JP2005227243A - 静電容量型センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 水滴の付着などの外乱による誤検知をなくし、物体が近接または接触したときの精密な検知を行い、ドア閉め際の挟み込みを防止する静電容量型センサを提供する。
【解決手段】 物体を検出するために設けた静電容量の差分により検出する一対の検出電極Ａ，Ｂと、前記一対の検出電極Ａ，Ｂを囲むシールド電極Ｓとを設け、これらを絶縁部材５で被覆する。そして物体が接触した場合は検出電極Ａが移動して検出電極Ｂに接触する構成とする。この構成により物体の挟み込みを差分値と閾値とを比較判断することで外乱による誤検知を防止するとともに、物体の非接触時と接触時の挟み込みを精度よく検知する。
【選択図】 図４

Description

本発明は、接近または接触する物体を検知する静電容量型センサに関する。

従来、車両の自動開閉式スライドドアやパワーウインドのような可動部と、この可動部を受け止めるピラーや窓枠のような固定部との間に手や指などが挟まれることを防止する、挟み込み防止装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この挟み込み防止装置は、物体を検知する静電容量型センサを備えており、この静電容量型センサで検知した物体の検知信号によって可動部を停止し、あるいは可動部を反対方向に移動させるようになっている。

一般に、静電容量型センサは、図９（ａ）に示すように、検出電極Ｅ１と、接地電極Ｅ２と、検出電極Ｅ１及び接地電極Ｅ２の間に挟み込まれた絶縁体Ｉｎと、これら検出電極Ｅ１、接地電極Ｅ２及び絶縁体Ｉｎの周囲を取り囲むように配設された被覆部材とを備えている。そして、この静電容量型センサは、例えば、固定部と向き合う可動部側の端面に配設される。

このような静電容量型センサでは、図９（ｂ）に示すように、電荷供給回路から発振回路及び出力アンプを介して検出電極Ｅ１に電荷が供給される。つまり、検出電極Ｅ１及び接地電極Ｅ２がコンデンサを構成するため、検出アンプを介して出力される電位Ｖは、次式（１）で表される。
Ｖ＝Ｑ／（Ｃ１＋Ｃ２）・・・・・（１）
（ただし、式（１）中、Ｑは、静電容量型センサ（コンデンサ）に蓄えられる電気量を表し、Ｃ１は、静電容量型センサの静電容量を表し、Ｃ２は、静電容量型センサと大地との間の静電容量を表す）

そして、この静電容量型センサに物体が近接すると、静電容量型センサと物体との間の静電容量によって前記電位Ｖは変化する。つまり、この電位Ｖは、次式（２）で表される。
Ｖ＝Ｑ／（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）・・・・・（２）
（ただし、式（２）中、Ｑ、Ｃ１及びＣ２は、前記と同じであり、Ｃ３は、静電容量型センサと物体との間の静電容量を表す）

したがって、物体が静電容量型センサに近づけば近づくほどＣ３は増大していき、その結果、検出アンプを介して出力される電位Ｖは、小さくなっていく。つまり、静電容量型センサは、このような電位Ｖの変化によって、物体を検知するようになっている。
特開２００１−３２６２８号公報（段落０００２〜００２６、図１）

ところで、このような静電容量型センサでは、図９（ｃ）に示すように、降雨等によって検出電極Ｅ１及び接地電極Ｅ２の周囲、例えば絶縁部材に水滴Ｗが付着する場合がある。このように水滴Ｗが絶縁部材に付着すると、この静電容量型センサは接地電極Ｅ１を有しているため、水滴Ｗの静電容量Ｃｗによって、その静電容量Ｃ１が増加する。

しかしながら、静電容量型センサの静電容量Ｃ１が増加すると、この静電容量型センサは、あたかも物体が静電容量型センサに近接したかのように電位Ｖの出力を下げる。したがって、このような静電容量型センサを使用した挟み込み防止装置は、水滴Ｗが付着することによる外乱によって誤作動してしまう。また、静電容量型センサを窓ガラス、ドアなどの挟み込み検知に用いた場合には、閉まり際においては、物体がセンサに近接するために挟み込みであると誤検知する場合があり、このためドアの閉まり際においてさらなる検知精度の向上が望まれている。

そこで、本発明は、水滴が付着することによる誤検知をなくすとともに、人体などの物体が近接したときの精密な検知を行い、外乱の影響を確実に防止することができ、また、センサに物体が直接接触したときにも挟み込みを確実に防止することができる新規な静電容量型センサを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために講じた手段は、人体などの物体との間に設ける一対の検出電極により静電容量の差分を検出し、外乱に影響を受けないようにすること、そして、前記一対の検出電極をシールド電極で囲み、指向性を向上させる構造としたことを基本的な発明思想とする次のとおりのものである。

請求項１の静電容量型センサでは、それぞれが基準コンデンサに接続され、対向的に離間する一対の検出電極と、前記一対の検出電極を囲み、予め前記検出電極のそれぞれと同電位に配設したシールド電極と、前記シールド電極を保持して可撓性を有する絶縁部材と、を含むセンサ部を備え、前記シールド電極は、検出面側に開口しており、前記シールド電極の開口端部は前記検出電極より突出して設けられ、前記センサ部に物体が接触する場合は、その接触する押圧力により前記シールド電極の突出量が減少するようにしたことを特徴とする。

