(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性のある圧電層と可撓性電極を有して可撓性のある圧電センサと、荷重に対する変位量が非線形で押圧荷重が所定値以上となると変形する非線形たわみ部材と、前記圧電センサは前記非線形たわみ部材の少なくとも一部に接して、前記非線形たわみ部材の変位により変形することを特徴とする感圧センサ。
【請求項２】
非線形たわみ部材と圧電センサは荷重により変形可能な変形手段に配設された請求項１記載の感圧センサ。
【請求項３】
可撓性のある圧電層と可撓性電極を有する可撓性のある圧電センサと、荷重に対する変位量が非線型で押圧荷重が所定値以上となると変形する非線形たわみ部材と、前記非線形たわみ部材と前記圧電センサは荷重により変形可能な変形手段に配設され、前記圧電センサは、前記非線形たわみ部材との間に少なくとも変形手段を介して距離をおいて配設され、荷重が印加されると前記非線形たわみ部材よりも先に前記圧電センサが変形するように構成され、その後前記非線形たわみ部材が変形することを特徴とする感圧センサ。
【請求項４】
変形手段は、少なくとも非線形たわみ部材よりも荷重を受ける側に中空部を有して、非線形たわみ部材と圧電センサの少なくとも一つが容易に変形するよう形成されたことを特徴とした請求項３記載の感圧センサ。
【請求項５】
非線形たわみ部材は帯状に成形され凸部を有する薄型弾性体からなる請求項１から４のいずれか１項記載の感圧センサ。
【請求項６】
非線形たわみ部材の凸部側を荷重を受ける側とし、圧電センサは前記非線形たわみ部材の凸部側に配設された請求項５項記載の感圧センサ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項記載の感圧センサと、前記感圧センサに配設された圧電センサの出力信号に基づき前記感圧センサへの物体の接触を判定する判定手段とを備えた接触検出装置。
【請求項８】
判定手段は、圧電センサの出力信号に基づき感圧センサに物体が接触し続けているか否かを判定する請求項７記載の接触検出装置。
【請求項９】
感圧センサは乗物や建物の開閉部に配設され、判定手段は圧電センサの出力信号に基づき前記開閉部での物体の挟み込みを判定する請求項７または８記載の接触検出装置。
【請求項１０】
感圧センサは自動搬送車等の移動体のバンパーに配設され、判定手段は圧電センサの出力信号に基づき前記移動体と物体との接触の有無を判定する請求項７または８記載の接触検出装置。
【請求項１１】
感圧センサは椅子、座席、寝具、浴槽、便座、床などの生活場所に配設され、判定手段は圧電センサの出力信号に基づき前記生活場所での人体の有無を判定する請求項７または８記載の接触検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の接触を検出するための圧電型の感圧センサ及び接触検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の圧電型の感圧センサは検出原理として、外部からの振動、曲げ、荷重等により感圧センサ自身に変位が生じた場合、圧電効果により変位の加速度に応じた電圧信号を出力するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の感圧センサは、例えば物体がごく低速度で接触した場合は、変形の加速度が小さいため、接触検出できないといった課題があった。
【０００４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、接触速度によらず物体の接触を検出できる圧電型の感圧センサ及び接触検出装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記従来の課題を解決するために、本発明の感圧センサは、可撓性のある圧電層と可撓性電極を有して可撓性のある圧電センサと、荷重に対する変位量が非線形で押圧荷重が所定値以上となると変形する非線形たわみ部材と、前記圧電センサは前記非線形たわみ部材の少なくとも一部に接して、前記非線形たわみ部材の変位により変形することを特徴とするもので、物体による感圧センサへの押圧荷重が所定値以上となると、前記非線形たわみ部材が急に変形し、前記非線形たわみ部材の変位により圧電センサも急な変形を受けるので、前記物体の接触を検出するのに十分な大きさの出力信号が圧電センサから得ることができ、この信号を用いれば接触速度によらず物体