JP5898611B2 - タッチセンサ - Google Patents

Description

本発明は、物体の接触を検知するために用いられるタッチセンサに関する。

一般に、車両に設けられる自動開閉装置は、開口部を開閉する開閉体と、開閉体を動作させる動力を発生する電動モータと、開閉体の開閉動作を制御する操作スイッチとを有している。そして、自動開閉装置は、操作スイッチが人為的に操作されると、電動モータが駆動されて、開閉体の開動作または閉動作を行うようになっている。さらに、自動開閉装置は、操作スイッチの操作以外の条件に基づいて、開閉体を動作させることができるように構成されている。例えば、自動開閉装置は、開口部を構成する壁と開閉体との間に物体が挟まれたことを検知する物体検知装置を備えていることがある。この物体検知装置は、物体がタッチセンサに接触すると、これを検知できるように構成されている。そして、自動開閉装置は、物体がタッチセンサに接触したことが検知されると、操作スイッチの操作が行われていなくても、閉動作している開閉体を開動作させる、または、閉動作している開閉体を停止させる等の制御を行うことができる。上記タッチセンサの一例が、特許文献１に記載されている。

この特許文献１に記載されたタッチセンサは、２本の導電材と、絶縁体により形成された管状体とを有する。また、２本の導電材は、長手方向に螺旋状に配置されており、管状体は、２本の導電材同士を電気的に接触しない状態で保持している。具体的には、２本の導電材の一部は管状体の内面に埋め込まれている。さらに、管状体は、外力により容易に変形し、外力がなくなれば直ちに復元する特性を有する。

一方、２本の導電材の一方の端部には、電源及び電流計が接続され、２本の導電材の他方の端部には、電流調整用の抵抗が接続されることにより、電気回路が形成されている。さらに、電気回路には通電されており、物体がタッチセンサに接触して管状体が変形すると、２本の導電材同士が接触して短絡電流が流れ、この電流増加に基づいて異常を検知することができる。

特許第３７０７７９６号公報

しかしながら、特許文献１に記載されたタッチセンサにおいて、管状体の中心は空間であるため、管状体の外面に物体が接触して変形量が大きくなると、少なくとも２本の導電材同士の接触圧力が高くなり、導電材が損傷する虞れがあった。

本発明の目的は、物体が管状体に接触したときに、管状体の変形量をなるべく少なくすることのできるタッチセンサを提供することにある。

本発明のタッチセンサは、絶縁材により形成され、かつ、弾性変形することが可能な管状体と、この管状体の内部に設けられ、かつ、前記管状体に外力が加えられて前記管状体が変形することにともない相互に接触する複数の導電材とを有するタッチセンサであって、前記管状体の内部における前記複数の導電材同士の間に設けられており、かつ、前記管状体が変形していないときに前記複数の導電材同士を非接触状態に保持するスペーサ部材を有し、前記複数の導電材は、前記スペーサ部材の外面に螺旋状に巻かれていることを特徴とする。

本発明のタッチセンサは、前記複数の導電材は、前記スペーサ部材の外面に固定されていることを特徴とする。

本発明（請求項１）によれば、管状体が変形していないとき、複数の導電材同士は相互に非接触状態にある。一方、管状体に外力が加わり管状体が変形すると、複数の導電材同士が接触する。また、複数の導電材同士の間にスペーサ部材が設けられているため、管状体が変形して導電材がスペーサ部材に接触すると、管状体はそれ以上は変形せず、管状体の変形量をなるべく少なくすることができる。したがって、導電材同士の接触圧力が増加することを抑制でき、導電材の変形を抑制できる。

本発明によれば、管状体の円周方向におけるどの位置に外力が加わっても、導電材同士が接触することができる。

本発明（請求項２）によれば、管状体に外力が加わって管状体が変形し、かつ、導電材同士が接触した後、管状体に加えられていた外力がなくなり、管状体が元の形状に戻ると、接触していた導電材同士が非接触の状態に戻る。

