(57)【要約】【課題】車両のシャーシに固定されたフレームと車両座席を支持する第２のフレーム間に配置される搭乗者体重センサを得る。【解決手段】搭乗者体重センサは平坦な感知表面が形成され、その上にホイートストンブリッジ構成として電気的に接続された圧電抵抗が搭載される第１のボデーを有する感知素子を有する。ポストが第１のボデーから外向きに延びて第１のフレームに取り付けられる。第２のボデーには感知表面に外接する外周に沿って第１のボデーに永久的に取り付けられた力伝達部が形成される。圧電抵抗は２つのボデー間に形成されたチャンバ内に受け止められた電子装置を調節するように電気的に接続される。感知素子に及ぼす寄生負荷の影響は感知表面上の圧電抵抗の選択された配置により最小限に抑えられる。【選択図】図６ａ
2005055436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両座席が座席機構によりシャーシ上に支持されシャーシと座席機構間にセンサが配置される特に車両座席用に適合された搭乗者体重センサであって、
一般的に平坦な感知表面を有する第１のボデーを有しさらに外周および縦軸を有する感知素子であって、縦軸に沿って第１のボデーから外向きにポストが延びてシャーシおよび座席機構の一方に取り付けられる感知素子と、
その外周に沿って感知素子に永久固定された力伝達部が形成され、センサがシャーシと座席機構の中間に配置されるようにシャーシおよび座席機構の他方に取り付けられる搭載部を有する第２のボデーと、
一般的に平坦な感知表面に取り付けられた圧電抵抗を有しかつブリッジ出力を有するフルホイートストンブリッジと、
ブリッジに電気的に接続された第１および第２のボデーの一方の上に支持されてブリッジ出力信号を調整する調整電子装置と、
ブリッジに電力を供給しかつ電気的出力を提供するコネクタと、
を含む搭乗者体重センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の搭乗者体重センサであって、感知表面は一般的に円形である搭乗者体重センサ。
【請求項３】
請求項１に記載の搭乗者体重センサであって、第２のボデーは第１および第２の端部を有する細長いプレート状素子を含み、力伝達部は第１および第２の端部間の中央に配置されかつ第２のボデー内の開口により形成されて第１のボデーの外周に溶接され、細長いプレートには座席機構に取り付けるための各端部に隣接した搭載穴が形成されている搭乗者体重センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の搭乗者体重センサであって、第２のボデーは第２の縦軸、凹部を画定する端壁および筒状側壁を有し、側壁は力伝達部として働きかつ第２のポストが第２の縦軸に沿って端壁から外向きに延びており、第１のボデーおよび第２のボデーが互いに取り付けられる時に第２の縦軸は一般的に第１の縦軸に一致し凹部は感知表面を超えて延びる搭乗者体重センサ。
【請求項５】
請求項１に記載の搭乗者体重センサであって、外向きに延びるポストはねじ付きである搭乗者体重センサ。
【請求項６】
請求項１に記載の搭乗者体重センサであって、さらに、第１および第２の端部を有する細長ブラケットを含み、第１のポストは第１および第２の端部の中間でブラケットに動かぬように取り付けられ、各端部に隣接してシャーシに取り付けるための搭載孔が形成されている搭乗者体重センサ。
【請求項７】
請求項２に記載の搭乗者体重センサであって、フルブリッジは円形感知表面の共通直径に沿って配置された４つの圧電抵抗を含む搭乗者体重センサ。
【請求項８】
請求項７に記載の搭乗者体重センサであって、フルブリッジは第１および第２のハーフブリッジを含み、第１のハーフブリッジは共通直径の一端で感知表面の外周に隣接して配置された第１の圧電抵抗および円形感知表面の中心に隣接して配置された第２の圧電抵抗を有し、第２のハーフブリッジは円形感知表面の中心に隣接して配置された第３の圧電抵抗および共通直径の反対端で感知表面の外周に隣接して配置された第４の圧電抵抗を有する搭乗者体重センサ。
【請求項９】
請求項２に記載の搭乗者体重センサであって、フルブリッジは円形感知表面の共通直径に沿って対称的に配置された第１および第２のハーフブリッジを含み、第１のハーフブリッジは円形感知表面の中心の一方側で共通直径に沿って感知表面の外周に隣接して半径方向に揃えられた第１の圧電抵抗および第１の圧電抵抗の近くに隣接配置され接線方向に揃えられた第２の圧電抵抗を有し、第２のハーフブリッジは感知表面の外周に隣接配置され接線方向に揃えられた第３の圧電抵抗および第３の圧電抵抗の近くに隣接配置された円形感知表面の中心の他方側で共通直径に沿って感知表面の外周に隣接して半径方向に揃えられた第４の圧電抵抗を有する搭乗者体重センサ。
【請求項１０】
請求項９に記載の搭乗者体重センサであって、少なくとも一つのハーフブリッジはシリコンの共通片上に形成される搭乗者体重センサ。
【請求項１１】
請求項１に記載の搭乗者体重センサであって、圧電抵抗は感知表面にガラス固着される搭乗者体重センサ。
【請求項１２】
請求項２に記載の搭乗者体重センサであって、さらに、第１のフルブリッジの圧電抵抗から１８０°に配置された圧電抵抗を有しかつ第２のブリッジ出力を有する第２のフルホイートストンブリッジを含み、さらに、各フルブリッジの出力に接続された総和回路を含む搭乗者体重センサ。
【請求項１３】
請求項１に記載の搭乗者体重センサであって、第２のボデーの力伝達部は貫通する開口を有する側壁を含みコネクタが開口を介して受け止められる搭乗者体重センサ。
【請求項１４】
請求項１に記載の搭乗者体重センサであって、第２のボデーの力伝達部は第２の縦軸を有する一般的に円柱状の側壁を含み、第２のボデーには第２の縦軸に沿って貫通する開口が形成されておりコネクタは開口を介して受け止められて一般的に縦軸に平行に延びる搭乗者体重センサ。
