JP2023064939A - 検出センサ組込型ステアリングホイール - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な検出精度を実現し得る、検出センサ組込型ステアリングホイールを提供する。【解決手段】 検出センサ組込型ステアリングホイールは、検出センサ１２が組み込まれたリム１Ｒを備えている。リム１Ｒは、芯金１０と、芯金１０を覆うように形成された内側樹脂層１１と、内側樹脂層１１の外側に形成された外側樹脂層１３と、内側樹脂層１１と外側樹脂層１３との間に配されたシート状の検出センサ１２とを有している。検出センサ１２の電極密度が、外側樹脂層１３の厚さに応じて、リム１Ｒの延設方向に垂直な断面における周方向に変化されている。【選択図】図２

Description

本開示は、検出センサ組込型ステアリングホイールに関する。

近年、ステアリングホイールのリムには、ヒータが組み込まれたり、レベル２以上の自動運転のために運転者がステアリングホイールを把持しているかどうかを検出するための把持センサが組み込まれたりするようになっている。下記特許文献１は、リムにヒータ及び把持センサが組み込まれたステアリングホイールを開示している。なお、把持センサは、ＨｏＤセンサ（ハンズオン／オフ検出［Ｈａｎｄｓ Ｏｎ／Ｏｆｆ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ］センサ）とも呼ばれる。

特表２０１５－５０２２８２号公報

ＨｏＤセンサなどの検出センサのステアリングホイールのリムへの組み込みは、リムの内部構造である樹脂層の表面にセンサマットが貼り付けられ、その上から皮革などの表皮材がさらに貼り付けられる。なお、上記特許文献１では、樹脂層とセンサマットとの間にヒータも設けられている。表皮材は、ほぼ一定の厚さを有しており、リムの最外層となる。表皮材の厚さが一定であるため、センサマットの感度が全域で均一であれば、リム表面、すなわち、表皮材表面での検出感度も均一になる。

最外層に表皮材を設けるステアリングホイールはコストが高く、表皮材を有しないステアリングホイールへの検出センサの適用が望まれている。表皮材を有しないステアリングホイールは、廉価グレードの車両に適用されることが多い。この場合、検出センサを樹脂層の内部に埋め込むことになる。しかし、様々な要因により、検出センサよりも外側の樹脂層の厚さを均一にするのは困難であり、検出センサ自体の感度が均一であると、リム表面での検出感度が均一にはならず、検出精度上問題となる。

本開示の目的は、良好な検出精度を実現し得る、検出センサ組込型ステアリングホイールを提供することである。

本開示に係る検出センサ組込型ステアリングホイールは、前記検出センサが組み込まれたリムを備えており、前記リムが、芯金と、前記芯金を覆うように形成された内側樹脂層と、前記内側樹脂層の外側に形成された外側樹脂層と、前記内側樹脂層と前記外側樹脂層との間に配されたシート状の検出センサとを有しており、前記検出センサの電極密度が、前記外側樹脂層の厚さに応じて、前記リムの延設方向に垂直な断面における周方向に変化されている。

本開示の検出センサ組込型ステアリングホイールによれば、良好な検出精度を実現することができる。

実施形態に係る検出センサ組込型ステアリングホイールの一部断面斜視図である。 上記ステアリングホイールにおけるリムの断面図である。 上記検出センサを構成するセンサマットの一部展開図である。 上記センサマットにおけるパンチングパターンを示す展開図である。

以下、実施形態に係るステアリングホイール１について図１～図４を参照しつつ説明する。ステアリングホイール１のリム１Ｒの内部には、検出センサ１２が組み込まれている。

図１に示されるように、ステアリングホイール１は、環状のリム１Ｒ及びスポーク１Ｓを備えている。スポーク１Ｓは、ステアリングコラムのシャフト先端に取りつけられるボスが設けられた金属製のボスプレート（図示せず）とリム１Ｒとを繋いでいる。ボスプレートの正面（運転者に向いた面）側には、ホーンボタンとしても機能するセンターパッド１Ｐが取り付けられている。センターパッド１Ｐは、運転席エアバッグモジュールでもある。ボスプレートの背面側は、樹脂製カバーによって覆われている。左右のスポーク１Ｓの正面側には、各種スイッチが配された操作パネルがそれぞれ取り付けられている（操作パネルの詳細は図示されていない）。

