液量測定装置
【課題】液量測定装置において、大掛かりにならず、また、低コスト化を図ることを可能にする。
【解決手段】液量測定装置である尿量測定装置１は、患者から排出された尿（電解液）が入れられる測定容器２と、測定容器２に入れられている尿を排出するための電磁弁３と、測定端子４と、検出部５と、制御部６等を備える。測定端子４は、測定容器２の中に設置されており、導電体の表面を誘電体で覆った構成となっている。測定容器２に尿が入れられると、測定容器２に入れられた尿と測定端子４とによってコンデンサが構成される。検出部５は、測定容器２に入れられた尿と測定端子４とによって構成されるコンデンサをその一部とした発振回路の発振周期に基いて、測定容器２に入れられた尿と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量を検出し、制御部６は、検出部５により検出した静電容量から、測定容器２に入れられている尿の量を算出する。
【解決手段】液量測定装置である尿量測定装置１は、患者から排出された尿（電解液）が入れられる測定容器２と、測定容器２に入れられている尿を排出するための電磁弁３と、測定端子４と、検出部５と、制御部６等を備える。測定端子４は、測定容器２の中に設置されており、導電体の表面を誘電体で覆った構成となっている。測定容器２に尿が入れられると、測定容器２に入れられた尿と測定端子４とによってコンデンサが構成される。検出部５は、測定容器２に入れられた尿と測定端子４とによって構成されるコンデンサをその一部とした発振回路の発振周期に基いて、測定容器２に入れられた尿と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量を検出し、制御部６は、検出部５により検出した静電容量から、測定容器２に入れられている尿の量を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解液の液量を測定する液量測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、病院などでは、入院している患者から排出された尿の量を測定、管理することが行われており、患者から排出された尿の量を測定するのに、液量測定装置が用いられている。このような液量測定装置としては、測定用ビーカに入れられている液（尿）の量を超音波センサや圧力センサを用いて測定するものがある。超音波センサを用いた液量測定装置は、測定用ビーカに入れられている液位（液面の高さ）を超音波センサによって検出することで、液の量を測定するものである。圧力センサを用いた液量測定装置は、測定用ビーカに入れられている液の重量により計測部にかかる加重を圧力センサによって検出することで、液の量を測定するものである。また、患者が排出した尿を収容袋に入れ、その重量を測定することにより、尿の量を測定するようにしたものも知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２３８８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上述した従来の液量測定装置においては、装置が大掛かりになり、また、装置のコストが高い。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、大掛かりにならず、また、低コスト化を図ることができる液量測定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】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、電解液の液量を測定する液量測定装置であって、電解液が入れられる測定容器と、測定容器の中に設置され、測定容器の中に入れられた電解液に少なくとも一部が浸される、導電体の表面を誘電体で覆った測定端子と、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又はその静電容量に対応する静電容量対応値を検出する検出手段と、検出手段により検出した静電容量又は静電容量対応値から、測定容器に入れられている電解液の液量を算出する算出手段とを備え、検出手段は、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサをその一部とした発振回路を有し、該発振回路の発振周期に基いて、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又はその静電容量に対応する静電容量対応値を検出するものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の液量測定装置において、発振回路は、ＣＲ発振回路の一種であって、回路の時定数によって決まる周期で自走発振して方形波を発生するマルチバイブレータであるものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明によれば、測定容器に電解液が入れられると、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによってコンデンサが構成され、このコンデンサの静電容量は、測定容器に入れられる電解液の液量によって異なるものとなる。そして、検出手段によって、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又は静電容量対応値が検出され、算出手段によって、検出手段により検出された静電容量又は静電容量対応値から、測定容器に入れられている電解液の液量が算出される。つまり、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量に基いて、測定容器に入れられている電解液の液量が測定される。このような構成により、大掛かりにならず、また、低コスト化を図ることができる液量測定装置を実現できる。
【０００８】
しかも、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサをその一部とした発振回路の発振周期に基いて、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量叉は静電容量対応値を、簡単な構成によって検出することができ、より低コスト化を図ることができる液量測定装置を実現できる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又は静電容量対応値を、より簡単な構成によって検出することができ、より低コスト化を図ることができる液量測定装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を具体化した実施形態による液量測定装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態による液量測定装置である尿量測定装置の構成を示す。尿量測定装置１は、例えば、病院などにおいて、入院している患者から排出された尿の量を測定、管理するために用いられる装置である。
【００１１】
尿量測定装置１は、患者から排出された尿が入れられる測定容器２と、測定容器２に入れられた尿を排出するための電磁弁３と、測定端子４と、検出部５と、制御部６等を備える。この尿量測定装置１は、測定容器２に入れられた尿と測定端子４とによってコンデンサを構成し、そのコンデンサの静電容量に基いて、測定容器２に入れられた尿の量を測定するようになっている。
【００１２】
測定容器２は、内部が中空で、上部が開口している。測定容器２の上部の開口している部分から、測定容器２に尿が入れられる。また、測定容器２は、底部に、尿を排出するための排出口２ｏを有している。測定容器２の尿が入れられる容積部分の空間は、略直方体形状をしている。すなわち、測定容器２は、内底面（排出口２ｏのある面）と、この内底面から起立する４つの内側面によって、尿が入れられる容積部分の空間を形成しており、そして、４つの内側面は、内底面に対して略垂直になっており、各内側面は、対向する内側面に対して略平行になっている。
【００１３】
測定容器２は、例えば、ベッドの横などに、排出口２ｏを下側（床側）にし、内底面を略水平に（内側面を略鉛直に）して設置され、測定容器２の上部の開口している部分に、患者から排出された尿を導くカテーテル７の尿導出口７ｏが配置される。
【００１４】
電磁弁３は、測定容器２の排出口２ｏを開閉するようになっている。従って、電磁弁３が排出口２ｏを閉じているときには、測定容器２に入れられた尿は、測定容器２に蓄えられ、電磁弁３が排出口２ｏを開くことにより、測定容器２に入れられている（蓄えられている）尿は、排出口２ｏから測定容器２の外に排出される。
【００１５】
測定端子４は、測定容器２の中に設置されており、測定容器２の中に尿が入れられると、測定容器２の中に入れられた尿に少なくとも一部が浸されるようになっている。この測定端子４は、導電体の表面を誘電体（絶縁体）で覆った構成となっている。従って、測定容器２の中に尿が入れられると、測定容器２の中に入れられた尿と測定端子４とによってコンデンサが構成されることになる。つまり、尿は、ナトリウムイオン、カリウムイオン、塩化物イオンなどの電解質を含んだ電解液であり、導電体であるため、２つの導電体（１つは測定端子４の導電体、もう１つは尿）の間に誘電体（測定端子４の誘電体）が介在する状態となって、コンデンサが構成されることになる。測定端子４は、リード線８ａ、８ｂを介して検出部４に電気的に接続されている。測定端子４の構成の詳細については後述する。
