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容量結合式センサ装置 - 特開2003−156569 | j-tokkyo
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【発明の名称】 容量結合式センサ装置
【発明者】 【氏名】北村 輝夫

【要約】 【課題】得られる出力信号を直流電圧として汎用性を高くする。

【解決手段】センサ部400が、送信電極401と、受信電極402と、シールド電極403との3つの電極を有する。シールド電極403は、送信電極401と受信電極402との間を高周波的にシールドするためのものであり、常時アースされている。送信電極401には、高周波発振回路410から高周波電圧が印加される。受信電極402からは、両電極401と4023との間の静電容量の大きさに応じた高周波電圧が出力される。受信電極402から出力された高周波電圧は、検波回路420によって直流電圧に変換される。検波回路420で得られた直流電圧の大きさに応じて、物質の有無あるいは物質の量が決定される。
【特許請求の範囲】
【請求項1】送信電極と、該送信電極と容量結合される受信電極と、該記送信電極と受信電極との間に配設されて該送信電極と受信電極との間をシールドするシールド電極と、を備えたセンサ部と、前記送信電極とシールド電極との間に介在され、該送信電極に高周波電圧を印加する高周波発振装置と、前記受信電極とシールド電極との間に介在され、該受信電極から出力される高周波電圧を直流電圧に変換する検波装置と、を備えていることを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項2】請求項1において、物質の有無を検出するための物質検知用とされている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項3】請求項2において、前記検波装置からの出力電圧を所定のしきい値電圧と比較して、比較結果を出力する比較器をさらに備えている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項4】請求項2において、内面に物質が接触される絶縁性の壁面部を有する壁面構成部材を有し、前記センサ部が、前記壁面構成部材の外面または壁内に設けられている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項5】請求項4において、前記壁面構成部材が、容器または配管の壁面構成部材とされている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項6】請求項2において、前記センサ部は、全体として、少なくとも3本以上の導電線が互いに小間隔あけてかつ互いにほぼ平行に伸びる形状に形成されている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項7】請求項6において、前記複数本の導電線が、それぞれ複数本の導電線からなる3組に区分けされて、 前記3組に区分けされた第1組の複数本の導電線によって、複数本の前記送信電極が構成され、前記3組に区分けされた第2組の複数本の導電線によって、複数本の前記受信電極が構成され、前記3組に区分けされた第3組の複数本の導電線によって、複数本の前記シールド電極が構成され、前記送信電極を構成する各導電線と前記受信電極を構成する各導電線との間に、それぞれ、前記シールド電極を構成する導電線が配設され、前記送信電極を構成する各導電線の一端部同士が、電気的に接続され、前記受信電極を構成する各導電線の一端部同士が、電気的に接続され、前記シールド電極を構成する各導電線の一端部同士が、電気的に接続されている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項8】請求項7において、前記各導電線はそれぞれ、絶縁性の被覆材によって被覆された被覆線とされている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項9】請求項7において、前記各導電線の長手方向の各端部に、各導電線同士の間隔を維持するためのスペーサ部材が設けられている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項10】請求項2において、前記送信電極と受信電極とシールド電極とが、それぞれ、複数本の導電線によって構成され、前記送信電極を構成する複数本の導電線が、1つの第1平面内において互いに所定間隔あけて互いにほぼ平行に配設され、前記受信電極を構成する複数本の導電線が、前記第1平面とほぼ平行な第2平面内において、互いに小間隔をあけてかつ前記送信電極用の導電線と交差する方向に伸びるように配設され、前記シールド電極を構成する複数本の導電線が、前記第1平面と第2平面との間において、前記送信電極用の複数本の導電線および前記受信電極用の複数本の導電線に対してそれぞれ交差する方向に伸びるように配設され、前記第1平面と直交する方向から見たとき、前記送信電極用の導電線と受信電極用の導電線とシールド電極用の導電線とが互いに交差する位置が、多数存在するように設定されており、前記センサ部が、全体的に、多数の目を有するシート状として形成されている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項11】請求項10において、前記送信電極用の複数本の導電線の一端部同士が、互いに電気的に接続され、前記受信電極用の複数本の導電線の一端部同士が、互いに電気的に接続され、前記シールド電極用の複数本の導電線の一端部同士が、互いに電気的に接続されている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項12】請求項10において、前記送信電極用の複数本の導電線を第1導電線とし、前記受信電極用の複数本の導電線を第2導電線とし、前記シールド電極用の複数本の導電線を第3導電線としたとき、前記第1導電線と第2導電線と第3導電線とのうち任意の2つの導電線同士が互いにほぼ直交するように配設されると共に、前記任意の2つの導電線以外の残る1つの導電線が、該任意の2つの導電線に対してそれぞれほぼ45度の角度をなすように配設されている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項13】請求項10において、前記各導電線はそれぞれ、絶縁性の被覆材によって被覆された被覆線とされている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項14】請求項10において、前記各導電線の長手方向各端部に、各導電線同士の間隔を維持するためのスペーサ部材が設けられている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項15】請求項14において、前記スペーサ部材は、中央に大きな開口部を有する環状に形成されており、前記各導電線は、前記スペーサ部材の開口部を横断するように配設され、前記各導電線の長手方向の各端部が、それぞれ、前記スペーサ部材に取付けられている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項16】請求項1において、物質の量を検出するための容量検出用とされている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項17】請求項16において、物質を受け入れる容器を備え、前記センサ部が、前記容器内での物質の量が変動する方向に伸ばして配設され、前記容器のうち少なくとも前記センサ部の配設位置およびその付近が絶縁性を有するように設定されている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項18】請求項17において、前記センサ部が、前記容器の外面または壁内に設けられている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項19】請求項17において、前記センサ部が、前記容器の外部でかつ該容器に近接して配設されている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項20】請求項1において、前記センサ部が複数設けられ、前記各センサ部のうち前記各送信電極が、1つの前記高周波発振装置に対して互いに並列に接続され、前記各センサ部のうち前記各受信電極が、1つの前記検波装置に対して互いに並列に接続され、前記各送信電極のうち任意の1つを選択的に前記高周波発振装置に接続するための選択装置が設けられている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項21】請求項1において、前記センサ部が複数設けられ、前記各センサ部のうち前記各送信電極が、1つの前記高周波発振装置に対して互いに並列に接続され、前記各センサ部のうち前記各受信電極が、1つの前記検波装置に対して互いに並列に接続され、前記各受信電極のうち任意の1つを選択的に前記検波装置に接続するための選択装置が設けられている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項22】請求項1において、前記送信電極と受信電極とシールド電極とは、絶縁性の合成樹脂からなる1つの保持体に保持されている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項23】請求項22において、前記送信電極と受信電極とシールド電極とは、それぞれ容易に曲げ変形できるように薄く形成されており、前記保持体が可撓性を有して、該保持体は、前記送信電極と受信電極とシールド電極とを保持した状態で容易に曲げ変形できるようにされている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項24】請求項23において、前記送信電極と受信電極とシールド電極とは、それぞれ前記保持体内に埋設