JP2008514110A - 静電容量センサシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、移動体２１に備えられる静電容量センサシステムに関する。そのシステムは、互いに関して移動可能な第１の部位２６と第２の部位３９とを備えたアンテナデバイスを有し、その二つの部位２６、３９は、周囲からの静電容量の影響に対して並列に接続される。第１の部位２６が移動体２１の導電部を構成し、かつ第２の部位３９が移動体２１の待機位置に配置される導電デバイスを構成する。

Description

本発明は移動体に備えられる静電容量センサシステムに関する。

静電容量センサシステムは、人体の存在に基づいて異なる器具の制御及び動作を提供する能力があることがよく知られている。一般的なそのようなシステムは、例えば米国特許第４４５３１１２号明細書及び米国特許第５６２１２９０号明細書に記載されている。これらの文献では、センサの電極は、カーウインドウの窓枠に配置される。手といった人体の一部がセンサの電極に触れると直ちに、センサ電極と接地電極との間のキャパシタンスが増加する。このキャパシタンスの増加は、電極の出力信号の周波数を、参照信号と比較して変化させ、ウインドウを動かすモータがこの変化に基づいて作動する。そのセンサシステムは、人体のような半導電性素子に対して反応することができるが、プラスチックや木では何の効果も生じない。

静電容量センサとしての能力を提供する他のシステムが、国際公開第０２／０８９３２８号パンフレットに開示されている。その文献において、センサ回路は、電気モータのような電子デバイスに電力を供給する負荷線に接続されている。このシステムは、負荷線近傍でセンサシステムに影響を及ぼし、センサ能力の低下を生じる代わりに、負荷線がセンサシステムのアンテナ部として動作することによってシステムをサポートするという利点がある。

静電容量システムのアンテナを可動部、例えば、ドア、ふた、上記のような窓に配置することは、時に興味深いものがある。そのようなシステムが、例えば国際公開第０３／０６９１０４号パンフレットに開示されている。その文献において、静電容量センサのアンテナは、エレベータの自動ドアが人を挟むことを避けるように設置される。誰かがアンテナの近くに手を置くと、ドアは事故が発生するのを防止するために停止する。

最後に述べたシステム及び可動部に設置されたアンテナを備える他の同様のシステムの一つの問題点は、ドアなどが閉じる位置へ向かって移動する場合、通常、ドアを保持する構造の一部である金属フレームが、システムと干渉することである。この理由は、ドアフレームが、上記のシステムにおいて、上記のセンサの静電容量の第１の電極を形成する接地面の一部となることにある。ドアに設置されたアンテナは、第２の電極を形成する。そのため、システムは、フレームに置かれた人体部分を検出することができない。ドアが閉まっていく場合、システムは、ドアフレームに近づくことによって生じたキャパシタンスの値の増加を検知する。しかし、これがシステムに影響することを避けるため、デフォルトでは、通常この変化がドアを停止させないように設定される。

そのようなデフォルトの設定は、人体の部位、特に小さな部位がシステムによって検知されなくなるという結果をもたらす。キャパシタンスにおけるフレームの大きな影響は、人体の部位によって生じたキャパシタンスにおける小さな影響よりも非常に大きいので、フレームはシステムの障害となる。

したがって、本発明の目的は、キャパシタンスに影響を与えるフレームによって保持されるドア又はふたに適用され、人体の小さな部位を検出可能な静電容量センサシステムを提供することにある。この目的は、請求項１の特徴部分に定義された発明によって達成される。

本発明を、添付の図を参照しつつ以下に述べる。
図は、本発明による静電容量センサシステムの実施態様を示す。その実施態様が本発明を限定するものと解すべきではない。その目的は、本発明をどのように適用できるかを説明し、本発明の要件を説明することにある。

本実施態様は、保冷庫における静電容量センサシステムに関する。これらの実施態様において、保冷庫それ自体、及び保冷庫の性質が、保冷庫のドアの移動を部分的に制御するセンサシステムを作成するために使用される。図１−４に、そのセンサシステムの一部として保冷庫を用いる基本原理を示し、一方図５−９は、本発明による実施態様を示す。

