JP2004340796A - 感圧センサ及び開閉装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】荷重吸収部19の少なくとも一部の横幅を圧電センサ17(感圧手段)を配設した位置の横幅よりも大きくした。これによって、斜め方向からの物体の接触に対する荷重吸収部19の強度保持力を高めたので、斜め方向から物体が接触した際に荷重吸収部19が腰折れすることがなく、斜め方向からの物体の接触を確実に検出でき、かつ、荷重吸収部19により接触時に物体に印加される荷重を低減できる。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の接触を検出する感圧センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の感圧センサを図9〜図12を用いて説明する。
【0003】
図9は従来の感圧センサが配設された開閉装置として自動車のスライドドアの外観図で、1は自動車の開口部としてのボディー、2はボディー1を開閉する開閉部としてのスライドドアで、モータ(図示せず)により電動で開閉する。スライドドア2の端部には感圧センサとしてのタッチセンサ3が配設されている。図10(a)、(b)は図9のA−A線における断面図である。図10(a)はボディー1とスライドドア2との間に物体の挟み込みがない状態でスライドドア2が閉止した場合、図10(b)はボディー1とスライドドア2との間に物体の挟み込みがある場合を示している。図10(a)、(b)において、タッチセンサ3は空隙部4を挟んで対抗する2つの電極5を有している。タッチセンサ3はフランジ部7に近接して配設され、取付け金具6を介してスライドドア2に固定されている。
【0004】
上記構成により、スライドドア2が閉動作中に図10(b)のように物体Mが挟み込まれると、挟み込みの衝撃荷重によりタッチセンサ3の前端がフランジ部7の前端と同じ位置までつぶれた時、タッチセンサ3の電極4同士が接触し挟み込みが検出され、スライドドア2の閉動作が停止されて反転後退させられる(特許文献1参照)。
【0005】
しかしながら、前記従来の構成では、タッチセンサ3が挟み込みを検出してからモータが反転を開始しようとしても、スライドドア2の重量により慣性力が働き、瞬時に反転はしない。すなわち、タッチセンサ3が挟み込みを検出してからも暫時、スライドドア2は閉止方向に移動してしまい、フランジ部7の前端が物体に当たってもさらに押圧するため、物体に不要に過大な荷重が印加されてしまうといった課題があったため、発明者らは次のような改良を考案した。
【0006】
図11(a)、(b)は発明者らの行った考案における感圧センサ8をスライドドア2に適用した場合の、図9のA−A線に相当する位置における断面図である。図11(a)は物体の挟み込みがない状態でスライドドア2が閉止した場合、図11(b)は物体の挟み込みがある場合を示している。図12(a)は同考案の感圧センサ8に物体が斜め方向から接触した際の外観図、図12(b)は図12(a)のB−B線における断面図である。
【0007】
感圧センサ8はケーブル状で可撓性の有る圧電センサからなる感圧手段9と、感圧手段9を支持する支持手段10とからなり、支持手段10は側壁部11aと中空部11bとを有した荷重吸収部11を備えている。12は感圧センサ8をスライドドア2の端面に固定するための取付け金具、13は助手席側ドア、14及び15はフランジである。
【0008】
この構成により、図11(b)に示したように、物体Mがフランジ15と感圧センサ8の間に挟み込まれると、感圧センサ8が物体の接触による押圧により変形し、感圧手段9は前記変形の加速度が所定値以上となると物体の接触を検出する。そして、感圧手段9により物体の接触が検出されるとスライドドア2の閉動作が停止されて反転後退させられる。この際、スライドドア2の重量による慣性力により暫時、スライドドア2が閉止方向に移動しても、荷重吸収部11が変形して物体Mに印加される挟み込みの荷重を吸収するため、物体に不要に過大な荷重が印加されてしまうといったことがなく、挟み込み荷重を低減することができる(特許文献2参照)。
【0009】
【特許文献1】
特開平10−264652号公報
【特許文献2】
特開2002−96637号公報
