JP2005345257A - 荷重変動検出装置及びシート - Google Patents

Abstract

【課題】 トーションバーを用いて負荷を弾性的に支持する負荷支持体に付加される荷重変動を簡易な構造で感度良く検知する。
【解決手段】 荷重変動によってねじり角度が変化するトーションバー２と、荷重変動によって歪まず、前記トーションバー２に並列して設けられる磁性棒部材３とを備え、トーションバー２及び磁性棒部材３をまとめてそれらの周囲に巻回される励磁コイル６により励磁し、トーションバーの周囲に巻回される第１のピックアップコイル４から出力される誘起電圧と、磁性棒部材３の周囲に巻回される第２のピックアップコイル５から出力される誘起電圧との差分を算出する構造である。従って、トーションバー２の僅かなねじり角度の変動を感度良く検出できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、荷重変動によってねじり角度が変化するトーションバーを用いた荷重変動検出装置及び該荷重変動検出装置を備えたシートに関する。

例えば、エアバックの作動制御を自動で切り換えるために、シートに着座した乗員が大人であるか、子供であるかを自動で区別して、エアバックの作動制御部にフィードバックする技術として、人の体重を自動検知する機構を備えたシートが知られている。通常は、クッション材としてウレタンフォームを用いているため、かかるウレタンフォームを支持し、車体フロアに鉛直方向に配置されたコイルスプリングの変位量を測定し、変位量の大小によって重量を検知することが行われている。
一方、近年、特許文献１に示されているように、シートクッション部に設けられるクッション材を、シートクッション部の後部に配設したトーションバーにより弾性的に支持し、クッションフレームに張設したシートが開示されている。
特開２００３−１８２４２７号公報

特許文献１に開示されたシートは、厚手のウレタンフォームをフレーム上に載置する構造ではないため、より軽量なシートを提供できる。しかしながら、かかるシートにおいては、上記のコイルスプリングのように鉛直方向に変位するものではないため、従来の重量検知手段を用いることはできない。歪みセンサをトーションバーに付設することにより、該トーションバーのねじれによる歪みを測定することが考えられるが、トーションバーには、人が着座したときばかりでなく、体動や走行中の振動による負荷荷重の変動によって繰り返しねじりトルクが付与されるため、歪みセンサを付設した場合には耐久性の点で問題がある。この点、シートに限らず、トーションバーを用いて負荷を弾性的に支持する負荷支持体の荷重変動を検知しようとする場合にも同様の問題がある。

本発明は上記の点に鑑みなされたものであり、トーションバーを用いて負荷を弾性的に支持する負荷支持体に付加される荷重変動を簡易な構造で感度良く検知でき、かつ耐久性に優れた荷重変動検出装置及び該荷重変動検出装置を備えたシートを提供することを課題とする。

上記した課題を解決するため、請求項１記載の発明では、負荷支持体に連結され、荷重変動によってねじり角度が変化するトーションバーと、
前記荷重変動によって歪まない磁性棒部材と、
前記トーションバー及び磁性棒部材をまとめてそれらの周囲に巻回される励磁コイルと、
前記トーションバーの周囲に巻回される第１のピックアップコイルと、
前記磁性棒部材の周囲に巻回される第２のピックアップコイルと、
前記第１のピックアップコイルと第２のピックアップコイルとの出力値の差分を出力する差分出力手段と
を備えることを特徴とする荷重変動検出装置を提供する。
請求項２記載の発明では、前記負荷支持体がシートであり、前記トーションバーが、シートクッション部に配設されるシートクッション用のクッション部材を弾性的に支持するため、シートクッション部に幅方向に沿って配設されたものであることを特徴とする請求項１記載の荷重変動検出装置を提供する。
請求項３記載の発明では、前記負荷支持体がシートであり、前記トーションバーが、シートバック部に配設されるシートバック用のクッション部材を弾性的に支持するため、シートバック部に幅方向に沿って配設されたものであることを特徴とする請求項１記載の荷重変動検出装置を提供する。
請求項４記載の発明では、請求項２又は３に記載の荷重変動検出装置を備えることを特徴とするシートを提供する。

