JP2006250564A

JP2006250564A - 荷重センサ

Info

Publication number: JP2006250564A
Application number: JP2005063957A
Authority: JP
Inventors: Tetsuya Kawahira; 哲也川平; Takahiro Ishii; 崇裕石井
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2006-09-21

Abstract

【課題】荷重を受ける被装着体の凸状部分を有する荷重センス範囲への装着を可能とし、センス誤動作を防止した荷重センサを提供するものである。
【解決手段】荷重センサは、センサ被装着体の荷重センス範囲に分布配置される複数のセンサセル６に対応する複数のセル孔１１を有する可撓性の絶縁スペーサ１０と、前記各セル孔を塞いで前記スペーサの両面に重ね合わされた可撓性の第１及び第２絶縁フィルム１２、１３と、前記各セル孔内で離間対向され前記第１及び第２フィルムの各内面に設けられた複数の第１及び第２セル電極７ａ、７ｂと、前記第１及び第２フィルムの少なくとも一方に形成され前記センサセルを接続する回路配線層８ａ、８ｂと、前記複数のセンサセルのうち前記荷重センス範囲の凸状部分と重なるセルに対応する前記第１絶縁フィルム１２の部分に形成されたエンボス部Ｅｂとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は荷重センサに係り、特に座席シートの荷重センス範囲に存在する凸状部分に分布するセンサセルの誤動作防止に好適なフレキシブルフィルム状の荷重センサに関する。

例えば自動車のシートベルト着用システムでは、その着用／未着用を表示する電装表示パネル及び座席のシート表皮裏側に内装されたフレキシブルフィルム状の着座（荷重）センサ等が備えられ、そのセンサは例えば着座有無に応じたセンス信号をパネル表示回路へ伝達する役割を持っている。

この種のフィルム状着座センサ或いはメンブレンスイッチに関する従来技術は既に知られている（例えば、特許文献１参照）。この従来のセンサは、座席の着座センス範囲に複数のセンサセルが出来るだけ広くセンスできるように分布するパターンをもっている。ここで図４に示された従来のセンサセル単位体３１について説明する。図４（ａ）はセル単位体の一部切欠平面図、図４（ｂ）は同（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図、図４（ｃ）はセル単位体の被装着体への装着における問題点を説明するための断面図である。

即ち、前記セル単位体３１においては、可撓性の絶縁スペーサ３２の一部に貫通孔からなるセル孔３３が形成され、このスペーサ３２の両面には前記セル孔３３を塞ぐように可撓性の平坦形状の第１及び第２絶縁フィルム３４及び３５が重ね合わされている。そして、セル孔３３内にて所定の間隔で対向する第１及び第２のセル電極３６、３７が前記第１及び第２フィルム３４及び３５の各内面にそれぞれ被着形成されている。

前記スペーサは、未着座時には相対向する前記各配線層の接点セル同士を離間させている（オフ状態）が、着座時には前記絶縁フィルムが押圧されて前記貫通孔内空間における前記接点セル同士が押圧接触され（オン状態）、例えばシートベルト着用システムにセンサ信号を供給することができる。
特許第２９０９９６１号公報（特開平９−３１５１９９号公報）

ところで、座席シートの美観性や着座感触・感覚などを考慮したデザイン要求などもあって、座席シートの表面形状は複雑な凸状部分を含む三次元形状を呈していることが多い。図４（ｃ）に示すように、着座センサが、座席の本体部分を構成するウレタン製のクッションシート３８の凸状部分を有する着座センス範囲に装着されると、セル３１の前記第２（下部）フイルム３５はその凸状部分により凸状に変形し、第１（上部）フィルム３４は凸曲面に沿ってセル中心から離れる方向（図中矢印方向）に引っ張られるため、第１及び第２セル電極３６、３７相互が極めて接近した状態となる。

このようにセル電極相互のクリアランスが小さくなると、オン荷重が低下し、着座以外の僅かな荷重で誤動作し易く、特に高温時には、前記ウレタンの膨張や絶縁フィルム３４、３５の軟化に伴ってセル電極相互の不所望な接触誤動作が起こり易くなり、更に前記凸状部分の曲率半径が小さい（凸度大）ほど誤動作の心配は高まる。

