JP2002343208A

JP2002343208A - 埋設形載荷検知装置

Info

Publication number: JP2002343208A
Application number: JP2001145500A
Authority: JP
Inventors: Ryochi Kato; 良智加藤; Hideto Kato; 秀人加藤; Junichi Iwai; 純一岩井
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2001-05-15
Publication date: 2002-11-29

Abstract

(57)【要約】【課題】簡易な構造で低コスト、かつ誤動作を起こす
ことのない載荷検知装置を実現する。【解決手段】長方形状のベースプレート13の上面に置
かれた金網状のプラス電極11と、スペーサ131 を介して
ベースプレート13の４辺の上部に配置された長方形状の
フレーム15と、この対向する２辺の間の複数箇所に挿入
される中高に反りを与えた板ばねのマイナス電極12と、
フレーム15の残りの２辺の間にこの板ばねの上面に接す
るように張力を与えて張設されたピアノ線16とからな
り、マイナス電極12の変位を検出する変位センサ１を防
水袋２に収納して地中に埋設する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、人間の体重によっ
て生じる変位を検出することにより、屋外における特定
の領域に不審な人物等が侵入したこと等を検知する埋設
形載荷検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】駅のプラットホームから下の軌道部分へ
乗客が転落したこと、住宅や発電所、軍事施設等におけ
る予め設定した特定の地点に不審な人物等者が侵入した
ことなどを検知して警報を発するなどの処置を講じるた
め、従来、マットスイッチ等の電気的な作動によるスイ
ッチ、可視光線や赤外線等の光によって作動するスイッ
チ、磁気によるスイッチ等、各種のセンサを利用したさ
まざまな検知装置が開発されている。

【０００３】これらの検知装置としては、乗客がホーム
から転落する等の事故や、不審な人物が意図的な侵入目
的により本来人間が立ち入らない筈の領域に立ち入った
場合にこれを精度よく検知することが要求されるととも
に、検知する必要のない犬、猫等の小動物の侵入や風、
雨、雪等の自然現象による誤った信号で作動しないこと
が重要である。また、広い領域、あるいは長い警戒線に
おいて検知を行う場合には、設置数量も膨大なものとな
るので、検出装置の構成が簡単で、比較的安価なもので
あることも実用上重要な条件である。

【０００４】従来のセンサの例として、まず線状感圧ゴ
ムを使用したマットスイッチを説明する。図８はマット
スイッチ５を示す平面図で、51はスイッチ部分であるコ
ードスイッチ、52はコードスイッチ51が接続されるプリ
ント基板、53は各コードスイッチ51を接続する内部配
線、54はクッション材、55はゴム袋、56は固定金具、57
は外部へ信号を取り出すリード線である。

【０００５】すなわちこのマットスイッチ５は、偏平な
ゴム袋55の内部に複数本のコードスイッチ51を適宜クッ
ション材54を挿入して敷き並べ、各コードスイッチ51を
直列、あるいは並列に接続し、その出力をリード線57か
ら取り出すようにしたものである。図９はコードスイッ
チ51を示す部分斜視図、図10はコードスイッチ51の作動
原理を示す模式図である。コードスイッチ51は、極細束
銅線に錫めっきを施して平板状に編んだ２層の平編み線
511 、512 の中間に偏平な加圧導電ゴム513 を配置し、
これらを耐候性、耐熱性、かつ絶縁性の高いシリコンゴ
ムのカバーゴム514で被覆したものである。

【０００６】加圧導電ゴム（ＰＣＲ）513 は圧力が加わ
ると抵抗値がメグオームＭΩからオームΩ単位まで変化
するスイッチ素子で、図10に示すようにシリコンゴムの
内部に金属微粒子を混入してあり、荷重Ｐが加えられて
加圧導電ゴム513 が圧縮されると内部の金属微粒子が導
通し、抵抗値が減少してＯＦＦからＯＮに変化するので
ある。したがって前記のマットスイッチに人が乗った
り、誤ってマットスイッチ上に人が転落したりするとそ
の体重によって異常を検知することができる。

