JP2005517951A - 横方向および角度の調節をする車両座席の（予荷重）ロードセル - Google Patents

Abstract

ロードセルは、座席部（８８、１５）（フレームおよびパン）に取り付けられており、歪みゲージ（５）を有する円盤バネ（４）に対して作用するハウジング（２）およびマウンティング（１）を含む。ボールベアリング（４３）およびスライダ（４６）によって横方向および角度の分離が行われる。摺動トラップリング（１２２）は線および角度のずれに対応し、且つ過荷重からの保護をする。テフロン（登録商標）被膜されたゴムスリーブの形態のブッシング（８９）をハウジング（２）とマウンティング（１）との間に使用する。このブッシングを２つの弾力リングの間の鋼鉄ボールベアリングとしてもよい。バネ（９７）は予荷重ボルト（１２５）によって予め圧縮される。

Description

この出願は、２００２年１０月１０日に出願された米国仮出願６０／４１７，５６２号および２００２年２月２１日に出願された米国仮出願６０／３５８，６４０号の優先権を主張する。

本発明は、一般的にロードセルに関し、より詳細には車両座席の乗員の体重および位置を測定するロードセルに関するものである。

一般的に、車室内の座席の乗員の体重および位置を測定することが望ましい場合が多くある。例えば、乗員の体重および座席上での乗員の位置に基づいて、能動安全拘束システムが展開するか否かまたは展開するための力の大きさを決定する場合がある。出願人は、これを達成する１つの方法は、車両座席の下に取り付けられた複数のロードセルを使用することであると判断した。しかし、体重および位置を正確に測定するためには、車両座席にかかる横方向および角度を成す力を測定から切り離す必要がある。

既知のロードセルの一種が米国特許第６，００５，１９９号に開示されている。これは、各軸端部に半球面を有するロードシャフトを含んでいる。このロードシャフトは上部プレッシャープレートと下部プレッシャープレートとの間に配置されている。半球面は上部プレッシャープレートと下部プレッシャープレートとの間の角変位を可能にする。しかし、この設計では、上部プレッシャープレートは完全に横方向に切り離されない。さらに、この設計では、最端位置で互いに接触する相互作用部分間の摩擦による干渉の影響を受ける。この摩擦により測定の際に機械的ヒステリシスが発生し、誤差が生じる場合がある。
（発明の開示）
本発明は、乗員の体重および位置を測定することを目的としてロードセルの配列を一体化する。力感受性ユニットは上部構造部との剛性機械的接続を有する。底部構造部上にはスタッドが固定的に設置されている。このスタッドは、上部剛性要素の内側に係止された頭部を有して力感受性ユニットを保持している。スタッドのステムの周囲全体に隙間が存在する。この隙間には衝撃吸収ブッシングが設置されており、横方向の移動または角度のずれが発生し、それに相当する荷重が加わった場合でも、スタッドには十分な摩擦が生じることがないため、不可避の且つ必要とされる微細な軸方向の移動が可能となる。

一般的に、力感受性ユニットは、特定の地点に加えられる特定の方向の力を必要とする。しかし、ロードセルに加わる横方向の力によってスタッドの頭部が移動するため、スタッド頭部と力感受性ユニットとの間に直接的な機械的接触が起こらないようにすることが薦められる。

本発明のいくつかの実施の形態を開示する。この明細書に示されている最も簡単な解決法は、２つの摺動面を有し、これらの一方または両方を十分な半径をもって丸みをつけることにより結合した表面積を増大させることである。この配列は最も低費用であり、いくつかに応用例に使用することができるが、力が加わる位置がずれる可能性があると共に、結合面の摩耗が発生する。

ここで開示される他の実施の形態はそれぞれ２つの接合部を有している。この解決法ではベローズを使用し、ベローズはそのフランジにロッドカンチレバー（片持ちばり）を有し且つボールジョイントのみを有しており、液体が満たされた比較的短いベローズをボールジョイントとして機能させることを前提としている。

従来の解決法と比較すると、この解決法の顕著な利点は以下のとおりである。力の軸方向成分の１００％を力感受性ユニットへ移動させ、座席の構造部を連結させる要素の間に精度を低下させる摩擦を生じることなく、加えられる横方向の力、トルク、角度の（斜めの）および横方向の相互的な移動から精巧な力感受性ユニットを保護することである。また、本発明は力感受性要素を安定して予め圧縮させ、振動によって発生するノイズを除去する。

本発明のロードセルは通常、同軸方向の下部および上部剛性要素、マウント１および上部ハウジング２を含み、これらは座席の対応する底部および上部構造部に取り付け可能であり、ロードセル全体の外形を構成する（図１〜３）。尚、本発明の説明を簡略化するために「上部」および「底部」という語を用いる。説明されるロードセルは如何なる位置にも設置可能である。

力感受性ユニットのいくつかの変形例が示されており、図１、２、３において、油圧式の力感受性ユニット３は、上部フランジ７、底部フランジ８、その上の圧力感知装置９を有するベローズ６として構成され、液体１０が満たされている。２つのフランジ７および８の少なくとも一方はその内面上にボス１２を有し、ボス１２は、液体１０の体積を最小限にしてフランジの間に保証された隙間を節約するのに必要な高さとされている。

