(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接可能な素材からなるセンサプレートと、該センサプレートの中央部に設けられた受力部と、該受力部の周囲に設けられた複数のセンサエレメントと、を備えた力センサであって、
前記センサプレートに対向する受力部材を備え、
前記センサプレートは、円形の板状の部材であり、前記センサプレートを横断する一の帯状の架橋部と、前記センサプレートの周縁部に設けられた円環状の縁部と、前記縁部と前記架橋部との間に設けられた弓形の開口部とを有し、
前記受力部材は、円板状の部材であり、前記センサプレートに対向する円形の端面の周縁部に設けられた円筒状のハウジング部と、前記端面の中央部に設けられて前記センサプレートへ向けて突出する突起部と、を有し、
前記センサプレートの前記縁部は、前記受力部材の前記ハウジング部の内周面に固定され、
前記センサプレートの前記架橋部は、幅方向の中点を通る中心線が前記センサプレートの中心を通り、両端部が前記センサプレートの前記縁部を介して前記受力部材の前記ハウジング部の前記内周面に固定され、中央部が前記受力部とされ、
前記受力部は、平面形状が円形の凹部と、該凹部の底部の中央を貫通する貫通孔とを有し、
前記受力部材の前記突起部は、前記受力部の前記貫通孔に挿入されて固定され、
前記架橋部の前記受力部の両側に一対の前記センサエレメントが配置されてガラスを含む接合層を介して前記センサプレートに接合され、
各々の前記センサエレメントは、複数のひずみゲージを含むブリッジ回路を備え、前記ブリッジ回路と制御回路とが半導体チップ上に集積された半導体ひずみセンサであることを特徴とする力センサ。
【請求項２】
前記受力部材は、前記センサプレートに対向する円形の端面と反対側の底面の周縁部に、前記受力部材の周方向に連続する円環状の溝部を有することを特徴とする請求項１に記載の力センサ。
【請求項３】
前記受力部材は、位置決め用の凸部を有することを特徴とする請求項１に記載の力センサ。
【請求項４】
前記センサエレメントは、前記ブリッジ回路の出力を補正するための補正データが記憶された記憶演算部を備え、
前記記憶演算部は、前記補正データに基づいて前記ブリッジ回路の出力を補正することを特徴とする請求項１に記載の力センサ。
【請求項５】
各々の前記センサエレメントに接続された基板ユニットを備え、
各々の前記基板ユニットにコネクタが実装されていることを特徴とする請求項１に記載の力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば推力や軸力などの力を測定する力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から一軸方向に作用する荷重を測定する荷重センサに関する発明が知られている（下記特許文献１、請求項１等を参照）。この荷重センサは、荷重を一軸方向に伝える押圧軸と、前記押圧軸を介して荷重を測定するセンサエレメントと、前記センサエレメントを保護する荷重制限手段とを有している。【０００３】
この荷重センサでは、センサエレメントの測定許容範囲内においては当該センサエレメントを用いて荷重を測定する。また、荷重が前記センサエレメントの測定許容範囲を超えた場合に、荷重制限手段がセンサエレメントの測定許容範囲を超えた荷重領域で変形する。【０００４】
この荷重センサは、押圧軸に作用する荷重であって測定すべき範囲の荷重を正確に測定するとともに、測定許容範囲を超えた荷重や衝撃荷重が押圧軸に加わった場合に荷重制限手段が荷重領域で変形してセンサエレメントを保護する（同文献、段落０００８等を参照）。【０００５】
また、薄板状のセンサプレートと、このセンサプレートに取り付けられた複数のひずみゲージとを具備する荷重センサに係る発明が開示されている（下記特許文献２、請求項１等を参照）。この荷重センサにおいて、センサプレートは、その一軸方向の両端が、このセンサプレートを任意の対象物に固定させる固定部となされる一方で、その中心点が変位ないし荷重をこのセンサプレートに伝達せしめる伝達部となされている。【０００６】
