(57)【要約】      （修正有）【課題】柔軟性を有して表面形状が変化する物体の表面に加わる圧力の大きさと向きとを正確に検出することのできる圧力検出装置を提供する。【解決手段】加圧力の大きさを検出する加圧力検出用導電性繊維体３と、周回り方向の角度θを検出する複数個の加圧方向検出用導電性繊維体４と、加圧力に対する加圧力検出用導電性繊維体３の抵抗値の関係を予め記憶する変換テーブル１３と、加圧方向検出用導電性繊維体４の抵抗値の比と角度θとの関係を加圧力毎に予め記憶する変換テーブル１４と、前記検出値と前記テーブルに基づいて加わった加圧力の大きさと加わった加圧力の周回り方向の角度θを求める演算回路１１とを備えている。【選択図】図２
2007240477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗値の変化に基づき中心に向かう方向の加圧力の大きさを検出する加圧力検出用導電性繊維体と、
互いに異なる硬さを有しかつ前記加圧力検出用導電性繊維体の外周に配設されて抵抗値の変化に基づき前記加圧力検出用導電性繊維体の中心に対する加圧力の周回り方向の角度を検出する複数個の加圧方向検出用導電性繊維体と、
前記加圧力検出用導電性繊維体に加わる加圧力に対する該加圧力検出用導電性繊維体の抵抗値の関係を予め記憶する加圧力換算用記憶手段と、
前記加圧力検出用導電性繊維体の抵抗値と前記加圧方向検出用導電性繊維体の抵抗値と前記角度との関係を前記加圧力毎に予め記憶する角度換算用記憶手段と、
前記加圧力検出用導電性繊維体により検出された抵抗値を前記加圧力換算用記憶手段に記憶されている抵抗値と比較して加わった加圧力の大きさを求めると共に、求められた加圧力の大きさ毎に前記加圧力検出用導電性繊維体により検出された抵抗値と前記加圧方向検出用導電性繊維体の抵抗値とを前記角度換算用記憶手段に記憶されている抵抗値と比較して前記中心に対する加わった加圧力の周回り方向の角度を求める演算手段と、を備えていることを特徴とする圧力検出装置。
【請求項２】
前記加圧方向検出用導電性繊維体は、前記加圧力検出用導電性繊維体の外周に順次硬さが増大又は減少するように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項３】
前記角度換算用記憶手段には、前記加圧力検出用導電性繊維体の抵抗値に対する前記加圧方向検出用導電性繊維体の抵抗値の比と前記角度との関係が前記加圧力の大きさ毎に予め記憶され、前記演算手段は、求められた加圧力の大きさ毎に前記抵抗値の比と前記角度換算用記憶手段に記憶されている抵抗値の比とを比較して前記中心に対する加圧力の周回り方向の角度を求めることを特徴とする請求項１に記載の圧力検出装置。
【請求項４】
芯材を構成しかつ抵抗値の変化に基づき中心に向かう方向の加圧力の大きさを検出する加圧力検出用導電性繊維体と、
互いに異なる硬度を有して前記加圧力検出用導電性繊維体の外周に順次硬さが増大又は減少するように配設されて並列合成抵抗値の変化に基づき前記加圧力検出用導電性繊維体の中心に対する加圧力の周回り方向の角度を検出する複数個の加圧方向検出用導電性繊維体とからなる感圧繊維束が複数個並列に配設されてなることを特徴とする圧力検出シート。
【請求項５】
抵抗値の変化に基づき中心に向かう方向の加圧力の大きさを検出する加圧力検出用導電性繊維体と、互いに異なる硬さを有しかつ前記加圧力検出用導電性繊維体の外周に配設されて抵抗値の変化に基づき前記加圧力検出用導電性繊維体の中心に対する加圧力の周回り方向の角度を検出する複数個の加圧方向検出用導電性繊維体とからなる感圧繊維束を用いて、該感圧繊維束に加わる加圧力の大きさと中心に対する加圧力の周回り方向の角度とを求めることを特徴とする圧力検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、柔軟性を有して表面形状が変化する物体の表面に加わる圧力を検出するのに好適な圧力検出装置及び圧力検出方法及び圧力検出シートを提供することにある。
