JP2005249598A - 荷重検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 荷重検出方向以外からは荷重を検知し難く、荷重検出方向からの荷重を高精度に検出可能に構成されるとともに、全体が高強度な構造体をなす荷重検出装置を提供する。
【解決手段】 所定方向からの力を受けると弾性変位を生じる弾性変位領域を有するように、支持部材によって支持された荷重伝達部材２と、荷重伝達部材２の弾性変位領域と接して備えられ、弾性変位に伴う荷重を検出する荷重センサ５と、荷重センサ５を支持し、かつ支持部材３と連結する荷重センサ支持部材４とが、所定方向においてこの順で備えられるとともに、支持部材３は、荷重センサ５と接することなく備えられ、荷重伝達部材２は、荷重センサ５よりも所定方向における剛性が低いことを特徴とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両に搭載される荷重検出装置に関する。

自動車には、乗員の安全確保の装置として、シートベルト、エアバック等が備えられているように、近年その安全確保の重要性が認知され、対策がなされるようになってきた。これにより、乗員の死亡率は近年減少傾向にある。また一方で、歩行者に対する安全確保に関しては、乗員保護の各種対策に比べ、比較的その展開が遅れ気味ではありつつも、その技術開発は進みつつある。

乗員保護のためのエアバックに関しては既に周知であるが、近年、自動車の助手席シートの重量を検知して、乗員が大人であるか子供であるかを判別した上でエアバッグの展開を制御し、大人の乗員保護性能と子供への加害性低減とを両立したいという要望がある（特許文献１）。このような制御を行う場合、座席シートの下に乗員検知用の荷重センサを設けて、座席シートに加えられる重量を検出し、この重量によって乗員が大人であるか子供であるかを検知する必要がある。これにより、検出した重量に応じたエアバックの展開制御が可能となり、例えば検出重量が所定重量を超えていれば、乗員を大人であると判定して、通常どおりのガス量でエアバックを展開し、所定重量を下回っていれば、乗員を子供と判定し、エアバックを展開しない、またはガス量を減じて展開する等のエアバックの展開制御を行うことができる。

また、歩行者保護に関する技術として、車両と歩行者との衝突の際に、その衝突荷重を検知して車両のボンネット（フード）を跳ね上げる、またはボンネット上にエアバックを展開するなど、衝突の際に歩行者がボンネットに頭部を強打することを防ぐ技術の開発が進んでいる（特許文献２）。このような安全機構を作動させるためには、車両のバンパ部に衝突した衝突物が人間であるか否かを検出することが必要となる。この場合、例えば車両のバンパに荷重センサを設けることで、バンパへの衝突があった時には、該荷重センサの検出荷重に基づいて衝突物の重量を検出する。そして、その重量が人間の体重相当のものである場合に、上記安全機構を作動させることができる。

特開平１５−２４０６３２号公報 特開平１１−０２８９９４号公報

これらの技術における荷重センサは、一方向からの荷重に対して高感度を有し、それら以外からの荷重に対しては反応しないように構成されることが望ましい。例えば、助手席シートの下に設けられる乗員検知用の荷重センサであれば、座席シート上の重量のみが検出されることは望ましい。それ以外の方向、例えば車両前後方向からの荷重等が検出されてしまうと、座席シート上の重量を正しく計測できないため、上記のようなエアバックの展開制御等を精度良く行うことができない。また、バンパへの衝突物の重量を検出するバンパ部の荷重センサであれば、車両前後方向以外の方向、例えば車両上下方向の荷重が検出されてしまうと、悪路走行中の上下振動によっても荷重が検出され、ボンネットを跳ね上げる、ボンネット上にエアバックを展開するなどの上記の安全機構が作動してしまう可能性がある。

