JPH0875575A - 圧電センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 断線や短絡等の異常をより簡便な構成によっ
て検出する。 【構成】 高分子圧電材９とその両面に形成された電極
１０、１１と電極を保護する保護層１２、１３とからな
るセンサ本体と、センサ本体の両面に配設されセンサ本
体を電磁波からシールドするシールド手段と、電極間及
び電極とシールド手段との間の電気容量を検出して電極
及びシールド手段の電気的断線や短絡等の異常を検出す
る異常検出手段とを備えている。これによって、電極間
及び電極とシールド手段との間の電気容量を検出して電
気的断線や短絡等の異常を検出することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、座席やクッションに配
設されて人体を検出する高分子圧電センサに関し、特に
そのセンサ電極の電気的断線や短絡の検出及びセンサの
電磁波シールドのための構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】圧電センサの電気的断線や短絡等の異常
検出に関する従来技術として、発明者らは先に次のよう
な考案を行なった。すなわち、図１５及び図１６に示す
ように圧電材１の両面に設けられた電極２、３の端部に
第１の抵抗体４を接続し、印可電圧Ｖｄに対して第１の
抵抗体４と信号処理手段５に設けた第２の抵抗体６とで
分割される電圧Ｖを異常検出手段７で検出することによ
り、正常値Ｖｏに対してＶ＝Ｖｄならば断線、Ｖ＝Ｏな
らば短絡が発生したことを検出していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の技術では、圧電材１が高抵抗体であるため、センサの
出力感度を低下させないために第１の抵抗体４も高抵抗
体となり、その抵抗値が温度や湿度の影響を受け易いと
いった課題があった。また、そのような影響による出力
感度のばらつきを押える必要上、製品の歩留まりが悪く
コストが高いといった課題があった。

【０００４】本発明の目的は上記のような課題を解決し
断線や短絡等の異常を検出するより簡便な構成を提示す
ることにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、高分子圧電材とその両面に形成された電極
と前記電極を保護する保護層とからなるセンサ本体と、
前記センサ本体の両面に配設され前記センサ本体を電磁
波からシールドするシールド手段と、前記電極間及び前
記電極と前記シールド手段との間の電気容量を検出して
前記電極及び前記シールド手段の電気的断線や短絡等の
異常を検出する異常検出手段とを備えている。

【０００６】また本発明は、高分子圧電材とその両面に
形成された電極と前記電極を保護する保護層とからなる
センサ本体と、前記センサ本体の両面に配設され前記セ
ンサ本体を電磁波からシールドするシールド手段と、前
記シールド手段を互いに導通させる導通部と、前記シー
ルド手段に接続され前記シールド手段どうしの導通を検
出することにより前記シールド手段の電気的断線異常を
検出する異常検出手段とを備えている。

【０００７】また本発明は、シールド手段はセンサ本体
を内包するよう折り返してセンサ本体に配設され、シー
ルド手段の折り返し部が導通部となっている。

【０００８】また本発明は、異常検出手段はシールド手
段どうしの導通を検出することにより前記シールド手段
の電気的断線異常を検出するとともに、電極間の電気容
量を検出することにより前記電極の電気的断線や短絡等
の異常を検出する。

【０００９】また本発明は、高分子圧電材とその両面に
形成された電極とからなるセンサ本体と、センサ本体を
折り曲げてその内側電極どうしを密着させた密着部と、
外側電極の導通及び前記内側電極と前記外側電極との導
通を検出することにより前記外側電極の電気的断線や前
記外側電極と前記内側電極との短絡等の異常を検出す
る。

【００１０】また本発明は、センサ本体を中央部から折
り曲げる際に、内側電極の一部が露出するよう端部を揃
えずに折り曲げて、露出した内側電極と外側電極とから
出力信号を導出できる構成としてある。

【００１１】また本発明は、異常検出手段は外側電極の
導通を検出することにより前記外側電極の電気的断線異
常を検出するとともに、前記外側電極と内側電極との間
の電気容量を検出することにより前記外側電極と前記内
側電極の電気的断線や短絡等の異常を検出する。

【００１２】さらに本発明は、信号導出用の電極と圧電
材と基準電極とが同軸状に配設され全体がケーブル状に
成形されたセンサ本体と、前記電極の導通を検出するこ
とにより前記電極の電気的断線や短絡等の異常を検出す
る異常検出手段とを備えている。

【００１３】

【作用】本発明は上記構成によって、電極間及び前記電
極と前記シールド手段との間の電気容量を検出して前記
電極及び前記シールド手段の電気的断線や短絡等の異常
を検出する。

