JP6675285B2 - 荷重センサ、荷重検出装置及び着座用シート - Google Patents

荷重センサ、荷重検出装置及び着座用シート Download PDF

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Description

本発明は、荷重センサ、荷重検出装置及び着座用シートに関する。
車両の乗員が着座する車両用シートなどのシートでは、シートクッションにウレタンフォーム等を用いたクッションパッドが設けられている。また、車両用シートでは、シートクッションに着座した乗員から受ける荷重に応じてクッションパッドが弾性変形することで、乗員に快適な座り心地感が得られるようにしている。
一方、車両には、エアバック装置やシートベルト装置等の乗員保護装置が設けられており、車両緊急時に乗員保護装置が作動することで車両用シートに着座した乗員が保護される。また、車両には、車両用シートに乗員が着座しているか否かを検知する乗員検出用のセンサが設けられて、乗員検出用のセンサの検知結果に応じて乗員保護装置の作動が制御されるようにしたものがある。
車両用シートに設けられる乗員検出用のセンサとしては、静電容量方式、車両用シートと車両用シートを車体に固定するレールとの間に設けられた歪みセンサを用いる方式、乗員が着座するシートクッションに設けられた圧力センサを用いる方式などがある。例えば、特許文献1には、静電容量方式の乗員検知装置が提案されている。特許文献1の乗員検知装置では、検出用電極として車両シートの表面部に櫛状の導電体を設けており、車両シートに乗員が着座することによる検出用電極と車体との間の静電容量の変化を、発振回路により発振周波数の変化として検出している。また、特許文献1の乗員検知装置では、静電容量の変化から乗員が体格の大きい大人か体格の小さい子供かを検知している。
車両用シートに乗員検出用のセンサを設ける場合には、シートクッションに着座した乗員の座り心地に影響を与えないことが要求される。ここで、ウレタンフォームなどの弾性部材には、弾性圧縮されることで電気抵抗値が変化する導電性弾性部材がある。クッションパッドに導電性弾性部材を用い、導電性弾性部材の電気抵抗値の変化を検出することで、シートクッションに乗員が着座したか否かを検知可能となる。また、導電性弾性部材の抵抗値から、車両用シートに着座した乗員が体格の大きい(体重の重い)大人か、体格の小さい(体重の少ない)子供かを検知可能することもできる。
特開2012−032342号公報
ところで、乗員保護装置が設けられる車両では、乗員がシートクッションに着座していることを検出した場合に、シートクッションに着座した乗員が大人か子供かのみでなく、さらに体格を細かく検知することが要求される。
本発明は上記事実に鑑みてなされたものであり、導電性弾性部材を用いて荷重を精度良く検知できる荷重センサ、荷重検出装置及び着座用シートを提供することを目的とする。
上記目的を達成するための本発明の請求項1に係る荷重センサは、入力される荷重に応じて弾性圧縮されて、荷重の入力方向の一面と該一面とは反対側の面との間の電気抵抗値が変化する導電性弾性部材と、前記導電性弾性部材の前記一面側に配置された伸縮性シートと、前記伸縮性シートの前記導電性弾性部材側の面に対向されて設けられた第1電極と、前記導電性弾性部材の前記一面とは反対側の面に対向されて設けられ、前記導電性弾性部材を介して前記第1電極に電気的に接続される第2電極と、所定の大きさの開口部が複数配列されたメッシュ状とされて前記導電性弾性部材と前記第1電極及び前記第2電極の少なくとも一方との間に設けられ、弾性圧縮されることで前記開口部に入り込む前記導電性弾性部材を介して前記第1電極と前記第2電極とを電気的に接続可能にする絶縁性シートと、を備え、前記絶縁性シートには、前記開口部の周囲に該開口部よりも小さい開口の複数の小孔が設けられ、弾性圧縮されることで前記小孔に入り込む前記導電性弾性部材を介して前記第1電極と前記第2電極とを電気的に接続可能にされている。
請求項1に記載の荷重センサには、導電性弾性部材が用いられている。導電性弾性部材は、荷重が入力されることで入力された荷重に応じて弾性変形して圧縮される弾性部材となっている。また、導電性弾性部材は、弾性部材に導電性炭素粒子等が担持されることで導電性を有している。このため、導電性弾性部材は、圧縮されることで一面と一面とは反対側の面との間の電気抵抗値が低下するように変化する。このような導電性弾性部材としては、例えば、弾性部材であるポリウレタン発泡体(ウレタンフォーム)に、導電性を担持させた導電性ウレタンフォームなどを適用できる。
導電性弾性部材の一方の面には、伸縮性シートが設けられており、伸縮性シートの導電性弾性部材側に第1電極が設けられている。第1電極は、伸縮性シートに設けられることで、導電性弾性部材の一方の面の弾性変形に追従して伸縮すると共に、導電性弾性部材に電気的に接続可能となっている。また、導電性弾性部材には、一方の面と反対側の面に第2電極が設けられており、第1電極と第2電極とにより導電性弾性部材の電気抵抗値が検出される。
また、絶縁性シートは、所定の大きさの開口部が配列されたメッシュ状とされている。絶縁性シートは、第1電極及び第2電極の少なくとも一方と導電性弾性部材との間に設けられる。このため、例えば、第1電極と導電性弾性部材との間に絶縁性シートが配置されることで、導電性弾性部材に荷重が入力されていない状態では、第1電極が導電性弾性部材から離れるので、第1電極と第2電極との間の電気抵抗値が高くなる。また、導電性弾性部材に荷重が入力されることで、導電性弾性部材の一部が絶縁性シートの開口部内に入り込む。このために、第1電極及び第2電極の各々が導電性弾性部材に接触する。また、入力される荷重が増加することで、開口部内に入り込んだ導電性弾性部材と第1電極との接触面積が増加する。
これにより、第1電極と第2電極とが導電性弾性部材を介して電気的に接続されて、導電性弾性部材に生じる電気抵抗値、及び導電性弾性部材と第1電極との接触面積に応じた電気抵抗値が検出される。この際、導電性弾性部材が圧縮されることにより電気抵抗値が低下すると共に、導電性弾性部材と第1電極との接触面積が増加することで電気抵抗値が低下する。従って、導電性弾性部材に荷重が入力されていない状態と荷重が入力された状態とで、第1電極と第2電極との間の電気抵抗値が大きく変化し、導電性弾性部材に荷重が入力された否かを高精度で検知できる。また、絶縁性シートを設けていない場合に比べて、入力される荷重の変化に対する、第1電極と第2電極との間の電気抵抗値の変化が大きくなるので、入力された荷重を高精度で検知できる。
ここで、絶縁シートには、開口部よりも小さく開口された複数の小孔が形成されている。導電性弾性部材は、入力された荷重が大きくなると絶縁性シートの小孔内に入り込む。このために、導電性弾性部材に入力される荷重がさらに増加することで開口部及び開口部よりも小さく開口された小孔を介して導電性弾性部材と第1電極(又は第2電極)とが接触するので、導電性弾性部材に接触する第1電極(又は第2電極)の接触面積が増加する。これにより、第1電極と第2電極との間の電気抵抗値は、導電性弾性部材の変位及び第1電極の接触面積の増加に応じて低下するので、導電性弾性部材の変位のみに応じた電気抵抗値よりも大きく変化する。
従って、入力された荷重に応じた導電性弾性部材の電気抵抗値の変位に、第1電極と第2電極との間の電気抵抗値の変化が加わるので、第1電極と第2電極との間の電気抵抗値から導電性弾性部材に入力された荷重を精度良く検出できる範囲が広がる。
請求項2に係る荷重センサは、前記絶縁性シートは、織物又は編み物である。
