(57)【要約】【課題】小型化することができる荷重検出装置を提供する。【解決手段】荷重検出装置１は、セラミック配線基板１０と、感圧抵抗体１１、１２と、温度補償用抵抗体１３と、荷重検出ＩＣ１４とから構成されている。感圧抵抗体１１、１２は、セラミック配線基板１０に形成され、荷重が加わることで抵抗が変化する。荷重検出ＩＣ１４は、セラミック配線基板１０に実装され、温度補償用抵抗体１３の抵抗に基づいて感圧抵抗体１１、１２の抵抗の温度特性を補償し、温度補償した抵抗に基づいて加わった荷重を求める。前述したように、感圧抵抗体１１、１２は、荷重が加わることで抵抗が変化する。そのため、従来のひずみセンサのように、ひずみを生じる金属基体を用いる必要がない。そのため、素子自体を小型化することができる。しかも、感圧抵抗体１１、１２と、荷重検出ＩＣ１４とが、同一のセラミック配線基板１０に実装されている。従って、荷重検出装置を小型化することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配線基板と、
前記配線基板に実装され、荷重が加わることによって電気的特性が変化する感圧体からなる荷重検出素子と、
前記配線基板に実装されるとともに、前記配線基板に形成される配線パターンによって前記荷重検出素子に接続され、前記荷重検出素子の前記電気特性の変化に基づいて加わった荷重を検出する荷重検出回路と、
を有することを特徴とする荷重検出装置。
【請求項２】
前記配線基板に実装され、温度によってその電気的特性が変化する温度補償素子を有し、
前記荷重検出回路は、前記温度補償素子の前記電気特性の変化に基づいて前記荷重検出素子の検出結果を補償することを特徴とする請求項１に記載の荷重検出装置。
【請求項３】
前記荷重検出素子は、前記配線基板に複数実装されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の荷重検出装置。
【請求項４】
前記荷重検出素子は、前記配線基板の同一面に実装されていることを特徴とする請求項３に記載の荷重検出装置。
【請求項５】
前記荷重検出素子は、前記配線基板に仮想的に設けられた対称軸に対して線対称となる位置に実装されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の荷重検出装置。
【請求項６】
前記荷重検出回路は、荷重検出ＩＣとして構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の荷重検出装置。
【請求項７】
前記荷重検出回路は、荷重検出ＩＣとして構成され、前記対称軸上に実装されていることを特徴とする請求項５に記載の荷重検出装置。
【請求項８】
前記荷重検出ＩＣは、線対称となる位置に実装された前記荷重検出素子の間に実装されていることを特徴とする請求項７に記載の荷重検出装置。
【請求項９】
前記荷重検出素子は、車両におけるブレーキの踏力、アクセルの踏力、又は、ラックエンドの荷重を検出することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の荷重検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重を検出する荷重検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、荷重を検出することができるセンサとして、例えば特許文献１に開示されているひずみセンサがある。このひずみセンサは、薄い板状の金属基体と、絶縁層と、抵抗素子とから構成されている。金属基体の表面には、絶縁層が形成されている。抵抗素子は、絶縁層の表面に、所定のパターンをなして形成されている。ひずみセンサに荷重が加わると、金属基体にひずみが生じる。それに伴って抵抗素子がひずみ、その抵抗が変化する。
