WO2014188678A1 - 荷重検出装置 - Google Patents

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正彦 大林
康一 油田
孝昭 小川
野村　和宏
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
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    • B60N2/02—Seats specially adapted for vehicles; Arrangement or mounting of seats in vehicles the seat or part thereof being movable, e.g. adjustable
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    • B60N2/0244—Non-manual adjustments, e.g. with electrical operation with logic circuits
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    • B60N2/0272—Non-manual adjustments, e.g. with electrical operation with logic circuits using sensors or detectors for detecting the position of seat parts

Definitions

  • the present invention relates to a load detection device that detects a load applied to a strain body by measuring mechanical strain generated in the strain body.
  • FIG. 9 is a plan view of a strain generating body of a conventional load detection device.
  • the strain body 111 is a stainless steel plate having a glass layer formed on the surface.
  • the strain body 111 has a detection hole 112 in the approximate center thereof.
  • a power supply electrode 116, a GND electrode 117, an output electrode 118, and a circuit pattern 121 made of a conductor are formed on the surface of the strain generating body 111.
  • a compression side strain resistance element 119 and a tension side strain resistance element 120 are formed on the surface of the strain generating body 111.
  • the compression side strain resistance element 119 and the tension side strain resistance element 120 are obtained by baking a metal glaze paste formed by printing.
  • the resistance values of the compression-side strain resistance element 119 and the tension-side strain resistance element 120 change according to the strain of the strain-generating body 111 that receives the load, and the voltage of the output electrode 118 also changes. Therefore, the load is detected by measuring the voltage of the output electrode 118.
  • Patent Document 2 As another conventional load detection device, a configuration described in Patent Document 2 including a strain generating body and a strain gauge attached to the strain generating body is known. Generally, a strain gauge is covered with a resin film to ensure insulation, and is attached to a strain generating body with a resin-based adhesive.
  • the load detection device includes a strain generating body, a strain detecting element disposed on the strain generating body, and an adhesive that is positioned between the strain generating body and the strain detecting element and fixes the strain detecting element to the strain generating body. And having a layer.
  • the adhesive layer is formed of a glass adhesive.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a load detection device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a cross section of the strain resistance element in the embodiment.
  • FIG. 3 is a top view of the strain resistance element in the embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of the strain resistance elements on the strain generating body in the embodiment.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the load detection device according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram of a manufacturing process of the strain resistance element in the embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic diagram illustrating a load detection state of the load detection device according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a simulation result of the load detection device.
  • FIG. 9 is a plan view of a strain generating body of a conventional load detecting device.
  • FIG. 1 is an exploded perspective view of a load detection device 50 according to the embodiment.
  • 2 and 3 are a schematic view of a cross section of the strain resistance elements 12 and 13 and a top view of the strain resistance elements 12 and 13, respectively.
  • the load detection device 50 includes a strain generating body 11, strain resistance elements 12 and 13, and adhesive layers 32 and 35.
  • the strain body 11 bends when it receives a load.
  • the strain body 11 has three through holes 17 and 18.
  • the through hole 17 is provided in the center of the strain body 11.
  • the two through holes 18 are respectively provided at both ends of the strain body 11.
  • a pressing member 19 that transmits a detected load is inserted into the through hole 17.
  • a fixing member (not shown) for external attachment is inserted into the two through holes 18.
  • the strain resistance element 12 is a strain detection element. When the strain resistance element 12 is distorted, the electric resistance value changes.
  • the strain resistance element 12 is disposed on the surface of the strain body 11.
  • the adhesive layer 32 is located between the strain body 11 and the strain resistance element 12, and fixes the strain resistance element 12 to the strain body 11.
  • the strain resistance element 13 is a strain detection element and is disposed on the surface of the strain generating body 11.
  • the adhesive layer 35 is positioned between the strain body 11 and the strain resistance element 13 and fixes the strain resistance element 13 to the strain body 11.
  • the load detection device 50 further includes a control circuit 14, a connector case 15, and a wiring electrode 16.
  • the connector case 15 includes a control circuit 14.
  • the connector case 15 is attached to the strain body 11.
  • the wiring electrode 16 electrically connects the strain resistance elements 12 and 13 and the control circuit 14.
  • the strain resistance element 12 includes a support substrate 30, an insulating layer 31, a power supply terminal 20, an output terminal 21, a thick film resistor pattern 22, a ground terminal 23, and a thick film resistor pattern 24. is doing.
