JP7518565B2 - 静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、静電容量の変化を感知する感知部を用いて、人体の挟み込みによる安全事故を防止することができる静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置に関する。

自動車のスライドドアは、運転手や乗員が１つのボタンで扉を開閉することができるので便利ではあるが、運転手が乗員を確認することなく、扉を閉じると、スライドドアに人体の挟み込みが発生して、乗員がけがをする問題点があった。

このような問題を解決するために、従来技術として、韓国登録特許第１０－０５２０３５６号公報（２００５．１０．０４．登録、特許文献１）には、レーザ光を照射するためのレーザ発光部と、レーザ発光部から照射されたレーザ光を受光するレーザ受光部とを備え、レーザ受光部が車両のスライドドアの挟み込み部における物体の挟み込み状態を感知する技術について開示されている。しかし、特許文献１の場合、高価の装備であるレーザ発光部とレーザ受光部の使用により、使用者の経済的負担が増大し、未鋪装道路のような悪条件下で車両が運行することになると、運行中に発生する振動によって、レーザ発生部及びレーザ受光部が誤作動するという問題がある。

また、韓国登録特許第１０－１５６６９７７号公報（２０１５．１１．０２．登録、特許文献２）には、フォトセンサにより、スライドドアと車体の間に存在する物体を感知することで、身体や衣類がスライドドアと車体の間に挟み込まれる安全事故を防止する。しかし、特許文献２の場合、フォトセンサが異物により汚染するか、ごみ、強い日光により誤作動を起こすため、安全性に問題がある。

他の従来技術として、モータ回転状態を感知することで、物体の挟み込みを感知して、スライドドアを移動させるモータを制御する技術が開示されているが、ドアに挟み込みが発生して、一定の機械的圧力がかかった後に、モータの異常状態を感知するため、反応速度が遅い老弱者や子供に深刻な安全事故を招くという問題がある。

更に、他の従来技術において、静電容量センサを用いて、物体を感知する方式が開示されているが、雨水に濡れる場合、正しく物体を感知することができず、誤作動を起こすという問題がある。

韓国登録特許第１０－０５２０３５６号公報 韓国登録特許第１０－１５６６９７７号公報

本発明の目的は、人体により加えられるタッチ圧力により押圧される感知部を用いて、静電容量の変化を感知することで、人体の挟み込みによる安全事故を防止することができる、静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置を提供することにある。

前記目的を達成するための本発明による静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置は、被動体に電気的に接地された外部導電体と内部導電体の間隔に対応する静電容量の変化を感知する感知部と、前記感知部の感知信号と基準値を比較して、前記被動体で人体の挟み込み発生を指示する挟み込み発生信号を出力する信号処理部と、前記被動体を移動させるために、モータを駆動するモータ駆動部と、前記信号処理部から挟み込み発生信号を入力されると、前記被動体を停止させるか、反対方向に移動させるために、前記モータ駆動部を制御する制御部とを含むことを特徴とする。

前記被動体は、自動車に装着された付属物として、側面ドア、トランクドア、窓、サンルーフ、昇降機ドア、地下鉄ドアのうち、いずれか１つであり、前記感知部は、被動体の側部形状に沿って曲がるストリップ形状に形成される。

前記感知部は、前記外部導電体、内部導電体、及び支持部を一体化し、前記支持部は、外部導電体と内部導電体の間に結合されて、外部導電体と内部導電体が直接接触しないようにして、電気的に絶縁させる。

前記支持部には、長手方向に沿って両側に垂直に突出柱が形成され、互いに対向する突出柱の間に凹む安着溝が形成され、前記安着溝に内部導電体の底面が接触する。

前記支持部の両柱の外側に、長手方向に沿って延在した一対の第１のスリットが形成され、前記支持部の両柱の内側に、長手方向に沿って延在した一対の第１の嵌合突起が形成される。

前記外部導電体の内側に一対の第２の嵌合突起が形成され、前記第２の嵌合突起が、前記支持部の第１のスリットに結合される。

前記内部導電体の両柱の外側に、長手方向に沿って延在した一対の第２のスリットが形成され、前記第２のスリットに支持部の第１の嵌合突起が結合される。

前記支持部に埋め込まれた第１の信号ケーブルが外に引き出されて、前記信号処理部に連結され、前記外部導電体に埋め込まれた第２の信号ケーブルが外に引き出されて、前記信号処理部に連結される。

前記外部導電体は、ドーム形状に形成され、前記外側導電体の一端部と、前記内部導電体の一端部は、歯車形状からなり、前記外部導電体と内部導電体の間に空気層が形成される。

