(57)【要約】      （修正有）【課題】構成部品の数が少なく検出回路の構成が簡単なセンサ装置及び荷重センサ装置を提供する。【解決手段】第１のブリッジ回路１０と第２のブリッジ回路２０で組を成し、且つ、第３のブリッジ回路３０と第４のブリッジ回路４０で組を成し、第１から第４のブリッジ回路１０、２０、３０、４０の各々の入力部１１、２１、３１、４１、連結部１３、１４、２３、２４、３３、３４、４３、４４、及び出力部１２、２２、３２、４２が所定の組み合わせで接続されて、センサ装置１を構成する。【選択図】図２
2020016442.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの検出素子を有する第１のブリッジ回路と、
少なくとも１つの検出素子を有する第２のブリッジ回路と、
少なくとも１つの検出素子を有する第３のブリッジ回路と、
少なくとも１つの検出素子を有する第４のブリッジ回路と、を備え、
前記第１のブリッジ回路と前記第２のブリッジ回路で組を成し、且つ、前記第３のブリッジ回路と前記第４のブリッジ回路で組を成し、前記第１から前記第４のブリッジ回路の各々の入力部、連結部、及び出力部が所定の組み合わせで接続されて構成されたセンサ装置であって、
前記入力部は、前記第１のブリッジ回路と前記第２のブリッジ回路の組の中で隣接する入力部同士で電気的に接続され、且つ、前記第３のブリッジ回路と前記第４のブリッジ回路の組の中で隣接する入力部同士で電気的に接続され、
前記出力部は、前記第１のブリッジ回路と前記第２のブリッジ回路の組と、前記第３のブリッジ回路と前記第４のブリッジ回路の組とで隣接する出力部同士で電気的に接続されて構成される、センサ装置。
【請求項２】
前記センサ装置は、前記第１のブリッジ回路の入力部と前記第２のブリッジ回路の入力部が接続され、前記第３のブリッジ回路の入力部と前記第４のブリッジ回路の入力部が接続され、
前記第１のブリッジ回路の出力部と前記第３のブリッジ回路の出力部が接続され、前記第２のブリッジ回路の出力部と前記第４のブリッジ回路の出力部が接続されている、請求項１に記載のセンサ装置。
【請求項３】
前記センサ装置は、前記第１のブリッジ回路の第１連結部と前記第３のブリッジ回路の第１連結部が接続され、前記第２のブリッジ回路の第１連結部と前記第４のブリッジ回路の第１連結部が接続され、
前記第１のブリッジ回路の第２連結部と前記第２のブリッジ回路の第２連結部が接続され、前記第３のブリッジ回路の第２連結部と前記第４のブリッジ回路の第２連結部が接続されている、請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項４】
前記センサ装置は、前記第１のブリッジ回路の第１連結部と前記第３のブリッジ回路の第１連結部が接続され、前記第２のブリッジ回路の第１連結部と前記第４のブリッジ回路の第１連結部が接続され、
前記第１のブリッジ回路の第２連結部と前記第２のブリッジ回路の第２連結部が非接続とされ、前記第３のブリッジ回路の第２連結部と前記第４のブリッジ回路の第２連結部が非接続とされている、請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項５】
前記センサ装置は、前記第１のブリッジ回路の第１連結部と前記第３のブリッジ回路の第１連結部が非接続とされ、前記第２のブリッジ回路の第１連結部と前記第４のブリッジ回路の第１連結部が非接続とされ、
前記第１のブリッジ回路の第２連結部と前記第２のブリッジ回路の第２連結部が接続され、前記第３のブリッジ回路の第２連結部と前記第４のブリッジ回路の第２連結部が接続されている、請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項６】
前記センサ装置は、前記第１のブリッジ回路の第１連結部と前記第３のブリッジ回路の第１連結部が非接続とされ、前記第２のブリッジ回路の第１連結部と前記第４のブリッジ回路の第１連結部が非接続とされ、
