JP2010091452A

JP2010091452A - 重量センサ

Info

Publication number: JP2010091452A
Application number: JP2008262525A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Obayashi; 正彦大林; Motoki Ogata; 基樹緒方; Hiroaki Ishida; 裕昭石田; Takaaki Ogawa; 孝昭小川
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-10-09
Filing date: 2008-10-09
Publication date: 2010-04-22

Abstract

【課題】本発明は、歪抵抗素子の抵抗値が変化しやすく、重量センサから発生する出力信号の感度を大きくすることができる重量センサを提供することを目的とするものである。
【解決手段】この目的を達成するために、本発明の重量センサは、筒状の起歪体１１における内側を貫通するとともに突部２２を押圧する押圧部材４１を起歪体１１の長手方向に沿うように移動させることにより起歪体１１にモーメント力が作用するように構成したものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用シート等の荷重を測定するための重量センサに関するものである。

従来のこの種の重量センサは、図９〜図１１に示すように構成されていた。

図９は従来の重量センサの斜視図、図１０は同重量センサにおける起歪体の展開図、図１１は同重量センサの回路図である。

図９〜図１１において、１は円筒形状の起歪体で、この起歪体１の外側面には、一対の横方向歪抵抗素子２および一対の縦方向歪抵抗素子３を設けている。また、前記起歪体１の外側面には、前記横方向歪抵抗素子２および縦方向歪抵抗素子３と電源電極４、ＧＮＤ電極５および出力電極６とを回路パターン７で電気的に接続することにより構成された図１１に示すようなブリッジ回路を備えているものである。

以上のように構成された従来の重量センサについて、次に、その動作を説明する。

図１２に示すように、重量センサを上下の相手側取付部材８により挟持する。そして、この状態で、押圧部材９に荷重がかかり、円筒形状の起歪体１に、軸方向と平行な方向に圧縮力が作用すると、一対の縦方向歪抵抗素子３の抵抗値が小さくなるとともに、一対の横方向歪抵抗素子２の抵抗値が大きくなる。そして、この一対の縦方向歪抵抗素子３および一対の横方向歪抵抗素子２は、電源電極４、ＧＮＤ電極５、出力電極６および回路パターン７でブリッジ回路を構成しているため、出力電極６から起歪体１に作用する圧縮力に応じて出力信号を出力するものである。そして、この出力信号は、前記電源電極４、ＧＮＤ電極５および出力電極６と電気的に接続されたリード線（図示せず）により外部回路（図示せず）に出力され、重量センサに負荷される荷重を電気信号として出力するものであった。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平６−２０７８６６号公報