前記感知部は、三重射出成型機を用いて、前記外部導電体、内部導電体、及び支持部を一体に成形する。

前記外部導電体は、人体によるタッチ圧力により押圧される柔軟な材質からなる。

前記外部導電体と内部導電体は、熱可塑性エラストマと炭素ナノチューブの複合素材で成形される。

前記炭素ナノチューブは、前記熱可塑性エラストマに２０～６０重量％で配合される。

前記支持部は、熱可塑性エラストマで成形される。

前記感知部は、外部導電体と内部導電体の間隔によって、静電容量と抵抗の変化を出力し、前記信号処理部は、前記感知部の感知された静電容量と所定の第１の基準値を比較する第１のコンパレータと、前記感知部の抵抗変化に対応する分圧電圧と所定の第２の基準値を比較する第２のコンパレータとを含み、前記第１のコンパレータは、感知された静電容量が第１の基準値よりも大きいと、挟み込み発生信号を出力し、前記第２のコンパレータは、感知された抵抗に対応する分圧電圧が第２の基準値よりも小さいと、挟み込み発生信号を出力する。

本発明によると、外部導電体と内部導電体が一体化して、細いストリップ形状に製作して、対象物の形状に沿って曲がるように設置することで、設置作業が簡易であり、自動車のスライドドア、パワーウインドー、昇降機のスライドドアなど、様々な分野への適用が可能である。

また、本発明によると、外部導電体と内部導電体からなる感知部の静電容量変化によって、挟み込み発生を感知することができ、外部導電体に過度な外力が加えられて、外部導電体と内部導電体が付いた状況では、感知部の抵抗変化により挟み込み発生を感知することができるので、様々な使用環境で動作安定性を確保することができる。

更に、本発明によると、外部導電体と内部導電体の間に対向する表面積が大きくなるように、歯車状に形成するので、外部導電体と内部導電体の間隔に比例的に変化する静電容量を敏感に感知することができ、センサ性能を高めることができる。

なお、本発明によると、感知部の外部導電体をシール処理し、外部導電体が接地構造を適用するため、雨水や埃などの異物による誤作動を防止して、信頼性を向上することができる。

図１は、本発明の実施の形態に係る感知部の外観を示す斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態に係る感知部の分解斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態に係る感知部のＡ－Ａ断面図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る感知部と信号処理部の詳細回路図である。 図５は、本発明の実施の形態に係る人体により感知部に加えられるタッチ圧力によって変化する静電容量を示すグラフである。 図６は、本発明の実施の形態に係る静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置の制御ブロック図である。

以下、添付の図面を参照して、本発明を説明する。各図面において同一の図面符号は、同一の部材を示す。また、本発明を説明することに当たり、関連する公知機能又は構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に濁していると判断される場合は、その詳細な説明を省略する。

また、ある部分がある構成要素を「含む」とすると、これは、特に反対される記載がない限り、他の構成要素を除くことではなく、他の構成要素をも含むことを意味する。

本発明の実施の形態に係る静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置は、電動モータを用いて、自動車に設置されたスライドドアを駆動する場合、使用者の不注意による挟み込み発生に供えるために、静電容量の変化を感知する感知部を用いて、スライドドアを自動で止めるか、反対方向に駆動させるアンチピンチ（ａｎｔｉ－ｐｉｎｃｈ）機能を備えて、使用者の安全を確保することができる。

このような静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置は、電動モータを用いて、被動体を駆動させる様々な技術分野に適用可能である。例えば、自動車に装着された付属物として、側面ドア、トランクドア、窓、サンルーフを自動開閉可能な電動自動開閉システムが、使用者の便宜機能の１つとして採択された場合、実施の形態に係る自動スライドドアの安全装置が付加されることができる。他の例として、ビルの昇降機ドアや地下鉄ドアのように、自動開閉方式を採択している場合でも、実施の形態に係る自動スライドドアの安全装置が付加されることもできる。

本発明による実施の形態の静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置は、図１及び図２に示しているように、自動スライドドアにアクセスする人体により加えられたタッチ圧力に比例的な静電容量の変化を感知する感知部１００を含む。

図１は、本発明の実施の形態に係る感知部の外観を示す斜視図であり、図２は、本発明の実施の形態に係る感知部の分解斜視図である。

前記感知部１００は、電動モータにより前進又は後退する被動体であって、スライドドアの側部に設けられる。該当感知部１００の位置が特定の箇所に制限される必要はなく、アクセスする人体により加えられるタッチ圧力に反応できるように、外部に露出した箇所に制限なく設置可能である。

