JP2016099241A - センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】操作部材が操作された場合にのみ操作荷重を適正に検出するセンサ装置を構成する。【解決手段】起歪体１１の貫通孔１１Ａには軸体６が挿通され、起歪体１１の外周に取り付けられた荷重センサ２０の出力信号から歪を検出する検出回路を備えている。操作部材２は、起歪体１１を挿入状態で支持する孔部Ｈが形成され、操作部材２が操作された場合に起歪体１１の受圧部１２に圧接する当接部１６が孔部Ｈの内周に形成されている。【選択図】図４

Description

本発明は、操作部材が操作された場合に、操作部材から起歪体との間で作用する操作反力から操作荷重を検出するセンサ装置に関する。

上記のように構成されたセンサ装置として特許文献１には、操作部材（文献では操作ペダル）に形成された孔部に荷重センサが挿入状態で支持された技術が示されている。この技術では、荷重センサが、ケース部材の内部に起歪体が連結し、この起歪体の内部に軸状部材が連結した構成を有しており、軸状部材の貫通孔に軸体（文献ではクレビスピン）が挿通し、軸体にはオペレーティングロッドが連結している。

特許文献１のセンサ装置では、ケース部材が操作部材に対し軸体の軸芯を中心とした回転を行わないように回転不能に支持され、起歪体の外周に歪抵抗素子を備えている。このような構成から、ブレーキ操作時にペダルを支持するアームの揺動に伴い操作荷重の作用方向が変化する場合でも、荷重センサの位置が保持され、歪抵抗素子による荷重検出性能を向上させている。

特開２００８‐２８１５４７号公報

しかしながら、特許文献１のように入力荷重に対応して歪を発生させる起歪体が、異なる機能を有するケース部材と連結される構成では、ケース部材と起歪体との熱膨張率の差により歪が発生することも考えられ、誤検出状態を招くこともあった。

更に、ペダルの幅方向での一方の端部を踏み込み操作した場合のように、アームを支持する支軸に対して曲げ方向に荷重が作用する場合には、起歪体に対して偏った荷重が作用し誤検出を招くこともあった。尚、この偏った荷重は、通常の操作にもノイズのように含まれることがある。これらの不都合は、操作部材が非操作状態にある場合にも操作荷重を誤検出することにも繋がり改善の余地がある。

本発明の目的は、操作部材が操作された場合にのみ操作荷重を適正に検出するセンサ装置を構成する点にある。

本発明の特徴は、操作部材に入力した操作力を操作対象に伝達する際に、前記操作部材と前記操作対象との間に作用する操作荷重を計測するセンサ装置であって、
前記操作対象に連結される荷重出力機構に取り付けられる軸体と、
前記軸体を挿通する貫通孔を有し、外周面に受圧部が形成され、且つ、外周面に荷重センサを設けた起歪体と、
前記荷重センサからの検出信号を受け取る検出回路と、を備え、
前記操作部材又は当該操作部材に保持される支持部材に対し、前記起歪体を挿入状態で支持する孔部が形成されると共に、前記操作部材が操作された際に前記受圧部に圧力を作用させる当接部が当該孔部の内周に形成されている点にある。

この構成によると、操作部材が非操作状態にある場合には、起歪体は操作部材又は支持部材に形成された孔部に挿入状態で支持される。これにより、起歪体が歪むことはなく、荷重センサに対して操作部材から応力等の外乱が影響する不都合を招くことがない。そして、操作部材が操作された場合には、軸体から作用する操作反力により起歪体の受圧部に対して孔部の内周の当接部が圧力を作用させることにより操作力に起因する力が起歪体に作用する。これにより、起歪体を歪ませることが可能となり、この力の作用を荷重センサで検出することが可能となる。
その結果、操作部材が操作された場合にのみ、操作荷重を適正に検出するセンサ装置が構成された。

本発明は、前記受圧部又は前記当接部の一方は、外方に突出する円弧面又は内方向に突出する円弧面として形成され、前記受圧部又は前記当接部の他方は、操作力の入力方向を基準に傾斜することにより前記受圧部に力を作用させても良い。

これによると、操作部材が操作された場合には、円弧面と傾斜面とが圧接し、起歪体の入出力位置が一意に決定される。また、荷重入力がある範囲で傾いた場合においても、この荷重入出力位置は、傾きがない場合と比較して変動せず一定である。つまり、受圧部と当接部の関係から、起歪体をその他の部材に連結しなくても、ある荷重に対して一意に決定される歪を発生させることができる。

