JP2005120817A

JP2005120817A - 挟み込み防止装置

Info

Publication number: JP2005120817A
Application number: JP2004229244A
Authority: JP
Inventors: Koji Yoshino; 浩二吉野; Tadashi Nakatani; 直史中谷; Hiroyuki Ogino; 弘之荻野; Takeshi Nagai; 彪長井; Yu Fukuda; 祐福田; Masahiko Ito; 雅彦伊藤; Yuko Fujii; 優子藤井; Katsuhiko Yamamoto; 克彦山本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2005-05-12
Anticipated expiration: 2019-06-03
Also published as: JP3637918B1

Abstract

【課題】物体の接触を検出する圧電センサや圧電センサを用いて開閉部への物体の挟み込みを検出する挟み込み防止装置は、圧電センサの出力が小さいという課題があった。
【解決手段】圧電センサ８を、中空状や切り込み３３を有するゴム（弾性体）９に対向させて配設したり、支持部３５、３５ａ、３５ｂ間に変位可能領域３６、３８、３９を形成するように配設することで、物体１０の接触によって生じる圧電センサ８の変位Ｌを大きくして、出力を大きくすることができる効果がある。
【選択図】図１６

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。

従来のこの種の圧電センサ荷重検出装置および挟み込み防止装置は、下記の特許文献１または特許文献２に記載のように、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。
特開平１０−７６８４３号公報特開平１０−１３２６６９号公報

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。

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。

結局のところ、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圧電センサの出力が小さいという課題を有していた。

本発明の挟み込み防止装置は、移動部材と、前記移動部材と当接する当接部材とを有し、前記移動部材の移動により開閉される開閉部と、前記移動部材または当接部材は、少なくとも一方に、弾性体を介して配設された圧電センサとを有し、移動部材の移動により、物体が前記圧電センサ又は前記弾性体に接触した場合に、前記圧電センサからの出力により、前記開閉部の開閉を制御する制御手段を有する挟み込み防止装置において、前記弾性体は切り込みで区分けされることにより、互いに独立して変形する部位を有することを特徴とする。

また、本発明の挟み込み防止装置は、移動部材と、前記移動部材と当接する当接部材とを有し、前記移動部材の移動により開閉される開閉部と、前記移動部材または当接部材は、少なくとも一方に、弾性体を介して配設された圧電センサとを有し、移動部材の移動により物体が前記圧電センサ又は前記弾性体に接触した場合に、前記圧電センサからの出力により、前記開閉部の開閉を制御する制御手段を有する挟み込み防止装置において、前記弾性体は複数の弾性体であって、互いに独立して変形する部位を有することを特徴とする。

上記発明によれば、互いに独立して変形する部位を有するので、同一荷重に対する変位は大きくなり（即ち変形しやすくなり）、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大きくなる。

本発明の挟み込み防止装置は、切り込みで区分けされた部位は互いに独立して変形することが可能となるので、切り込みの無いものと比べるとより撓みやすくなり、同一荷重に対する変位は大きくなり（即ち変形しやすくなり）、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大きくなる。

また、切り込みに代えて互いに独立して変形する複数の弾性体であっても同様の効果がある。

本願の請求項１にかかる挟み込み防止装置は、移動部材と、前記移動部材と当接する当接部材とを有し、前記移動部材の移動により開閉される開閉部と、前記移動部材または当接部材は、少なくとも一方に、弾性体を介して配設された圧電センサとを有し、移動部材の移動により、物体が前記圧電センサ又は前記弾性体に接触した場合に、前記圧電センサからの出力により、前記開閉部の開閉を制御する制御手段を有する挟み込み防止装置において、前記弾性体は切り込みで区分けされることにより、互いに独立して変形する部位を有することを特徴とする。

そして切り込みを有する弾性体は、切り込みの両側の部位は独立して撓むことができるためさらに撓みやすいので、圧電センサに生じる変位を妨げないように弾性体自体が撓もうとするため、同一荷重に対する圧電センサの変位はより大きくなり、よりひずみが増え、より発生電荷が増え、より分極電流が増加して、より出力が大きくなる。

