JP2003051227A

JP2003051227A - 面状感応センサ

Info

Publication number: JP2003051227A
Application number: JP2001238256A
Authority: JP
Inventors: Isamu Hitomi; 勇人見
Original assignee: Nabco Ltd
Current assignee: Nabco Ltd
Priority date: 2001-08-06
Filing date: 2001-08-06
Publication date: 2003-02-21

Abstract

(57)【要約】【課題】圧力変化に対する抵抗値の変化量を大きくす
る。【解決手段】２つの面状部材２、４が所定間隔をあけ
て配置され、少なくとも一方が弾性部材により形成され
ている。一方の面状部材２に面状端子８０が設けられ、
他方の面状部材４における面状端子８０と対向する位置
に面状端子１０が設けられている。面状端子８０は抵抗
素材により形成されている。面状部材２、４を押す圧力
に基づき、面状端子８０と面状端子１０との接触面積が
変動することにより、面状端子８０の非接触部分で決定
される抵抗値が変動する。面状端子８０は、面状端子１
０と最初に接触する箇所を中心に面状端子８０に形成さ
れたエリア８０ｂと、エリア８０ｂの外周で、エリア８
０ｂよりも抵抗率の小さい抵抗素材によって面状端子８
０に形成されたエリア８０ｃとからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、自動車の
着座検出装置に使用される面状感応センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車には、安全性を向上させる
ために、エアバッグを装備することが行われ、特に運転
席だけではなく、助手席等にも装備することが行われて
いる。しかしながら、事故時に助手席に搭乗者がいない
にも拘わらず、エアバッグが展開し、修理代が高くなる
という問題がある。そこで、特開２０００−２２２９８
２号公報に開示される面状感応センサを用いて、助手席
の搭乗者の有無を検出し、搭乗者がいない場合には、エ
アバッグの作動を禁止することが提唱されている。

【０００３】この面状感応センサには、例えば図４
（ａ）乃至（ｃ）に示すような構成のものがある。この
面状感応センサは、同図（ａ）に示すように、第１及び
第２の面状部材、例えば上部シート２と下部シート４と
を有している。これらは、弾性部材、例えばポリエチレ
ンテレフタレートやポリエチレンナフタレートによって
形成されている。なお、少なくとも一方のみを弾性部材
で構成することもできる。上部シート２及び下部シート
４は、所定の間隔を隔てて、平行に配置されている。こ
の間隔を維持するために、上部シート２と下部シート４
との間には、スペーサ６が配置されている。上部シート
２の内面側には、第１の面状端子８が設けられている。
第１の面状端子８と対向するように、下部シート４の内
面側に、第２の面状端子１０が設けられている。これら
第１及び第２の面状端子８、１０は、同図（ｃ）に示す
ように、環状、例えば円形の電極８ａ、１０ａを有し、
この電極８ａ、１０ａ内に抵抗性材料、例えば抵抗イン
ク８ｂ、１０ｂが印刷されている。抵抗インク８ｂは均
一の材質で形成され、その抵抗率は均一である。この抵
抗率に比較して、抵抗インク１０ｂの抵抗率は遙かに小
さい。

