JP5158413B2 - 振動検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のドア開閉装置等に設けられる振動検出装置に関する。より詳細には、圧電体と電極板と支持部とを備えた振動検出装置に関する。

近年、自動車のドアには、ユーザの利便性や防犯等を目的として、ドアに対する接触や振動等を検出する検出装置が設けられている。
例えば、ドアハンドルに検出電極を設け、この検出電極とドアとの間で形成される静電容量の変化を検出することによりドアの開閉動作を行うドア開閉装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
特許文献１のドア開閉装置は、ユーザがドアハンドルを握るとユーザの手が検出電極に触れて静電容量が変化する。コントローラは、この静電容量の変化に基づいて、ドアのロック解除を行う。

また、歪センサによってドアハンドルへの接触や振動を検出するドアハンドル装置も知られている（例えば、特許文献２）。
特許文献２のドアハンドル装置は、ドアハンドルの開閉操作時に一体又は連動して動作するアーム部と、そのアーム部の変位を検出する歪センサと、歪センサの出力信号に基づいてドアハンドルへの接触や開閉動作を判別する判別手段とを備えている。ここで、判別手段は、防犯性を向上させることを目的として、ユーザによるドアハンドルの開閉動作とは別に、錠破り時に発生する振動を判別できるよう構成されている。

特開２００２−２９５０６４号公報（第００２２段落） 特開２００６−２０７１２０号公報（請求項１〜４）

一般にドア開閉装置においては、車両のユーザが行う操作に対して、要求された動作のみを確実に実行する信頼性が求められる。

この点について、特許文献１のドア開閉装置は、検出電極とドアとの間で形成される静電容量の変化を検出するものであるため、検出電極とドアとの間に異物が存在すると誤作動を起こし易いという問題があった。例えば、雨天時に雨滴が検出電極に接触すると、検出電極とドアとの間の静電容量が変化し、ドアロックが解除されてしまうおそれがある。また、ユーザが誤って電極に軽く触れてしまったような場合にも、静電容量の変化は直ちに発生するため、ユーザが意図しない動作をすることがある。
また、特許文献１のドア開閉装置では、ドアハンドル（すなわち、検出電極がある位置）への接触がなければ、例えば、別の部位に何かが接触したり、犯罪によって衝撃が与えられたりしても、それらを検出することは困難である。

一方、特許文献２のドアハンドル装置は、歪センサによってドアハンドルへの接触や振動を検出するものであるため、雨滴の付着や軽い接触等によって誤作動を起こす可能性はそれ程高くはない。また、判別手段によって、ドアハンドルの開閉動作とは別の振動等を判別することができるので、防犯性についてもある程度向上させることができる。
ところが、特許文献２のドアハンドル装置は、アーム部の変位が歪センサに入力される構成であるため、ドアハンドルの動きから生じる単純な振動しか検出することができない。現在の車両用ドアには、ドアハンドルへの接触によるドア開閉、ドアロックの施錠・解除、パワーウィンドウの開閉、ノックによるドア開閉等、複数の機能が備えられるが、これらの機能を単純な振動の検出のみで総合的に制御することは不可能である。

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えば、車両用ドアが備える複数の機能の制御を実現するために、歪センサへの外力の入力形態を工夫することにより、複数の振動を検出可能な振動検出装置を提供することにある。

本発明に係る振動検出装置の特徴構成は、振動又は外力による歪を受けて電気信号を生成する圧電体と、前記圧電体が取り付けられた電極板と、前記電極板を支持する支持部とを備え、前記電極板は前記支持部から伝達される全体振動を検出可能であり、押圧される複数のボタン部から前記電極板に複数の押圧力を付与して、前記全体振動とは異なる複数の個別振動を発生させる押圧手段を備え、前記複数の個別振動が異なる位相を有し、検出された各振動を車両用ドアの複数の機能制御のためのスイッチとして利用する点にある。

本構成の振動検出装置によれば、圧電体が取り付けられた電極板は、支持部から伝達される全体振動、及び押圧手段により付与される複数の押圧力によって発生する複数の個別振動を検出可能である。従って、圧電体は、少なくとも３種類の波形を有する振動を検出することができるので、各振動を車両用ドアの複数の機能制御のためのスイッチとして利用することにより、車両用ドアの総合的な制御が可能となる。

