(57)【要約】【課題】ペダルフィーリングの違和感を低減した荷重センサを提供することを目的とする。【解決手段】この目的を達成するために本発明は、ケース１と、このケース１の開口部から少なくともその一端部が表出した荷重入力部２と、この荷重入力部２の他端部にその一端部を係合したつづみ形コイルバネ６と、このつづみ形コイルバネ６の他端部に設けた荷重印加部７と、この荷重印加部７と対向するように前記ケース１に設けた荷重検出部８とからなる荷重センサとしたものである。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケースと、このケースの開口部から少なくともその一端部が表出した荷重入力部と、この荷重入力部の他端部にその一端部を係合したつづみ形コイルバネと、このつづみ形コイルバネの他端部に設けた荷重印加部と、この荷重印加部と対向するように前記ケースに設けた荷重検出部とからなる荷重センサ。
【請求項２】
荷重検出部は、起歪体と、この起歪体の表面に設けた絶縁層と、この絶縁層の表面に設けた歪抵抗素子とからなる請求項１に記載の荷重センサ。
【請求項３】
荷重検出部と対向する荷重印加部の面に凸部を設けた請求項１に記載の荷重センサ。
【請求項４】
荷重センサ本体にストロークセンサを設けた請求項１に記載の荷重センサ。
【請求項５】
ストロークセンサは、荷重入力部に設けた第一の磁石と、ケースに設けた第二の磁石と、この第二の磁石の表面に設けた磁電変換部とを備え、前記第一の磁石の第一の磁気ベクトルは前記荷重入力部の可動方向と略平行であり、前記第二の磁石の第二の磁気ベクトルは前記第一の磁気ベクトルと略垂直方向であり、前記磁電変換部の感磁軸は前記第一および第二の磁気ベクトルと略直交方向であることを特徴とする請求項４に記載の荷重センサ。
【請求項６】
荷重入力部にストッパを設け、この荷重入力部をケース内に押し込むことにより前記ストッパと当接するように前記ケースに衝撃緩衝部を設けた請求項１に記載の荷重センサ。
【請求項７】
荷重検出部は、起歪体と、この起歪体の表面に設けた絶縁層と、この絶縁層の表面に設けた歪抵抗素子とからなる請求項６に記載の荷重センサ。
【請求項８】
荷重検出部と対向する荷重印加部の面に凸部を設けた請求項６に記載の荷重センサ。
【請求項９】
荷重センサ本体にストロークセンサを設けた請求項６に記載の荷重センサ。
【請求項１０】
ストロークセンサは、荷重入力部に設けた第一の磁石と、ケースに設けた第二の磁石と、この第二の磁石の表面に設けた磁電変換部とを備え、前記第一の磁石の第一の磁気ベクトルは前記荷重入力部の可動方向と略平行であり、前記第二の磁石の第二の磁気ベクトルは前記第一の磁気ベクトルと略垂直方向であり、前記磁電変換部の感磁軸は前記第一および第二の磁気ベクトルと略直交方向であることを特徴とする請求項９に記載の荷重センサ。
【請求項１１】
ケースと、このケースの開口部から少なくともその一端部が表出した荷重入力部と、この荷重入力部の他端部を設けたストッパと、前記荷重入力部をケース内に押し込むことにより前記ストッパと当接するように前記ケースに設けた衝撃緩衝部と、前記ストッパにその一端部を係合したつづみ形コイルバネと、このつづみ形コイルバネの他端部に設けた荷重印加部と、この荷重印加部と対向するように前記ケースに設けた荷重検出部とからなる荷重センサ。
【請求項１２】
荷重検出部は、起歪体と、この起歪体の表面に設けた絶縁層と、この絶縁層の表面に設けた歪抵抗素子とからなる請求項１１に記載の荷重センサ。
【請求項１３】
荷重検出部と対向する荷重印加部の面に凸部を設けた請求項１１に記載の荷重センサ。
【請求項１４】
荷重センサ本体にストロークセンサを設けた請求項１１に記載の荷重センサ。
【請求項１５】
