(57)【要約】【課題】使用される周囲温度の影響を受けず、起歪体に係る温度が変化しても適正な荷重値を検出できる歪検出装置を提供することを目的としている。【解決手段】荷重により歪を生じる円筒形状の起歪体１２と、この起歪体１２に配置され歪量に応じて抵抗値が変化する抵抗素子と、この抵抗素子に結線された信号処理回路を備え、この起歪体１２を挟むように起歪体の上下にネジ部１４を形成し、信号処理回路を配置したケース１６を起歪体１２に取り付けるとともに、抵抗素子は起歪体１２の外周面に配置して、抵抗素子と信号処理回路とを結線した構成である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重により歪を生じる起歪体と、前記起歪体に配置され歪量に応じて抵抗値が変化する抵抗素子と、４つの前記抵抗素子を環状に互いに接続し、第１、第２抵抗素子間から第１出力信号を出力し、第３、第４抵抗素子間から第２出力信号を出力するホーイストンブリッジ回路と、前記ホーイストンブリッジ回路に結線され前記第１、第２出力信号から荷重値を検出する信号処理回路とを備え、前記信号処理回路には、前記第１、第２出力信号を入力し第１増幅信号を出力する第１増幅器を設け、入力抵抗部を介して前記第１出力信号を前記第１増幅器に入力し、帰還抵抗部を介して前記第１増幅信号の一部を前記第１出力信号とともに前記第１増幅器に入力するか、または帰還抵抗部を介して前記第１出力信号を前記第１増幅器に入力し、入力抵抗部を介して前記第１増幅信号の一部を前記第１出力信号とともに前記第１増幅器に入力しており、温度変化に起因して生じた前記起歪体の異常歪に基づいて出力される異常な前記第１、第２出力信号を補正する補正手段を設けるとともに、前記補正手段は温度によって抵抗値が変化する感温抵抗を前記入力抵抗部に用いて補正する手段とした歪検出装置。
【請求項２】
前記入力抵抗部は複数の前記感温抵抗を並列接続しており、温度変化に起因して生じた前記起歪体の異常歪量に応じて前記感温抵抗を選択または組み合わせるように切り替える切替手段を設けた請求項１記載の歪検出装置。
【請求項３】
複数の前記感温抵抗は互いに温度に対する抵抗値変化率が異なる請求項２記載の歪検出装置。
【請求項４】
前記入力抵抗部と前記帰還抵抗部とを切り替える切替手段を設けた請求項１記載の歪検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用シート等の荷重を測定するための歪検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の歪検出装置について説明する。
【０００３】
従来の歪検出装置は、図８に示すように、複数の貫通孔１を有する板状の金属製の起歪体２と、この起歪体２の貫通孔１の間に配置され歪量に応じて抵抗値が変化する抵抗素子３と、この抵抗素子３に結線された信号処理回路（図示せず）とを備えている。
【０００４】
この歪検出装置を、例えば、車両用シートと床面部との間に取り付ければ、車両用シートに座る人員の荷重を測定することができる。起歪体２に設けた複数の貫通孔１の内、内側の貫通孔１に車両用シートの一部を挿入して起歪体２と車両用シートとを連結し、外側の貫通孔１に床面部の一部を挿入して起歪体２と床面部とを連結して取り付ける（例えば、車両用シートの一部や床面部の一部をネジ部とし、起歪体２を介してナットで締めて取り付ける）。そうすると、車両用シートに荷重が加わった際、起歪体２が歪んで抵抗素子３の抵抗値が変化するので、これを信号処理回路で処理することによって荷重を測定することができる。この場合、起歪体２は車両用シートと床面部との両方に連結されているので、圧縮方向に対する荷重と引張方向に対する荷重を測定することができる。信号処理回路には、４つの抵抗素子３を環状に接続してホーイストンブリッジ回路を形成し、信号処理回路に入力している。
【０００５】
このような起歪体２の形状としては板形状の他に円筒形状のものもあるが、共に、複数の取り付け部品を組み合わせて歪検出装置を取り付けているものである。
【０００６】
