JP2000321113A - 静電容量型検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 主として容器や流通配管内の各種液体や粉粒
体などの被検出誘電体を外部から精度良く確実に検出し
得る静電容量型検出装置を提供すること。 【解決手段】 被検出誘電体２６との間に非導電性隔壁
２７ａを隔てて配設された検出電極３に抵抗１７を介し
て矩形波電圧を印荷し、前記抵抗１７と被検出誘電体２
６とを経由するＲＣ回路の閉成に基づいて検出信号を出
力するようにした静電容量型検出装置であって、前記検
出電極３に印荷される矩形波電圧と同周波数の矩形波電
圧を発生するガード電圧発生手段３０、このガード電圧
発生手段３０に接続された第二電極４と第三電極５が設
けられ、第二電極４は前記検出電極３の周囲に配設され
て、当該第二電極４の電位により、前記隔壁２７ａに沿
って層状に存在する誘電体を経由するＲＣ回路を遮断
し、第三電極５は前記検出電極３の背面側をカバーする
ように配設された構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として容器や流
通配管内の各種液体や粉粒体などの被検出誘電体を外部
から静電容量的に検出する手段として利用できる静電容
量型検出装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の静電容量型検出装置としては、
接地状態にある前記容器や流通配管の外側に検出電極を
装着し、この検出電極に抵抗を介して矩形波電圧を対地
間で印加し、前記抵抗と前記容器や流通配管中の被検出
誘電体とを経由するＲＣ回路による前記検出電極での矩
形波電圧の立ち上がり立ち下がりの時間的遅れに基づい
て検出信号を出力するようにしたものが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかして、上記構成の
従来の静電容量型検出装置では、容器内の被検出誘電体
の表面レベルが検出電極の検出レベルよりも下がった状
態や流通配管中に被検出誘電体が流通していない状態で
あれば、本来は、前記検出電極の対地間静電容量が極減
してＲＣ回路が閉成されず、検出電極における矩形波電
圧の立ち上がり立ち下がりに時間的遅れが生じなくな
り、検出信号が出力されなくなる筈であるが、前記容器
や流通配管の内面に、水垢などの汚れ、結露、氷結、あ
るいは被検出誘電体が強粘性物質である場合の層状の残
留付着などが生じている状況では、前記容器や流通配管
の内面に高周波回路的に接地状態にある誘電体層が存在
することになる結果、当該誘電体層を介して検出電極を
経由するＲＣ回路が対地間で閉成され、検出電極におけ
る矩形波電圧の立ち上がり立ち下がりに時間的遅れが生
じ、検出信号が出力されてしまう。

【０００４】即ち、容器や流通配管の外側から内部の液
体や粉粒体を検出する従来のこの種の静電容量型検出装
置は、誤動作が生じ易くて信頼性が低いため、検出対象
の被検出誘電体の性状や、容器や配管内部の定期的清掃
などの保守面で、相当の好条件が満たされなければ実用
に供し得ないものであった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の目的は、
従来のこの種の静電容量型検出装置の最大の問題点であ
る、容器内面や配管内面の汚れや結露、氷結などによる
誤動作を解消し、信頼性が高く且つ小型の静電容量型検
出装置を提供することにあって、その手段を後述する実
施形態の参照符号を付して示すと、被検出誘電体２６と
の間に非導電性隔壁（容器囲壁２７ａなど）を隔てて配
設された検出電極３に抵抗１７を介して矩形波電圧を印
加し、前記抵抗１７と被検出誘電体２６とを経由するＲ
Ｃ回路の閉成に基づいて検出信号を出力するようにした
静電容量型検出装置であって、前記検出電極３に印加さ
れる矩形波電圧と同周波数の矩形波電圧を発生するガー
ド電圧発生手段３０（矩形波電圧発生回路１６、可変抵
抗器２０、及び位相反転／波形整形回路２４）、第二電
極４、及び第三電極５が設けられ、ガード電圧発生手段
３０は第二電極４に接続され、第二電極４は前記検出電
極３の周囲に配設されて、当該第二電極４の電位によ
り、前記隔壁（容器囲壁２７ａなど）に沿って層状に存
在する誘電体を経由するＲＣ回路を遮断するようにし、
第三電極５は第二電極４に接続されたもので、前記検出
電極３の背面側をカバーするように配設された構成とな
っている。

【０００６】また、本発明の第二の目的は、被検出誘電
体２６が、水などの液体に比べて比誘電率が非常に小さ
い粉粒体であっても、精度良く検出することができる静
電容量型検出装置を提供することにあって、その手段
は、前記第三電極５を第二電極４に接続せずに接地した
構成となっている。

【０００７】上記の本発明装置を実施するについて、被
検出誘電体が例えば液体であるか粉粒体であるかに応じ
て使い分けることができるように切り換え手段３２を併
用し、この切り換え手段３２により、被検出誘電体２６
が比誘電率の大きな液体などである場合には、前記第二
電極４及び前記第三電極５の両方を前記ガード電圧発生
手段３０に接続し、被検出誘電体２６が比誘電率の小さ
い粉粒体などである場合には、第二電極４のみを前記ガ
ード電圧発生手段３０に接続するとともに第三電極５を
接地することができる。

