专利名称：压力传感器、物体检测设备、开/关设备及制造压力传感器的方法
技术领域：
本发明涉及一种压力传感器、一种物体检测设备和一种开/关设备，及用于制造所述压力传感器的方法，更具体地，涉及一种确保通过简易处理实现传感器端部密封的改进技术。
背景技术：
常规地，已经公开了许多种压力传感器，包括触点在受到未知压力时闭合的压力开关和使用压电元件的压电传感器。在压电传感器中，当压电传感器由于受到物体挤压而变形时，因为压电效应从压电传感器输出电压脉冲，根据这种电压脉冲的存在检测物体是否夹入。这些类型的压力传感器用作汽车自动车窗系统的防止物体夹入的装置时，压力开关或压电传感器例如沿门的窗框设置，以便如果物体夹入窗框和窗玻璃之间，则物体使压力开关或压电传感器进行变形。然后，窗玻璃关闭时，如果压力开关闭合或从压电传感器输出预定电压脉冲，即理解为物体夹入，并使电动机的旋转方向反向以便从夹入状态释放物体。
然后，对于压力开关，为了防止例如水滴的外界物质渗入，通过模压处理密封所述开关的端部，其中所述端部置于预定形状的模具中，采用基本等效于注塑法或传递模塑法的方法(参见专利文献No.1)，将具有绝缘性能的热塑性合成树脂注射到模具内部同时对其加压。
此外，在如上所述的压力开关中，当压电传感器装入用于支撑所述传感器的支撑构件中时，压力传感器插入形成在支撑构件中的传感器容纳孔，例如在通过在压力下输送空气到传感器容纳孔中由此扩大传感器容纳孔从而使所述孔内径增大之后(参见专利文献No.2、No.3)。
(专利文献No.1)JP-A-11-237289(专利文献No.2)JP-A-11-72395(专利文献No.3)JP-A-11-94656
然而，因为对压力开关实施的密封处理是等效于注塑法或传递模塑法的生产方法，导致这样的问题，即密封处理需要长时间来完成和效率低，由此增加了成本。
此外，在密封处理前压力传感器插入支撑构件中时，还引起另一个问题，即需要长时间在压力下将空气送入传感器容纳孔和需要例如挤压泵这样的设备，由此压力传感器的制造工作效率低。
发明内容
本发明是考虑到所述现状而作出的，其第一目的是通过使用于密封压力传感器端部的密封处理高效率，从而提供一种低成本压力传感器、物体检测系统和开启及关闭系统。此外，本发明的第二目的是提供一种不需要复杂和繁琐步骤的压力传感器制造方法。
通过以下结构能实现所述目的。
(1)一种压力传感器，包括用于检测由外力引起的变形的压力传感装置和由热塑性弹性体制成并覆盖压力传感装置外侧的传感器容纳体，其中通过热处理封闭传感器容纳体的至少一端部。
(2)根据(1)所述的压力传感器，其中所述压力传感装置包括发出由变形产生的输出信号的多个电极，以及电阻器设置部分，用于检测所述电极断路或短路的电阻器设置在电阻器设置部分，其中通过热处理将电阻器设置部分固定封闭在所述传感器容纳体的一端部。
(3)根据(2)所述的压力传感器，其中所述电阻器设置部分至少包括凹入部分、凸起部分和楔形部分其中之一，在封闭传感器容纳体端部时，所述部分用于增加电阻器设置部分的固定强度。
(4)根据(2)所述的压力传感器，其中所述传感器设置部分包括插入销子的插孔，以便增加与所述传感器容纳体的固定强度。
(5)根据(1)至(4)中任意一项所述的压力传感器，其中在所述压力传感装置至少一端用热塑性弹性体制成的罩覆盖，其中所述罩封闭传感器容纳体的端部。
(6)根据(1)至(5)中任意一项所述的压力传感器，其中所述传感器容纳体是用于压力传感装置的支撑装置，其与传感器安装和固定的一侧紧固，其中所述支撑装置包括中空部分，施加外力时，所述中空部分增强压力传感装置的变形，其中在支撑装置的至少一端部通过热处理封闭所述中空部分。
(7)根据(1)至(5)中任意一项所述的压力传感器，其中所述传感器容纳体包括支撑装置，它是用于覆盖压力传感装置的包覆装置，它将由包覆装置覆盖的压力传感装置结合在其中，并且它与安装和固定传感器的一侧紧固，其中支撑装置包括中空部分，施加外力时，所述中空部分增强压力传感装置的变形，其中在所述支撑装置至少一端部通过热处理封闭所述中空部分。
(8)根据(7)所述的压力传感器，其中支撑装置的所述至少一端部全部用热塑性弹性体制成的罩覆盖，其中在经受热处理时，所述罩封闭所述端部。
(9)根据(1)至(8)中任意一项所述的压力传感器，其中用氯化聚乙烯和压电陶瓷粉末的混合物形成的复合压电材料制成所述压力传感装置。
(10)一种压力传感器，包括用于检测由外力引起的变形的压力传感装置和覆盖所述压力传感装置外侧的传感器容纳体，其中润滑剂装入压力传感装置和传感器容纳体之间。
(11)根据(10)所述的压力传感器，其中通过热处理封闭所述传感器容纳体的至少一端部。
(12)一种物体检测系统，其包括如(1)至(11)中任意一项所述的压力传感器和用于根据所述压力传感器的输出信号判定物体接触的判断装置。
(13)根据(12)所述的物体检测系统，其中在支撑装置的一端部通过热处理固定封闭所述判断装置。
(14)一种开启及关闭系统，包括根据(12)或(13)所述的物体检测系统、用于驱动开启及关闭部分的驱动装置和用于控制所述驱动装置的控制装置，所述控制采用这样的方式，即，当开启及关闭部分受控关闭时判断装置判定物体与压力传感器接触，则停止开启及关闭部分的关闭操作或控制所述开启及关闭部分开启。
(15)一种压力传感器制造方法，所述压力传感器包括用于检测因外力引起的变形的压力传感装置和覆盖所述压力传感装置外侧的传感器容纳体，所述压力传感器制造方法包括使润滑剂附着于压力传感装置表面或传感器容纳体内表面至少其中之一上和将压力传感装置插入传感器容纳体内表面中的步骤。
(16)根据(15)所述的压力传感器制造方法，其中所述压力传感装置插入传感器容纳体后，通过热处理封闭传感器容纳体的至少一端部。
