JP2024046710A - 力学量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】荷重センサのセンサ高さが歪検出素子の配置に起因して大きくなることを抑制する。【解決手段】センサ本体１０の部品設置面１３には歪検出素子２０が固定されている。そして、センサ本体１０の反力面１２に含まれる反力作用領域１２ａは、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で、センサ本体１０の荷重面１１に含まれる荷重作用領域１１ａとは重なることなく部品設置面１３に対しては重なるように配置されている。このような構成から、荷重Ｆａの印加に伴うセンサ本体１０の歪みを歪検出素子２０に検出させることができる。そして、歪検出素子２０が固定される部品設置面１３はセンサ軸方向ＤＲａでは荷重面１１と反力面１２との間の位置に設けられているので、荷重センサ１のセンサ高さＨsに歪検出素子２０が影響しにくくなる。従って、センサ高さＨsが歪検出素子２０の配置に起因して大きくなることを抑制することが可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、荷重を検出する力学量センサに関するものである。

この種の力学量センサとして、例えば特許文献１に記載された荷重センサが従来から知られている。この特許文献１に記載された荷重センサは、荷重センサに印加される荷重の大きさを検出する。

具体的に、特許文献１の荷重センサは、一軸心であるセンサ軸心を中心とした円環形状を成す本体部と、本体部に固定された複数の歪検出素子とを備えている。例えば、その本体部は、互いに嵌合し円環形状を成す２つの部材から構成されている。

特許文献１の荷重センサにおいて、本体部は、センサ軸心の軸方向の一方側から荷重に押されると共に軸方向の他方側からその荷重に対抗する反力に押される構成となっている。そして、本体部はその荷重と反力とに押されることに伴って曲げ変形を生じ、複数の歪検出素子は、その本体部の曲げ変形を検出する。

また、複数の歪検出素子は、本体部のうち、荷重を受ける受力面よりも軸方向の一方側に配置された部品設置面に固定されている。詳細には、複数の歪検出素子が固定された部品設置面は、本体部のうち、軸方向の最も一方側に配置されている。

米国特許出願公開第２０２１／０２２３１２０号明細書

特許文献１の荷重センサでは、上記したように、複数の歪検出素子が固定された部品設置面は、本体部のうち、軸方向の最も一方側に配置されている。また、荷重センサでは、通常、歪検出素子の信号を外部へ出力するために、その歪検出素子が電気接続される電気基板や電気部品などの付属機器も設けられるものである。従って、その付属機器および歪検出素子を含む荷重センサが軸方向に有する高さが、歪検出素子の配置に起因して嵩むこととなる。発明者らの詳細な検討の結果、以上のようなことが見出された。

本発明は上記点に鑑みて、力学量センサが一方向に有する高さが歪検出素子の配置に起因して大きくなることを抑制することを目的とする。なお、上記一方向は、上記センサ軸心の軸方向に対応する。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の力学量センサは、
一方向（ＤＲａ）の一方側から印加される荷重（Ｆａ）を検出する力学量センサであって、
上記一方向の一方側から荷重に押される荷重作用領域（１１ａ）を含み上記一方向の一方側を向いて形成された荷重面（１１）、荷重に対抗する反力（Ｆｂ）に押される反力作用領域（１２ａ）を含み上記一方向の一方側とは反対側の他方側を向いて形成された反力面（１２）、および上記一方向では荷重面と反力面との間の位置に設けられ上記一方向の一方側を向いて形成された部品設置面（１３）を有するセンサ本体（１０）と、
部品設置面に固定され、荷重の大きさに応じて変化するセンサ本体の歪みを検出する歪検出素子（２０）とを備え、
部品設置面は、荷重面に対し、上記一方向に垂直な一垂直方向（ＤＲｒ）の一方側に配置され、
反力作用領域は、上記一方向に沿う方向視で、荷重作用領域とは重なることなく部品設置面に対しては重なるように配置されている。

このようにすれば、荷重の印加に伴うセンサ本体の歪みを歪検出素子に検出させることができ、それによって、その荷重の大きさを検出することができる。そして、歪検出素子が固定される部品設置面は上記一方向では荷重面と反力面との間の位置に設けられているので、力学量センサが上記一方向に有する高さ（すなわち、センサ高さ）に歪検出素子が影響しにくくなる。従って、センサ高さが歪検出素子の配置に起因して大きくなることを抑制することが可能である。

なお、出願書類中の各欄において、各要素に括弧付きの参照符号が付されている場合がある。この場合、参照符号は、同要素と後述する実施形態に記載の具体的構成との対応関係の単なる一例を示すものであるにすぎない。よって、本発明は、参照符号の記載によって、何ら限定されるものではない。

第１実施形態の荷重センサを模式的に示した平面図である。 第１実施形態において、センサ軸心を含む断面で荷重センサを模式的に示した縦断面図であって、具体的には図１のII－II断面を示した断面図である。 第１実施形態において、図１に対する荷重センサの反対側を示した図であって、具体的には図２のIII方向の矢視図である。 第１実施形態において、図２と同じII－II断面に、荷重センサと共に支持体も表示した断面図である。 第１実施形態において、荷重センサが有する制御装置の入出力系統を示したブロック図である。 第２実施形態において、図１のII－II断面に相当する断面を示した断面図であって、図４に相当する図である。 第３実施形態において、図１のII－II断面に相当する断面を示した断面図であって、図４に相当する図である。 第４実施形態において、図１のII－II断面に相当する断面を示した断面図であって、図２に相当する図である。 第５実施形態の荷重センサを模式的に示した平面図であって、図１に相当する図である。 第５実施形態において図９のX－X断面を示した断面図であって、図２に相当する図である。

