專利名稱：電容傳感器及開關體夾入檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及檢測例如車輛的滑動門等的開關體的夾入的電容傳感器及開關體夾入檢測裝置。
背景技術：
例如，在車輛的動力滑動門(電動滑動門)等的開關體的控制系統中，為了防止人體等的夾入，設置了防止夾入功能，在自動關閉動作(即使用戶停止了操作，開關體也自動地運動到全關閉位置地動作)時，檢測這種夾入的發生或發生的可能，至少使開關體的自動關閉動作停止或進而反向動作。
而作為現有的用于防止這種夾入而進行夾入檢測的檢測裝置的方式，有間接檢測和直接檢測。間接檢測基于開關體的驅動電機的工作信息(旋轉位置和旋轉速度等)和驅動電流，間接地檢測夾入，直接檢測使用傳感器檢測與開關體的開關端部接近或接觸的對象物(人體等)。其中，間接檢測有較難用盡量低的負載盡早且準確地檢測夾入的缺點。另一方面，直接檢測由于直接檢測對象物，因此有可靠性高的優點，但作為現有的這種傳感器，由于使用壓敏開關，因此，不能用盡量低的負載盡早檢測夾入。這是因為壓敏開關是使用了例如導電性樹脂的電纜狀的壓敏開關，利用因對象物的壓力的變形，內部導體接觸并導通來工作。因此壓敏開關是對象物以一定程度的壓力接觸而開始動作，在這時，才啟動防止夾入的功能。
而作為一般以非接觸檢測物體的接近的傳感器，有光學式的、電波式的、電容式的。其中，光學式傳感器不能沿車輛門等開關體的彎曲的開關端部配置檢測區域(即，產生不敏感帶)，此外，電波式傳感器有這樣的問題難以將方向性僅限制在與開關端部接近的方向上，誤動作的可能性高。另一方面，電容式傳感器容易沿彎曲的開關端部安裝，沒有不敏感帶，容易控制方向性，在這點上有可利用的前途。
因此，作為車輛的動力滑動門等的夾入檢測裝置，發明者們對適用電容傳感器的情況進行了研究。
再有，作為車輛的動力滑動門等的夾入檢測裝置，沒發現適用了電容傳感器的現有例子，但在專利文獻1中記述了使用電容傳感器檢測電車的門的開關狀態(包括夾入)的門開關檢測裝置。此外，在專利文獻2中公開了將電容傳感器使用于開閉擋板中的人的夾入檢測的技術。此外，作為高性能的電容傳感器，有在專利文獻3中公開的彈子機用彈子通過檢測器，其設置多組構成電容(capacitance)的電極，基于對應于各電容的信號的差分，高敏感度地檢測對象物。
專利文獻1為特開平10-96368號公報；專利文獻2為特開2001-264448號公報；專利文獻3為特開2001-318162號公報。
但是，根據發明者們的研究可知，若將上述的電容傳感器適用于車輛的門等開關體上，則由于雨水等水滴而產生下面這樣的問題。
(1)若開關體變為正電位，則在開關體上附著了雨水等水滴時，容易產生人體(手等)僅接近開關體的側面(外面)，傳感器就接通了的誤動作。
(2)若在整個電容傳感器的檢測面上附著水滴，則由于該水滴而傳感器就接通的誤動作發生的可能性高。例如，應該盡量將方向性僅設定在檢測面側，若是具有檢測面側開口了的剖面呈字形的屏蔽電極的主體結構，若橫跨該屏蔽電極的兩端位置這樣的在檢測面上附著了連續的水滴，則檢測信號接通而發生誤動作。
(3)此外，若從開關體到檢測面的一部分附著了連續的水滴，則即使水滴沒附著在整個檢測面上，也還是發生誤動作。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種即使在雨水等水滴飛散的環境中也難以發生誤動作的電容傳感器、或使用了該電容傳感器的可靠性高的開關體夾入檢測裝置。
本發明的第一電容傳感器是在傳感器主體的包括檢測面的外表面上施行了防水加工。