【背景技術】
【０００２】
従来から、圧力検出装置には、ベースに形成されたＶ次溝と、このＶ字溝の両面に形成されたギャップを有する電極と、このギャップを有する電極に接触してこのＶ字溝に配置された感圧素材と、この感圧素材をＶ字溝に保持するように覆う絶縁性被膜とを備え、絶縁性被膜を介して感圧素材に作用する法線及び接線方向の力によって変化する電極間の抵抗値からその力を検出する構成のものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００５−９１１０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、車両の車両座席の座り心地や着座姿勢を検出する際に、そのシートクッションの各部位に加わる加圧力やその大きさを計測することが必要となるが、従来の圧力検出装置は、電極と感圧素材とを密着させる必要があるために硬いベースを必要とし、その感圧素材をこのベースに配設する構成となっているため、シートクッションのような柔軟性を有する変形量が大きな物体表面に加わる圧力計測には不向きであるという不都合がある。
【０００４】
本発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その目的とするところは、柔軟性を有して表面形状が変化する物体であってもその表面に加わる圧力の大きさと向きとを正確に検出することのできる圧力検出装置、圧力検出シート及び圧力検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の圧力検出装置は、抵抗値の変化に基づき中心に向かう方向の加圧力の大きさを検出する加圧力検出用導電性繊維体と、互いに異なる硬さを有しかつ前記加圧力検出用導電性繊維体の外周に配設されて抵抗値の変化に基づき前記加圧力検出用導電性繊維体の中心に対する加圧力の周回り方向の角度を検出する複数個の加圧方向検出用導電性繊維体と、前記加圧力検出用導電性繊維体に加わる加圧力に対する該加圧力検出用導電性繊維体の抵抗値の関係を予め記憶する加圧力換算用記憶手段と、前記加圧力検出用導電性繊維体の抵抗値と前記加圧方向検出用導電性繊維体の抵抗値と前記角度との関係を前記加圧力毎に予め記憶する角度換算用記憶手段と、前記加圧力検出用導電性繊維体により検出された抵抗値を前記加圧力換算用記憶手段に記憶されている抵抗値と比較して加わった加圧力の大きさを求めると共に、求められた加圧力の大きさ毎に前記加圧力検出用導電性繊維体により検出された抵抗値と前記加圧方向検出用導電性繊維体の抵抗値とを前記角度換算用記憶手段に記憶されている抵抗値と比較して前記中心に対する加わった加圧力の周回り方向の角度を求める演算手段と、を備えていることを特徴とする。
【０００６】
本発明の圧力検出シートは、芯材を構成しかつ抵抗値の変化に基づき中心に向かう方向の加圧力の大きさを検出する加圧力検出用導電性繊維体と、互いに異なる硬度を有して前記加圧力検出用導電性繊維体の外周に順次硬さが増大又は減少するように配設されて並列合成抵抗値の変化に基づき前記加圧力検出用導電性繊維体の中心に対する加圧力の周回り方向の角度を検出する複数個の加圧方向検出用導電性繊維体とからなる感圧繊維束が複数個並列に配設されてなることを特徴とする。
【０００７】
本発明の圧力検出方法は、抵抗値の変化に基づき中心に向かう方向の加圧力の大きさを検出する加圧力検出用導電性繊維体と、互いに異なる硬さを有しかつ前記加圧力検出用導電性繊維体の外周に配設されて抵抗値の変化に基づき前記加圧力検出用導電性繊維体の中心に対する加圧力の周回り方向の角度を検出する複数個の加圧方向検出用導電性繊維体とからなる感圧繊維束を用いて、該感圧繊維束に加わる加圧力の大きさと中心に対する加圧力の周回り方向の角度とを求めることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、柔軟性を有して表面形状が変化する物体であってもその表面に加わる圧力の大きさと向きとを正確に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下に、本発明に係わる圧力検出装置及び圧力検出方法の発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【実施例】
