スチールマイクロセンサー CZL928DB

商品紹介

マイクロ 荷重センサ は、ひずみ効果に基づいて開発された小型化された重量測定部品です。そのコアは、マイクロレベルの感応構造（ひずみゲージ用エラストマーなど）を通じて、重量信号を測定可能な電気信号に変換します。その体積は通常、数立方センチメートルから数十立方センチメートルの範囲内に抑えられており、測定範囲は数グラムから数キログラムまでカバーし、「小型」と「高精度」という2つの利点を兼ね備えています。軽荷重かつ限られた空間での計量用途における主要部品として、医療機器、民生用電子機器、知能装置、科学研究用試験分野などに広く使用されており、マイクロデバイスにおける重量センシングを実現するための重要な基盤となっています。

1. 主な特徴と機能

1) 小型化という主要特性

• 超小型・軽量設計： 一般的な寸法は5mm×5mm×2mmから30mm×20mm×10mmの範囲であり、カスタマイズされたモデルの中にはミリ単位まで小型化され、重量も0.1g～5g程度に抑えられるものもあり、スマートウォッチやマイクロポンプなどの狭小スペースへの埋め込みが容易で、装置全体の構造設計に影響を与えることなく実装できます。

• コンパクトな構造設計： 多くの製品は一体型パッケージを採用しており、センサー素子と信号処理回路をマイクロハウジング内に統合しています。一部のモデルは表面実装やリードタイプといった軽量設置形態にも対応しており、PCB基板への直接のはんだ付けやスナップフィットによる固定が可能です。2) 計量性能における利点

• 広い範囲での正確な計測： 測定範囲は0.1g～50kgをカバーし、中心的な測定精度は±0.01%FS～±0.1%FS、分解能は最大0.001gに達します。これにより、研究室でのマイクログラムレベルの試料計量から、家電製品におけるグラムレベルの重量監視まで、幅広い用途に対応可能です。

• 高速な動的応答： 応答時間は≤10msであり、自動分類ラインでの高速軽負荷計量や医療用輸液における滴下率の重量監視など、瞬間的な重量変化をリアルタイムで捉えることが可能で、信号遅延による測定誤差を回避します。

• 安定した妨害耐性： 内蔵の温度補償モジュール（-10℃～60℃の動作環境に対応）により、周囲温度の変動による影響を相殺。差動信号出力または電磁シールド設計を採用して装置内部回路からの電磁干渉に抵抗し、データの安定性を確保します。

3) 統合および適応機能

• 複数信号出力への適応： アナログ信号（0-5V、4-20mA）およびデジタル信号（I2C、SPI、UART）出力をサポートしており、信号増幅モジュールを追加することなく、MCU、単一チップマイコン、小型PLCなどのマイクロ制御ユニットに直接接続できます。

• 材料および媒体との適合性： センシティブな要素には主に316Lステンレス鋼、チタン合金、またはエンジニアリングプラスチックが使用されており、ハウジングは防食処理が施されており、医療用体液、食品原料、電子部品など、さまざまな計量媒体に適しており、汚染や腐食による損傷を回避します。

• 低消費電力特性： 待機消費電力は≤10mA、スリープモードでは最低10μAまで低下し、携帯用の電池駆動デバイス（ハンドヘルド計量器やスマートウェアラブルデバイスなど）に適しており、バッテリー寿命を延長します。

2. 主要な業界課題の解決

軽負荷および小型化された計量シーンでは、従来のロードセル（台座スケール用センサーや産業用計量モジュールなど）は「体積が大きすぎる、消費電力が高い、精度が不十分、統合が困難」といった問題があります。マイクロロードセルは、以下の主要な課題を特に解決します。

• マイクロデバイスにおける統合の障壁： 小型デバイスへの従来型センサーの組み込みができないという問題を解決し、スマートブレスレットの体重監視機能やマイクロ医療ポンプの液体薬剤の重量制御など、「計量機能＋小型化」という両方の要件を小型設計によって実現します。

• 軽負荷高精度測定の難しさ： グラム単位およびミリグラム単位の計量において、従来型センサーの精度が不十分であるという問題を解決します。これにより、研究室での微小サンプルの計量や電子部品ピンの重量検出など、精密な製造および科学研究に信頼性の高いデータを提供します。

• 携帯型デバイスにおける消費電力の問題： ハンディ型宅配用はかりや屋外でのサンプル採取用計量装置など、従来型センサーの高消費電力によるバッテリー持続時間の短さの問題を解決し、低消費電力特性により単回使用時間の延長を実現します。

• 複雑な設置空間における制約： 自動化装置内の部品や配管内流体の重量監視など、狭く特殊な構造空間における計量ニーズに対応。表面実装や埋め込み設置により、空間制限を突破します。

• 複数のシナリオにおける信号互換性の問題： 従来型センサーの信号がマイクロコントロールユニットと一致しない問題を解決。デジタル信号出力モデルはマイコンやMCUに直接接続可能で、小型デバイスの回路設計の複雑さを軽減し、R&Dコストを削減します。

