JP3675458B2

JP3675458B2 - シート上荷重検出装置

Info

Publication number: JP3675458B2
Application number: JP2003282992A
Authority: JP
Inventors: 和教坂本; 均高柳
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2005-07-27
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: WO2005012849A1; JP2005049272A; US20070028702A1

Description

本発明は、シート上に作用する荷重を検出するシート上荷重検出装置に関するものであり、特に、シート骨格を構成するフレーム内に荷重センサを設けたシート上荷重検出装置に係わる。

従来、車両の分野において、着座者がシート上に着座状態にあるか否かを、シートクッションに作用する荷重を検出する為、シート骨格と成るシートクッションフレーム内にクッション性をもたせるクッションバネが配設されており、このクッションバネをシートの着座面に対して左右方向からバネによってシートクッションフレームに対して張架し、その一部に荷重センサを設けている（例えば、特許文献１を参照）。

上記した公報では、荷重センサはボルトにより、クッションフレームの側面部の内側に固定される。クッションバネはバネ線を縦横に組み込だ面状となっており、メインメンバーとその外側に取り付けられた複数のサブメンバー（コイルバネ）によって構成されている。コイルバネであるサブメンバーはそれぞれ一端がメインメンバーに対して着座面の左右両側に係止され、他端がクッションフレームに係止されている。

シート上に人が着座してシートクッション上に荷重が作用すると、サブメンバーが撓むことにより、荷重センサがサブメンバーによる引き力を検知する構成となる。この場合、複数あるサブメンバーの一つの撓みを検出する様に、サブメンバーの一つに荷重センサが設けられている。
特開２００１−１８０３５３号公報（第１頁）

しかしながら、従来した公報の如く、サブメンバーの一つに荷重センサが設けられる構成では、クッションバネに作用する荷重の一部を荷重センサにより検出する構成となっているため、人の着座時等においてクッションバネに作用する荷重は、荷重センサがつながるサブメンバー以外からクッションフレームへと逃げてゆく為、精度良い荷重検出が行えない。そこで、精度良い荷重検出を行うためには、クッションバネの各々に対して荷重センサを設ければ良いが、コストアップしてしまう。

よって、本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、コストアップを抑えて精度良く荷重検出が行える構成とすることを課題とする。

上記の課題を解決するために講じた技術的手段は、シート上に作用する荷重を荷重検出手段により検出するシート上荷重検出装置において、シート骨格となるシートフレーム内にシートのクッション性を持たせる複数のクッションバネを係止する係止ロッドを設け、前記荷重検出手段を該係止ロッドと前記シートフレームとの間に設けたことである。

この場合、好ましくは、荷重検出手段は係止ロッドに対して一対設けられると良い。

また、荷重検出手段は、荷重センサを備えた可撓部材から成り、可撓部材の一端はシートフレームに支持され、他端により係止ロッドを回転自在に支持されると良い。

更に、荷重検出手段は、内部に荷重センサを備え、内部容積が可変となる筒状体から成り、筒状体の一端はシートフレームに支持され、他端によりロッドを回転自在に支持し、荷重が作用した場合に内部容積が可変としても良い。

荷重センサは、ホール素子による検出または抵抗体の変化により荷重を検出する構成とするのが好ましい。

請求項１に記載の発明によれば、クッション性を持たせる複数のクッションバネを係止する係止ロッドによりまとめて係止することができ、その集めた荷重を大きくすることができる。また、荷重検出には各々のクッションバネに荷重検出手段を設けなくて良くなることから、低コストで荷重検出が行える構成にでき、従来に比べ、シートフレームへと逃げてゆく荷重を少なくし、精度の良い荷重検出を行うことができる。

請求項２に記載の発明によれば、荷重検出手段は、係止ロッドに対して一対設けられると、係止ロッドを両持ちで支持することができ、係止ロッドに作用する荷重を一対の荷重検出手段の総和により検出することができる。

請求項３に記載の発明によれば、荷重検出手段は、荷重センサを備えた可撓部材から成り、可撓部材の一端はシートフレームに支持され、他端により係止ロッドを回転自在に支持すれば、複数のクッションバネに作用した荷重は係止ロッドによって集められ、クッションバネに作用した荷重は荷重検出手段との間でストレスなく荷重検出手段へと伝えることができ、精度良く荷重検出を行うことができる。

