JP2008134232A - 車両のシート用乗員荷重センサ - Google Patents

Abstract

【課題】シートに着座している乗員の荷重を正確に測定することができるとともに、小型化が可能な車両のシート用乗員荷重センサを提供する。
【解決手段】起歪体１０と、連結軸４と、起歪体１０の表面であって、両端部と中央部との各間に貼付され、２個の歪検出素子２２、２３によりブリッジ半回路ＨＢが形成された歪ゲージ板２０と、アッパブラケット４５と、アンプ基板５１と、起歪体１０の両端部と中央部との各間で歪ゲージ板２０に接続されるとともにアンプ基板５１に接続されるＦＰＣ基板３０と、を備えた荷重センサ１である。各歪ゲージ板２０に形成されたブリッジ半回路ＨＢと、ＦＰＣ基板３０上に形成された配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃとによりホイートストンブリッジ回路が形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、車両のフロアにシートを固定するためのフロア側固定部材とシート側固定部材との間に介在され、シートに着座している乗員の荷重を測定するための車両のシート用乗員荷重センサに関する。

従来、特許文献１記載の車両のシート用乗員荷重センサが知られている。この車両のシート用乗員荷重センサは、センサ基板（起歪体）の中央部に設けられた検出穴に検出部材が圧入されるとともに、検出穴の両側に配置された第１、第２の固定穴に第１、第２の固定部材が圧入されている。また、センサ基板の検出穴と第１、第２固定穴との各間には第１、第４歪検出素子及び第２、第３歪検出素子が設けられ、これらの歪検出素子が回路パターンで接続されてホイートストンブリッジ回路が構成されている。このホイートストンブリッジ回路からの出力はセンサ基板の上面に設けられた増幅回路に接続され、増幅回路の出力はセンサ基板の端部に外部電源電極、外部ＧＮＤ電極とともに設けた外部出力電極に接続されている。

この車両のシート用乗員荷重センサでは、検出部材に外力を作用させると、第１、第２の固定部材に反力が作用し、センサ基板に歪が生じる。この歪は各歪検出素子の抵抗変化として検知され、この抵抗変化がホイートストンブリッジ回路で電圧に変換される。さらに、ホイートストンブリッジ回路からの出力電圧は増幅回路で増幅され、外部出力電極を介して外部にセンサ出力として出力される。
特開２００３−８３７０７号公報（〔請求項１〕、段落〔００２０〕、図１）

しかし、上記従来の車両のシート用乗員荷重センサでは、ホイートストンブリッジ回路がセンサ基板上に形成されているのみならず、ホイートストンブリッジ回路と外部電源電極、外部ＧＮＤ電極及び外部出力電極とが接続される配線パターンもセンサ基板上に形成されている。そのため、歪を受けてセンサ基板が変形すると、センサ基板上に形成されている配線パターンも変形してしまい、外部出力電極から出力されるセンサ出力が影響を受けるおそれがある。また、センサ基板上の歪検出素子や配線パターンが接触しないように配置しなければならず、大きな面積を必要とする。

本発明は係る従来の問題点に鑑みてなされたものであり、シートに着座している乗員の荷重を正確に測定することができるとともに、小型化が可能な車両のシート用乗員荷重センサを提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る車両のシート用乗員荷重センサの特徴は、車両のフロアにシートを固定するためのフロア側固定部材とシート側固定部材との間に介在され、前記シートに着座している乗員の荷重を測定するための車両のシート用乗員荷重センサにおいて、前記フロア側固定部材および前記シート側固定部材の一方に、車両前後方向である長手方向の両端部で固定される起歪体と、該起歪体の中央部に垂直方向に固定され、前記フロア側固定部材および前記シート側固定部材の他方に固定される連結部材と、前記起歪体の表面であって、前記両端部と前記中央部との各間に貼付され、２個の歪検出素子によりホイートストンブリッジ回路の半分の回路（ブリッジ半回路又はハーフブリッジ回路）が形成された歪ゲージ板と、両端の固定部が前記起歪体に前記両端部で固定され、該固定部を連結する取付け部が前記起歪体の側方に延在するように形成されたアッパブラケットと、該アッパブラケットの取付け部に前記起歪体と並んで取り付けられたアンプケースに収納され、前記歪ゲージ板からの信号を増幅するためのアンプ基板と、前記起歪体の前記両端部と前記中央部との各間で前記歪ゲージ板に接続されるとともに前記アンプ基板に接続されるＦＰＣ基板と、を備え、前記各歪ゲージ板に形成された前記ホイートストンブリッジ回路の半分の回路（ブリッジ半回路又はハーフブリッジ回路）と、前記ＦＰＣ基板上に形成された配線パターンとによりホイートストンブリッジ回路が形成されることである。

