JP2000346717A5 - - Google Patents

Description

【発明の名称】 挟み込み防止装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設された圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し、前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサの出力を大きくするべく、物体から接触荷重を受ける面に少なくとも一つの凸部または凹部または孔部を有する構成とすることで物体から接触荷重を受ける面積を低減した挟み込み防止装置。
【請求項２】移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設された圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し、前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサの出力を大きくするべく、少なくとも一つの凸部または凹部または孔部を有する対向部材を圧電センサに対向させる構成とし物体から接触荷重を受ける面積を低減した挟み込み防止装置。
【請求項３】移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設された圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し、前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサの出力を大きくするべく、対向部材をメッシュ形状とし物体から接触荷重を受ける面積を低減した挟み込み防止装置。
【請求項４】移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設された圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し、前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサの出力を大きくするべく、対向部材をコイルばね形状と物体から接触荷重を受ける面積を低減した挟み込み防止装置。
【請求項５】圧電センサを対向部材に沿って配設する構成とした請求項１〜４のいずれか１項に記載の挟み込み防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は物体の接触により出力を発生する圧電センサおよび圧電センサの荷重検出装置と、圧電センサを窓や扉やシャッターといった開閉部に配設して物体の挟み込みを検知して防止する挟み込み防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の圧電センサと圧電センサ荷重検出装置および挟み込み防止装置は、特開平１０−７６８４３号公報、特開平１０−１３２６６９号公報に記載のように、ケーブル状あるいはフィルム状の圧電センサを窓や窓枠に配設して、圧電センサからの出力発生により物体の挟み込みを検出するものがあった。圧電センサは加えられた応力（ひずみ）に比例した電荷を発生するので、それを分極電流として取り出すことにより、物体の挟み込みによる接触を検知することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧電センサ荷重検出装置および挟み込み防止装置では以下のような課題を有していた。
【０００４】
圧電センサは電気的にはコンデンサＣに近いものであり、出力端に抵抗Ｒを並列に接続すれば、カットオフ周波数ｆｃ（＝１／（２πＣＲ））なるハイパスフィルターになる。一方、物体の接触による出力信号は、一般的には数十Ｈｚ以下の低周波信号であるため、ハイパスフィルターで処理してしまうと出力レベルが大幅にダウンしてしまうおそれがある。よって抵抗Ｒをできるだけ大きくしてカットオフ周波数ｆｃを下げる必要があるが、１ＭΩ以上の高抵抗になると高価である上、ノイズ対策等取り扱いが難しくなる。このため、そこそこ実用的な高抵抗を採用しなければならず、出力レベルを多少犠牲にする場合も起こりうる。また圧電センサは、圧電材料や形状にもよるが、出力インピーダンスが非常に高い上、もともと出力電圧が小さいという傾向もある。よって、ＦＥＴなどのインピーダンス変換回路で受けたあと、増幅回路で大幅にゲインを上げるなどの処理をしなければならない。
【０００５】
結局のところ、従来の圧電センサならびに圧電センサ荷重検出装置ならびに挟み込み防止装置では圧電センサの出力が小さいという課題を有していた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電センサと圧電センサ荷重検出装置は、上記課題を解決するために、物体から接触荷重を受ける面積を低減したものである。
【０００７】
上記発明によれば、物体から接触荷重を受ける面積を低減しているので、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる。
【０００８】
また本発明の圧電センサ荷重検出装置は、物体から接触荷重を受けて変位する面積を低減したものである。
【０００９】
上記発明によれば、物体から接触荷重を受けて変位する面積を低減しているので、変位する部位と変位しない部位が生じるため圧電センサ内のひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる。
【００１０】