(17)根据(15)或(16)所述的压力传感器制造方法，其中硬脂酸锌或碳酸钙用作所述润滑剂。
图1是具有根据本发明的压力传感器的物体检测系统和开启及关闭系统的外视图；图2是沿图1中A-A线截取的剖视图，其示出物体检测系统和开启及关闭系统的结构；图3是示出压电传感器结构的横断面视图；图4是压电传感器的外视图；图5是物体检测系统和开启及关闭系统的结构图；图6是说明图，其示出物体进入窗框和窗玻璃之间从而夹入其中时形成的压力传感器状态；图7示出特征图表，分别描述来自滤波模块的输出信号、从判断装置输出的判断结果和施加给电动机的电压；图8示出说明图，其中分别是图8(a)描述在对压力传感器端部f实施密封处理前的状态，图8(b)描述通过垂直加热和加压实施密封的状态，和图8(c)描述通过水平加热和加压实施密封的状态；图9示出支撑装置的外视图，其中图9(a)是示出两端部都敞开的支撑装置的透视图，和图9(b)是支撑装置的透视图，其中传感器容纳孔形成在其一个端部，其中的中空部分在另一端闭合；图10是示出根据本发明第一示例的电阻器设置部分结构的剖视图；图11是剖视图，示出如图10所示的电阻器设置部分插入和热粘在支撑装置中的传感器容纳孔中的状态；图12是示出根据第二示例电阻器设置部分的结构的剖视图；图13示出描述根据第三示例的电阻器设置部分结构的图，其中图13(a)是电阻器设置部分的剖视图，和图13(b)是沿图13(a)中B-B线截取的横断面视图；图14示出描述图13中所示电阻器设置部分插入支撑装置中传感器容纳孔的状态的图，其中图14(a)是示出插入前状态的说明图，和图14(b)示出插入后电阻器设置部分与销固定的状态；
图15示出描述根据第四示例电阻器设置部分结构的图，其中图15(a)是电阻器设置部分的剖视图，和图15(b)是其侧视图；图16示出描述图15中所示电阻器设置部分插入支撑装置中传感器容纳孔的状态的图，其中图16(a)是示出插入前状态的说明图，和图16(b)是示出插入后状态的说明图；图17示出描述通过在支撑装置中的传感器容纳孔中填充热塑性弹性体而实施热封的状态的图，其中图17(a)是示出热封前状态的剖视图，和图17(b)是示出热封后状态的剖视图；图18示出描述通过用于热封的罩子覆盖电阻器设置部分的状态的图，使所述电阻器设置部分从支撑装置中的传感器容纳孔突出，其中图18(a)是示出安装罩子前状态的局部剖视图，图18(b)是示出安装罩子后状态的局部剖视图，和(c)示出进行热封后状态的局部剖视图；图19是图18中所示支撑装置的外部视图，其示出在它的另一端安装罩子的状态；图20示出描述一体挤压模塑的支撑装置和压电传感器并封闭其端部的状态的图，其中图20(a)是示出截断支撑装置的状态的外视图，图20(b)是示出切掉支撑装置端部的状态的外视图，图20(c)是示出处理压电传感器端部的状态的外视图，和图20(d)是示出用罩子覆盖压电传感器端部的状态的外视图；图21是示出电阻器设置部分侧上的密封结构的剖视图；图22是示出判断装置侧上的密封结构的剖视图；图23示出说明图，其描述罩子装配在形成于支撑装置端部的罩子安装余量上和然后与其热粘的状态，其中图23(a)是示出密封前状态的剖视图，和图23(b)是示出密封后状态的剖视图；图24是横断面视图，示出安装在没有用于增加传感器变化的中空部分的支撑装置中的压力传感器示例；图25是示出压力传感器整体结构的图，所述压力传感器构成具有图24中所示横断面结构的压力传感器的一种形式；图26是压电传感器的横断面视图，其中没有设置覆盖层和由此露出外部电极；图27示出描述图26中所示压电传感器结构的图，用覆盖装置包覆压电传感器形成所述结构，其中图27(a)是示出覆盖装置在两端部开口的剖视图，和图27(b)是示出覆盖装置在一端部闭合的剖视图；和图28示出说明图，描述一体挤压模塑的涂层装置和压电传感器并封闭其端部的状态，其中图28(a)是描述将表面形成覆盖装置的压电传感器截成预定长度的状态的剖视图，图28(b)是描述在压电传感器端部切开覆盖装置的状态的剖视图，图28(c)是描述处理压电传感器端部的状态的剖视图，和图28(d)是描述用罩子封闭所述端部的状态的剖视图。
值得注意的是在附图中，附图标记表示13窗框(开口)；15窗玻璃(开启及关闭部分)；17压力传感器；19判断装置；21驱动装置；23控制装置；25电动机；33、111压电传感器；34传感器容纳孔；35、36支撑装置；41中空部分；43侧壁部分；45中心电极；47外部电极；49复合压电材料层；51覆盖层；53电阻器设置部分；55断路检测电阻器；63判断模块；73控制模块；75开启及关闭开关；77物体；81导电罩；81b锁闭件(楔形部分)；83不规则部分；83a凸起部分；83b凹入部分；85，87绝缘树脂；89，91插入孔；93销子；95堵塞物；97、98、101、103、107、121、123罩子；113、115、117涂层装置；100物体检测系统；和150开启及关闭系统。
具体实施例方式
以下，将参照附图具体说明根据本发明的压力传感器、物体检测系统和开启及关闭系统、以及压力传感器制造方法的优选实施例。
图1是示出物体检测系统100的外视图的附图，所述物体检测系统具有根据本发明的压力传感器和开启及关闭系统150，如本发明的一个应用示例，它们用作汽车自动车窗系统的部件。图2是沿图1中A-A线截取的剖视图。值得注意的是在图2中，图的右手侧代表乘客室的内侧，反之其左手侧代表乘客室的外侧。
首先，所述实施例的物体检测系统100的基本结构如下。根据图1，附图标记11表示汽车的门，附图标记13表示作为开口的窗框，和附图标记15表示作为开启及关闭部分的窗玻璃。附图标记17表示压力传感器并沿窗框13端部的周边设置。附图标记19表示用于根据压力传感器17的输出信号判断物体与压力传感器17的接触的判断装置。
