Vehicle seat-use load detecting apparatus

本発明は、車両シートに加わる荷重を検出する車両シート用荷重検出装置に関する。

車両においては、例えば、着座者の有無や体格によってエアバッグの作動を制御するために、着座者から車両シートに加わった荷重を検出して、車両シート上の物体の判別をする必要があった。 ここで、車両シートのシートクッションに内蔵された撓み部材であるバネは、通常、着座による撓みによって数１０ｍｍ変位する。 従って、車両シートの撓み部材の変位量から、着座者が車両シートへ加えた荷重を検出するためには、本来、撓み部材と固定部材との間の、数１０ｍｍに渡る相対変位量を検出できるものでなければならない。 従って、これを従来からの磁気センサ等の変位センサによって、単純に実現しようとすれば、巨大な磁気発生体を用いたり、１箇所の変位を測るのに複数個のセンサを配置する必要があり、到底車両シートに搭載できるものではない。

これを解決するために、着座によるシートクッションの撓み量を微小変位に変換し、この変換部材に発生する微小変位をストレインゲージによって検出して、車両シートへの荷重を検出する荷重検出装置に関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−４９２７２公報（第４−６頁、第１−６図）

特表２００１−５１２５７３公報（第７−８頁、第３図）

上述した従来技術においては、着座による撓み部材の変位量を微小変位に変換するために、車両シートのバネ部材に連結するように、特別の変位量変換部材を設けており、これによって部品点数が増大し、コスト高を招いている。 本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、構成部品の少ない、低コストの車両シート用荷重検出装置を提供することを目的とする。

本発明の車両シート用荷重検出装置は、車両シートに加えられた荷重に応じた量だけ可撓部材が撓み、磁気発生体および磁気インピーダンス素子を有する磁気センサとの間の距離が変化することにより、前記磁気センサが検出する前記磁気発生体による磁場が変化し、検出された磁場変化に基づいて、前記車両シートに加わった荷重を検出する。

このようにすると、磁気インピーダンス素子を有する磁気センサは磁気感度に優れており、磁場変化の検出により、数１０ｍｍ離れた位置にある磁気発生体の変位も検出可能であるため、特別の変位量変換部材等を設けなくても、可撓部材の撓み量から、直接に車両シートに加わった荷重を検出することが可能である。

本発明の実施態様として、次の構成が好ましい。
（１）磁気センサは固定部材に取り付けられる。 これにより、ハーネスおよび電子回路等が接続された磁気センサが、着座によっても移動することはなく、その電気的な接続部の耐久性を向上させることができる。 また、接続されたハーネスの配索がしやすく、磁気センサの車両シートへの取り付けが容易となる。
（２）複数のバネ部材には磁気発生体を支持する支持部材が設けられるとともに、シートフレームの対向する２辺間には、支持部材の下方に、所定距離離れて対向するように連結部材が掛渡されるとともに、連結部材上には磁気センサが固定され、車両シートへの着座によって、支持部材が複数のバネ部材とともに下方へと撓んで、磁気発生体が磁気センサに近づく。 これにより、複数のバネ部材の撓みによって磁気センサとの距離が変化するため、車両シートに加わる荷重を精度よく検出することができる。

特別の変位量変換部材等を設けなくても、可撓部材の撓み量から、直接に車両シートに加わった荷重を検出することが可能であるため、部品点数を低減でき、製造が容易で低コストな車両シート用荷重検出装置にすることができる。

本発明の実施形態を図１乃至図７によって説明する。 本実施形態による車両シート用荷重検出装置５が取り付けられた車両シート１は、ロアレール４を介して、車両のフロアパネル（図示せず）に取り付けられたシートクッション２と、シートクッション２に対して、車両前後方向に回動可能に取り付けられたシートバック３を備えている（図１示）。

着座者が座するためのシートクッション２は、クッション材を支持するために、枠状のシートクッションフレーム２２（本発明の固定部材およびシートフレームに該当する）を具備しており、これは、ロアレール４と移動可能に係合したアッパレール２１に固定されている（図２示）。 シートクッションフレーム２２は左右の対向する２辺である側辺２２ａを含んでおり、その後端は、連結シャフト２３によって接続されている。 シートクッションフレーム２２の前辺２２ｂと連結シャフト２３には、複数のバネ２４（本発明の可撓部材およびバネ部材に該当する）の端部がそれぞれ取り付けられ、バネ２４はそれぞれ前後方向に延びている。 バネ２４は、車両シート１への着座等による荷重により下方に撓み、荷重の有無に拘わらず撓まないシートクッションフレーム２２に対して、相対的に変位可能である。