【０００８】さらに、被検出誘電体２６が存在しない前
提条件で、容器囲壁２７ａの内面に形成される汚れや濡
れ層の有無などを検出できるように、前記第二電極４及
び第三電極５の両方を接地した静電容量型検出装置とし
て実施することも可能である。

【０００９】また、切り換え手段３３を併用し、この切
り換え手段３３により、前記第二電極４及び前記第三電
極５の両方を前記ガード電圧発生手段３０に接続する第
一状態と、第二電極４及び第三電極５の両方を接地する
第二状態とに切り換え可能に構成し、第一状態により、
被検出誘電体２６が存在しない前提条件で汚れや濡れ層
を検出しない状態での検出値を求め、この検出値と、第
二状態により汚れや濡れ層を検出したときの検出値とを
比較することにより、容器囲壁２７ａの内面などに形成
される汚れや濡れ層の程度を求めることができる。

【００１０】さらに、上記の各検出機能を使い分けるこ
とができるように、切り換え手段３４は、第二電極４及
び第三電極５の両方を前記ガード電圧発生手段３０に接
続する第一状態と、第二電極４のみを前記ガード電圧発
生手段３０に接続するとともに第三電極５を接地する第
二状態と、第二電極４及び第三電極５の両方を接地する
第三状態とに切り換えることができるように構成するこ
とができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の好適実施形態を添
付図に基づいて説明すると、図１及び図２において、１
は検出器であって、回路基板２、検出電極３、第二電極
４、第三電極５、及びこれらを内蔵するプラスチックケ
ース６から構成され、プラスチックケース６には取り付
け用フランジ６ａが設けられている。さらに詳述する
と、回路基板２の裏面に取り付けられた第二基板７の表
面（回路基板２のある側とは反対側）に第三電極５が形
成され、この第三電極５との間に一定空間を隔てるよう
に前記第二基板７に対しスペーサー兼用のピンコネクタ
ー８を介して支持された第三基板９の表面（回路基板２
のある側とは反対側）に検出電極３と第二電極４とが形
成されている。この検出電極３と第二電極４とは、プラ
スチックケース６の検出作用面を構成する正面壁の内面
に接するように配置されているが、第三基板９をプラス
チックケース６の検出作用面を構成する正面壁で兼用さ
せるように、このプラスチックケース６の正面壁の内面
に直接検出電極３と第二電極４とを形成することもでき
る。

【００１２】各電極３〜５は、基板７，９に対して導電
膜をプリントする方法や、基板７，９の表面に銅箔や銅
板などの薄い導電材を貼付する方法などで構成すること
ができる。しかして、第二電極４は検出電極３の周囲を
取り囲む環状に配置され、第三電極５は、検出電極３と
第二電極４の背面側の全域をカバーするように配置され
ている。図示例では、各電極３〜５を矩形（第二電極４
は矩形環状）に形成しているが、円形（第二電極４は円
形環状）に形成することもできる。

【００１３】回路基板２上で構成される回路構成につい
て説明すると、図１に示すように、検出電極３は、矩形
波電圧発生回路１６の互いに逆位相の矩形波電圧を出力
する２つの出力端子の内の一方の出力端子１６ａに抵抗
器１７を介して接続されるとともに、位相反転／波形整
形回路１８の入力端子１８ａに接続されている。前記矩
形波電圧発生回路１６の他方の出力端子１６ｂは、位相
反転／波形整形回路１９の入力端子１９ａに可変抵抗器
２０を介して接続され、当該位相反転／波形整形回路１
９の出力端子１９ｂは、比較回路２１の３つの入力端子
２１ａ〜２１ｃの内、入力端子２１ａに接続されて、当
該比較回路２１に基準矩形波電圧を印加する。

【００１４】比較回路２１は、３つの入力端子２１ａ〜
２１ｃの電位が全てＬレベルになっている間のみ、出力
端子２１ｄの電位がＨレベルからＬレベルに切り替わる
ように、ダイオードマトリックス回路で構成されたもの
で、その入力端子２１ｂにおいて前記位相反転／波形整
形回路１８の出力端子１８ｂと接続されるとともに、入
力端子２１ｃにおいて前記矩形波電圧発生回路１６の出
力端子１６ａに接続され、位相反転／波形整形回路１９
から与えられる基準矩形波電圧と位相反転／波形整形回
路１８から与えられる矩形波電圧とを比較して、前記検
出電極３における矩形波電圧の立ち上がり立ち下がりの
時間遅れを検出し、その出力端子２１ｄに時間遅れ検出
信号を出力する。２２は、前記比較回路２１の出力端子
２１ｄに接続される入力端子２２ａと、次段の出力回路
２３の入力端子２３ａに接続される出力端子２２ｂとを
備えたオンオフ信号発生回路であって、前記比較回路２
１からの時間遅れ検出信号に基づいてオンオフ信号を次
段の出力回路２３に供給する。出力回路２３は、前記オ
ンオフ信号発生回路２２からのオンオフ信号に基づいて
外部出力端子２３ｂの電位を切り換えるもので、接地端
子２３ｃとの間に所定の直流電圧が印加される電源端子
２３ｄを備えている。

【００１５】第二電極４と第三電極５とには、位相反転
／波形整形回路２４の出力端子２４ｂが接続され、この
位相反転／波形整形回路２４の入力端子２４ａは、前記
位相反転／波形整形回路１９の入力端子１９ａに接続さ
れ、可変抵抗器２０の影響を受けた矩形波電圧が印加さ
れるようになっている。