【０００４】このような面状感応センサでは、例えば第
１の面状端子８に荷重が加えられると、同図（ｂ）に示
すように第１の面状端子８、第２の面状端子１０の中央
部分が接触する。この接触部分が円形であり、その半径
を接触半径ｒとすると、第１の面状端子８の抵抗値Ｒ
は、Ｒ＝Ｒ_FSR+Ｒ_ｃ+Ｒ_ＧＲで表される。Ｒ_FSRは、第１の面状端子８の接触部の外
周部から円形の電極８ａまでの抵抗値、Ｒ_ｃは第１及び
第２の面状端子８、１０の接触部の抵抗値、Ｒ_Ｇ _Ｒは第
２の面状端子１０の接触部の外周部から円形電極１０ａ
までの抵抗値である。Ｒ_FSRは、Ｒ_FSR＝（ρ_１／２πｔ）＊ｌｎ（ａ／ｒ）で表される。ρ_１は抵抗体インク８ｂの抵抗率、ｔは
インク８ｂの厚さ、ａは円形電極８ａの半径である。上
述したように第２の面状端子１０の抵抗体インク１０ｂ
の抵抗率は、抵抗体インク８ｂよりも遙かに小さいの
で、Ｒ_GRは無視することができる。同様に、接触抵抗値
Ｒ_Cも、接触半径に影響を受けるが、面状感応センサの
動作圧力の範囲内では影響がないので無視することがで
きる。従って、Ｒは、Ｒ＝（ρ_１／２πｔ）＊ｌｎ（ａ／ｒ）と表される。即ち、Ｒは、第１の面状端子の非接触部分
で決定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような面状感応セ
ンサでの、抵抗値と圧力との関係を図５に曲線Ｈ、Ｌで
示す。曲線Ｈは、ρ_１／ｔを２０００ｋΩとし、曲線Ｌ
はρ_１／ｔを２００ｋΩとした場合である。これら曲線
から明らかなように抵抗値のわずかな変化で大きく圧力
が変化する。従って、抵抗値にわずかな誤差があって
も、検出される圧力に大きな誤差が含まれる可能性があ
る。これは、図６に示すような圧力と接触半径ｒとの関
係、及び図７に曲線Ｈ１、Ｌ１で示すような上述した各
ρ_１／ｔを持つ場合の抵抗値と接触半径との関係から明
らかである。即ち、図６から明らかなように、圧力が高
くなると、接触半径ｒの変化量は少なくなり、接触半径
が大きくなると、抵抗値の変化量が少なくなるからであ
る。

【０００６】例えば、図６において圧力が３０ｋＰａと
すると、接触半径は約３．７ｍｍであり、圧力が３５ｋ
Ｐａとすると、接触半径は約３．８ｍｍである。図７に
おいて、接触半径が約３．７ｍｍ、３．８ｍｍの場合の
抵抗値の相違はごくわずかで、共に５０ｋΩ近辺であ
る。即ち、ごくわずかの抵抗値の変化で、大きな圧力の
変化を表しており、なんらかの原因によって抵抗値がご
くわずか変化しただけで大きな検出誤差を生じる。車両
の座席への座りかたによって、押圧の方向や押圧の偏り
が生じ、これによって同じ圧力が加えられていても、抵
抗値は変化することがあり、計測される圧力には、大き
な誤差が生じる。

【０００７】本発明は、圧力変化に対する抵抗値の変化
量を大きくして、検出誤差を少なくした感応センサを提
供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による感応センサ
は、２つの面状部材を有している。これら２つの面状部
材は、所定間隔をあけて配置され、少なくとも一方が弾
性部材により形成されている。一方の面状部材に第１の
面状端子と設けられ、他方の面状部材における第１の面
状端子と対向する位置に第２の面状端子が設けられてい
る。第１の面状端子は抵抗素材により形成されている。
前記面状部材を押す圧力に基づき第１の面状端子と第２
の面状端子との接触面積が変動することにより、第１の
面状端子の非接触部分で決定される抵抗値が変動する。
前記圧力の増減に対する抵抗値の増減の割合を、同一抵
抗素子を面状端子の全面に形成したものよりも大きくす
る抵抗値調整手段が設けられている。例えば、第１の面
状端子における第２の面状端子と接触すると予想される
エリアの単位面積あたりの抵抗値を大きくする。

【０００９】このように構成した面状感応センサでは、
第１の面状端子における第２の面状端子と接触すると予
想されるエリアの単位面積当たりの抵抗値が大きいの
で、この接触面積のわずかな変化でも、大きな抵抗値の
変化を生じる。

【００１０】前記抵抗値調整手段は、例えば、第２の面
状端子と最初に接触する箇所を中心に第１の面状端子に
形成された所定の抵抗率の第１のエリアと、第１のエリ
アの外周で、第１のエリアよりも抵抗率の小さい抵抗素
材によって第１の面状端子に形成された第２エリアとか
ら構成することができる。

