(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車のシート（Ｆ）の取りつけ部材に導入された荷重を検出するための力変換器（２）であって、
自動車のシート（Ｆ）へ接続されている力導入要素（４）と、該取りつけ部材へ接続されている力伝達要素（７）と、力導入要素（４）と力伝達要素（７）との間に配列された延伸部材（５）とを具備している力変換器（２）において、
力導入要素（４）又は力伝達要素（７）が、該荷重の作用方向に平行に延在している面において延伸部材（５）を囲んでいることを特徴とするところの力変換器。
【請求項２】
該荷重に平行な剪断力を検出するための少なくとも一つの抵抗線ひずみゲージ（９）が、延伸部材（５）に配設されていることを特徴とするところの、請求項１に記載の力変換器。
【請求項３】
力導入要素（４）又は力伝達要素（７）は、延伸部材（５）を囲むハウジングの形状となっていて、従って該ハウジングが、延伸部材（５）の一方の端部へ端部（６）において接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の力変換器。
【請求項４】
該ハウジングは、せまい円周ギャップ（１０）が少なくとも一ヶ所に形成されるように、延伸部材（５）を囲んでいることを特徴とする、請求項３に記載の力変換器。
【請求項５】
せまい円周ギャップ（１０）が膜によりおおわれていることを特徴とする、請求項４に記載の力変換器。
【請求項６】
二つの抵抗線ひずみゲージ（９）が、延伸部材（５）の該荷重の該作用方向に平行に延在している表面（８）に、延伸部材（５）の長手軸に対して同一の角度で対向してそれぞれ配設されていることを特徴とする、請求項２〜５のいずれか一項に記載の力変換器。
【請求項７】
延伸部材（５）は、抵抗線ひずみゲージ（９）が配設されている場所において、縮少された断面を有していることを特徴とする、請求項２〜６のいずれか一項に記載の力変換器。
【請求項８】
延伸部材（５）が抵抗線ひずみゲージ（９）の領域において第一凹部を備えていることと、該第一凹部の軸が実質的に該荷重の該作用方向に平行に延在していることとを特徴とする、請求項７に記載の力変換器。
【請求項９】
延伸部材（５）が第二凹部を備えていて、該第二凹部の軸が実質的に、該第一凹部の該軸に直交している、延伸部材（５）の該長手方向に延在していることと、該第二凹部が延伸部材（５）において該第一凹部を貫通していることとを特徴とする、請求項８に記載の力変換器。
【請求項１０】
延伸部材（５）が、少なくとも部分的に角度のついた断面を有していることを特徴とする、請求項２〜９のいずれか一項に記載の力変換器。
【請求項１１】
延伸部材（５）が平面を有していて、該平面は、突出した輪郭をしていて、かつ抵抗線ひずみゲージ（９）を取りつけるようになっていることを特徴とする、請求項２〜１０のいずれか一項に記載の力変換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、自動車シートの取りつけ部材に導入された荷重を検出するための力変換器に関する。力変換器が、自動車のシートへ接続されている力導入要素と、取りつけ部材へ接続されている力伝達要素と、力導入要素と力伝達要素との間に配列された延伸部材とを具備している。
【０００２】
このタイプの力変換器は自動車のあるシートが占有されているかどうかを測定するために使用されている。力変換器は例えば、シートが占有されていない場合に対応するエアバッグを発射しない場合に必要とされる。さらに、力変換器は、体重、従ってシートに座っている人のサイズを測定するために、よく使用されている。可変の充填容積を有しているエアバッグにおいて、上記情報は、自動車の対応するシートに座っている、防護するべき人に関する情報とともに、充填する容積をこの人の身体サイズに合わせるために使用され、事故時においてこの人を最適に拘束するようになっている。このタイプの力変換器は、もし幼児用安全シートが自動車のシートに載置されていることが測定された場合、エアバッグが発射されることを回避するために使用することもできる。この情報は特に所望されるものである。なぜなら、エアバッグが発射されると、幼児用安全シートにおける幼児は重傷を負うことがわかったからである。
【０００３】
自動車のシート用力変換器は、例えば独国特許出願第１９９２５８７７号（ＤＥ１９９２５８７７Ａ１）明細書において公知なものである。本刊行物に記載された力変換器は、水平に配列された力導入要素から構成されていて、その力導入要素が自動車のシートに接続され、かつ導入された力を水平に配列された板状の延伸部材の両端部に伝達している。力伝達要素も力変換器に備えられていて、前記力伝達要素は延伸部材に同心に配列され、かつ延伸部材からの力を自動車のシートの取りつけ部材へ伝達している。力の導入により発生した延伸部材の垂直曲げを検出可能な抵抗線ひずみゲージが、延伸部材の水平な上側面に配設されている。
