JP2017037756A - 把持検出装置、センサ、及びセンサの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な回路構成で広い検出範囲を有するセンサを提供する。
【解決手段】センサ２０Ａは、リム１２に取付可能な下側基板２２と、下側基板２２の上方に配置される上側基板２６と、下側基板２２の上面に取り付けられる下側電極５０と、下側電極５０に対向するように上側基板２６の下面に取り付けられる上側電極６０とにより構成される電極対８０と、電極対８０の周囲に配置される基板スペーサ２４とを備える。上側電極６０及び下側電極５０は感圧電極により構成される。基板スペーサ２４は、上側基板２６と下側基板２２との間に配置される。センサ２０Ａは、互いに対向する下側電極５０と上側電極６０とが離間するように下側電極５０と上側電極６０との間に配置される複数の電極スペーサ９０と、下側電極５０に接続される下側配線５１〜５５と、上側電極６０に接続される上側配線６２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、把持検出装置、センサ、及びセンサの製造方法に係り、特に自動車のステアリングホイールのリムを運転者が把持したことを検出する把持検出装置に用いられるセンサに関するものである。

自動車には様々なセンサが実装されており、これらのセンサにより検出された信号を用いて各種機器の制御が行われている。例えば、運転者がステアリングホイールのリムを把持しているか否かに応じて、カーナビゲーションシステムや運転支援システム、ヒータ、エアバッグなどを制御することが行われている。このように、運転者がリムを把持したか否かを検出するために、リムに複数のタッチセンサを組み込み、これらのタッチセンサにより運転者の手がリムに接触しているか否かを検出することも行われている（例えば、特許文献１参照）。

リムの把持状態をより正確に検出するためには、広い範囲にわたってリムの把持を検出できることが必要となる。このため、特許文献１に開示されている技術では、複数のタッチセンサをリムの周方向に沿って等間隔で配置して検出範囲を広げている。しかしながら、これらのタッチセンサは、それぞれ独立して接触又は非接触を判断するものであるため、タッチセンサの数だけ独立した配線が必要となり、配線が複雑化し、コストも上昇するという問題があった。

特開２０１４−０６１７６１号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、簡単な回路構成で広い検出範囲を有するセンサを提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、広い検出範囲を有するセンサを簡単かつ安価に製造することができるセンサの製造方法を提供することを第２の目的とする。

さらに、本発明は、リムを運転者が把持したことを正確に検出することができる把持検出装置を提供することを第３の目的とする。

本発明の第１の態様によれば、簡単な回路構成で広い検出範囲を有するセンサが提供される。このセンサは、ステアリングホイールのリムに組み込まれる。上記センサは、上記リムに取付可能な下側基板と、上記下側基板の上方に配置される上側基板と、上記下側基板の上面に取り付けられる下側電極と、該下側電極に対向するように上記上側基板の下面に取り付けられる上側電極とにより構成される少なくとも１つの電極対と、上記少なくとも１つの電極対の周囲に配置される基板スペーサとを備える。上記上側電極及び上記下側電極の少なくとも一方は感圧電極により構成される。上記基板スペーサは、上記上側基板と上記下側基板との間に配置される。また、上記センサは、互いに対向する上記下側電極と上記上側電極とが離間するように上記下側電極と上記上側電極との間に配置される複数の電極スペーサと、上記下側電極に接続される下側配線と、上記上側電極に接続される上側配線とを備える。

このように、上側電極及び下側電極の少なくとも一方が感圧電極により構成されているため、単に電極間の接触又は非接触による検出ではなく、感圧電極に作用する押圧力に基づく検出が可能となる。したがって、それぞれの電極の面積を大きくしてもリムの把持状態の検出が可能であり、広い検出範囲を確保できる。このように、それぞれの電極の面積を大きくすることができるので、電極の総数を減らすことができる。これに伴い、配線の数が減るため、センサの回路構成を簡略化してコストを下げることができる。また、上側電極と下側電極との間には複数の電極スペーサが配置されているので、電極を大きくした場合においても、これら複数の電極スペーサが上側電極と下側電極との間に介在することとなり、上側電極と下側電極とが意図せず接触することを防止することができる。

上記複数の電極スペーサは、上記リムが延びる方向に垂直な断面の周方向に対応する第１の方向に沿って配置される複数の電極スペーサからなる電極スペーサ列を含んでいることが好ましい。このように、リムの断面の外周に対応する方向に複数の電極スペーサを配置することにより、センサをリムの断面の外周に沿って曲げる際に上側電極と下側電極との意図しない接触を効果的に防止することができる。さらに、上記電極スペーサ列を上記リムが延びる方向に対応する第２の方向に沿って複数設けることとすれば、センサをリムが延びる方向に沿って曲げる際に上側電極と下側電極との意図しない接触を効果的に防止することができる。さらに、上記複数の電極スペーサを、上記第１の方向及び上記第２の方向において交互にずらして配置することとすれば、電極スペーサの分布を均一にできるため、上側電極と下側電極との接触を防止する効果が高まる。

上記リムが延びる方向に垂直な断面の周方向に対応する第１の方向に沿って複数の電極対を配置してもよい。この場合において、上記上側配線及び上記下側配線の少なくとも一方が、上記第１の方向に沿って配置された複数の電極対に対して異なるチャンネルで接続されることが好ましい。このような構成により、第１の方向における電極対の位置に応じて独立した検出が可能となるので、より正確な把持検出が可能となる。

また、上記リムが延びる方向に対応する第２の方向に沿って複数の電極対を配置してもよい。この場合において、上記上側配線及び上記下側配線の少なくとも一方が、上記第２の方向に沿って配置された複数の電極対に対して異なるチャンネルで接続されることが好ましい。このような構成により、第２の方向における電極対の位置に応じて独立した検出が可能となるので、より正確な把持検出が可能となる。

本発明の第２の態様によれば、リムを運転者が把持したことを正確に検出することができる把持検出装置が提供される。この把持検出装置は、ステアリングホイールのリムに組み込まれた上述したセンサと、上記センサの上記上側配線及び上記下側配線に接続される把持検出部とを備えている。この把持検出部は、上記センサの上記上側電極と該上側電極に対向する上記下側電極との間の導通状態に基づいて運転者が上記リムを把持したことを検出する。

