JP2010190607A - 湿度センサ - Google Patents

Abstract

【課題】感湿素子交換の際に作業者が加熱ヒータおよび感湿素子に接触して火傷をする可能性を排除し、交換作業時の安全が確保された湿度センサを提供する。
【解決手段】保護柱１４およびガイド柱１５を、感湿素子１２およびヒータ１３を環状に囲むように台座部１１面上に突設することにより、感湿素子１２およびヒータ１３の側周を保護し、保護柱１４およびガイド柱１５の突設先端側の開放端を感湿素子１２およびヒータ１３の上端より高くすることにより、感湿素子１２およびヒータ１３の上側を保護する。一対のガイド柱１５には感湿素子保持部１５ａが形成されて感湿素子１２が保持され、この感湿素子１２にヒータ１３が取り付けられている。感湿素子１２と導通したリードピンおよびヒータ１３と導通したソケットピンが台座部１１を貫通して底面から突出しており、台座部１１がセンサプローブと嵌合した状態でセンサプローブ内部の導線と導通する。
【選択図】図１

Description

本発明は、感湿素子および加熱ヒータを交換可能な湿度センサに関するものである。

湿度センサには、上部電極と下部電極の間に感湿層を挿入したものを感湿素子（湿度検出素子）として用い、湿度の変化に応じてその電気抵抗値が変化する抵抗変化式、湿度の変化に応じて静電容量が変化する容量変化式などがある。

これら何れの方式の湿度センサも、測定現場に設置されると、測定環境に直接曝されて湿度を測定するため、測定環境の雰囲気（例えば、薬品もしくは溶剤などのガス、または高湿環境など）によって感湿素子が劣化していく。ただし、この劣化は感湿素子を加熱することによって回復させることができるので、感湿素子の近傍に加熱ヒータを設置し、この過熱ヒータで定期的に感湿素子を加熱することにより（加熱クリーングと呼ぶ）、湿度センサの耐用期間を延ばすことができた（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、加熱クリーニングしても完全には元の状態まで回復させることはできず、ある程度の劣化は残ってしまった。その劣化が積み重なって、もはや得られる計測湿度に信頼性が失われたとき、湿度センサの寿命は尽きる。

従来、この種の湿度センサは、特許文献１に開示されているように、感湿素子と接続した信号線が台座を介してリード線と一体に接続されていたために、感湿素子のみ寿命が尽きた場合でも台座、プロテクタ、フィルタなど、湿度センサのセンサプローブを構成するユニットごと廃棄して、新しいセンサプローブと交換していた。

また、組立の容易さを狙いとして、台座にソケットを設け、感湿素子と接続した信号線をこのソケットの挿入孔に挿入して挿入孔内のリード線と接続する構成が特許文献２に開示されている。この接続方法であれば、感湿素子の寿命が尽きると、ソケットからケースを外した後に感湿素子を持って引っ張ればソケットから感湿素子が抜けるため、感湿素子のみを交換することができる。

特開平９−５２６７号公報 特開２００２−２６７６２６号公報

従来の湿度センサは以上のように構成されているので、感湿素子はプロテクタまたはケースなどの保護部材で保護されているが、感湿素子交換の際に保護部材を取り外すと感湿素子が剥き出しの状態となるため、作業者が加熱ヒータまたは交換前の加熱クリーニングによって表面が高温となっている感湿素子に触れて火傷する可能性を排除できないという課題があった。
また、特許文献１のようにセンサプローブごと交換するのは非効率であることから、特許文献１の湿度センサに特許文献２のソケットを利用した感湿素子とリード線の接続方法を組み合わせたとしても、感湿素子交換のために作業者が感湿素子を持って引っ張る必要があり、作業者が加熱ヒータまたは交換前の加熱クリーニングによって表面が高温となっている感湿素子に触れて火傷する可能性を排除できない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、感湿素子交換の際に作業者が加熱ヒータおよび感湿素子に接触して火傷をする可能性を排除し、交換作業時の安全が確保された湿度センサを提供することを目的とする。

