(57)【要約】【課題】本発明は、起歪体に加えられた荷重の位置に因らず安定して起歪体に生じた歪を検出し、起歪体に加えられた荷重を精度良く検出でき、かつ、小型化できる歪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、固定部３８を有し第１の基板３２と第２の基板３３を有した起歪体３４と、起歪体３４上に設けられた歪検出素子３５と、を備え、第１の基板３２と第２の基板３３の間には空隙３７が設けられた構成とした。【選択図】図１
2016090378.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部を有し第１の基板と第２の基板を有した起歪体と、
前記起歪体上に設けられた歪検出素子と、を備え、
前記第１の基板と前記第２の基板の間には空隙が設けられている歪センサ。
【請求項２】
前記歪検出素子は、
第１の歪抵抗パターン、第２の歪抵抗パターン、第３の歪抵抗パターン、第４の歪抵抗パターンを有し、
第１の歪抵抗パターンと第２の歪抵抗パターンに対して、第３の歪抵抗パターンと第４の歪抵抗パターンが接続部を挟んで反対側に設けられている請求項１に記載の歪センサ。
【請求項３】
前記第１の歪抵抗パターンと前記第４の歪抵抗パターンは前記空隙の端部に設けられている請求項２に記載の歪センサ。
【請求項４】
請求項１に記載の歪センサと、
前記固定部と接続された接続部材と、
前記連結部材と接続された伝達部材を有した荷重検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重が加えられたときに起歪体に生じる歪みを測定し、荷重の大きさを検出する歪センサ、およびこの歪センサを用いた荷重検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、荷重の大きさを測定するために、起歪体に生じた歪みを検出することにより荷重の大きさを測定する歪センサが用いられていた。
【０００３】
図５に示すように、従来の歪センサ１は、弾性材料からなる絶縁基板２と、絶縁基板２の上面に銀からなる電源電極３、一対の出力電極４、ＧＮＤ電極５および４つの歪抵抗素子６を回路パターン７により電気的に接続するように設けることによりブリッジ回路とで構成されている。また、絶縁基板２の上面には少なくとも一対の温度特性調整抵抗８を設けており、この温度特性調整抵抗８は一端を電源電極３と電気的に接続するとともに、他端を一対の抵抗値測定電極９を介して歪抵抗素子６と電気的に接続している。また、絶縁基板２の上面にはフレームＧＮＤ電極１０が設けられるとともに、このフレームＧＮＤ電極１０とＧＮＤ電極５との間に回路パターン７を介してコンデンサ１１および静電気放電用抵抗１２を電気的に並列に接続している。また絶縁基板２における回路パターン７には、この回路パターン７の一部を断線させるようにスリット部１３を設けている。さらに、絶縁基板２の上面に設けた４つの歪抵抗素子６を分離し、この分離された二対の歪抵抗素子６のそれぞれの歪抵抗素子６間に位置して絶縁基板２に細幅部２ａを設けている。
【０００４】
絶縁基板２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２の表面に歪が発生し、絶縁基板２の上面に設けられた４つの歪抵抗素子６にも歪が発生する。この歪抵抗素子６に歪が発生すると、この歪抵抗素子６の抵抗値が変化するため、この抵抗値の変化を一対の出力電極４からブリッジ回路としての出力を外部のコンピュータ（図示せず）に出力し、絶縁基板２に加わる荷重を測定するものである。（特許文献１）。
【０００５】
また、このような歪センサを用いた踏力検出装置として、図６に示すものが知られている。
【０００６】
図６に示すように従来の踏力検出装置は、アクセルペダル２０の隣に配置され、ブレーキペダル２１において運転者が足で操作する踏面を支持する基部となるプレート２１ａが、揺動可能なアーム２１ｂの先端に固定され、プレート２１ａの前面に踏力検出器２２が固定されることで、該踏力検出器２２がブレーキペダル２１の踏面を構成している。