【０００７】しかしマットスイッチ５は１基が例えば35
0 ｍｍ幅×２ｍ程度の大きさのものであるから、その内
部にコードスイッチ51を敷き並べると膨大な延べ長さを
必要とし、１基のみでもかなり高価なものであるから、
自動扉の作動用など、１基のみで使用できる場合にはよ
いが、警戒用として広い領域に使用する場合にはコスト
がかかるため使用場所を厳選するなどの配慮が必要で、
十分な検知態勢がとれないという問題点がある。

【０００８】一方、特開昭57−149911号公報に記載の静
電容量形センサを始めとして、プラス、マイナスの２つ
の電極間の静電容量を測定することによって電極間の物
体の有無を検出することが知られている。この原理を応
用した、静電容量形の屋外用人物接近検出装置の例を図
11、12により説明する。図11はこの接近検出装置を示す
部分斜視図、図12は断面図である。６は接触センサ、 6
1 はプラス電極、62はマイナス電極で、それぞれ同一断
面で長さ方向に連続する例えばアルミニウム押し出し材
で、所定の距離を隔てて例えばフェンスの笠木の上部な
どに取り付けられる。63はＬ形をした取り付けブラケッ
ト、65は絶縁材、66は取り付けブラケット63、マイナス
電極62、固定金具64を挿通して固定する金属ボルト、67
は絶縁材65、プラス電極61を挿通して固定する樹脂ボル
ト、68はリード線である。

【０００９】このように構成すると、マイナス電極62、
取り付けブラケット63はいずれもアースされるが、プラ
ス電極61はこれらとは絶縁されているので、両電極間に
電位差を発生させることができる。また、両電極61、6
2、取り付けブラケット63等にアルミニウム材を使用
し、すべてアルマイト処理とすればアルマイト皮膜は強
固な絶縁物であり、個々に絶縁することも可能である。
そしてこれら両電極61、62間に例えば 6Ｖ程度の感電の
おそれのない直流電圧を印加すれば、両電極61、62によ
り一種のコンデンサが構成される。

【００１０】歩行者など、地面に立つ人間がこのフェン
ス、すなわちプラス電極61に触れるようなことが発生す
れば、直ちにコンデンサの静電容量が変化してこれを検
知することができる。検知器の感度を高く設定すれば、
たとえプラス電極61に触れなくても、静電容量の大きい
人体が電極に近づいただけでもコンデンサが容量は変化
し、その変化を検出することも可能である。フェンスに
よじ登ろうとして電極に手をかけ、両電極を同時につか
むようなことがあれば、当然これをはっきりと検知する
ことができる。

【００１１】ところで、この方式においては、プラス電
極61がマイナス電極62に対して完全に絶縁されているこ
とが必要である。電極材にアルマイト処理を行い、絶縁
材65に適切なものを使用すれば一応電極は絶縁される
が、樹脂ボルト67のボルト孔、くび下、ねじ部分等の隙
間を通して雨水が進入し、絶縁が破壊される現象が認め
られる。フェンス10ｍに対してボルトによる固定は約20
か所必要であり、それらのうち１か所でも導通するとコ
ンデンサの容量はただちに変化してしまう。このため、
雨の降り始めなどに検知装置が誤動作するという問題点
があった。

【００１２】さらにセンサに人間が触れることを前提と
しているため、フェンス等、設置場所が限定されるとい
う問題点もある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の技術における問題点を解消し、低コストでしかも
誤動作を起こすことのない検知装置を実現することを目
的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の本発明
は、長方形状の樹脂製のベースプレートと、このベース
プレートの４辺の上部に配置されたスペーサと、このス
ペーサの内側に配置された面状のプラス電極と、前記ス
ペーサの上部に載置される長方形状のフレームと、この
フレームの対向する２辺の間の複数箇所に挿入される帯
板状のマイナス電極と、前記フレームの対向する残りの
２辺の間に前記マイナス電極の上面に接するように張力
を与えて張設した複数本の線材とからなり、前記プラス
電極とマイナス電極間に直流電位差を印加し、マイナス
電極の変位を検出する変位センサを防水袋内に収容して
密封し、地盤内に埋設するようにしたことを特徴とする
埋設形載荷検知装置である。

