Impact sensor for vehicle safety restraint system

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エアーバッグなど、自動車で使われる拘束装置（乗員保護装置）を起動するための衝撃センサとして特に有用な加速度センサに関するものである。

【０００２】本明細書で使用する「加速度」という用語の意味は、正方向の加速度と、負方向の加速度、すなわち車両が受ける激しい減速を含む。

【０００３】これまでに、車両の拘束システム（Restra
int System）やその他の同様なシステムを起動するための、数多くの衝撃センサが提案されている。 例えば、米国特許第４，３２９，５４９号には、空所の外部にある永久磁石により、球形のボールを空所の一方の端に付勢するセンサが開示されている。 このセンサを適宜な方向に向けて取り付けた車両を急に減速すると、磁石の吸引力に打ち勝つのに十分な力がこのボールに加わって、空所の長手方向にボールを進ませて一対のスイッチ接点を押す。 このスイッチ接点は、エアーバッグを膨らませる適宜な装置などに接続されていて、乗客がハンドルやダッシュボードに激突するのを防ぐ。

【０００４】このような設計では、ボールとこのボールを取り巻く空所の間の寸法誤差を厳密に管理する必要があるが、製造時にこのような管理をすることは困難であるとともにコストがかかる。 しかも、ボールを十分大きくして、スイッチを構成する部品に対して充分な接点駆動力を生じるようにしなければならず、したがって大型の磁石が必要になるから、衝撃に対してセンサの応答性が悪くなる。 ボールの重量は、スイッチの接点部を金などでメッキをすれば減らすことができるが、製造コストが上がる。 また、ほこりなどで、機械的なスイッチ接点の信頼性が低下する。 上記特許開示されたセンサは、あらゆる方向からの衝撃に十分応答するようになってはいないから、自動車等の場合は、複数のセンサを使用する必要がある。

【０００５】米国特許第４，８２７，０９１号には、永久磁石が非磁性の空所内で長手方向に移動可能となっている衝撃センサが開示されている。 この磁石は、空所の外部に配置されたリングに加わる磁気吸引力により、空所の一方の端に向かって付勢されている。 スイッチの電気的接点は空所の反対側の端に配置されていて、磁石に電気的及び機械的に当接係合する。 また、米国特許４，
４８４，０４１号には、衝撃センサが開示されていて、
この衝撃センサでは、永久磁石が非磁性の空所内で長手方向に移動可能に取り付けられていて、通常は磁石の吸引力で、キャビテイの一端を閉塞する磁性部品に押圧保持されている。 車体に加わる加速力が、磁石の吸引力に打ち勝つほどに充分大きくなると、空所の他端にあるスプリングに押圧するようにこの磁石を押し進める。 加速力を取り除いた時に、このスプリングが、磁石を通常位置まで戻す。 リードスイッチが空所の隣りに配置されていて、スプリングに逆らう磁石の運動を検出する。

【０００６】米国特許第４，６３９，５６３号には、一対の磁石が非磁性体からなる空所内に移動可能に取り付けられるとともに、これら磁石の同じ極性が互いに向き合って空所の反対側の端部を押し付けるように磁石を保持する方向に置かれている。 リードスイッチがこのキャビテイの隣に配置されていて、どちらかの磁石に加わる加速力がこの磁石の反発力を越えるほど十分に大きくなって、空所の中央に向かって磁石を動かすとき、出力信号を発生する。

【０００７】米国特許第５，１７７，３７０号は、非磁性構造の本体を含む加速度センサを開示していて、このセンサは、断面が均一な円形である直線型内部空所を有する。 空所内には、少なくとも１つの永久磁石が移動可能に取り付けられていて、この空所の一端に向かって弾性的に付勢されていて、センサに加わる加速力が、空所の反対側の端部に向かって磁石を動かすようになっている。 少なくとも１本のウィーガンドワイヤ（Wiegand wi
re）が、空所の外部で、この空所の両端の間に位置している。 このウィーガンドワイヤは２つの安定な磁束発生状態を有するもので、適宜な極性の外部磁界によってこれら２つの状態を切り換える。 電気コイルがこのウィーガンドワイヤに隣接していて、２つの磁束発生状態の切り換えに応答して空所の端に向かって磁石を付勢する力を克服するのに十分な加速度が磁石に加わると、センサ出力を発生して、したがって、ウィーガンドワイヤの付近にこの磁石をもって行く。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の全体的な目的は、車両用拘束システムを起動するための衝撃センサとして利用度の高い、小形でがっしりとして構造の加速度ゼンサを提供することである。 本発明の別の目的は、従来の製造技術を使って比較的低コストで製造できる加速度ゼンサを提供することである。 更に別の目的は、上記のようなセンサを採用した車両拘束システムを提供することである。