され、前記送信電極、受信電極およびシールド電極から伸びる各導線が、前記保持体の外部に延設されている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項25】請求項1において、前記高周波発振装置が、コンピュータに組み込まれているクロックとされている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項26】請求項2ないし請求項25のいずれか1項において、前記物質が、生体、生体からの排泄物、気体、液体、固体、粉体、粒状物またはゲル状物のいずれかである、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項27】請求項6ないし請求項15のいずれか1項において、患者に装着されて、患者からの排泄物を受け入れる排泄物カップを備え、前記センサ部が、前記排泄物カップの外面または該排泄物カップから伸びる排泄物排出経路の外面に設けられている、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項28】請求項6〜請求項15のいずれか1項において、患者に装着されて、少なくとも患者から排出される便を受け入れる排泄物カップを備え、前記排泄物カップから少なくとも便を排出するための便排出経路が、該排泄物カップ内において上方を向くように開口されたカップ内開口部を有し、前記センサ部が前記カップ内開口部を横断するように配設されて、患者から排出された便が該センサ部上に載置されるようにされ、前記便排出経路が吸引作用を受けたとき、前記センサ部上の便が該センサ部を通過される、ことを特徴とする容量結合式センサ装置。
【請求項29】送信電極と、該送信電極と容量結合される受信電極と、該記送信電極と受信電極との間に配設されて該送信電極と受信電極との間をシールドするシールド電極とによってセンサ部を構成しており、前記送信電極とシールド電極との間に高周波電圧を印加し、前記受信電極から出力される高周波電圧を直流電圧に変換し、前記直流電圧の大きさに基づいて、物質の有無または物質の量の少なくとも一方を検出する、ことを特徴とする容量結合式センサを用いた物質の検出方法。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、容量結合式センサ装置および容量結合式センサ装置を用いた物質の検出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】センサ装置の中には、容量結合式つまりコンデンサ(キャパシタ)を利用した容量結合式(静電容量式)センサ装置がある。特開2000−80703号公報には、人体の局部洗浄式の便座に人体が着座されたことを検出するために、容量結合式センサ装置を利用したものが開示されている。この公報記載のものでは、センサ部が、容量結合用の検出電極と接地電極の他に、この両電極間に介在された保護電極とから構成されて、各電極間が絶縁状態とされている。そして、検出電極と接地電極との間の静電容量を、高周波発振回路における発振周波数の設定用として利用して、人体接近に起因する静電容量の変化を発振回路からの発振周波数(最終的な出力信号)の変化として把握するものである。なお、保護電極は、センサ自身の有する静電容量を低減させるために設けられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公報記載のものでは、得られる出力信号が、周波数の変化というように一般的な出力信号ではないために、周波数を検出する特別の装置を必要としてしまう、という問題がある。なお、上記公報記載のものでは、人体という物質の有無の検出のみであり、例えば液体の容量変化というように、物質の容量を連続可変式に検出することは何ら意図されていないものである。
【0004】本発明は以上のような事情を勘案してなされたもので、その目的は、得られる出力信号が一般的な直流電圧信号となるようにした容量結合式センサ装置および容量結合式センサ装置における物質の検出方法を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため、本発明にあっては、基本的に、容量結合される送信電極と受信電極とを、高周波電圧の通電抵抗として利用するようにしてある。そして、この送信電極と受信電極との間で高周波電圧がリークしてしまうのを防止するために、該送信電極と受信電極との間にシールド電極を介在させるようにしてある。さらに、受信電極からの出力となる高周波電圧を、検波によって直流電圧に変換するようにしてある。
【0006】具体的には、本発明装置にあっては次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項1に記載のように、送信電極と、該送信電極と容量結合される受信電極と、該記送信電極と受信電極との間に配設されて該送信電極と受信電極との間をシールドするシールド電極と、を備えたセンサ部と、前記送信電極とシールド電極との間に介在され、該送信電極に高周波電圧を印加する高周波発振装置と、前記受信電極とシールド電極との間に介在され、該受信電極から出力される高周波電圧を直流電圧に変換する検波装置と、を備えたものとしてある。
【0007】これにより、送信電極と受信電極とに跨って物質が存在しているときと存在していないときとでは該両電極間の静電容量が相違するが、この静電容量の相違を検波装置で検波された後の直流電圧の大きさをみることによって知ることができる(物質の有無確認で、請求項2対応)。また、送信電極と受信電極とに跨って存在する物質の量が変化すると、両電極間の静電容量が変化するが、この静電容量の変化を検波装置で検波された後の直流電圧の大きさをみることによって知ることができる(物質の量の確認で、請求項16対応)。
【0008】前記解決手法を前提として、次のような手法を合わせて採択することができる。すなわち、前記検波装置からの出力電圧を所定のしきい値電圧と比較して、比較結果を出力する比較器をさらに備えている、ようにすることができる(請求項3対応)。この場合、比較器からの出力をみることによって、物質の有無をより簡単に知ることができる。
【0009】内面に物質が接触される絶縁性の壁面部を有する壁面構成部材を有し、前記センサ部が、前記壁面構成部材の外面または壁内に設けられている、ようにすることができる(請求項4対応)。この場合、センサ部を物質に対して接触させる必要がないものとなる。前記壁面構成部材が、容器または配管の壁面構成部材とされている、ようにすることができる(請求項5対応)。この場合、容器または配管内の物質の有無を、センサ部を物質に接触させることなく検出することができる。
【0010】前記センサ部は、全体として、少なくとも3本以上の導電線が互いに小間隔あけてかつ互いにほぼ平行に伸びる形状に形成されている、ようにすることができる(請求項6対応)。この場合、各電極を導電線によって簡単に構成することができ、また各電極の間の隙間を、物質通過用とすることが可能となる。
【0011】前記複数本の導電線が、それぞれ複数本の導電線からなる3組に区分けされて、 前記3組に区分けされた第1組の複数本の導電線によって、複数本の前記送信電極が構成され、前記3組に区分けされた第2組の複数本の導電線によって、複数本の前記受信電極が構成され、前記3組に区分けされた第3組の複数本の導電線によって、複数本の前記シールド電極が構成され、前記送信電極を構成する各導電線と前記受信電極を構成する各導電線との間に、それぞれ、前記シールド電極を構成する導電線が配設され、前記送信電極を構成する各導電線の一端部同士が、電気的に接続され、前記受信電極を構成する各導電線の一端部同士が、電気的に接続され、前記シールド電極を構成する各導電線の一端部同士が、電気的に接続されている、ようにすることができる(請求項7対応)。この場合、簡単な構成でもって、物質の検知面積を広くすることができる。また、センサ部への電気的接続部の数を、必要最小限の3本のみとすることができる。
【0012】前記各導電線はそれぞれ、絶縁性の被覆材によって被覆された被覆線とされている、ようにすることができる(請求項8対応)。この場合、各電極間の絶縁を簡単に行うことができる。また、市販の被覆電線を用いてセンサ部を簡単に構成することができる。
【0013】前記各導電線の長手方向の各端部に、各導電線同士の間隔を維持するためのスペーサ部材が設けられている、ようにすることができる(請求項9対応)。この場合、スペーサ部材によって、各導電線の間隔を確実に所定間隔に維持することができる。
【0014】前記送信電極と受信電極とシールド電極とが、それぞれ、複数本の導電線によって構成され、前記送信電極を構成する複数本の導電線が、1つの第1平面内において互いに所定間隔あけて互いにほぼ平行に配設され、前記受信電極を構成する複数本の導電線が、前記第1平面とほぼ平行な第2平面内において、互いに小間隔をあけてかつ前記送信電極用の導電線と交差する方向に伸びるように配設され、前記シールド電極を構成する複数本の導電線が、前記第1平面と第2平面との間において、前記送信電極用の複数本の導電線および前記受信電極用の複数本の導電線に対してそれぞれ交差する方向に伸びるように配設され、前記第1平面と直交する方向から見たとき、前記送信電極用の導電線と受信電極用の導電線とシールド電極用の導電線とが互いに交差する位置が、多数存在するように設定されており、前記センサ部が、全体的に、多数の目を有するシート状として形成されている、ようにすることができる(請求項10対応)。この場合、簡単な構成でもって、物質の検知面積を極めて広くすることができ、また送信電極と受信電極とシールド電極とからなる多数の検知部を構成することができる。
【0015】前記送信電極用の複数本の導電線の一端部同士が、互いに電気的に接続され、前記受信電極用の複数本の導電線の一端部同士が、互いに電気的に接続され、前記シールド電極用の複数本の導電線の一端部同士が、互いに電気的に接続されている、ようにすることができる(請求項11対応)。この場合、センサ部への電気的接続部の数を、必要最小限の3本のみとすることができる。