そこで、前記スペーサのセル孔３３の孔径を小さく設計することも考えられるが、オン荷重基準が、通常、高温で設定されているので、特に低温時の動作としては絶縁フィルムの撓み度が抑えられオン荷重が大きくなるため一般的には採用されていない。

また、対策として、特に曲率半径が小さい（凸度大）凸状部分を有する着座センス範囲には、前記着座センサを配置しないのが一般的であり、このようにセル配置に制約を受け、センス感度の観点からより検知したい着座センス範囲での検知が出来ない場合があるなど種々の問題がある。

本発明は、前記従来の問題点を解決し、荷重を受ける被装着体の凸状部分を有する荷重センス範囲への装着を可能とし、センス誤動作を防止した荷重センサを提供することを目的とする。

請求項に記載の本発明は、センサ被装着体の凸状部分を有する荷重センス範囲に分布配置される複数のセンサセルを有し、前記被装着体への荷重状態を電気的にセンスするためのフレキシブルフイルム状の荷重センサであって、前記各センサセルに対応する複数箇所に設けられた貫通孔からなる複数のセル孔を有する可撓性の絶縁スペーサと、前記各セル孔を塞いで前記スペーサの両面にそれぞれ重ね合わされた可撓性の第１及び第２絶縁フィルムと、前記各セル孔内にて相互に離間対向され前記第１及び第２フィルムの各内面にそれぞれ設けられた複数の第１及び第２セル電極と、前記第１及び第２フィルムの少なくとも一方に形成され前記複数のセンサセルを電気的に接続する回路配線層と、前記複数のセンサセルのうち前記荷重センス範囲の凸状部分と重なるセルに対応する前記第１絶縁フィルム部分に形成され前記凸状部分の突出方向とほぼ同方向に膨出するエンボス部とを備えたことを特徴とするものである。

本発明の荷重センサによれば、センサ被装着体の荷重センス範囲に凸状部分があっても、そのセンス範囲に装着されるセンサの複数のセルのうち前記凸状部分に重なるセルに対応する前記第１絶縁フィルム部分に、前記凸状部分の突出方向とほぼ同方向に膨出するエンボス部が形成されているために、被装着体の凸状部分を有する荷重センス範囲への装着を可能とし、センス誤動作を防止することができるという効果を奏する。

以下、本発明による荷重センサの一実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。

図1（ａ）は本発明の一実施形態を示す荷重センサの一部切欠平面図、図１（ｂ）は前記センサのセル単位体を示す一部切欠平面図、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、図１（ｄ）は前記セル単位体が被装着体の凸状部分に装着された状態を説明するための断面図である。

まず、図１（ａ）により前記荷重センサの全体的平面パターン構造について説明すると、荷重センサ１は、全体としては例えばほぼヨの字状のパターンとなっており、その躯幹部２及び例えば３列の細条状に分岐された第１乃至第３分岐部３、４、５を有する。前記各分岐部３、４、５には、それぞれ複数のセンサセル６が相互に所定の間隔をもって各一連の状態に並置されている。

前記各セル６には各１対のセル電極対を構成する第１セル電極７ａ及び第２セル電極７ｂがそれぞれ設けられていて、前記各分岐部３、４、５毎に、複数の第１セル電極７ａ相互間を接続する第１回路配線層８ａ、及び複数の第２セル電極７ｂ相互間を接続する第２回路配線層８ｂが前記パターンの延在方向に沿って配置されている。前記第１及び第２配線層８ａ及び８ｂは前記躯幹部２の一部に設けられた端子部９に導かれ、この端子部９を通じて周辺機器との接続がなされる。

このような荷重センサは、例えば着座センサとして、その座席シート（被装着体）中の凸状部分を含む荷重センス範囲に配置され、そのシートへの乗員の着座の有無をセンスするようになっている。そこで、前記複数のセンサセル６群のうち前記荷重センス範囲の凸状部分に重なり合うセンサセルについては、前記凸状部分の形状による誤動作を防止するためのセンサセル構造を提供する。

