JP3219340B2

JP3219340B2 - 感圧回路

Info

Publication number: JP3219340B2
Application number: JP17371393A
Authority: JP
Inventors: 修矢口
Original assignee: Riken Corp
Current assignee: Riken Corp
Priority date: 1993-06-21
Filing date: 1993-06-21
Publication date: 2001-10-15
Anticipated expiration: 2016-10-15
Also published as: JPH0712657A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車のパワーウイン
ドなどの自動開閉装置に用いて好適な感圧回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車のドアに取付られるパワーウイン
ドは、ドア内に収納される窓ガラスをモータによって開
閉している。例えば、モータは、窓ガラスを閉じさせる
途中で異物が窓ガラスと枠との間に挟まると、モータへ
の給電を逆にして窓ガラスを開けるように制御される。
従って、ドアの枠には、この異物の挟持を検出する感圧
センサが取付或は埋設される。この感圧センサは、例え
ば図１に示すように、コア電極１の外周に同軸配置され
る感圧型導電ゴム２と、この導電ゴム２の外周に同軸配
置されるさや電極（編み組）３と、さや電極の外周に同
軸配置されるビニール等の絶縁外皮４とを含む。

【０００３】この感圧センサは、一般に加圧力が大きく
なるに従って抵抗値が減少し、加圧力をＰとすると、抵
抗値Ｒsが、Ｒs∝ＫＰ^-Nで表される。但しＫ、Ｎはそれ
ぞれ正の定数である。この種の感圧センサを用いた従来
の感圧回路は、図２に示すように、本出願人が特願平４
−２５２１９４号に提案している。

【０００４】この感圧回路は、感圧センサ１１が反転入
力と出力との間に接続される増幅器１２を備えている。
この増幅器１２は、非反転入力が接地され、出力が端子
１３及び比較器１４の反転入力に各々接続される。比較
器１４は、非反転入力に正の基準電圧を印加する基準電
源１５が接続され、出力がローパスフィルタ１６及び分
圧回路１７を介してＮＰＮトランジスタ１８のベースに
接続される。このトランジスタ１８は、増幅器１２及び
比較器１４用の負電源ライン１９にエミッタ接地され、
コレクタが抵抗２０を介して増幅器１２の反転入力に接
続される。

【０００５】この感圧回路は、感圧センサ１１が未加圧
状態下で、増幅器１２の出力電圧が基準電源１５の基準
電圧と等しくなるように、感圧センサ１１の電流即ちト
ランジスタ１８のコレクタ電流を制御している。また、
感圧センサ１１の状態は、コレクタ電流即ち抵抗２０に
流れる電流をモニタすることで検知される。従って、ト
ランジスタ１８のコレクタには、感圧センサ１１の短絡
状態を検出し得る第２の比較器２１の比較入力が接続さ
れ、その基準入力に負の基準電圧を印加する第２の基準
電源２２が接続される。尚、ローパスフィルタ１６は、
比較器１４の出力及び分圧回路１７との接続点Ｊ間に接
続された抵抗２３と、接続点Ｊに接続された接地コンデ
ンサ２４とを備え、その時定数が抵抗２３及びコンデン
サ２４の値の積から算出される。また、分圧回路１７は
第１の分圧比を持つ抵抗２５及び２６を含む。

【０００６】更に、増幅器１２の反転入力には、感圧セ
ンサ１１の断線状態を検出し得る第２抵抗３１を介して
第２ｎｐｎトランジスタ３２のコレクタが接続される。
この第２トランジスタ３２も負電源ライン１９にエミッ
タ接地される。一方、ローパスフィルタ１６の接続点Ｊ
は、第２分圧回路３３を介して第２トランジスタ３２の
ベースに接続される。この第２トランジスタ３２のコレ
クタには、感圧センサ１１の短絡を検出し得る第３の比
較器３６の比較入力が接続され、基準入力に第２の基準
電源２２が接続される。第２分圧回路３３は、第２の分
圧比を持つ抵抗３４及び３５を含み、第１の分圧比は、
トランジスタ１８が先に飽和するように第２の分圧比よ
り小さく設定される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】この従来の感圧回路
は、製造時の感圧センサ１１の抵抗値Ｒsのバラツキ、
温度特性及び経年特性による抵抗値の変化も補償する利
点を持っている。例えば周囲温度の変化がＲsを高くさ
せると、端子１３の出力電圧は、基準電圧より上昇する
が、比較器１４がロー状態になって、ローパスフィルタ
１６を経て順次トランジスタ１８のベース電流及びコレ
クタ電流即ちセンサ電流を減少させて、基準電圧に戻さ
れる。周囲温度の変化度がローパスフィルタ１６の時定
数より緩いので、出力電圧は微分電圧が殆ど現れず基準
電圧を維持する。