また、本願の請求項２にかかる挟み込み防止装置は、移動部材と、前記移動部材と当接する当接部材とを有し、前記移動部材の移動により開閉される開閉部と、前記移動部材または当接部材は、少なくとも一方に、弾性体を介して配設された圧電センサとを有し、移動部材の移動により物体が前記圧電センサ又は前記弾性体に接触した場合に、前記圧電センサからの出力により、前記開閉部の開閉を制御する制御手段を有する挟み込み防止装置において、前記弾性体は複数の弾性体であって、互いに独立して変形する部位を有することを特徴とする。

切り込みに代えて互いに独立して変形する複数の弾性体であっても同様の効果がある。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

（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、弾性体としてのゴム９を介して窓枠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。

図２は図１のＡ−Ａ線位置での断面図である。図２は物体１０が窓ガラス１の上昇により窓枠６との間に挟まれる直前を示しており、空隙１１を有する中空状のゴム９を介して窓枠６に配設された圧電センサ８と物体１０とが接触している。一般的にゴムは弾性体なので剛体に比べて撓みやすいが、中空状のゴム９は空隙１１を有しているのでより一層変形しやすい構成となる。

図３は物体が接触した時の圧電センサ８とゴム９の変形を示す構成図で、図３（ａ）は断面図、図３（ｂ）は横から見た図である。物体との接触荷重１２により圧電センサ８が押されて変位Ｌを生じている。本実施例においては、圧電センサ８を撓みやすいゴム、特に中空状のゴム９に対向して配設しているので、物体の接触によって圧電センサ８が変位する場合、圧電センサ８に生じる変位Ｌを妨げないようにゴム９が変形しようとする。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、本実施例の荷重検出装置によって圧電センサ８に生じる変位を妨げないようにすることで、大きな出力を発生させることができる。

図４は圧電センサ８の断面図を拡大したものである。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１４を配設し、被覆材１５で周囲を覆うことで同軸ケーブル状に構成されている。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。

図５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およびゴム９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１６は、圧電センサ８の端部に一体に構成され、圧電材１４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１７は、接触検出手段１６と制御手段５の信号の授受を行なうものである。

図６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６のような出力を発生する。

図７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１６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１８、インピーダンス変換部１８からの出力信号を濾波する第１の濾波部１９と第２の濾波部２０、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２１を有している。なお接触検出手段１６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。

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。

図８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。

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。

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。物体の接触により図３（ｂ）のように接触荷重１２が圧電センサ８に加わり、変位Ｌが生じて圧電材１４自身に歪が生じるので、圧電効果により歪に応じ図６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１４の圧電定数などにより変化する。

次に、圧電センサ８から発生した信号は接触検出手段１６のインピーダンス変換部１８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１９と第２の濾波部２０で濾波される。図９に第１の濾波部１９と第２の濾波部２０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１９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２０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２１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。

図１０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２０からの出力信号Ｖｆ２、縦軸は第１の濾波部１９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。

図１１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２２でパワーウィンドウのＳＷがオンされると、ステップ２３で駆動手段が作動し、ステップ２４でＶｆ１及びＶｆ２が算出され、ステツプ２５でＶｆ１とＶｆ２の比ｋが算出される。次にステップ２６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２７で物体の接触ありと判定され、ステップ２８で駆動手段が停止される。またステップ２６でｋ＞ｋ０でないならばステップ２９で接触なしと判定され、ステップ３０で窓の閉め切りが検知されるまでステップ２４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２８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。

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の変位を妨げにくい荷重検出装置により、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。

