JP4250031B2 - 座席構造及び荷重検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は荷重検出可能な座席構造及び荷重検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車のエアバックは、例えば、乗員が子供の場合には、開くことによって円滑な呼吸を阻害するおそれがあることが指摘されている。また、助手席にチャイルドシートが後ろ向きに取り付けられている場合には、エアバックが展開した際にチャイルドシートを後方に押し付け、チャイルドシートに着座している子供に衝撃を与えるおそれがあることが指摘されている。このようなことから、座席に着座する人の体重を検知して、大人と子供の区別ないしは体格の大きな人と小さな人の区別をし、エアバックの展開制御や座席の姿勢調整等を行う技術が知られている。
例えば、特許文献１には、センサブロックと歪みゲージの組み合わせからなる荷重検出装置を、座部を支持するガイドレール下部に装着する構成が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００３−２５８９０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の荷重検出装置は、特許文献１に開示されているように、ガイドレール下部に装着するため、シートのスライドアジャスタなどの取り付け位置を調整したりする必要があるなど、荷重検出装置を設けるには、座席構造全体の設計変更を余儀なくされる。これは、自動車などに用いられる通常のシートが、１０ｃｍ程度の厚みを備えたウレタンフォームからなるクッション材を、シートフレーム上に載置した構成であるため、荷重を検出するには、その下部に配置せざるを得ないことによる。
【０００５】
一方、本出願人は、例えば、座部のクッション材の後部を、トーションバーを介して弾性的に支持し、それにより、着座時と非着座時とで張力が異なり、かつ、振動吸収特性、衝撃吸収特性、体圧分散性、姿勢支持性などを改善した座席構造を提案している。かかる座席構造においては、座部後方に配設されるトーションバーに連結される支持フレームによってクッション材の後部が支持されているため、人が着座した際には、トーションバーのねじれが生じ、支持フレームが前倒方向に回動する。従って、かかる座席構造にトーションバーのねじれや、あるいは支持フレームの回動角度を検出する変位検出機構を設ければ、上記振動吸収特性や衝撃吸収特性などを発揮するために必要な座席構造の基本設計を変更することなく、かつスライドアジャスタやリクライニング機構などの付設機構の設計にも影響を与えることなく、荷重検出が可能となる。
【０００６】
本発明は上記した点に鑑みなされたものであり、座席構造として、クッション材を弾性的に支持する弾性支持機構としてトーションバーを用いた構成とすることにより、変位検出機構を容易に取り付けることができ、極めて簡易な構成で荷重検出を行うことができる座席構造及び荷重検出装置を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するため、請求項１記載の本発明では、弾性支持機構を介して座部に張設されるクッション材を備えた座席構造であって、
前記弾性支持機構が、座部後方に配設されるトーションバーと、該トーションバーに連結され、常態において後倒方向に付勢される支持フレームとを備えて構成され、
前記クッション材が、前記支持フレームに支持されて前記トーションバーの弾性力により張設されており、
かつ、前記クッション材に荷重が付加された際に、前記弾性支持機構の変位を検出する変位検出機構を備え、該変位検出機構によって検出した変位信号からクッション材に付加された荷重を検出可能であることを特徴とする座席構造を提供する。
請求項２記載の本発明では、前記支持フレームが、前記トーションバーに連結されるアームを介して支持されていることを特徴とする請求項１記載の座席構造を提供する。
