JP2002513475A - 圧縮ビラリ効果シートベルト張力センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ビラリ効果シートベルト張力センサ10は、センサ室32を持つセンサハウジング30を備える。センサハウジング30の第一の端34は複数の引張りロッド60を受け入れる複数の引張りロッド穴36を有する。磁歪性センサロッド22から成るビラリ効果センサ20はセンサ室32内に軸方向に設けられセンサハウジング30の第一の端34に隣接する。プランジャ40はセンサ室32内に設けられ、そこを摺動可能に移動することが出来る。引張りロッド60の一端はプランジャ40に固定されている。センサロッド22をセンサハウジング30の第一の端34へ偏倚するためにプランジャ40とセンサロッド22の第二の端26との間にスプリング50が設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】 圧縮ビラリ効果シートベルト張力センサ 関連出願相互参照 当出願は、1998年１月２日に出願した、本発明の譲受人と同じ譲受人に譲渡さ れたアメリカ合衆国仮出願番号No.60/070,319の利益を請求する。 この出願は、1998年11月19日に出願された1997年11月20日出願のアメリカ合衆 国仮出願番号No.60/067,071の利益を請求する“ビラリ効果シートベルト張力セ ンサ”と題するアメリカ合衆国同時係属出願番号No.091/196,093（両出願とも本 発明の譲受人と同じ譲受人に譲渡された）に関する。 発明の背景 本発明は、自動車乗員拘束ベルト（シートベルト）適用時の張力を測定するた めのビラリ効果（Villari Effect）センサを用いるシートベルト張力センサ装置 に関する。特に、本発明は、頑強で温度変化に無感応なシートベルト張力センサ 装置を備え、アナログ張力測定値を高い抜取率で提供する。 シートベルト張力の測定は、広範囲にわたる様々な情況下で行われることが望 ましい。シートベルト張力測定値は、シートベルトプレテンショナを始動させ、 衝突重大度にもとずくエアーバッグ膨張プロフィルを改変し、座席乗員のどのよ うな前進加速をも測定し、以って他の衝突に関わる力の強さを計算せしめるのに 用いてもよい。更に、シートベルト張力測定値は、自動車内に幼児座席があるか どうかを確認するための座席重量センサと連携して用いてもよい。 車両は、搭乗者の障害を軽減するために車両が衝突した時に反応して起動する 自動安全拘束アクチュエータを有することがある。そのような拘束アクチュエー タの例としては、エアーバッグ、シートベルトプレテンショナおよび展開可能な 膝枕（Knee bolster）がある。 自動安全拘束システムの一つの目的は、搭乗者の障害を軽減することであり、 自動安全拘束システムが起動しなかった場合にその衝突によって生ずるよりも更 に多くの障害が自動安全拘束システムによって生じないようにすることである。 このような自動安全拘束作動システムによる防護的利益にも拘らず、その展開に はリスクとコストを伴うのが一般的である。通例、安全拘束システムは障害を軽 減する必要がある時にのみ起動することが望ましい。なぜなら安全拘束システム の関連構成部品の交換費が嵩んだり、装置をそのように起動することが搭乗者に 危害を加える可能性があるからである。このことは、エアーバッグ拘束システム について特に言えることであって、エアーバッグが展開する時、その近すぎた搭 乗者−即ち位置違いの搭乗者−は、掛り合った車両衝突が比較的軽い場合であっ ても、展開するエアーバッグから死傷を蒙りやすい。更に、子供達や、若い成人 や、虚弱骨格の人々のような、小柄または虚弱体質の搭乗者は、エアーバッグイ ンフレータによって誘発される障害を特に蒙りやすい。更にまた、前座席搭乗者 側エアーバッグに近接して正常に配置された後向幼児座席(RFIS)に適切に固定さ れた幼児も、幼児座席の後部表面がエアーバッグインフレータモジュールと密接 しているため、展開するエアーバッグから死傷を蒙りやすい。 それゆえ、エアーバッグインフレータの作動を抑制するために、自動車内に幼 児座席があるかどうかを確定することが望ましい。