JP3207295U - 重量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い測定精度を維持しながら薄く小型、軽量で持ち運びに適した携帯用重量測定装置を提供する。【解決手段】重量測定装置１０は、台座を兼ねた炭素繊維シートからなる容器状のベース１３と、ベースに被さり、計量台を兼ねた炭素繊維シートから成る蓋状のカバー１２とからなる筐体として形成され、電源、重量検出手段２０、表示手段１４、制御部などの構成要素が筐体内に配置されている。重量検出手段２０は、ロードセル、圧電素子、静電容量式検出マットのいずれかとすることができる。重量測定装置はさらに、体脂肪率測定手段を備えていてもよい。重量測定装置は、略Ａ４サイズの大きさの平面形、厚さは約１８ｍｍから約２５ｍｍ、重量は約１ｋｇ以下とする。【選択図】図１

Description

本考案は、人や物の重量を計る重量測定装置、特には携帯用として持ち運びが容易な薄く、小型、軽量で簡便な重量測定装置に関する。

人や物の重量を計る秤、あるいは重量測定装置は、一昔前の天秤式やばね式の大型のものからロードセルなどを用いた小型軽量のものへと順次変革を遂げている。測定結果も、錘の量やアナログ形式の表示形態からデジタル表示形態へと変化している。中でも、健康志向を背景として家庭用や個人用の体重計（例えば、特許文献１参照）などが広く普及するようになっている。体重管理を厳格に行うためには、毎日欠かすことなく同じ時間に同じ体重計を用いて体重測定を行うことが望ましく、出張や旅行等で長期間不在となる場合に備え、持ち運びも便利な体重計があれば、体重測定を継続的に行うことができると考えられる。また、ビジネスにおいても打合せ等のために出先まで持参して使用できる重量測定装置があれば便利である。

加えて、体重計の分野では単に体重の測定結果を表示するのみならず、昨今では過去に測定した体重データと比較して管理・分析するための機能や、体重測定と同時に体脂肪率を測定して表示する機能が追加されたり、日々の体重管理が積極的に行えるよう工夫されたものが提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図３（Ａ）は特許文献１に開示された体重計の外観を示しており、同図において体重計１は、荷重が加えられるカバー２をベース３に取り付けて構成された計量器である。カバー２の表面は平坦に構成され、前端部の中央にはカバー２に加えられた荷重を測定値として表示する表示部２ａが設けられている。表示部２ａは、カバー２の裏面側に取付けられてカバー２の表面側から見られるように配置されている。カバー２の表面の左右方向の両側部は、それぞれ被測定者が左右の足を載置する載置部２ｂ、２ｂとなっている。

カバー２とベース３により形成される四角形状の空間の中には、その各コーナ部に計４個の重量検出手段であるロードセルが配置されている。図３（Ｂ）は、一般的なロードセル４を用いた重量測定装置１の概要を示している（例えば、特許文献３参照）。ロードセル４はアルミニウムなどの中空の軟質金属材料で形成され、一端（図の右端）がベース３に固定され、他端（同、左端）には一対の位置固定用凹穴５、６にはまるボールベアリング７を介してカバー２が載置されている。

この構成でカバー２の上に人（もしくは被測定物）が載ると、ボールベアリング７を介してその荷重が計４個のロードセル４に伝わり、軟質材料からなるロードセル４が歪む。その際、ロードセル４の表面に張り付けられた図示しない歪ゲージがその歪量を捉え、４個のロードセル４によって検出された電気信号に基づいて人もしくは被測定物の重量が検出される。その検出結果は、制御部の回路基板を経て表示部２ａ（図３（Ａ））に表示される。図面には省略されているが、各ロードセル４からの検出信号に基づいて荷重を算出する演算用回路基板、各ロードセル４と回路基板とを結ぶ結線、電源用バッテリが配置されている。

