JP2004198437A - Piezoelectric sensor and pinching-preventing equipment - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a piezoelectric sensor that generates an output upon contact with an object, a load detection device for the piezoelectric sensor, and an anti-jamming device that arranges the piezoelectric sensor in an opening / closing unit such as a window, a door, or a shutter to detect and prevent jamming of an object. It is about.
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(例えば特許文献1あるいは特許文献2参照)、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。
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。 However, the conventional piezoelectric sensor load detecting device and anti-jamming device have the following problems.
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。 The piezoelectric sensor is electrically close to the capacitor C, and if a resistor R is connected in parallel to the output terminal, it becomes a high-pass filter having a cutoff frequency fc (= 1 / (2πCR)). On the other hand, an output signal due to contact with an object is generally a low-frequency signal of several tens of Hz or less, and if processed by a high-pass filter, the output level may be significantly reduced. Therefore, it is necessary to reduce the cutoff frequency fc by increasing the resistance R as much as possible. However, if the resistance is higher than 1 MΩ, it is expensive and handling such as noise countermeasures becomes difficult. For this reason, a practically high resistance must be employed, and the output level may be somewhat sacrificed. Further, the piezoelectric sensor has a very high output impedance and a low output voltage from the beginning, though it depends on the piezoelectric material and shape. Therefore, after the signal is received by an impedance conversion circuit such as an FET, the gain must be greatly increased by an amplifier circuit.
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。 After all, the conventional piezoelectric sensor, the piezoelectric sensor load detecting device, and the pinching prevention device have a problem that the output of the piezoelectric sensor is small.
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。 In order to solve the above-described problems, the piezoelectric sensor and the piezoelectric sensor load detecting device of the present invention reduce the area that receives a contact load from an object.
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。 According to the above invention, since the area receiving the contact load from the object is reduced, the load (pressure) per unit area of the contact portion increases, the displacement of the contact portion increases, the strain increases, and the generated electric charge increases. Increases, the polarization current increases, and the output of the piezoelectric sensor increases.
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。 Further, the piezoelectric sensor load detecting device according to the present invention has a reduced area that is displaced by receiving a contact load from an object.
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。 According to the above invention, since the area that is displaced by receiving a contact load from the object is reduced, there are portions that are displaced and portions that are not displaced, so that the strain in the piezoelectric sensor increases, the generated charge increases, and the polarization current increases. As a result, the output of the piezoelectric sensor increases.
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。 Also, the anti-jamming device of the present invention reduces the area that receives a contact load from an object, or reduces the area that is displaced by receiving a contact load from an object, by using a piezoelectric sensor and a piezoelectric sensor load detection device that abut the moving member. A piezoelectric sensor disposed in an opening / closing section composed of a member, and control means for detecting an object caught in the opening / closing section based on an output of the piezoelectric sensor and controlling opening / closing operation of the opening / closing section. Things.
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。 According to the invention, when the area where the piezoelectric sensor receives the contact load from the object is reduced, the load (pressure) per unit area of the contact portion increases, the displacement amount of the contact portion increases, and the strain is reduced. As a result, the generated charge increases, the polarization current increases, and the output of the piezoelectric sensor increases. Therefore, the output of the piezoelectric sensor is increased, and the accuracy of pinch detection can be improved. On the other hand, if the area of the piezoelectric sensor that is displaced by receiving a contact load from the object is reduced, there are parts that displace and parts that do not displace, so the strain in the piezoelectric sensor increases, the generated charge increases, and the polarization current increases. As a result, the output of the piezoelectric sensor increases, so that the accuracy of pinch detection can be improved.
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、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。
As described above, the piezoelectric sensor according to
そして、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。 In addition, at least one convex portion, concave portion, or hole is provided on a surface that receives a contact load from the object. The projection of the piezoelectric sensor easily contacts the object, and the periphery of the projection hardly contacts the object. Conversely, the concave portion or the hole of the piezoelectric sensor hardly comes into contact with the object, and the periphery of the concave portion or the periphery of the hole easily comes into contact with the object. Therefore, the piezoelectric sensor has a portion that is likely to be in contact with the object and a portion that is not easily contacted, so that the area that receives the contact load from the object can be reduced. Therefore, there is an effect that the output of the piezoelectric sensor can be easily increased.
