(57)【要約】【課題】あらゆる状況において必要な絶縁性を確保できるのに加え、電極本体の耐食性を高めることができ、金属イオンの析出や電極表面への異物の付着を防止することが可能な、検出感度に優れるセンサ用検出電極を提供する。【解決手段】電気式センサに装着されたセンサ用検出電極(１０)において、少なくとも導電性金属で形成された検出電極本体(１８)のセンシング面(１８ａ)に、ビッカース硬度が１０００ＨＶ以上の絶縁薄膜(２０)が形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気式センサに装着されたセンサ用検出電極において、
少なくとも導電性金属で形成された検出電極本体(１８)のセンシング面(１８ａ)に、ビッカース硬度が１０００ＨＶ以上の絶縁薄膜(２０)が形成されている、ことを特徴とするセンサ用検出電極。
【請求項２】
請求項１のセンサ用検出電極において、
前記絶縁薄膜(２０)が、セラミックス又はダイヤモンドライクカーボンの少なくとも何れかで構成された膜厚５０μｍ未満のものである、ことを特徴とするセンサ用検出電極。
【請求項３】
請求項１又は２のセンサ用検出電極において、
前記絶縁薄膜(２０)が、析出法、ＣＶＤ法及びＰＶＤ法の何れかで製膜されている、ことを特徴とするセンサ用検出電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量センサや抵抗式センサと言った電気式センサに用いられるセンサ用検出電極の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体、抵抗、コンデンサといった電気・電子部品／素子を利用して構成される電気式センサは、下記の特許文献１及び２などに示されるように、液面のレベルを計測するレベルセンサや人或いは小動物の近接を感知する防犯警報センサなど様々な用途に使用されている。
このような電気式センサは、静電容量測定や電導度測定等と言った様々なセンシング方式が有るものの、その何れにおいても導電性金属からなるセンサ用検出電極を用いて各種センシングが行われている。そして、このセンサ用検出電極の表面には、測定対象物の電気的特性に起因する電極の短絡などの不具合を防止すべく、テフロン(デュポン社登録商標)などの絶縁性樹脂によるコーティングが施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１８３２１６号公報
【特許文献２】特開２００２−０９０４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の先行技術には、次のような問題があった。
すなわち、例えば、電気式センサとして静電容量センサを用い、これをばら積船の船倉に設置して浸水警報装置の浸水検知センサとして使用する場合において、積荷が鉄鉱石や銅鉱石などの金属鉱石、或いは、屑鉄や銅屑などの金属スクラップである場合、センサ用検出電極の絶縁性コーティング部分に上記の金属鉱石や金属スクラップが衝突すると、当該コーティング部分が簡単に破壊され、電極の短絡が生じてしまうと言う問題があった。
また、このような絶縁性コーティング部分に破壊が生じると、センサでの測定対象物が強酸性又は強アルカリ性物質等の場合には、センサ用検出電極の金属露出部分から腐食が進行するようになると言った問題も生じ得る。
【０００５】
それゆえに、本発明の主たる課題は、あらゆる状況において必要な絶縁性を確保できるのに加え、電極本体の耐食性を高めることができ、金属イオンの析出や電極表面への異物の付着を防止することが可能な、検出感度に優れるセンサ用検出電極を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を達成するため、本発明は、例えば、図１及び図２に示すように、電気式センサに装着されたセンサ用検出電極１０を次のように構成した。
少なくとも導電性金属で形成された検出電極本体１８のセンシング面１８ａに、ビッカース硬度が１０００ＨＶ以上の絶縁薄膜２０が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明は、次の作用を奏する。
少なくとも検出電極本体１８のセンシング面１８ａにビッカース硬度が１０００ＨＶ以上の非常に硬質な絶縁薄膜２０が形成されているので、センシング面１８ａに金属鉱石や金属スクラップと言った硬質なものが衝突しても絶縁薄膜２０が破壊される心配はなく、センサ用検出電極１０として必要な絶縁性を確保することができる。
【０００８】
本発明においては、前記絶縁薄膜２０をセラミックス又はダイヤモンドライクカーボンの少なくとも何れかで構成された膜厚５０μｍ未満のものにするのが好ましい。また、当該絶縁薄膜２０を析出法、ＣＶＤ法及びＰＶＤ法の何れかで製膜するのが好ましい。
これらの場合、検出電極本体１８のセンシング面１８ａに対して強固に固着した緻密な絶縁薄膜２０を形成することができるのに加え、例えば、絶縁薄膜２０をダイヤモンドライクカーボンで構成した場合には、その表面が極めて滑らかとなり、センシング面１８ａへの異物の付着を極小化することができると言ったように、各素材が有する機能を付与することができる。
【０００９】