こうした課題に対して、特許文献１では、荷重検出方向に対して直交方向に加えられる不要な荷重負荷を低減させる構成が提案されている。ところが、該公報に記載の重量計測装置では、片もち梁をなす板ばねを介して、曲げ歪により荷重を電気量に変換する荷重検出部に荷重が加えられるように構成されており、板ばねと検出部との剛性比や板ばねの長さ等に依存して検出感度が大きく変動することから、構成部品およびその組み付けには高い精度が要求され、コスト高となるという問題がある。また、荷重検出方向と同じ方向に例えば引っ張り荷重が印加された場合の強度は検出ダイナミックレンジを広く確保できないという問題もある。

また、上記特許文献１には、バンパへの衝撃を検出するための検出装置に関する記載があるが、該公報においては、バンパ全体わたって荷重センサを設置するように構成されている。ところが、バンパの形状と体格は車種に応じて異なるため、車種ごとに荷重センサの配置を設計する必要があり、またその配置面積も広いことによりコスト高となるという問題がある。また、この問題を回避するために、車両のバンパリインフォースメント（以下、バンパＲ／Ｆとも言う）と１対のフロントサイドメンバーとの間に荷重センサを設置することも考えられるが、バンパＲ／Ｆは、車両前方からの衝撃吸収部材を支持するものであり、剛性が高く、質量も大きい。従って、荷重センサには、バンパＲ／Ｆの重量や上下振動等、車両の上下方向のせん断力が作用してしまい、これらを外乱ノイズとして検出してしまうため、精度良く衝突荷重を検出することができないという問題もある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、荷重検出方向以外からの荷重を検知し難く、荷重検出方向からの荷重を高精度に検出可能に構成されるとともに、全体が高強度な構造体をなす荷重検出装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記課題を解決するために、本発明の荷重検出装置は、所定方向からの力を受けると弾性変位を生じる弾性変位領域を有するように、支持部材によって支持された荷重伝達部材と、前記荷重伝達部材の前記弾性変位領域と接して備えられ、前記弾性変位に伴う荷重を検出する荷重センサと、前記荷重センサを支持し、かつ前記支持部材と連結する荷重センサ支持部材とが、前記所定方向においてこの順で備えられるとともに、前記支持部材は、前記荷重センサと接することなく備えられ、前記荷重伝達部材は、前記荷重センサよりも前記所定方向における剛性が低いことを特徴とする。

本発明の荷重検出装置では、荷重センサが荷重伝達部材の弾性変位領域と荷重センサ支持部材とに挟持されており、荷重伝達部材に荷重が加えられることにより、荷重伝達部材の弾性変位領域には弾性変形が生じ、その変形量に基づく荷重が荷重センサに加えられる。このとき、荷重センサが荷重伝達部材よりも高い剛性を有することにより、荷重センサが受け持つ荷重分担量が大きくなり、逆に荷重伝達部材が受け持つ荷重分担量が小さくなるため、高感度の荷重検出を行うことが可能となる。

ここで、荷重分担量とは、複数の部材からなる構造体に対して一定の荷重Ｆが加えられた場合に、各部材が受け持つ荷重の大きさを表すものであり、例えば、上記のように荷重印加方向に連結している２つの部材で考える場合は、荷重印加方向からの荷重Ｆが加えられると、第１部材と第２部材とは弾性変形し、それぞれδ１、δ２の弾性変位を生じる。このときの第１部材と第２部材との荷重分担量を、それぞれＦ１、Ｆ２とすると、
Ｆ１＝Ｆ×（δ２／δ１）
Ｆ２＝Ｆ×（δ１／δ２）
で表すことができる。これらの式から分かるように、荷重分担量は弾性変形の大きい部材ほど小さくなる。すなわち、高い剛性を有する部材ほど荷重を多く受け持つと言える。本発明においては、荷重センサが、荷重伝達部材よりも剛性が高く備えられていることで、加えられる荷重Ｆに対して荷重センサが受け持つ過重分担量が大きいので、高感度かつ高精度の荷重検出を可能としている。

