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Description
【発明の名称】挟み込み検出装置および開閉装置
【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と、前記開閉部に配設された感圧手段と、前記感圧手段の端部に一体に構成され前記感圧手段の出力に基づいて前記開閉部への物体の挟み込みを検出する検出手段とを有し、前記開閉部を構成する導体または前記開閉部に接続された導体の少なくとも一方で前記検出手段をシールドする構成とした挟み込み検出装置。
【請求項2】移動部材と当接部材とで構成される開閉部と、前記開閉部に配設されたケーブル状の圧電センサを備えた感圧手段と、前記感圧手段の端部に一体に構成され前記感圧手段の出力に基づいて前記開閉部への物体の挟み込みを検出する検出手段とを有し、前記開閉部を構成する導体または前記開閉部に接続された導体の少なくとも一方で前記検出手段をシールドする構成とした挟み込み検出装置。
【請求項3】開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、前記窓枠を形成する導体により検出手段をシールドする構成とした請求項1または2記載の挟み込み検出装置。
【請求項4】開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、ドア本体を形成する導体により検出手段をシールドする構成とした請求項項1または2記載の挟み込み検出装置。
【請求項5】開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、ドアに接続されたドアミラーを形成または保持する導体により検出手段をシールドする構成とした請求項1または2記載の挟み込み検出装置。
【請求項6】開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、車体を形成する導体により検出手段をシールドする構成とした請求項1または2記載の挟み込み検出装置。
【請求項7】窓ガラスと窓枠または車体で構成される自動車のドアのウィンドウと、前記ウィンドウに配設された感圧手段と、前記感圧手段の端部に一体に構成され前記感圧手段の出力に基づいて前記ウィンドウへの物体の挟み込みを検出する検出手段とを有し、前記検出手段をドアのヒンジ側に構成した挟み込み検出装置。
【請求項8】感圧手段は、塩素化ポリエチレンと圧電セラミック粉体とを含む混合組成物からなる複合圧電体層を感圧材として有し、前記複合圧電体層を挟む複数の電極とを備えた圧電センサからなる請求項1乃至7のいずれか1項記載の挟み込み検出装置。
【請求項9】請求項1乃至8のいずれか1項記載の挟み込み検出装置を備え、検出手段の出力信号に基づき挟み込み判定時には挟み込みを解除するよう開閉部の開閉動作を制御する制御手段を有した開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開閉部、特に自動車のドアのウィンドウへの物体の挟み込みを検出する挟み込み検出装置および開閉装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の挟み込み検出装置は、例えば特開平10−132669号公報に記載のように、ケーブル状の圧電センサを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、それを圧電センサの端部に接続したコネクタを介して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していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の挟み込み検出装置は、圧電センサの端部に接続したコネクタをシールドコネクタとして検出手段を内蔵する記載があり、この場合はコネクタ自体をシールド用の高価な部品にしなければならないという課題があった。
【0004】
また従来の挟み込み検出装置は、圧電センサを制御手段に接続できる長さにするために、非圧電領域を設けて圧電センサの長さを長くしており、およそ2倍の圧電材料が必要となる課題があった。
【0005】
さらに従来の挟み込み検出装置は、ドアの開閉方向に対する検出手段の位置を規制するものではなかった。
【0006】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、第1の目的は高価な部品を用いたり感圧手段の長さを必要以上に長くすることなく検出手段をシールドできる挟み込み検出装置および開閉装置を提供することである。
【0007】
また、第2の目的は、検出手段にドア開閉時の衝撃を与えにくい配設方法とした挟み込み検出装置および開閉装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、開閉部を構成する導体または開閉部に接続された導体の少なくとも一方で検出手段をシールドするものである。上記手段により、従来のような専用のシールド部品や感圧手段の長さを必要以上に長くする必要が無くなる。
【0009】
また本発明は、検出手段をドアのヒンジ側に構成するものである。上記手段により、ドア開閉時の検出手段の移動距離が少なくて済むので衝撃を受けにくい。
【0010】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために請求項1の発明は、開閉部を構成する導体または開閉部に接続された導体の少なくとも一方で検出手段をシールドするので、また請求項2の発明は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部と、前記開閉部に配設されたケーブル状の圧電センサを備えた感圧手段と、前記感圧手段の端部に一体に構成され前記感圧手段の出力に基づいて前記開閉部への物体の挟み込みを検出する検出手段とを有し、前記開閉部を構成する導体または前記開閉部に接続された導体の少なくとも一方で前記検出手段をシールドするので従来のような専用のシールド部品や感圧手段の長さを必要以上に長くする必要が無くなる。
【0011】
開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とするので、構成要素に導体が多く存在するので容易に検出手段をシールドできる。
