JP2003166884A - 感圧センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 加重の軽重を段階的に検出しつつ、抵抗値を
低減することで検出精度を上げる。 【解決手段】 感度の異なる複数のセンサー素子１３，
１４を導電性ゴム部材１２の各弾性導電チューブ体１１
ａ，１１ｂに挿入し、これにより荷重の軽重に対応して
段階的に荷重検知する。導電性ゴム部材１２の弾性導電
チューブ体１１ｃ内に接触可能に導体１５を設置し、導
電性ゴム部材１２だけでは抵抗値が高くなりすぎる事態
を、導体１５の存在によって防ぐ。導体１５が設けられ
ていない場合に比べて、荷重の検出精度が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、感圧センサーに
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車内の座席に着座している
人が存在しているかどうかを検知したり、クラクション
の操作を検知するために、自動車内の座席位置やクラク
ション位置に感圧センサーを設置することがある。この
感圧センサとしては、図８に示したようなメンブレンス
イッチ１が使用されていた。このメンブレンスイッチ１
は、上部接点シート２及び下部接点シート３と呼ばれる
２枚のポリエステルフィルムに、スペーサ４を挟んで貼
り合わせ、この上部接点シート２及び下部接点シート３
に、互いに離接自在の一対の接点５，６を対向配置させ
て貼着し、これらを表面シート７及び裏面粘着シート８
で挟み込んだものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】例えば、自動車内の座
席に着座している人の体の大きさに合わせて、エアバッ
ク噴射スピードの制御を行う場合や、押し圧によるクラ
クションの音色変化またはボリューム制御等を行う場合
に、上述した一般的なメンブレンスイッチ１では、スイ
ッチのオン／オフを行うのみで、スイッチにかかった荷
重の軽重に応じた段階的な検出ができない。

【０００４】そこで、この発明の課題は、押圧時の荷重
をその軽重に応じ段階的に且つ精度良く検知できる感圧
センサーを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
請求項１に記載の発明は、３つ以上の中空状の弾性導電
チューブ体が連なって一体成形されて外部からの押圧力
により弾性導電チューブ体が撓み変形可能に形成された
導電性ゴム部材と、１つの前記弾性導電チューブ体の内
部に接触可能に挿入されて前記弾性導電チューブ体より
も抵抗の小さい線状の導体と、他の複数の前記弾性導電
チューブ体の内部にそれぞれ挿入され、中心導体とその
周囲の間隔保持用絶縁部材とを有して、前記間隔保持用
絶縁部材の介在により前記中心導体が当該各弾性導電チ
ューブ体の内周面に対して離隔配置されるように構成さ
れた複数のセンサー素子とを備え、複数の前記センサー
素子の間隔保持用絶縁部材が、前記中心導体の外周面に
所定ピッチで横巻きされた紐状絶縁部材からなり、紐状
絶縁部材の前記ピッチが前記センサー素子によって異な
って設定されたものである。

【０００６】請求項２に記載の発明は、３つ以上の中空
状の弾性導電チューブ体が連なって一体成形されて外部
からの押圧力により弾性導電チューブ体が撓み変形可能
に形成された導電性ゴム部材と、１つの前記弾性導電チ
ューブ体の内部に接触可能に挿入される線状の導体と、
他の複数の前記弾性導電チューブ体の内部にそれぞれ挿
入され、中心導体とその周囲の間隔保持用絶縁部材とを
有して、前記間隔保持用絶縁部材の介在により前記中心
導体が当該各弾性導電チューブ体の内周面に対して離隔
配置されるように構成された複数のセンサー素子とを備
え、複数の前記センサー素子の間隔保持用絶縁部材が、
前記中心導体の外周面に所定ピッチで横巻きされた紐状
絶縁部材からなり、紐状絶縁部材の径が前記センサー素
子によって異なって設定されたものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の一の実施の形態
に係る感圧センサーの一例を示す平面視断面図、図２は
図１のＡ−Ａ断面図である。この感圧センサーは、自動
車のパワーウインドやパワースライドドアの挟み込み検
知センサー、または着座している人の体の大きさに合わ
せたエアバック噴射スピードの制御を行うためなどに使
用される体重検知型着座センサーとして使用されるもの
で、図１及び図２の如く、３つの中空状の弾性導電チュ
ーブ体１１ａ〜１１ｃが三連に連なって一体成形されて
なる導電性ゴム部材１２において、その各弾性導電チュ
ーブ体１１ａ〜１１ｃ内に、第１のセンサー素子１３と
第２のセンサー素子１４と金属導体１５とがそれぞれ挿
入されてなるものである。

