(57)【要約】  本発明は、誘電性基板であって、基準面と、前記誘電性基盤上に静電容量アレイを形成していると共に基準面に接続される複数の電極と、を備える自動車における乗員検出装置に関する。複数の電極の各々は、導電性の高分子厚膜インクによって形成される。前記複数の電極と基準面とは、複数の電極と基準面との間の静電容量の変化を検出し、静電容量の変化によって自動車内の乗員の存在及び乗員の種別を識別する制御装置に接続される。これにより自動車内の乗員を検出することができる。
2008514507.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電性基板であって、
基準面と、前記誘電性基板上で静電容量アレイを形成していると共に前記基準面に結合され、各々が導電性の高分子厚膜インクで形成された複数の電極と、を含む誘電性基板を備えた自動車内にいる乗員検出装置において、
前記複数の電極と前記基準面とが、前記基準面と前記複数の電極との間で静電容量の変化を感知し、自動車内の乗員の存在及び乗員の種別を識別するための制御装置に接続されていることを特徴とする自動車における乗員検出装置。
【請求項２】
前記誘電性基板が、単一な一体物の基板であることを特徴とする請求項1に記載の装置
【請求項３】
前記誘電性基板が、前記複数の電極と前記基準面との間に開口部を備えていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記複数の電極のうち少なくとも１つが、前記自動車の配線に超音波接着されたことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記誘電性基板が、低融点の材料により製作されたことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記導電性の高分子厚膜インクが、銀、炭素、グラファイト、ニッケル、銅、スズ、及び金で構成されるグループから選択された導電性粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記導電性の高分子厚膜インクが、前記誘電性基板上に、印刷、スクリーン印刷、ステンシル、または吹き付けされたことを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項８】
第１部分と第２部分を含む誘電性基板と、
前記誘電性基板の前記第１部分上に配置された基準面と、
前記誘電性基板の前記第２部分上で静電容量アレイを形成していると共に前記基準面に結合され、各々が導電性の高分子厚膜インクで形成された複数の電極と、
前記誘電性基板の前記第１部分と前記第２部分との間に配置された変形可能な空気袋と、
前記複数の電極と前記基準面とに接続され、前記空気袋の圧縮の際に、前記複数の電極と前記基準面との間で静電容量の変化を検出し、これにより、自動車内の乗員の存在及び乗員の種別を識別する制御装置と、
を備えていることを特徴とする自動車における乗員検出装置。
【請求項９】
前記誘電性基板の前記第１部分と前記第2部分とが、単一な一体物の基板を形成していることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記誘電性基板が、前記基板の前記第１部分と前記第２部分との間に開口部を備えていることを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記複数の電極のうち少なくとも１つが、前記自動車の配線に超音波接着されたことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記誘電性基板が低融点の材料により製作されたことを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記導電性の高分子厚膜インクが、銀、炭素、グラファイト、ニッケル、銅、スズ、及び金で構成されるグループから選択された導電性粒子を含むことを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記導電性の高分子厚膜インクが、前記誘電性基板上に、印刷、スクリーン印刷、ステンシル、または吹き付けされたことを特徴とする請求項８に記載の装置
【請求項１５】
第１部分及び第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間の開口部とを備え、低融点の材料で形成された単一な一体物の誘電性基板と、
