(57)【要約】【課題】荷重の検出精度が高い荷重検出装置を提供する。【解決手段】荷重検出装置は、第１電極層１１と、第１電極層１１と対向する第２電極層１２と、第１電極層１１と第２電極層との間に配置され、互いに離間する複数の第３電極層１３と、第１電極層１１と、複数の第３電極層１３との間に配置される導通層１４であって、多孔質の絶縁層１４ａと、絶縁層１４ａ内に分散された複数の導電性粒子１４ｂと、を有し、所定値以上の圧力が加えられて絶縁層１４ａが変形することにより、複数の導電性粒子１４ｂが電気的に接続して、第１電極層１１と、一又は複数の第３電極層１３とを電気的に接続させる導通層１４と、第２電極層１２と、複数の第３電極層１３との間に配置され、絶縁層１４ａよりも高い比誘電率を有する誘電体層１５と、を備える荷重検出装置。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極層と、
前記第１電極層と対向する第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間で層方向に離間するように配置される複数の第３電極層と、
前記第１電極層と、複数の前記第３電極層との間に配置される導通層であって、
多孔質の絶縁層と、
前記絶縁層内に分散された複数の導電性粒子と、
を有し、
所定値以上の圧力が加えられて前記絶縁層が変形することにより、複数の前記導電性粒子が電気的に接続して、前記第１電極層と、一又は複数の前記第３電極層とを電気的に接続させる導通層と、
前記第２電極層と、複数の前記第３電極層との間に配置され、前記絶縁層よりも高い比誘電率を有する誘電体層と、
を備える荷重検出装置。
【請求項２】
前記誘電体層は、圧力を加えられることにより変形して、前記第２電極層と、一又は複数の前記第３電極層との間の距離が減少するようになされている請求項１に記載の荷重検出装置。
【請求項３】
前記誘電体層は、
多孔質の第２の絶縁層と、
前記第２絶縁層よりも高い比誘電率を有し、前記第２の絶縁層内に分散される複数の誘電体粒子と、
を有する請求項１又は２に記載の荷重検出装置。
【請求項４】
車両が駐車される車室に配置される荷重検出装部であって、
第１電極層と、
前記第１電極層と対向する第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間で層方向に離間するように配置される複数の第３電極層と、
前記第１電極層と、複数の前記第３電極層との間に配置される導通層であって、
多孔質の絶縁層と、
前記絶縁層内に分散された複数の導電性粒子と、
を有し、
所定値以上の圧力を加えられて、前記絶縁層が変形することにより、複数の前記導電性粒子が電気的に接続して、前記第１電極層と、一又は複数の前記第３電極層とを電気的に接続させる導通層と、
前記第２電極層と、複数の前記第３電極層との間に配置され、前記絶縁層よりも高い比誘電率を有する誘電体層と、
を有する荷重検出部と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間の静電容量を測定して、前記車室における車両の有無を検出する静電容量検出部と、
を備える車両検出装置。
【請求項５】
前記荷重検出装部を有し、シート形状の水平部と、
前記水平部に配置され、前記水平部から外方に突出する突出部と、
を備える請求項４に記載の車両検出装置。
【請求項６】
車両が駐車する複数の車室と、
前記車室に配置される車両検出装置であって、
第１電極層と、
前記第１電極層と対向する第２電極層と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間で層方向に離間するように配置される複数の第３電極層と、
前記第１電極層と、複数の前記第３電極層との間に配置される導通層であって、
多孔質の絶縁層と、
前記絶縁層内に分散された複数の導電性粒子と、
を有し、
所定値以上の圧力を加えられて、前記絶縁層が変形することにより、複数の前記導電性粒子が電気的に接続して、前記第１電極層と、一又は複数の前記第３電極層とを電気的に接続させる導通層と、
前記第２電極層と、複数の前記第３電極層との間に配置され、前記絶縁層よりも高い比誘電率を有する誘電体層と、
を備える荷重検出部と、
前記第１電極層と前記第２電極層との間の静電容量を測定して、前記車室における車両の有無を検出する静電容量検出部と、を有する車両検出装置と、
を備える駐車場システム。
【請求項７】
車両の入場を規制する入場ゲート及び車両の出場を規制する出場ゲートと、
前記車室における車両の有無を表示する表示部と、
前記入場ゲート及び前記出場ゲート及び前記表示部を制御するゲート制御部と、
を備え、
前記車両検出装置は、前記荷重検出部が車室に車両が有ることを検出すると、前記車室に車両が有ることを、前記ゲート制御部に送信する請求項６に記載の駐車場システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重検出装置、車両検出装置及び駐車場システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、外部から加えられた圧力を荷重として検出する荷重検出装置が用いられている。
【０００３】
例えば、圧力が加えられることにより静電容量又は抵抗が変化することを利用して、荷重を検出することが提案されている。
