JPH076937B2 - 静電容量型湿度センサ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 対向電極間に流入する空気の相対湿度の変化を電極間容
量の変化として検出する静電容量型湿度センサに関す
る。

（従来の技術） 湿度センサは、感湿部がセラミック材料からなり電気抵
抗または容量の変化によって相対湿度を検出するセラミ
ック湿度センサと、感湿部がフィルムなどの高分子から
なり容量または電気抵抗の変化によって相対湿度を検出
する高分子タイプの湿度センサの２種に大別される。し
かして上記各湿度センサは、いずれも一対の電極間はそ
れぞれの感湿部となる感湿材料で連続的に接続された構
造となっている。

しかしながら、上記構成になる各湿度センサは、イオン
伝導性のため直流電圧を連続して印加することができな
い。また湿度を検出する際の印加電圧は通常数Ｖ以下
で、これ以上ではジュール熱が発生し感湿部の温度が上
昇するため湿度センサの感湿部に吸着した水分が発散
し、実際の湿度に対する抵抗よりも大きい値の抵抗値が
検出され、正確な湿度測定ができなくなる。さらに大き
な過電圧が印加されると熱破壊してしまうなど種々の欠
点をすると同時に、高分子タイプの湿度センサは、例え
ば浴室の換気または木材乾燥などの用途で高温高湿の環
境に放置されると感湿部となる高分子材料が劣化し、ま
た例えば85℃以上の高温に弱いため産業用には適してい
なかった。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のようにセラミック湿度センサおよび高分子タイプ
の湿度センサは、連続で直流電圧を印加すると劣化して
しまい、また印加可能電圧も数Ｖ以下であるため使用す
るにあたっては十分注意しなければならなかった。

本発明は、湿度センサを構成する２つの対向した電極間
に空隙があることによって該電極間に生ずる静電容量を
Ｃ、電極間距離をｄ、対向電極面積をＳ、空気の誘電率
をεとした場合、この間に成立つよく知られている関係
式 において、 εが大きくなってｄが小さくなればＣが大きくなる点に
着目してなされたもので、印加電圧範囲が広く、また誤
って直流電圧が長時間印加されても劣化することのない
新規な構成からなる静電容量型湿度センサを提供するこ
とを目的とするものである。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明の静電容量型湿度センサは、少なくとも一方の一
表面に多孔質セラミック素体を取着し、該素体面を対面
部とし対面間に空隙部を設け、かつ該空隙部と外気とを
通気する状態で絶縁支持体を介して一体化した一対の電
極板とで構成したことを特徴とするものである。

（作用） 以上の構成になる静電容量型湿度センサによれば、電極
間に外気と通気した空隙部があり、かつ空隙部に電極に
固着された多孔質セラミック素体を配設した構造であ
り、湿度が高くなった場合電極間には水分子が多く存在
するようになり、電極間の静電容量を大きくする作用す
る。すなわち水分子の量が多くなれば誘電率が増加し、
かつセラミック素体の電気抵抗は小さくなるから実質的
に電極間距離が小さくなったと同様な作用となり、前関
係式における静電容量Ｃが大きくなる。よって湿度変化
に対して容量が大きく変化する。また電極間が空隙部に
よって絶縁されているため過電圧ならびに直流電圧の印
加が可能である。

（実施例） 以下、本発明の詳細につき図面を参照して説明する。す
なわち第２図に示すように好ましくは耐錆性を考慮し、
例えば金，白金，銀，ニッケル金属板または金，白金，
銀，ニッケルなどをメッキした金属板からなる電極板１
の一表面に例えば酸化亜鉛，酸化クロムを主成分とし添
加物として炭酸リチウムまたは酸化バナジウムなどを添
加した金属酸化物粉体を加圧成形，高温焼結して得た多
孔質セラック素体２を導電性ペーストを介して付着し焼
付けによって電極板１に多孔質セラミック素体２を固着
し、つぎに該セラミック素体２固着面となる電極板１周
囲４カ所に第３図に示すようにガラス，セラミックまた
は合成樹脂などの絶縁物からなり、表面を例えば溌水性
のシリコーン材料でコーティングした前記セラミック素
体２厚さ寸法t₁より大きい厚さt₂とした絶縁支持体３
を、例えば溌水性のシリコーン接着剤を介して接着す
る。しかして、第１図に示すように前記電極板１と同一
構成からなる電極板４を前記絶縁支持体３の他端面にの
せ前記同様溌水性のシリコーン接着剤を介して接着一体
化し、前記セラミック素体２を前記電極板１と電極板４
間に空隙部５を設けた状態で配設され、該空隙部５が外
気と通気した構成からなるものである。第１図中６は前
記電極板１および電極板４の外側に取着したリード端子
である。