また本発明の挟み込み防止装置は、物体から接触荷重を受ける面積を低減するか、または物体から接触荷重を受けて変位する面積を低減した圧電センサならびに圧電センサ荷重検出装置により、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設された圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し、前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備えたものである。
【００１１】
上記発明によれば、圧電センサが物体から接触荷重を受ける面積を低減している場合は、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる。よって圧電センサの出力が大きくなるので、挟み込み検知の精度を向上させることができる。一方、圧電センサが物体から接触荷重を受けて変位する面積を低減している場合は、変位する部位と変位しない部位が生じるため圧電センサ内のひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなるので、挟み込み検知の精度を向上させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１にかかる挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設された圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し、前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサの出力を大きくするべく、物体から接触荷重を受ける面に少なくとも一つの凸部または凹部または孔部を有する構成とすることで物体から接触荷重を受ける面積を低減したものである。
【００１３】
そして圧電センサ自身が物体から接触荷重を受ける面積を低減しているので、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる。
【００１４】
本発明の請求項２にかかる挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開 閉部に配設された圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し、前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサの出力を大きくするべく、物体から接触荷重を受ける面に少なくとも一つの凸部または凹部または孔部を有したものである。
【００１５】
そして圧電センサの凸部は物体と接触しやすく、凸部の周囲は物体と接触しにくくなる。逆に、圧電センサの凹部または孔部は物体と接触しにくく、凹部の周囲または孔部の周囲は物体と接触しやすくなる。よって圧電センサは物体と接触しやすい部位と接触しにくい部位を有することになるので、物体から接触荷重を受ける面積を低減できる。
【００１６】
本発明の請求項３にかかる挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設された圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し、前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサの出力を大きくするべく、対向部材をメッシュ形状とし物体から接触荷重を受ける面積を低減した挟み込み防止装置としたものである。
【００１７】
本発明の請求項４にかかる挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設された圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し、前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサの出力を大きくするべく、対向部材をコイルばね形状とし物体から接触荷重を受ける面積を低減した挟み込み防止装置としたものである。
【００１８】
そして対向部材をメッシュ形状やコイルばね形状とすれば、圧電センサとの対向面に容易に凸部または凹部または孔部を形成できるので、圧電センサが物体から接触荷重を受ける面積を低減したり、圧電センサが物体から接触荷重を受けて変位する面積を低減したりできる。
【００１９】
本発明の請求項５にかかる挟み込み防止装置は、圧電センサを請求項１〜４に記載の対向部材に沿って配設するものである。
【００２０】
そして圧電センサを少なくとも一つの凸部または凹部または孔部を有する対向部材に沿って配設すると、圧電センサ自身が少なくとも一つの凸部または凹部または孔部を有することになり、物体から接触荷重を受ける面積を低減したり、圧電センサが物体から接触荷重を受けて変位する面積を低減したりできる。
【００２１】
本発明の挟み込み防止装置は、圧電センサならびに圧電センサ荷重検出装置により移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設された圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し、前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備えたものである。
【００２２】
そして、圧電センサが物体から接触荷重を受ける面積を低減している場合は、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる。一方、荷重検出装置により圧電センサが物体から接触荷重を受けて変位する面積を低減している場合は、変位する部位と変位しない部位が生じるため圧電センサ内のひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる。よっていずれの場合も圧電センサの出力が大きくなるので、挟み込み検知の精度を向上させることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２４】
