(57)【要約】衝撃センサー（２０；５８）が、検知コイル（２６；７４）内に配置されたターフェノール−Ｄ型検知部材（２２；７６）を備えたハウジング（２７）を有する。バイアス永久磁石（２４）がターフェノール−Ｄ検知部材（２２；７６）と係合するように配置され、スペーサがターフェノール−Ｄ検知部材（２２；７６）と係合しハウジング（２７）から延びている。ハウジング（２７）は１つまたは２つの取り付け穴を有する梁（３４；６４）を備え、衝撃センサー（２０；５８）を構造部材（５４）に取り付ける留め具（５２）が取り付け穴を通って延びている。ハウジング（２７）はスペーサを構造部材（５４）に押し付けるように位置させている。他の実施形態では、ＤＣ電流（７２）を、バイアス磁界を生じさせる検知コイル（２６；７４）に供給できる。高周波フィルター（７８）が、衝撃検知信号を、印加されたＤＣバイアス電流から分離させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング（２７）と、
前記ハウジング（２７）に取り付けられ、同様に前記ハウジング（２７）に取り付けられている巨大磁歪検知部材（２２；７６）にバイアス磁界を生じさせるように配置されているバイアス磁石（２４）と、
前記ハウジング（２７）に取り付けられ、前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）を囲んでいる、前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）内の衝撃波によって生じさせられた磁界変化を検知するコイル（２６；７４）と、
前記ハウジング（２７）の、取り付け面を形成する部分と、
前記ハウジング（２７）と、内部で衝撃が検知される機械（５６）の構造部材（５４）との間を延び、前記ハウジング（２７）の前記取り付け面を前記機械の前記構造部材（５４）に対して保持する留め具（５２）であって、前記ハウジング（２７）の、前記取り付け面を形成する部分が、前記留め具（５２）によって前記機械の前記構造部材（５４）に対して保持されている時に、前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）が直接、またはスペーサを介して、前記機械の前記構造部材（５４）により負荷を加えられる、留め具（５２）と、
を有し、
前記ハウジング（２７）は、前記取り付け面と前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）の間を延び、前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）または前記スペーサを前記機械の前記構造部材（５４）に対して弾性的に付勢する部分を有している、
衝撃センサー（２０；５８）。
【請求項２】
前記バイアス磁石（２４）は前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）に直接接触しており、前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）は前記スペーサに固定されている、請求項１に記載の衝撃センサー（２０；５８）。
【請求項３】
前記ハウジング（２７）は２つの取り付け面を有し、前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）は前記取り付け面同士の間に配置されており、前記ハウジング（２７）は、前記各取り付け面と前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）の間に、前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）または前記スペーサを前記機械の前記構造部材（５４）に対して弾性的に付勢する部分を有している、請求項１に記載の衝撃センサー（２０；５８）。
【請求項４】
ＤＣ電源（７２）が前記コイル（２６；７４）に接続されて前記バイアス磁石を形成しており、前記コイル（２６；７４）は、前記巨大磁歪検知部材（７６）にバイアス磁界を生じさせるように配置されており、電子フィルター（７８）が、前記巨大磁歪検知部材（７６）内の衝撃波によって生じさせられた磁界変化を検知する前記コイル（２６；７４）に接続されている、請求項１に記載の衝撃センサー（２０；５８）。
【請求項５】
前記ハウジング（２７）は２つの取り付け面を有し、前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）は前記取り付け面同士の間に配置されており、前記ハウジング（２７）は、前記各取り付け面と前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）の間に、前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）または前記スペーサを前記機械の前記構造部材（５４）に対して弾性的に付勢する部分を有している、請求項１に記載の衝撃センサー（２０；５８）。
【請求項６】
前記検知部材（２２；７６）を、スペーサ部材（６６）を介して前記機械（５６）の前記構造部材（５４）に対して弾性的に押し付ける付勢部材を形成している片持ち梁（６４）を有する、請求項１に記載の衝撃センサー（５８）。
【請求項７】
前記巨大磁歪検知部材（２２；７６）はターフェノール−Ｄを含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の衝撃センサー（２０；５８）。
【請求項８】
前記バイアス磁石（２４）は希土類金属を含む高強度タイプである、請求項１から７のいずれか１項に記載の衝撃センサー（２０；５８）。
【請求項９】
