静電容量センサ
【課題】従来よりも簡単な構造で、かつ、膜状媒体の厚みを迅速に測定できる静電容量センサを提供すること。
【解決手段】対向して配置された２枚の電極からなる対向電極の間の間隔に膜状媒体Ｂを挿入することにより生じる静電容量の変化を利用して、膜状媒体の厚みを検出する静電容量センサ１０において、交流電源１２に接続された第１対向電極１４と、接地された第２対向電極１６と、第１及び第２対向電極間を電気的に直列に接続する電極間配線１８と、電極間配線の中点Ｐに設けられていて、静電容量の変化を出力する出力端２０とを有する検出器２２を備えていて、第１対向電極に膜状媒体が挿入されることを特徴とする。
【解決手段】対向して配置された２枚の電極からなる対向電極の間の間隔に膜状媒体Ｂを挿入することにより生じる静電容量の変化を利用して、膜状媒体の厚みを検出する静電容量センサ１０において、交流電源１２に接続された第１対向電極１４と、接地された第２対向電極１６と、第１及び第２対向電極間を電気的に直列に接続する電極間配線１８と、電極間配線の中点Ｐに設けられていて、静電容量の変化を出力する出力端２０とを有する検出器２２を備えていて、第１対向電極に膜状媒体が挿入されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紙等の膜状媒体の厚みを検出する静電容量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
膜状媒体の搬送路中に、所定の間隔を空けて互いに向き合った２枚の電極を備えてなる対向電極を設け、この電極間の静電容量の変化を出力することにより、紙等の膜状媒体の厚みを検出する静電容量センサが知られている。
【０００３】
ところで、紙等の膜状媒体の誘電率は、一般に対向電極の電極間に存在する媒質（通常は大気）の誘電率とほぼ同等の大きさである。そのため、この種の静電容量センサでは、出力が変化した場合に、それが、膜状媒質の厚みの変化によるものなのか、それとも媒質の誘電率が温度や湿度等の影響で変化したものによるのかを分離することが難しかった。
【０００４】
この問題点を解決するために、膜状媒体の誘電率を測定する第１対向電極の他に、媒質の誘電率の変化を測定する第２対向電極を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。
【特許文献１】特開昭５９−１３１１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示された技術では、第１及び第２対向電極の出力から、媒質の誘電率の影響を除いて膜状媒体にのみ由来する誘電率の変化を求めるために、別に演算回路を設ける必要があった。
【０００６】
そのため、特許文献１に開示された技術では、静電容量センサの回路構成が複雑化する虞があるとともに、演算回路での演算時間が必要であるため、膜状媒体の厚みを迅速に測定できない虞があった。
【０００７】
この発明は、上述したような問題点に鑑みなされたものである。従って、この発明の目的は、従来よりも簡単な構造で、かつ、膜状媒体の厚みを迅速に測定できる静電容量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の発明者は、膜状媒体が挿入される第１対向電極と、媒質の誘電率の変化を評価する第２対向電極とを、電極間配線で電気的に直列に接続し、この電極間配線の中点から検出信号を取り出すことにより上述した課題を解決できることに想到した。
【０００９】
従って、この発明の静電容量センサは、対向して配置された２枚の電極からなる対向電極の当該電極間の間隔に膜状媒体を挿入することにより生じる静電容量の変化を利用して、膜状媒体の厚みを検出する。
【００１０】
そして、静電容量センサは、対向電極として、交流電源に接続された第１対向電極及び接地された第２対向電極とを有するとともに、第１及び第２対向電極間を電気的に直列に接続する電極間配線と、電極間配線の接続中点に設けられていて、静電容量の変化を表わす検出信号を出力する出力端とを有する検出器を備えていて、第１対向電極の２枚の電極間に膜状媒体が挿入される。
【００１１】
この静電容量センサの好適な実施態様によれば、検出器が、膜状媒体の進行方向に沿って、複数個並列して配置されていたり、進行方向に直角に複数個配置されたりしていてもよい。
【００１２】
この静電容量センサの好適な他の実施態様によれば、第１対向電極が、共通の交流電源に接続された複数の第１サブ対向電極を備えており、複数の第１サブ対向電極が、膜状媒体の進行方向に沿って並列に配置されており、電極間配線が、第１サブ対向電極のそれぞれと共通の第２対向電極とを電気的に直列に接続する複数のサブ電極間配線を備えており、及びサブ電極間配線のそれぞれには、サブ電極間配線を切り替えるためのスイッチが設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の静電容量センサは上述のように構成されている。その結果、従来よりも簡単な構造で、かつ、膜状媒体の厚みを迅速に測定できる静電容量センサが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００１５】
（実施の形態１）
図１〜図３を参照して、実施の形態１の静電容量センサについて説明する。
【００１６】
（構造）
図１は、この実施の形態の静電容量センサの構成を概略的に示す模式図である。
【００１７】
この実施の形態の静電容量センサ１０は、静電容量の変化を表わす検出信号を出力する出力端２０を有する検出器２２を備えている。
【００１８】
この検出器２２は、交流電源１２に接続された第１対向電極１４と、接地された第２対向電極１６と、第１及び第２対向電極１４及び１６間を電気的に直列に接続する電極間配線１８とを有していて、出力端２０を電極間配線１８の接続中点Ｐに設けている。また、静電容量センサ１０は、好ましくは例えば処理装置２９を備えていてもよい。
【００１９】
第１対向電極１４は、従来公知の平行平板コンデンサであり、所定の間隔を空けて対向した電極１４ａ及び１４ｂを備えている。電極１４ａは、交流電源１２に接続されている。そして、電極１４ｂには、電極間配線１８が接続されている。電極間配線１８としては、従来公知のリード線や、プリント基板配線等を用いることができる。
【００２０】
第２対向電極１６は、従来公知の平行平板コンデンサであり、所定の間隔を空けて対向した電極１６ａ及び１６ｂを備えている。電極１６ａは、電極間配線１８に接続されている。一方、電極１６ｂは、接地されている。
【００２１】
第１及び第２対向電極１４及び１６のそれぞれの電極間距離、すなわち、電極１４ａと１４ｂとの間の距離ｄ、及び電極１６ａと１６ｂとの間の距離ｄは、互いに等しく設定することが好ましい。より詳細には、第１及び第２対向電極１４及び１６のそれぞれの電極間距離は、好ましくは、例えば約５〜６ｍｍとする。
【００２２】
また、第１及び第２対向電極１４及び１６のそれぞれの電極面積、すなわち、電極１４ａ，１４ｂ，１６ａ及び１６ｂの各面積は、互いに等しくＳとする。
【００２３】
さらに、第１対向電極１４の電極１４ａ及び１４ｂ間と、第２対向電極１６の電極１６ａ及び１６ｂ間には、いずれも同じ誘電率を有する媒質が介在している。この実施の形態の場合、電極間に介在する媒質は、誘電率ε≒１の大気とする。以降、大気の誘電率を「ε０」で表わす。
