JP4751778B2 - 荷重検出装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷重検出装置およびその製造方法に関する。さらに詳述すると、本発明は、荷重を受けて歪みを生じる起歪部の可動領域を規制するためのストッパを備えたロードセルの構造および製法の改良に関する。

重量や荷重の測定に用いられる荷重検出装置のひとつに、金属の歪み量によって電気抵抗が変わる原理を利用した電気式の荷重センサ、いわゆるロードセルがある。また、このような荷重検出装置には、装置内に設けられた起歪部（荷重の作用で歪を生じる起歪体からなる部位）が一定範囲を超えて歪むのを規制して保護するためのストッパを備えているものもある。

従来、このような構造の荷重検出装置としては、例えばドライバーズシートのような車両用シートにおいて、シートレールのシート固定部に対する変位をある範囲内に規制する変位規制機構を具備したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、取付部材を構成する板ばね部材に係合部が設けてあり、かつ、この係合部に係合することにより起歪部の可動剛体部の上下方向の変位を所定量で規制する構成のストッパ部材を備えた装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特許第３６８３７１２号公報 特開２００１−１４１５５３号公報

しかしながら、上述のように変位をある範囲内に規制するためのストッパ機構を備えた荷重検出装置には以下のような問題があった。すなわち、従来技術の場合には、起歪部（起歪体）を含むセンサの外部に変位規制用のストッパを設けているために、専用の部品が増えてしまうということがあった。また、荷重が作用したときの起歪部の変位を考慮して当該起歪部とストッパとの間に隙間（ギャップ）が形成されているが、非常に高い寸法精度、加工精度を要している。このため、大量生産では精度が出せなかったり、精度を出すために切削加工を余儀なくされたり、精度を特別に管理するためにコストが高くなるなどの問題があった。一方で、このストッパの寸法公差を大きくとるとすれば起歪体の変位が大きくなり、例えば車両用シートに具備されている場合であればこれに伴って当該シートの変位が大きくなり、シートのがたつきが生じたり乗り心地を悪化させたりするといった問題があった。

そこで、本発明は、従来ほどの高い加工精度を必要とせずとも起歪部とストッパとの間の隙間（ギャップ）を高精度に形成することができる荷重検出装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

かかる課題を解決するため、本発明者は種々の検討を行った。本件の対象たるロードセルを備えた荷重検出装置は荷重による微小な歪量を電気信号に変換するという装置であり、そもそも、極めて小さい歪量を取り扱うものである。そうすると、このように極めて小さい歪量でありながらもストッパとの間に一定の間隔を形成しようとすること自体、手間とコストを要することに直結するものである。この点に着目してさらに検討を加えた本発明者は、かかる問題を解決しうる手段を知見するに至った。

本発明はかかる知見に基づくもので、外部からの荷重が入力される荷重入力部と、該荷重入力部から入力された荷重を受けて歪みを生じる起歪部と、当該起歪部が一定範囲を超えて歪むのを規制するストッパとを備えた荷重検出装置を製造するための製造方法において、前記ストッパの少なくとも一部を塑性変形する材質で構成される塑性変形部とし、前記起歪部とともに変位して前記ストッパに当接する当接部と前記ストッパの塑性変形部とを接触させるかまたは極近傍に位置した状態としておき、この状態で前記荷重入力部から所定の大きさの荷重を入力し、前記ストッパに当接部を当接させることによって前記塑性変形部を塑性変形させ、該塑性変形部と前記当接部との間に前記所定の大きさの荷重に応じた大きさの隙間を形成するというものである。

このように、荷重入力部を介して外部から所定の大きさの荷重を入力すると、当該入力荷重を受けて起歪部に歪みが生じ、これを受けて当接部も変位する。この当接部は入力荷重の大きさに応じた量だけ変位し、ストッパの塑性変形部を押圧して塑性変形させる。その後、入力していた荷重を取り除いた状態とすれば、変位していた当接部は元の位置（荷重を受けていない状態におけるニュートラル位置）に戻り、当該戻った当接部と変形後の塑性変形部との間に隙間が形成される。ここで、例えば歪ゲージを用いたロードセルであれば、起歪部や当接部の変位量（歪量）は入力していた荷重に応じて定まる一定の量となるから、上述のようにして形成される隙間（ストッパとの間のギャップ）は、当該荷重に応じた一定の間隔となっている。換言すれば、当初の状態にかかわらず、荷重入力および除去という一連の処理を実施することにより、切削加工などを経ることなく当接部とストッパとの間に一定間隔の隙間を形成することができる。

また、上述のような荷重検出装置の製造方法においては、前記ストッパを、前記当接部を挟み込むように配置された少なくとも一対の塑性変形部を備えた構造としておくとともに、当該ストッパの塑性変形部を塑性変形させるための荷重を一の方向およびこれとは逆の方向に加えることによって前記一対の塑性変形部をいずれとも塑性変形させることが好ましい。こうした場合、例えば圧縮荷重と引張荷重のような方向の相異なる荷重に対する別々のストッパを、それぞれ当接部との間に一定間隔の隙間を形成した状態で形成することができる。

