JP7289236B2 - タッチセンサ - Google Patents

Description

本発明は、障害物の接触を検知するのに用いられるタッチセンサに関するものである。

従来、自動車等の車両には、当該車両が備える開口部を開閉する開閉体（例えば、スライドドアやテールゲート）と、開閉体を駆動する開閉装置と、が設けられることがある。開閉装置は、駆動源である電動モータと、電動モータをオン／オフさせる操作スイッチと、を備えている。開閉装置が備える電動モータは、操作スイッチの操作に基づいて作動し、開閉体を開駆動または閉駆動する。また、開閉装置の中には、操作スイッチの操作の有無にかかわらず、開閉体を開駆動または閉駆動する自動開閉装置がある。従来の自動開閉装置の１つは、開口部と開閉体との間に挟まれた障害物を検知するタッチセンサを備えており、当該タッチセンサの検知結果に基づいて開閉体を駆動する。例えば、自動開閉装置は、タッチセンサによって障害物が検知されると、それまで閉駆動されていた開閉体を開駆動させたり、その場で停止させたりする。

上記のようなタッチセンサの一例が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載されているタッチセンサは、弾性変形可能な中空のセンサ部と、センサ部の内部に設けられた複数の電極と、を有する。それぞれの電極は、撚り合わされた複数本の素線からなる導体層と、導体層を覆う被覆層と、を備えており、被覆層は導電性樹脂によって形成されている。よって、センサ部の弾性変形に伴って電極同士が接触すると、電極間の電気抵抗が大きく変化（低下）する。

特開２０１３－２２８２９９号公報

タッチセンサを含むセンサには検知精度や検知感度など（以下、「検知性能」と総称する場合がある。）のさらなる向上が求められている。一方、特許文献１に記載されているタッチセンサには、低温時の検知性能が常温時の検知性能よりも劣る傾向があった。本件発明者らは、タッチセンサの検知性能の向上、特に低温時における検知性能の向上を実現すべく研究を重ねる中で、複数本の素線の集合体である導体層全体の断面積とこれを構成している各素線の断面積との比率が検知性能に大きく影響しているとの知見を得た。

本発明の目的は、上記知見に基づいてタッチセンサの検知性能のさらなる向上を図ることである。

本発明のタッチセンサは、外力が付与されると弾性変形する中空のセンサ部と、前記センサ部の内部に設けられ、前記センサ部の弾性変形に伴って互いに接触する複数の電極と、を有する。前記複数の電極のそれぞれは、撚り合わされた複数本の素線からなる導体層と、前記導体層を覆う導電性樹脂からなる被覆層と、を備える線状電極である。そして、それぞれの前記線状電極における前記素線の断面積（Ｓ１）と前記導体層の断面積（Ｓ２）との比率（Ｓ１／Ｓ２）は、０．０２０以上０．０２５以下である。

本発明の一態様では、前記比率（Ｓ１／Ｓ２）は０．０２５である。

本発明の他の一態様では、前記線状電極は、４０本の前記素線からなる前記導体層を備え、前記素線の断面積（Ｓ１）は０．００２ｍｍ^２であり、前記導体層の断面積（Ｓ２）は０．０８０ｍｍ^２である。

本発明によれば、従来よりも検知性能が向上したタッチセンサが実現される。

タッチセンサユニットが搭載された車両のテールゲートを示す正面図である。 タッチセンサユニットが搭載された車両のテールゲートを示す側面図である。 タッチセンサユニットを示す斜視図である。 タッチセンサの構造を示す拡大図である。 タッチセンサの構造を示す断面図である。 線状電極の構造を示す断面図である。 タッチセンサの性能試験の結果を示す図である。

以下、本発明が適用されたタッチセンサの一例について、図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態に係るタッチセンサは、図１，図２に示す車両１０に搭載される。図示されている車両１０は、所謂ハッチバックタイプの車両である。この車両１０の後部には、大きな荷物を車室内に出し入れし得る開口部１１が設けられている。開口部１１は、車両１０の天井部の後方側に設けられたヒンジ（図示せず）によって回動可能に支持された開閉体１２によって開閉される。開閉体１２は、「テールゲート」，「リアゲート」，「バッグドア」等と呼ばれるが、本明細書では「テールゲート」と呼ぶ。

