JP4760485B2 - 歪検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用シート等の荷重を測定するための歪検出装置に関するものである。

以下、従来の歪検出装置について説明する。

従来の歪検出装置は、図７において、複数の貫通孔３１を有する板状の金属製の起歪体３２と、この起歪体３２の貫通孔３１の間に配置され歪量に応じて抵抗値が変化する抵抗素子３３と、この抵抗素子３３に結線された信号処理回路（図示せず）とを備えている。

この歪検出装置を、例えば、車両用シートと床面部との間に取り付ければ、車両用シートに座る人員の荷重を測定することができる。起歪体３２に設けた複数の貫通孔３１の内、内側の貫通孔３１に車両用シートの一部を挿入して起歪体３２と車両用シートとを連結し、外側の貫通孔３１に床面部の一部を挿入して起歪体３２と床面部とを連結して取り付ける（例えば、車両用シートの一部や床面部の一部をネジ部とし、起歪体３２を介してナットで締めて取り付ける）。そうすると、車両用シートに荷重が加わった際、起歪体３２が歪んで抵抗素子３３の抵抗値が変化するので、これを信号処理回路で処理することによって荷重を測定することができる。この場合、起歪体３２は車両用シートと床面部との両方に連結されているので、圧縮方向に対する荷重と引張方向に対する荷重を測定することができる。信号処理回路には、４つの抵抗素子３３を環状に接続してホーイストンブリッジ回路を形成し、信号処理回路に入力している。

このような起歪体３２の形状としては板形状の他に円筒形状のものもあるが、共に、複数の取り付け部品を組み合わせて歪検出装置を取り付けているものである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１や特許文献２が知られている。
特開２００３−２４０６３３号公報 特開平６−２０７８６５号公報

上記従来の歪検出装置では、歪検出装置の取り付けにおいて、複数の取り付け部品が必要となり、組み立ての作業効率や使い勝手が悪いという問題点を有していた。

本発明は上記問題点を解決するもので、取り付け部品が少なく、作業効率や使い勝手の良い歪検出装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために本発明は、荷重により歪を生じる柱状の起歪体と、前記起歪体を挟むように前記起歪体の軸方向に配置したネジ部と、前記起歪体の周面に配置するとともに互いに対向させた第１出力電極および第２出力電極と、前記起歪体の周面に配置するとともに前記第１、第２出力電極と互いに対向させた電源電極およびグランド電極と、前記電源電極と前記第１、第２出力電極とを各々接続した第１、第２抵抗素子と、前記グランド電極と前記第１、第２出力電極とを各々接続した第３、第４抵抗素子とを備え、前記第１〜第４抵抗素子は、前記電源電極と前記グランド電極との対向部を除いて、前記第１出力電極と前記第２出力電極との対向間、前記第１、第２出力電極、前記電源電極、前記グランド電極に歪抵抗体を被覆して形成した構成である。

上記構成により、起歪体を挟むように起歪体の軸方向にネジ部を配置しているので、このネジ部を介して、例えば、シートおよび床面部とを連結すれば簡単に取り付けが可能となり、作業効率や使い勝手を向上することができる。

特に、第１〜第４歪抵抗素子は、電源電極とグランド電極との対向部を除いて、第１出力電極と第２出力電極との対向間、第１、第２出力電極、電源電極、グランド電極に歪抵抗体を被覆して形成しているので、すべての電極を歪抵抗体によって被覆しているので水分等に起因した電極腐食を抑制することができる。この際、電源電極とグランド電極との対向部を除いて、第１出力電極と第２出力電極との対向間に歪抵抗体を被覆しているので、電源電極とグランド電極との間に歪抵抗成分が付加されることがなく、特性劣化を抑制できる。

以下、本発明の全請求項に記載の発明について図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における歪検出装置の斜視図、図２は同歪検出装置の起歪体周面の展開図、図３は同歪検出装置の断面図、図４は同歪検出装置を介して車両用シートと床面部とを連結したシートユニットの側面図、図５は図４のＡ部の拡大図、図６は図４のＡ部の正面断面図である。

図１〜図３において、本発明の一実施の形態における歪検出装置は、荷重により歪を生じる柱状の起歪体２と、この起歪体２の外周面に配置され歪量に応じて抵抗値が変化する第１〜第４抵抗素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄと、この第１〜第４抵抗素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに結線され起歪体２の歪量を検出する信号処理回路（図示せず）とを備えている。この起歪体２は軸方向に空洞８を有する円筒状であって、起歪体２を挟むように起歪体２の軸方向にネジ部１０を配置するとともに、起歪体２とネジ部１０とを互いに溶接して接合し一体化している。

