JP2008517421A - 重要な予荷重問題を最小限にするフォイル式圧力センサ - Google Patents

Abstract

フォイル型スイッチング素子は、内側スペーサを介して所定距離、離間して配置される第１のキャリアフォイルと第２キャリアフォイルを含む。第１と第２のキャリアフォイル間に少なくとも２つの電極構造が配置されて少なくとも一対の離間したスイッチ接点を画成するところに上記スイッチング素子の活動部を画成する少なくとも１つのカットアウトを上記内側スペーサが有する。本発明によれば、このスイッチング素子は第１の外側スペーサ層を有し、該第１の外側スペーサ層は上記第１のキャリアフォイルの外面に配置されており、該第１外側スペーサは上記活動部の部分に少なくとも１つの開口を有する。本発明の好適な実施態様では、フォイル型スイッチング素子は更に第２の外側スペーサ層を備え、該第２の外側スペーサ層は上記第２のキャリアフォイルの外面に配置されており、該第２外側スペーサは上記活動部の部分に少なくとも１つの開口を有する。

Description

本発明は一般にフォイル型スイッチング素子、特に重要な予荷重問題を最小限にするために最適な車両シート又はフォイル式圧力セルへの一体的組み込みに適したフォイル式スイッチング素子に関する。

本発明は、内側スペーサを介して所定距離互いに離間して配置される第１のキャリアフォイルと第２のキャリアフォイルを含むフォイル式スイッチング素子に関する。内側スペーサは、スイッチング素子の活動部を定める少なくとも１つのカットアウトを含む。少なくとも２つの電極が、上記第１と第２のキャリアフォイル間のスイッチング素子の活動部に配置され、スイッチング素子の活動部に作用する圧力に応答して、弾性的キャリアフォイルの反力に対抗して第一と第２のキャリアフォイルが互いに押圧されるようし、これ等少なくとも２つの電極間に電気的接触が確立される。

そのようなフォイル式スイッチング素子の実施態様数例が従来技術として良く知られている。これ等スイッチング素子には、例えば第１のキャリアフォイル上に配置される第１の電極と第２のキャリアフォイル上に第１の平面電極と対向関係に配置される第２の電極を含む単純なスイッチとして構成されるものもある。両電極は、活動部の内側の夫々のキャリアフォイルの略全面を覆う平面形状のものである。

従来技術で知られている他のスイッチング素子は、電気抵抗が印加圧力の大きさと共に変化する圧力センサとして構成される。このような圧力センサの第１の実施態様では、第１の電極は第１のキャリアフォイル上に配置され、第２の電極は第２のキャリアフォイル上に第１の電極と対向関係に配置される。電極の少なくとも一方は感圧材料、例えば半導体材料の層で覆われており、スイッチング素子に作用する力に応答して、第１と第２のキャリアフォイルは互いに押圧されると、感圧材料層を介して第１と第２の電極間に電気的接触が確立される。この種の圧力センサはしばしば、所謂「スルーモード」で動作すると呼ばれることがある。

圧力センサのもう１つの実施態様では、第１と第２の電極は第１及び第２のキャリアフォイルの一方と離間関係をもって配置され、他のキャリアフォイルは感圧材料の層で覆われる。感圧材料層は第１及び第２の電極と対向して配置され、スイッチング素子の活動部に働く力に応答して上記第１及び第２のキャリアフォイルが互いに押圧されると、感圧材層は第１及び第２の電極を分路する。これ等のセンサは所謂「シャントモード」で動作すると呼ばれる。

上記のスイッチング素子は有効なコストで製造することができ、実際上極めてロバストで、且つ信頼性のあることが分かっている。これ等の実際的特性のため、フォイル型スイッチング素子は今日ではあらゆる種類のスイッチング及び感知応用に広く用いられている。これ等のセンサ又はスイッチング素子は輪郭がスリムであり、且つ低重量なので、種々の動作環境での一体化に適している。