車両１０には、テールゲート１２を図２中の実線矢印および破線矢印に示される方向に回動（開閉）させるパワーテールゲート装置１３が搭載されている。パワーテールゲート装置１３は、テールゲート１２を開閉させる減速機付きのアクチュエータ１３ａと、スイッチ（図示せず）の操作に基づいてアクチュエータ１３ａを制御するコントローラ１３ｂと、障害物ＢＬを検知するための一対のタッチセンサユニット２０と、を備えている。そして、本実施形態に係るタッチセンサは、タッチセンサユニット２０の一部として車両１０に搭載される。つまり、本実施形態に係るタッチセンサは、タッチセンサユニット２０の構成要素の１つであり、タッチセンサユニット２０は、パワーテールゲート装置１３の構成要素の１つである。

図１に示されるように、タッチセンサユニット２０は、テールゲート１２の外周面に設けられている。具体的には、タッチセンサユニット２０は、テールゲート１２の車幅方向両側面にそれぞれ設けられている。より具体的には、タッチセンサユニット２０は、テールゲート１２の湾曲した両側面（縁）に、それら側面の形状に沿って設けられている。よって、開口部１１とテールゲート１２との間に障害物ＢＬが挟まれると、当該障害物ＢＬがタッチセンサユニット２０によって検知される。タッチセンサユニット２０は、障害物ＢＬを検知すると検知信号を出力し、タッチセンサユニット２０から出力された検知信号は、コントローラ１３ｂに入力される。検知信号が入力されたコントローラ１３ｂは、操作スイッチの操作状況に関わらず、閉駆動されているテールゲート１２を開駆動させるか、閉駆動されているテールゲート１２をその場で停止させる。

図３に示されるように、タッチセンサユニット２０は、タッチセンサ３０，センサホルダ３１およびブラケット３２を含み、これらタッチセンサ３０，センサホルダ３１およびブラケット３２は一体化されている。具体的には、タッチセンサ３０は、センサホルダ３１を介してブラケット３２と一体化されている。

ブラケット３２は、プラスチック等の樹脂材料によって形成されており、テールゲート１２（図１，図２）の側面（縁）と略同一の長さを有し、全体として板状の外観を呈している。また、タッチセンサ３０の長手方向一部はセンサホルダ３１に固定されている一方、残部はセンサホルダ３１に固定されていない。そして、タッチセンサ３０の一部が固定されているセンサホルダ３１がブラケット３２に接合されている。以下の説明では、センサホルダ３１に固定されていないタッチセンサ３０の長手方向一部を「引き出し部」と呼んで他の部分と区別する場合がある。もっとも、かかる区別は説明の便宜上の区別に過ぎない。

上記のような基本構造を備えるタッチセンサユニット２０は、ブラケット３２がテールゲート１２（図１，図２）の側面（縁）に固定されることによって車両１０に取り付けられる。この際、タッチセンサ３０の引き出し部は、テールゲート１２に設けられている引き込み穴からテールゲート１２の内側に引き入れられる。また、引き出し部が引き入れられた後の引き込み穴は、引き出し部に装着されているグロメットＧＭによって塞がれる。

以下、タッチセンサユニット２０の構造についてより詳細に説明する。

図３に示されるように、タッチセンサユニット２０の構成要素の１つであるタッチセンサ３０は、センサ部４０と、センサ部４０の内部に設けられた複数の電極４１，４２と、コネクタ４３と、を有し、電極４１，４２を内蔵するセンサ部４０の一部がセンサホルダ３１に埋設されている。センサホルダ３１は、絶縁性ゴムによって形成されており、弾性を有する。つまり、センサホルダ３１は、外力が付与されると変形し、外力が除かれると元の形状に復帰する。また、コネクタ４３は、不図示の他のコネクタに接続される。コネクタ４３が他のコネクタに接続されることにより、タッチセンサユニット２０がコントローラ１３ｂ（図１，図２）と電気的に接続され、タッチセンサユニット２０から出力される検知信号がコントローラ１３ｂに入力可能となる。