【0012】
また請求項3の発明は、開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、窓枠を形成する導体により検出手段をシールドするものである。
【0013】
また請求項4の発明は、開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、ドア本体を形成する導体により検出手段をシールドするものである。
【0014】
また請求項5の発明は、開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、ドアに接続されたドアミラーを形成または保持する導体により検出手段をシールドするものである。
【0015】
また請求項6の発明は、開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、車体を形成する導体により検出手段をシールドするものである。
【0016】
よって容易に検出手段をシールドできる。
【0017】
また請求項7の発明は、検出手段をドアのヒンジ側に構成したので、ドア開閉時の検出手段の移動距離が少なくて済むので衝撃を受けにくい。
【0018】
また請求項8の発明は、感圧手段が塩素化ポリエチレンと圧電セラミック粉体とを含む混合組成物からなる複合圧電体層を有した圧電センサからなり、非晶質塩素化ポリエチレンの有する可撓性と結晶性塩素化ポリエチレンの有する高温耐久性とを併せ持つ上、加硫工程が不要なので、感圧手段を開口部に配設する際の自由度に優れ、高温耐久性がよく、製造工程が簡便な挟み込み検出装置を提供することができる。
【0019】
さらに請求項9の発明は、請求項1乃至8のいずれか1項記載の挟み込み検出装置を備え、検出手段の出力信号に基づき挟み込み判定時には挟み込みを解除するよう開閉部の開閉動作を制御する制御手段を有したもので、挟み込み時には挟み込みを解除するので不要な挟み込みを防止することができる。
【0020】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図を参照して説明する。
【0021】
(実施例1)
実施例1の発明を図1から図7を参照して説明する。
【0022】
図1は実施例1の挟み込み検出装置及び開閉装置の外観図で、自動車のパワーウインドウに適用した場合を示している。図2は図1のA−A´位置における断面構成図である。図2では図面右側が車室内側、左側が車外側である。
【0023】
先ず、本発明の実施例1の挟み込み検出装置の構成は以下の通りである。図1より、開閉部としてのウィンドウ1は、移動部材としての窓ガラス2と当接部材としての窓枠3を有している。窓枠3の周縁部には感圧手段としてのケーブル状の圧電センサ4が配設されている。5は感圧手段4の出力信号に基づき窓枠3と窓ガラス2の間への物体の挟み込みを検出する検出手段である。
【0024】
また、本発明の実施例1の開閉装置は上記の挟み込み検出装置と窓ガラス2を開閉させるパワーウインドウ駆動装置6、パワーウインドウ駆動装置6を制御する制御手段7から成る。ここで、パワーウインドウ駆動装置6はモータ8、ワイヤ9、窓ガラス2の支持具10、ガイド11等から成る。モータ8によりワイヤ9を動かし、ワイヤ9と連結された支持具10をガイド11に沿って上下させることにより窓ガラス2を開閉する構造となっている。
【0025】
また、ドア本体12はヒンジ13により車体(図示せず)との間で開閉できる構成である。
【0026】
尚、パワーウインドウ駆動装置6は上記のようなワイヤを用いた方式に限定するものではなく、他の方式でもよい。制御手段7はモータ8と一体化してもよい。
【0027】
図2に示すように、窓枠3はガラスシール14を有している。圧電センサ4はゴムや発泡樹脂部材等の弾性体15中に挿入されていて、弾性体15を介して窓枠3に配設されている。弾性体15は中空部16を有している。弾性体15は両面テープや接着剤により窓枠3に固定される。他の固定方法としてくさび型のクリップにより弾性体15を窓枠3に固定したり、窓枠3に溝部を設けて溝部に弾性体15をはめ込んで固定してもよい。
【0028】
尚、米国の法規制FMVSS118では、直径が最低4mmの堅牢な棒を使用して挟み込みの評価を行うことになっており、直径4mmの棒がどのような方向から挟み込まれても圧電センサ4により挟み込みを検出することが望ましい。従って、窓ガラス2が弾性体15に接触しない範囲で窓ガラス2と弾性体15との距離(図2中のx)をなるべく短くできるように弾性体15を窓枠3に配設する必要がある。窓ガラス2の装着ばらつきや振動によるぶれを考慮すれば、xが3〜5mmになるよう弾性体15を窓枠3に配設することが好ましい。
【0029】
図3は圧電センサ4の断面構成図である。圧電センサ4は感圧材としての複合圧電体層17と、複合圧電体層17を挟む中心電極18及び外側電極19と、保護用の被覆層20とを同心円状に積層して成形したケーブル状の圧電センサである。このケーブル状圧電センサは以下の工程により製造される。最初に、塩素化ポリエチレンシートと40〜70vol%の圧電セラミック(ここでは、チタン酸ジルコン酸鉛)粉末がロール法によりシート状に均一に混合される。このシートを細かくペレット状に切断した後、これらのペレットは中心電極18と共に連続的に押し出されて複合圧電層17を形成する。それから、外側電極19が複合圧電体層17の周囲に巻きつけられる。電極19を取り巻いて被覆層20も連続的に押し出される。最後に、複合圧電層17を分極するために、電極18と電極19の間に5〜10kV/mmの直流高電圧が印加される。
【0030】
塩素化ポリエチレンシートは非晶質塩素化ポリエチレンと結晶性塩素化ポリエチレンの混合物であることが好ましい。この場合、押し出しの加工性、可撓性、圧電特性等を考慮して、分子量6万〜15万の非晶質塩素化ポリエチレンを75wt%、結晶化度15〜25%で分子量20万〜40万の結晶性塩素化ポリエチレンを25wt%混合した塩素化ポリエチレンが好ましいことが実験的に見出された。この塩素化ポリエチレンは圧電セラミック粉末を約70vol%まで含むことができる。
【0031】
中心電極18は通常の金属単線導線を用いてもよいが、ここでは絶縁性高分子繊維の周囲に金属コイルを巻いた電極を用いている。絶縁性高分子繊維と金属コイルとしては、電気毛布において商業的に用いられているポリエステル繊維と銀を5wt%含む銅合金がそれぞれ好ましい。