【００１６】なお、第三基板９上の検出電極３と第二電
極４とは、当該第三基板９を支持するスペーサー兼用の
ピンコネクター８を介して回路基板２上の所定端子１８
ａ，２４ｂに接続されている。

【００１７】以上のように構成された検出装置の検出器
１は、例えば図３Ａに示すように、水などの被検出誘電
体２６が収容される容器（タンク）２７の非導電性材料
から構成された囲壁２７ａの外側に、前記被検出誘電体
２７の有無を検出するレベルに検出電極３が位置するよ
うに、そして検出電極３及び第二電極４と囲壁２７ａと
の間に空隙が生じないように、取り付けられる。図４及
び図５は、この使用状態での各回路の出力乃至は入力の
電圧波形を示すもので、図４−列(1) は、検出電極３に
対応する検出レベルに被検出誘電体２６が存在しない場
合、図４−列(2) は、検出電極３に対応する検出レベル
に被検出誘電体２６が存在する場合、図５は、図３Ｂに
示すように検出電極３に対応する検出レベルに被検出誘
電体２６は存在しないが、囲壁２７ａの内面に水垢や結
露、氷結などによる誘電体層２８が形成されている場合
を示している。

【００１８】しかして検出電極３には、矩形波電圧発生
回路１６の出力端子１６ａから、図４−行Ａに示す矩形
波電圧が抵抗器１７を介して印加される。一方、矩形波
電圧発生回路１６の出力端子１６ｂから、図４−行Ｂに
示すように前記検出電極３に印加される矩形波電圧（図
４−行Ａ）に対し１８０度位相が異なった同周波数の矩
形波電圧が出力され、これが可変抵抗器２０を経由する
ことにより、図４−行Ｄに示すように立ち上がり立ち下
がりに若干の時間を要した状態で、位相反転／波形整形
回路１９の入力端子１９ａに供給される。従って、当該
位相反転／波形整形回路１９の出力端子１９ｂ（比較回
路２１の入力端子２１ａ）での矩形波電圧の波形は、図
４−行Ｆに示すように、位相が１８０度反転されて、図
４−行Ａに示す矩形波電圧発生回路１６の出力端子１６
ａの出力波形（検出電極３に印加される矩形波電圧の波
形）と略同位相になるが、当該図４−行Ａに示す矩形波
電圧よりも立ち上がり立ち下がりが時間ｔだけ遅れた矩
形波となる。

【００１９】可変抵抗器２０を経由した矩形波電圧は、
前記位相反転／波形整形回路１９と同一の働きをする位
相反転／波形整形回路２４にも供給されるので、第二電
極４及び第三電極５に印加される矩形波電圧、即ち、位
相反転／波形整形回路２４の出力端子２４ｂでの矩形波
電圧の波形は、比較回路２１の入力端子２１ａに入力さ
れる矩形波電圧（図４−行Ｆ）と同一の波形になる。こ
のことから明らかなように、位相反転／波形整形回路１
９の出力端子１９ｂと第二電極４及び第三電極５とを接
続して、前記位相反転／波形整形回路２４を省くことも
可能である。

【００２０】以上の回路構成から明らかなように、検出
電極３に印加される矩形波電圧に対して、周囲の第二電
極４及び背部の第三電極５には略同位相で同周波数の矩
形波電圧が印加されている。即ち、検出電極３の背面側
をカバーし且つ当該検出電極３と略同位相で同周波数の
矩形波電圧が印加されている第三電極５の存在により、
検出電極３の背面側に配設されている回路基板２及び当
該回路基板２上に構成された回路などから検出電極３に
及ぼす静電容量的影響がなくなり、検出電極３の背面側
の静電容量が存在しない状態となるとともに、検出電極
３そのものが背面側の第三電極５の電位によって付勢さ
れる。そして検出電極３の周囲に配置され且つ当該検出
電極３と略同位相で同周波数の矩形波電圧が印加されて
いる第二電極４の存在により、検出電極３の正面側周囲
に当該検出電極３と略同位相で同周波数の矩形波電圧に
よる電界領域が形成される。

【００２１】従って、図３Ａに示すように、検出電極３
の内側に、第二電極４によって形成される電界領域の影
響を受ける深さ（囲壁２７ａに対し直角方向）を越える
深さで水などの誘電率の高い被検出誘電体２６が存在す
るときは、容器囲壁２７ａは高周波回路的に接地されて
いるので、検出電極３は、第二電極４の電界の影響や背
面側の回路などの影響を受けずに、当該容器２７内の被
検出誘電体２６のみを介して高周波回路的に接地され、
対地間で高周波電流が流れることになる。

