JP2023119665A - タッチセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】確実且つ迅速に物体との当接を検出することができるタッチセンサを提供する。【課題を解決するための手段】タッチセンサ４０は、物体５０の当接による外力によって弾性変形する筒部４１と、筒部４１を構成する材料より柔軟性が高く、筒部４１内に充填される柔軟材部４２と、筒部４１の長手方向の端部に取付けられるセンサ部４４を備え、センサ部４４は、筒部４１の弾性変形に伴い、筒部４１の長手方向端部から突出する柔軟材部４２の突出部４５の突出量を検出する。【選択図】図３

Description

本発明は、自動ドアのドア等の移動体による異物の挟み込みを検出するタッチセンサに関する。

自動車、鉄道などの車両や建物には、モータなどを用いて自動的にドアを開閉する電動開閉装置が備えられているものがある。このような電動開閉装置では、ドアが閉まる時に、例えば、片開きドアの場合にはドア枠とドア本体との間に、両開きドアの場合には、ドア本体間に物体が挟まれる場合がある。このような場合、電動開閉装置は、ドアを閉める作動を停止すると共にドアを開く作動を行い、挟まれた物体を取り除く必要がある。したがって、物体と、ドア又はドア枠との当接を素早く検出するセンサが求められている。

例えば、特許文献１には、以下のセンサが開示されている。図４に示すように、感圧センサ５００は、ゴムや軟質の合成樹脂材等、絶縁性を有する弾性材によって長尺状に形成された外皮部５１０を備えている。外皮部５１０の内部には断面が略十字形状の十字孔５６０が外皮部５１０の長手方向に沿って形成されている。十字孔５６０は外皮部５１０の長手方向に沿って外皮部５１０の中心周りに漸次変位している。

外皮部５１０の内部には銅線等の導電性細線を縒り合わせることにより可撓性を有する長尺紐状に形成され、且つ、導電性ゴムに被覆された電極として４本の電極線５２０、５３０、５４０、５５０が設けられている。これらの電極線５２０～５５０は、十字孔５６０の中央近傍で十字孔５６０を介して互いに離間した状態で十字孔５６０に沿って螺旋状に配置され、十字孔５６０の内周部へ一体的に固着されている。

したがって、物体と当接し、外皮部５１０が弾性変形することでにより電極線５２０～５５０は撓み、特に、十字孔５６０が潰れる程度に外皮部５１０が弾性変形すれば、電極線５２０又は電極線５３０が電極線５４０又は電極線５５０と接触して導通する。また、物体が離れ、外皮部５１０が復元すれば電極線５２０～５５０もまた復元し、導通が遮断される。

また、例えば、特許文献２には、以下のセンサ付きのプロテクタ２００が開示されている。図５に示すように、プロテクタ２００は、自動車のスライドドアの前端面に取付けられる、車内側壁３１０、車外側壁３２０及び連結壁３３０からなる断面略Ｕ字形状の取付基部３００とそれに一体成形された中空部４００を備え、中空部４００には、スライドドアとボディ側開口部との間に人体の一部（指や手足）などの異物が挟まった場合にその挟み込みを検知して対応する電気信号を出力するセンサ（感圧センサ）６００ が取付けられている。

センサ６００は、車両上下方向（長手方向）に延びる２本の芯線（電極線）４１０、４２０が、空間部４４０を介して設けられた導電性のゴム様弾性体（導電部）４５０、４６０に埋設されるようにして中空部４００内に固定されており、スライドドアの閉時にスライドドアとボディ側開口部との間に異物が挟み込まれると中空部４００が部分的に押圧されて潰れ、ゴム様弾性体４５０、４６０が接触して２本の芯線４１０、４２０が短絡して異物の存在が検知される。

特開２００２－２３５４８０号公報 特開２０１６－０９７８１０号公報

ところで、上記の特許文献１では、外皮部５１０が弾性変形を開始しても、十字孔５６０が潰れ、電極線５２０又は電極線５３０が電極線５４０又は電極線５５０と接触して導通するまでは、物体の挟み込みを検出することができない。また、特許文献２においても、物体が挟まれ、中空部４００が変形してゴム様弾性体４５０、４６０が接触することにより２本の芯線４１０、４２０が短絡して導通するまでは、物体の挟み込みを検出することができない。したがって、上記の両特許文献は、共に物体と当接（すなわち、物体の挟まれが発生）してから物体を検出するまでに時間差を有している。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、確実且つ迅速に物体との当接を検出することができるタッチセンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の本発明は、物体の当接による外力によって弾性変形する筒部と、筒部を構成する材料より柔軟性が高く、筒部内に充填される柔軟材部と、筒部の長手方向の端部に取付けられるセンサ部を備え、センサ部は、筒部の弾性変形に伴い、筒部の長手方向端部から突出する柔軟材部の突出部の突出量を検出するタッチセンサである。