しかしながら、上記した従来の構成においては、円筒形状からなる起歪体１に軸方向と平行な方向に圧縮力を作用させているため、起歪体１自体が変形の抵抗となって、一対の横方向歪抵抗素子２および一対の縦方向歪抵抗素子３の抵抗値が変化しにくくなり、その結果、重量センサから発生する出力信号の感度が小さくなってしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、歪抵抗素子の抵抗値が変化しやすく、重量センサから発生する出力信号の感度を大きくすることができる重量センサを提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、外表面に歪抵抗素子とこの歪抵抗素子と回路パターンにより電気的に接続された電極とを設けるとともに内側面から内方に向かって突出する突部を設けた筒状の起歪体と、この起歪体における長手方向の両端を支持する支持部材と、前記起歪体における内側を貫通するとともに突部を押圧する押圧部材と、前記起歪体における歪抵抗素子からの出力信号を処理する処理回路を設けたケースとを備え、前記押圧部材を起歪体の長手方向に沿うように移動させることにより起歪体にモーメント力が作用するように構成したもので、この構成によれば、起歪体における突部を押圧する押圧部材を起歪体の長手方向に沿うように移動させることにより起歪体にモーメント力が作用するようにしているため、起歪体の外表面は変形しやすくなり、これにより、起歪体に設けた歪抵抗素子の抵抗値も変化しやすくなるため、重量センサから発生する出力信号の感度を大きくすることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、支持部材を上側取付部と下側取付部とで構成するとともに、上側取付部と起歪体との間に弾性体を設けたもので、この構成によれば、支持部材を上側取付部と下側取付部とで構成するとともに、上側取付部と起歪体との間に弾性体を設けているため、起歪体における上端部の径が変化しやすくなり、これにより、起歪体における上側の外側面も変形しやすくなるため、重量センサから発生する出力信号の感度をさらに大きくすることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、支持部材を上側取付部と下側取付部とで構成するとともに、下側取付部と起歪体との間に弾性体を設けたもので、この構成によれば、支持部材を上側取付部と下側取付部とで構成するとともに、下側取付部と起歪体との間に弾性体を設けているため、起歪体における下端部の径が変化しやすくなり、これにより、起歪体における下側の外側面も変形しやすくなるため、重量センサから発生する出力信号の感度をさらに大きくすることができるという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の重量センサは、外表面に歪抵抗素子とこの歪抵抗素子と回路パターンにより電気的に接続された電極とを設けるとともに内側面から内方に向かって突出する突部を設けた筒状の起歪体と、この起歪体における長手方向の両端を支持する支持部材と、前記起歪体における内側を貫通するとともに突部を押圧する押圧部材と、前記起歪体における歪抵抗素子からの出力信号を処理する処理回路を設けたケースとを備え、前記押圧部材を起歪体の長手方向に沿うように移動させることにより起歪体にモーメント力が作用するように構成しているため、起歪体の外表面は変形しやすくなり、これにより、起歪体に設けた歪抵抗素子の抵抗値も変化しやすくなるため、重量センサから発生する出力信号の感度を大きくすることができるという優れた効果を奏するものである。

以下、本発明の一実施の形態における重量センサについて、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施の形態における重量センサの側断面図、図２は同重量センサの側面図、図３は同重量センサにおける起歪体の展開図、図４は同重量センサにおける処理回路の回路図である。

図１〜図４において、１１はフェライト系ステンレスにより円筒形状に構成された起歪体で、この起歪体１１は垂直方向に設置されるとともに、外側面にＡｇからなる第１の電源電極１２、第２の電源電極１３、第１の出力電極１４、第２の出力電極１５およびＧＮＤ電極１６を互いに近傍に位置するように設けている。また、前記起歪体１１の下側の外側面には、一対の第１の下側歪抵抗素子１７を直列に設けており、そして、この第１の下側歪抵抗素子１７は、一端を回路パターン１８により前記第１の電源電極１２と電気的に接続し、かつ他端を第１の出力電極１４と接続している。そしてまた、前記起歪体１１の下側の外側面には、一対の第１の下側歪抵抗素子１７の間に位置して一対の第２の下側歪抵抗素子１９を設けており、そして、この第２の下側歪抵抗素子１９は、一端を回路パターン１８により前記第２の電源電極１５と電気的に接続し、かつ他端をＧＮＤ電極１６と電気的に接続している。さらに、前記起歪体１１の上側の外側面には、前記一対の第１の下側歪抵抗素子１７の上側に位置して、一対の第１の上側歪抵抗素子２０を直列に設けている。そして、この第１の上側歪抵抗素子２０は、一端を回路パターン１８により前記第１の下側歪抵抗素子１７および第１の出力電極１４に電気的に接続し、かつ他端をＧＮＤ電極１６と接続している。さらにまた、前記起歪体１１の上側の外側面には、前記一対の第１の上側歪抵抗素子２０の間に位置して、一対の第２の上側歪抵抗素子２１を設けており、そして、この第２の上側歪抵抗素子２１は、一端を回路パターン１８により前記第２の下側歪抵抗素子１９および第２の出力電極１５と電気的に接続し、かつ他端を第２の電源電極１３と電気的に接続することによりブリッジ回路を構成している。また、前記円筒形状の起歪体１１には内側に突出する突部２２を設けている。

