JP2008130366A - コードスイッチ及びこれを用いた検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信頼性に優れる接触式と接触前に検出ができる非接触式の両方の長所を併せ持つコードスイッチ及びこれを用いた検出装置を提供する。
【解決手段】中心導体２の外周に圧電材料層３、圧電材料層３の外周に中間導体４、中間導体４の外周に絶縁材料層５、絶縁材料層５の外周に最外導体６、最外導体６の外周に外皮７を備える。外皮７に物体が接触したときには圧電材料層３が変形して中心導体２と中間導体４との間における電圧が変化し、外皮７に物体が接近したときには物体と最外導体６との間で浮遊静電容量が増加して中間導体４と最外導体６との間における静電容量が変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、信頼性に優れる接触式と接触前に検出ができる非接触式の両方の長所を併せ持つコードスイッチ及びこれを用いた検出装置に関する。

車両の電動スライドドアや建物の自動ドアなどの開閉を制御するドアシステムにおいては、人体などを挟み込むことを防止するため、少なくとも閉動作の際には、挟み込みのおそれを検知して閉動作を停止し、さらに反対動作（開動作）をさせる挟み込み防止機能が設けられる。

特に、ワンボックスタイプの自動車のドアシステムとして、車両の左右側面に設置されるスライドドアや後部開閉ドア（テールゲート）が増加している。スライドドアや後部開閉ドアは、大きさが大きく、重さが重いため、開閉に大きな力が必要である。近年では、開閉を電動で行う電動スライドドアなどの自動開閉によるドアシステムが普及している。自動車のドアシステムの自動化に伴い、手や指などをドア端部で挟み込んだり、ドアに体が押されて転倒したりする可能性が生じているため、これを効果的に防止する挟み込み防止機能が望まれる。

挟み込み防止機能の実現に必要な挟み込み検知装置には、従来、間接検知方式と直接検知方式がある。

間接検知方式は、開閉の駆動モータの動作情報（回転位置や回転速度など）や駆動電流に基づいて、間接的に挟み込みを検知する方式である。直接検知方式は、ドア端部に人体などの物体を検出するセンサを設けて、直接的に挟み込みを検知する方式である。

間接検知方式は、挟み込みをなるべく低い荷重で早めに、かつ確実に検知することが比較的困難である。これに対し、直接検知方式は、物体を直接検知するので比較的信頼性が高い。

特許文献１の挟み込み検知装置は、自動車のボディ開口部とスライドドアとの間での挟み込みを検知するために、圧電センサをスライドドア閉方向の鉛直端部に配設している。圧電センサは、中心導体の外周に圧電材料層、該圧電材料層の外周に外側導体を備える。ボディ開口部とスライドドアとの間に物体が挟み込まれると、物体が圧電センサに接触して圧電材料層が変形することにより、中心導体と外側導体との間における電圧が変化する。よって、電圧の変化から挟み込みを検知することができる。

しかし、特許文献１の挟み込み検知装置のように圧電センサをドアシステムに応用すると、圧電センサにおける電圧変化がドア駆動の制御回路に加わり、ドアが反対動作をするまでの間に、人体などの物体にかなりの力が加わってしまう。

特開２００１−３２３７２６号公報 特公平２−２６４１４号公報 特開２００４−２５７７８８号公報

物体がドアに接触する前に物体を検出するには、物体の接近を検出する非接触式センサが必要となる。非接触式センサには、光学式、電波式、静電容量式がある。静電容量式のセンサとして、当該センサと物体との間の浮遊静電容量や抵抗損失の変化を利用して、物体がドアに接触する前に物体を検知するセンサが特許文献２に開示されている。

しかし、特許文献２の非接触式センサは、物体の特性、状態、サイズ等によって検知能力に差違が生じるため、接触式センサに比べて信頼性が劣る。また、検知範囲を広くしようとすると、誤動作が起きやすくなり、誤動作が起きないように検知範囲を狭くすると、物体が小さい場合に検知できなくなる。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、信頼性に優れる接触式と接触前に検出ができる非接触式の両方の長所を併せ持つコードスイッチ及びこれを用いた検出装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明のコードスイッチは、中心導体の外周に圧電材料層、該圧電材料層の外周に中間導体、該中間導体の外周に絶縁材料層、該絶縁材料層の外周に最外導体、該最外導体の外周に外皮を備えたものである。

