JP2011255743A - 静電容量式着座センサ - Google Patents

Abstract

【課題】判断精度が高い着座センサ及びこれを用いた乗員検知装置を提供する。
【解決手段】着座センサ１は、着座物の荷重を受ける導電性の座席構造体１０に装着され、荷重を受ける方向に弾性変形可能な誘電体２０と、誘電体１０を挟んで座席構造体１０と対向する位置に設けられたセンサ電極３０と、座席構造体１０とセンサ電極３０間の静電容量を測定する静電容量センサ４０とを備える。乗員検知装置１００は、この着座センサ１と演算装置５０を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、静電容量式の着座センサに関するものである。

乗員が着座したか否かを検知する装置として、スペーサを挟んで２つのメンブレン電極が上下に配置された三層構造の着座センサが知られている。この種の着座センサは、人が座るとその重みで上下のメンブレン電極が撓むので、スペーサに設けられた貫通孔を介して上下のメンブレン電極が導通し、スイッチオンの信号が出力される。この出力された信号に基づいて乗員が座席に着座したか否かを判断することができる（特許文献１）。

特開２００６−２７３０３号公報

しかしながら、上述したタイプの着座センサには、スペーサに設けられた貫通孔内の空気を逃がすためのエアーベントが設けられているため、このエアーベントから着座センサ内に水が侵入するとメンブレン電極にマイグレーションが発生して誤検出が起き、乗員が着座したか否かの判断精度が低下するという不都合がある。

本発明が解決しようとする課題は、乗員が着座したか否かの判断精度の高い着座センサを提供することである。

本発明は、着座物の荷重を受ける導電性の座席構造体に装着され、前記荷重を受ける方向に弾性変形可能な誘電体と、前記誘電体を挟んで前記座席構造体と対向する位置に設けられたセンサ電極と、前記座席構造体と前記センサ電極の間の静電容量を測定する静電容量センサとを有する静電容量式着座センサによって、上記課題を解決する。

上記発明において、前記センサ電極の前記着座物側にクッション材を設けることができる。

上記発明において、前記センサ電極が絶縁性基材と電極層とを含み、前記電極層を前記絶縁性基材の主面に形成することができる。

上記発明において、前記センサ電極がさらに保護層を含み、前記電極層を覆うように前記保護層を形成することができる。

上記発明において、前記センサ電極を、前記座席構造体の異なる位置に複数設けることができる。

本発明では、弾性変形可能な誘電体を挟んで導電性の座席構造体と電極とを対向配置させたので、電極間にスペーサ及びエアーベントを設ける必要がなく、スペーサのエアーベントを介して電極内に水が進入することがないため、マイグレーションの発生を防止することができる。この結果、誤検知を防止することができ、入力荷重の判断精度を高めることができる。

座席構造体に装着された、本発明の一実施の形態に係る着座センサを示す斜視図である。 図１のII-II線に沿う断面図である。 図１の着座センサの作用を説明するための断面図である。 図１の着座センサの作用を説明するための断面図（図３に対応する図）である。 本実施形態のセンサ電極を示す平面図である。 図５のVI-VI線に沿う断面図である。 図１の座面Ｓに配置されたセンサ電極を示す平面図である。 乗員検知の制御手順を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、車両その他の移動体の乗員検知装置に本発明に係る着座センサを適用した例を説明する。

図１は、座席構造体に装着された、本発明の一実施の形態に係る着座センサ１を示す斜視図であり、図２は、図１のII-II線に沿う断面図（概要図）である。ただし、図１では図２に示すクッション材６０、座席カバー７０などを省略し、図２では図１の座席構造体１０の形状を簡単に示している。本実施形態の座席構造体１０は、着座物Ｍの荷重を支える車両の座席の骨格を形成する。座席構造体１０を構成する材料は特に限定されないが、着座物Ｍの荷重に耐える剛性を備えるとともに導電性を備えるように、鋼材やアルミニウム材などを用いることが望ましい。

図１及び図２に示すように、本実施形態の着座センサ１は、乗員や荷物などの着座物Ｍの荷重を受ける座席構造体１０の異なる位置に複数装着されている。本実施形態の着座センサ１は、座席構造体１０の着座物Ｍの荷重を受ける面に装着されている。具体的には、同図に示すように、座席構造体１０の座面Ｓ及び／又は背もたれ面Ｔに着座センサ１を装着することができる。

図２に示すように、着座センサ１の着座物Ｍ側（座席構造体１０とは反対側）には、クッション材６０が設けられている。つまり、着座物Ｍの荷重を受ける方向に沿って、座席構造体１０の座面Ｓ又は背もたれ面Ｔと、着座センサ１と、クッション材６０とが積層されている。