【００１１】或いは、前記抵抗値調整手段は、第１の面
状端子の中心部分が、その外周部分よりも単位面積当た
りの抵抗値が高くなるように、絶縁部位を第１面状端子
に形成することもできる。具体的には、所定の抵抗率を
もつ抵抗性部材を一定の間隔ごとに配置することによっ
て、第１の面状端子を形成したり、所定の抵抗率を持つ
抵抗性部材を一部のエリアに多く、他のエリアに少なく
配置することによって、第１の面状端子を形成したりす
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の第１実施の形態の面状感
応センサは、図４に示した従来の面状感応センサと、第
１の面状端子８０の構成が相違する以外、同一に構成さ
れている。同等部分には、同一符号を付して、その説明
を省略する。

【００１３】第１の面状端子８０は、半径ａの円形電極
８０ａを有し、その内部に複数のエリア、例えば第１の
エリア８０ｂと、第２のエリア８０ｃとを有している。
これらエリアが、抵抗値調整手段を構成している。第１
のエリア８０ｂは、円形電極８０ａの中心付近から予め
定められた半径ｂの範囲に形成されて、抵抗率ρ_１が大
きな印刷インクを均一に上部シート２上に印刷して形成
されている。第２のエリア８０ｂは、第１のリンク８０
ａの周囲から円形リングの内周縁までの範囲（半径ｂか
ら半径ａの範囲）に形成され、抵抗率ρ_２が、抵抗率ρ
_１より小さく選択された印刷インクが、上部シート２上
に均一に印刷されている。第１及び第２のエリア８０
ｂ、８０ｃは、同じ厚さｔを有している。

【００１４】この面状感応センサでも、圧力がかけられ
たときの抵抗値Ｒは、従来のものと同様にＲ_ＦＳＲにほ
ぼ等しい。そして、Ｒ_ＦＳＲは、Ｒ_ＦＳＲ＝（ρ_１／２πｔ）＊ｌｎ（ｂ／ｒ）+（ρ_２
／２πｔ）＊ｌｎ（ａ／ｂ）で表される。なお、半径ｂは、予測される最大接触面積
の円（中心は円形電極８０ａの中心にある）の半径より
も大きく設定されている。

【００１５】ρ_１ｔ＝２０００ｋΩ、ρ_２ｔ＝２００ｋ
Ω、ｂ＝３．５ｍｍ、ａ＝６ｍｍとした場合のＲ_ＦＳＲ
と半径ｒとの関係を、図７に曲線Ｍ１で示す。図６に示
す圧力と接触半径との関係を元に、図７のＲ_ＦＳＲと半
径ｒとの関係を、Ｒ_ＦＳＲと圧力との関係に置き換える
と、図５に曲線Ｍで示すようになる。

【００１６】例えば、この面状感圧センサにおいて、抵
抗値が１００ｋΩのとき、本来の圧力は１０ｋＰａであ
るが、誤って９０ｋΩの抵抗値しか生じていなくても、
即ち、抵抗値に１０パーセントの誤差があっても、検出
される圧力は約１０．５ｋＰａであり、大きな誤差は生
じない。ところが、曲線Ｌにおいて、圧力１０ｋＰａの
場合の抵抗値は、約２５ｋΩであり、１０パーセントの
誤差があると、２２．５ｋΩとなり、検出される圧力は
約１２ｋＰａとなり、大きな誤差が生じる。曲線Ｈにお
いても同様である。このように圧力変化に対する抵抗値
の変化率を、この面状感圧センサでは大きくしているの
で、抵抗値のわずかな変化があっても、検出圧力に大き
な誤差は生じない。

