JPS5837799A - 荷重感知マツト - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 報を監視するため，あるいは工場で使用するための荷重
感知マットに関する。

本発明の１つの概念によると，弾性材料によって互に上
下に離隔して保持された少なくとも一対の略平板状の電
導性部材を丙−する荷重感知マットであって，前記電導
性部材がキャパシタンス板からな９、前記マットに荷重
を加えて前記弾性部材が圧縮されることによって前記中
ヤバシタンス板間の間隔が変化し，これに応じて前記キ
ャパシタンス板の電気信号を便化させるように構成した
荷重感知マットが提供される。

本発明は，本来、道路の利用状況およびかかる利用によ
って道路が受ける荷重の監視に関するものｔあった。こ
の様な道路変者情報は．＊＊の新設計一または交通の流
れの変更計一に従事する者、および道路の構造，補修お
よび路面仕上げの設計に従事する者にとって重大な関心
事である。道路を使用する車輌の台数を測定する手段と
して、道路の切込み部に埋設された誘導コイルや道路を
横断して設けられた圧縮空気入りチューブが知られてい
る。

本発明により提供された交通情報変換装置は、路面に容
易に固定することのできる可撓性マットからなり、該マ
ットはインダクタンスによって車輌の存在を表示するル
ープと車軸好ましくは車輌重量を表示するキャパシタン
ス手段とからなる２つの独立した感知手段により構成さ
れた電導体手段を内包している。

さらに、マットの幅方向に離隔して配設した２つの中ヤ
パシタンス手段は、重量を表示しない場合、車軸の数お
よび車輌の走行方向および速度を表示することができる
。

しかしながら、本Ｊ１羽の荷電感知マットは荷電の有−
および圧力の感知に関して広範な用Ｍｋｔ有、する。零
Ｊ！明の荷重感知マットを交通情ＩＩＲ換優に応用した
実施例について後述するが、この実施例に関する説明よ
り“本発明が広範な用途を有することが当業者にとって
明白となろう。

本発明の荷重感知マットにはインダクタンスループと命
中パシタンス板カを設けられているので、荷重の有無お
よび荷重の大きさを同一のマットで計測することができ
る。また、荷重感知マットを交通情報便換１として用い
り場合、−組の対向するキャパシタンス板（第１キヤパ
シタン＾構造体）が車輌タイヤの踏面を十分カバーする
帳を有する場合に、車輪重量とこれに応答する信号値の
相関関係が最良となる。

さらに、マットの幅を横断する方向に前述の第１キャパ
シタンス構造体と離隔して設けられた第２中ヤバシタン
ス構造体によって荷重の速度を正確に計測することがで
きる。第２中中パシタンス板構造体はマットを通過する
荷重が第１中中パシタンス板構造体より先に該第２キヤ
／４シタンス板構造体を通るようにマットを配設するこ
とが好ましい。さらに。

第２中中パシタンス板構造体の配置は、第１中中パシタ
ンス板構造体から僅かの間隔をもたせるだけで短い応答
パルスを発生する。この応答パルスから第１キ中パシタ
ンス板構造体が発する応答信号までの時間を計測するこ
とにより荷重の速度を測定することができる。

交通情報便換用に使用した場合％尊１中中バシタンス板
構造体の応答信号は、通常各車軸ごとに処理された後合
算されて車輌総重量を表示する。

本発明による荷重線′知マットの好ましい実施例におい
て、インダクタンスループの電導手段はマットの比較的
縁端に近い部分に回路を形成し、全てのキャパシタンス
板構造体を包囲している。処理回路との接続をｅ易にす
るために、マットの縁部の一箇所から全ての導線を引出
すことが好ましい。

１ツＦは、キャパシタンス板を構成する上下に間隔をお
いて配設した目の微細な鋼鉄組替からなる金属層の間に
絶縁性を付与すると共に、かかる金属層をインダタシ１
ンループ導体構造体とを外装内に包含する弾性材料から
なることが好ましい。外装の上面に微骨材を倉入させる
ことによって防滑効果が増大する。