【００１０】
図１は本発明に係わる圧力検出装置の要部構成を示すブロック回路図である。この図１において、１は圧力検出シートである。この圧力検出シート１は長尺状の感圧繊維束２を複数個並列に配列して構成されている。その感圧繊維束２の個数はここではｍ個である。
【００１１】
この感圧繊維束２は、図２に示すように、芯材としての加圧力検出用導電性繊維体３と加圧方向検出用導電性繊維体４とから構成されている。加圧力検出用導電性繊維体３は中心に導電性繊維３aを有し、その周囲にコーティング膜３ｂが形成されている。この導電性繊維３aには、例えば、ポリピロール、ポリアニリン、PEDTOT/PSS、PPBを含む材料を用いる。この導電性繊維３aは圧力が加わると変形し、この変形により導電率が変化するという電気的特性がある。その導電率は、例えば、０．５S／ｃｍ〜５００ｓ／ｃｍ（ジーメンスパーセンチメートル）である。
【００１２】
加圧方向検出用導電性繊維体４は、中心に導電性繊維４aを有し、その周囲にコーティング膜４ｂが形成されている。その導電性繊維４aには導電性繊維３aと同様の電気的特性を有する。
【００１３】
コーティング膜３ｂ、４ｂの形成材料には、例えば、ナイロン６、ナイロン６６等のポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、共重合成分を含むポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアクリロニトリル等を用いる。
【００１４】
加圧方向検出用導電性繊維体４は、加圧力検出用導電性繊維体３を芯材としてその周回り方向に複数個配設されている。ここでは、加圧方向検出用導電性繊維体４の個数は４個とされ、その断面形状は同一とされている。この加圧方向検出用導電性繊維体４にそれぞれ反時計回り方向に符号４1,４2，４3，４4を付する。
【００１５】
その加圧方向検出用導電性繊維体４の断面の大きさは加圧力検出用導電性繊維体３の断面の大きさと同じであってもよいが、加圧力検出用導電性繊維体３の断面の大きさよりも小さい方が望ましい。また、加圧方向検出用導電性繊維体４の各断面積の大きさは異ならせてもよい。
【００１６】
加圧力検出用導電性繊維体３と各加圧方向検出用導電性繊維体４とは皮膜５によって被覆され、被膜５と加圧力検出用導電性繊維体３と加圧方向検出用導電性繊維体４との間の各隙間は合成樹脂体６によって埋められている。
【００１７】
加圧方向検出用導電性繊維体４は互いに異なる硬さを有する。その硬さは、例えば、コーティング膜４ｂの膜厚を変えたり、コーティング膜４ｂに用いる材料を変えたり、コーティング膜４ｂの材料の成分比を変えたり、異なる材料を幾層にも積層してコーティング膜４ｂを形成することにより変更することができる。各加圧方向検出用導電性繊維体４は、ここでは、加圧方向検出用導電性繊維体４1から加圧方向検出用導電性繊維体４4に向かって、その硬さが、順次大きくされているが、順次小さくなるようにされていても良い。
【００１８】
各感圧繊維束２i（i＝１〜ｍ）は図３に示すように検出部７にそれぞれ接続されている。各検出部７は選択スイッチ部８と基準抵抗Rｒとバッファ回路９とアナログデジタル変換回路１０とからなっている。
【００１９】
選択スイッチ部８はスイッチ８aとスイッチ８ｂとを有する。選択スイッチ部８には後述する演算回路１１から選択指令信号S１が入力される。選択指令信号S１はスイッチ８aがオンのときスイッチ８ｂがオフとなり、スイッチ８ｂがオンのときスイッチ８aが必ずオフとなるように両スイッチ８a、８ｂをオン・オフ制御する。
