JP4599986B2 - シート荷重検出装置 - Google Patents

Description

本発明は乗員の体重等を測定することが可能なシート荷重検出装置に関する。

近年、自動車等の車両の乗員に対する安全性の向上を図るべく、車両には、シートへ乗員が着座しているか否か又は着座した乗員の体重等に応じて、シートベルトの保持機能やエアバックの作動機能を制御することが行われている。そして、これらの制御を行うにあたり、そのシートに作用する乗員の体重としてのシート荷重を的確に検出することが必要である。

そして、このようなシート荷重検出装置として、水平方向に延出する平板状体で構成され表面に歪ゲージが貼り付けられた起歪板を設け、その起歪板の一端側を車体側に固定すると共に、その起歪板の他端側をシート側に固定して、起歪板の撓みに伴う歪ゲージの電気抵抗の変化により、シート荷重を検出するように構成されたシート荷重検出装置が知られている（例えば、特許文献１を参照。）。
特開２００３−８３７９８号公報

しかし、上記記載のシート荷重検出装置では、水平方向に延出する平板状の起歪板を用い、更に、車体側とシート側とにその起歪板の各端を固定するための水平方向に延出するブラケット等が必要となるので、水平方向における幅が比較的大きいものとなる。そして、このようなシート荷重検出装置の大型化は、例えば、シートに対して付加される他の装置との干渉等の要因となる。また、上記起歪板は、比較的大きなシート荷重を片持ち状態で受けるものであるために、上記起歪板の板厚についても比較的厚いものとなり、例えば、シート荷重に対する起歪板に貼り付けた歪ゲージの電気抵抗の変化割合が小さくなって、検出精度の低下を招く場合がある。

また、上記のような起歪板を用いたシート荷重検出装置では、起歪板の表面に貼り付けられた歪ゲージのシート荷重に対する歪状態が、シート荷重の作用点からの距離によって変化するという性質を有することから、シート荷重の検出精度を向上するには、起歪板の表面において歪ゲージを貼り付ける位置を正確に管理する必要がある。また、起歪板の撓み状態が比較的複雑なものであるため、シート荷重の変化に対する起歪板の表面に貼り付けられた歪ゲージの電気抵抗の変化状態が比較的複雑なものであったので、シート荷重を幅広く且つ正確に検出することができない場合があった。

この点、トーションバーを用いて、トーションバーのねじれ状態を測定することでシート荷重を測定することが可能なシート荷重検出装置が開発されている（特許出願番号２００４−２８１９０６号）。このようなシート荷重検出装置であれば、シートに対して付加されるほかの装置との干渉等を低減することができ、検出精度の低下を招き難く、シート荷重を幅広く且つ正確に検出することができる。

しかしながら、トーションバーを用いたシート荷重検出装置をシートに取り付けた場合、シート荷重が正確に測定できない場合がある。それは、乗員がシートの隅側に極端に偏って着座する場合等である。このような場合、１つのシート荷重検出装置にかかるシート荷重が偏重してしまう。通常、トーションバーのねじれ状態を測定するため、トーションバーに生じる回転応力の測定を目的としているが、乗員が前述のように着座した場合、トーションバーに曲げ応力が生じてしまう。つまり、回転応力だけでなく曲げ応力を含むトーションバーのねじれ状態をシート荷重検出装置が測定してしまうこととなる。このため、回転応力だけからなるトーションバーのねじれ状態を測定することができず、前述のような乗員の着座状態においては、正確なシート荷重を測定できない場合がある。このような状態は、極端に体重の大きな乗員がシートに着座した場合も起こり得る。

本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、乗員の着座状態に関わらず正確なシート荷重を測定可能なシート荷重検出装置を提供することを解決すべき課題としている。

