JP4952259B2

JP4952259B2 - 歪検出装置

Info

Publication number: JP4952259B2
Application number: JP2007004165A
Authority: JP
Inventors: 康展小林; 敏郎乙部; 正彦大林
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2007-01-12
Filing date: 2007-01-12
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2027-01-12
Also published as: JP2008170296A

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。

従来のこの種の歪検出装置は、図６〜図８に示すように構成されていた。

図６は従来の歪検出装置の斜視図、図７は同歪検出装置における起歪体の展開図、図８は同歪検出装置の回路図である。

図６〜図８において、１は円筒形状の起歪体で、この起歪体１の外側面には、一対の横方向歪抵抗素子２および一対の縦方向歪抵抗素子３を設けている。また、前記起歪体１の外側面には、前記横方向歪抵抗素子２および縦方向歪抵抗素子３と電源電極４、ＧＮＤ電極５および出力電極６とを回路パターン７で電気的に接続することにより構成された図８に示すようなブリッジ回路を備えているものである。

以上のように構成された従来の歪検出装置について、次に、その動作を説明する。

図９に示すように、歪検出装置を上下の相手側取付部材８により挟持した後、押圧部材９に荷重がかかり、円筒形状の起歪体１に、軸方向と平行な方向に圧縮力が作用すると、一対の縦方向歪抵抗素子３の抵抗値は小さくなるとともに、一対の横方向歪抵抗素子２の抵抗値は大きくなる。そして、この一対の縦方向歪抵抗素子３および一対の横方向歪抵抗素子２は、電源電極４、ＧＮＤ電極５、出力電極６および回路パターン７でブリッジ回路を構成しているため、出力電極６から起歪体１に作用する圧縮力に応じて出力信号を出力するものである。そしてまた、この出力信号は、前記電源電極４、ＧＮＤ電極５および出力電極６と電気的に接続されたリード線（図示せず）により外部回路（図示せず）に出力され、歪検出装置に負荷される荷重を電気信号として出力するものであった。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平６−２０７８６６号公報

しかしながら、上記した従来の構成においては、歪検出装置における起歪体１を上下の相手側取付部材８により直接挟持するようにしているため、この起歪体１を上下の相手側取付部材８により直接挟持する際に、偏荷重が起歪体１に加わった場合、横方向歪抵抗素子２または縦方向歪抵抗素子３には残留応力が発生することになり、これにより、横方向歪抵抗素子２または縦方向歪抵抗素子３の抵抗値が変化することになって、初期状態におけるブリッジ回路の中点電位が変動してしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、歪検出装置を相手側取付部材に取り付ける際に、偏荷重が起歪体に加わった場合でも、歪抵抗素子に残留応力が発生するのを防止でき、これにより、初期状態におけるブリッジ回路の中点電位を安定化させることができる歪検出装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、外表面に歪抵抗素子とこの歪抵抗素子と回路パターンにより電気的に接続される電極を設けた筒状の起歪体と、この起歪体の一端開口部を閉塞するように固定された第１の取付部材と、前記起歪体の他端開口部を閉塞するように固定された第２の取付部材とを備え、前記第１の取付部材と第２の取付部材のいずれか一方、もしくは両方に段差部を設けることにより、第１の取付部材と第２の取付部材のいずれか一方、もしくは両方と相手側取付部材との接触点が起歪体の外径よりも小径となるようにすることにより、前記相手側取付部材と起歪体の外径との間に間隙を構成したもので、この構成によれば、第１の取付部材と第２の取付部材のいずれか一方、もしくは両方に段差部を設けることにより、第１の取付部材と第２の取付部材のいずれか一方、もしくは両方と相手側取付部材との接触点が起歪体の外径よりも小径となるようにすることにより、前記相手側取付部材と起歪体の外径との間に間隙を構成しているため、相手側取付部材により起歪体を取り付ける際に偏荷重が起歪体に加わった場合でも、この偏荷重による応力は段差部に集中することになり、相手側取付部材と起歪体の外径との間の間隙により起歪体に応力が伝達されないから、これにより、起歪体には残留応力が発生しにくくなるため、歪抵抗素子の抵抗値は変化しなくなり、その結果、初期状態におけるブリッジ回路の中点電位を安定化させることができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の歪検出装置は、外表面に歪抵抗素子とこの歪抵抗素子と回路パターンにより電気的に接続される電極を設けた筒状の起歪体と、この起歪体の一端開口部を閉塞するように固定された第１の取付部材と、前記起歪体の他端開口部を閉塞するように固定された第２の取付部材とを備え、前記第１の取付部材と第２の取付部材のいずれか一方、もしくは両方に段差部を設けることにより、第１の取付部材と第２の取付部材のいずれか一方、もしくは両方と相手側取付部材との接触点が起歪体の外径よりも小径となるようにすることにより、前記相手側取付部材と起歪体の外径との間に間隙を構成したもので、この構成によれば、第１の取付部材と第２の取付部材のいずれか一方、もしくは両方に段差部を設けることにより、第１の取付部材と第２の取付部材のいずれか一方、もしくは両方と相手側取付部材との接触点が起歪体の外径よりも小径となるようにすることにより、前記相手側取付部材と起歪体の外径との間に間隙を構成しているため、相手側取付部材により起歪体を取り付ける際に偏荷重が起歪体に加わった場合でも、この偏荷重による応力は段差部に集中することになり、相手側取付部材と起歪体の外径との間の間隙により起歪体に応力が伝達されないから、これにより、起歪体には残留応力が発生しにくくなるため、歪抵抗素子の抵抗値は変化しなくなり、その結果、初期状態におけるブリッジ回路の中点電位を安定化させることができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態における歪検出装置について、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分解斜視図、図２は同歪検出装置の側断面図、図３は同歪検出装置における起歪体の展開図である。

