特開 2024-124592 静電容量検出ユニット

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024124592

(43)【公開日】2024-09-13

(54)【発明の名称】静電容量検出ユニット

(51)【国際特許分類】

   G01F 23/263 20220101AFI20240906BHJP

【ＦＩ】

G01F23/263

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023032367

(22)【出願日】2023-03-03

(71)【出願人】

【識別番号】000102500

【氏名又は名称】ＳＭＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003236

【氏名又は名称】弁理士法人杉浦特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100123973

【弁理士】

【氏名又は名称】杉浦 拓真

(74)【代理人】

【識別番号】100082762

【弁理士】

【氏名又は名称】杉浦 正知

(72)【発明者】

【氏名】吉川 治

【テーマコード（参考）】

2F014

【Ｆターム（参考）】

2F014AA14

2F014AB02

2F014AB04

2F014EA00

2F014GA04

(57)【要約】

【課題】静電容量を検出する検出用電極をカスタマイズすることができる静電容量検出ユニットを提供する。
【解決手段】外装ケースと、外装ケース内に収納される検出回路と、検出回路に接続される電極部と、を備え、電極部は、外装ケースの外部に導出され、静電容量を検出する検出用電極を備え、電極部が着脱自在とされる、静電容量検出ユニットである。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外装ケースと、
前記外装ケース内に収納される検出回路と、
前記検出回路に接続される電極部と、を備え、
前記電極部は、前記外装ケースの外部に導出され、静電容量を検出する検出用電極を備え、
前記電極部が着脱自在とされる、
静電容量検出ユニット。

【請求項2】

前記検出用電極は、ＦＰＣ上に形成された一つの検出用電極を備え、
前記検出回路は、前記検出用電極により検出される第１静電容量と比較される第２静電容量を生成する静電容量生成回路を含み、
前記検出回路は、前記第１静電容量と前記第２静電容量とを比較することで得られる検出結果を出力する、
請求項１に記載の静電容量検出ユニット。

【請求項3】

前記静電容量生成回路は、所定の静電容量を有する容量素子に対して可変抵抗が直列接続された回路構成を有する、
請求項２に記載の静電容量検出ユニット。

【請求項4】

前記外装ケースを回転させることで前記可変抵抗の抵抗値が変更可能とされる、
請求項３に記載の静電容量検出ユニット。

【請求項5】

前記検出用電極は、ＦＰＣ上に形成された複数の検出用電極を含み、
前記検出回路は、それぞれの前記検出用電極で検出される静電容量を比較することで得られる検出結果を出力する、
請求項１に記載の静電容量検出ユニット。

【請求項6】

前記検出用電極の周囲にグランドパターンが形成されている、
請求項１から５までの何れかに記載の静電容量検出ユニット。

【請求項7】

前記電極部が前記検出回路に接続されるコネクタに対して着脱自在とされる、
請求項１から５までの何れかに記載の静電容量検出ユニット。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、静電容量検出ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

静電容量の検出結果に基づいて液面の位置等を検出するセンサが知られている。係るセンサの一例として、下記の特許文献１は、パルス波形の変化に基づいて静電容量を検出する静電容量検出装置を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平０８－２２０１６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

元来、液面検出機能を有さない容器（液体を収納するタンクやパック等）に、静電容量の検出結果に基づいて液面を検出する静電容量検出ユニットを取り付けることで、それらの容器に液面検出機能を付与することができる。この場合に、静電容量を検出する電極の形状や大きさをカスタマイズできるようにすれば、静電容量を検出する液体の種類やそれらの液体を収納する容器の形状等に応じて静電容量検出ユニットの機能を最適化できる。さらに、汎用性のある静電容量検出ユニットを実現することができる。特許文献１に記載の技術は係る観点が欠如しており、静電容量検出ユニットを特定の対象や用途にしか用いることができないという問題があった。

【0005】

そこで本発明は、静電容量を検出する電極をカスタマイズできるようにした静電容量検出ユニット提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、
外装ケースと、
外装ケース内に収納される検出回路と、
検出回路に接続される電極部と、を備え、
電極部は、外装ケースの外部に導出され、静電容量を検出する検出用電極を備え、
電極部が着脱自在とされる、
静電容量検出ユニットである。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態に係る静電容量検出ユニットの外観例を示す図である。

【図2】一実施形態に係る外装上ケースの構成例を説明するための図である。

【図3】一実施形態に係る外装下ケースの構成例を説明するための図である。

【図4】一実施形態に係る電極部の構成例を説明するための図である。

【図5】一実施形態に係る静電容量検出ユニットの内部構成例を説明するための図である。

【図6】一実施形態に係る静電容量検出ユニットの内部構成例を説明するための図である。

【図7】一実施形態に係る静電容量検出ユニットの検知原理を説明するための図である。

【図8】一実施形態に係る検出回路の回路構成例を説明するための図である。

【図9】一実施形態に係る静電容量検出ユニットの使用例を説明するための図である。

【図10】Ａ及びＢは、一実施形態に係る静電容量検出ユニットの使用例を説明するための図である。

【図11】変形例を説明するための図である。

【図12】変形例に係る静電容量検出ユニットの使用例を説明するための図である。

【図13】別の変形例を説明するための図である。

【図14】別の変形例を説明するための図である。

【図15】別の変形例を説明するための図である。

【図16】別の変形例に係る静電容量検出ユニットを用いた処理例を説明するための図である。

【図17】別の変形例を説明するための図である。

【図18】応用例を説明するための図である。

【図19】応用例におけるポップアップ表示の一例を説明するための図である。

【図20】別の応用例を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。説明は以下の順序で行う。
＜一実施形態＞
＜変形例＞
＜応用例＞
なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものではない。特に、実施形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置、上下左右等の方向の記載等は特に限定する旨の記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがあり、また、図示が煩雑となることを防止するために、参照符号の一部のみを図示する場合や図示の一部を簡略化する場合もある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、重複する説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

