(57)【要約】【課題】荷重履歴の影響を受けない荷重センサおよびこれを用いた電動ブレーキを得ること。【解決手段】本発明の荷重センサ９は、第１の歪センサ９３と、第１の歪センサが搭載される第１の起歪体９１と、第１の起歪体に対して荷重方向に直列に配置される第２の起歪体９２を備える。第１の起歪体は、荷重方向に沿って第２の起歪体に向かって荷重が入力される受圧部９１ｂと、受圧部９１ｂから荷重の入力方向に交差する方向に互いに離れた位置に配置されて第２の起歪体９２に対向する一対の土手部９１ａとを有する。第２の起歪体９２は、荷重方向に沿って第１の起歪体９１に向かって荷重が入力される支持面９２ｂと、支持面９２ｂから荷重の入力方向に交差する交差方向に互いに離れた位置に配置されて第１の起歪体９１に対向して一つの土手部９１ａにそれぞれ接触する一対の接触面９２ｃと有する。【選択図】図２
2019105469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の歪センサと、
該第１の歪センサが搭載される第１の起歪体と、
該第１の起歪体に対して荷重方向に直列に配置される第２の起歪体と、
を備える荷重センサであって、
前記第１の起歪体は、前記荷重方向に沿って前記第２の起歪体に向かって荷重が入力される第１入力部と、該第１入力部から荷重の入力方向に交差する方向に互いに離れた位置に配置されて前記第２の起歪体に対向する一対の第１支持部とを有し、
前記第２の起歪体は、前記荷重方向に沿って前記第１の起歪体に向かって荷重が入力される第２入力部と、該第２入力部から荷重の入力方向に交差する交差方向に互いに離れた位置に配置されて前記第１の起歪体に対向して前記一対の第１支持部にそれぞれ接触する一対の第２支持部とを有する
ことを特徴とする荷重センサ。
【請求項２】
前記第２入力部は、前記第２の起歪体の前記第２支持部が設けられている面とは逆の面に一段高く突出する支持面により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の荷重センサ。
【請求項３】
前記第２の起歪体に搭載される第２の歪センサを有することを特徴とする請求項１または２に記載の荷重センサ。
【請求項４】
前記第１の起歪体と前記第２の起歪体は、同じ形状を有しており、面対称となるように配置されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の荷重センサ。
【請求項５】
前記第１支持部と前記第２支持部との間に中間部材を設けたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の荷重センサ。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の荷重センサを用いた電動ブレーキ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ひずみにより荷重を検出する荷重センサ、およびそれを搭載した電動ブレーキに関する。
【背景技術】
【０００２】
スラスト荷重を検出する荷重センサの構成が特許文献１に記載されている。この特許文献１には、「前記貫入ロッドには環状を成すワッシャ型ロードセルが挿入され、当該ワッシャ型ロードセルと前記軸受けとの間には、当該軸受けに作用する貫入ロッドのスラスト荷重をワッシャ型ロードセルへ伝達する伝達部材が介在し、これら軸受け及び伝達部材を介して貫入ロッドのスラスト荷重がワッシャ型ロードセルに伝達され、当該貫入ロッドのスラスト荷重に応じて歪むワッシャ型ロードセルの歪み量から貫入ロッドにかかるスラスト荷重を検出するよう構成されている」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５５１３１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１には、軸受および伝達部材を介してワッシャ型ロードセルにスラスト荷重をかける構成が記載されている。しかし、特許文献１に記載されたワッシャ型ロードセルは、スラスト荷重がかかったときにワッシャ型ロードセルと伝達部材の接触面に微小な滑りが発生し、その滑りによって発生する摩擦力の影響で荷重増加時のワッシャ型ロードセルの変形と荷重減少時のワッシャ型ロードセルの変形が不可逆となり、ワッシャ型ロードセルの荷重−歪特性にヒステリシスを生じるおそれがある。