【００１７】上述した面状感圧センサの抵抗値の変化
は、例えばログアンプ（対数増幅器）によって８ビット
のＡＤ値に変換処理される。このログアンプの出力と圧
力との関係を図８に示す。ここで、Ｍ２が、この面状感
応センサのものであり、Ｈ２はρ_１ｔが２０００ｋΩの
従来のもの、Ｌ２はρ_１ｔが２００ｋΩの従来のもので
ある。図８より、２５ｋＰａ以下において、面状感応セ
ンサの出力のダイナミックレンジを拡大できていること
が明らかである。

【００１８】すなわち、この面状感圧センサでは、例え
ば圧力が１０ｋＰａから２０ｋＰａに変化すると、ＡＤ
値は９８から１４８に変化する。即ち、ＡＤ値の変化率
は５である。曲線Ｌ２では、圧力が１０ｋＰａから２０
ｋＰａに変化すると、ＡＤ値は１５１から１６３に変化
し、ＡＤ値の変化率は約１．２である。曲線Ｈ２では、
圧力が１０ｋＰａから２０ｋＰａに変化すると、ＡＤ値
は５６から６８に変化し、抵抗値の変化率は曲線Ｌと同
様に１．２である。従って、この面状感圧センサでの変
化率が最も大きく、わずかな抵抗値の変化が生じても、
大きな検出誤差を生じることはない。車両の座席への座
りかたによって、押圧の方向や押圧の偏りが生じ、これ
によって同じ圧力が加えられていても、抵抗値が若干変
化するが、それでも計測される圧力には、大きな誤差が
生じることはない。

【００１９】本発明の第２の実施の形態の面状感応セン
サを図２に示す。第１の実施の形態では、抵抗値調整手
段を、抵抗率を変化させた２つのエリアによって構成し
たが、第２の実施の形態の抵抗値調整手段では、第１の
面状端子１８０の円形電極１８０ａの内部のエリアに、
同一の抵抗率を持つ印刷インクが印刷されている。但
し、円形電極１８０ａの中心付近には、多数の印刷イン
クの非印刷領域１８２が接近して形成されている。各非
印刷領域１８２は、例えば円形に形成されている。これ
ら非印刷領域１８２では、上面シート２が露出してお
り、絶縁性を有している。なお、印刷インクの厚さは一
定である。領域１８４には、多くの非印刷領域１８２が
設けられているので、即ち、絶縁部材が設けられている
ので、領域１８４の抵抗値は、この領域１８４の外周に
ある領域１８６（非印刷領域１８２が設けられていない
領域）の抵抗値よりも大きい。この実施の形態の面状感
応センサでも、第１の実施の形態と同様に、動作する。

【００２０】本発明の第３の実施の形態の面状感応セン
サ２８０は、図３に示すように、円形電極２８０ａの内
部に相当する上面シート２上の一定の領域のみに、抵抗
率が一定である印刷インクを印刷してある。具体的に
は、円形電極２８０ａの近辺から、その中心に向かって
徐々に幅寸法がが縮小される概略扇形の印刷インクから
なるエリア２８２が、一定の間隔、例えば９０度間隔
に、複数個、例えば４個形成されている。これらエリア
２８２の幅寸法が最も小さくされた先端側から円形電極
２８０ａの中心に向かって、エリア２８２の先端部の幅
寸法とほぼ等しい幅寸法を維持した概略矩形の印刷イン
クからなるエリア２８４が形成されている。なお、印刷
インクの厚さは、いずれの位置でも一定である。このよ
うに形成しているので、円形電極２８０ａの中心付近で
は、印刷インクが少なく、抵抗値が大きい。しかし、円
形電極２８０ａ付近では、印刷インクが多く、抵抗値が
小さい。即ち、外周部分よりも単位面積当たりの抵抗値
が高くなるように、絶縁部材（上面シート２）が円形電
極２８０ａの内部に配置されている。従って、第１の実
施の形態の面状感応センサと同様に、この実施の形態の
面状感応センサも動作する。