【0009】

＜一実施形態＞
［静電容量検出ユニットの構成例］
図１乃至図６を参照して、一実施形態に係る静電容量検出ユニット（静電容量検出ユニット１）の構成例について説明する。図１は、静電容量検出ユニット１の外観例を示す図である。図２は、静電容量検出ユニット１の外装上ケース（外装上ケース１１）の構成例を説明するための図である。図３は、静電容量検出ユニット１の外装下ケース（外装下ケース１２）の構成例を説明するための図である。図４は、一実施形態に係る電極部（電極部２０）の構成例を説明するための図である。図５及び図６は、静電容量検出ユニット１の内部構成例を説明するための図である。

【0010】

一実施形態に係る静電容量検出ユニット１は、静電容量の検出結果に基づいて液面を検出するセンサである。但し、このことは静電容量検出ユニット１の用途を限定するものではない。

【0011】

（外装ケース）
図１に示すように、静電容量検出ユニット１は、円筒状の形状を有する外装ケース１０を有する。外装ケース１０は、樹脂等の絶縁性の材料により構成される。本実施形態に係る外装ケース１０は、外装ケース１０の内部に収納されるＬＥＤ（Light Emitting Diode）（後述するＬＥＤ４０）が発光した光を、外装ケース１０から視認可能な程度に光透過性を有する光透過性樹脂により構成される。

【0012】

外装ケース１０は、例えば上下に分離可能な外装上ケース１１及び外装下ケース１２を有する。なお、外装上ケース１１及び外装下ケース１２との表記は説明の便宜上の表記であり、両者の位置関係は上下になる場合もあれば、左右になることもある。

【0013】

外装ケース１０の大きさは特に限定されるものではないが、一例として上面の直径が３ｃｍ程度で、高さが３ｃｍ程度であり、可搬可能な比較的小型のものである。外装上ケース１１はユーザーによって回転可能に構成されている。

【0014】

図２を参照して外装上ケース１１の構成例について説明する。図２は、図１に示す外装上ケース１１を上下反転した状態を示す図である。外装上ケース１１は最も外側に位置しリング状の形状を有する側壁部１１Ａを有する。側壁部１１Ａにより外装上ケース１１の内部には内部空間ＳＰＡが形成される。

【0015】

内部空間ＳＰＡの奥側（図２における下側）には、リング状の形状を有する内壁部１１Ｂが形成されている。内壁部１１Ｂには、不連続の箇所となる切欠部１１Ｃが形成されている。内壁部１１Ｂの内側における略中央には、内壁部１１Ｂの高さよりもやや小さい高さの中空円柱部１１Ｄが形成されている。中空円柱部１１Ｄは、リング状の形状を有する壁部１１Ｅと、壁部１１Ｅにより囲まれる内部空間である中空部１１Ｆと、を有する。

【0016】

図３を参照して外装下ケース１２の構成例について説明する。図３は、図１に示す外装ケース１０のうち外装上ケース１１を取り外した状態の外装下ケース１２を示す。外装下ケース１２は最も外側に位置しリング状の形状を有する側壁部１２Ａを有する。側壁部１２Ａにより外装下ケース１２の内部には内部空間ＳＰＢが形成される。

【0017】

側壁部１２Ａの上側端面における内周縁寄りの位置からは、リング状の形状を有する内壁部１２Ｂが上方に向かって突設している。内壁部１２Ｂの一部は不連続となっている。この不連続となっている箇所に対応する側壁部１２Ａの箇所が切り欠けられることで切欠部１２Ｃが形成されている。なお、切欠部１２Ｃは、外装下ケース１２ではなく、外装上ケース１１に形成されてもよい。

【0018】

外装上ケース１１の側壁部１１Ａが外装下ケース１２の内壁部１２Ｂの外側（側壁部１２Ａの上側端面付近）に係合することで、外装上ケース１１と外装下ケース１２とが一体化する。外装上ケース１１と外装下ケース１２とが一体化した状態（外装ケース１０の状態）では、切欠部１２Ｃの箇所が、外装ケース１０の内部空間と外部空間とを通じる僅かな隙間となる。

【0019】

（電極部）
静電容量検出ユニット１は、電極部２０を有する。電極部２０は、例えばＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）により構成されている。図１に示すように、電極部２０は、ポリイミド等のプラスチックフィルムで形成された基材２１を有する。基材２１は、第１主面２１Ａ及び第１主面２１Ａとは反対側の第２主面２１Ｂを有する。図１に示す例では、第１主面２１Ａが上側を向いており、第２主面２１Ｂが下側を向いている。

【0020】

基材２１は、薄板状の導出部２１Ｃと、導出部２１Ｃの一端（外装ケース１０の内部とは反対側）に形成された円形状の円形部２１Ｄとを有する。導出部２１Ｃ及び円形部２１Ｄは連続的に形成されている。導出部２１Ｃは、上述した切欠部１２Ｃを介して外装ケース１０の内側から外側に対して導出されている。導出部２１Ｃの長さは特に限定されるものではないが、後述するように、円形部２１Ｄを外装下ケース１２の底面に引き回すことができる程度の長さに設定される。

