(57)【要約】【課題】小型、低コスト、張力検出の高精度化、あるいは耐久性に優れ、検出装置の故障診断を行うことができる等の利点を有するシートベルト張力検出装置を提供する。【解決手段】乗り物の構造体への連結部を有するアンカー連結部材１０と、シートベルト２への連結部を有するシートベルト連結部材２０と、これら両部材間を弾性的に連結してシートベルト２にかかる張力を伝達する弾性連結機構３０と、この弾性連結機構３０にかかる力を検出する歪センサ４０とを具備し、シートベルト連結部材２０と弾性連結機構３０と歪センサ４０を同一直線上に配置する構成としたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗り物の構造体への連結部を有するアンカー連結部材と、シートベルトへの連結部を有するシートベルト連結部材と、前記両部材間を弾性的に連結してシートベルトにかかる張力を伝達する弾性連結機構と、この弾性連結機構にかかる力を検出する歪センサとを具備し、前記シートベルト連結部材と弾性連結機構と歪センサを同一直線上に配置する構成としたシートベルト張力検出装置。
【請求項２】
弾性連結機構を引張コイルバネで構成した請求項１に記載のシートベルト張力検出装置。
【請求項３】
引張コイルバネのバネピッチ間に隙間を設けた請求項２に記載のシートベルト張力検出装置。
【請求項４】
歪センサは平面板状の部材で両端を固定した両端固定の支持梁構成とし、弾性連結機構にかかる力を前記両端固定の支持梁構成の中央部に加わるように支持ピンを配置して構成した請求項１に記載のシートベルト張力検出装置。
【請求項５】
歪センサの有効検出領域を両部材間に設けたストッパーで規制されるように構成した請求項１に記載のシートベルト張力検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシートベルトを乗り物に固定するアンカー部に設置してシートベルトにかかる張力を検出するシートベルト張力検出装置に関するもので、特に、小型、低コスト、張力検出の高精度化あるいは耐久性に優れ、検出装置の故障診断を行うことができる等の利点を有するシートベルト張力検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シートベルトの張力を検出する装置の従来例としては、シートベルト張力検出装置のシートベルト取り付け部に、シートベルトの張力が作用する板バネが設けられ、この板バネには歪みゲージが貼られており、シートベルトの張力に応じて変形する板バネの歪みからシートベルトの張力を検出する構成となっていた。
【０００３】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１、特許文献２が知られている。
【特許文献１】米国特許第５９９６４２１号明細書
【特許文献２】特開２００１−３５４１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
シートベルト張力検出装置においては、より小型、低コストで高性能あるいは耐久性に優れ、故障診断機能を備えたものが求められているが、上記従来の構成では、この要求を十分満足できないものであった。
【０００５】
本発明はこのような要求に対応するためになされたものであって、小型、低コストで張力検出の高精度化あるいは耐久性に優れ、検出装置の故障診断を行うことができる等の利点を有するシートベルト張力検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有する。
【０００７】
本発明の請求項１に記載の発明は、乗り物の構造体への連結部を有するアンカー連結部材と、シートベルトへの連結部を有するシートベルト連結部材と、これら両部材間を弾性的に連結してシートベルトにかかる張力を伝達する弾性連結機構と、弾性連結機構にかかる力を検出する歪センサとを具備し、シートベルト連結部材と弾性連結機構と歪センサを同一直線上に配置する構成としており、シートベルト連結部材と弾性連結機構と歪センサが同一直線上に配置されているので、従来例のレバー式のようなてこの原理を利用するための高さが必要ではなく低背化（小型化）ができ、部品点数も少なくなるので低コスト化を実現でき、さらには各部品間の摩擦の影響を少なくできるため、より高精度なシートベルトの張力を検出することができるという作用効果が得られる。