【請求項１５】
第１の縦軸および第１の縦軸に一般的に垂直な平面内にある円形の一般的に平坦な感知表面が形成された部分を有する第１の一般的に円柱状のボデーであって、感知表面に外接する外周、第１の縦軸に沿ってボデーから外向きに延びる第１のポストを有する第１のボデーと、
感知表面上に配置された複数のストレンゲージと、
凹部を形成する側壁を有し第１のボデーの外周に取り付けられる第２のボデーであって、第２のボデーは第１および第２のボデーが互いに取り付けられる時に一般的に第１の縦軸と一致する第２の縦軸を有し、第２のポストが第２の縦軸に沿って第２のボデーから外向きに延びる第２のボデーと、
第１のボデーの外周と第１のボデーの平坦な感知表面が形成された部分間を延びるウェブを形成する第１のボデーの外面に形成された円周溝と、
を含むストレンゲージ感知素子。
【請求項１６】
請求項１５に記載のストレンゲージ感知素子であって、ウェブは選択された長さおよび幅を有し、選択された長さは選択された幅よりも大きいストレンゲージ感知素子。
【請求項１７】
第１の縦軸を有しかつ第１の縦軸に一般的に垂直な平面内にある一般的に平坦な感知表面を有する第１の一般的に円柱状の金属ボデーを有する感知素子であって、第１のボデーは外周および第１の縦軸に沿って第１のボデーから外向きに延びる第１のポストを有する感知素子と、
感知表面上の選定された位置に取り付けられた４つの圧電抵抗を含むフルホイートストンブリッジと、
感知表面上に配置され各圧電抵抗上に開口を残すように構成される印刷回路板と、
印刷回路板上に搭載され選択された電気的経路が形成された調整電子装置であって、圧電抵抗が電気的に接続されてブリッジを形成しかつ調整電子装置および選択された電気的経路に電気的に接続される調整電子装置と、
印刷回路板に外接して第１のボデーに取り付けられるリングであって、コンタクトホルダ保持機能が形成されたリングと、
コンタクトホルダ保持機能と協同するリング保持機能を有するコンタクトホルダであって、リング上に受け止められ保持機能を介してそこに取り付けられるコンタクトホルダと、
コンタクトホルダ上に搭載された複数のコンタクト部材と、
第２の縦軸および凹部が形成された側壁を有する第２の一般的に円柱状のボデーであって、側壁は第１のボデーの外周に固定され第２の縦軸は一般的に第１の縦軸に一致し、第２のポストが第２の縦軸に沿って第２のボデーから外向きに延びており、側壁内に開口が形成されている第２のボデーと、
開口を介して受け止められるコネクタであって、コネクタは複数の電気的端子を有しコンタクトホルダのコンタクト部材はコネクタの各端子から印刷回路板上の各選択された回路経路に延びているコネクタと、
を含む搭乗者体重センサ。
【請求項１８】
請求項１７に記載の搭乗者体重センサであって、フルホイートストンブリッジは２つのハーフブリッジを含み、各ハーフブリッジが２つの圧電抵抗を有し、各ハーフブリッジの一方の圧電抵抗は円形感知表面の外部に隣接する感知表面上に配置され互いに直径方向に対向して半径方向に揃えられており、各ハーフブリッジの第２の圧電抵抗は第１の各圧電抵抗の近くに隣接配置され円形感知表面に関して接線方向に揃えられている搭乗者体重センサ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の搭乗者体重センサであって、圧電抵抗は感知表面にガラス固着される搭乗者体重センサ。
【請求項２０】
請求項１７に記載の搭乗者体重センサであって、第１および第２のボデーは第１のボデーの外周に沿って一緒にレーザ溶接される搭乗者体重センサ。
【請求項２１】
請求項１７に記載の搭乗者体重センサであって、さらに、ボデーから間隔のとられた第１のポスト上に形成され力反応表面として働く半径方向に延びるフランジおよび第２のポストに外接する第２のボデー上の軸方向荷重表面として働く環状表面を含む搭乗者体重センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は一般的に重量センサに関し、特に、エアバッグ展開を防止または修正して座席搭乗者の安全を向上するために車両座席の搭乗者体重を計るのに使用される体重センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
行政機関の法律は前列客席搭乗者に関する情報を感知し、乗客安全性を改善するためにエアバッグの展開を適合させるのに必要な程度までこのような搭乗者を分類できるシステムの開発を要求している。たとえば、エアバッグ展開は小さな子供や前列客席を占有するカーシートの子供にとって問題となることがある。このような子供が適切な体重センサを有する座席を占有する場合、車両座席体重センサにより提供される情報を使用して、制御システムは正規のエアバッグ起動機構を無視してエアバッグ展開を防止することができる。他の状況では、エアバッグ展開はアクティブのままとすることができるが、たとえば、搭乗者が正しく着席していなかったりあるいは中間体重分類に入る場合、その強さは感知された体重情報に応答して調節することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は高感度、良好な安定性、良好な環境抵抗、強力な過剰応力能力および良好な寄生負荷除去率を有する感知素子を有する体重センサ装置を提供することである。
【０００４】
本発明のもう一つの目的は、座席から車両床に伝わる力を感知することにより搭乗者の体重を測定する車両座席搭乗者体重センサ装置を提供することである。
【０００５】
本発明のさらにもう一つの目的は、座席重量に比例し、-４０°Ｃから１１５°Ｃまで正確であり、最小垂直高さを有し、長時間にわたりかつ過負荷に曝される間（たとえば、事故の結果）安定である出力信号を有する座席体重センサを提供することである。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、センサ出力やセンサとシステム間の電気的接続に故障が存在する場合に、制御システムに通知する自己診断能力を有するセンサを提供することである。