本発明は、荷重変動によってねじり角度が変化するトーションバーと、荷重変動によって歪まない磁性棒部材とを備え、トーションバー及び磁性棒部材をまとめてそれらの周囲に巻回される励磁コイルにより励磁し、トーションバーの周囲に巻回される第１のピックアップコイルから出力される電圧値と、磁性棒部材の周囲に巻回される第２のピックアップコイルから出力される電圧値との差分を出力する構造である。従って、トーションバーの僅かなねじり角度の変動を感度良く検出できる。また、トーションバーや磁性棒部材は、励磁コイル及び各ピックアップコイルに取り囲まれて遊挿される配置関係となり、トーションバーに直接固着されるものではないため、トーションバーに歪みゲージを直接固着する場合と比較して耐久性に優れている。

また、上記したように各ピックアップコイルの差分を出力する構成で、トーションバーの僅かなねじり角度の変動も検知できることから、例えば、シートに適用した場合には、乗員の体重検知を行うことができることはもとより、呼吸や脈波などによって筋肉を介してクッション材に伝達される僅かな体動、あるいは乗車中に伝達される振動などによる負荷支持体（シート）に付加される荷重変動も検知できる。従って、かかる体動などによる荷重変動を時系列で検知することにより、得られたデータを処理し、呼吸数や呼吸周波数などを算出して呼吸のゆらぎや呼吸に伴う体動の大きさを得たりすることにより、あるいは心拍や脈波の時系列の変動を得たりすることにより、乗員の心身状態の変化（覚醒状態か睡眠状態かなど）を捉えるセンサとして利用するのに好適である。

以下、図面に示した実施形態に基づき本発明をさらに詳細に説明する。図１〜図３は、本発明の一の実施形態に係る荷重変動検出装置１を説明するための図である。本実施形態においては、荷重変動検出装置１を乗物用のシート１００に装着している。

このシート１００は、クッションフレーム１１０に張設されるベースクッション材１２０を備えて構成される。クッションフレーム１１０の後部には、幅方向に沿って配設され、本実施形態の荷重変動検出装置１を構成するトーションバー２が設けられており、ベースクッション材１２０は、このトーションバー２に弾性的に支持される。具体的には、トーションバー２の一端側と他端側に設けられたアーム部材１１１により支持され、幅方向に沿って配設される支持フレーム１１２にベースクッション材１２０の後部１２１が連結され、前部１２２がクッションフレーム１１０の前部フレーム１１３に係合されて配設される。

ベースクッション材１２０の上部には表層クッション材１３０が配設される。表層クッション材１３０は、後部において上記ベースクッション材１２０に連結されると共に、バックフレーム１４０に張設される背部用クッション材１５０の下部と連結されている。なお、本実施形態においては、ベースクッション材１２０の上部に別部材からなる表層クッション材１３０を設けており、これらを併せて座部用クッション材を構成しているが、座部用クッション材は、このような積層構造ではなく、１枚のみであっても良いし、また、３層以上の積層構造とすることもできる。

なお、本実施形態のように、座部用クッション材として、ベースクッション材１２０と表層クッション材１３０とからなる構成とすることにより、ベースクッション材１２０が、トーションバー２の弾性力によって張力が付与されているため、フロア振動を効果的に除振し、表層クッション材１３０への振動伝達を減殺することができる。一方、表層クッション材１３０は、クッションフレーム１１０に低い張力で張られている。これにより、着座時において人の筋肉（特に、臀部筋肉）の圧迫が小さく、血管の拡張・収縮運動、呼吸あるいは体動などによる筋肉運動を妨げない。この結果、荷重変動検出装置１によって収集される荷重変動の信号データへの外部振動ノイズの混入が小さくなり、トーションバー２の僅かなねじれ変動として現れる呼吸等に起因する圧力変動（荷重変動）信号をより正確に検出することができる。

