JP2002286747A - センサ装置及びセンサ用信号処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出器と断線していない状態では検出器の検
出精度をより悪化させないようにする。 【解決手段】 ストレーン・ゲージ対１３ａ，１３ｂの
中点Ｃ１と接続される検出信号生成回路１５の接続点Ｄ
１には、ストレーン・ゲージ１３ａ，１３ｂよりも大き
な抵抗値の抵抗２１を介して電源電圧ＶCCが印加されて
いる。また、接続点Ｄ１はツェナーダイオード２３を介
して接地されている。この第１ツェナー電圧ＶＺ１は、
荷重検出範囲に対応する第２電圧信号Ｖ２の最大値より
差分電圧（Ｖ２−Ｖ１）の最大値だけ大きな電圧値を超
える大きさに設定されている。同様に、ストレーン・ゲ
ージ１３ｃ，１３ｄの中点Ｃ２と接続される接続点Ｄ２
には抵抗２２を介して電源電圧ＶCCが印加され、接続点
Ｄ２は第２ツェナーダイオード２４を介して接地されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一対のストレーン
・ゲージが直列接続されたストレーン・ゲージ対を備え
た検出器が、検出量に応じて変化する各ストレーン・ゲ
ージの抵抗値によって生成する電圧信号から検出量に対
応する検出信号を生成するセンサ装置及びセンサ用信号
処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、上記のようなセンサ装置として、
例えば特開平６−３２４０７５号公報で開示された加速
度センサがある。この加速度センサは、図６に示すよう
に、直列接続された一対のストレーン・ゲージ６０ａ，
６０ｂと、同じく一対のストレーン・ゲージ６１ａ，６
１ｂとが並列接続された加速度検出部６２を備えてい
る。この加速度検出部６２に加速度が加わると、各組の
各ストレーン・ゲージ６０ａ，６０ｂ、６１ａ，６１ｂ
の抵抗値が加速度の大きさに応じて変化し、各組毎に両
ストレーン・ゲージ６０ａ，６０ｂ、６１ａ，６１ｂの
中点６３ａ，６３ｂに電圧信号が生成される。この電圧
信号は、両ストレーン・ゲージ６０ａ，６０ｂ、６１
ａ，６１ｂの両端に印加される電圧の半分の電圧値を中
心とし、加速度の検出範囲に対応する信号範囲で変化す
る電圧信号となる。各組のストレーン・ゲージ６０ａ，
６０ｂ、６１ａ，６１ｂで生成された電圧信号Ｖ１，Ｖ
２は信号処理回路６４で差動増幅され、加速度の検出信
号として出力される。

【０００３】ところで、上記加速度センサの加速度検出
部６２は、マイクロマシーニング技術によってシリコン
基板６５に形成されている。このため、シリコン基板６
５はセラミック基板６６に実装された上に、信号処理回
路６４が形成された回路基板６７上に実装されている。
あるいは、信号処理回路６４が共に形成されたセラミッ
ク基板６６上に実装されている。そして、加速度検出部
６２の電源端子６８ａ、接地端子６８ｂ，６８ｃ、信号
出力端子６８ｄ，６８ｅは、セラミック基板６６上の対
応する各端子６９ａ〜６９ｅにそれぞれワイヤ７０ａ〜
７０ｅによって接続されている。

【０００４】このため、ワイヤ７０ａ〜７０ｅが断線
し、加速度検出部６２の各端子６８ａ〜６８ｅと信号処
理回路６４の各端子６９ａ〜６９ｅとの電気接続が断た
れる可能性がある。例えば、両ストレーン・ゲージ６０
ａ，６０ｂ、６１ａ，６１ｂ間の中点６３ａ，６３ｂと
端子６９ｄ，６９ｅとを接続するワイヤ７０ｄ，７０ｅ
が断線すると、信号処理回路６４の演算増幅器の入力側
がオープン状態となり、信号処理回路６４が出力する検
出信号が不定となる。

【０００５】そこで、上記加速度センサでは、各組の各
ストレーン・ゲージ６０ａ，６０ｂ、６１ａ，６１ｂ毎
に大きな抵抗値の抵抗７１ａ〜７１ｄがセラミック基板
６６上に設けられ、各ストレーン・ゲージ６０ａ，６０
ｂ，６１ａ，６１ｂに対し並列に接続されている。この
抵抗７１ａ〜７１ｄの抵抗値は、各ストレーン・ゲージ
６０ａ，６０ｂ、６１ａ，６１ｂの抵抗値が数ＫΩであ
る場合に数ＭΩに設定されている。また、直列接続され
た各組のストレーン・ゲージ６０ａ，６０ｂ、６１ａ，
６１ｂと並列接続された両抵抗７１ａ，７１ｂ、７１
ｃ，７１ｄの抵抗値には、抵抗７１ａ，７１ｄが１Ｍ
Ω、抵抗７１ｂ，７１ｃが４ＭΩというように大きな差
が設けられている。そして、加速度検出部６２の各端子
６８ａ〜６８ｅと、信号処理回路６４の各端子６９ａ〜
６９ｅとが全てワイヤ７０ａ〜７０ｅで電気接続されて
いる状態では、抵抗７１ａ〜７１ｄを含めた各ストレー
ン・ゲージ６０ａ，６０ｂ、６１ａ，６１ｂ毎の合成抵
抗値が、ほぼストレーン・ゲージ６０ａ，６０ｂ、６１
ａ，６１ｂの抵抗値とみなすことができるようになって
いる。

【０００６】ここで、例えば、加速度検出部６２の信号
出力端子６８ｄと信号処理回路６４の端子６９ｄとを接
続するワイヤ７０ｄが断線したときには、両抵抗７１
ａ，７１ｂが直列接続された状態となり、両抵抗７１
ａ，７１ｂによって分圧された電圧が端子６９ｄに生成
される。一方、ワイヤ７０ｅによって接続されている両
ストレーン・ゲージ６１ａ，６１ｂ側の端子６９ｅに
は、加速度の大きさに対応する電圧信号が生成される。
このとき、両抵抗７１ａ，７１ｂによって生成される電
圧は、ワイヤ７０ｄが断線していない状態では発生し得
ない電圧となり、両ストレーン・ゲージ６１ａ，６１ｂ
によって生成される電圧信号との差分電圧も、荷重検出
範囲に対応する信号範囲の電圧信号から生成し得ない電
圧となる。このため、ワイヤ７０ｄが断線したことを検
出することができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記加速度センサで
は、例えばワイヤ７０ｄが断線したとき、両ストレーン
・ゲージ６０ａ，６０ｂ（６１ａ，６１ｂ）の中点６３
ａ（６３ｂ）に、加速度の検出範囲に対応する信号範囲
を外れた電圧を生成する必要がある。このため、各スト
レーン・ゲージ６０ａ，６０ｂ（６１ａ，６１ｂ）に並
列に接続した抵抗７１ａ，７１ｂ（７１ｃ，７１ｄ）の
抵抗値には大きな差が設定されている。また、ワイヤ７
０ｄ，７０ｅが共に断線した状態を検出することができ
るように、ストレーン・ゲージ６０ａ，６０ｂの中点６
３ａと、ストレーン・ゲージ６１ａ，６１ｂの中点６３
ｂとに異なる電圧を生成する必要がある。このため、ス
トレーン・ゲージ６０ａ，６０ｂ側では電源側の抵抗７
１ａが１ＭΩとされ接地側の抵抗７１ｂが４ＭΩとされ
る一方、ストレーン・ゲージ６１ａ，６１ｂ側では電源
側の抵抗７１ｃが４ＭΩとされ接地側の抵抗７１ｄが１
ＭΩとされている。

【０００８】従って、加速度が「０」のときにおいて
も、ストレーン・ゲージ６０ａ，６０ｂの中点６３ａに
生成される電圧信号と、ストレーン・ゲージ６１ａ，６
１ｂの中点６３ｂに生成される電圧信号とには電圧差が
できてしまう。このため、この両電圧信号から求めた差
分電圧にずれができるので、検出精度が悪化する。

