JPH04503706A - 電磁制動慣性センサー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電磁制動慣性センサー 発明の背景と概要 本発明は、全体的には、前もって決められたレベルの加速または減速に応答する センサーに関する。このセンサーは、信号を受信することによって作動する、膨 張バッグおよびガス発生器を有する補足的な乗員保持拘束装置に用いることので きるものである。

前述のように、本発明は全体的には加速または減速センサーに関するものである 。これらのセンサーは、速度変化センサー、慣性スイッチ、加速または減速セン サー、またはクラッシュセンサーとして知られている。前述の用途のセンサーに は共通的に、前もって決められた加速パルスに応答して複数の電気接点間に回路 を閉結させるように第一位置から第二位置へと移動する慣性質量またばあら金（ スラグ）が用いられている。以下の説明においては、加速または減速は入れ替え て読取可能である。多くの装置が、前もって決められた大きさの加速未満では、 慣性質量を第一位置に維持するために用いられている。米国特許第４，３２９゜ ５４９号および米国特許第３，７７４，１２６号は、第一位置に対して慣性質量 を磁気的にバイアスしている。逆に、米国特許第４，０９７．．６９９号では慣 性質量がスプリングバイアスによって第一位置に保持されている。米国特許第４ ，３２９，５４９号および第４．０９７，６９９号は制動機構が慣性質量と結び 付いて、加速パルス（振幅と時間）が、前もって決められた時間周期に関するあ るレベルを越えるまでセンサーが作用しないことを確実にしている。それら特許 の両方とも、慣性質量とチューブとの間には極めて小さな直径的なりリアランス 、これは慣性質量が第一位置から第二位置へと移動するクリアランス、を有して おり、チューブ内のガスが慣性質量の移動を妨げる制動力を発生する。この形式 のセンサーの欠点は、チューブと慣性質量との間のクリアランスが、必要な粘性 制動力を発生するためには、正確に制御されなくてはならないことである。その ような正確な公差は製造上望ましくない複雑さをもたらし、そして装置のコスト を上昇させる。加えて、それら装置は、もし液体や蒸気がチューブ内に入り込む と、粘性制動特性が変化し装置異常になるため、チューブ内に水蒸気が入ること を防ぐよう特別な密封機構を必要としている。

従来技術と結び付いている問題を解決する、加速度応答型センサーを提供するこ とが本発明の目的である。

本発明の別の目的は慣性質量の動きを制動するよう。

慣性質量上に働く対向電磁力を発生させることである。

その結果、本発明のセンサーは、前もって決められた振幅と継続時間を持つ加速 信号に応答して第一位置から第二位置へと移動する慣性質量と、慣性質量が第二 位置に移動したことを表すための第一位置と、 慣性質量の動きを制動するための電磁力を発生するための第二装置と、 慣性質量を第一位置に向けてバイアスしておくための第三装置と、を有している 。

本発明の多くの他の目的と効果とは、以下の、図示の発明の詳細な説明から明ら かとなるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の第一の実施例を描いた図である。