【０００４】
この力変換器における一つの短所は、延伸部材に対する力導入要素の配列が、力導入要素へ導入されている荷重に関連した力以外の力、例えば横向きの力をも発生していることであり、その力が延伸部材へ伝達され抵抗線ひずみゲージで検出されることである。この場合、延伸部材は荷重を受けるだけでなく、抵抗線ひずみゲージが組合せ荷重として検出するような力をも受けることである。このことが、シートの非対称的な占有と、自動車の加速及び減速と、自動車のシートの取りつけ部材に荷重以外の方向で作用する他の力とにより、本タイプの力変換器を用いての誤計測をもたらしている。この力変換器の構造は、自動車のシートと取りつけ部材との間における接続剛性に影響を及ぼしていることも判明していて、その接続剛性とは、乗客が、自動車のシートが取りつけ部材においてゆるくかつふわふわとガイドされていると感じるような剛性である。
【０００５】
従って、乗客は自動車の動きを間接的あるいは部分的に不自然な動きに感じる。しかしながら、このことが乗客の感覚を不愉快なものにしている。
【０００６】
本発明の目的は、これらの状況を基に、冒頭で説明したタイプの自動車のシート用力変換器を改善することであって、その力変換器は、自動車のシートの取りつけ部材に導入された荷重を他の影響する力とは無関係に正確に測定することを可能にするものである。さらに、この力変換器は単純でコンパクトな構造のものである。
【０００７】
前述の目的は、冒頭で説明したタイプの力変換器において、
力導入要素又は力伝達要素が、荷重の作用方向に平行に延在している面において延伸部材を囲んでいることと、さらに荷重に平行な剪断力を検出するための少なくとも一つの抵抗線ひずみゲージが、延伸部材に配設されていることと、により解決されている。
【０００８】
力導入要素又は力伝達要素が、荷重の作用方向に平行に延在している面において延伸部材を囲んでいるので、延伸部材を力導入要素と力伝達要素の中に固定することが可能であって、力が延伸部材に導入される点と、力が延伸部材により伝達されている点とは、実質的にお互いに導入された力の方向に平行に移動することができるようになっている。もし荷重に平行な剪断力を検出する抵抗線ひずみゲージが正しく整列していると、自動車のシートの荷重は正確に測定することができる。荷重方向において延伸部材の荷重を精度よく測定するためには、延伸部材のわずかな剪断作用で十分である。精度のよい測定結果を得るためには延伸部材のわずかな剪断作用を必要とするだけであることから、力変換器全体従って自動車のシートの取付部材と一致している剛性が達成されるような剛性で、延伸部材を組立てることができる。このことは、乗客が自動車のどのような運動の変化をも直覚できることを意味している。
【０００９】
力導入要素又は力伝達要素における、所定位置での配列は力変換器を比較的短縮することができるという利点をも提供している。なおその所定位置において、力導入要素又は力伝達要素が延伸部材を囲んでいる。力導入要素又は力伝達要素は延伸部材を囲むハウジング形状となっていてもよくて、従ってハウジングが延伸部材の一方の端部へ接続されていてもよい。この場合、力はこの端部において延伸部材により導入され伝達される。
【００１０】
もしこのタイプのハウジングが、少なくとも一ヶ所にせまい円周ギャップを形成するように延伸部材を囲んでいると、力変換器への超過荷重防止もこの構造において同時に達成されている。もし力変換器が、ハウジングが延伸部材の端部に対して移動するような高荷重を受けると、ハウジングと延伸部材との間の力は延伸部材により延伸部材の端部において、導入されかつ伝達される。なお、その延伸部材の端部は、ハウジングが部分的に延伸部材に位置している程度で、ハウジングに接続されていない。この場合、延伸部材のさらなる延伸は生じない。この超荷重モードが作用する場合、せまいギャップのサイズは、延伸部材がその荷重でそれ以上延伸しないようにしている。
【００１１】
もしせまい円周ギャップが膜でおおわれていると、力変換器は、力変換器の精度をそこなうかも知れないほこりから防護される。
【００１２】
荷重に平行な剪断力の検出は、荷重に直交的に作用している力と、たとえ作用するとしても、同時に延伸部材に導入された力とを検出しない利点を備えている。この測定法のために、本発明による力変換器は、自動車における、運動方向の変更、加速又は減速により生じる可能性のある他の荷重とは無関係に、自動車のシートの取りつけ部材に導入された荷重のみを検出する。
【００１３】