また、かかる製造方法においては、前記ストッパに、前記塑性変形部の変形時の抵抗を低減する凹部をあらかじめ設けておくことが好ましい。例えばくびれや凹溝などによって形成される凹部は、変形時の抵抗を低減させることにより塑性変形部を変形させやすくする。

さらに、本発明においては、前記所定の大きさの荷重として、前記起歪部に作用する荷重の上限値に相当する大きさの荷重を入力することとしている。これによれば、起歪部（当接部）とストッパとの間に所定の荷重上限値に対応する大きさの隙間が形成されることとなる。したがって、当該荷重検出装置の使用時、荷重上限値よりも小さい荷重が作用している間は起歪部（当接部）とストッパとの間に隙間がある一方で、この荷重上限値を超える荷重が作用すると、起歪部（当接部）がストッパに当接する。これにより、起歪部が一定範囲を超えて歪むのを規制あるいは抑制して当該起歪部を保護することができる。

また、本件明は、外部からの荷重が入力される荷重入力部と、該荷重入力部から入力された荷重を受けて歪みを生じる起歪部と、当該起歪部が一定範囲を超えて歪むのを規制するストッパと、前記起歪部とともに変位して前記ストッパに当接する当接部と、を備えた荷重検出装置において、前記ストッパの少なくとも一部が、前記当接部を挟み込むように配置された塑性変形する材質からなる塑性変形部で構成されているとともに、前記ストッパの塑性変形部を前記当接部を介して塑性変形させるための荷重を前記荷重入力部を通じて一の方向およびこれとは逆の方向に加える際、当該塑性変形部の変形時の抵抗を低減させるための凹部をこの塑性変形部の一部にあらかじめ設けてあることを特徴としている。

この荷重検出装置においては、起歪部とともに変位する当接部の動きをストッパが規制することによって当該起歪部を保護することが可能である。この場合のストッパの一部は、当接部を挟み込むように配置された塑性変形部で構成されているため、当接部がいずれの方向に変位した場合もこのようなストッパの機能によってその動き（変位）を規制することができる。しかも、本発明にかかる荷重検出装置は、塑性変形部の変形時の抵抗を軽減するための凹部を備えていることから、上述したような製造方法、すなわち、製造過程において所定の大きさの荷重を入力して塑性変形部を変形させるという製造方法を実施する際、当該塑性変形部を変形させやすいという利点がある。このため、起歪部（当接部）とストッパとの間に一定間隔の隙間を形成しやすい。

さらに、本発明は、外部からの荷重が入力される荷重入力部と、該荷重入力部から入力された荷重を受けて歪みを生じる起歪部と、該起歪部を支持する支持部材と、該支持部材に形成され、前記起歪部が一定範囲を超えて歪もうとした場合に前記起歪部の当接面と当接して該起歪部の歪みを規制するストッパ面と、を備え、前記支持部材には、前記ストッパ面と前記当接面とが当接した状態で前記荷重入力部に荷重を加えたことにより塑性変形してなる塑性変形部が形成されているというものである。

このように、荷重入力部を介して外部から所定の大きさの荷重を入力すると、当該入力荷重を受けて起歪部に歪みが生じ、これを受けて当接部（当接面）も変位する。この当接部（当接面）は入力荷重の大きさに応じた量だけ変位し、ストッパ（ストッパ面）の一部または全部を構成している塑性変形部を押圧して塑性変形させる。その後、入力していた荷重を取り除いた状態とすれば、変位していた当接部（当接面）は元の位置（荷重を受けていない状態におけるニュートラル位置）に戻り、当該戻った当接部と変形後の塑性変形部との間に隙間が形成される。この場合、起歪部の歪量および当接部の変位量は入力荷重によって定める一定量となるから、荷重入力前における初期状態にかかわらず、荷重入力および除去という一連の処理を実施することにより、本発明にかかる荷重検出装置においては当接部とストッパとの間に一定間隔の隙間が形成されることになる。

本発明にかかる荷重検出装置によれば、従来ほどの高い加工精度を必要とせずとも起歪部とストッパとの間の隙間（ギャップ）を高精度に形成することが可能となる。

以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。

図１〜図５に本発明の一実施形態を示す。本発明にかかる荷重検出装置１は、外部からの荷重が入力される荷重入力部２ａと、該荷重入力部２ａから入力された荷重を受けて歪みを生じる起歪部２ｂと、当該起歪部２ｂが一定範囲を超えて歪むのを規制するストッパ５，６とを備えているものである。ここで、本実施形態では、ストッパ５，６の少なくとも一部を塑性変形する材質で構成される塑性変形部３ａ，４ａとし、荷重検出体２の一部（具体的には当接部２ｃ）を使ってこの塑性変形部３ａ，４ａを変形させ、当接部２ｃとストッパ５，６との間に所定間隔の隙間（ストッパ隙）を形成することとしている。

