JP2004205410A - 荷重センサ及びシート重量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】環境温度が変化しても、加重測定に誤差の発生しにくい荷重センサを提供する。
【解決手段】センサ部５０を構成するフレキシブル基板の歪ゲージ５４ａ’〜５４ｄ’が形成されている部分は、折り曲げられて、センサ板５０の裏側に接着剤により接着される。これにより、歪ゲージ５４ａ〜５４ｄのそれぞれが配置されるセンサ板５０の裏側に、それぞれ歪ゲージ５４ａ’〜５４ｄ’が配置されることになる。センサ板５１が曲げ荷重を受けると、歪ゲージ５４ａと歪ゲージ５４ｃに発生する歪の変化量の差と、符号が反対でほぼ同じ歪の変化量が、歪ゲージ５４ａ’と歪ゲージ５４ｃ’の間に発生する。センサ板の温度が変化した場合でも、歪ゲージ５４ａと５４ａ’、歪ゲージ５４ｃと５４ｃ’の温度変化による抵抗変化は、ブリッジ回路により相殺され、出力の変化としては現れないか非常に小さくなる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷重を測定して電気信号に変換する荷重センサ及びこの荷重センサを使用したシート重量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車には乗員の安全を確保するための設備としてシートベルトやエアバッグが備えられる。最近では、シートベルトやエアバッグの性能をより向上させるため、乗員の重量（体重）に合わせてそれらの安全設備の動作をコントロールしようという動向がある。例えば、乗員の体重に合わせて、エアバッグの展開ガス量を調整したり、シートベルトのＥＡ荷重を調整したりする。そのためには、シートに座っている乗員の重量を何らかの手段で知る必要がある。そのような手段の一例として、シートレールの４隅に荷重センサ（ロードセル）を配置して、ロードセルにかかる垂直方向荷重を合計することにより乗員の重量を含むシート重量を計測する、との提案がなされている（特開平１１−１１５３号公報、特開平１１−３０４５７９号公報、特開２０００−１８０２５５号公報）。
【０００３】
上記のようなシート重量計測装置用の荷重センサとしては、最大計測荷重が５０kg程度で小型のものが望まれる。そのような荷重センサとしては、荷重を受けてたわむセンサ板に歪ゲージを貼った（あるいは形成した）もの、荷重を受けてたわむ弾性部材の変位を静電容量センサで検出するもの等がある。歪ゲージとして、厚膜歪ゲージを用いることもある。
【０００４】
このようなシート重量計測装置及び荷重センサの例として、特開２０００−１８０２５５号公報に記載されているもの（従来例）を説明する。図９は、従来例であるシート重量計測装置の全体構成を模式的に示す側面図である。以下、本明細書中で、単に前後、左右というときは、乗員１から見ての前後、左右を意味する。
【０００５】
図中には、シート３、その上の乗員１、シート下のシート重量計測装置５等が示されている。シート３は、乗員１の座るシートクッション３ａと、背当てであるシートバック３ｂからなる。シートクッション３ａの底面には前後、左右の４カ所にシートアジャスタ１０が突設されている。なお、図上では左側の前後の２個のアジャスタ１０のみが示されているが、右側のシートアジャスタ１０はその奥に隠れている。このような図示上の関係は、以下に述べる本装置の各部についても同じである。シートアジャスタ１０は、シート３内のフレームが一部が突出した部分であり、乗員１の調整によって、シートレール１１上を前後にスライド可能である。
【０００６】
シートレール１１は溝断面（図示されず）を有し、車両の前後方向に延びる部材である。その溝内をシートアジャスタ１０の下端部がスライドする。シートレール１１はシートクッション３ａの下に左右２本設けられている。シート重量計測装置を有しない従来のシートでは、シートレール１１が車体のシャーシのシートブラケットにボルトでしっかりと固定される。シートレール１１の後方の１カ所には、シートベルト２のバックル４を固定するアンカー固定部１２が設けられている。このアンカー固定部１２には、シートベルト２の張力がかかる。
【０００７】
シートレール１１の下には前後２組のシート重量計測装置５が設けられている。なお、図示されていない右側のシートレールの下にも前後２組のシート重量計測装置５が設けられており、結局、シート３の下には、前後左右４カ所にシート重量計測装置５が設けられている。各シート重量計測装置５は、シート保持機構１７と変位規制機構２５とから構成されており、シートレール１１とシート固定部１９間に配置されている。シート保持機構１７は、この例では、直列に連結された荷重センサ１３とたわみ部材１５を備える。荷重センサ１３は、シート保持機構１７にかかる荷重を検出している。たわみ部材１５は、シート３に乗員の体重がかかった時のシートレール１１の変位（移動）を拡大するための部材である。
【０００８】