請求項3に係る荷重センサは、前記第1電極は、導電糸が前記伸縮性シートに縫い込まれて形成されている。
請求項3に記載の荷重センサでは、導電糸が用いられている。導電糸は、導電性を有しており、導電糸が伸縮性シートに縫い込まれて第1電極が形成されている。導電糸は、縫目で伸縮性シートに間欠的に保持されるので、伸縮性シートの伸縮性を損ねてしまうのを防止できる。
請求項4に係る荷重検出装置は、請求項1から請求項3の何れか1項に記載の荷重センサと、前記第1電極と前記第2電極との間の電気抵抗値に基づいて前記導電性弾性部材に入力された荷重を出力する荷重出力部と、を含む。
請求項4に記載の荷重検出装置は、荷重出力部が、第1電極及び第2電極に電気的に接続されることで、第1電極と第2電極との間の電気抵抗値を検知する。また、荷重出力部は、検知した電気抵抗値に基づいて導電性弾性部材に入力された荷重(荷重に応じた電気信号)を出力する。
請求項5に係る着座用シートは、請求項1から請求項3の何れか1項に記載の荷重センサが設けられた着座用シートであって、シートクッションのクッションパッドに前記導電性弾性部材が設けられると共に、前記第1電極が設けられた前記伸縮性シート及び前記絶縁性シートが前記シートクッションの上面側に配置され、前記第2電極が前記シートクッションの下面側に配置されている。
請求項5に記載の着座用シートは、シートクッションのクッションパッドに着座センサの導電性弾性部材を設けている。導電性弾性部材を設ける領域は、着座した人から荷重を受ける領域が含まれれば良く、これにより、シートクッションに人が着座することで、着座した人の体格(体重)に応じた荷重が導電性弾性部材に入力されて、導電性弾性部材が弾性変形される。
第1電極と第2電極との間には、導電性弾性部材の弾性変形に応じた荷重が入力されるので、第1電極と第2電極との間の電気抵抗値からシートクッションに人が着座したか否か及び着座した人の体格を検知できる。
ここで、第1電極が設けられた伸縮性シートは、導電性弾性部材の上面側に配置されて、導電性弾性部材の上面の変形に応じて伸縮される。これにより、伸縮性シートに設けられた第1電極が、シートクッションに着座した人の座り心地を損ねてしまうことがない。また、第1電極と第2電極との間の電気抵抗値から、導電性弾性部材に入力された荷重として、シートクッションに着座した乗員の体格(体重)を高精度に検知できる。
請求項6に記載の着座用シートは、前記第1電極と前記第2電極との間の電気抵抗値に基づいて前記シートクッションに入力された荷重を出力する荷重出力部を備えている。
請求項6に記載の着座用シートでは、荷重出力部が第1電極と第2電極との間の電気抵抗値を検知する。また、荷重出力部は、第1電極と第2電極との間の電気抵抗値からシートクッションに入力された荷重を判定して出力する。この際、導電性弾性部材の荷重に対する変位、及び変位に対する電気抵抗値を予め測定して記憶しておくことで、荷重出力部は、検知した電気抵抗値からシートクッションに着座した乗員の体格を精度良く出力できる。
以上説明したように本発明によれば、第1電極及び第2電極の一方と導電性弾性部材との間に複数の開口部が配列されたメッシュ状の絶縁性シートを配置することで、導電性弾性部材に荷重が入力されたか否かを適正に検知できる、という効果を有する。
また、本発明によれば、絶縁性シートに開口部と共に、開口部の周囲に開口部よりも小さく開口された複数の小孔を設けることで、導電性弾性部材の変位に対する第1電極と第2電極との間の電気抵抗値の変化を大きくできるので、高精度で検知できる荷重の範囲が広がる、という効果を有する。
本実施の形態に係る車両用シートを示す斜視図である。 (A)及び(B)はシートクッションの前方視の断面図であり、(A)は荷重が入力されていない状態を示し、(B)は荷重が入力された状態を示している。 本実施の形態に係る乗員検出装置の概略構成図である。 (A)は絶縁シートの平面図であり、(B)は絶縁シートの主要部の拡大図である。 (A)は電極シートの主要部を示す平面図、(B)は(A)の断面図である。 (A)及び(B)の各々は、電極糸によって電極シートに形成される電極網の一例を示す絶縁シート側から見た平面図である。 入力される荷重に応じた着座センサの変化を示す概略図であり、最上段は荷重が入力されていない状態を示し、最上段より下側が順に荷重が増加した状態を示している。 (A)は、変位に対する抵抗値の変化を示す線図、(B)は変位の変化に対する抵抗値を示す図表である。
以下に、図面を参照して本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。図1には、本発明の着座用シート(seat)の一例とする車両用シート10が斜視図にて示されている。車両用シート10は、乗用車などの車両(図示省略)に設けられており、車両に乗車した乗員が着座する。なお、図1では、シート前方が矢印FRにて示され、シート幅方向が矢印Wにて示され、シート上方が矢印UPにて示されている。
図1に示されるように、車両用シート10には、シートクッション12、シートバック14及びヘッドレスト16が設けられている。シートクッション12の下方には、一対のスライドレール18が設けられており、スライドレール18は、長手方向がシート前後方向とされて図示しない車体に固定されている。シートクッション12は、金属性のシートパンを含むシートフレーム(図示省略)により骨格が形成されており、シートフレームがスライド機構(図示省略)を介して一対のスライドレール18に架け渡されている。
シートバック14は、骨格を形成するシートバックフレーム(図示省略)の下部が、シートクッション12の後方側において図示しないリクライニング機構を介してシートフレームに連結されている。ヘッドレスト16は、シートバック14の上端部にシートバック14と一体的に設けられている。これにより、車両用シート10は、スライドレール18に支持されて前後方向に移動可能とされていると共に、シートバック14がシートクッション12に対して傾動可能とされている。
図2(A)及び図2(B)には、シートクッション12が前方視の断面図にて示されている。なお、図2(A)には、乗員が着座していない状態のシートクッション12が示されており、図2(B)には、乗員が着座している状態のシートクッション12の一例が示されている。
図2(A)及び図2(B)に示されるように、シートクッション12には、弾性部材としてのクッションパッド20が設けられており、クッションパッド20の表面が表皮材22によって被覆されている。なお、車両用シート10は、シートバック14及びヘッドレスト16のクッションパッド(図示省略)が表皮材22により被覆された一般的構成とされている。車両用シート10は、乗員が快適な座り心地、快適な乗り心地が得られるように、クッションパッド20の材質、クッション性、及び弾性特性等が定められている。本実施の形態に係るクッションパッド20は、材質として弾性部材の一例としてのポリウレタン発泡体であるウレタンフォーム(軟質ポリウレタンフォーム)が用いられている。
図1、図2(A)、及び図2(B)に示すように、シートクッション12には、サイドサポート部24が設けられており、サイドサポート部24は、クッションパッド20の幅方向の両側に凸状に形成されて、乗員の大腿部の側方に対向さる。また、シートクッション12には、サイドサポート部24の間に乗員の着座する略平坦な座部26が設けられている。
乗員は、シートクッション12に着座することにより座部26に臀部及び大腿部が支持されると共に、シートバック14に背部が支持される。また、図2(B)に示すように、シートクッション12の座部26は、着座した乗員の体格(体重)に応じて荷重が付与されてクッションパッド20が弾性変形されて圧縮される。
