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公開番号2020201129
公報種別公開特許公報(A)
公開日20201217
出願番号2019108119
出願日20190610
発明の名称感圧センサ
出願人日立金属株式会社
代理人特許業務法人平田国際特許事務所
主分類G01L 1/20 20060101AFI20201120BHJP(測定;試験)
要約【課題】小さな曲げ半径で曲げて配置しても、誤作動しにくい感圧センサを提供する。
【解決手段】感圧センサ1は、長手方向に沿って中空部2aを有し弾性絶縁体からなる筒状体2と、筒状体2の内周面2bに沿って螺旋状に配置され、かつ相互に接触しないように配置された複数の電極線3と、を備え、筒状体2は、その隣り合う電極線3間の内周面2bの少なくとも一部が、長手方向に垂直な断面視において複数の電極線3の中心を通る円Cよりも径方向内側となるように形成されている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
長手方向に沿って中空部を有し弾性絶縁体からなる筒状体と、
前記筒状体の内周面に沿って螺旋状に配置され、かつ相互に接触しないように配置された複数の電極線と、を備え、
前記筒状体は、その隣り合う前記電極線間の内周面の少なくとも一部が、長手方向に垂直な断面視において前記複数の電極線の中心を通る円よりも径方向内側となるように形成されている、
感圧センサ。
続きを表示(約 480 文字)【請求項2】
前記中空部は、長手方向に垂直な断面形状が楕円形状に形成されており、
前記中空部の断面楕円形状の長軸方向に対向するように配置された2本の前記電極線を備えた、
請求項1に記載の感圧センサ。
【請求項3】
3本以上のn本の前記電極線を備え、
前記中空部は、長手方向に垂直な断面形状が正n角形状に形成されており、
前記中空部の頂部のそれぞれに前記電極線が配置されている、
請求項1に記載の感圧センサ。
【請求項4】
前記中空部は、長手方向に垂直な断面形状が正方形状に形成されており、
前記中空部の断面正方形状の4つの頂部のそれぞれに配置された4本の前記電極線を備えた、
請求項3に記載の感圧センサ。
【請求項5】
前記筒状体の外周面には、径方向外方に突出するように複数のリブが設けられており、
前記リブは、周方向に等間隔に設けられており、かつ、前記外周面に沿って螺旋状に設けられている、
請求項1乃至4の何れか1項に記載の感圧センサ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、感圧センサに関する。
続きを表示(約 6,800 文字)【背景技術】
【0002】
従来、外部からの圧力によって電極線同士が接触することによりスイッチ機能を果たす感圧センサが自動車のスライドドア等に用いられている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
感圧センサでは、中空部を有する筒状の弾性絶縁体と、この弾性絶縁体の内周面に互いに離間して螺旋状に配置された複数の電極線とを備えている。電極線の螺旋ピッチを適宜調整することにより、どの方向から押圧力を加えても電極線同士を接触させることが可能となり、全方向検知が可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開平10−281906号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年、複雑なレイアウトにも敷設可能な感圧センサに対する要求が高まってきており、小さな曲げ半径で曲げて配置しても、誤作動しにくい感圧センサが求められている。
【0006】
そこで、本発明は、小さな曲げ半径で曲げて配置しても、誤作動しにくい感圧センサ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】
【0007】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、長手方向に沿って中空部を有し弾性絶縁体からなる筒状体と、前記筒状体の内周面に沿って螺旋状に配置され、かつ相互に接触しないように配置された複数の電極線と、を備え、前記筒状体は、その隣り合う前記電極線間の内周面の少なくとも一部が、長手方向に垂直な断面視において前記複数の電極線の中心を通る円よりも径方向内側となるように形成されている、感圧センサを提供する。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、小さな曲げ半径で曲げて配置しても、誤作動しにくい感圧センサを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
