JP3663406B2 - シート重量計測装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置に関する。特には、より高精度の計測が行えるように改良を加えたシート重量計測装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
自動車には乗員の安全を確保するための設備としてシートベルトやエアバッグが備えられる。最近では、シートベルトやエアバッグの性能をより向上させるため、乗員の重量（体重）に合わせてそれらの安全設備の動作をコントロールしようという動向がある。例えば、乗員の体重に合わせて、エアバッグの展開ガス量や展開速度を調整したり、シートベルトのプリテンションを調整したりする。そのためには、シートに座っている乗員の重量を何らかの手段で知る必要がある。そのような手段の一例として、シートの下の前後左右４隅に荷重センサ（ロードセル）を配置して、ロードセルにかかる垂直方向荷重を合計することにより乗員の重量を含むシート重量を計測する、との提案がなされている（同一出願人による特願平９−１５６６６６号、特願平１０−１２１６２７号等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、耐久性があり高精度で低コストのシート重量計測装置を得るには、低い歪を増幅させる歪検出機構を確立する必要がある。また、装置の機構中における部品の製作誤差や摩擦力による計測誤差をできるだけなくする必要がある。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、車両用シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置であって、より高精度の計測が行えるように改良を加えたシート重量計測装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
上記課題を解決するため、本発明のシート重量計測装置は、車両用シートの内部又はシートと車体の間に挿入された、シート重量に関連した荷重（モーメントをも含む、以下センサ印加荷重ともいう）を受けてこれを電気信号に変換する荷重センサを備え、シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置であって； 該荷重センサが、センサ印加荷重を受けて弾性変形するセンサ部材と、該センサ部材の１つの表面（歪計測面）に固着されたストレインゲージと、を有し、該センサ部材がセンサ印加荷重を受けたときに、該センサ部材の歪計測面の一部にほぼ均一な表面歪の領域が形成され、該領域が、該センサ部材の平面形状においてくびれた部分を挟んで対称配置されており、該ストレインゲージが該領域に固着されていることを特徴とする。
【０００６】
ほぼ表面歪の均一な領域にストレインゲージを固着（成膜も含む）すれば、ストレンゲージの位置が多少ズレても歪が変わらないので計測誤差とならない。したがって、計測精度を確保しつつ製造工程の品質要求を下げることができる。
【０００７】
本発明に関連するシート重量計測装置は、車両用シートの内部又はシートと車体の間に挿入された、シート重量に関連した荷重（モーメントをも含む、以下センサ印加荷重ともいう）を受けてこれを電気信号に変換する荷重センサを備え、シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置であって；該荷重センサが、センサ印加荷重を受けて弾性変形する片持ち梁のセンサ部材と、該センサ部材の１つの表面（歪計測面）に固着された複数のストレインゲージと、を有し、センサ印加荷重を受けてセンサ部材が変形したときに、複数のストレインゲージのうちの一部に引張歪がかかり他に圧縮歪がかかるようにセンサ部材を変形させる構成を持つことを特徴とする。
【０００８】
上記引張歪のかかるストレインゲージと圧縮歪のかかるストレインゲージをブリッジ回路上で逆位相に接続することにより、ストレインゲージの歪出力を増大させることができる。そのため、高感度の計測を行うにもかかわらず、センサの歪を低減して長寿命化が図れる。
また、ストレインゲージの固着される歪計測面は１つ（例えば板の片面）であるので、スクリーン印刷法などによりストレインゲージや配線層を成膜する場合に、成膜処理が片面で済む。そのためセンサの製造コストを低く抑えることができる。
【０００９】
本発明に関連するシート重量計測装置は、車両用シートの内部又はシートと車体の間に挿入された、シート重量に関連した荷重を受けてこれを電気信号に変換する荷重センサを備え、シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置であって；該荷重センサが、センサ印加荷重を受けて弾性変形するセンサ部材と、該センサ部材の１つの表面（歪計測面）に固着された複数のストレインゲージと、を有し、センサ部材が片持ち梁であり、一方の端を固定部とし、他方の端をセンサ印加荷重を印加する印加部とし、中央部をストレインゲージ固着部とし、固定部及び荷重印加部共に補強部材が当てられており、歪をストレインゲージ固着部に集中させることを特徴とする。
【００１０】
ストレインゲージ固着部に歪を集中させることにより、高感度の計測を行える。
【００１１】
この態様においては、上記センサ部材の荷重印加部にハーフアームが取り付けられており、該ハーフアームは、荷重印加部に当てられる比較的剛性の高い本体と、この本体から突出する羽根部と、を有するとともに、該羽根部に単純荷重（モーメントでない通常の荷重）の作用点が設けられており、該単純荷重がハーフアーム本体を介して上記センサ部材の荷重印加部に主に曲げモーメントとなって伝わる構造（折り返し構造）を有し、上記ハーフアームの折り返し構造でセンサ部材歪計測面に凹凸歪を付与することが好ましい。
また、上記ハーフアームの単純荷重作用点に、上下荷重以外をスライド式又は回動式に逃す機構が設けられており、上記センサ部材のストレインゲージ固着部が、平面形状においてくびれた部分を挟んで対称配置された圧縮・引張の均一表面歪領域を有することが好ましい。
【００１２】
上下以外の前後や回転モーメント荷重が加わっても凹凸部の歪バランスが変わり上下荷重に対する総合感度は変わらない。水平面内の方向（車体前後方向等）のズレがあっても、あるいはセンサ部材に軸重がかかっても圧縮のストレインゲージと引張のストレインゲージで誤差をキャンセルでき、両ストレインゲージの出力を合算した総合感度は誤差のない値となる。
【００１３】
また、本発明のシート重量計測装置においては、上記ハーフアームの荷重作用点と上記センサ部材の厚さ方向の中心線とがほぼ同一平面上ないしは±５mm以内の高さ差にあることが好ましい。すなわち、上記作用点に摩擦力（軸力）が作用した場合においても、その摩擦力によりセンサ部材をたわませるモーメントのアームが短い。したがって、摩擦力によってセンサ部材がたわむ程度が少なく、計測誤差が減る。
【００１４】
以下、図面を参照しつつ説明する。まず、図９を参照しつつ自動車のシート回りの構造を説明する。
図９（Ａ）は、シートを車体に取り付ける部分の構造例を模式的に示す正面断面図である。図９（Ｂ）は、側面図である。なお、図中における矢印は以下の方向を示す。上：車体が水平なときの重力方向上方向、下：同下方向、前：車両前進方向、後：車両後進方向、左：車両前進方向に向かって左、右：同右。
【００１５】