まず、この荷重検出装置１の概略から説明しておく。本実施形態の荷重検出装置１は重量や荷重の測定に用いられる装置のひとつで、金属の歪み量によって電気抵抗が変わる電気式センサ（ロードセル）を利用したものである。この荷重検出装置１は、例えばパッセンジャーシートやドライバーズシートのような車両用シートに作用する荷重を検出するための装置などに適用される（図５参照）。本実施形態においては、荷重検出装置１をこのような車両用シートにおける荷重検出用の装置として用いる場合について説明する。ただし、これは本装置の好適な適用例の一つに過ぎず、これ以外への適用が妨げられるものではない。

荷重入力部２ａは外部からの荷重が入力される部位であり、荷重検出装置１を構成する部品の一つである荷重検出体２を構成している（図１、図４参照）。この荷重入力部２ａは、例えば本実施形態のように円柱形状に形成されるなど、車両用シートに取り付けられやすく、なお且つ種々の方向あるいは大きさの荷重を起歪部２ｂに伝達しやすい形状となっていることが好ましい。また、本実施形態においてはこの荷重入力部２ａの外周にねじを切っている（図１参照）。

起歪部２ｂは、荷重を受けて内部応力を生じ、歪を生じさせる部分である。例えば本実施形態の荷重検出装置１においては、荷重検出体２の底部付近の部分のうち、図２において符号２ｂで示す部分が起歪部として機能するようになっている（図２参照）。なお、符号２ｂで示す想像線の領域が厳密な意味での起歪部だということではなく、歪ゲージ７が設けられている部分のおよそ上部付近の部位が起歪部として機能するということである。

当接部２ｃは、上述の起歪部２ｂが歪を生じた際、これに伴い変位してストッパ５，６に当接するように形成されているものである。例えば本実施形態の場合には、図示しているように荷重検出体２を径の異なる複数の円柱体が組み合わされた形状の一体化構造としたうえで、この荷重検出体２の途中に位置する大径の円柱体をフランジ部とし、該フランジ部をストッパ５，６に直接当たる当接部２ｃとして機能させることとしている（図１〜図３参照）。

ストッパ５，６は、上述の起歪部２ｂが一定範囲を超えて歪むのを規制するためのもので、例えば本実施形態の場合には、この起歪部２ｂが歪むのに伴って変位する当接部２ｃの動きを規制することによって当該起歪部２ｂを保護するようにしている。このようなストッパ５，６の大きさや形状は起歪部２ｂの変位を規制して保護しうるものであれば特に限定されることはないが、例えば本実施形態では、当接部２ｃの上面側と下面側から挟み込む形状の上下一対のストッパ５，６を用いることによって当該当接部２ｃの動きを規制することとしている（図２、図３参照）。

また、ストッパ５，６は一体構造であるばかりでなく、複数の部材が組み合わされることによって構成されているものであっても構わない。例えば本実施形態では、当接部２ｃの上面側を規制する支持部材（以下、フランジ部材という）３と、当接部２ｃの下面側を規制するリング部材４という２つの環状の部材を組み合わせてストッパ５，６を構成することとしている。

フランジ部材３は、荷重検出体２を外周側から抑えるように設けられる部材で、中央部には荷重検出体２の一部を通すことのできる円形の孔が設けられている。また、フランジ部材３には、例えば車両用シートの構成部品に取り付けられる場合に利用できるボルト孔３ｃが、図４において符号３ｄで示すフランジ状板部に適宜設けられている（図１、図２、図４参照）。荷重検出体２を外周側から抑えるように設けられているこのフランジ部材３は、荷重検出体２の起歪部２ｂを支持する部材（あるいは、起歪部２ｂを含む荷重検出体２自体を支持して起歪部２ｂや当接部２ｃ等に所定の機能を発揮させる部材）として機能する。

さらに、このフランジ部材３には、起歪部２ｂが一定範囲を超えて歪もうとした場合にこの起歪部２ｂの当接面（より具体的には、起歪部２ｂの歪みに伴い変位する当接部２ｃの面）と当接して該起歪部２ｂの歪みを規制するためのストッパ５が形成されている（図２参照）。例えば本実施形態の場合には、フランジ部材３の内周上端部に内周側に向けて突出するフランジ形状部分を形成し、当該フランジ形状部分の底面からなるストッパ面をストッパ５として機能させるようにしている。

一方、リング部材４は、上述のフランジ部材３の内周に嵌まり込むようになっている環状の部材である（図２参照）。フランジ部材３と同様、荷重検出体２を外周側から抑えるように設けられているこのリング部材４は、荷重検出体２の起歪部２ｂを支持する支持部材（あるいは、起歪部２ｂを含む荷重検出体２自体を支持して起歪部２ｂや当接部２ｃ等に所定の機能を発揮させる部材）として機能する。