即ち、図１（ｂ）、（ｃ）は前記凸状部分に対応するセンサセル６の単位体構造を示しており、例えばＰＥＮ或いはＰＥＴからなる可撓性のフィルム状の絶縁スペーサ１０の一部には、例えば円形の貫通孔からなるセル孔１１が形成され、このスペーサ１０の両面には前記セル孔１１を塞ぐ可撓性の第１及び第２絶縁フィルム１２、１３が重ね合わされている。

そして、セル孔１１内にて所定の間隔で対向する例えば円形薄層からなる第１及び第２のセル電極７ａ、７ｂが前記第１及び第２フィルム１２、１３各内面に回路印刷技術によりそれぞれ被着形成されていて、セル単位毎にセル電極対が構成されている。第１及び第２のセル電極７ａ、７ｂは、未着座（非荷重）時に相互離間状態にありスイッチオフ、着座（荷重）時に相互接触してスイッチオンとなるようにスイッチ接点として作用する。

ところで、前記荷重センサ１を座席シートに装着する場合、前記第２絶縁フィルム１３は下部フィルムとして座席シートの本体側に、前記第１絶縁フィルム１２は上部フィルムとして前記本体から離れる側に向けられる。

前記第２絶縁フィルム１３は平坦形状であり、前記第１絶縁フィルム１２は、全体的には平坦形状であるが、前記セル孔１１に対向する部分を、想定される前記座席シートの凸状部分の突出方向とほぼ同一方向である外側に膨出させることによって形成されたエンボス部Ｅｂを有する。前記エンボス部Ｅｂの形状は、この実施形態では、セル孔１１を円形状としているので、円形ドーム或いは球形ドーム状となっている。

ここで、各部分の寸法の一例を示すと、セル外径は直径約２０ｍｍ、セル孔１１径は直径約１０ｍｍ、前記絶縁フィルムに対する引っ張りエリアは前記セル孔径とほぼ同じ１０ｍｍ程度の直径となっていて、この場合のエンボスＥｂの深さ（第１フィルム１２のスペーサ側の平坦面とセル孔１１中央位置のエンボス内面との間の深さ或いは高さ）Ｄは０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ程度で、セル孔径に対して３／１００〜１／１０程度の比率となっている。

前記エンボスＥｂの内面に被着された第１セル電極７ａは、そのエンボス形状に従って
円形ドーム或いは球形ドーム状に形成され、第２セル電極７ｂとの間隔は、接点作用の主要部となるドーム中心部において前記エンボス深さＤ寸法のように従来に比して大きなクリアランスが与えられている。

このエンボスＥｂは、平坦状態にある第１絶縁フィルム１２に前記第１セル電極７ａが例えば回路配線印刷された後に、適度な温度条件のもとで、プレス加工することによって得られ、前記の深さＤ程度に設定してあるので、フィルム割れを起こすことなく簡単に形成できる。なお、前記第１セル電極７ａは、前記第１絶縁フィルムへのエンボス加工後に被着形成してもよい。

そして、図１（ｄ）は、着座センサが、座席の本体部分を構成するウレタン製のクッションシート１４の凸状部分を有する着座センス範囲に装着された状態を示している。この場合、前記凸状部分に接着されたセル６の前記第２（下部）フイルム１３及び第２（下部）セル電極７ｂは前記凸状部分の形状に相似してセル孔１１内方に向けて凸状に変形し、第１（上部）フィルム１２は、前記凸状部分の曲面に沿ってセル６の中心から離れる方向（図中矢印方向）に引っ張られるため、第１セル電極７ａと第２セル電極７ｂとの間隔Ｗは狭められるが、エンボスＥｂの存在により、大きなクリアランスが与えられているので、未着座時での前記間隔Ｗはスイッチオフ状態が確実に維持される。

また、このようなセンサの使用温度範囲は一般的に例えば−３０℃〜８０℃の広い範囲となっていて、高温時の前記クッション材の膨張や絶縁フィルム１２、１３の軟化の影響を受けても、オフ状態における前記間隔Ｗの安全範囲を確保できる。

