JP2006064558A

JP2006064558A - 変位検出装置

Info

Publication number: JP2006064558A
Application number: JP2004248105A
Authority: JP
Inventors: Kiyohiro Fukaya; 清浩深谷
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2004-08-27
Filing date: 2004-08-27
Publication date: 2006-03-09

Abstract

【課題】ホールＩＣと磁石とが基準位置にあるとき両者の距離を常に一定に維持することにより、荷重測定を行う際の変位を正確に検出することが可能な変位検出装置を提供する。
【解決手段】相対変位する一方の部材と他方の部材との変位を検出する変位検出装置１００であって、ホールＩＣ２２および磁石２３のうち一方を備え、一方の部材に固定可能な第１部材２０と、ホールＩ２２Ｃおよび磁石２３のうち他方を備え、他方の部材と相対移動可能に連動変位する第２部材２１とを有し、第１部材２０と第２部材２１とが、その基準位置を再現可能であるとともに連動変位を許容するように連結部材２４によって連結してある。
【選択図】図３

Description

本発明は、一方の部材と他方の部材との相対変位を検出する変位検出装置に関する。より詳細には、本発明は、自動車等のシート等に使用され、着座者の荷重による可動アームと固定アームとの変位を検出可能な変位検出装置に関する。

自動車等の車両用シートに乗員が着座したときに、乗員からの荷重を検知することにより、シートベルトの保持機能やエアバッグの作動機能を適切に制御することが従来から行われている。そして、このような荷重の検知は、シートに取り付けられた変位センサによって行われている。

従来技術による変位センサとして、略円筒形の中空回転軸の内部空間に磁気回路を配置し、ホール素子を磁気回路に包囲された空間内であって回転軸の中心軸上に位置不変に配置した構成の変位センサがあった（例えば、特許文献１参照）。この変位センサは、回転軸の内部に磁気回転形成部材を配設することにより、回転軸と磁気回路形成部材との同心度を合わそうとするものである。

また、回転部材と非回転部材の一方に永久磁石を設け、他方に永久磁石の回転を非接触により検出するセンサ部を設けて、回転部材と一体回転を行う被検出物の変位をセンサ部により検出する非接触式変位センサもあった（例えば、特許文献２参照）。この非接触式変位センサは、回転部材を回転可能に軸支し、回転部材の一方の軸方向の動きを規制するハウジングと、回転部材の端部に複数箇所で当接し、回転部材の他方の軸方向の動きを規制するホルダーとを備えている。

その他、対象物の回転角を磁力変化に置き換えて非接触に検出するようにした非接触式回転角センサ（例えば、特許文献３参照）や、ホールＩＣの出力信号に基づいて、被検出物の回転角を検出する回転角検出装置（例えば、特許文献４参照）もあった。

特開２００２−２８６５０２号公報特開２００２−１５６２４５号公報特開２００１−１４１４１２号公報特開２００１−５９７０２号公報

上述した特許文献１〜４の変位センサは、検出部（ホールＩＣ）および磁石の一方を可動部に、他方を固定部にそれぞれ配置し、可動部が変位したときの変位量を検出するものである。

ところで、変位センサによって微少な変位を精度よく検出しようとする場合、ホールＩＣと磁石との基準位置における距離を常に一定に維持しておく必要がある。ところが、上述した特許文献１〜４の変位センサは、ホールＩＣおよび磁石をそれぞれ別々の部材（すなわち、可動部と固定部）に設けている関係で、ホールＩＣと磁石との基準位置における距離を一定に維持しておくことが困難であった。

従って、本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ホールＩＣと磁石とが基準位置にあるとき両者の距離を常に一定に維持することにより、荷重測定を行う際の変位を正確に検出することが可能な変位検出装置を提供する点にある。

本発明に係る変位検出装置の特徴構成は、相対変位する一方の部材と他方の部材との変位を検出する変位検出装置であって、ホールＩＣおよび磁石のうち一方を備え、前記一方の部材に固定可能な第１部材と、ホールＩＣおよび磁石のうち他方を備え、前記他方の部材と相対移動可能に連動変位する第２部材とを有し、前記第１部材と前記第２部材とが、その基準位置を再現可能であるとともに前記連動変位を許容するように連結部材によって連結してある点にある。

本構成の変位検出装置では、第１部材と第２部材とが連結部材によって連結してあり、一方の部材のみに第１部材を固定すればよい。このため、一方の部材と他方の部材との位置関係に拘わらず、ホールＩＣと磁石との基準位置における位置関係および距離が常に一定に維持される。そして、第２部材は他方の部材と相対移動可能に連動変位するので、一方の部材に対して他方の部材が変位したとき、第２部材に対して他方の部材の動きの全てが伝達されることがなく、必要な変位のみを伝えることができるから、荷重測定が安定し、より精度の高い変位の検出を行うことが可能となる。