以下、図面を参照しながら、各実施形態を説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
本実施形態では、図１、図２に示す荷重センサ１が電動ブレーキシステムに適用される例について説明する。荷重センサ１は、例えば、車両の電動ブレーキシステムの不図示の回転軸に取り付けられる。荷重センサ１は、電動ブレーキシステムのブレーキパッドがブレーキロータを挟持する際に回転軸に発生する荷重（すなわち、ブレーキパッドのクランプ力に対応する荷重）を算出するために用いられる。例えば、荷重センサ１が車両の車輪毎に設置されることで、車両の各車輪の制動を高精度に行うことができる。

図１、図２に示すように、荷重センサ１は、一軸心としてのセンサ軸心ＣＬを中心とした円環形状を成している。荷重センサ１は力学量センサの一種であり、センサ軸心ＣＬの軸方向ＤＲａの一方側から印加される荷重Ｆａを検出する。

なお、本実施形態の説明では、センサ軸心ＣＬの軸方向ＤＲａはセンサ軸方向ＤＲａと称される場合があり、センサ軸心ＣＬの径方向ＤＲｒはセンサ径方向ＤＲｒと称される場合があり、センサ軸心ＣＬの周方向ＤＲｃはセンサ周方向ＤＲｃと称される場合がある。また、センサ軸方向ＤＲａの一方側は、図２では紙面上側になり、センサ軸方向ＤＲａの一方側とは反対側の他方側は、図２では紙面下側になる。

また、本実施形態では、センサ軸方向ＤＲａは本開示の一方向に対応する。また、センサ径方向ＤＲｒは、本開示の一方向に垂直な一垂直方向に対応し、センサ径方向ＤＲｒの内側は、その一垂直方向の一方側に対応する。また、図２は、荷重Ｆａが零である無負荷時の状態で表示されており、このことは、特に断りのない限り、後述の図でも同様である。

荷重センサ１は、センサ本体１０と複数の歪検出素子２０と電気基板２２と制御装置７０とを備えている。センサ本体１０は、荷重Ｆａの印加によって弾性歪みを生じる部材であり、例えば、アルミニウム合金等の金属材料で構成された単一の部品である。

センサ本体１０には、センサ本体１０をセンサ軸方向ＤＲａに貫通する本体貫通孔１０ａが形成されている。そして、センサ本体１０は、その本体貫通孔１０ａを囲むように形成された円環形状を成している。

また、図１～図３に示すように、センサ本体１０は、荷重Ｆａが作用する荷重面１１と、荷重Ｆａに対抗する反力Ｆｂが作用する反力面１２と、部品設置面１３とを有している。そして、その荷重面１１と反力面１２と部品設置面１３はそれぞれ、本体貫通孔１０ａに対しセンサ径方向ＤＲｒの外側に配置され、センサ軸心ＣＬを中心とした円環形状を成している。すなわち、荷重面１１と反力面１２と部品設置面１３はそれぞれ、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視（例えば、図２の矢印IIIで示される方向視）で本体貫通孔１０ａをその全周にわたって囲むように設けられている。

荷重面１１は、センサ軸方向ＤＲａの一方側を向いて形成された外側面であり、センサ軸方向ＤＲａを法線方向とした平面状に形成されている。そして、荷重面１１は、センサ本体１０のうちセンサ軸方向ＤＲａの最も一方側に位置する一方側端面となっている。例えば、荷重面１１は、ターミナル７２を除く部品設置面１３上に配置された全ての部品（具体的には、歪検出素子２０、電気基板２２、および制御装置７０の構成部品など）よりもセンサ軸方向ＤＲａの一方側に位置している。

荷重面１１は、センサ軸方向ＤＲａの一方側から荷重Ｆａに押される荷重作用領域１１ａを含んでいる。荷重作用領域１１ａは荷重面１１のうちの一部分であってもよいが、本実施形態では、荷重面１１の全体が荷重作用領域１１ａとなっている。

例えば、不図示の可動部材である荷重印加部材が荷重作用領域１１ａにセンサ軸方向ＤＲａの一方側から接触することにより、その荷重印加部材は荷重Ｆａで荷重作用領域１１ａを押す。すなわち、荷重作用領域１１ａは、荷重面１１のうち荷重印加部材が接触する接触領域でもある。

センサ本体１０の反力面１２は、センサ軸方向ＤＲａの他方側を向いて形成された外側面であり、センサ軸方向ＤＲａを法線方向とした平面状に形成されている。そして、反力面１２は、センサ本体１０のうちセンサ軸方向ＤＲａの最も他方側に位置する他方側端面となっている。

反力面１２は、センサ軸方向ＤＲａの他方側から反力Ｆｂに押される反力作用領域１２ａを含んでいる。本実施形態では、反力面１２のうちセンサ径方向ＤＲｒの内側寄りの部分が反力作用領域１２ａとなっている。図３では、その反力作用領域１２ａにドット状のハッチングが付されている。

図３、図４に示すように、この反力面１２のうち反力作用領域１２ａには、センサ本体１０を支持する支持体７４の支持面７４ａが接触している。その支持面７４ａは、支持体７４のうち、センサ軸方向ＤＲａの一方側を向いて形成され反力面１２に対向して接触する端面である。

このように支持体７４が反力面１２のうち反力作用領域１２ａに接触しているので、荷重作用領域１１ａが荷重Ｆａによって押されると、支持体７４は、反力Ｆｂをセンサ本体１０に作用させる。すなわち、反力作用領域１２ａは、反力面１２のうち支持体７４が接触する接触領域でもある。

センサ本体１０の部品設置面１３は、荷重面１１と同様にセンサ軸方向ＤＲａの一方側を向いて形成された外側面であり、センサ軸方向ＤＲａを法線方向とした平面状に形成されている。この部品設置面１３には、複数の歪検出素子２０と電気基板２２とが例えば接着などによって固定されている。部品設置面１３は、荷重面１１に対しセンサ径方向ＤＲｒの内側に並んで配置されている。

