JPS6252919B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は道路上を走行する車輌等の交通情報を
監視するため、あるいは工場で使用するための荷
重感知マツトに関する。

本発明の１つの概念によると、弾性材料によつ
て互いに上下に離隔して保持された１対の略平板
状のキヤパシタンス板を内包する荷重感知マツト
であつて、前記マツト荷重を加えて前記弾性材料
が圧縮されることによつて前記キヤパシタンス板
間の離隔距離が変化し、これに応じて前記キヤパ
シタンス板の電気信号を変化させるように構成し
た荷重感知マツトが提供される。

本発明は、本来、道路の利用情況およびかかる
利用によつて道路が受ける荷重の監視に関するも
のであつた。この様な道路交通情報は、道路の新
設計画または交通の流れの変更計画に従事する
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つ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ユーブが
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ツト
からなり、該マツトはインダクタンスによつて車
輌の存在を表示するインダクタンスループと車軸
好ましくは車輌重量を表示するキヤパシタンス手
段とからなる２つの独立した感知部により構成さ
れた電導性手段を内包している。さらに、マツト
の幅方向に離隔して配設した２つのキヤパシタン
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、本発明の荷重感知マツトは荷重
の有無および圧力の感知に関して広範な用途を有
する。本発明の荷重感知マツトを交通情報変換器
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
ことが当業者にとつて明白となろう。

本発明の荷重感知マツトにはインダクタンスル
ープとキヤパシタンス板が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ツトで
計測することができる。また、荷重感知マツトを
交通情報変換器として用いた場合、一組の対向す
るキヤパシタンス板（第１キヤパシタンス手段）
が車輌タイヤの踏面を十分カバーする幅を有する
場合に、車輌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、マツトの幅を横断する方向に前述の第
１キヤパシタンス手段と離隔して設けられた第２
キヤパシタンス手段によつて荷重の速度を正確に
計測することができる。第２キヤパシタンス手段
はマツトを通過する荷重が第１キヤパシタンス手
段より先に該第２キヤパシタンス手段を通るよう
にマツトを配設することが好ましい。さらに、第
２キヤパシタンス手段の配置は第１キヤパシタン
ス手段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キヤ
パシタンス手段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。

交通情報変換用に使用した場合、第１キヤパシ
タンス手段の応答信号は、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。

本発明による荷重感知マツトの好ましい実施例
において、インダクタンスループはマツトの比較
的縁端に近い部分に回路を形成し、全てのキヤパ
シタンス手段を包囲している。処理回路との接続
を容易にするために、マツ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。

マツトは、キヤ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網等からな
る金属層の間に絶縁性を付与すると共に、かかる
金属層とインダクシヨンループとを外装内に包含
する弾性材料からなることが好ましい。外装の上
面に微骨材を含入させることによつて防滑効果が
増大する。

好適材料を研究した結果、キヤパシタンス板間
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
マツト全体について行なわれるものではない。コ
ンダクタンスとリアクタンス（キヤパシタンス）
の好ましい組合せを感知することによつて出力信
号の大きさと道路荷重が比例することが判る。こ
のマツ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。キヤ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
なピツチ・エポキシ樹脂、塩化ビニル、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ツクが
ある。この他に、マツトの各部位に異質の材料を
使用した場合、例えばキヤパシタンス板のスペー
サや包囲材として合成ゴムを使用し、外装材とし
てピツチ・エポキ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触効果が得られるか
否かの問題がある。マツト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。キヤパシタンス板を内包する全てのマツトに
応用可能に本発明の他の概念によると、キヤパシ
タンス板間のスペーサとして天然ゴムラテツクス
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、
ナイロンの如き好ましいプラスチツク材等の非電
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、電気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装に用
いる材料中に添加することが好ましい。天然ゴム
ラテツ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。

キヤパシタンス板のスペーサとして予め内層材
を形成し、該内層材をキヤパシタンス板（および
インダクタンスループ）に接触した後に外装を取
付けるように構成してもよい。接着材はコンダク
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。

本発明を添付図面に示す実施例に基づき以下に
詳述する。

第１図に示すマツト１０はインダクタンスルー
プ１４と該インダクタンスループ１４内に配設さ
れた１対の第１、第２キヤパシタンス手段１５，
１６を内包した感知構造体１３を有する。第１，
第２キヤパシタンス手段１５，１６の各々は、後
述するように、上下に相互離隔した１対のキヤパ
シタンス板２８，２９から成る。図示のマツト１
０はピツチで延伸したエポキシ樹脂等の平面接着
用コンパウンド１８を介して路面１７に固定され
ている。