【０００８】導電性ゴム部材１２は、弾性を有するゴム
樹脂内に所定量のフェライト粉末等の金属粉末を混入
し、所定の抵抗値を有する導電部材としたものであり、
上述のように、３つの中空状の弾性導電チューブ体１１
ａ〜１１ｃが平行並置されるように側方に三連に連なっ
て一体成形されて構成される。

【０００９】第１のセンサー素子１３は、第１の中心導
体２１の外周に所定の巻数（中心導体２１の単位長さ当
たりの巻回数）で第１の絶縁線（間隔保持用絶縁部材）
２２をコイル状に横巻きして構成されている。

【００１０】第１の中心導体２１は、例えば、高強度繊
維を撚り合わせた導体、単繊維または金属線からなる芯
線２１ａに、例えば導電用のニクロム線等の極細金属線
２１ｂがコイル状に横巻きされてなるもので、特に導電
性を有する部分（例えば極細金属線２１ｂ）が外部に露
出して構成されている。これにより、第１の中心導体２
１として、柔軟性（耐屈曲性）に優れ、且つ例えば直径
１ｍｍ以下の細径に形成しても高強度な導体を確保でき
るものである。

【００１１】第１の絶縁線２２は、例えばエナメル線の
ように中心導体の外周に絶縁コーティングを施した金属
線や、ヤーンまたは単繊維等の所定の径を有する線材で
あり、外表面が電気的絶縁性を有するように構成されて
いる。

【００１２】第２のセンサー素子１４は、上記した第１
の中心導体２１と同様の材料で構成された第２の中心導
体２４の外周に、第１のセンサー素子１３の巻数よりも
多い巻数（第２の中心導体２４の単位長さ当たりの巻回
数）で、第１の絶縁線２２と同様の材料からなる第２の
絶縁線２５をコイル状に横巻きして構成されている。
尚、第２の中心導体２４も、第１の中心導体２１と同様
に、芯線２４ａの周囲に極細金属線２４ｂがコイル状に
横巻きされて形成されている。

【００１３】ここで、第１の中心導体２１の外周におけ
る第１の絶縁線２２の巻数よりも、第２の中心導体２４
の外周における第２の絶縁線２５の巻数を密にしている
のは、第１の弾性導電チューブ体１１ａと第２の弾性導
電チューブ体１１ｂの両方に外部から同一の荷重が印加
されたときに、第１の弾性導電チューブ体１１ａが第１
の絶縁線２２を越えて内側へ弾性変形して第１の中心導
体２１に接触するよりも、第２の弾性導電チューブ体１
１ｂが第２の絶縁線２５を越えて第２の中心導体２４に
接触しにくくするためであり、かかる構成により、第１
のセンサー素子１３の感度を、第２のセンサー素子１４
の感度より高く設定するためである。

【００１４】そして、図３〜図５に示すように、導電性
ゴム部材１２の一端に一方の電線３１を接続し、例えば
その同じ一端において、各センサー素子１３，１４の各
中心導体２１，２４に対してそれぞれ電線３２ａ，３２
ｂを接続した状態で、一方の電線３１と他方の電線３２
ａ，３２ｂとの間の電流または電圧を検出するなどし
て、各センサー素子１３，１４の各中心導体２１，２４
が導電性ゴム部材１２に接触しているかどうかを検知す
ることで、この感圧センサーに印加された押圧力を検出
するようになっている（かかる動作は詳述する）。