ところで、車両用シート10には、荷重検出装置としての乗員検出装置28が設けられている。図3には、乗員検出装置28が概略構成図にて示されている。乗員検出装置28には、荷重センサとしての着座センサ30及び荷重出力部としてのECU(Electronic Control Unit)32が設けられている。
着座センサ30には、第1電極が設けられた電極部34、第2電極としての電極部36、及び導電性弾性部材が用いられた導電性パッド38が設けられており、電極部34と電極部36との間に導電性パッド38が配置されている。本実施の形態では、導電性パッド38を形成する弾性部材(導電性弾性部材)としてクッションパッド20と同様の弾性部材であるウレタンフォームが適用されている。また、導電性パッド38に用いられるウレタンフォームは、導電性を有する導電性ウレタンフォーム(導電性軟質ポリウレタンフォーム)とされている。
ウレタンフォームは、電気抵抗値(以下、抵抗値という)が極めて高く(例えば、体積抵抗率が1011Ωm以上)、電気的絶縁体として機能する。導電性ウレタンフォームは、ウレタンフォームにカーボンブラックなどの導電性炭素粒子を担持させることで得られる。導電性ウレタンフォームは、導電性炭素粒子を含有することで、ウレタンフォームよりも抵抗値が低くなり(例えば、体積抵抗率が10Ωm以下)、導電体として機能する。
導電性ウレタンフォームは、電子部品の保護梱包材、電子遮蔽材等として多用されているが、本実施の形態では、導電性ウレタンフォームを導電性パッド38に用いている。なお、導電性ウレタンフォームは、ウレタンフォームにカーボンブラックなどの導電性炭素粒子等を担持させる公知の手法を用いて製造されたものを適用し得る。また、導電性ウレタンフォームは、カーボンブラックなどの導電性炭素粒子を用いたものに限らず、任意の手法でウレタンフォームに導電性を持たせたものを適用し得る。
一般に導電性ウレタンフォームは、厚さが増すことで、厚さが小さい(薄い)場合よりも抵抗値が高くなる。また、導電性ウレタンフォームは、荷重を受けることで受けた荷重に応じて弾性圧縮され、圧縮されることで圧縮されていない場合に比べて抵抗値が低くなる。即ち、導電性ウレタンフォームは、入力された荷重に応じて圧縮されることで抵抗値が低くなるという特性を有している。これにより、導電性パッド38は、圧縮されることにより電気抵抗値が低くなるように変化する。着座センサ30は、電極部34、36が導電性パッド38に電気的に接続されることで、電極部34、36間に導電性パッド38の抵抗値が生じる。
図1に示されるように、乗員検出装置28の着座センサ30は、車両用シート10のシートクッション12に設けられている。着座センサ30の導電性パッド38は、シートクッション12の座部26において、乗員の臀部が当接する部分にクッションパッド20の一部を形成するように設けられている。これにより、導電性パッド38は、シートクッション12の座部26に着座した乗員の体格(体重)に応じた荷重が入力されて弾性圧縮されると共に、導電性ウレタンフォームの軟性及び反発力により上面が乗員の体格(臀部の下側の形状)に応じて湾曲される。
ここで、クッションパッド20及び導電性パッド38としては、IDL25%における硬さ(JIS K6401の見かけ密度硬さ試験D法による硬さ)が、100〜400N(100〜400N/314cm)のウレタンフォームを適用できる。車両用シート10に設けられるクッションパッド20は、上記した硬さの範囲において、乗員が快適な座り心地、快適な乗り心地が得られる硬さに設定される。導電性パッド38の硬さは、クッションパッド20と同様の硬さが適用される。
導電性パッド38は、シートクッション12に用いるクッションパッド20の全体又はクッションパッド20の座部26に対応する部分を導電性となるように発泡成形しても良い。また、導電性パッド38は、クッションパッド20において、電極部34、36に対応する部位(乗員から荷重を受ける部位)に嵌め込まれても良い。クッションパッド20に導電性パッド38を嵌め込む場合、例えば、クッションパッド20から必要部位のウレタンフォームを切り出し、切り出したウレタンフォームに対して、導電性を持たせる処理を行うことで導電性パッド38を形成する。この後、形成した導電性パッド38を、クッションパッド20の元の部位に嵌め込むことで、導電性パッド38が設けられたシートクッション12が得られる。
導電性パッド38の下面には、電極部36が配置されて電気的に接続される。また、導電性パッド38の上面には、電極部34が配置されて、電極部34が表皮材22により被覆される。また、乗員検出装置28は、着座センサ30の電極部34、36がECU32に電気的に接続されている。
ECU32は、電極部34、36間の抵抗値を検出し、検出した抵抗値から導電性パッド38に入力された荷重の大きさを検知する。また、ECU32は、シートベルト装置やエアバック装置などの車両に設けられた乗員保護装置に電気的に接続されることで、検知した荷重の大きさを乗員保護装置に出力する。
ここで、電極部36には、鉄、アルミニウムなどの導電性を有する金属材料が適用される。また、電極部36は、導電性パッド38に電気的に接続可能な任意の形状が適用される。このような電極部36としては、厚さが0.3mm〜1.0mm程度の鉄などの金属板をプレス形成によりパン形状(平なべ形状、凹形状)に形成することができる。また、電極部36は、プレス成形される金属板に所定形状の穿孔が一様に形成されたメッシュ形状(パンチングメタル)が適用されても良い。
また、車両用シート10には、シートクッション12の下側に金属性のシートパンが設けられており、シートパンがクッションパッド20の下面に当接して、クッションパッド20を支持している。電極部36には、シートパンを用いることができ、本実施の形態では、電極部36にシートパンを用いるものとしている。なお、電極部36は、導電性パッド38の下面に電気的に接続されるものであれば、シートパンに限らず、導電体が担持されたシートや、金属を用いた一般的電極を適用することができる。さらに、クッションフレームにシートパンが設けられていなくとも、クッションフレームが金属製とされている場合、電極部36は、クッションフレームが用いられても良い。
一方、着座センサ30の電極部34には、電極シート40及び絶縁性シートとしての絶縁シート42が設けられている。電極部34は、絶縁シート42が導電性パッド38側に配置されて、絶縁シート42に電極シート40が重ねられている。電極シート40及び絶縁シート42は、シートクッション12が乗員から荷重を受ける領域において、導電性パッド38の上面を覆っている。
絶縁シート42には、絶縁性の樹脂フィルム、織物及び編物などの絶縁性を有すると共に伸縮性を有し、かつメッシュ状に形成されたシート(sheet)が用いられている。図4(A)には、一例として織物を用いた絶縁シート42が平面図にて示されており、図4(B)には、図4(A)に示される絶縁シート42の主要部が拡大図にて示されている。なお、図4では、一例として、ポリエステル繊維を用いた織物であるチュールメッシュ(東レ製の商品名、型番#2070)を示しており、図4(B)では、白色部分が繊維(織糸)を示し、黒色部分が空隙(開口)を示している。
絶縁シート42は、開口部としての目開き(以下、開口部44という)が縦横に配列されて設けられることでメッシュ状とされている。一般に、線材(織糸)が縦横に配列されて形成された目開きの大きさ(サイズ)は、縦又は横の線材の間隔(開口幅)で表される。目開きが形成されたメッシュでは、線材の太さと目開きの開口幅から開口率εが求められる。