このリング部材４には、起歪部２ｂが一定範囲を超えて歪もうとした場合にこの起歪部２ｂの当接面（より具体的には、起歪部２ｂの歪みに伴い変位する当接部２ｃの面）と当接して該起歪部２ｂの歪みを規制するためのストッパ６が形成されている（図２参照）。例えば本実施形態の場合には、リング部材４の上面に形成されるストッパ面をストッパ６として機能させるようにしている。

さらに、上述したストッパ５，６の少なくとも一部は塑性変形する材質で構成されていることが好ましい。この場合、当該塑性変形部分は、当接部２ｃから押圧されることによって変形し、当接部２ｃによる押圧後、外力が加わらない限りは変形したままの状態を維持することができる。例えば本実施形態では、上述した支持部材（フランジ部材３、リング部材４）のそれぞれに、ストッパ５，６と当接部２ｃとが当接した状態で荷重入力部２ａに荷重を加えることにより塑性変形してなる塑性変形部３ａ，４ａを形成することとしている（図２参照）。ストッパ５，６の一部または全部をこのような塑性変形部３ａ，４ａで構成することにより、当該ストッパ５，６（またはその塑性変形部３ａ，４ａ）と当接部２ｃとの間に、事後的に所定幅の隙間を形成することが可能となる。すなわち、詳細な内容については後述するが、本実施形態においては、荷重検出体２やリング部材４、フランジ部材３を組み付けた後、荷重入力部２ａから所定の大きさの荷重を入力し、当接部２ｃを変位させることによって塑性変形部３ａ，４ａを当該荷重の大きさに伴う分だけ変形させることとしている。こうした場合、組み付け時の状態にかかわらず、当接部２ｃと塑性変形部３ａ，４ａとの間に所定の大きさの微小な隙間を形成することが可能である。

また、上述の塑性変形部３ａ，４ａやその近傍は、塑性変形するのに好適な形状となっていることが好ましい。例えば本実施形態では、塑性変形部３ａ，４ａにくびれや溝からなる凹部３ｂ，４ｂを設けることによって塑性変形しやすくなるようにしている。つまり、塑性変形部３ａの厚みを均一にするのではなく、特に塑性変形させたい部位の根元部分に凹部３ｂを設け、この凹部３ｂの付近の肉厚を薄くして変形しやすくなるようにしている（図２参照）。

また、本実施形態ではリング部材４にも凹部４ｂを設けることによって塑性変形部４ａが変形しやすくなるようにしている。具体的には、リング部材４の内周面に周回する溝からなる凹部４ｂを設け、塑性変形部４ａの断面をいわば片持ち形状とすることによって変形しやすくなるようにしている（図２参照）。別の表現をすれば、塑性変形させようとする部分の下側をくり抜いたような形状の凹部４ｂを形成することにより、所定大きさの荷重入力時に当該塑性変形部４ａが塑性変形しやすくなるようにしている。

さらに、荷重検出装置１においては上述のような塑性変形部４ａをさらに変形させやすい構造を採用していることも好ましい。一例として、本実施形態では当接部２ｃの下面を段付きの凸形状とすることにより、塑性変形部４ａをより積極的に変形させることができるようにしている。つまり、当接部２ｃの下面を該当接部２ｃよりも小径の段付き形状とし、ストッパ６を押圧する領域を狭めることにより塑性変形部４ａに集中的に入力荷重が作用するようにしている（図２、図３参照）。こうした場合、塑性変形部４ａに対して集中的に荷重を作用させることができるから、同一の大きさの荷重を入力した場合であっても当該塑性変形部４ａをさらに変形させやすいという利点がある。

また、荷重検出装置１では、荷重検出体２と、ストッパ５を備えるフランジ部材３とがリング部材４を介して一体化されている。例えば本実施形態では、荷重検出体２とリング部材４とを溶接し、さらにこのリング部材４とフランジ部材３とを溶接してこれらを一体化した構造としている（図２参照）。溶接としては、例えばレーザ溶接や電子ビーム溶接などを行うことができる。なお、図２中においてはこれら溶接部分を符号８で示している。

さらに、荷重検出装置１においては熱の影響を減少させるための構造がとられていることが好ましい。例えば本実施形態においては、熱による影響を減少させるための構造として、リング部材４の底面に周回状の凹溝４ｃを設けることとしている（図２参照）。このような凹溝４ｃは、リング部材４自体を変形しやすくするもので、これにより、例えば溶接時などの温度変化による膨張ないしは収縮を吸収して影響をできるだけ少なくすることを可能とする。このように熱の影響を極力少なくしうるような構造は、上述のように荷重検出体２やフランジ部材３、リング部材４などを一体化する構造である場合に特に好ましい。

さらに、この荷重検出装置１には荷重入力時の歪を検出するための歪ゲージ７が設けられている。例えば本実施形態では、この歪ゲージ７を、起歪部２ｂの下面に位置するように配置することとしている（図２参照）。歪ゲージ７は、金属の歪量に応じて電気抵抗が変わる原理を利用し、荷重作用時の歪量を測定するための信号を送信する。

