(57)【要約】【課題】各電極と周囲の金属容器との結合容量のアンバランスを無くして、動作特性を安定化してセンサ出力の誤差を低減し、また第３の電極も不要な水分量センサを提供することにある。【解決手段】中心電極４１及び外周電極４２は夫々同数で複数に分割しており、中心電極４１の分割された電極は４１ａ，４１ｂの２つのグループに分けられ、また外周電極４２の分割された電極は分割電極４１ａに夫々に並行する分割電極４２ａと、分割電極４１ｂに夫々並行する分割電極４２ｂとにグループを分けられている。分割電極４１ａ，４２ａのグループと、４１ｂ、４２ｂのグループは夫々発振回路５の対の電極接続端の一方づつに接続する構成とするとともに、一方のグループの外周電極４２ａと周囲の金属容器２の接地（Ｘ）との結合容量ＣＹ１と、他方のグループの外周電極４２ｂと周囲の金属容器２の接地（Ｘ）との結合容量ＣＹ２とが等しくなるようにしている。【選択図】図1
2006250950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第１の電極及びこの第１の電極を囲むように形成した第２の電極により構成される検知電極部と、上記第２の電極と接地との間に一定周波数の発振出力を接続する発振回路と、上記第１，第２の電極間のインピーダンスを増幅率に変換して、検出対象物の水分量に応じた電圧を出力するインピーダンス検知回路と、該インピーダンス検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とから構成される水分量センサにおいて、上記第１の電極、第２の電極を同数で複数に夫々分割し、上記発振回路の対の電極接続端に対応して上記第１の電極における分割電極及び上記第２の電極の分割電極を２つのグループに分けするとともに、互いに異なるグループに属する上記第２の電極の各分割電極と、周囲の上記金属容器の周壁との間の結合容量を等しくしたことを特徴とする水分量センサ。
【請求項２】
検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第１の電極及びこの第１の電極を囲むように形成した第２の電極により構成される検知電極部と、上記第２の電極と接地との間に一定周波数の発振出力を接続する発振回路と、上記第１，第２の電極間のインピーダンスを増幅率に変換して、検出対象物の水分量に応じた電圧を出力するインピーダンス検知回路と、該インピーダンス検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とから構成される水分量センサにおいて、上記第１の電極と周囲の上記金属容器の周壁との結合容量と、上記第２の電極と周囲の上記金属容器の周壁との結合容量が等しくなるように、上記第１又は第２の電極と、周囲の上記金属容器の周壁の電位に対して同じ電位との間に一定のインピーダンス値のインピーダンス要素を接続していることを特徴とする水分量センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検知対象物が含む水分量を静電容量又はインピーダンスによって検知する水分量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
生ゴミの水分量の検出や水分の有無を検出する静電容量式水分量センサが従来提供されている（例えば、特許文献１等）。
【０００３】
図４は生ゴミ処理機に用いた従来の水分量センサの構成を示しており、図示する水分量センサは検知対象物である生ゴミ１が収容されるゴミ処理槽たる金属容器２の周壁に嵌めこまれた絶縁材からなる電極ケース３の内底部に取り付けた並行する一対の検知電極４，４からなる検知電極部と、検知電極４，４を対の電極接続端に接続し、発振周波数を決定するコンデンサとして検知電極４，４間の静電容量Ｃ０を用い、生ゴミ１が含む水分量（含水率）に応じて変化する静電容量を出力周波数の変換して出力する発振回路５と、この発振回路５の出力周波数を入力する位相比較部６と，ローパスフィルタ７と．電圧制御発振器（ＶＣＯ）８からなるＰＬＬ回路により構成され、ローパスフィルタ７から出力される入力周波数に対応した直流電圧、つまり生ゴミ１の含水率に対応した上記静電容量を直流電圧に変換して出力とする容量検知回路９と、容量検知回路９の出力電圧を水分量に対応した所望の電圧に変換してセンサ出力として出力する出力回路１０とで構成されている。
【０００４】
また、更に図７に示すように検知電極４，４の配置構成が図４の従来例と同じであって、一定周波数で発振する発振回路５と、発振回路５の発振出力を抵抗からなるインピーダンス素子Ｚ０を介して入力し、増幅する演算増幅器１１及び増幅出力を検波する検波回路１２からなり、演算増幅器１１の増幅率を決定する要素として検知電極４，４間の静電容量からなるインピーダンス値Ｚｄを用い、検知対象物である生ゴミ１の水分量による上記インピーダンス値Ｚｄの変化を演算増幅器１１の増幅率に変換し、検波回路１２より増幅率に対応した直流電圧を出力するインピーダンス検知回路１３と、インピーダンス検知回路１３の出力電圧を水分量に対応した所望の電圧に変換してセンサ出力として出力する出力回路１０とからなる水分量センサも従来提供されている。
