JP2007155539A - ハイブリッドセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】感度が高い静電容量センサを構成しつつ、曲げによる誤作動を防止するハイブリッドセンサ１を提供する。
【解決手段】ハイブリッドセンサ１は、電極パターンが形成された複数枚の可撓性シート２１、２２を重合して構成され、荷重印加によってオンオフするスイッチからなる接触センサと、物体の接近を非接触で検出する静電容量式近接センサとを含む。電極パターンは、接触センサのスイッチを構成するスイッチ電極パターン２４と、静電容量式近接センサのスイッチを構成する検知電極パターン２８から成り、検知電極パターン２８は、スイッチ電極パターン２４が形成されていない領域のほぼ全体を覆うように形成されている。また、検知電極パターン２８上に複数の切り込み４１が複数枚の可撓性シートを貫通し、形成されている。同様に、検知電極パターン２８とスイッチ電極パターン２４間に切り込み４２が複数枚の可撓性シートを貫通し、形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、電極パターンが形成された複数枚の可撓性シートを重合してなるメンブレン回路に監視、特に物体の近接を静電容量の変化で検出する静電容量式近接センサと荷重印加によってオンオフする接触センサとを含むハイブリッドセンサに関する。

従来より、メンブレンスイッチを使用した接触センサと静電容量式近接センサとを併用したハイブリッドセンサとしては、特許文献１に開示されたものが提案されている。図４に、このハイブリッドセンサの概略構成を示す。このハイブリッドセンサ２は、例えば、自動車の着座検出システムに適用されるものであり、ポリエステルフィルムのような絶縁樹脂フィルム等からなる一対の可撓性シート１１、１２を、シート状の絶縁スペーサ１３を介して重合することにより構成されている。

一対の可撓性シート１１、１２の対向面１１ａ、１２ａには、それぞれ銀ペースト等の導電材からなるスイッチ電極パターン１４、１５がスクリーン印刷等の方法で形成されている。これらスイッチ電極パターン１４、１５は、接点部１６に対応する位置に形成されたランド部１４ａ、１５ａと、ランド部１４ａ、１５ａを図示しない回路まで導くリード部１４ｂ、１５ｂとを有する。

絶縁スペーサ１３の接点部１６に対応する位置には、ランド部１４ａ、１５ａが互いに十分に接触できるだけの開口径を有する開口部１７が形成され、この開口部１７を介して着座部への荷重印加時に上下のランド部１４ａと１５ａとが接触するような構造となっている。一方、静電容量式近接センサは、可撓性シート１１の一方の面にスイッチ電極パターン１４とは絶縁状態で形成された一組の電極７ａ、７ｂからなり、その容量の変化を検出することで、人体の接近を検出することを可能にしている。
特開２００２−３２６５５４号公報（段落００２０、図７）

しかし、上述したハイブリッドセンサでは、静電容量式近接センサの面積が小さいため検出感度が悪いという問題がある。検出感度を上げるために電極面積を広くすることが考えられるが、形状に起状がある座席の着座部等に設置する場合、可撓性シートを起伏に合わせて曲げて貼り付けることが難しいという問題があった。

また、ハイブリッドセンサを貼り付けた面が曲面の場合、曲げによって、感圧スイッチに応力がかかり、スイッチがオンしてしまうという問題があった。さらには、このハイブリッドセンサを座席などの中に入れた場合に、ハイブリッドセンサが曲面になじまず、人体が感じる感触が悪化するという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、該感圧スイッチの誤作動がなく、人体に違和感を感じさせることがないハイブリッドセンサを提供することを目的とする。

本発明に係るハイブリッドセンサは、電極パターンが形成された可撓性シートを含む複数枚の可撓性シートを重合して構成され、荷重印加によってオンオフするスイッチからなる接触センサと、物体の接近を非接触で検出する静電容量式近接センサとを含むハイブリッドセンサにおいて、前記電極パターンは、前記接触センサのスイッチを構成するスイッチ電極パターンと、前記静電容量式近接センサの検知電極パターンとを含み、前記検知電極パターンは、前記スイッチ電極パターンが形成されていない領域のほぼ全体を覆うように形成され、前記複数枚の可撓性シートの前記検知電極パターンが形成された領域に前記複数枚の可撓性シートの全てを貫通する複数の切り込みが形成されていることを特徴とする。

本発明のハイブリッドセンサによれば、可撓性シートのスイッチ電極パターンが形成されていない領域のほぼ全域に検知電極を設けているので、検出の感度が高い静電容量センサを構成することが可能となる。さらには、複数枚の可撓性シートの検知電極パターンが形成された領域に複数枚の可撓性シートの全てを貫通する複数の切り込みが形成されているので、座席などに入れた際の感触の悪化を防ぎ、曲げによる感圧センサの誤作動を防ぐことができる。

