JP6453036B2 - Pressure sensor and contact pressure measuring device - Google Patents
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Description
本発明は、被当接体と当接体の間に加わる荷重(接触圧)を検出するのに用いられる感圧センサ及び接触圧計測装置に関し、例えば、ドアーに設けられたウエザーストリップの車体に対する接触圧を検出するのに用いられる感圧センサ及び接触圧計測装置に関する。 The present invention relates to a pressure sensor and a contact pressure measuring device used to detect a load (contact pressure) applied between a contacted body and a contacted body, for example, a weather strip provided on a door to a vehicle body. The present invention relates to a pressure-sensitive sensor and a contact pressure measuring device used for detecting a contact pressure.
被当接体に対して当接体を当接させた場合の接触圧(密着度)を計測するために、感圧センサが用いられる。
例えば、特許文献1には、ドアガラスと、前記ドアガラスの昇降を案内するチャンネルとの間の接触圧を検出するための感圧センサとして、容量変化型のセンサが示されている。
In order to measure the contact pressure (adhesion degree) when the contact body is brought into contact with the contacted body, a pressure-sensitive sensor is used.
For example,
図11に示すように、このセンサ50は、上下に配置された導電性ストリップ(電極)51を有している。この導電性ストリップ(電極)51の表面は樹脂コーティング(図示せず)により被覆され、前記導電性ストリップ51の間に可撓性材料52を介装することで、所定のギャップDを形成し、キャパシタを構成している。
前記センサ50はいわゆる容量変化型のセンサであって、前記センサ50の表面に加わる圧力Pに応答して、変形することによる(ギャップDの変化することによる)容量の変化を検出し、この容量変化から圧力(接触圧)を求めるものである。
As shown in FIG. 11, the
The
しかしながら、この特許文献1に示された容量変化型のセンサ50の場合、上下に配置された導電性ストリップ(電極)51の間に、ギャップDが形成され、ギャップDの変化を検出する必要がある。
そのため、このセンサ50は、被当接体に当接体が圧接するような大きな接触圧(ギャップDが消失するような接触圧)を計測するセンサとしては適さないという問題があった。
However, in the case of the capacitance
Therefore, the
この問題を解決するセンサとして、本願出願人が先に提案した感圧センサ60がある。この感圧センサ60は、電極層と抵抗体層との接触面積が変化することによる抵抗値の変化に基づいて荷重の大きさを検出するセンサである。
As a sensor for solving this problem, there is a pressure-
この感圧センサ60は、図12に示すように、第1の基板61と、第2の基板62と、第1の基板61及び第2の基板62が所定の間隔を隔てて対向するように両基板の周縁部に接合されたスペーサ63とを有して一体化されている。
前記第1の基板61には電極層64が形成され、この電極層64と対向するように第2の基板62には抵抗体層65が形成されている。
As shown in FIG. 12, the pressure-
An
この感圧センサ60はいわゆる抵抗値変化型のセンサであって、感圧センサ60の表面に加わる圧力Pに応答して変形し、電極層64と抵抗体層65の接触面積が変化し、抵抗値の変化が生じる。この感圧センサ60は、この抵抗値の変化から圧力(接触圧)を求めるものである。
This pressure-
上記したように、特許文献2に示された感圧センサにあっては、電極層と抵抗体層との接触度合いによって、抵抗値が変化するため、被当接体に当接体が圧接するような接触圧を計測するセンサとして用いることができる。
As described above, in the pressure-sensitive sensor disclosed in
この感圧センサ60を用いて、被当接体としての車体70と、当接体としてのドア71との間において、ドア71を閉めたときの荷重(接触圧)を計測する場合について、図13及び図14に基づいて説明する。具体的には、車体70とドア71の周縁に設けられたウエザーストリップ72との間の荷重(接触圧)を計測する場合について説明する。
A case where a load (contact pressure) when the
まず、感圧センサ60を車体70側に粘着剤等を用いて貼着する。そして、ドア71を閉めることにより、ウエザーストリップ72が車体70側、即ち感圧センサ60に当接し、この当接荷重(接触圧)が感圧センサ60に加わる。この荷重によって、第2の基板62が変形し、電極層64と抵抗体層65との接触面積が変化し、抵抗値の変化を検出する。そして、前記抵抗値から作用している荷重(接触圧)の大きさを求める。
First, the pressure-
ところで、前記ウエザーストリップ72は、一般的に柔軟性を有するゴム材料等によって押し出し成形で複雑化した非平面形状に作られている。
このため、ウエザーストリップ72の形状が不安定であり、しかもウエザーストリップ72の変形状態が予想し難く、ウエザーストリップ72が感圧センサ60の中心部に当接し難いという問題がある。また、第1の基板61及び第2の基板62は、スペーサ63を介して接合されている。
その結果、第2の基板62に加わった(ウエザーストリップ72による)荷重によって、第2の基板62が第1の基板61に対して適正に変形し難く、高精度の計測を行うことができない虞があった。
By the way, the
For this reason, there is a problem that the shape of the
As a result, the load applied to the second substrate 62 (by the weather strip 72) may cause the
即ち、感圧センサを被当接体に設け、当接体を当接させた場合の接触圧を計測する場合、特に、被当接体、当接体の当接面の形状が曲面形状等の非平面形状であったり、当接面が柔軟性を有して形状が不安定な場合、感圧センサの中心部に当接体が当接しにくく、計測の精度が低下するという技術的課題があった。 That is, when the pressure sensor is provided on the contacted body and the contact pressure is measured when the contacted body is brought into contact, the shape of the contacted surface of the contacted body and the contacted body is particularly a curved surface If the contact surface is flexible and the shape is unstable, the contact body will not easily contact the center of the pressure sensor and the measurement accuracy will decrease. was there.
