JPH09127260A

JPH09127260A - 静電容量型雨センサ

Info

Publication number: JPH09127260A
Application number: JP28304195A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Nakazono; 昌弘中園; Yuji Nakagawa; 裕司中川; Masatake Uno; 真武宇野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1997-05-16
Anticipated expiration: 2015-10-31
Also published as: JP3453962B2

Abstract

(57)【要約】【課題】検知感度を低下させることなく、検知面の強度
を向上させることができる静電容量型雨センサを提供す
る。【解決手段】櫛歯電極５ａ，５ｂを対向配置して形成し
た検知面１と、この検知面１に雨滴ｕが付着したときに
生じる静電容量Ｃの変化により降雨検知信号を出力する
制御回路１１とを、シールド電極７を介して一体化させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、雨の降り始めを正
確に検知する雨センサに関し、更に詳しくは、検知感度
を向上させて、検知面の強度を上げることができる静電
容量型雨センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から雨センサは、屋根や窓枠に取り
付けられて、雨滴を検知し窓の開閉制御などのために使
用されている。このような雨センサとしては、空中に露
出させた相対する雨滴検知用電極を設けて、電極間に雨
滴が付着した際に電極間が短絡することを利用して降雨
開始を判断する抵抗型と、絶縁被膜で被覆した相対向す
る雨滴検知用電極を設けて、絶縁被膜表面に雨滴が付着
した際の電極間容量の増加から降雨開始判断を行う静電
容量型が一般的に知られている。

【０００３】後者の静電容量型の雨センサでは、発振回
路を通じて電極間容量の変化を周波数に変換し、所定時
間内に一定値以上の周波数変化が連続してあった際に降
雨開始と判断している。以下に、図７，８を参照しなが
ら、静電容量型の雨センサの動作原理を説明する。

【０００４】図７は、静電容量の変化の有無を判断する
原理を示す図であり、図中の曲線アは、検知面の静電容
量の時間変化を示している。現在時刻をＴ１とすると、
過去Ｔｃ以内すなわち時刻Ｔ０からＴ１の間に所定の閾
値Ｃｔｈ以上の容量変化が生じていれば「容量変化有
り」と判断する。このような判断は所定時間Ｔｃ毎に行
っており、この例では、次の判断時刻Ｔ２では、過去Ｔ
ｃ以内に閾値Ｃｔｈ以上の容量変化が生じていないので
「容量変化無し」と判断している。

【０００５】図８は、降雨開始を判断する原理を示す図
である。図７に示した動作において、「容量変化有り」
という判断をした時刻（図８（ａ）に示す時刻ｔ２）を
基準にして、所定時間Ｔｒ以内に所定回数（Ｎ回）の
「容量変化有り」の判断をした場合には、「降雨開始」
とし降雨検知信号を出力するが、「容量変化有り」の判
断をした時刻（図８（ｂ）に示すｔ２）から時間Ｔｒ以
内に所定回数（Ｎ回）の「容量変化有り」の判断をせ
ず、所定回数以下（Ｍ回）しか判断しなかった場合には
（Ｍ＜Ｎ）、所定時間経過（時刻ｔ２＋Ｔｒ）した後に
初めて「容量変化有り」と判断された時刻（時刻ｔｙ）
を１回目の変化した回数とし、この時刻ｔｙを基準にし
て、再び所定時間Ｔｒ内の容量変化の回数を計数する。

【０００６】このような降雨開始判断方法では、降雨の
場合には、複数の水滴がランダムな時間間隔をおいて継
続的に検知面に付着するため、所定時間Ｔｒ以内に所定
回数以上「容量変化有り」の判断をし、降雨検知信号を
出力する。一方、鳥の糞、ホコリなどの異物が検知面表
面に付着した場合、雨滴のように複数が継続して付着す
ることはないので、所定回数以上「容量変化有り」の判
断をすることはなく降雨検知信号を出力しない。