【0032】
外側電極19は高分子層の上に金属膜の接着された帯状電極を用い、これを複合圧電体層17の周囲に巻きつける。そして、高分子層としてはポリエチレン・テレフタレート(PET)を用い、この上にアルミニウム膜を接着した電極は、120℃で高い熱的安定性を有するとともに商業的にも量産されているので、外側電極19として好ましい。この電極を検出手段5に接続する際にはアルミニウム膜を半田付けすることが困難なため、カシメやハトメにより接続したり、アルミニウム膜の回りに金属単線コイルや金属編線を巻き付けてアルミニウム膜と導通をとり、金属単線コイルや金属編線を検出手段5に半田付けする構成としてもよい。また、圧電センサ4を外部環境の電気的雑音からシールドするために、外側電極19は部分的に重なるようにして複合圧電体層17の周囲に巻きつけることが好ましい。
【0033】
被覆層20としては、ウレタン、ポリエチレン、塩化ビニールなどの適切な弾性の高分子材料が用いられる。
【0034】
図4は圧電センサ4の端部に検出手段5を一体に構成した外観図である。本実施例では検出手段5を回路基板上に構成しており、中心電極18は基板上のパターンに半田付けし、外側電極19は基板上に取付けられた金具21で挟み込んで押さえつけることで基板上のパターンに導通させている。金具22は補強用で、被覆層20上から基板に固定している。検出手段5は汎用的なコネクタ23を有し、圧電センサ4の出力を加工した挟み込みの検出信号を取出すものである。
【0035】
図5は、検出手段5を、窓枠を形成する導体24内に配置した構成を示す断面図で、導体24とドア本体を形成する導体25で閉空間を形成してシールドしたものである。検出手段5をシールドすることにより、外来の電気的ノイズを除去し、信頼性の高い挟み込み検知を実現している。26は汎用的なリード線で、コネクタ23に接続して検出手段5の出力を取出し、制御手段に伝達するものである。
【0036】
以上のように、検出手段5を圧電センサ4の端部に一体に構成して、検出手段5を窓枠などの既存の導体でシールドするので、高価なシールド用部品を用いたり圧電センサの長さを必要以上に長くしたりすることなく、信頼性の高い挟み込み検知を実現できるものである。
【0037】
図6は検出手段5のブロック図である。圧電センサ4の出力は、入力抵抗やFETなどから成るインピーダンス変換部26、ノイズを除去して信号のみを取出せるようカットオフ周波数を設定したフィルタ27、信号を扱いやすいレベルにまで増幅するアンプ28、基準となる信号と比較することで挟み込みを判定する比較部29などを有し、挟み込みがあったかどうかを判定して制御手段7に伝えられる。尚、検出手段5の入出力部に貫通コンデンサやEMIフィルタ等を付加して強電界対策を行ってもよい。
【0038】
次に作用について説明する。
【0039】
圧電センサ4は非晶質塩素化ポリエチレンと結晶性塩素化ポリエチレンと圧電セラミック粉体とを含む混合組成物からなる複合圧電体層17を有し、複合圧電体層17は非晶質塩素化ポリエチレンの有する可撓性と結晶性塩素化ポリエチレンの有する高温耐久性とを併せ持ち、120℃で1000時間以上動作できる。また、複合圧電体層17は一般の合成ゴムの製造に必要な加硫工程は不要である。
【0040】
また、窓枠3と窓ガラス2の間に物体が挟み込まれると弾性体15が物体と接触して圧縮され、中空部16が押しつぶされる。これにより圧電センサ4は大きく変形する。
【0041】
図7はこの際のインピーダンス変換部26に設けたFETの出力信号V、検出手段5の出力とも言える比較部29の出力J、制御手段7がモータ8に駆動信号を与えるための印加電圧Vmを示す特性図である。時刻t1でモータ8に+Vdの電圧を印加して窓ガラス2を上昇させる。上記のように挟み込みが起こると圧電センサ4からは圧電効果により圧電センサ4の変形の加速度に応じた信号(図7の基準電位V0より大きな信号成分)が出力される。この際、単に圧電センサ4を窓枠3に配設した構成であれば、窓枠12が剛体であるので挟み込みの際の圧電センサ4の変形はわずかであるが、本実施例の場合は図2のように圧電センサ4が弾性体15を介して窓枠3に配設され、さらに弾性体15は中空部16を有している。これにより、挟み込みの際に弾性体15が圧縮されて圧電センサ4の変形量が増大し、同時に中空部16も押しつぶされて圧電センサ4の変形量がさらに増大する。このように圧電センサ4は大きな変形量が得られ、変形量の2次微分値である加速度も大きくなり、結果として圧電センサ4の出力信号も大きくなる。これにより、より一層、挟み込み時の信号成分と外来振動や電気的ノイズによる信号成分との判別がつき易くなる。
【0042】
検出手段5はVのV0からの振幅|V−V0|がD0以上ならば挟み込みが生じたと判定し、時刻t2で判定出力としてLo→Hi→Loのバルス信号を出力する。制御手段7ではこのパルス信号があるとモータ8への+Vdの電圧印加を停止し、−Vdの電圧を一定時間印加して窓ガラス2を一定量下降させ、挟み込みを解除する。尚、挟み込みを解除する際、圧電センサ4からは変形が復元する加速度に応じた信号(図7の基準電位V0より小さな信号成分)が出力される。
【0043】
挟み込みの際、VがV0より大となるか小となるかは、圧電センサ4の屈曲方向や分極方向、電極の割付け(どちらを基準電位とするか)、圧電センサ4の支持方向により変わるが、検出手段5ではVのV0からの振幅に基づき挟み込みを判定しているので、VのV0に対する大小によらず挟み込みを判定することができる。
【0044】
また、感圧手段が非晶質塩素化ポリエチレンと結晶性塩素化ポリエチレンと圧電セラミック粉体とを含む混合組成物からなる複合圧電体層を有した圧電センサからなり、非晶質塩素化ポリエチレンの有する可撓性と結晶性塩素化ポリエチレンの有する高温耐久性とを併せ持つ上、加硫工程が不要なので、感圧手段を開口部に配設する際の自由度に優れ、高温耐久性がよく、製造工程が簡便な挟み込み検出装置を提供することができる。
【0045】
また、開口部と開閉部との間に物体が挟み込まれる際に弾性体により感圧手段の変形量が増大するので、感圧手段の出力信号が大きくなり挟み込みを検出しやすくなる。
【0046】
また、弾性体が備えた中空部により挟み込みの際の感圧手段の変形量を増大するので、感圧手段の出力信号がさらに大きくなり挟み込みをさらに検出しやすくなる。