【0016】前記送信電極用の複数本の導電線を第1導電線とし、前記受信電極用の複数本の導電線を第2導電線とし、前記シールド電極用の複数本の導電線を第3導電線としたとき、前記第1導電線と第2導電線と第3導電線とのうち任意の2つの導電線同士が互いにほぼ直交するように配設されると共に、前記任意の2つの導電線以外の残る1つの導電線が、該任意の2つの導電線に対してそれぞれほぼ45度の角度をなすように配設されている、ようにすることができる(請求項12対応)。この場合、網目状あるいは格子状となるセンサ部の縦および横方向の強度を確保しつつ、さらに斜め方向の強度をも向上させる上で好ましいものとなる。
【0017】前記各導電線はそれぞれ、絶縁性の被覆材によって被覆された被覆線とされている、ようにすることができる(請求項13対応)。この場合、各電極間の絶縁を、市販の被覆電線を利用して簡単に行うことができる。
【0018】前記各導電線の長手方向各端部に、各導電線同士の間隔を維持するためのスペーサ部材が設けられている、ようにすることができる(請求項14対応)。この場合、各導電線の間隔つまり位置関係を所定のものに確実に維持する上で好ましいものとなる。
【0019】前記スペーサ部材は、中央に大きな開口部を有する環状に形成されており、前記各導電線は、前記スペーサ部材の開口部を横断するように配設され、前記各導電線の長手方向の各端部が、それぞれ、前記スペーサ部材に取付けられている、ようにすることができる(請求項15対応)。この場合、簡単な構成によってスペーサ部材の剛性を十分に確保することができる。また、スペーサ部材が、物質が各導電線の間の隙間(目)を通過することを何ら阻害しないものとする上でも好ましいものとなる。
【0020】物質を受け入れる容器を備え、前記センサ部が、前記容器内での物質の量が変動する方向に伸ばして配設され、前記容器のうち少なくとも前記センサ部の配設位置およびその付近が絶縁性を有するように設定されている、ようにすることができる(請求項17対応)。この場合、容器内の物質の量を連続可変式に検出することができる。
【0021】前記センサ部が、前記容器の外面または壁内に設けられている、 ようにすることができる(請求項18対応)。この場合、センサ部を容器内の物質と接触させることなく、容器内の物質の量を検出することができる。
【0022】前記センサ部が、前記容器の外部でかつ該容器に近接して配設されている、ようにすることができる(請求項19対応)。この場合、センサ部を容器に直接取付けることなく、容器内の物質の量を検出することができる。
【0023】前記センサ部が複数設けられ、前記各センサ部のうち前記各送信電極が、1つの前記高周波発振装置に対して互いに並列に接続され、前記各センサ部のうち前記各受信電極が、1つの前記検波装置に対して互いに並列に接続され、前記各送信電極のうち任意の1つを選択的に前記高周波発振装置に接続するための選択装置が設けられている、ようにすることができる(請求項20対応)。この場合、複数のセンサ部に対して、高周波発振装置および検波装置がそれぞれ1つで済むことになる。
【0024】前記センサ部が複数設けられ、前記各センサ部のうち前記各送信電極が、1つの前記高周波発振装置に対して互いに並列に接続され、前記各センサ部のうち前記各受信電極が、1つの前記検波装置に対して互いに並列に接続され、前記各受信電極のうち任意の1つを選択的に前記検波装置に接続するための選択装置が設けられている、ようにすることができる(請求項21対応)。この場合、複数のセンサ部に対して、高周波発振装置および検波装置がそれぞれ1つで済むことになる。
【0025】前記送信電極と受信電極とシールド電極とは、絶縁性の合成樹脂からなる1つの保持体に保持されている、ようにすることができる(請求項22対応)。この場合、各電極を所定の位置関係に維持しつつ、各電極の取付を保持体を利用して容易に行うことができる。
【0026】前記送信電極と受信電極とシールド電極とは、それぞれ容易に曲げ変形できるように薄く形成されており、前記保持体が可撓性を有して、該保持体は、前記送信電極と受信電極とシールド電極とを保持した状態で容易に曲げ変形できるようにされている、ようにすることができる(請求項23対応)。この場合、各電極つまり保持体を、湾曲した面等にも容易に取付けることができる。
【0027】前記送信電極と受信電極とシールド電極とは、それぞれ前記保持体内に埋設され、前記送信電極、受信電極およびシールド電極から伸びる各導線が、前記保持体の外部に延設されている、ようにすることができる(請求項24対応)。各電極の保護つまり耐久性を十分に向上させる上で好ましいものとなる。勿論、各電極への結線は、保持体の外部へ延在された導線を利用して簡単に行うことができる。
【0028】前記高周波発振装置が、コンピュータに組み込まれているクロックとされている、ようにすることができる(請求項25対応)。この場合、コンピュータのクロックを、高周波発振装置として有効に利用することができる。
【0029】前記物質が、生体、生体からからの排泄物、気体、液体、固体、粉体、粒状物またはゲル状物のいずれかである、ようにすることができる(請求項26対応)。この場合、検出対象の一例が列挙されるが、検出対象となる物質の範囲(種類)が極めて広いものとなる。
【0030】患者に装着されて、患者からの排泄物を受け入れる排泄物カップを備え、前記センサ部が、前記排泄物カップの外面または該排泄物カップから伸びる排泄物排出経路の外面に設けられている、ようにすることができる(請求項27対応)。この場合、センサ部が排泄物によって汚損されるのを確実に防止しつつ、排泄物の検出を行うことができる。
【0031】患者に装着されて、少なくとも患者から排出される便を受け入れる排泄物カップを備え、前記排泄物カップから少なくとも便を排出するための便排出経路が、該排泄物カップ内において上方を向くように開口されたカップ内開口部を有し、前記センサ部が前記カップ内開口部を横断するように配設されて、患者から排出された便が該センサ部上に載置されるようにされ、前記便排出経路が吸引作用を受けたとき、前記センサ部上の便が該センサ部を通過される、ようにすることができる(請求項28対応)。この場合、広い検知範囲を有するセンサ部によって、便が排泄物カップ内に排出されたことを確実に検出することができる。また、排泄物カップ内に排出された便は、センサ部を構成する各導電線の隙間を通過することによって小さくされた状態となり、便が排出経路に詰まってしまう事態を防止する上でも好ましいものとなる。
【0032】前記目的を達成するため、本発明方法にあっては、次のような解決手法を採択してある。すなわち、特許請求の範囲における請求項29に記載のように、送信電極と、該送信電極と容量結合される受信電極と、該記送信電極と受信電極との間に配設されて該送信電極と受信電極との間をシールドするシールド電極とによってセンサ部を構成しており、前記送信電極とシールド電極との間に高周波電圧を印加し、前記受信電極から出力される高周波電圧を直流電圧に変換し、前記直流電圧の大きさに基づいて、物質の有無または物質の量の少なくとも一方を検出する、ようにされている。これにより、物質の有無または物質の量を、直流電圧の大きさをみることによって簡単に検出することができる。
【0033】
【発明の効果】本発明によれば、物質の有無あるいは物質の量の検出結果が、直流電圧の大きさというように極めて簡単に把握することが可能となり、汎用性の高いものとなる。
【0034】
【発明の実施の形態】図1〜図5の説明図1は、本発明による容量結合式センサ装置の回路例を示すもので、400はセンサ部である。このセンサ部400は、送信電極401と、受信電極402と、シールド電極403との3つの電極を有する。勿論、各電極401〜403は、それぞれ導電性部材によって形成されている(例えば銅箔等の薄い金属板によって形成)。各電極401〜403は、互いに所定の小間隔をあけて並列に配設されている。つまり、送信電極401とシールド電極403との間の間隔、および受信電極402とシールド電極403との間の間隔は、絶縁層を構成している(絶縁のために各電極間に別途絶縁材を介在させることもできる)。
【0035】送信電極401と受信電極402とは互いに容量結合されるもので、互いに共働してコンデンサを構成する。シールド電極403は、後述するように、送信電極401と受信電極402との間を、高周波的にシールドするためのものであり、常時アースされている。
【0036】送信電極401には、高周波発振回路(高周波発振装置、高周波発振手段)410から高周波電圧が印加される(例えば2MHZの電圧)。すなわち、送信電極401とシールド電極403との間に、高周波発振回路410が構成される。また、受信電極402からは、後述するように高周波電圧が出力されるが、この受信電極402から出力された高周波電圧は、受信電極402とシールド電極403との間に構成される検波回路(検波装置、検波手段)420によって直流電圧に変換される。検波回路420から出力される直流電圧は、出力端子421と422との間の電位差として外部へ取り出し可能とされている(422はアース端子)。
【0037】検波回路420で得られた直流電圧は、必要に応じて、比較回路(比較装置、比較手段)430に入力される。比較回路430は、比較器431からなり、この比較器431は、入力された直流電圧を所定のしきい値電圧ERと比較して、その比較の結果に応じた信号(ON信号またはOFF信号)を出力する。なお、比較回路430(比較器431)は、物質の有無の検出を行うときに用いるのが好ましく、物質の量を連続可変式に検出するときは無くともよい。
【0038】前記高周波発振回路410は、シュミット回路(ヒステリシスコンパレータ)411を有する。このシュミット回路411は、その入力ポートa11への入力電圧が所定の上限しきい値電圧EH以上となったときに、所定の一定電圧+Eoを出力する。また、シュミット回路411は、その入力ポートa11への入力電圧が、所定の下限しきい値電圧EL以下となったときに、所定の一定電圧−Eoを出力するする(0<EL<EH<Eo)。上記入力ポートa11は、バッファ用抵抗器412、コンデンサ413を介してアースされている。シュミット回路411の出力電圧は、反転器414で反転された後に、送信電極401に印加される。また、反転器414で反転された後の上記出力電圧は、帰還抵抗器415を介して、上記抵抗器412とコンデンサ413との間の帰還位置a12に帰還されるようになっている。