請求項３記載の本発明では、前記変位検出機構が、前記トーションバーに取り付けられる歪みゲージを備えてなり、該歪みゲージによりトーションバーのねじり量を測定する構成であることを特徴とする請求項１記載の座席構造を提供する。
請求項４記載の本発明では、前記変位検出機構が、前記トーションバーの可動側端部に連結される角度センサを備えてなり、該角度センサによりトーションバーのねじり角度を測定する構成であることを特徴とする請求項１記載の座席構造を提供する。
請求項５記載の本発明では、前記変位検出機構が、磁石と、該磁石の磁束密度によって出力特性が変化する磁気センサとの組み合わせからなり、一方が前記アーム部材に設けられ、他方が座部を形成するフレーム材に設けられるものであることを特徴とする請求項１記載の座席構造を提供する。
請求項６記載の本発明では、前記磁気センサがホールＩＣであることを特徴とする請求項５記載の座席構造を提供する。
請求項７記載の本発明では、座部後方に配設されるトーションバーと、該トーションバーに連結され、常態において後倒方向に付勢される支持フレームとを備え、クッション材が、前記支持フレームに支持されて前記トーションバーの弾性力により張設されて構成される座席構造に設けられる荷重検出装置であって、
前記クッション材に荷重が付加された際に、前記弾性支持機構の変位を検出する変位検出機構を備え、該変位検出機構によって検出した変位信号からクッション材に付加された荷重を検出する構成であることを特徴とする荷重検出装置を提供する。
請求項８記載の本発明では、前記変位検出機構が、前記トーションバーに取り付けられる歪みゲージを備えてなり、該歪みゲージによりトーションバーのねじり量を測定する構成であることを特徴とする請求項７記載の荷重検出装置を提供する。
請求項９記載の本発明では、前記変位検出機構が、前記トーションバーの可動側端部に連結される角度センサを備えてなり、該角度センサによりトーションバーのねじり角度を測定する構成であることを特徴とする請求項７記載の荷重検出装置を提供する。
請求項１０記載の本発明では、前記変位検出機構が、磁石と、該磁石の磁束密度によって出力特性が変化する磁気センサとの組み合わせからなり、一方が前記トーションバーに連結されるアーム部材に設けられ、他方が座部を形成するフレーム材に設けられるものであることを特徴とする請求項７記載の荷重検出装置を提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示した実施形態に基づいて本発明を更に詳しく説明する。図１及び図２は、本発明の第１の実施形態に係る座席構造の主要部を示す図である。これらの図に示したように、本実施形態の座席構造を構成する座部（シートクッション部）１０は、ブラケット１１、トーションバー１２、アーム１３、支持フレーム１４、クッション材１５、歪みゲージ２０等を有して構成される。
【０００９】
ブラケット１１は、座部１０の後方に横方向（幅方向）に配置される後部フレーム１０ａに対し、離間させて２つ固定配設されている。トーションバー１２は、一方のブラケット１１に一端部（固定端）が嵌め合わせられ、座部１０の幅方向に沿って支持されている。トーションバー１２は、その他端部（可動端）が他方のブラケット１１に回転可能に支持されるため、該トーションバー１２は、可動端側がねじられることにより所定のバネ特性を発揮する。
【００１０】
アーム１３は、トーションバー１２の各端部付近に設けられる。トーションバー１２の固定端側に配置される一方のアーム１３は、その基端部がトーションバー１２に対し回動自由に配設され、トーションバー１２の可動端側に配置される他方のアーム１３は、その基端部がトーションバー１２に直接連結されて、そのねじりトルクにより、後倒方向（図２参照）に付勢されている。
【００１１】
各アーム１３の下端部１３ａ間には、支持フレーム１４が座部１０の幅方向に沿って配設されている。クッション材１５は、この支持フレーム１４に後部１５ａが支持され、前部１５ｂが、座部１０の前方付近に配置された任意のフレーム部材（なお、本明細書において、「任意のフレーム部材」とは、サイドフレーム、後部フレーム等の座部（シートクッション部）の基本形状を形成するパイプ状部材や板状部材はもとより、これらのパイプ状部材等に付設される軸部材、金具、リング等をも含む中のいずれかの部材という意味である）に固定されることにより、座部１０の前後方向に張設される。