また、本発明の請求項2に係る圧電センサ荷重検出装置は、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のものである。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a piezoelectric sensor load detecting device in which an opposing member having at least one convex portion, concave portion, or hole is opposed to the piezoelectric sensor.
まず、対向部材が圧電センサからみて物体側に配置された場合、対向部材の凸部に対向した位置の圧電センサは凸部に押されるために物体からの荷重を受けやすく、凸部の周囲に対向した位置の圧電センサは物体からの荷重を受けにくくなる。逆に、対向部材の凹部または孔部に対向した位置の圧電センサは凹部または孔部から押されないので物体からの荷重を受けにくく、凹部の周囲または孔部の周囲に対向した位置の圧電センサは物体からの荷重を受けやすくなる。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。 First, when the opposing member is disposed on the object side when viewed from the piezoelectric sensor, the piezoelectric sensor at the position opposing the convex portion of the opposing member is easily pressed by the convex portion, and thus easily receives a load from the object. The piezoelectric sensors at the opposed positions are less likely to receive a load from the object. Conversely, the piezoelectric sensor at the position facing the concave portion or the hole of the opposing member is not pressed from the concave portion or the hole, so it is difficult to receive the load from the object, and the piezoelectric sensor at the position around the concave portion or around the hole is It becomes easy to receive the load from the object. Therefore, the piezoelectric sensor has a portion that is likely to receive the load from the object and a portion that is unlikely to receive the load from the object, so that the area receiving the contact load from the object can be reduced.
一方、対向部材が圧電センサからみて物体とは反対側に配置された場合、対向部材の凸部に対向した位置の圧電センサは凸部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、凸部の周囲に対向した位置の圧電センサは変位しやすくなる。逆に、対向部材の凹部または孔部に対向した位置の圧電センサは凹部または孔部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、凹部の周囲または孔部の周囲に対向した位置の圧電センサは変位しにくくなる。よって圧電センサ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、物体から接触荷重を受けて変位する面積を低減できることになる。よっていずれの場合も圧電センサの出力が大きくなる効果がある。 On the other hand, when the opposing member is located on the opposite side of the object as viewed from the piezoelectric sensor, the piezoelectric sensor at the position opposing the convex portion of the opposing member is displaced even when receiving a load from the object because it is obstructed by the convex portion. Therefore, the piezoelectric sensor at a position facing the periphery of the convex portion is easily displaced. Conversely, the piezoelectric sensor at a position facing the concave portion or the hole of the opposing member is easily displaced when receiving a load from an object because the piezoelectric sensor is not hindered by the concave portion or the hole, and is located at a position facing the periphery of the concave portion or around the hole. Is difficult to be displaced. Therefore, the piezoelectric sensor has a portion that is easily displaced when receiving a load from the object and a portion that is hardly displaced when receiving a load from the object, and thus the area that is displaced by receiving the contact load from the object can be reduced. Therefore, in any case, there is an effect that the output of the piezoelectric sensor increases.
また、本発明の請求項3にかかる圧電センサは対向部材をメッシュ形状とし、本発明の請求項4にかかる圧電センサ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。よって請求項2同様に、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。 In the piezoelectric sensor according to the third aspect of the present invention, the facing member has a mesh shape, and in the piezoelectric sensor according to the fourth aspect of the present invention, the facing member has a coil spring shape. Protrusions or depressions or holes can be formed. Therefore, similarly to the second aspect, the area where the piezoelectric sensor receives the contact load from the object can be reduced, and the area where the piezoelectric sensor receives the contact load from the object can be reduced, so that the output of the piezoelectric sensor can be easily increased. There is an effect that can be done.
また、本発明の請求項5に係る圧電センサは、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。
Further, in the piezoelectric sensor according to
さらに、本発明の請求項6に係る挟み込み防止装置は、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の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。
Further, an anti-jamming device according to
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。 When the area where the piezoelectric sensor receives the contact load from the object is reduced, the load (pressure) per unit area of the contact portion increases, the displacement of the contact portion increases, the strain increases, and the generated charge increases. Increases, the polarization current increases, and the output of the piezoelectric sensor increases.
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。 On the other hand, when the load sensor reduces the area in which the piezoelectric sensor receives a contact load from an object and is displaced, there is a portion that is displaced and a portion that is not displaced. The polarization current increases, and the output of the piezoelectric sensor increases.