そして、部品設置面１３は、荷重面１１に対しセンサ軸方向ＤＲａの他方側へずれて配置され、荷重面１１との間にセンサ軸方向ＤＲａの段差を生じている。従って、部品設置面１３は、センサ軸方向ＤＲａでは荷重面１１と反力面１２との間の位置に設けられている。そして、センサ本体１０は、部品設置面１３に対しセンサ軸方向ＤＲａの一方側へ突き出るように形成された一方側凸部１１１を有し、その一方側凸部１１１におけるセンサ軸方向ＤＲａの一方側の先端に形成された先端面が、荷重面１１となっている。例えば、この一方側凸部１１１は、部品設置面１３に対するセンサ径方向ＤＲｒの外側で部品設置面１３をその全周にわたって囲むように円環状に形成されている。

本実施形態では、図１～図３に示すように、反力作用領域１２ａは、荷重作用領域１１ａに対しセンサ軸方向ＤＲａの他方側に配置されているが、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で、荷重作用領域１１ａとは重なることのないように配置されている。別言すると、反力作用領域１２ａは、荷重作用領域１１ａに対しセンサ軸方向ＤＲａの他方側に重なって位置することなく、荷重作用領域１１ａに対しセンサ軸方向ＤＲａの他方側に配置されている。そして、反力作用領域１２ａは、荷重作用領域１１ａに対しセンサ径方向ＤＲｒの内側にずれて配置されている。

例えば、反力作用領域１２ａにおいてセンサ径方向ＤＲｒの外側に形成される外周縁１２ｂは、荷重作用領域１１ａにおいてセンサ径方向ＤＲｒの内側に形成される内周縁１１ｂに対し、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視では一致する。従って、反力作用領域１２ａと荷重作用領域１１ａは、上記のように、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視では重なっていない。

その一方で、反力作用領域１２ａは、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で、部品設置面１３に対しては重なるように配置されている。別言すると、反力作用領域１２ａは、部品設置面１３に対しセンサ軸方向ＤＲａの他方側に重なるように配置されている。例えば本実施形態では、反力作用領域１２ａの全体と部品設置面１３の全体とが、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で重なっている。

また、センサ径方向ＤＲｒにおける反力作用領域１２ａの幅Ｗrb（すなわち、径方向幅Ｗrb）とセンサ径方向ＤＲｒにおける荷重作用領域１１ａの幅Ｗra（すなわち、径方向幅Ｗra）は、「Ｗrb＞Ｗra」の大小関係にある。

図１、図２、図４に示す複数の歪検出素子２０はそれぞれ、所定の検出方向における歪検出素子２０自身の歪み量の変化を電気抵抗値の変化として検出する素子である。その歪検出素子２０の検出方向は本実施形態ではセンサ径方向ＤＲｒである。例えば、複数の歪検出素子２０は、部品設置面１３上においてセンサ周方向ＤＲｃに９０度ピッチで並んで配置されている。歪検出素子２０は、例えば半導体歪みゲージで構成されている。

また、複数の歪検出素子２０はそれぞれ、部品設置面１３がセンサ径方向ＤＲｒに占める径方向幅のうちセンサ径方向ＤＲｒの外側に偏るように配置されている。そのため、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視において、複数の歪検出素子２０はそれぞれ、反力作用領域１２ａとの比較でセンサ径方向ＤＲｒの外側に偏った配置になっている。言い換えると、複数の歪検出素子２０はそれぞれ、反力作用領域１２ａの径方向幅Ｗrbの中心位置に対してセンサ径方向ＤＲｒの外側に偏った配置になっている。

また、複数の歪検出素子２０はそれぞれ、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で、反力作用領域１２ａに対し重なっている。別言すると、複数の歪検出素子２０はそれぞれ、反力作用領域１２ａに対しセンサ軸方向ＤＲａの一方側に重なるように配置されている。例えば、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で、歪検出素子２０の一部分が反力作用領域１２ａに対して重なっていることも想定できるが、本実施形態では、歪検出素子２０の全体が反力作用領域１２ａに対して重なっている。

複数の歪検出素子２０はそれぞれ、上記のように配置されて部品設置面１３に固定されているので、部品設置面１３と共に伸縮させられる。例えば、図４に示す荷重Ｆａの印加によってセンサ本体１０が矢印Ａ１のように歪まされると、複数の歪検出素子２０はそれぞれ、矢印Ａ２のように部品設置面１３と共にセンサ径方向ＤＲｒに伸長させられる歪検出素子２０自身の歪み量を電気抵抗値の変化として検出する。そして、その歪検出素子２０が検出する歪み量はセンサ本体１０の歪みの大きさに対応したものであり、荷重Ｆａが大きくなるほど大きくなる。このようにして、歪検出素子２０は、荷重Ｆａの大きさに応じて変化するセンサ本体１０の歪みを検出する。

電気基板２２は、電気回路を構成する回路パターンが形成されたプリント基板である。すなわち、電気基板２２は、ＰＣＢと称される基板である。そのＰＣＢとは、Printed Circuit Boardの略である。複数の歪検出素子２０はそれぞれ、その電気基板２２の回路パターンに電気的に接続されている。要するに、複数の歪検出素子２０は電気基板２２に対し電気的に接続されている。

また、電気基板２２には、制御装置７０として機能するＡＳＩＣなどの電子部品、およびターミナル７２などが実装されている。ＡＳＩＣとは、Application Specific Integrated Circuitの略である。

