JP2001032628A - 挟み込み防止装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 窓ガラスやドア等の可動体が閉まりつつある
ときにのみ動作し、可動体とその枠との間に異物が挟み
込まれるのを防止すること。 【解決手段】 窓ガラスやドア等の自動開閉される可動
体２とその枠との間に異物８が挟み込まれるのを防止す
るため、枠の所定の部位にセンサ電極４を設置し、セン
サ電極４に静電容量検出部５を電気的に接続して、セン
サ電極４と異物８との間に形成される静電容量に対応し
た信号を出力する。この信号は信号処理部６で処理さ
れ、枠と可動体２との間に異物８が挟み込まれたことが
検出されると挟み込み防止命令が出されて可動体２の動
きを停止させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、挟み込み防止装
置及び方法に関するもので、特に、イマジナリ・ショー
トの状態にある演算増幅器を利用して静電容量的に挟み
込みの有無を検出する挟み込み防止装置及び方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車等の車両の電動式の窓ガラスと窓
枠との間に手や指などが挟まれるのを防止するために、
これまでにも種々の提案がなされている。例えば、振動
印加型の車窓用挟み込み防止装置は、窓ガラスの一端に
設けた振動印加装置から窓ガラスの板面に平行に振動を
与え、該窓ガラスの縁辺を伝わる表面波を窓ガラスの他
端に設けた振動検知センサによって検出するように構成
したもので、振動印加装置によって印加された表面波が
窓ガラスの縁辺に沿って伝搬する途中で遮断されたか否
かを判断することにより、窓ガラスの上端と窓枠との間
への異物の当接の有無を検出し、当接が検出された時点
で窓ガラスが停止される。

【０００３】また、圧電センサ型の挟み込み防止装置
は、窓ガラスやドア等の開閉部の周縁部分に圧電センサ
を装着し、圧電センサから出力される信号に基づいて物
体が開閉部の周縁部分へ接触したか否かを検出して開閉
部の開閉動作を制御するよう構成されており、圧電セン
サによって物体の接触が検出された時点で開閉部材の動
作が停止される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た従来の車窓用挟み込み防止装置は、振動印加型と圧電
センサ型のいずれであっても、窓ガラスやドアが開きつ
つある期間に物体が窓ガラスに接触すると、窓ガラスの
開動作が停止してしまう誤動作が生じるという欠点があ
った。

【０００５】この発明はこうした欠点を解決するために
提案されたものであり、この発明の目的は、自動的に開
閉される窓ガラスやドア等の可動体が閉まりつつあると
きにのみ動作して、該可動体とその枠との間に異物が挟
み込まれるのを防止する挟み込み防止装置及び方法を提
供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明にあっては、窓ガラスやドア等の自動開閉
される可動体と、或る空間を閉じるために閉時に前記可
動体と接する接触体との間に異物が挟み込まれるのを防
止するための挟み込み防止装置であって、前記接触体の
所定の部位に設置された導電体製のセンサ電極に電気的
に接続され、該センサ電極と異物との間に形成される静
電容量に対応した信号を出力する静電容量検出部と、前
記静電容量検出部から出力される前記信号を受け取り、
前記接触体と前記可動体との間に異物が挟み込まれたこ
とを検出したときに挟み込み防止命令を発する信号処理
部と、を具備することを特徴とする挟み込み防止装置、
を提供する。

【０００７】ここで、好ましくは、接触体は窓ガラスや
ドア等の枠である。前記静電容量検出部は、反転入力端
子、非反転入力端子及び出力端子を有し、前記出力端子
と前記反転入力端子との間が帰還インピーダンスによっ
て接続され、前記反転入力端子と前記非反転入力端子と
の間がイマジナリ・ショートの状態である演算増幅器
と、前記非反転入力端子に正弦波信号を印加する発振回
路と、一端が前記反転入力端子に接続され、他端が前記
センサ電極に接続された信号線と、前記信号線の少なく
とも一部を包囲し且つ前記非反転入力端子に接続された
シールド線と、を備え、前記演算増幅器が、前記センサ
電極と前記検出対象物との距離と前記正弦波信号の周波
数とを含む電圧を出力することが望ましい。