【0047】
また、圧電センサ4は窓枠3に沿って配設されているが、特に検出手段5がドア本体12のヒンジ13側になるように配設している。このためドアの開閉に伴う検出手段5の移動距離を小さくすることができるので、開閉時の衝撃を抑えることができる。よって挟み込み検出装置としての耐久性が高くなる。
【0048】
(実施例2)
実施例2を、図8を参照して説明する。
【0049】
図8は、検出手段5を、ドア本体12を形成する導体25内に配置した構成を示す断面図で、導体25と、導体25に接続された別の導体30で閉空間を形成してシールドしたものである。31は圧電センサ4や検出手段5をドア本体12に対して固定するためのガイドで、ビス32によって締め付けられている。
【0050】
本実施例は、窓枠が狭くて検出手段5が入らないような場合に特に有効である。ただしドア本体内にはモータなどの駆動部が有り、それらが発生するノイズや振動をも防げる本実施例の導体30のような構成が望ましい。
【0051】
(実施例3)
実施例3を、図9、図10を参照して説明する。
【0052】
本実施例は、検出手段5を、ドアミラー33を保持する導体34内に配置した構成で、導体34と、窓枠を形成する導体24、ドア本体を形成する導体25とで閉空間を形成してシールドしたものである。35は検出手段5を位置固定するためのモールド材である。
【0053】
本実施例は、検出手段5を配置する位置が挟み込みが起こり得る位置の端面に最も近くなるので、圧電センサの長さを最も短くできる効果がある。
【0054】
(実施例4)
実施例4を、図11を参照して説明する。
【0055】
本実施例は、ハードトップタイプの自動車用の挟み込み検出装置および開閉装置に関し、窓枠が存在しないので、検出手段5を、車体36を形成する導体37内に配置した構成で、導体37で閉空間を形成してシールドしたものである。
【0056】
なお、上記実施例では感圧手段を当接部材に配設したが、移動部材側に感圧手段を配設して開閉部の閉止動作中の物体の挟み込みや接触を検出し、物体の挟み込みや接触が検出されると開閉部を反転させて挟み込みを防止する構成としてもよい。
【0057】
また上記実施例には自動車のウィンドウに応用した場合について説明したが、たとえば電動サンルーフや電動ドアに用いてもよいし、エレベーターや電車や飛行機や建物の自動ドアに適用したり、ガレージや店舗等の電動シャッターに適用してもよい。自動ドアの場合は開閉部が両方とも移動する部材の場合もあるが、一方を移動部材とした時に、他方を移動可能な当接部材と考えれば本発明を適用できるものである。
【0058】
また、上記実施例では感圧手段として圧電センサを用いたが、感圧手段は圧電センサに限定するものではなく、例えば静電容量型や感圧抵抗型、光透過量検出型等、変形に応じた出力信号を発生する他のセンサを用いてもよい。センサ形状もケーブル状に限定するものではなく、例えば帯状のものでもよい。
【0059】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、請求項1の発明によれば、開閉部を構成する導体かまたは開閉部に接続された導体の少なくとも一方で検出手段をシールドするので、また請求項2の発明は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部と、前記開閉部に配設されたケーブル状の圧電センサを備えた感圧手段と、前記感圧手段の端部に一体に構成され前記感圧手段の出力に基づいて前記開閉部への物体の挟み込みを検出する検出手段とを有し、前記開閉部を構成する導体または前記開閉部に接続された導体の少なくとも一方で前記検出手段をシールドするので従来のような専用のシールド部品や感圧手段の長さを必要以上に長くする必要が無くなるといった効果がある。
【0060】
また請求項3の発明によれば窓枠を形成する導体により検出手段をシールドし、請求項4の発明によればドア本体を形成する導体により検出手段をシールドし、請求項5の発明によればドアに接続されたドアミラーを形成または保持する導体により検出手段をシールドし、請求項6の発明によれば車体を形成する導体により検出手段をシールドするので、容易に検出手段をシールドできるといった効果がある。
【0061】
また請求項7の発明によれば、検出手段をドアのヒンジ側に構成したので、ドア開閉時の検出手段の移動距離が少なくて済むので衝撃を受けにくいといった効果がある。
【0062】
また請求項8の発明によれば、塩素化ポリエチレンと圧電セラミック粉体とを含む混合組成物からなる複合圧電体層を有した圧電センサからなり、非晶質塩素化ポリエチレンの有する可撓性と結晶性塩素化ポリエチレンの有する高温耐久性とを併せ持つ上、加硫工程が不要なので、感圧手段を開口部に配設する際の自由度に優れ、高温耐久性がよく、製造工程が簡便な挟み込み検出装置を提供することができるといった効果がある。
【0063】
さらに請求項9の発明によれば、請求項1乃至8のいずれか1項記載の挟み込み検出装置を備え、検出手段の出力信号に基づき挟み込み判定時には挟み込みを解除するよう開閉部の開閉動作を制御する制御手段を有したもので、挟み込み時には挟み込みを解除するので不要な挟み込みを防止することができるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における挟み込み検出装置及び開閉装置の外観図
【図2】図1のA−A´位置における断面構成図
【図3】同装置の圧電センサの断面構成図
【図4】同装置の圧電センサと検出手段の接続を示す外観図
【図5】同装置の検出手段が導体にシールドされる様子を示す断面構成図
【図6】同装置の検出手段のブロック図
【図7】同装置の圧電センサからの出力信号V、検出手段の判定出力J、モータへの印加電圧Vmを示す特性図
【図8】本発明の実施例2の挟み込み検出装置及び開閉装置の検出手段が導体にシールドされる様子を示す断面構成図
【図9】本発明の実施例3の挟み込み検出装置及び開閉装置のドアミラー付近の外観図
【図10】同装置の検出手段が導体にシールドされる様子を示す断面構成図
【図11】本発明の実施例4の挟み込み検出装置及び開閉装置のヒンジ付近の外観図
【符号の説明】
1 ウィンドウ(開閉部)
2 窓ガラス(移動部材)
3 窓枠(当接部材)
4 圧電センサ(感圧手段)
5 検出手段
7 制御手段
12 ドア本体