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたもので、被当接体、当接体の当接面の形状が曲面形状等の非平面形状であったり、当接面が柔軟性を有して形状が不安定な場合等においても、接触圧を高精度に計測することができる感圧センサ及び接触圧計測装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems. The shape of the contacted body and the contact surface of the contact body is a non-planar shape such as a curved surface shape, or the contact surface is flexible. An object of the present invention is to provide a pressure-sensitive sensor and a contact pressure measuring device capable of measuring contact pressure with high accuracy even when the shape is unstable.
上記目的を達成するためになされた本発明にかかる感圧センサは、被当接体及び当接体における相互の当接面に設けられ、前記当接面が接触する際の接触圧を検出するための感圧センサであって、前記当接面の一方に配設される、絶縁性の基板に導電性を有する電極層が形成された第1のセンサ構成体と、前記第1のセンサ構成体と分離され別体に構成され、前記当接面の他方に配設される、絶縁性の基板に抵抗体層が形成された第2のセンサ構成体とを有し、第1のセンサ構成体と第2のセンサ構成体とが、それぞれ、互いに定まった当接面において当接するように、ヒンジによって可動する被当接体及び当接体とに配設され、前記第1のセンサ構成体の基板あるいは前記第2のセンサ構成体の基板の少なくともいずれか一方の基板が柔軟性を有し、かつ前記第1のセンサ構成体と前記第2のセンサ構成体との間に加わる荷重の変化によって、前記抵抗体層と電極層の接触面積が変化し、前記接触面積に応じた抵抗値を検出することを特徴としている。 The pressure-sensitive sensor according to the present invention, which has been made to achieve the above object, is provided on the mutual contact surfaces of the contacted body and the contact body, and detects the contact pressure when the contact surface makes contact. And a first sensor structure having a conductive electrode layer formed on an insulating substrate disposed on one of the contact surfaces, and the first sensor structure. is separated from the body is formed separately, the are arranged on the other contact surface, and a second sensor structure in which the resistance layer is formed on an insulating substrate, a first sensor arrangement The first sensor component is disposed on the contacted member and the contact member that are movable by a hinge so that the body and the second sensor component are in contact with each other at a contact surface that is fixed to each other. At least one of the substrate of the second sensor and the substrate of the second sensor structure is flexible It has, and by a change of load applied between the first sensor structure and the second sensor structure, the contact area of the resistor layer and the electrode layer is changed, corresponding to the contact area It is characterized by detecting a resistance value.
このように、本発明にかかる感圧センサは、導電性を有する電極層が形成された第1のセンサ構成体と、抵抗体層が形成された第2のセンサ構成体とを、分離して形成し、第1のセンサ構成体と前記第2のセンサ構成体との間の接触面積の変化に応じて抵抗値変化を検出するように構成されている。また、第1のセンサ構成体の基板あるいは前記第2のセンサ構成体の基板の少なくともいずれか一方の基板が柔軟性を有している。
即ち、第1のセンサ構成体と第2のセンサ構成体との間には、従来の感圧センサのようにスペーサが設けられておらず、しかも分離して形成され。更に被当接体、当接体の当接面の形状の変化に追従して、第1のセンサ構成体、第2のセンサ構成体が変形する。
Thus, the pressure-sensitive sensor according to the present invention separates the first sensor structure formed with the conductive electrode layer and the second sensor structure formed with the resistor layer. And configured to detect a change in resistance value in accordance with a change in contact area between the first sensor component and the second sensor component. In addition, at least one of the substrate of the first sensor component and the substrate of the second sensor component has flexibility.
That is, the spacer is not provided between the first sensor structure and the second sensor structure, unlike the conventional pressure sensor, and is formed separately. Further, the first sensor component and the second sensor component are deformed following the change in the shape of the contacted body and the contact surface of the contact body.
その結果、被当接体、当接体の当接面の形状が曲面形状等の非平面形状であったり、当接面が柔軟性を有して形状が不安定な場合等においても、接触圧を高精度に計測することができる。 As a result, even when the shape of the abutted body and the abutting surface of the abutting body is a non-planar shape such as a curved surface, or when the abutting surface is flexible and the shape is unstable, contact The pressure can be measured with high accuracy.