図１に、保冷庫２０を示す。その保冷庫は、一つの上側ドア２１と一つの下側ドア２２とを有し、それぞれが一つの冷蔵室を密閉する。図は概略であり、開放された上側の冷蔵室は如何なる棚なども含んでいない。保冷庫本体は、保冷庫の外形を形成する外側金属ライナ２３と、上側冷蔵室を形成する内側ライナ２４とを有する。ドア２１は、ヒンジ（図示せず）で回転し、保冷庫本体と電気的に絶縁されている。モータユニット２５は概略的に示され、モータユニットの作動によってドアが開位置と閉位置の間を自動的に移動できるということを示す。

本発明は、保冷庫のドアは金属製であり、保冷庫本体と電気的に絶縁されるのが一般的であり、そのため保冷庫は静電容量センサシステムを備えることに非常に適しているという見識に基づいている。ヒンジ（プラスチック製または金属製）は、ドアの上側端および下側端のキャップに取り付けられる。これら及びキャップはプラスチックで作られ、そのため金属製のドアと金属製の保冷庫本体との間に電気的な接続のないことが確立される。

さらに、保冷庫２０は、ドアが回転することを可能にする電気作動ユニット２５を有する。電気作動ユニット２５は、例えば、電気モータ若しくはソレノイドのような電気機械ユニットとすることができ、適当な電圧レベル、例えば１２若しくは２４ボルトの直流電圧を持つ。その作動ユニットは、ドア内及び本体内にそれぞれ設置された磁石を有してもよい。例えばそれらの少なくとも一つは、システムによって電力供給される電磁石である。モータが使用される場合、モータの回転をドアを移動させるのに十分な力に変換するためのギアを有することが好ましい。モータの特性、電圧レベル及びギアの設計は、全て、ドアの移動が可能な限り最もスムーズになるように適合される。そのスムーズな移動は、ユーザがシステムに信頼性があると感じ、使い易いと感じるに違いないので、非常に重要である。電気作動ユニットに接続される静電容量センサシステムも、そのスムーズな移動を達成するための制御手段を有する。

図２及び図３は、上側ドア２１の正面図及び平面図を示す。上側ドアは、そのドアの形を形成する外側金属ライナ２６を有する。また図１及び図２に示すように、外側ライナは内側ライナ２７とともに、断熱素材が配置される空間を囲む。その端部では、エンドキャップ２８がその空間を囲むことに寄与するように置かれる。上述したように、これらのエンドキャップは回転中心位置においてドアを保持するヒンジも保持する。両図において、ドアハンドル２９も示される。後で示すように、ドアの外側金属ライナは、静電容量センサシステムの重要な部分を構成する。

図４は、静電容量センサシステムが保冷庫２０にどのように配置され得るかを示す電気的な概略図である。この概略図では、保冷庫内における静電容量センサシステムの配置の主要要件を図示することのみを意図しているので、使用される全ての構成部品は示されていない。詳細は、図５−９に示す実施態様において示される。それらの図は、本発明の主要要件を図示する。

その図において、上側ドア２１、電気作動ユニット２５、上側ドア外側ライナ２６及びキャビネット本体の外側金属ライナ２３とを備える保冷庫２０を示す。電源３０は、静電容量センサシステムの一部として備えられる。その電源は、静電容量センサシステムに電力を供給し、好ましくは電気作動ユニットにも電力を供給する。その電源は、接続端子３１を介して、例えば２３０Ｖ交流電力に接続される。また、その電源は、正と負の二つの電源出力３２、３３を有し、好ましくは１２−２４Ｖの範囲内の直流電圧を供給する。その出力３２、３３は、ともに静電容量センサユニット３４に接続される。

センサシステムは、キャビネットの外側ライナ２３からライン３７を通じて信号を受信し、外側ライナはキャビネットの接地面を形成する。接地面は、外部アース３５と接続されることは必須ではないが、接続されることが好ましい場合もある。ライン３８は、電気作動ユニット２５を制御し、電力を供給する伝送ラインである。さらにセンサシステムは、ライン３６を通じて上側ドアの外側ライナと接続される。そのライン３６は電源出力３３とも接続される。

開示された静電容量センサシステムでの主たるアイデアは、図４に示すように、上側ドアの外側ライナ２６とキャビネット本体の外側ライナ２３との間に形成されるキャパシタンス４２の特性の検出に基づいて、電気作動ユニット２５によってドアを作動させることにある。そのシステムの動作は、システムが人体の存在によって生じるキャパシタンスの変化を検出できるという事実に基づいている。ドアは、センサシステムのアンテナとして機能する。ユーザが手をドアの方へ持って行くと、システムは静電容量がその都度増加するのを検出する。対して、ユーザが手をどけると、システムはその都度静電容量が減少するのを検出する。そして最後に、ユーザが手でドアを掴むと、その都度静電容量が増加した後一定に保たれる。これらの３通りの事象は、システムがドアの移動を制御する基礎となる。