請求項２に係る車両のシート用乗員荷重センサの特徴は、請求項１において、前記各歪ゲージ板の中央部には、複数の端子が前記起歪体の長手方向と垂直方向に並んで突設され、該各端子が前記ＦＰＣ基板に配設されたターミナルでハンダ付けされることにより、前記各歪ゲージ板と前記ＦＰＣ基板とが接続され、前記配線パターンは、前記各端子から前記起歪体の長手方向両側に形成され、前記起歪体の長手方向と垂直方向に伸びることである。

請求項３に係る車両のシート用乗員荷重センサの特徴は、請求項１又は請求項２において、前記配線パターンの幅は、長さに比例していることである。

請求項１に係る車両のシート用乗員荷重センサにおいては、各歪ゲージ板に形成されたホイートストンブリッジ回路の半分の回路（ブリッジ半回路又はハーフブリッジ回路）と、ＦＰＣ基板上に形成された配線パターンとによりホイートストンブリッジ回路が形成される。また、アンプ基板からホイートストンブリッジ回路に接続される配線パターンもＦＰＣ基板上に形成されている。そのため、歪を受けて起歪体が変形しても配線パターンは変形し難い上、歪検出素子と配線パターンとの接触を考慮する必要がない。したがって、この車両のシート用乗員荷重センサによれば、シートに着座している乗員の荷重を正確に測定することができるとともに、小型化が可能である。

請求項２に係る車両のシート用乗員荷重センサにおいては、歪ゲージ板とＦＰＣ基板とがハンダ付けにより接続される端子が歪ゲージ板の中央部であって、起歪体の長手方向と垂直方向に並んで突設されている。この端子が突設されている位置は、起歪体が歪を受けても変形し難い部分であるため、接触不良が起こり難い。また、配線パターンが端子から起歪体の長手方向両側に形成されているため、ＦＰＣ基板の幅を小さくすることができる。

請求項３に係る車両のシート用乗員荷重センサにおいては、配線パターンの幅が長さに比例しているため、２個のホイートストンブリッジ回路の半分の回路（ブリッジ半回路又はハーフブリッジ回路）の間で配線パターンの抵抗を均一にすることができ、シートに着座している乗員の荷重を正確に測定することができる。

本発明に係る車両のシート用乗員荷重センサを具体化した実施形態を図面に基づいて以下に説明する。この車両のシート用乗員荷重センサは、図１に示すシート９０に着座している乗員の荷重を測定するために用いられる。このシート９０には、４個の荷重センサ１（ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬ）がシートクッション９１の下部の四隅に配設されている。詳細には、図１に示すように、車両のフロア９９には、シート９０を位置調整可能に固定するシートスライド装置９２が設けられている。このシートスライド装置９２は、フロア９９に固定され車両の前後方向に延在する一対のロアレール９３と、ロアレール９３に移動可能に支持されるアッパレール９５等で構成されている。そして、シートクッション９１の下部を構成するフレーム９６がその下面の４隅の位置で荷重センサ１（ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬ）を介して一対のアッパレール９５に固定されている。ここで、アッパレール９５が「フロア側固定部材」であり、フレーム９６が「シート側固定部材」である。