また、図２に示すように、起歪体２の周面に配置するとともに互いに対向させた第１出力電極５ａおよび第２出力電極５ｂと、起歪体２の周面に配置するとともに第１、第２出力電極５ａ、５ｂと互いに対向させた電源電極７およびグランド電極９とを有し、各々パッド電極６に接続されている。この第１、第２出力電極５ａ、５ｂおよび電源電極７およびグランド電極９は銀を焼き付けて形成した線状のＡｇ電極であって、各々の電極の対向方向を起歪体２の軸方向としている。電源電極７とグランド電極９とは略同一直線上に配置し、第１、第２出力電極５ａ、５ｂおよび電源電極７とを略平行に配置するとともに、第１、第２出力電極５ａ、５ｂおよび電源電極７とを略平行に配置している。

さらに、第１、第２抵抗素子４ａ、４ｂはグランド電極９と第１、第２出力電極５ａ、５ｂとを各々接続して形成し、第３、第４抵抗素子４ｃ、４ｄは電源電極７と第１、第２出力電極５ａ、５ｂとを各々接続して形成している。この第１〜第４抵抗素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、電源電極７とグランド電極９との対向部１１を除いて、第１出力電極５ａと第２出力電極５ｂとの対向間１７、第１、第２出力電極５ａ、５ｂ、電源電極７、グランド電極９に歪抵抗体を被覆して形成している。

この歪検出装置は、電源電極７に接続されたパッド電極６（ＶＣＣ）とグランド電極９に接続されたパッド電極６（ＧＮＤ）との間に所定の電圧を印加することによって、第１出力電極５ａに接続されたパッド電極６（Ｖ＋）と第２出力電極５ｂに接続されたパッド電極６（Ｖ−）とから信号を出力するものである。

この歪検出装置を、例えば、図４〜図６に示すように、車両用シート１２と床面部１４との間に取り付ければ、車両用シート１２に座る人員の荷重を測定することができる。車両用シート１２にはその下部に取付部材として取付部１３を設け、この取付部１３にはネジ部１０を挿入する貫通孔を設けている。床面部１４には床面１８に取付部材として支持部２２を設け、この支持部２２に上記ネジ部１０を挿入する貫通孔を設けている。これら取付部１３と支持部２２の各々の貫通孔の軸方向は床面１８に対して水平方向になるようにしている。

そして、一方のネジ部１０を車両用シート１２の取付部１３の貫通孔へ挿入し、他方のネジ部１０を支持部２２の貫通孔へ挿入し、互いに締付部材であるナット２０で締め付けて、起歪体２およびネジ部１０を介して車両用シート１２と床面部１４とを連結している。

上記の歪検出装置には、車両用シート１２に荷重が加わった際、荷重方向が起歪体２の軸方向に対して直交方向（床面１８に対する上下方向）になるようにネジ部１０に荷重が付加される。この際、一方の取付部１３と起歪体２との間に弾性部材１５を配置して締付固定しているので、曲げモーメントが起歪体２に生じて的確に歪を検知させることができる。単に、荷重方向が起歪体２の軸方向に対して垂直な方向になるようにネジ部１０に荷重が付加された場合は、起歪体２のせん断力または曲げモーメントに起因して起歪体２が歪むが、上記構成により、歪量の大きい曲げモーメントに伴う歪量を検知できる。

特に、仕様に応じて単に起歪体２の直径の大小を選択するだけで、車両用シート１２と床面部１４との間の高さを低く抑制することもでき、車種によって異なる車両用シート１２の座面の高さをあらかじめ低く設定しておける。すなわち、座面に座る人員の目線の高さを調節し易くなるものである。

上記構成により、起歪体２を挟むようにネジ部１０を形成しているので、このネジ部１０を介して、例えば、車両用シート１２と床面部１４とを連結する際に、取り付け部品が少なく簡単に取り付けが可能となり、作業効率や使い勝手を向上することができる。

特に、第１〜第４抵抗素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、電源電極７とグランド電極９との対向部１１を除いて、第１出力電極５ａと第２出力電極５ｂとの対向間１７、第１、第２出力電極５ａ、５ｂ、電源電極７、グランド電極９に歪抵抗体を被覆して形成しており、すべての電極が歪抵抗体によって被覆されるので水分等に起因した電極腐食を抑制することができる。

通常、第１、第２出力電極５ａ、５ｂ、電源電極７、グランド電極９、第１〜第４抵抗素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄ上には保護用のガラス層を設けるが、ガラス層にはポーラス等が生じるため、歪抵抗体である第１〜第４抵抗素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに被覆されていない電極が存在すると、水分が浸透して電極腐食（マイグレーション等）の要因となるが、上記構成によれば、電極（第１、第２出力電極５ａ、５ｂ、電源電極７、グランド電極９）のすべてが歪抵抗体である第１〜第４抵抗素子４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄに被覆されるので、電極腐食を抑制されるものである。

