JP6897323B2 - 荷重センサ - Google Patents

Description

本発明は、荷重センサに関するものである。

従来、荷重センサとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この荷重センサは、歪みゲージの取着された起歪体を備える。この起歪体の中央部は、第１部材（フレーム）に固定されている。また、起歪体の両端部は、第２部材（アッパレール）に固定されている。そして、第１部材に上下方向の荷重が作用すると、起歪体が弾性変形するように構成されている。荷重センサは、起歪体の弾性変形に伴い歪みゲージの電気抵抗を変化させることで、当該荷重を電気的に検出する。

特開２００９−１２８１０６号公報

ところで、特許文献１では、例えば車両衝突時などで第１部材に上下方向の大荷重が作用すると、起歪体がその弾性限度を超えて塑性変形することがある。この場合、起歪体が原形に復帰できなくなることで、荷重の検出精度の劣化を余儀なくされる。

本発明の目的は、起歪体の塑性変形を抑制できる荷重センサを提供することにある。

上記課題を解決する荷重センサは、第１部材及び第２部材の間に配置されて前記第１部材に作用する上下方向の荷重を検出する荷重センサであって、歪みゲージを有する起歪体と、前記起歪体及び前記第１部材を固定する第１固定部材と、前記起歪体及び前記第２部材を固定する第２固定部材と、前記第２固定部材に取着され、前記第１部材に作用する上下方向の荷重による前記起歪体の変形方向で該起歪体が当接可能なストッパ部材とを備え、前記第２固定部材は、前記起歪体に取着されるブッシュ及び該ブッシュに前記起歪体と共に挿通されて前記第２部材に締結される締結具からなり、前記ストッパ部材は、前記ブッシュに取着された。

この構成によれば、例えば前記第１部材に通常の使用領域で想定する荷重を超える上下方向の荷重が作用すると、前記起歪体を弾性変形させつつ、前記第１部材が前記第２部材に対して上下方向に著しく変位する。このとき、前記起歪体が弾性変形に伴い前記ストッパ部材に当接すると、前記起歪体の更なる弾性変形が抑制される。従って、前記起歪体がその弾性限度を超えて塑性変形することを抑制できる。

この構成によれば、前記ストッパ部材が前記ブッシュに取着されていることで、前記第２部材に前記起歪体を固定する前の状態であっても前記ストッパ部材を前記起歪体等に固定できる。従って、前記第２部材に前記起歪体を固定する前の状態で、前記変形方向における前記起歪体及び前記ストッパ部材の間の隙間、即ち前記起歪体が前記ストッパ部材に当接するときの弾性変形量を調整・設定でき、荷重センサの強度管理をより円滑に行うことができる。

本発明は、起歪体の塑性変形を抑制できる効果がある。

荷重センサの一実施形態が適用されるシートの斜視図。 同実施形態の荷重センサについてその構造を示す断面図。 同実施形態の荷重センサについてその構造を示す正面図。 荷重センサの変形形態についてその構造を示す断面図。

以下、荷重センサの一実施形態について説明する。なお、以下では、車両の前後方向を「前後方向」という。
図１に示すように、第２部材としての車両のフロア１には、車両の幅方向に並設された一対の第１部材としてのロアレール２が前後方向に延在する状態で支持されるとともに、両ロアレール２の各々には、アッパレール４がロアレール２に対し前後方向に移動可能に連結されている。そして、両アッパレール４には、乗員の着座部を形成するシート５が支持されている。

なお、各ロアレール２は、前後方向に延在する略長尺状の底壁３を有する。そして、フロア１と底壁３との間には、ロアレール２に作用する上下方向の荷重、例えばシート５に着座している乗員の荷重を検出する前後一対の荷重センサ１０が配置されている。つまり、底壁３（ロアレール２）は、その前端部及び後端部において、荷重センサ１０を介してフロア１に固定・支持されている。

図２及び図３に示すように、フロア１には、各荷重センサ１０及び底壁３に対向して上下方向に延びる前後一対のねじ孔１ａが形成されている。一方、ロアレール２の底壁３には、前後方向における両ねじ孔１ａ間の中央部で各荷重センサ１０に対向して上下方向に開口する略円形のレール側連結孔３ａが形成されている。