変位規制機構２５は、この例では、シートレール１１の下面に接続された規制バー２１と、シート固定部１９上に形成された規制ブロック２３からなる。規制バー２１の先端部２１ａは、フランジ状に拡径されている。規制ブロック２３は内部に凹部２３ａを有する。同凹部２３ａの上端には、内側に張り出す鍔２３ｂが形成されている。規制バー先端部２１ａは、規制ブロックの凹部２３ａ内に、上下・前後・左右にある隙間を持って収まっている。
【０００９】
シートレール１１に異常な荷重がかかって荷重センサ１３やたわみ部材１５がある程度以上変形したときには、変位規制機構２５の規制バー先端部２１ａが規制ブロックの凹部２３ａの内壁と当接する。例えば、車両衝突時に乗員１が前方に移動しようとするのをシートベルト２が拘束したとすると、シートベルト２には、乗員１の慣性力による張力がかかる。このとき、規制バー２１は上に上がろうとするが、その動きは、規制バー先端部２１ａが規制ブロック鍔２３ｂの下面に当って止められる。
【００１０】
このように、シートとシート固定部の間に両者の相対変位をある範囲内に規制する変位規制機構２５を設け、荷重センサ１３に規定以上の力（例えば測定レインジを越える力）がかかるような場合は、超過荷重を荷重センサ１３ではなく変位規制機構（荷重制限機構）２５に受け持たせる。そのため、荷重センサ１３に求められる耐破断荷重は著しく低くてすみ、荷重センサ１３の小型化・低コスト化を実現できる。
【００１１】
次に、変位規制機構２５と、シート保持機構１７のたわみ部材１５との関係について説明する。もし、たわみ部材１５がなく（剛性部材とする）、また荷重センサ１３の測定レインジ全範囲における変形が０．１mmオーダーだとすると、変位規制機構２５の規制バー先端部２１ａと規制ブロック凹部２３ａの間の隙間も０．１mm程度にする必要がある。なぜなら、荷重が測定レインジを越えた時点で、規制バー先端部２１ａが規制ブロック凹部２３ａの内面に当って、超過荷重が変位規制機構２５にかかるようにする必要があるからである。
【００１２】
つまり、変位規制機構２５も上述の荷重センサ１３のストローク０．１mmに対応する作動精度が求められ、部品の寸法精度や取り付け精度は０．０１mmオーダーとなる。これは、プレス成形品を主とする自動車のシート周りの現状の寸法精度では、到底対応できるものではない。結局、荷重センサ１３のたわみストロークの小ささに引きずられて、変位規制機構（荷重制限機構）２５及びその周辺の部材には、高い寸法精度が求められる。この例においては、シート保持機構１７のたわみ部材１５の作用により、荷重センサ１３の測定レインジあるいは荷重負担レインジにおけるシート保持機構１７のたわみストロークが増幅される。そのため、シート保持機構１７や変位規制機構２５を構成する部材についての寸法精度や取り付け精度の要求を緩和することができる。
【００１３】
次にシート保持機構及び変位規制機構の具体例について説明する。図１０は、従来例であるシート重量計測装置の構造を示す図である。（Ａ）は全体の側面断面図であり、（Ｂ）はセンサ板の平面図である。図中の最上部にシートレール１１が示されている。シートレール１１の下に、センサフレーム上板３１及びセンサフレーム３３が、ボルト３２により取り付けられている。センサフレーム上板３１は、丈夫な板であって、中央部に穴３１ａを有する。センサフレーム３３は、内側が凹んだ皿状のものである。同フレーム３３の上部外周にはフランジ部３３ａが形成されており、前述のとおり同部でボルト３２によりセンサフレーム上板３１に取り付けられている。センサフレーム３３の底板３３ｂの中央部には、孔３３ｃが開けられている。
【００１４】
センサフレーム上板３１の下面には、センサ板３７がボルト３５で固定されている。この例でのセンサ板３７は、ステンレス鋼材からなり厚さ３mm、幅２０mm、長さ８０mmの長方形の板である。図１０（Ｂ）に示すように、センサ板３７の中央部には、中心軸貫通孔３７ｃが開けられており、両側部にはボルト孔３７ａが開けられている。センサ板３７の上面には、前後（図１０（Ｂ）の左右）に２個ずつの抵抗型歪ゲージ３７ｂを有するセンサが形成されている。これらの抵抗型歪ゲージ３７ｂは、センサ板３７の歪を検出して、同板３７にかかる荷重を計測するものである。
【００１５】
センサ板３７の中央の孔３７ｃには、中心軸３９が嵌合し、両者はナット３９ａで固定されている。センサ板３７の両側部の孔３７ａには、ボルト３５が下から上に嵌め込まれている。このボルト３５によりセンサ板３７はセンサフレーム上板３１に固定されている。
【００１６】
中心軸３９は、何カ所かの段やフランジ部を有する円筒状の軸である。同中心軸３９は、上から、上ナット３９ａ、フランジ部３９ｂ、センサフレーム貫通部３９ｃ、細径部３９ｄ、下ナット３９ｅ等から構成されている。上ナット３９ａは、上述のようにセンサ板３７を固定している。また、同ナット３９ａは、センサフレーム上板３１の中央穴３１ａの中に入り込んでいる。ナット３９ａと穴３１ａの間は、規準状態で、一例で、上下０．２５mm、円周方向０．５mmの隙間が設けられている。シートレール１１にかかる力が大きくなって、センサ板３７等の変形が大きくなると、同ナット３９ａが同穴３１ａの内面に当接する。その時点で、センサ板３７の変形がそれ以上進むことはなくなる。すなわち、中心軸上ナット３９ａとセンサフレーム上板中央穴３１ａが、変位規制機構を形成している。