【0021】

また、電極部２０は、銅箔等の導電パターンとして、検出用電極部２２及びグランドパターン２３を有する。検出用電極部２２及びグランドパターン２３は、基材２１の第１主面２１Ａに形成されている。検出用電極部２２及びグランドパターン２３は、そのほとんどが導出部２１Ｃによって外装ケース１０の外部に導出されている。なお、図４では、電極部２０が有する導電パターンに対してドットが付されている。このことは、図１１、図１２、図１４、図１５及び図１６でも同様である。

【0022】

検出用電極部２２は、円形状の形状を有する検出用電極２２Ａと、検出用電極２２Ａと一続きの導電パターンである線状の第１接続部２２Ｂと、を有する。図４に示すように、検出用電極２２Ａは、円形部２１Ｄの第１主面２１Ａに形成されている。検出用電極２２Ａは、静電容量を検出するための電極である。第１接続部２２Ｂは、導出部２１Ｃの第１主面２１Ａに形成されている。第１接続部２２Ｂの外装ケース１０側の端部は検出回路（後述する検出回路４１Ａ）に接続される。係る構成により、検出用電極２２Ａの検出結果が第１接続部２２Ｂを介して検出回路４１Ａに供給される。

【0023】

グランドパターン２３は、円形状の一部が不連続となっている形状を有するＣ字状部２３Ａを有する。また、グランドパターン２３は、Ｃ字状部２３Ａと一続きの導電パターンであり、Ｃ字状部２３Ａの一端から延在する線状の第２接続部２３Ｂを有する。

【0024】

図４に示すように、Ｃ字状部２３Ａは、円形部２１Ｄの第１主面２１Ａに形成されている。具体的には、Ｃ字状部２３Ａは、検出用電極２２Ａの周縁に対してやや離隔した位置で、当該検出用電極２２Ａを取り囲むように形成されている。第２接続部２３Ｂは、導出部２１Ｃの第１主面２１Ａに形成されている。第２接続部２３Ｂの外装ケース１０側の端部は検出回路４１Ａに接続される。検出用電極２２Ａの周囲にグランドパターン２３が形成されることで、外来ノイズ等による静電容量の検出への影響を低減することができ、検出用電極２２Ａによる静電容量の検出精度の低下を抑制できる。

【0025】

さらに、電極部２０は、テスト信号を読み取るためのテスト信号用電極（テスト信号用電極２５Ａ、テスト信号用電極（グランド）２５Ｂ）を有する。なお、テスト信号用電極はなくてもよい。また、第２接続部２３Ｂの下側には、予備の検出用電極の接続部２５Ｃが形成されている。

【0026】

（外装ケース内の内部構成例）
次に、図５及び図６を参照して、外装ケース１０内の内部空間（例えば内部空間ＳＰＡ及び内部空間ＳＰＢ）に収納される構成要素の一例について説明する。外装ケース１０の内部空間には基板３０が収納される。基板３０は、例えば薄板状のリジッド基板であり、上側の主面である表面３０Ａと反対側（下側）の主面である裏面３０Ｂとを有する。表面３０Ａには、発光素子の一例であるＬＥＤ４０と、制御回路４１と、板ばね電極４２とが接続されている。また、基板３０の裏面３０Ｂには、ＦＰＣコネクタ４４が接続されている。これらの各構成要素が基板３０に形成された所定の導電パターンにより電気的に接続される。また、外装ケース１０内には電池４３が収納されている。

【0027】

ＬＥＤ４０は、静電容量検出ユニット１により液面の変化（例えば、液面の低下）が検出された際に発光する素子である。例えば、静電容量検出ユニット１により液面の低下が検出された際にＬＥＤ４０が発光する。常時ＬＥＤ４０が発光し、静電容量検出ユニット１により液面の低下が検出された際にＬＥＤ４０が消灯するようにしてもよい。

【0028】

制御回路４１は、静電容量検出ユニット１の各部を統括的に制御するＩＣ（Integrated Circuit）である。例えば、制御回路４１は、ＬＥＤ４０の発光／消灯を制御したり、電池４３からの電力供給に関する制御を行う。また、制御回路４１は、検出回路４１Ａを含む。検出回路４１Ａの詳細については後述する。

【0029】

板ばね電極４２は、電源スイッチ用の板ばね電極である。板ばね電極４２は、例えば外装上ケース１１の回転に応じて押下される。板ばね電極４２が押下されることで板ばね電極４２の接点が導通することにより、静電容量検出ユニット１の電源がオンになる。具体的には、板ばね電極４２の接点が切欠部１１Ｃ内に配置された状態では、板ばね電極４２が押下されない、すなわち板ばね電極４２の接点が導通せずに静電容量検出ユニット１の電源がオフとなる。静電容量検出ユニット１のユーザーが外装上ケース１１を回転させると、切欠部１２Ｃ内に配置された板ばね電極４２の位置が切欠部１２Ｃ外に排出され内壁部１２Ｂ（例えば、内壁部１２Ｂの端面）によって押下される。これにより、板ばね電極４２の接点が例えば電池４３の給電ポイントと接触することで、静電容量検出ユニット１の電源がオンする。