横向きの力に影響されず、かつ荷重に平行な剪断力を検出することにより達成されている、自動車のシートに導入された荷重の検出は、利点のあることに、二つの抵抗線ひずみゲージが、延伸部材の荷重の作用方向に平行に延在している表面に、延伸部材の長手軸に対して同一の角度で対向してそれぞれ配設されていることにより達成されている。抵抗線ひずみゲージのそのような配設において、荷重に対して横向きに作用している力により生じる延伸部材の変形は、二つの抵抗線ひずみゲージで検出されていて、その横向きに作用している力は、測定信号の評価において、前記測定信号同士間を差分することにより、簡単に排除できるようになっている。
【００１４】
代りに、延伸部材の長手軸に対して同一の角度であり、かつ延伸部材の対向している表面における荷重の作用方向に平行に延在している、二つの対向的に配設された抵抗線ひずみゲージをそれぞれ備えていてもよい。これらの四つの抵抗線ひずみゲージは、最善の測定信号を得るために、利点的にホイートストン・ブリッジ回路形式で接続されていてもよい。もし測定信号の精度に対する要求がそれほど高いものでない場合、そのようなブリッジ回路における、四つの抵抗線ひずみゲージのうち三つを固定抵抗器に変更することも可能である。
【００１５】
特に強い測定信号を得るために、抵抗線ひずみゲージを配設する場所において、延伸部材が縮少した断面を有している。
【００１６】
より高い検出精度すなわち強い信号を得るために、断面を縮少することは、抵抗線ひずみゲージの領域において延伸部材に第一凹部を備えることにより容易に達成することができて、第一凹部の軸は実質的に荷重の作用方向に平行に延在している。抵抗線ひずみゲージ領域における、そのような凹部の配列のために、延伸部材がこの領域においてより大きく変形し、より高い検出精度が達成されるようになっている。
【００１７】
本発明による力変換器において、抵抗線ひずみゲージを力変換器内部に接続するために必要な電線用取り出口は、延伸部材に第二凹部を備えることにより行なわれていて、第二凹部の軸は実質的に第一凹部の軸に直交している延伸部材の長手方向に延在しており、かつ第二凹部は延伸部材において第一凹部を貫通している。
【００１８】
このことが、電線を延伸部材を介して抵抗線ひずみゲージにまで布設することを可能にしている。
【００１９】
もし延伸部材が、少なくとも部分的に角度のついた断面を有しているなら、延伸部材の表面に取りつけるべき抵抗線ひずみゲージを平面に配設することが保証される。
【００２０】
もし延伸部材が抵抗線ひずみゲージを取りつけるために、突出する輪郭の平面を有している場合、延伸部材における抵抗線ひずみゲージの配設はさらに簡単なものとなる。この変更は、薄膜技術により抵抗線ひずみゲージを取りつけることを特に簡単なものにしている。
【００２１】
本発明による力変換器を実現しさらに改善するために、種々の選択が考りょされてもよい。この点に関して、例えば請求項１に従属する請求項に説明されていて、さらに図面を参照しての実施例の以下の記述に説明されている。
【００２２】
図１は自動車のシートＦの取りつけウェブ１の四つのうちの二つを示している。取りつけウェブ１は、その上端で自動車のシートＦのフレームへ、その下端でそれぞれ一つの力変換器２へ接続されている。力変換器２は、自動車のシートＦのガイドレールに係合している取りつけフレーム３へも接続している。
【００２３】
図２は本発明による力変換器２の第一実施例の構造を示している。この力変換器は力導入要素４を備えていて、その力導入要素４は、円筒形状ハウジングであって、外山ねじにより図示されていない取りつけウェブ１へ接続されている。力変換器２が延伸部材５を備えていて、その延伸部材５は力導入要素４に同心で配列されていて、かつ力導入要素４にその一方の端部６において溶接されている。端部６に対向している端部において、延伸部材５はねじ山つきボルト形状の力伝達要素７へ接続されている。力伝達要素７は、可能ならば延伸部材と一体であってもよくて、力伝達要素は取りつけフレーム３へ剛に接続されている。円筒状の延伸部材５が表面８を有していて、その表面８は、実質的に荷重の作用方向に延伸していて、表面上に抵抗線ひずみゲージが薄膜技術により接着あるいは貼りつけられており、抵抗線ひずみゲージは、延伸部材の長手軸に対して４５°の角度でそれぞれが対抗的に配設されている。
【００２４】
二つの抵抗線ひずみゲージを備えた同様の表面が、延伸部材５の長手軸に関して対向側において、延伸部材５に配列されていてもよい。本実施例における四つの抵抗線ひずみゲージは、測定信号の精度を改善するためにホイートストン・ブリッジ回路形式で接続されていてもよい。
【００２５】
端部６に対向している端部すなわち延伸部材５の厚い部分と力導入要素４との間は、せまいギャップ１０になっている。
【００２６】
