JP2005207851A

JP2005207851A - 接触検出装置および開閉装置

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Publication number: JP2005207851A
Application number: JP2004013951A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Ogino; 弘之荻野; Shigeki Ueda; 茂樹植田; Shuji Ito; 修治伊藤; Toru Sugimori; 透杉森; Yoshio Tanimura; 芳男谷村
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2004-01-22
Filing date: 2004-01-22
Publication date: 2005-08-04

Abstract

【課題】従来は物体Ｍがタッチセンサ３に接触してから電極５同士が接触するまでに少なくとも電極間の距離分だけスライドドア２が移動し、その分だけ挟み込みの検出が遅れ、スライドドア２が反転後退するまで物体に余計な荷重が印加されてしまうといった課題があった。
【解決手段】保持手段１１には支持手段１２により支持されていない変形のしやすい部位があるので、物体接触時に感圧手段１０がすぐに変形しやすく、物体の接触を即座に検出することができ、挟み込みの際に余計な荷重印加がなくなる。また、保持手段１１は弾性があるので、物体の接触による荷重を緩衝することができる上、保持手段１１において支持手段１２により支持されていない部位は物体の接触による荷重の印加により変形しやすいので、物体の接触による荷重をさらに緩衝することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、物体の接触を検出する接触検出装置および前記接触検出装置を備えた開閉装置に関するものである。

従来、この種の接触検出装置および開閉装置には、荷重が印加されると複数の電極が接触して導通するタッチセンサがある（例えば、特許文献１参照）。

図８は、特許文献１に記載された従来の開閉装置である。図８において、自動車のボディーまたは前方座席側ドアの端部に設けられた開口部１を開閉する開閉部としてスライドドア２が設けられ、モータ（図示せず）により電動で開閉する。図９（ａ）、（ｂ）は図８のＡ−Ａ線における断面図である。図９（ａ）は開口部１とスライドドア２との間に物体の挟み込みがない場合、図９（ｂ）は開口部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９（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４つの電極５と、電極５を固定・被覆する軟質性ゴム部６および硬質性ゴム部７とを備えている。タッチセンサ３はフランジ部８に近接して配設され、取付け金具９を介してスライドドア２の側端部に固定されている。スライドドア２が全閉した時にタッチセンサ３が開口部１に接触しないようにタッチセンサ３と開口部１との間にはスペースが設けられている。

上記構成により、スライドドア２が閉動作中に図９（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の先端領域がつぶれて、タッチセンサ３の電極５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。
特開２００２−２３５４８０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、物体Ｍがタッチセンサ３に接触してから電極５同士が接触するまでに少なくとも電極間の距離分だけスライドドア２が移動するので、その分だけ挟み込みの検出が遅れるので、スライドドア２が反転後退するまで物体Ｍがスライドドア２の側端部に押し込まれてしまい、荷重を余計に印加されてしまうといった課題があった。

また、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う。この際、タッチセンサ３は空隙部４がつぶれてしまっていて、硬質性ゴム部７や取付け金具９では荷重を吸収できない。従って、スライドドア２の慣性による移動で物体Ｍにはさらに急激な荷重が印加されてしまうといった課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、物体の接触を即座に検出することにより、上記のような余計な荷重印加がなく、さらに、物体の接触検出後に慣性力によるドア移動のため物体に印加される荷重を低減できる接触検出装置および開閉装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の接触検出装置および開閉装置は、変形に応じた出力信号を発生する感圧手段と、前記感圧手段を弾性保持する保持手段と、前記保持手段を支持する支持手段と、前記感圧手段の出力信号に基づき前記感圧手段または前記保持手段への物体の接触を検出する接触検出手段とを備え、前記支持手段に前記保持手段を支持しない複数の部位を設けたもので、前記保持手段が前記感圧手段を弾性保持している上、前記保持手段には前記支持手段により支持されていない変形のしやすい部位があるので、物体接触時に感圧手段がすぐに変形しやすく、物体の接触を即座に検出する。

また、前記保持手段は弾性があるので、物体の接触による荷重を緩衝することができる上、前記保持手段において前記支持手段により支持されていない部位は物体の接触による荷重の印加により変形しやすいので、物体の接触による荷重をさらに緩衝することができる。