【００２４】
この実施の形態の静電容量センサ１０においては、第１対向電極１４の電極１４ａ及び１４ｂ間に、例えば紙幣等の膜状媒体Ｂを挿入することで生じる静電容量の変化を、電圧の変化として検出し、第１及び第２対向電極１４及び１６のそれぞれから出力される信号を合成した電圧を後述する出力端２０から出力する。以降、出力端２０から出力される電圧の変化を「検出信号」と称する。
【００２５】
処理装置２９は、アンプ２４、Ａ／Ｄコンバータ２６、及び処理部２８を備えていて、従来と同様に検出信号から膜状媒体Ｂの厚みを求める処理を行う。
【００２６】
アンプ２４は、出力端２０から出力される検出信号を電気的に増幅する機能を有する。アンプ２４で増幅された検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ２６に出力される。
【００２７】
Ａ／Ｄコンバータ２６は、アンプ２４に電気的に接続されており、アンプ２４から入力された検出信号をＡ／Ｄ変換して、デジタル信号とした上で、処理部２８に出力する。
【００２８】
処理部２８は、不図示の中央処理部と、内部記憶部と、入出力部とを備えたＣＰＵとして構成されている。処理部２８は、Ａ／Ｄコンバータ２６から入力されたデジタル化された検出信号から、膜状媒体Ｂの厚みを求める処理を行う。より詳細には、Ａ／Ｄコンバータ２６から入力されたデジタル化された検出信号は、不図示の内部記憶部に一時的に記憶される。記憶された検出信号は、中央処理部に読み出されているプログラムに従い、所定の計算が行われ、膜状媒体Ｂの厚みＤが求められる。
【００２９】
なお、処理部２８を構成するＣＰＵは、従来公知であるとともに、この発明の要旨とは直接関係しないのでこれ以上の説明を省略する。
【００３０】
（動作）
次に、図１及び図２を参照して、この実施の形態の静電容量センサ１０の動作について説明する。
【００３１】
静電容量センサ１０の動作の理解を容易にするために、図２に示す従来型の静電容量センサ１００（以下、「従来型センサ１００」と称する。）との比較で説明を行う。
【００３２】
まず図２を参照して、従来型センサ１００の構造について簡単に説明する。従来型センサ１００は、１個の対向電極１０２を備えている。この対向電極１０２は、平行平板コンデンサとして構成されている。より詳細には、従来型センサ１００では、電極１０２ａ及び１０２ｂが平行に対向して配置されている。なお、電極１０２ａ及び１０２ｂの間の距離はｄとする。また、電極１０２ａ及び１０２ｂの面積はそれぞれＳとする。
【００３３】
この従来型センサ１００の対向電極１０２に誘電率がεの膜状媒体Ｂが挿入された場合を考える。なお、膜状媒体Ｂの誘電率εは、大気の誘電率ε０よりも若干大きい値、例えば、ε≒１０とする。
【００３４】
また、膜状媒体Ｂの厚みＤは、電極間距離ｄに比べて十分に薄いものとする。ここで、「十分に薄い」とは、膜状媒体Ｂの厚みが、電極間距離ｄの１／１００以下であることを示す（Ｄ≦ｄ／１００）。
【００３５】
このとき、対向電極１０２に介在している大気の温度や湿度が変化したために、大気の誘電率ε０がε０’へと僅かに変化したとする。ここで、ε０の変化量Δε０、すなわちΔε０＝｜ε０−ε０’｜／ε０は、約５０％とする。
【００３６】
この場合、膜状媒体Ｂの誘電率εが大気の誘電率に比べて非常に大きい値（例えば、ε＝１０００等）である場合には、この大気の誘電率の変化は無視しても、十分な精度で、膜状媒体Ｂに由来する静電容量の変化を検出することができる。その結果、正確に膜状媒体Ｂの厚みＤを評価することができる。
【００３７】
しかし、この例のように、膜状媒体Ｂの誘電率εが、大気の誘電率ε０とほぼ同等である場合には、僅かな大気の誘電率の変化Δε０も、静電容量の測定に影響を与えてしまう。つまり、大気の誘電率の変化に由来する電圧変化が検出信号に対して無視できなくなる大きな値となる。結果として、得られた膜状媒体Ｂの厚みＤの測定結果に大きな誤差が含まれてしまう。
【００３８】
それに対して、この実施の形態の静電容量センサ１０は、電気的に直列に接続された第１対向電極１４及び第２対向電極１６を備えている。そして、図１に示すように、第１対向電極１４では、変化した大気の誘電率ε０’を含めた膜状媒体Ｂの静電容量を検出し、第２対向電極では、変化した大気の誘電率ε０’の静電容量のみを検出する。そして、第１及び第２対向電極１４及び１６の出力、すなわち、それぞれの静電容量を反映した電圧を合成して、電極間配線１８の中点Ｐに設けられた出力端２０からの検出信号として取り出す。
【００３９】
静電容量センサ１０をこのように構成した結果、出力端２０から出力される検出信号では、第１及び第２対向電極１４及び１６の両者で測定された変化した大気の誘電率ε０’に対する静電容量分に依存する電圧成分を相殺しているので、膜状媒体Ｂの静電容量に由来する検出信号のみを検出することが可能となる。
【００４０】
（大気の誘電率変化の相殺機構）
以下、図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、静電容量センサ１０が、大気の誘電率変化Δε０を相殺できることについて、さらに詳細に説明する。
【００４１】
まず、始めに、図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、膜状媒体Ｂが第１対向電極１４に挿入されていない状態において、大気の誘電率が変化しても静電容量センサ１０からの検出信号が不変であることについて説明する。図３（Ａ）は、大気の誘電率がε０の場合に、静電容量センサ１０を電気回路として表わした模式図である。図３（Ｂ）は、大気の誘電率がε０’の場合に、静電容量センサ１０を電気回路として表わした模式図である。
【００４２】
図３（Ａ）に示した大気の誘電率がε０の場合には、第１及び第２対向電極１４及び１６の静電容量Ｃ１及びＣ２は、従来周知の関係から下記式（１）及び式（２）で与えられる。
【００４３】
Ｃ１＝ε０×Ｓ／ｄ・・・（１）
Ｃ２＝ε０×Ｓ／ｄ・・・（２）
よって、出力端２０からの検出信号Ｖ１は、下記式（３）で与えられる。
【００４４】
Ｖ１＝（Ｃ２／Ｃ１）×Ｖ＝Ｖ・・・（３）
なお、式（３）において、Ｖは、第１対向電極１４に印加される電圧を示す。
【００４５】
一方、図３（Ｂ）に示したように、大気の誘電率がε０’に変化した場合、第１及び第２対向電極１４及び１６の静電容量Ｃ３及びＣ４は、従来周知の関係から下記式（４）及び式（５）で与えられる。
【００４６】
Ｃ３＝ε０’×Ｓ／ｄ・・・（４）
Ｃ４＝ε０’×Ｓ／ｄ・・・（５）
よって、出力端２０からの検出信号Ｖ２は、下記式（６）で与えられる。
【００４７】
Ｖ２＝（Ｃ４／Ｃ３）×Ｖ＝Ｖ・・・（６）
ここで、式（３）と式（６）とを比較すると、Ｖ１＝Ｖ２であることが分かる。これは、膜状媒体Ｂが第１対向電極１４に挿入されていない場合に、第１及び第２対向電極１４及び１６に介在する大気の誘電率ε０が変化したとしても、静電容量センサ１０からの出力電圧は等しくなることを示している。
【００４８】
