JP2011058951A - センサユニットおよびその取付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】検出精度が高いセンサユニットおよびその取付方法を提供することを課題とする。
【解決手段】センサユニット１は、変形により電気抵抗が変化する導電性ポリマー製の変形センサ２０を備えてなる。変形センサ２０は、複数の検出区間Ｓ１〜Ｓ４を有する。複数の検出区間Ｓ１〜Ｓ４は、相手側部材９２の変形検出エリア９２０を分割して担当している。複数の検出区間Ｓ１〜Ｓ４は、直列接続および並列接続のうち、少なくとも一方で接続されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、相手側部材の変形を検出可能なセンサユニットおよびその取付方法に関する。

例えば、特許文献１〜３には、導電性ポリマー製であって長尺状の変形センサを有するセンサユニットが開示されている。変形センサは、ホイートストンブリッジ回路に組み込まれている。図６に、従来のセンサユニットが組み込まれたホイートストンブリッジ回路の回路図を示す。図６に示すように、ホイートストンブリッジ回路１００は、二つの枝路１０１ａ、１０１ｂと、四つの抵抗体位置１０１ａＨ、１０１ａＬ、１０１ｂＨ、１０１ｂＬと、を備えている。二つの枝路１０１ａ、１０１ｂは、並列接続されている。三つの抵抗体位置１０１ａＬ、１０１ｂＬ、１０１ｂＨには、ダミー抵抗体Ｒ２００、Ｒ３００、Ｒ４００が配置されている。変形センサＳ１００は、残りの一つの抵抗体位置１０１ａＨに配置されている。

変形センサＳ１００の長手方向両端には、一対の検出用端子１０２ａ、１０２ｂが配置されている。変形センサＳ１００に隣接する相手側部材（例えば車両のバンパ、窓ガラス、人体など）が変形すると、それに応じて変形センサＳ１００も変形する。変形センサＳ１００が変形すると、一対の検出用端子１０２ａ、１０２ｂ間の電気抵抗が変化（減少あるいは増加）する。電気抵抗が変化すると、枝路１０１ａの中間位置ｘの電位と、枝路１０１ｂの中間位置ｙの電位と、の間の電位差が変化する。この電位差の変化から、センサユニット１０３は、相手側部材の変形を検出している。

特開２００８−７０３２７号公報 特開２００８−１５８９４２号公報 特開２００８−２２９０８４号公報

しかしながら、センサユニット１０３は、一つの変形センサＳ１００に対して三つのダミー抵抗体Ｒ２００、Ｒ３００、Ｒ４００を有している。このため、余分なスペースを必要とし、コスト的にも問題があった。また、変形センサＳ１００において僅かな変位を検出しようとすると検出感度が悪い。

また、変形センサＳ１００は、導電性ポリマー製であるため、歪みゲージ（金属製あるいは半導体製である）などと比較して、雰囲気温度の影響を受けやすい。すなわち、変形センサＳ１００は、雰囲気温度の変化により電気抵抗が変化しやすい。このように、雰囲気温度の変化による電気抵抗の変化は、Ｒ２００、Ｒ３００、Ｒ４００が変化しないため、センサユニット１０３の検出精度が低下する一因となっていた。

本発明のセンサユニットおよびその取付方法は、上記課題に鑑みて完成されたものである。本発明は、安価で検出精度が高いセンサユニットおよびその取付方法を提供することを目的とする。

（１）上記課題を解決するため、本発明のセンサユニットは、変形により電気抵抗が変化する導電性ポリマー製の変形センサを備えてなるセンサユニットであって、前記変形センサは、相手側部材の変形検出エリアを分割して担当する複数の検出区間を有し、複数の該検出区間は、直列接続および並列接続のうち、少なくとも一方で接続されていることを特徴とする（請求項１に対応）。

ここで、複数の検出区間は、構造的に連続していてもよく、あるいは構造的に分割されていてもよい。本発明のセンサユニットは、変形検出エリアを、複数の検出区間で分割して担当している。よって、特許文献１〜３のセンサユニットのように、単一の抵抗体位置に変形センサ全体を配置する場合と比較して、変化分の電位差（若しくは電流）を大きな値で検出することができるため、センサユニットの検出感度を向上させることができる。

また、複数の検出区間は、直列接続、または並列接続、または直列接続および並列接続されている。複数の検出区間は、同じ導電性ポリマー製である。このため、複数の検出区間の温度特性（雰囲気温度の変化による電気抵抗の変化特性）は、同様である。したがって、雰囲気温度の変化により電気抵抗が変化しても、当該変化を相殺することができる。このように、本発明のセンサユニットによると、温度補償が可能である。このため、センサユニットの検出精度を向上させることができる。また、本発明のセンサユニットによると、ダミー抵抗体の配置数が少なくて済む（配置数ゼロの場合を含む）ため、安価である。