【０００８】
本発明の請求項２に記載の発明は、特に弾性連結機構を引張コイルバネで構成しており、バネ特性を利用することにより高精度に引張り力を制御することができ、より高精度なシートベルトの張力を検出することができるという作用効果が得られる。
【０００９】
本発明の請求項３に記載の発明は、引張コイルバネのバネピッチ間に隙間を設けた構成とした、例えば引張コイルバネの場合、バネピッチ間に隙間がないと初張力の影響により初張力以下での張力に対してセンサ出力のリニアリティが悪化する。しかし、バネピッチ間に隙間を設けることにより初張力の影響をなくすことができリニアリティの良好な高精度なセンサ出力が得られるという作用効果を有する。
【００１０】
本発明の請求項４に記載の発明は、歪センサとして平面板状の部材で両端を固定した両端固定の支持梁構成とし、弾性連結機構にかかる力を両端固定の支持梁構成の中央部に加わるように支持ピンを配置して構成することにより、従来のレバー式による回転的な加圧に対して、直線的でかつ両端固定の支持梁構成にすることにより高い感度出力が得られ、より高精度な張力を検出することができるという作用効果が得られる。
【００１１】
本発明の請求項５に記載の発明は、歪センサの有効検出領域を両部材間に設けたストッパーで規制されるように構成したもので、例えば、規定範囲外の大きな力が歪センサに加わっても、ストッパーを設けることによって歪センサの検出範囲を制限できるので、歪センサの耐久性を向上できる。また、歪センサの有効検出領域がストッパーによって規制されているので、検出範囲外の領域の出力を示すことは、検出装置に何らかの異常が起きたと判断することができ、故障診断を行うことができるという作用効果が得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、小型、低コスト、高精度化が可能であり、さらに耐久性を向上できる、あるいは検出装置の故障診断を行うことができる等の利点を有するシートベルト張力検出装置を提供できるという効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は本発明の実施の形態におけるシートベルト張力検出装置（シートベルトテンションセンサ）の全体構成を示す図である。図１（Ａ）は正面図、図１（Ｂ）は下側面から見た側面図である。
【００１４】
図１において、アンカー連結部材１０の右端部はＬ字状に曲げられ、この位置に歪センサ４０がネジで固定されている。また、このアンカー連結部材１０の底面部近傍には歪センサ４０からの信号を処理するための処理回路６０が固定ネジ６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄで固定されている。一方、シートベルト２が取り付けられたシートベルト連結部材２０は、アンカー連結部材１０の左端部にはめ込むような形で保持されている。
【００１５】
そして、歪センサ４０の中心部に設けた支持ピン５０とシートベルト連結部材２０に設けた弾性連結固定孔２２との間は、引張コイルバネからなる弾性連結機構３０が接続されており、シートベルト連結部材２０と引張コイルバネからなる弾性連結機構３０と歪センサ４０は同一線上になるように配置されている。
【００１６】
このようにして構成されたシートベルト張力検出装置１は、アンカー連結部材１０の右端部で車両のボディに固定される。
【００１７】
以下、シートベルト張力検出装置１の各部の詳細について説明する。
【００１８】