これ等フォイル型スイッチング素子の１つの具体的使用として、例えば車両シートの占有状態を感知するシートセンサがあり、決定された占有状態はシートベルト確認器を作動する二次的拘束システムを制御するのに用いられる。通常、複数のフォイル型スイッチング素子からなるシートセンサは、車両シート内のシートのシートトリムとフォーム（発泡材）クッションの間に組み込まれている。シートトリムは通常堅く及び／又はシートセンサ上に強く張られているので、スイッチング素子はスイッチング素子の下にあるシートクッションに対して押圧される。或いはまた、シートセンサはシートのクッションフォームの内側の、クッションの上側から所定の深さに設置される。シートセンサは、例えば、シートクッション内に横方向から穿たれたカット部内に設置される。

両一体化変更例共、フォーム（発泡材）とスイッチング素子間の永続的接触をもたらし、このためスイッチング素子の活動部に、特にスイッチング素子の感度が高い場合、望ましくない予荷重を引き起こす。スイッチング素子の活動部とシート材間のこの直接及び永続的接触のため、シートセンサの寿命が続く間、感度のドリフトが見られる。

本発明の目的は、柔軟な材料、例えばフォーム材への一体化に十分に適した改良されたフォイル型スイッチング素子を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、内側スペーサを介して所定距離、離間して配置された第１のキャリアフォイルと第２のキャリアフォイルを含むフォイル型スイッチング素子であって、上記第１と第２のキャリアフォイル間に少なくとも２つの電極構造が配置されて少なくとも一対の離間したスイッチ接点を画成するところに上記スイッチング素子の活動部を画成する少なくとも１つのカットアウトを上記内側スペーサが有するようにしたフォイル型スイッチング素子を提供する。本発明によれば、このスイッチング素子は第１の外側スペーサ層を有し、該第１の外側スペーサ層は上記第１のキャリアフォイルの外面に配置されており、該第１外側スペーサは上記活動部の部分に少なくとも１つの開口を有する。

本発明のスイッチング素子の外側スペーサ層は、センサ周囲の柔軟な材料を第１のキャリアフォイルから分離し、センサ周囲に力が働かないときも柔軟な材料がスイッチング素子の活動部に直接作用しないようにする。だが、外力が車両シートに働くと、シートの発泡材が外力の作用の下で外側スペーサ層の開口を貫通し、スイッチング素子の活動部に作用してスイッチング素子を作動させる。

本発明の好適な実施態様では、フォイル型スイッチング素子は更に第２の外側スペーサ層を備え、該第２の外側スペーサ層は上記第２のキャリアフォイルの外面に配置されており、該第２外側スペーサは上記活動部の部分に少なくとも１つの開口を有する。スイッチング素子のこの実施態様は、弾性材料がスイッチング素子に両側から作用する環境における一体化に特に適している。従って、このスイッチング素子は、車両シートのシートクッションに予め穿たれる切除部への挿入に極めて好適である。

本発明の外側スペーサ層、又は層群は、スイッチング素子環境がスイッチング素子に直接、且つ永続的に作用しないようにしている。従って、スイッチング素子の動的挙動（動特性）がスイッチング素子の活動部にかかる柔軟な材料の一定作用に左右されないようになる。実際のスイッチング素子動特性は従って、スイッチング素子の後時的な利用の要件に従って、２つのキャリアフォイルと内側スペーサを適宜の寸法にすることにより独立して調整することができる。スイッチング素子のこのスイッチング動特性又は感度の適合は、スイッチング素子の後時的動作環境から独立しておこなうことができる。一旦スイッチング動特性が調整されれば、外側スペーサ層を適宜の寸法にすることにより将来の動作環境に合わせることができる。

本発明のスイッチング素子は従って、動的スイッチング特性の独立した調整と動作環境への適合を可能にしている。スイッチング素子は従って、実際の応用の特定要求条件により良好に適合させることができる。更に、一旦スイッチング素子のスイッチング特性が調整されると、スイッチング素子はスイッチング特性にマイナスの影響を及ぼさずに異なる動作環境に適合させることができる。

第１及び／又は第２の外側スペーサ層は適宜の材料、例えば内側スペーサと同一材料から製造することができる。だが、より好適な実施態様では、第１及び／又は第２の外側スペーサ層はより柔軟な材料、例えばフェルト層から構成しても良い。プラスティックフォイルから製造される外側スペーサ層とは対照的に、外側スペーサ層としてフェルト層等の柔軟な材料を用いると、スイッチング素子の柔軟性の全体にマイナスの影響を及ぼさずに厚みの厚くした外側スペーサ層の提供が可能になる。外側スペーサをフェルト層から成るようにすると、快適さに付いての更なる利点、例えばノイズ低下又は触覚しえない等の利点が得られる。最後に、フェルト材から成る外側層は製造が容易である。