好適材料を研究した結果、キャパシタンス板間の材料に
カーボン（通常はカーボン粉またはカーボン粒）等の電
導性充填材を一定量添加して幾分の電導性をもたせるこ
とが有用であると判明した。しかしながら、かかる電導
性充填材の添加はｉット全体について行なわれるもので
はない。フンダクタンスとリアクタンス（キャパシタン
ス）の好ましい組合せを感知することによって出力信号
の大きさと道路荷重が比例することが判る。このマット
は道路交通情報監視用以外にも広範な用途を有する。道
路交通情報監視に用いるためには、道路上での十分な耐
摩耗性を有すること。

温度変化により電気的特性が変化しないこと。

および製造が容易であること等の極めて厳格な条件が設
定されている。キャパシタンス板間のスペーサに用いる
に不適切な材料として。

温度変化に敏感なピッチ・エポキシ樹脂、塩化ビ具ル、
および合成ゴム、並びに物理的強度の低いポリウレタン
、ポリスチレン、ポリシン等の発泡プラスチックがある
。この他に、マットの各部位に異質の材料を使用した場
合、例えばキャパシタンス板のスペーサー＋’ｍｓ材と
して會虞ゴムを使用し、外装材としてピッチ・轟ポ中シ
樹脂を使用した場合に、これら異質材料間で満足すべき
接着効果が得られるか否かの問題がある。マッシ全体の
材料として天然ゴムを使用した結果満足すべき構造が達
成された。キャパシタンス板を内包する全てのマットに
応用可能な本発明の他の概念によると、キャパシタンス
板間のスペーサトシて天然ゴ＾ツテッタス材（または他
の好適材料）にカーボン等の電導性充填材が添加され。

かかるスペーサの材料中に、ナイーンの如き好ましいプ
ラスチック材等の非電導性材料からなる網が配設される
。この網はスペーサを製造する際の補助手段として機能
するのみならず、電虻的特性を向上させることが確認さ
れた。さらに、粘土等の非電導性充填材を外羨に用いる
材料中に添加することが好ましい。

天然ゴムラテックスを用いた場合には、全ての材料を乳
化状態で注入して順次または個々に硬化させることが可
能であるため、効率的にかつ何らの問題をも生じること
なく製造することができる。

キャパシタンス板のスベー量として予め内層材を形成し
、該内層材をキャパシタンス板（およびインダクタンス
ループ導体）に接着した後に外殼を取付けるように構成
してもよい。接着材はフンダクタンスを所定の要件に合
致させるために電導性充填材の含有量を変化させること
ができる。

本発明を実施例に基づき添付図面に従って以下に詳述す
る。

ＪＩＩＩＩ図に示すように、ｉット１０はインダタタン
スループ１４と誼インダクタンスループ内に配設された
２組のキャパシタンス板１５゜１６を内包した感知構造
体１６を有する。図示のｉット１０はピッチで延伸した
エポキシ樹脂等の平面接着用フンバウンド１８を介して
路面１７に固定されている。

第２図〜第４図に示すマット２０は２車線２１．２２か
らなる道路を横断して敷設されてお９．各車線について
第１図の感知構造体１６と同様の感知構造体２ａＡ、２
３Ｂを有している。感知構造体２６Ａ、２５Ｂは導体を
埴設してなるインメタタンスループ手段２４Ａ、２４Ｂ
を有する。第１図およびｓＸ図より明らかなように、各
イン〆クタンスル−ブ手段２４Ａ、２４Ｂは３ターンの
導体を埋設したものからなる。該導体は銅帯でもよいが
、全体的な強度を高めるために網状に砥伸したステンレ
ス銅で形成することが好ましい・ 感知構造体２！Ａ、２３Ｂは（館１図のキャパシタンス
板１５に類似した）＃１１中中パシタンス板２５Ａ　、
２５Ｂを埋設してお９゜交通情ａｍ換マットとして用い
る場合、第１キャパシタンス板２５Ａ、２５Ｂは少なく
とも殆んどの車輌のタイヤの踏面を十分カバーできる＄
１２７を有する。第１キャパシタンス板２５Ａ、２５Ｂ
は強度を考慮してステンレス鋼製であることが好ましく
、１０〜２！ｉｏ　１りｐンの厚みを有する織成金属ま
たは網状に一延伸したステンレス銅かもなる２枚の離隔
した微細網状層２８．２９を有する。