電気基板２２は、センサ軸方向ＤＲａを厚み方向とした板状である。電気基板２２には、電気基板２２をセンサ軸方向ＤＲａに貫通する基板貫通孔２２ａが形成されている。そして、電気基板２２は、その基板貫通孔２２ａを囲むように形成された円環形状を成している。

また、基板貫通孔２２ａは本体貫通孔１０ａと同心であってセンサ軸心ＣＬを中心とした孔であり、本体貫通孔１０ａに対し同径または僅かに大径となっている。従って、電気基板２２は、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で本体貫通孔１０ａに重なることのないように、部品設置面１３上に固定されている。別言すると、電気基板２２は、その電気基板２２の全体が本体貫通孔１０ａに対しセンサ径方向ＤＲｒの外側に位置するように、部品設置面１３上に固定されている。

また、部品設置面１３に対する歪検出素子２０の固定を電気基板２２が阻害しないように、歪検出素子２０の配置場所毎に設けられた切欠２２ｂが電気基板２２に形成されている。歪検出素子２０は、その電気基板２２の切欠２２ｂの内側に配置されている。

制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性リライタブルメモリ等を備えたマイクロコンピュータとしての構成を有した電子制御装置である。例えば、制御装置７０は、電気基板２２上に実装された１つまたは複数のＡＳＩＣなどの電子部品から構成されている。制御装置７０は、非遷移的実体的記録媒体である不揮発性リライタブルメモリ等に格納されたコンピュータプログラムを読み出して実行する。このコンピュータプログラムが実行されることで、コンピュータプログラムに対応する方法が実行される。

図５に示すように、制御装置７０の入力側には、複数の歪検出素子２０などが接続されている。また、制御装置７０の出力側には、荷重センサ１の外部に設けられる外部装置７６がターミナル７２を介して接続されている。

図１に示すターミナル７２は、電気基板２２を外部装置７６（図５参照）へ電気接続するための端子である。ターミナル７２は、電気基板２２からセンサ軸方向ＤＲａの一方側へ突き出た複数の金属ピンで構成されている。例えば、ターミナル７２には、外部装置７６（図５参照）へつながる電線の先端に設けられたコネクタが接続され、これにより、電気基板２２がその外部装置７６へ電気接続される。

制御装置７０には、複数の歪検出素子２０から、センサ本体１０の歪みの大きさに対応した歪み量を示す検出信号が逐次入力される。そして、制御装置７０は、その複数の歪検出素子２０が検出するセンサ本体１０の歪みの大きさに基づいて、センサ本体１０の荷重面１１を押す荷重Ｆａの大きさを算出する。

その荷重Ｆａの大きさの算出方法としては、例えば次のような方法を採用することができる。すなわち、歪検出素子２０の歪み量と荷重Ｆａの大きさとの実験的に測定された関係が、荷重算出マップとして予め制御装置７０に記憶されている。そして、複数の歪検出素子２０に検出される歪み量の平均値が、荷重算出マップで荷重Ｆａの大きさを算出する基になる歪み量として用いられ、制御装置７０は荷重算出マップから荷重Ｆａの大きさを算出する。

上述したように、本実施形態によれば、図１～図４に示すように、センサ本体１０の部品設置面１３には歪検出素子２０が固定され、その部品設置面１３は、センサ本体１０の荷重面１１に対しセンサ径方向ＤＲｒの内側に配置されている。そして、センサ本体１０の反力面１２に含まれる反力作用領域１２ａは、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で、センサ本体１０の荷重面１１に含まれる荷重作用領域１１ａとは重なることなく部品設置面１３に対しては重なるように配置されている。

このような構成から、図４の矢印Ａ１、Ａ２で示すように、荷重Ｆａの印加に伴うセンサ本体１０の歪みを歪検出素子２０に検出させることができる。詳細には、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で、反力作用領域１２ａが荷重作用領域１１ａとは重ならないので、荷重Ｆａの印加に起因した応力を確実に歪検出素子２０に発生させることができる。このように、センサ本体１０の歪みを歪検出素子２０に検出させることによって、その印加された荷重Ｆａの大きさを検出することができる。

そして、歪検出素子２０が固定される部品設置面１３はセンサ軸方向ＤＲａでは荷重面１１と反力面１２との間の位置に設けられているので、荷重センサ１がセンサ軸方向ＤＲａに有する高さであるセンサ高さＨs（図２参照）に歪検出素子２０が影響しにくくなる。従って、センサ高さＨsが歪検出素子２０の配置に起因して大きくなることを抑制することが可能である。

また、上記した構成から、荷重Ｆａの印加に伴うセンサ本体１０の歪みを歪検出素子２０に検出させることを実現しつつ、センサ本体１０を単一の部品で容易に構成することが可能であるので、荷重センサ１の部品点数の削減を図ることもできる。

（１）また、本実施形態によれば、歪検出素子２０は複数設けられており、荷重Ｆａの大きさは、複数の歪検出素子２０が検出するセンサ本体１０の歪みの大きさに基づいて算出される。従って、例えば荷重センサ１に設けられる歪検出素子２０が１つである場合と比較して、荷重Ｆａの大きさを精度よく算出することが可能である。

（２）また、本実施形態によれば、反力作用領域１２ａは、荷重作用領域１１ａに対しセンサ径方向ＤＲｒの内側にずれて配置されている。そして、図２に示すように、反力作用領域１２ａの径方向幅Ｗrbは荷重作用領域１１ａの径方向幅Ｗraよりも大きい。このような径方向幅Ｗra、Ｗrbの「Ｗrb＞Ｗra」という大小関係は、それとは逆の「Ｗrb＜Ｗra」という大小関係と比較して、センサ本体１０が支持体７４に支持されやすくなるように作用する。すなわち、径方向幅Ｗra、Ｗrbの「Ｗrb＞Ｗra」という大小関係により、荷重センサ１を安定して支持することが可能である。