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。 Therefore, in any case, the output of the piezoelectric sensor is increased, so that there is an effect that the accuracy of the entrapment detection can be improved.
本発明の請求項1にかかる圧電センサは、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。
In order to increase the output of the piezoelectric sensor, the piezoelectric sensor according to
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。 Since the area of the piezoelectric sensor itself that receives the contact load from the object is reduced, the load (pressure) per unit area of the contact area increases, the displacement of the contact area increases, the strain increases, and the generated charge increases. As the polarization current increases, the output of the piezoelectric sensor increases.
本発明の請求項2にかかる圧電センサは、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。 A piezoelectric sensor according to a second aspect of the present invention has at least one convex portion, concave portion, or hole on a surface that receives a contact load from an object in order to increase the output of the piezoelectric sensor.
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。 The projection of the piezoelectric sensor easily contacts the object, and the periphery of the projection hardly contacts the object. Conversely, the concave portion or the hole of the piezoelectric sensor hardly comes into contact with the object, and the periphery of the concave portion or the periphery of the hole easily contacts the object. Therefore, the piezoelectric sensor has a portion that is likely to be in contact with the object and a portion that is not easily contacted, so that the area that receives the contact load from the object can be reduced.
また、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ものである。 Further, an opposing member having at least one convex portion, concave portion, or hole is made to oppose the piezoelectric sensor.
そして、対向部材が圧電センサからみて物体側に配置された場合、対向部材の凸部に対向した位置の圧電センサは凸部に押されるために物体からの荷重を受けやすく、凸部の周囲に対向した位置の圧電センサは物体からの荷重を受けにくくなる。逆に、対向部材の凹部または孔部に対向した位置の圧電センサは凹部または孔部から押されないので物体からの荷重を受けにくく、凹部の周囲または孔部の周囲に対向した位置の圧電センサは物体からの荷重を受けやすくなる。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。一方、対向部材が圧電センサからみて物体とは反対側に配置された場合、対向部材の凸部に対向した位置の圧電センサは凸部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、凸部の周囲に対向した位置の圧電センサは変位しやすくなる。逆に、対向部材の凹部または孔部に対向した位置の圧電センサは凹部または孔部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、凹部の周囲または孔部の周囲に対向した位置の圧電センサは変位しにくくなる。よって圧電センサ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、物体から接触荷重を受けて変位する面積を低減できることになる。 When the opposing member is disposed on the object side when viewed from the piezoelectric sensor, the piezoelectric sensor at the position opposing the convex portion of the opposing member is pressed by the convex portion, so that it is likely to receive a load from the object, and the periphery of the convex portion The piezoelectric sensors at the opposed positions are less likely to receive a load from the object. Conversely, the piezoelectric sensor at the position facing the concave portion or the hole of the opposing member is not pressed from the concave portion or the hole, so it is difficult to receive the load from the object, and the piezoelectric sensor at the position around the concave portion or around the hole is It becomes easy to receive the load from the object. Therefore, the piezoelectric sensor has a portion that is likely to receive the load from the object and a portion that is unlikely to receive the load from the object, so that the area receiving the contact load from the object can be reduced. On the other hand, when the opposing member is located on the opposite side of the object as viewed from the piezoelectric sensor, the piezoelectric sensor at the position opposing the convex portion of the opposing member is displaced even when receiving a load from the object because it is obstructed by the convex portion. Therefore, the piezoelectric sensor at a position facing the periphery of the convex portion is easily displaced. Conversely, the piezoelectric sensor at a position facing the concave portion or the hole of the opposing member is easily displaced when receiving a load from an object because the piezoelectric sensor is not hindered by the concave portion or the hole, and is located at a position facing the periphery of the concave portion or around the hole. Is difficult to be displaced. Therefore, the piezoelectric sensor has a portion that is easily displaced when receiving a load from the object and a portion that is hardly displaced when receiving a load from the object, and thus the area that is displaced by receiving the contact load from the object can be reduced.
本発明の請求項3にかかる圧電センサは、対向部材をメッシュ形状としたものである。 In the piezoelectric sensor according to a third aspect of the present invention, the opposing member has a mesh shape.
本発明の請求項4にかかる圧電センサは、対向部材をコイルばね形状としたものである。 In a piezoelectric sensor according to a fourth aspect of the present invention, the opposed member has a coil spring shape.