【０００８】前記信号処理部は、前記信号のピーク値を
保持する保持回路と、前記ピーク値と所定の閾値とを比
較し、前者が後者を越えたことを検出して前記挟み込み
防止命令を発する比較・検出回路と、を備えることが望
ましい。

【０００９】ここでは、樹脂や、ゴムのような可撓性を
有する絶縁体によって前記センサ電極のある接触体の表
面が覆われていることが好ましい。更に、別の発明で
は、窓ガラスやドア等の自動開閉される可動体とその枠
等の接触体との間に異物が挟み込まれるのを防止するた
めの挟み込み防止方法であって、前記接触体の所定の部
位に設置された導電体製のセンサ電極と異物との間に形
成される静電容量を検出する段階と、検出された前記静
電容量に対応した信号を出力する段階と、前記信号に基
づいて、前記接触体と前記可動体との間に異物が挟み込
まれたか否かを検出する段階と、異物が挟み込まれたこ
とを検出したときに挟み込み防止命令を発する段階と、
を備えることを特徴とする挟み込み防止方法、を提供す
る。

【００１０】

【作用】センサ電極と異物との間に形成される静電容量
は、両者間の距離によって規定される。この静電容量を
受け取って、静電容量検出部はセンサ電極と異物との間
の距離に対応する信号を出力する。信号処理部には、異
物の挟み込みが発生したものと判定するときの、センサ
電極と異物との間の最小距離に対応する所定の閾値が設
定される。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、この発明に係る挟み込み
防止装置の一つの実施の形態の構成を概略的に示すブロ
ック図であり、パワーウィンドウ・システムを採用した
車両における車窓用挟み込み防止装置に実施するための
概略の構成を示している。同図において、車両のドア１
に設けた窓ガラス２は車窓開閉装置３によって駆動さ
れ、開閉される。挟み込みを防止するためには、手や指
等の異物が窓ガラス２と窓枠との間に挟まれたことを検
出したときに車窓開閉装置３の動作を停止させる必要が
ある。そのために、窓枠の窓ガラス２に面した縁辺の適
所には、導電体からなる適宜の形状のセンサ電極４が設
置され、センサ電極４は静電容量検出部５に接続され
る。静電容量検出部５は、センサ電極４によって検出さ
れた物理量を電気信号へ変換し、該電気信号を信号処理
部６に与える。信号処理部６は、静電容量検出部５から
受け取った電気信号に基づいて、異常状態の有無を判定
し、異常状態が発生したと判定したときに車窓開閉装置
３に対して停止命令を発して動作を停止させる。

【００１２】センサ電極４は、窓枠に近接する異物との
間に静電容量を形成するためのもので、窓ガラスに面し
た部分は伸縮性のある絶縁物からなる被覆部材７によっ
て覆われている。この被覆部材は、異物が例えば人体の
ように半ば導体ともみなせる場合、こうした導体がセン
サ電極に直接接触すると、異物検知をすることができな
くなる恐れから、絶縁体であることが好ましく、さら
に、異物に対してダメージをできるだけ少なくするため
に、前記のように伸縮性或いは可撓性のあるゴム或いは
化学繊維等の樹脂等の材質からなることが好ましい。な
お、被覆部材７による保護作用と相俟ってセンサ電極４
の経年劣化を防止するため、センサ電極４の表面に防水
加工を施すことも望ましい。

【００１３】いま、窓ガラス２が閉じられつつあるとき
に窓ガラス２と窓枠との間に異物８が挟まれたとする
と、異物８は窓ガラス２と共にセンサ電極４に接近し、
これに伴い、センサ電極４と異物８との間で形成される
静電容量が増大していく。この増大する静電容量に対応
した電気信号が静電容量検出部５から信号処理部６に与
えられ、信号処理部６は、与えられた電気信号の振幅と
所定の閾値とを常時比較する。異物８が更にセンサ電極
４に接近して被覆部材７に接触する位置まで来たとき、
静電容量検出部５から出力される電気信号の振幅は所定
の閾値を越える。これを信号処理部６が検出して異常状
態が発生したものと判定し、車窓開閉装置３の動作を停
止させる停止命令を発するが、窓ガラスが被覆部材７に
接触しただけのときには、異常とは判定されず、停止命
令は発しない。