したがって、特許文献１の構成を、スラスト荷重が頻繁に増減する電動ブレーキに適用した場合に、正確なスラスト荷重を測定することは困難となるという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、荷重−歪特性のヒステリシスを低減した荷重センサおよびこれを用いた電動ブレーキを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の荷重センサは、第１の歪センサと、該第１の歪センサが搭載される第１の起歪体と、該第１の起歪体に対して荷重方向に直列に配置される第２の起歪体と、を備える荷重センサであって、前記第１の起歪体は、前記荷重方向に沿って前記第２の起歪体に向かって荷重が入力される第１入力部と、該第１入力部から荷重の入力方向に交差する方向に互いに離れた位置に配置されて前記第２の起歪体に対向する一対の第１支持部とを有し、前記第２の起歪体は、前記荷重方向に沿って前記第１の起歪体に向かって荷重が入力される第２入力部と、該第２入力部から荷重の入力方向に交差する交差方向に互いに離れた位置に配置されて前記第１の起歪体に対向して前記一対の第１支持部にそれぞれ接触する一対の第２支持部とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、荷重−歪特性のヒステリシスを低減した荷重センサおよびこれを用いた電動ブレーキを提供することができる。
【０００８】
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明が搭載された電動ブレーキの構成を示す断面図。
【図２】本発明の荷重センサの構成を示す斜視断面図。
【図３】本発明の荷重センサにおいて、荷重を増加する過程で起歪体にかかる力の釣り合いの説明図。
【図４】本発明の荷重センサにおいて、荷重を減少する過程で起歪体にかかる力の釣り合いの説明図。
【図５】本発明の荷重センサの荷重−歪特性を示す図。
【図６】本発明の荷重センサの起歪体の変形を説明する説明図。
【図７】本発明の荷重センサの構成の一例を示す斜視断面図。
【図８】本発明の荷重センサにおいて、荷重を増加する過程で起歪体にかかる力の釣り合いの説明図。
【図９】本発明の荷重センサにおいて、荷重を減少する過程で起歪体にかかる力の釣り合いの説明図。
【図１０】本発明の荷重センサの構成の一例を示す斜視断面図。
【図１１】支持面のない荷重センサの構成の一例を示す斜視断面図。
【図１２】支持面のない荷重センサにおいて、荷重を増加する過程で起歪体にかかる力の釣り合いの説明図。
【図１３】支持面のない荷重センサにおいて、荷重を減少する過程で起歪体にかかる力の釣り合いの説明図。
【図１４】支持面のない荷重センサの荷重−歪特性を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の荷重センサの実施例について図面を用いて説明する。
【００１１】
（実施例１）
以下、本発明の一実施例を図１ないし図５に沿って説明する。
図１は、本発明が搭載された電動ブレーキ１の構成を示す断面図である。１は電動ブレーキ、２はキャリパ筐体、３は電動モータ、４は減速ギヤ、５はリードスクリュー、６はナット、７はピストン、８はブレーキパッド、９は荷重センサである。
【００１２】
図１の電動ブレーキ１は、電動モータ３を駆動源としてブレーキパッド８をディスク１０に押し当ててディスク１０に制動力をかける装置である。電動モータ３は、外部のコントローラからの電流信号や電圧信号によって駆動され、モータ軸を回転させる。モータ軸の回転は減速ギヤ４によって減速されて大きな回転力となり、リードスクリュー５に伝達される。リードスクリュー５は、ナット６とともに直動機構を構成し、リードスクリュー５の回転が軸方向の並進力に変換される。ナット６がキャリパ筐体２に図示しないキー溝で回転を規制されるとともに軸方向の移動も規制されているため、並進力はリードスクリュー５に作用してリードスクリュー５自体が回転しながら軸方向に並進する。ピストン７はリードスクリュー５の並進力を受けてディスク１０の方向へ移動する。ピストン７は図の右側のブレーキパッド８をディスク１０の方向へ押し出す。ブレーキパッド８がディスク１０に押し出されて接触すると、その反力によってキャリパ筐体２は図の右方向へ移動する。キャリパ筐体２の移動により、図の左側のブレーキパッド８がディスク１０に押し当てられる。ディスク１０は左右のブレーキパッド８により挟みこまれることにより、制動力を受ける。荷重センサ９はナット６に接触し、ナット６にかかる反力を一方の面で受け、もう一方の面でキャリパ筐体２の内壁に接している。荷重センサ９はナット６より荷重を受けて変形し、荷重に相当する電圧信号を外部に出力する。