図１−４の実施態様は、図５−９の実施態様が基礎とする概念を説明することを意図している。ドアに静電容量センサシステムを実装するそのような概念は既知であるが、冷蔵庫のドアにそのようなシステムを使用することは新規である。ドアに、導体のストリップ状のアンテナを実装する代わりに、そのシステムはドアの金属ライナをアンテナとして使用する。そうすることによって、部品と製造のコストをより下げるといった利点が達成される。最も重要なことは、ドアのライナがキャビネット本体と電気的に絶縁されているということである。

本発明の要件を示す実施態様を、以下図５−９とともに説明する。図５において、保冷庫２０、その上側ドア２１、ドアを移動させる電気作動ユニット２５、上側ドアライナ２６及びキャビネット本体の外側金属ライナ２３とともに、図１のキャビネットを示す。また、キャビネット及び上側ドアのさらなる詳細は、図１−４において開示されている。図５において、導電部３９が上側冷蔵室２４の開口の周囲４０に配置される。その導電部は、その周囲の４辺の周り全てに張られる。その導電部は、例えばキャビネットのガスケットなどとして設計することができる。主として重要なことは、それが少なくとも半導電性であるということである。無論、代わりとして、例えば銅製の金属ストリップを意味する、完全な導電体としてもよい。

図６に、導電部３９が上側冷蔵室２４の開口の周囲４０の全てに張られていることを示す（ドア２１は取り除いている）。図７に、図６のキャビネットの底面図を示す。導電部及びそれが配置されるキャビネット２０に印が付けられている。また、その図において、絶縁層４１も示される。これは、導電部がキャビネット本体の外側金属ライナ２３若しくはキャビネット本体の他の部分と電気的に接続されないように配置される。この配置はシステムの動作にとって非常に重要であり、以下にそのことを示す。

図８は、システムに電気的に接続される導電部３９にもかかわらず、多くの側面において図４に対応する。上側ドア２１、ドアを移動させる電気作動ユニット２５、上側ドア外側ライナ２６及び接地面に接続されるキャビネット本体の外側金属ライナ２３とを備える保冷庫２０を示す。また、静電容量システムを、静電容量センサユニット３４に、好ましくは１２−２４Ｖの直流電圧を供給する電源３０とともに示す。そのシステムは、キャビネット本体の外側ライナ２３からライン３７を通じて信号を受信し、外側ライナは、３５を介して電気的なアースと接続されることは必須ではないが、接続されることが好ましい。ライン３８は、電気作動ユニット２５を制御し、電力を供給する伝送ラインを表す。

さらにセンサシステムは、ライン３６を通じて上側ドアの外側ライナ２６と接続される。そのライン３６は、負極である電源出力３３とも接続される。さらに、導電部３９は、ライン４３を通じて上側ドアの外側ライナと接続される。図８は、上述したキャパシタンス４２も示す。そのキャパシタンスの特性は、静電容量センサシステムに関して重要である。上側ドアライナと導電部３９は接続されるので、それらは形成されるキャパシタンス４２に関して並列に配置される。その接続された部分は、静電容量センサシステムにおいてともにアンテナとして動作する。

さらに、図９に、静電容量センサシステムの実施態様の電気配線図を示す。この図において、電源３０、静電容量センサユニット３４、キャビネット本体の外側ライナ２３、上側ドアの外側ライナ２６及び半導電部３９が概略的に示されている。また、図８のラインも示され、図９に基づいて、図８による構成の機能を述べる。電源３０は、静電容量センサシステムに電力、好ましくは１２−２４Ｖの直流電圧を供給する。本発明に関して、アンテナ及びモータとして使用されるキャビネットの部品は、システムの一部とみなされる。電源は、接続端子３１を通じて、例えば２３０Ｖの交流に接続される。電源は、例えばスイッチ変圧器（switched transformer）とすることができる。電源（図９を参照）はライン３３（負極）及びライン３２（正極）に電力を供給する。