上述したセンサは広い検出範囲を有するものであるから、このような構成の把持検出装置は、広い範囲でリムの把持を検出することが可能であり、運転者がリムを把持したことを正確に検出することができる。

本発明の第３の態様によれば、広い検出範囲を有するセンサを簡単かつ安価に製造することができるセンサの製造方法が提供される。この方法は、第１の積層体を形成する第１の積層体形成工程と、第２の積層体を形成する第２の積層体形成工程とを含んでいる。上記第１の積層体形成工程は、絶縁材料からなり、可撓性を有する第１の基板を準備する第１の基板準備工程と、上記第１の基板上に導電材料を含む少なくとも１種類の材料を印刷することにより第１の配線部及び第１の電極を形成する第１の導電部形成工程と、上記第１の基板上の上記第１の電極の周囲に絶縁材料及び粘着材を印刷することにより第１の基板スペーサを形成する第１の基板スペーサ形成工程とを含んでいる。上記第２の積層体形成工程は、絶縁材料からなり、可撓性を有する第２の基板を準備する第２の基板準備工程と、上記第２の基板上に導電材料を含む少なくとも１種類の材料を印刷することにより第２の配線部及び第２の電極を形成する第２の導電部形成工程と、上記第２の基板上の上記第２の電極の周囲に絶縁材料及び粘着材を印刷することにより第２の基板スペーサを形成する第２の基板スペーサ形成工程と、上記第２の電極上に絶縁材料を印刷することにより複数の電極スペーサを形成する電極スペーサ形成工程とを含んでいる。また、上記方法は、上記第１の積層体形成工程により形成された上記第１の積層体の上記第１の電極と、上記第２の積層体形成工程により形成された上記第２の積層体の上記第２の電極とが互いに対向するように上記第１の積層体の粘着材と上記第２の積層体の粘着材とを接合させてセンサを形成する積層体接合工程を含んでいる。上記第１の導電部形成工程及び上記第２の導電部形成工程の少なくとも一方は、上記第１の基板又は上記第２の基板上に導電材料を印刷することにより上記第１の配線部及び上記第１の電極の一部又は上記第２の配線部及び上記第２の電極の一部を形成する工程と、上記第１の電極の一部又は上記第２の電極の一部の上に感圧材料を印刷することにより上記第１の電極又は上記第２の電極を形成する工程とを含んでいる。

上記方法によれば、印刷によって上述したセンサを製造することができるので、センサの製造工程が簡単になり、かつ安価になる。

また、上記第１の導電部形成工程と上記第２の導電部形成工程とを同時に行い、上記第１の基板スペーサ形成工程と上記第２の基板スペーサ形成工程とを同時に行うこともできる。このようにした場合には、センサの製造時間を短くすることができ、スループットを高めることができる。

また、上記第１の導電部形成工程が、上記第１の基板上に導電材料を印刷することにより上記第１の配線部及び上記第１の電極の一部を形成する工程と、上記第１の電極の一部の上に感圧材料を印刷することにより上記第１の電極を形成する工程とを含み、上記第２の導電部形成工程は、上記第２の基板上に導電材料を印刷することにより上記第２の配線部及び上記第２の電極の一部を形成する工程と、上記第２の電極の一部の上に感圧材料を印刷することにより上記第２の電極を形成する工程とを含んでいてもよい。

本発明によれば、上側電極及び下側電極の少なくとも一方が感圧電極により構成されているため、単に電極間の接触又は非接触による検出ではなく、感圧電極に作用する押圧力に基づく検出が可能となる。したがって、それぞれの電極の面積を大きくしてもリムの把持状態の検出が可能であり、広い検出範囲を確保できる。このように、それぞれの電極の面積を大きくすることができるので、電極の総数を減らすことができる。これに伴い、配線の数が減るため、センサの回路構成を簡略化してコストを下げることができる。また、上側電極と下側電極との間には複数の電極スペーサが配置されているので、電極を大きくした場合においても、これら複数の電極スペーサが上側電極と下側電極との間に介在することとなり、上側電極と下側電極とが意図せず接触することを防止することができる。

本発明の一実施形態における把持検出装置の構成を模式的に示す図である。 図１のＡ−Ａ線断面を模式的に示す図である。 図１に示す把持検出装置におけるセンサを示す平面図であり、ステアリングホイールのリムに組み込む前のセンサの状態を示すものである。 図３に示すセンサの底面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図５に示す基板スペーサの平面図である。 図５のＣ−Ｃ線断面図である。 図５のＤ−Ｄ線断面図である。 図３に示すセンサをリムのコアに取り付けた状態を示す図である。 図５に示すセンサの上側基板上に形成される上側電極と上側配線とを模式的に示す底面図である。 図５に示すセンサの下側基板上に形成される下側電極と下側配線とを模式的に示す平面図である。 図１に示す把持検出装置の回路構成を模式的に示す図である。 図１に示す把持検出装置の回路構成を模式的に示す図である。 図１に示す把持検出装置の回路構成を模式的に示す図である。 図３に示すセンサの製造工程を示す図である。 図３に示すセンサの製造工程を示す図である。 図３に示すセンサの製造工程を示す図である。 図３に示すセンサの製造工程を示す図である。 図３に示すセンサの製造工程を示す図である。 図３に示すセンサの製造工程を示す図である。 図３に示すセンサの製造工程を示す図である。 図３に示すセンサの製造工程を示す図である。 図３に示すセンサの製造工程を示す図である。 図３に示すセンサの製造工程を示す図である。 図３に示すセンサの製造工程を示す図である。

以下、本発明に係る把持検出装置の実施形態について図１から図１６Ｆを参照して詳細に説明する。なお、図１から図１６Ｆにおいて、同一又は相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。また、図１から図１６Ｆにおいては、各構成要素の縮尺や寸法が誇張されて示されている場合や一部の構成要素が省略されている場合がある。