図４乃至７ａ、８、１０乃至１３において、この力感受性ユニットは円盤バネ４として示され、底面側からその中心域に荷重がかけられている。円盤バネ４のいずれかの平面側１１には少なくとも１つの張力測定装置５が取り付けられている。そのいずれかの側または両側の円盤バネ４の表面に歪みゲージ５を接合して、より大きな出力信号を受信するための最適な条件を作ることができる。

円盤バネ４はスタンピング技術（図７、１１）によって作成することができ、その中央にドーム８５を有することができる。このドーム８５の内側に鋼鉄ボール４３を設置することができる（図７、１１）。ボール４３を使用する代わりに、ドーム８５の外側凸状半球面をスライダ４６の凹形半球面と噛み合うように用いることができ（図１１）、その場合は、張力測定装置５を設置するための領域をより広くすることができる。

また、円盤バネ４を厚さが調節された平面円盤として作成することもできる（図４乃至６、８、１０、１３、１５、１７、１９乃至２１）。平面円盤バネ４内の中心穴８０を用いてボールサドル８１、および円盤４に加えられる力を中心に合わせることができる（図１３を参照）。

図１０に示されている円盤バネ４の変形例は、平面円盤４の最も単純な形状を有している。この配列においては、同様に円盤形状を有し、その外径によってロードセルの本体内において中心に合わせられた特殊なボールサドル８１によって、加えられる力を中心に合わせている。このボールサドルは、ボール４３の適切な位置をサドル８１の凹部９１内に確定する。サドル８１は、バネ４に加えられる力の領域を予測可能に且つ反復可能に位置づけるための円形ボス９２を有している。

上部ハウジング２は互いに取り外し可能なハウジング１３および取付けフランジ１４を含むことができ、これを座席の上部構造部１５に機械的に取り付けることまたは前記構造部に一体化させることができる。図１、２、３においては、座席のこのような構造部は、シートパン１５の底部の周辺領域として現れている。取付けフランジは板状とすることが可能である（図１）。図２、３、７ａ、１４においては、ある特殊な取り外し可能取付けフランジ１４が示されており、これは円筒部３０および平面部３１を有し、このフランジを、例えばバケットシートのシートパン内で、座席の上部構造部１５に機械的に取り付けることまたは前記構造部に一体化させることができる。

図２乃至３に示されている変形例のハウジング１３は、円盤状底壁２７を介して互いに接続され且つ上に向いた外側同軸円筒壁５３および内側同軸円筒壁２６を含んでおり、内側円筒壁２６は外側円筒壁５３よりも高さが低い。

底部マウント１は、ステム１６およびこのステム１６の上部に配置された頭部１７を含むスタッドとして現れている。

スタッドの頭部１７は上部剛性要素２の内側に設置されており、ステム１６は上部剛性要素の穴１８内で同軸に向けられている。

マウント１の底端部は、底端部から開けられた少なくとも１つの軸方向ブラインドネジ穴１９を用いて座席の底部構造部に取り付け可能にされている（図６、１５）。また、マウント１は、その底端部に、ステム１６の斜め寸法（断面寸法）よりも小さな直径を有する外部ネジパーティション２０を有することができ、これを座席の底部構造部上に締め付けることができる。

マウント１を、例えば、シートトラック機構の上部スライダ８８に接続することができる（図９ａ、１５、１７、１９乃至２１）。

図示された変形例のいずれにおいても、ステム１６の表面と上部剛性要素２内の軸穴１８の内面との間に隙間が存在する。この隙間は、そこに設置されたＯリング２１（図２）として現れる衝撃吸収ブッシングによって部分的にまたは完全に塞がれなければならず、この衝撃吸収ブッシングは標準的な大きさを有し且つステム１６の本体の円形溝２５に設置されている（図２）。

衝撃吸収ブッシング２２の設置の第２の変形例（図３）では、ハウジングの内側円筒壁２６はその上縁部に内側に向いた円形ショルダ２８を有し、このショルダの底面２９と取り外し可能取付けフランジ１４の円筒部３０のトラスト面３２との間に衝撃吸収ブッシング２２が設置されている。

衝撃吸収ブッシング２４の第３の変形例（図１）は、回転体、即ちその上に放射状ショルダ２３を有するシリンダ３３として現れており、このブッシングはマウント１のステム１６の上に設置され、放射状ショルダ２３はスタッド頭部１７の底面３５と噛み合う。

図１５に示されている第４の変形例は、スタッドのステム１６上に設置された単なるシリンダである。

第５の変形例は、ステム１の溝９０を満たす概ね円筒形のブッシング（図１７、１９）であり、ブッシング８９は上部ハウジング２内の穴１８のそれを結合する内面、またはその取り外し可能な構成要素と重なり合う。

第６の変形例も円筒形であるが、スタッドのステム１６の側面が覆うものであり、ブッシングは頭部１７の底面と過荷重ストッパ１０４の平面部１０３の上面１０２との間に配置されている（図２１）。