本発明の一実施の形態に係る感圧センサを示す図であり、(a)は長手方向に垂直な平面で切断した端面の一部を示す切断部端面図、(b)はその斜視図である。
本発明の一実施の形態に係る感圧センサの製造装置の概略構成図である。
(a)は押し出し機のヘッドに用いる口金及び心金の断面図であり、(b)はそのA−A線断面図、(c)は口金の一変形例を示す断面図である。
キャプスタン式の引き取り機を示す図である。
ベルト式の引き取り機を示す図であり、(a)は斜視図、(b)は上面図、(c)は(b)のB−B線断面における感圧センサの挙動を説明する図である。
感圧センサの製造装置の一変形例を示す図である。
(a)は、本発明の一変形例に係る感圧センサの長手方向に垂直な平面で切断した端面の一部を示す切断部端面図であり、(b)は、(a)の感圧センサの製造に用いる口金及び心金を示す断面図である。
(a),(b)は、本発明の一変形例に係る感圧センサの長手方向に垂直な平面で切断した端面の一部を示す切断部端面図である。
(a)は、本発明の一変形例に係る感圧センサの長手方向に垂直な平面で切断した端面の一部を示す切断部端面図であり、(b)は、(a)の感圧センサの製造に用いる口金及び心金を示す断面図である。
本発明の一変形例に係る感圧センサの長手方向に垂直な平面で切断した端面の一部を示す切断部端面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
[実施の形態]
以下、本発明の実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【0011】
(感圧センサ)
まず、本実施の形態で製造する感圧センサについて説明する。図1は、本実施の形態に係る感圧センサを示す図であり、(a)は長手方向に垂直な平面で切断した端面の一部を示す切断部端面図、(b)はその斜視図である。
【0012】
図1(a),(b)に示すように、感圧センサ1は、長手方向に沿って中空部2aを有し弾性絶縁体からなる筒状体2と、筒状体2の内周面2bに沿って螺旋状に配置され、かつ相互に接触しないように配置された複数の電極線3と、を備えている。
【0013】
筒状体2に用いる弾性絶縁体としては、圧縮永久歪が小さく、柔軟性、耐寒性、耐水性、耐薬品性、耐候性などの優れたものを用いることが望ましい。具体的には、弾性絶縁体としては、例えばエチレン‐プロピレン‐ジエン共重合体を架橋したゴム系組成物や、オレフィン系やスチレン系熱可塑性エラストマ組成物などを好適に用いることができる。オレフィン系やスチレン系熱可塑性エラストマは、成形の際に架橋の必要がないため、成形の際に架橋を必要とする材料を用いる場合よりも、製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。筒状体2の外径は、例えば4mm以上6mm以下である。
【0014】
スチレン系熱可塑性エラストマとは、分子の両端にスチレンブロックを有する熱可塑性エラストマである。スチレン系熱可塑性エラストマとしては、例えば、EB(エチレン−ブチレン)の両端にスチレンブロックを有するSEBS、EP(エチレン−プロピレン)の両端にスチレンブロックを有するSEPS、又はEEP(エチレン−エチレン−プロピレン)の両端にスチレンブロックを有するSEEPSが挙げられる。
【0015】
筒状体2の外周面2cには、径方向外方に突出するように複数のリブ4が設けられている。本実施の形態では、リブ4は、長手方向に垂直な断面視において略半円形状となるように形成されている。また、リブ4は、周方向に等間隔に設けられており、外周面2cに沿って螺旋状に設けられている。詳細は後述するが、このリブ4は、筒状体2を周方向に回転し易く(ねじり易く)するために形成されるものである。なお、図1(a),(b)では、リブ4の数が12個である場合を示しているが、リブ4の数はこれに限定されず、3個以上であるとよい。ただし、リブ4の数が多すぎると、リブ4間の溝が浅くなり筒状体2をねじりにくくなるおそれがあるため、筒状体2の外径にもよるが、例えば筒状体2の外径が6mm以下である場合には、リブ4の数を20個以下とすることが望ましい。リブ4は、筒状体2の一部であり、弾性絶縁体からなる。
【0016】