上記課題を解決するために本発明において講じた技術的手段は、請求項１に記載の様に、床側に固定された固定部材と、該固定部材に一端側である固定側端部が固定されて且つ水平方向のねじれ軸心を有するトーションバーと、該トーションバーの他端側の外周面に一端側が固定され且つ他端側が前記固定側端部方向へ延びる筒状部材と、該筒状部材の他端側であるアーム側端部に固定され且つ前記トーションバーのねじれ軸心から変位した位置にシート荷重が作用する荷重作用部を有するアーム部材と、前記筒状部材の一端側に周設される軸受部材と、該軸受部材に固定される補助固定部材と、前記トーションバーのねじれ状態を測定するねじれ状態測定手段と、を備え、該ねじれ状態測定手段の測定結果に基づいて、シートの着座部に作用する前記シート荷重を検出可能としたことを特徴としている。

また、本発明において講じた技術的手段は、請求項２に記載の様に、補助固定部材は、溶接によって固定部材に連結されていることを特徴としている。

なお、溶接以外にも、ボルト締め、カシメ、リベット締結等によって補助固定部材が固定部材に連結されることを特徴としてもよい。

さらに、本発明において講じた技術的手段は、請求項３に記載の様に、軸受部材は、ボールベアリングであることを特徴としている。

なお、ボールベアリング以外にも、ローラベアリング、ブッシュ又はカラー等を軸受部材とすることを特徴としてもよい。

また、軸受部材と補助固定部材との間は、溶接によって固定されていることを特徴としてもよい。溶接以外にも、カシメやボルト締めによって、軸受部材と補助固定部材との間を固定することを特徴としてもよい。

請求項１に記載の発明によれば、例えば車体側である床側に固定された固定部材と、例えば車両用のシート側に固定されたアーム部材とを、水平方向のねじれ中心を有するトーションバーの両端に夫々固定するように配置することで、従来の水平方向に延出する平板状の起歪板を利用したシート荷重検出装置と比較して、水平方向に延出するブラケット等を設ける必要がなく小型化が可能となり、シートに対して付加される他の装置との干渉等の問題を回避することができる。そして、トーションバーのねじれ状態は、従来のシート荷重検出装置における起歪体の撓み状態よりも、シート荷重に対して略比例的に変化するものとなるため、ねじれ状態測定手段により測定したトーションバーのねじれ状態に基づいて比較的簡単な演算により正確にシート荷重を導出することができ、更には、シート荷重に対するねじれ状態の割合を小さく設定して、比較的幅広いシート荷重に対応させることができる。

特に、乗員がシートの隅側に極端に偏って着座した場合、軸受部材や補助固定部材によってトーションバーに生じる曲げ応力の発生を低減することができる。つまり、例えば、乗員がシートの隅側に偏って着座しても、軸受部材や補助固定部材がトーションバーに作用する曲げ応力を低減すれば、トーションバーには回転応力が大きく作用することとなる。このため、トーションバーには曲げ応力の影響によって低減されることのない回転応力が生じることとなる。このような回転応力によって、トーションバーのねじれ状態に基づいた演算を行えば、正確なシート荷重を導出することができる。

したがって、本発明のシート荷重検出装置であれば、乗員の着座状態に関わらず正確なシート荷重を測定することができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、補助固定部材は、溶接によって前記固定部材に連結されているため、軸受部材に対する固定位置を調節しながら、固定部材に連結できる。

さらに、請求項３に記載の発明によれば、軸受部材としてボールベアリングを用いているため、トーションバーに生じる曲げ応力を確実に低減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、実施形態を参照しつつ図面を基に説明する。

（実施形態）
実施形態のシート荷重検出装置３０は、図１に示すように車両用のシート１０に取り付けられている。シート１０は、着座部としてのシートクッション１０ａと、シートバック１０ｂとからなり、乗員が着座した場合には、そのシートクッション１０ａに乗員の体重がシート荷重として作用することとなる。