【0030】

ＦＰＣコネクタ４４は、制御回路４１及び基板３０と電極部２０との間を中継する。ＦＰＣコネクタ４４に対して導出部２１Ｃの端部が接続される。係る構成により、電極部２０の検出結果がＦＰＣコネクタ４４及び基板３０の所定のパターンを介して制御回路４１に、具体的には、制御回路４１に含まれる検出回路４１Ａに供給される。なお、本明細書において「検出回路に接続される電極部」とは、電極部２０の検出結果が検出回路４１Ａに供給される構成を意味する。すなわち、電極部２０が検出回路４１Ａに直接接続されていてもよいし、本実施形態のように、電極部２０がＦＰＣコネクタ４４等の中継部材を介して検出回路４１Ａに接続されていてもよい。

【0031】

本実施形態に係る静電容量検出ユニット１では、電極部２０がＦＰＣコネクタ４４に対して着脱自在とされる。例えば、静電容量検出ユニット１のユーザーは、外装ケース１０を外装上ケース１１と外装下ケース１２とに分離する。そして、ユーザーは、ＦＰＣコネクタ４４から電極部２０を取り外し、異なる大きさや形状の検出用電極２２Ａを有する電極部２０をＦＰＣコネクタ４４に取り付けることで、電極部２０をカスタマイズすることができる。

【0032】

電池４３は、例えばコイン型の一次電池である。電池４３は、静電容量検出ユニット１が動作するにあたって必要な電力を供給する電源であり、外装下ケース１２の内部空間ＳＰＢに収納される。電池４３は、リチウムイオン電池等の充電可能な電池であってもよい。

【0033】

上述した検出回路４１Ａには、抵抗値調整部４５が接続されている。抵抗値調整部４５は、円筒状の形状を有し、検出回路４１Ａが有する可変抵抗（後述する可変抵抗５３Ａ）の抵抗値を変化させるためのつまみである。抵抗値調整部４５は、外装上ケース１１の中空部１１Ｆに収納される。そして、外装上ケース１１をユーザーが回転させると、外装上ケース１１の回転に伴って抵抗値調整部４５も回転する。すなわち、外装上ケース１１を回転させることで、検出回路４１Ａが有する可変抵抗の抵抗値を変化させることができる。

【0034】

例えば、抵抗値調整部４５の上側端面に線状の突起（不図示）を設け、中空部１１Ｆの上側に位置する面に線状の溝部（不図示）を設ける。外装上ケース１１が外装下ケース１２と一体化されると、線状の突起が線状の溝部と係合する。係る構成によって、外装上ケース１１の回転に伴って抵抗値調整部４５を回転させることができる。

【0035】

このように、本実施形態では、外装上ケース１１を回転させることで、静電容量検出ユニット１の電源のオン／オフ、及び、検出回路４１Ａが有する可変抵抗の抵抗値の設定を行うことができる。例えば、静電容量検出ユニット１の電源がオフの状態のときに外装上ケース１１を少し回転すると静電容量検出ユニット１の電源がオンする。さらに外装上ケース１１を同方向に回転させると可変抵抗の抵抗値を徐々に大きくすることができる。なお、外装下ケース１２を回転させることで、静電容量検出ユニット１の電源のオン／オフ等ができるようにしてもよい。また、外装上ケース１１及び外装下ケース１２を相対移動させることで、静電容量検出ユニット１の電源のオン／オフ等ができるようにしてもよい。

【0036】

［検出回路について］
（検出原理）
次に、制御回路４１が有する検出回路４１Ａの詳細について説明する。始めに、図７を参照して検出原理について説明する。入力パルスＰＬＡが入力されることに応じて、静電容量の検出結果である出力ＯＡ及び静電容量の検出結果である出力ＯＢが得られる。出力ＯＡは例えば静電容量を検出する検出用電極の出力であり、出力ＯＢは例えば静電容量を検出する検出用電極の出力又は所定の静電容量を生成する静電容量生成回路の出力である。出力ＯＡが静電容量生成回路の出力であり出力ＯＢが検出用電極の出力であってもよい。

【0037】

出力ＯＡ及び出力ＯＢが、例えば排他的論理和回路（ＥＸ－ＯＲ）に入力され比較される。出力ＯＡに対応するパルス及び出力ＯＢに対応するパルスに対して閾値ＴＨが設定されている。出力ＯＡ及び出力ＯＢの差分、すなわち、静電容量の差分が、それぞれの出力に対応するパルスの立ち上がり時間、立ち下がり時間に対して時間差を生じさせる。閾値ＴＨを用いて当該時間差をパルス化する。生成されたパルスが排他的論理和回路から出力される。図７に示す例では、排他的論理和回路から出力されるパルスの一例としてパルスＰＬＢ及びパルスＰＬＣが図示されている。

【0038】

排他的論理和回路からパルスが出力されることで、静電容量検出ユニット１が対象を検出できる。例えば、静電容量検出ユニット１の検出対象が容器内の液面の場合に、出力ＯＡ及び出力ＯＢがいずれも容器内の液体に対応した静電容量の場合は両者の差分が略０となるため、排他的論理和回路からパルスが出力されない。一方で、例えば、出力ＯＡが容器内の液体に対応しない静電容量（例えば、容器内の空気に対応する静電容量）であり、出力ＯＢが容器内の液体に対応した静電容量の場合は、両者の間に差分が生じ排他的論理和回路からパルスが出力される。これによって、液体の存在を検出することができる。

