(57)【要約】【課題】軸方向の剛性が高い荷重センサを提供する。【解決手段】磁気式荷重センサ１は、一対の平行板２，３と平行板２，３同士を連結する連結片４とを有する。連結片４は、一対の平行板２，３に軸方向の荷重が負荷されたときに、連結片４のたわみによって平行板２，３同士が軸直角方向の相対変位を生じるように軸方向に対して傾斜して設けられている。平行板２に磁気ターゲット５が取り付けられ、平行板３に磁気センサ６が取り付けられている。平行板２，３同士の軸直角方向の相対変位により、磁気ターゲット５と磁気センサ６が軸直角方向に相対変位を生じる。【選択図】図１
2014134450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場を発生する磁気ターゲット（５）と、
その磁気ターゲット（５）が発生する磁場の強さを検出する磁気センサ（６）と、
軸方向に間隔をあけて平行に配置された一対の平行板（２，３）と、
その一対の平行板（２，３）同士を連結する連結片（４）とを有し、
その連結片（４）は、前記一対の平行板（２，３）に軸方向の荷重が負荷されたときに、連結片（４）のたわみによって前記平行板（２，３）同士が軸直角方向の相対変位を生じるように軸方向に対して傾斜して設けられ、
前記磁気ターゲット（５）および磁気センサ（６）は、前記平行板（２，３）同士の軸直角方向の相対変位により磁気ターゲット（５）と磁気センサ（６）が軸直角方向に相対変位を生じるように前記一対の平行板（２，３）のうち一方の平行板（２）に磁気ターゲット（５）が取り付けられ、他方の平行板（３）に磁気センサ（６）が取り付けられている
磁気式荷重センサ。
【請求項２】
前記連結片（４）は、前記一対の平行板（２，３）の間に周方向に間隔をおいて複数設けられ、これらの連結片（４）は、前記一対の平行板（２，３）に軸方向の荷重が負荷されたときに、各連結片（４）のたわみによって平行板（２，３）同士が中心位置（Ｏ）を保ったまま周方向に相対移動するようにすべて同じ周方向に傾斜して設けられている請求項１に記載の磁気式荷重センサ。
【請求項３】
前記磁気ターゲット（５）が、前記平行板（２，３）同士の軸直角方向の相対変位による磁気ターゲット（５）と磁気センサ（６）の相対変位方向に対して直交する方向に磁化されたＮ極とＳ極を、前記磁気ターゲット（５）と磁気センサ（６）の相対変位方向に隣接して有し、その隣り合うＮ極とＳ極の境目の近傍に前記磁気センサ（６）を配置した請求項２に記載の磁気式荷重センサ。
【請求項４】
前記磁気ターゲット（５）が、Ｎ極とＳ極を両端にもつ２個の永久磁石（１７，１８）からなり、その２個の永久磁石（１７，１８）は、一方の永久磁石（１７）のＮ極の隣に他方の永久磁石（１８）のＳ極が位置し、かつ、前記一方の永久磁石（１７）のＳ極の隣に前記他方の永久磁石（１８）のＮ極が位置するように逆向きにした状態で接着されている請求項３に記載の磁気式荷重センサ。
【請求項５】
前記磁気ターゲット（５）および磁気センサ（６）を、前記一対の平行板（２，３）の対向面（２ａ，３ａ）の外径側部分に配置した請求項２から４のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
【請求項６】
電動モータ（３４）と、その電動モータ（３４）の回転を摩擦パッド（２８）の軸方向移動に変換する運動変換機構とを有し、前記摩擦パッド（２８）をブレーキディスク（２１）に押し付けて制動力を発生する電動ブレーキ装置において、
前記摩擦パッド（２８）をブレーキディスク（２１）に押し付けたときに摩擦パッド（２８）に作用する軸方向後方への反力を受ける部分に、請求項１から５のいずれかに記載の磁気式荷重センサ（１）を組み込んだことを特徴とする電動ブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気式荷重センサ、およびその磁気式荷重センサを用いた電動ブレーキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電動ブレーキ装置は、一般に、電動モータの回転を摩擦パッドの軸方向移動に変換し、その摩擦パッドをブレーキディスクに押し付けて制動力を発生する。この電動ブレーキ装置は、制動力を所望の大きさに制御するため、摩擦パッドがブレーキディスクを押圧したときに摩擦パッドに作用する軸方向後方への反力を受ける部分に、荷重センサが組み込まれることが多い。
【０００３】
このように電動ブレーキ装置に組み込まれる荷重センサとして、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１の荷重センサは、磁場を発生する磁気ターゲットと、その磁気ターゲットが発生する磁場の強さを検出する磁気センサと、軸方向の荷重が負荷されたときに軸方向の変形を生じるばねとを有する。磁気ターゲットは、ばねに取り付けられ、磁気センサは、磁気ターゲットと軸直角方向に対向するように固定配置されている。
【０００４】
この荷重センサは、ばねに軸方向の荷重が負荷されると、ばねの変形によって磁気ターゲットと磁気センサが軸方向に相対変位する。このとき、磁気ターゲットと磁気センサの相対変位に応じて磁気センサで検出される磁場の強さが変化するので、磁気センサの出力信号に基づいて軸方向の荷重の大きさを検出することができる。
【０００５】
しかしながら、この荷重センサは、荷重の負荷方向（軸方向）と、荷重が負荷されたときの磁気ターゲットと磁気センサの相対変位方向（軸方向）とが同じ方向なので、荷重センサの軸方向の剛性と荷重センサの検出精度とを両立できない問題があった。
【０００６】