【0039】ここで、前記入力ポートa11の電圧が上限しきい値電圧EHのときの、前記帰還位置a12での電圧をVHとする。また、入力ポートa11の電圧が下限限しきい値電圧ELのときの、前記帰還位置a12での電圧をVLとする。この場合、帰還位置a12の電圧が上記VHとVLとの間で変化することによって、シュミット回路411からの出力電圧は、図2に示されるように、+Eoと−Eoとの間で変化された矩形波とされる(高周波電圧)。なお、シュミット回路411自体を作動させるための電源回路は、図1においては図示を略してある。
【0040】図2のような矩形波が得られることについて説明する。いま、コンデンサ413が放電されている初期時(帰還位置a12の電圧は零)の状態から、シュミット回路411の作動を開始させると、シュミット回路411は−Eoを出力する。シュミット回路411から出力された−Eoの出力電圧は、反転器414で反転されて、+Eoとなる。反転器414からの+Eoの出力電圧は、帰還抵抗器415を介してコンデンサ413へと印加されて、コンデンサ413の充電が開始され、これに伴って帰還位置a12の電圧が徐々に昇圧される。帰還位置a12の電圧が電圧VHにまで昇圧されると、シュミット回路411は+Eoを出力する。シュミット回路411が+Eoを出力すると、反転器414の出力は−Eoとなるので、充電されているコンデンサ413は、帰還抵抗器415へ向けて放電を開始する。コンデンサ413の徐々なる放電によって、帰還位置a12の電圧は、徐々に降圧されてやがてVLにまで低下する。これによりシュミット回路411が−Eoを出力する。このようにして、コンデンサ413への充電と放電とが繰り返されることにより、帰還位置a12の電圧がVHとVLとの間で変化し、これによりシュミット回路411の出力が+Eoと−Eoとの間で変化されることになる(矩形波)。
【0041】上述のように、送信電極401に高周波電圧が印加されている状態において、送信電極401と受信電極402とが容量結合されると(例えば送信電極401と受信電極402とに跨って人体等の物質が接近したとき)、受信電極402から高周波電圧が出力される。受信電極402から出力される高周波電圧の大きさは、両電極401と402との間の静電容量に応じた大きさとなる。シールド電極403によって、送信電極401に印加されている高周波電圧が、直接受信電極402側にリークしてしまう事態が防止される。
【0042】前記検波回路420は、2つのショットキーバリアダイオード423、424を有し、このショットキーバリアダイオード423、424によって、受信電極402から出力された高周波電圧が、倍電圧整流される。倍電圧整流された後の高周波電圧は、抵抗器425とコンデンサ426とによる平滑作用によって、直流電圧に変換される。図1中、Aは、送信電極401に印加される高周波電圧の波形例を示す。また、図1中Bは、受信電極402から出力される高周波電圧の波形例を示す。図1中Cは、直流電圧に平滑された後の波形例を示す。
【0043】前記比較回路430(比較器431)は、検波回路420から出力される直流電圧(入力電圧)を、所定のしきい値電圧ERと比較する。比較回路430は、上記入力電圧がしきい値電圧ERよりも大きいときにのみ、例えば所定のON信号を出力する。
【0044】図3は、送信電極401と受信電極402との間の静電容量の大きさと、検波回路420からの直流出力電圧(端子421と422との間の電位差)との関係例を示す特性図である。この図3において、静電容量と直流出力電圧との関係は、全体的には非線形となっている。図4は、図3に示される特性のうち、静電容量が小さい範囲に限定して示したものである。この図4から明らかなように、静電容量の小さい範囲では、静電容量の大きさと直流出力電圧の大きさとがほぼ線形になることが理解される。
【0045】図5は、市販の合成樹脂製(絶縁性)の計量容器の外面に、図1に示すセンサ部400を貼り付けた状態で、計量容器内の水の量と検波回路420からの出力電圧との関係例を示すものである。この図5から明らかなように、出力電圧に基づいて、計量容器内の水の量を知ることができる。なお、センサ部400(その各電極401〜403)は、容器内での水の変動方向(上下方向)に細長く伸びるように設置される。
【0046】送信電極401と受信電極402とを容量結合させる物質としては、種々のものが考えられ、例えば、生体、生体からの排泄物、水、ガソリン、薬液等の液体、天然ガス、水素ガス、都市ガス等の気体、米粉、小麦粉等の粉体、コンクリート製品、木材製品、合成樹脂製品等の固体の他、粒状物、ゲル状物等、種々存在する。換言すれば、送信電極401と受信電極402とを容量結合をさせないような物質の方が例外となる。つまり、本発明は、各種の物質の存在の有無や容量の検出を行う場合に、その適用産業分野が極めて広いものとなる。勿論、センサ部400は、検出対象となる物質に対して非接触でよい(接触させて使用することも可能)。
【0047】図6〜図8の説明図6〜図8は、センサ部400の変形例を示すものである。本例におけるセンサ部400Bは、複数本の導電線500を利用して、実質的に複数組のセンサ部400を構成するようにしたものである。用いる導電線500は、図8に示すように、銅線等の導電性の線材501を、絶縁材としての合成樹脂からなる被覆材502によって全体的に被覆したものとされている。
【0048】複数本の導電線500は、互いに小間隔あけて、ほぼ平行に配列されている。実施形態では、導電線500は全体で13本とされている。図6において、各導電線500を上方から下方へ順次500a、500b・・・・・500mとして識別する。このうち、シールド電極403用の導電線(識別のために黒塗りで示してある)は、導電線500a、500c、500e、500g、500i、500k、500mというように、導電線の配列方向において、両側に存在すると共に1本おきに存在する。送信電極401用の導電線(識別のためにハッチングを付して示す)は、500b、500f、500jの3本である。受信電極402用の導電線(識別のために白抜きで示す)は、500d、500h、500lの3本である。このように、隣り合う送信電極となる導電線と受信電極となる導電性との間に、シールド電極となる導電線が位置するように設定されている。そして、複数本の導電線の配列方向最外側の導電線が、シールド電極となるように設定されている。
【0049】送信電極となる複数本(実施形態では3本)の導電線500b、500f、500j同士は、その一端部側において、接続線510によって互いに電気的に接続されている。受信電極となる複数本(実施形態では3本)の導電線500d、500h、500l同士は、その一端部側において、接続線520によって互いに電気的に接続されている。シールド電極となる複数本(実施形態では7本)の導電線500a、500c、500e、500g、500i、500k、500m同士は、その一端部側において、接続線530によって互いに電気的に接続されている。
【0050】複数本の導電線500(500a〜500m)の各端部は、スペーサ部材540に固定されている。このスペーサ部材540は、絶縁部材(例えば合成樹脂)によって形成されて、その表面に、各導電線が個々独立して嵌合される溝部541を有している(溝部541の数は、導電線の総本数と同じ)。このようなスペーサ部材540によって、各導電線500の間隔が所定の小間隔に維持される。また、スペーサ部材540には、取付孔542が形成されて、センサ部400Bを所定の部材に固定するときに、スペーサ部材540(の取付孔542)を利用して行われる。
【0051】上述したようなセンサ部540Bは、もっぱら物質の有無を検出するときに用いられる。例えば、人体に装着して使用される排泄物カップ内に配置されて使用される。この場合、患者から便あるいは尿が排出されたときに、この便あるいは尿が隣り合う送信電極用導電線と受信電極用導電線との間に跨って接触されると、容量結合が変化して、便あるいは尿の存在が検出されることになる。センサ部400が、実質的に複数組構成されて、しかも広い範囲に分散している形態となるために、便あるいは尿の検出が確実に行われることになる。この他、屋外に露出させて配置することにより降雨の検出に用いたりする等、適宜の用途に使用できる。
【0052】センサ部400Bは、少なくとも2つのスペーサ部材540の間が全体的に可撓性を有するのものとなる。勿論、スペーサ部材540をも可撓性を有するように設定することにより、全体的に可撓性をもたせることが可能となる。
【0053】図9、図10の説明図9、図10は、センサ部400の変形例を示すものである。本例におけるセンサ部400Cは、複数本の導電線500を利用して、実質的に複数組のセンサ部400を構成するようにしたものである。用いる導電線500は、図8に示すように、銅線等の導電性の線材501を、絶縁材としての合成樹脂からなる被覆材502によって全体的に被覆したものとされている(図6〜図8の例と同じ)。
【0054】図9において、複数本の導電線500を識別するために、送信電極401用の導電線が符号550で示され、受信電極402用の導電線が符号560で示され、シールド電極403用の導電線が符号570で示される。送信電極用の導電線550は、それぞれ所定平面(第1平面で、図9の紙面と平行な面)内に位置するようにして、図9縦方向方向に伸びて、互いに小間隔あけてほぼ平行に配設されている。そして、各導電線550の一端部同士は、接続線551によって、互いに電気的に接続されている。
【0055】シールド電極用の導電線570は、送信電極用の導電線550の上に位置するようにして(前記第1平面とほぼ平行な第2平面に配置されて)、図9横方向方向に伸びており、互いに小間隔あけてほぼ平行に配設されている。そして、各導電線570の一端部同士は、接続線571によって、互いに電気的に接続されている。