13 ヒンジ
24、25、30、34、37 導体
33 ドアミラー
【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と、前記開閉部に配設された感圧手段と、前記感圧手段の端部に一体に構成され前記感圧手段の出力に基づいて前記開閉部への物体の挟み込みを検出する検出手段とを有し、前記開閉部を構成する導体または前記開閉部に接続された導体の少なくとも一方で前記検出手段をシールドする構成とした挟み込み検出装置。
【請求項2】移動部材と当接部材とで構成される開閉部と、前記開閉部に配設されたケーブル状の圧電センサを備えた感圧手段と、前記感圧手段の端部に一体に構成され前記感圧手段の出力に基づいて前記開閉部への物体の挟み込みを検出する検出手段とを有し、前記開閉部を構成する導体または前記開閉部に接続された導体の少なくとも一方で前記検出手段をシールドする構成とした挟み込み検出装置。
【請求項3】開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、前記窓枠を形成する導体により検出手段をシールドする構成とした請求項1または2記載の挟み込み検出装置。
【請求項4】開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、ドア本体を形成する導体により検出手段をシールドする構成とした請求項項1または2記載の挟み込み検出装置。
【請求項5】開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、ドアに接続されたドアミラーを形成または保持する導体により検出手段をシールドする構成とした請求項1または2記載の挟み込み検出装置。
【請求項6】開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、車体を形成する導体により検出手段をシールドする構成とした請求項1または2記載の挟み込み検出装置。
【請求項7】窓ガラスと窓枠または車体で構成される自動車のドアのウィンドウと、前記ウィンドウに配設された感圧手段と、前記感圧手段の端部に一体に構成され前記感圧手段の出力に基づいて前記ウィンドウへの物体の挟み込みを検出する検出手段とを有し、前記検出手段をドアのヒンジ側に構成した挟み込み検出装置。
【請求項8】感圧手段は、塩素化ポリエチレンと圧電セラミック粉体とを含む混合組成物からなる複合圧電体層を感圧材として有し、前記複合圧電体層を挟む複数の電極とを備えた圧電センサからなる請求項1乃至7のいずれか1項記載の挟み込み検出装置。
【請求項9】請求項1乃至8のいずれか1項記載の挟み込み検出装置を備え、検出手段の出力信号に基づき挟み込み判定時には挟み込みを解除するよう開閉部の開閉動作を制御する制御手段を有した開閉装置。
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、開閉部、特に自動車のドアのウィンドウへの物体の挟み込みを検出する挟み込み検出装置および開閉装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の挟み込み検出装置は、例えば特開平10−132669号公報に記載のように、ケーブル状の圧電センサを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、それを圧電センサの端部に接続したコネクタを介して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していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の挟み込み検出装置は、圧電センサの端部に接続したコネクタをシールドコネクタとして検出手段を内蔵する記載があり、この場合はコネクタ自体をシールド用の高価な部品にしなければならないという課題があった。
【0004】
また従来の挟み込み検出装置は、圧電センサを制御手段に接続できる長さにするために、非圧電領域を設けて圧電センサの長さを長くしており、およそ2倍の圧電材料が必要となる課題があった。
【0005】
さらに従来の挟み込み検出装置は、ドアの開閉方向に対する検出手段の位置を規制するものではなかった。
【0006】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、第1の目的は高価な部品を用いたり感圧手段の長さを必要以上に長くすることなく検出手段をシールドできる挟み込み検出装置および開閉装置を提供することである。
【0007】
また、第2の目的は、検出手段にドア開閉時の衝撃を与えにくい配設方法とした挟み込み検出装置および開閉装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、開閉部を構成する導体または開閉部に接続された導体の少なくとも一方で検出手段をシールドするものである。上記手段により、従来のような専用のシールド部品や感圧手段の長さを必要以上に長くする必要が無くなる。
【0009】
また本発明は、検出手段をドアのヒンジ側に構成するものである。上記手段により、ドア開閉時の検出手段の移動距離が少なくて済むので衝撃を受けにくい。
【0010】
【発明の実施の形態】
上記の課題を解決するために請求項1の発明は、開閉部を構成する導体または開閉部に接続された導体の少なくとも一方で検出手段をシールドするので、また請求項2の発明は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部と、前記開閉部に配設されたケーブル状の圧電センサを備えた感圧手段と、前記感圧手段の端部に一体に構成され前記感圧手段の出力に基づいて前記開閉部への物体の挟み込みを検出する検出手段とを有し、前記開閉部を構成する導体または前記開閉部に接続された導体の少なくとも一方で前記検出手段をシールドするので従来のような専用のシールド部品や感圧手段の長さを必要以上に長くする必要が無くなる。
【0011】
開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とするので、構成要素に導体が多く存在するので容易に検出手段をシールドできる。
【0012】
また請求項3の発明は、開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、窓枠を形成する導体により検出手段をシールドするものである。