【０００９】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであって、その目的は、一対のストレーン・ゲ
ージが直列接続されたストレーン・ゲージ対によって生
成した電圧信号を出力する検出器との電気接続が断たれ
たときに、この電圧信号から生成する検出信号と区別可
能な異常信号を出力することができ、しかも、電気接続
が断たれていない状態において検出器の検出精度をより
悪化させないようにすることができるセンサ装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、検出量に対応してそれぞ
れ抵抗値が変化する一対のストレーン・ゲージが直列接
続されたストレーン・ゲージ対を備え、その両端に印加
された基準電圧を各ストレーン・ゲージの抵抗値で分圧
した電圧信号を両ストレーン・ゲージの中点に生成する
検出器と、前記電圧信号を入力し、この電圧信号から前
記検出量に対応した検出信号を生成する信号処理器とを
備えたセンサ装置において、前記電圧信号を入力する前
記信号処理器の信号入力部には、前記各ストレーン・ゲ
ージの抵抗値よりも大きな抵抗値を有する抵抗を介して
前記基準電圧が印加され、前記信号入力部はツェナーダ
イオードを介して接地され、このツェナーダイオード
は、前記検出量の検出範囲に対応する前記電圧信号の信
号範囲における最大値を超える大きさのツェナー電圧を
有するとともにこのツェナー電圧を前記信号入力部に印
加可能に設けられていることを要旨とする。

【００１１】請求項１に記載の発明によれば、直列接続
された一対のストレーン・ゲージの中点と、信号処理器
の信号入力部とが電気接続されている状態では、検出量
に対応して変化する各ストレーン・ゲージの抵抗値で基
準電圧を分圧して中点に生成される電圧信号が信号処理
器の信号入力部に印加される。このとき、中点の電圧が
ツェナー電圧より小さいと、ツェナーダイオードに印加
される電圧がツェナー電圧とならず、電圧信号の電圧と
なる。このため、信号入力部に、電圧信号が印加され
る。一方、ストレーン・ゲージ対の中点と信号入力部と
の電気接続が断たれた状態では、信号入力部の信号が、
ツェナーダイオードに印加されるツェナー電圧となる。
このため、信号入力部には、ツェナー電圧が印加され
る。従って、検出器の中点と信号処理器の信号入力部と
が電気接続されている状態では、検出量に対応してスト
レーン・ゲージ対の中点に生成される電圧信号が信号処
理器に入力され、この電圧信号から検出信号が生成され
る。一方、検出器の中点と信号処理器の信号入力部との
電気接続が断たれた状態では、電圧信号の最大値を超え
る大きさのツェナー電圧が信号処理器に入力され、この
ツェナー電圧から検出信号と区別可能な信号が生成され
る。このため、ストレーン・ゲージ対の各ストレーン・
ゲージに大きな抵抗値の差を有する抵抗を並列に接続す
る構成に比較して、各ストレーン・ゲージの合成抵抗の
差がより小さくなる。その結果、中点に生成される電圧
信号が、抵抗を設けない場合からずれ難い。

【００１２】請求項２に記載の発明は、検出量に対応し
てそれぞれ抵抗値が変化する一対のストレーン・ゲージ
が直列接続された第１ストレーン・ゲージ対と、検出量
に対応してそれぞれ抵抗値が変化する一対のストレーン
・ゲージが直列接続された第２ストレーン・ゲージ対と
を備え、前記第１ストレーン・ゲージ対の両端に印加さ
れた基準電圧を各ストレーン・ゲージの抵抗値で分圧し
た第１電圧信号を両ストレーン・ゲージの中点に生成す
るとともに、前記第２ストレーン・ゲージ対の両端に印
加された基準電圧を各ストレーン・ゲージの抵抗値で分
圧した第２電圧信号を両ストレーン・ゲージの中点に生
成する検出器と、前記第１及び第２電圧信号を入力し、
この両電圧信号の差分電圧から前記検出量に対応した検
出信号を生成する信号処理器とを備えたセンサ装置にお
いて、前記第１電圧信号を入力する前記信号処理器の第
１信号入力部には前記基準電圧が印加され、前記第２電
圧信号を入力する前記信号処理器の第２信号入力部には
前記基準電圧が印加され、前記第１信号入力部は第１ツ
ェナーダイオードを介して接地され、この第１ツェナー
ダイオードは、前記検出量の検出範囲に対応する前記第
２電圧信号の信号範囲における最大値よりも、該検出量
の検出範囲に対応する前記差分電圧の信号範囲における
最大値だけ大きな電圧値を超える大きさの第１ツェナー
電圧を有するとともにこの第１ツェナー電圧を第１信号
入力部に印加可能に設けられ、前記第２信号入力部は第
２ツェナーダイオードを介して接地され、この第２ツェ
ナーダイオードは、、前記検出量の検出範囲に対応する
前記第１電圧信号の信号範囲における最大値よりも、前
記差分電圧の信号範囲における最大値だけ大きな電圧値
を超える大きさの第２ツェナー電圧を有するとともにこ
の第２ツェナー電圧を第２信号入力部に印加可能に設け
られていることを要旨とする。

【００１３】請求項２に記載の発明によれば、第１スト
レーン・ゲージ対の中点と、第１信号入力部とが電気接
続されている状態では、検出量に対応して変化する第１
ストレーン・ゲージ対の抵抗値で基準電圧を分圧して中
点に生成される第１電圧信号が第１信号入力部に印加さ
れる。このとき、第１電圧信号が第１ツェナー電圧より
小さいと、第１ツェナーダイオードに印加される電圧が
第１ツェナー電圧とならず、第１電圧信号の電圧とな
る。このため、第１信号入力部に、第１電圧信号が印加
される。同様に、第２ストレーン・ゲージの中点と、第
２信号入力部とが電気接続されている状態では、第２電
圧信号が第２信号入力部に印加される。一方、第１スト
レーン・ゲージ対の中点と第１信号入力部との電気接続
が断たれた状態では、第１ツェナーダイオードに印加さ
れる電圧が第１ツェナー電圧となる。このため、第１信
号入力部に、第１ツェナー電圧が印加される。同様に、
第２ストレーン・ゲージ対の中点と第２信号入力部との
電気接続が断たれた状態では、第２信号入力部に第２ツ
ェナー電圧が印加される。従って、検出器の各中点と信
号処理器の各信号入力部とが電気接続されている状態で
は、検出量に対応して各ストレーン・ゲージ対の中点に
生成される電圧信号が信号処理器に入力され、この両電
圧信号の差分電圧から検出信号が生成される。一方、検
出器の各中点と信号処理器の各信号入力部との電気接続
が断たれた状態では、各電圧信号の最大値を超える大き
さのツェナー電圧が信号処理器に入力され、このツェナ
ー電圧から検出信号と区別可能な信号が生成される。こ
のため、各ストレーン・ゲージ対の各ストレーン・ゲー
ジに大きな抵抗値の差を有する抵抗を並列に接続する構
成に比較して、各ストレーン・ゲージの合成抵抗の差が
より小さくなる。その結果、各ストレーン・ゲージの中
点に生成される電圧信号が、抵抗を設けない場合からず
れ難い。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明において、前記第１ツェナー電圧と前記第２ツェ
ナー電圧とには、前記差分電圧の信号範囲における最大
値を超える大きさの電圧差が設けられていることを要旨
とする。

【００１５】請求項３に記載の発明によれば、請求項２
に記載の発明の作用に加えて、第１ストレーン・ゲージ
対の中点と第１信号入力部との電気接続、及び、第２ス
トレーン・ゲージの中点と第２信号入力部との電気接続
が共に断たれた状態では、第１信号入力部に第１ツェナ
ー電圧が、第２信号入力部に第２ツェナー電圧が印加さ
れる。このとき、第１ツェナー電圧と第２ツェナー電圧
との差分電圧の大きさが、差分電圧の最大値を超える大
きさとなる。従って、検出器の各中点と、信号処理器の
各信号入力部との電気接続が共に断たれた状態では、検
出範囲に対応して生成される電圧信号から得られる差分
電圧の最大値を超える大きさの差分電圧が生成され、こ
の差分電圧から検出信号と区別可能な信号が生成され
る。

【００１６】請求項４に記載の発明は、請求項２又は請
求項３に記載の発明において、前記第１ツェナーダイオ
ードには、前記各ストレーン・ゲージの抵抗値よりも大
きな抵抗値を有する第１抵抗を介して前記第１電圧信号
が印加され、前記第２ツェナーダイオードには、前記各
ストレーン・ゲージの抵抗値よりも大きな抵抗値を有す
る第２抵抗を介して前記第２電圧信号が印加されること
を要旨とする。

【００１７】請求項４に記載の発明は、請求項２又は請
求項３に記載の発明の作用に加えて、第１ストレーン・
ゲージの中点と第１信号入力部とが電気接続されている
状態では、第１抵抗が第１ストレーン・ゲージの抵抗値
より大きいため、第１ストレーン・ゲージの第１電圧信
号が生成される中点の感度を向上させることができる。
また、第２抵抗が第２ストレーン・ゲージの抵抗値より
大きいため、第２ストレーン・ゲージの第２電圧信号が
生成される中点の感度を向上させることができる。

