特許 5808051 超高感度重量センサおよび超高感度重量検知システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5808051

(24)【登録日】2015年9月18日

(45)【発行日】2015年11月10日

(54)【発明の名称】超高感度重量センサおよび超高感度重量検知システム

(51)【国際特許分類】

   G01G 3/14 20060101AFI20151021BHJP

   G01G 21/28 20060101ALI20151021BHJP

   G01L 1/20 20060101ALI20151021BHJP

【ＦＩ】

   G01G3/14

   G01G21/28

   G01L1/20 G

【請求項の数】8

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2011-268355(P2011-268355)

(22)【出願日】2011年11月18日

(65)【公開番号】特開2013-108967(P2013-108967A)

(43)【公開日】2013年6月6日

【審査請求日】2014年10月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】500431601

【氏名又は名称】細田 哲郎

(74)【代理人】

【識別番号】100080654

【弁理士】

【氏名又は名称】土橋 博司

(72)【発明者】

【氏名】細田 哲郎

【審査官】 森 雅之

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５３−１８１６２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実公平４−９５９５（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 特公平７−３６４４４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特公平６−４６１７０（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｇ

Ｇ０１Ｌ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁体の底部と側部とを備えるケースと、
前記底部の上面の中央付近に設けられた単一の導電体の柱と、
前記底部の上面で前記柱の周囲に設けられた、弾性を有する絶縁体のスペーサと、
前記側部の内側に前記柱と対向するように配置され、前記スペーサによって支持されるパネル電極と、
を有する超高感度重量センサであって、
前記パネル電極は、少なくとも前記柱との対向部に導電部を備え、
前記パネル電極に所定の大きさ以上の荷重が加わったときのみ、前記導電部と前記柱とが接触する超高感度重量センサ。

【請求項2】

請求項１において、
前記底部は、前記導電体の柱の一部を収容する穴を有する超高感度重量センサ。

【請求項3】

請求項２において、
前記底部は、前記導電体の柱に接続される導線を収容する溝を有する超高感度重量センサ。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか１項において、
前記パネル電極は、長方形の板形状を有し、
柱形状を有する前記スペーサによって、四隅で前記パネル電極が支持される超高感度重量センサ。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項において、
前記柱は、円柱形状を有する超高感度重量センサ。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか１項において、
前記パネル電極は、アルミ樹脂複合パネルである超高感度重量センサ。

【請求項7】

請求項１から５のいずれか１項において、
前記パネル電極は、ポリカーボネートまたは塩化ビニルからなる樹脂板の少なくとも一方の面に導電体を被覆したものである超高感度重量センサ。

【請求項8】

請求項１から７のいずれか１項の超高感度重量センサと、前記柱と前記パネル電極との間の通電を検知する外部機器とを有する超高感度重量検知システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、重量が数グラムである物体を正確に検知できる超高感度重量センサと、この超高感度重量センサを用いた超高感度重量検知システムに関するものである。

【背景技術】

【0002】

誘電体シートとステンレスの積層体の上下面に、複数の硬質ポリ塩化ビニルスペーサをそれぞれ設け、さらにその上下面に一対のコンデンサ電極を設けた重量センサがある（特許文献１）。この重量センサは、コンデンサ電極間が伸縮するため、コンデンサ電極に加わる重量の変化を、コンデンサ電極間の静電容量の変化として検出できる。

【0003】

しかしながら、重量が数グラムの物体をこの重量センサで検出しようとすると、静電容量の変化を検出するために、この重量センサの電気回路を複雑化せざるを得ない。このため、重量センサのコストアップを招いてしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３７７８１４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、数グラム単位の重量を検知するのに適した超高感度重量センサおよび超高感度重量検知システム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】

【0006】

本発明の超高感度重量センサは、絶縁体の底部と側部とを備えるケースと、底部の上面の中央付近に設けられた単一の導電体の柱と、底部の上面で柱の周囲に設けられた、弾性を有する絶縁体のスペーサと、側部の内側に柱と対向するように配置され、スペーサによって支持されるパネル電極と、を有し、パネル電極は、少なくとも柱との対向部に導電部を備え、パネル電極に所定の大きさ以上の荷重が加わったときのみ、導電部と柱とが接触する。