【0013】
また請求項4の発明は、開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、ドア本体を形成する導体により検出手段をシールドするものである。
【0014】
また請求項5の発明は、開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、ドアに接続されたドアミラーを形成または保持する導体により検出手段をシールドするものである。
【0015】
また請求項6の発明は、開閉部を自動車のウィンドウとし、移動部材を窓ガラスとし、当接部材を窓枠または車体とし、車体を形成する導体により検出手段をシールドするものである。
【0016】
よって容易に検出手段をシールドできる。
【0017】
また請求項7の発明は、検出手段をドアのヒンジ側に構成したので、ドア開閉時の検出手段の移動距離が少なくて済むので衝撃を受けにくい。
【0018】
また請求項8の発明は、感圧手段が塩素化ポリエチレンと圧電セラミック粉体とを含む混合組成物からなる複合圧電体層を有した圧電センサからなり、非晶質塩素化ポリエチレンの有する可撓性と結晶性塩素化ポリエチレンの有する高温耐久性とを併せ持つ上、加硫工程が不要なので、感圧手段を開口部に配設する際の自由度に優れ、高温耐久性がよく、製造工程が簡便な挟み込み検出装置を提供することができる。
【0019】
さらに請求項9の発明は、請求項1乃至8のいずれか1項記載の挟み込み検出装置を備え、検出手段の出力信号に基づき挟み込み判定時には挟み込みを解除するよう開閉部の開閉動作を制御する制御手段を有したもので、挟み込み時には挟み込みを解除するので不要な挟み込みを防止することができる。
【0020】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図を参照して説明する。
【0021】
(実施例1)
実施例1の発明を図1から図7を参照して説明する。
【0022】
図1は実施例1の挟み込み検出装置及び開閉装置の外観図で、自動車のパワーウインドウに適用した場合を示している。図2は図1のA−A´位置における断面構成図である。図2では図面右側が車室内側、左側が車外側である。
【0023】
先ず、本発明の実施例1の挟み込み検出装置の構成は以下の通りである。図1より、開閉部としてのウィンドウ1は、移動部材としての窓ガラス2と当接部材としての窓枠3を有している。窓枠3の周縁部には感圧手段としてのケーブル状の圧電センサ4が配設されている。5は感圧手段4の出力信号に基づき窓枠3と窓ガラス2の間への物体の挟み込みを検出する検出手段である。
【0024】
また、本発明の実施例1の開閉装置は上記の挟み込み検出装置と窓ガラス2を開閉させるパワーウインドウ駆動装置6、パワーウインドウ駆動装置6を制御する制御手段7から成る。ここで、パワーウインドウ駆動装置6はモータ8、ワイヤ9、窓ガラス2の支持具10、ガイド11等から成る。モータ8によりワイヤ9を動かし、ワイヤ9と連結された支持具10をガイド11に沿って上下させることにより窓ガラス2を開閉する構造となっている。
【0025】
また、ドア本体12はヒンジ13により車体(図示せず)との間で開閉できる構成である。
【0026】
尚、パワーウインドウ駆動装置6は上記のようなワイヤを用いた方式に限定するものではなく、他の方式でもよい。制御手段7はモータ8と一体化してもよい。
【0027】
図2に示すように、窓枠3はガラスシール14を有している。圧電センサ4はゴムや発泡樹脂部材等の弾性体15中に挿入されていて、弾性体15を介して窓枠3に配設されている。弾性体15は中空部16を有している。弾性体15は両面テープや接着剤により窓枠3に固定される。他の固定方法としてくさび型のクリップにより弾性体15を窓枠3に固定したり、窓枠3に溝部を設けて溝部に弾性体15をはめ込んで固定してもよい。
【0028】
尚、米国の法規制FMVSS118では、直径が最低4mmの堅牢な棒を使用して挟み込みの評価を行うことになっており、直径4mmの棒がどのような方向から挟み込まれても圧電センサ4により挟み込みを検出することが望ましい。従って、窓ガラス2が弾性体15に接触しない範囲で窓ガラス2と弾性体15との距離(図2中のx)をなるべく短くできるように弾性体15を窓枠3に配設する必要がある。窓ガラス2の装着ばらつきや振動によるぶれを考慮すれば、xが3〜5mmになるよう弾性体15を窓枠3に配設することが好ましい。
【0029】
図3は圧電センサ4の断面構成図である。圧電センサ4は感圧材としての複合圧電体層17と、複合圧電体層17を挟む中心電極18及び外側電極19と、保護用の被覆層20とを同心円状に積層して成形したケーブル状の圧電センサである。このケーブル状圧電センサは以下の工程により製造される。最初に、塩素化ポリエチレンシートと40〜70vol%の圧電セラミック(ここでは、チタン酸ジルコン酸鉛)粉末がロール法によりシート状に均一に混合される。このシートを細かくペレット状に切断した後、これらのペレットは中心電極18と共に連続的に押し出されて複合圧電層17を形成する。それから、外側電極19が複合圧電体層17の周囲に巻きつけられる。電極19を取り巻いて被覆層20も連続的に押し出される。最後に、複合圧電層17を分極するために、電極18と電極19の間に5〜10kV/mmの直流高電圧が印加される。
【0030】
塩素化ポリエチレンシートは非晶質塩素化ポリエチレンと結晶性塩素化ポリエチレンの混合物であることが好ましい。この場合、押し出しの加工性、可撓性、圧電特性等を考慮して、分子量6万〜15万の非晶質塩素化ポリエチレンを75wt%、結晶化度15〜25%で分子量20万〜40万の結晶性塩素化ポリエチレンを25wt%混合した塩素化ポリエチレンが好ましいことが実験的に見出された。この塩素化ポリエチレンは圧電セラミック粉末を約70vol%まで含むことができる。
【0031】
中心電極18は通常の金属単線導線を用いてもよいが、ここでは絶縁性高分子繊維の周囲に金属コイルを巻いた電極を用いている。絶縁性高分子繊維と金属コイルとしては、電気毛布において商業的に用いられているポリエステル繊維と銀を5wt%含む銅合金がそれぞれ好ましい。
【0032】