また、ひずみゲージを前記中心点に対して点対称となる位置に配置するとともに、点対称となる位置に配されたひずみゲージ同士を電気的に並列または直列に接続してゲージペアを構成している。さらに、各ゲージペア同士を電気的に直列に接続して、これらひずみゲージでブリッジ回路を構成している。【０００７】
センサプレートに上記のようにひずみゲージを配置するとともに相互に接続することにより、測定誤差の低減を図ることができる。また、ひずみゲージが設けられるセンサプレートとして薄板を採用するので、コンパクトに形成できる（同文献、段落００１７等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１５−１１１０８４号公報
【特許文献２】国際公開第２００６／００６６７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記特許文献１に記載された荷重センサでは、押圧軸に作用する荷重を測定することはできるが、その荷重の軸ずれを検出することはできない。同様に、前記特許文献２に記載された荷重センサにおいても、起歪体の取付部に作用する荷重を測定することはできるが、その荷重の軸ずれを検出することはできない。【００１０】
本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、推力などの力を測定することができ、かつその力の軸ずれを検出することができる力センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成すべく、本発明の力センサは、センサプレートと、該センサプレートの受力部の周囲に設けられた複数のセンサエレメントと、を備えた力センサであって、各々の前記センサエレメントは、複数のひずみゲージを含むブリッジ回路を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る力センサによれば、力センサに作用する力を受けて弾性変形するセンサプレートの受力部の周囲に複数のセンサエレメントが配置され、各々のセンサエレメントが複数のひずみゲージを含むブリッジ回路を備えることで、力センサに作用する力を測定することができ、かつその力の軸ずれを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係る力センサを備えたブレーキシステムの概略構成図。
【図２】本発明の実施形態１に係る力センサの外観斜視図。
【図３】図２に示す力センサの分解斜視図。
【図４】図２に示す力センサのIV−IV線に沿う断面矢視図。
【図５】図２に示すセンサプレートとセンサエレメントの平面図。
【図６】図２に示すセンサエレメントの概略構成図。
【図７】図２に示すセンサエレメントの回路図。
【図８】図２に示す基板ユニットとガイドプレートの斜視図。
【図９】本発明の実施形態２に係る力センサの図５に相当する平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る力センサの実施形態を説明する。
【００１５】
［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係る力センサ１００を備えたブレーキシステム１の概略構成図である。
【００１６】
ブレーキシステム１は、たとえば、ホイール２とともに回転するブレーキディスク３を挟持する一対のブレーキパッド４Ａ，４Ｂと、この一対のブレーキパッド４Ａ，４Ｂの一方に連結されたピストン５と、このピストン５を軸線Ｌ方向に伸縮させる直動機構６と、この直動機構６に取り付けられた力センサ１００とを備える。
【００１７】
