(57)【要約】【課題】容器内に収容した液体や粉体等の流体物の残量検出を、様々なものに容易に共用可能な構造によって実現でき、汎用性を向上させてコストダウンを期待できる構成を備えた残量検出装置を提供する。【解決手段】残量検出装置２９は、誘電体からなるシート状部材と、互いに間隔をあけた並列状態でシート状部材の一方向に沿って該シート状部材にライン状に設けられた複数の電極と、を有し、複数の電極と各電極間の誘電体部分とでセンサキャパシタを形成する静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅを飲料タンク２０の外面に有している。更に、複数の電極を、その延在の方向と交差する交差方向に飲料タンク２０内の液体飲料Ｌの液面Ｌａが通過する際の静電容量変化に基づいて、液体飲料Ｌの残量を検出する残量検出部２５を有している。【選択図】図２
2013234874.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器内に収容された流体物の残量を検出する残量検出装置において、
誘電体からなるシート状部材と、互いに間隔をあけた並列状態で前記シート状部材の一方向に沿って該シート状部材にライン状に設けられた複数の電極と、を有して、前記複数の電極と各電極間の誘電体部分とでセンサキャパシタを形成する静電容量型検知センサを前記容器の外面に設け、かつ、
ライン状に延在する前記複数の電極を、該延在の方向と交差する交差方向に前記容器内の流体物の上面が通過する際の静電容量変化に基づき、該流体物の残量を検出する残量検出手段を備えた、
ことを特徴とする残量検出装置。
【請求項２】
前記残量検出手段は、
前記容器内の流体物の残量変化を、所定の高周波スイッチング信号で駆動されるスイッチング回路によって、前記センサキャパシタに電圧源を接続して該センサキャパシタに一定電圧を急速充電する期間と、該センサキャパシタに積分回路を接続して該センサキャパシタの充電電荷を放出させて蓄積する期間と、を高速に繰り返して、前記センサキャパシタの静電容量変化を前記積分回路の出力電圧変化として検出してなる、
ことを特徴とする請求項１記載の残量検出装置。
【請求項３】
前記静電容量型検知センサは、前記流体物の増減方向に沿って前記容器の外面に複数個が所定間隔ごとに設けられ、
前記残量検出手段は、複数個の前記静電容量型検知センサそれぞれによる前記流体物の上面通過時の静電容量変化のピーク値に基づき、前記流体物の残量変化を段階的に検出してなる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の残量検出装置。
【請求項４】
前記残量検出手段による残量検出結果を表示して報知する表示手段を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の残量検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器内に収容された流体物の残量を検出する残量検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、飲料水やコーヒー、ジュース類をカップに注いで提供する自動販売機が知られている。このような自動販売機において、バックインボックス内に収容されたシロップ原液の残量を逐次検出して、バックインボックスの交換時期を知ることができるように構成した飲料自動販売機が存在する（特許文献１参照）。
【０００３】
この特許文献１記載の自動販売機では、シロップ原液を収容したバックインボックスを販売機内に複数配置し、各バックインボックス内のシロップ原液を、それぞれに対応する送液チューブを介してカップに注入するように構成されている。この自動販売機には、バックインボックスの重量を検出する重量センサと、この重量センサの検出信号に基づいてバックインボックス内のシロップ原液の残量を算出する制御部とが設けられている。
【０００４】
この自動販売機では、販売機内に配置した複数のバックインボックスそれぞれの下部に、対応するバックインボックス内の原料の重量を計量する計量載置台がそれぞれ配置されている。それら計量載置台は、それぞれに備えたベース上に計量台をそれぞれ有し、各ベースの下面に、対応する重量センサをそれぞれ有している。各重量センサは、計量台上のバックインボックスの重量を検出し、その検出信号を制御部に送信する。検出信号を受信した制御部には、シロップ原液を除いたバックインボックスの容器重量値が予め入力されており、重量センサで検出されたバックインボックスの重量データから容器重量値を減算することで、シロップ原液の残量を算出する。
【０００５】
しかし、このような従来の自動販売機では、計量載置台は、各バックインボックスのサイズに対応した専用のものを用いなければならず、また、各バックインボックスも計量載置台に対応した専用のものを用いなければならなかった。このように従来の自動販売機では、残量検出専用に製造された部材のみを使用することから、汎用性を期待することができず、コストダウンを期待することは困難であった。
【０００６】
ここで、微小容量キャパシタに生じる微弱な容量変化に基づいて所要の物理現象を検出するスイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路が知られている（特許文献２参照）。このスイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路では、キャパシタに電圧源を接続してキャパシタに一定電圧を急速充電する期間と、キャパシタに積分回路を接続してキャパシタの充電電荷を放出させて蓄積する期間とを高速に繰り返すことで、キャパシタの容量変化を積分回路の出力電圧変化として検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−２３０６３７号公報
