JP3073718U - 応力検知センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】タイヤと路面間に作用する摩擦力を車輌サスペ
ンションに作用する剪断応力として精度良く分離計測す
ると共に、基体と孔内壁面とを分子間レベルで結合させ
る事によって、接合強度の低下や応力伝達損失を効果的
に抑止して検出精度をより向上させることを、その課題
とする。 【解決手段】車輌サスペンション２０に穿設された孔２
５に埋設固着される応力検知センサ１０であって、その
基体５と孔２５内壁面との間に金属接合膜３５を形成さ
せて抵触し、拡散熱処理及び等温凝固を施すことでその
双方を分子間結合させる手段を備える。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【考案の属する技術分野】

本願考案は、ストラット形式に代表される車輌の車軸構造体やステアリングナ ックル等の車輌サスペンションに作用するタイヤと路面間の摩擦力を計測する応 力検知センサに関し、より詳細には、タイヤと路面間に作用するｘ、ｙ、ｚ軸方 向の摩擦力を車軸構造体若しくは車輌サスペンションに生じる剪断応力として精 度良く計測し、かつセンサ本体の気密封止構造を実現した応力検知センサに関す るものである。

【０００２】

【従来の技術】

車輌に使用される応力検知センサとしては、計測対象となる車輌構造体表面の 任意の位置、若しくはそこに適当な深さの止め孔を設けてその底面に樹脂系接着 剤を用いて貼着する手法が一般的である。また、センサ本体や各種導線、及び電 極との接合部を外部環境より気密封止するためにエポキシ系樹脂財等を用いてモ ールドする手法がある。

【０００３】 しかしながら、本願考案に開示されるようなタイヤと路面間の摩擦力を車輌サ スペンションに作用する剪断応力として計測する場合、その計測対象となる構造 体、すなわち車輌サスペンションの表層には曲げや捻り変形を伴う応力が過大に 発生しており、絶対値的に他の応力成分よりも小さな剪断応力を精度よく検出す る事は非常に困難であった。

【０００４】 これを解決すべく同一出願人は、例えば特許第２７３６３９５号公報において 、歪ゲージとそれを貼着する金属基体から構成される応力検知センサを車輌の車 軸に設けられた孔に埋設固着し、且つ前記孔は応力中心軸線と交差するように穿 設されており、応力検知センサはエポキシ樹脂等の隔離剤によって前記応力中心 軸線上に固着される手法を開示している。ここでの応力中心軸線とは、車軸を軸 に回転する車輪に作用する路面摩擦力と垂直抗力および横力により生じる曲げ変 形の中心線（その線上では曲げ変形に伴う引張歪や圧縮歪が発生しない）、もし くはブレーキ制動時に作用するブレーキトルクにより生じる捻り変形の中心線（ その線上では捩れ変形に伴う剪断歪が生じない）と定義され、近似的には車軸の 中心線と一致するものである。

【０００５】 さらに、同一出願人は、例えば特公平７−８１９２３号公報において、より効 果的に剪断応力を検出する手段として、車軸の中心線を挟んで前後または上下方 向に対向する４枚１組の歪ゲージで、且つ片側には車軸の中心軸を含む垂直面ま たは水平面と車軸の表面との交線に対して４５°の角度を持って２枚直交するよ うに配設されるような構成を備える応力検知センサが開示されている。

【０００６】 しかしながら、上述した従来例では、応力検知センサを構成する金属基体と孔 内壁面との接合に関連して、金属基体よりも比較的軟らかいエポキシ系樹脂に代 表される接着剤を隔離剤として採用しているために応力損失は否めず、正確な応 力伝達が達成できているとは言えないものであった。また、より応力伝達を確実 なものとするためには、基体と孔内壁面との間の空隙は極力小さくする必要があ り、そのことから隔離剤が十分に空隙を充填しない、または空隙内に気泡が発生 する等して精度の高い応力伝達の実現を損なうばかりか、基体との接着強度をも 低下させるといった問題点が存在していた。

【０００７】 さらに、基体表層に貼着された歪ゲージ部に隔離剤が付着またはそれを覆うよ うに充填されてしまうと、基体と孔内壁面との接合部に応力伝達が集中されず、 余計な方向からの外乱の影響を強く受けてしまう事から、精度良く剪断応力のみ を分離検出する事は非常に困難であり、またエポキシ系樹脂剤を使用している限 りでは、基体と孔内壁面との接合部のみに隔離剤を充填することは技術的にも非 常に実現困難な課題であった。