直動機構６は、たとえばモータと、複数のギアと、ボールねじと、ボールねじナットと、ベアリングとを備えている。直動機構６は、たとえば、モータの回転動力を複数のギアを介してボールねじに伝達してボールねじを回転させ、ベアリングを介してボールねじの回転をボールねじナットの直進運動に置き換えて、ピストン５を軸線Ｌ方向に伸縮させる。
【００１８】
直動機構６は、車両の制動時にピストン５を伸長させ、ブレーキパッド４Ａをブレーキディスク３に向けて移動させ、ブレーキディスク３を一対のブレーキパッド４Ａ，４Ｂの間に挟持する。また、直動機構６は、車両の走行時にピストン５を収縮させ、ブレーキパッド４Ａ，４Ｂとブレーキディスク３とを離隔させる。
【００１９】
直動機構６は、ピストン５を伸長させてブレーキパッド４Ａをブレーキディスク３に向けて移動させるときに、慣性によって逆向きの推力Ｆを受ける。このブレーキパッド４Ａを押し付ける方向と反対の方向を向く推力Ｆは、車両の走行時の振動や荷重によって、推力Ｆの方向と垂直な方向に軸ずれを生じる場合がある。
【００２０】
力センサ１００は、たとえば、ピストン５の軸線Ｌ上でピストン５と反対側の直動機構６の端部に取り付けられる。力センサ１００は、直動機構６に作用するピストン５の伸長方向と反対方向の推力Ｆを測定するともに、この推力Ｆの軸ずれを検出する。力センサ１００は、たとえばエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）７に接続され、測定した推力Ｆと軸ずれの情報を含む信号をＥＣＵ７に出力する。
【００２１】
すなわち、本実施形態の力センサ１００は、たとえば推力や押力などの力Ｆを測定するためのセンサであり、たとえば車両のブレーキシステム１に適用することができる。なお、本実施形態の力センサ１００は、推力や押力以外の力Ｆを測定することも可能であり、ブレーキシステム１以外に適用することも可能である。
【００２２】
図２は、本実施形態の力センサ１００の斜視図である。図３は、図２に示す力センサ１００の分解斜視図である。図４は、図２に示す力センサ１００のIV−IV線に沿う断面矢視図である。
【００２３】
本実施形態の力センサ１００は、主要な構成として、センサプレート１０と、該センサプレート１０の受力部１１の周囲に設けられた複数のセンサエレメント２０と、を備えている。なお、センサプレート１０の受力部１１は、力センサ１００の測定対象である力センサ１００に作用する力Ｆによって変形する部分である。詳細については後述するが、本実施形態の力センサ１００は、各々のセンサエレメント２０が、複数のひずみゲージ２１を含むブリッジ回路２２（図７参照）を備えることを特徴としている。
【００２４】
力センサ１００は、上記の主要な構成に加えて、たとえば、センサプレート１０に対向する受力部材３０と、基板ユニット４０と、該基板ユニット４０に実装されるコネクタ４１と、基板ユニット４０を支持するガイドプレート５０と、基板ユニット４０を覆うカバー６０と、を備えることができる。センサプレート１０の端部は、たとえば受力部材３０の周縁部に固定され、受力部１１は、たとえばセンサプレート１０の中間部に設けられている。
【００２５】
図５は、図２に示すセンサプレート１０とセンサエレメント２０の平面図である。
【００２６】
センサプレート１０は、たとえば、円形の板状の部材であり、センサプレート１０を横断する帯状または短冊形の細長い長方形の架橋部１２と、センサプレート１０の周縁部に設けられた円環状の縁部１３と、この縁部１３と架橋部１２との間に設けられた概ね弓形の開口部１４とを有している。架橋部１２は、幅方向の中点を通る中心線Ｌ１が円形のセンサプレート１０の中心を通り、両端部が縁部１３を介して受力部材３０に固定され、中央部が受力部材３０からの力を受ける受力部１１とされている。図示の例において、架橋部１２の受力部１１の中心線Ｌ１方向の両側には、一対のセンサエレメント２０が受力部１１を挟むように配置されている。
【００２７】