在此，所述“檢測面”是指應該限制檢測對象物的方向(即方向性)的、提高了敏感度的部分的表面。此外，所述“防水加工”是指用防水性材料形成表面，或者，用防水性材料(最好是膜或層狀)覆蓋表面，可以用在表面粘貼例如硅酮膠帶這樣簡單的操作來實現。此外，所述“外表面”是指具有檢測電極的傳感器主體(傳感器頭部分)的表面(例如，覆蓋傳感器主體的保護罩的表面)，最好盡可能在整個該外表面上(也包括不是檢測面的側面)施行上述防水加工。
根據該電容傳感器，由于難以在包括檢測面的外表面上附著水滴，即使附著了水滴，也由于防水作用而分散流掉，不產生能引起誤動作這樣的大水滴或連續的水滴。因此，至少特別降低上述的(2)和(3)的誤動作的發生可能性。
下面，本發明的第二電容傳感器是傳感器主體的檢測面為凸狀、凹狀、或具有凹凸的形狀的電容傳感器。
根據該結構，由于利用檢測面的凹凸形狀干擾水滴的附著，以相當高的可靠性防止水滴橫跨整個檢測面而連續附著。因此，至少特別降低上述的(2)的誤動作的發生可能性。
再有，上述第一或第二電容傳感器中的傳感器主體的結構最好包括檢測面側開口的屏蔽電極；配置在該屏蔽電極內側的檢測電極；覆蓋這些屏蔽電極和檢測電極的保護罩。
根據該主體結構，由于屏蔽電極的屏蔽作用，可以特別提高檢測面側的方向性，基本可以降低對象物接近了不是期望的檢測區域的側面時的誤動作的可能性。因此，結合上述的第一或第二電容傳感器的特征涉及的作用，可以得到誤動作的可能性低且可靠性高的電容傳感器。
此外，可以組合上述的第一電容傳感器的特征和第二電容傳感器的特征，該情況下，可以得到復合效果。
下面，本發明的第一開關體夾入檢測裝置由電容傳感器構成，該電容傳感器是在開關體的開關端部設置傳感器主體，檢測接近有被夾入開關體危險的位置范圍的對象物，其中在上述傳感器主體的包括檢測面的外表面和上述開關體中的上述傳感器主體的周邊部分施行了防水加工。
另外，所述的“開關體”不限于車輛的門，也可以是車輛的行李箱的蓋和敞篷車頂的窗、建筑物的門和窗、或金庫的蓋等。此外，所述的“開關端部”是在打開了開關體后形成其開口的一邊的邊緣部(可動側的邊緣部)的開關體的端部，在關閉了開關體后，與其開口的另一邊的邊緣部(固定側的邊緣部)接合的部分。
根據該結構，以與上述的第一電容傳感器相同的作用，對于傳感器主體的外表面和傳感器主體的周邊部分，可以防止連續的水滴附著，至少特別降低上述的(2)和(3)的誤動作的發生可能性。特別是在該情況下，由于對于傳感器主體的周邊部分，也難以附著水滴，因此，高可靠性地防止上述的(3)的問題。
下面，本發明的第二開關體夾入檢測裝置與第一開關體夾入檢測裝置相同，而傳感器主體的檢測面為凸狀、凹狀、或具有凹凸的形狀。
根據該結構，由于以與上述的第二電容傳感器相同的作用，以相當高的可靠性防止水滴橫跨整個檢測面而連續附著。因此，至少特別降低上述的(2)的誤動作的發生可能性。
下面，本發明的第三開關體夾入檢測裝置與第一開關體夾入檢測裝置相同，設置了將上述開關體接地的配線裝置。
在此，所述接地的“地”并不限定于完全的大地(成為接地電位)，也可以是具有開關體的物體(例如車輛)中的等于接地電位的導體(例如，所謂的車輛接地)。
根據該結構，由于可以確實回避開關體變為正電位，因此，可以高可靠性地防止上述的(1)的誤動作。
下面，本發明的第四開關體夾入檢測裝置與第一開關體夾入檢測裝置相同，上述傳感器主體的檢測面配置在比上述開關端部的前端更突出的位置上。
根據該結構，由于將檢測面配置在離開開關端部的位置上，因此，極端地降低水滴從開關體到檢測面連續地附著的可能性，至少可以高可靠性地防止上述的(2)和(3)的誤動作。
上述的第一～第四檢測裝置中的傳感器主體的結構最好也包括檢測面側開口的屏蔽電極；配置在該屏蔽電極內側的檢測電極；覆蓋這些屏蔽電極和檢測電極的保護罩。
根據該主體的結構，如上所述，基本可以降低對象物接近了不是期望的檢測區域的側面時的誤動作的可能性。因此，結合上述的第一～第四檢測裝置的特征涉及的作用，可以得到誤動作的可能性低且可靠性高的電容傳感器。
