JP4399216B2 - 力センサ - Google Patents

Description

本発明は、２つのフレーム部の間にこのフレーム部間の力を測定する力測定セルが配置されており、この力測定セルは磁界感応型のセンサ素子を有し、力測定セルは中空円筒状の曲げ素子を包含し、この曲げ素子は検知すべき力作用に基づき、力測定セルの磁気感応型のセンサ素子の領域における磁界の作用を惹起し、中空円筒状の曲げ素子は相対的に固定されている端部において第１のフレーム部に固定され、自由な端部において磁石を備えたロッドを包含する、力センサに関する。

力学の多くの分野において力センサが必要とされ、この力センサは機器またはユニットの比較的手の届かない個所においても、引張力及び／又は圧縮力の精確な測定を実現すべきものである。力測定に応じた電気信号を別の評価または制御プロセスのために使用することが望ましい。例えば、自動車電子工学の領域においてはそのような力センサが頻繁に使用されているが、従来使用されている力センサは大部分は比較的大きく、また製造プロセスは比較的高価である。

自動車における固有の重要な電子システム、例えばシートベルト拘束システムには小さく且つコンパクトな構造の力センサが必要とされる。まさに力が集中する構成要素間の接続個所においては、力センサの構成部分である力測定ピンは殊に重要である。つまり着座重量の力測定及び着座と関連して測定されるこの着座重量の分配のために力センサが必要であり、この力センサは大量に割安に製造されるべきである。しかしながらまた製造及び品質測定技術においても、静力学的に精確に測定する力センサがますます必要となってきている。

例えば、ＤＥ ３５ １５ １２６ Ａ１から、磁石がロッド状の素子の自由な端部に取り付けられており、その位置は測量素子に外部からの負荷がかかった際に磁界感応型のセンサ素子に相対的に変化する、力センサが公知である。ここではセンサ素子は固定式に測量素子の軸受け部の領域に配置されており、磁界の変化に依存する電気信号を形成する。

さらにはＷＯ ００／１６０５４から車両シートにおける運動を識別するための測定センサが公知であり、この測定センサではシートシェルを包含する上部フレームと、車両底部において、場合によっては長さ及び高さ調節メカニズムを介して固定されている下部フレームとの間において、支持素子の弾性的なひずみが測定セルでもって検知される。

まだ公開されていないＤＥ１０２ １６ ７２３．０には、殊に自動車における着座重量を測定するための力測定器が記述されており、この力測定器では力測定素子に磁石及びセンサ素子が固定式に並んで配置されており、検出すべき力が加わった際には並んで配置されている強磁性材料の間隔が変化する。
ＤＥ ３５ １５ １２６ Ａ１ ＷＯ ００／１６０６４ ＤＥ １０２ １６ ７２３．０

本発明の課題は、小型且つコンパクトであり製造プロセスが安価である力センサを提供することである。

この課題は、磁界感応型のセンサ素子が磁石の場における力によって変位し、フレーム部に保持されている曲げ素子が別のフレーム部に保持されているポット体に突入されており、ポット体は別のフレーム部における保持部の領域において半径方向に延びる内部カラーを有し、内部カラーはポット体の内部に存在する、曲げ素子の直径方向の拡大部と半径方向においてオーバラップすることによって解決される。

冒頭で記述したような力センサ、例えば車両シートにおける力を検知するための力センサは２つのフレーム部の間に力測定素子を有する。ここで力を測定するための力測定セルがフレーム部の間、例えばシートレールとシート揺動体との間に配置されており、力測定セルは磁界感応型のセンサ素子を有する。力測定セルは中空円筒状の曲げ素子を包含し、この曲げ素子は例えば、検知すべき力作用に基づいて力セルの磁界感応型のセンサ素子の領域における磁界の影響に作用を及ぼすピンである。中空円筒状の曲げ素子は、相対的に固定式の端部において第１のフレーム部に固定され、自由な端部において磁石を備えたロッドを包含する。

力測定セルでは磁界感応型のセンサ素子、例えばホール素子ないし同等の磁気抵抗性または誘導性センサが別のフレーム部によって、またこの別のフレーム部及び曲げ素子にも作用する力によって磁石の場において変位する。さらに有利には、第１のフレーム部に保持されている曲げ素子が、別のフレーム部に保持されているポット体に突入することは有利であり、ここでポット体は別のフレーム部における保持部の領域において半径方向に延びる内部カラーを有し、この内部カラーはポット体の内部に存在する曲げ素子の直径方向における拡大部と半径方向においてオーバラップする。