また、荷重センサを挟持する荷重伝達部材と荷重センサ支持部材とは、支持部材によって互いが連結されている。これにより、荷重センサを挟む荷重伝達部材と荷重センサ支持部材とに作用する、荷重検出方向とは垂直をなすせん断方向に生じる荷重に対して、高い剛性を有する構造となる。これにより、荷重検出方向以外からの荷重によって生じる検出荷重のばらつきを抑えることができ、高精度の荷重検出を可能とすることができる。

本発明の荷重検出装置において、前記支持部材は、前記所定方向に対する剛性が、それとは異なる方向に対する剛性よりも低いことを特徴とするものであっても良い。支持部材は、荷重印加が印加される所定方向（荷重センサの荷重検出方向）に関しては弾性変形を許容するが、その他の方向（この場合、所定方向を中心軸線としたときの径方向）に関しては、高い剛性を備えるように構成されることが望ましい。本発明の荷重検出装置は、所定方向からの荷重を検出するものであって、それ以外の方向からの荷重に関しては、これを検出しないように構成される。従って、検出方向以外の方向からの荷重が荷重センサに伝わらないように、これらの方向に対する支持部材の剛性を高くすることで、本発明の荷重検出装置は、所定方向からの荷重を精度良く検出することができる。なお、所定方向以外の剛性を高くするためには、例えば所定方向以外の方向の厚さを厚くする、材質を変更する等によって比較的容易に実現できる。

本発明の荷重検出装置において、前記荷重センサは、前記弾性変位領域の重心部と接して備えられることを特徴とするものであってもよい。前記弾性変位領域の重心位置とは、すなわち該領域の最大変位点である。この最大変位点と接して荷重センサが備えられることで、荷重センサは荷重伝達部材から最も効率よく荷重が伝達され、高精度の荷重検出が可能となる。

本発明の荷重検出装置において、前記支持部材は、前記弾性変位領域の重心から前記所定方向に伸びる軸線に対して、対称的に配置されることを特徴とするものであってもよい。前記弾性変位領域の重心位置は、上述したように該領域の最大変位点である。従って、その最大変位点に対して対称をなすように各支持部材が配置されることで、荷重伝達部材に加えられた荷重に対して、各支持部材の荷重分担量をバランスよく分配することが可能となり、安定して荷重伝達部材を支持することができる。すなわち、荷重検出装置全体を、荷重検出方向からの荷重に対して高い強度を有する構造とすることができる。

本発明の荷重検出装置において、前記荷重センサは、ジルコ二アと、圧力抵抗効果を有するＬａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３（０≦ｘ≦１）とを主材料として構成されることを特徴とするものであってもよい。このジルコニアの粒子をマトリックス材料とし、圧力抵抗効果材料のＬａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３粒子を電気的に連続になるように分散した構造で形成することで、荷重の印加に基づいてオーム抵抗を変化させ、該オーム抵抗の変化による荷重検出が可能となる。ジルコニアは、耐熱性に優れるためセンサ内での温度変化が生じにくいため、センサ内の温度変化による検出誤差を生じにくい。またジルコニアは、強靭性を有するため、荷重、圧力による破壊に対して極めて高い耐性を有するセンサ構造を得ることができる。また、本発明においては、荷重センサの強度を増すことは、本発明の荷重検出部装置全体の剛性を高くすることにつながる。本発明では、荷重伝達部材は、荷重センサよりも剛性が低い部材である必要があるが、荷重伝達部材以外に関しては、荷重センサ以上の剛性を有するように構成することができる。従って、荷重検出部の剛性を高くすることは、荷重伝達部材の剛性を高くすることにもつながり、これにより荷重検出装置全体の剛性を引き上げられることができる。このような荷重検出装置は、各種機構内に一構造体として備えることができる。