（２）好ましくは、上記（１）の構成において、複数の前記検出区間は、各々、独立して変形を検出する構成とする方がよい（請求項２に対応）。本構成によると、同じ部位の変形を複数の検出区間で検出する場合と比較して、広範囲の変形を検出することができる。

（３）好ましくは、上記（１）または（２）の構成において、前記変形センサは、一体物であり、さらに、該変形センサに略等間隔ごとに配置される複数の検出用端子を有し、前記検出区間は、隣り合う一対の該検出用端子間に区画される構成とする方がよい（請求項３に対応）。

本構成によると、変形センサに複数の検出用端子を配置するだけで、簡単に検出区間を設定することができる。また、変形センサが構造的に複数に分割されている場合と比較して、変形センサの取付作業が簡単である。

（４）好ましくは、上記（１）ないし（３）のいずれかの構成において、前記変形センサは、印刷により作製される構成とする方がよい（請求項４に対応）。本構成によると、変形センサの配置が簡単になる。また、変形センサの形状の作り込みが容易になる。

（５）好ましくは、上記（１）ないし（４）のいずれかの構成において、さらに、二つの枝路が互いに並列接続されてなるホイートストンブリッジ回路を有する検出回路を有し、二つの該枝路は、各々、高電位側の抵抗体位置と、低電位側の該抵抗体位置と、を有し、一方の該枝路の二つの該抵抗体位置間の中間位置と、他方の該枝路の二つの該抵抗体位置間の中間位置と、の間の第一電気量から前記変形検出エリアの変形を検出し、複数の前記検出区間は、高電位側の二つの該抵抗体位置、および低電位側の二つの該抵抗体位置のうち、少なくとも一方に配置され、空きの該抵抗体位置がある場合、該抵抗体位置にはダミー抵抗体が配置される構成とする方がよい（請求項５に対応）。

ここで、第一電気量とは、例えば、一対の中間位置各々の電位、一対の中間位置間の電位差、当該電位差に起因する電流などをいう。複数の検出区間は、高電位側の二つの抵抗体位置、または低電位側の二つの抵抗体位置、または全ての抵抗体位置に配置されている。このため、（１）で述べたように、単一の抵抗体位置に変形センサ全体を配置する場合と比較して、センサユニットの検出感度を向上させることができる。

また、本構成によると、少なくとも一対の検出区間が、ホイートストンブリッジ回路の、電源線を挟む線対称位置に配置されている。このため、雰囲気温度の変化により電気抵抗が変化しても、当該変化を相殺することができる。このように、本構成によると、温度補償が可能である。したがって、センサユニットの検出精度を向上させることができる。

また、複数の検出区間において、各検出区間ごとに検出回路を配置すると、回路構成が複雑化する。この点、本構成によると、複数の検出区間に対して、検出回路が共用化されている。このため、回路構成が簡単であると共にその分演算処理時間を短くできるため、応答性が向上する。

（５−１）好ましくは、上記（５）の構成において、前記検出区間は、四つの前記抵抗体位置の全てに配置されている構成とする方がよい。本構成によると、変形センサの変形、つまり相手側部材の変形の検出に直接寄与しないダミー抵抗体を、ホイートストンブリッジ回路に配置する必要がない。

（５−２）好ましくは、上記（５）の構成において、前記検出区間は、高電位側の二つの前記抵抗体位置、または低電位側の二つの該抵抗体位置に配置され、二つの該検出区間の変形前状態における電気抵抗と、二つの前記ダミー抵抗体の電気抵抗と、は同じである構成とする方がよい。本構成によると、センサユニットの検出精度を向上させることができる。

（６）好ましくは、上記（５）の構成において、さらに、少なくとも一つの前記抵抗体位置を含む区間の第二電気量を測定可能な構成とする方がよい（請求項６に対応）。ここで、第二電気量とは、例えば、検出区間の電位差、検出区間の電気抵抗、枝路の電流などをいう。

二つの高電位側の検出区間が同時に変形する場合、または二つの低電位側の検出区間が同時に変形する場合、あるいは一つの枝路の高電位側の検出区間と低電位側の検出区間とが同時に変形する場合、一対の中間位置間に電位差が発生しない。このため、変形を検出できない。この点、本構成によると、第一電気量に加えて、第二電気量を測定可能である。このため、二つの高電位側の検出区間が同時に変形する場合、または二つの低電位側の検出区間が同時に変形する場合、あるいは一つの枝路の高電位側の検出区間と低電位側の検出区間とが同時に変形する場合であっても、変形検出エリアの変形を検出することができる。