【０００８】

【考案の開示】

本願考案は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、車輌タイヤと 路面間に作用する摩擦力を車輌サスペンション若しくは車軸構造体に生じる剪断 応力として精度良く分離計測すると共に、基体と孔内壁面間での分子間レベルの 結合を実現する事で、接合強度の低下及び応力伝達の損失を防止することを目的 とした応力検知センサを提供する事を、その課題とする。

【０００９】 上記の課題を解決するため、本願考案では、次の技術的手段を講じている。

【００１０】 本願考案の第１の側面によれば、車輌のタイヤと路面間に作用する摩擦力を車 輌サスペンション若しくは車軸構造体に生じる剪断応力として計測する応力検知 センサであって、板状の基板の表裏面のそれぞれ面対称なる位置にピエゾ抵抗体 を形成し、このピエゾ抵抗体と導通する配線電極を形成し、前記ピエゾ抵抗体の 上面に保護膜なる絶縁層を更に堆積してなり、これらピエゾ抵抗体の抵抗値変化 により外力を計測する、あるいは板状の基板の表裏面のそれぞれ面対称なる位置 に金属箔からなる抵抗薄膜を形成し、この抵抗薄膜と導通する配線電極を形成し 、前記抵抗薄膜の上面に保護膜なる絶縁層を更に堆積してなり、これら抵抗薄膜 の電気抵抗値変化により外力を計測する、前記何れかの手法による少なくとも１ つ以上の応力検知センサにおいて、車輌サスペンション又は車軸構造体の適当な 位置に孔を設け、その孔の内壁面若しくは基板の端壁面、あるいはその双方に接 合膜を形成して、基板を孔内部に挿入して接合処理することにより、接合膜を媒 介として基板端面と孔内壁面同士が分子間レベルで結合される構成としたことを 特徴とする、応力検知センサを提供する。

【００１１】 本願考案の第２の側面によれば、車輌のタイヤと路面間に作用する摩擦力を車 輌サスペンション若しくは車軸構造体に生じる剪断応力として計測する応力検知 センサであって、正立方体形状の基体若しくは基板の集合体の各面のそれぞれ面 対称なる位置にピエゾ抵抗体を形成し、このピエゾ抵抗体と導通する配線電極を 形成し、前記ピエゾ抵抗体の上面に保護膜なる絶縁層を更に堆積してなり、これ らピエゾ抵抗体の抵抗値変化により外力を計測する、あるいは正立方体形状の基 体若しくは基板の集合体の各面のそれぞれ面対称なる位置に金属箔からなる抵抗 薄膜を形成し、この抵抗薄膜と導通する配線電極を形成し、前記抵抗薄膜の上面 に保護膜なる絶縁層を更に堆積してなり、これら抵抗薄膜の抵抗値変化により外 力を計測する、前記の何れかの手法による少なくとも１つ以上の応力検知センサ において、車輌サスペンション又は車軸構造体の適当な位置に孔を設け、基板は その両端面（接合部）を除いてプラスチック性樹脂若しくはセラミック材料等で 形成されたパッケージ部に挿入埋設され、基板端面若しくは孔の内壁面、あるい はその双方に接合膜を形成して、基板を孔内部に挿入して接合処理することによ り、接合膜を媒介として基板端面と孔内壁面同士が分子間レベルで結合される構 成としたことを特徴とする、応力検知センサを提供する。

【００１２】 本願考案の好適な実施の形態によれば、接合膜としては、接合母材である車輌 サスペンションあるいは基板と類似した金属に融点降下元素を付加させたものを 採用し、さらに接合処理としては、接合温度環境下において母材の接合部に液相 を生じさせた後（液相過程）、等温凝固過程および接合膜の均質化を目的とした 拡散熱処理過程の各ステップを経る。

【００１３】 本願考案の他の好適な実施の形態によれば、接合膜としては、反応硬化剤を採 用し、さらに接合処理としては、接合膜が各母材の接合部で化学反応を起こし、 それが孔内壁面と基板との間の拡散熱処理を進行させることで実現される。

【００１４】 反応硬化剤としては、一般的には、セメント硬化剤やシリコン基に金を添加さ せたシリサイト合金が採用される。

【００１５】 本願考案の他の好適な実施の形態によれば、接合膜としては、セラミック系合 金を採用し、さらに接合処理としては、接合膜に過電流を流す事でその電気エネ ルギーが接合母材同士の拡散熱処理を進行させることで実現される。