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献2に記載の従来の感圧センサ8は、図12(a)、(b)に示したように感圧センサ8に物体Mが斜め方向から接触すると、側壁部11aと中空部11bとからなる荷重吸収部11が柔らかいため、接触点Pを中心として広い範囲D1にわたって荷重吸収部11が腰折れ状態となり、感圧手段9が変形する際の曲率が小さくなり、変形の加速度が所定値以上にならず、物体の接触を検出できない場合があるといった課題があった。
【0011】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、物体が斜め方向から接触しても確実に接触を検出し、かつ、接触時に物体に印加される荷重を低減できる感圧センサを提供することを目的とする。
【0012】
【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、荷重吸収部の少なくとも一部の横幅を感圧手段を配設した位置の横幅よりも大きくしたものである。これによって、斜め方向からの物体の接触に対する荷重吸収部の強度保持力を高めたので、斜め方向から物体が接触した際に、接触点を中心として荷重吸収部が広範囲にわたって腰折れして感圧手段の変形が不要に小さくなるといったことがなくなり、斜め方向からの物体の接触を確実に検出でき、かつ、荷重吸収部により接触時に物体に印加される荷重を低減できる。
【0013】
【発明の実施の形態】
請求項1の発明は、荷重吸収部の少なくとも一部の横幅を感圧手段を配設した位置の横幅よりも大きくしたことにより、斜め方向からの物体の接触に対する荷重吸収部の強度保持力を高めたので、斜め方向から物体が接触した際に、接触点を中心として荷重吸収部が広範囲にわたって腰折れして感圧手段の変形が不要に小さくなるといったことがなくなり、斜め方向からの物体の接触を確実に検出でき、かつ、荷重吸収部により接触時に物体に印加される荷重を低減できる。
【0014】
請求項2の発明は、特に請求項1に記載の感圧手段を支持手段と一体成型したことにより、感圧手段と支持手段の密着性を全体に均一化するので、接触を検出する際に感度が場所によって不均一になることがなくなり、検出の信頼性が向上する。
【0015】
請求項3の発明は、特に請求項1または2に記載の支持手段の少なくとも荷重吸収部を発泡樹脂で成形したことにより、成形時に発泡密度を調節することにより荷重吸収部の強度保持力と荷重吸収性能を容易に変えることができ、設計の自由度が高まる。また、従来のように荷重吸収のための中空部を設けないので、水分の侵入により凍結して検出性能が劣化するといったことがなく、信頼性が向上する。
【0016】
請求項4の発明は、特に請求項1〜3のいずれか1項に記載の支持手段の横断面を略三角形に成型したことにより、斜め方向からの物体の接触を確実に検出するための支持手段の具体的形状を提示できる。
【0017】
請求項5の発明は、特に請求項1〜3のいずれか1項に記載の支持手段の横断面を略ダルマ型に成型したことにより、斜め方向からの物体の接触を確実に検出するための支持手段の具体的形状を提示できる。
【0018】
請求項6の発明は、特に請求項1〜5のいずれか1項に記載の支持手段が長手方向の少なくとも一方の端部で感圧手段を所定長さ折り返して弾性保持したことにより、感圧センサの長手方向の端部でも物体の接触による押圧により感圧手段が変形可能となり、感圧センサの全長にわたって物体の接触を検出することができる。
【0019】
請求項7の発明は、特に請求項1〜5のいずれか1項に記載の感圧センサを、自動車のスライドドア、テールゲート、トランクリッド、昇降式ウィンドウ、サンルーフ、トラックの荷台用開閉ウィング、及び、建物やエレベータのドア、シャッター等の少なくとも1つの開閉扉と、前記開閉扉により開閉される開口部との少なくとも一方に配設し、前記感圧センサからの出力信号に基づき前記開閉扉の駆動を制御することにより、これらの開閉扉への物体の接触を検出して開閉扉の駆動を安全に制御することができる。
【0020】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図1から図8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5、図9を参照して説明する。実施例1では本発明の感圧センサを自動車のスライドドアに適用した場合を示している。