荷重センサ１０は、フロア１及び底壁３の間に挟まれる上下方向の位置で両ねじ孔１ａ間に跨るように前後方向に延在する略長尺状の起歪体１１を備える。この起歪体１１には、両ねじ孔１ａと略同心で両端部に配置された前後一対の略円形の固定穴１１ａが形成されるとともに、レール側連結孔３ａと略同心で中央部に配置された略円形の中央穴１１ｂが形成されている。なお、起歪体１１は、各隣り合う固定穴１１ａ及び中央穴１１ｂの間の下面に貼着された一対の歪みゲージＧ１，Ｇ２を有する。

また、荷重センサ１０は、起歪体１１上に載せられた、例えば金属板からなるブラケット１２を備える。このブラケット１２は、両固定穴１１ａと略同心の前後一対の略円環状の取付部１２ａと、起歪体１１を回避してそれら両取付部１２ａ同士を前後方向に接続するアンプケース取付部１２ｂとを一体的に有する。そして、各取付部１２ａには、固定穴１１ａと略同心でその内径と同等の内径を有する挿通孔１２ｃが形成されている。

アンプケース取付部１２ｂの下面には、車両の幅方向に起歪体１１に隣接する状態で、アンプケース１３が取着されている。このアンプケース１３には、例えば歪みゲージＧ１，Ｇ２からの信号を増幅するためのアンプ基板（図示略）が収納される。

さらに、荷重センサ１０は、両固定穴１１ａと略同心で前後一対の段付き略円筒状のロアブッシュ１４を備える。各ロアブッシュ１４は、フロア１上に位置する台座部１４ａと、該台座部１４ａよりも縮径されて上方に突設された取付部１４ｂとを一体的に有する。取付部１４ｂの外径は、固定穴１１ａ等の内径と略同等に設定されている。起歪体１１は、各固定穴１１ａに各取付部１４ｂが圧接状態で挿入された状態で台座部１４ａ上に載せられており、ブラケット１２は、各挿通孔１２ｃに各取付部１４ｂが圧接状態で挿入された状態で起歪体１１上に載せられている。これにより、ロアブッシュ１４は、起歪体１１等に固定されている。起歪体１１及びブラケット１２を重ねた状態での上下方向の寸法（板厚）は、取付部１４ｂの上下方向（軸方向）の寸法と略同等に設定されている。従って、ブラケット１２の上面は、取付部１４ｂの上面と略面一に繋がっている。なお、各ロアブッシュ１４の中央部は、ねじ孔１ａの内径よりも若干大きい内径を有する挿通孔１４ｃを形成する。

さらにまた、荷重センサ１０は、ブラケット１２の両取付部１２ａ上に載せられた、例えば略四角形の金属板からなる前後一対のストッパ部材２１を備える。各ストッパ部材２１には、両固定穴１１ａと略同心で略円形の挿通孔２１ａが形成されている。挿通孔２１ａの内径は、挿通孔１４ｃの内径と略同等に設定されている。従って、挿通孔２１ａの周縁部は、取付部１２ａ，１４ｂの上面に当接している。また、各ストッパ部材２１の中央穴１１ｂ寄りの先端部には、起歪体１１に向かって下方に断面略四角形のストッパ片２１ｂが突設されている。ストッパ片２１ｂの下面と起歪体１１の上面との間には、上下方向の隙間Δが設定されている。

また、荷重センサ１０は、中央穴１１ｂと略同心の固定具１５を備える。この固定具１５は、ねじ部１５ａ、該ねじ部１５ａよりも順次拡径されてその下端に接続された略円盤状の圧入部１５ｂ、挿入部１５ｃ及び頭部１５ｄを一体的に有する。挿入部１５ｃの外径は、中央穴１１ｂの内径よりも若干小さく設定されており、挿入部１５ｃの上下方向（軸方向）の寸法は、起歪体１１の上下方向の寸法（板厚）と略同等に設定されている。固定具１５は、ねじ部１５ａが中央穴１１ｂに下方から挿通されることで、頭部１５ｄの上面が中央穴１１ｂの周縁部に当接されるとともに挿入部１５ｃが中央穴１１ｂに挿入される。このとき、起歪体１１の上面は、挿入部１５ｃの上面と略面一に繋がる。

