JP3923486B2 - 荷重センサ - Google Patents

Description

本発明は、荷重による変形に伴って透磁率が変化する磁歪材料を用いた荷重センサに関する。

自動車の助手席用のエアバッグ装置の作動・非作動やエアバッグの展開速度の大小等は、助手席に着座した乗員の体格や乗員の有無、即ちステータスに応じて制御される。例えば、乗員が大人あるいは子供である場合にはエアバッグ装置を作動させ、乗員がチャイルドシートに着座した乳幼児である場合や乗員が着座していない場合にはエアバッグ装置を作動させず、更にエアバッグ装置を作動させる場合でも、乗員が大人である場合にはエアバッグを高速で展開し、乗員が子供である場合にはエアバッグを低速で展開するといった制御が行われる。これにより、エアバッグ装置に乗員のステータスに応じた最適な拘束性能を発揮させるとともに、エアバッグの無駄な展開を回避することができる。

上記ステータスの判定を、シートの四隅に設けた荷重センサで検出した乗員の重量に基づいて行うものが、下記特許文献１により公知である。
特開２００１−３５６０４２号公報

ところで上記特許文献１に記載された荷重センサは、平面視でＺ型に形成されたひずみゲージ取付部材の両端部をフロアおよびシートに固定するとともに、その中間部にひずみゲージを固定した構造を有しており、シートに着座した乗員の重量でひずみゲージ取付部材が変形してひずみゲージが伸縮すると、その電気抵抗値の変化に基づいて乗員の重量を検出することができる。しかしながら、この荷重センサはひずみゲージ取付部材の表面にひずみゲージを一体に形成する製造工程が極めて複雑であり、多くの工数、時間およびコストを要するという問題があった。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で荷重を精密に測定することが可能な荷重センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、外部からの荷重を受けて変形するハウジングの内部に収納した環状の磁歪材料にコイルを巻き付け、ハウジングの変形に伴って変形する磁歪材料の透磁率の変化をコイルのインダクタンスの変化として取り出すことにより、前記荷重の大きさを検出する荷重センサにおいて、前記ハウジングはスリットを有するＣ字状断面を有しており、前記荷重の入力によりスリットの幅が減少する方向に変形するとともに、限界値以上の荷重が入力したときにスリットが閉じることでハウジングの最大変形量を規制することを特徴とする荷重センサが提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記ハウジングは荷重受け部を有しており、この荷重受け部は荷重伝達部材に対して線接触あるいは点接触することを特徴とする荷重センサが提案される。

尚、実施例のシートレール１３は本発明の荷重伝達部材に対応し、実施例の検出コイル２９は本発明のコイルに対応する。

請求項１の構成によれば、外部からの荷重を受けて変形するハウジングの内部に収納した環状の磁歪材料にコイルを巻き付けて荷重センサを構成したので、ハウジングの変形に伴って変形する磁歪材料の透磁率の変化をコイルのインダクタンスの変化として取り出すことで、前記荷重の大きさを精度良く検出することができる。しかも部品点数が少ない簡単な構造であるため、製造に要する工数、時間およびコストを削減することができる。更にハウジングがスリットを有するＣ字状断面に形成されており、荷重によりスリットの幅が減少する方向にハウジングが変形したときに、限界値以上の荷重が入力するとスリットが閉じてハウジングの最大変形量を規制するので、大荷重の入力によるハウジングや磁歪材料の損傷を未然に防止することができる。またハウジングの肉厚やスリットの幅を変化させることで、荷重の検出可能範囲を容易に調整することができる。

請求項２の構成によれば、ハウジングに設けた荷重受け部が荷重伝達部材に対して線接触あるいは点接触するので、荷重によりハウジングが変形しても、荷重伝達部材からハウジングへの荷重の伝達をスムーズに行わせて検出精度を高めることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１は荷重センサを備えたシートの斜視図、図２は図１の２方向矢視図、図３は図１の３部拡大図、図４は図３の４方向矢視図、図５は図４の５−５線断面図、図６は荷重センサの回路図である。

図１および図２に示すように、自動車のフロアＦに左右一対のベース部材１１，１１が固定されており、各々のベース部材１１，１１の上面の前後端に設けた重量検出ユニット１２…によって左右一対のシートレール１３，１３が支持される。助手席のシートＳの位置を前後に調整すべく、シートフレーム１４の下面に設けた左右一対のスライダ１５，１５が各々のシートレール１３，１３に摺動自在に支持される。

４個の重量検出ユニット１２…の構造は実質的に同一であり、以下その代表として左前部の重量検出ユニット１２の構造を、図３〜図５を参照して説明する。

ベース部材１１の端部に断面コ字状のブラケット２１が上方から嵌合して２本のボルト２２，２２で固定される。ブラケット２１の上面に固定された固定ガイド２３とシートレール１３の下面に固定された可動ガイド２４とが上下摺動自在にアリ溝係合しており、これらの固定ガイド２３および可動ガイド２４を介してブラケット２１にシートレール１３が上下動可能に支持される。

