JP2019105469A - Load sensor and electric brake - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ひずみにより荷重を検出する荷重センサ、およびそれを搭載した電動ブレーキに関する。 The present invention relates to a load sensor that detects a load by strain, and an electric brake equipped with the same.
スラスト荷重を検出する荷重センサの構成が特許文献1に記載されている。この特許文献1には、「前記貫入ロッドには環状を成すワッシャ型ロードセルが挿入され、当該ワッシャ型ロードセルと前記軸受けとの間には、当該軸受けに作用する貫入ロッドのスラスト荷重をワッシャ型ロードセルへ伝達する伝達部材が介在し、これら軸受け及び伝達部材を介して貫入ロッドのスラスト荷重がワッシャ型ロードセルに伝達され、当該貫入ロッドのスラスト荷重に応じて歪むワッシャ型ロードセルの歪み量から貫入ロッドにかかるスラスト荷重を検出するよう構成されている」と記載されている。
特許文献1には、軸受および伝達部材を介してワッシャ型ロードセルにスラスト荷重をかける構成が記載されている。しかし、特許文献1に記載されたワッシャ型ロードセルは、スラスト荷重がかかったときにワッシャ型ロードセルと伝達部材の接触面に微小な滑りが発生し、その滑りによって発生する摩擦力の影響で荷重増加時のワッシャ型ロードセルの変形と荷重減少時のワッシャ型ロードセルの変形が不可逆となり、ワッシャ型ロードセルの荷重−歪特性にヒステリシスを生じるおそれがある。したがって、特許文献1の構成を、スラスト荷重が頻繁に増減する電動ブレーキに適用した場合に、正確なスラスト荷重を測定することは困難となるという問題があった。
本発明の目的は、荷重−歪特性のヒステリシスを低減した荷重センサおよびこれを用いた電動ブレーキを提供することである。 An object of the present invention is to provide a load sensor with reduced load-strain hysteresis and an electric brake using the same.
上記課題を解決するために、本発明の荷重センサは、第1の歪センサと、該第1の歪センサが搭載される第1の起歪体と、該第1の起歪体に対して荷重方向に直列に配置される第2の起歪体と、を備える荷重センサであって、前記第1の起歪体は、前記荷重方向に沿って前記第2の起歪体に向かって荷重が入力される第1入力部と、該第1入力部から荷重の入力方向に交差する方向に互いに離れた位置に配置されて前記第2の起歪体に対向する一対の第1支持部とを有し、前記第2の起歪体は、前記荷重方向に沿って前記第1の起歪体に向かって荷重が入力される第2入力部と、該第2入力部から荷重の入力方向に交差する交差方向に互いに離れた位置に配置されて前記第1の起歪体に対向して前記一対の第1支持部にそれぞれ接触する一対の第2支持部とを有することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a load sensor according to the present invention includes a first strain sensor, a first straining body on which the first strain sensor is mounted, and a first straining body. And a second strain generating body disposed in series in a load direction, wherein the first strain generating body is configured to load toward the second strain generating body along the load direction. And a pair of first support portions arranged at positions separated from each other in a direction intersecting the load input direction from the first input portion and facing the second strain generating body A second input unit to which a load is input toward the first elastic body along the load direction, and an input direction of the load from the second input unit. A pair disposed at mutually separated positions in a crossing direction crossing the first pair of the first support portions to face the first strain generating body. And having a second support portion.
本発明によれば、荷重−歪特性のヒステリシスを低減した荷重センサおよびこれを用いた電動ブレーキを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the load sensor which reduced the hysteresis of a load-distortion characteristic, and an electric brake using the same can be provided.
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。 Further features related to the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings. Further, problems, configurations and effects other than those described above will be clarified by the description of the following embodiments.