更に、エンボスＥｂの存在により、セル孔１１の内径を出来るだけ大きくして着座時の荷重変化に応じた絶縁フィルム１２、１３の円滑な撓み作用を得ることができる。従って、低温時のオン荷重を小さくできるので、低温時のオン荷重を基準としたセンサ構造の設計が可能となり、前記使用温度範囲における誤動作防止が可能であると共に、着座時に確実にスイッチオン作動を起こさせるための最小オン荷重を確保できる。

また、最も検知したい荷重センス範囲にかなり高い突出高さや小さい曲率半径（凸度大）を有する凸状部分が存在しても、そのセンス範囲に荷重センサを装着できるため、希望する最適なセンス範囲での検知が確実に行える。

以上のように前記実施形態の荷重センサにおいては、センサ被装着体の荷重センス範囲の凸状部分にセルが重なる場合でも、オフ状態における前記セル電極７ａと７ｂとの間隔Ｗを確保でき、被装着体の凸状部分を有する荷重センス範囲への装着を可能としセンス誤動作を防止することができる。

ところで、セル孔１１の形状は正方形、長方形或いは楕円形など様々な形状に設計することもあり得るので、前記エンボスＥｂの形状は、そのセル孔形状に見合った形状とすることができ、例えば楕円ドーム状、半円柱状、矩形箱状等のドーム形状としてもよい。

このように絶縁フィルムのエンボスＥｂがドーム形状となっていると、セル上方からの押圧力に対する抗力が平坦なセル面の場合よりも大きくできるために、著しく小さい荷重による不所望なフィルムの撓み並びにセル電極同士の不所望な接触作用（スイッチング）を防止し易い。

なお、図１（ｄ）において座席シートの表装であるシート表皮の図示が省略されているが、前記第１絶縁フィルム１２はそのシート表皮によって覆われる。

図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）はセル単位体構造の他の例を分解平面図として示すものであり、前記実施形態と同一部分には同一符号を用いてその説明を省略する。第２セル電極７ｂは２個の櫛形部７ｂ１及び７ｂ２を噛み合わせ状態で相互離間して並置した構成となっており、各櫛形部７ｂ１及び７ｂ２に対してそれぞれ回路配線層８ｂ１及び８ｂ２が接続され、前記第２絶縁フィルム１３上に被着形成されている。

前記第１セル電極７ａは、未着座時には前記各櫛形部７ｂ１及び７ｂ２から離間（オフ状態）しており、着座時（荷重時）には前記櫛形部７ｂ１と７ｂ２とに跨って接触し、回路配線層８ｂ１と８ｂ２との間をショート（オン状態）する作用をもっている。

この例では、第１セル電極７ａ及び第１絶縁フィルム１２には回路配線層を設ける必要はなく、従って、回路配線層は、セル電極構造に応じてその回路を構成するために、第１及び第２絶縁フィルムのうち少なくとも一方に形成されことになる。

図３は、前記荷重センサ１を座席に装着した状態を示したものであり、図３（ａ）は一部切欠側面図、図３（ｂ）は平面図である。座席はシート部２０、背当部２１及びヘッドレスト部２２を備えており、前記座席のシート部２０は、美観性や着座感触・感覚などを考慮して、着座者の臀部に対応する部位に凸状シート部２３を有する形状にデザインされている。

前記凸状シート部２３は、座席の本体部分を構成するウレタン製のクッションシート２４の表層部分に、円柱表面を有する蒲鉾形（平面形状は長方形）の凸状部分２３ａ及びこの部分を長方形状に取り囲む吊り込み部と称する凹溝２３ｂが形成されている。座席シートの表装であるシート表皮２５は座席シート部２０全体に亘って形成され、前記凸状部分２３ａ、凹溝２３ｂ及び荷重センサ１を覆い、荷重センサ１を粘着固定している。

そこで、前記荷重センサ１の凸状シート部２３への装着形態の一例を示すと、図１（ａ）に示されたパターンを有する荷重センサ１の分岐部３、４、５が凸状シート部２３の長手方向に平行となるように配置され、パターン中央の分岐部４が凸状シート部２３の最も高い（突出先端部）山の稜線に沿って配置された状態となっている。

