JP2017215203A - 把持検出装置及び感圧センサ - 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の上面に取付けられる下側電極５０と、下側電極５０に対向して上側基板２６の下面に取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の間に配置される。センサ２０Ａは、下側電極５０と上側電極６０とが離間するように基板スペーサ２４の内側に配置される電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃを備える。電極対８０の一方の縁部から電極スペーサ９０Ａまでの第１の距離及び電極対８０の他方の縁部から電極スペーサ９０Ｃまでの第２の距離の双方が、複数の電極間隔のいずれよりも短い。【選択図】図９

Description

本発明は、把持検出装置及び感圧センサに係り、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感圧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感圧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、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２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感圧センサが提供される。この感圧センサは、ステアリングホイールのリムに組み込まれる。上記感圧センサは、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、上記感圧センサは、上記下側電極と上記上側電極とが互いに離間するように、それぞれが上記リムの延びる方向に垂直なリム断面の周方向に対応する第１の方向に延びる３本以上の電極スペーサを備える。そして、上記３本以上の電極スペーサは、上記基板スペーサの内側で上記リムの延びる方向に対応する第２の方向に沿って所定の間隔で配置される。また、上記第２の方向における上記電極対の一方の縁部から該縁部に隣接する上記電極スペーサまでの第１の距離及び他方の縁部から該縁部に隣接する上記電極スペーサまでの第２の距離の双方が、互いに隣接する上記電極スペーサの間に形成される複数の電極間隔のいずれよりも短くなっている。

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、第２の方向における電極対の一方の縁部から該縁部に隣接する電極スペーサまでの第１の距離及び他方の縁部から該縁部に隣接する電極スペーサまでの第２の距離の双方が、互いに隣接する電極スペーサの間に形成される複数の電極間隔のいずれよりも短くなっているため、このように電極の面積を大きくしたセンサを湾曲させた際に基板スペーサが変形した場合でも、電極対の第２の方向における縁部に近接する電極スペーサによって上側電極と下側電極とが意図せず接触することが防止される。

この場合において、上記複数の電極間隔が同一であってもよい。このような構成により、電極対の中央部が撓んで下側電極と上側電極とが意図せず接触してしまうことが効果的に防止される。また、上記３本以上の電極スペーサの少なくとも１本が上記第１の方向における上記電極対の一方の縁部から他方の縁部まで延びていることが好ましい。また、上記３本以上の電極スペーサのすべてが上記電極対の上記第１の方向における一方の縁部から他方の縁部まで延びていることがさらに好ましい。このような構成により、感圧センサをリム断面の周方向に沿って巻き付けた際に下側電極と上側電極とが意図せず接触することが効果的に防止される。

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感圧センサと、上記感圧センサの上記上側電極及び上記下側電極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、上記感圧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。

上述した感圧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。

本発明によれば、簡単な回路構成で広い検出範囲を有する感圧センサを提供できる。また、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感圧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感圧センサの状態を示すものである。 図３に示す感圧センサの底面図である。 図３のＢ−Ｂ線断面図である。 図５のＣ−Ｃ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３に示す感圧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のＤ−Ｄ線断面図である。 図５のＥ−Ｅ線断面図である。 図５に示す感圧センサの変形例を示す図９に対応する図である。 図５に示す感圧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に示す感圧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。 互いに隣接する電極スペーサの電極間隔が５ｍｍである場合における、電極対の上側電極と下側電極との間の抵抗値を示す図である。 互いに隣接する電極スペーサの電極間隔が３ｍｍである場合における、電極対の上側電極と下側電極との間の抵抗値を示す図である。

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１８を参照して詳細に説明する。なお、図１から図１８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１８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、リム１２のコア１６の外周面にはクッション材３００が周設されている。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このようなクッション材３００上に取り付けられている。なお、このようなクッション材３００を例えばウレタンなどで構成してもよい。

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、クッション材３００上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電極スペーサ９０とを含んでいる。本実施形態において、互いに対向する下側電極５０及び上側電極６０は、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。図３及び図４に示すように、上側基板２６及び下側基板２２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、Ｘ方向（第１の方向）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が延びる方向に垂直なリム断面（コア１６の断面）の周方向Ｒ（図２参照）に対応しており、Ｙ方向（第２の方向）は、リム１２（コア１６）が延びる方向Ｅ（図１参照）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、リム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は図３のＢ−Ｂ線断面図、図６は図５のＣ−Ｃ線断面図である。図５及び図６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。ここで、図７はこの基板スペーサ２４の平面図である。図７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、ポリエチレンテレフタート（ＰＥＴ）、又はポリエステルなどの可撓性に富んだ材料によって形成される。基板スペーサ２４は、Ｙ方向に長い略矩形状に形成されており、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、図５に示すように、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８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す図である。図２及び図８に示すように、感圧センサ２０Ａをリム１２に取り付ける際には、これら可撓性に富んだ下側基板２２、基板スペーサ２４、及び上側基板２６が、リム延在方向Ｅ及びリム断面周方向Ｒに対応して柔軟に変形する。