ここで、前記第2のセンサ構成体は、基板の表面に、非導電性粒子を含有した絶縁性を有する樹脂によって凹凸層が形成され、この凹凸層にカーボン粉末を含んだ抵抗体層が積層されていることが望ましい。
このように、第2のセンサ構成体の基板の表面に、非導電性粒子を含有した絶縁性を有する樹脂によって凹凸層が形成され、この凹凸層に前記抵抗体層が積層されているため、被当接体と当接体との荷重状態変化(接触圧の変化)をより広範囲に計測することができる。
Here, in the second sensor structure, a concavo-convex layer is formed of an insulating resin containing non-conductive particles on the surface of the substrate, and a resistor layer containing carbon powder is laminated on the concavo-convex layer. It is desirable that
Thus, since the uneven layer is formed of the insulating resin containing non-conductive particles on the surface of the substrate of the second sensor structure, and the resistor layer is laminated on the uneven layer, The load state change (change in contact pressure) between the contacted body and the contacted body can be measured in a wider range.
また、前記第1のセンサ構成体における電極層は、銀又はカーボン材料によって形成されていることが望ましい。
このように、カーボン材料で電極層を形成する場合には安価に形成することができ、一方、銀(Ag)で形成する場合には、カーボン材料で電極層を形成する場合に比べて、より電位を安定させることができる。
The electrode layer in the first sensor structure is preferably formed of silver or a carbon material.
As described above, when the electrode layer is formed of a carbon material, the electrode layer can be formed at a low cost. On the other hand, when the electrode layer is formed of silver (Ag), the electrode layer is formed more than when the electrode layer is formed of a carbon material. The potential can be stabilized.
また、前記第2のセンサ構成体の基板には、複数に分割された抵抗体層が形成されていることが望ましい。
このように、前記第2のセンサ構成体の基板に、複数に分割された抵抗体層が形成されているため、分割された抵抗体層毎に抵抗値、即ち接触圧を計測することができる。更に言えば、被当接体と当接体との接触状態変化(接触圧の変化)を、より小さな領域毎に計測することができる。
Further, it is desirable that a resistor layer divided into a plurality of parts is formed on the substrate of the second sensor structure.
As described above, since the resistor layer divided into a plurality of parts is formed on the substrate of the second sensor structure, the resistance value, that is, the contact pressure can be measured for each of the divided resistor layers. . Furthermore, the contact state change (change in contact pressure) between the contacted body and the contacted body can be measured for each smaller region.
上記目的を達成するためになされた本発明にかかる接触圧計測装置は、上記感圧センサが対向する被当接体及び当接体における相互の当接面に設けられた接触圧計測装置であって、前記当接面の一方に前記第1のセンサ構成体が設けられ、前記当接面の他方に前記第2のセンサ構成体が設けられ、かつ第1のセンサ構成体と第2のセンサ構成体とが、それぞれ、互いに定まった当接面において当接するように、ヒンジによって可動する被当接体及び当接体とに配設され、前記第1のセンサ構成体と前記第2のセンサ構成体との間に加わる荷重の変化によって、前記抵抗体層と電極層の接触面積が変化し、前記接触面積に応じて抵抗値を検出することで、前記第1のセンサ構成体と第2のセンサ構成体との間に加わる接触圧を検出することを特徴としている。 A contact pressure measuring device according to the present invention, which has been made to achieve the above object, is a contact pressure measuring device provided on a contact surface of a contacted body and a contacted body that are opposed to the pressure-sensitive sensor. The first sensor component is provided on one of the contact surfaces, the second sensor component is provided on the other of the contact surfaces, and the first sensor component and the second sensor The first sensor component and the second sensor are disposed on the contacted body and the contact body that are movable by a hinge so that the structural bodies are in contact with each other on the contact surfaces determined by each other. The contact area between the resistor layer and the electrode layer changes due to a change in the load applied to the structure, and the resistance value is detected according to the contact area, whereby the first sensor structure and the second sensor structure are detected. It is possible to detect contact pressure applied between It is set to.
このように、当接面の一方に前記第1のセンサ構成体が設けられ、前記当接面の他方に前記第2のセンサ構成体が設けられ、前記第1のセンサ構成体と前記第2のセンサ構成体との間に加わる荷重の変化によって、前記抵抗層と電極層の接触面積が変化し、前記接触面積に応じて抵抗値を検出することで、前記第1のセンサ構成体と第2のセンサ構成体との間に加わる接触圧を検出する。
そのため、被当接体、当接体の当接面の形状が曲面形状等の非平面形状であったり、当接面が柔軟性を有して形状が不安定な場合等においても、接触圧を高精度に計測することができる。
In this way, the first sensor component is provided on one of the contact surfaces, and the second sensor component is provided on the other of the contact surfaces, and the first sensor component and the second sensor The contact area between the resistance layer and the electrode layer changes due to a change in the load applied between the sensor structure and the first sensor structure and the first sensor structure by detecting a resistance value according to the contact area. The contact pressure applied between the two sensor components is detected.
Therefore, even when the shape of the abutted body and the abutting surface of the abutting body is a non-planar shape such as a curved surface, or when the abutting surface is flexible and the shape is unstable, the contact pressure Can be measured with high accuracy.