外側電極19は高分子層の上に金属膜の接着された帯状電極を用い、これを複合圧電体層17の周囲に巻きつける。そして、高分子層としてはポリエチレン・テレフタレート(PET)を用い、この上にアルミニウム膜を接着した電極は、120℃で高い熱的安定性を有するとともに商業的にも量産されているので、外側電極19として好ましい。この電極を検出手段5に接続する際にはアルミニウム膜を半田付けすることが困難なため、カシメやハトメにより接続したり、アルミニウム膜の回りに金属単線コイルや金属編線を巻き付けてアルミニウム膜と導通をとり、金属単線コイルや金属編線を検出手段5に半田付けする構成としてもよい。また、圧電センサ4を外部環境の電気的雑音からシールドするために、外側電極19は部分的に重なるようにして複合圧電体層17の周囲に巻きつけることが好ましい。
【0033】
被覆層20としては、ウレタン、ポリエチレン、塩化ビニールなどの適切な弾性の高分子材料が用いられる。
【0034】
図4は圧電センサ4の端部に検出手段5を一体に構成した外観図である。本実施例では検出手段5を回路基板上に構成しており、中心電極18は基板上のパターンに半田付けし、外側電極19は基板上に取付けられた金具21で挟み込んで押さえつけることで基板上のパターンに導通させている。金具22は補強用で、被覆層20上から基板に固定している。検出手段5は汎用的なコネクタ23を有し、圧電センサ4の出力を加工した挟み込みの検出信号を取出すものである。
【0035】
図5は、検出手段5を、窓枠を形成する導体24内に配置した構成を示す断面図で、導体24とドア本体を形成する導体25で閉空間を形成してシールドしたものである。検出手段5をシールドすることにより、外来の電気的ノイズを除去し、信頼性の高い挟み込み検知を実現している。26は汎用的なリード線で、コネクタ23に接続して検出手段5の出力を取出し、制御手段に伝達するものである。
【0036】
以上のように、検出手段5を圧電センサ4の端部に一体に構成して、検出手段5を窓枠などの既存の導体でシールドするので、高価なシールド用部品を用いたり圧電センサの長さを必要以上に長くしたりすることなく、信頼性の高い挟み込み検知を実現できるものである。
【0037】
図6は検出手段5のブロック図である。圧電センサ4の出力は、入力抵抗やFETなどから成るインピーダンス変換部26、ノイズを除去して信号のみを取出せるようカットオフ周波数を設定したフィルタ27、信号を扱いやすいレベルにまで増幅するアンプ28、基準となる信号と比較することで挟み込みを判定する比較部29などを有し、挟み込みがあったかどうかを判定して制御手段7に伝えられる。尚、検出手段5の入出力部に貫通コンデンサやEMIフィルタ等を付加して強電界対策を行ってもよい。
【0038】
次に作用について説明する。
【0039】
圧電センサ4は非晶質塩素化ポリエチレンと結晶性塩素化ポリエチレンと圧電セラミック粉体とを含む混合組成物からなる複合圧電体層17を有し、複合圧電体層17は非晶質塩素化ポリエチレンの有する可撓性と結晶性塩素化ポリエチレンの有する高温耐久性とを併せ持ち、120℃で1000時間以上動作できる。また、複合圧電体層17は一般の合成ゴムの製造に必要な加硫工程は不要である。
【0040】
また、窓枠3と窓ガラス2の間に物体が挟み込まれると弾性体15が物体と接触して圧縮され、中空部16が押しつぶされる。これにより圧電センサ4は大きく変形する。
【0041】
図7はこの際のインピーダンス変換部26に設けたFETの出力信号V、検出手段5の出力とも言える比較部29の出力J、制御手段7がモータ8に駆動信号を与えるための印加電圧Vmを示す特性図である。時刻t1でモータ8に+Vdの電圧を印加して窓ガラス2を上昇させる。上記のように挟み込みが起こると圧電センサ4からは圧電効果により圧電センサ4の変形の加速度に応じた信号(図7の基準電位V0より大きな信号成分)が出力される。この際、単に圧電センサ4を窓枠3に配設した構成であれば、窓枠12が剛体であるので挟み込みの際の圧電センサ4の変形はわずかであるが、本実施例の場合は図2のように圧電センサ4が弾性体15を介して窓枠3に配設され、さらに弾性体15は中空部16を有している。これにより、挟み込みの際に弾性体15が圧縮されて圧電センサ4の変形量が増大し、同時に中空部16も押しつぶされて圧電センサ4の変形量がさらに増大する。このように圧電センサ4は大きな変形量が得られ、変形量の2次微分値である加速度も大きくなり、結果として圧電センサ4の出力信号も大きくなる。これにより、より一層、挟み込み時の信号成分と外来振動や電気的ノイズによる信号成分との判別がつき易くなる。
【0042】
検出手段5はVのV0からの振幅|V−V0|がD0以上ならば挟み込みが生じたと判定し、時刻t2で判定出力としてLo→Hi→Loのバルス信号を出力する。制御手段7ではこのパルス信号があるとモータ8への+Vdの電圧印加を停止し、−Vdの電圧を一定時間印加して窓ガラス2を一定量下降させ、挟み込みを解除する。尚、挟み込みを解除する際、圧電センサ4からは変形が復元する加速度に応じた信号(図7の基準電位V0より小さな信号成分)が出力される。
【0043】
挟み込みの際、VがV0より大となるか小となるかは、圧電センサ4の屈曲方向や分極方向、電極の割付け(どちらを基準電位とするか)、圧電センサ4の支持方向により変わるが、検出手段5ではVのV0からの振幅に基づき挟み込みを判定しているので、VのV0に対する大小によらず挟み込みを判定することができる。
【0044】
また、感圧手段が非晶質塩素化ポリエチレンと結晶性塩素化ポリエチレンと圧電セラミック粉体とを含む混合組成物からなる複合圧電体層を有した圧電センサからなり、非晶質塩素化ポリエチレンの有する可撓性と結晶性塩素化ポリエチレンの有する高温耐久性とを併せ持つ上、加硫工程が不要なので、感圧手段を開口部に配設する際の自由度に優れ、高温耐久性がよく、製造工程が簡便な挟み込み検出装置を提供することができる。
【0045】
また、開口部と開閉部との間に物体が挟み込まれる際に弾性体により感圧手段の変形量が増大するので、感圧手段の出力信号が大きくなり挟み込みを検出しやすくなる。
【0046】
また、弾性体が備えた中空部により挟み込みの際の感圧手段の変形量を増大するので、感圧手段の出力信号がさらに大きくなり挟み込みをさらに検出しやすくなる。
【0047】
