底壁の厚さを略等しく、凹部10の底部に金属蒸着膜で形成する電極5a、5bと検知感度面23までの距離を等しくしてある。
【0053】
尚その他の構成は実施形態1と同じ構成であるので、図13乃至図15において、実施形態1の構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付し説明は省略する。
【0054】
尚図13、図14ではリブ26、261〜264の図示を省略してある。
【0055】
(実施形態3)
上記実施形態1,2は共に水分量センサ回路ブロック9をシールドボックス3で覆っていた。つまり、シールドボックス3により水分量センサ回路ブロック9で用いる周波数帯域(数10MHz〜数百MHz)に合致するFM放送やアマチュア無線周波数が到来しても遮蔽でき、誤動作要因を排除し、また逆に内部から輻射電波が外部に放射されるのを防止して、外部機器の誤動作を誘発する恐れを無くすようにしている。
【0056】
しかし、シールドボックス3を金属部品にて作成する構成では、部品点数が多くなって部品コストが高くなる上に、組み立てコストも高くなる。
【0057】
そこで本実施形態では電極5a、5bと同様に、金属蒸着膜からなるシールド部を構成し、部品点数の削減と、コスト削減を図った。
【0058】
すなわち、図16(a)(b)に示すように水分量センサ筐体1の周壁の内面及び電極5bの外側に位置する凹部10の底面、内周面、そして凹部10の周辺の水分量センサ筐体1の底面に、電極5a、5bと同様に金属蒸着膜(網線で示す)を形成して、この金属蒸着蒸着膜によりシールド部27を構成する。
【0059】
従って、水分量センサ筐体1の開口部に金属の蓋29を被着することで、蓋27及びシールド部27によって水分量センサ筐体1の内部をシールドすることができ、そのため到来する電波の内部への侵入防止と、内部の水分量センサ回路ブロック9から出る電波の外部への漏洩を防止することができる。
【0060】
ここで蓋29と回路基板2上の水分量センサ回路ブロック9の動作基準点αとは実施形態1と同様にリード線40’により接続する(図8.図9参照)が、シールド部27の金属蒸着膜と回路基板1上の水分量センサ回路ブロック9の動作基準点αとの接続は本実施形態では次のように行う。
【0061】
つまり水分量センサ筐体1の底面に構造体として一体突設してある4本の柱体12の内の1本の表面にも図17(a)に示すようにシールド部27の金属蒸着膜と連続している金属蒸着膜を導電部27aとして形成し、柱体12の上に載置され、固定ねじ13により固定される回路基板1の回路に金属蒸着膜よりなる導電部27aを通じて接続するようになっている。
【0062】
このため回路基板1の裏面側には、図17(c)に示すように上記金属蒸着膜27aを形成した柱体12のねじ螺入用の孔12aに対応するねじ挿通孔19の開口周辺に導電パターン18を形成し、また図17(b)に示すように回路基板1の表面側には水分量センサ回路ブロック9の動作基準点αに一端が接続された導電パターン33の他端をねじ挿通孔19の開口縁まで延長形成し、固定ねじ15を回路基板1の表面側からねじ挿通孔19に挿入して柱体12の孔12aに螺入締結したときに、回路基板1側の載置面に設けた導電パターン18が柱体12の先端面の金属蒸着膜からなる導電部27aに圧接し、また固定ねじ13の頭部が表面側の導電パターン33に圧接し、動作基準点α、導電パターン33、固定ねじ13、導電パターン18、柱体12の金属蒸着膜からなる導電部27a、シールド部27の経路で、シールド部27が動作基準点αを電気的に接続されるのである。
【0063】
尚図18は本実施形態を容器31に取り付けた状態の概略構成の断面図を示している。そのの構成は実施形態1,2と同じであるので、ここでは特に図示しない。
【0064】
(実施形態4)
上記実施形態3では、固定ねじ13をシールド部27と、回路基板1上の水分量センサ回路ブロック9の動作基準点αとの電気的接続を、金属蒸着膜27aを形成した柱体12と、導電パターン18,33と、固定ねじ13とを利用して行っているが、本実施形態では、図19(a)に示すように高さ寸法を回路基板1の厚み分だけ他の柱体12より高くした柱体12’の表面に金属蒸着膜からなる導電部27aを形成するとともに、柱体12’の先端部を貫挿させる挿入孔34を図19(c)に示すように上記回路基板1に形成し、且つ図19(b)に示すように回路基板1の表面側において水分量センサ回路ブロック9の動作基準点αに一端が接続された導電パターン33を挿入孔34の開口部近くまで延設し、固定ねじ13による回路基板1の固定を、導電部27aを表面に形成している柱体12’以外の柱体12に対して行うようになっている。
【0065】
そして柱体12’の上端面を挿入孔34を介して表面側に臨ませて上端面の金属蒸着膜27aと、導電パターン33とをリード線35で電気的に接続することで、水分量センサ回路ブロック9の動作基準点α(図9参照)に、導電パターン33と、リード線35と、柱体12’の金属蒸着膜からなる導電部27aとを介してシールド部27を電気的に接続するのである。