【００１６】 本願考案の好適な実施の形態によれば、孔は、ニュートラルスポット若しくは その近傍に設けられ、基板は、ピエゾ抵抗体／抵抗薄膜の中心線にニュートラル スポットが合致するような位置に固定される。

【００１７】 ニュートラルスポットとは、構造体、例えば本願考案では車輌サスペンション や車軸構造体を指すものであるが、これにある複数方向からの外力が同時に作用 したときの内部応力の分布を考えた場合、測定を目的とする方向成分の外力によ る応力のみが存在し、且つそれ以外の方向成分の外力により作用する内部応力の 影響が無い若しくは極めて小さいような分布領域を示すものである。

【００１８】 本願考案の他の好適な実施の形態によれば、孔には、基板がニュートラルスポ ットの位置に配設されるような溝が設けられている。

【００１９】 本願考案の他の好適な実施の形態によれば、基板の端部からは配線電極と接続 されたリード線／ワイヤハーネス部が配設され、さらにリード線／ワイヤーハー ネス部を保護するエンドキャップ部が孔上部に位置するように配設されており、 エンドキャップ部と孔上面との間に熱硬化性の樹脂等のコンシールド剤を固着又 は塗布することによって、基板と孔内壁面との加熱結合と同時に孔を密封すると 共に、パッケージ部及び基板接合部が外気や湿気から保護される。

【００２０】 本願考案の他の好適な実施の形態によれば、基板と同一面上若しくはその近傍 に、ブリッジ回路や増幅回路から為る演算回路を並設する。

【００２１】 このように本願考案によれば、応力検知センサを車輌サスペンション若しくは 車軸構造体に存在するニュートラルスポットに内包される位置にある孔に埋設固 着して、さらに応力検知センサ自身がニュートラルスポットと合致するような位 置に配設されることから、曲げや捻り変形を伴う応力の影響を受けない、正確な 剪断応力のみを分離検出する事が可能となる。しかも、剪断応力は構造物内に一 様に分布するので、力点と異なる車輌サスペンションや車軸構造体においても、 従来の曲げや捻り変形を伴う応力を用いる検出技術と比較して、応力検知センサ の貼着位置精度による検出値のばらつき誤差が極小に抑止する事が出来る。

【００２２】 また、応力検知センサは金属接合膜を媒介として孔内壁面に拡散結合されるた め、エポキシ系樹脂剤等のような異種材料同士の接着とは異なり剪断弾性係数若 しくは剛性率がほぼ同等値である事から、応力伝達時における余分な応力損失が 生ずることなく、且つ金属接合膜はある所定温度に加熱される事により熱拡散が 進行して、応力検知センサと孔内壁面との間で分子間レベルの結合を実現するこ とから、より効果的に接合強度を向上することが可能となる。ましてや、従来例 のような充填不足、気泡発生、隔離剤の廻り込みによる影響に関しては全くの皆 無である。

【００２３】 さらに応力検知センサは、その接合媒体として基体と同等の材料特性を備える 金属接合膜を形成させることから、温度変化時における両材料間の熱膨張係数格 差による熱歪みの発生を効果的に防止することが出来る。特に計測対象を車輌に 据えた場合、車輌走行時の発熱やブレーキ制動に伴う摩擦熱の発生・分散による 温度変化は顕著に現れ、本願考案はその影響を効果的に抑制することが可能なこ とからも、計測精度をより一層向上させる事が出来る。

【００２４】 本願考案のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な 説明によって、より明らかとなろう。

【００２５】

【考案の実施の形態】

以下、本願考案の好ましい実施の形態を、図示を参照して具体的に説明する。 なお、ここに示すのは好ましい実施形態の一例であって、特許請求の範囲はここ に示す実施例に限定されるものではない。