また、圧電センサ4は窓枠3に沿って配設されているが、特に検出手段5がドア本体12のヒンジ13側になるように配設している。このためドアの開閉に伴う検出手段5の移動距離を小さくすることができるので、開閉時の衝撃を抑えることができる。よって挟み込み検出装置としての耐久性が高くなる。
【0048】
(実施例2)
実施例2を、図8を参照して説明する。
【0049】
図8は、検出手段5を、ドア本体12を形成する導体25内に配置した構成を示す断面図で、導体25と、導体25に接続された別の導体30で閉空間を形成してシールドしたものである。31は圧電センサ4や検出手段5をドア本体12に対して固定するためのガイドで、ビス32によって締め付けられている。
【0050】
本実施例は、窓枠が狭くて検出手段5が入らないような場合に特に有効である。ただしドア本体内にはモータなどの駆動部が有り、それらが発生するノイズや振動をも防げる本実施例の導体30のような構成が望ましい。
【0051】
(実施例3)
実施例3を、図9、図10を参照して説明する。
【0052】
本実施例は、検出手段5を、ドアミラー33を保持する導体34内に配置した構成で、導体34と、窓枠を形成する導体24、ドア本体を形成する導体25とで閉空間を形成してシールドしたものである。35は検出手段5を位置固定するためのモールド材である。
【0053】
本実施例は、検出手段5を配置する位置が挟み込みが起こり得る位置の端面に最も近くなるので、圧電センサの長さを最も短くできる効果がある。
【0054】
(実施例4)
実施例4を、図11を参照して説明する。
【0055】
本実施例は、ハードトップタイプの自動車用の挟み込み検出装置および開閉装置に関し、窓枠が存在しないので、検出手段5を、車体36を形成する導体37内に配置した構成で、導体37で閉空間を形成してシールドしたものである。
【0056】
なお、上記実施例では感圧手段を当接部材に配設したが、移動部材側に感圧手段を配設して開閉部の閉止動作中の物体の挟み込みや接触を検出し、物体の挟み込みや接触が検出されると開閉部を反転させて挟み込みを防止する構成としてもよい。
【0057】
また上記実施例には自動車のウィンドウに応用した場合について説明したが、たとえば電動サンルーフや電動ドアに用いてもよいし、エレベーターや電車や飛行機や建物の自動ドアに適用したり、ガレージや店舗等の電動シャッターに適用してもよい。自動ドアの場合は開閉部が両方とも移動する部材の場合もあるが、一方を移動部材とした時に、他方を移動可能な当接部材と考えれば本発明を適用できるものである。
【0058】
また、上記実施例では感圧手段として圧電センサを用いたが、感圧手段は圧電センサに限定するものではなく、例えば静電容量型や感圧抵抗型、光透過量検出型等、変形に応じた出力信号を発生する他のセンサを用いてもよい。センサ形状もケーブル状に限定するものではなく、例えば帯状のものでもよい。
【0059】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、請求項1の発明によれば、開閉部を構成する導体かまたは開閉部に接続された導体の少なくとも一方で検出手段をシールドするので、また請求項2の発明は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部と、前記開閉部に配設されたケーブル状の圧電センサを備えた感圧手段と、前記感圧手段の端部に一体に構成され前記感圧手段の出力に基づいて前記開閉部への物体の挟み込みを検出する検出手段とを有し、前記開閉部を構成する導体または前記開閉部に接続された導体の少なくとも一方で前記検出手段をシールドするので従来のような専用のシールド部品や感圧手段の長さを必要以上に長くする必要が無くなるといった効果がある。
【0060】
また請求項3の発明によれば窓枠を形成する導体により検出手段をシールドし、請求項4の発明によればドア本体を形成する導体により検出手段をシールドし、請求項5の発明によればドアに接続されたドアミラーを形成または保持する導体により検出手段をシールドし、請求項6の発明によれば車体を形成する導体により検出手段をシールドするので、容易に検出手段をシールドできるといった効果がある。
【0061】
また請求項7の発明によれば、検出手段をドアのヒンジ側に構成したので、ドア開閉時の検出手段の移動距離が少なくて済むので衝撃を受けにくいといった効果がある。
【0062】
また請求項8の発明によれば、塩素化ポリエチレンと圧電セラミック粉体とを含む混合組成物からなる複合圧電体層を有した圧電センサからなり、非晶質塩素化ポリエチレンの有する可撓性と結晶性塩素化ポリエチレンの有する高温耐久性とを併せ持つ上、加硫工程が不要なので、感圧手段を開口部に配設する際の自由度に優れ、高温耐久性がよく、製造工程が簡便な挟み込み検出装置を提供することができるといった効果がある。
【0063】
さらに請求項9の発明によれば、請求項1乃至8のいずれか1項記載の挟み込み検出装置を備え、検出手段の出力信号に基づき挟み込み判定時には挟み込みを解除するよう開閉部の開閉動作を制御する制御手段を有したもので、挟み込み時には挟み込みを解除するので不要な挟み込みを防止することができるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1における挟み込み検出装置及び開閉装置の外観図
【図2】図1のA−A´位置における断面構成図
【図3】同装置の圧電センサの断面構成図
【図4】同装置の圧電センサと検出手段の接続を示す外観図
【図5】同装置の検出手段が導体にシールドされる様子を示す断面構成図
【図6】同装置の検出手段のブロック図
【図7】同装置の圧電センサからの出力信号V、検出手段の判定出力J、モータへの印加電圧Vmを示す特性図
【図8】本発明の実施例2の挟み込み検出装置及び開閉装置の検出手段が導体にシールドされる様子を示す断面構成図
【図9】本発明の実施例3の挟み込み検出装置及び開閉装置のドアミラー付近の外観図
【図10】同装置の検出手段が導体にシールドされる様子を示す断面構成図
【図11】本発明の実施例4の挟み込み検出装置及び開閉装置のヒンジ付近の外観図
【符号の説明】
1 ウィンドウ(開閉部)
2 窓ガラス(移動部材)
3 窓枠(当接部材)
4 圧電センサ(感圧手段)
5 検出手段
7 制御手段
12 ドア本体
13 ヒンジ
24、25、30、34、37 導体
33 ドアミラー
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