図２は本発明の実施の形態におけるシートベルト張力検出装置のアンカー連結部１０を示す斜視図である。アンカー連結部１０は平板状の鋼板をプレス加工したものであり、全体としてコの字状をしており右先端部に三角形の三角頭部１３を設けた形である。三角頭部１３の中央部には、ほぼ円形のボルト孔１２が設けられている。このボルト孔１２は車体に固定するためのボルト１７の軸部が通る。Ｌ字状の右先端部分の歪センサ取付部１４ａ，１４ｂは歪センサ４０を取り付けるためのもので内側へ直角に曲げられ、さらにそれぞれの中央部にほぼ円形をした歪センサ固定孔１５ａ，１５ｂが設けられている。また両端に設けられたコの字状のアンカー下駄部１６ａ，１６ｂの左先端部付近にはそれぞれ長方形のストッパー孔１１ａ，１１ｂが設けられ、次に説明するシートベルト連結部材２０に設けたストッパー２１ａ，２１ｂがそれぞれストッパー孔１１ａ，１１ｂにはめ込まれスライドする範囲が制限されるようになっている。
【００１９】
図３は本発明の実施の形態におけるシートベルト張力検出装置１のシートベルト連結部材２０を示す斜視図である。シートベルト連結部材２０は、アンカー連結部材１０と同様に平板状の鋼板をプレス加工したものであり、全体としてアンカー連結部材１０とは反転したコの字状に形成され、このシートベルト連結部材２０の左端部の中央にはほぼ長方形のシートベルト挿通孔２３が設けられている。このシートベルト挿通孔２３の四隅の内縁は角が丸く滑らかに形成されている。シートベルト挿通孔２３の寸法は、一例として長辺が３０ｍｍ、短辺が１７ｍｍである。そしてシートベルト挿通孔２３には、図１に示すようにシートベルト２が挿通される。また、コの字状の下駄部２４ａ，２４ｂは、図１のようにアンカー連結部材１０に取り付けてシートベルト連結部材２０がアンカー連結部材１０の上をスライドする際に、上下左右の位置ズレをなくすために設けられている。さらにストッパー２１ａ，２１ｂはアンカー連結部材１０のストッパー孔１１ａ，１１ｂを長方形の孔の右端から左端までの範囲でスライドするようになっている。このようにストッパー孔１１ａ，１１ｂでストッパー２１ａ，２１ｂの範囲を制限することで、シートベルト連結部材２０が引っ張られる際にその張力が制限されるようになっている。
【００２０】
図４は本発明の実施の形態におけるシートベルト張力検出装置１の歪センサ４０と支持ピン５０を示す斜視図である。歪センサ４０は表面処理を行ったステンレス鋼板上に絶縁のためのガラス皮膜を印刷、構成し、その上に電極パターンを印刷し、焼成し、さらに張力による歪に応じて抵抗値が変化する歪抵抗体を印刷、焼成し、最後にさらにその上から保護用のガラス皮膜を印刷、焼成したものである。歪センサ４０の構成としては、中央に設けられた孔４１、歪センサ４０を固定するために設けられた固定孔４２ａ，４２ｂ、張力による歪を検出するための歪抵抗体４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ、電気信号を入出力する入出力端子４５で構成される。一方、支持ピン５０は金型で作られた鋳物または切削で作られ、歪センサ受け部５１、支持ピン突起部５２、支持ピン孔５３で構成されたものである。
【００２１】
固定孔４２ａ，４２ｂは歪センサ４０の両端をアンカー連結部材１０に固定するための孔であり、小型ボルト４４ａ，４４ｂの軸が貫通し、アンカー連結部材１０の歪センサ固定孔１５ａ，１５ｂにそれぞれ固定される。
【００２２】
歪センサ４０の中央に設けられている孔４１は歪センサ４０の中央部をたわませるための孔で、図１に示すように支持ピン５０の支持ピン突起部５２が孔４１を介して取り付けられ、支持ピン５０が引張られると同時に歪センサ４０の中央部が確実にたわむように孔４１の裏側の外周部分に円形の歪センサ受け部５１が接するように取り付けられている。またこのとき、たわみ量を検出するために固定孔４２ａと孔４１の間、固定孔４２ｂと孔４１の間にそれぞれ歪抵抗体４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄが設けられ、張力に対するたわみ量を歪抵抗体４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄで検出できるようになっている。この歪抵抗体４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄには例えば１．５ＫΩの抵抗値が用いられ、引張り歪に対して抵抗値が増加し、圧縮歪に対して抵抗値が減少するようになっている。
【００２３】