スイッチング素子をその特定環境に適合させるのは、動作中のスイッチング素子を囲繞する材料の弾性特性による。センサ周囲の弾性材料の動特性がスイッチング素子の両側で類似するとするなら、第１及び第２の外側スペーサ層は通常、同様の形状を有することになろう。このことは、前記第１の外側スペーサ層内の開口の横方向の寸法、例えば円形の開口の場合には径が前記第２の外側スペーサ層内の開口の横方向の寸法に等しいこと、また上記第１の外側スペーサの厚みは上記第２の外側スペーサ層の厚みに等しいことを意味する。

スイッチング素子を環境と一体化しようとする場合、材料動特性がスイッチング素子の両側で異なる材料動特性を期待しようとするとき、第１及び第２の外側スペーサ層は形状をことにするほうが良いであろう。この場合、上記第１の外側スペーサ層内の前記開口の横方向の寸法は上記第２の外側スペーサ層内の前記開口の横方向の寸法とは異なるかも知れない。更に又は或いは、上記第１の外側スペーサ層内の前記開口の厚みは上記第２の外側スペーサ層内の前記開口の厚みとは異なっても良いであろう。

両外側スペーサ層の厚み及び夫々の開口の横方向の寸法は、スイッチング素子の周囲材料の弾性特性及び該弾性材料に作用する圧力条件により選ばれる。このことは、柔らかい発泡材が有る場合、両外側スペーサ層はより硬い発泡材が有る場合より厚くすべきこと意味する。両外側スペーサ層の形状は、外力が車両シートに働かない場合、即ちシートに着座している占有者がいない場合、スイッチング素子の活動部におけるシート材料と夫々のキャリアフォイル間に直接接触が生じないように選ばれる。

スイッチング素子が車両シートに作用する外力の有る場合正確に作動できるようにするため、外側スペーサ層の形状はスイッチング素子周囲の弾性材料が外側スペーサ層内の開口を貫通し、外力の作用下に活動部に作用するのを可能にしなければならない。前記第１の外側スペーサ層及び／又は第２の外側スペーサ層内の該開口の横方向寸法は従って、前記内側スペーサのカットアウトの横方向寸法より通常大きく、これは上記第１の外側スペーサ層及び／又はは第２の外側スペーサ層内の開口がスイッチング素子の活動部より大きいことを意味する。より好ましい実施態様では、上記第１の外側スペーサ層及び／又は第２の外側スペーサ層内の開口は、例えば、該開口が上記スイッチング素子の上記活動部と完全に重なるような寸法及び配置になっている。

本発明のより好適な実施態様において、上記第１の外側スペーサ層及び／又は第２の外側スペーサ層内の開口は上記内側スペーサのカットアウトと同軸に配置される。第１及び第２の外側スペーサ層内の開口は従って、スイッチング素子の活動部に関して対称に配置される。この構成によれば、外力の作用の下で外側スペーサ層の開口に貫入するセンサ周囲の弾性材料は活動部に確実に対称的に作用してスイッチング素子の信頼性の有る作動が確実になるようにする。

本発明は２つの異なる電気的状態をもつ簡単なメンブレインスイッチ、並びにスイッチング素子に作用する圧力に応じて全領域の出力値を有する、より精巧なフォイル型圧力センサにも適用可能であることが理解されよう。より好適な実施例において、スイッチング素子は、例えば力感知抵抗として構成される。

更に、第１及び／又は第２の外側スペーサ層は夫々のキャリアフォイル上に、例えば固着、熱接着等により取り付けることができる。より好適な実施態様では、外側スペーサ層は夫々のキャリアフォイル上に貼り合わして積層する。

最後に、外側スペーサ層は夫々のキャリアフォイルの外面全体を必ずしも覆う必要のないことは当業者の気付くところであろう。実際には、外側スペーサ層が活動部の直近傍の小面積を覆えば十分である。外側スペーサ層は例えば、厚みと内径が、要求されるスイッチング素子保護を与えるのに適した環状スペーサ素子で単に構成することもできる。この環状スペーサ素子の外径は、外側スペーサ層の機能には重要でない。