図１は、本発明の一実施形態における把持検出装置１の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、把持検出装置１は、ステアリングホイール１０のリム１２に組み込まれた３つの感圧センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと、ステアリングホイール１０のハブ１４内に配置された把持検出部３０と、それぞれの感圧センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃと把持検出部３０とを電気的に接続する接続配線部４０とを備えている。それぞれの感圧センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、ハブ１４内の把持検出部３０からステアリングホイール１０のスポーク１５の内部を通って延びる接続配線部４０に接続される接続部２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを有している。

感圧センサ２０Ａは、リム１２の左側の領域Ｈから上側の領域Ｊにわたって設けられており、感圧センサ２０Ｂは、リム１２の右側の領域Ｍから上側の領域Ｊにわたって設けられており、感圧センサ２０Ｃは、リム１２の下側の領域Ｋの部分に設けられている。以下では、これら３つの感圧センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのうち感圧センサ２０Ａを中心に説明するが、他の感圧センサ２０Ｂ，２０Ｃの構成は、以下に述べる感圧センサ２０Ａの構成と同様である。なお、感圧センサ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの位置や数は図示のものに限られるものではない。例えば、感圧センサの数を１つにしてもよく、あるいは２つにしてもよく、あるいは４つ以上にしてもよい。

図２は、図１のＡ−Ａ線断面を模式的に示す図である。図２における上側はリム１２の表側（図１の紙面表側）、下側はリム１２の裏側（図１の紙面裏側）を示している。図２に示すように、感圧センサ２０Ａは、リム１２のコア１６の断面の外周面を略全面にわたり覆うようにコア１６の周囲に取り付けられている。感圧センサ２０Ａの外周面上には、感圧センサ２０Ａによる凹凸を吸収してリム１２の表面に凹凸が生じないようにするための緩衝材１７が設けられている。この緩衝材１７の外周面は、革などから構成されるスキン１８により覆われており、運転者はこのスキン１８の上からリム１２を握って自動車を操縦する。

図２に示すように、感圧センサ２０Ａは、コア１６の外周面に取り付けられた下側基板２２と、下側基板２２上に固定された基板スペーサ２４と、基板スペーサ２４上に固定された上側基板２６と、下側基板２２の上面に取り付けられた複数の下側電極５０と、上側基板２６の下面に取り付けられた複数の上側電極６０と、互いに対向する下側電極５０と上側電極６０との間に配置される複数の電極スペーサ９０とを含んでいる。ここで、互いに対向する下側電極５０及び上側電極６０は、複数の電極スペーサ９０により互いに離間されており、これらの下側電極５０及び上側電極６０により１つの電極対８０が構成される。

図３はリム１２に組み込まれる前の感圧センサ２０Ａを示す平面図であり、図４は底面図である。また、図５は図３のＢ−Ｂ線断面図である。図３及び図４に示すように、上側基板２６と下側基板２２とは、同一の外形をしており、例えばポリイミドやポリエチレンテレフタート（ＰＥＴ）などの可撓性を有する樹脂から形成される。図３及び図４において、Ｙ方向は、感圧センサ２０Ａをコア１６の外周面に取り付けた際のリム１２（コア１６）が延びる方向Ｅ（図１参照）に対応しており、Ｘ方向は、この方向に垂直なコア１６の断面の周方向Ｒ（図２参照）に対応している。以下、リム１２（コア１６）が延びる方向をリム延在方向Ｅ、コア１６の断面の周方向をリム断面周方向Ｒということがある。

図３に示すように、上側基板２６は、Ｙ方向に長い略矩形状の板材から構成されており、Ｙ方向に沿って所定の間隔でＸ方向の両側に切り欠き７０が形成されている。このような切り欠き７０を形成することによって、上側基板２６は、複数の略短冊状の基板片２６ＡがＹ方向に連結された構造となっている。同様に、図４に示すように、下側基板２２は、Ｙ方向に長い略矩形状の板材から構成されており、Ｙ方向に沿って所定の間隔でＸ方向の両側に切り欠き７１が形成されている。このような切り欠き７１を形成することによって、下側基板２２は、複数の略短冊状の基板片２２ＡがＹ方向に連結された構造となっている。

図５に示すように、上側基板２６と下側基板２２との間には基板スペーサ２４が配置されている。図６は、この基板スペーサ２４の平面図である。図６に示すように、基板スペーサ２４は、上側基板２６及び下側基板２２と略同一の外形を有しており、例えばポリイミドやポリエチレンテレフタート（ＰＥＴ）などの可撓性を有する樹脂から形成され得る。基板スペーサ２４は、Ｙ方向に長い略矩形状の板材から構成されており、Ｙ方向に沿って所定の間隔でＸ方向の両側に切り欠き７２が形成されている。このような切り欠き７２を形成することによって、基板スペーサ２４は、複数の略短冊状の基板スペーサ片２４ＡがＹ方向に連結された構造となっている。

このように、感圧センサ２０Ａは、それぞれ略同一の外形を有する下側基板２２と基板スペーサ２４と上側基板２６とが互いに重なった積層構造を有している。すなわち、下側基板２２の上に基板スペーサ２４が配置され、基板スペーサ２４の上に上側基板２６が配置された積層構造を有している（図５参照）。ここで、下側基板２２の１つの基板片２２Ａ、その上に配置された基板スペーサ片２４Ａ、この基板片２２Ａに形成された下側電極５０、この基板スペーサ片２４Ａの上に配置された上側基板２６の基板片２６Ａ、この基板片２６Ａに形成された上側電極６０、及び該下側電極５０と該上側電極６０との間に配置された複数の電極スペーサ９０を１つのまとまりとして電極ユニット７５（図３〜図５参照）ということとする。それぞれの電極ユニット７５はＸ方向に沿って配置された２つの電極対８０を有しており（図５参照）、感圧センサ２０Ａは、このような複数の電極ユニット７５（本実施形態では１５個）がＹ方向に連結された構造を有している（図３及び図４参照）。