この発明に係る湿度センサは、計測環境雰囲気中の湿度に応じて電気抵抗値または静電容量が変化する感湿素子と、感湿素子の表面および裏面のそれぞれに取付けられ、感湿素子に電圧を印加して電気抵抗値または静電容量を検出する一対の第１のピン状電極と、感湿素子に取付けられ、感湿素子を加熱するヒータと、ヒータに取付けられた一対の第２のピン状電極と、一対の第１のピン状電極を挿入する一対の挿入孔と、一対の第２のピン状電極を挿入する一対の第２の挿入孔とを有し、当該一対の第１の挿入孔内で一対の第１のピン状電極との電気的導通を保つとともに、当該一対の第２の挿入孔内で一対の第２のピン状電極との電気的導通を保つためのソケットピンを有する台座部と、電源と接続した複数の導線を内部に有し、台座部と嵌合して複数の導線と台座部のソケットピンとの電気的導通を保つセンサプローブと、台座部の第１および第２の挿入孔が設けられた面上に、感湿素子およびヒータを環状に囲むように突設した複数の保護柱とを備えるようにしたものである。

この発明に係る湿度センサは、保護柱の開放端が感湿素子の上端およびヒータの上端よりも高い位置にあるようにしたものである。

この発明に係る湿度センサは、複数の保護柱のうちの対向する一対の保護柱の各内側面に感湿素子保持部が形成され、当該一対の保護柱によって感湿素子が保持されるようにしたものである。

この発明によれば、感湿素子が劣化して交換する際には作業者はこの台座部を持ってセンサプローブから引き抜けばよく、その際、感湿素子とヒータが台座部上に設けた複数の保護柱に囲まれているので、作業者はヒータおよび感湿素子に接触することがなくなり、加熱クリーニングの直後に交換作業を行っても火傷する虞がない。また、台座部に感湿素子の一対のピン状電極およびヒータの一対のピン状電極と接触するソケットピンを設けることで、感湿素子とヒータとをセンサプローブ内部の複数の導線と容易に接続することができる。さらに、台座部に設けられた保護柱によって感湿素子およびヒータが保護されるので、必ずしもプロテクタ、フィルタ、ケースなどの保護部材を装着する必要がなくなる。

この発明によれば、保護柱の開放端を感湿素子の上端およびヒータの上端より高くしたので、保護柱の開放端側から作業者の指が感湿素子およびヒータに接触する虞を緩和できる。

この発明によれば、対向する一対の保護柱に感湿素子保持部を形成したので、感湿素子を確実に保護できるとともに、感湿素子を保持するための別途部材または機構が不要となる。

この発明の実施の形態１に係る湿度センサのセンサヘッドの構成を示す斜視図である。 図１に示すセンサヘッドの平面図（図２（ａ））および底面図（図２（ｂ））である。 図１に示すセンサヘッドの正面図（図３（ａ））、右側側面図（図３（ｂ））および背面図（図３（ｃ））である。 図３（ａ）に示すＡＡ線に沿って切断したセンサヘッドの断面図である。 図３（ｂ）に示すＢＢ線に沿って切断したセンサヘッドの断面図である。 図３（ｂ）に示すＣＣ線に沿って切断したセンサヘッドの断面図である。 この発明の実施の形態１に係る湿度センサの全体構成を示す斜視図（図７（ａ））およびその断面図（図７（ｂ））である。 この発明の実施の形態１に係る湿度センサのコネクタ部の平面図である。 図７に示す湿度センサのセンサヘッド交換の様子を示す説明図である。 図７に示す湿度センサにフィルタキャップを組付ける様子を示す説明図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る湿度センサのセンサヘッド１０の構成を示す斜視図であり、図２（ａ）に平面図、図２（ｂ）に底面図、図３（ａ）に正面図、図３（ｂ）に右側側面図、図３（ｃ）に背面図を示す。また、センサヘッド１０を図３（ａ）に示すＡＡ線に沿って切断した断面図を図４に、図３（ｂ）に示すＢＢ線に沿って切断した断面図を図５に、ＣＣ線に沿って切断した断面図を図６に示す。
図７（ａ）は、この発明の実施の形態１に係る湿度センサ全体を示す斜視図であり、図７（ｂ）はこの湿度センサ全体を図３（ｂ）のＢＢ線に相当する位置で切断した断面図である。図８はセンサプローブ２０のコネクタ部２１の平面図である。

