JP2018200264A - 荷重センサ - Google Patents

Abstract

【課題】起歪体の塑性変形を抑制できる荷重センサを提供する。【解決手段】ロアレール２及びフロア１の間に配置されてロアレール２に作用する上下方向の荷重を検出する荷重センサ１０であって、歪みゲージＧ１，Ｇ２を有する起歪体１１と、起歪体１１及びロアレール２を固定する第１固定部材Ｆ１と、起歪体１１及びフロア１を固定する第２固定部材Ｆ２とを備え、第２固定部材Ｆ２は、起歪体１１の上方に位置してロアレール２を貫通する頭部１８ａ、該頭部１８ａに下方に突設され起歪体１１を貫通してフロア１に締結される軸部１８ｂ、及び頭部１８ａのロアレール２を貫通する先端部に突設されロアレール２に作用する上方に向かう荷重によりロアレール２がフロア１に対して上方に所定距離だけ変位することでロアレール２に当接可能なストッパフランジ１８ｃを一体的に有し、頭部１８ａ及びフロア１の間で起歪体１１を挟持するストッパボルト１８を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、荷重センサに関するものである。

従来、荷重センサとしては、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この荷重センサは、歪みゲージの取着された起歪体を備える。この起歪体の中央部は、第１部材（フレーム）に固定されている。また、起歪体の両端部は、第２部材（アッパレール）に固定されている。そして、第１部材に上下方向の荷重が作用すると、起歪体が弾性変形するように構成されている。荷重センサは、起歪体の弾性変形に伴い歪みゲージの電気抵抗を変化させることで、当該荷重を電気的に検出する。

特開２００９−１２８１０６号公報

ところで、特許文献１では、例えば車両衝突時などで第１部材に上下方向の大荷重が作用すると、起歪体がその弾性限度を超えて塑性変形することがある。この場合、起歪体が原形に復帰できなくなることで、荷重の検出精度の劣化を余儀なくされる。

本発明の目的は、起歪体の塑性変形を抑制できる荷重センサを提供することにある。

上記課題を解決する荷重センサは、第１部材及び第２部材の間に配置されて前記第１部材に作用する上下方向の荷重を検出する荷重センサであって、歪みゲージを有する起歪体と、前記起歪体及び前記第１部材を固定する第１固定部材と、前記起歪体及び前記第２部材を固定する第２固定部材とを備え、前記第２固定部材は、前記起歪体の上方に位置して前記第１部材を貫通する頭部、該頭部に下方に突設され前記起歪体を貫通して前記第２部材に締結される軸部、及び前記頭部の前記第１部材を貫通する先端部に突設され前記第１部材に作用する上方に向かう荷重により前記第１部材が前記第２部材に対して上方に所定距離だけ変位することで前記第１部材に当接可能なストッパフランジを一体的に有し、前記頭部及び前記第２部材の間で前記起歪体を挟持する締結具を備える。

この構成によれば、例えば前記第１部材に通常の使用領域で想定する荷重を超える上方に向かう荷重が作用すると、前記起歪体を弾性変形させつつ、前記第１部材が前記第２部材に対して上方に著しく変位する。このとき、前記第１部材が前記第２部材に対して上方に所定距離だけ変位して、前記第１部材が前記ストッパフランジに当接すると、前記第１部材の当該変位が規制されて、前記起歪体の更なる弾性変形が抑制される。従って、前記起歪体がその弾性限度を超えて塑性変形することを抑制できる。

本発明は、起歪体の塑性変形を抑制できる効果がある。

荷重センサの一実施形態が適用されるシートの斜視図。 同実施形態の荷重センサについてその構造を示す断面図。 同実施形態の荷重センサについてその構造を示す正面図。

以下、荷重センサの一実施形態について説明する。なお、以下では、車両の前後方向を「前後方向」という。
図１に示すように、第２部材としての車両のフロア１には、車両の幅方向に並設された一対の第１部材としてのロアレール２が前後方向に延在する状態で支持されるとともに、両ロアレール２の各々には、アッパレール４がロアレール２に対し前後方向に移動可能に連結されている。そして、両アッパレール４には、乗員の着座部を形成するシート５が支持されている。

なお、各ロアレール２は、前後方向に延在する略長尺状の底壁３を有する。そして、フロア１と底壁３との間には、ロアレール２に作用する上下方向の荷重、例えばシート５に着座している乗員の荷重を検出する前後一対の荷重センサ１０が配置されている。つまり、底壁３（ロアレール２）は、その前端部及び後端部において、荷重センサ１０を介してフロア１に固定・支持されている。