本発明に係る振動検出装置において、前記押圧手段は、前記電極板の両面において、各面に夫々異なる前記押圧力を付与する対向押圧手段であってもよい。

本構成の振動検出装置によれば、対向押圧手段が電極板の両面に対して異なる方向から押圧力を付与することにより、圧電体は位相が異なる波形を有する２つの振動を検出することができる。つまり、支持部から伝達される全体振動と合わせて、３種類の振動を検出することができる。従って、この３種類の振動を車両用ドアの複数の機能制御のためのスイッチとして利用することにより、車両用ドアの総合的な制御が可能となる。
また、対抗押圧手段は、圧電体に対して、電極板の両面側から直接押圧力を付与することができるので、圧電体はＳ／Ｎ比が小さいクリアな電気信号を発生させることができる。

本発明に係る振動検出装置において、前記押圧手段は、前記電極板が前記支持部により中間支持され、前記電極板の一面において、前記支持部を跨ぐ２つの位置に夫々異なる前記押圧力を付与する並列押圧手段であってもよい。

本構成の振動検出装置によれば、並列押圧手段が電極板の支持部を跨ぐ２つの位置に対して夫々押圧力を付与することにより、圧電体は、例えば、位相が異なる波形を有する２つの振動を検出することができる。つまり、支持部から伝達される全体振動と合わせて、３種類の振動を検出することができる。従って、この３種類の振動を車両用ドアの複数の機能制御のためのスイッチとして利用することにより、車両用ドアの総合的な制御が可能となる。
また、並列押圧手段は、電極板に対して片面側から押圧力を付与する構成であるので、比較的簡単な構造で実現することができる。

本発明に係る振動検出装置において、前記外力の入力特性を変更し、前記電極板に伝達する入力特性変更手段を備えてもよい。

本構成の振動検出装置によれば、入力特性変更手段によって、さらに異なる波形を有する振動を電極板に付与することができるので、先に説明した３種類の振動と合わせて、４種類の振動を検出することができる。従って、この４種類の振動を車両用ドアの複数の機能制御のためのスイッチとして利用することにより、車両用ドアの総合的な制御が可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施形態および図面に記載される構成に限定されるものではなく、これらと均等な構成も含む。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による振動検出装置１００を示す概略構成図である。図２は、振動検出装置１００の要部を示す概略斜視図である。

この振動検出装置１００は、例えば、車両に装備されるパワースライドドアやパワーバックドア等（以下、車両用ドアと称する）に使用される。振動検出装置１００は、圧電体である歪センサ１、金属製の電極板２、及び電極板２を支持する支持部３を、硬質ゴム（例えば、硬度約９０）又は樹脂製の筐体４の内部に備えている。筐体４は、例えば、ドアハンドルの一部を構成する。従って、筐体４は車両のボディパネルに固定される。また、筐体４の内面にはメインケース５となる樹脂層がライニングされている。

図２に示すように、歪センサ１は電極板２にハンダ付けされ（ハンダ付け部Ｗ１）、さらに電極板２は筐体４の側に設けられた基板６から側方に突出するようにハンダ付けされる（ハンダ付け部Ｗ２）。また、電極板２は基板６に対してリベットで係止される（リベット部Ｒ）。従って、電極板２が直接取り付けられる基板６が上記支持部３となる。また、この構成において、歪センサ１は＋電極として機能し、電極板２は−電極として機能する。

電極板２は、支持部３から伝達される筐体４の振動を検出可能に構成される。ここで、筐体４の振動とは、図示しない車両用ドアを、例えば、６〜１００Ｎの力でノックすることにより、車両用ドア全体が振動する全体振動であり、図３（ａ）のような正弦波に近い波形を有する電気信号を歪センサ１に生じさせる振動である。この振動は、例えば、１００〜３００Ｈｚの周波数を有する。
例えば、車両用ドアを６Ｎの力でノックすることにより、車両用ドアに発生した全体振動が筐体４、基板６、支持部３を順に介して電極板２に伝わると、歪センサ１は約０．３ｍｍ変位し、７ｍＶの電圧が生じる。