第２図〜第４図に示すマツト２０は２車線２
１，２２からなる道路を横断して敷設されてお
り、各車線について第１図の感知構造体１３と同
様の感知構造体２３Ａ，２３Ｂを有している。感
知構造体２３Ａ，２３Ｂはインダクタンスループ
１４を埋設してなるインダクタンス手段２４Ａ，
２４Ｂを有する。第１図および第３図より明らか
なように、各インダクタンス手段２４Ａ，２４Ｂ
は３ターンのインダクタンスループ１４を埋設し
たものからなる。該インダクタンスループ１４は
銅帯でもよいが、全体的な強度を高めるために網
状に延伸したステンレス鋼で形成することが好ま
しい。

感知構造体２３Ａ，２３Ｂは［第１図のキヤパ
シタンス手段１５に類似した］第１キヤパシタン
ス手段２５Ａ，２５Ｂを埋設しており、交通情報
変換マツトとして用いる場合、第１キヤパシタン
ス手段２５Ａ，２５Ｂは少なくとも殆どの車輌の
タイヤの路面を十分カバーできる幅２７を有す
る。第１キヤパシタンス手段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、10〜250ミクロンの厚みを有する織成金属ま
たは網状に延伸したステンレス鋼からなる１対の
相互離隔した微細網状のキヤパシタンス板２８，
２９を有する。

前記第１キヤパシタンス手段２５Ａ，２５Ｂと
離隔して設けられた［第１図のキヤパシタンス手
段１６に類似した］第２キヤパシタンス手段２６
Ａ，２６Ｂは第１キヤパシタンス手段２５Ａ，２
５Ｂと同一の構造ではあるが、図示の通り、かな
り小さい幅３１を有する。交通の流れ、あるいは
荷重の移動方向が矢印３０の方向である場合、第
２キヤパシタンス手段２６Ａ，２６Ｂは後述する
ように第１キヤパシタンス手段２５Ａ，２５Ｂに
先んじて踏圧される。

インダクタンスループ１４およびキヤパシタン
ス板２８，２９は好適な可撓性を有する弾性材料
に埋設されている。マツトに荷重が加わつたと
き、１対のキヤパシタンス板２８，２９は、弾性
材料を圧縮させながらその相互離隔距離が変化す
ることにより電気信号を変化させるものである。
該弾性材料の表面近傍には適当な微細骨材３３が
含浸されているため摩擦抵抗が増大し、これによ
り防滑効果が増大する。インダクタンスループ１
４およびキヤパシタンス板２８，２９は異なる高
さに配設されており、夫々の延長部が単一の連結
位置３４に集中していることが好ましい。該連結
位置３４は電子回路に通じる導線と各感知構造体
をプラグ・ソネツト式に着脱自在に連結するコネ
クタを具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キヤパシタンス手段２６Ａ，２
６Ｂの応答信号の第１パルスが発せられた後、イ
ンダクタンスループ１４の応答信号が車輌または
荷重部材がマツトを通過したことを表示する迄、
第２キヤパシタンス手段２６Ａ，２６Ｂ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。

インダクタンス手段と２つのキヤパシタンス手
段を供えた本発明のマツトによつて、荷重の有
無、移動方向、速度、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。

本発明のマツトは第１図に示すように１つの感
知構造体１３を設けたものでも、あるいは第２図
に示すように２以上の感知構造体２３Ａ，２３Ｂ
を設けたものでもよい。尚、交通情報監視に用い
た場合、正反対方向の交通の流れを有する車線を
監視するために、少なくとも一方の感知構造体の
第１、第２キヤパシタンス手段を他方の感知構造
体の第１、第２キヤパシタンス手段と反対に配設
することもできる。他の用途においては１つのキ
ヤパシタンス手段を設けるだけで十分ではある
が、所望により２つ以上のキヤパシタンス手段を
設けてもよい。

各々の導線同士の交差が避けられない位置にお
いては、500ミクロンの厚みを有する50mm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図に示すようにキヤパ
シタンス手段とインダクタンス手段の導線４１，
４２，４３，４４，４５，４６をマツトの縁部に
導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ツト縁部に導くこ
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つ
て、本発明のマツトの感知構造体はインダクタン
ス手段によつて車輌または荷重の有無を表示し、
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キヤパシタンス手段から発
生し、そして各車軸または荷重部材の重量に比例
する振幅信号を第１キヤパシタンス手段から発生
する。前記パルス信号と最初の振幅信号との時間
差によつ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
る振幅信号を合算することによつて車輌または荷
重の総重量を容易に表示することができる。

第５図に示すブロツク回路図は交通情報感知用
に構成したものであつて、導線４１，４２はイン
ダクタンス手段に接続されており、導線４３，４
４は第２キヤパシタンス手段に接続されており、
そして導線４５，４６は第１キヤパシタンス手段
に接続されている。

尚、導線４４，４６は接地されている。インダ
クタンス手段および第２、第１キヤパシタンス手
段について（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。発信器を個々に設けるよりも、信号発生器４
７，４８，４９として機能する分離ロジツク・正
弦波成形回路を介してクロツクパルス発生器５０
から好適な周波数信号を得ることが便宜上好まし
い。