すなわち、上記荷重センサの軸方向の剛性を高くするためには、剛性の高いばねを使用する必要があるが、このようにすると、荷重が負荷されたときの磁気ターゲットと磁気センサの相対変位量が小さくなるので、荷重の分解能が粗くなり、荷重の検出精度が低くなる問題が生じる。逆に、荷重の検出精度を高くするためには、荷重の分解能が細かくなるように、剛性の低いばねを使用し、荷重が負荷されたときの磁気ターゲットと磁気センサの相対変位量を大きくする必要があるが、このようにすると、荷重センサの軸方向の剛性が低くなる問題が生じる。
【０００７】
特に、車両用の電動ブレーキに荷重センサを組み込む場合、荷重センサの軸方向の剛性が低い（すなわち荷重センサに軸方向の荷重が負荷されたときの荷重センサの軸方向の変形量が大きい）と、ブレーキの応答性が悪くなったり、電動ブレーキの荷重フィードバック制御が不安定となったりするおそれがあるため、荷重センサの軸方向の剛性を確保することは重要な課題であり、荷重の検出精度を確保することもまた重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−３０１８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明が解決しようとする課題は、軸方向の剛性が高い荷重センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願の発明者は、特許文献１の荷重センサにおいて、荷重センサの軸方向の剛性と荷重センサの検出精度とを両立できない問題が、荷重の負荷方向（軸方向）と、荷重が負荷されたときの磁気ターゲットと磁気センサの相対変位方向（軸方向）とが同じ方向であることに起因していることに着眼した。そして、この着眼に基づき、次の構成を磁気式荷重センサに採用したのである。
磁場を発生する磁気ターゲットと、
その磁気ターゲットが発生する磁場の強さを検出する磁気センサと、
軸方向に間隔をあけて平行に配置された一対の平行板と、
その一対の平行板同士を連結する連結片とを有し、
その連結片は、前記一対の平行板に軸方向の荷重が負荷されたときに、連結片のたわみによって前記平行板同士が軸直角方向の相対変位を生じるように軸方向に対して傾斜して設けられ、
前記磁気ターゲットおよび磁気センサは、前記平行板同士の軸直角方向の相対変位により磁気ターゲットと磁気センサが軸直角方向に相対変位を生じるように前記一対の平行板のうち一方の平行板に磁気ターゲットが取り付けられ、他方の平行板に磁気センサが取り付けられている。
【００１１】
このようにすると、一対の平行板に軸方向の荷重が負荷されたときに、連結片のたわみによって平行板同士が軸直角方向の相対変位を生じ、これに伴い、一方の平行板に取り付けられた磁気ターゲットと他方の平行板に取り付けられた磁気センサとが軸直角方向の相対変位を生じる。このとき、磁気ターゲットと磁気センサの相対変位に応じて磁気センサで検出される磁場の強さが変化するので、磁気センサの出力信号に基づいて軸方向の荷重の大きさを検出することができる。また、軸方向の荷重が負荷されたときの平行板同士の軸方向の変位量は、そのときの磁気ターゲットと磁気センサの相対変位量（平行板同士の軸直角方向の変位量）に比べて十分に小さいので、荷重センサの軸方向の剛性が高い。
【００１２】
前記連結片は、前記一対の平行板の間に周方向に間隔をおいて複数設けられ、これらの連結片は、前記一対の平行板に軸方向の荷重が負荷されたときに、各連結片のたわみによって平行板同士が中心位置を保ったまま周方向に相対移動するようにすべて同じ周方向に傾斜して設けると好ましい。
【００１３】
このようにすると、平行板に軸方向の荷重を負荷したときの平行板の移動の仕方が、中心位置を保った状態での周方向移動となるため、前記一対の平行板のいずれかをスラスト軸受で支持することが可能となる。これにより、軸方向の荷重が発生する装置（電動ブレーキ装置等）への荷重センサの組み込みが容易となる。
【００１４】
前記磁気ターゲットとして、前記平行板同士の軸直角方向の相対変位による磁気ターゲットと磁気センサの相対変位方向に対して直交する方向に磁化されたＮ極とＳ極を、前記磁気ターゲットと磁気センサの相対変位方向に隣接して有するものを採用し、その隣り合うＮ極とＳ極の境目の近傍に前記磁気センサを配置すると好ましい。
【００１５】
このようにすると、磁気ターゲットのＮ極とＳ極の境目の近傍に、磁気ターゲットと磁気センサの相対変位方向に隣り合う逆向きで高密度の磁束が生じ、この磁束が磁気センサを貫く状態となる。そのため、磁気ターゲットと磁気センサの微小な相対移動に応じて、磁気センサの出力信号が急峻に変化し、平行板に負荷される荷重の大きさを精度よく検出することが可能となる。また、磁気センサの出力信号は、平行板同士の軸直角方向の相対変位による磁気ターゲットと磁気センサの相対変位に対して急峻に変化し、一方、それ以外の磁気ターゲットと磁気センサの相対変位に対してはあまり変化しないという指向性が生じるため、磁気センサの出力信号が外部振動の影響を受けにくく、安定した精度で荷重の大きさを検出することが可能となる。
【００１６】
このような磁気ターゲットとしては、磁気センサに対向する側にＮ極とＳ極が存在し、その反対側にＳ極とＮ極が存在するように多極着磁を施した単一の永久磁石を採用することも可能であるが、Ｎ極とＳ極を両端にもつ２個の永久磁石を逆向きに接着したものを採用すると好ましい。すなわち、一方の永久磁石のＮ極の隣に他方の永久磁石のＳ極が位置し、かつ、前記一方の永久磁石のＳ極の隣に前記他方の永久磁石のＮ極が位置するように逆向きにした状態で２個の永久磁石を接着したものを採用すると好ましい。このようにすると、磁気ターゲットのＮ極とＳ極の境目の近傍に生じる逆向きの磁束の密度を効果的に高めることができ、平行板に負荷される荷重の大きさをきわめて精度よく検出することが可能となる。
