【手続補正書】
【提出日】平成16年4月8日(2004.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】圧電センサ信号検出装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】圧電センサと、この圧電センサの出力信号に基づき前記圧電センサからの信号の有無を判定する判定手段を備え、この判定手段は少なくとも前記圧電センサからの信号入力部と判定結果を出力する判定出力部との間又は前記圧電センサからの信号入力部と前記判定手段に信号を供給する電源供給部との間に高周波電流をバイパスするバイパス手段を有することを特徴とする圧電センサ信号検出装置。
【請求項２】信号入力部と判定出力部を隣接して高周波電流のバイパス経路を短くした請求項１記載の圧電センサ信号検出装置。
【請求項３】信号入力部と判定出力部を隣接して信号入力部のグラウンド部と判定出力部のグラウンド部を短い距離で接続した請求項１記載の圧電センサ信号検出装置。
【請求項４】判定手段をシールドケースの中に収納し、信号入力部と判定出力部のグラウンド部を前記シールドケースに接続した請求項３記載の圧電センサ信号検出装置。
【請求項５】バイパス手段は圧電センサからの信号に影響を与えない程度の大きさの容量をもつコンデンサで高周波電流をバイパスするようにした請求項１または２記載の圧電センサ信号検出装置。
【請求項６】判定手段が構成される回路基板の片側の面に圧電センサからの入力部を配置し、回路基板の反対側の面に判定結果を出力する判定出力部を配置した請求項１記載の圧電センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変形したり衝撃を受けると電圧を発生する圧電素子の性質を応用した圧電センサの信号検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の圧電センサ信号検出装置は、一つの応用として自動車のパワーウィンドウにおける窓ガラスと窓枠の間、電動サンルーフにおける摺動屋根と屋根枠の間、電動スライドドアにおけるドアと車体との間などのように、人体の一部や衣類等の物体が挟まれる可能性があるので、物体の挟み込みを検知して窓ガラスや摺動屋根を駆動するモータを停止又は逆回転させるような安全装置用のセンサとして用いられていた。
【０００３】
物体の挟み込みを検知する方法として、例えば特開平１０−１３２６６９号公報に開示されているものもある。これはポリフッ化ビニリデン等の高分子圧電材からなる圧電センサを自動車の窓枠上部に沿って配設し、圧電センサの出力信号に基づき窓枠上部と窓ガラスとの間への物の挟み込みを検知するものであった。
【０００４】
図６は従来の圧電センサを感圧センサとして用いた挟み込み判定装置の構成図である。図６において４は開口部としての窓枠、５は開閉部としての窓ガラスである。窓枠４の周縁部には圧電センサ３が配設されている。この圧電センサ３は窓枠４の前端部すなわち図１の左端から車内に引き込まれる。７は圧電センサ３の出力信号を増幅後、圧電センサ３出力の信号に基づき窓枠４と窓ガラス５の間への物体の挟み込みを判定する判定手段などが入っている回路ユニットであり、ドアのサイドミラー取り付け位置近傍のドア本体内に配設されている。また、８はパワーウインドウ駆動装置、９はパワーウインドウ駆動装置８を制御する制御手段である。パワーウインドウ駆動装置８はモータ８ａ、ワイヤ８ｂ、窓ガラス５の支持具８ｃ、ガイド８ｄ等からなる。モータ８ａによりワイヤ８ｂを動かし、ワイヤ８ｂと連結された支持具８ｃをガイド８ｄに沿って上下させることにより窓ガラス５を開閉する構造となっている。パワーウインドウ駆動装置８は上記のようなワイヤを用いたものだけではなく、他の方式のものもある。制御手段９はモータ８ａと一体化されているものもある。さらに図７は従来の圧電センサを感圧センサとして用いた挟み込み判定装置の回路構成図である。図７において２０は圧電センサ３の出力信号により挟み込みを判定する判定手段の回路が搭載された判定手段を示す。２７は判定手段２０の入力部であり、圧電センサ３の心線電極１６が入力部２７の端子２７ａに、また、圧電センサ３のシールド電極１５が入力部２７の端子２７ｂに接続されている。この入力部２７の端子２７ｂは回路のグラウンドに接続されている。２１は圧電センサ３からの信号を増幅するアンプであり、正転入力端２１ａは入力部２７の端子２７ａに接続されており、圧電センサ３の出力信号を増幅してアンプ２１の出力端２１ｃに出力している。また、反転入力部２４ｂはこの回路のグラウンドに接続されている。アンプ２１の出力端２１ｃは圧電センサ３からの信号がないときは通常２．５ボルトの直流電圧が出力されている。破線枠２２は比較部を示している。比較部２２の中身は比較器２３及び２４と、基準電圧源２５及び２６で構成されている。アンプ２１の出力２１ｃは比較器２３の反転入力２３ｂ及び比較器２４の正転入力２４ａに接続されている。また、基準電圧源２５は比較器２３の正転入力２３ａに、そして基準電圧源２６は比較器２４の反転入力２４ｂに接続されている。ここで基準電圧源２５は３ボルト、基準電圧源２６は２ボルトである。
