JP5023994B2 - コードスイッチ - Google Patents

Description

本発明は、自動開閉のドアなどに物体や人体が挟まれること、または挟まれそうになることを検知する物体検知センサとして好適なコードスイッチに関する。

例えば、自動車においては、自動開閉するスライドドア、バックドアなどの先端部にセンサを取り付け、ドアと車体との間に物体や人体が挟まった時または挟まれそうになった時、これらの状態をセンサが検知し、ドアを開くようにしたものがある。

このような目的のセンサにコードスイッチがあり、自動開閉する窓や扉に物体が接触したときの圧力変化に反応して、複数の電極線が接触することによりオン／オフ動作をする接触型の構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。

図４に、特許文献１に示された従来のコードスイッチの構成を示す。このコードスイッチ４０は、復元性を有する中空絶縁体４１の内周面に、４本の電極線４２を周方向に所定の間隔で配設し、各電極線４２を長手方向に螺旋状に配設した構成を有している。

中空絶縁体４１は、外力が作用しない時は、電極線４２を相互に電気的に接触しないようにして保持すると共に、外力により容易に変形して電極線４２が相互に電気的に接触し、かつ外力がなくなれば直ちに復元する材料、例えば、復元性ゴムまたは復元性プラスチックを用いて構成されている。

電極線４２は、１本または複数本の撚り線からなる金属線４３の外周に導電性ゴム層または導電性プラスチック層４４を設けて構成されている。

また、接触型のコードスイッチ４０の周囲に外側電極を配設し、接触検知機能に静電容量式の非接触検知機能を付与した接触非接触併用のコードスイッチがある（例えば、特許文献２参照）。

図５に、特許文献２に示された接触非接触併用のコードスイッチの構造を示す。このコードスイッチ５０は、図４に示される従来のコードスイッチ４０の外周に、細径の銅線を横巻きした外側電極５１を設けられ、この外側電極５１を保護するシース５５が外側電極５１を覆い構成されている。

内部電極線５２と外側電極５１との間に形成される静電容量は、コードスイッチ５０に物体が接近した際、接近した物体と外側電極５１との間に形成される浮遊容量により変化する。この静電容量の変化を読み取ることで、物体の非接触検知が可能となる。

国際公開第９７／２１２３５号パンフレット 特願２００７−１２３２０２号公報

しかしながら、従来の接触非接触併用のコードスイッチ５０は、自動車や屋外用など、使用環境によっては高温下にさらされるため、このような高温下に長期にわたり放置されると、内部電極線５２が他の内部電極線５２と接触してこのコードスイッチ５０がオンするときのオン抵抗が上昇してしまい、検知感度が低下する問題がある。

この主要因は、遷移金属による絶縁体（ポリマー）の劣化を促進する作用である金属イオン害である。

金属イオン害とは、金属イオンが絶縁体であるポリマー（ゴムやプラスチックなど）の劣化を促進する現象であり、金属イオンがポリマーの自動酸化反応を促進させる触媒的な作用（レドックス反応）を起こすことにより、ポリマーを劣化させるものである。

コードスイッチ５０が、高温下に長期にわたり放置されると、外側電極５１に用いられる銅などの遷移金属により、中空絶縁体５３に用いられるポリマーからなる絶縁体が金属イオン害を受けて劣化される。このため、劣化した中空絶縁体５３中に含まれる低分子成分（酸化防止剤など）が内部電極線５２の導電ゴム５４に移動し、導電ゴム５４が膨潤されて、導電ゴム５４の体積抵抗率が上昇すると考えられる。ここでいう体積抵抗率とは、電気抵抗を単位体積当たりで示した量である。