【００１８】請求項５に記載の発明は、請求項２〜請求
項４のいずれか一項に記載の発明において、前記信号処
理器は、前記差分電圧の大きさがその最大値を超える大
きさとなったときには、前記第１ストレーン・ゲージ対
の中点と第１信号入力部との電気接続、及び、前記第２
ストレーン・ゲージ対の中点と第２信号入力部との電気
接続の少なくともいずれか一方が断たれた状態となった
ことを示す断線信号を、前記検出信号と区別可能な状態
で出力する断線検出手段を備えていることを要旨とす
る。

【００１９】請求項５に記載の発明によれば、請求項２
〜請求項４のいずれか一項に記載の発明の作用に加え
て、第１ストレーン・ゲージ対の中点と第１信号入力部
との電気接続、及び、第２ストレーン・ゲージ対の中点
と第２信号入力部との電気接続の少なくともいずれか一
方が断たれたことが、検出信号と区別可能な状態で出力
される断線信号によって容易に判定可能となる。

【００２０】請求項６に記載の発明は、請求項５に記載
の発明において、前記断線信号は前記検出信号と区別可
能な信号であって、前記断線検出手段は、前記信号処理
器が前記検出信号を出力する信号出力端子に前記断線信
号を出力することを要旨とする。

【００２１】請求項６に記載の発明によれば、請求項５
に記載の発明の作用に加えて、検出信号と断線信号と
を、別々の信号出力端に分けて出力する場合に比較し
て、出力対象と電気接続するための配線数が少なくな
る。従って、センサ装置と出力対象とを接続する配線コ
ードのコネクタがより小型のものとなる。

【００２２】請求項７に記載の発明は、請求項６に記載
の発明において、前記断線検出手段は、比較判定手段と
出力手段とを備え、前記比較判定手段は、前記差分電圧
が、該差分電圧の信号範囲を含む信号判定範囲を外れて
いるか否かを予め設定されているしきい電圧との比較に
よって判定するとともに、その判定結果に応じた判定信
号を出力し、前記出力手段は、前記判定信号に基づき、
前記差分電圧が前記信号判定範囲を外れていないときに
は前記検出信号を出力し、前記電圧信号が前記信号判定
範囲を外れているときには前記断線信号を出力すること
を要旨とする。

【００２３】請求項７に記載の発明によれば、請求項６
に記載の発明の作用に加えて、差分電圧を予め設定され
ているしきい電圧と比較した結果に基づいて、検出信号
及び断線信号のいずれかが出力される。このため、断線
状態の検出を容易に行うことができる。

【００２４】請求項８に記載の発明は、請求項１〜請求
項７のいずれか一項に記載のセンサ装置の信号処理器を
備えていることを要旨とする。請求項８に記載の発明に
よれば、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載した
センサ装置の信号処理器の作用を備えたセンサ用信号処
理装置が、検出器から出力される電圧信号から検出信号
を生成する。

【００２５】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明を
具体化した第１実施形態を図１〜図３に従って説明す
る。

【００２６】図１に示すように、センサ装置１０は、検
出器としての荷重センサ１１と、信号処理器及びセンサ
用信号処理装置としての信号処理装置１２を備えてい
る。荷重センサ１１はストレーン・ゲージ歪ゲージであ
って、検出しようとする荷重によって撓み変形する図示
しない起歪体上に形成されている。荷重センサは、図１
に示すように、４個のストレーン・ゲージ１３ａ，１３
ｂ，１３ｃ，１３ｄを備えている。なお、各ストレーン
・ゲージ１３ａ〜１３ｄの抵抗値は全て同じであって例
えば数百Ωである。各ストレーン・ゲージ１３ａ，１
３，１３ｃ，１３ｄの抵抗値は、加わった荷重の大きさ
に応じた起歪体の撓み変形量に対応して変化するように
なっている。

【００２７】ストレーン・ゲージ１３ａ及びストレーン
・ゲージ１３ｂは直列接続されてストレーン・ゲージ対
１３ａ，１３ｂを構成し、ストレーン・ゲージ１３ｃ及
びストレーン・ゲージ１３ｄは直列接続されてストレー
ン・ゲージ対１３ｃ，１３ｄを構成している。そして、
ストレーン・ゲージ対１３ａ，１３ｂとストレーン・ゲ
ージ対１３ｃ，１３ｄとは並列接続されている。この並
列接続された両ストレーン・ゲージ対１３ａ，１３ｂ、
１３ｃ，１３ｄの両端には、信号処理装置１２から基準
電圧としての電源電圧ＶCC（例えば５Ｖ）が印加され
る。

【００２８】また、荷重センサ１１は、信号処理装置１
２を介して供給される電源電圧ＶCCを入力するための電
源端子１１ａと、信号処理装置１２を介して接地するた
めの接地端子１１ｂとを備えている。また、荷重センサ
１１は、両ストレーン・ゲージ１３ａ，１３ｂの中点Ｃ
１に接続された信号出力端子１１ｃと、同じく両ストレ
ーン・ゲージ１３ｃ，１３ｄの中点Ｃ２に接続された信
号出力端子１１ｄとを備えている。

【００２９】このように構成された荷重センサ１１は、
起歪体に加わった荷重の大きさに応じて変化する両スト
レーン・ゲージ１３ａ，１３ｂの抵抗値で電源電圧ＶCC
を分圧した電圧を中点Ｃ１に生成する。そして、この電
圧を、起歪体に加わった荷重の大きさに対応した第１電
圧信号Ｖ１として信号出力端子１１ｃに出力する。同様
に、起歪体に加わった荷重の大きさに応じて変化する各
ストレーン・ゲージ１３ｃ，１３ｄの抵抗値で電源電圧
ＶCCを分圧した電圧を中点Ｃ２に生成する。そして、こ
の電圧を、起歪体に加わった荷重の大きさに対応した第
２電圧信号Ｖ２として信号出力端子１１ｄに出力する。

【００３０】各電圧信号Ｖ１，Ｖ２は、起歪体に加わる
荷重が「０」であるときには電源電圧ＶCCの半分の電圧
ＶCC／２となる。また、起歪体に加わる荷重が「０」か
ら増大（起歪体に圧縮荷重が作用する状態）するほど第
２電圧信号Ｖ２はＶCC／２からより大きくなるとともに
第１電圧信号Ｖ１はＶCC／２からより小さくなる。反対
に、起歪体に加わる荷重が「０」から減少する（起歪体
に引っ張り荷重が作用する状態）ほど第２電圧信号Ｖ２
はＶCC／２からより小さくなるとともに第１電圧信号Ｖ
１はＶCC／２からより大きくなる。各電圧信号Ｖ１，Ｖ
２は、予め設定されている荷重検出範囲の荷重に対し
て、ＶCC／２から例えば数ｍＶの範囲で変化する。ここ
で、荷重検出範囲は、荷重センサ１１によってある程度
以上の検出精度で検出することができる荷重範囲であっ
て、起歪体に加わる負の荷重（引っ張り荷重）から正の
荷重（圧縮荷重）までの荷重範囲である。但し、荷重セ
ンサ１１は、荷重検出範囲を外れた荷重に対しても各電
圧信号Ｖ１，Ｖ２を出力する。

【００３１】図１に示すように、信号処理装置１２は、
断線電圧生成回路１４及び検出信号生成回路１５を備え
ている。信号処理装置１２は、電源端子１２ａ、接地端
子１２ｂ及び信号出力端子１２ｃを備えている。電源端
子１２ａは、荷重センサ１１及び信号処理装置１２に外
部から供給される電源電圧を入力するために設けられて
いる。接地端子１２ｂは、荷重センサ１１及び信号処理
装置１２を接地するために設けられている。信号出力端
子１２ｃは、荷重センサ１１が検出した荷重に対応した
荷重信号を出力するために設けられている。

【００３２】また、信号処理装置１２は、荷重センサ１
１の電源端子１１ａに接続される電源端子１２ｄと、接
地端子１１ｂに接続される接地端子１２ｅとを備えてい
る。また、信号処理装置１２は、信号出力端子１１ｃに
接続して第１電圧信号Ｖ１を入力するための信号入力端
子１２ｆと、信号出力端子１１ｄに接続して第２電圧信
号Ｖ２を入力するための信号入力端子１２ｇとを備えて
いる。

