JP2010160048A - 荷重検出装置、座席および荷重センサ - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストを低減すると共に、意匠性を損なうことなく荷重を検出できる荷重検出装置、座席および荷重センサを提供すること。
【解決手段】荷重に応じた信号を出力する荷重センサ１３と、荷重センサ１３を多方向から張った状態で支持し、荷重を受けて荷重センサ１３を多方向に引張する複数のワイヤ１２とを備え、荷重センサ１３は、複数のワイヤ１２の引張力に基づいて複数のワイヤ１２が受けた荷重に応じた信号を出力するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車に乗車した乗員の体重を検出する荷重検出装置、座席および荷重センサに関する。

一般に、自動車の乗員を保護するものとしてエアバッグシステムが車内に設置されている。このエアバッグシステムは、事故の衝撃により折り畳まれたバッグ内に不活性ガスが供給され、バッグを瞬時に展開して乗員を事故の衝撃から保護している。ところで、このようなエアバッグシステムは、乗員の体重に応じて不活性ガスの供給量が調整され、体重の軽い乗員に対しては不活性ガスの供給量を少なくしてバッグの展開による衝撃を小さくし、体重の重い乗員に対しては不活性ガスの供給量を多くしてバッグにより十分な支持力を与えるようにしている。

従来、このようなエアバッグシステムにおいて乗員の体重を検出する荷重検出装置として、複数の荷重センサにより乗員の体重を検出するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この荷重検出装置は、座面の下側の４隅に位置する４つの荷重センサと、座席を４つの荷重センサを介して前後方向に移動可能に下方から支持する支持機構とを有して構成され、４つの荷重センサの検出結果に基づいて乗員の体重が算出される。

特開２００５−２３３８２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の荷重検出装置においては、４つの荷重センサにより乗員の体重を検出しているため、部品点数が多くなると共に、座席が４つの荷重センサにより下側から支持されているため、各センサに対して衝突時の衝撃に耐える機械的強度が要求され、製造コストが増加するという問題があった。また、座席が支持機構および４つの荷重センサにより下側から支持されるため、座席の位置が高くなり、意匠性が悪くなるという問題があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、製造コストを低減すると共に、意匠性を損なうことなく荷重を検出できる荷重検出装置、座席および荷重センサを提供することを目的とする。

本発明の荷重検出装置は、荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、前記荷重センサを多方向から張った状態で支持し、荷重を受けて前記荷重センサを前記多方向に引張する複数の引張部材とを備え、前記荷重センサは、前記複数の引張部材の引張力に基づいて前記複数の引張部材が受けた荷重に応じた信号を出力することを特徴とする。

この構成によれば、荷重センサが複数の引張部材が受けた荷重により多方向に引張され、この複数の引張部材の引張力に基づいて荷重に応じた信号を出力するようにしたので、単一の荷重センサにより荷重に応じた信号を検出することができる。また、例えば、座席等の取付対象を外部から支持することにより荷重を検出する構成ではないため、取付対象の内部に組み込むことができ、取付対象の意匠性を損なうことがない。したがって、製造コストを低減すると共に、意匠性を損なうことなく荷重を検出することができる。

また本発明は、上記荷重検出装置において、前記荷重センサは、前記複数の引張部材がそれぞれ取り付けられる複数の取付部と、前記複数の取付部に対応して設けられ、前記複数の取付部のそれぞれに取り付けられた各引張部材の引張により抵抗値が変化する複数の歪抵抗素子とを有し、前記歪抵抗素子の抵抗値の変化に応じて、前記複数の引張部材が受けた荷重に応じた信号を出力することを特徴とする。

この構成によれば、複数の取付部のそれぞれが引張部材により引張されることで、歪抵抗素子の抵抗値が変化するため、複数の引張部材が受けた荷重に応じた信号を出力させることができ、荷重センサを簡易に構成することができる。

また本発明は、上記荷重検出装置において、前記引張部材は、低弾性材料のワイヤであることを特徴とする。

この構成によれば、複数の引張部材の伸びを抑制して、引張検出部の検出精度を向上させることができる。

また本発明は、上記荷重検出装置において、前記複数の引張部材は、少なくとも３つ以上であり、隣り合う引張部材を接続する渡し部材を備えたことを特徴とする。

この構成によれば、渡し部材により隣り合う引張部材が接続されるため、渡し部材により各引張部材が受ける荷重を分散させて、集中荷重による各引張部材の破損を防止することができる。