【００１３】
次に、荷重センサ９の構成について説明する。
図２は本発明の荷重センサ９の構成を示す斜視断面図である。９は荷重センサ、９１は第１の起歪体、９２は第２の起歪体、９３は歪センサ、９４は中継基板、９５は配線である。第１の起歪体９１には、土手部９１ａ、受圧部９１ｂが設けられている。第２の起歪体９２には、支持面９２ｂが設けられている。
【００１４】
荷重センサ９は、歪センサ（第１の歪センサ）９３と、歪センサ９３が搭載される第１の起歪体９１と、第１の起歪体９１に対して矢印Ｎで示す荷重方向に直列に配置される第２の起歪体９２とを備える。第１の起歪体９１は、荷重方向に沿って第２の起歪体９２に向かって荷重が入力される受圧部（第１入力部）９１ｂと、受圧部（第１入力部）９１ｂから荷重の入力方向に交差する方向に互いに離れた位置に配置されて第２の起歪体９２に対向する一対の土手部（第１支持部）９１ａとを有している。そして、第２の起歪体９２は、荷重方向に沿って第１の起歪体９１に向かって荷重が入力される支持面（第２入力部）９２ｂと、支持面（第２入力部）９２ｂから荷重の入力方向に交差する交差方向に互いに離れた位置に配置されて第１の起歪体９１に対向して一対の土手部（第１支持部）９１ａにそれぞれ接触する一対の接触面（第２支持部）９２ｃとを有している。
【００１５】
本発明の荷重センサ９の構成部品の詳細について説明する。
第１の起歪体９１は、リードスクリュー５が貫通する穴を中央に設けたリング状の形状となっている。また、外形はピストン７の内部に収まる円形としている。これらの外形は、電動ブレーキ１のデザインによって必ずしも円形である必要はなく、例えば矩形や楕円形状であっても良い。また、例えばキャリパ筐体２の外側に荷重センサ９を取り付け、リードスクリュー５の端面によって荷重センサ９が荷重を受ける構造になっている場合は、リードスクリュー５が貫通する穴を必ずしも設ける必要はない。
【００１６】
第１の起歪体９１には底面に２つの受圧部９１ｂが設けられている。受圧部９１ｂは底面よりも一段突出した形状となっていて、ナット６との接点となっている。受圧部９１ｂには荷重が集中するため、最大荷重時に材料の降伏限度を超えない面積に設計する。この実施例では、受圧部９１ｂを第１の起歪体９１に設けているが、ナット６側に設けても良い。その場合は、キャリパ筐体２に設けられたナット６の回転止めは、第１の起歪体９１に対して荷重点の位置ずれを起こさないようにガタが少なくなるように構成する。
【００１７】
第１の起歪体９１の上面には、２つの土手部９１ａが設けられている。また、２つの土手部９１ａの間の窪みには歪センサ９３、中継基板９４、配線９５が搭載されている。土手部９１ａにより、第１の起歪体９１と第２の起歪体９２の間に空間を作り、その空間に歪センサ９３、中継基板９４、配線９５を搭載できるようにしている。第１の起歪体９１は、高荷重下で使用されるため、強度の高い鋼材で作られている。また、耐力を向上するために表面処理等を行なってもよい。
【００１８】
第２の起歪体９２は、下面に第１の起歪体９１の土手部９１ａと接触する接触面９２ｃを設けている。また、上面にはキャリパ筐体２の内壁と接触する支持面９２ｂを設けている。支持面９２ｂは、上面よりも一段高く突出した形状となっていて、キャリパ筐体２との接点となっている。第２の起歪体９２は、第１の起歪体９１と荷重方向に直列に配置され、第１の起歪体９１に搭載される歪センサ９３等の保護キャップとして第１の起歪体９１に被せられる。第２の起歪体９２にも高荷重がかかるため、強度の高い鋼材で作られている。
【００１９】
