JP2017036570A - 挟み込み検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構成要素の少ない挟み込み検出装置を提供する。【解決手段】パワーウインド１は、窓ガラス２に設けられるセンサ用電極４と、窓ガラス２の上昇に伴いセンサ用電極４との対向面積が増加する位置検出用電極７と、センサ用電極４における静電容量の変化を通じて窓ガラス２と窓枠との間の挟み込みを検出するとともに、静電容量の変化を通じて窓ガラス２の位置を検出する制御部５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、挟み込み検出装置に関する。

特許文献１には、開閉体の一例であるドアウインドに静電センサの一部を構成する電極を設け、この静電センサを用いて挟み込み検出を行う挟み込み検出装置が開示されている。ドアウインドの閉動作時に静電センサによって挟み込みが検出されると、ドアウインドの動作が反転される。これにより、挟み込み対象物がドアウインドから解放される。

特開２００５−３１４９４９号公報

特許文献１には、ドアウインドを開閉動作させるモータにパルス発生器を設け、同パルス発生器が生成するパルス数をカウントすることにより、ドアウインドの位置を判断する技術が開示されている。

しかしながら、パルス発生器と位置判断部との間に配線を設ける必要があるなど、ドアウインド全体として、構成の増加を招き、ひいては大型化を招いていた。
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、その目的は、構成要素の少ない挟み込み検出装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、開閉体の開閉動作による挟み込みを検出する挟み込み検出装置は、前記開閉体に設けられるセンサ用電極と、前記開閉体の一方向への動作に伴い、前記センサ用電極との対向面積が増加する位置検出用電極と、前記センサ用電極及び前記位置検出用電極の少なくとも一方の静電容量の変化を通じて前記開閉体と外部部材との間の挟み込みを検出するとともに、前記静電容量の変化を通じて前記開閉体の位置を検出する検知部とを備えることを要旨とする。

この構成によれば、開閉体の一方向への動作に伴い、電極同士の対向面積に比例する静電容量も増加するので、静電容量から開閉体の位置を検出することができる。すなわち、従来のように開閉体に駆動力を供給する駆動源にパルスカウンタ等を必要とせず、またそれに伴う配線等も必要としないので、挟み込み検出装置として、構成要素が少ない。ひいては、挟み込み検出装置としての大型化が抑制されるとともに、製造にかかる工数も抑制される。

上記構成において、前記センサ用電極及び前記位置検出用電極の一方は、他方と対向する間隙部を複数有し、複数の前記間隙部は、前記開閉体が動作する一方向において並設されることが好ましい。

この構成によれば、開閉体が一定速度で一方向へ動作すると仮定するとき、センサ用電極及び位置検出用電極の一方に設けられる間隙部と他方とが対向するたび、センサ用電極と位置検出用電極との対向面積の増加速度が切り替わる。したがって、静電容量の増加速度も切り替わる。このため、当該静電容量の増加速度が切り替わる数をカウントすることにより、開閉体の位置を検知することができる。

上記構成において、前記センサ用電極及び前記位置検出用電極の一方は、前記開閉体の一方向への動作に伴い、他方との対向距離が短くなるように設けられることが好ましい。
静電容量は、電極同士の対向面積に比例するとともに電極同士の対向距離に反比例することが周知である。

この構成によれば、開閉体の一方向への動作に伴い、センサ用電極と位置検出用電極との対向面積が増加するとともに、対向距離が短くなるので、静電容量は対向面積のみが増加する場合と比較してさらに大きく増加する。すなわち、開閉体の位置による静電容量の差が大きいため、静電容量から開閉体の位置をより正確に検知することができる。

本発明の挟み込み検出装置は、構成要素が少ない。

（ａ）は挟み込み検出装置をパワーウインドに適用した場合の模式図、（ｂ）は位置検出用電極の正面図。 （ａ）は対向電極及び位置検出用電極における断面図、（ｂ）は窓ガラスの位置と静電容量との関係を示すグラフ。 （ａ）は別の実施形態における対向電極及び位置検出用電極における断面図、（ｂ）は窓ガラスの位置と静電容量との関係を示すグラフ。

以下、挟み込み検出装置の一実施の形態について説明する。本例の挟み込み検出装置は、車両のパワーウインドに適用される。
図１（ａ）に示すように、パワーウインド１は、窓ガラス２と、センサ用電極４と、制御部５と、モータ６と、位置検出用電極７とを備える。