ここで、図５に示すように、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、及び下側電極５０と上側電極６０との間に配置された電極スペーサ９０を１つのまとまりとして電極ユニット７５ということとする。本実施形態において、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を有している。そして、図６に示すように、それぞれの電極対８０に対して３本の電極スペーサ９０Ａ，９０Ｂ，９０Ｃが形成される。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が電極対を１つだけ含んでいてもよいし、あるいは電極対を３つ以上含んでいてもよい。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。

図７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。このような貫通孔２５によって、各々の基板スペーサ片２４Ａには、Ｘ方向に延びる第１の部分２４ＢとＹ方向に延びる第２の部分２４Ｃとが形成される。

図５及び図６に示すように、この貫通孔２５の内部には、互いに対向する下側電極５０及び上側電極６０（すなわち電極対８０）が収容されている。より具体的には、各々の電極対８０を構成する上側電極６０及び下側電極５０は、略長方形の同一の外形に形成されており、貫通孔２５より少し小さな寸法を有している。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した状態で貫通孔２５内に収容される。すなわち、それぞれの電極対８０は、周囲を基板スペーサ片２４Ａの第１の部分２４Ｂ及び第２の部分２４Ｃに包囲された状態で貫通孔２５内に収容されている。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の数を変更し得ることはいうまでもない。

このように、可撓性に富んだ材料からなる基板スペーサ２４が、電極対８０の周囲を囲むように電極ユニット７５の縁部全体に渡って設けられているため（図５から図７参照）、リム１２に感圧センサ２０Ａを取り付けた際には、基板スペーサ２４がリム延在方向Ｅ及びリム断面周方向Ｒに沿って柔軟に変形して下側基板２２と上側基板２６との間に介在する（図２及び図８参照）。これにより、下側基板２２と上側基板２６とが意図せず接触してしまうことが防止される。

図９は図５のＤ−Ｄ線断面図、図１０は図５のＥ−Ｅ線断面図である。図９及び図１０に示すように、電極対８０の周囲を囲む基板スペーサ２４の内側には、上側電極６０及び下側電極５０（電極対８０）のＸ方向に延びる細長い３本の電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃが形成されている。これら電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃは、Ｙ方向における幅がＸ方向における長さに比べて極めて短い、概して直線状のスペーサとして形成されており、それぞれが、電極対８０のＸ方向における一方の縁部から他方の縁部に渡ってＸ方向に沿って延びている。そして、図６に示すように、このような電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃが、下側電極５０の上面５０Ａと上側電極６０の下面６０Ａとを連結している。

図９及び図１０に示すように、電極対８０の−Ｙ方向側の縁部近傍に電極スペーサ９０Ａが形成されており、＋Ｙ方向側の縁部近傍に電極スペーサ９０Ｃが形成されており、Ｙ方向の中央部近傍に電極スペーサ９０Ｂが形成されている。より具体的には、−Ｙ方向における縁部からの距離（第１の距離）がＬ１となる位置に電極スペーサ９０Ａが形成されており、＋Ｙ方向における縁部からの距離（第２の距離）がＬ１となる位置に電極スペーサ９０Ｃが形成されており、電極スペーサ９０Ａ及び電極スペーサ９０Ｃのそれぞれからの電極間隔がＷ１となる位置に電極スペーサ９０Ｂが形成されている。

また、図９及び図１０に示すように、距離Ｌ１は電極間隔Ｗ１よりも短くなっている。すなわち、上述の第１の距離及び第２の距離の双方が、互いに隣接する電極スペーサの間（本実施形態では、電極スペーサ９０Ａと電極スペーサ９０Ｂとの間及び電極スペーサ９０Ｂと電極スペーサ９０Ｃとの間）に形成される複数の電極間隔のいずれよりも短くなるように、３本の電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃが電極対８０の下側電極５０と上側電極６０との間に形成されている。

