JP2008002997A - Load detecting device and its method of making - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、荷重検出装置およびその製造方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、荷重を受けて歪みを生じる起歪部の可動領域を規制するためのストッパを備えたロードセルの構造および製法の改良に関する。 The present invention relates to a load detection device and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to an improvement in the structure and manufacturing method of a load cell having a stopper for restricting a movable region of a strain generating portion that receives a load and generates strain.
重量や荷重の測定に用いられる荷重検出装置のひとつに、金属の歪み量によって電気抵抗が変わる原理を利用した電気式の荷重センサ、いわゆるロードセルがある。また、このような荷重検出装置には、装置内に設けられた起歪部(荷重の作用で歪を生じる起歪体からなる部位)が一定範囲を超えて歪むのを規制して保護するためのストッパを備えているものもある。 One of the load detection devices used for measuring the weight and load is an electric load sensor that uses the principle that the electric resistance changes depending on the amount of strain of the metal, a so-called load cell. In addition, in such a load detection device, in order to regulate and protect the strain generating portion provided in the device (a portion made of a strain generating body that generates strain by the action of a load) from being distorted beyond a certain range. Some have a stopper.
従来、このような構造の荷重検出装置としては、例えばドライバーズシートのような車両用シートにおいて、シートレールのシート固定部に対する変位をある範囲内に規制する変位規制機構を具備したものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。また、取付部材を構成する板ばね部材に係合部が設けてあり、かつ、この係合部に係合することにより起歪部の可動剛体部の上下方向の変位を所定量で規制する構成のストッパ部材を備えた装置も提案されている(例えば、特許文献2参照)。
しかしながら、上述のように変位をある範囲内に規制するためのストッパ機構を備えた荷重検出装置には以下のような問題があった。すなわち、従来技術の場合には、起歪部(起歪体)を含むセンサの外部に変位規制用のストッパを設けているために、専用の部品が増えてしまうということがあった。また、荷重が作用したときの起歪部の変位を考慮して当該起歪部とストッパとの間に隙間(ギャップ)が形成されているが、非常に高い寸法精度、加工精度を要している。このため、大量生産では精度が出せなかったり、精度を出すために切削加工を余儀なくされたり、精度を特別に管理するためにコストが高くなるなどの問題があった。一方で、このストッパの寸法公差を大きくとるとすれば起歪体の変位が大きくなり、例えば車両用シートに具備されている場合であればこれに伴って当該シートの変位が大きくなり、シートのがたつきが生じたり乗り心地を悪化させたりするといった問題があった。 However, the load detection apparatus provided with the stopper mechanism for restricting the displacement within a certain range as described above has the following problems. That is, in the case of the prior art, since a displacement restricting stopper is provided outside the sensor including the strain generating portion (strain generating body), dedicated parts may increase. In addition, a gap (gap) is formed between the strained portion and the stopper in consideration of the displacement of the strained portion when a load is applied, but very high dimensional accuracy and machining accuracy are required. Yes. For this reason, there has been a problem that the accuracy cannot be obtained in mass production, the cutting process is forced to obtain the accuracy, and the cost is increased to specially manage the accuracy. On the other hand, if the dimensional tolerance of the stopper is increased, the displacement of the strain generating body increases. For example, if the stopper is provided in a vehicle seat, the displacement of the seat increases accordingly. There were problems such as rattling and worsening ride comfort.
そこで、本発明は、従来ほどの高い加工精度を必要とせずとも起歪部とストッパとの間の隙間(ギャップ)を高精度に形成することができる荷重検出装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a load detection device capable of forming a gap (gap) between a strain-generating portion and a stopper with high accuracy without requiring high processing accuracy as in the past, and a method for manufacturing the same. With the goal.
かかる課題を解決するため、本発明者は種々の検討を行った。本件の対象たるロードセルを備えた荷重検出装置は荷重による微小な歪量を電気信号に変換するという装置であり、そもそも、極めて小さい歪量を取り扱うものである。そうすると、このように極めて小さい歪量でありながらもストッパとの間に一定の間隔を形成しようとすること自体、手間とコストを要することに直結するものである。この点に着目してさらに検討を加えた本発明者は、かかる問題を解決しうる手段を知見するに至った。 In order to solve this problem, the present inventor has made various studies. The load detection device provided with the load cell which is the subject of the present invention is a device that converts a minute strain amount due to a load into an electric signal, and handles an extremely small strain amount in the first place. Then, although it is such a very small amount of distortion, it is directly connected to the fact that it is necessary to form a fixed interval between the stopper and the labor and cost. The present inventor who has further studied by focusing on this point has come to know means for solving such a problem.
本発明はかかる知見に基づくもので、外部からの荷重が入力される荷重入力部と、該荷重入力部から入力された荷重を受けて歪みを生じる起歪部と、当該起歪部が一定範囲を超えて歪むのを規制するストッパとを備えた荷重検出装置を製造するための製造方法において、前記ストッパの少なくとも一部を塑性変形する材質で構成される塑性変形部とし、前記起歪部とともに変位して前記ストッパに当接する当接部と前記ストッパの塑性変形部とを接触させるかまたは極近傍に位置した状態としておき、この状態で前記荷重入力部から所定の大きさの荷重を入力し、前記ストッパに当接部を当接させることによって前記塑性変形部を塑性変形させ、該塑性変形部と前記当接部との間に前記所定の大きさの荷重に応じた大きさの隙間を形成するというものである。 The present invention is based on such knowledge, a load input portion to which an external load is input, a strain generating portion that receives distortion from the load input portion, and the strain generating portion is in a certain range. In a manufacturing method for manufacturing a load detection device comprising a stopper that restricts distortion beyond the range, at least a part of the stopper is a plastic deformation portion made of a material that plastically deforms, together with the strain generation portion The abutting portion that is displaced to abut against the stopper and the plastic deformation portion of the stopper are brought into contact with each other or are positioned in the vicinity of the stopper. In this state, a load having a predetermined magnitude is input from the load input portion. The plastic deformation portion is plastically deformed by bringing a contact portion into contact with the stopper, and a gap having a size corresponding to the predetermined load is provided between the plastic deformation portion and the contact portion. Once formed Is Umono.