窓ガラス２は、開閉体に相当し、モータ６の駆動により、図示しない窓枠内を摺動しながら上下移動する。なお、窓ガラス２の開動作は、当該窓ガラス２の下降動作によって規定され、窓ガラス２の閉動作は、当該窓ガラス２の上昇動作によって規定されている。

センサ用電極４は、板状をなす窓ガラス２の板厚面のうち、上端面及び当該上端面の前方側に連続する傾斜端面及び当該傾斜端面の前方側に連続する前方側端面及び上端面の後方側に連続する後方側端面に配設されている。なお、センサ用電極４のうち、後方側端面に配設される部分を、対向電極４ａとする。

位置検出用電極７は、窓ガラス２の後方側において、図示しない窓枠の一部を構成するフレーム８の窓ガラス２と対向する面、正確には後方側端面と対向する面に配設されている。位置検出用電極７は、上下方向に延びる板状の電極であって、対向電極４ａと対向する。

図１（ｂ）に示すように、位置検出用電極７は、板幅方向の中央部に位置する複数の間隙部７ａを有する。間隙部７ａは、電極が矩形状にくり抜かれたような部分であって、電極が存在しない。当該間隙部７ａは、上下方向において等間隔で設けられている。

図１（ａ）に示すように、制御部５は、センサ用電極４、モータ６、及び窓ガラス２の開閉動作の契機となる操作入力に供される図示しない操作スイッチと、それぞれ電気的に接続されている。

制御部５は、操作スイッチに対する操作入力を認識すると、モータ６を駆動させて、窓ガラス２を開閉させる。
なお、窓ガラス２の開操作及び閉操作は、ともに操作スイッチに対する操作解除に伴って窓ガラス２の動作が停止されるマニュアル操作と、操作スイッチに対に対する操作解除が行われても全開位置或いは全閉位置に達するまで窓ガラス２の動作が継続されるオート操作とがある。オート操作のうち、全開位置に達するまで窓ガラス２の下降動作が継続される操作を「オートダウン操作」と呼び、全閉位置に達するまで窓ガラス２の上昇動作が継続される操作を「オートアップ操作」と呼ぶ。なお、窓ガラス２の上昇動作及び下降動作は常時等速度で行われる。

制御部５は、常時、センサ用電極４における静電容量の変化を監視する。制御部５は、オートアップ操作を契機とする窓ガラス２の上昇動作時にセンサ用電極４における静電容量の既定値を越える上昇を検出すると、窓ガラス２の動作を反転させる、すなわち窓ガラス２を下降動作させる。これにより、例えば指などの挟み込み対象物が窓ガラス２から解放される。

なお、窓ガラス２の動作を反転させる判断基準となる既定値は、窓ガラス２の位置に応じてあらかじめ決められている。制御部５は、センサ用電極４における静電容量の変化の監視を通じて窓ガラス２の位置を判断する。窓ガラス２の位置の判断については、次の作用において詳述する。

＜作用＞
次に、パワーウインド１の作用について説明する。なお、電極（ここではセンサ用電極４）と指などの挟み込み対象物とが近接した場合、挟み込み対象物とセンサ用電極４とを電極とするコンデンサがグラウンドに対して形成されることにより回路が閉じて、これら両者の間で電流が流れることについては、周知技術であることから、その説明を省略する。

また、コンデンサにおいて、誘電体の誘電率をε、電極同士の対向面積をＳ、電極同士の間の距離をｄとするとき、コンデンサの静電容量Ｃは、次の（式１）で求められることが周知である。

Ｃ＝ε×Ｓ／ｄ・・・（式１）
すなわち、静電容量Ｃは対向面積Ｓに比例する。
本例では、センサ用電極４の対向電極４ａと位置検出用電極７とが対向するように設けられているため、これら両者と電極とするコンデンサがグラウンドに対して形成される。また、窓ガラス２の上昇に伴い、対向電極４ａと位置検出用電極７との対向面積Ｓが増える。したがって、窓ガラス２の上昇に伴い、センサ用電極４における静電容量も上昇する。

ここで、図２（ａ）に示すように、位置検出用電極７には、電極が存在しない間隙部７ａが等間隔で設けられている。窓ガラス２は、等速度で上昇動作するので、対向電極４ａの上部が間隙部７ａと対向するときには対向面積Ｓがゆっくり増加し、対向電極４ａの上部が間隙部７ａとの対向しないときには対向面積Ｓが速く増加する。すなわち、窓ガラス２の上昇動作に伴い増加する対向面積Ｓの増加速度は、対向電極４ａの上部が間隙部７ａと対向するか否かにより切り替わる。

