(57)【要約】【課題】量産性に優れ、且つ雨滴や霧などの空中浮遊物による検出誤動作を回避可能な近接センサを提供する。【解決手段】近接センサ１は、平行に設けられた第１電極線２１及び第２電極線２２と、第１電極線２１及び第２電極線２２を一括して覆う絶縁体２３と、開口部３１が形成されるよう絶縁体２３の周囲を部分的に覆うシールド３とを有し、第１電極線２１及び第２電極線２２が開口部３１に対して距離差ΔＬを有するように設けられているセンサ用ケーブルと、第１電極線２１により検出される第１の静電容量Ｃ１を検出する第１容量検出部５１と、第２電極線２２により検出される第２の静電容量Ｃ２を検出する第２容量検出部５２と、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の差分を出力する差動出力部５５とを有する検知回路と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行に設けられた第１電極線及び第２電極線と、前記第１電極線及び第２電極線を一括して覆う絶縁体と、開口部が形成されるよう前記絶縁体の周囲を部分的に覆うシールドとを有し、前記第１電極線及び第２電極線が前記開口部に対して距離差を有するように設けられているセンサ用ケーブルと、
前記第１電極線により検出される第１の静電容量を検出する第１容量検出部と、前記第２電極線により検出される第２の静電容量を検出する第２容量検出部と、前記第１の静電容量と前記第２の静電容量の差分を出力する差動出力部とを有する検知回路と、
を備えた近接センサ。
【請求項２】
前記絶縁体は、前記第１電極線と前記第２電極線との間に中空部が形成されている請求項１記載の近接センサ。
【請求項３】
前記第１及び第２電極線は、金属からなる導線と、前記導線を覆う導電性ゴム又は導電性プラスチックからなる導電層とを有する請求項１又は２記載の近接センサ。
【請求項４】
前記シールドは、絶縁性の樹脂からなる基材と導電性の金属からなる金属層とが積層された複合テープである請求項１〜３の何れか１項に記載の近接センサ。
【請求項５】
前記複合テープは、前記センサ用ケーブルの長手方向に沿って縦添え巻きされている請求項４記載の近接センサ。
【請求項６】
前記複合テープの前記金属箔に複数のスリットが所定の間隔で形成され、前記複合ケーブルが前記センサ用ケーブルに螺旋巻きされることによって前記複数のスリットが前記センサ用ケーブルの長手方向に揃い、前記開口部を形成する請求項４記載の近接センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、物体の近接を検知する近接センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、静電容量の変化を検出する静電容量型の近接センサが知られている。静電容量型の近接センサは、例えば人体等の物体（例えば指）によって生じる静電容量の変化を検出して、物体の近接を検知するものである。
【０００３】
図５に特許文献１の近接センサ１００を示す。近接センサ１００は、第１の検出電極１０１と第２の検出電極１０２と遮蔽電極１０３を有する。第１の検出電極１０１と第２の検出電極１０２は、検出方向に対して所定の距離差Δｈ’を持つように配置され、遮蔽電極１０３は、第１及び第２の検出電極１０１、１０２を囲んで、検出方向以外の方向を選択的に遮蔽するように形成されている。
【０００４】
近接センサ１００は、物体（被検知体）１０４が近接したときに物体１０４と第１及び第２の検出電極１０１、１０２との間に形成される静電容量Ｃａ、Ｃｂを検出し、その静電容量Ｃａ、Ｃｂの差から近接を検知する。雨滴や霧などの空中浮遊物による静電容量の変化は、第１の検出電極１０１と第２の検出電極１０２のそれぞれに同じように現れるので、静電容量の差から近接を検知することにより、雨滴や霧などの空中浮遊物による検出誤動作を回避することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５７８９８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近接センサ１００は、静電容量Ｃａ、Ｃｂを検出するため、第１及び第２の検出電極１０１、１０２と遮蔽電極１０３がそれぞれ独立した電極となっている。すなわち、これらの電極は、互いに接触せずに絶縁が保たれた状態となっている。しかし、第１及び第２の検出電極１０１、１０２と遮蔽電極１０３が互いに絶縁が保たれた状態にするためには、電極間にスペーサを設けるなどして電極同士を離間する必要がある。このため、従来の近接センサ１００は、製造に手間がかかり量産性に優れなかった。特に長尺の近接センサや細径の近接センサについては、製造が容易ではなく、さらに量産性に優れなかった。