続いて、荷重検出装置１の製造方法について説明する。

まず、上述した構造の荷重検出体２とリング部材４とを溶接し、さらにこのリング部材４とフランジ部材３とを溶接することによってこれらを一体化する（図２参照）。本実施形態の場合、この時点ではストッパ隙（当接部２ｃとストッパ５との隙間、および当接部２ｃとストッパ６との隙間）の間隔は未調整であり、当該当接部２ｃと各ストッパ５，６とを接触させるか極近傍に位置した状態としておけばよい。

続いて、この状態下で荷重入力部２ａから所定の大きさの荷重をいわばプレ荷重として入力する（図１参照）。例えば本実施形態では、この所定の大きさの荷重として、荷重検出装置１の使用時、起歪部２ｂに作用する荷重の上限値に相当する大きさの荷重を入力することとしている。この上限値の具体的数値は使用対象や使用状況などの条件によって種々の値をとりうるが、一例を挙げれば、荷重検出装置１が車両用シートに用いられた場合であれば当該車両が軽衝突を起こした場合に作用しうる５０００Ｎ〜１５０００Ｎ程度の荷重などであり、使用時に例えば５０００Ｎの荷重が作用したときにストッパ５，６を機能させようとする場合であれば、この値（５０００Ｎ）の荷重を入力して塑性変形部３ａ，４ａを所定量変形させることになる。こうした場合、各塑性変形部３ａ，４ａは荷重５０００Ｎが作用したときの変位分だけ変形してその形状を留めることになるから、荷重検出装置１として機能している場合には実際に荷重５０００Ｎが作用した際にストッパ５，６が作用することになる。

さらに本実施形態では、このように所定の大きさの荷重（プレ荷重）を入力するに際し、圧縮方向、引張方向の両方向に荷重を加えることとする。すなわち、例えばまず圧縮荷重（本実施形態の場合であれば図中下向きに作用する荷重）を入力することにより、起歪部２ｂに圧縮応力を生じさせ、当接部２ｃを下向きに変位させる。この場合、当接部２ｃは当該荷重の大きさに応じた分だけ下側に変位し、塑性変形部４ａを押圧して塑性変形させる（図３参照）。続いて、荷重入力部２ａに引張荷重（本実施形態の場合であれば図中上向きに作用する荷重）を入力することにより、起歪部２ｂに引張応力を生じさせ、当接部２ｃを上向きに変位させる。この場合、当接部２ｃは当該荷重の大きさに応じた分だけ上側に変位し、塑性変形部３ａを押圧して塑性変形させる（図３参照）。

以上のように圧縮方向、引張方向の両荷重を作用させたら、入力していた荷重を取り除いた状態とする。これにより、変位していた当接部２ｃは元の位置（荷重を受けていない状態におけるニュートラル位置）に戻り、当該戻った当接部２ｃと変形後の塑性変形部３ａ，４ａとの間に隙間が形成される（図３参照）。この場合、変形した各塑性変形部３ａ，４ａは外力を受けない限りさらに変形することがないから、本実施形態の場合であれば上述の所定のプレ荷重の作用を受けて変形した状態のままとなっている。したがって、ニュートラル位置に戻った当接部２ｃと各ストッパ５，６（各塑性変形部３ａ，４ａ）との間には、プレ荷重の大きさに応じた幅の隙間が形成されることになる（図２、図３参照）。ちなみに、ロードセルを利用した荷重検出装置１において生じる変位は、例えば１０００Ｎの荷重を作用させた場合に数μｍ〜数十μｍといったオーダーであり、本実施形態の製造方法によって形成されるストッパ隙の大きさ（幅）も一般にはこれと同程度である。

なお、上述のように上下両方向へのプレ荷重を入力するに際し、圧縮荷重と引張荷重の入力順は問わない。要は、最終的に両方向の荷重を順次作用させることによって上下の各ストッパ隙（当接部２ｃとストッパ５との隙間、および当接部２ｃとストッパ６との隙間）を所定間隔とすることができれば足りる（図３参照）。したがって、圧縮荷重および引張荷重を一度ずつではなく交互に繰り返し複数回作用させることとしても構わない。また、このように荷重を複数回入力して作用させる場合にあっては、いわゆる交番荷重として同じ大きさの荷重を繰り返し作用させてもよいし、あるいは荷重の大きさを徐々に大きくしながら作用させることとしてもよい。後者の場合には、ストッパ隙の間隔を徐々に広げて最終的に所望の間隔に形成することができる。

また、本実施形態では特に言及していないが、上述のようにプレ荷重を作用させる場合の作用時間についても限定されることはない。当接部２ｃとストッパ５，６との間に所定幅の隙間が形成されるまで塑性変形部３ａ，４ａを塑性変形させることができればこの作用時間は短時間であっても長時間であっても構わない。

続いて、本実施形態の荷重検出装置１が設けられた車両用シートについても説明しておく（図５参照）。上述したように、この荷重検出装置１は例えばパッセンジャーシートやドライバーズシートのような車両用シート（図５において符号１２で示す）に作用する荷重を検出するための装置として適用され、荷重検出機能付きシート１１を構成する（図５参照）。

