JP2000346719A - 圧電センサならびに挟み込み防止装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 物体の接触を検出する圧電センサや圧電セン
サを用いて開閉部への物体の挟み込みを検出する挟み込
み防止装置は、圧電センサの出力が小さいという課題が
あった。 【解決手段】 圧電センサ８の接触部位１１を薄くした
り、局部的に薄い部位３４を形成したり、孔３７を有し
たり、アコーデオン形状としたり、中空状とすること
で、物体９の接触によって生じる変形部位の曲率半径Ｒ
１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ４
１、Ｒ４２、Ｒ５１、Ｒ５２を小さくし、変位を大きく
して、出力を大きくすることができる効果がある。

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を用いて窓や
扉やシャッターといった開閉部への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ならびに挟み
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
圧電センサならびに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
挟み込み防止装置は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およ
び挟み込み防止装置は、上記課題を解決するために、物
体の接触によって生じる圧電センサの変形部位の曲率半
径を小さくしたものである。

【０００７】上記発明によれば、変形部位の曲率半径が
小さいと同一荷重に対する変位は大きくなり、ひずみが
増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大
きくなる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の請求項１にかかる圧電セ
ンサは、物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径
を小さくしたものである。

【０００９】そして変形部位の曲率半径が小さいと同一
荷重に対する変位は大きくなり（即ち変形しやすくな
り）、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加
して、出力が大きくなる。

【００１０】本発明の請求項２にかかる圧電センサは、
少なくとも接触部位を薄くして変形部位の曲率半径を小
さくしたものである。

【００１１】そして接触部位が薄いので変形しやすく、
容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きく
なる。

【００１２】本発明の請求項３にかかる圧電センサは、
局部的に薄い部位を有することで変形部位の曲率半径を
小さくしたものである。

【００１３】本発明の請求項４にかかる圧電センサは、
キャタピラ状に構成したものである。

【００１４】そして局部的な薄い部位で変形しやすく、
容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きく
なる。

【００１５】本発明の請求項５にかかる圧電センサは、
少なくとも１つの孔を有することで変形部位の曲率半径
を小さくしたものである。

【００１６】本発明の請求項６にかかる圧電センサは、
格子状に構成したものである。

【００１７】そして孔の部分の近傍で変形しやすく、容
易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくな
る。

【００１８】本発明の請求項７にかかる圧電センサは、
アコーデオン形状とすることで変形部位の曲率半径を小
さくしたものである。

【００１９】そしてアコーデオン形状なので変形しやす
く、容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大
きくなる。

【００２０】本発明の請求項８にかかる圧電センサは、
中空状とすることで変形部位の曲率半径を小さくしたも
のである。

【００２１】そして中空状なので変形しやすく、容易に
変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくなる。

【００２２】本発明の請求項９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
された請求項１ないし８のいずれか１項に記載の圧電セ
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。

【００２３】そして物体の挟み込みによって圧電センサ
が変形しやすくなり、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。

【００２４】

【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。

【００２５】（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。

【００２６】図２は図１のＡ−Ａ線位置での断面図であ
る。図２は物体９が窓ガラス１と窓枠６に挟まれている
状態を示しており、緩衝材１０を介して窓枠６に配設さ
れた圧電センサ８と物体９とが接触している。圧電セン
サ８は下端の中央部（物体９との接触部位１１）の厚み
が他の部位よりも薄い形状である。

【００２７】図３は圧電センサ８の要部断面構成図で、
厚みによる変形の違いを示している。図３（ａ）は厚み
が厚い圧電センサ８を用いた場合で、変形部位の曲率半
径はＲ１１、Ｒ１２と表せる。図３（ｂ）は厚みが薄い
本実施例の圧電センサ８を用いた場合で、変形部位の曲
率半径はＲ２１、Ｒ２２と表せる。同一の接触荷重１２
を与えた場合、厚みが薄い方が撓みやすいので曲率半径
が小さくなり（Ｒ２１＜Ｒ１１、Ｒ２２＜Ｒ１２）、そ
れぞれの変位量をＬ１、Ｌ２とすると、Ｌ２＞Ｌ１と大
きくなる。圧電センサ８は、変位が大きくなると、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。本実施例においては、圧
電センサ８の接触部位１１の厚みを薄くすることで、物
体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小さく
し、変位を大きくして、出力を大きくしているのであ
る。