【００１７】
ところで、各連結片のたわみによって平行板同士が中心位置を保ったまま周方向に相対移動するとき、平行板同士の周方向の相対変位の大きさは、内径側よりも外径側のほうが大きい。そのため、前記磁気ターゲットおよび磁気センサは、前記一対の平行板の対向面の外径側部分に配置すると好ましい。このようにすると、高い精度で荷重を検出することが可能となる。
【００１８】
また、この発明では、上記荷重センサを使用した電動ブレーキ装置として、電動モータと、その電動モータの回転を摩擦パッドの軸方向移動に変換する運動変換機構とを有し、前記摩擦パッドをブレーキディスクに押し付けて制動力を発生する電動ブレーキ装置において、前記摩擦パッドをブレーキディスクに押し付けたときに摩擦パッドに作用する軸方向後方への反力を受ける部分に上記荷重センサを組み込んだものを提供する。
【発明の効果】
【００１９】
この発明の磁気式荷重センサは、軸方向の荷重が負荷されたときの磁気ターゲットと磁気センサの相対変位方向が、荷重の負荷方向に対して直交する方向である。そのため、荷重センサの軸方向の剛性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明の実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図
【図２】図１のII−II線に沿った断面図
【図３】図２のIII−III線に沿った拡大断面図
【図４】図３に示す一対の平行板に軸方向の荷重が負荷された状態を示す拡大断面図
【図５】図３に示す磁気ターゲット近傍の磁束を示す模式図
【図６】図５に示す磁気ターゲットを単一の永久磁石で構成した変形例を示す模式図
【図７】図１に示す磁気ターゲットと磁気センサを径方向に対向配置した変形例を示す断面図
【図８】図７のVIII−VIII線に沿った断面図
【図９】図１に示す荷重センサを組み込んだ電動ブレーキ装置を示す断面図
【図１０】図９の直動アクチュエータ近傍の拡大断面図
【図１１】図１０のXI−XI線に沿った断面図
【図１２】ボールねじ機構を使用した電動ブレーキ装置に図１に示す荷重センサを組み込んだ例を示す断面図
【図１３】ボールランプ機構を使用した電動ブレーキ装置に図１に示す荷重センサを組み込んだ例を示す断面図
【図１４】図１３のXIV−XIV線に沿った断面図
【図１５】（ａ）は図１４に示すボールと傾斜溝の関係を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す状態から回転ディスクと直動ディスクが相対回転して両ディスクの間隔が拡大した状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１に、この発明の実施形態の磁気式荷重センサ１を示す。この荷重センサ１は、軸方向に間隔をあけて平行に配置された一対の平行板２，３と、この平行板２，３同士を連結する複数の連結片４と、一方の平行板２に取り付けられた磁気ターゲット５と、他方の平行板３に取り付けられた磁気センサ６とを有する。
【００２２】
平行板２は、軸方向にみて外周が円形の円環盤状に形成されている。この平行板２は鉄等の金属で形成することができる。平行板２の径方向内端には、平行板３とは反対側に延び出す円筒部７が一体に形成され、この円筒部７内に回転軸３０（図１０参照）を支持するラジアル軸受８が組み込まれている。
【００２３】
平行板２は、スラスト軸受９で軸方向に支持されている。スラスト軸受９は、周方向に間隔をおいて設けられた複数の転動体１０と、これらの転動体１０の間隔を保持する保持器１１とを有する。平行板２は、平行板３と対向する側とは反対側の面にスラスト軸受９の転動体１０が転がり接触する軌道面１２を有する。図に示すように、転動体１０として耐荷重の大きい針状ころまたは円筒ころを採用する場合、軌道面１２は熱処理（例えば高周波焼入れ）を施して硬化した円環状に連続する平面である。転動体１０として玉を採用する場合は、軌道面１２は、熱処理を施して硬化した円環状に連続する溝の内面となる。
【００２４】
平行板３は、平行板２と同様に、軸方向にみて外周が円形の円環盤状に形成されている。平行板３は鉄等の金属で形成することができる。平行板３の外径は、平行板２と同じかそれよりも大きい。平行板３の外周には、回り止め用のキー部材１３（図１０参照）と係合することで平行板３の周方向移動を規制する凹部１４が形成されている。凹部１４にかえて回り止め用の凸部を形成してもよい。
【００２５】
各連結片４は平行板２，３の間に設けられ、各連結片４の一端は、平行板２の平行板３に対する対向面２ａに接続され、各連結片４の他端は、平行板３の平行板２に対する対向面３ａに接続されている。ここで、連結片４と平行板２，３は溶接等で接続することも可能であるが、図３に示すように、連結片４と平行板２，３を継ぎ目のない一体成形品とすることで、連結片４と平行板２，３を接続すると好ましい。このようにすると、連結片４と平行板２，３の接続部分の耐久性を確保することができる。
【００２６】
連結片４と平行板２，３を一体成形する方法としては、例えば、メタルインジェクションを採用することができる。メタルインジェクションは、金属粉と少量の樹脂とを混合した材料を、成型金型に高圧で注入することによって部品を成形し、その後、部品を加熱炉に入れて樹脂を蒸発させる成形方法である。
【００２７】