本発明の接触検出装置および開閉装置は、変形に応じた出力信号を発生する感圧手段と、前記感圧手段を弾性保持する保持手段と、前記保持手段を支持する支持手段と、前記感圧手段の出力信号に基づき前記感圧手段または前記保持手段への物体の接触を検出する接触検出手段とを備え、前記支持手段に前記保持手段を支持しない複数の部位を設けたもので、前記保持手段が前記感圧手段を弾性保持している上、前記保持手段には前記支持手段により支持されていない変形のしやすい部位があるので、物体接触時に感圧手段がすぐに変形しやすく、物体の接触を即座に検出することができ、ドア等での挟み込みの際に余計な荷重印加がなくなる。

第１の発明は、変形に応じた出力信号を発生する感圧手段と、前記感圧手段を弾性保持する保持手段と、前記保持手段を支持する支持手段と、前記感圧手段の出力信号に基づき前記感圧手段または前記保持手段への物体の接触を検出する接触検出手段とを備え、前記支持手段に前記保持手段を支持しない複数の部位を設けたもので、前記保持手段が前記感圧手段を弾性保持している上、前記保持手段には前記支持手段により支持されていない変形のしやすい部位があるので、物体接触時に感圧手段がすぐに変形しやすく、物体の接触を即座に検出することができ、ドア等での挟み込みの際に余計な荷重印加がなくなる。また、前記保持手段は弾性があるので、物体の接触による荷重を緩衝することができる上、前記保持手段において前記支持手段により支持されていない部位は物体の接触による荷重の印加により変形しやすいので、物体の接触による荷重をさらに緩衝することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の支持手段が櫛型の支持部を備えたもので、櫛型の支持部の間に前記保持手段を支持しない複数の部位を設けることができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の支持手段が同一平面上で交互に突出方向の異なる支持部を備えたことにより、方向性がなく均等に荷重を緩衝することができる。

第４の発明は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明の感圧手段が可撓性を有する圧電センサを備えたもので、物体の接触による変形の加速度に応じた出力信号を発生するので、応答性が速く、物体の接触を即座に検出することができる。

第５の発明は、特に、第１〜４のいずれか１つの発明の接触検出装置を用い、開口部と、前記開口部を開閉する開閉部と、前記開閉部を駆動する駆動手段と、前記開口部と前記開閉部の少なくとも１つに配設された前記接触検出装置と、前記開閉部が閉動作中または開動作中に前記接触検出装置で物体の接触が検出されると開閉動作を停止するか、または、反転するよう前記駆動手段を制御する制御手段とを備えたもので、前記接触検出装置により物体の接触を即座に検出して挟み込みの際に余計な荷重印加がなくなる開閉装置を実現できる。また、接触検出装置により物体の接触による荷重をさらに緩衝することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における接触検出装置および開閉装置の構成図を示すものである。尚、本実施の形態は本発明の接触検出装置および開閉装置を図８に示したような自動車の電動のスライドドアに適用したものである。図１（ａ）、（ｂ）は本実施の形態における接触検出装置および開閉装置で、図８のＡ−Ａ線に相当する断面図である。図１（ａ）はスライドドア２が完全に閉じた状態を示し、図１（ｂ）はスライドドア２と開口部８の間に物体Ｍが挟み込まれた状態を示している。図１（ａ）、（ｂ）では、向かって左側が自動車の前方、向かって右側が自動車の後方である。

図１（ａ）、（ｂ）において感圧手段１０が弾性体からなる保持手段１１により弾性保持されている。前記弾性体としては、発泡性の熱可塑性エラストマーや、発泡性のＥＰＤＭ、発泡ウレタン等が用いられ、感圧手段１０よりも柔軟性を有している。物体Ｍの接触時に感圧手段１０が変形しやすくなるよう、さらに柔軟性をもたせるために、感圧手段１０と隣接して保持手段１１に中空部を設けた構成としてもよい。保持手段１１はその基底部１１ａで支持手段１２により支持されている。支持手段１２はスライドドア２の側端部２ａに固定されている。

図２（ａ）、（ｂ）に本実施の形態における接触検出装置の感圧手段１０、保持手段１１、支持手段１２の構成図を示す。図２（ａ）は物体Ｍの接触がない状態を示し、図２（ｂ）は物体Ｍの接触がある状態を示している。図２（ａ）、（ｂ）において、支持手段１２は、保持手段１１を支持する櫛型の支持部１２ａと、支持部１２ａ間に保持手段１１を支持しない複数の部位１２ｂと、支持手段１２をスライドドア２の側端部に固定するための固定部１２ｃとを備えている。