【００２６】 まず、本願考案に係わる応力検知センサの構成に関して説明する。 図１〜３は、本願考案に係わる応力検知センサ１０の好適な実施形態を示したも のであって、図１は応力検知センサ１０の概略図を、図２は応力検知センサ１０ における歪検知部３３の概観図を、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図をそれぞれ 示したものである。応力検知センサ１０は、たとえば車輌サスペンション若しく は車軸構造体と同等の機械的性質を有する金属材料からなる板状の基体５と、そ の両端面（接合部）を除いて全体を覆うように保護されるプラスチック性樹脂剤 等で形成された概円形のパッケージ部１１、その一端面に装着されたエンドキャ ップ１２、ハーネス部１４、これを保持してエンドキャップ１２に固定するハー ネス保持部１３とから構成されている。基体５の表裏面には、抵抗値変化により 外力を計測する４個のピエゾ抵抗体（歪ゲージ部）１〜４が形成されており、こ のピエゾ抵抗体１〜４と基体５との間にはＳｉＯ_２からなる絶縁膜８がスパッタ 蒸着法によって堆積され、ピエゾ抵抗体１〜４と導通するＡＩ配線電極６が絶縁 膜８上に形成されている。また、ピエゾ抵抗体１〜４を含む基体全体を覆うよう にＳｉ_３Ｎ_４からなる保護膜７がスピンコート法等によって形成される。さらに 保護膜７には、リード線（図示せず）を取り出す為のコンタクトホール９が配設 されており、リード線は配線電極６と電気的に接続されている。なお、歪ゲージ 部としてピエゾ抵抗体を使用する型式が一般に知られているが、それに限るもの ではなく、ピエゾ抵抗体に代わり金属箔から構成される抵抗薄膜を用いて、内部 歪の発生に起因する電気抵抗値変化により外力を計測する手法を採用しても良い 。

【００２７】 また、ピエゾ抵抗体１と２および３と４は、それぞれ基体５の膜形成面の中心 線に対して互いに４５°の傾きを為して直交するように配置されている。また、 ピエゾ抵抗体が形成される基体５の膜形成面は、車輌サスペンション２０に設け られた孔２５への挿入方向である矢印ａに対して垂直且つ互いに向かい合う関係 にある。さらに、ピエゾ抵抗体１と３および２と４とが、膜形成面に平行な基体 中心面に対して各々面対称な位置になるように配設されている。

【００２８】 配線電極６に接続される各リード線は、エンドキャップ１２内で一括的に処理 されてハーネス部１４としてまとめられ、ハーネス部１４はハーネス保持部１３ を介して外部に引き出される。応力検知センサ１０は、応力の作用に伴って基体 ５に生じる面歪みをピエゾ抵抗体（歪ゲージ部）１〜４が検知してなるが、この 歪みにより生じる各ゲージの微小な抵抗変動は、ハーネス部１４を経てそれに対 応するブリッジ回路（図示せず）によって電圧信号に変換され、さらに増幅回路 （図示せず）を介して応力に比例した電圧信号に増幅して処理される。

【００２９】 図９は、本願考案に係わる応力検知センサ１０における信号処理回路図であっ て、前記応力検知センサの歪検知部であるピエゾ抵抗体１〜４は、それぞれ他の ３個の定抵抗素子４１と組み合わさって一つのブリッジ回路４２を構成している 。すなわち、信号処理回路内部には、少なくとも各ピエゾ抵抗体１〜４に対応し た４つのブリッジ回路が存在していることになる。各ブリッジ回路４２は、電気 信号線４３を介して増幅回路４０と直流電源４４とに接続され、さらに演算回路 ４５に電気的に接続されている。

【００３０】 前記応力検知センサ１０に外力が作用することに伴なって、ピエゾ抵抗体１〜 ４は、基体５の面内に生じる歪みを検知する。この歪みにより生じる各抵抗体の 微小な抵抗変動は、それに対応するブリッジ回路４２によって電圧信号に変換さ れ、さらに増幅回路４０を介して応力に比例した電圧信号に増幅される。演算回 路４５は、各増幅回路４０により出力される電圧信号を総括してロジック演算と して処理される。具体的には、演算回路４５は、増幅回路４０から出力された各 電圧信号を加算又は減算するロジック演算手段と、ロジック演算手段より演算さ れた応力に比例した電圧信号を歪み量に換算する歪量演算手段と、さらにその歪 量に対応した応力を演算する応力演算手段とから構成される。

【００３１】 このような信号処理回路をＩＣチップ化して、歪検出部であるピエゾ抵抗体１ 〜４が配設される基体５の同一面上に設けるようにしても良いし、また基体５に 隣接するようにして並設するような構成であっても良い。

【００３２】 図４は、本願考案に係わる応力検知センサ１０の他の好適な実施形態を示した ものであって、応力検知センサ１０の歪検知部は、立方体形状の基体１５と、各 面のそれぞれ面対称なる位置に形成されたピエゾ抵抗体（歪ゲージ部）１６〜１ ９、２１〜２４、２７〜２９とから構成されている。その他の構成及び歪ゲージ 部の配置関係、信号処理については前述と同様であるので、ここでの詳説は省略 する事とする。また、歪ゲージ部としてピエゾ抵抗体を使用する型式が一般に知 られているが、それに限るものではなく、ピエゾ抵抗体に代わり金属箔から構成 される抵抗薄膜を用いて、内部歪の発生に起因する電気抵抗値変化により外力を 計測する手法を採用しても良い。