インダクタンス手段および第２、第１キヤパシ
タンス手段はデイテタク５１，５２５３が夫々接
続されている。インダクタンス手段用のデイテタ
ク５１はエンベロープ信号Ｌ１を発生し、該エン
ベロープ信号Ｌ１はエンベロープ信号Ｌ１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
パルス変換器５４と、エンベロープ信号の後縁を
検出してこれに対応するパルスを発生する後縁パ
ルス変換器５５へ移送される。前縁パルス変換器
５４の出力は車輌の存在を示すとともに、累算カ
ウンター５７を作動させ、又必要によりデータ記
録手段５６を駆動させるために利用される。後縁
パルス変換器５５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処理に用いられ
る。

第２キヤパシタンス手段２６Ａ，２６Ｂ用のデ
イテタク５２はクロツクパルス発生器５０のクロ
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、後続のパルスはANDゲート６０
によつて阻止される。ANDゲート６０はエンベ
ロープ信号Ｌ１の前縁パルスに応じて双安定回路
６１を介してオン（閉路）状態となり、前縁パル
ス変換器５４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。

第１キヤパシタンス手段２５Ａ，２５Ｂ用のデ
イテタク５３は、各応答信号の最大振幅を検出し
て速度カウンター５９を停止する。デイテタク５
３の出力Ｃ２は各車軸について時間的に離隔され
てアナログ・デジタル変換器６２に連続して供給
される。アナログ・デジタル変換器６２の出力は
累算カウンタ６３に順次記録蓄積されて車輌総重
量の測定に使用される。

インダクタンス手段を具備しないものの、２つ
のキヤパシタンス手段を設けたマツトは、車軸重
量、速度データおよび車軸総数を計測することが
できる。また、インダクタンス手段と１つのキヤ
パシタンス手段を設けたマツ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複数のキヤパシタンス
手段を使用することによつて得ることができ、ま
た該複数のキヤパシタンス手段は車輌または荷重
の方向に関する情報をも提供する。

各マツトが２以上の感知部を有する実施例につ
いて説明したが、本発明はインダクタンス手段あ
るいはキヤパシタンス手段にかかわらず単一の感
知部、特に単一のキヤパシタンス手段を有するマ
ツトについても考慮していいる。すなわち、単一
の感知部を有する複数のマツ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、マツトを１個ずつあるいは対にして
所定間隔で配設することにより、通行止めを含む
交通／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３mmの薄肉マツト（第３図および第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、かかる薄肉マツト
は路面あるいは他の支持体面に容易に敷設され適
切な接着剤によつて確実に固定することができ
る。さらに、接着剤はマツトが載置固定される路
面や他の支持体面のレベラーとして機能する。

本発明のマツトは多層接着型でも一体成形型で
もよいが、多層接着型のマツトは弾性絶縁材を電
導体の上・下および中間に配設している。しかし
ながら、１対のキヤパシタンス板間に介在する中
間層がマ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、
マツトの上下層に粘土、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ツクを添付すること
が有益である。好適材料は、“帯電防止ネオプレ
ン”と称するものである。マツトの外層と中間層
が特性的に異なる場合、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、マツト全体の基
礎材料として例えば天然ゴムラテツクスを用いる
とよい。

本発明のマツトの好ましい製造方法は、(イ)前記
中間層に（キヤパシタンス手段を構成するために
は中間層の両側に）直接、導体パターンを熱接着
する工程と、(ロ)上下層を夫々成形する上下押出機
の間に前記中間層をウエブとして挿通させて上下
層に直接接着する。高温押出成形によつて防滑材
をマツ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。すなわちホツパーから供給
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ムからマツ
トの表面に供給される。余剰の防滑材は後続の吸
引工程によつて収集され供給ホツパーに戻され
る。