また、本発明の荷重検出装置は、車両のバンパカバーの内側に備えられたエネルギーアブゾーバに連結された車両左右方向に延びるバンパリインフォースメントと、車両前後方向に延びるサイドメンバーの車両前方側との間に挟持され、車両のバンパ側から加えられる荷重を検出することを特徴とするものであってもよい。車両の進行方向（車両前方）からバンパに加えられた衝撃を荷重として検出する場合、車両の進行方向以外からの荷重を検出することは、その衝撃を高精度に検出する上での誤差となる。従って、所定方向からの荷重を精度良く検出可能な本発明の荷重検出装置は、バンパへの衝撃荷重の検出に適する。また、本発明の荷重検出装置は、上記したように、全体が高い剛性を有するように構成できるため、バンパに加えられる高い衝撃荷重に耐えることができる。

また、本発明の荷重検出装置は、車両用シートの座面と車体の一部であるフロアとの間に備えられ、前記車両用シートの前記座面に加えられる荷重を検出することを特徴とするものであってもよい。車両の座席シートに加わる重量を検出する場合、車両の前後左右方向からの荷重を検出することは、その重量を高精度に検出する上での誤差となる。従って、所定方向からの荷重を精度良く検出可能な本発明の荷重検出装置は、座席シートの重量検出（乗員検知）に適する。

以下、本発明の荷重検出装置を車両のフロントエンド部に備えた実施例を例に、図面を用いて説明する。車両のフロントエンド部には、通常バンパカバーが設けられており、車両前方からの衝突エネルギーを吸収する役割を果たしている。本発明の荷重検出装置は、この車両前方から加えられる荷重に対して高い検出精度を有するように構成されることを特徴とするものである。

図１は、その車両のフロントエンド部の構造を示す概略図である。図１に示された車両のフロントエンド部分は、バンパカバー１００の内側に、塑性変形によってバンパカバー１００への衝撃エネルギーを吸収するエネルギーアブゾーバ１０１を備え、このエネルギーアブゾーバ１０１は、バンパカバー１００とバンパリインフォースメント１０２との間に設置され、バンパリインフォースメント１０２にボルトとナットとからなる締結部材１１０ｃによってねじ固定され、結合している。本発明の荷重検出装置１は、そのバンパリインフォースメント１０２と車体前後に延びる車体フレームをなすサイドメンバー１０３との間に挟持されている。図２は、そのバンパリインフォースメント１０２とサイドメンバー１０３の車体における位置関係を示す図である。このとき、荷重検出装置１とバンパリインフォースメント１０３との連結は、バンパリインフォースメント１０３を貫通する上記結合部１１０ｃによってなされ、また、荷重検出装置１とサイドメンバー１０３との連結は、ボルトとナットとからなる締結部材１１０ａ，１１０ｂによってねじ固定されている。

図３は、図１に示す荷重検出装置１の拡大図である。本発明の荷重検出装置１は、荷重センサ５と、バンパリインフォースメント１０２（図１）と隙間無く連結され、バンパカバー１００に加えられる車両前方からの荷重Ｆを、エネルギーアブゾーバ１０１（図１）およびバンパリインフォースメント１０２を介して加えられ、その荷重を荷重センサ５に伝達する荷重伝達部材２と、サイドメンバー１０３に連結され、荷重伝達部材２とともに荷重センサ５を挟持する荷重センサ支持部材４と、荷重伝達部材２と荷重センサ支持部材４との両者と結合する支持部材３とで構成される。本発明の荷重検出装置は、バンパカバー１００からの衝撃に耐えうる高い強度を有する必要があるため、これらの構成要素は高い剛性を有することが望ましい。

本発明の荷重検出装置１に用いられる荷重センサ５は、荷重伝達部材よりは剛性の高い材料にて構成される必要があり、例えば、セラミックスを主材料とする荷重センサ素子を用いることができる。これにより、より高荷重に耐えうる荷重センサを形成することができる。この場合、電気絶縁性を有するセラミック材料をマトリックスとし、これに圧力抵抗効果を有する粒子を電気的に連続になるように分散させて構成される感圧体と、これらを覆う絶縁体とで構成することができる。