と離隔して設けられた（第１図のキャパシタンス板１５
に類似した）第２１？ヤバシタンス１１２６に、２６Ｂ
は第１キャパシタンス板２５Ａ、２５Ｂと同一の構造で
はあるが１図示の通り、かなり小さい輻６１を有する。

交通の通れ、あるいは荷重の移動方向が矢印３０の方向
である場舎、第２　’Ｐ　＋バシタンス板２６Ａ、２６
Ｂは後述するように第１キャパシタンス板２５Ａ、２５
Ｂに先んじて踏圧される。

インメタシ雪ンループ導体ｇよびキャパシタンス板は好
適な可撓性を有する弾性材料に埋設されている。皺弾性
材料の表面近傍にはＭＩＨな微細骨材δ３が含浸されて
いるため摩擦抵抗が増大し、これにより彷滑効果が増大
する。インダタシ曽ンループ導体およびキャパシタンス
板は興なる高さに配設されており、夫々の砥長部が単一
の連結位置３４に集中していることが好ましい。該連結
位ｆ１５４は電子回路に通じる導線と各感知構造体をプ
ラグ・ソケット式に着脱自在に連結するコネクタを真備
することが好ましい。

複数の車軸を有する車輌、あるいは小間隔で連続する複
数の荷重部材の場合に、応答信号が混乱しないように、
車輌の第１車軸または第１荷重部材に対応する第２キ十
ノ（シタンス板構造体の応答信号の第１パルスが発せら
レタ後、インメタシ冒ンループの応答信号が車輌または
、荷重部材がマットを通過したことを表示する迄、館２
キャパシタンス板構造体の応答信号を阻止あるいは無視
するように構成することが好ましい。

インダクタンスと２つのキャパシタンスを備えた本発明
のマットによって、荷重の有無、移動方向、１１度、数
（例えば車軸数）、各荷重部材（例えば車軸）の重量、
および荷重（例えば車輌）の総重量に関する情報を簡単
に入手することができる。

本発明のマットは第１図に示すように１つの感知構造体
を設けたものでも、あるいは２以上の感知構造体を設け
たものでもよい。崗、交通情報微視に用いた場合、正反
対方向の交通の流れを有す８車線を微視するために、少
なくとも一方の感知構造体のキャパシタンス板を他方の
感知構造体のキャパシタンス板と反対に配設することも
！きる。他の構造においては１組のキャパシタンス板を
設けるだけで十分ではあるが、所望により２組以上のキ
ャパシタンス板を設けてもよい。

嬉１図より明らかなように、イン〆クターループ導線を
横切ることにより導線が交差することは必須であるが、
第３図および４図に示すれる如く中ヤパシタンス板とイ
ンメタタンスループを興なる高さに配設することによっ
て導線の交差を防止することができる。しかしながら、
交差が避けられない位置においては、５ｏｏＲｐ−ンの
厚みを有する５ｏ−平方の絶縁板を介在させることによ
り電気的接触を防止することが好ましい。第４図に示す
ヨウにキャパシタンス板とインメタタンスループの導線
４１〜４６をマットの縁部に導びいて同一レベルに配す
るのに代えて、導線の埋設レベルの差を維持したままマ
ット縁部に導びくことも可能である。

適切な駆動および検知回路を用いることによって１本ｉ
ｌｉ明のマットの感知構造体はインメタタンスループ手
段によって車輌または荷重の有鋤を表示し、車輌の第１
車軸または第１荷重部材に対応する１つのパルス信号を
第２中中バシタンス板から発生し、そして各車軸または
荷重部材の重量に比例する１！Ｉ＠有意信号を第１キヤ
パシタンス板から発生する。

前記パルス信号と最初の捩幅有意信号との時間差によっ
て車輌速度または荷重速度が容易に表示される。車輌の
各車軸または各荷重部材に対応する搬輻信号を合算する
ことによって車輌または荷重の総重量を容易に表示する
ことができる。