図4(B)に示されるように、本実施の形態においては、開口部44の大きさ(目開きの大きさ)として開口部44の内接円46の直径(内径IDa)を用いている。また、開口部44の開口率ε(以下、開口率ε1という)は、単位面積(1平方インチ)当たりの目開き(開口部44)の面積の総和の比率(単位面積に対する開口部44の面積の百分比)を適用している。
ここで、絶縁シート42としては、内接円46の内径IDaが、IDa=20μm〜2.0mm(2000μm)の範囲のメッシュ状の絶縁性シートが適用されることが好ましい。また、絶縁シート42としては、開口部44及び下記小孔44Aの単位面積当たりの開口率εがε=20%〜80%の範囲の絶縁性シートが適用されることが好ましい。さらに、絶縁シート42は、開口部44及び下記小孔44Aを除く部分における厚さが20μm〜2.0mmの範囲が適用される。
また、絶縁シート42には、小孔としての複数の小孔44Aが設けられており、小孔44Aの各々は、開口部44の周囲に開口部44に比べて小さく開口されている。なお、本実施の形態において小孔44Aの開口の大きさは、開口部44と同様に開口周縁に接する円である内接円46Aの直径(内径IDb)で示される。また、内接円46、46Aは、開口部44及び小孔44A内の各々において、周縁の少なくとも2点に接する円のうちで直径が最大の円としている。
絶縁シート42は、小孔44Aの内接円46Aの内径IDb、及び単位面積(1平方インチ)当たりの小孔44Aの開口率ε(以下、開口率ε2という)が定められる。なお、小孔44Aの開口率ε2は、単位面積に対する小孔44Aの面積(開口面積)の総和の百分比であり、小孔44A以外の部分の面積には、開口部44の面積が含まれる。
絶縁シート42は、上記範囲内において、下記電極糸50の外径に応じて、厚さ、開口部44の内径IDa、及び開口部44の開口率εが定められた絶縁性シートが用いられる。また、絶縁シート42としては、下記電極糸50の外径に応じて、厚さ、小孔44Aの内径IDb、及び小孔44Aの開口率εが定められた絶縁性シートが用いられる。
絶縁シート42として織物及び編み物を適用する場合、織物及び編み物を形成する繊維糸(織糸)としては、ナイロン(ナイロン6、ナイロン66であっても良い)繊維又はポリエステル繊維などの合成繊維(樹脂繊維)を用いることができる。また、絶縁シート42には、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等のポリオレフィン繊維などの合成繊維を用いることができる。絶縁シート42は、これらの合成繊維の糸、又は合成繊維を撚って形成された糸により開口部44及び複数の小孔44Aが形成されるように織られるか又は編まれている。この際、小孔44Aが鎖状に連続されるように糸が織られることで、絶縁シート42の伸縮性の向上が図られている。
電極シート40は、伸縮性シートとしての素地48、及び第1電極を形成する導電糸としての電極糸50により形成される。図5(A)には、電極シート40の主要部が平面図にて示されており、図5(B)には、図5(A)に示される電極シート40の主要部が電極糸50の縫い方向に沿う断面図にて示されている。
電極シート40は、素地48が伸縮性及び絶縁性を有するシート(sheet)とされており、素地48としては、130%以上の伸縮率を有することが好ましく、スパンデックス(Spandex)などの織物(布)や樹脂フィルムなどが適用される。本実施の形態では、素地48の一例として、シートクッション12の表皮材22と同等以上の伸縮率を有するスパンデックスを用いている。
電極糸50は、繊維糸に導電性金属が蒸着されて形成されており、繊維糸に蒸着された金属により導電性が付与されている。繊維糸には、天然繊維が用いられても良いが、金属蒸着されることから人造繊維が好ましく、ポリエステル繊維などの合成繊維(樹脂繊維)などが適用される。電極糸50は、複数本(例えば2本又は3本)の繊維糸が撚られて形成されており、金属蒸着されることで線径(外径)が0.1mm〜1.0mmの範囲とされたものが用いられえる。また、繊維糸に蒸着される金属としては、銀(Ag)、金(Au)、ニッケル(Ni)等の任意の金属又は複数種の金属を組み合わせて形成された合金などを用いることができる。
着座センサ30においては、電極糸50の外径と絶縁シート42の開口部44及び小孔44Aの大きさとが関連付けられている。例えば、絶縁シート42は、内接円46の内径IDaが少なくとも電極糸50の外径より大きい(僅かに大きいものを含む)開口部44を設けられたものとされ、内接円46の内径IDaが電極糸50の外径の2倍以上の開口部44が設けられたものがより好ましい。また、絶縁シート42には、内接円46Aの内径IDbが開口部44の内径IDaより小さい複数の小孔44Aが設けられており、小孔44Aは、内接円46Aの内径IDbが電極糸50の外径と略同じにされているか僅かに小さくされている。即ち、小孔44Aは、内径IDbが電極糸50の外径以下とされている。
電極シート40には、素地48に電極糸50が縫い込まれるなどして配索されている。素地48への電極糸50の配索には、任意のパターンを適用できるが、絶縁シート42側に現れる電極糸50の面積が広く(長さが長く)、かつ素地48の伸縮性を損ねることがないパターンが好ましい。
図5(A)には、素地48に配索する電極糸50のパターンの一例が、絶縁シート42側から見た平面図にて示されている。また、図5(B)には、図5(A)の主要部が電極糸50に沿う断面図にて示されている。
図5(A)に示されるように、本実施の形態では、素地48に電極糸50を縫い込むパターン(縫目のパターン)として千鳥状パターン52が適用されている。千鳥状パターン52は、電極糸50の縫込み方向に沿うように仮想した配索線54に対して、電極糸50が配索線54を中心に左右両側で交互に素地48に縫い込まれている。即ち、千鳥状パターン52は、電極糸50(電極糸50の縫目)が配索線54に交差するようにジグザグに縫い込まれた所謂千鳥縫いとされている。
千鳥状パターン52においては、配索線54を挟んで左右両側で素地48を電極糸50により掬うように縫っても良く、電極糸50により素地48を掬うのではなく、電極糸50を素地48に差し通すようにしても良い。また、一本の電極糸50を差し通すと、素地48の絶縁シート42側に現れる電極糸50の長さが短くなる。ここから、2本の電極糸50を用い、2本の電極糸50が、絶縁シート42側に交互に現れるように素地48に縫い込んでも良い。これにより、絶縁シート42側に現れる電極糸50の縫目の間が開かずに千鳥状に連続的に形成できるので、絶縁シート42側の電極糸50の長さを長くでき、絶縁シート42側の電極糸50の表面積を広くできる。
図5(B)に示されるように、本実施の形態では、電極糸50と非導電性の糸(以下、係止糸50Aという)を用いている。係止糸50Aとしては、任意の糸を用いることができ、電極糸50に用いる金属蒸着する前の繊維糸を用いることができる。千鳥状パターンは、素地48の一方の面に電極糸50を配索し、他方の面に係止糸50Aを配索する。この際、素地48に縫い込む電極糸50を、電極糸50とは反対側から素地48に縫い込む係止糸50Aによって互いに掬うことで、電極糸50及び係止糸50Aを素地48に縫い込む。これにより、素地48の一方の面に電極糸50が配索されて、素地48の他方の面に係止糸50Aが配索される。
なお、電極糸50を千鳥状パターン52で素地48に配索する方法としては、配索線54を挟んだ左右両側において、係止糸50Aによって電極糸50を掬うことで、電極糸50及び係止糸50Aが互いに素地48に係止されるようにしても良い。電極糸50を千鳥状パターン52で素地48に配索する方法としては、上述の方法とは逆に、配索線54を挟んだ左右両側において、電極糸50によって係止糸50Aを掬うことで、電極糸50及び係止糸50Aが互いに素地48に係止されるようにしても良い。