本発明の実施の形態によれば、図５（Ａ）のように支持ピン５０によって引っ張られると歪センサ４０の両端が固定されているので中央部がたわみ、歪抵抗体４３ａ，４３ｄには引張歪、歪抵抗体４３ｂ，４３ｃには圧縮歪が発生する。また、歪抵抗体４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄの回路構成としては、図５（Ｂ）に示すように歪抵抗体４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄがブリッジで構成されており、Ｖｃｃに５Ｖ、ＧＮＤに０Ｖが印加すると、歪抵抗体４３ａ，４３ｄは引っ張り歪なので抵抗値が増加し、歪抵抗体４３ｂ，４３ｃは圧縮歪なので抵抗値が減少するのでＯＵＴ１とＯＵＴ２には電位差が発生する。この電位差を検出することによって張力を検出することができる。この関係をグラフで表すと図５（Ｃ）のようになり、シートベルトの張力と歪センサ出力は比例的に変化するものとなる。
【００２４】
このシートベルト張力と歪センサ出力の関係においては、既に述べたようにストッパー機能により０〜５ｍｍの伸縮の範囲で弾性連結機構３０が機能するので、コイルバネのバネ定数が５０Ｎ／ｍｍとした場合、歪センサ４０には最小０Ｎから最大５０Ｎ／ｍｍ×５ｍｍ（最大ストローク）＝２５０Ｎの張力が支持ピン５０に加わるようになっており、歪センサ４０はこれに対応した歪電位差が出力される。したがって歪センサ４０にはそれ以上の過大な張力が加わらないので耐久性に優れたものとなる。
【００２５】
このような変化によって出力される電気信号は、例えば歪センサ４０の入出力端子４５と固定ネジ６１ａ〜６１ｄでアンカー連結部材１０にアース接地固定された処理回路６０の間にフレキシブル配線基板、ビニール被覆リード線、裸リード線等の電気結合部材７０を介して接続され、処理回路６０にて歪抵抗体４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄの抵抗値の変化量を張力量に変換する処理がなされ、張力を検出できるようになっている。この処理回路６０には、例えば揮発性メモリ内蔵のマイコンが設けられており、ストッパー機能の張力範囲をマイコンで管理することができるので、歪センサ４０がもし故障して張力範囲外の異常値を示した場合、シートベルト張力検出装置１の異常と判断することもできる。また同様にセンサ出力は実際使用されるときにはＥＣＵに送られるのでＥＣＵでも同じように管理することができる。
【００２６】
またさらなる機能として、マイコンを用いることにより初期の０点調整機能、故障時でのダイアグ信号出力機能、温度特性の改善のための温度補正機能等の処理も可能となるため、温度特性、信頼性に優れた高精度な歪センサ出力を得ることができる。
【００２７】
図６は本発明の実施の形態におけるシートベルト張力検出装置１の弾性連結機構３０を示す平面図である。弾性連結機構３０としては引張コイルバネを用い両端にフック部３１ａ，３１ｂを備えている。この引張コイルバネからなる弾性連結機構３０の諸元は、例えば材質ＳＷＰ−Ａ、線径２．５ｍｍ、バネ外径１３．５ｍｍ、バネ長（バネの一端のフック部３１ａ内径から他端のフック部３１ｂの内径までの長さ）４３ｍｍ、バネ定数５０．０Ｎ／ｍｍ、初張力０．０Ｎにしてある。
【００２８】
このコイルバネからなる弾性連結機構３０は、図１に示すようにフック部３１ａがシートベルト連結部材２０の弾性連結固定孔２２に装着され、フック部３１ｂが歪センサ４０の中央部を介して取り付けられた支持ピン５０の支持ピン孔５１に装着される。この時、シートベルト連結部材２０とコイルバネからなる弾性連結機構３０と歪センサ４０は同一直線上（水平）に配置されている。この理由として、例えば従来例のレバー式では水平に配置されずに上下に力が伝わっていくために、各上下の回転部材を必要とする個所で摩擦などの影響を受け、その分が張力の測定誤差となっていた。それに対し、本発明の実施の形態のものは水平にまっすぐ歪センサ４０に力を伝達するようになっているので、回転部材を必要とせず摩擦等の影響を非常に低くすることができるので、張力誤差がなく正確に張力測定を行うことができるからである。
【００２９】