また、振動検出装置１００には、電極板２に複数の押圧力を付与して、上記全体振動とは異なる複数の振動（後述する個別振動）を発生させる押圧手段が設けられる。具体的には、図１に示すように、電極板２の両面（上面２ａ、及び下面２ａ）において、各面に夫々異なる押圧力を付与する対向押圧手段１０が設けられる。対向押圧手段１０は、電極板２を上面２ａの側から押圧する第１押圧部１１、及び電極板２を下面２ｂの側から押圧する第２押圧部１２で構成される。

第１押圧部１１は、筐体４の一部に設けた軟質ゴム７（例えば、硬度約３０）の作用により押圧方向に沿って往復動作可能な第１ボタン部１１ａ、第１ボタン部１１ａに一端が取り付けられた硬質ゴム（例えば、硬度約９０）又は樹脂製の第１移動部材１１ｂ、第１移動部材１１ｂの他端に回動自在に取り付けられた樹脂又は金属製の当接部材１１ｃ、及び当接部材１１ｃを筐体４に対して回動可能に支持する回転軸１１ｄで構成される。当接部材１１ｃと歪センサ１との間には、適宜隙間（例えば、約１ｍｍの隙間）が設けられる。

ユーザが第１ボタン部１１ａを押圧すると、第１移動部材１１ｂが図１において上方に移動する。これに伴って、当接部材１１ｃは回転軸１１ｄを中心として時計回りに回動し、その結果、当接部材１１ｃの先端部が電極板２（歪センサ１）に対して電極板２の上面２ａの側から押圧力を付与する。このとき、電極板２には、図３（ｂ）に示す波形を有する電気信号を歪センサ１に生じさせる振動が発生する。この振動は第１押圧部１１によってもたらされる固有の振動であり、本発明では個別振動と称する。この個別振動は、例えば、２０Ｈｚ以下の周波数を有する。そして、このような個別振動が電極板２に発生すると、例えば、歪センサ１は約１．０ｍｍ変位し、２０ｍＶの電圧が生じる。

第２押圧部１２は、筐体４の一部に設けた軟質ゴム７の作用により押圧方向に沿って往復動作可能な第２ボタン部１２ａ、及び第２ボタン部１２ａに一端が取り付けられた硬質ゴム又は樹脂製の第２移動部材１２ｂで構成される。第２移動部材１２ｂと電極板２との間には適宜隙間（例えば、約１ｍｍの隙間）が設けられる。

ユーザが第２ボタン部１２ａを押圧すると、第２移動部材１２ｂが図１において上方に移動する。その結果、第２移動部材１２ｂの先端部が電極板２に対して電極板２の下面２ｂの側から押圧力を付与する。このとき、電極板２には、図３（ｃ）に示す波形を有する電気信号を歪センサ１に生じさせる振動が発生する。この振動は、第２押圧部１２によってもたらされる個別振動であり、図３（ｂ）に示した波形とは逆位相の波形を有する。個別振動は、例えば、２０Ｈｚ以下の周波数を有する。そして、このような個別振動が電極板２に発生すると、例えば、歪センサは約１．０ｍｍ変位し、２０ｍＶの電圧が生じる。

これらの全体振動、及び２種類の個別振動は、以下に説明する処理が行われることで、車両用ドアの種々の機能制御に利用される。

図４は、電極板２が検出した振動を処理する電気回路のブロック図である。
先ず、電極板２に振動が伝達されると、その振動により歪センサ１が歪を受けて電気信号を生成する。電気信号は一旦バッファ部２０に保存され、その後、２つの増幅部２１ａ，２１ｂで夫々適切な倍率（例えば、２００倍及び６００倍）に増幅される。増幅信号の一方はフィルタ部であるローパスフィルタ２２ａに通され、所定周波数以上（例えば、２０Ｈｚ以上）の成分が除去される。つまり、ローパスフィルタ２２ａは筐体４から伝達される全体振動を遮断し、第１押圧部１１、及び第２押圧部１２によって発生した個別振動のみを通過させる。他方の増幅信号はもう一つのフィルタ部であるバンドパスフィルタ２２ｂに通され、所定周波数帯域（例えば、１００〜３００Ｈｚ）の成分のみが通過させられる。つまり、バンドパスフィルタ２４は全体振動のみを通過させ、個別振動を遮断する。