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。 If the facing member has a mesh shape or a coil spring shape, a convex portion, a concave portion, or a hole portion can be easily formed on the surface facing the piezoelectric sensor, so that the area where the piezoelectric sensor receives a contact load from an object can be reduced, The area where the piezoelectric sensor is displaced by receiving a contact load from an object can be reduced.
本発明の請求項5にかかる圧電センサは、上記に加え、圧電センサを対向部材に沿って配設するものである。 According to a fifth aspect of the present invention, in addition to the above, the piezoelectric sensor is provided along the facing member.
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。 When the piezoelectric sensor is disposed along the facing member having at least one convex portion, concave portion, or hole, the piezoelectric sensor itself has at least one convex portion, concave portion, or hole, and a contact load is applied from an object. The receiving area can be reduced, and the area where the piezoelectric sensor is displaced by receiving a contact load from an object can be reduced.
本発明の請求項6にかかる挟み込み防止装置は、請求項1ないし5のいずれか1項に記載の圧電センサ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。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an anti-jamming device, comprising: a piezoelectric sensor provided in an opening / closing portion formed by a moving member and a contact member by the piezoelectric sensor according to any one of the first to fifth aspects. And control means for detecting the object being caught in the opening / closing section based on the output of the piezoelectric sensor and controlling the opening / closing operation of the opening / closing section.
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。 When the area where the piezoelectric sensor receives the contact load from the object is reduced, the load (pressure) per unit area of the contact portion increases, the displacement of the contact portion increases, the strain increases, and the generated charge increases. Increases, the polarization current increases, and the output of the piezoelectric sensor increases. On the other hand, when the load detection device reduces the area where the piezoelectric sensor receives a contact load from an object and is displaced, there are portions that are displaced and portions that are not displaced. The polarization current increases, and the output of the piezoelectric sensor increases. Therefore, in any case, the output of the piezoelectric sensor is increased, so that the accuracy of the entrapment detection can be improved.
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(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。
(Example 1)
FIG. 1 is an external view of an anti-jamming device according to a first embodiment of the present invention. This embodiment shows a case where the opening / closing section is applied to, for example, a power window for a vehicle. In the figure, 1 is a window glass as a moving member, 2 is a crank for moving up and down the
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。
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. FIG. 2 shows a state in which the
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。
3A and 3B are views showing a state when the
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。
In the present embodiment, the surface (convex portion 11) that receives the contact load from the
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。
The
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。 In this example, a sintered powder of lead zirconate titanate was used. However, it has high heat resistance and the orientation of the crystal structure due to polarization, that is, the property of generating a voltage with respect to a pressure load ( As long as it has piezo-electricity, for example, the same result as in the present embodiment can be obtained even when a sintered powder of lead titanate is used.
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。 When the use temperature is low, a conventional polyvinylidene fluoride film disclosed in JP-A-10-76843, JP-A-10-132669, or the like may be used.
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。 The electrode is not limited to conductive rubber, but may be a metal foil such as copper or aluminum, or a conductive paint.
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。
Note that the
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。
FIG. 4 is a configuration diagram of the
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。 Although FIG. 4 shows a fixed shape having no irregularities in the longitudinal direction, irregularities may be formed in the longitudinal direction.
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。
FIG. 5 is an output characteristic diagram of the piezoelectric sensor of this embodiment. Assuming that an object (for example, a driver's finger) is sandwiched between the
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。
FIG. 6 is a block diagram showing the circuit processing of this embodiment. The contact detecting means 14 for detecting a contact of an object based on the output signal from the
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。
Although not shown, a resistor for detecting disconnection and short circuit between the
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。
FIG. 7 shows an example of a circuit diagram for detecting the disconnection / short circuit. In the drawing, Ps is a
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。 Next, the operation and operation of the anti-jamming device will be described with reference to the drawings.