（７）好ましくは、上記（６）の構成において、前記変形センサは、四つの分割体からなり、前記検出区間は、該分割体ごとに配置され、前記第二電気量は、電位差であり、同一の前記枝路の、高電位側の該検出区間を有する該分割体と、低電位側の該検出区間を有する該分割体と、が隣り合わないように、四つの該分割体は、交互に配置される構成とする方がよい（請求項７に対応）。

上述したように、同一の枝路の高電位側の検出区間と低電位側の検出区間とが同時に変形する場合、一対の中間位置間に電位差が発生しない。このため、変形を検出できない。この点、本構成によると、同一の枝路の二つの検出区間を有する二つの分割体が、隣接して配置されない。このため、同一の枝路の高電位側の検出区間と低電位側の検出区間とが同時に変形しにくい。

（８）また、上記課題を解決するため、本発明のセンサユニットの取付方法は、変形により電気抵抗が変化する導電性ポリマー製の変形センサを備えてなるセンサユニットの取付方法であって、前記変形センサは、複数の検出区間を有し、複数の該検出区間を、相手側部材の変形検出エリアを分割して担当するように、該変形検出エリアに取り付けると共に、複数の該検出区間を、直列接続および並列接続のうち、少なくとも一方で接続することを特徴とする（請求項８に対応）。

ここで、複数の検出区間は、構造的に連続していてもよく、あるいは構造的に分割されていてもよい。本発明のセンサユニットの取付方法によると、変形検出エリアを、複数の検出区間で分割して担当することができる。複数の検出区間は、直列接続、または並列接続、または直列接続および並列接続されている。よって、（１）や（５）で述べたように、単一の抵抗体位置に変形センサ全体を配置する場合と比較して、センサユニットの検出感度を向上させることができる。複数の検出区間は、同じ導電性ポリマー製である。このため、複数の検出区間の温度特性は同様である。したがって、雰囲気温度の変化により電気抵抗が変化しても、当該変化を相殺することができる。このように、本発明のセンサユニットの取付方法によると、温度補償が可能である。このため、センサユニットの検出精度を向上させることができる。

本発明によると、検出精度が高いセンサユニットおよびその取付方法を提供することができる。

第一実施形態のセンサユニットの正面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ方向断面図である。 同センサユニットの検出回路の回路図である。 第二実施形態のセンサユニットの検出回路の回路図である。 第三実施形態のセンサユニットの正面図である。 従来のセンサユニットが組み込まれたホイートストンブリッジ回路の回路図である。

以下、本発明のセンサユニットおよびその取付方法の実施の形態について説明する。

＜第一実施形態＞
［センサユニットの構造］
まず、本実施形態のセンサユニットの構造について説明する。図１に、本実施形態のセンサユニットの正面図を示す。図２に、図１のＩＩ−ＩＩ方向断面図を示す。図１に示すように、センサユニット１は、変形センサ２０と、検出回路と、五つの配線２２ａ〜２２ｅと、基材フィルム２３と、コネクタ２４と、を備えている。

基材フィルム２３は、ＰＩ（ポリイミド）製であって、左右方向に延びる帯状を呈している。基材フィルム２３は、相手側部材９２の表面に固定されている。基材フィルム２３は、相手側部材９２の変形検出エリア９２０に貼り付けられている。

配線２２ａ〜２２ｅは、基材フィルム２３の表面に印刷されている。配線２２ａ〜２２ｅは、銅箔製である。配線２２ａ〜２２ｅの一端には、各々、検出用端子２２０ａ〜２２０ｅが設けられている。検出用端子２２０ａ〜２２０ｅは、所定間隔ごとに、左右方向に離間して、配置されている。コネクタ２４は、基材フィルム２３の左端に固定されている。配線２２ａ〜２２ｅの他端は、各々、コネクタ２４に接続されている。

変形センサ２０は、左右方向に延びる長尺板状を呈している。変形センサ２０は、基材フィルム２３の表面に印刷されている。また、変形センサ２０は、検出用端子２２０ａ〜２２０ｅの表面を覆って、印刷されている。変形センサ２０は、エポキシ樹脂とカーボンとを主成分とする導電性ポリマー製である。変形センサ２０は、抵抗増加型のセンサである。すなわち、変形センサ２０が変形すると、自然状態（無負荷状態）に対して、長手方向の電気抵抗が増加する。