以上のことを前提にして、図１に示すように、第１対向電極１４に膜状媒体Ｂが挿入された場合について考える。この場合、電気的にみると、図３（Ｃ）のように、電極１４ａと１４ｂとの間に、３個の直列に接続された静電容量Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ及びＣ１ｃが形成されることになる。なお、図３（Ｃ）は、第１対向電極１４に膜状媒体Ｂが挿入された場合に、静電容量センサ１０を電気回路として表わした模式図である。
【００４９】
図３（Ｃ）において、Ｃ１ａは、電極１４ａと膜状媒体Ｂとの間に形成される静電容量であり、Ｃ１ｂは、膜状媒体Ｂの静電容量であり、及びＣ１ｃは、膜状媒体Ｂと電極１４ｂとの間に形成される静電容量である。
【００５０】
ところで、上述したように、膜状媒体Ｂの厚みＤは、第１対向電極１４の電極間距離ｄよりも十分に小さいので、静電容量Ｃ１ａ及びＣ１ｃの直列分は、Ｃ１に等しいと置くことができる。
【００５１】
このことから、第１対向電極１４に形成された３個の静電容量Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ及びＣｌｃは、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ１ｂとが直列に接続されたものと同等であると考えることができる。
【００５２】
よって、静電容量センサ１０全体で考えた場合、第１対向電極１４に膜状媒体Ｂが挿入されることにより、静電容量Ｃ１，Ｃ２及びＣ１ｂが電気的に直列に接続された回路が形成されると考えることができる。
【００５３】
ところで、上述したように、静電容量Ｃ１とＣ２とを直列に接続した部分については、大気の誘電率が変化しても検出信号が変化しない。よって、膜状媒体Ｂが挿入された静電容量センサ１０からの検出信号の変化は、静電容量Ｃ１ｂ、すなわち、膜状媒体Ｂの静電容量に由来するものとなる。
【００５４】
つまり、静電容量センサ１０では、大気の誘電率が変化したとしても、その誘電率の変化は相殺され、膜状媒体Ｂの静電容量Ｃ１ｂに由来する検出信号が出力される。
【００５５】
（効果）
（１）この実施の形態の静電容量センサ１０では、第１対向電極１４及び第２対向電極１６を電気的に直列に接続し、電極間配線１８の中点Ｐに設けた出力端２０から検出信号を取り出すという簡単な構成により、検出信号から、電極１４ａと１４ｂ、及び電極１６ａと１６ｂの間に介在する媒質（大気）の誘電率の変化分を除くことができる。その結果、従来以上により正確に膜状媒質Ｂの厚みＤや枚数を評価することができる。
【００５６】
より詳細には、従来型センサ１００では、厚みＤが約１００μｍ程度の膜状媒体Ｂの枚数を評価することしかできなかったが、この実施の形態の静電容量センサ１０では、厚みＤが５０μｍの膜状媒体Ｂの枚数を評価することができる。
【００５７】
（２）また、静電容量センサ１０は、特許文献１に開示された技術とは異なり、複雑な演算回路を必要としない。よって、演算に要する時間等を考慮する必要がなく、より迅速に膜状媒体Ｂの厚みＤや枚数を評価することができる。また、演算回路を設けるスペースを節約できるので、静電容量センサ１０をより小型に形成することができる。
【００５８】
（変形例）
（１）この実施の形態においては、出力端２０を電極間配線１８の中点に設けた場合について説明した。しかし、出力端２０は、電極間配線１８に設けられていれば、中点Ｐの位置である必要はない。出力端２０は、静電容量センサ１０の設計に応じて、任意好適な位置に設けることができる。
【００５９】
この場合、出力端２０から出力される電圧を、中点Ｐから出力される電圧と比較して、補正しておけばよい。
【００６０】
（２）また、この実施の形態では、電極１４ａと１４ｂとの間、及び電極１６ａ及び１６ｂとの間に介在する媒質を大気とした場合について説明した。しかし、媒質は大気には限定されず、例えば窒素ガスや、ハロゲンガス等の種々の気体状の媒質を用いることができる。
【００６１】
（３）また、この実施の形態では、膜状媒体Ｂとして紙、特に紙幣を用いた場合について説明した。しかし、膜状媒質Ｂは、大気の誘電率ε０よりも若干大きな誘電率ε、詳細には、ε０＜ε＜１０であり、厚みＤが、電極間距離ｄの１／１００以下であれば、特に限定されない。例えば、樹脂フィルム、布等であっても構わない。
【００６２】
（４）この実施の形態では、膜状媒体Ｂを第１対向電極１４に挿入する場合について説明した。しかし、膜状媒体Ｂは、第２対向電極１６に挿入してもよい。つまり、第１及び第２対向電極１４及び１６のいずれか一方にのみ膜状媒体Ｂが挿入されればよい。このように構成することによっても、静電容量センサ１０は、上述したような効果を奏する。
【００６３】
（実施の形態２）
図４を参照して、実施の形態２の静電容量センサについて説明する。図４は、この実施の形態の静電容量センサ３０の構成を概略的に示す模式図である。なお、図４において、図１と同様の構成要素には同符号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
（構造）
この実施の形態の静電容量センサ３０は、上述した検出器２２が、膜状媒体Ｂの進行方向に沿って、複数個並列して配置されていたり、進行方向に直角に複数個配置されたりしている。
【００６５】
すなわち、静電容量センサ３０は、実施の形態１で説明した検出器２２と同様に構成されている第１〜第ｎ検出器２２１〜２２ｎを備えている。そして、これらの第１〜第ｎ検出器２２１〜２２ｎは、膜状媒体Ｂの搬送方向に沿って並列して配置されている。より詳細には、第１対向電極１４１〜１４ｎにおいて、電極１４ａ１〜１４ａｎと電極１４ｂ１〜１４ｂｎとがなすそれぞれの間隔の間を膜状媒体Ｂが搬送されるように、第１〜第ｎ検出器２２１〜２２ｎが配置されている。
【００６６】
また、静電容量センサ３０には、第１〜第ｎ検出器２２１〜２２ｎの動作を制御するための制御部２７が設けられている。制御部２７は、不図示の中央処理部と、内部記憶部と、入出力部とを備えたＣＰＵとして構成されている。なお、制御部２７を構成するＣＰＵは、従来公知であるとともに、この発明の要旨とは直接関係しないのでこれ以上の説明を省略する。
【００６７】
（動作）
静電容量センサ３０を構成する個々の検出器２２１〜２２ｎの動作は、実施の形態１の静電容量センサ１０と同様である。
【００６８】
ただし、静電容量センサ３０は、ｎ個の検出器２２１〜２２ｎを備えているので、膜状媒体Ｂが搬送されていく過程で、これらを所定のタイミングで切り替える必要がある。この切り替えは、制御部２７の内部記憶部から中央処理部へと読み出されたプログラムに従い実行される。ただし、この切り替えの具体的な処理内容は、本発明の要旨と直接関係しないので、これ以上の説明を省略する。
【００６９】
（効果）
この実施の形態の静電容量センサ３０は、実施の形態１の静電容量センサ１０と同様の効果を奏する。さらに静電容量センサ３０は、ｎ個の検出器２２１〜２２ｎを配置することにより、膜状媒体Ｂが大面積の場合や、膜状媒体Ｂの場所により誘電率が変化していたとしても、これらを独立して検出することができる。その結果、膜状媒体Ｂの厚みＤの変化を２次元的に評価することができる。
【００７０】
（変形例）