図１には、リム１Ｒの内部構造も示されている。図２には、リム１Ｒの断面が示されている。図２の断面は、リム１Ｒの延設方向（環状のリム１Ｒの環状周方向）に垂直な断面である。リム１Ｒの内部中心には、金属製の芯金１０が配されている。スポーク１Ｓの内部にも芯金が配されており、スポーク１Ｓ内部の芯金が、リム１Ｒの芯金１０とボスプレートとを繋いでいる。ステアリングホイール１の強度及び剛性は、主として芯金（１０）及びボスプレートによって確保されている。本実施形態では、リム１Ｒの芯金１０はＵ字形断面を有している。芯金１０は、内側樹脂層１１によって覆われている。内側樹脂層１１は、具体的にはウレタンフォーム層である。芯金１０を金型にインサートした状態で内側樹脂層１１が発泡射出成形される。

内側樹脂層１１の外側には、外側樹脂層１３が形成されるが、内側樹脂層１１と外側樹脂層１３との間には、検出センサ１２が配されている。外側樹脂層１３も、具体的にはウレタンフォーム層である。本実施形態の検出センサ１２は、静電容量型ＨｏＤセンサのシート状のセンサマットである。検出センサ１２は、内側樹脂層１１の表面に貼り付けられ、この中間状態のステアリングホイールを金型にインサートした状態で外側樹脂層１３が発泡射出成形される。なお、外側樹脂層１３は、ステアリングホイール１の最外層となるが、その表面に塗膜層などの外観や触感を改善するための薄い層を有していてもよい。

追って詳しく説明するが、検出センサ１２には多数のパンチホール１２ｈ（図４参照）が形成され、パンチホール１２ｈを通して内側樹脂層１１と外側樹脂層１３とは直接接合する。内側樹脂層１１と外側樹脂層１３とが直接接合するので、検出センサ１２を境界として外側樹脂層１３が内側樹脂層１１に対してずれる、即ち、剥離するのが防止される。なお、検出センサ１２は、リム１Ｒだけでなく、スポーク１Ｓにまで延設されてもよい。

図２に示されるように、リム１Ｒの断面は完全の円形とされることは少なく、握りやすさを考慮して図２に示されるような楕円断面であることが多い。また、楕円も正確な断面でなく、リム１Ｒの外周側と内周側とで曲率が異なることも多い。多くの場合、図２に示されるように、リム１Ｒの断面形状は、ステアリングホイール１の正面側と背面側で曲率が小さくなる楕円となる。また、水平なスポーク１Ｓとの接続部の上側には、親指を掛けるサムグリップと呼ばれる窪みが形成されることも多い。従って、リム１Ｒの環状周方向位置によっては、丸みを帯びた三角形状の断面となることもある。すなわち、リム１Ｒの断面はリム１Ｒの環状周方向位置によって変化し得る。

図２に示される断面形状は、主として、内側樹脂層１１や外側樹脂層１３の射出成形によって形成されるが、ステアリングホイール１の形状を考慮すると、その射出成形金型のパーティングラインＰＬはリム１Ｒの外周部及び内周部に位置することになる。このとき、通常、外側樹脂層１３の厚さは、断面周方向に変化する。図２に示される断面では、領域Ａでの厚さが薄く、領域Ｃでの厚さが厚い。これらの領域Ａ及びＣの間に、中間の厚さの領域Ｂが形成される。これらの領域Ａ～Ｃの外側樹脂層１３の厚さに応じて、検出センサ１２の検出感度、即ち、電極密度が、図２の断面周方向に変化されている。