請求項１の静電容量型センサによれば、前記検出電極の差分を検知することによって、静電容量の変化に伴う前記検出電極の電圧変化により、近接する物体の確実な検知をすることで、水滴が付着するなどの外乱による誤検知をなくすことができる。また、前記シールド電極の配設により指向性を高めつつ、該シールド電極の突出量を減少可能にすることにより、前記検出電極の感度を高め、前記物体の挟み込みを精度よく、かつ、素早く検知することができる。

請求項２の静電容量型センサでは、請求項１において、前記シールド電極の底部と前記絶縁部材との間に圧縮性部材を設けることを特徴とする。

請求項２の静電容量型センサによれば、前記シールド電極の底部と前記絶縁部材との間に設けた圧縮性部材の圧縮性を利用することにより、該シールド電極の突出量を減少することができる。

請求項３の静電容量型センサでは、請求項１または請求項２において、前記シールド電極は金属製であることを特徴とする。

請求項３の静電容量型センサによれば、物体の接触による静電容量型センサの変形を防止できる。

請求項１によれば、水滴が付着するなどの外乱による誤検知をなくすとともに、静電容量の差分を検出する一対の検出電極とシールド電極の組み合わせにより、センサ部に物体が接触した場合には、シールド電極の突出量が減少することによって、センサ感度が飛躍的に向上する。このセンサ感度の変化に基づいて、物体がセンサに接触したときを確実に検知することができ、閉まり際の挟み込み検知精度を向上させることができる。したがって、非接触状態では、シールド電極が検出電極より突出して外乱防止効果を優先させ、接触状態ではセンサ感度を向上させて確実な挟み込み検知ができるといった、非接触・接触状態においてそれぞれ好ましい効果を得ることができる。以下削除

請求項２によれば、圧縮性部材の圧縮性を利用することで簡単な構造でシールド電極の突出量を減少可能に構成することができる。

請求項３によれば、物体の接触による静電容量型センサの変形を防止でき、安定した検出精度を保つことができる。

以下、本発明の静電容量型センサの一実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る静電容量型センサを自動車のパワースライドドアの挟み込み防止に適用して取り付けたときの様子を示す斜視図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線における静電容量型センサの断面図である。（ａ）は、非接触時の検出電極の配置構造を示す。（ｂ）は、接触時の検出電極の配置構造を示す。図３は、本実施形態に係る静電容量型センサが組み込まれた挟み込み防止装置の概略図である。図４は、図３の挟み込み防止装置のブロック図である。図５は、本実施形態に係る静電容量型センサの動作を説明する概略図である。図６は、非接触型の静電容量型センサの挟み込み防止の制御フローを示すフローチャートである。図７は、静電容量型センサに対する物体の方位角度（度）と、静電容量型センサから物体までの距離（ｍｍ）と、シールド電極側壁の突出量との関係を示す円グラフである。図８は、静電容量型センサによる差分値の変化を示す実験結果を表す図である。

（全体概略）
図１は、パワードア・システムを採用した自動車のパワースライドドアの後記する挟み込み防止装置に適用した場合の本実施形態の静電容量型センサを概略的に示している。同図において、自動車の側部に設けられたパワースライドドア１には、開閉するパワースライドドア１のセンターピラー２に面した閉止側の端部に沿って静電容量型センサ３が延設されている。

（静電容量型センサ）
図１に示すように、本実施形態に係る静電容量型センサ３は、自動車のセンターピラー２と向き合うパワースライドドア１の端面の上端から下端にわたって取り付けられている。図２（ａ）に示すように、この静電容量型センサ３は、センサ部４とパワースライドドア１に取り付けるためのトリム部（取り付け部）１３とを備えている。センサ部４は、第１検出電極Ａと、この第１検出電極Ａに対向的に離間して配設される第２検出電極Ｂと、この第１検出電極Ａと第２検出電極Ｂとを囲むシールド電極Ｓと、これら各電極を被覆する絶縁部材５とから主として構成されている。

これら第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂおよびシールド電極Ｓは、静電容量型センサ３の外形を形作る絶縁部材５で被覆されており、この絶縁部材５の長手方向に延びるように配設されている。つまり、これら第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂおよびシールド電極Ｓは、図１に示すように、パワースライドドア１の前記端面の上端から下端にわたって配置されるようになっている。なお、絶縁部材５の絶縁材料としては、例えば、ゴム、絶縁性樹脂等が挙げられる。

図２（ａ）に示すように、静電容量型センサ３のセンサ部４は、互いに対向的に離間して配設される一対の第１検出電極Ａ、第２検出電極Ｂを有し、この第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂを囲むようにして配設される断面コ字状のシールド電極Ｓと、このシールド電極Ｓの裏面側に配設されるスポンジ材１５と、これら第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂ、シールド電極Ｓおよびスポンジ材１５を内部に収容し、これらを被覆する絶縁性の絶縁部材５とから主として構成されている。前記第１検出電極Ａと第２検出電極Ｂとは、絶縁体Ｈによって互いに離間した間隔に保持されている。第１検出電極Ａは、断面コ字状のシールド電極Ｓの開口部側に設けられており、第２検出電極Ｂは、シールド電極Ｓの底部Ｓｃ側に配設されている。