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、量産性に優れ、且つ雨滴や霧などの空中浮遊物による検出誤動作を回避可能な近接センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために創案された本発明は、平行に設けられた第１電極線及び第２電極線と、前記第１電極線及び第２電極線を一括して覆う絶縁体と、開口部が形成されるよう前記絶縁体の周囲を部分的に覆うシールドとを有すセンサ用ケーブルと、前記第１電極線により検出される第１の静電容量を検出する第１容量検出部と、前記第２電極線により検出される第２の静電容量を検出する第２容量検出部と、前記第１の静電容量と前記第２の静電容量の差分を出力する差動出力部とを有する検知回路とを備え、前記第１電極線及び第２電極線は、前記開口部に対して距離差を有するように設けられている近接センサである。
【０００９】
本発明によれば、量産性に優れ、且つ雨滴や霧などの空中浮遊物による検出誤動作を回避可能な近接センサを提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る近接センサの模式図である。
【図２】本発明の実施形態に係る近接センサの斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係るシールドの一例を示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態に係るシールドの一例を示し、（ａ）はシールドの平面図であり、（ｂ）はシールドを螺旋巻きした平面図である。
【図５】従来の近接センサを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施の形態］
図１は、本発明の実施形態に係る近接センサ１の模式図であり、図２は、本発明の実施形態に係る近接センサ１の斜視図である。
【００１２】
図１に示されるように、本発明の実施形態に係る近接センサ１は、センサ用ケーブル２と検知回路５とから構成されている。センサ用ケーブル２は、平行に設けられた第１電極線２１及び第２電極線２２と、第１電極線２１及び第２電極線２２を一括して覆う絶縁体２３と、開口部３１が形成されるよう絶縁体２３の周囲を部分的に覆うシールド３とを有し、第１電極線２１及び第２電極線２２が開口部３１に対して距離差ΔＬを有するように設けられている。また、検知回路５は、第１電極線２１により検出される第１の静電容量Ｃ１を検出する第１容量検出部５１と、第２電極線２２により検出される第２の静電容量Ｃ２を検出する第２容量検出部５２と、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の差分を出力する差動出力部５５とを有する。近接センサ１は、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との差分により被検知体４の近接を検知する。本発明の実施形態に係る近接センサ１は、例えば、自動車や鉄道車両の電動式ドア等の電動式開閉部材に取り付けられ、人体等の挟み込みを検知するための検知装置として用いることができる。
【００１３】
（センサ用ケーブル２）
センサ用ケーブル２は、第１及び第２電極線２１、２２と絶縁体２３とシールド３とを備えている。第１電極線２１及び第２電極線２２は、撚られることなく、長手方向（図２のｚ軸方向）に沿って平行に設けられている。第１電極線２１と第２電極線２２は、互いに離間して設けられており、その間に固定間隔ｄ１が形成されている。ここで固定間隔ｄ１は、第１電極線２１と第２電極線２２の表面同士を結ぶ最短距離を意味する。
【００１４】
第１電極線２１は、金属からなる第１導線２１ａと第１導線２１ａを覆う第１導電層２１ｂとを有しており、第２電極線２２は、金属からなる第２導線２２ａと第２導線２２ａを覆う第２導電層２２ｂとを有している。第１導線２１ａと第２導線２２ａは、例えば、２６〜３０ＡＷＧの銀めっき軟銅線の撚り線である。また、第１導電層２１ｂと第２導電層２２ｂは、導電性ゴム又は導電性プラスチックであり、例えば、ＥＰＤＭ（エチレン・プロピレン・ジエンゴム）やシリコーンゴムにカーボンブラック等の導電性充填剤を配合したものを用いることができる。また、第１導電層２１ｂと第２導電層２２ｂとして、熱可塑性エラストマ（例えば、スチレン系熱可塑性エラストマ）にカーボンブラック等の導電性充填剤を配合したものを用いることもできる。熱可塑性エラストマを用いることで、成形の際の架橋工程が不要となるので、導電層２１ｂ、２２ｂの製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。
【００１５】
絶縁体２３は、第１及び第２電極線２１、２２を一括して覆うように形成されている。絶縁体２３により、第１電極線２１と第２電極線２２は、互いに平行な状態で位置が固定されている。すなわち、第１電極線２１と第２電極線２２の間には、固定間隔ｄ１が形成されている。
【００１６】