上記感圧体を構成する圧力抵抗効果材料としては，ペロブスカイト構造の（Ｌｎ_1-xＭａ_x）_1-yＭｂＯ_3-z（ここに０＜ｘ≦０．５，０≦ｙ≦０．２，０≦ｚ≦０．６，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素），層状ペロブスカイト構造の（Ｌｎ_2-uＭａ_1+u）_1-vＭｂ₂Ｏ_7-w（ここに０＜ｕ≦１．０，０≦ｖ≦０．２，０≦ｗ≦１．０，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素），Ｓｉ及びこれらに微量の添加元素を加えた物質のいずれか１種以上よりなる材料を用いることができる。また，上記マトリックス材料としては，ジルコニア（ＺｒＯ₂），Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＡｌ₂Ｏ₄，ＳｉＯ₂，３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂，Ｙ₂Ｏ₃，ＣｅＯ₂，Ｌａ₂Ｏ₃，Ｓｉ₃Ｎ₄等を用いることができる。本実施形態においては、常温で高強度を有し、かつ破壊靭性が高いジルコニア（ＺｒＯ₂）を用いるものとする。なお、感圧体の構造および形成材料に関する記載については、上記特許文献１ならびに特開２００１−２４２０１９、特開２００２−１４５６６４等に既に述べられているため、ここでの詳説は控えることとする。

また、この場合、感圧体を覆う絶縁体も、感圧体と同様にセラミックスを主材料として用いることが有効である。ジルコニア（ＺｒＯ₂）をはじめ、Ａｌ₂Ｏ₃，ＭｇＡｌ₂Ｏ₄，ＳｉＯ₂，３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂，Ｙ₂Ｏ₃，ＣｅＯ₂，Ｌａ₂Ｏ₃，Ｓｉ₃Ｎ₄等を用いることも可能である。なお、本実施形態において、絶縁体は感圧体と同じジルコニア（ＺｒＯ₂）又は電気的連続性を持たない範囲で圧力抵抗材料を加えたジルコニア（ＺｒＯ₂）を用いるものとする。

上記のような構成をなす素子では、荷重の印加による圧力が加えられと、その圧力に基づいてオーム抵抗が変化するため、そのオーム抵抗の変化に基づいて荷重を検出することができる。

また、本発明の荷重検出装置に用いる荷重センサ素子の材料は、シリコン単結晶であっても良く、上記と同様に印加圧力に基づくオーム抵抗変化によって、荷重を検出することができ、かつ高い剛性を有する。またピエゾ素子等の圧電素子を用いても良いが、高荷重に対して耐性が低いため、素子に直接加えられる荷重を予め減じるような構造を必要とする。

図４は、本実施形態の荷重検出装置１に荷重が加えられた際の、荷重伝達部材２と荷重センサ５との荷重負担比率について説明する図である。荷重センサ５が備えられていない場合に、荷重伝達部材２に荷重Ｆが加えられたときの荷重伝達部材の弾性変位（この場合、たわみ変位）をδ１、荷重センサ５に直接で荷重Ｆが加えられたときの荷重センサの弾性変位をδ２とすると、荷重センサ５の荷重負担比率はδ１／δ２として得られる。従って、荷重Ｆが加えられた際に荷重センサ５が受け持つ荷重分担量Ｆｓは、Ｆｓ＝Ｆ×（δ１／δ２）である。従って、荷重センサ５は、このＦｓを検出し、この値が高いほど本発明の荷重検出装置の検出感度は高くなる。

図４の場合、荷重検出装置１によって高精度の荷重検出を可能とするには、δ１＞δ２であることが望ましい。δ１≦δ２とすると、加えられた荷重Ｆのほとんどが荷重伝達部材２のたわみ変形に消費され、荷重センサ５に加えられる荷重Ｆｓは小さく、弾性変位が小さくなり、従って荷重センサ５による荷重Ｆの検出感度は極めて悪くなってしまう。つまり、荷重センサ５の荷重負担比率を高くとれるように、両部材間の剛性比を検討する必要がある。