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や特許文献２が知られている。
【特許文献１】特開２００３−２４０６３３号公報
【特許文献２】特開平６−２０７８６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記構成の信号処理回路は、起歪体の歪量に基づき荷重値を検出する。しかし、この起歪体２の歪量は温度によって異なり、高温時は歪量が大きく低温時は歪量が小さくなり、使用される周囲温度の影響を受け、起歪体に係る温度が高温になったり低温になったりすると、適正な荷重値を検出できないという問題点を有していた。
【０００８】
本発明は上記問題点を解決し、使用される周囲温度の影響を受けず、起歪体に係る温度が変化しても適正な荷重値を検出できる歪検出装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、特に、信号処理回路には、第１、第２出力信号を入力し第１増幅信号を出力する第１増幅器を設け、入力抵抗部を介して前記第１出力信号を前記第１増幅器に入力し、帰還抵抗部を介して前記第１増幅信号の一部を前記第１出力信号とともに前記第１増幅器に再入力しており、温度変化に起因して生じた起歪体の異常歪に基づいて出力される異常な前記第１、第２出力信号を補正する補正手段を設けるとともに、前記補正手段は温度によって抵抗値が変化する感温抵抗を前記入力抵抗部に用いて補正する手段とした構成である。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成により、入力抵抗部に感温抵抗を用いているので、温度によって抵抗値を変化させることができる。すなわち、温度が上昇すると抵抗値が大きくなる感温抵抗を用いた場合は、温度が上昇し起歪体の歪量が大きくなったとしても、入力抵抗部の抵抗値が大きくなり、相対的に第１、第２出力信号の出力値を低下させる。よって、起歪体の大きな歪量に応じた異常な第１、第２出力信号は生じず、入力抵抗部の抵抗値に応じて、適切な第１、第２出力信号が出力され、適切な荷重値を検出できる。
【００１１】
一方、温度が低下し起歪体の歪量が小さくなったとしても、入力抵抗部の抵抗値が小さくなり、相対的に第１、第２出力信号の出力値を増大させる。よって、起歪体の小さな歪量に応じた異常な第１、第２出力信号は生じず、入力抵抗部の抵抗値に応じて、適切な第１、第２出力信号が出力され、適切な荷重値を検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の全請求項に記載の発明について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は本発明の一実施の形態における歪検出装置の断面図、図２は同歪検出装置の側面図、図３は同歪検出装置の上面図、図４は同歪検出装置の回路ブロック図、図５は同歪検出装置を用いて車両用シートと床面部とを連結したシートユニットの側面図である。
【００１４】
図１〜図３において、本発明の一実施の形態における歪検出装置は、荷重により歪を生じ、軸方向に空洞１０を有する筒状の金属製（析出硬化系ステンレス鋼）の起歪体１２と、この起歪体１２を挟むように起歪体１２の軸方向の上下に配置したネジ部１４とを備えている。このネジ部１４は、ネジ胴部１８の直径よりもネジ頭部２０の直径を大きくしており、起歪体１２とネジ部１４のネジ頭部２０とを互いに溶接して接合し一体化している。
【００１５】
また、この起歪体１２の外周面には、図４に示すように、歪量に応じて抵抗値が変化し、互いに環状に接続された第１〜第４抵抗素子１３、１５、１７、１９を配置し、第１抵抗素子１３と第４抵抗素子１９との間に電源電圧を供給し、第２抵抗素子１５と第３抵抗素子１７との間を接地し、第１抵抗素子１３と第２抵抗素子１５との間から第１出力信号を出力し、第３抵抗素子１７と第４抵抗素子１９との間から第２出力信号を出力するホーイストンブリッジ回路２１を形成している。さらに、起歪体１２とネジ部１４の外周面に取り付けたケース１６に、このホーイストンブリッジ回路２１に結線され第１、第２出力信号から荷重値を検出する信号処理回路２３を配置している。