次に、図２及び図３により荷重センサ１の説明をする。図２及び図３に示す荷重センサ１は、右前（ＦＲ）と左後（ＲＬ）のものであり、左前（ＦＬ）と右後（ＲＲ）のものは、後述する起歪体１０に対するアンプケース５０の配置が異なる。

荷重センサ１は、起歪体１０、連結部材としての連結軸４０、歪ゲージ板２０、アッパブラケット４５、アンプ基板５１及びＦＰＣ基板３０を有している。起歪体１０はアッパレール９５に車両前後方向である長手方向の両端部で固定され、連結軸４０は起歪体１０の中央部に垂直方向に固定されるとともに、フレーム９６（図１参照）に固定される。歪ゲージ板２０は起歪体１０の表面であって、起歪体１０の両端部と中央部との各間に貼付され、各々２個の後述する歪検出素子によりハーフブリッジ回路が形成されている。また、アッパブラケット４５は両端の固定部４６、４７が起歪体１０の両端部に第１、２ロアブラケット４２、４３によって固定され、各固定部４６、４７を連結する取付け部４８が起歪体１０の側方に延在するように形成されている。さらに、アンプ基板５１は、歪ゲージ板２０からの信号を増幅するとともに、デジタル信号に変換して外部に送信するものであり、アッパブラケット４５の取付け部４８に起歪体１０と並んで取り付けられたアンプケース５０に収納されている。このアンプ基板５１は、歪ゲージ板２０からの信号を増幅する増幅回路、増幅回路からの電圧出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、及びデジタル信号を外部に送信する送信回路を有している。また、ＦＰＣ基板３０は、起歪体１０の両端部と中央部との各間で歪ゲージ板２０に接続されるとともにアンプ基板５１に接続される。

図４は荷重センサ１の分解斜視図であり、図４により荷重センサ１を詳説する。第１ロアブラケット４２は、所定厚さのベース部４２ａと、ベース部４２ａから突出して起歪体１０の一端部に穿設された一端穴１１に圧入される中軸部４２ｂと、中軸部４２ｂから突出する上軸部４２ｃと、中心に貫通して穿設された取付け穴４２ｄとから構成されている。第２ロアブラケット４３は、所定厚さのベース部４３ａと、ベース部４３ａから突出して起歪体１０の他端部に穿設された他端穴１２に遊嵌される中軸部４３ｂと、中心に貫通して穿設された取付け穴４３ｃとから構成されている。

起歪体１０には両端部に一端穴１１および他端穴１２が穿設されている。起歪体１０は、表面が第１、第２ロアブラケット４２、４３のベース部４２ａ、４３ａに当接するまで一端穴１１が中軸部４２ｂに圧入され、他端穴１２が中軸部４３ｂに遊嵌される。起歪体１０の中央部には中央穴１３が穿設され、中央穴１３には連結軸４０の中軸部４０ｂが圧入されている。連結軸４０の端部には、第１、第２ロアブラケット４２、４３のベース部４２ａ、４３ａより厚さが小さいフランジ４０ａが形成され起歪体１０の表面に当接されている。中軸部４０ｂの端面から中間ねじ部４０ｃが突設され、中間ねじ部４０ｃの端面からは固定ねじ部４０ｄが突設されている。起歪体１０の中央穴１３に連結軸４０の中軸部４０ｂが圧入された状態で中間ねじ部４０ｃにセンタブラケット４１が羅着されることにより、連結軸４０はフランジ４０ａとセンタブラケット４１との間に起歪体１０を挟着して起歪体１０に固定される。なお、起歪体１０の長手方向及び垂直方向は、図４の矢印で示す通りである。