この実施の形態においては、第１〜第ｎ検出器２２１〜２２ｎを１列に配置する場合について説明したが、第１〜第ｎ検出器２２１〜２２ｎの配置は、１列には限定されず、複数列にわたって検出器を配置してもよい。このように構成することにより、さらに大面積の膜状媒体Ｂの測定を行うことができる。また、このように構成することにより、膜状媒体Ｂの厚みＤの平面的な分布を評価することが可能となる。
【００７１】
（実施の形態３）
図５を参照して、実施の形態３の静電容量センサについて説明する。図５は、この実施の形態の静電容量センサ４０の構成を概略的に示す模式図である。なお、図５において、図１と同様の構成要素には同符号を付し、その説明を省略する。
【００７２】
（構造）
この実施の形態の静電容量センサ４０は、第１対向電極１４が、共通した交流電源１２に接続された複数の第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎを備えており、複数の第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎが、膜状媒体Ｂの進行方向に沿って並列して配置されている。
【００７３】
そして、電極間配線１８が、第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎのそれぞれと、共通した第２対向電極１６とを電気的に直列に接続する、複数のサブ電極間配線１８Ｓ１〜１８Ｓｎを備えており、サブ電極間配線１８Ｓ１〜１８Ｓｎのそれぞれには、サブ電極間配線１８Ｓ１〜１８Ｓｎを切り替えるためのスイッチ４２１〜４２ｎとが設けられている。
【００７４】
この実施の形態の静電容量センサ４０は、第１対向電極１４が第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎを備えている点、及び電極間配線１８がサブ電極間配線１８Ｓ１〜１８Ｓｎを備えている点、及びスイッチ４２１〜４２ｎが設けられている点を除けば、実施の形態１の静電容量センサ１０とほぼ同様に構成されている。従って、以下の説明では、主にこの相違点について説明する。
【００７５】
静電容量センサ４０は、第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎの電極１４Ｓａ１〜１４Ｓａｎのそれぞれに共通の交流電源１２が接続されている。また、電極１４Ｓｂ１〜１４Ｓｂｎのそれぞれには、共通の第２対向電極１６との間を接続するサブ電極間配線１８Ｓ１〜１８Ｓｎが接続されている。さらに、サブ電極間配線１８Ｓ１〜１８Ｓｎには、第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎを切り替えるためのスイッチ４２１〜４２ｎが設けられている。
【００７６】
また、出力端２０は、処理装置２９に接続されている。
【００７７】
さらに、静電容量センサ４０には、スイッチ４２１〜４２ｎの切り替え等の全体の動作を制御するための制御部２７が設けられている。
【００７８】
（動作）
膜状媒体Ｂは、不図示の搬送機構により、電極１４Ｓａ１〜１４Ｓａｎと電極１４Ｓｂ１〜１４Ｓｂｎとの間の間隔を搬送されていく。それに伴い、上述した制御部２７は、スイッチ４２１〜４２ｎのＯＮ／ＯＦＦ状態を、読み込まれたプログラムに従って実行する。なお、制御部２７によるスイッチ４２１〜４２ｎのＯＮ／ＯＦＦ制御においては、ｎ個のスイッチ４２１〜４２ｎのうち、同時に２個以上のスイッチがＯＮ状態とならないように制御が行われる。
【００７９】
ＯＮ状態となったスイッチ４２ｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎの整数）を備えたサブ電極間配線１８Ｓｉの出力端を２０ｉからは、検出信号が出力され、処理装置２９により処理される。
【００８０】
（効果）
この実施の形態の静電容量センサ４０は、実施の形態１の静電容量センサ１０及び実施の形態２の静電容量センサ３０と同様の効果を奏するとともに、交流電源１２及び第２対向電極１６の個数を１個としているので、実施の形態２の静電容量センサ３０よりも、より小型化が可能である。
【００８１】
（変形例）
静電容量センサ４０は、実施の形態２の静電容量センサ３０の場合と同様に、第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎを複数列にわたって配置してもよい。このように構成することにより、さらに大面積の膜状媒体Ｂの測定を行うことができる。また、このように構成することにより、膜状媒体Ｂの厚みＤの平面的な分布を評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施の形態１の静電容量センサの構成を概略的に示す模式図である。
【図２】従来型センサの概略的な構成を示す模式図である。
【図３】（Ａ）は、大気の誘電率がε０の場合に、静電容量センサを電気回路として表わした模式図である。（Ｂ）は、大気の誘電率がε０’の場合に、静電容量センサを電気回路として表わした模式図である。（Ｃ）は、第１対向電極に膜状媒体が挿入された場合に、静電容量センサを電気回路として表わした模式図である。
【図４】実施の形態２の静電容量センサの構成を概略的に示す模式図である。
【図５】実施の形態３の静電容量センサの構成を概略的に示す模式図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０，３０，４０ 静電容量センサ
１２ 交流電源
１４ 第１対向電極
１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１４ａ１〜１４ａｎ，１４ｂ１〜１４ｂｎ，１４Ｓａ１〜１４Ｓａｎ，１４Ｓｂ１〜１４Ｓｂｎ 電極
１４Ｓ１〜１４Ｓｎ 第１サブ対向電極
１６ 第２対向電極
１８ 電極間配線
１８Ｓ１〜１８Ｓｎ サブ電極間配線
２０ 出力端
２２ 検出器
２２１〜２２ｎ 第１〜第ｎ検出器
２４ アンプ
２６ Ａ／Ｄコンバータ
２７ 制御部
２８ 処理部
２９ 処理装置
４２１〜４２ｎ スイッチ
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紙等の膜状媒体の厚みを検出する静電容量センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
膜状媒体の搬送路中に、所定の間隔を空けて互いに向き合った２枚の電極を備えてなる対向電極を設け、この電極間の静電容量の変化を出力することにより、紙等の膜状媒体の厚みを検出する静電容量センサが知られている。
【０００３】
ところで、紙等の膜状媒体の誘電率は、一般に対向電極の電極間に存在する媒質（通常は大気）の誘電率とほぼ同等の大きさである。そのため、この種の静電容量センサでは、出力が変化した場合に、それが、膜状媒質の厚みの変化によるものなのか、それとも媒質の誘電率が温度や湿度等の影響で変化したものによるのかを分離することが難しかった。
【０００４】
この問題点を解決するために、膜状媒体の誘電率を測定する第１対向電極の他に、媒質の誘電率の変化を測定する第２対向電極を設ける技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。