請求項４に記載の発明によれば、荷重検出手段は、内部に荷重センサを備え、内部容積が可変となる筒状体から成り、筒状体の一端はシートフレームに支持され、他端によりロッドを回転自在に支持し、荷重が作用した場合に内部容積が可変となれば、クッションバネに作用した荷重は荷重検出手段へと伝わり、荷重の大きさによって、筒状体の内部容積が可変にでき、その内部容積の可変した状態を荷重センサが検出することによって、精度良く荷重検出を行うことができる。

請求項５に記載の発明によれば、荷重センサは、ホール素子による検出または抵抗体の変化により荷重を検出する構成とすれば、筒状体の内部にホール素子を設け、ホール素子の対向位置に永久磁石を設けて、ホール素子により磁束の変化を検出する、若しくは、筒状体の内部側面に抵抗体を形成し、その抵抗体の上でブラシを荷重の大きさに応じて摺動させる簡単な構成とすることにより実現できる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は車両におけるシート上荷重検出装置１０の構成を示すシート骨格を示した斜視図であり、図１に示す構成において、シート表皮およびヘッドレスト５を設けた状態を、図２に示す。尚、以下に説明する実施形態においては、図２に示すシート１に、人が着座面４に正規着座した場合において、前側（図２の左側）を前方、着座面４に対して後側（図２の右側）を後方とし、着座面４の両側を左右方向として説明を行う。

図２に示す様に、車両フロアに対してブラケット等を介して固定されるシート１は、主として、着座面４を有するシートクッション３と、シートクッション３に対して着座面４の後方で回動自在となるシートバック２と、シートバック２に対して上下動自在なヘッドレスト５とから構成されている。シート１の内部には、シートクッション３の骨格を成すクッションフレーム１１と、シートバックの骨格を成すシートバックフレーム１２から構成されている。

シートクッションフレーム１１は着座面４のシート骨格となるものであり、剛体から成り立っており、形状は矩形状を呈し内部が開口している。シートクッションフレーム１１では、着座面４の後方は左右の剛性を確保するために、連結ロッド１３がシートクッションフレーム１１の後方両端に設けられている。

一方、開口１４にはシートクッション３において人が着座した場合にクッション性をもたせるために、波状を呈する複数（例えば、図１では４個）の所定バネ定数を有するクッションバネ１７が、着座面４の左右方向において並列に設けられ、クッションバネ１７により荷重が受けられる構成となっている。即ち、クッションバネ１７の一端は、着座面４の前方に設けられる係止ロッド１５に夫々係止され連架されると共に、クッションバネ１７の他端は着座面４の後方に設けられる係止ロッド１６に夫々係止され連架されている。前後に設けられる係止ロッド１５，１６は、同一長および同一径となったパイプ状を呈しており、開口１４の左右方向の長さよりも若干短くなっている。クッションバネ１７は略Ｕ字状を呈する端部がそれぞれ引っ掛けられ、係止ロッド１５，１６の所定位置に係止されている。

係止ロッド１５は、シートクッションフレーム１１の前方で着座面４の左右両側に設けられた一対の可撓部材２１を介して、シートクッションフレーム１１に支持されて取り付けられている。

可撓部材（前方の荷重検出手段）２１は、着座面４の前方の荷重を検出するものであり、図３に示す形状を呈する。可撓部材２１は１枚のプレート板（例えば、所定の厚さの鉄板等）を略Ｕ字状に湾曲させて荷重センサ８が取り付けられる可撓部２５を形成し、その端部を円筒状にロール成形して円筒部２３を形成したものであり、Ｕ字状の水平面２４に対して、垂直にピン２２を立設させたものである。この可撓部材２１は荷重が作用した場合に、円筒部２３が変形しない様、円筒部２３は可撓部２５に対して溶接等が行われると良い。また、可撓部材２１を形成する別の方法としては、可撓部２５、円筒部２３、ピン２２をそれぞれ別体で設け、溶接等を施すことによりそれらを一体化することも可能である。

可撓部材２１は、図５に示す如く、円筒部２３に係止ロッド１５が挿通され、シートクッションフレーム１１の開口端の周縁近傍における所定位置に設けられた取り付け孔にピン２２が下方より上方へと挿通され、挿通されたピン２２が上方よりナット等の固定部材を用いて固定されることにより、可撓部材２１はシートクッションフレーム１１に取り付けられている。この場合、可撓部２５には可撓部２５の変形を検出する荷重センサ８が取り付けられる。

一方、着座面４の後方に設けられる係止ロッド１６と連結ロッド１３との間には、可撓部材３１が設けられている。可撓部材３１はシートクッションフレーム１１の後方において、着座面４の左右両側に一対設けられ、一対の可撓部材３１により着座面４の後方荷重を検出することができる。