座部用クッション材を構成する表層クッション材１３０及び背部用クッション材１５０は、二次元のネット材、薄型のウレタン材などから形成することもできるが、臀部筋肉等への圧迫をより小さくするためには、これらをクッションフレーム１１０に張設した際のバネ特性が、臀部筋肉等のバネ特性にできるだけ近似した構成であることが好ましい。このような特性を有するクッション材としては、本出願人が、例えば、特開２００２−３３６０７６公報に開示した反力の小さな立体編物等を用いることが好ましい。立体編物は、例えば、ダブルラッセル編機等を用いて形成され、所定間隔をおいて位置する一対のグランド編地間に連結糸を往復させて編成される。なお、ベースクッション材１２０も、表層クッション材１３０と同様に、二次元のネット材や立体編物等を用いることができる。

本実施形態の荷重変動検出装置１は、上記したトーションバー２と、該トーションバー２に並列して設けられる磁性棒部材３とを備えて構成される。トーションバー２は、上記したように座部用クッション材を構成するベースクッション材１２０を支持するため、人が着座した場合、呼吸等により体動が生じた場合など、荷重変動が生じた場合にねじり角度が変化する。これに対し、磁性棒部材３は、このような荷重変動が生じてもねじられない、すなわち歪まないように配置される。なお、磁性棒部材３は荷重変動によって歪まない限り、トーションバー２に対して並列配置されていなくてもよく、それによっても後述のような出力値の差を得ることはできるが、図２及び図３に示したように並列配置することにより、省スペース化に資する。

トーションバー２の周囲には、図２及び図３に示したように、第１のピックアップコイル４が一方向に巻回されて設けられ、磁性棒部材３の周囲にはこの第１のピックアップコイル４とは逆方向となるように巻回される第２のピックアップコイル５が設けられる。そして、これらをコイルケース７内に収容し、その周囲に励磁コイル６が巻回される。かかる構成とすることにより、磁性棒部材３は、コイルケース７を介してトーションバー２によって支持されることになり、荷重変動の影響を受けないように配置することができる。但し、振動などにより揺れて異音が発生することを防ぐため、揺れ防止のために、クッションフレーム１１０の任意部位等に係止させる構成としても良い。なお、磁性棒部材３は磁性材料から形成されていればよいが、トーションバー２と同じ材料を用いることもできる。また、磁性棒部材３は、トーションバー２に巻回される第１のピックアップコイル４からの出力値と、該磁性棒部材３に巻回される第２のピックアップコイル５からの出力値との差分を取得するために配設されるものであり、かかる機能を果たすことができればよく、その長さも限定されず、図１及び図２に示したように、第２のピックアップコイル５を巻回させるのに必要な長さを備えていればよい。また、第１のピックアップコイル４及び第２のピックアップコイル５からの各出力値は、制御回路からなる差分出力手段によって両者の差分がとられ、出力される。

本実施形態によれば、図示しない交流電源から励磁コイル６に誘導電流を流す。人が着座した場合には、座部用クッション材を構成する表層クッション材１３０及び面状支持部材１２０に荷重がかかるため、支持フレーム１１２及びアーム部材１１１が前方に傾動し、トーションバー２のねじり角度が変化する。これにより、第１のピックアップコイル４から所定の誘起電圧が出力される。差分出力手段により、この出力値と第２のピックアップコイル５からの出力値との差が算出される。そして、例えば、電圧値と荷重との相関をとったテーブルやグラフに、上記出力電圧値の差を照らし合わせ、荷重を測定する。

また、呼吸等に伴う体動によってトーションバー２のねじり角度が変化した場合も、上記と同様に第１のピックアップコイル４からの誘起電圧と第２のピックアップコイル５からの出力値と比較し、両者間の差を得ることにより、荷重変動の大きさを検出できる。そして、これを時系列にとっていけば、上記したように、心身状態の分析に利用できる。