以下、本発明の荷重センサの実施例について図面を用いて説明する。 Hereinafter, an embodiment of a load sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施例1)
以下、本発明の一実施例を図1ないし図5に沿って説明する。
図1は、本発明が搭載された電動ブレーキ1の構成を示す断面図である。1は電動ブレーキ、2はキャリパ筐体、3は電動モータ、4は減速ギヤ、5はリードスクリュー、6はナット、7はピストン、8はブレーキパッド、9は荷重センサである。
Example 1
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of an
図1の電動ブレーキ1は、電動モータ3を駆動源としてブレーキパッド8をディスク10に押し当ててディスク10に制動力をかける装置である。電動モータ3は、外部のコントローラからの電流信号や電圧信号によって駆動され、モータ軸を回転させる。モータ軸の回転は減速ギヤ4によって減速されて大きな回転力となり、リードスクリュー5に伝達される。リードスクリュー5は、ナット6とともに直動機構を構成し、リードスクリュー5の回転が軸方向の並進力に変換される。ナット6がキャリパ筐体2に図示しないキー溝で回転を規制されるとともに軸方向の移動も規制されているため、並進力はリードスクリュー5に作用してリードスクリュー5自体が回転しながら軸方向に並進する。ピストン7はリードスクリュー5の並進力を受けてディスク10の方向へ移動する。ピストン7は図の右側のブレーキパッド8をディスク10の方向へ押し出す。ブレーキパッド8がディスク10に押し出されて接触すると、その反力によってキャリパ筐体2は図の右方向へ移動する。キャリパ筐体2の移動により、図の左側のブレーキパッド8がディスク10に押し当てられる。ディスク10は左右のブレーキパッド8により挟みこまれることにより、制動力を受ける。荷重センサ9はナット6に接触し、ナット6にかかる反力を一方の面で受け、もう一方の面でキャリパ筐体2の内壁に接している。荷重センサ9はナット6より荷重を受けて変形し、荷重に相当する電圧信号を外部に出力する。
The
次に、荷重センサ9の構成について説明する。
図2は本発明の荷重センサ9の構成を示す斜視断面図である。9は荷重センサ、91は第1の起歪体、92は第2の起歪体、93は歪センサ、94は中継基板、95は配線である。第1の起歪体91には、土手部91a、受圧部91bが設けられている。第2の起歪体92には、支持面92bが設けられている。
Next, the configuration of the
FIG. 2 is a perspective sectional view showing the structure of the
荷重センサ9は、歪センサ(第1の歪センサ)93と、歪センサ93が搭載される第1の起歪体91と、第1の起歪体91に対して矢印Nで示す荷重方向に直列に配置される第2の起歪体92とを備える。第1の起歪体91は、荷重方向に沿って第2の起歪体92に向かって荷重が入力される受圧部(第1入力部)91bと、受圧部(第1入力部)91bから荷重の入力方向に交差する方向に互いに離れた位置に配置されて第2の起歪体92に対向する一対の土手部(第1支持部)91aとを有している。そして、第2の起歪体92は、荷重方向に沿って第1の起歪体91に向かって荷重が入力される支持面(第2入力部)92bと、支持面(第2入力部)92bから荷重の入力方向に交差する交差方向に互いに離れた位置に配置されて第1の起歪体91に対向して一対の土手部(第1支持部)91aにそれぞれ接触する一対の接触面(第2支持部)92cとを有している。
The
本発明の荷重センサ9の構成部品の詳細について説明する。
第1の起歪体91は、リードスクリュー5が貫通する穴を中央に設けたリング状の形状となっている。また、外形はピストン7の内部に収まる円形としている。これらの外形は、電動ブレーキ1のデザインによって必ずしも円形である必要はなく、例えば矩形や楕円形状であっても良い。また、例えばキャリパ筐体2の外側に荷重センサ9を取り付け、リードスクリュー5の端面によって荷重センサ9が荷重を受ける構造になっている場合は、リードスクリュー5が貫通する穴を必ずしも設ける必要はない。
Details of components of the
The first
第1の起歪体91には底面に2つの受圧部91bが設けられている。受圧部91bは底面よりも一段突出した形状となっていて、ナット6との接点となっている。受圧部91bには荷重が集中するため、最大荷重時に材料の降伏限度を超えない面積に設計する。この実施例では、受圧部91bを第1の起歪体91に設けているが、ナット6側に設けても良い。その場合は、キャリパ筐体2に設けられたナット6の回転止めは、第1の起歪体91に対して荷重点の位置ずれを起こさないようにガタが少なくなるように構成する。
The first
第1の起歪体91の上面には、2つの土手部91aが設けられている。また、2つの土手部91aの間の窪みには歪センサ93、中継基板94、配線95が搭載されている。土手部91aにより、第1の起歪体91と第2の起歪体92の間に空間を作り、その空間に歪センサ93、中継基板94、配線95を搭載できるようにしている。第1の起歪体91は、高荷重下で使用されるため、強度の高い鋼材で作られている。また、耐力を向上するために表面処理等を行なってもよい。