電極線3は、導体31の周囲に弾性導電体32を被覆して構成されている。本実施の形態では、2本の電極線3を用いる場合を説明するが、電極線3の数は3本以上であってもよい。電極線3は、周方向に等間隔に設けられており、筒状体2の内周面2bに沿って螺旋状に配置されている。電極線3を螺旋状に配置することで、様々な方向から外圧が加えられた場合であっても、電極線3同士が接触し易くなり、検出感度が向上する。なお、筒状体2の内周面2bの楕円形状は、電極線3と同方向及び同ピッチで長手方向に沿って回転している。
【0017】
導体31としては、例えば、銅等の良導電性の金属からなる単線導体や、複数本の素線31aを互いに撚り合わせた撚線導体を用いることができる。ここでは、7本の素線31aを撚り合わせた撚線導体を導体31として用いた。導体31は、耐熱性を高める目的で、表面を錫、ニッケル、銀、亜鉛などのめっきが施されていてもよい。なお、導体31としては、ポリエステルなどからなる糸に銅箔を巻き付けた銅箔糸を用いることもできる。
【0018】
弾性導電体32としては、ゴム材料または弾性プラスチック材料に、カーボン等の導電性充填剤を配合したものを用いることができる。弾性導電体32に用いるゴム材料または弾性プラスチック材料としては、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体を架橋したゴム系組成物や、架橋工程が不要なオレフィン系やスチレン系熱可塑性エラストマ組成物などを好適に用いることができる。
【0019】
導電性充填剤として用いるカーボンは、カーボンブラック等の粒子状のカーボンであることが好ましい。粒子状以外の形状、例えば線状や面状のカーボンを用いた場合、弾性導電体32の電気抵抗の大きさが方向によって変化し、感圧センサ1の動作に悪影響を与えるおそれがある。ここで、カーボンブラックは、油やガスを不完全燃焼させること等により得られる直径3〜500nm程度の炭素の微粒子である。特に、カーボン一次粒子が連結したストラクチャーと呼ばれる構造が発達した導電性カーボンブラックが好ましい。
【0020】
感圧センサ1では、外部から圧力を受けた際に筒状体2が弾性変形して、複数本の電極線3のうちいずれか2本の電極線3同士が接触(短絡)する。この電極線3同士の接触を、図示しない検知装置で検出することにより、感圧センサ1に外部から圧力が加わったことを検知できる。感圧センサ1は、例えば、自動車用のスライドドア、バックドア、パワーウィンドや、エレベータ、シャッター、自動ドア、ホームドア等の挟み込み防止用途に適用できる。
【0021】
ところで、感圧センサ1を小さい曲げ半径で曲げると、当該曲げ部分で電極線3同士が接触してしまい、挟み込み等の検知が困難となってしまう。近年では、複雑なレイアウトに沿って感圧センサ1を配置する場合も多く、小さい曲げ半径で曲げた場合であっても、電極線3同士が接触しにくい感圧センサ1が望まれる。
【0022】
そこで、本実施の形態では、筒状体2は、その隣り合う電極線3間の内周面2bの少なくとも一部が、長手方向に垂直な断面視において複数の電極線3の中心を通る円Cよりも径方向内側となるように形成されている。換言すれば、本実施の形態では、円Cよりも径方向内側に中空部2aを形成している。本実施の形態では、筒状体2の中空部2aを、長手方向に垂直な断面形状が楕円形状に形成した。さらに、中空部2aの長軸方向に対向するように2本の電極線3を配置した。
【0023】
これにより、中空部2aを断面視で円形状とした場合と比較して、電極線3が接触する方向に筒状体2が潰れにくくなる。その結果、小さい曲げ半径で感圧センサ1を曲げた場合であっても、電極線3同士が接触しにくくなる。中空部2aの短軸方向の長さを短くし過ぎると、外部から圧力が加わった際にも電極線3同士が接触しにくくなり感度が低下してしまうおそれがあるため、中空部2aの短軸方向の長さは、筒状体2の厚さ等を考慮し、感度が低下しない程度に適宜調整するとよい。
【0024】
従来の感圧センサでは、電極線3の螺旋ピッチを比較的短くすることで、電極線3の剛性により、感圧センサを曲げた際に筒状体2が潰れてしまわないように保持していた。本実施の形態によれば、上述のように、感圧センサ1を曲げても電極線3が接触する方向に筒状体2が潰れにくくなるので、従来と比較して電極線3の螺旋ピッチを長くすることが可能になる。電極線3の螺旋ピッチを長くすることで、単位長さあたりの電極線3の使用量を低減でき、コストの削減が可能になる。また、電極線3を短い螺旋ピッチで撚り合わせると感圧センサ1の製造に時間がかかるが、電極線3の螺旋ピッチを長くすることで、感圧センサ1の製造スピードを向上し、量産性を高めることも可能になる。電極線3の螺旋ピッチは、例えば10mm以上25mm以下である。なお、電極線3の螺旋ピッチとは、電極線3の周方向位置が同じとなる箇所の長手方向に沿った間隔である。