本発明は、前記起歪体が、二箇所の前記受圧部を有し、前記荷重センサが、二箇所の前記受圧部と異なる位置の外周面に設けられても良い。

これによると、操作力が作用する場合には、起歪体に形成された二箇所の受圧部に対して当接部が当接する状態で圧力が作用して起歪体を歪ませ、この歪を荷重センサで検出できる。

本発明は、前記荷重センサが、前記起歪体のうち前記二箇所の当接部に当接する受圧部の中間位置の検出面に設けても良い。

これによると、操作部材が作動した場合には、起歪体の受圧部に対して操作部材の当接部が当接することになり、二箇所の受圧部の中間位置の検出面の歪を、荷重センサで検出することが可能となる。

ペダルアームに備えられたセンサ装置を示す側面図である。 起歪体と連結軸とペダルアームとの断面図である。 センサ装置の分解斜視図である。 センサ装置の側面図である。 検出面の歪分布を示す図である。 検出面の歪分布を示す図である。 別実施形態（ａ）のセンサ装置を示す側面図である。 別実施形態（ａ）の起歪体の配置を示す側面図である。 図７のＩＸ−ＩＸ線断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

〔基本構成〕
図１〜図３に示すように、下端にフットペダル１を備えたペダルアーム２（操作部材の一例）が支軸３を中心に揺動作動自在に支持され、ペダルアーム２の操作力をブレーキ装置に伝えるプッシュロッド４を備えてブレーキ操作ユニットが構成されている。

ブレーキ操作ユニットは自動車等の車両に備えられるものであり、プッシュロッド４の操作力をマスターシリンダ（操作対象の一例）のピストンに伝達して作動させ、ピストンで加圧されたブレーキオイルを複数の車輪のブレーキ装置に伝えるように機能する。このブレーキ操作ユニットでは、プッシュロッド４から押圧力が作用する伝動系で荷重出力機構が構成されている。

このブレーキ操作ユニットにおいて、ペダルアーム２の作動力をプッシュロッド４に伝える部位に本発明のセンサ装置Ｓを備えている。センサ装置Ｓは、ペダルアーム２に穿設された孔部Ｈに挿入状態で保持される起歪体１１を有し、起歪体１１の検出面１３に貼着された（設けられた）複数（単一でも良い）の歪ゲージ２０（荷重センサの一例）の信号から操作荷重を検出する検出回路Ａを有している。

プッシュロッド４の端部に備えたブラケット５の一対の支持片５Ａの連結孔と、起歪体１１に形成された貫通孔１１Ａとに相対回転自在に連結軸６（軸体の一例）が挿通することによりペダルアーム２の作動をセンサ装置Ｓから連結軸６を介してプッシュロッド４に伝えるように構成されている。また、連結軸６と支持片５Ａとが連結軸６の軸芯Ｐを中心にして相対回転自在であり、連結軸６と起歪体１１とが連結軸６の軸芯Ｐを中心にして相対回転自在に構成されている。この構成により、ペダルアーム２の操作時に起歪体１１に対して軸芯Ｐを中心とする回転力を作用させない状態で操作軸をプッシュロッド４に伝えることが可能となる。

尚、歪ゲージ２０は、金属の物理的な変形により電気抵抗を変化させるものに限らず、半導体に作用する荷重により電気抵抗率を変化させるものを用いても良い。

〔センサ装置〕
図３、図４に示すように、ペダルアーム２には、このペダルアーム２の作動平面に直交する姿勢の孔部Ｈが穿設され、この孔部Ｈに挿入状態で起歪体１１が保持されている。起歪体１１の中央に形成された貫通孔１１Ａに対して連結軸６が挿通し、起歪体１１の検出面１３には複数の歪ゲージ２０（荷重センサの一例）が貼着されている。検出面１３は、連結軸６の軸芯Ｐと平行する平面として形成されている。

このセンサ装置では、起歪体１１に、ステンレス等の鋼材が用いられる。また、検出面１３に対して接着材等を用いて歪ゲージ２０が貼着されている。

起歪体１１の貫通孔１１Ａは、ペダルアーム２の作動平面に直交する姿勢で形成され、連結軸６の外周面に２面が接触するように三角形に類似する内面形状を有している。尚、貫通孔１１Ａの形状は多角形に限るものではなく、連結軸６の外周に密接する丸孔であっても良い。

起歪体１１の外周には、一対の受圧部１２と、一対の受圧部１２に挟まれる位置に配置される平坦な検出面１３と、貫通孔１１Ａを挟んで検出面１３に対向する位置で円弧状に突出する嵌合面１４とが形成されている。この起歪体１１の外周で検出面１３の両端部に対して検出面１３に対して傾斜する姿勢で連なる傾斜面１５を形成し、この傾斜面１５と検出面１３との境界位置において外方に突出する受圧部１２が形成されている。この受圧部１２は、その突出端部が軸芯Ｐに沿う方向視で外方に突出する円弧面に形成されている。