【００１７】
中心軸３９のフランジ部３９ｂの外径は、センサフレーム３３の中央孔３３ｃよりも大きく、同部３９ｂの下面は規準状態で０．２５mmの隙間をもってセンサフレーム底板３３ｂの上面と対向している。シートレール１１に上向きの力がかかりセンサ板３７の変形が進むと、センサフレーム３３が持ち上げられて、同フレーム底板３３ｂの中央部上面３３ｄが中心軸フランジ部３９ｂの底面と当接する。ところで、中心軸３９のセンサフレーム貫通部３９ｃの外周とセンサフレーム中央孔３３ｃの内周の間には規準状態で０．７mmの隙間が存在する。この部分も変位規制機構を構成している。
【００１８】
中心軸３９の細径部３９ｄは、センサフレーム貫通部３９ｃから一段細くなって下方に延びている。同細径部３９ｄの先端にはナット３９ｅが螺合している。同細径部３９ｄの外周には、上から下に向かって、ワッシャー４１、ゴムワッシャー４３、センサベース４５、ゴムワッシャー４３、ワッシャー４１が嵌合している。ワッシャー４１は金属製である。ゴムワッシャー４３は、５０kgf 程度の上下方向の荷重変動があると、上下２枚分で０．５mm程度伸び縮みする。このゴムワッシャー４３は、シートレール１１とシート固定部（シートブラケット４７）との間の寸法差や歪を吸収する役割を果す。
【００１９】
センサベース４５は、金属製の板であって、シート重量計測装置の最下部の部材である。上下２枚のワッシャー４１、同じく２枚のゴムワッシャー４３、及びセンサベース４５は、中心軸３９のセンサフレーム貫通部３９ｃの下の段部と下ナット３９ｅとの間に挟まれている。センサベース４５の端部４５ｂは、シートブラケット４７に、図示せぬボルトにより固定されている。シートブラケット４７は、シャーシ上に突設されている。
【００２０】
図１０に示すシート重量計測装置の全体の作用についてまとめて説明する。シートレール１１にかかるシート及び乗員の重量は、通常は、センサ板３７を介して中心軸３９、ゴムワッシャー４３、センサベース４５、シートブラケット４７に伝わる。この際、センサ板３７が荷重にほぼ比例するたわみを生じ、それを抵抗型歪ゲージ３７ｂで検出し、センサ板３７にかかる上下方向の荷重を計測する。前後左右の各荷重センサの計測荷重を合計し、合計値からシートやシートレール等の重量を引けば乗員の重量を知ることができる。
【００２１】
一方、シートレール１１に荷重センサの測定レインジ、あるいは荷重負荷限界を超えるような異常な力がかかると、中心軸ナット３９ａがセンサフレーム上板中央穴３１ａの内面に当接したり、中心軸フランジ部３９ｂやセンサフレーム貫通部３９ｃがセンサフレーム底板３３ｂと当接する。このような変位規制機構の働きにより、センサ板３７の過大な変形を防止するとともに、シートレール１１とシートブラケット４７間を強固に連結する。
【００２２】
ここで、一般的に車載環境下ではノイズによる影響を排除するため電気的出力を大きくとる必要があり、できるだけ大きな変形歪をセンサ板に加える必要がある。そこで、センサ板の変形を検出する抵抗の直下を母材や積層部（センサ）が許容する最大の歪で変形させればよい。ただし、一部分に歪を集中させるとセンサ板の歪方で感度がばらついたり、さらに衝撃等によりさらなる局部集中が起こり、許容限度を超えて破損する。従って、センサ板や積層部の許容範囲を最大限に利用するには、変形応力を拡散させ、かつ抵抗周辺にセンサ板上に生じる最大歪量の７０％以上の表面歪量が均質に生じるようにセンサ板を形成すればよい。
【００２３】
次にセンサ板３７周りの構成について説明する。まずセンサ板３７自体の構成を説明する。図１１は、従来例であるシート重量計測装置のセンサ板の構成例を示す図である。図１１（Ａ）はセンサ板の平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）の線Ｘ−Ｘ′で切った側面断面図であり、（Ｃ）はセンサの回路図である。図１１においては、センサ板を符号５１で示している。
【００２４】
センサ部５０の母材であるセンサ板（バネ材）５１の上には、電気絶縁のための絶縁層（下絶縁層）５２が形成されている。この絶縁層５２の上に配線層５３が選択的に形成されている。さらに、この配線層５３の上に抵抗層５４が選択的に形成され、歪ゲージが構成されている。そして、それらの保護膜としての絶縁層（上絶縁層）５５が形成されている。このように、バネ材５１の上に抵抗などの電気回路を直接に積層形成しているので、加工コストや組付けコストを低減でき、さらに耐熱性や耐腐食性を向上できる。
【００２５】