【特許文献２】特許第３３５０６６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１記載の自動販売機等のように残量検出するものにおいて、汎用性を向上させて様々なものに簡便に共用でき、コストダウンを期待できるようにした装置を実現させたいという要望がある。
【０００９】
そこで本発明は、容器内に収容した液体や粉体等の流体物の残量検出を、様々なものに容易に共用可能な構造によって実現でき、汎用性を向上させてコストダウンを期待できる構成を備えた残量検出装置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】
【００１０】
本出願人は、上記特許文献２の微小容量キャパシタに生じる微弱な容量変化に基づいて所要の物理現象を検出し得る点に着目し、上記特許文献１におけるような液体や粉体（顆粒状も含む）等の流体物の残量変化を、スイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路で検出可能な物理現象として捉え、流体物の残量変化を簡便に検出できるように構成すれば良い点に着眼し、鋭意研究を重ねた。そして、スイッチドキャパシタ型超高感度センサ回路によるキャパシタを、静電容量型検知センサとして容器外面に設ければ、容器の外側から種々の流体物の残量変化を容易に検出できる構成に想到し、本発明をなすに至った。
【００１１】
本発明は（例えば図１乃至図１０参照）、容器（２０，２７）内に収容された流体物（Ｌ，Ｆ）の残量を検出する残量検出装置（２９）において、
誘電体からなるシート状部材（３０）と、互いに間隔をあけた並列状態で前記シート状部材（３０）の一方向に沿って該シート状部材にライン状に設けられた複数の電極（２８ａ，２８ｂ）と、を有して、前記複数の電極（２８ａ，２８ｂ）と各電極間の誘電体部分とでセンサキャパシタ（Ｃｓ）を形成する静電容量型検知センサ（２２ａ〜２２ｅ）を前記容器（２０，２７）の外面に設け、かつ、
ライン状に延在する前記複数の電極（２８ａ，２８ｂ）を、該延在の方向と交差する交差方向に前記容器（２０，２７）内の流体物（Ｌ，Ｆ）の上面（Ｌａ，Ｆａ）が通過する際の静電容量変化に基づき、該流体物（Ｌ，Ｆ）の残量を検出する残量検出手段（２５）を備えた、
ことを特徴とする残量検出装置（２９）にある。
【００１２】
好ましくは、前記残量検出手段（２５）は、前記容器（２０，２７）内の流体物（Ｌ，Ｆ）の残量変化を、所定の高周波スイッチング信号で駆動されるスイッチング回路（５１，５６，５７）によって、前記センサキャパシタ（Ｃｓ）に電圧源を接続して該センサキャパシタ（Ｃｓ）に一定電圧を急速充電する期間と、該センサキャパシタ（Ｃｓ）に積分回路（例えば５２等）を接続して該センサキャパシタ（Ｃｓ）の充電電荷を放出させて蓄積する期間と、を高速に繰り返して、前記センサキャパシタ（Ｃｓ）の静電容量変化を前記積分回路の出力電圧変化として検出してなる。
【００１３】
また好ましくは、前記静電容量型検知センサ（２２ａ〜２２ｅ）は、前記流体物（Ｌ，Ｆ）の増減方向に沿って前記容器（２０，２７）の外面に複数個が所定間隔ごとに設けられ、
前記残量検出手段（２５）は、複数個の前記静電容量型検知センサ（２２ａ〜２２ｅ）それぞれによる前記流体物（Ｌ，Ｆ）の上面通過時の静電容量変化のピーク値に基づき、前記流体物（Ｌ，Ｆ）の残量変化を段階的に検出してなる。
【００１４】
好ましくは、前記残量検出装置（２９）は、前記残量検出手段（２５）による残量検出結果を表示して報知する表示手段（１０，２６）を備えてなる。
【００１５】
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これは、発明の理解を容易にするための便宜的なものであり、特許請求の範囲の記載に何等影響を及ぼすものではない。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、残量検出手段が、容器外面に設けた静電容量型検知センサにおけるライン状に延在する複数の電極を、該延在の方向と交差する交差方向に容器内の流体物の上面が通過する際の静電容量変化に基づいて流体物の残量を検出する。このため、検出しようとする物理現象である流体物上面の、残量減少による変化に伴って微小容量のセンサキャパシタに生じる微弱な容量変化を超高感度に検出し、この流体物の残量変化を容易に且つ的確に検出することができる。このように、静電容量型検知センサを容器外面に設けるだけで、容器内に収容した流体物の残量検出を簡単に行うことができるので、様々なものに簡便に共用でき、汎用性を向上させてコストダウンを期待できる残量検出装置を実現することができる。更に、電極やフロートを容器内に予めセットするようなことが不要になるので、容器を汎用化できると共に電極やフロートの洗浄を不要にし、容器に対する一般的な洗浄のみで良くなり、従って、衛生面も大幅に向上させることができる。
【００１７】