ところで、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、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ため、それぞれの電極の面積を大きくすることができる。また、図８に示すように、感圧センサ２０Ａをリム延在方向Ｅに沿って巻き付けた際には、互いに隣接する電極ユニット７５間に切り欠き７０，７１，７２が形成されていることにより、リム延在方向Ｅにおいて互いに隣接する電極ユニット７５同士が重なり合うことが防止される。このような構成により、感圧センサ２０Ａがコア１６の外周面を覆う面積を無駄なく拡げることができる。すなわち、本実施形態によれば、感圧センサ２０Ａによって覆われるリム１２の部分が無駄なく拡がるため、センサの検出範囲を効率的に拡げることができる。

一方で、電極の面積を大きくすると、感圧センサをリム１２に取り付けた際に、電極対がリム断面周方向Ｒに沿って大きく曲がるため、上側電極が下側電極に意図せず接触してしまうおそれがある（図２参照）。上側電極が下側電極に意図せず接触した状態では、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。

この点、感圧センサ２０Ａによれば、下側電極５０と上側電極６０との間に３本の電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃが形成されており、これら電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃのすべてが電極対８０の＋Ｘ方向の縁部から−Ｘ方向の縁部に渡って形成されているため、上側電極６０は、Ｘ方向の全長に渡って電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃによって下方からしっかりと支持された状態となっている。したがって、図２に示すように感圧センサ２０Ａがリム断面周方向Ｒに沿って曲げられた場合でも、下側電極６０と上側電極５０とが意図せず接触してしまうことが抑制される。

しかしながら、図８に示すように、感圧センサ２０Ａをリム延在方向Ｅに沿ってリム１２に巻き付けていくと、リム延在方向Ｅに対して感圧センサ２０Ａが引っ張られ、これに伴い基板スペーサ片２４Ａの第１の部分２４Ｂ（図７参照）がリム延在方向Ｅに対して引っ張られてしまうことにより、この基板スペーサ片２４Ａの第１の部分２４Ｂが潰れるように変形してしまう。その結果、各々の電極対８０のリム延在方向Ｅにおける（図６に示すＹ方向における）縁部近傍において、下側電極５０と上側電極６０とが近接し、場合によっては意図せず接触してしまうおそれがある。

発明者らは、上記問題を発見し、上記問題を解決すべく鋭意研究を重ねたところ、以下の知見を得た。すなわち、電極対８０の間に３本以上の電極スペーサ（例えば、電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃ）を形成する。そして、電極対８０の−Ｙ方向の縁部に隣接する電極スペーサ（例えば、電極スペーサ９０Ａ）から該縁部までの第１の距離と、＋Ｙ方向の縁部に隣接する電極スペーサ（例えば、電極スペーサ９０Ｃ）から該縁部までの第２の距離との双方が、３本以上の電極スペーサの間に形成される複数の電極間隔のいずれよりも短くなるように、３本以上の電極スペーサを電極対８０の間に形成する。発明者らは、このような構成によって、感圧センサ２０Ａをリム１２に取り付けた場合でも、電極対８０のリム延在方向Ｅにおける縁部近傍（図６に示すＹ方向における縁部近傍）において下側電極５０及び上側電極６０が意図せず接触してしまうことを効果的に防止し得ることを見出した。

ここで、本実施形態における感圧センサ２０Ａは、電極対８０の−Ｙ方向の縁部から電極スペーサ９０Ａまでの距離及び＋Ｙ方向の縁部から電極スペーサ９０Ｃまでの距離（いずれもＬ１）が、電極間隔Ｗ１よりも短くなるように構成されている。したがって、感圧センサ２０Ａをリム１２に取り付けた場合でも、電極対８０の下側電極５０及び上側電極６０がリム延在方向Ｅにおける縁部近傍において意図せず接触してしまうことが効果的に防止される。

また、上述したように、電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃのすべてが電極対８０のＸ方向の全長に渡って形成されているため、感圧センサ２０Ａがリム断面周方向Ｒに沿って曲げられた場合でも上側電極６０が下側電極５０に意図せず接触してしまうことが効果的に防止される。

さらに、上述したように、下側基板２２とリム１２のコア１６との間にはクッション材３００（図２参照）が配置されているため、感圧センサ２０Ａを曲げるために電極対８０が上方から押されたような場合でも、このクッション材３００によって押圧が吸収されることにより、電極対８０の下側電極５０と上側電極６０とが意図せず接触してしまうことがさらに効果的に防止される。なお、必ずしもこのようなクッション材３００を設ける必要はない。

以上のように、本実施形態によれば、電極対８０の下側電極５０と上側電極６０とは単にリム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、検出範囲を拡げるとともに、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。

なお、上述の実施形態では第１の距離及び第２の距離を同一のＬ１とし、複数の電極間隔を同一のＷ１としたが、上記第１の距離と上記第２の距離との双方が、３本以上の電極スペーサの間に形成される複数の電極間隔のいずれよりも短くなっているのであれば、電極スペーサ同士の間隔を適宜変更することが可能である。