【００１５】金属導体１５は、銅線等の抵抗値の極めて
低い金属材料で構成された金属単線または撚線であり、
第３の弾性導電チューブ体１１ｃの中空部の内径よりも
若干小さい径に設定されている。このように金属導体１
５を第３の弾性導電チューブ体１１ｃ内に挿入して設け
るのは、図３〜図５のように、弾性導電チューブ体１１
ａ〜１１ｃの長さ方向に沿って抵抗値の低い金属導体１
５を弾性導電チューブ体１１ａ〜１１ｃに対して並列に
接続した回路を構成し、これにより感圧センサーを長尺
化した場合にその長さ方向に対する抵抗値を低減するた
めである。

【００１６】上記構成の感圧センサーの使用方法を説明
する。まず図３のように、導電性ゴム部材１２の一端に
一方の電線３１を接続し、その同じ一端において、各セ
ンサー素子１３，１４の各中心導体２１，２４に対して
それぞれ電線３２ａ，３２ｂを接続する。そして、この
状態で、一方の電線３１と他方の電線３２ａ，３２ｂと
のそれぞれの間の電流または電圧を検出する。

【００１７】この際、感圧センサーに何らの荷重がかか
っていない場合には、図３のように、各センサー素子１
３，１４の中心導体２１，２４と導電性ゴム部材１２と
の間の接触がないことから、一方の電線３１と他方の各
電線３２ａ，３２ｂとの間に電流は流れない。

【００１８】ここで、この感圧センサーに少しだけ荷重
がかかった場合を考える。この場合、第１の弾性導電チ
ューブ体１１ａと第２の弾性導電チューブ体１１ｂの両
方に外部から同一の小さな荷重が印加される。そして、
第１の弾性導電チューブ体１１ａが第１の絶縁線２２を
越えて内側へ弾性変形し、第１の中心導体２１に接触す
る。しかしながら、第２の中心導体２４の外周における
第２の絶縁線２５の巻数が、第１の中心導体２１の外周
における第１の絶縁線２２の巻数よりも密に設定されて
いるため、第２の弾性導電チューブ体１１ｂが第２の絶
縁線２５を越えて第２の中心導体２４に接触することは
ない。即ち、図４の如く、第１のセンサー素子１３の第
１の中心導体２１のみが導電性ゴム部材１２（第１の弾
性導電チューブ体１１ａ）に接触する一方、第２のセン
サー素子１４の第２の中心導体２４は導電性ゴム部材１
２（第２の弾性導電チューブ体１１ｂ）に非接触とな
る。尚、図４中のＲ１は、第１のセンサー素子１３の第
１の中心導体２１と導電性ゴム部材１２（第１の弾性導
電チューブ体１１ａ）とが接触する際に生じる接触抵抗
を示している（後述の図５においても同様）。

【００１９】また、この感圧センサーに大きな荷重がか
かった場合を考える。この場合、第１の弾性導電チュー
ブ体１１ａと第２の弾性導電チューブ体１１ｂの両方に
外部から同一の大きな荷重が印加される。そして、第１
の弾性導電チューブ体１１ａが第１の絶縁線２２を越え
て内側へ弾性変形し、第１の中心導体２１に接触すると
ともに、第２の弾性導電チューブ体１１ｂが第２の絶縁
線２５を越えて内側へ弾性変形し、第２の中心導体２４
に接触する。したがって、その接続関係は図５のように
なる。尚、図５中のＲ２は、第２のセンサー素子１４の
第２の中心導体２４と導電性ゴム部材１２（第２の弾性
導電チューブ体１１ｂ）とが接触する際に生じる接触抵
抗を示している。