以上のように構成された重量測定装置によれば、家庭用としては十分な小型、軽量化を果たすことができるものの、例えばカバー２、ベース３がアルミニウムなどの金属製であるために重量がかさみ、持ち運び用としては未だ無理があった。従来技術にはさらに、これを携帯可能とするための提案がされている（例えば、特許文献４参照。）。図４は、特許文献４に開示された体重計１００の外観構成を示している。図４（Ａ）に示すように、体重計１００は、互いにほぼ同一の外形寸法を有し、それぞれ縦長の平板形状からなる第１及び第２の測定部１１０、１２０を備えている。

第1と第２の測定部１１０、１２０は、それぞれ長辺側の一方の側面１１１と１２１においてヒンジ機構１３１〜１３３を介して接続され、これにより第２の測定部１２０は、第１の測定部１１０に対して矢印１３０方向に開閉可能（折り畳み可能）となっている。この両測定部１１０、１２０は最大１８０度まで開くよう構成されており、図４（Ｂ）に示すよう状態において両測定部１１０、１２０は同一平面を形成する。また、両測定部１１０、１２０の間は信号の送受信が可能となっている。

図４（Ｂ）において、第１と第２の測定部１１０、１２０の各測定面１１２、１２２は、被測定者が体重を測定する際に左右の足をそれぞれ載せる面である。各測定面１１２、１２２は、内部に導電性ゴム１４１〜１４８が角コーナ部にそれぞれ４つ配置されており、それぞれの面に足を載せることで下向きにかかる外力を検出する。このように、体重を検出するためのセンサとして、導電性ゴム１４１〜１４８を配する構成とすることで、測定面１１２、１２２の厚さｈを薄くすることができるとされ、図示の体重計１００の場合、ｈ＝５〜３０ｍｍ程度であるとされる。

図５は、上記特許文献４における体重計１００の測定面１２２の構成及び導電性ゴム１４８における外力の検出原理を説明している。同図において測定面１２２には、例えば厚さ３ｍｍのアクリル板からなる矩形平板２０１および２０２の間に、導電性ゴム１４５〜１４８が、測定面１２２の各頂点近傍に配されている。なお、それぞれの導電性ゴム１４５〜１４８は、１辺約１０ｍｍの矩形平板により形成されているものとされる。

ここで、導電性ゴムとは、絶縁性の弾性高分子（ゴム）中に導電粒子を分散させて構成されるもので、外力がない状態では導電粒子が互いに接触していないため電流が流れないが、外力が作用すると粒子同士の接触が生じるため電流が流れる、という特性を有するものとされる。そして、外力の大きさに比例してこの電流値が変化することから、印加する電圧を一定にし、外力が作用した際の当該抵抗値の変化を計測することで外力の大きさを求めることができるとされている。

円内の部分拡大表示２１０は、導電性ゴム１４８において外力が作用した際の抵抗値の変化を計測するための構成を模式的に示したものである。電極２１１、２１２は、導電性ゴム１４８の表／裏面上にそれぞれ１つずつ配されている。電源２１３は、一定電圧を供給するよう構成されている。かかる構成のもとで、外力が矢印２１４方向（導電性ゴム１４８の平面に略直交する方向）に作用すると、電極２１１と電極２１２との間に矢印２１５方向に電流が流れる。体重計１００には、導電性ゴム１４８に対して、既知の外力を作用させた場合の抵抗値の変化量が予め測定されており、テーブルデータとして格納されている。そして、体重計１００では、体重測定時にこのテーブルデータを参照することにより、導電性ゴム１４８に作用した外力を求める。

したがって、測定面１１２に配された導電性ゴム１４１〜１４４それぞれの抵抗値の変化量と、測定面１２２に配された導電性ゴム１４５〜１４８のそれぞれの抵抗値の変化量とを加算することにより、測定面１１２及び１２２に作用した外力の合計（すなわち、被検者もしくは被測定物の重量）を算出することができるとされている。