【０００５】
更に他の従来例としては図８（ａ）に示すように円形の中心電極４１と、この中心電極４１を中心として周囲を囲むように同心に配置される円環状の外周電極４２とで検知電極部を構成し、図７の従来例と同様に両電極４１，４２の間のインピーダンス値Ｚｄをインピーダンス検知回路１３の演算増幅器１１の増幅率に変換するものもある。
【特許文献１】特開２００１−２１５１８号公報（段落００６３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４に示すような構成の水分量センサにおいては、検知対象物（図示例では生ゴミ１）により各検出電極４と、周囲の金属容器２の周壁との間には、容量結合（検知電極４と回路グランド間の容量Ｃ）が夫々発生する。
【０００７】
そのため発振回路５の発振周波数を決定する静電容量Ｃ０を接続する電極接続端と回路グランドとの間に図５に示すように容量Ｃを持つことになる。
【０００８】
結果発振回路５の構成によっても影響度合いは変わるが、検知電極４と回路グランド間の容量Ｃの大きさにより発振回路５の発振周波数（ＭＨｚ）と含水率（％）との関係が図６に示すような特性となる。この図６は縦軸に発振周波数（ＭＨｚ）を、横軸に含水率（％）を取っており、グラフ（イ）は上記容量Ｃが無い場合、グラフ（ロ）は上記容量Ｃが２ｐＦの場合、グラフ（ハ）は上記容量Ｃが７ｐＦ、グラフ（ニ）は上記容量Ｃが１０ｐＦの場合を夫々示す。
【０００９】
また、検知対象物の組成及び水分量によっても検知電極４と回路グランド間の容量値が変化するため、水分量の変化に対する発振回路５の発振周波数変化が一定せず、水分量センサの検知特性がばらつくという問題があった。
【００１０】
また図７に示す従来例においては、検知電極４と回路グランド間の容量Ｃが、発振回路５の負荷容量及び演算増幅器１１の入力容量、負荷容量となるため、発振回路５の出力の低下、演算増幅器１１の発振現象につながり、結果水分量センサの検知特性ばらつきや、誤動作を起こすという問題があった。
【００１１】
更に図８（ａ）に示す従来例も図７の従来例と同様に外周電極４２と、金属容器２の接地（Ｘ）との間の容量Ｃが負荷容量となり演算増幅器１１の動作が不安定（発振等）となるという問題があった。尚図８（ｂ）は同図（ａ）の等価回路である。
【００１２】
尚金属容器２の接地（Ｘ）との間の容量Ｃを図９（ａ）、（ｂ）に示すようにインピーダンス検知回路１３の演算増幅器１１の入力端に接続される構成の従来例もあるが、この従来例では該容量Ｃが演算増幅器１１の入力容量となってやはり演算増幅器１１の動作が不安定（発振等）となるという問題があった。
【００１３】
また図１０（ａ）に示すように発振回路５の発振出力と、演算増幅器１１の入力端（反転入力端）との間に中心電極４１と、外周電極４２間の静電容量たるインピーダンスＺｄを挿入した従来例もある。この従来例ではインピーダンスＺｄ及び外周電極４２と接地（Ｘ）との間の容量Ｃが発振回路５の負荷容量となり、発振出力が変動するため、水分量センサの出力誤差となるという問題があった。例えば検知対象物の含水量が高水分量の時に、外周電極４２と接地（Ｘ）との間の容量Ｃが大となって、発振回路５の負荷が低インピーダンス負荷となり、そのため駆動能力限界を超え 出力が維持できなくなるという問題があった。尚図１０（ｂ）は同図（ａ）の等価回路である。
【００１４】
更に金属容器２の接地（Ｘ）との間の容量Ｃを図１１（ａ），（ｂ）に示すようにインピーダンス検知回路１３の演算増幅器１１の入力に接続される構成の従来例もあるが、この従来例では該容量Ｃが演算増幅器１１の入力容量となってやはり演算増幅器１１の動作が不安定（発振等）となるという問題があった。
【００１５】
また図１２に示すように中心電極４１と外周電極４２で検知電極部を構成し、両電極４１，４２間の検知対象物による静電容量Ｃｄによって発振回路５の発振周波数を変化させる水分量センサも従来からあるが、この従来例にあっては、接地条件などが様々で安定した動作が得られ難く、更に生ゴミ処理機に使用した場合処理槽のサイズや生ゴミの量等でその安定性が変わるという問題があった。
【００１６】