【００２８】図４は本実施例の圧電センサ８を詳細に示
した要部断面構成図である。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１３の両面に、導電ゴムから成る一対の電極１４を
形成している。それらをゴム弾性体から成る絶縁体１５
で覆い、さらにその周囲を導電ゴムから成るシールド１
６で覆っている。よって圧電センサ８は全体として可撓
性を有している。

【００２９】本実施例の圧電センサ８は、物体が接触す
ることが想定される部位（接触部位１１）を薄くして曲
率半径を小さくすると同時に、接触荷重を受ける方向に
対して圧電材１３の面が垂直になるように構成してい
る。この構成により、物体の接触が最も効率的に圧電材
１３に伝達され、最大のひずみを生じさせることができ
る。

【００３０】また本実施例では、接触部位１１から離れ
るにつれて圧電センサ８が厚くなっているが、これは圧
電材１３の無い部位の変位を生じにくくするためであ
る。圧電材１３の無い部分を厚くして撓みにくくするこ
とで、物体から受けた接触荷重の大部分を圧電材１３の
変位に転換させることができる。

【００３１】なお圧電センサ８全体を同じ薄さに構成
し、他の部材で端部を補強しながら保持するようにして
も良い。

【００３２】なお圧電材１３や電極１４を接触部位１１
の近傍だけでなく端まで伸ばした構成にしても良い。本
実施例のように圧電材１３、電極１４ともに可撓性があ
れば、湾曲させて配設することも可能である。またこの
場合、圧電材１３自身の厚みを接触部位のみ薄くしてそ
れ以外の部位では厚くすることも考えられる。

【００３３】図５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１７は、圧電セン
サ８の端部に一体に構成され、圧電材１３が発生する出
力を一対の電極１４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１８は、接触検出
手段１７と制御手段５の信号の授受を行なうものであ
る。

【００３４】図６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６のような出力を発生する。

【００３５】図７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１７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１９、インピーダンス変換部１９からの出力信
号を濾波する第１の濾波部２０と第２の濾波部２１、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２２を有している。なお接触検出手段
１７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。

【００３６】また図示しないが、圧電センサ８の先端部
には電極１４間の断線・短絡検出用の抵抗体が接続され
ている。

【００３７】図８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１４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。

【００３８】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。

【００３９】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。物体の接触により図３（ｂ）
のように接触荷重１２が圧電センサ８に加わり、変位Ｌ
２が生じて圧電材１３自身に歪が生じるので、圧電効果
により歪に応じ図６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１３の圧電定数などにより変
化する。

【００４０】次に、圧電センサ８から発生した信号は接
触検出手段１７のインピーダンス変換部１９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２０と第２の濾波部２１で濾波される。
図９に第１の濾波部２０と第２の濾波部２１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
２０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２１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２２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。

【００４１】図１０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２１からの出力信号Ｖｆ２、縦
軸は第１の濾波部２０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。

【００４２】図１１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２３でパワーウィンドウのＳＷ
がオンされると、ステップ２４で駆動手段が作動し、ス
テップ２５でＶｆ１及びＶｆ２が算出され、ステツプ２
６でＶｆ１とＶｆ２の比ｋが算出される。次にステップ
２７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２８で物体の接触ありと判定され、
ステップ２９で駆動手段が停止される。またステップ２
７でｋ＞ｋ０でないならばステップ３０で接触なしと判
定され、ステップ３１で窓の閉め切りが検知されるまで
ステップ２５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２９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。

【００４３】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の変形部位の曲率半
径を小さくすることにより、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。

【００４４】また、図８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８
において正常時のＶＯ１は、電源電圧Ｖｄに対して、ｒ
１、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、Ｖ１は０になる。このようにＶ１
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。

【００４５】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。

【００４６】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。

【００４７】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。

【００４８】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。

【００４９】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。

【００５０】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。

【００５１】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。

【００５２】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。

【００５３】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。

【００５４】また本実施例のように、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３
２）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。