特開２００９−１２２０２３号公報 特開２０１０−７５３４１号公報 実開平０４−１０６７３１号公報 特開２０１１−６９７３９号公報

しかしながら、上述した特許文献４に示す携帯式の体重計にも問題があった。まず、厚さを薄くするために一般に使用されるロードセルを導電性ゴムに置き換えているが、この方式では測定精度を著しく低下させるという根本的な問題があった。導電性ゴム１４５〜１４８はゴムの中に導電性粒子を分散させたものとされるが、これに荷重をかけて圧縮させても粒子間の距離が狭くなるだけで全厚さに亘って粒子同士が接触して導電回路が形成されることは考えにくい。また、仮に粒子同士が接触するとしても、接触する粒子の数が重量に比例して正確に増加することも考えにくい。このため、図５の円内図２１０に示すように基本的に全厚さを通して粒子間が非接触のままで通電させるか、あるいは一部の粒子間を接触させて通電させてもその測定は極めて不安定となる。しかも外力がない状態で電流が流れないよう設定されているため、当初は粒子間の間隙はそれなりに乖離しておく必要があり、その状態から圧縮されても通電量は僅かのはずであり、果たして信頼性のある測定結果が得られるかは甚だ疑問である。

加えて、図４（Ｂ）に示す測定部１２０の厚さｈが「５〜３０ｍｍ程度」とされているが、特にこの内の薄い方の厚さも疑問である。実施形態の例に示すように、矩形平板２０１（図５参照）の厚さだけで３ｍｍとあり、具体的記載はないが下側の矩形平板２０２も同等としてこれが３ｍｍ、下支えする第２の測定部１２０の底面（図５参照）も同様に３ｍｍとすれば、これだけで９ｍｍとなる。導電性ゴム１４５〜１４８の厚さについても記載はないが、アクリル板の矩形平面２０１の上に数十ｋｇの荷重がかかって撓んでも下側の矩形平板２０２に接触しない厚さにしようとすれば５ｍｍ以上の余裕が必要と思われる。これらを考慮すると、実質的にｈは最低限少なくとも２０〜３０ｍｍは必要と考えられ、したがって折り畳んだ状態では４０〜６０ｍｍほどになると思われる。

また、荷重が負荷される矩形平板２０２が実施の形態で示す３ｍｍ厚のアクリル製というのも問題であり、上述した撓み具合によって特に人が載った場合には不安定となり、重心位置の移動に起因して４箇所の導電性ゴムがよほど均一でなければ（導電粒子の分散度合が均一でなければ）測定結果に影響を及ぼすようになり、これが測定精度をさらに低下させる。すなわち、特許文献４の体重計では、たとえ軽量、小型の体重計が実現できたとしても、肝心な体重計としての機能が大幅に犠牲にされたものとならざるを得ない。また、これ以外の他の特許文献に示す重量測定装置では、測定精度は確保できたとしても携帯用としては未だ重量的に無理があることは先に述べた通りである。

以上より、本考案はこれら従来技術にある問題点を解消し、持ち運びに適した薄くて小型・軽量でありながら高い測定精度を維持する携帯用重量測定装置を提供することを目的としている。

本考案は、軽量でありながら比強度の高い炭素繊維シートからなるカバーと、同じく炭素繊維シートからなるベースの少なくともいずれか１つ、好ましくは双方を使用して筐体を形成し、その筐体の中に重量検出手段等の他の構成要素を収納することによって上述した課題を解消するもので、具体的には以下の内容を含む。

すなわち、本考案の１つの態様は、電源と、重量検出手段と、検出結果を表示する表示部と、全体の動作を制御する制御部とを含む重量測定装置であって、該重量測定装置は、台座を兼ねる炭素繊維シートからなる容器状のベースと、ベースに被さって計量台を兼ねる炭素繊維シートから成る蓋状のカバーとからなる筐体に形成され、前記筐体の内部に、前記電源、重量検出手段、表示部、制御部が配置されていることを特徴とする重量測定装置に関する。

前記重量検出手段は、ロードセル、圧電素子、静電容量検出マットのいずれかから構成することができる。

前記重量測定装置はさらに、前記カバーの上に一対の極板を備えて当該一対の極板の上に載る被測定者の両足間のインピーダンスに基づいて体脂肪率を測定する体脂肪率測定手段を備えていてもよい。