夫々のフィルタ２２ａ，２２ｂを通過した電気信号は、Ａ／Ｄ変換部２３ａ，２３ｂにおいて閾値電圧（例えば、±０．３Ｖ）を基準としてＡ／Ｄ変換され、その結果が判定部２４に送られる。

なお、閾値電圧は、処理された電気信号の大きさに応じて適宜変更可能である。また、Ａ／Ｄ変換部２３ａ，２３ｂの代わりとして、アナログデータを所定の閾値と比較して二値化を行う比較部を設けてもよい。

判定部２４では、Ａ／Ｄ変換後のデータと記憶部（図示せず）に予め格納されている参照データとの比較が行われ、検出した電気信号の種類が判定される。そして電気信号の種類が特定されると、電気信号の種類別に割り当てられた車両用ドアの動作（例えば、ドアロックの施錠・解除、パワーウィンドウの開閉、ノックによるドア開閉）が判定部２４からの指令により実行される。
なお、車両が走行状態にある場合は、判定部２４はオフ状態又はスリープ状態となるため、車両用ドアの動作は実行されない。これにより、走行中に車両用ドアが開く等の不意の事故が防止され、乗員や歩行者の安全が確保される。

このように、本実施形態の振動検出装置１００においては、支持部３から伝達される全体振動と、対向押圧手段１０によって付与される２種類の振動（すなわち、第１押圧部１１、及び第２押圧部１２による２種類の個別振動）とを合わせた３種類の振動を検出することができる。従って、この３種類の振動を車両用ドアの３つの機能制御（例えば、ドアロックの施錠・解除、パワーウィンドウの開閉、ノックによるドア開閉）のためのスイッチとして利用することにより、車両用ドアの総合的な制御が可能となる。

また、この振動検出装置１００に用いる対抗押圧手段１０は、歪センサ１に対して、電極板２の上面２ａの側、及び下面２ｂの側から直接押圧力を付与することができるので、歪センサ１はＳ／Ｎ比が小さいクリアな電気信号を発生させることができる。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態による振動検出装置２００を示す概略構成図である。なお、この第２実施形態における振動検出装置２００では、先に説明した第１実施形態による振動検出装置１００と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

この振動検出装置２００では、電極板２が支持部３により中間支持されている。具体的には、図５に示すように、電極板２は筐体４の上部に設けた支持ベース３ａにゴム製緩衝材３ｂ（例えば、硬度約５０）を介して固定ネジ３ｃで螺着されている。筐体４は、例えば、ドアハンドルの一部を構成する。従って、筐体４は車両のボディパネルに固定される。歪センサ１は、電極板２の上面２ａに支持部３に接近させた状態で固定される。

また、電極板２の下面２ｂにおいて、支持部３を跨ぐ２つの位置に夫々異なる押圧力を付与する押圧手段として、並列押圧手段２０を設けている。並列押圧手段２０は、電極板２を下面２ｂの側から押圧する第１押圧部２１、及び第２押圧部２２で構成される。第１押圧部２１は、筐体４の一部に設けた軟質ゴム７の作用により押圧方向に沿って往復動作可能な第１ボタン部２１ａ、及び第１ボタン部２１ａに一端が取り付けられた硬質ゴム又は樹脂製の第１移動部材２１ｂで構成される。第２押圧部２２は、筐体４の一部に設けた軟質ゴム７の作用により押圧方向に沿って往復動作可能な第２ボタン部２２ａ、及び第２ボタン部２２ａに一端が取り付けられた硬質ゴム又は樹脂製の第２移動部材２２ｂで構成される。

ユーザが第１ボタン部２１ａを押圧すると、第１移動部材２１ｂが図１において上方に移動する。その結果、第１移動部材２１ｂの先端部が電極板２に対して電極板２の下面２ｂの側から押圧力を付与する。第２ボタン部２２ａ、及び第２移動部材２２ｂの動作も、基本的には第１ボタン部２１ａ、及び第１移動部材２１ｂの動作と同様である。ただし、第１ボタン部２１ａを押圧した場合と第２ボタン部２２ａを押圧した場合とでは、歪センサ１の歪み方が異なる。