変形センサ２０は、検出用端子２２０ａ〜２２０ｅにより、四つの検出区間Ｓ１〜Ｓ４に区画されている。具体的には、検出用端子２２０ａと検出用端子２２０ｂとの間には、検出区間Ｓ１が設定されている。検出用端子２２０ｂと検出用端子２２０ｃとの間には、検出区間Ｓ２が設定されている。検出用端子２２０ｃと検出用端子２２０ｄとの間には、検出区間Ｓ３が設定されている。検出用端子２２０ｄと検出用端子２２０ｅとの間には、検出区間Ｓ４が設定されている。

［センサユニットの電気的構成］
次に、本実施形態のセンサユニットの電気的構成について説明する。センサユニット１は、検出回路２１を備えている。図３に、本実施形態のセンサユニットの検出回路の回路図を示す。図３に示すように、検出回路２１は、ホイートストンブリッジ回路２１０と、増幅部２１１と、を備えている。

ホイートストンブリッジ回路２１０は、二つの枝路２１０ａ、２１０ｂを備えている。二つの枝路２１０ａ、２１０ｂは、ホイートストンブリッジ回路２１０の高電位位置ｃと低電位位置ｄとの間を、分岐して連結している。高電位位置ｃは、電源９３の高電位側に接続されている。低電位位置ｄは、電源９３の低電位側に接続されている。

枝路２１０ａは、高電位側の抵抗体位置２１０ａＨと、低電位側の抵抗体位置２１０ａＬと、を備えている。抵抗体位置２１０ａＨと抵抗体位置２１０ａＬとは、中間位置ａを介して、直列接続されている。同様に、枝路２１０ｂは、高電位側の抵抗体位置２１０ｂＨと、低電位側の抵抗体位置２１０ｂＬと、を備えている。抵抗体位置２１０ｂＨと抵抗体位置２１０ｂＬとは、中間位置ｂを介して、直列接続されている。

増幅部２１１は、ホイートストンブリッジ回路２１０に接続されている。増幅部２１１には、中間位置ａの電位Ｖａ、中間位置ｂの電位Ｖｂ、低電位位置ｄの基準電位Ｖｄ（ＧＮＤ）が、入力される。電位Ｖａ、Ｖｂによる電位差Ｖａｂは、本発明の第一電気量に含まれる。また、電位Ｖｂ、Ｖｄによる電位差Ｖｂｄ（または電位Ｖａ、Ｖｄによる電位差Ｖａｄ）は、本発明の第二電気量に含まれる。なお、検出された各電位差は、図示しない制御部に入力され、演算処理される。

センサユニット１の電気的構成と構造との対応について、図３を参照しながら簡単に説明する。抵抗体位置２１０ａＨには、検出区間Ｓ１が配置されている。抵抗体位置２１０ａＬには、検出区間Ｓ２が配置されている。高電位側の抵抗体位置２１０ｂＨには、検出区間Ｓ４が配置されている。抵抗体位置２１０ｂＬには、検出区間Ｓ３が配置されている。

［センサユニットの動き］
次に、センサユニットの動きについて説明する。変形前状態においては、ホイートストンブリッジ回路２１０は電気的に釣り合っている。すなわち、図３に示すように、中間位置ａの電位Ｖａと、中間位置ｂの電位Ｖｂと、は等しい。このため、電位差Ｖａｂは０である。

図２に示すように、荷重Ｆが入力されると、相手側部材９２の変形検出エリア９２０が変形する。このため、変形センサ２０も弾性的に変形する。ここでは、検出区間Ｓ１だけが変形したと仮定する。検出区間Ｓ１が変形すると、検出区間Ｓ１の電気抵抗が増加する。このため、図３に示すように、変形前状態と比較して、中間位置ａの電位Ｖａが低下する。一方、中間位置ｂの電位Ｖｂは変化しない。このため、電位差Ｖａｂが発生する。電位差Ｖａｂから、検出エリア９２０の変形を検出することができる。

また、仮に検出区間Ｓ１、Ｓ４や検出区間Ｓ２、Ｓ３に同時に同じ変形が生じて第一電気量である電位差Ｖａｂが生じない場合であったとしても、第二電気量である電位差Ｖｂｄ（若しくはＶａｄ）の増減を検出することにより、検出エリア９２０の変形を特定することができる。

［センサユニットの取付方法］
次に、本実施形態のセンサユニットの取付方法について簡単に説明する。まず、センサユニット１を作製する。次いで、相手側部材９２の変形検出エリア９２０に、基材フィルム２３を貼り付ける。この際、変形検出エリア９２０の全面を、検出区間Ｓ１〜Ｓ４により覆う。このようにして、センサユニット１を変形検出エリア９２０に取り付ける。

［作用効果］
次に、本実施形態のセンサユニットおよびその取付方法の作用効果について説明する。本実施形態のセンサユニット１によると、変形センサ２０に四つの検出区間Ｓ１〜Ｓ４が設定されている。このため、センサユニット１の検出感度を向上させることができる。