図２に示すように、各連結片４は、平行板２，３の中心位置Ｏのまわりの周方向に等間隔となるように配置されている。各連結片４は、平行板２，３の周方向を厚さ方向とする板状に形成されている。各連結片４は軸方向（図２の紙面に直角な方向）に対して傾斜して設けられている。
【００２８】
各連結片４は、すべて同じ周方向に傾斜している。すなわち、各連結片４の平行板２側の端部の周方向位置が、各連結片４の平行板３側の端部の周方向位置に対して反時計回りにずれる周方向に各連結片４は傾斜している。これにより、一対の平行板２，３に軸方向の荷重が負荷されたときに、各連結片４のたわみによって平行板２，３同士が中心位置Ｏを保ったまま周方向に相対移動するようになっている。このとき、２枚の平行板２，３は平行を保ったまま相対移動する。
【００２９】
ここで、各連結片４は、図２に示すように、平行板２，３の外周よりも内側に間隔をおいた位置に配置し、平行板２，３の内径側部分同士を連結するようにすると、連結片４のたわみによる平行板２，３同士の周方向の相対変位の大きさを大きくすることができる。
【００３０】
図３に示すように、各連結片４の傾斜角θは、平行板２，３に荷重が負荷されていない状態で７５〜８７°、好ましくは８０〜８５°の範囲に設定されている。傾斜角θを８７°以下、好ましくは８５°以下とすると、平行板２，３に軸方向の荷重が負荷されたときに、確実に連結片４にたわみを生じさせることができる。ここで、たわみとは、連結片４の一端と他端が軸直角方向に相対変位を生じるような連結片４の変形をいう。また、傾斜角θを７５°以上、好ましくは８０°以上にすると、平行板２，３に軸方向の荷重が負荷されて、連結片４にたわみが生じたときの平行板２，３同士の軸方向の相対変位量を、平行板２，３同士の軸直角方向の変位量に比べて十分に小さく抑えることができる。
【００３１】
連結片４の平行板２側の端部の鈍角側の隅部分には、断面円弧状のアール部１５が設けられ、連結片４の平行板３側の端部の鈍角側の隅部分にも、断面円弧状のアール部１６が設けられている。このアール部１５，１６を設けることにより、連結片４と平行板２，３の接続部分に疲労による亀裂が発生するのを効果的に防止することができる。
【００３２】
図１に示すように、磁気ターゲット５は、平行板２の平行板３に対する対向面２ａの外径側部分に固定されている。一方、磁気センサ６は、平行板３の平行板２に対する対向面３ａの外径側部分に固定されている。磁気ターゲット５と磁気センサ６は、磁気ターゲット５が発生する磁場を磁気センサ６で検出するように対向して配置されている。
【００３３】
図３に示すように、磁気ターゲット５は、長手方向に磁化してＮ極とＳ極を両端にもつ２個の永久磁石１７，１８からなる。この２個の永久磁石１７，１８は、一方の永久磁石１７のＮ極の隣に他方の永久磁石１８のＳ極が位置し、かつ、一方の永久磁石１７のＳ極の隣に他方の永久磁石１８のＮ極が位置するように逆向きにした状態で接着されている。この磁気ターゲット５は、２個の永久磁石１７，１８が平行板２の周方向（図３の左右方向）に隣接する状態で平行板２に固定されている。
【００３４】
永久磁石１７，１８としては、例えば、ネオジム磁石を使用すると、省スペースで強力な磁束を発生させることができるが、サマリウムコバルト磁石、サマリウム窒化鉄磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石、プラセオジム磁石、などを使用してもよい。サマリウムコバルト磁石、サマリウム窒化鉄磁石、またはアルニコ磁石を使用すると、永久磁石１７，１８の温度上昇に伴う磁束の減少を抑えることができる。また、プラセオジム磁石を使用すると、永久磁石１７，１８の機械的強度を向上することができる。
【００３５】
磁気センサ６は、２個の永久磁石１７，１８の隣り合う磁極の境目の近傍で磁気ターゲット５と対向するように配置されている。磁気センサ６としては、磁気抵抗素子（いわゆるＭＲセンサ）や、磁気インピーダンス素子（いわゆるＭＩセンサ）を使用することも可能であるが、ホールＩＣを使用するとコスト面で有利であり、また耐熱性の高いホールＩＣが市販されているので電動ブレーキの用途に好適である。
【００３６】
ここで、磁気センサ６に対向する位置にあるＮ極（永久磁石１７のＮ極）とＳ極（永久磁石１８のＳ極）は、連結片４のたわみにより平行板２，３同士が相対変位を生じたときの磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位方向（図３の左右方向）に隣接した配置となっている。また、磁気センサ６に対向する位置にあるＮ極とＳ極の磁化方向は、磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位方向に対して直交する方向（図３の上下方向）となっている。
【００３７】
この荷重センサ１は、図４の矢印に示すように、一対の平行板２，３に軸方向の荷重が負荷されると、連結片４のたわみによって平行板２，３同士が軸直角方向の相対変位を生じ、これに伴い、一方の平行板２に取り付けられた磁気ターゲット５と他方の平行板３に取り付けられた磁気センサ６とが軸直角方向の相対変位を生じる。このとき、磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位に応じて磁気センサ６で検出される磁場の強さが変化する。そのため、平行板２，３に入力される軸方向の荷重の大きさと、磁気センサ６の出力信号との関係を予め把握しておくことにより、磁気センサ６の出力信号に基づいて軸方向の荷重の大きさを検出することができる。
【００３８】