センサプレート１０の受力部１１は、たとえば平面形状が円形の凹部１１ａと、この凹部１１ａの底部の中央を貫通する貫通孔１１ｂとを有することができる。図４に示すように、凹部１１ａは、周縁部に傾斜面を有する段差状に設けられ、この凹部１１ａの底部においてセンサプレート１０が薄肉化されている。凹部１１ａの底部を貫通する貫通孔１１ｂには、受力部材３０の中央部に設けられた突起部３１が係合している。
【００２８】
図６および図７は、それぞれ、図３および図５に示すセンサエレメント２０の概略構成図および回路図である。
【００２９】
本実施形態の力センサ１００において、センサエレメント２０は、ブリッジ回路２２と制御回路とが半導体チップ上に集積された半導体ひずみセンサである。すなわち、センサエレメント２０は、４つのひずみゲージ２１からなるブリッジ回路２２を含むひずみＩＣが１チップ化されたセンサチップである。センサエレメント２０は、たとえば、４つのひずみゲージ２１を含むブリッジ回路２２と、このブリッジ回路２２の信号を増幅する増幅器２３と、Ａ／Ｄ変換器２４と、記憶演算部２５，２６と、温度センサ２７と、Ｄ／Ａ変換器２８とを備えている。
【００３０】
記憶演算部２５，２６は、たとえば半導体メモリ等の記憶部とＣＰＵ等の演算部とを備えている。記憶演算部２５，２６の記憶部には、ブリッジ回路２２の出力を補正するための補正データが記憶されている。記憶演算部２５，２６の演算部は、記憶部に記憶された補正データに基づいてブリッジ回路２２の出力を補正する。
【００３１】
より詳細には、一方の記憶演算部２５は、たとえば、ひずみに対する出力を調整するためのプログラムである出力調整ロジックが記憶部に記憶され、演算部によってブリッジ回路２２の出力を出力調整ロジックに基づいて調整する。他方の記憶演算部２６は、たとえば、温度特性による誤差を補正するプログラムである温度特性誤差補正ロジックが記憶部に記憶され、演算部によってブリッジ回路２２の出力を温度センサ２７の検出結果と温度特性誤差補正ロジックに基づいて補正する。
【００３２】
このような構成により、センサエレメント２０は、力センサ１００に作用する力Ｆに応じたセンサプレート１０のひずみを、ブリッジ回路２２、増幅器２３、Ａ／Ｄ変換器２４、記憶演算部２５，２６およびＤ／Ａ変換器２８等によって電気的な信号に変換することができる。また、センサエレメント２０は、記憶演算部２５，２６によってセンサプレート１０またはセンサエレメント２０の温度特性による誤差を補正することができる。センサエレメント２０は、図３および図４に示すように、たとえばガラスを含む接合層２９を介してセンサプレート１０に接合されている。
【００３３】
図３および図４に示すように、受力部材３０は、センサプレート１０に対向して配置された円板状の部材である。受力部材３０は、たとえば、センサプレート１０よりも厚く、センサプレート１０よりも高い機械的強度を有し、ステンレス鋼等の金属材料によって製作されている。図１に示すように、ブレーキシステム１に用いられる力センサ１００に作用する力Ｆは、通常は０ｋＮ以上２５ｋＮ以下の範囲であり、最大で５０ｋＮ程度に達することがある。受力部材３０は、力センサ１００に作用する力Ｆを受けて弾性変形することで、比較的薄く機械的強度が低いセンサプレート１０の受力部１１を、力センサ１００に作用する力Ｆに応じた変形量で弾性変形させる。
【００３４】
図示の例において、受力部材３０は、外周面よりもやや内側で、センサプレート１０に対向する円形の端面の周縁部に、円筒状のハウジング部３２を有している。また、受力部材３０は、センサプレート１０に対向する円形の端面の中央部で、ハウジング部３２の内側に、センサプレート１０へ向けて突出して受力部１１に当接する突起部３１を有している。また、受力部材３０は、図３に示すように、センサプレート１０に対向する円形の端面の周縁部で、ハウジング部の外側に、位置決め用の凸部３３を有している。また、受力部材３０は、図４に示すように、センサプレート１０に対向する円形の端面と反対側の底面の周縁部に溝部３４を有している。
【００３５】