ストロークセンサは、荷重入力部に設けた第一の磁石と、ケースに設けた第二の磁石と、この第二の磁石の表面に設けた磁電変換部とを備え、前記第一の磁石の第一の磁気ベクトルは前記荷重入力部の可動方向と略平行であり、前記第二の磁石の第二の磁気ベクトルは前記第一の磁気ベクトルと略垂直方向であり、前記磁電変換部の感磁軸は前記第一および第二の磁気ベクトルと略直交方向であることを特徴とする請求項１４に記載の荷重センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電動式ブレーキ装置等に使用される荷重センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の荷重センサとして特開平０９−２５４７７８号に開示されているものがある。図７は油圧式ブレーキでの荷重特性図、図８は従来の荷重センサの断面図、図９は従来の荷重センサの荷重特性図を示す。
【０００３】
図７において横軸はペダルストローク、縦軸は荷重を表わす。図７の特性曲線が示すように油圧式ブレーキでは、一定以上のペダルストロークを越えると急激に荷重が増加する。
【０００４】
図８において、１８は第１バネ座、１９は第２バネ座、１５は円錐型スプリング、１６は円筒型スプリング、１７は圧電素子、２１はペダル、２２はブレーキアーム、２３は車体である。
【０００５】
上記のように構成された従来の荷重センサの動作を説明する。運転者がペダル２１を踏み始めると、ブレーキアーム２２に取り付けられた第１バネ座１８と第２バネ座１９の間にある円錐型スプリング１５を介して圧電素子１７に荷重が印加され圧電効果によりこの荷重に応じた電気信号に変換され検出される。このときの荷重特性を図９に示す。図９において横軸はペダルストローク、縦軸は荷重を表わす。ペダルストロークが図中のＬの範囲では荷重は円錐型スプリング１５による反力と釣り合い、Ｌを越えると円筒型スプリング１６に当接するため、荷重は円錐型スプリング１５と円筒型スプリング１６の両方の反力の和と釣り合うようになる。したがって上記構成の荷重センサの荷重特性は図９で示すように折れ点を持ったものになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この折れ点は図７には見られないものであり、この折れ点での荷重の急峻な変化が油圧式ブレーキのペダルフィーリングと比較して違和感をもたらすという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、この違和感を低減した荷重センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために本発明の請求項１に記載の発明は、ケースと、このケースの開口部から少なくともその一端部が表出した荷重入力部と、この荷重入力部の他端部にその一端部を係合したつづみ形コイルバネと、このつづみ形コイルバネの他端部に設けた荷重印加部と、この荷重印加部と対向するように前記ケースに設けた荷重検出部とからなる荷重センサであり、特につづみ形コイルバネを用いることにより荷重センサの荷重特性は折れ点のないものになり、その結果、ペダルフィーリングにおいて違和感を低減することができるという作用効果を奏する。すなわち、つづみ形コイルバネはその中央部に向かって巻線の径を徐々に小さくしているため、荷重を受けたときまず径の大きな両端の巻線から変位して緩やかな荷重曲線を示す。印加する荷重が大きくなるにつれて徐々により内側の巻線が変位しそれにともない荷重曲線も上昇していく。このようにつづみ形コイルバネを用いることにより荷重特性は折れ点がないものになる。
【０００９】
また、単に円錐形バネを用いた場合と比較して、このつづみ形バネは円錐形バネを径の小さい方同士で二つ接続したような構造になっているため上記よりもさらに荷重を印加したときの荷重曲線の上昇が表れやすく、より油圧ブレーキの特性に近い曲線となるものである。
【００１０】
加えて、用いるバネを一つにすることにより複数のバネを用いる場合と比較して累積誤差が小さくなり、各々の荷重センサのペダルフィーリングのばらつきが低減するという作用効果を奏する。