図９にはシート３が示されている。シート３のシートクッション３ａ上に人１が座る。シートクッション３ａの下面は鋼板製のシートフレーム５によって支持されている。シートフレーム５は、底板５ａ、横板５ｃ、縦板５ｅ、スライド板５ｇ等の部位からなる。底板５ａはシートクッション３ａの下面を覆うように広がっている。横板５ｃは、底板５ａの下面の左右側方に沿って延びている。縦板５ｅは横板５ｃの下面中央部から垂下している。スライド板５ｇは、縦板５ｅの左右に羽根のように突出しており、さらに先端部は上方に屈曲している。
【００１６】
シートレール７は、シート３の左右の下方に、前後方向に延びるように２本平行して設けられている。シートレール７の断面は、Ｕ字型をしており、内部に凹部７ｃが存在する。この凹部７ｃの上の口は前後方向に延びる溝７ａとなっている。この溝７ａにはシートフレーム５の縦板５ｅが入っている。
シートレール７の凹部７ｃ内には、シートフレーム７のスライド板５ｇが入っている。スライド板５ｇはシートレール７内で前後方向にスライド可能である。
【００１７】
シートレール７の下面にはシート重量計測装置９が連結されている。シート重量計測装置９は、前後方向に延びる細長い箱状の外形をしている。このシート重量計測装置９の詳細については後述する。
シート重量計測装置９の下面の前後端部にはシートブラケット１１が取り付けられている。このシートブラケット１１は車体のシート取付部１３にボルト等により固定されている。
【００１８】
図４は、本発明の１実施例に係るシート重量計測装置の全体構成を示す図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）及び（Ｄ）は正面断面図である。なお、図４（Ａ）、（Ｂ）において後方の約半分の部分は図示省略されている。
図５は、図４のシート重量計測装置のほぼ前半分の部分の斜視図である。
図６は、センサ板周りの詳細構成を示す一部破断斜視図である。
図７は、センサ板の詳細構成を示す平面図である。
図８は、センサ板とハーフアームの関係を示す図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は無荷重状態の側面図、（Ｃ）は荷重がかかった状態を模式的に示す側面図である。
【００１９】
このシート重量計測装置９は細長いベース２１を基体として構成されている。ベース２１は、車体に取り付けたときに前後方向に長く延びており、図４（Ｃ）、（Ｄ）あるいは図５に示すように、正面断面が上向きコの字状の鋼板プレス品である。ベース２１の断面の底の部分を底板２１ｃと呼び、底板２１ｃの左右端から９０°曲がって上に立ち上がる部分を側板２１ａと呼ぶ。
【００２０】
ベース側板２１ａには、図５（Ａ）に最もよく示すように、前後それぞれ２カ所ずつのピン孔２１ｅ、２１ｇが開けられている。各孔２１ｅ、２１ｇは、左右の側板２１ａ、２１ａ′に対向して開けられている。
端寄りの孔２１ｅは、ベース２１の前後端からベース２１全長の約１／８程度中央に寄った部位に開けられている。同孔２１ｅは、上下に長く延びる長孔である。この長孔２１ｅ内には、ブラケットピン２７の端部が入っている。
【００２１】
ブラケットピン２７と長孔２１ｅの上下・左右には隙間があって、通常はブラケットピン２７が長孔２１ｅの内縁に触れることはない。しかしながら、このシート重量計測装置９（具体的にはピンブラケット２５の部分）に過大な荷重がかかったときには、ブラケットピン２７が下がって長孔２１ｅの下縁に当たり、超過荷重は荷重センサ（センサ板５１、詳細後述）には伝わらない。つまり、ピン２７と長孔２１ｅは、センサ板５１に加える荷重の上限を制限する機構の一部を構成する。なお、ブラケットピン２７の主な役割は、ピンブラケット２５にかかるシート重量をＺアーム２３に伝えることである。
【００２２】
長孔２１ｅのやや中央寄り（ベース２１全長の約１／１０中央寄りのところ）にはピン孔２１ｇが開けられている。同孔２１ｇには、ベースピン３１が貫通している。ベースピン３１は、左右のベース側板２１ａ、２１ａ′間を掛け渡すように存在する。ピン３１の左右の端部にはリテーナー３３が取り付けられており、ベースピン３１がベース２１に固定されている。なお、ベースピン３１はＺアーム２３の回動中心軸である。
【００２３】
Ｚアーム２３は、ベース２１の内側に配置されている。Ｚアーム２３の平面形状は、中央寄り（図４、５の右寄り）が左右二叉に分かれ（叉部２３ｈ）、端寄りが長方形をしている。Ｚアーム２３の端寄りの半分の部分の左右端部には、上方に９０°折り返された側板２３ａが形成されている。叉部２３ｈは単なる平たい板である。Ｚアーム側板２３ａは、ベース２１の側板２１ａの内側に沿っている。ただし、両側面２３ａ、２１ａ間には隙間がある。
【００２４】
Ｚアーム側板２３ａにも２カ所のピン孔２３ｃ、２３ｅが開けられている。前後端寄りのピン孔２３ｃにはブラケットピン２７が貫通している。ピン孔２３ｃとブラケットピン２７とは、ほとんど摺動しない。中央寄りのピン孔２３ｅにはベースピン３１が貫通している。ベースピン３１は、Ｚアーム２３の回動中心であり、ピン孔２３ｅとベースピン３１の間では、Ｚアーム２３の回動分だけ摺動がある。ベースピン３１外周のベース側板２１ａとＺアーム側板２３ａの間には、孔開き円板状のスペーサ３５（図４（Ｄ）参照、図５には不図示）がはめ込まれている。
【００２５】
Ｚアーム２３の叉部２３ｈは、ほぼＺアーム２３の全長の半分の長さである。同部２３ｈは、左右に分かれて前後方向中央寄りに延びており、中央寄りでは巾狭となっている。Ｚアーム叉部２３ｈの先端の作用部２３ｊは、図６に示すように、上下のハーフアーム４１、４２の羽根部４１ａ、４２ａの間にはさまれている。
ピンブラケット２５に荷重がかかると、Ｚアーム２３はわずかに回動して（最大約５°）、作用部２３ｊはハーフアーム４１、４２を介してセンサ板５１に荷重を伝える。
【００２６】
ピンブラケット２５は、図４（Ｃ）あるいは図５（Ｂ）（拡大図）に示すように断面形状が下向き略コの字状である。前後方向の長さは、ベース２１のほぼ１／２０とあまり長くない。ピンブラケット２５の上面２５ａは平らであり、ここに図５に示すシートレール７が載る。両者の間は、ボルト締結等により強固に連結される。
【００２７】
ピンブラケット２５の左右側板２５ｂは同ブラケット２５の左右に垂下しており、その下端部は内側寄りに曲がっている。側板２５ｂはＺアーム側板２３ａの内側に遊びを持たせて配置されている。側板２５ｂにはピン孔２５ｃが開いている。この孔２５ｃには、ブラケットピン２７が貫通している。ピン孔２５ｃの寸法はブラケットピン２７の径よりも大きい。両者の隙間によりシートや車体の寸法誤差や不測の変形を吸収する。
【００２８】
ピンブラケット２５の左右側板２５ｂと左右のＺアーム側板２３ａの間には、バネ板２９がはさまれている。バネ板２９は、孔の開いたバネ座金状の部分を有し、ブラケットピン２７の外側に隙間を持たせてはめ込んである。このバネ板２９は、ピンブラケット２５を中央方向に付勢するセンタリング機構を構成する。このようなセンタリング機構は、ピンブラケット２５をスライド可能範囲の中心付近に極力位置させる。このセンタリング機構の作用により、シート重量計測装置取り付け後において、スライド機構や回動機構の可動範囲を両方向（左右、上下、前後）に確保することができる。
【００２９】
次にセンサ板（センサ部材）５１周りの構成について説明する。
まずセンサ板５１自体の構成を説明する。