ここで、荷重センサ１に軸方向の荷重が負荷されたときの磁気ターゲット５と磁気センサ６の周方向の相対変位の大きさは極めて小さい。例えば、この荷重センサ１を後述する電動ブレーキ装置に組み込んだとき、荷重センサ１には最大で３０ｋＮの軸方向の荷重が負荷されるが、このときの磁気ターゲット５と磁気センサ６の周方向の相対変位の大きさは０．１ｍｍ程度である。
【００３９】
このような微小変位を精度よく検出するために、この荷重センサ１では、一方の永久磁石１７のＮ極と他方の永久磁石１８のＳ極を周方向に隣接して配置している。すなわち、一方の永久磁石１７のＮ極と他方の永久磁石１８のＳ極とが周方向に隣接していると、図５に示すように、磁気ターゲット５のＮ極とＳ極の境目の近傍に、逆向きで隣り合う高密度の磁束が生じ、この磁束が磁気センサ６を貫く状態となる。そのため、磁気ターゲット５と磁気センサ６の微小な相対移動に応じて、磁気センサ６の出力信号が急峻に変化する。したがって、磁気ターゲット５と磁気センサ６の周方向に相対移動量が微小であるにもかかわらず、平行板２，３に負荷される荷重の大きさを精度よく検出することが可能となっている。ここで、磁気ターゲット５から見て磁気センサ６の裏側に位置する平行板３を強磁性材料（例えば鉄）で形成すると、磁気センサ６を貫く磁束の密度を効果的に高めることが可能である。
【００４０】
以上のとおり、この荷重センサ１は、平行板２，３に軸方向の荷重が負荷されたときに、連結片４のたわみによって平行板２，３同士が軸直角方向の相対変位を生じ、これに伴い、一方の平行板２に取り付けられた磁気ターゲット５と他方の平行板３に取り付けられた磁気センサ６とが軸直角方向の相対変位を生じる。このとき、磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位に応じて磁気センサ６で検出される磁場の強さが変化するので、磁気センサ６の出力信号に基づいて軸方向の荷重の大きさを検出することができる。すなわち、この荷重センサ１は、平行板２，３に負荷される軸方向の荷重を、磁気ターゲット５と磁気センサ６の周方向の相対変位に変換して検出する。
【００４１】
この荷重センサ１は、軸方向の荷重が負荷されたときの磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位方向が、荷重の負荷方向に対して直交する方向であるため、荷重センサ１の軸方向の剛性が高い。すなわち、図４に示すように、一対の平行板２，３に軸方向の荷重が負荷されたとき、平行板２と連結片４の接続部分は、近似的に見ると、連結片４の長さを半径とする円弧に沿って移動することから、軸方向の荷重が負荷されたときの平行板２，３同士の軸方向（図４の上下方向）の変位量は、磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位量（図４の左右方向の変位量）に比べて十分に小さいものとなる。そのため、この荷重センサ１は、軸方向の荷重が負荷されたときの軸方向の変形量が小さく、軸方向の剛性が高い。
【００４２】
また、この荷重センサ１は、磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位方向に対して直交する方向に磁化されたＮ極とＳ極を、磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位方向に隣接して配置した磁気ターゲット５を採用しているので、図５に示すように、磁気ターゲット５のＮ極とＳ極の境目の近傍に、磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位方向に隣り合う逆向きで高密度の磁束が生じ、この磁束が磁気センサ６を貫く状態となる。そのため、磁気ターゲット５と磁気センサ６の微小な相対移動に応じて、磁気センサ６の出力信号が急峻に変化し、平行板２，３に負荷される荷重の大きさを精度よく検出することが可能である。
【００４３】
また、磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位方向に対して直交する方向に磁化されたＮ極とＳ極を、磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位方向に隣接して配置した磁気ターゲット５を採用すると、この磁気ターゲット５に対向して配置された磁気センサ６の出力信号は、磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位に対して急峻に変化し、一方、それ以外の磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位に対してはあまり変化しないという指向性を示す。そのため、磁気センサ６の出力信号が外部振動の影響を受けにくく、安定した精度で荷重の大きさを検出することが可能である。
【００４４】
磁気ターゲット５としては、例えば、図６に示すように、磁気センサ６に対向する側にＮ極とＳ極が存在し、その反対側にＳ極とＮ極が存在するように多極着磁を施した単一の永久磁石を採用することも可能である。しかし、上記実施形態のように、Ｎ極とＳ極を両端にもつ２個の永久磁石１７，１８を逆向きに接着したものを採用すると好ましい。このようにすると、磁気ターゲット５のＮ極とＳ極の境目の近傍に生じる逆向きの磁束の密度を効果的に高めることができ、平行板２，３に負荷される荷重の大きさをきわめて精度よく検出することが可能となる。
【００４５】