On the upper surface of the first
第2の起歪体92は、下面に第1の起歪体91の土手部91aと接触する接触面92cを設けている。また、上面にはキャリパ筐体2の内壁と接触する支持面92bを設けている。支持面92bは、上面よりも一段高く突出した形状となっていて、キャリパ筐体2との接点となっている。第2の起歪体92は、第1の起歪体91と荷重方向に直列に配置され、第1の起歪体91に搭載される歪センサ93等の保護キャップとして第1の起歪体91に被せられる。第2の起歪体92にも高荷重がかかるため、強度の高い鋼材で作られている。
The second
歪センサ93は、例えば歪ICである。シリコンチップの上面中央にひずみを検出するピエゾ抵抗と、その周辺にホイートストンブリッジや増幅回路、温度保証回路等を半導体プロセスで形成している。歪センサ93はピエゾ抵抗効果を利用して、歪センサ93にかかる歪を抵抗変化として捉える。歪センサ93は第1の起歪体91の2つの土手部91aの中間に搭載され、土手部91a間を繋ぐ直線方向のひずみ成分と、それに直交する半径方向のひずみ成分が検出される。さらに、歪センサ93は2つのひずみ成分の差の大きさに相当した電圧信号を作り出力する。歪センサ93はひずみゲージ等で構成しても良い。
The
中継基板94は、例えばガラスエポキシ基板である。中継基板94には電極パッドが形成され、このパッドを使って歪センサ93との間をワイヤボンディングで配線を行ない、歪センサ93から信号を取り出す。また、中継基板94には外部へ信号を取り出すために電極が設けられている。この電極に被覆ケーブルでできた配線95を直接はんだ付けを行なったり、コネクタを設けることで外部に信号を引き出すようになっている。
The
本発明の荷重センサ9の荷重検出原理について説明する。
第1の起歪体91は、受圧部91bを荷重点、土手部91aを支持点とした3点曲げ構造になっている。受圧部91bにナット6からの荷重がかかることで、第1の起歪体91は曲げ変形を起こし、2つの土手部91aの間の窪みが凸状に盛り上がる。第1の起歪体91の表面に接合されている歪センサ93は第1の起歪体91に倣って変形し、ひずみの大きさに相当した電圧信号を出力する。歪センサ93から出力された信号は、中継基板94を介して配線95で外部へ出力される。
The load detection principle of the
The first
本実施例の荷重センサ9は、第2の起歪体92に支持面92bを設けて、第2の起歪体92を変形させることによって、センサ出力特性(荷重−歪特性)の改善を図っている。第2の起歪体92に設けられている支持面92bの効果を説明するため、まず、支持面92bのない構造の課題について図11ないし図14に沿って説明する。
In the
図11は支持面92bのない荷重センサ9の構成を示す斜視断面図である。第2の起歪体92に支持面92bがない点を除いて、図2に示す荷重センサと同じ構成であるので、重複する説明は省略する。第2の起歪体92は、支持面92bが設けられていない。このため、上面全体でキャリパ筐体2の内壁に接触し固定される。
FIG. 11 is a perspective sectional view showing the configuration of the
図12は支持面92bのない荷重センサ9において、荷重Nを増加していく過程で第1の起歪体91にかかる力の釣り合いを説明する図である。図12において、Nは荷重、μは摩擦係数、Fは摩擦力である。図中の細い矢印は力の掛かる位置と方向を示す。また、太い矢印は第1の起歪体91の土手部91aの変位方向を示す。
FIG. 12 is a diagram for explaining the balance of forces applied to the first
第1の起歪体91の下面中央に上向きの矢印で示す荷重Nがかかっている。これは、ナット6から第1の起歪体91の受圧部91bに受ける荷重Nを示す。第1の起歪体91の土手部91aには荷重Nに対する抗力N/2がかかっている。第1の起歪体91は、荷重Nと抗力N/2によって3点曲げが行なわれる。3点曲げにより、第1の起歪体91は中央部が凸状に反り上がる曲げ変形を生じる。
A load N indicated by an upward arrow is applied to the center of the lower surface of the first
この状態からさらに荷重Nを増加する場合、第1の起歪体91の変形は大きくなって、土手部91aは太い矢印の方向へ開くように変位する。このとき、第2の起歪体92は上面をキャリパ筐体2の内壁によって固定支持されているため変形せず、第1の起歪体91の土手部91aとの接触面で変位は発生しない。このため、第1の起歪体91の土手部91aと、第2の起歪体92の接触面の間に相対変位が生じ、接触面で滑りが発生する。滑りが発生すると、変位を妨げる向きに摩擦力Fが発生する。摩擦力Fは摩擦係数μと抗力N/2の積で表され、摩擦係数μがゼロであれば摩擦力Fは発生しないが、摩擦係数μがゼロでないときは摩擦力Fが働いて、第1の起歪体91の変形を妨げる。
When the load N is further increased from this state, the deformation of the first