図１及び図２に示しているように、前記感知部１００は、長手方向に延設される。前記感知部１００は、スライドドアの側部形状に沿って曲がるストリップ形状からなる。前記感知部１００は、支持部１１０と、内部導電体１２０と、外部導電体１３０とを含む。

前記支持部１１０及び内部導電体１２０は、前記外部導電体１３０に内蔵して一体化される。

前記支持部１１０は、外部導電体１３０と内部導電体１２０の間に結合されて、外部導電体１３０と内部導電体１２０が直接接触しないようにする。また、前記支持部１１０は、電気的な絶縁性材質からなり、例えば、射出成型機に、熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ ： ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）を供給して成形することができる。

前記外部導電体１３０は、外部に露出する感知部１００の外皮であって、中空のドーム状の外観を形成し、人体によるタッチ圧力により押圧される柔軟な材質からなる。前記外部導電体１３０内に、トンネル形状の収容空間１３４が形成され、該当収容空間１３４に、支持部１１０と内部導電体１２０が収容される。

前記外部導電体１３０及び内部導電体１２０は、熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）と導電性を有する炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）の複合素材を射出成型機に供給して成形することができる。ここで、炭素ナノチューブ（ＣＮＴ）は、熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）に２０～６０重量％で配合される。

前記支持部１１０、内部導電体１２０、及び外部導電体１３０は、三重射出成型機を用いて、一体に成形することができ、共通素材として、熱可塑性エラストマ（ＴＰＥ）を採択しているので、支持部１１０を介して接合される内部導電体１２０と外部導電体１３０は、界面接合力に優れており、耐久性が向上する。

前記支持部１１０は、図２に示しているように、長手方向に沿って、両側に垂直に突出柱が形成され、互いに対向する突出柱の間に凹む安着溝１１２が設けられる。

前記支持部１１０の底面と両側面が、外部導電体１３０の内側面に接触し、前記支持部１１０の上面の安着溝１１２に、内部導電体１２０の底面が接触することになる。

前記支持部１１０の両柱の外側に、長手方向に沿って延在した一対の第１のスリット１１３が形成され、両柱の内側に、長手方向に沿って延在した一対の第１の嵌合突起１１１が形成される。

前記外部導電体１３０の内側に、一対の第２の嵌合突起１３２が形成され、第２の嵌合突起１３２が、収容空間１３４に収容される支持部１１０の第１のスリット１１３に結合される。

前記内部導電体１２０の両柱の外側に、長手方向に沿って延在した一対の第２のスリット１２３が形成される。 安着溝１１２に位置する内部導電体１２０の第２のスリット１２３に、支持部１１０の第１の嵌合突起１１１が結合される。

前記内部導電体１２０に埋め込まれた第１の信号ケーブル１２２が外に引き出されて、後述する信号処理部２００に連結され、前記外部導電体１３０に埋め込まれた第２の信号ケーブル１３３が外に引き出されて、信号処理部２００に連結される。

前記外部導電体１３０の底面が、図３に示しているように、対象物の固定部１０１に結合され、外部導電体１３０が電気的に接地されるように、固定部１０１は、導体からなる。図３は、本発明の実施の形態に係る感知部のＡ－Ａ断面図である。また、前記外部導電体１３０の両端部は、シール処理して、気密性を確保することができる。

一実施の形態において、前記固定部１０１は、自動車のボディフレームの一部となるが、それに限定されるものではない。例えば、前記外部導電体１３０は、設置個所の導電性対象物に電気的に連結して接地することができる。

前記外部導電体１３０の収容空間１３４には、前記支持部１１０と内部導電体１２０により満たされない空間が形成される。すなわち、図３に示しているように、前記外部導電体１３０の内側上部と内部導電体１２０の間に空気層１４０が形成される。

前記空気層１４０を挟んで、前記内部導電体１２０の第１の尖頭１２１と前記外部導電体１３０の第２の尖頭１３１が対向配置され、一定の間隔（ｄ）離れている。このように一定間隔（ｄ）離れた正常状態で、外部導電体１３０と内部導電体１２０の静電容量が基準値に設定される。

人体によるタッチ圧力で、柔軟な外部導電体１３０が押圧されて、一時的に形状変形が生じると、互いに対向する第１の尖頭１２１と第２の尖頭１３１の間隔が狭くなる。タッチ圧力によって、第１の尖頭１２１と第２の尖頭１３１の間隔が狭く又は広くなるので、この間隔の変化に対応して、静電容量の変化を誘導することができる。一実施の形態において、前記内部導電体１２０の第１の尖頭１２１と前記外部導電体１３０の第２の尖頭１３１は、歯車状からなる。互いに対向する第１の尖頭１２１と第２の尖頭１３１が歯車状からなるので、互いに近接する場合、対向する表面積が大きくなることにつれ、静電容量の変化を敏感に感知することができる。