シートクッション２と同様に、シートバック３もクッション材を支持するシートバックフレーム３１と、その端部が、シートバックフレーム３１の左右辺に取り付けられた、複数のバネ部材３２を有している（図２示）。

シートクッション２の複数のバネ２４は、荷重検出装置５を構成する磁気発生体支持部材５１（本発明の支持部材に該当する）によって互いに連結されている（図３示）。 磁気発生体支持部材５１は磁化しない非鉄金属や合成樹脂材料によって形成されており、略平板状を呈した基部５１ａと、各バネに自由度をもって取付できる両側端が、カール状の取付部５１ｂにより形成されている。 磁気発生体支持部材５１は、両端の取付部５１ｂを側端にあるバネ２４に嵌め込むことにより、複数のバネ２４と係合している。

基部５１ａの中央部には、金属等の透磁率の高い材質で形成されたヨーク５１ｃが内蔵されている。 また、基部５１ａの中央部からは、複数の支持片５１ｄが下方に突出しており、これには磁石５２（本発明の磁気発生体に該当する）が装着されて、下端の爪部５１ｄ１と係合することにより、磁石５２は脱落不能とされている（図４示）。 磁石５２は磁場（磁界）を発生するための永久磁石であって、円柱形状を呈している。 磁石５２は、基部５１ａに磁極の向きが天地方向になるように支持され、その上端面が、上述したヨーク５１ｃの下面に当接するように形成されるとともに、下方に延びた支持片５１ｄに囲繞されている。

シートクッションフレーム２２の対向する側片２２ａ間には、磁気発生体支持部材５１の下方に、所定距離だけ離れて対向するように、固定部材に該当する板状の連結部材２２ｃが掛渡されており、連結部材２２ｃ上には、磁気インピーダンス素子（ＭＩ素子）を有する磁気センサ５３が取り付けられ、上述した磁石５２の磁極の向きと同軸に感磁向きを合わせて固定されている（図３示）。 また、磁気センサ５３には、信号伝達用のハーネス５５が接続されている。 磁気センサ５３に含まれる磁気インピーダンス素子は、特許公開公報である特開２００２−１９５８５４、あるいは特開２００４−２６４０５０に開示された感磁素子と同様のもので、時間的に変化する電流を、アモルファス合金のような磁性線に印加することによって生じる円周磁束の時間変化に対する電圧が、外部磁場によって変化することを利用した磁気素子であり、磁石５２によって発生された磁場（磁束）を検出している。

図５に示すように、磁石５２は、これに限定されるものではないが、下方にＮ極が配置されており、その磁極の向きが、磁気発生体支持部材５１およびバネ２４の撓み方向（図５において矢印Ｌにて示す）と一致している。 また、磁気センサ５３の感磁方向（図５において矢印Ｚにて示す）も、本実施形態においては、磁気発生体支持部材５１およびバネ２４の撓み方向と一致している。 また、磁気センサ５３には荷重変換器５６が接続されており、磁気センサ５３の出力電圧ｅｗは、荷重変換器５６により着座者から車両シート１へ加えられた荷重に変換される。

次に、本実施形態の荷重検出装置５による、着座者から車両シート１へ加えられた荷重の検出方法について説明する。 シートクッション２に着座していない場合、バネ２４には撓みが発生しておらず、磁石５２と磁気センサ５３との間には所定の距離が保たれており、磁気センサ５３は、その時の磁石５２による磁場（磁束）を検出し、対応する所定の電圧ｅｗを発生させている（図３および図５示）。 ここで、上端を閉塞したヨーク５１ｃの働きにより、磁石５２からの磁力線は上方へとは延びず、ヨーク５１ｃ内を通過して下方に集まるため、これにより、磁気センサ５３の感度を増大させることができる。

シートクッション２に着座すると、磁気発生体支持部材５１が複数のバネ２４とともに、着座者から加えられた荷重に応じた量だけ下方に撓み、これに支持された磁石５２が、不動の連結部材２２ｃ上の磁気センサ５３に近づく（図６示）。 これにより、磁気センサ５３によって検出される磁石５２の磁場が、磁石５２と磁気センサ５３との距離の変化量に応じて変化するため、出力する電圧ｅｗも変化する。