【００２１】上記の各実施の形態では、第１の面状端子
は、いずれも円形のものを使用したが、これに限ったも
のではなく、例えば矩形のものを使用することができ
る。この場合でも、第１の実施の形態と同様に中央部の
抵抗率を周辺部よりも大きくすることによって、第２の
実施の形態と同様に中央部に非印刷領域を形成すること
によって、第３の実施の形態と同様に、周辺部の印刷イ
ンクの印刷部分の面積を、中央付近の面積よりも大きく
することによって、ダイナミックレンジを大きくするこ
とができる。さらに、この実施の形態では、図７と図８
に示す特性をほぼ直線にすることができ、ダイナミック
レンジの変化率をほぼ均等にすることができる。

【００２２】第１の実施の形態では、抵抗率を２段階に
変化させたが、さらに多段階に変化させることもでき
る。この場合、円形電極の中心側の抵抗率を最も大きく
する。第２の実施の形態では、非印刷領域１８２は円形
としたが、これに限ったものではなく、例えば多角形状
とすることもできる。

【００２３】第３の実施の形態では、扇型のエリア２８
２を４つ形成したが、さらに多くのエリア２８２を形成
することもできる。この場合、必ずしも、増加させたエ
リア２８２それぞれに結合してエリア２８４を形成する
必要はない。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、面状端
子の中央付近の抵抗値を大きくし、周辺付近の抵抗値を
小さくしているので、圧力変化に対する抵抗値の変化量
を大きくすることができ、圧力の検出誤差を少なくでき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の面状感応センサの第
１の面状端子の平面図である。

【図２】本発明の第２の実施形態の面状感応センサの第
１の面状端子の平面図である。

【図３】本発明の第３の実施形態の面上感応センサの第
１の面状端子の平面図である。

【図４】従来の面状感応センサにおける圧力をかける前
とかけた後との縦断面図及び第１の面状端子の平面図で
ある。

【図５】従来の面状感応センサ及び第１の実施形態の面
状感応センサにおける抵抗値と圧力との関係を示す図で
ある。

【図６】圧力と接触半径との関係を示す図である。

【図７】接触半径と抵抗値との関係を示す図である。

【図８】従来の面状感応センサと第１の実施の形態の面
状感応センサの出力を処理した対数増幅器の出力と圧力
との関係を示す図である。

【符号の説明】８０１８０２８０第１の面状端子８０ｂ８０ｃ第１及び第２のエリア（抵抗値調整手
段）１８２非印刷領域（抵抗値調整手段）１８６印刷領域（抵抗値調整手段）２８２扇形エリア（抵抗値調整手段）２８４矩形エリア（抵抗値調整手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定間隔をあけて配置され、少なくとも
一方が弾性部材により形成された２つの面状部材と、一方の面状部材に設けられた第１の面状端子と、他方の面状部材における第１の面状端子と対向する位置
に設けられた第２の面状端子とを、備え、第１の面状端
子を抵抗素材により形成し、前記面状部材を押す圧力に
基づき第１の面状端子と第２の面状端子との接触面積が
変動することにより、第１の面状端子の非接触部分で決
定される抵抗値が変動する面状感応センサにおいて、前記圧力の増減に対する抵抗値の増減の割合を、同一抵
抗素子を面状端子の全面に形成したものよりも大きくす
る抵抗値調整手段を設けたことを特徴とする面状感応セ
ンサ。
【請求項２】請求項１記載の面状感応センサにおい
て、前記抵抗値調整手段は、第２の面状端子と最初に接
触する箇所を中心に第１の面状端子に形成された第１の
エリアと、第１のエリアの外周で、第１のエリアよりも
抵抗率の小さい抵抗素材によって第１の面状端子に形成
された第２エリアとからなることを特徴とする面状感応
センサ。
【請求項３】請求項１記載の面状感応センサにおい
て、前記抵抗値調整手段は、第１の面状端子の中心部分
が、その外周部分よりも単位面積当たりの抵抗値が高く
なるように、絶縁部位を第１面状端子に形成したことを
特徴とする面状感応センサ。