本発明のタッチセンサを用いた車両の側面図である。 本発明のタッチセンサを用いた車両の制御系等を示す模式図である。 本発明のタッチセンサを取付けた車両のサイドドアを前方から見た模式図である。 本発明のタッチセンサの構成を示す断面斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。本発明のタッチセンサは、例えば、車両に設けることができ、その車両の概略構成を図１、図２により説明する。車両１０はワンボックスタイプのものであり、車両１０の側部には開口部１２が形成されている。また、車両１０は、開口部１２を開閉する自動開閉装置を有する。この自動開閉装置は、スライドドア１３及び電動モータ１４を有する。スライドドア１３は、例えば、図示のように側面形状が略四角形を有する。スライドドア１３は、開口部１２を開閉するように、前方または後方に向けて動作することが可能である。

このため、車両１０の車体１０ａには、スライドドア１３の動作を案内するレール１０ｂが設けられている。電動モータ１４は、スライドドア１３を動作させる動力を発生する動力源である。電動モータ１４は、車体１０ａに取付けられており、電動モータ１４の動力は、ドラム、ケーブルを経由してスライドドア１３に伝達されるように構成されている。便宜上、ドラム、ケーブルは図面に示されていない。

また、自動開閉装置は、電動モータ１４の回転及び停止、回転方向、回転数等を御する制御装置１５を有する。さらに、自動開閉装置は、人為的に操作される操作スイッチ１６を有する。この操作スイッチ１６は、車両１０の運転席に設けられていてもよいし、ドアハンドルの操作と連動するように構成されていてもよい。制御装置１５は、操作スイッチ１６の信号が入力されると、電動モータ１４を正回転、逆回転、停止させる制御を行うことができる。

一方、制御装置１５は、操作スイッチ１６が操作されているか否かに関わりなく、スライドドア１３の動作方向を反転させる制御、または動作しているスライドドア１３を停止させる制御を行うことができる。このような制御を行うために、自動開閉装置は、物体の接触を検知する物体検知装置１７を有する。物体検知装置１７は、スライドドア１３と、開口部１２を形成する車体１０ａの一部との間に物体が挟まれたこと、または、動作中のスライドドア１３に物体が接触されたこと等を検知するために設けられている。物体は、人体の一部、人が着用している衣服、人が持っている荷物等を含む。そのために物体検知装置１７はタッチセンサ１８を有する。

タッチセンサ１８は、車両１０の前後方向でスライドドア１３の前端部分に取り付けられている。タッチセンサ１８は、スライドドア１３の形状に沿って上下方向に配置された長尺形状を有する。また、図３のようにスライドドア１３は、ガラス１３ａが取付けられた上側部分１３ｂと、上側部分１３ｂよりも下に位置する下側部分１３ｃとを有する。そして、上側部分１３ｂよりも下側部分１３ｃの方が車両１０の幅方向における寸法、つまり厚さが異なっている。具体的には、上側部分１３ｂよりも下側部分１３ｃの方が厚く構成されており、スライドドア１３の厚さ方向における外面形状が湾曲している。タッチセンサ１８は、スライドドア１３の厚さ方向の外面形状に沿って湾曲もしくは屈曲されて、スライドドア１３の前端部分に取付けられている。

タッチセンサ１８は、図４のように中空の被覆材１９と、被覆材１９の内部に設けられた複数の電極２０と、被覆材１９の内部に設けられたスペーサ部材２１とを有する。被覆材１９は、複数の電極２０及びスペーサ部材２１を保持する要素である。被覆材１９は、半径方向に沿った平面内の断面形状が円形である管状体である。断面形状が円形とは、被覆材１９に半径方向の外力が加えられていない状態での形状である。被覆材１９は、半径方向の中心線がスライドドア１３の厚さ方向の外面形状に沿うように配置されている。被覆材１９の中心線は、便宜上、図示されていない。被覆材１９の半径方向の厚さは、円周方向の全ての位置で同一となっている。