此外，所述实施例的开启及关闭系统150包括物体检测系统100、用于开启和关闭窗玻璃15的驱动装置21和用于控制驱动装置21的控制装置23。在此，驱动装置21包括电动机25、导线27、用于窗玻璃的支撑设备29、导轨13等，并构建为借助电动机25移动导线27，以便与导线27连接的支撑装置29沿导轨31竖直地上下移动，由此开启和关闭窗玻璃15。值得注意的是，驱动装置21不限于在其中使用导线27的一种，而是可以采用其它类型的驱动装置。此外，控制装置23和电动机25可以集成在单个单元中。
如图2中所示，所述实施例的压力传感器17具有作为压力传感装置的柔性压电传感器33和作为传感器容纳体的支撑装置35。支撑装置35设有可变形部分37，压电传感器33在位于靠近其最下部的传感器容纳孔34处结合其中，可变形部分37与窗框13固定。所述可变形部分37具有中空部分41和侧壁部分43。此外，包括可变形部分37的支撑装置35由热塑性弹性体(TPE)制成并具有比压电传感器33柔软的特性。值得注意的是，可变形部分37可以一体形成于设置在窗框13上的挡风雨条中。压力传感器17不仅可以构建为设置在开口侧，也可以设置在开启及关闭部分那侧。
图3是示出压电传感器33结构的横断面视图。压电传感器33由用作发出信号的电极的中心电极45、外部电极47、复合压电材料层49和覆盖层51构成，所述复合压电材料层49用氯化聚乙烯的橡胶弹性材料和压电陶瓷熔结粉末的混合物形成的复合压电材料制成，所述复合压电材料层49和覆盖层51同心层压由此形成如同电缆的形状，然后进行极化处理，如此构成的压电传感器33具有良好的柔软性并根据变形加速度产生输出信号。例如钛酸铅或钛酸锆酸铅、钛酸铋钠、铌酸钠和铌酸钾的无铅(leadless)压电陶瓷熔结粉末用作压电陶瓷。通过下列步骤制造压电传感器33。首先，通过碾压过程，氯化乙烯层和(40至70)体积％的压电陶瓷(在此是钛酸锆酸铅)均匀混合在一起形成层状形状。所述层精细切割成片状，此后，这些片与中心电极45一起连续挤出由此形成复合压电材料层49。随后，在复合压电材料层49周围卷绕外部电极47。同样以这种方式连续挤出覆盖层51由此包围外部电极47。最后，在中心电极45和外部电极47之间施加(5至10)kV/mm的直流高电压由此使复合压电材料层49极化。
将压电陶瓷粉末加入氯化乙烯时，优选将压电陶瓷粉末浸入钛偶联剂溶液然后预先干燥。通过这样处理，压电陶瓷粉末表面覆盖有包含在钛偶联剂中的亲水基和疏水基。亲水基防止压电陶瓷粉末凝结，疏水基增强氯化聚乙烯和压电陶瓷粉末之间的润湿特性。结果，能使压电陶瓷粉末以达到70体积％的最大值大量均匀加入氯化聚乙烯。已经发现，通过在碾压氯化聚乙烯和压电陶瓷粉末时加入钛偶联剂，替代将压电陶瓷粉末浸入钛偶联剂，能实现与前述类似的效果。因为在钛偶联剂中的浸渍处理是特别必须的所以这种处理很好。由此，在混合压电陶瓷粉末时，氯化聚乙烯也起到粘结剂树脂的作用。值得注意的是，非卤素材料例如热塑性弹性体可以用于替代氯化聚乙烯。
当常规金属单线导体例如铜导线或不锈钢导线或多股导线可以用作中心电极45，在此，采用金属线圈缠绕在绝缘聚合物纤维圆周的电极。市场上可购得的电热毯中的聚酯纤维和包含5重量％的银的铜合金优选用作绝缘聚合物纤维和金属线圈。
金属膜粘合到聚合物层上的带状电极用作外部电极47，使由此形成的外部电极47卷绕在复合压电材料层49的圆周上。然后，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)用作聚合物层，因为铝膜粘合在聚对苯二甲酸乙二醇酯上的电极具有在120℃时的高热稳定性且在商业上可大规模生产，优选所述电极用作外部电极47。在连接这种电极与判断装置19时，可以这样连接电极，例如通过压接或使用扣环。此外，可以是这样的结构，其中金属单线或金属编线卷绕在外部电极47的铝膜周围，由此在它们之间形成导电性，并将金属单线线圈或金属编线与判断装置19焊接。在此情况中，因为焊接成为可能，所以能提高工作效率。此外，可采用铜膜形成在PET层上的带状电极，其可以实现焊接。值得注意的是，外部电极47优选以部分重叠的方式卷绕在复合压电材料层49周围，以便屏蔽压电传感器免于外部环境的电噪音。
虽然氯化乙烯或聚乙烯可以用作覆盖层51，可以使用柔韧性和柔性良好的弹性材料例如合成橡胶和热塑性弹性体，以便利于压电传感器33在受物体挤压时变形。通过采用前述结构，压电传感器的最小曲率半径能降至5mm。值得注意的是，可以使支撑装置35兼用作覆盖层51，存在这种情况时，能实现构件和制造步骤的合理化。
如前所述，由于压电传感器的复合压电材料同时具有由氯化聚乙烯提供的柔性和由压电陶瓷提供的高温耐久性，因此能消除使用聚偏二氟乙烯作为压电材料的常规压电传感器中固有的高温时灵敏性下降，而且由于不仅高温时的耐久性良好而且在模塑时不需要在对例如EPDM的橡胶必须的硫化过程，因此能实现提高生产效率的优点。
图4是压电传感器33的外视图，电阻器设置部分53设置在压电传感器33的一端部，用于检测断路和短路的电阻器结合在所述电阻器设置部分53中。电阻器设置部分53的外径制成基本等于压电传感器33的覆盖层51的外径，所结合的电阻连接在中心电极45和外部电极47之间。电阻器兼作为放电模块，其释放由于热电效应在压电传感器33中产生的电荷，这实现构件的合理化。压电传感器33直接连接判断装置19，压电传感器33和判断装置19彼此形成一整体。此外，用于提供电源和输出检测信号的电缆57和连接器59与判断装置19相连。当在支撑装置35中设置压电传感器33时，在一端部形成其中结合电阻器的电阻器设置部分53，压电传感器33插入传感器容纳孔34。此后，压电传感器33和判断装置19彼此连接由此彼此形成一整体。作为选择，可以在电阻器设置部分53和判断装置19分别连接到压电传感器33端部之后，压电传感器33可插入支撑装置35中的传感器容纳孔34。