図３は、シート状の検出センサ１２の展開図を示している。図３には、リム１Ｒが均一な断面である区間の一部分のみが示されている。図３の左右方向がリム１Ｒの環状周方向である。図３に示されるように、検出センサ１２は、図２の領域Ａに対応する電極１２ａ、領域Ｂに対応する電極１２ｂ、及び、領域Ｃに対応する電極１２ｃを有している。電極１２ａ～１２ｃは、導電性の布や金属薄膜である。検出センサ１２は、図２の断面周方向に内側樹脂層１１に巻きつけられるが、その繋ぎ目はリム１Ｒの内周側に配置される。即ち、図３に示される中央の電極１２ａの中央が、図２中のリム１Ｒの外周側のパーティングラインＰＬに対応する。

従って、環状のリム１Ｒの内周側に配置される電極１２ａは、図３に示されるように、シート状の検出センサ１２の両縁に二分割されており、検出センサ１２が内側樹脂層１１に巻き付けられることで、リム１Ｒの内周側で一つの電極１２ａを形成する。二分割された電極１２ａの一方には、巻き付け時に他方の電極１２ａに重ね合わせられるマージン１２ｍも形成されている。運転者の把持を検出する際に、リム１Ｒの内周側よりも外側の方が検出頻度は高いため、外周側でなく内周側に継ぎ目が配置されている。また、継ぎ目があると、検出センサ１２上に射出成形される外側樹脂層１３の表面にヒケが発生したり、外側樹脂層１３の内部にボイドが発生したりする可能性が高くなる。内周側より外周側の方が人目に付くので、ステアリングホイール１の外観を考慮して、外周側でなく内周側に継ぎ目が配置されている。

上述したように、リム１Ｒの断面形状はリム１Ｒの環状周方向に沿って変化する。このようなリム１Ｒの形状変化に対応するには、内側樹脂層１１の形状、及び、外側樹脂層１３の形状（即ち、厚さ）で対応する必要がある。このため、外側樹脂層１３の厚さを検出対象エリアの全域で均一にすることは難しく、外側樹脂層１３の厚さはその位置に応じて変えられる。

もし仮に、外側樹脂層１３の厚さを薄く均一にする場合は、外側樹脂層１３の射出成形時の樹脂流動性は悪化するので、成形不良が生じやすくなる。外側樹脂層１３の成形不良は、ステアリングホイール１の外観を悪化させる。また、外側樹脂層１３を薄くすると、外側樹脂層１３の剥離が生じ易くなる。一方、外側樹脂層１３の厚さを厚く均一にする場合は、その分、内側樹脂層１１の体積が減るため、内側樹脂層１１の外周面が芯金１０に近くなり、内側樹脂層１１の射出成形時の樹脂流動性が悪化して成形不良が生じやすくなる。また、外側樹脂層１３が厚いと検出センサ１２の感度が下がってしまう。

そこで、本実施形態では、外側樹脂層１３の厚さの変化を許容しつつ検出センサ１２の検出感度が検出対象エリアで均一となるように、検出センサ１２の電極密度を外側樹脂層１３の厚さに応じて変化させている。なお、本実施形態では、検出センサ１２の電極密度は、図２に示される断面周方向に変化されると共に、リム１Ｒの環状周方向にも変化される。しかし、検出センサ１２の電極密度は、少なくとも、外側樹脂層１３の厚さに応じて、断面周方向に変化されればよい。即ち、図２の領域Ａ～Ｃで、検出センサ１２の電極密度が変えられている。もちろん、外側樹脂層１３の厚さに応じて、断面周方向に加えて、リム１Ｒの環状周方向にも変化されることが好ましい。