【０００９】

【課題を解決する手段】本発明による加速度センサは、
非磁性構造の本体内にある空所の中に、空所の長さ方向に互いに離隔した第１の位置と第２の位置の間で運動可能に取り付けられた永久磁石を含み、車両拘束システムの衝撃センサとして特に有用である。 この永久磁石は空所の一端に隣接した第１の位置に弾性的に付勢されていて、この永久磁石に加わる加速力が、磁石に弾性的に加わる力に抗して、この永久磁石を第２の位置へ付勢するようになっている。 電気的スイッチ接点が空所内方へ伸びて、磁石の表面に係合する。 この磁石の表面には、導電性の構造をした第１の区域と、各両端に隣接する非導電性の第２の区域がある。 これら導電性及び非導電性の区域は互いに離隔していて、スイッチ接点が磁石の第１
の位置でこれら区域の一方に係合し、第２の位置で他方の区域に係合するようになっている。 こうして、スイッチ接点の導通状態の変化で、第１の位置から第２の位置への磁石の移動を表す。

【００１０】本発明の好適な実施例では、この永久磁石と空所が、円筒形の構造をしている。 磁石表面に設けた導電性の区域は、磁石の一方の端部に隣接する部分にて、磁石を全体的に囲む導電性の材料の層で形成されている。 また、もう１つの区域は非導電性構造であり、前記磁石の他方の端部に隣接する部分にて、磁石を全体的に囲む絶縁性の材料の層で形成されている。 この絶縁層をテフロン（商品名）等の低摩擦組成物で形成して、磁石と、この磁石に向き合っている空所壁部との間の摩擦を減らすのが最も好ましい。 電気的接点は、本体から空所の外側に片持梁のように突き出した板ばね式の接触片を含み、この板ばね式の接触片は、直径方向に対向するスロットの中に伸びて空所内の磁石に摺動接触する自由端を有する。 この板ばね式の接触片により磁石に加えられた接触力が空所の半径方向に平衡する。 この低摩擦絶縁層は、空所内で磁石が摺動をよくするとともに、磁石と板ばね式の接触片との間の摺動摩擦を減らす。 コイルばねを磁石に係合させて空所内に配置して、磁石と板ばね式の接触片との間に残る摺動摩擦力を克服しやすくしてもよい。

【００１１】このセンサの磁石は、本発明の好適な実施例では、空所の一方の端部に隣で空所内に配置された極性の異なる第２の磁石と、第１の磁石の隣に配置された磁束を通す材料からなる板により、空所の他端に弾性的に付勢されている。 この第２の磁石は、空所内に固定してもよく、また移動可能にしてもよい。 最も好適な実施例としては、前記第１の位置と第２の位置との間で磁石が移動する際に、第１の磁石に加わる磁力が実質的に一定となるように、第２の磁石と磁束を通す板とが第１の磁石に加える磁気的な吸引力や反発力を設定する。 センサの感度は、第１の磁石にかかる付勢力を帰れば選択的に調整できる。

【００１２】この目的のために、電磁石を空所に隣接して配置するとともに、電子回路に接続して、空所内で第１の磁石に加わるこの電磁石の吸引力／反発力を選択的に変化させる。 センサの動作状態は、この電磁石に信号を加えて空所内の永久磁石を第２の位置すなわち検知位置へ向けて付勢することによりテストすることもできる。

【００１３】

【実施例】図１は、車両用拘束システム１０を示す。 このシステムは、２つ以上の衝撃センサ１２が、２つ以上の方向からくる衝撃で生じる車両の急激な減速を表す出力信号を、点火装置１６へ出力する。 点火装置１６は、
次に、２つ以上の拘束エアーバッグ１８を急速に膨らます化学反応を開始する。

【００１４】図２から図４は、本発明の好適な実施例によるセンサ１２を示す。 このセンサ１２は、プラスチックあるいは他の適宜な非磁性材料からなる管状体２０を含む。 この管状体２０は、円筒形の永久磁石２４が、軸方向に摺動可能に配置される円筒形の内部空所２２を有する。 プラスチックあるいは他の適宜な非磁性材料からなるキャップ２６がこの管状体２０の一端を閉じ、管状体２０内の空所２２の一端に隣接する固定位置でキャップ２６により保持される永久磁石２８を囲む。 空所２２
の反対側の端部は、磁束を通す材料からなるキャップ３
０により閉じられる。 磁石２４と２８は同じ極性であり、互いに向き合い、その結果、磁石２８からの反発力とキャップ３０への吸引力の効果が組合わさって、磁石２４を図２に示す位置へ弾性的に付勢する。 磁石２４に加わる急激な減速力は、このような付勢力に打ち勝って、磁石２４を図２の右方向に付勢する。 磁石２４に加わる反発力／吸引力は、空所２２内のどこに磁石２４が位置するかに関係なく、実質的に一定であることが好ましい。