歪センサ９３は、例えば歪ＩＣである。シリコンチップの上面中央にひずみを検出するピエゾ抵抗と、その周辺にホイートストンブリッジや増幅回路、温度保証回路等を半導体プロセスで形成している。歪センサ９３はピエゾ抵抗効果を利用して、歪センサ９３にかかる歪を抵抗変化として捉える。歪センサ９３は第１の起歪体９１の２つの土手部９１ａの中間に搭載され、土手部９１ａ間を繋ぐ直線方向のひずみ成分と、それに直交する半径方向のひずみ成分が検出される。さらに、歪センサ９３は２つのひずみ成分の差の大きさに相当した電圧信号を作り出力する。歪センサ９３はひずみゲージ等で構成しても良い。
【００２０】
中継基板９４は、例えばガラスエポキシ基板である。中継基板９４には電極パッドが形成され、このパッドを使って歪センサ９３との間をワイヤボンディングで配線を行ない、歪センサ９３から信号を取り出す。また、中継基板９４には外部へ信号を取り出すために電極が設けられている。この電極に被覆ケーブルでできた配線９５を直接はんだ付けを行なったり、コネクタを設けることで外部に信号を引き出すようになっている。
【００２１】
本発明の荷重センサ９の荷重検出原理について説明する。
第１の起歪体９１は、受圧部９１ｂを荷重点、土手部９１ａを支持点とした３点曲げ構造になっている。受圧部９１ｂにナット６からの荷重がかかることで、第１の起歪体９１は曲げ変形を起こし、２つの土手部９１ａの間の窪みが凸状に盛り上がる。第１の起歪体９１の表面に接合されている歪センサ９３は第１の起歪体９１に倣って変形し、ひずみの大きさに相当した電圧信号を出力する。歪センサ９３から出力された信号は、中継基板９４を介して配線９５で外部へ出力される。
【００２２】
本実施例の荷重センサ９は、第２の起歪体９２に支持面９２ｂを設けて、第２の起歪体９２を変形させることによって、センサ出力特性（荷重−歪特性）の改善を図っている。第２の起歪体９２に設けられている支持面９２ｂの効果を説明するため、まず、支持面９２ｂのない構造の課題について図１１ないし図１４に沿って説明する。
【００２３】
図１１は支持面９２ｂのない荷重センサ９の構成を示す斜視断面図である。第２の起歪体９２に支持面９２ｂがない点を除いて、図２に示す荷重センサと同じ構成であるので、重複する説明は省略する。第２の起歪体９２は、支持面９２ｂが設けられていない。このため、上面全体でキャリパ筐体２の内壁に接触し固定される。
【００２４】
図１２は支持面９２ｂのない荷重センサ９において、荷重Ｎを増加していく過程で第１の起歪体９１にかかる力の釣り合いを説明する図である。図１２において、Ｎは荷重、μは摩擦係数、Ｆは摩擦力である。図中の細い矢印は力の掛かる位置と方向を示す。また、太い矢印は第１の起歪体９１の土手部９１ａの変位方向を示す。
【００２５】
第１の起歪体９１の下面中央に上向きの矢印で示す荷重Ｎがかかっている。これは、ナット６から第１の起歪体９１の受圧部９１ｂに受ける荷重Ｎを示す。第１の起歪体９１の土手部９１ａには荷重Ｎに対する抗力Ｎ／２がかかっている。第１の起歪体９１は、荷重Ｎと抗力Ｎ／２によって３点曲げが行なわれる。３点曲げにより、第１の起歪体９１は中央部が凸状に反り上がる曲げ変形を生じる。
【００２６】
この状態からさらに荷重Ｎを増加する場合、第１の起歪体９１の変形は大きくなって、土手部９１ａは太い矢印の方向へ開くように変位する。このとき、第２の起歪体９２は上面をキャリパ筐体２の内壁によって固定支持されているため変形せず、第１の起歪体９１の土手部９１ａとの接触面で変位は発生しない。このため、第１の起歪体９１の土手部９１ａと、第２の起歪体９２の接触面の間に相対変位が生じ、接触面で滑りが発生する。滑りが発生すると、変位を妨げる向きに摩擦力Ｆが発生する。摩擦力Ｆは摩擦係数μと抗力Ｎ／２の積で表され、摩擦係数μがゼロであれば摩擦力Ｆは発生しないが、摩擦係数μがゼロでないときは摩擦力Ｆが働いて、第１の起歪体９１の変形を妨げる。
【００２７】
図１３は支持面９２ｂのない荷重センサ９において、荷重Ｎを減少していく過程で第１の起歪体９１にかかる力の釣り合いを説明する図である。図１２に対して、太い矢印の方向と摩擦力Ｆの方向が異なる。
【００２８】
３点曲げの状態から荷重Ｎを減少する場合、第１の起歪体９１の変形は小さくなって、土手部９１ａは図中の太い矢印の向きに閉じるように変位する。この変位により、第１の起歪体９１の土手部９１ａと、第２の起歪体９２の接触面の間に相対変位が生じ、接触面で滑りが発生する。このとき、滑りに伴う摩擦力Ｆは、土手部９１ａの変位を妨げる向きに発生するので、第１の起歪体９１の変形が戻りにくくなる。