【００１６】
検出部５は、測定容器２に入れられた尿と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量を検出する。制御部６は、検出部５により検出した静電容量から、測定容器２に入れられている尿の量を算出する。また、制御部６は、電磁弁３を開いて、測定容器２に入れられている尿を排出口２ｏから排出させる。
【００１７】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、上記測定端子４の構成を示す。測定端子４は、導電体の表面を誘電体で覆った構成となっており、誘電体から成るフィルム基板４１と、フィルム基板４１の表面に設けられた導電体である１対の銅箔４２ａ、４２ｂと、１対の銅箔４２ａ、４２ｂの表面を被覆する誘電体から成る表面レジスト４３とを有する。
【００１８】
銅箔４２ａ、４２ｂは、各々、一定の幅及び厚みで略真っ直ぐに細長く形成されている。そして、銅箔４２ａと銅箔４２ｂは、互いに平行に配列されている。フィルム基板４１は、略均一な厚みに形成されており、表面レジスト４３も、略均一な厚みに形成されている。
【００１９】
表面レジスト４３は、銅箔４２ａ、４２ｂの一方の側の端部を被覆しておらず、銅箔４２ａ、４２ｂの一方の側の端部は、露出されている。この銅箔４２ａ、４２ｂの露出されている部分（表面レジスト４３により被覆されていない部分）は、測定端子４を検出部５に電気的に接続する（銅箔４２ａ、４２ｂを検出部５に電気的に接続する）ための接続部４９とされ、この接続部４９（銅箔４２ａ、４２ｂの露出されている部分）に、リード線８ａ、８ｂ（図１参照）が接続される。リード線８ａ、８ｂの測定端子４への接続（接続部４９への接続）は、例えばクリップ（不図示）を用いて、リード線８ａ、８ｂを接続部４９に接触させた状態で、リード線８ａ、８ｂと測定端子４を挟持することにより行われる。
【００２０】
このような構成の測定端子４は、フィルム基板４１の背面を測定容器２の内側面に貼り付けることにより、測定容器２の中に設置される。このとき、測定端子４は、接続部４９が測定容器２の外部に位置すると共に、銅箔４２ａ、４２ｂの先端（接続部４９と反対側の端部）が測定容器２の底に位置するように、測定容器２の中に設置される（図１参照）。
【００２１】
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、尿量測定装置１による尿量を測定する方法の原理を示す。図３（ａ）（ｂ）に示すように、測定端子４の設置された測定容器２に尿１０が入れられて、測定端子４の一部が尿１０に浸されている状態を考える。このような状態では、測定容器２の中に入れられた尿１０と測定端子４とによってコンデンサが構成されることになる。つまり、導電体である測定端子４の銅箔４２ａと導電体である尿１０との間に、誘電体である測定端子４のフィルム基板４１及び表面レジスト４３が介在する状態となって、１つのコンデンサが構成され、また、導電体である測定端子４の銅箔４２ｂと導電体である尿１０との間にも、誘電体である測定端子４のフィルム基板４１及び表面レジスト４３が介在する状態となって、別の１つのコンデンサが構成されることになる。
【００２２】
従って、測定端子４の設置された測定容器２に尿１０が入れられて、測定端子４の一部が尿１０に浸されている状態では、電気回路的には、図３（ｃ）に示すように、２つのコンデンサ１１ａ、１１ｂが直列に接続された状態になる。コンデンサ１１ａは、銅箔４２ａと尿１０との間にフィルム基板４１及び表面レジスト４３が介在することにより構成されるコンデンサに対応し、コンデンサ１１ｂは、銅箔４２ｂと尿１０との間にフィルム基板４１及び表面レジスト４３が介在することにより構成されるコンデンサに対応する。
【００２３】
ここで、フィルム基板４１の背面が測定容器２に密着しており、フィルム基板４１の背面に尿１０が存在しないことを考慮し、また、銅箔４２ａ、４２ｂの厚さを無視すると、コンデンサ１１ａの静電容量Ｃａ、及びコンデンサ１１ｂの静電容量Ｃｂは、
Ｃａ＝ε×（Ｓａ／ｄ）・・・（１）
Ｃｂ＝ε×（Ｓｂ／ｄ）・・・（２）
εは、表面レジスト４３の誘電率
Ｓａは、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａの面積
Ｓｂは、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ｂの面積
ｄは、表面レジスト４３の厚さ
となる。
【００２４】
そして、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃ（測定容器２の中に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量）は、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂが直列に接続されていることから、
Ｃ＝（Ｃａ×Ｃｂ）／（Ｃａ＋Ｃｂ）・・（３）
であり、（１）（２）（３）式より、
Ｃ＝ε×［｛（Ｓａ×Ｓｂ）／（Ｓａ＋Ｓｂ）｝／ｄ］・・・（４）
となる。
【００２５】
また、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａの面積Ｓａと、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ｂの面積Ｓｂが等しいとすると、（４）式、及びＳａ＝Ｓｂより、合成静電容量Ｃは、
Ｃ＝（１／２）×ε×（Ｓａ／ｄ）
＝（１／２）×ε×（Ｓｂ／ｄ）・・・（５）
となる。
【００２６】
つまり、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃは、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂに応じて、異なる値になる。すなわち、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂが小さいほど、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃが小さくなり、逆に、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂが大きいほど、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃが大きくなる。
【００２７】
また、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂは、測定容器２に入れられている尿１０の量に応じて、異なる大きさになる。すなわち、尿１０の量が少ないほど、尿１０の液面高さＨが低くなって、尿１０に浸されている部分の面積Ｓａ、Ｓｂが小さくなり、逆に、尿１０の量が多いほど、尿１０の液面高さＨが高くなって、尿１０に浸されている部分の面積Ｓａ、Ｓｂが大きくなる。
【００２８】
従って、測定容器２に入れられている尿１０の量が少ないほど、尿１０に浸される部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂが小さくなって、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃが小さくなる。逆に、測定容器２に入れられている尿１０の量が多いほど、尿１０に浸される部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂが大きくなって、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃが大きくなる。このように、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃ（測定容器２の中に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量）は、測定容器２に入れられている尿１０の量に対応した値となる。
【００２９】
コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃが、測定容器２に入れられている尿１０の量に対応することから、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃを検出できれば、その検出した合成静電容量Ｃから、実測により予め求めておいた合成静電容量Ｃと尿１０の量との対応関係に基いて、測定容器２に入れられている尿１０の量を求めることができる。また、検出した合成静電容量Ｃから、上記（５）式により、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂを求め、その面積Ｓａ、Ｓｂから、銅箔４２ａ、４２ｂの形状等に基いて、測定容器２に入れられている尿１０の液面高さＨを求め、そして、その液面高さＨから、測定容器２の形状等に基いて、尿１０の量を求めることもできる。
【００３０】