【特許文献１】特開昭５９−１３１１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示された技術では、第１及び第２対向電極の出力から、媒質の誘電率の影響を除いて膜状媒体にのみ由来する誘電率の変化を求めるために、別に演算回路を設ける必要があった。
【０００６】
そのため、特許文献１に開示された技術では、静電容量センサの回路構成が複雑化する虞があるとともに、演算回路での演算時間が必要であるため、膜状媒体の厚みを迅速に測定できない虞があった。
【０００７】
この発明は、上述したような問題点に鑑みなされたものである。従って、この発明の目的は、従来よりも簡単な構造で、かつ、膜状媒体の厚みを迅速に測定できる静電容量センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の発明者は、膜状媒体が挿入される第１対向電極と、媒質の誘電率の変化を評価する第２対向電極とを、電極間配線で電気的に直列に接続し、この電極間配線の中点から検出信号を取り出すことにより上述した課題を解決できることに想到した。
【０００９】
従って、この発明の静電容量センサは、対向して配置された２枚の電極からなる対向電極の当該電極間の間隔に膜状媒体を挿入することにより生じる静電容量の変化を利用して、膜状媒体の厚みを検出する。
【００１０】
そして、静電容量センサは、対向電極として、交流電源に接続された第１対向電極及び接地された第２対向電極とを有するとともに、第１及び第２対向電極間を電気的に直列に接続する電極間配線と、電極間配線の接続中点に設けられていて、静電容量の変化を表わす検出信号を出力する出力端とを有する検出器を備えていて、第１対向電極の２枚の電極間に膜状媒体が挿入される。
【００１１】
この静電容量センサの好適な実施態様によれば、検出器が、膜状媒体の進行方向に沿って、複数個並列して配置されていたり、進行方向に直角に複数個配置されたりしていてもよい。
【００１２】
この静電容量センサの好適な他の実施態様によれば、第１対向電極が、共通の交流電源に接続された複数の第１サブ対向電極を備えており、複数の第１サブ対向電極が、膜状媒体の進行方向に沿って並列に配置されており、電極間配線が、第１サブ対向電極のそれぞれと共通の第２対向電極とを電気的に直列に接続する複数のサブ電極間配線を備えており、及びサブ電極間配線のそれぞれには、サブ電極間配線を切り替えるためのスイッチが設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１３】
この発明の静電容量センサは上述のように構成されている。その結果、従来よりも簡単な構造で、かつ、膜状媒体の厚みを迅速に測定できる静電容量センサが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図は、各構成要素の形状、大きさ及び配置関係について、この発明が理解できる程度に概略的に示してある。また、以下、この発明の好適な構成例について説明するが、各構成要素の材質及び数値的条件などは、単なる好適例にすぎない。従って、この発明は、以下の実施の形態に何ら限定されない。また、各図において、共通する構成要素には同符号を付し、その説明を省略することもある。
【００１５】
（実施の形態１）
図１〜図３を参照して、実施の形態１の静電容量センサについて説明する。
【００１６】
（構造）
図１は、この実施の形態の静電容量センサの構成を概略的に示す模式図である。
【００１７】
この実施の形態の静電容量センサ１０は、静電容量の変化を表わす検出信号を出力する出力端２０を有する検出器２２を備えている。
【００１８】
この検出器２２は、交流電源１２に接続された第１対向電極１４と、接地された第２対向電極１６と、第１及び第２対向電極１４及び１６間を電気的に直列に接続する電極間配線１８とを有していて、出力端２０を電極間配線１８の接続中点Ｐに設けている。また、静電容量センサ１０は、好ましくは例えば処理装置２９を備えていてもよい。
【００１９】
第１対向電極１４は、従来公知の平行平板コンデンサであり、所定の間隔を空けて対向した電極１４ａ及び１４ｂを備えている。電極１４ａは、交流電源１２に接続されている。そして、電極１４ｂには、電極間配線１８が接続されている。電極間配線１８としては、従来公知のリード線や、プリント基板配線等を用いることができる。
【００２０】
第２対向電極１６は、従来公知の平行平板コンデンサであり、所定の間隔を空けて対向した電極１６ａ及び１６ｂを備えている。電極１６ａは、電極間配線１８に接続されている。一方、電極１６ｂは、接地されている。
【００２１】
第１及び第２対向電極１４及び１６のそれぞれの電極間距離、すなわち、電極１４ａと１４ｂとの間の距離ｄ、及び電極１６ａと１６ｂとの間の距離ｄは、互いに等しく設定することが好ましい。より詳細には、第１及び第２対向電極１４及び１６のそれぞれの電極間距離は、好ましくは、例えば約５〜６ｍｍとする。
【００２２】
また、第１及び第２対向電極１４及び１６のそれぞれの電極面積、すなわち、電極１４ａ，１４ｂ，１６ａ及び１６ｂの各面積は、互いに等しくＳとする。
【００２３】
さらに、第１対向電極１４の電極１４ａ及び１４ｂ間と、第２対向電極１６の電極１６ａ及び１６ｂ間には、いずれも同じ誘電率を有する媒質が介在している。この実施の形態の場合、電極間に介在する媒質は、誘電率ε≒１の大気とする。以降、大気の誘電率を「ε０」で表わす。
【００２４】
この実施の形態の静電容量センサ１０においては、第１対向電極１４の電極１４ａ及び１４ｂ間に、例えば紙幣等の膜状媒体Ｂを挿入することで生じる静電容量の変化を、電圧の変化として検出し、第１及び第２対向電極１４及び１６のそれぞれから出力される信号を合成した電圧を後述する出力端２０から出力する。以降、出力端２０から出力される電圧の変化を「検出信号」と称する。
【００２５】
処理装置２９は、アンプ２４、Ａ／Ｄコンバータ２６、及び処理部２８を備えていて、従来と同様に検出信号から膜状媒体Ｂの厚みを求める処理を行う。
【００２６】
アンプ２４は、出力端２０から出力される検出信号を電気的に増幅する機能を有する。アンプ２４で増幅された検出信号は、Ａ／Ｄコンバータ２６に出力される。
【００２７】
Ａ／Ｄコンバータ２６は、アンプ２４に電気的に接続されており、アンプ２４から入力された検出信号をＡ／Ｄ変換して、デジタル信号とした上で、処理部２８に出力する。
【００２８】
処理部２８は、不図示の中央処理部と、内部記憶部と、入出力部とを備えたＣＰＵとして構成されている。処理部２８は、Ａ／Ｄコンバータ２６から入力されたデジタル化された検出信号から、膜状媒体Ｂの厚みを求める処理を行う。より詳細には、Ａ／Ｄコンバータ２６から入力されたデジタル化された検出信号は、不図示の内部記憶部に一時的に記憶される。記憶された検出信号は、中央処理部に読み出されているプログラムに従い、所定の計算が行われ、膜状媒体Ｂの厚みＤが求められる。
【００２９】
なお、処理部２８を構成するＣＰＵは、従来公知であるとともに、この発明の要旨とは直接関係しないのでこれ以上の説明を省略する。
【００３０】
（動作）
次に、図１及び図２を参照して、この実施の形態の静電容量センサ１０の動作について説明する。
【００３１】
