(57)【要約】【課題】接触を検知する接触検知装置に関し、設置の自由度が高く、かつ、容易に適用可能である接触検知装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、接触検知装置であって、閉空間をもつ検知部（１１１；２１１；３１１；４１１）と、検知部（１１１；２１１；３１１；４１１）を構成する閉空間の圧力変化に応じて内圧が変化する閉空間内に配置され、配置されている閉空間内の圧力変化を検出する圧力検出部（１１３）とを有することを特徴とする。【選択図】図１
2008082997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉空間をもつ検知部と、
前記検知部を構成する閉空間の圧力変化に応じて内圧が変化する閉空間内に配置され、配置されている閉空間内の圧力変化を検出する圧力検出部とを有することを特徴とする接触検知装置。
【請求項２】
前記圧力検出部が配置される閉空間は、前記検知部を構成する閉空間と連通していることを特徴とする請求項１記載の接触検知装置。
【請求項３】
前記検知部を構成する閉空間と前記圧力検出部が配置される閉空間との間に設けられ、前記検知部を構成する閉空間の内圧に応じて撓み前記圧力検知部が配置されている閉空間の内圧を変化させる隔壁を有することを特徴とする請求項１記載の接触検知装置。
【請求項４】
前記検知部を構成する閉空間は、チューブ状であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項記載の接触検知装置。
【請求項５】
前記検知部を構成する閉空間と前記圧力検出部が配置される閉空間とは、単一の閉空間であることを特徴とする請求項１記載の接触検知装置。
【請求項６】
前記圧力検出部は、前記検知部を構成する閉空間内の圧力変化を検出する圧力センサと、
前記圧力センサにより検出された信号を処理する処理回路とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項記載の接触検知装置。
【請求項７】
前記圧力センサ及び前記処理回路は、同じプリント配線板上に搭載されていることを特徴とする請求項６記載の接触検知装置。
【請求項８】
前記圧力センサは、出力信号として圧力変化に応じた信号を出力することを特徴とする請求項６又は７記載の接触検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は接触検知装置に係り、特に、接触を検知する接触検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、接触検知装置としてテープスイッチやマットスイッチなどが用いられた。
【０００３】
図１５は従来のテープスイッチの一例の構成図を示す。なお、図１５（Ａ）は断面図、図１５（Ｂ）は斜視図を示す。
【０００４】
テープスイッチ１０は、下部電極１１、上部電極１２、絶縁材１３、外皮材１４から構成されている。なお、テープスイッチ１０は、下部電極１１と上部電極１２との間に電圧を印加して使用する。
【０００５】
外皮材１４が矢印Ｚ１方向に押圧されると、上部電極１２が矢印Ｚ１方向に押圧されて、下部電極１１に接触し、電流が流れる。これによって、接触が検知される。また、外皮材１４の矢印Ｚ１方向への押圧が解除されると、上部電極１２が矢印Ｚ２方向に復帰して、下部電極１１との接触が解除され、電流が流れなくなる。
【０００６】
図１６は従来のマットスイッチの一例の構成図を示す。
【０００７】
従来のマットスイッチ２０は、マット２１内部にスイッチ素子２２を配置した構成とされている。スイッチ素子２２は、マット２１内部に配線された内部配線２３及びマット２１外部に延出した外部配線２４により外部回路と電気的に接続されている。
【０００８】
マット２１が矢印Ｚ１方向に押圧されると、スイッチ素子２２がこれを検出して、検知信号が生成される。スイッチ素子２２で生成された検知信号は、内部配線２３、外部配線２４を通して図示しない外部回路であるシステムコントローラなどに供給される。
【０００９】
また、接触検知装置としては、機構的付加物によりスイッチを押下する構造のものや、ピエゾフィルムなどを用いたものがある。
【００１０】
しかしながら、上記テープスイッチ、マットスイッチ、ピエゾフィルムなどを用いた接触検知装置は、接触検知部分に接点、センサなどを配置する必要があった。このため、構造が複雑となり、設置場所などが制限されていた。
【００１１】