【００３３】電源端子１２ａ，１２ｄ間は電源線１６に
よって接続され、接地端子１２ｂ，１２ｅ間は接地線１
７によって接続されている。電源端子１１ａ，１２ｄ
間、接地端子１１ｂ，１２ｅ間、信号出力端子１１ｃ及
び信号入力端子１２ｆ間、及び、信号出力端子１１ｄ及
び信号入力端子１２ｇ間は、それぞれ電線１８ａ，１８
ｂ，１８ｃ，１８ｄによって電気的に接続されている。

【００３４】断線電圧生成回路１４は、抵抗２１，２２
と、第１ツェナーダイオード２３及び第２ツェナーダイ
オード２４とを備えている。本実施形態では、抵抗２１
が第１抵抗、また、抵抗２２が第２抵抗である。

【００３５】抵抗２１は、電源線１６と、検出信号生成
回路１５の接続点Ｄ１との間に接続されている。本実施
形態では、接続点Ｄ１が第１信号入力部である。ツェナ
ーダイオード２３は、接続点Ｄ１と接地線１７との間に
アノードが接地線１７側となるように接続されている。
ツェナーダイオード２３は、荷重検出範囲に対応する第
２電圧信号Ｖ２の信号範囲における最大値よりも、同荷
重検出範囲に対応する差分電圧（Ｖ２−Ｖ１）の信号範
囲における最大値｜Ｖ２−Ｖ１｜だけ大きな電圧値を超
える大きさの第１ツェナー電圧ＶＺ１（例えば３Ｖ）を
有している。なお、差分電圧（Ｖ２−Ｖ１）は、各電圧
信号Ｖ１，Ｖ２が共にＶCC／２を中心としてその上下に
変化する電圧であることから、「０」を中心として変化
して負及び正の電圧値をとる。

【００３６】抵抗２２は抵抗２１と同じ抵抗値を有し、
電源線１６と、検出信号生成回路１５との接続点Ｄ２と
の間に接続されている。本実施形態では、接続点Ｄ２が
第２信号入力部である。

【００３７】ツェナーダイオード２４は、接続点Ｄ２と
接地線１７との間にアノードが接地線１７側となるよう
に接続されている。ツェナーダイオード２４は、第１ツ
ェナー電圧ＶＺ１よりも、荷重検出範囲に対応する差分
電圧（Ｖ２−Ｖ１）の信号範囲における最大値｜Ｖ２−
Ｖ１｜だけ大きな電圧値を超える大きさの第２ツェナー
電圧ＶＺ２（例えば３．５Ｖ）を有している。

【００３８】このように構成された断線電圧生成回路１
４は、信号入力端子１２ｆが荷重センサの信号出力端子
１１ｃに接続されている状態では、抵抗２１の抵抗値が
ストレーン・ゲージ１３ａの抵抗値に対して十分に大き
く、ツェナーダイオード２３のカソード側の電位を第１
電圧信号Ｖ１とした場合、第１ツェナー電圧ＶＺ１を第
１電圧信号Ｖ１より大きくすることにより、第１電圧信
号Ｖ１が検出信号生成回路１５に出力されるようにす
る。一方、信号入力端子１２ｆが信号出力端子１１ｃに
接続されなくなった状態では、ツェナーダイオード２３
のカソード側の電位が第１ツェナー電圧ＶＺ１となるこ
とから、第１電圧信号Ｖ１の代わりに第１ツェナー電圧
ＶＺ１が検出信号生成回路１５に出力されるようにす
る。

【００３９】同様に、信号入力端子１２ｇが信号出力端
子１１ｄに接続されている状態では、抵抗２２の抵抗値
がストレーン・ゲージ１３ｃの抵抗値に対して十分に大
きく、ツェナーダイオード２４のカソード側の電位を第
２電圧信号Ｖ２とした場合、第２ツェナー電圧ＶＺ２を
第２電圧信号Ｖ２より大きくすることにより、第２電圧
信号Ｖ２が検出信号生成回路１５に出力されるようにす
る。一方、信号入力端子１２ｇが信号出力端子１１ｄに
接続されなくなった状態では、ツェナーダイオード２４
のカソード側の電位が第２ツェナー電圧ＶＺ２となるこ
とから、第２電圧信号Ｖ２の代わりに第２ツェナー電圧
ＶＺ２が検出信号生成回路１５に出力されるようにす
る。

【００４０】また、断線電圧生成回路１４は、信号入力
端子１２ｆが信号出力端子１１ｃに接続されず、かつ、
信号入力端子１２ｇが信号出力端子１１ｄに接続されな
い状態では、第１ツェナー電圧ＶＺ１と第２ツェナー電
圧ＶＺ２とが検出信号生成回路１５に出力されるように
する。

【００４１】検出信号生成回路１５は、差動増幅・零点
感度調節回路（以下、単に差動増幅回路という。）２
５、増幅回路２６、クランプ回路２７、比較器２８、比
較器２９、出力回路３０等から構成されている。本実施
形態では、両比較器２８，２９が比較判定手段を構成
し、断線電圧生成回路１４、両比較器２８，２９、出力
回路３０が断線検出手段を構成する。

【００４２】差動増幅回路２５は、断線電圧生成回路１
４との接続点Ｄ１，Ｄ２から、荷重センサ１１が出力す
る各電圧信号Ｖ１，Ｖ２を入力する。そして、入力した
両電圧信号Ｖ１，Ｖ２の差分電圧（Ｖ２−Ｖ１）をある
増幅率で増幅するとともに零点及び感度調節した正の電
圧信号ＶB を生成して増幅回路２６及び各比較器２８，
２９に出力する。

【００４３】増幅回路２６は電圧信号ＶB を入力し、こ
の電圧信号ＶB を増幅した電圧信号ＶC を生成してクラ
ンプ回路２７に出力する。増幅回路２６は、荷重検出範
囲に対応して差動増幅回路２５が出力する電圧信号ＶB
の変化範囲を、外部機器に出力するために適切な電源電
圧ＶCC以下の変化範囲とするように増幅する。

【００４４】クランプ回路２７は、増幅回路２６が出力
する電圧信号ＶC を、荷重検出範囲に対応する電圧範囲
の電圧信号にクランプして出力する。本実施形態では、
図３に示すように、荷重検出範囲の負側最大荷重値ＦＬ
に対応する下限電圧ＶＬ以下と、同じく正側最大荷重値
ＦＵに対応する上限電圧ＶＵ以上とをクランプした電圧
信号を検出信号としての荷重信号ＶＤとして出力する。
即ち、下限電圧ＶＬから上限電圧ＶＵまでの電圧範囲
が、荷重検出範囲に対応する荷重信号範囲である。な
お、下限電圧ＶＬは接地電位に近い電圧値に設定され、
上限電圧ＶＵは電源電圧ＶCCに近い電圧値に設定されて
いる。

【００４５】一方、比較器２８は、差動増幅回路２５か
ら入力した電圧信号ＶB が予め設定されているしきい電
圧Ｖα以上であるときに、低電位の判定信号ＶE1を出力
回路３０に出力する。また、電圧信号ＶB がしきい電圧
Ｖα未満であるときには、高電位の判定信号ＶE1を出力
回路３０に出力する。しきい電圧Ｖαは電源電圧ＶCCか
ら生成されており、図３に示すように、正側最大荷重値
ＦＵより一定値だけ正側に大きく設定された正側最大許
容値Ｆ１に対応する電圧信号ＶB の電圧値、即ち、電圧
信号ＶC が上限電圧ＶＵとなるときの電圧信号ＶB の電
圧値よりも大きな電圧値に設定されている。

【００４６】同様に、比較器２９は、差動増幅回路２５
から入力した電圧信号ＶB が予め設定されているしきい
電圧Ｖβ以上であるときに、高電位の判定信号ＶE2を出
力回路３０に出力する。また、電圧信号ＶB がしきい電
圧Ｖβ未満であるときには、低電位の判定信号ＶE2を出
力回路３０に出力する。しきい電圧Ｖβも電源電圧ＶCC
から生成されており、しきい電圧Ｖαより小さい電圧値
に設定されている。また、しきい電圧Ｖβは、負側最大
荷重値ＦＬより一定値だけ負側に大きく設定された負側
最大許容値Ｆ２に対応する電圧信号ＶB の電圧値、即
ち、電圧信号ＶCが下限電圧ＶＬとなるときの電圧信号
ＶB の電圧値よりも小さな電圧値に設定されている。