【0039】

（検出回路の回路構成例）
図８は、一実施形態に係る検出回路４１Ａの回路構成例を説明するための図である。上述したように、検出回路４１Ａは、ＦＰＣコネクタ４４を介して電極部２０と接続されている。例えば、ＦＰＣコネクタ４４の所定のピンに検出用電極部２２の導電パターン（より具体的には第１接続部２２Ｂの端部）が接続される。また、ＦＰＣコネクタ４４の他のピンにグランドパターン２３（より具体的には第２接続部２３Ｂの端部）が接続される。

【0040】

検出回路４１Ａは、所定のパルスが入力される入力端子５１を有する。入力端子５１は端子ではなく所定のパルスが入力される経路でもよい。入力端子５１に接続されているラインＬ１は、ラインＬ２とラインＬ３とに分岐する。ラインＬ２に対して抵抗５２が接続される。ラインＬ３に対して静電容量生成回路５３が接続される。

【0041】

抵抗５２は、ＦＰＣコネクタ４４の所定のピンに接続される。例えば、抵抗５２は、検出用電極２２Ａによる静電容量の検出結果が入力されるピンに対して接続される。

【0042】

静電容量生成回路５３は、例えば、ラインＬ１とラインＬ３とが接続される接続点の側から順に、可変抵抗５３Ａ及びコンデンサ５３Ｂ（所定の静電容量を有する容量素子の一例）が直列接続された回路構成を有する。コンデンサ５３Ｂの容量は、例えば１００ｐＦ程度である。静電容量生成回路５３は、検出用電極２２Ａで検出された静電容量（第１静電容量）と比較される静電容量（第２静電容量）を生成する。可変抵抗５３Ａの抵抗値は、上述した抵抗値調整部４５を回転させることで調整可能とされている。一例として、可変抵抗５３Ａは、０から２０ｋΩ、若しくは、０から５０ｋΩの間の抵抗値が設定可能とされる。

【0043】

検出回路４１Ａは、排他的論理和回路５５を有する。排他的論理和回路５５は、電源電圧が供給されるＶＣＣ端子とグランドと接続される端子ＡＧＮＤを有する。また、排他的論理和回路５５は、抵抗５２と検出用電極２２Ａとの間の接続点ＰＡに接続される。これにより、検出用電極２２Ａで検出された静電容量がＡ入力として排他的論理和回路５５に入力される。さらに、排他的論理和回路５５は、可変抵抗５３Ａとコンデンサ５３Ｂとの間の接続点ＰＢに接続される。これにより、静電容量生成回路５３で生成された静電容量がＢ入力として排他的論理和回路５５に入力される。排他的論理和回路５５は、入力端子５１からパルスが入力されたタイミング毎に上述した検出原理に基づいてＡ入力をＢ入力とを比較し、比較結果に応じて、パルスを出力Ｙとして出力する。

【0044】

［使用例］
次に、図９を参照して静電容量検出ユニット１の使用例について説明する。図９に示すように、例えば容器６１内に液体６２が貯留されている。液体６２は、洗剤、液体石けん等何でもよい。液体６２が使用されることで液面６２Ａが徐々に低下する。

【0045】

静電容量検出ユニット１は、例えば容器６１の適宜な表面に取り付けられる。取り付け方法としては例えば両面テープを用いることができるが、係る方法に限定されることはない。具体的には、図９に示すように、ユーザーは、検出用電極２２Ａと容器６１の表面とが対向するように導出部２１Ｃを折り返し、その状態で検出用電極２２Ａを容器６１の表面に両面テープで取り付ける。

【0046】

例えば、静電容量生成回路５３が液体６２に対応する静電容量と同等のパルスの立ち上がり／立ち下りの遅延を生じさせるリファレンスを生成するように、予め可変抵抗５３Ａの抵抗値を調整しておく。このとき、図１０Ａに示すように、液面６２Ａが検出用電極２２Ａの位置よりも上側の場合は、検出用電極２２Ａで検出される静電容量と静電容量生成回路５３が生成する静電容量との差分が略０となるため、排他的論理和回路５５からの出力Ｙは例えばローレベルとなる。これに対して、図１０Ｂに示すように、液面６２Ａが静電容量検出ユニット１の取り付け位置よりも下側に低下した場合は、検出用電極２２Ａで検出される静電容量と静電容量生成回路５３が生成する静電容量との間に差分が生じる。これにより、排他的論理和回路５５からの出力Ｙは例えばハイレベルとなり、排他的論理和回路５５から静電容量の差分に応じた長さのパルスが出力される。排他的論理和回路５５からパルスが出力されたことで、静電容量検出ユニット１は液面６２Ａの低下を検出できる。上述の可変抵抗５３Ａの抵抗値の調整について詳述すると、液面６２Ａが検出用電極２２Ａの位置よりも上側にある状態で、排他的論理和回路５５からの出力Ｙが臨界的にローレベルに保たれて、パルスが出力されない状態となるように、外装上ケース１１を回転さることで、可変抵抗５３Ａの抵抗値を調整する。容器や液体による静電容量への影響は、容器の材質や厚さ、あるいは液体の成分やその濃度等に依存して変化し得るが、ユーザは、外装上ケース１１を回転さることで容易に可変抵抗５３Ａの抵抗値を調整できるため、任意の容器あるいは任意の液体に対して、適宜、リファレンスの調整を行うことができる。

