JP2015147531A - 静電容量センサ及びステアリング並びにステアリングシステム - Google Patents

Abstract

【課題】配線数を減らして構造の簡易化を図る。【解決手段】静電容量センサは、ステアリングコアに装着される静電容量センサであって、絶縁性を有する可撓性基板と、可撓性基板の上に設けられ、ステアリングコアに装着された状態で、ホイールが延びる方向を軸心としたステアリングコアの周方向に所定間隔で配置され、それぞれがホイールの延びる方向に延びるように形成された複数の静電容量検出電極とを有する。複数の静電容量検出電極は、前記ステアリングコアに装着された状態で、ステアリングコアの周方向に隣接する電極同士がそれぞれ異なる組に属するように複数の組に分割されている。【選択図】図３

Description

この発明は、自動車のステアリングに用いられる静電容量センサ及びステアリング並びにステアリングシステムに関する。

自動車のステアリングコアに静電容量式センサを装着し、運転手の手がステアリングのホイールに接触しているのか、把持しているのかを識別できるようにしたステアリングが知られている（特許文献１）。このステアリングは、ステアリングコアに静電容量タッチパネルを装着し、静電容量タッチパネルに対する手の接触面積やステアリングコアの周方向の接触角度に基づいて、運転者の手がステアリングのホイールに単に接触しているのか、把持しているのかを判定するようにしている。

特開２０１３−７５６５３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたステアリングでは、二次元的に配置された多数の検出電極を有する静電容量タッチパネルを使用しているので、センサＩＣへの配線数も多くなり、構造が複雑になるという問題がある。

本発明は、この様な課題に鑑みなされたもので、配線数を減らして構造の簡易化を図った静電容量センサ及びステアリング並びにステアリングシステムを提供することを目的としている。

本発明に係る静電容量センサは、ステアリングコアに装着される静電容量センサであって、絶縁性を有する可撓性基板と、前記可撓性基板の上に設けられ、前記ステアリングコアに装着された状態で、ステアリングのホイールが延びる方向を軸心とした前記ステアリングコアの周方向に並設され、それぞれが前記ホイールの延びる方向に延在するように形成された複数の静電容量検出電極とを有する。前記複数の静電容量検出電極は、前記ステアリングコアに装着された状態で、前記ステアリングコアの周方向に隣り合う電極同士がそれぞれ異なる組に属するように複数の組に分割されている。

また、本発明に係るステアリングは、ステアリングコアと、このステアリングコアに装着される静電容量センサとを備えたステアリングにおいて、前記静電容量センサが、ステアリングのホイールが延びる方向を軸心とした前記ステアリングコアの周方向に並設され、それぞれが前記ホイールの延びる方向に延在する複数の静電容量検出電極を有する。前記複数の静電容量検出電極は、前記ステアリングコアの周方向に隣り合う電極同士がそれぞれ異なる組に属するように複数の組に分割されていることを特徴とする。

また、本発明に係るステアリングシステムは、ステアリングコアと、このステアリングコアに装着された静電容量センサと、前記静電容量センサの検知結果に基づいて、ステアリングのホイールを乗員が把持したか否かを判定する判定部とを備えたステアリングシステムにおいて、前記静電容量センサが、前記ホイールが延びる方向を軸心とした前記ステアリングコアの周方向に並設され、それぞれが前記ホイールの延びる方向に延在するとともに、少なくとも２つの組に分割された複数の静電容量検出電極を有し、前記判定部が、一の静電容量検出電極と、それと異なる組に属する静電容量検出電極とで、それぞれ静電容量が検知された場合、前記ホイールを乗員が把持したと判定することを特徴とする。

本発明によれば、ステアリングコアに装着した状態で、ステアリングのホイールの延びる方向に延びるように形成された複数の静電容量検出電極が、ステアリングコアの周方向に並設され、且つそれら静電容量検出電極が複数の組に分割されている。これにより、乗員の手がステアリングコアの周方向に異なる組に属する複数の静電容量検出電極が配置されている角度範囲を覆った場合には、複数の静電容量検出電極の組が検出対象の接触を検出することになるので、乗員の手がホイールを把持している状態であると判断することができる。一方、乗員の手がホイールに触っただけの場合には、一つの組に属する静電容量検出電極のみが検出対象の接触を検出することになるので、乗員の手がステアリングホイールに触れていると判断することができる。そして、本発明によれば、ステアリングコアの周方向に複数の静電容量検出電極が並設された一次元的な構成なので、判定部への配線数も少なくすることができる。この結果、構造の簡単化を図ることができる。