【０００８】感圧センサ１１は、加圧時の抵抗値Ｒsの
変化度は、時定数より急であるので、出力電圧の変化度
として現れ、出力電圧が基準電圧より低下し、これが図
示しない比較器で検出されて、駆動モータを停止或は反
転させる。しかしながら、感圧センサ１１は、図１に示
すように一般の同軸ケーブルと同じ形状を持っている
が、増幅器１２の負帰還抵抗として配置されているた
め、ノイズに弱い。

【０００９】従って、増幅器１２の出力電圧の微動が発
生し、これを抑えるために、コンデンサを感圧センサ１
１と並列接続する方法が考えられる。しかし、コンデン
サは容量が一定であり感圧センサの抵抗が変化するの
で、感圧センサの抵抗値が大きくなった場合には、その
時点の抵抗値の変化度に対する出力電圧の変化度が小さ
く、また位相遅れを起こして、結果的に感圧感度が低下
してしまう。また、抵抗値は加圧力Ｐの外に、感圧セン
サに流れる電流、周囲温度によって大きく変動する。

【００１０】本発明は、上述した問題点に鑑み、感圧セ
ンサの耐ノイズ性を高めて、高信頼性の異物挟み込み検
知用感圧回路を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の感圧回路は、加圧力に応じて抵抗値が変化
する感圧センサと、この感圧センサの一端が反転入力に
接続される増幅器と、前記感圧センサの他端及び前記増
幅器の非反転入力間に結合される基準電源と、前記増幅
器の反転入力にソース接地され、ドレインが抵抗を介し
て前記増幅器の検出出力に接続されるＦＥＴと、前記検
出出力が比較入力に接続され、第２の基準電源が基準入
力に接続され、比較出力がローパスフィルタを介して前
記ＦＥＴのゲートに接続される比較器とを備え、前記検
出出力から前記加圧力に対応した信号が出力され、前記
ＦＥＴのドレインから前記感圧センサの状態を検知する
信号が出力されることを特徴とする。

【００１２】また、別の実施態様では、前記増幅器の反
転入力にソース接地され、ドレインが第２の抵抗を介し
て前記検出出力に接続される第２のＦＥＴと、この第２
のＦＥＴのゲート及び前記ローパスフィルタ間に接続さ
れ分圧回路とを備え、前記第２のＦＥＴのドレインから
前記感圧センサの第２の状態を検知する信号が出力され
ることを特徴とする。前記ローパスフィルタと前記ＦＥ
Ｔのゲートとの間には、電圧フォロア、エミッタフォロ
ア或はソースフォロアが接続される。

【００１３】また、本発明の別の態様では、ＦＥＴの代
りにバイポーラトランジスタが用いられる。従って、Ｆ
ＥＴのドレイン、ゲート及びソースは、各々コレクタ、
ベース及びエミッタに置換される。更に、前記ローパス
フィルタは、低抵抗と、この低抵抗に直列接続された高
抵抗とを備え、この高抵抗にスイッチが並列接続されて
いる。

【００１４】

【作用】このような構成によれば、定常時の増幅器は、
感圧センサの未加圧時の抵抗値がばらついても、出力電
圧が第２の基準電源の基準電圧に等しくなる。また、未
加圧状態の感圧センサは、正常、断線或は短絡状態が抵
抗及び第２の抵抗と、これら抵抗の端子電圧を第３の基
準電圧と各々比較する比較器とによって監視される。窓
ガラスの閉動と同期してオフとなるスイッチは、ローパ
スフィルタの時定数を長くして異物の検出感度を高める
ものである。