以下、本実施形態のセンサユニット１（図３）と、従来のセンサユニット１０２（図６）と、を比較しながら、センサユニット１の検出感度が向上することを説明する。

電源９３、１０５の電圧は、共に１０Ｖである。本実施形態のセンサユニット１の検出区間Ｓ１〜Ｓ４の、変形前状態における電気抵抗は、各々、２．４ｋΩである。すなわち、変形センサ２０の総電気抵抗は、９．６ｋΩ（＝２．４（ｋΩ／検出区間）×４（検出区間））である。従来のセンサユニット１０３の変形センサＳ１００の電気抵抗は、９．６ｋΩである。すなわち、従来のセンサユニット１０３の変形センサＳ１００の電気抵抗は、本実施形態のセンサユニット１の変形センサ２０の総電気抵抗と、同じである。従来のセンサユニット１０３のダミー抵抗体Ｒ２００〜Ｒ４００の電気抵抗は、各々、９．６ｋΩである。

ここで、図２に示す荷重Ｆが、相手側部材９２を介して、変形センサ２０に伝達され、図３に示す検出区間Ｓ１が弾性的に変形する場合を仮定する。また、同様に、図６に示す変形センサＳ１００が弾性的に変形する場合を仮定する。変形による電気抵抗増加量は、共に、０．２ｋΩとする。

中間位置ａ、ｂ間（図３）および中間位置ｘｙ間（図６）の電位差をｖ１、枝路２１０ａの高電位側の抵抗体位置２１０ａＨ（図３）および枝路１０１ａの高電位側の抵抗体位置１０１ａＨ（図６）の電気抵抗をｒ１、枝路２１０ａの低電位側の抵抗体位置２１０ａＬ（図３）および枝路１０１ａの低電位側の抵抗体位置１０１ａＬ（図６）の電気抵抗をｒ２、枝路２１０ｂの高電位側の抵抗体位置２１０ｂＨ（図３）および枝路１０１ｂの高電位側の抵抗体位置１０１ｂＨ（図６）の電気抵抗をｒ３、枝路２１０ｂの低電位側の抵抗体位置２１０ｂＬ（図３）および枝路１０１ｂの低電位側の抵抗体位置１０１ｂＬ（図６）の電気抵抗をｒ４、電源９３および電源１０５の電圧をｖとすると、電位差ｖ１は、以下の式（１）から算出することができる。

変形前状態の場合は、本実施形態のセンサユニット１、従来のセンサユニット１０３共に、電位差ｖ１＝０である。変形した場合、本実施形態のセンサユニット１の検出区間Ｓ１の電気抵抗（式（１）におけるｒ１に相当する）は、２．６ｋΩ（＝２．４ｋΩ＋０．２ｋΩ）になる。また、従来のセンサユニット１０３の変形センサＳ１００の電気抵抗（式（１）におけるｒ１に相当する）は、９．８ｋΩ（＝９．６ｋΩ＋０．２ｋΩ）になる。

本実施形態のセンサユニット１の場合、電位差ｖ１は、ｖ１＝（２４００／（２６００＋２４００）−２４００／（２４００＋２４００））×１０から、−０．２Ｖになる。これに対して、従来のセンサユニット１０２の場合、電位差ｖ１は、ｖ１＝（９６００／（９８００＋９６００）−９６００／（９６００＋９６００））×１０から、−０．０５Ｖになる。このように、本実施形態のセンサユニット１（ｖ１＝−０．２Ｖ）によると、従来のセンサユニット１０２（ｖ１＝−０．０５Ｖ）と比較して、検出感度を向上させることができる。

ところで、本来、変形検出エリア９２０を、単一の検出区間で覆うことも可能である。この点、本実施形態のセンサユニット１およびその取付方法によると、変形検出エリア９２０を、敢えて四つの検出区間Ｓ１〜Ｓ４で、分割して覆っている。図３に示すように、検出区間Ｓ１と検出区間Ｓ４とは、ホイートストンブリッジ回路２１０の、電源線を挟む線対称位置に配置されている。同様に、検出区間Ｓ２と検出区間Ｓ３とは、ホイートストンブリッジ回路２１０の、電源線を挟む線対称位置に配置されている。また、四つの検出区間Ｓ１〜Ｓ４の温度特性は、同様である。このため、雰囲気温度の変化により電気抵抗が変化しても、当該変化を相殺することができる。このように、本実施形態のセンサユニット１およびその取付方法によると、単一の変形検出エリア９２０を敢えて複数の検出区間Ｓ１〜Ｓ４で覆うことで、温度補償を可能にしている。したがって、センサユニット１の検出精度を向上させることができる。