図４は、上記検出部５及び制御部６の構成を示す。検出部５は、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサ（コンデンサ１１ａ、１１ｂ）をその一部とした発振回路９を構成し、その発振回路９の発振周期に基いて、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量Ｃ（コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量）を検出するようになっている。
【００３１】
検出部５は、測定ライン５０ａ、５０ｂと、抵抗５１、５２と、ＩＣ５３と、発振周期計測部５４と、静電容量算出部５５等を備える。測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサ（コンデンサ１１ａ、１１ｂ）、抵抗５１、５２、及びＩＣ５３等により、発振回路９が構成される。この発振回路９は、ＣＲ発振回路の一種であり、回路の時定数によって決まる周期で自走発振して方形波を発生するマルチバイブレータである。
【００３２】
ＩＣ５３は、グランド端子Ｐ１、トリガー端子Ｐ２、出力端子Ｐ３、リセット端子Ｐ４、制御電圧端子Ｐ５、スレッシュホールド端子Ｐ６、ディスチャージ端子Ｐ７、電源端子Ｐ８を有しており、電源ライン５９からの電源電圧Ｅ０を受けて、以下の動作をするようになっている。すなわち、ＩＣ５３は、スレッシュホールド端子Ｐ６に（２／３）×Ｅ０以上の電圧が入力されると、ディスチャージ端子Ｐ７をグランドに導通させると共に、出力端子Ｐ３からローレベルの信号を出力し、この状態を、その後、トリガー端子Ｐ２に（１／３）×Ｅ０以下の電圧が入力されるまで維持する。また、ＩＣ５３は、トリガー端子Ｐ２に（１／３）×Ｅ０以下の電圧が入力されると、ディスチャージ端子Ｐ７をグランドから絶縁すると共に、出力端子Ｐ３からハイレベルの信号を出力し、この状態を、その後、スレッシュホールド端子Ｐ６に（２／３）×Ｅ０以上の電圧が入力されるまで維持する。ＩＣ５３は、このような動作をするようになっている。
【００３３】
測定ライン５０ａは、途中で２つの分岐ライン５０ａ１、５０ａ２に分岐しており、分岐ライン５０ａ１は、ＩＣ５３のスレッシュホールド端子Ｐ６に接続されており、分岐ライン５０ａ２は、ＩＣ５３のトリガー端子Ｐ２に接続されている。測定ライン５０ａには、リード線８ａを介して、測定端子４の銅箔４２ａが接続される。測定ライン５０ｂは、グランドに接続されている。測定ライン５０ｂには、リード線８ｂを介して、測定端子４の銅箔４２ｂが接続される。
【００３４】
抵抗５１は、一端が電源ライン５９に接続されており、他端が抵抗５２に接続されている。抵抗５２は、一端が抵抗５１に接続されており、他端が測定ライン５０ａに接続されている。すなわち、抵抗５１と抵抗５２は、電源ライン５９と測定ライン５０ａの間に直列に接続されている。抵抗５１と抵抗５２の中間点は、ＩＣ５３のディスチャージ端子Ｐ７に接続されている。
【００３５】
従って、ＩＣ５３のディスチャージ端子Ｐ７がグランドから絶縁されているときには、電源ライン５９からの電源電圧Ｅ０により、電源ライン５９から抵抗５１、５２、及び測定ライン５０ａ、５０ｂを介して測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積される（コンデンサ１１ａ、１１ｂが充電される）。また、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されている状態で、ＩＣ５３のディスチャージ端子Ｐ７がグランドに導通されると、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積されている電荷が測定ライン５０ａ、５０ｂ、抵抗５２、及びディスチャージ端子Ｐ７を介してグランドに放電される（コンデンサ１１ａ、１１ｂが放電される）。
【００３６】
測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されるときの測定ライン５０ａの電圧レベルをＥ＋とすると、その電圧レベルＥ＋は、図５（ａ）に示すように、時間ｔの経過と共に次第に上昇していき、
Ｅ＋＝Ｅ０×（１−ｅ（−λ×ｔ））・・・（６）
λは、時定数であり、λ＝１／（Ｃ×（Ｒ１＋Ｒ２））
Ｒ１は、抵抗５１の抵抗値
Ｒ２は、抵抗５２の抵抗値
となる。測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積された電荷Ｑは、Ｑ＝Ｃ×Ｅ＋であり、十分な時間が経過した場合には、Ｑ＝Ｃ×Ｅ０とみなすことができる。
【００３７】
また、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷Ｑ＝Ｃ×Ｅ０が蓄積されているとした場合、その電荷Ｑが放電されるときの測定ライン５０ａの電圧レベルをＥ−とすると、その電圧レベルＥ−は、図５（ｂ）に示すように、時間ｔの経過と共に次第に低下していき、
Ｅ−＝Ｅ０×ｅ（−λ×ｔ）・・・（７）
λは、時定数であり、λ＝１／（Ｃ×Ｒ２）
Ｒ２は、抵抗５２の抵抗値
となる。
【００３８】
測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサ（コンデンサ１１ａ、１１ｂ）、抵抗５１、５２、及びＩＣ５３等によって構成される発振回路９は、電源電圧Ｅ０＝５ｖが与えられることにより、以下のように動作する。
【００３９】
すなわち、電源電圧Ｅ０＝５ｖが与えられると、最初は、ＩＣ５３のディスチャージ端子Ｐ７がグランドから絶縁されており、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂへの電荷の蓄積が開始され、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されていく。
【００４０】
そして、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されていき、測定ライン５０ａの電圧レベルが（２／３）×Ｅ０まで上昇すると、ＩＣ５３のスレッシュホールド端子Ｐ６に（２／３）×Ｅ０の電圧が入力される。これにより、ＩＣ５３のディスチャージ端子Ｐ７がグランドに導通され、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積された電荷の放電が開始されて、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積された電荷が放電されていく。
【００４１】
その後、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積された電荷が放電されていき、測定ライン５０ａの電圧レベルが（１／３）×Ｅ０まで下降すると、ＩＣ５３のトリガー端子Ｐ２に（１／３）×Ｅ０の電圧が入力される。これにより、ＩＣ５３のディスチャージ端子Ｐ７がグランドから絶縁され、再び、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂへの電荷の蓄積が開始されて、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されていく。
【００４２】
以降、同様に、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されていく動作（充電動作）と、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積された電荷が放電されていく動作（放電動作）とが、交互に繰り返される。このとき、測定ライン５０ａの電圧レベルは、（１／３）×Ｅ０から（２／３）×Ｅ０の範囲で上昇と下降とを交互に繰り返し、ＩＣ５３のスレッシュホールド端子Ｐ６への（２／３）×Ｅ０の電圧の入力と、ＩＣ５３のトリガー端子Ｐ２への（１／３）×Ｅ０の電圧の入力とが、交互に繰り返される。
【００４３】
ＩＣ５３の出力端子Ｐ３からは、上記充電動作と放電動作とが交互に繰り返されることに応じて、ハイレベルとローレベルとが交互に繰り返される方形波が出力される。すなわち、上記充電動作の期間（トリガー端子Ｐ２に（１／３）×Ｅ０の電圧が入力されてからスレッシュホールド端子Ｐ６に（２／３）×Ｅ０の電圧が入力されるまでの期間）は、出力端子Ｐ３の出力レベルがハイレベルとなり、また、上記放電動作の期間（スレッシュホールド端子Ｐ６に（２／３）×Ｅ０の電圧が入力されてからトリガー端子Ｐ２に（１／３）×Ｅ０の電圧が入力されるまでの期間）は、出力端子Ｐ３の出力レベルがローレベルとなる。そして、上記充電動作と放電動作とが繰り返される周期が、出力端子Ｐ３から出力される方形波の周期（ハイレベルとローレベルとが繰り返される周期）となる。
【００４４】
このように、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサ（コンデンサ１１ａ、１１ｂ）、抵抗５１、５２、及びＩＣ５３等によって構成される発振回路９は、電源電圧Ｅ０＝５ｖが与えられると、自走発振して、その発振出力である方形波をＩＣ５３の出力端子Ｐ３から出力する。
【００４５】
ここで、ＩＣ５３の出力端子Ｐ３から出力される方形波の周期、すなわち、発振回路９の発振周期をＴとすると、この発振周期Ｔは、上記充電動作と放電動作とが繰り返される周期である。つまり、発振周期Ｔは、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されるときに、測定ライン５０ａの電圧レベルＥ＋が（１／３）×Ｅ０から（２／３）×Ｅ０に上昇するまでの充電時間Ｔ＋（上記充電動作の期間に相当する時間）と、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積された電荷が放電されるときに、測定ライン５０ａの電圧レベルＥ−が（２／３）×Ｅ０から（１／３）×Ｅ０に低下するまでの放電時間Ｔ−（上記放電動作の期間に相当する時間）の和であり、発振周期Ｔ＝Ｔ＋＋Ｔ−である。