【００１５】この閉動中の窓ガラスと窓枠との間に異物
が挟まれると、感圧センサ１１に圧力が加わり、その抵
抗値が減少する。増幅器１２は、ＦＥＴのゲートに印加
される電圧がローパスフィルタによって所定期間略一定
にさせられるので、出力電圧が上昇する。この出力電圧
の上昇分が特定の閾値を越えた時に、パワーウインドの
モータを逆転させる。

【００１６】

【実施例】以下に、本発明の感圧回路の一実施例を添付
図面を参照して詳細に説明する。図３において、図２に
示す部材と対応する部材には同じ符号を付して、その部
品の詳しい説明を省略する。本発明による感圧回路は、
図１に示すように、加圧力に応じて抵抗値が変化する感
圧センサ１１を備え、この感圧センサ１１が増幅器１２
の反転入力と接地との間に接続される。この感圧センサ
１１は、コア電極１が反転入力に接続され、さや電極４
が接地されて、コア電極１をシールドしてコア電極１の
耐ノイズ特性を向上させている。

【００１７】この増幅器１２は、例えば１２ボルトの単
一電源から電力が供給され、非反転入力と接地との間
に、正の基準電圧を印加する基準電源４０が接続され
る。これの代りに、正負二電源方式を用いた場合には、
増幅器１２の非反転入力が接地され、感圧センサの他端
（さや電極４）に負の基準電源４０が接続される。どち
らの場合にも感圧センサ１１には一定の第１の基準電圧
が印加される。また、増幅器１２の反転入力にはＦＥＴ
４１がソース接地される。このＦＥＴ４１は、ドレイン
が例えば３９０ｋΩの断線検知抵抗４２を介して増幅器
１２の検出出力に接続される。

【００１８】増幅器１２の検出出力は端子１３及び比較
器１４の非反転入力即ち比較入力に接続される。この比
較器１４は、第２の基準電源１５が反転入力即ち基準入
力に接続され、比較出力がローパスフィルタ１６を介し
てＦＥＴ４１のゲートに接続される。この第２の基準電
源１５は、例えば第１の基準電圧の２倍の電圧を第２の
基準電圧としている。従って、比較器１４は、増幅器１
２の出力電圧を第２の基準電圧と比較して、比較結果の
比較信号をローパスフィルタ１６及び電圧フォロア４４
を介してＦＥＴ４１のゲートに印加して、出力電圧が第
２の基準電圧と等しくなるように制御している。従っ
て、検出出力即ち端子１３からの出力電圧は、例えば自
動車のドアの窓ガラスが閉まる程度の速度で感圧センサ
１１を異物を挟んで加圧した加圧力に対応して、異物の
挟込みを検知する。

【００１９】また、比較出力からの比較信号は、３つの
状態即ち、出力電圧が第２の基準電圧に等しい時の平衡
電圧、感圧センサ１１を加圧して出力電圧が第２の基準
電圧より下がった場合のローレベル電圧及び例えば感圧
センサを急激に暖めて出力電圧が第２の基準電圧より上
がった場合のハイレベル電圧の状態を持っている。これ
ら増幅器１２、比較器１４及び電圧フォロア４４は、汎
用或は低電源電圧用の２回路或は４回路入りのＯＰアン
プが用いられる。

【００２０】断線検知抵抗４２に接続されたＦＥＴ４１
のドレインは、感圧センサの状態即ち断線状態を検知す
る第２の比較器２１の比較入力が接続される。この第２
の比較器２１は、基準入力が第３の基準電源２２に接続
されてる。この第３の基準電源２２は、例えば第１の基
準電圧と第２の基準電圧の中間の電圧を第３の基準電圧
としている。従って、例えば３９０ｋΩの抵抗４２の場
合、ＦＥＴ４１の内部抵抗が３９０ｋΩより大きくなる
ように制御された場合に、感圧センサ１１を断線とみな
している。この感圧センサ１１は断線とみなす臨界抵抗
値が７８０ｋΩである。また、抵抗４２には、出力電圧
の変動量の変化及び変動遅れを補償するコンデンサ４３
が並列接続される。