（センサ部４の可動部）
シールド電極Ｓの両側の側壁Ｓａ，Ｓｂは、互いに高さが等しくなるように形成されており、側壁Ｓａ，Ｓｂの頂部は、絶縁部材５の内側に突出して設けた前記アーム部５ｂ，５ｂにそれぞれ当接するように形成されている。絶縁部材５の表面部５ａは、外向きの緩やかな局面に形成されている。表面部５ａは、後記する物体がこの表面部５ａに接触したとき、その接触力により屈曲部５ｅ，５ｅが内方へ撓んで前記アーム部５ｂ，５ｂがシールド電極Ｓの側壁Ｓａ，Ｓｂの頂部を押圧するように構成されている。

シールド電極Ｓは、スポンジ材１５の圧縮により変位可能に設けられている。絶縁部材５の底部５ｄとシールド電極Ｓの底部Ｓｃとの間に配設されるスポンジ材１５は、可圧縮性の材料で形成される。これにより、スポンジ材１５は、絶縁部材５の表面部５ａに物体が接触したとき、シールド電極Ｓがその押圧力を受けることに伴い圧縮されて縮小する。シールド電極Ｓの側壁Ｓａ，Ｓｂの頂部は、このスポンジ材１５の圧縮に伴う変位により、その突出位置が第１検出電極Ａの表面とほぼ同一面となる位置まで後退するようになっている。このシールド電極Ｓの側壁Ｓａ，Ｓｂの頂部の後退は、静電容量型センサ３の指向性と感度を変化させることができるようにするものである。なお、前記スポンジ材１５は、特許請求の範囲の「圧縮性部材」に相当する。この「圧縮性部材」は、圧縮された場合の、縮小性が大きい、スポンジ状の材料が好適に用いられる。また、絶縁部材５の内部空間は閉鎖された空気層を形成する。

（センサ部４の固定部）
一方、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂは、図２（ａ）に示すように、絶縁部材５内に固定的に設けられている。絶縁部材５の底部５ｄ内面には、スポンジ穴１５ａ、シールド電極Ｓの底部穴Ｓｄを貫通して絶縁体Ｈの位置を固定するための柱状の支持部１６が設けられている。したがって、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂの配設された位置も、絶縁体Ｈにより固定的に保持されるようになっている。この柱状の支持部１６は、絶縁体Ｈの底面部に当接するように絶縁部材５の底部５ｄ内面の長手方向に沿って適宜間隔をもって突設されている。

第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂおよびシールド電極Ｓは、一定幅であって、一定長さの帯状の導電性材料で形成されており、後記する第１基準コンデンサＣＲ１（図４参照）に接続されている。そして、第１検出電極Ａは、第１基準コンデンサＣＲ１が充電された際に、一定の電圧が設定されるようになっている。この第１検出電極Ａを構成する導電性材料としては、例えば、金属、ゴムに金属粉をフィラーとして含ませた導電性ゴム、導電性樹脂等が挙げられる。

第２検出電極Ｂは、第１検出電極Ａの幅と長さに等しい幅と長さをもつ帯状の導電性材料で形成されている。この第２検出電極Ｂは、後記する第２基準コンデンサＣＲ２（図４参照）に接続されており、第２基準コンデンサＣＲ２が充電された際に、一定の電圧が設定されるようになっている。なお、本実施形態では、第１基準コンデンサＣＲ１および第２基準コンデンサＣＲ２が充電された際に、第２検出電極Ｂの電位が、第１検出電極Ａの電位と等しくなるように設定されている。この第２検出電極Ｂを構成する導電性材料としては、例えば、金属、ゴムに金属粉をフィラーとして含ませた導電性ゴム、導電性樹脂等が挙げられる。

この第１検出電極Ａおよび第２検出電極Ｂは、図示の配置形態では対向する間隔を置いてセンサ方向に対して重なるように配置した構造を示しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、その幅方向に互いにずらして対向的に配置した構造としてもよい。

シールド電極Ｓは、その長さが第１検出電極Ａおよび第２検出電極Ｂの長さと等しく、その横断面が略コ字状の導電性材料で形成されている。シールド電極Ｓは、その電位が、第１検出電極Ａおよび第２検出電極Ｂの電位と等しくなるように構成されている。このシールド電極Ｓを構成する導電性材料としては、例えば、金属、ゴムに金属粉をフィラーとして含ませた導電性ゴム、導電性樹脂等が挙げられる。シールド電極Ｓを金属製とした場合は、保形性がよく、検出すべき対象の物体との接触による静電容量型センサ３の変形を防止することができるとともに、安定した検出精度を保つことができる。

図２（ａ）に示すように、静電容量型センサ３の前記センサ部４に隣接して、パワースライドドア１の閉止側のエッジ部分１ａに取り付け可能に形成されたトリム部１３が設けられている。このトリム部１３には、前記第１検出電極Ａのセンサ方向とは反対方向に開口する溝１３ａが設けられている。この溝１３ａは、パワースライドドア１のエッジ部分１ａに取り付けるために形成されるものである。この溝１３ａ内の対向する溝面には、抜け止め用のリップ状の係止片１３ｂが設けられている。トリム部１３には、補強部材を兼ねて断面逆Ｕ字形の外乱防止用のシールド電極Ｓｔが埋設されている。なお、このシールド電極Ｓｔに代えて、芯金を設けてもよく、また、シールド電極Ｓを延長して一体に形成したものを用いてもよい。