此外，可以任意組合上述的第一～第四檢測裝置中的多個特征，該情況下，可以得到復合效果。
圖1是示出電容傳感器的傳感器主體及其周邊結構的水平剖面圖；圖2A、圖2B是示出傳感器主體的內部結構和剖面形狀及尺寸例的視圖；圖3A、圖3B是說明傳感器電路部的結構和工作的視圖；圖4A、圖4B、圖4C是示出傳感器主體的其他例子的視圖。
具體實施例方式
以下，基于
本發明的實施方式的一例。
本例是在四輪汽車(車輛)中，利用電容傳感器檢測接近了某個位置范圍的人體等(對象物)的夾入檢測裝置，在該位置范圍是有被夾入滑動門(開關體)中的危險的范圍。
圖1是示出本例的電容傳感器的傳感器主體1及其周邊結構的水平剖面圖，圖2A是示出傳感器主體1的內部結構的視圖，圖2B是示出傳感器主體1的剖面形狀及尺寸例的視圖。
如圖2A所示，傳感器主體1由下述內容構成屏蔽電極S，例如由鋁箔形成，在檢測面側開口，剖面為字形；檢測電極A、B，例如由銅箔形成，配置在該屏蔽電極S的內側；低介電常數絕緣材料2(例如，發泡苯乙烯)，其在屏蔽電極S的內部而填充檢測電極A、B之間；低介電常數絕緣材料3(例如，熱收縮管)，其覆蓋保護全體。在此，低介電常數絕緣材料3相當于本發明的保護罩。
這樣結構的傳感器主體1，可以充分小型化，同時具有足夠的柔性，容易使其在縱向上彎曲，可以充分地沿滑動門10的開口端部的形狀緊密地配置。此外，可以根據屏蔽電極S的屏蔽作用，僅使檢測面側(即，與滑動門的端部對置，有被滑動門10夾住的可能性的位置范圍側)具有高敏感度，使其他面基本上為不敏感面。
再有，在圖2A中，為了方便，將傳感器主體1的剖面外形圖示為矩形，但如圖1和圖2B所示，實際上是檢測面側外伸成山形的凸狀形狀。可以通過使例如低介電常數絕緣材料3僅在檢測面側鼓起成山形的形狀來實現該凸狀的形狀。此外，傳感器主體1的外形尺寸作為汽車的滑動門用，可以例如如圖2B所示，寬度為15mm，厚度為20mm。
而如圖1所示，在滑動門10(后面門)的開關端部，通過托架11安裝著傳感器主體1。再有，圖1示出滑動門10關閉著的狀態，在該關閉狀態中，滑動門10以夾住B立柱(位于前面門與滑動門之間的車主體側的立柱部)12的形式僅與前面門13有很小間隙地接合。此外，在滑動門10的開關端部形成向前面門13側突出的凸邊部14，在關閉狀態中，利用該凸邊部14的前端伸到前面門13的內側，滑動門10和前面門13的結合部相對于車外而被關閉。
在此，傳感器主體1配置在比凸邊部14更向內側(車內側)的位置上，通過例如粘接等，將其安裝在向前面門13側突出的托架11的前端，使得其檢測面位于比凸邊部14進一步向前面門13側突出的位置(例如，突出了3mm以上的位置)。
此外，在傳感器主體1和傳感器主體1的周邊部分(托架11和凸邊部14的全體，或它們的傳感器主體1側的部分)的表面(例如，圖1中用點劃線圍起的部分)上粘貼例如硅酮膠帶，施行防水加工。
此外，該情況下，滑動門10和前面門13及B立柱12連接于車輛接地。再有，滑動門10的門身對門內機構的致動器(省略圖示)供給電源，該門內機構用于在自動關閉動作的最后引入滑動門10，并且，現有通常為施加成正電位的狀態。但是，在本例中，通常在處于門下側的車輛接地的導體上設置連接滑動門10的門身的電線(配線裝置)，圖示中省略了該電線，這樣，滑動門10的門身也成為車輛接地的電位。
下面，關于與傳感器主體1連接、進行傳感器主體1的驅動和信號處理的傳感器電路部進行說明。圖3A是該傳感器電路部的一例。該傳感器電路部包括檢測電極A的脈沖驅動電路21A、檢測電路B的脈沖驅動電路21B、電荷積分電路22A、電荷積分電路22B、差分電路23、同步檢波電路24。