【００５５】ここで、本実施例の圧電材（有機基材は塩
素化ポリエチレン、圧電セラミックはチタン酸ジルコン
酸鉛の焼結粉体）と、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（ＰＶＤＦ）を比較するために、
それぞれ２畳程度のサイズに成型して床に設置し、発熱
体で圧電材の温度が１００℃になるように調節しながら
経過時間ごとに人が入床した時の発生電圧を測定比較し
た。この時の被験者の体重は６３ｋｇで、発熱させる前
の初期の本実施例及び従来品における入床時の発生電圧
は共に２００ｍＶになるよう設計した。この結果を図１
２に示す。横軸に経過時間、縦軸に発生電圧をとってお
り、本実施例の圧電材の発生電圧ａは径時変化がなくほ
ぼフラットな特性であるが、従来の圧電材の発生電圧ｂ
は徐々に電圧が低下してくる。つまり本実施例の圧電材
の方が従来の圧電材よりも長時間、安定的に感度を維持
できる。

【００５６】これは、従来はポリフッ化ビニリデンフィ
ルムを使用しているので、１００℃の高温中に長時間放
置されていると、電圧が発生する方向に配向していたポ
リフッ化ビニリデンの分子結晶が乱れて結晶構造が変化
し、次第に発生電圧が低下してくるためと思われる。こ
れに対して、本実施例のチタン酸ジルコン酸鉛焼結粉体
の耐熱性は３００℃〜３５０℃であるので、１００℃中
に放置しても分極した結晶構造は変化せず、感度が安定
的に維持できると考えられる。

【００５７】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。

【００５８】なお、使用温度が低い場合は従来と同じく
ポリフッ化ビニリデンフィルムを使用してもよい。

【００５９】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
が、可撓性を持たせる意味ではより薄い方が望ましい。

【００６０】（実施例２）図１３〜図１５に本発明の実
施例２の圧電センサの構成図を示す。図１３において圧
電センサ８は切込み部３３を有し、厚みの薄い部位３４
を形成している。圧電センサ８は剛体３５に両端を固定
されているが、剛体３５の中央部分には空隙３６があ
り、圧電センサ８の中央部が上向きに変位するのを妨げ
ない構成である。図１４（ａ）は従来の圧電センサ８を
用いた場合、図１４（ｂ）は本実施例の圧電センサ８を
用いた場合の要部断面構成図を示す。本実施例の変形部
位の曲率半径はＲ３１、Ｒ３２と表せる。同一の接触荷
重１２を与えた場合、薄い部位３４が撓みやすいので全
体としての曲率半径が小さくなり（Ｒ３１＜Ｒ１１、Ｒ
３２＜Ｒ１２）、変位量をＬ３とすると、Ｌ３＞Ｌ１と
大きくなる。圧電センサ８は、変位が大きくなると、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。本実施例において
は、圧電センサ８が局部的に薄い部位３４を有すること
で、物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小
さくし、変位を大きくして、出力を大きくしているので
ある。

【００６１】本実施例では、圧電センサ８の配設場所に
空隙３６を有するので、上向きの変位を妨げることがな
く、より一層出力を大きくすることができる。

【００６２】図１５には圧電センサ８の実施例を斜視図
で示している。図１５（ａ）は圧電センサ８をキャタピ
ラ状にしたもので、図１５（ａ）の奥行き方向の切込み
部３３により局部的な薄い部位３４を形成している。本
実施例では変形時に特に左右方向の曲率半径が小さくな
るので、微少な面積の物体に限らず、奥行き方向に長い
形状の物体（自動車の挟み込み防止装置の場合は指や腕
等）が接触しても出力を大きくすることができる。

【００６３】図１５（ｂ）は他の実施例で、切込み部３
３を奥行き方向と幅方向とに構成して薄い部位３４を形
成している。本実施例では変形時に左右方向にも前後方
向にも曲率半径が小さくなるので、あらゆる形状の物体
で出力を大きくすることができる。