【０００７】
踏力検出器２２は、図６に示すように、プレート２１ａの前面に固定された支持プレート２３と、該支持プレート２３に固定されてブレーキペダル２１の踏面を構成する操作プレート２４と、これら支持プレート２３と操作プレート２４の間に狭持され固着された４個の荷重センサ２５ａ〜２５ｄとから構成される。
【０００８】
荷重センサ２５ａ〜２５ｄは、操作プレート２４（支持プレート２３）４隅に均等に配置される。この場合、ブレーキペダル２１の踏面である操作プレート２４（支持プレート２１）を正面視した状態で、該操作プレート２４の幅方向での中心線ＣＬを基準とすると、左側に荷重センサ２５ａ及び２５ｂが配置され、右側に荷重センサ２５ｃ及び２５ｄが配置される。これにより、運転者がブレーキペダル２１の踏面である操作プレート２４を操作すると、その踏力が荷重センサ２５ａ〜２５ｄによって検出され、該検出された踏力はＥＣＵ（図示せず）へと入力される。（特許文献２）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４７６０４８５号公報
【特許文献２】特開２０１３−０６１２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１の歪センサでは、荷重が加わる位置が一定でない条件で歪センサを使用する場合、基板に対して荷重の加わる位置によって基板の撓み方が変わるため、歪センサの検出精度が低下すると言う課題があった。
【００１１】
また、特許文献２の歪センサでは、支持プレートと操作プレートの間に歪センサを配置しておおり、また、歪センサを複数使うことで、歪センサとＥＣＵを結ぶハーネスが増えてしまい、ブレーキペダルが大型化するという課題があった。更に、歪センサを複数使用しているため、検出信号の処理が煩雑になるという課題があった。
【００１２】
本発明は、上記課題を解決し、荷重の加わり方に因らず安定して踏力を検出し、小型化可能な歪センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために本発明は、固定部を有し第１の基板と第２の基板を有した起歪体と、前記起歪体上に設けられた歪検出素子と、を備え、前記第１の基板と第２の基板の間には空隙が設けられた構造としている。
【発明の効果】
【００１４】
上記構成により本発明は、歪センサへの踏力の加わり方に因らず踏力を検出することができるため歪センサの検出精度を向上させ、また、小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）本発明の一実施の形態の歪センサの正面図、（ｂ）同歪センサのＡＡ線断面図、（ｃ）同歪センサの背面図
【図２】同歪センサのブリッジ回路を示す図
【図３】同歪センサの側断面図
【図４】同歪センサを用いた荷重検出装置の全体図
【図５】従来の歪センサを示す図
【図６】従来の歪センサを用いた踏力検出装置を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（実施の形態１）
以下に、本発明の一実施の形態の歪センサについて図面を用いながら説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態の歪センサを示す図である。
【００１８】
図１（ａ）は本発明の一実施の形態の歪センサ３１の正面図、図１（ｂ）は同歪センサ３１のＡＡ線断面図、図１（ｃ）は同歪センサ３１の背面図を示している。
【００１９】
図１に示すように本発明の一実施の形態の歪センサ３１は、第１の基板３２と第２の基板３３を有した起歪体３４と、起歪体３４に設けられた歪検出素子３５とを有している。第１の基板３２と第２の基板３３は第１の基板３２と第２の基板３３の端部、すなわち、第１の基板３２と第２の基板３３の外周に沿って接続部３６によって接続され、第１の基板３２と第２の基板３３の間には、空隙３７が設けられている。起歪体３４第２の基板３３の中央部分には、固定部３８が設けられており、固定部３８において歪センサ３１は固定されている。