ここで、前記第1のセンサ構成体及び第2のセンサ構成体の少なくとも一方のセンサ構成体は、当接面の形状に沿って変形して設けられていることが望ましい。
このように、第1のセンサ構成体と第2のセンサ構成体の少なくとも一方のセンサ構成体は、柔軟性を有する絶縁性の基板を有し、当接面の形状に沿って変形して設けられるため、接触圧の変化をより高精度に計測することができる。
Here, it is preferable that at least one of the first sensor component and the second sensor component is deformed along the shape of the contact surface.
As described above, at least one of the first sensor component and the second sensor component has a flexible insulating substrate and is deformed along the shape of the contact surface. Therefore, the change in contact pressure can be measured with higher accuracy.
また、前記相互の当接面は、一方が車両の車体であり、他方が車両のドアに設けられたウエザーストリップであることが望ましい。
尚、被当接体及び当接体は、車両の車体及びドア(ウエザーストリップ)である場合に好適であるが、この被当接体及び当接体がこれらの物に限定されるものではない。
Further, it is desirable that one of the mutual contact surfaces is a vehicle body of the vehicle and the other is a weather strip provided on a door of the vehicle.
The abutted body and the abutting body are suitable for a vehicle body and a door (weather strip) of the vehicle, but the abutted body and the abutting body are not limited to these objects. .
本発明によれば、接触圧を高精度に計測することができる感圧センサ及び接触圧計測装置を得ることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pressure sensor and contact pressure measuring device which can measure a contact pressure with high precision can be obtained.
以下、本発明の実施形態に係る感圧センサ及び接触圧計測装置について図1乃至図8を参照して説明する。尚、図1は、感圧センサを示す断面図であり、図2は、感圧センサの要部を拡大して示す断面図である。図3は、感圧センサに荷重が作用した場合の状態を示す要部拡大断面図であり、図4は、図3に示す状態から、さらに感圧センサに荷重が作用した場合の状態を示す要部拡大断面図である。図5は、感圧センサにおいて、荷重変化に対する抵抗値の変化を測定した結果を示している。なお、各図では、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している場合がある。 Hereinafter, a pressure-sensitive sensor and a contact pressure measuring device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 is a cross-sectional view showing a pressure-sensitive sensor, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing an enlarged main part of the pressure-sensitive sensor. FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a main part when a load is applied to the pressure sensor, and FIG. 4 shows a state when a load is further applied to the pressure sensor from the state shown in FIG. It is a principal part expanded sectional view. FIG. 5 shows a result of measuring a change in resistance value with respect to a load change in the pressure-sensitive sensor. In each drawing, the scale of each member may be appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
図1及び図2に示すように、感圧センサ1は、第1のセンサ構成体11と第2のセンサ構成体21とを備えている。この第1のセンサ構成体11と第2のセンサ構成体21とは、分離され、別体に構成されている。
感圧センサ1は、後述する第1のセンサ構成体11に形成された電極層13(13A、13B)と第2のセンサ構成体21に形成された抵抗体層24とが接触して、その接触面積が変化することによる抵抗値の変化に基づいて荷重の大きさを検出するセンサである。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
In the pressure-
第1のセンサ構成体11は、基板12と、この基板12に形成された導電性を有する一対の電極層13A、13B(櫛形電極)とを備えている。
基板12は、柔軟性を有する絶縁材料によってシート状に形成されている。基板12には、例えば、ポリエチレンテレフタレート樹脂,ポリエチレンナフタレート樹脂,ポリイミド樹脂、ガラスエポキシ樹脂等の絶縁性を有する合成樹脂のシートを用いることができる。
The
The board |
また、第1の基板12の厚さは特に限定されないが、被当接体あるいは当接体に取り付けた際、第1の基板12が当接面の形状に沿って変形する厚さであることが望ましい。具体的には、厚さt1は、25μm〜250μm程度であることが望ましい。
また、前記一対の電極層13A、13Bは銀(Ag)又は銅(Cu)により構成され、膜厚t5は、5μm〜40μmに形成されている。電極層13A、13Bを銀(Ag)で形成する場合には、電位を安定させることができる。
更に、電極層13A、13Bは、カーボン材料によって形成してもよい。具体的には、カーボンペーストを用いて印刷形成してカーボン層を形成することができる。
In addition, the thickness of the
The pair of
Furthermore, the electrode layers 13A and 13B may be formed of a carbon material. Specifically, the carbon layer can be formed by printing using a carbon paste.