【００２０】
各導電性繊維４aの一端部４ｃは導電性接着剤１２を用いて互いに電気的に接続されている。導電性繊維３aの一端部３ｃと各導電性繊維４aの一端部４ｃとは共にアースされている。導電性繊維３aの他端部３ｄはスイッチ８aに接続されている。各導電性繊維４aの他端部４ｄは導電性接着剤１２を介してスイッチ８ｂに接続されている。
【００２１】
各スイッチ８a、８ｂはバッファ回路９に接続されている。基準抵抗Rrには電源電圧Vが印加されている。バッファ回路９は、導電性繊維３a、4aの両端３ｃ−３ｄ、４ｃ−４ｄ間に生じた電圧Vｆを検出する。その電圧Vfはアナログ・デジタル変換回路１０に入力されてデジタル信号に変換された後、図１、図２に示す演算回路（演算手段）１１に入力される。
【００２２】
その導電性繊維３a、４aの抵抗値Rは、導電性繊維３a、４aの導電率の逆数と両端３ｃ−３ｄ、４ｃ−４ｄ間の長さLとで求まり、抵抗値Rは、電圧Vfと基準抵抗Rrの基準抵抗値Riとから下記の関係式を用いて求めることができる。
【００２３】
Vf＝V×R／（Ri＋R）
よって、電圧Vfを計測することにより、抵抗値Rが求まる。導電性繊維３a、４aの物理的特性は同じであると仮定して、各導電性繊維３a、４aに圧力が加わると導電率が変化するので、抵抗値Rを検出することにより、導電性繊維３a、４aに加わった加圧力Pの大きさが原理的には求められる。
【００２４】
ここで、加圧力Pが導電性繊維３aに角度θの方向から加わるとき、角度θの大きさがいずれであっても、その導電性繊維３aの変形量（圧縮量）は、加圧力Pの大きさNが同じであるときは、同じであると考えられ、また、変形量（圧縮量）には限界があるので、加圧力Pの大きさが所定値Nmax以上となると、導電性繊維３aの抵抗値Rが一定となると考えられ、従って、導電性繊維３aは図４に示すように横軸を加圧力Pの大きさNとし、縦軸を抵抗値Rｃとすると、加圧力曲線Q１を描くこととなる。この意味で、その加圧力検出用導電性繊維体３は抵抗値Rｃの変化に基づき中心に向かう方向の加圧力Pの大きさNを検出する役割を果たす。なお、その図４において、符号R１は大きさN１の加圧力Pが加わったときの加圧力検出用導電性繊維体３の抵抗値を示している。
【００２５】
各加圧方向検出用導電性繊維体４は、ここでは、加圧方向検出用導電性繊維体４1から加圧方向検出用導電性繊維体４4に向かって、その硬さが、順次大きくされているので、加圧力Pの大きさNが同じであっても、その各加圧方向検出用導電性繊維体４の変形量（圧縮量）は感圧繊維束２に加わる加圧力Pの方向によって異なる。
【００２６】
例えば、図２に示すように、加圧力検出用導電性繊維体３の中心と加圧方向検出用導電性繊維体４1の中心とを結ぶ直線を基準線Lｒ、加圧力検出用導電性繊維体３の中心と加圧方向検出用導電性繊維体４4の中心とを結ぶ直線をLｒ’として、基準線Lｒから反時計回り方向に測って角度θ１方向から大きさN１の加圧力P１が感圧繊維束２に加わったときと、反時計回り方向に角度θ２方向から大きさN１の加圧力P１が感圧繊維束２に加わったときとでは、加圧方向検出用導電性繊維体４1〜加圧方向検出用導電性繊維体４4の変形量（圧縮量）が異なるため、その抵抗値Raが異なる。
【００２７】
従って、加圧力検出用導電性繊維体３の抵抗値Rｃと加圧方向検出用導電性繊維体４の抵抗値Raとの比が角度θに応じて変化することになり、図５に示すように、横軸を角度θとし、縦軸を抵抗値比とすると、角度−抵抗値比曲線Q２が各加圧力Pの大きさN毎に得られる。その図５において、符号N２は加圧力P２の大きさを示し、符号Q2’は加圧力P２の大きさN２に対応する角度−抵抗値比曲線を示している。
【００２８】