このように、荷重入力部を介して外部から所定の大きさの荷重を入力すると、当該入力荷重を受けて起歪部に歪みが生じ、これを受けて当接部も変位する。この当接部は入力荷重の大きさに応じた量だけ変位し、ストッパの塑性変形部を押圧して塑性変形させる。その後、入力していた荷重を取り除いた状態とすれば、変位していた当接部は元の位置(荷重を受けていない状態におけるニュートラル位置)に戻り、当該戻った当接部と変形後の塑性変形部との間に隙間が形成される。ここで、例えば歪ゲージを用いたロードセルであれば、起歪部や当接部の変位量(歪量)は入力していた荷重に応じて定まる一定の量となるから、上述のようにして形成される隙間(ストッパとの間のギャップ)は、当該荷重に応じた一定の間隔となっている。換言すれば、当初の状態にかかわらず、荷重入力および除去という一連の処理を実施することにより、切削加工などを経ることなく当接部とストッパとの間に一定間隔の隙間を形成することができる。 As described above, when a predetermined load is input from the outside via the load input portion, the strain generating portion is distorted by receiving the input load, and the contact portion is also displaced in response to the distortion. The abutting portion is displaced by an amount corresponding to the magnitude of the input load and presses the plastic deformation portion of the stopper to cause plastic deformation. After that, if the input load is removed, the displaced contact part returns to the original position (neutral position in the state where no load is received), and the deformed contact part and the deformed part are deformed. A gap is formed between the plastic deformation portion. Here, for example, in the case of a load cell using a strain gauge, the displacement amount (strain amount) of the strain generating portion and the contact portion is a fixed amount determined according to the input load. The formed gap (gap between the stopper) is a constant interval corresponding to the load. In other words, regardless of the initial state, by carrying out a series of processes such as load input and removal, a gap of a constant interval can be formed between the contact portion and the stopper without undergoing cutting or the like. it can.
また、上述のような荷重検出装置の製造方法においては、前記ストッパを、前記当接部を挟み込むように配置された少なくとも一対の塑性変形部を備えた構造としておくとともに、当該ストッパの塑性変形部を塑性変形させるための荷重を一の方向およびこれとは逆の方向に加えることによって前記一対の塑性変形部をいずれとも塑性変形させることが好ましい。こうした場合、例えば圧縮荷重と引張荷重のような方向の相異なる荷重に対する別々のストッパを、それぞれ当接部との間に一定間隔の隙間を形成した状態で形成することができる。 Further, in the method for manufacturing the load detection device as described above, the stopper has a structure including at least a pair of plastic deformation portions disposed so as to sandwich the contact portion, and the plastic deformation portion of the stopper is provided. It is preferable that both the pair of plastic deformation portions be plastically deformed by applying a load for plastically deforming the material in one direction and the opposite direction. In such a case, for example, separate stoppers for loads having different directions such as a compressive load and a tensile load can be formed in a state where gaps with a constant interval are formed between the stoppers.
また、かかる製造方法においては、前記ストッパに、前記塑性変形部の変形時の抵抗を低減する凹部をあらかじめ設けておくことが好ましい。例えばくびれや凹溝などによって形成される凹部は、変形時の抵抗を低減させることにより塑性変形部を変形させやすくする。 Moreover, in this manufacturing method, it is preferable to provide the stopper in advance with a recess for reducing resistance during deformation of the plastic deformation portion. For example, a concave portion formed by a constriction or a concave groove makes it easy to deform a plastic deformation portion by reducing resistance during deformation.
さらに、本発明においては、前記所定の大きさの荷重として、前記起歪部に作用する荷重の上限値に相当する大きさの荷重を入力することとしている。これによれば、起歪部(当接部)とストッパとの間に所定の荷重上限値に対応する大きさの隙間が形成されることとなる。したがって、当該荷重検出装置の使用時、荷重上限値よりも小さい荷重が作用している間は起歪部(当接部)とストッパとの間に隙間がある一方で、この荷重上限値を超える荷重が作用すると、起歪部(当接部)がストッパに当接する。これにより、起歪部が一定範囲を超えて歪むのを規制あるいは抑制して当該起歪部を保護することができる。 Furthermore, in the present invention, a load having a magnitude corresponding to the upper limit value of the load acting on the strain generating portion is input as the predetermined magnitude load. According to this, a gap having a size corresponding to a predetermined load upper limit value is formed between the strain generating portion (contact portion) and the stopper. Therefore, when the load detection device is used, while a load smaller than the load upper limit value is applied, there is a gap between the strain generating portion (contact portion) and the stopper, but this load upper limit value is exceeded. When the load is applied, the strain generating portion (contact portion) comes into contact with the stopper. Thereby, it is possible to protect or restrain the strain generating portion by restricting or suppressing the strain generating portion from being distorted beyond a certain range.
また、本件明は、外部からの荷重が入力される荷重入力部と、該荷重入力部から入力された荷重を受けて歪みを生じる起歪部と、当該起歪部が一定範囲を超えて歪むのを規制するストッパと、前記起歪部とともに変位して前記ストッパに当接する当接部と、を備えた荷重検出装置において、前記ストッパの少なくとも一部が、前記当接部を挟み込むように配置された塑性変形する材質からなる塑性変形部で構成されているとともに、前記ストッパの塑性変形部を前記当接部を介して塑性変形させるための荷重を前記荷重入力部を通じて一の方向およびこれとは逆の方向に加える際、当該塑性変形部の変形時の抵抗を低減させるための凹部をこの塑性変形部の一部にあらかじめ設けてあることを特徴としている。 In addition, the present invention is directed to a load input unit to which an external load is input, a strain generating unit that receives distortion from the load input unit, and a strain generating unit that distorts beyond a certain range. In a load detection device comprising a stopper that restricts the contact and a contact portion that is displaced together with the strain-generating portion and contacts the stopper, at least a part of the stopper is disposed so as to sandwich the contact portion. A plastic deformation portion made of a plastically deformed material, and a load for plastically deforming the plastic deformation portion of the stopper through the contact portion in one direction and the load input portion. Is characterized in that, when applied in the opposite direction, a concave portion for reducing the resistance during deformation of the plastic deformation portion is provided in advance in a part of the plastic deformation portion.