利用可能な種類の力感受性ユニットにかかる事前の力を発生させる装置は、それぞれ異なるようにすることができる。最も簡単な場合を図１に示された第３の変形例の衝撃吸収ブッシング２４とすることが可能であるが、このブッシング２４の放射状ショルダ２３は軸方向でそれと噛み合う面によって圧縮されなければならない点で異なっている。

精度を高めるためには、特にウェーブスプリングとして現れるとしても（図７ａ、１４、１５、１７、１９乃至２１）、バネ３６を使用することができる（図２、３、７ａ、８乃至１４）。

余分なノイズを低減するためおよびバネ３６の内部に主荷重を発生させるために別個の衝撃吸収円盤座金３７（図３）を使用することができる。この機能を実行するために、衝撃吸収円盤座金３７をロードセルの組み立ての際にマウント１の頭部１７の底部対応面と上部ハウジング２内の面５２との間で圧縮することができる。前記面５２が上部ハウジング２の取り外し可能構成要素１４に属しているかまたは図１４、１５に示されているような場合は機能性に影響することはない。

以下にさらなる実施の形態を説明する。

図７ａにおいては、衝撃吸収ブッシング２４の放射状ショルダ２３は、上部剛性要素２の平面ショルダ８７とリングブッシングホルダ８３との間の環状空間に係止されている。リングブッシングホルダ８３は上部剛性要素の内側に配置されている円形ショルダ９４によって底部側から支持されているため、ここではゴムブッシングは事前に圧縮されない。

図８において、事前に圧縮された衝撃吸収ブッシング２４のもう１つの変形例が示されており、バネ３６によって発生した軸方向の力がブッシング２４を通って伝達される。このような配列ではブッシングが水平方向に拡張し、噛み合った金属面上におけるブッシングの円筒形表面の摩擦が防止され、磨耗をなくしている。

マウント１はステム１６の底端部上に少なくとも１つの平面３８（図２）または少なくとも１つの放射状穴３９（図１）を有して組み立ての間にトルクツールの使用を可能にすることができる。座席の噛み合い（結合）部分が楕円形の取付け穴を有している場合には、平面は組み立ての間に保持手段として機能することもできる。

ロードセルの軸方向の寸法を最小限にするため、平面３８のための十分な空間がない場合には、マウント１の頭部１７は、頭部１７の周囲にあり且つ上部構成要素の本体内の少なくとも１つの開口部４５に合わされた少なくとも１つの軸方向切り欠き３８Ａを有することができる（図２、３）。これは、マウント１上の内側または外側ネジ山に小さな欠陥があり、選択された圧縮要素によって発生した摩擦が組み立ての間にマウント１をねじれから保護するのに十分でない場合、組み立ての間に役に立つことができる。

力伝達の仕組みのいくつかの変形例を以下に選択肢として提供する。

図１、１４において、剛性ロッドカンチレバー４０は油圧式の力感受性ユニット３の底部フランジ上に構成され、ロッドカンチレバー４０はマウント１の方向に向けられており、ロッドカンチレバーの底端部４２はマウント１の凹部内に配置されたボールジョイントの構成要素として機能するようにされ、端部４２はボール４３と結合するための半球トラスト面（図示せず）または凹部のいずれかを有している。図２、３において、ジョイントは球形端部を有するロッド４１とされており、このロッドは、マウント１および力感受性ユニット、例えば円盤バネ４の向かい合う面上の凹部内にその端部で設置される。上述したロッドカンチレバー４０と同様のロッド４１は、コア４４およびその両端部の２つのボール４３を有する複雑なものとすることができる（図６）。

図４において、マウント１は力感受性ユニット、例えば円盤バネ４とその丸められた上面４８によって結合する。ハウジング１３は外側円筒壁５３の内面上に円形内部ショルダ４９を有しており、いずれかの種類の力感受性ユニットをハウジングの内部に同軸に設置し、円形ショルダ４９とこの外側円筒壁の自由縁部５１の近傍に設置された保持リング５０との間に係止する。

上部にボール４３が設置されている浮動タブレット４６を使用することもできる（図５、８、１０、１２、１３、１７、１８）。これはマウント１の平面４７上で摺動することができる。

摩擦係数の小さな材料の層１１４を摺動対として設置することができる。いずれの結合面もその周囲にラビリンスシール１１５を有して、低摩擦材料が部分的に劣化した時にその損失を防止することができる。これによって装置の寿命を延ばすことができる。

他の力伝達機構が図１２に示されている。

摺動対の代わりに、上述のように、ここでは回転ボール浮動スラスト支持体が構成されている。少なくとも３つの鋼鉄ボール１１６がスタッドの硬化平面と浮動要素１１７との間に設置されている。エラストマー材料で作成されたセパレータ１１８はロードセルから荷重が除去された際にボール１１６の初期位置を補正する。荷重のかかった座席が横方向に僅かに移動することによってボールが安全に振動して著しい摩擦を生じることがない。力の軸方向成分は力感受性ユニットに加えられ、その実際の物理値に適切なものとなっている。