  • the support substrate 30 is made of metal and has flexibility.
  • the insulating layer 31 is provided on the surface of the support substrate 30.
  • the power supply terminal 20, the output terminal 21, the ground terminal 23, and the thick film resistance patterns 22 and 24 are formed in the insulating layer 31.
  • the strain resistance element 13 includes a support substrate 33, an insulating layer 34, a power supply terminal 20, an output terminal 26, a thick film resistance pattern 27, a ground terminal 23, and a thick film resistance pattern 28.
  • the support substrate 33 is made of metal and has flexibility.
  • the insulating layer 34 is provided on the surface of the support substrate 33.
  • the power supply terminal 20, the output terminal 26, the ground terminal 23, and the thick film resistance patterns 27 and 28 are formed on the insulating layer 34.
  • FIG. 4 is a diagram showing the arrangement of the strain resistance elements 12 and 13 on the strain generating body 11 in the embodiment.
  • FIG. 5 is a circuit diagram of the load detection device 50 according to the embodiment.
  • the strain resistance element 12 includes a thick film resistor pattern 22 connected in parallel between the power supply terminal 20 and the output terminal 21, and a thick film resistor pattern 24 connected in parallel between the output terminal 21 and the ground terminal 23.
  • the bridge circuit 25 is configured.
  • the strain resistive element 13 includes a thick film resistor pattern 27 connected in parallel to the power supply terminal 20 and the output terminal 26, and a thick film resistor pattern 28 connected in parallel between the output terminal 26 and the ground terminal 23. 29 is configured.
  • strain resistance element 12 and the strain resistance element 13 are electrically at the same potential, they are regarded as the same terminal in the electric circuit diagram.
  • the strain resistance element 12 and the strain resistance element 13 together constitute a full bridge circuit.
  • the control circuit 14 is electrically connected to the power supply terminal 20, the output terminals 21 and 26, and the ground terminal 23 through the wiring electrode 16.
  • FIG. 6 is a diagram of a manufacturing process of the strain resistance elements 12 and 13 in the embodiment.
  • One stainless plate 36 includes a plurality of support substrates 30 and 33.
  • An insulating layer 31, a power supply terminal 20, an output terminal 21, a thick film resistor pattern 22, a ground terminal 23, and a thick film resistor pattern 24 are respectively formed on the plurality of support substrates 30.
  • a power supply terminal 20, a ground terminal 23, an output terminal 26, a thick film resistor pattern 27, and a thick film resistor pattern 28 are formed on the plurality of support substrates 33, respectively.
  • the specific manufacturing method is as follows. First, a large-sized stainless steel plate 36 is prepared, and a glass paste is printed on the upper surface of the stainless steel plate 36 to form insulating layers 31 and 34. Next, a metal glaze paste is printed on the upper surfaces of the insulating layers 31 and 34 to form thick film resistance patterns 22, 24, 27 and 28. Before and after this, a conductor paste is applied to form the power supply terminal 20, the output terminals 21, 26, and the ground terminal 23. Thereafter, the large-sized stainless steel plate 36 is divided into pieces to produce the strain resistance elements 12 and 13.
  • one large-sized stainless steel plate 36 produces a plurality of strain resistance elements 12 and 13 by a printing method.
  • the printing method it is more efficient to produce many strain resistance elements 12 and 13 at a time.
  • the strain generating element 11 is restricted in size reduction due to the attachment method or the like, but the strain resistance elements 12 and 13 do not have such restriction.
  • the strain resistance elements 12 and 13 are formed from the stainless steel plate 36. More strain resistance elements 12 and 13 can be created.
  • the load detection device 50 As compared with the case where the compression-side strain resistance element 119 and the tension-side strain resistance element 120 are directly formed on the strain-generating body 111 as in Patent Document 1 of the prior art, the load detection device 50 according to the embodiment is In addition, productivity is higher when the strain resistance elements 12 and 13 are attached to the strain generating body 11.
  • the load detection device 50 having the above configuration operates as follows.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a load detection state of the load detection device 50 in the embodiment.
  • the load detection device 50 is attached as an example between a vehicle seat (not shown) and a seat rail (not shown), and measures the load of a person sitting on the vehicle seat. Used for.
  • a fixing member (not shown) provided in the seat rail is inserted into the through-holes 18 provided on both ends of the strain body 11, and the load detection device 50 is fixed to the seat rail.