以下、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッドセンサの概略構成図である。

このハイブリッドセンサ１は、ポリエステルフィルムのような絶縁樹脂フィルム等からなる一対の可撓性シート２１、２２を絶縁スペーサ２３を介して重合することにより構成されている。

図２は、可撓性シート２１の対向面２１ａの平面図である。図１及び図２に示すように一対の可撓性シート２１、２２の対向面内２１ａ、２２ａには、それぞれ銀ペースト等の導電材からなるスイッチ電極パターン２４、グランド電極パターン２５がスクリーン印刷等の方法で形成されている。これらスイッチ電極パターン２４、グランド電極パターン２５には、接点部２６に対応する位置に形成されたランド部２４ａ、２５ａとランド部２４ａ、２５ａを検知回路３０まで導くリード部２４ｂ、２５ｂを有する。絶縁スペーサ２３も可撓性シートの一種であり、その接点部２６に対応する位置には、ランド部２４ａ、２５ａが互いに接触できるだけの開口径を有する開口部２７が形成され、この開口部２７を介して、荷重印加時に上下のランド部２４ａと２５ａとが接触するような構造となっている。

可撓性シート２１は、スイッチ電極パターン２４が形成された面と同一面（又はその裏面でも良い）に、検知電極パターン２８を形成したものである。この検知電極パターン２８は、スイッチ電極パターン２４が形成された領域を除く領域のほぼ全てを覆うように形成されている。検知電極パターン２８をこのように形成することにより、検知面積を大幅に拡大して、検出感度を向上させることができる。

また、可撓性シート２１のスイッチ電極パターン２４と検知電極パターン２８の間には、スイッチ電極パターン２４を取り囲むように可撓性シート２１、２２及び絶縁スペーサ２３を貫通する切り込み４１が形成されている。また、可撓性シート２１の検知電極パターン２４が形成された領域には、可撓性シート２１、２２及び絶縁スペーサ２３を貫通する切り込み４２が形成されている。

これら切り込み４１、４２の詳細な構成及びその効果は、後述する図３Ａ〜図３Ｃにおいて説明する。

また、グランド電極パターン２５は、接触センサの接地電極としてセンサ回路３０の端子ｃを介して接地されている。スイッチ電極パターン２４は、センサ回路３０の端子ａに接続され、グランド電極パターン２５との接触時にＧＮＤレベルとなるＯＮ／ＯＦＦ信号を出力する。

検知電極パターン２８は、静電容量を検出する検知回路３１の入力である端子ｂに接続されている。検知回路３１は、例えば検知電極パターン２８と接地との間の静電容量によって決まる周波数又はデューティー比で発振する発振回路と、その出力を積分する低域通過フィルタ等により構成することができる。検知回路３１の入力端と電源Ｖｃｃの間には、抵抗３２が接続されている。

次に、このように構成されたハイブリッドセンサ１の動作について説明する。

検知電極パターン２８は、スイッチ電極パターン２４及びグランド電極パターン２５の形成されない領域上に形成されているので、両者の間の静電容量は、それほど大きなものではないものの、両者の間には、寄生容量Ｃ０が存在する。もし、検知電極パターン２８に物体が接近すると、その近接物と対地との間に発生した容量Ｃｘと寄生容量Ｃ０との合成容量Ｃが増加する。従って、検知回路３１により、合成容量Ｃの変化を検出すれば、人体の接近などを検知する近接センサとして機能する。

このように、ハイブリッドセンサ１の静電容量式センサは、検出すべき物体が存在する側に１枚の検知電極パターン２８を形成すれば足り、他方の電極としては、共通のグランド電極パターン２５を使用することができる。

次に、図３Ａ〜図３Ｃを参照して、ハイブリッドセンサ１の切り込み４１、４２及びハイブリッドセンサ１に曲げ応力が加わった場合を説明する。図３Ａは、可撓性シート２１、２２及び絶縁スペーサ２３を重ねたハイブリッドセンサ１に係る図２のａ−ａ断面図、図３Ｂは図１のＡ部、図３Ｃは図１のＢ部拡大平面図である。

図３Ａ、図３Ｂに示すように、スイッチ電極パターン２４と検知電極パターン２８間にハイブリッドセンサ１を貫通する切り込み４１を入れると、検知電極パターン２８で生じた応力がスイッチ電極パターン２４に伝播して誤動作を生じさせるのを防ぐことができる。しかし、その一方でスイッチ電極パターン２４が検知電極パターン２８に対して比較的自由に移動可能であると、スイッチ電極パターン２４と検知電極パターン２８が重なる可能性が生じる。そこで、ランド部２４ａ以外で、切り込み４１により離間したリード部２４ｂと検知電極パターン２８の間を部分的に接続部４３で接続している。

