(57)【要約】  本発明の力測定装置（１）は金属から成る一体のケーシング（２）を有している。ケーシング（２）は上側の剛性的なケーシング部分（２５）と下側の剛性的なケーシング部分（２６）とを有し、両ケーシング部分（２５，２６）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、運動軸線（６０）に沿って力が作用した状態で互いに相対的にばね弾性的に運動可能である。ばねエレメント（２１，２２，２３，２４）は運動軸線（６０）に対して平行な断面（ＡＡ）に関して互いに対称的に配置されている。上側の剛性のケーシング部分（２５）と下側の剛性のケーシング部分（２６）との間には両方の剛性のケーシング部分（２５，２６）相互の相対位置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はメタルインジェクションモルディング（ＭＩＭ）技術で製作されている。
2008507687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属から成る一体のケーシングを備え、該ケーシングが上方の剛性的なケーシング部分（２５）と下方の剛性的なケーシング部分とから成り、上方の剛性的なケーシング部分（２５）と下方の剛性的なケーシング部分（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おりかつ運動軸線（６０）に沿った力の作用下でばね弾性的に相互に運動可能であり、前記ばねエレメント（２１，２２，２３，２４）が運動軸線（６０）に対して平行な横断面（ＡＡ）に関して互いに対称的に配置されており、前記上側の剛性のケーシング部分（２５）と下側の剛性のケーシング部分（２６）との相対的な運動を検出するために上側の剛性のケーシング部分（２５）と下側のケーシング部分（２６）との間に配置された変位センサ（６）を備えている形式の力測定装置において、前記ケーシング（２）がメタルインジェクションモルディング（ＭＩＭ）技術で製作されていることを特徴とする、力測定装置。
【請求項２】
前記ばねエレメント（２１，２２，２３，２４）の両方の脚部がそれぞれ鋭角（α）を成している、請求項１記載の力測定装置。
【請求項３】
１つのばねエレメント（２１，２２，２３，２４）の壁厚さが上側の剛性的なケーシング部分（２５）からまず減少し、次いでばねループ（２１，２２，２３，２４）の頂点に向かって再び増大している、請求項１又は２記載の力測定装置。
【請求項４】
下側の剛性的なケーシング部分（２６）が少なくとも１つの固定舌片（４）を有し、該固定舌片（４）で当該力測定装置（１）が適宜の固定手段（７）、有利にはねじ（７）を用いて自動車シャーシ（１０）と剛性的に結合可能である、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】
前記ケーシング（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（２４，２３，２２，２１）が同じ方向で前記横断面（ＡＡ）から遠ざかっている、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６】
前記固定舌片（４）が２つのばねエレメント（２１，２４，２２，２３）の間に配置されている、請求項５記載の力測定装置。
【請求項７】
下側の剛性的なケーシング部分（２６）と自動車シャーシとの剛性的な結合に際し、上側の剛性的なケーシング部分（２５）の部分領域（２５′）が固定部材（７）を下から掴み、上側の力導入手段（３）に十分に大きい引張り力が作用した場合に両方のケーシング部分（２５，２６）相互の変位を制限している、請求項４から６までのいずれか１項記載の力測定装置。
【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。該力測定装置は金属から一体に製作されたケーシングを有している。該ケーシングは互いにばね弾性的に運動可能な上側の剛性的なケーシング部分と下側の剛性的なケーシング部分とを備えている。両方の剛性的なケーシング部分の間には変位センサが取付けられている。変位センサは両方の剛性的なケーシング部分相互の変位を検出し、電気的な信号を伝送することができる。