第2のセンサ構成体21は、第2の基板22と、この第2の基板22に形成された凹凸層23及び抵抗体層24とを有している。
第2の基板22は、柔軟性を有する絶縁材料によってシート状に形成されている。第2の基板22は、ポリエチレンテレフタレート樹脂,ポリエチレンナフタレート樹脂,ポリイミド樹脂等の絶縁性を有する合成樹脂のシートによって形成される。
また、第2の基板22の厚さは特に限定されないが、被当接体あるいは当接体に取り付けた際、第2の基板22が当接面の形状に沿って変形する厚さであることが望ましい。具体的には、第2の基板22の厚さt2が25μm〜250μmの合成樹脂シートが用いられる。
The second
The 2nd board |
The thickness of the
この第2の基板22の表面に、絶縁性を有する樹脂に非導電性粒子23aを含有した凹凸層23が形成される。
ここでは、非導電性粒子23aとして二酸化ケイ素粒子を例にとって、図2に基づいて説明する。なお、非導電性粒子としては、前記二酸化ケイ素粒子に限定されるものではなく、アルミナ粒子等のセラミックス粒子、またウレタンビーズ等の合成樹脂粒子を好適に用いることができる。
On the surface of the
Here, silicon dioxide particles will be described as an example of the
前記凹凸層23は、ポリエステル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂等の絶縁性を有する樹脂に、粒径D30μm〜100μmの二酸化ケイ素粒子23aを1重量%〜20重量%含有されている。
そして、二酸化ケイ素の粒子23a間における凹凸層23の厚さt3は、10μm〜30μmに形成されている。すなわち、二酸化ケイ素の粒子23a間における凹凸層23の厚さt3は二酸化ケイ素の粒径Dよりも小さく形成され、この二酸化ケイ素粒子23aによって凹凸層23(凹凸層23の凸部)が形成される。
The concavo-
Then, the thickness t 3 of
なお、非導電性粒子23aを含有した凹凸層23を形成する際、前記非導電性粒子23a上に前記絶縁性を有する樹脂の膜が形成されなくてもよいが、樹脂膜が形成されているのが好ましい。
前記非導電性粒子23aの外形に突起等が存在する場合がある。そのため、前記非導電性粒子23a上に樹脂膜が形成されていない場合には、前記突起によって樹脂膜(凹凸層23)の上面に形成される抵抗体層24に破損が生じ、非導電性粒子23aが露出する虞があるためである。すなわち、前記非導電性粒子23a上に、抵抗体層24を形成することができない虞が生じるためである。
In addition, when forming the uneven |
A protrusion or the like may exist on the outer shape of the
このような凹凸層23の表面に抵抗体層24が積層されて形成されている。
前記抵抗体層24は、シリコン樹脂1重量%〜5重量%と、カーボン粉末が1重量%〜10重量%とを、少なくとも含有したフェノール樹脂から形成されるとともに、前記抵抗体層24の膜厚t4が5μm〜20μmに形成されている。
A
The
前記抵抗体層24にシリコン樹脂が1重量%〜5重量%含有されているため、荷重が加えられた際、二酸化ケイ素粒子23a間の抵抗体層24が容易に変形し、電極層13A、13Bと徐々に接触させることができる。
また、カーボン粉末が1重量%未満の場合には抵抗値が大きくなり過ぎ、10重量%を超える場合には、抵抗値が小さくなり過ぎ好ましくない。抵抗値が数キロオーム〜数十キロオームの範囲内に入るようにカーボン量が設定され、一般的には、カーボン粉末が1重量%〜10重量%含有されているのが望ましい。
Since the
On the other hand, if the carbon powder is less than 1% by weight, the resistance value becomes too large, and if it exceeds 10% by weight, the resistance value becomes too small. The amount of carbon is set so that the resistance value falls within the range of several kilo ohms to several tens of kilo ohms. In general, it is desirable that the carbon powder is contained in an amount of 1 wt% to 10 wt%.
前記抵抗体層24の膜厚は、二酸化ケイ素粒子23aの粒径及び凹凸層23の厚さから設定される。さらに、抵抗体層24の膜厚が小さくなれば抵抗値が大きくなり、一方、抵抗体層24の膜厚が大きくなれば抵抗値が小さくなる。したがって、前記抵抗体層24の膜厚はカーボン粉末の含有量を加味し、抵抗値が数キロオーム〜数十キロオームの範囲内に入るように設定される。
The film thickness of the
また、前記二酸化ケイ素粒子23a間における凹凸層23及び抵抗体層24の厚さt3、t4の総和が、凹凸層23に含有される二酸化ケイ素の粒径Dよりも小さく設定されている。
前記凹凸層23の厚さt3と抵抗体層24の厚さt4との総和が、含有される二酸化ケイ素の粒径D以上の場合には、図3に示す空間部S(非接触領域)が形成されず、荷重を加えた際、抵抗体層24全体が電極層13に接するため好ましくない。
The sum of the thicknesses t 3 and t 4 of the
The sum of the thickness t 4 of the thickness t 3 and the
具体的には、粒径Dが30μm〜100μmの二酸化ケイ素粒子23aが含有されており、凹凸層23の膜厚t3が10μm〜30μmに形成され、また、抵抗体層24の膜厚t4が5μm〜20μmに形成されているため、図2に示す初期状態から、図3に示すように荷重Pが作用すると、まず最初に二酸化ケイ素粒子23a部分の抵抗体層24が電極層13A、13Bに接触する。なお、図3においてXは接触領域、Sは空間部(非接触領域)である。
Specifically,
このとき、加わる荷重Pの増加に比例して、二酸化ケイ素粒子23a部分(凸部)の抵抗体層24が電極層13A、13Bに接触することによって、一対の電極層13A、13B(櫛形電極)と抵抗体層24との接触面積が増加する。その結果、小さな荷重変化であっても抵抗値は大きく変化する。
そしてさらに、所定の大きさ以上の荷重Pが加えられると、図4に示すように二酸化ケイ素粒子23a間の抵抗体層24が電極層13A、13Bと徐々に接触し、接触領域Xがさらに拡大する。
At this time, in proportion to the increase in the applied load P, the
Further, when a load P of a predetermined magnitude or more is applied, the