【特許文献１】特開平６−１３７８０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ひずみセンサと、その抵抗変化に基づいて荷重を検出する荷重検出回路とによって荷重検出装置を構成することができる。前述したように、ひずみセンサは、荷重が加わり、金属基体にひずみが生じることで抵抗素子の抵抗が変化する。金属基体を小さくすると、充分なひずみを生じることができず、抵抗変化も小さくなってしまう。そのため、金属基体、つまりはひずみセンサを小型化することが困難であった。従って、ひずみセンサを用いた場合、荷重検出装置を小型化することも困難であった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、小型化することができる荷重検出装置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及び発明の効果】
【０００５】
そこで、本発明者は、この課題を解決すべく鋭意研究し試行錯誤を重ねた結果、荷重が加わることで電気的特性が変化する荷重検出素子と、その電気的特性の変化に基づいて加わった荷重を検出する荷重検出回路とを同一の配線基板に実装することによって、ひずみセンサを用いた場合に比べ、荷重検出装置を小型化できることを思いつき、本発明を完成するに至った。
【０００６】
すなわち、請求項１に記載の荷重検出装置は、配線基板と、配線基板に実装され、荷重が加わることによって電気的特性が変化する感圧体からなる荷重検出素子と、配線基板に実装されるとともに、配線基板に形成される配線パターンによって荷重検出素子に接続され、荷重検出素子の電気特性の変化に基づいて加わった荷重を検出する荷重検出回路と、を有することを特徴とする。この構成によれば、荷重検出素子は、感圧体からなり、荷重が加わることでその電気的特性が変化する。そのため、従来のひずみセンサのように、ひずみを生じる金属基体を用いる必要がない。そのため、素子自体を小型化することができる。しかも、荷重検出素子と、その電気的特性の変化に基づいて加わった荷重を検出する荷重検出回路とが、同一の配線基板に実装されている。従って、荷重検出装置を小型化することができる。なお、感圧体としては、導電性粒子を分散して構成するとよい。導電性を有するＲｕＯ2の粒子を用いるとより好ましい。
【０００７】
請求項２に記載の荷重検出装置は、請求項１に記載の荷重検出装置において、配線基板に実装され、温度によって電気的特性が変化する温度補償素子を有し、荷重検出回路は、温度補償素子の電気特性の変化に基づいて荷重検出素子の温度特性を補償することを特徴とする。この構成によれば、荷重検出素子の温度特性の影響を抑えることができる。そのため、正確に荷重を検出することができる。
【０００８】
請求項３に記載の荷重検出装置は、請求項１又は２に記載の荷重検出装置において、荷重検出素子は、配線基板に複数実装されていることを特徴とする。この構成によれば、複数の荷重検出素子の電気的特性の変化に基づいて荷重を検出することができる。そのため、１つの荷重検出素子のみを用いる場合に比べ、荷重検出素子の電気的特性のバラツキや、荷重検出素子への荷重の加わり方のバラツキによる影響を抑えることができる。従って、より正確に荷重を検出することができる。
【０００９】
請求項４に記載の荷重検出装置は、請求項３に記載の荷重検出装置において、荷重検出素子は、配線基板の同一面に実装されていることを特徴とする。この構成によれば、同一方向から加わる荷重を正確に検出することができる。
【００１０】
請求項５に記載の荷重検出装置は、請求項３又は４に記載の荷重検出装置において、荷重検出素子は、配線基板に仮想的に設けられた対称軸に対して線対称となる位置に実装されていることを特徴とする。この構成によれば、荷重検出素子に均一に荷重を加わることができる。そのため、荷重検出素子への荷重の加わり方のバラツキを抑えることができる。
【００１１】
請求項６に記載の荷重検出装置は、請求項１〜５のいずれかに記載の荷重検出装置において、荷重検出回路は、荷重検出ＩＣとして構成されていることを特徴とする。この構成によれば、荷重検出回路を小型化することができる。そのため、荷重検出装置をより小型化することができる。
【００１２】
請求項７に記載の荷重検出装置は、請求項５に記載の荷重検出装置において、荷重検出回路は、荷重検出ＩＣとして構成され、対称軸上に実装されていることを特徴とする。この構成によれば、荷重検出回路を小型化することができる。そのため、荷重検出装置をより小型化することができる。また、荷重検出素子を荷重検出ＩＣに接続するための配線パターンの形状を、対称軸に対して線対称な形状とすることができる。そのため、外部から受けるノイズの影響のバラツキを抑えることができる。