図７は、本発明の１実施例に係るシート重量計測装置のセンサ板の構成例を示す図である。図７（Ａ）はセンサ板の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のストレインゲージ及び配線部の断面構造を模式的に示す側面断面図であり、（Ｃ）はセンサの回路図である。
【００３０】
センサ５０の母材であるセンサ板（バネ材）５１の上には、電気絶縁のための絶縁層（下絶縁層）５２が形成されている。この絶縁層５２の上に配線層５３が選択的に形成されている。さらに、この配線層５３の上に抵抗層５４が選択的に形成され、ストレインゲージが構成されている。そして、それらの保護膜としての絶縁層（上絶縁層）５５が形成されている。このように、バネ材５１の上に抵抗などの電気回路を直接に積層形成しているので、加工コストや組付けコストを低減でき、さらに耐熱性や耐腐食性を向上できる。
【００３１】
センサ板５１は、全体として二カ所のくびれの入った長方形の板である。センサ板５１の中央部には中心軸孔５１ａが開けられている。センサ板５１の両端部には、ボルト孔５１ｂが開けられている。中心軸孔５１ａの周縁から中心軸孔５１ａと両ボルト孔５１ｂの間にかけて、センサ５０が形成されている。荷重センサ５０の形成領域のうち中心軸孔５１ａと両ボルト孔５１ｂの間の領域５１ｃには、両側にＶ字状にえぐられたくびれが設けられている。このくびれにより、センサ板５１が変形する部分が位置的に固定されるため、センサ５０の表面歪の位置変化も固定され感度が安定となる。
【００３２】
センサ５０は、中心軸孔５１ａの中心に対してほぼ左右対称に配置されている。センサ５０を構成する４個の歪抵抗（ストレインゲージ）は、ボルト孔５１ｂ寄り（端寄り）に引張歪側の２個の歪抵抗５４ａ、５４ｂが配置されており、中心軸孔５１ａ寄り（中央寄り）に、圧縮歪側の２個の歪抵抗５４ｃ、５４ｄが配置されている。そして、４個の歪抵抗５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄは、図７（Ｃ）のようなブリッジ回路を形成するように、配線５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄにより接続されている。なお、図中の四角の中に１、２、３、４の数字が入っているものは端子を示す。
【００３３】
歪抵抗５４ａ、５４ｃと歪抵抗５４ｂ、５４ｄの間には、感度調整抵抗５４ｅが配置されている。
なお、歪抵抗５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄによってセンサ板５１の歪を検出する代わりに、静電容量センサやホール素子等によってセンサ板５１のたわみを検出し、そのたわみを荷重に換算してもよい。
【００３４】
次にセンサ板５１周りの構造を図６、図８を参照しつつ説明する。
センサ板５１は、ベース底板２１ｃの中央部において、コラム６３上に、座金６７、ナット６８により強固に固定されている。
【００３５】
ハーフアーム４１、４２は、前後・上下４枚組みの部品であって、センサ板５１の前後を上下から挟むように組み込まれている。個々のハーフアーム４１、４２は同じ形状をしているので、上ハーフアーム４１について説明する。
ハーフアーム本体部４１ｃは、長方形の板状のものであってその中央部には取付孔４１ｅ（図８（Ｂ）参照）が開いている。本体部４１ｃの中央寄りの縁部には、後方（又は前方）及び左右方向に延びる羽根部４１ａが突設されている。羽根部４１ａの裏面には、左右方向に延びる堤状の支点４１ｂが形成されている。支点４１ｂの先はやや尖った稜となっている。
【００３６】
次に、上下ハーフアーム４１、４２、センサ板５１、Ｚアーム作用部２３ｊの組み立て構造について説明する。
上ハーフアーム４１の本体部４１ｃの下面及び下ハーフアーム４２の本体部４２ｃの上面はフラットな面であって、センサ板５１の表面にピッタリ合わせてビス４３で固定されている。上下のハーフアーム４１、４２の羽根部４１ａ、４２ａは、支点４１ｂ、４２ｂ同士を対向させて向かい合っている。両支点４１ｂ、４２ｂの間にはＺアーム２３の作用部２３ｊが挟まれている。なお、支点の位置は、２枚のストレインゲージ５４ａ、５４ｃあるいは５４ｄ、５４ｂのちょうど中間（センサ板５１のくびれ部５１ｃ）に位置する。
【００３７】
シート重量計測装置９のピンブラケット２５に荷重がかかると、Ｚアーム２３がわずかに回動してその作用部２３ｊが上に持ち上げられる。このときのセンサ板やハーフアームの様子を模式的に誇張して示すのが図８（Ｃ）である。
Ｚアーム作用部２３ｊが持ち上げられると、上ハーフアーム４１の支点４１ｂが持ち上げられる。このため、センサ板５１の前後方向端部にモーメントＭがかかる。このモーメントＭにより、前後方向端部のストレインゲージ５４ａ、５４ｂは引っ張られ、中央部のストレインゲージ５４ｃ、５４ｄは圧縮される。これによる各ストレインゲージの抵抗変化を電気信号として取り出して、センサ板の歪ひいてはピンブラケット２５にかかる荷重を計測する。
【００３８】
次に、図１、２、３を参照しつつ本発明の１実施例に係るシート重量計測装置のセンサ板周辺の構造の作用について説明する。
図１は、本発明の１実施例に係るシート重量計測装置のセンサ板周辺の構造の作用を説明するための図である。（Ａ）は側面図である、（Ｂ）はセンサ板の平面図である、（Ｃ）はセンサ板表面の歪分布を模式的に示すグラフである。なお、図はいずれもセンサ板の前半部及び中央部を示す。
図２は、ハーフアームの支点に軸力（前後方向の力）がかかった場合の作用を説明するための側面図である。
図３は、ハーフアームの支点にかかる軸力が計測データに及ぼす影響を調べたデータのグラフである。
【００３９】
図１（Ａ）に示すように、Ｚアーム２３はシート重量に応じて上方にわずかに回動し（図４（Ｂ）参照）、ハーフアーム４１の羽根部４１ａの支点４１ｂを持ち上げる。この持ち上げる力Ｗに応じて、ハーフアーム本体部４１ｃからセンサ板５１にモーメントＭが伝わる。モーメントＭによりセンサ板５１は凹凸にたわみ、表面歪が引張（＋）の領域５１ｙと、表面歪が圧縮（−）の領域５１ｚが生じる。
【００４０】
ここで、上述のように、センサ板５１の端部を上下から挟むハーフアーム４１及び４２の本体部４１ｃ及び４２ｃは分厚く剛性が高いので、同部４１ｃ、４２ｃによって挟まれているセンサ板５１の荷重印加部５１ｘはほとんど歪まない。また、センサ板５１の中央部（固定部５１ｗ）も、剛性の高い座金６７やコラム６３に上下から挟まれているので、同部５１ｗもほとんど歪まない。
【００４１】
一方、荷重印加部５１ｘと中央固定部５１ｗの間の部分は、図１（Ｂ）に示すように、真中にくびれ部５１ｃを挟んで、二つの略三角形の部分が対向している平面形状となっている。この部分には、引張側の均一表面歪領域５１ｙと圧縮側の均一表面歪領域５１ｚが形成される。領域５１ｙ、５１ｚには、引張側のストレインゲージ５４ａ又は圧縮側のストレインゲージ５４ｃが固着されている。
【００４２】
このため、上記引張歪のかかるストレインゲージと圧縮歪のかかるストレインゲージをブリッジ回路上で逆位相に接続することにより、ストレインゲージの歪出力を増大させることができる。そのため、高感度の計測を行うにもかかわらず、センサの歪を低減して長寿命化が図れる。
また、ストレインゲージの固着される歪計測面はセンサ板５１の片面であるので、スクリーン印刷法などによりストレインゲージや配線層を成膜する場合に、成膜処理が片面で済む。そのためセンサの製造コストを低く抑えることができる。
【００４３】
また、ほぼ表面歪の均一な領域にストレインゲージを固着（成膜も含む）すれば、ストレンゲージの位置が多少ズレても歪が変わらないので計測誤差とならない。したがって、計測精度を確保しつつ製造工程の品質要求を下げることができる。