シート９０に着座する乗員の荷重が連結軸４０を介して起歪体１０に作用すると、起歪体１０は両端部を第１、第２ロアブラケット４２、４３に両端支持されて撓む。そして、第１、第２ロアブラケット４２、４３と連結軸４０との各間の起歪体１０の表面には、荷重に比例して第１、第２ロアブラケット４２、４３側に圧縮歪、連結軸４０側に引張歪が生じる。なお、第１、２ロアブラケット４２、４３側に圧縮歪、連結軸４０側に引張歪が生じるように設定する場合だけでなく、第１、２第１、２ロアブラケット４２、４３側にのみ圧縮歪又は引張歪が生じるように設定する場合もあり得る。これら圧縮歪、引張歪を検出するために、起歪体１０の両端部と中央部との各間、即ち第１、第２ロアブラケット４２、４３と連結軸２３との各間には歪ゲージ板２０が貼付されている。

起歪体１０の上面には、アッパブラケット４５が両端の固定部４６、４７で固定されている。即ち、アッパブラケット４５の固定部４６、４７に穿設された固定穴４６ａ、４７ａが、第１、第２ブラケット４２、４３の起歪体１０の裏面から突き出た上軸部４２ｃ、中軸部４３ｂに圧入されることにより、起歪体１０は両端部でアッパブラケット４５の固定部４６、４７と第１、第２ブラケット４２、４３のベース部４２ａ、４３ａとの間に挟持される。アッパブラケット４５には、両端の固定部４６、４７を連結する取付け部４８が起歪体１０の裏面より側方に延在するように形成されている。アッパブラケット４５が両端の固定部４６、４７以外、即ち取付け部４８では起歪体１０、歪ゲージ板２０又は／及び基板２１が重ならないようにすると、アッパブラケット４５が起歪体１０の変形に影響を与えることがなく、乗員の荷重を正確に測定することができる。

アッパブラケット４５の取付け部４８には、例えば、樹脂製のアンプケース５０が起歪体１０と並んで取り付けられている。アンプケース５０にはアンプ基板５１が収納されるとともに、外部からアンプ基板５１に電源を供給したり、アンプ基板５１から出力されたデジタル信号を外部に送信するためのコネクタ５２が設けられている。また、アンプ基板５１と歪ゲージ板２０とがＦＰＣ基板３０により接続されている。

図５に示すように、歪ゲージ板２０は長方形状をなし、基板２１と、基板２１上に形成された歪検出素子２２、２３及び基板２１上に突設された端子（ランド）２４、２５、２６を有している。端子（ランド）２４、２５、２６は、歪ゲージ板２０の中央部に並んで突設されている。基板２１上において、歪検出素子２２の一端が端子（ランド）２４に接続され、他端が端子（ランド）２５に接続されている。また、歪検出素子２３の一端が端子（ランド）２５に接続され、他端が端子（ランド）２６に接続されている。これにより、歪ゲージ板２０上にブリッジ半回路が形成されている。

図６に示すように、ＦＰＣ基板３０はコの字形状をなし、本体部３１と、本体部３１の両端から伸びる脚部３２、３３と、脚部３２に形成されたターミナル３４ａ、３４ｂ、３４ｃと、脚部３３に形成されたターミナル３５ａ、３５ｂ、３５ｃと、本体部３１に形成されたスルーホール３６ａ、３６ｂ、３６ｃ、３６ｄと、配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃとを有している。ターミナル３４ａ、３５ａはスルーホール３６ａと配線パターン３７ａ、３８ａにより接続されている。また、ターミナル３４ｂは配線パターン３７ｂによりスルーホール３６ｂに接続され、ターミナル３５ｂは配線パターン３８ｂによりスルーホール３６ｄに接続されている。さらに、ターミナル３４ｃ、３５ｃは配線パターン３７ｃ、３８ｃによりスルーホール３６ｃに接続されている。この配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃの幅は、長さに比例して広くなっている。例えば、配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃは各々配線パターン３８ａ、３８ｂ、３８ｃよりも広くなっている。