また本発明は、上記荷重検出装置において、前記複数の引張部材は、４つであり、前記荷重センサを四方から張った状態で支持することを特徴とする。

この構成によれば、４つの引張部材により荷重センサを安定した状態で支持することができる。

本発明の座席は、上記荷重検出装置と、座面パッドとを備え、前記複数の引張部材は前記座面パッドの着座荷重を受けることを特徴とする。

この構成によれば、製造コストを低減すると共に、意匠性を損なうことなく座席に着座した使用者の着座荷重を検出することができ、例えば、エアバッグシステム等の乗員保護装置に適用させることが可能となる。

また本発明は、上記座席において、前記座面パッドには、前記荷重センサとの接触を防止するための逃げ部が形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、座面パッドを介して受ける着座荷重を複数の引張部材に集中させることができると共に、座面パッドと荷重センサとの接触を防止して荷重センサの破損を防止することができる。

本発明の荷重センサは、荷重を受けて多方向に引張する複数の引張部材に張った状態で支持され、前記複数の引張部材の引張力に基づいて前記複数の引張部材が受けた荷重に応じた信号を出力することを特徴とする。

この構成によれば、複数の引張部材が受けた荷重により多方向に引張され、この引張部材の引張力に基づいて荷重に応じた信号を出力するようにしたので、単一の荷重センサにより荷重に応じた信号を検出することができる。

本発明によれば、製造コストを低減すると共に、意匠性を損なうことなく荷重を検出できる。

本発明に係る荷重検出装置の実施の形態を示す図であり、荷重検出装置を備えた座席の断面模式図である。 本発明に係る荷重検出装置の実施の形態を示す図であり、荷重検出装置の上面模式図である。 本発明に係る荷重検出装置の実施の形態を示す図であり、荷重センサの上面模式図である。 本発明に係る荷重検出装置の実施の形態を示す図であり、荷重検出回路の一例を示した回路構成図である。 本発明に係る荷重検出装置の実施の形態を示す図であり、座席による荷重検出動作の説明図である。 本発明に係る荷重検出装置の変形例を示す図である。 本発明に係る荷重検出装置の他の使用例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る荷重検出装置を備えた座席の断面模式図である。図２は、本発明の実施の形態に係る荷重検出装置の上面模式図である。なお、図１に示す破線は、車両用の座席の輪郭を示している。また、以下の説明では荷重検出センサを備えた車両用の座席を例示して説明するが、荷重検出センサを取付可能なものであればよく、例えば、ベッド、便座等にも適用可能であり、人間だけでなく動物や物の荷重を検出するものにも適用可能である。

図１に示すように、座席１は、座部２と背もたれ部３とを有する車両用の座席であり、座部２の図示しない座席カバーの内側には、乗員が着座する座面パッド５と座面パッド５を介して乗員の着座荷重を検出する荷重検出装置７とが設けられている。座面パッド５は、ウレタンフォームにより板状に形成され、荷重検出装置７に取り付けられている。座面パッド５の下部中央には凹部５ａが形成されており、この凹部５ａにより座面パッド５の下面と荷重検出装置７の後述する荷重センサ１３との接触が防止される。

荷重検出装置７は、着座荷重を引張力として検出するものであり、座面に対して平行となるように座席１の図示しない支持面に固定された矩形枠状の支持フレーム１１を有して構成されている。この支持フレーム１１には、複数（本実施の形態では４つ）のワイヤ１２を介して荷重センサ１３が支持され、この荷重センサ１３は支持フレーム１１の枠内中央に位置されている。

図２に示すように、複数のワイヤ１２は、低弾性材料で形成されており、それぞれ一端が支持フレーム１１の四隅に固定され、他端がそれぞれ荷重センサ１３の四方に形成された取付部１７に取り付けられている。このとき、各ワイヤ１２の長さは、支持フレーム１１および荷重センサ１３に取り付けられた状態で弛まない長さ、すなわち、荷重センサ１３の各取付部１７の取付位置から対応する支持フレーム１１の四隅の取付位置までの最短の長さに調整されている。よって、本実施の形態では、荷重センサ１３が支持フレーム１１の枠内中央に位置されているため、各ワイヤ１２の長さは同一長に調整されている。