【００４７】出力回路３０は、図２に示すように、両比
較器２８，２９が出力する判定信号ＶE1，ＶE2によって
スイッチング動作するＰチャネルＦＥＴ（電界効果トラ
ンジスタ）（以下、ＰＦＥＴという。）３１及びＮチャ
ネルＦＥＴ（以下、ＮＦＥＴという。）３２を備えてい
る。本実施形態では、ＰＦＥＴ３１及びＮＦＥＴ３２が
スイッチング素子である。なお、ＰＦＥＴ３１をＰＮＰ
トランジスタに、ＮＦＥＴ３２をＮＰＮトランジスタに
それぞれ置き換えても同様に動作する。

【００４８】ＰＦＥＴ３１は、そのドレインが電源線に
接続され、そのソースはＮＦＥＴ３２のゲートに接続さ
れている。また、ＰＦＥＴ３１のゲートは両比較器２
８，２９の出力側に接続されている。また、ＮＦＥＴ３
２は、そのドレインがクランプ回路２７の出力側に接続
され、そのソースが接地線に接続されている。ＰＦＥＴ
３１，ＮＦＥＴ３２は、判定信号ＶE1，ＶE2のいずれか
一方が低電位のときにＰＦＥＴ３１がオンとなりＮＦＥ
Ｔ３２がオンとなる。また、判定信号ＶE1，ＶE2のいず
れも高電位のときにＰＦＥＴ３１がオフとなりＮＦＥＴ
３２がオフとなる。

【００４９】そして、出力回路３０は、判定信号ＶE1及
びＶE2が共に高電位のときに、図３に示すように、クラ
ンプ回路２７が出力する荷重信号ＶD を信号出力端子１
２ｃに出力する。また、出力回路３０は、判定信号ＶE1
及び判定信号ＶE2のいずれか一方が低電位であるとき
に、ほぼ接地電位の異常信号ＶF を信号出力端子１２ｃ
に出力する。なお、異常信号ＶF は、ＮＦＥＴ３２での
電圧降下によりほぼ０．２Ｖ以下程度の電圧値となる。

【００５０】ツェナーダイオード２３の第１ツェナー電
圧ＶＺ１は、第１電圧信号Ｖ１の代わりに第１ツェナー
電圧ＶＺ１が検出信号生成回路１５に入力されるとき
に、差分電圧（Ｖ２−ＶＺ１）に対して生成される電圧
信号ＶＣの電圧値が、第２電圧信号Ｖ２の電圧値に関係
なく負側最大許容値Ｆ２を下回る負の荷重値に対応する
電圧値となるように設定されている。

【００５１】また、ツェナーダイオード２４の第２ツェ
ナー電圧ＶＺ２は、第１電圧信号Ｖ１の代わりに第１ツ
ェナー電圧ＶＺ１が入力されるとき、第２電圧信号Ｖ２
の代わりに第２ツェナー電圧ＶＺ２が検出信号生成回路
１５に入力されるときに、差分電圧（ＶＺ２−ＶＺ１）
に対して生成される電圧信号ＶＣの電圧値が、正側最大
許容値Ｆ１を上回る正の荷重値に対応する電圧値となる
ように設定されている。

【００５２】次に、以上のように構成された本実施形態
の作用について説明する。先ず、荷重センサ１１の各端
子１１ａ〜１１ｄと信号処理装置１２の各端子１２ｄ〜
１２ｇとがそれぞれ電線１８ａ〜１８ｄによって電気接
続されている状態での信号処理装置１２の動作を説明す
る。

【００５３】この状態において、起歪体に荷重検出範囲
内で正の荷重が加わると、荷重の大きさに応じて減少し
た第１電圧信号Ｖ１が信号入力端子１２ｆに加わるとと
もに、同じく増大した第２電圧信号Ｖ２が信号入力端子
１２ｇに加わる。すると、ツェナーダイオード２３のカ
ソード側の電位が第１電圧信号Ｖ１となり、検出信号生
成回路１５の差動増幅回路２５には第１電圧信号Ｖ１が
入力される。同様に、ツェナーダイオード２４のカソー
ド側の電位が第２電圧信号Ｖ２となり、差動増幅回路２
５には第２電圧信号Ｖ２が入力される。

【００５４】このとき、第１電圧信号Ｖ１及び第２電圧
信号Ｖ２の電圧値は、抵抗２１，２２がストレーン・ゲ
ージ１３ａに平行に接続されている分だけ大きな値とな
るが、差分電圧（Ｖ２−Ｖ１）では相殺される。

【００５５】すると、差動増幅回路２５は、両電圧信号
Ｖ１，Ｖ２を差動増幅するとともに零点・感度調節した
正の電圧信号ＶＢを生成して増幅回路２６に出力し、増
幅回路２６は電圧信号ＶＢを増幅した電圧信号ＶＣをク
ランプ回路２７に出力する。クランプ回路２７は、電圧
信号ＶＣが荷重検出範囲の荷重に対応する電圧信号であ
ることからクランプすることなくそのまま荷重信号ＶＤ
として出力回路３０に出力する。

【００５６】一方、比較器２８は、電圧信号ＶＢの電圧
値がしきい電圧Ｖα未満であることから、高電位の判定
信号ＶＥ１を出力回路３０に出力する。また、比較器２
９は、電圧信号ＶＢの電圧値がしきい電圧Ｖβ以上であ
ることから、高電位の判定信号ＶＥ２を出力回路３０に
出力する。

【００５７】すると、出力回路３０は、判定信号ＶＥ
１，ＶＥ２が共に高電位であってＰＦＥＴ３１がオフと
なりＮＦＥＴ３２がオフとなるため、荷重信号ＶＤを信
号出力端子１２ｃに出力する。

【００５８】同様に、荷重検出範囲内で負の荷重が起歪
体に加わったときにも、信号処理装置１２は、荷重信号
ＶＤを出力する。また、荷重検出範囲の正側最大荷重値
ＦＵを上回り正側最大許容値Ｆ１を下回る正の荷重が起
歪体に加わったときには、クランプ回路２７が電圧信号
ＶＣを上限電圧ＶＵにクランプすることから、出力回路
３０は上限電圧ＶＵを信号出力端子１２ｃに出力する。

【００５９】同様に、荷重検出範囲の負側最大荷重値Ｆ
Ｌを下回り負側最大許容値Ｆ２を上回る負の荷重が起歪
体に加わったときには、クランプ回路２７が電圧信号Ｖ
Ｃを下限電圧ＶＬにクランプすることから、出力回路３
０は下限電圧ＶＬを出力する。

【００６０】また、正側最大許容値Ｆ１を上回る正の荷
重が起歪体に加わると、ツェナーダイオード２３のカソ
ード側の電位が第１電圧信号Ｖ１となり、ツェナーダイ
オード２４のカソード側の電位が第２電圧信号Ｖ２とな
る。このため、差動増幅回路２５には、各電圧信号Ｖ
１，Ｖ２が入力される。

【００６１】クランプ回路２７は、入力した電圧信号Ｖ
Ｃの電圧値が、正側最大荷重値ＦＵを上回る正の荷重に
対応する電圧値であることから、上限電圧ＶＵを出力回
路３０に出力する。

【００６２】一方、比較器２８は、電圧信号ＶＢの電圧
値がしきい電圧Ｖα以上であることから、低電位の判定
信号ＶＥ１を出力回路３０に出力する。また、比較器２
９は、電圧信号ＶＢの電圧値がしきい電圧Ｖβ以上であ
ることから、高電位の判定信号ＶＥ２を出力回路３０に
出力する。

【００６３】すると、出力回路３０は、判定信号ＶＥ１
が低電位であり判定信号ＶＥ２が高電位であってＰＦＥ
Ｔ３１がオンとなりＮＦＥＴ３２がオンであることか
ら、上限電圧ＶＵの代わりに異常信号ＶＦを信号出力端
子１２ｃに出力する。

【００６４】同様に、負側最大許容値Ｆ２を下回る負の
荷重が起歪体に加わったときにも、判定信号ＶＥ１が高
電位となり判定信号ＶＥ２が低電位となることから、出
力回路３０は下限電圧ＶＬの代わりに異常信号ＶＦを出
力する。

【００６５】従って、荷重センサ１１の各端子１１ａ〜
１１ｄと信号処理装置１２の各端子１２ｄ〜１２ｇとが
全て電線１８ａ〜１８ｄによって電気接続されている状
態では、荷重検出範囲内で起歪体に加わった荷重に応じ
た電圧値をとる荷重信号ＶＤが信号処理装置１２から出
力される。