この荷重検出装置においては、起歪部とともに変位する当接部の動きをストッパが規制することによって当該起歪部を保護することが可能である。この場合のストッパの一部は、当接部を挟み込むように配置された塑性変形部で構成されているため、当接部がいずれの方向に変位した場合もこのようなストッパの機能によってその動き(変位)を規制することができる。しかも、本発明にかかる荷重検出装置は、塑性変形部の変形時の抵抗を軽減するための凹部を備えていることから、上述したような製造方法、すなわち、製造過程において所定の大きさの荷重を入力して塑性変形部を変形させるという製造方法を実施する際、当該塑性変形部を変形させやすいという利点がある。このため、起歪部(当接部)とストッパとの間に一定間隔の隙間を形成しやすい。 In this load detection device, it is possible to protect the strain generating portion by restricting the movement of the abutting portion that is displaced together with the strain generating portion. Since a part of the stopper in this case is composed of a plastic deformation part arranged so as to sandwich the contact part, even if the contact part is displaced in any direction, the function of such a stopper causes the movement. (Displacement) can be regulated. In addition, since the load detection device according to the present invention includes a recess for reducing resistance during deformation of the plastic deformation portion, a load having a predetermined magnitude in the manufacturing method as described above, that is, in the manufacturing process. When the manufacturing method of deforming the plastically deformed portion by inputting the above is advantageous in that the plastically deformable portion is easily deformed. For this reason, it is easy to form a gap at a constant interval between the strain generating portion (contact portion) and the stopper.
さらに、本発明は、外部からの荷重が入力される荷重入力部と、該荷重入力部から入力された荷重を受けて歪みを生じる起歪部と、該起歪部を支持する支持部材と、該支持部材に形成され、前記起歪部が一定範囲を超えて歪もうとした場合に前記起歪部の当接面と当接して該起歪部の歪みを規制するストッパ面と、を備え、前記支持部材には、前記ストッパ面と前記当接面とが当接した状態で前記荷重入力部に荷重を加えたことにより塑性変形してなる塑性変形部が形成されているというものである。 Furthermore, the present invention provides a load input portion to which a load from the outside is input, a strain generating portion that receives a load input from the load input portion and generates strain, a support member that supports the strain generating portion, A stopper surface that is formed on the support member and that contacts the contact surface of the strain-generating portion when the strain-generating portion attempts to distort beyond a certain range and regulates the strain of the strain-generating portion. The support member is formed with a plastic deformation portion that is plastically deformed by applying a load to the load input portion in a state where the stopper surface and the contact surface are in contact with each other. .
このように、荷重入力部を介して外部から所定の大きさの荷重を入力すると、当該入力荷重を受けて起歪部に歪みが生じ、これを受けて当接部(当接面)も変位する。この当接部(当接面)は入力荷重の大きさに応じた量だけ変位し、ストッパ(ストッパ面)の一部または全部を構成している塑性変形部を押圧して塑性変形させる。その後、入力していた荷重を取り除いた状態とすれば、変位していた当接部(当接面)は元の位置(荷重を受けていない状態におけるニュートラル位置)に戻り、当該戻った当接部と変形後の塑性変形部との間に隙間が形成される。この場合、起歪部の歪量および当接部の変位量は入力荷重によって定める一定量となるから、荷重入力前における初期状態にかかわらず、荷重入力および除去という一連の処理を実施することにより、本発明にかかる荷重検出装置においては当接部とストッパとの間に一定間隔の隙間が形成されることになる。 As described above, when a predetermined load is input from the outside via the load input portion, the strain generation portion is distorted due to the input load, and the contact portion (contact surface) is also displaced in response to the distortion. To do. The contact portion (contact surface) is displaced by an amount corresponding to the magnitude of the input load, and the plastic deformation portion constituting a part or all of the stopper (stopper surface) is pressed and plastically deformed. After that, if the input load is removed, the displaced contact portion (contact surface) returns to the original position (neutral position when no load is received), and the returned contact. A gap is formed between the portion and the plastic deformation portion after deformation. In this case, since the strain amount of the strain generating portion and the displacement amount of the contact portion are fixed amounts determined by the input load, by performing a series of processes of load input and removal regardless of the initial state before the load input. In the load detection device according to the present invention, a gap having a constant interval is formed between the contact portion and the stopper.
本発明にかかる荷重検出装置によれば、従来ほどの高い加工精度を必要とせずとも起歪部とストッパとの間の隙間(ギャップ)を高精度に形成することが可能となる。 According to the load detection device according to the present invention, it is possible to form a gap (gap) between the strain-generating portion and the stopper with high accuracy without requiring high machining accuracy as in the past.
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on an example of an embodiment shown in the drawings.