【０００７】
本発明のさらにもう一つの目的は、大量生産中に車両アセンブリ内に容易に内蔵することができるパッケージングおよび取付手段を提供するだけでなく、過負荷に曝される間（たとえば、事故）既存の座席アセンブリアーキテクチュアの機械的完全性と妥協しないようなセンサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
簡潔にいえば、本発明に従って作られた車両座席用搭乗者体重センサは車両のシャーシに動かぬように取り付けられた第１のフレームと座席、たとえば、座席を支持する第２のフレームとの間に配置するようにされており、外周を有する一般的に平坦な表面の第１のボデーを有し前記表面に圧電抵抗が取り付けられてフルホイートストン構成で電気的に接続されている感知素子を含んでいる。第１のボデーから第１の縦軸に沿って外向きにポストが延びていて第１のフレームに取り付けられる。第２のボデーには第１のボデーにその外周に沿って永久的に取り付けられる力伝達部が形成され、第２のフレームに取り付けられる搭載部を有する。好ましい実施例では、第２のボデーは第１および第２の端部間の中央に配置された力伝達部、および第２のフレームに取り付けるために各端部に隣接して形成された搭載孔を有する細長いプレートとして形成される。別の実施例では、第２のボデーは端壁および筒状側壁を有する。筒状側壁は力伝達部として働き、第１および第２のボデーを互いに取り付けた時に一般的に第１の縦軸に一致する第２の縦軸に沿って端壁から外向きに第２のポストが延びている。
【０００９】
ブリッジ出力信号を調整して電力および出力を供給するために調整電子装置およびコネクタが設けられている。
【００１０】
平坦な感知表面に対してさまざまな構成を利用することができるが、一般的には円形表面が好ましい。本発明の特徴に従って、圧電抵抗は感知表面の選択された位置に配置されて寄生負荷の影響を最小限に抑える。円形感知表面を有する好ましい実施例では、フルブリッジは第１および第２のハーフブリッジを含み、第１のハーフブリッジは共通直径の第１の端部で第１のボデーの外周に隣接配置された第１の圧電抵抗および円形感知表面の中心に隣接配置された第２の圧電抵抗を有し、第２のハーフブリッジは感知表面の中心に隣接配置された第３の圧電抵抗および共通直径の反対端で感知表面の外周に隣接配置された第４の圧電抵抗を有する。
【００１１】
円形感知表面を有するもう一つの好ましい実施例では、フルブリッジは第１および第２のハーフブリッジを含み、第１のハーフブリッジは円形表面の中心の一方側で共通直径に沿って感知素子の外周に半径方向に隣接して揃えられた第１の圧電抵抗および第１の圧電抵抗の近くに隣接配置され接線方向に揃えられた第２の圧電抵抗を有し、第２のハーフブリッジは第１および第２の圧電抵抗に直径方向に対向する感知表面上に同様に配置された第３および第４の圧電抵抗を有する。
【００１２】
本発明の一つの特徴に従って、圧電抵抗は感知表面にガラスボンデングされて強い信号対ノイズ比およびハイレベルの機械的安全率を与える単結晶シリコンにより構成される。所望により、一つ以上のハーフブリッジの圧電抵抗を同じシリコン片上に形成することができる。
【００１３】
修正された好ましい実施例では、第１のフルブリッジの圧電抵抗から１８０°に配置された圧電抵抗を有する第２のフルホイートストンブリッジを設けることができる。この実施例では、総和回路が各フルブリッジの出力に接続されて寄生機械的負荷が軸方向に荷重されるセンサへ及ぼす影響を軽減する。
【００１４】
本発明の好ましい実施例では、感知素子は第１の縦軸を有する第１の一般的に円柱状のボデー、および第１の縦軸に一般的に垂直な平面内にある円形の平坦な感知表面により形成された部分を含んでいる。ボデーは感知表面に外接する外周を有する。複数のストレンゲージが感知表面上に配置されており、ボデーから第１の縦軸に沿って外向きにポストが延びている。第２のボデーが第１のボデーの外周に取り付けられていて２つのボデーが互いに取り付けられる時に一般的に第１の縦軸に一致する第２の縦軸を有し、第２のポストが第２の縦軸に沿って第２のボデーから外向きに延びている。環状軸方向負荷作用表面が第２のポストに外接する第２のボデー上に形成され、環状負荷反応表面が第１のポスト上に外接して形成され、第１のボデーの外周と第１のポスト間を延びるウェブを形成する第１のボデーの外面内に周辺溝が形成されていてセンサに加えられる寄生負荷の影響を軽減する。一実施例の特徴に従って、ウェブはその幅よりも大きい選択された長さで形成される。
【実施例】
【００１５】
本発明の車両座席用搭乗者体重センサおよびそのためのシステムの他の目的、利点および詳細は図面を参照した下記の詳細説明から明らかである。本発明に従って作られる搭乗者体重センサは単結晶シリコンストレンゲージ技術を利用してシステムからの機械的入力、すなわち、座席の搭乗者の体重を電気的信号へ変換する。さまざまな自動車圧力感知応用に対して使用されるこのような技術が、本発明の譲受人が譲り受けた、米国特許第6,453,747号に図示され記述されているように知られており、その主題は本開示の一部としてここに組み入れられている。
【００１６】
センサへの機械的入力は、加えられた応力に比例して抵抗値が相対的に変化する、シリコン圧電抵抗内に応力を生じる。単結晶シリコン内の圧電抵抗効果は極端に強く、等価ゲージ率はおよそ１５０である。この特徴により、ゲージ率がおよそ３-２０の範囲内の固着メタルフォイルまたは厚膜インク等の他のストレンゲージ技術に比べて、強い信号対ノイズ比が可能となる。強い信号対ノイズ比を有することは過剰応力要求条件が厳しい車両搭乗者体重感知応用において重要である。このような高いゲージ率を有すると、作動応用は固定信号サイズに対して競合技術よりも７-５０倍小さくなり機械的安全率が向上する。