自動車の座席に幼児座席が固 定されていると、成人あるいは「通常の背格好」の搭乗者がシートベルトを着用 している場合より、シートベルト張力が可成り高いことが度々実証されている。 シートベルトを着用している人は、通常の操作条件で、シートベルトをシートベ ルト張力の10ポンド以上固く絞めることはまれである。これとは対照的に、幼児 座席を固定するのに使われるシートベルト張力は50ポンド程も高いことが試験で 証明されている。このように装備された装置においては、座席にいる搭乗者の重 量を検知するために使用されるシートパッドに幼児座席を無理矢理に押し込むこ とにより、高いシートベルト張力が高い表示度数をシート重量センサに人為的に 誘発することが出来る。それゆえ、高い座席重量表示度数と合わせて異常に高い シートベルト張力が存在する時、幼児座席があることが推定されので、エアーバ ッグの膨張プロフィルがそれなりに改変されることがある。 既知のシートベルト張力測定システムは一般にスプリング荷重接触センサと荷 重計を含む。スプリング荷重接触センサは限界重量探知のみを提供する。即ちベ ルト上の張力が一定の限界以上か以下かは、スプリングによって確定されるので ある。荷重計は、ほどほどに信頼できるアナログ張力測定値を提供するが、高価 で、定期的な校正が必要であり、軸外荷重で破損されやすく、温度変化に伴って 著しく変化する出力度数表示を示す。加えて、多くの荷重計アナログ出力信号は 、張力測定値を得るのに遅延を誘発することがある電子加算連結の積であり、乗 員拘束の展開を抑制するような、時間にクリティカルな操作には、その測定値は そぐわないものとなる。 発明の概要 本発明によれば、ビラリ効果センサを用いるシートベルト張力測定システムが 提供される。本装置はシートベルトに作用する引張力をビラリ効果センサに伝達 してシートベルトにある張力量に応じて電気信号を発生させる。ビラリ効果セン サを格納し、そこに作用するプランジャーを軸方向に運動させるセンサハウジン グが提供される。シートベルト張力センサはシートベルトに作用するすべての引 張力をビラリ効果センサに作用する圧縮力に変えてそこに働く摩擦効果を最小限 に抑える。 本発明は、設計が比較的複雑ではなく、温度変化に無感応であり、定期的な校 正を必要とせず、軸外荷重に影響を受けず、そして極めて高い抜取率で、張力値 を提供できる張力測定システムを提供する。本発明はまた、例えば荷重計の技術 と比較して、制作費が安いという付加的な利点がある。本発明の他の利点は、車 両の設計要件次第で、シートベルトシステム内の数箇所にセンサを設置し得るこ とである。 更に、本発明により提供される電気出力は、万一衝突した場合に減速率を確定 するのに使用しうるし、幼児座席の有無を確定するシート重量センサと同時に使 用しうる。 従って、本発明の一つの目的は、車両シートに幼児座席または他の非成人対象 があるかどうかを確定するための、エアーバッグ制御装置に組込まれることが可 能なシートベルト張力センサを提供することである。 本発明のもう一つの目的は、頑強で、温度変化に無感応なシートベルト張力セ ンサを提供することである。 更に、本発明のもう一つの目的は、製造するのが安価なシートベルト張力セン サを提供することである。 本発明の更なる目的は、設計要件次第で車両シートベルトシステム内の数箇所 に配置できるシートベルト張力センサを提供することである。 更に、本発明の更なる目的は、乗員拘束制御装置にアナログ張力表示を示すビ ラリ効果センサを用いたシートベルト張力センサを提供することである。 本発明は、添付の図面を参照して以下の好適態様の詳細な説明を読めば、より 完全に理解し得るであろう。 図面の簡単な説明 図１．は、本発明によるビラリ効果シートベルト張力センサのダイアグラム説 明図である。 図２．は、自動車シートベルトシステムにおける本発明のシートベルト張力セ ンサの可能な配置を示す説明図である。 好適態様の詳細な説明 本発明のシート重量センサは、或る材料の透磁率が機械的ストレスを加えると 変化するという原理を利用して作動するものである。この原理はビラリ効果とし て知られている。 