従って、加圧力検出用導電性繊維体３によって加圧力Pの大きさNが求まり、この加圧力Pの大きさNが求まれば、図５に示す角度−抵抗値比曲線から角度θが一意的に求められる。例えば、大きさN１の加圧力P１が加わったときの抵抗値の比がRｒ１であるとすると、加圧力P１の大きさN１と抵抗値の比Rｒ１とから、角度θ１が一意的に求まり、この意味で、加圧方向検出用導電性繊維体４は加圧力検出用導電性繊維体３の中心Oに対する加圧力Pの周回り方向の角度θを検出する役割を果たす。なお、ここでは、角度θの範囲は、基準線Lｒと直線Lr’との為す角度の範囲内であり、角度範囲は180度である。
【００２９】
演算回路１１は、図６に示すように、加圧力検出用導電性繊維体３に加わる加圧力Pに対する加圧力検出用導電性繊維体３の抵抗値Rｃの関係を予め記憶する加圧力換算用記憶手段としての変換テーブル１３と、加圧力検出用導電性繊維体３の抵抗値Rcと加圧方向検出用導電性繊維体４の抵抗値Raと角度θとの関係を加圧力Pの大きさ毎に予め記憶する角度換算用記憶手段としての変換テーブル１４と抵抗値比算出手段１５とを有する。ここでは、変換テーブル１４には、加圧力検出用導電性繊維体３の抵抗値Rｃに対する加圧方向検出用導電性繊維体４の抵抗値Raの比Ra／Rｃと角度θとの関係が加圧力Pの大きさ毎に予め記憶されている。なお、ここでは、抵抗値Raには、加圧方向検出用導電性繊維体４1〜４4の各抵抗値を合成して得られる並列合成抵抗値を用いる。
【００３０】
その変換テーブル１３には、感圧繊維束２に予め加圧力Pをその大きさを適宜加えて得られたデータが記録されている。例えば、シート乗員の姿勢を検出するために、圧力検出シート１を用いる場合には、抵抗値Rｃと加圧力Pの大きさNとの関係を５ｇ／ｃｍ2の分解能で予め測定して変換テーブル１３に記録する。また、抵抗値Rｃに対する抵抗値Raの比Ra／Rｃと角度θとの関係を１０degの角度分解能で予め測定して変換テーブル１４に記録する。
【００３１】
演算回路１１は、選択指令信号S１を検出部７に向かって出力し、例えば、圧力検出シート１の第１番目の感圧繊維束２に接続されている検出部７のスイッチ８aをオンさせ、加圧力検出用導電性繊維体３の抵抗値Rcを計測する。これにより、第１番目の感圧繊維束２に加わっている加圧力Pの大きさNが変換テーブル１３により求められる。
【００３２】
ついで、演算回路１１は、圧力検出シート１の第１番目の感圧繊維束２に接続されている検出部７のスイッチ８ｂをオンさせ、加圧方向検出用導電性繊維体４の抵抗値Raを計測する。演算回路１１は、この抵抗値Raと抵抗値Rcとから比Ra／Rcを演算し、変換テーブル１４を用いて求められた加圧力Pの大きさNと比Ra／Rcとから角度θを求める。
【００３３】
このようにして、演算回路１１は、第１番目の感圧繊維束２から順番に第ｍ番目の感圧繊維束２に向かって、加圧力検出用導電性繊維体３により検出された抵抗値Raを変換テーブル１３に記憶されている抵抗値と比較して加わった加圧力Pの大きさNを求めると共に、加圧力Pの大きさ毎に抵抗値の比Ra／Rcと変換テーブル１４に記憶されている抵抗値の比とを比較して中心Oに対する加圧力Pの周回り方向の角度θを求める。
【００３４】
なお、変換テーブル１３、１４に記録されている数値以外の数値が計測により得られた場合には、計測範囲外又は誤検出であることを認識できるように、通常得られない特定数値を出力し、計測範囲外又は誤検出を認識できるようにする。
【００３５】
この圧力検出シート１は、例えば、図７に示すように、車両シート１６のシートクッション１６aに車幅方向に感圧繊維束２が延びるように配設してエアーバッグ（図示を略す）の展開力制御に用いることができる。図１、図２において、符号１７はそのエアーバッグの展開制御回路を示す。
【００３６】
この圧力検出シート１を用いると、乗員の姿勢や体重に応じて圧力検出シート１に加わる座面上の車両前後方向の力の大きさと向きとを検出でき、このデータを用いてエアーバッグの展開力を制御すれば、乗員の体格や姿勢に応じてエアーバッグの展開力を調整できる。