【0047】

排他的論理和回路５５からパルスが出力された場合、換言すれば、液面６２Ａの低下が検出された場合に、静電容量検出ユニット１の制御回路４１はＬＥＤ４０の発光を制御してもよい。例えば、液面６２Ａの低下が検出された場合に、制御回路４１は、ＬＥＤ４０を点灯するようにしてもよい。また、制御回路４１は、常時ＬＥＤ４０を点灯させておき、液面６２Ａの低下が検出された場合にＬＥＤ４０を消灯させてもよい。本実施形態に係る外装ケース１０は光透過性樹脂で構成されるため、外装ケース１０内でのＬＥＤ４０の発光及び消灯をユーザーが認識できる。

【0048】

［本実施形態により得られる効果］
本実施形態に係る静電容量検出ユニット１によれば、例えば以下の効果が得られる。
静電容量検出ユニット１を容器の表面等に取り付けるだけで、元来、液面検出機能を有さない容器に液面検出機能を付与することができる。
静電容量検出ユニット１に対して電極部２０が着脱自在とされることで、静電容量検出ユニット１の電極部２０をカスタマイズすることができる。これにより、検知対象に適した電極部２０を使用することができ、静電容量検出ユニット１を汎用性のあるユニットとすることができる。
また、静電容量生成回路５３の可変抵抗５３Ａを簡単に調整し設定できるので、検知対象に適した静電容量（リファレンスとなる静電容量）を設定することができる。
また、電極部が破損した場合であっても容易に交換することができる。

【0049】

＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。

【0050】

（変形例１）
図１１は、本変形例に係る電極部（電極部２０Ａ）を説明するための図である。電極部２０Ａが電極部２０と異なる点は、円形部２１Ｄが矩形状の矩形部２１Ｅとなっており、また、検出用電極２２Ａが矩形状の形状を有し、グランドパターン２３のＣ字状部２３Ａが略矩形となっている点である。矩形部２１Ｅは、例えば、導出部２１Ｃの延在方向と略直交する方向が長手方向となる形状を有する。

【0051】

係る電極部２０Ａの形状により、静電容量検出ユニット１を使用する際に、図１２に示すように矩形部２１Ｅを湾曲させることができる。従って、静電容量検出ユニット１が取り付けられる容器等が円筒状でありその表面が湾曲している場合であっても、当該表面に検出用電極２２Ａを密着させることができる。これにより、静電容量を精度良く検出することができる。

【0052】

例えば、静電容量検出ユニット１が取り付けられる容器の表面が平坦な場合は一実施形態に係る電極部２０を使用する。静電容量検出ユニット１が取り付けられる容器の表面が湾曲している場合は、ＦＰＣコネクタ４４に取り付けられる電極部を電極部２０から電極部２０Ａに付け替えた上で、静電容量検出ユニット１を容器に取り付ける。このように静電容量検出ユニット１の電極部をカスタマイズすることができるので、静電容量検出ユニット１の取り付け対象に適した電極部を用いることができる。

【0053】

（変形例２）
上述した一実施形態では、静電容量生成回路５３がリファレンスとなる静電容量を生成する構成について説明したがこれに限定されることはない。例えば、静電容量検出ユニット１が静電容量生成回路５３を有さずに、電極部２０が検出用電極を２個有するようにしてもよい。図１３は、本変形例に係る検出回路４１Ａの回路構成例を示す。本変形例に係る検出回路４１Ａは、静電容量生成回路５３を有さない。ＦＰＣコネクタ４４の所定のピンに対しては、検出用電極２２Ａとは異なる検出用電極２６Ａが接続される。

【0054】

入力端子５１に接続されているラインＬ１は、ラインＬ２とラインＬ４とに分岐する。ラインＬ４に対して抵抗５６が接続される。抵抗５６は、ＦＰＣコネクタ４４の所定のピンに接続される。例えば、抵抗５６は、検出用電極２６Ａで検出された静電容量が入力されるピンに対して接続される。

【0055】

抵抗５６と検出用電極２６Ａとの間の接続点ＰＣが排他的論理和回路５５に接続される。これにより、検出用電極２６Ａで検出された静電容量がＢ入力として排他的論理和回路５５に入力される。排他的論理和回路５５は、入力端子５１からパルスが入力されたタイミング毎に上述した検出原理に基づいてＡ入力をＢ入力とを比較し、比較結果に応じて適宜パルスを出力する。

【0056】

図１４は、本変形例に係る電極部２０Ｂの具体例を示す。電極部２０Ｂは、検出用電極２２Ａの他に検出用電極２６Ａを有する。本変形例では、検出用電極２２Ａと検出用電極２６Ａとがいずれも半円状の形状を有する。検出用電極２６Ａは、検出用電極２２Ａの下側のやや離隔した位置に形成される。検出用電極２６Ａによって検出された静電容量が第３接続部２６Ｂを介してＦＰＣコネクタ４４に供給される。ここで、ＦＰＣコネクタ４４との接続部分における各配線の配設順序について、図１４において、上側から２本がテスト用電極への接続部（テスト信号用電極２５Ａへの接続部及びテスト信号用電極（グランド）２５Ｂへの接続部）、上側から３番目が検出用電極２２Ａへの第１接続部２２Ｂ、上側から４番目がグランドパターン２３への第２接続部２３Ｂ、の順序で配設されており、これらの配設順序は、図４に図示した実施例における配設順序と共通している。本変形例では、図４に示した実施例の場合に加えて第３接続部２６Ｂが配設されている点で異なっており、この点について、図４の図示において未接続となっていた下端の接続部（予備の検出用電極２５Ｃの接続部）を第３接続部２６Ｂとして配設している。このような配設順序とすることで、図４に示した実施例における配設順序との互換性を持たせることができる。