【００１１】
本発明の請求項２に記載の発明は、荷重検出部は、起歪体と、この起歪体の表面に設けた絶縁層と、この絶縁層の表面に設けた歪抵抗素子とからなる請求項１に記載の荷重センサであり、印加された荷重量に応じて歪抵抗素子の抵抗値が変わることにより荷重量を検出することができるという作用効果を奏する。すなわち、印加された荷重により起歪体が歪み、この歪みにより歪抵抗素子も歪み、その結果、歪抵抗素子の抵抗値が変化して上記荷重量を検出することができるものである。
【００１２】
本発明の請求項３に記載の発明は、荷重検出部と対向する荷重印加部の面に凸部を設けた請求項１に記載の荷重センサであり、この凸部を設けることにより荷重を荷重検出部に効率的に印加することができる。
【００１３】
本発明の請求項４に記載の発明は、荷重センサ本体にストロークセンサを設けた請求項１に記載の荷重センサであり、荷重検出において冗長性を持たせることができ、その結果、フェイルセーフ機能を付加することができる。
【００１４】
本発明の請求項５に記載の発明は、ストロークセンサは、荷重入力部に設けた第一の磁石と、ケースに設けた第二の磁石と、この第二の磁石の表面に設けた磁電変換部とを備え、前記第一の磁石の第一の磁気ベクトルは前記荷重入力部の可動方向と略平行であり、前記第二の磁石の第二の磁気ベクトルは前記第一の磁気ベクトルと略垂直方向であり、前記磁電変換部の感磁軸は前記第一および第二の磁気ベクトルと略直交方向であることを特徴とする請求項４に記載の荷重センサであり、非接触でストローク量を検出することができ、その結果、荷重センサとして信頼性を向上することができるという作用効果を奏する。
【００１５】
本発明の請求項６に記載の発明は、荷重入力部にストッパを設け、この荷重入力部をケース内に押し込むことにより前記ストッパと当接するように前記ケースに衝撃緩衝部を設けた請求項１に記載の荷重センサであり、急ブレーキ等の急激な大荷重の印加から荷重検出部を保護することができるという作用効果を奏する。
【００１６】
本発明の請求項７に記載の発明は、荷重検出部は、起歪体と、この起歪体の表面に設けた絶縁層と、この絶縁層の表面に設けた歪抵抗素子とからなる請求項６に記載の荷重センサであり、請求項２と同様の作用効果を奏する。
【００１７】
本発明の請求項８に記載の発明は、荷重検出部と対向する荷重印加部の面に凸部を設けた請求項６に記載の荷重センサであり、請求項３と同様の作用効果を奏する。
【００１８】
本発明の請求項９に記載の発明は、荷重センサ本体にストロークセンサを設けた請求項６に記載の荷重センサであり、請求項４と同様の作用効果を奏する。
【００１９】
本発明の請求項１０に記載の発明は、ストロークセンサは、荷重入力部に設けた第一の磁石と、ケースに設けた第二の磁石と、この第二の磁石の表面に設けた磁電変換部とを備え、前記第一の磁石の第一の磁気ベクトルは前記荷重入力部の可動方向と略平行であり、前記第二の磁石の第二の磁気ベクトルは前記第一の磁気ベクトルと略垂直方向であり、前記磁電変換部の感磁軸は前記第一および第二の磁気ベクトルと略直交方向であることを特徴とする請求項９に記載の荷重センサであり、請求項５と同様の作用効果を奏する。
【００２０】
本発明の請求項１１に記載の発明は、ケースと、このケースの開口部から少なくともその一端部が表出した荷重入力部と、この荷重入力部の他端部に設けたストッパと、前記荷重入力部をケース内に押し込むことにより前記ストッパと当接するように前記ケースに設けた衝撃緩衝部と、前記ストッパにその一端部を係合したつづみ形コイルバネと、このつづみ形コイルバネの他端部に設けた荷重印加部と、この荷重印加部と対向するように前記ケースに設けた荷重検出部とからなる荷重センサであり、請求項１および請求項６と同様の作用効果を奏する。
【００２１】
