JP2001264007A - 静電容量式検出装置及び自己診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出エリアを十分確保することができる非接
触のセンサーを用いた検出装置を提供すること。 【解決手段】 第１の電極１０と、この第１の電極１０
に対向配置される第２の電極１１と、第１の電極１０と
第２の電極１１の間、第１の電極１０と接地部との間、
第２の電極１１と接地部の間の静電容量の変化ΔＣを検
出する検出回路３２とを備えており、アルミ缶の分別、
特定材質の分別、人の進入の検出、エレベータの扉の自
動開閉などの産業分野に応用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、静電容量式のセン
サーを備えた静電容量式検出装置及びこの静電容量式検
出装置のための自己診断装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】センサーを用いた検出装置は各種知られ
ている。例えば、生産機械等に人の手が近づいたか否か
を検出する安全装置に光センサーが用いられている。光
センサーは非接触での検出が可能であると言う利点があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光セン
サーでは検出エリアが狭いため、検出エリアを広げよう
とすると、数多くの光センサーを必要としコスト的に問
題があった。本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、その課題は、検出エリアを十分確保することがで
きる非接触のセンサーを用いた検出装置およびこの検出
装置のための自己診断装置を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
本発明に係る静電容量式検出装置は、第１の電極と、こ
の第１の電極に対向配置される第２の電極と、前記第１
の電極と第２の電極の間、第１の電極と接地部との間、
第２の電極と前記接地部の間の静電容量の変化を検出す
る検出回路とを備えたことを特徴とするものである。

【０００５】この検出装置に用いられるセンサーは、第
１の電極と第２の電極の間、第１の電極と接地部との
間、第２の電極と前記接地部の間の静電容量の変化を検
出するものである。第１の電極と第２の電極の間と接地
部との間に、人や物体が侵入すると静電容量が変化する
ので、これを検出回路により検出することにより、人や
物体の侵入等を検出することができる。つまり、非接触
式のセンサーである。また、第１の電極と第２の電極の
大きさを十分にとることにより、容易に検出エリアを拡
大することができる。その結果、検出エリアを十分確保
することができる非接触のセンサーを用いた検出装置を
提供することができる。

【０００６】本発明の第１の好適な実施形態として、金
属物体と非金属物体とが混在した状態で搬送経路に沿っ
て搬送される搬送手段を備え、前記搬送される物体群を
挟むように前記第１の電極と第２の電極が配置されてお
り、前記検出回路は、混在した物体群の中から金属物体
を選別可能に構成されているものがあげられる。

【０００７】たとえば、搬送コンベア等の搬送手段に、
アルミ缶（金属物体）や、ビン、ペットボトル（非金属
物体）とを混在した状態で搬送させ、これらを、第１、
第２の電極と接地部の間を通過させることにより、アル
ミ缶のみを選別することが可能である。これは、アルミ
缶の比誘電率が他の非金属物体とは異なっているという
性質に基づくものである。これにより、ごみの分別を確
実に行うことができる。

【０００８】本発明の第２の実施形態として、比誘電率
の異なる複数の物体が混在した状態で搬送経路に沿って
搬送される搬送手段を備え、前記搬送される物体群を挟
むように前記第１の電極と第２の電極が配置されてお
り、前記検出回路は、混在した物体群の中から特定の比
誘電率を有する物体を選別可能に構成されてものがあげ
られる。

【０００９】第１の実施形態の変形例であるが、材質が
異なると比誘電率も異なると言う性質に着目したもので
ある。これにより、金属の分別のみならず、多種類の樹
脂材料が混在したものから、特定の樹脂材料のみを分別
することが可能となる。これにより、ごみの分別のみな
らず、例えば、その他多種の用途に応用できる静電容量
式検出装置とすることができる。

【００１０】本発明の第３の実施形態として、建造物の
出入口部の幅方向又は上下方向両側に前記第１の電極と
第２の電極が配置されており、前記検出回路は、前記出
入口部からの人又は物体の侵入を検出可能に構成されて
いるものがあげられる。

【００１１】この構成によると、建造物のベランダ、
扉、窓等の出入口部から侵入してくる泥棒や強盗の侵入
を確実に検出することができる。人の比誘電率は、空気
の比誘電率よりも大きいために、容易に検出することが
可能である。

【００１２】本発明の第４の実施形態として、エレベー
タ等の扉の幅方向又は上下方向両側に前記第１の電極と
第２の電極が配置されており、前記検出回路は、前記扉
の前の人の存在を検出可能に構成されているものがあげ
られる。