このとき、二酸化ケイ素粒子23a部分の抵抗体層24が既に一対の電極層13A、13Bと接触しているため、荷重変化に対する抵抗値の変化は小さいが、二酸化ケイ素粒子23a間の抵抗体層24を電極層13A、13Bに徐々に接触させることにより、荷重変化率に対する抵抗値の変化率(ΔR/ΔP)をより大きくすることができ、大きな荷重(接触圧)まで検出でき、広範な荷重(接触圧)検出範囲を得ることができる。
At this time, since the
また、図1に示すように、第1のセンサ構成体11は、リード線14を介してデータ処理装置15に接続され、データ処理装置15は、検出された抵抗値を荷重に変換し、その結果を表示するようになっている。
このような感圧センサ1において、荷重変化に対する抵抗値の変化を測定した結果を図5に示す。図5から分るように、感圧センサ1は、荷重(接触圧)が小さな荷重領域にあっては、荷重(接触圧)に対する抵抗値が大きく、しかも比較的抵抗値は滑らかに変化する。
また、荷重(接触圧)が大きな荷重領域にあっては、荷重変化率に対する抵抗値の変化率(ΔR/ΔP)が徐々に小さくなるものの、比較的抵抗値の変化率は大きく、しかも荷重検出領域を広範になすことができる。
Further, as shown in FIG. 1, the
In such a pressure-
Also, in a load region where the load (contact pressure) is large, the rate of change in resistance value (ΔR / ΔP) with respect to the rate of change in load gradually decreases, but the rate of change in resistance value is relatively large, and load detection The area can be extensive.
以上のように本実施形態の感圧センサ1によれば、感圧センサ1は、第1のセンサ構成体11と第2のセンサ構成体21とに分離しているので、第1のセンサ構成体11又は第2のセンサ構成体21に加わった荷重(接触圧を直接的に検出しやすく、計測の精度が向上する。
As described above, according to the pressure-
また、必ずしも第1のセンサ構成体11及び第2のセンサ構成体21が柔軟性を有している必要はなく、前記第1のセンサ構成体11の基板12あるいは前記第2のセンサ構成体12の基板22の少なくともいずれか一方の基板が柔軟性を有していれば良い。
即ち、センサ構成体が取り付けられる当接面が平面であり、かつ変形しない場合には、柔軟性を有しないセンサ構成体を用いることがきる。一方、センサ構成体が取り付けられる当接面が曲面、あるいは変形する場合には、柔軟性を有するセンサ構成体を用いる必要がある。
Further, the
That is, when the contact surface to which the sensor structure is attached is a flat surface and does not deform, a sensor structure that does not have flexibility can be used. On the other hand, when the contact surface to which the sensor structure is attached is curved or deformed, it is necessary to use a sensor structure having flexibility.
また、第1のセンサ構成体11及び第2のセンサ構成体21の夫々が、柔軟性を有している場合には、例えば、第1のセンサ構成体11を被当接体に貼着し、第2のセンサ構成体21を当接体に貼着する際、これら第1のセンサ構成体11及び第2のセンサ構成体21を被当接体又は当接体の形状に沿って貼着し配設することができる。
したがって、この第1のセンサ構成体11及び第2のセンサ構成体21が柔軟性を有している構成によって、当接体と被当接体の接触圧を、より高精度に計測することができる。
Moreover, when each of the
Therefore, the contact pressure between the contact body and the contacted body can be measured with higher accuracy by the configuration in which the first
次に、図6乃至図8を参照して上記感圧センサ1を適用した接触圧計測装置30について説明する。図6は、図14に相当する断面図であり、図7は、感圧センサにおいて、被当接体及び当接体に貼着された状態の形状を示す斜視図であり、(a)は第1のセンサ構成体を示し、(b)は第2のセンサ構成体を示している。また、図8は、感圧センサによる荷重(接触圧)検出過程を示す説明図である。
Next, the contact
図6において、周知のように車両のドア71は、車体70側にドアヒンジによって開閉可能に連結されている。また、ドア71の周縁には、シール部材であるウエザーストリップ72が取り付けられている。
したがって、ドア71を閉めたときに、ウエザーストリップ72が車体71側に弾接し、雨水やすきま風が車内に侵入してくるのを防いでシールするように構成されている。
In FIG. 6, the
Therefore, when the
このウエザーストリップ72は、ゴム材料等によって形成されており、中空状の本体部72aと取付基部72bとを有している。本体部72aは、柔軟性を有し弾性変形可能となっている。また、取付基部72bは、ドア72に取付けられ、ウエザーストリップ72がドア71の周縁に固定されるようになっている。
The
このような被当接体としての車両の車体70側と、当接体としての車両のドア71との間に感圧センサ1が配設される。
この感圧センサ1によって、ドア71を閉めたときのシール性能を計測する。即ち、ドア71を閉めたときに、車体70側に加わる荷重(ウエザーストリップ72に加わる荷重)を計測する。この計測する荷重としては、ドア71を閉めたときの初期荷重、その反動の荷重、ドア71を完全に閉めたときの荷重等、種々の状態の荷重を計測することができる。
The
The pressure-
詳しくは、第1のセンサ構成体11が車体70側におけるドア71との対向部位(当接面)に粘着剤等を用いて貼着され、第2のセンサ構成体21がドア71側の当接面であるウエザーストリップ72に貼着されて配設される。
つまり、第1のセンサ構成体11及び第2のセンサ構成体21は、対向する車体70(被当接体)及びドア71(当接体)における相互の当接面に配設されるようになっている。
この場合、第1のセンサ構成体11の電極層13A、13Bと第2のセンサ構成体21の抵抗体層24とが対向して配置される。