【０００４】
図１は、従来例の荷重検出装置を示す図である。
【０００５】
荷重検出装置１１０は、全体として、シート状の形状を有する。荷重検出装置１１０は、第１電極層１１１と、第１電極層１１１と間隔をあけて対向する第２電極層１１２と、第１電極層１１１と第２電極層１１２との間に配置される誘電体層１１５を備える。
【０００６】
誘電体層１１５は、多孔質の樹脂を用いて形成されており、圧力を受けて体積が減少するように変形可能である。
【０００７】
第１電極層１１１上には保護層１１６が配置され、第２電極層１１２の下には支持層１１７が配置される。
【０００８】
荷重検出装置１１０には、保護層１１６の上から圧力が加えられる。支持層１１７は、地面等の硬い平らな場所に配置されており、支持層１１７は、荷重検出装置１１０が圧力を受けても大きな変形をしないようになされている。
【０００９】
保護層１１６に加えられた圧力は、第１電極層１１１を介して、誘電体層１１５に伝えられる。圧力を受けた誘電体層１１５は、体積が減少するように変形して圧縮されるので、第１電極層１１１と第２電極層１１２との間の距離が減少する。
【００１０】
第１電極層１１１と第２電極層１１２との間の静電容量は、第１電極層１１１と第２電極層１１２との間の距離の減少と共に増加する。
【００１１】
第１電極層１１１と第２電極層１１２との間の静電容量を測定することにより、荷重検出装置１１０に荷重が加えられたことが検出可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開昭６２−２６３４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図１に示す荷重検出装置１１０は、例えば、駐車場の車両が駐車される車室に配置されて、車室における車両の有無を検出するために用いられ得る。
【００１４】
荷重検出装置１１０には、車両のタイヤが載った一部分に圧力が加わるものの、タイヤが載らない部分には圧力は加わらない。圧力が加えられた部分の誘電体層１１５は変形して、静電容量の増加に寄与するが、その他の部分は変形しないので、静電容量の増加には影響を与えない。
【００１５】
従って、静電容量の増加に寄与するのは誘電体層１１５の一部分なので、荷重検出装置１１０の静電容量の変化量が大きくはないため、荷重を検出する検出精度は高くない場合があった。
【００１６】
また、上部電極層と、下部電極層と、上部電極層と下部電極層との間に配置され圧力を受けて抵抗が減少する抵抗層を有する抵抗式の荷重検出装置が提案されている。
【００１７】
抵抗式の荷重検出装置を車室に配置した場合には、例えば、ピンヒールの靴を履いた人間が荷重検出装置の上に載ると、上部電極層と下部電極層とが導通して、荷重検出装置が荷重を検出するので、車両と人間との区別を行うことができない場合がある。同様に、傘又は杖の先により圧力を受けた場合にも、荷重検出装置は荷重を検出する場合がある。
【００１８】
そこで、本明細書では、上述した問題を解決し得る荷重検出装置を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本明細書に開示する荷重検出装置の一形態によれば、第１電極層と、上記第１電極層と対向する第２電極層と、上記第１電極層と上記第２電極層との間で層方向に離間するように配置される複数の第３電極層と、上記第１電極層と、複数の上記第３電極層との間に配置される導通層であって、多孔質の絶縁層と、上記絶縁層内に分散された複数の導電性粒子と、を有し、所定値以上の圧力が加えられて上記絶縁層が変形することにより、複数の上記導電性粒子が電気的に接続して、上記第１電極層と、一又は複数の上記第３電極層とを電気的に接続させる導通層と、上記第２電極層と、複数の上記第３電極層との間に配置され、上記絶縁層よりも高い比誘電率を有する誘電体層と、を備える。
【００２０】
また、本明細書に開示する車両検出装置の一形態によれば、車両が駐車される車室に配置される荷重検出部であって、第１電極層と、上記第１電極層と対向する第２電極層と、上記第１電極層と上記第２電極層との間で層方向に離間するように配置される複数の第３電極層と、上記第１電極層と、複数の上記第３電極層との間に配置される導通層であって、多孔質の絶縁層と、上記絶縁層内に分散された複数の導電性粒子と、を有し、所定値以上の圧力を加えられて、上記絶縁層が変形することにより、複数の上記導電性粒子が電気的に接続して、上記第１電極層と、一又は複数の上記第３電極層とを電気的に接続させる導通層と、上記第２電極層と、複数の上記第３電極層との間に配置され、上記絶縁層よりも高い比誘電率を有する誘電体層と、を有する荷重検出部と、上記第１電極層と上記第２電極層との間の静電容量を測定して、上記車室における車両の有無を検出する静電容量検出部と、を備える。
【００２１】
更に、本明細書に開示する駐車場システムの一形態によれば、車両が駐車する複数の車室と、上記車室に配置される車両検出装置であって、第１電極層と、上記第１電極層と対向する第２電極層と、上記第１電極層と上記第２電極層との間で層方向に離間するように配置される複数の第３電極層と、上記第１電極層と、複数の上記第３電極層との間に配置される導通層であって、多孔質の絶縁層と、上記絶縁層内に分散された複数の導電性粒子と、を有し、所定値以上の圧力を加えられて、上記絶縁層が変形することにより、複数の上記導電性粒子が電気的に接続して、上記第１電極層と、一又は複数の上記第３電極層とを電気的に接続させる導通層と、上記第２電極層と、複数の上記第３電極層との間に配置され、上記絶縁層よりも高い比誘電率を有する誘電体層と、を備える荷重検出部と、上記第１電極層と上記第２電極層との間の静電容量を測定して、上記車室における車両の有無を検出する静電容量検出部と、を有する車両検出装置と、を備える。