図２に示す前記センサ部４に設けた第１検出電極Ａおよび第２検出電極Ｂは、後記する検出回路ユニット７（図４参照）に接続される。第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂは、パワースライドドア１（図１参照）に近接する物体６（図５参照）との間に静電容量を形成するためのもので、伸縮性のある絶縁部材５によって覆われている。この絶縁部材５は、人体などの物体６に対してダメージをできるだけ少なくするために、伸縮性あるいは可撓性のあるゴムまたは化学繊維などの樹脂材などの絶縁性の材料から形成されることが好ましい。

シールド電極Ｓは、絶縁部材５によって覆われた前記一対の第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂのセンサ方向（シールド電極Ｓの開口部の延長方向）を除く三方を囲み、シールド電極Ｓは、予め第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂと同電位となるように配設して構成されている。したがって、物体６を検知しない状態の検知非作動時においては、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂおよびシールド電極Ｓとの間には、電位差が生じないようになっている。また、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂとシールド電極Ｓとの間は、絶縁体Ｈによって絶縁されている。

（挟み込み防止装置）
図３には、本発明の静電容量型センサ３を適用した挟み込み防止装置を示している。この挟み込み防止装置は、前記静電容量型センサ３と、検出回路ユニット７と、ＥＣＵ(Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ)８と、ドア駆動装置９とを備えている。検出回路ユニット７、ＥＣＵ８およびドア駆動装置９は、自動車の車体側に配設されている。

ドア駆動装置９は、パワースライドドア１をＥＣＵ８が出力する指令信号によって開閉する公知の構造を有しており、ＥＣＵ８が出力する指令信号に応じて正回転、逆回転または停止する電動モータ（図示せず）と、この電動モータの回転力を受けてパワースライドドア１を押し引きするキャタピラ等のプッシュプル機構（図示せず）とで構成されている。

図４に示すように、検出回路ユニット７は、第１基準コンデンサＣＲ１および第２基準コンデンサＣＲ２と、電荷転送回路７ｃと、差分検出回路７ａと、信号処理回路７ｂとを備えている。第１基準コンデンサＣＲ１は、静電容量型センサ３の第１検出電極Ａに接続されており、第２基準コンデンサＣＲ２は、同様に第２検出電極Ｂに接続されている。また、これら第１基準コンデンサＣＲ１および第２基準コンデンサＣＲ２には、スイッチ操作により電源供給が開始されると、次に説明する電荷転送回路７ｃによって充電されて基準の電気量を蓄えるようになっている。なお、第１基準コンデンサＣＲ１および第２基準コンデンサＣＲ２は、それぞれ同じ容量のコンデンサでよいが、適宜異なる容量のコンデンサを用いてもよい。

本実施形態における第１基準コンデンサＣＲ１および第２基準コンデンサＣＲ２は、物体と第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂとの間に発生するそれぞれのコンデンサの静電容量変化を検出して比較し、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂ間の電位変動をみる場合の基準とするために検出回路に設けている。

電荷転送回路７ｃは、パワースライドドア１のドア開閉スイッチ（図示せず）が操作されてスイッチオンの状態で起動されて、第１基準コンデンサＣＲ１および第２基準コンデンサＣＲ２に前記電気量を充電するように構成されている。また、パワースライドドア１が完全閉止の状態では、第１基準コンデンサＣＲ１および第２基準コンデンサＣＲ２に充電された前記電気量は放電するように構成されている。この電荷転送回路７ｃとしては、公知の構成のものを採用することができる。前記ドア開閉スイッチは、自動車のドアの内壁と運転席のドアの内壁などに設ける。

差分検出回路７ａは、第１検出電極Ａおよび第２検出電極Ｂに接続されており、第１基準コンデンサＣＲ１および第２基準コンデンサＣＲ２に前記電気量が充電された際の、第１検出電極Ａおよび第２検出電極Ｂに設定された電位を検出するとともに、第１検出電極Ａの電位と第２検出電極Ｂの電位との差分値を検出するようになっている。そして、この差分検出回路７ａは、検出した差分検出信号を次に説明する信号処理回路７ｂに出力するように構成されている。この差分検出回路７ａには、例えば、公知の差動増幅回路を使用することができる。

信号処理回路７ｂは、差分検出回路７ａからの差分検出信号を入力するとともに、差分検出信号に基づく差分値と、予め設定された差分の閾値とを比較するようになっている。そして、この信号処理回路７ｂは、差分検出信号に基づく差分値が予め設定した閾値と比較して、人体などの物体６の検知を判断するようになっている。

図８は、本実施形態に係る静電容量型センサ３の実験結果を表す図である。図８において、差分検出信号に基づいて出力される差分値は、物体６が静電容量型センサ３から充分に遠い距離にあるときは、設定した閾値、例えば、電圧での閾値を１．５（Ｖ）とした場合、これより低い差分値１（Ｖ）程度の時間経過で推移するが、物体が静電容量型センサ３に近接すると急激に出力が増大してこの差分値が上昇する。そして、設定した閾値１．５（Ｖ）を超えると、図４に示す信号処理回路７ｂは、物体６の検知信号をＥＣＵ８に向けて出力する。