ここで、図5(A)に示されるように、電極糸50の針目間隔NDは、ND=3mm〜5mm程度とすることができ、電極糸50の配索線54と交差する方向の寸法である針目幅NWは、NW=3mm〜5mm程度とすることができる。また、配索線54に沿って隣接する電極糸50の間の角度α(図5(A)参照)が狭すぎる(小さすぎる)と、電極糸50が配索線54と交差する方向に対する素地48の伸縮を抑制してしまい、角度αが広すぎる(大きすぎる)と、電極糸50が配索線54に沿う方向に対する素地48の伸縮を抑制してしまうことがある。ここから、角度αとしては、30°〜150°の範囲とすることが好ましい。また、針目間隔ND及び角度αが定まることで、千鳥状パターン52における一針分の電極糸50の長さL、即ち、千鳥状パターン52の針目幅NWが定まる。従って、千鳥状パターン52は、素地48の伸縮性が損ねられることなく、かつ、絶縁シート42側に現れる電極糸50の長さが長くなるように設定された、針目間隔ND及び針目幅NWが定められて素地48に形成される。
電極シート40は、電極糸50を配索するパターンとして千鳥状パターン52が適用されることで、電極糸50を縫い込んだ素地48の縦横の伸縮性が損ねられるのを防止できる。また、電極シート40は、導電性パッド38に荷重が入力される領域に対応する素地48の領域(例えば、素地48の略全域)に電極糸50が縫い込まれる。これにより、素地48には、第1電極としての電極網が形成される。図6(A)及び図6(B)には、本実施の形態において適用可能な電極網の一例が平面図にて示されている。
図6(A)に示される電極網56は、直線状の配索線54A、54Bが所定の縫目間隔SDで縦横に格子状に設定されている。電極網56では、複数の配索線54A、54Bの各々に沿って電極糸50が千鳥状パターン52によって縫い込まれている。
互いに隣接する配索線54A(又は配索線54B)の間隔を縫目間隔SD(配索線54Aの縫目間隔SD1、配索線54Bの縫目間隔SD2)とすると、縫目間隔SDが狭いと素地48の伸縮性に影響し、縫目間隔SDが広いと電極糸50の配置がまばらとなる。ここから、電極網56は、縫目間隔SDが、SD=1cm〜10cm(SD1=1cm〜10cm、SD2=1cm〜10cm)の範囲で設定されている。
図6(B)に示される電極網58は、各々の半径が異なる円状とされた複数の配索線54Cが同心円状に設定されている。また、電極網58には、直線状の複数の配索線54Dが配索線54Cの中心位置から放射状に設定されている。電極網58では、配索線54C、54Dの各々に沿って電極糸50が千鳥状パターン52によって縫い込まれるなどして配索されている。電極網58では、互いに隣接する配索線54Cの間隔が縫目間隔SDとされており、電極網58は、縫目間隔SD(SD=1cm〜10cm)となるように複数の配索線54Cの各々の半径が設定される。
電極シート40では、電極糸50が所定の領域にむらなく配索されて電極網56、58が形成されるように千鳥状パターン52の針目幅NW及び針目間隔NDと共に、縫目間隔SDが設定される。この際、絶縁シート42の一部又は全部の開口部44に電極糸50が対向されるか隣接されると共に、一部又は全部の小孔44Aに電極糸50が対向されるか隣接される。
本実施の形態では、第1電極の一例として電極シート40に電極網56が形成されている。なお、電極シート40には、電極網58の外周部分に電極網56を配置するなど、電極網56、58を組み合わせた形態の電極網が形成されても良い。また、電極シート40は、直線状の配索線54A、54Bの各々が傾斜された斜め格子状とされた電極網が形成されても良い。
着座センサ30は、導電性パッド38上に伸縮性を有する絶縁シート42が配置されて、絶縁シート42に電極シート40が重ねられることで、電極シート40及び絶縁シート42を介して導電性パッド38に荷重が入力される。これにより、入力された荷重によって導電性パッド38の上面が波打つように変位(弾性圧縮による変位)しても、絶縁シート42が導電性パッド38の上面に密接されると共に、電極シート40の電極糸50が絶縁シート42に密接される。
乗員検出装置28は、着座センサ30の電極シート40に配索された電極糸50が一括されてECU32に電気的に接続される。これにより、ECU32は、電極部34、36が導電性パッド38に電気的に接続されることで、電極部34、36間の抵抗値が検出可能となっている。ECU32により検出される電極部34、36間の抵抗値は、導電性パッド38が弾性変形されたときの厚さの変位量に応じて変化し、変位量が大きくなることで、検出される抵抗値が低くなる。また、ECU32により検出される抵抗値は、導電性パッド38に接触する電極部34の電極糸50の接触面積に応じて変化し、接触面積が広くなることで狭い場合よりも低くなる。
ECU32は、荷重に対する導電性パッド38の変位、及び導電性パッド38の変位に対する電極部34、36間の抵抗値が予め測定されて、例えば、抵抗値に対する荷重のマップとして記憶されている。ECU32は、電極部34、36間の抵抗値、及び予め記憶された抵抗値に対する荷重のマップから導電性パッド38に入力される荷重、即ち、車両用シート10に着座した乗員の体重を判定する。
次に、本実施の形態の作用を説明する。
車両用シート10のシートクッション12には、クッションパッド20と共に着座センサ30の導電性パッド38が設けられており、乗員がシートクッション12に着座すると、導電性パッド38が乗員の体格(体重)に応じて弾性変形されて圧縮される。これにより、着座センサ30は、電極部34、36間における導電性パッド38の抵抗値が変化する。乗員検出装置28のECU32は、着座センサ30の電極部34、36間の抵抗値を検出して、検出した抵抗値から導電性パッド38に入力された荷重、即ち、シートクッション12に着座した乗員の体重(体格)を判定する。
ここで、導電性パッド38には、導電性ウレタンフォームが用いられており、導電性ウレタンフォームがシートクッション12のクッションパッド20と同様の弾性特性を有している。また、着座センサ30の電極部34には、電極シート40に伸縮性を有する素地48が用いられていると共に、絶縁シート42に伸縮性を有する織物が用いられている。これにより、シートクッション12は、弾性特性が本来の弾性特性から変化するのが抑えられているので、着座センサ30は、シートクッション12に着座した乗員に快適な座り心地の喪失感が生じるのを防止できる。
また、着座センサ30では、シートクッション12に設ける電極シート40の素地48に電極糸50を配索しており、この電極糸50が細い(例えば、外径が0.1mm未満)と切れやすくなる。また、電極糸50が太いと(例えば、外径が数mm程度であると)、シートクッション12に着座した乗員に違和感を生じさせてしまう。これに対して、着座センサ30では、繊維糸を金属蒸着することで線径(外径)が0.1mm〜1.0mm(0.1mm以上、1.0mm以下)の範囲とされた電極糸50を用いている。これにより、着座センサ30は、電極シート40に設けた電極糸50が、シートクッション12に着座した乗員に違和感を生じさせてしまうことがない。従って、車両用シート10は、着座センサ30が設けられていても、本来の快適な座り心地感を乗員に与えることができる。