なお、本実施形態において、電極ユニット７５は２つの電極対８０を含んでいるが（図５参照）、これに限られるものでなく、電極ユニット７５が１つだけの電極対を含んでいてもよいし、あるいは３つ以上の電極対を含んでいてもよい。また、本実施形態において、感圧センサ２０ＡはＹ方向に１５個の電極ユニット７５が連結した構造を有しているが（図３及び図４参照）、電極ユニットの数は適宜変更できることはいうまでもない。

ここで、図６に示すように、基板スペーサ２４のそれぞれの基板スペーサ片２４Ａには、上側電極６０及び下側電極５０に対応して、２つの貫通孔２５，２５がＸ方向に沿って所定の間隔で形成されている。なお、本実施形態では、電極ユニット７５を構成する電極対８０が２つであることに対応して基板スペーサ片２４Ａに２つの貫通孔２５が形成されているが、電極ユニット７５を構成する電極対の数に応じて貫通孔２５の数を変更してもよい。

図５に示すように、基板スペーサ２４の貫通孔２５の中に互いに対向する上側電極６０と下側電極５０（すなわち電極対８０）が位置している。すなわち、それぞれの電極対８０のＸ方向の両側には基板スペーサ２４が位置している。この基板スペーサ２４によって、それぞれの電極ユニット７５を構成する下側基板２２と上側基板２６とが互いに離間されており、このように下側基板２２と上側基板２６とを互いに離間した状態で感圧センサ２０Ａをコア１６の外周面に取り付けることが可能となっている。

図５における電極ユニット７５には、Ｘ方向に沿って２つの電極対８０が形成されている。ここで、それぞれの電極対８０を構成する上側電極６０及び下側電極５０は、貫通孔２５より少し小さい寸法を有しており、略長方形の同一の外形を有している。このような構成により、電極対８０を形成する下側電極５０及び上側電極６０が、互いに全面的に対向するようになっている。

図７は図５のＣ−Ｃ線断面図、図８は図５のＤ−Ｄ線断面図である。図７及び図８に示すように、上側電極６０及び下側電極５０はいずれも外形が略矩形状の同一形状であり、上述したように互いに対向している。そして、上側電極６０及び下側電極５０は基板スペーサ２４に周囲を囲まれている。したがって、感圧センサ２０Ａをコア１６の外周面に取り付けた際には、それぞれの電極対８０のリム断面周方向Ｒの両側とリム延在方向Ｅの両側には基板スペーサ２４が位置することとなる。このような構成により、下側基板２２と上側基板２６とが互いに離間した状態で感圧センサ２０Ａがコア１６の外周面に取り付けられる（図２参照）。

また、下側電極５０と上側電極６０との間には、下側電極５０及び上側電極６０に比べて非常に小さい複数の電極スペーサ９０が配置されている。これらの電極スペーサ９０によって下側電極５０と上側電極６０とが互いに離間され、感圧センサ２０Ａをコア１６の外周面に取り付けた際にも、下側電極５０と上側電極６０とが互いに離間された状態が維持される（図２参照）。なお、これらの電極スペーサ９０は例えばシリコンゴムなどの可撓性のある材料からなることが好ましい。

図９は、感圧センサ２０Ａをリム１２のコア１６に取り付けた状態を示す平面図であり、感圧センサ２０Ａがスキン１８（図２参照）で覆われる前の状態を示している。図９に示すように、感圧センサ２０Ａは、感圧センサ２０ＡのＸ方向の中央がコア１６の環状部の外周部に沿うように（リム延在方向Ｅに沿って）取り付けられる。ここで、上述したように、互いに隣接する電極ユニット７５間に切り欠き７０，７１，７２が形成されているため、感圧センサ２０Ａをコア１６の外周面に取り付けた際にリム延在方向Ｅに隣接する電極ユニット７５が重なり合うことを防止することができるとともに、感圧センサ２０Ａがコア１６の外周面を覆う面積を大きくすることができる。

ここで、本実施形態における下側電極５０及び上側電極６０は、押圧される力によって抵抗値が変化する感圧電極として構成されており、後述するように、例えば銀をカーボンなどの感圧材料でコーティングすることにより形成される。このような感圧電極は、対向する２つの電極が接触したか否かのみを検出する接触型のセンサと異なり、抵抗値の変化により押圧される力を検出することができる。なお、下側電極５０及び上側電極６０のうち一方のみを感圧電極としてもよい。

ところで、それぞれの電極対８０を構成する下側電極５０及び上側電極６０の面積を大きくしようとすると、感圧センサ２０Ａをリム１２に取り付ける際に、上側電極６０が撓んで下側電極５０に接触してしまうことが考えられる。このような状態では、運転者がリム１２を把持していない場合であっても、電極対８０が常に導通した状態となるため、把持検出部３０による正確な把持検出ができない。

このような観点から、本実施形態では、図７及び図８に示すように、上側電極６０と下側電極５０との間に複数の電極スペーサ９０を配置している。このような電極スペーサ９０を上側電極６０と下側電極５０との間に配置することにより、感圧センサ２０Ａをリム１２に取り付けた際に、これらの複数の電極スペーサ９０が上側電極６０と下側電極５０との間に介在することとなり、下側電極５０と上側電極６０とが意図せず接触することを防止することができる（図２参照）。すなわち、下側電極５０及び上側電極６０は単にリム１２に取り付けられただけでは互いに接触することがなく、上側基板２６の外側から下側基板２２に向けて力が加わり、上側基板２６及び電極スペーサ９０がコア１６に向けて撓んで初めて、その部分の上側電極６０が下側電極５０に接触することとなる。したがって、上側電極６０及び下側電極５０の面積を大きくすることができ、検出範囲を広くするとともに、電極の数を減らして配線を簡単な構成にすることができる。