図13は支持面92bのない荷重センサ9において、荷重Nを減少していく過程で第1の起歪体91にかかる力の釣り合いを説明する図である。図12に対して、太い矢印の方向と摩擦力Fの方向が異なる。
FIG. 13 is a view for explaining the balance of forces applied to the first
3点曲げの状態から荷重Nを減少する場合、第1の起歪体91の変形は小さくなって、土手部91aは図中の太い矢印の向きに閉じるように変位する。この変位により、第1の起歪体91の土手部91aと、第2の起歪体92の接触面の間に相対変位が生じ、接触面で滑りが発生する。このとき、滑りに伴う摩擦力Fは、土手部91aの変位を妨げる向きに発生するので、第1の起歪体91の変形が戻りにくくなる。
When the load N is reduced from the state of three-point bending, the deformation of the first
図14は、支持面92bのない荷重センサ9の荷重−歪特性を示す図である。図において、実線は摩擦係数μがゼロでないときの荷重−歪特性を示す。図中の矢印で、荷重Nが増加する過程(A特性)と荷重Nが減少する過程(B特性)を示す。点線は摩擦係数μがゼロのときの荷重−歪特性を示す。
FIG. 14 is a view showing load-strain characteristics of the
荷重Nが増加する過程では、摩擦力Fにより第1の起歪体91が変形しにくくなるため、点線で示す摩擦係数μがゼロのときの荷重−歪特性よりも傾きが小さいA特性に沿って推移する。荷重Nが減少する過程では、摩擦力Fにより起歪体91の変形が戻りにくくなるため、摩擦係数μがゼロのときの荷重−歪特性よりも傾きが大きいB特性に沿って推移する。荷重の増減の切り替わりでは、A特性のライン上からB特性のライン上へ、またB特性のライン上からA特性のライン上へ漸近するように推移する。このA特性とB特性の切り替わりにおいて、荷重−歪特性は荷重増減の履歴の影響(ヒステリシス)が現れる。
In the process of increasing the load N, the first
支持面92bのない荷重センサ9は、荷重が増減したときに荷重の値が前記のヒステリシスの影響を受けるため、正確な値を得ることが難しい。また、この荷重センサ9を電動ブレーキ1に適用した場合、制動の履歴によって荷重の測定値が変わってしまうため、細かな制動力コントロールができず、荷重センサを用いる利点が得られなくなる恐れがある。
The
次に、支持面92bを設けた本発明の荷重センサ9について図3ないし図5に沿って説明する。
Next, the
図3は本発明の荷重センサ9において、荷重Nを増加する過程での第1の起歪体91および第2の起歪体92にかかる力の釣り合いを説明する図である。
FIG. 3 is a view for explaining the balance of forces applied to the first
図3において、Nは荷重、μは摩擦係数、Fは摩擦力である。図中の矢印は起歪体91、92にかかる力の位置と方向を示す。また、太い矢印は起歪体91、92の接触面の変位方向を示す。実線は第1の起歪体91、点線は第2の起歪体92にかかる力および変位を示す。
In FIG. 3, N is a load, μ is a coefficient of friction, and F is a frictional force. Arrows in the figure indicate the position and direction of the force applied to the
第1の起歪体91の下面中央に上向きの矢印で示す荷重Nがかかっている。これは、ナット6から第1の起歪体91の受圧部91bに受ける荷重Nを示す。第1の起歪体91の土手部91aには荷重Nに対する抗力N/2がかかっている。第1の起歪体91は、荷重Nと抗力N/2によって3点曲げが行なわれる。3点曲げにより、第1の起歪体91は中央部が凸状に反り上がる曲げ変形を生じる。この状態からさらに荷重Nを増加する場合、第1の起歪体91の変形は大きくなって、土手部91aは太い矢印の方向へ開くように変位する。
A load N indicated by an upward arrow is applied to the center of the lower surface of the first
第2の起歪体92は、第1の起歪体91の土手部91aとの接触面で荷重N/2を受け、支持面92bでキャリパ筐体2から荷重Nに対する反力Nを受けて、3点曲げが行なわれる。3点曲げにより、第2の起歪体92は中央部が下に窪む曲げ変形を生じる。この状態からさらに荷重Nを増加する場合、第2の起歪体92の変形は大きくなって、第1の起歪体91の土手部91aとの接触面が太い点線矢印の方向へ開くように変位する。
The
このとき、第1の起歪体91の土手部91aの変位と、第2の起歪体92の接触面の変位は互いに変位方向が同じとなることで、相対変位が少なくなる。相対変位が少なくなることで接触面に生じる滑りは減少し、摩擦力Fが小さくなるので第1の起歪体91の変形を妨げなくなる。したがって、荷重−歪特性(A特性)は、摩擦係数μがゼロの時の傾きを維持できるようになる。
At this time, the displacement of the
