(57)【要約】本発明は、力測定のためマグネットシステム（４５）とマグネットセンサ機構（４６）との相対運動を捕捉する接続部材に関する。マグネットシステム（４５）は、上述の相対運動に垂直な方向で磁界の成分が直線化されるようマグネットセンサ機構（４６）に対して配置されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
力測定のためマグネットシステム（４５）とマグネットセンサ機構（４６）との間の相対運動を捕捉するように構成されている接続部材において、
前記相対運動に垂直な方向で磁界の成分が直線的になるよう、マグネットシステム（４５）がマグネットセンサ機構（４６，Hall）に対して配置されていることを特徴とする接続部材。
【請求項２】
請求項１記載の接続部材において、
前記マグネットシステム（４５）の少なくとも１つの磁極境界のところで、前記磁界センサ機構（Hall）に対向して切り欠き（１０，１６）が設けられていることを特徴とする接続部材。
【請求項３】
請求項１または２記載の接続部材において、
前記マグネットシステムに少なくとも２つの磁極片（１８，１９）が設けられていることを特徴とする接続部材。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項記載の接続部材において、
前記マグネットシステムの表面は、該表面が前記磁界センサ機構（Hall）に向かうよう成形されていることを特徴とする接続部材。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項記載の接続部材において、
前記マグネットシステムは互いに対向する第１および第２のマグネット（３００，３０１）を有しており、同じ極性の磁極どうしが対置されていることを特徴とする接続部材。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項記載の接続部材において、
前記マグネットシステムは互いに対向する第３および第４のマグネット（５０，５１）を有しており、異なる極性の磁極が対置されていることを特徴とする接続部材。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項記載の接続部材において、
第５のマグネット（６０）の磁極境界に対向して第６のマグネット（６１）の磁極が配置されていることを特徴とする接続部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
従来技術
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の接続部材に関する。
【０００２】
DE 101 11 020 A1から上位概念記載の接続部材が知られており、これによればマグネットシステムと力測定用のマグネットセンサ機構との間の相対運動が用いられる。ここでマグネットシステムは有利には永久磁石であり、マグネットセンサ機構としてホールセンサ素子が用いられ、このホールセンサ素子を永久磁石に関して対称にもしくは同心状に配置しておくことができる。
【０００３】
発明の利点
これに対して独立請求項の特徴部分に記載の本発明による接続部材のもつ利点とは、磁界成分がマグネットシステムとマグネットセンサ機構との間の相対運動に対し垂直な方向で直線化されること、マグネットセンサ機構に対しマグネットシステムが配置されていることである。これによって磁界の測定ひいては力の測定が向上する。したがって最適な構造スペースで、最適化された磁界の対称性および強度が達成される。殊にこのことによって、相対運動あたり高められた磁気的な変位が達成される。これにより、場所に依存するいっそう強められた磁界変化が引き起こされるようになる。その結果として、測定領域にわたり機械的な変位が小さくされても磁界センサ機構においていっそう大きくされた直線的な出力信号が得られるようになる。このことによって、横断方向の力ないしは妨害作用を及ぼす力やトルクのような妨害量に対する不感性が向上する。
【０００４】