前記第１のブリッジ回路の第２連結部と前記第２のブリッジ回路の第２連結部部が非接続とされ、前記第３のブリッジ回路の第２連結部と前記第４のブリッジ回路の第２連結部が非接続とされている、請求項１又は２に記載のセンサ装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載のブリッジ回路を備え、前記ブリッジ回路は荷重により抵抗値が変化する４つの検出素子によりフルブリッジ回路で構成される、荷重センサ装置。
【請求項８】
前記フルブリッジ回路は、操作検出部の四隅にそれぞれ装着される、請求項７に記載の荷重センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ装置及び荷重センサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、ブリッジ回路で構成される荷重センサを４つ備えた荷重センサ装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この先行技術に記載された荷重センサ装置は、車両用シートの底部の前後左右４ヶ所に荷重センサを設け、４ヶ所の荷重センサのうち任意の２ヶ所ずつを１対とした２組のセンサ対と、センサ対に接続され、センサ対からの出力を検出する差動回路と、差動回路からの出力に応じて車両用シートの重量を演算するシート重量演算部と、を具備することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３３７３９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
先行技術に開示された技術においては、各荷重センサからの重量値のバランスを監視するためには、４ヶ所の荷重センサを各荷重センサにそれぞれ１つの増幅器を接続する必要がある、という問題があった。
【０００６】
したがって、本発明の目的は、構成部品の数が少なく検出回路の構成が簡単なセンサ装置及び荷重センサ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
［１］上記目的を達成するため、少なくとも１つの検出素子を有する第１のブリッジ回路と、少なくとも１つの検出素子を有する第２のブリッジ回路と、少なくとも１つの検出素子を有する第３のブリッジ回路と、少なくとも１つの検出素子を有する第４のブリッジ回路と、を備え、前記第１のブリッジ回路と前記第２のブリッジ回路で組を成し、且つ、前記第３のブリッジ回路と前記第４のブリッジ回路で組を成し、前記第１から前記第４のブリッジ回路の各々の入力部、連結部、及び出力部が所定の組み合わせで接続されて構成されたセンサ装置であって、前記入力部は、前記第１のブリッジ回路と前記第２のブリッジ回路の組の中で隣接する入力部同士で電気的に接続され、且つ、前記第３のブリッジ回路と前記第４のブリッジ回路の組の中で隣接する入力部同士で電気的に接続され、前記出力部は、前記第１のブリッジ回路と前記第２のブリッジ回路の組と、前記第３のブリッジ回路と前記第４のブリッジ回路の組とで隣接する出力部同士で電気的に接続されて構成される、センサ装置を提供する。
［２］前記センサ装置は、前記第１のブリッジ回路の入力部と前記第２のブリッジ回路の入力部が接続され、前記第３のブリッジ回路の入力部と前記第４のブリッジ回路の入力部が接続され、前記第１のブリッジ回路の出力部と前記第３のブリッジ回路の出力部が接続され、前記第２のブリッジ回路の出力部と前記第４のブリッジ回路の出力部が接続されている、上記［１］に記載のセンサ装置であってもよい。
［３］また、前記センサ装置は、前記第１のブリッジ回路の第１連結部と前記第３のブリッジ回路の第１連結部が接続され、前記第２のブリッジ回路の第１連結部と前記第４のブリッジ回路の第１連結部が接続され、前記第１のブリッジ回路の第２連結部と前記第２のブリッジ回路の第２連結部が接続され、前記第３のブリッジ回路の第２連結部と前記第４のブリッジ回路の第２連結部が接続されている、上記［１］又は［２］に記載のセンサ装置であってもよい。