本発明は、上記の問題に鑑みて為されたものであって、その目的とするところは、各電極と周囲の金属容器との結合容量のアンバランスを無くして、動作特性を安定化してセンサ出力の誤差を低減し、また第３の電極も不要な水分量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第１の電極及びこの第１の電極を囲むように形成した第２の電極により構成される検知電極部と、上記第２の電極と接地との間に一定周波数の発振出力を接続する発振回路と、上記第１，第２の電極間のインピーダンスを増幅率に変換して、検出対象物の水分量に応じた電圧を出力するインピーダンス検知回路と、該インピーダンス検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とから構成される水分量センサにおいて、上記第１の電極、第２の電極を同数で複数に夫々分割し、上記発振回路の対の電極接続端に対応して上記第１の電極における分割電極及び上記第２の電極の分割電極を２つのグループに分けするとともに、互いに異なるグループに属する上記第２の電極の各分割電極と、周囲の上記金属容器の周壁との間の結合容量を等しくしたことを特徴とする。
【００１８】
請求項１の発明によれば、第１の電極、第２の電極を同数で複数に夫々分割し、発振回路の対の電極接続端に対応して第１の電極における分割電極及び第２の電極の分割電極を２つのグループに分けするとともに、互いに異なるグループに属する第２の電極の各分割電極と、周囲の金属容器の周壁との間の結合容量を等しくすることで、各電極の周囲の金属容器との結合容量のアンバランスを無くすことができ、そのため動作特性を安定化して、センサ出力の誤差を低減でき、また第３の電極も不要な水分量センサを実現できる。
【００１９】
請求項２の発明では、検知対象物を収納する金属容器の周壁に周囲が囲繞される形で金属容器内の検知対象物に対置される第１の電極及びこの第１の電極を囲むように形成した第２の電極により構成される検知電極部と、上記第２の電極と接地との間に一定周波数の発振出力を接続する発振回路と、上記第１，第２の電極間のインピーダンスを増幅率に変換して、検出対象物の水分量に応じた電圧を出力するインピーダンス検知回路と、該インピーダンス検知回路の出力電圧を水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路とから構成される水分量センサにおいて、上記第１の電極と周囲の上記金属容器の周壁との結合容量と、上記第２の電極と周囲の上記金属容器の周壁との結合容量が等しくなるように、上記第１又は第２の電極と、周囲の上記金属容器の周壁の電位に対して同じ電位との間に一定のインピーダンス値のインピーダンス要素を接続していることを特徴とする。
【００２０】
請求項２の発明によれば、第１の電極と周囲の上記金属容器の周壁との結合容量と、第２の電極と周囲の金属容器の周壁との結合容量が等しくなるように、第１又は第２の電極と、周囲の金属容器の周壁の電位に対して同じ電位との間に一定のインピーダンス値のインピーダンス要素を接続していることで、各電極の周囲の金属容器との結合容量のアンバランスを無くすことができ、そのため動作特性を安定化して、センサ出力の誤差を低減でき、また第３の電極も不要な水分量センサを実現できる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、各電極の周囲の金属容器との結合容量のアンバランスを無くすことができ、そのため動作特性を安定化して、センサ出力の誤差を低減でき、また第３の電極も不要な水分量センサを実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
まず本発明の基本となる形態を説明する。
【００２３】
本基本形態は、図３（ａ）に示すように中央に円形の第１の電極（以下中心電極という）４１と、この中心電極４１を囲むように同心に配置される円環状の第２の電極（以下外周電極という）４２とで構成される検知電極部に加え、更に外周電極４２の外側に同心状に配置される円環状の第３の電極（以下ガード電極という）４３を備えている。
【００２４】
このこれら電極４１〜４３は上述の従来例と同様に図４に示すように樹脂成形品からなる電極ケース３の内底部に配設され、例えば生ゴミ処理機に用いる場合には検知対象物である生ゴミを収容する生ゴミ処理槽たる金属容器２の電極ケース３の開口部に電極ケース３の外底部が金属容器２内に臨むように嵌め込んで使用される。
【００２５】
ここで本基本形態では、図４の従来例と同様に中心電極４１と、外周電極４２との間の静電容量を、発振周波数を変化させる要素として用いた発振回路５と、この発振回路５の発振出力を入力して発振周波数に対応した直流電圧を出力する容量検知回路９と、この容量検知回路９の出力電圧を、水分量に応じた所望の電圧に変換して出力する出力回路１０とから構成される。容量検知回路９の構成は図４に示す従来例と同じ構成であるので、詳細な構成の説明は省略する。
【００２６】
以上のように構成される本基本形態では、図３（ａ）に示す如く中心電極４１と外周電極４２との間には検知対象物によって変化する静電容量Ｃｄが存在し、またガード電極４３と周囲の金属容器２による接地（Ｘ）との間には容量ＣＧＥが存在し、更に図３（ｂ）に示すように外周電極４２とガード電極４３との間には検知対象物による容量ＣＯＧが存在することになる。また回路グランド（Ｙ）と上記接地（Ｘ）間は大容量のコンデンサにより交流的に接続されているものとする。