図４，図５に示されるように、センサホルダ３１は、一体成形された収容部３１ａおよび土台部３１ｂを有する。収容部３１ａは中空であり、この収容部３１ａの内部にタッチセンサ３０が収容され、土台部３１ｂはブラケット３２に固定される。尚、図４では、タッチセンサ３０のセンサ部４０およびブラケット３２の図示は省略されている。

図５に示されるように、タッチセンサ３０のセンサ部４０は中空である。具体的には、センサ部４０は、絶縁性ゴムからなるチューブであって、弾性を有する。つまり、センサ部４０は、外力が付与されると変形し、外力が除かれると元の形状に復帰する。また、センサ部４０の内径は、電極４１，４２の外径の約３倍である。

図４、図５に示されるように、それぞれの電極４１，４２は線状電極であって、センサ部４０の内部に螺旋状に巻かれた状態で収容されている。また、それぞれの線状電極４１，４２の外周面はセンサ部４０の内周面に固定（溶着）されている。既述のとおり、センサ部４０はそれぞれの線状電極４１，４２の外径の約３倍の内径を有している。よって、通常、２本の線状電極４１，４２は互いに接触していない。言い換えれば、通常、２本の線状電極４１，４２の間には、同様の線状電極がもう１本入る程度の隙間がある。

図６に示されるように、それぞれの線状電極４１，４２は、撚り合わされた複数本の素線５０ａからなる導体層５０と、導体層５０を覆う導電性樹脂からなる被覆層５１と、を備えている。本実施形態における素線５０ａは銅線である。つまり、本実施形態における導体層５０は、複数本の銅線が撚り合わされた撚り線である。また、本実施形態における被覆層５１は、導電性を有するシースである。

図４に最も明確に示されているように、２本の線状電極４１，４２は、螺旋状に巻かれ、かつ、通常では互いに接触しない状態でセンサ部４０の内部に収容されている。一方、センサ部４０は外力が付与されると弾性変形し、センサ部４０が収容されているセンサホルダ３１（収容部３１ａ）も外力が付与されると弾性変形する。よって、センサホルダ３１の収容部３１ａがある程度以上の外力を受けて弾性変形すると（潰れると）、これに伴ってセンサ部４０に外力が付与される。すると、センサ部４０が弾性変形し、これに伴って２本の線状電極４１，４２が互いに近接し、接触する。具体的には、一方の線状電極４１の被覆層５１と他方の線状電極４２の被覆層５１とが接触する。つまり、２本の線状電極４１，４２が電気的に導通する（短絡する）。

図３に示されるように、タッチセンサ３０の先端にはモールド部４５が設けられている。図４に示されるように、モールド部４５は、絶縁体からなるセパレータＳＰと、抵抗Ｒと、２つの接続部材ＳＷ１，ＳＷ２と、これらを被覆するモールド樹脂ＭＲと、から構成されている。そして、線状電極４１の端部は、接続部材ＳＷ１を介して抵抗Ｒの一端に接続され、線状電極４２の端部は、接続部材ＳＷ２を介して抵抗Ｒの他端に接続されている。つまり、２本の線状電極４１，４２は、モールド部４５内において、抵抗Ｒを介して直列接続されている。このため、線状電極４１，４２が短絡していない状態では、抵抗Ｒの抵抗値がコントローラ１３ｂ（図１）に入力される。一方、線状電極４１，４２が短絡すると、抵抗Ｒを介さない抵抗値がコントローラ１３ｂ（図１）に入力される。つまり、線状電極４１，４２が短絡すると、コントローラ１３ｂに入力される抵抗値が大幅に低下する。図１に示されるコントローラ１３ｂは、入力される抵抗値が所定の閾値よりも小さくなると、操作スイッチの操作状況に関わらず、閉駆動されているテールゲート１２を開駆動させるか、閉駆動されているテールゲート１２をその場で停止させる。ここで、線状電極４１，４２の短絡は、図１，図２に示される開口部１１とテールゲート１２との間に挟まれた障害物ＢＬによって引き起こされる。具体的には、開口部１１とテールゲート１２との間に挟まれた障害物ＢＬにセンサホルダ３１の収容部３１ａが接触すると、当該収容部３１ａが外力を受けて弾性変形する。すると、上記のとおり、収容部３１ａに収容されているセンサ部４０が弾性変形し、センサ部４０に収容されている線状電極４１，４２が互いに近接して接触する。このように、テールゲート１２に装着されているタッチセンサユニット２０（センサホルダ３１）に障害物ＢＬが接触すると、タッチセンサユニット２０からそれまでよりも低い抵抗値が検知信号として出力され、コントローラ１３ｂに入力される。もっとも、タッチセンサユニット２０（センサホルダ３１）に障害物ＢＬが接触すると、タッチセンサユニット２０から所定の電気信号が検知信号として出力され、コントローラ１３ｂに入力される実施形態もある。