図７及び図８を参照すると、Ｘ方向（第１の方向）に沿って所定の間隔で配置される複数の電極スペーサ９０によって電極スペーサ列９１が形成されている。本実施形態においては、それぞれの電極５０，６０に対して３つの電極スペーサ列９１が配置されている。すなわち、それぞれの電極５０，６０に対して、５つの電極スペーサ９０からなる電極スペーサ列９１Ａと、４つの電極スペーサ９０からなる電極スペーサ列９１Ｂと、５つの電極スペーサ９０からなる電極スペーサ列９１ＣとがＹ方向（第２の方向）に所定の間隔で配置されている。このように、Ｘ方向に複数の電極スペーサ９０を配置して電極スペーサ列９１を形成することにより、感圧センサ２０Ａをリム１２の断面の外周に沿って曲げる際に上側電極６０と下側電極５０との意図しない接触を効果的に防止することができる。また、電極スペーサ列９１Ａ，９１Ｂ，９１ＣをＹ方向に沿って配置しているので、感圧センサ２０Ａをリム１２が延びる方向に沿って曲げる際に上側電極６０と下側電極５０との意図しない接触を効果的に防止することができる。また、本実施形態では、電極スペーサ列９１Ａ，９１Ｂ，９１Ｃが、Ｘ方向及びＹ方向に同一距離だけ交互にずらして配置されており、複数の電極スペーサ９０がＸ方向及びＹ方向に均等に配置されている。これにより、上側電極６０と下側電極５０との接触をより効果的に防止することができる。

感圧センサ２０Ａをリム１２に取り付ける際に下側電極５０と上側電極６０との接触を防止できるのであれば、電極スペーサ９０や電極スペーサ列９１の数や配置を任意に選択することができる。例えば、下側電極５０と上側電極６０との間に碁盤目状に電極スペーサ９０を配置してもよい。また、電極スペーサ列９１は、１列であってもよいし２列であってもよい。さらに、４列以上の電極スペーサ列９１を形成してもよい。

図１０は、上側基板２６を上側電極６０及び配線とともに模式的に示す底面図である。図１０に示すように、それぞれの上側電極６０には共通の配線６２Ａが接続されており、上側電極６０は配線６２Ａを介して互いに接続される。また、感圧センサ２０Ａの接続部２１Ａに近い上側電極６０ＡＨには、接続部２１Ａに設けられた端子４１まで延びる配線６２Ｂが接続されている。したがって、すべての上側電極６０は、１つの共通の配線（上側配線）６２によって端子４１に電気的に接続されている。この端子４１が把持検出部３０から延びる接続配線部４０（図１参照）の端子に接続されることによって、把持検出部３０と上側電極６０とが電気的に接続される。

図１０に示すように、本実施形態における上側電極６０は、リム１２に組み込まれた際に、リム１２の上側の領域Ｊ（図１参照）の表側に配置される５つの上側電極６０ＡＪと、リム１２の上側の領域Ｊの裏側に配置される５つの上側電極６０ＢＪと、リム１２の左側の領域Ｈ（図１参照）の表側に配置される１０個の上側電極６０ＡＨと、リム１２の左側の領域Ｈの裏側に配置される１０個の上側電極６０ＢＨとを含んでいる。

図１１は、下側基板２２を下側電極５０及び配線とともに模式的に示す平面図である。図１１に示すように、本実施形態における下側電極５０は、リム１２に組み込まれた際に、リム１２の上側の領域Ｊ（図１参照）の表側に配置される５つの下側電極５０ＡＪと、リム１２の上側の領域Ｊの裏側に配置される５つの下側電極５０ＢＪと、リム１２の左側の領域Ｈ（図１参照）の表側に配置される１０個の下側電極５０ＡＨと、リム１２の左側の領域Ｈの裏側に配置される１０個の下側電極５０ＢＨとを含んでいる。

下側基板２２には、これらの下側電極５０に加えて、下側電極５０に電気的に接続される５つの配線５１〜５５（下側配線）が形成されている。本実施形態においては、配線５１は、リム１２の領域Ｊの表側に配置される５つの下側電極５０ＡＪに接続されており、接続部２１Ａに設けられた端子４２まで延びている。配線５２は、リム１２の領域Ｊの裏側に配置される５つの下側電極５０ＢＪに接続されており、接続部２１Ａに設けられた端子４３まで延びている。配線５３は、リム１２の領域Ｈの表側に配置される５つの下側電極５０ＡＨに接続されており、接続部２１Ａに設けられた端子４４まで延びている。配線５４は、リム１２の領域Ｈの表側に配置される５つの下側電極５０ＡＨに接続されており、接続部２１Ａに設けられた端子４５まで延びている。配線５５は、リム１２の領域Ｈの裏側に配置される１０個の下側電極５０ＢＨに接続されており、接続部２１Ａに設けられた端子４６まで延びている。これらの端子４２〜４６が把持検出部３０から延びる接続配線部４０（図１参照）の端子に接続されることによって、把持検出部３０と下側電極５０とが電気的に接続される。

図１２から図１４は、把持検出装置１の回路構成を模式的に示す図である。図１２から図１４では、理解を容易にするために、リム１２の領域Ｊに配置される複数の電極ユニット７５のうちの１つの電極ユニット７５についての配線のみ図示し、他の電極ユニットについての配線は図示を省略する。図１２から図１４に示すように、把持検出部３０は、検出回路３２ＡＪ，３２ＢＪと、これらの検出回路３２ＡＪ，３２ＢＪからの出力に基づいてステアリングホイール１０のリム１２の把持状態を判断する判断部３４とを含んでいる。

検出回路３２ＡＪは、上側電極６０ＡＪに接続される配線６２と、下側電極５０ＡＪに接続される配線５１との間に接続されており、配線６２と配線５１との間の導通を検出するものである。検出回路３２ＢＪは、上側電極６０ＢＪに接続される配線６２と、下側電極５０ＢＪに接続される配線５２との間に接続されており、配線６２と配線５２との間の導通を検出するものである。すなわち、検出回路３２ＡＪは、上側電極６０ＡＪと下側電極５０ＡＪとの間の接触及びその接触圧力を検出し、検出回路３２ＢＪは、上側電極６０ＢＪと下側電極５０ＢＪとの接触及びその接触圧力を検出する。