【００２７】
而して検知対象物により外周電極４２とガード電極４３との容量結合を確保し、上記外周電極４２及びガード電極４３を同位相（且つ略同じＣＲ充放電の波形）で駆動することにより、同位相で駆動された外周電極４２とガード電極４３間に電界が形成されず、中心電極４１，外周電極４２とで形成される電界領域と、ガード電極４３と周囲の金属容器２とで形成される電界領域とを分離することができることになる。また発振回路５の負荷容量に対しては影響がない。
【００２８】
ところで、基本形態では、第３の電極であるガード電極４３を設けたものであるが、本発明は、このガード電極４３を設けることなく、各電極と周囲の金属容器との結合容量のアンバランスを無くして、動作特性を安定化してセンサ出力の誤差の低減を図ったもので、以下実施形態により説明する。
（実施形態１）
本実施形態は、図１に示すように中心電極４１及び外周電極４２を夫々同数で複数に分割し、中心電極４１の分割された電極を４１ａ，４１ｂの２つのグループに分けるとともに、外周電極４２の分割された電極を上記分割電極４１ａに夫々に並行する分割電極４２ａと、分割電極４１ｂに夫々並行する分割電極４２ｂとにグループを分け、分割電極４１ａ，４２ａのグループと、４１ｂ、４２ｂのグループを夫々発振回路５の対の電極接続端の一方ずつに接続する構成とし、一方のグループの外周電極４２ａと周囲の金属容器２の接地（Ｘ）との結合容量ＣＹ１と、他方のグループの外周電極４２ｂと周囲の金属容器２の接地（Ｘ）との結合容量ＣＹ２とが等しくなるようにした点に特徴がある。尚図では容量検知回路、出力回路の図示を省略しているが、これら回路が設けられるのは勿論である。
【００２９】
而して本実施形態では、各電極４１，４２と周囲の金属容器２の接地（Ｘ）との結合容量のアンバランスから起こる検知誤差の発生を低減できる。
（実施形態２）
本実施形態は図２に示すように中心電極４１と周囲の金属容器２との結合容量ＣOEと、外周電極４２と周囲の金属容器２との結合容量ＣＣＥが等しくなるように一方の電極（図示例では中心電極４１）と周囲の金属容器２との同電位に対して、一定のインピーダンス値を有するインピーダンス要素（図示例ではコンデンサＣ４）を追加した点に特徴がある。尚図では容量検知回路、出力回路の図示を省略しているが、これら回路が設けられるのは勿論である。
【００３０】
而して本実施形態においても、実施形態１と同様に各電極４１，４２と周囲の金属容器２との結合容量のアンバランスから起こる検知誤差の発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態１の要部の回路構成図である。
【図２】本発明の実施形態２の要部の回路構成図である。
【図３】（ａ）は本発明の基本形態の要部の概略回路構成図である。（ｂ）は同上の要部の等価回路図である。
【図４】従来例の回路構成図である。
【図５】同上の要部の等価回路図である。
【図６】同上を用いた場合の検知対象物の含水率と、発振回路の発振周波数との関係を示すグラフである。
【図７】別の従来例の回路構成図である。
【図８】（ａ）は更なる別の従来例の要部の概略回路構成図である。（ｂ）は同上の要部の等価回路図である。
【図９】（ａ）はその他の従来例の要部の概略回路構成図である。（ｂ）は同上の要部の等価回路図である。
【図１０】（ａ）は更なる他の従来例の要部の概略回路構成図である。（ｂ）は同上の要部の等価回路図である。
【図１１】（ａ）はまた更なる他の従来例の要部の概略回路構成図である。（ｂ）は同上の要部の等価回路図である。
【図１２】また別の従来例の要部の概略回路構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
２ 金属容器
４１ 中心電極
４１ａ、４１ｂ  分割電極
４２ 外周電極
４２ａ，４２ｂ  分割電極
５ 発振回路
（Ｘ） 接地
（Ｙ） 回路グランド
ＣＹ１，ＣＹ２  結合容量
【図１】
2006250950.tif 000003
【図２】
2006250950.tif 000004
【図３】
2006250950.tif 000005
【図４】
2006250950.tif 000006
【図５】
2006250950.tif 000007
【図６】
2006250950.tif 000008
【図７】
2006250950.tif 000009
【図８】
2006250950.tif 000010
【図９】
2006250950.tif 000011
【図１０】
2006250950.tif 000012
【図１１】
2006250950.tif 000013
【図１２】
2006250950.tif 000014