【０００７】また、結露のように長い時間に渡って徐々
に水滴が検知面に付着する場合や、鳥の糞、ホコリ等の
異物が検知面に残留する場合は、閾値Ｃｔｈ以上の容量
変化が生じる時間が設定値Ｔｃより長いので、降雨検知
信号を出力しない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の静電容量型の雨センサでは、その取付場所によって
は、鳥の爪、雹、小石等の異物が検知面に接触すること
が多いため、この検知面の絶縁被膜が損傷する場合があ
った。このため、かかる損傷を防止するために検知面の
絶縁層を厚くする必要があるが、これを行うと電極間容
量が変化しにくくなり、雨の検知感度が低下してしま
う。

【０００９】そこで、上記問題を解決するために、本発
明は、検知感度を低下させることなく、検知面の強度を
向上させることができる静電容量型雨センサを提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上のような目的を達成
するために本発明の請求項１では、櫛歯電極を対向配置
して形成した検知面と、この検知面に雨滴が付着したと
きに生じる静電容量の変化により降雨検知信号を出力す
る制御回路とを、シールド電極を介して一体化させる。

【００１１】検知面と制御回路間にシールド電極を設け
ることで、電気的ノイズの影響を受けにくするととも
に、検出感度をあげることができる。また、一体化構造
にすることによって、機械的強度を向上させることがで
きるとともに、コンパクトにもできる。ここに制御回路
は、降雨時における静電容量の変化が検知できればよ
く、その構成は限定されない。

【００１２】請求項２では、検知面を表面に形成した第
１の回路基板の下方に、発振回路を設けた制御回路を実
装した第２の回路基板を積層させた構造とし、第１の回
路基板の裏側には、アース接続されたシールド電極とな
る導電シールドパターンを形成する。これによれば、回
路基板が積層され張り合わされた構造になっているの
で、一層の小型化、薄型化が図れる。

【００１３】本発明の雨センサは、次のような原理に基
づいて検出感度を向上させている。図９（ａ）はシール
ド電極を設けた本発明の雨センサ、図９（ｂ）はシール
ド電極のない従来の雨センサの電気力線の比較図であ
り、検知用電極１，２間に生じる電気力線は、上面とな
る検知面では双方の雨センサにおいて変わりはないが、
下面ではシールド電極を設けた面の電気力線は著しく減
少する。

【００１４】このため、雨滴が付着せずに乾燥している
状態における雨センサの等価回路は、図１０（ａ），
（ｂ）に示したようになり、検知面（上面）の静電容量
は両者ともＣｕで変わりはないが、下面の静電容量は従
来のものがＣ１、シールド電極を設けた本発明ではＣ２
となり、全体の静電容量は従来の雨センサではＣｕ＋Ｃ
１、本発明の雨センサではＣｕ＋Ｃ２となる。ここに、
Ｃ１＞Ｃ２であるから、全体の静電容量を比較すれば、
Ｃｕ＋Ｃ１＞Ｃｕ＋Ｃ２となる。

【００１５】また、一方、雨滴が付着した状態における
雨センサの等価回路は、雨滴付着による増加分をＣｒと
すれば、図１１（ａ），（ｂ）に示したようになり、検
知面の静電容量は両者ともＣｕ＋Ｃｒとして変わりはな
いが、下面の静電容量は従来のものがＣ１となり、シー
ルド電極を設けた本発明の雨センサではＣ２となる。し
たがって、雨センサの感度ΔＣ／Ｃは、静電容量の変化
率、つまりセンサの検知面に雨滴が付着することによっ
て増大した静電容量／乾燥時の静電容量で定まるため、
従来の雨センサでは、 ΔＣ１＝Ｃｒ／（Ｃｕ＋Ｃ１）本発明の雨センサでは、ΔＣ２＝Ｃｒ／（Ｃｕ＋Ｃ２）
となるので、結局、ΔＣ１＜ΔＣ２となり（Ｃｕ＋Ｃ１
＞Ｃｕ＋Ｃ２から）、本発明の雨センサは、従来の雨セ
ンサに比べて静電容量の変化率が増大し、感度が良いこ
とが分かる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態の一
例を図面とともに説明する。図１は、本発明に係る静電
容量型雨センサの表面の一例を示す断面図である。図に
おいて、１は雨滴ｕを検知する検知面表面、２は耐薬
品、耐紫外線に優れたフッ素樹脂系塗料等によって好み
の色で塗装されたコーティング面、３，６，９はガラス
エポキシ樹脂、ガラスポリイミド樹脂、ガラスフッ素樹
脂等で形成されたプリント配線基板（上側基板３、中間
基板６、下側基板９）、４，８は絶縁性の接着剤である
ガラスエポキシプリプレグ、５ａ，５ｂは雨滴ｕを検知
するために対向配置して形成された櫛歯電極、７は導電
シールドパターンによって形成されたシールド電極、１
０はソルダーレジスト、１１は制御回路用電極１１ａと
制御回路部品１１ｂとを備えた制御回路である。