前述のものに非常に近い他の変形例が図１３に示されている。ここでは１つのみの鋼鉄ボール１１８が使用され、これは、例えば真鍮等の減摩材料から作成されたサドル１１９内で回転する。その底点によって、ボールはマウント１の上部の平面１２０の上で回転する。表面１２０は硬化されてボールベアリング内で一体となってなければならないことは明らかである。

スタッド頭部の底面３５は、バネ３６のセンタリングに有用な円形ショルダを有することができる。

過荷重保護手段は図１５乃至１７、１９、２０に示されている。

その思想は、バネ座金（ベルビビック（Ｂｅｌｌｅｖｉｂｉｃ）、ベルビル（Ｂｅｌｌｅｖｉｌｌｅ）座金）が満たされた圧縮性部材を有することである。バッテリ内に集められサブアセンブリの段階で事前に圧縮されて、この手段は、軸方向の圧縮力が選択された力感受性ユニットの測定範囲の上限を超えるまで固形体として機能する。加えられる軸方向の力がさらに増大すると、バネのサブアセンブリは軸方向に収縮する。座席の構造部間の距離は、それらの間の隙間がゼロとなるまで減少する。特殊な部分またはいずれかの部分の断片が圧縮性部材の可能な収縮性の７５％の距離で他の（新たな）構造部から離された構造部と機械的な接続を有していると良い。この距離「Ａ」は図１５乃至１７、１９、２０に示されている。

図１５において、同様の過荷重保護の概念の可能な設計のサンプルが示されている。バネ座金９７がカップ状本体９８の内側のバッテリ内に集められている。プッシャ９９は座金の内径によって中央に寄せられている。カップ状本体９８の自由端部は本体の内側に折り曲げられ、バネ座金９７を圧縮された状態に保持している。本体９８に挿入された最終座金１００は相当な剛性を有していることが望ましい。プッシャ９９はその（図面上の）底端部に円形ショルダ１０１を有している。ショルダ１０１は加えられた軸方向の力をバネ座金に伝達する。その力の値が圧縮性部材の内側に「蓄積された」力よりも大きくなるとすぐに、プッシャ９９はカップ状本体９８内に沈む。このような動きによって隙間「Ａ」を閉じるまで縮める。力は座席の一方の構造部から他方へ直接伝達されるため、加えられた圧縮力がさらに増大することで力感受性要素（この場合は円盤バネ４）にかかる荷重を増大させることはない。

圧縮性部材の類似した変形例が図１６に示されている。示された上述の変形例と異なっている点は、一連のバネ座金９７がプッシャ９９上でその両端部のショルダの間で圧縮されることである。この場合、圧縮性部材の本体９８は最終座金１００を押圧し、バネ座金を圧縮することができる。

力感受性ユニットの上に圧縮性要素を設置することもできる。図２２において、このような配列が、力感受性ユニットとしてバネ座金４を有するロードセルのサンプルで示されている。一連のバネ座金は、円筒形取り外し可能ハウジング９５の上端部の内部円形ショルダ１０６と円盤バネ４との間で圧縮されている。ショルダ９６と上部バネ座金９７との間に保護カバー９６を設置することができる。一連のバネ座金９７の反対側では、比較的鋭利な縁部１０８を有するリング１０７がバネ座金４のための安定した支持域を作っている。これは装置の精度を高めるために行われる。

取り外し可能ハウジング９５を取付けフランジ１４へ設置する間に、前述の例（図２２）の一連のバネ座金９７を事前に圧縮することができる。この目的のため、取り外し可能ハウジング９５の内面と結合する距離をおいたシリンダ１０９が底部から円盤バネを支持する。取り外し可能ハウジング９５を設置する間に、シリンダ１０９およびリング１０７を通って伝達された力によってバネ座金９７が圧縮される。リング１０７もバネ４の本体と結合する比較的鋭利な縁部１１０を有し、バネ４の外側縁部を圧迫する２つの縁部の直径は同等であることが望ましい。取り外し可能ハウジング９５の接続にネジ接続を用いる場合は、円盤バネ４を取り外し可能ハウジング９５内にその回転に対抗して固定するとよい。この目的のため、一連の手段を使用することができ、例えば、円盤バネ４はその外側縁部に放射状歯部１１１を有することができる。この歯部を軸方向溝、または穴１１２、または取り外し可能ハウジング９５の本体の切り欠きに設置することができる。ロードセルの本体を安全に横断させるために同一の歯部１１１を通信ケーブル１１３の設置に使用することができる。