【００２２】換言すれば、容器２７内に収容されている
被検出誘電体２６の表面レベルが検出電極３の検出レベ
ルよりも低いときは、第二電極４の有る無しに関係な
く、検出電極３に印加される矩形波電圧により高周波電
流が流れることは確実に防止されるので、図４−列(1)
行Ｅに示すように、比較回路２１の入力端子２１ｂに
は、単に、矩形波電圧発生回路１６の出力端子１６ａに
おける矩形波電圧（図４−列(1) 行Ｃ）の逆位相の矩形
波電圧が供給されることになり、その立ち上がり立ち下
がりに時間的遅れは生じない。従って、比較回路２１の
入力端子２１ｃに供給される矩形波電圧（図４−列(1)
行Ａ）に基づいて、入力端子２１ａに供給される矩形波
電圧（図４−列(1) 行Ｆ）と入力端子２１ｂに供給され
る矩形波電圧（図４−列(1) 行Ｅ）とを比較回路２１に
おいて比較した結果、３入力の全ての矩形波電圧が何れ
もＬレベルになることはないので、その出力端子２１ｄ
の電位は、図４−列(1) 行Ｉに示すようにＨレベルのま
まであり、出力回路２３の入力端子２３ａ（オンオフ信
号発生回路２２の出力端子２２ｂ）及び外部出力端子２
３ｂの電位は、図４−列(1) 行Ｊ，行Ｋに示すようにＨ
レベルのままである。

【００２３】これに対して、先に説明したように、容器
２７（囲壁２７ａは高周波回路的に接地されている）内
に収容されている被検出誘電体２６の表面レベルが検出
電極３の検出レベルよりも高いときは、第二電極４の有
る無しに関係なく、検出電極３に印加される矩形波電圧
により、抵抗器１７、検出電極３、及び被検出誘電体２
６を経由して高周波電流が流れるので、図４−列(2) 行
Ｃに示すように、位相反転／波形整形回路１８の入力端
子１８ａにおける矩形波電圧（検出電極３における矩形
波電圧）は、その立ち上がり立ち下がり時に、先に説明
した可変抵抗器２０による遅れ時間ｔよりも大きな時間
Ｔの遅れが発生する。

【００２４】従って、比較回路２１の入力端子２１ｂに
は、時間Ｔだけ立ち上がり立ち下がりが遅れた矩形波電
圧（図４−列(2) 行Ｅ）が供給されるので、図４−列
(2) 行Ａ，行Ｅ，行Ｆの矩形波電圧波形から明らかなよ
うに、比較回路２１の入力端子２１ａの矩形波電圧の立
ち下がりから入力端子２１ｂの矩形波電圧の立ち上がり
までの間、比較回路２１の３入力の全ての矩形波電圧が
何れもＬレベルになり、その間だけ出力端子２１ｄの電
位は、図４−列(2) 行Ｉに示すようにＬレベルとなり、
パルス信号が出力される。この結果、オンオフ信号発生
回路２２の出力端子２２ｂ（出力回路２３の入力端子２
３ａ）及び外部出力端子２３ｂの電位は、図４−列(2)
行Ｊ，行Ｋに示すように、前記パルス信号の立ち上がり
時点でＨレベルからＬレベルに切り換えられ、当該外部
出力端子２３ｂの電位の変化を利用して、接続された適
当な外部制御手段などを介して検出電極３の検出レベル
に被検出誘電体２６が存在することを検知できる。

【００２５】次に、図３Ｂに示すように、検出電極３の
検出レベルに被検出誘電体２６は存在しないが、容器２
７の囲壁２７ａの内面に濡れ、水垢、結露、氷結などに
よる誘電体層２８が形成され且つ当該容器２７を介して
誘電体層２８が高周波回路的に接地されている場合を説
明すると、この誘電体層２８は厚さが最大数ミリメート
ルと薄いので、前記の如く第二電極４により検出電極３
の周囲に形成されている、当該検出電極３と略同位相の
電位に付勢された電界領域が、検出電極３が前記誘電体
層２８を介して対地間で高周波回路的につながるのを遮
断する働きをする。

【００２６】即ち、図５−列(1) 行Ｃに示すように、前
記誘電体層２８を通じて検出電極３が対地間で高周波回
路的に接続されるので、抵抗器１７、検出電極３、及び
誘電体層２８を通じて高周波電流が流れて、検出電極３
に印加される矩形波電圧（位相反転／波形整形回路１８
の入力端子１８ａの矩形波電圧）には、その立ち上がり
立ち下がりに時間遅れが発生するが、第二電極４に印加
される略同位相の矩形波電圧（図５−列(1) 行Ｇ）の電
位で検出電極３の周囲の誘電体層２８が付勢される結
果、検出電極３における矩形波電圧（図５−列(1) 行
Ｃ）の立ち上がり立ち下がりの時間遅れが、第二電極４
及び第三電極５に印加される略同位相の矩形波電圧（図
５−列(1) 行Ｇ）の立ち上がり立ち下がり時点で強制的
に解消され、同時点で検出電極３における矩形波電圧
（図５−列(1) 行Ｃ）の立ち上がり立ち下がりが完了す
る。

【００２７】従って、比較回路２１の入力端子２１ｂに
供給される矩形波電圧（図５−列(1) 行Ｅ）には、その
立ち上がり立ち下がりに若干の時間遅れが生じるが、こ
の遅れ時間は、第二電極４及び第三電極５に印加される
矩形波電圧（図５−列(1) 行Ｇ）の立ち上がり立ち下が
りに生じている遅れ時間、即ち、比較回路２１の入力端
子２１ａに供給される矩形波電圧（図５−列(1) 行Ｆ）
の立ち上がり立ち下がりに生じる、可変抵抗器２０によ
る遅れ時間ｔと等しいため、結果的には、図５−列(1)
行Ａ，行Ｅ，行Ｆに示すように、比較回路２１における
３入力の全てがＬレベルになることはなく、検出電極３
の検出レベルに被検出誘電体２６が存在しないときと同
様に、出力回路２３の外部出力端子２３ｂの電位が切り
替えられることはない。即ち、誘電体層２８は検出され
ない。