図１〜図３において、１１はフェライト系ステンレスにより円筒形状に構成された起歪体で、この起歪体１１は水平方向に設置されるとともに、外側面にＡｇからなる電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４およびＧＮＤ電極１５を互いに近傍に位置するように設けている。また、前記起歪体１１の外側面には、第１の歪抵抗素子１６を設けており、そして、この第１の歪抵抗素子１６は、一端を回路パターン１７により前記電源電極１２と電気的に接続するとともに、他端を第２の出力電極１４と電気的に接続している。そしてまた、前記起歪体１１の外側面には、前記第１の歪抵抗素子１６と略平行に第２の歪抵抗素子１８を設けており、そして、この第２の歪抵抗素子１８は、一端を回路パターン１７により前記電源電極１２と電気的に接続するとともに、他端を第１の出力電極１３と電気的に接続している。さらに、前記起歪体１１の外側面には、第３の歪抵抗素子１９を設けており、そして、この第３の歪抵抗素子１９は、一端を回路パターン１７により前記第１の歪抵抗素子１６および第２の出力電極１４に電気的に接続するとともに、他端をＧＮＤ電極１５と接続している。さらにまた、前記起歪体１１の外側面には、前記第３の歪抵抗素子１９と略平行に第４の歪抵抗素子２０を設けており、そして、この第４の歪抵抗素子２０は、一端を回路パターン１７により前記第２の歪抵抗素子１８および第１の出力電極１３と電気的に接続するとともに、他端をＧＮＤ電極１５と電気的に接続することによりブリッジ回路を構成している。

２１は金属製の第１の取付部材で、この第１の取付部材２１は、前記起歪体１１の一端開口部２２を閉塞するとともに、外側面にネジ部２３を設けている。また、前記第１の取付部材２１には全周にわたって段差部２４を設けており、そしてこの段差部２４の外径は、前記起歪体１１の外径よりも小径となるように構成されている。２５は金属製の第２の取付部材で、この第２の取付部材２５は、前記起歪体１１の他端開口部２６を閉塞するとともに、外側面にネジ部２３を設けている。また、前記第２の取付部材２５にも、前記第１の取付部材２１と同様、全周にわたって段差部２７を設けており、そしてこの段差部２７の外径は、前記起歪体１１の外径よりも小径となるように構成されている。

以上のように構成された本発明の一実施の形態における歪検出装置において、次に、その組立方法について説明する。

まず、ステンレス板（図示せず）の上面にガラスペースト（図示せず）を印刷した後、約８５０℃で約１０分間焼成して起歪体１１を形成する。

次に、前記起歪体１１の外側面に位置して銀のペースト（図示せず）を印刷し、約８５０℃で約１０分間焼成することにより、前記起歪体１１の上面に電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５および回路パターン１７を形成する。

次に、前記起歪体１１の外側面にメタルグレーズ系ペースト（図示せず）を印刷した後、約１３０℃で約１０分間乾燥し、その後、前記起歪体１１を約８５０℃で約１０分間焼成することにより、第３の歪抵抗素子１９、第４の歪抵抗素子２０、第１の歪抵抗素子１６および第２の歪抵抗素子１８を形成する。

次に、予めネジ部２３を形成した第１の取付部材２１の下面を起歪体１１における上側の一端開口部２２に当接させた後、溶接により第１の取付部材２１を起歪体１１に固着する。

最後に、予めネジ部２３を形成した第２の取付部材２５の上面を起歪体１１における他端開口部２６に当接させた後、溶接により第２の取付部材２５を起歪体１１に固着する。

以上のようにして構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における歪検出装置について、次に、その動作を説明する。