【0056】受信電極用の導電線560は、上記各導電線550と570との上に位置されていて、図9斜め方向に伸びている。実施形態では、導電線560の伸び方向は、導電線550および5780に対してそれぞれほぼ45度の角度をなすように設定されている。そして、各導電線560の一端部同士は、接続線561によって、互いに電気的に接続されている。
【0057】それぞれ複数本とされた各導電線550、560、570は、図9(平面視)において、マトリクス状に多数の交差部を有することになり、この多数の交差部がそれぞれセンサ部400を構成することになる。この交差部の詳細が、図10に示される。そして、この交差部において、各導電線550と560と570とは、その被覆材502同士を融着することにより、あるいは別途接着材を用いることにより、互いに一体化されて位置ずれが生じないようにされている。このように、センサ部400Cは、全体的に、網目状あるいは格子状の多数の目(隙間)を有する薄いシート状とされている。
【0058】センサ部400Cは、その周囲に、スペーサ部材580を有する。スペーサ部材580は、合成樹脂等の絶縁材から構成されている。示唆部材580は、全体的に、中央に大きな開口部581を有する環状(外周形状および内周形状がそれぞれほぼ正方形とされた環状)に形成されている。各導電線550、560、570は、それぞれ上記開口部581を横断するように配設されている。各導電線550、560、570の各端部は、スペーサ部材580に固定されている。これにより、各導電線550、560、570の位置づれが防止される。
【0059】上述のようなセンサ部400Cは、図6に示すセンサ部400Bと同様にして使用することができる。なお、図示を略すが、スペーサ部材580は、取付孔を有するように形成することもでき、また可撓性を有するように形成することもできる。なお、図8において、各電極構成用の導電線の伸び方向は一例を示すものであり、適宜の方向に伸ばすことができる。例えば、送信電極用導電線550と受信電極用導電線560とが直交するように配設したり、受信電極用導電線560とシールド電極用導電線570とが直交するように配設することもできる(ただし、送信電極用導電線と受信電極用導電線との間に、シールド電極用導電線を位置させる)。
【0060】図11〜図13の説明図11、図12は、図1に示す容量結合式センサ装置のセンサ部400を、自動車の燃料タンクにおける燃料量検出用として適用した場合の例を示す。燃料タンク600(の外殻を構成する壁面構成部材)は、繊維強化プラスチック製とされた絶縁部材とされている。燃料タンク600の外面には、燃料タンクの上下方向ほぼ全長に渡って、上下方向に細長く伸びるセンサ部400が固定されている。これにより、燃料タンク600内の燃料量が変化すると、センサ部400における送信電極401と受信電極402との間の静電容量が変化して、燃料量を検出することができる(図1の端子421と422との間の電位差をみることによる燃料量検出)。
【0061】図11の例において、出力電圧の大きさと燃料量とが線形関係にない場合は、その関係を例えば図13に示すようにテーブルとして記憶しておき(例えばRAM等の記憶媒体に記憶させておく)、検出された出力電圧をこのテーブルに照合することによって、燃料量を決定すればよい(このことは、燃料量の検出に限らず、容量検出の全てにおいて適用できる)。
【0062】図14〜図17の説明図14、図15は、センサ部400(の各電極401、402、403)を、合成樹脂等の絶縁性の部材からなる保持体610内に全体的に埋設した例を示す。各電極401〜403から伸びる導線611、612、613が、保持体610の外部に導出される。このように、センサ部400を全体的に被覆しておくことにより、外力に強く、またその取付も保持体610を介して行うことにより容易となる。保持体610を可撓性を有するものとすることにより、全体的に可撓性を有するようにすることもできる。各電極401〜403および保持体610は、全体的に極めて薄くすることができ、フィルム状にすることも可能である。逆に、大きな電圧を使用したり、大きな外力が加わる可能性が考えられるとき、あるいは屋外設置で耐久性が要求されるときは、保持体610によって十分に(付く各電極401〜403を被覆するようにすればよい。さらに、各電極401〜403は、検出対象面となるその一面側(例えば図15上面側)のみを外部に露出させるようにすることもできる(感度向上)。
【0063】図16に示すように、保持体610内に、別途、ノイズ防止用電極404を埋設しておくことができる。すなわち、保持体610の一面側(図15上面側)を検出面としたとき、この電極404は、各電極401〜403の他面側に位置される。そして、電極404は、シールド電極403と電気的に接続される。このようなノイズ防止用の電極404を設けておくことにより、保持体610の他面側に検出対象とならない物質が接近したときに、送信電極401と受信電極402とが容量結合されてしまう事態が防止される。なお、ノイズ防止用の電極404は、各電極401〜403を保持体610に保持させない場合にも用いることができる。
【0064】図17は、各電極401〜403を、上述した保持体610に保持させた状態で、計量容器等の容器615の壁面構成部材内に埋設した例を示す。容器615は、その外殻を構成する壁面構成部材が全体的に合成樹脂等の絶縁性部材によって形成されている。ただし、保持体610(電極401〜403)が位置する部分およびその付近のみが絶縁性を有するものであれば、容器615を構成する材質は特に問わないものである。各電極401〜403つまり保持体610は、容器615を例えば射出成形するときに鋳ぐるようにすることができる。
【0065】各電極用の導線611〜613のみが、容器615の壁面構成部材から外部へ延在されている。各電極401〜403は、容器615内における物質(例えば水等の液体)の変動方向に伸びている(上下方向に伸びている)。これにより、容器615内の物質の量が、検波装置420からの直流電圧の大きさをみることによって、連続可変式に検出することができる。
【0066】図18〜図21の説明図18は、センサ部400を複数有する一方、高周波発振回路410と検波回路420とがそれぞれ1つとされた場合に用いて好適な例を示す。すなわち、複数のセンサ部400によって、物質の有無あるいはその量を個々独立して検出できるようにした場合の一例を示す。図18において、U10はマイクロコンピュータを利用して構成されたコントローラを示すが、このコントローラU10は、例えばパーソナルコンピュータとすることができる。高周波発振回路410は、コントローラU10が有するクロック(の発振周波数)を利用して構成される(必要に応じてクロックの出力を増幅して出力する)。
【0067】複数のセンサ部400は、実施形態では4個とされているが、符号400a、400b、400c、400dによってその区別を行うものとする。各センサ部400(400a〜400d)は、互いに並列に、コントローラU10のうち高周波発振回路410を構成するクロックに接続される。また、複数のセンサ部400は、互いに並列に、検波回路420に接続される。各センサ部400と検波回路420との間には、それぞれ、電磁式の開閉スイッチSW11、SW12、SW13あるいはSW14が接続される。各スイッチSW11〜SW14は、コントローラU10によってその開閉が個々独立して制御される(所望の1つのスイッチのみをONする制御で、その他のスイッチはOFFとされる)。スイッチSW11〜SW14は、選択装置SW(選択手段)を構成する。
【0068】いま、コントローラU10によって、スイッチSW11のみをONとすることにより、センサ部400aのみが検波回路420に出力されて、センサ部400aの検出対象となる物質の有無あるいはその量が検出される。スイッチSW12のみをONとすることにより、センサ部400bの検出対象となる物質の有無あるいはその量が検出される。スイッチSW13のみをONとすることにより、センサ部400cの検出対象となる物質の有無あるいはその量が検出される。スイッチSW14のみをONとすることにより、センサ部400dの検出対象となる物質の有無あるいはその量が検出される。なお、センサ部400の数は任意に設定できる。また、検出された物質の有無あるいは量は、例えば表示部645に表示することができる。
【0069】図18の変形として、選択装置SWを、複数のセンサ部400(400a〜400d)と1つの高周波発振回路410との間に設けることができる。この場合も、任意の1つのスイッチONとすることにより、ONとなったスイッチに対応したセンサ部の検出対象となる物質の有無あるいはその量が検出される。
【0070】図19〜図21は、図18に示す複数のセンサ部400を利用した物質の検出を行う具体例を示す。本例では、インクジェット式のプリンタにおいて、複数のインクタンク651〜654が、その取付ベース655に対して着脱自在に取付けられるようになっている。各インクタンク651〜654は、互いに異なる色のインクを貯溜するものであり、その外殻が絶縁性を有する合成樹脂によって形成されている。各インクタンク651〜654の直近には、それぞれ、図14、図15に示すような保持体610に保持されたセンサ部400が設けられる。各センサ部400つまり保持体610は、取付ベース655に対して一体化されている。各センサ部400は、インクタンク内のインク量増減方向(上下方向)に長く伸びるように設定されている。
【0071】インクジェットプリンタに装備されているコントローラが、図18におけるコントローラU10を構成する。これにより、複数のセンサ部400を利用して、各インクタンク651〜654内のインクの量が個々独立して検出される。検出結果は、インクジェットプリンタに設けた表示部(図18の表示部645対応)に表示すればよい。なお、インク量が所定量まで低減したことのみを警報するのであれば、各センサ部400は、インク量を連続可変式に検出する必要がないものである。また、パーソナルコンピュータの場合は、そのディスプレイを上記表部とすることができる。