受力部材３０の円筒状のハウジング部３２は、内周面に設けられた複数の段差部３２ａ，３２ｂ，３２ｃと、先端部の開口縁に等角度間隔で設けられた切欠部３２ｄと、を有している。ハウジング部３２は、基端側すなわち下段の段差部３２ａによって、センサプレート１０の周縁部を支持している。センサプレート１０の周縁部は、たとえば全周がハウジング部３２に溶接されることによって、ハウジング部３２に固定されている。これにより、センサプレート１０の端部が、受力部材３０の周縁部に固定される。
【００３６】
ハウジング部３２は、中段の段差部３２ｂによって、コネクタ４１が実装された基板ユニット４０を支持するガイドプレート５０の周縁部を支持している。ガイドプレート５０の周縁部は、たとえば、接着剤を介してハウジング部３２に固定されている。ハウジング部３２は、先端側すなわち上段の段差部３２ｃによって、カバー６０の下端部を支持している。ハウジング部３２は、たとえば先端部の開口縁に９０°の等角度間隔で形成された切欠部３２ｄに、カバー６０の周縁部の突出部６１を係合させる。
【００３７】
受力部材３０の突起部３１は、センサプレート１０に対向する円形の端面の中央部で、ハウジング部３２の内側に設けられ、先端がセンサプレート１０の受力部１１の貫通孔１１ｂに挿入され、センサプレート１０の受力部１１に当接している。突起部３１は、円板状の受力部材３０の中心を通る軸線Ｌ２を有する円柱状に形成され、基端部が拡径されている。突起部３１の先端部は、たとえばセンサプレート１０の受力部１１の貫通孔１１ｂに全周を溶接することによって固定され、受力部材３０の中央部の軸線Ｌ２方向に作用する力Ｆに応じた受力部材３０の軸線Ｌ２方向の弾性変形によって軸線Ｌ２方向に変位し、センサプレート１０の受力部１１に軸線Ｌ２方向の力を作用させる。
【００３８】
受力部材３０の溝部３４は、図４に示すように、センサプレート１０に対向する円形の端面と反対側の底面の周縁部に設けられ、受力部材３０の周方向に連続する円環状に形成されている。円環状の溝部３４は、受力部材３０の軸線Ｌ２方向において円筒状のハウジング部３２の延長線上に設けられている。これにより、受力部材３０の底面の溝部３４の内側に力Ｆが作用したときに、受力部材３０の周縁部の機械的強度を確保しつつ、受力部材３０の周縁部の内側の部分を軸線Ｌ２方向に弾性変形しやすくすることができる。
【００３９】
受力部材３０の位置決め用の凸部３３は、センサプレート１０に対向する円形の端面の周縁部で、ハウジング部３２の外側に設けられ、たとえば、円板状の受力部材３０の中心を通る軸線Ｌ２に平行な軸線Ｌ３を有する円柱状に形成されている。位置決め用の凸部３３は、力センサ１００の中心を通る軸線Ｌ２に対して、力センサ１００の回転方向の位置を位置決めする。
【００４０】
図８は、図２に示す基板ユニット４０とガイドプレート５０の斜視図である。
【００４１】
ガイドプレート５０は、基板ユニット４０を支持する円形の板状の部材であり、中央部を横断する細長い概ね長方形の開口部５１を有し、この開口部５１にセンサプレート１０の架橋部１２を露出させる。ガイドプレート５０は、たとえば、基板ユニット４０を位置決めして固定する複数の凸部５２を有し、シリコーン接着剤を介して基板ユニット４０に接合される。
【００４２】
図示の例では、同一の構成を有する一対の基板ユニット４０が、ガイドプレート５０の開口部５１の両側に、ガイドプレート５０の中心に対して点対称に配置されている。一対の基板ユニット４０には、それぞれコネクタ４１が実装されている。一対の基板ユニット４０は、それぞれ、センサプレート１０の架橋部１２に固定されたセンサエレメント２０に対して、図示を省略するワイヤによって接続されている。ワイヤは、たとえばアルミを素材とするワイヤボンディングによって形成されている。
【００４３】