したがって曲げ素子、つまり曲げ素子としてのピンのための本発明によるポット体は、このポット体を側面からピンと一体的にすることができ、また回転対象的な内部カラーがピンの直径方向の拡大部に接合できるように構成されている。内部カラーは有利には、車両シートの固定に適用されている場合においてピン曲げ素子が破損した際、例えば車両が激しい事故に遭った際には、ピンが内部カラーの軸方向の当接によってもはや分離されず、車両シートがシートレールに固定されたままであるように寸法設定されている。

さらに、ここでは垂直方向における当接も内部カラーに引き継がれ、当接が実質的により効果的に僅かな残留モーメントでもって行われる。内部カラーは水平方向に横断する力が作用した場合でも、内部カラーとピンとの間の当接となり、これによって構造的な設計はより有利なものとなる。

ピンポット体を簡単なやり方で、保護リングまたは保護クランプとポット体における外方への半径方向の拡大部との間の別のフレーム部としてのシート揺動体に緊締することができる。このことは、ピンを既に組み立てられた車両シートにより容易に取り付け、また取り外すことができるという利点を有する。さらには、ポット体をセンサ素子の接続ケーブル、例えばホールＩＣまたはそのプラグに挿入することなく取り付けられるように、このポット体を構成することができる。

第１のフレーム部としてのシートレールへのピンの取り付けも簡単なやり方で以下のようにして改善することができる。すなわち、ピン曲げ素子は外方から第１のフレーム部、ここではシートレールに通されており、この第１のフレーム部の端部には固定用の保護リングを収容するための溝が設けられている。

さらに有利には、別のフレーム部としてのシート揺動体に近接している、シートレールと対向するピンポット体の端部は、リングシールをシートレールとシート揺動体との間において使用できる。これによって非常に簡単且つ効果的に、過負荷衝撃に対するピンのシール、また殊にピンポット体、ピン、シートレールの間の隙間のシールを保証することができる。

さらに有利な構成によれば、相対的に固定されている端部において第１のフレーム部に固定され、磁石を備えたロッドは別個の円筒状の構成部材であり、この構成部材の材料の選択は磁気的な特性及び曲げ素子の材料に依存しない。ここで、磁石と例えばセンサ素子としてのホールＩＣとを別個に取り付けることができ、曲げ素子としてのピンの感度及び材料選択は簡略化されている。

車両シートにおける力を検知するための本発明による力センサの実施例を図面に基づき説明する。

図１には、力センサを例えばここでは詳細に説明しない自動車の車両シートにおける重量検知のためにどのように使用できるかという、力センサのための力測定セル１の原理図が示されている。力測定セル１はここでは曲げ素子としてのピン２を有し、このピン２は車両シートの第１のフレーム部としてのここでは図示されていないレールに固定されており、例えばキャップナットを用いてピン２の端部３に固定されている。

ピン２の内部には円筒状のロッド４が設けられており、このロッド４を非磁性材料も包含する、ピン２とは異なる材料から製造することができる。ピン２の自由な端部には永久磁石５が孔にプレス嵌めされている。さらに、ポット体６があり、このポット体６の内部に磁石５を有するピン２が置かれることになる。ポット体６は車両シートの別のフレーム部としての揺動体７に、ここではキャップナット８を用いて固定されており、揺動体７に測定すべき力Ｆが作用する。ピン２の他方の端部も固定されているポット体６の端部には、構成部材１０内にセンサ素子としてのホールＩＣ１１が保持されており、このホールＩＣ１１は揺動体７が変位した際の力Ｆに依存する電気出力信号を供給する。

図２による本発明の実施例は、図１の拡張形態として、ポット体２０を備えた力測定セル１９を示し、このポット体２０には回転対称的な内部カラー２１が設けられており、この内部カラー２１は曲げ素子としてのピン２３における半径方向の拡大部２２とオーバラップする。ピン２３の機能は原理的には図１によるピン２の機能に対応する。図２によるポット体２０は図１のポット体６と異なり、保護リング２４でもって揺動体７に保持されている。