このため、気密構造の空気チューブと空気チューブ一端に接続されて、空気チューブの内部圧力と外気圧との差圧を検知する圧力センサとを有し、接触により空気チューブがつぶれることによる空気チューブの内圧の上昇を検知することにより接触を検知する接触スイッチが開発されていた（例えば、特許文献１〜４参照）。空気チューブと圧力センサを用いることにより、接触を検知する位置に電極などを設置する必要がなく、よって、テープスイッチ、マットスイッチ、機構的付加物によりスイッチを押下する構造のものや、ピエゾフィルムなどを用いたものに比べて設置の自由度を向上させることができる。
【特許文献１】特開昭６２−２０３８１０号公報
【特許文献２】特開昭６２−２０３８１１号公報
【特許文献３】特開昭６２−２０３８１６号公報
【特許文献４】特開昭６３−２２７２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかるに、従来の特許文献１〜４に示されている空気チューブと圧力センサとを用いた接触スイッチは、空気チューブと外気圧との差圧によって接触を検知しおり、よって、外気圧などの周囲環境の影響を受けるため、電磁弁などを用いて空気チューブの内圧を外気圧に調整するなどの調整が必要であり、構造が複雑となる。このため、容易に適用することが困難であった。
【００１３】
本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、設置の自由度が高く、かつ、容易に適用可能である接触検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、接触検知装置であって、閉空間をもつ検知部（１１１；２１１；３１１；４１１）と、検知部（１１１；２１１；３１１；４１１）を構成する閉空間の圧力変化に応じて内圧が変化する閉空間内に配置され、配置されている閉空間内の圧力変化を検出する圧力検出部（１１３）とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、圧力検出部（１１３）が配置される閉空間は、検知部（１１１）を構成する閉空間と連通していることを特徴とする。
【００１６】
検知部（４１１）を構成する閉空間（４２１）と圧力検出部（１１３）が配置される閉空間（４２２）との間に設けられ、検知部（４１１）を構成する閉空間（４２１）の内圧に応じて撓み圧力検出部（１１３）が配置されている閉空間（４２２）の内圧を変化させる隔壁（４１２）を有することを特徴とする。
【００１７】
検知部（１１１）を構成する閉空間は、チューブ状であることを特徴とする。
【００１８】
検知部（３１１）を構成する閉空間と圧力検出部（１１３）が配置される閉空間とは、単一の閉空間であることを特徴とする。
【００１９】
圧力検出部（１１３）は、検知部を構成する閉空間内の圧力変化を検出する圧力センサ（１２２）と、圧力センサ（１２２）により検出された信号を処理する処理回路（１２３、５１１、６１１）とを有することを特徴とする。また、圧力センサ（１２２）及び処理回路（１２３；５１１；６１１）は、同じプリント配線板（１２１）上に搭載されていることを特徴とする。
【００２０】
また、上記圧力センサ（１２２）は、出力信号として圧力変化に応じた信号を出力することを特徴とする。
【００２１】
なお、上記参照符号は、あくまでも参考であり、これによって特許請求の範囲が限定されるものではない。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、検知部を閉空間で構成すればよいので、検知部の構成が簡単であり、形状などを自由に設定できるため、検知部の設置の自由度を向上させることができる。また、検知部の圧力調整などが不要であるため、構造が簡略であり、設置場所を選ばずに設置可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
〔第１実施例〕
図１は本発明の第１実施例の構成図、図２は本発明の第１実施例のブロック構成図を示す。
【００２４】
本実施例の接触検知装置１００は、検知部１１１、センサボックス１１２、圧力検出部１１３から構成されている。
【００２５】
本実施例の検知部１１１は、弾性変形可能な樹脂材料をチューブ状に成形したものであり、マット１０１内に蛇行して配置される。検知部１１１は、一端Ｐ１が閉蓋され、他端Ｐ２はセンサボックス１１２の内部空間に連通するように、センサボックス１１２に接続されている。センサボックス１１２は密閉された閉空間を構成しており、その閉空間には圧力検出部１１３が内蔵されている。
【００２６】
圧力検出部１１３は、プリント配線板１２１に圧力センサ１２２及び信号処理回路１２３を搭載した構成とされている。
【００２７】
圧力センサ１２２は、例えば、超高感度微圧センサであり、センサ周辺の圧力変化により空気・ガスなどの気体に生じる温度変化を検出することにより、気体の圧力の微小変化を検出する。なお、圧力センサ１２２は、ダイアフラム式、半導体式などの他の圧力センサであってもよい。