【0007】

本発明の超高感度重量センサにおいて、底部は、導電体の柱の一部を収容する穴を有していてもよい。本発明の超高感度重量センサにおいて、底部は、導電体の柱に接続される導線を収容する溝を有していてもよい。本発明の超高感度重量センサにおいて、パネル電極は、長方形の板形状を有し、柱形状を有するスペーサによって、四隅でパネル電極が支持されることが好ましい。

【0008】

本発明の超高感度重量センサにおいて、柱は、円柱形状を有することが好ましい。本発明の超高感度重量センサにおいて、パネル電極は、アルミ樹脂複合パネルであってもよい。本発明の超高感度重量センサにおいて、パネル電極は、ポリカーボネートまたは塩化ビニルからなる樹脂板の少なくとも一方の面に導電体を被覆したものであってもよい。

【0009】

本発明の超高感度重量検知システムは、上記の超高感度重量センサと、柱とパネル電極との間の通電を検知する外部機器とを有する。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、重量が数グラムの物体を高精度で検知できる超高感度重量センサおよび超高感度重量検知システムが低コストで得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の実施形態に係る超高感度重量センサの平面模式図である。

【図2】本発明の実施形態に係る超高感度重量センサの断面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本考案の超高感度重量センサおよび超高感度重量検知システムについて、図面を参照しながら実施形態に基づいて説明する。なお、図面は、超高感度重量センサ、超高感度重量検知システム、およびこれらを構成する各部材を模式的に表したものであり、実際の寸法および寸法比は、図面上の寸法および寸法比と必ずしも一致していない。また、重複説明は適宜省略する。さらに、重量単位のグラム重や重量グラムを、単にグラムと表記する。

【0013】

図１は、本発明の実施形態に係る超高感度重量センサ１０の平面模式図である。図２は、図１のＡ−Ａ線で切断したときの超高感度重量センサ１０の断面模式図である。超高感度重量センサ１０は、ケース１２と、柱状電極１４と、スペーサ１６と、パネル電極１８とを備える。超高感度重量センサ１０では、パネル電極１８の上面に所定の大きさ以上の荷重、例えば５グラム以上の荷重が加わったときのみ、パネル電極１８の下面と柱状電極１４の上面とが接触する。パネル電極１８の上面に所定の大きさ未満の荷重しか加わっていないときや全く加わっていないときには、パネル電極１８の下面と柱状電極１４の上面は離れている。

【0014】

超高感度重量センサ１０は、パネル電極１８と柱状電極１４とが接触して通電することを、外部機器２０で検知することによって、パネル電極１８の上面に加わっている荷重を識別するセンサである。換言すると、超高感度重量センサ１０では、所定の大きさ以上の重量を有する物体がパネル電極１８の上面に存在することを検知できる。

【0015】

ケース１２は、底部１２ａと、側部１２ｂとを備える。ケース１２は枡形状を有し、樹脂やセラミックス等の絶縁体からなる。本実施形態では、ケース１２がＡＢＳ樹脂からなるため、−２０℃〜８０℃の温度環境に適合する。底部１２ａは、底面が一辺約５０ｍｍ〜１００ｍｍの正方形で、厚さが約２ｍｍの板形状を有しており、側部１２ｂは、厚さが約２ｍｍで、高さが約６ｍｍである板形状を有している。底部１２ａには、その中央付近に、柱状電極１４の一部を収容する穴である底穴１２ｃが設けられている。

【0016】

本実施形態では、底穴１２ｃは円柱形状を有しており、底穴１２ｃの内径が約５ｍｍ〜１０ｍｍで、底穴１２ｃの深さが約１ｍｍである。また、底部１２ａには、底穴１２ｃからケース１２の外部に向かってケーブル溝１２ｄが設けられている。ケーブル溝１２ｄは、柱状電極１４に電気的に接続される導線２２や、パネル電極１８に電気的に接続される導線２４を収容するための溝である。導線２２は、ケース１２の外部で、外部機器２０に電気的に接続される。外部機器２０については後述する。本実施形態では、ケーブル溝１２ｄは半円柱形状を有しており、ケーブル溝１２ｄの直径は約５ｍｍである。