さらに、荷重センサ１０は、圧入部１５ｂの外径と略同等の内径を有する取付孔１６ａの形成された略円環状のリング部材１６を備える。このリング部材１６は、中央穴１１ｂの上方に突出する圧入部１５ｂが圧入状態で挿入されることで、固定具１５と共に起歪体１１に固定されている。このとき、リング部材１６の下面が中央穴１１ｂの周縁部及び挿入部１５ｃの周縁部に当接する。なお、リング部材１６の上下方向（軸方向）の寸法は、ブラケット１２及びストッパ部材２１を重ねた状態での上下方向の寸法（板厚）よりも十分に大きく設定されている。

起歪体１１の各端部等は、締結ボルト１７によってフロア１に固定されている。すなわち、締結ボルト１７は、固定穴１１ａ等と略同心でその内径よりも大きい２面幅を有する略多角形（例えば六角形）の柱状の頭部１７ａと、該頭部１７ａと略同心で下方に突設されたねじ部１７ｂとを一体的に有する。締結ボルト１７は、ねじ部１７ｂが挿通孔２１ａ，１４ｃに順次挿通され、挿通孔１４ｃを貫通するねじ部１７ｂの下端部がねじ孔１ａに締め付けられる。以上により、フロア１及び頭部１７ａの間に挟まれる起歪体１１の各端部等がフロア１に固定される。つまり、各ストッパ部材２１は、フロア１及び頭部１７ａの間に起歪体１１等と共に挟まれることでフロア１に固定されている。ロアブッシュ１４及び締結ボルト１７は、ねじ孔１ａと協働して第２固定部材Ｆ２を構成する。

起歪体１１の中央部は、固定ナット１９によって底壁３（ロアレール２）に固定されている。すなわち、固定ナット１９は、レール側連結孔３ａを貫通するねじ部１５ａの上端部に上方から締め付けられることで、底壁３の下面にリング部材１６の上面が当接する状態で、頭部１５ｄの間に起歪体１１の中央部等を挟む。以上により、頭部１５ｄ及び固定ナット１９の間にリング部材１６と共に挟まれる起歪体１１の中央部が底壁３に固定される。固定具１５、リング部材１６及び固定ナット１９は第１固定部材Ｆ１を構成する。

このような構成にあって、例えばシート５に着座する乗員の荷重が第１固定部材Ｆ１を介して起歪体１１に伝達されると、該荷重に応じて起歪体１１が上下方向に変形して歪みゲージＧ１，Ｇ２の電気抵抗が変化する。歪みゲージＧ１，Ｇ２の電気抵抗の変化に伴う電圧の変化を前述のアンプ基板で増幅することで乗員の荷重が検出される。

次に、本実施形態の作用とともに、その効果について説明する。
（１）例えば車両衝突に伴いシート５が上方に飛び出そうとするなどして、ロアレール２に通常の使用領域で想定する荷重を超える上方の荷重が作用すると、起歪体１１を弾性変形させつつ、ロアレール２がフロア１に対して上方に著しく変位する。このときの起歪体１１の変形方向は上方に一致する。従って、起歪体１１が上方に隙間Δに相当する所定距離だけ弾性変形してストッパ部材２１（ストッパ片２１ｂ）に当接すると、起歪体１１の更なる弾性変形が抑制される。この隙間Δは、弾性限度を超えない起歪体１１の弾性変形量に基づき設定されている。また、ストッパ部材２１は、起歪体１１の弾性変形を抑制する際にそれ自体が塑性変形することのない十分な剛性を有している。従って、起歪体１１がその弾性限度を超えて塑性変形することを抑制できる。そして、ひいては、荷重センサ１０の高強度化を実現できる。

（２）本実施形態では、ストッパ片２１ｂの下方への突出量を変更することで、起歪体１１の上面との間の隙間Δを容易に変更できる。これにより、起歪体１１の弾性変形の抑制を開始するときのロアレール２に作用する上方の荷重を容易に変更できる。

（３）本実施形態では、ストッパ部材２１に起歪体１１を直に当接させて該起歪体１１の過大な弾性変形を抑制（即ち塑性変形を阻止）したことで、例えば起歪体１１以外の適宜箇所を当接させる場合に比べてより正確に起歪体１１の弾性変形の抑制を開始できる。あるいは、隙間Δに誤差の積算がないことで、例えば要求仕様に合わせてより正確に隙間Δを設定・管理できる。