前記重量測定装置は、略Ａ４サイズの大きさの平面形で、厚さが約１８ｍｍから約２５ｍｍとすることができる。これにより、重量測定装置は携帯用としてカバン内に収容して容易に持ち運びすることができる。

本考案の実施により、薄くて小型・軽量で持ち運びが容易である携帯用に適した重量測定装置を提供するという効果を奏する。

本考案の実施の形態に係る重量測定装置を示す説明図である。 図１に示す重量測定装置の概略構造を示す模式図である。 従来技術に係る重量測定装置（体重計）の概要を示す説明図である。 従来技術に係るさらに他の重量測定装置の概要を示す斜視図である。 図４に示す重量測定装置の重量測定手段の概要を示す説明図である。

本考案の第１の実施の形態に係る重量測定装置につき、図面を参照して説明する。図１は、本実施の形態に係る重量測定装置１０の概要を、図２は該重量測定装置１０の構成を示している。図１において重量測定装置１０は、計量台を兼ねるカバー１２と、構成要素を収納する収納ケースを兼ねるベース１３と、カバー１２に設けられた表示部１４、スイッチ１５、表示切替部１６と、カバー１２およびベース１３の間に収納される静電容量変化を利用した重量検出手段である検出マット２０とから主に構成されている。表示部１４は測定された重量を表示する例えば液晶式の表示装置であり、スイッチ１５は使用時における電源のオン・オフ操作のための装置、そして表示切替部１６は上記重量測定結果のほかに過去データや後述する体脂肪率を表示する際の切替用の装置である。

図１ではカバー１２を一部切り欠いて内容物である検出マット２０を示しており、Ｘ方向から見たその詳細を下側の円内に示している。円内の図において検出マット２０は、カバー１２とベース１３の間にサンドイッチ状に内蔵されており、一対の柔軟性のある導電シート２１と２２が上下方向に面状に対向して配置され、その間に例えばスチレンブタジエンゴムからなる非導電エラストマ２３が介在している。特許文献４の場合とは異なり、本実施の形態における導電シート２１、２２は、内部に配線された導電ワイヤをゴムで覆ったものであり、確実な通電が保証されている。非導電エラストマ２３は、一対の導電シート２１と２２の間隙を図示の一定距離Ｈの間隔に保つよう形成されている。

導電シート２１、２２に通電された状態でカバー２の上に人や物の荷重が加わると、上方の導電シート２１が押されて下方に歪み、一方下方の導電シート２２が床や台の上などに載置されたベース１３によって拘束されていることから中間に位置する非導電エラストマ２３が圧縮変形して両導電シート２１、２２の間隔が減少する。導電シート２１と２２には通電されているため、この間隔の減少度合に応じて両導電シート２１、２２間の静電容量が変化し、この変化量を取り出して増幅し、後述する制御部で処理した後の測定結果が表示部１４にデジタル表示される。

図示の内部構造は一例であり、例えば導電シート１１、１２と非導電エラストマ１３のセットをもう1つ追加し、その追加分は図示のものとは９０度方向をずらすように配置することで測定精度をより高めることも可能である。なお、本実施の形態では、図示の静電容量変化を利用する検出マット１０を使用しており、これは全体の厚さを厚くても１０ｍｍほどに抑える効果が期待できるが、これに代えて従来技術で知られた図３（Ｂ）に示すようなロードセルや、あるいはその他圧電素子（ピエゾ素子）などを利用した重量検出手段が用いられてもよい。

図２は、重量測定装置１の概略構成を示す模式図である。内部構造を示すための模式図であって、構成要素間の寸法比、全体の縦横比等は実態を反映するものではない。重量測定装置１０は、カバー１２とベース１３によって筐体状に構成されている。カバー１２には表示手段である表示部１４と、外部から電源のオン・オフの操作が可能なスイッチ１５と、外部から表示部１４の切替が可能な切替手段１６が配置されており、重量検出手段となる検出マット２０は、筐体内に収納されている。筐体内にはこの他に、全体の操作電力を供給するバッテリ１７と、全体の動作を制御する回路基板からなる制御部１８が配置されている。カバー１２とベース１３を除く各構成要素は配線で結ばれている。なお、カバー１２とベース１３とは着脱可能に構成されているが、この着脱を可能とする手段は従来技術で知られたものが利用可能であり、図面では省略している。