図示されていない自動車のシートが荷重を受ける場合、荷重はとりつけウェブ１に導入し、この取りつけウェブ１により力導入要素４に伝わる。延伸部材５との剛な接続により、この力は、力導入要素４の端部６において延伸部材５に導入されていて、延伸部材が、その端部６に対して移動するようになっており、力伝達要素７により取りつけフレーム３に剛に、すなわち実質的に荷重方向に平行に保持されている。このことが、延伸部材５に一定の剪断作用を引き起し、その剪断作用は抵抗線ひずみゲージ９により検出することができる。
【００２７】
荷重に対して直交的に作用する他の力も取りつけウェブ１へ導入され続いて力導入要素４へ導入されるけれど、これらの力は、延伸部材５における、抵抗線ひずみゲージ９の平面に直交する方向に剪断作用をもたらしている。抵抗線ひずみゲージがこの剪断作用を検出していて、この剪断作用は、個々の抵抗線ひずみゲージ９の測定信号間を差分することにより、測定信号から排除することができるようになっている。
【００２８】
ギャップ１０は、力変換器２への実質的な超過荷重を保護することを保証している。延伸部材５の端部６が、荷重を受けた剛な力導入要素４と延伸部材５とがお互いに対して移動し、力導入要素４が端部６に対向している端部において延伸部材５に当接するような高荷重を受けると、延伸部材５はその他のどのような剪断力も受けない。なぜなら、この力は、延伸部材５をおおっている端部により、力導入要素４から力伝達要素７へ直接伝達されるからである。
【００２９】
力変換器２の機能に関して、力導入要素が延伸部材のハウジングを形成し、かつ力伝達要素が前述したように取りつけフレーム３に接続されるボルトを形成するか、又は、力がピンを介して導入され、かつハウジングにより取りつけフレーム３へ伝達されるかどうかは重要なことではない。
【００３０】
図３に示す実施例において、延伸部材５の測定要素１１となっている領域が第一凹部１２を備えていて、その凹部１２は、測定要素１１が極端に変形することを可能にしており、従って表面８に配設された図示されていない抵抗線ひずみゲージの高検出感度をもたらしている。
【００３１】
図３に示す、本発明による力変換器２の第二実施例においても、表面８を有する延伸部材５が備えられていて、その表面８は突出した輪郭で、図示されていない抵抗線ひずみゲージを取りつけるようになっている。
【００３２】
第二実施例における表面８が延伸部材５から突出した輪郭となっているので、薄膜技術により抵抗線ひずみゲージを表面８に容易に貼りつけることが可能である。
【００３３】
図４に示す第三実施例において、凹部１２が長円形穴形状となっていて、検出感度のさらなる向上が達成されている。この場合、断面における残りの材料は、横方向における安定性に影響をもたらすことなく低減されている。
【００３４】
図５に示す第四実施例において、第二凹部１３が含まれていて、凹部１３の軸は実質的に、第一凹部１２の軸に直交している、延伸部材５の長手軸に延在していて、第二凹部は延伸部材において第一凹部１２を貫通している。この第二凹部１３が、図５に示されていない抵抗線ひずみゲージを接続するために必要な電線を容易に布設することを可能にしている。
【００３５】
図６に示す、本発明による力変換器２の第五実施例において、ほこりが力変換器２へ侵入することを防止するために、図６のｂ）に示す環状ギャップ１０は膜１４によりおおわれている。膜１４が金属膜となっている場合、力変換器２における特に効果的な防護が達成される。この場合金属膜１４は力導入要素４と力伝達要素７との間に溶接される。
【００３６】
図２−６に示す実施例に代わるものとしての、図７に示す本発明による力変換器の第六実施例において、力伝達要素７としてのねじ山つきボルトの代りに内面ねじが備えられている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、自動車のシートの平面図である。
【図２】  図２は、本発明による力変換器の第一実施例の部分断面斜視図である。
【図３】  図３は、本発明による力変換器の第二実施例の部分断面斜視図である。
【図４】  図４は、本発明による力変換器の第三実施例の部分断面斜視図である。
【図５】  図５のａ）は、本発明による力変換器の第四実施例の断面斜視図である。
図５のｂ）は、本発明による力変換器の第四実施例の斜視図である。
【図６】  図６のａ）は本発明による力変換器の第五実施例の斜視図である。
図６のｂ）は本発明による力変換器の第五実施例の部分断面斜視図である。
【図７】  図７は、本発明による力変換器の第六実施例の斜視図である。
【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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【図６】
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【図７】
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