【００２８】なお、３つの電極３〜５を備えた検出器１
に対し、回路基板２上で構成される回路を別のケーシン
グ内に内装し、両者をコードで接続することもできる。
また、金属などの導電性材料から構成された容器（タン
ク）や流通配管に対して使用するときは、当該容器や配
管の導電性材料から構成された囲壁に貫通孔を設け、こ
の孔に検出器１を内嵌固定すれば良い。この場合、被検
出誘電体２６と検出電極３及び第二電極４との間の非導
電性隔壁は、検出器１のプラスチックケース６となる。

【００２９】また、被検出誘電体２６の存在により検出
電極３に印加される矩形波電圧の立ち上がり立ち下がり
に生じる遅れ時間Ｔが、被検出誘電体２６の性状や検出
電極３と被検出誘電体２６との間の非導電性隔壁（容器
囲壁２７ａや検出器１のプラスチックケース６など）の
材質などにより変化するが、可変抵抗器２０は、前記遅
れ時間Ｔよりも比較回路２１の入力端子２１ａ、第二電
極４及び第三電極５に加えられる矩形波電圧の立ち上が
り立ち下がりの遅れ時間ｔが小さくなるように抵抗値が
調整される。しかしながら、予想される遅れ時間Ｔの最
小値よりも遅れ時間ｔが小さくなれば良いのであるか
ら、前記可変抵抗器２０に代えて、固定抵抗器を使用す
ることもできる。

【００３０】被検出誘電体２６が水などの液体と比較し
て比誘電率が大幅に小さい粉粒体である場合（一般的に
は、液体に比べて粉粒体の比誘電率は１／５〜１／２０
程度）は、第二電極４と同様に第三電極５に、検出電極
３に印加される矩形波電圧と略同位相且つ同周波数の矩
形波電圧を印加すると、この第三電極５の電界の影響を
受けて検出電極３から見た被検出誘電体（粉粒体）２６
側の静電容量が一層小さくなり、その有無に伴う変化を
確実に検出するのが困難になる。

【００３１】従って、被検出誘電体２６が比誘電率の小
さい粉粒体などである場合は、図６に示すように、第二
電極４のみを、前記矩形波電圧発生回路１６、可変抵抗
器２０、及び位相反転／波形整形回路２４から成るガー
ド電圧発生手段３０に接続し、第三電極５は接地端子３
１に接続して接地する。

【００３２】この図６に示す検出装置によれば、被検出
誘電体２６が比誘電率の小さい粉粒体などであっても、
検出電極３のレベルに当該被検出誘電体２６が有るとき
と無いときとで、当該検出電極３の正面側の静電容量変
化を確実に捉えさせ、検出電極３のレベルに当該被検出
誘電体２６が有るときは、矩形波電圧発生回路１６から
当該検出電極３に印加される矩形波電圧により、抵抗器
１７、検出電極３、及び被検出誘電体２６を経由するＲ
Ｃ回路を閉成させ、以て、図１及び図４に基づいて説明
した通り、検出電極３の検出レベルに被検出誘電体２６
が存在することの検知信号を出力させることができる。
そして、第二電極４は、先に説明した通り、容器囲壁２
７ａそのものやその内面に汚れや粉粒体の付着などによ
って形成される誘電体層の影響を無くす働きがあるの
で、検出電極３のレベルに粉粒体などの被検出誘電体２
６が存在しないにもかかわらず、前記検知信号が出力さ
れるような誤動作を確実に防止できる。

【００３３】また、図６に示す検出装置は、液体と比較
して比誘電率の小さい人体の指先などによるタッチ操作
を検出するタッチセンサーなどとしても活用できる。即
ち、指先を接触させるためのタッチ面を構成する非導電
性材料から成る板材の裏面に検出器１を取り付けるかま
たは、プラスチックケース６の正面を指先を接触させる
ためのタッチ面とし、指先を前記タッチ面に接触させた
とき、人体を介して検出電極３が高周波回路的に接地さ
れてＲＣ回路が閉成されるのを、先に説明した粉粒体な
どの被検出誘電体２６の検出作用と同様の作用で検出さ
せることができる。この場合、前記タッチ面の汚れや雨
水などによる水膜の付着による悪影響（誤動作）を第二
電極４により防止することができる。

【００３４】図７は、切り換え手段３２を使用して、第
二電極４及び第三電極５の両方を前記ガード電圧発生手
段３０に接続する第一状態と、第二電極４のみを前記ガ
ード電圧発生手段３０に接続するとともに第三電極５を
接地端子３１に接続する第二状態とに切り換え可能に構
成した実施形態を示している。

【００３５】この図７に示す検出装置によれば、被検出
誘電体２６が比誘電率の大きな液体などである場合に
は、切り換え手段３２により、第二電極４及び第三電極
５の両方を前記ガード電圧発生手段３０に接続する第一
状態とすることにより、図１〜図５に基づいて説明した
通りの検出装置として効果的に使用することができ、被
検出誘電体２６が比誘電率の小さい粉粒体などである場
合には、切り換え手段３２により、第二電極４のみを前
記ガード電圧発生手段３０に接続するとともに第三電極
５を接地端子３１に接続する第二状態とすることによ
り、図６に基づいて説明した通りの検出装置として効果
的に使用することができる。