【００４４】
さらに、ストレインゲージ固着部に歪を集中させることにより、高感度の計測を行えるとともに他の部分の部品の製作誤差・組立誤差があっても計測誤差が生じることがない。
【００４５】
次に、Ｚアーム２３からハーフアームに作用する軸力について、図２を参照しつつ説明する。前述のように、Ｚアーム２３の作用部２３ｊからは、ハーフアーム４１の羽根部４１ａの支点４１ｂに力Ｗが作用する。この力Ｗは、ハーフアーム２３の構造から、ほとんどが上下方向の力Ｗv である。しかし、一部に水平方向の成分Ｗh が混在することもありうる。また、Ｚアーム２３の伸びや位置ズレにより、支点４１ｂに横方向の摩擦力が作用することもあり得る。
【００４６】
摩擦や変形による力については、Ｚアーム作用部２３ｊと支点４１ｂとが軸方向（前後方向）に拘束されておらず、滑りやすい線接触構造となっているので、極力ハーフアーム４１に軸力がかからない（逃す）ようにすることができる。
さらに、軸力Ｗh がかかった場合においても、引張側のストレインゲージ５４ａと圧縮側５４ｃの出力を差し引くことにより、センサ板５１に働く軸方向応力をキャンセルできる。
【００４７】
この様子を示すのが図３である。図３のグラフの横軸はシートにかかる荷重（単位ｋｇｆ）を表し、縦軸はストレインゲージの出力（単位ｍＶ）を表す。
図中に示す圧縮側及び引張側のストレインゲージの出力には、荷重の上げ下げに伴うヒステリシスがはっきりと見られる。これは、荷重の上げ下げ時にＺアームとハーフアーム間に軸力が生じているためである。しかし、引張側から圧縮側を差し引いた合計には、ほとんどヒステリシスが見られず、リニアリティーのよいデータとなっている。これは、上述の軸力キャンセル作用のおかげである。
【００４８】
すなわち、上下以外の前後や回転モーメント荷重が加わっても凹凸部の歪バランスが変わり、センサの上下荷重に対する総合感度は変わらない。つまり、水平面内の方向（車体前後方向等）のズレがあっても、あるいはセンサ板に軸重がかかっても圧縮のストレインゲージと引張のストレインゲージで誤差をキャンセルでき、両ストレインゲージの出力を合算した総合感度は誤差のない値となる。
【００４９】
なお、軸力Ｗh があると、センサ板５１の中心線とハーフアーム支点４１ｂとの間隔Ｓ（図２）がモーメントアームとなって、Ｗh ×Ｓのモーメントがセンサ板５１にかかり誤差要因を生むこととなる。そこで、本発明のシート重量計測装置においては、上記ハーフアーム４１の荷重作用点４１ｂと上記センサ板５１の厚さ方向の中心線とがほぼ同一平面上ないしは±５mm以内の高さ差にあるようにしている。すなわち、上記作用点４１ｂに摩擦力（軸力Ｗh ）が作用した場合においても、その摩擦力によりセンサ板をたわませるモーメントのアームが短い。したがって、摩擦力によってセンサ板がたわむ程度が少なく、計測誤差が減る。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、車両用シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置において、耐久性があり高精度で低コストのシート重量計測装置を得ることができる。また、装置の機構中における部品の製作誤差や摩擦力による計測誤差の少ないシート重量計測装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係るシート重量計測装置のセンサ板周辺の構造の作用を説明するための図である。（Ａ）は側面図である、（Ｂ）はセンサ板の平面図である、（Ｃ）はセンサ板表面の歪分布を模式的に示すグラフである。なお、図はいずれもセンサ板の前半部及び中央部を示す。
【図２】ハーフアームの支点に軸力（前後方向の力）がかかった場合の作用を説明するための側面図である。
【図３】ハーフアームの支点にかかる軸力が計測データに及ぼす影響を調べたデータのグラフである。
【図４】本発明の１実施例に係るシート重量計測装置の全体構成を示す図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）及び（Ｄ）は正面断面図である。
【図５】図５（Ａ）は図４のシート重量計測装置のほぼ前半分の部分の斜視図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の左右方向に沿う一部断面図である。
【図６】センサ板周りの詳細構成を示す一部破断斜視図である。
【図７】本発明の１実施例に係るシート重量計測装置のセンサ板の構成例を示す図である。図７（Ａ）はセンサ板の平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のストレインゲージ及び配線部の断面構造を模式的に示す側面断面図であり、図７（Ｃ）はセンサの回路図である。
【図８】センサ板とハーフアームの関係を示す図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は無荷重状態の側面図、（Ｃ）は荷重がかかった状態を模式的に示す側面図である。
【図９】（Ａ）は、シートを車体に取り付ける部分の構造例を模式的に示す正面断面図である。（Ｂ）は、側面図である。
【符号の説明】
１ 人 ３ シート
３ａ シートクッション ５ シートフレーム
５ａ 底板 ５ｃ 横板
５ｅ 縦板 ５ｇ スライド板
７ シートレール ７ａ 溝
７ｃ 凹部 ９ シート重量計測装置
１１ シートブラケット １３ 車体（シート取付部）
２１ ベース ２１ａ 側板
２１ｃ 底板 ２１ｅ 長孔（ピン孔）
２１ｇ ピン孔 ２３ Ｚアーム
２３ａ 側板 ２３ｃ ピン孔
２３ｅ ピン孔 ２３ｈ 叉部
２３ｊ 作用部 ２５ ピンブラケット
２５ａ 上面 ２５ｂ 側板
２５ｃ 孔 ２７ ブラケットピン
２９ バネ板 ３１ ベースピン
３３ リテーナー ３５ スペーサ
４１ 上ハーフアーム ４１ａ、４２ａ 羽根部
４１ｂ 支点 ４１ｃ、４２ｃ 本体部
４１ｅ 取付孔 ４２ 下ハーフアーム
４３ ビス ５０ センサ部
５１ センサ板 ５１ａ 中心軸孔
５１ｂ ボルト孔 ５１ｃ くびれ部
５１ｗ 中央固定部 ５１ｘ 荷重印加部
５１ｙ 引張領域 ５１ｚ 圧縮領域
５２ 絶縁層（下絶縁層） ５３ 配線層
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ 配線
５４ 抵抗層 ５５ 絶縁層（上絶縁層）
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ 歪抵抗
５４ｅ 感度調整抵抗 ６３ コラム
６７ 座金 ６８ ナット
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置に関する。特には、より高精度の計測が行えるように改良を加えたシート重量計測装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