【００１２】
ここで、上記したトーションバー１２、アーム１３及び支持フレーム１４によりクッション材１５を弾性的に支持する弾性支持機構が構成されるが、本実施形態においては、上記のように、後部フレーム１０ａに対して上方に突出するように設けたブラケット１１にトーションバー１２を支持させ、アーム１３は、基端部を該トーションバー１２に連結して下向きに配置し、該アーム１３の下端部１３ａにクッション材１５を支持する支持フレーム１４を設けている。このため、図２に示したように、上側に位置するトーションバー１２を中心としてアーム１３の下端側及び支持フレーム１４が前後に回動する構成である。しかしながら、トーションバー１２によって回動可能に支持されるアーム１３及び支持フレーム１４の取り付け位置関係はこれに限定されるものではなく、例えば、ブラケット１１を後部フレーム１０ａに対して下方に突出させ、トーションバー１２が下側に、アーム１３及び支持フレーム１４が上側に位置するように設けることもできる。
【００１３】
クッション材１５としては、二次元のネット材、薄型のウレタン材、あるいは立体編物等を用いることができる。いずれにしても、アーム１３及び支持フレーム１４を介してトーションバー１２によって弾性的に支持可能なものであればよい。なお、立体編物とは、例えば、ダブルラッセル編機等を用いて形成され、所定間隔をおいて位置する一対のグランド編地間に連結糸を往復させて編成されたものであり、かかる立体編物を張力構造体として構成することにより、薄型でも必要なクッション性を十分発揮できる。また、トーションバー１２に連結された支持フレーム１４に支持されるクッション材１５の下部又は上部に、必要に応じて他のクッション層を設けることは任意である。
【００１４】
本実施形態の変位検出機構は、歪みゲージ２０から構成される。歪みゲージ２０は、トーションバー１２に取り付けられ、クッション材１５に付加される荷重によって該トーションバー１２がねじられるとねじり量に比例して歪む。従って、歪み量と荷重との相関により、荷重を検出することができる。歪みゲージ２０から出力される電気信号は、例えば、歪み量から荷重に換算する演算プログラムを内蔵したマイクロコンピュータ（図示せず）を介して、エアバックなどの制御部に送られ、それにより、所定の閾値を基準として、例えば、閾値を超える場合には大人あるいは体格の大きな人と判断し、閾値を下回る場合には子供あるいは体格な小さな人と判断して、エアバックの展開制御を行うことができる。もちろん、制御対象となる機構はエアバックの制御機構に限定されるものではなく、座席位置の調整機構やシートベルトのプリテンション機構などに歪みゲージ２０の電気信号を送信し制御することもできる。
【００１５】
本実施形態によれば、クッション材１５が、トーションバー１２にアーム１３を介して連結された支持フレーム１４によって弾性的に支持されている。従って、人が着座した際にはクッション材１５は沈み込み、それに伴って、アーム１３及び支持フレーム１４が前倒し、トーションバー１２がねじられる。このため、トーションバー１２に歪みゲージ２０から構成される変位検出機構を設けるという極めて簡易な構成で荷重検出装置を構成することができる。
【００１６】
図３〜図５は、本発明の第２の実施形態に係る座席構造の主要部を示す図である。本実施形態においては、荷重検出装置を構成する変位検出機構として、第１の実施形態の歪みゲージ２０に代えて角度センサ３０を用いている。角度センサ３０は、図５に示したように、先端３１がブッシュ３２を介してトーションバー１２の可動側端部に連結固定される。その他の構成は、上記第１の実施形態と同じである。
【００１７】
本実施形態によれば、人が着座することによってクッション材１５が沈み込むと、アーム１３及び支持フレーム１４が前倒し、トーションバー１２がねじられる。トーションバー１２が所定角度ねじられるとそのねじり角が角度センサ３０に伝達される。この結果、角度センサ３０により検出されるねじり角と荷重との相関により、荷重を検出することができる。