図７に示す湿度センサは、感湿素子１２およびヒータ１３を有するセンサヘッド１０と、保護管２２内部に不図示の電源に接続した複数の導線２３ａを有し、センサヘッド１０を挿抜可能なセンサプローブ２０とからなる。

センサヘッド１０の台座部１１上面には、計測環境雰囲気中の湿度に応じて電気抵抗値または静電容量が変化する感湿素子１２と、この感湿素子１２を加熱クリーニングするためのヒータ１３とが取付けられている。感湿素子１２は、感湿層を間に挟みこんだ表面電極層と裏面電極層からなり、この表面電極層、裏面電極層それぞれには、図３、図６等に示すように一対のリードピン１６が取り付けられている。この一対のリードピン１６は感湿素子１２に電圧を印加して電気抵抗値または静電容量を検出するためのものである。

感湿素子１２の片面側に取付けられたヒータ１３は、一対のリードピン１７（第２のピン状電極）を備える。本実施の形態では、感湿素子１２の片面に貼着したヒータ取付部１３ａの上にヒータ１３を固着している。なお、ヒータ１３として、測温素子と加熱ヒータを兼用する１つの測温抵抗体を用いてもよい。

台座部１１の上面には、感湿素子１２からのびる一対のリードピン１６およびヒータ１３からのびる一対のリードピン１７をそれぞれ挿入するための４つの挿入孔１８が穿設されている。図５に示すように、リードピン１７挿入用の２つの挿入孔（第２の挿入孔）１８内には電気的導通を保つためのソケットピン１８ａがそれぞれ取付けられている。この一対のソケットピン１８ａは、台座部１１を貫通して底面から突出している。他方、図６に示すように、リードピン１６挿入用の残り２つの挿入孔（第１の挿入孔）１８には、リードピン１６がそれぞれ挿入される。一対のリードピン１６もソケットピン１８ａと同様に、台座部１１を貫通して底面から突出している。なお、リードピン１６およびソケットピン１８ａは、台座部１１にインサート成形してもよい。

また、台座部１１の上面には、２つの保護柱１４および２つのガイド柱１５が、感湿素子１２およびヒータ１３を環状に囲むように、台座部１１と一体成形で突設されている。ガイド柱１５は、保護柱１４と同様に、感湿素子１２およびヒータ１３を囲んで保護する保護柱でもあるが、内側面に溝状の感湿素子保持部１５ａが形成されて感湿素子１２を両端から保持する機能も有する。また、保護柱１４およびガイド柱１５の突出先端側の開放端を、感湿素子１２の上端およびヒータ１３の上端よりも高い位置に突出させて、感湿素子１２およびヒータ１３の上側を保護する。これら保護柱１４およびガイド柱１５は、感湿素子１２およびヒータ１３の機能を妨害しない構造であり、応答性能への悪影響を抑えることができる。

また、台座部１１外周の底面側を切り欠いて位置決めガイド部１１ａが形成されている。他方、台座部１１と嵌合するコネクタ部２１外周面の上面側には位置決めガイド部２１ｂが突設され、台座部１１とコネクタ部２１を挿抜する際に位置決めガイド部２１ｂが位置決めガイド部１１ａをガイドする。なお、本実施の形態では、位置決めガイド部１１ａを切欠形状にして位置決めガイド部２１ｂを凸形状にしたが、逆に、位置決めガイド部１１ａを凸形状にして位置決めガイド部２１ｂを切欠形状にしてもよい。