自動車には乗員の安全を確保するための設備としてシートベルトやエアバッグが備えられる。最近では、シートベルトやエアバッグの性能をより向上させるため、乗員の重量（体重）に合わせてそれらの安全設備の動作をコントロールしようという動向がある。例えば、乗員の体重に合わせて、エアバッグの展開ガス量や展開速度を調整したり、シートベルトのプリテンションを調整したりする。そのためには、シートに座っている乗員の重量を何らかの手段で知る必要がある。そのような手段の一例として、シートの下の前後左右４隅に荷重センサ（ロードセル）を配置して、ロードセルにかかる垂直方向荷重を合計することにより乗員の重量を含むシート重量を計測する、との提案がなされている（同一出願人による特願平９−１５６６６６号、特願平１０−１２１６２７号等）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、耐久性があり高精度で低コストのシート重量計測装置を得るには、低い歪を増幅させる歪検出機構を確立する必要がある。また、装置の機構中における部品の製作誤差や摩擦力による計測誤差をできるだけなくする必要がある。
【０００４】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、車両用シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置であって、より高精度の計測が行えるように改良を加えたシート重量計測装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段及び発明の実施の形態】
上記課題を解決するため、本発明のシート重量計測装置は、車両用シートの内部又はシートと車体の間に挿入された、シート重量に関連した荷重（モーメントをも含む、以下センサ印加荷重ともいう）を受けてこれを電気信号に変換する荷重センサを備え、シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置であって； 該荷重センサが、センサ印加荷重を受けて弾性変形するセンサ部材と、該センサ部材の１つの表面（歪計測面）に固着されたストレインゲージと、を有し、該センサ部材がセンサ印加荷重を受けたときに、該センサ部材の歪計測面の一部にほぼ均一な表面歪の領域が形成され、該領域が、該センサ部材の平面形状においてくびれた部分を挟んで対称配置されており、該ストレインゲージが該領域に固着されていることを特徴とする。
【０００６】
ほぼ表面歪の均一な領域にストレインゲージを固着（成膜も含む）すれば、ストレンゲージの位置が多少ズレても歪が変わらないので計測誤差とならない。したがって、計測精度を確保しつつ製造工程の品質要求を下げることができる。
【０００７】
本発明に関連するシート重量計測装置は、車両用シートの内部又はシートと車体の間に挿入された、シート重量に関連した荷重（モーメントをも含む、以下センサ印加荷重ともいう）を受けてこれを電気信号に変換する荷重センサを備え、シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置であって；該荷重センサが、センサ印加荷重を受けて弾性変形する片持ち梁のセンサ部材と、該センサ部材の１つの表面（歪計測面）に固着された複数のストレインゲージと、を有し、センサ印加荷重を受けてセンサ部材が変形したときに、複数のストレインゲージのうちの一部に引張歪がかかり他に圧縮歪がかかるようにセンサ部材を変形させる構成を持つことを特徴とする。
【０００８】
上記引張歪のかかるストレインゲージと圧縮歪のかかるストレインゲージをブリッジ回路上で逆位相に接続することにより、ストレインゲージの歪出力を増大させることができる。そのため、高感度の計測を行うにもかかわらず、センサの歪を低減して長寿命化が図れる。
また、ストレインゲージの固着される歪計測面は１つ（例えば板の片面）であるので、スクリーン印刷法などによりストレインゲージや配線層を成膜する場合に、成膜処理が片面で済む。そのためセンサの製造コストを低く抑えることができる。
【０００９】
本発明に関連するシート重量計測装置は、車両用シートの内部又はシートと車体の間に挿入された、シート重量に関連した荷重を受けてこれを電気信号に変換する荷重センサを備え、シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置であって；該荷重センサが、センサ印加荷重を受けて弾性変形するセンサ部材と、該センサ部材の１つの表面（歪計測面）に固着された複数のストレインゲージと、を有し、センサ部材が片持ち梁であり、一方の端を固定部とし、他方の端をセンサ印加荷重を印加する印加部とし、中央部をストレインゲージ固着部とし、固定部及び荷重印加部共に補強部材が当てられており、歪をストレインゲージ固着部に集中させることを特徴とする。
【００１０】
ストレインゲージ固着部に歪を集中させることにより、高感度の計測を行える。
【００１１】
この態様においては、上記センサ部材の荷重印加部にハーフアームが取り付けられており、該ハーフアームは、荷重印加部に当てられる比較的剛性の高い本体と、この本体から突出する羽根部と、を有するとともに、該羽根部に単純荷重（モーメントでない通常の荷重）の作用点が設けられており、該単純荷重がハーフアーム本体を介して上記センサ部材の荷重印加部に主に曲げモーメントとなって伝わる構造（折り返し構造）を有し、上記ハーフアームの折り返し構造でセンサ部材歪計測面に凹凸歪を付与することが好ましい。
また、上記ハーフアームの単純荷重作用点に、上下荷重以外をスライド式又は回動式に逃す機構が設けられており、上記センサ部材のストレインゲージ固着部が、平面形状においてくびれた部分を挟んで対称配置された圧縮・引張の均一表面歪領域を有することが好ましい。
【００１２】
上下以外の前後や回転モーメント荷重が加わっても凹凸部の歪バランスが変わり上下荷重に対する総合感度は変わらない。水平面内の方向（車体前後方向等）のズレがあっても、あるいはセンサ部材に軸重がかかっても圧縮のストレインゲージと引張のストレインゲージで誤差をキャンセルでき、両ストレインゲージの出力を合算した総合感度は誤差のない値となる。
【００１３】
また、本発明のシート重量計測装置においては、上記ハーフアームの荷重作用点と上記センサ部材の厚さ方向の中心線とがほぼ同一平面上ないしは±５mm以内の高さ差にあることが好ましい。すなわち、上記作用点に摩擦力（軸力）が作用した場合においても、その摩擦力によりセンサ部材をたわませるモーメントのアームが短い。したがって、摩擦力によってセンサ部材がたわむ程度が少なく、計測誤差が減る。
【００１４】
以下、図面を参照しつつ説明する。まず、図９を参照しつつ自動車のシート回りの構造を説明する。
図９（Ａ）は、シートを車体に取り付ける部分の構造例を模式的に示す正面断面図である。図９（Ｂ）は、側面図である。なお、図中における矢印は以下の方向を示す。上：車体が水平なときの重力方向上方向、下：同下方向、前：車両前進方向、後：車両後進方向、左：車両前進方向に向かって左、右：同右。
【００１５】
図９にはシート３が示されている。シート３のシートクッション３ａ上に人１が座る。シートクッション３ａの下面は鋼板製のシートフレーム５によって支持されている。シートフレーム５は、底板５ａ、横板５ｃ、縦板５ｅ、スライド板５ｇ等の部位からなる。底板５ａはシートクッション３ａの下面を覆うように広がっている。横板５ｃは、底板５ａの下面の左右側方に沿って延びている。縦板５ｅは横板５ｃの下面中央部から垂下している。スライド板５ｇは、縦板５ｅの左右に羽根のように突出しており、さらに先端部は上方に屈曲している。
【００１６】
シートレール７は、シート３の左右の下方に、前後方向に延びるように２本平行して設けられている。シートレール７の断面は、Ｕ字型をしており、内部に凹部７ｃが存在する。この凹部７ｃの上の口は前後方向に延びる溝７ａとなっている。この溝７ａにはシートフレーム５の縦板５ｅが入っている。