（実施例１）
図１に本発明の実施例１の挟み込み防止装置の外観図を示す。本実施例は開閉部として例えば車両用のパワーウィンドウに応用した場合を示している。図中、１は移動部材としての窓ガラス、２は窓ガラス１を昇降するためのクランク、３はクランク２を駆動する駆動手段で例えばパルス駆動の電動モータからなる。４は例えば駆動手段３に印加されるパルス信号をカウントして窓ガラス１の開閉位置を検出する開閉位置検出部である。５は例えばパルス信号を出力して駆動手段３を制御する制御手段である。６は当接部材としての窓枠で、窓ガラス１と窓枠６とで開閉部７を形成している。８は圧電センサで窓枠６に沿って配設されており、窓ガラス１と窓枠６との間に物体を挟み込んだ時に物体が圧電センサ８に接触すること、あるいは挟み込んだ振動が伝わることにより、挟み込みを検知するものである。
【００２５】
図２は図１のＡ−Ａ線位置での断面図である。図２は窓ガラス１の上昇により物体９が窓枠６に取付けられたウエザストリップ１０との間に挟まれる様子を示しており、同時に窓枠６に取付けられた圧電センサ８にも接触している。圧電センサ８は物体９との接触荷重を受ける面として凸部１１を形成しているため、凸部１１が無い場合と比べると物体との接触面積が随分小さくなっている。これは凸部１１は物体９と接触しやすいが、凸部１１の周囲は物体９と接触しにくくなるためである。
【００２６】
図３は、物体９が圧電センサ８に接触した時の様子を示す図で、図３（ａ）は従来の形状の圧電センサ８を用いた場合、図３（ｂ）は本実施例の凸部１１を有する圧電センサ８を用いた場合である。従来例と本実施例で、接触面の奥行き方向の長さＸは等しいとして、接触面の左右方向の長さをそれぞれＹｏ、Ｙａ（＝Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３＋Ｙ４＋Ｙ５）とおくと、物体９と圧電センサ８との接触面積はそれぞれＳｏ＝Ｘ×Ｙｏ、Ｓａ＝Ｘ×Ｙａとなり、接触面積の比はＳｏ：Ｓａ＝Ｙｏ：Ｙａで表せる。図３（ａ）、図３（ｂ）より明らかにＹｏ＞Ｙａなので、接触面積もＳｏ＞Ｓａとなる。ここで圧電センサ８は圧電材１２に一対の電極１３ａ、１３ｂを有する構成で、本実施例の図３（ｂ）の場合は圧電材１２と電極１３ｂの形状により凸部１１を形成して接触面積を低減している。
【００２７】
本実施例では、物体９から接触荷重を受ける面（凸部１１）が小さく、単位面積当たりにかかる荷重（即ち圧力）が大きくなり、荷重による変位が大きくなる。圧電センサ８は変位が大きいほどひずみが増え、発生する電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大きくなるものであるから、本実施例の圧電センサ８の構成により、大きな出力を発生させることができる。
【００２８】
本実施例の圧電センサ８は、ゴム弾性体の有機基材に圧電セラミックとしてチタン酸ジルコン酸鉛の焼結粉体を配合して分極処理した可撓性のある圧電材１２の両面に、導電ゴムから成る一対の電極１３ａ、１３ｂを形成しており、圧電センサ８全体として可撓性を有している。本実施例のように、圧電材をゴム弾性体に圧電セラミックを混合して形成すれば、圧電セラミックは脱分極の耐熱性に優れているので、高温となる場所（たとえば直射日光にさらされる場所）に配設することができる。例えば窓枠やウエザストリップ（図２の１０）の室外側とかサイドバイザー（日除け用のひさし）等、外界に暴露される場所に配設しても耐久性がよく、物体の接触を検出する際の信頼性が向上する。また、圧電材と電極のそれぞれにゴム弾性体を使用しているので加工性がよく任意の形状に対応可能である。
【００２９】
なお、この実施例ではチタン酸ジルコン酸鉛の焼結粉体を使用したが、耐熱性が高いもので、かつ分極による結晶構造の配向性、即ち、圧力荷重に対して電圧を発生する性質（ピエゾ性）を有するものであれば、たとえばチタン酸鉛の焼結粉体を使用しても本実施例と同様の結果を得ることができる。
【００３０】
なお、使用温度が低い場合は、特開平１０−７６８４３号公報、特開平１０−１３２６６９号公報などに示される従来のポリフッ化ビニリデンフィルムを使用してもよい。
【００３１】
なお、電極は導電ゴムに限られるものではなく、銅、アルミ等の金属箔や導電性塗料などでもよい。
【００３２】
なお圧電センサ８を絶縁体で覆うことや、さらにその周囲をシールド材で覆ってもよい。
【００３３】
図４は本実施例の配設前の圧電センサ８の構成図である。窓枠６の形状に沿わせて圧電センサ８を成型して配設している。接触検出手段１４は、圧電センサ８の端部に一体に構成され、圧電材１２が発生する出力を一対の電極から取り出して物体の接触を判定するために回路処理している。リード線１５は、接触検出手段１４と制御手段５の信号の授受を行なうものである。
【００３４】
なお、図４では長手方向には凹凸の無い一定形状を示したが、もちろん長手方向にも凹凸を構成してもよい。
【００３５】
図５は本実施例の圧電センサの出力特性図である。時間ｔ０で窓ガラス１と窓枠６の間に物体（例えば運転手の指）を挟み込んだとすると、圧電センサは図５のような出力を発生する。
【００３６】
図６は本実施例の回路処理を示すブロック図である。圧電センサ８からの出力信号に基づいて物体の接触を検出する接触検出手段１４は、圧電センサ８からの出力信号のインピーダンスを変換するインピーダンス変換部１６、インピーダンス変換部１６からの出力信号を濾波する第１の濾波部１７と第２の濾波部１８、前記２つの濾波部からの出力信号に基づき物体の接触を判定する接触判定部１９を有している。なお接触検出手段１４は使用環境や設置場所等に応じて電気的ノイズから信号処理回路を遮蔽するため、金属ケース等で全体を電気的にシールドしてもよい。