【0072】図22の説明図22は、ワンチップマイコンを利用して、複数のセンサ部400からの出力を処理する場合の例を示し実施形態では、各センサ部400毎に検波回路420が設けられている。図22に示すワンチップマイコンは、例えば、プリンタに装備され、図19〜図21の複数のインクタンクの容量を個々独立して検出するとき等に利用できる。
【0073】図22において、符号U20は、ワンチップマイコン(例えば日立H8/3664)である。このマイコンU20は、CPU681、RAM682、ROM683、発振回路684、アナログマルチブレクサ685、A/D変換器686、I/Oポート687を有する。各センサ部400は、発振回路684に対して並列に接続される。各検波回路420からの出力(直流電圧)は、アナログマルチブレクサ685に個々独立して入力される。勿論、各シールド電極403は、グランドされている。
【0074】上記RAM682には、CPU681に所定の処理(制御)を行わせるためのOS(オペレーチィングシステム)が記憶されている。ROM683は、CPU681が処理を行うときに一時的に必要なデータが記憶される。発振回路684は、所定周波数(例えば2MHz)の高周波電圧を出力するためのものであり、クロック(水晶発振子)を利用して高周波発振を行うようになっている。アナログマルチブレクサ685は、アナログスイッチであって、複数の検波回路420からの出力信号のうちいずれか1つを選択する。A/D変換器686は、アナログマルチブレクサ685からのアナログ信号を、デジタル変換する。I/Oポート687は、A/D変換器686でデジタル信号化された後の信号を外部へ出力する。
【0075】ワンチップマイコンU20によって、次のような処理が行われる。まず、各センサ部400に対して、発振回路684から高周波電圧が出力される。これにより、各センサ部400は、その静電容量に応じた高周波電圧を出力する。各センサ部400からの高周波電圧は、対応する検波回路420によって直流電圧に変換されて、アナログマルチブレクサ685に入力される。各検波回路420の出力は、図22において、#1、#2、#3、#4の符号でもって識別される。
【0076】アナログマルチブレクサ685は、入力された各検波回路420からの出力(#1、#2、#3、#4)のうちいずれか1つの出力のみ(例えば#1)を受け入れて、この受け入れた1つの出力をA/D変換器686に出力する。アナログマルチブレクサ685からの出力は、最終的に、A/D変換器686を経てI/Oポート687から外部へ出力される。図22において、I/Oポート687からの出力のうち、#1に対応した出力が#1a、#2に対応した出力が#2a、#3に対応した出力が#3a、#4に対応した出力が#4aの符号でもって識別される。
【0077】アナログマルチブレクサ685による検波回路420からの出力の受け入れは、実施形態では、所定サンプリング周期毎に順次行われる(例えば#1、#2、#3、#4の順で、所定サンプリング周期毎に順次受け入れる)。また、I/Oポート687からの出力は、実施形態では、A/O変換器686からの出力があった時点で行われる。これにより、I/Oポート687からは、各検波回路420からの出力に応じた出力#1a、#2a、#3a、#4aが所定周期毎に順次出力されることになる。
【0078】なお、アナログマルチブレクサ685による検波回路420からの出力の受け入れは、例えば、別途設けたマニュアルスイッチ(図示略)の操作に応じて行う等、その受け入れタイミングは適宜設定できるものである。また、A/O変換器686の出力を一時的にROM683に記憶して、I/Oポート687からの出力を、所定タイミングになった時点で実行させたり、あるいは所定のマニュアル操作が行われたときに実行させる等、適宜設定できるものである。
【0079】図23〜図34の説明【0080】図23〜図34は、本発明によるセンサ装置を、患者に装着される排泄物カップにおける排泄物(便あるいは尿)の検出のために用いた例を示す。なお、以下の説明において、センサ部400をセンサS1あるいはS2として示すこともある。
【0081】図23〜図25において、5は着用者つまり患者、A−1は排泄物処理装置である。この排泄物処理装置A−1は、便受けカップ10と尿受けカップ25とを別個に有する。各カップ10と25とは、例えばプラスチック材により形成されている。各カップ10、25は、保持具6により患者5の肛門部5a(の周囲)及び陰部5b(の周囲)に圧接保持される。
【0082】上記保持具6は、周ベルト7と、複数本の紐部8a、8b、8cとを有する。周ベルト7は、患者5の胴部に巻回される。周ベルト7の上部両側に、2本の上部紐8a,8bの各一端部が連結される。周ベルト7の下部中心部に、1本の下部紐8cが連結される。上部紐8a,8bの先端部及び下部紐8cの先端部により、可撓性の係止リング9が3箇所で保持される。図24の仮想線で示すように、係止リング9は、上下に楕円状に湾曲させた状態で、患者5の肛門部5a及び陰部5bを囲む位置に位置決めされる。
【0083】上記便受けカップ10は、患者5の肛門部5aに当てられる。尿受けカップ25の受け口は、陰部5bに当てられる。この状態で、図24の実線で示すように、上記係止リング9の両側が、各便受けカップ10及び尿受けカップ25の両側に取り付けたフック形の掛け具9a,9bに係止される。このような保持具6によって、各便受けカップ10、尿受けカップ25の受け口が、患者5の肛門部5a(の周囲)あるいは陰部5b(の周囲)に圧接される。
【0084】上記便受けカップ10の両側に、便受けカップ10及び尿受けカップ25の装着不良を検知する装着センサS3が取り付けられる。この装着センサS3は、実施形態ではリミットスイッチからなる。センサS3のアクチュエータ部は、上記上部紐8a,8bに摺動可能に係止される。これにより、上部紐8a,8bの緊張力が所定値以下(装着不良)になった際にセンサS3はオン作動し、該緊張力が所定値以上になった際にセンサS3はオフ作動される。
【0085】なお、上記便受けカップ10及び尿受けカップ25を座位姿勢の患者5に装着する際には、図25に示すように、椅子34の座面に前部側が開口した馬蹄形の座布団34aが利用される。すなわち、座布団3aの上に上記患者5を腰掛けさせ、便受けカップ10の下部(後部)を上記座布団34aの開口部34bに臨ませることにより、上記便受けカップ10が椅子34の座面から浮くようにされる。
【0086】上記便受けカップ10及び尿受けカップ25は、図26〜図31に示すようになっている。まず、便受けカップ10は、全体的に前後方向に細長く伸びる筒状に形成されている。すなわち、便受けカップ10は、上下方向に比して左右方向が細幅とされ、しかも前後方向に長く伸びる形状に設定されている。便受けカップ10の寸法は、前後の長さが約112mm、上下の高さが約50mm、左右の幅が約40mmとなる筒状に形成されている。便受けカップ10内は、前後方向略中間部で、仕切り壁11により前後(図26において左右)に2分割されている。すなわち、便受けカップ10内は、仕切壁11の前部側に便室12が画成され、仕切壁11の後部側に補機室14が画成される。便室12の前面(図26において左面)は、便の受け口12aとして外部(前方)へ開口されている。受け口12aの周縁部には、軟質製のゴム、樹脂等からなる環状のシール材13が取り付けられて、肛門部5aの周囲に密接に当接可能とされている。なお、便室12と補機室14とは、極力液密となるように画成される。
【0087】上記仕切り壁11は、硬質製のプラスチック材によって、強度が高く形成されている。仕切壁11には、吐出管16が前後方向に向けて回転自在に支持されている。この吐出管16の前端部は、上記便室12内に露出されている。吐出管16の前端部には、便室12内に位置させて、洗浄水(洗浄液)を吐出する第1ノズル(便粉砕装置)15が取り付けられている。この第1ノズル15から噴射される洗浄液の噴射方向は、吐出管16の軸心に対して直交方向となるように設定されている。
【0088】上記仕切り壁11のうち補機室14側の面には、モータ(本実施形態では超音波モータ)Mが取付けられている。このモータMは、上記吐出管16を回転させるためのものである。モータMは、リング形とされて、吐出管16がモータMの中空部内を貫通している。このモータMは、補機室14に収容した端末回路板60からの信号を受けて回転制御される。即ち、便室12内の便を粉砕する際には、第1ノズルが下向きにされて、該第1ノズル15が上下線に対してそれぞれ左右に約90度の角度で所定時間(本例では約20秒間)揺動するように、吐出管16が往復回転される。便の粉砕が終了した時点になると、上記第1ノズルが360度回転するように、上記吐出管16が一方向に所定時間(本例では約10秒間)回転されて、肛門部5a及び便カップ10内を洗浄するように駆動制御される。
【0089】上記吐出管16は、ロータリー継手17を介して、補機室14内に設けた供給管18に回転自在に接続されている。供給管18は、補機室14の後部壁20に形成した供給路20a及び後部継手21内に形成した供給路21aを介して、後述する洗浄水供給装置40に接続されている。洗浄水供給装置40から供給される洗浄水(湯)が、上記第1ノズル15から便室12内に噴出される。これにより、上記洗浄水により該便室12内に排出された便が粉砕されるとともに、患者5の肛門部5aが洗浄される。
【0090】第1ノズル15から噴射される洗浄水は、その噴射形状が扇状とされる。すなわち、噴射される洗浄水の前後方向の吐出角度αが約110度、左右方向の吐出幅は約1mmとされる。上記補機室14の下部には排便管23が配置され、該排便管23の前部が便室12の後部下部に接続されて、便室12に開口されている。この排便管23の後部は、補機室14の後部壁20に形成した排便路20b及び上記後部継手21内に形成した排便路21bを介して、後述する便排出装置45に接続される。便排出装置45により、上記便室12内で粉砕された便が吸引されて、外部に除去(排出)される。
【0091】前述した尿受けカップ25は、図26及び図27に示すように、前部が開口された受け口とされている。尿受けカップ25は、上面部が後方に向かって下り傾斜する円錐形の容器状に形成されている。尿受けカップ25の寸法は、前後の長さが約52mm、上下の高さが約55mm、左右の幅が約36mmとなっている。