［４］また、前記センサ装置は、前記第１のブリッジ回路の第１連結部と前記第３のブリッジ回路の第１連結部が接続され、前記第２のブリッジ回路の第１連結部と前記第４のブリッジ回路の第１連結部が接続され、前記第１のブリッジ回路の第２連結部と前記第２のブリッジ回路の第２連結部が非接続とされ、前記第３のブリッジ回路の第２連結部と前記第４のブリッジ回路の第２連結部が非接続とされている、上記［１］又は［２］に記載のセンサ装置であってもよい。
［５］また、前記センサ装置は、前記第１のブリッジ回路の第１連結部と前記第３のブリッジ回路の第１連結部が非接続とされ、前記第２のブリッジ回路の第１連結部と前記第４のブリッジ回路の第１連結部が非接続とされ、前記第１のブリッジ回路の第２連結部と前記第２のブリッジ回路の第２連結部が接続され、前記第３のブリッジ回路の第２連結部と前記第４のブリッジ回路の第２連結部が接続されている、上記［１］又は［２］に記載のセンサ装置であってもよい。
［６］また、前記センサ装置は、前記第１のブリッジ回路の第１連結部と前記第３のブリッジ回路の第１連結部が非接続とされ、前記第２のブリッジ回路の第１連結部と前記第４のブリッジ回路の第１連結部が非接続とされ、前記第１のブリッジ回路の第２連結部と前記第２のブリッジ回路の第２連結部が非接続とされ、前記第３のブリッジ回路の第２連結部と前記第４のブリッジ回路の第２連結部が非接続とされている、上記［１］又は［２］に記載のセンサ装置であってもよい。
［７］上記［１］から［６］のいずれか１に記載のブリッジ回路を備え、前記ブリッジ回路は荷重により抵抗値が変化する４つの検出素子によりフルブリッジ回路で構成される、荷重センサ装置であってもよい。
［８］また、前記フルブリッジ回路は、操作検出部の四隅にそれぞれ装着される、上記［７］に記載の荷重センサ装置であってもよい。
【０００８】
本発明のセンサ装置及び荷重センサ装置によれば、構成部品の数を少なくして、検出回路の構成を簡単にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係るセンサ装置の１つのブリッジ回路を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係るセンサ装置であって、第１から第４のブリッジ回路により構成されるセンサ装置を示す図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係るセンサ装置であって、フルブリッジ回路が操作検出部の四隅にそれぞれ装着されて構成されている荷重センサ装置を示す図である。
【図４】図４は、本実施の形態に係るセンサ装置の第１の変形例を示す図である。
【図５】図５は、本実施の形態に係るセンサ装置の第２の変形例を示す図である。
【図６】図６は、本実施の形態に係るセンサ装置の第３の変形例を示す図である。
【００１０】
（本発明の実施の形態に係るセンサ装置１）
本発明の実施の形態に係るセンサ装置１は、少なくとも１つの検出素子を有する第１のブリッジ回路１０と、少なくとも１つの検出素子を有する第２のブリッジ回路２０と、少なくとも１つの検出素子を有する第３のブリッジ回路３０と、少なくとも１つの検出素子を有する第４のブリッジ回路４０と、を備え、第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路で組を成し、且つ、第３のブリッジ回路と第４のブリッジ回路で組を成し、第１から第４のブリッジ回路の各々の入力部（１１、２１、３１、４１）、連結部（１３、１４、２３、２４、３３、３４、４３、４４）、及び出力部（１２、２２、３２、４２）が所定の組み合わせで接続されて構成されたセンサ装置であって、入力部は、第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路の組の中で隣接する入力部同士（１１と２１）で電気的に接続され、且つ、前記第３のブリッジ回路と前記第４のブリッジ回路の組の中で隣接する入力部同士（３１と４１）で電気的に接続され、出力部は、第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路の組と、第３のブリッジ回路と第４のブリッジ回路の組とで隣接する出力部同士（１２と３２、２２と４２）で電気的に接続されて構成されている。