また、上記した実施形態では、シートクッション部に荷重変動検出装置１（臀部センサー）を設けているが、図４に示したように、シートバック部にも背部センサーとして設けることができる。人の体重を検知する場合には、シートクッション部に荷重変動検出装置１（臀部センサー）を設ければよいが、呼吸による体動等を検知したい場合には、シートバック部にも荷重変動検出装置１（背部センサー）を設けることが好ましい。これにより、呼吸による体動等を検知する場合、シートクッション部とシートバック部のいずれか一方からのみ検出するのではなく、例えば、人により、より顕著なデータを取得できるものを利用することができる。もちろん、体重検知用に用いないならば、シートバック部のみに荷重変動検出装置１（背部センサー）を設ける構成とすることもできる。なお、シートバック部に設ける荷重変動検出装置１（背部センサー）の構成は、上記実施形態と全く同様であり、シートバック部の下部付近に幅方向に沿って配設したトーションバー２を介して背部用の面状支持部材（図示せず）を弾性的に支持し、各ピックアップコイル４，５の差分を出力する構成とする。

（試験例）
図５は、振動の大きさと出力電圧との関係を示すグラフである。これは、図７（ａ）に示したように、トーションバー５００に連結したアーム５１０に４０ｋｇの重り５２０を吊り下げ、図７（ｂ）に示したように、下方に１０ｍｍ押し下げて離したときの電圧変化を調べたものである。なお、図示しないが、このトーションバー５００には、第１のピックアップコイルが巻き付けられていると共に、第２のピックアップコイルが巻き付けられた磁性棒部材が配置され、両者をまとめてその周囲に励磁コイルが巻回されており、出力値は２つのピックアップコイルの差分である。励磁周波数は５０Ｈｚとし、サンプリング時間は１０μｓとして測定した。

一方、図６は、磁性棒部材を用いず、トーションバー５００の周囲に励磁コイルとピックアップコイルを巻回しただけの構造のものを用い、該ピックアップコイルから得られる出力値を示すものである。

図５の差分による出力値は、図６の出力値と比較して、大きな値が出力されていることがわかる。従って、本発明のように、トーションバー２のほかに磁性棒部材３を設け、両者の出力値の差分をとることにより、トーションバー２のわずかなねじり角度の変動を敏感に検知できることがわかる。

図１は、本発明の一の実施形態にかかる荷重変動検出装置を取り付けたシートの概略構成を示す斜視図である。 図２は、上記実施形態にかかる荷重変動検出装置の概略構成を示す図である。 図３は、図２のＡ−Ａ断面図である。 図４は、シートクッション部のほか、シートバック部にも荷重変動検出装置を取り付けたシートの概略構成を示す斜視図である。 図５は、上記実施形態にかかる荷重変動検出装置の振動の大きさと出力電圧との関係を示すグラフである。 図６は、磁性棒部材を用いずに、トーションバーにピックアップコイルと励磁コイルを巻回し、振動の大きさと出力電圧との関係を測定したグラフである。 図７（ａ），（ｂ）は、試験例の測定方法を説明するための図である。

符号の説明

１ 荷重変動検出装置
２ トーションバー
３ 磁性棒部材
４ 第１のピックアップコイル
５ 第２のピックアップコイル
６ 励磁コイル
１００ シート
１１０ クッションフレーム
１２０ 面状支持部材
１３０ 表層クッション材
１４０ バックフレーム
１５０ 背部用クッション材

Claims (4)

1. 負荷支持体に連結され、荷重変動によってねじり角度が変化するトーションバーと、
   前記荷重変動によって歪まない磁性棒部材と、
   前記トーションバー及び磁性棒部材をまとめてそれらの周囲に巻回される励磁コイルと、
   前記トーションバーの周囲に巻回される第１のピックアップコイルと、
   前記磁性棒部材の周囲に巻回される第２のピックアップコイルと、
   前記第１のピックアップコイルと第２のピックアップコイルとの出力値の差分を出力する差分出力手段と
   を備えることを特徴とする荷重変動検出装置。
2. 前記負荷支持体がシートであり、前記トーションバーが、シートクッション部に配設されるシートクッション用のクッション部材を弾性的に支持するため、シートクッション部に幅方向に沿って配設されたものであることを特徴とする請求項１記載の荷重変動検出装置。
3. 前記負荷支持体がシートであり、前記トーションバーが、シートバック部に配設されるシートバック用のクッション部材を弾性的に支持するため、シートバック部に幅方向に沿って配設されたものであることを特徴とする請求項１記載の荷重変動検出装置。
4. 請求項２又は３に記載の荷重変動検出装置を備えることを特徴とするシート。

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