【００６４】（実施例３）図１６に本発明の実施例３の
圧電センサの構成図を示す。圧電センサ８は切込み部３
３を上側だけでなく下側にも設けて、厚みの薄い部位３
４を形成している。本実施例の圧電センサ８によると、
物体との接触面側にも切込み部３３があるので物体との
接触面積が小さくなる。物体との接触により全く同じ大
きさの荷重を受ける場合、接触面積が小さい方が単位面
積当たりの荷重（圧力）は大きくなるので、変位はさら
に大きくなり、より出力を大きくできる。

【００６５】なお本実施例では上側の切込み部３３と下
側の切込み部３３を薄い部位３４に対向させる配置にし
ているが、これに限定されるものではない。

【００６６】（実施例４）図１７、図１８に本発明の実
施例４の圧電センサ８の構成図を示す。図１７は圧電セ
ンサ８の要部の断面および配設構成を示しており、圧電
センサ８は孔３７を有し、剛体３５に緩衝材１０を介し
て配設する構成である。圧電センサ８は孔３７により可
撓性が向上するため、孔の無い場合と比べると物体との
接触による変形部位の曲率半径が小さくなる。よって変
位を大きくして出力を大きくすることができる。

【００６７】本実施例では圧電センサ８を緩衝材１０に
配設しているが、緩衝材１０は衝撃吸収の効果があるた
め、圧電センサ８の強度面の信頼性を向上できる。

【００６８】図１８には圧電センサ８の実施例を斜視図
で示している。図１８（ａ）は圧電センサ８を格子状に
したもので孔３７形状は四角形であり、図１８（ｂ）は
圧電センサ８にパンチング状に円形の孔３７を形成した
ものである。いずれの場合も、孔３７の大きさを接触す
る物体よりも小さくしており、物体が孔３７に入り込ま
ないようにしている。

【００６９】なお圧電センサ８と物体との間で、孔が無
いかもしくは孔が小さい別の部材で圧電センサ８を覆う
ようにすれば孔３７を大きくすることができる。

【００７０】なお緩衝材と孔が無いかもしくは孔が小さ
い別の部材とを一体に構成し、圧電センサ８をくるむよ
うにしてもよいし、圧電センサ８を緩衝材の内部に構成
してもよい。また緩衝材として、図２のウエザストリッ
プ３２やサイドバイザー（図示せず）を兼用してもよ
い。この場合は部品点数、組立て工程を削減できる。

【００７１】（実施例５）図１９に本発明の実施例５の
圧電センサ８の断面構成図を示す。本実施例の圧電セン
サ８は幾度か折り返したアコーデオン形状（蛇腹形状）
であり、図１９（ａ）は物体と接触前、図１９（ｂ）は
物体と接触後の様子を示している。本実施例の圧電セン
サ８の変形部位の曲率半径は、全体としてみるとＲ４
１、Ｒ４２のように表せる。同一の接触荷重１２を与え
た場合、アコーデオン形状は伸縮しやすいので全体とし
て変形部位の曲率半径Ｒ４１、Ｒ４２が小さくなり（Ｒ
４１＜Ｒ１１、Ｒ４２＜Ｒ１２）、変位量をＬ４とする
と、Ｌ４＞Ｌ１と大きくなる。圧電センサ８は、変位が
大きくなると、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。本実
施例においては、圧電センサ８をアコーデオン形状とす
ることで、物体の接触によって生じる変形部位の曲率半
径を小さくし、変位を大きくして、出力を大きくしてい
るのである。

【００７２】本実施例によると圧電センサ８は上下方向
だけでなく横方向への伸縮性もあり、引っ張りながら配
設したり圧縮しながら配設したり湾曲させて配設したり
できるなど、配設の自由度が極めて高い。

【００７３】（実施例６）図２０に本発明の実施例６の
圧電センサ８の配設構成図を示す。本実施例の圧電セン
サ８は中空状に構成しており、空隙３６を圧電センサ８
で覆ったような構成である。本実施例によれば、圧電セ
ンサ８を剛体３５に直接配設しても、内部に空隙３６を
有する中空状であるために可撓性が維持され、物体との
接触による変形部位の曲率半径Ｒ５１、Ｒ５２を小さく
でき、変位量Ｌ５を大きくして、出力を大きくすること
ができる。