静電容量センサ１０の動作の理解を容易にするために、図２に示す従来型の静電容量センサ１００（以下、「従来型センサ１００」と称する。）との比較で説明を行う。
【００３２】
まず図２を参照して、従来型センサ１００の構造について簡単に説明する。従来型センサ１００は、１個の対向電極１０２を備えている。この対向電極１０２は、平行平板コンデンサとして構成されている。より詳細には、従来型センサ１００では、電極１０２ａ及び１０２ｂが平行に対向して配置されている。なお、電極１０２ａ及び１０２ｂの間の距離はｄとする。また、電極１０２ａ及び１０２ｂの面積はそれぞれＳとする。
【００３３】
この従来型センサ１００の対向電極１０２に誘電率がεの膜状媒体Ｂが挿入された場合を考える。なお、膜状媒体Ｂの誘電率εは、大気の誘電率ε０よりも若干大きい値、例えば、ε≒１０とする。
【００３４】
また、膜状媒体Ｂの厚みＤは、電極間距離ｄに比べて十分に薄いものとする。ここで、「十分に薄い」とは、膜状媒体Ｂの厚みが、電極間距離ｄの１／１００以下であることを示す（Ｄ≦ｄ／１００）。
【００３５】
このとき、対向電極１０２に介在している大気の温度や湿度が変化したために、大気の誘電率ε０がε０’へと僅かに変化したとする。ここで、ε０の変化量Δε０、すなわちΔε０＝｜ε０−ε０’｜／ε０は、約５０％とする。
【００３６】
この場合、膜状媒体Ｂの誘電率εが大気の誘電率に比べて非常に大きい値（例えば、ε＝１０００等）である場合には、この大気の誘電率の変化は無視しても、十分な精度で、膜状媒体Ｂに由来する静電容量の変化を検出することができる。その結果、正確に膜状媒体Ｂの厚みＤを評価することができる。
【００３７】
しかし、この例のように、膜状媒体Ｂの誘電率εが、大気の誘電率ε０とほぼ同等である場合には、僅かな大気の誘電率の変化Δε０も、静電容量の測定に影響を与えてしまう。つまり、大気の誘電率の変化に由来する電圧変化が検出信号に対して無視できなくなる大きな値となる。結果として、得られた膜状媒体Ｂの厚みＤの測定結果に大きな誤差が含まれてしまう。
【００３８】
それに対して、この実施の形態の静電容量センサ１０は、電気的に直列に接続された第１対向電極１４及び第２対向電極１６を備えている。そして、図１に示すように、第１対向電極１４では、変化した大気の誘電率ε０’を含めた膜状媒体Ｂの静電容量を検出し、第２対向電極では、変化した大気の誘電率ε０’の静電容量のみを検出する。そして、第１及び第２対向電極１４及び１６の出力、すなわち、それぞれの静電容量を反映した電圧を合成して、電極間配線１８の中点Ｐに設けられた出力端２０からの検出信号として取り出す。
【００３９】
静電容量センサ１０をこのように構成した結果、出力端２０から出力される検出信号では、第１及び第２対向電極１４及び１６の両者で測定された変化した大気の誘電率ε０’に対する静電容量分に依存する電圧成分を相殺しているので、膜状媒体Ｂの静電容量に由来する検出信号のみを検出することが可能となる。
【００４０】
（大気の誘電率変化の相殺機構）
以下、図３（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、静電容量センサ１０が、大気の誘電率変化Δε０を相殺できることについて、さらに詳細に説明する。
【００４１】
まず、始めに、図３（Ａ）及び（Ｂ）を参照して、膜状媒体Ｂが第１対向電極１４に挿入されていない状態において、大気の誘電率が変化しても静電容量センサ１０からの検出信号が不変であることについて説明する。図３（Ａ）は、大気の誘電率がε０の場合に、静電容量センサ１０を電気回路として表わした模式図である。図３（Ｂ）は、大気の誘電率がε０’の場合に、静電容量センサ１０を電気回路として表わした模式図である。
【００４２】
図３（Ａ）に示した大気の誘電率がε０の場合には、第１及び第２対向電極１４及び１６の静電容量Ｃ１及びＣ２は、従来周知の関係から下記式（１）及び式（２）で与えられる。
【００４３】
Ｃ１＝ε０×Ｓ／ｄ・・・（１）
Ｃ２＝ε０×Ｓ／ｄ・・・（２）
よって、出力端２０からの検出信号Ｖ１は、下記式（３）で与えられる。
【００４４】
Ｖ１＝（Ｃ２／Ｃ１）×Ｖ＝Ｖ・・・（３）
なお、式（３）において、Ｖは、第１対向電極１４に印加される電圧を示す。
【００４５】
一方、図３（Ｂ）に示したように、大気の誘電率がε０’に変化した場合、第１及び第２対向電極１４及び１６の静電容量Ｃ３及びＣ４は、従来周知の関係から下記式（４）及び式（５）で与えられる。
【００４６】
Ｃ３＝ε０’×Ｓ／ｄ・・・（４）
Ｃ４＝ε０’×Ｓ／ｄ・・・（５）
よって、出力端２０からの検出信号Ｖ２は、下記式（６）で与えられる。
【００４７】
Ｖ２＝（Ｃ４／Ｃ３）×Ｖ＝Ｖ・・・（６）
ここで、式（３）と式（６）とを比較すると、Ｖ１＝Ｖ２であることが分かる。これは、膜状媒体Ｂが第１対向電極１４に挿入されていない場合に、第１及び第２対向電極１４及び１６に介在する大気の誘電率ε０が変化したとしても、静電容量センサ１０からの出力電圧は等しくなることを示している。
【００４８】
以上のことを前提にして、図１に示すように、第１対向電極１４に膜状媒体Ｂが挿入された場合について考える。この場合、電気的にみると、図３（Ｃ）のように、電極１４ａと１４ｂとの間に、３個の直列に接続された静電容量Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ及びＣ１ｃが形成されることになる。なお、図３（Ｃ）は、第１対向電極１４に膜状媒体Ｂが挿入された場合に、静電容量センサ１０を電気回路として表わした模式図である。
【００４９】
図３（Ｃ）において、Ｃ１ａは、電極１４ａと膜状媒体Ｂとの間に形成される静電容量であり、Ｃ１ｂは、膜状媒体Ｂの静電容量であり、及びＣ１ｃは、膜状媒体Ｂと電極１４ｂとの間に形成される静電容量である。
【００５０】
ところで、上述したように、膜状媒体Ｂの厚みＤは、第１対向電極１４の電極間距離ｄよりも十分に小さいので、静電容量Ｃ１ａ及びＣ１ｃの直列分は、Ｃ１に等しいと置くことができる。
【００５１】
このことから、第１対向電極１４に形成された３個の静電容量Ｃ１ａ，Ｃ１ｂ及びＣｌｃは、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ１ｂとが直列に接続されたものと同等であると考えることができる。
【００５２】
よって、静電容量センサ１０全体で考えた場合、第１対向電極１４に膜状媒体Ｂが挿入されることにより、静電容量Ｃ１，Ｃ２及びＣ１ｂが電気的に直列に接続された回路が形成されると考えることができる。
【００５３】
ところで、上述したように、静電容量Ｃ１とＣ２とを直列に接続した部分については、大気の誘電率が変化しても検出信号が変化しない。よって、膜状媒体Ｂが挿入された静電容量センサ１０からの検出信号の変化は、静電容量Ｃ１ｂ、すなわち、膜状媒体Ｂの静電容量に由来するものとなる。
【００５４】
つまり、静電容量センサ１０では、大気の誘電率が変化したとしても、その誘電率の変化は相殺され、膜状媒体Ｂの静電容量Ｃ１ｂに由来する検出信号が出力される。
【００５５】
（効果）
（１）この実施の形態の静電容量センサ１０では、第１対向電極１４及び第２対向電極１６を電気的に直列に接続し、電極間配線１８の中点Ｐに設けた出力端２０から検出信号を取り出すという簡単な構成により、検出信号から、電極１４ａと１４ｂ、及び電極１６ａと１６ｂの間に介在する媒質（大気）の誘電率の変化分を除くことができる。その結果、従来以上により正確に膜状媒質Ｂの厚みＤや枚数を評価することができる。