静電容量Ｃは対向面積Ｓに比例するので、図２（ｂ）に示すように、窓ガラス２における窓枠下端からのストロークＳｔに対する静電容量Ｃの増加速度は、対向電極４ａの上部が間隙部７ａと対向するか否かにより切り替わる。

制御部５は、静電容量Ｃの増加速度が切り替わる点のカウントを通じて窓ガラス２の位置を判断するとともに、当該窓ガラス２の位置に応じて窓ガラス２の動作を反転させる判断基準となる既定値を切り替える。

以上詳述したように、本実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）窓ガラス２の上昇に伴って、センサ用電極４の対向電極４ａとの対向面積が増加するように位置検出用電極７を設けた。

これにより、窓ガラス２の上昇に伴って、電極同士の対向面積Ｓに比例する静電容量Ｃも増加するので、制御部５は、静電容量Ｃから窓ガラス２の位置を検出することができる。そして、制御部５は、窓ガラス２の位置に応じて窓ガラス２の動作を反転させる判断基準となる既定値を切り替えることができる。

このように、従来のように開閉体に駆動力を供給するモータにパルスカウンタ等を必要とせず、またそれに伴う配線等も必要としないので、パワーウインド１として、構成要素が少ない。ひいては、パワーウインド１としての大型化が抑制されるとともに、製造にかかる工数も抑制される。

（２）上下方向において所定の間隔で位置検出用電極７の一部をくり抜いて間隙部７ａを設けた。間隙部７ａは、上下方向において並設されるとともに、対向電極４ａと対向する。このため、一定速度で上昇する窓ガラス２に対し、対向電極４ａと位置検出用電極７との対向面積Ｓの増加速度が切り替わり、ひいては静電容量Ｃの増加速度が切り替わる。これにより、制御部５は、静電容量の増加速度が切り替わるポイントの数をカウントすることを通じて、窓ガラス２の位置を判断することができる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・上記実施形態における位置検出用電極７に代えて、図３（ａ）に示す位置検出用電極９を採用してもよい。すなわち、図３（ａ）に示すように、上方向に向かうに従って徐々に板厚が増し、窓ガラス２の後方側端面との間の距離が短くなる位置検出用電極９を採用する。これにより、窓ガラス２の上昇に伴い、対向電極４ａとの間の距離が短くなる。上記（式１）に示したように、静電容量Ｃは、電極同士の対向面積Ｓに比例するとともに電極同士の距離に反比例する。したがって、図３（ｂ）に示すように、静電容量Ｃは、厚みが増加しない位置検出用電極を採用した場合（図３（ｂ）中破線）と比較して、静電容量が大きく増加する。すなわち、窓ガラス２の位置による静電容量Ｃの差が大きくなるため、制御部５は、静電容量Ｃから窓ガラス２の位置をより正確に検知することができる。

なお、上記別例では、変位しないフレーム８側に、窓ガラス２の上昇に伴って徐々に板厚が増す位置検出用電極９を設けたが、窓ガラス２の上昇に伴って板厚が増すように、対向電極４ａを構成してもよい。すなわち、対向電極４ａは、下側に向かうに連れて徐々に厚みが増す。このように構成した場合でも、上記別例における効果を有する。

なお、ここでは、センサ用電極（対向電極）及び位置検出用電極の一方において上側と下側とで厚みを異ならせることにより窓ガラス２の開閉動作によって他方との間の距離が近接したり離間したりするようにしたが、次のように構成してもよい。例えば、センサ用電極を、下側に向かうにつれて徐々に位置検出用電極側に近接するように傾斜して設けてもよい。また、位置検出用電極を、上側に向かうにつれて徐々にセンサ用電極側に近接するように傾斜して設けてもよい。このように構成した場合でも、上記別例における効果を有する。

・上記実施形態において、制御部５は、オートアップ操作を契機とする窓ガラス２の上昇動作時にセンサ用電極４における静電容量の上昇を検出すると、挟み込みを解消するべく窓ガラス２を下降動作させたが、当該下降動作は、オートアップ操作を契機とする窓ガラス２の上昇動作時に限定されない。例えば、制御部５は、マニュアル操作を契機とする窓ガラス２の上昇動作時にセンサ用電極４における静電容量の上昇を検出した場合にも、挟み込みを解消するべく窓ガラス２を下降動作させてもよい。

