(57)【要約】 【課題】  ピストンなどの直動軸の変位とその軸に加わる荷重の両方を同時に検出可能な変位および荷重検出装置を提供する。【解決手段】  ピストンなどの直動軸５の変位とその軸５に加わる荷重を磁束の変化で検出する変位および荷重検出装置１において、上記直動軸５に磁歪素子１５を介設すると共に、その磁歪素子１５と連動して移動する磁束発生装置１２を設け、上記直動軸５の軸方向に沿って上記磁束発生装置１２を挟むと共にこれを包囲するよう第１ヨーク１０と第２ヨーク１１とをギャップ９を介して対向させ、かつその第１ヨーク１０と第２ヨーク１１に磁束変化を検出する磁束検出装置１８、１９を設け、さらに上記磁歪素子１５と上記磁束発生装置１２とを結び、これらと連動して移動すると共に上記磁束発生装置１２の磁束を上記磁歪素子１５に通す第３ヨーク１６を設けたものである。【選択図】  図１
2005172660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンなどの直動軸の変位とその軸に加わる荷重を磁束の変化で検出する変位および荷重検出装置において、上記直動軸に磁歪素子を介設すると共に、その磁歪素子と連動して移動する磁束発生装置を設け、上記直動軸の軸方向に沿って上記磁束発生装置を挟むと共にこれを包囲するよう第１ヨークと第２ヨークとをギャップを介して対向させ、かつその第１ヨークと第２ヨークに磁束変化を検出する磁束検出装置を設け、さらに上記磁歪素子と上記磁束発生装置とを結び、これらと連動して移動すると共に上記磁束発生装置の磁束を上記磁歪素子に通す第３ヨークを設けたことを特徴とする変位および荷重検出装置。
【請求項２】
上記磁束発生装置は、永久磁石からなり、その移動で上記第１ヨークと上記第２ヨークの磁束を変化させる請求項１記載の変位および荷重検出装置。
【請求項３】
上記磁束検出装置は、ホール素子からなる請求項１記載の変位および荷重検出装置。
【請求項４】
上記第３ヨークは、上記磁歪素子の両端を保持する保持片と、上記保持片に連結し、上記磁束発生装置からの磁束を上記保持片を介して上記磁歪素子に通す平行ヨーク片とからなる請求項１記載の変位および荷重検出装置。
【請求項５】
上記磁束発生装置は、永久磁石と、この永久磁石を挟み込む一対の磁性材料と、上記磁性材料間に沿って設けられ、上記磁性材料間で磁束が発生するのを防ぐための遮蔽板とを備える請求項１記載の変位および荷重検出装置。
【請求項６】
上記直動軸は、一端がブレーキペダルに連結され、他端がマスターシリンダのピストンに連結されるピストン軸からなり、そのピストン軸に上記磁歪素子が介設される請求項１記載の変位および荷重検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピストンなどの直動軸の変位とその軸に加わる荷重を磁束の変化で検出する変位および荷重検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁束の変化により変位を検出する変位検出装置として、図４に示す変位検出装置３３が知られている。変位検出装置３３を図４により説明する。
【０００３】
ピストンなどの直動軸（図示せず）に、この直動軸と連動して移動するよう永久磁石３２が設けられ、この永久磁石３２を包囲するようにコ字形の第１ヨーク３４および第２ヨーク３５がギャップ３６を介し対向して設けられる。直動軸が移動すると、永久磁石３２が両ヨーク３４、３５内を移動し、第１ヨーク３４と第２ヨーク３５とを各々通過する磁束が変化する。これら磁束の変化を両ヨーク３４、３５に各々設けられるホール素子３８、３９により検出し、これを基に直動軸の変位を検出するようにしている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特表２００２−５３８４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の磁束変化による変位検出装置では、変位しか検出できないため、例えば、自動車のブレーキペダルなどに用いられるセンサで、踏み込み量と踏力の両方を同時に検出する必要がある場合には、踏み込み量を検出するための変位検出装置の他に、別途踏力を検出するための荷重検出装置が必要となる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、ピストンなどの直動軸の変位とその軸に加わる荷重の両方を同時に検出する変位および荷重検出