また、検知電極パターン２８との位置的なずれが生じる際、位置的なずれが応力としてリード部２４ｂを通じスイッチ電極パターン２４に加わる。この応力を防ぐために、接続部４３は、多少のずれを吸収できるように曲線的な形状となっている。この曲線的な接続により、検知電極パターン２７の応力をランド部２４ａに伝えないようにすることが可能となる。

したがって、切り込み４１と接続部４３によって、可撓性シート２１上において、スイッチ電極パターン２４以外の箇所に荷重が加わった場合、その荷重によりスイッチ電極パターン２４に曲げが生じることはなく、従来技術に比べ、荷重印加時の誤作動が低減される効果を生じる。

次に、ハイブリッドセンサ１を貼る下地に起伏がある場合における、切り込みの効果を説明する。

ここで、図３Ｃに示すように、ハイブリッドセンサ１を貼る下地に起伏（ハイブリッドセンサ１の断面（１）或いはハイブリッドセンサ１の断面（２）の方向）がＹ軸方向にある場合、起伏方向と直交するＸ軸方向に形成された切り込み４２ａで応力が吸収される。同様に、下地の起伏がＸ軸方向にあるとき、起伏方向と直交するＹ軸方向に形成された切り込み４２ｂで応力が吸収される。

このハイブリッドセンサ１によれば、切り込み４２ａ又は４２ｂの部分で、ハイブリッドセンサ１にｘ軸方向又はｙ軸方向の曲げが生じても、容易に曲がり、変形するので、ハイブリッドセンサ１の全体に応力が加わらない。したがって、ハイブリッドセンサ１を貼る際、起伏があっても、応力が分散し、無理なく、起伏のある下地に貼り易くなる。

また、この切り込み４２によって、例えば、検知電極パターン２８の一部分Ｃに可撓性シート２１の法線方向から荷重が加わっても、切り込み４２があるため、Ｄ部分だけが変形することにより、応力を逃すことが可能となる。したがって、可撓性シート２１全体に加わる応力は低減され、ハイブリッドセンサ１の一部分のみが変形し、人体が感じる感触も良好に改善される。

以上、発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加、置換等が可能である。

静電容量の変化によって物体、人体等の接近又は距離を検出するセンサおよびシステムに適用できる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッドセンサ１の概略構成を示す図である。 図１の可撓性シート２１の対向面２１ａの平面図である。 可撓性シート２１、２２及び絶縁スペーサ２３を重ねたハイブリッドセンサ１に係る図２のａ−ａ断面図である。 図１のＡ部の拡大平面図である。 図１のＢ部の拡大平面図である。 従来のハイブリッドセンサの概略構成を示す図である。

符号の説明

１・・・ハイブリッドセンサ
２１、２２・・・可撓性シート
２３・・・絶縁スペーサ
２４・・・スイッチ電極パターン
２４ａ・・・ランド部
２４ｂ・・・リード部
２５・・・グランド電極パターン
２５ａ・・・ランド部
２５ｂ・・・リード部
２６・・・接点部
２７・・・開口部
２８・・・検知電極パターン
３０・・・センサ回路
３１・・・検知回路
４１、４２・・・切り込み
４３・・・接続部

Claims (5)

1. 電極パターンが形成された可撓性シートを含む複数枚の可撓性シートを重合して構成され、荷重印加によってオンオフするスイッチからなる接触センサと、物体の接近を非接触で検出する静電容量式近接センサとを含むハイブリッドセンサにおいて、
   前記電極パターンは、
   前記接触センサのスイッチを構成するスイッチ電極パターンと、
   前記静電容量式近接センサの検知電極パターンとを含み、
   前記検知電極パターンは、前記スイッチ電極パターンが形成されていない領域のほぼ全体を覆うように形成され、
   前記複数枚の可撓性シートの前記検知電極パターンが形成された領域に前記複数枚の可撓性シートの全てを貫通する複数の切り込みが形成されている
   ことを特徴とするハイブリッドセンサ。
2. 前記スイッチ電極パターンが形成された領域と、前記検知電極パターンが形成された領域との間に切り込みが形成され、前記２つの領域が接続部を残して分離されている
   ことを特徴とする請求項１記載のハイブリッドセンサ。
3. 前記接続部は、曲線状に形成されている
   ことを特徴とする請求項２記載のハイブリッドセンサ。
4. 前記複数の切り込みは少なくとも２つの異なる方向に延びるように形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッドセンサ。
5. 前記複数枚の切り込みは、Ｉ字、Ｌ字又はＴ字状に形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッドセンサ。

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