なお、複数の静電容量電極のうち、同一の組に属する複数の静電容量検出電極が共通接続されていると、更に判定部への配線数を削減することができ、更なる構造の簡単化を図ることができる。また、複数の静電容量検出電極は、共通の可撓性基板上に形成されていても良いし、可撓性基板を複数の可撓性基板片に分割し、共通接続された複数の静電容量検出電極が同一の可撓性基板片上に形成され、共通接続されていない複数の静電容量検出電極が、それぞれ異なる可撓性基板片上に形成されるようにしても良い。前者の場合、複数の静電容量検出電極が一つの可撓性基板上に形成されるので、静電容量センサのステアリングコアへの装着が容易になる。また、後者の場合、一つの可撓性基板片上に形成された複数の静電容量検出電極が共通接続されるので、各可撓性基板片上に形成される配線パターンは一層のみで形成することができ、配線間を繋ぐビア又はスルーホールなどの貫通配線が不要であるというメリットがある。

本発明によれば、配線数を減らして構造の簡易化を図ることが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る静電容量センサを装着したステアリングホイールを示す平面図である。 図２におけるＡ−Ａ′断面図である。 同静電容量センサを用いたステアリングシステムのブロック図である。 同静電容量センサの平面図である。 同静電容量センサの断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る静電容量センサの平面図である。 同静電容量センサの断面図である。 本発明の他の実施形態に係るステアリングシステムのブロック図である。 本発明の更に他の実施形態に係るステアリングシステムのブロック図である。 本発明の更に他の実施形態に係るステアリングシステムのブロック図である。

［第１の実施形態］
以下、本発明の第１の実施形態に係るステアリング及びステアリングシステム並びに静電容量センサについて説明する。図１は、本実施形態に係るステアリングの概略図である。本実施形態のステアリングは、ステアリング本体１と、このステアリング本体１に装着された静電容量センサ２と、この静電容量センサ２で検知した静電容量から乗員がステアリングに触れたか、把持したかを判定する判定部３とを備えて構成されている。ステアリング本体１は、ホイール１１とステアリングコラム１２から構成されている。
静電容量センサ２は、ホイール１１に配置される。本実施形態において、静電容量センサ２は、ホイール１１の延びる方向に沿っていくつかに分割されている。この例では、３つに分割され、ホイール１１の下側の部分には、静電容量センサ２が設けられていない。但し、このように分割せずに、一つの静電容量センサ２として構成しても良いし、下側の部分に静電容量センサ２を設けても良い。
また、静電容量センサ２は、それぞれコンタクト配線２ｇを介してステアリングコラム１２内に配置された判定部３に接続されている。但し、判定部３はステアリング本体１とは別の場所に配置されていても良い。

静電容量センサ２は、ホイール１１の延びる方向に沿って延びる複数の電極部２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，２ｆを備えている（但し、図１では、電極部２ｄ，２ｅのみ図示している。）。図２は、図１のＡ−Ａ´方向に見たホイール１１の断面図である。ホイール１１の中心部分は、ステアリングコア１１１である。静電容量センサ２を構成する複数の電極部２ａ〜２ｆは、ステアリングコア１１１の周囲に所定間隔（この例では６０°間隔）で配置されている。また、静電容量センサ２をステアリングコア１１１に配置することにより生じるホイール１１表面の凹凸を軽減するため、静電容量センサ２の上に緩衝材１１２が覆われている。更に、緩衝材１１２は、乗員の手と触れる革等から形成されるステアリングスキン１１３によって覆われる。なお、各層の接着は、例えば両面粘着テープや接着剤によって行う事ができる。