【0022】
図1(a)、(b)は本実施例1の感圧センサにおける図9のA−A線に相当する位置での断面図である。図1(a)はスライドドアが完全に閉扉した状態を、図1(b)は助手席側ドア13とスライドドア2との間に物体の挟み込みがある状態を示しており、図面上側が車室内側、下側が車外側である。
【0023】
先ず、本発明の実施例1の感圧センサ16の構成は以下の通りである。図1より、感圧センサ16は、感圧手段としての可撓性を有したケーブル状の圧電センサ17と、圧電センサ17を支持する支持手段18とを有している。支持手段18は、圧電センサ17を弾性保持するとともに圧電センサ17に隣接して物体の接触による押圧を吸収する荷重吸収部19を有している。荷重吸収部19の少なくとも一部の横幅は圧電センサ17を配設した位置の横幅よりも大きくしており、これを実現する具体的形状として、支持手段18の横断面を略三角形に成型している。支持手段18は、少なくとも荷重吸収部19を発泡樹脂で成形している。また、圧電センサ17は支持手段18と一体押出し成型が可能であり、大量生産が可能となる。また、圧電センサ17を支持手段18と一体成型することにより、圧電センサ17と支持手段18の密着性を全体に均一化することができる。支持手段18、荷重吸収部19は圧電センサ17より柔軟性を有しており、物体が接触した際の押圧で圧電センサ17がより変形しやすくなっている。
【0024】
支持手段18は取付け金具20に両面テープ21で接着され、取付け金具20はビス22でスライドドア2の端部に固定される。
【0025】
図2に感圧センサ16の端部の構成図を示す。圧電センサ17は支持手段18と一体押出し成型された後、所定長さに切断された後、圧電センサ17の端部加工のため、圧電センサ17を残して支持手段18の両端部を一部切除する。そして、圧電センサ17の両端にそれぞれ、断線検出用の抵抗体封入部23と、圧電センサ17からの出力信号に基づき物体の接触を判定する判定部24が接続される。25は判定部24への電源供給と判定信号出力のためのリード線、26は後述するスライドドア2の制御手段に接続するためのコネクタである。そして、圧電センサ17は両端部27、28でそれぞれU字状に所定長さ折り返して弾性体29、30により弾性保持してモールドされる。弾性体29、30の断面形状は支持手段18と同様である。また、弾性体29、30の材質は支持手段18で用いた発泡樹脂材料と同様にするのが望ましい。
【0026】
図3は本実施例1のブロック図である。図3において、31はスライドドア2を駆動する駆動手段32を制御する制御手段である。
【0027】
次に作用について説明する。図4(a)は本実施例の感圧センサ16に斜め方向から物体Mが接触した際の外観図、図4(b)は図4(a)のB−B線における断面図である。図4(a)、(b)において、感圧センサ16に斜め方向から物体Mが接触すると、接触による押圧Wにより接触点Pを中心として領域D2で感圧センサ16及び圧電センサ17が変形する。この際、図4(a)、(b)に示したように、支持手段18の横断面が略三角形に成型され、荷重吸収部19の少なくとも一部の横幅が圧電センサ17を配設した位置の横幅よりも大きくしたことにより、斜め方向からの物体Mの接触に対する荷重吸収部19の強度保持力を高めたので、斜め方向から物体Mが接触しても、図12(a)、(b)に示した従来の感圧センサ8のように、接触点Pを中心として荷重吸収部11が広い範囲D1にわたって腰折れして感圧手段9の変形の曲率が不要に小さくなるといったことがなくなり、圧電センサ17の変形の曲率が従来よりも大きくなる。これにより、物体Mの接触時に圧電センサ17の変形の加速度が所定値以上となり、判定部24により物体の接触が判定され、制御手段32により駆動手段31が制御されてスライドドア2の閉動作が停止、反転後退させられ、不要な挟み込みが防止される。
【0028】
図5は圧電センサ17からの出力信号V、判定部24の判定出力J、駆動手段31への印加電圧Vmを示す特性図である。図より、使用者の閉扉動作により時刻t1で駆動手段31にVdの電圧が印加されるとスライドドア2が閉扉動作を開始する。駆動手段31による閉扉動作時には注意喚起のため制御手段32からアラームを発生してもよい。