【発明の効果】
【００２２】
本明細書に開示する荷重検出装置の一形態によれば、荷重の検出精度が高い。
【００２３】
また、本明細書に開示する車両検出装置の一形態によれば、車室に駐車された車両の検出精度が高い。
【００２４】
更に、本明細書に開示する駐車場システムの一形態によれば、車室に駐車された車両の検出精度が高く、また、駐車場システムの設置が容易である。
【００２５】
本発明の目的及び効果は、特に請求項において指摘される構成要素及び組み合わせを用いることによって認識され且つ得られるだろう。
【００２６】
前述の一般的な説明及び後述の詳細な説明の両方は、例示的及び説明的なものであり、特許請求の範囲に記載されている本発明を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来例の荷重検出装置を示す図である。
【図２】本明細書に開示する荷重検出装置の第１実施形態を示す断面図である。
【図３】図２に示す荷重検出装置の平面図である。
【図４】荷重検出装置の一部に荷重が加えられた状態を示す図である。
【図５】荷重検出装置の静電容量密度と荷重密度との関係を示す図である。
【図６】本明細書に開示する荷重検出装置の第２実施形態を示す断面図である。
【図７】本明細書に開示する車両検出装置の一実施形態を示す断面図である。
【図８】図７に示す車両検出装置の平面図である。
【図９】車両検出装置の機能ブロック図である。
【図１０】複数の車両検出装置が重ねられた状態を示す図である。
【図１１】本明細書に開示する駐車場システムの一実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本明細書で開示する荷重検出装置の好ましい第１実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【００２９】
図２は、本明細書に開示する荷重検出装置の第１実施形態を示す断面図である。図３は、図２に示す荷重検出装置の平面図である。図２は、図３のＸ−Ｘ線断面図である。図４は、荷重検出装置の一部に荷重が加えられた状態を示す図である。
【００３０】
本実施形態の荷重検出装置１０は、全体としてシート形状を有し、圧力を加えられることにより、圧力が加えられた面積に応じて静電容量が大きく変化する。この静電容量を測定することにより、外部から加えられた荷重が検出される。荷重検出装置１０は、圧力が加えられた時に、厚さ方向に圧縮変形可能であり、圧力が取り除かれると元の厚さに復元するようになされている。
【００３１】
荷重検出装置１０は、第１電極層１１と、第１電極層１１と間隔をあけて対向する第２電極層１２を備える。第１電極層１１と第２電極層１２との間で層方向に互いに離間するように配置される複数の第３電極層１３が配置される。第３電極層１３同士は、電気的には絶縁されている。複数の第３電極層１３は、第１電極層１１と第２電極層１２との間において、同一の高さに配置されることが好ましい。
【００３２】
第１電極層１１と、複数の第３電極層１３との間には、導通層１４が配置される。導通層１４は、多孔質の第１絶縁層１４ａと、第１絶縁層１４ａ内に分散された複数の導電性粒子１４ｂを有する。導通層１４は、所定値以上の圧力が加えられて第１絶縁層１４ａが変形することにより、複数の導電性粒子１４ｂが電気的に接続して、第１電極層１１と、一又は複数の第３電極層１３とを電気的に接続する。
【００３３】
第２電極層１２と、複数の第３電極層１３との間には、第１絶縁層１４ａよりも高い比誘電率を有する誘電体層１５が配置される。誘電体層１５は、圧力が加えられることにより変形して、第２電極層１２と、一又は複数の第３電極層１３との間の距離が減少するようになされている。
【００３４】
具体的には、誘電体層１５は、多孔質の第２絶縁層１５ａと、第２絶縁層１５ａよりも高い比誘電率を有し、第２絶縁層１５ａ内に分散される複数の誘電体粒子１５ｂを有する。
【００３５】
第１電極層１１上には保護層１６が配置され、第２電極層１２の下には支持層１７が配置される。
【００３６】
荷重検出装置１０には、保護層１６の上から圧力が加えられる。支持層１７は、地面等の硬い平らな場所に配置され、支持層１７は、荷重検出装置１１０が圧力を受けても大きな変形をしないようになされている。
【００３７】
荷重検出装置１０は、保護層１６に圧力が加えられることにより、第１電極層１１と第２電極層１２との間の静電容量が変化する。静電容量を測定する測定装置を用いて、第１電極層１１と第２電極層１２との間の静電容量を測定することにより、荷重検出装置１０に荷重が加えられたことを検出できる。
【００３８】
本明細書では、荷重検出装置１０が外部から受ける圧力は、第１電極層１１を第２電極層１２側に向かって移動させる外力である。従って、荷重検出装置１０が外部から受ける圧力は、導通層１４及び誘電体層１５を圧縮するように変形させる。
【００３９】