【００１８】
図６〜図８は、本発明の第３の実施形態に係る座席構造の主要部を示す図である。本実施形態では、荷重検出装置を構成する変位検出機構として、磁気センサとしてのホールＩＣ４０と磁石４５との組み合わせからなるものを用いている。その他の構成は上記した第１及び第２の実施形態と同様である。
【００１９】
本実施形態においては、ホールＩＣ４０は、図７及び図８に示したように、ホールＩＣ固定用ブラケット４１に略円弧状に３つほぼ等間隔で配置し、該ホールＩＣ固定用ブラケット４１を後部フレーム１０ａに固定されたブラケット１１の側面に固定している。一方、磁石４５は、アーム１３の側面に固定され、ホールＩＣ固定用ブラケット４１と対向するように設けられる。アーム１３は、人が着座することによってクッション材１５が沈み込むと前倒方向に回動する。従って、回動量が変化すると、磁石４５の磁界が作用する略円弧状に配置された３つのホールＩＣ４０のそれぞれの出力電圧が、磁束密度の変化に応じて変化する。このことを利用し、各ホールＩＣ４０の出力電圧の変動とアーム４５の回動角度との相関と、アーム４５の回動角度と荷重との相関とを規定し、これを上記実施形態と同様にマイクロコンピュータなどに設定しておくことにより、クッション材１５上に着座した人の荷重を検知できる。
【００２０】
なお、本実施形態においては、ブラケット１１の側面にホールＩＣ固定用ブラケット４１を設けると共に、アーム１３の側面に磁石４５を配置している。このように設けた場合、アーム１３の回動に伴って、磁石４５に対するホールＩＣ用ブラケット４１の対向部がずれていく。このようなずれが生じると、ホールＩＣ４０を仮に１つしか設けていない場合には、ホールＩＣ４０は指向性が高いため、磁界検知が困難となる場合もある。従って、本実施形態のように、アーム１３の側面に磁石４５を固定する場合には、ブラケット１１の側面に固定するホールＩＣ用ブラケット４１に、アーム１３（磁石４５）の回動範囲に対応して、複数個のホールＩＣ４０を略円弧状に設けることが好ましい。
【００２１】
図９〜図１１は、本発明の第４の実施形態に係る座席構造の主要部を示す図である。本実施形態においては、変位検出機構としてホールＩＣ５０と磁石５５との組み合わせからなるものを用いている点で上記第３の実施形態と同様である。但し、本実施形態においては、ホールＩＣ固定用ブラケット５１に１つのホールＩＣ５０を内蔵させたものを用いている。
【００２２】
上記したようにホールＩＣ５０は指向性が高いことから、ホールＩＣ５０と磁石５５との位置関係は、アーム１３が回動してもほぼ正対しているように取り付ける必要がある。そこで、本実施形態においては、後部フレーム１０ａのブラケット１１に対して内側に突出し、アーム１３に対向するようにホールＩＣ固定用ブラケット５１を取り付けている。そして、磁石５５は、後部フレーム１０ａに対向する面となるアーム１３の前面板に取り付けている。この結果、図１０に示したように、ホールＩＣ用ブラケット５１に内蔵されるホールＩＣ５０が一つであっても、アーム１３の回動範囲においてほぼ正対した状態で磁石５５が離接する。クッション材１５に人が着座することによって磁石５５のホールＩＣ５０に対する距離が変化すると、ホールＩＣ５０の出力電圧が変化することになるため、該出力電圧とアーム１３の回動角度との相関から、上記第３の実施形態と同様に人の荷重を検知することができる。
【００２３】
図１２〜図１４は、本発明の第５の実施形態に係る座席構造の主要部を示す図である。本実施形態においても、変位検出機構としてホールＩＣ６０と磁石６５との組み合わせからなるものを用いている点で上記第３及び第４の各実施形態と同様である。
【００２４】