孔部Ｈの内周には、起歪体１１の一対の（二箇所の）受圧部１２に接触して力を伝える二箇所の当接部１６と、この一対の当接部１６の中間位置に配置される間隙形成面１７と、起歪体１１の嵌合面１４に密着する形状の嵌合保持面１８とが形成されている。一対の当接部１６は、各々が操作力の入力方向を基準に傾斜することにより二箇所の受圧部１２の間に力を作用させる姿勢に形成されている。

これらの構成から、センサ装置Ｓを組み立てた状態では、孔部Ｈの嵌合保持面１８に対して起歪体１１の嵌合面１４が接触し、孔部Ｈの２箇所の当接部１６に対し、対応する２箇所の受圧部１２が軽く接触する。これにより、起歪体１１はペダルアーム２に対して相対回転不能に保持される。そして、孔部Ｈの間隙形成面１７と起歪体１１の検出面１３との間に間隙が形成される。更に、起歪体１１の貫通孔１１Ａの内周に接触する状態で連結軸６が挿通する。

このセンサ装置Ｓでは、フットペダル１が踏み込まれた場合にはペダルアーム２の作動に伴い、操作反力Ｆが軸芯Ｐに対して垂直方向に連結軸６に作用し、更に連結軸６から起歪体１１に作用する。操作反力Ｆの作用方向は図４に矢印として示す方向であり、操作反力Ｆが作用することで起歪体１１の一対の受圧部１２が当接部１６に接触することにより検出面１３を歪ませ、この歪が複数の歪ゲージ２０で検出される。

検出面１３は、操作反力Ｆの作用方向に対して直交する姿勢にあることが理想であるが、ペダルアーム２の揺動により操作反力Ｆの作用方向に対して傾斜する。この検出面１３は、一対の受圧部１２の間の長さが長寸となり、これに直交する方向が短寸となる。

〔検出形態〕
この構成では、起歪体１１はペダルアーム２の孔部Ｈに対して挿入状態で支持されるだけで、起歪体１１とペダルアーム２との間には力の伝達がない状態（ペダルアーム２の重量は作用する）が維持される。次に、フットペダル１が踏み込み操作され、プッシュロッド４からの操作反力Ｆが連結軸６に作用した場合には、連結軸６の軸芯Ｐに対して垂直方向に移動する力が与えられ、連結軸６の外周が起歪体１１の貫通孔１１Ａの内周のうち、操作反力Ｆの作用方向に対向する２面に圧接する。これにより、起歪体１１の二箇所の受圧部１２が、操作反力Ｆによりペダルアーム２の孔部Ｈのうち、対応する当接部１６に接当し、起歪体１１の検出面１３に歪を招くことになる。

前述したように検出面１３は一対の受圧部１２の中間位置に形成され、フットペダル１が操作された場合には、当接部１６から受圧部１２に作用する力により検出面１３に歪を招くものであるが、当接部１６の傾斜姿勢により検出面１３の歪の形態が決まる。

つまり、起歪体１１の貫通孔１１Ａは、操作反力Ｆが作用する方向に１つの頂点が位置するように形成された略三角形であり、操作反力Ｆが連結軸６に作用することにより図５に示すように、貫通孔１１Ａの内周面の２箇所に連結軸６が圧接し、貫通孔１１Ａの２つの内周面に対して直交する２つの分力ｆａが起歪体１１に作用する。また、二箇所の当接部１６からは、この当接部１６に対して直交する方向に圧力ｆｂが起歪体１１の受圧部１２に作用する。この圧力ｆｂは、当接部１６の傾斜姿勢によって決まり、当接部１６の傾斜姿勢が操作反力Ｆの作用方向を基準にして大きい場合には、同図において破線で示すように検出面１３が外方に膨らむように歪む。尚、同図に示す破線は誇張して描いたものであり、この歪量は僅かである。

この歪分布は、受圧部１２の円弧面と、これに対応する受圧部１２の傾斜姿勢により一意的に決定される。従って、操作反力Ｆが連結軸６に作用する方向が所定の範囲で傾いた場合でも、分力ｆａと圧力ｆｂとの方向を変動させることはなく、起歪体１１を他の部材に連結しなくとも、一意的に決定される歪分布を作り出しているのである。