【００１４】図２は、異物８が窓ガラス２と窓枠との間
に挟み込まれて被覆部材７に接触する位置まで来たとき
の状態を示している。図１に示す実施の形態において
は、異物８がセンサ電極４に対して被覆部材７の厚さＬ
に等しい距離まで接近したときに異物８とセンサ電極４
との間に形成される静電容量を基準容量とする。そこ
で、信号処理部６には、この基準容量に対応する電気信
号の振幅と等価な値が閾値として設定されており、異物
８がセンサ電極４に対して距離Ｌまで接近したときに上
記の停止命令が発生される。これにより、窓ガラス２が
閉まりきる前に異物８の挟み込みを検出して窓ガラス２
の閉動作を停止させ、異物の挟み込みを確実に防止でき
る。

【００１５】図３は、静電容量検出部５及び信号処理部
６の構成を説明するための図であって、センサ電極４及
び車窓開閉装置３との接続関係をも示している。静電容
量検出部５は、イマジナリ・ショートの状態にある演算
増幅器を含む静電容量検出回路５１と発振回路５２とを
備えており、静電容量検出回路５１の入力部はシールド
された信号線９を介してセンサ電極４と電気的に接続さ
れる。これにより、静電容量検出回路５１は、発振回路
５２からの正弦波信号を利用して、窓ガラス２とセンサ
電極４との間に異物が挟み込まれていないときの静電容
量及び異物が挟まれたときのセンサ電極４と異物との間
の静電容量に対応する電気信号Ｖｏｕｔを出力する。こ
れについては、図４を参照しながら後で説明する。

【００１６】一方、信号処理部６は、静電容量検出回路
５１からの電気信号Ｖｏｕｔのピーク値を保持するピー
ク値保持回路６１と、ピーク値保持回路６１から与えら
れるピーク値を、前記基準容量に対応する電気信号の振
幅に相当する所定の閾値と比較し、ピーク値が閾値を越
えたことを検出したときに停止命令を発生する比較・検
出回路６２とを備えており、停止命令が与えられると、
車窓開閉装置３はその動作を停止し、窓ガラス２の動き
を停止させる。

【００１７】ここで、図４を用いて、静電容量検出回路
５１の構成と動作を説明する。静電容量検出回路５１は
演算増幅器５１１を備えており、この演算増幅器は入力
インピーダンスと利得が極めて大きい演算増幅器であ
る。演算増幅器５１１の出力端子と反転入力端子（−）
との間には帰還抵抗５１２が接続され、演算増幅器５１
１には負帰還がかかっている。さらに、演算増幅器５１
１の反転入力端子（−）には、信号線９の一端が接続さ
れ、信号線９の他端にはセンサ電極４が接続される。一
方、演算増幅器５１１の非反転入力端子（＋）は、正弦
波信号を発生する発振回路５２の出力端子及び信号線９
の周囲の少なくとも一部を包囲するシールド線１０に接
続される。

【００１８】信号線９の少なくとも一部をシールド線１
０によって包囲したのは、シールド線１０によって外部
からのノイズ等の不要信号が信号線９に誘導されるのを
防止するためであり、シールド線１０は接地されない。

【００１９】このように、演算増幅器５１１は入力イン
ピーダンスと利得が極めて大きく、演算増幅器５１１に
は帰還抵抗５１２を介して負の帰還ループが形成されて
おり、演算増幅器５１１の両入力端子間はイマジナリ・
ショートの状態にある。すなわち、演算増幅器５１１の
反転入力端子（−）と非反転入力端子（＋）との間の電
圧差は実質的にゼロである。したがって、信号線９とシ
ールド線１０とは同電位にあり、信号線９とシールド線
１０との間に生じる浮遊容量をキャンセルすることがで
きる。このことは、信号線９の長さに無関係に成立す
る。したがって、信号線９の移動や折り曲げ、折り返し
等により信号線９とシールド線１０との間に生じる浮遊
容量の変化によって、出力端子に出力される出力電圧は
変化しない。これにより、センサ電極４が形成する静電
容量を感度良く検出することができる。