在此，压电传感器33插入时，采取在给至少压电传感器33或传感器容纳孔34使用润滑剂之后插入压电传感器33的方法。使用这种方法时，借助润滑剂的作用，压电传感器33能顺利插入传感器容纳孔34，由此能提高生产效率而不需要附加劳动时间和增加任何新设备。
换句话说，作为这种压力传感器的制造方法，仅需要顺序实施下列步骤，其中描述了以下步骤给至少压力传感装置表面或传感器容纳体内表面中之一使用润滑剂的步骤；将压力传感装置插入传感器容纳体内壁的步骤；和通过热处理封闭传感器容纳体的至少一个端部。
此外，可以用硬脂酸锌和碳酸钙作为润滑剂，其用作挤压模塑橡胶时的润滑剂和用于防止橡胶粘结的润滑剂。值得注意的是，润滑剂不限于上述的那些材料，而是可以在不损伤用于覆盖层和压电传感器的材料的范围内根据需要从适合材料中选择。
图5是根据所述实施例的物体检测系统和开启及关闭系统的结构图。判断装置19包括用于检测压力传感器17断路的分压电阻器61、用于仅允许来自压电传感器33的输出信号的预定频率成分通过的滤波模块62、用于根据来自滤波模块62的输出信号判定物体与压力传感器17的接触的判断模块63和用于根据断路检测电阻器55和分压电阻器61形成的电压值判定压电传感器33的中心电极45和外部电极47的断路异常的异常判断模块64。
此外，在判断装置19中彼此邻近地设置信号输入模块65和信号输出模块66，所述信号输入模块65将中心电极45和外部电极47连接至判断装置19并将来自压电传感器33的输出信号输入判断装置19，所述信号输出模块66输出来自判断装置63的判断信号。用于判断装置19的电源线和接地线也与信号输出模块66连接。而且，判断装置19具有例如电容器的旁路模块67，其设置在信号输入模块65和信号输出模块66之间用于分流高频信号。
构成判断装置19的各组成构件制成单独IC芯片，以便安装在电路板上，在电绝缘之后，整个电路板结合在圆筒形或箱形屏蔽外壳中。然后，屏蔽外壳电延续到压电传感器33的外部电极47，以及电源的接地线，压电传感器33和判断装置19一起屏蔽以便防止由强电场噪音引起的故障。通过在前述电路中给输入/输出模块增加直通电容器和EMI滤波器，可以实现应对强电场的另一个措施。
驱动装置21具有用于检测电动机25的旋转脉冲的霍尔元件(Hallelement)68。
控制装置23设置有用于根据来自霍尔元件68的输出信号检测窗玻璃15的上端位置的位置检测模块71；用于根据来自霍尔元件68的输出信号检测窗玻璃15的移动速度从而判定物体与窗玻璃15的接触的开启及关闭部分接触判断模块72；和用于根据来自判断装置19、位置检测模块71和开启及关闭部分接触判断模块72的输出信号来控制电动机25的控制模块73。
位置检测模块71计算和存储由霍尔元件68输出的脉冲信号由此检测当前窗玻璃15的上端位置。在此，如图1中所示，窗玻璃15的上端位置Y用距离窗框13最低点的高度表示。
开启及关闭部分接触判断模块72根据霍尔元件68输出的脉冲信号的脉冲间隔计算窗玻璃15的移动速度，它基于这样的事实根据，即物体开始与窗玻璃15接触时窗玻璃15的移动速度减速，如果由此计算的移动时间的每单位时间变量|ΔVW|变得大于预定值VW1，则判断物体与窗玻璃15开始接触，由此输出Lo->Hi->Lo的脉冲信号。在此，对于由此输出的脉冲信号，高电平信号组成判断信号。
此外，通知装置74和用于开启及关闭窗玻璃15的开启及关闭开关75与控制装置23连接，所述通知装置74借助设置在乘客室前面板上的预定光源或类似物通报判断装置19的判断结果，开启及关闭开关75包括设计为通过单触操作开启和关闭窗玻璃的单触发向上开关及单触发向下开关，和设计为通过手动操作开启和关闭窗玻璃15的手动向上开关及手动向下开关。然后，设置由车用电瓶构成的电源76，其通过判断装置19提供电力。
滤波模块62具有从来自压电传感器33的输出信号中去除由汽车车辆主体振动等产生的无用信号并提取在来自压电传感器33的输出信号中出现的特定频率成分的滤波特性。为确定滤波特性，只有汽车的车辆主体的振动特性和运行时产生的车辆主体的振动可能是不得不进行优化分析的。
随后，将说明通过物体检测系统检测物体与压力传感器17的接触时的基本操作。
图6示出物体77进入被夹入窗框和窗玻璃之间时形成的压力传感器17的状态。当物体77开始与压力传感器17接触时，物体77产生的压力施加给支撑装置35和压电传感器33。因为支撑装置35比压电传感器33具有更高的柔韧性，如图中所示，由于如此施加的压力，支撑装置35在物体77与其发生接触的点附近被压缩，侧壁部分43变形，同时，中空部分41收缩，因此压电传感器33在物体77与支撑装置35开始接触的点附近弯曲和变形。
当压电传感器33如此变形时，因为压电效应，根据变形加速度的输出信号从压电传感器33输出。如此从压电传感器33输出的输出信号然后通过滤波模块62进行滤波。虽然可能发生由汽车车辆主体振动引起的无用振动成分产生的输出信号出现在来自压电传感器33的输出信号中的情况，但是滤波模块62去除这些无用的信号。