そこで、本発明の目的は、高温下に長期にわたり放置されてもオン抵抗が上昇しにくい接触非接触併用コードスイッチを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、復元性を有する中空絶縁体と、導体からなる芯線と、該芯線の外周に被覆された導電樹脂と、からなり、前記中空絶縁体の内周面に沿って配設された複数の内部電極線と、前記中空絶縁体の外周に配設された外側電極と、を備えたコードスイッチにおいて、前記外側電極は、銅線の表面にめっき層を形成した外側電極線を前記中空絶縁体の外周に巻き付けて形成され、前記外側電極線のめっき層は、前記銅線の外周に形成された第１めっき層と、その第１めっき層の外周に形成された第２めっき層とからなる２層構造であり、前記第１めっき層と第２めっき層は、コバルト、マンガン、銅、鉄、バナジウムを除く遷移金属、または典型金属からなると共に、前記第１めっき層は銅との相互拡散係数が錫より小さい金属からなり、前記第２めっき層は前記第１めっき層より金属イオン害の小さい金属からなることを特徴とするコードスイッチである。

請求項２の発明は、前記第１めっき層は、ニッケルからなり、前記第２めっき層は、錫、アルミニウム、及び銀の何れかからなる請求項１記載のコードスイッチである。

本発明によれば、高温下に長時間放置されたコードスイッチのオン抵抗の上昇を抑制することができる。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適な第１の実施形態を示すコードスイッチの横断面図である。

図１に示すように、第１の実施形態に係るコードスイッチ１は、復元性を有する中空絶縁体２と、その中空絶縁体２の中空部３に沿って配設された４本の内部電極線４と、中空絶縁体２の外周に配設され、コードスイッチ１に物体が接近した際に、接近した物体との間に浮遊静電容量を形成する外側電極５とを主に備える。

中空絶縁体２としては、外力により容易に変形し、かつ外力がなくなれば直ちに復元する材料を用いるとよく、例えば、ゴムの硬度を測るとき用いられる国際標準に準拠したショアＡ硬度で表すと、ショアＡ硬度３０以上７０以下の復元性ゴム（シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴムなど）または復元性プラスチック（ポリエチレン、エチレンビニル共重合体など）からなるものを用いるとよい。第１の実施形態では、中空絶縁体２としてエチレンプロピレンゴムからなるものを用いた。

この中空絶縁体２の内周面には、周方向に所定の間隔を隔てて４本の内部電極線４が配設される。内部電極線４は、それぞれ所定の間隔を保ちつつ、中空絶縁体２の内周面に沿って長手方向に螺旋状に配設される。

内部電極線４は、７本の銅線を撚り合わせた芯線７と、その芯線７の外周に被覆された導電樹脂６とからなり、内部電極線４の長手方向に対して直交する断面形状が円形となるように成形される。芯線７に用いる銅線の外周には銀またはニッケルからなるめっきを施し、押出し成形時に芯線７と導電樹脂６との間に絶縁層（空隙）が形成されることを抑制する。

導電樹脂６としては、例えば、カーボンブラックなどの導電性充填剤を混ぜて導電性を付与したゴムまたはプラスチックからなるものを用いるとよい。

中空絶縁体２の外周には、その中空絶縁体２の長手方向に沿って複数本の外側電極線８を螺旋状に巻き付けて（横巻きして）外側電極５が形成される。

図２に示すように、第１の実施形態に係るコードスイッチ１に用いる外側電極線８は、細径の銅線２１の表面にめっき層２２を形成してなる。

めっき層２２は、コバルト、マンガン、銅、鉄、バナジウムを除く遷移金属、または典型金属からなる。遷移金属としては、ニッケルまたは銀を用いるとよく、典型金属としては、アルミニウム、錫、亜鉛を用いるとよい。

めっき層２２の厚さは、銅線２１の銅と、めっき層２２の材料との相互拡散係数から決定される。例えば、めっき層２２の材料が錫であれば、その厚さは０．５μｍ以上であるとよい。これは、めっき層２２の厚さが０．５μｍ未満であると、コードスイッチ１を高温下で放置した際に、銅線２１の銅が拡散してめっき層２２の外側表面まで達し、この銅によって金属イオン害（銅害）が発生し、中空絶縁体２が劣化してしまうためである。