図３は、ステアリングシステムのブロック図であり、静電容量センサ２及び判定部３の電気的構成を示す。本実施形態では、６つの電極部２ａ〜２ｆは、それぞれ対向位置に配置されたもの同士で１つの組を構成し、同一の組の電極部［２ａ、２ｄ］、［２ｂ、２ｅ］、［２ｃ、２ｆ］同士が共通接続されている。互いに隣り合う電極部同士（例えば２ａ，２ｂ）は同一の組には属していない。判定部３は、Ｃ−Ｖ変換回路３１ａ，３１ｂ，３１ｃ、検知回路３２ａ，３２ｂ，３２ｃ及び演算回路３３を備えて構成されている。Ｃ−Ｖ変換回路３１ａ〜３１ｃは、電極部［２ａ、２ｄ］、［２ｂ、２ｅ］、［２ｃ、２ｆ］を積分回路の一部として接続し、電極部２ａ〜２ｆの静電容量値によってデューティ比が変化する電圧パルスを生成することにより、静電容量値を電圧パルスに変換する。検知回路３２ａ〜３２ｃは、Ｃ−Ｖ変換回路３１ａ〜３１ｃから出力される電圧パルスを直流化して所定のしきい値と比較することにより、静電容量値を検出する。
演算回路３３は、検知回路３２ａ〜３２ｃのいずれか１つのみがアクティブになったら、乗員の手が接触したと判断し、検知回路３２ａ〜３２ｃの２つ又は全ての出力がアクティブになったら、乗員の手がホイール１１を把持したと判断する。そして、この判断結果に基づいて、エアバック装置やヒータ等の各種機器を制御する。
なお、演算回路３３は、検知回路３２ａ〜３２ｃの１つ又は２つの出力がアクティブになったら、乗員の手が接触したと判断し、検知回路３２ａ〜３２ｃの全ての出力がアクティブになったら、乗員の手がホイール１１を把持したと判断するように構成しても良い。この場合、把持を識別する角度範囲が大きく、例えば、軟らかい腕等が複数の電極部（例えば、電極部２ａ，２ｂ）にまたがって接触した場合の誤検知を防止し、指を折り曲げてホイール１１を把持して複数の電極部（例えば、電極部２ａ，２ｂ，２ｃ）に接触した場合を把持したと判断することができる。

図４は、ホイール１１に装着する前の本実施形態の静電容量センサ２の平面図である。静電容量センサ２は、絶縁性を有する可撓性基板２１と、この可撓性基板２１の上に形成された静電容量検出電極２２とを有する。可撓性基板２１は、例えばポリイミドやＰＥＴの様な薄くて可撓性のあるフィルムを用いることができる。また静電容量検出電極２２は、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）のベタ状配線、メッシュ状配線又はこれらの導電材料による縁取り配線の上にカーボン材料をベタ塗り、又はメッシュ状に形成する等により形成され、可撓性基板２１の外形形状に沿って形成される。ホイール１１に沿って延びる電極部２ａ〜２ｆのうち、ホイール１１の外周部分及び内周部分に装着される電極部２ｃ，２ｆはほぼ直線上に延びる形状を有し、それらの間に配置される電極部２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅは、ホイール１１の曲率に合わせた円弧状に形成されている。円弧状の部分の曲率半径は、可撓性基板２１を含めた電極部２ａ〜２ｆの可撓性、伸縮性などを考慮して決定すれば良い。

図５（ａ），（ｂ），（ｃ）は、それぞれ図４のコンタクト配線２ｇの部分をＢ−Ｂ′線、Ｃ−Ｃ′線及びＤ−Ｄ′線に沿って切断し、矢印方向に見た静電容量センサ２の断面図である。図示のように、可撓性基板２１のコンタクト配線２ｇの部分の上には、配線層２３ａ，２３ｂ，２３ｃが、静電容量検出電極２２の下側で、静電容量検出電極２２と交差する方向に延びるように形成されている。配線層２３ａは電極部２ａ、２ｄの静電容量検出電極２２と、配線層２３ｂは電極部２ｂ、２ｅの静電容量検出電極２２と、配線層２３ｃは電極部２ｃ、２ｆの静電容量検出電極２２と、それぞれ上下に延びる貫通配線２４を介して接続されている。これら静電容量検出電極２２と配線層２３ａ〜２３ｃは、レジスト等の絶縁層２５によって覆われ保護されている。

以上のように、本実施形態に係る静電容量センサ２によれば、ステアリング本体１のホイール１１の延びる方向に延びるように形成された６つの電極部２ａ〜２ｆが、ステアリングコア１１１の周方向に所定間隔で配置され、且つ周方向に隣接する電極部同士（例えば、２ａ，２ｂ）が異なる組に属するように、複数の組に分割され、同一の組に属する複数の静電容量検出電極２２が共通接続されるようになっている。これにより、乗員の手がステアリングコア１１１の周方向に並設された複数の静電容量検出電極２２のうち、異なる組に属する静電容量検知電極２２を覆った場合（隣り合う２つの静電容量検知電極２２を覆った場合）には、乗員の手がホイール１１を把持している状態であると判断することができる。一方、乗員の手がホイール１１に触っただけの場合には、一つの組に属する静電容量検出電極２２のみが検出対象を検出することになるので、乗員の手がホイールに単に接触したと判別することができる。そして、本実施形態によれば、静電容量センサ２が、電極部２ａ〜２ｆをステアリングコア１１１の周方向に所定間隔で一次元的に配置した構成であると共に、静電容量検出電極２２を２つずつ共通接続することにより、配線数を削減し、１つの可撓性基板２１に全ての静電容量検出電極２２を形成するようにしているので、構造の簡単化を図ることができる。