【００１７】なお、中間基板６には、上面（表面）に櫛
歯電極５ａ，５ｂ（検知用電極）を設けていることか
ら、雨滴ｕの実際の検知面となる。また、この図では、
検知面となる中間基板６の上方に更に基板３（上側基
板）を設けて、十分な機械的強度を持たせているが、必
ずしもこのような基板３を設けなくてもよい。このよう
に、雨センサは一体化した構造になっており、シールド
電極７を櫛歯電極５ａ，５ｂと制御回路１１の間に設け
ているので、雨滴ｕが付着していないときの櫛歯電極５
ａ，５ｂ間の静電容量は減少するが、雨滴ｕによる静電
容量の増加量は変わらないため、静電容量の変化率、つ
まり、検出感度を増大させることができる（図９〜１１
参照）。

【００１８】制御回路１１では、図２，３に示した内部
構成によって、検知面表面１に雨滴ｕが付着したときに
は、櫛歯電極５ａ，５ｂに生じる静電容量の変化により
発振周期の変化を検知して降雨検知信号を出力する。図
２は、制御回路１１の内部構成を示すブロック図であ
る。図において、２０は発振回路、２１は判定回路、２
２は直流電源端子、２３はアース端子、Ｌは降雨検知信
号を出力する信号線である。

【００１９】また、図３は制御回路１１の要部である発
振回路２０の回路図である。この発振回路２０は、櫛歯
電極５ａ，５ｂ間の静電容量Ｃと、帰還抵抗Ｒ２で決ま
る時定数に基づくパルス信号を出力しており、電極５
ａ，５ｂ間の静電容量Ｃの変化は発振周期に変換されて
判定回路２１へ伝達される。判定回路２１では、発振回
路２０から入力されたパルス信号の時間的な変化の様子
（発振周波数の減少）、すなわち、検知面６の静電容量
Ｃの時間変化の様子（静電容量Ｃの増加）から降雨の開
始を判断し、降雨検知信号を出力する。

【００２０】図４は、静電容量型雨センサの外観構成を
概略的に示す斜視図である。この雨センサは、上述した
ように、櫛歯電極５ａ，５ｂが対向配置して形成されて
おり、検知面表面１に雨滴が付着したときに生じる電極
間の静電容量Ｃの変化により発振回路２０の発振周期の
変化を検知して、制御回路１１は信号線Ｌを介して、降
雨検知信号を窓の開閉制御などを行う外部回路へ出力す
る。なお、Ｗは雨センサの取り付けた窓枠、Ｈは雨セン
サ本体（ハウジング）を示している。

【００２１】次に、図５（ａ）には櫛歯電極５ａ，５ｂ
のパターン図を、（ｂ）には導電シールドパターンによ
って形成されたシールド電極７のパターン図を示し、図
６には、図５の切断線（Ａ−Ａ’）における静電容量型
雨センサの表面の断面部分拡大図を示している。図５
（ａ）に示すように、櫛歯電極５ａ，５ｂは対向配置さ
れており、これらの検知した静電容量Ｃは、２つの検知
電極面用ランド１５ａ，１５ｂから検知電極面用スルー
ホール１６ａ，１６ｂを介して、制御回路１１の発振回
路２０に伝達される。一方、シールド電極７は、シール
ド電極用スルーホール１７を経て、制御回路１１のアー
ス端子２３に接続されているので、常に一定電位に保た
れている（図５（ｂ），図６，図２，図３参照）。