前記外部導電体１３０が、スライドドアにアクセスした人体により押圧される場合、外部導電体１３０の第２の尖頭１３１は、内部導電体１２０の第１の尖頭１２１側に接近し、このような外部導電体１３０の変位によって、間隔（ｄ）が変わる。該当間隔（ｄ）に対応する静電容量の変化を感知することで、人体の挟み込み現象を認識することができる。

図４は、本発明の実施の形態に係る感知部と信号処理部の詳細回路図であり、図５は、本発明の実施の形態に係る感知部に加えられる人体によるタッチ圧力で変化する静電容量を示すグラフである。

前記感知部１００は、図４に示しているように、静電容量（Ｃｓ）と抵抗（Ｒｓ）からなる等価回路として説明することができる。外部導電体１３０の変位によって、内部導電体１２０の第１の尖頭１２１と、外部導電体１３０の第２の尖頭１３１との間隔（ｄ）が変わり、この間隔（ｄ）の変化に対応する静電容量（Ｃｓ）と抵抗（Ｒｓ）による感知信号が、信号処理部２００に与えられる。

前記感知部１００の静電容量（Ｃ）は、下記数１で表される。

ここで、ｄは、内部導電体の第１の尖頭と外部導電体の第２の尖頭との距離、Ｓは、内部導電体の第１の尖頭と外部導電体の第２の尖頭の間に対向する表面積、εは、誘電率である。

図５に示しているように、人体によるタッチ圧力が加えられ、外部導電体１３０が押圧されて、間隔（ｄ）が狭くなると、感知部１００の静電容量（Ｃ）は、第１の基準値（Ｃｔｈ）よりも大きくなる。このように、静電容量（Ｃ）が第１の基準値（Ｃｔｈ）よりも大きくなると、挟み込み現象（Ｐｉｎｃｈ）が発生した場合と認識する（ポイントＫの左領域）。

一方、人体によるタッチ圧力が解除されると、押圧が解除されることにつれ、外部導電体１３０が元の形状に戻ると、間隔（ｄ）が広くなることにつれ、感知部１００の静電容量（Ｃ）は、第１の基準値（Ｃｔｈ）よりも小さくなって、初期値（Ｃｏ）に収束することになる。このように、静電容量（Ｃ）が第１の基準値（Ｃｔｈ）よりも小さくなって、初期値（Ｃｏ）に収束することになると、挟み込み現象（Ｐｉｎｃｈ）が発生しない安全な状態（Ｓａｆｅ）と認識する（ポイントＫの右領域）。

前記信号処理部２００は、図４に示しているように、感知部１００の感知信号と基準値とを比較し、スライドドアで挟み込み現象が発生すると、挟み込み発生信号を、後述の制御部２１０に印加する。

前記信号処理部２００は、第１のコンパレータ２０１と、第２のコンパレータ２０２と、ＯＲゲート２０３とを含む。

前記第１のコンパレータ２０１は、感知部１００の感知された静電容量（Ｃｓ）と所定の第１の基準値（Ｃｔｈ）とを比較する。静電容量（Ｃｓ）が第１の基準値（Ｃｔｈ）よりも大きいと、つまり、挟み込みが発生すると、挟み込み発生信号をＯＲゲート２０３に印加する。

一方、前記外部導電体１３０に加えられる押圧の程度が過度に大きくなって、外部導電体１３０の第２の尖頭１３１と内部導電体１２０の第１の尖頭１２１がつくことになると、キャパシタの性質を失うことになる。これにより、静電容量の変化に対応した人体の挟み込み現象を認識することができなくなる。

これを考えて、２つの導電体１３０、１２０間の抵抗（Ｒｓ）の変化を感知して、挟み込みの発生を認識できるように、後述する信号処理部２００の第２のコンパレータ２０２を備える。

前記第２のコンパレータ２０２は、感知部１００の感知した抵抗により変化する分圧電圧（ＶｓＡｖ）と所定の第２の基準値（Ｖｔｈ）とを比較する。分圧電圧（ＶｓＡｖ）が所定の第２の基準値（Ｖｔｈ）よりも小さいと、挟み込み現象が発生した場合と認識して、挟み込み発生信号を、ＯＲゲート２０３に印加する。

