【手続補正書】
【提出日】平成16年2月10日(2004.2.10)
【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】  挟み込み防止装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設される圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサは出力を大きくするべく、接触部位を薄くして物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小さくした挟み込み防止装置。
【請求項２】接触部位は、局部的に薄い部位を有することで変形部位の曲率半径を小さくした請求項１記載の挟み込み防止装置。
【請求項３】移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設される圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサは出力を大きくするべく、変形部位をキャタピラ状に構成し物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小さくした挟み込み防止装置。
【請求項４】移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設される圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサは出力を大きくするべく、変形部位に少なくとも１つの孔を有し物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小さくした挟み込み防止装置。
【請求項５】移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設される圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサは出力を大きくするべく、変形部位を格子状に構成し物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小さくした挟み込み防止装置。
【請求項６】移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設される圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサは出力を大きくするべく、変形部位をアコーデオン形状とすることで物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小さくした挟み込み防止装置。
【請求項７】移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設される圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサは出力を大きくするべく、変形部位に中空状を有し物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小さくした挟み込み防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は物体の接触により出力を発生する圧電センサおよび圧電センサを用いて窓や扉やシャッターといった開閉部への物体の挟み込みを検知して防止する挟み込み防止装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の圧電センサならびに挟み込み防止装置は、特開平１０−７６８４３号公報、特開平１０−１３２６６９号公報に記載のように、ケーブル状あるいはフィルム状の圧電センサを窓や窓枠に配設して、圧電センサからの出力発生により物体の挟み込みを検出するものがあった。圧電センサは加えられた応力（ひずみ）に比例した電荷を発生するので、それを分極電流として取り出すことにより、物体の挟み込みによる接触を検知することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の圧電センサならびに挟み込み防止装置では以下のような課題を有していた。
【０００４】
圧電センサは電気的にはコンデンサＣに近いものであり、出力端に抵抗Ｒを並列に接続すれば、カットオフ周波数ｆｃ（＝１／（２πＣＲ））なるハイパスフィルターになる。一方、物体の接触による出力信号は、一般的には数十Ｈｚ以下の低周波信号であるため、ハイパスフィルターで処理してしまうと出力レベルが大幅にダウンしてしまうおそれがある。よって抵抗Ｒをできるだけ大きくしてカットオフ周波数ｆｃを下げる必要があるが、１ＭΩ以上の高抵抗になると高価である上、ノイズ対策等取り扱いが難しくなる。このため、そこそこ実用的な高抵抗を採用しなければならず、出力レベルを多少犠牲にする場合も起こりうる。また圧電センサは、圧電材料や形状にもよるが、出力インピーダンスが非常に高い上、もともと出力電圧が小さいという傾向もある。よって、ＦＥＴなどのインピーダンス変換回路で受けたあと、増幅回路で大幅にゲインを上げるなどの処理をしなければならない。
【０００５】