この際、電源電極７とグランド電極９との対向部１１を除いて、第１出力電極５ａと第２出力電極５ｂとの対向間１７に歪抵抗体を被覆しているので、電源電極７とグランド電極９との間に歪抵抗成分が付加されることがなく、特性劣化も抑制できる。

さらに、起歪体２とネジ部１０とは互いに一体化しているので、車両用シート１２に荷重が加わった際も起歪体２とネジ部１０との境界部における破断を抑制できる。体重検知時の数十ｋｇから車両衝突検知時の１トン程度までは検出能力を損なわずに起歪体２とネジ部１０との境界部における破断を抑制でき、また、車両破壊に至るような数トン程度の荷重に対しても起歪体２とネジ部１０との境界部における破断を抑制できるものである。

起歪体２とネジ部１０とは溶接して接合し一体化したり、同一材料からなる部材を加工したりしてもよい。起歪体２およびネジ部１０の材料としては析出硬化系ステンレス鋼が挙げられ、起歪体２とネジ部１０とを同種材料とする場合は、ＳＵＳ６３０等が挙げられる。その他、延性および靭性に富むとともに溶接性も優れたオーステナイト系の加工硬化特性を有するＳＵＳ３０１、耐食性および溶接性の良好なフェライト系のＳＵＳ４３０等も挙げられる。これらＳＵＳ６３０、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ４３０は日本工業規格（ＪＩＳ）で定められたステンレス規格である。

なお、本発明の一実施の形態における歪抵抗体はメタルグレーズ系からなる抵抗体ペーストを焼成して形成したものであって、単なる樹脂系の絶縁層ではないので、保護層として樹脂系を用いた場合にも水分の浸透を除去できるものである。特に、保護層としてガラスを用いた場合はガラスの焼成温度が８５０度なので、起歪体２の材料としては、変態点が７２０度以下であるオーステナイト系、マルテンサイト系を用いることができず、高温耐久性のあるフェライト系に限られ設計自由度が拘束されるが、上記構成を採用することにより設計自由度を向上できる。

以上のように本発明にかかる歪検出装置は、取り付け部品が少なく取り付けが簡単で、作業効率や使い勝手が良く、荷重を測定するセンサとして各種の機器に適用できる。

本発明の一実施の形態における歪検出装置の斜視図 同歪検出装置の起歪体の周面の展開図 同歪検出装置の断面図 同歪検出装置を介して車両用シートと床面部とを連結したシートユニットの側面図 図４のＡ部の拡大図 図４のＡ部の正面断面図 従来の歪検出装置の上面図

符号の説明

２ 起歪体
４ａ 第１抵抗素子
４ｂ 第２抵抗素子
４ｃ 第３抵抗素子
４ｄ 第４抵抗素子
５ａ 第１出力電極
５ｂ 第２出力電極
６ パッド電極
７ 電源電極
８ 空洞
９ グランド電極
１０ ネジ部
１１ 対向部
１２ 車両用シート
１３ 取付部
１４ 床面部
１５ 弾性部材
１６ レール部
１８ 床面
２０ ナット
２２ 支持部

Claims (3)

1. 荷重により歪を生じる柱状の起歪体と、前記起歪体を挟むように前記起歪体の軸方向に配置したネジ部と、前記起歪体の周面に配置するとともに互いに対向させた第１出力電極および第２出力電極と、前記起歪体の周面に配置するとともに前記第１、第２出力電極と互いに対向させた電源電極およびグランド電極と、前記電源電極と前記第１、第２出力電極とを各々接続した第１、第２抵抗素子と、前記グランド電極と前記第１、第２出力電極とを各々接続した第３、第４抵抗素子とを備え、前記第１〜第４抵抗素子は、前記電源電極と前記グランド電極との対向部を除いて、前記第１出力電極と前記第２出力電極との対向間、前記第１、第２出力電極、前記電源電極、前記グランド電極に歪抵抗体を被覆して形成した歪検出装置。
2. 前記第１、第２出力電極および前記電源電極および前記グランド電極は線状であって、前記電源電極と前記グランド電極とを略同一直線上に配置し、前記第１、第２出力電極および前記電源電極とを互いに略平行に配置するとともに、前記第１、第２出力電極および前記グランド電極とを互いに略平行に配置した請求項１記載の歪検出装置。
3. 前記第１、第２出力電極と前記電源電極および前記グランド電極との対向方向は前記起歪体の軸方向とした請求項１記載の歪検出装置。

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