在此，将根据图7说明判断模块63和控制模块73操作过程的示例。图7示出图示来自滤波模块62的输出信号V、判断装置19的判断输出J和向电动机25施加的电压Vm的特征图。在图7中，纵坐标轴从上开始分别表示V、J、Vm，横坐标轴表示时间t。开启及关闭开关75的单触发向上开关在时刻t1接通时，控制模块73给电动机25施加+Vd的电压由此控制窗玻璃15关闭。如果物体77如图6所示被夹入，由于压电效应，根据出现在压电传感器33上的变形加速度的信号从压电传感器33输出，促使根据压电传感器33变形加速度的信号从滤波模块62形成。随着这种情况出现，如果使压电传感器33仅设置在窗框13上，夹入发生时出现的压电传感器33变形会很小。然而，在此实施例中，如图2中所示，因为支撑装置35具有柔韧性且发生夹入时支撑装置35易于被压缩，压电传感器33的变形量增加。
由此，因为出现夹入时中空部分41也收缩，压电传感器33的变形量进一步增加。因此，实现压电传感器33的大量变形，作为变形量的二次微分值的加速度变大，作为其结果，压电传感器33的输出信号变大。如图7(b)所示，如果V离开V0的振幅|V-V0|大于D0，则判断模块63判断与物体接触的发生，在时刻t2输出脉冲信号Lo->Hi(判断信号)->Lo作为判断输出。
出现此判断信号，如图7(c)所示，控制模块73停止向电动机25施加电压+Vd并施加电压-Vd一段时期直到时刻t3以便使窗玻璃15下降一定量由此解除夹入或防止夹入发生。如果施加给压力传感器17的压力消除，从压电传感器33输出根据变形排除以恢复原始状态的加速度的信号(小于图7(a)中参考电位V0的信号成分)。
值得注意的是，当虽然压力传感器17变形时V变得大于或小于V0根据压电传感器33的弯曲方向和极化方向、电极的配置(使哪一个作为参考电位)和压电传感器33的支撑方向而改变，但是因为判断模块63根据V离开V0的振幅绝对值来判定夹入，无论V大于或小于V0都能判断夹入。
此外，因为根据是否产生变形或由此产生的变形是否消除以恢复原始状态，作为压力传感器17变形的结果从压电传感器33输出的输出信号具有不同极性，所以可以检测物体与压力传感器17的接触从接触的开始直到结束，由此例如在发生物体夹入时，能强制停止窗玻璃的操作，和在夹入消除后能恢复窗玻璃的操作。
接着，将说明压力传感器17端部上的密封处理。
所述实施例的支撑装置35由热塑性弹性体制成。热塑性弹性体是一种柔软合成树脂并在冷环境中具有象橡胶的弹性的聚合物材料，其组成是在树脂中分布的交联橡胶。因为热塑性弹性体在模塑时不需要硫化步骤，所以能提供实现良好生产效率的优点。提出例如石蜡(TPO)、苯乙烯(SBC)、氯乙烯(TPVC)、尿烷(TPU)、酯(TPEE)、氨基化合物(TPAE)等作为所述热塑性弹性体。
作为在支撑装置35中结合压电传感器33的方法，如上所述，有通过挤压模塑或模塑将支撑装置35制备成单一体和在后续步骤将压电传感器插入形成在支撑装置35中的传感器容纳孔34中的方法，以及同时将支撑装置35和压电传感器33挤压模塑的方法。
首先，将说明在使用前者方法制成的压力传感器端部上的密封处理。
为了完成密封处理，如图8所示，通过用增压夹具给支撑装置35端部加热和加压(热处理)，借助热塑性弹性体的热封来封闭支撑装置35的端部。即，通过从其封闭前的如图8(a)所示的状态开始，以如图(b)中所示的垂直方向或如图(c)中所示的水平方向，给所述端部加热同时给其加压，从而封闭传感器容纳孔和中空部分41。
加压方向根据设置压力传感器17的位置适当选择。此外，实际上不仅能通过给端部加压而且能通过给端部加压同时使其容纳在加热模具中，也能将端部修正为预期形状。封闭端部之后，优选不仅封闭传感器容纳孔34而且封闭中空部分41。因为通过用热封密封，压电传感器33被密封在支撑装置35内部，所以没有例如水滴的外界物质渗入支撑装置35内部的危险，因此使得可以防止由于水滴或类似物渗漏导致的故障和腐蚀发生。此外，可以防止灵敏度下降的问题发生，水滴渗入支撑装置35内部以致结冰时引起的压力传感器17难以弯曲或支撑装置35的故障导致上述问题。由此，因为压电传感器35的端部与支撑装置35固定，所以压电传感器33能没有任何松动地固定容纳在支撑装置35中的传感器容纳孔34中，因此使得可以消除在传感器端部的传感器灵敏度降低的危险。而且，在上述结构中，通过采用省去组成最外层的覆盖层51以致外部电极47暴露在外侧的结构，压力传感器17可以构建为插入传感器容纳孔34中。
因为通过对所述端部加热和加压对其进行热处理，能简易封闭支撑装置35的端部，在所述端部实施密封处理的工作效率能大大提高，因此与基本等效于注模和传递模塑的加工方法相比，能以低成本完成高效密封。此外，支撑装置35不限于制成如图9(a)中所示在其两端部都开口的支撑装置，而且可以是在其一端部传感器容纳孔34和中空部分41闭合的支撑装置。在后者的情况中，因为只有支撑装置35的一端需要封闭，所以完成密封处理同时能省去其一部分。
接着，以下将说明电阻器设置部分53的结构的示例，其中改善电阻器设置部分53的结构，以便在密封支撑装置35的端部时增加电阻器设置部分53的相对于支撑装置35的固定强度(参照图4)，电阻器设置部分53设置在压电传感器33的端部。
图10是示出电阻器设置部分53的结构的第一示例的剖视图。
压电传感器33构建为复合压电材料层49形成在中心电极45的表面上，外部电极47形成在复合压电材料层49的表面上由此覆盖所述表面，而且覆盖层51形成在外部电极47圆周周围，从压电传感器33端部部分地去除覆盖层51由此使那里的外部电极47露出。然后，以引线方向与传感器同轴的方式给断路检测电阻器55定位，定位在较靠近传感器的电阻器侧面上的引线56a与中心电极45连接。另一方面，定位在电阻器的相反一侧上的引线56b与圆筒形导电罩81的底部81a连接，所述圆筒形导电罩81具有可以实现所述罩与外部电极47在其端部的导电连续性的直径。通过例如焊接、铜焊和压接的适当连接方式，能完成引线56a与中心电极45之间的电连接和引线56b与导电罩81之间的电连接。