シートレール７の凹部７ｃ内には、シートフレーム７のスライド板５ｇが入っている。スライド板５ｇはシートレール７内で前後方向にスライド可能である。
【００１７】
シートレール７の下面にはシート重量計測装置９が連結されている。シート重量計測装置９は、前後方向に延びる細長い箱状の外形をしている。このシート重量計測装置９の詳細については後述する。
シート重量計測装置９の下面の前後端部にはシートブラケット１１が取り付けられている。このシートブラケット１１は車体のシート取付部１３にボルト等により固定されている。
【００１８】
図４は、本発明の１実施例に係るシート重量計測装置の全体構成を示す図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）及び（Ｄ）は正面断面図である。なお、図４（Ａ）、（Ｂ）において後方の約半分の部分は図示省略されている。
図５は、図４のシート重量計測装置のほぼ前半分の部分の斜視図である。
図６は、センサ板周りの詳細構成を示す一部破断斜視図である。
図７は、センサ板の詳細構成を示す平面図である。
図８は、センサ板とハーフアームの関係を示す図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は無荷重状態の側面図、（Ｃ）は荷重がかかった状態を模式的に示す側面図である。
【００１９】
このシート重量計測装置９は細長いベース２１を基体として構成されている。ベース２１は、車体に取り付けたときに前後方向に長く延びており、図４（Ｃ）、（Ｄ）あるいは図５に示すように、正面断面が上向きコの字状の鋼板プレス品である。ベース２１の断面の底の部分を底板２１ｃと呼び、底板２１ｃの左右端から９０°曲がって上に立ち上がる部分を側板２１ａと呼ぶ。
【００２０】
ベース側板２１ａには、図５（Ａ）に最もよく示すように、前後それぞれ２カ所ずつのピン孔２１ｅ、２１ｇが開けられている。各孔２１ｅ、２１ｇは、左右の側板２１ａ、２１ａ′に対向して開けられている。
端寄りの孔２１ｅは、ベース２１の前後端からベース２１全長の約１／８程度中央に寄った部位に開けられている。同孔２１ｅは、上下に長く延びる長孔である。この長孔２１ｅ内には、ブラケットピン２７の端部が入っている。
【００２１】
ブラケットピン２７と長孔２１ｅの上下・左右には隙間があって、通常はブラケットピン２７が長孔２１ｅの内縁に触れることはない。しかしながら、このシート重量計測装置９（具体的にはピンブラケット２５の部分）に過大な荷重がかかったときには、ブラケットピン２７が下がって長孔２１ｅの下縁に当たり、超過荷重は荷重センサ（センサ板５１、詳細後述）には伝わらない。つまり、ピン２７と長孔２１ｅは、センサ板５１に加える荷重の上限を制限する機構の一部を構成する。なお、ブラケットピン２７の主な役割は、ピンブラケット２５にかかるシート重量をＺアーム２３に伝えることである。
【００２２】
長孔２１ｅのやや中央寄り（ベース２１全長の約１／１０中央寄りのところ）にはピン孔２１ｇが開けられている。同孔２１ｇには、ベースピン３１が貫通している。ベースピン３１は、左右のベース側板２１ａ、２１ａ′間を掛け渡すように存在する。ピン３１の左右の端部にはリテーナー３３が取り付けられており、ベースピン３１がベース２１に固定されている。なお、ベースピン３１はＺアーム２３の回動中心軸である。
【００２３】
Ｚアーム２３は、ベース２１の内側に配置されている。Ｚアーム２３の平面形状は、中央寄り（図４、５の右寄り）が左右二叉に分かれ（叉部２３ｈ）、端寄りが長方形をしている。Ｚアーム２３の端寄りの半分の部分の左右端部には、上方に９０°折り返された側板２３ａが形成されている。叉部２３ｈは単なる平たい板である。Ｚアーム側板２３ａは、ベース２１の側板２１ａの内側に沿っている。ただし、両側面２３ａ、２１ａ間には隙間がある。
【００２４】
Ｚアーム側板２３ａにも２カ所のピン孔２３ｃ、２３ｅが開けられている。前後端寄りのピン孔２３ｃにはブラケットピン２７が貫通している。ピン孔２３ｃとブラケットピン２７とは、ほとんど摺動しない。中央寄りのピン孔２３ｅにはベースピン３１が貫通している。ベースピン３１は、Ｚアーム２３の回動中心であり、ピン孔２３ｅとベースピン３１の間では、Ｚアーム２３の回動分だけ摺動がある。ベースピン３１外周のベース側板２１ａとＺアーム側板２３ａの間には、孔開き円板状のスペーサ３５（図４（Ｄ）参照、図５には不図示）がはめ込まれている。
【００２５】
Ｚアーム２３の叉部２３ｈは、ほぼＺアーム２３の全長の半分の長さである。同部２３ｈは、左右に分かれて前後方向中央寄りに延びており、中央寄りでは巾狭となっている。Ｚアーム叉部２３ｈの先端の作用部２３ｊは、図６に示すように、上下のハーフアーム４１、４２の羽根部４１ａ、４２ａの間にはさまれている。
ピンブラケット２５に荷重がかかると、Ｚアーム２３はわずかに回動して（最大約５°）、作用部２３ｊはハーフアーム４１、４２を介してセンサ板５１に荷重を伝える。
【００２６】
ピンブラケット２５は、図４（Ｃ）あるいは図５（Ｂ）（拡大図）に示すように断面形状が下向き略コの字状である。前後方向の長さは、ベース２１のほぼ１／２０とあまり長くない。ピンブラケット２５の上面２５ａは平らであり、ここに図５に示すシートレール７が載る。両者の間は、ボルト締結等により強固に連結される。
【００２７】
ピンブラケット２５の左右側板２５ｂは同ブラケット２５の左右に垂下しており、その下端部は内側寄りに曲がっている。側板２５ｂはＺアーム側板２３ａの内側に遊びを持たせて配置されている。側板２５ｂにはピン孔２５ｃが開いている。この孔２５ｃには、ブラケットピン２７が貫通している。ピン孔２５ｃの寸法はブラケットピン２７の径よりも大きい。両者の隙間によりシートや車体の寸法誤差や不測の変形を吸収する。
【００２８】
ピンブラケット２５の左右側板２５ｂと左右のＺアーム側板２３ａの間には、バネ板２９がはさまれている。バネ板２９は、孔の開いたバネ座金状の部分を有し、ブラケットピン２７の外側に隙間を持たせてはめ込んである。このバネ板２９は、ピンブラケット２５を中央方向に付勢するセンタリング機構を構成する。このようなセンタリング機構は、ピンブラケット２５をスライド可能範囲の中心付近に極力位置させる。このセンタリング機構の作用により、シート重量計測装置取り付け後において、スライド機構や回動機構の可動範囲を両方向（左右、上下、前後）に確保することができる。
【００２９】
次にセンサ板（センサ部材）５１周りの構成について説明する。
まずセンサ板５１自体の構成を説明する。
図７は、本発明の１実施例に係るシート重量計測装置のセンサ板の構成例を示す図である。図７（Ａ）はセンサ板の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のストレインゲージ及び配線部の断面構造を模式的に示す側面断面図であり、（Ｃ）はセンサの回路図である。
【００３０】
センサ５０の母材であるセンサ板（バネ材）５１の上には、電気絶縁のための絶縁層（下絶縁層）５２が形成されている。この絶縁層５２の上に配線層５３が選択的に形成されている。さらに、この配線層５３の上に抵抗層５４が選択的に形成され、ストレインゲージが構成されている。そして、それらの保護膜としての絶縁層（上絶縁層）５５が形成されている。このように、バネ材５１の上に抵抗などの電気回路を直接に積層形成しているので、加工コストや組付けコストを低減でき、さらに耐熱性や耐腐食性を向上できる。
【００３１】