【００１６】
この歪検出装置を、例えば、図５に示すように、車両用シート２２と床面部２４との間に取り付ければ、車両用シート２２に座る人員の荷重を測定することができる。
【００１７】
車両用シート２２にはその下部にネジ部１４のネジ胴部１８を挿入する貫通孔を設けており、床面部２４には床面２８に取り付けたレール部２６に上記ネジ胴部１８を挿入する貫通孔を設けており、各々の貫通孔の軸方向が床面２８に対して垂直方向になるように設けている。一方のネジ胴部１８を車両用シート２２の貫通孔へ挿入し、他方のネジ胴部１８をレール部２６の貫通孔へ挿入し、互いにナット３０で締め付けて起歪体１２およびネジ部１４を介して車両用シート２２と床面部２４とを連結している。
【００１８】
そうすると、車両用シート２２に荷重が加わった際、荷重方向が起歪体１２の軸方向（床面２８に対する上下方向）になるようにネジ部１４に荷重が付加され、起歪体１２の軸力に起因して起歪体１２が歪む。そして、起歪体１２の歪に起因して第１〜第４抵抗素子１３、１５、１７、１９の抵抗値が変化するので、これを信号処理回路２３で処理することによって荷重を測定できる。
【００１９】
この荷重の測定において、荷重変化に対する第１、第２出力信号の出力値（電圧値）は、図６に示すように、起歪体１２に係る温度が高温時、常温時、低温時において異なる変化を示し、高温時は起歪体１２の歪量が大きく、低温時は起歪体１２の歪量が小さくなり、常温時に比べて、温度変化に起因して起歪体１２は異常な歪を生じ、異常な第１、第２出力信号を出力してしまう。
【００２０】
そこで、図７に示すように、温度によって抵抗値が変化しない非感温抵抗（固定抵抗）に対して、温度が上昇すると抵抗値が小さくなる第１感温抵抗や、温度が低下すると抵抗値が大きくなる第２感温抵抗を用いて、異常な第１、第２の出力信号の出力値を増大させたり低下させたりして、図６における異常な第１、第２出力信号の出力値と相殺させ、適切な荷重値を検出させるようにしている。
【００２１】
具体的な信号処理回路２３は、図４に示すように、第１、第２出力信号を入力し第１増幅信号を出力する第１増幅器３２を設け、入力抵抗部３４を介して第１出力信号を第１増幅器３２に入力し、帰還抵抗部３６を介して第１増幅信号の一部を第１出力信号とともに第１増幅器３２に入力している。また、温度変化に起因して生じた起歪体１２の異常歪に基づいて出力される異常な第１、第２出力信号を補正する補正回路３７を設けるとともに、この補正回路３７は温度によって抵抗値が変化する感温抵抗３８を入力抵抗部３４に用いて補正している。入力抵抗部３４は１つの非感温抵抗である固定抵抗４０と複数の感温抵抗３８とを並列接続した感温抵抗群４４と、この感温抵抗群４４に直接接続した非感温抵抗である固定抵抗４６とからなり、帰還抵抗部３６は１つの非感温抵抗である固定抵抗４７からなり、かつ、複数の感温抵抗３８は互いに温度に対する抵抗値変化率を異ならせている。
【００２２】
また、入力抵抗部３４と帰還抵抗部３６とを切り替える第１切替手段４８と、温度変化に起因して生じた起歪体１２の異常歪量に応じて感温抵抗３８を選択して切り替える第２切替手段５０を設けている。第１切替手段４８は、入力抵抗部３４と帰還抵抗部３６とを入れ替える切替手段であって、図６の荷重変化に対する第１、第２出力信号の極性の状態（常温時を基準にした場合の温度変化に対する第１、第２出力信号の正負の状態）によって切り替えている。第２切替手段５０は、並列に接続した複数の感温抵抗３８を選択または組み合わせるように切り替えることにより、図７における第１感温抵抗と第２感温抵抗の温度勾配を大きくしたり小さくしたりでき、図６の荷重変化に対する第１、第２の出力信号の様々な状態に対応させることができる。特に、複数の感温抵抗３８は各々温度に対する抵抗値変化率を異ならせれば、さらに様々な状態に対応させることができる。
【００２３】