図７は、２枚の歪ゲージ板２０とＦＰＣ基板３０とを接続した図である。両歪ゲージ板２０の各端子（ランド）２４、２５、２６がＦＰＣ基板３０に形成された穴３０ａに突設するターミナルに一体にハンダ付けされることにより、両歪ゲージ板２０とＦＰＣ基板３０とが接続される。両歪ゲージ板２０の各端子（ランド）２４、２５、２６は、歪ゲージ板２０が起歪体１０に貼付された状態において、起歪体１０の長手方向と垂直方向に並んで突設される（図３参照）。また、ＦＰＣ基板３０に形成された配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃは、歪ゲージ板２０が起歪体１０に貼付された状態において、各端子（ランド）２４、２５、２６から起歪体１０の長手方向両側に形成され、起歪体１０の長手方向と垂直方向に伸びている。

図８は、２枚の歪ゲージ板２０とＦＰＣ基板３０とを接続した状態における回路図である。図８に示すように、歪検出素子２２、２３により形成された２組のブリッジ半回路ＨＢと、ＦＰＣ基板３０上に形成された配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃとによりホイートストンブリッジ回路が形成される。なお、スルーホール３６ａはグランドＧＮＤに接続され、スルーホール３６ｃは電源Ｖｃｃに接続される。また、スルーホール３６ｂ、３６ｄは、ホイートストンブリッジ回路の信号出力として、アンプ基板５１の増幅回路に接続される。

以上の構成をした車両のシート用乗員荷重センサにおいては、乗員がシート９０に着座すると、シートクッション９１が固定されたフレーム９６に乗員の荷重が加わる。これにより、４個の荷重センサ１（ＦＲ、ＦＬ、ＲＲ、ＲＬ）の各連結軸４０を介して各起歪体１０に荷重が加わり、各起歪体１０の表面には、荷重に比例して第１、第２ロアブラケット４２、４３側に圧縮歪、連結軸４０側に引張歪が生じる。そして、歪は、歪検出素子２２、２３により電気抵抗の変化として検出され、ホイートストンブリッジ回路により電圧に変換される。このホイートストンブリッジ回路から出力される電圧出力は微弱であるため、アンプ基板５１の増幅回路により増幅される。増幅回路により増幅された電圧出力は、アンプ基板５１のＡ／Ｄ変換回路でデジタル信号に変換され、アンプ基板５１の送信回路により外部に送信される。こうして、シート９０に着座する乗員の荷重は、アンプ基板５１からのデジタル信号出力として得ることができる。

実施形態に係る車両のシート用乗員荷重センサにおいては、各歪ゲージ板２０に形成されたブリッジ半回路ＨＢと、ＦＰＣ基板３０上に形成された配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃとによりホイートストンブリッジ回路が形成される。また、アンプ基板５１からホイートストンブリッジ回路に接続される配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃもＦＰＣ基板３０上に形成されている。そのため、歪を受けて起歪体１０が変形しても配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃは変形し難い上、歪検出素子２２、２３と配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃとの接触を考慮する必要がない。したがって、この車両のシート用乗員荷重センサによれば、シートに着座している乗員の荷重を正確に測定することができるとともに、小型化が可能である。

また、この車両のシート用乗員荷重センサにおいては、歪ゲージ板２０とＦＰＣ基板３０とがハンダ付けにより接続される端子（ランド）２４、２５、２６が歪ゲージ板２０の中央部であって、起歪体１０の長手方向と垂直方向に並んで突設されている。この端子（ランド）２４、２５、２６が突設されている位置は、起歪体１０が歪を受けても変形し難い部分であるため、接触不良が起こり難い。また、配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃが端子（ランド）２４、２５、２６から起歪体１０の長手方向両側に形成されているため、ＦＰＣ基板３０の幅を小さくすることができる。

さらに、この車両のシート用乗員荷重センサにおいては、配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃの幅が長さに比例しているため、２個のハーフブリッジ回路ＨＢの間で配線パターン３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃの抵抗を均一にすることができ、シート９０に着座している乗員の荷重を正確に測定することができる。

なお、上記実施形態では、第１、第２ロアブラケット４２、４３をアッパレール９５に固定し、連結軸４０をフレーム９６に固定しているが、第１、第２ロアブラケット４２、４３をフレーム９６に固定し、連結軸４０をアッパレール９５に固定するようにしてもよい。