【０００５】
従って、増幅手段２１からの信号がなく２．５ボルト付近であると比較器２３の出力と比較器２４の出力はともにハイレベルである。一方、圧電センサ３が変形すると心線電極１６側がプラス極になるような電荷が発生するが、圧電センサ３の局部的な変形のため発生する電荷はわずかであり１００ミリ秒程度で消滅する。このため発生した電荷は山波形の信号となってアンプ２１に入り増幅される。アンプ２１からの信号が３ボルトを越えると比較器２３の出力がローレベルになる。また、逆に、圧電センサ３を変形させていた外圧が取り除かれ圧電センサ３の変形が復元すると、先ほどとは逆極性の心線電極１６がマイナス極になるような電荷が発生するが、先ほどと同様に圧電センサ３の局部的な変形であったため発生する電荷はわずかであり１００ミリ秒程度で消滅する。このため発生した電荷は谷波形の信号となって増幅手段２１に入り増幅される。増幅手段２１からの信号が２ボルトを下回ると比較器２４の出力がローレベルになる。２８は判定出力部であり比較部２２の比較器２３及び２４の出力２３ｃ及び２４ｃがワイヤードオア接続されて判定出力部の端子２８ａに接続されている。また、グラウンド２８ｃおよびアンプ２１と比較器２３および２４に供給する電源端子２８ｂも判定出力部２８からリード線で外部に引き出される。ここで圧電センサ３は回路基板２９の左端に設けられている入力部２７に接続されており、判定出力部２８は回路基板２９の右端に設けられている。この様子を図８に示す。図８において、２９は判定手段２０が構成されている回路基板である。この回路基板２９の右側には図７における判定出力部２８の端子２８ａ、およびグラウンド２８ｃ、および電源端子２８ｂが配置されリード線により外部に引き出されている。一方、回路基板２９の左側には図７における入力部２７が配置され圧電センサ３に接続されている。
【０００６】
図９は圧電センサ３の構造を示しており、中心に可撓性のある心線電極１６を持ち、その周囲にゴム弾性体の有機基材に圧電セラミックの焼結粉体を混合した圧電層１４を置き、さらにその周囲に可撓性のあるシールド電極１５、一番外側を外皮１８にて全体を包んでおり、外見は一般のシールド線に似た構造をしている。この圧電センサ３は最後に、分極処理して構成されたもので優れた可撓性を有し、変形に応じた出力信号を発生する。ゴム弾性体としては例えば塩素化ポリエチレンを用い、圧電セラミックとしては例えばチタン酸ジルコン酸鉛の焼結粉体を用いる。この圧電センサ３の心線電極１６とシールド電極１５間は数１０ＭΩ以上と非常に高い直流抵抗を有しており、また、１ｍあたり２０００ｐＦ程度の容量成分を有している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧電センサを感圧センサとして用いた挟み込み判定装置では以下のような課題を有していた。
【０００８】
発明者等はこのような窓枠に取り付けた圧電センサによる挟み込み検知の精度向上の方法を検討してきた。この場合、特に問題になるのは次のような点である。先ずは、圧電センサからの信号は一般に小さく信号の有無を判定するためには１００倍程度の増幅度を持つアンプで増幅する必要があること。また、圧電センサのインピーダンスは非常に高いため外来ノイズを敏感に受けてしまうこと。さらに、従来の例で示したように、窓枠に圧電センサを配設した場合その長さは１．２ｍから１．５ｍほど必要になること。以上の３点から圧電センサによる挟み込み検知は非常に感度の良い受信アンテナになりやすいという課題を有していた。また、圧電センサによる挟み込み検知を車に配設する場合、信号線などの引き回し上、配線作業がやりやすいため、図６に示したように回路ユニット７の一端（上端）に圧電センサ３が接続され、回路ユニット７の他端（下端）に判定出力の信号線が接続されるような形態がとられていた。しかし、圧電センサ３を回路基板２９の左端に、判定出力部２８を回路基板２９の右端にというように回路基板の離れたところに入力部及び出力部を設けた場合、圧電センサ３で受信あるいは圧電センサ３に誘起した高周波電流は、図７の破線４０あるいは図８の破線４１に示すように判定手段２０あるいは回路基板２９の中を通過し判定出力部２８から外部に流れ、このときに高い増幅度を持つアンプはこの高周波電流のリーク成分を増幅してしまい誤った判定信号を出力してしまうことがあった。放送局のアンテナ直下や、無線機器を搭載している自動車の近辺では非常に高い電界強度を生じる場合があり、発明者らは圧電センサによる挟み込み検知を用いる場合はこのような強電界対策が非常に重要な課題であることに着目した。