ここで、カバー１２とベース１３の材質は、通常では重量測定装置としての強度を十分に果たすためにアルミニウムなどの軽量金属部材が使用されているが、本実施の形態では、カバー１２とベース１３の双方、もしくは少なくともいずれか一方が炭素繊維シートから形成されている。炭素繊維シートは比重が鉄の１／４（アルミニウムは１／３）、比強度（重量比強度）は鉄の１０倍という軽くて強い性質を備えており、航空機や自動車等の分野から始まって徐々に幅広い分野での使用に拡大し、近年脚光を浴びている素材である。現状では製造コストが高いことが欠点ではあるが、技術革新によって将来的には大幅なコスト低減も見込まれ得る。

通常、炭素繊維シートは炭素繊維を樹脂で固めた炭素繊維複合材料（CFRP: Carbon Fiber Reinforced Plastic）として使用される。この樹脂もエポキシやフェノールなどの熱硬化性のものと、ＰＰ、ＰＡ、ＡＢＳなどの熱可塑性のものとがあり、それぞれの特徴を生かした素材が入手可能である。昨今では、硬化時間がかからず射出成型まで可能な成形性に優れた熱可塑性のものが多く使用され始めている。本実施の形態では、筐体の形成が可能である限り熱硬化性、熱可塑性のいずれかは問わず、この炭素繊維シートを筐体の構成要素であるカバー１２とベース１３のいずれか、もしくは双方に使用することによって、十分な強度を保ちつつ、より薄く、より小型、軽量の携帯式重量測定装置の実現を可能にしている。本実施の形態における炭素繊維シートからなるカバー１２およびベース１３においては、その厚さを約４ｍｍから約５ｍｍにすることができる。

加えて、本実施の形態では重量検出手段として薄くて精度の高い静電容量式の検出マット２０を使用しており、炭素繊維シートの利用と相俟って重量測定装置全体の厚みを約１８ｍｍから約２５ｍｍ程度の薄さに抑えることができ、サイズ的には両足が載せられる略Ａ４サイズ（約２１０ｍｍ×約２９０ｍｍ）に抑えている。また、重量的にも約１ｋｇ以内に抑えることができ、これにより本を持ち歩くような手軽さで持ち運びが可能となる。このような重量、サイズは、信頼性の高い重量測定装置としては従来技術では知られてはいない。なお、ここにいう「略」あるいは「約」は、±１０％、好ましくは±５％の範囲を意味している。

次に、本考案の第２の実施の形態に係る、主に体重計として使用される重量測定装置について、再度図１を参照して説明する。図１に示す全体像と、一部破線で追加して示された要素が本実施の形態に係る重量測定装置１０であり、破線部分は体脂肪率の測定要素である。従来技術に係る体重計においても、体重と同時に体脂肪率を測定する機能を追加したものがあるが、本実施の形態に係る重量測定装置はこれと同様な機能を追加するものである。

体脂肪量を測定する方法として一般的に利用されているものにインピーダンス法がある。脂肪とそれ以外の人体構成成分ではインピーダンスが異なるので、体に微弱な電流を流して抵抗を測定することで手軽に体脂肪を測ることができる。一般的な家庭用体脂肪計では両足間で測定するもので、足を乗せるための極板を各足別に用意してその間に微弱な電圧を印加し、裸足で極板に乗れば人体のインピーダンスを求めることができる。本実施の形態における重量測定装置もこの原理を応用している。

