(57)【要約】  本発明は、接続部と固定部とを有する起歪体と、起歪体上に設けられた第１の歪検出素子と、を備える。そして、起歪体は空隙を有し、第１の歪検出素子は、接続部と空隙との間に設けられている。
2015145949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接続部と固定部とを有する起歪体と、
前記起歪体上に設けられた第１の歪検出素子と、
を備え、
前記起歪体は空隙を有し、
前記第１の歪検出素子は、前記接続部と前記空隙との間に設けられている、
歪センサ。
【請求項２】
前記接続部にかかる外力の方向に沿って、前記接続部、前記第１の歪検出素子、前記空隙が順に配置されている、
請求項１に記載の歪センサ。
【請求項３】
前記起歪体上に設けられた第２の歪検出素子を更に備え、
前記第２の歪検出素子は、前記接続部に対し、前記第１の歪検出素子が設けられている位置とは反対側の位置に設けられている請求項１に記載の歪センサ。
【請求項４】
請求項１に記載された歪センサと、
外力が加えられる入力部材と、
前記入力部材と接続され、前記外力を伝達する伝達部材と、
を備え、
前記歪センサは、前記入力部材から前記伝達部材に伝達される前記外力が加わるように、前記伝達部材と接続されている荷重検出装置。
【請求項５】
第２の歪センサを更に備え、
前記第２の歪センサは、前記入力部材に対し、前記歪センサが設けられている位置とは反対側に位置し、前記入力部材に接続されている請求項４に記載の荷重検出装置。
【請求項６】
請求項１に記載された歪センサと、
外力が加えられる入力部材と、
前記入力部材と接続され、前記外力を伝達する伝達部材と、
を備え、
前記歪センサは、前記入力部材と接続されている荷重検出装置。
【請求項７】
接続部と固定部とを有する起歪体と、
前記起歪体上に設けられた第１の歪検出素子と、
を備え、
前記接続部と前記固定部との間に前記第１の歪検出素子が設けられ、
前記固定部は、前記接続部に対して、前記接続部にかかる外力の方向に位置し、
前記歪検出素子は、前記接続部と前記固定部との間に生じる圧縮応力を検出する歪センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用ペダル類の踏み込み荷重の検出、車両用パーキングブレーキのケーブル張力の検出、車両用シートの座面荷重の検出等、種々の荷重を検出するための歪センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、起歪体の歪みを検出する歪センサを用いて、車両用ペダル類の踏み込み荷重が検出されていた。【０００３】
図９は従来の歪センサの構造を示す断面図である。【０００４】
図９に示すように従来の歪センサ１は、互いに同心に配設された起歪体２、固定部材（第１部材）３、変位部材（第２部材）４を有する。起歪体２の下側の外側面には、第１歪抵抗素子（歪検知素子）５が設けられている。そして、第１歪抵抗素子５の一端は回路パターン（図示せず）により電源電極（図示せず）と電気的に接続されている。そして、他端は第２の出力電極（図示せず）に接続されている。また、起歪体２の下側の外側面には、第１歪抵抗素子５と略平行に第２歪抵抗素子（歪検知素子）６が設けられている。第２歪抵抗素子６の一端が回路パターン（図示せず）により電源電極と電気的に接続されている。また、第２歪抵抗素子６の他端は第１の出力電極（図示せず）と電気的に接続されている。【０００５】
さらに、起歪体２の上側の外側面には、第３歪抵抗素子（歪検知素子）７が設けられている。そして、第３歪抵抗素子７の一端は回路パターン（図示せず）により第１歪抵抗素子５および第２の出力電極に電気的に接続されている。また、第３歪抵抗素子７の他端はＧＮＤ電極（図示せず）と接続している。【０００６】
さらに、起歪体２の上側の外側面には、第３歪抵抗素子７と略平行に第４歪抵抗素子（歪検知素子）８が設けられている。そして、第４歪抵抗素子８の一端は回路パターンにより第２歪抵抗素子６および第１の出力電極と電気的に接続されている。また、第４歪抵抗素子８の他端はＧＮＤ電極と電気的に接続されている。以上のように、フルブリッジ回路が構成されている。【０００７】