导电罩81由金属或类似物制成，具有阶梯状不规则部分83的绝缘树脂85沿传感器轴线方向与导电罩外表面固定。作为示例图示的不规则部分83是这样的，即多个朝导电罩81外侧径向突起的凸起部分83a和凹入部分83b沿导电罩81圆周方向形成。值得注意的是，如果不存在电阻器设置部分53固定到支撑装置35中后与其周围环境电接触的危险，可以将导电罩81本身制成在其外圆周面上具有不规则部分83，以替代制造绝缘树脂85。
根据如上构建的电阻器设置部分53，如图11所示，当压电传感器33插入传感器容纳孔34以便热封时，压电传感器33侧面上的不规则部分83与传感器容纳孔34咬合，由此确保防止压电传感器33在传感器容纳孔34中的轴向滑动或错位，因此压电传感器33能没有任何松动地设置在传感器容纳孔34中，由此使得可以增强传感器的灵敏性而且一旦物体与压电传感器33开始接触可以不减缓压电传感器33的变形加速度。
图12是图解电阻器设置部分53结构的第二示例的剖视图。在以下的说明中，对于与上述构件具有相同功能的相同构件给出相同附图标记，并且将省略其说明。
在这种结构的示例中，具有形成角度的不规则部分83的绝缘树脂87与导电罩81的外表面固定，所述不规则部分83沿传感器轴线方向径向膨胀和收缩。
此外，根据电阻器设置部分53的这种结构，压电传感器33侧面上的不规则部分83咬合到传感器容纳孔34中，因此可以确保防止压电传感器33在传感器容纳孔34中的轴向滑动或错位。此外，因为不规则部分83的形状简单，绝缘树脂87的加工变得简单。值得注意的是，不规则部分83不限于形成角度的一种，而是可以形成随着它沿传感器轴线方向朝其端部延伸而径向膨胀的锥形或随着它从径向膨胀部分朝其端部延伸而径向收缩的锥形，采用任何一种锥形也可以实现类似的优点。
图13(a)是图解电阻器设置部分53结构的第三示例的剖视图，图13(b)是沿图13(a)中B-B线截取的横断面视图。
在这种结构的示例中，插孔89设置为在导电罩81的部分外圆周面开口，由此固定销经如此设置的插孔89穿过导电罩81。根据如上所述构建的电阻器设置部分53，如图14(a)中所示，预先将插孔91设置为在支撑装置35中的传感器容纳孔34上的适当位置开口，由此固定销插入其中，插孔89、91彼此对齐，如图14(b)所示，由此销93插入插孔89、91，因此电阻器设置部分53与支撑装置35固定，压电传感器33能没有任何松动地设置在传感器容纳孔34中，由此提供与上述类似的优点。
值得注意的是，在支撑装置35侧面不设置插孔91时，压电传感器33插入传感器容纳孔34，以便可以使在其末梢端具有尖端的销穿透支撑装置35由此插入导电罩81的插孔91中。在这种结构中，能确保电阻器设置部分53与支撑装置35的固定更简单。
图15(a)是图解电阻器设置部分53结构的第四示例的剖视图和图15(b)是其侧视图。
在这种结构的示例中，防止错位锁件(楔形部)81b采用这样的方式设置在导电罩81上，即从作为近轴部的底部81侧面向外朝压电传感器33侧面突出由此形成楔形。在此，作为一个示例，在轴线方向切开导电罩81的部分圆周面作为锁件81b，由此从作为近轴端的底部81a侧向外拉出锁件81b，因此形成锁件81b。值得注意的是，虽然在此示例中设置一对上下锁件81b，也可以设置多于两个的锁件或单个锁件，由此设置的锁件可以构建成沿轴线方向展开的多重阶梯。
根据如上所述构建的电阻器设置部分53，如图16中所示，当压电传感器33插入支撑装置35中的传感器容纳孔34以便热封时，锁件81咬合到传感器容纳孔34中，由此确保防止压电传感器33在传感器容纳孔34中的轴向滑动或错位，因此能实现与上述类似的优点。
接着，将说明另一方法，其中电阻器设置部分53密封在支撑装置35中。
图17示出说明图，图解热塑性弹性体如何填入支撑装置中的传感器容纳孔中以便热封，其中图17(a)是图解热封前状态的剖视图，图17(b)是图解热封后的剖视图。
在此，如图17(a)中所示，当压电传感器33插入支撑装置35中的传感器容纳孔34中时，用热塑性弹性体制成的堵塞物95填充到支撑装置35中的传感器容纳孔34中用于阻塞传感器容纳孔34。在此情况下实施热封时，堵塞物95在支撑装置35端部没有任何间隙地阻塞传感器容纳孔34，如图17(b)所示，在支撑装置35中，传感器末梢端的电阻器设置部分53与堵塞物95和支撑装置35固定，由此通过简单操作，能以可靠方式将压电传感器33封入支撑装置35内部。
此外，存在以下方法作为另一种密封方法。
图18示出说明图，图解如何用热塑性弹性体制成的罩子封闭支撑装置的端部。
在如图18(a)所示电阻器设置部分53位于传感器容纳孔34中的情况下，安装罩97，其用热塑性弹性体制成并且其覆盖支撑装置35的整个端部，通过给罩97附近加热和加压(热处理)，在所述端部上实施热封，由此因为支撑装置35的传感器容纳孔34和中空部分41以可靠方式封闭并且其端部用罩97覆盖，粘结强度增强，由此耐久性提高。
此外，如图19中所示，通过以覆盖整个相应端部的方式在支撑装置35的另一端类似安装由热塑性弹性体制成的罩98，能封闭整个压力传感器。
接着，通过将支撑装置35和压电传感器33一起挤压模塑的方法完成压力传感器端部上的密封处理。
图20示出说明图，图解支撑装置和压电传感器一体挤压模塑以及封闭其端部的方法。
如图20中所示，截取支撑装置35的预定长度时，如下封闭其端部，所述支撑装置35在压电传感器34插入其中情况下连续模塑由此制造压力传感器。首先，切掉如图20(a)中所示截取的支撑装置35的端部，同时留下压电传感器33，如图20(b)所示，由此使压电传感器33从传感器容纳孔34突出。然后，如图20(c)所示，图4中所示的电阻器设置部分53和判断装置19安装在突出的压电传感器33端部，并通过罩101、103分别封闭所述端部，如图20(d)中所示。