【００２０】
第２の基板３３には、第１出力電極３９と、第２出力電極４０と、電源電極４１とグランド電極４２からなる回路パターンが設けられている。歪検出素子３５は、電源電極４１と第１出力電極３９との間に接続された第１の歪抵抗パターン４３と、グランド電極４２と第１出力電極３９との間に接続された第２の歪抵抗パターン４４と、電源電極４１と第２出力電極４０との間に接続された第３の歪抵抗パターン４５と、グランド電極４２と第２出力電極４０との間に接続された第４の歪抵抗パターン４６とで構成されている。第１の歪抵抗パターン４３と第３の歪抵抗パターン４５は、第２の歪抵抗パターン４４と第４の歪抵抗パターン４６とに比べて第１の固定部３８側に配置され、歪検出素子３５と回路パターンとで、図２に示すようなフルブリッジ回路が構成されている。
【００２１】
第１の歪抵抗パターン４３と第２の歪抵抗パターン４４に対し、第３の歪抵抗パターン４５と第４の歪抵抗パターン４６は、接続部３６を挟んで反対側に、接続部３６に対して線対称になるように配置されている。第１の歪抵抗パターン４３と第４の歪抵抗パターン４６は起歪体３４の外周側、第２の歪抵抗パターン４４と第３の歪抵抗パターン４５は接続部３６側に設けられている。
【００２２】
歪センサ３１は、ステンレス等の金属により構成された起歪体３４の外周面にガラスペーストを印刷した後に、約５５０℃で約１０分間焼成して起歪体３４を形成する。次に、起歪体３４に、銀のペーストを印刷して約５５０℃で約１０分間焼成して回路パターンを形成し、抵抗ペーストを印刷し、起歪体３４を約５５０℃で約１０分間焼成することで歪センサ３１が形成されている。
【００２３】
なお、本実施の形態１では、歪センサ３１として、起歪体３４の歪量を抵抗値の変化により検出する歪抵抗方式の例で説明するが、歪量により周波数が変化する方式等を用いてもよい。
【００２４】
以下、歪センサ３１の動作について説明する。
【００２５】
図３は歪センサ３１に起歪体３４に荷重が加わったときの歪センサ３１の変形を示した歪センサ３１の側断面図である。
【００２６】
起歪体３４の第１の基板３２に荷重Ｆが加わると、第１の基板３２と第２の基板３３との間には空隙３７が設けられているため、第１の基板３２と第２の基板３３が接続されている部分に荷重ｆが加わり、第２の基板３３に荷重が伝達される。このとき、接続部３６で歪センサ３１は固定されているため、図３に示すように第２の基板３３が撓み変形をする。第２の基板３３が撓むことにより、歪検出素子３５によって、第２の基板３３の撓み量を検出することができるため、第１の基板３２に加えられた荷重Ｆを測定することができる。
【００２７】
ここで、第１の歪抵抗パターン４３と第４の歪抵抗パターン４６を、接続部３６と起歪体３４の端部Ｐの真中よりも端部Ｐ側に設けることで第１の歪抵抗パターン４３と第４の歪抵抗パターン４６で引張応力が加わる。また、第２の歪抵抗パターン４４と第３の歪抵抗パターン４５を接続部３６と端部Ｐの真中よりも接続部３６側に設けることで、第２の歪抵抗パターン４４と第３の歪抵抗パターン４５で圧縮応力が加わる。
【００２８】
この様な応力が加わることにより、第１の歪抵抗パターン４３、第３の歪抵抗パターン４５の抵抗値が大きくなり、第２の歪抵抗パターン４４、第４の歪抵抗パターン４６の抵抗値が小さくなる。これによって、第１出力電極３９と第２出力電極４０との間で電位差が生じ、電位差を処理回路で信号処理することによって検出荷重に応じた出力信号を形成することができる。このとき、第２の基板３３が空隙３７の端部に面した部分で最も変位が大きくなるため、第１の歪抵抗パターン４３と第２の歪抵抗パターン４４を、第２の基板３３の空隙３７の端部に面した部分に設けることにより、検出精度を向上させることができる。
【００２９】