【００１１】
図１は、本発明の実施の形態に係るセンサ装置の１つのブリッジ回路を示す図である。代表的に、第１のブリッジ回路１０を示す。図１に示すように、ブリッジ回路は、４つの素子がブリッジ接続された構成とされている。本実施の形態では、４つの抵抗素子ＲＡ１、ＲＡ２、ＲＡ３、ＲＡ４がブリッジ接続されてブリッジ回路を構成している。
【００１２】
図１に示すようなブリッジ回路は、少なくとも１つの検出素子を有して構成されている。例えば、抵抗素子ＲＡ１が、荷重等の負荷により変形して抵抗値が変化する歪ゲージである。なお、４つの抵抗素子をすべて歪ゲージで構成することも可能である。
【００１３】
１つの検出素子を有してブリッジ回路を構成する場合において、ブリッジ回路の組において互いに同じ位置に検出素子が配置される。あるいは、ブリッジ回路の組において同じ位置に対向する位置に検出素子が配置される。例えば、図２に示すＲＡ１が検出素子である場合は、他のブリッジ回路においては、ＲＢ１（又はＲＢ４）、ＲＣ１（又はＲＣ４）、ＲＤ１（又はＲＤ４）が検出素子とされる。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態に係るセンサ装置であって、第１から第４のブリッジ回路により構成されるセンサ装置を示す図である。図２において、センサ装置１は、第１のブリッジ回路１０の入力部１１と第２のブリッジ回路２０の入力部２１が接続され、第３のブリッジ回路３０の入力部３１と第４のブリッジ回路４０の入力部４１が接続され、第１のブリッジ回路１０の出力部１２と第３のブリッジ回路３０の出力部３２が接続され、第２のブリッジ回路２０の出力部２２と第４のブリッジ回路４０の出力部４２が接続されている。また、図２に示すように、センサ装置１は、第１のブリッジ回路１０の第１連結部１３と第３のブリッジ回路３０の第１連結部３３が接続され、第２のブリッジ回路２０の第１連結部２３と第４のブリッジ回路４０の第１連結部４３が接続され、第１のブリッジ回路１０の第２連結部１４と第２のブリッジ回路２０の第２連結部２４が接続され、第３のブリッジ回路３０の第２連結部３４と第４のブリッジ回路４０の第２連結部４４が接続されている。
【００１５】
センサ装置１は、図２に示すように、第１のブリッジ回路１０の入力部１１と第２のブリッジ回路２０の入力部２１が接続された第１印加部５１に電源ＶＣＣが印加され、第２印加部５２にグランドＧＮＤが接続されている。この状態で、センサ装置１に荷重がかかると、図２に示すように、第１中点部５３に中点電圧Ｖ１、第２中点部５４に中点電圧Ｖ２が出力される。
【００１６】
上記の中点電圧Ｖ１、Ｖ２の差分電圧（Ｖ１-Ｖ２）は、センサ装置１に荷重がかからない状態において、ゼロとなるようにオフセット調整されている。センサ装置１に荷重がかかると、差分電圧（Ｖ１-Ｖ２）が荷重に対応して発生することにより、センサ装置１に作用する荷重を検出することができる。
【００１７】
図２において、各素子（ＲＡ１、ＲＢ１等）は、すべての素子が、固有の抵抗値ＲＳを持つ検出素子でフルブリッジ構成されているとする。電気抵抗変化を、それぞれ、ΔＲＡ、ΔＲＢ、ΔＲＣ、ΔＲＤとすると、ＲＡ１＝ＲＡ４＝ＲＳ-ΔＲＡ、ＲＡ２＝ＲＡ３＝ＲＳ＋ΔＲＡ、ＲＢ１＝ＲＢ４＝ＲＳ-ΔＲＢ、ＲＢ２＝ＲＢ３＝ＲＳ＋ΔＲＢ、ＲＣ１＝ＲＣ４＝ＲＳ-ΔＲＣ、ＲＣ２＝ＲＣ３＝ＲＳ＋ΔＲＣ、ＲＤ１＝ＲＤ４＝ＲＳ-ΔＲＤ、ＲＤ２＝ＲＤ３＝ＲＳ＋ΔＲＤとなる。