本発明の変位検出装置においては、前記第２部材に、前記他方の部材と自由回動しつつ連動変位する連係部を備えていてもよい。

本構成の変位検出装置では、一方の部材に対して他方の部材が変位したとき、当該他方の部材に対して第２部材が自由回転可能である。このため、例えば、他方の部材が揺動動作を伴って変形し、この他方の部材に回転自在に第２部材が連係していれば、他方の部材の連係部の動きだけが第２部材に伝わり、例えば、他方の部材自身の変形が第２部材を回転させてしまうことがない。これにより、荷重測定が安定し、より精度の高い変位の検出を行うことが可能となる。

本発明の変位検出装置においては、前記連係部はピン部材であり、前記他方の部材が変位するときに前記ピン部材にかかる力の方向に沿って、前記ピン部材と、前記第２部材および前記連結部材の接続点とを同一直線上に位置させて回動規制手段を構成してもよい。

本構成の変位検出装置では、他方の部材に荷重がかかって変位が発生した場合であっても、連係部であるピン部材にかかる力の方向に沿って、ピン部材と、第２部材および連結部材の接続点とを同一直線上に位置させてあるため、ピン部材に作用する力によって第２部材に回転力が生じない。その結果、連係部をピン部材という簡単な構成としながらも、第２部材が回動して第１部材と第２部材との間に見かけの変位が生じることがなく、よって、一方の部材と他方の部材との変位量を正確に測定することができる。

本発明の変位検出装置においては、前記第２部材に、前記他方の部材と特定の直線方向に摺動しつつ連動変位する連係部を備えられていてもよい。

本構成の変位検出装置では、一方の部材に対して他方の部材が変位したとき、当該他方の部材に対して第２部材が特定の直線方向に摺動可能である。このため、例えば、他方の部材が揺動動作を伴って変形し、この他方の部材に特定の直線方向に摺動自在に第２部材が連係していれば、他方の部材の連係部の動きだけが第２部材に伝わり、例えば、他方の部材自身の変形が第２部材を回転させてしまうことがない。これにより、荷重測定が安定し、より精度の高い変位の検出を行うことが可能となる。

本発明の変位検出装置においては、前記連係部はピン部材であり、前記他方の部材に設けた切欠溝の内部で摺動自在であって、この切欠溝の内壁に当接し、かつ前記ピン部材が前記切欠溝の内部で回転不可能となる規制面を、前記ピン部材に少なくとも１つ設けて回動規制手段を構成してもよい。

本構成の変位検出装置では、他方の部材に荷重がかかって変位が発生した場合であっても、連係部であるピン部材は、他方の部材に設けた切欠溝の内部で摺動自在であって、この切欠溝の内壁に当接し、かつ切欠溝の内部で回転不可能となる規制面を少なくとも１つ有しているので、他方の部材の変位に起因する第２部材の回動を抑制することが可能となる。仮に、ピン部材と、第２部材および連結部材の接続点とが前記力の作用する方向に沿って同一直線上になく、前記力によって第２部材に回転モーメントが生じるような場合でも、前記規制面によって第２部材の回動が防止される。このように、第２部材が回動して第１部材と第２部材との間に見かけの変位が生じることがなく、よって、一方の部材と他方の部材との変位量を正確に測定することができる。

本発明の変位検出装置においては、前記第１部材に形成した、前記一方の部材に対する取付け部に、取付け位置の誤差を吸収可能な融通手段を備えていてもよい。

本構成の変位検出装置では、第１部材を一方の部材に取り付けるとき、第１部材の取付け部に設けた融通手段を用いて固定することができる。このため、第１部材を一方の部材に取り付ける位置を適宜調節することにより、一方の部材と他方の部材との取付け誤差が排除され、ホールＩＣと磁石との基準位置を正確に決めることができて、一方の部材と他方の部材との変位量を正確に測定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は以下の実施の形態および図面に記載される構成に限定されるものではない。

図１は、本発明の変位検出装置１００を車両用のシート１０に取り付けた状態を示している。シート１０は、着座部としてのシートクッション１０ａと、シートバック１０ｂとから構成され、車両のフロア１１にシートレール１２を介して設置される。シートレール１２は、シート１０側に設けたアッパーフレーム１３とスライド可能に係合されている。アッパーフレーム１３は、シート１０のクッションフレーム１４を支持している。そして、アッパーフレーム１３とクッションフレーム１４との間に変位検出装置１００が取り付けられる。