ところで、各連結片４のたわみによって平行板２，３同士が中心位置Ｏを保ったまま周方向に相対移動するとき、平行板２，３同士の周方向の相対変位の大きさは、内径側よりも外径側のほうが大きい。そのため、磁気ターゲット５および磁気センサ６は、上記実施形態のように、一対の平行板２，３の対向面２ａ，３ａの外径側部分に配置すると好ましい。このようにすると、高い精度で荷重を検出することが可能となる。
【００４６】
また、図２に示すように、連結片４は、平行板２，３の内径側部分同士を連結するように設けると、平行板２，３の外径側部分同士を連結するように連結片４を設けた場合よりも、連結片４のたわみによる平行板２，３同士の周方向の相対変位の大きさが大きくなるので、高い精度で荷重を検出することが可能となる。
【００４７】
また、上記の荷重センサ１は、スラスト軸受９の転動体１０が転がり接触する軌道面１２が平行板２に直接形成されており、スラスト軸受９と平行板２の間に、転動体１０が転がり接触する別部材（一般的なスラスト軸受９の軌道盤）がないので、その分、荷重センサ１の軸方向長さが短く、軸方向長さの短縮化が要求される電動ブレーキ装置に好適である。
【００４８】
磁気ターゲット５と磁気センサ６は、図７，８に示すように、平行板２，３の径方向に対向して配置してもよいが、上記実施形態のように、平行板２の軸方向に対向して配置すると、磁気ターゲット５および磁気センサ６の平行板２，３への組み付けが容易であり、低コストである。
【００４９】
図１〜図８では、平行板２に磁気ターゲット５を固定し、平行板３に磁気センサ６を固定しているが、この磁気ターゲット５と磁気センサ６の関係を反対にしてもよい。すなわち、平行板２に磁気センサ６を固定し、平行板３に磁気ターゲット５を固定してもよい。
【００５０】
図９〜図１１に、上記の荷重センサ１を使用した車両用の電動ブレーキ装置を示す。
【００５１】
この電動ブレーキ装置は、車輪と一体に回転するブレーキディスク２１を間に挟んで対向する対向片２２，２３をブリッジ２４で連結した形状のキャリパボディ２５と、対向片２３のブレーキディスク２１に対する対向面に開口する収容孔２６に組み込まれた直動アクチュエータ２７と、左右一対の摩擦パッド２８，２９とからなる。
【００５２】
摩擦パッド２８は、対向片２３とブレーキディスク２１の間に設けられており、キャリパボディ２５に取り付けられたパッドピン（図示せず）でブレーキディスク２１の軸方向に移動可能に支持されている。他方の摩擦パッド２９は反対側の対向片２２に取り付けられている。キャリパボディ２５は、ブレーキディスク２１の軸方向にスライド可能に支持されている。
【００５３】
図１０に示すように、直動アクチュエータ２７は、回転軸３０と、回転軸３０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ３１と、これらの遊星ローラ３１を囲むように配置された外輪部材３２と、遊星ローラ３１を自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤ３３と、外輪部材３２の軸方向後方に配置された荷重センサ１とを有する。
【００５４】
回転軸３０は、図９に示す電動モータ３４の回転が歯車３５を介して入力されることにより回転駆動される。回転軸３０は、対向片２３を軸方向に貫通して形成された収容孔２６の軸方向後側の開口から一端が突出した状態で収容孔２６に挿入され、収容孔２６からの突出部分に歯車３５がスプライン嵌合して回り止めされている。歯車３５は、収容孔２６の軸方向後側の開口を塞ぐようにボルト３６で固定した蓋３７で覆われている。蓋３７には回転軸３０を回転可能に支持する軸受３８が組み込まれている。
【００５５】
図１１に示すように、遊星ローラ３１は、回転軸３０の外周の円筒面に転がり接触しており、回転軸３０が回転したときに遊星ローラ３１と回転軸３０の間の摩擦によって遊星ローラ３１も回転するようになっている。遊星ローラ３１は、周方向に一定の間隔をおいて複数設けられている。
【００５６】
図１０に示すように、外輪部材３２は、キャリパボディ２５の対向片２３に設けられた収容孔２６内に収容され、その収容孔２６の内周で軸方向にスライド可能に支持されている。外輪部材３２の軸方向前端には、摩擦パッド２８の背面に形成された係合凸部３９に係合する係合凹部４０が形成され、この係合凸部３９と係合凹部４０の係合によって、外輪部材３２がキャリパボディ２５に対して回り止めされている。
【００５７】
外輪部材３２の内周には螺旋凸条４１が設けられ、遊星ローラ３１の外周には、螺旋凸条４１に係合する円周溝４２が設けられており、遊星ローラ３１が回転したときに、外輪部材３２の螺旋凸条４１が円周溝４２に案内されて、外輪部材３２が軸方向に移動するようになっている。ここでは遊星ローラ３１の外周にリード角が０度の円周溝４２を設けているが、円周溝４２のかわりに螺旋凸条４１と異なるリード角をもつ螺旋溝を設けてもよい。
【００５８】
キャリヤ３３は、遊星ローラ３１を回転可能に支持するキャリヤピン３３Ａと、その各キャリヤピン３３Ａの軸方向前端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤプレート３３Ｃと、各キャリヤピン３３Ａの軸方向後端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤ本体３３Ｂとからなる。キャリヤプレート３３Ｃとキャリヤ本体３３Ｂは遊星ローラ３１を間に軸方向に対向しており、周方向に隣り合う遊星ローラ３１の間に配置された連結棒４３を介して連結されている。
【００５９】
キャリヤ本体３３Ｂは、滑り軸受４４を介して回転軸３０に支持され、回転軸３０に対して相対回転可能となっている。遊星ローラ３１とキャリヤ本体３３Ｂの間には、遊星ローラ３１の自転がキャリヤ本体３３Ｂに伝達するのを遮断するスラスト軸受４５が組み込まれている。
