(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量（グラム）から重量（トン）などの物体の検出が可能でセンサ面の加圧や減圧の重量を均一に容量変化として検出することや物体の微小の動きなどを継続的に検出することで介護予防や物体の動きを監視する用途に適した静電容量重量センサを提供する。【解決手段】誘電体シート６上に弾性を有するスペーサ４を設けて２枚のアルミ樹脂複合パネルで挟みコンデンサ電極を構成し、このコンデンサ電極Ｓ−３ａ、Ｅ−３ｂの周囲を絶縁体２で覆い、更にその周辺をシールド電極（補強アルミ板）１で覆い、更に防水テープで密閉した構造をアルミ樹脂複合パネル一体板で行い、最外周を伸縮可能な絶縁材料で覆った構造を備えたセンサで、特にスペーサ４は１ｍｍ〜３ｍｍ厚の高摩擦力で圧縮残留歪が非常に小さな高機能ウレタンホーム等を使用して、カバー絶縁体５が外部からの加圧によって伸縮する材料を用い、シールドも加圧により伸縮可能な材料を使用する。【選択図】図１
2011022120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体シート上に弾性を有するスペーサを設けて２枚のアルミ樹脂複合パネルで挟みコンデンサ電極を構成し、このコンデンサ電極の周囲を絶縁体で覆い、更に、その周辺をシールドで覆う構造をアルミ樹脂複合パネル一体板で行い、最外周を伸縮可能な絶縁材料で覆ったことを特徴とする静電容量重量センサ。
【請求項２】
請求項１の発明において、誘電体シートとスペーサを介したコンデンサ電極の電極間隔が重量により変化し、その電極間静電容量が重量により高感度に変化することを特徴とする静電容量重量センサ。
【請求項３】
請求項１の発明において、スペーサとアルミ樹脂複合パネル２枚の電極間の誘電体が０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の厚さの弾性を有する誘電体シートで、ポリプロピレン、ポリエチレン樹脂等のシート状物等で厚さによって感度調整が可能で薄いほど感度は増加することを特徴とする静電容量重量センサ。
【請求項４】
請求項１の発明において、アルミ樹脂複合パネルは、その高い弾性を活用したバネ作用の構造体で、厚さ１．５ｍｍ〜５ｍｍで、スペーサ側のアルミ板を、コンデンサを構成する電極とし、その電極の面積はアルミ層を溝によって分離することにより静電容量を小さくしたものであり、更に、電極の面積を小さくすることによって、グラム単位の物品の検出やアルミ樹脂複合パネル全体面での均一な容量変化を検出するものである。
その反対側の補強アルミ板をシールド電極として用いていることを特徴とする静電容量重量センサ。
【請求項５】
請求項１の発明において、スペーサは、高密度で、極めて微細、且つ均一なセル構造を有し、高摩擦力で圧縮残留歪が非常に小さな高機能ウレタンホーム等の弾性を有する素材を用い加圧に応じ、厚さ１ｍｍ〜３ｍｍ程度、形状は円（直径５ｍｍ〜３０ｍｍ程度）、角（５ｍｍ〜５０ｍｍ程度）、帯（幅５ｍｍ〜２０ｍｍ・長さ１００ｍｍ〜２ｍ程度），もしくは電極面全体にシート状として用いて、コンデンサ電極間に千鳥状等のピッチ間隔やコンデンサ電極面にシート状で設けることや厚さ・大きさ及び硬度により静電容量及び感度を可変することで、グラム単位の物品の検出やアルミ樹脂複合パネル面の荷重を均一に容量変化として検出できることを特徴とする静電容量重量センサ。
【請求項６】
請求項１の発明において、アルミ樹脂複合パネルで構成する２枚の補強アルミ板シールド電極間を伸縮可能なアルミ箔ラミネートフイルム等でシールドし、更に、その外周を防水テープで密閉し、更に、静電容量重量センサの外周を覆っている材料として、重量の印可方向に対して伸縮可能な熱可塑性ポリエーテルエラストマー、超軟質ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等を用いた六面一体密閉型構造で二重密閉構造を構成されていることを特徴とする静電容量重量センサ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細の説明】
【発明に属する技術分野】