【００３３】 このような歪ゲージ部の構成を有する応力検知センサを採用することによって 、車輌のタイヤと路面間に作用する摩擦力を剪断応力として効果的に検出する事 が可能となる。以下に、その理由について理論的に考察する。

【００３４】 図５は、本願考案に係わる応力検知センサ１０の車輌サスペンションへの装着 例であって、応力検知センサ１０は、サスペンション２０に形成された孔２５に 埋設固着される。

【００３５】 孔２５は、サスペンション２０に存在するニュートラルスポットを内包する位 置に設けられている。ここでニュートラルスポットとは、サスペンション２０に 複数方向から外力が作用したときの内部応力の分布を考えた場合、測定を目的と する方向成分の外力による応力が存在し、かつそれ以外の方向成分の外力により 作用する内部応力の影響が無いか若しくは極めて小さいような分布帯（領域）で あると定義される。すなわち、図６に示すようにサスペンション２０には、路面 とタイヤ３０との接触面を力点とするｘ、ｙ、ｚ軸方向の外力Ｆ、Ｎ、Ｓと、タ イヤ３０の回転接線方向（ｙ軸廻り）の外力ＦＢとのベクトル的合力が常に作用 していると考えることが出来るが、たとえばｘ方向成分の外力Ｆのみを検出する 場合、ｘ方向成分外力Ｆにより作用する剪断応力のみが存在し、かつｙ、ｚ方向 成分外力Ｓ、Ｎ及びＦＢによる剪断応力の影響が無いか若しくは極めて小さいよ うな場所を含むように孔２５を設けて、前記の場所に応力検知センサ１０を埋設 固着してやればよい。ここで、ｘ軸方向とは車輌の進行（前後）方向に相当する ものであり、その方向成分の外力を特に路面摩擦力Ｆと呼称する。またｙ軸方向 は車輌の横方向を、ｚ方向は上下方向をそれぞれ示し、それぞれの方向成分の外 力を横力Ｓ、垂直抗力Ｎと呼称する。ｙ軸廻りの方向成分の外力についてはブレ ーキ力ＦＢと呼称し、これはタイヤに追随して転動するブレーキディスクと摩擦 部材であるブレーキシュとの間に作用する摩擦力に相当するものである。

【００３６】 孔２５の設定方法としては、たとえば計算力学的手法のひとつとされる有限要 素法を用いたＦＥＭ（ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ）解析を利 用する方法が一般的である。その具体的手法に関しては、同一出願人が開示する 特許第２７８４７１１号公報に詳細記載されているので、ここでの説明は省略す る事とする。

【００３７】 このようにすることで、計測を目的としない方向成分の外力による影響を排除 した極めて正確な力の分離検出が実現可能となる。さらに、材料力学の応力分布 の観点から、剪断応力はそれに作用する構造体に対して一様に分布することが公 知である事から、このような剪断応力を計測対象とすることで、力点とは異なる サスペンション２０に応力検知センサ１０を配設しても精度の高い計測が可能と なる。なお、孔２５は、必ずしも貫通穴である必要は無く、例えば深さ５ｍｍの 止め孔であっても良い。またその直径は、たとえば７ｍｍである。

【００３８】 さらに孔２５は必ずしも円形である必要は無く、たとえば孔２５に挿入される パッケージ部１１にキー溝を設け、孔２５をそれに対応するキー穴とすることで 装着精度は向上する事となり、より一層精度の高い外力計測が実現される。

【００３９】 図７は、本願考案に係わる応力検出センサ１０の装着部の断面図であって、サ スペンション２０に穿設された孔２５の内壁一面には接合膜３５が形成されてい る。また、孔２５に挿入されるパッケージ部１１には、基体５の一部が突起状に 突き出されており、その端面（接合面）３１が孔２５の内壁面に抵触するように 配設されている。この接合面３１においても、孔２５の内壁面に形成される接合 膜３５と同じ材質の膜が全面に被覆されている。すなわち、接合面３１と孔２５ の内壁面とは、その双方に形成された接合膜３５を挟んで向かい合う関係にある 。