（３）また、本実施形態によれば、センサ本体１０は金属で構成されている。従って、センサ本体１０が荷重Ｆａを繰り返し受けることに対して耐久性を確保することが容易である。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。また、前述の実施形態と同一または均等な部分については省略または簡略化して説明する。このことは後述の実施形態の説明においても同様である。

図６に示すように、本実施形態では、センサ本体１０の反力面１２が第１実施形態と比較して狭く形成されている。具体的に、センサ本体１０は、センサ軸方向ＤＲａの他方側へ突き出るように形成された他方側凸部１２１を有している。この他方側凸部１２１は、本体貫通孔１０ａをその全周にわたって囲むように円環状に形成され、センサ径方向ＤＲｒでは荷重作用領域１１ａよりも内側に配置されている。その他方側凸部１２１におけるセンサ軸方向ＤＲａの他方側の先端に形成された先端面が、センサ本体１０の反力面１２となっている。

また、本実施形態では、反力面１２の全体が反力作用領域１２ａとなっている。すなわち、反力面１２の全体が支持体７４に接触している。その支持体７４の支持面７４ａは、反力面１２よりもセンサ径方向ＤＲｒの外側にまで拡がっており、例えばセンサ本体１０の外径以上にセンサ径方向ＤＲｒの外側へ拡がっている。

本実施形態のセンサ本体１０は、センサ軸方向ＤＲａの他方側へ突き出るように形成された他方側突起１５を有している。この他方側突起１５は、他方側凸部１２１に対し径方向間隔をあけてセンサ径方向ＤＲｒの外側に配置され、センサ本体１０の荷重作用領域１１ａに対してはセンサ軸方向ＤＲａの反対側に配置されている。

例えば、他方側突起１５は、センサ本体１０のうちセンサ径方向ＤＲｒの最も外側に位置するように設けられ、センサ軸心ＣＬを中心とした円環形状を成して突き出ている。

また、他方側突起１５は、支持体７４の支持面７４ａに対しセンサ軸方向ＤＲａに対向するように突き出ており、荷重Ｆａが零である無負荷時には、他方側突起１５と支持体７４の支持面７４ａとの間にセンサ軸方向ＤＲａの隙間Ｃaが形成される。その一方で、所定の荷重閾値以上の荷重Ｆａによって荷重面１１が押された場合には、他方側突起１５は、無負荷時に対しセンサ軸方向ＤＲａの他方側へ変位し、支持体７４の支持面７４ａに対しセンサ軸方向ＤＲａの一方側から突き当たる。

このように他方側突起１５が動作するように、例えば、無負荷時における他方側突起１５と支持体７４の支持面７４ａとの間の隙間Ｃaが実験的に設定されている。また、上記の荷重閾値は、例えば、荷重Ｆａの作用に起因してセンサ本体１０に塑性変形が生じることのない大きさとされる。すなわち、他方側突起１５は、荷重Ｆａによるセンサ本体１０の歪みを弾性域内にとどめるように機能する。

（１）上述したように、本実施形態によれば、他方側突起１５は、所定の荷重閾値以上の荷重Ｆａによって荷重面１１が押された場合に支持体７４の支持面７４ａに対しセンサ軸方向ＤＲａの一方側から突き当たる。従って、例えばセンサ本体１０を毀損するような過荷重が荷重Ｆａとして荷重面１１に作用した場合に、センサ本体１０の変形を止めることができる。すなわち、センサ本体１０の毀損を防止し、センサ本体１０の耐久性の向上を図ることが可能である。

以上説明したことを除き、本実施形態は第１実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主として説明する。

図７に示すように、本実施形態のセンサ本体１０は荷重面突起１６を有している。その荷重面突起１６は、荷重作用領域１１ａ内に配置され、荷重面１１からセンサ軸方向ＤＲａの一方側へ突き出ている。例えば、荷重面突起１６は、センサ軸心ＣＬを中心とした円環形状を成して、荷重面１１から突き出ている。

また、荷重面突起１６は、敢えて、荷重面１１を押す荷重Ｆａに対する強度が十分に低くなるように構成されている。そのため、荷重Ｆａが荷重面１１に作用した場合には、荷重面突起１６は、その荷重Ｆａによって塑性変形してセンサ軸方向ＤＲａに押し潰される。例えば、荷重面突起１６がセンサ径方向ＤＲｒに占める径方向幅が小さくされることで、その荷重面突起１６は押し潰されやすく構成されている。この荷重面突起１６が押し潰されることは、荷重面１１に対し荷重Ｆａが最初に作用した場合に生じる。すなわち、荷重面突起１６は一度押し潰されると、その後、その押し潰された形状を維持する。

また、センサ軸方向ＤＲａへの荷重面突起１６の突出し量は、荷重Ｆａによって座屈させられない程度の微小量とされている。

（１）上述したように、本実施形態によれば、荷重作用領域１１ａ内に配置された荷重面突起１６は、荷重Ｆａによって塑性変形して押し潰される。従って、その荷重面突起１６が押し潰された後の荷重面１１の面粗度などが、その荷重面１１に対向して荷重Ｆａを印加する荷重印加部材の対向面に倣ったものになる。そのため、荷重Ｆａが荷重面１１に印加される際の荷重印加部材の対向面と荷重面１１との密着性が向上し、荷重面１１に対する荷重印加部材の片当たり等を低減することが可能である。

以上説明したことを除き、本実施形態は第１実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第１実施形態と共通の構成から奏される効果を第１実施形態と同様に得ることができる。

なお、本実施形態は第１実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第２実施形態と組み合わせることも可能である。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第２実施形態と異なる点を主として説明する。