本実施形態においては、ホールＩＣ固定用ブラケット６１を略Ｌ字状に形成し、後部フレーム１０ａに突設したブラケット１１の内側に屈曲端部がアーム１３に対向するように固定し、ホールＩＣ６０は該屈曲端部付近に内蔵させている。磁石６５は、アーム１３の一方の側面の内側に固定し、該ホールＩＣ６０と対向させている。本実施形態においても、図１３に示したように、人の着座によりアーム１３が回動するとホールＩＣ６０により検出される磁石６５の磁束密度が変化するため、ホールＩＣ６０の出力電圧が変化し、上記各実施形態と同様に荷重を検出することができる。なお、本実施形態においては、ホールＩＣ６０を１つしか内蔵していないため、アーム１３の回動によって磁石６５との位置関係がずれる。もちろん、かかる構成でも、ホールＩＣ６０から位置関係がずれることによって変化する出力電圧を取得できる限り問題ないが、ホールＩＣ６０の指向性を考慮して、上記第３の実施形態と同様にホールＩＣ固定用ブラケット６１内にホールＩＣ６０をアーム１３の軌道に沿って複数個略円弧状に配置したり、第４の実施形態と同様に、アーム１３の前面板に磁石６５を配置して、ホールＩＣ６０の検知面をこれに正対させて設けた構造とすることもできる。
【００２５】
また、図１２〜図１４に示した第５の実施形態では、上記したように、ホールＩＣ固定用ブラケット６１を略Ｌ字状に形成し、その屈曲端部をアーム１３に対向させている。従って、図１５（ａ）〜（ｅ）に示したように、屈曲端部に配置されるホールＩＣ６０を挟んで対面するアーム１３の各側面に一対の磁石６６，６７を対向して配置する構成として、ホールＩＣ６０に作用する磁界を強くし、感度を上げることもできる。この場合、図１５（ａ）〜（ｅ）に示したように、磁石６６，６７の配置構造としては種々の組み合わせが考えられ、同極を対向させたり（図１５（ａ），（ｄ）参照）、異極を対向させたり（図１５（ｂ），（ｃ），（ｅ）参照）して設けることができる。また、各磁石６６，６７の異極同士を隣接させて、それぞれホールＩＣ６０に対して２つの磁極が対向可能な構成としたり（図１５（ｃ），（ｄ）参照）、さらに、多くの磁極をホールＩＣ６０に対して対向可能な構成としたり（図１５（ｅ）参照）することもできる。もちろん、これらの組み合わせはあくまで例示であり、限定されるものではなく、ホールＩＣ６０の出力特性を考慮して種々の組み合わせで設けることができる。また、この場合においても、ホールＩＣ６０を複数個設けるなどして出力特性を調整することも可能である。
【００２６】
なお、上記した第３から第５の実施形態では、いずれも磁気センサとしてホールＩＣを用いているが、磁気抵抗素子などの他の磁気センサを用いることも可能である。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の座席構造は、クッション材を弾性的に支持する弾性支持機構としてトーションバーを具備し、このトーションバーによって回動するアーム及び支持フレームを備えている。従って、着座により変位するトーションバーのねじり量ないしはねじり角度、あるいは、アームの回動角度を検知する変位検出機構を設けることにより、極めて簡易な構成で荷重検出装置を構成することができる。しかも、トーションバーやアームなどに、歪みゲージ、角度センサ、あるいはホールＩＣと磁石の組み合わせなど、極めて小さなものを取り付けるだけの構成であるため、荷重検出装置を構成するこれらの変位検出機構を付設しても、座席構造自体の振動吸収特性、衝撃吸収特性などの機能を阻害することなく、また、スライドアジャスタやリクライニング機構などの付設機構の取り付け構造などを全く変更することなく、着座者の荷重を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る座席構造を構成する座部の主要部を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、図１のＡ矢視図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係る座席構造を構成する座部の主要部を示す概略斜視図である。
【図４】図４は、図３のＡ矢視図である。
【図５】図５は、図４のＢ−Ｂ線断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係る座席構造を構成する座部の主要部を示す概略斜視図である。
【図７】図７は、図６のＡ矢視図である。
【図８】図８は、ホールＩＣ固定用ブラケットの詳細を示す図である。