【００２８】
なお、超高感度微圧センサを圧力センサ１２２として用いた場合、その出力信号はセンサボックス１１２内の圧力変化量に応じた信号となる。
【００２９】
図３は圧力センサ１２２の動作説明図を示す。図３（Ａ）は圧力変化、図３（Ｂ）は圧力センサ１２２の出力信号を示している。
【００３０】
圧力センサ１２２は、例えば、図３（Ａ）に示すような圧力変化に対して図３（Ｂ）に示すような出力信号を出力する。圧力センサ１２２の出力信号は、信号処理回路１２３に供給される。
【００３１】
信号処理回路１２３は、例えば、入力回路１３１、二値化回路１３２から構成されている。入力回路１３１は、例えば、増幅回路１４１及びフィルタ回路１４２から構成されている。増幅回路１４１は、圧力センサ１２２の出力信号を増幅する。増幅回路１４１で増幅された信号は、フィルタ回路１４２に供給される。フィルタ回路１４２は、増幅回路１４１から供給された信号から不要成分を除去して、二値化回路１３２に供給する。
【００３２】
二値化回路１３２は、コンパレータなどから構成されており、フィルタ回路１４２からの信号を二値化する。二値化回路１３２の出力信号は、例えば、接触検知時０Ｖ、未検知時５Ｖの電圧となる。二値化回路１３２から出力された二値化信号は、システムコントローラ１０２に出力される。
【００３３】
システムコントローラ１０２は、信号処理回路１２３から供給された二値化信号に基づいてマット１０１上に重量物が載置されたことを判断して、図示しない制御対象機器を制御する。なお、制御対象機器は、例えば、自動ドア、ロボット、通信機器などの各種電子機器である。
【００３４】
ここで、本実施例の動作原理を説明する。
【００３５】
大気圧を１０１３２５〔Ｐａ〕
空気の比熱比γ（γ＝Ｃp／Ｃv；Ｃpは定圧比熱、Ｃvは定積比熱）を１．４
検知部１１１変形前の検知部１１１及びセンサボックス１１２の内圧をＰb
検知部１１１変形後の検知部１１１及びセンサボックス１１２の内圧をＰa
検知部１１１変形前の検知部１１１及びセンサボックス１１２の体積をＶb
検知部１１１変形後の検知部１１１及びセンサボックス１１２の体積をＶa
検知部１１１及びセンサボックス１１２の接触前と接触後との圧力変化量をdＰ
とする。
【００３６】
内圧Ｐと体積Ｖの関係は、一般に
ＰＶγ＝定数（γ＝Ｃp／Ｃv；Ｃpは定圧比熱、Ｃvは定積比熱）      ・・・（１）
で表せる。
【００３７】
したがって、検知部１１１の変形前と変形後の内圧と体積の関係は、式（１）から
Ｐb＊Ｖbγ＝Ｐa＊Ｖaγ      ・・・（２）
で表せる。
【００３８】
式（２）から検知部１１１の変形後の内圧Ｐaは、
Ｐa＝Ｐb＊（Ｖbγ／Ｖaγ）＝Ｐb＊（Ｖb／Ｖa）γ      ・・・（３）
で表せる。
【００３９】
検知部１１１の変形前の内圧Ｐbを大気圧、１０１３２５〔Ｐａ〕、比熱比γを空気の比熱比、１．４とすると、式（３）は
Ｐa＝１０１３２５＊（Ｖb＊Ｖa）1.4      ・・・（４）
で表せる。
【００４０】
ここで、検知部１１１の接触後と接触前との体積比（１００＊Ｖa／Ｖb）をＫ〔％〕とすると、
式（４）は
Ｐa＝１０１３２５＊（１００／Ｋ）1.4      ・・・（５）
で表せる。
【００４１】
検知部１１１及びセンサボックス１１２の接触前と接触後の圧力変化量dＰは、式（５）から
ｄＰ＝１０１３２５＊（１００／Ｋ）1.4−１０１３２５      ・・・（６）
で表せる。
【００４２】
図４は体積変化率Ｋに対する圧力変化量dＰの特性図を示す。
【００４３】
式（６）の関係をグラフに示すと、図４に示すようになる。図４に示すように０．１〔％〕の体積変化に対して１４０〔Ｐａ〕の圧力変化量を検知可能である。ここで、圧力センサ１２２は、例えば、１〔Ｐａ〕の圧力変化量を検知可能であるので、１４０〔Ｐａ〕の圧力変化を検出することは十分に可能となる。したがって、０．１〔％〕の体積変化を十分に検出することができる。
【００４４】
図５は検知部１１１であるチューブのつぶれ長さに対する検知部１１１及びセンサボックス１１２の圧力変化量ｄＰの特性図を示す。
【００４５】
このとき、例えば、検知部１１１を内径４ｍｍ、長さ３０ｍ、容積３７７ｍｌのチューブで構成し、センサボックス１１２の容積を２００ｍｌとすると、図５に示すように検知部１１１のチューブのつぶれ長さが１５ｃｍのとき、略１５０〔Ｐａ〕の圧力変化量dＰを得ることができる。チューブ状の検知部１１１によって圧力センサ１２２による検知が十分可能となる。
【００４６】
本実施例によれば、検知部１１１は、単に、樹脂などからなるチューブであり、電極を配置する必要もないので、構造が簡単であり、また、形状を自由に設定できる。また、信頼性を向上できる。
【００４７】