図２は、変位検出装置１００の斜視図である。この変位検出装置１００により、２つの部材（一方の部材と他方の部材）の相対的な変位を検出することができる。本実施形態では、例示的に、一方の部材を固定アーム１５とし、他方の部材を可動アーム１６とする。

図３は、変位検出装置１００の（ａ）正面図、および（ｂ）上面図である。変位検出装置１００は、第１部材２０と第２部材２１とを有している。第１部材２０は、ホールＩＣ２２および磁石２３のうち、例えばホールＩＣ２２を備えており、アッパーフレーム１３側に取り付けた固定アーム１５に固定可能に構成されている。ここで、第１部材２０の固定アーム１５への固定は、例えば、ネジ２５によって行われる。このとき、固定アーム１５に対する第１部材２０の取り付け位置が調節可能なように、第１部材２０の取付部３１に融通手段３１ａを設ける。例えば、取付部３１に設けたネジ挿入孔をネジ２５の外径に対して大径または長穴形状に形成しておく。第２部材２１は、ホールＩＣ２２および磁石２３のうち、例えば磁石２３を備えており、クッションフレーム１４側に取り付けた可動アーム１６と自由度を有して相対移動可能に連動変位できるように構成されている。

固定アーム１５と可動アーム１６とは、ねじれ軸心Ｘを有するトーションバー１７によって、シート１０の前後方向（矢印Ｐ方向）と直交する方向（矢印Ｑ方向）に連結されている。この構成によれば、荷重作用点Ａに作用するシート荷重により、トーションバー１７にねじれ変位が生じる。このねじれ変位が固定アーム１５側にある第１部材２０のホールＩＣ２２と、可動アーム１６側にある第２部材２１の磁石２３との変位となる。トーションバー１７のねじれ剛性率は、測定精度等を考慮して適宜設定される。

また、ホールＩＣ２２と磁石２３との相対変位は、ホールＩＣ２２が計測する磁石２３からの磁束密度の変化から検出される。このため、より精度の高い変位の検出を行うには、ホールＩＣ２２と磁石２３との基準位置における距離をできる限り正確に維持しておくことが必要である。

固定アーム１５側にある第１部材２０のホールＩＣ２２と、可動アーム１６側にある第２部材２１の磁石２３とは、上記Ｐ方向において前後に対向するように配置されている。このような前後方向の対向配置は、Ｑ方向に並べて配置する場合に比べて振動等の影響を受けにくい。つまり、ホールＩＣ２２と磁石２３とを前後方向に配置しておけば、可動アーム１６が荷重計測中にぶれたりしても、ホールＩＣ２２と磁石２３との距離の変動がほとんどないため、正確な測定を行うことができる

なお、本発明の変位検出装置１００は、このようなトーションバー１７によるねじれ変位を利用するものに限られず、種々の態様が可能である。例えば、固定アーム１５と可動アーム１６との間に荷重に比例して圧縮されるバネを設け、このバネの圧縮変位を利用するようにしてもよい。

本実施形態では、ホールＩＣ２２を備える第１部材２０と、磁石２３を備える第２部材２１とを連結部材２４によって連結し、ホールＩＣ２２と磁石２３とが正確な距離を隔てて設置できるようにしてある。また、この連結部材２４は、第１部材２０と第２部材２１とが、その基準位置（変位検出を実行するときの第１部材２０と第２部材２１との初期位置）を再現可能であるとともに第２部材２１の自由度を有した相対移動可能な連動変位を許容することができるように構成されている。

連結部材２４の具体的構成は、図３に示すように、第１部材２０と連結点Ｂ、Ｂ’で、第２部材２１と連結点Ｃ、Ｃ’でそれぞれ接続された２つのコの字型部材とすることができる。また、連結部材２４は、四隅の屈折部分を切欠くことで、図３（ａ）中の両矢印方向の変形を容易にすることができる。このような構成の連結部材２４であれば、第１部材２０と第２部材２１とを左右で均等に連結することができるので、第１部材２０と第２部材２１との良好な一体性を実現することができる。

このように、第１部材２０と第２部材２１とを一体化する連結部材２４を用いると、第１部材２０と第２部材２１との矢印Ｐ方向における基準位置および計測途中の位置関係が拘束される。このため、荷重測定が安定し、荷重測定において、より精度の高い変位の検出を行うことが可能となる。