また本発明によると、残量検出手段が、容器内の流体物の残量変化を、所定の高周波スイッチング信号で駆動されるスイッチング回路によって、センサキャパシタに電圧源を接続して該センサキャパシタに一定電圧を急速充電する期間と、該センサキャパシタに積分回路を接続して該センサキャパシタの充電電荷を放出させて蓄積する期間と、を高速に繰り返して、センサキャパシタの静電容量変化を積分回路の出力電圧変化として検出するので、検出しようとする物理現象に伴って微小容量のセンサキャパシタに生じる微弱な容量変化を超高感度に検出するセンサ回路を実現でき、これを応用した高性能な残量検出装置とすることができる。
【００１８】
更に本発明によると、流体物の増減方向に沿って容器の外面に複数個が所定間隔ごとに静電容量型検知センサが設けられ、残量検出手段は、静電容量型検知センサそれぞれによる流体物の上面通過時の静電容量変化のピーク値に基づいて流体物の残量変化を段階的に検出するので、各段階における流体物の残量を正確に検出することができる。
【００１９】
また本発明によると、表示手段によって表示された残量検出結果に従って流体物の補給作業を行うことができるので、サービスマン等による容器への流体物の補給作業を大幅に簡単化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る第１の実施形態における自動販売機の全体構成を示す正面図である。
【図２】第１の実施形態における自動販売機の内部構成を示す正面図である。
【図３】本発明に係る第２の実施形態における燃料タンク等を示す模式図である。
【図４】本発明に係る残量検出装置における静電容量型検知センサの構成の一例を示す図である。
【図５】（ａ）は静電容量型検知センサにより検知した流体物の残量変化信号に基づいて残量変化を検出する残量検出手段としての残量検出装置に適用し得るセンサ回路の第１構成例を示す図、（ｂ）は（ａ）のセンサ回路における各信号を示すタイミングチャートである。
【図６】（ａ）は残量検出手段としての残量検出装置に適用し得るセンサ回路の第２構成例を示す図、（ｂ）はセンサ回路の第３構成例を示す図である。
【図７】（ａ）は残量検出手段としての残量検出装置に適用し得るセンサ回路の第４構成例を示す図、（ｂ），（ｃ）は（ａ）のセンサ回路における各信号を示すタイミングチャートである。
【図８】（ａ）は残量検出手段としての残量検出装置に適用し得るセンサ回路の第５構成例を示す図、（ｂ），（ｃ）は（ａ）のセンサ回路における各信号を示すタイミングチャートである。
【図９】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る残量検出装置を適用した、変形例としての車両の自動システムの検証結果を示すグラフ図である。
【図１０】（ａ），（ｂ）は、本発明に係る残量検出装置を適用した、変形例としての車両の自動システムの検証結果を示す他のグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
＜第１の実施形態＞
以下、本発明に係る残量検出装置を搭載した自動販売機１を例に挙げた第１の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態における自動販売機１は、飲料やコーヒー、ジュース類の液体飲料を自動販売するものであるが、本発明に係る残量検出装置はこのような液体飲料の残量検出に限らず、後述するガソリンやオイル等の液体燃料、或いは複写機やプリンタ等に使用される粉体（又は顆粒体）のような流体物の残量検出にも適用することができる。
【００２２】
図１に示すように、自動販売機１は、箱状の筐体部２と、該筐体部２の下側前面を覆う下側被覆部３と、筐体部２の上側前面を覆う被覆状態と開放する開放状態とに開閉可能にヒンジ４，４で上下部分を支持された開閉扉５とを備えている。
【００２３】
開閉扉５の下側中央部には操作部６が配設されている。該操作部６には、図１の右側から順に、硬貨を投入する硬貨投入部７と、該硬貨投入部７に投入した硬化を返却するための返却ボタン８と、硬貨投入部７に硬貨を投入してから押圧操作する操作ボタン９と、本発明の容器としての飲料タンク２０（図２参照）内の、流体物としての液体飲料Ｌの残量が所定量以下になった時点で点灯（又は点滅）して液体飲料Ｌの補給時期になった旨を、文字などの表示で報知する報知部１０と、が設けられている。
【００２４】
下側被覆部３の上側右部には飲料販売口１１が配設されている。該飲料販売口１１は、下側被覆部３の奥側に凹むように形成された開放空間を有し、この開放空間の底部に、自動（又は手動）で準備されるカップ１３を載置する載置面１２が設けられている。飲料販売口１１には、該飲料販売口１１を開閉する透明なカバー扉（不図示）が設けられている。上記開放空間の中央上部には、操作ボタン９の操作に連動して一定量の液体飲料Ｌ（図２参照）をカップ１３に放出する放出ノズル１４が配設されている。
【００２５】
次に、図２を参照して、自動販売機１の内部構成について説明する。なお、図２は自動販売機１の内部構成を示す正面図であり、図１に示した開閉扉５及びヒンジ４，４を図示省略した状態で示している。
【００２６】
筐体部２の中央部分に設けられた載置台３４上には、中央部に飲料タンク２０が載置されている。該飲料タンク２０は、縦長中空状の円筒形状を呈しており、金属等のような磁性体や導体等ではない素材を用いて構成されている。飲料タンク２０の上部には、液体飲料Ｌをタンク内部に補給するための補給口３３が設けられている。
【００２７】
飲料タンク２０は、一定量の液体飲料Ｌを充填可能な容積を有している。該飲料タンク２０の外面には、上下方向の中央付近に静電容量型検知センサ（静電容量型近接センサ）２２ａが貼付され、この静電容量型検知センサ２２ａから下方に向かって所定間隔をあけた状態で、静電容量型検知センサ２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅがこの順に貼付されている。以下、説明の便宜上、これら静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅをまとめて、単に静電容量型検知センサ２２と称することもある。