以上、本発明の車両のシート用乗員荷重センサを実施形態に即して説明したが、本発明はこれらに制限されるものではなく、本発明の技術的思想に反しない限り、適宜変更して適用できることはいうまでもない。

実施形態の車両のシート用乗員荷重センサが用いられるシートの斜視図。 実施形態の車両のシート用乗員荷重センサの斜視図。 実施形態の車両のシート用乗員荷重センサの正面図。 実施形態の車両のシート用乗員荷重センサの分解斜視図。 実施形態の車両のシート用乗員荷重センサに係り、歪ゲージ板の正面図。 実施形態の車両のシート用乗員荷重センサに係り、ＦＰＣ基板の正面図。 実施形態の車両のシート用乗員荷重センサに係り、歪ゲージ板とＦＰＣ基板との組立図。 実施形態の車両のシート用乗員荷重センサに係り、歪ゲージ板とＦＰＣ基板とによる回路図。

符号の説明

１…乗員荷重センサ（荷重センサ）、１０…起歪体、２０…歪ゲージ板、２２、２３…歪検出素子、２４、２５、２６…端子（ランド）、３０…ＦＰＣ基板、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３５ａ、３５ｂ、３５ｃ…ターミナル、３６ａ、３６ｂ、３６ｃ…スルーホール、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ、３８ａ、３８ｂ、３８ｃ…配線パターン、４０…連結部材（連結軸）、４５…アッパブラケット、４６、４７…固定部、４８…取付け部、５０…アンプケース、５１…アンプ基板、９０…シート、９５…フロア側固定部材（アッパレール）、９５ａ…取付け面、９６…シート側固定部材（フレーム）、９９…フロア、ＨＢ…ホイートストンブリッジ回路の半分の回路（ブリッジ半回路）。

Claims (3)

1. 車両のフロアにシートを固定するためのフロア側固定部材とシート側固定部材との間に介在され、前記シートに着座している乗員の荷重を測定するための車両のシート用乗員荷重センサにおいて、
   前記フロア側固定部材および前記シート側固定部材の一方に、車両前後方向である長手方向の両端部で固定される起歪体と、
   該起歪体の中央部に垂直方向に固定され、前記フロア側固定部材および前記シート側固定部材の他方に固定される連結部材と、
   前記起歪体の表面であって、前記両端部と前記中央部との各間に貼付され、２個の歪検出素子によりホイートストンブリッジ回路の半分の回路が形成された歪ゲージ板と、
   両端の固定部が前記起歪体に前記両端部で固定され、該固定部を連結する取付け部が前記起歪体の側方に延在するように形成されたアッパブラケットと、
   該アッパブラケットの取付け部に前記起歪体と並んで取り付けられたアンプケースに収納され、前記歪ゲージ板からの信号を増幅するためのアンプ基板と、
   前記起歪体の前記両端部と前記中央部との各間で前記歪ゲージ板に接続されるとともに前記アンプ基板に接続されるＦＰＣ基板と、を備え、
   前記各歪ゲージ板に形成された前記ホイートストンブリッジ回路の半分の回路と、前記ＦＰＣ基板上に形成された配線パターンとによりホイートストンブリッジ回路が形成されることを特徴とする車両のシート用乗員荷重センサ。
2. 請求項１において、
   前記各歪ゲージ板の中央部には、複数の端子が前記起歪体の長手方向と垂直方向に並んで突設され、該各端子が前記ＦＰＣ基板に配設されたターミナルでハンダ付けされることにより、前記各歪ゲージ板と前記ＦＰＣ基板とが接続され、
   前記配線パターンは、前記各端子から前記起歪体の長手方向両側に形成され、前記起歪体の長手方向と垂直方向に伸びることを特徴とする車両のシート用乗員荷重センサ。
3. 請求項１又は請求項２において、前記配線パターンの幅は、長さに比例していることを特徴とする車両のシート用乗員荷重センサ。
   

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