【００３７】
また図示しないが、圧電センサ８の先端部には電極１３ａ、１３ｂ間の断線・短絡検出用の抵抗体が接続されている。
【００３８】
図７は上記の断線・短絡検出のための回路図の一例を示したものである。図中、Ｐｓは圧電センサ８、ｒ１は断線検出用の抵抗体で、上述のように一対の電極１３ａ、１３ｂの間（図中、ｐ１とｐ２）に接続されている。ｒ１は他の抵抗ｒ２を介して電源Ｖｄと接続されている。ｒ３、ｒ４は圧電センサ８からの信号導出用の抵抗、Ｑ１はインピーダンス変換用のＦＥＴである。
【００３９】
次に図に基づいて挟み込み防止装置としての動作、作用について説明する。
【００４０】
図１において、例えば窓ガラス１が下方に有り開閉部７が開口されている状態で、車両内に設置されたパワーウィンドウの駆動スイッチを作動させ駆動手段３が作動して窓ガラス１が閉じられようとする最中に、人体の一部や鞄などのような物体が圧電センサ８に接触する場合を想定する。物体の接触により接触荷重が圧電センサ８の接触部位に加わり、変位が生じて圧電材１２自身に歪が生じるので、圧電効果により歪に応じ図５のような電圧が発生する。発生する電圧レベルは接触時の変位の大きさと、圧電センサ８自体の感度、すなわち圧電材１２の圧電定数などにより変化する。
【００４１】
次に、圧電センサ８から発生した信号は接触検出手段１４のインピーダンス変換部１６で低インピーダンスに変換される。インピーダンス変換された信号は第１の濾波部１７と第２の濾波部１８で濾波される。図８に第１の濾波部１７と第２の濾波部１８の濾波特性を示す。図中、縦軸はパワーＰｗ、横軸は周波数ｆである。同図において、物体の接触、特に人体の一部が接触する場合には主に低周波のｆ１を中心とする出力信号が圧電センサ８から出力される。そのため、第１の濾波部１７の濾波特性をｆ１としている。また、本実施例のように車両のパワーウィンドウへの適用の場合には、主にエンジンや走行による振動等によるｆ２（＞ｆ１）を中心とする車両自体の振動がノイズ成分として圧電センサ８に重畳してくるため、第２の濾波部１８ではこの成分を捉えるため、濾波特性をｆ２としている。次に、接触判定部１９では上記２つの濾波部からの濾波信号に基づき物体の接触の判定を行う。
【００４２】
図９はその判定基準を図示したものである。横軸は第２の濾波部１８からの出力信号Ｖｆ２、縦軸は第１の濾波部１７からの出力信号Ｖｆ１である。同図において、領域Ｄ１のようにＶｆ１／Ｖｆ２の値が大きい場合は物体が接触したと判定し、領域Ｄ２のようにＶｆ１／Ｖｆ２の値が小さい場合は接触なしと判定する。
【００４３】
図１０は上記の判定の手順を示した判定フロー図である。ステップ２０でパワーウィンドウのＳＷがオンされると、ステップ２１で駆動手段が作動し、ステップ２２でＶｆ１及びＶｆ２が算出され、ステツプ２３でＶｆ１とＶｆ２の比ｋが算出される。次にステップ２４でｋが予め定められた設定値ｋ０と比較され、ｋ＞ｋ０ならばステップ２５で物体の接触ありと判定され、ステップ２６で駆動手段が停止される。またステップ２４でｋ＞ｋ０でないならばステップ２７で接触なしと判定され、ステップ２８で窓の閉め切りが検知されるまでステップ２２以降の処理が継続される。窓の閉め切りの検知は、例えば窓の閉め切りの際に駆動手段のモータに印加される電流値がある一定値以上になることを検出して行う。ステップ２６では駆動手段を逆転させて窓を下降するようにしても良い。
【００４４】
上記では２つの濾波部を設けたが、濾波部は２つに限定するものではなく、挟み込みを検出するよう適用事例に応じて濾波部の特性や個数を最適化することも可能である。特に圧電センサ８の形状や配設方法により、物体が接触する場合の出力信号レベルが、車両の振動ノイズ等のレベルよりはるかに大きくなる場合は濾波部が一つでも良いし、場合によっては濾波部を用いなくてもよい。また、ｋの値は車両の振動特性等を考慮して事前に実験等により最適化すればよい。
【００４５】
また、図７のように抵抗体ｒ１を介して電極間に電圧を印加して出力ＶＯ１をモニタすることにより電極の断線を検出することができる。すなわち、図７において正常時のＶＯ１は、電源電圧Ｖｄに対して、ｒ１、ｒ２、ｒ３の分圧値となる。圧電センサ８の電極が断線した場合に等価的に点ｐ１または点ｐ２がオープンとなるとすれば、ＶＯ１はｒ２、ｒ３の分圧値となる。電極がショートすると等価的にはｐ１、ｐ２がショートすることになるので、ＶＯ１は０になる。このようにＶＯ１の値に基づいて圧電センサ８の電極の断線やショートといった異常を検出することができ、信頼性を向上することができる。
【００４６】
以上の作用により、圧電センサの出力信号に基づき物体の接触を検出した時点で開閉部の開閉動作を停止することができる上、圧電センサは物体との接触により生じる歪を電気的な信号に変換して出力するので、雨や洗車等により圧電センサが濡れても誤検出がなく精度良く挟み込みを検知することができる。また圧電センサは感圧スイッチのような接点がないので、接触不良や短絡がなく耐久性のよい挟み込み防止装置を実現できる。
【００４７】
また本実施例のように、圧電センサを窓枠側即ち当接部材に配設すれば、開閉に際して移動しないのでリード線の保持等が容易である。
【００４８】
なお、圧電センサを窓ガラス側即ち移動部材側に配設してもよい。この場合は挟み込み時に間違いなく接触するため、検知ミスや検知遅れが起こりにくい効果がある。また同様に、自動車の場合は窓枠よりも窓の方が位置的に低く物体が挟み込まれる時には窓枠よりも窓ガラスに先に接触する場合が多いと考えられるので、窓ガラス側のみの接触で早めに検知することができて、挟み込まれる前に停止できる可能性が高く、より安全性が高い。
【００４９】
また本実施例では、接触検出手段が圧電センサから出力される信号のうち物体の接触時に発生する特定周波数成分のみを検出するので、例えば開閉部の開閉動作による振動や外来振動など物体の接触以外の振動による圧電センサの出力信号と物体の接触による出力信号とを区別して物体の接触を検出することができ、検出精度が向上する。