【００２８】
また、筐体部２内には、飲料タンク２０内の液体飲料Ｌに係る管理を行うための制御装置２１が配設されている。飲料タンク２０外面の静電容量型検知センサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅは、それぞれ電極線２３，２４を介して制御装置２１に接続されている。制御装置２１と静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅとにより、飲料タンク（容器）２０内に収容された液体飲料（流体物）Ｌの残量を検出する残量検出装置２９が構成されている。なお、制御装置２１の配設位置は、筐体部２の内部であれば図示の位置以外であっても構わない。
【００２９】
図４は、静電容量型検知センサ２２（２２ａ〜２２ｅ）の構成の一例を示す図である。図４に示すように、静電容量型検知センサ２２は、非金属製の誘電体（絶縁体）からなる横長矩形状のシート状部材３０と、互いに僅かな間隔をあけて近接した並列状態で該シート状部材３０の一方向（図４の左右方向）に沿って該シート状部材３０の表側にライン状に薄膜形成された電極２８ａ，２８ｂとを有して、電極２８ａ，２８ｂと各電極間の誘電体部分とで横長状のセンサキャパシタＣｓ（後述するセンサキャパシタＣｓ１，Ｃｓ２も同様）を形成している。電極２８ａは、一直線状の電極２８ｂを囲繞する矩形状に形成されている。
【００３０】
上記静電容量型検知センサ２２は、例えば、裏側のほぼ全面に粘着面（不図示）を設け、その中央部に矩形状に残した誘電体の部分に、シート状部材３０を一部貫通して表面側の電極２８ａ，２８ｂに導通する端子を取り付け、これら端子を、飲料タンク２０の外面に予め貼付した電極線２３の対応するものにそれぞれ密着して導通させることができる。これにより、センサキャパシタＣｓが、後述する図５〜図８のスイッチング回路５１，５６，５７に接続される。
【００３１】
なお、静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅは、設定に応じてシート状部材３０の厚さ方向（図２の手前−奥方向）に広がる検知領域を形成することが可能であるため、必ずしも飲料タンク２０の外面に粘着面で貼付しなくても、飲料タンク２０の外面に隣接するように上下方向に長いホルダ（不図示）を配置し、該ホルダに静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅを順次固定するように構成することもできる。上記検知領域の静電容量型検知センサ２２の厚さ方向での広がり状態は、残量検出部２５での設定によって適宜、広く又は狭くすることが可能である。
【００３２】
また、残量検出部２５は、静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅそれぞれによる液体飲料Ｌの液面（上面）Ｌａ通過時の静電容量変化のピーク値に基づいて液体飲料Ｌの残量変化を段階的に検出する。そして、残量検出部２５は、静電容量型検知センサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅのどこまで液面Ｌａが到達したら補給必要のアラームを表示制御部２６を介して表示させるかを予め設定される。例えば、静電容量型検知センサ２２ｄ或いは２２ｅに液面Ｌａが到達した時点でアラームを報知部１０に表示する場合は、そのように設定される。この場合、残量検出部２５は、静電容量型検知センサ２２ｄ又は２２ｅから静電容量変化のピーク値が出力された時点で、アラームを報知部１０に表示するように表示制御部２６に指令を出す。
【００３３】
ここで、上記のピーク値とは、図５（ｂ）における演算増幅器５３の出力や図７（ｃ）及び図８（ｃ）における演算増幅器６８の出力に現れる、液面Ｌａ通過時の静電容量変化によって大きく振れる値（同図には不図示）を意味する。
【００３４】
このような静電容量型検知センサ２２を有する残量検出装置２９は、ライン状に延在する電極２８ａ，２８ｂを該延在の方向と交差する交差方向（図４の上下方向）に飲料タンク２０内の液体飲料Ｌの液面（上面）Ｌａが通過する際の静電容量変化に基づき、該液体飲料Ｌの残量を検出する。なお、上記シート状部材３０は、縦長の矩形状に構成することも、正方形状に構成することも可能であり、取り付ける部位に応じて適宜の形状に構成することができる。
【００３５】
なお、上記静電容量型検知センサ２２では、矩形状の電極２８ａで電極２８ｂを囲む形として、電極２８ａの上部分と電極２８ｂとの間、及び電極２８ｂと電極２８ａの下部分との間にそれぞれセンサキャパシタＣｓを形成した。しかし、この構成に限らず、電極２８ａも電極２８ｂと同様の直線状に形成して、電極２８ａ，２８ｂ間のみにセンサキャパシタＣｓを形成した構成によっても、同様の効果が得られることは勿論である。この場合、シート状部材３０の上下方向の幅をより小さくしてコンパクト化できるという効果を得ることができる。
【００３６】
制御装置２１は、図２に示すように、残量検出部２５と、該残量検出部２５によって検出された液体飲料Ｌの残量を表示する制御を行う表示制御部２６とを有している。
【００３７】