シート１０には、そのシートクッション１０ａに作用するシート荷重を検出するシート荷重検出装置３０がシート１０の前後左右の４箇所に設けられており、夫々のシート荷重検出装置３０で検出した荷重の総和がシート荷重として検出される。尚、上記シート荷重検出装置３０はシート１０の安定性等を考慮して上記のように４箇所に配置することが好ましいが、適宜配置個数及び配置箇所を変更しても構わない。また、シート１０の前側に位置するシート荷重検出装置３０はチルトパン１０ｃに覆われており、チルトパン１０ｃは、クッションフレーム１１に連結されている。クッションフレーム１１は、軽量化を図るため薄板状からなる金属製である。

車両の床５側には、ロアレール１３が固定されており、更に、そのロアレール１３はアッパレール１２をスライド可能な状態で保持している。

そして、シート荷重検出装置３０の固定ブラケット（固定部材）が上記アッパレール１２に固定されており、一方、そのシート荷重検出装置３０のアームブラケット３２（アーム部材）が荷重作用部３８ａを介してシートクッション１０ａ内のクッションフレーム１１に連結されている。

図２に示すように、シート荷重検出装置３０は、図１に示す床５側に固定された固定部材としての固定ブラケット３１を備えている。また、固定ブラケット３１の上方中心側である固定側端部３４ａが固定されて且つ水平方向のねじれ軸心Ｏを有するトーションバー３４も備えている。さらに、そのトーションバー３４の他端部３４ｂに筒状部材３６を介して固定され且つトーションバー３４のねじれ軸心Ｏから変位した位置にシート荷重が作用する荷重作用部３８ａを有するアーム部材としてのアームブラケット３２を備えている。また、トーションバー３４のねじれ状態を測定するねじれ状態測定手段５０を備えている。そして、そのねじれ状態測定手段５０の測定結果に基づいてシート荷重を検出するように構成されている。即ち、アームブラケット３２の荷重作用部３８ａにシート荷重が作用することにより、トーションバー３４にそのシート荷重に応じたねじれが発生するので、上記ねじれ状態測定手段５０により測定したねじれ状態に基づいてシート荷重を検出することができる。

図３に示すように、アームブラケット３２には、そのアームブラケット３２に溶接固定された筒状の制限ピン４１に荷重ピン３８が螺合されている。荷重ピン３８の周囲にはブッシュ３８ｂが周設されており、ブッシュ３８ｂを介して間接ブラケット４２の一端４２ａが揺動可能に連結されている。また、間接ブラケット４２の他端４２ｂ側は、クッションフレーム１１がピン３７で締結固定されている。そして、そのクッションフレーム１１及び間接ブラケット４２をアームブラケット３２に接続させる荷重ピン３８の位置が、シート荷重の作用する荷重作用部３８ａとなる。

ここで、荷重作用部３８ａ又は荷重ピン３８において、アームブラケット３２との係合中心部を荷重中心点とすると、荷重中心点に対するアームブラケット３２との距離がオフセット量Ｌとなる。このオフセット量Ｌや、図２に示すトーションバー３４のねじれ強度等は、図１に示すシート１０の安定性とねじれ状態測定手段５０の測定精度等を考慮して適宜設定される。

図４に示すように、固定ブラケット３１は、鉛直面に沿って上方に延出する状態で床５側（図１参照）のアッパレール１２に螺子により固定されており、一方、上記アームブラケット３２は、鉛直面に沿って側方に延出する状態で筒状部材３６を介してトーションバー３４の他端部３４ｂに固定されている。そして、固定ブラケット３１とアームブラケット３２とは、互いに水平方向に対向する板状体で構成されていることにより、厚み方向における設置寸法が比較的小さくなり、更に、鉛直面に沿って延出するアームブラケット３２及びアッパレール１２に対して取り付け易い形状となっている。

更に、トーションバー３４の他端部３４ｂに一端側が固定され且つトーションバー３４の側面を包囲する筒状部材３６が設けられ、アームブラケット３２がその筒状部材３６の他端側（アーム側端部３６ａ）に固定されている。