【００１３】この構成によると、エレベータ等の扉の前
に人が来ると、その人の存在を検出し、エレベータをそ
の階にまで移動させると共に、自動的に扉を開けるよう
にすることができる。したがって、この静電容量式検出
装置を利用することにより、身障者等には非常に便利の
良いエレベータシステムとすることができる。

【００１４】本発明の第５の実施形態として、トイレの
便座の両側の壁面に第１の電極と第２の電極が配置され
ており、前記検出回路は、前記便座に人が座っているか
否かを検出するものがあげられる。

【００１５】この構成によると、トイレに人が入ってき
て便座に座った状態になると、静電容量の変化により人
を検出する。この場合の用途として、例えば、１人暮ら
しの老人がいる場合に、トイレに人が入ってきたことを
監視センターにおいて検出すると共に、トイレに入って
いる時間も監視できる。そして、トイレに入っている時
間が通常よりも長いと判断された場合には、何らかの異
常が発生したものとして対応措置を迅速に取ることがで
きる。

【００１６】本発明の第６の実施形態として、建造物内
の通路の両側に前記第１の電極と第２の電極が配置され
ており、前記検出回路は、前記第１の電極と第２の電極
の間に人が侵入してきたことを検出し、これにより照明
の点灯又は消灯を行うようにしたものがあげられる。

【００１７】この構成によると、第１、第２の電極の間
に人が侵入すると、照明を自動点灯させることができ
る。つまり、人の侵入のないときには照明を点灯させて
おく必要がなく、無駄な電力の消費を防止できると共
に、照明を点灯操作する手間を省くことができる。ま
た、照明の点灯ではなく、消灯を行うように構成しても
良い。

【００１８】本発明に係る自己診断装置は、上記いずれ
かの静電容量式検出装置の自己診断を行うための自己診
断装置であって、第１の電極と、この第１の電極に対向
配置される第２の電極とからなる静電容量センサーと、
自己診断を行うために、前記静電容量センサーを作動さ
せるための模擬信号を供給する模擬信号供給部と、あら
かじめ設定された幅の比較信号を出力する比較信号出力
部と、前記模擬信号により前記静電容量センサーから出
力されるセンサー出力信号の幅と、前記比較信号の幅と
を比較する比較判定部と、前記比較の結果、前記センサ
ー出力信号の幅が前記比較信号の幅よりも短い場合に、
エラー信号を出力するエラー信号出力部とを備えている
ことを特徴とするものである。

【００１９】上記構成による作用・効果は次の通りであ
る。 （１）静電容量センサーを作動させるための模擬信号を
供給する。これは、例えば、第１の電極と第２の電極の
間に補助電極を設けておき、この補助電極を模擬信号に
より動作させることにより、物体や人体が電極間に挿入
したのと同じような状態を創出することができる。ある
いは、第１の電極と第２の電極の間に模擬物体を挿入す
るような構成にしても良い。 （２）静電容量センサーからは、上記模擬信号によりあ
る幅を有するセンサー出力信号が出力される。 （３）一方、模擬信号の供給に関連して設定された幅の
比較信号を出力させる。 （４）比較信号の幅とセンサー出力信号の幅とを比較す
る。 （５）センサー出力信号の幅が比較信号の幅よりも短い
場合には、エラー信号を出力する。

【００２０】これは、静電容量センサー等が正常であれ
ば、所定幅以上の幅を有するセンサー出力信号が出力さ
れるはず、と言う技術思想に基づくものである。比較信
号の幅よりも短い場合とは、もちろん、センサー出力信
号がまったく出力されないような場合も含まれる。以上
のような、センサー出力信号の幅でもってエラーか否か
を判定することができる。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施形態を図面を
用いて説明する。図１は、本発明に係る静電容量センサ
ーを用いた静電容量式検出装置の検出原理を説明する図
である。図１において、第１の電極１０と、第２の電極
１１とが向かい合うように配置されている。通常の状態
では、第１、第２の電極１０，１１の間の静電容量はＣ
ｏであり、これら電極間に人や物体が侵入すると、静電
容量はＣｏ＋ΔＣとなる。また、第１の電極１０の後側
には第１ガード板１２と接地された第１シールド板１３
が設けられ、第２の電極１１の後側には第２ガード板１
４と接地された第２シールド板１５が設けられている。
第１、第２ガード板１２，１４と第１、第２シールド板
１３，１５は、比較的小さな隙間でもって、対応の第
１、第２の電極１０，１１に対して平行に対向配置され
ている。また、各ガード板１２，１４及び各シールド板
１３，１５は、ステンレス鋼、銅、アルミニウム等の良
導体からなり、第１、第２の電極１０，１１の全面を完
全に覆うことのできる寸法形状を有している。