また、図８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８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、Ｖ１は０になる。このようにＶ１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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（実施例２）
図１２に本発明の実施例２の圧電センサ配設構成を示す。図１２において圧電センサ８は、窓ガラス１の先端に装着されたゴム９の内側に配設されている。ゴム９は、図１２のように装着することで空隙１１を形成し、言わば中空状に構成している。物体の接触荷重はゴム９を介して圧電センサ８に伝達されるが、ゴム９が中空状に構成されるため圧電センサ８の下向きの変位は妨げられにくく、大きな出力を発生することができる。

図１３は本実施例の圧電センサ８を詳細に示した要部断面構成図である。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１４の両面に、導電ゴムから成る一対の電極１３ａ、１３ｂを形成している。それらをゴム弾性体から成る絶縁体３１で覆い、さらにその周囲を導電ゴムから成るシールド３２で覆っている。よって圧電センサ８は全体として可撓性を有し、シート状に構成されている。

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３３）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。

ここで、本実施例の圧電材（有機基材は塩素化ポリエチレン、圧電セラミックはチタン酸ジルコン酸鉛の焼結粉体）と、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（ＰＶＤＦ）を比較するために、それぞれ２畳程度のサイズに成型して床に設置し、発熱体で圧電材の温度が１００℃になるように調節しながら経過時間ごとに人が入床した時の発生電圧を測定比較した。この時の被験者の体重は６３ｋｇで、発熱させる前の初期の本実施例及び従来品における入床時の発生電圧は共に２００ｍＶになるよう設計した。この結果を図１４に示す。横軸に経過時間、縦軸に発生電圧をとっており、本実施例の圧電材の発生電圧ａは径時変化がなくほぼフラットな特性であるが、従来の圧電材の発生電圧ｂは徐々に電圧が低下してくる。つまり本実施例の圧電材の方が従来の圧電材よりも長時間、安定的に感度を維持できる。

これは、従来はポリフッ化ビニリデンフィルムを使用しているので、１００℃の高温中に長時間放置されていると、電圧が発生する方向に配向していたポリフッ化ビニリデンの分子結晶が乱れて結晶構造が変化し、次第に発生電圧が低下してくるためと思われる。これに対して、本実施例のチタン酸ジルコン酸鉛焼結粉体の耐熱性は３００℃〜３５０℃であるので、１００℃中に放置しても分極した結晶構造は変化せず、感度が安定的に維持できると考えられる。

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。

なお、使用温度が低い場合は従来と同じくポリフッ化ビニリデンフィルムを使用してもよい。

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が、可撓性を持たせる意味ではより薄い方が望ましい。

（実施例３）
図１５に本発明の実施例３の圧電センサ配設構成を示す。本実施例の圧電センサ８はゴム９に内蔵される構成のため、あらゆる面がゴムに対向するようになっている。ゴム９は空隙１１を形成することで中空状に構成しているので、物体の接触荷重はゴム９を介して圧電センサ８に伝達されるが、圧電センサ８の上向きの変位は妨げられにくく、大きな出力を発生することができる。

なおゴム９がウエザストリップ（図２の３３）やサイドバイザーを兼ね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。

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ゴム９ごと装着してもよい。

（実施例４）
図１６に本発明の実施例４の圧電センサ配設構成を示す。図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。圧電センサ８は、圧電センサ８との対向面側に切り込み３３を有するゴム９に配設されている。切り込み３３で区分けされた部位は互いに独立して変形することが可能となり、切り込みの無いものと比べるとより撓みやすくなる。図１６（ａ）は接触荷重１２による圧電センサ８の変位のため、中央の部位３４のみが変形した例である。

本実施例によれば、圧電センサ８を配設する相手をゴム９（弾性体）とし、かつ圧電センサ８との対向面側に切り込み３３を有して撓みやすくしたので、圧電センサ８に生じる変位を妨げにくく、変位を大きくして出力を大きくすることができる。

なお本実施例では切り込み３３をゴム９の下方にのみ形成して全てがつながった構成としているが、これに限定されるものではなく、初めからばらばらの複数のゴムを並べて配置しても同様の効果がある。