このように、荷重センサ１３は、複数のワイヤ１２により四方から張られた状態で支持されているため、複数のワイヤ１２が座面パッド５を介して着座荷重を受けると、複数のワイヤ１２により四方に引張される。荷重センサ１３は、各ワイヤ１２の引張により各取付部１７に生じた歪に基づいて、着座荷重に応じた信号を出力する。ここで、図３を参照して、本発明の実施の形態に係る荷重センサの詳細構成について説明する。図３は、本発明の実施の形態に係る荷重センサの上面模式図である。

図３に示すように、荷重センサ１３は、円盤状の基板１５と、基板１５から支持フレーム１１の四隅に向かって突出する４つの取付部１７と、隣り合う取付部１７の間に位置し、基板１５から径方向外側に突出する４つの凸部１６とを有して構成されている。各取付部１７は、ワイヤ１２が固定されるワイヤ固定部１７ａと、ワイヤ固定部１７ａと基板１５とを接続する腕部１７ｂとを有している。

腕部１７ｂは、応力に応じて歪む起歪体として機能し、表面には歪抵抗素子２３が貼着されている。歪抵抗素子２３は、歪ゲージ等で構成され、ゲージ長がワイヤ１２による引張方向、すなわち腕部１７ｂの伸長方向に向くように貼着されている。また、ワイヤ固定部１７ａは、腕部１７ｂよりも厚みを有して形成されているため、腕部１７ｂのみが歪むように構成されている。よって、腕部１７ｂがワイヤ固定部１７ａを介してワイヤ１２により引張されることで歪み、歪抵抗素子２３の抵抗値が変化する。

凸部１６の表面には参照抵抗素子２４が貼着されている。このとき、凸部１６は上記したように隣り合う取付部１７の間に位置して基板１５から突出して形成されているため、ワイヤ１２の引張による応力が生じることが抑制されている。よって、参照抵抗素子２４に外力が加わることがなく、一定の抵抗値を維持する構成となっている。

基板１５の表面中央には、歪抵抗素子２３および参照抵抗素子２４と共に着座荷重を検出する荷重検出回路を構成する電子部品が設けられており、基板１５の表面中央に対して図示右寄りには入力端子２６、出力端子２７、グランド端子２８がそれぞれ設けられている。入力端子２６には電源線を介して図示しない電源が接続されており、この電源から荷重検出回路に対して入力電圧が印加される。出力端子２７には信号線を介して図示しないＥＣＵ（Electronic Control Unit）が接続されており、このＥＣＵに検出された着座荷重に応じた信号が出力される。このように、出力端子２７から出力された着座荷重に応じた信号は、エアバッグシステム等の乗員保護装置に利用される。グランド端子２８はグランド線を介してグランドに接続されている。

図４を参照して、本発明の実施の形態に係る荷重検出回路の一例について説明する。図４は、本発明の実施の形態に係る荷重検出回路の一例を示した回路構成図である。

図４に示すように、荷重検出回路は、歪抵抗素子２３ａ〜２３ｄ、参照抵抗素子２４ａ〜２４ｄ、入力端子２６、グランド端子２８、第１、第２の出力端子２７ａ、２７ｂによりブリッジ回路を構成している。具体的には、入力端子２６とグランド端子２８との間に、参照抵抗素子２４ａ、２４ｂ、歪抵抗素子２３ａ、２３ｂの順で直列接続された直列回路と、歪抵抗素子２３ｃ、２３ｄ、参照抵抗素子２４ｃ、２４ｄの順で直列に接続された直列回路とが並列に接続されている。また、参照抵抗素子２４ｂと歪抵抗素子２３ａとの間の接続点からは第１の出力端子２７ａが引き出され、歪抵抗素子２３ｄと参照抵抗素子２４ｃとの間の接続点からは第２の出力端子２７ｂが引き出されている。