【００２２】以上のように構成された静電容量センサー
は、第１の電極１０と第２の電極１１の間に人又は物体
が入ってきたことを静電容量の変化として検知するた
め、検出回路３２に接続されている。すなわち、第１の
電極１０は、同軸ケーブル３１の中心導体３４により検
出回路３２の入力端子Ｐ１に接続され、第２の電極１１
は、同軸ケーブル３０の中心導体３３により検出回路３
２の入力端子Ｐ２に接続されている。検出回路３２は、
いわゆるインピーダンスブリッジを用いたもので、４辺
ブリッジのうち２辺に測定手段ｅ１，ｅ２が接続されて
いる。また、４辺ブリッジの１辺は第１、第２の電極１
０，１１により構成される静電容量となっており、残る
１辺には平衡静電容量Ｃ４が設けられている。測定電源
ｅ１，ｅ２の間の端子Ｐ３と入力端子Ｐ２との間には出
力アンプが設けられている。出力アンプの出力部には検
出器２０が設けられている。

【００２３】第１シールド板１３は同軸ケーブル３１の
外部導体１９、同軸ケーブル３０の外部導体１７を介し
て接地されている。第２シールド板１５は、外部導体１
７を介して接地されている。第１ガード板１２は、シー
ルド部１８を介して端子Ｐ３に接続されている。第２ガ
ード板１４は、シールド部１６、シールド部１８を介し
て端子Ｐ３に接続されている。また、自己診断を行うた
めの補助電極４０が設けられており、スイッチ４１はこ
の補助電極４０を機能させるためのものである。これに
ついては後述する。

【００２４】第１、第２ガード板１２，１４と第１、第
２シールド板１３，１５を設けているのは、次の理由に
よる。つまり、第１、第２の電極１０，１１の間が本来
の検出領域であるが、実際には、電気力線が各電極１
０、１１のうちの一方の電極の裏側（検出領域とは反対
側）から他方の電極の裏側にも伸びているため、本来の
検出領域の外にも電界が形成されている。そうすると、
各電極１０，１１の裏側を人や物体が通過することによ
っても静電容量が変化するため、これが誤検出の原因と
なってしまう。そこで、上記のごとく第１、第２ガード
板１２，１４と第１、第２シールド板１３，１５を設け
ることにより、各電極１０，１１の裏側には電界が形成
されなくなり、誤検出を防止することができる。

【００２５】＜等価回路＞図２に示す回路は、図１に示
す検出回路３２を第１、第２の電極１０，１１により構
成される静電容量や、その他の部分での静電容量を含め
た形で示した等価回路である。この図において、Ｃｏ
は、第１、第２の電極１０，１１の間に人や物体が入り
こんでいない状態の静電容量である。Ｃ１は、第１の電
極１０と接地部との間に形成される静電容量、Ｃ２は、
第２の電極１１と接地部との間に形成される静電容量で
ある。ΔＣは、第１、第２の電極１０，１１の間に人や
物体が入りこんだ場合の静電容量の変化分である。Ｃ４
は平衡静電容量である。Ｃ３は、ブリッジの平衡を得や
すくするため第１、第２の電極１０，１１の間に配置さ
れる静電容量である。また、第１の電極１０と第１シー
ルド板１３との間に第１ガード板１２を配置したときに
生じる静電容量をＣ５、第２の電極１１と第２シールド
板１５との間に第２ガード板１４を配置したときに生じ
る静電容量をＣ６としている。Ｚｅ１は、測定電源ｅ１
の内部インピーダンスである。Ｚｅ２は、測定電源ｅ２
の内部インピーダンスである。Ｃ７は、ガード板、シー
ルド線が第１、第２の電極１０，１１間で固定されてい
ることによる静電容量である。