第２図は部分的に動作状態にある第１図の装置を描いた図である。

第３図は第１図の装置の部分図である。

第４図は本発明の別の実施例を描いた図である。

第５図は部分的に動作状態にある第４図の装置を描いた図である。

第６図および第７図は本発明のさらに別の実施例を描いた図である。

図示の発明の詳細な説明 第１図は本発明によるセンサー構造を描いたものである。センサー２０は、アル ミニウムまたはプラスチックのような非磁性材料で構成されるハウジング２２を 有している。ハウジングはそれぞれ第一および第二端２６および２８で終端して いる周囲に延びている壁２４を有している。ハウジング終端２８の付近の周囲部 突起３０には、複数の電気的リードと接点３４ａおよび３４ｂを有する電気的な 接点組立て体３２が支持されている。接点３４ａと３４ｂの部分はハウジングの 内側またはチャンバー３６から外側に延びて、電気回路ボード３８を通って制御 回路４０に達する。電気的リードまたは線４２は、センサー２０の状態を、関係 する構成要素に伝えるために備えられている。センサーが乗員用膨張保持（拘束 ）装置の一部として用いられるのであれば、端子または線４２は、ガス発生器お よび／または電子制御ユニット（両方とも示されていない）に接続される０回路 ４０は、バッファ回路、信号増幅回路または共に動作する装置の残りの構成要素 によって形成される別の回路であってもよい。ハウジングの他端２６の近くには 、ハウジング２２の終端２６を閉じるプレート５０として描かれている強磁性体 部が取付けられている。このプレート５０は、中央開口部５２を有しており、こ れを通して機械的な移動ストップ５４が受けとめられている。ハウジング２２の チャンバー３６の内部に、プレート５０に隣接して設けられているのは全体とし て６０で示されているカップ形の部分で、これは中央開口６４を持つ底部６２と 軸的に延びる壁６６とを有している。第１１に描かれている本発明の実施例では 、カップ形の素子６０は、開口５２および６４を通って延びるスナップリング部 ５６を含む機械的ストップ５４によってプレート５０に取付けられている。この 機械的ストップ５４はさらに、その１方の表面上の平坦なシーテイング面７２を 有するラジアルフランジ７０を含んでいる。溝７４が０リング７６のようなシー ルを受けるために反対側表面上に設けられている。

カップ形素子６０の壁６６は全体として、距離または空間８０によって壁２４か ら離されている。ハウジング２２の内部を軸的に移動できるのは、９０として全 体的に表されている永久磁石組立て体である。この永久磁石組立て体は、センサ ーの中実軸９４に対して軸方向で整列されている、そのＮＵＮとＳ極Ｓとを持つ 永久磁石９２を有している。この磁石９２はＳ極の付近の拡げられた端９３と、 Ｎ極付近の狭い層９５とを持っている。ｓ１図では、Ｎ極が右側に延びているよ うに示され、モしてＳ極が左に延びているように示されているが、そのような極 構成は反転することもできる、ということは明らかである。そのＮＭＮのような 、永久磁石の一方の極から鉄製のシェル１００が延びている。このシェル１００ は、それに関してＮ極の部分が突き出ている中央開口１０４を規定する、半径方 向に広がる部分１０２を有している。シェル１００はさらに半径的な部分１０２ から廻びる、周囲を囲むボスまたはリップ１１０と、リップ１１０から延びる軸 的な延長壁１１２とを有している。リップ１１０は、壁２４の内側の直径に摺動 的に係合するようにされている。シェル１００の軸的に延長されている部分１１ ２は、カップ形部分６０の壁６０に関して周囲を囲むような空間８０に延びてい る。壁１１２が壁６６から離れているように示されているが、壁６６はシェル１ ００の安定性を強化してそれが発火体制となることを防止するよう、それらの壁 が互いに軽（保合していることは、本発明の範囲内である。開口１０４を通して 延びているＮ極の部分には、接点３４ａおよび３４ｂと結合して良好な電気的接 続を提供できるような電気的コーティング、材料または接点１０２が設けられて いる。ｇ気的接点３４ａおよび３４ｂとコーティング１２０とには、金または類 似のメッキが施されることも予想される。

第１図では、永久磁石９２は磁石と鉄板５０との間の磁気的吸引力によって停止 して第一位置にあるように示されている。所定の大きさと所定の継続時間とを持 つ、前もって決められた加速パルスに応答して、永久磁石組立て体はその固有の 慣性が引き付ける力をふり振って第二位置に向かって移動し、接点３４ａ、３４ ｂと電気的に接触状態となる。

第２図は永久磁石組立て体９０が、電気接点３４ａ。

３４ｂに向かって移動している際の、その１つの中間位置にある場合を描いたも のである。

前に述べたように、永久磁石組立て体９０のような慣性質量の前進移動に対向す る制動力を発生させることが望ましい。そのため、本発明は逆電磁力（ｅ　ｍ　 ｆ　）を生じさせることによって永久磁石組立て体の移動に対向する制動力を得 ている。本発明は、このｅ　ｍ　ｆ力が多くの方法で生じさせることができるこ とを意図している。例えば、カップ形素子６０はアルミニウムまたは銅のような 非磁性の導電材料で作ることができる。

