JP4306715B2 - 感圧スイッチ - Google Patents

Description

本発明は、押え力によって機械的に複数の電気導体同志が接，離する機械スイッチに関し、特に、これに限定する意図ではないが、シ−ト（座席）に装着されてそれに着座者が居るか否かを電気導体の接，離によって２値的に検知するためのシ−ト状（可撓性薄板状）の感圧スイッチに関する。

特公平８−２５３５１２０号公報 特公平２−４９０２９号公報。

例えば、車両の座席に人が着席していることを感知するセンサーとして、従来より知られているものでは、シートに磁気発生体を設けるとともに、シートの上下動に伴い上下移動する磁気発生体による移動磁界の変化を検出する磁気検出装置を車両フロアに設けて、磁気検出装置が磁界の変化に基づいてシートの下降を検出することより着座検知を行うものがある。また、特許文献１に開示される方法においては、人の着席により変化する座席の圧力を、圧電フィルムの抵抗値の変化に基づいて検出している。

なお、上記した座席の着座状態を感知する以外の目的で使用されている感圧センサとしては、特許文献２に開示されているような、楽音を発生させる為の電気的装置の鍵盤の感圧スイッチとして、半導電体を挟んで対向する２枚の導体板間の抵抗値の変化により、加えられた圧力を検出する感圧センサがある。

しかし、磁気手段の上下移動による磁界の変化を磁気検出手段により検出する方法においては、シートの車両フロアに対する上下動から着座検知を行うこととなるため、確実な着座検知を行うためには、シートへの着座がなされた場合に確実にシートが車両フロアに対して上下動することを保証しなければならず、結果的に検出精度を上げるために装置自体が複雑なものとなってコストアップを招く。また、特許文献１に開示される方法においても、圧電フィルムが高価であり、しかも、圧電フィルムを常に発振させておく為のフィードバックループや、圧電フィルムの発振信号を検出する為のフィルタを設ける必要があり、装置が複雑になるので、やはりコスト高となる。

さらに、特許文献２に開示される感圧センサは、演奏者が指で叩く鍵盤の圧力を感知する為に設けられるものであり、人の体重による圧力を感知する感圧スイッチとして用いるには、対衝撃性に問題がある。しかも、導体板に銀や銅を使用する等、スイッチそのものが高価となる。

また、座席に着座者が居るか否かの検知においては、シートベース（人の体重を受ける着座台）に荷重が面分布しかつ荷重分布は不均一であるので、一点に機械スイッチを配したのでは、検出ミスを生じる可能性が高い。また、一点の機械スイッチの存在が、着座者に違和感（固形物がシ−ト内部にある局所的に固い感じ）を与える。

本発明は、安価で対衝撃性に優れた感圧スイッチを提供することを第１の目的とし、検出ミスが少い感圧スイッチを提供することを第２の目的とし、着座センサとして用いる場合において着座検出の信頼性が高く、着座者に違和感を与えず、耐久性が高い感圧スイッチを提供することを第３の目的とする。

（１）本発明の感圧スイッチは、裏面に導電層(1d〜1i)を有し、ｘ，ｙ平面に沿って複数箇所で所定値以上の曲率で曲り、ｘ，ｙ平面に分布する絶縁体の帯状の第１フィルム(1)；厚み方向ｚに貫通する複数個の穴(2d,2e)を有し、表面が第１フィルム(1)の裏面に接合した、第１フィルム(1)と実質上同形の絶縁体のスペーサ(2)；および、表面に導電層(3d〜3i)を有し、表面が前記スペーサ(2)の裏面に接合し、第１フィルム(1)と実質上同形の絶縁体の第２フィルム(3)；を有し、シートに配設されるものである。

なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の記号を、参考までに付記した。

この感圧スイッチによれば、格別な押し力が作用していないときには、スペーサ(2)の穴(2d,2e)において、相対向する導電層(1d,3d)は各フィルムの弾性により離れている。すなわち感圧スイッチはスイッチ開（スイッチオフ）である。ところが、第１フィルム(1)と第２フィルム(3)を撓ませる強い押し力が作用すると、大開口の穴(2d,2e)に、第１フィルム(1)と第２フィルム(3)が落ち込んで、それらの導電層(1d,3d)が接触する。すなわちスイッチ閉（スイッチオン）となる。

複数個の穴(2d,2e)が帯の各所に分布するので、シートに着座者が居る場合には、いずれかの穴部において第１フィルム(1)と第２フィルム(3)の導電層(1d,3d)が接触するので、着座検出が確実である。スイッチ基材がフィルムであるので、対衝撃性が高い。また感圧スイッチが可撓性帯状シ−トであるので、更には帯状であってｘ，ｙ平面に沿って曲っているので、全体としてもまた局所的にも撓み易く、着座者に違和感を与えない。ｘ，ｙ平面に沿って折れ曲ったコ−ナが仮に３角形の頂点のように角になっているとそこに応力が集中してそこから破断し易いが、本発明の感圧スイッチは、所定値以上の曲率を有するので、このような破断を生じにくく耐久性が高い。