【００２６】第１、第２の電極１０，１１の間に空気の
みが存在する状態で測定電源ｅ１，ｅ２を投入すると、
測定電源ｅ１からＣｏ，Ｃ３の合成容量Ｃ０３とインピ
ーダンスＺｉを通って流れる電流をｉ１としたとき、測
定電源ｅ２からインピーダンスＺｉとＣ２，ＣＢの合成
容量Ｃ２Ｂを流れる電流ｉ２がｉ１に等しく、位相差が
１８０゜の場合にインピーダンスＺｉに流れる電流はゼ
ロとなる。いま、第１、第２の電極１０，１１間に誘電
体（人や物体）が入りこむと、誘電体の比誘電率に応じ
た量だけ静電容量Ｃｏが変化（減少）する。この変化分
をΔＣとすると、電流ｉ１は、ｅ１ωΔＣだけ減少し、
インピーダンスＺｉに電流が流れ、信号として出力され
る。

【００２７】このように、図２に示す検出回路では、第
１、第２の電極１０，１１と第１、第２ガード板１２，
１４、第１、第２シールド板１３，１５との間で構成さ
れる静電容量、その他の外乱の影響を受けにくく、第
１、第２の電極１０，１１の間の静電容量の変化を正確
に検出することが可能である。なお、図中ΔＣ’は、後
述するように補助電極４０を動作させた場合の、静電容
量の変化分を示している。

【００２８】＜応用例１＞本発明に係る静電容量式検出
装置を種々の産業分野に応用した例を説明する。以下説
明する各応用例においては、基本的に第１、第２の電極
１０，１１の配置のみを示す。

【００２９】図３は、ベルトコンベア１７により搬送さ
れるアルミ缶（スチール缶でも可）Ｋをビン・ペットボ
トルから分別するための装置である。アルミの比誘電率
がビンやペットボトルの比誘電率とは異なると言う原理
に基づくものである。搬送されてくるアルミ缶等の物体
を挟むように、第１、第２の電極１０，１１が配置され
ている。第１、第２の電極１０，１１の間にアルミ缶Ｋ
が来たことが検出されると、シリンダ１８を作動させ
て、アルミ缶Ｋを回収用器１９に回収する。図３の例で
は、搬送経路の左右両側に第１、第２の電極１０，１１
が配置されているが、搬送経路の上側と下側にそれぞれ
第１、第２の電極１０，１１を配置するようにしても良
い。また、斜め方向からアルミ缶等の物体を挟むように
第１、第２の電極１０，１１を配置しても良い。

【００３０】また、接地部としてはベルトコンベア１７
を接地して構成することができる。あるいは、ベルトコ
ンベア１７の取り付けられている床面や天井面等を接地
部としても良い。

【００３１】その他の変形例として、逆にビンやペット
ボトルのみを分別して回収するようにしても良い。いろ
いろな種類の素材が混在した状態で、ベルトコンベアに
搭載されて搬送される場合に、特定の素材のみを分別で
きるような検出装置にすることができる。図３の例で
は、金属と非金属とを分別するものであったが、非金属
の中でも特定の非金属素材のみを分別できるように構成
することもできる。例えば、テフロン（登録商標）の比
誘電率は２．０、ＰＥＴの比誘電率は３．１〜３．２、
軟質塩化ビニルの比誘電率は５．０〜９．０であること
から、これらの比誘電率の違いに着目して、特定の樹脂
のみを分別できるような検出装置を構成することもでき
る。

【００３２】＜応用例２＞図４は、マンション、アパー
ト等の建造物のベランダ（出入口部に相当する。）の手
すり２０の幅方向両側に第１、第２の電極１０，１１を
配置した例である。ベランダの手すり２０又はベランダ
の床面（天井面でも良い）が接地されている。これによ
り、泥棒の侵入を検出することができる。部屋の中に居
住者がいる場合には、検出回路を不作動状態にし、居住
者が就寝したり、外出したりするときに検出回路を作動
状態にしておく。また、検出回路を監視センターに接続
しておき常時モニターしておくことも可能である。電極
は、露出させておくのではなく、カバー部材等により保
護しておくのが好ましい。

【００３３】ベランダのほかに玄関の入口、窓、門、煙
突等の出入口部に設けても良い。家の中の、特定の部屋
の入口（ドア）に設けても良い。

【００３４】＜応用例３＞図５は、エレベータ２１の扉
の上下方向両側に第１、第２の電極１０，１１を配置し
た例である。扉の前に人が来ると、静電容量が変化し、
人が来たことを検出する。これにより、エレベータがそ
の階に既に来ておれば、扉を自動的に開放する。人は、
わざわざ押しボタンを押さなくてもよい。また、エレベ
ータが他の階におれば、その階に自動的に移動させるこ
とができる。かかる検出装置は、身障者等にとっては、
わざわざ身を乗り出して押しボタンを押さなくてもすむ
と言う長所がある。接地部としては、扉や扉周辺の壁面
で構成することができる。