図4は支持面92bを設けた本発明の荷重センサ9において、荷重Nを減少していく過程で第1の起歪体91および第2の起歪体92にかかる力の釣り合いを説明する図である。
FIG. 4 illustrates the balance of forces applied to the first
3点曲げの状態から荷重Nを減少する場合、第1の起歪体91の変形は小さくなって、土手部91aは図中の太い矢印の向きに閉じるように変位する。また、第2の起歪体92の変形も小さくなって、第1の起歪体91の土手部91aとの接触面は太い点線矢印の方向へ閉じるように変位する。このとき、第1の起歪体91の土手部91aの変位と、第2の起歪体92の接触面の変位は互いに変位方向が同じとなることで、相対変位を少なくすることができる。相対変位が少なくなると滑りの量も減少するため、摩擦力Fが小さくなって第1の起歪体91の変形を妨げなくなる。したがって、荷重−歪特性(B特性)は、摩擦係数μがゼロの時の傾きを維持できるようになる。
When the load N is reduced from the state of three-point bending, the deformation of the first
図5は支持面92bを設けた本発明の荷重センサ9の荷重−歪特性を示す図である。
第1の起歪体9の土手部91aの変位と、第2の起歪体92の接触部の変位を完全に一致させることができれば、相対変位はゼロとなり、第1の起歪体91の変形を妨げる滑りによる摩擦力Fは発生しなくなる。したがって、荷重増加時のA特性と、荷重減少時のB特性は、ともに摩擦係数μがゼロのときの荷重−歪特性に一致するようになり、可逆的となるのでヒステリシスは発生しなくなる。
FIG. 5 is a view showing the load-strain characteristic of the
If the displacement of the
ここで、第1の起歪体9の土手部91aの変位と、第2の起歪体92の接触部の変位を完全に一致させることができなくても、相対変位の低減に繋がるので、滑りによる摩擦力Fを低減することができる。
Here, even if the displacement of the
以上より、第2の起歪体92に支持面92bを設けることで、荷重−歪特性のヒステリシスの低減が可能となる。
As described above, by providing the
第1の起歪体91の土手部91aの変位と、第2の起歪体92の接触面の変位を一致させる方法について図6を用いて説明する。
A method of matching the displacement of the
図6は本発明の荷重センサ9の第2の起歪体92の変形を説明する説明図である。2箇所の荷重N/2は第1の起歪体91の土手部91aから受けている荷重を表す。また、支持点は第2の起歪体92に設けられている支持面92bを表す。Lは荷重点と支持点との距離、Δxは第2の起歪体92の接触面の変位、t1は第2の起歪体92の中立面NSから接触面までの厚み方向の距離、EIは曲げ剛性を示す。
FIG. 6 is an explanatory view for explaining the deformation of the second
第2の起歪体92は、荷重と支持点により3点曲げ構造となっている。荷重がかかると第2の起歪体92は図のように中央部が下方向に窪むたわみ変形が起きる。たわみ変形が生じているとき、第2の起歪体92の中立面NSでは図の横方向に変位を生じないが、中立面NSから離れた上面と下面はたわみ角によって傾斜するため、変位が発生する。上面では中央に閉じる方向に変位が生じ、下面(接触面)では中央から外側に開く方向に変位を生じる。第2の起歪体92の接触面の変位Δxは、中立面NSから下面までの距離t1の影響を受ける。中立面NSから下面までの距離t1を変更すると、厚みも連動して変更される。曲げ剛性EIは厚みの3乗に比例するので、例えば第2の起歪体92の厚みを薄くするとたわみ変形が劇的に大きくなり、接触面の変位Δxは大きくなる。
The second
第2の起歪体92の接触面の変位Δxは、支持条件によっても影響を受ける。第2の起歪体92の荷重点と支持点の距離Lを長くすると接触点のたわみ角が大きくなるので、中立面NSから下面までの距離t1による変位Δxは大きくなる。
The displacement Δx of the contact surface of the second
本実施例の荷重センサ9では、第1の起歪体91の厚みに対して第2の起歪体92の厚みを薄くする例を示している。第2の起歪体92の厚みが第1の起歪体91の厚みより薄くなると、第2の起歪体92の曲げ剛性EIが低くなって変形しやすくなるので、第2の起歪体92の変位Δxが第1の起歪体91の土手部91aの変位よりも大きくなりヒステリシスの原因となる。そこで、第2の起歪体92に設けられている支持面92bの幅を広くすることにより、荷重点と支持点の距離Lを短くすることでたわみ角を低減し、変位Δxを小さく抑えた。荷重点と支持点の距離Lの長さについては、有限要素法を用いた構造解析によって第2の起歪体92の接触面の変位Δxを見積り、第1の起歪体91の土手部91aの変位と一致するときの値で設計すればよい。
In the