上述の変形例では保持リングを使用する必要がなく、３つの部分の形状を最も単純な管状に簡略化し且つそれらの縁部である程度の技術的操作を簡単にしている。

軸方向の力を除いて、横方向の力をロードセルに加えることができる。この力は衝撃吸収ブッシングに対して半径方向にその一方の側を圧縮して加わる。横方向のブッシングの耐荷重性はブッシングのエラストマー材料の特性およびブッシングの幾何学的形状に依存する。加えられた横方向の力がブッシングに穴をあけるかまたはブッシングを磨耗させるのに十分なものである場合、ロードセルは機能し続けるが、スタッドと上部剛性要素（ハウジング）の結合部の材料の接触する対の間の摩擦係数で増大した横方向の力の大きさ分だけ測定誤差が高くなる可能性がある。出力信号は「フリーズ（急に止まる）」し、突然の段階でその値が変化する傾向があるため、この状況をソフトウェアによって診断することが好ましい。

図１９乃至２１に示された配列の変形例により、組み立て手順に対して明確な利点を与えることができる。この利点は精密部分を取り外し可能にすることによって実現され、力感受性要素およびその周囲の部分をセットカバーを設置する直前の組み立ての最終段階で設置するようにすることができる。これらの配列に共通した特徴は、力感受性ユニット、即ち、円盤バネ４、任意の電子装置および精巧な部分を覆う保護カバー９６をその内側に保持するハウジング９５を取り外し可能に変形している点である。ハウジング９５は通常円筒形状であり、その底端部は取付けフランジ１４と接続するための内側ネジ山を有している。マウント１は、その頭部に、締め付けの間マウント１を保持する手段、例えば切り欠き３８Ａを有している。

この配列の変形例の範囲内において、以下に説明する組み立ての順序が望ましい。

第１ステップ：衝撃吸収ブッシングを上部に有するマウント１を、その頭部で、シートパン内での今後の相互配置に応じて組立治具内に設置し、そこに固定する。

第２ステップ：取付けフランジを上部に有するシートパン１５を、すべてのスタッド上にかぶせる。

第３ステップ：シートトラック機構の上部スライダ８８をマウント１のステム１６の底端部に締め付け、通常シートパンと上部スライダとの間で圧迫されている付属部分のすべてを今度は上部スライダ８８とステム１６との間で圧迫する。これらの部分は、マウント、即ち、背もたれラチェット機構保持器、様々な補強板および棒とすることができる。

第４ステップ：座席フレームの一部が締め付けられたシートパン１５を組立治具から取り外し今後の組み立てに備える。

座席の乗員の体重および位置を測定する座席の構造部の対の連結部の間に多様に設置される本発明のロードセルは、以下に説明するように機能する。

便宜上、座席の上部構造部はたわみ不可能と仮定する。

変動荷重が与えられた時、底部構造部はある程度の小さな移動を行い、すべての座標面でその角度方向を僅かに変化させることができる。

衝撃吸収ブッシングは横方向の力に対応してたわむが、ブッシングの弾力性の範囲内での僅かな縦方向の動きの自由を残す。

接合部から構成される力伝達システムは、加えられた力の軸方向成分を力感受性ユニットの選択された地点または予測可能な領域に伝達する。スタッドの比較的幅の広い頭部は上部剛性要素の内側に係止され、座席の構造部をまとめている。予め荷重を加えられたバネまたは事前に圧縮された衝撃吸収材料は、測定システムの目盛を決めるためおよび振動によって発生するノイズを除去するための比較的安定した基準点をとるのに有用である。力感受性ユニットはソフトウェアに出力信号を送り、このソフトウェアは様々なセンサからの情報を分析して適切な決定を行う。

力感受性ユニットを圧力センサを装備する油圧チャンバとした場合である。

本発明のロードセルの他の実施の形態を図２３に示す。ロードセルはネジ穴１３２を介して下部構造座席部８８に取り付けられるマウント１、およびネジ接続１３４を介して上部構造座席部１５に取り付けられるハウジング２を含む。歪みゲージ５からの信号を処理する電子回路１３３がハウジング２内のフランジ１２１の上に取り付けられている。歪みゲージ５は円盤バネ４の上面に固着されている。円盤バネ４の上面の外周はハウジング２のフランジ１２１と接触する。円盤バネ４の下面は球状凹部１５０を含む。凹部１５０は環状凹部１５２に囲まれている。凹部１５０はボールベアリング４３を受け、このボールベアリング４３はまた、スライダ４６上の凹部に係合する。スライダ４６はピストン１２３のスラスト面１３７の上で摺動可能に支持されている。スライダ４６の摺動面は永久潤滑油が満たされた溝を含む。ピストン１２３はマウント１内に摺動可能に取り付けられている。

ウェーブスプリングまたはベルビルスプリング９７は予め圧縮され、ピストン１２３を支持リング１２４およびマウント１に対して上向きに付勢する。ベルビルスプリング９７は、スライダ４６、ボールベアリング４３および円盤バネ４に力を加えることによってセンサに予荷重を加える。予荷重ボルト１２５はピストン１２３内およびマウント１の凹部内に受けられる。予荷重ボルト１２５は、ベルビルスプリング９７からのピストン１２３の移動を、支持リング１２４と係合する際に制限する。