【００１５】請求項２に記載の本発明は、前記のプラス
電極が金網である請求項１に記載の埋設形載荷検知装置
である。請求項３に記載の本発明は、前記のマイナス電
極が中高に反りを与えた板ばねである請求項１に記載の
埋設形載荷検知装置である。請求項４に記載の本発明
は、前記の線材がピアノ線である請求項１または２に記
載の埋設形載荷検知装置である。

【００１６】請求項４に記載の本発明は、長方形状の樹
脂製のベースプレートと、このベースプレートの４辺の
上部に配置されたスペーサと、このスペーサの内側に配
置された面状のプラス電極と、前記スペーサの上部に載
置される長方形状のフレームと、このフレームの対向す
る２辺の間の複数箇所に挿入される帯板状のマイナス電
極と、このマイナス電極の上面に載置され、フレームの
内面よりもやや小さい１枚の樹脂製のトッププレートと
からなり、前記プラス電極とマイナス電極間に直流電位
差を印加し、マイナス電極の変位を検出する変位センサ
を防水袋内に収容して密封し、地盤内に埋設するように
したことを特徴とする埋設形載荷検知装置である。

【００１７】請求項６に記載の本発明は、前記のプラス
電極が金網である請求項５に記載の埋設形載荷検知装置
である。請求項７に記載の本発明は、前記のマイナス電
極が中高に反りを与えた板ばねである請求項５または６
に記載の埋設形載荷検知装置である。請求項８に記載の
本発明は、プラス電極のマイナス電極に対応する位置に
接触ばねを設け、マイナス電極の変位をマイナス電極と
この接触ばねとの接触により検出することを特徴とする
請求項１ないし７のいずれかに記載の埋設形載荷検知装
置である。

【００１８】請求項９に記載の本発明は、マイナス電極
の変位を静電容量の変化量から検出することを特徴とす
る請求項１ないし７のいずれかに記載の埋設形載荷検知
装置である。さらに請求項１０に記載の本発明は、プラ
ス電極とマイナス電極との所定距離が 1〜10ｍｍの範囲
である請求項９に記載の埋設形載荷検知装置である。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明は、人間の体重によって変
位するマイナス電極と、位置の変化しないプラス電極と
の間の距離変化を検出することによって人間の落下、侵
入等を検知するものであって、センサは地中に埋設され
るため隠蔽性が高く、設置してあることが察知されない
という利点を有する。さらにセンサ部分が防水袋に封入
されていて雨水の浸入するおそれがない上、構造がきわ
めて簡単で故障部分もないので、信頼性の高い屋外用の
載荷検知装置を実現することができる。人間の落下、侵
入等を両電極の接触によって検知してもよいし、両電極
の距離によって変化する静電容量を検出することにより
検知してもよい。

【００２０】

【実施例】〔実施例１〕本発明の埋設形載荷検知装置の
第１の実施例を図面により説明する。図１はこの実施例
の検知装置の外観を示す斜視図、図２は埋設状態を示す
断面図で、１はこの埋設形載荷検知装置の要部である変
位センサ、２はこれを収納する防水袋、３はリード線、
Ｇは地盤である。

【００２１】すなわち本発明の埋設形載荷検知装置は、
長方形板状の変位センサ１を防水袋２に収納し、これを
約10ｃｍの深さに埋設しておき、人間の体重による変位
によって真上に人間が載ったことを検知するものであ
る。防水袋２はターポリン等の名で呼ばれるビニル樹脂
等で被覆した布を袋状にしたものである。収納後はリー
ド線３の取り出し部分を含め開口部を密封する。