図８に示すように、本実施形態では、センサ本体１０は図６の他方側突起１５を有していない。これを除き、本実施形態は第２実施形態と同様である。

そして、本実施形態では、前述の第２実施形態と共通の構成から奏される効果を第２実施形態と同様に得ることができる。

なお、本実施形態は第２実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第３実施形態と組み合わせることも可能である。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態について説明する。本実施形態では、前述の第４実施形態と異なる点を主として説明する。

図９、図１０に示すように、本実施形態では、荷重面１１および一方側凸部１１１のそれぞれと、反力面１２、部品設置面１３、および他方側凸部１２１とのセンサ径方向ＤＲｒにおける位置関係が、第４実施形態と比較して逆になっている。

すなわち、一方側凸部１１１は、他方側凸部１２１よりもセンサ径方向ＤＲｒの内側に配置されている。詳しく言うと、一方側凸部１１１は、他方側凸部１２１のうちセンサ径方向ＤＲｒの内側に形成される内周縁よりも更にセンサ径方向ＤＲｒの内側に配置されている。

そのため、部品設置面１３は、一方側凸部１１１および荷重面１１に対しセンサ径方向ＤＲｒの外側に並んで配置されている。そして、一方側凸部１１１は、本体貫通孔１０ａをその全周にわたって囲むように円環状に形成されている。また、反力面１２は、荷重面１１に対しセンサ径方向ＤＲｒの外側にずれて配置されている。その反力面１２と荷重面１１は、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視では、第４実施形態と同様に重なっていないので、反力作用領域１２ａと荷重作用領域１１ａも、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視では、第４実施形態と同様に重なっていない。

また、複数の歪検出素子２０はそれぞれ、部品設置面１３がセンサ径方向ＤＲｒに占める径方向幅のうちセンサ径方向ＤＲｒの内側に偏るように配置されている。そのため、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視において、複数の歪検出素子２０はそれぞれ、反力作用領域１２ａとの比較でセンサ径方向ＤＲｒの内側に偏った配置になっている。言い換えると、複数の歪検出素子２０はそれぞれ、反力作用領域１２ａの径方向幅Ｗrbの中心位置に対してセンサ径方向ＤＲｒの内側に偏った配置になっている。

また、電気基板２２は第４実施形態と同様に円環形状を成しているが、基板貫通孔２２ａ内には一方側凸部１１１が嵌め入れられている。なお、図９は、図１０のIX方向の矢視図である。また、センサ径方向ＤＲｒの外側が、本開示の一垂直方向の一方側に対応する。

上述したように、本実施形態によれば、センサ本体１０において、部品設置面１３および反力作用領域１２ａは、荷重作用領域１１ａに対しセンサ径方向ＤＲｒの外側に配置されている。従って、電気基板２２上のターミナル７２に接続される電線は、荷重作用領域１１ａに接触する相手部品である荷重印加部材に対しセンサ径方向ＤＲｒの外側に導き出されることになる。そのため、本実施形態の荷重センサ１が組み込まれる装置またはユニットにおいて、荷重センサ１を後付けで組み込みやすいというメリットがある。

また、図８と図１０とを比較すれば判るように、センサ本体１０の向きをセンサ軸方向ＤＲａに反転させることで、荷重面１１に対しターミナル７２と電気基板２２とをセンサ径方向ＤＲｒの内側と外側との何れかに択一的に配置することが可能である。

以上説明したことを除き、本実施形態は第４実施形態と同様である。そして、本実施形態では、前述の第４実施形態と共通の構成から奏される効果を第４実施形態と同様に得ることができる。

なお、本実施形態は第４実施形態に基づいた変形例であるが、本実施形態を前述の第１～第３実施形態の何れかと組み合わせることも可能である。

（他の実施形態）
（１）上述の各実施形態では、例えば図２に示すように、センサ本体１０は、例えば、金属材料で構成された単一の部品であるが、樹脂材料で構成されていても差し支えない。また、センサ本体１０は、互いに組み合わされた複数の部品から構成されていても差し支えない。

（２）上述の各実施形態では、図１、図３に示すように、荷重面１１と反力面１２と部品設置面１３はそれぞれ、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で本体貫通孔１０ａをその全周にわたって囲むように設けられているが、これは一例である。

例えば、荷重面１１は、本体貫通孔１０ａの全周にわたっている必要はなく、本体貫通孔１０ａまわりでセンサ周方向ＤＲｃに相互間隔をあけて点在するように設けられてもよいし、センサ周方向ＤＲｃにおける一部分に荷重面１１が途切れた箇所があってもよい。このことは、反力面１２と部品設置面１３とについても同様である。

（３）上述の各実施形態では、例えば図１に示すように、センサ本体１０は、本体貫通孔１０ａを囲むように形成された円環形状を成しているが、これは一例である。センサ本体１０は環形状を成していなくてもよく、本体貫通孔１０ａの無い形状であってもよい。

（４）上述の各実施形態では、図１に示す歪検出素子２０は、例えば半導体歪みゲージで構成されているが、これは一例である。その歪検出素子２０は、箔歪みゲージや線歪みゲージなど、半導体ひずみゲージとは異なる歪みゲージで構成されてもよい。

（５）上述の第１実施形態では、図２に示すように、反力作用領域１２ａの全体と部品設置面１３の全体とが、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で重なっているが、これは一例である。反力作用領域１２ａの一部分と部品設置面１３の一部分または全体とが、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で重なっていてもよいし、反力作用領域１２ａの全体と部品設置面１３の一部分とが、センサ軸方向ＤＲａに沿う方向視で重なっていてもよい。