【０００１】  この発明は静電容量重量センサに関し、グラムからトン単位までの重量（指輪、小動物、人体、車両）を識別して検出する防犯、介護等の危険防止や安心安全情報システム及びＩＴ機器による製品管理等に適した静電容量重量センサで、重量による静電容量の変化を検出するセンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  重量の変化を静電容量に変化して検出する静電容量重量センサには、特許第３７７８１４８号及び特許第４０６９２５６号がある。これはセンサの地中埋設やベットとマットレス間に設置して重量の変化を静電容量の変化にして検出できるようにしたもので、重量により、コンデンサ電極間が伸縮可能な材料構造となっていることを特徴とした静電容量重量センサに関するものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  従来のセンサ構造は、地中に１０ｃｍ以上埋設可能で重量加圧に対する耐久性に優れた構造体として、弾性を有するステンレス板を用いてスペーサと誘電体シートの合板がバネの作用をすることにより、車両等の重い重量や長期の重い重量加圧にも劣化なく使用できる構造体であった。
その為にステンレス板を用いたバネ作用の構造体を構成する材料費や組立加工費の占める割合が大きく、その費用は製品コストを割高にしていることやグラム単位の物品の検出ができないこと。更に、アルミ樹脂複合パネル全体面での加圧に対する容量変化値の差が大きいという欠点があった。
【０００４】  上述した従来の静電容量重量センサの欠点を改良して、防犯・介護・製品管理（在庫品）等の用途に適したグラムからトン単位までの広範囲に検出できる静電容量重量センサを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  静電容量重量センサは、誘電体シート▲６▼（厚み０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ）上に円（直径５ｍｍ〜３０ｍｍ程度）、角（５ｍｍ〜５０ｍｍ程度）、帯（幅５ｍｍ〜２０ｍ・長さ１００ｍｍ〜２ｍ程度）もしくは電極面全体にシート状の絶縁体スペーサ▲４▼（厚み１ｍｍ〜３ｍｍ）を取り付けコンデンサ電極Ｓ−▲３▼ａ、Ｅ−▲３▼ｂで挟み込んだ構造をしている。
このコンデンサ電極Ｓ−▲３▼ａ、Ｅ−▲３▼ｂにはアルミ樹脂複合パネルを使用し絶縁体▲２▼を介してシールド電極▲１▼（補強アルミ板）を設ける構造を図２のアルミ樹脂複合パネル一体板で行っている。
シールド電極▲１▼（補強アルミ板）を併用した周囲をアルミ箔ラミネートフイルムのシールド▲７▼で覆われている。更に、その外周を防水テープ▲８▼で密閉し、シールド▲７▼の周囲は重量により伸縮可能なカバー絶縁体▲５▼で覆っている。
【０００６】前述の誘電体シート▲６▼は、０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍ程度の厚さの弾性を有し、ポリプロピレン、ポリエチレン樹脂等のシート状物等で厚さによって感度調整が可能であり、薄いほど感度は増加する。
【０００７】前述のスペーサ▲４▼は、厚さ１ｍｍ〜３ｍｍ程度、形状は、円（直径５ｍｍ〜３０ｍｍ程度）、角（５ｍｍ〜５０ｍｍ程度）、帯（幅５ｍｍ〜２０ｍｍ・長さ１００ｍｍ〜２ｍ程度）もしくはシート状を用いて，電極間に千鳥状等のピッチ間隔や電極全面にシート状に取り付け、センサの加圧によってスペーサを構成（ｇ〜ｔ）する。
スペーサの厚さ・形状・硬度により静電容量及び感度を可変することでグラム単位の重量を正確に検出できる。  更に、アルミ樹脂複合パネル面のどの個所にあっても加重を均一に検出できる構造を構成し、バネ作用の構造体として使用することにより、コンデンサ電極Ｓ−▲３▼ａ、Ｅ−▲３▼ｂの加圧や減圧の加重を均一に容量変化させ検出できる静電容量重量センサとなった。
【０００８】前述のコンデンサ電極Ｓ−▲３▼ａ、Ｅ−▲３▼ｂは、アルミ樹脂複合パネルの高い弾性を活用したバネ作用で、厚さ１．５ｍｍ〜５ｍｍで、それぞれの仕様目的に合わせたパネルの厚さとそれを構成するアルミ部の厚さ誘電体０．１１ｍｍ〜０．１５ｍｍを変えることが望ましい。