前記誘電性基板の前記第１部分上に配置された基準面と、
前記誘電性基板の前記第２部分上で静電容量アレイを形成していると共に前記基準面に結合され、各々が導電性の高分子厚膜インクで形成された複数の電極と、
前記誘電性基板の前記第１部分と前記第２部分との間に配置された変形可能な空気袋と、
前記複数の電極と前記基準面とに接続され、前記空気袋の圧縮の際に、前記複数の電極と前記基準面との間で静電容量の変化を検出し、これにより、自動車内の乗員の存在及び乗員の種別を識別する制御装置と、
を備えていることを特徴とする自動車における乗員検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
この出願は、２００４年９月２９日に出願された米国仮出願６０／６１３，７２４号の優先権を主張するものであり、当該仮出願の主題は、参照することにより本明細書に組み込まれている。
【０００２】
本発明は、適切なエアバッグの展開のための乗員検出装置に関する。より具体的には、本発明の装置は、導電性の高分子厚膜インクで形成された静電容量アレイ（capacitive arrays）を使用している。
【背景技術】
【０００３】
自動車には、事故や転倒の際に乗員を保護するための膨張可能な拘束装置がますます組み込まれている。このようなエアバッグ装置は、正面衝突に対してはインストルメントパネルかハンドルに、側面衝突または車体の転倒に対しては車体のインテリア側部またはルーフ部に設置され得る。
【０００４】
生命を救う可能性や深刻な負傷を軽減する可能性を提供しているけれども、こういった乗員拘束装置は、それ自体にも危険性が存在している。特に衝突の際に効果的な保護を行うためには、非常に短いタイムスパン、一般的には5ミリ秒から20ミリ秒内に膨張可能な装置を展開する必要がある。衝突の際に生じるエネルギーを考えると、膨張可能な装置の展開は極めて強制的にも行われなければならない。もし、乗員が適切な位置にいなければ、膨張可能な装置の展開の結果によって身体的危害や死に至る可能性がある。深刻な負傷や死を引き起こす可能性がある他の事情としては、幼児の存在がある。特にフロントエアバッグで、幼児が後方に向けられたチャイルドシートに座っている場合が問題となる。
【０００５】
不適切なエアバッグの展開の直接的な結果による負傷や死の可能性を緩和するために、システム制御装置は、エアバッグの展開に先立って、所定の位置から外れた乗員、子供の乗員、またはチャイルドシートに座っている子供の存在を第一に決定し、後者の場合であれば、チャイルドシートが前方に向いているか後方に向いているかを決定することが必要になる。これらの要因（及び他の情報）に基づいて、制御装置により、エアバッグを展開しないか、全展開か、または多段展開のエアバッグの場合、展開エネルギーを減少させて展開させるかどうかの決定がなされる。
【０００６】
乗員の存在や位置の検出については、コスト低減の更なる必要性が存在している。エアバッグは一度展開したら、再利用することはできない。エアバッグにより提供される保護の範囲内に乗員がいない場合にエアバッグの展開を禁止することによって、自動車の修理の際のエアバッグの除去及び交換のかなりの費用を避けられる。
【０００７】
乗員の存在や位置を検出する多くの方法が、使用されているか、または提案されている。これらの方法には、エアバッグにより提供される保護範囲内の物体の電子的な「画像」を生成する、超音波、無線周波数及び光学的な感知手段の使用を含む。それらの方法には、欠点がないわけではない。物体の形状と位置を確定するために要求されるかなりの演算能力（computing power）に加えて、物体を誤って解釈する可能性が存在する。例えば、適切な位置に座っているが、新聞を読んでいる乗員は、無生物として誤って認識されるかもしれない。
【０００８】
他のアプローチとしては、シートにある物体の重量を決定することである。これは、取付け箇所でセンサーを用いてシート全体の重量を測定し、次いでシート上の物体若しくは乗員の重量を計算するか、または、シート構造内に設けられた一のセンサー若しくは複数のセンサーによって、物体若しくは乗員の重量を直接計測することによって達成することができる。後者の例は、（本願に引用して援用する）特許文献１に教示されている。この特許文献１は、自動車のシートに組み込まれた重量感知パッドを開示している。このパッドは、発泡剤のシートクッションの下に配置された圧力センサーに連動し、非圧縮流体を含む空気袋（bladder）で構成されている。パッド上の重量によって、感知された圧力値が増加し、次いで乗員の重量を推測する。