検出センサ１２の電極密度について、図４を参照して説明する。本実施形態では、検出センサ１２の電極密度は、検出センサ１２に形成されるパンチホール１２ｈによって変化されている。検出センサ１２の電極１２ａ～１２ｃに形成するパンチホール１２ｈの数を増やせば、電極１２ａ～１２ｃ自体の面積を減らすことができる。言い換えれば、パンチホール１２ｈの数によって、電極１２ａ～１２ｃの金属（導電物質）量を調整する。なお、検出センサ１２の電極密度とは、検出対象エリアの面積に占める電極１２ａ～１２ｃの占める面積の割合である。パンチホール１２ｈの形成密度とは、検出対象エリアの面積に占めるパンチホール１２ｈの占める面積の割合である。すなわち、パンチホール１２ｈの形成密度が高いと、検出センサ１２の電極密度は低くなる。

図２の領域Ａでは外側樹脂層１３の厚さが薄く、領域Ｃでは外側樹脂層１３の厚さが厚い。このため。検出対象エリアでの検出センサ１２の検出感度を均一にするには、領域Ａでの検出センサ１２の感度、即ち、電極１２ａの感度を下げ、領域Ｃでの感度、即ち、電極１２ｃの感度を上げればよい。領域Ｂの電極１２ｂの感度は、電極１２ａの感度と電極１２ｃの感度との間に設定される。

従って、図４（ａ）に示されるように、電極１２ａには、その電極密度を下げるべくパンチホール１２ｈが多く形成される。即ち、電極１２ａのパンチホール１２ｈの形成密度は高くされる。一方、図４（ｃ）に示されるように、電極１２ｃには、その電極密度を上げるべくパンチホール１２ｈが少なく形成される。即ち、電極１２ｃのパンチホール１２ｈの形成密度は低くされる。電極１２ｂについては、図４（ｂ）に示されるように、その電極密度が電極１２ａの電極密度と電極１２ｃの電極密度との中間となるように、パンチホール１２ｈの形成密度が設定される。

電極１２ａ～１２ｃの電極密度、即ち、パンチホール１２ｈの形成密度をこのように設定することで、検出対象エリアでの検出センサ１２の検出感度を均一にすることができ、良好な検出精度を実現することができる。本実施形態では、パンチホール１２ｈの形成密度を変えることで、検出センサ１２の電極密度が変えられた。具体的には、同一形状のパンチホール１２ｈの単位面積あたりの数を変えることで、パンチホール１２ｈの形成密度が変えられた。しかし、パンチホール１２ｈの大きさを変えることで、パンチホール１２ｈの形成密度を変えてもよい。

なお、上述したように、検出センサ１２の電極密度は、外側樹脂層１３の厚さに応じて、リム１Ｒの断面周方向だけでなく、リム１Ｒの環状周方向に沿っても変化されることが好ましい。例えば、上述した窪みとなるサムグリップでは、外側樹脂層１３の厚さは薄くなる。一方、サムグリップの上側は逆に突起として形成されるので、外側樹脂層１３の厚さは厚くなる。このようなリム１Ｒの環状周方向の外側樹脂層１３の厚さの変化に応じて検出センサ１２電極密度をリム１Ｒの環状周方向に沿って変化させてもよい。具体的には、本実施形態であれば、パンチホール１２ｈの形成密度によって検出センサ１２電極密度を変化させる。

上記実施形態によれば、リム１Ｒが、芯金１０と、芯金１０を覆うように形成された内側樹脂層１１と、内側樹脂層１１の外側に形成された外側樹脂層１３と、内側樹脂層１１と外側樹脂層１３との間に配されたシート状の検出センサ１２とを有している。そして、検出センサ１２の電極密度が、外側樹脂層１３の厚さに応じて、リム１Ｒの延設方向（環状周方向）に垂直な断面における周方向（断面周方向）に変化されている。このため、ステアリングホイール１の外表面に対する検出センサ１２の検出感度を均一にできる。即ち、上記実施形態によれば、良好な検出精度を実現することができる。