【００２２】このようにして、中間基板６（第１の回路
基板）の表面には、導電パターンをエッチングするなど
して櫛歯電極５ａ，５ｂを対向配置させた検知面を、裏
面には導電シールドパターンを形成し、下側基板９（第
２の回路基板）には、制御回路用電極１１ａを形成しそ
の上に制御回路１１を実装させて、これらを積層し張り
合わせて一体化させることが出来る。

【００２３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の請求項
１に記載の静電容量型雨センサによれば、検知面と制御
回路間にシールド電極を設けることで、互いの電極及び
外部からの電気的ノイズの影響を受けにくすることがで
きるとともに、検出感度をあげることができる。

【００２４】また、絶縁被膜表面を厚くできるため、耐
候性の向上が図れ、検知面の損傷が内部にまで到達しに
くいので、雨検知用の電極の破損を防ぐことが出来る。
更に、一体化構造にすることによって、機械的強度を増
加させることができるとともに、装置の小型化が図れ
る。請求項２に記載の静電容量型静電容量型雨センサに
よれば、検出感度が向上できるだけでなく、表面に検知
面を、裏面に導電シールドパターンを形成した回路基板
と、制御回路を実装させた回路基板とを、積層し張り合
わせた構造にできるので、製造が簡単になり、一層の小
型化、薄型化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る静電容量型雨センサの表面の一例
を示す断面図である。

【図２】本発明に係る静電容量型雨センサの制御回路の
内部構成の一例を示すブロック図である。

【図３】制御回路の要部である発振回路の一例を示す回
路図である。

【図４】本発明に係る静電容量型雨センサの外観構成を
概略的に示す斜視図である。

【図５】（ａ）は櫛歯電極のパターン図、（ｂ）はシー
ルド電極のパターン図である。

【図６】図５に示した切断線（Ａ−Ａ’）における静電
容量型雨センサの表面の断面部分拡大図である。

【図７】静電容量型雨センサの静電容量の変化の有無を
判断する原理を示す図である。

【図８】静電容量型雨センサにおいて降雨開始を判断す
る原理を示す図である。

【図９】（ａ），（ｂ）は、本発明の静電容量型雨セン
サの原理を説明するための図である（電気力線図）。

【図１０】（ａ），（ｂ）は、本発明の静電容量型雨セ
ンサの原理を説明するための図である（乾燥状態の等価
回路図）。

【図１１】（ａ），（ｂ）は、本発明の静電容量型雨セ
ンサの原理を説明するための図である（雨滴付着状態の
等価回路図）。

【符号の説明】

１・・・検知面表面２・・・コーティング面３，６，９・・・プリント配線基板５ａ，５ｂ・・・櫛歯電極（検知用電極）７・・・シールド電極１１・・・制御回路１１ａ・・・制御回路用電極１５ａ，１５ｂ・・・検知電極面用ランド１６ａ，１６ｂ・・・検知電極面用スルーホール１７・・・シールド電極用スルーホール２０・・・発振回路２１・・・判定回路２２・・・直流電源端子２３・・・アース端子Ｌ・・・信号線Ｗ・・・窓枠Ｈ・・・雨センサ本体（ハウジング）ｕ・・・雨滴Ｃ・・・静電容量

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】櫛歯電極を対向配置して形成した検知面
と、この検知面に雨滴が付着したときに生じる静電容量の変
化により降雨検知信号を出力する制御回路とを、シールド電極を介して一体化させたことを特徴とする静
電容量型雨センサ。
【請求項２】櫛歯電極を対向配置して形成した検知面
と、この検知面に雨滴が付着したときの静電容量の変化
に応じて、発振回路の発振周期を変化させて、降雨検知
信号を出力する制御回路とを備えた静電容量型雨センサ
において、検知面を表面に形成した第１の回路基板の下方に、発振
回路を設けた制御回路を実装した第２の回路基板を積層
させた構造としており、上記第１の回路基板の裏側には、アース接続された導電
シールドパターンを形成したことを特徴とする静電容量
型雨センサ。