再び図６を参照する。本実施形態では、図示されているそれぞれの素線５０ａの断面積（Ｓ１）と導体層５０の断面積（Ｓ２）との比率（Ｓ１／Ｓ２）が０．０２０以上０．０２５以下である。言い換えれば、それぞれの線状電極４１，４２における導体層５０の断面積（Ｓ２）と、当該導体層５０を構成しているそれぞれの素線５０ａの断面積（Ｓ１）との関係が、０．０２０≦（Ｓ１／Ｓ２）≦０．０２５の条件を満たしている。つまり、各素線５０ａの断面積（Ｓ１）は、導体層５０の断面積（Ｓ２）の０．０２０倍以上０．０２５倍以下である。要するに、線状電極４１，４２の導体層５０は、その太さの０．０２０倍よりは太く、０．０２５倍よりは細い複数本の素線５０ａによって構成されている。

図６では一部の素線５０ａの図示が省略されているが、実際には４０本の素線５０ａによって導体層５０が形成されている。また、実際の導体層５０および素線５０ａの断面形状は真円ではない。そこで、本発明においては、導体層５０の断面形状に最も近い円の面積を導体層５０の断面積（Ｓ２）とし、素線５０ａの断面形状に最も近い円の面積を素線５０ａの断面積（Ｓ１）とする。

素線５０ａの断面積（Ｓ１）と導体層５０の断面積（Ｓ２）との比率（Ｓ１／Ｓ２）が上記範囲内である線状電極４１，４２を備える本実施形態のタッチセンサ３０は、検知性能、特に低温時における検知性能が従来のタッチセンサよりも高い。上記のとおり、線状電極４１，４２は、複数本の素線５０ａの集合体である導体層５０と、この導体層５０の周囲に設けられた被覆層５１と、から構成されている。ここで、樹脂によって形成されている被覆層５１の低温時における柔軟性は、常温時における柔軟性に比べて劣る。つまり、低温時には被覆層５１が硬くなり、これを含む線状電極４１，４２の可撓性が低下する。そして、可撓性が低下した線状電極４１，４２は、これらを収容しているセンサ部４０の弾性変形を阻害する。この結果、低温時には、常温時であればセンサ部４０を十分に弾性変形させ得る外力（例えば、２０Ｎ）が当該センサ部４０に付与された場合であっても、当該センサ部４０が十分に弾性変形せず、線状電極４１，４２が接触しないか、線状電極４１，４２の接触が不十分になる虞がある。

しかしながら、本実施形態のタッチセンサ３０が備える線状電極４１，４２の導体層５０は、その太さの０．０２５倍よりも細い素線５０ａによって構成されており、これよりも太い素線によって構成されている他の導体層よりも屈曲性や柔軟性に優れている。よって、本実施形態のタッチセンサ３０が備える線状電極４１，４２は、低温時に被覆層５１の柔軟性が低下したとしても、全体として十分な可撓性を維持する。つまり、本実施形態におけるタッチセンサ３０では、可撓性が低下した線状電極４１，４２によってセンサ部４０の弾性変形が阻害されることはなく、低温時であってもセンサ部４０が過不足なく弾性変形し、センサ部４０内の線状電極４１，４２が十分に接触する。