さらに、検知部１１１は、閉空間を有する構造であればよいので、複雑な形状にも容易に対応できる。これにより、様々な場所に設置することが可能となる。また、接触検出強度などは、回路側のソフトウェアの設定値や回路定数などの変更によって行うことができる。
【００４８】
また、検知部１１１は、内圧の調整が不要であるため、内圧を調整するための機構が不要であり、設置場所を選ばずに設置可能である。
【００４９】
なお、本実施例では、マット１０１にチューブ状の検知部１１１を配置する構成について説明したが、ドアの周囲などに配置し、ドアの開閉検知スイッチとして使用することもできる。また、家屋の周囲や塀上などにチューブ状の検知部１１１を這わせることによって侵入検知装置として用いることも可能である。このとき、本実施例の接触検知装置１００は、検知部１１１のわずか０．１％の体積変化を検出することができるため、比較的長い距離にわたって配置することができる。また、検知部１１１は、単なるチューブであるので、安価に設置できる。
【００５０】
〔第２実施例〕
図６は本発明の第２実施例の構成図、図７は本発明の第２実施例のブロック構成図を示す。同図中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５１】
本実施例の接触検知装置２００は、検知部２１１の構成が第１実施例とは相違する。本実施例の検知部２１１は、弾性変形可能樹脂材料を袋状に成型した構成とされている。検知部２１１は、袋状の閉空間２２１を有し、閉空間２２１はチューブ２１２によりセンサボックス１１２の内部閉空間に接続されている。
【００５２】
検知部２１１が押圧されると、センサボックス１１２の内圧が変化する。圧力検出部１１３は、センサボックス１１２の内圧の変化をシステムコントローラ１０２に通知する。これによって、検知部２１１が押圧されたことを検知できる。
【００５３】
なお、本実施例の接触検知装置２００は、例えば、座席内に配置して、着座検知装置として用いることができる。
【００５４】
〔第３実施例〕
図８は本発明の第３実施例の構成図、図９は本発明の第３実施例のブロック構成図を示す。同図中、図１、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５５】
本実施例の接触検知装置３００は、センサボックス３１１と圧力検出部１１３から構成されており、センサボックス３１１が検知部として作用する。
【００５６】
センサボックス３１１は、少なくとも操作面３１２が弾性変形可能な構造とされている。例えば、操作面３１２を矢印Ａ方向に押圧することにより、図９に破線で示すように操作面３１２が撓む。操作面３１２が撓むことによりセンサボックス３１１の内圧が変化する。圧力検出部１１３は、センサボックス３１１の内圧の変化を検出し、検出信号をシステムコントローラ１０２に通知する。
【００５７】
本実施例の接触検知装置３００は、検知部と圧力検出部とを一体化に構成されているので、小型に構成することができる。また、押しボタンスイッチなどとして使用できる。また、センサボックス３１１自体を緩衝材のように構成することにより、積み荷の緩衝材兼衝撃検出用途で使用することが可能である。
【００５８】
〔第４実施例〕
図１０は本発明の第４実施例の構成図、図１１は本発明の第４実施例のブロック構成図を示す。同図中、図８、図９と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００５９】
本実施例の接触検知装置４００は、センサボックス４１１、及び、圧力検出部１１３から構成されている。本実施例のセンサボックス４１１は、隔壁４１２により閉空間４２１と閉空間４２２とが形成されている。隔壁４１２は、弾性変形可能な樹脂材料から構成されており、閉空間４２１の圧力に応じて矢印Ｂ方向に撓み、閉空間４２１の圧力変化を閉空間４２２に伝達可能な構成とされている。閉空間４２１の上面は、操作面４３１とされており、矢印Ａ方向に押圧することにより、矢印Ａ方向に撓む構造とされている。圧力検出部１１３は、閉空間４２２に配置されている。
【００６０】
操作面４３１が矢印Ａ方向に押圧されると、閉空間４２１の圧力が上昇し、隔壁４１２が矢印Ｂ方向に撓む。隔壁４１２が矢印Ｂ方向に撓むことにより閉空間４２２の圧力が上昇する。
【００６１】
圧力検出部１１３は、閉空間４２２の圧力変化を検出して、検出信号を生成し、システムコントローラ１０２に通知する。
【００６２】
次に第１〜第４実施例で用いられる圧力検出部１１３の変形例について説明する。
【００６３】
〔圧力検出部１１３の第１変形例〕
図１２は圧力検出部１１３の第１変形例のブロック構成図を示す。同図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００６４】