例えば図５に示す荷重検出機能付きシート１１は、車両用シート１２に作用する荷重を計測するための機能を備えたものであり、車両（図示省略）に固定されている支持台１３と、この支持台１３上において少なくとも前後に配置されている複数の荷重検出装置１と、これら荷重検出装置１のうち前後に位置するものの荷重入力部２ａどうしを連結する連結部材１６と、シート支持部材１７とを備え、さらに、当該車両に対する衝突時において連結部材１６が少なくとも上下方向に変形するのを防止するためのストッパ１８を備えた構成となっている。

車両用シート１２は自動車等における乗員用のシートとして設けられているものである。車両用シート１２としては、例えばリンクを介して座面を昇降させるという昇降機構が併設されている場合があり、このような機構に付随して本発明にかかる荷重検出装置１が併設されている場合がある。

支持台１３は、車両用シート１２を支持する台座として車両に固定されているものである。支持台１３としては種々の形状や機構を有するものが利用されうるが、例えば本実施形態においては、ブラケット３１，３２と、ロアレール３３と、アッパレール３４とで構成される支持台１３を採用している（図５参照）。

ブラケット３１，３２はその一端部が車両の床部に取り付けられて固定された支持部材で、他端部にてロアレール３３を支持している。例えば本実施形態では、前用ブラケット３１と後用ブラケット３２とを前後に配置してロアレール３３を支持する構造としている（図１等参照）。

ロアレール３３はブラケット３１，３２に固定された部材であり、例えば車両用シート１２の左右それぞれに前後方向に延びる形で設置されている。また、アッパレール３４はこのロアレール３３に沿って前後方向にスライド可能に設けられている部材である。このアッパレール３４には荷重検出装置１が設けられ、さらにこれら荷重検出装置１を介して連結部材１６やシート支持部材１７が設けられる（図５参照）。なお、アッパレール３４の形状は特に限定されるものではないが、例えば本実施形態の場合には天板３４ａを有するチャネル形状に形成されて荷重検出装置１が取り付けられやすい構造となっている。

荷重検出装置１は、荷重入力部２ａから入力された荷重により歪を生じる起歪部２ｂの歪量に基づいて荷重を計測するセンサである。荷重検出機能付きシート１１を構成するための荷重検出装置１は、例えば４個が車両用シート１２の下部の四隅にそれぞれ配置されて各位置に作用する荷重を計測するような形態で用いられる。なお、側面図によって表される図５においては前側の荷重検出装置に符号１Ａ、後側の荷重検出装置に符号１Ｂを併記して前後２箇所のセンサをそれぞれ示している（図５参照）。

ここで、本実施形態の荷重検出装置１の概要については上述したとおりであるが簡単に説明すると以下のとおりである。すなわち、この荷重検出装置１は、金属の歪量に応じて電気抵抗が変わる歪ゲージを使って荷重作用時の歪量を測定するための信号を送信するもので、荷重を受けて内部応力を生じる起歪部２ｂの微少な歪を検出するように構成されている。また、各荷重検出装置１の中心部に設けられている荷重入力部２ａは外部からの荷重が入力される部位で、起歪部２ｂに歪を生じさせるように構成されている。例えば本実施形態の場合には、連結部材２５，２６を介してこれら荷重入力部２ａから荷重が入力されるようになっている（図５参照）。なお、各荷重入力部２ａの上端部分は例えばナット２４が螺合するようにねじが切られている（図１、図５参照）。

また、荷重検出装置１は大径のフランジ部材３を備えており、該フランジ部材３に設けられた透孔やボルト等を利用して当該荷重検出装置１を固定できるようになっている。例えば本実施形態の場合には、上述したアッパレール３４の天板３４ａを貫くボルト２２をこのフランジ部材３にも通し、ナット２３で締結することによって各荷重検出装置１をアッパレール３４上に固定している（図５参照）。なお、連結部材1６には、各ボルト２２の先端部との干渉を回避するための透孔が対応する箇所にそれぞれ設けられている。

連結部材１６は、前後に配置された荷重検出装置１の荷重入力部２ａどうしを連結するための部材で、例えば本実施形態の場合であれば上述した荷重検出装置１Ａの荷重入力部２ａと荷重検出装置１Ｂの荷重入力部２ａとをそれぞれナット２４を螺合した状態として連結している（図５参照）。この連結部材１６の前部および後部にはそれぞれ中間ブラケット２５，２６がボルトとナットからなる締結手段２７を用いて取り付けられている。

中間ブラケット２５，２６は連結部材１６とシート支持部材１７との間に介在し、車両用シート１２に作用する荷重を伝達する部材である。これら中間ブラケット２５，２６の配置は特に限定されるものではないが、例えば本実施形態では荷重検出装置１Ａの前方に前側中間ブラケット２５を配置し、荷重検出装置１Ｂの前方に後側中間ブラケット２６をそれぞれ配置している（図５参照）。また、本実施形態では荷重検出装置１Ａを基準とした中間ブラケット２５のずれ量（オフセット量）が、荷重検出装置１Ｂを基準とした中間ブラケット２６のずれ量（オフセット量）よりも大きくなるように配置している。