磁石が電気導体を通って移動する時には、誘起された電流が発生し、それが逆電 磁力を発生することは知られているが、本発明はこの力を、永久磁石組立て体の 前進移動に対向し制動するように利用している。さらに特定化すれば、シェル】 ００を永久磁石９２のＮ極のような、１つの極に取付けることによって、Ｎ極の 実効の場所Ｎ′−はシェル１００の環状端１１２に設けられる。端１２２は、磁 石のＳ極を含む平面に接近して終端するように選ばれることは理解できる。その ため第３図に描かれているように、永久磁石によって発生された磁束１２２の磁 力線は基本的にはカップ形素子６０の壁６６に垂直に向い、そこにおいて永久磁 石組立て体９０の軸方向速度に比例した大きさで変化する逆電磁石が見られる。

明らかなように、磁束線はまた、電磁力の発生を助長する１２４および１２６の ような、外縁磁束線をも含んでいる。

逆に、そして上の図に示されているように、カップ形素子６０は、そこに埋め込 まれた多数の、軸的に隔てられた導体１３０を持つ非磁性、非導電性材料で作る こともできる。永久磁石組立て体９０が第１図に描かれているように右に移動す ると、導体１３０つまたはそれ以上に電流が誘起され、それによって組立て体９ ０の前進移動を妨げ制動するための逆電磁力が発生する０本発明の別の実施例は 、個別的で離された導電体１３０を単独の円筒形素子で置換することも意図して いる１本発明の付加的実施例は壁６６によって支持されている電気コイル、そこ ではコイルの両端が電気的に短絡されている、をも意図している。理解できるよ うに、種々の導体構造、個別形、連続形および短絡形が本発明において使用され 得る。

さらに、永久磁石組立て体９ｏは、周囲を囲むボス１１０から離れて永久磁石９ ２の端９７に設けられた、そして壁６６の内面と軽く係合している寸法の第２の 周囲を囲むボスまたはリム１３２を製造することによって、軸方向で安定化され る。

２００として全体的に設計された、別のセンサーを描いている第４図および第５ 図を参照する。このセンサーは、底面素子２０４と軸方向に延びる壁２０６とを 持つカップ状の磁気透過性ハウジング２０２を含んでいる。底面素子２０４は、 そこに永久磁石２２０が取付けられる開口２０８を有している。永久磁石２２０ は狭い円筒状部分２２２と、１方の端の近くに、周囲を囲むボスまたはリップ２ ２６を持つ増加した直径部分２２４とを有している。ハウジング２０２は、壁２ ０６の半径方向に延びているフランジ２４２にスナップ取付けされているキャッ プ２４０によって閉じられている。複数の電気接点２４４ａ、２４４ｂは、軸方 向に延びているボス２４８を持つ円形プレート２４６上に支持されている。半径 的に延びているフランジ２４２に対向して、プレート２４６は、Ｏリング２５２ のような弾性部を支持するための環状溝２５０を有している。ボス２４８とキャ ップ２４０との間に位置して、２６２として全体的に示されているバッファまた は制御回路を支持する回路ボード２６０が設けられる。電気的接点２４４ａ、２ ４４ｂはプレート２４６を通って逗び、端子２７０を持つ回路２６２に接続され る。

ハウジング２０２内に、そして永久磁石２２０に関して、摺動的に位置している のは、非磁性の、非導電性カップ２８０である。カップ２８０の端２８２の付近 には、璧２０６の内面と摺動的に係合している周囲を囲むリップ２８４がある。

このカップ２８０は壁２８６と、それに接続された交差部２９０とを有している 。交差部２９０は、永久磁石２２０の１つの表面２９４に係合するよう用いられ る内側を向いたボス２９２を存しており、それが第一の、または作動されていな い位置にある時には、ボス２９２は透磁性部分３゜Ｏを永久磁石２２０から特定 の距離だけ離すように働く０図から理解できるように、カップ２８０の軸方向に おける安定化は、リップ２８４と壁２０６との相互作用によって、そしてリップ ２２６と壁２８６との相互作用によフて達成される。所定の大きさと継続時間の 加速パルスに応答して、カップ２８０は第二位置に向けて右に移動し、電気的接 点２４４ａ、２４４ｂ間に接触係合する。それらの間の電気的接触を強化するた めに、部分３００には電気的な良導体材料または接点１２０が取付けられる。第 ５図はカップ２８０の、第一および第二位置の間の中間位置にある場合を描いて いる。