【００４０】 次に接合プロセスについて図８を用いて説明する。本考案では、母材であるサ スペンション２０及び基体５よりも低い融点をもつ接合膜３５を用い、接合温度 において各母材の接合部に一時的に液相を生じさせた後、それを等温凝固させる 事によって接合を行う。これは接合部組織を母材と同一にする、すなわち母材同 士の分子間レベルでの結合を可能とすることを目的としており、さらに拡散熱処 理を施すことによって接合部の均一化を図るものである。

【００４１】 図８の（ａ）は、接合膜３５の液相過程を示した概念図であって、接合膜３５ と母材であるサスペンション２０及び基体５との熱反応による母材の溶解現象を 生じさせる。この溶解現象によって、母材表面の酸化膜が破壊されて接合性の向 上が図られる。

【００４２】 図８の（ｂ）では、母材と接合膜３５との等温凝固過程を示しており、一般の 凝固が冷却という温度変化に伴って起こるのに対し、一定の温度に保持すること によって接合膜３５を構成する合金元素が拡散し、その接合部の組成が変化して 融点が上昇、接合部の耐熱性が強化される。また、図８の（ｃ）は、拡散した合 金元素の均質化過程を示したものであり、一般に均質化過程は、等温凝固過程と 同時並行して進行し、等温凝固過程の終結をもって完了する。

【００４３】 このような接合プロセスに採用される接合膜３５の組成としては、接合組織と も母材と同等の接合部を得る事を目的としていることから、母材と類似した金属 に融点降下元素を付加させたものや、接合部で直接母材と反応して液相を生じる ものを選択すればよい。より望ましくは、母材よりも低い融点を有する、接合温 度環境下で比較的短時間で等温凝固する、適度に母材表面を溶解して酸化皮膜を 破壊できる、靭性劣化の原因と成り得る有害層を形成しない等を満たせば尚良い 。

【００４４】 これら条件を満たす接合膜３５としては、基本的には、拡散速度が大きく、且 つ融点を降下させる元素を母材成分に添加した合金が適している。具体的には、 ニッケル基の基本成分にＢ、Ｓｉ、Ｐなどの融点降下元素を含む合金が用いられ るが、それに限るものではなく、例えば鉄基の基本成分にＢ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃなど を融点降下元素として添加したものを接合膜３５として採用しても良い。また、 最近では、母材であるサスペンション２０の材料としてアルミ合金を使用してい るものも存在するが、この場合での接合膜３５としては、ＡＩにＣｕ、Ｓｉ、Ｍ ｇなどを添加した合金を選択すればよい。

【００４５】 接合界面に接合膜３５を供給する方法としては、粉末や箔による方法のほか、 接合面に直接鍍金や蒸着する方法が採り入れられる。とくに孔２５内壁面にニッ ケル基を基本成分とする接合膜３５を成膜する場合においては、無電解鍍金手法 による形成手段が用いられる。

【００４６】 本実施例では、接合膜として接合母材と類似した金属に融点降下元素を付加さ せた合金を用いる液相拡散接合手法を主として記述してきたが、それ以外の手法 としては、セラミック系合金を接合膜として接合母材に密着させ、加熱状態にお いて直流電圧を印加し直接接合させる電圧印加法や、接合膜にセメント硬化剤や シリコン基に金を添加させたシリサイト合金を採用して、その化学反応熱を利用 する化学反応硬化法などが一般的に知られている。

【００４７】 シリコン系合金を用いた電圧印加法においては、前述の液相拡散接合手法と比 較して低温環境下での接合が可能であるという利点があるものの、接合媒体であ るセラミック系合金に固体電解質の性質を有することが必要であり、その使用用 途が限定される。

【００４８】 また、化学反応硬化法においては、各接合母材の空隙にセメント硬化剤若しく はシリサイト合金の薄層を形成して、ある一定温度まで加熱する事で化学反応を 誘発させて接合部材表層の酸化膜を破壊し、更にその局所的に高温状態に至る化 学反応熱を利用して等温凝固過程を実現せしめて接合部の耐熱性を向上させると 共に、接合膜を構成する合金元素の拡散、均質化を促進することによって、接合 組織とも母材と同等の接合部を得る事ができる。この接合方法は、セラミック系 合金を用いた電圧印加法と同様に液相拡散接合法と比較して低温環境下で接合可 能という利点があるものの、選択される接合母材によっては接合部組織の不均質 に起因する脆性劣化や靭性低下の要因と成り得る有害相を形成する場合もあり、 その使用用途が限定される。

【００４９】 このように各接合手法には長所・短所があるものの、選択される接合母材や接 合条件に応じて適切な接合手法を採用することで、母材間同士の分子間レベルで の結合が実現される。