結局のところ、従来の圧電センサならびに挟み込み防止装置は出力が小さいという課題を有していた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の圧電センサおよび挟み込み防止装置は、上記課題を解決するために、物体の接触によって生じる圧電センサの変形部位の曲率半径を小さくしたものである。
【０００７】
上記発明によれば、変形部位の曲率半径が小さいと同一荷重に対する変位は大きくなり、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大きくなる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１にかかる挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設される圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサは出力を大きくするべく、接触部位を薄くして物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小さくしたものである。
【０００９】
そして変形部位の曲率半径が小さいと同一荷重に対する変位は大きくなり（即ち変形しやすくなり）、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大きくなる。
【００１０】
そして接触部位が薄いので変形しやすく、容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくなる。
【００１１】
本発明の請求項２にかかる挟み込み防止装置は、局部的に薄い部位を有することで変形部位の曲率半径を小さくしたものである。
【００１２】
本発明の請求項３にかかる挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設される圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサは出力を大きくするべく、変形部位をキャタピラ状に構成したものである。
【００１３】
そして局部的な薄い部位で変形しやすく、容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくなる。
【００１４】
本発明の請求項４にかかる挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設される圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサは出力を大きくするべく、変形部位に少なくとも１つの孔を有することで変形部位の曲率半径を小さくしたものである。
【００１５】
本発明の請求項５にかかる挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設される圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサは出力を大きくするべく、変形部位を格子状に構成したものである。
【００１６】
そして孔の部分の近傍で変形しやすく、容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくなる。
【００１７】
本発明の請求項６にかかる挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設される圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサは出力を大きくするべく、変形部位をアコーデオン形状とすることで変形部位の曲率半径を小さくしたものである。
【００１８】
そしてアコーデオン形状なので変形しやすく、容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくなる。
【００１９】
本発明の請求項７にかかる挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設される圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備え、前記圧電センサは出力を大きくするべく、変形部位に中空状を有することで変形部位の曲率半径を小さくしたものである。
【００２０】
そして中空状なので変形しやすく、容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくなる。
【００２１】
本発明の挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設された圧電センサと、前記圧電センサの出力に基づき前記開閉部への物体の挟み込みを検知し、前記開閉部の開閉動作を制御する制御手段を備えたものである。
【００２２】
そして物体の挟み込みによって圧電センサが変形しやすくなり、出力が大きくなるので、挟み込み検知の精度を向上させることができる。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【００２４】
（実施例１）