【００６６】また、荷重検出範囲の正側最大荷重値ＦＵ
を超え上回り正側最大許容値Ｆ１を下回る正の荷重が加
わったときには上限電圧ＶＵが出力され、同じく負側最
大荷重値ＦＬを下回り負側最大許容値Ｆ２を上回る負の
荷重が加わったときには下限電圧ＶＬが出力される。

【００６７】また、正側最大許容値Ｆ１を上回る過大な
正の荷重が加わったとき、及び、負側最大許容値Ｆ２を
下回る過大な負の荷重が加わったときには、荷重信号Ｖ
Ｄの電圧範囲を外れた低電位に設定されている異常信号
ＶＦが出力される。

【００６８】次に、荷重センサ１１の信号出力端子１１
ｃと信号処理装置１２の信号入力端子１２ｆとを接続し
ている電線１８ｃのみが断線したときの信号処理装置１
２の動作について説明する。

【００６９】この場合、抵抗２１を介してツェナーダイ
オード２３を流れる電流が増大することから、ツェナー
ダイオード２３のカソード側の電位が第１ツェナー電圧
ＶＺ１となる。一方、ツェナーダイオード２４のカソー
ド側の電位は第２電圧信号Ｖ２となる。このため、この
差分電圧（Ｖ２−ＶＺ１）から生成される電圧信号ＶＢ
は、負側最大許容値Ｆ２を下回る負の荷重に対応する電
圧値となる。その結果、信号処理装置１２は、負側最大
許容値Ｆ２を下回る過大な負の荷重が起歪体に加わった
ときと同様に異常信号ＶＦを出力する。

【００７０】同様に、信号出力端子１１ｄと信号入力端
子１２ｇとを接続している電線１８ｄのみが断線した場
合、抵抗２２を介してツェナーダイオード２４に流れる
電流が増大することから、ツェナーダイオード２３のカ
ソード側の電位が第１電圧信号Ｖ１となる。一方、ツェ
ナーダイオード２４のカソード側の電位は第２ツェナー
電圧ＶＺ２となる。このため、この差分電圧（ＶＺ２−
Ｖ１）から生成される電圧信号ＶＢは、正側最大許容値
Ｆ１を超える正の荷重に対応する電圧値となる。その結
果、信号処理装置１２は、正側最大許容値Ｆ１を超える
過大な正の荷重が起歪体に加わったときと同様に異常信
号ＶＦを出力する。

【００７１】また、信号出力端子１１ｃと信号入力端子
１２ｆとを接続する電線１８ｃと、信号出力端子１１ｄ
と信号入力端子１２ｇとを接続する電線１８ｄとが共に
断線した場合について説明する。この場合には、ツェナ
ーダイオード２３のカソード側の電位が第１ツェナー電
圧ＶＺ１となり、ツェナーダイオード２４のカソード側
の電位が第２ツェナー電圧ＶＺ２となる。このため、こ
の差分電圧（ＶＺ２−ＶＺ１）から生成される電圧信号
ＶＢは、電線１８ｄのみが断線したときと同様に、正側
最大許容値Ｆ１を上回る正の荷重に対応する電圧値とな
る。その結果、信号処理装置１２は、正側最大許容値Ｆ
１を上回る過大な正の荷重が起歪体に加わったときと同
様に異常信号ＶＦを出力する。

【００７２】また、電源端子１１ａと電源端子１２ｄと
を接続する電線１８ａが断線した場合には、ツェナーダ
イオード２３のカソード側の電位が第１ツェナー電圧Ｖ
Ｚ１となり、ツェナーダイオード２４のカソード側の電
位が第２ツェナー電圧ＶＺ２となる。このため、この差
分電圧（ＶＺ２−ＶＺ１）から生成される電圧信号ＶＢ
は、電線１８ｄのみが断線したときと同様に、正側最大
許容値Ｆ１を上回る正の荷重に対応する電圧値となる。
その結果、信号処理装置１２は、正側最大許容値Ｆ１を
上回る過大な正の荷重が起歪体に加わったときと同様に
異常信号ＶＦを出力する。

【００７３】さらに、接地端子１１ｂと接地端子１２ｅ
とを接続する電線１８ｂが断線した場合にも、電源端子
１１ａ，１２ｄ間を接続する電線１８ａが断線したとき
と同様に、ツェナーダイオード２３のカソード側の電位
が第１ツェナー電圧ＶＺ１となり、ツェナーダイオード
２４のカソード側の電位が第２ツェナー電圧ＶＺ２とな
る。このため、この差分電圧（ＶＺ２−ＶＺ１）から生
成される電圧信号ＶＢは、電線１８ｄのみが断線したと
きと同様に、正側最大許容値Ｆ１を上回る正の荷重に対
応する電圧値となる。その結果、信号処理装置１２は、
正側最大許容値Ｆ１を上回る過大な正の荷重が起歪体に
加わったときと同様に異常信号ＶＦを出力する。

【００７４】以上詳述した本実施形態によれば、以下に
記載する各効果を得ることができる。 （１） ストレーン・ゲージ列１３ａ，１３ｂ（１３
ｃ，１３ｄ）の中点Ｃ１（Ｃ２）と、信号入力端子１２
ｆ（１２ｇ）とを接続する電線１８ｃ（１８ｄ）が断線
していない状態のときに、第１電圧信号Ｖ１（第２電圧
信号Ｖ２）に抵抗２１（２２）及びツェナーダイオード
２３，２４に起因して発生する誤差がより小さくなる。

【００７５】従って、断線時には異常信号ＶＦを出力す
ることができる上に、非断線時に荷重センサ１１の検出
精度をより悪化させないようにすることができる。 （２） 各ストレーン・ゲージ列１３ａ，１３ｂ、１３
ｃ，１３ｄの上流側のストレーン・ゲージ１３ａ，１３
ｃに同じ抵抗値の抵抗２１，２２を共に並列に接続して
いる。このため、抵抗２１，２２を設けない場合に比較
して、第１電圧信号Ｖ１と第２電圧信号Ｖ２が共に小さ
くなるので、差分電圧（Ｖ２−Ｖ１）では誤差が相殺さ
れる。

【００７６】従って、一組のストレーン・ゲージ列１３
ａ，１３ｂ、１３ｃ，１３ｄを並列接続し、各中点Ｃ
１，Ｃ２に生成する電圧信号Ｖ１，Ｖ２の差分電圧（Ｖ
２−Ｖ１）から荷重信号ＶＤを生成するセンサ装置にお
いて、荷重信号ＶＤに発生する誤差をより小さくするこ
とができる。

【００７７】（３） 第１ツェナーダイオード２３の第
１ツェナー電圧ＶＺ１と、第２ツェナーダイオード２４
の第２ツェナー電圧ＶＺ２とに、差分電圧（ＶＺ２−Ｖ
Ｚ１）の最大値を超える電圧差を設けたので、各中点Ｃ
１，Ｃ２と各信号入力端子１２ｆ，１２ｇとの電気接続
が共に断たれたときにも異常信号ＶＦを出力することが
できる。

【００７８】（４） 荷重センサ１１と信号処理装置１
２とを接続する電線１８ａ〜１８ｄが断線したときに、
信号処理装置１２の検出信号生成回路１５が荷重信号Ｖ
Ｄと異なる異常信号ＶＦを生成して出力する。このた
め、断線が発生したことを容易に判定することができ
る。

【００７９】（５） 抵抗２１の抵抗値が第１ストレー
ン・ゲージ１３ａ，１３ｂの抵抗値よりも大きいため、
第１電圧信号Ｖ１が生成される中点Ｃ１の感度を向上さ
せることができる。同様に、抵抗２２の抵抗値が第２ス
トレーン・ゲージ１３ｃ，１３ｄの抵抗値よりも大きい
ため、第２電圧信号Ｖ２が生成される中点Ｃ２の感度を
向上させることができる。

【００８０】（６） 異常信号ＶＦを荷重信号ＶＤの電
圧範囲を外れた高電位の信号とし、同一の信号出力端子
１２ｃに出力するようにした。このため、異常信号ＶＦ
と荷重信号ＶＤとを別々の出力端子に分けて出力する場
合と異なり、信号処理装置１２と出力対象との間に設け
る配線数が１本少なくなる。その結果、例えばセンサ装
置１０と出力対象とを接続する配線コードのコネクタを
より小型化することができる。