シート支持部材１７は、車両用シート１２を支持するとともに当該車両用シート１２に作用する荷重を中間ブラケット２５，２６を介して連結部材１６に伝達する部材である。本実施形態のシート支持部材１７の前方および後方にはそれぞれ上述した中間ブラケット２５，２６が取り付けられている。

なお、ここで、車両の衝突が生じるなどして過大な荷重が作用する場合の一例を示しておくと以下のとおりである。すなわち、上述のような構造の支持台１３等においては、後方から追突されたたような場合に過大な荷重を受けることが多く、このような場合には、車両用シート１２およびシート支持部材１７が後方に仰け反るような荷重が作用する（図５中の矢印参照）。これに対し、車両用シート１２等は乗員の臀部付近における支点（図５において符号１２ａで示す）を中心として回転する動きをする構造となっているため、シート支持部材１７においては後方よりも前方の方がより大きく浮き上がる作用を受ける（図５参照）。このとき、連結部材１６は、前側中間ブラケット２５を介して前端部が強く引き上げられる作用を受ける（図５参照）。ただし、上述したようにこの連結部材１６は荷重検出装置１に対して例えばナット２４で固定されているため、当該連結部材１６の中間部分では上述した作用の結果として下向きの力、すなわち連結部材１６をＶ字形状に変形させようとする力の作用を受けることになる（図５参照）。なお、ここで例示したのは過大な荷重が作用した場合の一例であり、例えば上述の場合とは逆向きの荷重が作用した場合であれば連結部材１６はこれとは逆、すなわち中間部分を上向きに変形させようとする力の作用を受けることになる。

ここで、本実施形態では、過大な荷重が作用した場合においても連結部材１６が少なくとも上下方向に変形するのを防止するための手段としてストッパ１８を設けている。つまり、このストッパ１８は衝突時等において過大な荷重が作用した場合にも連結部材１６の動きを規制し、当該連結部材１６が変形するのを物理的に防止するというものである。このような観点からストッパ１８の具体的な構成としては種々の形態をとることができ、例示すれば、荷重検出装置１または支持台１３と連結部材１６との間に設けられた突状の規制部材１９によって構成することができるし、あるいは、連結部材１６がアッパレール３４とは反対の側に変形するのを規制するように当該連結部材１６とアッパレール３４とを挟み込む規制部材１０によって構成することもできる。

以上、ここまで説明した本実施形態の荷重検出装置１によれば、従来ほどの高い加工精度を必要とせずとも当接部２ｃとストッパ５，６との間の隙間（ギャップ）を高精度に形成することが可能となる。すなわち、ストッパ５，６を形成する際あるいは各部材を組み付ける際における高い寸法精度は必要とせず、その後にいわばプレ荷重を入力することによって当接部２ｃと各ストッパ５，６との隙間を高い精度で形成することができる。つまり、本実施形態によれば組み付けの後に荷重を加えることによって隙間をいわば事後的に最適化することができるから、従来よりも簡便かつ高精度にストッパ隙を形成することが可能である。これによれば、組み付けや加工の際に生じやすいばらつきの影響を受けることなく高い精度で荷重検出装置１を製造することが可能である。

しかも、上述した技術によれば、プレ荷重の大きさを種々変更することによって隙間の大きさを変えるという対応が容易である。このため、荷重検出装置１の仕様や設置対象などに応じてストッパ５，６により制限したい荷重が変化する場合にも、プレ荷重の大きさを適宜変更することによって設計変更や各種要求に対し柔軟に対応することができるという利点がある。

加えて、起歪部２ｂを含むセンサの外部に変位規制用のストッパ手段を設けるという従来構造の場合には部品が増えやすいという問題があったのに対し、上述したような本実施形態の荷重検出装置１によれば従来とは異なる構造を実現することができるため、その分だけ部品点数を減少させることが可能となる。また、上述したようにストッパ隙を事後的に最適化することが可能であるため、隙間（ギャップ）の加工や組み付け時において従来のような高い寸法精度や加工精度が要求されることもないし、加工や組み付け時の影響を受けることもない。したがって、これらの結果、上述した技術によれば従来よりも大幅に製造コストを削減することが可能になるという利点もある。

また、上述のように事後的にストッパ隙を最適化する本実施形態の荷重検出装置１によれば、熱による影響を排除できるという利点もある。すなわち、例えば組み付け時に溶接を伴うような加工方法の場合には熱に伴う変形などの影響を受けやすいのに対し、本実施形態の荷重検出装置１では隙間の最適化時に熱を伴わないからこのような影響を受けることがない。

さらに、本実施形態の場合には塑性変形させようとする部位あるいはその近傍にあらかじめ凹部３ｂ，４ｂを形成してあることから変形させやすいという利点もある。この場合、加工や成形に要する時間を短縮することも可能である。