図１に本発明の実施例１の挟み込み防止装置の外観図を示す。本実施例は開閉部として例えば車両用のパワーウィンドウに応用した場合を示している。図中、１は移動部材としての窓ガラス、２は窓ガラス１を昇降するためのクランク、３はクランク２を駆動する駆動手段で例えばパルス駆動の電動モータからなる。４は例えば駆動手段３に印加されるパルス信号をカウントして窓ガラス１の開閉位置を検出する開閉位置検出部である。５は例えばパルス信号を出力して駆動手段３を制御する制御手段である。６は当接部材としての窓枠で、窓ガラス１と窓枠６とで開閉部７を形成している。８は圧電センサで、窓枠６に沿って配設されており、窓ガラス１と窓枠６との間に物体を挟み込んだ時に物体が圧電センサ８に接触すること、あるいは挟み込んだ振動が伝わることにより、挟み込みを検知するものである。
【００２５】
図２は図１のＡ−Ａ線位置での断面図である。図２は物体９が窓ガラス１と窓枠６に挟まれている状態を示しており、緩衝材１０を介して窓枠６に配設された圧電センサ８と物体９とが接触している。圧電センサ８は下端の中央部（物体９との接触部位１１）の厚みが他の部位よりも薄い形状である。
【００２６】
図３は圧電センサ８の要部断面構成図で、厚みによる変形の違いを示している。図３（ａ）は厚みが厚い圧電センサ８を用いた場合で、変形部位の曲率半径はＲ１１、Ｒ１２と表せる。図３（ｂ）は厚みが薄い本実施例の圧電センサ８を用いた場合で、変形部位の曲率半径はＲ２１、Ｒ２２と表せる。同一の接触荷重１２を与えた場合、厚みが薄い方が撓みやすいので曲率半径が小さくなり（Ｒ２１＜Ｒ１１、Ｒ２２＜Ｒ１２）、それぞれの変位量をＬ１、Ｌ２とすると、Ｌ２＞Ｌ１と大きくなる。圧電センサ８は、変位が大きくなると、ひずみが増え、発生する電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大きくなるものである。本実施例においては、圧電センサ８の接触部位１１の厚みを薄くすることで、物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小さくし、変位を大きくして、出力を大きくしているのである。
【００２７】
図４は本実施例の圧電センサ８を詳細に示した要部断面構成図である。圧電センサ８は、ゴム弾性体の有機基材に圧電セラミックとしてチタン酸ジルコン酸鉛の焼結粉体を配合して分極処理した可撓性のある圧電材１３の両面に、導電ゴムから成る一対の電極１４を形成している。それらをゴム弾性体から成る絶縁体１５で覆い、さらにその周囲を導電ゴムから成るシールド１６で覆っている。よって圧電センサ８は全体として可撓性を有している。
【００２８】
本実施例の圧電センサ８は、物体が接触することが想定される部位（接触部位１１）を薄くして曲率半径を小さくすると同時に、接触荷重を受ける方向に対して圧電材１３の面が垂直になるように構成している。この構成により、物体の接触が最も効率的に圧電材１３に伝達され、最大のひずみを生じさせることができる。
【００２９】
また本実施例では、接触部位１１から離れるにつれて圧電センサ８が厚くなっているが、これは圧電材１３の無い部位の変位を生じにくくするためである。圧電材１３の無い部分を厚くして撓みにくくすることで、物体から受けた接触荷重の大部分を圧電材１３の変位に転換させることができる。
【００３０】
なお圧電センサ８全体を同じ薄さに構成し、他の部材で端部を補強しながら保持するようにしても良い。
【００３１】
なお圧電材１３や電極１４を接触部位１１の近傍だけでなく端まで伸ばした構成にしても良い。本実施例のように圧電材１３、電極１４ともに可撓性があれば、湾曲させて配設することも可能である。またこの場合、圧電材１３自身の厚みを接触部位のみ薄くしてそれ以外の部位では厚くすることも考えられる。
【００３２】
図５は本実施例の配設前の圧電センサ８の構成図である。窓枠６の形状に沿わせて圧電センサ８を成型して配設している。接触検出手段１７は、圧電センサ８の端部に一体に構成され、圧電材１３が発生する出力を一対の電極１４から取り出して物体の接触を判定するために回路処理している。リード線１８は、接触検出手段１７と制御手段５の信号の授受を行なうものである。
【００３３】
図６は本実施例の圧電センサの出力特性図である。時間ｔ０で窓ガラス１と窓枠６の間に物体（例えば運転手の指）を挟み込んだとすると、圧電センサは図６のような出力を発生する。
【００３４】
図７は本実施例の回路処理を示すブロック図である。圧電センサ８からの出力信号に基づいて物体の接触を検出する接触検出手段１７は、圧電センサ８からの出力信号のインピーダンスを変換するインピーダンス変換部１９、インピーダンス変換部１９からの出力信号を濾波する第１の濾波部２０と第２の濾波部２１、前記２つの濾波部からの出力信号に基づき物体の接触を判定する接触判定部２２を有している。なお接触検出手段１７は使用環境や設置場所等に応じて電気的ノイズから信号処理回路を遮蔽するため、金属ケース等で全体を電気的にシールドしてもよい。
【００３５】
また図示しないが、圧電センサ８の先端部には電極１４間の断線・短絡検出用の抵抗体が接続されている。
【００３６】
図８は上記の断線・短絡検出のための回路図の一例を示したものである。図中、Ｐｓは圧電センサ８、ｒ１は断線検出用の抵抗体で、上述のように一対の電極１４の間（図中、ｐ１とｐ２）に接続されている。ｒ１は他の抵抗ｒ２を介して電源Ｖｄと接続されている。ｒ３、ｒ４は圧電センサ８からの信号導出用の抵抗、Ｑ１はインピーダンス変換用のＦＥＴである。
【００３７】
次に図に基づいて挟み込み防止装置としての動作、作用について説明する。
【００３８】