また、被覆材１９は可撓性を有する材料により構成されている。具体的に説明すると、被覆材１９は、半径方向の外力が加えられると弾性変形する一方、外力がなくなると元の形状に戻る復元性を有する。また、被覆材１９は、電流を通さない絶縁体である。このような特性の被覆材１９を構成する材料としては、復元性ゴム、復元性プラスチック等を用いることができる。復元性ゴムには、シリコーンゴム、エチレンプロピレンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム等が含まれる。復元性プラスチックには、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、エチレンエチルアクリレート共重合体、エチレンメチルメタクリレート共重合体、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、オレフィン系あるいはスチレン系の熱可塑性エラストマー等が含まれる。

複数の電極２０は、図示の例では４本設けられている。電極２０は導電性及び可撓性を有し、電極２０は、金属製の導線２０ａと、導線２０ａの外周側を被覆した外側層２０ｂとにより構成されている。導線２０ａを構成する金属材料には、銅、銅合金等が含まれる。導線２０ａは単体でもよいし、複数の導線２０ａをより合わせて構成してもよい。外側層２０ｂは、導電性ゴム、導電性プラスチック等により構成されている。また、外側層２０ｂは、被覆材１９と同様に復元性、可撓性を備えている。このため、外側層２０ｂを構成するゴム、プラスチックとしては、被覆材１９を構成する復元性ゴム、復元性プラスチックを用いることができる。この復元性ゴム、復元性プラスチックに、カーボンブラック等の導電性充填剤を配合することにより、導電性ゴム、導電性プラスチックが構成されている。そして、４本の電極２０は、全て半径方向の断面形状が円形であり、４本の電極２０は外径が同一である。

スペーサ部材２１は、被覆材１９が弾性変形していない状態において、電極２０同士を非接触に維持するための要素である。スペーサ部材２１は、被覆材１９の半径方向における中心に設けられており、かつ、被覆材１９の長手方向に沿って配置された長尺形状を有する。スペーサ部材２１は、電極２０同士の接触を防止するための要素であるとともに、外力が加えられると弾性変形し、外力が除かれると元の形状に戻る復元性を有する。スペーサ部材２１は、金属材料により構成された芯材２１ａと、芯材２１ａの周囲を被覆した被覆層２１ｂとを有する。被覆層２１ｂは、外力が加えられると弾性変形し、外力が除かれると元の形状に戻る復元性を有する、復元性を備えた絶縁材料により構成されている。被覆層２１ｂの材料としては、被覆材１９と同様の材料を用いることができる。

スペーサ部材２１は、被覆材１９の半径方向における平面内の断面形状が円形である。そして、４本の電極２０は、スペーサ部材２１の外周面に螺旋状に巻き付けられている。４本の電極２０は、スペーサ部材２１の外面に接着剤を用いて固定されており、４本の電極２０は、被覆材１９の外面に物体が接触していない状態において、相互に接触していない。つまり、スペーサ部材２１の円周方向において、隣り合う電極２０同士の間には、一定量の隙間が形成されている。この隙間量は、スペーサ部材２１の円周方向におけるものである。さらに、４本の電極２０の外面を結ぶ外接円の直径は、被覆材１９の内周面の直径以下である。この外接円は、便宜上、図示されていない。