本発明の請求項１２に記載の発明は、荷重検出部は、起歪体と、この起歪体の表面に設けた絶縁層と、この絶縁層の表面に設けた歪抵抗素子とからなる請求項１１に記載の荷重センサであり、請求項２と同様の作用効果を奏する。
【００２２】
本発明の請求項１３に記載の発明は、荷重検出部と対向する荷重印加部の面に凸部を設けた請求項１１に記載の荷重センサであり、請求項３と同様の作用効果を奏する。
【００２３】
本発明の請求項１４に記載の発明は、荷重センサ本体にストロークセンサを設けた請求項１１に記載の荷重センサであり、請求項４と同様の作用効果を奏する。
【００２４】
本発明の請求項１５に記載の発明は、ストロークセンサは、荷重入力部に設けた第一の磁石と、ケースに設けた第二の磁石と、この第二の磁石の表面に設けた磁電変換部とを備え、前記第一の磁石の第一の磁気ベクトルは前記荷重入力部の可動方向と略平行であり、前記第二の磁石の第二の磁気ベクトルは前記第一の磁気ベクトルと略垂直方向であり、前記磁電変換部の感磁軸は前記第一および第二の磁気ベクトルと略直交方向であることを特徴とする請求項１４に記載の荷重センサであり、請求項５と同様の作用効果を奏する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の荷重センサについて実施の形態および図面を用いて説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
本実施の形態１および図１、図２を用いて請求項１〜３に記載の発明を説明する。
【００２７】
図１（ａ）は本実施の形態１における荷重センサの断面図、図１（ｂ）は荷重検出部の拡大断面図であり、図２はその荷重センサの荷重特性図である。
【００２８】
ケース１から荷重入力部２の少なくとも一端部が表出している。この荷重入力部２の他端部にはつづみ形コイルバネ６が設けられており、このつづみ形コイルバネ６の他端部には荷重印加部７が設けられている。上記ケース１の内面には荷重検出部８が設けられ、この荷重検出部８と上記荷重印加部７は対向している。上記荷重入力部２の一端部はブレーキアーム２２に固定されており、このブレーキアーム２２の一端部は車体２３に固定され、他端部にはペダル２１が設けられている。
【００２９】
ここで上記荷重検出部８について説明する。この荷重検出部８は、起歪体１２と、この起歪体１２の表面に設けた絶縁層１３と、この絶縁層１３の表面に設けた歪抵抗素子１４とからなるものである。起歪体１２の材料としては、荷重が印加されることにより歪みを発生するものであればよく、例えば金属弾性体が挙げられる。また、この起歪体１２の形状として荷重の印加により歪みを発生させやすいものにすることも有効である。例えば、逆凹形状もしくはそれに類する形状の起歪体１２（図示せず）の上面に荷重を印加することが挙げられる。
【００３０】
絶縁層１３の材料としてはガラスホーロー等の結晶化ガラス、セラミック材料、ガラス材料とセラミック材料を混合したもの、アルミニウムの酸化物等が挙げられる。この絶縁層１３と歪抵抗素子１４は接着剤等を介していないので密着性における信頼性が高いものである。なお、この歪抵抗素子１４を保護するように少なくとも歪抵抗素子１４の表面に保護層（図示せず）を設けてもよい。
【００３１】
上記荷重検出部８は荷重印加部７と対向しており、この荷重印加部７の対向面には凸部が設けられている。この凸部はペダル２１により印加された荷重を効率的に荷重検出部８に印加する目的で設けられており、特に、この形状を半球面形状にすることにより以下の効果が付加される。すなわち、荷重印加部７が傾いた場合でも荷重検出部８への荷重の作用点のばらつきが低減され、その結果、荷重の検出精度を高くすることができるという作用効果を奏する。
【００３２】
また、上記凸部に対応する荷重検出部８の部位に貫通孔（図示せず）や凹部（図１Ａ）を設けることにより荷重検出部８への荷重の作用点のばらつきがさらに低減され、その結果、荷重の検出精度をさらに高くすることができる。なお、上記貫通孔の開口面積は上記凸部の投影面積より小さいことが望ましい。