図１において、例えば窓ガラス１が下方に有り開閉部７が開口されている状態で、車両内に設置されたパワーウィンドウの駆動スイッチを作動させ駆動手段３が作動して窓ガラス１が閉じられようとする最中に、人体の一部や鞄などのような物体が圧電センサ８に接触する場合を想定する。物体の接触により図３（ｂ）のように接触荷重１２が圧電センサ８に加わり、変位Ｌ２が生じて圧電材１３自身に歪が生じるので、圧電効果により歪に応じ図６のような電圧が発生する。発生する電圧レベルは接触時の変位の大きさと、圧電センサ８自体の感度、すなわち圧電材１３の圧電定数などにより変化する。
【００３９】
次に、圧電センサ８から発生した信号は接触検出手段１７のインピーダンス変換部１９で低インピーダンスに変換される。インピーダンス変換された信号は第１の濾波部２０と第２の濾波部２１で濾波される。図９に第１の濾波部２０と第２の濾波部２１の濾波特性を示す。図中、縦軸はパワーＰｗ、横軸は周波数ｆである。同図において、物体の接触、特に人体の一部が接触する場合には主に低周波のｆ１を中心とする出力信号が圧電センサ８から出力される。そのため、第１の濾波部２０の濾波特性をｆ１としている。また、本実施例のように車両のパワーウィンドウへの適用の場合には、主にエンジンや走行による振動等によるｆ２（＞ｆ１）を中心とする車両自体の振動がノイズ成分として圧電センサ８に重畳してくるため、第２の濾波部２１ではこの成分を捉えるため、濾波特性をｆ２としている。次に、接触判定部２２では上記２つの濾波部からの濾波信号に基づき物体の接触の判定を行う。
【００４０】
図１０はその判定基準を図示したものである。横軸は第２の濾波部２１からの出力信号Ｖｆ２、縦軸は第１の濾波部２０からの出力信号Ｖｆ１である。同図において、領域Ｄ１のようにＶｆ１／Ｖｆ２の値が大きい場合は物体が接触したと判定し、領域Ｄ２のようにＶｆ１／Ｖｆ２の値が小さい場合は接触なしと判定する。
【００４１】
図１１は上記の判定の手順を示した判定フロー図である。ステップ２３でパワーウィンドウのＳＷがオンされると、ステップ２４で駆動手段が作動し、ステップ２５でＶｆ１及びＶｆ２が算出され、ステツプ２６でＶｆ１とＶｆ２の比ｋが算出される。次にステップ２７でｋが予め定められた設定値ｋ０と比較され、ｋ＞ｋ０ならばステップ２８で物体の接触ありと判定され、ステップ２９で駆動手段が停止される。またステップ２７でｋ＞ｋ０でないならばステップ３０で接触なしと判定され、ステップ３１で窓の閉め切りが検知されるまでステップ２５以降の処理が継続される。窓の閉め切りの検知は、例えば窓の閉め切りの際に駆動手段のモータに印加される電流値がある一定値以上になることを検出して行う。ステップ２９では駆動手段を逆転させて窓を下降するようにしても良い。
【００４２】
上記では２つの濾波部を設けたが、濾波部は２つに限定するものではなく、挟み込みを検出するよう適用事例に応じて濾波部の特性や個数を最適化することも可能である。特に圧電センサ８の変形部位の曲率半径を小さくすることにより、物体が接触する場合の出力信号レベルが、車両の振動ノイズ等のレベルよりはるかに大きくなる場合は濾波部が一つでも良いし、場合によっては濾波部を用いなくてもよい。また、ｋの値は車両の振動特性等を考慮して事前に実験等により最適化すればよい。
【００４３】
また、図８のように抵抗体ｒ１を介して電極間に電圧を印加して出力ＶＯ１をモニタすることにより電極の断線を検出することができる。すなわち、図８において正常時のＶＯ１は、電源電圧Ｖｄに対して、ｒ１、ｒ２、ｒ３の分圧値となる。圧電センサ８の電極が断線した場合に等価的に点ｐ１または点ｐ２がオープンとなるとすれば、ＶＯ１はｒ２、ｒ３の分圧値となる。電極がショートすると等価的にはｐ１、ｐ２がショートすることになるので、Ｖ１は０になる。このようにＶ１の値に基づいて圧電センサ８の電極の断線やショートといった異常を検出することができ、信頼性を向上することができる。
【００４４】
以上の作用により、圧電センサの出力信号に基づき物体の接触を検出した時点で開閉部の開閉動作を停止することができる上、圧電センサは物体との接触により生じる歪を電気的な信号に変換して出力するので、雨や洗車等により圧電センサが濡れても誤検出がなく精度良く挟み込みを検知することができる。また圧電センサは感圧スイッチのような接点がないので、接触不良や短絡がなく耐久性のよい挟み込み防止装置を実現できる。
【００４５】
また本実施例のように、圧電センサを窓枠側即ち当接部材に配設すれば、開閉に際して移動しないのでリード線の保持等が容易である。
【００４６】
なお、圧電センサを窓ガラス側即ち移動部材側に配設してもよい。この場合は挟み込み時に間違いなく接触するため、検知ミスや検知遅れが起こりにくい効果がある。また同様に、自動車の場合は窓枠よりも窓の方が位置的に低く物体が挟み込まれる時には窓枠よりも窓ガラスに先に接触する場合が多いと考えられるので、窓ガラス側のみの接触で早めに検知することができて、挟み込まれる前に停止できる可能性が高く、より安全性が高い。
【００４７】
また本実施例では、接触検出手段が圧電センサから出力される信号のうち物体の接触時に発生する特定周波数成分のみを検出するので、例えば開閉部の開閉動作による振動や外来振動など物体の接触以外の振動による圧電センサの出力信号と物体の接触による出力信号とを区別して物体の接触を検出することができ、検出精度が向上する。
【００４８】
また開閉位置検出部から出力される開閉位置信号が予め定められた設定範囲にある場合にのみ物体が接触したかどうかの出力信号を有効とすれば、開閉位置が上記設定範囲を越えて正常に開閉部が閉め切られている場合には、圧電センサから信号が出て接触検出手段が物体の接触有りと検出しても、その検出信号を無視して不要な開放を防止することができる。