更に、アルミ樹脂複合パネルのアルミ層を溝で分離することで面積を小さくすることが望ましい。
誘電体シート・スペーサ・アルミ樹脂複合パネルの構成により、グラム単位の検出からアルミ樹脂複合パネル全体面での加圧や減圧の加重を均一に容量変化させ検出できる静電容量重量センサとなった。
【０００９】前述のカバー絶縁体▲５▼は、重量の印可方向に対して伸縮可能な熱可塑性ポリエーテルエステルエラストマー、超軟質ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等を使用した六面一体成型による密閉型構造となっているために地中埋設や屋外設置が可能である。
【０００１０】前述のシールド▲７▼は重量加圧時に伸縮が可能なように、例えばアルミ箔ラミネートフイルムのようなフレキシブルな材料にすることが望ましい。更に、その外周を防水テープ▲８▼で密閉することが望ましい。
【００１１】本発明の静電容量重量センサは、前述ように構造が極めてシンプルで、しかも材料・組立・加工コストの大幅な削減や超高感度で長期間の重量の加圧に対する感度劣化がなく、低コスト製品でグラム単位の検出や容量変化値の均一な検出により製品管理や物体の動き等の用途に対応できる静電容量重量センサとなった。
【発明実施の形態】
【００１２】  本発明の静電容量重量センサの実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。図１は、静電容量重量センサの断面図である。静電容量重量センサは誘電体シート▲６▼の上にスペーサ▲４▼を取り付けコンデンサ電極Ｓ−▲３▼ａとコンデンサ電極Ｅ−▲３▼ｂで挟み込んだ構造をしている。
このコンデンサ電極にはアルミ樹脂複合パネル「芯材に低発泡ポリエチレンを使用した両面にアルミ二ュウム板を張り合わせたサンドイッチ構造の複合板」を使用し絶縁体▲２▼を介してシールド電極▲１▼（補強アルミ板）を設けた構造を一体板で行っている。
コンデンサ電極Ｓ−▲３▼ａ及びコンデンサ電極Ｅ−▲３▼ｂはアルミ樹脂複合パネルのアルミ層の４辺を５ｍｍ程度カットする。その面を使用してシールド電極（補強アルミ板）との絶縁を行っている。更に、外周２０ｍｍ〜１００ｍｍ程度内側に溝で電極を分離してコンデンサ電極の面積を小さくしている。コンデンサ電極の面積を小さくすることにより、センサの静電容量を小さくできる。
コンデンサ電極の面積を小さくすることによりアルミ樹脂複合パネル面の加圧や減圧の重量を均一な容量変化として検出。更に、物体の微小の動きも検出可能な構造体を構成している。
誘電体シート▲６▼には厚み０．０５ｍｍ〜０．５ｍｍのポリエステルフイルム・ポリエチレン等を使用し、フイルムの厚さによって感度調整が可能で厚みが薄いほど感度は増加する。
シールド電極▲１▼（補強アルミ板）の周囲はアルミ箔ラミネートフイルムのような伸縮可能なシールド▲７▼を取り付けて更に防水テープ▲８▼で密閉構造となっている。
スペーサは、高密度で、極めて微細、且つ均一なセル構造を有し、高摩擦力で圧縮残留歪が非常に小さな高機能ウレタンホーム等の弾性を有する素材を用いて、厚さ１ｍｍ〜３ｍｍ程度、形状は、円（直径５ｍｍ〜３０ｍｍ程度）、角（５ｍｍ〜５０ｍｍ程度）、帯（幅５ｍｍ〜２０ｍ・長さ１００ｍｍ〜２ｍ程度）、もしくは電極面全体をシート状として用いて、コンデンサ電極間に千鳥状等のピッチ間隔やコンデンサ電極面にシート状で取付け、センサ加重に対する可変はスペーサで構成（ｇ〜ｔ）する。
スペーサの厚さ・大きさ及び硬度により静電容量及び感度を可変できるため、バネ作用の構造体として使用することで、グラム単位の検出やアルミ樹脂複合パネル面の全体の場所にあって加重の容量変化を均一に検出できる。
カバー絶縁体▲５▼には熱可塑性ポリエーテルエステルエラストマー、超軟質ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等の弾性のある絶縁材料を使用した六面一体成型による密閉型構造でセンサ全体が二重の密閉構造となっている。