また、台座部１１底面側のコネクタ部２１と嵌合する部分にはＯリング１９が固定され、台座部１１とコネクタ部２１とが接合した状態で外気を遮断する。

上述したセンサヘッド１０は、その台座部１１がセンサプローブ２０のコネクタ部２１と嵌合する。このコネクタ部２１の台座部１１に嵌合する上面には、図８に示すように、４つのソケット孔２１ａが設けられている。これらソケット孔２１ａの内部には、不図示の電源または感湿素子１２およびヒータ１３の制御回路などに接続した導線２３ａが挿通されている。台座部１１とコネクタ部２１が嵌合すると、台座部１１の底面から突出している感湿素子１２に接続したリードピン１６およびヒータ１３のリードピン１７に接続したソケットピン１８ａがそれぞれソケット孔２１ａに挿入されて、ソケット孔２１ａ内の導線２３ａと電気的導通がそれぞれ保たれる。この複数の導線２３ａを束ねて被覆したケーブル２３が、センサプローブ２０底面側から外部へ引き出されて不図示の電源などへ接続される。

図９は、本実施の形態に係る湿度センサのセンサヘッド１０交換の様子を示す説明図である。交換作業時、作業者はセンサヘッド１０を持って引っ張ってセンサプローブ２０から脱抜するが、感湿素子１２およびヒータ１３が保護柱１４およびガイド柱１５によって保護されているため、指が感湿素子１２およびヒータ１３に直接接触することがない。そのため、加熱クリーニング中または加熱クリーニング直後に交換作業を行う場合であっても作業者が火傷する可能性を排除でき、交換作業時の安全を確保できる。
センサプローブ２０にセンサヘッド１０を装着する際には、台座部１１の位置決めガイド部１１ａとコネクタ部２１の位置決めガイド部２１ｂによって装着の位置決めがされるため、作業者が装着する方向を間違えることを防止できる。また、台座部１１とコネクタ部２１とが嵌合すれば、台座部１１の底面から突出させたソケットピン１８ａおよびリードピン１６がセンサプローブ２０のソケット孔２１ａに挿入されるため、感湿素子１２およびヒータ１３と導線２３ａとを容易に接続することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、計測環境雰囲気中の湿度に応じて電気抵抗値または静電容量が変化する感湿素子１２と、感湿素子１２の表面および裏面のそれぞれに取付けられ、感湿素子１２に電圧を印加して電気抵抗値または静電容量を検出する一対のリードピン１６と、感湿素子１２に取付けられ、感湿素子１２を加熱するヒータ１３と、ヒータ１３に取付けられた一対のリードピン１７と、一対のリードピン１６を挿入する一対の挿入孔１８と、一対のリードピン１７を挿入する一対の挿入孔１８とを有し、一対の挿入孔１８内で一対のリードピン１７との電気的導通を保つためのソケットピン１８ａを有する台座部１１と、電源と接続した複数の導線２３ａを内部に有し、台座部１１と嵌合して複数の導線２３ａと台座部１１のソケットピン１８ａとの電気的導通を保つセンサプローブ２０と、台座部１１の挿入孔１８が設けられた面上に、感湿素子１２およびヒータ１３を環状に囲むように突設した複数の保護柱１４およびガイド柱１５とを備えるように構成した。
このため、感湿素子１２が劣化して交換する際には、作業者は台座部１１を持ってセンサプローブ２０から引き抜けばよく、その際、感湿素子１２とヒータ１３が台座部１１上に設けた複数の保護柱１４およびガイド柱１５に囲まれているので、作業者はヒータ１３および感湿素子１２に接触することがなくなり、加熱クリーニングの直後に交換作業を行っても火傷する虞がない。

また、台座部１１にヒータ１３からのびる一対のリードピン１７と接触するソケットピン１８ａを設けることにより、ヒータ１３をセンサプローブ２０内部の複数の導線２３ａと容易に接続することができる。なお、本実施の形態では、感湿素子１２のリードピン１６がソケットピン１８ａを使用せずにそのまま台座部１１の底面へ貫通する構成としたが、ヒータ１３のリードピン１７のように台座部１１を貫通しない程度の長さにした場合にはソケットピン１８ａを使用すればよい。即ち、感湿素子１２のリードピン１６（第１のピン状電極）をソケットピン１８ａを内部に設けた挿入孔１８に挿入して、ソケットピン１８ａを介してセンサプローブ２０内部の導線２３ａと電気的導通を保つようにする。この構成の場合には、感湿素子１２をセンサプローブ２０内部の複数の導線２３ａと容易に接続することができる。