第１ボタン部２１ａを押圧すると、図５において、電極板２は支持部３の左側が上方に反り返ると共に、支持部３の右側は反動を受けて下方に下がる。このとき、電極板２には、図３（ｃ）に示す波形を有する電気信号を歪センサ１に生じさせる振動が発生する。
一方、第２ボタン部２２ａを押圧すると、図５において、電極板２は支持部３の右側が上方に反り返ると共に、支持部３の左側は反動を受けて下方に下がる。このとき、電極板２には、図３（ｂ）に示す波形を有する電気信号を歪センサ１に生じさせる振動が発生する。

このように、第１ボタン部２１ａと第２ボタン部２２ａとでは、それらの押圧時に振動板２に発生する振動の波形は互いに逆位相となる。

本実施形態においては、第１移動部材２１ｂと支持部３との距離が、第２移動部材２２ｂと支持部３との距離より短くなるよう設定しておくのが好適である。このような距離設定とすれば、電極板２の左右での夫々の押圧によって生じる歪センサ１の歪量の差が小さくなるので、２種類の個別振動の検出が確実となる。

このように、本実施形態の振動検出装置２００においても、支持部３から伝達される全体振動と第１押圧部２１、及び第２押圧部２２による２種類の個別振動とを合わせた３種類の振動を検出することができる。そして、この３種類の振動を車両用ドアの３つの機能制御（例えば、ドアロックの施錠・解除、パワーウィンドウの開閉、ノックによるドア開閉）のためのスイッチとして利用することにより、車両用ドアの総合的な制御が可能となる。

また、本実施形態において採用する並列押圧手段２０は、電極板２に対して片面側から押圧力を付与する構成であるので、比較的簡単な構造で実現することができる。

〔第３実施形態〕
図６は、本発明の第３実施形態による振動検出装置３００を示す概略構成図である。この第３実施形態における振動検出装置３００は、先に説明した第１実施形態による振動検出装置１００において、入力特性変更手段３０を追加したものである。従って、第１実施形態による振動検出装置１００と同一の構成要素については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

入力変更手段３０は、外力の入力特性（例えば、入力速度）を変更し、当該変更後の力を電極板２に付与するために設けられる。具体的には、図６に示すように、入力特性変更手段３０は、筐体４の一部に設けた軟質ゴム７の作用により押圧方向に沿って往復動作可能な第３ボタン部３０ａ、第３ボタン部３０ａに一端が取り付けられた硬質ゴム又は樹脂製の第３移動部材３０ｂ、第３移動部材の移動速度を変換する変換機構３０ｃ、及び変換機構３０ｃによって変換された速度で電極板２の上面２ａの側に衝突する衝突部材３０ｄで構成される。

ユーザが第３ボタン部３０ａを押圧すると、第３移動部材３０ｂが図６において上方に移動する。このときの第３移動部材３０ｂの移動速度をｖ１とする。第３移動部材３０ｂの移動速度ｖ１が変換機構３０ｃに入力されると、この移動速度ｖ１はより大きい移動速度ｖ２に増速され、衝突部材３０ｄに伝達される。衝突部材３０ｄは移動速度ｖ２で電極板２の上面２ａの側に衝突し、その後直ちに元の位置に復帰する。このとき、電極板２には、図８のような波形を有する減衰振動が発生する。この減衰振動は入力特性変更手段３０によってもたらされる固有の振動であり、本発明において個別減衰振動と称する。

入力特性変更手段３０は具体的には、例えば、図７に示す機構を採用することができる。この入力特性変更手段３０では、第３移動部材３０ｂにラチェット部３０ｆが設けられ、メインケース５に一端が固定された衝突部材３０ｄにピン３０ｅが設けられる。第３移動部材３０ｂが上方に移動すると、ラチェット部３０ｆは衝突部材３０ｄのピン３０ｅを押し上げる。そして、第３移動部材３０ｆが所定の位置を超えるとピン３０ｅがラチェット部３０ｆから外れ、その弾みで衝突部材３０ｄが電極板２又は歪センサ１を殴打し、その後、衝突部材３０ｄは電極板２又は歪センサ１から直ちに離間する。