【0066】
尚図20は本実施形態を容器31に取り付けた状態の概略構成の断面図を示している。そのの構成は実施形態1,2と同じであるので、ここでは特に図示しない。
【0067】
(実施形態5)
上記実施形態3,4は回路基板1を支持固定するために設けた柱体12’を利用してシールド部27と、回路基板1上の水分量センサ回路ブロック9の動作基準点αを接続する構成であったが、本実施形態では図21に示すように回路基板1側の水分量センサ回路ブロック9の例えば容量検知回路6の入力端にリード線38を介して接続している被接続用の雌型コネクタCN1に対応する雄型のコネクタ部CN2を先端部に一体に設けた構造体36を、水分量センサ筐体1の底面に一体的に設けるとともに、雌型コネクタCN1に電気的に接続するコネクタ部CN2の接続導電体たるピン37と、例えば電極5a、5bとを電気的に接続するために水分量センサ筐体1の底面上及び上記構造体36の表面に亘るように金属蒸着膜からなる導電部27a’を形成してある。
【0068】
而して本実施形態では、回路基板1上の水分量センサ回路ブロック9の容量検知回路6と電極5a、5bとの接続は雌型コネクタCN1を構造体36の雄型コネクタ部CN2に接続することにより行える。尚39aは雄型コネクタ部CN2側に設けた係止片で、この係止片39aには雌型コネクタCN1の弾性係止爪片39bが係脱自在に係止され、コネクタCN1の抜け止めを図っている。
【0069】
尚本実施形態では電極の接続に用いたが、シールド部等の接続に用いても良い。
【0070】
【発明の効果】
請求項1の発明は、一対の電極によって構成された電界領域を検知領域とし、上記一対の電極中の少なくとも一方の電極が絶縁体を介して検知対象物に接する面を検知感度面とする電極部と、上記検知領域内に存在する水分量で決定される静電容量値を検知する容量検知回路及び該容量検知回路が検知した静電容量値から水分量に相当する電気量を持つ電気信号を出力する出力回路から少なくとも構成される水分量センサ回路部と、から成る静電容量式水分量センサにおいて、上記絶縁体を介して検知対象物に接する上記電極を上記検知感度面とは反対側の上記絶縁体の面に蒸着した金属蒸着膜により形成したので、検知対象物中に含まれる水分量を、検知対象物が静止中は勿論のこと移動中であってもリアルタイムに検知できるものであり、電極部を構成する一対の電極の少なくとも一方が直接検知対象物に触れないため、当該電極の清掃が容易であり、また当該電極が水分中の金属イオンで溶けるという現象も防げ、また絶縁体により保護されているため、検知感度面の摩耗も均一となって、感度検知面に検知対象物の流れを阻害するよう凹凸ができにくくなり、その凹凸による検知対象物の堆積や、流れの阻害を生じる恐れがなく、また他方の電極との間に検知対象物が埋まる恐れも少ないものであって、絶縁体の検知感度面に検知対象物による荷重がかかっても、電極を接着している場合の剥離や、電極をインサートしている場合のような絶縁体の割れを招くことがなく、また曲面となった検知感度面に合わせて、電極面も曲面とする必要がある場合にも容易に電極形成ができ、電極と検知感度面までの距離の管理も容易に行えるという効果がある。しかも、上記金属蒸着膜を蒸着して電極を形成する上記絶縁体の面にリブを一体に設けてあるので、絶縁体の強度を強くすることができ、絶縁体の撓み、割れを防止することができるという効果がある。
【0073】
請求項2の発明では、請求項1の発明において、上記リブを一対の電極間で発生する電界方向と略平行で且つ略垂直方向となるように上記絶縁体面に垂立形成してあるので、リブの存在が検知領域内の電界分布を不均一にすることがない。
【0074】
請求項3の発明では、請求項1又は2の発明において、上記水分量センサ回路部を実装した回路基板と、上記金属蒸着膜からなる電極とを半田付けによりリード線で接続するとともに、当該電極に対するリード線の半田付けによる接続部位を、金属蒸着膜形成位置に存在するリブとの境界位置にある当該電極の端部としたので、リブが半田の流れを防ぐ壁となり、信頼性の向上が図れる。
【0075】
請求項4の発明では、請求項1又は2の発明において、上記水分量センサ回路部を実装した回路基板と、上記金属蒸着膜からなる電極とを半田付けによりリード線で接続するとともに、当該電極に対するリード線の半田付けによる接続部位を、上記電極の形成位置内に設けた凹部内としたので、凹部の壁面が半田の流れを防ぐ壁となり、信頼性の向上が図れる。
【0076】
請求項5の発明は、請求項1乃至4の何れかの発明において、上記絶縁体が、上記水分量センサ回路部を実装した回路基板を収納する樹脂成型品である水分量センサ筐体の一部であって、該水分量センサ筐体内面には上記水分量センサ回路部の0V電位点と電気的に接続した金属蒸着膜による電波シールド部を形成してあるので、電波シールド部により外部からの電波を遮蔽できて、外部からの電波による誤動作を防ぎ、また内部からの輻射電波の漏洩を防いで、外部機器への影響を無くすことができ、また金属部品にてシールドケースを製作する場合に比べて部品数も増加せず、部品コストも安価であり、しかも組み込む工程も必要でないから組立コストも安価となる。