【００１８】
４つのブリッジ回路１０、２０、３０、４０が受ける荷重値ＦＡ、ＦＢ、ＦＣ、ＦＤによる電気抵抗変化ΔＲＡ、ΔＲＢ、ΔＲＣ、ΔＲＤの感度を、Ｓensとすると、荷重センサの出力電圧ＶＳは、ＶＳ＝Ｖ１-Ｖ２＝ＶＣＣ（ＲＣ／（ＲＡ＋ＲＣ）−ＲＤ／(ＲＢ＋ＲＤ））＝ＶＣＣ／４×Ｓens×（ＦＡ＋ＦＢ＋ＦＣ＋ＦＤ）となる。
【００１９】
図３は、本発明の実施の形態に係るセンサ装置であって、フルブリッジ回路（１０、２０、３０、４０）が操作検出部の四隅にそれぞれ装着されて構成されている荷重センサ装置１００を示す図である。図２に示す等価回路において、電源からグランドまでみて両横端の経路が最も電気抵抗が小さく、電流を通しやすい。これら２つの経路は、４つのブリッジ回路の電気抵抗変化を均等に受けるため、電位差が総荷重ＦＡ＋ＦＢ＋ＦＣ＋ＦＤに比例した値となる。
【００２０】
図３において、第１中点部５３の中点電圧Ｖ１、第２中点部５４の中点電圧Ｖ２は、差動アンプ５５を介して、ＡＤ変換器５６に入力される。すなわち、４か所のブリッジ回路のそれぞれに対して増幅器で受ける必要がなく、検出回路の構成が簡単なセンサ装置及び荷重センサ装置とすることができる。
【００２１】
（変形例１）
図４は、本実施の形態に係るセンサ装置の第１の変形例を示す図である。図４において、センサ装置１は、第１のブリッジ回路１０の第１連結部１３と第３のブリッジ回路３０の第１連結部３３が接続され、第２のブリッジ回路２０の第１連結部２３と第４のブリッジ回路４０の第１連結部４３が接続され、第１のブリッジ回路１０の第２連結部１４と第２のブリッジ回路２０の第２連結部２４が非接続とされ、第３のブリッジ回路３０の第２連結部３４と第４のブリッジ回路４０の第２連結部４４が非接続とされている。
【００２２】
上記のような、各ブリッジ回路の組み合わせで接続されて構成されたセンサ装置は、前述した本実施の形態に係るセンサ装置と同様の検出動作を行なうことができる。また、このような接続関係を備えた各ブリッジ回路を、操作検出部の四隅にそれぞれ装着されて構成されている荷重センサ装置も、前述した本実施の形態に係る荷重センサ装置と同様の検出動作を行なうことができる。
【００２３】
（変形例２）
図５は、本実施の形態に係るセンサ装置の第２の変形例を示す図である。図５において、センサ装置１は、第１のブリッジ回路１０の第１連結部１３と第３のブリッジ回路３０の第１連結部３３が非接続とされ、第２のブリッジ回路２０の第１連結部２３と第４のブリッジ回路４０の第１連結部４３が非接続とされ、第１のブリッジ回路１０の第２連結部１４と第２のブリッジ回路２０の第２連結部２４が接続され、第３のブリッジ回路３０の第２連結部３４と第４のブリッジ回路４０の第２連結部４４が接続されている。
【００２４】
上記のような、各ブリッジ回路の組み合わせで接続されて構成されたセンサ装置は、前述した本実施の形態に係るセンサ装置と同様の検出動作を行なうことができる。また、このような接続関係を備えた各ブリッジ回路を、操作検出部の四隅にそれぞれ装着されて構成されている荷重センサ装置も、前述した本実施の形態に係る荷重センサ装置と同様の検出動作を行なうことができる。
【００２５】
（変形例３）
図６は、本実施の形態に係るセンサ装置の第３の変形例を示す図である。図６において、センサ装置１は、第１のブリッジ回路１０の第１連結部１３と第３のブリッジ回路３０の第１連結部３３が非接続とされ、第２のブリッジ回路２０の第１連結部２３と第４のブリッジ回路４０の第１連結部４３が非接続とされ、第１のブリッジ回路１０の第２連結部１４と第２のブリッジ回路２０の第２連結部２４が非接続とされ、第３のブリッジ回路３０の第２連結部３４と第４のブリッジ回路４０の第２連結部４４が非接続とされている。
【００２６】
上記のような、各ブリッジ回路の組み合わせで接続されて構成されたセンサ装置は、前述した本実施の形態に係るセンサ装置と同様の検出動作を行なうことができる。また、このような接続関係を備えた各ブリッジ回路を、操作検出部の四隅にそれぞれ装着されて構成されている荷重センサ装置も、前述した本実施の形態に係る荷重センサ装置と同様の検出動作を行なうことができる。