【００１４】また本発明は、シールド手段どうしの導通
を検出することにより前記シールド手段の電気的断線異
常を検出する。

【００１５】また本発明は、シールド手段はセンサ本体
を内包するよう折り返してセンサ本体に配設され、シー
ルド手段の折り返し部が導通部となっている。

【００１６】また本発明は、シールド手段どうしの導通
を検出することにより前記シールド手段の電気的断線異
常を検出するとともに、電極間の電気容量を検出するこ
とにより前記電極の電気的断線や短絡等の異常を検出す
る。

【００１７】また本発明は、外側電極の導通及び前記内
側電極と前記外側電極との導通を検出することにより前
記外側電極の電気的断線や前記外側電極と前記内側電極
との短絡等の異常を検出する。

【００１８】また本発明は、センサ本体を中央部から折
り曲げる際に、内側電極の一部が露出するよう端部を揃
えずに折り曲げて、露出した内側電極と外側電極とから
出力信号を導出できる。

【００１９】また本発明は、外側電極の導通を検出する
ことにより前記外側電極の電気的断線異常を検出すると
ともに、前記外側電極と内側電極との間の電気容量を検
出することにより前記外側電極と前記内側電極の電気的
断線や短絡等の異常を検出する。

【００２０】さらに本発明は、信号導出用の電極と圧電
材と基準電極とが同軸状に配設され全体がケーブル状に
成形されたセンサ本体について、前記電極の導通を検出
することにより前記電極の電気的断線や短絡等の異常を
検出する。

【００２１】

【実施例】以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説
明する。図１は本実施例の外観斜視図、図２は図１のＡ
−Ａ’断面図である。図１において、９はポリフッ化ビ
ニリデン（ＰＶＤＦ）等の高分子圧電材で、薄膜状に成
形してある。１０、１１は可とう性の電極で、例えばア
ルミや銅、ニッケル等の良導電性金属を圧電材９の表面
に蒸着するか、またはそれらの金属をフィルム化して導
電性接着剤等で圧電材９の表面にラミネートして成形さ
れる。１２、１３は電極１０、１１の保護層で例えばホ
リエステル系のフィルム等を電極１０、１１上にラミネ
ートして成形される。１４、１５はセンサ本体の両面に
配設され前記センサ本体を電磁波からシールドするシー
ルド手段、１６、１７はシールド層１４、１５の絶縁層
である。図１（ａ）で１８はセンサ信号を取り出すため
の端子部で、センサ信号はシールド線１９を介して制御
ユニット２０に伝えられる。ここでは図示していない
が、制御ユニット２０には電極１０、１１及びシールド
手段１４、１５の電気的断線や短絡等の異常を検出する
異常検出手段２３が内蔵されている。本実施例の他の構
成として図１（ｂ）のように端子部２１が異常検出手段
２３を備えた制御基盤２２に直接接続されてもよい。図
３は異常検出手段２３のブロック図である。２４はセン
サ本体、２５は第３の抵抗体、２６はトランジスタ、２
７は差動アンプ、２８はマイコンである。第４の抵抗体
３０、ＦＥＴ３１、フィルタ３２は例えば人体の在席検
出を行う等、センサ本体からの信号を用いるための一構
成例である。

【００２２】上記構成により本実施例は以下のように作
用する。図４に示すようにマイコンによりＩ１がＨｉの
場合には、トランジスタ２６がオンとなりＩ２から出力
されるパルスによりセンサ本体２４ではパルスに同期し
て充放電が繰り返される。

【００２３】この場合の充放電特性は第３の抵抗体２５
の抵抗値とセンサ本体２４の電気容量とで決るものであ
る。充放電時には第３の抵抗体２５の両端の電位差ｄＶ
に変動が生じるので、その変動信号を差動アンプ２７で
適宜増幅してマイコンのＡＤポートＯ１で取り込む。仮
にセンサ本体２４の電極に断線が生じるとセンサ本体２
４の電気容量が変化するためｄＶも変動する。図５は断
線長さＬとＯ１での信号Ｖ１との関係を示したものであ
る。Ｌが短い程、Ｖ１は小さくなる。またセンサ本体２
４で電極間の短絡が生じた際にはＶ１はゼロとなるる。
一方、Ｉ１がＬｏの場合、トランジスタ２６はオフとな
り、第３の抵抗体２５側はオープン状態となるため、圧
電効果によるセンサ本体２４の本来の出力信号がＦＥＴ
３１やフィルタ３２を経てマイコン２８のＡＤポートＯ
２に取り込まれる。Ｏ２で取り込まれた信号は、例えば
人体の在席検出を行うための判定信号として用いられ
る。このように、Ｉ１を切り替えることにより間欠的で
はあるがセンサ本体の異常を検出する。