そして、荷重検出回路は、入力端子２６およびグランド端子２８間に電源電圧が印加されることにより、第１、第２の出力端子２７ａ、２７ｂに出力電圧を発生させ、この第１、第２の出力端子２７ａ、２７ｂの電位差を出力端子２７から出力している（図３参照）。この場合、荷重センサ１３の腕部１７ｂに引張応力が生じていないときには、入力端子２６−第１の出力端子２７ａ間の電位と入力端子２６−第２の出力端子２７ｂ間の電位とが同電位となるように参照抵抗素子２４ａ〜２４ｄの抵抗値が設定されている。

このように構成された荷重検出回路において、複数のワイヤ１２が着座荷重を受けると、各ワイヤ１２により荷重センサ１３の腕部１７ｂに引張応力が生じて歪抵抗素子２３の抵抗値が変化する。このとき、荷重センサ１３の凸部１６には応力が生じないため、参照抵抗素子２４の抵抗値は一定に維持され、歪抵抗素子２３の抵抗値のみ変化する。よって、第１、第２の出力端子２７ａ、２７ｂからの出力電圧の電位差の変化により、着座荷重を検出することが可能となっている。

ここで、図５を参照して本発明の実施の形態に係る座席による荷重検出動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態に係る座席による荷重検出動作の説明図である。

図５（ａ）に示すように、乗員Ｍが座面パッド５の上に着座すると、複数のワイヤ１２には矢印Ｇに示すように鉛直方向下方に着座荷重が作用する。複数のワイヤ１２に着座荷重が作用すると、複数のワイヤ１２により荷重センサ１３が矢印ｔに示す方向に引張される。このとき、図５（ｂ）に示すように、荷重センサ１３の腕部１７ｂがワイヤ固定部１７ａを介して支持フレーム１１の四隅に向けて引張され、各腕部１７ｂには引張応力が生じる。

各腕部１７ｂに引張応力が生じると、歪抵抗素子２３のゲージ長が変化して抵抗値が変化する。そして、荷重検出回路において第１、第２の出力端子２７ａ、２７ｂの出力電圧の電位差が着座荷重に応じた信号として検出され、検出結果がＥＣＵに出力される。このとき、座面パッド５には、凹部５ａが形成されているため、座面パッド５を介して受ける着座荷重を複数のワイヤ１２に集中させることができると共に、座面パッド５と荷重センサ１３との接触を防止して荷重センサ１３の破損を防止することができる。

以上のように、本実施の形態に係る荷重検出装置７によれば、荷重センサ１３が複数のワイヤ１２が受けた荷重により多方向に引張され、この複数のワイヤ１２の引張力に基づいて荷重に応じた信号を出力するようにしたので、単一の荷重センサ１３により荷重に応じた信号を検出することが可能となる。また、座席１の内部に取り付けられるため、座席１の意匠性を損なうことがない。したがって、製造コストを低減すると共に、意匠性を損なうことなく荷重を検出することが可能となる。

なお、上記した実施の形態においては、第１、第２の出力端子２７ａ、２７ｂの出力電圧の電位差と着座荷重との相関関係から着座荷重を連続的に検出する構成としたが、着座荷重を複数のレンジに分けて段階的に検出する構成としてもよい。これにより、ワイヤ１２の材質や張り具合等の調整が容易となる。例えば、乗員Ｍが大人か子供かを判定して、エアバッグシステムを作動させるときに有効である。

また、上記した本実施の形態では、荷重センサ１３を支持フレーム１１の枠内中央としたが、この構成に限られるものではない。各ワイヤ１２の長さを荷重センサ１３の各取付部１７の取付位置から対応する支持フレーム１１の四隅の取付位置までの最短の長さとなるように調整すれば、支持フレーム１１の枠内において荷重センサ１３を中央以外の位置であっても複数のワイヤ１２により弛まないように支持することが可能となる。

また、上記した各実施の形態においては、着座荷重を検出するものとして歪抵抗素子２３を含むブリッジ回路を使用する構成としたが、ワイヤ１２による引張により着座荷重を検出するものであれば、この構成に限定されるものではない。

また、上記した各実施の形態においては、乗員Ｍの荷重を受けるものとして、ワイヤ１２を使用する構成としたが、この構成に限定されるものではない。乗員Ｍの荷重を受けて荷重センサ１３を引張するものであればよく、例えば、帯状に形成された帯状部材を使用する構成としてもよい。