【０００２】
自動車の乗員保護の分野では近年では、乗員抑え手段、例えばフロントエアバック、サイドエアバッグ、ひざエアバッグ、カーテンエアバッグ等のレリーズを場合によっては乗員抑え手段の広開領域内に位置する乗員に適合させるか又は完全に抑制して、一方では、不必要なレリーズ、例えば座席に人が坐っていない場合のレリーズ後の修理費用を節約し、他方では特定された人群、例えば子供又は小さな大人が乗員抑え手段の不適当なレリーズ動作によって付加的に負傷しないようにすることが次第に重要になってきている。したがって自動車の座席に人がいることを確認することだけではなく、人をクラス分けした特性、例えば体重の認知が重要である。これには、自動車製造者によって守ることが次第に望まれかつ事故に際して乗員抑え手段の制御を場合によっては公知の形式で認知した人に適合させるために、体重に従った人のクラス分けを規定するクラッシュ基準ＦＭＶＳＳ２０８が挙げられる。
【０００３】
文献ＤＥ１０００４４８４Ａ１号によれば自動車の座席の上に居る人の重量を認知するために自動車の座席と自動車のシャーシとの間に力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でかつばね金属から製作され、剛性的なケーシング部分（２２０）及び（２２２）と、該ケーシング部分（２２０）と（２２２）とを結合するばねエレメント（２３２，２３４）とを備えていることができる（図４及び段落８の１８から２７行）。両方の剛性的なケーシング部分（２２０，２２２）の間には変位センサ（１９０，１９２，１９４，１９６，１９８）（図３）、例えば剛性のケーシング部分（２２０，２２２）の変位を確認しかつ力測定装置に作用する力に関する認定を行なう測定信号に変換する誘導式の変位センサ（１９０，１９２，１９３，１９４，１９６，１９８）（図３）が配置されている。
【０００４】
ドイツ国公開文献ＤＥ１０１４５３７０Ａ１号には、一体の金属ケーシング（図４ｂと欄６、段落［００５９］）から成るが、もちろん異なるセンサ原理を有する類似した力測定装置が示されている。
【０００５】
前記公知の力測定装置は自動車に有効に取付けることができるためには一方では、自動車座席と自動車シャーシとの間の限られた構成空間を考慮するためにきわめて小さく製作されなければならず、他方では自動車の寿命全体に亙って、通常は少なくとも１５年に亙って時間の経過における変位センサの組織的な誤測定を回避するために、きわめて形状安定的である必要がある。しかし、公知の力測定装置においては両方の要求は矛盾しており、両立しない。自動車の稼働中に１．２ｔのきわめて大きな重量負荷に耐える持続的に形状の安定したケーシングは力測定装置のためにきわめてマッシーブでかつ大きなケーシングをもたらす。
【０００６】
本発明の課題は持久的に形状安定的であり、できるだけヒステリシスのないケーシングであって、同時にきわめて小さく、製作が容易であるケーシングを提供することである。
【０００７】
前記課題は請求項１の力測定装置によって解決された。
【０００８】
有利な実施例は従属請求項に開示してある。この場合には従属請求項の特徴と独立請求項の特徴との効果的な組合わせはすべて保護の対象である。
【０００９】
本発明の力測定装置は金属から成る一体のケーシングを有している。ケーシングは上側の剛性的なケーシング部分と下側の剛性的なケーシング部分とを有し、両ケーシング部分はＵ字形のばねエレメントによって互いに結合されており、運動軸線に沿った力の作用下で互いにばね弾性的に運動可能である。ばねエレメントは運動軸線に平行な横断面に関して互いに対称的に配置されている。上側の剛性的なケーシング部分と下側の剛性的なケーシング部分との間には両方の剛性的なケーシング部分の相対運動を検出するための変位センサが取付けられている。本発明によればケーシングはメタルインジェクションモルディング（ＭＩＭ）技術で製作されている。
【００１０】