請求項１の本発明では、物体の当接による外力によって弾性変形する筒部と、筒部を構成する材料より柔軟性が高く、筒部内に充填される柔軟材部を備えている。物体の当接による外力によって筒部が弾性変形すると、筒部内の体積が減少する。筒部内には、筒部を構成する材料より柔軟性が高い柔軟材部が充填されているので、物体の当接により筒部が撓み筒部内の体積が減少することに伴い、柔軟材部は筒部の長手方向端部から押し出されて突出し、突出部が出現する。筒部の長手方向の端部には、柔軟材部の突出量を検出するセンサ部を備えているので、筒部に加わった外力を柔軟材部の突出部の突出量として瞬時に検出し、出力することができる。したがって、突出部の突出量、及び突出量の変化量によって、物体との当接の有無や当接による外力の大きさなどを確実且つ迅速に検出することができる。

なお、センサ部の検出手段は、突出部の突出量をセンサ部が受ける圧力を検出してもよく、筒部の端部から突出する柔軟材部の突出部の長さを検出してもよい。

タッチセンサは、物体の当接による外力によって弾性変形する筒部と、筒部を構成する材料より柔軟性が高く、筒部内に充填される柔軟材部と、筒部の長手方向の端部に取付けられるセンサ部を備え、センサ部は、筒部の弾性変形に伴い、筒部の長手方向端部から突出する柔軟材部の突出部の突出量を検出するので、筒部に加わった外力を突出部の突出量として検出し、出力することができる。したがって、突出部の突出量、及び突出量の変化量によって、物体との当接の有無や当接による外力の大きさなどを確実且つ迅速に検出することができる。

本発明のタッチセンサを自動車のスライドドアの挟み込み検出装置に適用した例を示す斜視図である。 図１のＸ－Ｘ断面図である。 本発明のタッチセンサの作動を説明する長手方向の断面図であり、（ａ）は物体を挟み込んでいない状態、（ｂ）は物体を挟み込んだ状態である。 従来のセンサの断面図である（特許文献１）。 従来のセンサの断面図である（特許文献２）。

図１は、本発明のタッチセンサ４０を自動車のスライドドア１０の挟み込み検出装置に適用した例を示す斜視図である。この挟み込み検出装置は、ドアパネル１１の開口端部に取付けられる先端部にタッチセンサ４０が形成されたプロテクタ２０であり、長尺状である。このタッチセンサ４０を利用して、ドア枠１２とドアパネル１１との間への人体の一部（指や手足） などの物体の挟み込みを検出する。なお、以下に示す寸法、材料及び特性値は一例であり、記載事項に限定されるものではない。

図２及び図３（ａ）に示すように、このタッチセンサ４０付きのプロテクタ２０は、図１に示すスライドドア１０に形成された図示しないフランジに直接、取付けられる車内側壁３１，車外側壁３２及び連結壁３３からなる断面略Ｕ字形状の取付基部３０と、その取付基部３０に一体成形され、スライドドア１０の閉時にスライドドア１０の前端面とその前端面が対向するドア枠１２との間に指等の異物があるとその異物に弾接するチューブ状の筒部４１と、その筒部４１内に充填された、筒部４１を構成する材料より柔軟性の高い柔軟材部４２と、車両上下方向（長手方向）に延びる筒部４１の上方先端部分に取付けられたセンサ部４４から構成されている。車両上下方向（長手方向）に延びる筒部４１の下方先端部分は、筒部４１と同じ材料による封止部４３で封止されている。この封止部４３は、物体５０（図３（ｂ））を挟み込んだ場合においても、撓まないように形成されている。なお、封止部４３は筒部４１より硬質の材料で形成してもよい。

取付基部３０の内側には複数の保持リップ３４、３４が形成され、また取付基部３０には剛性をアップさせるために断面略Ｕ字形状の芯材（インサート）３５が埋設されている。さらに取付基部３０の車外側壁３２には意匠リップ３６が形成されている。

本発明のタッチセンサ４０の作動を図３（ａ）及び図３（ｂ）に基づいて説明する。図３（ａ）に示すように、チューブ状の筒部４１内には、筒部４１を構成する材料より柔軟性の高い柔軟材部４２が充填されている。筒部４１の下方先端部分は封止部４３で封止されており、上方先端部分は開放されている。また、筒部４１の上方先端部分には、センサ部４４が取付けられている。

筒部４１に物体５０が当接して圧力が加わり、筒部４１に撓みが発生すると、図３（ｂ）に示すように、筒部４１の下方先端部分は封止部４３で封止されているので、筒部４１の内部に充填された柔軟材部４２は、筒部４１の上方先端部分から上方に押出されて突出部４５が出現する。また、物体５０との当接がなくなり、筒部４１が復元すれば柔軟材部４２もまた復元し、突出部４５は消滅する。