また、検出区間Ｓ１〜Ｓ４において、各検出区間Ｓ１〜Ｓ４ごとに検出回路２１を配置すると、四つの検出回路２１が必要になる。この点、本実施形態のセンサユニット１によると、四つの検出区間に対して、検出回路２１が共用化されている。このため、回路構成が簡単である。

また、本実施形態のセンサユニット１によると、図３に示すように、検出区間Ｓ１〜Ｓ４により、四つの抵抗体位置２１０ａＨ、２１０ａＬ、２１０ｂＬ、２１０ｂＨの全てが埋まっている。このため、相手側部材９２の変形の検出に直接寄与しないダミー抵抗体を、ホイートストンブリッジ回路２１０に配置する必要がない。

また、本実施形態のセンサユニット１によると、変形センサ２０が一体物である。このため、検出用端子２２０ａ〜２２０ｅで区画するだけで、変形センサ２０に同長の検出区間Ｓ１〜Ｓ４を設定することができる。また、変形センサ２０が構造的に複数に分割されている場合と比較して、印刷が簡単である。

また、本実施形態のセンサユニット１によると、図３に示すように、第二電気量として電位差Ｖｂｄ（若しくは電位差Ｖａｄ）を検出できるようになっている。このため、検出区間Ｓ１とＳ４や検出区間Ｓ２とＳ３が同時に変形する場合であっても、言い換えると中間位置ａ、ｂ間に電位差が発生しない場合であっても、変形検出エリア９２０の変形を検出することができる。

なお、検出区間Ｓ１とＳ２や検出区間Ｓ４とＳ３が同時に変形するような場合には、第二電気量を電位差ではなく、図示しない検出区間の電気抵抗や枝路の電流とすることにより、変形検出エリア９２０の変形を検出することができる。

また、本実施形態のセンサユニット１によると、変形センサ２０および配線２２ａ〜２２ｅが印刷により作製されている。このため、変形センサ２０および配線２２ａ〜２２ｅの配置作業が簡単である。

また、本実施形態のセンサユニット１によると、四つの検出区間Ｓ１〜Ｓ４を直列接続する場合と比較して、応答性が高くなる。すなわち、仮に、四つの検出区間Ｓ１〜Ｓ４を直列接続する場合、各検出区間Ｓ１〜Ｓ４ごとに電位差を逐一測定する必要がある。このため、演算等に時間がかかり、応答性が低くなる。これに対して、本実施形態のセンサユニット１によると、四つの検出区間Ｓ１〜Ｓ４がホイートストンブリッジ回路２１０に組み込まれている。このため、各検出区間Ｓ１〜Ｓ４ごとに電位差を測定する必要がない。したがって、応答性が高くなる。

＜第二実施形態＞
本実施形態のセンサユニットおよびその取付方法と第一実施形態のセンサユニットおよびその取付方法との相違点は、変形センサに二つの検出区間が配置されている点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図１を引用して説明すると、三つの検出用端子２２０ａ、２２０ｃ、２２０ｅにより、変形センサ２０は、二つの同長の検出区間Ｓ１０、Ｓ４０に区画されている。

図４に、本実施形態のセンサユニットの検出回路の回路図を示す。なお、図３と対応する部位については、同じ符号で示す。図４に示すように、高電位側の抵抗体位置２１０ａＨには、検出区間Ｓ１０が配置されている。また、高電位側の抵抗体位置２１０ｂＨには、検出区間Ｓ４０が配置されている。また、低電位側の抵抗体位置２１０ａＬには、ダミー抵抗体Ｒ２が配置されている。また、低電位側の抵抗体位置２１０ｂＬには、ダミー抵抗体Ｒ３が配置されている。

本実施形態のセンサユニット１およびその取付方法は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のセンサユニットおよびその取付方法と同様の作用効果を有する。以下、本実施形態のセンサユニット１（図４）と、従来のセンサユニット１０２（図６）と、を比較しながら、センサユニット１の検出感度が向上することを説明する。

電源９３、１０５の電圧は、共に１０Ｖである。本実施形態のセンサユニット１の検出区間Ｓ１０、Ｓ４０の、変形前状態における電気抵抗は、各々、４．８ｋΩである。すなわち、変形センサ２０の総電気抵抗は、９．６ｋΩ（＝４．８（ｋΩ／検出区間）×２（検出区間））である。従来のセンサユニット１０３の変形センサＳ１００の電気抵抗は、９．６ｋΩである。すなわち、従来のセンサユニット１０３の変形センサＳ１００の電気抵抗は、本実施形態のセンサユニット１の変形センサ２０の総電気抵抗と、同じである。本実施形態のセンサユニット１のダミー抵抗体Ｒ２、Ｒ３の電気抵抗は、各々、４．８ｋΩである。従来のセンサユニット１０３のダミー抵抗体Ｒ２００〜Ｒ４００の電気抵抗は、各々、９．６ｋΩである。