図に描かれている磁石の構造の動作においては、磁石２２０のＳ極は磁気的に透 過的なハウジング２０２と直接的に接触しており、それによってＳ極Ｓ′が広が るようハウジング２０２を成極している。理解されるように、３】０として全体 的に示されている磁束の磁力線はＮ極から流れてＳ極に、すなわちハウジング２ ０２に、全体的には半径方向に、延びる。第５図に描かれているように磁石２２ ０が、加速パルスに応答して右に移動すると、カップ２８０の壁２８６に埋め込 まれている、または取付けられている１つの導電素子または複数の導電素子３２ ０が磁束線と相互に作用して、本発明の第一実施例で説明したと同等の方法で逆 電磁力を発生する。第４図および第５図はカップ内に個別の導体があるように描 かれてはいるが、前に説明した別の導電体のいずれもが、交換され得る物である 。

本発明の第一の実施例に比べた、本発明の第二の実施例の利点の１つは、前に説 明したように、これが永久磁石組立て体よりも小さな慣性を持つ強磁性体部３０ ０を有するカップ２８０を製造することが可能なことである。その結果、より少 ない質量と慣性を持つ可動部を利用することによって、逆電磁力によって発生さ れる制動は、相対的に感知されてさらに効果的になる。

磁力線は、それら自体の全体的配置において、影響されるそれらの領域内におい て高度に透過する材料の最大利点を得ることができる０両方の実施例とも、永久 磁石材料と鉄製カップまたはシェルは、高い透磁性を持つ材料で作られており、 単に低い透磁性を持つ材料は永久磁石の広げられた端の外側周囲と鉄製シェルま たはカップとの間の、周囲を囲むエアギャップにあって、第６図に描かれている ように磁力線４００は全体としてエアギャップに集中している。以下の説明は、 前に示した本発明の両方の実施例に適用可能である。

第６図の装置３５０は、第４図および第５図の磁石２２ｏおよびハウジングと、 または反転して見るならば、第１図および第２図の磁石組立て体と、同等に見る ことができる０図面表現の都合によってボス９７および２２２は省略されている 。磁力線はいつも、２つの高導磁性材料の間の最も狭いエアギャップ内に最大密 度をもって集中するということは理解できる。より小さな直径部分に接近してい る永久磁石３５４の大きな直径の端３５２の部分は、先端３５８よりも小さな相 対磁気極性を有している。この部分から放牧する放射磁気線は、こうして、この 部分に直に隣接するエアギャップ内においてより弱くなる。制動効果を最大とす るために、エアギャップの長さを通して密度の一様な放射磁界を持つことは有利 である。第６図に示すような前述の一様でない磁界を補償するために、そして磁 界をより一様にするために、第７図に示すように磁石の広げられた端３５２′は 、広げられた端３５２′の内側部分で最大直径を持つような、いくらか円錐形と なった形３５４′として作ることを提案する。

本発明の総ての実施例に共通するのは、移動する質量に本当の制動を与えるため の機構である。移動する質量の動きを制動することは、その動きを遅れさせる結 果を生じさせる、質量の動きに関する運動エネルギーを吸収し、そして消費させ るための装置を必要とする。

摺動素子の前進移動は遅くされてその移動行程は個々の時間周期にわたって実際 の衝突に適合したものであるようにしなければならない。この遅くすることは、 その前進移動の運動エネルギーのいくらかを熱の形で消費させることによって達 せられる。その導電リングまたはカップを持つ摺動素子が磁界中を移動する時、 誘起される電流は導電材料中の抵抗によって部分的に熱に変えられる１次にこの 熱は徐々に周囲環境に発散されて失われる。この方法によって摺動素子の本当の 位置取りが達成され、こうして瞬間的ショックと実際の衝突との間の識別に要す る時間依存が実現できる。

制動効果の大きさは、いくつかの物理的パラメーターを変えることによって変化 することを指摘しておくのは有益である。これらの物理的パラメーターは、１） 永久磁石の強さ、２）寸法や材料を変化させることによる導電性リングまたはシ ェルの抵抗値、３）磁界の効果内にあるリングまたは導電体の数、４）エアギャ ップの幅、５）電気的接触に至る前に摺動素子の移動する距離、モして６）摺動 部分の質量、である。

可動部に加わる力は、基本的な電磁理論から次式で表される。

Ｆ＝ＢＸＬｘ　ｉ ここで、ｒＢＪは導電体が移動する磁界の強さ、ｒＬＪは導電体の長さ、または 導電性カップの場合には導電体内を通る電流路の長さ、モして「ｉ」は磁界に対 して移動することによって導電体内に生じる電流値である。