上記入力特性変更手段３０によってもたらされる個別減衰振動は、第１実施形態、及び第２実施形態で説明した全体振動および２つの個別振動とは波形が全く異なるものであるから、車両用ドアの機能制御のためのスイッチとして利用することができる。

このように、本実施形態の振動検出装置３００では、４種類の振動を車両用ドアの４つの機能制御（例えば、ドアロックの施錠・解除、パワーウィンドウの開閉、ノックによるドア開閉、通常のドア開閉）のためのスイッチとして利用することにより、車両用ドアの総合的な制御が可能となる。

〔別実施形態〕
（１）上記第１実施形態では、対向押圧手段１０のうちの第１押圧部１１を、筐体４の一部に設けた軟質ゴム（例えば、硬度約３０）の作用により押圧方向に沿って往復動作可能な第１ボタン部１１ａ、第１ボタン部１１ａに一端が取り付けられた硬質ゴム（例えば、硬度約９０）又は樹脂製の第１移動部材１１ｂ、第１移動部材１１ｂの他端に回動自在に取り付けられた樹脂又は金属製の当接部材１１ｃ、及び当接部材１１ｃを筐体４に対して回動可能に支持する回転軸１１ｄで構成したが、第１押圧部１１を電極板２の上面側に当該電極板２を挟むように第２押圧部１２に対して対向配置しても構わない。この場合、第１移動部材１１ｂは歪センサ１に直接当接するので、当接部材１１ｃ、及び回転軸１１ｄは不要となる。

（２）上記第２実施形態では、電極板２はゴム製緩衝材３ｂを介して筐体４の上方に固定ネジ３ｃで螺着されているが、第１実施形態のように筐体４に対して水平方向に突出するように固定されても構わない。

（３）上記第３実施形態では、第１実施形態による振動検出装置１００に入力特性変更手段３０を追加した構成としたが、第２実施形態による振動検出装置２００に入力特性変更手段３０を追加した構成としても構わない。

（４）本発明の振動検出装置は、様々な機能制御のためのスイッチに適用することができる。例えば、ハンマーのような硬い物体で車両用ドアのガラスを割ると、ドアノックよりも周波数が高く強い振動が発生するので、これを検出することにより、防犯装置のスイッチとして利用することができる。また、車両の足回りのバランスが左右で崩れると、走行時に低い周波数の振動が発生するので、これを検出することにより、足回りの異常検出装置のスイッチとして利用することができる。

本発明の第１実施形態による振動検出装置を示す概略構成図 振動検出装置の要部を示す概略斜視図 各種の振動によって生じる電気信号の波形図 電極板が検出した振動を処理する電気回路のブロック図 本発明の第２実施形態による振動検出装置を示す概略構成図 本発明の第３実施形態による振動検出装置を示す概略構成図 入力特性変更手段の一例を示す概略構成図 減衰振動によって生じる電気信号の波形図

１ 歪センサ（圧電体）
２ 電極板
３ 支持部
１０ 対向押圧手段（押圧手段）
２０ 並列押圧手段（押圧手段）
３０ 入力特性変更手段
１００ 振動検出装置
２００ 振動検出装置
３００ 振動検出装置

Claims (4)

1. 振動又は外力による歪を受けて電気信号を生成する圧電体と、
   前記圧電体が取り付けられた電極板と、
   前記電極板を支持する支持部とを備え、
   前記電極板は前記支持部から伝達される全体振動を検出可能であり、
   押圧される複数のボタン部から前記電極板に複数の押圧力を付与して、前記全体振動とは異なる複数の個別振動を発生させる押圧手段を備え、
   前記複数の個別振動が異なる位相を有し、検出された各振動を車両用ドアの複数の機能制御のためのスイッチとして利用する振動検出装置。
2. 前記押圧手段は、前記電極板の両面において、各面に夫々異なる前記押圧力を付与する対向押圧手段である請求項１に記載の振動検出装置。
3. 前記押圧手段は、前記電極板が前記支持部により中間支持され、前記電極板の一面において、前記支持部を跨ぐ２つの位置に夫々異なる前記押圧力を付与する並列押圧手段である請求項１に記載の振動検出装置。
4. 前記外力の入力特性を変更し、前記電極板に伝達する入力特性変更手段を備えた請求項１〜３の何れか一項に記載の振動検出装置。

Images