【００４９】
また圧電センサがセンサ先端側の電極間にセンサの断線や短絡を検出するための抵抗体を備え、抵抗体を介して電極間に電圧を印加してモニタすることにより電極の断線や短絡を検出することができるので信頼性を向上することができる。
【００５０】
なお上記実施例では圧電センサを１本配設したが、たとえば２本配設すれば以下のような効果が生じる。
【００５１】
まず１本を挟み込みの検知用に開閉部に配設し、他の一本を車両の振動の検知用に配設すれば、両者の出力の差をとることで車両の振動による出力だけが相殺できて挟み込みの検知精度が向上する。
【００５２】
また移動部材側と当接部材側のそれぞれに配設し、両者ともに挟み込みの出力を発生した場合のみ駆動手段の駆動を停止するようにすれば、挟み込み防止の精度が向上する。たとえば全開の状態から窓ガラスが上昇し始めた時に運転手の指が触れた程度では挟み込みには至らないので本来停止させる必要は無い（停止してしまうと再度スイッチを押さなければならない）。このような場合には停止させず、本当に挟み込まれた時のみ停止させることができる。
【００５３】
また本実施例のように、圧電材をゴム弾性体に圧電セラミックを混合して形成すれば、圧電セラミックは脱分極の耐熱性に優れているので、高温となる場所（たとえば直射日光にさらされる場所）に配設することができる。例えば窓枠やウエザストリップ（図２の３２）の室外側とかサイドバイザー（日除け用のひさし）等、外界に暴露される場所に配設しても耐久性がよく、物体の接触を検出する際の信頼性が向上する。また、圧電材と電極のそれぞれにゴム弾性体を使用しているので加工性がよく任意の形状に対応可能である。
【００５４】
ここで、本実施例の圧電材（有機基材は塩素化ポリエチレン、圧電セラミックはチタン酸ジルコン酸鉛の焼結粉体）と、特開平１０−７６８４３号公報、特開平１０−１３２６６９号公報などに示される従来のポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）を比較するために、それぞれ２畳程度のサイズに成型して床に設置し、発熱体で圧電材の温度が１００℃になるように調節しながら経過時間ごとに人が入床した時の発生電圧を測定比較した。この時の被験者の体重は６３ｋｇで、発熱させる前の初期の本実施例及び従来品における入床時の発生電圧は共に２００ｍＶになるよう設計した。この結果を図１２に示す。横軸に経過時間、縦軸に発生電圧をとっており、本実施例の圧電材の発生電圧ａは径時変化がなくほぼフラットな特性であるが、従来の圧電材の発生電圧ｂは徐々に電圧が低下してくる。つまり本実施例の圧電材の方が従来の圧電材よりも長時間、安定的に感度を維持できる。
【００５５】
これは、従来はポリフッ化ビニリデンフィルムを使用しているので、１００℃の高温中に長時間放置されていると、電圧が発生する方向に配向していたポリフッ化ビニリデンの分子結晶が乱れて結晶構造が変化し、次第に発生電圧が低下してくるためと思われる。これに対して、本実施例のチタン酸ジルコン酸鉛焼結粉体の耐熱性は３００℃〜３５０℃であるので、１００℃中に放置しても分極した結晶構造は変化せず、感度が安定的に維持できると考えられる。
【００５６】
なお、この実施例ではチタン酸ジルコン酸鉛の焼結粉体を使用したが、耐熱性が高いもので、かつ分極による結晶構造の配向性、即ち、圧力荷重に対して電圧を発生する性質（ピエゾ性）を有するものであれば、たとえばチタン酸鉛の焼結粉体を使用しても本実施例と同様の結果を得ることができる。
【００５７】
なお、使用温度が低い場合は従来と同じくポリフッ化ビニリデンフィルムを使用してもよい。
【００５８】
なお、電極は導電ゴムに限られるものではなく、銅、アルミ等の金属箔や導電性塗料などでもよいが、可撓性を持たせる意味ではより薄い方が望ましい。
【００５９】
（実施例２）
図１３〜図１５に本発明の実施例２の圧電センサの構成図を示す。図１３において圧電センサ８は切込み部３３を有し、厚みの薄い部位３４を形成している。圧電センサ８は剛体３５に両端を固定されているが、剛体３５の中央部分には空隙３６があり、圧電センサ８の中央部が上向きに変位するのを妨げない構成である。図１４（ａ）は従来の圧電センサ８を用いた場合、図１４（ｂ）は本実施例の圧電センサ８を用いた場合の要部断面構成図を示す。本実施例の変形部位の曲率半径はＲ３１、Ｒ３２と表せる。同一の接触荷重１２を与えた場合、薄い部位３４が撓みやすいので全体としての曲率半径が小さくなり（Ｒ３１＜Ｒ１１、Ｒ３２＜Ｒ１２）、変位量をＬ３とすると、Ｌ３＞Ｌ１と大きくなる。圧電センサ８は、変位が大きくなると、ひずみが増え、発生する電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大きくなるものである。本実施例においては、圧電センサ８が局部的に薄い部位３４を有することで、物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小さくし、変位を大きくして、出力を大きくしているのである。
【００６０】
本実施例では、圧電センサ８の配設場所に空隙３６を有するので、上向きの変位を妨げることがなく、より一層出力を大きくすることができる。
【００６１】