また、物体６が静電容量型センサ３に直接に接触し、絶縁部材５の押圧力によりシールド電極Ｓを押し込むと、スポンジ材１５が圧縮されて第１検出電極Ａの面に対するシールド電極Ｓの側壁Ｓａ，Ｓｂの突出量が減少する。この側壁Ｓａ，Ｓｂの突出量の減少に伴い、第１検出電極Ａのセンサ感度が飛躍的に向上する。図７には示していないが、この感度の飛躍的な変化に基づいて電圧の出力が増大する。一方、第２検出電極Ｂの位置は、もともとシールド電極Ｓの底部で囲まれているので、感度は変わらないから、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂ間の電位の差分値が急激に増大することになる。この出力の増加に伴う差分値の増大が設定した閾値、例えば、電圧での閾値を１．５（Ｖ）とした場合、差分値の出力が１（Ｖ）程度の時間経過で推移していた出力が、感度が向上することに伴い、急激に上昇して、閾値に達する時間が早くなる。そのため、設定した閾値１．５（Ｖ）を超える時間が早くなると、それだけ早い時間をもって信号処理回路７ｂは、物体の検知信号をＥＣＵ８に向けて出力することができる。

このように、信号処理回路７ｂは、物体６の検知を判断した場合には、検知信号をＥＣＵ８に向けて出力するように構成されている。この信号処理回路７ｂとしては、例えば、閾値が格納されるメモリと、メモリを参照して閾値と差分検出信号に基づく差分値とを比較するとともに、差分検出信号に基づく差分値が物体６の検知を判断するように設定した閾値範囲にある場合に、物体６の検知信号をＥＣＵ８に向けて出力するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｅｒ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）とで構成されるものが挙げられる。

（静電容量型センサの動作）
次に、図４，図５を参照して、静電容量型センサ３の動作について説明する。図４および図５には、説明のために、トリム部（１３）を省略してセンサ部４のみを概略的に示している。一対の第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂは、共にプラス極性の電極同士で配設されている。第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂのそれぞれと、人体などの導電性の物体６との間に静電コンデンサＣＡ，ＣＢが形成される。第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂは、シールド電極Ｓに囲まれた状態で、互いに空気層などの絶縁物を介して絶縁部材５内に一定間隔をもって離間して配置されている。

図５に示すように、物体６と第１検出電極Ａとの間に距離ｄａをもって静電コンデンサＣＡが形成される。また、物体６と第２検出電極Ｂとの間に距離ｄｂをもって静電コンデンサＣＢが形成される。センサ部４は、それぞれの静電容量を図４に示す差分検出回路７ａに送信し、この差分検出回路７ａにおいて検出した静電容量に応じた電位に変換した差分値を出力するように構成されている。

図５に示すように、雨などにより、例えば、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂおよびシールド電極Ｓを被覆する絶縁部材５の表面や周囲に水滴が付着しても、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂの側面がシールド電極Ｓでカバーされているので、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂへの影響は非常に小さい値となっている。例えば、第１検出電極Ａの表面積が見かけ上増大して静電容量の変化が現実的には発生していても、各電極が同電位に構成してあるので、電気信号としては出力されない。したがって、センサ部４の表面に水滴が付着しても、挟み込み防止装置の誤検知が起こることは防止される。また、シールド電極Ｓにより外部環境（温度や湿度、あるいは振動等の何らかの外部環境）の変動による静電容量の変動によって生じるノイズが低減される。したがって、外部環境によって生じるノイズに対する信号の割合（Ｓ／Ｎ比）が増大し、センサ部４の安定した検出感度が維持できる。このため、検出回路ユニット７の閾値を小さく設定することが可能となり、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂの検出領域を拡大することができる。

シールド電極Ｓの両シールド側壁Ｓａ、Ｓｂ（図２参照）は、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂの電気力線の指向性を限定する指向性制御手段として機能する。この両側壁Ｓａ、Ｓｂは、シールド電極Ｓと一体に形成されている。このため、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂの表面から放射方向に伸びる電気力線は、両側壁Ｓａ、Ｓｂによりシールドされていない方向にのみ伸びることになる。したがって、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂの電気力線の方向、即ち、指向性を、このシールド壁Ｓａ、Ｓｂを設けることにより制御することができる。

（検出回路の検出法）
ここで、図４を参照して、センサ部４が接続される検出回路ユニット７の検出動作を説明する。図示の検出回路ユニット７は、差分検出回路７ａを備えており、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂに電気的に接続されている。この差分検出回路７ａと第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂとの各々の接続回路は、検出回路ユニット７内で分岐して、第１基準コンデンサＣＲ１，第２基準コンデンサＣＲ２に別々に接続されている。差分検出回路７ａは、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂが前記一定間隔により相異なる物体６との距離ｄａ，ｄｂ（図５参照）間において静電コンデンサＣＡ，ＣＢに滞留するそれぞれの静電容量値に差が生じる。そして、差分検出回路７ａでは、この静電容量値の差に対応する電位差を検出するようになっている。

（差分値の検出方式）
本発明の静電容量型センサ３による差分値の差分検出方式は、人体などの物体６の接近に伴い、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂの相異なる距離ｄａ，ｄｂの差でこの第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂと物体６と間に生起する静電容量値に差が生じ、その差に対応する電位の差分値（電位差＝電圧差）に変換し、この電位の差分値を信号処理回路７ｂに出力して信号処理回路７ｂで設定した閾値と比較し、物体６の接近または接触の検知判断をさせるようにしたものである。
つまり、図１に示すように、パワースライドドア１とセンターピラー２との間に人体などの物体６が存在する状態を想定すると、図５で示したように第１検出電極Ａと物体６との間にコンデンサが形成される。このコンデンサに蓄えられる前記（２）式における静電容量（Ｃ１＋Ｃ２＋Ｃ３）からなる静電容量の合成値Ｃと、検出電極の電圧Ｖと電荷Ｑとの関係から、次の式、
Ｖ＝Ｑ／Ｃ・・・・・（３）
が成立する。

