(57)【要約】【課題】簡易な構造の水分検知センサ、水分検知センサ装置及び水分検知センサシステムを提供することである。【解決手段】実施形態に係る水分検知センサは、共振回路と、共振回路の表面を覆う第１の被覆部材と、共振回路の裏面を覆う第２の被覆部材と、を有する。水分検知センサ装置は、電磁波を送信する送信部と、電磁波を受信する受信部と、共振周波数検知する検知部と、水分を検知したと判断する判断部と、を有する。水分検知センサシステムは、水分検知センサと水分検知センサシステムを有する。【選択図】 図１１
2020030139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
共振回路と、
前記共振回路の表面を覆う第１の被覆部材と、
前記共振回路の裏面を覆う第２の被覆部材と、
を有する水分検知センサ。
【請求項２】
少なくとも水溶性物質または吸水性材料のいずれかを有し、
前記水溶性物質または前記吸水性材料は、前記共振回路の表面と前記第１の被覆部材との
間に位置する、
請求項１記載の水分検知センサ。
【請求項３】
前記水溶性物質は、常温常圧において水への溶解度が1[g/100g-H2O]以上の物質である
請求項２記載の水分検知センサ。
【請求項４】
前記吸水性材料は、繊維状物質を絡ませたまたは編んだ物質、あるいは多孔質性材料のい
ずれかである
請求項２または３に記載の水分検知センサ。
【請求項５】
前記第１、及び第２の被覆部材のうち少なくとも片方は
常温常圧において比誘電率が10以下の物質である
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の水分検知センサ。
【請求項６】
前記第１、及び第２の被覆部材のうち少なくとも片方は
吸水性材料である
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の水分検知センサ。
【請求項７】
前記吸水性材料は、繊維状物質を絡ませたまたは編んだ物質、あるいは多孔質性材料のい
ずれかである
請求項６記載の水分検知センサ。
【請求項８】
電磁波を送信する送信部と、
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の水分検知センサの共振回路から反射され
た電磁波を受信する受信部と、
受信した電磁波の周波数に対する信号強度が極小の値を取る周波数を共振周波数とする検
知部と、
前記共振周波数が変化した場合に水分を検知したと判断する判断部と、
を備える水分検知センサ装置。
【請求項９】
一定時間ごとに電磁波を送信するよう前記送信部に指示をする制御部を有し、
前記判断部は、受信した電磁波の共振周波数が、前回に受信した電磁波の共振周波数と比
較して、あらかじめ定めたしきい値の範囲を超えて変化した場合に水分を検知したと判断
し、水分の存在を検知したことを前記制御部に伝達する
請求項８に記載の水分検知センサ装置。
【請求項１０】
前記判断部が水分を検知したと判断した場合に、検知信号を発する
請求項９に記載の水分検知センサ装置。
【請求項１１】
前記検知信号は、光または音または画面表示のいずれかである
請求項１０に記載の水分検知センサ装置。
【請求項１２】
請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載の水分検知センサと、
請求項８ないし請求項１１のいずれか一項に記載の水分検知センサ装置と、
を有する水分検知センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水分検知センサ、水分検知センサ装置及び水分検知センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、簡易な構造の水分検知センサが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開2004-85277号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、簡易な構造の水分検知センサ、水分検知センサ装置及び水分検知セ
ンサシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するために、実施形態の水分検知センサでは、共振回路と、共振回路
の表面を覆う第１の被覆部材と、共振回路の裏面を覆う第２の被覆部材を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１ａ】実施形態に係る水分検知センサの断面図、平面図である。
【図１ｂ】実施形態に係る水分検知センサの断面図、平面図である。
【図２ａ】実施形態に係る共振回路の平面図である。
【図２ｂ】実施形態に係る共振回路の平面図である。
【図２ｃ】実施形態に係る共振回路の平面図である。
【図３】実施形態に係る水分検知センサの断面図の別の例である。
【図４】実施形態に係る水分検知センサの断面図の別の例である。