【００２２】図３は変位センサ１を示す斜視図、図４は
図３のＸＸ矢視による断面図で、11は金網状のプラス電
極、12は板ばねのマイナス電極、13はベースプレート、
131はその周囲に配置された防水シール、14は絶縁シー
ト、15はフレーム、16はフレーム15の対向する２辺（15
c 、15d ）間に張られたピアノ線である。この変位セン
サ１は、長方形状の樹脂製のベースプレート13の４辺の
上部に防水シール131 を配置してその内側にプラス電極
となる金網状のプラス電極11を置き、その上にベースプ
レート13と同じ大きさの絶縁シート14を重ね、さらにベ
ースプレート13の４辺の前記防水シール131 の上部に長
方形状のフレーム15を載置してこれらをねじ、あるいは
接着等の手段で固定する一方、フレーム15の対向する２
辺（15a 、15b ）の間の２か所に、上向きに反りを与え
たアーチ状の板ばねのマイナス電極12を挿入し、さら
に、フレーム15の対向する残りの２辺（15c 、15d ）の
間にこの板ばね12の上面に接するように張力を与えて複
数本のピアノ線16を平行に張設して構成される。

【００２３】図５はピアノ線16の端末部を示す図３のＹ
Ｙ矢視による断面図である。ピアノ線16の端末部の少な
くとも一方の首下に挿入された張力ばね161 により各ピ
アノ線16には張力が付与され、板ばね12の上面に密着す
る。この変位センサ１においては、金網のプラス電極11
の上方に所定距離を設けて板ばねのマイナス電極12を配
置してあり、何らかの荷重がこのマイナス電極12に乗り
かかると板ばね12がたわんで下方に変位し、プラス電極
11に接近して両極の距離が変化するのである。ここでプ
ラス電極11は周囲とは完全に絶縁されており、マイナス
電極12はフレーム15と導通し、このフレーム15をリード
線により周囲の地盤に接地すればマイナス電極12の電位
は接地電位となり、プラス電極11とマイナス電極12間で
コンデンサが構成される。

【００２４】いま両電極間に所定の直流電圧を印加して
おけば、マイナス極が変位して両極が接触したり、静電
容量が変化すれば直ちにこれを検知することができる。
一般に、コンデンサの静電容量Ｃは、Ｃ＝ ε_s×ε_o×Ｓ／Ｄであらわされ、ここにε_sは電極間の絶縁体の比誘電
率、ε_oは同じく真空の誘電率、Ｓは電極の面積（両電
極で面積の異なる場合は、小さい方の面積）、Ｄは電極
の極間距離である。したがって極間距離、すなわちプラ
ス電極11とマイナス電極12との距離が変化すれば、接触
に至らなくても静電容量の変化として載荷を検知するこ
とができる。

【００２５】この変位センサ１は上記のようにきわめて
簡単な構造であり、マイナス電極自身がばね作用を有す
るので、他に動く部分を必要としない。プラス電極を金
網とし、マイナス電極を板ばねとしていずれも電極とし
ての有効面積を小さくして高い検出感度が得られる構造
としている。寸法および数値の具体例をあげると、フレ
ーム15の外形寸法は1000ｍｍ× 500ｍｍ、板ばね12はフ
レーム15の内側に２か所、ピアノ線16は平行、等間隔に
７本とする。板ばね12はフレーム15全体に対して２か所
にしか存在しないから、侵入した人間が必ずしもこの上
に載るという保証はないが、ピアノ線16がこれと直角方
向に密に張られていて、フレーム15の上面に人が載れば
必ずピアノ線16を押し下げ、ピアノ線16の変位は直ちに
板ばね12に伝達されるので、これを検知できるのであ
る。

【００２６】マイナス電極12に荷重が加わっていない基
準状態におけるプラス電極11とマイナス電極12との距離
は、 1〜10ｍｍの範囲とすることが好ましい。 1ｍｍ未
満であると、板ばね12やフレーム15の直線精度、組み立
て誤差等により局部的に距離の短い部分が生じ誤動作が
発生しやすいので好ましくない。また距離が10ｍｍを超
えると変位が少ない場合における静電容量の変化量が小
さく、閾値範囲がせまくなるという検出上の不利が生じ
る。

【００２７】また、どの程度の荷重でどの程度の変位が
生じるかは、板ばね12のばね定数によって任意に選択で
きる。またどの程度の静電容量の変化量で載荷を検知す
るかは、回路側の感度設定によって任意に決定できる。
なお、両電極の接触は、このように静電容量の測定によ
っても明確に捕らえることができるが、接触の有無だけ
であればテスタ等の単なる導通を検知する簡単な回路で
も検知が可能である。

