(57)【要約】  本発明による力測定装置（１）は、金属製の一体的なケーシング（２）を有している。このケーシング（２）は、上部の剛性なケーシング部分（２５）と下部の剛性なケーシング部分（２６）とから成っており、この上部のケーシング部分（２５）と下部のケーシング部分（２６）とは、Ｕ字形のばねエレメント（２１，２２，２３，２４）を介して互いに結合されていて、力の作用を受けて運動軸線（６０）に沿ってばね弾性的に互いに可動である。前記ばねエレメント（２１，２２，２３，２４）が運動軸線（６０）に対して平行な断面（Ａ−Ａ）を基準にして互いに左右対称に配置されている。上部の剛性なケーシング部分（２５）と下部の剛性なケーシング部分（２６）との間に、これらのケーシング部分（２５，２６）の相対運動を検出するための変位センサ（６）が配置されている。本発明によれば、ケーシング（２）が金属射出成形（ＭＩＭ）技術により製作されている。
2007525683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
力測定装置（１）であって、
上部の剛性なケーシング部分（２５）と下部の剛性なケーシング部分（２６）とから成る、金属製の一体的なケーシングを備えており、前記上部のケーシング部分（２５）と下部のケーシング部分（２６）とが、Ｕ字形のばねエレメント（２１，２２，２３，２４）を介して互いに結合されていて、力の作用を受けて運動軸線（６０）に沿ってばね弾性的に互いに可動であって、前記ばねエレメント（２１，２２，２３，２４）が運動軸線（６０）に対して平行な断面（Ａ−Ａ）を基準にして互いに左右対称に配置されており、
上部の剛性なケーシング部分（２５）と下部の剛性なケーシング部分（２６）との間に、これらのケーシング部分（２５，２６）の相対運動を検出するための変位センサ（６）が配置されている形式のものにおいて、
前記ケーシング（２）が金属射出成形（ＭＩＭ）技術により製作されていることを特徴とする、力測定装置。
【請求項２】
ばねエレメント（２１，２２，２３，２４）の２つのばね脚がそれぞれ鋭角（α）を成している、請求項１記載の力測定装置（１）。
【請求項３】
ばねエレメント（２１，２２，２３，２４）の壁厚（ｄ）が、上部の剛性なケーシング部分（２５）から出発してまず次第に小さくなり、次いでばねエレメント（２１，２２，２３，２４）の頂点に向かって次第に大きくなっている、請求項１又は２記載の力測定装置（１）。
【請求項４】
ケーシング（２）が少なくとも４つのＵ字形のばねエレメント（２１，２２，２３，２４）を有しており、それぞれ２つのばねエレメント（２４，２１，２３，２２）が、前記断面（Ａ−Ａ）から同じ方向に突き出している、請求項１から３までのいずれか１項記載の力測定装置。
【請求項５】
下部の剛性なケーシング部分（２６）が、前記断面（Ａ−Ａ）から同じ方向に突き出している２つのループ形ばね（２１，２４，２２，２３）を有しており、これらのばねによって力測定装置（１）が、適当な固定手段（７）特にねじ（７）によって、自動車の車台に堅固に結合され得るようになっている、請求項４記載の力測定装置（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は力測定装置に関する。力測定装置は、金属より成る一体的に形成されたケーシングを有しており、このケーシングは、互いにばね弾性的に可動な上部及び下部の堅固なケーシング部分を備えている。堅固な２つのケーシング部分間に変位センサが取り付けられており、この変位センサは、２つの堅固なケーシング部分の互いの変位を検出し、電気信号としてさらに供給することができる。
【０００２】
自動車の搭乗員保護の分野において、最近では、搭乗員拘束手段例えば正面エアバッグ、サイドエアバッグ、膝エアバッグ、カーテンエアバッグその他の作動を、場合によっては搭乗員拘束手段の展開範囲内にいる車両搭乗員に適合させるか、又は完全に抑制させることが益々重要になっている。これは、例えば自動車の座席（シート）上に人がいない場合に、不必要に作動された後の修理コストを節約するために、また不適当な作動状態によって、所定の搭乗員例えば子供又は非常に小さい成人が危険にさらされないようにするためである。また、自動車の座席上に搭乗員が乗っていることを確認することだけが重要なのではなく、搭乗員の分類分けされた特性例えば体重を確認することが重要である。この関連性において"Crash-Norm FMVSS208"（クラッシュ規定FMVSS208)が参照される。この規定を遵守することは自動車製造業者により常に要求されていて、衝突時に搭乗員拘束手段の制御を、場合によっては公知の形式で認識されている搭乗員に適合させるために、搭乗員を体重別に分類分けする必要がある。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許公開第１０００４４８４号明細書によれば、自動車座席上の搭乗員の体重を認識するために、自動車の座席（シート）と車台（シャシー）との間に測定装置を配置することが公知である。この場合、力測定装置のケーシングは一体的に金属ばね（Federmetall）より製作されていて、堅固なケーシング部分（２２０）及び（２２２）と、これらのケーシング部分（２２０，２２２）を接続する（図４、第８欄、第１８行〜第２７行）ばねエレメント（２３２，２３４）とを備えている。２つの堅固なケーシング部分（２２０，２２２）間に変位センサ、例えば誘導式の変位センサ（１９０，１９２，１９４，１９６，１９８）（図３）が配置されており、この変位センサは、堅固なケーシング部分（２２０，２２２）の変位を確認して、測定信号に変換することができ、この測定信号が、力測定装置に作用する力に関する情報を与える。