ここで、検出区間Ｓ１０が弾性的に変形する場合を仮定する。また、同様に、図６に示す変形センサＳ１００が弾性的に変形する場合を仮定する。変形による電気抵抗増加量は、共に、０．２ｋΩとする。第一実施形態同様に、電位差ｖ１は、式（１）から算出することができる。

変形前状態の場合は、本実施形態のセンサユニット１、従来のセンサユニット１０３共に、電位差ｖ１＝０である。変形した場合、本実施形態のセンサユニット１の検出区間Ｓ１０の電気抵抗（式（１）におけるｒ１に相当する）は、５．０ｋΩ（＝４．８ｋΩ＋０．２ｋΩ）になる。また、従来のセンサユニット１０３の変形センサＳ１００の電気抵抗（式（１）におけるｒ１に相当する）は、９．８ｋΩ（＝９．６ｋΩ＋０．２ｋΩ）になる。

本実施形態のセンサユニット１の場合、電位差ｖ１は、ｖ１＝（４８００／（５０００＋４８００）−４８００／（４８００＋４８００））×１０から、−０．１Ｖになる。これに対して、従来のセンサユニット１０２の場合、電位差ｖ１は、ｖ１＝（９６００／（９８００＋９６００）−９６００／（９６００＋９６００））×１０から、−０．０５Ｖになる。このように、本実施形態のセンサユニット１（ｖ１＝−０．１Ｖ）によると、従来のセンサユニット１０２（ｖ１＝−０．０５Ｖ）と比較して、検出感度を向上させることができる。

また、本実施形態のセンサユニット１によると、変形前状態における、検出区間Ｓ１０、Ｓ４０の電気抵抗と、ダミー抵抗体Ｒ２、Ｒ３の電気抵抗と、が同じである。この点においても、検出感度を向上させることができる。

＜第三実施形態＞
本実施形態のセンサユニットおよびその取付方法と第一実施形態のセンサユニットおよびその取付方法との相違点は、変形センサが四つの分割体からなる点である。ここでは、相違点についてのみ説明する。図５に、本実施形態のセンサユニットの正面図を示す。なお、図１と対応する部位については、同じ符号で示す。

図５に示すように、変形センサ２０は、四つの分割体２０ａ〜２０ｄを備えている。四つの検出区間Ｓ１〜Ｓ４は、四つの分割体２０ａ〜２０ｄに、割り当てられている。すなわち、一方の枝路の高電位側の検出区間Ｓ１と低電位側の検出区間Ｓ２は分割体２０ａおよび分割体２０ｂに、他方の枝路の低電位側の検出区間Ｓ３と高電位側の検出区間Ｓ４は、分割体２０ｃおよび分割体２０ｄに、割り当てられている。

本実施形態のセンサユニット１およびその取付方法は、構成が共通する部分に関しては、第一実施形態のセンサユニットおよびその取付方法と同様の作用効果を有する。また、本実施形態のセンサユニット１によると、一方の枝路の分割体２０ａおよび分割体２０ｂと、他方の枝路の分割体２０ｃおよび分割体２０ｄとが、交互に配置されている。このため、同一の枝路の分割体２０ａおよび分割体２０ｂが、同時に変形しにくい。また、同一の枝路の分割体２０ｃおよび分割体２０ｄが、同時に変形しにくい。よって、二つの低電位側の検出区間Ｓ２、Ｓ３が同時に変形する場合に第二電気量として電位差を測定しても、検出誤差を少なくすることができる。

＜その他＞
以上、本発明のセンサユニットおよびその取付方法の実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。

例えば、四つの検出区間Ｓ１〜Ｓ４を直列接続してもよい。この場合であっても、四つの検出区間Ｓ１〜Ｓ４の温度特性は、同様である。したがって、雰囲気温度の変化により電気抵抗が変化しても、当該変化を相殺することができる。

また、検出区間Ｓ１、Ｓ４の電気抵抗と検出区間Ｓ２、Ｓ３の電気抵抗とは、一致していなくてもよい。また、検出区間Ｓ１０、Ｓ４０の電気抵抗とダミー抵抗体Ｒ２、Ｒ３の電気抵抗とは、一致していなくてもよい。