また、クッション材６０は座席カバー７０により被覆され、クッション材６０、座席構造体１０及び着座センサ１が一体となっている。なお、クッション材６０としては、弾性変形が可能な軟質のウレタンフォームなどを用いることができ、カバー７０としては、布、不織布、皮革などを用いることができる。

図２に示すように、着座センサ１は、検知結果を演算装置５０へ出力することができる。演算装置５０の行う処理については後述する。

以下、本発明に係る実施形態の着座センサ１を図面に基づいて説明する。図３及び図４は、着座センサ１の断面図である。図３は着座物Ｍの無い（入力荷重が印加されていない）ときの状態を示す図であり、図４は着座物Ｍが存在する（入力荷重が印加されている）ときの状態を示す図である。

図３及び図４に示すように、本実施形態の着座センサ１は、座席構造体１０に装着され、着座物Ｍの荷重を受ける方向に弾性変形可能な誘電体２０（荷重が印加されていない状態で厚さｈ１）と、誘電体２０を挟んで座席構造体１０と対向する位置に設けられたセンサ電極３０と、座席構造体１０とセンサ電極３０と間の静電容量を測定する静電容量センサ４０と、を備えている。

このように誘電体２０を挟んで対向する導電性の座席構造体１０とセンサ電極３０は平行平板キャパシタを形成する。本実施形態の静電容量センサ４０はこのキャパシタが蓄える静電容量を計測する。静電容量センサ４０の構成は特に限定されず、出願時に知られているものを適宜用いることができる。

本実施形態の誘電体２０は、荷重を加えると変形し、荷重を除くと元の形状に戻る弾性変形が可能であり、かつ誘電性を備える材料である。特に限定されないが、本実施形態の誘電体２０は、厚さが１mm〜５mm程度のシート状のものであって、例えば不織布や軟質のウレタンフォームを用いることができる。

本実施形態の誘電体２０は弾性変形が可能であるため、入力荷重に応じて変形（収縮）する。つまり、座席構造体１０とセンサ電極３０の間の距離は、着座物Ｍの入力荷重に応じて変化する。

具体的に、図３に示すように、座席に着座物Ｍが存在しない場合は、着座物Ｍの荷重が印加されないので、誘電体２０は変形しない。つまり、座席構造体１０とセンサ電極３０の間の距離（誘電体２０の厚さ）は、無負荷状態の厚さと同じｈ１である。

他方、座席に着座物Ｍが存在する場合は、図４に示すように、着座物Ｍの荷重(矢印Ｆ１)がクッション材６０の上面から印加されるので、クッション材６０に押圧される誘電体２０の厚さが収縮変形する。つまり、座席構造体１０とセンサ電極３０の間の距離（誘電体２０の厚さ）は、ｈ２（ｈ１＞ｈ２）に縮まる。本実施形態の誘電体２０は、入力荷重が大きいほど変形（収縮）の量が大きくなる性質を有するので、着座物Ｍの荷重が大きいほど座席構造体１０とセンサ電極３０の間の距離（誘電体２０の厚さ）は短くなる。

一般に、平行平板キャパシタが蓄える静電容量Ｃについては、Ｃ＝Ｑ／Ｖ＝εＳ／Ｄの関係（ただし、静電容量をＣ[F]、導体に蓄えられている電荷をＱ[C]、無限遠点を基準とした電位をＶ[V]、平行導体の面積をS[m²]、距離をＤ[m]、誘電率をεとする。）が成立する。

上式に示される関係を本実施形態の着座センサ１に適用すると、着座物Ｍの荷重により座席構造体１０とセンサ電極３０の間の距離Ｄ（誘電体２０の厚さｈ）が変化すると、座席構造体１０とセンサ電極３０の間の静電容量Ｃの値に変化が生じる。

したがって、上式によれば、静電容量Ｃの値の変化に基づいて誘電体２０の厚さｈの変化を求めることができる。つまり、予め求められた、入力荷重と誘電体２０の変形量との関係を参照すれば、誘電体２０の厚さｈの変化（センサ電極３０と座席構造体１との距離の変化）に基づいて着座物Ｍの荷重を評価することができる。

なお、特に限定されないが、本実施形態の誘電体２０は、入力荷重に応じて所定の変形量を示す材料であることが望ましい。

このように、本実施形態では、誘電体２０を挟んでセンサ電極３０を座席構造体１０に装着し、座席構造体１０とセンサ電極３０との間の静電容量を検出するようにしたので、導電性の座席構造体１０をキャパシタの一方電極として利用することができる。これにより、一つのセンサ電極３０で着座センサ１を構成することができるので、従来の三層構造のセンサのようにエアーベントを設ける必要が無い。このため、エアーベントを介して水が進入するといった不都合の発生を防止することができる。この結果、マイグレーションの発生を抑制し、誤検知を防止することができる。