前記機械（５６）は動力車である、請求項１から７のいずれか１項に記載の衝撃センサー（２０；５８）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、動力車などの機械の、応力および衝突を監視する衝撃センサーに関し、特に、磁歪効果を利用する衝突センサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の動力車には、シートベルトをぴんと張る装置からエアバッグおよび燃料遮断弁に至る、多数の能動的な安全システムが備えられている。様々な能動的な安全システムの作動を適切に引き起こすために、衝突の始まりを検知し衝突の激しさを測定する衝撃センサーが用いられている。能動的な安全システムの使用を最適化するために、予想される衝突の激しさをできるだけ早く知ることが重要である。衝突の激しさを早く検知し、能動的な安全システムを早く配備することによって、よりよい結果を得ることができる。同時に、シートベルトなどの受動的な拘束具が重大な障害を防ぐのに十分であると考えられる、あまり激しくない衝突においては、安全システムを配備しない場合には、大幅にコストを節減することができる。動力車が、多数のエアバッグと、配備可能なその他の安全システムとを採用している時には、配備されている安全システムを取り替えるコストが、衝突に続く修理のコストのかなりの部分になる。もちろん、激しい衝突において、全ての安全システムを配備するのが望まれる場合には、衝突によって生じた広範な損傷のために動力車にはほとんど価値が残らないこともある。早く配備することによる有利さと、不必要な配備のコストとの間の対立関係によって、衝突時に早期に衝突の激しさを示すことができるセンサーに注目が集まっている。逆磁歪効果すなわちビラーリ効果を採用しているタイプの公知の衝撃センサーは、鉄製の構造部材内の衝撃波を検知する。衝突のシークエンスの初期に衝突の激しさを示すように衝撃波を信号処理することができる。
【特許文献１】米国特許第４３０８４７４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、鉄ではない構造部材内の衝撃波を検知する能力と、大きな出力電圧を有するセンサーとが、動力車の衝突時の構造部材内の衝撃波を検知するセンサーの有用性を高めることを望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の衝撃センサーは、検知コイルの内部に位置するターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材を採用している。バイアス永久磁石が、ターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材と係合するように配置され、スペーサが、ターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材と係合し、バイアス磁石とターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材と検知コイルとを囲むハウジングから延びている。ハウジングは、互いに間隔を置いて位置する２つの取り付け穴を備えた梁を有しており、衝撃センサーを動力車の構造部材に取り付ける留め具が、それらの取り付け穴を通って延びている。梁の取り付けは、スペーサを動力車の構造部材に対して押し付けるように配置するように行われる。スペーサとターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材とバイアス磁石は、梁の円筒部分内に配置されている、梁に垂直に延びているスリーブ内で１つにまとめられている。梁は、留め具によって動力車の構造部材に取り付けられている。検知コイルが周りに巻かれているボビンは、ターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材とバイアス磁石の上に配置され、ボビンは、梁にオーバーモールドされている。衝撃センサーが取り付けられている動力車の構造部材内に導入される圧縮波が、スペーサからターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材まで、構造部材と係合した状態に保持されているスペーサを通って進行する。バイアス磁石の磁界の影響の下でのターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材の歪みは、磁界の強さの大きな変化を生じさせ、その結果、コイルの出力リードにおいて電圧が発生する。
【０００５】
好ましい実施態様では、センサーは受動的で、容易に検知されデジタル化される大きな電圧出力を有している。他の実施態様では、バイアス磁界を生じさせるために、ＤＣ電流を検知コイルに供給することができる。ターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材を通って進行する衝撃によって発生させられる電圧は、印加されたＤＣバイアス電流から衝撃検知信号を分離する高周波フィルターによって検知できる。衝撃センサーの検知出力に単純に直列接続されたキャパシターが、高周波フィルターとして機能し得る。
【０００６】
本発明の特徴は、動力車などの機械の構造部材内の衝撃波を検知する衝撃センサーを提供することにある。
【０００７】
本発明の他の特徴は、動力車などの機械の、鉄ではない構造部材内の衝撃波を検知する衝撃センサーを提供することにある。
【０００８】
本発明のさらに他の特徴は、衝撃の激しさを早期に検知する衝撃センサーを提供することにある。
【０００９】
本発明のさらに他の特徴と利点は、添付されている図面とともに、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
同じ部品を同様な数字で示している図１〜４を参照すると、動力車内の衝突センサーとして用いられるような、機械とともに用いることができる衝撃センサー２０が図２に示されている。衝撃センサー２０は、図１に示されているように、３つの機能部材、すなわち、ハウジング２７に取り付けられている、ターフェノール−Ｄ（Terfenol−Ｄ（登録商標）、Ｔｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ1.92）検知部材２２と、バイアス磁石２４と、検知コイル２６とを有している。ターフェノール−Ｄ（登録商標）は、アメリカ合衆国 ５００１０ エイムズローワ 南１６ ３０６（306 South 16th, Ames lowa 50010, U.S.A）のエッジ テクノロジーズ インクコーポレイテッド（Edge Technologies, Inc.）の登録商標である。ハウジング２７は、梁３４から突出する円筒部分３２を有している。衝撃センサー２０には、検知コイル２６が上に巻かれているボビン２８が組み込まれている。ボビン２８は、ハウジングの円筒部分３２がぴったり填る中央開口３０を有している。検知コイル２６は、例えば３６ゲージのワイヤを約１０００回巻いたものであってもよい。梁３４はハウジングの円筒部分３２の両側に延びており、２つの開口３６を有し、各開口は梁の各端部３８の近くに形成されている。図１に示されているように、スリーブ４０には、円柱状のバイアス磁石２４と、円柱状のターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材２２と、スリーブ４０から突出する円柱状のスペーサ部材４２とが装填されている。バイアス磁石２４と、ターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材２２と、円柱状のスペーサ部材４２は、スリーブ４０に圧力填め可能であるか、またはスリーブ４０に固着可能である。スリーブ４０は、スペーサ部材４２が梁３４の底面４６上においてランド４４を越えて突出するように、円筒状のハウジング３２内に位置している。スリーブ４０は、円筒状のハウジング３２内に圧力填め可能であるか、またはハウジング３２内に固着可能である。検知コイル２６が周りに巻かれているボビン２８は、図２に想像線で示されているように、オーバーモールドされた囲い４８によって囲まれている。