ＭＩＭ技術の使用はこれまでは他の技術分野でしか公知ではなかった。この例としてＨａｎｓ  Ｓｃｈｗｅｉｇｅｒ  Ｇｍｂｈ社の公開情報が挙げられる。この公開情報は２００４年３月３日にインタネットサイトｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｆｏｒｍａｐｕｌｕｉｓ．ｃｏｍ／ｉｎｄｅｘ．ｈｔｍで呼出し可能で、この公開情報においては種々の使用分野のためのＭＩＭ製造プロセスが書込まれている。
【００１１】
粉末金属ダイカスト鋳造としても公知であるＭＩＭ技術では細かい金属粉末が１次のバインダと混合されかつ粒状化される。この結果、いわゆるフィードストックが生じる。フィードストックはダイカスト鋳造機にて溶融され、工具内で成形部分に鋳造される。冷却後、構成部分はいわゆるグリーン部体として取出される。次いでバインダが炉にてグリーン部体から駆逐される。バインダのない構成部分はいまやブラウン部体と呼ばれ、次いで高熱炉で焼結される。
【００１２】
その際、ＭＩＭ技術はプラスチック射出成形の成形自由度を粉末冶金と結合する。したがってＭＩＭ法ではきわめて精度の高い厚さを有するケーシング壁、ひいてはきわめて正確に算出された形状及び厚さ経過を本発明の力測定装置の金属ケーシングにおいて達成することを可能にする。これによってきわめて小さい弾性的なケーシングが製作できるので、力測定装置に例えば１５０ｋｇの要求された最大公称負荷がかかった場合に３５０Ｎｅｕｔｏｎ／ｍｍ２の最大の内部応力がケーシングのどの個所でも越えられず、同時に少なくともｋｇあたり１μｍの負荷する重量の剛性的なケーシング部分の変位が達成される。さらに本発明のケーシングの単体性によってケーシングの種々の構成部分の間のこれまで費用のかかった接合プロセスを回避することができ、これにより−接合縁の数が減じる結果−本発明の力測定装置におけるヒステリシス現象が本発明の力測定装置において著しく減少させることができる。
【００１３】
本発明の装置の有利な実施例を以後図面について説明する。
【００１４】
図１は本発明による力測定装置の第１実施例の横断面図。
【００１５】
図２は図１による力測定装置の斜視図。
【００１６】
図３は図１による力測定装置の平面図。
【００１７】
図４は図１の力測定装置のＡ−Ａ線に沿った断面図。
【００１８】
図５は図４の１部の拡大図。
【００１９】
図６は本発明の測定装置の第２実施例を図１のようにＡ−Ａ線に沿って断面して示した図。
【００２０】
図７は図６の部分拡大図。
【００２１】
同じ構造又は機能のエレメントは全図に亙って同じ符号で示してある。
【００２２】
図１は本発明の力測定装置１が示され、該力測定装置１はメタルインジェクションモルディンク（ＭＩＭ）技術で製作した−体のケーシング２から成っている。ケーシング２は上側のケーシング部分２５と下側のケーシング部分２６とから成り、両ケーシング部分２５，２６は該両ケーシング部分２５，２６を結合するＵ字形のばねエレメント２１，２２に比較して剛性的に構成され、両方の剛性的なケーシング部分２５と２６は重力の作用下で互いに接近又は離反運動できるがそれ自体は理想的には変形しない。両方の剛性的なケーシング部分２５，２６の間には変位センサ６が取付けられている。この変位センサ６は両方のケーシング部分２５，２６の相互の相対運動を測定し、電気的な信号に変換することができる。この信号は図示されていないケーブル接続によってソケット５を介して評価電子装置に導かれるか又はソケット５の内部の評価電子装置において後続加工される。この信号は同様に図示していない乗員保護装置に供給され、そこで力測定装置１に作用する重量に関する情報として提供される。この情報に基づき乗員抑え手段が場合によっては適合させられた状態でレリーズされる。
【００２３】
力導入手段３を介して自動車座席から上側の剛性的なケーシング部分２５に、ひいては力測定装置１に作用させられる力の作用下ですら、冒頭で述べたケーシング２において望ましいわずかな機械的な応力を達成するために両方のばねエレメント２２，２１の脚部は鋭角αを形成している。
【００２４】
さらに力測定装置１のケーシング２全体におけるほぼ均等な応力分布を達成するためにばねエレメントの各々は上側の剛性的なケーシング部分２５から発して連続的に、Ｕ字形ループへの曲げ開始部でもっともわずかな壁厚ｄに達するまで先細になっている。この点から壁厚さはＵ字形ループの頂点を中心として再び増大し、ループの後で再び減少し、下側の剛性的なケーシング部分２６へ移行するまで一定に保たれる。断面図Ａ−Ａはばねエレメントの対称面を成しているので、ばねエレメント２１に沿った壁厚ｄの経過はばねエレメント２２の壁厚さの経過に等しい。