また、本発明は、後述する実施形態に記載された特有の構成を付加することが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、あらゆる状況において必要な絶縁性を確保できるのに加え、少なくとも検出電極本体の耐食性を高めることができ、金属イオンの析出や電極表面への異物の付着を防止することが可能な、検出感度に優れるセンサ用検出電極を提供することができる。
加えて、本発明に用いる絶縁薄膜はいずれも耐熱性に優れ、従来行われていたテフロン(デュポン社登録商標)などの絶縁性樹脂によるコーティングの耐熱温度がせいぜい２５０℃であるのに対して、本発明に用いる絶縁薄膜はいずれも３５０℃の雰囲気中であっても安定した絶縁薄膜を維持することができ、高温の環境下においても優れたセンサ用検出電極を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のセンサ用検出電極を用いた静電容量センサの一例を示す説明図である。
【図２】本発明における一実施形態(第１実施形態；浸水警報装置用)のセンサ用検出電極を示す一部断面図である。
【図３】本発明における他の実施形態(第２実施形態；レベル計用)のセンサ用検出電極を示す一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態（第１実施形態）を図１及び図２を用いて説明する。
図１は、本発明のセンサ用検出電極１０を用いた電気式センサの一例、すなわち、船舶の浸水警報装置に使用される静電容量センサＡを示す模式図である。
この図が示すように、本発明のセンサ用検出電極１０が用いられる静電容量センサＡは、コンデンサＣｘと、センサ用検出電極１０が装着されるセンサ本体１２と、電源部１４とで大略構成される。
【００１３】
コンデンサＣｘは、測定対象の静電容量であり、本実施形態の静電容量センサＡでは、船倉壁Ｗで囲まれた船倉と、測定電極であるセンサ用検出電極１０との間の静電容量である。船倉内積荷によるＣｘは小さく、船倉内に海水が浸入するとＣｘは極端に大きくなり、上記の静電容量が変化するようになる。このため、係る変化を検出して船倉内の浸水レベルを検出することができる。
【００１４】
センサ本体１２は、上記コンデンサＣｘの静電容量の変化を感知するためのもので、図２に示すように、センサ用検出電極１０と、その基端部に連結され、アンプ部（変換器）などのセンサ回路構成に必要なデバイスが内蔵されたアンプケース１６とで構成される。
【００１５】
センサ用検出電極１０は、本実施形態のように静電容量センサＡの電極として使用する場合には静電容量の変化を検出し、他の電気式センサ、例えば抵抗式センサの電極として使用する場合には抵抗値の変化を検出するためのものである。
このセンサ用検出電極１０は、主としてステンレスなどの非鉄金属を中心とした導電性金属で形成された棒状の検出電極本体１８を有する。検出電極本体１８における長手方向の基端部側は、アンプ部（変換器）などのセンサ回路構成に必要なデバイスが内蔵されたアンプケース１６が電気的に連結される構造となっており、また、検出電極本体１８における長手方向の先端面は、コンデンサＣｘの静電容量の変化を感知する直径１４ｍｍの円形のセンシング面１８ａとなっている(センシング面１８ａの直径及び形状についてはこの例に限定されるものではない。)。
そして、このセンシング面１８ａには、絶縁薄膜２０が形成される。
なお、検出電極本体１８の外周には略筒状の絶縁部材２２が嵌着されると共に、この絶縁部材２２の外周には、検出電極本体１８の全長に亘って複数の金属パーツからなるシース状の接地電極２４が嵌着されており、この接地電極２４を介して、船倉壁Ｗにおける所定の取付位置にセンサ用検出電極１０が水密的或いは気密的に固定される。
【００１６】
絶縁薄膜２０は、セラミックス又はダイヤモンドライクカーボンなどの絶縁性材料からなり、ビッカース硬度が１０００ＨＶ以上の絶縁性と表面被覆性とに優れた薄膜である。ここで、絶縁薄膜２０を構成する絶縁性材料は、上記のセラミックス又はダイヤモンドライクカーボンの少なくとも何れかを用いるのが好ましいが、これらに限定されるものではない。
この絶縁薄膜２０の膜厚は、５０μｍ以下であるのが好ましく、より好ましくは２０μｍ以下である。この膜厚が５０μｍより大きい場合には、検出電極本体１８の感度が低下するようになる虞が有るからである。
また、この絶縁薄膜の形成方法としては、析出法、ＣＶＤ法及びＰＶＤ法の何れかを用いるのが好ましいが、これらの方法に限定されるものではない。なお、析出法、ＣＶＤ法及びＰＶＤ法の何れかを用いれば、センシング面１８ａの表面が露出することのない緻密な薄膜を形成することができる。
【００１７】
以上のように構成されたセンサ用検出電極１０の基端部には、上述したようにアンプ部（変換器）などのセンサ回路構成に必要なデバイスが内蔵されたアンプケース１６が連結される。このアンプケース１６には、リード線２６の一端が接続されており、このリード線２６の他端は、電源や制御部が内蔵された電源部１４に接続されている。それゆえ、センサ用検出電極１０でセンシングしたコンデンサＣｘの静電容量の変化は、そのリード線２６を経由して電源部１４に送られ、ここで浸水の有無が判定される。
【００１８】
