JP3680798B2 - 重量計測装置およびそれを用いたシート重量計測装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は物体の重量を測定する重量計測装置およびそれを用いたシート重量計測装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、自動車の乗員の安全を確保するエアバッグシステムにおいては衝突時の乗員の保護性能のみに重点が置かれてきたが、近年、エアバッグの爆発時の強力な力が体格の小さい子供や女性にはむしろ殺傷性を持つ可能性があることが問題視されるようになり、乗員の体格を判別してエアバッグの展開ガス量や展開速度を調整したり、エアバッグの作動を停止したりするスマートエアバッグが導入されるようになってきた。
【0003】
このスマートエアバッグにおけるキーデバイスは乗員の体格(体重)を検出するための重量計測装置である。このような重量計測装置の先行例として、シート下にリンク機構を組み込み、減衰した荷重を荷重センサにて検出する重量計測装置およびこれを用いたシート重量計測装置が提案されている(特開平11−304579号公報参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の重量計測装置には、シートとの連結部の鉛直方向の直線運動と、それをこの支点まわりの回転運動に連携させるリンク機構があるが、運動の軌跡がそれぞれ直線と円であるため幾何学的には軌跡にずれがある。実際にはこのずれは各部の弾性変形により吸収されているが弾性変形による反発力により摺動面に摩擦力が生じて印加される荷重に重畳するため検出誤差を生み、特性曲線上にはヒステリシスとして現れる。
【0005】
本発明はこの課題を解決するものであり、リンク機構における直線運動と円運動での軌跡のずれを機構的に緩衝して摺動面での摩擦の発生を抑制し、それによりヒステリシスを低減させた高精度な重量計測装置およびそれを用いたシート重量計測装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の請求項1に記載の発明は、被取り付け体に固定されるベースと、このベースに取り付けられた歪検出基板と、この歪検出基板の素子面に垂直に取り付けられ差込み部を持つ嵌合ピンと、前記ベースに設けられた回転支持穴と、この回転支持穴に支持ピンにより回転できるように取り付けられた第1のアームと、一端は前記第1のアームに取り付けられ他端は前記嵌合ピンの差込み部に差し込まれた板バネと、一端は被測定物の荷重を受けるように固定され他端は前記第1のアームとリンクピンにより回転できるように取り付けられた第2のアームにより構成された重量計測装置において、前記リンクピンが差し込まれかつ鉛直方向に動くように案内するベースに設けられた長穴からなるガイド穴と、前記第1のアームのリンクピンを差し込む穴を前記ガイド穴の長手方向の中心線に対してその長手方向の中心線が直交するように設けた長穴からなるスライド穴としたものであり、この構成によってリンク機構における直線運動と円運動での軌跡のずれを緩衝して摺動面での摩擦の発生を抑制し、ヒステリシスを低減させ高い検出精度を得るという作用を有する。
【0007】
本発明の請求項2に記載の発明は、所定の最大測定荷重を超えた段階で第1のアームまたは第2のアームに設けた突起がベースに接触するようにしたことにより、最大測定荷重を超えた荷重が加わっても歪検出基板等が保護されるという作用を有する。
【0008】
本発明の請求項3に記載の発明は、嵌合ピンの差込み部を形成する内壁面をかまぼこ形状とすることにより、荷重の作用点を線状に集中させてバラツキを減少させ、より正確な荷重検出を可能にするという作用を有する。
【0009】
本発明の請求項4に記載の発明は、嵌合ピンの差込み部を形成する内壁面を半球状とすることにより、荷重の作用点を点状に集中させてバラツキを減少させ、より正確な荷重検出を可能にするという作用を有する。
【0010】
本発明の請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の重量計測装置を4個備えたシート重量計測装置において、被測定物は乗員及び車両用シートであり、この車両用シートの下端の左右にはシートトラックが取り付けられ、それぞれのシートトラックの前後には前記車両用シートの下端の4隅に対応する場所にそれぞれ第2のアームを取り付け、ベースは被取り付け体としての車体に固定したこと、また、各重量計測装置がユニット化されていることにより、車両用シートに組み付ける際に組み込みが容易になるばかりか、組み付け工数を削減でき、かつ、組み付け時にセンサ特性を調整したりする必要がなくなるという作用を有する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図1〜図7を用いて説明する。