また、必ずしも窓ガラス２の下降動作を伴わなくてもよい。すなわち、制御部５は、オートアップ操作、マニュアル操作にかかわらず、窓ガラス２の上昇動作時にセンサ用電極４における静電容量の上昇を検出した場合に、窓ガラス２の上昇動作を停止させてもよい。このように構成した場合、挟み込み対象物に窓ガラス２が食い込むような挟み込みが抑制される。

・上記実施形態において、制御部５は、センサ用電極４と電気的に接続され、当該センサ用電極４における静電容量Ｃの監視を通じて、窓ガラス２と窓枠との間の挟み込みの有無及び窓ガラス２の位置を検出したが、次のようにしてもよい。すなわち、制御部５は、位置検出用電極７と電気的に接続され、当該位置検出用電極７における静電容量Ｃの監視を通じて、窓ガラス２と窓枠との間の挟み込みの有無及び窓ガラス２の位置を検出してもよい。また、制御部５は、センサ用電極４及び位置検出用電極７の両方における静電容量Ｃの監視を通じて、窓ガラス２と窓枠との間の挟み込みの有無及び窓ガラス２の位置を検出してもよい。

・上記実施形態では、間隙部７ａを位置検出用電極７に設けたが、センサ用電極４に設けてもよい。このように構成した場合でも、窓ガラス２の上昇動作によって対向面積Ｓがゆっくり増加する場合と速く増加する場合とが存在する。すなわち、静電容量Ｃの増加速度が変化するので、制御部５は、窓ガラス２の位置を検知することができる。

・上記実施形態において、位置検出用電極７と異なる誘電率を有する材料を間隙部７ａに配置してもよい。このように構成した場合でも、上記実施形態の（２）の効果と同様の効果を得ることができる。

・上記実施形態において、間隙部７ａに相当する構成は、次のように形成されてもよい。すなわち、上下方向において所定の間隔となるように位置検出用電極７の表面に当該位置検出用電極７の誘電率と異なる誘電率とされた材料を印刷したり塗布したりする等して間隙部を構成してもよい。

また、上下方向において所定の間隔で位置検出用電極７の表面が露出して当該露出した部分が間隙部７ａとなるように、位置検出用電極７の表面に当該位置検出用電極７の誘電率と異なる誘電率とされた材料を印刷したり塗布したりする等してもよい。

これらのように構成した場合でも、上記実施形態の（２）の効果と同様の効果を得ることができる。
・上記実施形態において、センサ用電極４は、窓ガラス２の板厚面である外周縁部を全体に亘って巻回するように配設してもよい。

・上記実施形態において、センサ用電極４及び位置検出用電極７は、導電性の材料であればよい。なお、センサ用電極４は、導電ゴムなどの耐摩耗性に優れる物質を採用することが好ましい。

・上記実施形態では、車両の窓ガラス２を開閉体とするパワーウインド１に挟み込み検出装置を適用した場合について説明したが、挟み込み検出装置は、次のような開閉体を採用するものに適用してもよい。すなわち、開閉体は、建物のシャッタ等のように、開動作が上昇動作によって規定されるとともに、閉動作が下降動作によって規定されるものであってもよい。また、開閉体は、スイングドアのように開閉動作がスイングによって規定されるものであってもよい。また、開閉体は、車両のスライドドア或いは建物の自動ドア等のように、水平方向において開閉動作が規定されるものであってもよい。

１…パワーウインド、２…窓ガラス（開閉体）、４…センサ用電極、５…制御部（検知部）、６…モータ、７，９…位置検出用電極、８…フレーム。

Claims (3)

1. 開閉体の開閉動作による挟み込みを検出する挟み込み検出装置において、
   前記開閉体に設けられるセンサ用電極と、
   前記開閉体の一方向への動作に伴い、前記センサ用電極との対向面積が増加する位置検出用電極と、
   前記センサ用電極及び前記位置検出用電極の少なくとも一方の静電容量の変化を通じて前記開閉体と外部部材との間の挟み込みを検出するとともに、前記静電容量の変化を通じて前記開閉体の位置を検出する検知部とを備える挟み込み検出装置。
2. 請求項１に記載の挟み込み検出装置において、
   前記センサ用電極及び前記位置検出用電極の一方は、他方と対向する間隙部を複数有し、
   複数の前記間隙部は、前記開閉体が動作する一方向において並設される挟み込み検出装置。
3. 請求項１に記載の挟み込み検出装置において、
   前記センサ用電極及び前記位置検出用電極の一方は、前記開閉体の一方向への動作に伴い、他方との対向距離が短くなるように設けられる挟み込み検出装置。