図1〜図5に本発明の一実施形態を示す。本発明にかかる荷重検出装置1は、外部からの荷重が入力される荷重入力部2aと、該荷重入力部2aから入力された荷重を受けて歪みを生じる起歪部2bと、当該起歪部2bが一定範囲を超えて歪むのを規制するストッパ5,6とを備えているものである。ここで、本実施形態では、ストッパ5,6の少なくとも一部を塑性変形する材質で構成される塑性変形部3a,4aとし、荷重検出体2の一部(具体的には当接部2c)を使ってこの塑性変形部3a,4aを変形させ、当接部2cとストッパ5,6との間に所定間隔の隙間(ストッパ隙)を形成することとしている。
1 to 5 show an embodiment of the present invention. The
まず、この荷重検出装置1の概略から説明しておく。本実施形態の荷重検出装置1は重量や荷重の測定に用いられる装置のひとつで、金属の歪み量によって電気抵抗が変わる電気式センサ(ロードセル)を利用したものである。この荷重検出装置1は、例えばパッセンジャーシートやドライバーズシートのような車両用シートに作用する荷重を検出するための装置などに適用される(図5参照)。本実施形態においては、荷重検出装置1をこのような車両用シートにおける荷重検出用の装置として用いる場合について説明する。ただし、これは本装置の好適な適用例の一つに過ぎず、これ以外への適用が妨げられるものではない。
First, the outline of the
荷重入力部2aは外部からの荷重が入力される部位であり、荷重検出装置1を構成する部品の一つである荷重検出体2を構成している(図1、図4参照)。この荷重入力部2aは、例えば本実施形態のように円柱形状に形成されるなど、車両用シートに取り付けられやすく、なお且つ種々の方向あるいは大きさの荷重を起歪部2bに伝達しやすい形状となっていることが好ましい。また、本実施形態においてはこの荷重入力部2aの外周にねじを切っている(図1参照)。
The
起歪部2bは、荷重を受けて内部応力を生じ、歪を生じさせる部分である。例えば本実施形態の荷重検出装置1においては、荷重検出体2の底部付近の部分のうち、図2において符号2bで示す部分が起歪部として機能するようになっている(図2参照)。なお、符号2bで示す想像線の領域が厳密な意味での起歪部だということではなく、歪ゲージ7が設けられている部分のおよそ上部付近の部位が起歪部として機能するということである。
The
当接部2cは、上述の起歪部2bが歪を生じた際、これに伴い変位してストッパ5,6に当接するように形成されているものである。例えば本実施形態の場合には、図示しているように荷重検出体2を径の異なる複数の円柱体が組み合わされた形状の一体化構造としたうえで、この荷重検出体2の途中に位置する大径の円柱体をフランジ部とし、該フランジ部をストッパ5,6に直接当たる当接部2cとして機能させることとしている(図1〜図3参照)。
The abutting
ストッパ5,6は、上述の起歪部2bが一定範囲を超えて歪むのを規制するためのもので、例えば本実施形態の場合には、この起歪部2bが歪むのに伴って変位する当接部2cの動きを規制することによって当該起歪部2bを保護するようにしている。このようなストッパ5,6の大きさや形状は起歪部2bの変位を規制して保護しうるものであれば特に限定されることはないが、例えば本実施形態では、当接部2cの上面側と下面側から挟み込む形状の上下一対のストッパ5,6を用いることによって当該当接部2cの動きを規制することとしている(図2、図3参照)。
The
また、ストッパ5,6は一体構造であるばかりでなく、複数の部材が組み合わされることによって構成されているものであっても構わない。例えば本実施形態では、当接部2cの上面側を規制する支持部材(以下、フランジ部材という)3と、当接部2cの下面側を規制するリング部材4という2つの環状の部材を組み合わせてストッパ5,6を構成することとしている。
In addition, the
フランジ部材3は、荷重検出体2を外周側から抑えるように設けられる部材で、中央部には荷重検出体2の一部を通すことのできる円形の孔が設けられている。また、フランジ部材3には、例えば車両用シートの構成部品に取り付けられる場合に利用できるボルト孔3cが、図4において符号3dで示すフランジ状板部に適宜設けられている(図1、図2、図4参照)。荷重検出体2を外周側から抑えるように設けられているこのフランジ部材3は、荷重検出体2の起歪部2bを支持する部材(あるいは、起歪部2bを含む荷重検出体2自体を支持して起歪部2bや当接部2c等に所定の機能を発揮させる部材)として機能する。
The
さらに、このフランジ部材3には、起歪部2bが一定範囲を超えて歪もうとした場合にこの起歪部2bの当接面(より具体的には、起歪部2bの歪みに伴い変位する当接部2cの面)と当接して該起歪部2bの歪みを規制するためのストッパ5が形成されている(図2参照)。例えば本実施形態の場合には、フランジ部材3の内周上端部に内周側に向けて突出するフランジ形状部分を形成し、当該フランジ形状部分の底面からなるストッパ面をストッパ5として機能させるようにしている。
Furthermore, when the
一方、リング部材4は、上述のフランジ部材3の内周に嵌まり込むようになっている環状の部材である(図2参照)。フランジ部材3と同様、荷重検出体2を外周側から抑えるように設けられているこのリング部材4は、荷重検出体2の起歪部2bを支持する支持部材(あるいは、起歪部2bを含む荷重検出体2自体を支持して起歪部2bや当接部2c等に所定の機能を発揮させる部材)として機能する。
On the other hand, the
このリング部材4には、起歪部2bが一定範囲を超えて歪もうとした場合にこの起歪部2bの当接面(より具体的には、起歪部2bの歪みに伴い変位する当接部2cの面)と当接して該起歪部2bの歪みを規制するためのストッパ6が形成されている(図2参照)。例えば本実施形態の場合には、リング部材4の上面に形成されるストッパ面をストッパ6として機能させるようにしている。
The
さらに、上述したストッパ5,6の少なくとも一部は塑性変形する材質で構成されていることが好ましい。この場合、当該塑性変形部分は、当接部2cから押圧されることによって変形し、当接部2cによる押圧後、外力が加わらない限りは変形したままの状態を維持することができる。例えば本実施形態では、上述した支持部材(フランジ部材3、リング部材4)のそれぞれに、ストッパ5,6と当接部2cとが当接した状態で荷重入力部2aに荷重を加えることにより塑性変形してなる塑性変形部3a,4aを形成することとしている(図2参照)。ストッパ5,6の一部または全部をこのような塑性変形部3a,4aで構成することにより、当該ストッパ5,6(またはその塑性変形部3a,4a)と当接部2cとの間に、事後的に所定幅の隙間を形成することが可能となる。すなわち、詳細な内容については後述するが、本実施形態においては、荷重検出体2やリング部材4、フランジ部材3を組み付けた後、荷重入力部2aから所定の大きさの荷重を入力し、当接部2cを変位させることによって塑性変形部3a,4aを当該荷重の大きさに伴う分だけ変形させることとしている。こうした場合、組み付け時の状態にかかわらず、当接部2cと塑性変形部3a,4aとの間に所定の大きさの微小な隙間を形成することが可能である。
Furthermore, it is preferable that at least a part of the above-described
また、上述の塑性変形部3a,4aやその近傍は、塑性変形するのに好適な形状となっていることが好ましい。例えば本実施形態では、塑性変形部3a,4aにくびれや溝からなる凹部3b,4bを設けることによって塑性変形しやすくなるようにしている。つまり、塑性変形部3aの厚みを均一にするのではなく、特に塑性変形させたい部位の根元部分に凹部3bを設け、この凹部3bの付近の肉厚を薄くして変形しやすくなるようにしている(図2参照)。
Moreover, it is preferable that the
また、本実施形態ではリング部材4にも凹部4bを設けることによって塑性変形部4aが変形しやすくなるようにしている。具体的には、リング部材4の内周面に周回する溝からなる凹部4bを設け、塑性変形部4aの断面をいわば片持ち形状とすることによって変形しやすくなるようにしている(図2参照)。別の表現をすれば、塑性変形させようとする部分の下側をくり抜いたような形状の凹部4bを形成することにより、所定大きさの荷重入力時に当該塑性変形部4aが塑性変形しやすくなるようにしている。