  • a pressing member 19 is inserted into the through hole 17 provided in the center of the strain body 11. The front end side of the pressing member 19 is fixed to the lower part of the vehicle seat.
  • the strain generating body 11 supported at both ends by a fixing member (not shown). The center part of the is bent downward. Then, the resistance value of the strain resistance elements 12 and 13 is changed by this bending, and the detection signal corresponding to the load is formed by electrically processing the change of the resistance value by the control circuit 14.
  • the load detection device 50 can form a detection signal corresponding to the magnitude of the detection load by differentially processing the signals output from the output terminals 21 and 26 by the control circuit 14.
  • the strain body 11 of the load detection device 50 of the present embodiment is made of carbon steel, and the support substrates 30 and 33 are made of stainless steel. If the thermal expansion coefficient of the adhesive layers 32 and 35 for bonding the strain body 11 and the support substrates 30 and 33 is different from the thermal expansion coefficient of the strain body 11 or the thermal expansion coefficient of the support substrates 30 and 33, The adhesive layers 32 and 35 may crack, and the strain body 11 and the support substrates 30 and 33 may be peeled off. For this reason, the material of the adhesive used for the adhesive layers 32 and 35 is preferably a material having a thermal expansion coefficient close to that of the strain generating body 11 and the support substrates 30 and 33. Thereby, the adhesive strength between the strain body 11 and the support substrates 30 and 33 is ensured.
  • the glass adhesive is an adhesive using a glass-based material, for example, water glass (sodium silicate aqueous solution).
  • the support substrates 30 and 33 made of stainless steel and having a thermal expansion coefficient of 11.5 ppm / K and the strain body 11 made of carbon steel and having a thermal expansion coefficient of 10.3 ppm / K are bonded.
  • a glass adhesive having a thermal expansion coefficient in the range of 6.3 ppm / K to 15.5 ppm / K as 35 the adhesive strength can be ensured.
  • the upper limit of the thermal expansion coefficient of the adhesive layers 32 and 35 is set to a value 4 ppm / K larger than the thermal expansion coefficient of the strain-generating body 11 and the support substrates 30 and 33 having the lower thermal expansion coefficient.
  • the lower limit of the thermal expansion coefficient of 35 is more effective when the value is 4 ppm / K lower than the thermal expansion coefficient of the strain generating body 11 and the supporting substrates 30 and 33, which has the higher thermal expansion coefficient.
  • the thermal expansion coefficient of the strain body 11 is 10.3 ppm / K and the thermal expansion coefficients of the support substrates 30 and 33 are 11.5 ppm / K
  • the thermal expansion coefficient of the adhesive layers 32 and 35 is 7. If the glass adhesive is in the range of 0.5 ppm / K to 14.3 ppm / K, the strain-generating body 11 and the support substrates 30 and 33 are bonded more firmly.
  • the Young's modulus of the adhesive layers 32 and 35 is larger than the Young's modulus when a resin adhesive is used.
  • the transmission loss caused by the adhesive layers 32 and 35 is suppressed when the deflection generated in the strain body 11 due to the load to be detected is transmitted to the support substrates 30 and 33, the strain of the strain body 11 is suppressed.
  • the detection sensitivity of the strain resistance elements 12 and 13 with respect to bending increases. As the detection sensitivity increases, the measurement resolution improves. If the resolution is improved, the load can be detected with high accuracy even if the deformation of the strain-generating body 11 is small with respect to the load. Therefore, the strain can be set so that the deformation of the strain-generating body 11 with respect to the load is small. 50 size reduction can be achieved.
  • FIG. 8 is a diagram showing a simulation result of the load detection device 50 according to the embodiment.
  • the horizontal axis of FIG. 8 shows the Young's modulus of the adhesive that bonds the strain body 11 and the support substrate 30, and the vertical axis shows the detection standardized with a detection sensitivity of 1 when a glass adhesive is used as the adhesive. Shows sensitivity.
  • the result of FIG. 8 is obtained by simulation.
  • FIG. 8 shows (A) an epoxy-based adhesive as a resin-based adhesive at 25 ° C., (B) an epoxy-based adhesive at 85 ° C., and (C) the glass adhesive of the embodiment.
  • the respective detection sensitivities are shown.
  • FIG. 8 shows the detection sensitivity in the case of bonding using a material having a Young's modulus of 40 GPa although no material is specified in addition to these materials.