より具体的には、ビラリまたは“逆ジュール磁気弾性”効果は、1800年中頃ジ ュールとビラリによって発見され、研究された。ビラリ効果現象は、強磁性材料 に発生し、応力を受けると材料の透磁率に変化が生ずることを特徴とする。つま り、材料を磁化する能力は、材料に加えられる応力の度合いによるのである。ビ ラリ効果は、磁歪現象と密接に関連している。磁歪（“ジュール磁歪”としばし ば呼ばれている）は、磁化中の強磁性材料を拡大または縮小することを特徴とし ている。正の磁歪材料は、磁化されると、磁場方向へ並行に拡大し、負の磁歪材 料は、磁化されると、磁場と並行の方向へ縮小する。 磁歪性を示す材料は、ビラリ効果をも示す。正の磁歪係数をもつ材料は、圧縮 応力を受けると透磁性の減少に会い、引張応力を受けると透磁性の増大を示す。 負の磁歪材料には、これとは逆のことが起こる。即ち、圧縮応力を加えると透磁 性が増大し、引張応力を加えると縮小する。応力が加えられると、材料の透磁性 または反応磁化に表れるこの変化を、ビラリ効果という。 正の磁歪材料の例としては、鉄、バナジュウム ペルメンジュウル（鉄49%、 コバルト49%、バナジュウム2%）または一連の合金パーマロイ（ニッケル鉄）が 挙げられる。テルフェノル-Dは、鉄、テリビウム及びジスプロシウムから成るセ ラミック材料で、極めて高い透磁性を持つように特別に調製されている。ニッケ ルは、負の磁歪係数を持つ材料の例である。金属合金が使用される場合、その材 料は、加工硬化効果を取り除いて検知材料としての程よい均一性を確保するため に、適切に焼きなましされなければならない。 本発明で用いられるビラリ効果センサは既知の強さを持つ磁場に透過された正 の磁歪材料から成る。この材料の周囲に設けられたセンスコイル（sense coil） はこの材料を通過する磁界強度を測定するのに用いられる。この材料が圧縮力を 受けると、この材料内の磁界強度が変化して、センスコイルを通る印可電圧また は電流をモニターすることにより、この材料に加えられた力を計算することがで きる。 本発明のシートベルト張力センサは、圧縮力を測定するために配置され、以下 に更に詳しく説明するように、張力測定ビラリ効果センサに適用できる。 初めに、シートベルトに作用する圧縮力を測定するには、適切な磁歪材料を選 ばなければならない。圧縮力を測定する際、当該材料は、圧縮力がある場合に透 磁率の減少を示すような正の磁歪係数を持つていることが望ましい。磁歪係数の 符号はセンサが透磁率の減少する領域で作動するように選ばれる。一般に、増大 する応力と共に減少する透磁率を利用するセンサは、さらに大きなダイナミック レンジを持っており、応力が加えられるにつれて増大する透磁率を利用するもの よりも、加えられた応力によってさらに線状的に変化する信号を提供するであろ う。 従来知られたビラリ効果センサは、交流の駆動電流を加えて材料内に交番磁場 をつくる駆動コイルに囲まれた磁歪材料を備えるセンサロッドから構成されてい る。複数の検知コイルが、磁歪材料内の磁束の誘導体に比例する電圧又は電流出 力信号を供給する材料の周囲に巻き付けられている。出力信号は、例えば、エア ーバッグの展開を抑制する乗員拘束システムの制御と関連する様々な機能を遂行 するように都合よくプログラムされた制御プロセッサに操作上接続されている。 図１についてみると、本発明の好適態様によるビラリ効果シートベルト張力セ ンサ10は、センサハウジング30によってその形を定められたセンサ室32内に軸 方向に設けられた磁歪性センサロッド22を有するビラリ効果センサ20を備えてい る。センサハウジング30は、更に以下に説明するように、複数の引張りロッド穴 36を有する第一の端34を有する。センサロッド22の第一の端24はセンサハウジン グ30の第一の端34に隣接する。 プランジャ40はセンサ室32内に設けられ、そこで軸方向に摺動可能に移動する ことが出来る。スプリング50はプランジャ40とセンサロッド22の第二の端26との 間に設けられ、センサロッド22をセンサハウジング30の第一の端34へ偏倚する。 複数の引張りロッド60はセンサハウジング穴36を通ってセンサ室32へ延び第一 の端62でプランジャ40に固定される。