残量検出部２５は、本発明に係る残量検出手段を構成し、静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅによりそれぞれ検知した飲料タンク２０内の液体飲料Ｌの残量変化信号に基づいて残量変化を検出する。即ち、残量検出部２５は、飲料タンク２０内の液体飲料Ｌの残量変化を、所定の高周波スイッチング信号で駆動されるスイッチング回路（図５〜図８の５１，５６，５７）によって、センサキャパシタＣｓ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）に電圧源を接続して該センサキャパシタＣｓに一定電圧を急速充電する期間と、該センサキャパシタＣｓに積分回路（図５の５２等）を接続して該センサキャパシタＣｓの充電電荷を放出させて蓄積する期間と、を高速に繰り返して、センサキャパシタＣｓの静電容量変化を積分回路（５２等）の出力電圧変化として検出するように構成される。
【００３８】
残量検出部２５は、液体飲料Ｌの液面Ｌａによる容量（静電容量）の変化に基づいて液体飲料Ｌの残量を検出するものであり、静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅそれぞれによる液体飲料Ｌの液面Ｌａ通過時の静電容量変化のピーク値に基づき、液体飲料Ｌの残量変化を段階的に検出する。
【００３９】
表示制御部２６は、残量検出部２５による残量検出結果に基づいて、液体飲料Ｌの補給が必要になった旨を報知部１０にアラーム表示するように制御する。これら報知部１０及び表示制御部２６により、本発明に係る、残量検出結果を表示して報知する表示手段が構成される。
【００４０】
次に、図５乃至図８を参照し、上記静電容量型検知センサ２２のセンサキャパシタＣｓの検知信号（微小な静電容量変化）を超高感度に検出する残量検出装置２９に適用し得るセンサ回路の第１〜第５構成例について説明する。これらセンサ回路は、微小なＩＣチップ内に形成され得るものであり、静電容量型検知センサ２２に一体的に設けた状態で該静電容量型検知センサ２２と共に配置されることも可能である。なお、このセンサ回路には、前述した特許第３３５０６６２号として特許登録されている回路構成を適用している。
【００４１】
まず、図５（ａ），（ｂ）を参照し、第１構成例における残量検出装置２９の回路構成と動作波形の要点について説明する。該残量検出装置２９は、検出しようとする物理現象に伴って容量変化が生じるセンサキャパシタＣｓと、所定の高周波スイッチング信号で切り換えられるスイッチング回路５１と、演算増幅器５２、抵抗Ｒｆ、及びキャパシタＣｆからなる積分回路と、演算増幅器５３、抵抗Ｒ１〜Ｒ３及びキャパシタＣ１からなる平滑回路とを有している。なお、同図では、高周波スイッチング信号を発生する系やセンサキャパシタＣｓの充電電源は図示していない。なお、センサキャパシタＣｓ及びキャパシタＣ１の一端や演算増幅器５２の非反転入力は、ゼロボルト電位点に接続されている（▽印がそのことを示している）。
【００４２】
スイッチング回路５１は、周波数Ｆの高周波スイッチング信号によって繰り返し切り換えられる。スイッチング回路５１がＡ側に接続されると、センサキャパシタＣｓは所定の負電圧源−Ｖｒに接続され、センサキャパシタＣｓは電圧−Ｖｒ（一定電圧）を急速充電される。スイッチング回路５１がＢ側に接続されると、センサキャパシタＣｓは負電圧源−Ｖｒから切り離されて演算増幅器５２の反転入力に接続される。このとき、抵抗ＲｆとキャパシタＣｆを介して演算増幅器５２の反転入力が非反転入力と同じゼロボルトに保たれるように帰還作用が働く。つまり、センサキャパシタＣｓの充電電荷が抵抗Ｒｆを通じた電流によって放電される。言い換えると、センサキャパシタＣｓに積分回路を接続して該センサキャパシタＣｓの充電電荷を放出させて蓄積する。
【００４３】
スイッチング回路５１の切り換えが高速に繰り返されると共に、センサキャパシタＣｓの放電時定数がある程度大きいので、センサキャパシタＣｓの電圧がゼロボルトになる前にスイッチング回路５１が再びＡ側に接続され、センサキャパシタＣｓが再び電圧−Ｖｒに急速充電される。この動作を繰り返しているときの演算増幅器５２の出力電圧Ｖ１の平均値（積分電圧Ｖ１とも記す）は、
Ｖ１＝Ｃｓ×Ｖｒ×Ｒｆ×Ｆ
となる。ここで、Ｃｓが０．１ｐＦ、Ｖｒが１ボルト、Ｒｆが１００ｋΩ、Ｆが１ＭＨｚであるとすると、積分電圧Ｖ１は１０ミリボルトであり、十分に大きな電圧となる。そしてスイッチング周波数が十分に高いので、センサキャパシタＣｓの微弱で短時間の変化でも積分回路が高速にこれに応答し、積分電圧Ｖ１の変化が明確に現れる。例えば、この積分電圧Ｖ１を目的に応じて設定したしきい値で２値化することで、センサキャパシタＣｓに容量変化を生じさせる物理現象の有無を高精度・高感度に検出することができる。図５の第１構成例では、積分電圧Ｖ１をより取り扱いやすくするために、演算増幅器５２の出力に演算増幅器５３、抵抗Ｒ１〜Ｒ３及びキャパシタＣ１からなる平滑回路を接続している。必要に応じて更に増幅回路を接続する。
【００４４】
ここで、図４で説明した静電容量型検知センサ２２を参照する。中央の電極２８ｂと上側の電極２８ａとの間の静電容量を第１センサキャパシタＣｓ１とし、中央の電極２８ｂと下側の電極２８ｃとの間の静電容量を第２センサキャパシタＣｓ２とする。例えば、電極２８ａ，２８ｂの幅を約１ｍｍ、各電極の間隔も約１ｍｍとすることができる。これにより、液体飲料Ｌの液面（上面）Ｌａが、飲料タンク２０の外面を介在した形で静電容量型検知センサ２２を通過するプロセスで、第１センサキャパシタＣｓ１と第２センサキャパシタＣｓ２の容量変化が相補的に生じる。
【００４５】