【００５６】
より詳細には、従来型センサ１００では、厚みＤが約１００μｍ程度の膜状媒体Ｂの枚数を評価することしかできなかったが、この実施の形態の静電容量センサ１０では、厚みＤが５０μｍの膜状媒体Ｂの枚数を評価することができる。
【００５７】
（２）また、静電容量センサ１０は、特許文献１に開示された技術とは異なり、複雑な演算回路を必要としない。よって、演算に要する時間等を考慮する必要がなく、より迅速に膜状媒体Ｂの厚みＤや枚数を評価することができる。また、演算回路を設けるスペースを節約できるので、静電容量センサ１０をより小型に形成することができる。
【００５８】
（変形例）
（１）この実施の形態においては、出力端２０を電極間配線１８の中点に設けた場合について説明した。しかし、出力端２０は、電極間配線１８に設けられていれば、中点Ｐの位置である必要はない。出力端２０は、静電容量センサ１０の設計に応じて、任意好適な位置に設けることができる。
【００５９】
この場合、出力端２０から出力される電圧を、中点Ｐから出力される電圧と比較して、補正しておけばよい。
【００６０】
（２）また、この実施の形態では、電極１４ａと１４ｂとの間、及び電極１６ａ及び１６ｂとの間に介在する媒質を大気とした場合について説明した。しかし、媒質は大気には限定されず、例えば窒素ガスや、ハロゲンガス等の種々の気体状の媒質を用いることができる。
【００６１】
（３）また、この実施の形態では、膜状媒体Ｂとして紙、特に紙幣を用いた場合について説明した。しかし、膜状媒質Ｂは、大気の誘電率ε０よりも若干大きな誘電率ε、詳細には、ε０＜ε＜１０であり、厚みＤが、電極間距離ｄの１／１００以下であれば、特に限定されない。例えば、樹脂フィルム、布等であっても構わない。
【００６２】
（４）この実施の形態では、膜状媒体Ｂを第１対向電極１４に挿入する場合について説明した。しかし、膜状媒体Ｂは、第２対向電極１６に挿入してもよい。つまり、第１及び第２対向電極１４及び１６のいずれか一方にのみ膜状媒体Ｂが挿入されればよい。このように構成することによっても、静電容量センサ１０は、上述したような効果を奏する。
【００６３】
（実施の形態２）
図４を参照して、実施の形態２の静電容量センサについて説明する。図４は、この実施の形態の静電容量センサ３０の構成を概略的に示す模式図である。なお、図４において、図１と同様の構成要素には同符号を付し、その説明を省略する。
【００６４】
（構造）
この実施の形態の静電容量センサ３０は、上述した検出器２２が、膜状媒体Ｂの進行方向に沿って、複数個並列して配置されていたり、進行方向に直角に複数個配置されたりしている。
【００６５】
すなわち、静電容量センサ３０は、実施の形態１で説明した検出器２２と同様に構成されている第１〜第ｎ検出器２２１〜２２ｎを備えている。そして、これらの第１〜第ｎ検出器２２１〜２２ｎは、膜状媒体Ｂの搬送方向に沿って並列して配置されている。より詳細には、第１対向電極１４１〜１４ｎにおいて、電極１４ａ１〜１４ａｎと電極１４ｂ１〜１４ｂｎとがなすそれぞれの間隔の間を膜状媒体Ｂが搬送されるように、第１〜第ｎ検出器２２１〜２２ｎが配置されている。
【００６６】
また、静電容量センサ３０には、第１〜第ｎ検出器２２１〜２２ｎの動作を制御するための制御部２７が設けられている。制御部２７は、不図示の中央処理部と、内部記憶部と、入出力部とを備えたＣＰＵとして構成されている。なお、制御部２７を構成するＣＰＵは、従来公知であるとともに、この発明の要旨とは直接関係しないのでこれ以上の説明を省略する。
【００６７】
（動作）
静電容量センサ３０を構成する個々の検出器２２１〜２２ｎの動作は、実施の形態１の静電容量センサ１０と同様である。
【００６８】
ただし、静電容量センサ３０は、ｎ個の検出器２２１〜２２ｎを備えているので、膜状媒体Ｂが搬送されていく過程で、これらを所定のタイミングで切り替える必要がある。この切り替えは、制御部２７の内部記憶部から中央処理部へと読み出されたプログラムに従い実行される。ただし、この切り替えの具体的な処理内容は、本発明の要旨と直接関係しないので、これ以上の説明を省略する。
【００６９】
（効果）
この実施の形態の静電容量センサ３０は、実施の形態１の静電容量センサ１０と同様の効果を奏する。さらに静電容量センサ３０は、ｎ個の検出器２２１〜２２ｎを配置することにより、膜状媒体Ｂが大面積の場合や、膜状媒体Ｂの場所により誘電率が変化していたとしても、これらを独立して検出することができる。その結果、膜状媒体Ｂの厚みＤの変化を２次元的に評価することができる。
【００７０】
（変形例）
この実施の形態においては、第１〜第ｎ検出器２２１〜２２ｎを１列に配置する場合について説明したが、第１〜第ｎ検出器２２１〜２２ｎの配置は、１列には限定されず、複数列にわたって検出器を配置してもよい。このように構成することにより、さらに大面積の膜状媒体Ｂの測定を行うことができる。また、このように構成することにより、膜状媒体Ｂの厚みＤの平面的な分布を評価することが可能となる。
【００７１】
（実施の形態３）
図５を参照して、実施の形態３の静電容量センサについて説明する。図５は、この実施の形態の静電容量センサ４０の構成を概略的に示す模式図である。なお、図５において、図１と同様の構成要素には同符号を付し、その説明を省略する。
【００７２】
（構造）
この実施の形態の静電容量センサ４０は、第１対向電極１４が、共通した交流電源１２に接続された複数の第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎを備えており、複数の第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎが、膜状媒体Ｂの進行方向に沿って並列して配置されている。
【００７３】
そして、電極間配線１８が、第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎのそれぞれと、共通した第２対向電極１６とを電気的に直列に接続する、複数のサブ電極間配線１８Ｓ１〜１８Ｓｎを備えており、サブ電極間配線１８Ｓ１〜１８Ｓｎのそれぞれには、サブ電極間配線１８Ｓ１〜１８Ｓｎを切り替えるためのスイッチ４２１〜４２ｎとが設けられている。
【００７４】
この実施の形態の静電容量センサ４０は、第１対向電極１４が第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎを備えている点、及び電極間配線１８がサブ電極間配線１８Ｓ１〜１８Ｓｎを備えている点、及びスイッチ４２１〜４２ｎが設けられている点を除けば、実施の形態１の静電容量センサ１０とほぼ同様に構成されている。従って、以下の説明では、主にこの相違点について説明する。
【００７５】