以上のように構成してなる静電容量型湿度センサによれ
ば、電極板１と電極板４間に外気と通気した空隙部５が
存在し、かつ多孔質セラミック素体２が配設された構造
であるため湿度が高くなった場合、空隙部５に存在する
水分子量が多くなり、電極板１と電極板４間の誘電率が
増加し、さらに多孔質セラミック素体１に多くの水分子
が吸着されることによって電気抵抗が小さくなる、つま
り実質的に電極板１と電極板４間距離が小さくなるのと
同様の作用によって電極板１と電極板４間の静電容量が
大きくなる。すなわち誘電率の変化と電極間距離の変化
という両者の相乗作用によって湿度変化に対して静電容
量が大きく変化する特徴を有する。これは湿度変化に対
する容量の変化が大きいことを意味しわずかな湿度変化
でも容易に検出することが可能であるということであ
る。また電極板１と電極板４間は空隙部５で絶縁されて
おり、かつ電極板１と電極板４間に介在する絶縁支持体
３はシリコーンコーティングした絶縁物からなり、接着
剤もシリコーン接着剤を用いているため水分をはじく役
目となり、よって電極板１と電極板４間の絶縁が十分に
保たれ湿度測定精度を損ねることはなく、かつ過電圧印
加によるジュール熱の発生は無視できる程度の微少であ
って、熱破壊の危険性はない。さらに誤って直流電圧が
長時間印加されたとしてもセラミック素体２は電極板１
と電極板４間に外気と通気した空隙部５を設けた状態で
配設しているため前記セラミック素体２中でのイオンの
移動は従来構造のものと比較して無視してもよい程度で
あり劣化することはない。

つぎに本発明の実験例について述べる。すなわち本発明
に係る実施例Ａと多孔質セラミック素体を用いず電極間
に単に空隙部だけを設けた参考例Ｂとの相対湿度−静電
容量の関係を調べた結果第６図に示すようになり、参考
例Ｂと比較して実施例Ａのものは同一相対湿度に対して
容量が大きく直線性良好にして大きな感度が得られた。
試料として用いた電極板は実施例Ａおよび参考例Ｂとも
金からなる金属板で静電容量は1KHzで測定した。

なお、上記実施例では多孔質セラミック素体１を一方の
電極板１にのみ取着したものを例示して説明したが、第
４図に示すように電極板1,4の双方に多孔質セラミック
素体１を取着し、該セラミック素体１間に空隙部５を設
けた構成にすれば、より感度が向上する。第４図中上記
実施例と同一部分については同一番号を付し説明を省略
した。また上記実施例では絶縁支持体構成として個別に
形成した柱状のものを複数介在するものを例示して説明
したが、第５図に示すように電極板形状に合致したリン
グ状とし周囲に複数の貫通孔７を設けたリング状の絶縁
支持体８を用いても貫通孔７を介して空隙部と外気とが
通気するため同効である。さらに上記実施例では角形形
状のものを例示して説明したが、円形をはじめ他の形状
に適用できることは言うまでもない。

［発明の効果］ 本発明によれば、相対湿度の高さに応じ電極間の誘電率
が大きくなり、また等価的に電極間距離が小さくなり、
結果として静電容量が大きく大きな感度を有し、かつ過
電圧印加または直流電圧が印加されても劣化ならびに破
壊のない静電容量型湿度センサを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例に係り第１図は静電
容量型湿度センサを示す正断面図、第２図は製造途中の
斜視図、第３図は第１図および第２図を構成する絶縁支
持体を示す拡大斜視図、第４図は本発明の他の実施例に
係る静電容量型湿度センサを示す正断面図、第５図は本
発明の他の実施例に係る絶縁支持体を示す斜視図、第６
図は相対湿度−静電容量特性曲線図である。 １……電極板、２……多孔質セラミック素体 ３……絶縁支持体、４……電極板 ５……空隙部、７……貫通孔 ８……絶縁支持体

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁支持体を介し一対を面対向して一体化
   した電極板と、該電極板の対向面の少なくとも一表面に
   取着した多孔質セラミック素体と、該素体と対向面間に
   設けた空隙部とからなり、該空隙部を外気とを通気して
   なる構成としたことを特徴とする静電容量型湿度セン
   サ。
2. 【請求項２】絶縁支持体が柱状で、対向する一対の電極
   板間の周囲に複数個で構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項記載の静電容量型湿度センサ。
3. 【請求項３】絶縁支持体が周囲に貫通孔を設けたリング
   状の絶縁支持体で構成したことを特徴とする特許請求の
   範囲第（１）項記載の静電容量型湿度センサ。