そこで、２つのセンサキャパシタＣｓ１，Ｃｓ２のそれぞれを、図５（ａ）と同様な構成の図６（ａ）のセンサ回路に接続して第２構成例とする。図６（ａ）では、図５（ａ）における演算増幅器５２、抵抗Ｒｆ及びキャパシタＣｆからなる積分回路と、演算増幅器５３、抵抗Ｒ１〜Ｒ３及びキャパシタＣ１からなる平滑回路とを、積分平滑回路６１，６２として示している。また、２つのスイッチング回路５６，５７は同じ高周波スイッチング信号により同期して切り換えられ、負電圧源−Ｖｒは同一電圧源を使用する。
【００４６】
積分平滑回路６１からは第１センサキャパシタＣｓ１の容量に対応する積分電圧Ｖ１１が出力され、積分平滑回路６２からは第２センサキャパシタＣｓ２の容量に対応する積分電圧Ｖ１２が出力される。この２つの積分電圧Ｖ１１とＶ１２とを差動増幅回路４６に入力し、その差動電圧ΔＶを、ウインドコンパレータを構成する２つのコンパレータ８１，８２に入力する。このウインドコンパレータには正負のしきい値±Ｖｓが設定されており、差動電圧ΔＶが±Ｖｓの範囲内に収まっていれば両コンパレータ８１，８２の出力はともに“０”である。２つのセンサキャパシタＣｓ１，Ｃｓ２の容量バランスがくずれると、差動電圧ΔＶが±Ｖｓの範囲から外れ、コンパレータ８１又は８２の出力が“１”になる。
【００４７】
図６（ｂ）に示す第３構成例は、図６（ａ）に示した第２構成例の改良タイプである。差動増幅回路４６の出力側に直流カット用のＣＲ微分回路４７を接続すると共に、その出力側に増幅回路４９を接続している。この構成によれば、差動増幅回路４６の出力の直流電圧誤差（オフセット電圧）による影響を除外することができ、より高精度化を実現することができる。
【００４８】
図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に、第４構成例における回路構成と動作波形の要点を示す。この第４構成例では、センサキャパシタＣｓは１個である。所定の高周波スイッチング信号で駆動されるスイッチング回路５１によってセンサキャパシタＣｓの一方の電極に電圧対称な正電源＋Ｖｒと負電源−Ｖｒとを交互に繰り返し接続すると共に、スイッチング回路５１に同期するサンプルホールド回路６３の入力にセンサキャパシタＣｓの他方の電極を接続し、かつサンプルホールド回路６３の出力をスイッチング回路５１に同期する同期検波回路６４に入力し、センサキャパシタＣｓの容量変化を同期検波回路６４の出力電圧変化として検出する。
【００４９】
サンプルホールド回路６３は、非反転入力がゼロボルト点に接続された演算増幅器６５と、この演算増幅器６５の出力と反転入力とを接続するキャパシタ６６と、キャパシタ６６と並列接続されたスイッチング回路６７とからなる。同期検波回路６４は、演算増幅器６８と、演算増幅器６５の出力と演算増幅器６８の非反転入力を結ぶキャパシタ６９とスイッチング回路７４の直列回路と、キャパシタ６９とスイッチング回路７４の中点をゼロボルト点に導くスイッチング回路７５と、演算増幅器６８の非反転入力とゼロボルト点に接続されたキャパシタ７６と、演算増幅器６８の出力と反転入力とを結ぶ抵抗７７とキャパシタ７８の並列回路と、演算増幅器６８の反転入力とゼロボルト点に接続された抵抗７９とからなる。
【００５０】
各スイッチング回路６７，７４，７５は、スイッチング回路５１と同期してオンオフ制御される。スイッチング回路６７は、スイッチング回路５１によりセンサキャパシタＣｓに負電圧から正電圧に接続切り換えする直前に短時間オンとなる。スイッチング回路７４は、スイッチング回路５１によりセンサキャパシタＣｓに負電圧を印加している期間の中間でオンとなる。スイッチング回路７５は、スイッチング回路５１によりセンサキャパシタＣｓに正電圧を印加している期間の中間でオンになる。
【００５１】
演算増幅器６５の作用により、その反転入力は非反転入力と同じゼロボルトに保たれる。そのため、スイッチング回路５１によりセンサキャパシタＣｓが−Ｖｒから＋Ｖｒに接続切り換えされると、演算増幅器６５の反転入力には、
Ｑ＝Ｃｓ×２Ｖｒ
の電荷が流入する。この電荷は全てキャパシタ６６を介して吸収されるため、この瞬間に演算増幅器６５の出力電圧は、キャパシタ６６の容量をＣ２２とすると、
ΔＶ＝Ｃｓ×２Ｖｒ÷Ｃ２２
だけ低下する。同様にスイッチング回路５１によりセンサキャパシタＣｓが−Ｖｒから＋Ｖｒに接続切り換えされると、演算増幅器６５の出力電圧は前記ΔＶだけ上昇する。このΔＶで変化する交流電圧を同期検波回路６４により直流電圧に変換する。この直流電圧がセンサキャパシタＣｓの容量に対応した電圧である。これを平滑回路（低域通過フィルタ）や増幅回路を通し、適宜な電圧弁別回路で２値化するなどのように応用する。
【００５２】
この第４構成例によれば、各スイッチング回路の動作周波数に同期した信号のみを選択的に検出することにより、外来雑音を効果的に除去できることとなり、高感度で安定なセンサ回路を実現することができる。
【００５３】
次に、図８（ａ），（ｂ），（ｃ）を参照して、第４構成例の回路原理を差動タイプに適用した第５構成例について説明する。ここでは、検出しようとする物理現象に伴って２つのセンサキャパシタＣｓ１とＣｓ２に微弱な容量変化が相補的に生じるように構成している。
【００５４】
図８（ａ）に示すように、第１センサキャパシタＣｓ１と第２センサキャパシタＣｓ２とを直列接続し、所定の高周波スイッチング信号で駆動される２つのスイッチング回路５６，５７によってこの直列センサキャパシタＣｓ１・Ｃｓ２の両端に電圧対称な正電源＋Ｖｒと負電源−Ｖｒとを交互に繰り返し接続すると共に、スイッチング回路５６，５７に同期するサンプルホールド回路６３の入力に直列センサキャパシタＣｓ１，Ｃｓ２の中点を接続し、かつサンプルホールド回路６３の出力をスイッチング回路５６，５７に同期する同期検波回路６４に入力し、両センサキャパシタＣｓ１，Ｃｓ２の差動的容量変化を同期検波回路６４の出力電圧変化として検出する。