また、一つのセンサ電極３０と誘電体２０でキャパシタを構成することができるので、従来のセンサよりも薄く（厚さを増加させないように）することができる。ちなみに、スペーサを挟んで２つのメンブレン電極が上下に配置された三層構造のセンサを配置したことにより増加する厚さ、つまり三層構造のセンサの厚さが０．４mm〜０．６mm程度であるのに対して、誘電体２０を介してセンサ電極３０を座席構造体１０に装着する本実施形態の着座センサ１を配置したことにより増加する厚さは０．２５mm〜０．５mmである。ここで、誘電体２０と電極３０との厚さの合計は１．２５mm〜５．５mm程度であるが、誘電体２０はシート構造体１０の接着層やクッション材６０の一部として機能するので、本実施形態において、誘電体２０の厚さは着座センサ１を配置したことにより増加する厚さから差し引くことができる。つまり、本実施形態の着座センサ１を設けることにより増加する厚さは電極３０のみの厚さである０．２５mm〜０．５mmである。このように、本実施形態によれば、着座センサ１の設置による厚さの変化を微小な値に留めることができる。この結果、着座センサ１を設けても、着座したユーザに違和感を覚えさせないようにすることができる。

上述した従来の三層構造のセンサは、検知精度の観点から乗員（座面）に近い座席の座席カバーの直下に設けなければならないので、乗員が車室内で溢した飲み物等がセンサ内に進入してしまう場合がある。これに対し、本実施形態の着座センサ１は着座物Ｍから比較的距離のある座席構造体１０に設けられるので、車両室内側から水がセンサ内に進入することによるマイグレーションの発生率を低減させることができる。

さらに、本実施形態では、座席構造体１０が剛性を備えているので、着座物Ｍの荷重で誘電体２０が撓んでも座席構造体１０の形状が維持される。つまり、誘電体２０の厚さを着座物Ｍからの入力荷重に応じて変化させることができる。このように、着座物Ｍからの入力荷重に応じてセンサ電極３０と座席構造体１０の距離（誘電体２０の厚さ）が所定量だけ変化するので、静電容量の変化に基づいて着座物Ｍからの入力荷重の変化を高い精度で検出することができる。

加えて、本実施形態の着座センサ１は着座物Ｍから比較的距離のある座席構造体１０に設けられるので、座席カバーの直下に設ける場合に比べて、乗員が着座時に違和感を覚えることを防止できる。この結果、着座時における座り心地を損なわない着座センサ１を提供することができる。

一般に、センサを座席カバーの直下に設ける場合には、乗員に違和感を覚えさせないようにするという配慮から、座席カバーのデザインを考案する際にセンサの形状や配置を考慮する。これに対し、本実施形態の着座センサ１のセンサ電極３０は着座物Ｍから比較的距離のある座席構造体１０に設けられているので、センサ電極３０の配置による制限を受けることなく座席カバー７０を自由にデザインすることができる。

他方、座席カバーのデザイン性を重視する場合にはセンサの形状を変更しなければならないが、本実施形態の着座センサ１のセンサ電極３０は乗員から遠い座席構造体１０に設けられているので、座席カバー７０のデザインによる制限を受けることなくセンサ電極３０の形状を自由に設計することができる。

加えて、本実施形態では、着座センサ１を構成するセンサ電極３０の着座物Ｍ側にクッション材６０を設けることにより、着座センサ１の存在に乗員が違和感を覚えることを防止することができる。また、乗員などの着座物Ｍとセンサ電極３０との間にクッション材６０を設けることにより、乗員などの着座物Ｍの電荷がセンサ電極３０に与える影響を抑制することができ、着座センサ１の精度を向上させることができる。

さらに、センサ電極３０の着座物Ｍ側にクッション材６０を設けることにより、着座物Ｍの荷重をクッション材によって分散させてセンサ電極３０に印加することができるので、センサ電極３０の配置位置にかかわらず、着座を確実に検知することができる。たとえば、座席カバーの直下であって座面の背もたれ側にセンサが設けられている場合において、乗員が座席に浅く腰掛けると、乗員の着座を検知できない場合がある。これに対し、本実施形態の着座センサ１ではセンサ電極３０の着座物Ｍ側にクッション材６０を設けたため、乗員が座席に浅く腰かけた場合でも、クッション材６０によって乗員の荷重が分散されて背もたれ側のセンサ電極３０にも荷重が入力されるので、乗員の着座を確実に検知することができる。