さらに、物体検知装置１７は、図２に示す電気回路２２を有し、４本の電極２０は電気回路２２に直列に配置されている。図２においては、４本の電極２０を、便宜上、電極２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄとして区別する。なお、図２においては、便宜上、被覆材１９、スペーサ部材２１は示されていない。スペーサ部材２１の円周方向において、電極２０Ａの両側に電極２０Ｃ，２０Ｄが配置されており、電極２０Ａと電極２０Ｂとの間に電極２０Ｃが配置されている。そして、電極２０Ａの一端は電源２３に接続され、電極２０Ａの他端は電極２０Ｂの一端に接続されている。その電極２０Ｂの他端は検出用抵抗２４を介して電極２０Ｃの一端に接続されている。また、電極２０Ｃの他端は電極２０Ｄの一端に接続され、電極２０Ｄの他端は接地されている。したがって、検出用抵抗２４よりも電源２３側に直列に接続された電極２０Ａと電極２０Ｂとにより構成される電源側電極群と、検出用抵抗２４よりも接地側に直列に接続された電極２０Ｃと電極２０Ｄとにより構成される接地側電極群とが、検出用抵抗２４を介して直列に接続されている。このように、４本の電極２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄは直列に接続されている。また、電源側電極群の電極２０Ａと電極２０Ｂ、および接地側電極群の電極２０Ｃと電極２０Ｄは、それぞれ同じ電極群に属する電極同士が１８０度反対側に配置され、隣り合う電極２０がそれぞれ異なる電極群に属する電極になるように配置されている。さらに、物体検知装置１７は、電気回路２２の電圧を検知する電圧検知センサ２５を有し、制御装置１５は電圧検知センサ２５の信号を処理する。電圧検知センサ２５は、一端が電源２３と電極２０Ａとの間に接続され、他端が制御装置１５に接続されることで電源電圧の分圧を検出している。なお、電源２３は、バッテリ、キャパシタのいずれでもよい。

タッチセンサ１８に物体が接触していない場合、４本の電極２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄのうち、隣り合う電極同士は接触（短絡)していない。一方、電源２３から電気回路２２に電流が流れており、隣り合う電極同士が接触していない状態では、検出用抵抗２４を電流が通過するため、電圧降下が生じる。これに対して、タッチセンサ１８は、被覆材１９の外面に物体が接触する、すなわち、被覆材１９に外力が加わると、被覆材１９が半径方向に弾性変形する。すなわち、中心線と垂直な平面内において、被覆材１９の外周形状は楕円形となる。すると、被覆材１９の内面が電極に押し付けられて、スペーサ部材２１及び電極が弾性変形する。そして、スペーサ部材２１の外周側で隣り合う電極同士が接触し、検出用抵抗２４の両端が短絡され、検出用抵抗２４に電流が流れなくなり、電圧降下は生じなくなる。電圧検知センサ２５は、検出用抵抗２４が短絡されていない状態の電源電圧の分圧または、検出用抵抗２４が短絡された状態の電源電圧の分圧のいずれかを制御装置１５に出力する。制御装置１５は、電圧検知センサ２５の出力信号を処理して、物体がタッチセンサ１８に接触したか否かを検知することができる。

すなわち、タッチセンサ１８は、電気回路２２の一部を構成する部品であり、タッチセンサ１８の単独では、物体の接触を検知する機能を有しておらず、電気回路２２を短絡させるスイッチとしての機能を有する。そして、制御装置１５は、スライドドア１３が前方へ向けて動作しているときに、タッチセンサ１８に物体が接触すると、スライドドア１３を停止させるか、またはスライドドア１３を後方に向けて動作させるように、電動モータ１４を制御することができる。なお、制御装置１５は、スライドドア１３が停止しているときに、タッチセンサ１８に物体が接触すると、スライドドア１３を後方に向けて動作させるように、電動モータ１４を制御することもできる。なお、物体が被覆材１９の外面から離れると、被覆材１９は元の形状に復元し、かつ、接触していた電極同士は非接触状態に戻る。

本実施形態のタッチセンサ１８は、被覆材１９の半径方向で４本の電極２０同士の間にスペーサ部材２１が設けられているため、物体が被覆材１９に接触して被覆材１９が弾性変形しても、スペーサ部材２１が所定量だけ弾性変形すると、被覆材１９はそれ以上は変形しない。したがって、被覆材１９の半径方向における変形量をなるべく少なくすることができる。また、電極２０に過大な圧力が加わって、電極２０が損傷、変形することを防止できる。言い換えれば、タッチセンサ１８の耐久性を向上することができる。具体的に説明すると、本構造のタッチセンサ１８は、被覆材１９の厚さの２倍＋スペーサ部材２１の外径となるまで、半径方向に変形、つまり潰れる。