【0017】

導電体の柱である柱状電極１４は、底部１２ａの上面の中央付近に設けられる。底部の上面の中央付近とは、例えば、底部上面の中央を含み、底部上面の面積の１／９以内で、底部上面の形状と相似する図形の内部領域が該当する。底部の面積の１／９以内に代えて、底部の面積の１／１６以内であればより好ましく、底部の面積の１／２５以内であれば更に好ましい。

【0018】

本実施形態では、底部１２ａの中央に設けられた底穴１２ｃにその一部が埋まるように、柱状電極１４がケース１２に設置されている。柱状電極１４は、底穴１２ｃに接着されていてもよい。柱状電極１４は、真鍮または銅等の導体からなり、直径が約５ｍｍ〜１０ｍｍで、高さが約１．５ｍｍ〜２ｍｍの円柱形状を有している。

【0019】

なお、柱状電極１４は、例えば、底面が一辺約５ｍｍ〜１０ｍｍの正方形で、高さが約１．５ｍｍ〜２ｍｍの四角柱であってもよい。また、柱状電極１４の高さを変えることによって、パネル電極１８の下面と柱状電極１４の上面との距離が調整できる。パネル電極１８の下面と柱状電極１４の上面との距離を調整することによって、重量が数グラムである物体の検知が可能となる。

【0020】

スペーサ１６は、パネル電極１８を支持する。スペーサ１６は、弾性を有する絶縁体で、底部１２ａの上面で柱状電極１４の周囲に設けられる。スペーサ１６は、底部１２ａの上面に接着されている。スペーサ１６は、ドーナツ形状や多角形状等の環状体の一体物であってもよく、環状体の一体物から一部分を除去したものであってもよく、複数の柱状物体であってもよい。本実施形態では、底面が一辺約５ｍｍ〜１０ｍｍの正方形で、高さが約１ｍｍ〜２ｍｍの四角柱形状を有する４つのスペーサ１６が、パネル電極の四隅を支持している。

【0021】

スペーサ１６の材料としては、例えば、ウレタンフォームが挙げられる。ウレタンフォームを用いることによって、摩擦力が大きく、圧縮残留歪が非常に小さなスペーサ１６が得られる。また、ウレタンフォームを用いることによって、適度な弾性があり、荷重に対する耐久性に優れるスペーサ１６が得られる。

【0022】

パネル電極１８は、側部１２ｂの内側に柱状電極１４と対向するように配置され、スペーサ１６によって支持される。すなわち、側部１２ｂで囲まれるように、スペーサ１６の上面にパネル電極１８が設置されている。パネル電極１８が側部１２ｂで囲まれているため、パネル電極１８には横方向からの荷重がほとんどかからず、上方向からの荷重がかかるようになっている。

【0023】

パネル電極１８は、スペーサ１６の上面に接着されている。パネル電極１８は、少なくとも柱状電極１４との対向部に導電部を備える。本実施形態のように、パネル電極１８の柱状電極１４との対向面全体が導電体であってもよい。パネル電極１８は、長方形（正方形を含む）の板形状を有することが好ましい。パネル電極１８の製造が容易である上、円柱形状を有する４つのスペーサ１６でパネル電極１８が支持できるからである。

【0024】

本実施形態では、パネル電極１８は、底面が一辺約約５０ｍｍ〜１００ｍｍの正方形で、厚さが約１．５ｍｍ〜２ｍｍの板形状を有している。パネル電極１８は、絶縁板１８ａと、導体層１８ｂと、補強板１８ｃとから構成されている。パネル電極１８は、軽量であり高強度を有することが好ましい。絶縁板１８ａは、パネル電極１８の芯材となる。導体層１８ｂは、パネル電極１８が柱状電極１４と接触したときに、パネル電極１８と柱状電極１４との間で通電できるように設けられている。補強板１８ｃは、パネル電極１８の強度を得るために設けられている。