図４、図５に示すように、シート２８と床２９から立設した支持板３０との間に歪検出装置を設置して、第１の取付部材２１におけるネジ部２３および第２の取付部材２５におけるネジ部２３にナット３１をネジ止めすることにより、歪検出装置をシート２８および支持板３０に取り付ける。また、前記シート２８を挟持するように一対のゴムワッシャ３２を設けており、このゴムワッシャ３２により、前記シート２８と支持板３０の平行度のバランスが崩れている場合であっても、歪検出装置にシート２８と支持板３０との間に発生する応力を正確に伝達する構成となっている。

そして、この状態において、シート２８に乗員が座ると、第２の取付部材２５に上方より荷重が付加される。そうすると、起歪体１１の外表面にせん断力が発生し、第２の歪抵抗素子１８および第３の歪抵抗素子１９に引張応力が発生するとともに、第１の歪抵抗素子１６および第４の歪抵抗素子２０に圧縮応力が発生する。これにより、第１の歪抵抗素子１６および第４の歪抵抗素子２０の抵抗値は小さくなり、一方、第３の歪抵抗素子１９および第２の歪抵抗素子１８の抵抗値は大きくなるため、電源電極１２に５Ｖを印加するとともに、ＧＮＤ電極１５を接地して、第１の出力電極１３と第２の出力電極１４との差動電圧を信号処理することにより、起歪体１１に加わる荷重を測定することができるものである。

ここで、歪検出装置をシート２８および支持板３０に取り付ける際に、偏荷重が加わった場合を考えてみると、本発明の一実施の形態における歪検出装置においては、第１の取付部材２１に段差部２４を設けるとともに、第２の取付部材２５にも段差部２７を設けることにより、シート２８と第２の取付部材２５における段差部２７との接触点と、支持板３０と第１の取付部材２１における段差部２４との接触点が起歪体１１の外径よりも小径となるように構成しているため、シート２８および支持板３０に歪検出装置を取り付ける際に偏荷重が歪検出装置の起歪体１１に加わった場合でも、この偏荷重による応力は段差部２４と段差部２７に集中することになり、これにより、起歪体１１には残留応力が発生しにくくなるため、第１の歪抵抗素子１６、第２の歪抵抗素子１８、第３の歪抵抗素子１９および第４の歪抵抗素子２０の抵抗値は変化しなくなり、その結果、初期状態におけるブリッジ回路の中点電位を安定化させることができるという効果が得られるものである。

なお、上記本発明の一実施の形態においては、第１の取付部材２１と第２の取付部材２５の両方に段差部２４，２７を設けたものについて説明したが、これに限定されるものではなく、第１の取付部材２１と第２の取付部材２５のいずれか一方のみに段差部を設けた場合でも、上記本発明の一実施の形態と同様の効果が得られるものである。

本発明に係る歪検出装置は、歪検出装置を相手側取付部材に取り付ける際に、偏荷重が起歪体に加わった場合でも、歪抵抗素子に残留応力が発生するのを防止でき、これにより、初期状態におけるブリッジ回路の中点電位を安定化させることができるという効果を有するものであり、特に車両用シート等の荷重を測定するための歪検出装置として有用となるものである。

本発明の一実施の形態における歪検出装置の分解斜視図同歪検出装置の側断面図同歪検出装置における起歪体の展開図同歪検出装置をシートに取り付けた状態を示す側面図図４のＡ部を側方からみた側断面図従来の歪検出装置の斜視図同歪検出装置における起歪体の展開図同歪検出装置の回路図同歪検出装置を相手側取付部材に取り付けた状態を示す側断面図

１１起歪体
１２電源電極
１３第１の出力電極
１４第２の出力電極
１５ＧＮＤ電極
１６第１の歪抵抗素子
１７回路パターン
１８第２の歪抵抗素子
１９第３の歪抵抗素子
２０第４の歪抵抗素子
２１第１の取付部材
２２一端開口部
２４，２７段差部
２５第２の取付部材
２６他端開口部
２８シート
３０支持板

Claims

外表面に歪抵抗素子とこの歪抵抗素子と回路パターンにより電気的に接続される電極を設けた筒状の起歪体と、この起歪体の一端開口部を閉塞するように固定された第１の取付部材と、前記起歪体の他端開口部を閉塞するように固定された第２の取付部材とを備え、前記第１の取付部材と第２の取付部材のいずれか一方、もしくは両方に段差部を設けることにより、第１の取付部材と第２の取付部材のいずれか一方、もしくは両方と相手側取付部材との接触点が起歪体の外径よりも小径となるようにすることにより、前記相手側取付部材と起歪体の外径との間に間隙を構成した歪検出装置。