即ち、上記筒状部材３６を設けることにより、固定ブラケット３１とアームブラケット３２との距離が、トーションバー３４の長さよりも短くなり、固定ブラケット３１とアームブラケット３２との厚み方向における設置寸法が一層小さくなる。

更に、筒状部材３６の内面とトーションバー３４の固定側端部３４ａの側面とが緩み嵌め状態で配置されており、筒状部材３６の内面とトーションバー３４の固定側端部３４ａの側面とが当接することにより、トーションバー３４の過剰な撓みが抑制される。尚、上記筒状部材３６の内面とトーションバー３４の固定側端部３４ａとは、夫々円形であるため、互いに緩み嵌め状態で嵌めあうための加工が容易である。

トーションバー３４は、内部にシート荷重によるねじれが発生するねじれ部３４ｃを有している。そして、トーションバー３４にねじれ部３４ｃを設けることにより、トーションバー３４を固定ブラケット３１やアームブラケット３２に固定する際の溶接などによりトーションバー３４のねじれ状態が変化するなどの不安定要因を取り除くことができ、シート荷重に対してトーションバー３４を正確且つ安定してねじれさせることができる。

なお、図示しないが、トーションバー３４のねじれ部３４ｃは、鉛直方向及び水平方向に突出する十字形状の断面を有するように形成されていることが好ましい。即ち、トーションバー３４の断面が、ねじれ軸心Ｏに対して垂直な複数の方向の断面二次モーメントが互いに異なる十字形状の断面形状を有する要素で形成され、更に、その十字形状の断面を有する要素が、ねじれ軸心Ｏに対して垂直な所定の方向において断面二次モーメントが最大になり、ねじれ軸心Ｏを中心とした円周方向に断面二次モーメントが不連続となるように形成されているため、このような断面形状のトーションバー３４は、曲げ剛性が高いわりには、ねじれ剛性は比較的小さく、シート荷重に対してトーションバー３４を良好にねじらせることができる一方で、曲げ難い特性を有するため、撓みによるトーションバー３４の損傷やシート荷重の検出精度の低下を抑制することができる。

更に、トーションバー３４のねじれ部３４ｃは、シート荷重の作用方向即ち鉛直方向に沿った断面二次モーメントがその作用方向と交差する方向に沿った断面二次モーメントよりも大きくなるので、シート荷重により撓みにくくなる。

また、上記トーションバー３４のねじれ部３４ｃの十字形状の断面において、鉛直方向における幅は水平方向における幅と同じ大きさであっても構わないが、例えば、鉛直方向における幅を水平方向における幅よりも大きくすることで、トーションバー３４の撓みを一層抑制することができる。

尚、トーションバー３４のねじれ部３４ｃの断面形状は、上記のような十字形状以外に、円形、楕円形、矩形等のあらゆる形状を採用することができ、更に、トーションバー３４のねじれ部３４ｃを、鉛直方向等に配置された複数の棒状体で構成し、その断面形状を、互いに離間した複数の要素部からなる形状としても構わない。

特に、図２、４に示すように、トーションバー３４の一端側（先端側）には軸受部材としてのボールベアリング６０が周設されている。ボールベアリング６０はトーションバー３４の筒状部材３６の外周に圧入によって嵌合されている。そして、トーションバー３４に曲げ応力が発生しやすい位置にボールベアリング６０の位置を調節することができる。尚、軸受部材としては、ブッシュやカラー等を採用することも可能である。このようなブッシュやカラー等は、金属製、木製又は樹脂製でもよく、グリースや潤滑油等が塗布されていることが好ましい。そして、ボールベアリング６０の外周には、補助固定部材としての補助固定ブラケット６１の上側が固定されている。補助固定ブラケット６１は、ボールベアリング６０の外周に圧入によって嵌合された後、溶接によって固定される。また、補助固定ブラケット６１の下側は固定ブラケット６０に溶接によって固定されている。こうして、補助固定ブラケット６１が固定ブラケット６０に連結されている。