マツ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、キヤパシタンス板間のマツト材料、特に
天然ゴムラテツ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、キヤパシタ
ンス板間のスペーサは、プラスチツク製、特に、
ナイロン製の網にカーボンブラツクを含んでい
る。カーボンブラツクの含有率はキヤパシタンス
板の面積特に幅によつて微量〜25％、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ヤ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
によつて通常行なわれる。電導性充填材の添加量
は、微量であり、キヤパシタンス板間のスペーサ
に対するカーボンブラツクの添加量、、例えば５
〜20％の1/10である。外装は天然ゴムラテツクス
に陶器用粘土等の電気的に不活性な材料を10〜80
％、通常40％添加することによつて形成される。
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、キヤパシタン
ス板をスペーサに載置する前に別工程で接着剤に
漬浸してキヤパシタンス板に接着剤層を形成する
ことが好ましい。必要によつて接着剤被膜を有す
るキヤ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、直径0.3〜0.5mmのナ
イロンを用いて３〜４mmの開口を有する網状体が
電気的特性を向上させ、一方のキヤパシタンス板
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交換マツトの平
面図；第２図は第１図に示すマツトを２車線用に
変形した実施例を示す平面図；第３図および４図
は第２図に示すマツトの内部構造を示す拡大横断
面図；第５図は信号処理回路のブロツク線図；そ
して第６図は第５図に示す信号処理回路の出力信
号を示す図である。 １４：インダクタンスループ、１５，２５Ａ，
２５Ｂ：第１キヤパシタンス手段、１６，２６
Ａ，２６Ｂ：第２キヤパシタンス手段、２８，２
９：キヤパシタンス板。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 弾性材料により上下に相互離隔して保持され
   ており、荷重が加わつたとき前記弾性材料を圧縮
   させながらその相互離隔距離が変化することによ
   り電気信号を変化させる１対のキヤパシタンス板
   ２８，２９を内包していることを特徴とする荷重
   感知マツト。 ２ 前記キヤパシタンス板２８．２９間の弾性材
   料が天然ゴムラテツクスからなることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の荷重感知マツト。 ３ 前記キヤパシタンス板２８，２９間の弾性材
   料が絶縁性と幾分の電気的コンダクタンスを有す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
   第２項記載の荷重感知マツト。 ４ 前記電気的コンダク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加
   することにより付与されることを特徴とする特許
   請求の範囲第３項記載の荷重感知マツト。 ５ 前記充填材がカーボンであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項記載の荷重感知マツト。 ６ 前記キヤパシタンス板２８，２９間の弾性材
   料に５〜25重量％のカーボンブラツクを添加した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の荷
   重感知マツト。 ７ 前記キヤパシタンス板２８，２９間の弾性材
   料がプラスチツク製網状体を含むことを特徴とす
   る特許請求の範囲第４項から第６項までのいずれ
   か１項記載の荷重感知マツト。 ８ 前記プラスチツク網状体がナイロン製網状体
   であることを特徴とする特許請求の範囲第７項記
   載の荷重感知マツト。 ９ 前記弾性材料の電導性充填材の含有量が前記
   キヤパシタンス板２８，２９に隣接する部位にお
   いて減少することを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項から第８項までのいずれか１項記載の荷重感
   知マツト。 １０ 前記キヤパシタンス板２８，２９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
   材料が貫通していることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項から第９項までのいずれか１項記載の
   荷重感知マツト。 １１ 前記キヤパシタンス板２８．２９が金属製
   網であることを特徴とする特許請求の範囲第１０
   項記載の荷重感知マツト。 １２ 前記金属製網が織成構造を有することを特
   徴とする特許請求の範囲第１１項記載の荷重感知
   マツト。 １３ 前記金属がステンレス鋼であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１０項から第１２項まで
   のいずれか１項記載の荷重感知マツト。 １４ 前記キヤパシタンス板２８，２９のうち少
   なくとも上側のキヤパシタンス板２８の上方が弾
   性材料により外装されていることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項から第１３項までのいずれか
   １項記載の荷重感知マツト。 １５ 前記外装用弾性材料が実質的に非電導性を
   有することを特徴とする特許請求の範囲第１４項
   記載の荷重感知マツト。 １６ 前記外装用弾性材料が電気的に不活性な充
   填材を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１
   ５項記載の荷重感知マツト。 １７ 前記充填材が粘土であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１６項記載の荷重感知マツト。 １８ 前記粘土の含有率が約40重量％であること
   を特徴とする特許請求の範囲第１７項記載の荷重
   感知マツト。 １９ 弾性材料により上下に相互離隔して保持さ
   れており、荷重が加わつたとき前記弾性材料を圧
   縮させながらその相互離隔距離が変化することに
   より電気信号を変化させる１対のキヤパシタンス
   板２８，２９を夫々有する第１キヤパシタンス手
   段１５，２５Ａ，２５Ｂおよび第２キヤパシタン
   ス手段１６，２６Ａ，２６Ｂが互いに離隔した状
   態でマツトを横断して設けられていることを特徴
   とする荷重感知マツト。 ２０ 前記第１キヤパシタンス手段１５，２５
   Ａ，２５Ｂおよび第２キヤパシタンス手段１６，
   ２６Ａ，２６Ｂのうちの一方が他方より幅広であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１９項記載
   の荷重感知マツト。 ２１ 弾性材料により上方に相互離隔して保持さ
   れており、荷重が加わつたとき前記弾性材料を圧
   縮させながらその相互離隔距離が変化することに
   より電気信号を変化させる１対のキヤパシタンス
   板２８，２９と、荷重の有無をインダクタンスに
   よつて感知するインダクタンスループ１４とを内
   包していることを特徴とする荷重感知マツト。