【００２０】このように、感度の異なる複数のセンサー
素子１３，１４を平行に配索することで、段階的な荷重
検知が可能となる。

【００２１】次に、感圧センサーにおける金属導体１５
の機能・動作について説明する。今、仮に金属導体１５
が設置されていない場合を考えてみる（図６）。この場
合、感圧センサーに荷重が印加されて、図７のように、
各センサー素子１３，１４の中心導体２１，２４が導電
性ゴム部材１２Ｘに接触すると、中心導体２１，２４と
導電性ゴム部材１２Ｘとの接触抵抗Ｒ１，Ｒ２と導電性
ゴム部材１２Ｘの長手方向に沿った抵抗Ｒ３とが直列に
接続されることになる。しかしながら、上述のように、
導電性ゴム部材１２（１２Ｘ）がゴム樹脂内に金属粉末
を混入して形成しているために、これが大きな抵抗値を
有していることから、感圧センサーが長尺に形成される
と、図７中の導電性ゴム部材１２Ｘの抵抗値Ｒ３が大き
すぎてしまい、そこに流れる電流または電圧を検出する
際に、その検出が困難になる。

【００２２】しかしながら、この実施の形態では、導電
性ゴム部材１２の長手方向に沿って、この導電性ゴム部
材１２に接触状態とされた金属導体１５を設置している
ので、感圧センサーのどの部分に荷重が印加されても、
図３〜図５のように、導電性ゴム部材１２の長手方向の
抵抗Ｒ３と金属導体１５とが常に並列に接続された状態
となる。

【００２３】尚、図３〜図５中の符号Ｒ４は、導電性ゴ
ム部材１２の端部における断面方向（図２）の短い距離
での抵抗と、金属導体１５がその端部で導電性ゴム部材
１２の第３の弾性導電チューブ体１１ｃの端部の内周に
接触する際の接触抵抗の合計値を意味しており、また、
抵抗Ｒ５は、感圧センサーが荷重を受けて撓んだ部分に
おける導電性ゴム部材１２の断面方向（図２）における
短い距離での抵抗と、金属導体１５がその荷重を受けた
ことによって導電性ゴム部材１２の第３の弾性導電チュ
ーブ体１１ｃの内周に接触する際の接触抵抗の合計値を
意味している。これらの抵抗Ｒ４，Ｒ５は、導電性ゴム
部材１２の長手方向における長距離の抵抗Ｒ３に比べて
極めて小さな抵抗値を示す。したがって、抵抗Ｒ４と金
属導体１５と抵抗Ｒ５の直列回路と、導電性ゴム部材１
２の長手方向の抵抗Ｒ３とが並列に接続された場合、こ
の並列回路の全体としての抵抗値は、図７に示した回路
（金属導体１５が設けられていない構成）に比べて極め
て低くなる。したがって、感圧センサーの感圧特性とし
て、短尺から長尺までの広範囲に亘って使用することが
可能となる。

【００２４】また、極めて簡単な構成で低抵抗化を実現
できるので、小型化されて柔軟性に優れ、且つ狭い部分
への配索が可能な感圧センサーを提供できる。

【００２５】尚、上記実施の形態において、センサー素
子１３，１４の各中心導体２１，２４の導体部分の抵抗
値については説明を省略していたが、例えば極細金属線
２１ｂに一定の抵抗値を持たせることで、その抵抗値の
変化を検出して接触した位置の検出も可能となる。この
場合は、荷重を段階的に判断するだけでなく、その接触
位置まで検出することができることから、例えばこの感
圧センサーを自動車の座席に設置する場合に、大人が座
っているか子供が座っているかを、その荷重の違いと、
座している位置の両方の情報によって判断することが可
能となる。

【００２６】また、上記実施の形態では、一対のセンサ
ー素子１３，１４のみを使用していたが、３個以上のセ
ンサー素子を並列して構成しても差し支えない。

【００２７】さらに、上記実施の形態では、絶縁線２
２，２５の巻数を変えることで各センサー素子１３，１
４の感度を変えていたが、例えば、絶縁線２２，２５の
径を変えることで各センサー素子１３，１４の感度を変
えてもよい。