（４）本実施形態では、起歪体１１の過大な弾性変形を抑制（即ち塑性変形を阻止）したことで、例えば起歪体１１を現素材のままより低剛性の仕様に変更でき、ひいてはコストを削減できる。

（５）本実施形態では、両ストッパ部材２１を起歪体１１等に集約配置したことで、装置全体としてより小型化できる。
（６）本実施形態では、荷重センサ１０は、フロア１等に固定される前の状態であっても、両ストッパ部材２１、第１固定部材Ｆ１の一部（固定ナット１９）及び両第２固定部材Ｆ２一部（締結ボルト１７）を除いてユニット化されていることで、フロア１等に対する組付工数をより低減できる。

（７）本実施形態では、フロア１及びロアレール２の間に介設される荷重センサ１０であることで、シート５に作用する荷重を検出できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

・前記実施形態において、ストッパ部材は、ロアブッシュに取着されていてもよい。すなわち、図４に示すように、荷重センサ３０のストッパ部材２１に準じたストッパ部材３１には、挿通孔１２ｃと略同心でその内径と同等の内径を有する挿通孔３１ａが形成されている。また、固定穴１１ａと略同心でロアブッシュ１４に準じたブッシュとしてのロアブッシュ３２が配置されている。ロアブッシュ３２は、フロア１上に位置する台座部３２ａと、該台座部３２ａよりも縮径されて上方に突設された取付部３２ｂとを一体的に有する。取付部３２ｂの外径は、固定穴１１ａ等の内径と略同等に設定されている。

起歪体１１は、各固定穴１１ａに各取付部３２ｂが圧接状態で挿入された状態で台座部１４ａ上に載せられており、ブラケット１２は、各挿通孔１２ｃに各取付部３２ｂが圧接状態で挿入された状態で起歪体１１上に載せられている。そして、各ストッパ部材３１は、挿通孔３１ａに各取付部３２ｂが圧接状態で挿入された状態でブラケット１２上に載せられている。これにより、ロアブッシュ３２は、起歪体１１等に固定されている。換言すれば、ストッパ部材３１は、起歪体１１に取着されたロアブッシュ３２に取着されることで起歪体１１に固定されている。なお、ロアブッシュ３２の取付部３２ｂは、ブラケット１２の挿通孔１２ｃに圧接することなく挿入されていてもよい。

起歪体１１、ブラケット１２及びストッパ部材３１を重ねた状態での上下方向の寸法（板厚）は、取付部３２ｂの上下方向（軸方向）の寸法と略同等に設定されている。従って、ストッパ部材３１の上面は、取付部３２ｂの上面と略面一に繋がっている。なお、各ロアブッシュ３２の中央部は、ねじ孔１ａの内径よりも若干大きい内径を有する挿通孔３２ｃを形成する。

起歪体１１の各端部等は、締結具としての締結ボルト１７によってフロア１に固定されている。すなわち、締結ボルト１７は、ねじ部１７ｂが挿通孔３２ｃに挿通され、該挿通孔３２ｃを貫通するねじ部１７ｂの下端部がねじ孔１ａに締め付けられる。このとき、頭部１７ａの下面が挿通孔３１ａの周縁部及び取付部３２ｂの上面に当接する。以上により、フロア１及び頭部１７ａの間に挟まれる起歪体１１の各端部等がフロア１に固定される。つまり、各ストッパ部材３１は、フロア１及び頭部１７ａの間に起歪体１１等と共に挟まれることでフロア１に固定されている。ロアブッシュ３２及び締結ボルト１７は、ねじ孔１ａと協働して第２固定部材Ｆ１２を構成する。

このように変更することで、前記実施形態と同様の効果に加えて以下の効果が得られる。
（１）本実施形態では、ストッパ部材３１がロアブッシュ３２に取着されていることで、フロア１に起歪体１１を固定する前の状態であってもストッパ部材３１を起歪体１１等に固定できる。従って、フロア１に起歪体１１を固定する前の状態で、変形方向における起歪体１１及びストッパ部材３１の間の隙間、即ち起歪体１１がストッパ部材３１に当接するときの弾性変形量を調整・設定でき、荷重センサ３０の強度管理をより円滑に行うことができる。