上記中心導体は、単数本の金属導線又は複数本の金属導線による撚り線であってもよい。

上記中間導体は、導電性を有する細線を上記圧電材料層の外周面に巻き付けて形成されてもよい。

上記中間導体は、導電性を有する細線を上記圧電材料層の外周面に編み組みして形成されてもよい。

上記中間導体は、導電性を有する帯状部材を上記圧電材料層の外周面に巻き付けるか又は上記圧電材料層の長手方向に沿わせて形成されてもよい。

上記最外導体は、導電性を有する細線を上記絶縁材料層の外周面に巻き付けて形成されてもよい。

上記最外導体は、導電性を有する細線を上記絶縁材料層の外周面に編み組みして形成されてもよい。

上記最外導体は、導電性を有する帯状部材を上記絶縁材料層の外周面に巻き付けるか又は上記絶縁材料層の長手方向に沿わせて形成されてもよい。

上記絶縁材料層は、上記圧電材料層の０．１〜１０倍の厚さであってもよい。

また、本発明の検出装置は、上記いずれかのコードスイッチと、該コードスイッチの上記圧電材料層の変形による上記中心導体と上記中間導体との間における電圧の変化に基づいて上記物体の接触を検出する接触検出回路と、上記物体と上記最外導体との間での浮遊静電容量の増加による上記中間導体と上記最外導体との間における静電容量の変化に基づいて上記物体の接近を検出する接近検出回路とを備えたものである。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）信頼性に優れる接触式と接触前に検出ができる非接触式の両方の長所を併せ持つ。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１及び図２に示されるように、本発明に係るコードスイッチ１は、中心導体２の外周に圧電材料層３、該圧電材料層３の外周に中間導体４、中間導体４の外周に絶縁材料層５、絶縁材料層５の外周に最外導体６、最外導体６の外周に外皮７を備えたものである。

このコードスイッチ１は、外皮７に物体（図示せず）が接触したときには圧電材料層３が変形して中心導体２と中間導体４との間における電圧が変化し、外皮７に物体が接近したときには物体と最外導体６との間で浮遊静電容量が増加して中間導体４と最外導体６との間における静電容量が変化する特性を有する。

コードスイッチ１は、中心導体２、圧電材料層３、中間導体４、絶縁材料層５、最外導体６、外皮７が外側に向かって順に同軸状に配置され、同軸ケーブルと類似の構造を有する。

圧電材料層３は、可撓性を有し、変形したときに中心導体２と中間導体４間の電圧が変化するものである。

外皮７は、最外導体６を保護するものである。また、外皮７は絶縁材料からなり、外皮７によって、後述する浮遊静電容量の検知感度を調整することができる。

最外導体６は、中間導体４との間に所定の静電容量を形成するものであり、以下のいずれかの構造を用いることができる。
（１）錫、銀等のめっきを施した軟銅線等の金属細線からなる網組を絶縁材料層５の外周に被覆した構造（網組構造）。
（２）錫、銀等のめっきを施した軟銅線等の金属細線を絶縁材料層５の外周に巻き付けた構造（横巻構造）。
（３）銅又はアルミニウムの金属箔からなる帯状部材を絶縁材料層５の外周に巻き付けた構造。又は絶縁材料層５の長手方向に沿わせた構造（縦添え構造）。
（４）蒸着、めっき等による金属膜が片面に施されたＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰ（ポリプロピレン）等からなる樹脂テープや樹脂繊維を導電性を有する細線又は帯状部材として絶縁材料層５の外周に巻き付けるか又は縦添えした構造。
（５）導電性樹脂や導電性ゴムからなる導電性の部材を絶縁材料層５の外周に被覆した構造。
（６）導電性樹脂や導電性ゴムからなる帯状部材を絶縁材料層５の外周に巻き付けるか又は縦添えした構造。