【００５０】
また開閉位置検出部から出力される開閉位置信号が予め定められた設定範囲にある場合にのみ物体が接触したかどうかの出力信号を有効とすれば、開閉位置が上記設定範囲を越えて正常に開閉部が閉め切られている場合には、圧電センサから信号が出て接触検出手段が物体の接触有りと検出しても、その検出信号を無視して不要な開放を防止することができる。
【００５１】
また圧電センサがセンサ先端側の電極間にセンサの断線や短絡を検出するための抵抗体を備え、抵抗体を介して電極間に電圧を印加してモニタすることにより電極の断線や短絡を検出することができるので信頼性を向上することができる。
【００５２】
なお上記実施例では圧電センサを１本配設したが、たとえば２本配設すれば以下のような効果が生じる。
【００５３】
まず１本を挟み込みの検知用に開閉部に配設し、他の一本を車両の振動の検知用に配設すれば、両者の出力の差をとることで車両の振動による出力だけが相殺できて挟み込みの検知精度が向上する。
【００５４】
また移動部材側と当接部材側のそれぞれに配設し、両者ともに挟み込みの出力を発生した場合のみ駆動手段の駆動を停止するようにすれば、挟み込み防止の精度が向上する。たとえば全開の状態から窓ガラスが上昇し始めた時に運転手の指が触れた程度では挟み込みには至らないので本来停止させる必要は無い（停止してしまうと再度スイッチを押さなければならない）。このような場合には停止させず、本当に挟み込まれた時のみ停止させることができる。
【００５５】
（実施例２）
図１１、図１２は本発明の実施例２の圧電センサ８の構成を示す。図１１は断面図を拡大したもので、図１２は横から見た図である。本実施例の圧電センサ８は、内層電極１３ａと外層電極１３ｂとの間に圧電材１２を配設し、被覆材２９で周囲を覆うことで同軸ケーブル状に構成されている。被覆材２９は凹部３０を有しており、凹部３０は物体と接触しにくく、凹部３０を除く部位でのみ物体と接触する構成である。よって物体から接触荷重を受ける面積を低減できるので、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる。
【００５６】
本実施例によれば、圧電センサ８がケーブル状なので表面が曲面であり、より物体との接触荷重を受ける面積を低減できる可能性が有る。
【００５７】
また本実施例の圧電センサ８は、外層電極１３ｂが電気的なシールド層を兼ねることができる。
【００５８】
なお図１２では凹部３０を円形状に示したが、これに限定されるものではなく、長手方向あるいは円周方向に連続的に溝のように形成してもよい。
【００５９】
なお被覆材２９がウエザストリップやサイドバイザーと一体化される構成としてもよい。この場合は部品点数、組立て工程を削減できる。
【００６０】
また車体に限らずウエザストリップやサイドバイザーに被覆材２９ごと装着してもよい。
【００６１】
（実施例３）
図１３に本発明の実施例３の圧電センサ８の構成を示す。本実施例の圧電センサ８は孔部３１を有しており、孔部３１は物体と接触しにくく、孔部３１を除く部位でのみ物体と接触する構成である。よって物体から接触荷重を受ける面積を低減できるので、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる。
【００６２】
（実施例４）
図１４に本発明の実施例４の圧電センサ８の構成を示す。圧電センサ８はアコーデオン形状（あるいは蛇腹形状）に折り曲げられた構成で、物体が下方より上向きに移動して圧電センサ８と接触する場合、凹部３０と凸部１１が均等に配置された構成といえる。この場合、凸部１１は物体と接触しやすく、凹部３０は物体と接触しにくい。よって圧電センサ８が物体から接触荷重を受ける面積を低減できるので、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる。
【００６３】
以上、実施例１から実施例４においては、圧電センサ自身の構成により、物体から接触荷重を受ける面積を低減する例を示したが、それぞれの実施例はその構成にのみ限定されるのではなく、互いに組み合わせたり、一部を置き換えたりしてもよい。
【００６４】
なお挟み込み防止装置に関しては、物体が挟み込まれる時に接触可能な位置に圧電センサを装着すればよいので、移動部材か当接部材に装着してもよいし、それ以外の開閉部の近傍の部品（たとえばウエザストリップやサイドバイザーなど）に装着してもよい。
【００６５】
（実施例５）
図１５に本発明の実施例５の圧電センサの荷重検出装置を示す。本実施例は、圧電センサを配設する方法により、物体から接触荷重を受ける面積を低減する例である。圧電センサ８を対向部材としてのウエザストリップ３２に配設したもので、ウエザストリップ３２は圧電センサ８との対向面に孔部３３を形成している。圧電センサ８の下方からやってきた物体がウエザストリップ３２に接触した場合、孔部３３に対向する位置の圧電センサ８は孔部３３からは押されないので物体からの荷重を受けにくく、対向部材の孔部３３の無い部位に対向する位置の圧電センサ８でのみ荷重を受けることになる。よって圧電センサ８は物体からの荷重を受けやすい部位と受けにくい部位を有することになるので、物体から接触荷重を受ける面積を低減できることになる。結局、孔部３３により接触荷重を受ける面積を低減していることになるので、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサ８の出力が大きくなる。
【００６６】
（実施例６）