【００２５】
さらに２つの統合された２つの構成部分から成るケーシング２は両方の図示されたばねループ２１と２２の後ろにそれぞれ１つの固定舌片４を有している。この固定舌片４で力測定装置１は２つのねじ７を介して、組込まれた状態で自動車シャーシと剛性的に結合される。ねじの代りに他の固定手段、例えばリベット又は類似したものを使用することもできる。
【００２６】
図２は図１の力測定装置を斜視図で示している。この場合にも所属のねじ７を有する両方の固定手段４の後ろにＵ字形のばねエレメント２３と２４の別の対が両方の剛性的なケーシング部分２５，２６に対称的に配置されている。特にこの図からはＭＩＭ技術でのケーシング２のきわめて精密な構成の可能性により、４つの図示のばねループ２１，２２，２３，２４が幅狭く製作され、力測定装置１の固定点が、ケーシング２がばねエレメント２１，２２，２３，２４と共に全体で占める同じ底面の内部に配置されていることが明確に判る。この底面は図３にもう一度平面図で示されている。
【００２７】
図４は既に示された力測定装置１のケーシング２が図１の断面Ａ−Ａに沿った横断面で示されている。この横断面に基づき、既に図２と図３とにケーシング２の平面図で示した付加的な過負荷保護エレメント８，９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は上側の剛性的なケーシング部分２５と固定的に例えばねじ締結によって結合されている。
【００２８】
下側の剛性的なケーシング部分２６に向かって、両方の過負荷保護エレメント８，９の各々の直径は段階的に増大する。つまり、両方の過負荷保護エレメント８，９はそれぞれ下側の剛性的なケーシング部分２６に向かってほぼ変らない幅の狭まい空隙によって離されている。
【００２９】
両方の過負荷保護エレメント８，９の幾何学的形態を明らかにするために、図４において一点鎖線で囲まれた領域が図５に拡大されて示されている。
【００３０】
両方の過負荷保護エレメント８と９は、力が力導入部材３を介して下側の剛性的なケーシング部分２６に向かって作用するとケーシング２の外へ出る。力の作用がさらに増強した場合には両方の剛性的なケーシング部分２５，２６が互いに接近する方向で変位することは、両方の過負荷保護エレメント８，９が自動車シャーシと形状により接続されるまで両方の過負荷保護エレメント８，９がケーシング２の外へ出ることで阻止される。
【００３１】
逆方向の力が作用した場合には下側の剛性的なケーシング部分２６と両方の過負荷保護エレメントの各々における段部との間の間隙が閉じられるまで両方の剛性的なケーシング部分２５，２６の変位が行なわれる。
【００３２】
図６には本発明による力測定装置１の別の有利な実施例が図１と同様に横断面で示されている。図１とは異って上側の力導入部材３は外ねじ山を有するねじとしては構成されておらず、むしろ上側の剛性的なケーシング部分２５は内ねじ山を有し、該内ねじ山にねじが螺合させられている。このねじはさらに上側の剛性的なケーシング部分の上側で切欠きによって自動車座席から又は自動車座席と剛性的に結合された部分から外へ案内されている。このような形式で力測定装置１は自動車座席１０と剛性的に結合される。
【００３３】
図６には、図１の図示とはさらに異って両方の固定ねじ７の１つが部分断面図で示されている。断面して示されたねじ７は横断面による強調された図示によってばねループ２１の前に位置するように見えるが、実際には図示された別の固定ねじ７がばねループ２２の後ろにあるのと同様に前記ばねループ２１の後ろに配置されている。
【００３４】
構造的な構成とこの構造的な構成によって得られる利点の以下の説明との理解を容易にするためにねじ７の断面が図７にはもう一度拡大して示してある。
【００３５】