［第２の実施形態］
図６は、本発明の第２の実施形態に係る静電容量センサ２のホイール１１への装着前の平面図である。本実施形態では、可撓性基板２１を３つの可撓性基板片２１ａ，２１ｂ，２１ｃに分割し、可撓性基板片２１ａ〜２１ｃ毎に、共通接続する同一組の静電容量検出基板２２を形成するようにしたものである。この例では、可撓性基板片２１ａに電極部２ａ，２ｄの静電容量検出電極２２が形成され、可撓性基板片２１ｂに電極部２ｂ，２ｅの静電容量検出電極２２が形成され、可撓性基板片２１ｃに電極部２ｃ，２ｆの静電容量検出電極２２が形成されている。また、配線層２３ａは、可撓性基板片２１ａ上に静電容量検出電極２２と同一層の配線パターンとして形成され、配線層２３ｂは、可撓性基板片２１ｂ上に静電容量検出電極２２と同一層の配線パターンとして形成され、配線層２３ｃは、可撓性基板片２１ｃ上に静電容量検出電極２２と同一層の配線パターンとして形成されている。これらの配線パターンが形成された可撓性基板片２１ａ〜２１ｃを、それぞれの電極部２ａ〜２ｆが図４に示すような一定の間隔でずれるように下層から順に重ね合わせることにより、本実施形態の静電容量センサ２を形成することができる。

図７は、このように重ね合わされた３つの配線パターン形成済みの可撓性基板片２１ａ〜２１ｃを、図６（ｂ）のＥ−Ｅ′線に沿って切断し、矢印方向から見た断面図である。この図から分かるように、本実施形態の場合、静電容量検出電極２２とこれを接続する配線層２３ａ〜２３ｃとが同一層の配線パターンとして形成されているので、第１の実施形態のように、両者を接続するための貫通配線２４を必要としない。このため、配線パターンの形成工程を簡略化することができる。

［その他の実施形態］
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。上記実施形態では、静電容量センサ２の６つの静電容量検出電極２２を２つずつ共通接続したが、静電容量検出電極２２の数や共通接続する静電容量検出電極２２の数は、把持を識別する角度範囲をどの範囲に設定するかに応じて、適宜変更可能である。例えば、図８に示すステアリングシステムのように、静電容量センサ２として、９つの電極部２ａ〜２ｆ，２ｈ〜２ｊの各静電容量検出電極２２をステアリングコア１１１の周方向に４０°間隔で形成し、１２０°間隔で配置された３つの電極部［２ａ，２ｄ，２ｈ］，［２ｂ，２ｅ，２ｉ］，［２ｃ，２ｆ，２ｊ］の静電容量検出電極２２を同一の組として共通接続することにより、３つの共通接続された静電容量検出電極２２の組を形成するようにしても良い。
この場合、図３に示す実施形態と同様に、検知回路３２ａ〜３２ｃのいずれか１つのみがアクティブになったら、乗員の手が接触したと判断し、検知回路３２ａ〜３２ｃの２つ又は全ての出力がアクティブになったら、乗員の手がホイール１１を把持したと判断することができるが、図３に示す実施形態と比べて把持を識別する角度範囲が小さい。

また、図９に示すステアリングシステムのように、静電容量センサ２として、４つの電極部２ａ〜２ｄの各静電容量検出電極２２をステアリングコア１１１の周方向に９０°間隔で形成し、１８０°間隔で配置された２つの電極部［２ａ，２ｃ］，［２ｂ，２ｄ］の静電容量検出電極２２を同一の組として共通接続することにより、２つの共通接続された静電容量検出電極２２の組を形成するようにしても良い。
この場合、図３に示す実施形態と同様に、検知回路３２ａ，３２ｂのいずれかがアクティブになったら、乗員の手が接触したと判断し、検知回路３２ａ，３２ｃの２つがアクティブになったら、乗員の手がホイール１１を把持したと判断することができる。

さらに、図１０に示すステアリングシステムのように、静電容量センサ２として、４つの電極部２ａ〜２ｄの各静電容量検出電極２２をステアリングコア１１１の周方向に不均等な間隔で形成し、互いに近接した位置に配置された２つの電極部２ａ，２ｂの静電容量検出電極２２のみを同一の組として共通接続し、３つの静電容量検出電極２２の組を形成するようにしても良い。
この場合、互いに近接した位置に配置された２つの電極部２ａ，２ｂの静電容量検出電極２２に接触しても検知回路３２ａのみしかアクティブにならず、互いに遠隔した位置に配置された複数の静電容量検出電極２２に接触することにより、検出回路３２ａ〜３２ｃの２つ又は全ての出力がアクティブとなる。
これによって、検出回路３２ａ〜３２ｃのいずれか１つのみがアクティブになったら、乗員の手が接触したと判断し、検出回路３２ａ〜３２ｃの２つ又は全ての出力がアクティブになったら、乗員の手がホイール１１を把持したと判断することができる。