重量により、コンデンサ電極の間隔が伸縮する作用は、スペーサ▲４▼（高機能ウレタンホーム等）とコンデンサ電極Ｓ−▲３▼ａ（アルミ樹脂複合パネル）の弾性を活用したバネ作用をすることによって行われ、アルミ樹脂複合パネルの厚さやアルミ層の厚さ及びスペーサの厚さ・大きさや硬度を構成することにより、グラムからトン単位までを検出して、車両等の重い重量でも破損することなく、長期の重量加圧にも劣化なく使用できる。
コンデンサ電極Ｓ−▲３▼ａ側の誘電体シートを除外したことで、重量を増すことによりある加重でコンデンサ電極Ｓ−▲３▼ａ、Ｅ−▲３▼ｂとが伸縮し、電極間静電容量が変化し急な静電容量の増加をもたらすのでセンサの感度は超高感度になる。
以上の原理によりセンサの静電容量及び感度はアルミ樹脂複合パネルの厚さ，アルミ層の厚さ、誘電体シートの厚さ、スペーサの厚さ・大きさと硬度やピッチ間隔を調整することにより加圧に対して可変できる。スペーサの厚さが薄い程、また、スペーサのピッチ間隔を広くしたほうが感度は増加するが重い加重での耐久性は弱くなる。
静電容量重量センサのセンサ信号引出ケーブルと電極の接続はシールド電極▲１▼がケーブルのシールド側に接続、コンデンサ電極Ｓ−▲３▼ａ、Ｅ−▲３▼ｂがケーブルのシールド内部にあるツイスト線と接続している。
【００１３】上述の静電容量重量センサはグラムからトン単位まで（指輪、小動物、人体、車両）を識別検出できるセンサで防犯、介護、製品管理（在庫品）等に適した静電容量重量センサで、地中１０ｃｍ程度の深さに埋設して使用することやカーペットやベットの下、塀の上などに使用して物体の検知や危険個所などの立ち入り禁止区域の進入防止に使用できる。また、物体の微小の動きなどを継続的に検出ができるため、介護予防などの様々な用途や物体の動きを監視する分野への対応が可能である。更に、グラム単位の物品管理や、人の手の軽い押圧、などの軽量物品の検出に使用できるなど重量による静電容量の変化を検出する静電容量重量センサである。
【発明の効果】
【００１４】  グラム単位の物品等から小動物・人体・車などの重量を識別検出する構造であって超高感度で、かつ重量に対して感度劣化のない構造材料を用いた静電容量重量センサである。
従来のステンレス板にスペーサを組み合わせて用いて構成していたバネ作用を、高摩擦力で圧縮残留歪が非常に小さな高機能ウレタンホーム等をスペーサを用いたことにより、材料費及び組立加工費など大幅な生産コストの削減により、安価な製品となった。そのために生産工程も削減され生産性の向上が確立された。更に、誘電体シート、スペーサ、アルミ樹脂複合パネルの構成により、グラム単位の物品の検出やアルミ樹脂複合パネル面の加圧や減圧の重量を均一に容量変化として検出することができる静電容量重量センサとなった。
その為、製品管理（在庫）や物体の微小動きなどを継続的に検出することで介護予防や物体の動きを監視するなどの用途への使用が可能になった。
更に、１０ｃｍ以上の深さの地中に埋設して人体を検知するのに使用できるほか、センサ回路コストを安価にできる。
この静電容量重量センサはコンデンサ電極にアルミ樹脂複合パネルを使用して、そのパネルの高い弾性を活用したバネ作用構造体や電極、絶縁体、シールド電極の機能を図２の一体板で活用したこと。また、高機能ウレタンホーム等の弾性を有する素材のスペーサを用いたことによって、極めてシンプルな構造であって、超高感度で長期間の重量の加圧に対する感度劣化がなくシールド電極の作用によって外部からのノイズの侵入や不要幅射を抑制する構造体の静電容量重量センサである。更に、軽量化による輸送コスト、設置コスト等の削減や悪条件の設置場所でのセンサへの歪等の影響も受けない静電容量重量センサである。
【図面の簡単な説明】
【図１】静電容量重量センサの断面図である。
【図２】アルミ樹脂複合パネルの断面図で電極、絶縁体、シールド電極を一体板で活用。
【符号の説明】          ▲１▼        シールド電極（補強アルミ板）
▲２▼        絶縁体
▲３▼ａ、    コンデンサ電極Ｓ
▲３▼ｂ      コンデンサ電極Ｅ
▲４▼        スペーサ
▲５▼        カバー絶縁体
▲６▼        誘電体シート
▲７▼        シールド
▲８▼        防水テープ
【図１】
2011022120.tif 000003
【図２】
2011022120.tif 000004