図１５には圧電センサ８の実施例を斜視図で示している。図１５（ａ）は圧電センサ８をキャタピラ状にしたもので、図１５（ａ）の奥行き方向の切込み部３３により局部的な薄い部位３４を形成している。本実施例では変形時に特に左右方向の曲率半径が小さくなるので、微少な面積の物体に限らず、奥行き方向に長い形状の物体（自動車の挟み込み防止装置の場合は指や腕等）が接触しても出力を大きくすることができる。
【００６２】
図１５（ｂ）は他の実施例で、切込み部３３を奥行き方向と幅方向とに構成して薄い部位３４を形成している。本実施例では変形時に左右方向にも前後方向にも曲率半径が小さくなるので、あらゆる形状の物体で出力を大きくすることができる。
【００６３】
（実施例３）
図１６に本発明の実施例３の圧電センサの構成図を示す。圧電センサ８は切込み部３３を上側だけでなく下側にも設けて、厚みの薄い部位３４を形成している。本実施例の圧電センサ８によると、物体との接触面側にも切込み部３３があるので物体との接触面積が小さくなる。物体との接触により全く同じ大きさの荷重を受ける場合、接触面積が小さい方が単位面積当たりの荷重（圧力）は大きくなるので、変位はさらに大きくなり、より出力を大きくできる。
【００６４】
なお本実施例では上側の切込み部３３と下側の切込み部３３を薄い部位３４に対向させる配置にしているが、これに限定されるものではない。
【００６５】
（実施例４）
図１７、図１８に本発明の実施例４の圧電センサ８の構成図を示す。図１７は圧電センサ８の要部の断面および配設構成を示しており、圧電センサ８は孔３７を有し、剛体３５に緩衝材１０を介して配設する構成である。圧電センサ８は孔３７により可撓性が向上するため、孔の無い場合と比べると物体との接触による変形部位の曲率半径が小さくなる。よって変位を大きくして出力を大きくすることができる。
【００６６】
本実施例では圧電センサ８を緩衝材１０に配設しているが、緩衝材１０は衝撃吸収の効果があるため、圧電センサ８の強度面の信頼性を向上できる。
【００６７】
図１８には圧電センサ８の実施例を斜視図で示している。図１８（ａ）は圧電センサ８を格子状にしたもので孔３７形状は四角形であり、図１８（ｂ）は圧電センサ８にパンチング状に円形の孔３７を形成したものである。いずれの場合も、孔３７の大きさを接触する物体よりも小さくしており、物体が孔３７に入り込まないようにしている。
【００６８】
なお圧電センサ８と物体との間で、孔が無いかもしくは孔が小さい別の部材で圧電センサ８を覆うようにすれば孔３７を大きくすることができる。
【００６９】
なお緩衝材と孔が無いかもしくは孔が小さい別の部材とを一体に構成し、圧電センサ８をくるむようにしてもよいし、圧電センサ８を緩衝材の内部に構成してもよい。また緩衝材として、図２のウエザストリップ３２やサイドバイザー（図示せず）を兼用してもよい。この場合は部品点数、組立て工程を削減できる。
【００７０】
（実施例５）
図１９に本発明の実施例５の圧電センサ８の断面構成図を示す。本実施例の圧電センサ８は幾度か折り返したアコーデオン形状（蛇腹形状）であり、図１９（ａ）は物体と接触前、図１９（ｂ）は物体と接触後の様子を示している。本実施例の圧電センサ８の変形部位の曲率半径は、全体としてみるとＲ４１、Ｒ４２のように表せる。同一の接触荷重１２を与えた場合、アコーデオン形状は伸縮しやすいので全体として変形部位の曲率半径Ｒ４１、Ｒ４２が小さくなり（Ｒ４１＜Ｒ１１、Ｒ４２＜Ｒ１２）、変位量をＬ４とすると、Ｌ４＞Ｌ１と大きくなる。圧電センサ８は、変位が大きくなると、ひずみが増え、発生する電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大きくなるものである。本実施例においては、圧電センサ８をアコーデオン形状とすることで、物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小さくし、変位を大きくして、出力を大きくしているのである。
【００７１】
本実施例によると圧電センサ８は上下方向だけでなく横方向への伸縮性もあり、引っ張りながら配設したり圧縮しながら配設したり湾曲させて配設したりできるなど、配設の自由度が極めて高い。
【００７２】
（実施例６）
図２０に本発明の実施例６の圧電センサ８の配設構成図を示す。本実施例の圧電センサ８は中空状に構成しており、空隙３６を圧電センサ８で覆ったような構成である。本実施例によれば、圧電センサ８を剛体３５に直接配設しても、内部に空隙３６を有する中空状であるために可撓性が維持され、物体との接触による変形部位の曲率半径Ｒ５１、Ｒ５２を小さくでき、変位量Ｌ５を大きくして、出力を大きくすることができる。
【００７３】
（実施例７）
図２１、図２２に本発明の実施例７を示す。図２１は挟み込み防止装置として圧電センサ８を窓ガラス１に装着した構成図、図２２は図２１の圧電センサ８の断面図を拡大したものである。本実施例の圧電センサ８は、内層電極１４ａと外層電極１４ｂとの間に圧電材１３を配設した同軸ケーブル状、かつ中心部に空隙３６を有する中空状に構成されている。
【００７４】
さらに本実施例では、たとえばゴムなどの可撓性のある被覆材３８で圧電センサ８を被覆しながら窓ガラス１に固定しており、本実施例の場合は接触荷重１２は下向きとなり、被覆材３８を介して圧電センサ８に伝えられるものである。圧電センサ８は中空状であるために可撓性が向上し、物体との接触による変形部位の曲率半径が小さくなり、変位量が大きくなり、出力を大きくすることができる。
【００７５】
本実施例の圧電センサ８は、外層電極１４ｂが電気的なシールド層を兼ねることができる。
【００７６】
（実施例８）