センサ板５１は、全体として二カ所のくびれの入った長方形の板である。センサ板５１の中央部には中心軸孔５１ａが開けられている。センサ板５１の両端部には、ボルト孔５１ｂが開けられている。中心軸孔５１ａの周縁から中心軸孔５１ａと両ボルト孔５１ｂの間にかけて、センサ５０が形成されている。荷重センサ５０の形成領域のうち中心軸孔５１ａと両ボルト孔５１ｂの間の領域５１ｃには、両側にＶ字状にえぐられたくびれが設けられている。このくびれにより、センサ板５１が変形する部分が位置的に固定されるため、センサ５０の表面歪の位置変化も固定され感度が安定となる。
【００３２】
センサ５０は、中心軸孔５１ａの中心に対してほぼ左右対称に配置されている。センサ５０を構成する４個の歪抵抗（ストレインゲージ）は、ボルト孔５１ｂ寄り（端寄り）に引張歪側の２個の歪抵抗５４ａ、５４ｂが配置されており、中心軸孔５１ａ寄り（中央寄り）に、圧縮歪側の２個の歪抵抗５４ｃ、５４ｄが配置されている。そして、４個の歪抵抗５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄは、図７（Ｃ）のようなブリッジ回路を形成するように、配線５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄにより接続されている。なお、図中の四角の中に１、２、３、４の数字が入っているものは端子を示す。
【００３３】
歪抵抗５４ａ、５４ｃと歪抵抗５４ｂ、５４ｄの間には、感度調整抵抗５４ｅが配置されている。
なお、歪抵抗５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄによってセンサ板５１の歪を検出する代わりに、静電容量センサやホール素子等によってセンサ板５１のたわみを検出し、そのたわみを荷重に換算してもよい。
【００３４】
次にセンサ板５１周りの構造を図６、図８を参照しつつ説明する。
センサ板５１は、ベース底板２１ｃの中央部において、コラム６３上に、座金６７、ナット６８により強固に固定されている。
【００３５】
ハーフアーム４１、４２は、前後・上下４枚組みの部品であって、センサ板５１の前後を上下から挟むように組み込まれている。個々のハーフアーム４１、４２は同じ形状をしているので、上ハーフアーム４１について説明する。
ハーフアーム本体部４１ｃは、長方形の板状のものであってその中央部には取付孔４１ｅ（図８（Ｂ）参照）が開いている。本体部４１ｃの中央寄りの縁部には、後方（又は前方）及び左右方向に延びる羽根部４１ａが突設されている。羽根部４１ａの裏面には、左右方向に延びる堤状の支点４１ｂが形成されている。支点４１ｂの先はやや尖った稜となっている。
【００３６】
次に、上下ハーフアーム４１、４２、センサ板５１、Ｚアーム作用部２３ｊの組み立て構造について説明する。
上ハーフアーム４１の本体部４１ｃの下面及び下ハーフアーム４２の本体部４２ｃの上面はフラットな面であって、センサ板５１の表面にピッタリ合わせてビス４３で固定されている。上下のハーフアーム４１、４２の羽根部４１ａ、４２ａは、支点４１ｂ、４２ｂ同士を対向させて向かい合っている。両支点４１ｂ、４２ｂの間にはＺアーム２３の作用部２３ｊが挟まれている。なお、支点の位置は、２枚のストレインゲージ５４ａ、５４ｃあるいは５４ｄ、５４ｂのちょうど中間（センサ板５１のくびれ部５１ｃ）に位置する。
【００３７】
シート重量計測装置９のピンブラケット２５に荷重がかかると、Ｚアーム２３がわずかに回動してその作用部２３ｊが上に持ち上げられる。このときのセンサ板やハーフアームの様子を模式的に誇張して示すのが図８（Ｃ）である。
Ｚアーム作用部２３ｊが持ち上げられると、上ハーフアーム４１の支点４１ｂが持ち上げられる。このため、センサ板５１の前後方向端部にモーメントＭがかかる。このモーメントＭにより、前後方向端部のストレインゲージ５４ａ、５４ｂは引っ張られ、中央部のストレインゲージ５４ｃ、５４ｄは圧縮される。これによる各ストレインゲージの抵抗変化を電気信号として取り出して、センサ板の歪ひいてはピンブラケット２５にかかる荷重を計測する。
【００３８】
次に、図１、２、３を参照しつつ本発明の１実施例に係るシート重量計測装置のセンサ板周辺の構造の作用について説明する。
図１は、本発明の１実施例に係るシート重量計測装置のセンサ板周辺の構造の作用を説明するための図である。（Ａ）は側面図である、（Ｂ）はセンサ板の平面図である、（Ｃ）はセンサ板表面の歪分布を模式的に示すグラフである。なお、図はいずれもセンサ板の前半部及び中央部を示す。
図２は、ハーフアームの支点に軸力（前後方向の力）がかかった場合の作用を説明するための側面図である。
図３は、ハーフアームの支点にかかる軸力が計測データに及ぼす影響を調べたデータのグラフである。
【００３９】
図１（Ａ）に示すように、Ｚアーム２３はシート重量に応じて上方にわずかに回動し（図４（Ｂ）参照）、ハーフアーム４１の羽根部４１ａの支点４１ｂを持ち上げる。この持ち上げる力Ｗに応じて、ハーフアーム本体部４１ｃからセンサ板５１にモーメントＭが伝わる。モーメントＭによりセンサ板５１は凹凸にたわみ、表面歪が引張（＋）の領域５１ｙと、表面歪が圧縮（−）の領域５１ｚが生じる。
【００４０】
ここで、上述のように、センサ板５１の端部を上下から挟むハーフアーム４１及び４２の本体部４１ｃ及び４２ｃは分厚く剛性が高いので、同部４１ｃ、４２ｃによって挟まれているセンサ板５１の荷重印加部５１ｘはほとんど歪まない。また、センサ板５１の中央部（固定部５１ｗ）も、剛性の高い座金６７やコラム６３に上下から挟まれているので、同部５１ｗもほとんど歪まない。
【００４１】
一方、荷重印加部５１ｘと中央固定部５１ｗの間の部分は、図１（Ｂ）に示すように、真中にくびれ部５１ｃを挟んで、二つの略三角形の部分が対向している平面形状となっている。この部分には、引張側の均一表面歪領域５１ｙと圧縮側の均一表面歪領域５１ｚが形成される。領域５１ｙ、５１ｚには、引張側のストレインゲージ５４ａ又は圧縮側のストレインゲージ５４ｃが固着されている。
【００４２】
このため、上記引張歪のかかるストレインゲージと圧縮歪のかかるストレインゲージをブリッジ回路上で逆位相に接続することにより、ストレインゲージの歪出力を増大させることができる。そのため、高感度の計測を行うにもかかわらず、センサの歪を低減して長寿命化が図れる。
また、ストレインゲージの固着される歪計測面はセンサ板５１の片面であるので、スクリーン印刷法などによりストレインゲージや配線層を成膜する場合に、成膜処理が片面で済む。そのためセンサの製造コストを低く抑えることができる。
【００４３】
また、ほぼ表面歪の均一な領域にストレインゲージを固着（成膜も含む）すれば、ストレンゲージの位置が多少ズレても歪が変わらないので計測誤差とならない。したがって、計測精度を確保しつつ製造工程の品質要求を下げることができる。
【００４４】
さらに、ストレインゲージ固着部に歪を集中させることにより、高感度の計測を行えるとともに他の部分の部品の製作誤差・組立誤差があっても計測誤差が生じることがない。
【００４５】
次に、Ｚアーム２３からハーフアームに作用する軸力について、図２を参照しつつ説明する。前述のように、Ｚアーム２３の作用部２３ｊからは、ハーフアーム４１の羽根部４１ａの支点４１ｂに力Ｗが作用する。この力Ｗは、ハーフアーム２３の構造から、ほとんどが上下方向の力Ｗv である。しかし、一部に水平方向の成分Ｗh が混在することもありうる。また、Ｚアーム２３の伸びや位置ズレにより、支点４１ｂに横方向の摩擦力が作用することもあり得る。