【図５】実施形態に係る水分検知センサの断面図の別の例である。
【図６】実施形態に係る水分検知センサの断面図の別の例である。
【図７】実施形態に係る水分検知センサの断面図の別の例である。
【図８】実施形態に係る水分検知センサの断面図の別の例である。
【図９】実施形態に係る水分検知センサの周波数と信号強度の特性図である。
【図１０】実施形態に係る水分検知センサ装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】実施形態に係る水分検知センサシステムの構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
【０００８】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面は模式的または
概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさや比率などは、必ずし
も現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互
いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
【０００９】
なお、本願明細書と図面において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一
の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１ａ、図１ｂは、実施形態に係る水分検知センサ１０の断面図、平面図である。図１
ａ、図１ｂに示すように、水分検知センサ１０は、共振回路１１の表面を覆う第１の被覆
部材１２ａと、共振回路１１の裏面を覆う第２の被覆部材１２ｂ、水溶性物質１３を有す
る。
【００１１】
図２ａ、図２ｂ、図２ｃは実施形態に係る共振回路１１の平面図である。図２ａ、図２ｂ
、図２ｃに示すように、共振回路１１は、正方形または長方形の薄い金属板に貫通した溝
を掘ったもの、もしくはプリンターで紙やプラスチック、フィルムなどに回路を印刷した
ものである。上記どちらの場合も、共振回路１１の材料としては、例えば、CuやAl、Feと
いった導電性を有する金属を用いることができる。
【００１２】
特に、導電性が高いCu、または加工しやすいAlが好ましい。
【００１３】
共振回路１１が電磁波を受信すると、共振回路１１は少なくとも反射または共振のいずれ
かを起こす。共振回路１１の挙動は受信した電磁波の周波数に依存する。
【００１４】
共振回路１１に対し、あらかじめ設定した範囲の周波数の電磁波を受信し電磁波の周波数
に対する信号強度が極小となる場合、この周波数を共振周波数と定義する。共振回路に用
いられる金属板は、形状が変化するだけでなく水といった別の物質に接しても共振周波数
は変化する。
【００１５】
共振回路１１は、第１、及び第２の被覆部材１２ａ、１２ｂの狭間に位置する。例えば共
振回路１１は、第２の被覆部材１２ｂ上に直接印刷によって形成される。第１、及び第２
の被覆部材１２ａ、１２ｂの狭間に水分が触れた場合、毛細管現象によって第１、及び第
２の被覆部材１２ａ、１２ｂの狭間に水分が侵入する。
【００１６】
第１、及び第２の被覆部材１２ａ、１２ｂのうち少なくとも片方は、薄い板状の物質で
あり、材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタラート（PET）や、ポリテトラフル
オロエチレン（PTFE）、ガラス、エポキシ樹脂、雲母、石英、セロファンといった常温常
圧において比誘電率が10以下の物質を用いることができる。
【００１７】
実施形態では、共振回路１１に水といった物質が接する場合、共振周波数が変化する。毛
細管現象によって第１、及び第２の被覆部材１２ａ、１２ｂの狭間に水分が侵入すること
で、共振周波数が変化し、水分の存在を検知できる。
【００１８】
毛細管現象は液体の表面張力を利用している。液体表面近傍の分子は、他の分子と比較し
て自由エネルギーが高いため、表面は小さいほどその系は安定する。水分は、毛細管現象
によって液体表面が少なくなるよう第１、及び第２の被覆部材１２ａ、１２ｂの狭間に侵
入する。
【００１９】
この場合、第１、及び第２の被覆部材１２ａ、１２ｂの狭間が小さくなるよう、水分の表
面張力が働く。第１、及び第２の被覆部材１２ａ、１２ｂの狭間に水分が侵入できないほ
ど小さくなると、それ以上水分が侵入できないために、水分を検知できるほど十分に存在
しなくなり、水分の検知が行えない。これを防ぐために、第１、及び第２の被覆部材１２
ａ、１２ｂは薄い板状の物質が好ましい。
【００２０】
水溶性物質１３は、共振回路１１の表面と第１の被覆部材１２ａとの狭間に位置する。
水溶性物質１３の材料としては、例えば、K2CO3やNaClといった常温常圧において水への
溶解度が1[g/100g-H2O]以上の物質を用いることができる。特に、常温常圧において水へ