【００６０】
各キャリヤピン３３Ａは、周方向に間隔をおいて配置された複数のキャリヤピン３３Ａに外接するように装着された縮径リングばね４６で径方向内方に付勢されている。この縮径リングばね４６の付勢力によって、遊星ローラ３１の外周は回転軸３０の外周に押さえ付けられ、回転軸３０と遊星ローラ３１の間の滑りが防止されている。縮径リングばね４６の付勢力を遊星ローラ３１の軸方向全長にわたって作用させるため、キャリヤピン３３Ａの両端に縮径リングばね４６が設けられている。
【００６１】
荷重センサ１は、平行板２の軸方向後方に平行板３が位置する向きで収容孔２６内に嵌め込まれている。キャリヤ３３と荷重センサ１の間には、キャリヤ３３と一体に公転する間座４７が組み込まれており、この間座４７がスラスト軸受９で回転可能に支持されている。回転軸３０は、平行板２の円筒部７内に組み込まれたラジアル軸受８で回転可能に支持されている。
【００６２】
荷重センサ１は、平行板３の外周縁を、収容孔２６の内周に装着した止め輪４９で係止することによって軸方向後方への移動が規制されている。そして、この荷重センサ１は、スラスト軸受９と間座４７とを介してキャリヤ本体３３Ｂを軸方向に支持することで、キャリヤ３３の軸方向後方への移動を規制している。また、キャリヤ３３は、回転軸３０の軸方向前端に装着された止め輪５０で軸方向前方への移動も規制されている。したがって、キャリヤ３３は、軸方向前方と軸方向後方の移動がいずれも規制され、キャリヤ３３に保持された遊星ローラ３１も軸方向移動が規制された状態となっている。
【００６３】
平行板３の外周の凹部１４には、収容孔２６の内周に係止したキー部材１３が嵌め込まれ、この凹部１４とキー部材１３の係合によって収容孔２６の内周に平行板３が回り止めされている。
【００６４】
次に、上述した電動ブレーキ装置の動作例を説明する。
【００６５】
電動モータ３４を作動させると、回転軸３０が回転し、遊星ローラ３１がキャリヤピン３３Ａを中心に自転しながら回転軸３０を中心に公転する。このとき螺旋凸条４１と円周溝４２の係合によって外輪部材３２と遊星ローラ３１が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ３１はキャリヤ３３と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ３１は軸方向に移動せず、外輪部材３２が軸方向に移動する。このようにして、直動アクチュエータ２７は、電動モータ３４で駆動される回転軸３０の回転を外輪部材３２の軸方向移動に変換し、その外輪部材３２で摩擦パッド２８に軸方向の荷重を印加することで、摩擦パッド２８をブレーキディスク２１に押し付けて制動力を発生させる。
【００６６】
ここで、摩擦パッドをブレーキディスク２１に押し付けたとき、摩擦パッド２８は軸方向後方への反力を受け、この反力は、外輪部材３２、遊星ローラ３１、キャリヤ３３、間座４７を介して荷重センサ１で受け止められる。そして、その反力によって荷重センサ１の連結片４がたわみ、磁気ターゲット５と磁気センサ６が周方向の相対変位を生じる。この磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位に応じて磁気センサ６の出力信号が変化するので、磁気センサ６の出力信号に基づいて軸方向の荷重の大きさを検出することができる。また、この磁気センサ６の出力信号を用いて荷重をフィードバック制御することにより、高精度な荷重制御が実現できる。
【００６７】
ところで、上記電動ブレーキ装置は、摩擦パッド２８をブレーキディスク２１に押し付けたときに摩擦パッド２８に作用する軸方向後方への反力を受ける部分に荷重センサ１が組み込まれているので、荷重センサ１の軸方向の剛性が低い（すなわち荷重センサ１に軸方向の荷重が負荷されたときの荷重センサ１の軸方向の変形量が大きい）と、ブレーキの応答性が悪くなったり、荷重フィードバック制御が不安定となったりするおそれがある。そのため、荷重センサ１の軸方向の剛性を確保することは重要な課題である。そこで、軸方向の剛性が高く、軸方向の荷重が負荷されたときの軸方向の変形量が小さい上記荷重センサ１を使用することで、ブレーキの応答性を高め、また、安定した荷重フィードバック制御を実現することが可能となる。
【００６８】
この電動ブレーキ装置では、回転軸３０の回転を摩擦パッド２８の軸方向移動に変換する運動変換機構として、回転軸３０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ３１と、遊星ローラ３１を自転可能かつ公転可能に保持し、軸方向移動を規制されたキャリヤ３３と、複数の遊星ローラ３１を囲むように配置された外輪部材３２と、外輪部材３２の内周に設けられた螺旋凸条４１と、螺旋凸条４１と係合するように各遊星ローラ３１の外周に設けられた螺旋溝または円周溝４２とからなる遊星ローラ機構を採用しているが、他の構成の運動変換機構を採用した電動ブレーキ装置にも上記荷重センサ１を組み込むことができる。
【００６９】
例えば、運動変換機構としてボールねじ機構を採用した電動ブレーキ装置に荷重センサ１を組み込んだ例を図１２に示す。以下、上記実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。
【００７０】