3. ユーザーエクスペリエンスのポイント

• 高い統合の利便性： 標準化されたピン配置とパッケージサイズにより、複雑な機械構造を必要とせず、PCB基板への直接はんだ付けやスナップ固定が可能。統合時間は30分以下に短縮でき、装置の生産効率を大幅に向上させます。

• シンプルなデバッグ操作： デジタル信号モデルは指令によるゼロおよびレンジの一括キャリブレーションをサポートしており、アナログ信号モデルは優れた直線性を備えているため、簡単な回路デバッグで使用可能となり、R&D担当者の技術的ハードルを低減します。

• 使用における高い安定性： 温度補償および干渉防止設計により、データドリフトを≤ ±0.05% FS/年以内に抑え、ポータブルおよび組み込み用途において頻繁なキャリブレーションが不要となり、後続のメンテナンス負担を軽減します。

• 柔軟で多様な選択肢： 異なる測定範囲、信号タイプ、取り付け方法に対応したさまざまなモデルがあり、装置のサイズ、電源電圧、精度要件に応じて直接選定可能です。一部のメーカーでは小ロットでのカスタマイズにも対応しており、個別ニーズにも応えられます。

• 合理的なコスト管理： 一括購入する場合、単一ユニットのコストを数十元から数百元の範囲で制御でき、これはカスタマイズされたマイクロセンシングソリューションのコストよりも50％以上低くなる。同時に、低消費電力特性により、装置全体のエネルギー消費コストが削減される。

4. 代表的な使用シナリオ：

1) 医療・健康分野

• 輸液モニタリング装置：輸液ポンプに組み込み、薬液の重量変化をリアルタイムで監視し、輸液速度を算出。薬液が終了する直前にアラームを発動させ、空瓶のリスクを回避。例えば、精密な輸液制御などに使用される。

• リハビリテーションおよび介護機器：知能型リハビリ用体重計、義肢用重量センシングモジュールなどに使用。高齢者のリハビリ訓練中の体重変化のモニタリングや、義肢の負荷重量のフィードバックを行い、リハビリの安全性を向上。

• 臨床検査用機器：試薬やサンプルの重量を測定し、サンプルの添加量の正確性を保証するためにマイクロピペットや生化学分析装置に使用。例：COVID-19検出用試薬のマイクロサンプリングおよび重量測定。

2) 消費者向け電子機器およびスマートウェアラブル

• スマートウェアラブルデバイス：スマートブレスレットやスマートウォッチに統合され、体重や体脂肪の間接測定、または運動中の負荷を伴う体重のモニタリングを実現。例：走行中の足の着地重量を分析。

スマートホームデバイス：スマートキッチンスケールやコーヒーメーカーにおける原材料の重量測定に使用。例：抽出濃度の制御のためのコーヒー粉の正確な計量。または、スマートゴミ箱のオーバーフロー監視（重量によってゴミの容量を判断）。

携帯型計量ツール：小型で低消費電力のミニエクスプレススケールやスーツケース用はかりなど。外出先でも持ち運びやすく、リアルタイムで物品の重量を測定できる。

3) 業界用オートメーションおよびマイクロ製造

電子部品の製造：SMTチップ生産ラインにおいて、チップや抵抗器などの部品の重量を監視し、不合格品を除外する。また、半導体パッケージングでは、封止材の重量を測定してパッケージ品質を確保する。

マイクロオートメーション装置：マイクロアセンブリロボットのエンドエフェクタとして使用され、把持した部品の重量を検出し、正常に把持されているかを判断する。例えば、スマートフォンのカメラモジュールの組立時における重量検出がある。

流体制御装置：マイクロ計量ポンプや燃料噴射装置に組み込まれ、重量によって流体供給量を監視する。例えば、燃料噴射システムのマイクロ燃料の重量測定により、燃焼効率を確保する。

4) 研究および試験分野

• 材料科学の研究：ナノ材料や薄膜材料などの微小な材料サンプルの重量、または引張・圧縮過程における材料の重量変化を測定し、性能分析のためのデータを提供。

• 環境モニタリング機器：小型の水質モニターおよび空気サンプリング装置で採取したサンプルの重量を測定し、大気中の粒子状物質サンプリング後の重量分析などにより汚染物質濃度を算出。

5) ロジスティクスおよび小売分野

• マイクロ仕分けシステム：宅配自動仕分けラインの終点で小包の重量を計量し、重量による分類を実現。また、無人スーパーのセルフレジでは、重量計測（重量データベースを活用）によって商品を識別。

• 小売用計量機器：例えば、ジュエリースケール、貴金属スケールなどがあり、金やダイヤモンドなどの高価な小物を正確に計量するために使用されます。小型でカウンター上に設置可能であり、スペースをあまり取らない設計です。

要約

マイクロ計量センサーは「小型、高精度、低消費電力」という核となる競争優位性を持ち、従来の計量機器が抱えていた空間的および範囲的な制約を打破し、医療、コンシューマーエレクトロニクス、マイクロ製造などの分野における軽荷重計量ニーズに正確に対応します。その容易な統合性、安定した性能、適切なコスト管理は、マイクロデバイスの機能向上を促進するだけでなく、さまざまな業界が「精密化、小型化、知能化」された計量を実現するための信頼できるサポートを提供し、現代のセンサー技術において欠かせない重要な分野となっています。

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