【００２１】一方、増幅器１２の反転入力には第２のＦ
ＥＴ５１がソース接地される。この第２のＦＥＴ５１
は、ドレインが例えば１００Ωの短絡検知抵抗５２を介
して増幅器１２の検出出力に接続され、ゲート及び電圧
フォロア４４間に分圧回路５４が接続される。この分圧
回路５４は、２つの直列抵抗５５及び５６或はポテンシ
ョメータ等の可変抵抗器が用いられる。その分圧比は、
ＦＥＴ４１のゲートに印加される電圧がＦＥＴ４１をオ
ン状態に制御したときに、ＦＥＴ５１が能動領域になる
ように設定される。

【００２２】従って、ＦＥＴ５１の作動中は、ＦＥＴ４
１が例えば５０Ωの値になるが、ＦＥＴ４１と直列接続
された３９０ｋΩの抵抗４２に流れる電流を無視でき
る。また、例えば１００Ωの抵抗５２の場合、ＦＥＴ５
１の抵抗が１００Ωより小さくなるように制御された場
合に、感圧センサ１１を短絡とみなしている。この感圧
センサ１１は短絡とみなす臨界抵抗値が２００Ωであ
る。また、抵抗５２には、出力電圧の変動量の変化及び
変動遅れを補償するコンデンサ５３が並列接続される。
尚、増幅器１２の反転入力及び出力間には，出力電圧の
微動或は雑音を吸収する例えば４７ｐＦのコンデンサ５
７が接続される。

【００２３】一方、ローパスフィルタ１６は、例えば５
１Ωの低抵抗２３と、この低抵抗２３及び比較器１４の
出力間に接続された例えば１ＭΩの高抵抗５８とを備
え、この高抵抗５８にスイッチ５９が並列接続される。
この低抵抗２３の他端は、例えば２２μＦの接地コンデ
ンサ２４と、電圧フォロア４４の入力とに接続される。
この電圧フォロア４４は、分圧回路５４の入力インピー
ダンスがローパスフィルタ１６の出力インピーダンスに
影響するのを防止し、コンデンサ２４の端子電圧と等し
い電圧をＦＥＴ４１のゲートに印加し、この実施例では
ＯＰアンプを用いたが、エミッタフォロア或はソースフ
ォロアと置換されてもよい。

【００２４】また、スイッチ５９は、図示しない制御信
号によって、窓ガラスの閉塞動作の間オフ状態となるよ
うに制御される。従って、スイッチ５９は、オン時に抵
抗２３と協働して、感圧回路の基板の湿度による絶縁性
の変動を補償する。

【００２５】上記実施例では、ＦＥＴ４１及び５１の低
ドレイン−ソース電圧領域のゲート電圧による可変抵抗
特性を主に用いている。従って、これらＦＥＴは、エミ
ッタ−コレクタ電圧が例えば０．５ボルト以上の場合
に、可変定電流特性を示すＮＰＮトランジスタと各々置
換できる。従って、ＦＥＴ４１と置換するＮＰＮトラン
ジスタは、増幅器１２の反転入力にエミッタ接地され、
コレクタが断線検知抵抗４２を介して増幅器１２の検出
出力に接続され、ベースが追加の１ｋΩの保護抵抗を介
して電圧フォロア４４の出力に接続される。一方、ＦＥ
Ｔ５１と置換するＮＰＮトランジスタは、増幅器１２の
反転入力にエミッタ接地され、コレクタが短絡検知抵抗
５２を介して増幅器１２の検出出力に接続され、ベース
が分圧回路５４に接続される。

【００２６】次に、本実施例における感圧回路の動作を
説明する。まず、電源が投入されると、感圧センサ１１
の抵抗値がばらついても、増幅器１２の出力電圧が第２
の基準電圧と等しい定常状態になるように、比較器１４
がコンデンサ２４に電荷をスイッチ５９及び抵抗２３を
経て供給する。この定常状態では、感圧センサ１１の抵
抗値が周囲温度によって徐々に変化しても、比較器１
４、ローパスフィルタ１６、電圧フォロア４４及びＦＥ
Ｔ５１によって、増幅器１２の出力電圧が第２の基準電
圧に等しくなる。