【００１３】
請求項８に記載の荷重検出装置は、請求項７に記載の荷重検出装置において、荷重検出ＩＣは、線対称となる位置に実装された荷重検出素子の間に実装されていることを特徴とする。この構成によれば、荷重検出素子を荷重検出ＩＣに接続するための配線パターンの長さを短くすることができる。そのため、外部から受けるノイズの影響を抑えることができる。また、荷重検出装置をさらに小型化することができる。
【００１４】
請求項９に記載の荷重検出装置は、請求項１〜８のいずれかに記載の荷重検出装置において、荷重検出素子は、車両におけるブレーキの踏力、アクセルの踏力、又は、ラックエンドの荷重を検出することを特徴とする。この構成によれば、車両におけるブレーキの踏力、アクセルの踏力、又は、ラックエンドの荷重を検出する荷重検出装置を小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。本実施形態では、本発明に係る荷重検出装置を、車両におけるブレーキの踏力を検出する荷重検出装置に適用した例を示す。
【００１６】
まず、図１〜図３を参照して荷重検出装置の構成について説明する。ここで、図１は、第１実施形態における荷重検出装置の断面図である。図２は、荷重検出装置の上面図である。図３は、荷重検出装置の正面図である。なお、図中における前後方向及び上下方向は、荷重検出装置を説明するために便宜的に導入したものである。
【００１７】
図１〜図３に示すように、荷重検出装置１は、セラミック配線基板１０（配線基板）と、２つの感圧抵抗体１１、１２（荷重検出素子）と、温度補償用抵抗体１３（温度補償素子）と、荷重検出ＩＣ１４（荷重検出回路）とから構成されている。
【００１８】
セラミック配線基板１０は、感圧抵抗体１１、１２、温度補償用抵抗体１３及び荷重検出ＩＣ１４を実装し配線する、セラミックからなる所定の剛性を有する長方形板状の部材である。セラミック配線基板１０の上面のみに、所定の配線パターンが形成されている。前方端部には、外部と接続するための外部接続端子１００〜１０２が固定されている。
【００１９】
感圧抵抗体１１、１２は、セラミック配線基板１０の上面に形成され、応力の印加によって電気的特性が変化する長方形層状の部材である。具体的には、荷重が加わることで抵抗が変化する感圧体からなる部材である。図２に示すように、感圧抵抗体１１、１２は、セラミック配線基板１０の長手方向中央部に仮想的に設けられた、短辺に平行な対称軸Ｓに対して線対称となる位置にそれぞれ形成されている。具体的には、導電性を有するＲｕＯ2の粒子とガラスとを含有するペースト状の抵抗材料をセラミック配線基板１０上にスクリーン印刷し、焼付けて形成されている。図１に示すように、感圧抵抗体１１、１２の上部には、受圧体１１０、１２０がそれぞれ固定されている。受圧体１１０、１２０は、感圧抵抗体１１、１２の広い領域に、外部から加わる荷重を均一に伝達するための部材である。具体的には、セラミックからなる所定の剛性を有する直方体状の部材である。図３に示すように、受圧体１１０、１２０の高さＨ１は、セラミック配線基板１０に実装された荷重検出ＩＣの高さＨ２より高く設定されている。セラミック配線基板１０に形成された感圧抵抗体１１、１２は、受圧体１１０、１２０を介して外部から荷重が伝達されることで、その抵抗がそれぞれ変化することとなる。
【００２０】
図１及び図２に示すように、温度補償用抵抗体１３は、セラミック配線基板１０の上面に形成され、温度によって抵抗が変化し、感圧抵抗体１１、１２の温度特性を補償するための長方形層状の部材である。具体的には、感圧抵抗体１１、１２と同一材料からなり、同一の温度特性を示す部材である。ただし、感圧抵抗体１１、１２と異なり、受圧体を有していない。そのため、外部から荷重が加わらず、荷重によって抵抗が変化することはない。温度補償用抵抗体１３は、セラミック配線基板１０上の所定位置に形成されている。具体的には、感圧抵抗体１１、１２と同一のペースト状の抵抗材料をセラミック配線基板１０上にスクリーン印刷し、焼付けて形成されている。
【００２１】