中間導体４は、中心導体２との間に圧電材料層３を挟んで、圧電材料層３の変形による電圧変化を取り出す一方の電極であると共に、最外導体６との間に所定の静電容量を形成するものであり、以下のいずれかの構造を用いることができる。
（１）導電性を有する細線を圧電材料層３の外周面に巻き付けた構造。
（２）導電性を有する細線を圧電材料層３の外周面に編み組みした構造。
（３）導電性を有する帯状部材を圧電材料層３の外周面に巻き付けた構造。又は導電性を有する帯状部材を圧電材料層３の長手方向に沿わせた構造。

図３に示されるように、本発明に係る検出装置３１は、図１、図２のコードスイッチ１と、該コードスイッチ１の圧電材料層３の変形による中心導体２と中間導体４との間における電圧の変化に基づいて物体Ｂの接触を検出する接触検出回路３２と、物体と最外導体６との間での浮遊静電容量の増加による中間導体４と最外導体６との間における静電容量の変化に基づいて物体Ｂの接近を検出する接近検出回路３３とを備えたものである。

接触検出回路３２は、中心導体２と中間導体４との間に所定の直流電圧Ｖ０を印加する電源回路と、圧電効果により中心導体２と中間導体４との間の電圧が直流電圧Ｖ０から他の電圧Ｖに変化したことを検知して接触検出信号を発生する回路とを備える。

接近検出回路３３は、中間導体４と最外導体６との間における通常時の静電容量Ｃ、及び人体等の物体Ｂがコードスイッチ１に接近したときに生じる浮遊静電容量ΔＣが加わった静電容量（Ｃ＋ΔＣ）を検知する回路と、浮遊静電容量ΔＣが増加したとき接近検出信号を発生する回路とを備える。

以下、本発明を自動車のドアシステムに応用した実施形態において、本発明の動作を説明する。

図４に示されるように、自動車４１の側面に自動開閉式のスライドドア４２が設けられる。スライドドア４２が自動車４１の側面に沿って後方へ移動することにより、図示のように乗員出入り口４３が開放される。この状態からスライドドア４２が自動車４１の側面に沿って前方へ移動してすると、スライドドア４２は乗員出入り口４３に嵌合して自動車４１の側面と一体化する。スライドドア４２を開閉移動させるドア駆動回路、駆動機構（いずれも図示せず）は、自動車４１の内部の見えない場所に設置される。

スライドドア４２は、自動車４１の側面と一致する凹凸形状を有する。スライドドア４２の端部４４は、この凹凸形状による屈曲、湾曲を有する。

本発明のコードスイッチ１は、スライドドア４２の端部４４に沿わせて敷設される。コードスイッチ１は、端部４４の屈曲、湾曲に沿う形状で敷設される。図３の検出装置３１（図４には示さず）は自動車４１の内部の見えない場所に設置される。

自動車４１の内部には、乗員出入り口４３の一端にスライドドア４２を係止するためのドアロック金具４５と、スライドドア４２が閉じたときにスライドドア４２の反対側端部を検出するドア検出電極４６が設けられる。

接触検出回路３２による接触検出動作を説明する。

スライドドア４２の端部４４に沿わせて敷設されたコードスイッチ１は、図１のようにスライドドア４２が開いた状態で、物体Ｂがコードスイッチ１の外皮７に接触していないとき、圧電材料層３が圧力を受けない状態であるため、中心導体２と中間導体４との間に印加されている直流電圧Ｖ０に変化がない。

スライドドア４２が駆動機構により閉動作をしているとき、物体がコードスイッチ１の外皮７に接触すると、コードスイッチ１の当該接触箇所は外力を受けて変形する。その外力が圧電材料層３を変形させるに十分な押圧を与える大きさであれば、圧電材料層３が変形する。

圧電材料層３が変形することによって、中心導体２と中間導体４との間に印加されていた直流電圧Ｖ０は他の電圧Ｖとなる。この電圧変化に基づいて接触検出回路３２が物体の接触を検出し、接触検出信号を発生する。この接触検出信号を受信した図示しないドア駆動回路は、例えば、ドア駆動用モータ（図示せず）を逆回転させて駆動機構を逆動作させることにより、スライドドア４２を開動作させる。