【0029】
次に、閉扉動作中にスライドトア2の端部に物体Mが接触すると、スライドトア2の端部に配設された感圧センサ16と物体Mとが接触し、物体Mによる押圧が圧電センサ17及び荷重吸収部19に印加される。荷重吸収部19は圧電センサ17より柔軟性を有しているので、物体Mの接触点P中心として押圧により荷重吸収部19が圧縮されて変形し押しつぶされる。これにより圧電センサ17も接触点Pを中心として屈曲し変形する。
【0030】
この際、図5に示したように物体Mの接触が起こると圧電センサ17からは圧電効果により圧電センサ17の変形の加速度に応じた信号(図5の基準電位V0より大きな信号成分)が出力される。この際、荷重吸収部19が圧電センサ17よりも柔軟性を有した発泡樹脂からなり、接触の際に荷重吸収部19が圧縮されるので圧電センサ17の変形量が増大する。このように圧電センサ17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17の出力信号も大きくなる。これにより、本来の接触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り、接触判定時の判定精度が上がり、誤判定がなくなる。
【0031】
また、この際、スライドドア2の重量による慣性力により暫時、スライドドア2が閉止方向に移動しても、荷重吸収部19が変形して物体Mに印加される接触による荷重を吸収するため、物体Mに不要に過大な荷重が印加されてしまうといったことがなく、接触の際の荷重を低減することができる。
【0032】
判定部24は物体Mの接触がない状態ではLoの出力を行うが、物体Mの接触によりVのV0からの正方向の振幅(V−V0)がD0以上ならば接触が生じたと判定し、時刻t2で判定出力としてHiの信号を出力する。Hi信号は振幅(V−V0)がD0以上である間、継続される。
【0033】
制御手段31では判定部24からHi信号があると駆動手段32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スライドドア2を一定距離開扉動作させ、接触を解除する。この場合、スライドドア2を完全開扉するまで開扉動作させてもよい。また、制御手段31では判定部24からHi信号があると、予め記憶しておいた所定の音声信号を発生して周囲に注意喚起してもよい。この音声信号としては、例えば、「接触を検出しましたのでスライドドアを開きます」といったメッセージを発生する。このような音声信号は、例えば、カーナビゲーション装置やカーオーディオ装置のスピーカから発生してもよい。
【0034】
尚、物体の接触の際、VがV0より大となるか小となるかは、圧電センサ17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17の支持形状により変わるため、判定部24でVのV0からの振幅|V−V0|に基づき接触を判定する構成としてもよく、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。
【0035】
上記作用により、実施例1の感圧センサによれば、荷重吸収部の少なくとも一部の横幅を感圧手段を配設した位置の横幅よりも大きくしたことにより、斜め方向からの物体の接触に対する荷重吸収部の強度保持力を高めたので、斜め方向から物体が接触した際に、接触点を中心として荷重吸収部が広範囲にわたって腰折れして感圧手段の変形が不要に小さくなるといったことがなくなり、斜め方向からの物体の接触を確実に検出でき、かつ、荷重吸収部により接触時に物体に印加される荷重を低減できる。
【0036】
また、感圧手段を支持手段と一体成型したことにより、感圧手段と支持手段の密着性を全体に均一化するので、接触を検出する際に感度が場所によって不均一になることがなくなり、検出の信頼性が向上する。
【0037】
また、支持手段の少なくとも荷重吸収部を発泡樹脂で成形したことにより、成形時に発泡密度を調節することにより荷重吸収部の強度保持力と荷重吸収性能を容易に変えることができ、設計の自由度が高まる。また、従来のように荷重吸収のための中空部を設けないので、水分の侵入により凍結して検出性能が劣化するといったことがなく、信頼性が向上する。
【0038】