  • the Young's modulus of (A) is 9 GPa
  • the Young's modulus of (B) is 8 GPa
  • the Young's modulus of (C) is 70 GPa.
  • the detection sensitivity of the standardized strain resistance elements 12 and 13 is about 0.87 when the material (A) is used, and about 0.77 when the material (B) is used. It can be seen that the Young's modulus of the film greatly changes at 10 GPa or less.
  • the detection sensitivity greatly changes when the temperature of the usage environment changes, so the detection accuracy of the load detection device 50 decreases. End up.
  • the adhesive layers 32 and 35 are formed with a glass adhesive as in the embodiment, the temperature dependency of the Young's modulus of the glass adhesive is very small. Even if the value changes greatly, the change in detection sensitivity is small.
  • the detection accuracy of the load detection device 50 can be improved by forming the adhesive layers 32 and 35 with a glass adhesive.
  • the bending of the strain generating body 11 is affected by the size of the strain generating body 11, and as the length of the strain generating body 11 is longer, the width is narrower, or the thickness is thinner, the deflection when receiving a load increases.
  • the detection sensitivity of the adhesive layers 32 and 35 formed of the glass adhesive shown in (C) is the adhesive layers 32 and 35 formed of the epoxy adhesive shown in (B).
  • the detection sensitivity is about 1.3 times that of the above. Therefore, when the glass adhesive is used, the epoxy adhesive is used even when the flexure of the strain generating body 11 is 1 / 1.3 times that when the epoxy adhesive is used. It becomes possible to obtain the same detection sensitivity.
  • the strain body 11 and the support substrate 30 are bonded to each other by the glass adhesive so that the flexure of the strain body 11 is 1 / 1.3 times that when the epoxy adhesive is used. Even if the strain body 11 is formed, it is possible to obtain the same detection sensitivity as when an epoxy adhesive is used, and the load detection device 50 can be downsized.