在此，将通过分别示出沿图20(d)中的方向C截取的图21中的剖视图和沿方向D截取的图22中的剖视图，描述特殊密封结构。换句话说，图21是图解电阻器设置部分53侧上的密封结构的剖视图，反之图22是图解判断装置19侧上的密封结构的剖视图。
如图21中所示，在电阻器设置部分53那侧，电阻器设置部分53安装在被做成从支撑装置35突出的压电传感器33端部上，电阻器设置部分53的外侧和支撑装置35的整个端部用热塑性弹性体制成的罩101覆盖以便热封。
此外，如图22所示，在判断装置19那侧，形成在电路板上的判断装置19安装在被做成从支撑装置35突出的压电传感器33的端部，判断装置19的外侧和支撑装置35的整个端部用热塑性弹性体制成的罩103覆盖以便热封。
因为借助已在上面描述过的压电传感器端部的密封结构，能简单实施通过热处理在端部上的密封处理，所以简化了封闭端部的操作并因此能实现成本减少。
此外，如图20中所示，如果支撑装置35和压电传感器33一起挤压模塑，还能省去压电传感器33的覆盖层51(参照图3)。可以采用与上述类似的方式实施如此模塑的支撑装置35端部上的密封处理。除了这种方法，还有例如另一种方法，其中去除支撑装置35端部时，留下位于传感器容纳孔34周围的部分支撑装置35，由此构成罩安装余量105，由热塑性弹性体制成的罩107的内圆周部分装配在罩安装余量105上以便热封，由此能封闭支撑装置35的端部。另一方面，通过给支撑装置35的相应端部加热和加压(热处理)，在支撑装置35端部处热封支撑装置35中的中空部分14。通过使用具有小体积的罩107实施所述端部的密封处理，能减少材料，由此实现生产成本的降低。
前述的任何压力传感器17是这样的，即结合在具有中空部分41的支撑装置35中，所述中空部分41用于增加传感器的变形量。根据本发明的压力传感器的应用不受支撑装置的形式限制，本发明的压力传感器可以结合在不具有前述中空部分41的支撑装置中。具有这种结构的压力传感器的示例在剖视24中示出。图24中所示的压力传感器17是这样构建的，即压电传感器33结合在由热塑性弹性体制成并具有基本圆形横截面的支撑装置36的内部。图25是示出具有图24中所示横截面结构的压力传感器形式的整体结构的图，其中通过压电传感器33结合在由热塑性弹性体制成的管状支撑装置36中，构成所述压力传感器，电阻器设置部分53和判断装置19与该压电传感器33连接。关于支撑装置36端部的密封，有一种方法，其中选定如图中所示的袋状管用于热封。除此方法之外，还有适合采用的方法，包括选定罩子用于热封。
根据设有如上所述构建的支撑装置36的压力传感器17，通过以适当形式为了检测目的在期望位置安装压力传感器17，能实施期望的检测。由此，因为支撑部分36薄，由作用其上的拉伸、压缩、弯曲或扭转力引起的压电传感器33的变形衰减程度下降，变形加速度的检测灵敏性增加，因此使得可以实现具有高灵敏性的检测。此外，因为传感器直径小，因此传感器能制成小尺寸，尝试将传感器结合在其它构件中时，设置传感器的自由度和设计的自由度提高，由此根据本发明的压力传感器的应用范围扩大。
接着，作为本发明另一种形态的压力传感器，将描述只包覆压电传感器而不设置支撑装置的一种形态。
图26示出没有覆盖层并且露出外部电极47的压电传感器的横断面视图，图27示出图解用热塑性弹性体制成的包覆装置覆盖图26中所示压电传感器的结构的图。
通过将连接电阻器设置部分53和判断装置19的压电传感器111插入用作传感器容纳体的包覆装置113，构建如图27(a)所示的压力传感器，所述包覆装置113形成为在其两端部都开口的管状形状。通过以图中箭头所示方向热封包覆装置113的端部，封闭所述端部。
此外，通过将连接电阻器设置部分53和判断装置19的压电传感器111插入到在一端部闭合的管状包覆装置115中，构建如图27(b)中所示的压力传感器。通过如图中箭头所示的热封所述包覆装置113的一端部，封闭所述端部。在此情况中，因为仅需要封闭包覆装置113的一端，所以减少了密封操作。此外，关于在端部上的密封处理，除了没有任何附加处理的端部热封，也可以通过在端部上设置由热塑性弹性体制成的罩用于热封，从而封闭所述端部。
由此，通过使用最少所需数量的构件和借助热封封闭包覆装置端部来构建压力传感器，能获得低成本压力传感器，其防止例如水滴的外界物质渗入传感器内部。
接着，将通过提出例如压电传感器和包覆装置一体挤压模塑的情况的示例，说明具有压电传感器的压力传感器，用包覆装置覆盖在所述压电传感器表面上。
图28示出图解一种方法的说明图，在所述方法中包覆装置和压电传感器一体地挤压模塑，其端部封闭。
如图28(a)中所示，压电传感器111切成预定长度，在所述压电传感器111中，包覆装置117由热塑性弹性体通过挤压模塑形成于其表面上，如图28(b)中所示，切开在压电传感器111端部的包覆装置117，由此允许压电传感器111端部的外部电极露出。然后，如图28(c)所示，图4中示出的电阻器设置部分53和判断装置19安装在压电传感器117端部，随后例如图18(d)中所示分别用罩121、123封闭。
由此，所述压力传感器通过简单操作防止例如水滴的外界物质渗入传感器内部，其中在通过挤压模塑一体地制成包覆构件和压电传感器以及电阻器设置部分53和判断装置19安装在其上之后，封闭其端部。
前述根据本发明的压力传感器的应用不限于设置在汽车窗框中的压力传感器，而且所述压力传感器可以用于汽车车辆主体侧面的滑门、车辆主体顶棚中的电动遮阳篷顶、和车辆主体后面的电动舱门，或用于电动行李箱盖、提升门和货车的自动开闭门翼，并且能够提供与前述类似的优点。此外，本发明的压力传感器也能等效地不仅用于汽车而且用于铁路机动车或建筑物中的自动门。此外，本发明的压力传感器也能用于移动车辆例如自动导向车和汽车的保险杠传感器。