センサ板５１は、全体として二カ所のくびれの入った長方形の板である。センサ板５１の中央部には中心軸孔５１ａが開けられている。センサ板５１の両端部には、ボルト孔５１ｂが開けられている。中心軸孔５１ａの周縁から中心軸孔５１ａと両ボルト孔５１ｂの間にかけて、センサ部５０が形成されている。センサ部５０の形成領域のうち中心軸孔５１ａと両ボルト孔５１ｂの間の領域５１ｃには、両側にＶ字状にえぐられたくびれが設けられている。このくびれにより、センサ板５１が変形する部分が位置的に固定されるため、センサ５０の表面歪の位置変化も固定され感度が安定となる。
【００２６】
センサ部５０は、中心軸孔５１ａの中心に対してほぼ左右対称に配置されている。センサ部５０を構成する４個の抵抗型歪ゲージは、ボルト孔５１ｂ寄り（端寄り）に引張歪側の２個の抵抗型歪ゲージ５４ａ，５４ｂが配置されており、中心軸孔５１ａ寄り（中央寄り）に、圧縮歪側の２個の抵抗型歪ゲージ５４ｃ，５４ｄが配置されている。そして、４個の抵抗型歪ゲージ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄは、図１１（Ｃ）のようなブリッジ回路を形成するように、配線５３ａ，５３ｂ，５３ｃ，５３ｄにより接続されている。なお、図中の四角の中に１、２、３、４の数字が入っているものは端子を示す。
【００２７】
抵抗型歪ゲージ５４ａ，５４ｃと抵抗型歪ゲージ５４ｂ，５４ｄの間には、感度調整抵抗５４ｅが配置されている。なお、抵抗型歪ゲージ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄによってセンサ板５１の歪を検出する代わりに、静電容量型歪ゲージやホール素子型歪ゲージ等によってセンサ板５１のたわみを検出し、そのたわみを荷重に換算してもよい。
【００２８】
【特許文献１】特開平１１−１１５３号公報
【特許文献２】特開平１１−３０４５７９号公報
【特許文献３】特開２０００−１８０２５５号公報
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、荷重センサにおいては、例えば図２に示すように、センサ板５１に荷重による曲げ変形を起こさせ、曲げ変形による歪を、図３に示す歪ゲージ５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５５ｄにより検出し、これらの歪ゲージで形成されたブリッジ回路の出力を検出することにより荷重を測定している。
【００３０】
しかしながら、歪ゲージの抵抗値は、歪のみでなく、温度によっても変化する。すなわち、例えばシート重量計測装置の環境温度が急に変わると、表面積の大きいセンサベース４５の温度が変化し、この温度変化は、ボルト（センサポスト）４９を通して、センサ板３７（５１）に伝達される。それにより、センサ板５１上の歪ゲージ５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄの間に温度差が生じ、その温度差によって抵抗値に差が発生する。よって、これらの歪ゲージで形成されるブリッジ回路に出力が発生し、加重計測の誤差となる。
【００３１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、荷重センサの環境温度が変化しても、加重測定に誤差の発生しにくい荷重センサ及びそれを使用したシート重量計測装置を提供することを課題とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、荷重を受けて曲げ変形する基板に複数の歪ゲージを貼り付けてブリッジ回路を構成し、当該ブリッジ回路からの電気信号を測定することにより荷重を測定する荷重センサであって、当該ブリッジ回路を構成する歪ゲージを、前記基板の表裏面のほぼ同じ場所に貼り付け、前記基板の温度分布により発生する歪ゲージの抵抗変化を補償するようにブリッジ回路を構成したことを特徴とする荷重センサ（請求項１）である。
【００３３】
本手段においては、ブリッジ回路を構成する歪ゲージを、前記基板の表裏面のほぼ同じ場所に貼り付け、前記基板の温度分布により発生する歪ゲージの抵抗変化を補償するようにしている。ほぼ、表裏面の同じ場所とは、平面的に見て重なる場所をいい、ほぼ同じ場所とは、温度補償が目的の精度で行える範囲であれば、多少の位置ずれが許されることを意味する。
【００３４】
基板の表裏面の同じ場所は、一方が引っ張り荷重を受ければ他方は圧縮荷重を受け、受ける荷重が反対となるが、温度による抵抗変化は同じように働く。よって、この性質を利用すれば、基板の温度分布により発生する歪ゲージの抵抗変化を補償し、かつ、基板にかかる荷重を検出可能なようにブリッジ回路を構成することができ、かつ、温度補償が可能となる。
【００３５】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記基板の正面と裏面のほぼ同じ位置に貼り付けられる歪ゲージが、ブリッジ回路の隣り合う辺に接続されることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００３６】