図１６に本発明の実施例６の圧電センサ荷重検出装置を示す。本実施例は対向部材に凸部を形成したもので、図１６（ａ）は圧電センサ８と対向部材３４を別々に構成した例、図１６（ｂ）は圧電センサ８を対向部材としてのウエザストリップ３２内に装着した例で、いずれも圧電センサ８との対向面に凸部３５を形成している。圧電センサ８の下方からやってきた物体が対向部材３４またはウエザストリップ３２に接触した場合、凸部３５に対向した位置の圧電センサ８は凸部３５に押されるために物体からの荷重を受けやすく、凸部３５の周囲に対向した位置の圧電センサ８は物体からの荷重を受けにくくなる。よって圧電センサは物体からの荷重を受けやすい部位と受けにくい部位を有することになるので、物体から接触荷重を受ける面積を低減できることになる。結局、凸部３５により接触荷重を受ける面積を低減していることになるので、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサ８の出力が大きくなる。
【００６７】
（実施例７）
図１７に本発明の実施例７の圧電センサ荷重検出装置を示す。本実施例は、車両のパワーウインドウ用の挟み込み防止装置に関する例で、移動部材としての窓ガラス３６に可撓性のある圧電センサ８を配設した例である。窓ガラス３６の先端には凹部３７が形成されており、物体が圧電センサ８の上方から接触した場合、圧電センサ８が撓んで窓ガラス３６の先端に接するまで押されていく。さらに引き続き荷重が加わったとき、窓ガラス３６は圧電センサからみて物体とは反対側に配置された対向部材と考えられ、対向部材の凹部３７に対向した位置の圧電センサ８は凹部３７に妨げられないので下向きに変位しやすく、凹部３７の周囲に対向した位置の圧電センサ８は変位しにくくなる。よって圧電センサ８は物体からの荷重を受けた時に変位しやすい部位と変位しにくい部位を有することになるので、圧電センサ８内のひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサ８の出力が大きくなる。
【００６８】
なお本実施例では窓ガラス３６が対向部材を兼ねているが、別部品で構成しても良い。
【００６９】
（実施例８）
図１８に本発明の実施例８の圧電センサ荷重検出装置を示す。本実施例は、アコーデオン状の対向部材３４を支持部材３８に配設し、対向部材３４に圧電センサ８を配設したもので、下方からやってきた物体が圧電センサ８に当たる構成である。対向部材３４は圧電センサ８からみて物体とは反対側に配置されており、凸部３５と凹部３７を有している。この場合、凸部３５に対向した位置の圧電センサ８は凸部３５に妨げられるために物体からの荷重を受けても変位しにくく、凹部３７に対向した位置の圧電センサ８は凹部３７に妨げられないので物体からの荷重を受ければ変位しやすくなる。よって圧電センサ８は物体からの荷重を受けた時に変位しやすい部位と変位しにくい部位を有することになるので、圧電センサ８内のひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサ８の出力が大きくなる。
【００７０】
（実施例９）
図１９に本発明の実施例９の圧電センサ荷重検出装置を示す。本実施例は、メッシュ３９で圧電センサ８を覆っており、対向部材としてのメッシュ３９は圧電センサ８からみて物体側に配置されている。下方からやってきた物体がメッシュ３９に接触して、メッシュ３９の凸部３５を介して圧電センサ８に接触荷重を伝達する構成である。メッシュ３９により圧電センサ８が物体から接触荷重を受ける面積を低減していることになるので、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサ８の出力が大きくなる。
【００７１】
（実施例１０）
図２０に本発明の実施例１０の圧電センサ荷重検出装置を示す。本実施例は、コイルばね４０を介して圧電センサ８を支持しており、対向部材としてのコイルばね４０は圧電センサ８からみて物体とは反対側に配置されている。下方からやってきた物体が圧電センサ８に接触した場合、コイルばね４０のコイル部分に対向した位置の圧電センサ８は荷重を受けても変位しにくく、空隙に対向した位置の圧電センサ８は変位しやすくなる。よって圧電センサ８は物体からの荷重を受けた時に変位しやすい部位と変位しにくい部位を有することになるので、圧電センサ８内のひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサ８の出力が大きくなる。
【００７２】
（実施例１１）
図２１に本発明の実施例１１の圧電センサ荷重検出装置を示す。本実施例は、圧電センサ８を凸部３５と凹部３７を有する対向部材３４に沿って配設しており、結果的に圧電センサ８自身が凹凸を有することになる。本実施例は、圧電センサ８が物体から接触荷重を受ける面積を低減していることになるので、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサ８の出力が大きくなる。
【００７３】
なお対向部材は、物体に対して反対の面に凹凸を形成して圧電センサを沿わせることも考えられる。この場合は、支持部材に近い位置（対向部材の凸部上）の圧電センサは支持部材に妨げられて変位しにくいのに対して、支持部材から遠い位置（対向部材の凹部上）の圧電センサは支持部材に妨げられないので変位しやすい。よって変位する部位と変位しない部位が生じるため圧電センサ内のひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる。
【００７４】
（実施例１２）