さらに、乗員検出装置28では、電極部36として、シートクッション12に設けられているシートパンが用いられている。シートパンは、車両用シート10に着座した乗員の座り心地等を考慮した位置及び形状とされており、車両用シート10は、シートパンを電極部36として用いることで、着座センサ30を設けた場合にも、シートクッション12の座り心地が変化するのが抑制される。また、乗員検出装置28は、シートパンを電極部36として用いることで、専用の電極(第2電極)を不要にできる。
一方、図7には、着座センサ30における荷重に応じた変化の概略が示されており、最上段が荷重の入力されていない状態(以下、無荷重状態という)が示され、最上段より下側が、順に入力された荷重が大きくなっている状態が示されている。なお、図7では、荷重の大きさが二点鎖線の矢印の太さで示されており、二点鎖線で示される太い矢印が細い矢印よりも入力されている荷重が大きいことを示している。
着座センサ30に用いている導電性パッド38は、荷重が入力されることにより、弾性圧縮される。この際、導電性パッド38の弾性圧縮による変位(厚さの変位)は、導電性ウレタンフォームの荷重−変位特性により定まるが、入力された荷重が大きい程大きくなる。また、導電性パッド38は、無荷重状態であっても、電極部34、36が電気的に接続されていれば、電極部34、36間に所定の抵抗値(体積抵抗率及び厚さに応じた抵抗値)が生じる。さらに、導電性パッド38は、変位が生じることにより電気抵抗値に変化が生じる。
図7の最上段に示されるように、着座センサ30の電極部34は、導電性パッド38と電極糸50が設けられた電極シート40との間に絶縁シート42が設けられている。このために、電極部34は、無荷重状態であると、電極糸50が導電性パッド38から離間して電気的な非接続状態となっている。これにより、着座センサ30では、導電性パッド38と電極シート40(電極糸50)との間に絶縁シート42が配置されているので、電極部34、36間の抵抗値が極めて大きくなっている。
また、絶縁シート42は、目開きとなる開口部44が配列されたメッシュ状とされていると共に、開口部44より小さな開口の小孔44Aが形成されている。導電性パッド38は、電極シート40及び絶縁シート42を介して荷重が入力される。この際、導電性パッド38の上面は、略全面が絶縁シート42から押圧されるが、開口部44及び小孔44Aに対向された領域の受ける力がその周囲の受ける力より低くなる。
ここで、導電性パッド38を形成する導電性ウレタンフォームは、軟性及び反発力を有しており、荷重が入力された際、入力された荷重の大きさに相違があると、入力された荷重が大きい領域が、入力された荷重が小さい領域よりも大きく変形する(窪む)。このため、図7の上から二段目に示されるように、入力された荷重が比較的小さい場合、小孔44Aに比べて大きく開口された開口部44において、導電性パッド38を形成する導電性ウレタンフォームの表層部の一部が開口部44内、特に開口部44の内接円46内に入り込む。また、電極シート40は、入力された荷重によって電極糸50が絶縁シート42へ向けて押圧されている。これにより、導電性パッド38は、絶縁シート42の開口部44内において、開口部44に対向している電極糸50の一部に接触して、電極糸50に電気的に接続される。従って、着座センサ30では、荷重が入力されていない場合に比べて電極部34、36間の抵抗値が大きく低下する。即ち、着座センサ30では、導電性パッド38に荷重が入力されると、無荷重状態の場合に比べて、電極部34、36間の抵抗値が大きく低下する。
さらに、入力された荷重が増加すると、絶縁シート42の開口部44の周縁部分であって内接円46の外側となる開口部44の周縁部においても、導電性パッド38が電極糸50に接触される。また、導電性パッド38は、小孔44Aに入り込み、小孔44Aにおいて開口の大きい部分となる内接円46A内に対向している電極糸50に接触する。即ち、導電性パッド38を形成する導電性ウレタンフォームが、その軟性及び反発力により小孔44Aに入り込んで、小孔44Aの上側の電極糸50の一部に接触する。
このために、図7の上から3段目に示されるように、絶縁シート42の小孔44Aに入り込んだ導電性パッド38と小孔44Aに対向する位置となっている電極糸50とが接触して電気的に接続される。これにより、着座センサ30では、荷重が小さい場合に比べて導電性パッド38の変位が大きくなると共に、導電性パッド38に接触する電極糸50の面積が増加する。これにより、電極部34、36間の抵抗値の変化には、導電性パッド38の抵抗値の変化に、導電性パッド38と電極糸50との接触面積の増加に起因する抵抗値の変化が加わる。従って、電極部34、36間の抵抗値は、荷重が小さい場合に比べてさらに低下する。
また、図7の最下段に示されるように、入力された荷重がさらに増加すると、絶縁シート42に形成された小孔44A内に導電性パッド38がさらに入り込む。このために、小孔44Aの周縁部において導電性パッド38が電極糸50に接触する。これにより、導電性パッド38の変位が増加すると共に、導電性パッド38と電極糸50との接触面積がさらに大きくなり、着座センサ30は、電極部34、36間の抵抗値がさらに低下する。
従って、着座センサ30では、荷重に応じて導電性パッド38と電極糸50との接触面積が変化するので、電極部34、36間の抵抗値が、導電性パッド38の変位のみに応じた抵抗値の変化に比べて大きく変化する。
ここで、図8(A)及び図8(B)には、本実施の形態に係る着座センサ30における導電性パッド38の変位に対する電極部34、36間の抵抗値の測定結果の一例を示している。なお、図8(A)には、導電性パッド38の変位(mm)に対する抵抗値(抵抗値R(Ω))の変化が線図にて示され、図8(B)には、図8(A)の線図における変位に対する抵抗値R(Ω)の測定値が図表にて示されている。また、変位に対する抵抗値及び荷重の測定は、3回行っており、図8(A)及び図8(B)には、1回目の測定結果がN1、2回目の測定結果がN2、及び3回目の測定結果がN3にて示されている。さらに、図8(A)では、比較例としての導電性パッド38の変位に対する抵抗値Rの変化が二点鎖線にて示されている。比較例は、着座センサ30から絶縁シート42を除いた構成、即ち、荷重が入力されていなくても、電極シート40の電極糸50が、導電性パッド38側の略全面において導電性パッド38に電気的に接続された構成としている。
測定には、着座センサ30の導電性パッド38として、IDL25%における硬さ(JIS K6401の見かけ密度硬さ試験D法による硬さ)が、220Nの導電性ウレタンフォームを用いている。また、導電性パッド38には、縦横の各々が400mm、高さ(厚さ)が100mm(400mm×400mm×高さ100mm)のサンプルが用いられている。電極部36には、シートクッション12のシートフレームに設けた鉄製のシートパンを用いている。
また、電極部34は、導電性パッド38のサンプルを覆う大きさの電極シート40及び絶縁シート42が用いられている。電極シート40の素地48には、スパンデックスを用い、電極糸50には、ポリエチレンテレフタレート(PET)繊維を用いており、電極糸50は、ポリエチレンテレフタレート繊維を2本撚りして形成した糸を銀蒸着して太さ(外径)を300μmに形成している。また、電極シート40には、針目間隔NDをND=3mm、針目幅NWをNW=3mmとした千鳥状パターン52を適用し、絶縁シート42側の針目がほぼ連続するように上記電極糸50を素地48に縫い込んで電極網56が形成されている。電極網56は、縦横の各々の縫目間隔SD(SD1、SD2)がSD(=SD1=SD2)=3cmとなるように素地48に縫い込まれている。