（実施例５）
図１７、図１８に本発明の実施例５の圧電センサ配設構成を示す。図１７（ａ）は物体接触前、図１７（ｂ）は物体接触後を示している。図１８は図１７のＣ−Ｃ線断面図である。圧電センサ８は支持部３５に支持されて配設されており、複数の支持部３５間には変位可能領域としての空隙３６を構成している。支持部３５は、硬度の高い材質からなり、物体１０が圧電センサ８と接触しても容易には変形しないものである。空隙３６（変位可能領域）は幅Ｗ１、高さＨ１で、物体１０との接触により圧電センサ８が変位を生じて入り込むことができる領域である。空隙３６（変位可能領域）に対向する位置での物体１０の接触によって、支持部３５付近の圧電センサ８は変位しにくく、空隙３６（変位可能領域）に位置する圧電センサのみ大きく変位するので、圧電センサ内でのひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、出力がより大きくなる。

また本実施例では、空隙３６（変位可能領域）の幅Ｗ１が物体１０の幅Ｗｏと同等以上（Ｗ１≧Ｗｏ）なので、物体１０が圧電センサに接触する場合に、圧電センサ８の空隙３６（変位可能領域）に対向した部位にのみ接触荷重をかけて支持部３５に対向した部位には接触荷重をかけないことができるため、同一荷重に対する支持部３５での損失を減らして変位可能領域に位置する圧電センサ８のみ効率的に変位させることができる。よって、出力がより大きくなる。

特に物体１０の幅Ｗｏと接触部位が決まっていて変化しないものとすれば、本実施例のように、空隙３６（変位可能領域）の幅Ｗ１を物体１０の幅Ｗｏと圧電センサ８の厚みｔの二倍との和と同程度（Ｗ１≒Ｗｏ＋２ｔ）に構成するのがよい。なぜならば物体１０が接触した際に空隙３６（変位可能領域）内に圧電センサ８を丁度押し込むことができて、圧電センサ８に最大のせん断荷重を与えることができるためである。この場合、出力が最も大きくなる。

また同様に物体１０の高さＨｏが決まっていて変化しないものとすれば、空隙３６（変位可能領域）の高さＨ１を物体の高さＨｏと同等以上（Ｈ１≧Ｈｏ）に構成するのがよい。なぜならばパワーウィンドウの窓ガラスのように移動部材の端面がほぼまっすぐな場合は、物体１０は、接触した際に圧電センサ８を押し込みながら自らも空隙３６（変位可能領域）内に入り込むことができ、移動部材が支持部３５に当接すれば支持部３５がストッパーとなり物体１０は挟まれずに退避していることになるからである。また高さＨ１が高いほど変位を大きくとれるので、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大きくなる。ちなみに図１７（ｂ）にはＨ１≒Ｈｏの場合を示している。

なお図１８には図１７の構成に加えてカバー３７を付加している。カバー３７は伸縮自在で厚みの薄い材料を用いており、空隙３６（変位可能領域）が露出するのを防ぐものである。カバー３７はゆったりと取付けられており空隙３６とつながった空隙３６ａを有している。実際には、物体はカバー３７越しに圧電センサ８に接触することになるため、最大のせん断荷重を効率的に圧電センサ８に与えるためには、カバー３７の厚みをｔａとして、Ｗ１≒Ｗｏ＋２ｔ＋２ｔａとすべきであるということは言うまでもない。

なお圧電センサを支持部に直接取付けなくても、多少の緩衝材を介して取付けてもよい。

また本実施例の圧電センサ荷重検出装置を車両用のパワーウインドウに用いる場合、支持部は車体、ウエザストリップ（図２の３３）、サイドバイザーなどに配設してもよいし、いずれかに一体化する構成としてもよい。

（実施例６）
図１９に本発明の実施例６の圧電センサ配設構成を示す。本実施例では一対の支持部３５ａ、３５ｂにより、奥行き方向（図１９の左右方向）にも空隙３６（変位可能領域）が形成されている。本実施例によると奥行き方向の寸法が小さい物体との接触に対して、空隙３６（変位可能領域）に位置する圧電センサのみ大きく変位するので、圧電センサ内でのひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、出力がより大きくなる。