これにより、操作反力Ｆの作用方向に影響されることなく操作荷重を検出できる。また、検出面１３の歪分布に対応して歪ゲージ２０の貼着位置を決めることにより、良好な感度での検出も可能となる。特に、同図に示す形態の歪分布の場合に単一の歪ゲージ２０を用いることも可能である。

また、起歪体１１の基本的な構成を変更することなく、当接部１６の傾斜姿勢を図６に示すように設定しても良い。同図では、操作反力Ｆの作用方向を基準にして当接部１６の傾斜姿勢を図５に示した傾斜姿勢より急傾斜に設定している。これにより、操作反力Ｆが作用した場合には、貫通孔１１Ａの２つの内周面から直交方向に分力ｆａが作用し、当接部１６に直交する方向に圧力ｆｂが起歪体１１の受圧部１２に作用する。この圧力ｆｂは、当接部１６の傾斜姿勢によって決まり、当接部１６の傾斜姿勢が操作反力Ｆの作用方向を基準にして大きい場合には、同図において破線で示すように検出面１３の中央部が外方に膨らみ、この中央より外方部位では検出面１３が窪むように歪む。尚、同図に示す破線は誇張して描いたものであり、この歪量は僅かである。

この歪分布の形態も、受圧部１２の円弧面と、これに対応する受圧部１２の傾斜姿勢により一意的に決定される。また、検出面１３の歪分布に対応して歪ゲージ２０の貼着位置を決めることにより、良好な感度での検出も可能となる。特に、同図に示す形態の歪分布の場合に検出面１３の中央部を挟む２箇所に歪ゲージ２０を貼着することや、中央部を含む３箇所に歪ゲージ２０を貼着することが考えられる。

図５、図６から明らかなように、本発明のセンサ装置Ｓでは、起歪体１１の形状を変更しなくとも、当接部１６の姿勢変更により、検出面１３の歪の形態を決定することが可能となり、操作荷重の検出に最適な歪分布を容易に作り出しているのである。

特に、このように起歪体１１の検出面１３に歪を招く場合には、この検出面１３の外側に所定の間隙を隔てて間隙形成面１７が配置されているため、この検出面１３が歪む際に外力が作用することがない。特に、起歪体１１をペダルアーム２の孔部Ｈに対して挿入する形態で保持されるため、例えば、起歪体１１がケースの内部に連結状態で収容されるものと比較すると、ケースが歪んだ場合にケースの歪が作用する不都合を解消できる。

〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。

（ａ）図７〜図９に示すように、支持部材２５をペダルアーム２の嵌合孔部２Ａに密嵌合状態で嵌め込み、支持部材２５に形成された孔部Ｈに対して起歪体１１を挿入状態で支持してセンサ装置Ｓを構成する。このセンサ装置Ｓでは、実施形態と同様にプッシュロッド４に連結するブラケット５の一対の支持片５Ａの連結孔と、起歪体１１の貫通孔１１Ａとに亘って連結軸６が挿通される。

このセンサ装置Ｓでは、ベースプレート３１と支持プレート３２とに挟まれる位置に支持部材２５が配置され、これらが一対のリベット３３により連結されている。支持プレート３２には、連結軸６が挿通する開口が形成され、この開口の開口縁を連結軸６の軸芯Ｐに沿う方向に延出した当接片３２Ａが一体形成されている。

ベースプレート３１と重なり合う位置に保護カバー３４がスポット溶接等により取り付けられ、ベースプレート３１と、保護カバー３４の膨出部３４Ａとの間に形成される空間に検出回路Ａが配置されている。ベースプレート３１と保護カバー３４とは、連結軸６が挿通する開口が形成され、保護カバー３４の開口縁を軸芯Ｐに沿う方向に延出した規制片３４Ｂが形成されている。これにより起歪体１１はベースプレート３１の当接片３２Ａと保護カバー３４の規制片３４Ｂとにより軸芯Ｐに沿う方向への変位が規制される。

検出回路Ａは基板上に形成されるものであり、この検出回路Ａは保護カバー３４の膨出部３４Ａによって保護される。また、起歪体１１の検出面１３に設けた複数の歪ゲージに接続する配線が検出回路Ａの基板に引き込まれている。

起歪体１１は、実施形態に示したものと同様に一対の受圧部１２と、一対の受圧部１２に挟まれる位置に配置される平坦な検出面１３と、検出面１３に対向する位置で円弧状に突出する嵌合面１４と、検出面１３に対して傾斜する姿勢で連なる傾斜面１５とが形成されている。また、受圧部１２は、傾斜面１５と検出面１３との境界において外方に突出するように形成され、その突出端部が軸芯Ｐに沿う方向視で外方に突出する円弧面として形成されている。