【0057】

例えば、検出用電極２２Ａが上側、検出用電極２６Ａが下側になるようにして電極部２０Ｂが容器の表面に取り付けられる。液面が検出用電極２２Ａの上端の位置よりも低下すると、それぞれの検出用電極で検出される静電容量に差分が生じ、液面が検出用電極２６Ａの位置まで低下した場合に、それぞれの検出用電極で検出される静電容量に差分が最大となる。この差分に基づいて排他的論理和回路５５から差分に応じた長さのパルスが出力される。これにより液面の低下を検出できる。

【0058】

図１５は、本変形例に係る他の電極部２０Ｃの具体例を示す。電極部２０Ｃは、電極部２０Ｂと同様に、検出用電極２２Ａ及び検出用電極２６Ａを有する。検出用電極２２Ａ及び検出用電極２６Ａは、例えば直角三角形状の形状を有する。検出用電極２２Ａ及び検出用電極２６Ａは、各々の斜辺が対向するように、且つ、最小の角が上下反対となるようにして設けられる。

【0059】

図１６に示すように、上述した液面６２Ａの位置が液面６２１の場合は、液体に対応している検出用電極の面積が、検出用電極２２Ａの方が検出用電極２６Ａよりも小さいので、この面積の違いにより、検出用電極２２Ａで検出される静電容量が検出用電極２６Ａで検出される静電容量よりも小さくなるため、排他的論理和回路５５からこの差分に応じた長さのパルスが出力される。また、液面６２Ａの位置が液面６２１よりも下側の液面６２２まで低下した場合は、液体に対応している検出用電極の面積が、検出用電極２２Ａの方が検出用電極２６Ａよりも小さいので、排他的論理和回路５５からこの差分に応じた長さのパルスが出力される。また、液面６２Ａの位置が液面６２２から液面６２３までさらに低下した場合は、検出用電極の面積の違いにより、検出用電極２２Ａで検出される静電容量が検出用電極２６Ａで検出される静電容量よりも小さくなるので、排他的論理和回路５５からこの差分に応じた長さのパルスが出力される。

【0060】

電極部２０Ｃによれば、検出用電極２２Ａで検出される静電容量と検出用電極２６Ａで検出される静電容量との差分に応じて排他的論理和回路５５から出力されるパルスの幅をモニタリングすることで液面６２Ａの位置を検出することができる。

【0061】

（変形例３）
静電容量検出ユニット１が、静電容量生成回路５３を有し、且つ、検出用電極を２個有する構成でもよい。図１７は、本変形例に係る検出回路４１Ａの回路構成例を示す。接続点ＰＢと接続点ＰＣとの間にスイッチＳＷが設けられている。例えば、静電容量生成回路５３が生成する静電容量を用いる場合はスイッチＳＷをオンする。検出用電極２６Ａで検出される静電容量を用いる場合はスイッチＳＷをオフする。スイッチＳＷをオン／オフするためのボタン等が外装ケース１０に設けられてもよい。

【0062】

（その他の変形例）
本発明に係る静電容量検出ユニットの用途は液面の検出に限定されることはない。例えば、液体に乳化剤等の添加剤が一定以上、混合したか否かを検出できる。添加剤の混入度合いによって静電容量が変化するので、係る静電容量を検出することで添加剤が一定以上、混合したか否かを検出できる。また、本発明に係る静電容量検出ユニットによれば、液面の低下だけでなく液面の上昇も検出できる。例えば、汚水タンクに汚水を入れて処理する場合に、汚水タンクに一定以上の汚水が貯まったか否かを検出できる。また、本発明に係る静電容量検出ユニットによれば、汚水タンクで発生する気泡の影響を受けづらいので、汚水タンク内の汚水量を精度良く検出できる。

【0063】

検出用電極の数は２個でなく、３個以上の複数であってもよい。外装ケースの形状は円筒状の形状以外であってもよい。
電極部は外装ケースに設けられたコネクタに着脱自在とされてもよい。当該コネクタは外装ケース内でＦＰＣ等を介して検出回路に接続される。係る構成によれば、外装上ケースと外装下ケースとを分離せずに電極部を交換することができる。
静電容量を用いた処理はアナログで行われてもよいし。デジタルデータに変換した上で行われてもよい。

【0064】

上述した実施形態の構成、方法、工程、形状、材料及び数値等は、本発明の主旨を逸脱しない限り、互いに組み合わせることや入れ替えることが可能である。また、１つのものを２つ以上に分けることも可能であり、２つ以上のものを１つに纏めることも可能である。さらに、一部を省略することも可能である。

【0065】

＜応用例＞
次に、本発明の応用例について説明する。なお、本応用例に係る静電容量検出ユニット１の制御回路４１は、外部機器と通信を行う公知の通信回路を有する。静電容量検出ユニット１が行う通信としては、ＬＡＮ（Local Area Network）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、ＷＵＳＢ（Wireless USB）、ＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）等が挙げられる。

【0066】

図１８は、本応用例に係るシステム構成例を示す図である。例えば、液体（例えば消毒液７２）が貯められる容器７１の表面に対して４個の静電容量検出ユニット（静電容量検出ユニット１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄ）が取り付けられる。それぞれの静電容量検出ユニットは、消毒液７２の液面７２Ａが自身の取り付け位置を下回ったか否かを検出する。