従って、前記荷重センサ１の複数センサセル６の群の内、前記凸状部分２３ａによる変形を最も受け易い状態となる少なくとも前記分岐部４のセルには前述のようなエンボスＥｂが形成される。

ところで、荷重センサの感度の観点からみると、前記座席シート部２０の着座中心（着座者の臀部の荷重中心部）位置が最も荷重センス範囲として好ましい位置であるが、その位置に前記デザイン性に基づく凸状シート部２３が形成されることが多いために、従来の荷重センサは前記凸状シート部２３を避けて、シートの平坦な部分に配置されるのが一般的であり、荷重センサ感度上最も好ましい荷重センス範囲への装着が困難となっている。

これに対し、前記実施形態における荷重センサは前記凸状部分２３ａの存在に拘わらず確実なセンス作動ができるので、座席シート面積中の希望する荷重センス範囲をほぼ自由に選択して、最も高いセンス感度をもって装着することができる。

前記凸状シート部２３の形状は図３に示す形状に限らず様々なデザインがあり得るので、荷重センサ１のセル分布パターン、エンボスＥｂを形成するセルの選択、エンボス形状及び深さなどについて前記デザイン形状／寸法に見合った荷重センサ設計を行うことによって荷重センサの最適な誤動作防止や荷重センス範囲の選択の自由度向上などの効果を得ることもできる。

なお、前記荷重センサ１の前記凸状シート部２３への装着方向は、その分岐部の向きが前記凸状シート部２３の長手方向に交わる方向としてもよく、その場合は、各分岐部３、４、５の各セル群中の前記凸状シート部２３の山の稜線に重なる各セルにエンボス部が形成される。前記荷重センサは、また、背当部２１やヘッドレスト２２などの被装着体の対人検知に必要な荷重センス範囲に装着することも可能であり、そのセンス範囲に前記のような凸状部分がある場合にも前記同様な効果を奏することができる。

本発明の一実施形態に係る荷重センサを示す図であり、（ａ）はその全体像を示す一部切欠平面図、（ｂ）はそのセンサセル単位体を拡大して示す一部切欠平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線に沿う断面図、（ｄ）は前記センサセル単位体を被装着体の凸状部分へ装着した状態を示す断面図である。（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は本発明の一実施形態に係るセンサセル単位体の他の例を拡大して示す分解図である。本発明の一実施形態に係るセンサを座席シートに装着した一例を示す図であり、（ａ）はその一部切欠側面図、（ｂ）はその平面図である。従来の荷重センサのセンサセル単位体を示す図であり、（ａ）はその単位体を示す一部切欠平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図、（ｃ）は前記単位体を被装着体の凸状部分へ装着した状態を示す断面図である。

符号の説明

１荷重センサ
６センサセル
７ａ第１セル電極
７ｂ第２セル電極
７ｂ１、７ｂ２第２セル電極の櫛形部
８ａ、８ｂ、８ｂ１、８ｂ２回路配線層
１０スペーサ
１１セル孔
１２第１（上部）絶縁フィルム
１３第２（下部）絶縁フィルム
１４センサ被装着体の凸状部分
Ｅｂエンボス部

Claims

センサ被装着体の凸状部分を有する荷重センス範囲に分布配置される複数のセンサセルを有し、前記被装着体への荷重状態を電気的にセンスするためのフレキシブルフイルム状の荷重センサであって、前記各センサセルに対応する複数箇所に設けられた貫通孔からなる複数のセル孔を有する可撓性の絶縁スペーサと、前記各セル孔を塞いで前記スペーサの両面にそれぞれ重ね合わされた可撓性の第１及び第２絶縁フィルムと、前記各セル孔内にて相互に離間対向され前記第１及び第２フィルムの各内面にそれぞれ設けられた複数の第１及び第２セル電極と、前記第１及び第２フィルムの少なくとも一方に形成され前記複数のセンサセルを電気的に接続する回路配線層と、前記複数のセンサセルのうち前記荷重センス範囲の凸状部分と重なるセルに対応する前記第１絶縁フィルム部分に形成され前記凸状部分の突出方向とほぼ同方向に膨出するエンボス部とを備えたことを特徴とする荷重センサ。