（実施例７）
図２０に本発明の実施例７の圧電センサ配設構成を示す。本実施例では支持部３５をマトリクス状に配置している。本実施例では、縦横に支持部３５および空隙３６（変位可能領域）が存在するので、いろいろな部位での物体の接触に対して大きな出力を取り出せる。よって本実施例は、物体の形状や位置が限定できない時に適している。

（実施例８）
図２１、図２２に本発明の実施例８の圧電センサ配設構成を示す。図２２（ａ）は図２１のＤ−Ｄ線断面図、図２２（ｂ）は図２１のＥ−Ｅ線断面図である。本実施例では支持部３５間の変位可能領域を、支持部３５より可撓性のある可撓部材３８（変位可能領域）によって構成したものである。カバー３７は全体を保護するためにモールドしており伸縮自在の材料から成るものである。

本実施例において、圧電センサ８は支持部３５に直接取付けられているのではなく、可撓部材３８を介して取付けている。この場合圧電センサ８を全体的に支持できるので、圧電センサ８がふらふらしないので、振動や衝撃に対する強度を向上できる効果がある。

なお可撓部材３８をウエザストリップやサイドバイザーと兼用してもよい。

（実施例９）
図２３に本発明の実施例９の圧電センサ配設構成を示す。図２３（ａ）は横から見た図、図２３（ｂ）および図２３（ｃ）は図２３（ａ）を下から見た図である。本実施例においては、変位可能領域３９の幅Ｗ１を支持部の幅Ｗ２よりはるかに大（Ｗ１≫Ｗ２）に構成しているので、図２３（ｂ）および図２３（ｃ）のように物体１０の大きさや接触位置が変わった場合でも支持部に対向した部位には荷重がかかりにくく変位可能領域３９に荷重がかかりやすいので、荷重に対する支持部３５での損失を減らして変位可能領域３９に位置する圧電センサ８のみ効率的に変位させることができる。よって、圧電センサ８内でのひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、出力を大きく取り出すことができる。

（実施例１０）
図２４に本発明の実施例１０の圧電センサ配設構成を示す。図２４（ａ）は物体が圧電センサに接触する瞬間の図、図２４（ｂ）は物体が圧電センサに接触した後の物体の動きと圧電センサの変位の様子を示す図である。

本実施例において、支持部３５は圧電センサ８に近い部位ほど細い構成（図２４中のＷ２１≫Ｗ２２）としたものである。

そして物体１０が支持部３５に対向する位置の近傍の圧電センサ８に接触した場合、圧電センサ８を押しながら自らも支持部３５の傾斜に平行に変位可能領域３９内に動こうとする（矢印４０）ので、結果的に圧電センサ８の変位を大きく得ることができる。即ち、荷重に対する支持部３５での損失を減らして変位可能領域３９に対向する圧電センサ８のみを効率的に変位させることができる。よって、圧電センサ８内でのひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大きくなる。

さらに本実施例では、支持部３５の圧電センサ８から遠い側の部位が太くなるので支持部３５の強度があがる。

（実施例１１）
図２５は本発明の実施例１１の挟み込み防止装置の動作ブロック図である。図２５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１４ａ、１４ｂ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１４ｂ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１６は、前記振動により他の圧電材１４ａ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１６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９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。

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。

次に動作、作用について説明する。

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。

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１４ｂが振動する。そしてその振動に応じて圧電材１４ａ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２６（ａ）、図２６（ｂ）のようになる。図２６（ａ）、図２６（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２７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１４ａ、１４ｂ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２７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。

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１６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。

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。

また、図２５に示すように接触検出手段１６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２６（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１４ａには圧電材１４ａ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１４ａ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２６（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。