運転者がステアリングホイール１０のリム１２を把持すると、その把持する力によって把持した部分の上側基板２６がコア１６側に押されて撓む。これに伴い、その部分の上側電極６０が下側電極５０に接触してこの電極対８０が導通するとともに、接触圧力に応じた抵抗値の変化により電流が変化することとなる。検出回路３２ＡＪ，３２ＢＪは、このリム１２の把持により生ずる電極対間の導通及び電流の変化（接触圧力の変化）を検出するものである。判断部３４は、検出回路３２ＡＪ，３２ＢＪからの検出結果に応じて運転者がリム１２を把持しているか否かを判断する。

このとき、判断部３４は、任意の基準に従ってリム１２の把持状態を判断することができる。例えば、所定の閾値を超える電流が流れている検出回路が１個以上あるときに把持状態にあると判断してもよいし、所定の閾値を超える電流が流れている検出回路が所定の個数以上あるときに把持状態にあると判断してもよいし、所定の閾値を超える電流が流れている複数の検出回路が特定の位置関係にあるときに把持状態にあると判断してもよいし、その他様々な基準を設定することができる。本実施形態における判断部３４は、リム１２の表側の電極対８０Ａに対応する検出回路３２ＡＪと裏側の電極対８０Ｂに対応する検出回路３２ＢＪの双方で流れる電流が所定の閾値を超えたときに把持状態にあると判断するものとする。

図１２は、運転者がステアリングホイール１０のリム１２を把持していない状態を示している。この状態では、電極対８０Ａ，８０Ｂの双方において上側電極６０が下側電極５０から離間しているため、いずれの配線５１，５２も配線６２と導通していない。したがって、把持検出部３０の検出回路３２ＡＪ，３２ＢＪは電極対８０Ａ，８０Ｂの導通を検出することはなく、検出回路３２ＡＪ，３２ＢＪからの出力を受けた判断部３４は、運転者がリム１２を把持していないと判断する。

図１３は、運転者の手がステアリングホイール１０のリム１２の表側に接触した状態を示している。この状態では、電極対８０Ａの上側電極６０ＡＪが下側電極５０ＡＪに接触している。これにより、把持検出部３０の検出回路３２ＡＪが電極対８０Ａの導通を検出し、電極対８０Ａの接触圧力が所定の値以上になると（流れる電流が所定の閾値以上になると）、この検出結果（検出信号）が判断部３４に送られる。このとき、リム１２の裏側に対応する検出回路３２ＢＪが電極対８０Ｂの導通を検出しておらず、「リム１２の表側の電極対８０Ａに対応する検出回路３２ＡＪと裏側の電極対８０Ｂに対応する検出回路３２ＢＪの双方で流れる電流が所定の閾値を超える」という把持状態の判定条件が満たされていないので、判断部３４は、運転者がリム１２を把持していないと判断する。

図１４は、運転者がステアリングホイール１０のリム１２を把持した状態を示している。この状態では、電極対８０Ａの上側電極６０ＡＪが下側電極５０ＡＪに接触し、電極対８０Ｂの上側電極６０ＢＪが下側電極５０ＢＪに接触している。これにより、把持検出部３０の検出回路３２ＡＪ，３２ＢＪが電極対８０Ａ，８０Ｂの導通を検出し、電極対８０Ａ，８０Ｂの接触圧力が所定の値以上になると（流れる電流が所定の閾値以上になると）、この検出結果（検出信号）が判断部３４に送られる。このとき、リム１２の表側の電極対８０Ａと裏側の電極対８０Ｂの双方で流れる電流が所定の閾値を超えており、「リム１２の表側の電極対８０Ａに対応する検出回路３２ＡＪと裏側の電極対８０Ｂに対応する検出回路３２ＢＪの双方で流れる電流が所定の閾値を超える」という把持状態の判定条件が満たされることとなるので、判断部３４は、運転者がリム１２を把持していると判断し、外部のカーナビゲーションシステムや運転支援システム、ヒータ、エアバッグなどに制御信号を出力する。

上述したように、本実施形態では、上側電極６０及び下側電極５０が感圧電極により構成されているため、単に電極５０，６０間の接触又は非接触による検出ではなく、電極５０，６０に作用する押圧力に基づく検出が可能となる。したがって、それぞれの電極５０，６０の面積を大きくしてもリム１２の把持状態の検出が可能であり、広い検出範囲を確保できる。このように、それぞれの電極５０，６０の面積を大きくすることができるので、電極５０，６０の総数を減らすことができる。これに伴い、配線の数が減るため、感圧センサ２０Ａの回路構成を簡略化してコストを下げることができる。

また、図１２から図１４に示した例では、リム１２の表側の下側電極５０ＡＪと裏側の下側電極５０ＢＪとを異なるチャンネルの配線５１と配線５２で接続しているため、リム１２の表側と裏側とで独立した検出が可能となる。したがって、例えば、上述の例のように、検出回路３２ＡＪと検出回路３２ＢＪの双方から判断部３４に検出信号が送られたときにはじめて運転者がリム１２を把持していると判断することで、運転者がリム１２の表側と裏側をしっかりと把持したときにはじめて把持状態が検出されるように構成することができる。

さらに、図１１に示すように、例えば、リム１２が延びる方向に対応するＹ方向に沿って配置された下側電極５０ＢＪと下側電極５０ＢＨとを異なるチャンネルの配線５２と配線５５で接続しているため、Ｙ方向における電極対８０の位置に応じて独立した検出が可能となるので、より正確な把持検出が可能となる。

上述した実施形態においては、上側電極６０に接続される配線６２（上側配線）を単一の共通配線とし、下側電極５０に接続される配線５１〜５５（下側配線）を異なるチャンネルの配線としているが、これを逆にしてもよい。すなわち、上側電極６０に接続される配線を異なるチャンネルの配線とし、下側電極５０に接続される配線を単一の共通配線としてもよい。