図３（ａ）に感圧手段１０の構成図を、図３（ｂ）に図３（ａ）のＢＢ位置における断面図を示す。図３（ａ）において、感圧手段１０は、可撓性を有する圧電センサ１０ａと、圧電センサ１０ａの先端側に配設された断線検出用の抵抗体１０ｂとを備えている。感圧手段１０は、保持手段１１への物体Ｍの接触を検出する接触検出手段１３と接続されている。接触検出手段１３は、電源供給用と検出信号出力用のケーブル部１４と、コネクタ部１５とを介して後述する制御手段に接続されている。

図３（ｂ）において、圧電センサ１０ａは、中心電極１０１、圧電体層１０２、外側電極１０３、被覆層１０４である。中心電極１０１は通常の金属単線導線を用いてもよいが、ここでは絶縁性高分子繊維の周囲に金属コイルを巻いた電極を用いている。前記絶縁性高分子繊維と前記金属コイルとしては、電気毛布において商業的に用いられているポリエステル繊維と銀を５ｗｔ％含む銅合金がそれぞれ好ましい。

圧電体層１０２は一般的にはポリフッ化ビニリデン等の樹脂系の高分子圧電体を用いればよいが、ポリエチレン系樹脂等の高分子基材中に圧電セラミックスの粉体を混合した複合圧電体を用いると高温耐久性が向上する。

外側電極１０３は高分子層の上に金属膜の接着された帯状電極を用い、これを圧電体層１０２の周囲に螺旋状に巻きつけた構成としている。そして、高分子層としてはポリエチレン・テレフタレート（ＰＥＴ）を用い、この上にアルミニウム膜を接着した電極は、１２０℃で高い熱的安定性を有するとともに商業的にも量産されているので、外側電極１０３として好ましい。尚、圧電センサ９を外部環境の電気的雑音からシールドするために、外側電極１０３は部分的に重なるようにして圧電体層１０２の周囲に巻きつけることが好ましい。

被覆層１０４としては、ウレタン、ポリエチレン、塩化ビニール、熱可塑性エラストマなどの適切な弾性の高分子材料が用いられる。

図４に本実施の形態の接触検出装置１６および開閉装置１７のブロック図を示す。図４において、接触検出装置１６は前述したように感圧手段１０の出力信号に基づき物体Ｍの接触を検出する接触検出手段１３を備え、開閉装置１７は、接触検出装置１６と、開閉部としてのスライドドア２を駆動する駆動手段１８と、接触検出装置１６で物体Ｍの接触が検出されるとスライドドア２の開閉動作を停止するか、または、反転するよう駆動手段１８を制御する制御手段１９を備えている。駆動手段１８は電動のモータでスライドドア２を駆動する公知の構成を備えている。

以上のように構成された接触検出装置および開閉装置について、以下その動作、作用を説明する。

図１（ｂ）に示すようにスライドドア２と開口部１との間に物体Ｍが挟み込まれると、物体Ｍが保持手段１１に接触し、保持手段１１および感圧手段１０が押圧される。保持手段１１は感圧手段１０よりも柔軟性を有しているため、保持手段１１が圧縮され、弾性変形し、感圧手段１０も変形する。

図５はこの際の感圧手段１０の出力信号Ｖ、接触検出手段１３の検出出力Ｊ、駆動手段１８のモータへの印加電圧Ｖ_ｍ、挟み込みの際に物体Ｍに印加される荷重Ｗの関係を示す特性図である。図５において縦軸は上から順にＶ、Ｊ、Ｖ_ｍ、Ｗ、横軸は時間ｔである。

図５において、時刻ｔ_１で駆動手段１８に＋Ｖ_ｄの電圧を印加してスライドドア２を閉動作させる。スライドドア２と開口部１の間に物体Ｍが挟み込まれると、物体Ｍからの押圧により保持手段１１および感圧手段１０の圧電センサ１０ａが変形し、圧電センサ１０ａからは圧電効果により圧電センサ１０ａの変形の加速度に応じた信号（図５の基準電位Ｖ_０より大きな信号成分）が出力される。変形の２次微分である加速度に応じた出力信号を発生するので、物体Ｍが接触した場合の圧電センサ１０ａによる検出の応答性が速い。

ここで、仮に、保持手段１１が支持手段１２により基底部１１ａの全面を支持されている構成の場合は、保持手段１１がフリーな状態ではないので基底部１１ａ側が撓んで変形することはないが、本実施の形態の場合、図２（ｂ）に示すように、保持手段１１が支持部１２ａにより支持されていない場所では、保持手段１１がフリーな状態になっているので、図２（ｂ）の領域Ｐ（点線で囲んだ場所）に示すように、物体Ｍから押圧を受ける場所では支持部１２ａ間で保持手段１１の基底部１１ａ側も撓んで弾性変形する。すなわち、支持部１２ａにより支持されていない場所を設けることによって、物体Ｍの接触の際に感圧手段１０が変形しやすくなっている。