ここで、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂの静電容量値の差は、次の式、
ＣＡ（＝ε×ＳＡ／ｄａ） ＞ ＣＢ（＝ε×ＳＢ／ｄｂ）・・・・・（４）
で表される。ただし、ＣＡ，ＣＢは第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂの静電容量、εはセンサ部４と物体６との間に存在する空気を含む物質の誘電率、ＳＡ，ＳＢは第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂの物体６に対向するとみなされる部分の面積、ｄａ，ｄｂは物体６との検出間の距離である。

前記（３）式と（４）式とから分かるように、その電圧の変化は、センサ部４自体の第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂの静電容量Ｃ１と、センサ部４と大地間容量Ｃ２とは定数とみなすことができるので、センサ部４と物体６との間の静電容量Ｃ３によるものであり、検出するセンサ部４の周辺に人体などの物体６の存在または接近によって生じるとみてよい。これにより、人体などの物体６が接近すると、電圧が下がることが分かる。したがって、静電容量型センサ検出方式の基本原理は、センサ部４に対して、人などの物体６の存在または近接によって静電容量の変化を電圧に変換して検知するものである。これにより、人体などの物体６の接近で静電容量の合成値が増加するため、非接触検知が可能となる。

前記した式（３），（４）から前記差分値は、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂによる電圧ＶＡと電圧ＶＢとの差、つまり、ＶＡ−ＶＢによって得られる。物体６が近接するほど物体６との検出間の距離ｄａ，ｄｂの差が大きく影響するため、この差分値ＶＡ−ＶＢが増大する。
この電圧の差分を検出して、検知判断に利用するものであり、差分検出回路７ａにより差分値（電位差値）に変換される。

差分検出回路７ａで検出された差分値は、信号処理回路７ｂへ出力される。この信号処理回路７ｂへ出力された差分値は、信号処理回路７ｂで予め設定された閾値と比較される。この信号処理回路７ｂにおける設定閾値は、人体などの物体６が第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂに近接したときのピーク値から設定する閾値、例えば、閾値１．５（Ｖ）に設定する。

（挟み込み防止装置の動作）
次に、図１〜４を参照して、本実施形態の静電容量型センサ３を適用した挟み込み防止装置の動作について説明する。図１に示すように、パワースライドドア１のドア開閉スイッチ（図示せず）を操作してドアを開けた開放状態の格納位置に移動させる。この開放状態において、ドア開閉スイッチをパワースライドドア１の閉止側に操作すると、格納位置に位置しているパワースライドドア１は、閉止工程を開始し始める。前記スイッチ操作により、ＥＣＵ８は、ドア駆動装置９に設けられた電動モータ（図示せず）が正回転するように電源供給を開始する。同時に、エンコーダ（図示せず）は電動モータが正回転していることを検出し、ＥＣＵ８に検出信号を送信する。同時に、ＥＣＵ８は、検出回路ユニット７への電源供給を開始する。図示しないが、検出回路ユニット７と、パワースライドドア１の電動モータの駆動軸に連結したエンコーダとがＥＣＵ８に接続されている。

まず、非接触検知について説明する。電動モータの正回転駆動により、パワースライドドア１が閉じられつつあるときに、パワースライドドア１の端部に延設した第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂに人体などの物体６が接近するに従い、物体６と第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂとの間の静電容量の合成値で形成される出力が増加する。そして、図８に示すように、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂの直前にまで近接すると、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂによる検出回路ユニット７からの出力は急激に増大する。この出力は、検出回路ユニット７の差分検出回路７ａにより検出され、検出信号が信号処理回路７ｂに送信される。送信された電気信号の振幅が設定した閾値、例えば、閾値１．５（Ｖ）を超えると、信号処理回路７ｂからＥＣＵ８へ信号を出力する。この信号をＥＣＵ８が入力すると、ＥＣＵ８は異常状態の発生の検知を判断し、ドア駆動装置９の動作を停止させる停止信号を出力する。また、それと同時にドア駆動装置９を開方向に移動させる反転信号を出力する。

なお、この検出回路ユニット７自体は、動体検出回路を有するものであるが、パワースライドドア１の閉止動作と共に第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂが移動するため、検出領域内に近接する人などの移動する物体６の他に、検出領域内に存在する静止物体をも検出することができる。

ＥＣＵ８からドア駆動装置９に停止信号を出力された場合、ＥＣＵ８がエンコーダからのモータ正回転検出信号を確認した後、ドア駆動装置９は瞬時に電動モータを停止させる。さらに電動モータの極性を逆転させ、パワースライドドア１を反転させる。このため、パワースライドドア１が物体６を挟み込むことを防止することができる。本実施形態では、非接触時の設定閾値に達する検出領域を約２ｍｍから５０ｍｍ程度の範囲に調整されている。