【００２７】従って、ＦＥＴ４１の内部抵抗（ドレイン
−ソース間抵抗）をＲ_Q1、抵抗４２の値をＲ₁、ＦＥＴ
５１の内部抵抗をＲ_Q2、抵抗５２の値をＲ₂と仮定する
と、定常状態では、増幅器１２の検出出力及び反転入力
間の電圧差と、反転入力及び接地間の電圧差とが等しい
ので、次の式が成立する。Ｒs＝（Ｒ_Q1＋Ｒ₁）‖（Ｒ_Q2＋Ｒ₂）

【００２８】図示しないモータによって窓ガラスを閉塞
する方向に駆動すると、スイッチ５９が同時にオフ状態
に制御される。コンデンサ２４の漏れ電流及び電圧フォ
ロア４４のバイアス入力電流が抵抗５８及び２３を経て
供給され、抵抗５８及び２３間の電圧降下が僅かに増加
するが、比較器１４の出力で吸収されて、定常状態を維
持する。

【００２９】窓ガラスと窓枠と間に異物が挟まって感圧
センサ１１が加圧されると、抵抗値が急激に減少し、増
幅器１２の出力電圧が第２の基準電圧に等しい定常値か
ら上昇する。比較器１４も、比較信号が正の電源電圧に
近い飽和電圧まで急激に上昇させられ、コンデンサ２４
の電荷を抵抗５８及び２３を経由して徐々に充電させる
が、この充電中に電圧フォロア４４の出力電圧、ＦＥＴ
４１及び５１のゲート電圧が略一定に維持されるので、
検出出力の出力電圧が所定期間上昇する。

【００３０】コンデンサ５７は、出力電圧の微動を抑制
するために必要であるが、抵抗値Ｒsは、増大する程、
抵抗変化に対する出力電圧の変動が小さくなり、応答時
間も長くなる。これは結果的に圧力検出感度の低下に繋
がるが、コンデンサ４３及び５３がこの問題を解決す
る。即ち、感圧センサ１１の抵抗値が大きく（小さく）
なる程、ＦＥＴの内部抵抗が増大（減少）するためコン
デンサ４３及び５３の効果が小さく（大きく）なり、自
動的に適切な出力電圧の応答特性が得られる。

【００３１】従って、感圧センサ１１を加圧した時点
で、出力電圧が所定の閾値以上に上昇し、これが図示し
ない比較器によって検出され、圧力出力がラッチ或は記
憶される。制御回路は、ラッチされたビットデータに基
づいて、窓ガラスを開口させて、異物が除去できるよう
にさせる。

【００３２】もし、異物を窓ガラスと窓枠との間に挟み
込んだ状態即ち感圧センサ１１の加圧状態で窓ガラスの
閉動作を単に停止したならば、検出レベルに達した出力
電圧が第２の基準電圧に徐々に戻る。従って、パワーウ
インドは、異物の挟込みを検知した時点で、閉塞動作か
ら開口動作への切換えを記憶するのが好ましい。窓ガラ
スが完全に開いた後に、スイッチ５９がオン状態に制御
され、コンデンサ２４の電荷が抵抗２３を介して急速に
放電されて、定常状態に戻る。

【００３３】従って、感圧センサ１１の状態は、通常出
力電圧が第２の基準電圧と等しい感圧回路の定常状態下
で監視される。感圧センサ１１は、抵抗値Ｒsが例えば
７８０ｋΩ〜２００Ω間で変化するが、この抵抗値Ｒs
がＦＥＴ４１或は５１のドレイン電圧によって検知する
ことができる。抵抗値Ｒsが７８０ｋΩ以上の時には、
比較器２１の比較出力が二値論理のＨになり、このＨが
出力された時点で感圧センサ１１の断線状態と定義す
る。感圧センサ１１が完全に断線した場合には、増幅器
１２の出力電圧が反転入力の電圧と等しくなる。