【００１７】
圧電抵抗はフルホイートストンブリッジを形成するように電気的に接続される。このブリッジは加えられる機械的入力、すなわち、搭乗者体重に比例する差動出力電圧を与える。この信号はブリッジ調整ＡＳＩＣにより校正されかつ補償されて、外部から加えられる重量に比例する信号を究極的にシステムに与える。ＡＳＩＣは力および温度の全動作範囲にわたってセンサ出力の全調整を行う。出力は供給レシオメトリックアナログであることが望ましいが、所望により、ＰＷＭ（パルス幅変調）や低レベルバス等の他の出力フォーマットも使用できる。力信号を与える他に、温度信号をシステムに与えるオプションを含むことができる。たとえば、温度信号を連続ベースで付加コネクタピン上に供給することができ、あるいは力信号ピン内に時間多重化することができる。本発明の譲受人が譲り受けその主題が本開示の一部としてここに組み入れられている特許出願第09/952,257号、公開番号第US-2002-0033700-A1号に教示されているように、調整電子装置にはセンサ出力またはセンサとシステム間の電気的接続内にある故障が存在する場合に制御システムに知らせる自己診断を設けることもできる。
【００１８】
図１において、本発明に従って作られた搭乗者体重センサ１は感知素子２、回路アセンブリ３、ブリッジ調整ＡＳＩＣ４、センサパッケージ５およびコネクタ６を含んでいる。感知素子２はフルホイートストンブリッジを形成するように電気的に接続された圧電抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３およびＲ４を含み、負荷の増加と共に圧電抵抗Ｒ１，Ｒ４の抵抗は減少し圧電抵抗Ｒ２およびＲ３の抵抗は増加する。ブリッジはブリッジ調整ＡＳＩＣ４に電気的に接続され、ＡＳＩＣ４のブリッジ電圧ピンＶＢＲＧは圧電抵抗Ｒ１，Ｒ３の接合部に接続され、ＡＳＩＣ４の入力ピンＶＩＮＭおよびＶＩＮＰは、それぞれ、圧電抵抗Ｒ３，Ｒ４およびＲ２，Ｒ１の接合部に接続されている。圧電抵抗Ｒ２，Ｒ４の接合部はＡＳＩＣ４のピンＲＴＮおよびコネクタ６の接地ＧＮＤに接続されている。ＡＳＩＣはコネクタ６の、それぞれ、電力ＰＷＲおよび出力ＯＵＴに接続された電力ピンＶｐｗｒおよび出力ピンＯＵＴを有する。回路アセンブリ３はいくつかの適切なフィルタキャパシタも含んでいる。
【００１９】
図１ａは車両内で使用するために搭載された時の搭乗者体重センサの一つの可能な位置を示す。後述する一つの好ましい実施例に従って作られた搭乗者体重センサ３２は車両のシャーシに動かぬように固定する第１の、切欠、フレーム７と第２の、切欠、座席支持フレーム８間に介在させるように示されている。センサは座席トラック上等の他の場所、すなわち、上部トラックおよびパンフレーム間に搭載することもできる。
【００２０】
図２および３は図１の機能的部品を内蔵する第１の好ましい実施例に従って作られた搭乗者体重センサ１０を示す。センサ１０は高い降伏点、良好な耐食性を有するステンレス鋼等の適切な材料のユニットボデー１２から形成された、図３，３ａに示す、感知素子を含み、後述するストレンゲージ取付工程に匹敵する。ボデーの一端には感知素子を適切な構造に機械的に固定するための適切な手段が形成されている。
【００２１】
他の固定手段を利用することもできるが、縦軸１２ｂを有するねじ付ポスト１２ａが示されている。好ましくは、縦に延びるオリエンテーションフラット１２ｃがねじ付ポストに沿って形成される。ボデーの他端には一般的に平坦な感知表面１２ｄが本質的に縦軸１２ｂに垂直に配置されている。さまざまな構成を使用することができるが、好ましくは、感知表面１２ｄは円形状である。また、ボデーは感知表面を超えて外向きに延び、後述する第２のボデーとの機械的インターフェイスとして働く外周を形成するラジアルフランジ１２ｅも有している。
【００２２】
圧電抵抗Ｒ１-Ｒ４を含むストレンゲージは単結晶シリコンから作られ、前記したように、およそ１５０のゲージ率を与える。図３ｂに示すように、ガラス１２ｆによりゲージを感知表面１２ｄに永久固定して高感度、良好な安定性、良好な環境抵抗および強力な過剰応力安定性を与えるために、産業界で既知のガラスボンデング工程が使用される。
【００２３】
理想的には、搭乗者体重センサは後述するように搭乗者の体重を推定できるようにセンサに加えられる軸方向負荷しか測定しない。しかしながら、非常に多くの影響、部品間の寸法ばらつき、可変システムコンプライアンス等により、“純粋な” 軸方向力の外部で感知素子に力が加えられる。しばしば寄生負荷と呼ばれるこれらの負荷はセンサをオフセットさせ搭乗者体重の決定を弱体化する。
【００２４】
有意形状の寄生負荷は感知素子ボデー周りのモーメントの形をとる。ゲージ配置が重要でありゲージを最適位置に配置できないと望ましくないゲージ性能となることが判っている。不適切に配置されたゲージによりモーメント感度だけでなく軸方向スパンが低減される。
【００２５】
ストレンゲージは、圧電抵抗が電気的に接続されて図１に示すようなフルホイートストンブリッジを形成する時に、寄生サイド負荷の拒絶が高められるように配置される。本実施例では、圧電抵抗は全て円形感知表面の共通直径１２ｇに沿って配置され、圧電抵抗Ｒ１およびＲ４は中心の両側で外周１２ｈの近くに隣接し圧電抵抗Ｒ２，Ｒ３は中心の近くにその両側で隣接している。
【００２６】
感知素子ボデー１２はねじ付ポスト１２ａ上にハブ部１２ｋを設けて負荷反応面としての表面１２ｍを提供することができる。図３ａには示されているが図２ｂ，２ｃには示されていない環状溝１２ｎはハブ１２ｋおよびラジアルフランジ１２ｅ間に形成してゲージのエリア内の歪み場を適合させることができる。
【００２７】