【００８１】（７） 差分電圧（Ｖ２−Ｖ１）を予め設
定したしきい電圧Ｖα，Ｖβと比較した結果に基づい
て、荷重信号ＶＤと異常信号ＶＦのいずれかを出力する
ようにした。従って、荷重信号ＶＤと異常信号ＶＦの切
り替えを容易に行うことができる。 （第２実施形態）次に、本発明を具体化した第２実施形
態を図４及び図５に従って説明する。尚、本実施形態
は、前記第１実施形態における信号処理装置１２のクラ
ンプ回路２７がクランプする電圧範囲を変更したこと
と、出力回路３０を出力回路４０に変更したことのみが
第１実施形態と異なる。従って、第１実施形態と同じ構
成については、符号を同じにしてその説明を省略し、ク
ランプ回路２７及び出力回路４０のみについて詳述す
る。本実施形態では、断線電圧生成回路１４、比較器２
８，２９及び出力回路４０が断線検出手段を構成する。

【００８２】本実施形態では、クランプ回路２７は、図
５に示すように、荷重検出範囲の正側最大荷重値ＦＵに
対応する上限電圧ＶＵを上回る電圧信号ＶＣをクランプ
した電圧信号を検出信号としての荷重信号ＶＤとして出
力する。即ち、負側最大荷重値ＦＬに対応する電圧信号
ＶＣの電圧値である下限電圧ＶＬから、上限電圧ＶＵま
での電圧範囲が、荷重信号範囲である。なお、負側最大
荷重値ＦＬを下回る荷重に対する電圧信号ＶＣは、接地
電位に近い電圧となる。

【００８３】出力回路４０は、図４に示すように、両比
較器２８，２９が出力する判定信号ＶE1，ＶE2２によっ
てスイッチング動作するＰチャネルＦＥＴ（以下、ＰＦ
ＥＴという。）４１を備えている。なお、ＰＦＥＴ４１
をＰＮＰトランジスタに置き換えても同様に動作する。

【００８４】ＰＦＥＴ４１は、そのドレインが電源線に
接続され、そのソースはクランプ回路２７の出力側（即
ち、信号出力端子１２ｃ）に接続されている。また、Ｐ
ＦＥＴ４１のゲートは、両比較器２８，２９の出力側に
接続されている。ＰＦＥＴ４１は、判定信号ＶE1，ＶE2
の少なくともいずれか一方が低電位のときにオンとな
り、判定信号ＶE1，ＶE2のいずれも高電位のときにオフ
となる。

【００８５】このように構成された出力回路４０は、判
定信号ＶE1及び判定信号ＶE2とが共に高電位のときに、
クランプ回路２７が出力する荷重信号ＶD をそのまま信
号出力端子１２ｃに出力する。また、出力回路４０は、
判定信号ＶE1及び判定信号ＶE2のいずれか一方が低電位
であるときに、電源電圧ＶCCに近い電圧値の異常信号Ｖ
F を信号出力端子１２ｃに出力する。なお、異常信号Ｖ
F は、ＰＦＥＴ４１での電圧降下によってほぼ４．８Ｖ
以上の電圧値となる。

【００８６】以上のように構成された本実施形態の作用
について、前記第１実施形態の作用と異なる点のみを説
明する。荷重検出範囲の正側最大荷重値ＦＵを上回り正
側最大許容値Ｆ１を下回る正の荷重が起歪体に加わった
ときには、クランプ回路２７が電圧信号ＶＣを上限電圧
ＶＵにクランプし、この上限電圧ＶＵを出力回路４０が
信号出力端子１２ｃに出力する。

【００８７】また、荷重検出範囲の負側最大荷重値ＦＬ
を下回り負側最大許容値Ｆ２を上回る負の荷重が起歪体
に加わったときには、出力回路４０は接地電位に近い電
圧を出力する。

【００８８】また、正側最大許容値Ｆ１を上回る正の荷
重が起歪体に加わったときには、クランプ回路２７が上
限電圧ＶＵを出力回路４０に出力する。一方、比較器２
８は低電位の判定信号ＶＥ１を、比較器２９は高電位の
判定信号ＶＥ２をそれぞれ出力回路３０に出力する。す
ると、出力回路４０は、判定信号ＶＥ１が低電位であり
判定信号ＶＥ２が高電位であってＰＦＥＴ４１がオンと
なることから、上限電圧ＶＵの代わりに異常信号ＶＦを
信号出力端子１２ｃに出力する。

【００８９】同様に、負側最大許容値Ｆ２を下回る負の
荷重が起歪体に加わったときにも、判定信号ＶＥ１が高
電位となり判定信号ＶＥ２が低電位となることから、出
力回路４０から異常信号ＶＦが出力される。

【００９０】従って、荷重センサ１１の各端子１１ａ〜
１１ｄと信号処理装置１２の各端子１２ｄ〜１２ｇとが
全て電線１８ａ〜１８ｄによって電気接続されている状
態では、荷重検出範囲内で起歪体に加わった荷重に応じ
た電圧値の荷重信号ＶＤが信号処理装置１２から出力さ
れる。

【００９１】また、荷重検出範囲の正側最大荷重値ＦＵ
を上回り正側最大許容値Ｆ１を下回る正の荷重が加わっ
たときには上限電圧ＶＵが出力される。さらに、正側最
大許容値Ｆ１を上回る過大な正の荷重が加わったとき、
及び、負側最大許容値Ｆ２を下回る過大な負の荷重が加
わったときには、荷重信号ＶＤを外れた高電位に設定さ
れている異常信号ＶＦが出力される。

【００９２】そして、荷重センサ１１の信号出力端子１
１ｃと信号処理装置１２の信号入力端子１２ｆとを接続
する電線１８ｃと、信号出力端子１１ｄと信号入力端子
１２ｇとを接続している電線１８ｄの少なくとも一方が
断線したときには、信号処理装置１２が異常信号ＶＦを
出力する。

【００９３】また、電源端子１１ａと電源端子１２ｄと
を接続する電線１８ａが断線したとき、及び、接地端子
１１ｂと接地端子１２ｅとを接続する電線１８ｂが断線
したときにも、信号処理装置１２は異常信号ＶＦを出力
する。

【００９４】以上詳述した本実施形態によっても、前記
第１実施形態における（１）〜（７）に記載の各効果を
得ることができる。次に、上記実施形態以外の実施形態
を箇条書きで記載する。

【００９５】・ 上記各実施形態で、第１ツェナー電圧
ＶＺ１と第２ツェナー電圧ＶＺ２とを同じ電圧値とす
る。この構成であっても、両ストレーン・ゲージ列の一
方のみの中点Ｃ１（Ｃ２）と信号入力端子１２ｆ（１２
ｇ）との電気接続が断たれた状態を検知することができ
る。

【００９６】・ 上記各実施形態で、増幅回路２６が生
成する電圧信号ＶＣをそのまま荷重信号ＶＤとして信号
出力端子１２ｃから出力する。一方、両比較器２８，２
９が出力する判定信号ＶＥ１，ＶＥ２に基づいて低電位
又は高電位の信号を生成し、信号出力端子１２ｃと別に
設けた信号出力端子に出力する出力回路を設ける。そし
て、断線時には、この出力回路が高電位の異常信号を信
号出力端子１２ｃとは別の出力端子に出力するようにし
てもよい。この構成によっても、非断線時において荷重
センサ１１の検出精度をより悪化させないようにするこ
とができる。

【００９７】・ 上記各実施形態で、検出器は、ストレ
ーン・ゲージ式の荷重センサ１１に限らず、トルク・メ
ータ、圧力センサ、加速度センサ等のストレーン・ゲー
ジ式センサであってもよい。

【００９８】・ 上記各実施形態で、ストレーン・ゲー
ジは、線歪ゲージ、圧膜抵抗体歪ゲージ、箔歪ゲージ、
半導体歪ゲージ等のいずれの形態であってもよい。 ・ 上記各実施形態で、検出器は、直列接続された一対
のストレーン・ゲージのみを備えたものであり、信号処
理装置は、この両ストレーン・ゲージの中点に生成され
た電圧信号から検出信号を生成するものであってもよ
い。

【００９９】以下、前述した各実施形態から把握される
技術的思想をその効果とともに記載する。 （１） 請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の発
明において、前記検出量は荷重であることを特徴とする
センサ装置。このような構成によれば、ストレーン・ゲ
ージで荷重を検出する検出器の電圧信号から荷重信号を
生成するセンサ装置において請求項１〜請求項７のいず
れか一項に記載の発明の効果を得ることができる。

【０１００】（２） 請求項７に記載の発明において、
前記出力手段は、前記判定信号によってスイッチング動
作するスイッチング素子（ＰＦＥＴ３１，ＮＦＥＴ３
２、ＰＦＥＴ４１）を備え、該スイッチング素子は、前
記判定信号に基づき、前記電圧信号が前記変化範囲を外
れているときには電源電位信号または接地電位信号を前
記断線信号として出力することを特徴とするセンサ装
置。