【００２８】以上の説明からもわかるように、本発明に
おける変位センサ１は防水袋２内に密封され、さらにプ
ラス電極11はフレーム15の底部に隔離されていて雨水の
浸入する余地がない上、外側には周囲の接地電位に等し
いマイナス電極12が配置されているからかりに防水袋２
が破損しても誤動作は起きず、感電のおそれもない。ま
たきわめて簡易な構造で故障部分もないので設置コス
ト、メンテナンスコストのいずれもきわめて低いレベル
である。〔実施例２〕本発明の埋設形載荷検知装置の第２の実施
例を図面により説明する。図６はこの実施例における変
位センサ１を示す斜視図、図７は図６のＺＺ矢視による
断面図である。符号17はトッププレートで、第１の実施
例と相違する部分だけを説明すると、マイナス電極であ
る板ばね12の数が多く、ピアノ線がない代わりに板ばね
12の上面に樹脂製のトッププレート17が載置されてい
る。一方、図７に示すようにプラス電極11の上部の絶縁
シート14を貫通して、プラス電極11の板ばね12に対応す
る位置に接触ばね111 が設けられている。

【００２９】トッププレート17はフレーム15の内側より
やや小さい大きさの板で、これが板ばね12の上に置かれ
ていることにより、フレーム15の上面のいかなる場所に
人間が載っても板ばね12が押し下げられ、接触ばね111
と接触してプラス・マイナス両極が導通することにより
人間を検知する。フレーム15の外形寸法が1000ｍｍ× 5
00ｍｍの場合、フレーム15の内側の寸法はおよそ 960ｍ
ｍ× 460ｍｍであるから、トッププレート17は 950ｍｍ
× 450ｍｍとすればよい。これ以上大きくするとフレー
ム15に接触してトッププレート17が正常に変位しないお
それがあり、またあまり小さいと載荷の検知に盲点を生
じる可能性がある。

【００３０】なお、図７では敢えて第１の実施例と相違
するようなものを示したので導通による検知で説明した
が、板ばね12とトッププレート17とを組み合わせ、プラ
ス電極11については絶縁シートを使用して接触ばね111
を設けず、静電容量の変化で検知を行うことももちろん
可能であり、逆に第１の実施例における板ばね12とピア
ノ線16の組み合わせに対して接触ばね111 を使用して導
通による検知を行ってもよい。

【００３１】以上の各実施例において、プラス電極11と
しては金網以外の面状の導体、たとえばアルミニウム等
の金属箔なども使用できる。また帯板状のマイナス電極
に中高の反りを与えず、水平のままのものでもよい。さ
らに線材16としてピアノ線以外に樹脂コード等を使用す
ることもできる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、簡単な構造で低コス
ト、しかも誤動作のない埋設形載荷検知装置が実現して
施設の保安度が向上するという、優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の埋設形載荷検知装置を示す斜
視図である。

【図２】本発明の実施例の埋設形載荷検知装置の埋設状
態を示す断面図である。

【図３】本発明の第１の実施例の変位センサを示す斜視
図である。

【図４】図３のＸＸ矢視による断面図である。

【図５】図３のＹＹ矢視による断面図である。

【図６】本発明の第２の実施例の変位センサを示す斜視
図である。

【図７】図６のＺＺ矢視による断面図である。

【図８】従来の技術であるマットスイッチを示す平面図
である。

【図９】図８のマットスイッチにおいて使用されている
コードスイッチを示す部分斜視図である。

【図10】同じく図８のマットスイッチにおいて使用され
ているコードスイッチの作動原理を示す模式図である。

【図11】従来の技術である接近検出装置を示す部分斜視
図である。

【図12】図11に示す接近検出装置の断面図である。

【符号の説明】

１変位センサ２防水袋３、57、68 リード線５マットスイッチ６接触センサ 11 プラス電極（金網） 12 マイナス電極（板ばね） 13 ベースプレート 14 絶縁シート 15 フレーム 16 ピアノ線 17 トッププレート 51 コードスイッチ 52 プリント基板 53 内部配線 54 クッション材 55 ゴム袋 56 固定金具 61 プラス電極 62 マイナス電極 63 取り付けブラケット 65 絶縁材 66 金属ボルト 67 樹脂ボルト 131 防水シール 511 、512 平編み線 513 加圧導電ゴム 514 カバーゴムＧ地盤Ｐ荷重