可撓部材（後方の荷重検出手段）３１は、図４に示す形状を呈する。可撓部材３１は、１枚のプレート板（例えば、所定の厚さの鉄板等）を略Ｕ字状に湾曲させて荷重センサ９が取り付けられる可撓部３５が形成され、両端部をそれぞれ外側に向けて円筒状にロール成形して円筒部３２，３３が形成されたものである。この場合、荷重が作用した場合に円筒部３２，３３は変形しない様、可撓部３５に対して溶接等が行われると良い。また、可撓部材３１を形成する別の方法としては、可撓部３５、円筒部３２，３３をそれぞれ別体で作り、溶接等を施すことによりそれらを一体化することも可能である。

可撓部材３１は、図５に示す如く、シートクッションフレーム１１の後方に設けられ、後方荷重を検出するものである。可撓部材３１は、下方の円筒部３３に係止ロッド１６が挿通されると共に、上方の円筒部３２にシートクッションフレーム１１に取り付けられる連結ロッド１６が挿通される。

即ち、複数の並行なクッションバネ１７の一端は係止ロッド１５により連架され、他端は係止ロッド１６に連架され、２本の係止ロッド１５，１６は左右方向に設けられた一対の可撓部材２１，３１によって前後方向に支持される。クッションバネ１７のバネ力によって図５に示す状態（例えば、クッションバネ１７が水平状態で引っ張られ、図５に示す上下方向に撓みなく伸びた状態、或いは、クッションバネ１７の両側に位置する可撓部２５，３５が上下方向に変位しない状態）を保持している。この場合、前方の円筒部２３は円筒部２３の中に挿通される係止ロッド１５を回転支持すると共に、後方の円筒部３３は係止ロッド１６をシートクッションフレーム１１に対して回転支持する。この場合、可撓部材３１は連結ロッド１３が挿通された円筒部３２もまた回転自在に支持されている。この場合、可撓部３５には可撓部３５の変形を検出する荷重センサ９が取り付けられる。

次に、荷重がシート上に作用した場合の動作について、図６を参照して説明する。

図５に示す状態から、シートクッション３に着座者が着座してクッションバネ１７に、図６に示す如く荷重（例えば、鉛直方向の荷重）が作用した場合には、その荷重によりクッションバネ１７の付勢力に抗して、クッションバネ１７が下方へと撓む。この場合、複数のクッションバネ１７を連結して係止する係止ロッド１５全体が押し下げられることにより、前方の可撓部材２１の円筒部２３に挿通される係止ロッド１７は、ピン２２によるシートクッションフレーム１１との固定点を中心として円筒部２３に対して時計方向に回動する。これにより、可撓部材２１の円筒部２３は荷重の大きさに応じて図５に示す状態から下方へと下がると同時に、可撓部２５は拡開して、その拡開した変位を湾曲した可撓部２５に固定された荷重センサ８により検出することができる。

また、これと同時に着座面４の後方では、複数のクッションバネ１７の後端を係止し連架する係止ロッド１６が、図６に示す如く、図５に示す状態から荷重により押し下げられる。すると、連結ロッド１３が挿通する円筒部３２を中心として、円筒部３２が時計方向に回動すると可撓部材３１の有する弾性力によって下方のクッションバネ１７の後端を係止ロッド１６にて支持する円筒部３３は反時計方向に回動して、可撓部材３１の円筒部３３は荷重の大きさに応じて作用する荷重と同方向である下方へと下がると同時に、Ｕ字状の可撓部３５は図６に示す如く拡開して、その変位を可撓部３５に取り付けられた荷重センサ９で検出することができる。この場合、荷重の大きさにより直線的に電圧出力が変化する荷重センサ（例えば、歪ゲージ等）８，９を用いると、例えば、着座面４の前方に配設される一対の荷重センサ８から出力される電圧をＶFR，ＶFL、後方に配設される一対の荷重センサ９から出力される電圧をＶRR，ＶRLとした場合、４つの荷重センサ８，９の電圧合計値Ｖ（＝ＶFR＋ＶFL＋ＶRR＋ＶRL）により着座面４に作用する荷重を電圧からの換算により検出することが可能である。

一方、着座者がシートクッション３から離れ、クッションバネ１７に作用する上方からの荷重がなくなると、クッションバネ１７のもつ付勢力によって、図６に示す状態から図５に示す状態に復帰する。

この様に図５に示す構成にすれば、クッションバネ１７への荷重の入力方向と略同方向に可撓部２５，３５が付勢力に抗して変位することから、可撓部２５，３５のバネ定数を変えることにより可撓部２５，３５の変位量を荷重の大きさにより設定することが容易である。また、この構成では、シートクッションフレーム１１、クッションバネ１７、可撓部材２１，３１の取り付け交差を可撓部２５，３５によって吸収することができる。