嬉Ｓ図に示すブーツ？回路図は交通情報感知用に構成し
たものであって、導線４１．４２はインダクタンスルー
プ手段にａｔａ！されており、導線４５．４４は第１キ
ヤパシタンス板に接続されてお９．そして導線４５．４
６は第２午ヤパシタンス板に接続されている。

尚、導線４４．４６は接地されている。インメタタンス
ループ手段および第１．第２ｄＰ中パシタンス板につい
て（通常正弦波発振信号を発生する）信号発生器４７，
４８．４９が夫々設けられている。発信−を個々に設け
るよりも、信号発生器４７，４８．４９として機能する
分離−ジッタ・正弦波成形回路を介して？−ツタパルス
発生器５０から好適な周波数信号を得ることが便宜上好
ましい。

インメタタンスループ手段および第１Φ第２午ヤパシタ
ンス板にはデテクタ５１，５２．５６が夫々接続されて
いる。インメタタンスループデテクタ５１はエンベー−
プ信号Ｌ１を発生り、該エンペ―−プ信号はエンベー−
プ信号の前縁を検出してこれに対応するパルスを発生す
る前縁パルス変換１１５４と、エンベ―−プ信号の後縁
を検出してこれに対応するパルスを発生する後縁−シス
変換１８５５へ移送される。前ｌｌＡルスシス器５４の
出力は車輌の存在を示すとともに　Ｍ算カウンター５７
を作動させ、又必要によりデータ記録手段兄を駆動させ
るために利用される。後−・４ルス変換１１１５５の出
力は車輌毎にデータ記録手段５６に入力されてデータ統
計剋理に用いられる。

命中パシタンス手段２６用のデテクタ５２はターツタパ
ルス発生１１１５０のターツクパルスに応答して速度カ
ウンター５９を始動させるための出力パルスＣ１を発生
する。この目的のためには、車輌の第１軸に対応するパ
ルスのみが用いられ、ＩＩＩＩ！のパルスはＡＮＤゲー
ト６０によって阻止される。ＡＮＤゲート６０はエンベ
ー−ブ信号の前縁パルスに応じ双安定回路６１を介して
オン（閉路）状態となり、１１Ｉ縁パルス変換１１５４
の出力から所定時間遅延して、あるいは双安定回路６１
の出力から所定時間遅延してオフ（開路）状態になる。

キャパシタンス手段２５用のデテクタ５６は、各応答信
号の最大振幅を検出して速度カウンタ５９を停止する。

デテクタ５３の出力Ｃ２は各車軸について時間的に離隔
されて７ナロダ尋デジタル変換８６２に連続して供給さ
れる。アナーグΦデジタル！換塁６２の出力は累算カウ
ンタ６６に順次記録蓄積されて車輌総重量の測定に使用
される。

インダクタンスループを具備しないものの、２つのキャ
パシタンス板構造体を設けたマットは、車軸重量、およ
び速度データを測定することは不可能ではあるが、少な
くとも車軸総数を計測することができる。また、インダ
クタンスループ手段と１つの中ヤパシタンス板構造体を
設けたマットは車軸重量および速度データを提供するこ
とができる。最良の速度情報は離隔して設けられたキャ
パシタンス板構造体を使用することによって得ることが
でき、また該キャパシタンス構造体は車輌または荷重の
方向に関する情報をも提供する。

各マッシが２以上の感知部を有する実施例について説明
したが１本発明はインダクタンスループ手段あるいはキ
ャパシタンス手段にかかわらず単一の感知部を有するマ
ットについても考慮している。すなわち、単一の感知部
を有する複数のマットを所定の間隔で配設して速度／方
向についての情報を得ることができる。また、マットを
１個づつあるいは対にして所定間隔で配設することによ
り１通行止めを含む交通ど荷重の流れに関する情報を供
給することができる。このシステムは所望により速度表
示器等の交通（または荷重）制御信号と直接連結するこ
ともできる。さらに。