また、タッチセンサ１８は、耐久性、耐屈曲性を向上させるために、被覆材１９の半径方向の肉厚をなるべく厚くすることが可能である。このとき、被覆材１９の外径を変えずに、被覆材１９の内径を小さくしてなるべく肉厚を増す設計とする。これは、タッチセンサ１８を取付けることのできるスペースには制約があり、被覆材１９の外径を大きくすることは実用的ではないからである。本実施形態のタッチセンサ１８は、被覆材１９の半径方向で電極２０同士の間にスペーサ部材２１がある。このため、被覆材１９の内径を小さくしても、物体が被覆材１９に接触していない状態において、電極２０同士の接触を防止できる。すなわち、タッチセンサ１８は、スライドドア１３の形状に沿って湾曲、または屈曲させて取り付けると、タッチセンサ１８は、物体が接触していないときに、電極２０同士が接触することを抑制できる。したがって、タッチセンサ１８はスライドドア１３の形状に対する形状追従性が高い。

さらに、４本の電極２０同士の間にスペーサ部材２１があるため、タッチセンサ１８に物体が接触すると、隣り合う電極２０同士が接触し、１８０度反対側にある電極２０同士が接触することはない。すなわち、異なる電極群同士が接触することで、通常設けられている検出用抵抗２４を通る経路と並列して電極２０同士が接続された状態となる。このため、電極２０同士が接触した際の電極全体の抵抗は、検出用抵抗２４の抵抗値よりも低くなる。

また、複数の電極２０は、スペーサ部材２１の外面に螺旋状に巻き付けられているため、被覆材１９の円周方向におけるどの位置に物体が接触しても、隣り合う電極２０同士が接触できる。さらに、複数の電極２０は、スペーサ部材２１の外面に接着剤により固定されている。したがって、被覆材１９の外面に物体が接触して物体が変形し、かつ、隣り合う電極２０同士が接触した後、被覆材１９から物体が離れると、隣り合う電極２０同士が元の位置に復帰して相互に非接触の状態となる。

ここで、本実施形態で説明した構成と、本発明の構成との対応関係を説明すると、被覆材１９は、本発明の管状体に相当し、電極２０が、本発明の導電材に相当する。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。例えば、複数本の電極は４本未満でもよいし、４本を超えていてもよい。また、被覆材１９の断面形状は円形となっているが、楕円形状でもよい。また、スペーサ部材２１には芯材２１ａを入れなくてもよい。さらに、本実施形態のタッチセンサは、車両のルーフに形成した開口部を開閉するパネルに取り付けることもできる。本実施形態のタッチセンサは、車両の後部に形成した開口部を開閉するように、ヒンジ部を介して回動するドアに取り付けることもできる。さらに、本実施形態のタッチセンサは、建築物の出入り口を開閉するドア、出入り口を構成する壁等に取り付けることもできる。

１０ 車両
１０ａ 車体
１０ｂ レール
１２ 開口部
１３ スライドドア
１３ａ ガラス
１３ｂ 上側部分
１３ｃ 下側部分
１４ 電動モータ
１５ 制御装置
１６ 操作スイッチ
１７ 物体検知装置
１８ タッチセンサ
１９ 被覆材
２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ 電極
２０ａ 導線
２０ｂ 外側層
２１ スペーサ部材
２１ａ 芯材
２１ｂ 被覆層
２２ 電気回路
２３ 電源
２４ 検出用抵抗
２５ 電圧検知センサ

Claims (2)

1. 絶縁材により形成され、かつ、弾性変形することが可能な管状体と、この管状体の内部に設けられ、かつ、前記管状体に外力が加えられて前記管状体が変形することにともない相互に接触する複数の導電材とを有するタッチセンサであって、
   前記管状体の内部における前記複数の導電材同士の間に設けられており、かつ、前記管状体が変形していないときに前記複数の導電材同士を非接触状態に保持するスペーサ部材を有し、
   前記複数の導電材は、前記スペーサ部材の外面に螺旋状に巻かれていることを特徴とするタッチセンサ。
2. 請求項１記載のタッチセンサにおいて、前記複数の導電材は、前記スペーサ部材の外面に固定されていることを特徴とするタッチセンサ。

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