フェライト系ステンレス製の固定部材（第１部材）３は、円盤形状の取付部９と、取付部９を長手方向の中間部に一体的に備えた軸部１０とで構成されていす。そして取付部９により起歪体２の一端開口部を閉塞した状態で、取付部９の外周部が起歪体２の側縁に嵌合状態で溶接されている。また、固定部材３の軸部１０の一端部は、起歪体２の内側を貫通している。金属製（たとえばフェライト系ステンレス製）の変位部材（第２部材）４は、円環状のワッシャ１１と、ワッシャ１１の一端に固定されたケースとして機能する円筒状の取付部材１２とで構成されている。そして取付部材１２の内側においてワッシャ１１の外周部は起歪体２における他端部の開口縁に溶接により嵌合状態で固定されている。ケースとして機能する円筒状の取付部材１２内には、取付部９、起歪体２、ワッシャ１１が収容されている。【０００８】
図９に示す従来の歪センサ１は、起歪体２の軸心Ａと垂直な方向に変位部材４に荷重を加えることにより、起歪体２にせん断力が作用するように構成されている（特許文献１）。【０００９】
次に別の歪センサについて図１０を参照しながら説明する。【００１０】
図１０は、従来の別の歪センサの上面図である。【００１１】
図１０に示すように、歪センサ２１は、絶縁基板２２と、ブリッジ回路で構成されている。そして、ブリッジ回路は、絶縁基板２２の上面に銀からなる電源電極２３、一対の出力電極２４、ＧＮＤ電極２５および４つの歪抵抗素子２６を回路パターン２７により電気的に接続することにより構成されている。【００１２】
また、絶縁基板２２の上面には少なくとも一対の温度特性調整抵抗２８が設けられている。温度特性調整抵抗２８の一端は電源電極２３と電気的に接続されているとともに、他端が一対の抵抗値測定電極２９を介して歪抵抗素子２６と電気的に接続されている。また、絶縁基板２２の上面にはフレームＧＮＤ電極３０が設けられる。さらに、フレームＧＮＤ電極３０とＧＮＤ電極２５との間に回路パターン２７を介してコンデンサ３１および静電気放電用抵抗３２が電気的に並列に接続されている。また、絶縁基板２２における回路パターン２７には、回路パターン２７の一部が断線するようにスリット部３３が設けられている。さらに、絶縁基板２２の上面に設けた４つの歪抵抗素子２６が分離され、分離された二対の歪抵抗素子２６のそれぞれの歪抵抗素子２６間が細くなっており、絶縁基板２２の細幅部２２ａが設けられている。【００１３】
絶縁基板２２の中央部にせん断荷重が付加されると、このせん断荷重により絶縁基板２２の表面に歪が発生する。そして、絶縁基板２２の上面に設けられた４つの歪抵抗素子２６にも歪が発生する。歪抵抗素子２６に歪が発生すると、歪抵抗素子２６の抵抗値が変化する。よって、歪抵抗素子２６の抵抗値の変化を一対の出力電極２４から外部のコンピュータ（図示せず）に出力し、絶縁基板２２に加わる荷重を測定することができる（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第４２３０５００号公報
【特許文献２】特許第３４１９４０８号公報
【発明の概要】
【００１５】
しかしながら、特許文献１では、部品点数が多くなり、歪センサが高価になるという課題があった。また、特許文献２では、せん断荷重により歪みを検出しているため、特許文献２の歪センサによりブレーキペダルの荷重を検出しようとした場合、荷重検出装置の大きさが大きくなるという課題があった。
【００１６】
上記課題を解決するために本発明の歪センサの一態様は、接続部と固定部とを有する起歪体と、起歪体上に設けられた第１の歪検出素子と、を備える。そして、起歪体は空隙を有し、第１の歪検出素子は、接続部と空隙との間に設けられている。
【００１７】
また、本発明の歪センサの別の一態様は、接続部と固定部とを有する起歪体と、起歪体上に設けられた第１の歪検出素子と、を備える。そして、接続部と固定部との間に第１の歪検出素子が設けられ、固定部は、接続部に対して、接続部にかかる外力の方向に位置し、歪検出素子は、接続部と固定部との間に生じる圧縮応力を検出する。
【００１８】