以下に、荷重検出装置１０について、更に説明する。
【００４０】
第１電極層１１及び第２電極層１２は、平面視した形状が矩形であり、同一の寸法を有する。第１電極層１１及び第２電極層１２は、圧力が加えられた時に変形可能なように柔軟性を有することが好ましい。
【００４１】
第１電極層１１及び第２電極層１２の形成材料としては、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属シートを用いることができる。第１電極層１１及び第２電極層１２の厚さとしては、例えば、１０μｍ〜１ｍｍ程度にすることができる。
【００４２】
第３電極層１３は、導通層１４と誘電体層１５との間に配置される。圧力が加えられていない時の第３電極層１３と第２電極層１２との間の距離は、誘電体層１５の厚さと一致する。
【００４３】
第３電極層１３は、誘電体層１５の静電容量の検出精度を向上するために、隣接する第３電極層１３同士の隙間をできるだけ狭くして、導通層１４と誘電体層１５との間に敷き詰められるように配置されることが好ましい。
【００４４】
隣接する第３電極層１３同士の間には、第１絶縁層１４ａ又は第２絶縁層１５ａが充填される。本実施形態では、第１絶縁層１４ａと第２絶縁層１５ａとは、同じ材料を用いて形成される。
【００４５】
第３電極層１３それぞれは、第１絶縁層１４ａ又は第２絶縁層１５ａを介して連結されているものの、直接には接合されていないので、ある程度独立して運動することができる。そのため、圧力が加わった部分の第３電極層１３は、圧力が加わっていない部分の第３電極層１３に比べて、第２電極層１２側に向かって大きく移動することができる。
【００４６】
第３電極層１３の平面視した寸法は、圧力が加わった領域に対して求められる静電容量を測定する分解能の観点から決定され得る。第３電極層１３の平面視した寸法を小さくする程、圧力が加わった領域に対して静電容量を測定する分解能が良くなる。第３電極層１３の寸法の下限値は、機械的強度及び製造上の取り扱いの容易さの観点から決定され得る。第３電極層１３の平面視した寸法としては、例えば、数ｍｍ〜数ｃｍ程度とすることができる。第３電極層１３の厚さは、第１電極層１１又は第２電極層１２と同じ程度か、又は、これらよりも薄くても良い。
【００４７】
第３電極層１３としては、同じ形状のものを規則的に配置しても良いし、又は、不定形状のものをランダムに配置しても良い。
【００４８】
第３電極層１３の形成材料としては、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属シートを用いることができる。
【００４９】
図３に示す例では、第３電極層１３は、平面視した形状が、一辺の長さが１０ｍｍの正方形であり、厚さ１００μｍのアルミニウムの板により形成されており、規則的に配置される。
【００５０】
導通層１４は、第１電極層１１と第３電極層１３との間に配置されており、圧力が加えられていない状態では、第１電極層１１と第３電極層１３とを電気的に絶縁する。
【００５１】
導通層１４を形成する第１絶縁層１４ａは、圧力が加えられた時に、厚さ方向に変形可能であり、圧力が取り除かれると元の厚さに復元する。
【００５２】
導通層１４は、所定値以上の圧力が加えられて、第１電極層１１と、一又は複数の第３電極層１３とを電気的に接続する。この所定値は、荷重を検出する対象の質量に応じて適宜設定される。例えば、荷重を検出する対象が車両であれば、車両のタイヤから受ける荷重を検出できるように、所定値が決定される。
【００５３】
この所定値は、例えば、第１絶縁層１４ａの空隙率、第１絶縁層１４ａの弾性率、導電性粒子１４ｂの粒径又は導電性粒子１４ｂの充填率等を用いて調整できる。
【００５４】
第１絶縁層１４ａは、電気絶縁性を有する。第１絶縁層１４ａの形成材料としては、例えば、ラテックス、エポキシ、ウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール等の樹脂を用いた多孔質体を用いることが、柔軟性及び耐久性を得る観点から好ましい。第１絶縁層１４ａの空隙率は、例えば、５０％〜９５％とすることができる。
【００５５】
導電性粒子１４ｂは、電気導電性を有する。導電性粒子１４ｂの形成材料としては、例えば、銅、アルミニウム、ステンレス等の金属を用いることができる。導電性粒子１４ｂの粒度分布は、分布幅の狭いことが、所定値以上の圧力が加えられた時に、第１電極層１１と、一又は複数の第３電極層１３とを電気的に接続させる観点から好ましい。導電性粒子１４ｂの導通層１４内の充填率は、第１絶縁層１４ａの空隙率によるが、例えば、５％〜５０％とすることができる。
【００５６】
誘電体層１５は、複数の第３電極層１３と第２電極層１２との間に配置されて、両電極層間の静電容量に寄与する。誘電体層１５は、圧力が加わることにより多孔質の第２絶縁層１５ａの体積が減少して、第３電極層１３と第２電極層１２との間の距離が縮まる。第３電極層１３と第２電極層１２との間の距離が縮まると、第３電極層１３と第２電極層１２との間の静電容量が増加する。
【００５７】
また、多孔質の第２絶縁層１５ａの空隙部分の体積が減少することにより、相対的に誘電体層１５内の誘電体粒子１５ｂの体積分率が増加する。誘電体層１５内の誘電体粒子１５ｂの体積分率が増加すると、両層間に位置する誘電体層１５の比誘電率が増大する。