（２）前記第１フィルム(1)，前記第２フィルム(3)および前記スペーサ(2)は、分岐を有する帯状であり、前記分岐は前記穴間でされ、前記分岐がなされる部分には前記穴が形成されていない上記（１）に記載の感圧スイッチ。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

図１に、本発明の一実施例の感圧スイッチＰＳＳの上面を示す。この感圧スイッチＰＳＳは、カバ−フィルム１（第１フィルム），絶縁スペーサ２および支持フィルム３（第２フィルム）を、サンドイッチ状に積層し一体に接合したものである。これら３者１〜３それぞれの上面を、図２〜図４に示す。

図１に示す感圧スイッチＰＳＳは、材質がポリエチレンナフタレートである図４に示す支持フィルム３（厚さ１００μｍ）と、同じく材質がポリエチレンナフタレートであり、支持フィルム３の表面と平行に対向する図２に示すカバーフィルム１（厚さ１００μｍ）および、支持フィルム３とカバーフィルム１の間に挟まれた絶縁体（ポリエチレンテレフタレート）の図３に示すスペーサ２（１２５μｍ）により構成されている。

図１に示す感圧スイッチＰＰＳは、図６に示すように、車両上のシ−ト（座席）の腰掛け部の表層近くに内蔵される着座検出スイッチである。各フィルム１，３と絶縁スペーサ２は厚さは異るが形状は同じである。

スペーサ２（図３）は、帯状のリ−ド部２ａ，基幹２ｂおよび分岐２ｃが大略でフォ−ク状に一体連続で分布した形状であり、ｚが厚み方向である。基幹２ｂの帯幅中央線上には一直線上に並んだ５個の穴２ｄ（直径１０ｍｍ）が開いており、５個の分岐２ｃのそれぞれの先端部に各一個の同様な穴２ｅが開いており、これらの穴２ｅも一直線上に並んでいる。これら２列計１０個の穴２ｄ，２ｅは、車両上シ−トの着座者の体重が加わる領域に分布するように、配列ピッチが定められている。

スペーサ２の厚みが１２５μｍ、穴の直径が１０ｍｍであるので、スペーサ厚に対して穴２ｄ，２ｅは大開口であり、スペーサ厚に対する穴直径の比（倍率）は、この穴部に、カバーフィルム１を支持フィルム３に又はその逆に押す方向の力を加えたときフィルムが撓んで、設定値以上の力でフィルム１と３の導電層が接触し、設定値未満ではフィルムの弾性により両フィルムが離れてそれらの導電層が離れるように定めている。

基幹２ｂは、穴２ｄ，２ｅ周りの各領域が、領域間のつなぎ部に対して撓み易いように、つなぎ部にくびれを有する。このくびれにより基幹２ｂはｘ，ｙ平面に沿ってくねくねと曲っている。曲り角が３角形の頂点のように尖っているとそこで撓みの滑らかさが失なわれそこに応力が集中し破断を生じ易いので、これを改善するために、極力大きな曲率（Ｒ；丸み）を付けている。また分岐２ｃも基幹２ｂに対して曲ったものであり、その曲り部に、同様な理由でくびれおよび曲率を付けている。

このスペーサ２の裏面に接合される支持フィルム３（図４）の形状は、スペーサ２の形状と同様であり、帯状のリ−ド部３ａ，基幹３ｂおよび分岐３ｃを有する。なお、リ−ド線接続のため、リード部３ａはスペーサ２ａよりも少し長い。支持フィルム３の表面には、導電層（印刷技術にて形成した電極）があり、この導電層は、スペーサ２の穴２ｄ，２ｅに対応する位置に該穴２ｄ，２ｅの径と同程度丸形に膨らんだ電極部３ｄ（穴２ｄ対応位置），３ｅ（穴２ｅ対応位置），連接部３ｆ，３ｇ，リ−ド部３ｈおよびリ−ドタブ３ｉの一体連続体である。

スペーサ２の表面に接合されるカバ−フィルム１（図２）の形状も、スペーサ２の形状と同様であり、帯状のリ−ド部１ａ，基幹１ｂおよび分岐１ｃを有する。なお、リ−ド線接続のため、リード部１ａはスペーサ２ａよりも少し長い。カバ−フィルム１の裏面（下面）には、導電層（印刷技術にて形成した電極）があり、この導電層は、スペーサ２の穴２ｄ，２ｅに対応する位置に該穴２ｄ，２ｅの径と同程度丸形に膨らんだ電極部１ｄ（穴２ｄ対応位置），１ｅ（穴２ｅ対応位置），連接部１ｆ，１ｇ，リ−ド部１ｈおよびリ−ドタブ１ｉの一体連続体である。カバーフィルム１に形成されている導電層の、電極部１ｄ，１ｅは、穴２ｄ，２ｅ部でベ−スフィルム３の電極部３ｄ，３ｅと対向する位置であるが、連接部１ｆ，１ｇ，リ−ド部１ｈおよびリ−ドタブ１ｉは、ベ−スフィルム３のものとは極力対向しないように位置がずらされている。