【００５０】 また図７に示されるように、サスペンション２０とエンドキャップ１２との接 触面に熱硬化性のコンシールド剤３２を塗布する事によって、基体５と孔２５内 壁面を加熱結合させると同時にコンシールド剤３２が硬化して孔２５を密封し、 パッケージ部１１および基体５を外気や湿気といった外乱要素から遮断保護する ことが出来る。このようにすることで、応力検知センサ１０は外界から完全に気 密封止された構造となり、その耐久性が効果的に向上される。

【００５１】 しかも、このような分子間レベルでの結合プロセスを経ることによって、従来 技法の欠点であった異種材料（エポキシ系樹脂材による接着やろう付け）を媒介 とする事による機械的性質（熱膨張係数や剪断弾性係数）の差異に起因する残留 歪みの発生や、これに伴う応力損失を効果的に抑止され、その接合性は格段に向 上される。また、隔離剤の母材に対するぬれ性に応じて生じる充填不足や、基体 ５と孔２５内壁面との間の空隙に気泡が生じる等に起因する接合強度の低下に関 しても、前述の各過程を経ることで十分に解消され、高強度の接合を実現為し得 ることが可能となる。ましてや、接合プロセスは基体５の接合面３１と孔２５内 壁面との間でのみ進行することから、隔離材の歪検出部への廻り込みによる影響 に関しては全くの皆無である。

【００５２】 さらに、等温凝固することで、接合温度付近にまで再加熱しても接合部は再溶 解することなく耐熱性が大幅に改善されるので、温度的に厳しい環境状況に置か れる車輌走行やブレーキ制動中においても接合強度が損なわれることなく、その 信頼性を格段に向上することができる。

【００５３】

【考案の効果】

本願考案は、車輌タイヤと路面間に作用する各軸方向の摩擦力を車輌サスペン ション若しくは車軸構造体に生じる剪断応力として精度良く分離計測すると共に 、基体と孔内壁面間での分子間レベルでの結合を実現した応力検知センサを提供 することで、接合強度の低下や応力伝達での損失を防止若しくは抑止し、力計測 の精度向上に著しく効果を発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願考案に係わる応力検知センサの概略説明図
である。

【図２】本願考案に係わる応力検知センサにおける歪検
出部の概観図である。

【図３】図２のＡ−Ａ′線断面図である。

【図４】本願考案に係わる応力検知センサの他の好適な
実施形態を示した概観図である。

【図５】本願考案に係わる応力検知センサの車輌サスペ
ンションへの装着例である。

【図６】本願考案に係わる車輌サスペンションに作用す
る各軸方向力の説明図である。

【図７】本願考案に係わる応力検知センサの装着部での
断面図である。

【図８】本願考案に係わる応力検知センサにおける接合
過程の概念図である。

【図９】本願考案に係わる応力検知センサにおける信号
処理回路図である。

【符号の説明】 ５ 基体 １０ 応力検知センサ １１ パッケージ部 １２ エンドキャップ １３ ハーネス保持部 １４ ハーネス部 ２０ 車輌サスペンション ２５ 孔 ３１ 基体接合面 ３２ コンシールド剤 ３３ 歪検知部 ３５ 接合膜

【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月２６日（２０００．６．２
６）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】実用新案登録請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【実用新案登録請求の範囲】