本変形例の圧力検出部５００は、信号処理回路５１１の構成が圧力検出部１１３とは相違する。本変形例の信号処理回路５１１は、二値化回路１３２を削除し、フィルタ回路１４２のアナログ信号を直接、システムコントローラ１０２に通知する構成とされている。
【００６５】
圧力検出部５００から出力されたアナログ信号は、システムコントローラ１０２でディジタルデータに変換されて、各種信号処理及び制御が行われる。
【００６６】
本変形例によれば、信号処理回路５１１の構成を簡略にできる。よって、圧力検出部５００を小型化できる。
【００６７】
〔圧力検出部１１３の第２変形例〕
図１３は圧力検出部１１３の第２変形例のブロック構成図を示す。同図中、図２と同一構成部分には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００６８】
本変形例の圧力検出部６００は、信号処理回路６１１の構成が圧力検出部１１３とは相違する。本変形例の信号処理回路６１１は、二値化回路１３２に代えてマイコン６２１を搭載した構成とされている。
【００６９】
図１４はマイコン６２１の処理フローチャートを示す。
【００７０】
マイコン６２１は、ステップＳ１−１で圧力センサ１２２からの信号によって圧力変化を検出すると、ステップＳ１−２で圧力センサ１２２からの信号の波形を解析する。マイコン６２１は、ステップＳ１−３で波形解析結果により外乱による圧力変化か否かを判定する。
【００７１】
マイコン６２１は、ステップＳ１−３で外乱による圧力変化ではないと判定すると、ステップＳ１−４でシステムコントローラ１０２に接触があったことを示す検知信号を通知する。マイコン６２１は、ステップＳ１−５で接触検知監視動作が終了するまで、上記ステップＳ１−１〜Ｓ１−４の処理を繰り返す。
【００７２】
本変形例によれば、信号処理回路６１１で圧力センサ１２２の出力信号波形を解析して、接触検知を判断するため、システムコントローラ１０２での処理負荷を軽減できる。
【００７３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形例が考えられることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の第１実施例の構成図である。
【図２】本発明の第１実施例のブロック構成図である。
【図３】圧力センサ１２２の動作説明図である。
【図４】体積変化率Ｋに対する圧力変化量dＰの特性図である。
【図５】検知部１１１であるチューブのつぶれ長さに対する検知部１１１及びセンサボックス１１２の圧力変化量dＰの特性図である。
【図６】本発明の第２実施例の構成図である。
【図７】本発明の第２実施例のブロック構成図である。
【図８】本発明の第３実施例の構成図である。
【図９】本発明の第３実施例のブロック構成図である。
【図１０】本発明の第４実施例の構成図である。
【図１１】本発明の第４実施例のブロック構成図である。
【図１２】圧力検出部１１３の第１変形例のブロック構成図である。
【図１３】圧力検出部１１３の第２変形例のブロック構成図である。
【図１４】マイコン６２１の処理フローチャートである。
【図１５】従来のテープスイッチの一例の構成図である。
【図１６】従来のマットスイッチの一例の構成図である。
【符号の説明】
【００７５】
１００、２００、３００、４００  接触検知装置
１１１、２１１  検知部、１１２、３１１、４１１  センサボックス
１１３、５００、６００  圧力検出部
１２１  プリント配線板、１２２  圧力センサ
１２３、５１１、６１１  信号処理回路
１３１  入力回路、１３２  二値化回路
１４１  増幅回路、１４２  フィルタ回路
３１２、４３１  操作面
４１２  隔壁
４２１、４２２  閉空間
６２１  マイコン
【図１】
2008082997.tif 000003
【図２】
2008082997.tif 000004
【図３】
2008082997.tif 000005
【図４】
2008082997.tif 000006
【図５】
2008082997.tif 000007
【図６】
2008082997.tif 000008
【図７】
2008082997.tif 000009
【図８】
2008082997.tif 000010
【図９】
2008082997.tif 000011
【図１０】
2008082997.tif 000012
【図１１】
2008082997.tif 000013
【図１２】
2008082997.tif 000014
【図１３】
2008082997.tif 000015
【図１４】
2008082997.tif 000016
【図１５】
2008082997.tif 000017
【図１６】
2008082997.tif 000018