【００１１】
端部のボス、すなわちランド５０は開口３６を囲み、取り付け面を形成している。図４に示されているように、留め具５２が、梁３４の端部開口３６を通って延び、衝撃センサー２０を、例えば動力車５６の衝突センサーとして用いるために、機械の構造部材５４に取り付けている。端部のボスが構造部材の一部に接触するようになった時に、スペーサ部材４２が、ハウジング２７の梁３４の、留め具５２とターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材２２の間の部分の撓みによって弾性圧縮するように、円柱状のスペーサ部材４２は取り付け面を越えて延びている。ハウジング部分５７の弾性撓みは、ターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材を、動力車５６の構造部材５４に対して押し付けている。この圧縮負荷は、衝撃波が構造部材５４からターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材２２へ良好に伝搬するのを保証する。衝撃の、スペーサ部材４２からターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材２２への伝搬を良好にするために、スペーサ部材４２は接着剤によって検知部材２２に固着されているのが好ましい。
【００１２】
コイルからの出力は約０．２ボルトから２．０ボルト、またはそれより大きくてもよく、検知コイル２６の巻き数と、バイアス磁石のバイアス磁界と、衝撃センサー２０が取り付けられている構造部材の組織と、スペーサ部材４に予めかかっている力と、ターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材２２と、衝撃センサー２０が取り付けられている構造材料との間の連結に影響を及ぼすその他の要因とによって決まる。
【００１３】
他の実施形態の衝撃センサー５８が図３に示されている。衝撃センサー５８は、衝撃センサー２０と同じであってもよいが、衝撃センサー２０の梁３４の両端部に２つの開口３６が設けられているのと違って、片持ち梁６４の一端部６２に唯一の取り付け開口６０を有している。
【００１４】
衝撃センサー５８は、検知部材を、スペーサ部材６６を介して動力車５６の構造部材５４に対して弾性的に押し付ける付勢部材を形成している片持ち梁６４を備えたハウジング５９を有している。スペーサ部材６６は、装置２０の中にあるときに、ボビン上に形成された検知コイル２６内を延びているバイアス磁石と係合する。
【００１５】
衝撃センサー５８のハウジングは、スペーサ部材６６がはめ込まれる開口を囲んでいるボス６８を有している。取り付けボス７０が、ハウジングから取り付け開口６０の周りに突出しており、取り付け面が取り付けボス７０によって形成されている。スペーサ部材６６は、ハウジングから取り付け面を越えて延びている。取り付け面を越えて延びているスペーサ部材６６によって生じさせられる片持ち梁６４の撓みが、スペーサ部材６６と動力車５６の構造部材５４との間の圧縮荷重を生じさせる。
【００１６】
スペーサ部材４２は省略することができ、ターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材は、動力車の構造部材５４に係合するように延びている。バイアス磁界の強度を高めるために、スペーサ部材４２とターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材２２の間に、またはスペーサ部材４２の代わりに、第２のバイアス磁石を用いることもできる。この磁石は、例えばネオジム−鉄−硼素の磁石のような、希土類金属から形成されたものなどの高強度タイプであることが好ましい。
【００１７】
図５に示されているように、バイアス磁石２４を、ターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材７６を収容している検知コイル７４に接続されたＤＣ電源７２に置き替えることができる。コイル７４の出力を、例えばキャパシター７８によって形成された高周波フィルターに供給することもできる。高周波フィルターは、ターフェノール−Ｄ（登録商標）検知部材２２を通過する衝撃波によって生じさられた電圧を、供給されたＤＣバイアス電圧７２から分離させる。高周波フィルターの出力を、安全システム８０、または、その他の、動力車の衝突を特徴づける処理回路に供給することができる。
【００１８】
米国特許第４３０８４７４号に開示されているように、ターフェノール−Ｄ（登録商標）はＴｂ0.3Ｄｙ0.7Ｆｅ1.92の合金であるが、巨大磁歪材料という用語は、ターフェノール−Ｄ（登録商標）と、ＴｂおよびＤｙなどの高磁歪の希土類の様々な合金を含むものと定義される。検知組立体は、検知部材２２のみを含むもの、または検知部材にスペーサ部材４２が付け加えられたものと定義される。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の衝突センサーの分解斜視図である。
【図２】想像線で示す、コイルのオーバーモールドを含む、図１の衝突センサーの斜視図である。
【図３】本発明の衝突センサーの他の実施形態を示す図である。
【図４】図１の衝突センサーの取り付けを示す、動力車の一部切り欠き概略側面図である。
【図５】本発明の衝突センサーのさらに他の実施形態の回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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