【００３５】上下方向に第１、第２の電極１０，１１を
配置することにより、エレベータ２１の扉の周辺に障害
物を設置しなくてすみ、又、美観も損なわずにすむ。

【００３６】また、第１、第２の電極１０，１１の配置
については、扉２１の上下方向ではなく、扉２１の幅方
向の両側に配置しても良い。この場合において、各電極
１０，１１の高さは、床面から所定の高さになるように
設定されている。床面位置から設定することで、大人だ
けでなく子供でも検出することができる。変形例とし
て、エレベータではなく、デパートやビルディングの自
動ドアの場合にも応用することができる。

【００３７】＜応用例４＞図６は、洋式トイレの室内の
便座２３の左右両側の壁面に第１、第２の電極１０，１
１を配置した例である。トイレ室内の床面が接地されて
いるが、トイレ室内の天井が接地されていても良い。ト
イレに人が入ってきて便座２３の上に腰掛けると、人の
存在を検出することができる。この場合の用途として、
例えば、１人暮らしの老人がいる場合に、トイレに人が
入ってきたことを監視センターにおいて検出すると共
に、トイレに入っている時間も監視する。そして、トイ
レに入っている時間が通常よりも長いと判断された場合
には、何らかの異常が発生したものとして対応策を取る
ことができる。病院や施設におけるトイレにおいては特
に必要性が高いものである。第１、第２電極１０，１１
は壁面の内部に埋め込んでおけば美観を損なわないので
好ましい。第１、第２の電極１０，１１は、左右両側の
壁面ではなく、上下両側の壁面（床面と天井面）に配置
してもよい。

【００３８】変形例として、トイレ以外に浴室にも応用
できる。例えば、浴室内の対向する一対の壁面部に第
１、第２の電極を配置することにより、浴室内における
人の滞在時間を監視することができる。また、湯船内に
第１、第２の電極を配置することにより、人が湯船内に
浸かっている時間を監視することができる。これにより
不慮の事故を未然に防止できることが期待される。

【００３９】＜応用例５＞図７は、室内の廊下等の通路
の左右両側に第１、第２の電極１０，１１が配置されて
いる構成例であり、人が電極間に侵入するとこれを検出
して照明２４を自動点灯する。通路の床面が接地されて
いるが、天井面が接地されていても良い。この検出装置
によれば、人の侵入のないときには照明を点灯させてお
く必要がなく、無駄な電力の消費を防止できると共に、
照明を点灯操作する手間を省くことができる。

【００４０】通路の左右両側ではなく、上下両側（床面
と天井面）に第１、第２の電極１０, １１を配置するよ
うにしても良い。変形例として、家の玄関に人が入って
きたときに自動的に照明を点灯するような構成があげら
れる。また、トイレや浴室、あるいはその他の室内に人
が入ってきたときに自動的に照明を点灯するような構成
もあげられる。また、照明の点灯ではなく、照明の消灯
を行う場合にも応用できる。

【００４１】＜自己診断装置＞次に、本発明に係る静電
容量センサーを用いた検出装置の自己診断装置について
説明する。図９は、静電容量式検出装置の自己診断を行
うための自己診断回路を示すシーケンス図であり、この
シーケンスは、マイクロプロセッサ・プログラマブル・
コントローラ、パーソナルコンピュータ等、電気制御で
きる部品、装置で構成できる。図１０は図９のシーケン
ス図に対応したタイムチャート及び補助電極駆動部を示
す図である。この自己診断装置は、第１の電極１０と第
２の電極１１（静電容量センサー）のいずれか一方の電
極に対向するように補助電極４０を設置し、これを、後
述する模擬信号発生用リレーＲ２（図１のスイッチ４１
に相当する。）により、定期的にスイッチングさせ、所
望の検知ができるか否かをチェックするものである。

【００４２】図９において、自己診断を行う周期を設定
するための周期タイマーＴ１とこの周期タイマーＴ１の
Ｂ接点とが直列接続され、周期タイマーＴ１と並列接続
された模擬信号を出力させるための模擬信号タイマーＴ
２と、同じく周期タイマーＴ１と並列接続された自己診
断を行う時間を設定するための自己診断タイマーＴ３と
が設けられている。