例えば、図１１に示すように、上側電極６０（電極対８０）の−Ｙ方向における縁部から電極スペーサ９０Ａまでの距離をＬ２とし、＋Ｙ方向における縁部から電極スペーサ９０Ｃまでの距離をＬ２よりも長いＬ３とし、電極スペーサ９０Ｃから電極スペーサ９０Ｂまでの電極間隔をＬ３よりも長いＷ２とし、電極スペーサ９０Ｂから電極スペーサ９０Ａまでの電極間隔をＷ２よりも長いＷ３としてもよい。

また、電極スペーサの数は３本以上であれば適宜変更することができる。ただし、電極スペーサの数が過多の場合には、運転者がステアリングを把持した際に、その把持されたリム１２の部分に電極スペーサ９０が配置されている可能性が増大する。運転者がリム１２を把持した部分に電極スペーサ９０が配置されていると、この電極スペーサによって把持された部分の上側電極６０が下側電極５０に接触することが妨げられるため、「把持」が正確に検知されないおそれがある。また、電極スペーサ９０の数が増えることにより製造コストが増大することも考えられる。したがって、このような観点を踏まえて電極スペーサの数を調整することが好ましい。例えば、電極対８０の間に３〜５本の電極スペーサを形成することが好適な場合がある。

また、上述した実施形態では、電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃのすべてが電極対８０の全長に渡って形成されているが、必ずしも電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃを電極対８０のＸ方向おける全長に渡って形成する必要はない。ただし、リム断面周方向Ｒに沿って感圧センサ２０Ａが曲げられた際に上側電極６０が下側電極５０に意図せず接触してしまうことを効果的に防止する観点から、電極スペーサ９０Ａ〜９０Ｃのうち少なくとも１本が電極対８０のＸ方向における全長に渡って形成されていることが好ましい。

図１２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１２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１２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１３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１３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１４から図１６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１４から図１６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１４から図１６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１５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１６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１４から図１６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１３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。

感圧センサをリムに取り付けた場合に電極対８０を形成する下側電極５０と上側電極６０とが意図せず接触してしまう点に関して、複数の電極スペーサ９０の本数及び位置が与える影響について検証するために、発明者らは以下の実験を実施した。具体的には、Ｙ方向の長さがともに１５ｍｍとなるように同一寸法に形成された下側電極５０及び上側電極６０と、これらの間に所定の電極間隔Ｗを空けて形成された複数の電極スペーサとを含む電極対８０を構成した上、この電極対８０を直径２５ｍｍの円筒に巻き付けた場合に下側電極５０及び上側電極６０の間に生じる抵抗値を測定する実験を行った。ここで、抵抗値が高い程、センサが円筒に巻き付けられた際に電極対８０の下側電極５０と上側電極６０とが互いに接触しにくいことを示す。

図１７は、電極間隔Ｗが５ｍｍとなるように複数の電極スペーサ９０を形成した場合における抵抗値を示す図であり、図１８は、電極間隔Ｗが３ｍｍとなるように複数の電極スペーサ９０を形成した場合における抵抗値を示す図である。

図１７に示すように、電極間隔Ｗが５ｍｍとなる実施例として、上記第１の距離が２ｍｍ、上記第２の距離が３ｍｍ、及び２つの電極間隔Ｗの双方が５ｍｍとなるように３本の電極スペーサ９０を形成した実施例１を用意した。また、実施例１の効果を検証するために、第１の距離が５ｍｍ、第２の距離が５ｍｍ、及び単一の電極間隔Ｗが５ｍｍとなるように２本の電極スペーサ９０を形成した比較例１と、第１の距離が７ｍｍ、第２の距離が３ｍｍ、及び単一の電極間隔Ｗが５ｍｍとなるように２本の電極スペーサ９０を形成した比較例２とを用意した。すなわち、図１７に示す測定実験では、第１の距離及び第２の距離の双方が２つの電極間隔Ｗのいずれよりも短くなっている実施例１と、第１の距離、第２の距離、及び電極間隔Ｗがすべて同一である比較例１と、第１の距離及び第２の距離のうち第１の距離が電極間隔Ｗよりも長くなっている比較例２とを用意した。

これら実施例１、比較例１、及び比較例２における抵抗値を測定したところ、以下の結果を得た。すなわち、実施例１では１００００ｋΩを大きく超える抵抗値を示したのに対し、比較例１はおよそ１００００ｋΩ及び比較例２はおよそ１ｋΩの抵抗値しか示さなかった。換言すれば、第１の距離及び第２の距離の双方が２つの電極間隔Ｗのいずれよりも短くなっている実施例１における抵抗値は、比較例１及び比較例２における抵抗値に比べて顕著に大きな値を示した。