また、荷重検出装置１の検出感度は、荷重センサ５の弾性変位δ２の大きさに依存するため、荷重センサの弾性変位δ２を大きくとるには、荷重伝達部材２の弾性変位δ１を大きくとれるよう構成し、かつ荷重センサ支持部材４の弾性変位δ３を可能な限り小さく抑える必要がある。従って、荷重検出装置１によって荷重の検出が可能となるには、少なくともδ１＞δ３が必要であり、また、本発明のような高感度の荷重検出が要求される場合にはさらに、δ２＞δ３であることが望ましい。なお、これらの弾性変位δ１、δ２、δ３はいずれも、荷重印加方向Ｆと同方向の弾性変形量である。

また、荷重伝達部材２の中心部（本実施形態における弾性変位領域）に弾性変形（たわみ）を許容するように、荷重伝達部材２の中心部両端には支持部材３が備えられている。この支持部材３は、荷重伝達部材２の中心部にたわみを生じさせる必要があるため、荷重印加方向に関しては、少なくとも荷重センサ５より剛性の高い材料にて構成される必要がある。

ところが、荷重印加方向と垂直な方向に関しては、いずれの部材も高い剛性を備えている必要がある。支持部材３と荷重センサ５とは接していないため、支持部材から図４の荷重印加方向とは垂直な外力が加えられたとしても、この荷重は荷重伝達部材２と荷重センサ支持部材４とに分担され、荷重センサ５には荷重は伝達されないが、荷重伝達部材２と荷重センサ支持部材との間に、せん断力Ｗが生じる場合がある。この場合は、支持部材３の弾性変位γに応じて荷重センサ５にもせん断力Ｗが加わり、荷重センサ５の検出精度を悪化させる。このせん断力Ｗは、支持部材３の弾性変形によって生じるものであるため、支持部材３は、荷重印加方向と垂直な方向にも、荷重センサ５より以上の剛性を有することが好ましい。

なお、本実施形態における荷重センサ５は、ジルコニアセラミックスを主材料とするセラミック製荷重センサであるため、剛性はきわめて高く、荷重Ｆに対して十分な耐性を備えている。この場合、荷重Ｆが印加されたとしても、荷重センサ５は剛性が高く、その弾性変位は極めて小さいものであるが、荷重伝達部材２や荷重センサ支持部材４の剛性の選択如何では、その検出感度をさらに高くすることができる。また、荷重伝達部材２や荷重センサ支持部材４等、本荷重検出装置を構成する他の部材の剛性に関しても、剛性の高い荷重センサ５を基準に材料を選択することができるため、比較的高い剛性を有する材料を選択することができる。従って、荷重検出装置１全体として高い剛性を有するように構成することができる。つまり、荷重センサ５のあらゆる方向の強度を向上することができ、構造部材の間に設置することが可能となる。

本発明の荷重検出装置は、ダイヤフラムや両もちはりのような構造を利用した、図３に示されているような弾性部材（荷重伝達部材２と荷重センサ支持部材４）によって荷重センサ５を挟み込む構造を採用することで、荷重検出方向以外の方向から加えられる荷重は、荷重センサ５へ伝達されることなく、支持部材３がその荷重を受け持つため、該方向における荷重に対して高い剛性を備えることが可能となる。また、荷重伝達部材２は荷重検出方向のばね剛性が低いために弾性変形（たわみ）が生じ易く、加えられる荷重のほとんどを荷重センサ５が受け持つため、荷重センサ５は高精度な検出を実現することができる。つまり、本発明に用いる荷重センサ５は、荷重検出方向以外の荷重変動の影響を除外し、必要な方向の荷重のみ精度よく検出することができる。また、荷重センサ５がセラミック製である場合は、荷重検出装置全体を高強度とすることができる。この場合、荷重センサ５の検出面に加えられる荷重を大きくとることが可能となるため、小型化にも適する。以上のように、本発明の荷重検出装置は、高精度と高強度を両立し、小型に構成することを特徴としている。