感圧手段１０、すなわち、圧電センサ１０ａが変形しやすいと、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１０ａの出力信号Ｖも大きくなる。圧電センサ１０ａの出力信号Ｖが大きいと接触検出手段１３が物体の接触をより早く検出しやすくなる。

次に、図５に示すように、挟み込みが発生すると時刻ｔ_２でＷが増加し始める。そして、接触検出手段１３はＶのＶ_０からの振幅Ｖ−Ｖ_０が予め設定された設定値Ｄ_０以上ならば物体の接触が生じたと判定し、時刻ｔ_３で検出出力としてＬｏ→Ｈｉ→Ｌｏのバルス信号を出力する。制御手段１９ではこのパルス信号があると駆動手段１８への＋Ｖ_ｄの電圧印加を停止し、−Ｖ_ｄの電圧を時刻ｔ_５まで一定時間印加してスライドドア２を一定距離開動作させ、挟み込まれた物体を開放する。

ここで、接触検出手段１３が物体の接触を検出し、制御手段１９に接触の検出信号が入力されてから挟み込まれた物体を開放するよう駆動手段１８が反転を開始するまでには、スライドドア２の重量による慣性力のため、反応時間Δｔを要するが、Δｔの間に保持手段１１の領域Ｐ（図２（ｂ）参照）がさらに撓んで荷重を吸収する。

図６は挟み込みの際のＷを示した特性図である。図６において縦軸はＷ、横軸は時間ｔである。仮に、保持手段１１が支持手段１２により基底部１１ａの全面を支持されている構成の場合（図中、Ｐ２）、スライドドア２の重量による慣性力が働くことにより、接触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、物体Ｍに不要に過大な荷重Ｗ_１が印加されてしまうが、本実施の形態では（図中、Ｐ１）、保持手段１１の領域Ｐ（図２（ｂ）参照）が撓んで荷重を吸収するので、Ｗを低く抑えることができる。

尚、物体が接触した際、ＶがＶ_０より大となるか小となるかは、圧電センサ１０ａ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１０ａの支持方向により変わるため、接触検出手段１３でＶのＶ_０からの振幅｜Ｖ−Ｖ_０｜に基づき物体の接触を検出する構成としてもよく、ＶのＶ_０に対する大小によらず物体の接触を検出することができる。

以上のように、本実施の形態における接触検出装置および開閉装置では、保持手段１１が感圧手段１０を弾性保持している上、保持手段１１には支持手段１２により支持されていない変形のしやすい部位があるので、物体接触時に感圧手段１０がすぐに変形しやすく、物体の接触を即座に検出することができ、挟み込みの際に余計な荷重印加がなくなる。また、保持手段１１は弾性があるので、物体の接触による荷重を緩衝することができる上、保持手段１１において支持手段１２により支持されていない部位は物体の接触による荷重の印加により変形しやすいので、物体の接触による荷重をさらに緩衝することができる。

また、特に、支持手段１２が櫛型の支持部１２ａを備えたもので、櫛型の支持部１２ａの間に保持手段１１を支持しない複数の部位１２ｂを設けることができる。

また、感圧手段１０が可撓性を有する圧電センサ１０ａを備えており、物体の接触による変形の加速度に応じた出力信号を発生するので、応答性が速く、物体の接触を即座に検出することができる。

（実施の形態２）
図７（ａ）は本発明の実施の形態２における接触検出装置の感圧手段１０、保持手段１１、支持手段１２の構成図、図７（ｂ）は本実施の形態２における開閉装置の図８のＡＡ位置に相当する断面図で、スライドドア２を完全に閉じた状態である。本実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、図７（ａ）、（ｂ）に示すように支持手段１２が同一平面上で交互に突出方向の異なる支持部１２ｄと、支持部１２ｄ間に保持手段１１を支持しない複数の部位１２ｅと、支持手段１２をスライドドア２の側端部に固定するための固定部１２ｆを備えたことにある。支持部１２ｄは、例えば帯状の金属板の側端部に切れ込みを入れて交互に屈曲させて成形すればよく、生産性がよい。