【００３６】さらに、図８に示すように、第二電極４及
び第三電極５の両方共、接地端子３１に接続した検出装
置としても実施可能である。この検出装置によれば、検
出電極３の背面側の静電容量が接地された第三電極５の
存在により一定値に固定されており、検出電極３の正面
側での当該検出電極３とその周囲の接地された第二電極
４との間の静電容量の変化のみを捉えて検出動作を行わ
せることができる。

【００３７】即ち、上記各実施形態での検出装置の使用
方法と同様に、図８に示す如く容器２７の非導電性囲壁
２７ａの外面に検出器１を取り付けて使用するときは、
当該囲壁２７ａが接地させているか否かに関係なく、当
該囲壁２７ａの内面に汚れなどの誘電体層２８がある状
態、即ち、検出電極３と接地された第二電極４との間の
静電容量が前記誘電体層２８により格段に大きくなった
状態を、検出電極３と接地された第二電極４とが前記誘
電体層２８を介して高周波回路的に結合することに基づ
いて、図１及び図４に基づいて説明した被検出誘電体２
６の検出作用と同様の作用により検出させることができ
る。従ってこの検出装置は、空の容器２７の内面に汚れ
があるか否かを検出する検出装置として利用できる他、
非導電性材料から構成されたシュートなどの上を滑動す
る各種物体（勿論、前記シュートなどの構成材料より比
誘電率が大きな導電性物体など）を前記シュートの下側
から検出する検出装置としても活用できる。

【００３８】また、図９に示すように、切り換え手段３
３により、第二電極４及び第三電極５の両方をガード電
圧発生手段３０に接続する第一状態と、第二電極４及び
第三電極５の両方を接地端子３１に接続する第二状態と
に切り換え可能に構成することができる。この場合、検
出回路は、検出電極３と結合する静電容量の変化を量的
に検知できるものとする。しかして、この図９に示す検
出装置によれば、切り換え手段３３により、第二電極４
及び第三電極５の両方をガード電圧発生手段３０に接続
する第一状態にして、容器２７が空のとき（または被検
出誘電体２６の表面レベルが検出器レベル以下であると
き）の検出値を求め、これを容器囲壁２７ａの内面の汚
れなどに影響されていない初期値として記憶させてお
き、次に切り換え手段３３により、第二電極４及び第三
電極５の両方を接地端子３１に接続する第二状態にし
て、容器囲壁２７ａの内面の汚れなどに影響された検出
値を求め、これを先の初期値と比較演算させることによ
り、容器囲壁２７ａの内面の汚れなどの程度（厚さな
ど）を量的に検出させることができる。

【００３９】図１０に示す検出装置は、切り換え手段３
４により、第二電極４及び第三電極５の両方を前記ガー
ド電圧発生手段３０に接続する第一状態と、第二電極４
のみを前記ガード電圧発生手段３０に接続するとともに
第三電極５を接地端子３１に接続する第二状態と、第二
電極４及び第三電極５の両方を接地端子３１に接続する
第三状態とに切り換えることができるようにしたもので
ある。このように構成し且つ必要に応じて検出電極３と
結合する静電容量の変化を量的に検知できる検出回路を
併用することにより、用途や検出対象などに応じて、液
体などの比誘電率の大きな被検出誘電体２６の検出に好
適な図３に示す検出装置、粉粒体などの比誘電率の小さ
い被検出誘電体２６の検出に好適な図６に示す検出装
置、容器内面の汚れなどの有無の検出やタッチセンサー
などとして活用できる図８に示す検出装置、及び容器内
面の汚れなどの程度を量的に検出できる図９に示す検出
装置などに使い分けることができる。

【００４０】なお、切り換え手段３２〜３４を併用する
場合、図では機械的な切り換えスイッチを切り換え手段
として使用し、電極と回路との接続経路を機械的に変更
する構成を示したが、回路上で電気的に接続経路を切り
換える方法、例えば、ロジックＩＣを組み込んで印加電
圧を変更する方法、アナログスイッチで回路を切り換え
る方法、回路実装部品を変更する方法なども採用でき
る。

【００４１】

【発明の効果】本発明は以上のように実施し使用し得る
ものであり、請求項１に記載した本発明の静電容量型検
出装置では、被検出誘電体は検出位置に存在しないが、
検出電極の内側の非導電性隔壁の内面に沿って濡れや汚
れなどによる誘電体層が存在する場合、検出電極に印加
される矩形波電圧と同周波数の矩形波電圧を印加される
第二電極の電位により、前記濡れなどによる誘電体層を
経由するＲＣ回路を遮断することができるので、前記非
導電性隔壁の内面に形成される濡れや汚れなどによる誘
電体層を検出電極により検出してしまうことがない。