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための請求項１に係る発明は、ピストンなどの直動軸の変位とその軸に加わる荷重を磁束の変化で検出する変位および荷重検出装置において、上記直動軸に磁歪素子を介設すると共に、その磁歪素子と連動して移動する磁束発生装置を設け、上記直動軸の軸方向に沿って上記磁束発生装置を挟むと共にこれを包囲するよう第１ヨークと第２ヨークとをギャップを介して対向させ、かつその第１ヨークと第２ヨークに磁束変化を検出する磁束検出装置を設け、さらに上記磁歪素子と上記磁束発生装置とを結び、これらと連動して移動すると共に上記磁束発生装置の磁束を上記磁歪素子に通す第３ヨークを設けたものである。
【０００８】
上記目的を達成するための請求項２に係る発明は、上記磁束発生装置は、永久磁石からなり、その移動で上記第１ヨークと上記第２ヨークの磁束を変化させるものである。
【０００９】
上記目的を達成するための請求項３に係る発明は、上記磁束検出装置は、ホール素子からなるものである。
【００１０】
上記目的を達成するための請求項４に係る発明は、上記第３ヨークは、上記磁歪素子の両端を保持する保持片と、上記保持片に連結し、上記磁束発生装置からの磁束を上記保持片を介して上記磁歪素子に通す平行ヨーク片とからなるものである。
【００１１】
上記目的を達成するための請求項５に係る発明は、上記磁束発生装置は、永久磁石と、この永久磁石を挟み込む一対の磁性材料と、上記磁性材料間に沿って設けられ、上記磁性材料間で磁束が発生するのを防ぐための遮蔽板とを備えるものである。
【００１２】
上記目的を達成するための請求項６に係る発明は、上記直動軸は、一端がブレーキペダルに連結され、他端がマスターシリンダのピストンに連結されるピストン軸からなり、そのピストン軸に上記磁歪素子が介設されるものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ピストンなどの直動軸の変位とその軸に加わる荷重の両方を磁束の変化により同時に検出できるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１５】
図１は本実施の形態の変位および荷重検出装置１をブレーキペダルセンサとして用いるブレーキシステムの構成図を示す。
【００１６】
図１に示すブレーキシステムは、その上端が支持軸８により軸支されるブレーキペダル２と、マスターシリンダ６のピストン軸で構成される直動軸５（以下の記述において、直動とは、直線に沿い移動することを意味するとして、これを用いる）とを備え、この直動軸５はリンク４を介してブレーキペダル２に接続される。そして、ブレーキペダル２が踏み込まれると、ブレーキペダル２が支持軸８を中心に回動することで、踏力がリンク４を介し直動軸５に伝えられ、さらに、直動軸５が踏み込み量に応じてマスターシリンダ６に押し込まれ、ブレーキシステムが機能する。直動軸５は、直動軸５ａと直動軸５ｂとから構成され、これら直動軸５ａ、直動軸５ｂ間に介設される変位および荷重検出装置１が、ブレーキペダル２が踏み込まれた際の踏み込み量と踏力を検出するためのブレーキペダルセンサとして用いられる。
【００１７】
図２は本実施の形態の変位および荷重検出装置１の詳細図を示す。
【００１８】
図２（ａ）は、変位および荷重検出装置１の平面図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）正面図を示し、図２（c）は、図２（ｂ）側面図を示し、図２（ｄ）は、変位および荷重検出装置１の斜視図を示す。
【００１９】
図２に示すように変位および荷重検出装置１は、磁束発生装置１２と、この磁束発生装置１２を直動軸５の軸方向から挟みかつ包囲すると共に、ギャップ９を介し対向して設けられるコ字形の第１ヨーク１０および第２ヨーク１１と、磁束発生装置１２を包囲すると共に、磁束発生装置１２に固定されかつ直動軸５に接続される第３ヨーク１６と、この第３ヨーク１６に保持される磁歪素子１５と、さらに、第１ヨーク１０および第２ヨーク１１に各々取り付けられ、これら両ヨーク１０、１１を通過する磁束を検出するための磁束検出装置１８、１９と、これら磁束検出装置１８、１９に接続される信号処理回路２２とを備える。
【００２０】