ここでピン２３は同様に保護リングを用いて、フレーム部としてのレール２６に保持されており、この保護リングはピン２３の相応の溝２７内に取り付けられている。内部カラー２１とレール２６並びにそこにあるピン２３の部分との間には、シールリングとしてのＯリング２８が挿入されている。これによって過負荷衝撃に対するピン２３のシール、また殊にピンポット体２０とピン２３とシートレール２６との間の間隙のシールも保証される。

図２による内部カラー２１は、ピン２３が破損した場合に、このピン２３が内部カラー２１への軸方向の当接によってポット体２０したがってシート揺動体７をシートレール２６に固定するように寸法設計されている。

センサ素子としてのホール素子を備えた、自動車における車両シートのための力セルの原理的な構造の断面図である。 力測定セル内の内部カラーを備えたピン曲げ素子が設けられている本発明による実施例の断面図である。

符号の説明

１、１９ 力測定セル、 ２、２３ ピン、 ３、９ 端部、 ４ ロッド、 ５ 永久磁石、 ６、２０ ポット体、 ７ 揺動体、 ８ キャップナット、 １０ 構成部材、 １１ ホールＩＣ、 ２１ 内部カラー、 ２４、２５ 保護リング、 ２６ レール、 ２７ 溝、 ２８ Ｏリング

Claims (7)

1. 力センサにおいて、
   第１のフレーム部（２６）および第２のフレーム部（７）を有し、前記第１のフレーム部（２６）と前記第２のフレーム部（７）との間に、前記第２のフレーム部（７）に作用する測定すべき力（Ｆ）を測定する力測定セル（１；１９）が配置されており、
   前記力測定セル（１；１９）はポット体（２０）および中空円筒状の曲げ素子（２；２３）を有し、前記ポット体（２０）の一方の端部は前記第２のフレーム部（７）に固定されており、前記曲げ素子（２；２３）は前記ポット体（２０）の内部に配置されており、且つ前記曲げ素子（２；２３）の一方の端部は前記第１のフレーム部（２６）に固定されており、
   前記ポット体（２０）の他方の端部（９）には、前記曲げ素子（２；２３）の他方の端部が固定されており、且つ磁界感応型のセンサ素子（１１）が保持されており、
   前記曲げ素子（２；２３）の内部にはロッド（４）が設けられており、該ロッド（４）の一方の端部は前記曲げ素子（２；２３）に固定されており、他方の自由な端部には磁石（５）が設けられており、該磁石（５）は前記第２のフレーム部（７）に作用する前記力（Ｆ）に基づき前記磁気感応型のセンサ素子（１１）の領域における磁界の作用を惹起し、
   前記磁界感応型のセンサ素子（１１）は前記磁界の作用に依存する電気出力信号を供給し、
   前記ポット体（２０）は前記第２のフレーム部（７）に保持されている領域において半径方向に延びる内部カラー（２１）を有し、該内部カラー（２１）は前記曲げ素子（２３）の直径方向の拡大部（２２）と半径方向においてオーバラップすることを特徴とする、力センサ。
2. 前記ポット体（２０）は外方への半径方向の拡大部を有し、該外方への半径方向の拡大部と第１の保護リング（２４）との間の前記第２のフレーム部（７）が緊締されている、請求項１記載の力センサ。
3. 前記第２のフレーム部（７）と近接している、前記第１のフレーム部（２６）と対向する前記ポット体（２０）の端部と記第１のフレーム部（２６）との間にリングシール（２８）が挿入されている、請求項１または２記載の力センサ。
4. 前記ロッド（４）は、別個の円筒状の構成部材であり、該構成部材の材料選択は磁気特性及び曲げ素子（２；２３）の材料に依存しない、請求項１から３までのいずれか１項記載の力センサ。
5. 前記曲げ素子（２３）は前記第１のフレーム部（２６）を貫通しており、該第１のフレーム部（２６）を貫通している側の前記曲げ素子（２３）の端部には、該曲げ素子（２３）を前記第１のフレーム部（２６）に保持するための第２の保護リング（２５）を収容する溝（２７）が設けられている、請求項１から４までのいずれか１項記載の力センサ。
6. 前記力測定セル（１９）は自動車の車両シートにおける力を検知するために適用され、前記第１のフレーム部（２６）は車両のボディにおける車両シート用の固定レールであり、前記第２のフレーム部（７）は該車両シートが保持されている揺動体である、請求項１から５までのいずれか１項記載の力センサ。
7. 前記磁界感応型のセンサ素子（１１）はホール素子である、請求項１から６までのいずれか１項記載の力センサ。

Images