尚、導体層５０の屈曲性や柔軟性を高める観点からは、当該導体層５０を構成する素線５０ａをなるべく細くすることが好ましい一方、素線５０ａの細さには自ずと限界がある。例えば、素線５０ａを導体層５０の０．０２０倍よりも細くすると、素線５０ａの強度が不足し、所期の耐久性が得られなくなる虞がある。

本発明の効果を確認すべく本件発明者らが行った試験の結果について説明する。この試験では、本発明を適用したタッチセンサを２種類用意するとともに、比較例としてのタッチセンサを２種類用意した。それぞれのタッチセンサが備える線状電極の諸元は図７に示されている表に記載されているとおりである。図７に示されている表では、本発明が適用された２種類のタッチセンサが備える線状電極のそれぞれを実施例１，実施例２と表記し、比較例としてのタッチセンサが備える線状電極のそれぞれを比較例１，比較例２と表記してある。

さらに、本試験では、図７に示されている表に記載されている諸元を備える線状電極を一組ずつ用意し、各組の線状電極を同一条件のセンサ部およびセンサホルダに収容してタッチセンサとした。そして、各タッチセンサに低温環境下において外力を付与し、抵抗値を測定した。より具体的には、－３０℃の環境下において各タッチセンサの外周面に２０Ｎの力を加えた状態で、各タッチセンサが備える線状電極間の抵抗値を測定した。尚、タッチセンサに対する外力付与は、センサホルダの外周面に直径４０ｍｍの丸棒状の押し子を押し付けることによって実現した。

本試験により、図７の表において実施例１，２と表記されている線状電極を備えるタッチセンサは、同表において比較例１，２と表記されている線状電極を備えるタッチセンサに比べて低温時における検知性能が高いことが確認された。つまり、本発明が適用されたタッチセンサは、比較例としてのタッチセンサに比べて低温時における検知性能が高いことが確認された。

本発明は上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。

１０ 車両
１１ 開口部
１２ 開閉体（テールゲート）
１３ パワーテールゲート装置
１３ａ アクチュエータ
１３ｂ コントローラ
２０ タッチセンサユニット
３０ タッチセンサ
３１ センサホルダ
３１ａ 収容部
３１ｂ 土台部
３２ ブラケット
４０ センサ部
４１，４２ 電極（線状電極）
４３ コネクタ
４５ モールド部
５０ 導体層
５０ａ 素線
５１ 被覆層
ＢＬ 障害物
ＧＭ グロメット
ＭＲ モールド樹脂
Ｒ 抵抗
Ｓ１，Ｓ２ 断面積
ＳＰ セパレータ
ＳＷ１，ＳＷ２ 接続部材

Claims (2)

1. 外力が付与されると弾性変形する中空のセンサ部と、
   前記センサ部の内部に設けられ、前記センサ部の弾性変形に伴って互いに接触する複数の電極と、を有するタッチセンサであって、
   前記複数の電極のそれぞれは、撚り合わされた複数本の素線からなる導体層と、前記導体層を覆う導電性樹脂からなる被覆層と、を備える線状電極であり、
   それぞれの前記線状電極における前記素線は銅線であり、
   それぞれの前記線状電極における前記素線の断面積（Ｓ１）と前記導体層の断面積（Ｓ２）との比率（Ｓ１／Ｓ２）が０．０２５であり、
   前記素線の断面積（Ｓ１）が０．００２ｍｍ ^２ であり、前記導体層の断面積（Ｓ２）が０．０８０ｍｍ ^２ である、タッチセンサ。
2. 前記線状電極は、４０本の前記素線からなる前記導体層を備える、請求項１に記載のタッチセンサ。

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