磁束発生装置１２は、直動軸５の最大ストロークの約３倍の長さを有する永久磁石１４からなり、この永久磁石１４は、正極と負極の境界面が直動軸５の軸方向と平行かつ変位および荷重検出装置１の設置面に対し垂直になるように、設けられる。なお、永久磁石１４の長さは、これに限らず、直動軸５の最大ストローク時にも、永久磁石１４の一部を第１ヨーク１０および第２ヨーク１１が、各々包囲できる長さであればよい。
【００２１】
第１ヨーク１０は、平行に並ぶ一対のながえ部１０ａ、１０ａと、これらながえ部１０ａ、１０ａを接続するくびき部１０ｂとからなり、コ字形に形成される（図２（ａ）参照）。ながえ部１０ａ、１０ａの一端には、くびき部１０ｂが接続される。また、ながえ部１０ａ、１０ａは、各々が微小な隙間を介し永久磁石１４の磁極面に臨み近接するように配置される。くびき部１０ｂの中央部には、磁束検出装置１８を取り付けるための隙間が形成される。
【００２２】
なお、第２ヨーク１１は第１ヨーク１０と同形状であり、第１ヨーク１０のながえ部１０ａと、くびき部１０ｂは、各々第２ヨーク１１のながえ部１１ａと、くびき部１１ｂに対応する。また、くびき部１０ｂと同様に、くびき部１１ｂの中央部には、磁束検出装置１９を取り付けるための隙間が形成される。
【００２３】
そして、上述の構成からなる第１ヨーク１０と第２ヨーク１１の各ながえ部１０ａと１１ａの先端部の間には、これら両ヨーク１０、１１の間に磁束が発生するのを防ぐためのギャップ９が形成される。
【００２４】
第３ヨーク１６は、直動軸５ａ、５ｂに接続されると共に磁歪素子１５を直動軸５の軸方向から挟み保持する一対の保持片１６ａ、１６ｂと、これら一対の保持片１６ａ、１６ｂに各々接続される一対の平行ヨーク片１６ｃ、１６ｄとを備える。平行ヨーク片１６ｃ、１６ｄは、永久磁石１４を超える長さを有し、ながえ部１０ａ、１１ａと同様に微小な隙間を介し永久磁石１４の磁極面に対し臨み近接するように各々配置される。また、平行ヨーク片１６ｃ、１６ｄは、ながえ部１０ａ、１１ａに対し、各々の間に磁束が発生しないような間隔を介し配置される。さらに、平行ヨーク片１６ｃ、１６ｄは、磁化率の小さな磁性体（例えば銅）からなるピン部材（図示しない）により、永久磁石１４の磁極面に固定される。
【００２５】
これにより、直動軸５に荷重が加えられ、直動軸５が移動すると、第３ヨーク１６と共に永久磁石１４が、第１ヨーク１０および第２ヨーク１１に対し、相対移動し、また直動軸５に加えられる荷重が、第３ヨーク１６の保持片１６ａ、１６ｂを介し、磁歪素子１５に加えられる。
【００２６】
磁束検出装置１８、１９は各々ホール素子２０、２１からなり、ホール素子２０、２１が各々を通過する磁束に比例した電圧を出力することで、磁束が検出される。
【００２７】
次に、変位および荷重検出装置１の動作について説明する。
【００２８】
永久磁石１４により発生する磁束は、第１ヨーク１０を通過する磁束経路Ｐ１、第２ヨーク１１を通過する磁束経路Ｐ２と、第３ヨーク１６の平行ヨーク片１６ｃ、１６ｄおよび保持片１６ａ、１６ｂを介し、磁歪素子１５を直動軸５の軸方向に沿って通過する磁束経路Ｐ３とを通過する。また、各ヨーク１０、１１、１６間の隙間が、永久磁石１４と各ヨーク１０、１１、１６との隙間よりも広いため、磁束はこれらの磁束経路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３以外を通過しない。（図２（ｄ）参照）。そして、磁束経路Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３の内、磁束経路Ｐ１、Ｐ２を通過する磁束がホール素子２０、２１により各々検出され、これらホール素子２０、２１からの出力が、信号処理回路２２に入力される。さらに、検出された磁束の変化を基に信号処理回路２２が直動軸５の変位と加えられる荷重を検出する。
【００２９】
次に信号処理回路２２により、ホール素子２０、２１の出力から、直動軸５の変位および荷重を検出する方法を説明する。
【００３０】
まず、直動軸５に加えられる荷重の検出方法について説明する。
【００３１】
直動軸５に荷重が加えられると、この荷重が磁歪素子１５に圧縮荷重として直動軸５の軸方向に沿って加えられ、磁歪素子１５の透磁率が低下する。透磁率の低下により磁束経路Ｐ３を通過する磁束が減少するため、磁束経路Ｐ１、Ｐ２を通過する磁束が各々増加し、この磁束の増加がホール素子２０、２１の出力の増加として各々検出される。また、第１ヨーク１０および第２ヨーク１１のながえ部１０ａ、１１ａと永久磁石１４とが各々近接する面積（対向面積）の和が直動軸５の変位によらず一定のため、直動軸５が無荷重状態の場合、ホール素子２０、２１の出力の和は直動軸５の変位によらず一定となる。つまり、ホール素子２０、２１の出力の和は、直動軸５に加えられる荷重にのみ依存する。そこで、ホール素子２０、２１の出力の和の変化より、直動軸５に加えられる荷重を検出する。例えば、直動軸５に加えられる荷重とホール素子２０、２１の出力の和との関係を予め求め表にしておき、計測の際この表を引くことで直動軸５の荷重を検出する。