図２及び図３に示すように、フロア１には、各荷重センサ１０及び底壁３に対向して上下方向に延びる前後一対のねじ孔１ａが形成されている。一方、ロアレール２の底壁３には、前後方向における両ねじ孔１ａ間の中央部で各荷重センサ１０に対向して上下方向に開口する略円形のレール側連結孔３ａが形成されている。また、ロアレール２の底壁３には、車両の後方のねじ孔１ａと略同心で上下方向に開口する略円形の挿通孔３ｂが形成されている。挿通孔３ｂの内径は、ねじ孔１ａの内径よりも大きく設定されている。

荷重センサ１０は、フロア１及び底壁３の間に挟まれる上下方向の位置で両ねじ孔１ａ間に跨るように前後方向に延在する略長尺状の起歪体１１を備える。この起歪体１１には、両ねじ孔１ａと略同心で両端部に配置された前後一対の略円形の固定穴１１ａが形成されるとともに、レール側連結孔３ａと略同心で中央部に配置された略円形の中央穴１１ｂが形成されている。なお、起歪体１１は、各隣り合う固定穴１１ａ及び中央穴１１ｂの間の下面に貼着された一対の歪みゲージＧ１，Ｇ２を有する。

また、荷重センサ１０は、起歪体１１上に載せられた、例えば金属板からなるブラケット１２を備える。このブラケット１２は、両固定穴１１ａと略同心の前後一対の略円環状の取付部１２ａと、起歪体１１を回避してそれら両取付部１２ａ同士を前後方向に接続するアンプケース取付部１２ｂとを一体的に有する。そして、各取付部１２ａには、固定穴１１ａと略同心でその内径と同等の内径を有する圧入孔１２ｃが形成されている。

アンプケース取付部１２ｂの下面には、車両の幅方向に起歪体１１に隣接する状態で、アンプケース１３が取着されている。このアンプケース１３には、例えば歪みゲージＧ１，Ｇ２からの信号を増幅するためのアンプ基板（図示略）が収納される。

さらに、荷重センサ１０は、両固定穴１１ａと略同心で前後一対の段付き略円筒状のロアブッシュ１４を備える。各ロアブッシュ１４は、フロア１上に位置する台座部１４ａと、該台座部１４ａよりも縮径されて上方に突設された取付部１４ｂとを一体的に有する。取付部１４ｂの外径は、固定穴１１ａ等の内径と略同等に設定されている。起歪体１１は、各固定穴１１ａに各取付部１４ｂが圧接状態で挿入された状態で台座部１４ａ上に載せられており、ブラケット１２は、各圧入孔１２ｃに各取付部１４ｂが圧接状態で挿入された状態で起歪体１１上に載せられている。これにより、ロアブッシュ１４は、起歪体１１等に固定されている。起歪体１１及びブラケット１２を重ねた状態での上下方向の寸法（板厚）は、取付部１４ｂの上下方向（軸方向）の寸法と略同等に設定されている。従って、ブラケット１２の上面は、取付部１４ｂの上面と略面一に繋がっている。なお、各ロアブッシュ１４の中央部は、ねじ孔１ａの内径よりも若干大きい内径を有する挿通孔１４ｃを形成する。

また、荷重センサ１０は、中央穴１１ｂと略同心の固定具１５を備える。この固定具１５は、ねじ部１５ａ、該ねじ部１５ａよりも順次拡径されてその下端に接続された略円盤状の圧入部１５ｂ、挿入部１５ｃ及び頭部１５ｄを一体的に有する。挿入部１５ｃの外径は、中央穴１１ｂの内径よりも若干小さく設定されており、挿入部１５ｃの上下方向（軸方向）の寸法は、起歪体１１の上下方向の寸法（板厚）と略同等に設定されている。固定具１５は、ねじ部１５ａが中央穴１１ｂに下方から挿通されることで、頭部１５ｄの上面が中央穴１１ｂの周縁部に当接されるとともに、挿入部１５ｃが中央穴１１ｂに挿入される。このとき、起歪体１１の上面は、挿入部１５ｃの上面と略面一に繋がる。

さらに、荷重センサ１０は、圧入部１５ｂの外径と略同等の内径を有する取付孔１６ａの形成された略円環状のリング部材１６を備える。このリング部材１６は、中央穴１１ｂの上方に突出する圧入部１５ｂが取付孔１６ａに圧接状態で挿入されることで、固定具１５と共に起歪体１１に固定されている。このとき、リング部材１６の下面が中央穴１１ｂの周縁部及び挿入部１５ｃの周縁部に当接する。なお、リング部材１６の上下方向（軸方向）の寸法は、ブラケット１２の上下方向の寸法（板厚）よりも十分に大きく設定されている。