シールド３は、近接センサ１の検知方向（図１のｙ軸方向）に開口部３１を有し、絶縁体２３の周囲を検知方向を除いて覆っている。シールド３は、絶縁体２３の周囲に帯状の金属箔を絶縁体２３の長手方向に沿って縦添え巻きすることで形成される。帯状の金属箔の幅は、絶縁体２３の円周よりも小さい幅であり、必要な開口部３１の大きさに応じて設定される。金属箔としては、銅箔やアルミニウム箔を用いることができる。なお、シールド３の外周にさらにシース等の被覆を設けても良い。
【００１７】
シールド３としては、図３に示すように、絶縁性の樹脂からなる基材３ａと、導電性の金属からなる金属層３ｂが積層された構造を有する複合テープ３２を用いることもできる。基材３ａとしては、例えば、ポリエステル等の可撓性を有する樹脂を用いることができる。また、金属層３ｂとしては、銅やアルミニウムを用いることができる。複合テープ３２を用いる場合、後述する遮蔽電圧印加部５３が接続し易いように、基材３ａが内側、金属層３ｂが外側となるように複合テープ３２を絶縁体２３の周囲に縦添え巻きすると良い。
【００１８】
また、シールド３としては、図４に示すように、金属層３ｂに所定間隔で斜めのスリット３ｃを設けた複合テープ３３を用いることもできる。スリット３ｃは、複合テープ３３を絶縁体２３の周囲に螺旋巻きした際に、センサ用ケーブルの長手方向に沿って一列に並び、開口部３１を形成する。スリット３ｃの幅、角度、間隔等は、開口部３１の幅、複合テープ３３の幅や巻きピッチに応じて設定される。複合テープ３３が螺旋巻きされているので、センサ用ケーブル２が曲げ易くなる。このため、センサ用ケーブル２の取扱いが容易になり、また、センサ用ケーブル２の運搬時や設置時にシールド３が損傷することを抑制することが可能となる。
【００１９】
本実施形態では、第１電極線２１と第２電極線２２との間に中空部２４が形成されている。第１電極線２１は、第２電極線２２と対向している表面が中空部２４により露出し、また、第２電極線２２は、第１電極線２１と対向している表面が中空部２４により露出している。すなわち、中空部２４により、導電層２１ｂ、２２ｂの互いに対向している面が露出している。
【００２０】
中空部２４が形成されることにより、被検知体４がセンサ用ケーブル２に接触し、センサ用ケーブル２が変形した場合に、第１電極線２１と第２電極線２２とが接触し導通するようになる。この導通を検出することにより、被検知体４のセンサ用ケーブル２への接触を検知することができる。したがって、中空部２４を形成することにより、近接センサ（すなわち非接触センサ）としての機能に加えて接触センサの機能を付加することができる。
【００２１】
（検知回路５及び検知方法）
図１に示されるように、近接センサ１には検知回路５が接続されている。検知回路５は、第１電極線２１と被検知体４との間の静電容量Ｃ１を検出する第１容量検出部５１と、第２電極線２２と被検知体４との間の静電容量Ｃ２を検出する第２容量検出部５２と、シールド３が第１電極線２１及び第２電極線２２と同じ電位となるように遮蔽電圧を印加する遮蔽電圧印加部５３と、第１容量検出部５１と第２容量検出部５２が容量を検出するタイミングと遮蔽電圧印加部５３がシールド３に遮蔽電圧を印加するタイミングを同期させる制御部５４と、静電容量Ｃ１と静電容量Ｃ２との差を出力する差動出力部５５とを備えている。
【００２２】
まず、シールド３が第１電極線２１と同じ電位になるように遮蔽電圧印加部５３がシールド３に遮蔽電圧を印加し、その状態で第１容量検出部５１が静電容量Ｃ１を検出する。次に、シールド３が第２電極線２２と同じ電位になるように遮蔽電圧印加部５３がシールド３に遮蔽電圧を印加し、その状態で第２容量検出部５２が静電容量Ｃ２を検出する。これらの動作は、制御部５４によって制御される。そして、差動出力部５５が静電容量Ｃ１とＣ２の差ΔＣを出力する。被検知体４の近接は、その出力されたΔＣの大小により判断される。例えば、予め閾値を設定しておき、ΔＣがその閾値よりも小さいときは被検知体４の近接はないと判断し、閾値よりも大きいときは被検知体４の近接があると判断する。予め設定された閾値を記憶する手段やΔＣと閾値との比較する手段は、検出回路５と別に設けた回路（例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit））に設けることができる。
【００２３】
（実施例）
図２に示すセンサ用ケーブル２の実施例について説明する。
【００２４】
（１）第１電極線２１及び第２電極線２２
銀めっき軟銅線の撚り線からなり、外径が０．３ｍｍ（２８ＡＷＧ）の第１導線２１ａ及び第２導線２２ａを用意し、第１導線２１ａ及び第２導線２２ａの表面に導電ゴムからなる第１導電層２１ｂ及び第２導電層２２ｂを被覆する。第１導電層２１ｂ及び第２導電層２２ｂは、ＥＰＤＭにカーボンブラックを配合し、導電率が５８Ω／ｃｍに調整したものである。第１電極線２１及び第２電極線２２の外径は、０．７７ｍｍである。
【００２５】
（２）絶縁体２３