めっき層２２の材料として錫よりも銅との相互拡散係数が小さいニッケル、銀、アルミニウム、亜鉛を用いる場合は、めっき層２２の厚さは０．３μｍ以上であるとよい。

めっき層２２の厚さの上限は、コードスイッチ１の屈曲性に影響を及ぼさない範囲で適宜定めるとよい。

外側電極５の外周には、外側電極５を絶縁、保護するためシース９が形成される。シース９としては、例えば、ウレタン、ポリ塩化ビニル、エポキシ樹脂ゴム・シリコーンゴムなどのゴム類、エラストマー、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなるものを用いるとよい。

ここで、一例として自動車のスライドドアにコードスイッチ１を装着した場合の動作を説明する。

自動車のスライドドアを閉じる際に、そのスライドドアに装着されたコードスイッチ１に人体や物体が接触すると、コードスイッチ１の接触箇所は外力を受けて変形する。この外力が大きいと、中空絶縁体２は扁平になり、中空部３内で内部電極線４同士が接触する。この内部電極線４の接触による各内部電極線４間の電流の変化などを検知することにより、人体や物体の接触を検出する。コードスイッチ１では、内部電極線４を中空絶縁体２の内周面に沿って長手方向に螺旋状に配設されているため、全方向からの圧力検知が可能である。

また、コードスイッチ１では、外側電極５と内部電極線４との間には静電容量Ｃが常に形成されている。このコードスイッチ１に人体や物体が接近すると、外側電極５と人体や物体との間に浮遊静電容量ΔＣが形成される。この浮遊静電容量ΔＣと、外側電極５と内部電極線４との間の静電容量Ｃとの和（Ｃ＋ΔＣ）を計測し、その変化を検知することにより、非接触で人体や物体の接近を検出する。

コードスイッチ１により人体や物体の接触を検知した場合、あるいは人体や物体の接近を検出した場合、スライドドアを開くようにすることで挟み込みを防止できる。

第１の実施形態の作用を説明する。

第１の実施形態に係るコードスイッチ１では、外側電極線８のめっき層２２として、コバルト、マンガン、銅、鉄、バナジウムを除く遷移金属、または典型金属からなるものを用いている。

一般に、銅をはじめとした遷移金属は、影響度に差があるものの、いずれも絶縁体（ポリマー）の劣化を促進する作用（金属イオン害）がある。金属イオン害の元素別の影響度は、以下のようになる。

Ｃｏ＞Ｍｎ＞Ｃｕ＞Ｆｅ＞Ｖ＞＞Ｎｉ＞Ｔｉ，Ｃａ，Ａｇ，Ｚｎ＞Ａｌ＞Ｍｇ
すなわち、金属イオン害の影響度が大きいコバルト、マンガン、銅、鉄、バナジウムの遷移金属をめっき層２２に用いると、ポリマーであるゴムやプラスチックからなる中空絶縁体２を劣化させる。劣化した中空絶縁体２中の低分子成分（酸化防止剤など）は導電樹脂６に移動して導電樹脂６の体積抵抗率を上昇させ、内部電極線４同士が接触した際のオン抵抗を上昇させる。よって、コバルト、マンガン、銅、鉄、バナジウムをめっき層２２に用いることはできない。換言すれば、めっき層２２にはバナジウムより金属イオン害の小さい遷移金属を用いるとよい。

一方、典型金属は、コバルト、マンガン、銅、鉄、バナジウムの遷移金属と比較して絶縁体（ポリマー）の劣化を進行する作用が少ないことが知られている。

よって、コードスイッチ１では、めっき層２２として、金属イオン害の影響度の大きいコバルト、マンガン、銅、鉄、バナジウムを除く遷移金属、または絶縁体の劣化を促進する作用が少ない典型金属からなるものを用いた。これにより、金属イオン害による中空絶縁体２の劣化が抑えられ、オン抵抗の上昇を抑制することができる。