一対の基板ユニット４０は、たとえば、電源Ｅ、接地ＧＮＤ、出力Ｓ用の３本のワイヤと、通信用の４本のワイヤとを介して、一対のセンサエレメント２０に接続されている。このようなワイヤの構成により、一対の基板ユニット４０と一対のセンサエレメント２０とを最短で接続し、耐ノイズ性および耐振動性を向上させ、ワイヤのレイアウトを簡潔にまとめることができ、基板ユニット４０の小型化、ひいては力センサ１００の小型化を図ることができる。
【００４４】
一対の基板ユニット４０には、コネクタ４１、コンデンサ４２および保護抵抗４３などが、たとえば半田によって接合されて実装されている。コンデンサ４２および保護抵抗４３は、ノイズの抑制や、電源Ｅおよび出力Ｓの安定化を目的として実装されている。
【００４５】
以下、本実施形態の力センサ１００の作用について説明する。
【００４６】
本実施形態の力センサ１００は、たとえば、図１に示すブレーキシステム１に搭載され、直動機構６がピストン５を伸長させてブレーキパッド４Ａをブレーキディスク３に向けて移動させるときに受ける、ブレーキパッド４Ａの移動方向と逆向きの推力Ｆを測定する。直動機構６が受けた推力Ｆは、図４に示すように、直動機構６から力センサ１００の受力部材３０の底面に伝達され、受力部材３０を軸線Ｌ２方向にセンサプレート１０へ向けて弾性変形させる。
【００４７】
センサプレート１０は、受力部材３０の弾性変形によって、受力部１１が軸線Ｌ２方向に弾性変形する。より具体的には、受力部材３０がセンサプレート１０へ向けて突出して受力部１１に当接する突起部３１を有する場合には、受力部材３０の弾性変形によって突起部３１が軸線Ｌ２方向にセンサプレート１０へ向けて変位し、突起部３１に当接したセンサプレート１０の受力部１１が突起部３１から軸線Ｌ２方向の力を受ける。これにより、センサプレート１０が弾性変形し、受力部１１の両側に設けられた一対のセンサエレメント２０によって、センサプレート１０のひずみが電気信号に変換される。
【００４８】
ここで、本実施形態の力センサ１００は、センサプレート１０の受力部１１の周囲に設けられた複数のセンサエレメント２０の各々が、複数のひずみゲージ２１を含むブリッジ回路２２を備えている。これにより、たとえば車両の走行時に作用する振動や荷重によって、力センサ１００に作用する推力Ｆが、その推力Ｆの方向と垂直な方向に軸ずれＡｄを生じた場合に、その推力Ｆの軸ずれＡｄを検出することが可能になる。
【００４９】
より詳細には、たとえば、図４に示すように、力センサ１００の中心に軸線Ｌ２に平行に作用する力Ｆが、軸線Ｌ２に垂直な力センサ１００の径方向に軸ずれＡｄを生じる場合がある。この場合、力Ｆの軸ずれＡｄを生じる前は、一対のセンサエレメント２０によって概ね等しいひずみが測定される。しかし、力Ｆの軸ずれＡｄを生じた後は、一方のセンサエレメント２０によって測定されるひずみが減少し、他方のセンサエレメント２０によって測定されるひずみが増加するなど、一対のセンサエレメント２０によって異なるひずみが検出される。
【００５０】
したがって、本実施形態の力センサ１００によれば、力Ｆの作用する位置によって異なる複数のセンサエレメント２０のひずみの測定結果に基づいて、力センサ１００に作用する力Ｆの軸ずれＡｄを検出することができる。これにより、本実施形態の力センサ１００によれば、たとえば、ブレーキシステム１の直動機構６に作用する推力Ｆの軸ずれＡｄを検出することができる。これに対し、前述の特許文献２に記載された従来の荷重センサは、中心点に点対称の位置にあるひずみゲージの抵抗値の変化が相互に相殺されるため、荷重の軸ずれを検出するのは困難である（同文献、段落００７９から００８１等を参照）。
【００５１】
また、本実施形態の力センサ１００は、センサエレメント２０を複数備え、出力Ｓが多チャンネルであるため、各センサエレメント２０の出力Ｓを比較することによって、センサエレメント２０の故障診断を行うことができ、信頼性を向上させることができる。これに対し、特許文献２に記載された従来の荷重センサは、出力が１チャンネルであるため、故障診断ができず、信頼性に課題がある。
【００５２】