第１導線２１ａ及び第２導線２２ａに加えて、線状のスペーサ（図示せず）を用意する。スペーサは中空部２４を形成するためのものであり、中空部２４を形成しない場合には不要である。また、スペーサを用いずに、絶縁体２３を押出しする際のダイス形状を工夫することによって中空部２４を形成する方法もある。
【００２６】
まず、直径が０．１ｍｍのスペーサを中心に１本配置し、その周囲に直径が０．７７ｍｍの２本のスペーサ、第１導線２１ａ、直径が０．７７ｍｍの２本のスペーサ、及び第２導線２２ａの順に配置する。スペーサは、エチレン４フッ化エチレン（ＥＴＦＥ）被覆電線からなる。次に、第１導線２１ａ及び第２導線２２ａとスペーサとの間に隙間を生じないように押さえながら、これらの周囲にＴＰＥ（熱可塑性エラストマー）からなる絶縁体２３を押出し成形により被覆する。
【００２７】
（３）シールド３
次に、絶縁体２３の周囲にシールド３を設ける。シールド３としては、図３に示すようなポリエステルからなる基材３ａと、銅からなる金属層３ｂが積層された構造を有する複合テープ３２を用い、絶縁体２３の周囲にその長手方向に沿って縦添えする。この際、第１電極線２１と第２電極線２２が開口部３１に対して距離差ΔＬを持つようにシールド３を取り付ける。複合テープ３２の幅は、８．０ｍｍ、基材３ａの厚みは６．０μｍ、金属層３ｂの厚みは９．０μｍである。
【００２８】
（４）中空部２４
このようにして作製したセンサ用ケーブル２（スペーサを含む）を１１００ｍｍに切り分け、５本のスペーサを引き抜くことで、センサ用ケーブル２が作製される。スペーサを引き抜く際は、絶縁体２３とスペーサとの間にエアを注入することでスペーサの引き抜きを容易にすることが可能である。また、第１及び第２導線２１ａ、２２ａとスペーサは、撚られていないので、スペーサは容易に引き抜き可能である。
【００２９】
最後に、センサ用ケーブル２の端部から第１電極線２１、第２電極線２２、シールド３に検知回路５を接続し、近接センサ１が作製される。
【００３０】
この作製した近接センサ１を用いて実験を行い、１ｍｍの位置で検知可能であることが確認された。なお、閾値を調整することで検知可能な位置は調整可能である。
【００３１】
（実施形態の作用及び効果）
以上説明したように、本発明の実施形態に係る近接センサ１は、平行に設けられた第１電極線２１及び第２電極線２２と、第１電極線２１及び第２電極線２２を一括して覆う絶縁体２３と、開口部３１が形成されるよう絶縁体２３の周囲を部分的に覆うシールド３とを有し、第１電極線２１及び第２電極線２２が開口部３１に対して距離差ΔＬを有するように設けられているセンサ用ケーブルと、第１電極線２１により検出される第１の静電容量Ｃ１を検出する第１容量検出部５１と、第２電極線２２により検出される第２の静電容量Ｃ２を検出する第２容量検出部５２と、第１の静電容量Ｃ１と第２の静電容量Ｃ２の差分を出力する差動出力部５５とを有する検知回路と、を備えたものである。
【００３２】
このように構成することにより、センサ用ケーブル２において、第１電極線２１及び第２電極線２２が、絶縁体２３により一括して覆われることで互いに平行な状態に維持されている。また、シールド３を絶縁体２３に取り付ける際に、第１電極線２１と第２電極線２２がシールド３の開口部３１に対して距離差ΔＬを持つようにするだけで、検知回路５を除く近接センサ１を製造することが可能である。そして、このようなセンサ用ケーブル２は、ケーブル製造プロセスにより製造可能である。したがって、本発明によれば、量産性に優れた近接センサ１を実現可能である。また、センサ用ケーブル２は、ケーブル製造プロセスにより製造されるため、数１００ｍの長尺状のケーブルや直径１０ｍｍ以下の細径のケーブルも容易に製造することが可能である。
【００３３】
また、第１電極線２１により検出される第１の静電容量Ｃ１と第２電極線２２により検出される第２の静電容量Ｃ２との差分により被検知体４の近接を検知するため、雨滴や霧などの空中浮遊物による検出誤動作を回避可能である。
【００３４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上記に記載した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  近接センサ
２  センサ用ケーブル
３  シールド
４  被検知体
５  検知回路
２１  第１電極線
２１ａ  導線
２１ｂ  導電層
２２  第２電極線
２２ａ  導線
２２ｂ  導電層
２３  絶縁体
２４  中空部
３１  開口部
３２、３３  複合テープ
３ａ  基材
３ｂ  金属層
３ｃ  スリット
５１  第1容量検出部
５２  第２容量検出部
５３  遮蔽電圧印加部
５４  制御部
５５  差動出力部
１００  近接センサ
１０１  第１検出電極
１０２  第２検出電極
１０３  遮蔽電極
１０４  物体（被検知体）
【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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