また、第1のセンサ構成体11及び第2のセンサ構成体21は、それぞれ車体7及びウエザーストリップ9の形状、すなわち、非平面形状である略曲面形状に沿って貼着される。具体的には、図7に示すように第1のセンサ構成体11及び第2のセンサ構成体21は柔軟性を有しているので、車体70及びウエザーストリップ71の形状に沿った形状に曲げられて貼着される。
Specifically, the
That is, the
In this case, the electrode layers 13A and 13B of the
Moreover, the
なお、予め第1のセンサ構成体11及び第2のセンサ構成体21の初期形状を車体70及びウエザーストリップ72の形状に沿った形状に成形するようにしてもよい。
このような成形を施すことにより第1のセンサ構成体11及び第2のセンサ構成体21の車体70及びウエザーストリップ72への密着性を容易に高めることが可能となる。
In addition, you may make it shape | mold the initial shape of the
By performing such molding, the adhesion of the
次に、図8を参照して感圧センサ1による荷重(接触圧)検出過程を説明する。尚、図8(a)は、ドア71が開いている状態を示し、(b)は、ドア71を閉方向に操作し、第2のセンサ構成体21が第1のセンサ構成体11に接触する初期状態を示し、(c)は、ドア71を閉めた状態を示している。
Next, a load (contact pressure) detection process by the
図8(c)に示すようにドア71を閉めた状態では、ウエザーストリップ72が車体70側の当接面に所定の荷重が加わった状態で当接している。
この場合、ウエザーストリップ72は弾性変形して車体70側の当接面に弾接し、第2のセンサ構成体21についても、ウエザーストリップ72の弾性変形に追随して変形する。
As shown in FIG. 8C, when the
In this case, the
したがって、第2のセンサ構成体21の抵抗体層24が第1のセンサ構成体11の電極層13A、13Bに所定の荷重を伴って接触する。
この接触したときの荷重(接触圧)の変化による抵抗体層24と電極層13A、13Bとの接触面積の変化に応じて抵抗値変化を検出する。
この検出出力はデータ処理装置15(図1参照)において、第1のセンサ構成体11と第2のセンサ構成体21との間に加わる荷重(接触圧)に変換され、前記データ処理装置15に表示される。
Therefore, the
A change in resistance value is detected according to a change in the contact area between the
This detection output is converted into a load (contact pressure) applied between the
以上のように本実施形態の接触圧計測装置30によれば、前述の感圧センサ1が有する効果に加え、第1のセンサ構成体11及び第2のセンサ構成体21を被当接体又は当接体の当接面の形状に沿って配設することができ、しかも、当接面の変形に追随して変形させることができるので、精度高く相互の当接面における密着部位の接触圧計測を行うことが可能となる。
したがって、このような接触圧計測装置30を用いることにより、ウエザーストリップ72のシール性能を向上するために、計測結果を設計や製造において効果的にフィードバックさせることができ、信頼性の高いウエザーストリップ72を得ることができる。
As described above, according to the contact
Therefore, by using such a contact
なお、図9に示すように、本実施形態の感圧センサ1を車両のドア71の複数箇所に配設し、同時に接触圧計測を行うようにしてもよい。図9は、ドア71の車内側を模式的に示しており、具体的には、ドア71のウエザーストリップ72の複数箇所に第2のセンサ構成体21を配設した状態を示している。
このような構成によれば、複数箇所においてウエザーストリップ72の密着(荷重)状況を計測することができる。
As shown in FIG. 9, the pressure-
According to such a configuration, it is possible to measure the adhesion (load) state of the
また、図10に示すように、ウエザーストリップ9に貼着される第2のセンサ構成体21において、1枚の基板22に抵抗体層24(24a、24b、24c)を分割して複数個にブロック化して形成するようにしてもよい。
このような構成により、抵抗体層24a、24b、24cに対応する複数部位における荷重の検出が可能となる。例えば、接触する部位、接触しない部位及び接触する部位に加わる荷重(接触圧)を検出することができる。
加えて、勿論、第1のセンサ構成体11の電極層13A、13B側を分割して複数個にブロック化して形成するようにしてもよい。
Further, as shown in FIG. 10, in the
With such a configuration, it is possible to detect loads at a plurality of portions corresponding to the
In addition, of course, the electrode layers 13A and 13B side of the
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限定されることなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、上記実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。
例えば、被当接体及び当接体は、車両の本体及びドアとの関係に限らず、所定の空間の部屋とドア、箱状体と蓋との関係であってもよい。
また、感圧センサは、車両の各所に配設することが可能であり、衝突時の車体の変形箇所や衝撃の強さを把握するため、車体とバンパーに配設することができる。さらに、車両の振動による車体の強度的な影響、振動による各部品の接触状態や変形状態を検知するため感圧センサを各所に配設することも可能である。
In addition, this invention is not limited to the structure of the said embodiment, A various deformation | transformation is possible in the range which does not deviate from the summary of invention. Moreover, the said embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention.