スライドドア４２が開動作することにより、物体に過度の圧力が加わる前に物体からスライドドア４２が離れる。

物体Ｂは、図３に示したような人体とは限らず、例えば、手荷物であっても検出装置３１の動作は同じである。

物体Ｂがコードスイッチ１の外皮７から離れて圧電材料層３を変形させている外力がなくなると、圧電材料層３は原形に回復し、接触検出回路３２は接触検出信号を停止する。

次に、接近検出回路３３による接近検出動作を説明する。

スライドドア４２の端部４４に沿わせて敷設されたコードスイッチ１は、図１のようにスライドドア４２が開いた状態で、物体Ｂが近くに存在しないとき、中間導体４と最外導体６との間には、静電容量Ｃが常に形成されている。この静電容量Ｃは、スライドドア４２がどの位置に移動しても変化しない。

スライドドア４２が駆動機構により閉動作をしているとき、物体Ｂがコードスイッチ１に接近すると、物体Ｂと最外導体６との間に浮遊静電容量ΔＣが形成される。この浮遊静電容量ΔＣと静電容量Ｃとの和である静電容量（Ｃ＋ΔＣ）が接近検出回路３３に検知される。

接近検出回路３３は、静電容量が通常時のＣから（Ｃ＋ΔＣ）に増加したことに基づいて、接近検出信号を発生する。この接触検出信号を受信した図示しないドア駆動回路は、例えば、ドア駆動用モータ（図示せず）を逆回転させて駆動機構を逆動作させることにより、スライドドア４２を開動作させる。

物体Ｂの接近を検出してスライドドア４２が開動作することにより、物体Ｂにスライドドア４２が接触する以前、あるいは接触検出回路３２による接触検出以前に、物体Ｂからスライドドア４２が遠ざかる。

以上説明したように、本発明のコードスイッチ１では、誘電率の高い人体等の物体Ｂがコードスイッチ１に接近すると、最外導体６と物体Ｂとの間に浮遊静電容量ΔＣが形成され、中間導体４と最外導体６との間における静電容量Ｃが変化するため、接近検出回路３３で検出することができる。

なお、最外導体６を設けずに、中間導体４と物体Ｂとの間に浮遊静電容量ΔＣが形成されるように構成した場合、中間導体４が接触検出に好適な構造・特性でなくてはならないという制約があるため、任意に中間導体４を接近検出に好適な構造・特性とすることができないが、本発明では、中心導体２、圧電材料層３、中間導体４による接触検出機能とは実質的に独立して中間導体４、絶縁材料層５、最外導体６による接近検出機能を持たせているので、接触検出機能に関与しない最外導体６は自由に接近検出に好適な構造・特性とすることができる。

また、誘電率の低い物体であっても、物体がコードスイッチ１に接触して圧電材料層３が変形すると、中心導体２と中間導体４との間における電圧が変化するため、接触検出回路３２で検出することができる。

このような動作により、物体Ｂがコードスイッチ１に接触した場合も接近した場合もスライドドア４２が閉動作を停止して開動作するので、挟み込みが防止できる。このように、本発明のコードスイッチ１は、信頼性に優れる接触式と接触前に検出ができる非接触式の両方の長所を併せ持つものとなる。

中間導体４として、導電性を有する細線を圧電材料層３の外周に巻き付けた場合、コードスイッチ１を曲げたときに、圧電材料層３の外側が伸張し内側が圧縮するが、細線がこの伸張・圧縮に追随して容易に変形するため、コードスイッチ１の曲げ特性が向上する。

最外導体６として、導電性を有する細線を絶縁材料層５の外周に巻き付けた場合、コードスイッチ１を曲げたときに、絶縁材料層５の外側が伸張し内側が圧縮するが、細線がこの伸張・圧縮に追随して容易に変形するため、コードスイッチ１の曲げ特性が向上する。

圧電材料層３における圧電センサとしての感度はその外周を覆う絶縁材料層５の厚さに依存する。よって、絶縁材料層５の厚さは、圧電材料層３の厚さの０．１〜１０倍であるのが好ましい。絶縁材料層５の厚さは、圧電材料層３の厚さの０．３〜１．５倍であるのが、さらに好ましい。

図１及び図２に示したコードスイッチ１を実際に作製した。すなわち、中心導体２として錫めっき軟銅撚り線（直径０．１２７ｍｍの素線を７本撚り）の外周に厚さ１．５ｍｍの圧電材料を被覆して圧電材料層３を形成した。その圧電材料層３の外周に、厚さ４μｍのＰＥＴと厚さ７μｍのアルミニウム箔とを貼り合わせた６ｍｍ幅のテープを等ピッチに巻き付けて中間導体４とした。