の溶解度が20[g/100g-H2O]以上の物質を用いることが好ましい。
【００２１】
第１、及び第２の被覆部材１２ａ、１２ｂの狭間に侵入した水分は、水溶性物質１３に
溶解し、共振回路１１と第１の被覆部材１２ａとの狭間にさらに侵入することによって共
振回路１１に水分が接触する。
【００２２】
共振回路１１に水分が接触すると、共振回路１１が電磁波を受信した場合の共振周波数は
、水分が接触する前の共振周波数とは異なる周波数に変化する。すなわち、共振回路１１
の共振周波数を観測することにより、水分の有無を検知することができる。
【００２３】
図１０は実施形態に係る水分検知センサ装置１００の構成を示すブロック図である。図１
０に示すように、水分検知センサ装置１００は、送信部１０１、制御部１０２、受信部１
０３、検知部１０４、判断部１０５を有する。
【００２４】
送信部１０１は、ある範囲の周波数の電磁波を送信する。この場合、一定時間ごとに電
磁波を送信するよう制御部１０２が送信部１０１に指示をする。この電磁波を送信部１０
１が送信することで共振回路１１は少なくとも反射または共振のいずれかを起こす。共振
回路１１から反射された電磁波を受信部１０３が受信する。受信した電磁波は検知部１０
４に伝達される。ある範囲の周波数の電磁波の、周波数に対する信号強度が極小の値を取
る場合、その周波数が共振周波数であると検知部１０４が検知する。ある範囲とは、例え
ば、共振周波数となりうる周波数の範囲をあらかじめ測定しておき、共振周波数が含まれ
る範囲の周波数を指す。検知した共振周波数が前回の共振周波数と比較してあらかじめ定
めたしきい値の範囲を超えて変化した場合に、水分が存在することを検知したと判断部１
０５が判断する。水分の存在を検知したことを制御部１０２に伝達し、水分検知センサ装
置１００の使用者に知らせるため、検知信号を発する。検知信号は、例えば少なくとも光
または音または画面表示または振動のいずれかを用いることができる。
【００２５】
図１１は実施形態に係る水分検知センサシステム２００の構成を示すブロック図である
。図１１に示すように、水分検知センサシステム２００は、水分検知センサ１０と水分検
知センサ装置１００を有する。この水分検知センサ１０と水分検知センサ装置１００は電
磁波を介して交信することができる。この場合、一定時間ごとに電磁波を送信するよう水
分検知センサ装置１００の制御部１０２が送信部１０１に指示をする。制御部１０２から
の指示に従い、水分検知センサ装置１００の送信部１０１は、電磁波を送信する。共振回
路１１は送信されたある範囲の電磁波の周波数に応じて少なくとも反射または共振のいず
れかを起こす。反射された電磁波を水分検知センサ装置１００の受信部１０３が受信し、
ある範囲の電磁波の周波数に対する信号強度が極小の値を取る場合、検知部１０４がその
周波数を共振周波数と検知する。次に再び送信部１０１が電磁波を送信し、検知した共振
周波数が前回の共振周波数と比較して、あらかじめ定めたしきい値の範囲を超えて変化し
た場合に、判断部１０５は水分が存在することを検知したと判断する。判断部１０５は水
分の存在を検知したことを制御部１０２に伝達し、制御部１０２は、水分検知センサ装置
１００の使用者に知らせるため、検知信号を発する。検知信号は、例えば少なくとも光ま
たは音または画面表示または振動のいずれかを用いることができる。
【００２６】
共振回路１１が電磁波を受信した場合、共振回路１１は少なくとも反射または共振のいず
れかを起こす。共振回路１１の挙動は受信した電磁波の周波数に依存する。共振回路１１
に対し送信部１０１から周波数の異なる電磁波を送信する。共振回路１１に送信した電磁
波が反射し、その反射した電磁波の周波数に対する信号強度を受信部１０３にて受信する
。共振回路１１から反射した電磁波の周波数が共振周波数の場合、受信部１０３にて受信
する電磁波の周波数に対する信号強度は減少する。共振周波数の電磁波を送信した後も周
波数の異なる電磁波を送信し続けると、再び共振回路１１に送信した電磁波の周波数に対
する信号強度は増加する。すなわち、共振回路１１に対し送信部１０１から周波数の異な
る電磁波を送信した場合、電磁波の周波数に対する信号強度は、その周波数が共振周波数
において減少するため、電磁波の周波数に対する信号強度を観測することで共振回路１１
の共振周波数を特定することができる。
【００２７】
一般に物質の共振周波数は、材質及び形状が大きく影響する。共振回路に用いられる金属
板は、形状が変化するだけでなく別の物質に接しても共振周波数は変化する。なお誘電体
と接触する場合、その接触する物質の比誘電率が高いほど共振回路１１の共振周波数は大
きく変化し、比誘電率が高い代表的な物質としては水が挙げられる。
【００２８】
図９は実施形態に係る水分検知センサ１０の周波数と信号強度の特性図である。図９に共
振回路１１に送信した電磁波の周波数に対する信号強度の関係を示す。実線は共振回路１
１に水分が接してないときの関係、破線は共振回路１１に水分が接しているときの特性を