シートクッションフレーム１１に対して、着座面４に作用する荷重を検出する構造は、言うまでもなくシートバック２の骨格となるシートバックフレーム１２に対しても適用すると、背もたれ部でもより正確な荷重検知が可能である。この場合には、シートクッションフレーム１１内では着座面４に対して前後方向で設けた複数のクッションバネ１７を、シートバックフレーム１２内で背もたれ部のクッション性を有するクッションバネ２０を左右方向に配置するとホールド性が良くなる。背もたれ部の複数（図１では６個）の並行配置されたクッションバネ２０は、係止ロッド１５，１６と同様な機能を有する２つの係止ロッド１８，１９によって係止され連架される構成とする。２つの係止ロッド１８，１９は上記した可撓部材２１または３１と同様の部材２６，２９を用いて、シートバックフレーム１２に対して左右両側から係止される構成とすることによって、シートバックに作用する荷重も検出する構成としても良い。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態の構成について説明する。第２実施形態は図５の変形例であり、その構成を図７に示す。

図５に示す第１実施形態の構成では、着座面４に対してクッションバネ１７を前後から支持する可撓部材２１，３１において、荷重の変位が発生し易い湾曲した可撓部２５，３５に対して荷重センサ８，９をそれぞれ設ける構成としたが、荷重センサ８，９は可動部２５，３５から延在した水平部２４に設けることもできる。この場合、水平部２４の一方の側に磁束変化を検出するホール素子３２，３４を固定し、他方の側にはホール素子３２，３４とそれぞれ対向する位置に磁束を発生させる永久磁石３３，３５を設ける。これによって、クッションバネ１７に荷重が作用すると、クッションバネ１７が撓み、図６に示す如く可撓部２５，３５が拡開した状態をホール素子３２，３４からの出力によって検出し、シートクッション３に作用した荷重を検出することができる。この構成は、可撓部材２１，３１に対して、ホール素子３２，３４および永久磁石３３，３５を設ければ良いので、簡単な構成によって、シートクッション３に作用する着座面４の荷重を係止ロッド１５，１６により集め、荷重検出手段となるホール素子３２，３４によって荷重検出が行える。

（第３実施形態）
次に、図８から図１０を参照して、第３実施形態について説明する。第１実施形態および第２実施形態では、２つの係止ロッド１５，１６を可撓部材２１，３１の撓みによって検出する構成としたが、第３実施形態では、可撓部材２１，３１に代わるピストン型の荷重検出装置（荷重検出手段）４０，４９により構成した。即ち、着座面４に作用する前方荷重を前方に設けられた荷重検出装置４０で検出すると共に、着座面４に作用する後方荷重を後方に設けられた荷重検出装置４９により検出するものとした。荷重検出装置４０は、ベースと成る本体部４１と、本体部４１に対して一方向に伸縮自在な円筒部４８を有する可動部４２、本体部４１と可動部４２との間に配設されたスプリング４３、本体部４１と可動部４２とにより形成される内部容量が可変となる空間内に設けられるホール素子４４及び永久磁石４５から構成され、可動部４２は本体部４１に対して所定量（所定ストローク）だけ伸縮自在となっている。荷重検出装置４０は内部容量が可変することにより、本体部４１と可動部４２のそれぞれに設けられたホール素子４４と永久磁石４５との距離が可動部４２の本体部４１に対する位置に応じて変化し、ホール素子４４を通過する永久磁石４５からの磁束が変化することによって、その変位量から荷重検出が可能となっている。この場合、円筒部４６の高さを調整することにより、ホール素子４４で検出する磁束を調整することができる。また、別の変形例として、図１１に示す如く、可動部４２に円筒部４８を形成し、円筒部４８の内壁に沿って抵抗値が軸方向においてリニアに変化する抵抗体４６を円筒部４８と一体で設け、抵抗体４６の両端に所定電圧（例えば、５Ｖ）を図示しない外部コネクタを介して印加すると共に、抵抗体４６に沿って軸方向において摺接するブラシ４７を本体部４１の内側中央に固定し、可動部４２が本体部４１に対して軸方向に変位することにより、抵抗体４６の変位量、即ち、クッションバネ１７に作用する荷重を検出する構成としても良い。