自動交通信号機の車輌センサーとして使用可能である。

本発明の全ての実施例に共通する利点は、厚さ約３−の
薄肉マット（第３図および４図には内部構造を明示する
ために拡大して示している）を用いたことによる。すな
わち、かかる薄肉マットは路面あるいは他の支持体面に
容易に敷設され適切な接着剤によって確実に固定するこ
とができる。さらに、接着剤はマットが載置固定される
路面や他の支持体面のレペラーとしてａＩｍする。

本発明のマットは多層接着型でも一体ＩＲ形型でもよい
が、多層接着型のマットは弾性絶縁材を電導体層の上ｅ
下および中間に配設している。しかしながら、中ヤパシ
タンス板構造体間に介在する中間層が１ツトの上下層に
比較して絶縁性に富むことが特に−有益であることが判
明した。とりわけ、ｆｆフット上下層に粘土、炭化カル
シウム、およびシリカに適当な顔料を混合した従来の充
填材を添加し、中間層にカーボンブラックを添付するこ
とが有益である。好適材料は、１帯電防止ネオプレンＩ
と称するものである。マットの外層と中間層が特性的に
異なる揚台１両層が接着剤や溶剤を使用せずに互に熱接
着されるような融和性を有することが好ましい。このた
めには、−ｆット全体の基礎材料として例えば天然ゴム
ラテックスを用いるとよい。

本発明のマットの好ましい製造方法は、（イ）中間層に
（キャパシタンス構造体を構成するためには両側に）直
接、導体パターンを熱接着する工程と、←）上下層を夫
々成形する上下押出機の間に前記中間層をつ、プとして
挿通させて上下層に直接接着する。高温押出成形によっ
て防滑材をマット上面に一定量散布して上層の上部に含
浸させることができる。すなわちホッパーから供給され
た■焼ボーキサイト等の微骨材が延伸網状金属または複
数の切欠表面を有するドラ人からマットの表面に供給さ
れる。余剰の防滑材は後続の吸引工程によって収集され
供給車フパーに戻される。

マットの下半分に電導性構造体を配設すると良好な結果
が得られることが判明した。

次に、キャパシタンス板間のマット材料、特に天然ゴム
ラテックスに電導性材料を添加した点について詳細に説
明する。これに関し、キャパシタンス板間のスペーサは
ナイーＶ製の網にカーポンプフッタを含んでいる。カー
ポンプフッタの含有率はキャパシタンス板の間積待に帽
によつて微量〜２５％１通常５％〜２０％であり、この
場合標準的な電子検知回路装置に用いることができる。

スペーサと延伸網状ステンレス鋼からなるキャパシタン
ス板との接着は、電導性充填材を少量添加した天然ゴム
ラテツクスによって通常行なわれる。電導性充填材の添
加量は、微量であり、キャパシタンス板間のスペーｔに
対するカーポンプフッタの添加量１例えばＢ〜２０％の
１／１０である。外殼は天然ゴムラテックスに陶器用粘
土勢の電気的に不活性な材料ｔ−１０〜８０％１通常４
０％添加することによって形成される。前述の全てのパ
ーセントは重量比である。

上述した加熱接着工程において、キャパシタンス板をス
ペーサに重置する前に別工程で接着剤に漬浸してキャパ
シタンス板に接着剤贋を形成することが好ましい。必要
によって接着剤被膜を有するキャパシタンス板にスペー
サを組込むことも可能である。

非電導性網状体について、直＠０．３〜０．ｓ−のナイ
ーンを用いて３〜４箇の開口を有する網状体が電気的特
性を向上させ、一方のキャパシタンス板が該網状体に近
接＠接触する際に非対称特性を呈することが判明した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による交通情報便換マットの平面図； 第２図は第１図に示すマットを２車線用に変形した実施
例を示す平面図； 第３図および４ｖＩＪは第２図に示すマットの内部構造
を示す拡大横断面図； 第Ｓ図は信号処理回路のブロック線図；そして篇ｓｍは
第Ｓ図に示す信号処理回路の出力信号を示す図である。 １Ｇ・・・荷重感知マット、１４・・・イー〆クタンス
ループ、１１５．ｉｌｌ・・・キャパシタンス板、１γ
・・・路［，１Ｂ・・・接着用フンパウンド。 特許出願人　　　ジエー・エフ・７トド　（ホールディ
ンゲス）リミテッド