【００４６】
従って、（６）式においてＥ＋＝（１／３）×Ｅ０及びＥ＋＝（２／３）×Ｅ０として充電時間Ｔ＋を求め、また、（７）式においてＥ−＝（２／３）×Ｅ０及びＥ−＝（１／３）×Ｅ０として放電時間Ｔ−を求めて、発振周期Ｔを求めると、
Ｔ＝｛（Ｒ１＋２×Ｒ２）×Ｃ｝×Ｌｏｇｅ２
≒｛（Ｒ１＋２×Ｒ２）×Ｃ｝×（１／１．４４）・・・（８）
となる。
【００４７】
すなわち、発振回路９の発振周期Ｔと、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量Ｃとは、対応関係にあり（Ｒ１、Ｒ２は、一定の値）、静電容量Ｃが小さいほど、発振周期Ｔが短くなり、静電容量Ｃが大きいほど、発振周期Ｔが長くなる。
【００４８】
発振周期計測部５４は、カウンター等を有し、ＩＣ５３の出力端子Ｐ３から出力される方形波に基いて、発振回路９の発振周期Ｔを計測する。すなわち、発振周期計測部５４は、ＩＣ５３の出力端子Ｐ３から出力される方形波の立ち上がりから次の方形波の立ち上がりまでの時間を発振回路９の発振周期Ｔとして計測する。
【００４９】
静電容量算出部５５は、発振周期計測部５４により計測された発振周期Ｔに基いて、上記（８）式の関係から、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量Ｃ（コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量）を算出する。
【００５０】
制御部６は、メモリ６１と、マイコン６２等を備える。メモリ６１は、検出部５により検出した（静電容量算出部５５により算出した）静電容量Ｃと測定容器２に入れられている尿１０の量との対応関係を示す換算テーブルを予め記憶している。換算テーブルの示す対応関係は、予め実測により得た対応関係となっている。
【００５１】
マイコン６２は、検出部５により検出した静電容量Ｃから、測定容器２に入れられている尿１０の量を算出する。すなわち、マイコン６２は、メモリ６１に記憶している換算テーブルに基いて、検出部５により検出した静電容量Ｃから、測定容器２に入れられている尿１０の量を算出する。また、マイコン６２は、定期的（例えば３０分毎）に、電磁弁３を開いて、測定容器２に入れられている尿１０を測定容器２の排出口２ｏから排出させる。マイコン６２により、算出手段が構成されている。
【００５２】
このような構成の尿量測定装置１によれば、測定容器２に尿１０が入れられると、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによってコンデンサが構成され、このコンデンサの静電容量Ｃは、測定容器２に入れられる尿１０の量によって異なるものとなる。そして、検出部５によって、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量Ｃが検出され、制御部６のマイコン６２によって、検出部５により検出された静電容量Ｃから、測定容器２に入れられている尿１０の量が算出される。つまり、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量Ｃに基いて、測定容器２に入れられている尿１０の量が測定される。このような構成により、大掛かりにならず、また、低コスト化を図ることができる尿量測定装置１を実現できる。
【００５３】
しかも、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサをその一部としたマルチバイブレータ（発振回路）の発振周期Ｔを計測することにより、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量Ｃを、簡単な構成によって検出することができ、より低コスト化を図ることができる尿量測定装置１を実現できる。
【００５４】
また、誘電体から成るフィルム基板４１と、フィルム基板４１の表面に設けられた導電体である１対の銅箔４２ａ、４２ｂと、１対の銅箔４２ａ、４２ｂの表面を被覆する誘電体から成る表面レジスト４３とによって、測定端子４を安価に作成することができ、より低コスト化を図ることができる尿量測定装置１を実現できる。しかも、測定端子４を安価に作製することができるため、衛生面を考慮して、測定端子４を使い捨てにすることもできる。
【００５５】
また、検出部５により検出した静電容量Ｃと測定容器２に入れられている尿１０の量との対応関係を示す換算テーブルを記憶しておき、その換算テーブルに基いて尿１０の量を算出することにより、尿１０の量をより正確に測定することができる。
【００５６】
また、定期的に、電磁弁３を開いて、測定容器２に入れられている尿１０を測定容器２の排出口２ｏから排出させることにより、測定容器２に定期的に又は不定期に尿１０が入れられる場合であっても、測定容器２から尿１０が溢れ出す事態を生じることがなく、測定容器２に定期的に又は不定期に入れられる尿１０の量を正確に測定することができる。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、測定容器に入れられた尿と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量に代えて、コンデンサの静電容量に対応する静電容量対応値（コンデンサに蓄積された電荷量、コンデンサの充放電周期（測定容器に入れられた尿と測定端子とによって構成されるコンデンサをその一部とした発振回路の発振周期）、コンデンサの充電時間、コンデンサの放電時間等）を検出し、その静電容量対応値から、尿の量を算出するようにしてもよい。
【００５８】
また、測定端子は、導電体の表面を誘電体で覆ったものであれば、どのような構成のものであってもよい。但し、測定容器に入れられた尿と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又は静電容量対応値の検出精度を高めるために、測定端子の導電体の表面積は、大きい方が望ましく、また、測定端子の導電体の表面を覆う誘電体（上記実施形態では表面レジスト）は、薄い方が望ましい。
【００５９】
また、定期的に電磁弁を開いて測定容器から尿を排出させることに代えて、所定量以上の尿量が算出される度に電磁弁を開いて測定容器から尿を排出させるようにしてもよい。また、測定する尿量は、体積であってもよいし、液位（所定の基準位置からの液面の高さ）であってもよい。また、本発明は、尿量測定装置に限られず、尿以外の電解液の液量を測定する液量測定装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態に係る尿量測定装置の概略構成図。
【図２】（ａ）は同尿量測定装置の測定端子の構成の平面図、（ｂ）は同横断面図、（ｃ）は同縦断面図。
【図３】（ａ）は同尿量測定装置の測定容器に尿が入れられている状態での測定端子の側面側から見た断面図、（ｂ）は同測定端子の正面側から見た断面図、（ｃ）は尿と測定端子とによって構成されるコンデンサを電気回路的に示す図。
【図４】同尿量測定装置の検出部及び制御部の電気的ブロック構成図。
【図５】（ａ）は同尿量測定装置の測定端子に電荷が蓄積されるときの測定ラインの電圧変化を示す図、（ｂ）は同測定端子に蓄積された電荷が放電されるときの測定ラインの電圧変化を示す図。
【符号の説明】
【００６１】
１ 尿量測定装置（液量測定装置）
２ 測定容器
２ｏ 排出口
３ 電磁弁
４ 測定端子
５ 検出部
６ 制御部
７ カテーテル
７ｏ 尿導出口
８ａ、８ｂ リード線
９ 発振回路
１０ 尿
１１ａ、１１ｂ コンデンサ
４１ フィルム基板（誘電体）
４２ａ、４２ｂ 銅箔（導電体）
４３ 表面レジスト（誘電体）
４９ 接続部
５０ａ、５０ｂ 測定ライン
５０ａ１、５０ａ２ 分岐ライン
５１、５２ 抵抗
５３ ＩＣ
５４ 発振周期計測部
５５ 静電容量算出部
５９ 電源ライン
Ｐ１ グランド端子
Ｐ２ トリガー端子
Ｐ３ 出力端子
Ｐ４ リセット端子
Ｐ５ 制御電圧端子
Ｐ６ スレッシュホールド端子
Ｐ７ ディスチャージ端子
Ｐ８ 電源端子
６１ メモリ
６２ マイコン（算出手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解液の液量を測定する液量測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、病院などでは、入院している患者から排出された尿の量を測定、管理することが行われており、患者から排出された尿の量を測定するのに、液量測定装置が用いられている。このような液量測定装置としては、測定用ビーカに入れられている液（尿）の量を超音波センサや圧力センサを用いて測定するものがある。超音波センサを用いた液量測定装置は、測定用ビーカに入れられている液位（液面の高さ）を超音波センサによって検出することで、液の量を測定するものである。圧力センサを用いた液量測定装置は、測定用ビーカに入れられている液の重量により計測部にかかる加重を圧力センサによって検出することで、液の量を測定するものである。また、患者が排出した尿を収容袋に入れ、その重量を測定することにより、尿の量を測定するようにしたものも知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２３８８７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上述した従来の液量測定装置においては、装置が大掛かりになり、また、装置のコストが高い。