導電性リングまたはカップにより吸収され、そして熱に変換される電力の量は、 Ｐ工ｉ’ｘＲ で表され、ここでＲは導電性リングまたはカップの抵抗値である。

多くの変形や変更が、前に説明された本発明の実施例に対して、その範囲を逸脱 することなく、実施することができるのは当然である。その結果、本発明の範囲 は、特許請求の範囲によってのみ制限されることを強調しておく。

ＦＩＧ、１ 特表千４−５０３７０６　（６） 国際調査報告 国際調査報告

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．ハウジングと、慣性質量を第二位置へと向かわせる、前もって決められた振 幅と継続時間の加速または減速信号に応答して第一位置から第二位置へと前記ハ ウジング内を移動する慣性質量（９０，２８０）と、 慣性質量が第二位置に移動したことを表す第一装置（３２，３４，２４４，４０ ，２６０）と、磁石（９２，２２０）および導電体（１３０，３２０）とを有し 、前記磁石はそのような信号が生じるまで前記慣性質量を第一位置に保持するた めに働き、そして前記磁石および前記導体は第二位置に向かう前記慣性質量の動 きに応答しそして慣性質量の動きを制動するように作用する電磁力を発生するた めに働き、 前記磁石および前記導電体の一方は前記慣性質量と共に可動でき、そして前記磁 石および前記導電体の他方は前記ハウジングに固定されていることを特徴とする 電磁制動慣性センサ。
2. ２．上記慣性質量は前記磁石（９２）を含み、そしてさらに前記磁石の一方の端 に取付けけられた磁気的な導体シェル（１００）を含み、前記シェルは磁界が直 径的なスペース（８０）の部分内に発生するように磁石（９２）の側から直径方 向に離された（５０）壁の部分（１１２）を含むような、請求の範囲第１項記載 のセンサー。
3. ３．上記慣性質量は第二位置に向かって動くのに従い、慣性質量の動きを制動す るよう動作する対向電磁力が発生するよう、前記導電体（１３０）が直径的なス ペース（８０）内に固定的に備えられているような、請求の範囲第２項記載のセ ンサー。
4. ４．上記慣性質量（２８０）は、軸方向の壁（２８６）と交差部（２９０）とを 含む非磁性カップ（２８０）を有し、そして第二装置が前記磁石（２２０）に固 定されている磁気的に導体のシェル（２０２）を含み、カップの軸方向の壁（２ ８６）は磁石の第一部分とシェル（２０２）の軸方向の壁との間の直径的なスペ ース内に摺動的に受入れられ、磁界は磁石の第一部分とシェルの軸方向の壁との 間に発生させられ、前記導電体は前記カップの軸方向の壁の上に設けられるよう な、請求の範囲第１項記載のセンサー。
5. ５．上記磁石は先細の終端部分を有し、そのような先細の終端部分とシェルの軸 方向の壁との間の直径的スペースも同様に先細となっているような、請求の範囲 第４項記載のセンサー。
6. ６．導電体が、その上に周囲を囲むように設けられた少なくとも１つの導電体（ １３０）を含む絶縁性シリンダー（６０）を有するような、請求の範囲第１項記 載のセンサー。
7. ７．少なくとも１つの導電体が、複数の軸的に隔てられた導体リング（１３０） を有するような、請求の範囲第６項記載のセンサー。
8. ８．少なくとも１つの導電体が、軸方向に延びている円筒形導体を有するような 、請求の範囲第６項記載のセンサー。
9. ９．少なくとも１つの導電体が、電気的に短絡された終端を持つ軸方向に延びて いる環状コイルを有するような、請求の範囲第６項記載のセンサー。
10. １０．前記導電体は前記ハウジング上に固定的に取付けられ、そして前記慣性質 量は前記磁石を含み、前記慣性質量はまた終端壁（１０２）と側壁（１１２）と を持つ鉄製シェル（１００）を含み、前記シェル終端壁は前記磁石の一方の極に 固定され、そして前記シェルの側壁は、磁石の反対の極の近くで終端するように 、それに関して外側に隔てられて前記磁石に沿って軸方向に延びて、前記スペー スが前記磁石と前記シェルの側壁との間に画定されるような、請求の範囲第１項 記載のセンサー。