Claims (9)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輌のタイヤと路面間に作用する摩擦力
   を車輌サスペンション若しくは車軸構造体に生じる剪断
   応力として計測する応力検知センサであって、 板状の基板の表裏面のそれぞれ面対称なる位置にピエゾ
   抵抗体を形成し、このピエゾ抵抗体と導通する配線電極
   を形成し、前記ピエゾ抵抗体の上面に保護膜なる絶縁層
   を更に堆積してなり、前記ピエゾ抵抗体の抵抗値変化に
   より外力を計測する、 あるいは板状の基板の表裏面の
   それぞれ面対称なる位置に金属箔からなる抵抗薄膜を形
   成し、この抵抗薄膜と導通する配線電極を形成し、前記
   抵抗薄膜の上面に保護膜なる絶縁層を更に堆積してな
   り、前記抵抗薄膜の電気抵抗値変化により外力を計測す
   る、前記の何れかの手法による少なくとも１つ以上の応
   力検知センサにおいて、 前記車輌サスペンション又は車軸構造体の適当な位置に
   孔を設け、 前記孔の内壁面若しくは前記基板端壁面、あるいはその
   双方に接合膜を形成して、 前記基板を前記孔内部に挿入して接合処理することによ
   り、前記接合膜を媒介として前記基板端面と前記孔内壁
   面同士が分子間レベルで結合される構成としたことを特
   徴とする、応力検知センサ。
2. 【請求項２】 車輌のタイヤと路面間に作用する摩擦力
   を車輌サスペンション若しくは車軸構造体に生じる剪断
   応力として計測する応力検知センサであって、 正立方体形状の基体若しくは基板の集合体の各面のそれ
   ぞれ面対称なる位置にピエゾ抵抗体を形成し、このピエ
   ゾ抵抗体と導通する配線電極を形成し、前記ピエゾ抵抗
   体の上面に保護膜なる絶縁層を更に堆積してなり、前記
   ピエゾ抵抗体の抵抗値変化により外力を計測する、 あるいは正立方体形状の基体若しくは基板の集合体の各
   面のそれぞれ面対称なる位置に金属箔からなる抵抗薄膜
   を形成し、この抵抗薄膜と導通する配線電極を形成し、
   前記抵抗薄膜の上面に保護膜なる絶縁層を更に堆積して
   なり、前記抵抗薄膜の抵抗値変化により外力を計測す
   る、前記の何れかの手法による少なくとも１つ以上の応
   力検知センサにおいて、 前記車輌サスペンション又は車軸構造体の適当な位置に
   孔を設け、 前記基板は、その両端面（接合部）を除いてプラスチッ
   ク性樹脂若しくはセラミック材料等で形成されたパッケ
   ージ部に挿入埋設され、 前記基板端面若しくは前記孔の内壁面、あるいはその双
   方に接合膜を形成して、 前記基板を前記孔内部に挿入して接合処理することによ
   り、前記接合膜を媒介として前記基板端面と前記孔内壁
   面同士が分子間レベルで結合される構成としたことを特
   徴とする、応力検知センサ。
3. 【請求項３】 前記接合膜としては、接合母材である車
   輌サスペンションあるいは前記基板と類似した金属に融
   点降下元素を付加させたものを採用し、 さらに前記接合処理としては、 接合温度において前記母材の接合部に液相を生じさせた
   後（液相過程）、等温凝固過程および前記接合膜の均質
   化を目的とした拡散熱処理過程を経ることを特徴とし
   た、請求項１乃至２に記載の応力検知センサ。
4. 【請求項４】 前記接合膜としては、反応硬化剤を採用
   し、 さらに前記接合処理としては、 前記接合膜が前記母材の接合部で化学反応を起こし、前
   記孔内壁面と前記基板間で拡散熱処理を進行させること
   を特徴とする、請求項１乃至２に記載の応力検知セン
   サ。
5. 【請求項５】 前記接合膜としては、セラミック系合金
   を採用し、 さらに前記接合処理としては、 前記接合膜に過電流を流す事で、その電気エネルギーが
   前記接合母材同士の拡散熱処理を進行させることを特徴
   とする、請求項１乃至２に記載の応力検知センサ。
6. 【請求項６】 前記孔は、ニュートラルスポット若しく
   はその近傍に設けられ、前記基板は、前記ピエゾ抵抗体
   ／抵抗薄膜の中心線に前記ニュートラルスポットが合致
   するような位置に固定されることを特徴とした、請求項
   １乃至３に記載の応力検知センサ。
7. 【請求項７】 前記孔は、前記基板がニュートラルスポ
   ットの位置に配設されるような溝を設けた構成としたこ
   とを特徴とした、請求項４に記載の応力検知センサ。
8. 【請求項８】 前記基板の端部からは、前記配線電極と
   接続されたリード線／ワイヤハーネス部が配設され、 さらに前記リード線／ワイヤーハーネス部を保護するエ
   ンドキャップ部が前記孔上部に位置するように配設さ
   れ、 前記エンドキャップ部と前記孔上面との間に熱硬化性の
   樹脂等のコンシールド剤を固着又は塗布することによっ
   て、前記基板と孔内壁面を加熱結合すると同時に前記孔
   を密封すると共に、前記パッケージ部及び基板接合部を
   外気や湿気から保護することで耐久性を高める構成とし
   たことを特徴とした、請求項１乃至５に記載の応力検知
   センサ。
9. 【請求項９】 前記基板と同一面上若しくはその近傍
   に、ブリッジ回路や増幅回路等から為る演算回路を並設
   したことを特徴とする、請求項１乃至８に記載の応力検
   知センサ。