起歪体１１の前端部等は、締結ボルト１７によってフロア１に固定されている。すなわち、締結ボルト１７は、固定穴１１ａ等と略同心でその内径よりも大きい２面幅を有する略多角形（例えば六角形）の柱状の頭部１７ａと、該頭部１７ａと略同心で下方に突設されたねじ部１７ｂとを一体的に有する。締結ボルト１７は、ねじ部１７ｂが挿通孔１４ｃに挿通され、該挿通孔１４ｃを貫通するねじ部１７ｂの下端部がねじ孔１ａに締め付けられる。以上により、フロア１及び頭部１７ａの間に挟まれる起歪体１１の前端部等がフロア１に固定される。

一方、起歪体１１の後端部等は、締結具としてのストッパボルト１８によってフロア１に固定されている。すなわち、ストッパボルト１８は、固定穴１１ａ等と略同心でその内径よりも大きい外径を有する頭部１８ａと、該頭部１８ａと略同心で下方に突設されたねじ部１８ｂと、頭部１８ａの上端部に外向きに突設された略円環状のストッパフランジ１８ｃとを一体的に有する。頭部１８ａの上下方向（軸方向）の寸法は、底壁３及びロアブッシュ１４の間の上下方向の離間距離よりも大きく設定されており、ストッパフランジ１８ｃの外径は挿通孔３ｂの内径よりも大きく設定されている。そして、頭部１８ａには、下方に向かって略多角形（例えば六角形）の締付け工具挿入用の穴１８ｄが形成されている。ストッパボルト１８は、頭部１８ａが挿通孔３ｂに遊びのある状態で挿通され、ねじ部１８ｂが挿通孔１４ｃに挿通され、該挿通孔１４ｃを貫通するねじ部１８ｂの下端部がねじ孔１ａに締め付けられる。以上により、フロア１及び頭部１８ａの間に挟まれる起歪体１１の後端部等がフロア１に固定される。ロアブッシュ１４及びストッパボルト１８は、ねじ孔１ａと協働して第２固定部材Ｆ２を構成する。

起歪体１１の中央部は、固定ナット１９によって底壁３（ロアレール２）に固定されている。すなわち、固定ナット１９は、レール側連結孔３ａを貫通するねじ部１５ａの上端部に上方から締め付けられることで、底壁３の下面にリング部材１６の上面が当接する状態で、頭部１５ｄの間に起歪体１１の中央部等を挟む。以上により、頭部１５ｄ及び固定ナット１９の間にリング部材１６と共に挟まれる起歪体１１の中央部が底壁３に固定される。固定具１５、リング部材１６及び固定ナット１９は第１固定部材Ｆ１を構成する。

なお、底壁３及び起歪体１１の上下方向の離間距離は、それら底壁３及び起歪体１１の間に介設されるリング部材１６によって決定されている。同様に、フロア１及び起歪体１１の上下方向の離間距離は、それらフロア１及び起歪体１１の間に介設される台座部１４ａによって決定されている。そして、このようにフロア１との上下方向の離間距離の決定された底壁３の上方には、所定の隙間Δをあけてストッパボルト１８のストッパフランジ１８ｃが配置されている。

このような構成にあって、例えばシート５に着座する乗員の荷重が第１固定部材Ｆ１を介して起歪体１１に伝達されると、該荷重に応じて起歪体１１が上下方向に弾性変形して歪みゲージＧ１，Ｇ２の電気抵抗が変化する。歪みゲージＧ１，Ｇ２の電気抵抗の変化に伴う電圧の変化を前述のアンプ基板で増幅することで乗員の荷重が検出される。

次に、本実施形態の作用とともに、その効果について説明する。
（１）例えば車両衝突に伴いシート５が上方に飛び出そうとするなどして、ロアレール２に通常の使用領域で想定する荷重を超える上方に向かう荷重が作用すると、起歪体１１を弾性変形させつつ、ロアレール２がフロア１に対して上方に著しく変位する。このとき、ロアレール２（底壁３）がフロア１に対して上方に隙間Δに相当する所定距離だけ変位して、ロアレール２がストッパフランジ１８ｃに当接すると、ロアレール２の当該変位が規制されて、起歪体１１の更なる弾性変形が抑制される。この隙間Δは、弾性限度を超えない起歪体１１の弾性変形量に基づき設定されている。従って、起歪体１１がその弾性限度を超えて塑性変形することを抑制できる。そして、ひいては、荷重センサ１０の高強度化を実現できる。