また、連結部材２４は、弾性材料で構成することが好ましい。連結部材２４が弾性的に変形可能であれば、固定アーム１５と可動アーム１６とが変位する場合には弾性的に変形し、両者の変位が解消されれば、第２部材は第１部材に対して前記基準位置に戻ることができる。このように、弾性材料で構成した連結部材２４を用いると、変位に対処しながらホールＩＣ２２と磁石２３との基準位置での距離を一定に維持することができる。

なお、ホールＩＣ２２および磁石２３によって検出された変位は、例えば、電気信号として図示しないコンピュータ等の演算手段に送信され、この演算手段に格納された変位−荷重変換プログラム等によってシート荷重が求められる。

磁石２３を備える第２部材２１は、クッションフレーム１４側の可動アーム１６と連接し、この可動アーム１６の変位に追随可能な連係部３０を備えている。第２部材２１は、可動アーム１６に設けられた切欠溝１６ａに連係部３０を介して取り付けられる。この連係部３０は、第２部材２１が可動アーム１６と連動して変位することを可能にするための部材である。

本発明の変位検出装置１００では、固定アーム１５に対して可動アーム１６が変位したとき、当該可動アーム１６に対して第２部材２１が自由回転可能とすることができる。このため、例えば、可動アーム１６が揺動動作を伴って変形し、この可動アーム１６に回転自在に第２部材２１が連係していれば、可動アーム１６の連係部３０の動きだけが第２部材２１に伝わり、例えば、可動アーム１６自身の変形が第２部材２１を回転させてしまうことがない。

また、別の態様では、固定アーム１５に対して可動アーム１６が変位したとき、当該可動アーム１６に対して第２部材２１が特定の直線方向に摺動可能とすることができる。このため、例えば、可動アーム１６が揺動動作を伴って変形し、この可動アーム１６に特定の直線方向に摺動自在に第２部材２１が連係していれば、可動アーム１６の連係部３０の動きだけが第２部材２１に伝わり、例えば、可動アーム１６自身の変形が第２部材２１を回転させてしまうことがない。

このように、本発明の変位検出装置１００では、固定アーム１５に対して可動アーム１６が変位したとき、可動アーム１６の連係部３０の移動量のみを測定することができ、測定変位に関与しない可動アーム１６のその他の変位が第２部材２１に伝達されることがない。これにより、荷重測定が安定し、より精度の高い変位の検出を行うことが可能となる。

一方、連係部３０には、次のような問題も起こり得る。例えば、図３の変位検出装置１００では、可動アーム１６がトーションバー１７を中心として時計回り方向にねじれると、第２部材２１には連係部３０を介して反時計回り方向に回動する力が作用する。そうすると、第２部材２１に備えられた磁石２３は、実際の可動アーム１６の変位を反映することができなくなり、測定誤差が生じることとなる。このような測定誤差の発生を防止するために、連係部３０に、第２部材２１の回動を規制する回動規制手段を設けることが有効である。

連係部３０は、可動アーム１６に設けられた切欠溝１６ａをスライド移動するが、このとき、第２部材２１が容易に回転すると、磁石２３がホールＩＣ２２に対して可動アーム１６の変位方向とは反対方向にずれることとなる。そこで、連係部３０の回転を回動規制手段により抑制すれば、可動アーム１６が変位する際の第２部材２１の回動を抑制することができる。つまり、第２部材２１が回動して第１部材２０と第２部材２１との間に見かけの変位が生じることがないので、測定誤差の少ない変位検出装置１００を得ることができる。回動規制手段２２の具体的構成としては、例えば、次のようなものがある。

一つは、図４（ａ）に示すように、上記連係部３０をピン部材３０ａとし、可動アーム１６が変位するときにピン部材３０ａにかかる力の方向に沿って、ピン部材３０ａと、第２部材２１および連結部材２４の接続点Ｃ、Ｃ’とを同一直線Ｌ上に位置させることによって、回動規制手段を構成したものである。ピン部材３０ａをこのような位置関係に配置すれば、可動アーム１６からピン部材３０ａに外力が作用するときでも第２部材２１に回転力は生じない。その結果、可動アーム１６の変位がそのままホールＩＣ２２と磁石２３との変位として表われ、変位検出装置１００を測定誤差の少ないものにすることができる。なお、ピン部材３０ａが可動アーム１６に設けられた切欠溝１６ａを円滑にスライドできるように、ピン部材３０ａの表面または切欠溝１６ａの表面、あるいはその双方をテフロン（登録商標）コーティング等により表面処理しておくことが好ましい。