次に、直接に接触した場合の検知について説明する。パワースライドドア１が閉じられつつあるときに、パワースライドドア１のセンサ部４に人体などの物体６が直接に接触すると、つまり、図２に示すように物体６がセンサ部４の絶縁部材５の表面部５ａに直接に接触すると、絶縁部材５の表面部５ａが押圧される。それに伴いスポンジ材１５が圧縮され、シールド電極Ｓの側壁Ｓａ，Ｓｂが変位して後退する。これとともに、シールド電極Ｓの側壁Ｓａ，Ｓｂの第１検出電極Ａからの突出量が減少して、第１検出電極Ａの検出感度が飛躍的に向上する。この感度の飛躍的な変化に基づいて電圧の出力が増大する。一方、第２検出電極Ｂの位置は、もともとシールド電極Ｓの底部Ｓｃで囲まれているので、感度は変わらないから、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂ間の差分値が急激に増大する。

この出力の増加に伴う差分値の増大が設定した閾値、例えば、電圧での閾値を１．５（Ｖ）とした場合、差分値で１（Ｖ）程度の時間経過で推移していた出力が、前記感度の向上に伴い、急激に上昇して、閾値１．５（Ｖ）に達する時間が早まる。そして、設定閾値を超えると、異常状態が発生したと判断してＥＣＵ８からドア駆動装置９に対して停止信号を出力され、ドア駆動装置９は瞬時に電動モータの極性を逆転させ、パワースライドドア１を反転させる。このように、設定した閾値１．５（Ｖ）を超える時間が早まると、それだけ早い時間に信号処理回路７ｂは、物体の検知信号をＥＣＵ８に向けて出力することができる。このため、パワースライドドア１が物体６を挟み込むことを素早い段階で防止することが可能となる。

以上の検知処理において、信号処理回路７ｂが検出信号をＥＣＵ８へ一旦出力すると、信号処理回路７ｂは、電動モータが反転して停止するまで、続いて送られてくる新たな差分検出回路７ａからの検出信号を無視する。また、ＥＣＵ８は、この間にドア開閉スイッチの閉止操作があっても無視する。この電動モータの反転は図示しないエンコーダにより検出され、その検出信号はＥＣＵ８へ送信される。パワースライドドア１が格納位置まで開動し終わると、ＥＣＵ８は、電動モータへの電源供給を停止する。

電動モータの停止と同時に、信号処理回路７ｂは、差分検出回路７ａから送信される検出信号が受信できるようになり、また、ドア開閉スイッチの閉止操作の実行ができるようになる。即ち、元の状態へ復帰する。したがって、再びドア開閉スイッチの閉止操作を行うと、停止していた電動モータが正回転を開始する。そして、パワースライドドア１が再び閉止を開始して、パワースライドドア１が閉止位置に到達したことをＥＣＵ８が感知すると、電動モータの電源供給を停止する。

また、ＥＣＵ８が異常状態を検知したとき、同時に、ＥＣＵ８は、図示しない警告手段に作動信号を送信するように構成することができる。この場合、警告手段は、例えば、作動信号を受信すると、電子音声により本装置が作動した旨を警告手段のスピーカーからアナウンスする。この電子音声によるアナウンスは、所定回数繰り返された後、停止する。

（フローチャート）
次に、図６を参照して、本実施形態の挟み込み防止装置の制御フローの概略について説明する。図６に示すフローチャートは、非接触型の挟み込み防止装置の制御フローの概略を示す説明図である。スタート時において、挟み込み防止装置に電源が供給されると、第１基準コンデンサＣＲ１および第２基準コンデンサＣＲ２は充電されて基準容量の電荷が蓄えられる。
まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ８は、パワースライドドア１が、閉方向の移動状態にあるか否かを、電動モータが正回転方向に駆動しているか否により判定する。
ステップＳ１の判定の結果、ＥＣＵ８が電動モータを正回転方向に駆動していない旨の判定が下されたとき、１サイクルの処理の流れを終了する。一方、電動モータが正転方向の判定が下されたとき、ステップＳ２の処理の流れに進む。

ステップＳ２では、静電容量型センサ３の第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂからの静電容量に対応する第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂ間の電位の差分値が生じているか否かを判断する。第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂ間の電位の差分値が生じていない旨を判断すると、処理の流れをステップ１に戻し、ステップＳ１以下の処理を繰り返す。一方、第１検出電極Ａ，第２検出電極Ｂ間の電位に差分値が生じている旨の判定が下されたとき、ステップＳ３の処理へと進む。

ステップＳ３では、信号処理回路７ｂは、静電容量型センサ３の静電容量に応じて差分検出回路７ａから出力される差分値に基づいて、出力した差分値と予め設定した閾値とを比較し、これにより、パワースライドドア１の端部に設けた静電容量型センサ３に対して、人体などの物体６の近接による挟み込みのおそれが生じているか否かの挟み込み有無を判定する。差分値と設定した閾値との比較の結果、出力した差分値が設定した閾値以下であり、物体６の挟み込みのおそれを生じていない旨の判定が下されたとき、処理の流れをステップＳ２に戻し、ステップＳ２以下の処理を繰り返す。一方、出力した差分値が設定した閾値を越えており、物体６の挟み込みのおそれを生じている旨の判定が下されたとき、ステップＳ４の処理へと進む。