【００４２】しかも、検出電極の背面側をカバーするよ
うに第三電極を配設し、この第三電極に、前記第二電極
と同様に前記検出電極に印加される矩形波電圧と同周波
数の矩形波電圧を印加するように構成したので、検出電
極の背面側に静電容量が存在しない状態とし、検出電極
背面側の回路などの固定容量による影響を無くすととも
に、当該第三電極の電位が検出電極そのものを付勢する
作用により、検出電極の正面側におけるガード効果、即
ち、検出電極周囲の第二電極による前記作用と同様に、
検出電極の正面側の容器囲壁やその内面の汚れなどの誘
電体層の影響を受けて誤動作するのを防止する効果が生
じ、この結果、検出電極周囲の第二電極の面積を大きく
してそのガード効果を高めたのと同様の結果が得られ
る。換言すれば、検出電極の周囲の第二電極の面積によ
って決まる検出器の大きさを、当該第二電極を小さくし
て小型化することができるのである。

【００４３】即ち、請求項１に記載の本発明の構成によ
れば、容器や流通配管の内面の濡れや汚れ、結露、氷結
などによる誤動作は勿論のこと、検出電極背面側の回路
などによる誤動作を防止して、検出電極が対応する検出
位置に被検出誘電体が存在するか否かを容器や流通配管
の外部から精度良く検出することができ、被検出誘電体
の性状や、容器や流通配管の内部の定期的清掃などの保
守作業に影響されない、信頼性の高い、しかも小型化も
容易な静電容量型検出装置を得ることができるのであ
る。

【００４４】被検出誘電体が、高周波回路的に接地され
た状態ではないと考えられる比誘電率の小さい粉粒体な
どである場合、検出電極の周囲の前記第二電極によるガ
ード作用により、被検出誘電体と検出電極との間の容量
変化量が減殺され、その分だけ検出感度が低下する。こ
の場合、上記のように検出電極の背部に配設される第三
電極が前記第二電極に接続されていると、検出感度の低
下はさらに顕著になる。勿論、容器内面に付着する粉粒
体層は検出されてはならない。

【００４５】しかして、請求項２に記載の如く、第三電
極をアース電極とすることにより、前面の各電極の背面
側の容量を一定に固定することにより、結果的に検出電
極の前面側（被検出誘電体側）の感度を向上させること
ができ、比誘電率の小さい粉粒体などを非接触検出する
のに特に効果的で、タッチセンサーなどとしても活用可
能な静電容量形検出装置を得ることができる。この場
合、実施形態に示したように、検出電極とその背部の第
三電極との間にピンコネクターなどのスペーサーを介在
させて適当な空隙を確保することにより、検出電極の背
面側の容量をより一層低く抑えることができ、効果的で
ある。

【００４６】そして、請求項３に記載の本発明の構成に
よれば、切り換え手段を切り換えるだけで、被検出対象
物が比誘電率の大きな液体がある場合と比誘電率の小さ
な粉粒体である場合の何れでも、精度良く検出すること
ができる。

【００４７】さらに、請求項４に記載の構成によれば、
容器内面の汚れなどの有無を検出するのに好適な検出装
置が得られる。この場合、請求項５に記載の構成によれ
ば、容器内面の汚れなどの有無を検出するだけでなく、
その汚れなどの程度の判別までも可能な検出装置として
活用できる。また、請求項６に記載の構成によれば、切
り換え手段の切り換えにより、被検出対象物が比誘電率
の大きな液体がある場合に効果的な検出装置と、被検出
対象物が比誘電率の小さな粉粒体である場合に効果的な
検出装置と、容器内面の汚れなどの有無の検出に好適な
検出装置と、容器内面の汚れなどの程度を判別するのに
効果的な検出装置とに使い分けることができ、汎用性に
優れた検出装置として活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第一実施形態を示す装置全体の回路図であ
る。

【図２】 Ａ図は検出器の構成を説明する概略縦断側面
図であり、Ｂ図は同一部切り欠き平面図である。

【図３】 Ａ図は検出レベル以上に被検出誘電体がある
状態を説明する要部の縦断側面図、Ｂ図は検出レベルに
被検出誘電体が無く、汚れなどの誘電体層が有る状態を
説明する要部の縦断側面図である。