ここで、検出電極本体１８として、センシング面１８ａが絶縁薄膜２０で被覆されておらず、非鉄金属がそのまま露出している「絶縁薄膜なし」のものと、センシング面１８ａが厚さ約１０μｍ程度のセラミックスからなる絶縁薄膜２０で被覆された中野ハガネ(株)都田研究所製の特殊ステンレス「ＫＣＦ」で製作した「絶縁薄膜あり」のものとを用いて、以下の通り、絶縁薄膜２０の効果について検討を行った。
【００１９】
すなわち、ＰＥＴ製のカップに鉄粉又は銅粉を１００ｇ入れたものをそれぞれ複数用意し、それに蒸留水９６．７ｇに対して食塩３．３ｇを溶かした模擬海水を添加し、水分率（模擬海水含有量）が０重量％、５重量％、１０重量％、１５重量％、２０重量％、２５重量％、３０重量％となるように試験サンプルを準備した。この試験サンプルは、船倉の積荷が鉄鉱石や銅鉱石であって、浸水により積荷が海水に水没して行く状態を想定したものである。
そして、上述の「絶縁薄膜なし」及び「絶縁薄膜あり」の検出電極本体１８を組み込んだセンサ用検出電極を、(株)シーメイト社製のＤＳ-ＭＥＤ型浸水警報機に接続し、各試験サンプルに対し、加圧０ｋｇ、加圧１ｋｇ、加圧２ｋｇでセンサ用検出電極を押し当て、浸水警報装置のＯＮ点、ＯＦＦ点を求めた。その結果を表１に示す。
なお、上記の加圧条件は、試験サンプルを入れたＰＥＴ製カップを電子天秤に載置し、上からセンサ用検出電極を押し付けた際の電子天秤の目盛が上記加圧荷重となるようにして設定した。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
表１に示すように、鉄粉を用いたテストでは、「絶縁薄膜あり」のものが２ｋｇの加圧を加えても１０重量％の水分率までＯＦＦ状態を保持できるのに対し、「絶縁薄膜なし」のものは１ｋｇの加圧で水分率５重量％、２ｋｇの加圧では水分率の如何にかかわらずＯＦＦ状態を維持できないことが窺える。
同様に、銅粉を用いたテストでは、「絶縁薄膜あり」のものが２ｋｇの加圧を加えても１５重量％の水分率までＯＦＦ状態を保持できるのに対し、「絶縁薄膜なし」のものは加圧の如何にかかわらず水分率の１０重量％までしかＯＦＦ状態を維持できないことが窺える。
【００２２】
以上のように、本実施形態のセンサ用検出電極１０によれば、絶縁薄膜２０の存在により、測定対象物による電極間の短絡を防止することができる。また、センシング面１８ａがセラミックスからなる緻密で硬質な絶縁薄膜２０で完全に被覆されているため、検出電極本体１８の耐食性を向上させると共に、検出電極本体１８からの金属イオンの析出を防止することができる。
【００２３】
なお、上述の実施形態では、静電容量センサＡとして、アンプ部(変換器)などのセンサ回路構成に必要なデバイスをアンプケース１６に内蔵し、電源や制御部などを電源部１４に内蔵する場合を示したが、このようなデバイス等の全部をアンプケース１６側に内蔵するようにしてもよい。
【００２４】
次に、図３に示す本発明の他の実施形態（第２実施形態）について説明する。
図３は、本発明のセンサ用検出電極１０を、静電容量式のレベル計に用いる際の態様を示したものである。
なお、図３において、浸水警報装置用のセンサ用検出電極１０を示す図１や図２と同じ符号が付されているものは、図１や図２(及びその説明)に記載のものと同じ機能を持った（同一の）部材である。また、本実施形態のセンサ用検出電極１０と、上述した浸水警報装置用のセンサ用検出電極１０との間で共通する部分については、前記第１実施形態の説明を援用して本実施形態の説明に代える。
【００２５】
図３が示すように、静電容量式のレベル計に用いる本発明のセンサ用検出電極１０は、その基端部から先端部に向けて、長尺円筒状の接地電極２４，同じく長尺円筒状の絶縁部材２２及び長尺棒状の検出電極本体１８がこの順に連結される。
そして、長尺にて形成された検出電極本体１８の露出表面全体に形成されたセンシング面１８ａのみならず、同じく長尺の接地電極２４の露出表面(外周面)全体にも絶縁薄膜２０が形成される。
【００２６】
この図３で示すように、レベル計においては、多くの場合、センサ用検出電極１０を構成する検出電極本体１８及び接地電極２４が共に長尺となって電極の表面積が増大する。そして、このような電極表面積の増大は、絶縁性の確保を困難にし、金属イオンの析出や電極表面への異物の付着と言った問題をより一層顕在化させる。
しかしながら、本実施形態のセンサ用検出電極１０では、上述のように、検出電極本体１８の露出表面全体に形成されたセンシング面１８ａのみならず、接地電極２４の露出表面(外周面)全体にも絶縁薄膜２０が形成されているので、これらの問題を解決することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１０：センサ用検出電極，１２：センサ本体，１４：電源部，１６：アンプケース，１８：検出電極本体，１８ａ：センシング面，２０：絶縁薄膜，２２：絶縁部材，２４：接地電極，２６：リード線，Ａ：静電容量センサ，Ｗ：船倉壁，Ｃｘ：コンデンサ（検出用静電容量）．
【図１】
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【図２】
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【図３】
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