荷重検出ＩＣ１４は、セラミック配線基板１０の上面に実装され、感圧抵抗体１１、１２の抵抗の変化に基づいて加わった荷重を検出する回路を構成するセラミックパッケージからなるＩＣである。具体的には、温度補償用抵抗体１３の抵抗に基づいて感圧抵抗体１１、１２の抵抗の温度特性を補償するとともに、温度補償したこれらの抵抗の変化に基づいて加わった荷重を求め、所定の信号に変換して出力するＩＣである。荷重検出ＩＣ１４は、対称軸Ｓ上であって、感圧抵抗体１１、１２の間に実装されている。荷重検出ＩＣ１４の入力端子は、セラミック配線基板１０に形成される配線パターンによって感圧抵抗体１１、１２及び温度補償用抵抗体１３に接続されている。また、出力端子は、外部接続端子１００〜１０２に接続されている。
【００２２】
次に、図１、図２及び図４を参照して荷重検出装置の動作について説明する。ここで、図４は、荷重検出装置の動作を説明するための説明図である。なお、図中における上下方向は、荷重検出装置を説明するために便宜的に導入したものである。また、白抜き矢印は、荷重検出装置に加わるブレーキの踏力の方向、つまり、荷重の方向を示すものである。
【００２３】
図４に示すように、セラミック配線基板１０は、下面を車両側に設けられた基部１５０に当接させた状態で固定されている。受圧体１１０、１２０の上面には、ブレーキの踏力を伝達する踏力伝達部材１５が当接した状態で配設されている。ブレーキが踏み込まれると、その踏力が踏力伝達部材を介して受圧体１１０、１２０に伝達され、受圧体１１０、１２０が下方に押圧される。図１及び図２に示す受圧体１１０、１２０の固定された感圧抵抗体１１、１２は、受圧体１１０、１２０を介して荷重が加わることで、その抵抗が変化する。荷重検出ＩＣ１４は、温度補償用抵抗体１３の抵抗に基づいて感圧抵抗体１１、１２の抵抗の温度特性を補償する。そして、温度補償したこれらの抵抗の変化に基づいて加わった荷重、つまり、ブレーキの踏力を求め、所定の信号に変換し、外部出力端子１００〜１０２を介して出力する。
【００２４】
次に、図１〜４を参照して効果について説明する。本実施形態によれば、感圧抵抗体１１、１２は、感圧体からなり、荷重が加わることでその抵抗が変化する。具体的には、図４に示すように、受圧体１１０、１２０を介してブレーキの踏力が加わることで、その抵抗が変化する。そのため、従来のひずみセンサのように、ひずみを生じる金属基体を用いる必要がない。そのため、素子自体を小型化することができる。しかも、図１〜図３に示すように、感圧抵抗体１１、１２と、荷重検出ＩＣ１４とが、同一のセラミック配線基板１０に実装されている。従って、車両におけるブレーキの踏力を検出する荷重検出装置１を小型化することができる。
【００２５】
また、本実施形態よれば、図１及び図２に示すように、荷重検出装置１は、温度補償用抵抗体１３を備えている。そして、荷重検出ＩＣ１４が、温度補償用抵抗体１３の抵抗に基づいて感圧抵抗体１１、１２の抵抗の温度特性を補償するとともに、温度補償したこれらの抵抗の変化に基づいて加わった荷重を求める。そのため、感圧抵抗体１１、１２の温度特性の影響を抑えることができる。従って、正確に荷重を検出することができる。
【００２６】
また、本実施形態によれば、図１及び図２に示すように、荷重検出装置１は、２つの感圧抵抗体１１、１２を備えている。そして、荷重検出ＩＣ１４が、これらの抵抗の変化に基づいて加わった荷重を検出する。そのため、１つの感圧抵抗体のみを用いる場合に比べ、感圧抵抗体の抵抗のバラツキや、感圧抵抗体への荷重の加わり方のバラツキによる影響を抑えることができる。
【００２７】
また、本実施形態によれば、図１〜図４に示すように、感圧抵抗体１１、１２は、セラミック配線基板１０の同一面に形成されている。そのため、同一方向から加わる荷重を正確に検出することができる。具体的には、上下方向から加わる荷重を検出することができる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、図２に示すように、感圧抵抗体１１、１２は、対称軸Ｓに対して線対称となる位置にそれぞれ形成されている。そのため、図４に示すように、感圧抵抗体１１、１２に、均一に荷重を加えることができる。従って、感圧抵抗体１１、１２への荷重の加わり方のバラツキを抑えることができる。
【００２９】