【0025】

本実施形態では、絶縁板１８ａは、低発泡ポリエチレンからなり、導体層１８ｂおよび補強板１８ｃは、アルミニウム板からなる。すなわち、パネル電極１８は、低発泡ポリエチレン板の両面にアルミニウム板を張り合わせたサンドイッチ構造を有するアルミ樹脂複合パネルである。アルミ樹脂複合パネルは弾性を有する。このため、パネル電極１８の上面に所定の大きさ以上の荷重が加わったときに、パネル電極１８自体も弾性変形しながら柱状電極１４と接触する。

【0026】

パネル電極１８の上面に所定の大きさ未満の荷重しか加わっていないときは、パネル電極１８の下面と柱状電極１４の上面は離れている。超高感度重量センサ１０の使用目的に応じて、この所定の大きさの荷重値を設定する。所定の大きさの荷重値としては、例えば、３グラム、５グラム、１０グラム、５０グラム等が挙げられる。パネル電極１８の厚さ、柱状電極１４の高さ、またはスペーサ１６の高さ、硬度、もしくは形状等によって、所定の大きさの荷重値が設定できる。このため、超高感度重量センサ１０は、数グラム単位の重量の検知が可能である。

【0027】

アルミ樹脂複合パネルに代えて、パネル電極１８は、ポリカーボネートまたは塩化ビニルからなる樹脂板の少なくとも一方の面に導電体を被覆したものであってもよい。具体的には、絶縁板１８ａをポリカーボネート板や塩化ビニル板等の樹脂板とし、この樹脂板の柱状電極１４と対向する面に、導電テープ、導電塗装、または導電メッキ等を形成したものが、パネル電極１８として使用できる。この場合、絶縁板１８ａの厚みを約０．５ｍｍ〜１ｍｍとする。なお、パネル電極１８の強度が確保できれば、補強板１８ｃを設けなくてもよい。

【0028】

また、導体層１８ｂには導線２４が電気的に接続されており、導線２４は、ケース１２の外部で、外部機器２０に電気的に接続されている。すなわち、外部機器２０は、２つの導線２２，２４を通じて、導体層１８ｂと柱状電極１４に電気的に接続されている。外部機器２０によって、導体層１８ｂと柱状電極１４との間に、一定の時間毎に電位を与えることができる。また、外部機器２０によって、導体層１８ｂと柱状電極１４との間の通電を検知できる。このため、導体層１８ｂと柱状電極１４とが接触しているか否かを、外部機器２０で随時検知できる。

【0029】

導体層１８ｂと柱状電極１４とが接触している場合には、パネル電極１８の上面に所定の大きさ以上の荷重が加わっていることを示し、導体層１８ｂと柱状電極１４とが接触していない場合には、パネル電極１８の上面に所定の大きさ未満の荷重しか加わっていないことを示す。こうして、超高感度重量センサ１０の上に数グラムの物体が存在するか否かを識別できる。

【0030】

また、発信機を備える外部機器２０であれば、超高感度重量センサ１０から離れた場所に存在する受信機に、超高感度重量センサ１０の上に物体が存在するか否かを知らせることができる。このため、超高感度重量センサ１０は、防犯や在庫管理等に適したセンサである。また、超高感度重量センサ１０と、柱状電極１４とパネル電極１８との間の通電を検知する外部機器２０によって、超高感度重量検知システムが構成される。

【0031】

本発明の超高感度重量センサは、以下の効果を有する。柱状電極１４とパネル電極１８の間隔を、柱状電極１４の高さ、またはスペーサ１６の大きさもしくは硬度によって調整できるため、重量が数グラムの物体の存在を高精度で検知できる。また、パネル電極１８に所定の大きさ以上の荷重が加わったときに、柱状電極１４とパネル電極１８が点接触するため、パネル電極１８の上面の全ての箇所で均一な重量検知ができる。

【0032】

さらに、柱状電極１４を用いることによって、パネル電極１８の上面に加わった荷重の変動を均一に検知できる。また、本発明の超高感度重量センサおよび超高感度重量検知システムは簡易な構成であるため、材料、加工、および組立等の観点からコストダウンが図れる。

【符号の説明】

【0033】

１０…超高感度重量センサ、 １２…ケース、 １４…柱状電極、 １６…スペーサ、１８…パネル電極、 ２０…外部機器、 ２２，２４…導線

【図1】

【図2】