【0077】
請求項6の発明は、請求項1乃至5の何れかの発明において、上記絶縁体が、上記水分量センサ回路部を実装した回路基板を収納する樹脂成型品である水分量センサ筐体の一部であって、該水分量センサ筐体内には、金属蒸着膜による導電部を表面に形成して該導電部を介して上記電極若しくはシールド部位と、上記回路基板の回路とを電気的に接続する構造体を設けてあるので、シールド部位や電極と回路基板側との接続をリード線を用いて行う場合に比べて水分量センサ筐体内の配線が整然と行える。
【0078】
請求項7の発明では、請求項6の発明において、上記構造体は水分量センサ筐体と一体に形成されたもので、先端面にねじ螺入用孔を開口し、上記回路基板を上記先端面に載置支持するとともに、回路基板の側に設けた挿通孔を介してねじ螺入用孔に螺入される固定ねじの締結により回路基板を支持固定し、且つ上記固定ねじの締結により回路基板側の載置面に設けた導電パターンと構造体の先端面に位置する上記導電部とを圧接してあるので、回路基板の配設固定と同時に回路基板側と、シールド部位や電極と回路基板側との電気的接続が行える。
【0079】
請求項8の発明では、請求項6の発明において、上記構造体は水分量センサ筐体と一体に形成されたもので、先端部を上記回路基板に形成した挿入孔に回路基板裏面側から挿入して回路基板の表面側に露出させた上記先端部表面の上記導電部と、回路基板表面側の導電パターンとを電気的に接続してあるので、シールド部位や電極と回路基板側との電気的接続を回路基板表面側で行えるので、回路基板の下方の空間においてリード線を配線する場合に比べて整然と配線が行える。
【0080】
請求項9の発明では、請求項6の発明において、上記構造体の先端部に、上記回路基板側からの被接続コネクタを接続するコネクタ部を設けるとともに、被接続コネクタに電気的に接続するコネクタ部の接続導電体と、上記構造体の上記導電部とを電気的に接続してあるので、シールド部位や電極と回路基板側との電気的接続が簡単且つ迅速に行える。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施形態1の分解斜視図である。
【図2】(a)は同上の水分量センサ筐体の一例の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の一例の側面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の一例の側断面図である。
(d)は同上の(a)図のイ−イ断面図である。
【図3】(a)は同上の水分量センサ筐体の別の例の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の別の例の側面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の別の例の側断面図である。
(d)は同上の(a)図のイ−イ断面図である。
【図4】(a)は同上の水分量センサ筐体の電極形成後の一例の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の電極形成後の一例の側面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の電極形成後の一例の側断面図である。
(d)は同上の(a)図のイ−イ断面図である。
【図5】同上の水分量センサ筐体の電極形成後の別の例の平面図である。
【図6】同上の水分量センサ筐体の電極形成後の別の例の平面図である。
【図7】同上に水分量センサ筐体に形成するリブの方向の説明図である。
【図8】同上を容器に取り付けた状態の断面図である。
【図9】同上の水分量センサ回路ブロックの回路構成図である。
【図10】(a)は同上の電極とリード線との接続部位の一部省略せる拡大上面図である。
(b)は同上の電極とリード線との接続部位の一部省略せる拡大断面図である。
【図11】(a)は同上の電極とリード線との接続部位の別の例の一部省略せる拡大上面図である。
(b)は同上の電極とリード線との接続部位の別の例の一部省略せる拡大断面
【図12】同上の電極形状の他の例の説明図である。
【図13】実施形態2の断面図である。
【図14】(a)は同上の水分量センサ筐体の概略平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の概略側断面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の充填物の充填状態を示す概略側断面図である。
【図15】(a)は同上の水分量センサ筐体の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の側面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の側面図である。