【０００４】
ドイツ連邦共和国特許公開第１０１４５３７０号明細書によれば、前記と同様の力測定装置について開示されており、この力測定装置は一体的な金属ケーシングより成っていて（図４ｂ、第６欄、段落［００５９］）、異なるセンサ原理で作動するようになっている。
【０００５】
公知の力測定装置は、自動車内に有利に設置することができるようにするために、一方では車両の座席と車台との間の制限された構造スペースを考慮して、非常に小型に製作する必要があり、また他方では時間の経過に伴う変位センサの体系的な誤測定をできるだけ避けるために、自動車の全耐用年数（一般的に１５年）に亘って著しく頑丈に構成する必要がある。しかしながら公知の力測定装置に対する以上の２つの要求は、互いに矛盾しており、両立しないものである。自動車の運転中に、１．２トンまでの非常に大きい重量負荷に耐えることができる、長期に亘って頑丈なケーシングのためには、力測定装置のための非常に内実で、むしろ大きいケーシングが必要となる。小さい構造スペースのためには、むしろ繊細な(filgrane）小型のケーシングが必要となる。
【０００６】
そこで本発明の課題は、非常に小型で簡単に製造でき、しかも長期に亘って頑丈な、できるだけヒステリシスの発生しないケーシングを備えた力測定装置を提供することである。
【０００７】
この課題は、請求項１記載の力測定装置によって解決された。
【０００８】
有利な実施態様は従属請求項に記載されており、この場合、従属請求項の特徴と請求項１の特徴のそれぞれ任意の組み合わせが可能である。
【０００９】
本発明の力測定装置は、金属製の一体的なケーシングを有している。ケーシングは、上部の剛性なケーシング部分と下部の剛性なケーシング部分とを有しており、これらのケーシング部分はＵ字形のばねエレメントを介して互いに結合されていて、運動軸線に沿った力の作用を受けて互いにばね弾性的に可動である。ばねエレメントは、運動平面に対して平行な断面を基準にして互いに左右対称に配置されている。上部の剛性なケーシング部分と下部の剛性なケーシング部分との間に、２つの剛性なケーシング部分の互いの相対運動を検出するための変位センサが取り付けられている。本発明によればケーシングは、金属射出成形（Metal Injection Molding;MIM）技術により製造されている。
【００１０】
金属射出成形技術を使用することは、従来では別の技術分野において公知である。これについては、例えば "Fa. Hans Schweiger GmbH, am 03. Maerz. 2004 auf der Internetseite http://www.formapulvis.com/Index.htm"（エフエー・ハンス・シュバイガー有限会社により２００４年３月３日付けでインターネットページhttp://www.formapulvis.com/Index.htm）に開示されている。ここには種々異なる使用分野のためのＭＩＭ製造プロセスについて記載されている。
【００１１】
ＭＩＭ技術においては、粉末金属射出成形として微細な金属粉末を一次結合剤と混合して顆粒状にして、いわゆる供給原料（Feedstock）とすることも公知である。この供給原料は射出成形機で溶融され、工具内に射出されて成形部分が形成される。この成形部分は冷却後に緑色成形品いわゆる圧粉体（Gluenling）として取り出される。次いで炉内で圧粉体から結合剤が抜き出される。結合剤が抜かれた成形部分は褐色成形品（Braunling）と称呼され、次いで高熱炉内で焼結される。
この場合、ＭＩＭ技術は、プラスチック射出成形の形状付与自由度を粉末冶金に結びつけたものである。従ってＭＩＭ（金属射出成形）法は、複雑な形状を有する堅固に一体化された金属部分を高い精度で大量に、しかも安価に製造できる可能性を提供する。
【００１２】
従ってＭＩＭ法によって、非常に精確な厚さを有するケーシング壁を製造することができ、それによって本発明による力測定装置の金属ケーシングの、非常に精確に計算された形状特性及び厚さ特性を得ることができる。それによって、ばね弾性的な非常に小さいケーシングを製造することができるので、力測定装置の要求された最大定格負荷（例えば１５０ｋｇ）において、ケーシングのどの箇所においても３５０Newton／mm２の最大内部応力を越えることはなく、それと同時に、少なくとも１μm／ｋｇの重量によって剛性なケーシング部分は互いに変位するようになっている。
【００１３】
しかも、本発明によるケーシングの一体性によって、ケーシングの種々異なる構成部分間の、従来高価であった接合プロセスを避けることができ、それによって本発明による力測定装置における接合縁部ヒステリシス発生の頻度が著しく減少される。
【００１４】
本発明による装置の有利な実施例は以下の図面に説明されている。
【００１５】
図１は、本発明による力測定装置（１）の実施例の横断面図、
図２は、図１に示した力測定装置の斜視図、
図３は、図１に示した力測定装置の平面図、