引張りロッド穴36は引張りロッド60がそこ を自由に行き来することができるように成形されている。各引張りロッド60の第 二の端64はセンサハウジング30の外部へ延び、ネジ、溶接または他の適当な絞め 具のような在来の手段によって引張りロッドヘッド70に固定されている。引張り ロッドヘッド70はセンサ10を車輌フレームに固定するための据付けボルト穴72を 持っている。 引張りロッド60とそれに固定されたプランジャ40は引張りロッド60がセンサハ ウジング穴36を通って延びるにつれてセンサハウジング室32内を軸方向に自由に 移動する。センサハウジング30にはシートベルト80を固定するために第一の端34 に向き合ってシートベルトオリフィス38が更に備えられている。 実際の操作では、シートベルト80の張力が増加すると、センサハウジング30は 引張りロッドヘッド70とは反対方向へ引っ張られ、プランジャ40を強制してセン サハウジング30内を軸方向へ移動させ、ビラリ効果センサ20に対してスプリング 50を圧縮する。シートベルト80に作用する張力はすべてビラリ効果センサロッド 22へ移送され、その透磁率を変える。センサハウジング30内のプランジャ40と引 張りロッド60の軸方向移動はシートベルト張力の全てが圧縮力としてビラリ効果 センサロッド22に加えられ、摩擦力によって放散されないように工夫されている 。センサロッド22を介して透磁率が変化すると、ビラリ効果センサ20はそこに作 用する圧縮力の量に応じた出力28を乗員拘束始動装置を制御するのに用いられる 制御プロッセッサに対して発生する。 本発明の他の態様では、センサハウジング室32にはセンサロッドが破損した場 合プランジャ40がフランジ90に隣接する地点で内側へ延びるラジアルフランジ90 が設けられている。本発明のこの特徴はセンサが破損した場合シートベルト80が どんな僅かな距離でも移動することを防ぎ乗員の安全を高める。 図２に示すように、ビラリ効果シートベルト張力センサ10は設計要件により在 来型シートベルトシステムの複数の位置に位置決めしてもよく、また現行の乗員 拘束システムに改装して取付けてもよい。 以上具体的な態様が詳細に説明されたが、開示の全教示に照らし、種々の修正 や代替がこれらに加えられることは、当業者には理解されるであろう。従って、 開示された特定の装置は単に例証として意図するものであって、本発明の範囲を 限定するものではなく、その範囲は、添付の請求項の全範囲及びその均等物の一 切を含むものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＣＡ，ＪＰ，Ｋ Ｒ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．センサ室と、複数の引張りロッド穴を持つ第一の端と、シートベルトを受 け入れるための第一の端と向き合ったシートベルトオリフィスとを有するセンサ ハウジングと； センサ室内に設けられた軸方向に移動可能なプランジャと； 該プランジャに第一の端で固定され、据え付け穴を持つ引張りロッドヘッドに第 二の端で固定された前記センサハウジングの引張りロッド穴を通して延びる複数 の引張りロッドと； 前記センサハウジングの第一の端に隣接する第一の端を持つセンサ室内に軸方 向に設けられたビラリ効果センサと； 該ビラリ効果センサを前記センサハウシングの第一の端へ偏倚するための該ビ ラリ効果センサと前記プランジャとの間に設けられたスプリングと； を含むシートベルト張力センサ。 ２．センサハウジングが、ビラリ効果センサが破損した場合、プランジャがフ ランジを通過して移動することを防ぐために内側に延びるラジアルフランジを更 に備える、請求項１に記載のシートベルト張力センサ。 ３．ビラリ効果センサが、そこに作用する圧縮力に応じた出力を発生する、請 求項１に記載のシートベルト張力センサ。 ４．ビラリ効果センサロッドが、正の磁歪係数を持つ磁歪材料を含む、請求項 １に記載のシートベルト張力センサ。 ５．ビラリ効果センサが、そこに作用する圧縮力に応じた出力を発生する、請 求項２に記載のシートベルト張力センサ。 ６．ビラリ効果センサロッドが、正の磁歪係数を持つ磁歪材料を含む、請求項 ２に記載のシートベルト張力センサ。