・前記実施形態において、ストッパ部材２１，３１のストッパ片（２１ｂ）は、下方に尖鋭な断面略三角形状又は台形状であってもよい。
・前記実施形態において、ストッパ部材２１，３１のストッパ片（２１ｂ）は、車両の幅方向に間隔をあけて複数設けられていていてもよい。この場合、複数のストッパ片の各々は、下方に尖鋭な略錐体又は錐台状であってもよい。

・前記実施形態において、起歪体１１の上面との間の上下方向の隙間Δが要求仕様に合わせて設定可能であれば、ストッパ部材２１，３１のストッパ片（２１ｂ）を省略してもよい。

・前記実施形態において、ストッパ部材２１，３１に代えて、若しくはストッパ部材２１，３１に加えて、ロアレール２に通常の使用領域で想定する荷重を超える下方の荷重が作用するときに、起歪体１１と当接してその弾性変形を抑制するストッパ部材を採用してもよい。

・前記実施形態において、ロアレール２に作用する上下方向の荷重による変形方向が上下方向に一致しない起歪体であってもよい。つまり、変形方向が上下方向に一致しないようにフロア１及びロアレール２に固定される起歪体であってもよい。

・前記実施形態において、固定具１５は、固定ナット１９に代えてカシメによって底壁３に固定されてもよい。
・前記実施形態において、固定具１５の挿入部１５ｃは、中央穴１１ｂに圧接状態で挿入されてもよい。

・前記実施形態において、固定具１５は、起歪体１１に一体形成されていてもよい。
・前記実施形態において、圧入部１５ｂ及び取付孔１６ａには、それらが螺合するように雄ねじ及び雌ねじをそれぞれ形成してもよい。

・前記実施形態において、リング部材１６は、略多角環状であってもよい。
・前記実施形態において、ロアブッシュ１４，３２の取付部１４ｂ，３２ｂは、固定穴１１ａに圧接することなく挿入されてもよい。

・前記実施形態において、ロアブッシュ１４，３２は、起歪体１１に一体形成されていてもよい。
・前記実施形態において、フロア１との間で起歪体１１の上下方向の弾性変形を許容できるのであれば、ロアブッシュ１４を省略してもよい。

・前記実施形態において、底壁３及び起歪体１１の上下方向の離間距離は、リング部材１６に準じたリング部材及び該リング部材に重ねられるワッシャの組合せによって決定してもよい。

・前記実施形態において、車両の前方に配置されたストッパ部材２１，３１を省略してもよい。
・前記実施形態において、起歪体１１の前端部等は、フロア１に固定されていなくてもよい。すなわち、荷重センサ１０は、起歪体１１の後端部等においてフロア１に片持ち支持の状態で固定されてもよい。

・前記実施形態において、アッパレール４及びシート５の間に介設される荷重センサ（１０）であってもよい。
・前記実施形態において、フロア及びベッド部材の間に介設される荷重センサ（１０）であってもよい。この場合、ベッド部材に作用する荷重を検出できる。

Ｆ１…第１固定部材、Ｆ２，Ｆ１２…第２固定部材、Ｇ１，Ｇ２…歪みゲージ、１…フロア（第２部材）、２…ロアレール（第１部材）、１０，３０…荷重センサ、１１…起歪体、１７…締結ボルト（締結具）、２１，３１…ストッパ部材、３２…ロアブッシュ（ブッシュ）。

Claims (1)

1. 第１部材及び第２部材の間に配置されて前記第１部材に作用する上下方向の荷重を検出する荷重センサであって、
   歪みゲージを有する起歪体と、
   前記起歪体及び前記第１部材を固定する第１固定部材と、
   前記起歪体及び前記第２部材を固定する第２固定部材と、
   前記第２固定部材に取着され、前記第１部材に作用する上下方向の荷重による前記起歪体の変形方向で該起歪体が当接可能なストッパ部材とを備え、
   前記第２固定部材は、前記起歪体に取着されるブッシュ及び該ブッシュに前記起歪体と共に挿通されて前記第２部材に締結される締結具からなり、
   前記ストッパ部材は、前記ブッシュに取着された、荷重センサ。

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