以下、着座センサ１のセンサ電極３０の構成を詳細に説明する。図５はセンサ電極３０を示す平面図、図６は図５のVI-VI線に沿う断面図である。

図５及び図６に示すように、本実施形態のセンサ電極３０は、絶縁性基材３１と、この絶縁性基材３１の座席構造体１０側の主面に形成された電極層３２と、この電極層３２を覆う保護層３３とを有している。電極層３２はコネクタ３４を介して静電容量センサ４０と接続している。

特に限定されないが、絶縁性基材３１は可撓性を有する厚さ５μm〜２００μm程度のポリイミド、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートやポリエステルなどのシート材であり、電極層３２は銅箔層又は導電性ペーストの印刷層である。

また、保護層３３は、センサ電極３０の歪みや収縮を防止する観点から、絶縁性基材３１と同系の材料で形成されることが望ましい。保護層３３で電極層３２を覆うことにより、電極層３２を保護することができるので、センサ電極３０の耐久性を向上させることができる。

次に着座センサ１の製造方法を説明する。

まず、センサ電極３０を作製する。具体的に、銅箔が貼り付けられた絶縁性基材３１を準備し、銅箔の所定領域をエッチングすることにより電極層３２を形成する。電極層３２は絶縁性基材３１の主面に銀などの導電材を含む導電性ペーストを印刷することにより形成することもできる。このように、電極層３２を予め絶縁性基材３１の主面に形成しておくと、製造工程におけるハンドリング性を高めることができる。また、座席構造体１０に装着する際にも取り扱いが容易となる。そして、電極層３２を覆う保護層３３を形成する。保護層３３は、カバーコートインクを用いて電極層３２の上にスクリーン印刷することにより形成する。ドライフィルムを接着剤を介して電極層３２に貼り付けて保護層３３を形成することも可能である。

次に、シート状の誘電体２０を準備し、電極層３２又は保護層３３に接着剤を用いて接着する。以上の工程により着座センサ１を得ることができる。

最後に、着座センサ１を座席構造体１０に装着する。具体的には、誘電体２０と座席構造体１０の表面とが接するように接着剤を用いて、着座センサ１を座席構造体１０に接着する。先述したように、本実施形態において、センサ電極３０は、座席構造体１０の着座物Ｍ側の面の異なる位置に複数設けることが望ましい。

次に、本実施形態の着座センサ１を備える乗員検知装置１００の動作を図７及び図８に基づいて説明する。

図７は、図１の座面Ｓに配置されたセンサ電極３０を示す平面図である。図７に示すように、座席構造体１０により構成される座面Ｓの左側のII−II線に沿う領域に二つのセンサ電極３０Ａ１及び３０Ａ２が設けられ、座面Ｓの右側のII´−II´に沿う領域に二つのセンサ電極３０Ｂ１及び３０Ｂ２が設けられている。本実施形態の静電容量センサ４０は、各センサ電極３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂ２（総称して「センサ電極３０」ともいう）と座席構造体１０との間の静電容量を検出し、その結果を乗員検知装置１００の演算装置５０へ送出する。演算装置５０は、乗員検知処理を行い、その結果をＥＣＵ（Electronic Control Unit）へ送出する。

図８は、図７に示すセンサ電極３０を備えた着座センサ１を用いて行う乗員検知処理の一例を示すフローチャートである。

図８に示すように、ステップＳ１０１において、着座センサ１の静電容量センサ４０は、センサ電極３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂ２と座席構造体１０との間の静電容量を計測する。着座センサ１の静電容量センサ４０は、計測された静電容量値を乗員検出装置１００の演算装置５０へ送出する。

乗員検知装置１００の演算装置５０は、計測された各センサ電極３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂと座席構造体１０との間の静電容量値に基づいて乗員検知に関する判断を行う。一例であるが、本実施形態では、検知された静電容量値と予め設定された閾値とを所定の手法により比較する。乗員検知に関する判断処理において用いられる閾値と手法（演算式）は適宜に設定することができる。ちなみに、静電容量値は温度や湿度の影響を受けるため、判断の閾値や判断の手法は固定的な値や演算式ではなく、直前に検出された静電容量値の値、変化量、又は変化率などの環境要因が反映された値に応じて変化させることができる。

ステップＳ１０２において、演算装置５０は、各センサ電極３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂと座席構造体１０との間の静電容量値のすべてが閾値以上である場合にはステップＳ１０３へ進み、乗員が着座したと判断する。この場合に、大人と子供の体重（入力荷重）に応じた閾値を設定することにより、乗員が着座している状態であってもそれが大人か子供かを判断することもできる。