In this embodiment, the
さらに、荷重検出装置1においては上述のような塑性変形部4aをさらに変形させやすい構造を採用していることも好ましい。一例として、本実施形態では当接部2cの下面を段付きの凸形状とすることにより、塑性変形部4aをより積極的に変形させることができるようにしている。つまり、当接部2cの下面を該当接部2cよりも小径の段付き形状とし、ストッパ6を押圧する領域を狭めることにより塑性変形部4aに集中的に入力荷重が作用するようにしている(図2、図3参照)。こうした場合、塑性変形部4aに対して集中的に荷重を作用させることができるから、同一の大きさの荷重を入力した場合であっても当該塑性変形部4aをさらに変形させやすいという利点がある。
Furthermore, it is also preferable that the
また、荷重検出装置1では、荷重検出体2と、ストッパ5を備えるフランジ部材3とがリング部材4を介して一体化されている。例えば本実施形態では、荷重検出体2とリング部材4とを溶接し、さらにこのリング部材4とフランジ部材3とを溶接してこれらを一体化した構造としている(図2参照)。溶接としては、例えばレーザ溶接や電子ビーム溶接などを行うことができる。なお、図2中においてはこれら溶接部分を符号8で示している。
In the
さらに、荷重検出装置1においては熱の影響を減少させるための構造がとられていることが好ましい。例えば本実施形態においては、熱による影響を減少させるための構造として、リング部材4の底面に周回状の凹溝4cを設けることとしている(図2参照)。このような凹溝4cは、リング部材4自体を変形しやすくするもので、これにより、例えば溶接時などの温度変化による膨張ないしは収縮を吸収して影響をできるだけ少なくすることを可能とする。このように熱の影響を極力少なくしうるような構造は、上述のように荷重検出体2やフランジ部材3、リング部材4などを一体化する構造である場合に特に好ましい。
Further, the
さらに、この荷重検出装置1には荷重入力時の歪を検出するための歪ゲージ7が設けられている。例えば本実施形態では、この歪ゲージ7を、起歪部2bの下面に位置するように配置することとしている(図2参照)。歪ゲージ7は、金属の歪量に応じて電気抵抗が変わる原理を利用し、荷重作用時の歪量を測定するための信号を送信する。
Further, the
続いて、荷重検出装置1の製造方法について説明する。
Then, the manufacturing method of the
まず、上述した構造の荷重検出体2とリング部材4とを溶接し、さらにこのリング部材4とフランジ部材3とを溶接することによってこれらを一体化する(図2参照)。本実施形態の場合、この時点ではストッパ隙(当接部2cとストッパ5との隙間、および当接部2cとストッパ6との隙間)の間隔は未調整であり、当該当接部2cと各ストッパ5,6とを接触させるか極近傍に位置した状態としておけばよい。
First, the
続いて、この状態下で荷重入力部2aから所定の大きさの荷重をいわばプレ荷重として入力する(図1参照)。例えば本実施形態では、この所定の大きさの荷重として、荷重検出装置1の使用時、起歪部2bに作用する荷重の上限値に相当する大きさの荷重を入力することとしている。この上限値の具体的数値は使用対象や使用状況などの条件によって種々の値をとりうるが、一例を挙げれば、荷重検出装置1が車両用シートに用いられた場合であれば当該車両が軽衝突を起こした場合に作用しうる5000N〜15000N程度の荷重などであり、使用時に例えば5000Nの荷重が作用したときにストッパ5,6を機能させようとする場合であれば、この値(5000N)の荷重を入力して塑性変形部3a,4aを所定量変形させることになる。こうした場合、各塑性変形部3a,4aは荷重5000Nが作用したときの変位分だけ変形してその形状を留めることになるから、荷重検出装置1として機能している場合には実際に荷重5000Nが作用した際にストッパ5,6が作用することになる。
Subsequently, under this state, a load having a predetermined magnitude is input as a preload from the
さらに本実施形態では、このように所定の大きさの荷重(プレ荷重)を入力するに際し、圧縮方向、引張方向の両方向に荷重を加えることとする。すなわち、例えばまず圧縮荷重(本実施形態の場合であれば図中下向きに作用する荷重)を入力することにより、起歪部2bに圧縮応力を生じさせ、当接部2cを下向きに変位させる。この場合、当接部2cは当該荷重の大きさに応じた分だけ下側に変位し、塑性変形部4aを押圧して塑性変形させる(図3参照)。続いて、荷重入力部2aに引張荷重(本実施形態の場合であれば図中上向きに作用する荷重)を入力することにより、起歪部2bに引張応力を生じさせ、当接部2cを上向きに変位させる。この場合、当接部2cは当該荷重の大きさに応じた分だけ上側に変位し、塑性変形部3aを押圧して塑性変形させる(図3参照)。
Furthermore, in this embodiment, when inputting a predetermined load (pre-load), the load is applied in both the compression direction and the tensile direction. That is, for example, by first inputting a compressive load (a load acting downward in the figure in the case of the present embodiment), a compressive stress is generated in the
以上のように圧縮方向、引張方向の両荷重を作用させたら、入力していた荷重を取り除いた状態とする。これにより、変位していた当接部2cは元の位置(荷重を受けていない状態におけるニュートラル位置)に戻り、当該戻った当接部2cと変形後の塑性変形部3a,4aとの間に隙間が形成される(図3参照)。この場合、変形した各塑性変形部3a,4aは外力を受けない限りさらに変形することがないから、本実施形態の場合であれば上述の所定のプレ荷重の作用を受けて変形した状態のままとなっている。したがって、ニュートラル位置に戻った当接部2cと各ストッパ5,6(各塑性変形部3a,4a)との間には、プレ荷重の大きさに応じた幅の隙間が形成されることになる(図2、図3参照)。ちなみに、ロードセルを利用した荷重検出装置1において生じる変位は、例えば1000Nの荷重を作用させた場合に数μm〜数十μmといったオーダーであり、本実施形態の製造方法によって形成されるストッパ隙の大きさ(幅)も一般にはこれと同程度である。
As described above, when both loads in the compression direction and the tensile direction are applied, the input load is removed. As a result, the displaced
なお、上述のように上下両方向へのプレ荷重を入力するに際し、圧縮荷重と引張荷重の入力順は問わない。要は、最終的に両方向の荷重を順次作用させることによって上下の各ストッパ隙(当接部2cとストッパ5との隙間、および当接部2cとストッパ6との隙間)を所定間隔とすることができれば足りる(図3参照)。したがって、圧縮荷重および引張荷重を一度ずつではなく交互に繰り返し複数回作用させることとしても構わない。また、このように荷重を複数回入力して作用させる場合にあっては、いわゆる交番荷重として同じ大きさの荷重を繰り返し作用させてもよいし、あるいは荷重の大きさを徐々に大きくしながら作用させることとしてもよい。後者の場合には、ストッパ隙の間隔を徐々に広げて最終的に所望の間隔に形成することができる。