脈沖驅動電路21A由省略了圖示的驅動電路驅動，由高速轉換檢測電極A的連接的開關SW-A1構成。開關SW-A1具有共用端子、接地端子、DPA端子，共用端子與檢測電極A連接，接地端子與車輛接地連接，DPA端子與后述的OP放大器25A的倒相輸入連接。此外，開關SW-A1如圖3B的最上段所示，高速周期地轉換成共用端子與接地端子導通的GND狀態、共用端子與哪一個端子都不導通的Open狀態、共用端子與DPA端子導通的DPA連接狀態。再有，在圖3A中，用符號Ca示出的電容器示出了由作為檢測對象的手等人體和檢測電極A構成的靜電電容(電容)。
脈沖驅動電路21B由與脈沖驅動電路21A的開關SW-A1相同的開關SW-B1構成。開關SW-B1的共用端子與檢測電路B連接，接地端子與車輛接地連接，DPA端子與后述的OP放大器25B的倒相輸入連接。此外，開關SW-B1如圖3B的最上段所示，與開關SW-A1同樣地進行工作。再有，在圖3A中，用符號Cb示出的電容器示出了由作為檢測對象的手等人體和檢測電極B構成的靜電電容。
電荷積分電路22A包括OP放大器(運算放大器)25A、構成OP放大器25A的反饋電路的開關SW-A2和電容器Cfa、向OP放大器25A的非倒相輸入供給脈沖電壓的電源電路26A。
在此，電容器Cfa連接在OP放大器25A的輸出(輸出A)與倒相輸入之間。此外，開關SW-A2與電容器Cfa并聯，開閉電容器Cfa的兩端子間(即，OP放大器25A的輸出與倒相輸入之間)。此外，開關SW-A2由省略了圖示的驅動電路驅動，如圖3B的從上數第三段所示，在開關SW-A1變為DPA連接狀態之前的Open狀態的時刻，從On狀態轉換成Off狀態，在開關SW-A1從Open狀態轉換為GND狀態的時刻，從Off狀態轉換成On狀態。此外，如圖3B的從上數第二段所示，電源電路26A的輸出周期地變化。即，在開關SW-A2從On狀態轉換為Off狀態的時刻，從接地電壓變為充電電壓Vr，在開關SW-A1從DPA連接狀態轉換為Open狀態之后的時刻，從充電電壓Vr轉換成接地電壓。
電荷積分電路22B與電荷積分電路22A相同，包括OP放大器25B、構成其反饋電路的開關SW-B2和電容器Cfb、向OP放大器25B的非倒相輸入供給脈沖電壓的電源電路26B。
在此，電容器Cfb連接在OP放大器25B的輸出(輸出B)與倒相輸入之間。此外，開關SW-B2與電容器Cfb并聯，開閉電容器Cfb的兩端子間(即，OP放大器25B的輸出與倒相輸入之間)。此外，如圖3B的從上數第三段所示，開關SW-B2與開關SW-A2同樣地進行工作。此外，如圖3B的從上數第二段所示，電源電路26B的輸出與電源電路26A同樣地變化。
差分電路23是計算OP放大器25A的輸出(輸出A)與OP放大器25B的輸出(輸出B)的差分后進行輸出的電路。
接著，同步檢波電路24是從差分電路23的輸出V0輸出信號電壓V1的電路。該情況下，差分電路23的輸出V0如圖3B的從上數第四段(最下段)所示地進行變化，但該輸出V0的波形中的高電壓部分(即，開關SW-A2、B2變為Off狀態，輸出V0穩定后的電壓)被作為信號電壓V1而被輸出。
在這樣構成的電容傳感器中，由于手等電介質一接近檢測面，信號電壓V1就敏感地變化，因此，通過將該信號電壓與規定的閾值進行比較，就可以高敏感度地檢測。此外，由于是獲取對應于兩個檢測電極A、B的信號的差分的差分式，因此，不容易受噪聲等的影響，基本上可以高可靠性地進行檢測。再有，該電容傳感器是差分式，同時還是在電容器Cfa、Cfb與電容器Ca、Cb之間進行電荷傳送的電荷傳送型的電容傳感器。
由以上說明的電容傳感器構成的夾入檢測裝置，可以得到如下的效果。
(1)可以沿車輛門的彎曲的開關端部配置檢測區域(即，能夠不存在不敏感帶)，同時可以利用屏蔽電極S將方向性限制在僅接近開關端部的方向上，誤動作的可能性低。
(2)由于可以用非接觸來檢測作為對象物的人體等電介質，因此，可以早期判斷夾入或夾入發生的危險，幾乎不產生夾入負載而執行防止夾入動作(開關體的關閉動作的停止或重新進行規定量的開動作)。