また、第一電気量として、一対の中間位置ａ、ｂ間の電位差、当該電位差に起因する電流などを用いてもよい。また、第二電気量として、検出区間Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ１０、Ｓ４０単独の電流、検出区間Ｓ１〜Ｓ４、Ｓ１０、Ｓ４０単独の電気抵抗などを用いてもよい。

また、変形センサ２０の材質は特に限定しない。例えば、ゴムや熱可塑性エラストマーに導電フィラーが配合された導電性ポリマーであってもよい。また、配線２２ａ〜２２ｅの材質は特に限定しない。例えば、銅線や導電ペースト（銀ペースト）であってもよい。また、印刷以外の方法（例えば接着など）で、変形センサ２０、配線２２ａ〜２２ｅを基材フィルム２３の表面に配置してもよい。さらに、基材フィルムもＰＩ以外にＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）であってもよい。

また、センサユニット１の用途は特に限定しない。例えば、車両のバンパ、ドアなどに配置する衝撃センサ、窓ガラスなどに配置する防犯センサ、車両のシートなどに配置する荷重センサ、人体の胸部に配置する呼吸センサ、変位センサなどとして用いてもよい。

１：センサユニット。
２０：変形センサ、２０ａ〜２０ｄ：分割体、２１：検出回路、２２ａ〜２２ｅ：配線、２３：基材フィルム、２４：コネクタ、９２：相手側部材、９３：電源、２１０：ホイートストンブリッジ回路、２１０ａ：枝路、２１０ａＨ：抵抗体位置、２１０ａＬ：抵抗体位置、２１０ｂ：枝路、２１０ｂＨ：抵抗体位置、２１０ｂＬ：抵抗体位置、２１１：増幅部、２２０ａ〜２２０ｅ：検出用端子、９２０：変形検出エリア。
Ｆ：荷重、Ｒ２：ダミー抵抗体、Ｒ３：ダミー抵抗体、Ｓ１〜Ｓ４：検出区間、Ｓ１０：検出区間、Ｓ４０：検出区間、Ｖａｂ：電位差（第一電気量）、Ｖｂｄ：（第二電気量）、Ｖａｄ：（第二電気量）、ａ：中間位置、ｂ：中間位置、ｃ：高電位位置、ｄ：低電位位置、ｘ：中間位置、ｙ：中間位置。

Claims (8)

1. 変形により電気抵抗が変化する導電性ポリマー製の変形センサを備えてなるセンサユニットであって、
   前記変形センサは、相手側部材の変形検出エリアを分割して担当する複数の検出区間を有し、
   複数の該検出区間は、直列接続および並列接続のうち、少なくとも一方で接続されていることを特徴とするセンサユニット。
2. 複数の前記検出区間は、各々、独立して変形を検出する請求項１に記載のセンサユニット。
3. 前記変形センサは、一体物であり、
   さらに、該変形センサに略等間隔ごとに配置される複数の検出用端子を有し、
   前記検出区間は、隣り合う一対の該検出用端子間に区画される請求項１または請求項２に記載のセンサユニット。
4. 前記変形センサは、印刷により作製される請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のセンサユニット。
5. さらに、二つの枝路が互いに並列接続されてなるホイートストンブリッジ回路を有する検出回路を有し、
   二つの該枝路は、各々、高電位側の抵抗体位置と、低電位側の該抵抗体位置と、を有し、
   一方の該枝路の二つの該抵抗体位置間の中間位置と、他方の該枝路の二つの該抵抗体位置間の中間位置と、の間の第一電気量から前記変形検出エリアの変形を検出し、
   複数の前記検出区間は、高電位側の二つの該抵抗体位置、および低電位側の二つの該抵抗体位置のうち、少なくとも一方に配置され、
   空きの該抵抗体位置がある場合、該抵抗体位置にはダミー抵抗体が配置される請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のセンサユニット。
6. さらに、少なくとも一つの前記抵抗体位置を含む区間の第二電気量を測定可能な請求項５に記載のセンサユニット。
7. 前記変形センサは、四つの分割体からなり、
   前記検出区間は、該分割体ごとに配置され、
   前記第二電気量は、電位差であり、
   同一の前記枝路の、高電位側の該検出区間を有する該分割体と、低電位側の該検出区間を有する該分割体と、が隣り合わないように、四つの該分割体は、交互に配置される請求項６に記載のセンサユニット。
8. 変形により電気抵抗が変化する導電性ポリマー製の変形センサを備えてなるセンサユニットの取付方法であって、
   前記変形センサは、複数の検出区間を有し、
   複数の該検出区間を、相手側部材の変形検出エリアを分割して担当するように、該変形検出エリアに取り付けると共に、
   複数の該検出区間を、直列接続および並列接続のうち、少なくとも一方で接続するセンサユニットの取付方法。

Images