【０００４】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、大掛かりにならず、また、低コスト化を図ることができる液量測定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】
【０００５】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、電解液の液量を測定する液量測定装置であって、電解液が入れられる測定容器と、測定容器の中に設置され、測定容器の中に入れられた電解液に少なくとも一部が浸される、導電体の表面を誘電体で覆った測定端子と、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又はその静電容量に対応する静電容量対応値を検出する検出手段と、検出手段により検出した静電容量又は静電容量対応値から、測定容器に入れられている電解液の液量を算出する算出手段とを備え、検出手段は、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサをその一部とした発振回路を有し、該発振回路の発振周期に基いて、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又はその静電容量に対応する静電容量対応値を検出するものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１に記載の液量測定装置において、発振回路は、ＣＲ発振回路の一種であって、回路の時定数によって決まる周期で自走発振して方形波を発生するマルチバイブレータであるものである。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１の発明によれば、測定容器に電解液が入れられると、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによってコンデンサが構成され、このコンデンサの静電容量は、測定容器に入れられる電解液の液量によって異なるものとなる。そして、検出手段によって、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又は静電容量対応値が検出され、算出手段によって、検出手段により検出された静電容量又は静電容量対応値から、測定容器に入れられている電解液の液量が算出される。つまり、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量に基いて、測定容器に入れられている電解液の液量が測定される。このような構成により、大掛かりにならず、また、低コスト化を図ることができる液量測定装置を実現できる。
【０００８】
しかも、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサをその一部とした発振回路の発振周期に基いて、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量叉は静電容量対応値を、簡単な構成によって検出することができ、より低コスト化を図ることができる液量測定装置を実現できる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、測定容器に入れられた電解液と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又は静電容量対応値を、より簡単な構成によって検出することができ、より低コスト化を図ることができる液量測定装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を具体化した実施形態による液量測定装置について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態による液量測定装置である尿量測定装置の構成を示す。尿量測定装置１は、例えば、病院などにおいて、入院している患者から排出された尿の量を測定、管理するために用いられる装置である。
【００１１】
尿量測定装置１は、患者から排出された尿が入れられる測定容器２と、測定容器２に入れられた尿を排出するための電磁弁３と、測定端子４と、検出部５と、制御部６等を備える。この尿量測定装置１は、測定容器２に入れられた尿と測定端子４とによってコンデンサを構成し、そのコンデンサの静電容量に基いて、測定容器２に入れられた尿の量を測定するようになっている。
【００１２】
測定容器２は、内部が中空で、上部が開口している。測定容器２の上部の開口している部分から、測定容器２に尿が入れられる。また、測定容器２は、底部に、尿を排出するための排出口２ｏを有している。測定容器２の尿が入れられる容積部分の空間は、略直方体形状をしている。すなわち、測定容器２は、内底面（排出口２ｏのある面）と、この内底面から起立する４つの内側面によって、尿が入れられる容積部分の空間を形成しており、そして、４つの内側面は、内底面に対して略垂直になっており、各内側面は、対向する内側面に対して略平行になっている。
【００１３】
測定容器２は、例えば、ベッドの横などに、排出口２ｏを下側（床側）にし、内底面を略水平に（内側面を略鉛直に）して設置され、測定容器２の上部の開口している部分に、患者から排出された尿を導くカテーテル７の尿導出口７ｏが配置される。
【００１４】
電磁弁３は、測定容器２の排出口２ｏを開閉するようになっている。従って、電磁弁３が排出口２ｏを閉じているときには、測定容器２に入れられた尿は、測定容器２に蓄えられ、電磁弁３が排出口２ｏを開くことにより、測定容器２に入れられている（蓄えられている）尿は、排出口２ｏから測定容器２の外に排出される。
【００１５】
測定端子４は、測定容器２の中に設置されており、測定容器２の中に尿が入れられると、測定容器２の中に入れられた尿に少なくとも一部が浸されるようになっている。この測定端子４は、導電体の表面を誘電体（絶縁体）で覆った構成となっている。従って、測定容器２の中に尿が入れられると、測定容器２の中に入れられた尿と測定端子４とによってコンデンサが構成されることになる。つまり、尿は、ナトリウムイオン、カリウムイオン、塩化物イオンなどの電解質を含んだ電解液であり、導電体であるため、２つの導電体（１つは測定端子４の導電体、もう１つは尿）の間に誘電体（測定端子４の誘電体）が介在する状態となって、コンデンサが構成されることになる。測定端子４は、リード線８ａ、８ｂを介して検出部４に電気的に接続されている。測定端子４の構成の詳細については後述する。
【００１６】
検出部５は、測定容器２に入れられた尿と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量を検出する。制御部６は、検出部５により検出した静電容量から、測定容器２に入れられている尿の量を算出する。また、制御部６は、電磁弁３を開いて、測定容器２に入れられている尿を排出口２ｏから排出させる。
【００１７】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は、上記測定端子４の構成を示す。測定端子４は、導電体の表面を誘電体で覆った構成となっており、誘電体から成るフィルム基板４１と、フィルム基板４１の表面に設けられた導電体である１対の銅箔４２ａ、４２ｂと、１対の銅箔４２ａ、４２ｂの表面を被覆する誘電体から成る表面レジスト４３とを有する。
【００１８】
銅箔４２ａ、４２ｂは、各々、一定の幅及び厚みで略真っ直ぐに細長く形成されている。そして、銅箔４２ａと銅箔４２ｂは、互いに平行に配列されている。フィルム基板４１は、略均一な厚みに形成されており、表面レジスト４３も、略均一な厚みに形成されている。
【００１９】
表面レジスト４３は、銅箔４２ａ、４２ｂの一方の側の端部を被覆しておらず、銅箔４２ａ、４２ｂの一方の側の端部は、露出されている。この銅箔４２ａ、４２ｂの露出されている部分（表面レジスト４３により被覆されていない部分）は、測定端子４を検出部５に電気的に接続する（銅箔４２ａ、４２ｂを検出部５に電気的に接続する）ための接続部４９とされ、この接続部４９（銅箔４２ａ、４２ｂの露出されている部分）に、リード線８ａ、８ｂ（図１参照）が接続される。リード線８ａ、８ｂの測定端子４への接続（接続部４９への接続）は、例えばクリップ（不図示）を用いて、リード線８ａ、８ｂを接続部４９に接触させた状態で、リード線８ａ、８ｂと測定端子４を挟持することにより行われる。
【００２０】
このような構成の測定端子４は、フィルム基板４１の背面を測定容器２の内側面に貼り付けることにより、測定容器２の中に設置される。このとき、測定端子４は、接続部４９が測定容器２の外部に位置すると共に、銅箔４２ａ、４２ｂの先端（接続部４９と反対側の端部）が測定容器２の底に位置するように、測定容器２の中に設置される（図１参照）。
【００２１】