次に、本実施形態における感圧センサ２０Ａの製造方法について図１５Ａ〜図１５Ｅ及び図１６Ａ〜図１６Ｆを参照して詳細に説明する。この感圧センサ２０Ａの製造方法は、図５に示される感圧センサ２０Ａの上半分を構成する上側積層体（第１の積層体）を形成する上側積層体形成工程（第１の積層体形成工程）と、感圧センサ２０Ａの下半分を構成する下側積層体（第２の積層体）を形成する下側積層体形成工程（第２の積層体形成工程）と、上側積層体と下側積層体とを接合して感圧センサ２０Ａを形成する積層体接合工程とを含んでいる。上側積層体形成工程及び下側積層体形成工程は、図示しない印刷装置で所定の材料を印刷してこれらの材料を積層することによって上側積層体及び下側積層体を形成する。

より具体的には、上側積層体形成工程は以下のようなステップからなる。
（ステップＡ１）
絶縁材料からなる薄板状の可撓性基板、例えば可撓性を有する樹脂フィルム（ポリイミドやＰＥＴなどからなる）を所定の形状に切断し、図１５Ａに示すような上側基板２６（第１の基板）を準備する。
（ステップＡ２）
次に、上側基板２６上に導電材料、例えば銀ペーストを印刷し、図１５Ｂに示すように複数の電極部１６０と、これに接続される配線６２及び端子４１（第１の配線部）を形成する。
（ステップＡ３）
そして、電極部１６０上に感圧材料、例えばカーボンなどからなる感圧インク１６１を印刷し、図１５Ｃに示すように感圧電極としての上側電極６０を形成する。
（ステップＡ４）
その後、図１５Ｄに示すように、上側基板２６上の上側電極６０の周囲に絶縁材料（レジスト）１７１を印刷する。
（ステップＡ５）
最後に、図１５Ｅに示すように、レジスト１７１上に粘着材１８１を印刷して、レジスト１７１と粘着材１８１とからなる上側基板スペーサ１９１を形成する。これにより上側積層体２０１が完成する。

また、下側積層体形成工程は以下のようなステップからなる。
（ステップＢ１）
絶縁材料からなる薄板状の可撓性基板、例えば可撓性を有する樹脂フィルム（ポリイミドやＰＥＴなどからなる）を所定の形状に切断し、図１６Ａに示すような下側基板２２（第２の基板）を準備する。
（ステップＢ２）
次に、下側基板２２上に導電材料、例えば銀ペーストを印刷し、図１６Ｂに示すように複数の電極部１５０とこれに接続される配線５１〜５５及び端子４２〜４６（第２の配線部）を形成する。
（ステップＢ３）
そして、電極部１５０上に感圧材料、例えばカーボンなどからなる感圧インク１６２を印刷し、図１６Ｃに示すように感圧電極としての下側電極５０を形成する。
（ステップＢ４）
その後、図１６Ｄに示すように、下側基板２２上の下側電極５０の周囲に絶縁材料（レジスト）１７２を印刷する。
（ステップＢ５）
そして、図１６Ｅに示すように、レジスト１７２上に粘着材１８２を印刷して、レジスト１７２と粘着材１８２とからなる下側基板スペーサ１９２を形成する。
（ステップＢ６）
次に、下側電極５０上に絶縁材料、例えばシリコンゴムを印刷し、図１６Ｆに示すように複数の電極スペーサ９０を形成する。これにより下側積層体２０２が完成する。

次に、上述した上側積層体形成工程により形成された上側積層体２０１と、下側積層体形成工程により形成された下側積層体２０２とを接合して一体化する（積層体接合工程）。このとき、上側積層体２０１の上側電極６０と下側積層体２０２の下側電極５０とが互いに対向するように上側積層体２０１と下側積層体２０２とを重ね合わせる。上側積層体２０１の上側基板スペーサ１９１の粘着材１８１と、下側積層体２０２の下側基板スペーサ１９２の粘着材１８２とによって上側積層体２０１と下側積層体２０２とが接着される。これにより感圧センサ２０Ａが完成する。

ここで、上側積層体２０１のレジスト１７１上の粘着材１８１（図１５Ｅ参照）と下側積層体２０２のレジスト１７２上の粘着材１８２（図１６Ｆ参照）には、リム断面周方向Ｒに対応する方向に不連続部１８１Ａ，１８２Ａが形成されている。このような不連続部１８１Ａ，１８２Ａを形成することにより、完成した感圧センサ２０Ａをリム１２に取り付ける際に上側基板２６及び下側基板２２に生じる表面の皺などを不連続部１８１Ａ，１８２Ａで吸収することができ、感圧センサ２０Ａのリム１２への取付が容易になる。

本実施形態では、上側電極６０及び下側電極５０の双方を感圧電極とした例について説明したが、上側電極６０及び下側電極５０の一方のみを感圧電極にしてもよい。その場合には、上述したステップＡ３又はステップＢ３が不要となる。

また、上述したステップＡ２〜Ａ５とステップＢ２〜Ｂ５とは同様の工程であるため、同一の印刷装置を用いてステップＡ２とステップＢ２とを同時に行い、ステップＡ３とステップＢ３とを同時に行い、ステップＡ４とステップＢ４とを同時に行い、ステップＡ５とステップＢ５とを同時に行ってもよい。その場合には、感圧センサの製造時間が短くなるためスループットが向上する。

さてこれまで本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいものであることは言うまでもない。

なお、本明細書において使用した用語「下」及び「上」、その他の位置関係を示す用語は、図示した実施形態との関連において使用されているのであり、装置の相対的な位置関係によって変化するものである。

１ 把持検出装置
１０ ステアリングホイール
１２ リム
１４ ハブ
１５ スポーク
１６ コア
１７ 緩衝材
１８ スキン
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ 感圧センサ
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ 接続部
２２ 下側基板
２２Ａ 基板片
２４ 基板スペーサ
２４Ａ 基板スペーサ片
２５ 貫通孔
２６ 上側基板
２６Ａ 基板片
３０ 把持検出部
３２ＡＪ，３２ＢＪ 検出回路
３４ 判断部
４０ 接続配線部
４１〜４６ 端子
５０ 下側電極
５１〜５５ 配線
６０ 上側電極
６２ 配線
７５ 電極ユニット
８０ 電極対
９０ 電極スペーサ
９１ 電極スペーサ列
１５０，１６０ 電極部
１６１，１６２ 感圧インク
１７１，１７２ レジスト
１８１，１８２ 粘着材
１８１Ａ，１８２Ａ 不連続部
１９１ 上側基板スペーサ
１９２ 下側基板スペーサ
２０１ 上側積層体
２０２ 下側積層体