図１に、車両シート１０及び、車両シート１０に図示の位置で一体的に組み込むシートセンサ１２を概略的に示す。図示のシートセンサ１２は、シートベルトベル確認システムの制御に用いられる搭乗者存否検出器として構成されている。このシートセンサ１２は、図２を参照してより詳細に説明するフォイル型スイッチング素子１４、数個を含む。

各フォイル型スイッチング素子１４は、内側スペーサ２０を介して所定距離互いに離間して配置される第１のキャリアフォイル１６と第２のキャリアフォイル１８を含む。内側スペーサ２０は、スイッチング素子１２の活動部２４を画成する少なくとも１つのカットアウト２２を含む。活動部２４の内側には、少なくとも２つの電極構造２６が前記第１と第２のキャリアフォイル１６及び１８の間に配置されており、少なくとも一対の離間するスイッチ接点を画成するようになっている。図示の実施態様では、上記電極構造２６の一方がキャリアフォイル１６及び１８の各々上に配置され、２つの電極構造２６が互いに対向するようになっている。スイッチング素子１４に圧力がかかると、第１及び第２のキャリアフォイル１６及び１８は互いに押圧され、この圧力が特定ターンオン点を越えると、電極構造２６間に電気的接触が確立される。

本実施態様におけるシートセンサ１２の複数の異なるスイッチング素子１４は好ましくは共通のキャリアフォイル１６及び１８並びに共通のスペーサ層を用いて製造されていてそれによって、個々のスイッチング素子１４は互いに連結され、複合シートセンサを形成するものであることに注意すべきである。

図２の図示実施態様において、スイッチ素子１４が含む外側スペーサ層２８及び３０は例えばフェルト材料から製造され、第１及び第２のキャリアフォイル１６及び１８の外面に配置されている。これ等外側スペーサ層の各々はスイッチング素子１４の活動部２４の部分に少なくとも１つのカットアウト又は開口３２及び３４を含み、それらによって活動部２４で第１及び第２のキャリアフォイルがスイッチング素子１４の外側からアクセス可能になっている。

図示の実施態様においては、内側スペーサ２０のカットアウト２２及び外側スペーサ２８及び３０の夫々のカットアウト３２及び３４は皆、形状が円形であり、相互に同軸に配置されている。これは、スイッチング素子１４の上面図を示す図２下部の図示から分かる。尚、他の形状のカットアウトも可能であり、異なるカットアウトが異なる形状を有しても良い。更に、異なるカットアウトは必ずしも同軸状に配置されない。

外側スペーサ２８及び３０の機能は、車両シート１０に一体化されるフォイル型スイッチング素子１４の断面図を示す図３から明らかであろう。図３に示すスイッチング素子１４は、弾性シート発泡材の二層３６及び３８の間に配置されるように車両シートの切除部に挿入されている。外側スペーサ層２８及び３０は、二層３６及び３８の柔軟な材料を夫々のキャリアフォイル１６及び１８から分離している。その結果、シート発泡材の二層３６及び３８の柔軟な材料は、センサ周囲に力が働かないとき、スイッチング素子１４の活動部２４に直接作用することは無い。その結果、スイッチング素子１４に永続的に作用する予荷重（特にスイッチング素子が高温に曝される場合）、及び、センサの劣化は、有効に回避することができる。

外側スペーサ２８及び３０の開口３２及び３４は発泡材がキャリアフォイル１６及び１８に向かって膨らむのを可能にするので、スイッチング素子１４に働く外力の元で、弾性材料は外側スペーサ２８及び３０の開口３２及び３４を貫通して夫々のキャリアフォイルに作用し、従ってスイッチ素子１４を作動させる。

図４は、スイッチング素子１１４の別の実施態様を示し、この実施態様ではそのスイッチング特性をスイッチング素子の上下のスイッチング環境の異なる特性に合わせるようにしている。