ブラケット２１の平坦な上面に固定される荷重センサ２５は、一方の側壁２６ａにスリットαが形成された断面Ｃ字状のハウジング２６と、の内部に収納された環状の磁歪材料２７と、磁歪材料２７の相対向する両端に巻き付けられた励磁コイル２８および検出コイル２９とを備える。ハウジング２６は、その下壁２６ｂが２本のボルト３０，３０でブラケット２１の上面に固定される。磁歪材料２７の下端および上端はハウジング２６の下壁２６ｂおよび上壁２６ｃに接しており、この状態に磁歪材料２７を位置決めすべく、ハウジング２６の下壁２６ｂに４個の位置決め突起２６ｄ，２６ｄ；２６ｅ，２６ｅが設けられる。またハウジング２６の上壁２６ｃの上面には、荷重伝達部材であるシートレール１３の下面に接触する半割円柱状の荷重受け部２６ｆが突設されており、荷重受け部２６ｆはシートレール１３の下面に線接触する。

図６に示すように、磁歪材料２７に巻き付けられた励磁コイル２８および検出コイル２９のうち、励磁コイル２８の両端は交流電源３１に接続され、検出コイル２９の一端は接地されて他端はＬ−Ｖ変換回路３２に接続される。

磁歪材料２７はニッケル鉄やニッケルシリコンよりなり、荷重を受けて変形すると透磁率が変化する特性を有している。

次に、上記構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。

乗員がシートＳに着座すると、その重量がシートフレーム１４から左右のスライダ１５，１５および左右のシートレール１３，１３を介して、４個の荷重センサ２５…のハウジング２６…の上壁２６ｃ…に設けた荷重受け部２６ｆ…に伝達される。各々の荷重センサ２５のハウジング２６は、荷重受け部２６ｆに加わる下向きの荷重により、側壁２６ａに形成したスリットαの幅が狭まるように、つまり下壁２６ｂに対して上壁２６ｃが接近するように変形することで、下壁２６ｂおよび上壁２６ｃ間に挟まれた環状の磁歪材料２７が上下方向に押し潰されるように変形する。

このようにして磁歪材料２７が変形するとその透磁率が変化し、交流電源３１から交流を供給された励磁コイル２８により発生して検出コイル２９を通過する磁束が変化するため、検出コイル２９に誘導される起電力が変化する。従って、荷重の入力による磁歪材料２７の透磁率の変化に伴う検出コイル２９のインダクタンスの変化をＬ−Ｖ変換回路３２で電圧に変換することで、前記荷重を電圧として検出することができる。

しかして、４個の重量検出ユニット１２…の荷重センサ２５…で検出した荷重を加算することで、助手席のシートＳに着座した乗員の重量を検出することができる。そして検出された乗員の重量に応じてエアバッグ装置の作動を許可するか否かが判定される。

以上のように、本実施例の荷重センサ２５は、外部からの荷重を受けて変形するハウジング２６の内部に収納した環状の磁歪材料２７に励磁コイル２８および検出コイル２９を巻き付けて構成されるので、ハウジング２６の変形に伴って変形する磁歪材料２７の透磁率の変化を検出コイル２９のインダクタンスの変化として取り出すことで、ハウジング２６に入力される荷重の大きさを精度良く検出することができるだけでなく、部品点数が少ない簡単な構造であるために製造に要する工数、時間およびコストを削減することができる。

しかもハウジング２６をスリットαを有するＣ字状断面に形成したので、荷重によりハウジング２６がスリットαの幅が減少する方向に変形したときに、限界値以上の荷重が入力するとスリットαが閉じて最大変形量を規制し、大荷重が入力してもハウジング２６や磁歪材料２７の過剰な変形を抑制して損傷を防止することができる。またハウジング２６の肉厚やスリットαの幅を変化させることで、荷重の検出可能範囲を容易に調整することができる。

更にハウジング２６に半割円柱状の荷重受け部２６ｆを設けたので、シートレール１３から入力される荷重でハウジング２６が変形しても荷重受け部２６ｆは常にシートレール１３に線接触し、シートレール１３とハウジング２６との接触位置が変化するのを防止するとともに、シートレール１３からハウジング２６への荷重の伝達をスムーズに行わせて検出精度を高めることができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では荷重センサ２５をシートＳに着座した乗員の重量検出に用いているが、本発明は実施例以外の任意の用途に適用することができる。

また実施例では荷重受け部２６ｆをシートレール１３に線接触させているが、点接触させても同様の作用効果を得ることができる。

荷重センサを備えたシートの斜視図 図１の２方向矢視図 図１の３部拡大図 図３の４方向矢視図 図４の５−５線断面図 荷重センサの回路図

符号の説明

１３ シートレール（荷重伝達部材）
２６ ハウジング
２６ｆ 荷重受け部
２７ 磁歪材料
２９ 検出コイル（コイル）
α スリット

Claims (2)

1. 外部からの荷重を受けて変形するハウジング（２６）の内部に収納した環状の磁歪材料（２７）にコイル（２９）を巻き付け、ハウジング（２６）の変形に伴って変形する磁歪材料（２７）の透磁率の変化をコイル（２９）のインダクタンスの変化として取り出すことにより、前記荷重の大きさを検出する荷重センサにおいて、
   前記ハウジング（２６）はスリット（α）を有するＣ字状断面を有しており、前記荷重の入力によりスリット（α）の幅が減少する方向に変形するとともに、限界値以上の荷重が入力したときにスリット（α）が閉じることでハウジング（２６）の最大変形量を規制することを特徴とする荷重センサ。
2. 前記ハウジング（２６）は荷重受け部（２６ｆ）を有しており、この荷重受け部（２６ｆ）は荷重伝達部材（１３）に対して線接触あるいは点接触することを特徴とする、請求項１に記載の荷重センサ。

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