【００５８】
このように、荷重検出装置１０は、保護層１６に圧力が加えられることにより、第１電極層１１と第２電極層１２との間の静電容量が大きく変化するようになされている。
【００５９】
誘電体粒子１５ｂの比誘電率は、第２絶縁層１５ａの１００倍以上、特に１０００倍以上であることが、静電容量の変化を大きくさせて、荷重の検出感度を向上する上で好ましい。
【００６０】
第２絶縁層１５ａの形成材料としては、例えば、ラテックス、エポキシ、ウレタン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルブチラール等の樹脂を用いた多孔質体を用いることが、柔軟性及び耐久性を得る観点から好ましい。第２絶縁層１５ａの空隙率は、例えば、５０％〜９５％とすることができる。上述したように、本実施形態では、第１絶縁層１４ａと第２絶縁層１５ａとは、同じ材料を用いて形成される。
【００６１】
誘電体粒子１５ｂの形成材料としては、例えば、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＢａＺｒＯ３系等の酸化物を用いることができる。誘電体粒子１５ｂの粒度分布は、１μｍ〜１ｍｍ程度の分布幅を有していることが、誘電体粒子１５ｂの高い充填率を得る観点から好ましい。誘電体粒子１５ｂの誘電体層１５内の充填率は、第２絶縁層１５ａの空隙率にもよるが、例えば、５％〜５０％とすることができる。
【００６２】
上述した導通層１４及び誘電体層１５は、例えば、発泡剤を混ぜた液体の絶縁性樹脂の中に導電性粒子又は誘電体粒子を分散してシート状に成型した後、硬化させて形成することができる。液体の絶縁性樹脂を硬化する工程において、加熱することにより、発泡剤から気体を発生させて、シート内に多数の孔を形成することができる。
【００６３】
保護層１６は、車両等が接触して外力を受ける部分であり、第１電極層１１を保護する。保護層１６は、機械的強度を有すると共に、外気にもさらされるので、柔軟性及び耐候性を有することが好ましい。
【００６４】
支持層１７は、地面等の上に配置されて、保護層１６から第２電極層１２までの部分を支持する。支持層１７は、機械的強度を有すると共に、外気にもさらされるので、柔軟性及び耐候性を有することが好ましい。
【００６５】
上述した保護層１６及び支持層１７の形成材料としては、例えば、ゴムシート又繊維強化ゴムシートを用いることができる。
【００６６】
次に、荷重検出装置１０に圧力が加えられた時の様子を、図面を参照して、以下に説明する。
【００６７】
図４は、荷重検出装置１０の一部である領域Ｒ１に対して圧力が加えられており、他の領域Ｒ２には圧力が加えられていない状態を示している。
【００６８】
まず、領域Ｒ１では、所定値以上の圧力が保護層１６に加えられており、導通層１４では、第１絶縁層１４ａが圧縮するように変形し、複数の導電性粒子１４ｂが電気的に接続して、第１電極層１１と２つの第３電極層１３とが電気的に接続している。
【００６９】
また、誘電体層１５では、第２絶縁層１５ａが圧縮するように変形して体積が減少し、第３電極層１３と第２電極層１２との間の距離が減少している。また、第２絶縁層１５ａの空隙の体積の減少と共に、誘電体層１５内の誘電体粒子１５ｂの体積分率が増加しており、誘電体層１５の比誘電率が増大する。
【００７０】
領域Ｒ１では、第１電極層１１と第２電極層１２との間の静電容量は、第１電極層１１と電気的に接続している２つの第３電極層１３と、第２電極層１２との間の静電容量となる。領域Ｒ１では、誘電体層１５の比誘電率が増大により、２つの第３電極層１３と第２電極層１２との間の静電容量は、領域Ｒ２と比べて大きく増加する。
【００７１】
一方、圧力が加えられていない領域Ｒ２では、導通層１４及び誘電体層１５の変形は生じておらず、第１電極層１１と第２電極層１２との間の距離にも変化は生じていない。また、領域Ｒ２では、第１電極層１１と、第３電極層１３とは電気的に接続されていない。第１電極層１１と第２電極層１２との間の静電容量は、第１電極層１１と第２電極層１２との間の距離と、導通層１４及び誘電体層１５の比誘電率等に基づいて決定されるが、領域Ｒ１に対して、一桁以上小さい値にすることが好ましい。
【００７２】
荷重検出装置１０の静電容量は、圧力が加えられている部分の静電容量と、圧力が加えられていない部分の静電容量との和となるが、上述したように、比誘電率が増大する圧力が加えられた部分の誘電体層１５の寄与により、圧力が加えられている部分の静電容量が支配的となる。
【００７３】
このように、荷重検出装置１０は、圧力を受けた部分の静電容量が大きく増加し、静電容量の変化として検出される。次に、荷重検出装置の静電容量密度と荷重密度との関係を、以下に説明する。
【００７４】
図５は、荷重検出装置の静電容量密度と荷重密度との関係を示す図である。
【００７５】
荷重検出装置の形成材料は、導電性粒子１４ｂとして直径が約１ｍｍのアルミニウム粒子を用い、第１絶縁層１４ａ及び第２絶縁層１５ａとして多孔質ポリウレタンを用いた。また、誘電体粒子１５ｂとして直径１０μｍ〜５００μｍの粒度分布を有するＢａＴｉＯ３粒子を用いた。第１絶縁層１４ａ及び第２絶縁層１５ａの空隙率は９０％であり、導通層１４内の導電性粒子１４ｂの充填率を１０％とし、誘電体層１５内の誘電体粒子１５ｂの充填率を１０％とした。導通層１４の厚さを１０ｍｍとし、誘電体層１５の厚さを１０ｍｍとした。