また、本実施形態の力センサ１００は、センサプレート１０に対向する受力部材３０を備え、センサプレート１０の端部は、受力部材３０の周縁部に固定され、受力部１１は、センサプレート１０の中央部に設けられている。これにより、力センサ１００に作用する大きな力Ｆを受力部材３０によって受け、その力Ｆの大きさに応じた受力部材３０の弾性変形によるセンサプレート１０のひずみをセンサエレメント２０で測定することで、力センサ１００に作用する力Ｆを正確に測定することができる。
【００５３】
また、本実施形態の力センサ１００において、センサプレート１０は、両端部が受力部材３０の周縁部に固定され中央部が受力部１１とされた架橋部１２を有し、この架橋部１２の受力部１１の両側に一対のセンサエレメント２０が配置されている。これにより、受力部材３０の弾性変形によって受力部１１によって両端が支持されたセンサプレート１０の架橋部１２を弾性変形させ、架橋部１２の中央部の受力部１１を効率よく弾性変形させることができる。したがって、受力部１１の両側のセンサエレメント２０によるひずみの検出精度を向上させ、力センサ１００の力Ｆの測定精度を向上させることができる。
【００５４】
また、本実施形態の力センサ１００において、受力部材３０は、センサプレート１０へ向けて突出して受力部１１に当接する突起部３１を有している。これにより、受力部材３０の弾性変形によってセンサプレート１０の受力部１１をより効率よく弾性変形させ、受力部１１の両側のセンサエレメント２０によるひずみの検出精度をさらに向上させ、力センサ１００の力Ｆの測定精度をさらに向上させることができる。
【００５５】
なお、力センサ１００は、前述のように、センサプレート１０の端部が受力部材３０の周縁部に固定され、受力部１１は、センサプレート１０の中央部に設けられている。そのため、受力部材３０が突起部３１を有しない場合にも、受力部材３０の弾性変形によって、センサプレート１０の受力部１１を弾性変形させることができ、力センサ１００に作用する力Ｆを測定することができ、その力Ｆの軸ずれＡｄを検出することができる。
【００５６】
また、本実施形態の力センサ１００において、受力部材３０は、位置決め用の凸部３３を有している。これにより、たとえば、力Ｆの軸ずれＡｄが生じやすい方向と、力センサ１００において力Ｆの軸ずれＡｄの検出精度が高い方向とを位置合わせして、力センサ１００による力Ｆの軸ずれＡｄの検出精度を向上させることができる。より具体的には、位置決め用の凸部３３によって、図５に示すセンサプレート１０の架橋部１２の中心線Ｌ１が、図４に示す力Ｆの軸ずれＡｄが生じやすい方向と平行になるように、力センサ１００を位置決めすることで、力Ｆの軸ずれＡｄの検出精度を向上させることができる。
【００５７】
また、本実施形態の力センサ１００において、センサエレメント２０は、複数のひずみゲージ２１を含むブリッジ回路２２と制御回路とが半導体チップ上に集積された半導体ひずみセンサである。これにより、ＣＭＯＳ半導体プロセスを活用して、ブリッジ回路２２、増幅器２３、Ａ／Ｄ変換器２４、記憶演算部２５，２６、温度センサ２７、Ｄ／Ａ変換器２８等を１チップ上に集積化することができる。これにより、接合部分の劣化が抑制され、長期の信頼性を向上させたセンサエレメント２０を得ることができる。また、センサエレメント２０の小型、低消費電力を実現し、耐ノイズ性を向上させ、センサエレメント２０の性能向上、信頼性向上、および長寿命化が可能になる。
【００５８】
また、本実施形態の力センサ１００において、センサエレメント２０は、ブリッジ回路２２の出力を補正するための補正データが記憶された記憶演算部２５，２６を備え、この記憶演算部２５は、補正データに基づいてブリッジ回路２２の出力を補正する。これにより、本実施形態の力センサ１００は、センサエレメント２０によって、たとえば組立誤差や特性のばらつきによるひずみに対する出力調整を行ったり、温度変化に伴う計測データの誤差を補正したりすることが可能になる。したがって、力センサ１００の歩留まりを向上させることができ、センサエレメント２０の外部に回路を設ける必要が無くなり、製造コストを低減しつつ、低消費電力で高精度の計測が可能になる。