図２２は本発明の実施例１２の挟み込み防止装置の動作ブロック図である。図２２では圧電センサ８の断面も示している。本実施例は、他の実施例の圧電センサ８を積層フィルム状にして以下の構成に置き換えたものである。電極１３ｃと１３ｄ、１３ｅと１３ｆを備えた２つの圧電材１２ａ、１２ｂを積層して成形され、圧電センサ８を構成する一方の圧電材１２ｂの電極１３ｅと１３ｆに特定周波数の電圧信号を印加して振動を発生させる信号印加部４１を備え、接触検出手段１４は、前記振動により他の圧電材１２ａの電極１３ｃと１３ｄ間に発生する出力信号に基づき圧電センサ８に印加される圧力を演算する圧力演算部４２と、圧力演算部４２の出力信号に基づき物体の接触を判定する接触判定部４３とを備えたところにある。接触検出手段１４は、信号印加部４１の発生周波数ｆ３を中心周波数とする第１のバンドパスフィルタ４４と、図８のｆ１を中心周波数とする第２のバンドパスフィルタ４５を備えている。本実施例の圧電センサ８はフィルム状なので、積層しても厚みは薄いので、変位を大きくして、出力を大きくすることができる。
【００７５】
なお、圧電センサ８の外側についてはＰＥＴ等の保護層や電気的シールドのための金属フィルムで封止してもよい。
【００７６】
次に動作、作用について説明する。
【００７７】
一言で言えば、他の実施例では圧電センサの出力発生により挟み込みを検知していたのに対し、本実施例は圧電センサの出力の変化により挟み込みを検知するものである。
【００７８】
圧電センサ８では信号印加部４１で発生する周波数ｆ３の電圧信号に応じて圧電材１２ｂが振動する。そしてその振動に応じて圧電材１２ａでは圧電起電力が発生する。発生した出力信号は第１のバンドパスフィルタ４４で濾波される。この時の信号印加部４１の発振信号Ｖ３、第１のバンドパスフィルタ４４の出力Ｖ４の信号波形は、それぞれ図２３（ａ）、図２３（ｂ）のようになる。図２３（ａ）、図２３（ｂ）で縦軸はＶ３とＶ４、横軸は時間ｔで、時刻ｔ１で物体が圧電センサ８に接触して圧力Ｐｒ１が印加されたものとする。物体が接触していない状態（ｔ＜ｔ１）では、Ｖ４の振幅はＤ４０である。そして時刻ｔ１で物体が接触し圧電センサ８に圧力Ｐｒ１が印加されると、Ｖ４の振幅はＤ４１に変化する。ここで、Ｖ４の振幅Ｄ４と圧力Ｐｒとの間には図２４に示すような関係があり、圧力Ｐｒが増加するとＤ４は減少する特性をもつ。この特性は発振周波数ｆ３や圧電材１２ａ、１２ｂの形状等により変化するので、用途に応じて予め実験等により最適化すればよい。圧力演算部４２では図２４の関係に基づいてＤ４１からＰｒ１を算出する。そして接触判定部４３ではＰｒ１がある閾値Ｐｒ０以上ならば物体が接触したと判し、Ｐｒ１がＰｒ０より小ならば物体の接触は無いと判定する。そして窓ガラスなどの移動部材の閉動作中に上記のようにして物体の接触が検出されると、閉動作を逆転し物体の挟み込みを防止するのである。本実施例では圧電センサをフィルム状に薄く構成して変形部位の曲率半径を小さくしたので、振幅Ｄ４が全体に大きくなり、Ｐｒ１の変化を見るのが容易となるので、判定の精度を上げることができる。
【００７９】
上記作用により、例えば車両の走行時の振動が圧電センサ８に印加される場合は、実施例１のように圧電センサ８が振動や歪みを検出するタイプであると、走行振動による圧電センサ８の出力信号と物体の接触による圧電センサ８の出力信号との区別が困難となる場合があるが、本実施例の圧電センサ８は物体の接触圧に応じた信号を出力し、接触検出手段１４の圧力演算部４２により物体の接触圧を検出し、接触判定部４３により接触を判定するので、上記のような走行振動が印加されても精度よく物体の接触を検出することができる。
【００８０】
尚、接触判定部４３ではＰｒ１がある閾値Ｐｒ０以上ならば物体が接触したと判定するが、Ｐｒ１の変化率や変動パターンに基づき物体の接触を判定するようにしてもよい。
【００８１】
また、図２２に示すように接触検出手段１４はｆ１を中心周波数とする第２のバンドパスフィルタ４５を備えており、接触判定部４３が第２のバンドパスフィルタ４５と圧力演算部４２の双方の出力信号に基づき物体の接触を検出する構成としてもよい。この構成による作用を以下に述べる。図２３（ｃ）は第２のバンドパスフィルタ４５の出力Ｖ５の信号波形を示したものである。図中、縦軸はＶ５、横軸は時間ｔである。時刻ｔ１で圧電センサに物体が接触すると、圧電材１２ａには圧電材１２ａによる周波数ｆ３の振動と、物体の接触による歪みによりｆ３よりも低いｆ１近傍の振動が印加され、圧電材１２ａからはｆ３とｆ１の重畳した周波数成分をもつ信号が出力される。この出力信号に基づき、圧力演算部４２では第１のバンドパスフィルタ４４経由で上述したように圧力Ｐｒが算出され、第２のバンドパスフィルタ４５の出力Ｖ５には例えば図２３（ｃ）のような周波数ｆ１で振幅Ｄ５の信号が現れる。そして接触判定部４３では、例えばＤ５がある閾値Ｄ５０以上の場合は、圧電センサ８に車の走行振動のような外来振動が印加されたとして、上述のようにＰｒの値に基づき物体の接触を判定する。またＤ５がＤ５０より小の場合は、Ｄ５の変化率や変動パターンとＰｒの値の少なくとも１つに基づき物体の接触を判定する。これにより、外来振動の有無を圧電センサ８の出力信号により判定し、外来振動の有無に応じて接触判定の閾値を切り替えて接触判定を行うので、圧電センサにより検出する振動のみあるいは圧力のみで物体の接触を検出する場合よりも検出精度が向上する。
【００８２】
なお、自動車の挟み込み防止装置における圧電センサの配置に関しては、窓枠側の車体、ウエザストリップ、サイドバイザー等に配設したり一体化しても良いし、窓ガラス側に配設しても良い。ハードトップタイプの場合は窓枠の代わりに車両本体側に配設してもよい。
【００８３】
なお、上述の実施例では車両用のパワーウインドウに圧電センサを用いた挟み込み防止装置について説明したが、窓に限らずドアやサンルーフなどの扉に使用してもよいし、シャッターに使用してもよい。基本的には移動部材の移動により当接部材との隙間が変化するもの、即ち何らかの物体を挟み込む可能性の有るものに応用できる。
【００８４】
なお電車のドアや玄関の自動ドアなどの場合、２つの移動部材が対向しているように考えられるが、一方の移動部材から見た他方を当接部材と置くことで本発明に含まれるものである。
【００８５】