支持フィルム３，絶縁スペーサ２およびカバーフィルム１の順で重ね合わせて３者が一体に接合される（図１）。すると、カバーフィルム１と支持フィルム３とは相対的に、絶縁スペーサ２により絶縁される。以上により、図１に示す感圧スイッチＰＳＳが出来上る。

出来上った感圧スイッチＰＳＳ（図１）の表面側にリ−ドタブ３ｉが、裏面側にリ−ドタブ１ｉが露出する。ここにコネクタピンが接続される。

図５に、図１の５Ａ−５Ａ線断面を拡大して示す。例えばこの感圧スイッチＰＳＳを、図６に示すように車両上のシ−ト（座席）に装備した場合、人が着座していないときには、感圧スイッチＰＳＳに押え力が実質上加わらないので、穴２ｄにおいて導電層１ｄと３ｄは接触せず、リ−ドタブ１ｉと３ｉの間は断（スイッチオフ）である。感圧スイッチＰＳＳが配設されている範囲に人が着座すると、カバーフィルム１が着座者の重み（押し力）によりたわみ、絶縁スペーサ２の穴２ｄ内に落ち込み、カバーフィルム１の下面の導電層１ｄが、支持フィルム３の上面の導電層３ｄに接触する。これにより、リ−ドタブ１ｉと３ｉの間が接（スイッチオン）となる。

上記の実施例によれば、感圧スイッチＰＳＳが帯状のくねくねと曲った形状であるので、シ−トに装着した場合に、着座者の重みによるシ−トクッションの撓みと同じく撓むので、着座者に違和感を与えない。フィルム１，３およびスペーサ２が可撓性が高いので、耐衝撃性が高い。感圧単位である穴複数個がｘ，ｙ平面上に広い面積に渡って分布するので、着座があるときには所定圧以上の荷重が加わる穴部において上下フィルムの導電層同志が接触し、着座検出の信頼性が高い。撓むときに曲り角や分岐角に応力が集中し易いが、そこに大きなア−ル（ある曲率での曲がり）が形成されているので、このア−ル弧に沿って応力が分散するので、亀裂を生じにくく、耐久性が高い。

なお、カバーフィルム１と支持フィルム３の材料として使用したポリエチレンナフタレートは、機械的強度が高く、座席下で人の体重による圧力を受けるのに適する。また、その物理的性質（比熱，膨張率，圧縮率等）が変化するガラス転移点Ｔｇ点が１１３度と高く、高熱に対する耐久性も良いので、車内の過酷な使用条件に耐え得る。導電層１ｄ，３ｄは導電体であればよく、比較的に簡易かつ安価に形成しうるので、感圧スイッチＰＳＳは低コストで提供できる。

本発明の一実施例の平面図である。 図１に示す感圧スイッチＰＳＳの、カバーフィルム１の平面図である。 図１に示す感圧スイッチＰＳＳの、スペーサ２の平面図である。 図１に示す感圧スイッチＰＳＳの、支持フィルム３の平面図である。 図１の５Ａ−５Ａ線拡大断面図である。 車両上シ−トの側面図であり、図１に示す感圧スイッチＰＳＳを着座検出スイッチとして、車両上のシ−ト（座席）に装着したときの該スイッチの位置を示す。

ＰＳＳ：感圧スイッチ
１：カバーフィルム
２：絶縁スペーサ
３：支持フィルム
１ａ，２ａ，３ａ：帯状のリ−ド部
１ｂ，２ｂ，３ｂ：帯状の基幹
１ｃ，２ｃ，３ｃ：帯状の分岐
１ｄ，３ｄ：導電層の電極部
１ｅ，３ｅ：導電層の電極部
２ｄ，２ｅ：穴
１ｆ，１ｇ，３ｆ，３ｇ：導電層の連接部
１ｈ，３ｈ：導電層のリ−ド部
１ｉ，３ｉ：リ−ドタブ

Claims (2)

1. 裏面に導電層を有し、ｘ，ｙ平面に沿って複数箇所で所定値以上の曲率で曲り、ｘ，ｙ平面に分布する絶縁体の帯状の第１フィルム；
   厚み方向ｚに貫通する複数個の穴を有し、表面が第１フィルムの裏面に接合した、第１フィルムと実質上同形の絶縁体のスペーサ；および、
   表面に導電層を有し、表面が前記スペーサの裏面に接合し、第１フィルムと実質上同形の絶縁体の第２フィルム；
   を有し、シートに配設される感圧スイッチ。
2. 前記第１フィルム，前記第２フィルムおよび前記スペーサは、分岐を有する帯状であり、前記分岐は前記穴間でされ、前記分岐がなされる部分には前記穴が形成されていない請求項１に記載の感圧スイッチ。

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