優先的な空間方向において磁気的な変位が拡大されかつ磁界の変化が強められることによって、接続部材をいっそう小さくすることができ、ひいては持続的な負荷に対する耐久性を向上させることができる。ここで決定的な役割を果たすのは、マグネットシステムと磁界センサ機構との間の相対運動である。ここでは、マグネットシステムが位置固定されているのか、あるいは磁界センサ機構が位置固定されているのかは重要ではないし、あるいはマグネットシステムが動くのか磁界センサ機構が動くのかは重要ではなく、双方がすなわちマグネットシステムと磁界センサ機構がともに動いたとしても、そのことは重要ではない。ここで一般的に言えるのは、マグネットの近傍磁界が測定されることである。その際、遠方磁界の変形もしくは形状設定によって、近傍磁界の形状および強度ないしは広がりも最適化され、ひいてはセンサ信号の向上が実現される。遠方磁界は、マグネットの大きさ、幾何学的形状ならびに相互間の位置によって調整ないしは最適化される。
【０００５】
マグネットもしくはセンサの位置は実施形態に従い入れ替え可能であり、これらは撓みバーに沿って配置される。ここでの目的は、横断方向の力ないしは妨害作用を及ぼす力およびトルクに及ぼされる作用を最小にしてマグネットとセンサとの間で最大の相対的変位を実現することである。
【０００６】
従属請求項には、独立請求項に記載された接続部材の有利な実施形態が示されている。
【０００７】
殊に有利であるのは、少なくとも１つの磁極境界すなわちマグネットシステムにおけるマグネットのＮ極とＳ極との間の領域に、磁界センサ機構に対向して切り欠きを設けることである。この切り欠きをたとえば刻み目、空隙、スリットまたは磁極境界に設けられた他の形式の凹部とすることができる。この切り欠きは、個々のマグネットの幾何学的大きさと比べて寸法が小さい。このようにして生成された磁界の磁界強度は凹部のエッジの分だけ高められ、もしくは凹部の形状によって対称的な磁界が生成される。これによって、変位方向に対し垂直な磁界の成分の直線性を向上させることができるようになる。
【０００８】
さらに有利であるのは、マグネットシステム有利には１マグネットシステムすなわち１つのマグネットを用いたシステムに少なくとも２つの磁極片を設けることであり、このようにすればマグネットセンサ機構から離れる方向へ向かう磁界もこれらの磁極片の間の測定場所に向かって方向転換されることから、これらの磁極片によっていっそう強められた磁界が引き起こされる。磁極片の形状設定によって殊に、各磁極片の間に位置する測定場所における磁界の対称性および形状が規定される。変位方向に対し垂直な磁界の成分の直線性は、このことによっても向上するようになる。
【０００９】
さらに有利であるのはマグネットシステムの表面を、その表面がマグネットセンサ機構へ向かっていくよう成形することである。これによって最適化された磁界形状が達成される。マグネット表面の相応の形状設定によって、測定場所における磁界の形状と強さが測定信号に関して最適化され、横断方向の力ないしは妨害作用を及ぼす力およびトルクに対する不感性が高められる。
【００１０】
さらに有利であるのは、互いに対向するマグネットをマグネットシステムにもたせることであり、その際、同じ極性の磁極が対置されるようにし、つまりＳ極はＳ極と、Ｎ極はＮ極と向き合うようにする。このような複数マグネットシステムすなわち複数のマグネットを用いたシステムによって、磁界形状と磁界強度をたとえばマグネットの距離と位置によって互いに調節することができる。この場合、場所に依存する磁界の変化を、各マグネットの間およびマグネットの側方で測定することができる。センサポジションの選択により、最大磁界勾配の領域でありかつ最小妨害量の場所で測定を行うことができる。ただし、異なる極性の磁極を対向させることもできる。これにより、たとえば感度の高められた優先方向を得る目的で所期の磁界勾配を生じさせることができる。
【００１１】
さらに有利であるのは、マグネットの磁極境界に別のマグネットの磁極を対置させることである。これにより厳密にないしは規定どおりに非対称な磁界が生成され、このような磁界によって複数に分割された測定領域を得ることができる。これによって所望の測定領域において分解能をいっそう高めることができ、この所望の領域外では分解能を低減することができる。さらに測定領域の優先方向を調整することができる。択一的に、対称な磁界をもつこの種の複数マグネットシステムをＳ極−Ｎ極−Ｓ極として配置し、これにＮ極を対置させるかまたはその逆に配置することによって構成することもできる。ここで関与している磁極の大きさおよびそれら相互間の間隔によって、磁界の形状と強さを調整することができる。
【００１２】
図面
次に、図面を参照しながら実施例に基づき本発明について詳しく説明する。
【００１３】