【００５９】
［実施形態２］
次に、本発明に係る力センサの実施形態２について、図１から図４および図６から図８を援用し、図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施形態２に係る力センサのセンサプレート１０Ａおよびセンサエレメント２０を示す図５に相当する平面図である。
【００６０】
本実施形態に係る力センサは、主に、センサプレート１０Ａが架橋部１２の代わりに複数の輻状部１２Ａを有し、センサエレメント２０が各々の輻状部１２Ａに配置されている点で、前述の実施形態１に係る力センサ１００と異なっている。本実施形態の力センサのその他の点は、前述の実施形態１の力センサ１００と同様であるので、同様の部分には同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
本実施形態の力センサは、前述の実施形態１の力センサ１００と同様に、センサプレート１０Ａと、このセンサプレート１０Ａの受力部１１の周囲に設けられた複数のセンサエレメント２０と、を備え、各々のセンサエレメント２０が複数のひずみゲージ２１を含むブリッジ回路２２を備えることを特徴としている。
【００６２】
本実施形態の力センサにおいて、センサプレート１０は、受力部１１から放射状に延びて受力部材３０の周縁部に固定された複数の輻状部１２Ａを有し、センサエレメント２０は、各々の輻状部１２Ａに配置されている。より具体的には、センサプレート１０は、受力部１１から放射状に延びる３本の輻状部１２Ａと各輻状部１２Ａの間に設けられた扇形の開口部１４を有している。各輻状部１２Ａは、たとえば、センサプレート１０の周方向に１２０°の等角度間隔に配置されている。センサエレメント２０は、各輻状部１２Ａの受力部１１に接続された端部と周縁部に接続された端部との間に１つずつ、合計３つがセンサプレート１０の中央部の受力部１１の周囲に配置されている。
【００６３】
本実施形態の力センサによれば、前述の実施形態１の力センサ１００と同様の効果が得られるだけでなく、センサプレート１０の受力部１１の周囲に設けられた３つのセンサエレメント２０によって、力センサに作用する力Ｆの軸ずれＡｄを、センサプレート１０に平行で互いに垂直な２方向において精度よく検出することができる。また、３つのセンサエレメント２０の出力を比較することで、センサエレメント２０の故障判定を多数決判断によって行うことができる。また、３つのセンサエレメント２０のうち１つが故障した場合でも、残りの２つによって力Ｆの測定とその力Ｆの軸ずれを精度よく検出することができる。
【００６４】
なお、輻状部１２Ａを４本以上設け、各輻状部１２Ａにセンサエレメント２０を配置することもできる。また、輻状部１２Ａは、必ずしも等角度間隔に設けなくてもよい。また、複数のセンサエレメント２０において、センサプレート１０の受力部１１との間の距離を異ならせることで、各センサエレメント２０の測定レンジを異ならせることも可能である。また、力センサに作用する力Ｆとその力Ｆによる変位が１：１で対応する場合には、力センサを変位センサとして用いることもできる。
【００６５】
以上、図面を用いて本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００６６】
１０    センサプレート
１１    受力部
１２    架橋部
１２Ａ  輻状部
２０    センサエレメント
２２    ブリッジ回路
２５    記憶演算部（制御回路）
２６    記憶演算部（制御回路）
３０    受力部材
３１    突起部
３３    凸部
１００  力センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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