【図９】図９は、本発明の第４の実施形態に係る座席構造を構成する座部の主要部を示す概略斜視図である。
【図１０】図１０は、図９のＡ矢視図である。
【図１１】図１１は、ホールＩＣ固定用ブラケットと磁石の詳細を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明の第５の実施形態に係る座席構造を構成する座部の主要部を示す概略斜視図である。
【図１３】図１３は、図１２のＡ矢視図である。
【図１４】図１４は、図１３のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１５】図１５（ａ）〜（ｅ）は、変位検出機構を構成する磁石構造の種々の態様を示す図である。
【符号の説明】
１０ 座部
１１ ブラケット
１２ トーションバー
１３ アーム
１４ 支持フレーム
１５ クッション材
２０ 歪みゲージ
３０ 角度センサ
４０，５０，６０ ホールＩＣ
４１，５１，６１ ホールＩＣ固定用ブラケット
４５，５５，６５ 磁石

Claims (10)

1. 弾性支持機構を介して座部に張設されるクッション材を備えた座席構造であって、
   前記弾性支持機構が、座部後方に配設されるトーションバーと、該トーションバーに連結され、常態において後倒方向に付勢される支持フレームとを備えて構成され、
   前記クッション材が、前記支持フレームに支持されて前記トーションバーの弾性力により張設されており、
   かつ、前記クッション材に荷重が付加された際に、前記弾性支持機構の変位を検出する変位検出機構を備え、該変位検出機構によって検出した変位信号からクッション材に付加された荷重を検出可能であることを特徴とする座席構造。
2. 前記支持フレームが、前記トーションバーに連結されるアームを介して支持されていることを特徴とする請求項１記載の座席構造。
3. 前記変位検出機構が、前記トーションバーに取り付けられる歪みゲージを備えてなり、該歪みゲージによりトーションバーのねじり量を測定する構成であることを特徴とする請求項１記載の座席構造。
4. 前記変位検出機構が、前記トーションバーの可動側端部に連結される角度センサを備えてなり、該角度センサによりトーションバーのねじり角度を測定する構成であることを特徴とする請求項１記載の座席構造。
5. 前記変位検出機構が、磁石と、該磁石の磁束密度によって出力特性が変化する磁気センサとの組み合わせからなり、一方が前記アーム部材に設けられ、他方が座部を形成するフレーム材に設けられるものであることを特徴とする請求項１記載の座席構造。
6. 前記磁気センサがホールＩＣであることを特徴とする請求項５記載の座席構造。
7. 座部後方に配設されるトーションバーと、該トーションバーに連結され、常態において後倒方向に付勢される支持フレームとを備え、クッション材が、前記支持フレームに支持されて前記トーションバーの弾性力により張設されて構成される座席構造に設けられる荷重検出装置であって、
   前記クッション材に荷重が付加された際に、前記弾性支持機構の変位を検出する変位検出機構を備え、該変位検出機構によって検出した変位信号からクッション材に付加された荷重を検出する構成であることを特徴とする荷重検出装置。
8. 前記変位検出機構が、前記トーションバーに取り付けられる歪みゲージを備えてなり、該歪みゲージによりトーションバーのねじり量を測定する構成であることを特徴とする請求項７記載の荷重検出装置。
9. 前記変位検出機構が、前記トーションバーの可動側端部に連結される角度センサを備えてなり、該角度センサによりトーションバーのねじり角度を測定する構成であることを特徴とする請求項７記載の荷重検出装置。
10. 前記変位検出機構が、磁石と、該磁石の磁束密度によって出力特性が変化する磁気センサとの組み合わせからなり、一方が前記トーションバーに連結されるアーム部材に設けられ、他方が座部を形成するフレーム材に設けられるものであることを特徴とする請求項７記載の荷重検出装置。

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