上記構成により本発明は、部品点数が少なく安価に構成でき、また、ブレーキシステムを小型化することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１の歪センサの正面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１の歪センサの斜視図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１の荷重検出装置の側面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１の歪センサの起歪体の様子を示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明の実施の形態１の別の歪センサの正面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明の実施の形態１の別の歪センサの正面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明の実施の形態１の別の歪センサの正面図である。
【図６】図６は、本発明の実施の形態１の荷重検出装置の変形例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態２の歪センサの正面図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２の荷重検出装置の側面図である。
【図９】図９は、従来の歪センサを示す図である。
【図１０】図１０は、従来の歪センサを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施の形態１）
以下に、本発明の実施の形態１の歪センサについて図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は本発明の実施の形態１の歪センサの正面図であり、図２は本発明の実施の形態１の歪センサの斜視図である。
【００２２】
図１、図２に示すように本発明の実施の形態１の歪センサ４１は、接続部４２が設けられた平板状の起歪体４３と、起歪体４３上に設けられた第１の歪検出素子４４と、起歪体４３上に設けられた第２の歪検出素子４５とで構成されている。平板状の起歪体４３の接続部４２は中央部に貫通孔を設けることにより形成されている。接続部４２にクレビスピン４６が挿入されることで、接続部４２がクレビス４７とクレビスピン４６からなる伝達部材４８に接続されている。起歪体４３の接続部４２の近くに貫通孔で円弧形状の空隙４９が設けられており、第１の歪検出素子４４は空隙４９と接続部４２との間に設けられている。
【００２３】
起歪体４３の接続部４２に対し、第１の歪検出素子４４が設けられている位置とは反対側の位置には、第２の歪検出素子４５が設けられている。また、起歪体４３には第１の固定部５０ａ、第２の固定部５０ｂが設けられており、固定部５０ａ、５０ｂにねじ５１（図３に示す）を嵌めることでクレビス４７に起歪体４３が固定されている。なお、起歪体４３の形状は図１に示す菱形の角を丸くした形状に限らず、例えば、矩形や円形のような形状でも良い。
【００２４】
つまり、本実施の形態の歪センサ４１は、接続部４２と固定部５０ａとを有する起歪体４３と、起歪体４３上に設けられた第１の歪検出素子４４と、を備える。そして、起歪体４３は空隙４９を有し、第１の歪検出素子４４は、接続部４２と空隙４９との間に設けられている。
【００２５】
次に、歪センサ４１の製造方法について説明する。
【００２６】
まず、ステンレスからなる平板（図示せず）をプレスして空隙４９を形成する。そして、この平板にガラスペースト（図示せず）を印刷した後、約５５０℃で約１０分間焼成して起歪体４３を形成する。
【００２７】
次に、起歪体４３の一方の面に銀のペースト（図示せず）を印刷し、約５５０℃で約１０分間焼成することにより、起歪体４３の一方の面に電源電極（図示せず）、出力電極（図示せず）、ＧＮＤ電極（図示せず）、回路パターンを形成する。
【００２８】
次に、起歪体４３の一方の面に抵抗ペースト（図示せず）を印刷した後、約５５０℃で約１０分間焼成することにより、第１の歪検出素子４４を形成する。
【００２９】