In addition, when inputting the preload in both the upper and lower directions as described above, the input order of the compression load and the tensile load is not limited. In short, the upper and lower stopper gaps (the gap between the
また、本実施形態では特に言及していないが、上述のようにプレ荷重を作用させる場合の作用時間についても限定されることはない。当接部2cとストッパ5,6との間に所定幅の隙間が形成されるまで塑性変形部3a,4aを塑性変形させることができればこの作用時間は短時間であっても長時間であっても構わない。
Further, although not particularly mentioned in the present embodiment, the operation time in the case where the preload is applied as described above is not limited. If the
続いて、本実施形態の荷重検出装置1が設けられた車両用シートについても説明しておく(図5参照)。上述したように、この荷重検出装置1は例えばパッセンジャーシートやドライバーズシートのような車両用シート(図5において符号12で示す)に作用する荷重を検出するための装置として適用され、荷重検出機能付きシート11を構成する(図5参照)。
Next, the vehicle seat provided with the
例えば図5に示す荷重検出機能付きシート11は、車両用シート12に作用する荷重を計測するための機能を備えたものであり、車両(図示省略)に固定されている支持台13と、この支持台13上において少なくとも前後に配置されている複数の荷重検出装置1と、これら荷重検出装置1のうち前後に位置するものの荷重入力部2aどうしを連結する連結部材16と、シート支持部材17とを備え、さらに、当該車両に対する衝突時において連結部材16が少なくとも上下方向に変形するのを防止するためのストッパ18を備えた構成となっている。
For example, the
車両用シート12は自動車等における乗員用のシートとして設けられているものである。車両用シート12としては、例えばリンクを介して座面を昇降させるという昇降機構が併設されている場合があり、このような機構に付随して本発明にかかる荷重検出装置1が併設されている場合がある。
The
支持台13は、車両用シート12を支持する台座として車両に固定されているものである。支持台13としては種々の形状や機構を有するものが利用されうるが、例えば本実施形態においては、ブラケット31,32と、ロアレール33と、アッパレール34とで構成される支持台13を採用している(図5参照)。
The
ブラケット31,32はその一端部が車両の床部に取り付けられて固定された支持部材で、他端部にてロアレール33を支持している。例えば本実施形態では、前用ブラケット31と後用ブラケット32とを前後に配置してロアレール33を支持する構造としている(図1等参照)。
One end of each of the
ロアレール33はブラケット31,32に固定された部材であり、例えば車両用シート12の左右それぞれに前後方向に延びる形で設置されている。また、アッパレール34はこのロアレール33に沿って前後方向にスライド可能に設けられている部材である。このアッパレール34には荷重検出装置1が設けられ、さらにこれら荷重検出装置1を介して連結部材16やシート支持部材17が設けられる(図5参照)。なお、アッパレール34の形状は特に限定されるものではないが、例えば本実施形態の場合には天板34aを有するチャネル形状に形成されて荷重検出装置1が取り付けられやすい構造となっている。
The
荷重検出装置1は、荷重入力部2aから入力された荷重により歪を生じる起歪部2bの歪量に基づいて荷重を計測するセンサである。荷重検出機能付きシート11を構成するための荷重検出装置1は、例えば4個が車両用シート12の下部の四隅にそれぞれ配置されて各位置に作用する荷重を計測するような形態で用いられる。なお、側面図によって表される図5においては前側の荷重検出装置に符号1A、後側の荷重検出装置に符号1Bを併記して前後2箇所のセンサをそれぞれ示している(図5参照)。
The
ここで、本実施形態の荷重検出装置1の概要については上述したとおりであるが簡単に説明すると以下のとおりである。すなわち、この荷重検出装置1は、金属の歪量に応じて電気抵抗が変わる歪ゲージを使って荷重作用時の歪量を測定するための信号を送信するもので、荷重を受けて内部応力を生じる起歪部2bの微少な歪を検出するように構成されている。また、各荷重検出装置1の中心部に設けられている荷重入力部2aは外部からの荷重が入力される部位で、起歪部2bに歪を生じさせるように構成されている。例えば本実施形態の場合には、連結部材25,26を介してこれら荷重入力部2aから荷重が入力されるようになっている(図5参照)。なお、各荷重入力部2aの上端部分は例えばナット24が螺合するようにねじが切られている(図1、図5参照)。
Here, although the outline | summary of the
また、荷重検出装置1は大径のフランジ部材3を備えており、該フランジ部材3に設けられた透孔やボルト等を利用して当該荷重検出装置1を固定できるようになっている。例えば本実施形態の場合には、上述したアッパレール34の天板34aを貫くボルト22をこのフランジ部材3にも通し、ナット23で締結することによって各荷重検出装置1をアッパレール34上に固定している(図5参照)。なお、連結部材16には、各ボルト22の先端部との干渉を回避するための透孔が対応する箇所にそれぞれ設けられている。
Further, the
連結部材16は、前後に配置された荷重検出装置1の荷重入力部2aどうしを連結するための部材で、例えば本実施形態の場合であれば上述した荷重検出装置1Aの荷重入力部2aと荷重検出装置1Bの荷重入力部2aとをそれぞれナット24を螺合した状態として連結している(図5参照)。この連結部材16の前部および後部にはそれぞれ中間ブラケット25,26がボルトとナットからなる締結手段27を用いて取り付けられている。
The connecting
中間ブラケット25,26は連結部材16とシート支持部材17との間に介在し、車両用シート12に作用する荷重を伝達する部材である。これら中間ブラケット25,26の配置は特に限定されるものではないが、例えば本実施形態では荷重検出装置1Aの前方に前側中間ブラケット25を配置し、荷重検出装置1Bの前方に後側中間ブラケット26をそれぞれ配置している(図5参照)。また、本実施形態では荷重検出装置1Aを基準とした中間ブラケット25のずれ量(オフセット量)が、荷重検出装置1Bを基準とした中間ブラケット26のずれ量(オフセット量)よりも大きくなるように配置している。
The
シート支持部材17は、車両用シート12を支持するとともに当該車両用シート12に作用する荷重を中間ブラケット25,26を介して連結部材16に伝達する部材である。本実施形態のシート支持部材17の前方および後方にはそれぞれ上述した中間ブラケット25,26が取り付けられている。
The
なお、ここで、車両の衝突が生じるなどして過大な荷重が作用する場合の一例を示しておくと以下のとおりである。すなわち、上述のような構造の支持台13等においては、後方から追突されたたような場合に過大な荷重を受けることが多く、このような場合には、車両用シート12およびシート支持部材17が後方に仰け反るような荷重が作用する(図5中の矢印参照)。これに対し、車両用シート12等は乗員の臀部付近における支点(図5において符号12aで示す)を中心として回転する動きをする構造となっているため、シート支持部材17においては後方よりも前方の方がより大きく浮き上がる作用を受ける(図5参照)。このとき、連結部材16は、前側中間ブラケット25を介して前端部が強く引き上げられる作用を受ける(図5参照)。ただし、上述したようにこの連結部材16は荷重検出装置1に対して例えばナット24で固定されているため、当該連結部材16の中間部分では上述した作用の結果として下向きの力、すなわち連結部材16をV字形状に変形させようとする力の作用を受けることになる(図5参照)。なお、ここで例示したのは過大な荷重が作用した場合の一例であり、例えば上述の場合とは逆向きの荷重が作用した場合であれば連結部材16はこれとは逆、すなわち中間部分を上向きに変形させようとする力の作用を受けることになる。