【００３２】
つぎに、直動軸５の変位の検出方法について説明する。
【００３３】
直動軸５が移動すると、永久磁石１４が、第１ヨーク１０および第２ヨーク１１に対し、相対移動する。これにより、第１ヨーク１０と第２ヨーク１１のながえ部１０ａ、１１ａと永久磁石１４との対向面積が各々変化するため、磁束経路Ｐ１、Ｐ２を通過する磁束も変化する。ところが上述のように、直動軸５に荷重が加えられることでも磁束経路Ｐ１、Ｐ２を通過する磁束が変化する。しかし、ながえ部１０ａの永久磁石１４に対する対向面積と、ながえ部１１ａの永久磁石１４に対する対向面積との比が、直動軸５の変位にのみ依存するため、ホール素子２０の出力とホール素子２１の出力との比も直動軸５に加えられる荷重によらず、直動軸５の変位にのみ依存する。そこで、ホール素子２０、２１の出力の比より、直動軸５の変位を検出する。例えば、直動軸５の変位とホール素子２０、２１の出力の比の関係を予め求め表とし、計測の際にこの表を引くことで直動軸５の変位を検出する。
【００３４】
このように本実施形態に係る変位および荷重検出装置１は、ピストンなどの直動軸５の変位を検出するための変位検出装置と、直動軸５に加わる荷重を検出するための荷重検出装置とを一体に構成することで、コストの低減ができるという効果がある。
【００３５】
次に本発明に係る他の実施の形態を図３により説明する。
【００３６】
図３に示す実施形態は、上述した図２の実施形態とは磁束発生装置１２のみ異なる。
【００３７】
図３は他の実施の形態に係る磁束発生装置２５の平面図を示す。
【００３８】
磁束発生装置２５は、永久磁石２６と、この永久磁石２６を挟み込み保持する一対の磁性材料２８、２９と、永久磁石２６に固定されると共に、磁性材料２８、２９間に沿って設けられ、磁性材料２８、２９間に磁束が発生するのを防ぐための遮蔽板３０を構成するアルミニウム板３１とを備える。磁性材料２８、２９は、直動軸５の移動と共に磁束発生装置２５が移動しても、磁性材料２８と磁性材料２９の一部を第１ヨーク１０および第２ヨーク１１が、各々包囲できるような長さに形成される。これにより、永久磁石２６の磁束が、磁性材料２８、２９の対向面の反対面から発生し、磁気経路Ｐ１、Ｐ２およびＰ３を常に通過できるようになる。
【００３９】
なお本形態の変位および荷重検出装置でも上述した実施形態の変位および荷重検出装置１と同様の効果を得ることができ、さらに本形態の変位および荷重検出装置では、磁束発生装置１２に用いられる所定長さを要する高価な永久磁石１４を、より小さな永久磁石２６と所定長さを有する磁性材料２８、２９とに置き換えることで、コストの低減ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係る変位および荷重検出装置をブレーキペダルセンサとして用いるブレーキシステムの構成図を示す。
【図２】本発明に係る変位および荷重検出装置を示し、（ａ）は変位および荷重検出装置の平面図、（ｂ）は（ａ）の正面図、（ｃ）は（ｂ）の側面図、（ｄ）は変位および荷重検出装置の斜視図を示す。
【図３】他の実施の形態に係る変位および荷重検出装置の磁束発生装置の構成図を示す。
【図４】従来の磁束変化を用いた変位検出装置の構成図を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１  変位および荷重検出装置
２  ブレーキペダル
５、５ａ、５ｂ  直動軸
６  マスターシリンダ
９  ギャップ
１０  第１ヨーク
１１  第２ヨーク
１２、２５  磁束発生装置
１４、２６  永久磁石
１５  磁歪素子
１６  第３ヨーク
１６ａ、１６ｂ  保持片
１６ｃ、１６ｄ  平行ヨーク片
１８、１９  磁束検出装置
２０、２１  ホール素子
２８、２９  磁性材料
３０  遮蔽板
３１  アルミニウム板
【図１】
2005172660.tif 000003
【図２】
2005172660.tif 000004
【図３】
2005172660.tif 000005
【図４】
2005172660.tif 000006