【００７６】
図５に示すように、まず、荷重密度の増加と共に、圧力が加えられている部分の第１絶縁層１４ａ及び第２絶縁層１５ａが圧縮変形するのに従って、静電容量密度が緩やかに増加する（領域Ｓ１）。荷重密度は、単位面積あたりに加えられる外力であり、圧力に対応する。静電容量密度は、横軸で示される荷重密度が加えられている時の単位面積あたりの静電容量である。荷重密度がゼロの時の静電容量密度が、圧力が加わっていない時の静電容量密度の値である。
【００７７】
次に、荷重密度の増加と共に、圧力が加えられている部分の第１絶縁層１４ａの圧縮変形が増大して、導通層１４内の導電性粒子１４ｂが電気的に接続することにより、第１電極層１１と第３電極層１３とが電気的に接続する。第１電極層１１と第２電極層１２との間の静電容量として、第１電極層１１と電気的に接続された第３電極層１３と第２電極層１２との間の静電容量が加わって測定されるので、静電容量密度が急激に増加する（領域Ｓ２）。図５に示す例では、領域Ｓ２において、静電容量密度が一桁以上増大する。領域Ｓ２を示す荷重密度は、導通層１４が導通する圧力の所定値を調節することにより調整される。
【００７８】
次に、荷重密度の増加と共に、圧力が加えられている部分の第２絶縁層１５ａが更に圧縮変形するのに従って、静電容量密度が緩やかに増加しながら一定の値に近づいて行く（領域Ｓ３）。
【００７９】
荷重検出装置１０で測定される静電容量は、第１電極層１１と第２電極層１２との間の静電容量なので、全領域からの静電容量密度が合わさったものとなる。
【００８０】
一方、圧力が加わる部分の面積は、車両、人、犬等の動物、又は、傘若しくは杖等では、異なる。圧力が加わる部分の面積によって、荷重検出装置１０の全体の静電容量が異なる。荷重を加える対象が荷重検出装置１０に圧力を加える部分の面積を事前に把握することにより、図５に示す関係に基づいて、荷重検出装置１０の全体の静電容量の変化を予測できる。そして、荷重を加える対象が荷重検出装置１０に圧力を加えた時に得られる荷重検出装置１０の全体の静電容量に基づいて、所定のしきい値が決定される。荷重検出装置１０の静電容量が、所定のしきい値を超えた時に、対象による荷重が検出された判断する。
【００８１】
次に、上述した考えに基づいて、所定のしきい値を決定する例を以下に説明する。
【００８２】
例えば、荷重検出装置１０が１ｍ×１ｍ＝１ｍ２の面積を有しており、荷重を加えられていない時の静電容量が５ｎＦであるとする。車両の一つのタイヤが荷重検出装置１０に載った場合には、荷重検出装置１０がタイヤから圧力を受ける部分の面積は１００ｃｍ２程度であり、静電容量が５ｎＦ増加して、荷重が加えられた時の静電容量が１０ｎＦになる。
【００８３】
一方、人が荷重検出装置１０に載った場合には、圧力が小さいので、静電容量密度と荷重密度との関係が領域Ｓ２には到達しないため、静電容量の増加は０．０１ｎＦ以下となる。導通層１４が導通する圧力の所定値を調節することにより、人が荷重検出装置１０に載っても、静電容量密度が領域Ｓ２を示さないようにできる。
【００８４】
また、人が傘又は靴のピンヒールに体重をのせて、荷重検出装置１０の載った場合には、部分的に静電容量密度と荷重密度との関係が領域Ｓ２を示す場合があるが、領域Ｓ２を示す面積は、通常数ｃｍ２程度であり、高々１０ｃｍ２である。仮に、領域Ｓ２を示す面積が１０ｃｍ２であるとしても、荷重検出装置１０における静電容量の増加は０．５ｎＦ程度であり、車両が載った場合の静電容量とは値が大きく異なるので、車両が荷重を加えた場合との間で識別を行うことができる。例えば、車両を検出するための静電容量のしきい値として、７〜８ｎＦとすることができる。
【００８５】
上述した本実施形態の荷重検出装置によれば、圧力が加わった面積に応じて静電容量が大きく増加するので、静電容量を測定することにより、対象の荷重が加わったことを精度良く検出することができる。
【００８６】
次に、上述した荷重検出装置の第２実施形態を、図６を参照しながら以下に説明する。第２実施形態について特に説明しない点については、上述の第１実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。
【００８７】
図６は、本明細書に開示する荷重検出装置の第２実施形態を示す断面図である。
【００８８】
本実施形態の荷重検出装置１０は、誘電体層１５の構成が、上述した第１実施形態とは異なっている。
【００８９】
本実施形態では、誘電体層１５は、例えば、セラミックス等の誘電体の板により形成される。例えば、セラミックスの板により形成される誘電体層１５は、ほぼ剛体としてふるまうので、圧力を受けて大きく変形することはない。誘電体層１５の比誘電率は、第１絶縁層１４ａよりも高い。
【００９０】
所定値以上の圧力が加えられた部分では、導通層１４が変形して、第１電極層１１と第３電極層１３とが電気的に接続して、第３電極層１３と第２電極層１２との間の静電容量が検出される点は、上述した第１実施形態と同様である。
【００９１】
第３電極層１３と第２電極層１２との間の静電容量は、第１電極層１１と第２電極層１２との間の静電容量よりも大きいので、静電容量密度と荷重密度との関係は、図５と同じような振る舞いを示す。
【００９２】