絶縁シート42には、ポリエステル繊維を用いた織物(東レ製 商品名:チュールメッシュ、型番#2070)を用いている。絶縁シート42の開口部44は、内接円46の内径IDaがIDa=500μmとなっており、内接円46の内径IDaが、電極糸50の外径よりも大きくされている。また、絶縁シート42には、開口部44の周囲に複数の小孔44Aが設けられており、小孔44Aは、内接円46Aの内径IDbが電極糸50の外径より僅かに小さくされている。また、絶縁シート42は、厚さ(JIS L1096に規定される加圧平均厚さ)TがT=250μmとなっている。
絶縁シート42は、単位面積当たりの開口部44のみの面積(開口面積)の比率を開口率ε1とし、単位面積当たりの小孔44Aのみの面積(開口面積)の比率を開口率ε2としたとき、開口率ε1=37.81%、開口率ε2=6.87%となっている。また、絶縁シート42は、単位面積(単位領域の面積)当たりの開口部44及び小孔44Aの面積の比率を開口率εとしたとき、開口率ε=44.68(=ε1+ε2)となっている。
また、単位面積における開口部44の内接円46の内径IDa及び小孔44Aの内接円46Aの内径IDbの平均値を平均径AIDとしたときに、絶縁シート42は、平均径AIDが厚さTよりも大きくされている。この際、開口部44の各々は、内接円46の内径IDaが平均径AIDよりも大きく、小孔44Aの各々は、内接円46Aの内径IDbが平均径AIDより小さくされている。
開口率ε、ε1、ε2は、対象とする絶縁シート42を撮像して得られる画像データ上で画素数をカウントして、カウントした画素数から算出する一般的手法を用いることができる。撮像には、画像撮影の可能な実体顕微鏡(Leica M125C)を用い、任意の倍率で撮像する。得られた画像データに対して、一般的画像処理ソフトウェアを用いて、回転、反転、トリミング、コントラスト調整などの画像処理を施し、濃淡を明確にする。これにより得られた画像データに対して、開口率の算出対象面積分の画像データを切り出し、開口部分を黒に塗りつぶした後に、開口部分が黒、繊維部分が白のモノクロ画像を画像データに変換(図4(B)参照)した後、ビットマップデータに変換する。このビットマップデータから黒白の各々の画素数をカウントして、単位領域の画素数、単位領域内の開口部44の画素数、及び単位領域内の小孔44Aの画素数の各々をカウントする。開口率ε、ε1、ε2は、得られたカウント値に基づいて算出される。なお、絶縁シート42の開口部44の大きさ(内接円46の内径IDa)及び小孔44Aの大きさ(内接円46Aの内径IDb)も、絶縁シート42の撮影画像の画像データから取得することができる。
比較例では、無荷重状態であっても、電極部34の電極糸50及び電極部36の各々が導電性パッド38に電気的に接触して電気的に接続されている。これにより、図8(A)に示されるように、比較例では、無荷重状態であっても、電極部34、36間に、導電性パッド38の抵抗値が生じている。また、比較例では、荷重が入力されて導電性パッド38に変位が生じた場合、導電性パッド38の変位に応じた抵抗値のみが検出されるので、変位が変化した場合の抵抗値の変化が小さくなっている。
これに対して、着座センサ30では、電極糸50と導電性パッド38との間に絶縁シート42が設けられているので、無荷重状態では、電極部34の電極糸50と導電性パッド38との間に絶縁シート42が介在されているので、電極部34、36間の抵抗値が比較例に比べて極めて高くなっている。
また、着座センサ30では、導電性パッド38に荷重が入力されると、絶縁シート42の開口部44に対応している電極糸50の一部と導電性パッド38とが電気的に接続される。これにより、着座センサ30では、導電性パッド38と電極糸50とが電気的に接続されて、電極部34、36間の抵抗値が大きく低下する。従って、ECU32は、電極部34、36間の抵抗値の変化から、荷重が入力されたか否かを的確に判断でき、乗員検出装置28は、車両用シート10に乗員が着座しているか否かを的確に検知できる。
さらに、着座センサ30では、電極部34の電極シート40及び絶縁シート42を介して導電性パッド38に入力される荷重が増加すると、荷重の増加に伴って導電性パッド38(導電性ウレタンフォーム)が、開口部44に入り込むと共に小孔44Aにも入り込む。即ち、着座センサ30は、絶縁シート42に開口部44及び小孔44Aが設けられていることで、導電性パッド38に入力された荷重が大きくなると、荷重が小さい場合に比べて導電性パッド38に接触する電極糸50の面積が増加する。
このため、着座センサ30では、入力された荷重の増加に伴って導電性パッド38の変位が大きくなると共に、導電性パッド38への電極糸50の接触面積が増加する。これにより、着座センサ30は、比較例に比べて導電性パッド38の変位に対する抵抗値Rの変化が大きくなっている。
一方、着座センサ30では、電極シート40と絶縁シート42とが重ねられており、荷重が入力された際に、絶縁シート42に対して電極シート40が僅かにずれる可能性がある。このために、絶縁シート42の開口部44A及び小孔44Aの各々に対する電極糸50の位置がずれることがあり、開口部44A及び小孔44Aの各々に対する電極糸50の位置にずれが生じると、荷重に対する導電性パッド38と電極糸50との接触面積に変化が生じる。
ここで、着座センサ30では、1回目から3回目の各々における変位に対する抵抗値Rのばらつきが10%以内となっている。絶縁シート42の開口部44A及び小孔44Aの各々に対する電極糸50の位置のずれに起因する抵抗値Rの変化が抑えられている。
また、絶縁シート42は、開口部44の内接円46の内径IDaが電極糸50の外径よりも大きくされていると共に、小孔44Aの内接円46Aの内径IDbが電極糸50の外径よりも小さくされている。また、絶縁シート42は、厚さTが平均径AIDよりも大きくされている。これにより、導電性パッド38に入力される荷重が徐々に増加することで、導電性パッド38と電極糸50とが開口部44及び小孔44Aを介して徐々に接触していくと考えられる。この際、入力された荷重が低い領域側では、主に開口部44が導電性パッド38と電極糸50との接触に寄与して、開口部44を介して導電性パッド38が電極糸50に接触される。また、入力された荷重が高い領域側では、導電性パッド38と電極糸50との接触の増加に小孔44Aが寄与して、開口部44を介した導電性パッド38と電極糸50との接触に、小孔44Aを介した導電性パッド38と電極糸50との接触が加わる。
このように、絶縁シート42の厚さTが平均径AIDより大きくされることで、着座センサ30では、比較例に比べて変位に対する抵抗値の傾きを大きくすることができる。この際、絶縁シート42の厚さT及び平均径AIDを適切に組み合わせることで、導電性パッド38の変位に対する抵抗値のレンジ(変化範囲)を広くできる。
従って、着座センサ30では、導電性パッド38の変位に対する抵抗値のレンジを広くでき、かつ変位に対する抵抗値のばらつきが少ないので、抵抗値から導電性パッド38に入力された荷重を判定する精度を向上できる。また、着座センサ30を用いた乗員検出装置28は、車両用シート10に着座した乗員の体格を検知する際の検知精度を向上できる。
車両用シート10の設計には、シートに着座する乗員のダミーが用いられることがあり、乗員のダミーとしては、子供ダミー、及び成人ダミーがあり、成人ダミーには、成人女性ダミーと成人男性ダミーが用いられることがある。6歳児に対応する子供ダミー(P−6)は、身長120cm、体重22Kgの体格とされる。また、成人女性ダミー(AF05)は、身長145cm、体重45Kgの体格とされ、成人男性ダミー(AM50)は、身長175cm、体重78Kgの体格とされる。