前記ＯＲゲート２０３は、第１のコンパレータ２０１の挟み込み発生信号と、第２のコンパレータ２０２の挟み込み発生信号を印加されて、制御部２１０に出力する。

前記制御部２１０は、図６に示しているように、信号処理部２００のＯＲゲート２０３から挟み込み発生信号を印加されると、モータ駆動部２２０を制御して、スライドドアを移動させるために、駆動中のモータを停止するか、反対方向にモータを駆動して、人体の挟み込みによる安全事故を防止することができる。図６は、本発明の実施の形態に係る静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置の制御ブロック図である。

また、前記制御部２１０は、警告音出力部２３０により警告音を出力して、外部の使用者に対する挟み込み発生を確認できるようにする。

前述した本発明の説明は、例示に過ぎず、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術思想や必須的な特徴を変更せず、他の具体的な形態に容易に変形可能であることを理解するだろう。

Claims (10)

1. 被動体に電気的に接地された外部導電体と内部導電体との間隔に対応する静電容量の変化を感知する感知部と、
   前記感知部の感知信号と基準値を比較して、前記被動体で人体の挟み込み発生を指示する挟み込み発生信号を出力する信号処理部と、
   前記被動体を移動させるために、モータを駆動するモータ駆動部と、
   前記信号処理部から挟み込み発生信号を入力されると、前記被動体を停止させる、又は、反対方向に移動させるために、前記モータ駆動部を制御する制御部と、を含み、
   前記外部導電体は、ドーム形状に形成され、前記外部導電体の第２の尖頭と、前記内部導電体の第１の尖頭は、歯車形状からなり、
   前記外部導電体と内部導電体との間に空気層が形成され、
   前記感知部は、前記外部導電体、前記内部導電体、及び、支持部を一体化し、
   前記支持部は、前記外部導電体と前記内部導電体の間に結合されて、前記外部導電体と前記内部導電体とが直接接触しないようにして、電気的に絶縁させ、長手方向に沿って両側に垂直に突出柱が形成され、互いに対向する前記突出柱の間に凹んだ安着溝が形成され、前記安着溝に前記内部導電体の底面が接触し、
   前記支持部の両柱の外側に、長手方向に沿って延在した一対の第１のスリットが形成され、
   前記支持部の両柱の内側に、長手方向に沿って延在した一対の第１の嵌合突起が形成され、
   前記外部導電体の内側に一対の第２の嵌合突起が形成され、
   前記第２の嵌合突起が、前記支持部の第１のスリットに結合されることを特徴とする静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置。
2. 前記被動体は、自動車に装着された付属物である、側面ドア、トランクドア、窓、サンルーフ、昇降機ドア、地下鉄ドアのうち、いずれか１つであり、
   前記感知部は、被動体の側部形状に沿って曲がるストリップ形状に形成されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置。
3. 前記内部導電体の両柱の外側に、長手方向に沿って延在した一対の第２のスリットが形成され、
   前記第２のスリットに支持部の第１の嵌合突起が結合されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置。
4. 前記内部導電体に埋め込まれた第１の信号ケーブルが外に引き出されて、前記信号処理部に連結され、前記外部導電体に埋め込まれた第２の信号ケーブルが外に引き出されて、前記信号処理部に連結されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置。
5. 前記感知部は、三重射出成型機を用いて、前記外部導電体、前記内部導電体、及び、前記支持部を一体に成形することを特徴とする請求項１に記載の静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置。
6. 前記外部導電体は、人体によるタッチ圧力により押圧される柔軟な材質からなることを特徴とする請求項１に記載の静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置。
7. 前記外部導電体及び前記内部導電体は、熱可塑性エラストマと炭素ナノチューブの複合素材で成形されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置。
8. 前記炭素ナノチューブは、前記熱可塑性エラストマに２０～６０重量％で配合されることを特徴とする請求項７に記載の静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置。
9. 前記支持部は、熱可塑性エラストマで成形されることを特徴とする請求項１に記載の静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置。
10. 前記感知部は、外部導電体と内部導電体との間隔によって、静電容量と抵抗の変化を出力し、
    前記信号処理部は、前記感知部の感知された静電容量と所定の第１の基準値を比較する第１のコンパレータと、前記感知部の抵抗変化に対応する分圧電圧と所定の第２の基準値を比較する第２のコンパレータとを含み、
    前記第１のコンパレータは、感知された静電容量が第１の基準値よりも大きいと、挟み込み発生信号を出力し、
    前記第２のコンパレータは、感知された抵抗に対応する分圧電圧が第２の基準値よりも小さいと、挟み込み発生信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の静電容量変化を用いた人体挟み込み防止装置。