また、支持手段の横断面を略三角形に成型したことにより、斜め方向からの物体の接触を確実に検出するための支持手段の具体的形状を提示できる。
【0039】
尚、感圧センサ16をスライドドア2に配設する他の構成を図6(a)〜(c)に示す。図6(a)はフランジ部14と感圧センサ16との隙間をなくした構成で、フランジ部14と感圧センサ16との隙間に物体が接触するのを避けることができる。図6(b)はスライドドア2を構成する外板2a、内板2bのうち、内板2bがスライドドア2の端部で段差2cを設けた場合の感圧センサ16と取付け金具20との構成を示したものである。さらに、図6(c)は感圧センサ16をスペーサ33を介して直接スライドドア2の端部に両面テープ21で接着固定する構成を示したもので、例えば、圧電センサ17、支持手段18、及び、スペーサ33を一体成形した後に、スライドドア2の端面形状に合わせてスペーサをカットして接着する構成が可能であり、多様なスライドドアの端部形状に対応して容易にレイアウトすることが可能な上、取付け金具20が不要となるため部品の合理化が可能となる。
【0040】
また、実施例1では移動体が自動車のスライドドアであったが、移動体が自動車のテールゲート、トランクリッド、昇降式ウィンドウ、サンルーフ、トラックの荷台用開閉ウィング、及び、建物やエレベータのドア、シャッター等の少なくとも1つの開閉扉であってもよく、これらの開閉扉への物体の接触を検出して開閉扉の駆動を安全に制御することができる。
【0041】
(実施例2)
実施例2の発明を図7(a)、(b)を参照して説明する。図7(a)は実施例2の感圧センサ16における断面図、図7(b)は同感圧センサ16に斜め方向から物体Mが接触した際の断面図である。実施例2が実施例1と相違する点は、支持手段18の横断面が略ダルマ型に成型された点である。
【0042】
この構成により、感圧センサ16に斜め方向から物体Mが接触すると、図7(b)に示したように、支持手段18の横断面が略ダルマ型に成型され、荷重吸収部19の少なくとも一部、すなわち、略ダルマ型の下段の横方向凸部19aの横幅が圧電センサ17を配設した位置の横幅よりも大きくしたことにより、斜め方向からの物体Mの接触に対する荷重吸収部19の強度保持力を高めたので、斜め方向から物体Mが接触しても、図12(a)、(b)に示した従来の感圧センサ8のように、接触点Pを中心として荷重吸収部19が広い範囲D1にわたって腰折れして感圧手段9の変形の曲率が不要に小さくなるといったことがなくなり、圧電センサ17の変形の曲率が従来よりも大きくなる。これにより、実施例1と同様に、物体Mの接触時に圧電センサ17の変形の加速度が所定値以上となり、判定部24により物体の接触が判定され、制御手段32により駆動手段31が制御されてスライドドア2の閉動作が停止、反転後退させられ、不要な挟み込みが防止される。
【0043】
尚、感圧センサ16の他の構成における断面図を図8(a)〜(c)に示す。図8(a)は荷重吸収部19を略台形にした構成における断面図で実施例2と同様な効果がある。また、図8(b)は荷重吸収部19に中空部34を設けた構成における断面図で、圧電センサ17がより変形しやすくなるので、感度が向上する。さらに、図8(c)は支持手段18の底面側に固定部35を有し、固定部35の弾性率は荷重吸収部19の弾性率よりも小さくした構成における断面図で、支持手段18の底面をドアや窓枠に固定する際に固定面が変形して位置決めしずらいといったことがない。
【0044】
以上の実施例1、2では、感圧センサを自動車等の開閉扉に適用したが、走行装置のバンパーで物体の衝突を検出する用途に適用したり、工作機械の各種駆動部やロボットのアーム、昇降式の収納装置等、他の各種移動体に対して本発明を適用して物体の接触を検出することも可能である。
【0045】
【発明の効果】
上記実施例から明らかなように、本発明の感圧センサによれば、荷重吸収部の少なくとも一部の横幅を感圧手段を配設した位置の横幅よりも大きくしたことにより、斜め方向からの物体の接触に対する荷重吸収部の強度保持力を高めたので、斜め方向から物体が接触した際に、接触点を中心として荷重吸収部が広範囲にわたって腰折れして感圧手段の変形が不要に小さくなるといったことがなくなり、斜め方向からの物体の接触を確実に検出でき、かつ、荷重吸収部により接触時に物体に印加される荷重を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本実施例1のスライドドアが挟み込みがない状態で完全に閉扉した状態での感圧センサにおける図9のA−A線に相当する位置での断面図