また、本発明の一実施の形態の歪センサ３１は第１の基板３２と第２の基板３３は外周に沿って接続されているため、第１の基板３２に加えられた荷重Ｆは接続部３６を介して第２の基板３３に伝達されている。このため、荷重Ｆが第１の基板３２のどの位置に加えられても、接続部３６と固定部３８との間で第２の基板３３が撓み変形をするため、荷重Ｆが加えられる位置に因らずに荷重Ｆを測定することが可能になる。
【００３０】
次に、本発明の一実施の形態の歪センサ３１を用いた車両用の荷重検出装置４７を図面を用いて説明する。
【００３１】
図４は本発明の一実施の形態の歪センサ３１を用いた荷重検出装置４７を示している。
【００３２】
図４に示すように荷重検出装置４７は、起歪体３４からなるペダル部４８と、ペダル部４８と接続された固定部３８からなるペダルアーム４９と、ペダルアーム４９と接続されたクレビスピン５０とクレビス５１からなる接続部材と、クレビス５１と接続されたオペロッド５２からなる伝達部材とを有している。
【００３３】
ペダル部４８に加えられた踏力はペダルアーム４９によって、クレビスピン５０に伝達される。クレビスピン５０は、オペロッド５２が設けられた方向に押されることにより、クレビス５１に踏力が伝達される。クレビス５１からオペロッド５２に踏力が伝達され、オペロッド５２に接続されたブレーキシステム（図示せず）に踏力が伝達され、この踏力に応じたブレーキ動作が行われ、荷重検出装置４７を搭載した車両（図示せず）が減速する。
【００３４】
ここで、荷重検出装置４７は、ペダル部４８、ペダルアーム４９に歪センサ３１を用いているため、車両の運転者がペダルを踏んだ位置に因らずに踏力を検出することができ、かつ、ペダル部４８で直接踏力を検出するため、高精度に踏力を検出することができる。また、本発明の一実施の形態の荷重検出装置４７は、ペダル部４８そのものが歪センサ３１であるため、ペダル部４８を小型化することができ、一つの歪センサ３１で踏力を検出することができるため、歪センサ３１で検出した信号の処理も煩雑にならない。このように、本発明の一実施の形態の歪センサ３１は、運転者がどのようにペダルを踏んでも精度良く踏力を検出することができ、かつ、簡易な構成で小型化することができるため、車両用の荷重検出装置４７に適している。
【００３５】
なお、本発明の一実施の形態において、歪検出素子３５として、第１の歪抵抗パターン４３、第２の歪抵抗パターン４４、第３の歪抵抗パターン４５、第４の歪抵抗パターン４６からなるフルブリッジ回路を構成しているが、この限りではなく、起歪体３４に生じた歪みを抵抗変化等を検出することにより検出できれば良い。
【００３６】
なお、本発明の一実施の形態において、起歪体３４の接続部３６を溶接によって設け空隙３７を形成しているが、これに限らず、例えば、一枚の基板を切削することによって空隙３７を設けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明の歪センサ３１は、被検出体に歪センサ３１を取り付けたときに生じる軸力の影響を低減し、歪センサ３１の検出精度を向上させ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】
【００３８】
３１  歪センサ
３２  第１の基板
３３  第２の基板
３４  起歪体
３５  歪検出素子
３６  接続部
３７  空隙
３８  固定部
３９  第１出力電極
４０  第２出力電極
４１  電源電極
４２  グランド電極
４３  第１の歪抵抗パターン
４４  第２の歪抵抗パターン
４５  第３の歪抵抗パターン
４６  第４の歪抵抗パターン
４７  荷重検出装置
４８  ペダル部
４９  ペダルアーム
５０  クレビスピン
５１  クレビス
５２  オペロッド
【図１】
2016090378.tif 000003
【図２】
2016090378.tif 000004
【図３】
2016090378.tif 000005
【図４】
2016090378.tif 000006
【図５】
2016090378.tif 000007
【図６】
2016090378.tif 000008