また、荷重センサ５は、荷重が加えられていない状態で適当な予荷重を加えられるように、荷重伝達部材２と荷重センサ支持部材４とに挟み込まれることで、引っ張り方向の荷重も検出可能となる。

上記実施形態においては、車両のバンパ前方からの衝撃荷重を検出する荷重検出装置に関して述べてきたが、本発明はこれに限られるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。上記実施形態を第一実施形態とした上で、本発明の第二実施形態を、以下に述べる。

図５は、本発明の第２実施形態を示すものであり、荷重検出装置１を備えた車両の座席シート２００の構造を簡略化して示した図である。座面を構成するフレーム部２０１と、背もたれ面のフレーム部２０２と、これらを回動可能に支持する連結部２０４とを備えた座席シートであり、この座席シート２００は、座面のシートクッション２１０ａと、背もたれとなるシートバック２１０ｂとからなる。車両のフロア３００にはアーム２０５が固設されており、このアーム２０５と座面を構成するフレーム部２０１との間に、本発明の荷重検出装置１が備えられており、座席に加えられる荷重、すなわち乗員の重量を検出することができる。

図６は、図５に示す荷重検出装置の拡大図である。図５の荷重検出装置は、図３の荷重検出装置と同様に、荷重伝達部材２、支持部材３、荷重センサ支持部材４、および荷重検出部５とで構成されている。ただし、荷重伝達部材２と支持部材３とは一体の構造体をなしており、支持部材３が荷重センサ支持部材４の両端で上方向に突出する突出部によって外周側から挟まれるように嵌合固定されている。なお、締結部材１１０ｄは、座面を構成するフレーム部２０１と締結するための締結部材であり、締結部材１１０ｅは、車両のフロア３００に固設されたアーム２０５と締結する締結部材である。これらの締結部材１１０ｄ、１１０ｅは本実施形態においてはボルトとナットとからなる。なお、荷重検出の原理については上記第１実施形態と同様であるため、ここでの詳説は控える。

なお、上記実施形態では述べなかったが、本発明の荷重センサ５は、荷重印加による弾性変位δ２に基づいて、内部抵抗が変化し、この内部抵抗変化を検出して荷重を得るものである。図６において、バスバー１３上に所定の回路ＩＣ１０が搭載されており、該回路ＩＣ１０と荷重センサ５とは、バスバー１３上に設けられた配線部（図示なし）を介して電気的に接続されている。また、回路ＩＣ１０は、バスバー１３上の配線部と信号線１１とを介してコネクタ１２と接続され、コネクタ１２を介して外部と電気的に接続されている。これにより、荷重センサ５には、所定の伝達が印加され、その電圧信号の変動を出力信号として、所定の回路ＩＣ１０に入力する。該回路ＩＣは、この入力信号に対して演算処理を行い、さらには各種条件による補正処理等を施して、荷重検出装置１に加えられた荷重を演算する。演算結果は、信号配線１１を介してコネクタ１２から外部に出力され、例えば、車両用制御部等に出力される。