中間導体４の外周にエチレンプロピレンゴムからなる絶縁材料を１．５ｍｍの厚さに被覆して絶縁材料層５を形成した。その絶縁材料層５の外周に、１００本の直径０．０５ｍｍの錫めっき軟銅素線を等ピッチで巻き付けて最外導体６を形成した。この最外導体６の外周に、ウレタンを厚さ０．３ｍｍ被覆して外皮７を形成した。

このコードスイッチ１を実施例とし、物体の接近による静電容量の変化を調べた。具体的には、実施例のコードスイッチから３０ｍｍの距離に５０ｍｍ幅の金属板を置いて、静電容量が通常時（金属板がないとき）からどれだけ変化するか調べた。実施例のコードスイッチ１における静電容量の変化量は０．０９ｐＦ／ｍであった。実施例のコードスイッチは、物体の接近に対して実用に十分な程度の静電容量の変化が得られることを確認した。

次に、実施例のコードスイッチを図４のように自動車４１のスライドドア４２に取り付け、物体Ｂを検出する試験を行った。具体的には、開いた状態のスライドドア４２を電動で閉じる際に、その閉動作方向前方に腕（導体）又はアクリル製の棒（絶縁体）を進出させる。腕を進出させた場合は非接触でスライドドア４２が開動作するかどうか調べる。棒を進出させた場合は接触したときスライドドア４２が開動作するかどうか調べる。

以上の試験の結果、接触検出回路３２も接近検出回路３３も良好に動作し、物体Ｂを確実かつ早期検出することができた。

本発明の一実施形態を示すコードスイッチの断面構造図である。 本発明の一実施形態を示すコードスイッチの斜視構造図である。 本発明の一実施形態を示す検出装置の概念図である。 本発明の一実施形態を示すドアシステムの斜視図である。

符号の説明

１ コードスイッチ
２ 中心導体
３ 圧電材料層
４ 中間導体
５ 絶縁材料層
６ 最外導体
７ 外皮
３１ 検出装置
３２ 接触検出回路
３３ 接近検出回路

Claims (10)

1. 中心導体の外周に圧電材料層、該圧電材料層の外周に中間導体、該中間導体の外周に絶縁材料層、該絶縁材料層の外周に最外導体、該最外導体の外周に外皮を備えたことを特徴とするコードスイッチ。
2. 上記中心導体は、単数本の金属導線又は複数本の金属導線による撚り線であることを特徴とする請求項１記載のコードスイッチ。
3. 上記中間導体は、導電性を有する細線を上記圧電材料層の外周面に巻き付けて形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のコードスイッチ。
4. 上記中間導体は、導電性を有する細線を上記圧電材料層の外周面に編み組みして形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のコードスイッチ。
5. 上記中間導体は、導電性を有する帯状部材を上記圧電材料層の外周面に巻き付けるか又は上記圧電材料層の長手方向に沿わせて形成されたことを特徴とする請求項１又は２記載のコードスイッチ。
6. 上記最外導体は、導電性を有する細線を上記絶縁材料層の外周面に巻き付けて形成されたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のコードスイッチ。
7. 上記最外導体は、導電性を有する細線を上記絶縁材料層の外周面に編み組みして形成されたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のコードスイッチ。
8. 上記最外導体は、導電性を有する帯状部材を上記絶縁材料層の外周面に巻き付けるか又は上記絶縁材料層の長手方向に沿わせて形成されたことを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のコードスイッチ。
9. 上記絶縁材料層は、上記圧電材料層の０．１〜１０倍の厚さであることを特徴とする請求項１〜８いずれか記載のコードスイッチ。
10. 請求項１〜９いずれか記載のコードスイッチと、該コードスイッチの上記圧電材料層の変形による上記中心導体と上記中間導体との間における電圧の変化に基づいて上記物体の接触を検出する接触検出回路と、上記物体と上記最外導体との間での浮遊静電容量の増加による上記中間導体と上記最外導体との間における静電容量の変化に基づいて上記物体の接近を検出する接近検出回路とを備えたことを特徴とする検出装置。

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