基板の正面と裏面のほぼ同じ位置に貼り付けられる歪ゲージを、ブリッジ回路の隣り合う辺に接続することにより、ブリッジ回路の出力は、荷重の変化による歪ゲージの抵抗変化、すなわち２つの歪ゲージの抵抗値が一方は増加し一方が減少する抵抗変化に対しては出力を発生し、温度による歪ゲージの抵抗値変化は互いに、ブリッジの出力変化をうち消すように働く。よって、基板にかかる荷重を検出可能なようにブリッジ回路を構成することができ、かつ、温度補償が可能となる。
【００３７】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、歪ゲージとそれに付属する電気部品、回路パターンを予め実装した絶縁体からなるフレキシブル基板を、前記基板に接着して構成されていることを特徴とするもの（請求項３）である。
【００３８】
手段においては、フレキシブル基板の上に予め歪ゲージとそれに付属する電気部品、回路パターンを実装しておき、その後にそのフレキシブル基板を、荷重を受ける基板に接着して荷重センサを構成する。フレキシブル基板への歪ゲージとそれに付属する電気部品、回路パターンの実装は、荷重を受ける基板にこれらの部品を実装するのに比べて簡単に行える。また、この製造工程においては、焼成を必要としない。よって、本手段は、製造が簡単であり、製造コストが安価なものとなる。
【００３９】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第３の手段であって、前記フレキシブル基板が、間にグランドパターンを形成する導電体を挟んだ２枚の絶縁体からなり、当該グランドパターンは、フレキシブル基板表面に実装されたグランドラインに導通していることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００４０】
本手段においては、２枚の絶縁体の間にグランドパターンを形成する導電体を挟み、一方の絶縁体に形成されたスルーホール等によりフレキシブル基板表面に実装されたグランドラインに導通させている。よって、グランドパターンをフレキシブル基板の面積とほぼ同一の面積とすることができ、耐ノイズ性を高めることができる。
【００４１】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第３の手段であって、前記フレキシブル基板が、間にグランドパターンを形成する導電体を内蔵するものであり、当該グランドパターンは、フレキシブル基板表面に実装されたグランドラインに導通していることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００４２】
本手段は、基本的には前記第４の手段と同様の構成をしているが、グランドパターンを構成する導電体が、完全に絶縁体からなるフレキシブル基板の内部に包み込まれている点が異なっている。これにより、グランドパターンが酸化することが防止され、耐久性が向上する。
【００４３】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第３の手段であって、歪ゲージ、電気部品及び回路パターンのうち少なくともひとつの上、下のうち少なくとも一方に絶縁部材を介してグランドパターンが設けられ、当該グランドパターンは、フレキシブル基板表面に実装されたグランドラインに導通していることを特徴とするもの（請求項６）である。
【００４４】
本手段においては、歪ゲージ、電気部品及び回路パターンのうち少なくともひとつの上、下のうち少なくとも一方に、絶縁部材を介してグランドパターンが設けられ、当該グランドパターンは、フレキシブル基板表面に実装されたグランドラインに導通している。よって荷重測定回路の耐ノイズ性が向上する。
【００４５】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第４の手段から第６の手段のいずれかであって、前記グランドパターンは、ＲＣ並列回路を介してフレキシブル基板表面に実装されたグランドラインに導通していることを特徴とするもの（請求項７）である。
【００４６】
本手段においては、グランドパターンが、ＲＣ並列回路を介してフレキシブル基板表面に実装されたグランドラインに導通しているので、抵抗Ｒと容量Ｃの値を調整することにより、サージを効率的に吸収することができる。
【００４７】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第３の手段から第７の手段のいずれかであって、前記フレキシブル基板の電気部品の実装される部分に裏打ち基板が設けられていることを特徴とするもの（請求項８）である。
【００４８】
本手段においては、フレキシブル基板の電気部品の実装される部分に裏打ち基板が設けられているので、電気部品が実装しやすくなる。裏打ち基板が設けられている面は、基板に接着される面とは逆の面であり、裏打ち基板に電気部品が実装されることはいうまでもない。