ステンレス鋼等の適切な材料で形成された第２のボデー１４には、フランジの外周周りにレーザ溶接等により第２のボデー１４に永久固定された、ラジアルフランジ１２ｅを有する感知素子ボデー１２を受け止めるための中央に配置された開口１４ｅが設けられている。第２のボデー１４は第１および第２の端部を有する細長プレート状要素１４ａを含み、搭載孔１４ｂが適切な構造に取り付けるために各端部に隣接配置され、センサは車両座席の支持構造と車両のシャーシ間に介在するようにされる。要素１４ａのラジアルフランジ１２ｅに溶接された部分は感知素子１２に対する力伝達部として働く。
【００２８】
第２のボデー１４もストレンゲージがワイヤボンディングされる回路版（図示せず）を搭載している。回路版は感知素子出力を補償して全温度範囲にわたり正確な出力を達成する電子装置を含んでいる。電子装置は環境カバー１４ｃおよび相手環境シール（図示せず）により環境から封止されている。電気的コネクタ１４ｄがセンサに外部から給電してセンサ出力を受信する手段を提供する。
【００２９】
図４，４ａおよび４ｂに関して、本発明の第２の好ましい実施例は図３，３ａに示すボデー１２と同様な第１のボデー２２を有し、一般的に平坦な円形感知表面２２ａが形成され、その周りに感知表面から軸方向に間隔のとられた段付座面２２ｍを形成する半径方向外向きに延びるフランジの形の外周２２ｂを有する感知素子を含んでいる。ねじ付ポスト２２ｃが縦軸２２ｅに沿ってボデー２２のハブ２２ｄから離れる第１の方向に延びており、好ましくは、オリエンテーションフラット２２ｆを含んでいる。縦軸２２ｅは本質的に平坦な感知表面２０ａに垂直であり円形感知表面の中心を通る。図３ａの溝１２ｎに匹敵する環状溝２２ｇが感知素子のボデー２２およびねじ付ポスト２２ｃ間に形成されている。さらに、環境溝２２ｈがポストおよび段付座面２２ｍ間でボデー２２の外面内に形成されており、ゲージのエリア内の歪み場を平坦化することによりそのエリア内の歪み場を適合させる。これは図８ａに関して詳細に説明する。
【００３０】
第２のボデー２４は凹部２４ｃを形成する筒状側壁２４ｂが形成された端壁２４ａを含んでいる。第２のねじ付ポスト２４ｄが縦軸２４ｅに沿って端壁２４ａから離れる方向に延びている。好ましくは、ねじ付ポスト２４ｄには第１のボデーのフラット２２ｆと同様なオリエンテーションフラット２４ｆが設けられている。筒状壁２４ｂの外端部２４ｇは、好ましくは、感知表面２２ａから幾分間隔がとられ、溶接等により、周辺周りでそこに永久固定される段付座２２ｍ上に受け止められる。好ましくは、環境負荷作用表面２４ｈが第２のボデー２４上でポスト２４ｄ周りに形成される。ポスト２４ｄおよび表面２４ｈに加えられる負荷は力伝達部として働く外端部２４ｇを介して感知素子に伝達される。ボデー２２，２４が互いに取り付けられると、縦軸２２ｅ，２４ｅは本質的に一致して円形感知表面２２ａの中心を通る。
【００３１】
第２のボデー２４には適切なファスナ２４ｏによりストレンリリーフキャップ２４ｎと共に第２のボデー２４に取り付けられた適切な電気的絶縁材料により形成された横方向に延びるコネクタ２４ｍに対するアクセスを提供するために側壁２４ｂ内に開口２４ｋが形成されている。ワイヤリード２４ｐがコネクタおよびストレンリリーフキャップを貫通して凹部２４ｃ内に受け止められた回路板２２ｏ上の電子装置（図示せず）に接続される。出力調整ＡＳＩＣ２２ｐが回路板上に搭載されかつ適切な圧電抵抗が回路板にワイヤボンディングされ、電気的に接続されてホイートストンブリッジを形成する。
【００３２】
図５，５ａ-５ｃは本発明に従って作られた搭乗者体重センサの第３の好ましい実施例を示す。センサ２６はホイートストンブリッジの形で電気的に接続された適切な圧電抵抗が搭載される円形の平坦な感知表面２８ａを有する前の実施例の感知素子と同様な感知素子を含み、好ましくは、半径方向外向きに延びるフランジが縦方向に感知表面からオフセットして検討する第２のボデーの筒状力伝達部を受け止めるための座２８ｂを形成する。ねじ付ポスト２８ｃが本質的に円形感知表面に垂直でその中心を通る縦軸に沿ってボデー２８から外向きに延びている。ポストの固定端のハブ部は環状力伝達部２８ｄを形成し、環境溝２８ｅがポストと座２８ｂの中間でボデー２８の外面内に形成されている。
【００３３】
第２のボデー３０には縦方向に貫通する開口３０ｂが形成されたおねじ部３０ａが形成されている。おねじ部３０ａは力伝達部として働き、第１のボデー部材の座２８ｂに受け止められ溶接等によりそこに永久的に取り付けられる遠端部３０ｄを有する筒状側壁３０ｃに連結される。好ましくは、側壁３０ｃはハンドリングおよび搭載を容易にし電子装置受止凹部３０ｅを内部に画定する外部多角形、たとえば、六角形構成により形成される。壁部３０ａおよび３０ｃ間の外部遷移は環境座２８ｂを介して感知素子に負荷を加える環状力作用表面を形成する。
【００３４】
適切な電気的絶縁材料により形成された電気的コネクタ３０ｆが開口３０ｂ内に受け止められて軸方向に延びるワイヤリード（図示しないがコネクタを縦方向に貫通する穴３０ｇ内に受け止められる）を搭載する。環境シール３０ｈがコネクタと開口３０ｂを画定する部分３０ａの壁との間に配置されている。信号調整ＡＳＩＣを有する回路板２８ｆが凹部３０ｅ内に受け止められ、前記した実施例と同様に、回路板内に形成された開口２８ｇを介して露出される感知表面２８ａ（図示せず）上に搭載された圧電抵抗間の電気的接続がなされる。
【００３５】
搭乗者体重センサの第４の実施例が図１ａだけでなく図６および６ａ-６ｇに示されている。この実施例のセンサ３２はステンレス鋼等の適切な材料で作られた第１のボデー３４を有し、特に図６ｂ，６ｃ参照、円形の平坦な感知表面３４ａを有し、かつ好ましくは感知表面から縦方向にオフセットされて環状座３４ｃを形成する外周３４ｂを有する感知素子を含んでいる。第２の中間環状フランジ３４ｄが座３４ｃと感知表面３４ａとの間に形成されて検討する他の部品の組立てを容易にする。ねじ付ポスト３４ｅが縦軸３４ｆに沿ってボデー３４ａから離れる方向に延びている。適切なオリエンテーションフラット３４ｇをねじ付ポスト３４ｅ上または、図示するように、外周３４ｂ上に形成することができる。ポスト３４ｅにはボデー３４からの距離と共に直径が増加する部分３４ｋおよび力反応表面として働く半径方向内向きに延びる下面３４ｍを有するハブ部が形成されている。環状溝３４ｎがポストと環状座３４ｃの中間でボデーの外面内に形成されている。この溝は感知表面の外周付近の圧電抵抗配置領域内で感知表面３４ａ上の歪み場を平坦化するように働く。