For example, the contacted body and the contact body are not limited to the relationship between the vehicle body and the door, but may be the relationship between a room in a predetermined space and a door, or a box-shaped body and a lid.
In addition, the pressure-sensitive sensors can be disposed at various locations of the vehicle, and can be disposed at the vehicle body and the bumper in order to grasp the deformation location of the vehicle body and the strength of the impact at the time of the collision. Furthermore, pressure-sensitive sensors can be arranged at various places to detect the influence of the vehicle body strength due to the vibration of the vehicle and the contact state and deformation state of each component due to the vibration.
1 感圧センサ
11 第1のセンサ構成体
12 第1のセンサ構成体の基板
13A、13B 電極層
14 リード線
15 データ処理装置
21 第2のセンサ構成体
22 第2のセンサ構成体の基板
23 凹凸層
24 抵抗体層
70 車体(被当接体)
71 ドア(当接体)
72 ウエザーストリップ
DESCRIPTION OF
71 Door (contact body)
72 Weather Strip
Claims (7)
前記当接面の一方に配設される、絶縁性の基板に導電性を有する電極層が形成された第1のセンサ構成体と、
前記第1のセンサ構成体と分離され別体に構成され、前記当接面の他方に配設される、絶縁性の基板に抵抗体層が形成された第2のセンサ構成体とを有し、
第1のセンサ構成体と第2のセンサ構成体とが、それぞれ、互いに定まった当接面において当接するように、ヒンジによって可動する被当接体及び当接体とに配設され、
前記第1のセンサ構成体の基板あるいは前記第2のセンサ構成体の基板の少なくともいずれか一方の基板が柔軟性を有し、
かつ前記第1のセンサ構成体と前記第2のセンサ構成体との間に加わる荷重の変化によって、前記抵抗体層と電極層の接触面積が変化し、前記接触面積に応じた抵抗値を検出することを特徴とする感圧センサ。 A pressure-sensitive sensor provided on a contact surface of the contacted body and the contact body for detecting a contact pressure when the contact surface comes into contact;
A first sensor structure having a conductive electrode layer formed on an insulating substrate disposed on one of the contact surfaces;
A second sensor structure which is separated from the first sensor structure and is formed as a separate body, and disposed on the other of the contact surfaces, and having a resistor layer formed on an insulating substrate. ,
The first sensor component and the second sensor component are respectively disposed on the contacted member and the contact member that are movable by the hinge so as to contact each other at the contact surfaces that are fixed to each other.
At least one of the substrate of the first sensor component or the substrate of the second sensor component has flexibility,
In addition, the contact area between the resistor layer and the electrode layer changes due to a change in the load applied between the first sensor structure and the second sensor structure, and a resistance value corresponding to the contact area is detected. A pressure sensitive sensor.
前記当接面の一方に前記第1のセンサ構成体が設けられ、前記当接面の他方に前記第2のセンサ構成体が設けられ、かつ第1のセンサ構成体と第2のセンサ構成体とが、それぞれ、互いに定まった当接面において当接するように、ヒンジによって可動する被当接体及び当接体とに配設され、
前記第1のセンサ構成体と前記第2のセンサ構成体との間に加わる荷重の変化によって、前記抵抗体層と電極層の接触面積が変化し、
前記接触面積に応じて抵抗値を検出することで、前記第1のセンサ構成体と第2のセンサ構成体との間に加わる接触圧を検出することを特徴とすることを特徴とする接触圧計測装置。 A contact pressure measuring device provided on a mutual contact surface of an abutted body and an abutting body to which the pressure sensitive sensor according to any one of claims 1 to 4 is opposed.
The first sensor component is provided on one of the contact surfaces, the second sensor component is provided on the other of the contact surfaces, and the first sensor component and the second sensor component are provided. Are arranged on the abutted body and the abutting body that are movable by the hinges so as to abut on the abutting surfaces determined from each other,
By a change of load applied between the second sensor structure and the first sensor structure, the contact area of the resistor layer and the electrode layer is changed,
A contact pressure applied between the first sensor component and the second sensor component is detected by detecting a resistance value according to the contact area. Measuring device.
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