なお、上記各実施例の構成はそれぞれが限定された構成ではなく、他の実施例で示された構成に一部置き換えたり、組み合わせたりすることが可能であり、目的に応じて最適な組み合わせを選べばよい。たとえば対向部材は圧電センサから見て物体側にあってもよいし、物体とは反対側にあっても良い。圧電センサを対向部材に配設してもよいし、別のものに配設してもよい。凸部、凹部、孔部はそれに限定するものではなく、お互いに入れ替えたり、それぞれを組み合わせることも容易に考えられる。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に係る挟み込み防止装置は、圧電センサ自身が物体から接触荷重を受ける面積を低減しているので、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる効果がある。
【００８７】
また、本発明の請求項２に係る挟み込み防止装置は、物体から接触荷重を受ける面に少なくとも一つの凸部または凹部または孔部を有している。そして圧電センサの凸部は物体と接触しやすく、凸部の周囲は物体と接触しにくくなる。逆に、圧電センサの凹部または孔部は物体と接触しにくく、凹部の周囲または孔部の周囲は物体と接触しやすくなる。よって圧電センサは物体と接触しやすい部位と接触しにくい部位を有することになるので、物体から接触荷重を受ける面積を低減できる。よって容易に圧電センサの出力を大きくできる効果がある。
【００８８】
また、本発明の請求項３にかかる挟み込み防止装置は対向部材をメッシュ形状とし、本発明の請求項４にかかる挟み込み防止装置は対向部材をコイルばね形状としているので、圧電センサとの対向面に容易に凸部または凹部または孔部を形成できる。よって、圧電センサが物体から接触荷重を受ける面積を低減したり、圧電センサが物体から接触荷重を受けて変位する面積を低減したりできるので、容易に圧電センサの出力を大きくできる効果がある。
【００８９】
また、本発明の請求項５に係る挟み込み防止装置は、圧電センサを少なくとも一つの凸部または凹部または孔部を有する対向部材に沿って配設するので、圧電センサ自身が少なくとも一つの凸部または凹部または孔部を有することになり、物体から接触荷重を受ける面積を低減したり、圧電センサが物体から接触荷重を受けて変位する面積を低減したりできる。よって容易に圧電センサの出力を大きくできる効果がある。
【００９０】
さらに、本発明の挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設された圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し、前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備えたものである。
【００９１】
そして、圧電センサが物体から接触荷重を受ける面積を低減している場合は、接触部位の単位面積当たりの荷重（圧力）が増加し、接触部位の変位量が増加し、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる。
【００９２】
一方、荷重検出装置により圧電センサが物体から接触荷重を受けて変位する面積を低減している場合は、変位する部位と変位しない部位が生じるため圧電センサ内のひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、圧電センサの出力が大きくなる。
【００９３】
よっていずれの場合も圧電センサの出力が大きくなるので、挟み込み検知の精度を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における圧電センサ荷重検出装置および挟み込み防止装置の外観図
【図２】同装置のＡ−Ａ線位置での断面図
【図３】（ａ）従来の圧電センサの配設構成を示す断面図
（ｂ）本発明の実施例１における圧電センサの配設構成を示す外観図
【図４】同圧電センサの外観構成図
【図５】同圧電センサの特性図
【図６】同挟み込み防止装置のブロック図
【図７】同装置の断線検出用の回路図
【図８】同装置の第１の濾波部と第２の濾波部の濾波特性を示す特性図
【図９】同装置の開閉部への物体の接触を判定するための判定基準を示した特性図
【図１０】同装置の動作を表すフローチャート
【図１１】本発明の実施例２における圧電センサの断面図
【図１２】同圧電センサの外観構成図
【図１３】本発明の実施例３における圧電センサの構成図
【図１４】本発明の実施例４における圧電センサの断面図
【図１５】本発明の実施例５における圧電センサの配設構成を示す断面図
【図１６】（ａ）本発明の実施例６における圧電センサの配設構成を示す断面図
（ｂ）他の実施例における圧電センサの配設構成を示す断面図
【図１７】本発明の実施例７における圧電センサの配設構成を示す断面図
【図１８】本発明の実施例８における圧電センサの配設構成を示す断面図
【図１９】本発明の実施例９における圧電センサの配設構成を示す断面図
【図２０】本発明の実施例１０における圧電センサの配設構成を示す断面図
【図２１】本発明の実施例１１における圧電センサの配設構成を示す断面図
【図２２】本発明の実施例１２における挟み込み防止装置の動作ブロック図
【図２３】（ａ）同装置の信号印加部の発振信号Ｖ３の波形特性図
（ｂ）第１のバンドパスフィルタの出力Ｖ４の波形特性図
（ｃ）第２のバンドパスフィルタの出力Ｖ５の出力波形を示した波形特性図
【図２４】同装置の第１のバンドパスフィルタの出力Ｖ４の振幅Ｄ４と圧力Ｐｒとの関係を示した特性図
【符号の説明】
１ 窓ガラス（移動部材）
５ 制御手段
６ 窓枠（当接部材）
７ 開閉部
８ 圧電センサ
９ 物体
１１ 凸部（接触荷重を受ける面）
３０、３７ 凹部
３１、３３ 孔部
３２ ウエザストリップ（対向部材）
３４ 対向部材
３５ 凸部
３６ 窓ガラス（移動部材、対向部材）
３９ メッシュ（対向部材）
４０ コイルばね（対向部材）