筒部４１の上方先端部分には、センサ部４４が取付けられているので、センサ部４４は、突出部４５による圧力変化を検出する、若しくは突出部４５の長手方向の突出長さを検出する。なお、突出部４５による圧力の検出には、突出部４５による直接的な押圧を検出してもよく、センサ部４４と柔軟材部４２との間に空気層が形成され、突出部４５による空気層の容量変化による間接的な押圧を検出してもよい。筒部４１の撓み量と、突出部４５の長手方向の突出長さには比例関係があるので、物体５０の当接を確実に且つ迅速に検出することができる。

そして、例えば、人体（特に、頭、指や手足）への影響を考慮し、センサ部４４で検出する圧力や突出部４５の長手方向の突出長さに基準値を設定すれば、スライドドア１０の閉扉中、物体５０が筒部４１に当接し、筒部４１に一定の撓みが発生した時に「挟み込み有」と判定し、スライドドア１０を閉める作動を停止すると共にスライドドア１０を開く作動を行うことができる。

本実施形態において、プロテクタ２０の取付基部３０（インサートを除く）及びタッチセンサ４０の筒部４１には動的架橋型熱可塑性エラストマー（ＴＰＶ）を使用した。ヤング率は３ＭＰａであり、筒部４１の内径は２０ｍｍ、肉厚は２ｍｍである。

一方、筒部４１に充填する柔軟材部４２には、スチレン系エラストマーのホットメルトを使用した。ヤング率は０．００２３ＭＰａ、ポアソン比は０．２９、筒部４１との摩擦係数は２である。

物体５０により、筒部４１を撓ませた実験において、筒部４１を１６００ｍｍ^３押込んだ時に突出した突出部４５の突出体積は１２００ｍｍ^３であり、押込み体積に対する突出体積の割合は７５％であった。また、押込み体積変化量と突出体積変化量の間には、比例関係を有することも確認された。

センサ部４４を取付け、センサ部４４における圧力変化は未測定であるが、センサ部４４としては、突出部４５の出現に伴う圧力を、ダイヤフラムを介して感圧素子（半導体ひずみゲージ）により計測し、電気信号に変換して出力することができる。

センサ部４４の検出は、センサ部４４のセンシング部が柔軟材部４２と当接し、突出部４５からの押圧を直接受けて行ってもよく、または、センサ部４４と筒部４１との間を接着等により密封し、センサ部４４のセンシング部と柔軟材部４２との間に空気層を形成し、突出部４５の出現に伴う空気層の圧縮を圧力として間接的に行ってもよい。

本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

プロテクタ２０（インサートを除く）及びタッチセンサ４０の筒部４１を構成する材料としては、ゴム、熱可塑性エラストマー、軟質合成樹脂等で形成することができる。ゴムの場合は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンジエンゴム）が、熱可塑性エラストマーとしては、ＴＰＶの他、オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）が耐候性、リサイクル、コスト等の観点から望ましい。

例えば、上記の実施形態では、プロテクタ２０の取付基部３０（インサートを除く）及びタッチセンサ４０の筒部４１は同じ特性を有するＴＰＶを仕様したが、取付基部３０と筒部４１で異なる特性値を有するＴＰＶを使用してもよく、または、異なる材料を使用してもよい。

例えば、上記の実施形態では、筒部４１の上方先端部分は開放され、柔軟材部４２が露出していたが、センサ部４４における検出の妨げにならない程度の薄膜により封止してもよい。

例えば、センサ部４４の検出手段は、上記の感圧素子を使用する以外に、筒部４１突出する柔軟材部４２の突出部４５の長手方向の長さを測定する方法で検出してもよい。

本発明の実施形態では、自動車のスライドドア１０に配設する場合の例を用いて説明したが、これに限定されることなく種々の装置に配設することが可能である。例えば、自動車であればパワーバックドア、電動サンルーフ、電動ヘッドレスト、電動シート、電動稼動ステップ、パワーウィンドウ、電動オットマンなどにも適用することができる。また、自動車に限らず、建築物の自動ドア（回転ドアを含む）、エレベータのドア、鉄道のドアなどにも配設することができる。

１０ スライドドア
１１ ドアパネル
１２ ドア枠
２０ プロテクタ
４０ タッチセンサ
４１ 筒部
４２ 柔軟材部
４３ 封止部
４４ センサ部
４５ 突出部
５０ 物体

Claims (1)

1. 物体の当接による外力によって弾性変形する筒部と、
   前記筒部を構成する材料より柔軟性が高く、前記筒部内に充填される柔軟材部と、
   前記筒部の長手方向の端部に取付けられるセンサ部を備え、
   前記センサ部は、前記筒部の弾性変形に伴い前記筒部の長手方向端部から突出する前記柔軟材部の突出部の突出量を検出するタッチセンサ。

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