【００２４】上記作用により、本実施例では異常検出の
ための回路を多少付加することによって、電極間及び前
記電極と前記シールド手段との間の電気容量を検出して
前記電極及び前記シールド手段の電気的断線や短絡等の
異常を検出することができるので、従来より簡便にしか
も低コストで異常検出ができるといった効果がある。

【００２５】本発明の圧電センサの第２の実施例を添付
図面に基づいて説明する。図６は本実施例の外観斜視
図、図７（ａ）、（ｂ）は各々図６におけるＡ−Ａ’断
面図とＢ−Ｂ’断面図である。図６及び図７において本
実施例が上記実施例と相違する点は、シールド手段１
４、１５が導通部３３以外では互いに導通しておらず、
異常検出手段２３がシールド手段１４、導通部３３、シ
ールド手段１５という経路での導通を検出することによ
りシールド手段１４、１５の電気的断線異常を検出する
構成である点である。導通部３３はハトメによりシール
ド手段１４と１５とを導通させているが、その他の構成
として例えば図８に示すように（ａ）カシメ３４により
導通を図る構成、（ｂ）シールド手段の巻き込み部３５
を形成して導通を図る構成、（ｃ）シールド手段１４ま
たは１５によりセンサ本体を内包するよう端部３６で折
り返してセンサ本体をシールドする構成等でもよい。

【００２６】上記構成による作用を以下に説明する。図
９のようにシールド手段１４に第５の抵抗体３７を接続
し、Ｐ１での電圧Ｖ２をマイコンのＡＤポートＩ３で検
出する。この際、シールド手段で断線がない場合にはＶ
２はゼロで、断線があるとＶ２は電源電圧Ｖｃとなる。

【００２７】本実施例で電極に断線が生じるような場合
には、シールド手段も同時に断線を起こすものと考えら
る。したがって本実施例では、上記作用のように電極の
断線検出をシールド手段の断線検出により間接的に行っ
ている。また、電気容量を検出して異常検出を行う第１
の実施例では図５のように、断線長さが長くなる程電位
差の変化が少なくなるため、センサの先端付近での断線
は検出が困難となる。一方、本実施例では上記のように
どこで断線しても検出が可能である。したがって第１の
実施例よりも異常検出の信頼性が向上し、かつ安価にな
るといった効果がある。

【００２８】なお、図９に示すように、電極間の電気容
量を検出する構成を付加すれば第１の実施例と同様に電
極の電気的断線や短絡等の異常も直接検出でき、少ない
コストでさらに信頼性を向上させることができる。

【００２９】本発明の圧電センサの第３の実施例を添付
図面に基づいて説明する。図１０（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は本実施例の圧電センサの製造手順及び外観斜視
図を示したものである。本実施例が上記第１及び第２の
実施例と相違する点は、高分子圧電材９とその両面に形
成された電極１０、１１とからなるセンサ本体２４を図
１０（ａ）のようにＢ−Ｂ’位置より折り曲げて、図１
０（ｂ）のようにその内側電極１０どうしを密着させた
密着部３８を形成し、外側電極１１の導通及び内側電極
１０と外側電極１１との導通を検出することにより外側
電極１１の電気的断線や外側電極１１と内側電極１０と
の短絡等の異常を検出する異常検出手段２３とからなる
点にある。ここで、図１０（ｂ）のように、センサ本体
２４を折り曲げる際に、内側電極１０の一部が露出する
よう端部を揃えずに折り曲げて、露出した内側電極１０
と外側電極１１とから端子３９、４０、４１により出力
信号を導出できる構成としてある。また図１０（ｃ）の
ように外側電極１１には絶縁層１６、１７がラミネート
され、端子３９、４０、４１はモールド部４２によりモ
ールドされている。さらに図１１のように、外側電極１
１の一端はグランドへ、他端は第５の抵抗体３７を介し
て電源Ｖｃへ接続されている。

【００３０】上記構成により本実施例は以下のように作
用する。図１１のように外側電極１１の一端がグランド
へ、他端は第５の抵抗体３７を介して電源Ｖｃへ接続さ
れているので、外側電極１１に断線がない場合は点Ｐの
電圧Ｖ３はゼロとなり、断線が起きるとＶ３は電源電圧
Ｖｃとなる。このようなＶ３の変化をマイコンのＡＤポ
ートＩ３により取り込んで断線が起きているかどうかを
検出する。