【００２９】
図１４は、支持面９２ｂのない荷重センサ９の荷重−歪特性を示す図である。図において、実線は摩擦係数μがゼロでないときの荷重−歪特性を示す。図中の矢印で、荷重Ｎが増加する過程（Ａ特性）と荷重Ｎが減少する過程（Ｂ特性）を示す。点線は摩擦係数μがゼロのときの荷重−歪特性を示す。
【００３０】
荷重Ｎが増加する過程では、摩擦力Ｆにより第１の起歪体９１が変形しにくくなるため、点線で示す摩擦係数μがゼロのときの荷重−歪特性よりも傾きが小さいＡ特性に沿って推移する。荷重Ｎが減少する過程では、摩擦力Ｆにより起歪体９１の変形が戻りにくくなるため、摩擦係数μがゼロのときの荷重−歪特性よりも傾きが大きいＢ特性に沿って推移する。荷重の増減の切り替わりでは、Ａ特性のライン上からＢ特性のライン上へ、またＢ特性のライン上からＡ特性のライン上へ漸近するように推移する。このＡ特性とＢ特性の切り替わりにおいて、荷重−歪特性は荷重増減の履歴の影響（ヒステリシス）が現れる。
【００３１】
支持面９２ｂのない荷重センサ９は、荷重が増減したときに荷重の値が前記のヒステリシスの影響を受けるため、正確な値を得ることが難しい。また、この荷重センサ９を電動ブレーキ１に適用した場合、制動の履歴によって荷重の測定値が変わってしまうため、細かな制動力コントロールができず、荷重センサを用いる利点が得られなくなる恐れがある。
【００３２】
次に、支持面９２ｂを設けた本発明の荷重センサ９について図３ないし図５に沿って説明する。
【００３３】
図３は本発明の荷重センサ９において、荷重Ｎを増加する過程での第１の起歪体９１および第２の起歪体９２にかかる力の釣り合いを説明する図である。
【００３４】
図３において、Ｎは荷重、μは摩擦係数、Ｆは摩擦力である。図中の矢印は起歪体９１、９２にかかる力の位置と方向を示す。また、太い矢印は起歪体９１、９２の接触面の変位方向を示す。実線は第１の起歪体９１、点線は第２の起歪体９２にかかる力および変位を示す。
【００３５】
第１の起歪体９１の下面中央に上向きの矢印で示す荷重Ｎがかかっている。これは、ナット６から第１の起歪体９１の受圧部９１ｂに受ける荷重Ｎを示す。第１の起歪体９１の土手部９１ａには荷重Ｎに対する抗力Ｎ／２がかかっている。第１の起歪体９１は、荷重Ｎと抗力Ｎ／２によって３点曲げが行なわれる。３点曲げにより、第１の起歪体９１は中央部が凸状に反り上がる曲げ変形を生じる。この状態からさらに荷重Ｎを増加する場合、第１の起歪体９１の変形は大きくなって、土手部９１ａは太い矢印の方向へ開くように変位する。
【００３６】
第２の起歪体９２は、第１の起歪体９１の土手部９１ａとの接触面で荷重Ｎ／２を受け、支持面９２ｂでキャリパ筐体２から荷重Ｎに対する反力Ｎを受けて、３点曲げが行なわれる。３点曲げにより、第２の起歪体９２は中央部が下に窪む曲げ変形を生じる。この状態からさらに荷重Ｎを増加する場合、第２の起歪体９２の変形は大きくなって、第１の起歪体９１の土手部９１ａとの接触面が太い点線矢印の方向へ開くように変位する。
【００３７】
このとき、第１の起歪体９１の土手部９１ａの変位と、第２の起歪体９２の接触面の変位は互いに変位方向が同じとなることで、相対変位が少なくなる。相対変位が少なくなることで接触面に生じる滑りは減少し、摩擦力Ｆが小さくなるので第１の起歪体９１の変形を妨げなくなる。したがって、荷重−歪特性（Ａ特性）は、摩擦係数μがゼロの時の傾きを維持できるようになる。
【００３８】
図４は支持面９２ｂを設けた本発明の荷重センサ９において、荷重Ｎを減少していく過程で第１の起歪体９１および第２の起歪体９２にかかる力の釣り合いを説明する図である。
【００３９】
３点曲げの状態から荷重Ｎを減少する場合、第１の起歪体９１の変形は小さくなって、土手部９１ａは図中の太い矢印の向きに閉じるように変位する。また、第２の起歪体９２の変形も小さくなって、第１の起歪体９１の土手部９１ａとの接触面は太い点線矢印の方向へ閉じるように変位する。このとき、第１の起歪体９１の土手部９１ａの変位と、第２の起歪体９２の接触面の変位は互いに変位方向が同じとなることで、相対変位を少なくすることができる。相対変位が少なくなると滑りの量も減少するため、摩擦力Ｆが小さくなって第１の起歪体９１の変形を妨げなくなる。したがって、荷重−歪特性（Ｂ特性）は、摩擦係数μがゼロの時の傾きを維持できるようになる。