回動規制手段の別の構成は、図４（ｂ）に示すように、上記連係部３０をピン部材３０ａとし、可動アーム１６に設けた切欠溝１６ａの内部で摺動自在であって、この切欠溝１６ａの内壁に当接し、かつピン部材３０ａが切欠溝１６ａの内部で回転不可能となる規制面３０ｂを少なくとも１つ設けて構成したものである。規制面３０ｂは、切欠溝１６ａの内壁に面当接するものに限られず、複数の点当接による架空の面であってもよい。規制面３０ｂと切欠溝１６ａの内壁との隙間の大きさは、ピン部材３０ａが切欠溝１６ａに沿ってスライド可能であるが、可動アーム１６の時計回り方向の回転力の作用によってピン部材３０ａが反時計回りに回動しない程度にする必要がある。このように構成すれば、可動アーム１６の回転によって第２部材２１が回動することが抑制されるので、可動アーム１６の変位がそのままホールＩＣ２２と磁石２３との変位として表われ、変位検出装置１００を測定誤差の少ないものにすることができる。なお、この場合においても、ピン部材３０ａが可動アーム１６に設けられた切欠溝１６ａを円滑にスライドできるように、ピン部材３０ａの規制面３０ｂまたは切欠溝１６ａの表面、あるいはその双方をテフロン（登録商標）コーティング等により表面処理しておくことが好ましい。

＜別実施形態＞
本発明の変位検出装置１００では、連結部材２４を、図５の変形例に示すように、単一部材で構成することも可能である。図５に例示する連結部材２４は、第１部材２０と連結点Ｂ”で、第２部材２１と連結点Ｃ”でそれぞれ接続された１つの円錐形状部材で構成されている。このような構成によっても基準位置を正確に設定できる測定精度の良い変位検出装置を得ることができる。また、連結部材２４の構造が比較的簡単なので、変位検出装置１００の製造効率が向上し、製造コストを削減することができる。なお、図５の連結部材２４は、ホールＩＣ２２と磁石２３との変位検知空間にまたがって位置しているが、連結部材２４が磁石２３から発生する磁束に影響を及ぼさない物質で構成されていれば、このような構成も可能である。言い換えると、連結部材２４は、磁石２３の磁束に影響を及ぼさない材料および構造であれば、形状、材質等を自由に選択し、適切に設計することができる。

本発明の変位検出装置は、自動車等の車両のシートにおけるシート荷重の検知に用いる他、アクセルペダルの踏み代の検知、サンルーフ装置やパワーウィンドの開閉状態の検知等に応用することも可能である。また、自動車以外の種々の分野においても、本発明の変位検出装置を応用することが可能である。

本発明の変位検出装置を車両用のシートに取り付けた状態を示す図本発明の変位検出装置の斜視図本発明の変位検出装置の（ａ）正面図、および（ｂ）上面図回動規制手段の例を示す図連結部材を単一部材で構成した本発明の変位検出装置の変形例を示す図

符号の説明

１５固定アーム
１６可動アーム
１７トーションバー
２０第１部材
２１第２部材
２２ホールＩＣ
２３磁石
２４連結部材
２５ネジ
３０連係部
３１取付部
１００変位検出装置

Claims

相対変位する一方の部材と他方の部材との変位を検出する変位検出装置であって、
ホールＩＣおよび磁石のうち一方を備え、前記一方の部材に固定可能な第１部材と、
ホールＩＣおよび磁石のうち他方を備え、前記他方の部材と相対移動可能に連動変位する第２部材とを有し、
前記第１部材と前記第２部材とが、その基準位置を再現可能であるとともに前記連動変位を許容するように連結部材によって連結してある変位検出装置。
前記第２部材に、前記他方の部材と自由回動しつつ連動変位する連係部を備えた請求項１に記載の変位検出装置。
前記連係部はピン部材であり、前記他方の部材が変位するときに前記ピン部材にかかる力の方向に沿って、前記ピン部材と、前記第２部材および前記連結部材の接続点とを同一直線上に位置させて回動規制手段を構成してある請求項２に記載の変位検出装置。
前記第２部材に、前記他方の部材と特定の直線方向に摺動しつつ連動変位する連係部を備えた請求項１に記載の変位検出装置。
前記連係部はピン部材であり、前記他方の部材に設けた切欠溝の内部で摺動自在であって、この切欠溝の内壁に当接し、かつ前記ピン部材が前記切欠溝の内部で回転不可能となる規制面を、前記ピン部材に少なくとも１つ設けて回動規制手段を構成してある請求項４に記載の変位検出装置。
前記第１部材に形成した、前記一方の部材に対する取付け部に、取付け位置の誤差を吸収可能な融通手段を備えた請求項１〜５の何れか一項に記載の変位検出装置。