【００２０】ここで、窓ガラス２と窓枠との間に異物８
が存在する状態を想定し、発振回路５２から正弦波信号
を発生させたときに演算増幅器５１１から出力される電
気信号をＶｏｕｔと表すと、

【００２１】

【数１】 Ｖｏｕｔ＝（１＋ｊωＣｓ・Ｒｆ）・Ｖｉｎ （１） が成立する。ただし、Ｖｉｎは発振回路５２から発生さ
れる正弦波信号の振幅であり、ωは同正弦波信号の角周
波数であり、Ｒｆは帰還抵抗５１２の抵抗値であり、Ｃ
ｓはセンサ電極４と異物８との間に形成される容量の値
である。このとき、センサ電極４と異物８との間の距離
をｄとすると、Ｃｓとｄとの間には

【００２２】

【数２】Ｃｓ＝ε・Ａ／ｄ （２） なる関係が成り立つ。ただし、εはセンサ電極４と異物
８との間に存在する物質の誘電率であり、Ａはセンサ電
極４の異物８に対向するとみなされる部分の面積であ
る。

【００２３】式（２）を式（１）に代入すると、式
（１）は

【００２４】

【数３】 Ｖｏｕｔ＝（１＋ｊωＲｆ・ε・Ａ／ｄ）・Ｖｉｎ （３） と書き直すことができる。この式は、静電容量検出回路
５１から出力される電圧Ｖｏｕｔがセンサ電極４と異物
８との間の距離ｄに応じた値を有すること、換言する
と、静電容量検出回路５１の出力にはセンサ電極４と異
物８との距離に応じた電圧Ｖｏｕｔが現れることを示し
ている。

【００２５】ｄ＝Ｌのとき、換言すれば、異物８が被覆
部材７に接触したとき、誘電率εは被覆部材７の誘電率
ε′に実質的に等しい。したがって、このときに静電容
量検出回路５１から出力される電気信号をＶｏｕｔ′と
すると、Ｖｏｕｔ′は、上記の式（３）を用いて、

【００２６】

【数４】 Ｖｏｕｔ′＝（１＋ｊωＲｆ・ε′・Ａ／Ｌ）・Ｖｉｎ （４） と表すことができる。これを用いて、比較・検出回路６
２に設定される閾値を求めることができる。この場合、
センサ電極４の異物８に対向するとみなされる部分の面
積Ａは異物８の種類や形状によって異なるので、面積Ａ
は挟み込まれると予測される異物のうちの最小のものを
想定して決定される。

【００２７】なお、センサ電極４の近くに導電体が存在
すると、この導電体もセンサ電極４との間に浮遊容量を
形成するので、そうした浮遊容量の影響を可能な限り除
去して、静電容量検出回路５１をセンサ電極４と異物８
との間の静電容量Ｃｓに基づいて正確に動作させるため
に、センサ電極４の周囲に存在する導電体をシールド線
１０と電気的に接続しておくことが望ましい。こうする
と、センサ電極４の周囲の導電体はセンサ電極４と同電
位になり、静電容量検出回路５１の動作に影響しなくな
る。例えば、静電容量検出回路で帰還抵抗ばかりでな
く、容量、コイル等で負の帰還ループを形成してもよ
く、また、信号処理部にはピーク保持部を用いなくとも
よい。

【００２８】以上、この発明に係る挟み込み防止装置の
一つの実施の形態について説明してきたが、この発明は
こうした実施の形態に限定されるものではない。例え
ば、この発明は、車窓用の挟み込み防止ばかりでなく、
自動的に開閉されるドアのような可動体とその枠との間
に異物が挟み込まれるのを防止するためにも適用するこ
とができる。このときには、センサ電極は、可動体との
間で挟み込みが生じるものと予測される枠の適宜の個所
に設置される。また、異物が挟み込まれたと判定したと
き、可動体の動きを止める代わりに、可動体を逆の方向
に動かすようにしてもよい。

【００２９】

【発明の効果】以上、この発明を図示の実施の形態を参
照しながら説明したところから理解されるとおり、請求
項１及び６の発明は、ドアや窓ガラス等の可動体が閉ま
ろうとしている場合にのみ挟み込みを防止することがで
きるという効果を奏する。