上記構成により、入力抵抗部３４に感温抵抗３８を用いているので、温度によって抵抗値を変化させることができる。すなわち、温度が上昇すると抵抗値が大きくなる感温抵抗３８を用いた場合は、温度が上昇し起歪体１２の歪量が大きくなったとしても、入力抵抗部３４の抵抗値が大きくなり、相対的に第１、第２出力信号の出力値を低下させる。よって、起歪体１２の大きな歪量に応じた異常な第１、第２出力信号は生じず、入力抵抗部３４の抵抗値に応じて、適切な第１、第２出力信号が出力され、適切な荷重値を検出できる。
【００２４】
一方、温度が低下し起歪体１２の歪量が小さくなったとしても、入力抵抗部３４の抵抗値が小さくなり、相対的に第１、第２出力信号の出力値を増大させる。よって、起歪体１２の小さな歪量に応じた異常な第１、第２出力信号は生じず、入力抵抗部３４の抵抗値に応じて、適切な第１、第２出力信号が出力され、適切な荷重値を検出できる。
【００２５】
また、入力抵抗部３４と帰還抵抗部３６とを切り替える第１切替手段４８を設けているので、荷重変化に対する第１、第２出力信号の極性の状態（常温時を基準にした場合の温度変化に対する第１、第２出力信号の正負の状態）によって切り替えることができる。
【００２６】
入力抵抗部３４は複数の感温抵抗３８を並列接続しており、温度変化に起因して生じた起歪体１２の異常歪量に応じて感温抵抗３８を選択または組み合わせるように切り替える第２切替手段５０を設けているので、入力抵抗部３４の抵抗値の温度勾配を変化させることができ、異常な第１、第２の出力信号の様々な状態に対応させることができる。特に、複数の感温抵抗３８は各々温度に対する抵抗値変化率を各々異ならせれば、さらに様々な状態に対応させることができる。
【００２７】
なお、本発明の一実施の形態では、円筒状の起歪体１２を用いたが、従来技術で説明したような図８に示す板状の金属製の起歪体２を用いてもよい。
【００２８】
また、補正回路３７における第１切替手段４８、第２切替手段５０による切り替えは、歪検出装置として使用する前に、起歪体１２の温度特性を考慮して事前に切り替えておいたり、歪検出装置の使用中において、随時、起歪体１２に係る温度や周囲温度を検出して自動的に切り替えたりすればよい。自動的に切り替える場合は、事前に起歪体１２の温度特性をメモリに格納しておき、随時比較するようにすれば、簡単に自動制御できる。
【００２９】
さらに、本発明の一実施の形態では、歪検出装置を車両用シート２２の荷重測定に用いたが、トルク測定に用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
以上のように本発明にかかる歪検出装置は、使用される周囲温度の影響を受けず、起歪体に係る温度が変化しても適正な荷重値を検出でき、荷重を測定するセンサとして各種の機器に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態における歪検出装置の断面図
【図２】同歪検出装置の側面図
【図３】同歪検出装置の上面図
【図４】同歪検出装置の回路ブロック図
【図５】同歪検出装置を用いて車両用シートと床面部とを連結したシートユニットの側面図
【図６】荷重変化に対する第１、第２出力信号の出力値を示す特性図
【図７】温度変化に対する抵抗値を示す特性図
【図８】従来の歪検出装置の起歪体の上面図
【符号の説明】
【００３２】
１０  空洞
１２  起歪体
１３  第１抵抗素子
１４  ネジ部
１５  第２抵抗素子
１６  ケース
１７  第３抵抗素子
１８  ネジ胴部
１９  第４抵抗素子
２０  ネジ頭部
２１  ホーイストンブリッジ回路
２２  車両用シート
２３  信号処理回路
２４  床面部
２６  レール部
２８  床面
３０  ナット
３２  第１増幅器
３４  入力抵抗部
３６  帰還抵抗部
３７  補正回路
３８  感温抵抗
４０  固定抵抗
４４  感温抵抗群
４６  固定抵抗
４７  固定抵抗
４８  第１切替手段
５０  第２切替手段
【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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【図８】
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