【0012】
図1は本発明の重量計測装置の一実施の形態を示した分解斜視図、図2は同側断面図、図3は同平面図、図4は第1、第2のアームの動作を説明するための部分詳細図、図5(a)〜(c)は本発明のもう一つの構成を示す嵌合ピンの正面図、側面図と部分詳細図、図6(a)〜(c)は本発明のさらに他の構成を示す嵌合ピンの正面図、側面図と部分詳細図、図7は同重量計測装置を組み込んだ車両用シートの側面図である。
【0013】
本実施の形態において、1は車体50などの被取り付け体にボルト40で固定されるコの字状のベースで、両側板1a,1bには支持ピン22を通す回転支持穴16a,16bとリンクピン18を通すガイド穴17a,17bが設けられ、底板1cには歪検出基板2を固定するための取り付けネジ部4a,4b,4c,4dと嵌合ピン9のネジ加工部9aおよびナット10を逃がすための穴11が設けられている。
【0014】
歪検出基板2は取り付け穴3a,3b,3c,3dを利用し、ベース1に設けられた取り付けネジ部4a,4b,4c,4dにネジ5a,5b,5c,5dで固定され、取り付け穴3aと3dを結ぶ直線と穴3bと3cを結ぶ直線が交差する点には荷重が印加される作用点としての穴6が設けられている。この穴6の周辺には検出可能なレベルのひずみ量を発生させるための長穴7と、ひずみ量により抵抗値が変化する歪抵抗体8が適宜形成され、歪検出基板2の他端には歪抵抗体8の抵抗値変化を演算処理し荷重を計測するための処理回路30が設けられている。
【0015】
9は嵌合ピンであり、測定荷重以上の耐力を持つ素材でできており、ネジ加工部9aが設けられ、嵌合ピン9の6角形をした頭部9cには差込み部9bが形成されている。また、嵌合ピン9は歪検出基板2の穴6に通してナット10で固定されている。
【0016】
13は板バネであり、一端には第1のアーム19の板バネ取り付け用ネジ穴14a,14bと対応する位置に取り付け穴13a,13bが設けられ、ネジ23a,23bにより第1のアーム19に固定されるようになっており、他端にはU字状の切り欠き13cが設けられている。この切り欠き13cは嵌合ピン9の差込み部9bに差し込まれる。また、板バネ13は測定荷重に応じたバネ特性を有するよう設計されている。
【0017】
第1のアーム19には穴16が設けられ、支持ピン22によりベース1の側板1a,1bに設けられた回転支持穴16a,16bとの間で自在に回転できるように軸支されており、支持ピン22の先端に施されたネジ加工部22aとナット23により抜けないようになっている。また、第1のアーム19の一端から延出した翼部19a,19bには水平方向に動くように案内する長穴からなるスライド穴19c,19dがそれぞれ設けられている。さらに第1のアーム19の先端部にはベース1の底板1cの方を向いた突起19e,19fが設けられている。
【0018】
21は被測定物の荷重を受けるとともに上下方向に可動できる可動体としての第2のアームであり、略コの字形に曲げられた板材よりなり、折り曲げられた翼部21a,21bに設けた穴21c,21dと、第1のアーム19のスライド穴19c,19dと、ベース1の側板1a,1bに設けられた鉛直方向に動くように案内する長穴からなるガイド穴17a,17bにリンクピン18が通り、図示していないがEリングなどによりリンクピン18が抜けないようになっている。また、第2のアーム21の翼部21a,21bの一部にはベース1の底板1cの方を向いた突起21e,21fが設けられている。
【0019】
次に、これらの組立方法について説明する。
【0020】
最初に、歪検出基板2に嵌合ピン9をナット10で固定する。次に、歪検出基板2をベース1にネジ5a,5b,5c,5dにより固定する。また、第1のアーム19に板バネ13をネジ23a,23bで固定する。板バネ13のU字状の切り欠き13cを嵌合ピン9の差込み部9bに差込み、第1のアーム19を支持ピン22でベース1に軸支する。支持ピン22はナット23により固定される。さらに、第1のアーム19のスライド穴19c,19dと、第2のアーム21の穴21c,21dと、ベース1のガイド穴17a,17bを一致させ、ここにリンクピン18を挿通することにより第1のアーム19に取り付けて、Eリングなどの抜け止めを行う。
【0021】
次に、この動作について説明する。
【0022】