【０００９】
シート内にある物体の重量だけを感知することは有用な情報ではあるが、エアバッグの展開を決定するために必要とされる情報としては不十分である。例えば、重量という要因だけでは、生物と無生物との間の区別を与えることはできない。物体が人間である場合、重量測定は、乗員がエアバッグ展開のために適切な位置にいるかどうか目安をほとんど与えないか、たとえ与えたとしても、ごく僅かである。
【００１０】
他の方法は、自動車の乗員の存在と位置を検出するための近接センサーを使用した先行技術として記載されている。例えば、特許文献２には、自動車のシート部分の周辺に配置された一連の静電容量電極が開示されている。そして、電極によって形成された静電場内における乗員の存在と相対位置とが感知される。乗員の重量が直接計測されるものではなく、むしろ静電容量アレイにより計測された乗員の胴回り（girth）の測定値から乗員の重量を推測するものである。
【００１１】
乗員の存在と位置を検知するための更に他のアプローチは、特許文献３に開示されている。この特許文献３は、特許文献１で教示されているような流体で満たされた空気袋と連動して特許文献２で教示されているのと同様な静電容量アレイの使用を伴うものである。特許文献３の構成において、空気袋は、シート上の乗員や物体の存在によって生じる流体の圧力の増加を直接的に測定するためのセンサーを使用していない。むしろ静電容量アレイは、基準面に容量結合された静電容量電極を備えて、シートの底部に配置されている。流体で満たされた空気袋は、静電電極と基準面との間に配置され、これにより、乗員の重量により空気袋が圧迫されると、電極は、容量結合された基準面に強制的に一層近接することとなる。静電容量の変化量及び電極間における静電容量の相対的な差に応じて、乗員のサイズ、位置、及び重量といった種々の情報を計算することが可能である。
【００１２】
静電容量アレイの別な使用方法は、参照することによって本明細書に組み込まれている 特許文献４に開示されている。この発明において、静電容量センサーのアレイは、自動車の運転者の頭部に近接して設けられている。このアレイからの信号はマイクロプロセッサに送信され、過労や酒気帯び、ドラッグの使用などによる運転者の機能的障害を示す動きのパターンを識別するために、頭部の位置を三角測量すると共に頭部の動きを追跡している。
【００１３】
これらのシステム及び同様なシステムの静電容量電極は、一般的に可撓性の基板上で銅またはアルミを金属化したもので構成されている。金属化された領域への電気的接続は、一般的に半田付けによりされる。それゆえ、基板の素材は、半田付けにより生じる高温に耐えなければならない。ポリアミドのような半田付け温度に耐えうる基板材料は、温度面以外では基板材料に適しているポリエステルのような材料より高価である。
【００１４】
従来の静電容量アレイの製造に伴う他の重要なコスト増の要因は、材料と、可撓性の基板上に電気的配線を蒸着するためのプロセスにある。一般的に行われるフォトエッチングプロセスは、回路製作が完了する以前に多くの複雑な工程を必要とする。このようなプロセスを使用すると、環境的なめっき規制を遵守する必要があり、更なる追加的なコストを要する。さらに一般的に導電性の材料として用いられる金属では、５０％以上の価格変動が生じることは珍しいことではない。それ故に、より安価でより単純な材料や製造方法は有利であろう。
【００１５】
静電容量アレイを、同じ基板上に多層膜状で形成することが頻繁に要請される。しかしながら、基板上に金属導電体を配置する従来のプロセスでは、容易にこの要請に応えることはできない。
【特許文献１】米国特許第５，９７５，５６８号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１５８，７６８号明細書
【特許文献３】米国特許第６，９２７，６７８号明細書
【特許文献４】米国特許第５，６９１，６９３号明細書
【特許文献５】米国特許第６，２１７，３７３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明の目的は、従来の装置よりも低コストで、自動車内の乗員を検知し、識別するための装置を提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、簡素化された製造プロセスを含んで、低コストで自動車内の乗員を検知し、識別するための装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