值得注意的是，各实施例的结构可以组合以便适于应用，关于压力传感装置插入传感器容纳体，在传感器容纳体的材料不限于热塑性弹性体而是可以使用其它材料的情况下，同样能实现类似的功能和效果。
虽然详细地并结合具体实施例对本发明进行描述，但是对所属领域技术人员显而易见的是，可以对其进行各种变化和改变而不脱离本发明的主旨和范围。
主体专利申请基于2003年1月24日提交的日本专利申请No.2003-016404，在此其全文引作参考。
工业实用性根据本发明，因为在其中容纳有压力传感装置的传感器容纳体用热塑性弹性体制成，通过热处理传感器容纳体能简易处理以封闭其端部，能提供压力传感器、物体检测系统和开启及关闭系统，其实现了端部上的密封处理效率提高以及以低成本制造。
此外，通过将压力传感装置插入传感器容纳体内表面，同时给至少压力传感装置的表面或传感器容纳体的内表面其中之一施加润滑剂，可以不需要复杂和繁琐的步骤来制造压力传感器。
权利要求
1.一种压力传感器，包括用于检测由外力引起的变形的压力传感装置和由热塑性弹性体制成并覆盖压力传感装置外侧的传感器容纳体，其中通过热处理封闭传感器容纳体的至少一个端部。
2.根据权利要求1所述的压力传感器，其中所述压力传感装置包括发出由变形产生的输出信号的多个电极，以及电阻器设置部分，用于检测所述电极断路或短路的电阻器设置在该电阻器设置部分，其中通过热处理将电阻器设置部分固定封闭在所述传感器容纳体的一个端部。
3.根据权利要求2所述的压力传感器，其中所述电阻器设置部分至少包括凹入部分、凸起部分和楔形部分其中之一，在封闭传感器容纳体端部时，所述部分用于增加电阻器设置部分的固定强度。
4.根据权利要求2所述的压力传感器，其中所述传感器设置部分包括插入销子的插孔，以便增加与所述传感器容纳体的固定强度。
5.根据权利要求1至4中任意一项所述的压力传感器，其中所述压力传感装置的至少一个端部用热塑性弹性体制成的罩覆盖，其中所述罩封闭传感器容纳体的端部。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的压力传感器，其中所述传感器容纳体是用于压力传感装置的支撑装置，该压力传感装置与传感器安装和固定的一侧紧固，其中所述支撑装置包括中空部分，施加外力时，所述中空部分增强压力传感装置的变形，其中所述中空部分在支撑装置的至少一个端部通过热处理而封闭。
7.根据权利要求1至5中任意一项所述的压力传感器，其中所述传感器容纳体包括支撑装置，该支撑装置是用于覆盖压力传感装置的包覆装置，它将由包覆装置覆盖的压力传感装置结合在其中，并且它与安装和固定传感器的一侧紧固，其中支撑装置包括中空部分，施加外力时，所述中空部分增强压力传感装置的变形，其中在所述支撑装置至少一个端部通过热处理封闭所述中空部分。
8.根据权利要求7所述的压力传感器，其中支撑装置的所述至少一个端部全部用热塑性弹性体制成的罩覆盖，其中在经受热处理时，所述罩封闭所述端部。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的压力传感器，其中用氯化聚乙烯和压电陶瓷粉末的混合物形成的复合压电材料制成所述压力传感装置。
10.一种压力传感器，包括用于检测由外力引起的变形的压力传感装置和覆盖所述压力传感装置外侧的传感器容纳体，其中润滑剂装入压力传感装置和传感器容纳体之间。
11.根据权利要求10所述的压力传感器，其中通过热处理封闭所述传感器容纳体的至少一个端部。
12.一种物体检测系统，其包括如权利要求1至11中任意一项所述的压力传感器和用于根据所述压力传感器的输出信号判定物体的接触的判断装置。
13.根据权利要求12所述的物体检测系统，其中所述判断装置通过在支撑装置的一个端部的热处理而固定封闭。
14.一种开启及关闭系统，包括根据权利要求12或13所述的物体检测系统、用于驱动开启及关闭部分的驱动装置和用于控制所述驱动装置的控制装置，使得当控制开启及关闭部分关闭时判断装置判定物体与压力传感器的接触，则停止开启及关闭部分的关闭操作或控制所述开启及关闭部分开启。
15.一种压力传感器制造方法，所述压力传感器包括用于检测因外力引起的变形的压力传感装置和覆盖所述压力传感装置外侧的传感器容纳体，所述压力传感器制造方法包括使润滑剂附着于压力传感装置表面或传感器容纳体内表面至少其中之一和将压力传感装置插入传感器容纳体内表面的步骤。
16.根据权利要求15所述的压力传感器制造方法，其中所述压力传感装置插入传感器容纳体后，通过热处理封闭传感器容纳体的至少一个端部。
17.根据权利要求15或16所述的压力传感器制造方法，其中硬脂酸锌或碳酸钙用作所述润滑剂。
全文摘要
提供了压力传感器、物体检测设备和开/关设备，及制造压力传感器的方法。该压力传感器成本低，用于密封传感器端部的过程的效率有所提高，该方法不需要复杂过程。在一示例中，压力传感器(17)具有用于检测由外力引起的变形的压力传感装置(压电传感器(33))和该压力传感装置结合在其中且由热塑性弹性体制成的传感器容纳体(支撑装置(35))，传感器容纳体的至少一个端部被热封。在另一示例中，压力传感器(17)具有用于检测由外力引起的变形的压力传感装置(压电传感器(33))和覆盖压力传感装置外侧的传感器容纳体(支撑装置(35))，润滑剂填充在压力传感装置和传感器容纳体之间。
文档编号G01L1/16GK1739011SQ20048000240
公开日2006年2月22日 申请日期2004年1月23日 优先权日2003年1月24日
发明者杉森透, 植田茂树, 荻野弘之 申请人:松下电器产业株式会社