図１において、本実施の形態に係る重量測定装置１０は、人や物の重量を測定する機能を有すると同時に、人が体重を測定する場合に体脂肪率を同時に測定可能としている。具体的に、カバー２の上面には足の形状（その他の形状であってもよい）をした一対の極板３０ａ、３０ｂが貼り付けられ、その上に被測定者が裸足の足裏を載せるようになっている。導電性薄板材料である極板３０ａ、３０ｂは、例えばアルミニウム箔をエッチング加工するなどにより得ることができる。極板３０ａ、３０ｂからはそれぞれリード線が延び、カバー１２の背後にて制御部１８に接続されている。

利用方法は簡単であり、非測定者が重量測定装置の極板３０ａ、３０ｂの上に左右の足を載せることで体重と同時に体脂肪率の測定が可能である。表示部１４では、例えば先に体重を表示し、一定の間隔をおいて体脂肪率を表示するようた制御部１８に予めプログラム化することが可能であり、あるいは被測定者が表示切替部１６を操作することによる選択表示が可能である。なお、インピーダンス法による測定結果は年齢、性別等によってばらつきが生ずるため、これを補正するためのアルゴリズムを制御部１８の基板内に組み込んでおくことも可能であり、図面には表示されていないがそのための入力ボタンを表示部１４の脇に設けることも可能である。

以上、本考案の各実施の形態に係る重量測定装置について説明してきたが、本考案に係る重量測定装置には各種の変形が考えられる。例えば図１、図２に示す例では、カバー１２がベース１３を外側から覆うように被さっているが、逆にカバー１２が内側にはまる形でベース１３を覆っていてもよい。また、両図には表示切替部１６を表示しているが、体重測定装置１０が単に重量を測定し、その結果を表示するだけの機能で良ければ表示切替は不要であり、したがって表示切替部１６はオプションとすることができる。さらにスイッチ１５に関しても、例えば被測定物が計量台の上に載ったことを検出する機能を別途備えていれば、これをスイッチ代わりに使用することでスイッチ１５を設ける必要性をなくすることができる。

また、重量測定装置にはその他の機能追加も必要であり、例えば一定時間で表示を切り替えるタイマ機能（この場合にも表示切替部１６を除いてもよい）、定時測定に便利となる時間表示機能、過去測定データの記憶機能などが追加されていてもよい。

本考案に係る重量測定装置は、薄く、小型、軽量であるため、旅行に出る場合においてもバッグなどに入れて簡単に持ち運びができ、体重計として使用される場合においては随時体重の測定が可能になるため昨今の健康管理指向にも応えて重宝され得る。また、物品の重量測定に用いる場合においても、書類などと共にカバンで持ち運ぶことで出先などにおいても簡便に重量測定が可能となる。

本考案に係る重量測定装置は、重量測定装置を製造、販売する産業分野、健康管理用機材の提供を行う産業分野等において広く利用することができる。

１０．重量測定装置、 １２．カバー、 １３．ベース、 １４．表示部、 １５．スイッチ、 １６．表示切替部、 １７．バッテリ、 １８．制御部、 ２０．検出マット、
２１、２２．導電シート、 ２３．非導電エラストマ、 ３０ａ、３０ｂ．極板。

Claims (4)

1. 電源と、重量検出手段と、検出結果を表示する表示部と、全体の動作を制御する制御部とを含む重量測定装置において、
   前記重量測定装置が、台座を兼ねる炭素繊維シートからなる容器状のベースと、前記ベースに被さって計量台を兼ねる炭素繊維シートから成る蓋状のカバーとからなる筐体に形成され、前記電源、重量検出手段、表示部、制御部が前記筐体内に配置されていることを特徴とする重量測定装置。
2. 前記重量検出手段が、ロードセル、圧電素子、静電容量式検出マットのいずれかから構成されている、請求項１に記載の重量測定装置。
3. 前記カバーの上に一対の極板を備え、当該一対の極板の上に載る被測定者の両足間のインピーダンスに基づいて体脂肪率を測定する体脂肪率測定手段をさらに備えている、請求項１または請求項２に記載の重量測定装置。
4. 前記重量測定装置が略Ａ４サイズの大きさの平面形で、厚さが約１８ｍｍから約２５ｍｍである、請求項１から請求項３のいずれか一に記載の重量測定装置。
   

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