【００４０】
図５は支持面９２ｂを設けた本発明の荷重センサ９の荷重−歪特性を示す図である。
第１の起歪体９の土手部９１ａの変位と、第２の起歪体９２の接触部の変位を完全に一致させることができれば、相対変位はゼロとなり、第１の起歪体９１の変形を妨げる滑りによる摩擦力Ｆは発生しなくなる。したがって、荷重増加時のＡ特性と、荷重減少時のＢ特性は、ともに摩擦係数μがゼロのときの荷重−歪特性に一致するようになり、可逆的となるのでヒステリシスは発生しなくなる。
【００４１】
ここで、第１の起歪体９の土手部９１ａの変位と、第２の起歪体９２の接触部の変位を完全に一致させることができなくても、相対変位の低減に繋がるので、滑りによる摩擦力Ｆを低減することができる。
【００４２】
以上より、第２の起歪体９２に支持面９２ｂを設けることで、荷重−歪特性のヒステリシスの低減が可能となる。
【００４３】
第１の起歪体９１の土手部９１ａの変位と、第２の起歪体９２の接触面の変位を一致させる方法について図６を用いて説明する。
【００４４】
図６は本発明の荷重センサ９の第２の起歪体９２の変形を説明する説明図である。２箇所の荷重Ｎ／２は第１の起歪体９１の土手部９１ａから受けている荷重を表す。また、支持点は第２の起歪体９２に設けられている支持面９２ｂを表す。Ｌは荷重点と支持点との距離、Δｘは第２の起歪体９２の接触面の変位、ｔ１は第２の起歪体９２の中立面ＮＳから接触面までの厚み方向の距離、ＥＩは曲げ剛性を示す。
【００４５】
第２の起歪体９２は、荷重と支持点により３点曲げ構造となっている。荷重がかかると第２の起歪体９２は図のように中央部が下方向に窪むたわみ変形が起きる。たわみ変形が生じているとき、第２の起歪体９２の中立面ＮＳでは図の横方向に変位を生じないが、中立面ＮＳから離れた上面と下面はたわみ角によって傾斜するため、変位が発生する。上面では中央に閉じる方向に変位が生じ、下面（接触面）では中央から外側に開く方向に変位を生じる。第２の起歪体９２の接触面の変位Δｘは、中立面ＮＳから下面までの距離ｔ１の影響を受ける。中立面ＮＳから下面までの距離ｔ１を変更すると、厚みも連動して変更される。曲げ剛性ＥＩは厚みの３乗に比例するので、例えば第２の起歪体９２の厚みを薄くするとたわみ変形が劇的に大きくなり、接触面の変位Δｘは大きくなる。
【００４６】
第２の起歪体９２の接触面の変位Δｘは、支持条件によっても影響を受ける。第２の起歪体９２の荷重点と支持点の距離Ｌを長くすると接触点のたわみ角が大きくなるので、中立面ＮＳから下面までの距離ｔ１による変位Δｘは大きくなる。
【００４７】
本実施例の荷重センサ９では、第１の起歪体９１の厚みに対して第２の起歪体９２の厚みを薄くする例を示している。第２の起歪体９２の厚みが第１の起歪体９１の厚みより薄くなると、第２の起歪体９２の曲げ剛性ＥＩが低くなって変形しやすくなるので、第２の起歪体９２の変位Δｘが第１の起歪体９１の土手部９１ａの変位よりも大きくなりヒステリシスの原因となる。そこで、第２の起歪体９２に設けられている支持面９２ｂの幅を広くすることにより、荷重点と支持点の距離Ｌを短くすることでたわみ角を低減し、変位Δｘを小さく抑えた。荷重点と支持点の距離Ｌの長さについては、有限要素法を用いた構造解析によって第２の起歪体９２の接触面の変位Δｘを見積り、第１の起歪体９１の土手部９１ａの変位と一致するときの値で設計すればよい。
【００４８】
以上、本実施例の荷重センサ９および電動ブレーキ１は、歪センサ９３と、前記歪センサ９３を搭載した第１の起歪体９１と、前記第１の起歪体９１と荷重方向に直列に配置した第２の起歪体９２とを有する荷重センサ９において、荷重Ｎが作用したときに、第１の起歪体９１の接触面における変位方向が外側となるように第１の起歪体９１の変形形状を設定するとともに、第２の起歪体９２の接触面における変位方向が外側となるように第２の起歪体９２の変形形状を設定した。
【００４９】
これによれば、第１の起歪体９１の土手部９１ａの変位方向と、第２の起歪体９２の接触部の変位方向を一致させて相対変位を低減することにより、荷重センサ９の荷重−歪特性に発生するヒステリシスを低減できるので、荷重Ｎを高精度に測定することができるようになる。また、荷重Ｎを正確に測定できるようになるため、電動ブレーキ１の制動力制御をきめ細かく設定できるので、車輌の乗り心地改善に貢献できる。