  • the material of the strain-generating body 11 is carbon steel and the support substrates 30 and 33 are stainless steel.
  • the present invention is not limited to this, and the thermal expansion coefficient of the adhesive is the thermal expansion coefficient of the strain-generating body 11. If the thermal expansion coefficient of the supporting substrates 30 and 33 is within 4 ppm / K, the effect of the embodiment can be obtained.
  • the support substrates 30 and 33 are formed of a metal material, the difference in thermal expansion coefficient from the glass adhesive is not large, which is particularly useful.
  • the load detection device relates to a load detection device that detects a load applied to a strain body, and is particularly useful in a load detection device for measuring a load from a vehicle seat.

Abstract

荷重検出装置は、起歪体と、起歪体に配置された歪検出素子と、起歪体と歪検出素子との間に位置し、歪検出素子を起歪体に固定する接着層とを有する。接着層はガラス接着剤で形成されている。この荷重検出装置の生産性は高い。

Description

荷重検出装置
　本発明は、起歪体に生じた機械的歪を測定することにより、その起歪体に加えられた荷重を検出する荷重検出装置に関する。
　図９は従来の荷重検出装置の起歪体の平面図である。起歪体１１１は表面にガラス層が形成されたステンレス板である。起歪体１１１は、その略中央に検出孔１１２を有している。起歪体１１１の表面には、導体からなる電源電極１１６、ＧＮＤ電極１１７、出力電極１１８、および回路パターン１２１が形成されている。さらに、起歪体１１１の表面には、圧縮側歪抵抗素子１１９、および引張側歪抵抗素子１２０が形成されている。圧縮側歪抵抗素子１１９、および引張側歪抵抗素子１２０は印刷によって形成されたメタルグレーズ系ペーストが焼成されることで得られる。
　従来の荷重検出装置は、荷重を受けた起歪体１１１の歪に応じて、圧縮側歪抵抗素子１１９、および引張側歪抵抗素子１２０の抵抗値が変化して、出力電極１１８の電圧も変化するので、この出力電極１１８の電圧を測定することで荷重を検出する。
　この従来の荷重検出装置は、特許文献１に記載されている。
　従来の別の荷重検出装置として、特許文献２に記載された、起歪体と、起歪体に貼り付けられた歪ゲージからなる構成が知られている。一般に歪ゲージは、絶縁性確保のため樹脂フィルムで覆われ、樹脂系の接着剤で起歪体に貼り付けられる。
特開２００７－１２７５８０号公報 特開２００８－１３４２３２号公報
　荷重検出装置は、起歪体と、この起歪体に配置された歪検出素子と、これらの起歪体と歪検出素子との間に位置し、歪検出素子を起歪体に固定する接着層とを有する。接着層はガラス接着剤で形成されている。
図１は本発明の実施の形態における荷重検出装置の分解斜視図である。 図２は実施の形態における歪抵抗素子の断面の模式図である。 図３は実施の形態における歪抵抗素子の上面図である。 図４は実施の形態における歪抵抗素子の起歪体への配置を示す図である。 図５は実施の形態における荷重検出装置の回路図である。 図６は実施の形態における歪抵抗素子の製造過程の図である。 図７は実施の形態における荷重検出装置の荷重の検出状態を示す模式図である。 図８は荷重検出装置のシミュレーション結果を示す図である。 図９は従来の荷重検出装置の起歪体の平面図である。
　図１は実施の形態における荷重検出装置５０の分解斜視図である。図２、図３はそれぞれ実施の形態における歪抵抗素子１２、１３の断面の模式図、歪抵抗素子１２，１３の上面図である。
　荷重検出装置５０は、起歪体１１、歪抵抗素子１２、１３、および接着層３２、３５を有している。起歪体１１は荷重を受けると撓む。起歪体１１は３つの貫通孔１７、１８を有している。貫通孔１７は起歪体１１の中央に設けられている。２つの貫通孔１８は起歪体１１の両端部にそれぞれ設けられている。貫通孔１７は検出荷重を伝達する押圧部材１９が挿入されている。２つの貫通孔１８は外部取付け用の固定部材（特に図示せず）が挿入される。