以上、本実施例の荷重センサ9および電動ブレーキ1は、歪センサ93と、前記歪センサ93を搭載した第1の起歪体91と、前記第1の起歪体91と荷重方向に直列に配置した第2の起歪体92とを有する荷重センサ9において、荷重Nが作用したときに、第1の起歪体91の接触面における変位方向が外側となるように第1の起歪体91の変形形状を設定するとともに、第2の起歪体92の接触面における変位方向が外側となるように第2の起歪体92の変形形状を設定した。
As described above, the
これによれば、第1の起歪体91の土手部91aの変位方向と、第2の起歪体92の接触部の変位方向を一致させて相対変位を低減することにより、荷重センサ9の荷重−歪特性に発生するヒステリシスを低減できるので、荷重Nを高精度に測定することができるようになる。また、荷重Nを正確に測定できるようになるため、電動ブレーキ1の制動力制御をきめ細かく設定できるので、車輌の乗り心地改善に貢献できる。
According to this, the displacement direction of the
本実施例では、第1の起歪体91と第2の起歪体92をスラスト荷重方向に直列に配置し、その接触面においてスラスト荷重を受けたときの第1の起歪体91の変位と、第2の起歪体92の変位が同じ方向となるようにそれぞれの起歪体91、92の変形形状を設定しているので、接触面での相対変位を低減することができる。したがって、ヒステリシスを低減でき、荷重Nを高精度に測定することができる。
In this embodiment, the
(実施例2)
次に、本発明による荷重センサ9の第2の実施例を図7ないし図9に沿って説明する。
図7は、本発明の荷重センサ9の構成を示す斜視断面図である。図7に示す本実施例は、図2の構成に対して、第2の起歪体92の形状が異なる。第2の起歪体92を除く他の構成については、再度の説明となるため省略する。
(Example 2)
Next, a second embodiment of the
FIG. 7 is a perspective sectional view showing the configuration of the
第2の起歪体92は、第1の起歪体91と同じ形状であり、面対称となるように配置されている。第1の起歪体91と第2の起歪体92を同じ部品で構成することにより、荷重Nがかかったときに同じ変形を得ることができ、また、別形状の部品を設けるよりも量産効果が得られる。第2の起歪体92は、土手部(第2支持部)92aを第1の起歪体91の土手部(第1支持部)91aと向かい合わせ、接触面に対して鏡像の位置関係となるように配置する。
The
歪センサ93、中継基板94、配線95は、少なくとも一方の起歪体に設ける。歪センサ93をそれぞれの起歪体に設ける場合は、一方の歪センサ93が故障して出力を得られない状態に陥っても、故障していないもう一方の出力が得られるのでフェールセーフを実現でき、信頼性の向上に貢献できる。また、1つの起歪体91上に2つの歪センサ93を設ける構成とするよりも、2つの起歪体にそれぞれ歪センサ93を設けることによって、歪センサ93を2つ搭載する歩留まりよりも1つ搭載する歩留まりのほうが高いので、生産性の改善につなげることができる。
The
図8、図9は、本発明の第1の起歪体91および第2の起歪体92にかかる力の釣り合いを説明する図である。
FIGS. 8 and 9 are diagrams for explaining the balance of forces applied to the first
図8は荷重Nを増加する過程の力の釣り合いを示している。ナット6からの荷重Nは第1の起歪体91に設けられた受圧部91bにかかっている。第1の起歪体91は、土手部91aで抗力N/2を受けて3点曲げ構造となっている。第1の起歪体91は、荷重Nがかかることによって太い矢印で示すように土手部91aが外側に開く方向に曲げ変形を起こす。一方、第2の起歪体92は、第1の起歪体91から2箇所の土手部92aに荷重N/2を受けている。第2の起歪体92は、キャリパ筐体2の内壁に支持面92bで支持されて3点曲げ構造となっている。第2の起歪体92は荷重Nがかかることによって太い点線矢印で示すように土手部92aが外側に開く方向に曲げ変形を起こす。このとき、第1の起歪体91の土手部91aの接触面の変位と、第2の起歪体92の土手部92aの接触面の変位は、互いに同じ変位、方向であることから相対変位がなく、滑りを生じない。滑りによって生じる摩擦力Fが発生しないため、第1の起歪体91の変形を阻止する力が働かなくなり、荷重−歪特性は摩擦係数μがゼロのときと同じ傾きとなる。
FIG. 8 shows the force balance in the process of increasing the load N. The load N from the nut 6 is applied to a
図9は荷重Nを減少する過程の力の釣り合いを示している。第1の起歪体91、第2の起歪体92はともに、荷重Nを減少させると土手部91a、92aが太い矢印で示すように中央に向かって閉じる方向に変位する。ここで生じる変位も、同じ変位、方向であることから相対変位がなく、滑りを生じない。このため、滑りによって生じる摩擦力Fが発生しないので第1の起歪体91の変形を阻止する力が働かず、荷重−歪特性は摩擦係数μがゼロのときと同じ傾きとなる。
FIG. 9 shows the force balance in the process of reducing the load N. When the load N is reduced, the first