【０００９】
本発明はこのような従来の課題を解決するものであり、高周波の強電界の下でも誤検出のない圧電センサ信号検出装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の圧電センサ信号検出装置は、圧電センサと、この圧電センサの出力信号に基づき前記圧電センサからの信号の有無を判定する判定手段を備え、この判定手段は前記圧電センサからの信号入力部と判定結果を出力する判定出力部との間に高周波電流をバイパスするバイパス手段を設けたものである。
【００１１】
これによって、高いインピーダンスを有する圧電センサを長い形状にして用いた場合でも、高周波電流の受信アンテナとなって誤動作することがない非常に簡単な圧電センサ信号検出装置を構成できるものである。
【００１２】
【発明の実施形態】
上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、圧電センサと、この圧電センサの出力信号に基づき前記圧電センサからの信号の有無を判定する判定手段を備え、この判定手段は少なくとも前記圧電センサからの信号入力部と判定結果を出力する判定出力部との間又は前記圧電センサからの信号入力部と前記判定手段に信号を供給する電源供給部との間に高周波電流をバイパスするバイパス手段を備えたことにより、高周波電流がアンプに入り込むのを防ぐことができるものである。
【００１３】
また、請求項２に記載の発明は、信号入力部と判定出力部を隣接して高周波電流のバイパス経路を短くしたことにより、バイパス経路から高周波電流が静電結合あるいは誘導結合でアンプに入り込むのを防ぐことができるものである。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、信号入力部と判定出力部を隣接して信号入力部のグラウンド部と判定出力部のグラウンド部を短い距離で接続したことにより、高周波電流が回路のグラウンド配線から静電結合あるいは誘導結合でアンプに入り込むのを防ぐことができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、判定手段をシールドケースの中に収納し、信号入力部と判定出力部のグラウンド部を前記シールドケースに接続することによりグラウンド配線からの高周波電流のアンプおよび比較器の周辺への侵入を防ぐことができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明は、圧電センサの持つ容量に比べてはるかに小さい容量をもつコンデンサで高周波電流をバイパスするようにしたことで非常に簡単な構成で圧電センサからの信号に影響を与えずに高周波電流のアンプおよび比較器の周辺への侵入を防ぐことができるものである。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明は、判定手段が構成される回路基板の片側の面に圧電センサからの入力部を配置し、回路基板の反対側の面に判定結果を出力する判定出力部を配置することにより、圧電センサからの信号線をバイパスする経路およびグラウンド配線経路を最短で結ぶことができ簡単な構成で高周波電流のアンプおよび比較器の周辺への侵入を防ぐことができるものである。
【００１８】
【実施例】
以下本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。
【００１９】
（実施例１）
図１は本発明の第一の実施例を示す圧電センサ信号検出装置の判定手段の回路構成図である。図１において従来例で説明したものと同じのものは一部説明を省略する。５０は本発明の一実施例の圧電センサ信号検出装置の判定手段である。３０は圧電センサ３からの信号を受け取る入力部２７の端子２７ａと判定出力部２８の端子２８ａ間の高周波電流をバイパスする第一のバイパス手段であり、容量が１０ｐＦ程度のごく小さな容量のコンデンサ３０ａで両端子間を結んでいる。また、３１は同様に入力部２７の端子２７ａと電源供給端子２８ｃ間の高周波電流をバイパスする第二のバイパス手段であり、同様に容量が１０ｐＦ程度のごく小さな容量のコンデンサ３１ａで両端子間を結んでいる。このコンデンサ３０ａおよび３１ａの容量は２０００ｐＦ程度の容量を有する圧電センサ３からの信号にはほとんど影響を与えないほどに小さな容量である。