ハウジング２のフランジ１２１の下で離間された状態で、ハウジングはトラップリング１２２の補完面と係合する内部環状円錐凹面１３５を含んでいる。トラップリング１２２はマウント１の上面１３９上で摺動可能に支持されている。トラップリング１２２は下部要素１と上部要素２との間の相対的な横方向の移動を許容しながらセンサを過荷重から保護している。トラップリング１２２は、過荷重保護が作動した際に角度および線の両方のずれが生じてもハウジング２と均一に良好に接触する浮動部材である。トラップリング１２２はマウントの上面１３９の上で摺動して線状のずれに横方向に対応する。トラップリング１２２の球面は角度のずれに対してハウジング２との球面間接触をする。

ブッシング８９はマウント１とマウント１の外部フランジ１５４の下のハウジング２との間に取り付けられている。ブッシング８９は、支持座金１２７によって支持されているバネ３６によって付勢された上部座金１２６によって支持されている。ハウジング２の環状溝１４０内に固着されているスナップリング２２８は支持座金１２７を保持する。ブッシング８７を、外面１３８がテフロン（登録商標）で被膜されたゴムスリーブ８９として設計してもよい。テフロン（登録商標）被膜によって、正および負の過荷重モードの両方でハウジング２の低摩擦軸方向摺動能力が確実にされる。これは、過荷重保護が作動した後にセンサの性能に悪影響を及ぼす可能性のある残留摩擦ヒステリシスを除去するためには重要である。動作範囲において、ハウジング２の動きは感知円盤４のたわみに相当し、これは非常に僅かなものであり、ゴムの弾力性によって補正することができる。動作範囲において、ブッシング８９とその隣接する部分との間での物理的摺動は起こらない。

作動中、ゼロ荷重が加えられると、感知円盤４はスプリング９７からの予荷重のみを測定する。この予荷重はゼロ荷重として定義され目盛を付けられる。座席構造部１５に力が加えられたとき、センサはハウジング２とマウント１との間でこの力を獲得する。ハウジング２はこの力を感知円盤４に伝達して歪みゲージ５の出力を変化させる。

センサは、座席構造部１５、８８の横方向および／または角度のずれを演算することができるように設計されている。ハウジング２とマウント１との間での横方向の力および角度のずれが組み合わされて発生した時、センサはそれに対応して感知円盤４を縦方向の荷重にのみさらす。この対応は２段階の自由によって保証され、感知円盤４とピストン１２３のスラスト面１３７とを分離させる。さらに、ハウジング２は、ブッシング８９の設計およびハウジング２とマウント１との間のバネ連結（負出力ウェーブスプリング３６）によって独自に対応する。

センサの動作範囲は、過荷重保護サブアセンブリ（ピストン１２３、支持リング１２４、予荷重ボルト１２５およびスプリング９７）の事前設定およびスプリング９７の事前圧縮の大きさに依存する。加えられた力が過荷重バネアセンブリの予荷重の大きさを超えた場合、この力は圧縮を開始し、ハウジング２、感知円盤４、ボールベアリング４３およびスライダ４６は下に向かって移動する。加えられた力が増大し続けて所定のレベルを超過した場合、トラップリング１２２はハウジング２の表面１３５に接触し、さらなる過剰な力のすべては感知円盤４を迂回し、ハウジング２からトラップリング１２２を通ってマウント１へ直接伝達される。これが発生する対応する力は感知要素４への最大可能荷重と判断される。これは事実上、加えられた力が測定および迂回の２つの成分に分離されることを意味している。測定用の力は、ハウジング２、感知円盤４、ボールベアリング４３、スライダ４６、ピストン１２３、ベルビルスプリング９７、支持リング１２４およびマウント１を介して構造座席部８８へ伝達される。迂回する力は、ハウジング２、トラップリング１２２およびマウント１を介して下部構造座席部８８へ伝達される。

ブッシング設計に対する第２のアプローチが図２４に示されており、これはその他の点では図２３の実施の形態を同様である。２つの弾性リング１３１の間には鋼鉄ボールベアリング１３０の列が存在している。ハウジング２とマウント１との間の環状空間内のボール１３０の小さな初期の放射状の隙間によって、ハウジングが必要とする角度の対応が行われる。

負または正のいずれかの過荷重モードにおいては、ハウジング２は著しい直線的な動きを行う。環状スロット内部の鋼鉄ボール１３０はこの動きに対応して、ハウジング２がマウント１に沿って動く際の移動部分間の接合点の摩擦を非常に低下させる。過荷重モードが発生した場合、残留摩擦ヒステリシスおよび出力信号オフセットは発生しない。ボールベアリング１３０が非常に制限された２方向のローリング運動をすることは明らかである。ボールベアリング１３０の上および下の２つの弾性リング１３１はボールベアリング１３０を適切な初期位置に保持して必要に応じて上げ下げする。

本発明の実施の形態を例証し且つ説明したが、これらの実施の形態は本発明のあらゆる可能な形態を例証して説明するものではない。本明細書において使用された語は説明のためであり限定するものではなく、本発明の趣旨および範囲から逸脱せずに様々な変更を行い得ることが理解される。