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は、尿量測定装置１による尿量を測定する方法の原理を示す。図３（ａ）（ｂ）に示すように、測定端子４の設置された測定容器２に尿１０が入れられて、測定端子４の一部が尿１０に浸されている状態を考える。このような状態では、測定容器２の中に入れられた尿１０と測定端子４とによってコンデンサが構成されることになる。つまり、導電体である測定端子４の銅箔４２ａと導電体である尿１０との間に、誘電体である測定端子４のフィルム基板４１及び表面レジスト４３が介在する状態となって、１つのコンデンサが構成され、また、導電体である測定端子４の銅箔４２ｂと導電体である尿１０との間にも、誘電体である測定端子４のフィルム基板４１及び表面レジスト４３が介在する状態となって、別の１つのコンデンサが構成されることになる。
【００２２】
従って、測定端子４の設置された測定容器２に尿１０が入れられて、測定端子４の一部が尿１０に浸されている状態では、電気回路的には、図３（ｃ）に示すように、２つのコンデンサ１１ａ、１１ｂが直列に接続された状態になる。コンデンサ１１ａは、銅箔４２ａと尿１０との間にフィルム基板４１及び表面レジスト４３が介在することにより構成されるコンデンサに対応し、コンデンサ１１ｂは、銅箔４２ｂと尿１０との間にフィルム基板４１及び表面レジスト４３が介在することにより構成されるコンデンサに対応する。
【００２３】
ここで、フィルム基板４１の背面が測定容器２に密着しており、フィルム基板４１の背面に尿１０が存在しないことを考慮し、また、銅箔４２ａ、４２ｂの厚さを無視すると、コンデンサ１１ａの静電容量Ｃａ、及びコンデンサ１１ｂの静電容量Ｃｂは、
Ｃａ＝ε×（Ｓａ／ｄ）・・・（１）
Ｃｂ＝ε×（Ｓｂ／ｄ）・・・（２）
εは、表面レジスト４３の誘電率
Ｓａは、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａの面積
Ｓｂは、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ｂの面積
ｄは、表面レジスト４３の厚さ
となる。
【００２４】
そして、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃ（測定容器２の中に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量）は、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂが直列に接続されていることから、
Ｃ＝（Ｃａ×Ｃｂ）／（Ｃａ＋Ｃｂ）・・（３）
であり、（１）（２）（３）式より、
Ｃ＝ε×［｛（Ｓａ×Ｓｂ）／（Ｓａ＋Ｓｂ）｝／ｄ］・・・（４）
となる。
【００２５】
また、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａの面積Ｓａと、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ｂの面積Ｓｂが等しいとすると、（４）式、及びＳａ＝Ｓｂより、合成静電容量Ｃは、
Ｃ＝（１／２）×ε×（Ｓａ／ｄ）
＝（１／２）×ε×（Ｓｂ／ｄ）・・・（５）
となる。
【００２６】
つまり、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃは、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂに応じて、異なる値になる。すなわち、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂが小さいほど、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃが小さくなり、逆に、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂが大きいほど、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃが大きくなる。
【００２７】
また、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂは、測定容器２に入れられている尿１０の量に応じて、異なる大きさになる。すなわち、尿１０の量が少ないほど、尿１０の液面高さＨが低くなって、尿１０に浸されている部分の面積Ｓａ、Ｓｂが小さくなり、逆に、尿１０の量が多いほど、尿１０の液面高さＨが高くなって、尿１０に浸されている部分の面積Ｓａ、Ｓｂが大きくなる。
【００２８】
従って、測定容器２に入れられている尿１０の量が少ないほど、尿１０に浸される部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂが小さくなって、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃが小さくなる。逆に、測定容器２に入れられている尿１０の量が多いほど、尿１０に浸される部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂが大きくなって、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃが大きくなる。このように、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃ（測定容器２の中に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量）は、測定容器２に入れられている尿１０の量に対応した値となる。
【００２９】
コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃが、測定容器２に入れられている尿１０の量に対応することから、コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量Ｃを検出できれば、その検出した合成静電容量Ｃから、実測により予め求めておいた合成静電容量Ｃと尿１０の量との対応関係に基いて、測定容器２に入れられている尿１０の量を求めることができる。また、検出した合成静電容量Ｃから、上記（５）式により、尿１０に浸されている部分の銅箔４２ａ、４２ｂの面積Ｓａ、Ｓｂを求め、その面積Ｓａ、Ｓｂから、銅箔４２ａ、４２ｂの形状等に基いて、測定容器２に入れられている尿１０の液面高さＨを求め、そして、その液面高さＨから、測定容器２の形状等に基いて、尿１０の量を求めることもできる。
【００３０】
図４は、上記検出部５及び制御部６の構成を示す。検出部５は、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサ（コンデンサ１１ａ、１１ｂ）をその一部とした発振回路９を構成し、その発振回路９の発振周期に基いて、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量Ｃ（コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量）を検出するようになっている。
【００３１】
検出部５は、測定ライン５０ａ、５０ｂと、抵抗５１、５２と、ＩＣ５３と、発振周期計測部５４と、静電容量算出部５５等を備える。測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサ（コンデンサ１１ａ、１１ｂ）、抵抗５１、５２、及びＩＣ５３等により、発振回路９が構成される。この発振回路９は、ＣＲ発振回路の一種であり、回路の時定数によって決まる周期で自走発振して方形波を発生するマルチバイブレータである。
【００３２】
ＩＣ５３は、グランド端子Ｐ１、トリガー端子Ｐ２、出力端子Ｐ３、リセット端子Ｐ４、制御電圧端子Ｐ５、スレッシュホールド端子Ｐ６、ディスチャージ端子Ｐ７、電源端子Ｐ８を有しており、電源ライン５９からの電源電圧Ｅ０を受けて、以下の動作をするようになっている。すなわち、ＩＣ５３は、スレッシュホールド端子Ｐ６に（２／３）×Ｅ０以上の電圧が入力されると、ディスチャージ端子Ｐ７をグランドに導通させると共に、出力端子Ｐ３からローレベルの信号を出力し、この状態を、その後、トリガー端子Ｐ２に（１／３）×Ｅ０以下の電圧が入力されるまで維持する。また、ＩＣ５３は、トリガー端子Ｐ２に（１／３）×Ｅ０以下の電圧が入力されると、ディスチャージ端子Ｐ７をグランドから絶縁すると共に、出力端子Ｐ３からハイレベルの信号を出力し、この状態を、その後、スレッシュホールド端子Ｐ６に（２／３）×Ｅ０以上の電圧が入力されるまで維持する。ＩＣ５３は、このような動作をするようになっている。
【００３３】
測定ライン５０ａは、途中で２つの分岐ライン５０ａ１、５０ａ２に分岐しており、分岐ライン５０ａ１は、ＩＣ５３のスレッシュホールド端子Ｐ６に接続されており、分岐ライン５０ａ２は、ＩＣ５３のトリガー端子Ｐ２に接続されている。測定ライン５０ａには、リード線８ａを介して、測定端子４の銅箔４２ａが接続される。測定ライン５０ｂは、グランドに接続されている。測定ライン５０ｂには、リード線８ｂを介して、測定端子４の銅箔４２ｂが接続される。
【００３４】
抵抗５１は、一端が電源ライン５９に接続されており、他端が抵抗５２に接続されている。抵抗５２は、一端が抵抗５１に接続されており、他端が測定ライン５０ａに接続されている。すなわち、抵抗５１と抵抗５２は、電源ライン５９と測定ライン５０ａの間に直列に接続されている。抵抗５１と抵抗５２の中間点は、ＩＣ５３のディスチャージ端子Ｐ７に接続されている。