（２）本実施形態では、ストッパボルト１８がストッパフランジ１８ｃを一体的に有することで、即ち起歪体１１をフロア１に固定する機能を有するストッパボルト１８に起歪体１１の弾性変形を抑制する機能を付加したことで、部品点数の増加を抑制できる。

（３）本実施形態では、荷重センサ１０は、フロア１等に固定される前の状態であっても、締結ボルト１７、第１固定部材Ｆ１の一部（固定ナット１９）及び第２固定部材Ｆ２の一部（ストッパボルト１８）を除いてユニット化されていることで、フロア１等に対する組付工数をより低減できる。

（４）本実施形態では、フロア１及びロアレール２の間に介設される荷重センサ１０であることで、シート５に作用する荷重を検出できる。
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。

・前記実施形態において、ストッパボルト１８のストッパフランジ１８ｃは、略多角環状であってもよいし、例えば等角度間隔で配置された複数の羽根で構成されていてもよい。

・前記実施形態において、ストッパボルト１８の頭部１８ａは、略多角形（例えば六角形）の柱状であってもよい。この場合、穴１８ｄを省略してもよい。
・前記実施形態において、固定具１５は、固定ナット１９に代えてカシメによって底壁３に固定されてもよい。

・前記実施形態において、固定具１５の挿入部１５ｃは、中央穴１１ｂに圧接状態で挿入されてもよい。
・前記実施形態において、固定具１５は、起歪体１１に一体形成されていてもよい。

・前記実施形態において、圧入部１５ｂ及び取付孔１６ａには、それらが螺合するように雄ねじ及び雌ねじをそれぞれ形成してもよい。
・前記実施形態において、リング部材１６は、略多角環状であってもよい。

・前記実施形態において、ロアブッシュ１４の取付部１４ｂは、固定穴１１ａに圧接することなく挿入されてもよい。
・前記実施形態において、ロアブッシュ１４は、起歪体１１に一体形成されていてもよい。

・前記実施形態において、フロア１との間で起歪体１１の上下方向の弾性変形を許容できるのであれば、ロアブッシュ１４を省略してもよい。
・前記実施形態において、底壁３及び起歪体１１の上下方向の離間距離は、リング部材１６に準じたリング部材及び該リング部材に重ねられるワッシャの組合せによって決定してもよい。

・前記実施形態において、起歪体１１の前端部等を、ストッパボルト１８に準じたストッパボルトによってフロア１に固定してもよい。
・前記実施形態において、起歪体１１の前端部等は、フロア１に固定されていなくてもよい。すなわち、荷重センサ１０は、起歪体１１の後端部等においてフロア１に片持ち支持の状態で固定されてもよい。

・前記実施形態において、アッパレール４及びシート５の間に介設される荷重センサ（１０）であってもよい。
・前記実施形態において、フロア及びベッド部材の間に介設される荷重センサ（１０）であってもよい。この場合、ベッド部材に作用する荷重を検出できる。

Ｆ１…第１固定部材、Ｆ２…第２固定部材、Ｇ１，Ｇ２…歪みゲージ、１…フロア（第２部材）、２…ロアレール（第１部材）、１０…荷重センサ、１１…起歪体、１８…ストッパボルト（締結具）、１８ａ…頭部、１８ｂ…ねじ部（軸部）、１８ｃ…ストッパフランジ。

Claims (1)

1. 第１部材及び第２部材の間に配置されて前記第１部材に作用する上下方向の荷重を検出する荷重センサであって、
   歪みゲージを有する起歪体と、
   前記起歪体及び前記第１部材を固定する第１固定部材と、
   前記起歪体及び前記第２部材を固定する第２固定部材とを備え、
   前記第２固定部材は、
   前記起歪体の上方に位置して前記第１部材を貫通する頭部、該頭部に下方に突設され前記起歪体を貫通して前記第２部材に締結される軸部、及び前記頭部の前記第１部材を貫通する先端部に突設され前記第１部材に作用する上方に向かう荷重により前記第１部材が前記第２部材に対して上方に所定距離だけ変位することで前記第１部材に当接可能なストッパフランジを一体的に有し、前記頭部及び前記第２部材の間で前記起歪体を挟持する締結具を備えた、荷重センサ。