【００７４】（実施例７）図２１、図２２に本発明の実
施例７を示す。図２１は挟み込み防止装置として圧電セ
ンサ８を窓ガラス１に装着した構成図、図２２は図２１
の圧電センサ８の断面図を拡大したものである。本実施
例の圧電センサ８は、内層電極１４ａと外層電極１４ｂ
との間に圧電材１３を配設した同軸ケーブル状、かつ中
心部に空隙３６を有する中空状に構成されている。

【００７５】さらに本実施例では、たとえばゴムなどの
可撓性のある被覆材３８で圧電センサ８を被覆しながら
窓ガラス１に固定しており、本実施例の場合は接触荷重
１２は下向きとなり、被覆材３８を介して圧電センサ８
に伝えられるものである。圧電センサ８は中空状である
ために可撓性が向上し、物体との接触による変形部位の
曲率半径が小さくなり、変位量が大きくなり、出力を大
きくすることができる。

【００７６】本実施例の圧電センサ８は、外層電極１４
ｂが電気的なシールド層を兼ねることができる。

【００７７】（実施例８）図２３は本発明の実施例８の
挟み込み防止装置の動作ブロック図である。図２３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１４ｃと１４ｄ、１４ｅ
と１４ｆを備えた２つの圧電材１３ａ、１３ｂ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１３
ｂの電極１４ｅと１４ｆ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３９を備え、接触検出
手段１７は、前記振動により他の圧電材１３ａの電極１
４ｃと１４ｄ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４０と、圧力
演算部４０の出力信号に基づき物体の接触を判定する接
触判定部４１とを備えたところにある。接触検出手段１
７は、信号印加部３９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４２と、図９のｆ１を中
心周波数とする第２のバンドパスフィルタ４３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、変形部位の曲率半径を小さい
まま維持できる。よって変位を大きくして、出力を大き
くすることができる。

【００７８】なお、圧電センサ８の外側についてはＰＥ
Ｔ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。

【００７９】次に動作、作用について説明する。

【００８０】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。

【００８１】圧電センサ８では信号印加部３９で発生す
る周波数ｆ３の電圧信号に応じて圧電材１３ｂが振動す
る。そしてその振動に応じて圧電材１３ａ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４２で濾波される。この時の信号印加部３９の発
振信号Ｖ３、第１のバンドパスフィルタ４２の出力Ｖ４
の信号波形は、それぞれ図２４（ａ）、図２４（ｂ）の
ようになる。図２４（ａ）、図２４（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２５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１３ａ、１３ｂ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４０では図２５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４１ではＰｒ１が
ある閾値Ｐｒ０以上ならば物体が接触したと判し、Ｐｒ
１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。

【００８２】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１７の圧力演算部
４０により物体の接触圧を検出し、接触判定部４１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。

【００８３】尚、接触判定部４１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。

【００８４】また、図２３に示すように接触検出手段１
７はｆ１を中心周波数とする第２のバンドパスフィルタ
４３を備えており、接触判定部４１が第２のバンドパス
フィルタ４３と圧力演算部４０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２４（ｃ）は第２のバンド
パスフィルタ４３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ｔ
１で圧電センサに物体が接触すると、圧電材１３ａには
圧電材１３ａ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１３ａ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４０では第１のバンドパスフィルタ４２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４３の出力Ｖ５には例えば図２４（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４１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、Ｄ
５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。

【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。

【００８６】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。

【００８７】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。

【００８８】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。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の請求項１に
係る圧電センサは、物体の接触によって生じる変形部位
の曲率半径を小さくしたので、同一荷重に対する変位は
大きくなり（即ち変形しやすくなり）、ひずみが増え、
発生電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大きくな
る効果がある。

【００９０】また、本発明の請求項２にかかる圧電セン
サは、少なくとも接触部位を薄くしたので変形しやす
く、容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大
きくなる効果がある。