【００３５】
従って、ＩＣ５３のディスチャージ端子Ｐ７がグランドから絶縁されているときには、電源ライン５９からの電源電圧Ｅ０により、電源ライン５９から抵抗５１、５２、及び測定ライン５０ａ、５０ｂを介して測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積される（コンデンサ１１ａ、１１ｂが充電される）。また、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されている状態で、ＩＣ５３のディスチャージ端子Ｐ７がグランドに導通されると、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積されている電荷が測定ライン５０ａ、５０ｂ、抵抗５２、及びディスチャージ端子Ｐ７を介してグランドに放電される（コンデンサ１１ａ、１１ｂが放電される）。
【００３６】
測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されるときの測定ライン５０ａの電圧レベルをＥ＋とすると、その電圧レベルＥ＋は、図５（ａ）に示すように、時間ｔの経過と共に次第に上昇していき、
Ｅ＋＝Ｅ０×（１−ｅ（−λ×ｔ））・・・（６）
λは、時定数であり、λ＝１／（Ｃ×（Ｒ１＋Ｒ２））
Ｒ１は、抵抗５１の抵抗値
Ｒ２は、抵抗５２の抵抗値
となる。測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積された電荷Ｑは、Ｑ＝Ｃ×Ｅ＋であり、十分な時間が経過した場合には、Ｑ＝Ｃ×Ｅ０とみなすことができる。
【００３７】
また、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷Ｑ＝Ｃ×Ｅ０が蓄積されているとした場合、その電荷Ｑが放電されるときの測定ライン５０ａの電圧レベルをＥ−とすると、その電圧レベルＥ−は、図５（ｂ）に示すように、時間ｔの経過と共に次第に低下していき、
Ｅ−＝Ｅ０×ｅ（−λ×ｔ）・・・（７）
λは、時定数であり、λ＝１／（Ｃ×Ｒ２）
Ｒ２は、抵抗５２の抵抗値
となる。
【００３８】
測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサ（コンデンサ１１ａ、１１ｂ）、抵抗５１、５２、及びＩＣ５３等によって構成される発振回路９は、電源電圧Ｅ０＝５ｖが与えられることにより、以下のように動作する。
【００３９】
すなわち、電源電圧Ｅ０＝５ｖが与えられると、最初は、ＩＣ５３のディスチャージ端子Ｐ７がグランドから絶縁されており、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂへの電荷の蓄積が開始され、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されていく。
【００４０】
そして、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されていき、測定ライン５０ａの電圧レベルが（２／３）×Ｅ０まで上昇すると、ＩＣ５３のスレッシュホールド端子Ｐ６に（２／３）×Ｅ０の電圧が入力される。これにより、ＩＣ５３のディスチャージ端子Ｐ７がグランドに導通され、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積された電荷の放電が開始されて、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積された電荷が放電されていく。
【００４１】
その後、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積された電荷が放電されていき、測定ライン５０ａの電圧レベルが（１／３）×Ｅ０まで下降すると、ＩＣ５３のトリガー端子Ｐ２に（１／３）×Ｅ０の電圧が入力される。これにより、ＩＣ５３のディスチャージ端子Ｐ７がグランドから絶縁され、再び、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂへの電荷の蓄積が開始されて、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されていく。
【００４２】
以降、同様に、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されていく動作（充電動作）と、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積された電荷が放電されていく動作（放電動作）とが、交互に繰り返される。このとき、測定ライン５０ａの電圧レベルは、（１／３）×Ｅ０から（２／３）×Ｅ０の範囲で上昇と下降とを交互に繰り返し、ＩＣ５３のスレッシュホールド端子Ｐ６への（２／３）×Ｅ０の電圧の入力と、ＩＣ５３のトリガー端子Ｐ２への（１／３）×Ｅ０の電圧の入力とが、交互に繰り返される。
【００４３】
ＩＣ５３の出力端子Ｐ３からは、上記充電動作と放電動作とが交互に繰り返されることに応じて、ハイレベルとローレベルとが交互に繰り返される方形波が出力される。すなわち、上記充電動作の期間（トリガー端子Ｐ２に（１／３）×Ｅ０の電圧が入力されてからスレッシュホールド端子Ｐ６に（２／３）×Ｅ０の電圧が入力されるまでの期間）は、出力端子Ｐ３の出力レベルがハイレベルとなり、また、上記放電動作の期間（スレッシュホールド端子Ｐ６に（２／３）×Ｅ０の電圧が入力されてからトリガー端子Ｐ２に（１／３）×Ｅ０の電圧が入力されるまでの期間）は、出力端子Ｐ３の出力レベルがローレベルとなる。そして、上記充電動作と放電動作とが繰り返される周期が、出力端子Ｐ３から出力される方形波の周期（ハイレベルとローレベルとが繰り返される周期）となる。
【００４４】
このように、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサ（コンデンサ１１ａ、１１ｂ）、抵抗５１、５２、及びＩＣ５３等によって構成される発振回路９は、電源電圧Ｅ０＝５ｖが与えられると、自走発振して、その発振出力である方形波をＩＣ５３の出力端子Ｐ３から出力する。
【００４５】
ここで、ＩＣ５３の出力端子Ｐ３から出力される方形波の周期、すなわち、発振回路９の発振周期をＴとすると、この発振周期Ｔは、上記充電動作と放電動作とが繰り返される周期である。つまり、発振周期Ｔは、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに電荷が蓄積されるときに、測定ライン５０ａの電圧レベルＥ＋が（１／３）×Ｅ０から（２／３）×Ｅ０に上昇するまでの充電時間Ｔ＋（上記充電動作の期間に相当する時間）と、測定端子４の銅箔４２ａ、４２ｂに蓄積された電荷が放電されるときに、測定ライン５０ａの電圧レベルＥ−が（２／３）×Ｅ０から（１／３）×Ｅ０に低下するまでの放電時間Ｔ−（上記放電動作の期間に相当する時間）の和であり、発振周期Ｔ＝Ｔ＋＋Ｔ−である。
【００４６】
従って、（６）式においてＥ＋＝（１／３）×Ｅ０及びＥ＋＝（２／３）×Ｅ０として充電時間Ｔ＋を求め、また、（７）式においてＥ−＝（２／３）×Ｅ０及びＥ−＝（１／３）×Ｅ０として放電時間Ｔ−を求めて、発振周期Ｔを求めると、
Ｔ＝｛（Ｒ１＋２×Ｒ２）×Ｃ｝×Ｌｏｇｅ２
≒｛（Ｒ１＋２×Ｒ２）×Ｃ｝×（１／１．４４）・・・（８）
となる。
【００４７】
すなわち、発振回路９の発振周期Ｔと、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量Ｃとは、対応関係にあり（Ｒ１、Ｒ２は、一定の値）、静電容量Ｃが小さいほど、発振周期Ｔが短くなり、静電容量Ｃが大きいほど、発振周期Ｔが長くなる。
【００４８】
発振周期計測部５４は、カウンター等を有し、ＩＣ５３の出力端子Ｐ３から出力される方形波に基いて、発振回路９の発振周期Ｔを計測する。すなわち、発振周期計測部５４は、ＩＣ５３の出力端子Ｐ３から出力される方形波の立ち上がりから次の方形波の立ち上がりまでの時間を発振回路９の発振周期Ｔとして計測する。
【００４９】
静電容量算出部５５は、発振周期計測部５４により計測された発振周期Ｔに基いて、上記（８）式の関係から、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量Ｃ（コンデンサ１１ａとコンデンサ１１ｂの合成静電容量）を算出する。
【００５０】
制御部６は、メモリ６１と、マイコン６２等を備える。メモリ６１は、検出部５により検出した（静電容量算出部５５により算出した）静電容量Ｃと測定容器２に入れられている尿１０の量との対応関係を示す換算テーブルを予め記憶している。換算テーブルの示す対応関係は、予め実測により得た対応関係となっている。
【００５１】
マイコン６２は、検出部５により検出した静電容量Ｃから、測定容器２に入れられている尿１０の量を算出する。すなわち、マイコン６２は、メモリ６１に記憶している換算テーブルに基いて、検出部５により検出した静電容量Ｃから、測定容器２に入れられている尿１０の量を算出する。また、マイコン６２は、定期的（例えば３０分毎）に、電磁弁３を開いて、測定容器２に入れられている尿１０を測定容器２の排出口２ｏから排出させる。マイコン６２により、算出手段が構成されている。