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）弾性部材によって互に上下に離隔して保持された
   少なくとも一対の略平板状の電導性部材を内包する荷重
   感知マットであって。 前記電導性部材がキャパシタンス歇からな９、前記マッ
   トに荷重を加えて前記弾性部材が圧縮されることによっ
   て前記キャパシタンス板間の間隔が変化し、これに応じ
   て前記命中パシタンス板の電気信号を変化するようにし
   た荷重感知マット。 （２）前記キャパシタンス板間の弾性材料が天然ゴムラ
   テックスからなる特許請求の範囲第１項記載の荷重感知
   マット。 （３）前記キャパシタンス板間の弾性材料が絶縁性と幾
   分の電気的＝ンダクタンスを有する特許請求の範囲第１
   項または第２ＸＪ［記載の荷重感知マット。 （４）前記電気的フンメタタンスが絶縁性を有する実質
   的に非電導性弾性材料に電導性充填材を添付することに
   より付与される特許請求の範Ｓ篇８項記載の荷重感知マ
   ット。 （５）前記充填材がカーボンである特許請求の範囲第４
   項記載の荷重感知マット。 （６）前記キャパシタンス板間の弾性材料憂こ６〜！！
   ｉｌ量％のカーボンブラックを添加した特許請求の範ｍ
   第１ｓ項記載の荷重感知マツ　　ト　０ （７）前記キャパシタンス板間の弾性材料がプラスチツ
   タ製網状体を含む特許請求の範囲第４項ないし６項のい
   ずれかｉｌｌ記載の荷重感知マット。 （８）　　前記プラスチック綱状体がナイーン製網状体
   である特許請求の範囲第７項記載の荷重感知マット。 （９）前記弾性材料の電導性充填材の含有量が前記キャ
   パシタンス板に隣接する部位において減少する特許請求
   の範囲第４項ないし８項のいずれか１項記載の荷重感知
   マット。 αの前記キャパシタンス板が延伸網状金属からなり、該
   網状金属の開口には前記弾性材料が貫通してなる特許請
   求の範囲第１Ｘｊ［ないし第９．１！ｌのいずれか１項
   記載の荷重感知マット。 （６）前記キャパシタンス板が金属製網である特許請求
   の範囲第１０項記載の荷重感知マツ　　ト　０ （２）前記金属製網が織成構造を有する特許請求の範１
   ！１ｔ１１１１項記載の荷重感知マット。 ｏ３）前記金属がステンレス鋼である特許請求の範ｍ＊
   ｘｏ項ないし第１２項のいずれか１項記載の荷重感知マ
   ット。 （ロ）前記キャパシタンス板のうち少なくとも上側のキ
   ャパシタンス板の上方が弾性材料により外装されている
   特許請求のｉ論第１項ないし１３ＪＪのいずれかＩＸＪ
   記載の荷重感知マット。 （２）前記外装用弾性材料が実質的に非電導性を有する
   特許請求の範囲第１０項記載の荷重感知マット。 （２）前記外装用弾性材料が電気的に不活性な充填材を
   含む特許請求の範囲第ｉｓ項記載の荷重感知マット。 αη前記充填材が粘土である特許請求の範囲第１６項記
   載の荷重感知マット。 （２）前記粘土の含有率が約４０重量うである特許請求
   の範Ｓ第１・項記載の荷電感知マツ　　ト　０ （６）２対の離隔した前記キャパシタンス板がマットを
   横断して設けられており、前記２対ノキヤパシタンス板
   の出力が誼キャ、４　シタンス板を通過する荷重の速度
   を示す特許請求の範囲第１項ないし１８９＆のいずれか
   １項記載の荷重感知マット・ （ホ）前記２対のキャパシタンス板のうち片方の対が他
   方の対より幅広であって重量測定に用いられる特許請求
   の範囲第１９項記歳の荷重感知マット。 （５）ａ重の有無をインダクタンスに感知する導体ルー
   プを含む特許請求の範囲第１項ないし第２０項のいずれ
   か１項記載の荷重感知マット。