荷重Nを増加する過程、および荷重Nを減少させる過程はともに荷重−歪特性が同じ傾きとなるため、ヒステリシスの発生を抑制することができる。 In both the process of increasing the load N and the process of reducing the load N, the load-distortion characteristics have the same slope, so that the occurrence of hysteresis can be suppressed.
以上、本実施例の荷重センサ9および電動ブレーキ1は、歪センサ93と、前記歪センサ93を搭載した第1の起歪体91と、前記第1の起歪体91と荷重方向に直列に配置した第2の起歪体92とを有する荷重センサ9において、荷重Nが作用したときに、第1の起歪体91の接触面における変位方向が外側となるように第1の起歪体91の変形形状を設定するとともに、第2の起歪体92の接触面における変位方向が外側となるように第2の起歪体92を第1の起歪体91と同じ形状とした。
As described above, the
これによれば、第1の起歪体91の土手部91aの変位方向と、第2の起歪体92の土手部92aの変位方向を一致させて相対変位を低減することにより、荷重センサ9の荷重−歪特性に発生するヒステリシスを低減できるので、荷重Nを高精度に測定することができるようになる。また、荷重Nを正確に測定できるようになるため、電動ブレーキ1の制動力制御をきめ細かく設定できるので、車輌の乗り心地改善に貢献できる。
According to this, by making the displacement direction of the
(実施例3)
以下、本発明の一実施例を図10に沿って説明する。
図10は、本発明の荷重センサ9の構成を示す斜視断面図である。
実施例1で説明した荷重センサ9の構造に対して、第1の起歪体92と第2の起歪体92の間に中間部材96を設けている。中間部材96は、例えばゴムなどの弾性体である。中間部材96は、細長い円柱状のころやベアリング、ばね部材としても良い。中間部材96は最大荷重がかかったときに完全に潰れることなく、厚みが残るようにヤング率および厚みを設定する。
(Example 3)
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a perspective sectional view showing the configuration of the
In the structure of the
中間部材96を介在させることにより、第1の起歪体91の土手部91aと第2の起歪体92の接触部の間に相対変位が生じたときに、中間部材96のせん断方向の変形によって相対変位が吸収される。これにより、第1の起歪体91の土手部91aと中間部材96間の固着、および第2の起歪体92の接触面と中間部材96間の固着を保つことができ、どの面においても滑りが発生しない。また、第1の起歪体91の土手部91aと第2の起歪体92の接触面の間が中間部材96によって離間され直接接触しないため摩擦力Fが発生しない。
When a relative displacement occurs between the contact portion between the
本実施例によれば、中間部材96のせん断変形による第1の起歪体91の土手部91aと第2の起歪体92の接触面の相対変位を吸収する効果と、中間部材96の厚みで第1の起歪体91と第2の起歪体92を離間させて摩擦力を発生させない効果が得られる。これにより、荷重センサ9の荷重−歪特性はヒステリシスのない特性が得られる。
According to this embodiment, the effect of absorbing the relative displacement of the contact surface between the
以上、本実施例の荷重センサ9および電動ブレーキ1は、歪センサ93と、前記歪センサ93を搭載した第1の起歪体91と、前記第1の起歪体91と荷重方向に直列に配置した第2の起歪体92とを有する荷重センサ9において、第1の起歪体91の土手部91aと第2の起歪体92の間に中間部材96を設ける構成とした。
As described above, the
これによれば、第1の起歪体91の土手部91aの変位を中間部材96のせん断変形で吸収することにより、荷重センサ9の荷重−歪特性に発生するヒステリシスを低減できるので、荷重Nを高精度に測定することができるようになる。また、荷重Nを正確に測定できるようになるため、電動ブレーキ1の制動力制御をきめ細かく設定できるので、車輌の乗り心地改善に貢献できる。
According to this, by absorbing the displacement of the