【００５５】
サンプルホールド回路６３と同期検波回路６４の構成と動作は図７の第４構成例と同じである。この第５構成例では、第２構成例及び第３構成例の効果と第４構成例の効果とを合わせ持つことになり、これも残量検出装置２９の適用に好適である。
【００５６】
本実施形態では、以上説明した第１〜第５構成例の残量検出装置２９を適用することにより、検出しようとする物理現象に伴って微小容量のセンサキャパシタＣｓに生じる微弱な容量変化を超高感度に検出し、液面（上面）Ｌａの移動を正確に検出して液体飲料Ｌの残量を検出することができる。
【００５７】
本実施形態によると、残量検出手段としての残量検出装置２９が、飲料タンク（容器）２０の外面に設けた静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅにおけるライン状に延在する電極２８ａ，２８ｂを、該延在の方向と交差する交差方向に飲料タンク２０内の液体飲料（流体物）Ｌの液面（上面）Ｌａが通過する際の静電容量変化に基づいて液体飲料Ｌの残量を検出する。このため、検出しようとする物理現象である液面（上面）Ｌａの、残量減少による変化に伴って微小容量のセンサキャパシタＣｓ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）に生じる微弱な容量変化を超高感度に検出し、この液体飲料Ｌの残量変化を容易に且つ的確に検出することができる。
【００５８】
このように、静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅを飲料タンク２０外面に設けるだけで、飲料タンク２０内に収容した液体飲料Ｌの残量検出を簡単に行うことができるので、様々なものに簡便に共用でき、汎用性を向上させてコストダウンを期待できる残量検出装置２９を実現することができる。更に、電極やフロートを飲料タンク２０内に予めセットするようなことが不要になるので、容器を汎用化できると共に電極やフロートの洗浄を不要にし、飲料タンク２０に対する一般的な洗浄のみで良くなり、従って、衛生面も大幅に向上させることができる。
【００５９】
また本実施形態によると、残量検出装置２９が、飲料タンク２０内の液体飲料Ｌの残量変化を、所定の高周波スイッチング信号で駆動されるスイッチング回路５１，５６，５７によって、センサキャパシタＣｓ（Ｃｓ１，Ｃｓ２）に電圧源を接続して該センサキャパシタＣｓに一定電圧を急速充電する期間と、該センサキャパシタＣｓに積分回路（図５の５２等）を接続して該センサキャパシタＣｓの充電電荷を放出させて蓄積する期間と、を高速に繰り返して、センサキャパシタＣｓの静電容量変化を積分回路の出力電圧変化として検出することができる。このため、検出しようとする物理現象に伴って微小容量のセンサキャパシタＣｓに生じる微弱な容量変化を超高感度に検出するセンサ回路を実現でき、これを応用した高性能な残量検出装置２９とすることができる。
【００６０】
更に本実施形態によると、液体飲料Ｌの増減方向に沿って飲料タンク２０の外面に複数個の静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅが所定間隔ごとに設けられ、残量検出装置２９は、静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅそれぞれによる液体飲料Ｌの液面（上面）Ｌａ通過時の静電容量変化のピーク値に基づいて液体飲料Ｌの残量変化を段階的に検出するので、各段階における液体飲料Ｌの残量を正確に検出することが可能になる。つまり、残量が減って静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅのいずれかで検知された時点でその時点の残量としてリアルタイムに検出できるので、或る範囲ごとに減った残量を検出するような構成に比して、液体飲料Ｌの残量を正確に検出することができる。
【００６１】
また本実施形態によると、表示手段としての報知部１０及び表示制御部２６によって表示された残量検出結果に従って液体飲料Ｌの補給作業を行うことができるので、サービスマン等による飲料タンク２０への液体飲料Ｌの補給作業を大幅に簡単化させることができる。
【００６２】
＜第２の実施形態＞
次に、本発明に係る静電容量型検知センサ２２を用いた第２の実施形態について、図３を参照して説明する。なお、本第２の実施形態では、図１、図２及び図４で説明した構成部分と共通する部分については、同一符号を付してその説明を省略する。
【００６３】
本実施形態では、図３に示すように、残量検出手段としての残量検出装置２９を、車両等に搭載される燃料タンク２７内の燃料Ｆの液面（上面）Ｆａの検知に基づいて残量検出をするために用いている。すなわち、容器としての燃料タンク２７は、図３の奥方向に長い略直方体状を呈し、金属等のような磁性体や導体等ではない素材を用いて構成されている。燃料タンク２７の上部には、流体物である燃料Ｆをタンク内部に補給するための補給口３１が設けられている。この補給口３１は、キャップ３２の脱着によって開閉される。
【００６４】