図１は、機能要素、即ちハウジング、力伝達機構、衝撃吸収ブッシング、および力感受性ユニットを予め圧縮させる機能をする装置の異なる変形例およびそれらの配列を示す。 図２は、機能要素、即ちハウジング、力伝達機構、衝撃吸収ブッシング、および力感受性ユニットを予め圧縮させる機能をする装置の異なる変形例およびそれらの配列を示す。 図３は、機能要素、即ちハウジング、力伝達機構、衝撃吸収ブッシング、および力感受性ユニットを予め圧縮させる機能をする装置の異なる変形例およびそれらの配列を示す。 図４は、力を力感受性ユニットへ伝達する要素をおよびそれらの構成要素の他の変形例を示す。 図５は、力を力感受性ユニットへ伝達する要素をおよびそれらの構成要素の他の変形例を示す。 図６は、力を力感受性ユニットへ伝達する要素をおよびそれらの構成要素の他の変形例を示す。 図７は、本発明の主要な構成要素に応じて作成された実際の設計のサンプルを示す。 図８は、力感受性ユニットの予荷重を発生させる同一のバネによって事前圧縮された衝撃吸収ブッシングのサンプルを示す。 図９ａ、ｂは、シートパンをここで提案されているロードセルに設置した後に標準的な座席に従来の硬度を戻す座席フレームおよびシートパンの変形例に対して推奨されるアプローチを示す。 図１０は、力感受性要素、力伝達機構およびそれらの断片のさらなる変形例を示す。 図１１は、力感受性要素、力伝達機構およびそれらの断片のさらなる変形例を示す。 図１２は、力感受性要素、力伝達機構およびそれらの断片のさらなる変形例を示す。 図１３は、力感受性要素、力伝達機構およびそれらの断片のさらなる変形例を示す。 図１４は、広範囲の標準的な座席にロードセルを比較的迅速に、それらを大幅に再設計せずに設置するように配列されたロードセルの変形例を示す。 図１５は、過荷重プロテクタをロードセルに一体化することを可能にする方法を示す図である。 図１６は、過荷重プロテクタをロードセルに一体化することを可能にする方法を示す図である。 図１７は、過荷重プロテクタをロードセルに一体化することを可能にする方法を示す図である。 図１８は、力感受性要素、力伝達機構およびそれらの断片のさらなる変形例を示す。 図１９は、過荷重プロテクタをロードセルに一体化することを可能にする方法を示す図である。 図２０は、過荷重プロテクタをロードセルに一体化することを可能にする方法を示す図である。 図２１は、本発明の主要な構成要素に応じて作成された実際の設計のサンプルを示す。 図２２は、過荷重プロテクタをロードセルに一体化することを可能にする方法を示す図である。 図２３は、本発明のロードセルの他の実施の形態を示す。 図２４は、図２３のロードセルの変形例を示す。

図１乃至２４は、比例尺の図である。

Claims (36)