１…ステアリング本体、 ２…静電容量センサ、 ２ａ〜２ｆ，２ｈ〜２ｊ…電極部、２ｇ…コンタクト配線、 ３…判定部、１１…ホイール、 １２…ステアリングコラム、 ２１…可撓性基板、 ２１ａ〜２１ｃ…可撓性基板片、２２…静電容量検出電極、 ２３ａ〜２３ｃ…配線層、２４…貫通配線、２５…絶縁層、３１ａ〜３１ｃ…Ｃ−Ｖ変換回路、３２ａ〜３２ｃ…検知回路、３３…演算回路、１１１…ステアリングコア、 １１２…緩衝材、 １１３…ステアリングスキン。

Claims (10)

1. ステアリングコアに装着される静電容量センサであって、
   絶縁性を有する可撓性基板と、
   前記可撓性基板の上に設けられ、前記ステアリングコアに装着された状態で、ステアリングのホイールが延びる方向を軸心とした前記ステアリングコアの周方向に並設され、それぞれが前記ホイールの延びる方向に延在するように形成された複数の静電容量検出電極と
   を有し、
   前記複数の静電容量検出電極は、前記ステアリングコアに装着された状態で、前記ステアリングコアの周方向に隣り合う電極同士がそれぞれ異なる組に属するように複数の組に分割されていることを特徴とする静電容量センサ。
2. 前記複数の静電容量電極のうち、
   同一の組に属する複数の静電容量検出電極は共通接続されている
   ことを特徴とする請求項１記載の静電容量センサ。
3. 前記複数の静電容量検出電極は、共通の前記可撓性基板上に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載の静電容量センサ。
4. 前記可撓性基板は複数の可撓性基板片に分割され、
   前記共通接続された複数の静電容量検出電極が同一の前記可撓性基板片上に形成され、共通接続されていない複数の前記静電容量検出電極は、それぞれ異なる前記可撓性基板片上に形成されている
   ことを特徴とする請求項２記載の静電容量センサ。
5. ステアリングコアと、
   このステアリングコアに装着される静電容量センサと
   を備えたステアリングにおいて、
   前記静電容量センサは、
   ステアリングのホイールが延びる方向を軸心とした前記ステアリングコアの周方向に並設され、それぞれが前記ホイールの延びる方向に延在する複数の静電容量検出電極
   を有し、
   前記複数の静電容量検出電極は、前記ステアリングコアの周方向に隣り合う電極同士がそれぞれ異なる組に属するように複数の組に分割されている
   ことを特徴とするステアリング。
6. 前記複数の静電容量検出電極のうち、
   同一の組に属する複数の静電容量検出電極は共通接続されている
   ことを特徴とする請求項５記載のステアリング。
7. 前記複数の静電容量検出電極は、共通の前記可撓性基板上に形成されていることを特徴とする請求項５又は６記載のステアリング。
8. 前記複数の静電容量検出電極は、
   前記共通接続された複数の静電容量検出電極が同一の前記可撓性基板片上に形成され、共通接続されていない複数の前記静電容量検出電極は、それぞれ異なる前記可撓性基板片上に形成されている
   ことを特徴とする請求項５又は６記載のステアリング。
9. ステアリングコアと、
   このステアリングコアに装着された静電容量センサと、
   前記静電容量センサの検知結果に基づいて、ステアリングのホイールを乗員が把持したか否かを判定する判定部と
   を備えたステアリングシステムにおいて、
   前記静電容量センサは、
   前記ホイールが延びる方向を軸心とした前記ステアリングコアの周方向に並設され、それぞれが前記ホイールの延びる方向に延在するとともに、少なくとも２つの組に分割された複数の静電容量検出電極を有し、
   前記判定部は、一の静電容量検出電極と、それと異なる組に属する静電容量検出電極とで、それぞれ静電容量が検知された場合、前記ホイールを乗員が把持したと判定する
   ことを特徴とするステアリングシステム。
10. 前記複数の静電容量検出電極は、少なくとも３つの組に分割され、
    前記判定部は、異なる全ての組の少なくとも１つの静電容量検出電極で、それぞれ静電容量が検知された場合、乗員がホイールを把持していると判定する
    ことを特徴とする請求項９記載のステアリングシステム。

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