支持部材２５は、実施形態で示したものと同様に孔部Ｈが形成されている。つまり、二箇所の当接部１６と、この一対の当接部１６の中間位置に配置される間隙形成面１７と、起歪体１１の嵌合面１４に密着する形状の嵌合保持面１８とが形成されている。一対の当接部１６は、各々が操作力の入力方向を基準に傾斜することにより二箇所の受圧部１２を接近させる方向に力を作用させる傾斜姿勢で形成されている。

この構成では、センサ装置Ｓがユニット化されており、ペダルアーム２の嵌合孔部２Ａに対して支持部材２５を嵌め込む形態でベースプレート３１をペダルアーム２に支持することにより、ペダルアーム２に対するセンサ装置Ｓの取り付けが可能となる。

この別実施形態（ａ）の構成でも、フットペダル１が非操作状態にある場合には、外力が作用することはなく、フットペダル１が踏み込み操作された場合には、連結軸６から作用する操作反力Ｆにより起歪体１１の二箇所の受圧部１２に対し、孔部Ｈの内周の当接部１６が当接して操作力に起因する力を起歪体１１に作用させて起歪体１１を歪ませる結果、この力の作用を歪ゲージで検出することが可能となる。

（ｂ）ペダルアーム２に対してセンサ装置Ｓを備える構成に代えて、ペダルアーム２の作動に連動して揺動作動する作動部材に対して、本発明のセンサ装置Ｓを備えても良い。

（ｃ）本発明は、受圧部１２と当接部１６との形状を入れ換える形態で実施することも可能である。つまり、起歪体１１の外面に対して傾斜面となる受圧部１２を形成し、孔部Ｈの内周には内方（軸芯Ｐの方向）に向けて突出する円弧面となる当接部１６を形成する。このように受圧部１２と当接部１６とを構成しても、操作反力Ｆが作用した場合には、傾斜面となる受圧部１２に対して円弧面として突出する当接部１６が圧力を作用させることになり、検出面１３を歪ませて操作荷重の検出が可能となる。

（ｄ）起歪体１１の形状は実施形態で示した形状に限るものではなく、例えば、円筒状の部材の周面の一部を直線的に切り落として平坦な検出面１３を形成するように、軸芯に沿う方向視でＤ型になるものでも良い。この形状では起歪体１１の周方向での検出面１３の両端部に受圧部１２が形成されることになる。

（ｅ）ペダルアーム２（操作部材の一例）に形成される孔部Ｈの形状は、実施形態に示した形状に限るものではなく、例えば、一対の受圧部１２に当接する当接部１６が孔部Ｈの中心方向に張り出す湾曲面であっても良い。また、孔部Ｈの全体的な形状は当接部１６と間隙形成面１７を有するものであれば不等辺となる多角形でも良い。

本発明は、操作部材の作動時の操作反力を起歪体の歪から検出するセンサ装置に利用することができる。

２ 操作部材（ペダルアーム）
６ 軸体（連結軸）
１１ 起歪体
１１Ａ 貫通孔
１２ 受圧部
１３ 検出面
１６ 当接部
２０ 荷重センサ（歪ゲージ）
２５ 操作部材
Ａ 検出回路
Ｈ 孔部

Claims (4)

1. 操作部材に入力した操作力を操作対象に伝達する際に、前記操作部材と前記操作対象との間に作用する操作荷重を計測するセンサ装置であって、
   前記操作対象に連結される荷重出力機構に取り付けられる軸体と、
   前記軸体を挿通する貫通孔を有し、外周面に受圧部が形成され、且つ、外周面に荷重センサを設けた起歪体と、
   前記荷重センサからの検出信号を受け取る検出回路と、を備え、
   前記操作部材又は当該操作部材に保持される支持部材に対し、前記起歪体を挿入状態で支持する孔部が形成されると共に、前記操作部材が操作された際に前記受圧部に圧力を作用させる当接部が当該孔部の内周に形成されているセンサ装置。
2. 前記受圧部又は前記当接部の一方は、外方に突出する円弧面又は内方向に突出する円弧面として形成され、前記受圧部又は前記当接部の他方は、操作力の入力方向を基準に傾斜することにより前記受圧部に力を作用させる請求項１に記載のセンサ装置。
3. 前記起歪体は、二箇所の前記受圧部を有し、前記荷重センサが、二箇所の前記受圧部と異なる位置の外周面に設けられている請求項１又は２に記載のセンサ装置。
4. 前記荷重センサが、前記起歪体のうち前記二箇所の当接部に当接する受圧部の中間位置の検出面に設けられている請求項３に記載のセンサ装置。

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