図１２に示す電動ブレーキ装置は、回転軸３０と、回転軸３０と一体に設けられたねじ軸５１と、ねじ軸５１を囲むように設けられたナット５２と、ねじ軸５１の外周に形成されたねじ溝５３とナット５２の内周に形成されたねじ溝５４の間に組み込まれた複数のボール５５と、ナット５２のねじ溝５４の終点から始点にボール５５を戻す図示しないリターンチューブと、ナット５２の軸方向後方に配置された荷重センサ１とを有する。
【００７１】
ナット５２は、対向片２３に設けられた収容孔２６内に、回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。ねじ軸５１の軸方向後端にはねじ軸５１と一体に回転する間座４７が設けられ、その間座４７が荷重センサ１のスラスト軸受９で支持されている。ここで、荷重センサ１は、間座４７を介してねじ軸５１を軸方向に支持することで、ねじ軸５１の軸方向後方への移動を規制している。
【００７２】
この電動ブレーキ装置は、回転軸３０を回転させることによって、ねじ軸５１とナット５２を相対回転させ、ナット５２を軸方向前方に移動させてブレーキディスク２１に押し付ける。このとき、摩擦パッド２８には、軸方向後方への反力が作用し、その反力は、ナット５２、ねじ軸５１、間座４７を介して荷重センサ１で受け止められる。そして、その反力によって荷重センサ１の連結片４がたわみ、磁気ターゲット５と磁気センサ６が周方向の相対変位を生じる。この磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位に応じて磁気センサ６の出力信号が変化するので、磁気センサ６の出力信号に基づいて軸方向の荷重の大きさを検出することができる。
【００７３】
また、運動変換機構としてボールランプ機構を採用した電動ブレーキ装置に荷重センサ１を組み込んだ例を図１３に示す。
【００７４】
図１３において、電動ブレーキ装置は、回転軸３０と、回転軸３０の外周に回り止めされた回転ディスク６０と、回転ディスク６０の軸方向前方に対向して配置された直動ディスク６１と、回転ディスク６０と直動ディスク６１の間に挟まれた複数のボール６２と、直動ディスク６１の軸方向後方に配置された荷重センサ１とを有する。
【００７５】
直動ディスク６１は、対向片２３に設けられた収容孔２６内に、キャリパボディ２５に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。回転ディスク６０の軸方向後端には回転ディスク６０と一体に回転する間座４７が設けられ、その間座４７が荷重センサ１のスラスト軸受９で支持されている。ここで、荷重センサ１は、間座４７を介して回転ディスク６０を軸方向に支持することで回転ディスク６０の軸方向後方への移動を規制している。
【００７６】
図１３、図１４に示すように、回転ディスク６０の直動ディスク６１に対する対向面６０ａには、周方向の一方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝６３が形成され、直動ディスク６１の回転ディスク６０に対する対向面６１ａには、周方向の他方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝６４が形成されている。図１５（ａ）に示すように、ボール６２は、回転ディスク６０の傾斜溝６３と直動ディスク６１の傾斜溝６４の間に組み込まれており、図１５（ｂ）に示すように、直動ディスク６１に対して回転ディスク６０が相対回転すると、傾斜溝６３，６４内をボール６２が転動して、回転ディスク６０と直動ディスク６１の間隔が拡大するようになっている。
【００７７】
この電動ブレーキ装置は、回転軸３０を回転させることによって、直動ディスク６１と回転ディスク６０を相対回転させて、直動ディスク６１を軸方向前方に移動させて摩擦パッド２８をブレーキディスク２１に押し付ける。このとき、摩擦パッド２８には、軸方向後方への反力が作用し、その反力は、回転ディスク６０、間座４７を介して荷重センサ１で受け止められる。そして、その反力によって荷重センサ１の連結片４がたわみ、磁気ターゲット５と磁気センサ６が周方向の相対変位を生じる。この磁気ターゲット５と磁気センサ６の相対変位に応じて磁気センサ６の出力信号が変化するので、磁気センサ６の出力信号に基づいて軸方向の荷重の大きさを検出することができる。
【符号の説明】
【００７８】
１          荷重センサ
２，３      平行板
２ａ，３ａ  対向面
４          連結片
５          磁気ターゲット
６          磁気センサ
９          スラスト軸受
１０        転動体
１２        軌道面
１７，１８  永久磁石
２１        ブレーキディスク
２８        摩擦パッド
３４        電動モータ
Ｏ          中心位置
【図１】
2014134450.tif 000003
【図２】
2014134450.tif 000004
【図３】
2014134450.tif 000005
【図４】
2014134450.tif 000006
【図５】
2014134450.tif 000007
【図６】
2014134450.tif 000008
【図７】
2014134450.tif 000009
【図８】
2014134450.tif 000010
【図９】
2014134450.tif 000011
【図１０】
2014134450.tif 000012
【図１１】
2014134450.tif 000013
【図１２】
2014134450.tif 000014
【図１３】
2014134450.tif 000015
【図１４】
2014134450.tif 000016
【図１５】
2014134450.tif 000017