また、台座部１１に設けられた保護柱１４およびガイド柱１５によって感湿素子１２およびヒータ１３が保護されるので、プロテクタ、フィルタ、ケースなどの保護部材を装着する必要がなくなる。

また、保護柱１４およびガイド柱１５の開放端は感湿素子１２の上端およびヒータ１３の上端よりも高い位置にしたので、保護柱１４およびガイド柱１５の開放端側から作業者の指が感湿素子１２およびヒータ１３に接触する虞を緩和できる。

また、対向する一対のガイド柱１５の各内側面に感湿素子保持部１５ａが形成され、この一対のガイド柱１５によって感湿素子１２を保持するようにしたので、感湿素子１２を確実に保護できるとともに、感湿素子１２を保持するための別途部材または機構が不要となる。

なお、感湿素子１２およびヒータ１３が保護柱１４およびガイド柱１５によって保護されるため、プロテクタ、フィルタ、ケースなどの保護部材を装着する必要はないが、保護部材を装着することも可能である。図１０に保護部材の一例としてフィルタキャップ２４を示す。フィルタキャップ２４を用いた場合には、センサヘッド１０がフィルタキャップ２４内に収容されるとともに、フィルタキャップ２４がコネクタ部２１に組付けられて固定されるため、センサヘッド１０の万一の脱落を防止することができる。

また、上記実施の形態１では、保護柱１４を２つ（ガイド柱１５を合わせると４つ）設けたが、個数はこれに限定されるものではなく、これ以上の数の保護柱１４を設けてもよい。その場合でも、台座部１１上面に感湿素子１２およびヒータ１３を囲むように環状に複数の保護柱１４を突設し、これらのうちの対向する一対の保護柱１４をガイド柱１５として用いればよい。

１０ センサヘッド
１１ 台座部
１１ａ 位置決めガイド部
１２ 感湿素子
１３ ヒータ
１３ａ ヒータ取付部
１４ 保護柱
１５ ガイド柱
１５ａ 感湿素子保持部
１６，１７ リードピン
１８ 挿入孔
１８ａ ソケットピン
１９ Ｏリング
２０ センサプローブ
２１ コネクタ部
２１ａ ソケット孔
２１ｂ 位置決めガイド部
２２ 保護管
２３ ケーブル
２３ａ 導線
２４ フィルタキャップ

Claims (3)

1. 計測環境雰囲気中の湿度に応じて電気抵抗値または静電容量が変化する感湿素子と、
   前記感湿素子の表面および裏面のそれぞれに取付けられ、前記感湿素子に電圧を印加して電気抵抗値または静電容量を検出する一対の第１のピン状電極と、
   前記感湿素子に取付けられ、前記感湿素子を加熱するヒータと、
   前記ヒータに取付けられた一対の第２のピン状電極と、
   前記一対の第１のピン状電極を挿入する一対の挿入孔と、前記一対の第２のピン状電極を挿入する一対の第２の挿入孔とを有し、当該一対の第１の挿入孔内で前記一対の第１のピン状電極との電気的導通を保つとともに、当該一対の第２の挿入孔内で前記一対の第２のピン状電極との電気的導通を保つためのソケットピンを有する台座部と、
   電源と接続した複数の導線を内部に有し、前記台座部と嵌合して前記複数の導線と前記台座部の前記ソケットピンとの電気的導通を保つセンサプローブと、
   前記台座部の前記第１および前記第２の挿入孔が設けられた面上に、前記感湿素子および前記ヒータを環状に囲むように突設した複数の保護柱とを備えた湿度センサ。
2. 請求項１に記載の湿度センサにおいて、
   前記保護柱の開放端は前記感湿素子の上端および前記ヒータの上端よりも高い位置にあることを特徴とする湿度センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載の湿度センサにおいて、
   前記複数の保護柱のうちの対向する一対の保護柱の各内側面に感湿素子保持部が形成され、当該一対の保護柱によって前記感湿素子が保持されていることを特徴とする湿度センサ。

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