上記構成により、実施の形態１では支持部１２ａが櫛型になっているため、物体が接触した際に保持手段１１が櫛型の支持部１２ａの根元から先端の方向に向って傾斜して撓みやすくなっており、傾斜する向きに方向性があるので、物体の接触の仕方により、荷重をうまく緩衝できない場合があるが、本実施の形態２では、支持手段１２が同一平面上で交互に突出方向の異なる支持部１２ｄを備えたことにより、物体がいずれの方向から接触しても保持手段１１が押圧された方向に傾斜して撓むため、方向性がなく均等に荷重を緩衝することができる。

尚、実施の形態１、２では、スライドドア２が閉め切り直前で開口部１とスライドドア２との間に物体Ｍが挟み込まれた場合の本発明の接触検出装置および開閉装置の動作を説明したが、スライドドア２が閉め切り直前ではなく、閉動作の途中で物体Ｍに接触した場合も同様な手順で物体の接触を検出し、スライドドア２を一定距離開動作させ、挟み込まれた物体を開放する。

また、実施の形態１、２では、開閉部としてのスライドドア２の閉止方向前端に感圧手段としての圧電センサを配設したが、開閉部や開口部の周囲に亘って感圧手段を配設して物体の接触を検出する構成としてもよい。

また、実施の形態１、２では、本発明の接触検出装置および開閉装置を自動車のスライドドアに適用したが、パワーウィンドウや電動サンルーフ、電動ハッチバック、コンバーチブル車の自動幌開閉装置等、自動車の他の開閉装置に適用してもよい。

また、本発明の接触検出装置および開閉装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

以上のように、本発明にかかる接触検出装置および開閉装置は、自動車以外の開閉装置、例えば、エレベータやシャッター、乗物や建物の自動ドア等にも適用できる。

（ａ）本発明の第１の実施の形態における接触検出装置および開閉装置の構成図（スライドドアが完全に閉じた状態）（ｂ）本発明の第１の実施の形態における接触検出装置および開閉装置の構成図（スライドドア２と開口部８の間に物体Ｍが挟み込まれた状態）（ａ）本実施の形態における接触検出装置の感圧手段１０、保持手段１１、支持手段１２の構成図（物体Ｍの接触がない状態）（ｂ）本実施の形態における接触検出装置の感圧手段１０、保持手段１１、支持手段１２の構成図（物体Ｍの接触がある状態）（ａ）感圧手段１０の構成図（ｂ）図３（ａ）のＢＢ位置における断面図実施の形態２の接触検出装置１６および開閉装置１７のブロック図感圧手段１０の出力信号Ｖ、接触検出手段１３の検出出力Ｊ、駆動手段１８のモータへの印加電圧Ｖ_ｍ、挟み込みの際に物体Ｍに印加される荷重Ｗの関係を示す特性図挟み込みの際に物体に印加される荷重Ｗを示した特性図（ａ）本発明の実施の形態２における接触検出装置の感圧手段１０、保持手段１１、支持手段１２の構成図（ｂ）本実施の形態２における開閉装置の図８のＡＡ位置に相当する断面図従来の開閉装置の外観図（ａ）図８のＡ−Ａ線における断面図（開口部１とスライドドア２との間に物体の挟み込みがない場合）（ｂ）図８のＡ−Ａ線における断面図（開口部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）

符号の説明

１開口部
２スライドドア（開閉部）
１０感圧手段
１０ａ圧電センサ
１１保持手段
１２支持手段
１２ａ、１２ｄ支持部
１３接触検出手段
１６接触検出装置
１７開閉装置
１８駆動手段
１９制御手段

Claims

変形により出力信号を発生する感圧手段と、前記感圧手段を弾性保持する保持手段と、前記保持手段を支持する支持手段と、前記感圧手段の出力信号に基づき物体の接触を検出する接触検出手段とを備え、前記支持手段に前記保持手段を支持しない複数の部位を設けた接触検出装置。
支持手段は櫛型の支持部を備えた請求項１記載の接触検出装置。
支持手段は同一平面上で交互に突出方向の異なる支持部を備えた請求項１記載の接触検出装置。
感圧手段は可撓性を有する圧電センサを備えた請求項１〜３のいずれか１項記載の接触検出装置。
開口部と、前記開口部を開閉する開閉部と、前記開閉部を駆動する駆動手段と、前記開口部と前記開閉部の少なくとも１つに配設された請求項１〜４のいずれか１項記載の接触検出装置において、前記開閉部が閉動作中または開動作中に前記接触検出装置で物体の接触が検出されると開閉動作を停止または反転するよう前記駆動手段を制御する制御手段とを備えた開閉装置。