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 As mentioned above, although the embodiment of the present invention was explained in full detail, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various designs are possible in the range which does not deviate from the spirit of the present invention described in the claim. It is possible to make changes. For example, the above-described embodiment has been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to one having all the described configurations. Further, part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Furthermore, with respect to a part of the configuration of each embodiment, it is possible to add / delete / replace other configurations.
1 電動ブレーキ
2 キャリパ筐体
3 電動モータ
4 減速ギヤ
5 リードスクリュー
6 ナット
7 ピストン
8 ブレーキパッド
9 荷重センサ
91 第1の起歪体
91a 土手部(第1支持部)
91b 受圧部(第1入力部)
92 第2の起歪体
92a 土手部(第2支持部)
92b 支持面(第2入力部)
92c 接触面(第2支持部)
93 歪センサ(第1の歪センサ)
94 中継基板
95 配線
96 中間部材
10 ディスク
N 荷重
μ 摩擦係数
F 摩擦力
91b Pressure receiving unit (first input unit)
92 second
92b Support surface (second input part)
92c Contact surface (second support)
93 strain sensor (first strain sensor)
94
Claims (6)
該第1の歪センサが搭載される第1の起歪体と、
該第1の起歪体に対して荷重方向に直列に配置される第2の起歪体と、
を備える荷重センサであって、
前記第1の起歪体は、前記荷重方向に沿って前記第2の起歪体に向かって荷重が入力される第1入力部と、該第1入力部から荷重の入力方向に交差する方向に互いに離れた位置に配置されて前記第2の起歪体に対向する一対の第1支持部とを有し、
前記第2の起歪体は、前記荷重方向に沿って前記第1の起歪体に向かって荷重が入力される第2入力部と、該第2入力部から荷重の入力方向に交差する交差方向に互いに離れた位置に配置されて前記第1の起歪体に対向して前記一対の第1支持部にそれぞれ接触する一対の第2支持部とを有する
ことを特徴とする荷重センサ。 A first strain sensor,
A first strain generating body on which the first strain sensor is mounted;
A second strain body arranged in series in a load direction with respect to the first strain body;
A load sensor comprising
The first strain generating body has a first input portion to which a load is input toward the second strain generating body along the load direction, and a direction intersecting the load input direction from the first input portion And a pair of first support portions disposed at mutually separated positions and facing the second strain body.
The second strain generating body has a second input portion to which a load is input toward the first strain generating body along the load direction, and an intersection that intersects the load direction from the second input portion. A load sensor comprising: a pair of second support portions arranged at mutually separated positions in a direction and facing the first strain generating body and respectively contacting the pair of first support portions.
An electric brake using the load sensor according to any one of claims 1 to 5.
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