の接触を検出できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、可撓性のある圧電層と可撓性電極を有して可撓性のある圧電センサと、荷重に対する変位量が非線形で押圧荷重が所定値以上となると変形する非線形たわみ部材と、前記圧電センサは前記非線形たわみ部材の少なくとも一部に接して、前記非線形たわみ部材の変位により変形することを特徴とするもので、物体による感圧センサへの押圧荷重が所定値以上となると、前記非線形たわみ部材が急に変形し、前記非線形たわみ部材の変位により圧電センサも急な変形を受けるので、前記物体の接触を検出するのに十分な大きさの出力信号が圧電センサから得ることができ、この信号を用いれば接触速度によらず物体の接触を検出できる。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、非線形たわみ部材と圧電センサは荷重により変形可能な変形手段に配設されたものである。よって、変形手段により、圧電センサとたわみ部材の支持が可能となるとともに、変形しやすくできて実用的である。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、可撓性のある圧電層と可撓性電極を有する可撓性のある圧電センサと、荷重に対する変位量が非線型で押圧荷重が所定値以上となると変形する非線形たわみ部材と、前記非線形たわみ部材と前記圧電センサは荷重により変形可能な変形手段に配設され、前記圧電センサは、前記非線形たわみ部材との間に少なくとも変形手段を介して距離をおいて配設され、荷重が印加されると前記非線形たわみ部材よりも先に前記圧電センサが変形するように構成され、その後前記非線形たわみ部材が変形することを特徴とするものである。この構成によって、非線形たわみ部材が変形するまえに圧電センサが変形して、物体の接触を検知可能となる。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、変形手段は、少なくとも非線形たわみ部材よりも荷重を受ける側に中空部を有して、非線形たわみ部材と圧電センサの少なくとも一つが容易に変形するよう形成されたことを特徴としたものである。この構成によって、物体が接触した場合、圧電センサがより変形し易くなるので、出力信号がより大きくなり、接触判定がし易くなる。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、非線形たわみ部材は帯状に成形され凸部を有する薄型弾性体からなるものである。この構成によって、非線形たわみ部材は、押圧荷重を所定値以上にすると旧に凹状に変形し、荷重印加をやめると元の形に復元するという荷重に対する変位量が非線形である特性があるので、荷重の接触速度によらず、非線形たわみ部材の急激な変形をうけて圧電センサも大きな出力が現れる。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、非線形たわみ部材の凸部側を荷重を受ける側とし、圧電センサは前記非線形たわみ部材の凸部側に配設されたものである。この構成によって、非線形たわみ部材が変形するまえに圧電センサ自体が変形して検知可能となり、とくに接触した物体が振動した場合、振動を検知できる。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１項記載の感圧センサと、前記感圧センサに配設された圧電センサの出力信号に基づき前記感圧センサへの物体の接触を判定する判定手段とを備えたもので、接触速度によらず物体の接触を検出できる。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、判定手段は、圧電センサの出力信号に基づき感圧センサに物体が接触し続けているか否かを判定するもので、圧電型の感圧センサで静荷重検出型の感圧スイッチと同様な動作が実現でき、使い勝手が向上する。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、感圧センサは乗物や建物の開閉部に配設され、判定手段は圧電センサの出力信号に基づき前記開閉部での物体の挟み込みを判定するもので、乗物や建物での不用意な挟み込みを防止するのに利用できる。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、感圧センサは自動搬送車等の移動体のバンパーに配設され、判定手段は圧電センサの出力信号に基づき前記移動体と物体との接触の有無を判定するもので、前記移動体と物体との不用意な衝突を防止するのに利用できる。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、感圧センサは椅子、座席、寝具、浴槽、便座、床などの生活場所に配設され、判定手段は圧電センサの出力信号に基づき前記生活場所での人体の有無を判定するもので、住居内での機器制御や生活の見守りのための人体情報として利用できる。