【0092】尿受けカップ25の前部の受け口25aは上下に長い楕円状とされている。受け口25aの周縁部には、軟質製のゴム、樹脂等からなるシール材26が取り付けられて、陰部5bの周囲に密接に当接するようにされている。尿受けカップ25の後部下部に、排尿ホース27が接続されている。排尿ホース27の直径は、約10mmとされている。この排尿ホース27の後端は、補機室14の後部壁20に形成した排尿路20cの上部に接続されている。すなわち、排尿ホース27は、排尿路20c及び後部継手21内に形成した排尿路21cを介して、後述する尿排出装置50に接続される。尿排出装置50により尿受けカップ25内に排出された尿が吸引されて、外部に除去される。
【0093】患者5の陰部5bを洗浄する機能を持たせる場合には、上記尿受けカップ25の後部に第2ノズル28がを取付けられる。第2ノズル28は、第2吐出ホース29、電磁弁30、分岐手31を介して、前述した供給管18の途中に接続される。患者5の排尿が終了した時期に上記電磁弁30を開くことにより、洗浄水供給装置40から供給される洗浄水(湯)が、該第2ノズル28から患者5の陰部5bに向けて洗浄水が噴出される。この場合、上記第2ノズル28からの洗浄水の吐出角度は、例えば約40度とされる。
【0094】排便路20bと21bとは、図26、図29に示すように、後部継手21の軸心C部分にて対面される。供給路20aと21aとが、軸心Cとはオフセットされた位置でもって対面される。排尿路20cと21cとが、軸心Cとオフセットされた位置で対面される。図7に示すように、供給路20aと21aとの対面位置は、排尿路20cと21cとの対面位置に対して、軸心Cを中心とする上下対象位置となるうように設定されている。そして、後部継手21の供給路21a及び排尿路21cの対面部には、軸心Cを中心とする約120度の円弧溝21a−1,21c−1(連結用通路となる)が形成されている。
【0095】上記後部継手21は、後部壁20に対して、円筒状の連結具22を介して連結されている。後部継手21は、その軸心を中心として、約120度の角度で回動可能とされている。これにより、患者5が左右横向き転動して上記便受けカップ10及び尿受けカップ25が左右に回動した際に、上記後部継手21が後部壁20と相対回転される。つまり、該後部継手21に接続された洗浄水供給装置40、便排出装置45、及び尿排出装置50の各ホースの捩れが防止される。
【0096】前述した便室12の外周部に、便センサS1がり取付けられている(図26)。また排尿路20cの起立部の外周部に、尿センサS2を取り付けられている(図30)、これら便センサS1及び尿センサS2(それぞれセンサ部400に相当)の検知信号は、前述した端末回路板60に送られる。上記便センサS1及び尿センサS2は共に同様の静電容量式からなる。
【0097】便センサS1(尿センサS2も同じ)は、前述したセンサ部400に相当する。このため、便室12を形成する外周壁、即ち便受けカップ10はプラスチック等の絶縁材により形成されている。上記便室12の外周に、銅、アルミ等の導電材からなるリング状の送信電極24a(401対応)、保護電極24b(403対応)、及び受信電極24c(402対応)が前後方向に所定の間隔をおいて巻き付けられている。送信電極24a、保護電極24b、及び受信電極24cは、検出回路24d(電極を除いた図1の回路に相当)に接続される。
【0098】送信電極24aと受信電極24cとの間の静電容量は、この間に便が存在するか否かに応じて相違する。したがって、この静電容量の変化を上記検出回路24dでもって検出することにより、便受けカップ10内に便が存在するか否かが判断されることになる。
【0099】前述した洗浄水供給装置40は、水、または水に消毒液、石鹸水等を混入した洗浄液(洗浄水)を供給するためのものである。図26に示すように、洗浄水供給装置40は、洗浄水を所定温度に調節する温水タンク41を有する。温水タンク41内の温水(つまり洗浄水)は、温水ポンプP1、供給ホース42を介して、便受けカップ10に向けて供給される。上記温水タンク41内には、高温センサS4と低温センサS5とが設けられている。高温センサS4は、例えば42度C以上になったらオン作動する。低温センサS5は、例えば25度C以下になったらオン作動する。センサS4,S5がオン作動した際には上記温水ポンプP1が停止される。センサS4,S5がオフ作動の状態でかつ便センサS1又は尿センサS2が作動した際には、上記温水ポンプP1が起動されて、第1ノズル15又は第2ノズル28から洗浄水が噴出される(患者5の肛門部5a又は陰部5bの洗浄)。
【0100】前述した便排出装置45は、図26に示すように、密閉された便タンク46を有する。便タンク46の上部が、排便ホース47(例えば直径約10mm)を介して、前述した排便路21bに着脱自在に接続される。また、便タンク46の上部が、吸引ホース48を介して、便吸引ポンプP2(の吸引口)に接続される。便吸引ポンプP2の排出管には、触媒(消臭器)49が接続される。便吸引ポンプP2は、前述した便センサS1が作動した際に起動され、便タンク46内を負圧にする。これにより、便室12内の下部に流下した便が吸引されて、便タンク46内に収容される。便吸引ポンプP2で吸引された便タンク46内のガスは、上記触媒49により浄化された後、外気に排出される。上記便タンク46には、該便タンク46の満杯を検知する満杯センサS6が取り付けられている。
【0101】前述した尿排出装置50は、図26に示すように、密閉された尿タンク51を有する。尿タンク51の上部は、排尿ホース52を介して、前述した排尿路21cに接続される。また、尿タンク51の上部は、吸引ホース53を介して、尿吸引ポンプP3(の吸引口)に接続される。尿吸引ポンプP3の排出管には、触媒(消臭器)54が接続されている。尿吸引ポンプP3は、前述した尿センサS2が作動した際に起動され、尿タンク51内を負圧にする。これにより、尿受けカップ25内の下部に流下した尿が、吸引されて、尿タンク51内に収容される。尿吸引ポンプP3で吸引された尿タンク51内のガスは、上記触媒54により浄化された後、外気に排出される。上記尿タンク51には、該尿タンク51の満杯を検知する満杯センサS7が取り付けられている。
【0102】図26において、70は外部のコントローラ部である。このコントローラ部70は、前述の端末回路板60に所定の電源電圧を印加する。また、コントローラ部70は、通信回線64を介して上記端末回路板60と交信して、各機器を制御するようになっている。図33は上記端末回路板60及びコントローラ部70に組み込まれた制御装置のブロック図、図34はそのフローチャートである。
【0103】図34において、61は端末回路板60に組み込まれた装着制御部、71はコントローラ部70に組み込まれた外部制御部である。上記装着制御部61は端末のマイクロコンピューター62を有する。端末のマイクロコンピューター62には、便センサS1及び尿センサS2のデータが、検出回路24,24’を介して入力される。また、マイクロコンピュータ62は、装着センサS3の信号が入力される。さらに、マイクロコンピュータ62には、第1ノズル15の原点位置を検出する原点センサS8のデータが、原点回路63を介して入力される。マイクロコンピューター62は、上記各データ及び信号を、通信回路64を介してコントローラ部70側の外部制御部71に送る。また、マイクロコンピュータ62は、外部制御部71で処理されたデータを受け取って、モータ駆動回路65を介してモータMを制御する。66は、上記コントローラ部70側から端末回路板60に供給される電源回路である。
【0104】上記コントローラ部70の外部制御部71は、親のマイクロコンピューター72を有し、該親のマイクロコンピューター72には、通信回路73を介して上記端末のマイクロコンピューター62からの各データ及び信号が入力される。マイクロコンピュータ72には、高温センサS4、低温センサS5、満杯センサS6,S7、手動便スイッチSW1、手動尿スイッチSW2等の各信号が入力される。さらに、マイクロコンピュータ72には、操作ボタン74によりモータMの駆動時間及び正逆回転の角度、各センサの設定値等が入力される。親のマイクロコンピューター72は、入力された各データ、信号を記憶、演算処理して、上記端末のマイクロコンピューター62に所定の指令信号を発するとともに、各駆動回路を介して温水ポンプP1、便吸引ポンプP2、及び尿吸引ポンプP3を制御する。またマイクロコンピュータ72は、異常時にアラーム75を作動させたり、液晶表示器76に所定の表示を行う。上記コントローラ部70のデータは、必要に応じ、通信回線を介して集中管理室に設置したパソコン78に送られ、ここで記録及び集中管理される。77は、上記コントローラ部70の電源回路である。
【0105】次に上記装着制御部61及び外部制御部71の動作について、図34のフローチャートを参照しつつ説明する。なお、図34において、T1〜T21はフローチャートの各ステップを示す。制御プログラムがステップT1でスタートすると、ステップT2で、装着センサS3、高温センサS4、低温センサS5、便タンク46の満杯センサS6、及び尿タンク51の満杯センサS7の各信号が入力される。ステップT3では、上記各センサの異常の有無が判断される。ステップT3で異常がある場合は、ステップT16に進行してエラー表示及び警報が発っせられ、異常がない(各信号がオフ)場合はステップT4に進行する。ステップT4では、自動運転か否かを判断する。
【0106】自動運転の場合は、ステップT5で、便センサS1がオンしたか否かが判断される。便センサS1がオンした際は、ステップT7〜T10に進行して、温水ポンプP1、便吸引ポンプP2が起動されるとともに、モータMが約20秒間正逆回転される。これにより、第1ノズル15から温水が噴出されると共に、該第1ノズル15が上下線に対し左右に約90度の角度で振られる。これにより、便受けカップ10の底部に堆積した便5cが粉砕されることになる。また、粉砕された便5cは、排便管23、排便路20b,21b、排便ホース47を介して吸引排出されて、便タンク46内に収容される。