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。
In FIG. 1, for example, in a state where the
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。
Next, the signal generated from the
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。
FIG. 9 illustrates the criterion. The horizontal axis is the output signal Vf2 from the
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。
FIG. 10 is a judgment flowchart showing the procedure of the above judgment. When the SW of the power window is turned on in
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。
Although two filtering units are provided in the above description, the number of filtering units is not limited to two, and the characteristics and number of the filtering units can be optimized according to an application example so as to detect pinching. In particular, if the output signal level at the time of contact with an object is much higher than the level of vibration noise of the vehicle due to the shape and arrangement method of the
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。
Further, as shown in FIG. 7, by applying a voltage between the electrodes via the resistor r1 and monitoring the output VO1, disconnection of the electrodes can be detected. That is, in FIG. 7, VO1 in the normal state is a divided voltage of r1, r2, and r3 with respect to the power supply voltage Vd. If the point p1 or the point p2 is equivalently opened when the electrode of the
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。 With the above operation, the opening / closing operation of the opening / closing unit can be stopped when contact with the object is detected based on the output signal of the piezoelectric sensor, and the piezoelectric sensor converts distortion caused by contact with the object into an electric signal. Therefore, even if the piezoelectric sensor gets wet due to rain, car washing, or the like, it is possible to accurately detect the entrapment without erroneous detection. In addition, since the piezoelectric sensor does not have a contact such as a pressure-sensitive switch, it is possible to realize a durable anti-jamming device without poor contact or short circuit.
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。 If the piezoelectric sensor is disposed on the window frame side, that is, on the contact member, as in the present embodiment, the piezoelectric sensor does not move at the time of opening and closing, so that the holding of the lead wire or the like is easy.
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。 The piezoelectric sensor may be provided on the window glass side, that is, on the moving member side. In this case, there is an effect that the detection error and the detection delay hardly occur because the contact is surely made at the time of the pinching. Similarly, in the case of automobiles, the window is positioned lower than the window frame, and when an object is sandwiched, it is likely that the window frame comes into contact with the window frame earlier than the window frame. And it is more likely that the vehicle can be stopped before being pinched, and the safety is higher.
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。 Further, in the present embodiment, the contact detection means detects only a specific frequency component generated at the time of contact with an object out of the signals output from the piezoelectric sensor. The contact signal of the object can be detected by distinguishing the output signal of the piezoelectric sensor due to the vibration of the object from the output signal of the contact with the object, and the detection accuracy is improved.
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。 Also, if the output signal of whether or not the object has contacted is made valid only when the open / close position signal output from the open / close position detecting unit is within a predetermined set range, the open / close position exceeds the set range, and the normal When the opening / closing section is completely closed, even if a signal is output from the piezoelectric sensor and the contact detection means detects that an object is in contact, the detection signal is ignored and unnecessary opening can be prevented.
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。 In addition, the piezoelectric sensor has a resistor between the electrodes on the sensor tip side to detect disconnection or short circuit of the sensor, and detects a disconnection or short circuit of the electrode by applying a voltage between the electrodes via the resistor and monitoring Therefore, reliability can be improved.
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。 In the above embodiment, one piezoelectric sensor is provided. However, if two piezoelectric sensors are provided, for example, the following effects can be obtained.
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。 If one is installed in the opening / closing part for detecting pinching and the other is installed for detecting vehicle vibration, only the output due to vehicle vibration is offset by taking the difference between the two outputs. As a result, pinch detection accuracy is improved.
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。 In addition, by providing the movable member and the abutting member respectively and stopping the driving of the driving means only when both of them generate a pinching output, the accuracy of pinching prevention is improved. For example, if the driver's finger touches the window glass when the window glass starts to rise from the fully opened state, it does not lead to the pinching, so there is no need to originally stop the vehicle (if it stops, the switch must be pressed again). In such a case, it can be stopped only when it is really caught, without stopping.
(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。
(Example 2)
11 and 12 show a configuration of the
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。
According to the present embodiment, since the
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。
Further, in the
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。
Although the
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。
The covering
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。
Further, the covering
(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。
(Example 3)
FIG. 13 shows a configuration of the
(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。
(Example 4)
FIG. 14 shows the configuration of the
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。 As described above, in the first to fourth embodiments, the example in which the area receiving the contact load from the object is reduced by the configuration of the piezoelectric sensor itself has been described. However, each embodiment is not limited to only the configuration. May be combined with each other or partially replaced.
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。 Regarding the anti-jamming device, the piezoelectric sensor may be mounted at a position where the object can be contacted when the object is nipped, so that the anti-jamming device may be mounted on the moving member or the abutting member, or other parts near the opening / closing unit ( For example, it may be mounted on a weather strip or a side visor.