【００４９】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第３の手段から第８の手段のいずれかであって、前記基板の表裏面に貼り付けられる歪センサが、一つのフレキシブル基板内に実装され、当該フレキシブル基板を折り曲げて前記基板の表裏面に貼り付けることにより、貼り付けられるものであることを特徴とするものである。
【００５０】
本手段においては、基板の表裏面に貼り付けられる歪センサが、一つのフレキシブル基板内に実装され、当該フレキシブル基板を折り曲げて前記基板の表裏面に貼り付けるようにしているので、表裏面の歪センサを一度に基板に貼り付けることができ、かつ、表裏面の歪センサの位置調整も容易である。
【００５１】
前記課題を解決するための第１０の手段は、車両用シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置であって、シート内又はシートと車体との間に挿入された、シート重量の少なくとも一部を受けてこれを電気信号に変換する荷重センサを備え、当該荷重センサが前記第１の手段から第９の手段のうちいずれかに記載の荷重センサであることを特徴とするシート重量計測装置（請求項１０）である。
【００５２】
本手段においては、荷重センサとして前記第１の手段から第９の手段のうちいずれかに記載の荷重センサを使用しているので、それぞれ各センサの項の説明で述べた作用効果を得ることができる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例について、図を用いて説明する。以下の実施の形態の説明においては、荷重センサの基本的な構成は図１０、図１１に示したようなものとし、その詳細な機能の説明を省略する。また、シート荷重測定装置の実施の形態は、荷重センサの構造が異なるだけで図９に示したものと同じであるので、その説明を省略する。
【００５４】
図１は、本発明の実施の形態の１例である荷重センサの概要を示す図である。図１において、５１はセンサ板であり、図１０における３７、図１１における５１と同じものである。よって、センサ基板５１に設けられる穴には、同じ符号を付してその説明を省略する。
【００５５】
このセンサ板５１が、特許請求の範囲及び課題を解決する手段の欄における「荷重センサ」に相当する。センサ板５１の上には、センサ部５０が設けられているが、このセンサ部５０は、本実施の形態においては１枚のフレキシブル基板に歪ゲージとプリント配線を配置したものが用いられている。すなわち、センサ部５０が１枚のフレキシブル基板で構成されている。
【００５６】
すなわち、センサ部５０においては、ポリイミドの薄膜に、各歪ゲージ及びプリント配線がプリント技術により形成され、その上にポリイミド薄膜が形成されて、各歪ゲージとプリント配線がポイリミド薄膜で挟み込まれてフレキシブル基板を構成している。
【００５７】
このセンサ部５０には、歪ゲージ５４ａ〜５４ｄの他に、歪ゲージ５４ａ’〜５４ｄ’が設けられている。そして、これら各歪ゲージは、ハッチングを施して示したプリント配線５３により互いに結合されている。各プリント配線５３は、端子部５３ｅを有し、この端子部５３ｅを介して外部と接続される。
【００５８】
この実施の形態が図１１に示した従来技術と異なる点は、歪ゲージ５４ａ’〜５４ｄ’が設けられている点である。そして、実際の荷重センサにおいては、センサ部５０を構成するフレキシブル基板の歪ゲージ５４ａ’〜５４ｄ’が形成されている部分（図１でセンサ板５０から飛び出している部分）は、折り曲げられて、センサ板５０の裏側に接着剤により接着される。これにより、歪ゲージ５４ａ〜５４ｄのそれぞれが配置されるセンサ板５０の裏側に、それぞれ歪ゲージ５４ａ’〜５４ｄ’が配置されることになる。
【００５９】
図２に、センサ部５０の図１における左側の拡大図を示す。歪センサ５４ａ、５４ｃ、５４ａ’、５４ｃ’は、図２に示すようにプリント配線５３により相互に接続されている。
【００６０】
図３に、各歪センサにより形成されるブリッジ回路を示す。この回路の基本構成は、図１１（ｃ）に示すものと同じであるが、これに、新しい歪ゲージ５４ａ’〜５４ｄ’が図に示すような位置に追加されている。
【００６１】
荷重の変化に対して、センサ板５１が曲げ荷重を受けると、センサ板５１の表裏面では発生する引っ張り力と圧縮力が反対になる。よって、歪ゲージ５４ａと歪ゲージ５４ｃに発生する歪の変化量の差と、符号が反対でほぼ同じ歪の変化量が、歪ゲージ５４ａ’と歪ゲージ５４ｃ’の間に発生する。同様、歪ゲージ５４ｂと歪ゲージ５４ｄに発生する歪の変化量の差と、符号が反対でほぼ同じ歪の変化量が、歪ゲージ５４ｂ’と歪ゲージ５４ｄ’の間に発生する。よって、図３のような接続とすることにより、図１１（ｃ）に示すブリッジ回路により得られる出力のほぼ２倍の出力が図３に示すブリッジ回路から得られる。
【００６２】
センサ板の温度が変化した場合には、歪ゲージ５４ａと５４ａ’、歪ゲージ５４ｂと５４ｂ’、歪ゲージ５４ｃと５４ｃ’、歪ゲージ５４ｄと５４ｄ’の温度は、それぞれほぼ同一の状態で変化する。そして、図３に示すブリッジ回路において、これらの歪ゲージの対は、それぞれ合い隣る辺に配置されているので、温度変化による抵抗変化は、ブリッジ回路により相殺され、出力の変化としては現れないか非常に小さくなる。よって、本実施の形態である荷重センサにおいては、温度変化の影響が少ない状態で、荷重変化を測定することができる。