【００２８】

【発明の効果】請求項１及び請求項２に記載の発明によ
れば、３つ以上の中空状の弾性導電チューブ体が連なっ
て一体成形されて外部からの押圧力により弾性導電チュ
ーブ体が撓み変形可能に形成された導電性ゴム部材と、
１つの弾性導電チューブ体の内部に接触可能に挿入され
て弾性導電チューブ体よりも抵抗の小さい線状の導体
と、他の複数の弾性導電チューブ体の内部にそれぞれ挿
入され、中心導体とその周囲の間隔保持用絶縁部材とを
有して、間隔保持用絶縁部材の介在により中心導体が当
該各弾性導電チューブ体の内周面に対して離隔配置され
るように構成された複数のセンサー素子とを備え、複数
のセンサー素子の間隔保持用絶縁部材が、中心導体の外
周面に所定ピッチで横巻きされた紐状絶縁部材からな
り、例えば紐状絶縁部材のピッチがセンサー素子によっ
て異なって設定されたり、あるいは、紐状絶縁部材の径
がセンサー素子によって異なって設定されることによ
り、各センサー素子の感度を変更して設定しているの
で、荷重の軽重に対応した段階的な荷重検知が可能とな
る。

【００２９】そして、導電性ゴム部材の内部に接触可能
に導体が設置されているので、導電性ゴム部材だけでは
抵抗値が高くなりすぎる事態を、導体の存在によって防
止することができる。したがって、導体が設けられてい
ない場合に比べて、荷重の検出精度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一の実施の形態に係る感圧センサー
を示す平面視断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】荷重がかかっていない場合の感圧センサーを示
す内部の等価回路図である。

【図４】軽い荷重がかかっている場合の感圧センサーを
示す内部の等価回路図である。

【図５】重い荷重がかかっている場合の感圧センサーを
示す内部の等価回路図である。

【図６】感圧センサーとして金属導体及び第３の弾性導
電チューブ体が設けられていない場合を仮定した状態の
断面図である。

【図７】感圧センサーとして金属導体及び第３の弾性導
電チューブ体が設けられていない場合を仮定した状態の
内部の等価回路図である。

【図８】一般的なメンブレンスイッチを示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１１ａ〜１１ｃ 弾性導電チューブ体 １２ 導電性ゴム部材 １３ 第１のセンサー素子 １４ 第２のセンサー素子 １５ 金属導体 ２１ 中心導体 ２１ａ 芯線 ２１ｂ 極細金属線 ２２ 絶縁線 ２４ 中心導体 ２５ 絶縁線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３つ以上の中空状の弾性導電チューブ体
   が連なって一体成形されて外部からの押圧力により弾性
   導電チューブ体が撓み変形可能に形成された導電性ゴム
   部材と、 １つの前記弾性導電チューブ体の内部に接触可能に挿入
   されて前記弾性導電チューブ体よりも抵抗の小さい線状
   の導体と、 他の複数の前記弾性導電チューブ体の内部にそれぞれ挿
   入され、中心導体とその周囲の間隔保持用絶縁部材とを
   有して、前記間隔保持用絶縁部材の介在により前記中心
   導体が当該各弾性導電チューブ体の内周面に対して離隔
   配置されるように構成された複数のセンサー素子とを備
   え、 複数の前記センサー素子の間隔保持用絶縁部材が、前記
   中心導体の外周面に所定ピッチで横巻きされた紐状絶縁
   部材からなり、紐状絶縁部材の前記ピッチが前記センサ
   ー素子によって異なって設定されたことを特徴とする感
   圧センサー。
2. 【請求項２】 ３つ以上の中空状の弾性導電チューブ体
   が連なって一体成形されて外部からの押圧力により弾性
   導電チューブ体が撓み変形可能に形成された導電性ゴム
   部材と、 １つの前記弾性導電チューブ体の内部に接触可能に挿入
   される線状の導体と、 他の複数の前記弾性導電チューブ体の内部にそれぞれ挿
   入され、中心導体とその周囲の間隔保持用絶縁部材とを
   有して、前記間隔保持用絶縁部材の介在により前記中心
   導体が当該各弾性導電チューブ体の内周面に対して離隔
   配置されるように構成された複数のセンサー素子とを備
   え、 複数の前記センサー素子の間隔保持用絶縁部材が、前記
   中心導体の外周面に所定ピッチで横巻きされた紐状絶縁
   部材からなり、紐状絶縁部材の径が前記センサー素子に
   よって異なって設定されたことを特徴とする感圧センサ
   ー。