以上のように形成される本発明の実施の形態１の歪センサ４１の検出方法を説明する。
【００３０】
図３は、本発明の実施の形態１の歪センサ４１を用いた荷重検出装置の側面図である。図３の荷重検出装置５２のペダルアームからなる入力部材５３に踏力Ｆが加えられると、入力部材５３を介して踏力Ｆがクレビスピン４６に伝達され、クレビスピン４６からクレビス４７を介してオペロッド５４に踏力Ｆが伝達される。
【００３１】
クレビスピン４６からクレビス４７に外力ｆが伝達される。同時に、歪センサ４１の接続部４２がクレビスピン４６に押されることによって歪センサ４１に応力がかかる。このとき、固定部５０ａ、５０ｂがクレビス４７にねじ止めされることで、クレビス４７に起歪体４３が固定されている。よって、接続部４２と第１の固定部５０ａとの間に、圧縮応力が加わり、第１の歪検出素子４４に歪みが生じる。これにより第１の歪検出素子４４の抵抗が変化し、第１の歪検出素子４４の抵抗変化を測定することで、接続部４２と固定部５０ａとの間に生じる圧縮応力を検出できる。つまり、第１の歪検出素子４４の抵抗変化を測定することで、荷重検出装置５２に加えられた踏力Ｆを測定することが可能になる。
【００３２】
本発明の実施の形態１の歪センサ４１に外力ｆが加わったときの起歪体４３の様子を図４に示す。接続部４２と固定部５０ａを結ぶ方向をＸ軸とし、Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸として示している。図４に示すように、踏力Ｆがクレビスピン４６に接続される接続部４２を介して外力ｆとして起歪体４３に伝達されると、接続部４２と空隙４９の間の領域５５が歪む。第１の歪検出素子４４が設けられている位置よりもＸ軸の正の方向側（第１の歪検出素子４４の右側）を歪みやすくすることで、第１の歪検出素子４４が設けられた場所が歪みやすくなる。空隙４９を設けていることにより、領域５５が歪みやすくなり、歪センサ４１の検出感度を向上させることができる。
【００３３】
つまり、接続部４２にかかる外力ｆの方向に沿って、接続部４２、第１の歪検出素子４４、空隙４９が順に配置されている。
【００３４】
なお、外力は図４では右方向の矢印で示しているが、実際には、入力部材５３（図３に示す）に踏力Ｆが荷重されるのに伴って、入力部材５３は接続部４２を中心に反時計回りに回動する。よって、接続部にかかる外力ｆの方向は、入力部材５３の回動に伴い、少しずつ、反時計回りに変化する。
【００３５】
また、より好ましくは、接続部４２と固定部５０ａと間の真ん中より接続部４２に近い位置に空隙４９を設ける。この構成により、接続部４２と固定部５０ａとの間に応力が加わったときに変形しやすくなる。よって、第１の歪検出素子４４に生じる歪みが大きくなるため、歪センサ４１への外力の検出感度を向上させることができる。特に、空隙４９を接続部４２近傍に設けると効果的である。
【００３６】
また、本発明の実施の形態１の歪センサ４１では、第１の歪検出素子４４と、第２の歪検出素子４５を用い、第１の歪検出素子４４の抵抗変化と第２の歪検出素子４５の抵抗変化との差分を取ることで歪センサ４１に加わった応力を検出している。よって、周囲の環境の温度が変化し、第１の歪検出素子４４の温度特性が変化した場合でも、第２の歪検出素子４５の出力との差分を取って応力を測定しているため、周囲の温度変化による影響を低減することができる。
【００３７】
つまり、本実施の形態の歪センサ４１は、より好ましくは、起歪体４３上に設けられた第２の歪検出素子４５を有する。第２の歪検出素子４５は、接続部４２に対し、第１の歪検出素子４４が設けられている位置とは反対側の位置に設けられている。
【００３８】
以上の説明からも明らかなように、本発明の実施の形態１の歪センサ４１は、起歪体４３に圧縮応力が生じるように伝達部材４８であるクレビスピン４６に取り付けられ、起歪体４３に生じた圧縮応力を検出することができる。よって、少ない部品で歪センサ４１を構成することができ、安価な歪センサを提供できる。
【００３９】
また、クレビス４７の内側にクレビス４７に沿うように取り付けることが可能であるので、荷重検出装置５２を小型化できている。
【００４０】