(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。
(Example 5)
FIG. 15 shows a load detecting device for a piezoelectric sensor according to a fifth embodiment of the present invention. This embodiment is an example in which the area of receiving a contact load from an object is reduced by a method of disposing a piezoelectric sensor. The
(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。
(Example 6)
FIG. 16 shows a piezoelectric sensor load detecting device according to a sixth embodiment of the present invention. In this embodiment, a convex portion is formed on the facing member. FIG. 16A shows an example in which the
(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。
(Example 7)
FIG. 17 shows a piezoelectric sensor load detecting device according to a seventh embodiment of the present invention. The present embodiment is an example relating to an anti-jamming device for a power window of a vehicle, in which a flexible
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。
In this embodiment, the
(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。
(Example 8)
FIG. 18 shows a piezoelectric sensor load detecting device according to an eighth embodiment of the present invention. In this embodiment, an accordion-shaped opposing
(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。
(Example 9)
FIG. 19 shows a piezoelectric sensor load detecting device according to a ninth embodiment of the present invention. In this embodiment, the
(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。
(Example 10)
FIG. 20 shows a piezoelectric sensor load detecting device according to a tenth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the
(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。
(Example 11)
FIG. 21 shows a load sensor for a piezoelectric sensor according to an eleventh embodiment of the present invention. In this embodiment, the
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。 In addition, it is conceivable that the opposing member forms irregularities on the surface opposite to the object so that the piezoelectric sensor follows the object. In this case, the piezoelectric sensor at a position close to the support member (on the convex portion of the opposing member) is hindered by the support member and is not easily displaced, whereas the piezoelectric sensor at a position far from the support member (on the concave portion of the opposing member). Is not disturbed by the support member, so that it is easily displaced. Therefore, a portion that is displaced and a portion that is not displaced are generated, so that the strain in the piezoelectric sensor increases, the generated charge increases, the polarization current increases, and the output of the piezoelectric sensor increases.
(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。
(Example 12)
FIG. 22 is an operation block diagram of the anti-jamming device according to the twelfth embodiment of the present invention. FIG. 22 also shows a cross section of the
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。
The outside of the
次に動作、作用について説明する。 Next, the operation and operation will be described.
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。 In short, in other embodiments, the pinching is detected by the output of the piezoelectric sensor, whereas in the present embodiment, the pinching is detected by a change in the output of the piezoelectric sensor.
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。
In the
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。
According to the above-described operation, for example, when vibration during traveling of the vehicle is applied to the
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。
Note that the
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。
Further, as shown in FIG. 22, the contact detecting means 14 includes a second band-pass filter 45 having a center frequency of f1. May be configured to detect the contact of the object based on the output signal of. The operation of this configuration will be described below. FIG. 23C shows the signal waveform of the output V5 of the second bandpass filter 45. In the figure, the vertical axis is V5 and the horizontal axis is time t. When an object comes into contact with the piezoelectric sensor at time t1, the vibration of frequency f3 by the
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。 In addition, regarding the arrangement of the piezoelectric sensor in the anti-jamming device of the automobile, the piezoelectric sensor may be disposed on the vehicle body on the window frame side, a weather strip, a side visor, or the like, may be integrated, or may be disposed on the window glass side. In the case of the hard top type, it may be provided on the vehicle body side instead of the window frame.
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。 In the above-described embodiment, the anti-jamming device using the piezoelectric sensor in the power window for a vehicle is described. However, the anti-jamming device may be used not only for a window but also for a door such as a door or a sunroof, or used for a shutter. Good. Basically, the present invention can be applied to a device in which a gap between the moving member and the contact member changes, that is, a device in which a certain object may be sandwiched.
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。 In the case of a train door or an automatic door at the entrance, it is considered that two moving members are opposed to each other, but those included in the present invention by placing the other viewed from one moving member as a contact member It is.
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。 The configuration of each of the above embodiments is not a limited configuration, and can be partially replaced or combined with the configuration shown in another embodiment. You can choose. For example, the facing member may be on the object side when viewed from the piezoelectric sensor, or may be on the side opposite to the object. The piezoelectric sensor may be provided on the facing member or may be provided on another member. The protrusions, recesses, and holes are not limited to those, and can be easily replaced with each other or combined with each other.
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)
1 Window glass (moving member)
5 control means 6 window frame (contact member)
7 Opening / closing
30, 37
34 Opposing
39 mesh (opposite member)
40 coil spring (opposite member)
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