【００３０】請求項２の発明は、センサ電極と異物との
間に形成される静電容量に正確に対応した電圧を求める
ことができ、例えばフェムトファラッド（ピコファラッ
ドの１０００分の１）のオーダーの微小なものであって
も、該静電容量を高精度に変換することが可能になるの
で、センサ電極と異物との距離に応じて正確に可動体の
動きを制御することができるという効果を奏する。

【００３１】請求項３の発明は、異物が挟み込まれたと
き、異物とセンサ電極との距離が所定の値に達したとき
にのみ可動体の動きを制御することができるという効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る挟み込み防止装置の一つの実施
の形態を概略的に示す図で、車両のパワーウィンドウ・
システムに適用したときの構成を示す。

【図２】異物が挟み込まれた状態を示す図である。

【図３】図１に示す挟み込み防止装置の構成を詳細に示
すブロック図である。

【図４】図３に示す静電容量検出回路の構成を概略的に
示す図である。

【符号の説明】

１：ドア、 ２：窓ガラス、 ３：車窓開閉装置、
４：センサ電極、５：静電容量検出部、 ６：信号処理
部、 ７；被覆部材、 ８：異物、９：信号線、 １
０：シールド線、 ５１：静電容量検出回路、５１１：
演算増幅器、 ５１２：帰還抵抗、 ５２：発振回路、
６１：ピーク値保持回路、 ６２：比較・判定回路。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窓ガラスやドア等の自動開閉される可動
   体と、前記可動体に接する接触体との間に異物が挟み込
   まれるのを防止するための挟み込み防止装置であって、 前記接触体の所定の部位に設置されたセンサ電極に電気
   的に接続され、該センサ電極と異物との間に形成される
   静電容量に対応した信号を出力する静電容量検出部と、 前記静電容量検出部から出力される前記信号を受け取
   り、前記接触体と前記可動体との間に異物が挟み込まれ
   たことを検出したときに挟み込み防止命令を発する信号
   処理部と、を具備することを特徴とする挟み込み防止装
   置。
2. 【請求項２】 前記静電容量検出部が、 反転入力端子、非反転入力端子及び出力端子を有し、前
   記出力端子と前記反転入力端子との間が帰還インピーダ
   ンスによって接続され、前記反転入力端子と前記非反転
   入力端子との間がイマジナリ・ショートの状態である演
   算増幅器と、 前記非反転入力端子に正弦波信号を印加する発振回路
   と、 一端が前記反転入力端子に接続され、他端が前記センサ
   電極に接続された信号線と、 前記信号線の少なくとも一部を包囲し且つ前記非反転入
   力端子に接続されたシールド線と、を備え、前記演算増
   幅器が、前記センサ電極と前記検出対象物との距離と前
   記正弦波信号の周波数とを含む電圧を出力することを特
   徴とする、請求項１に記載の挟み込み防止装置。
3. 【請求項３】 前記信号処理部が、 前記信号のピーク値を保持する保持回路と、 前記ピーク値と所定の閾値とを比較し、前者が後者を越
   えたことを検出して前記挟み込み防止命令を発する比較
   ・検出回路と、を備えることを特徴とする、請求項１及
   び２に記載の挟み込み防止装置。
4. 【請求項４】 前記接触体の前記可動体と接触する側の
   表面の少なくとも一部分が絶縁体で覆われていることを
   特徴とする、請求項１〜３のいずれか１つに記載の挟み
   込み防止装置。
5. 【請求項５】 前記接触体が、可撓性を有する絶縁体を
   少なくとも含むことを特徴とする、請求項１〜４の何れ
   か１つに記載の挟み込み防止装置。
6. 【請求項６】 窓ガラスやドア等の自動開閉される可動
   体とその枠等の接触体との間に異物が挟み込まれるのを
   防止するための挟み込み防止方法であって、 前記接触体の所定の部位に設置された導電体製のセンサ
   電極と異物との間に形成される静電容量を検出する段階
   と、 検出された前記静電容量に対応した信号を出力する段階
   と、 前記信号に基づいて、前記接触体と前記可動体との間に
   異物が挟み込まれたか否かを検出する段階と、 異物が挟み込まれたことを検出したときに挟み込み防止
   命令を発する段階と、を備えることを特徴とする挟み込
   み防止方法。