ステップＳ４では、ＥＣＵ８は、ドア駆動装置９の電動モータの駆動を停止・反転させる信号を出力し、これにより電動モータを瞬間的に停止させる。これと同時に、電動モータの極性を逆に切り替えて、パワースライドドア１の駆動方向を開方向に反転させる。そして、パワースライドドア１がドア開放位置に戻ると、電動モータの駆動を停止する。これにより、１サイクルの処理を終了する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ８は、差分値と予め設定した閾値との比較により、パワースライドドア１端部の静電容量型センサ３に対して、物体６の近接による挟み込みのおそれの有無を判断する。挟み込みのおそれがあると判断したときは、ＥＣＵ８が電動モータの駆動方向を切り替える信号を出力することで、瞬間的にパワースライドドア１の閉止進行を停止し、反転させるようにした。これにより、センターピラー２とパワースライドドア１との間に人体などの物体６の挟み込みを、非接触時点において素早く防止することができる。

前記制御フローの各ステップにおいて、挟み込みのおそれを検知しない場合は、パワースライドドア１は電動モータによる駆動を続け、閉止を完了する。パワースライドドア１の閉止が完了すると、電源供給が遮断され、第１基準コンデンサＣＲ１および第２基準コンデンサＣＲ２に充電された電気量は放電される。

次に、本実施形態の静電容量型センサ３において、物体６の検出可能領域を検証した検出性能を示す円グラフを参照して説明する。図７は、静電容量型センサ３に対する人体などの物体の方位角度（度）と、静電容量型センサ３から物体までの距離（ｍｍ）と、第１検出電極Ａからのシールド電極Ｓの側壁Ｓａ，Ｓｂの突出量との関係を示す円グラフである。図７は、方位角度が０〜１８０度の範囲に静電容量型センサ３の検出電極面が検出正面方向を向くように静電容量型センサ３を配置した際の円グラフである。図において、一番内側のグラフ（▲）は、シールド電極Ｓの側壁Ｓａ，Ｓｂの突出量が＋５ｍｍのとき、検出正面方向の物体までの検出可能な距離は２６ｍｍであることを示している。そして、検出正面から側方へ回り込むに従い、感度が低下する事実が検証されている。真ん中のグラフ（■）は、突出量が＋２ｍｍに減少したとき、検出正面方向の物体までの検出可能な距離は３２ｍｍに伸びることを示している。一番外側のグラフ（◆）は、シールド電極Ｓの側壁Ｓａ，Ｓｂの突出量が０ｍｍのとき、つまり、検出電極面と同じ位置であるとき、検出正面方向の物体までの検出可能な距離はさらに伸びて約３８ｍｍとなる検証結果を示している。

この検証の結果から明らかなように、本実施形態の静電容量型センサ３は、指向性に優れており、検出電極をシールド電極で囲むことで、外乱の影響を防止するため、検出精度が高い。このため、閾値を小さくすることができる効果がある。また、シールド電極Ｓの側壁Ｓａ，Ｓｂの突出量を減少可能に形成することで、検出電極の検出感度を飛躍的に向上させることができ、さらに、検出差分値が閾値に到達する時間を早めることができる効果も生じる。

以上に記載した静電容量型センサは、本実施形態では、自動車のパワースライドドアとセンターピラーとの間の挟み込み防止装置に適用した例を説明したが、本発明は、これに限定されることなく、他の車両の可動部と固定部との間の挟み込み防止装置に適用することができ、可動部と固定部との間で発生する人体などの挟み込みを確実に防止することができる。

本発明の実施形態に係る静電容量型センサを自動車のパワースライドドアの挟み込み防止に適用したときの様子を示す斜視図である。 図１中のＡ−Ａ線における静電容量型センサの断面図である。（ａ）は、非接触時の検出電極の配置構造を示す。（ｂ）は、接触時の検出電極の配置構造を示す。 本実施形態に係る静電容量型センサが組み込まれた挟み込み防止装置の概略図である。 図３の挟み込み防止装置のブロック図である。 本実施形態に係る静電容量型センサの動作を説明する概略図である。 接触型・非接触型の静電容量型センサの挟み込み防止の制御フローを示すフローチャートである。 静電容量型センサに対する物体の方位角度（度）と、静電容量型センサから物体までの距離（ｍｍ）と、シールド電極側壁の突出量との関係を示す円グラフである。 静電容量型センサによる差分値の変化を示す実験結果を表す図である。 （ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、従来の静電容量型センサの説明図である。

符号の説明

１ パワースライドドア
２ センターピラー
３ 静電容量型センサ
４ センサ部
５ 絶縁部材
６ 物体（人体）
７ 検出回路ユニット
７ａ 差分検出回路
８ 信号処理回路
９ ドア駆動装置
１５ スポンジ材（圧縮性部材）
Ａ 第１検出電極
Ｂ 第２検出電極
Ｓ シールド電極
Ｈ 絶縁体
ＣＲ１ 第１基準コンデンサ

Claims (3)

1. それぞれが基準コンデンサに接続され、対向的に離間する一対の検出電極と、
   前記一対の検出電極を囲み、予め前記検出電極のそれぞれと同電位に配設したシールド電極と、
   前記シールド電極を保持して可撓性を有する絶縁部材と、を含むセンサ部を備え、
   前記シールド電極は、検出面側に開口しており、前記シールド電極の開口端部は前記検出電極より突出して設けられ、前記センサ部に物体が接触する場合は、その接触する押圧力により前記シールド電極の突出量が減少するようにしたことを特徴とする静電容量型センサ。
2. 前記シールド電極の底部と前記絶縁部材との間に圧縮性部材を設けることを特徴とする請求項１に記載の静電容量型センサ。
3. 前記シールド電極は金属製であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の静電容量型センサ。

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