(3)由于使用差分電荷傳送型的電容傳感器，因此，可以高敏感度地檢測噪聲。
(4)由于對傳感器主體1及其周邊部分的表面施行防水加工，難以在其表面附著水滴，即使附著了，也由于防水作用而分散并容易流掉，不產生能引起誤動作這樣的大的水滴或連續的水滴，因此，至少特別降低上述的(2)和(3)的誤動作的發生可能性。
(5)由于使傳感器主體1的檢測面為凸形，因此，利用該凸形干擾水滴的附著，用相當高的可靠性來防止水滴跨整個檢測面地連續附著，至少特別降低上述的(2)的誤動作的發生可能性。
(6)由于滑動門10(開關體)連接于接地，因此，可以確實回避開關體變為正電位，可以高可靠性地防止上述的(1)的誤動作。
(7)由于傳感器主體1的檢測面配置在比滑動門10的開關部的前端(凸邊部14的前端)更突出的位置上，因此，可以極端降低水滴從滑動門10到檢測面連續地附著的可能性，根據該點，可以高可靠性地防止上述的(2)和(3)的誤動作。
再有，本發明不限于上述的實施例，可以有各種各樣的變形和應用。
例如，在上述實施例中，使傳感器主體1的檢測面的形狀為圖2B中示出的單純的凸狀，但例如如圖4A～圖4C所示，也可以成為凹狀或具有凹凸的形狀。
根據本發明，可以實現一種即使在雨水等水滴飛散的環境中也難以產生誤動作的電容傳感器或使用了該電容傳感器的可靠性高的開關體夾入檢測裝置。
權利要求
1.一種電容傳感器，其特征在于，在傳感器主體的包括檢測面的外表面上施行了防水加工。
2.一種電容傳感器，其特征在于，傳感器主體的檢測面為凸狀、凹狀、或具有凹凸的形狀。
3.如權利要求1或2所述的電容傳感器，其特征在于，傳感器主體具有檢測面側開口的屏蔽電極；配置在該屏蔽電極內側的檢測電極；覆蓋這些屏蔽電極和檢測電極的保護罩。
4.一種開關體夾入檢測裝置，由電容傳感器構成，該電容傳感器是在開關體的開關端部設置傳感器主體，檢測接近有被夾入開關體危險的位置范圍的對象物，其特征在于，在上述傳感器主體的包括檢測面的外表面和上述開關體中的上述傳感器主體的周邊部分施行了防水加工。
5.一種開關體夾入檢測裝置，由電容傳感器構成，該電容傳感器是在開關體的開關端部設置傳感器主體，檢測接近有被夾入開關體危險的位置范圍的對象物，其特征在于，上述傳感器主體的檢測面為凸狀、凹狀、或具有凹凸的形狀。
6.一種開關體夾入檢測裝置，由電容傳感器構成，該電容傳感器是在開關體的開關端部設置傳感器主體，檢測接近有被夾入開關體危險的位置范圍的對象物，其特征在于，設置有將上述開關體接地的配線裝置。
7.一種開關體夾入檢測裝置，由電容傳感器構成，該電容傳感器是在開關體的開關端部設置傳感器主體，檢測接近有被夾入開關體危險的位置范圍的對象物，其特征在于，上述傳感器主體的檢測面配置在比上述開關端部的前端更突出的位置上。
8.如權利要求4至7中任意一項所述的開關體夾入檢測裝置，其特征在于，上述傳感器主體具有檢測面側開口的屏蔽電極；配置在該屏蔽電極內側的檢測電極；覆蓋這些屏蔽電極和檢測電極的保護罩。
全文摘要
本發明提供一種即使在雨水等水滴飛散的環境中也難以產生誤動作的電容傳感器或使用了該電容傳感器的可靠性高的開關體夾入檢測裝置。在傳感器主體(1)及其周邊部分(托架(11)和凸邊部(14))的外表面上施行了防水加工，使傳感器主體(1)的檢測面為凸的形狀，將開關體(滑動門(10))接地，將傳感器主體(1)的檢測面配置在比開關體的開關端部的前端(凸邊部(14)的前端)更向前面門(13)側突出的位置上。
文檔編號H03K17/96GK1521031SQ20041000140
公開日2004年8月18日 申請日期2004年1月7日 優先權日2003年1月16日
發明者東海林真一, 奧島章宏, 末安宏行, 永山惠一, 車戶幸范, 一, 宏, 范 , 行 申請人:歐姆龍株式會社