【００４３】静電容量センサーの作動によりＯＮされる
ＳＷと直列にセンサー出力リレーＲ１が接続される。つ
まり、ＳＷのＯＮによりセンサー出力リレーＲ１が励磁
される（ＯＮとなる。）。センサー出力リレーＲ１がＯ
Ｎになる時間は、センサー出力信号の幅 (図９のｒ１，
ｒ２，ｒ３参照) に相当する。模擬信号タイマーＴ２の
Ｂ接点と模擬信号発生用リレーＲ２とが直列接続され
る。つまり、模擬信号タイマーＴ２により設定される時
間ｔ２だけセンサーを作動させるための模擬信号を発生
させる (図１０参照) 。自己診断タイマーＴ３のＢ接点
と自己診断信号出力用リレーＲ３とが直列接続される。
これにより、自己診断タイマーＴ３により設定される時
間ｔ３は、自己診断を行う時間として設定される。時間
ｔ３は、センサー出力信号の幅の大きさを考慮して、こ
れをカバーできるように設定される。

【００４４】センサー出力リレーＲ１のＡ接点と幅判定
タイマーＴ４とが直列接続される。幅判定タイマーＴ４
は、あらかじめ設定された幅を有する比較信号を出力す
るために設けられ、この比較信号の幅とセンサー出力信
号との幅を比較することにより、静電容量センサー等に
エラーが発生しているか否かを判定する。

【００４５】幅判定タイマーＴ４のＡ接点と幅判定用リ
レーＲ４とが直列接続されている。そして、この幅判定
用リレーＲ４により、幅判定タイマーＴ４により設定さ
れた時間ｔ４だけ比較信号を出力する (図１０参照) 。
幅判定用リレーＲ４のＡ接点と、センサー出力リレーＲ
１のＡ接点と、模擬信号発生用リレーＲ２のＢ接点と、
正常信号発生用リレーＲ５とが直列接続され、かつ、幅
判定用リレーＲ４のＡ接点及びセンサー出力リレーＲ１
のＡ接点と、正常信号発生用リレーＲ５のＡ接点とが並
列接続される。つまり、リレーＲ１，Ｒ４のＯＮとリレ
ーＲ２のＯＦＦによりリレーＲ５がＯＮとなる。

【００４６】自己診断信号出力用リレーＲ３のＡ接点
と、エラー信号発生用リレーＲ６とが直列接続される。
また、リレーＲ３と正常信号発生用リレーＲ５のＡ接点
とは並列接続されている。正常検知信号発生用リレーＲ
７と、自己診断信号出力用リレーＲ３のＢ接点と、セン
サー出力リレーＲ１のＡ接点とが直列接続されている。
また、リレーＲ３のＡ接点もリレーＲ７と直列接続され
ている。

【００４７】＜自己診断回路のタイムチャート＞図１０
（ｂ）は、第１の電極１０と第２の電極１１とからなる
静電容量センサを用いた自己診断装置の概略模式図であ
る。模擬人体（又は、模擬物体）として機能する補助電
極４０が模擬信号発生用リレーＲ２の接点を介して検出
回路に接続されている。自己診断回路５は、図１０に示
されるシーケンス図に基づいて構成される。静電容量セ
ンサーは、第１、第２の電極１０，１１と接地部Ｅの間
の静電容量が物体あるいは人の進入により変化すること
を検出し、これにより警報信号を出力したり所定の動作
をさせたりする。つまり、補助電極４０を動作させて、
物体や人が第１、第２の電極１０，１１の間に進入して
きたのと同じ状態を強制的に作り出すことにより、静電
容量センサーの自己診断を行うことができる。

【００４８】そのため、模擬信号発生用リレーＲ２によ
り、図１０（ａ）に示すような模擬信号（Ｒ２）を自己
診断回路５から周期的に発生させる。周期はｔ１で示さ
れ、これは周期タイマーＴ１により設定される。模擬信
号（Ｒ２）の幅はｔ２で示されており、これは模擬信号
発生用リレーＲ２により設定される。図１０（ａ）で
は、説明の便宜上３周期分を示し、第１周期目はセンサ
ーからの出力が正常であった場合、第２周期目はセンサ
ーからの出力が異常（出力信号幅が小さい）であった場
合、第３周期目はセンサーからの出力が異常（出力信号
がなし）であった場合をそれぞれ示している。