バネ２４および磁気発生体支持部材５１のストローク（撓み量）Ｓと電圧ｅｗとの関係は、図７に示した線図のようになるため、磁気センサ５３によって発生される電圧ｅｗから、磁気発生体支持部材５１およびバネ２４の撓み量が検出される。 また、磁気発生体支持部材５１およびバネ２４の撓み量が分かれば、磁気発生体支持部材５１と一体になった複数のバネ２４のバネ特性から、これらに加えられた荷重を検出することができる。 上述したように、磁気センサ５３の出力電圧ｅｗは、荷重変換器５６により着座者から車両シート１へ加えられた荷重に変換され、磁気センサ５３によって検出された磁場変化に基づいて、車両シート１へ加えられた荷重を検出できる。

本実施形態の荷重検出装置５によれば、車両シート１への着座によって、着座者から加わる荷重に応じた量だけバネ２４が撓み、磁石５２および磁気センサ５３との間の距離が変化することにより、磁石５２による磁場が変化し、磁気センサ５３によって検出された磁場変化に基づいて、車両シート１に加わった荷重を検出している。 磁気センサ５３は磁気感度に優れているため、磁場変化の検出により、数１０ｍｍ離れた位置にある磁石５２の変位も検出可能であるため、特別の変位量変換部材等を設けなくても、着座によるバネ２４の撓み量から、直接に車両シート１に加わった荷重を検出することが可能である。 このため、部品点数を低減でき、製造が容易で低コストな車両シート用荷重検出装置にすることができる。

また、磁気センサ５３は、固定部材である連結部材２２ｃに取り付けられる。 これにより、ハーネス５５が接続された磁気センサ５３が、着座によっても移動することはなく、それらの間の電気的な接続部の耐久性を向上させることができる。 また、接続されたハーネス５５の配索がしやすく、磁気センサ５３の車両シート１への取り付けが容易となる。
また、車両シート１への着座によって、磁気発生体支持部材５１が複数のバネ２４とともに下方へと撓んで、磁石５２が磁気センサ５３に近づくことにより、複数のバネ２４の撓みによって磁気センサ５３との距離が変化するため、車両シート１に加わる荷重を精度よく検出することができる。

＜実施形態の変形例＞
次に、本発明の実施形態１の変形例を図８および図９によって説明する。 図８に示したように、磁気センサ５３の感磁方向を、磁気発生体支持部材５１およびバネ２４の撓み方向に対し垂直にしてもよい。 また、図９に示したように、磁石５２の磁極の向きを、磁気発生体支持部材５１およびバネ２４の撓み方向に対し垂直にしてもよい。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）磁気発生体を車両シートの固定部材に取り付け、磁気センサをバネに取り付けてもよい。
（２）磁気発生体として、永久磁石に代えて電磁石等を用いてもよい。 また、ヨークの有無は問わない。
（３）磁気発生体および磁気センサを、シートバックのフレームとバネ部材とに取り付けて、着座者の背中からシートバックに対して加えられる荷重を検出してもよい。 あるいは、シートクッションとシートバックの双方に荷重検出装置を取り付けることにより、更に精度のよい荷重検出を行うことができる。
（４）磁石のＳ極を磁気インピーダンス素子側に配置してもよい。
（５）磁気発生体あるいは磁気センサを、それぞれ複数個取り付けることにより、いっそう精度のよい荷重検出が可能である。
（６）着座していない時に、磁気発生体と磁気センサとが互いに近傍にあり、着座によって、シートクッションのバネが撓むことにより、磁気発生体と磁気センサとが互いに離れるように配置してもよい。
（７）磁気発生体は、磁気発生体支持部材を使用せずに、直接にバネに取り付けてもよい。

本実施形態による車両シートの斜視図である。

図１に示した車両シートからクッション材を取り外した状態を示した斜視図である。

図２のＡ−Ａ断面図である。

図３の部分拡大図である。

本実施形態による車両シート用荷重検出装置を模式的に示した図である。

図３に示したバネが撓んだ状態を示した断面図である。

バネの撓み量と磁気センサの出力電圧との関係を示したグラフである。

実施形態の変形例を模式的に示した図である。

図８とは異なる変形例を模式的に示した図である。

符号の説明

１…車両シート ２…シートクッション ５…車両シート用荷重検出装置 ２２…シートクッションフレーム ２２ａ…シートクッションフレームの側辺 ２２ｃ…連結部材 ２４…バネ ５１…磁気発生体支持部材 ５２…磁石 ５３…磁気インピーダンス素子を有する磁気センサ