図２３は本発明の実施例８の挟み込み防止装置の動作ブロック図である。図２３では圧電センサ８の断面も示している。本実施例は、他の実施例の圧電センサ８を積層フィルム状にして以下の構成に置き換えたものである。電極１４ｃと１４ｄ、１４ｅと１４ｆを備えた２つの圧電材１３ａ、１３ｂを積層して成形され、圧電センサ８を構成する一方の圧電材１３ｂの電極１４ｅと１４ｆに特定周波数の電圧信号を印加して振動を発生させる信号印加部３９を備え、接触検出手段１７は、前記振動により他の圧電材１３ａの電極１４ｃと１４ｄ間に発生する出力信号に基づき圧電センサ８に印加される圧力を演算する圧力演算部４０と、圧力演算部４０の出力信号に基づき物体の接触を判定する接触判定部４１とを備えたところにある。接触検出手段１７は、信号印加部３９の発生周波数ｆ３を中心周波数とする第１のバンドパスフィルタ４２と、図９のｆ１を中心周波数とする第２のバンドパスフィルタ４３を備えている。本実施例の圧電センサ８はフィルム状なので、積層しても厚みは薄いので、変形部位の曲率半径を小さいまま維持できる。よって変位を大きくして、出力を大きくすることができる。
【００７７】
なお、圧電センサ８の外側についてはＰＥＴ等の保護層や電気的シールドのための金属フィルムで封止してもよい。
【００７８】
次に動作、作用について説明する。
【００７９】
一言で言えば、他の実施例では圧電センサの出力発生により挟み込みを検知していたのに対し、本実施例は圧電センサの出力の変化により挟み込みを検知するものである。
【００８０】
圧電センサ８では信号印加部３９で発生する周波数ｆ３の電圧信号に応じて圧電材１３ｂが振動する。そしてその振動に応じて圧電材１３ａでは圧電起電力が発生する。発生した出力信号は第１のバンドパスフィルタ４２で濾波される。この時の信号印加部３９の発振信号Ｖ３、第１のバンドパスフィルタ４２の出力Ｖ４の信号波形は、それぞれ図２４（ａ）、図２４（ｂ）のようになる。図２４（ａ）、図２４（ｂ）で縦軸はＶ３とＶ４、横軸は時間ｔで、時刻ｔ１で物体が圧電センサ８に接触して圧力Ｐｒ１が印加されたものとする。物体が接触していない状態（ｔ＜ｔ１）では、Ｖ４の振幅はＤ４０である。そして時刻ｔ１で物体が接触し圧電センサ８に圧力Ｐｒ１が印加されると、Ｖ４の振幅はＤ４１に変化する。ここで、Ｖ４の振幅Ｄ４と圧力Ｐｒとの間には図２５に示すような関係があり、圧力Ｐｒが増加するとＤ４は減少する特性をもつ。この特性は発振周波数ｆ３や圧電材１３ａ、１３ｂの形状等により変化するので、用途に応じて予め実験等により最適化すればよい。圧力演算部４０では図２５の関係に基づいてＤ４１からＰｒ１を算出する。そして接触判定部４１ではＰｒ１がある閾値Ｐｒ０以上ならば物体が接触したと判し、Ｐｒ１がＰｒ０より小ならば物体の接触は無いと判定する。そして窓ガラスなどの移動部材の閉動作中に上記のようにして物体の接触が検出されると、閉動作を逆転し物体の挟み込みを防止するのである。本実施例では圧電センサをフィルム状に薄く構成して変形部位の曲率半径を小さくしたので、振幅Ｄ４が全体に大きくなり、Ｐｒ１の変化を見るのが容易となるので、判定の精度を上げることができる。
【００８１】
上記作用により、例えば車両の走行時の振動が圧電センサ８に印加される場合は、実施例１のように圧電センサ８が振動や歪みを検出するタイプであると、走行振動による圧電センサ８の出力信号と物体の接触による圧電センサ８の出力信号との区別が困難となる場合があるが、本実施例の圧電センサ８は物体の接触圧に応じた信号を出力し、接触検出手段１７の圧力演算部４０により物体の接触圧を検出し、接触判定部４１により接触を判定するので、上記のような走行振動が印加されても精度よく物体の接触を検出することができる。
【００８２】
尚、接触判定部４１ではＰｒ１がある閾値Ｐｒ０以上ならば物体が接触したと判定するが、Ｐｒ１の変化率や変動パターンに基づき物体の接触を判定するようにしてもよい。
【００８３】
また、図２３に示すように接触検出手段１７はｆ１を中心周波数とする第２のバンドパスフィルタ４３を備えており、接触判定部４１が第２のバンドパスフィルタ４３と圧力演算部４０の双方の出力信号に基づき物体の接触を検出する構成としてもよい。この構成による作用を以下に述べる。図２４（ｃ）は第２のバンドパスフィルタ４３の出力Ｖ５の信号波形を示したものである。図中、縦軸はＶ５、横軸は時間ｔである。時刻ｔ１で圧電センサに物体が接触すると、圧電材１３ａには圧電材１３ａによる周波数ｆ３の振動と、物体の接触による歪みによりｆ３よりも低いｆ１近傍の振動が印加され、圧電材１３ａからはｆ３とｆ１の重畳した周波数成分をもつ信号が出力される。この出力信号に基づき、圧力演算部４０では第１のバンドパスフィルタ４２経由で上述したように圧力Ｐｒが算出され、第２のバンドパスフィルタ４３の出力Ｖ５には例えば図２４（ｃ）のような周波数ｆ１で振幅Ｄ５の信号が現れる。そして接触判定部４１では、例えばＤ５がある閾値Ｄ５０以上の場合は、圧電センサ８に車の走行振動のような外来振動が印加されたとして、上述のようにＰｒの値に基づき物体の接触を判定する。またＤ５がＤ５０より小の場合は、Ｄ５の変化率や変動パターンとＰｒの値の少なくとも１つに基づき物体の接触を判定する。これにより、外来振動の有無を圧電センサ８の出力信号により判定し、外来振動の有無に応じて接触判定の閾値を切り替えて接触判定を行うので、圧電センサにより検出する振動のみあるいは圧力のみで物体の接触を検出する場合よりも検出精度が向上する。
【００８４】