上記のようにして完成した重量計測装置の第2のアーム21を介して被測定物の重量が加わると、リンクピン18を支点として第2のアーム21は下方に下がろうとする力が働く。その力は、第1のアーム19を経由して板バネ13を上方に持ち上げる力として伝達される。これが歪検出基板2に取り付けられた嵌合ピン9を引き上げる力となり、それに応じて歪検出基板2には歪が発生する。これにともない歪抵抗体8の抵抗値が変化するので、この抵抗値変化を処理回路30により演算処理し荷重を計測するものである。この時に歪検出基板2に歪は発生するが殆んど変位させないようにするため、板バネ13がたわむことにより、第2のアーム21を介した被測定物の重量による変位分を板バネ13に吸収させるものである。
【0023】
特に第2のアーム21と第1のアーム19がリンクピン18により回転運動ができるように連結されてリンク機構を構成している部分で第2のアーム21の鉛直方向の直線運動とリンクピン18を支点とする第1のアーム19の円運動との軌跡のずれを機構的に緩衝している。それを図4により説明する。例えば、荷重が加わり第2のアーム21が下にYだけ変位すると、それに応じて第1のアーム19も支持ピン22を中心に回転半径Rで角度Aだけ回転する。このとき第2のアーム21の軌跡は直線であるのに対して、第1のアーム19の軌跡は円であるため図に示すような軌跡のずれXが生じる。ここで、変位Yによる回転角Aと、それによるずれXは以下の(数1)・(数2)で決まる。
【0024】
【数1】
【0025】
【数2】
【0026】
このXを見こんでスライド穴19c,19dの長手方向の寸法を決めている。また、ガイド穴17a,17bの長手方向の寸法は第2のアーム21のストロークを考慮して決められている。これにより、運動軌跡のずれに起因する弾性反発力により摺動面に生じた摩擦力が荷重に重畳することによる検出誤差を低減させ、特性曲線上のヒステリシスを低減し、高精度の重量計測装置を得ることができる。
【0027】
また、嵌合ピン9を図5(a)に正面図、図5(b)に側面図として示すように、差込み部9bを形成する内壁面をかまぼこ形状とした嵌合ピン9に変更しても良い。これにより、図5(c)に示すように荷重の作用部が線状に集中して嵌合ピン9との当たり具合により伝達される荷重の作用位置のバラツキが減少し、検出精度が向上する。
【0028】
また、嵌合ピン9を図6(a)に正面図、図6(b)に側面図として示すように、差込み部9bを形成する内壁面を半球状とした嵌合ピン9に変更しても良い。これにより、図6(c)に示すように荷重の作用部が点状に集中して嵌合ピン9との当たり具合により伝達される荷重の作用位置のバラツキが減少し検出精度が向上するのは図5に示す嵌合ピン9と同様であるが、更に板バネ13のねじれによる不要荷重成分の伝達を抑制することで更に検出精度が向上する。
【0029】
また、第2のアーム21を介して最大測定荷重以上の荷重が加わった場合に、板バネ13及び歪検出基板2の永久変形や破損防止のため、第2のアーム21の翼部21a,21bの一部にベース1の底面1cの方を向いた突起21e,21fが設けられており、支持ピン22を支点に回転し第1のアーム19が下がった場合、所定のストロークに達するとベース1の底面1cに接するようになっている。一方、引張方向の荷重を測定する場合は、第1のアーム19の先端部にベース1の底面1cの方を向いた突起19e,19fが同じくベース1の底面1cに接するようになっている。
【0030】
図7は図1に示す重量計測装置を4個車両用シート下に組み込んだ状態を説明するための側面図である。26は車両用シート(例えば、助手席シート)であり、その下部にシートトラック25が組み付けられている。24は図1に示す重量計測装置であり、図1に示す第2のアーム21がボルト、ナット(図示していない)にてシートトラック25に固定されている。一方、図1に示すベース1はボルト40で車体50に固定されている。
【0031】
重量計測装置24は車両用シート26の下端の4隅に対応するようにシートトラック25の前後にそれぞれ取り付けられている。この状態で、実際に乗員が車両用シート26に着座した時の重量を、4箇所の重量計測装置24にて計測し演算処理することにより体重判別を行う。この時、車両用シート26そのものの荷重は、予めセットしておくか、メモリーしておくことで補正が可能となる。重量計測装置24を車両用シート26の4隅に対応するようにシートトラック25の前後にそれぞれ取り付けることにより、乗員の車両用シート26への着座位置が多少変動しても、体重判別が可能であり、また、それらの荷重を比較することにより、着座位置の推定も可能となる。