ここで、特に、電極密度が、外側樹脂層１３の厚さが厚い領域では高くされ、外側樹脂層１３の厚さが薄い領域では低くされていることが好ましい。このようにすることで、ステアリングホイール１の外表面に対する検出センサ１２の検出感度を均一化でき、良好な検出精度を実現することができる。

また、電極密度が、シート状の検出センサ１２に形成されたパンチホール１２ｈの形成密度によって変化されていることが好ましい。このようにすることで、ステアリングホイール１の外表面に対する検出センサ１２の検出感度の均一化を簡素な構造、特に、シート状の検出センサ１２へのパンチホール１２ｈの形成という簡素な構造で実現することができる。また、パンチホール１２ｈを通して内側樹脂層１１と外側樹脂層１３とが直接接合されるため、リム１Ｒの捻じりに対する強度が向上し、外側樹脂層１３の剥がれが抑止される。

また、ここで、パンチホール１２ｈの形成密度が、外側樹脂層１３の厚さが厚い領域では低くされ、外側樹脂層１３の厚さが薄い領域では高くされている、ことが好ましい。即ち、パンチホール１２ｈの形成密度、即ち、検出センサ１２の電極密度を、パンチホール１２ｈの形成パターンで調整することができ、検出感度が調整された検出センサ１２の形成を容易に行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変更が可能である。例えば、上記実施形態では、皮革などの表皮材を有しないステアリングホイール１を説明した。しかし、検出センサ１２がリム１Ｒの樹脂層（内側樹脂層１１及び外側樹脂層１３）に上述したように埋め込まれ、かつ、表皮材がさらに設けられてもよい。表皮材はほぼ均一な厚さを有するので、このような構造のステアリングホイールであっても、良好な検出精度が実現され得る。また、上記実施形態では、検出センサ１２はＨｏＤセンサであった。しかし、検出センサ１２は、何らかのデバイスのスイッチ操作を検出するセンサとして用いることも可能である。例えば、検出センサ１２は全体としてはＨｏＤセンサとして利用されると共に、その一部が何らかのデバイスのスイッチ操作を検出するために用いられてもよい。

また、上記実施形態では、領域Ａ～Ｃでそれぞれ電極密度（パンチホール１２ｈの形成密度）を段階的に変えたが、電極密度は、外側樹脂層１３の厚さの徐変に応じて連続的に徐変されてもよい。また、上記実施形態ではパンチホール１２ｈによって電極密度を変えたが、開口率が異なる導電性メッシュ部材を貼り合わせることで電極密度を変えてもよい。この場合、貼り合わされるメッシュ部材同士の導電性を確保する必要はある。

１ ステアリングホイール
１Ｒ リム
１Ｓ スポーク
１Ｐ センターパッド
１０ 芯金
１１ 内側樹脂層
１２ 検出センサ
１２ａ～１２ｃ 電極
１３ 外側樹脂層

Claims (4)

1. 検出センサ組込型ステアリングホイールであって、
   前記検出センサが組み込まれたリムを備えており、
   前記リムが、芯金と、前記芯金を覆うように形成された内側樹脂層と、前記内側樹脂層の外側に形成された外側樹脂層と、前記内側樹脂層と前記外側樹脂層との間に配されたシート状の検出センサとを有しており、
   前記検出センサの電極密度が、前記外側樹脂層の厚さに応じて、前記リムの延設方向に垂直な断面における周方向に変化されている、ステアリングホイール。
2. 前記電極密度が、前記外側樹脂層の厚さが厚い領域では高くされ、前記外側樹脂層の厚さが薄い領域では低くされている、請求項１に記載のステアリングホイール。
3. 前記電極密度が、シート状の前記検出センサに形成されたパンチホールの形成密度によって変化されている、請求項１又は２に記載のステアリングホイール。
4. 前記パンチホールの形成密度が、前記外側樹脂層の厚さが厚い領域では低くされ、前記外側樹脂層の厚さが薄い領域では高くされている、請求項３に記載のステアリングホイール。

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