また、上記した各実施の形態においては、支持フレーム１１の四隅に複数のワイヤ１２を固定するようにしたが、この構成に限定されるものではない。複数のワイヤ１２を着脱可能に構成し、複数のワイヤ１２を任意の箇所に固定することも可能である。

また、上記した各実施の形態においては、荷重センサ１３に４つの取付部１７を設ける構成としたが、この構成に限定されるものではない。荷重センサ１３をワイヤ１２により引張して支持することができればよく、例えば２つの取付部１７に２つのワイヤ１２を取り付けて荷重センサ１３を支持するようにしてもよい。

また、上記した各実施の形態においては、荷重センサ１３の一つの取付部１７に対して一つのワイヤ１２を取り付けて、荷重センサ１３を四方に引張する構成としたが、この構成に限定されるものではない。例えば、一つの取付部１７に対して複数のワイヤ１２を取り付けて、荷重センサ１３を多方向に引張するようにしてもよい。これにより、各ワイヤ１２に対する負荷を減少させて、耐久性を向上させることができる。

また、上記した各実施の形態においては、各ワイヤ１２により個別に荷重センサ１３を引張する構成としたが、図６に示すように、隣り合うワイヤ３３同士を渡しワイヤ３４で接続するようにしてもよい。これにより、各ワイヤ３３が受ける荷重を分散して、集中荷重による各引張部材の破損を防止することが可能となる。

また、上記した各実施の形態においては、座部２にのみ荷重検出装置７を備える構成としたが、図７に示すように、背もたれ部４３にも荷重検出装置４６を設ける構成としてもよい。この場合、座部４２に設けられた荷重検出装置４５の出力信号および背もたれ部４３に設けられた荷重検出装置４６の出力信号に基づいて乗員Ｍの着座荷重を検出する。このように、座部４２および背もたれ部４３に荷重検出装置４５、４６を設けることにより、背もたれ付きの座席４１であっても、乗員Ｍの着座荷重を精度よく検出することが可能となる。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上説明したように、本発明は、製造コストを低減すると共に、意匠性を損なうことなく荷重を検出できるという効果を有し、特に自動車に乗車した乗員の体重を検出する荷重検出装置、座席および荷重センサに有用である。

１ 座席
２ 座部
３ 背もたれ部
５ 座面パッド
５ａ 凹部（逃げ部）
７ 荷重検出装置
１１ 支持フレーム
１２ ワイヤ（引張部材）
１３ 荷重センサ
１７ 取付部
２３ 歪抵抗素子
２４ 参照抵抗素子
３４ 渡しワイヤ（渡し部材）

Claims (8)

1. 荷重に応じた信号を出力する荷重センサと、
   前記荷重センサを多方向から張った状態で支持し、荷重を受けて前記荷重センサを前記多方向に引張する複数の引張部材とを備え、
   前記荷重センサは、前記複数の引張部材の引張力に基づいて前記複数の引張部材が受けた荷重に応じた信号を出力することを特徴とする荷重検出装置。
2. 前記荷重センサは、
   前記複数の引張部材がそれぞれ取り付けられる複数の取付部と、
   前記複数の取付部に対応して設けられ、前記複数の取付部のそれぞれに取り付けられた各引張部材の引張により抵抗値が変化する複数の歪抵抗素子とを有し、
   前記歪抵抗素子の抵抗値の変化に応じて、前記複数の引張部材が受けた荷重に応じた信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の荷重検出装置。
3. 前記引張部材は、低弾性材料のワイヤであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の荷重検出装置。
4. 前記複数の引張部材は、少なくとも３つ以上であり、隣り合う引張部材を接続する渡し部材を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の荷重検出装置。
5. 前記複数の引張部材は、４つであり、前記荷重センサを四方から張った状態で支持することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の荷重検出装置。
6. 請求項１から請求項５に記載の荷重検出装置と、座面パッドとを備え、前記複数の引張部材は前記座面パッドの着座荷重を受けることを特徴とする座席。
7. 前記座面パッドには、前記荷重センサとの接触を防止するための逃げ部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の座席。
8. 荷重を受けて多方向に引張する複数の引張部材に張った状態で支持され、前記複数の引張部材の引張力に基づいて前記複数の引張部材が受けた荷重に応じた信号を出力することを特徴とする荷重センサ。

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