燃料タンク２７は、一定量の燃料Ｆを充填可能な容積を有している。該燃料タンク２７の外面には、上下方向の中央付近に静電容量型検知センサ（静電容量型近接センサ）２２ａが貼付され、この静電容量型検知センサ２２ａから下方に向かって所定間隔をあけた状態で、静電容量型検知センサ２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅがこの順に貼付されている。
【００６５】
また、不図示の車両内には、燃料タンク２７内の燃料Ｆに係る管理を行うための制御装置２１が配設されている。燃料タンク２７外面の静電容量型検知センサ２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅは、それぞれ電極線２３，２４を介して制御装置２１に接続されている。制御装置２１と静電容量型検知センサ２２ａ〜２２ｅとにより、燃料タンク（容器）３０内に収容された燃料（流体物）Ｆの残量を検出する残量検出装置２９が構成されている。
【００６６】
以上の本実施形態によっても、前述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、燃料Ｆに代えて、オイルを収容したオイルタンクに対して残量検出装置２９を適用することも可能である。その場合も、同様の効果を得ることができる。
【００６７】
次に、図９（ａ），（ｂ）及び図１０（ａ），（ｂ）を参照して、本発明に係る静電容量型検知センサ２２を用いた変形例について説明する。なお、図９（ａ），（ｂ）は、本発明に係る残量検出装置２９を適用した、変形例としての車両の自動システムの検証結果を示すグラフ図である。また、図１０（ａ），（ｂ）は、本発明に係る残量検出装置２９を適用した、変形例としての車両の自動システムの検証結果を示す他のグラフ図である。
【００６８】
本変形例では、車両と通信を行う電子キーを携帯しているだけで、車両のドアの施錠・解錠や、電源の切換え、或いはエンジンの始動・停止を実行可能にした自動システムに前述した残量検出装置２９を適用している。
【００６９】
例えば、電子キーとしての携帯機を携帯する者（ドライバー等）が、車両のドアノブ部分に手を差し入れようとする動作でドアの解錠を行おうとする場合、従来の静電容量型を使用したタイプでは、雨や洗車機等によってセンサ部に水が強くかかった場合に反応して誤動作を生じる可能性があった。
【００７０】
しかし本変形例によれば、液体をセンサ部が感知した場合には、人が手を近づけた場合と反対に出力電圧が下降するように反応するが、この状態で手を近づけると、出力電圧は、通常の濡れていない状態と同じに上昇する。
【００７１】
すなわち、図９（ａ）には、ドライバー等の手をドア等に接近させた場合に出力電圧が上昇する変化が現れており、図９（ｂ）には、単にドア等が水濡れした場合に出力電圧が下降する変化が現れている。これらから、手をドア等に近接させた場合と単にドア等が水濡れした場合とで逆の反応が現れるため、水濡れによる誤動作は起こらないことが分かる。
【００７２】
また、図１０（ａ）には、厚い手袋を装着した手をドア等に接近させた場合に出力電圧が上昇する変化が現れており、図１０（ｂ）には、水に濡れた状態のドア等に手を接近させた場合に出力電圧が上昇する変化が現れている。これらから、ドア等が水濡れした状態でもドライバー等の手を正確に検知できることが分かる。
【００７３】
また、本発明に係る残量検出装置２９を、下記のような事象にも適用することが可能である点について説明する。
【００７４】
例えば、老人が冬場、暖かい室内から脱衣場やトイレ等、気温差の激しい場所へ移動すると、心筋梗塞や脳梗塞等を引き起こす虞があり、トイレや風呂場等はその特質上、早期に発見されにくいため、早期な対応が施せない可能性がある。
【００７５】
そこで、本発明に係る静電容量型検知センサ２２をトイレ・脱衣場・浴室等の床面の複数個所に配置し、普通に人が立っている状態と倒れた状態とを感知電極数の違いにより判断することで、静電容量型検知センサ２２による検知信号を安否確認システムに送信するように構成する。従って、本発明の適用によって、人の安全確認を的確に行うことが可能になる。
【００７６】
以上、本発明をその好適な実施形態及び構成例に基づいて説明したが、本発明の残量検出装置２９は、上記実施形態及び構成例の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態及び構成例の構成から種々の修正及び変更を施した残量検出装置２９も、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７７】
１０，２６…表示手段（報知部，表示制御部）、
２０，２７…容器（飲料タンク，燃料タンク）、
２２，２２ａ〜２２ｅ…静電容量型検知センサ、
２５…残量検出手段（残量検出部）、
２８ａ，２８ｂ…電極、
２９…残量検出装置、
３０…シート状部材、
５１，５６，５７…スイッチング回路、
５２，Ｃｆ，Ｒｆ…積分回路（演算増幅器，キャパシタ，抵抗）、
Ｃｓ，Ｃｓ１，Ｃｓ２…センサキャパシタ、
Ｆ，Ｌ…流体物（燃料，液体飲料）、
Ｆａ，Ｌａ…上面（液面）。
【図１】
2013234874.tif 000003
【図２】
2013234874.tif 000004
【図３】
2013234874.tif 000005
【図４】
2013234874.tif 000006
【図５】
2013234874.tif 000007
【図６】
2013234874.tif 000008
【図７】
2013234874.tif 000009
【図８】
2013234874.tif 000010
【図９】
2013234874.tif 000011
【図１０】
2013234874.tif 000012