続いてステップＳ１０４では、入力荷重が座席の座面Ｓの左側又は左側に偏っていないかを判断する。入力荷重が乗員（人）によって与えられている場合には、その入力荷重が左右のいずれかに偏ることは無いが、入力荷重が荷物によって与えられている場合には、その入力荷重が左右のいずれかに偏る傾向があるため、入力荷重の左右の偏りに基づいて着座物Ｍが乗員（人）であるか荷物であるかを判断する。

具体的に、ステップＳ１０４では、座面Ｓの左側(II-II上)のセンサ電極３０Ａ１及び３０Ａ２と座席構造体１０との間の静電容量値、または座面Ｓの右側(II´-II´上)のセンサ電極３０Ｂ１及び３０Ｂと座席構造体１０との間の静電容量値のうちのいずれか一方が閾値未満である場合は着座物Ｍが偏って存在していると判断できるため、ステップＳ１０５へ進み、着座物Ｍが乗員（人間）ではなく荷物が置かれたと判断する。このように、座席構造体１０の異なる位置にセンサ電極３０を複数設けることにより、着座物Ｍの荷重の偏りや、着座物Ｍの属性（人間、荷物、大人、子供）などを判断することができる。

なお、本例では、各センサ電極３０Ａ１，３０Ａ２，３０Ｂ１，３０Ｂと座席構造体１０との間のそれぞれの静電容量値に基づいて着座物Ｍの検知処理を行う例を説明したが、座面Ｓの左側のセンサ電極３０Ａ１，３０Ａ２と座席構造体１０との間の各静電容量値を加算した値と、座面Ｓの右側のセンサ電極３０Ａ１，３０Ａ２と座席構造体１０との間の各静電容量値を加算した値とに基づいて着座物Ｍの検知処理を行うことも可能である。

他方、ステップ１０４において、座面Ｓの左側(II-II上)のセンサ電極３０Ａ１及び３０Ａ２と座席構造体１０との間の静電容量値、または座面Ｓの右側(II´-II´上)のセンサ電極３０Ｂ１及び３０Ｂと座席構造体１０との間の静電容量値のいずれもが閾値未満である場合は着座物Ｍが存在していないと判断できるため、ステップＳ１０１以降の処理を繰り返し実行する。

ステップＳ１０３，Ｓ１０５の判断後、演算装置５０は乗員検知の判断結果を車両のＥＣＵ（Electronic Control Unit）へ出力する。ＥＣＵは取得した乗員検知の判断結果に基づいてシートベルト装着の喚起処理などを実行する。ＥＣＵの処理は、これに限定されず、助手席や後部座席に乗員が着座していることを検知した場合のみ助手席や後部座席のエアーバッグをスタンバイさせたり、エアコンの調和空気を着座している乗員に向かって吹き出したりするように構成することができる。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。

なお、座席構造体１０に対する着座センサ１のレイアウトやＥＣＵにおける制御対象は上述した例に限定されず、種々の目的及び用途に適用することができる。

１００…乗員検知装置
１０…座席構造体
１…着座センサ
２０…誘電体
３０…センサ電極
３１…絶縁性基材
３２…電極層
３３…保護層
３４…コネクタ
４０…静電容量センサ
５０…演算装置
６０…クッション材
７０…座席カバー
Ｍ…着座物、乗員、荷物
Ｓ…座面
Ｔ…背もたれ面

Claims (5)

1. 着座物の荷重を受ける導電性の座席構造体に装着され、前記荷重を受ける方向に弾性変形可能な誘電体と、
   前記誘電体を挟んで前記座席構造体と対向する位置に設けられたセンサ電極と、
   前記座席構造体と前記センサ電極の間の静電容量を測定する静電容量センサとを有する静電容量式着座センサ。
2. 請求項１に記載の静電容量式着座センサであって、
   前記センサ電極の前記着座物側にクッション材が設けられることを特徴とする静電容量着座センサ。
3. 請求項１又は２に記載の静電容量式着座センサであって、
   前記センサ電極は、絶縁性基材と電極層とを含み、前記電極層は前記絶縁性基材の主面に形成されることを特徴とする静電容量式着座センサ。
4. 請求項３に記載の静電容量式着座センサであって、
   前記センサ電極は、さらに保護層を含み、前記保護層は前記電極層を覆うように形成されることを特徴とする静電容量式着座センサ。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の静電容量式着座センサであって、
   前記センサ電極は、前記座席構造体の異なる位置に複数設けられることを特徴とする静電容量式着座センサ。

Images