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。

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。

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。

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。

なお、上述の実施例では代表的な弾性体としてゴムで説明してきたが、ゴムだけに限定するものではなく、圧電センサの変位を妨げにくい可撓性のある材料であれば良い。

本発明の実施例１における圧電センサ荷重検出装置および挟み込み防止装置の外観図同装置のＡ−Ａ線位置での断面図（ａ）同装置の圧電センサの配設構成を示す断面図（ｂ）同装置の圧電センサの配設構成を示す外観図同圧電センサの断面図同圧電センサの外観構成図同圧電センサの特性図同挟み込み防止装置のブロック図同装置の断線検出用の回路図同装置の第１の濾波部と第２の濾波部の濾波特性を示す特性図同装置の開閉部への物体の接触を判定するための判定基準を示した特性図同装置の動作を表すフローチャート本発明の実施例２における圧電センサの配設構成を示す断面図同圧電センサの断面図同装置の圧電材と従来の圧電材の発生電圧の経過時間に対する変化を比較した特性図本発明の実施例３における圧電センサの配設構成を示す断面図（ａ）本発明の実施例４における圧電センサの配設構成を示す外観図（ｂ）同圧電センサの配設構成のＢ−Ｂ線位置での断面図（ａ）本発明の実施例５における圧電センサの物体が接触する前の配設構成を示す外観図（ｂ）同圧電センサの物体が接触した後の配設構成を示す外観図同圧電センサの配設構成のＣ−Ｃ線位置での断面図本発明の実施例６における圧電センサの配設構成を示す断面図本発明の実施例７における圧電センサの配設構成を示す外観図本発明の実施例８における圧電センサの配設構成を示す外観図（ａ）同圧電センサの配設構成のＤ−Ｄ線位置での断面図（ｂ）同圧電センサの配設構成のＥ−Ｅ線位置での断面図（ａ）本発明の実施例９における圧電センサの配設構成を横から見た外観図（ｂ）同圧電センサの配設構成を下から見た外観図（ｃ）同圧電センサの配設構成を下から見た外観図（ａ）本発明の実施例１０における圧電センサの物体が接触する前の配設構成を示す外観図（ｂ）同圧電センサの物体が接触した後の配設構成を示す外観図本発明の実施例１１における挟み込み防止装置の動作ブロック図（ａ）同装置の信号印加部の発振信号Ｖ３の波形特性図（ｂ）第１のバンドパスフィルタの出力Ｖ４の波形特性図（ｃ）第２のバンドパスフィルタの出力Ｖ５の出力波形を示した波形特性図同装置の第１のバンドパスフィルタの出力Ｖ４の振幅Ｄ４と圧力Ｐｒとの関係を示した特性図

符号の説明

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ゴム（弾性体）
１０物体
３３切り込み
３５、３５ａ、３５ｂ支持部
３６空隙（変位可能領域）
３８可撓部材（変位可能領域）
３９変位可能領域
Ｌ変位

Claims

移動部材と、前記移動部材と当接する当接部材とを有し、前記移動部材の移動により開閉される開閉部と、前記移動部材または当接部材は、少なくとも一方に、弾性体を介して配設された圧電センサとを有し、移動部材の移動により、物体が前記圧電センサ又は前記弾性体に接触した場合に、前記圧電センサからの出力により、前記開閉部の開閉を制御する制御手段を有する挟み込み防止装置において、前記弾性体は切り込みで区分けされることにより、互いに独立して変形する部位を有することを特徴とする挟み込み防止装置。
移動部材と、前記移動部材と当接する当接部材とを有し、前記移動部材の移動により開閉される開閉部と、前記移動部材または当接部材は、少なくとも一方に、弾性体を介して配設された圧電センサとを有し、移動部材の移動により物体が前記圧電センサ又は前記弾性体に接触した場合に、前記圧電センサからの出力により、前記開閉部の開閉を制御する制御手段を有する挟み込み防止装置において、前記弾性体は複数の弾性体であって、互いに独立して変形する部位を有することを特徴とする挟み込み防止装置。