図１は１マグネットシステムの様々な構成を示す図、図２は特別に成形された表面をもつ１マグネットシステムを示す図、図３は同じ極性の磁極どうしが向き合って配置された複数マグネットシステムに関する実施例を示す図、図４は接続部材を示す図、図５は別のマグネットシステムを示す図、図６はさらに別のマグネットシステムを示す図である。
【００１４】
実施例
車両シートにおける物体の特性を求めるために、力測定センサを利用することが多くなってきている。その際、車両シートを固定するためのボルトまたはねじの代わりに用いられ、同時にシートに及ぼされる力も測定する接続部材が、乗員保護手段を駆動制御するための制御装置と接続されており、これによってシートが空いているときにたとえばエアバッグなどのトリガが防止される。また、複数の接続部材を１つの車両シートに用いることによって、車両シート上に存在している物体の特性をいっそう精確に求めることもでき、詳しくは負荷の分散に関して特性を求めることができる。接続部材に関して有利であると判明したのは、接続部材における力測定のためにマグネットシステムと磁界センサ有利にはホールセンサとの間における相対運動を用いることである。
【００１５】
本発明によって提案されるのは、マグネットシステムと磁界センサ機構との間における接続部材のこのような配置を、磁界の成分が相対運動に対し垂直な方向で直線的になるよう最適化することである。これによって測定結果を簡単に評価できるようになる。
【００１６】
図４には、磁界センサ機構と磁界システムがどのように接続部材に配置され、どのようにして力が測定されるのかについて示されている。接続部材４１は、車両のシャシに据え付けられている取り付け部材４０に固定的に組み込まれている。さらに接続部材１１は他方の端部のところで、ここでは収容部材４３としてシンボリックに描かれているシートと接続されている。したがってこの収容部材４３を介して、接続部材４１はシートに及ぼされる重力４２を受ける。重力４２はスリーブ４４を通して接続部材４１のボディに導かれ、ついで取り付け部材４０を経て誘導されることになる。この力によって、撓みバー４５と接続部材４１のケーシングに支承されているホールセンサ４６との間でずれないしは変位が生じることになる。この変位から、シートに負荷を与えている重量を求めることができる。この場合、過負荷保護として空隙４７が設けられている。
【００１７】
つまりシート力センサは、内部の撓み部材と、一方の端部が密にかつ固定的に溶接されている外部のスリーブとによって構成されている。したがってこの溶接は取り付け部材４０とともに行われる。この一体構造はセンサの能動的な要素である。センサ内部において、力の作用により及ぼされる変位がホールセンサを介して検出される。ホールセンサ４６の信号はボルト周囲に取り付けられたケーシングへと導かれることになり、そこにおいて配線板のところで信号処理が行われる。準備処理された信号は次に、差込部材インタフェースへ導かれる。この差込部材インタフェースにおいて、車両側の対向差込部材およびケーブルハーネスを介して、乗員保護手段を駆動制御するための制御装置へと信号が送られる。力は直線的な変位に変換され、この変位がホールセンサ４６により信号に変換されるので、ホールセンサ４６もしくはその保持機構のいかなる動きもないしはいかなる変位も外部からの力の作用を受けないようにしなければならず、その理由はそのことで誤った解釈もしくは誤った測定が引き起こされてしまうからである。
【００１８】
図１には実施形態ａ，ｂ，ｃとして本発明に従って構成された１マグネットシステムすなわち１つのマグネットを用いたシステムが描かれている。図１ａには、磁界センサ機構であるホール素子に対向して切り欠き１０を有するマグネット１１が示されており、その際、磁界センサ機構であるホール素子の変位がこの図に示されているように横方向で生じる。マグネット１１は、磁界センサ機構であるホール素子へ向かう磁界１３と、磁界センサ機構とは反対側の磁界１２とを発生させる。凹部は、マグネット１１の幾何学的サイズと比べて寸法が小さい。このようにして生成された磁界は、凹部のエッジの分だけ高められた磁界強度を有している。図１ｂには１つの変形実施形態が示されており、ここでは切り欠きとして先端の尖った刻み目が設けられている。マグネット１５は、やはり磁界センサ機構であるホール素子へ向かう磁界１７と、ホール素子とは反対側の磁界１４とを有しており、ここでは刻み目１６によって対称な磁界が生成される。図１ｃにはさらに択一的な実施形態が描かれている。この場合、マグネット１０１は磁極片１８，１９によって取り囲まれている。これらの磁極片によって、磁界センサ機構であるホール素子に対しいっそう強められた磁界が生成されるようになる。このことは、後方の磁界が磁極片によって各磁極片の間の測定場所へ向けて方向転換されることによって引き起こされる。