さらに、本実施形態によれば、感圧抵抗体１１、１２の抵抗の変化に基づいて加わる荷重を求める荷重検出回路は、荷重検出ＩＣ１４として構成されている。そのため、荷重検出回路を小型化することができる。しかも、荷重検出ＩＣ１４は、対称軸Ｓ上に実装されている。そのため、感圧抵抗体１１、１２を荷重検出ＩＣ１４に接続するための配線パターンの形状を、対称軸Ｓに対して線対称な形状とすることができる。これにより、外部から受けるノイズの影響のバラツキを抑えることができる。
【００３０】
加えて、本実施形態によれば、荷重検出ＩＣ１４は、感圧抵抗体１１、１２の間に実装されている。そのため、感圧抵抗体１１、１２を荷重検出ＩＣ１４に接続するための配線パターンの長さを短くすることができる。これにより、外部から受けるノイズの影響を抑えることができる。また、荷重検出装置１を小型化することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では、荷重検出ＩＣ１４が、セラミックパッケージからなる例を挙げているが、これに限られるものではない。例えば、図５及び図６に示すように、ベアチップからなる荷重検出ＩＣ１６をボンディングワイヤ１６０を用いてセラミック配線基板１７上の配線パターンに接続してもよい。また、図７及び図８に示すように、モールドパッケージからなる荷重検出ＩＣ１８をセラミック配線基板１９上の配線パターンにはんだにより直接接続してもよい。
【００３２】
また、本実施形態では、２つの感圧抵抗体１１、１２をセラミック配線基板１０の同一面に形成した例を挙げているが、これに限られるものではない。３つ以上の感圧抵抗体を用いてもよい。また、これらの感圧抵抗体をセラミック配線基板の異なる面に形成してもよい。偶数個の感圧抵抗体を用いる場合、対称軸に対して線対称となる位置に実装するとよい。
【００３３】
また、本実施形態では、長方形状のセラミック配線基板１０の長手方向中央部に、短辺に平行な対称軸Ｓを設けられた例を挙げているが、これに限られるものではない。セラミック配線基板は、どのような形状であってもよいし、対称軸は、どのような位置に仮想的に設けられていてもよい。
【００３４】
また、本実施形態では、荷重が加わることで抵抗が変化する感圧抵抗体１１、１２を用いた例を挙げているが、これに限られるものではない。荷重が加わることで抵抗以外の電気的特性が変化するものを用いてもよい。
【００３５】
さらに、本実施形態では、感圧抵抗体１１、１２が、車両におけるブレーキの踏力を検出する例を挙げているが、これに限られるものではない。荷重検出装置を車両に適用し、アクセルの踏力や、ステアリング装置を構成するラックエンドの荷重等を検出するようにしてもよい。
【００３６】
加えて、本実施形態では、感圧抵抗体１１、１２が対称軸Ｓに対して線対称な位置に形成され、荷重検出ＩＣ１４が、対称軸Ｓ上であって、感圧抵抗体１１、１２の間に実装されている例を挙げているが、これに限られるものではない。感圧抵抗体は、セラミック配線基板に仮想的に設けられた対称点に対して点対称となる位置にそれぞれ形成されていてもよい。また、荷重検出ＩＣは、対称点上に実装されていてもよい。さらに、荷重検出ＩＣは、感圧抵抗体の間に実装されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態における荷重検出装置の斜視図である。
【図２】荷重検出装置の上面図である。
【図３】荷重検出装置の正面図である。
【図４】荷重検出装置の動作を説明するための説明図である。
【図５】変形形態における荷重検出装置の上面図である。
【図６】荷重検出装置の正面図である。
【図７】別の変形形態における荷重検出装置の上面図である。
【図８】荷重検出装置の正面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１・・荷重検出装置、１０、１７、１９・・・セラミック配線基板（配線基板）、１００〜１０２・・・外部接続端子、１１、１２・・・感圧抵抗体（荷重検出素子）、１１０、１２０・・・受圧体、１３・・・温度補償用抵抗体（温度補償素子）、１４、１６、１８・・・荷重検出ＩＣ（荷重検出回路）、１６０・・・ボンディングワイヤ、１５０・・・基部、１５１・・・踏力伝達部材
【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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