【００４９】＜正常な場合＞模擬信号（Ｒ２）により、
補助電極４０がフローティング状態となり、第１、第２
の電極１０，１１の間に静電容量の変化が起こる（ 図
２のＣｏに対するΔＣ’及びＣ２に対するΔＣ２が相当
する。）。これを検出回路により検出し、センサー出力
リレーＲ１により出力信号（Ｒ１）が出力される。図９
にも示すように、模擬信号（Ｒ２）と出力信号（Ｒ１）
とはΔｔの時間ずれがあるが、これはＡ／Ｄ変換器によ
る変換遅れ等が原因によるものであり、実際は数１０ｍ
ｓｅｃ程度のわずかの量である。（図１０は誇張して描
かれている。）センサー等が正常であれば、出力信号
（Ｒ１）は、幅ｔｒ１のパルス状信号となる。

【００５０】出力信号（Ｒ２）と同時に幅判定用リレー
Ｒ４による比較信号（Ｒ４）が出力される。比較信号
（Ｒ４）の幅は、幅判定タイマーＴ４によりｔ４になる
ように設定されている。なお、比較信号（Ｒ４）は通常
Ｈレベル（ＯＮ）であり、Ｌレベル（ＯＦＦ）がアクテ
ィブとなる。そして、幅判定時間ｔ４が経過した時点
で、出力信号（Ｒ２）がＬレベル、かつ、比較信号（Ｒ
４）がＨレベル、かつ、出力信号（Ｒ１）がＨレベルで
あれば、正常信号発生用リレーＲ５をＯＮにし、Ｈレベ
ルの正常信号（Ｒ５）を発生させる。つまり、比較信号
（Ｒ４）の幅ｔ４よりも出力信号（Ｒ１）の幅ｔｒ１が
大きければ、センサー等は正常であると判定される。出
力信号（Ｒ１）は幅ｔｒ１に相当する時間が経過すると
Ｌレベルに変化するが、リレーＲ５のＡ接点によりリレ
ーＲ５は自己保持されるので、正常信号（Ｒ５）はその
ままＨレベルの状態で保持される。次の周期において模
擬信号（Ｒ２）が立ち上がることにより、自己保持が解
除される（図９参照）。

【００５１】エラー信号発生用リレーＲ６は、自己診断
の結果センサー等にエラーが発生するとＬレベルのエラ
ー信号（Ｒ６）を出力するためのものであるが、自己診
断を行う期間を設定する自己診断信号（Ｒ３）が発生し
ている間は、エラー信号を出力せず、自己診断期間が経
過した後もＨレベルの正常信号（Ｒ５）が出力されてお
ればエラー信号（Ｒ６）を出力しないようになっている
（図１０参照）。

【００５２】正常検知信号発生用リレーＲ７は、自己診
断を行わない通常の使用状態において、Ｌレベルの正常
検知信号（Ｒ７）を出力する。リレーＲ７は、自己診断
信号出力用リレーＲ３のＡ接点と直列接続されているの
で、自己診断期間中はＬレベルの正常検知信号（Ｒ７）
を出力しない。図１０のように、ｒ２で示されるような
出力信号（Ｒ１）があった場合に、正常検知信号（Ｒ
７）がＬレベルとなる。

【００５３】図示はしていないが、エラー信号（Ｒ６）
が出力された場合には、警報を出してオペレータに知ら
せるようにする。また、正常検知信号（Ｒ７）が出力さ
れた場合も警報を出すようにする。

【００５４】＜異常な場合＞次に、静電容量センサー等
に異常があり、出力信号（Ｒ１）の幅がｔｒ３のように
小さかったとする。この幅ｔｒ３は、設定された比較信
号ｔ４の幅よりも小さい。従って、自己診断期間ｔ４が
経過した時はすでにリレーＲ１がＯＦＦになっており、
その結果正常信号発生用リレーＲ５をＯＮさせない。し
たがって、正常信号（Ｒ５）が出力されない。また、リ
レーＲ５がＯＮされないから自己診断期間ｔ３を経過す
ると、エラー信号発生用リレーＲ６はＯＦＦになる。つ
まり、Ｌレベルのエラー信号（Ｒ６）を発生する。静電
容量センサーに異常があり、まったく出力信号Ｒ１が出
てこない場合も、幅が小さい場合と同じような結果とな
る。