【００６３】
なお、この実施の形態においては、フレキシブル基板上に印刷等により歪ゲージ、配線を形成しているが、本発明の要旨は、従来の歪ゲージ（この実施の形態においては５４ａ〜５４ｄに対応）が設けられている基板の裏側に、新しく歪ゲージ（この実施の形態においては５４ａ’〜５４ｄ’に対応）を設けて温度補償を行うことにあるので、歪ゲージは、通常市販されているものを基板に取り付け、配線は通常の配線として、互いをワイヤボンディングや半田付けで接続しても良いことはいうまでもない。
【００６４】
また、この例においては、基板の表裏面に貼り付けられる歪ゲージを一枚のフレキシブル基板上に製作し、フレキシブル基板を折り曲げることにより表裏面への接着を行っているが、表裏面の歪ゲージ、配線を別々のフレキシブル基板上に設け、これらのフレキシブル基板をそれぞれ表裏面に貼り付けてもよい。さらに、配線のみをフレキシブル基板上に印刷等により形成し、このフレキシブル基板に歪ゲージをワイヤボンディングや半田付けで取り付けてもよい。さらには、図３に示すようなブリッジ回路をフレキシブル基板上に形成してもよいし、さらにこれに加えて、増幅回路等の回路、特にカスタムＩＣで形成された回路を、フレキシブル基板に取り付けるようにしてもよい。
【００６５】
いずれの場合も、歪ゲージ、配線、回路は、その両側をポリイミド等のフレキシブル絶縁材で挟み込むようにして、絶縁、防水の効果を持たせるようにすることが好ましい。
【００６６】
以下、このようにして、歪ゲージとそれに付属する電気部品、回路パターンを予め実装した絶縁体からなるフレキシブル基板を、荷重を受けて曲げ変形する基板に接着する例について説明する。
【００６７】
図４は、このようなフレキシブル基板上に構成された荷重センサ回路の構成の例を示す概念図である。絶縁体からなるフレキシブル基板６１の上には、歪ゲージ６２や、その信号を処理する増幅器等の電気部品６３が実装され、それらの間がプリント配線６４で結合されている。これら実装品を外部から絶縁し保護するために、絶縁体からなる保護膜６５が、これら実装品を包み込むように形成されている。
【００６８】
このようにして、必要な電気回路部品が実装されたフレキシブル基板６１は、接着剤６６により基板６７に接着されて加重センサが完成する。基板６７は多くの場合金属体からなり、少なくとも歪ゲージ６２の真下の部分は荷重を受けて変形するようになっている。場合によっては、この部分のみが薄く形成される場合もある。
【００６９】
基板６７に荷重が加わってこの部分が変形すると、その変形が接着剤６６で接合されたフレキシブル基板６１上の歪ゲージ６２に伝わり、電気信号に変えられる。この電気信号は、増幅器等の電気部品６３によって処理された後、図示しない配線を通して、ＣＰＵ等の制御装置に伝送される。
【００７０】
図５に、基板６７に接着される前に、フレキシブル基板上に電気回路部品を実装した他の例を示す。図５〜図７においては、既に示された図に現われた構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付している。この例においては、２枚のフレキシブル基板６１の間に、導電体からなる材料６８が挟まれ、グランドパターンが形成されている。通常、このグランドパターンの面積はできるだけ大きくされる。そして、このグランドパターンは、上側のフレキシブル基板６１に設けられたスルーホール６９を通して、プリント配線６４のグランドラインに接続されている。このように形成された部材を基板６７に接着した場合、グランドパターンが電磁遮蔽材となり、電子回路にノイズが入るのを防止することができる。
【００７１】
図６も、基板６７に接着される前に、フレキシブル基板上に電気回路部品を実装した他の例を示す図である。この構成は、図５に示したものと殆ど同じであるが、導電体からなる材料がフレキシブル基板６１の中に完全に包み込まれている点が、図５に示したものと異なっている。このようにすることにより、導電性体からなる材料６８（グランドパターン）が酸化されるのを防止することができる。
【００７２】
図７は、基板６７に接着される前に、フレキシブル基板上に電気回路部品を実装した、さらに他の例を示す図である。この例においては、増幅器等の電気部品６３が実装される部分に、裏打ち基板７０が設けられ、その上に電気部品６３が実装されている。ＩＣ等の電気部品は、コネクタピン等を有するので、フレキシブル基板１に直接実装するのが困難な場合があるが、裏打ち基板７０を介して実装することにより、実装が容易になる。この部分は、歪ゲージ６２が貼り付けられている部分と異なり、変形する必要が無く、逆に変形しない方が好ましいので、裏打ち基板７０を設けても何ら不都合なことはない。
【００７３】