この様な荷重検出装置４０は、前方においては本体部４１をシートクッションフレーム１１の開口１４の周縁裏側にボルト等により固定し、可動部４２で着座面４の前方の荷重を受ける係止ロッド１５を支持する構成とする。一方、後方においては、本体部４１の上方に円筒部３２を一体で形成し、円筒部３２に連結ロッド１３を挿通させ、連結ロッド１３によって荷重検出装置４０が連結ロッド１３により回転自在に支持される。また、下方の可動部４７には円筒部３３を一体で形成し、そこにクッションバネ１７に作用する荷重を集めた係止ロッド１６が挿通される。

そこで、図９に示す如く、クッションバネ１７に矢印方向の荷重が作用すれば、その荷重により前方の荷重検出装置４０の可動部４２は、図８に示す状態（クッションバネ１７に荷重が作用していない状態）よりも荷重の大きさに比例した量だけ伸び、その伸びた変位をホール素子４４により検出する。また、後方の荷重検出装置４０の可動部４２は、時計方向のモーメントが発生により時計方向に回転しながら、荷重の大きさに比例した量だけ伸び、その伸びた変位をホール素子４４により検出する。これによって、クッションバネ１７に作用した荷重を前後の荷重検出装置４０からの出力の総和により検出することができる。

（第４実施形態）
図１２に第４実施形態を示す。

この第４実施形態では、シートクッションフレーム１１の中に剛体から成る荷重受プレート３０を設け、荷重受プレート３０を前後方向の両側から複数のコイルスプリング２７，２８によって、シートクッションフレーム１１に対してそれぞれ支持する。そして、その後方側を、図１と同じ係止ロッド１６により、シート後方に作用する荷重を受ける構成としても、第１実施形態と同様な効果を得ることができる。

（第５実施形態）
図１３に第５実施形態を示す。第５実施形態では、図１に示すクッションバネ１７および係止ロッド１５，１６を、クッション性を有する１つの荷重受部材３６にまとめて、荷重受部材３６をシートクッションフレーム１１に対して可撓部材２１，３１により支持する構成としても良い。

本発明のシート上荷重検出装置の第１実施形態におけるシート上荷重検出装置の構成を示すシートの斜視図である。車両用のシートの斜視図である。図１に示すシートクッションフレームの前方左右に一対で設けられた可撓部材の形状を示す斜視図である。図１に示すシートクッションフレームの後方左右に一対で設けられた可撓部材の形状を示す斜視図である。図１に示す構成において、シートクッションに荷重が作用していない状態を示した模式図である。図１に示す構成において、シートクッションに着座者が着座して荷重が作用した状態を示した模式図である。本発明の第２実施形態における模式図である。本発明の第３実施形態における模式図である。図８において、矢印方向に荷重が作用した状態を示す模式図である。図８で用いられる荷重センサの構造を示した模式図である。図８で用いられる荷重センサの別の構造を示した模式図である。本発明の第４実施形態における構成図である。本発明の第５実施形態における構成図である。

符号の説明

１シート
２シートバック
３シートクッション
４着座面
８，９荷重センサ
１０シート上荷重検出装置
１１シートクッションフレーム
１２シートバックフレーム
１３連結ロッド
１５，１６係止ロッド
１７クッションバネ
２１，３１可撓部材（荷重検出手段）
３２，３４，４４ホール素子
３３，３５，４５永久磁石
４０荷重検出装置
４１本体部
４２可動部
４４ホール素子
４６抵抗体
４７ブラシ

Claims

シート上に作用する荷重を荷重検出手段により検出するシート上荷重検出装置において、
シート骨格となるシートフレーム内にシートのクッション性を持たせる複数のクッションバネを係止する係止ロッドを設け、前記荷重検出手段を該係止ロッドと前記シートフレームとの間に設けたことを特徴とするシート上荷重検出装置。
前記荷重検出手段は、前記係止ロッドに対して一対設けられることを特徴とする請求項１に記載のシート上荷重検出装置。
前記荷重検出手段は、荷重センサを備えた可撓部材から成り、該可撓部材の一端は前記シートフレームに支持され、他端により前記係止ロッドを回転自在に支持することを特徴とする請求項１に記載のシート上荷重検出装置。
前記荷重検出手段は、内部に荷重センサを備え、内部容積が可変となる筒状体から成り、該筒状体の一端は前記シートフレームに支持され、他端により前記ロッドを回転自在に支持し、前記荷重が作用した場合に内部容積が可変することを特徴とする請求項１に記載のシート上荷重検出装置。
前記荷重センサは、ホール素子による検出または抵抗体の変位により前記荷重を検出することを特徴とする請求項４に記載のシート上荷重検出装置。