このコイルバネからなる弾性連結機構３０は、通常状態（シートベルト２に張力がかかっていない状態）においては歪センサ４０には力が加わらないようになっている。コイルバネからなる弾性連結機構３０は、シートベルト連結部材２０が引っ張られるとストッパー２１ａ，２１ｂが設けられているため、約０〜５ｍｍまでの範囲内で伸縮することができ、歪センサ４０には約０〜２５０Ｎまでの範囲で張力が加わるようになっている。
【００３０】
また本発明のコイルバネからなる弾性連結機構３０は初張力の影響をなくすため、例えばバネピッチ間に約０．１〜０．５ｍｍの隙間を設けている。これは図７（Ａ）に示すようにバネピッチ間がない場合、初張力の影響により張力に対する歪センサ出力が比例的に変化するのではなく、非直線的な特性（すなわち０〜初張力間で歪センサ４０に加わる張力が不感帯になり、実際の張力に対する最適な歪センサ４０の出力が得られなくなる。）になるからである。
【００３１】
この初張力は一般的に引張りバネの場合、密着巻きで成形されるので、冷間成形の引張りバネにおいては成形後のバネ軸線方向の弾性変形が妨げられ無荷重時にコイルを互いに密着させようとする力のことで、これらを解決するために図７（Ｂ）に示すようにバネピッチ間に隙間を設け、初張力の影響をなくして張力に対する歪センサ出力が比例的に変化するようにして最適な張力に対する歪センサ４０の出力特性を得るようにしている。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明にかかるシートベルト張力検出装置は小型、低コスト、高精度化が可能であり、さらに耐久性を向上できる、あるいは検出装置の故障診断を行うことができる等の利点を有するシートベルト張力検出装置を提供できるものであり、シートベルトを乗り物に固定するアンカー部に設置してベルトにかかる張力を検出する車両のシートベルト張力検出装置などに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（Ａ）本発明の実施の形態におけるシートベルト張力検出装置の全体構成を示す正面図、（Ｂ）同実施の形態におけるシートベルト張力検出装置の側面図
【図２】同実施の形態におけるシートベルト張力検出装置のアンカー連結部材を示す斜視図
【図３】同実施の形態におけるシートベルト張力検出装置のシートベルト連結部材を示す斜視図
【図４】同実施の形態におけるシートベルト張力検出装置の歪センサと支持ピンを示す斜視図
【図５】（Ａ）同実施の形態におけるシートベルト張力検出装置の歪センサのたわみを説明するための概略図、（Ｂ）同実施の形態におけるシートベルト張力検出装置の歪センサの回路構成図、（Ｃ）同実施の形態におけるシートベルト張力検出装置の歪センサ出力特性を示す図
【図６】同実施の形態におけるシートベルト張力検出装置の引張コイルバネからなる弾性連結機構を示す平面図
【図７】（Ａ）、（Ｂ）同実施の形態におけるシートベルト張力検出装置の引張コイルバネからなる弾性連結機構の初張力の影響を比較する図
【符号の説明】
【００３４】
１  シートベルト張力検出装置
２  シートベルト
１０  アンカー連結部材
１１ａ，１１ｂ  ストッパー孔
１２  ボルト孔
１３  三角頭部
１４ａ，１４ｂ  歪センサ取付部
１５ａ，１５ｂ  歪センサ固定孔
１６ａ，１６ｂ  アンカー下駄部
１７  ボルト
２０  シートベルト連結部材
２１ａ，２１ｂ  ストッパー
２２  弾性連結固定孔
２３  シートベルト挿通孔
２４ａ，２４ｂ  下駄部
３０  弾性連結機構
３１ａ，３１ｂ  フック部
４０  歪センサ
４１  孔
４２ａ，４２ｂ  固定孔
４３ａ〜４３ｄ  歪抵抗体
４４ａ，４４ｂ  小型ボルト
４５  入出力端子
５０  支持ピン
５１  歪センサ受け部
５２  支持ピン突起部
５３  支持ピン孔
６０  処理回路
６１ａ〜６１ｄ  固定ネジ
７０  電気結合部材
【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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