【００９１】また、本発明の請求項３にかかる圧電セン
サは、局部的に薄い部位を有し、本発明の請求項４にか
かる圧電センサは、キャタピラ状に構成したので、薄い
部位で変形しやすく、容易に変形部位の曲率半径が小さ
くなり、出力が大きくなる効果がある。

【００９２】また、本発明の請求項５にかかる圧電セン
サは少なくとも１つの孔を有し、本発明の請求項６にか
かる圧電センサは格子状に構成したので、孔の部分の近
傍で変形しやすく、容易に変形部位の曲率半径が小さく
なり、出力が大きくなる効果がある。

【００９３】また、本発明の請求項７にかかる圧電セン
サは、アコーデオン形状なので変形しやすく、容易に変
形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくなる効果
がある。

【００９４】また、本発明の請求項８にかかる圧電セン
サは、中空状なので変形しやすく、容易に変形部位の曲
率半径が小さくなり、出力が大きくなる効果がある。

【００９５】さらに、本発明の請求項９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が物体の挟み込みによって変
形しやすくなり、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断面図 （ｂ）本発明の実施例１における圧電センサの断面図

【図４】同圧電センサの断面図

【図５】同圧電センサの外観構成図

【図６】同圧電センサの特性図

【図７】同挟み込み防止装置のブロック図

【図８】同装置の断線検出用の回路図

【図９】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１０】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１１】同装置の動作を表すフローチャート

【図１２】同装置の圧電材と従来の圧電材の発生電圧の
経過時間に対する変化を比較した特性図

【図１３】本発明の実施例２における圧電センサの配設
構成を示す断面図

【図１４】（ａ）従来の圧電センサの断面図 （ｂ）本発明の実施例２における圧電センサの断面図

【図１５】（ａ）同圧電センサの構成図 （ｂ）本発明の他の実施例における圧電センサの構成図

【図１６】本発明の実施例３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４における圧電センサの配設
構成を示す断面図

【図１８】（ａ）同圧電センサの構成図 （ｂ）本発明の他の実施例における圧電センサの構成図

【図１９】（ａ）本発明の実施例５における圧電センサ
の物体が接触する前の断面図 （ｂ）同圧電センサの物体が接触した後の断面図

【図２０】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

【図２１】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２２】同圧電センサの断面図

【図２３】本発明の実施例８における挟み込み防止装置
の動作ブロック図

【図２４】（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２５】同装置の第１のバンドパスフィルタの出力Ｖ
４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 接触部位 ３４ 薄い部位 ３７ 孔 Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ
４１、Ｒ４２、Ｒ５１、Ｒ５２ 変形部位の曲率半径

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荻野 弘之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 長井 彪 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 福田 祐 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 藤井 優子 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 山本 克彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3D127 AA01 AA02 AA07 BB01 CB01 CB02 CB05 CC05 DE12 DF01 DF03 DF04 DF08 DF33 DF35 DF36 EE01 EE02 EE04 EE11 EE15 EE16 EE21 FF01 FF05 FF06 FF14 GG03 GG05 GG07

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】物体の接触によって生じる変形部位の曲率
   半径を小さくした圧電センサ。
2. 【請求項２】少なくとも接触部位を薄くして変形部位の
   曲率半径を小さくした請求項１記載の圧電センサ。
3. 【請求項３】局部的に薄い部位を有することで変形部位
   の曲率半径を小さくした請求項１記載の圧電センサ。
4. 【請求項４】キャタピラ状に構成した請求項３記載の圧
   電センサ。
5. 【請求項５】少なくとも１つの孔を有することで変形部
   位の曲率半径を小さくした請求項１記載の圧電センサ。
6. 【請求項６】格子状に構成した請求項５記載の圧電セン
   サ。
7. 【請求項７】アコーデオン形状とすることで変形部位の
   曲率半径を小さくした請求項１記載の圧電センサ。
8. 【請求項８】中空状とすることで変形部位の曲率半径を
   小さくした請求項１記載の圧電センサ。
9. 【請求項９】移動部材と当接部材とで構成される開閉部
   に配設された請求項１ないし８のいずれか１項に記載の
   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挟み込み防止装置。