なお、本発明の実施の形態１の歪センサ４１において、空隙４９は円弧形状に形成されているが、この限りではない。空隙４９が第１の歪検出素子４４を覆うように設けられていれば良い。
【００４１】
次に、歪センサ４１の起歪体４３の別の形状について、図５Ａ〜図５Ｃを参照しながら説明する。
【００４２】
空隙４９は必ずしも円弧形状である必要はない。例えば、図５Ａに示すような矩形であってもよい。円弧形状や矩形以外の形状であっても、接続部４２と固定部５０ａとの間に圧縮応力が加わったときに、起歪体４３が歪みやすくなり、歪みを検出することができればよい。
【００４３】
なお、円弧形状とした場合、より起歪体４３が、第１の歪検出素子４４を覆うように空隙４９を設けやすいため、第１の歪検出素子４４が設けられている部分全体が歪みやすくなり、より好ましい。
【００４４】
さらに、接続部４２の中心と固定部５０ａの中心とを結ぶ線分に対し、直交する方向まで、空隙４９が設けられていると、起歪体４３に応力が加わったときに第１の歪検出素子４４が設けられた部分全体が歪みやすくなるため、歪センサ４１の感度を向上させることができ、より好ましい。
【００４５】
また、本発明の実施の形態１の歪センサ４１において、空隙４９は第１の歪検出素子４４側にのみ設けられているが、図５Ｂに示すように、第２の歪検出素子４５側にも設けられていても良い。この構成により、接続部４２に外力ｆが加わったときの第２の歪検出素子４５の抵抗値が変化しやすくなるため、検出精度を向上させることができる。
【００４６】
なお、第１の歪検出素子４４が接続部４２と固定部５０ａとの間に生じる歪（圧縮応力）を検出することができれば、図５Ｃに示すように、必ずしも空隙４９を設ける必要はない。
【００４７】
（実施の形態１の変形例）
次に、図６を参照しながら、本発明の実施の形態１の荷重検出装置の変形例について説明する。
【００４８】
図６に示すように、本発明の実施の形態１の変形例では、歪センサ４１と同様の構造の第２の歪センサ５６を有する。歪センサ４１と第２の歪センサ５６は、入力部材５３を挟むように、平行に配置されている。
【００４９】
クレビスピン４６に取り付けられた入力部材５３と歪センサ４１との間が離れている場合、入力部材５３のクレビスピン４６に対する接続位置によって歪センサ４１の検出感度が変わる恐れがある。クレビスピン４６は、歪センサ４１と、クレビス４７によって支持されているため、入力部材５３のクレビスピン４６に対する接続位置が変わることによって、クレビスピン４６から歪センサ４１に伝達される応力の大きさが変化する。入力部材５３のクレビスピン４６への接続位置が歪センサ４１に近いほど、歪センサ４１に応力が伝達されやすいため、歪センサ４１の検出感度が高くなる。逆に、入力部材５３の接続位置が歪センサ４１から遠い位置になると、伝達される応力が小さくなる。このように、入力部材５３のクレビスピン４６への接続位置に応じて歪センサ４１の出力が異なるため、歪センサ４１の検出精度が低下する。
【００５０】
そこで、図６に示すように、入力部材５３を挟むように、歪センサ４１と同様の構造の第２の歪センサ５６を用い、歪センサ４１と第２の歪センサ５６とで測定された歪を加算して起歪体４３に生じた歪みを検出することで、入力部材５３の位置がずれた場合でも、歪センサ４１で測定される歪みの大きさを一定にすることができる。図６に示す構造では、歪センサ４１の検出精度をより向上させることができる。
【００５１】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら説明をする。
【００５２】
なお、本発明の実施の形態２の荷重検出装置および、歪センサのうち、実施の形態１と同様の構成については実施の形態１と同様の符号を付して、説明を省略する。
【００５３】
図７は本発明の実施の形態２の歪センサを示している。
【００５４】