1. 第１の要素と、
   第２の要素と、
   前記第１および第２の要素の間のカップリングであって、第１の軸に直交する第１の方向において前記第１および第２の要素の少なくとも１つに対して摺動可能な凸面を含むカップリングと、
   前記第１の軸に沿った前記第１の要素と前記第２の要素との間の力を測定するセンサと、を有する、ロードセル。
2. 前記凸面は前記第１および第２の要素の少なくとも１つに対して平面において摺動可能であり、前記平面は前記第１の軸に直交する、請求項１に記載のロードセル。
3. 前記凸面を有するボールベアリングをさらに含む、請求項１に記載のロードセル。
4. 前記凸面と係合する凹部を有するスライダをさらに含み、前記スライダは前記第１の要素に対して摺動可能である、請求項３に記載のロードセル。
5. 前記第１の要素はマウントであり、前記マウントは、概ね前記第１の軸に沿って移動する前記マウント内に配置されたピストンをさらに含み、前記スライダは前記ピストンの表面と摺動可能に接触する、請求項４に記載のロードセル。
6. 前記ピストンは前記第２の要素に向かって付勢され、それによって前記センサに予荷重を加える、請求項５に記載のロードセル。
7. 前記ピストンを前記第１の要素から離れるように付勢するバネをさらに含む、請求項６に記載のロードセル。
8. 前記センサが取り付けられる円盤をさらに含み、前記円盤は前記ボールベアリングと係合する凹部を含む、請求項７に記載のロードセル。
9. 前記センサは歪みゲージであり、前記円盤は前記凹部の周囲に環状溝を含む、請求項８に記載のロードセル。
10. 前記第１および第２の要素に対して前記第１の方向に摺動可能なトラップリングをさらに含み、前記トラップリングは前記第２の要素に向かう前記第１の要素の移動を制限する、請求項９に記載のロードセル。
11. 前記トラップリングは、前記第１および第２の要素の一方の補完凹内面と係合する外側凸面を含む、請求項１０に記載のロードセル。
12. 前記第１および第２の要素の一方は前記第１および第２の要素の他方を少なくとも部分的に囲み、前記ロードセルは前記第１および第２の要素の間の環状空間内にブッシングをさらに含む、請求項１に記載のロードセル。
13. 前記ブッシングは弾力性を有し、前記第１および第２の要素の間で直線的低摩擦移動をし、前記第１および第２の要素の間の角度のずれに備える、請求項１２に記載のロードセル。
14. 前記ブッシングは複数のボールベアリングを含む、請求項１２に記載のロードセル。
15. 前記第１および第２の要素に対して前記第１の方向に摺動可能なトラップリングをさらに含み、前記トラップリングは前記第１の軸に沿って前記第２の要素に向かう前記第１の要素の移動を制限する、請求項１に記載のロードセル。
16. 前記トラップリングは、前記第１および第２の要素の一方の補完凹内面と係合する外側凸面を含む、請求項１５に記載のロードセル。
17. 第１の要素から離間され、前記第１の軸に沿って前記第１の要素から離れる前記第２の要素の移動を制限する面をさらに含む、請求項１６に記載のロードセル。
18. 前記第１の要素は第１の座席構造または第２の座席構造の一方に取り付けられ、前記第２の要素は前記第１および第２の座席構造の他方に取り付けられる、請求項１に記載の複数のロードセル。
19. 第１の要素と、
    第２の要素と、
    前記第１および第２の要素の間のカップリングであって、前記第１および第２の要素の角度を分離させ、第１の軸に直交する横方向において第１および第２の要素を分離させるカップリングと、
    前記第１の軸に沿った前記第１の要素と前記第２の要素との間の力を測定するセンサと、を有する、ロードセル。
20. 前記第１の軸に沿った前記第１および第２の要素の間の相対的な移動は制限される、請求項１９に記載の複数のロードセル。
21. 前記第１および第２の要素に対して前記第１の方向に摺動可能なトラップリングをさらに含み、前記トラップリングは前記第１の軸に沿って前記第２の要素に向かう前記第１の要素の移動を制限する、請求項２０に記載のロードセル。
22. 前記トラップリングは、前記第１および第２の要素の一方の補完凹内面と係合する外側凸面を含む、請求項２１に記載のロードセル。
23. 第１の要素と、
    第２の要素と、
    第１の軸に沿った前記第１の要素と前記第２の要素との間の力を測定するセンサと、
    前記第１および第２の要素の少なくとも一方に対して第１の軸に直交する第１の方向に摺動可能なトラップ要素であって、前記第１の軸に沿って前記第２の要素に向かう前記第１の要素の移動を制限するトラップ要素と、
    を有する、ロードセル。
24. 前記トラップ要素は、前記第１の方向に前記第１および第２の要素に対して摺動可能である、請求項２３に記載のロードセル。
25. 前記トラップ要素は、前記第１の軸に直交する第１の平面で少なくとも２つの自由度で前記第１および第２の要素の少なくとも一方に対して摺動可能である、請求項２３に記載のロードセル。
26. 前記トラップ要素は、前記第１の平面で少なくとも２つの自由度で前記第１および第２の要素に対して摺動可能である、請求項２５に記載のロードセル。
27. 前記トラップ要素は、前記第１および第２の要素の一方の補完凹内面と係合する外側凸面を含むトラップリングを備え、前記トラップリングは前記第１および第２の要素の互いに向かう相対的な移動を制限する、請求項２３に記載のロードセル。
28. 第１の要素から離間され、前記第１の軸に沿って前記第１の要素から離れる前記第２の要素の相対的な移動を制限する面をさらに含む、請求項２７に記載のロードセル。
29. 第１の要素と、
    第２の要素と、
    第１の軸に沿った前記第１の要素と前記第２の要素との間の力を測定するセンサと、
    を有し、前記第１および第２の要素は互いに向かって付勢されてセンサにかかる予荷重を生じる、ロードセル。
30. 前記第１の要素はマウントであり、前記マウントは、概ね前記第１の軸に沿って移動する前記マウント内に配置されたピストンをさらに含み、前記スライダは前記ピストンの表面と摺動可能に接触する、請求項２９に記載のロードセル。
31. 前記ピストンは前記第２の要素に向かって付勢され、それによって前記センサに予荷重を加える、請求項２０に記載のロードセル。
32. 前記ピストンを前記第１の要素から離れるように付勢するバネをさらに含む、請求項３１に記載のロードセル。
33. 第１の要素と、
    第２の要素であって、前記第１および第２の要素の一方は前記第１および第２の要素の他方を少なくとも部分的に囲む第２の要素と、
    第１の軸に沿った前記第１の要素と前記第２の要素との間の力を測定するセンサと、
    前記第１および第２の要素の間の環状空間に配置されたブッシングと、
    を有する、ロードセル。
34. 前記ブッシングは弾力性を有し、前記第１および第２の要素の間で直線的低摩擦移動をし、前記第１および第２の要素の間の角度のずれに対応する、請求項３３に記載のロードセル。
35. 前記ブッシングは複数のボールベアリングを含む、請求項３３に記載のロードセル。
36. 一対のＯリングをさらに含み、前記複数のボールベアリングは前記一対のＯリングの間に配置される、請求項３５に記載のロードセル。
    

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