この実施態様では、第１キャリアフォイル１１６と第２のキャリアフォイル１１８は厚みが異なる。同様に、外側スペーサ１２８は外側スペーサ１３０とは厚みが異なる。夫々の層が厚みを異にすることに加えて、カットアウト１３２とカットアウト１３４とは寸法が異なっても良い、即ち図示のカットアウトが円形の場合、開口１３２は開口１３４より径が小さい。尚、開口１３２と開口１３４とは形状をことにしても良い。

車両シートとそれに配置されるシートセンサを概略的に示す。 フォイル型スイッチング素子の第１の実施態様の断面図及び上面図である。 車両シートに一体に組み込まれるフォイル型スイッチング素子の断面図である。 フォイル型スイッチング素子の第２の実施態様の断面図及び上面図である。

符号の説明

１０ 車両シート
１２ シートセンサ
１４ フォイル型スイッチング素子
１６ 第１のキャリアフォイル
１８ 第２のキャリアフォイル
２０ 内側スペーサ
２２ カットアウト
２４ 活動部
２６ 電極構造
２８ 外側スペーサ層
３０ 外側スペーサ層
３２ カットアウト又開口
３４ カットアウト又開口
３６ シートフォーム層
３８ シートフォーム層
１１４ スイッチング素子
１１６ 第１のキャリアフォイル
１１８ 第２のキャリアフォイル
１２８ 外側スペーサ
１３０ 外側スペーサ
１３２ カットアウト又は開口
１３４ カットアウト又は開口

Claims (10)

1. 内側スペーサを介して所定距離、離間して配置された第１のキャリアフォイルと第２のキャリアフォイルを含むフォイル型スイッチング素子であって、上記第１と第２のキャリアフォイル間に少なくとも２つの電極構造が配置されて少なくとも一対の離間したスイッチ接点を画成するところに上記スイッチング素子の活動部を画成する少なくとも１つのカットアウトを上記内側スペーサが有するようにしたフォイル型スイッチング素子において、第１及び第２の外側スペーサ層を有し、該第１の外側スペーサ層が上記第１のキャリアフォイルの外面に配置され、且つ上記第２の外側スペーサ層が上記第２のキャリアフォイルの外面に配置されており、該第１外側スペーサと第２の外側スペーサの各々が上記活動部の部分に少なくとも１つの開口を有するようにして成ることを特徴とするフォイル型スイッチング素子。
2. 前記第１の外側スペーサ層及び／又は第２の外側スペーサ層内の前記開口が前記内側スペーサの前記カットアウトと同軸に配置されて成る請求項１に記載のフォイル型スイッチング素子。
3. 前記第１の外側スペーサ層及び／又は第２の外側スペーサ層内の前記開口の横方向寸法を、前記内側スペーサの前記カットアウトの横方向寸法より大きくして成る請求項１又は２に記載のフォイル型スイッチング素子。
4. 前記第１の外側スペーサ層及び／又は第２の外側スペーサ層内の前記開口の寸法及び配置を、前記スイッチング素子の前記活動部に前記開口が完全に重なるようにして成る請求項１〜３の何れか１つに記載のフォイル型スイッチング素子。
5. 前記第１の外側スペーサ層内の前記開口の横方向寸法が前記第２の外側スペーサ層内の前記開口の横方向寸法とは異なるようにして成る請求項１〜４の何れか１つに記載のフォイル型スイッチング素子。
6. 前記第１の外側スペーサ層内の前記開口の横方向寸法が前記第２の外側スペーサ層内の前記開口の横方向寸法と等しくなるようにして成る請求項１〜４の何れか１つに記載のフォイル型スイッチング素子。
7. 前記第１の外側スペーサ層の厚みが前記第２の外側スペーサ層の厚みとは異なるようにして成る請求項１〜６の何れか１つに記載のフォイル型スイッチング素子。
8. 前記第１の外側スペーサ層の厚みが前記第２の外側スペーサ層の厚みと等しくなるようにして成る請求項１〜６の何れか１つに記載のフォイル型スイッチング素子。
9. 前記スイッチング素子を力感知抵抗として構成して成る請求項１〜８の何れか１つに記載のフォイル型スイッチング素子。
10. 前記第１の外側スペーサ層及び／又は前記第１の外側スペーサ層がフェルト層から成る請求項１〜９の何れか１つに記載のフォイル型スイッチング素子。
    

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