次に、図１８に示すように、電極間隔が３ｍｍとなる実施例として、第１の距離が１ｍｍ、第２の距離が２ｍｍ、及び４つの電極間隔Ｗがすべて３ｍｍとなるように５本の電極スペーサ９０を形成した実施例２を用意した。また、実施例２の効果を検証するために、第１の距離が３ｍｍ、第２の距離が３ｍｍ、及び３つの電極間隔Ｗがすべて３ｍｍとなるように４本の電極スペーサ９０を形成した比較例３と、第１の距離が５ｍｍ、第２の距離が１ｍｍ、及び３つの電極間隔Ｗがすべて３ｍｍとなるように４本の電極スペーサ９０を形成した比較例４とを用意した。すなわち、図１８に示す測定実験では、第１の距離及び第２の距離の双方が４つの電極間隔Ｗのいずれよりも短くなっている実施例２と、第１の距離、第２の距離、及び電極間隔Ｗがすべて同一である比較例３と、第１の距離及び第２の距離のうち第１の距離が電極間隔Ｗよりも長くなっている比較例４とを用意した。

これら実施例２、比較例３、及び比較例４における抵抗値を測定したところ、以下の結果を得た。すなわち、実施例２では１００００ｋΩを大きく超える抵抗値を示したのに対し、比較例３及び比較例４ともにおよそ１００００ｋΩの抵抗値しか示さなかった。換言すれば、第１の距離及び第２の距離の双方が４つの電極間隔Ｗのいずれよりも短くなっている実施例２における抵抗値は、比較例３及び比較例４における抵抗値に比べて顕著に大きな値を示した。

以上、図１７及び図１８の結果を検証すると、両者の間に電極スペーサの数の相違があるものの、第１の距離及び第２の距離の双方が複数の電極間隔Ｗのいずれよりも短くなっている実施例１（図１７）及び実施例２（図１８）における抵抗値は、ともに１００００ｋΩを大きく超えており、比較例１ないし比較例４と比較して顕著に大きな値を示すことが判った。このことから、第１の距離及び第２の距離の双方を、電極間隔Ｗのいずれよりも短くすることにより、電極スペーサ９０の本数の多寡に関らず、下側電極５０と上側電極６０との間に極めて大きな抵抗値が生じることが明らかとなった。換言すれば、電極スペーサ９０の本数の多寡に関らず、第１の距離及び第２の距離の双方を、電極間隔Ｗのいずれよりも短くすることにより、電極対８０における下側電極５０と上側電極６０とが顕著に接触しにくくなることが明らかとなった。

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
２４Ｂ 第１の部分
２４Ｃ 第２の部分
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
５０Ａ 上面
５１〜５５ 配線（下側配線）
６０ 上側電極
６０Ａ 下面
６２ 配線（上側配線）
７５ 電極ユニット
８０ 電極対
９０，９０Ａ〜９０Ｃ 電極スペーサ
３００ クッション材

Claims (5)

1. ステアリングホイールのリムに組み込まれる感圧センサであって、
   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、
   前記下側電極と前記上側電極とが互いに離間するように、それぞれが前記リムの延びる方向に垂直なリム断面の周方向に対応する第１の方向に延びる３本以上の電極スペーサであって、前記基板スペーサの内側で前記リムの延びる方向に対応する第２の方向に沿って所定の間隔で配置される３本以上の電極スペーサと
   を備え、
   前記第２の方向における前記電極対の一方の縁部から該縁部に隣接する前記電極スペーサまでの第１の距離及び他方の縁部から該縁部に隣接する前記電極スペーサまでの第２の距離の双方が、互いに隣接する前記電極スペーサの間に形成される複数の電極間隔のいずれよりも短い
   ことを特徴とする感圧センサ。
2. 前記複数の電極間隔が同一であることを特徴とする請求項１に記載の感圧センサ。
3. 前記３本以上の電極スペーサの少なくとも１本が前記第１の方向における前記電極対の一方の縁部から他方の縁部まで延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載の感圧センサ。
4. 前記３本以上の電極スペーサのすべてが前記電極対の前記第１の方向における一方の縁部から他方の縁部まで延びていることを特徴とする請求項１又は２に記載の感圧センサ。
5. 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４のいずれか一項に記載の感圧センサと、
   前記感圧センサの前記上側電極及び前記下側電極に電気的に接続され、前記感圧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。

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