図４は、図１に示した力測定装置のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。
【００１６】
図１は、金属射出成形（metal injection molding;MIM）技術により製作された一体的なケーシング２より成る、本発明による力測定装置１の有利な実施例が示されている。ケーシングは上部のケーシング部分２５と下部のケーシング部分２６とを有しており、これらのケーシング部分２５，２６は、これらのケーシング部分を接続するＵ字形のばねエレメント２１，２２と比較して剛性に構成されており、従って、これら２つの剛性なケーシング部分２５，２６は重力の作用を受けて互いに近づくか又は遠ざかる運動を行うが、これらのケーシング部分２５，２６自体は有利には変形しないようになっている。２つの剛性なケーシング部分２５と２６との間には変位センサ６が設けられており、この変位センサ６は、２つのケーシング部分２５，２６の互いの相対運動を検出して、電気信号に変換することができる。この電気信号はプラグ５及び図示していないケーブル接続部を介して電子評価装置に供給されるか、又はプラグ５内の電子評価装置で処理される。この信号は、同様に図示していない搭乗員保護装置に供給され、ここで力測定装置１に作用する重量に関する情報を提供し、それに基づいて搭乗員拘束手段が場合によっては適合して作動されるようになっている。
【００１７】
ケーシング２２内における、冒頭に述べたできるだけ小さい機械的な応力を考慮して、力導入手段３を介して自動車の座席から上部の剛性なケーシング部分２５及びひいては力測定装置１にもたらされる力の作用を受けて、２つのばねエレメント２２及び２１のばね脚は鋭角αを形成する。
【００１８】
また、力測定装置１のケーシング２全体におけるほぼ一様な応力分布を考慮して、各ばねエレメントは、上部の剛性なケーシング部分２５から連続的に、Ｕ字形に湾曲するループの湾曲開始部において最小の壁厚ｄが得られるまで、延びている。ここから、壁厚は、Ｕ字形のループの頂点を中心にして再び増大し、ループの反転後に再び減少し、下部の剛性なケーシング部分２６内に移行するまで一定に保たれる。Ａ−Ａ線に沿った断面はばねエレメントの左右対称平面を示しているので、ばねエレメントに沿った壁厚ｄの形状は、ばねエレメント２２の形状と同じである。
【００１９】
さらにまた、図示のケーシング１は組み込まれた２つの構成部分として、図示の２つのループ形ばね２１及び２２のそれぞれの後ろに、それぞれ１つの固定舌片４を有しており、この固定舌片４によって、力測定装置１は２つのねじ７を介して車両の車台に結合されている。ねじの代わりに、別の固定手段例えばリベット又はこれと類似のものを使用してもよい。
【００２０】
図２は、図１に示した力測定装置の斜視図である。図２によれば、所属の（対応配置された）ねじ７を備えた２つの固定手段４の後ろに、別の１対のＵ字形のばねエレメント２４及び２５が２つの剛性なケーシング部分２５及び２６を中心にして左右対称に配置されている。この図面により、ケーシング２の非常に繊細な構成の可能性を利用して、図示の４つのループ形ばね２１，２２，２３，２４を非常に細く形成し、力測定装置１の固定点が、ばねエレメント２１，２２，２３，２４を含むケーシング２全体によって収容されるベース内に配置される、ことが分かる。このベース面は図４で平面図によって示されている。
【００２１】
図４には、図１のＡ−Ａ線の断面図に沿った力測定装置１のケーシング２の横断面が示されている。この横断面図を用いて、付加的な過負荷保護エレメント８，９（図２及び３においてケーシング２の平面図で示されている）の作用形式を説明する。２つの過負荷保護エレメント８，９は、上部の堅固なケーシング部分２５と、例えばねじ結合によって堅固に結合されている。下部の剛性なケーシング部分２６に向かって、２つの過負荷保護エレメント８，９のそれぞれの直径は、段階的に大きくなっていて、下部の剛性なケーシング部分２６に向かって、ほぼ同じ寸法の狭いエアギャップによって間隔を保っている。
【００２２】
このような形式で、力が力導入手段３を介して下部の剛性なケーシング部分２６に向かって作用すると直ちに、２つの過負荷保護エレメント８及び９は、ケーシング２から突き出すようになっている。さらに大きい力が作用した時に、２つの剛性なケーシング部分２５と２６とが互いにさらに大きく変位することは、２つの過負荷保護エレメント８及び９が車台にぶつかるまで、ケーシング２から突き出すことによって、避けられるようになっている。逆方向に力が作用すると、下部の剛性なケーシング部分２６と、２つの過負荷保護エレメントのそれぞれの段部との間のギャップがなくなるまで、２つの剛性なケーシング部分２５と２６との互いに変位が行われる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明による力測定装置の実施例の横断面図である。
【図２】図１に示した力測定装置の斜視図である。
【図３】図１に示した力測定装置の平面図である。
【図４】図１に示した力測定装置のＡ−Ａ線に沿った横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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