静電容量制御ユニット３４は、電源からライン３２及び３３を介して電力を受信する。ライン３３は、ドアライナ２６及び導電部３９にも接続される。さらに、そのユニットはキャビネット本体の外側ライナ２３に接続される。以下にシステムの動作を述べるように、キャパシタンス４２の特性に基づいて、そのユニットは、電気作動ユニット２５に電力を供給するスイッチ可能なリレーデバイス４６を制御する。図示のように、リレー４７及び４８は、作動ユニットの回転方向を変えるためにスイッチ可能となっており、そのことによってドアが移動する場合の方向を操作する。無論、そのスイッチ可能デバイスを、電気的にドアの移動を操作する他の手段に置き換えてもよい。

センサユニット３４は、マイクロコントローラ５０を有する。電力は電源ユニット３０からそのコントローラへ二つの伝送ライン３２及び３３を通じて供給される。アンプ形式のエミッタフォロア５１、バンドパスフィルタ５２、電圧整流器５３及び直流アンプ５４もある。電力はライン５６及び５７を通じて供給される。

変形として、電気作動ユニット２５に、電源３０以外から電力を供給してもよい。モータの電力ラインからのシステムへの影響を小さくすることを意図する場合には、キャビネットにそれらを配置する際にシステムの異なる部分に物理的に分離するよりよいオプションが存在するので、そのようなソリューションとすることが好ましい。しかし、図９のソリューションは、モータの電力伝送ライン３２及び３３を静電容量センサシステムの一部として使用するよいオプションを提供する。そのようなソリューションは、国際公開第０２／０８９３２８号パンフレットに開示されている。

人がキャビネットのドアに近づくと、この人の接近がキャビネットとドア（通常閉じられている）間のキャパシタンス４２を増加させる。これは、８ｋＨｚの繰り返し周波数を持つ参照信号が送信される静電容量センサによって感知される。この信号は、ライン５７を通じて送られ、また可変キャパシタンス５８を通じても送られる。二つのキャパシタンスは、５９において出力交流電圧と分圧器を形成する。エミッタフォロア５１は、干渉の危険性を減少させ、バンドパスフィルタ５２が雑音周波数を除去する一方、電圧整流器５３は信号を整流する。その信号は、変化の検出能力を向上させるために、５４で増幅される。接続ライン６０は、信号をマイクロコントローラのＡ／Ｄ入力に送信する。

後者から６０において（人の接近により生じた）ＤＣ出力電圧に生じた減衰が、選択された検知閾値未満の大きさとなるか、１秒未満若しくは３秒より長い期間の場合、何のアクションも起こさない。これは、人が側を通り過ぎたり、ドアにもたれて休憩したり、若しくはその同じドアでノートをとっているかもしれないことを意味する。ＤＣ出力電圧の十分な減衰が、１秒から３秒の間生じたとき、マイクロコントローラは、スイッチ可能ユニット４６を介してドアを開けるために電気作動ユニット２５を活動させる。例えばモータが使用される場合、ＤＣ出力電圧の十分に後に起こる低下は、その期間中モータを停止させ、その後ドアを閉めるためにその動作を反転させる。そのような後に続くＤＣ電圧の減衰がない場合でも、マイクロコントローラは、選択されたタイムリミット、例えば３０秒後にドアを閉める。

本発明によれば、ドアの外側金属ライナ２６は、キャビネットと電気的に絶縁され、上述した静電容量センサシステムに接続される。また、それはキャビネットのドア開口に配置され、キャビネットと電気的に絶縁された導電部３９と接続される。そのことにより、ジャムセンサが上述した金属手段の組み合わせによって得られる。組み合わせの他の有利な効果は、ドアが開いているときと閉まっているときで、キャビネットとドア間のキャパシタンスの変動が少なくなることにある。これは、静電容量センサの設計を容易にする。

システムは、キャパシタンス４２の特性を感知することによって動作するので、電源内に形成されるキャパシタンス４９の動向を把握することは非常に重要である。例えば、キャパシタンスは、整流器を冷却するコイルと整流器自体の間で形成され得る。さらに、キャパシタンス値は、変圧器内にも形成され得る。そのような場合、キャパシタンス４９は、電力供給される構成部品と電源の接地面に接続される電源の部品との間に配置される。電源は、通常キャビネット本体に配置され、多くの場合にはキャビネットのコントロールシステムに電力を供給する電源に対応する。そのため、多くの場合、キャビネット２０の接地面３５は、接続ライン４５によって示されるように、電源３０の接地面４４と一緒に接続される。その場合、キャパシタンス４２と４９の両方とも、アースラインか内部ラインの何れかを通じてキャビネットの外側ライナ２３と接続される。これは、キャパシタンス３５と４４とが並列に配置され、両方が全体のキャパシタンス値に影響することを意味する。上述したように、キャビネットの接地面３５と対応する接地面４４は、外部アースと接続されることは必須ではないが、接続されることが好ましい。