２３は金属製の下側取付部で、この下側取付部２３は前記起歪体１１における下端をシートゴムからなる弾性体２４を介して支持し、さらに孔２５を有している。２６は金属製の上側取付部で、この上側取付部２６は前記起歪体１１における上端をシートゴムからなる弾性体２８を介して支持するとともに、孔２９およびかしめ孔３０を有している。そして、前記下側取付部２２と上側取付部２６とで支持部材３２を構成している。３３は樹脂製のケースで、このケース３３はかしめ部３４を有しており、このかしめ部３４を上側取付部２６のかしめ孔３０に挿入するとともに、先端をかしめることにより、ケース３３に支持部材３２を固定している。また、前記ケース３３にはポリイミド製の回路基板３５を設けており、そして、この回路基板３５は前記起歪体１１における第１の電源電極１２、第２の電源電極１３、第１の出力電極１４、第２の出力電極１５、およびＧＮＤ電極１６と電気的に接続しているものである。さらに、前記回路基板３５にはＩＣからなる処理回路３６を設けており、そして、この処理回路３６により、起歪体１１における第１の下側歪抵抗素子１７、第２の下側歪抵抗素子１９、第１の上側歪抵抗素子２０、第２の上側歪抵抗素子２１および回路パターン１８から構成されるブリッジ回路の出力信号を処理しているものである。また、前記ケース３３にはコネクタ端子３７を有するコネクタ部３８を設けており、そして、このコネクタ端子３８は前記回路基板３５に電気的に接続するとともに、出力信号を外部に出力しているものである。

以上のように構成された本発明の一実施の形態における重量センサにおいて、次に、その組立方法について説明する。

まず、ステンレス板（図示せず）の上面にガラスペースト（図示せず）を印刷した後、約８５０℃で約１０分間焼成して起歪体１１を形成する。

次に、前記起歪体１１の外側面に位置して銀のペースト（図示せず）を印刷し、約８５０℃で約１０分間焼成することにより、前記起歪体１１の外側面に第１の電源電極１２、第２の電源電極１３、第１の出力電極１４、第２の出力電極１５、ＧＮＤ電極１６および回路パターン１８を形成する。

次に、前記起歪体１１の外側面にメタルグレーズ系ペースト（図示せず）を印刷した後、約１３０℃で約１０分間乾燥し、その後、前記起歪体１１を約８５０℃で約１０分間焼成することにより、第１の下側歪抵抗素子１７、第２の下側歪抵抗素子１９、第１の上側歪抵抗素子２０および第２の上側歪抵抗素子２１を形成する。

次に、下側取付部２３の上面に弾性体２４を接着した後、この弾性体２４の上面に起歪体１１を載置する。

最後に、前記起歪体１１の上面に弾性体２８を載置した後、この弾性体２８の上面に上側取付部２６を接着する。

以上のようにして構成され、かつ組み立てられた本発明の一実施の形態における重量センサについて、次に、その動作を説明する。

支持部材３１における下側取付部２２の下側からカラー３９ａを装着したボルト３９を下側取付部２３における孔２５、起歪体１１および上側取付部２６における孔２９に挿入する。

次に、ナット４０の下端が起歪体１１における突部２２の上面に当接する位置で、前記ボルト３９にナット４０を螺合し、ボルト３９とナット４０とで、押圧部材４１を構成する。

そして、この組立初期の状態においては、図５、図６に示すように、起歪体１１における突部２２に押圧部材４１が当接するが、荷重は零の状態となっている。

そして、この状態において、押圧部材４１に上方から下方に向かって荷重が付加されると、起歪体１１における突部２２に、図７に示すようにせん断荷重が加わる。そして、このせん断荷重によって、突部２２に連接した円筒形状の起歪体１１の外側面には、図８に示すようにモーメント力が作用し、これにより、起歪体１１の上端の径は小さくなり、かつ上側の外側面は収縮する。

したがって、起歪体１１の外側面に設けられた一対の第１の上側歪抵抗素子２０および一対の第２の上側歪抵抗素子２１の抵抗値は小さくなるとともに、一対の第１の下側歪抵抗素子１７および一対の第２の下側歪抵抗素子１９の抵抗値は大きくなる。