図8(A)には、ダミーが車両用シート10に着座したと想定した場合の導電性パッド38の変位量Ld1〜Ld3が示されている。変位量Ld1は、子供ダミーの変位量(9mm)に対応され、変位量Ld2は、成人女性ダミーの変位量(34mm)に対応され、変位量Ld3は、成人男性ダミーの変位量(58mm)に対応されている。
ここで、着座センサ30では、変位量Ld1〜Ld3の各々に対応する抵抗値Rの差が明らかとなっており、少なくとも3段階に分けた変位量Ld1〜Ld3の抵抗値Rを明確に識別することができる。ここから、変位量Ld1〜Ld3を基準として変位量の範囲を区分けすることで、抵抗値Rから変位量が、変位量Ld1〜Ld3のいずれの範囲に属するかを判別することができる。
これにより、着座センサ30を用いた乗員検出装置28は、車両用シート10に着座した乗員が大人か子供かの2段階ではなく、子供の体格の乗員、成人女性の体格の乗員、及び成人男性の体格の乗員の3段階に分けて識別することができる。また、乗員検出装置28は、乗員の体格を3段階に限らず、4段階以上の複数段階に分けて識別することが可能となるのは明白である。
このように、着座センサ30は、第1電極を形成する電極糸50と導電性パッド38との間に、開口部44が配列されてメッシュ状とされた絶縁シート42を配置することで、導電性ウレタンフォームに変位を生じさせる荷重を精度良く検出できる。また、乗員検出装置28により検出された乗員の体格に応じて乗員保護装置が作動されることで、車両用シート10では、着座した乗員が乗員保護装置により適切に保護される。
この際、絶縁シート42の開口部44の大きさ、小孔44Aの大きさ、開口率ε、ε1、ε2、電極糸50の外径、及び電極糸50の縫込みパターンを導電性パッド38の軟性や反発力に合わせて設定することで、導電性パッド38の変位の変化に対する抵抗値の変化幅を設定できる。
なお、車両用シート10に幼児を着座させる場合、幼児用補助装置と呼ばれる幼児用拘束装置(CRS:Child Restraint System、以下、チャイルドシートという)が車両用シート10に装着される。ECU32により検出される抵抗値は、車両用シート10にチャイルドシートが装着されることで、チャイルドシートが装着されていない場合に比べて抵抗値が小さくなり、チャイルドシートに幼児が載せられることで、抵抗値がさらに低下する。このような抵抗値の変化を検出するアルゴリズムがECU32に組み込まれることで、車両用シート10に装着されたチャイルドシートに幼児が載せられたと的確に判定でき、チャイルドシートに載せられた幼児の適正な保護が可能となる。
また、以上説明した本実施の形態では、導電糸として繊維糸に導電性金属材料を蒸着した電極糸50を用いたが、導電糸は、電極糸50に限るものではない。導電糸は、導電性が担持された糸状の材料であれば良く、繊維糸が金属によりコーティングされたものであってもよく、金属コーティングされた複数本の繊維糸が撚られて形成されたものであっても良い。また、導電糸としては、金属材料が細線状に延伸されて形成された金属糸であってもよく、複数本の金属糸が撚られて形成されたものであっても良い。さらに、導電糸としては、導電性が担持された繊維糸と非導電性の繊維糸とが撚られて形成されたものであっても良い。
また、以上説明した本実施の形態では、電極糸50と導電性パッド38との間に絶縁シート42を配置したが、これに限らず、絶縁シート42は、電極部36と導電性パッド38との間に配置しても良い。電極部36と導電性パッド38との間に絶縁シート42を設けることで、導電性パッド38に入力される荷重に対する電極部36の接触面積の把握が容易となり、変位に対する抵抗値Rの所望の変化を得るための着座センサの設計が容易となる。
さらに、本実施の形態では、クッションパッド20に弾性部材としてウレタンフォームを用い、導電性パッド38に導電性弾性部材としてウレタンフォームに導電性を持たせた導電性ウレタンフォームを用いたが、弾性部材及び導電性弾性部材の材質は、これに限るものではない。弾性部材としては、シートに用いられる公知の材質を適用することができ、導電性弾性部材としては、シートに用いられる弾性部材に導電性を持たせた弾性部材を適用することが好ましい。
また、本実施の形態では、着座用シートとして車両用シート10を例に説明したが、車両用シートは、リクライニング機構を備えていない構成であっても良い。また、着座用シートとしては、自動車に設ける車両用シートに限るものではなく、鉄道車両などの各種の車両に設けられる着座用シートに適用できる。また、着座用シートとしては、船舶、航空機、遊技施設のアトラクションなどの各種の乗用機器に設けられるシート、映画館などの娯楽施設に設けられるシートなどのクッション性を備える任意のシートに適用される。また、本実施の形態では、荷重センサを着座センサ30として用いたが、荷重センサは、荷重を受ける任意の機構に設けて、受けた荷重を判別に適用することができる。
10 車両用シート
12 シートクッション
20 クッションパッド
28 乗員検出装置
30 着座センサ(荷重センサ)
32 ECU(荷重出力部)
34 電極部
36 電極部(第2電極)
38 導電性パッド(導電性弾性部材)
40 電極シート
42 絶縁シート(絶縁性シート)
44 開口部
44A 小孔
46、46A 内接円
48 素地(伸縮性シート)
50 電極糸(第1電極)
52 千鳥状パターン
56、58 電極網

Claims (6)

  1. 入力される荷重に応じて弾性圧縮されて、荷重の入力方向の一面と該一面とは反対側の面との間の電気抵抗値が変化する導電性弾性部材と、
    前記導電性弾性部材の前記一面側に配置された伸縮性シートと、
    前記伸縮性シートの前記導電性弾性部材側の面に対向されて設けられた第1電極と、
    前記導電性弾性部材の前記一面とは反対側の面に対向されて設けられ、前記導電性弾性部材を介して前記第1電極に電気的に接続される第2電極と、
    所定の大きさの開口部が複数配列されたメッシュ状とされて前記導電性弾性部材と前記第1電極及び前記第2電極の少なくとも一方との間に設けられ、弾性圧縮されることで前記開口部に入り込む前記導電性弾性部材を介して前記第1電極と前記第2電極とを電気的に接続可能にする絶縁性シートと、
    を備え
    前記絶縁性シートには、前記開口部の周囲に該開口部よりも小さい開口の複数の小孔が設けられ、弾性圧縮されることで前記小孔に入り込む前記導電性弾性部材を介して前記第1電極と前記第2電極とを電気的に接続可能にされた荷重センサ。
  2. 前記絶縁性シートは織物又は編み物である請求項1に記載の荷重センサ。
  3. 前記第1電極は、繊維糸に金属蒸着されて形成された導電糸が前記伸縮性シートに縫い込まれて形成されている請求項1又は請求項2に記載の荷重センサ。
  4. 請求項1から請求項3の何れか1項に記載の荷重センサと、
    前記第1電極と前記第2電極との間の電気抵抗値に基づいて前記導電性弾性部材に入力された荷重を出力する荷重出力部と、
    を含む荷重検知装置。
  5. 請求項1から請求項3の何れか1項に記載の荷重センサが設けられた着座用シートであって、
    シートクッションのクッションパッドに前記導電性弾性部材が設けられると共に、
    前記第1電極が設けられた前記絶縁性シート及び前記伸縮性シートが前記シートクッションの上面側に配置され、前記第2電極が前記シートクッションの下面側に配置された着座用シート。
  6. 前記第1電極と前記第2電極との間の電気抵抗値に基づいて前記シートクッションに入力された荷重を出力する荷重出力部を備えた請求項5記載の着座用シート。
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