図７に示すように、本発明の実施の形態２の歪センサ６１は、接続部４２が設けられた平板状の起歪体４３と、起歪体４３上に設けられた第１の歪検出素子６２と、第２の歪検出素子６３とで構成されている。平板状の起歪体４３の接続部４２は中央部に貫通孔を設けることにより形成されている。接続部４２にクレビスピン４６が挿入されることで、接続部４２が、クレビス４７とクレビスピン４６からなる伝達部材４８に接続されている。起歪体４３の接続部４２の近くに円弧形状の空隙６４が設けられており、第１の歪検出素子６２は空隙６４と接続部４２との間に取り付けられている。第２の歪検出素子６３は、接続部４２に対し、第１の歪検出素子６２が設けられている位置とは反対側の位置に設けられている。なお、実施の形態２についても、図５Ａ〜図５Ｃを参照しながら説明した実施の形態１と同様に、空隙６４は1つの円弧形状に限定されない。
【００５５】
また、起歪体４３には固定部５０ａ、固定部５０ｂが設けられており、固定部５０ａ、５０ｂにねじ（図示せず）を嵌めることで入力部材５３（図８に示す）に起歪体４３が固定されている。第１の歪検出素子６２、第２の歪検出素子６３、空隙６４は２つの固定部５０ａ、５０ｂを結ぶ線分６０と直交する方向に並ぶように設けられている。
【００５６】
図８は実施の形態２の歪センサを用いた荷重検出装置５２を示している。
【００５７】
図８に示すように、本発明の実施の形態２の荷重検出装置５２のペダルアームからなる入力部材５３に踏力が加えられると、入力部材５３を介して踏力Ｆがクレビスピン４６に伝達され、クレビスピン４６からクレビス４７を介してオペロッド５４に踏力Ｆが伝達される。
【００５８】
この時、起歪体４３においては、接続部４２から図８に示す矢印の方向（左方向）に向かって外力ｆがかかる。本実施の形態では、接続部にかかる外力の方向に沿って、接続部４２、第１の歪検出素子６２、空隙６４が順に並んでおり、歪センサ６１が入力部材５３に取り付けられている。
【００５９】
以上のような構成により、入力部材５３のクレビスピン４６に対する接続位置がずれた場合でも、入力部材５３から歪センサ６１に伝達される応力の大きさが変わることがないため、歪センサ６１のみで安定して踏力を検出することができる。このため、精度よく、踏力Ｆを検出することができる。
【００６０】
なお、上述した本発明の実施の形態１では、空隙４９が貫通孔で形成されている例で説明したが、必ずしもそれに限定されない。空隙４９を溝によって形成しても良い。空隙４９を溝で形成した場合、貫通孔で形成した場合に比べ、第１の歪検出素子４４における歪み方は小さくなるが、空隙４９を設けていない場合に比べれば、歪みやすく、検出感度を向上させることができる。なお、実施の形態２についても同様である。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明の歪センサは、伝達部材から伝達される歪みを検出する歪センサの部品点数を少なくして安価に構成することができ、また、歪センサを小型化することができるため、車両用ペダル類の踏み込み荷重の検出、車両用パーキングブレーキのケーブル張力の検出、車両用シートの座面荷重の検出等に有用である。
【符号の説明】
【００６２】
４１，６１  歪センサ
４２  接続部
４３  起歪体
４４，６２  第１の歪検出素子
４５，６３  第２の歪検出素子
４６  クレビスピン
４７  クレビス
４８  伝達部材
４９，６４  空隙
５０ａ，５０ｂ  固定部
５１  ねじ
５２，６５  荷重検出装置
５３  入力部材
５４  オペロッド
５５  領域
５６  第２の歪センサ
６０  線分
【図１】
2015145949.tif 000003
【図２】
2015145949.tif 000004
【図３】
2015145949.tif 000005
【図４】
2015145949.tif 000006
【図５Ａ】
2015145949.tif 000007
【図５Ｂ】
2015145949.tif 000008
【図５Ｃ】
2015145949.tif 000009
【図６】
2015145949.tif 000010
【図７】
2015145949.tif 000011
【図８】
2015145949.tif 000012
【図９】
2015145949.tif 000013
【図１０】
2015145949.tif 000014
【国際調査報告】
2015145949.tif 000015
2015145949.tif 000016
2015145949.tif 000017
2015145949.tif 000018