Claims (14)

1. ステアリングホイールのリムに組み込まれるセンサであって、
   前記リムに取付可能な下側基板と、
   前記下側基板の上方に配置される上側基板と、
   前記下側基板の上面に取り付けられる下側電極と、該下側電極に対向するように前記上側基板の下面に取り付けられる上側電極とにより構成される少なくとも１つの電極対であって、前記上側電極及び前記下側電極の少なくとも一方が感圧電極により構成されている少なくとも１つの電極対と、
   前記少なくとも１つの電極対の周囲に配置される基板スペーサであって、前記上側基板と前記下側基板との間に配置される基板スペーサと、
   互いに対向する前記下側電極と前記上側電極とが離間するように前記下側電極と前記上側電極との間に配置される複数の電極スペーサと、
   前記下側電極に接続される下側配線と、
   前記上側電極に接続される上側配線と、
   を備えたことを特徴とするセンサ。
2. 前記複数の電極スペーサは、前記リムが延びる方向に垂直な断面の周方向に対応する第１の方向に沿って配置される複数の電極スペーサからなる電極スペーサ列を含むことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
3. 前記電極スペーサ列を前記リムが延びる方向に対応する第２の方向に沿って複数設けたことを特徴とする請求項２に記載のセンサ。
4. 前記複数の電極スペーサは、前記第１の方向及び前記第２の方向において交互にずらして配置されていることを特徴とする請求項３に記載のセンサ。
5. 前記少なくとも１つの電極対は、前記リムが延びる方向に垂直な断面の周方向に対応する第１の方向に沿って配置された複数の電極対を含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のセンサ。
6. 前記上側配線及び前記下側配線の少なくとも一方は、前記第１の方向に沿って配置された複数の電極対に対して異なるチャンネルで接続されることを特徴とする請求項５に記載のセンサ。
7. 前記少なくとも１つの電極対は、前記リムが延びる方向に対応する第２の方向に沿って配置された複数の電極対を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のセンサ。
8. 前記上側配線及び前記下側配線の少なくとも一方は、前記第２の方向に沿って配置された複数の電極対に対して異なるチャンネルで接続されることを特徴とする請求項７に記載のセンサ。
9. 前記複数の電極スペーサはシリコンゴムから形成されることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載のセンサ。
10. ステアリングホイールのリムに組み込まれた請求項１から９のいずれか一項に記載のセンサと、
    前記センサの前記上側配線及び前記下側配線に接続され、前記センサの前記上側電極と該上側電極に対向する前記下側電極との間の導通状態に基づいて運転者が前記リムを把持したことを検出する把持検出部と、
    を備えたことを特徴とする把持検出装置。
11. 第１の積層体を形成する第１の積層体形成工程であって、
    １）絶縁材料からなり、可撓性を有する第１の基板を準備する第１の基板準備工程と、
    ２）前記第１の基板上に導電材料を含む少なくとも１種類の材料を印刷することにより第１の配線部及び第１の電極を形成する第１の導電部形成工程と、
    ３）前記第１の基板上の前記第１の電極の周囲に絶縁材料及び粘着材を印刷することにより第１の基板スペーサを形成する第１の基板スペーサ形成工程と、
    を含む第１の積層体形成工程と、
    第２の積層体を形成する第２の積層体形成工程であって、
    １）絶縁材料からなり、可撓性を有する第２の基板を準備する第２の基板準備工程と、
    ２）前記第２の基板上に導電材料を含む少なくとも１種類の材料を印刷することにより第２の配線部及び第２の電極を形成する第２の導電部形成工程と、
    ３）前記第２の基板上の前記第２の電極の周囲に絶縁材料及び粘着材を印刷することにより第２の基板スペーサを形成する第２の基板スペーサ形成工程と、
    ４）前記第２の電極上に絶縁材料を印刷することにより複数の電極スペーサを形成する電極スペーサ形成工程と、
    を含む第２の積層体形成工程と、
    前記第１の積層体形成工程により形成された前記第１の積層体の前記第１の電極と、前記第２の積層体形成工程により形成された前記第２の積層体の前記第２の電極とが互いに対向するように前記第１の積層体の粘着材と前記第２の積層体の粘着材とを接合させてセンサを形成する積層体接合工程と、
    を含み、
    前記第１の導電部形成工程及び前記第２の導電部形成工程の少なくとも一方は、
    前記第１の基板又は前記第２の基板上に導電材料を印刷することにより前記第１の配線部及び前記第１の電極の一部又は前記第２の配線部及び前記第２の電極の一部を形成する工程と、
    前記第１の電極の一部又は前記第２の電極の一部の上に感圧材料を印刷することにより前記第１の電極又は前記第２の電極を形成する工程と、
    を含む
    ことを特徴とするセンサの製造方法。
12. 前記第１の導電部形成工程と前記第２の導電部形成工程とを同時に行い、
    前記第１の基板スペーサ形成工程と前記第２の基板スペーサ形成工程とを同時に行う
    ことを特徴とする請求項１１に記載のセンサの製造方法。
13. 前記第１の導電部形成工程は、
    前記第１の基板上に導電材料を印刷することにより前記第１の配線部及び前記第１の電極の一部を形成する工程と、
    前記第１の電極の一部の上に感圧材料を印刷することにより前記第１の電極を形成する工程と、
    を含み、
    前記第２の導電部形成工程は、
    前記第２の基板上に導電材料を印刷することにより前記第２の配線部及び前記第２の電極の一部を形成する工程と、
    前記第２の電極の一部の上に感圧材料を印刷することにより前記第２の電極を形成する工程と、
    を含む
    ことを特徴とする請求項１１又は１２に記載のセンサの製造方法。
14. 前記電極スペーサ形成工程において、前記複数の電極スペーサを形成する絶縁材料としてシリコンゴムを用いることを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載のセンサの製造方法。

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