【００４６】
摩擦や変形による力については、Ｚアーム作用部２３ｊと支点４１ｂとが軸方向（前後方向）に拘束されておらず、滑りやすい線接触構造となっているので、極力ハーフアーム４１に軸力がかからない（逃す）ようにすることができる。
さらに、軸力Ｗh がかかった場合においても、引張側のストレインゲージ５４ａと圧縮側５４ｃの出力を差し引くことにより、センサ板５１に働く軸方向応力をキャンセルできる。
【００４７】
この様子を示すのが図３である。図３のグラフの横軸はシートにかかる荷重（単位ｋｇｆ）を表し、縦軸はストレインゲージの出力（単位ｍＶ）を表す。
図中に示す圧縮側及び引張側のストレインゲージの出力には、荷重の上げ下げに伴うヒステリシスがはっきりと見られる。これは、荷重の上げ下げ時にＺアームとハーフアーム間に軸力が生じているためである。しかし、引張側から圧縮側を差し引いた合計には、ほとんどヒステリシスが見られず、リニアリティーのよいデータとなっている。これは、上述の軸力キャンセル作用のおかげである。
【００４８】
すなわち、上下以外の前後や回転モーメント荷重が加わっても凹凸部の歪バランスが変わり、センサの上下荷重に対する総合感度は変わらない。つまり、水平面内の方向（車体前後方向等）のズレがあっても、あるいはセンサ板に軸重がかかっても圧縮のストレインゲージと引張のストレインゲージで誤差をキャンセルでき、両ストレインゲージの出力を合算した総合感度は誤差のない値となる。
【００４９】
なお、軸力Ｗh があると、センサ板５１の中心線とハーフアーム支点４１ｂとの間隔Ｓ（図２）がモーメントアームとなって、Ｗh ×Ｓのモーメントがセンサ板５１にかかり誤差要因を生むこととなる。そこで、本発明のシート重量計測装置においては、上記ハーフアーム４１の荷重作用点４１ｂと上記センサ板５１の厚さ方向の中心線とがほぼ同一平面上ないしは±５mm以内の高さ差にあるようにしている。すなわち、上記作用点４１ｂに摩擦力（軸力Ｗh ）が作用した場合においても、その摩擦力によりセンサ板をたわませるモーメントのアームが短い。したがって、摩擦力によってセンサ板がたわむ程度が少なく、計測誤差が減る。
【００５０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、車両用シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置において、耐久性があり高精度で低コストのシート重量計測装置を得ることができる。また、装置の機構中における部品の製作誤差や摩擦力による計測誤差の少ないシート重量計測装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係るシート重量計測装置のセンサ板周辺の構造の作用を説明するための図である。（Ａ）は側面図である、（Ｂ）はセンサ板の平面図である、（Ｃ）はセンサ板表面の歪分布を模式的に示すグラフである。なお、図はいずれもセンサ板の前半部及び中央部を示す。
【図２】ハーフアームの支点に軸力（前後方向の力）がかかった場合の作用を説明するための側面図である。
【図３】ハーフアームの支点にかかる軸力が計測データに及ぼす影響を調べたデータのグラフである。
【図４】本発明の１実施例に係るシート重量計測装置の全体構成を示す図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面断面図、（Ｃ）及び（Ｄ）は正面断面図である。
【図５】図５（Ａ）は図４のシート重量計測装置のほぼ前半分の部分の斜視図であり、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の左右方向に沿う一部断面図である。
【図６】センサ板周りの詳細構成を示す一部破断斜視図である。
【図７】本発明の１実施例に係るシート重量計測装置のセンサ板の構成例を示す図である。図７（Ａ）はセンサ板の平面図であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のストレインゲージ及び配線部の断面構造を模式的に示す側面断面図であり、図７（Ｃ）はセンサの回路図である。
【図８】センサ板とハーフアームの関係を示す図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は無荷重状態の側面図、（Ｃ）は荷重がかかった状態を模式的に示す側面図である。
【図９】（Ａ）は、シートを車体に取り付ける部分の構造例を模式的に示す正面断面図である。（Ｂ）は、側面図である。
【符号の説明】
１ 人 ３ シート
３ａ シートクッション ５ シートフレーム
５ａ 底板 ５ｃ 横板
５ｅ 縦板 ５ｇ スライド板
７ シートレール ７ａ 溝
７ｃ 凹部 ９ シート重量計測装置
１１ シートブラケット １３ 車体（シート取付部）
２１ ベース ２１ａ 側板
２１ｃ 底板 ２１ｅ 長孔（ピン孔）
２１ｇ ピン孔 ２３ Ｚアーム
２３ａ 側板 ２３ｃ ピン孔
２３ｅ ピン孔 ２３ｈ 叉部
２３ｊ 作用部 ２５ ピンブラケット
２５ａ 上面 ２５ｂ 側板
２５ｃ 孔 ２７ ブラケットピン
２９ バネ板 ３１ ベースピン
３３ リテーナー ３５ スペーサ
４１ 上ハーフアーム ４１ａ、４２ａ 羽根部
４１ｂ 支点 ４１ｃ、４２ｃ 本体部
４１ｅ 取付孔 ４２ 下ハーフアーム
４３ ビス ５０ センサ部
５１ センサ板 ５１ａ 中心軸孔
５１ｂ ボルト孔 ５１ｃ くびれ部
５１ｗ 中央固定部 ５１ｘ 荷重印加部
５１ｙ 引張領域 ５１ｚ 圧縮領域
５２ 絶縁層（下絶縁層） ５３ 配線層
５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、５３ｄ 配線
５４ 抵抗層 ５５ 絶縁層（上絶縁層）
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄ 歪抵抗
５４ｅ 感度調整抵抗 ６３ コラム
６７ 座金 ６８ ナット
Claims (3)
- 車両用シートの内部又はシートと車体の間に挿入された、シート重量に関連した荷重（モーメントをも含む、以下センサ印加荷重ともいう）を受けてこれを電気信号に変換する荷重センサを備え、シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置であって；
該荷重センサが、センサ印加荷重を受けて弾性変形するセンサ部材と、該センサ部材の１つの表面（歪計測面）に固着されたストレインゲージと、を有し、
該センサ部材がセンサ印加荷重を受けたときに、該センサ部材の歪計測面の一部にほぼ均一な表面歪の領域が形成され、該領域が、該センサ部材の平面形状においてくびれた部分を挟んで対称配置されており、
該ストレインゲージが該領域に固着されていることを特徴とするシート重量計測装置。 - 前記歪計測面に引張及び圧縮の均一表面歪領域がそれぞれ形成され、各々の領域にストレインゲージがそれぞれ固着されていることを特徴とする請求項１記載のシート重量計測装置。
- 該センサ部材が、均一な厚みで部分的に幅の異なるセンサ板であり、
該センサ板が片持ち梁であり、一方の端を固定部とし、他方の端を荷重印加部とし、中央部をストレインゲージ固着部とし、固定部及び荷重印加部共に補強部材が当てられており、歪を該ストレインゲージ固着部に集中させることを特徴とする請求項１又は２記載のシート重量計測装置。
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