また、誘電体層１５は、セラミックスのブロックを、第２電極層１２上に並べて配置して、セラミックスのブロックの間に樹脂を充填して形成しても良い。個々のセラミックスのブロックがある程度独立して運動できるので、誘電体層１５に柔軟性を与えることができる。荷重が加えられた時には、誘電体層１５が圧力に合わせて変形可能となる。
【００９３】
次に、上述した荷重検出装置を用いた車両検出装置、及び車両検出装置を備えた駐車場システムを、以下に説明する。
【００９４】
まず、上述した荷重検出装置を用いた本実施形態の車両検出装置を、図面を参照して、以下に説明する。
【００９５】
図７は、本明細書に開示する車両検出装置の一実施形態を示す断面図である。図８は、図７に示す車両検出装置の平面図である。図７は、図８のＹ−Ｙ線断面図である。図９は、車両検出装置の機能ブロック図である。図１０は、複数の車両検出装置が重ねられた状態を示す図である。
【００９６】
本実施形態の車両検出装置２０は、例えば、駐車場の車両が駐車する車室に配置されて、車室に駐車された車両を検出するために用いられる。
【００９７】
車両検出装置２０は、シート形状状の第１水平部２０ａと、第１水平部２０ａの一方の端部に配置され、第１水平部２０ａから外方に向かって突出する突出部２０ｂと、突出部２０ｂと接続する第２水平部２０ｃを備える。
【００９８】
突出部２０ｂは、板形状の第１側部２５ａ及び第２側部２５ｂと、両側部を連結する天板部２６を有する。第１側部２５ａ及び第２側部２５ｂと、天板部２６とにより、突出部２０ｂの内側には、中空の凹部が形成される。第２側部２５ｂの端部に接続された第２水平部２０ｃは、第１水平部２０ａとは反対側に向かって延びている。
【００９９】
駐車場の車室において、車両検出装置２０は、第１水平部２０ａ及び第２水平部２０ｃが地面の上に載置されて、突出部２０ｂが地面から上方に向かって突出するように配置される。車室において、第１水平部２０ａは、車室に駐車する車両のタイヤが載る位置に配置され、突出部２０ｂは、車止めとして機能する。
【０１００】
第１水平部２０ａは、全体として、矩形のシート形状を有する。第１水平部２０ａの中央を含む広い範囲にわたって、上述した荷重検出装置１０が保護層１６を上方に向けて配置される。
【０１０１】
また、第１水平部２０ａは、荷重検出装置１０を制御する制御部２２と、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光発電部２３と、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱発電部２４を備える。制御部２２は、光発電部２３及び熱発電部２４を制御する。荷重検出装置１０及び制御部２２及び熱発電部２４は、シート部２１により支持される。
【０１０２】
光発電部２３は、例えば、太陽光を受けて発電する。光発電部２３は、天板部２６に配置される。
【０１０３】
熱発電部２４は、板形状で熱伝導性の高い第１吸放熱部２４ａ及び第２吸放熱部２４ｂを有する。第１吸放熱部２４ａは、第１側部２５ａ表側に配置され、第２吸放熱部２４ｂは、シート部２１に支持されて第１水平部２０ａの裏側に配置される。
【０１０４】
熱発電部２４は、第１吸放熱部２４ａと第２吸放熱部２４ｂとの間の温度差を利用して発電する。例えば、昼間は、第１吸放熱部２４ａが太陽光を吸熱し、吸熱した熱を第２吸放熱部２４ｂから放熱することにより、熱発電部２４は発電する。一方、夜間は、第２吸放熱部２４ｂが地熱を吸熱し、吸熱した熱を第１吸放熱部２４ａから放熱することにより、熱発電部２４は発電する。熱発電部２４は、例えば、ペルチェ素子を用いて形成される。
【０１０５】
図９に示すように、制御部２２は、静電容量検出部２２ａと、通信部２２ｂと、電源部２２ｃと、蓄電部２２ｄを有する。
【０１０６】
静電容量検出部２２ａは、荷重検出装置１０の第１電極層１１と第２電極層１２との間の静電容量を測定して、車室における車両の有無を検出する。また、静電容量検出部２２ａは、通信部２２ｂ及び電源部２２ｃを制御する。
【０１０７】
通信部２２ｂは、静電容量検出部２２ａにより制御されて、後述する駐車場システムのゲート制御部等と無線通信する。
【０１０８】
電源部２２ｃは、静電容量検出部２２ａにより制御されて、蓄電部２２ｄに蓄えられた電気エネルギーを、静電容量検出部２２ａ及び通信部２２ｂに供給する。
【０１０９】
また、電源部２２ｃは、静電容量検出部２２ａにより制御されて、光発電部２３及び熱発電部２４が発電した電気エネルギーを蓄電部２２ｄに蓄える。なお、蓄電部２２ｄは、制御部２２の外に配置しても良い。
【０１１０】
車両検出装置２０は、光発電部２３及び熱発電部２４が発電した電気エネルギーを蓄電部２２ｄに蓄電し、蓄電された電気エネルギーを用いて動作するので、電力線等による電力の供給を受けなくても動作可能である。
【０１１１】
図１０に示すように、一の車両検出装置２０の突出部２０ｂを、他の車両検出装置２０の突出部２０ｂの凹部に嵌めこみ、第１水平部２０ａ及び第２水平部２０ｃを、他の車両検出装置２０の第１水平部２０ａ及び第２水平部２０ｃと重ねることができる。このようにして、多数の車両検出装置２０を重ねた状態で小さな場所に保管することができる。
【０１１２】
次に、上述した車両検出装置２０を用いた本実施形態の駐車場システムについて、図面を参照して、以下に説明する。
【０１１３】
図１１は、本明細書に開示する駐車場システムの一実施形態を示す図である。
【０１１４】