図２に示すように、ねじれ状態測定手段５０は、トーションバー３４のねじれ軸心Ｏから離間した位置において、アームブラケット３２の固定ブラケット３１に対するねじれ軸心Ｏ回りの変位をねじれ状態として測定する変位センサ５０ａで構成されており、この変位センサ５０ａは、アームブラケット３２側に固定された磁石５２と、前記磁石５２に対向し固定ブラケット３１側に固定されたホール素子５１で構成されている。尚、出力端子等の外部との電気接続を持つ上記ホール素子５１を変位しない固定ブラケット３１側に設け、外部との電気接続を持たない磁石５２を変位するアームブラケット３２側に設けたが、別に、固定ブラケット３１側に磁石５２を設け、アームブラケット３２側にホール素子５１を設けても構わない。

以上のようにして構成されるシート荷重検出装置１０では、乗員が図１のシート１０に着座することにより、以下のようにシート荷重を検出することとなる。

すなわち、乗員の体重によって、このため、固定ブラケット３１に応力が生じることとなる。そして、アームブラケット３２が固定ブラケット３１に対してねじれ軸心Ｏ回りに変位した場合に、磁石５２がホール素子５１に対して変位するので、ホール素子５１で計測される磁束密度が上記変位量に対して略比例的に変化することになる。よって、ホール素子５１により、磁束密度を上記変位として計測して、その変位に基づいて乗員の体重によるシート荷重を検出することができる。

また、変位センサ５０ａの磁石５２とホール素子５１との夫々は、トーションバー３４のねじれ軸心Ｏに対して垂直な方向において互いに対向するように、アームブラケット３２と固定ブラケット３１との夫々から延出しねじれ軸心Ｏに対して垂直な方向を法線方向とするブラケットに固定されている。

即ち、変位センサ５０ａは、アームブラケット３２と固定ブラケット３１との夫々においてトーションバー３４のねじれ軸心Ｏに対して垂直な方向を法線方向とし互いに対向する一対の対向面における変位を測定するように配置されており、例えばアームブラケット３２のねじれ等により、磁石５２とホール素子５１との間隔が変化するのが防止されている。

例えば、乗員がシート１０のシートクッション１０ａの隅側に極端に偏って着座した場合、図３に示すように、チルトパン１０ｃやクッションフレーム１１にシート荷重が伝達する。そして、シート荷重はピン３７を介して間接ブラケット４２に伝達することとなる。この際、例えば、乗員が極端に偏って着座する場合、クッションフレーム１１（クッションフレーム１１の側面）が外側又は内側に撓むこととなる。クッションフレーム１１が撓めば、ピン３７を介して間接ブラケット４２も外側又は内側に撓むこととなる。こうして、間接ブラケット４２が撓めば、荷重ピン３８が引っ張られることとなる。荷重ピン３８が引っ張られるとアームブラケット３２も引っ張られ、図２に示すように、アームブラケット３２を介してトーションバー３４に曲げ応力が生じ易くなる。また、アームブラケット３２が引っ張られることにより、アームブラケット３２を介してトーションバー３４に回転応力が生じることとなる。その際、トーションバー３４に固定されたボールベアリング６０や補助固定プレート６１によってトーションバー３４に生じる曲げ応力の発生のみを低減することができる。このため、トーションバー３４には曲げ応力の影響を受けることなく回転応力だけが生じ易くなる。このような回転応力によって、トーションバーのねじれ状態に基づいた演算を行えば、正確なシート荷重を導出することができる。