【0067】

４個の静電容量検出ユニットは、例えば、容器７１の高さを略４等分した位置に取り付けられる。容器７１内の消毒液７２が略満杯である状態、すなわち、何れの静電容量検出ユニットによっても液面７２Ａの低下が検出されない場合は、消毒液７２の残容量の割合が１００％とされる。静電容量検出ユニット１Ａのみにより液面７２Ａの低下が検出された場合は、消毒液７２の残容量の割合が７５％とされる。静電容量検出ユニット１Ａ、１Ｂにより液面７２Ａの低下が検出された場合は、液体の残容量の割合が５０％とされる。静電容量検出ユニット１Ａ～１Ｃにより液面７２Ａの低下が検出された場合は、消毒液７２の残容量の割合が２５％とされる。全ての静電容量検出ユニットにより液面７２Ａの低下が検出された場合は、消毒液７２の残容量の割合が０％とされる。ここでの残容量の割合は実際の残容量の割合と近似した値である。

【0068】

各静電容量検出ユニットは、検出結果を所定の周期（例えば、１０秒毎）にスマートホン７３に通知する。係る通知は、例えば、ＢＬＥに基づく通信により行われる。

【0069】

スマートホン７３は、各静電容量検出ユニットから通知された検出結果をサーバー７４に送信する。サーバー７４には各静電容量検出ユニットの検出結果が、日付、時間、ＧＰＳ（Global Positioning System）等と対応付けられて保存される。

【0070】

スマートホン７３は、各静電容量検出ユニットの検出結果の組み合わせに基づいて、消毒液７２の残容量の割合を判断する。例えば、静電容量検出ユニット１Ａから液面７２Ａの低下を検出した旨が通知され、他の静電容量検出ユニット１Ｂ～１Ｄから液面７２Ａの低下を検出しない旨が通知された場合には、スマートホン７３は、消毒液７２の残容量の割合が７５％と判断する。

【0071】

スマートホン７３は、静電容量検出ユニット１Ａ～１Ｃにより液面７２Ａの低下が検出された場合、すなわち、消毒液７２の残容量の割合が２５％となった場合に、消毒液７２の残容量の低下をユーザー７５に通知する。ユーザー７５への通知は、例えばスマートホン７３が有するバイブレータ機能と、スマートホン７３が有するディスプレイへのポップアップ表示とによって行われる。音声等によって消毒液７２の残容量の低下がユーザー７５に通知されてもよい。

【0072】

図１９は、ユーザー７５に通知されるポップアップ表示の一例を示す。例えば、スマートホン７３のディスプレイの上側には、現在の日時に関する日時表示７３Ａが表示される。日時表示７３Ａの下側に残容量の割合を示す残容量割合表示７３Ｂが表示される。図１９の例では、残容量割合表示７３Ｂ（例えば２５％）が円グラフによって表示される。残容量割合表示７３Ｂは円グラフでなく数字だけの表示でもよいし、棒グラフ状の表示等であってもよい。残容量割合表示７３Ｂの下側にはメッセージ７３Ｃが表示される。メッセージ７３Ｃの内容は例えば消毒液７２の補充を促すメッセージであり、具体的には「消毒液の残量が少なくなってます。補充してください。」とのメッセージである。図１９に示したポップアップ表示は、例えばスマートホン７３の振動に共に表示される。

【0073】

図１９に示すポップアップ表示は他の情報を含んでいてもよい。例えば、残容量の割合の経時的変化が折れ線グラフ等で表示されてもよい。また、残容量の割合が２５％になったときでなく、７５％や５０％になったときにポップアップ表示が表示されるようにしてもよい。

【0074】

図２０は、別の応用例を説明するための図である。容器８１内に液体８２が貯められている。ユーザーは、液体８２の液面８２Ａを検出したい箇所に静電容量検出ユニットを取り付ける。ユーザーは、例えば容器８１の下側付近であり上下にやや離隔した位置に、２個の静電容量検出ユニット（静電容量検出ユニット１Ｄ、１Ｅ）を取り付ける。２個の静電容量検出ユニット１Ｄ及び静電容量検出ユニット１Ｅは、例えば制御基板８５に実装されており、制御基板８５にはそれぞれの静電容量検出ユニットの検出結果を処理するＩＣ（不図示）等が実装される。

【0075】

図２０に示すように、液体８２の使用に伴い液面８２Ａが静電容量検出ユニット１Ｄと静電容量検出ユニット１Ｅとの間まで低下すると、それぞれの静電容量検出ユニットで検出される静電容量に差分が生じる。差分が検出された際に、例えば上述したポップアップ表示が表示されるようにしてもよい。係る構成により、液面が、ユーザーが設定した位置まで低下したことを検出できる。ポップアップ表示等の通知を受けたユーザーは、液体８２を適宜補充する。

【符号の説明】

【0076】

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ・・・静電容量検出ユニット
１０・・・外装ケース
１１・・・外装上ケース
１２・・・外装下ケース
２０・・・電極部
２２Ａ、２６Ａ・・・検出用電極
２３・・・グランドパターン
４１Ａ・・・検出回路
４４・・・ＦＰＣコネクタ
４５・・・抵抗値調整部
５３・・・静電容量生成回路
５３Ａ・・・可変抵抗
５３Ｂ・・・コンデンサ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】