【００２０】
また、入力部２７と電源供給端子２８ｃを含めた判定出力部２８は隣接して配置されている。さらに、圧電センサ３のシールド電極１５を接続するグラウンド端子２７ｂと出力部２８のグラウンド端子２８ｃは隣り合っているため極めて短い距離の信号線で結ばれている。このため圧電センサ３で受信したり、あるいは圧電センサ３に誘起した高周波電流は第一のバイパス手段３０および第二のバイパス手段３１を通過して判定出力部２８の電源供給端子２８ｂから電源供給線へ、あるいは判定出力部２８の判定出力端子２８ａから判定出力信号線へ流れていき、判定手段５０内のアンプ２１や比較器２３および２４までは影響を及ぼさない。図２は本発明の一実施例の回路基板の外観図である。図２において入力部２７と判定出力部２８は回路基板３２の左端隅に配置されている。また、第一のバイパス手段３０および第二のバイパス手段３１のコンデンサ３０ａおよび３１ａもごく近隣に配置されており圧電センサ３からの高周波電流は図２の破線３３に示すように流れ回路基板３２の中央や右側にあるアンプや比較器に影響を及ぼさずに基板外に出ていくことができる。
【００２１】
このように圧電センサからの信号入力部と判定結果を出力する判定出力部との間に高周波電流をバイパスするバイパス手段を備えたことにより、高周波電流がアンプに入り込むのを防ぐことができるものである。また、信号入力部と判定出力部を隣接して高周波電流のバイパス経路を短くしたことにより、バイパス経路から高周波電流が静電結合あるいは誘導結合でアンプに入り込むのを防ぐことができるものである。また、判定手段に電源を供給する電源供給部と圧電センサからの信号入力部との間にも高周波電流をバイパスするバイパス手段を設けたことにより、電源線を有する信号検出回路でも高周波電流がアンプに入り込むのを防ぐことができるものである。また、信号入力部と判定出力部を隣接して信号入力部のグラウンド部と判定出力部のグラウンド部を短い距離で接続したことにより、高周波電流が回路のグラウンド配線から静電結合あるいは誘導結合でアンプに入り込むのを防ぐことができるものである。
【００２２】
また、圧電センサの持つ容量に比べてはるかに小さい容量をもつコンデンサで高周波電流をバイパスするようにしたことで非常に簡単な構成で圧電センサからの信号に影響を与えずに高周波電流のアンプおよび比較器の周辺への侵入を防ぐことができるものである。さらにシールドケースに回路基板３２を収納した場合には、図３に示すように入力部２７とこれに隣接した判定出力部２８のそれぞれのグラウンド２７ｂおよび２８ｃを図２で示したように基板上の短い距離で結び、その接続点からシールドケース６０にリード線６１で接続し、回路基板３２の他のグラウンド配線上からはシールドケース６０に接続する箇所を設けないことで、シールドケース６０に誘起した高周波電流も判定手段５０内のアンプ２１や比較部２３および２４に影響を与えることなく入力部２７と判定出力部２８のそれぞれのグラウンド２７ｂおよび２８ｃから外部へと出ていくことができる。このように、判定手段をシールドケースの中に収納し、信号入力部と判定出力部のグラウンド部を前記シールドケースに接続することによりグラウンド配線からの高周波電流がアンプおよび比較器の周辺へ侵入することを防ぐことができるものである。
【００２３】
（実施例２）
図４は本発明の第二の実施例を示す圧電センサ信号検出装置の判定手段が実装された回路基板の外観図である。図４において７３は回路基板であり、この回路基板７３の手前側の上面に入力部３７があり圧電センサ３が接続されている。また、回路基板７３の手前側の下面には判定出力部３８が配置され判定出力線となるリード線７４ａ、電源供給線となる７４ｂ、および、グラウンド線となる７４ｃが引き出されている。
【００２４】
図５は図４の矢印Ａ方向で示されたように真横から回路基板７３を見た基板構成図である。３７ａは入力部３７において圧電センサ３の心線電極１６が接続される端子であり、３７ｂは入力部３７において圧電センサ３のシールド電極１５が接続される端子でグラウンド電極でもある。３８ａは判定出力部３８における判定出力となるリード線７４ａが接続される端子であり、また、３８ｂは電源供給線７４ｂが接続される端子であり、さらに、３８ｃは判定出力部においてグラウンド線７４ｃを引き出すための端子である。これらの端子７４ａ、７４ｂ、７４ｃは回路基板７３をはさんで、入力部３７の端子３７ａおよび３７ｂのほぼ真下に配置されている。７１は圧電センサ３の心線電極１６から判定出力線７４ａへ高周波電流をバイパスするための容量が１０ｐＦ程度のチップコンデンサである。また、７２は圧電センサ３の心線電極１６から電源供給のリード線７４ｂへ高周波電流をバイパスするための同じく容量が１０ｐＦ程度のチップコンデンサである。