【００５２】
このような構成の尿量測定装置１によれば、測定容器２に尿１０が入れられると、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによってコンデンサが構成され、このコンデンサの静電容量Ｃは、測定容器２に入れられる尿１０の量によって異なるものとなる。そして、検出部５によって、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量Ｃが検出され、制御部６のマイコン６２によって、検出部５により検出された静電容量Ｃから、測定容器２に入れられている尿１０の量が算出される。つまり、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量Ｃに基いて、測定容器２に入れられている尿１０の量が測定される。このような構成により、大掛かりにならず、また、低コスト化を図ることができる尿量測定装置１を実現できる。
【００５３】
しかも、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサをその一部としたマルチバイブレータ（発振回路）の発振周期Ｔを計測することにより、測定容器２に入れられた尿１０と測定端子４とによって構成されるコンデンサの静電容量Ｃを、簡単な構成によって検出することができ、より低コスト化を図ることができる尿量測定装置１を実現できる。
【００５４】
また、誘電体から成るフィルム基板４１と、フィルム基板４１の表面に設けられた導電体である１対の銅箔４２ａ、４２ｂと、１対の銅箔４２ａ、４２ｂの表面を被覆する誘電体から成る表面レジスト４３とによって、測定端子４を安価に作成することができ、より低コスト化を図ることができる尿量測定装置１を実現できる。しかも、測定端子４を安価に作製することができるため、衛生面を考慮して、測定端子４を使い捨てにすることもできる。
【００５５】
また、検出部５により検出した静電容量Ｃと測定容器２に入れられている尿１０の量との対応関係を示す換算テーブルを記憶しておき、その換算テーブルに基いて尿１０の量を算出することにより、尿１０の量をより正確に測定することができる。
【００５６】
また、定期的に、電磁弁３を開いて、測定容器２に入れられている尿１０を測定容器２の排出口２ｏから排出させることにより、測定容器２に定期的に又は不定期に尿１０が入れられる場合であっても、測定容器２から尿１０が溢れ出す事態を生じることがなく、測定容器２に定期的に又は不定期に入れられる尿１０の量を正確に測定することができる。
【００５７】
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限られず、種々の変形が可能である。例えば、測定容器に入れられた尿と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量に代えて、コンデンサの静電容量に対応する静電容量対応値（コンデンサに蓄積された電荷量、コンデンサの充放電周期（測定容器に入れられた尿と測定端子とによって構成されるコンデンサをその一部とした発振回路の発振周期）、コンデンサの充電時間、コンデンサの放電時間等）を検出し、その静電容量対応値から、尿の量を算出するようにしてもよい。
【００５８】
また、測定端子は、導電体の表面を誘電体で覆ったものであれば、どのような構成のものであってもよい。但し、測定容器に入れられた尿と測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又は静電容量対応値の検出精度を高めるために、測定端子の導電体の表面積は、大きい方が望ましく、また、測定端子の導電体の表面を覆う誘電体（上記実施形態では表面レジスト）は、薄い方が望ましい。
【００５９】
また、定期的に電磁弁を開いて測定容器から尿を排出させることに代えて、所定量以上の尿量が算出される度に電磁弁を開いて測定容器から尿を排出させるようにしてもよい。また、測定する尿量は、体積であってもよいし、液位（所定の基準位置からの液面の高さ）であってもよい。また、本発明は、尿量測定装置に限られず、尿以外の電解液の液量を測定する液量測定装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施形態に係る尿量測定装置の概略構成図。
【図２】（ａ）は同尿量測定装置の測定端子の構成の平面図、（ｂ）は同横断面図、（ｃ）は同縦断面図。
【図３】（ａ）は同尿量測定装置の測定容器に尿が入れられている状態での測定端子の側面側から見た断面図、（ｂ）は同測定端子の正面側から見た断面図、（ｃ）は尿と測定端子とによって構成されるコンデンサを電気回路的に示す図。
【図４】同尿量測定装置の検出部及び制御部の電気的ブロック構成図。
【図５】（ａ）は同尿量測定装置の測定端子に電荷が蓄積されるときの測定ラインの電圧変化を示す図、（ｂ）は同測定端子に蓄積された電荷が放電されるときの測定ラインの電圧変化を示す図。
【符号の説明】
【００６１】
１ 尿量測定装置（液量測定装置）
２ 測定容器
２ｏ 排出口
３ 電磁弁
４ 測定端子
５ 検出部
６ 制御部
７ カテーテル
７ｏ 尿導出口
８ａ、８ｂ リード線
９ 発振回路
１０ 尿
１１ａ、１１ｂ コンデンサ
４１ フィルム基板（誘電体）
４２ａ、４２ｂ 銅箔（導電体）
４３ 表面レジスト（誘電体）
４９ 接続部
５０ａ、５０ｂ 測定ライン
５０ａ１、５０ａ２ 分岐ライン
５１、５２ 抵抗
５３ ＩＣ
５４ 発振周期計測部
５５ 静電容量算出部
５９ 電源ライン
Ｐ１ グランド端子
Ｐ２ トリガー端子
Ｐ３ 出力端子
Ｐ４ リセット端子
Ｐ５ 制御電圧端子
Ｐ６ スレッシュホールド端子
Ｐ７ ディスチャージ端子
Ｐ８ 電源端子
６１ メモリ
６２ マイコン（算出手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解液の液量を測定する液量測定装置であって、
電解液が入れられる測定容器と、
前記測定容器の中に設置され、前記測定容器の中に入れられた電解液に少なくとも一部が浸される、導電体の表面を誘電体で覆った測定端子と、
前記測定容器に入れられた電解液と前記測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又はその静電容量に対応する静電容量対応値を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出した静電容量又は静電容量対応値から、前記測定容器に入れられている電解液の液量を算出する算出手段とを備え、
前記検出手段は、前記測定容器に入れられた電解液と前記測定端子とによって構成されるコンデンサをその一部とした発振回路を有し、該発振回路の発振周期に基いて、前記測定容器に入れられた電解液と前記測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又はその静電容量に対応する静電容量対応値を検出する、
ことを特徴とする液量測定装置。
【請求項２】
前記発振回路は、ＣＲ発振回路の一種であって、回路の時定数によって決まる周期で自走発振して方形波を発生するマルチバイブレータである、
ことを特徴とする請求項１に記載の液量測定装置。
【請求項１】
電解液の液量を測定する液量測定装置であって、
電解液が入れられる測定容器と、
前記測定容器の中に設置され、前記測定容器の中に入れられた電解液に少なくとも一部が浸される、導電体の表面を誘電体で覆った測定端子と、
前記測定容器に入れられた電解液と前記測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又はその静電容量に対応する静電容量対応値を検出する検出手段と、
前記検出手段により検出した静電容量又は静電容量対応値から、前記測定容器に入れられている電解液の液量を算出する算出手段とを備え、
前記検出手段は、前記測定容器に入れられた電解液と前記測定端子とによって構成されるコンデンサをその一部とした発振回路を有し、該発振回路の発振周期に基いて、前記測定容器に入れられた電解液と前記測定端子とによって構成されるコンデンサの静電容量又はその静電容量に対応する静電容量対応値を検出する、
ことを特徴とする液量測定装置。
【請求項２】
前記発振回路は、ＣＲ発振回路の一種であって、回路の時定数によって決まる周期で自走発振して方形波を発生するマルチバイブレータである、
ことを特徴とする請求項１に記載の液量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１２１９５０（Ｐ２０１０−１２１９５０Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９３１６３（Ｐ２００８−２９３１６３）
【出願日】平成２０年１１月１７日（２００８．１１．１７）
【出願人】（５９５１０７９４４）株式会社ローラン (8)
【出願人】（５９１１４３３７５）円田医科工業株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１７日（２００８．１１．１７）
【出願人】（５９５１０７９４４）株式会社ローラン (8)
【出願人】（５９１１４３３７５）円田医科工業株式会社 (2)
【Ｆターム（参考）】
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