Here, an example in the case where an excessive load is applied due to a vehicle collision or the like is as follows. That is, the
ここで、本実施形態では、過大な荷重が作用した場合においても連結部材16が少なくとも上下方向に変形するのを防止するための手段としてストッパ18を設けている。つまり、このストッパ18は衝突時等において過大な荷重が作用した場合にも連結部材16の動きを規制し、当該連結部材16が変形するのを物理的に防止するというものである。このような観点からストッパ18の具体的な構成としては種々の形態をとることができ、例示すれば、荷重検出装置1または支持台13と連結部材16との間に設けられた突状の規制部材19によって構成することができるし、あるいは、連結部材16がアッパレール34とは反対の側に変形するのを規制するように当該連結部材16とアッパレール34とを挟み込む規制部材10によって構成することもできる。
Here, in the present embodiment, the
以上、ここまで説明した本実施形態の荷重検出装置1によれば、従来ほどの高い加工精度を必要とせずとも当接部2cとストッパ5,6との間の隙間(ギャップ)を高精度に形成することが可能となる。すなわち、ストッパ5,6を形成する際あるいは各部材を組み付ける際における高い寸法精度は必要とせず、その後にいわばプレ荷重を入力することによって当接部2cと各ストッパ5,6との隙間を高い精度で形成することができる。つまり、本実施形態によれば組み付けの後に荷重を加えることによって隙間をいわば事後的に最適化することができるから、従来よりも簡便かつ高精度にストッパ隙を形成することが可能である。これによれば、組み付けや加工の際に生じやすいばらつきの影響を受けることなく高い精度で荷重検出装置1を製造することが可能である。
As described above, according to the
しかも、上述した技術によれば、プレ荷重の大きさを種々変更することによって隙間の大きさを変えるという対応が容易である。このため、荷重検出装置1の仕様や設置対象などに応じてストッパ5,6により制限したい荷重が変化する場合にも、プレ荷重の大きさを適宜変更することによって設計変更や各種要求に対し柔軟に対応することができるという利点がある。
And according to the technique mentioned above, the response | compatibility of changing the magnitude | size of a clearance gap by changing the magnitude | size of a preload variously is easy. For this reason, even when the load to be limited by the
加えて、起歪部2bを含むセンサの外部に変位規制用のストッパ手段を設けるという従来構造の場合には部品が増えやすいという問題があったのに対し、上述したような本実施形態の荷重検出装置1によれば従来とは異なる構造を実現することができるため、その分だけ部品点数を減少させることが可能となる。また、上述したようにストッパ隙を事後的に最適化することが可能であるため、隙間(ギャップ)の加工や組み付け時において従来のような高い寸法精度や加工精度が要求されることもないし、加工や組み付け時の影響を受けることもない。したがって、これらの結果、上述した技術によれば従来よりも大幅に製造コストを削減することが可能になるという利点もある。
In addition, in the case of the conventional structure in which a stopper means for restricting displacement is provided outside the sensor including the
また、上述のように事後的にストッパ隙を最適化する本実施形態の荷重検出装置1によれば、熱による影響を排除できるという利点もある。すなわち、例えば組み付け時に溶接を伴うような加工方法の場合には熱に伴う変形などの影響を受けやすいのに対し、本実施形態の荷重検出装置1では隙間の最適化時に熱を伴わないからこのような影響を受けることがない。
Moreover, according to the
さらに、本実施形態の場合には塑性変形させようとする部位あるいはその近傍にあらかじめ凹部3b,4bを形成してあることから変形させやすいという利点もある。この場合、加工や成形に要する時間を短縮することも可能である。
Furthermore, in the case of this embodiment, since the recessed
なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態においては、圧縮荷重と引張荷重として同じ大きさのものをプレ荷重として入力する場合について説明したが、これら荷重の大きさを互いに異ならせることとしてもよい。要は、車両等での使用時においてストッパ5,6を機能させようとする荷重が圧縮の場合と引張の場合とで異なる場合にはこれに合わせてストッパ隙の成形時(最適化時)に入力する圧縮荷重と引張荷重とを異ならせることが可能である。
The above-described embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but is not limited thereto, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. For example, in the above-described embodiment, the case where the same load as the compressive load and the tensile load is input as the pre-load has been described. However, the sizes of these loads may be different from each other. In short, when the load to make the
また、本実施形態においては垂直荷重(圧縮荷重と引張荷重)をプレ荷重として入力する場合について説明したがこれは好適な一例にすぎない。すなわち、車両等での実際の使用時には垂直荷重のみならず斜め方向の荷重や場合によってはモーメントも作用することからすれば、これらを模擬した荷重をプレ荷重として入力することとしてもよい。あるいは、これら種々の荷重(組み合わせ荷重)を考慮して算出される垂直荷重をプレ荷重として入力することも好ましい。 Moreover, although the case where the vertical load (compression load and tensile load) is input as the preload has been described in the present embodiment, this is only a preferable example. That is, in the actual use in a vehicle or the like, not only a vertical load but also a load in an oblique direction and a moment depending on the case may act, and a load simulating these may be inputted as a preload. Alternatively, it is also preferable to input a vertical load calculated in consideration of these various loads (combined loads) as a preload.