(b)本実施例1の助手席側ドアとスライドドアとの間に物体の挟み込みがある状態での感圧センサにおける図9のA−A線に相当する位置での断面図
【図2】同感圧センサの端部の構成図
【図3】同感圧センサのブロック図
【図4】(a)同感圧センサに斜め方向から物体Mが接触した際の外観図
(b)図4(a)のB−B線における断面図
【図5】同感圧センサの圧電センサからの出力信号V、判定部の判定出力J、駆動手段への印加電圧Vmを示す特性図
【図6】(a)感圧センサの他の実施例において、フランジ部と感圧センサとの隙間をなくした場合の構成図
(b)感圧センサの他の実施例において、スライドドアの内板がスライドドアの端部で段差を設けた場合の感圧センサと取付け金具との構成図
(c)感圧センサの他の実施例において、感圧センサをスペーサを介して直接スライドドアの端部に両面テープで接着固定する場合の構成図
【図7】(a)実施例2の感圧センサにおける断面図
(b)同感圧センサに斜め方向から物体が接触した際の断面図
【図8】(a)感圧センサの他の実施例において、荷重吸収部を略台形にした構成における断面図
(b)感圧センサの他の実施例において、荷重吸収部に中空部を設けた構成における断面図
(c)感圧センサの他の実施例において、支持手段の底面側に固定部を有し、固定部の弾性率は荷重吸収部の弾性率よりも小さくした構成における断面図
【図9】従来例1の感圧センサが配設された開閉装置としての自動車のスライドドアの外観図
【図10】(a)同感圧センサが配設されたスライドドアが挟み込みがない状態で完全に閉扉した状態での図9のA−A線における断面図
(b)同感圧センサが配設されたスライドドアとボディーとの間に物体の挟み込みがある状態での図9のA−A線における断面図
【図11】(a)従来例2の感圧センサが配設されたスライドドアが挟み込みがない状態で完全に閉扉した状態での図9のA−A線に相当する位置での断面図
(b)同感圧センサが配設されたスライドドアとボディーとの間に物体の挟み込みがある状態での図9のA−A線に相当する位置での断面図
【図12】(a)同感圧センサに物体が斜め方向から接触した際の外観図
(b)図12(a)のB−B線における断面図
【符号の説明】
16 感圧センサ
17 圧電センサ(感圧手段)
18 支持手段
19 荷重吸収部
Claims (7)
- 物体の接触を検出する感圧手段と、前記感圧手段を弾性保持するとともに前記感圧手段に隣接して前記物体の接触による押圧を吸収する荷重吸収部を有した支持手段とを備え、前記荷重吸収部の少なくとも一部の横幅が前記感圧手段を配設した位置の横幅よりも大きくしたことを特徴とした感圧センサ。
- 感圧手段は支持手段と一体成型された請求項1記載の感圧センサ。
- 支持手段は少なくとも荷重吸収部を発泡樹脂で成形した請求項1または2記載の感圧センサ。
- 支持手段は横断面が略三角形に成型された請求項1〜3のいずれか1項記載の感圧センサ。
- 支持手段は横断面が略ダルマ型に成型された請求項1〜3のいずれか1項記載の感圧センサ。
- 支持手段は長手方向の少なくとも一方の端部で感圧手段を所定長さ折り返して弾性保持した請求項1〜5のいずれか1項記載の感圧センサ。
- 開閉扉により開閉される開口部と、前記開閉部と前記開口部の少なくとも一方に配設された請求項1〜6のいずれか1項記載の感圧センサを用いた自動車のスライドドア、テールゲート、トランクリッド、昇降式ウィンドウ、サンルーフ、トラックの荷台用開閉ウィング、及び、建物やエレベータのドア、シャッター等の開閉扉であって、前記開閉扉の開閉を行う駆動手段と、前記感圧センサからの出力信号に基づき前記駆動手段を制御する制御手段とを備えた開閉装置。
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JP2020030114A (ja) * | 2018-08-23 | 2020-02-27 | 株式会社ミツバ | センサユニットの製造方法 |
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