【００３４】一方、抵抗値Ｒsが２００Ω以下の時に
は、比較器３６の比較出力が二値論理のＨになり、この
Ｈが出力された時点で感圧センサ１１の短絡状態と定義
する。感圧センサ１１が完全に短絡した場合には、増幅
器１２の出力電圧は略正の電源電圧まで上昇する。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の感圧回路
は、感圧センサの耐ノイズ性を高めると共に感圧センサ
の異常即ち断線及び短絡状態を精度良く確実に検出する
ことができる。また、感圧センサの抵抗値の製造上のバ
ラツキ、温度特性及び経年変化、湿度による回路基板の
絶縁度の変化も補償することができる。さらに、異物の
挟持も、周囲温度の変化にかかわらず、感圧感度が一定
で高信頼性で検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による従来の感圧センサの一例を示す概
略斜視図である。

【図２】従来の感圧回路の一例を示す回路図である。

【図３】本発明による感圧回路の一実施例を示す回路図
である。

【符号の説明】

１１感圧センサ１２増幅器１４比較器１５基準電圧源１６ローパスフィルタ４１ＦＥＴ４２抵抗５１第２ＦＥＴ５２抵抗５４分圧回路

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】加圧力に応じて抵抗値が変化する感圧セン
サと、この感圧センサの一端が反転入力に接続される増幅器
と、前記感圧センサの他端と、前記増幅器の非反転入力との
間に結合される基準電源と、前記増幅器の反転入力にソース接地され、ドレインが抵
抗を介して前記増幅器の検出出力に接続されるＦＥＴ
と、前記検出出力が比較入力に接続され、第２の基準電源が
基準入力に接続され、比較出力がローパスフィルタを介
して前記ＦＥＴのゲートに接続される比較器とを備え、前記検出出力から前記加圧力に対応した信号が出力さ
れ、前記ＦＥＴのドレインから前記感圧センサの状態を
検知する信号が出力されることを特徴とする感圧回路。
【請求項２】前記増幅器の反転入力にソース接地され、
ドレインが第２の抵抗を介して前記検出出力に接続され
る第２のＦＥＴと、この第２のＦＥＴのゲート及び前記
ローパスフィルタ間に接続される分圧回路とを備え、前
記第２のＦＥＴのドレインから前記感圧センサの第２の
状態を検知する信号が出力されることを特徴とする請求
項１に記載の感圧回路。
【請求項３】前記ローパスフィルタと、前記ＦＥＴのゲ
ートとの間には、電圧フォロアが接続される請求項１に
記載の感圧回路。
【請求項４】加圧力に応じて抵抗値が変化する感圧セン
サが反転入力に接続される増幅器と、この増幅器の非反転入力と、前記感圧センサの他端との
間に接続される基準電源と、前記増幅器の反転入力にエミッタ接地され、コレクタが
抵抗を介して前記増幅器の検出出力に接続されるトラン
ジスタと、前記検出出力が比較入力に接続され、第２の基準電源が
基準入力に接続され、比較出力がローパスフィルタを介
して前記トランジスタのベースに接続される比較器とを
備え、前記検出出力から前記加圧力に対応した信号が出力さ
れ、前記トランジスタのコレクタから前記感圧センサの
状態を検知する信号が出力されることを特徴とする感圧
回路。
【請求項５】前記増幅器の反転入力にエミッタ接地さ
れ、コレクタが第２の抵抗を介して前記検出出力に接続
される第２のトランジスタと、この第２のトランジスタ
のベース及び前記ローパスフィルタ間に接続される分圧
回路とを備え、前記第２のトランジスタのコレクタから
前記感圧センサの第２の状態を検知する信号が出力され
ることを特徴とする請求項４に記載の感圧回路。
【請求項６】前記ローパスフィルタと、前記トランジス
タのベースとの間には、電圧フォロアが接続される請求
項４に記載の感圧回路。
【請求項７】前記ローパスフィルタは、低抵抗に直列接
続された高抵抗を備え、この高抵抗にスイッチが並列接
続される請求項１或は４に記載の感圧回路。