【００３７】
以下に、本発明に係わる圧力検出装置の作用を図８に示すフローチャートで説明する。
【００３８】
まず、演算回路１１は、スイッチ８aをオンさせて、加圧力検出用導電性繊維体３の抵抗値Rcを計測して記憶する（S.1）。ついで、演算回路１１は、スイッチ８ｂをオンさせて、加圧方向検出用導電性繊維体４の抵抗値Raを計測して抵抗値Raを記憶する（S.2）。演算回路１１は、次に、検出された抵抗値Rｃを変換テーブル１３に記憶されている抵抗値と比較して、感圧繊維束２に加わっている加圧力Pの大きさNを求める（S.3）。つづいて、演算回路１１は、抵抗値の比Ra／Rcを演算する（S.4）。そして、演算回路１１は、抵抗値の比Ra／Rcと変換テーブル１４に記憶されている抵抗値の比とを比較して中心Oに対する加圧力Pの周回り方向の角度θを求める（S.5）。これらの処理を第１番目の感圧繊維束２から第ｍ番目の感圧繊維束２に向かって実行し、最終的に、演算回路１１は、求められた加圧力Pの大きさNのデータと角度θのデータとを例えば展開制御回路１７に向かって出力する（S.6）。そして、演算回路１１は、一定時間経過したか否かを判断し（S.7）、一定時間経過後、再度、S.１〜S.７の処理を繰り返す。
【００３９】
この圧力検出シート１を用いれば、柔軟性を有して表面形状が変化する物体に配設した場合でも、定期的に圧力検出シート１に加わる圧力の大きさと方向（向き）とを検出できる。
【００４０】
以上、この発明の実施の形態では、加圧力検出用導電性繊維体３の回りに配設する加圧方向検出用導電性繊維体４の個数を４個として説明したが、図９に示すように加圧力検出用導電性繊維体３の回りに配設する加圧方向検出用導電性繊維体４の個数は２個でも良い。
【００４１】
この場合には、導電性繊維３aの中心と一方の導電性繊維４aを結ぶ直線L1と導電性繊維３aの中心と他方の導電性繊維４aを結ぶ直線L2との間の為す角度θの範囲内で、その感圧繊維束２に加わる加圧力Pの大きさとその向きとを検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係わる圧力検出装置の要部構成を示すブロック回路図である。
【図２】図１に示す感圧繊維束を部分的に拡大して示すブロック回路図である。
【図３】図２に示す感圧繊維束に接続されている検出回路の詳細構成を示す回路図である。
【図４】図２に示す感圧繊維束の加圧力検出用導電性繊維体に加わる加圧力とその抵抗値との関係を概念的に説明するための加圧力曲線を示す図である。
【図５】図２に示す感圧繊維束の加圧力検出用導電性繊維体の抵抗値に対する加圧方向検出用導電性繊維体抵抗値の比と角度との関係を概念的に説明するための角度−抵抗値比曲線を示す図である。
【図６】図２に示す演算回路の詳細構成を示すブロック図である。
【図７】本発明に係わる圧力検出シートが配設されたシートクッションの一例を示す図である。
【図８】本発明に係わる圧力検出装置の作用を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明に係わる感圧繊維束の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
３…加圧力検出用導電性繊維体
４…加圧方向検出用導電性繊維体
１３…変換テーブル
１４…変換テーブル
θ…角度
【図１】
2007240477.tif 000003
【図２】
2007240477.tif 000004
【図３】
2007240477.tif 000005
【図４】
2007240477.tif 000006
【図５】
2007240477.tif 000007
【図６】
2007240477.tif 000008
【図７】
2007240477.tif 000009
【図８】
2007240477.tif 000010
【図９】
2007240477.tif 000011