【００３１】上記作用により、第２の実施例ではシール
ド手段の断線を検出して間接的に電極の断線を判定した
が、本実施例によればシールド手段を用いずに、直接的
に電極の断線を検出することができるので、より信頼性
が向上し安価に断線を検出することができるといった効
果がある。

【００３２】なお、内側電極１０の断線及び外側電極１
１と内側電極１０と短絡を検出する場合は、図１１のよ
うに内側電極１０と外側電極１１との間の電気容量を検
出する構成を付加すればよい。

【００３３】本発明の圧電センサの第４の実施例を以下
に説明する。図１２は本実施例の外観斜視図、図１３は
図１２のＡ−Ａ’断面図である。本実施例が上記実施例
と相違する点は、図１２及び図１３に示すようにセンサ
本体２４が信号導出用の電極４３と圧電材９と基準電極
４４および基準電極４４の絶縁層４５とが同軸状に配設
され全体がケーブル状に成形され、基準電極４４の導通
を検出することにより電極４４の電気的断線や短絡等の
異常を検出する異常検出手段２３とを備えている点にあ
る。

【００３４】上記構成により本実施例は以下のように作
用する。図１４のように電極４４の一端がグランドへ、
他端は第５の抵抗体３７を介して電源Ｖｃへ接続されて
いるので、外側電極１１に断線がない場合は点Ｐの電圧
Ｖ３はゼロとなり、断線が起きるとＶ３は電源電圧Ｖｃ
となる。このようなＶ３の変化をマイコンのＡＤポート
Ｉ３により取り込んで断線が起きているかどうかを検出
する。

【００３５】上記作用により、第２の実施例ではシール
ド手段の断線を検出して間接的に電極の断線を判定した
が、本実施例によれば第３の実施例と同様にシールド手
段を用いずに、直接的に電極の断線を検出することがで
きるので、より信頼性が向上し安価に断線を検出するこ
とができるといった効果がある。

【００３６】なお、電極４３の断線及び電極４４と電極
４３との短絡を検出する場合は、図１４のように電極４
３と電極４４との間の電気容量を検出する構成を付加す
ればよい。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかのように本発明の
圧電センサによれば次の効果が得られる。

【００３８】すなわち本発明では、電極間及び前記電極
と前記シールド手段との間の電気容量を検出して前記電
極及び前記シールド手段の電気的断線や短絡等の異常を
検出することができるので、従来より簡便にしかも低コ
ストで異常検出ができるといった効果がある。

【００３９】また電気容量を検出して断線検出を行う方
式では断線位置によっては断線検出が困難な場合がある
が、本発明では電極の断線検出をシールド手段の断線検
出により間接的に行うのでどこで断線しても検出が可能
となり断線検出の信頼性が向上し、かつ安価になるとい
った効果がある。

【００４０】また本発明では、シールド手段がセンサ本
体を内包するよう折り返してセンサ本体に配設されるの
でハトメ等の導通手段が必要なく、より安価になるとい
った効果がある。

【００４１】また本発明では、電極の断線検出をシール
ド手段の断線検出により間接的に行うのに加えて、電極
間の電気容量を検出して電極の電気的断線や短絡等の異
常を直接検出できるため、さらに信頼性を向上させるこ
とができるといった効果がある。

【００４２】また本発明では、シールド手段を用いずに
直接的に電極の断線を検出することができるので、より
信頼性が向上し安価に断線を検出することができるとい
った効果がある。

【００４３】また本発明では、センサ本体を中央部から
折り曲げる際に、内側電極の一部が露出するよう端部を
揃えずに折り曲げるので、露出した内側電極と外側電極
とから出力信号を導出しやすいといった効果がある。

【００４４】また本発明では、シールド手段を用いずに
直接的に外側電極の断線を検出することに加えて、内側
電極と外側電極との間の電気容量を検出するので、内側
電極の断線及び外側電極と内側電極との短絡を検出する
ことができるといった効果がある。

【００４５】さらに本発明では、シールド手段を用いず
に、直接的に電極の断線を検出することができるので、
より信頼性が向上し安価に断線を検出することができる
といった効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の第１の実施例における圧電セン
サの制御ユニットを別にした場合の外観斜視図 （ｂ）同圧電センサの制御基盤が一体に形成された場合
の外観斜視図