【００３３】
以上のように構成された荷重センサについて、その動作を説明する。
【００３４】
運転者がペダル２１を踏み始めると、ブレーキアーム２２に連動して荷重入力部２が変位し、つづみ形コイルバネ６を介して荷重入力部７が荷重検出部８に荷重を伝え、歪抵抗変化により電気信号に変換される。この荷重はつづみ形コイルバネ６の反力と釣り合っているため、荷重特性はつづみ形コイルバネ６により決まる。つづみ形コイルバネ６は変形量が小さいときは反力は小さいが一定以上の変形量を越えると急激に反力が増加する非線型なバネ特性を持つ。図２に本実施の形態１における荷重特性図を示す。図２において横軸はペダルストローク、縦軸は荷重を示す。これは従来例のところで既に説明した図７の油圧式ブレーキの荷重特性図とほぼ同じ特性であり、特に急激に荷重が増加し始めるところには折れ点はなく滑らかな荷重特性を示している。
【００３５】
図２に示す荷重特性はつづみ形コイルバネ６の設計により特性を調節することが可能であり、かつ、つづみ形コイルバネ６の寸法ばらつきを抑制することで荷重特性のばらつきも抑制される。それには金型等を用いることにより容易に達成可能である。
【００３６】
（実施の形態２）
本実施の形態２および図３、図４を用いて請求項６〜８に記載の発明を説明する。
【００３７】
図３、図４はともに本実施の形態２における荷重センサの断面図である。本実施の形態２が実施の形態１と異なる点は、ストッパ３および衝撃緩衝部５を設けた点である。すなわち、ストッパ３を設けた荷重入力部２をケース内へ所定の深さに押し込んだとき、つまりペダル２１を所定量踏み込んだとき衝撃緩衝部５に当接するようにケース１に設けた点である。このストッパ３および衝撃緩衝部５を設けることにより荷重検出部８を保護することができる。特に、本発明の荷重センサがブレーキに使用された場合急ブレーキ等の急激な大荷重が印加されることがある。したがって、ストッパ３および衝撃緩衝部５により荷重検出部８の耐力限界以上の荷重が印加されることを防止することができる。
【００３８】
ストッパ３は荷重入力部２に設けるものであるが、図３に示すようにケース１内に設けてもいいし、図４に示すようにケース１外に設けてもよい。そして、衝撃緩衝部５はストッパ３の設置位置にあわせてケース１に設けている。
【００３９】
上記以外は実施の形態１と同様である。
【００４０】
（実施の形態３）
本実施の形態３および図５を用いて請求項１１〜１３に記載の発明を説明する。
【００４１】
図５は本実施の形態３の荷重センサの断面図であり、実施の形態２と異なる点は荷重入力部２とつづみ形コイルバネ６の間にストッパ３を介在させた点である。
【００４２】
この場合衝撃緩衝部５は、荷重入力部２をケース１内へ所定の深さに押し込んだとき当接するようにケース１内に設けている。
【００４３】
上記以外は実施の形態２と同様である。
【００４４】
（実施の形態４）
本実施の形態４および図６を用いて請求項４、５、９、１０、１４、１５に記載の発明を説明する。
【００４５】
本実施の形態４が実施の形態１〜３と異なる点はストロークセンサを設けた点である。図６は本実施の形態４の荷重センサの断面図であり、実施の形態２で用いた図３の荷重センサにストロークセンサを設けたものを一例として用いた。
【００４６】
以下、ストロークセンサについて説明する。
【００４７】
荷重入力部２に第一の磁石９が固定されており、第一の磁石の第一の磁極ベクトル９ａは荷重入力部２の可動方向にほぼ平行になっており、第一の磁石９に対向して第二の磁石１０がケース１に配置され、第二の磁極ベクトル１０ａは第一の磁極ベクトル９ａとほぼ直角に立体交差するようになっている。そして、第二の磁石１０上に第一の磁極ベクトル９ａと第二の磁極ベクトル１０ａの両者にほぼ直交する方向に感磁軸を有する第一の半導体磁気抵抗素子１１ａと第二の半導体磁気抵抗素子１１ｂが、前記第二の磁石１０の前記第一の磁石９に対向する面の一端部および他端部に、対向するように配置されている。