磁極片の形状設定によって殊に、各磁極片の間に位置する測定場所における磁界の対称性および形状が規定される。これら３つの実施例ａ，ｂ，ｃすべてによって、変位方向に対し垂直な磁界の直線性が改善される。
【００１９】
図２には４つの実施例が示されており、これにマグネット表面が磁界センサ機構であるホール素子へと向かうようマグネットの形状をどのように構成するのかが描かれている。図２ａの場合にはマグネットのＳ極２００の先端が、磁界センサ機構であるホール素子に向かって尖ったかたちで形成されている。これにより磁界２０２もしくは２０３が相応に最適化される。図２ｂには択一的な実施形態が示されている。ここではＳ極は磁界センサ機構であるホール素子に向かう方向で丸められている。これによっても磁界２０１，２０５が相応に最適化される。図２ｃにはさらに別の択一的な実施形態が示されている。ここではＮ極とＳ極がそれらの磁極境界のところで、磁界センサ機構であるホール素子と向き合っている。向き合っている側はここでも丸められており、このことは輪郭２０７によって描かれている。これによって磁界２０９は相応に最適化される。後方の磁界２０６はここでは何の役割も果たしていない。このことは図２ｄの実施例の場合にも該当し、ここでは後方の磁界２０８は重要ではないけれども、やはりマグネット２１０の磁極境界に対し対称に形状設定がなされている。この場合、各磁極は磁極境界の方向で先端が尖ったかたちで磁界センサ機構であるホール素子へと向かっており、その結果、磁界２１１は相応に最適化される。磁極平面における半径ないしは角度によって、利得すなわち増幅度がそれ相応にいっそう高められるよう磁界の幾何学的形状ならびに磁界強度が最適化される。測定方向における磁界の最適化により、有効信号をいっそう大きくすることができる。これによって、測定方向ではない信号の影響が低減される。このことで殊に、横断方向の力ないしは妨害作用を及ぼす力ならびにトルクに対する測定信号の不感性も高められる。
【００２０】
図３には複数マグネットシステムすなわち複数のマグネットを用いたシステムに関する３つの実施例が示されており、ここでは磁界センサ機構であるホール素子は２つのマグネットの間の領域に配置されている。  図３ａには２マグネットシステムすなわち複数のマグネットを用いたシステムが描かれており、これによれば２つのマグネット３００，３０１双方の磁極がそれぞれ向き合っており、しかも同じ極性の磁極どうしが対向している。これにより両方の磁極３００，３０１双方の磁界の形状がそれ相応に与えられ、このことは磁力線３０３，３０４，３０５によってシンボリックに描かれている。磁界センサ機構であるホール素子はここでは測定方向すなわちやはり横方向に可動であり、このことは矢印３０２によってシンボリックに表されている。しかも磁界センサ機構であるホール素子は、磁界に対し偏心的に配置されている。これにより、最大磁界勾配の領域でありかつ最小妨害量の場所で測定を行うことができる。図３ｂには、これに対する変形実施形態が描かれている。ここでは磁界センサ機構であるホール素子は、２つのマグネット３００，３０１双方の間そのものではなく、いくらか外側に配置されている。このようなマグネットシステムによって、磁界形状と磁界強度をたとえば距離と位置によって互いに調節することができる。場所に依存する磁界の変化を、図３ａおよび図３ｃに示されているように各マグネットの間で、さらにはマグネットの側方で測定することができる。図３ｃには１つの変形実施形態が描かれている。この場合、２つのマグネット３０７，３０８の双方はＳ極に関して向き合って配置されている。Ｎ極はそれぞれその後方に配置されている。この場合には磁界は、ここでは磁力線３０９，３１０，３１１，３１２によって示されているようにそれ相応に形成される。また、測定方向はここでは垂直方向の矢印３１３によってシンボリックに表されている。磁界センサ機構であるホール素子は、この場合も磁界に対しやや偏心的に配置されている。ここで偏心的とは、測定場所が各マグネット間の幾何学的中心から外れて位置していることを意味する。マグネットが等しい大きさおよび強さであれば、精確な幾何学的中心に磁界の落ち込み（＝ゼロもしくは最小磁界）が位置することになる。これは測定場所としては不適切である。しかしながら僅かに偏心的であると磁界勾配は最大であり、つまり最も好適な測定場所であり、その理由は、小さい機械的変位（ホール素子とマグネットシステムの相対運動）によって大きい信号変化が得られるからである。