駐車場システム３０は、車両が駐車する複数の車室３１と、出入り口３２と、車両の入場を規制する入場ゲート３３と、車両の出場を規制する出場ゲート３４と、入場ゲート３３及び出場ゲート３４を制御するゲート制御部３５を備える。各車室３１には、上述した車両検出装置２０が配置される。
【０１１５】
また、ゲート制御部３５は、車室における車両の有無を表示する表示部３５ａを備え、ゲート制御部３５は、表示部３５ａを制御する。
【０１１６】
車両検出装置２０の静電容量検出部２２ａは、荷重を検出すると、車室に車両が入庫したと判断して、通信部２２ｂを用いてゲート制御部３５に無線通信し、車両検出装置２０が配置された車室に車両が有ることを送信する。
【０１１７】
ゲート制御部３５は、車両が駐車している車室の位置を、表示部３５ａに表示する。
【０１１８】
また、車両検出装置２０の静電容量検出部２２ａは、荷重を検出しなくなると、車室に駐車していた車両が出庫したと判断して、通信部２２ｂを用いて、ゲート制御部３５に無線通信し、車両検出装置２０が配置された車室に車両が無いことを送信する。
【０１１９】
ゲート制御部３５は、車両が駐車していない車室の位置を、表示部３５ａに表示する。
【０１２０】
上述した駐車場システム３０を設置する際には、車室３１の区画を画成した後に、各区画に車両検出装置２０を配置することにより、車室３１を形成することができる。
【０１２１】
また、駐車場システム３０を撤去する際には、各区画に配置されている車両検出装置２０を回収することにより、車室３１を撤去することができる。回収された車両検出装置２０は、図１０に示すように、重ねて保管される。
【０１２２】
例えば、イベント等を開催する時に、平地に有料駐車場を臨時に設置することがある。このような時には、石灰粉等を用いて車室３１の区画を画成し、各区画に車両検出装置２０を配置することにより、車室３１を容易に形成して、駐車場を設置することができる。車両検出装置２０は、外部から電力を供給することなく動作可能である。また、イベントの終了後に、駐車場を撤去することも容易である。
【０１２３】
上述した本実施形態の駐車場システムによれば、車室を容易に形成及び撤去できるので、駐車場を容易に設置及び撤去することができる。特に、イベント等の所定の期間だけ、臨時に駐車場を設置する場合に、本実施形態の駐車場システムを好適に用いることができる。
【０１２４】
本発明では、上述した実施形態の荷重検出装置、車両検出装置及び駐車場システムは、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。また、一の実施形態が有する構成要件は、他の実施形態にも適宜適用することができる。
【０１２５】
ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、読者が、発明者によって寄与された発明及び概念を技術を深めて理解することを助けるための教育的な目的を意図する。ここで述べられた全ての例及び条件付きの言葉は、そのような具体的に述べられた例及び条件に限定されることなく解釈されるべきである。また、明細書のそのような例示の機構は、本発明の優越性及び劣等性を示すこととは関係しない。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、その様々な変更、置き換え又は修正が本発明の精神及び範囲を逸脱しない限り行われ得ることが理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１２６】
１０    荷重検出装置
１１    第１電極層
１２    第２電極層
１３    第３電極層
１４    導通層
１４ａ    第１絶縁層
１４ｂ    導電性粒子
１５    誘電体層
１５ａ    第２絶縁層
１５ｂ    誘電体粒子
１６    保護層
１７    支持層
２０    車両検出装置
２０ａ    第１水平部
２０ｂ    突出部
２０ｃ    第２水平部
２１    シート部
２２    制御部
２２ａ    静電容量検出部
２２ｂ    通信部
２２ｃ    電源部
２２ｄ    蓄電部
２３    光発電部
２４    熱発電部
２４ａ    第１吸放熱部
２４ｂ    第２吸放熱部
２５ａ    第１側部
２５ｂ    第２側部
２６    天板部
３０    駐車場システム
３１    車室
３２    出入り口
３３    入場ゲート
３４    出場ゲート
３５    ゲート制御部
３５ａ    表示部
【図１】
2015190796.tif 000003
【図２】
2015190796.tif 000004
【図３】
2015190796.tif 000005
【図４】
2015190796.tif 000006
【図５】
2015190796.tif 000007
【図６】
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【図７】
2015190796.tif 000009
【図８】
2015190796.tif 000010
【図９】
2015190796.tif 000011
【図１０】
2015190796.tif 000012
【図１１】
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