なお、上述の実施形態は本発明の好適な実施の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述した実施形態においては、圧縮荷重と引張荷重として同じ大きさのものをプレ荷重として入力する場合について説明したが、これら荷重の大きさを互いに異ならせることとしてもよい。要は、車両等での使用時においてストッパ５，６を機能させようとする荷重が圧縮の場合と引張の場合とで異なる場合にはこれに合わせてストッパ隙の成形時（最適化時）に入力する圧縮荷重と引張荷重とを異ならせることが可能である。

また、本実施形態においては垂直荷重（圧縮荷重と引張荷重）をプレ荷重として入力する場合について説明したがこれは好適な一例にすぎない。すなわち、車両等での実際の使用時には垂直荷重のみならず斜め方向の荷重や場合によってはモーメントも作用することからすれば、これらを模擬した荷重をプレ荷重として入力することとしてもよい。あるいは、これら種々の荷重（組み合わせ荷重）を考慮して算出される垂直荷重をプレ荷重として入力することも好ましい。

本発明の実施形態にかかる荷重検出装置の概略構成を示す正面からの半裁断面全体図であり、左半分においてはフランジ部材（支持部材）の断面構造を示している。 図１に示した荷重検出装置を当接部やストッパを中心に詳細に示す拡大図である。 図２のうち破線で示した円形部分やその周囲の部分を中心として詳細に示すためのさらなる拡大図である。 図１に示した荷重検出装置の全体を概略的に示す斜視図である。 本発明にかかる荷重検出装置の適用例を示す荷重検出機能付きシートの側面図である。

符号の説明

１…荷重検出装置、２ａ…荷重入力部、２ｂ…起歪部、２ｃ…当接部、３…フランジ部材（支持部材）、３ａ…塑性変形部、３ｂ…凹部、４…リング部材（支持部材）、４ａ…塑性変形部、４ｂ…凹部、５…ストッパ、６…ストッパ

Claims (6)

1. 外部からの荷重が入力される荷重入力部と、該荷重入力部から入力された荷重を受けて歪みを生じる起歪部と、当該起歪部が一定範囲を超えて歪むのを規制するストッパとを備えた荷重検出装置を製造するための製造方法において、
   前記ストッパの少なくとも一部を塑性変形する材質で構成される塑性変形部とし、前記起歪部とともに変位して前記ストッパに当接する当接部と前記ストッパの塑性変形部とを接触させるかまたは極近傍に位置した状態としておき、この状態で前記荷重入力部から所定の大きさの荷重を入力し、前記ストッパに当接部を当接させることによって前記塑性変形部を塑性変形させ、該塑性変形部と前記当接部との間に前記所定の大きさの荷重に応じた大きさの隙間を形成する
   ことを特徴とする荷重検出装置の製造方法。
2. 前記ストッパを、前記当接部を挟み込むように配置された少なくとも一対の塑性変形部を備えた構造としておくとともに、当該ストッパの塑性変形部を塑性変形させるための荷重を一の方向およびこれとは逆の方向に加えることによって前記一対の塑性変形部をいずれとも塑性変形させることを特徴とする請求項１に記載の荷重検出装置の製造方法。
3. 前記ストッパに、前記塑性変形部の変形時の抵抗を低減する凹部をあらかじめ設けておくことを特徴とする請求項１または２に記載の荷重検出装置の製造方法。
4. 前記所定の大きさの荷重として、前記起歪部に作用する荷重の上限値に相当する大きさの荷重を入力することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の荷重検出装置の製造方法。
5. 外部からの荷重が入力される荷重入力部と、該荷重入力部から入力された荷重を受けて歪みを生じる起歪部と、当該起歪部が一定範囲を超えて歪むのを規制するストッパと、前記起歪部とともに変位して前記ストッパに当接する当接部と、を備えた荷重検出装置において、
   前記ストッパの少なくとも一部が、前記当接部を挟み込むように配置された塑性変形する材質からなる塑性変形部で構成されているとともに、
   前記ストッパの塑性変形部を前記当接部を介して塑性変形させるための荷重を前記荷重入力部を通じて一の方向およびこれとは逆の方向に加える際、当該塑性変形部の変形時の抵抗を低減させるための凹部をこの塑性変形部の一部にあらかじめ設けてあることを特徴とする荷重検出装置。
6. 外部からの荷重が入力される荷重入力部と、
   該荷重入力部から入力された荷重を受けて歪みを生じる起歪部と、
   該起歪部を支持する支持部材と、
   該支持部材に形成され、前記起歪部が一定範囲を超えて歪もうとした場合に前記起歪部の当接面と当接して該起歪部の歪みを規制するストッパ面と、
   を備え、
   前記支持部材には、前記ストッパ面と前記当接面とが当接した状態で前記荷重入力部に荷重を加えたことにより塑性変形してなる塑性変形部が形成されている
   ことを特徴とする荷重検出装置。

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