【００２１】
図５に示されている２マグネットシステムによれば、２つのマグネット５０，５１の双方はそれぞれ異なる極性をもつそれらの磁極のところで互いに向き合っている。これによって磁界５２，５３が成形され、その際、磁界センサ機構であるホール素子はマグネット５０，５１の間の領域の外側に位置しており、矢印５４によってシンボリックに表されているように垂直方向に運動する。これは、各磁極の間に空隙をもつ図１ａ（ｂ）の極端な変形実施形態である。ただしこの場合には２つの別個のマグネットが使用されるので、ここでこれについてもう一度触れておいた。
【００２２】
図６ａにはマグネット６０を備えた複数マグネットシステムが描かれており、このマグネットの磁極境界のところで対向するようにマグネット６１が配置されている。磁界センサ機構であるホール素子はここではやはり水平方向に変位し、これは２つのマグネット６０，６１双方の間に配置されている。このようにして発生する磁界が、磁力線６２，６３，６６，６５によりシンボリックに表されている。このような配置構成によって、はっきりと非対称なもしくは規定どおりに非対称な磁界６３が生成され、これにより複数に分割された測定領域が実現される。これによって殊に、所望の測定領域において分解能をいっそう高めることができ、この所望の領域外では分解能を低減することができる。さらに測定領域の優先方向を調整することができる。Ｎ−Ｓ ６０またはその逆の境界領域において、著しく大きい磁界勾配が生じる。ホールセンサがＮ極に近づけば近づくほど磁界が均質になり、つまりホールセンサは最大感度を示すようになる。これによって、たとえば測定方向において感度のいっそう高められた優先方向が達成される。
【００２３】
図６ｂには択一的な実施形態が示されており、この場合には対称な磁界６８が生じており、その理由はここでは上方のマグネット６９は３つの磁極から合成されており、詳しくは１つのＳ極が中央に、２つのＮ極がそれぞれ外側に配置されている。下方のマグネット６１は、そのＳ極がマグネット６９のＳ極と向き合うように配置されている。ただし、下方のマグネット６１のＳ極の方が上方のマグネットのＳ極よりもいくらか大きい。このようにして両方のマグネット６９と６１との間に生成された磁界６８は、磁力線によってシンボリックに表されている。ここで関与している磁極の大きさおよび幅ならびにそれら相互間の間隔によって、磁界の形状と強さを調整することができる。
【００２４】
このように、磁界センサ機構ないしは磁界センサとマグネットの配置構成を用いた１マグネットシステムまたは複数マグネットシステムが設けられているが、これらは別個に調整もしくは較正される。この場合、マグネットとセンサとの間隔は、別個の組み立てにより最適な間隔に合わせて調整されて固定される。較正されたシステムは次に、側方でスリーブおよび撓み部材を介して案内されて固定される。マグネットはこれにより固定的にスリーブと結合され、センサは撓み部材と固定的に結合される。これとは逆に、撓み部材にマグネットを配置し、スリーブにセンサを配置することも可能である。マグネット−センサ−マグネットというシステムをこのように別個に較正することの利点は、マグネットの磁極境界を互いに調節して磁界を精確に調整できること、センサ素子を磁界中に最適に配向できることである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】１マグネットシステムの様々な構成を示す図
【図２】特別に成形された表面をもつ１マグネットシステムを示す図
【図３】同じ極性の磁極どうしが向き合って配置された複数マグネットシステムに関する実施例を示す図
【図４】接続部材を示す図
【図５】別のマグネットシステムを示す図
【図６】さらに別のマグネットシステムを示す図
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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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