【0032】
また、図示していないが重量計測装置24を車両用シート26とシートトラック25の間に組み付けても同様の目的が得られる。シートトラック25の重量が図1に示す歪検出基板2に重畳されないため、補正すべき重量が小さくなり演算や予め行うリセットの精度が向上し、結果として検出精度を高めることが可能となる。
【0033】
以上のように、重量計測装置24を車両用シート26の下に適当な数だけ配置することにより、良好なシート重量計測装置が実現できる。
【0034】
【発明の効果】
以上のように本発明は、車体などの被取り付け体に取り付け固定されるベースに設けられた回転支持穴に支持ピンにより回転できるように取り付けられた第1のアームと、リンクピンにより回転できるように取り付けられた第2のアームにより構成された重量計測装置において、前記リンクピンが差し込まれかつ鉛直方向に動くように案内するベースに設けられた長穴からなるガイド穴と、前記第1のアームのリンクピンを差し込む穴を前記ガイド穴の長手方向の中心線に対してその長手方向の中心線が直交するように設けた長穴からなるスライド穴としたことにより、リンク機構における直線運動と円運動での軌跡のずれを機構的に緩衝して摺動面での摩擦の発生を抑制し、それによりヒステリシスを低減させた高精度の重量計測装置およびそれを用いたシート重量計測装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の重量計測装置の一実施の形態を示した分解斜視図
【図2】同側断面図
【図3】同平面図
【図4】第1、第2のアームの動作を説明するための部分詳細図
【図5】(a)本発明のもう一つの構成を示す嵌合ピンの正面図
(b)同側面図
(c)同部分詳細図
【図6】(a)本発明のさらに他の構成を示す嵌合ピンの正面図
(b)同側面図
(c)同部分詳細図
【図7】図1に示す重量計測装置を組み込んだ車両用シートを説明するための側面図
【符号の説明】
1 ベース
1a,1b 側板
1c 底板
2 歪検出基板
3a,3b,3c,3d 取り付け穴
4a,4b,4c,4d 取り付けネジ部
5a,5b,5c,5d ネジ
6 穴
7 長穴
8 歪抵抗体
9 嵌合ピン
9a ネジ加工部
9b 差込み部
9c 頭部
10 ナット
11 穴
13 板バネ
13a,13b 取り付け穴
13c 切り欠き
14a,14b ネジ穴
16a,16b 回転支持穴
17a,17b ガイド穴
18 リンクピン
19 第1のアーム
19a,19b 翼部
19c,19d スライド穴
19e,19f 突起
21 第2のアーム
21a,21b 翼部
21c,21d 穴
21e,21f 突起
22 支持ピン
23a,23b ネジ
24 重量計測装置
25 シートトラック
26 車両用シート
30 処理回路
40 ボルト
50 車体
Claims (5)
- 被取り付け体に固定されるベースと、このベースに取り付けられた歪検出基板と、この歪検出基板の素子面に垂直に取り付けられ差込み部を持つ嵌合ピンと、前記ベースに設けられた回転支持穴と、この回転支持穴に支持ピンにより回転できるように取り付けられた第1のアームと、一端は前記第1のアームに取り付けられ他端は前記嵌合ピンの差込み部に差し込まれた板バネと、一端は被測定物の荷重を受けるように固定され他端は前記第1のアームとリンクピンにより回転できるように取り付けられた第2のアームにより構成された重量計測装置において、前記リンクピンが差し込まれかつ鉛直方向に動くように案内するベースに設けられた長穴からなるガイド穴と、前記第1のアームのリンクピンを差し込む穴を前記ガイド穴の長手方向の中心線に対してその長手方向の中心線が直交するように設けた長穴からなるスライド穴とした重量計測装置。
- 所定の最大測定荷重を超えた段階で第1のアームまたは第2のアームに設けた突起がベースに接触するようにした請求項1に記載の重量計測装置。
- 嵌合ピンの差込み部を形成する内壁面をかまぼこ形状とした請求項1に記載の重量計測装置。
- 嵌合ピンの差込み部を形成する内壁面を半球状とした請求項1に記載の重量計測装置。
- 請求項1に記載の重量計測装置を少なくとも4個備えたシート重量計測装置において、被測定物は乗員及び車両用シートであり、この車両用シートの下端の左右にはシートトラックが取り付けられ、それぞれのシートトラックの前後には前記車両用シートの下端の4隅に対応する場所にそれぞれ第2のアームを取り付け、ベースは被取り付け体としての車体に固定させたシート重量計測装置。
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