【００４８】
次に上記ストロークセンサの動作について説明する。
【００４９】
荷重の印加により荷重入力部２が変位すると、これに取り付けられた第一の磁石９の位置が変化する。この時、第一の磁石９と対向配置されている第二の磁石１０上の第一、第二の半導体磁気抵抗素子１１ａ，１１ｂに印加される磁界の強さが変化する。そして、この磁界の強さの変化によって、第一、第二の半導体磁気抵抗素子１１ａ，１１ｂの抵抗が変化することにより電気信号に変換され、ペダルストロークに応じた出力を得る。本実施の形態における荷重特性も図２に示したものと全く同様のものであり、これからペダルストロークに対応した荷重が求まるため、間接的に荷重検出を行うことができる。
【００５０】
したがって、荷重検出部８による荷重の直接的な検出と、上記ストロークセンサによる間接的な検出の２系統の検出を行うことで荷重検出において冗長性を持たせることが可能になり、その結果、フェイルセーフ機能を付加することができる。
【００５１】
上記以外は実施の形態１〜３と同様である。
【００５２】
なお、ストッパ３および衝撃緩衝部５の設置とストロークセンサの設置はそれぞれ単独で行ってもよいし、組み合わせて行ってもよい。
【００５３】
また、ストロークセンサの設置部位は実施の形態に示したようにケース１内に限定されるものではなく、ケース１外にも設置することができる。すなわち、ケース１の開口部から表出した荷重入力部２の一端部に第一の磁石９を設け、前記開口部を有するケース１の外面に第二の磁石１０を設けることも可能である（図示せず）。このときそれぞれの磁極ベクトル９ａ，１０ａの位置関係等は実施の形態で示したものと同様である。なお、ストロークセンサの周囲の環境により外乱、（例えば鉄部品の存在により磁力が拡散したり、磁気ギャップに鉄粉等が付着する等）にさらされる可能性がある場合はケース等を設けてストロークセンサを保護すればよい。
【００５４】
【発明の効果】
以上のように本発明は、ケースと、このケースの開口部から少なくともその一端部が表出した荷重入力部と、この荷重入力部の他端部にその一端部を係合したつづみ形コイルバネと、このつづみ形コイルバネの他端部に設けた荷重印加部と、この荷重印加部と対向するように前記ケースに設けた荷重検出部とからなる荷重センサであり、特につづみ形コイルバネを用いることにより荷重センサの荷重特性は折れ点のないものになり、その結果、ペダルフィーリングにおいて違和感を低減することができるという作用効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態の荷重センサの断面図
（ｂ）同要部拡大断面図
【図２】本発明の一実施の形態の荷重センサの荷重特性図
【図３】本発明の一実施の形態の荷重センサの断面図
【図４】本発明の一実施の形態の荷重センサの断面図
【図５】本発明の一実施の形態の荷重センサの断面図
【図６】本発明の一実施の形態の荷重センサの断面図
【図７】油圧式ブレーキの荷重特性図
【図８】従来の荷重センサの断面図
【図９】従来の荷重センサの荷重特性図
【符号の説明】
１　ケース
２　荷重入力部
３　ストッパ
５　衝撃緩衝部
６　つづみ形コイルバネ
７　荷重印加部
８　荷重検出部
９　第一の磁石
９ａ　第一の磁極ベクトル
１０　第二の磁石
１０ａ　第二の磁極ベクトル
１１ａ　第一の磁気抵抗素子
１１ｂ　第二の磁気抵抗素子
１２　起歪体
１３　絶縁層
１４　歪抵抗素子
２１　ペダル
２２　ブレーキアーム
２３　車体
【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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