【００１７】
【実施例】
以下本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における感圧センサの外観図、図２は前記感圧センサを用いた接触検出装置のブロック図である。図１において、感圧センサ１は、弾性部材から成る変形手段２と、非線形たわみ部材３と、可撓性のあるシート状の圧電センサ４を備えている。非線形たわみ部材３は、例えば、コンベックスメジャーで使用されているような凸型の形状をした帯状の薄型弾性体を用いる。このような帯状の薄型弾性体は、押圧荷重を所定値以上にすると、急に凹状に変形し、荷重印加をやめると元の形状に復元する特性を有する。
【００１９】
図２において、圧電センサ４はポリフッ化ビニリデンや圧電ゴム等の可撓性の圧電材料からなる圧電層４ａと、圧電層４ａの両面に形成された可撓性電極４ｂ、４ｃを有している。５は圧電センサ４の出力信号に基づき感圧センサ１への物体の接触を判定する判定手段である。
【００２０】
上記構成による動作・作用を説明する。図３は物体の接触により感圧センサ１に荷重Ｗが印加された場合の感圧センサ１の変形の様子を示した外観図、図４は荷重Ｗ、感圧センサ１の変位Ｌ（図３参照）、圧電センサ４の出力信号Ｄ、判定手段の判定出力Ｊを示す特性図である。図４において、縦軸は上から順にＷ、Ｌ、Ｄ、Ｊ、横軸は時刻ｔである。
【００２１】
図３及び図４において、物体の接触により感圧センサ１に荷重Ｗが印加されていき、時刻ｔ１でＷがＷ１より大となると非線形たわみ部材３が凹状に変形しＬが非線形に急激に上昇する。この時の状態が図３に示す状態である。この際、圧電センサ４も大きな変形を受けるので、Ｄには大きな信号力が現れる。そして、判定手段５は、ＤがＤ１より大ならば物体の接触有りと判定して時刻ｔ２でＪをＨｉとし、保持する。
【００２２】
次に、Ｗを減らして行き時刻ｔ３でＷがＷ１より小となると、今度は非線形たわみ部材３が凸状に変形し元の形状に戻るため、Ｌが非線形に急激に低下する。この際、圧電センサ４も上記とは反対方向の大きな変形を受けるので、Ｄには上記と極性が反対の大きな信号力が現れる。そして、判定手段５は、ＤがＤ２より小ならば物体の接触が無くなった判定して時刻ｔ４でＪをＬｏとする。
【００２３】
図５は上記の判定手順を示したフローチャートである。先ず、スタートするとステップＳＴ１で初期値として、物体の接触無しとしてＪをＬｏとする。次にステップＳＴ２でＤがＤ１より大ならばステップＳＴ３で物体の接触有りと判定してＪをＨｉとする。ＤがＤ１以下ならばステップＳＴ２でＤがＤ１より大となるのを待つ。次に、ステップＳＴ４でＤがＤ２より小ならばステップＳＴ１に戻り物体の接触が無くなった判定してＪをＬｏとする。ＤがＤ２以上ならばステップＳＴ４でＤがＤ２より小となるのを待つ。
【００２４】
上記作用により、物体による感圧センサへの押圧荷重が所定値以上となると、前記非線形たわみ部材が急に変形し、前記非線形たわみ部材の変位により圧電センサも急な変形を受けるので、前記物体の接触を検出するのに十分な大きさの出力信号が圧電センサから得ることができ、接触速度によらず物体の接触を検出できる圧電センサを実現することができる。
【００２５】
また、非線形たわみ部材は帯状に成形され凸部を有する薄型弾性体からなり、市販されているコンベックスメジャーで使用されているような弾性体を用いれば良く、シンプルで実用性が高い。
【００２６】
また、非線形たわみ部材と圧電センサが荷重により変形可能な変形手段に配設されたもので、変形手段が非線形たわみ部材と圧電センサの支持を行うと共に、非線形たわみ部材と圧電センサの変形をし易くできるので、実用性がある。
【００２７】
また、判定手段により感圧センサに配設された圧電センサの出力信号に基づき前記感圧センサへの物体の接触を判定するので、圧電型の感圧センサを用いて接触速度によらず物体の接触を検出できる接触検知装置を実現できる。
【００２８】