　歪抵抗素子１２は歪検出素子である。歪抵抗素子１２は歪むと電気抵抗値が変化する。歪抵抗素子１２は起歪体１１の表面に配置されている。接着層３２は起歪体１１と歪抵抗素子１２との間に位置し、歪抵抗素子１２を起歪体１１に固定する。
　歪抵抗素子１３も歪抵抗素子１２と同様に、歪検出素子であり、起歪体１１の表面に配置されている。接着層３５は起歪体１１と歪抵抗素子１３との間に位置し、歪抵抗素子１３を起歪体１１に固定する。
　荷重検出装置５０は、さらに、制御回路１４、コネクタケース１５、配線電極１６を有している。コネクタケース１５は制御回路１４を包含している。コネクタケース１５は起歪体１１に取り付けられている。配線電極１６は歪抵抗素子１２、１３と制御回路１４とを電気的に接続する。
　歪抵抗素子１２は、図２および図３に示すように、支持基板３０、絶縁層３１、電源端子２０、出力端子２１、厚膜抵抗パターン２２、接地端子２３、および厚膜抵抗パターン２４を有している。支持基板３０は金属からなり、可撓性を有する。絶縁層３１は支持基板３０の表面に設けられている。電源端子２０、出力端子２１、接地端子２３、および厚膜抵抗パターン２２、２４は絶縁層３１に形成されている。
　歪抵抗素子１３は、歪抵抗素子１２と同様に、支持基板３３、絶縁層３４、電源端子２０、出力端子２６、厚膜抵抗パターン２７、接地端子２３、および厚膜抵抗パターン２８を有している。支持基板３３は金属からなり、可撓性を有する。絶縁層３４は支持基板３３の表面に設けられている。電源端子２０、出力端子２６、接地端子２３、および厚膜抵抗パターン２７、２８は絶縁層３４に形成されている。
　図４は実施の形態における歪抵抗素子１２、１３の起歪体１１への配置を示す図である。図５は実施の形態における荷重検出装置５０の回路図である。
　歪抵抗素子１２は、電源端子２０と出力端子２１の間に並列接続された厚膜抵抗パターン２２と、出力端子２１と接地端子２３の間に並列接続された厚膜抵抗パターン２４とによって、ハーフブリッジ回路２５を構成する。
　歪抵抗素子１３は、電源端子２０と出力端子２６に並列接続された厚膜抵抗パターン２７と、出力端子２６と接地端子２３の間に並列接続された厚膜抵抗パターン２８とによって、ハーフブリッジ回路２９を構成する。
　歪抵抗素子１２と歪抵抗素子１３のそれぞれの電源端子２０と接地端子２３は電気的に同じ電位であるので、電気回路図においてはそれぞれ同一の端子とみなされる。歪抵抗素子１２と歪抵抗素子１３は合わせてフルブリッジ回路を構成する。
　制御回路１４は配線電極１６を介して、電源端子２０、出力端子２１、２６および接地端子２３と電気的に接続している。
　図６は実施の形態における歪抵抗素子１２、１３の製造過程の図である。１枚のステンレス板３６は複数の支持基板３０、３３を含んでいる。複数の支持基板３０にはそれぞれ絶縁層３１、電源端子２０、出力端子２１、厚膜抵抗パターン２２、接地端子２３、および厚膜抵抗パターン２４が形成されている。同様に複数の支持基板３３には、それぞれ電源端子２０、接地端子２３、出力端子２６、厚膜抵抗パターン２７、および厚膜抵抗パターン２８が形成されている。
　具体的な製造方法は、以下の通りである。まず、大判のステンレス板３６を準備し、このステンレス板３６の上面にガラスペーストを印刷して絶縁層３１、３４を形成する。次いで、絶縁層３１、３４の上面にメタルグレーズ系ペーストを印刷して厚膜抵抗パターン２２、２４、２７、２８を形成する。これと前後して導体ペーストを塗布して電源端子２０、出力端子２１、２６、接地端子２３を形成する。その後、大判のステンレス板３６を分割することで個片化して歪抵抗素子１２、１３は作られる。
　この製造方法では、１枚の大判のステンレス板３６は複数の歪抵抗素子１２、１３を印刷工法により作り出す。印刷工法では、一度に多くの歪抵抗素子１２、１３を作り出す方が、生産の効率がよい。起歪体１１は取り付け方法等の理由により小型化には制約があるが、歪抵抗素子１２、１３はそのような制約はない。歪抵抗素子１２、１３を起歪体１１に直接形成してステンレス板３６から歪抵抗素子１２、１３が形成された起歪体１１を作り出すよりも、ステンレス板３６から歪抵抗素子１２，１３を作り出す方がより多くの歪抵抗素子１２、１３を作り出すことができる。
　従って、従来技術の特許文献１のように、圧縮側歪抵抗素子１１９および引張側歪抵抗素子１２０が直接的に起歪体１１１形成されることに比べると、実施の形態の荷重検出装置５０ように、歪抵抗素子１２、１３を起歪体１１に貼り付ける方が、生産性が高い。
　以上の構成の荷重検出装置５０は、以下の動作をする。
　図７は実施の形態における荷重検出装置５０の荷重の検出状態を示す模式図である。