【００３６】
前記したように、単結晶シリコン圧電抵抗およびゲージは感知表面にガラスボンディングされ電気的に接続されてフルホイートストンブリッジを形成し、かつ、各ハーフブリッジに対して、一方のゲージの抵抗は負荷の増加と共に増加し他方のゲージの抵抗は負荷の増加と共に減少するように配置される。本実施例では、一つのゲージは感知表面の周囲近くで半径方向に揃えられ第２のゲージは第１のゲージ近くに接線方向に揃えられる。前記したように、互いに近くに配置された圧電抵抗はシリコンの個別片を含むことができ、あるいは同じシリコン結晶上に形成することができる。このようなハーフブリッジを有する感知表面に負荷偶力が加えられると、偶力の角方位により出力は強力に変動する。第２のハーフブリッジを同じ方位で第１とは直径方向に対向配置することにより、フルブリッジの差動出力は加えられた偶力に対してより鈍感となる。後述するように、ゲージのエリア内の歪み場を平坦化するように感知素子の構成を適合させることによりさらに改善することができる。
【００３７】
所望により、第２のフルブリッジをオリジナルフルブリッジから１８０°に配置し、それらの総和出力が加えられたモーメントおよびその角方位に対してより鈍感となるようにすることができる。第２のブリッジは第１のそれと同一の性質を持たなければならない。第１のフルブリッジのハーフブリッジＨＢ１の圧電抵抗Ｒ１，Ｒ２；ハーフブリッジＨＢ２のＲ３，Ｒ４および第２のフルブリッジのハーフブリッジＨＢ３のＲ１，Ｒ２およびハーフブリッジＨＢ４のＲ３，Ｒ４を含む２つのフルホイートストンブリッジを有する感知素子の回路図を示す図１０および１０ａを参照されたい。総和回路は図１０ａに示すようにＡＳＩＣ内に配置されている。
【００３８】
図６ａに示すように、感知素子ボデー３４に加えて、センサ３２は第２のボデー３６、回路板３８、溶接リング４０、コンタクトホルダ４２、コンタクトスプリング４４、および環境シール４６を含んでいる。
【００３９】
回路板３８は感知表面３４ａ上に配置されカットアウト部３８ａが感知表面に固着された圧電抵抗と一線上に揃えられている。複数の半径方向外向きに延びるタブ３８ｂが溶接リング４０のスロット４０ａ内に受け止められている、図６ｄ参照。溶接リングは環状フランジ３４ｄ上にスライド可能に受け止められ折り重ねられたリテーナタブ４０ｂが回路板３８の上面と係合している。複数のスルーホール４２ａを有する一般的にディスク状のコンタクトスプリングホルダ４２が、それぞれ、その中に適切なコンタクトコイルプリング４４を搭載する。溶接リング４０にはコンタクトホルダの周辺上に相補保持式に受け止められる保持機能を有する上向きに延びるフランジ４０ｃが形成されている。Ｏ-リングの形の環境シール４６がスプリングホルダ４２の上に受け止められ、コンタクトプリング４４は一端で回路板上の選択された導電性パッドと係合し他端はコンタクトホルダの表面上に延びている。
【００４０】
第２のボデー３６、図６ｅ，６ｆ参照、はステンレス鋼等の適切な材料により形成され凹部３６ｃを画定する端壁３６ａおよび筒状側壁３６ｂを有する。オリエンテーションフラット３６ｆを設けることができるねじ付ポスト３６ｄが縦軸３６ｅに沿ってボデーから外向きに延びている。開口３６ｇが側壁３６ｂ内に形成され、開口を介して受け止められ凹部３６ｃ内に据え付けられるインサート成形されたコネクタ/端子アセンブリ３６ｈ、図６ｆ参照、を配置することができる。アセンブリ３６ｈは複数の端子３６ｋを含み、図６ｇに示すように、各端子はコネクタ/端子アセンブリの切取部を通して露出される導電性パッド３６ｍを有する。第２のボデー３６は第１のボデー３４上に受け止められ、筒状壁３６ｂの自由端部（力伝達部）は座３４ｃ上に受け止められレーザ溶接等により周辺周りでそこに取り付けられる。ボデーが互いに取り付けられると、縦軸３４ｆおよび３６ｅは本質的に一致しコンタクトスプリング４４はコネクタ/端子アセンブリの導電性パッド３６ｍと係合する。ボデーが一緒に溶接された後で、電気的絶縁シュラウド３６ｎが端子３６ｋ上に受け止められそこへ超音波溶接することによりコネクタ/端子アセンブリに取り付けられる。
【００４１】
図７，７ａ-７ｃは図６のセンサの修正を示す。センサ４８はステンレス鋼等の適切な材料により構成された第１のボデー５０を有し、図６の実施例に示すような円形で平坦な感知表面を有し、かつ力伝達部すなわち第２のボデーの筒状側壁の自由遠端５２ａを受け止める環状座を形成する外周５０ａを有する感知素子を含んでいる。図６のセンサと同様に、ねじ付ポスト５２ｂが縦軸に沿って第２のボデー５２から離れる方向に延びており、５３に示すように、ボデーが外周周りでレーザ溶接により一緒に連結される時に感知表面の中心を通るボデー５０の縦軸５０ｃと前記縦軸は一致する。ポスト５０ｂも縦軸５０ｃに沿ってボデー５０から離れる方向に延びており、好ましくは、細長ブラケット５４の中心部に溶接により動かぬように取り付けられる。ブラケット５４には車両のシャーシに接続された第１のフレームに取り付けるために細長ブラケットの対向端に隣接して搭載孔５４ａが形成される。図８，８ａに関して後述するように、第１のボデー５０にはポスト５０ｂおよび外周５０ａ間でボデーの外面に環状凹部５０ｄが形成されている。
【００４２】