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者加藤秀人千葉県八千代市八千代台東２−１−１八洲エンジニアリング株式会社内 (72)発明者岩井純一千葉県八千代市八千代台東２−１−１八洲エンジニアリング株式会社内Ｆターム(参考） 5C084 AA02 AA07 BB32 BB34 CC17 DD10 DD83 DD87 EE02 FF03 FF09 GG07 GG09 GG54 5G006 AA01 BA01 DD16 5G046 AA03 AB01 AC23 AD02 AD06 AE22

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長方形状の樹脂製のベースプレート（1
3）と、このベースプレート（13）の４辺の上部に配置
された防水シール（131 ）と、この防水シール（131 ）
の内側に配置された面状のプラス電極（11）と、前記防
水シール（131）の上部に載置される長方形状のフレー
ム（15）と、このフレーム（15）の対向する２辺の間の
複数箇所に挿入される帯板状のマイナス電極（12）と、
前記フレーム（15）の対向する残りの２辺の間に前記マ
イナス電極（12）の上面に接するように張力を与えて張
設した複数本の線材（16）とからなり、前記プラス電極
（11）とマイナス電極（12）間に直流電位差を印加し、
マイナス電極（12）の変位を検出する変位センサ（１）
を防水袋（２）内に収容して密封し、地盤内に埋設する
ようにしたことを特徴とする埋設形載荷検知装置。
【請求項２】前記のプラス電極（11）が金網である請
求項１に記載の埋設形載荷検知装置。
【請求項３】前記のマイナス電極（12）が中高に反り
を与えた板ばねである請求項１または２に記載の埋設形
載荷検知装置。
【請求項４】前記の線材（16）がピアノ線である請求
項１ないし３のいずれかに記載の埋設形載荷検知装置。
【請求項５】長方形状の樹脂製のベースプレート（1
3）と、このベースプレート（13）の４辺の上部に配置
された防水シール（131 ）と、この防水シール（131 ）
の内側に配置された面状のプラス電極（11）と、前記防
水シール（131）の上部に載置される長方形状のフレー
ム（15）と、このフレーム（15）の対向する２辺の間の
複数箇所に挿入される帯板状のマイナス電極（12）と、
このマイナス電極（12）の上面に載置され、フレーム
（15）の内面よりもやや小さい１枚の樹脂製のトッププ
レート（17）とからなり、前記プラス電極（11）とマイ
ナス電極（12）間に直流電位差を印加し、マイナス電極
（12）の変位を検出する変位センサ（１）を防水袋
（２）内に収容して密封し、地盤内に埋設するようにし
たことを特徴とする埋設形載荷検知装置。
【請求項６】前記のプラス電極（11）が金網である請
求項５に記載の埋設形載荷検知装置。
【請求項７】前記のマイナス電極（12）が中高に反り
を与えた板ばねである請求項５または６に記載の埋設形
載荷検知装置。
【請求項８】プラス電極（11）のマイナス電極（12）
に対応する位置に接触ばね（111 ）を設け、マイナス電
極（12）の変位をマイナス電極（12）とこの接触ばね
（111 ）との接触により検出することを特徴とする請求
項１ないし７のいずれかに記載の埋設形載荷検知装置。
【請求項９】マイナス電極（12）の変位を静電容量の
変化量から検出することを特徴とする請求項１ないし７
のいずれかに記載の埋設形載荷検知装置。
【請求項１０】プラス電極（11）とマイナス電極（1
2）との所定距離が 1〜10ｍｍの範囲である請求項９に
記載の埋設形載荷検知装置。