図８は、フレキシブル基板１の内部にグランドパターン７１を設けて、歪ゲージ６２、プリント配線６４、電気部品６３をシールドしたものである。このグランドパターン７１は、スルーホール等によりプリント配線６４のグランドラインと接続するようにしてもよい。また、保護膜６５中にも同様にグランドパターンを設けるようにしてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、荷重センサの環境温度が変化しても、加重測定に誤差の発生しにくい荷重センサ及びそれを使用したシート重量計測装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例である荷重センサの概要を示す図である。
【図２】図１に示した荷重センサのセンサ部の拡大図である。
【図３】歪センサにより形成されるブリッジ回路を示す図である。
【図４】フレキシブル基板上に構成された荷重センサ回路の構成の例を示す概念図である。
【図５】基板に接着される前に、フレキシブル基板上に電気回路部品を実装した他の例を示す図である。
【図６】基板に接着される前に、フレキシブル基板上に電気回路部品を実装した他の例を示す図である。
【図７】基板に接着される前に、フレキシブル基板上に電気回路部品を実装した他の例を示す図である。
【図８】フレキシブル基板上に構成された荷重センサ回路の構成の他の例を示す概念図である。
【図９】従来例であるシート重量計測装置の全体構成を模式的に示す側面図である。
【図１０】従来例であるシート重量計測装置の構造を示す図である。
【図１１】従来例であるシート重量計測装置のセンサ板の構成例を示す図である。
【符号の説明】
５０…センサ部、５１…センサ板、５３…プリント配線、５３ｅ…端子部、５４ａ〜５４ｄ…歪ゲージ、５４ａ’〜５４ｄ’…歪ゲージ、６１…フレキシブル基板、６２…歪ゲージ、６３…電気部品、６４…プリント配線、６５…保護膜、６６…接着剤、６７…基板、６８…グランドパターン、６９…スルーホール、７０…裏打ち基板、７１…グランドパターン

Claims (10)

1. 荷重を受けて曲げ変形する基板に複数の歪ゲージを貼り付けてブリッジ回路を構成し、当該ブリッジ回路からの電気信号を測定することにより荷重を測定する荷重センサであって、当該ブリッジ回路を構成する歪ゲージを、前記基板の表裏面のほぼ同じ場所に貼り付け、前記基板の温度分布により発生する歪ゲージの抵抗変化を補償するようにブリッジ回路を構成したことを特徴とする荷重センサ。
2. 請求項１に記載の荷重センサであって、前記基板の正面と裏面のほぼ同じ位置に貼り付けられる歪ゲージが、ブリッジ回路の隣り合う辺に接続されることを特徴とする荷重センサ。
3. 請求項１又は請求項２に記載の荷重センサであって、歪ゲージとそれに付属する電気部品、回路パターンを予め実装した絶縁体からなるフレキシブル基板を、前記基板に接着して構成されていることを特徴とする荷重センサ。
4. 請求項３に記載の荷重センサであって、前記フレキシブル基板が、間にグランドパターンを形成する導電体を挟んだ２枚の絶縁体からなり、当該グランドパターンは、フレキシブル基板表面に実装されたグランドラインに導通していることを特徴とする荷重センサ。
5. 請求項３に記載の荷重センサであって、前記フレキシブル基板が、間にグランドパターンを形成する導電体を内蔵するものであり、当該グランドパターンは、フレキシブル基板表面に実装されたグランドラインに導通していることを特徴とする荷重センサ。
6. 請求項３に記載の加重センサであって、歪ゲージ、電気部品及び回路パターンのうち少なくともひとつの上、下のうち少なくとも一方に絶縁部材を介してグランドパターンが設けられ、当該グランドパターンは、フレキシブル基板表面に実装されたグランドラインに導通していることを特徴とする荷重センサ。
7. 請求項４から請求項６のうちいずれか１項に記載の荷重センサであって、前記グランドパターンは、ＲＣ並列回路を介してフレキシブル基板表面に実装されたグランドラインに導通していることを特徴とする荷重センサ。
8. 請求項３から請求項７のうちいずれか１項に記載の荷重センサであって、前記フレキシブル基板の電気部品の実装される部分に裏打ち基板が設けられていることを特徴とする荷重センサ。
9. 請求項３から請求項８のうちいずれか１項に記載の荷重センサであって、前記基板の表裏面に貼り付けられる歪センサが、一つのフレキシブル基板内に実装され、当該フレキシブル基板を折り曲げて前記基板の表裏面に貼り付けることにより、貼り付けられるものであることを特徴とする荷重センサ。
10. 車両用シートに座っている乗員の重量を含むシート重量を計測する装置であって、シート内又はシートと車体との間に挿入された、シート重量の少なくとも一部を受けてこれを電気信号に変換する荷重センサを備え、当該荷重センサが請求項１から請求項９のうちいずれか１項に記載の荷重センサであることを特徴とするシート重量計測装置。

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