【図４】 検出レベルに被検出誘電体の有る状態と無い
状態での各端子の電圧波形を説明する図である。

【図５】 検出レベルに被検出誘電体が無く、汚れなど
の誘電体層が有る状態での各端子の電圧波形を説明する
図である。

【図６】 第二実施形態の構成を説明する概略図であ
る。

【図７】 第三実施形態の構成を説明する概略図であ
る。

【図８】 第四実施形態の構成を説明する概略図であ
る。

【図９】 第五実施形態の構成を説明する概略図であ
る。

【図１０】 第六実施形態の構成を説明する概略図であ
る。

【符号の説明】

１ 検出器 ２ 回路基板 ３ 検出電極 ４ 第二電極 ５ 第三電極 ６ プラスチックケース ７ 第二基板 ８ スペーサー兼用のピンコネクター ９ 第三基板 １６ 矩形波電圧発生回路（ガード電圧発生手段） １７ 抵抗器 １８ 位相反転／波形整形回路 １９ 位相反転／波形整形回路 ２０ 可変抵抗器（ガード電圧発生手段） ２１ 比較回路 ２２ オンオフ信号発生回路 ２３ 出力回路 ２４ 位相反転／波形整形回路（ガード電圧発生手
段） ２６ 被検出誘電体 ２７ 容器 ２７ａ 非導電性材料から成る囲壁 ２８ 汚れなどの誘電体層 ３０ ガード電圧発生手段 ３１ 接地端子 ３２〜３４ 切り換え手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 鎭徳 静岡県浜松市新都田１−２−14 株式会社 日本オートメーション内 (72)発明者 天野 正宏 静岡県浜松市新都田１−２−14 株式会社 日本オートメーション内 Ｆターム(参考） 2F014 AB02 EA01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被検出誘電体との間に非導電性隔壁を隔て
   て配設された検出電極に抵抗を介して矩形波電圧を印加
   し、前記抵抗と被検出誘電体とを経由するＲＣ回路の閉
   成に基づいて検出信号を出力するようにした静電容量型
   検出装置であって、前記検出電極に印加される矩形波電
   圧と同周波数の矩形波電圧を発生するガード電圧発生手
   段、第二電極、及び第三電極が設けられ、ガード電圧発
   生手段は第二電極に接続され、第二電極は前記検出電極
   の周囲に配設されて、当該第二電極の電位により、前記
   隔壁に沿って層状に存在する誘電体を経由するＲＣ回路
   を遮断するようにし、第三電極は第二電極に接続された
   もので、前記検出電極の背面側をカバーするように配設
   されている、静電容量型検出装置。
2. 【請求項２】被検出誘電体との間に非導電性隔壁を隔て
   て配設された検出電極に抵抗を介して矩形波電圧を印加
   し、前記抵抗と被検出誘電体とを経由するＲＣ回路の閉
   成に基づいて検出信号を出力するようにした静電容量型
   検出装置であって、前記検出電極に印加される矩形波電
   圧と同周波数の矩形波電圧を発生するガード電圧発生手
   段、第二電極、及び第三電極が設けられ、ガード電圧発
   生手段は第二電極に接続され、第二電極は前記検出電極
   の周囲に配設されて、当該第二電極の電位により、前記
   隔壁に沿って層状に存在する誘電体を経由するＲＣ回路
   を遮断するようにし、第三電極は接地されたもので、前
   記検出電極の背面側をカバーするように配設されてい
   る、静電容量型検出装置。
3. 【請求項３】被検出誘電体との間に非導電性隔壁を隔て
   て配設された検出電極に抵抗を介して矩形波電圧を印加
   し、前記抵抗と被検出誘電体とを経由するＲＣ回路の閉
   成に基づいて検出信号を出力するようにした静電容量型
   検出装置であって、前記検出電極に印加される矩形波電
   圧と同周波数の矩形波電圧を発生するガード電圧発生手
   段、第二電極、第三電極、及び切り換え手段を備え、第
   二電極は前記検出電極の周囲に配設され、第三電極は前
   記検出電極の背面側をカバーするように配設され、切り
   換え手段は、第二電極及び第三電極の両方を前記ガード
   電圧発生手段に接続する第一状態と、第二電極のみを前
   記ガード電圧発生手段に接続するとともに第三電極を接
   地する第二状態とに切り換える、静電容量型検出装置。
4. 【請求項４】被検出誘電体との間に非導電性隔壁を隔て
   て配設された検出電極に抵抗を介して矩形波電圧を印加
   し、前記抵抗と被検出誘電体とを経由するＲＣ回路の閉
   成に基づいて検出信号を出力するようにした静電容量型
   検出装置であって、接地された第二電極及び接地された
   第三電極を備え、第二電極は前記検出電極の周囲に配設
   され、第三電極は前記検出電極の背面側をカバーするよ
   うに配設された、静電容量型検出装置。
5. 【請求項５】被検出誘電体との間に非導電性隔壁を隔て
   て配設された検出電極に抵抗を介して矩形波電圧を印加
   し、前記抵抗と被検出誘電体とを経由するＲＣ回路の閉
   成に基づいて検出信号を出力するようにした静電容量型
   検出装置であって、前記検出電極に印加される矩形波電
   圧と同周波数の矩形波電圧を発生するガード電圧発生手
   段、第二電極、第三電極、及び切り換え手段を備え、第
   二電極は前記検出電極の周囲に配設され、第三電極は前
   記検出電極の背面側をカバーするように配設され、切り
   換え手段は、第二電極及び第三電極の両方を前記ガード
   電圧発生手段に接続する第一状態と、第二電極及び第三
   電極の両方を接地する第二状態とに切り換える、静電容
   量型検出装置。
6. 【請求項６】被検出誘電体との間に非導電性隔壁を隔て
   て配設された検出電極に抵抗を介して矩形波電圧を印加
   し、前記抵抗と被検出誘電体とを経由するＲＣ回路の閉
   成に基づいて検出信号を出力するようにした静電容量型
   検出装置であって、前記検出電極に印加される矩形波電
   圧と同周波数の矩形波電圧を発生するガード電圧発生手
   段、第二電極、第三電極、及び切り換え手段を備え、第
   二電極は前記検出電極の周囲に配設され、第三電極は前
   記検出電極の背面側をカバーするように配設され、前記
   切り換え手段は、第二電極及び第三電極の両方を前記ガ
   ード電圧発生手段に接続する第一状態と、第二電極のみ
   を前記ガード電圧発生手段に接続するとともに第三電極
   を接地する第二状態と、第二電極及び第三電極の両方を
   接地する第三状態とに切り換える、静電容量型検出装
   置。