前述の目的は、基本的に、基準面を持った誘電性基板と、誘電性基板上の静電容量アレイを形成していると共に基準面に結合される複数の電極と、を有する自動車における乗員検出装置によって実現する。複数の電極の各々は、導電性の高分子厚膜インクで形成される。複数の電極と基準面とは、複数の電極と基準面との間の静電容量の変化を検出する制御装置に接続されている。そして、車内に乗員の存在と乗員の種別を識別する。
【００１９】
前述の目的は、基本的に、第１部分と第２部分を有する誘電性基板と、誘電性基板の第１部分上に配置された基準面と、誘電性基板の第２部分上の静電容量アレイを形成し、基準面に接続される複数の電極とを有する自動車における乗員検出装置によっても実現される。複数の電極の各々は、導電性の高分子厚膜インクで形成される。変形可能な空気袋は、誘電性基板の第１部分と第２部分との間に配置される。制御装置は、複数の電極と基準面とに接続される。この制御装置は、空気袋の圧縮の際に複数の電極と基準面との間の静電容量の変化を感知する。それによって制御装置は、車内に乗員の存在と乗員の種別を識別する。
【００２０】
本発明における他の目的、利点及び特徴は、本発明の好適な実施形態を開示することで、添付された図面と共に後述される詳細な説明によりはっきりと理解できるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
添付図面と関連付けで考察されれば、以下の詳細な説明を参照することによって、本発明のより完全な理解及び本発明の多くの付随する利点が明らかになるであろう。
【００２２】
図１から図４を参照しつつ、本発明による自動車のエアバッグの適切な展開のため、自動車内の乗員を検知し、識別したりするための装置１００は、自動車のシート１１２のクッション１１０の下に配置された誘電性基板１０８の第１部分１０４と第２部分１０６との間に配置された、変形可能な流体で満たされた空気袋１０２を含む。装置１００は、導電性の高分子厚膜インクで形成されている基板１０８の上の静電容量アレイ２００を用いることで著しくコストを減少させる。
【００２３】
図２に示すように、静電容量アレイ２００は、基板１０８の第２部分１０６上に配置され、制御装置または制御モジュール２０４と電気的に結合している複数の電極２０２含んでいる。これらの電極２０２は、基板１０８の第１部分１０４上で基準面２０６と容量結合されている。開口部２０８は、接続アーム２１０を形成している基板１０８の第１部分１０４と第２部分１０６との間に配置されている。基板１０８は、単一な一体物として、もしくは一体的に取り付けられた別個の部品として作ることができる。図３に示すように、基板１０８上の電極２０２とは反対側に遮蔽面３００がある。基板１０８は、その全体が可撓性を有するか、一部が可撓性で他の部分は剛性を有していても良い。例えば、第１部分１０４と第２部分１０６とは剛体であって良く、接続アーム２１０は可撓性として、可撓性のヒンジを形成することができる。
【００２４】
図２と図３に示すように、電極２０２及び基準面２０６は、導電体２１２を通じて、超音波接着されたコネクタ２１４に接続されている。導電体２１２は、一端でアレイ２００内の電極２０２及び基準面に接続され、他端でコネクタ２１４に接続されている。コネクタ２１４は、直接的に制御モジュール２０４に接続しても良く、または間接的に（図示しない）自動車のワイヤーハーネスを通じて制御モジュール２０４に接続しても良い。
【００２５】
装置１００は、プリントされた導電性の高分子厚膜(ＰＴＦ：polymer thick film)インクとともに使われた従来装置における銅を代替することによって、静電容量アレイ２００の生産コストを減少させている。ＰＴＦインクは、通常、溶剤と導電性及び／または抵抗性の材料で、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂をマトリクスとしたものである。入手可能な導電性または抵抗性の粒子は、銀、炭素、ニッケル、銅、スズ及び金を含有しているが、これらの成分に限定されるものではない。これらインクは、誘電性基板１０８に、印刷、スクリーン印刷、ステンシル吹き付け等をすることができる。このインクは、室温で、または加熱により硬化する。硬化プロセスは、マトリクスから溶剤を排出させる働きをし、熱硬化性樹脂の場合、樹脂を硬化すなわち永久に硬化させる働きをする。基準面２０６を有する静電容量アレイ２００は、高インピーダンス場のセンサーとして作動することができるので、従来装置で用いられていた金属導体の高コストと金属導体に関連した適用プロセスとが回避される。また、導電体２１２を、ＰＴＦインクを適用することによっても形成することができる。