なお、本発明は上記実施形態に示された構造に限定されるものではなく、例えば図７に示されるようなほかの実施形態も十分に考えられる。図７（ａ）は、円形状の荷重検出装置１を示す図であり、荷重伝達部材２の中心部が荷重Ｆによる弾性変位領域をなし、その外周部に支持部材３が設けられている。荷重伝達部材２の中心部である弾性変位領域と荷重センサ支持部材４との間で荷重センサ５が挟持されている。図７（ｂ）は、円形状の荷重検出装置１を示す図であり、荷重伝達部材２の中心部が荷重Ｆによる弾性変位領域をなし、その外周部の３箇所に支持部材３が設けられている。荷重伝達部材２の中心部である弾性変位領域と荷重センサ支持部材４との間で荷重センサ５が挟持されている。この３箇所の支持部材３は、荷重センサ５を中心に対称的に配置されている。図７（ｃ）は、正六角形形状の荷重検出装置１を示す図であり、荷重伝達部材２の中心部が荷重Ｆによる弾性変位領域をなし、その外周部に支持部材３が設けられている。荷重伝達部材２の中心部である弾性変位領域と荷重センサ支持部材４との間で荷重センサ５が挟持されている。このように、本発明の荷重検出装置の構造は、荷重伝達部材２に弾性変位領域が設けられるように支持部材３が連結され、さらにその荷重伝達部材２の弾性変位領域に接して荷重センサ５が備えられるように構成される。また、荷重伝達部材２に加えられる荷重を荷重センサ５がバランスよく検出するために、荷重センサ５は弾性変位領域の重心に配置されるとともに、支持部材３は荷重センサ５を中心に対称をなして配置されていることが望ましい。また、支持部材３と荷重センサ支持部材４とは連結し、荷重印加方向とは異なる方向から外力に対して耐性を有するように構成される必要がある。

本発明の荷重検出装置を用いた第１の実施形態を示す概略図。 車両全体を示す概略図。 図１に用いた本発明の荷重検出装置の概略図。 本発明の荷重検出装置の検出原理を説明する図。 本発明の荷重検出装置を用いた第２の実施形態を示す概略図。 図５に用いた本発明の荷重検出装置の概略図。 本発明の荷重検出装置の他の実施形態を示す図。

符号の説明

１ 荷重検出装置
２ 荷重伝達部材
３ 支持部材
４ 荷重センサ支持部材
５ 荷重センサ
１０ 回路ＩＣ
１３ バスバー
１００ バンパカバー
１０２ バンパリインフォースメント
１０３ サイドメンバー
２００ 座席シート
２０１ フレーム部
２０５ アーム
３００ フロア

Claims (7)

1. 所定方向からの力を受けると弾性変位を生じる弾性変位領域を有するように、支持部材によって支持された荷重伝達部材と、前記荷重伝達部材の前記弾性変位領域と接して備えられ、前記弾性変位を生じさせようとする荷重を検出する荷重センサと、前記荷重センサを支持し、かつ前記支持部材と連結する荷重センサ支持部材とが、前記所定方向においてこの順で備えられるとともに、
   前記支持部材は、前記荷重センサと接することなく備えられ、
   前記荷重伝達部材は、前記荷重センサよりも前記所定方向における剛性が低いことを特徴とする荷重検出装置。
2. 前記支持部材は、前記所定方向に対する剛性が、それとは異なる方向に対する剛性よりも低いことを特徴とする請求項１に記載の荷重検出装置。
3. 前記荷重センサは、前記弾性変位領域の重心部と接して備えられることを特徴とする請求項１または２に記載の荷重検出装置。
4. 前記支持部材は、前記弾性変位領域の重心から前記所定方向に伸びる軸線に対して、対称的に配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の荷重検出装置。
5. 前記荷重センサは、ジルコ二アと、圧力抵抗効果を有するＬａ_１−ｘＳｒ_ｘＭｎＯ_３（０≦ｘ≦１）とを主材料として構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の荷重検出装置。
6. 車両のバンパカバーの内側に備えられたエネルギーアブゾーバに連結された車両左右方向に伸びるバンパリインフォースメントと、車両前後方向に伸びるサイドメンバーの車両前方側との間に挟持され、車両のバンパカバー側から加えられる荷重を検出することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の荷重検出装置。
7. 車両用シートの座面と車体の一部であるフロアとの間に備えられ、前記車両用シートの前記座面に加えられる荷重を検出することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の荷重検出装置。

Images