1…荷重検出装置、2a…荷重入力部、2b…起歪部、2c…当接部、3…フランジ部材(支持部材)、3a…塑性変形部、3b…凹部、4…リング部材(支持部材)、4a…塑性変形部、4b…凹部、5…ストッパ、6…ストッパ
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記ストッパの少なくとも一部を塑性変形する材質で構成される塑性変形部とし、前記起歪部とともに変位して前記ストッパに当接する当接部と前記ストッパの塑性変形部とを接触させるかまたは極近傍に位置した状態としておき、この状態で前記荷重入力部から所定の大きさの荷重を入力し、前記ストッパに当接部を当接させることによって前記塑性変形部を塑性変形させ、該塑性変形部と前記当接部との間に前記所定の大きさの荷重に応じた大きさの隙間を形成する
ことを特徴とする荷重検出装置の製造方法。 A load input portion to which an external load is input, a strain generating portion that receives distortion from the load input portion, and a stopper that restricts the strain generating portion from being distorted beyond a certain range; In a manufacturing method for manufacturing a load detection device comprising:
At least a part of the stopper is a plastic deformation portion made of a material that plastically deforms, and the contact portion that contacts the stopper by displacing together with the strain-generating portion and the plastic deformation portion of the stopper are brought into contact with each other. In this state, a predetermined amount of load is input from the load input portion, and the contact portion is brought into contact with the stopper to cause plastic deformation of the plastic deformation portion. A load detecting device manufacturing method, wherein a gap having a size corresponding to the load having the predetermined size is formed between a portion and the contact portion.
前記ストッパの少なくとも一部が、前記当接部を挟み込むように配置された塑性変形する材質からなる塑性変形部で構成されているとともに、
前記ストッパの塑性変形部を前記当接部を介して塑性変形させるための荷重を前記荷重入力部を通じて一の方向およびこれとは逆の方向に加える際、当該塑性変形部の変形時の抵抗を低減させるための凹部をこの塑性変形部の一部にあらかじめ設けてあることを特徴とする荷重検出装置。 A load input portion to which an external load is input, a strain generating portion that receives distortion from the load input portion, and a stopper that restricts the strain generating portion from being distorted beyond a certain range; A load detecting device including a contact portion that is displaced together with the strain generating portion and contacts the stopper,
At least a part of the stopper is composed of a plastic deformation portion made of a plastically deformable material disposed so as to sandwich the contact portion, and
When a load for plastically deforming the plastic deformation portion of the stopper through the contact portion is applied in one direction and the opposite direction through the load input portion, the resistance at the time of deformation of the plastic deformation portion is reduced. A load detecting device characterized in that a recess for reducing is provided in advance in a part of the plastic deformation portion.
該荷重入力部から入力された荷重を受けて歪みを生じる起歪部と、
該起歪部を支持する支持部材と、
該支持部材に形成され、前記起歪部が一定範囲を超えて歪もうとした場合に前記起歪部の当接面と当接して該起歪部の歪みを規制するストッパ面と、
を備え、
前記支持部材には、前記ストッパ面と前記当接面とが当接した状態で前記荷重入力部に荷重を加えたことにより塑性変形してなる塑性変形部が形成されている
ことを特徴とする荷重検出装置。 A load input unit to which an external load is input;
A strain generating portion that receives a load input from the load input portion and generates strain;
A support member for supporting the strain-generating portion;
A stopper surface that is formed on the support member and contacts the contact surface of the strain generating portion when the strain generating portion tries to strain beyond a certain range, and restricts the strain of the strain generating portion;
With
The support member is formed with a plastic deformation portion formed by plastic deformation by applying a load to the load input portion in a state where the stopper surface and the contact surface are in contact with each other. Load detection device.
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