　荷重検出装置５０は、特に図示していないが、一例として、車両用シート（図示せず）とシートレール（図示せず）の間に取り付けられて、車両用シートに座る人員の荷重を測定することに用いる。この使用方法において、起歪体１１の両端側に設けられた貫通孔１８はシートレールに設けられた固定部材（図示せず）が挿入され、荷重検出装置５０はシートレールに固定される。起歪体１１の中央に設けられた貫通孔１７は、押圧部材１９が挿入される。押圧部材１９の先端側は車両用シートの下部に固定される。車両用シートに荷重が加わった際、その荷重は押圧部材１９を介して起歪体１１に伝達し、図７に示すように、固定部材（図示せず）により両端支持された起歪体１１の中央部が下方に撓む。そして、この撓みにより歪抵抗素子１２、１３の抵抗値が変化し、この抵抗値の変化を制御回路１４で電気処理することによって荷重に対応する検出信号を形成する。
　以下に、より具合的に説明する。検出荷重が押圧部材１９に印加した際に、起歪体１１の中央部が下方に撓む。このとき圧縮応力が貫通孔１７の側に配置された厚膜抵抗パターン２２、２８に働き、厚膜抵抗パターン２２、２８の抵抗値が小さくなる。また、引張応力が貫通孔１８の側に配置された厚膜抵抗パターン２４、２７に働き、厚膜抵抗パターン２４、２７の抵抗値が大きくなる。従って、荷重検出装置５０は、出力端子２１、２６から出力される信号を制御回路１４で差動処理することで検出荷重の大きさに応じた検出信号を形成することができる。
　本実施の形態の荷重検出装置５０の起歪体１１は炭素鋼からなり、支持基板３０、３３はステンレスからなる。もし、起歪体１１と支持基板３０、３３を接着する接着層３２、３５の熱膨張係数が起歪体１１の熱膨張係数または支持基板３０、３３の熱膨張係数と乖離している場合、接着層３２、３５にクラックが生じ、起歪体１１と支持基板３０、３３とが剥離してしまう可能性がある。このため、接着層３２、３５に用いられる接着剤の材料は、起歪体１１と支持基板３０、３３に対して熱膨張係数が近いものがよい。これにより起歪体１１と支持基板３０、３３との接着強度は確保される。具体的には、起歪体１１と支持基板３０、３３の熱膨張係数と、接着層３２、３５の熱膨張係数との差が４ｐｐｍ／Ｋ以内となるガラス接着剤を選択することにより、接着強度を確保することができる。ここでガラス接着剤は、ガラス系の材料を用いた接着剤であり、例えば水ガラス（珪酸ナトリウム水溶液）である。
　例えば、ステンレスからなり熱膨張係数が１１．５ｐｐｍ／Ｋの支持基板３０、３３と炭素鋼からなり熱膨張係数１０．３ｐｐｍ／Ｋの起歪体１１とが接着する場合には、接着層３２、３５として熱膨張係数が６．３ｐｐｍ／Ｋ～１５．５ｐｐｍ／Ｋの範囲内のガラス接着剤を選択することにより、接着強度を確保することができる。
　更に、接着層３２、３５の熱膨張係数の上限は、起歪体１１と支持基板３０、３３のうち熱膨張係数の低い方の熱膨張係数よりも４ｐｐｍ／Ｋ大きい値とし、接着層３２、３５の熱膨張係数の下限は、起歪体１１と支持基板３０、３３のうち熱膨張係数の高い方の熱膨張係数よりも４ｐｐｍ／Ｋ低い値とするとより効果的である。これにより、接着層３２、３５の熱膨張係数が起歪体１１と支持基板３０、３３のどちらの熱膨張係数に対しても４ｐｐｍ／Ｋ以内となるため、起歪体１１と支持基板３０、３３のどちらに対しても接着強度を確保することが可能となる。例えば、起歪体１１の熱膨張係数が１０．３ｐｐｍ／Ｋで、支持基板３０、３３の熱膨張係数が１１．５ｐｐｍ／Ｋの条件であれば、接着層３２、３５の熱膨張係数が７．５ｐｐｍ／Ｋ～１４．３ｐｐｍ／Ｋの範囲内のガラス接着剤であれば、より強固に起歪体１１と支持基板３０、３３とを接着する。
　接着層２、３５がガラス接着剤である場合には、接着層３２、３５のヤング率が樹脂系の接着剤のときのヤング率に比べ大きくなる。この結果、検出しようとする荷重により起歪体１１に生じた撓みが支持基板３０、３３に伝達する際に、接着層３２、３５によって生じる伝達ロスが抑制されることから、起歪体１１の撓みに対する歪抵抗素子１２、１３の検出感度が高くなる。検出感度が高くなると、測定の分解能が向上する。分解能が向上すると、荷重に対し起歪体１１の撓みが小さくても精度良く荷重を検出することが出来るので、荷重に対する起歪体１１の撓みが小さいように設定できるので、結果として荷重検出装置５０の小型化を図ることができる。
　図８は実施の形態における荷重検出装置５０のシミュレーション結果を示す図である。図８の横軸は、起歪体１１と支持基板３０とを接着する接着剤のヤング率を示し、縦軸は接着剤としてガラス接着剤を用いた時の検出感度を１として規格化した検出感度を示している。図８の結果はシミュレーションにより求めている。