【００２５】
このため、圧電センサ３に誘起した高周波電流は回路基板７３の上面からすぐにバイパス用のチップコンデンサ７１および７２を経由して回路基板７３の下面のリード線７４ａおよび７４ｂに出ていき判定手段内のアンプや比較部に影響を与えることがない。また、入力部３７のグラウンド電極でもある端子３７ｂは回路基板７３をはさんで真下に判定出力部３８のグラウンドのための端子３８ｃと最短距離で接続することができている。このため、高周波電流が回路のグラウンド配線から静電結合あるいは誘導結合でアンプに入り込むのを防ぐことができる。
【００２６】
このように、判定手段が構成される回路基板の片側の面に圧電センサからの入力部を配置し、回路基板の反対側の面に判定結果を出力する判定出力部を配置することにより、圧電センサからの信号線をバイパスする経路およびグラウンド配線経路を最短で結ぶことができ簡単な構成で高周波電流がアンプおよび比較器の周辺へ侵入することを防ぐことができるものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように請求項１に記載の発明によれば、圧電センサと、この圧電センサの出力信号に基づき前記圧電センサからの信号の有無を判定する判定手段を備え、この判定手段は前記圧電センサからの信号入力部と判定結果を出力する判定出力部との間に高周波電流をバイパスするバイパス手段を備えたことにより、高周波電流がアンプに入り込むのを防ぐことができる圧電センサ信号検出回路を実現できるものである。
【００２８】
また、請求項２に記載の発明によれば、信号入力部と判定出力部を隣接して高周波電流のバイパス経路を短くしたことにより、バイパス経路から高周波電流が静電結合あるいは誘導結合でアンプに入り込むのを防ぐことができる圧電センサ信号検出回路を実現できるものである。
【００２９】
また、請求項３に記載の発明によれば、判定手段に電源を供給する電源供給部と圧電センサからの信号入力部との間にも高周波電流をバイパスするバイパス手段を設けたことにより、電源線を有する信号検出回路でも高周波電流がアンプに入り込むのを防ぐことができるものである。
【００３０】
また、請求項４に記載の発明によれば、信号入力部と判定出力部を隣接して信号入力部のグラウンド部と判定出力部のグラウンド部を短い距離で接続したことにより、高周波電流が回路のグラウンド配線から静電結合あるいは誘導結合でアンプに入り込むのを防ぐことができる圧電センサ信号検出回路を実現できるものである。
【００３１】
また、請求項５に記載の発明によれば、判定手段をシールドケースの中に収納し、信号入力部と判定出力部のグラウンド部を前記シールドケースに接続することによりグラウンド配線からの高周波電流のアンプおよび比較器の周辺への侵入を防ぐことができる圧電センサ信号検出回路を実現できるものである。
【００３２】
また、請求項６に記載の発明によれば、圧電センサからの信号に影響を与えない程度の大きさの容量をもつコンデンサで高周波電流をバイパスするようにしたことで非常に簡単な構成で高周波電流がアンプに入り込むのを防ぐことができる圧電センサ信号検出回路を実現できるものである。
【００３３】
また、請求項７に記載の発明によれば、判定手段が構成される回路基板の片側の面に圧電センサからの入力部を配置し、回路基板の反対側の面に判定結果を出力する判定出力部を配置することにより、圧電センサからの信号線をバイパスする経路およびグラウンド配線経路を最短で結ぶことができ簡単な構成で高周波電流のアンプおよび比較器の周辺への侵入を防ぐことができる圧電センサ信号検出回路を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第一の実施例を示す圧電センサ信号検出装置の判定手段の回路構成図
【図２】本発明第一の実施例の回路基板の外観図
【図３】同回路基板のシールドケース内への実装構成図
【図４】本発明の第二の実施例の回路基板の外観図
【図５】同回路基板を横から見たときの基板構成図
【図６】従来の挟み込み判定装置の構成図
【図７】従来の挟み込み判定装置の回路構成図
【図８】従来の挟み込み判定装置の回路基板の外観図
【図９】圧電センサの構成図
【符号の説明】
３  圧電センサ
４  窓枠（開口部）
５  窓ガラス（開閉部）
１４  圧電層
１５  シールド電極
１６  心線電極
１８  外皮
２０、５０  判定手段
２１  アンプ
２２  比較部
２３、２４  比較器
２５、２６  基準電圧源
２７、３７  入力部
２８、３８  判定出力部
２９、３２、７３  回路基板
３０、３１  バイパス手段
６０  シールドケース