また、第１の実施形態に係るコードスイッチ１では、めっき層２２に用いる遷移金属としてニッケルまたは銀、あるいは典型金属としてアルミニウム、錫、亜鉛のいずれかを用いている。これらニッケル、銀、アルミニウム、錫、亜鉛は広くめっき材として用いられているため、容易に利用できる。

さらに、コードスイッチ１では、外側電極線８のめっき材が錫の場合、めっき層２２の厚さを０．５μｍ以上としている。これにより、高温下に長時間放置しても、銅線２１の銅がめっき層２２の表面まで拡散することを抑えるため、金属イオン害による中空絶縁体２の劣化が抑えられ、オン抵抗の上昇を抑制することができる。

また、めっき層２２として特にニッケルを用いた場合、銅との相互拡散係数が錫と比べて小さいため、錫めっきに比べて高温下に長時間放置しても、銅線２１の銅をめっき層２２の外側表面まで拡散しにくくすることができる。さらに、ニッケルによる中空絶縁体２の劣化の進行速度は銅と比較して非常に遅いため、中空絶縁体２の劣化を抑えられ、オン抵抗の上昇を抑制できる。

芯線に絶縁体を被覆した構造の電線などでは、錫、ニッケル、銀などのめっき形成した芯線を用いることが一般的ではあるが、従来のめっき層を施す目的は、はんだ接続などを行う際の電気的な接続性を改善するためと、芯線の酸化や腐食により芯線自体の導通抵抗が上昇するのを防ぐためであり、本発明のように金属イオン害による絶縁体（ポリマー）の劣化抑制を目的としたものではない。

次に、第２の実施形態を説明する。

第２の実施形態に係るコードスイッチは、第１の実施形態に係るコードスイッチ１と基本的に同じであり、外側電極５に図３に示す外側電極線３０を用いるものである。

図３に示すように、第２の実施形態に係るコードスイッチに用いる外側電極線３０は、細径の銅線３１の表面に第１めっき層３２を形成し、その第１めっき層３２の外周に第２めっき層３３を形成したものである。

第１めっき層３２は、銅との相互拡散係数が錫より小さい金属が好ましい。第２めっき層３３は、絶縁体（ポリマー）と接するので、第１めっき層３２よりも金属イオン害の小さい金属を選ぶとよい。

例えば、銅とニッケルとの相互拡散係数は銅と錫との相互拡散係数よりも小さいため、ニッケルからなる第１めっき層３２を形成することにより、銅線３１の銅が第１めっき層３２の外側表面まで拡散することを抑制できる。また、第２めっき層３３にニッケルよりも絶縁体（ポリマー）の劣化を促進する作用が少ない錫、アルミニウム、銀などの金属を用いることにより、中空絶縁体２の劣化を抑制し、オン抵抗の上昇を抑制することができる。

また、単層めっき層よりも２層めっき層の方がより薄膜化することが可能であり、製造時間を短縮する効果がある。

上記実施形態では、中空部３に４本の内部電極線４を配設したが、これに限定されず、２本またはそれ以上の内部電極線４を中空部３に配設してもよい。

（実施例１）
長さ２ｍの図１に示すコードスイッチ１を作製した。

外側電極５は厚さ１．０μｍの電気錫めっき層２２を施した直径０．０５ｍｍの軟銅線２１を中空絶縁体２に９４条螺旋状に巻いたものである。中空絶縁体２はエチレンプロピレンゴムからなり、内部電極線４は、直径０．１２７ｍｍの銀めっき銅線７本撚りの芯線７に、体積抵抗率が０．６Ω・ｃｍの導電樹脂６を被覆した構成になっている。

（実施例２）
外側電極５は厚さ０．５μｍの電気錫めっき層２２を施した直径０．０５ｍｍの軟銅線２１を中空絶縁体２に９４条螺旋状に巻いたものである。その他の構造は実施例１と同様である。