（６）上述の各実施形態では、例えば図１に示すターミナル７２は、電気基板２２からセンサ軸方向ＤＲａの一方側へ突き出た構成となっているが、これは一例である。逆に、ターミナル７２は、電気基板２２からセンサ軸方向ＤＲａの他方側へ突き出た構成となっていてもよい。その場合には、そのターミナル７２が挿通される貫通孔がセンサ本体１０に形成され、支持体７４は、そのターミナル７２を避けた形状とされる。

（７）上述の各実施形態では、図５の制御装置７０が荷重Ｆａの大きさを算出する際、複数の歪検出素子２０に検出される歪み量の平均値が、荷重算出マップで荷重Ｆａの大きさを算出する基になる歪み量として用いられるが、これは一例である。荷重センサ１の具体的な構成や荷重センサ１の使用状態に応じて、複数の歪検出素子２０に検出される歪み量の平均値以外の値が、荷重算出マップで荷重Ｆａの大きさを算出する基になる歪み量として用いられても差し支えない。例えば、複数の歪検出素子２０に検出される歪み量のうちの最大値または最小値が、荷重算出マップで荷重Ｆａの大きさを算出する基になる歪み量として用いられても差し支えない。

更に言うと、制御装置７０は、荷重算出マップを用いずに、予め実験的に設定された実験式を用いて、複数の歪検出素子２０に検出される歪み量に基づき荷重Ｆａの大きさを算出してもよい。

（８）上述の各実施形態では、荷重Ｆａの大きさを算出する制御装置７０は荷重センサ１に含まれているが、これは一例である。例えば、制御装置７０は荷重センサ１に含まれずに、荷重センサ１に電気接続される外部装置７６に含まれても差し支えない。すなわち、荷重センサ１は、荷重Ｆａの大きさを算出する機能を備えていなくてもよい。このようにした場合には、複数の歪検出素子２０からの検出信号は、ターミナル７２を介して、外部装置７６に含まれる制御装置７０へと入力される。

（９）上述の第２実施形態において、図６の他方側突起１５は、センサ軸心ＣＬを中心とした円環形状を成しているが、円環形状である必要はない。例えば、他方側突起１５は、センサ周方向ＤＲｃ（図１参照）に相互間隔をあけて点在するように設けられていてもよい。

（１０）上述の第３実施形態において、図７の荷重面突起１６は、センサ軸心ＣＬを中心とした円環形状を成しているが、円環形状である必要はない。例えば、荷重面突起１６は、センサ周方向ＤＲｃ（図１参照）に相互間隔をあけて点在するように設けられていてもよい。

（１１）上述の各実施形態では、例えば図２に示すように、荷重面１１と反力面１２と部品設置面１３はそれぞれ、センサ軸方向ＤＲａを法線方向とした平面状に形成されているが、これは一例である。その荷重面１１と反力面１２と部品設置面１３はそれぞれ平面状である必要はなく、例えば湾曲面であっても差し支えない。

（１２）上述の各実施形態では、例えば図１に示すように、荷重センサ１は４つの歪検出素子２０を備えているが、その歪検出素子２０の数に限定はない。例えば、荷重センサ１に設けられる歪検出素子２０の数は、１つであってもよいし、２つ、３つ、または５つ以上であってもよい。

（１３）上述の各実施形態では、荷重センサ１が電動ブレーキシステムの回転軸に取り付けられており、電動ブレーキシステムのブレーキパッドがブレーキロータを挟持する際に回転軸に発生する荷重を検出する例について説明したが、これに限定されない。

荷重センサ１は、荷重センサ１に加えられる様々な荷重を検出可能であって、様々な用途に用いることができる。例えば、荷重センサ１は、ロボットアームの内部に組み込まれ、そのロボットアームに対する負荷を検出するために用いられてもよい。また、荷重センサ１は、荷物を運送する車両の貨物室に設けられ、荷物の重さを検出するために用いられてもよい。また、荷重センサ１は、荷物を運送する車両の貨物室の互いに異なる場所に複数設けられ、複数の荷重センサ１それぞれが検出する荷重Ｆａの大きさに基づいて、貨物室の重心を算出したり、貨物室に積載された荷物の荷崩れを監視したりするために用いられてもよい。

（１４）上述の各実施形態では、荷重センサ１が有する複数の歪検出素子２０の検出方向はセンサ径方向ＤＲｒであるが、その複数の歪検出素子２０の検出方向が１つの方向に統一されている必要はない。荷重センサ１が有する複数の歪検出素子２０はそれぞれ、互いに交差する二方向を検出方向とするものであってもよい。

例えば、荷重センサ１が有する複数の歪検出素子２０はそれぞれ、センサ径方向ＤＲｒとセンサ周方向ＤＲｃとの二方向を検出方向とするものであってもよい。このようにしたとすれば、センサ径方向ＤＲｒとセンサ周方向ＤＲｃとである二方向のセンサ本体１０の歪みの大きさを複数の歪検出素子２０によって検出し、その二方向のセンサ本体１０の歪みの大きさに基づき荷重Ｆａの大きさを算出することができる。例えば、その荷重Ｆａの大きさは、センサ本体１０のポアソン比などを加味して実験的に設定された算出式やマップから、それぞれの歪検出素子２０に検出されるセンサ径方向ＤＲｒおよびセンサ周方向ＤＲｃのそれぞれのセンサ本体１０の歪みの大きさに基づいて算出される。

（１５）なお、本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。また、上記各実施形態は、互いに無関係なものではなく、組み合わせが明らかに不可な場合を除き、適宜組み合わせが可能である。

また、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の材質、形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の材質、形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その材質、形状、位置関係等に限定されるものではない。

また、本開示に記載の制御装置７０及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御装置７０及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御装置７０及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリーと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。