【０１０１】（３） 請求項６，７及び上記技術思想
（２）のいずれか一項に記載の発明において、前記差分
電圧を、前記検出量の検出範囲に対応する信号範囲を含
む信号制限範囲にクランプするクランプ回路（２７）を
備え、前記断線検出手段は、前記信号制限範囲を外れた
領域の信号で前記断線信号を出力することを特徴とする
センサ装置。

【０１０２】

【発明の効果】請求項１〜請求項８に記載の発明によれ
ば、一対のストレーン・ゲージが直列接続されたストレ
ーン・ゲージ対によって生成した電圧信号を出力する検
出器との電気接続が断たれたときに、この電圧信号から
生成する検出信号と区別可能な断線信号を出力すること
ができ、しかも、電気接続が断たれていない状態におい
て検出器の検出精度をより悪化させないようにすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態の荷重センサ及び信号処理装置
を示す概略電気ブロック図。

【図２】 出力回路の概略電気回路図。

【図３】 荷重信号及び異常信号の関係を示すグラフ。

【図４】 第２実施形態の出力回路を示す概略電気回路
図。

【図５】 荷重信号及び異常信号の関係を示すグラフ。

【図６】 従来の加速度センサの回路図。

【符号の説明】

１０…センサ装置、１１…検出器としての荷重センサ、
１２…信号処理器及びセンサ用信号処理装置としての信
号処理装置、１２ｃ…信号出力端子、１３ａ〜１３ｄ…
ストレーン・ゲージ、１３ａ，１３ｂ…第１ストレーン
・ゲージ対、１３ｃ，１３ｄ…第２ストレーン・ゲージ
対、１４…断線検出手段を構成する断線電圧生成回路、
１５…検出信号生成回路、２１…第１抵抗としての抵
抗、２２…第２抵抗としての抵抗、２３…第１ツェナー
ダイオード、２４…第２ツェナーダイオード、２７…ク
ランプ回路、２８…断線検出手段及び比較判定手段を構
成する比較器、２９…同じく比較器、３０…断線検出手
段を構成する出力手段としての出力回路、３１…スイッ
チング素子としてのＰＦＥＴ、３２…同じくＮＦＥＴ、
４０…出力回路、４１…スイッチング素子としてのＰＦ
ＥＴ、Ｄ１…第１信号入力部としての接続点、Ｄ２…第
２信号入力部としての接続点、Ｖ１…第１電圧信号、Ｖ
２…第２電圧信号、ＶCC…基準電圧としての電源電圧、
ＶＤ…検出信号としての荷重信号、ＶE1，ＶE2…判定信
号、ＶＦ…断線信号としての異常信号、ＶＺ１…第１ツ
ェナー電圧、ＶＺ２…第２ツェナー電圧、Ｖα，Ｖβ…
しきい電圧。

フロントページの続き (72)発明者 藤本 宰 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車 株式会社内 Ｆターム(参考） 2G025 AA00 EA02 EA03 EB01 EC09

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検出量に対応してそれぞれ抵抗値が変化
   する一対のストレーン・ゲージが直列接続されたストレ
   ーン・ゲージ対を備え、その両端に印加された基準電圧
   を各ストレーン・ゲージの抵抗値で分圧した電圧信号を
   両ストレーン・ゲージの中点に生成する検出器と、 前記電圧信号を入力し、この電圧信号から前記検出量に
   対応した検出信号を生成する信号処理器とを備えたセン
   サ装置において、 前記電圧信号を入力する前記信号処理器の信号入力部に
   は、前記各ストレーン・ゲージの抵抗値よりも大きな抵
   抗値を有する抵抗を介して前記基準電圧が印加され、 前記信号入力部はツェナーダイオードを介して接地さ
   れ、このツェナーダイオードは、前記検出量の検出範囲
   に対応する前記電圧信号の信号範囲における最大値を超
   える大きさのツェナー電圧を有するとともにこのツェナ
   ー電圧を前記信号入力部に印加可能に設けられているこ
   とを特徴とするセンサ装置。
2. 【請求項２】 検出量に対応してそれぞれ抵抗値が変化
   する一対のストレーン・ゲージが直列接続された第１ス
   トレーン・ゲージ対と、検出量に対応してそれぞれ抵抗
   値が変化する一対のストレーン・ゲージが直列接続され
   た第２ストレーン・ゲージ対とを備え、前記第１ストレ
   ーン・ゲージ対の両端に印加された基準電圧を各ストレ
   ーン・ゲージの抵抗値で分圧した第１電圧信号を両スト
   レーン・ゲージの中点に生成するとともに、前記第２ス
   トレーン・ゲージ対の両端に印加された基準電圧を各ス
   トレーン・ゲージの抵抗値で分圧した第２電圧信号を両
   ストレーン・ゲージの中点に生成する検出器と、 前記第１及び第２電圧信号を入力し、この両電圧信号の
   差分電圧から前記検出量に対応した検出信号を生成する
   信号処理器とを備えたセンサ装置において、 前記第１電圧信号を入力する前記信号処理器の第１信号
   入力部には前記基準電圧が印加され、 前記第２電圧信号を入力する前記信号処理器の第２信号
   入力部には前記基準電圧が印加され、 前記第１信号入力部は第１ツェナーダイオードを介して
   接地され、この第１ツェナーダイオードは、前記検出量
   の検出範囲に対応する前記第２電圧信号の信号範囲にお
   ける最大値よりも、該検出量の検出範囲に対応する前記
   差分電圧の信号範囲における最大値だけ大きな電圧値を
   超える大きさの第１ツェナー電圧を有するとともにこの
   第１ツェナー電圧を第１信号入力部に印加可能に設けら
   れ、 前記第２信号入力部は第２ツェナーダイオードを介して
   接地され、この第２ツェナーダイオードは、前記検出量
   の検出範囲に対応する前記第１電圧信号の信号範囲にお
   ける最大値よりも、前記差分電圧の信号範囲における最
   大値だけ大きな電圧値を超える大きさの第２ツェナー電
   圧を有するとともにこの第２ツェナー電圧を第２信号入
   力部に印加可能に設けられていることを特徴とするセン
   サ装置。
3. 【請求項３】 前記第１ツェナー電圧と前記第２ツェナ
   ー電圧とには、前記差分電圧の信号範囲における最大値
   を超える大きさの電圧差が設けられていることを特徴と
   する請求項２に記載のセンサ装置。
4. 【請求項４】 前記第１ツェナーダイオードには、前記
   各ストレーン・ゲージの抵抗値よりも大きな抵抗値を有
   する第１抵抗を介して前記第１電圧信号が印加され、 前記第２ツェナーダイオードには、前記各ストレーン・
   ゲージの抵抗値よりも大きな抵抗値を有する第２抵抗を
   介して前記第２電圧信号が印加されていることを特徴と
   する請求項２又は請求項３に記載のセンサ装置。
5. 【請求項５】 前記信号処理器は、前記差分電圧の大き
   さがその最大値を超える大きさとなったときには、前記
   第１ストレーン・ゲージ対の中点と第１信号入力部との
   電気接続、及び、前記第２ストレーン・ゲージ対の中点
   と第２信号入力部との電気接続の少なくともいずれか一
   方が断たれた状態となったことを示す断線信号を、前記
   検出信号と区別可能な状態で出力する断線検出手段を備
   えていることを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれ
   か一項に記載のセンサ装置。
6. 【請求項６】 前記断線信号は前記検出信号と区別可能
   な信号であって、 前記断線検出手段は、前記信号処理器が前記検出信号を
   出力する信号出力端子に前記断線信号を出力することを
   特徴とする請求項５に記載のセンサ装置。
7. 【請求項７】 前記断線検出手段は、 比較判定手段と出力手段とを備え、 前記比較判定手段は、 前記差分電圧が、該差分電圧の信号範囲を含む信号判定
   範囲を外れているか否かを予め設定されているしきい電
   圧との比較によって判定するとともに、その判定結果に
   応じた判定信号を出力し、 前記出力手段は、前記判定信号に基づき、前記差分電圧
   が前記信号判定範囲を外れていないときには前記検出信
   号を出力し、前記電圧信号が前記信号判定範囲を外れて
   いるときには前記断線信号を出力することを特徴とする
   請求項６に記載のセンサ装置。
8. 【請求項８】 請求項１〜請求項７のいずれか一項に記
   載の信号処理器を備えたセンサ用信号処理装置。