【図２】同圧電センサの断面図

【図３】同圧電センサの異常検出手段のブロック図

【図４】同圧電センサのマイコンにおける入出力信号を
表した図

【図５】断線長さと電位差との関係を表した特性図

【図６】本発明の第２の実施例における圧電センサの外
観斜視図

【図７】（ａ）同圧電センサの図６のＡ−Ａ’線断面図 （ｂ）同圧電センサの図６のＢ−Ｂ’線断面図

【図８】（ａ）同圧電センサにおいてカシメ形態にした
導通部の構成図 （ｂ）同圧電センサにおいて巻き込み形態にした導通部
の構成図 （ｃ）同圧電センサにおいて折り返し形態にした導通部
の構成図

【図９】同圧電センサにおける異常検出手段のブロック
図

【図１０】（ａ）本発明の第３の実施例における圧電セ
ンサのセンサ本体を折り曲げる前の外観斜視図 （ｂ）同センサ本体を折り曲げた後の外観斜視図 （ｃ）同センサ本体に端子がモールドされた後の外観斜
視図

【図１１】同圧電センサにおける異常検出手段のブロッ
ク図

【図１２】本発明の第４の実施例における圧電センサの
外観斜視図

【図１３】同圧電センサの断面図

【図１４】同圧電センサにおける異常検出手段のブロッ
ク図

【図１５】従来の圧電センサの外観斜視図

【図１６】同圧電センサの回路図

【符号の説明】

１ 圧電材 ２、３ 電極 ４ 第１の抵抗体４ ５ 信号処理手段 ６ 第２の抵抗体６ ７ 異常検出手段 ９ 高分子圧電材 １０、１１ 電極 １２、１３ 保護層 １４、１５ シールド層 １６、１７ 絶縁層 １８ 端子部 １９ シールド線 ２０ 制御ユニット ２１ 端子部 ２２ 制御基盤 ２３ 異常検出手段 ２４ センサ本体 ２５ 第３の抵抗体 ２６ トランジスタ ２７ 差動アンプ ２８ マイコン ３０ 第４の抵抗体 ３１ ＦＥＴ ３２ フィルタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 雅篤 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高分子圧電材とその両面に形成された電極
   と前記電極を保護する保護層とからなるセンサ本体と、
   前記センサ本体の両面に配設され前記センサ本体を電磁
   波からシールドするシールド手段と、前記電極間及び前
   記電極と前記シールド手段との間の電気容量を検出して
   前記電極及び前記シールド手段の電気的断線や短絡等の
   異常を検出する異常検出手段とを備えた圧電センサ。
2. 【請求項２】高分子圧電材とその両面に形成された電極
   と前記電極を保護する保護層とからなるセンサ本体と、
   前記センサ本体の両面に配設され前記センサ本体を電磁
   波からシールドするシールド手段と、前記シールド手段
   を互いに導通させる導通部と、前記シールド手段に接続
   され前記シールド手段どうしの導通を検出することによ
   り前記シールド手段の電気的断線異常を検出する異常検
   出手段とを備えた圧電センサ。
3. 【請求項３】シールド手段はセンサ本体を内包するよう
   折り返してセンサ本体に配設され、シールド手段の折り
   返し部が導通部となった請求項２記載の圧電センサ。
4. 【請求項４】異常検出手段はシールド手段どうしの導通
   を検出することにより前記シールド手段の電気的断線異
   常を検出するとともに、電極間の電気容量を検出するこ
   とにより前記電極の電気的断線や短絡等の異常を検出す
   る請求項２または請求項３記載の圧電センサ。
5. 【請求項５】高分子圧電材とその両面に形成された電極
   とからなるセンサ本体と、センサ本体を折り曲げてその
   内側電極どうしを密着させた密着部と、外側電極の導通
   及び前記内側電極と前記外側電極との導通を検出するこ
   とにより前記外側電極の電気的断線や前記外側電極と前
   記内側電極との短絡等の異常を検出する異常検出手段と
   を備えた圧電センサ。
6. 【請求項６】センサ本体を中央部から折り曲げる際に、
   内側電極の一部が露出するよう端部を揃えずに折り曲げ
   て、露出した内側電極と外側電極とから出力信号を導出
   できる構成とした請求項５記載の圧電センサ。
7. 【請求項７】異常検出手段は外側電極の導通を検出する
   ことにより前記外側電極の電気的断線異常を検出すると
   ともに、前記外側電極と内側電極との間の電気容量を検
   出することにより前記外側電極と前記内側電極の電気的
   断線や短絡等の異常を検出する請求項５または請求項６
   記載の圧電センサ。
8. 【請求項８】信号導出用の電極と圧電材と基準電極とが
   同軸状に配設され全体がケーブル状に成形されたセンサ
   本体と、前記電極の導通を検出することにより前記電極
   の電気的断線や短絡等の異常を検出する異常検出手段と
   を備えた圧電センサ。