【0107】上記モータMの正逆回転時間が20秒間経過すると、ステップT11,T12で上記モータMが一方向に約10秒間回転される。これにより、上記第1ノズル15は吐出管16を介して前後線を中心として回転しながら洗浄水を噴出し、便受けカップ10の内面全域、及び患者5の肛門部5aを洗浄することになる。次いでステップT13〜T15に進行し、上記温水ポンプ13、モータM、便吸引ポンプP2が停止された後、ステップT2にジャンプする。
【0108】前述したステップT5で便センサS1がオフしている際は、ステップT6において、尿センサS2がオンしたか否かが判断される。尿センサS2がオフの場合は、ステップT2にジャンプする。尿センサS2がオンした際は、ステップT19〜T21に進行して、尿吸引ポンプP2が30秒間作動される。これにより、尿カップ25内に排出された尿が、吸引されて、尿タンク51内に収容される。ステップT21で尿吸引ポンプP2を停止させた後は、ステップT2にジャンプする。
【0109】前述したステップT4で自動運転でない場合、即ち、手動運転の場合には、ステップT17で手動便スイッチSW1がオンされたか否かが判断される。手動便スイッチSW1がオンされた場合は、ステップT7〜T15に進行し、オフの場合はステップT18に進行する。ステップT18では、手動尿スイッチSW2がオンされたか否かが判断される。手動尿スイッチSW2がオンされた場合はステップT19〜T21に行し、オフの場合はステップT2にジャンプする。なお、排尿後に患者5の陰部5bを洗浄する場合には、ステップT21で尿吸引ポンプP3が停止される前段で、図4の電磁弁30を開作動させるとともに、温水ポンプP1を起動させ、第2ノズル28から洗浄水を患者5の陰部5bに向けて噴出させるようにする。
【0110】図35、図36の説明図35、図36は、排泄物カップに容量結合式センサ装置を設けた場合の別の例を示す。そして、排泄物カップ内に、図6のセンサ部400Bあるいは図9のセンサ部400Cを設けた場合を示す。ただし、図35、図36では、センサ部400Bあるいは400Cに相当するセンサ部が、ネットの名称でもって符号171で示される。
【0111】この排泄物処理装置A−3は、プラスチック材により便受けカップ160と尿受けカップ113とを別個に有する。上記便受けカップ160は、図35に示すように、室内が仕切り壁160bにより前後に2分割されている。すなわち、便受けカップ126内は、前部に便を受ける便室160cが、後部に補機類を収容する補機室160dが形成されている。便室160cの下部は、下方に向かって縮小する漏斗状に形成されて、その下端部に排出口161が形成されている。この排出口161は、便受けカップ160の下端部に形成した排便路162を介して、便受けカップ160の下端後部から外部に開口さされている。また、上記便室160cの内面の略全域に、便の付着を防止する多数の突起163が形成されている。
【0112】上記便室160c内に、便粉砕装置170が設けられている。即ち、上記補機室160d内の下部に所定の網の目、本例では網の目が約5mm角となる面状のネット(ネット部材)171が張り渡されている(図9のセンサ部400Cの利用で、図6のセンサ部400Bを用いてもよい)。該ネット171により、上記排出口161の上部が覆われている。つまり、便の受け口と排出口161との間にネット171が介在されて、便受けカップ160に排出された便は、必ずネット171を通過した後に、排出口161へと移動されるようになっている。また、上記弁室160cの上部に洗浄水(水又は温水)Wを噴出する第1ノズル173が配置されている。前述の仕切り壁160bには吐出管175が回転可能に挿通、支持されて、この吐出管175の前端部に上記第1ノズル173が取り付けられている。この該吐出管175は、管継手176を介して第1導入管177に回転可能に接続されている。第1導入管177は、中継部178を介して、洗浄水供給装置に接続されている。
【0113】上記第1ノズル173は、洗浄水をネット171の上面に向けて噴出するとともに、そのうちの一部を患者5の肛門部5aに向けて噴出するようになっている。即ち、前後方向の噴出形態は図36に示すようにネット171の後部から患者5の肛門部5aに至る広幅なものとし、左右方向の噴出形態は図35に示すように小幅(線状)なものとなっている。
【0114】上記第1ノズル173は、補機室160dに配置したノズル駆動装置180により吐出管175を介して左右方向に揺動される。このノズル駆動装置180は、図35に示すように、電動モーター(駆動装置)184を有して、このモータ184の出力軸185に、クランクウェブ189を介してコンロッド190が連結されている。該コンロッド190の端部が、ラックホルダー192に摺動可能に取り付けたラック191に連結されている。該ラック191が、上記吐出管175の後部側に取り付けたピニオンギヤ193に噛合されている。
【0115】これにより、上記電動モーター184の回転運動が、クランクウェブ189及びコンロッド190により直線往復運動に変換されて、ラック191が上下方向に往復移動される。つまり、ラック191の往復運動により、ピニオンギヤ193、吐出管175を介して、上記第1ノズル173が所定角度で左右に往復揺動される。図35に示すように、第1ノズル173から噴出する洗浄水Wが、を左右方向に移動されて、ネット171上の便(糞)5dを粉砕する。粉砕された便は、ネット171を通過して、排出口161に流下される。
【0116】上記排便路162は、便排出装置に接続されている。該便排出装置により、便粉砕装置170により粉砕された便、尿受けカップ113から便室160c内に流下した尿、及び各第1、第2ノズル173,115から噴出した使用済の水等が上記排便路162を介して外部に吸引排出される。
【0117】図37〜図39の説明図37〜図39は、便受けカップと尿受けカップとが分離可能に別体に形成された場合に、尿排出ホースと回動継手との好ましい配設例を示す。まず、便受けカップ10と尿受けカップ25とは、例えば図26に示すものが用いられている。本例では、回動継手部材320が、便受けカップ10の外部でかつ便受けカップ10の近傍に設けられている。この回動継手部材320は、図26における継手部材21等と同様の機能を果たすものであるが、便受けカップ10の外部に構成されている点において図26の場合とは相違している。すなわち、回動継手部材320は、第1部材321と、この第1部材321に回動自在に連結された第2部材322と、第2部材322に各種ホース等を接続するための連結具323とを有する。このような回動継手部材320は、便受けカップ10の付近において、便排出ホース47、便受けカップ用洗浄液供給ホース42の途中に接続されている。これにより、回動継手部材320を、便受けカップ10に対して外付け可能となり、ホース47、42のねじれが着用者に作用しないようにされる。
【0118】尿受けカップ25から伸びる尿排出ホース330(図26の排尿ホース27に相当)は、回動継手部材320を介して、尿タンクに接続されている。尿排出ホース330のうち、尿受けカップ25と回動継手部材320との間は、十分に長くされている。すなわち、尿排出ホース330は、尿受けカップ25から後方に向けてほぼ水平方向に伸びた後、一端上方へ湾曲された後、前方へ向けて湾曲され、その後下方へ向かうように湾曲されていて、最終的に回動継手部材320に接続されている。尿排出ホース330のうち上記湾曲部によって構成されるループ部330aは、ほぼ270度の湾曲となる。上記ループ部330aの構成により、ループ部330aから尿受けカップ25との間の尿排出ホース330内にに尿がたまりやすくなり(ループ部330aによるトラップ作用)、この尿がたまり易い部分に尿センサS2が設けられている。
【0119】ループ部330aの形成により、尿排出ホース330は、その途中において、ほぼ90度の角度をなして交差する部分が構成される。この交差部分に、保持クリップ340が配設される。この保持クリップ340は、2つのホース保持部340a、340bを有する。各保持部340a、340b同士は、図38、図39に示すように、それぞれ孔形式とされて、互いにほぼ直交している。各保持部340a、340bには、尿排出ホース330が、摺動自在に貫通される。このような保持クリップ340は、例えば合成樹脂によって形成することができる。
【0120】尿排出ホース330のうち、保持クリップ340を挿通される部分の位置を変更することにより、尿受けカップ25の便受けカップ10に対する相対位置が調整される。すなわち、保持クリップ340に対して、尿排出ホース330のうちほぼ水平方向に伸びる部分の位置を変更することにより、尿受けカップ25の前後方向位置が調整される。また、保持クリップ340に対して、尿排出ホース330のうちほぼ上下方向に伸びる位置を変更することにより、尿受けカップ25の上下方向位置が調整される。
【0121】以上実施形態について説明したが、本発明は実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、センサ部(400、400B、400C)は、配管内の物質の有無検出や量検出に用いる等適宜の用途に利用できるものである。また、高周波発振回路410、検波回路420の構成は、実施形態に限定されるものではなく、既知の適宜のものを利用することができる。勿論、本発明の目的は、明記されものに限らず、実質的に好ましいあるいは利点として表現されたものを提供することをも暗黙的に含むものである。
【出願人】 【識別番号】393029011
【氏名又は名称】株式会社アルボ
【識別番号】393029000
【氏名又は名称】北村 輝夫
【出願日】 平成13年12月27日(2001.12.27)
【代理人】 【識別番号】100080768
【弁理士】
【氏名又は名称】村田 実
【公開番号】 特開2003−156569(P2003−156569A)
【公開日】 平成15年5月30日(2003.5.30)
【出願番号】 特願2001−396905(P2001−396905)