したがって、実施形態のシート荷重検出装置３０であれば、乗員の着座状態に関わらず正確なシート荷重を測定することができる。

なお、ボールベアリング６０や補助固定ブラケット６１を備えていないシート荷重検出装置３０であれば、以下のような構成としなければならない。

すなわち、図４に示すように、変位センサ５０ａは、トーションバー３４のねじれ中心Ｘ０を通りねじれ軸心Ｏに対して垂直な線上においてアームブラケット３２の固定ブラケット３１に対する変位を測定するように配置しなければならない。

即ち、トーションバー３４がシート荷重により撓むことで、アームブラケット３２が、ねじれ軸心Ｏに垂直且つ上記ねじれ中心Ｘ０近傍を通る軸心回りに回転することが想定される。そこで、変位センサ５０ａが上記変位を測定する位置を、トーションバー３４のねじれ中心Ｘ０を通りねじれ軸心Ｏに対して垂直な線上とすることで、その位置におけるトーションバー３４の撓みに起因する変位が少ないことから、トーションバー３４のねじれによる変位を正確に測定することができる。そして、荷重作用部３８ａについても、トーションバー３４のねじれ中心Ｘ０を通りねじれ軸心Ｏに対して垂直な線上に配置することで、荷重作用部３８ａに作用するシート荷重によるトーションバー３４の撓み、更には、その撓みによる変位センサ５０ａの測定位置における変位を抑制することができる。

この点、本実施形態の様に、ボールベアリング６０や補助固定ブラケット６１を備えたシート荷重検出装置３０であれば、図４に示すように、荷重作用部３８ａについては、トーションバー３４のねじれ中心Ｘ０を通りねじれ軸心Ｏに対して垂直な線上に配置することなく、上述と同様の効果を得ることができる。荷重作用部３８ａに作用するシート荷重によるトーションバー３４の曲げが抑制されるため、トーションバー３４のねじれ状態を広い範囲で測定することができるからである。なお、トーションバー３４のねじれ状態の測定位置を限定する必要がないため、トーションバー３４の大きさを小さくすることも可能となる。

実施形態に係り、シートの全体側面図である。 実施形態に係り、シート荷重検出装置の斜視図である。 実施形態のシート荷重検出装置に係り、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 実施形態のシート荷重検出装置に係り、図１のＩＶ−ＩＶ矢視断面図である。 実施形態と比較したシート荷重検出装置の横断面図である。

符号の説明

５…床
３１…固定ブラケット（固定部材）
３４ａ…固定側端部
Ｏ…ねじれ軸心
３４…トーションバー
３６ａ…他端部（アーム側端部）
３８ａ…荷重作用部
３２…アームブラケット（アーム部材）
５０…ねじれ状態測定手段
１０…シート
１０ａ…シートクッション（着座部）
１０ｂ…シートバック（着座部）
３０…シート荷重検出装置
６０…ボールベアリング（軸受部材）
６１…補助固定ブラケット（補助固定部材）

Claims (3)

1. 床側に固定された固定部材と、
   該固定部材に一端側である固定側端部が固定されて且つ水平方向のねじれ軸心を有するトーションバーと、
   該トーションバーの他端側の外周面に一端側が固定され且つ他端側が前記固定側端部方向へ延びる筒状部材と、
   該筒状部材の他端側であるアーム側端部に固定され且つ前記トーションバーのねじれ軸心から変位した位置にシート荷重が作用する荷重作用部を有するアーム部材と、
   前記筒状部材の一端側に周設される軸受部材と、
   該軸受部材に固定される補助固定部材と、
   前記トーションバーのねじれ状態を測定するねじれ状態測定手段と、を備え、
   該ねじれ状態測定手段の測定結果に基づいて、シートの着座部に作用する前記シート荷重を検出可能としたことを特徴とするシート荷重検出装置。
2. 前記補助固定部材は、溶接によって前記固定部材に連結されていることを特徴とする請求項１記載のシート荷重検出装置。
3. 前記軸受部材は、ボールベアリングであることを特徴とする請求項１記載のシート荷重検出装置。

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