【００５５】以上のように、リレーＲ２とタイマーＴ２
は模擬信号供給部として機能し、リレーＲ４とタイマー
Ｔ４は比較信号出力部として機能し、リレーＲ１，Ｒ
２，Ｒ４，Ｒ５は比較判定部として機能し、リレーＲ
３，Ｒ５，Ｒ６は、エラー信号出力部として機能し、タ
イマーＴ３とリレーＲ３とは自己診断信号出力部として
機能する。

【００５６】以上のように、本発明による静電容量式検
出装置は、さまざまな産業分野において利用することが
でき、さらに自己診断機能を持たせることにより付加価
値の高い装置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】静電容量センサーを用いた静電容量式検出装置
の検出原理を説明する図

【図２】図１の検出回路の詳細（等価回路）を示す図

【図３】本発明をアルミ缶の分別に用いた応用例

【図４】本発明を建造物のベランダに用いた応用例

【図５】本発明をエレベータに用いた応用例

【図６】本発明を位置検出センサーとして用いた応用例

【図７】本発明をトイレ室内に用いた応用例

【図８】本発明を通路における照明の自動点灯に用いた
応用例

【図９】静電容量式検出装置の自己診断を行うための自
己診断回路を示すシーケンス図

【図１０】図９のシーケンス図に対応したタイムチャー
ト及び模擬物体駆動部を示す図

【符号の説明】

１０ 第１の電極 １１ 第２の電極 ３２ 検出回路 Ｃｏ 静電容量 ΔＣ 静電容量の変化分 ｅ１ 測定電源 ｅ２ 測定電源

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の電極と、 この第１の電極に対向配置される第２の電極と、 前記第１の電極と第２の電極の間、第１の電極と接地部
   との間、第２の電極と前記接地部の間の静電容量の変化
   を検出する検出回路とを備えたことを特徴とする静電容
   量式検出装置。
2. 【請求項２】 金属物体と非金属物体とが混在した状態
   で搬送経路に沿って搬送される搬送手段を備え、 前記搬送される物体群を挟むように前記第１の電極と第
   ２の電極が配置されており、前記検出回路は、混在した
   物体群の中から金属物体を選別可能に構成されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の静電容量式検出装置。
3. 【請求項３】 比誘電率の異なる複数の物体が混在した
   状態で搬送経路に沿って搬送される搬送手段を備え、 前記搬送される物体群を挟むように前記第１の電極と第
   ２の電極が配置されており、前記検出回路は、混在した
   物体群の中から特定の比誘電率を有する物体を選別可能
   に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の静
   電容量式検出装置。
4. 【請求項４】 建造物の出入口部の幅方向又は上下方向
   両側に前記第１の電極と第２の電極が配置されており、
   前記検出回路は、前記出入口部からの人又は物体の侵入
   を検出可能に構成されていることを特徴とする請求項１
   に記載の静電容量式検出装置。
5. 【請求項５】 エレベータ等の扉の幅方向又は上下方向
   両側に前記第１の電極と第２の電極が配置されており、
   前記検出回路は、前記扉の前の人の存在を検出可能に構
   成されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容
   量式検出装置。
6. 【請求項６】 トイレの便座の両側の壁面に第１の電極
   と第２の電極が配置されており、前記検出回路は、前記
   便座に人が座っているか否かを検出することを特徴とす
   る請求項１に記載の静電容量式検出装置。
7. 【請求項７】 建造物内の通路の両側に前記第１の電極
   と第２の電極が配置されており、前記検出回路は、前記
   第１の電極と第２の電極の間に人が侵入してきたことを
   検出し、これにより照明の点灯又は消灯を行うようにし
   たことを特徴とする請求項１に記載の静電容量式検出装
   置。
8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか１項に記載の静
   電容量式検出装置の自己診断を行うための自己診断装置
   であって、 第１の電極と、この第１の電極に対向配置される第２の
   電極とからなる静電容量センサーと、 自己診断を行うために、前記静電容量センサーを作動さ
   せるための模擬信号を供給する模擬信号供給部と、 あらかじめ設定された幅の比較信号を出力する比較信号
   出力部と、 前記模擬信号により前記静電容量センサーから出力され
   るセンサー出力信号の幅と、前記比較信号の幅とを比較
   する比較判定部と、 前記比較の結果、前記センサー出力信号の幅が前記比較
   信号の幅よりも短い場合に、エラー信号を出力するエラ
   ー信号出力部とを備えていることを特徴とする自己診断
   装置。