静電容量センサ４０は、第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎの電極１４Ｓａ１〜１４Ｓａｎのそれぞれに共通の交流電源１２が接続されている。また、電極１４Ｓｂ１〜１４Ｓｂｎのそれぞれには、共通の第２対向電極１６との間を接続するサブ電極間配線１８Ｓ１〜１８Ｓｎが接続されている。さらに、サブ電極間配線１８Ｓ１〜１８Ｓｎには、第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎを切り替えるためのスイッチ４２１〜４２ｎが設けられている。
【００７６】
また、出力端２０は、処理装置２９に接続されている。
【００７７】
さらに、静電容量センサ４０には、スイッチ４２１〜４２ｎの切り替え等の全体の動作を制御するための制御部２７が設けられている。
【００７８】
（動作）
膜状媒体Ｂは、不図示の搬送機構により、電極１４Ｓａ１〜１４Ｓａｎと電極１４Ｓｂ１〜１４Ｓｂｎとの間の間隔を搬送されていく。それに伴い、上述した制御部２７は、スイッチ４２１〜４２ｎのＯＮ／ＯＦＦ状態を、読み込まれたプログラムに従って実行する。なお、制御部２７によるスイッチ４２１〜４２ｎのＯＮ／ＯＦＦ制御においては、ｎ個のスイッチ４２１〜４２ｎのうち、同時に２個以上のスイッチがＯＮ状態とならないように制御が行われる。
【００７９】
ＯＮ状態となったスイッチ４２ｉ（ｉは、１≦ｉ≦ｎの整数）を備えたサブ電極間配線１８Ｓｉの出力端を２０ｉからは、検出信号が出力され、処理装置２９により処理される。
【００８０】
（効果）
この実施の形態の静電容量センサ４０は、実施の形態１の静電容量センサ１０及び実施の形態２の静電容量センサ３０と同様の効果を奏するとともに、交流電源１２及び第２対向電極１６の個数を１個としているので、実施の形態２の静電容量センサ３０よりも、より小型化が可能である。
【００８１】
（変形例）
静電容量センサ４０は、実施の形態２の静電容量センサ３０の場合と同様に、第１サブ対向電極１４Ｓ１〜１４Ｓｎを複数列にわたって配置してもよい。このように構成することにより、さらに大面積の膜状媒体Ｂの測定を行うことができる。また、このように構成することにより、膜状媒体Ｂの厚みＤの平面的な分布を評価することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】実施の形態１の静電容量センサの構成を概略的に示す模式図である。
【図２】従来型センサの概略的な構成を示す模式図である。
【図３】（Ａ）は、大気の誘電率がε０の場合に、静電容量センサを電気回路として表わした模式図である。（Ｂ）は、大気の誘電率がε０’の場合に、静電容量センサを電気回路として表わした模式図である。（Ｃ）は、第１対向電極に膜状媒体が挿入された場合に、静電容量センサを電気回路として表わした模式図である。
【図４】実施の形態２の静電容量センサの構成を概略的に示す模式図である。
【図５】実施の形態３の静電容量センサの構成を概略的に示す模式図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０，３０，４０ 静電容量センサ
１２ 交流電源
１４ 第１対向電極
１４ａ，１４ｂ，１６ａ，１６ｂ，１４ａ１〜１４ａｎ，１４ｂ１〜１４ｂｎ，１４Ｓａ１〜１４Ｓａｎ，１４Ｓｂ１〜１４Ｓｂｎ 電極
１４Ｓ１〜１４Ｓｎ 第１サブ対向電極
１６ 第２対向電極
１８ 電極間配線
１８Ｓ１〜１８Ｓｎ サブ電極間配線
２０ 出力端
２２ 検出器
２２１〜２２ｎ 第１〜第ｎ検出器
２４ アンプ
２６ Ａ／Ｄコンバータ
２７ 制御部
２８ 処理部
２９ 処理装置
４２１〜４２ｎ スイッチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向して配置された２枚の電極からなる対向電極の当該電極間の間隔に膜状媒体を挿入することにより生じる静電容量の変化を利用して、前記膜状媒体の厚みを検出する静電容量センサにおいて、
前記対向電極としてそれぞれ設けられた、交流電源に接続された第１対向電極及び接地された第２対向電極と、前記第１及び第２対向電極間を電気的に直列に接続する電極間配線と、該電極間配線の接続中点に設けられていて、静電容量の変化表わす検出信号を出力する出力端とを有する検出器を備えていて、
前記第１対向電極の２枚の電極間に膜状媒体が挿入されることを特徴とする静電容量センサ。
【請求項２】
前記検出器が、前記膜状媒体の進行方向に沿ってまたは進行方向に直角に、複数個並列して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項３】
前記第１対向電極が、共通の前記交流電源に接続された複数の第１サブ対向電極を備えており、
複数の該第１サブ対向電極が、前記膜状媒体の進行方向に沿って並列に配置されており、
前記電極間配線が、前記第１サブ対向電極のそれぞれと共通の前記第２対向電極とを電気的に直列に接続する複数のサブ電極間配線を備えており、
該サブ電極間配線のそれぞれには、当該サブ電極間配線を切り替えるためのスイッチが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項１】
対向して配置された２枚の電極からなる対向電極の当該電極間の間隔に膜状媒体を挿入することにより生じる静電容量の変化を利用して、前記膜状媒体の厚みを検出する静電容量センサにおいて、
前記対向電極としてそれぞれ設けられた、交流電源に接続された第１対向電極及び接地された第２対向電極と、前記第１及び第２対向電極間を電気的に直列に接続する電極間配線と、該電極間配線の接続中点に設けられていて、静電容量の変化表わす検出信号を出力する出力端とを有する検出器を備えていて、
前記第１対向電極の２枚の電極間に膜状媒体が挿入されることを特徴とする静電容量センサ。
【請求項２】
前記検出器が、前記膜状媒体の進行方向に沿ってまたは進行方向に直角に、複数個並列して配置されていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量センサ。
【請求項３】
前記第１対向電極が、共通の前記交流電源に接続された複数の第１サブ対向電極を備えており、
複数の該第１サブ対向電極が、前記膜状媒体の進行方向に沿って並列に配置されており、
前記電極間配線が、前記第１サブ対向電極のそれぞれと共通の前記第２対向電極とを電気的に直列に接続する複数のサブ電極間配線を備えており、
該サブ電極間配線のそれぞれには、当該サブ電極間配線を切り替えるためのスイッチが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の静電容量センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−１０７３５９（Ｐ２０１０−１０７３５９Ａ）
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２７９７５１（Ｐ２００８−２７９７５１）
【出願日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月１３日（２０１０．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３０日（２００８．１０．３０）
【出願人】（００００００２９５）沖電気工業株式会社 (6,645)
【Ｆターム（参考）】
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