（本発明の特徴）
［請求項１］
一方向（ＤＲａ）の一方側から印加される荷重（Ｆａ）を検出する力学量センサであって、
前記一方向の前記一方側から前記荷重に押される荷重作用領域（１１ａ）を含み前記一方向の前記一方側を向いて形成された荷重面（１１）、前記荷重に対抗する反力（Ｆｂ）に押される反力作用領域（１２ａ）を含み前記一方向の前記一方側とは反対側の他方側を向いて形成された反力面（１２）、および前記一方向では前記荷重面と前記反力面との間の位置に設けられ前記一方向の前記一方側を向いて形成された部品設置面（１３）を有するセンサ本体（１０）と、
前記部品設置面に固定され、前記荷重の大きさに応じて変化する前記センサ本体の歪みを検出する歪検出素子（２０）とを備え、
前記部品設置面は、前記荷重面に対し、前記一方向に垂直な一垂直方向（ＤＲｒ）の一方側に配置され、
前記反力作用領域は、前記一方向に沿う方向視で、前記荷重作用領域とは重なることなく前記部品設置面に対しては重なるように配置されている、力学量センサ。
［請求項２］
前記歪検出素子は複数設けられ、
前記荷重の大きさは、複数の前記歪検出素子が検出する前記センサ本体の歪みの大きさに基づいて算出される、請求項１に記載の力学量センサ。
［請求項３］
前記反力作用領域は、前記荷重作用領域に対し前記一垂直方向の前記一方側にずれて配置され、
前記一垂直方向における前記反力作用領域の幅（Ｗrb）は、前記一垂直方向における前記荷重作用領域の幅（Ｗra）よりも大きい、請求項１または２に記載の力学量センサ。
［請求項４］
前記センサ本体は金属で構成されている、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の力学量センサ。
［請求項５］
前記センサ本体は、該センサ本体を前記一方向に貫通する本体貫通孔（１０ａ）を囲むように形成された環形状を成し、
前記荷重面と前記反力面と前記部品設置面はそれぞれ、前記一方向に沿う方向視で前記本体貫通孔を囲むように設けられている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載の力学量センサ。
［請求項６］
前記センサ本体は、前記反力作用領域に接触し前記センサ本体を支持する支持体（７４）から前記反力を作用させられ、
前記センサ本体は、前記一方向の前記他方側へ突き出た他方側突起（１５）を有し、
前記他方側突起は、所定の荷重閾値以上の前記荷重によって前記荷重面が押された場合に前記支持体に対し前記一方向の前記一方側から突き当たる、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の力学量センサ。
［請求項７］
前記センサ本体は、前記荷重作用領域内に配置され前記荷重面から前記一方向の前記一方側へ突き出た荷重面突起（１６）を有し、
前記荷重面突起は前記荷重によって押し潰される、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の力学量センサ。

１ 荷重センサ（力学量センサ）
１０ センサ本体
１１ 荷重面
１１ａ 荷重作用領域
１２ 反力面
１２ａ 反力作用領域
２０ 歪検出素子
ＤＲａ センサ軸方向（一方向）
Ｆａ 荷重
Ｆｂ 反力

Claims (7)

1. 一方向（ＤＲａ）の一方側から印加される荷重（Ｆａ）を検出する力学量センサであって、
   前記一方向の前記一方側から前記荷重に押される荷重作用領域（１１ａ）を含み前記一方向の前記一方側を向いて形成された荷重面（１１）、前記荷重に対抗する反力（Ｆｂ）に押される反力作用領域（１２ａ）を含み前記一方向の前記一方側とは反対側の他方側を向いて形成された反力面（１２）、および前記一方向では前記荷重面と前記反力面との間の位置に設けられ前記一方向の前記一方側を向いて形成された部品設置面（１３）を有するセンサ本体（１０）と、
   前記部品設置面に固定され、前記荷重の大きさに応じて変化する前記センサ本体の歪みを検出する歪検出素子（２０）とを備え、
   前記部品設置面は、前記荷重面に対し、前記一方向に垂直な一垂直方向（ＤＲｒ）の一方側に配置され、
   前記反力作用領域は、前記一方向に沿う方向視で、前記荷重作用領域とは重なることなく前記部品設置面に対しては重なるように配置されている、力学量センサ。
2. 前記歪検出素子は複数設けられ、
   前記荷重の大きさは、複数の前記歪検出素子が検出する前記センサ本体の歪みの大きさに基づいて算出される、請求項１に記載の力学量センサ。
3. 前記反力作用領域は、前記荷重作用領域に対し前記一垂直方向の前記一方側にずれて配置され、
   前記一垂直方向における前記反力作用領域の幅（Ｗrb）は、前記一垂直方向における前記荷重作用領域の幅（Ｗra）よりも大きい、請求項１または２に記載の力学量センサ。
4. 前記センサ本体は金属で構成されている、請求項１または２に記載の力学量センサ。
5. 前記センサ本体は、該センサ本体を前記一方向に貫通する本体貫通孔（１０ａ）を囲むように形成された環形状を成し、
   前記荷重面と前記反力面と前記部品設置面はそれぞれ、前記一方向に沿う方向視で前記本体貫通孔を囲むように設けられている、請求項１または２に記載の力学量センサ。
6. 前記センサ本体は、前記反力作用領域に接触し前記センサ本体を支持する支持体（７４）から前記反力を作用させられ、
   前記センサ本体は、前記一方向の前記他方側へ突き出た他方側突起（１５）を有し、
   前記他方側突起は、所定の荷重閾値以上の前記荷重によって前記荷重面が押された場合に前記支持体に対し前記一方向の前記一方側から突き当たる、請求項１または２に記載の力学量センサ。
7. 前記センサ本体は、前記荷重作用領域内に配置され前記荷重面から前記一方向の前記一方側へ突き出た荷重面突起（１６）を有し、
   前記荷重面突起は前記荷重によって押し潰される、請求項１または２に記載の力学量センサ。

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