【００２６】
上記に述べたように、先行技術に記載された電極に相互連結している従来方法では半田付けを行っており、これにより、かなり大きな領域が熱の影響を受け、従って、熱劣化に対して比較的高い耐久性を持った基板材料の使用を必要とする。本発明において、PTF導電体２１２への相互連結は、超音波溶接プロセスによって達成させる。このプロセスは、（本願に引用して援用する）特許文献５に開示されている。特許文献５は、高い締め付け圧により超音波エネルギーの方向付けを行い、コネクタアセンブリと関連する相互接続ワイヤーを、可撓性基板とPTF導電体それぞれに結合させることを教示している。この相互接続プロセスの本質は、特に先行技術に使用されている半田付けのプロセスと比較して、熱がごく僅かしか基板１０８に伝播しないことである。これにより、基板１０８のために、低融点材料である低廉な材料を使用することができる。従って、装置１００のコストを削減することができる。例えば、基板１０８は、ポリエステルのような350度未満の融点を持つ低融点材料で作製され得る。しかしながら、当業者であれば、他の低コストの基板材料も適切な候補となることが理解できるであろう。
【００２７】
図4に示すように、基板１０８は接続アーム２１０で折り返され、流体で満たされた空気袋１０２は、基板１０８の第１部分１０４と第２部分１０６との間に配置されている。基板１０８と空気袋１０２とは、次いでシートクッション１１０の下に配置される。制御装置２０４は、シート１１２が占有された際に、空気袋が乗員の重量により圧縮され、従って静電容量アレイ２００と基準面２０６とが互いに接近するので、静電容量の変化を計算することによって感知を行う。静電容量の変化は、乗員の重量を計算するための情報を与える。具体的には、静電容量の変化の大きさは、静電容量アレイ２００と基準面２０６との間で検出される。この静電容量の変化は空気袋１０２の変形量に直接的に比例しており、同様にシート１１２上の人間や物の重量に比例している。
【００２８】
特定の実施例が、本発明を説明するために選択されているものの、当業者であれば、添付の特許請求の範囲で定義されている本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに、種々の改変を行い得ることが理解されるであろう。例えば、各々の静電容量アレイ２００、基準面２０６、導電体２１２、及び遮蔽面３００は、PTFインクにより構成され得るけれども、いくつかの箇所では、マトリクス内で導電性材料または抵抗性材料の異なった組み合わせを利用することもできる。
【００２９】
また、本発明は、単一の基板上でのセンサーアレイの多層膜の蒸着を容易にすることができる。ＰＴＦインクの導電体を使用するということは、連続するアレイの各々を、導電性の粒子を含まないＰＴＦインク、または接着層と連結した基板の誘電材料の層のような非導電性の材料でコーティングするという比較的単純なことである。次いで、電極領域の追加的な層は、先に蒸着された誘電層上に蒸着され得る。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明による装置の側部立面図であって、自動車のシートに用いた様子を示す図である。
【図２】図１に示された装置の基板の平面図であって、基板上に配置された静電容量アレイと基準面とを示す図である。
【図３】図２に示された基板の底面図であって、基板上に配置された遮蔽面を示す図である。
【図４】図１に示された装置の分解斜視図であって、基板の２つの部分の間に配置された流体で満たされた空気袋を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１００  装置
１０２  空気袋
１０４  第１部分
１０６  第２部分
１０８  誘電性基板
１１０  クッション
１１２  自動車のシート
２００  静電容量アレイ
２０２  複数の電極
２０４  制御モジュール
２０６  基準面
２０８  開口部
２１０  接続アーム
２１２  導電体
２１４  コネクタ
３００  遮蔽面
【図１】
2008514507.tif 000003
【図２】
2008514507.tif 000004
【図３】
2008514507.tif 000005
【図４】
2008514507.tif 000006
【国際調査報告】
2008514507.tif 000007