【図16】(a)は実施形態3の水分量センサ筐体の平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の側面図である。
(c)は同上の水分量センサ筐体の側断面図である。
【図17】(a)は同上の水分量センサ筐体の概略平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の回路基板配設状態の概略平面図である。
(c)は同上の回路基板の下面図である。
【図18】同上を容器に取り付けた状態の概略断面図である。
【図19】(a)は実施形態4の水分量センサ筐体の概略平面図である。
(b)は同上の水分量センサ筐体の回路基板配設状態の概略平面図である。
(c)は同上の回路基板の下面図である。
【図20】同上を容器に取り付けた状態の概略断面図である。
【図21】実施形態5の要部の一部省略せる分解斜視図である。
【図22】静電容量式水分量検知センサの原理説明図である。
【図23】検知される静電容量値と水分量の関係説明図である。
【図24】(a)は従来例の電極部の一部省略せる平面図である。
(b)は同上の回路結線図である。
【符号の説明】
1 水分量センサ筐体
2 回路基板
3 シールドボックス
4 パッキン
5a,5b 電極
10 凹部
29 蓋
Claims (9)
- 一対の電極によって構成された電界領域を検知領域とし、上記一対の電極中の少なくとも一方の電極が絶縁体を介して検知対象物に接する面を検知感度面とする電極部と、上記検知領域内に存在する水分量で決定される静電容量値を検知する容量検知回路及び該容量検知回路が検知した静電容量値から水分量に相当する電気量を持つ電気信号を出力する出力回路から少なくとも構成される水分量センサ回路部と、から成る静電容量式水分量センサにおいて、上記絶縁体を介して検知対象物に接する上記電極を上記検知感度面とは反対側の上記絶縁体の面に蒸着した金属蒸着膜により形成するとともに、該金属蒸着膜を蒸着して電極を形成する上記絶縁体の面にリブを一体に設けて成ることを特徴とする静電容量式水分量センサ。
- 上記リブを一対の電極間で発生する電界方向と略平行で且つ略垂直方向となるように上記絶縁体面に垂立形成して成ることを特徴とする請求項1記載の静電容量式水分量センサ。
- 上記水分量センサ回路部を実装した回路基板と、上記金属蒸着膜からなる電極とを半田付けによりリード線で接続するとともに、当該電極に対するリード線の半田付けによる接続部位を、金属蒸着膜形成位置に存在するリブとの境界位置にある当該電極の端部としたことを特徴とする請求項1又は2記載の静電容量式水分量センサ。
- 上記水分量センサ回路部を実装した回路基板と、上記金属蒸着膜からなる電極とを半田付けによりリード線で接続するとともに、当該電極に対するリード線の半田付けによる接続部位を、上記電極の形成位置内に設けた凹部内としたことを特徴とする請求項1又は2記載の静電容量式水分量センサ。
- 上記絶縁体が、上記水分量センサ回路部を実装した回路基板を収納する樹脂成型品である水分量センサ筐体の一部であって、該水分量センサ筐体内面には上記水分量センサ回路部の0V電位点と電気的に接続した金属蒸着膜による電波シールド部を形成して成ることを特徴とする請求項1乃至4の何れか記載の静電容量式水分量センサ。
- 上記絶縁体が、上記水分量センサ回路部を実装した回路基板を収納する樹脂成型品である水分量センサ筐体の一部であって、該水分量センサ筐体内には、金属蒸着膜による導電部を表面に形成して該導電部を介して上記電極若しくはシールド部位と、上記回路基板の回路とを電気的に接続する構造体を設けて成ることを特徴とする請求項1乃至5の何れか記載の静電容量式水分量センサ。
- 上記構造体は水分量センサ筐体と一体に形成されたもので、先端面にねじ螺入用孔を開口し、上記回路基板を上記先端面に載置支持するとともに、回路基板の側に設けた挿通孔を介してねじ螺入用孔に螺入される固定ねじの締結により回路基板を支持固定し、且つ上記固定ねじの締結により回路基板側の載置面に設けた導電パターンと構造体の先端面に位置する上記導電部とを圧接して成ることを特徴とする請求項6記載の静電容量式水分量センサ。
- 上記構造体は水分量センサ筐体と一体に形成されたもので、先端部を上記回路基板に形成した挿入孔に回路基板裏面側から挿入して回路基板の表面側に露出させた上記先端部表面の上記導電部と、回路基板表面側の導電パターンとを電気的に接続して成ることを特徴とする請求項6記載の静電容量式水分量センサ。
- 上記構造体の先端部に、上記回路基板側からの被接続コネクタを接続するコネクタ部を設けるとともに、被接続コネクタに電気的に接続するコネクタ部の接続導電体と、上記構造体の上記導電部とを電気的に接続して成ることを特徴とする請求項6記載の静電容量式水分量センサ。
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