図面には力測定装置１が組込まれた状態で示されている。つまりこの場合には、２つのねじ７は上側の剛性的なケーシング部分２５の方向から切欠きを通って下側の剛性的なケーシング部分２６を貫いて、そのねじ山で、力測定装置１の、自動車座席１とは反対側で、自動車シャーシにねじ結合されている。この場合、図示の実施例では、下側の剛性的なケーシング部分２６の構成部分である対応する固定面４とねじ７の部分領域との間に形状接続的な接触面が生じる。形状接続的な接触面の代りに、力測定装置の剛性的な固定を可能にするために単数又は複数の機械的な当接点を用いることもできる。
【００３６】
上側の剛性的なケーシング部分２５は力測定装置１が組込まれた状態で一方の固定手段７にも他方の固定手段７にも接触せず、力の作用下で下側の剛性的なケーシング部分２６に対して運動可能である。自動車シャーシに向かう押圧力が作用するか又はこれに対し反対方向に引っ張り力が運動軸線６０に沿って力測定装置１に作用すると、その結果として両方のケーシング部分２５，２６はその静止位置から互いに接近するかもしくは離反する。
【００３７】
図６による本発明の有利な実施例では、上側の剛性的なケーシング部分２５はねじ７のねじ頭を下から掴むので、部分領域２５′はねじ７のねじ頭と下側の剛性的なケーシング部分２６との間に配置されている。これによって運動方向６０では、一方ではねじ７のねじ頭とねじ頭を下から掴む部分領域２５′との間に間隙ａが生じ、他方では別の間隙ｂが下から掴まれる部分領域２５′と下側のケーシング部分２６との間に生じる。又、３つ目に別の空隙（図示ぜず）が運動方向に対して垂直にねじと部分領域２５′との間に生じる。
【００３８】
部分領域２５′の前記配置によって、力測定装置１は運動方向軸線６０の方向で一方では上側の剛性的なケーシング部分２５の変位によって間隙ｂが閉じられるまで力で負荷されることができる。これによりこの変位方向では力測定装置１の過度の機械的な伸びを阻止する機械的なストッパが得られる。他方では力測定装置１が反対方向に伸びた場合の機械的な過度な伸びは、下側の剛性的なケーシング部分２６に対する部分領域２５′の機械的な当接によって阻止される。この場合、間隙ａは閉じられる。ここで示された機械的な当接面は、有利である場合には同様に当接点に減じることもできる。
【００３９】
ねじ７によって下から掴まれる部分領域２５′の配置は、図６と７の部分断面で示されたねじ７に基づき例として示されているに過ぎない。図６に図示された例では上側の剛性的なケーシング部分２５の別の部分領域と第２のねじ７との同様の配置が運動方向軸線６０に対して対称的に配置されている。このような対称的な配置は、圧縮力又は伸張力も対称的に力測定装置１に作用するので有利である。これは原理的にはしたがって優先されるが、もちろん図６に相応して過度な負荷に対する同じ作用を機能的に有する非対称的な配置が選択されることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による力測定装置の第１実施例の横断面図。
【図２】図１の力測定装置の斜視図。
【図３】図１の力測定装置の平面図。
【図４】図１の力測定装置をＡ−Ａ断面に沿って断面した図。
【図５】図４の部分拡大図。
【図６】本発明の力測定装置の第２実施例を図１同様Ａ−Ａ断面に沿って断面して示した図。
【図７】図６の拡大部分図。
【符号の説明】
【００４１】
１  力測定装置
２  ケーシング
３  力導入部材
４  固定舌片
５  ソケット
６  変位センサ
７  ねじ
８，９  過負荷保護エレメント
１０  自動車座席（自動車シャーシ）
２１，２２，２３，２４  ばねエレメント
２５，２６  ケーシング部分
６０  運動軸線
【図１】
2008507687.tif 000003
【図２】
2008507687.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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【図７】
2008507687.tif 000009
【国際調査報告】
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2008507687.tif 000011
2008507687.tif 000012
2008507687.tif 000013
2008507687.tif 000014