【００２７】
（実施の形態の効果）
本発明の実施の形態によれば、以下のような効果を有する。
（１）本発明の実施の形態に係るセンサ装置１は、少なくとも１つの検出素子を有する第１のブリッジ回路１０と、少なくとも１つの検出素子を有する第２のブリッジ回路２０と、少なくとも１つの検出素子を有する第３のブリッジ回路３０と、少なくとも１つの検出素子を有する第４のブリッジ回路４０と、を備え、第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路で組を成し、且つ、第３のブリッジ回路と第４のブリッジ回路で組を成し、第１から第４のブリッジ回路の各々の入力部（１１、２１、３１、４１）、連結部（１３、１４、２３、２４、３３、３４、４３、４４）、及び出力部（１２、２２、３２、４２）が所定の組み合わせで接続されて構成されたセンサ装置であって、入力部は、第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路の組の中で隣接する入力部同士（１１と２１）で電気的に接続され、且つ、前記第３のブリッジ回路と前記第４のブリッジ回路の組の中で隣接する入力部同士（３１と４１）で電気的に接続され、出力部は、第１のブリッジ回路と第２のブリッジ回路の組と、第３のブリッジ回路と第４のブリッジ回路の組とで隣接する出力部同士（１２と３２、２２と４２）で電気的に接続されて構成されている。これにより、図２等に示す等価回路において、電源からグランドまでみて両横端の経路が最も電気抵抗が小さく、電流を通しやすい構成とすることができる。
（２）４つのブリッジ回路を操作検出部の四隅にそれぞれ装着して構成する荷重センサ装置１００が可能となる。この荷重センサ装置１００は、４つのブリッジ回路の荷重値の組み合わせに依存することなく、出力電圧が１つに決まる。
（３）上記のようなセンサ装置１、荷重センサ装置１００において、４か所のブリッジ回路をそれぞれに対して増幅器で受ける必要がなく、構成部品（増幅器）の数を少なくすることができ、検出回路の構成が簡単なセンサ装置及び荷重センサ装置とすることができる。
【００２８】
以上、本発明のいくつかの実施の形態、変形例を説明したが、これらの実施の形態は、一例に過ぎず、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、これら新規な実施の形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更等を行うことができる。また、これら実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない。さらに、これら実施の形態は、発明の範囲及び要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
１…センサ装置、
１０…第１のブリッジ回路、１１…入力部、１２…出力部、１３…第１連結部、１４…第２連結部
２０…第２のブリッジ回路、２１…入力部、２２…出力部、２３…第１連結部、２４…第２連結部
３０…第３のブリッジ回路、３１…入力部、３２…出力部、３３…第１連結部、３４…第２連結部
４０…第４のブリッジ回路、４１…入力部、４２…出力部、４３…第１連結部、４４…第２連結部
５１…第１印加部、５２…第２印加部、５３…第１中点部、５４…第２中点部、５５…差動アンプ、５６…ＡＤ変換器
１００…荷重センサ装置
【図１】
2020016442.tif 000003
【図２】
2020016442.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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