なお、上記各実施例の構成はそれぞれが限定された構成ではなく、他の実施例で示された構成に一部置き換えたり、組み合わせたりすることが可能であり、目的に応じて最適な組み合わせを選べばよい。
【００８５】
なお、自動車の挟み込み防止装置における圧電センサの配置に関しては、窓枠側の車体、ウエザストリップ、サイドバイザー等に配設したり一体化しても良いし、窓ガラス側に配設しても良い。ハードトップタイプの場合は窓枠の代わりに車両本体側に配設してもよい。
【００８６】
なお、上述の実施例では車両用のパワーウインドウに圧電センサを用いた挟み込み防止装置について説明したが、窓に限らずドアやサンルーフなどの扉に使用してもよいし、シャッターに使用してもよい。基本的には移動部材の移動により当接部材との隙間が変化するもの、即ち何らかの物体を挟み込む可能性の有るものに応用できる。
【００８７】
なお電車のドアや玄関の自動ドアなどの場合、２つの移動部材が対向しているように考えられるが、一方の移動部材から見た他方を当接部材と置くことで本発明に含まれるものである。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の請求項１に係る挟み込み防止装置は、物体の接触によって生じる変形部位の曲率半径を小さくしたので、同一荷重に対する変位は大きくなり（即ち変形しやすくなり）、ひずみが増え、発生電荷が増え、分極電流が増加して、出力が大きくなる効果がある。
【００８９】
また、少なくとも接触部位を薄くしたので変形しやすく、容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくなる効果がある。
【００９０】
また、本発明の請求項２にかかる挟み込み防止装置は、局部的に薄い部位を有し、本発明の請求項３にかかる挟み込み防止装置は、キャタピラ状に構成したので、薄い部位で変形しやすく、容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくなる効果がある。
【００９１】
また、本発明の請求項４にかかる挟み込み防止装置は少なくとも１つの孔を有し、本発明の請求項５にかかる挟み込み防止装置は格子状に構成したので、孔の部分の近傍で変形しやすく、容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくなる効果がある。
【００９２】
また、本発明の請求項６にかかる挟み込み防止装置は、アコーデオン形状なので変形しやすく、容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくなる効果がある。
【００９３】
また、本発明の請求項７にかかる挟み込み防止装置は、中空状なので変形しやすく、容易に変形部位の曲率半径が小さくなり、出力が大きくなる効果がある。
【００９４】
さらに、挟み込み防止装置は、移動部材と当接部材とで構成される開閉部に配設された圧電センサが物体の挟み込みによって変形しやすくなり、出力が大きくなるので、挟み込み検知の精度を向上させることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における圧電センサおよび挟み込み防止装置の外観図
【図２】同装置のＡ−Ａ線位置での断面図
【図３】（ａ）従来の圧電センサの断面図
（ｂ）本発明の実施例１における圧電センサの断面図
【図４】同圧電センサの断面図
【図５】同圧電センサの外観構成図
【図６】同圧電センサの特性図
【図７】同挟み込み防止装置のブロック図
【図８】同装置の断線検出用の回路図
【図９】同装置の第１の濾波部と第２の濾波部の濾波特性を示す特性図
【図１０】同装置の開閉部への物体の接触を判定するための判定基準を示した特性図
【図１１】同装置の動作を表すフローチャート
【図１２】同装置の圧電材と従来の圧電材の発生電圧の経過時間に対する変化を比較した特性図
【図１３】本発明の実施例２における圧電センサの配設構成を示す断面図
【図１４】（ａ）従来の圧電センサの断面図
（ｂ）本発明の実施例２における圧電センサの断面図
【図１５】（ａ）同圧電センサの構成図
（ｂ）本発明の他の実施例における圧電センサの構成図
【図１６】本発明の実施例３における圧電センサの配設構成を示す断面図
【図１７】本発明の実施例４における圧電センサの配設構成を示す断面図
【図１８】（ａ）同圧電センサの構成図
（ｂ）本発明の他の実施例における圧電センサの構成図
【図１９】（ａ）本発明の実施例５における圧電センサの物体が接触する前の断面図
（ｂ）同圧電センサの物体が接触した後の断面図
【図２０】本発明の実施例６における圧電センサの配設構成を示す断面図
【図２１】本発明の実施例７における圧電センサの配設構成を示す断面図
【図２２】同圧電センサの断面図
【図２３】本発明の実施例８における挟み込み防止装置の動作ブロック図
【図２４】（ａ）同装置の信号印加部の発振信号Ｖ３の波形特性図
（ｂ）第１のバンドパスフィルタの出力Ｖ４の波形特性図
（ｃ）第２のバンドパスフィルタの出力Ｖ５の出力波形を示した波形特性図
【図２５】同装置の第１のバンドパスフィルタの出力Ｖ４の振幅Ｄ４と圧力Ｐｒとの関係を示した特性図
【符号の説明】
１  窓ガラス（移動部材）
５  制御手段
６  窓枠（当接部材）
７  開閉部
８  圧電センサ
９  物体
１１  接触部位
３４  薄い部位
３７  孔
Ｒ１１、Ｒ１２、Ｒ２１、Ｒ２２、Ｒ３１、Ｒ３２、Ｒ４１、Ｒ４２、Ｒ５１、Ｒ５２  変形部位の曲率半径