示したものである。どちらの場合も共振周波数において電磁波の周波数に対する信号強度
は減少する。共振回路１１に水分が接しているときの共振周波数と、共振回路１１に水分
が接してないときの共振周波数は異なっている。従って、共振周波数を観測することによ
って共振回路１１が水分に接しているかどうかを判断することができる。
【００２９】
この手法を用いることで共振回路１１周辺に水分が存在するかどうかを判断する水分検知
センサ１０を使用することができる。
【００３０】
すなわち実施形態によれば、共振回路１１を用いて、共振周波数を観測することで共振回
路１１に水分が接触の有無を判断することができる。また水分検知センサ１０の共振回路
１１に外部電源を使用しないことから、簡易な構造の水分検知センサ１０を提供すること
ができる。
【００３１】
（第２の実施形態）
図３は実施形態に係る水分検知センサ１０の断面図の別の例である。図３に示すように、
水分検知センサ１０は、共振回路３１、第１、及び第２の被覆部材３２ａ、３２ｂ、水溶
性物質３３を有する。第１、及び第２の被覆部材３２ａ、３２ｂ、共振回路３１について
は、第１の実施形態の第１、及び第２の被覆部材１２ａ、１２ｂ、共振回路１１と同様で
ある。第１の実施形態に係る水分検知センサと異なる点は、水溶性物質３３が共振回路３
１全体を覆ってないことである。
【００３２】
実施形態における水分検知センサ１０において、共振回路３１は共振周波数が変化したと
き水分が存在すると判断するため、第１、及び第２の被覆部材３２ａ、３２ｂの狭間に侵
入する水分の量が、共振回路３１表面に接するだけの十分な量がなくても、共振回路３１
側面に水分が接することができれば水分が検知できるほど十分に共振周波数が変化する。
【００３３】
従って、必ずしも第１、及び第２の被覆部材３２ａ、３２ｂの狭間に位置する水溶性物質
３３が共振回路３１全体を覆わなくてもよい。
【００３４】
図４は、実施形態に係る水分検知センサ１０の断面図の別の例である。図４に示すよう
に、水分検知センサ１０は、共振回路４１、第１、及び第２の被覆部材４２ａ、４２ｂ、
吸水性材料４４を有する。第１、及び第２の被覆部材４２ａ、４２ｂ、共振回路４１につ
いては、第１の実施形態の第１、及び第２の被覆部材１２ａ、１２ｂ、共振回路１１と同
様である。第１の実施形態に係る水分検知センサと異なる点は、水溶性物質１３の代わり
に吸水性材料４４を用いたことである。
【００３５】
実施形態における水分検知センサ１０において、吸水性材料４４は、繊維状物質を絡ませ
たまたは編んだ物質、あるいは多孔質性材料のいずれかであり、材料としては、例えば、
紙や、布、スポンジなどを用いることができる。共振回路４１と第１の被覆部材４２ａと
の狭間には吸水性材料４４が位置し、第１、及び第２の被覆部材４２ａ、４２ｂの狭間に
侵入した水分は、吸水性材料４４に吸水される。共振回路４１と接している吸水性材料４
４が水分を吸水するため共振回路４１の共振周波数が変化し、図９に示すように電磁波の
周波数に対する信号強度の関係から水分を検知することができる。
【００３６】
図５は、実施形態に係る水分検知センサ１０の断面図の別の例である。図５に示すように
、水分検知センサ１０は、共振回路５１、第１、及び第２の被覆部材５２ａ、５２ｂを有
する。第１、及び第２の被覆部材５２ａ、５２ｂ、共振回路５１については、第１の実施
形態の第１、及び第２の被覆部材１２ａ、１２ｂ、共振回路１１と同様である。第１の実
施形態に係る水分検知センサと異なる点は、水溶性物質１３を用いないことである。
【００３７】
実施形態における水分検知センサ１０において、共振回路５１は共振周波数が変化したと
き水分が存在すると判断するため、第１、及び第２の被覆部材５２ａ、５２ｂの狭間に侵
入する水分の量が、共振回路５１表面に接するだけの十分な量がなくても、共振回路５１
側面に水分が接することができれば水分が検知できるほど十分に共振周波数が変化する。
【００３８】
従って、必ずしも第１、及び第２の被覆部材５２ａ、５２ｂの狭間に水溶性物質１３を用
いなくてもよい。
【００３９】
図６は、実施形態に係る水分検知センサ１０の断面図の別の例である。図６に示すように
、水分検知センサ１０は、共振回路６１、第１、及び第２の被覆部材６２ａ、６２ｂ、水
溶性物質６３を有する。共振回路６１、水溶性物質６３については、第１の実施形態の共
振回路１１、水溶性物質１３と同様である。第１の実施形態に係る水分検知センサと異な
る点は、第１、及び第２の被覆部材６２ａ、６２ｂのうち少なくとも片方は、材料として
吸水性を有する物質を用いることである。
【００４０】
実施形態における水分検知センサ１０において、吸水性を有する物質は、繊維状物質を絡
ませたまたは編んだ物質、あるいは多孔質性材料のいずれかであり、材料としては、例え
ば、紙や、布、スポンジなどを用いることができる。吸水性を有する物質に水分が触れた
場合、吸水性を有する物質に吸水される。共振回路６１と第１の被覆部材６２ａとの狭間