さらに、判定手段は、圧電センサの出力信号に基づき感圧センサに物体が接触し続けているか否かを判定するもので、圧電型の感圧センサで静荷重検出型の感圧スイッチと同様な動作が実現でき、使い勝手が向上する。
【００２９】
（実施例２）
実施例２の発明を図６を参照して説明する。図６（ａ）は圧電センサとして可撓性のケーブル状圧電センサ６を使用した場合の感圧センサ１の断面図で、ケーブル状圧電センサ６を使用しているため実施例１の構成よりも感圧センサ１の配設の自由度が向上する。
【００３０】
図６（ｂ）はケーブル状圧電センサ６と非線形たわみ部材３との間に距離をおいた構成で、感圧センサ１に物体が接触し荷重が印加された場合に、先ず、ケーブル状圧電センサ６が変形し、その後、ケーブル状圧電センサ６と非線形たわみ部材３との間の弾性部材が十分圧縮された後に非線形たわみ部材３が変形する。従って、物体が接触し始めてケーブル状圧電センサ６が変形すれば非線形たわみ部材３が変形する以前に、物体の接触を判定することが出来る。また、ケーブル状圧電センサ６と非線形たわみ部材３との間に距離があるので、例えば接触した物体が振動している場合、その振動特性をケーブル状圧電センサ６により検出することも可能となる。
【００３１】
図６（ｃ）は図６（ｂ）の構成に、さらに中空部７を設けた構成で、物体の接触の際、ケーブル状圧電センサ６がより変形し易くなるので、出力信号がより大きくなり、接触判定がし易くなる。
【００３２】
（実施例３）
実施例３として、感圧センサを乗物や建物の開閉部に配設し、判定手段が圧電センサの出力信号に基づき前記開閉部での物体の挟み込みを判定する構成としてもよい。この構成により、乗物や建物での不用意な挟み込みを防止するのに利用できる。図７は感圧センサ１を自動車の電動ハッチバックドア８に配設して、電動ハッチバックドア８とボディ９との間の物体の挟み込みを検出するものである。図７より、特に場所Ｐでは回転軸に近づくほど閉止速度が低下するので、このような場所には感圧センサ１を配設することが望ましい。
【００３３】
（実施例４）
実施例４として、感圧センサを自動搬送車等の移動体のバンパーに配設し、判定手段は圧電センサの出力信号に基づき前記移動体と物体との接触の有無を判定する構成としてもよい。この構成により、前記移動体と物体との不用意な衝突を防止するのに利用できる。
【００３４】
（実施例５）
実施例５として、感圧センサを椅子、座席、寝具、浴槽、便座、床などの生活場所に配設し、判定手段は圧電センサの出力信号に基づき前記生活場所での人体の有無を判定する構成としてもよい。この構成により、住居内での機器制御や生活の見守りのための人体情報として利用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明の感圧センサは非線形たわみ部材を備えた構成なので、物体による感圧センサへの押圧荷重が所定値以上となると、非線形たわみ部材が急に変形し、前記非線形たわみ部材の変位により圧電センサも急な変形を受けるので、前記物体の接触を検出するのに十分な大きさの出力信号が圧電センサから得ることができ、接触速度によらず物体の接触を検出できるといった効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例１における感圧センサの外観図
【図２】  本発明の実施例１における接触検出装置のブロック図
【図３】  本発明の実施例１における感圧センサに荷重が印加された時の変形状態を示す外観図
【図４】  同感圧センサに荷重が印加された時の荷重Ｗ、感圧センサの変位Ｌ、圧電センサの出力信号Ｄ、判定手段の判定結果Ｊを示す特性図
【図５】  本発明の実施例１の接触検出装置の判定手段における判定手順をしめすフローチャート
【図６】  （ａ）本発明の実施例２における感圧センサの断面図
（ｂ）本発明の実施例２における感圧センサの断面図（圧電センサと非線形たわみ部材との間に距離をおいた）
（ｃ）本発明の実施例２における感圧センサの断面図（中空部を設けた）
【図７】  本発明の実施例３における感圧センサを自動車のパワーハッチドアに配設した外観図
【符号の説明】
１  感圧センサ
２  変形手段
３  非線形たわみ部材
４  圧電センサ
５  判定手段
６  ケーブル状圧電センサ（圧電センサ）
７  中空部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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