図６のセンサの溶接リング４０の替わりに、その内面上に形成された内向きに延びる突起５６ａの形のロッキング機能を有するスナップリング５６が第１のボデー５０上に受け止められておりリングは感知表面に外接する。突起５６ａは感知表面を画定する第１のボデー５０の円柱側壁部内に形成された凹部５０ｅ内に受け止められる。リング５６には円柱壁部内に形成された相手溝内に受け止められる縦方向に延びるリブ５６ｂのようなオリエンテーション機能を形成することができる。リング５６は一般的に円柱状であり、第１のボデー５０上に据えられると、感知表面上に延びてＡＳＩＣに接続されたワイヤボンド周りに配置されたシリコンゲル用のハウジングを形成するだけでなく、コンタクトスプリングホルダ５８用の搭載座を提供する。図６のセンサと同様に、適切なコネクタアセンブリ６０がコンタクトスプリング４４を介した回路板５０ｆとの電気的接続を提供するピン端子６０ａを搭載する。
【００４３】
図８は前の好ましい実施例、特に、図６ｂに示す実施例で説明したのと同様な、ポスト６２ａを切り離した、感知素子６２を示し、図８ａの感知素子６４はブラケット５４ではなくねじ付ポスト６４ａを有する図７のセンサ４８と同様な感知素子を示す。ポスト６４ａは図解の目的で切り離される。図８に関して、センサに搭乗者負荷を加えるボデー６２の外周に受け止められ取り付けられる第２のボデー（図示せず）の力伝達部を据え付けるために、ポスト６２ａおよび環状座６２ｃ間でボデー６２内に外面を貫通して環状溝６２ｂが形成される。実際上、溝６２ｂは溝と座６２ｃ間の選択された幅および溝深さによって決まる選択された長さを有する環状ウェブ６２ｅを形成する。このウェブの形成は感知表面６２ｄの外周部上の歪み場を平坦化するように働く。
【００４４】
図８ａの感知素子６４は、ステンレス鋼等の、適切な金属材料の第１および第２のボデー部６４ａ，６４ｃを含み、一緒に溶接されて断面図の各側の断面が一般的にＵ-字型である環状凹部すなわち溝６４ｄが形成されたユニット感知素子を形成する。溝はポストおよび環状座６４ｅ間に有効に形成されて環状座６４ｅおよびウェブの選択された幅よりも大きい選択された長さを有する感知表面６４ｆ間にウェブ６４ｇを画定する。選択されたウェブ幅よりも大きい選択されたウェブ長さの比率により感知表面６４ｆの外周部内の歪み場の強められた平坦化効果が提供される。
【００４５】
図９および９ａは修正された感知素子を有する図７のセンサと同様なセンサを示す。センサ６６はステンレス鋼等の適切な材料により構成された第１のボデー６８を有し、図７の実施例のような円形の平坦な感知表面を有し、かつ力伝達部すなわち第２のボデー７０の筒状側壁の自由遠端７０ａを受け止める環状座を形成する外周６８ａを有する感知素子を含んでいる。図７のセンサと同様に、ねじ付ポスト７０ｂが縦軸に沿って第２のボデー７０から離れる方向に延びており、ボデーが外周周りのレーザ溶接等により一緒に連結されると、この縦軸は感知表面の中心を通るボデー６８の縦軸６８ｃと一致する。
【００４６】
ポスト６８ｂも縦軸６８ｃに沿ってボデー６８から離れる方向に延びてブラケット７２を貫通するように形成された孔６８ｄの中を通り、ブラケットの下側の６８ｇにおいてそこに溶接することによりブラケットに動かぬように取り付けられる。ＣＯ２レーザ溶接等の任意適切な溶接手順を使用することができる。図７の実施例では、軸方向の荷重によりポスト５０ｂおよびブラケット５４間の溶接部には張力が加わる。ブラケットが高い負荷状態で湾曲すると、それは搭載孔５４ａを通して保持されるため、スピン溶接部が湾曲される。溶接部のエッジは高い応力となり、それにより溶接部が開いてしまうことがある。図９，９ａの実施例では、ブラケット７２の孔６８ｄにポストを挿入することによりより頑丈な感知素子が提供される。軸方向に荷重されると、ブラケットの湾曲中にも溶接部６８ｇはせん断状態とされ負荷は全溶接エリアにわたって分布される。
【００４７】
図７の実施例と同様に、ポスト６８ｂと外周６８ａとの間で第１のボデー６８の外面内に環状凹部６８ｅが形成され、ウェブの選択された幅よりも大きい選択された長さを有するウェブ６８ｆを形成する。図７の実施例の説明は残りの構造の詳細に参照することができる。
【００４８】
本発明を図解することによりその特定の実施例について記述してきたが、他の実施例も可能である。本発明は開示された実施例の添付特許請求の範囲内に入る全ての修正および等価事項を含むものとする。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に従って作られた搭乗者体重センサの略図である。
【図１ａ】フランジ間に配置される本発明の一つの好ましい実施例に従って作られた搭乗者体重センサを有する車両シャーシに固定する第１の、切欠、フレームおよび第２の、切欠、座席支持フレームを示す正面図である。
【図２】本発明の第１の好ましい実施例に従って作られた搭乗者体重センサの平面図である。
【図２ａ】その底面図である。
【図２ｂ】その左側立面図である。
【図２ｃ】その背面図である。
【図３】図２ａのセンサで使用される一つの好ましい感知素子アレイを示す感知素子の平面図である。
【図３ａ】その立面図である。
【図３ｂ】図３の３ｂ-３ｂ線に沿った断面図である。
【図４】本発明の第２の好ましい実施例に従って作られた搭乗者体重センサの平面図である。
【図４ａ】図４の４ａ-４ａ線に沿った断面図である。
【図４ｂ】図４のセンサの右側立面図である。
【図５】本発明の第３の好ましい実施例に従って作られた搭乗者体重センサの平面図である。
【図５ａ】図５の５ａ-５ａ線に沿った断面図である。
【図５ｂ】図５の５ｂ-５ｂ線に沿った断面図である。
【図５ｃ】図５のセンサの斜視図である。
【図６】図１ａにも示した、本発明の第４の実施例に従って作られた搭乗者体重センサの斜視図である。
【図６ａ】図６のセンサの切り離された斜視図である。
【図６ｂ】平坦な感知表面上に搭載された圧電抵抗ゲージの好ましい構成を示す図６の感知素子ボデーの立面図である。