【００５０】
本実施例では、第１の起歪体９１と第２の起歪体９２をスラスト荷重方向に直列に配置し、その接触面においてスラスト荷重を受けたときの第１の起歪体９１の変位と、第２の起歪体９２の変位が同じ方向となるようにそれぞれの起歪体９１、９２の変形形状を設定しているので、接触面での相対変位を低減することができる。したがって、ヒステリシスを低減でき、荷重Ｎを高精度に測定することができる。
【００５１】
（実施例２）
次に、本発明による荷重センサ９の第２の実施例を図７ないし図９に沿って説明する。
図７は、本発明の荷重センサ９の構成を示す斜視断面図である。図７に示す本実施例は、図２の構成に対して、第２の起歪体９２の形状が異なる。第２の起歪体９２を除く他の構成については、再度の説明となるため省略する。
【００５２】
第２の起歪体９２は、第１の起歪体９１と同じ形状であり、面対称となるように配置されている。第１の起歪体９１と第２の起歪体９２を同じ部品で構成することにより、荷重Ｎがかかったときに同じ変形を得ることができ、また、別形状の部品を設けるよりも量産効果が得られる。第２の起歪体９２は、土手部（第２支持部）９２ａを第１の起歪体９１の土手部（第１支持部）９１ａと向かい合わせ、接触面に対して鏡像の位置関係となるように配置する。
【００５３】
歪センサ９３、中継基板９４、配線９５は、少なくとも一方の起歪体に設ける。歪センサ９３をそれぞれの起歪体に設ける場合は、一方の歪センサ９３が故障して出力を得られない状態に陥っても、故障していないもう一方の出力が得られるのでフェールセーフを実現でき、信頼性の向上に貢献できる。また、１つの起歪体９１上に２つの歪センサ９３を設ける構成とするよりも、２つの起歪体にそれぞれ歪センサ９３を設けることによって、歪センサ９３を２つ搭載する歩留まりよりも１つ搭載する歩留まりのほうが高いので、生産性の改善につなげることができる。
【００５４】
図８、図９は、本発明の第１の起歪体９１および第２の起歪体９２にかかる力の釣り合いを説明する図である。
【００５５】
図８は荷重Ｎを増加する過程の力の釣り合いを示している。ナット６からの荷重Ｎは第１の起歪体９１に設けられた受圧部９１ｂにかかっている。第１の起歪体９１は、土手部９１ａで抗力Ｎ／２を受けて３点曲げ構造となっている。第１の起歪体９１は、荷重Ｎがかかることによって太い矢印で示すように土手部９１ａが外側に開く方向に曲げ変形を起こす。一方、第２の起歪体９２は、第１の起歪体９１から２箇所の土手部９２ａに荷重Ｎ／２を受けている。第２の起歪体９２は、キャリパ筐体２の内壁に支持面９２ｂで支持されて３点曲げ構造となっている。第２の起歪体９２は荷重Ｎがかかることによって太い点線矢印で示すように土手部９２ａが外側に開く方向に曲げ変形を起こす。このとき、第１の起歪体９１の土手部９１ａの接触面の変位と、第２の起歪体９２の土手部９２ａの接触面の変位は、互いに同じ変位、方向であることから相対変位がなく、滑りを生じない。滑りによって生じる摩擦力Ｆが発生しないため、第１の起歪体９１の変形を阻止する力が働かなくなり、荷重−歪特性は摩擦係数μがゼロのときと同じ傾きとなる。
【００５６】
図９は荷重Ｎを減少する過程の力の釣り合いを示している。第１の起歪体９１、第２の起歪体９２はともに、荷重Ｎを減少させると土手部９１ａ、９２ａが太い矢印で示すように中央に向かって閉じる方向に変位する。ここで生じる変位も、同じ変位、方向であることから相対変位がなく、滑りを生じない。このため、滑りによって生じる摩擦力Ｆが発生しないので第１の起歪体９１の変形を阻止する力が働かず、荷重−歪特性は摩擦係数μがゼロのときと同じ傾きとなる。
【００５７】
荷重Ｎを増加する過程、および荷重Ｎを減少させる過程はともに荷重−歪特性が同じ傾きとなるため、ヒステリシスの発生を抑制することができる。
【００５８】
以上、本実施例の荷重センサ９および電動ブレーキ１は、歪センサ９３と、前記歪センサ９３を搭載した第１の起歪体９１と、前記第１の起歪体９１と荷重方向に直列に配置した第２の起歪体９２とを有する荷重センサ９において、荷重Ｎが作用したときに、第１の起歪体９１の接触面における変位方向が外側となるように第１の起歪体９１の変形形状を設定するとともに、第２の起歪体９２の接触面における変位方向が外側となるように第２の起歪体９２を第１の起歪体９１と同じ形状とした。