【0025】
(感圧センサの製造装置)
図2は、感圧センサの製造装置の概略構成図である。図2に示すように、感圧センサの製造装置10は、押出機11と、水槽12と、引き取り機13と、巻き取り機14と、を備えて構成されている。
【0026】
押出機11は、複数本(ここでは2本)の電極線3の周囲を覆うように筒状体2を押出成形するものである。本実施の形態では、クロスヘッド式の押出機11を用いており、図3(a)に示す押出機11のヘッド(クロスヘッド)111内に複数本(ここでは2本)の電極線3を走線させつつ、その周囲にチューブ状に樹脂(溶融された弾性絶縁体)を押し出すことで、筒状体2を押出成形する。電極線3は、筒状体2の内周面2bに融着され固定される。
【0027】
図3(a),(b)に示すように、押出機11では、ヘッド111の口金112と心金113との間に形成された空間114を樹脂(溶融した弾性絶縁体)が通ることで、筒状体2が押出成形される。なお、図3(a)では、心金113を破線にて示している。本実施の形態では、この口金112の吐出側の端部における内周面に複数の溝112aを形成することで、筒状体2の外周面に複数のリブ4を形成するようにしている。この溝112aの形状を適宜変更することで、リブ4の形状を変更可能である。
【0028】
筒状体2の中心部の形状は、心金113の先端部の形状により制御することができる。本実施の形態では、心金113の先端部は正面視(吐出側から見て)で楕円形状に形成されており、これにより、断面視で楕円形状の中空部2aを有する筒状体2が押出成形される。心金113には、電極線3を通す電極線挿通孔113aが形成されており、この電極線挿通孔113aに電極線3を走線させつつ押出成形を行うことで、電極線3の周囲を覆うように筒状体2が形成される。なお、筒状体2や電極線3の配置、形状が崩れてしまうことを抑制するため、中空部2a内に圧縮気体を導入するようにしてもよい。この場合、例えば、心金113の正面視における中央部に、心金113の樹脂の吐出側から当該吐出側の反対側まで貫通する1つまたは複数の穴を設け、樹脂の吐出側とは反対側の当該穴から圧縮気体を供給することができる。この際に用いる圧縮気体としては、空気や窒素などの不活性ガスが好適である。
【0029】
本実施の形態では、口金112の溝112aは、押出方向(樹脂の吐出方向)に対して平行に形成されている。なお、これに限らず、図2(c)に示すように、溝112aは、押出方向(樹脂の吐出方向)に対して傾斜するように形成されていてもよい。これにより、溝112aに導入された樹脂が溝112aに沿って螺旋状に流れようとするため、この溝112aを流れる樹脂の影響を受けて樹脂が周方向に回転されながら吐出される。なお、ここでいう周方向とは、吐出される筒状体2(あるいは感圧センサ1)の周方向である。詳細は後述するが、本実施の形態では、引き取り機13にて感圧センサ1を周方向に回転させつつ引き取ることで、電極線3を螺旋状に配置するが、溝112aを押出方向に対して傾斜するように形成することで、引き取り機13による回転を補助し、ヘッド111の出口において筒状体2にかかる回転による負荷を抑制可能になる。ただし、押出方向に対して傾斜するように溝112aを形成した場合、溝112aの傾斜の向きによって感圧センサ1を回転させる向き、すなわち電極線3を螺旋状に配置する際の回転方向が決まってしまう。口金112の溝112aを押出方向に対して平行に形成することで、引き取り機13における回転方向を適宜に変更し、電極線3を螺旋状に配置する際の回転方向を適宜変更することが可能になる。
【0030】
水槽12は、筒状体2を冷却するためのものである。押出機11のヘッド111から吐出された筒状体2及び電極線3は、自重によるたわみは若干あるものの、引き取り機13まで略直線状に延びている。水槽12は、上方が開口した略直方体形状に形成されており、その長手方向に対向する側壁に、上方に開口する切欠き状の挿通口121を有する。この挿通口121に筒状体2及び電極線3を挿通させつつ、水槽12の上方から水槽12内に冷却水を供給することで、筒状体2が冷却されて固化し感圧センサ1が得られる。なお、水槽12内、あるいは水槽12の近傍に、自重によるたわみを抑制するため感圧センサ1を下方から支持するローラ等を設けてもよい。
(【0031】以降は省略されています)

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