【図６ｃ】平坦な感知表面上に搭載された圧電抵抗ゲージの好ましい構成を示す図６の感知素子ボデーの斜視図である。
【図６ｄ】部分的に組み立てられたセンサを示す図６ｃと同様な斜視図である。
【図６ｅ】図６ａにも示す感知素子ボデー上に受け止められる第２のボデーの断面立面図である。
【図６ｆ】インサート成形コネクタアセンブリが搭載された図６ｅと同様な逆方向の断面立面図である。
【図６ｇ】図６ｆよりも幾分小さい縮尺を使用する図６ｆのボデーの底面図である。
【図７】図７ａの７-７線に沿った図６のセンサの修正の断面立面図である。
【図７ａ】図７の修正構造の立面図である。
【図７ｂ】図７ａセンサの平面図である。
【図７ｃ】図７ａセンサの底面図である。
【図８】感知素子の一つの好ましい実施例の立面、切欠、断面図である。
【図８ａ】感知素子の修正された好ましい実施例の同様な図である。
【図９】図７のセンサの修正の幾分異なる縮尺の断面立面図である。
【図９ａ】図７センサの修正の幾分異なる縮尺の断面立面図である。
【図１０】本発明の修正された好ましい実施例に従って作られた搭乗者体重センサの、図１と同様な、略図である。
【図１０ａ】図１０の搭乗者体重センサＡＳＩＣのブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
１，１０，２０，２６，３２，４８，６６  搭乗者体重センサ
２，６２，６４  感知素子
３  回路アセンブリ
４，２２ｐ  ＡＳＩＣ
５  センサパッケージ
６，１４ｄ，２４ｍ，３０ｆ  コネクタ
７，８  フレーム
１２，３４  感知素子ボデー
１２ａ，２２ｃ，２４ｄ，２８ｃ，３４ｅ，３６ｄ，５０ｂ，５２ｂ，６２ａ，６４ａ，７０ｂ  ねじ付ポスト
１２ｂ，２２ｅ，２４ｅ，３４ｆ，３６ｅ，５０ｃ，６８ｃ  縦軸
１２ｃ，２２ｆ，２４ｆ，３４ｇ，３６ｆ  オリエンテーションフラット
１２ｄ，２２ａ，２８ａ，３４ａ，６２ｄ，６４ｆ  感知表面
１２ｅ，３４ｄ，４０ｃ  フランジ
１２ｆ  ガラス
１２ｇ  共通直径
１２ｈ，２２ｂ，３４ｂ，５０ａ，５３，６８ａ  外周
１２ｋ，２２ｄ  ハブ部
１２ｍ  負荷反応表面
１２ｎ，２２ｇ，２２ｈ，２８ｅ，３４ｎ，６２ｂ，６４ｄ  環状溝
１４，２４，３０，３６，５２，７０  第２のボデー
１４ａ  細長プレート状素子
１４ｂ，５４ａ  搭載孔
１４ｃ  環境カバー
１４ｅ，２４ｋ，２８ｇ，３０ｂ，３６ｇ  開口
２２，３４，５０，６８  第１のボデー
２２ｍ  段付据付表面
２４ａ，３６ａ  端壁
２４ｂ，３０ｃ，３６ｂ  側壁
２４ｃ，３０ｅ，３６ｃ，５０ｄ，５０ｅ，６８ｅ  凹部
２４ｇ  外端部
２４ｈ  負荷作用表面
２４ｎ  ストレンリリーフキャップ
２４ｏ  ファスナ
２４ｐ  ワイヤリード
２８，６２  ボデー
２８ｂ，３０ｈ，３４ｃ，６２ｃ，６４ｅ  座
２８ｆ，３８，５０ｆ  回路板
２８ｄ  力伝達部
３０ａ  外ねじ部
３０ｄ  遠端部
３０ｇ，４２ａ  孔
３４ｍ  力伝達表面
３６ｈ  コネクタ/端子アセンブリ
３６ｋ  端子
３６ｍ  導電性パッド
３６ｎ  絶縁性シュラウド
３８ａ  切離し部
３８ｂ  タブ
４０  溶接リング
４０ａ  スロット
４２  コンタクトホルダ
４４，５８  コンタクトスプリング
４６  環境シール
５２ａ，７０ａ  自由遠端
５４，７２  ブラケット
５６  スナップリング
５６ａ  突起
５６ｂ  リブ
６０  コンタクトアセンブリ
６０ａ  ピン端子
６２ｅ，６４ｇ  ウェブ
６４ａ，６４ｃ  ボデー部
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４  圧電抵抗
ＨＢ１，ＨＢ２，ＨＢ３，ＨＢ４  ハーフブリッジ
【図１】
2005055436.tif 000003
【図１ａ】
2005055436.tif 000004
【図２】
2005055436.tif 000005
【図２ａ】
2005055436.tif 000006
【図２ｂ】
2005055436.tif 000007
【図２ｃ】
2005055436.tif 000008
【図３】
2005055436.tif 000009
【図３ａ】
2005055436.tif 000010
【図３ｂ】
2005055436.tif 000011
【図４】
2005055436.tif 000012
【図４ａ】
2005055436.tif 000013
【図４ｂ】
2005055436.tif 000014
【図５】
2005055436.tif 000015
【図５ａ】
2005055436.tif 000016
【図５ｂ】
2005055436.tif 000017
【図５ｃ】
2005055436.tif 000018
【図６】
2005055436.tif 000019
【図６ａ】
2005055436.tif 000020
【図６ｂ】
2005055436.tif 000021
【図６ｃ】
2005055436.tif 000022
【図６ｄ】
2005055436.tif 000023
【図６ｅ】
2005055436.tif 000024
【図６ｆ】
2005055436.tif 000025
【図６ｇ】
2005055436.tif 000026
【図７】
2005055436.tif 000027
【図７ａ】
2005055436.tif 000028
【図７ｂ】
2005055436.tif 000029
【図７ｃ】
2005055436.tif 000030
【図８】
2005055436.tif 000031
【図８ａ】
2005055436.tif 000032
【図９】
2005055436.tif 000033
【図９ａ】
2005055436.tif 000034
【図１０】
2005055436.tif 000035
【図１０ａ】
2005055436.tif 000036