【００５９】
これによれば、第１の起歪体９１の土手部９１ａの変位方向と、第２の起歪体９２の土手部９２ａの変位方向を一致させて相対変位を低減することにより、荷重センサ９の荷重−歪特性に発生するヒステリシスを低減できるので、荷重Ｎを高精度に測定することができるようになる。また、荷重Ｎを正確に測定できるようになるため、電動ブレーキ１の制動力制御をきめ細かく設定できるので、車輌の乗り心地改善に貢献できる。
【００６０】
（実施例３）
以下、本発明の一実施例を図１０に沿って説明する。
図１０は、本発明の荷重センサ９の構成を示す斜視断面図である。
実施例１で説明した荷重センサ９の構造に対して、第１の起歪体９２と第２の起歪体９２の間に中間部材９６を設けている。中間部材９６は、例えばゴムなどの弾性体である。中間部材９６は、細長い円柱状のころやベアリング、ばね部材としても良い。中間部材９６は最大荷重がかかったときに完全に潰れることなく、厚みが残るようにヤング率および厚みを設定する。
【００６１】
中間部材９６を介在させることにより、第１の起歪体９１の土手部９１ａと第２の起歪体９２の接触部の間に相対変位が生じたときに、中間部材９６のせん断方向の変形によって相対変位が吸収される。これにより、第１の起歪体９１の土手部９１ａと中間部材９６間の固着、および第２の起歪体９２の接触面と中間部材９６間の固着を保つことができ、どの面においても滑りが発生しない。また、第１の起歪体９１の土手部９１ａと第２の起歪体９２の接触面の間が中間部材９６によって離間され直接接触しないため摩擦力Ｆが発生しない。
【００６２】
本実施例によれば、中間部材９６のせん断変形による第１の起歪体９１の土手部９１ａと第２の起歪体９２の接触面の相対変位を吸収する効果と、中間部材９６の厚みで第１の起歪体９１と第２の起歪体９２を離間させて摩擦力を発生させない効果が得られる。これにより、荷重センサ９の荷重−歪特性はヒステリシスのない特性が得られる。
【００６３】
以上、本実施例の荷重センサ９および電動ブレーキ１は、歪センサ９３と、前記歪センサ９３を搭載した第１の起歪体９１と、前記第１の起歪体９１と荷重方向に直列に配置した第２の起歪体９２とを有する荷重センサ９において、第１の起歪体９１の土手部９１ａと第２の起歪体９２の間に中間部材９６を設ける構成とした。
【００６４】
これによれば、第１の起歪体９１の土手部９１ａの変位を中間部材９６のせん断変形で吸収することにより、荷重センサ９の荷重−歪特性に発生するヒステリシスを低減できるので、荷重Ｎを高精度に測定することができるようになる。また、荷重Ｎを正確に測定できるようになるため、電動ブレーキ１の制動力制御をきめ細かく設定できるので、車輌の乗り心地改善に貢献できる。
【００６５】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００６６】
１  電動ブレーキ
２  キャリパ筐体
３  電動モータ
４  減速ギヤ
５  リードスクリュー
６  ナット
７  ピストン
８  ブレーキパッド
９  荷重センサ
９１  第１の起歪体
９１ａ  土手部（第１支持部）
９１ｂ  受圧部（第１入力部）
９２  第２の起歪体
９２ａ  土手部（第２支持部）
９２ｂ  支持面（第２入力部）
９２ｃ  接触面（第２支持部）
９３  歪センサ（第１の歪センサ）
９４  中継基板
９５  配線
９６  中間部材
１０  ディスク
Ｎ  荷重
μ  摩擦係数
Ｆ  摩擦力
【図１】
2019105469.tif 000003
【図２】
2019105469.tif 000004
【図３】
2019105469.tif 000005
【図４】
2019105469.tif 000006
【図５】
2019105469.tif 000007
【図６】
2019105469.tif 000008
【図７】
2019105469.tif 000009
【図８】
2019105469.tif 000010
【図９】
2019105469.tif 000011
【図１０】
2019105469.tif 000012
【図１１】
2019105469.tif 000013
【図１２】
2019105469.tif 000014
【図１３】
2019105469.tif 000015
【図１４】
2019105469.tif 000016