　図８は、（Ａ）２５℃のときの樹脂系の接着剤としてのエポキシ系の接着剤、（Ｂ）８５℃のときのエポキシ系の接着剤、（Ｃ）実施の形態のガラス接着剤の、夫々の検出感度を示している。さらに、図８は、これらの材料の他に、材料は特定していないが、（Ｄ）ヤング率が４０ＧＰａの材料を用いて接着した場合の検出感度も示している。なお、（Ａ）のヤング率は９ＧＰａであり、（Ｂ）のヤング率は８ＧＰａであり、（Ｃ）のヤング率は７０ＧＰａである。
　図８に示すように、接着剤のヤング率が高い方が起歪体１１から歪抵抗素子１２、１３に対して撓みが効率よく伝達し、歪抵抗素子１２、１３の検出感度はヤング率が高いほど高くなっている。規格化した歪抵抗素子１２、１３の検出感度は、（Ａ）の材料を用いたときは約０．８７であり、（Ｂ）の材料を用いたときは約０．７７と、接着層３２のヤング率が１０ＧＰａ以下で大きく変化していることがわかる。
　さらに、エポキシ系の接着剤を用いて起歪体１１と支持基板３０が接着した場合、使用環境の温度が変化すると検出感度が大きく変化してしまうので、荷重検出装置５０の検出精度が低下してしまう。これに対して、実施の形態のようにガラス接着剤で接着層３２、３５を形成した場合、ガラス接着剤のヤング率は温度依存性が非常に小さいので、荷重検出装置５０の使用環境の温度が大きく変化しても、検出感度の変化が小さい。ガラス接着剤によって接着層３２、３５を形成することで荷重検出装置５０の検出精度を向上させることができる。
　起歪体１１の撓みは起歪体１１の大きさに影響され、起歪体１１の長さが長い、幅が狭い、または厚みが薄いほど荷重を受けたときの撓みが大きくなる。図８に示すように、（Ｃ）に示されるガラス接着剤で形成された接着層３２、３５の検出感度は、（Ｂ）に示されるエポキシ系の接着剤により形成された接着層３２、３５の検出感度の約１．３倍となっている。従って、ガラス接着剤を用いた場合には、エポキシ系の接着剤を用いた場合よりも、起歪体１１の撓みが１／１．３倍になってもエポキシ系の接着剤を用いた場合と同等の検出感度を得ることが可能になる。このため、ガラス接着剤によって起歪体１１と支持基板３０とが接着することにより、起歪体１１の撓みがエポキシ系の接着剤を用いたときに比べ１／１．３倍になるように起歪体１１を形成しても、エポキシ系の接着剤を用いた場合と同様の検出感度を得ることができ、荷重検出装置５０を小型化することができる。
　なお、実施の形態において、起歪体１１の材料を炭素鋼とし、支持基板３０、３３をステンレスとしているが、この限りではなく、接着剤の熱膨張係数が、起歪体１１の熱膨張係数と支持基板３０、３３の熱膨張係数に対して、４ｐｐｍ／Ｋ以内となれば、実施の形態の効果を得ることができる。支持基板３０、３３を金属材料で形成すると、ガラス接着剤との熱膨張係数の差が大きくないので、特に有用である。
　本発明に係る荷重検出装置は、起歪体に加わる荷重を検出する荷重検出装置に関し、特に、車両用シートからの荷重を測定するための荷重検出装置において有用となる。
１１　　起歪体
１２，１３　　歪抵抗素子
１４　　制御回路
１５　　コネクタケース
１６　　配線電極
１７　　貫通孔
１８　　貫通孔
１９　　押圧部材
２０　　電源端子
２１，２６　　出力端子
２２，２４，２７，２８　　厚膜抵抗パターン
２３　　接地端子
２５，２９　　ハーフブリッジ回路
３０，３３　　支持基板
３１，３４　　絶縁層
３２，３５　　接着層
３６　　ステンレス板
５０　　荷重検出装置
１１１　　起歪体
１１２　　検出孔
１１６　　電源電極
１１７　　ＧＮＤ電極
１１８　　出力電極
１１９　　圧縮側歪抵抗素子
１２０　　引張側歪抵抗素子
１２１　　回路パターン

Claims (6)

  1. 起歪体と、
    前記起歪体に配置された歪検出素子と、
    前記起歪体と前記歪検出素子との間に位置し、ガラス接着剤で形成され、前記歪検出素子を前記起歪体に固定する接着層と、を備えた、
    荷重検出装置。
  2. 前記起歪体は金属で構成され、
    前記歪検出素子は、
    可撓性を有する金属で構成された支持基板と、
    前記支持基板の表面に設けられた絶縁層と、
    前記絶縁層の表面に形成された抵抗パターンとを有し、
    前記接着層は前記起歪体と前記支持基板との間に位置する、
    請求項１記載の荷重検出装置。
  3. 前記支持基板の熱膨張係数と前記接着層の熱膨張係数との差が４．０×１０ｐｐｍ／Ｋ以下である、
    請求項１に記載の荷重検出装置。
  4. 前記起歪体の熱膨張係数と前記接着層の熱膨張係数との差が４．０ｐｐｍ／Ｋ以下である、
    請求項１に記載の荷重検出装置。
  5. 前記支持基板の熱膨張係数と前記接着層の熱膨張係数との差が４．０×１０ｐｐｍ／Ｋ以下である、
    請求項４に記載の荷重検出装置。
  6. 前記接着層のヤング率が７０ＧＰａ以上である、
    請求項１に記載の荷重検出装置。
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