このアイデアの要件を用いた、本センサシステムの全ての構成部品は、アンテナとして動作し得る。さらに、電気作動ユニット２５も、アンテナとして動作し得る。このソリューションは、特にセンサシステム（電源を除く）及び／又はモータユニットがドアに配置される場合に有用である。ドアアンテナ２６との干渉の代わりに、ドアの一部に「ブラインド」スポットを形成するが、それらはアンテナの一部である。開示された先行技術のソリューションは、本発明に関して何ら述べておらず、しかし当業者にとってこのソリューションの実装が本発明においてどのように使用されるかは明らかである。

当業者にとって、本発明が保冷庫にのみ適用される静電容量センサシステムに限定されないことは明らかである。むしろ、静電容量システムについてのアンテナデバイスが実装される可動部を持つ、如何なる器具にも使用できる。

先行技術のタイプの静電容量センサシステムを実装する保冷庫の正面斜視図である。 図１の保冷庫の上側ドアの正面図である。 図２のドアの平面図である。 先行技術のタイプの静電容量センサシステムが図１の保冷庫にどのように接続されるかを示す概略図である。 本発明による静電容量センサシステムを実装する保冷庫の正面斜視図である。 本発明による静電容量センサシステムのアンテナの一部が図５の保冷庫にどのように配置されるかを示す正面図である。 図６の配置を示す平面図である。 本発明による静電容量センサシステムが図５の保冷庫にどのように接続され得るかを示す実施態様の概略図である。 図８の実施態様をどのように設計できるかを示す、実施態様のより詳細な概略図である。

Claims (7)

1. 移動体（２１）に備えられる静電容量センサシステムであって、
   互いに移動可能な第１の部位（２６）及び第２の部位（３９）を備えたアンテナデバイスを有し、前記二つの部位（２６、３９）がその周囲からの静電容量の影響に対して並列に接続され、前記第１の部位（２６）が前記移動体（２１）の導電部を構成し、かつ前記第２の部位（３９）が前記移動体（２１）の待機位置に配置される導電デバイスを構成することを特徴とする、静電容量センサシステム。
2. 前記移動体（２１）は、電気作動ユニット（２５）を備え、かつ前記待機位置において通路を閉じるように配置され、前記センサシステムは、前記電気作動ユニット（２５）を操作するように配置された操作デバイス（４６）を備え、前記導電デバイス（３９）は前記通路の周囲に設置される、請求項１に記載の静電容量センサシステム。
3. 前記電気作動ユニット（２５）は、前記移動体（２１）を移動させるように配置され、前記電気作動ユニット（２５）は、前記アンテナデバイスと前記アンテナデバイスに対する接地面間に形成されるキャパシタンスを通じた前記周囲からの影響に依存して操作され、前記アンテナデバイスは前記接地面と電気的に絶縁される、請求項２に記載の静電容量センサシステム。
4. 前記静電容量センサシステムは、前記移動体（２１）に組み込まれ、かつ、前記接地面に接続される信号入力（５９）と前記導電部（２６）に接続される信号グラウンド（３６）を有して、前記静電容量センサシステムに接続される全ての構成部品が前記アンテナデバイスの一部となる、請求項３に記載の静電容量センサシステム。
5. 前記電気作動ユニット（２５）は、前記移動体（２１）に組み込まれ、かつ、前記導電部（２６）の一部となるように配置されて、前記電気作動ユニット（２５）は前記第１のアンテナの動作部分となる、請求項４に記載の静電容量センサシステム。
6. 請求項１〜５の何れか一項に記載の静電容量センサシステムを有することを特徴とする、例えば冷蔵庫又は冷凍庫といった家電器具。
7. 前記移動体（２１）は、前記家電器具の少なくとも一つの区画の開口を閉じるように配置されたドア、ふた、若しくは引き出しであり、前記導電部（２６）は、前記ドア又はふたを形成するライナからなる、請求項６に記載の家電器具。

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