には水溶性物質６３が位置し、吸水性を有する物質に吸水された水分は、水溶性物質６３
に溶解する。共振回路６１と接している水溶性物質６３が水分を含むため共振回路６１の
共振周波数が変化し、図９に示すように電磁波の周波数に対する信号強度の関係から水分
を検知することができる。
【００４１】
図７は、実施形態に係る水分検知センサ１０の断面図の別の例である。図７に示すように
、水分検知センサ１０は、共振回路７１、第１、及び第２の被覆部材７２ａ、７２ｂ、７
４を有する。共振回路７１については、第１の実施形態の共振回路１１と同様である。第
１の実施形態に係る水分検知センサと異なる点は、第１、及び第２の被覆部材７２ａ、７
２ｂのうち少なくとも片方は、材料として吸水性を有する物質を用い、水溶性物質１３の
代わりに吸水性材料７４を用いたことである。
【００４２】
実施形態における水分検知センサ１０において、吸水性を有する物質、吸水性材料７４は
、繊維状物質を絡ませたまたは編んだ物質、あるいは多孔質性材料のいずれかであり、材
料としては、例えば、紙や、布、スポンジなどを用いることができる。吸水性を有する物
質に水分が触れた場合、吸水性を有する物質に吸水される。共振回路７１と第１の被覆部
材７２ａとの狭間には吸水性材料７４が位置し、吸水性を有する物質に吸水された水分は
、吸水性材料７４が吸水する。共振回路７１と接している吸水性材料７４が水分を含むた
め共振回路７１の共振周波数が変化し、図９に示すように電磁波の周波数に対する信号強
度の関係から水分を検知することができる。
【００４３】
図８は、実施形態に係る水分検知センサ１０の断面図の別の例である。図８に示すように
、水分検知センサ１０は、共振回路８１、第１、及び第２の被覆部材８２ａ、８２ｂを有
する。共振回路８１については、第１の実施形態の共振回路１１と同様である。第１の実
施形態に係る水分検知センサと異なる点は、第１、及び第２の被覆部材８２ａ、８２ｂの
うち少なくとも片方は、材料として吸水性を有する物質を用い、水溶性物質１３を用いな
いことである。
【００４４】
実施形態における水分検知センサ１０において、吸水性を有する物質は、繊維状物質を絡
ませたまたは編んだ物質、あるいは多孔質性材料のいずれかであり、材料としては、例え
ば、紙や、布、スポンジなどを用いることができる。吸水性を有する物質に水分が触れた
場合、吸水性を有する物質に吸水される。共振回路８１と接している第１、及び第２の被
覆部材８２ａ、８２ｂのうち少なくとも片方が水分を含むため共振回路８１の共振周波数
が変化し、図９に示すように電磁波の周波数に対する信号強度の関係から水分を検知する
ことができる。
【００４５】
以上のように本発明の実施形態は、簡易な構造の水分検知センサ１０、水分検知センサ
装置１００及び水分検知センサシステム２００を提供することができる。
【００４６】
なお、本発明は、上述の実施形態のみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その
他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の
省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や
要旨に含まれるとともの、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる
。
【符号の説明】
【００４８】
１１、２１、３１、４１、５１，６１，７１，８１・・・共振回路
１２ａ、３２ａ、４２ａ、５２ａ、６２ａ、７２ａ、８２ａ・・・第１の被覆部材
１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ、６２ｂ、７２ｂ、８２ｂ・・・第２の被覆部
材
１３、３３、６３・・・水溶性物質
４４、７４・・・吸水性材料
１０１・・・送信部
１０２・・・制御部
１０３・・・受信部
１０４・・・検知部
１０５・・・判断部
１０・・・水分検知センサ
１００・・・水分検知センサ装置
２００・・・水分検知センサシステム
【図１ａ】
2020030139.tif 000003
【図１ｂ】
2020030139.tif 000004
【図２ａ】
2020030139.tif 000005
【図２ｂ】
2020030139.tif 000006
【図２ｃ】
2020030139.tif 000007
【図３】
2020030139.tif 000008
【図４】
2020030139.tif 000009
【図５】
2020030139.tif 000010
【図６】
2020030139.tif 000011
【図７】
2020030139.tif 000012
【図８】
2020030139.tif 000013
【図９】
2020030139.tif 000014
【図１０】
2020030139.tif 000015
【図１１】
2020030139.tif 000016