（実施例３）
外側電極５は厚さ１．５μｍの電気錫めっき層２２を施した直径０．１ｍｍの軟銅線２１を中空絶縁体２に９４条螺旋状に巻いたものである。その他の構造は実施例１と同様である。

（比較例１）
外側電極は直径０．０５ｍｍの軟銅線を中空絶縁体に９４条螺旋状に巻いたものである。その他の構造は実施例１と同様である。

（比較例２）
外側電極は厚さ０．３μｍの溶融錫めっき層を施した直径０．０５ｍｍの軟銅線を中空絶縁体に９４条螺旋状に巻いたものである。その他の構造は実施例１と同様である。

これら実施例１〜３、および比較例１，２のコードスイッチを、先端がφ４．０ｍｍの丸棒で２０Ｎの加重を加えて押圧し、押圧を維持した状態で１０秒後のオン抵抗値を測定する方法により、１００℃の恒温槽に２０００時間放置する前後のオン抵抗を測定した。結果を表１に示す。

表１に示すように、恒温槽に放置する前後のオン抵抗を比較すると、放置前５Ωであったオン抵抗が、実施例１では１９Ωとなり３．８倍、実施例２では２５Ωとなり５．０倍、実施例３では２３Ωとなり４．６倍であった。

一方、比較例１では恒温槽に放置する前後のオン抵抗を比較すると５Ωから２．６ｋΩとなり５２０倍であり、比較例２では５Ωから２．４ｋΩとなり４８０倍であり、実施例１と比較し非常に高い上昇率であった。

以上の結果から、外側電極に厚さ０．５μｍ以上の錫めっきを施すことにより、高温下に放置したときに、オン抵抗の上昇を大幅に低減できることが分かった。

また、銅との相互拡散係数が錫よりも小さい銀、亜鉛、アルミニウムなどの典型金属、ニッケルなどの遷移金属（コバルト、マンガン、銅、鉄、バナジウムを除く）のめっき層では、０．３μｍ以上の膜厚でオン抵抗の上昇を抑制することができた。

２層構造の場合は、ニッケルからなる第１めっき層３２と、ニッケルよりも金属イオン害の小さい金属からなる第２めっき層３３とを用いることで、単層めっき層の場合よりもオン抵抗の上昇を長時間抑制することができた。

本発明の好適な第１の実施形態に係るコードスイッチの横断面図である。 第１の実施形態に係るコードスイッチに用いる外側電極線の横断面図である。 第２の実施形態に係るコードスイッチに用いる外側電極線の横断面図である。 従来のコードスイッチの横断面図である。 従来のコードスイッチの横断面図である。

１ コードスイッチ
２ 中空絶縁体
３ 中空部
４ 内部電極線
５ 外側電極
８ 外側電極線

Claims (2)

1. 復元性を有する中空絶縁体と、
   導体からなる芯線と、該芯線の外周に被覆された導電樹脂と、からなり、前記中空絶縁体の内周面に沿って配設された複数の内部電極線と、
   前記中空絶縁体の外周に配設された外側電極と、
   を備えたコードスイッチにおいて、
   前記外側電極は、銅線の表面にめっき層を形成した外側電極線を前記中空絶縁体の外周に巻き付けて形成され、
   前記外側電極線のめっき層は、前記銅線の外周に形成された第１めっき層と、その第１めっき層の外周に形成された第２めっき層とからなる２層構造であり、
   前記第１めっき層と第２めっき層は、コバルト、マンガン、銅、鉄、バナジウムを除く遷移金属、または典型金属からなると共に、前記第１めっき層は銅との相互拡散係数が錫より小さい金属からなり、前記第２めっき層は前記第１めっき層より金属イオン害の小さい金属からなることを特徴とするコードスイッチ。
2. 前記第１めっき層は、ニッケルからなり、前記第２めっき層は、錫、アルミニウム、及び銀の何れかからなることを特徴とする請求項１記載のコードスイッチ。

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