【００１５】キャップ２６と一体となっているヘッド３
６を介して、キャップ２６の外側の側部で直径方向に向き合わせて、導電性の一対の板ばね式の接触片３２と３
４を取り付けてある。 各接触板ばねに離隔して設けた開口部を貫通するとともにこれを捕捉する。 接点３２、３
４は、キャップ２６から突出していて、その自由端は直径方向に対向するスロット３８と４０中に伸長して磁石２４の外部表面に摺動接触する。 板ばね式の接触片３２
と３４の自由端は、図２に示すように反りを与えてあり、空所内部の板ばねの力により磁石２４に対して弾性的に保持されている。 磁石２４は、金などの導電構造の薄い被膜４２を有するとともに、この被膜４２が磁石の円筒形の外周面を全周にわたって伸びる。 磁石２８に隣接する磁石２４の端部には、非導電性構造の層４４を被着させる。 この層は、テフロン（商品名）などの低摩擦絶縁材料で構成するのが好ましい。

【００１６】したがって、磁石２４の導電性及び非導電性構造の外表面上には離隔した区域が設けられている。
図２−４に示すように、センサ１２の通常すなわち非通電状態では、板ばね式の接触片３２と３４が、磁石２８
の隣側すなわち非導電性区域４４に係合する。 磁石２４
に加わる減速力で、磁石２４が図２中の右方向へ移動すると、接点３２と３４は導電性の表面部４２に摺動係合して、接点間の導通状態を切り換える。 導通状態が変わると、これを電子的なインタフエース１４（図１）により感知されて点火装置１６とエアーバッグ１８を起動する。 低摩擦被膜の非導電性区域４４を設けると、磁石２
４と管状体２０との間の摺動摩擦が減り、それにより、
センサ１２の感度が向上する。 板ばね３２と３４が磁石に加える横方向の力は平衡しているから、磁石２４が付勢されず、磁石を取り巻く空所の壁と摩擦係合しない。

【００１７】図５は、改変例としてのセンサ５０を示す。 図２から図４で使用した同じ参照番号は対応する同じ構成素子を表す。 センサ５０では、電磁石５２が、空所２２の外部で導磁性のキャップ３０に隣合わせて配置されている。 電磁石５２はコア５４と、診断／付勢力制御電子回路に接続された電気コイル５６とを含む。 本願の親出願第０７／９５０，３１５号の明細書に詳述したように、電子回路５８を介して電磁石５２を制御して、
磁石２８とキャップ３０が磁石２４に加える付勢力を増やしたり減らしたりして、それにより、外部から加わる加速力／減速力に対するセンサ５０の感度を調節する。
電子回路５８は、電磁石５２に通電して図５中の右方向に磁石２４を付勢して、磁石の導電性区域４２を板ばね式の接触片３２と３４に係合させて、センサ５０の動作をテストする。 この診断／付勢力制御の特徴に関する詳細については、本願の親出願第０７／９５０，３１５号の明細書を参照されたい。

【００１８】図６は、更に別の改変例であるセンサ６０
を示す。 同様の参照番号は同様の構成素子を表す。 センサ６０では、円錐状のコイルばね６２が磁石２４とキャップ３０との間に配置されている。 図６に示したセンサ６０の通常状態では、コイルばね６２がめいっぱい圧縮されていて、磁石２４に小さな力をかけてこの磁石を右方向に付勢する。 コイルばね６２は、磁石２４の外表面に加わる接点３２と３４の初期摩擦力に打ち勝って、磁石２４が動き易くする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による車両用安全拘束システムの機能ブロック図である。

【図２】本発明の一実施例による衝撃センサの側面からみた断面図である。

【図３】図２中の実質的に３の方向にみた背面図である。

【図４】図２中の実質的に線４−４に沿ってみた断面図である。

【図５】図２と同様の断面図であり、本発明の実施例の各改変例を示す。

【図６】図２と同様の断面図であり、本発明の実施例の各改変例を示す。

【符号の説明】

１２ 衝撃センサ １８ エアーバッグ ２２ 空所 ２４，２８ 永久磁石 ３２，３４ 板ばね式の接触片 ４２ 導電性区域（導電性の被膜） ４４ 非導電性区域（非導電性の層） ５０ センサ ５２ 電磁石 ６２ コイルばね