上記したように本発明の一実施の形態においては、起歪体１１における突部２２を押圧する押圧部材４１を起歪体１１の長手方向に沿うように移動させることにより起歪体１１にモーメント力が作用するように構成しているため、起歪体１１の外表面は変形しやすくなり、これにより、起歪体１１に設けた第１の下側歪抵抗素子１７、第２の下側歪抵抗素子１９、第１の上側歪抵抗素子２０および第２の上側歪抵抗素子２１の抵抗値も変化しやすくなるため、重量センサから発生する出力信号の感度を大きくすることができるという効果が得られるものである。

また、上記本発明の一実施の形態においては、支持部材３２を上側取付部２６と下側取付部２３とで構成するとともに、上側取付部２６と起歪体１１との間に弾性体２８を設けているため、起歪体１１における上端部の径が変化しやすくなり、これにより、起歪体における上側の外側面も変形しやすくなるため、重量センサから発生する出力信号の感度をさらに大きくすることができるという効果が得られるものである。

一方、前記起歪体１１の下端の径は大きくなって、下側の外側面は拡大するものである。この場合、上記本発明の一実施の形態においては、上記と同様に、下側取付部２３と起歪体１１との間に弾性体２４を設けているため、起歪体１１における下端部の径が変化しやすくなり、これにより、起歪体１１における下側の外側面も変形しやすくなるため、重量センサから発生する出力信号の感度をさらに大きくすることができるという効果が得られるものである。

すなわち、第１の電源電極１２および第２の電源電極１３に５Ｖを印加するとともに、ＧＮＤ電極１６を接地して、第１の出力電極１４と第２の出力電極１５との差動電圧を処理回路３６で信号処理することにより、起歪体１１に加わる荷重を測定することができるものである。

本発明に係る重量センサは、歪抵抗素子の抵抗値が変化しやすく、重量センサから発生する出力信号の感度を大きくすることができるという効果を有するものであり、特に、車両用シート等の荷重を測定するための重量センサ等において有用となるものである。

本発明の一実施の形態における重量センサの側断面図同重量センサの側面図同重量センサにおける起歪体の展開図同重量センサにおける処理回路の回路図同重量センサの起歪体における突部に押圧部材が当接するとともに荷重が零の状態を示す側断面図同重量センサの起歪体における突部に押圧部材が当接するとともに荷重が零の状態を示す側面図同重量センサの起歪体における突部に押圧部材から荷重が付加された状態を示す側断面図同重量センサの起歪体における突部に押圧部材から荷重が付加された状態を示す側面図従来の重量センサの斜視図同重量センサにおける起歪体の展開図同重量センサの回路図従来の重量センサを相手側取付部材に取り付けた状態を示す側断面図

符号の説明

１１起歪体
１２第１の電源電極
１３第２の電源電極
１４第１の出力電極
１５第２の出力電極
１６ＧＮＤ電極
１７第１の下側歪抵抗素子
１８回路パターン
１９第２の下側歪抵抗素子
２０第１の上側歪抵抗素子
２１第２の上側歪抵抗素子
２２突部
２３下側取付部
２４、２８弾性体
２６上側取付部
３２支持部材
３３ケース
３６処理回路
４１押圧部材

Claims

外表面に歪抵抗素子とこの歪抵抗素子と回路パターンにより電気的に接続された電極とを設けるとともに内側面から内方に向かって突出する突部を設けた筒状の起歪体と、この起歪体における長手方向の両端を支持する支持部材と、前記起歪体における内側を貫通するとともに突部を押圧する押圧部材と、前記起歪体における歪抵抗素子からの出力信号を処理する処理回路を設けたケースとを備え、前記押圧部材を起歪体の長手方向に沿うように移動させることにより起歪体にモーメント力が作用するように構成した重量センサ。
支持部材を上側取付部と下側取付部とで構成するとともに、上側取付部と起歪体との間に弾性体を設けた請求項１記載の重量センサ。
支持部材を上側取付部と下側取付部とで構成するとともに、下側取付部と起歪体との間に弾性体を設けた請求項１記載の重量センサ。