JP4609637B2 - ペダル踏力検出装置 - Google Patents

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Description

本発明はペダルに印加される踏力を検出可能とするペダル踏力検出装置に関する。
近年の自動車において、アクセルペダルとスロットルバルブとが機械的に連結するのではなく、アクセルペダルの踏込み量を電気信号に変換し、その電気信号に基づいてスロットルバルブの開度や燃料噴射量等を制御する、いわゆるスロットルバイワイヤ方式の電子スロットル制御装置が開発されている。この場合、アクセルペダルの踏込み量は、アクセルペダルと連結するアームの回転支持部に取り付けられた回転角センサによって回転変位として検出されるが、ペダルの踏込み量だけではなく、踏込んだ際のペダル踏込み強さ、すなわち踏込んだ際にペダルに加えられた荷重も検出されることが望ましい。このペダルの踏込み強さを検出することにより、検出されたアクセル踏込み量が運転者の意図したものであるか否かを判定することが可能となる。例えば、ペダルの踏込みが強い場合は、運転者が意図して生じたペダルの変位であると判断することができるため、スロットルバルブの開度を制御して加速に移り、逆に弱い場合は、運転者が意図しないペダルの変位である判断して、加速に移らないようにスロットルバルブの開度変更を行わない制御をすることができる。従って、ペダル踏込み強さが一定以下である場合をペダルの不感帯域として設定することができる。
このような電子スロットル制御装置には、ペダルへの踏込み強さである踏力を検出する検出装置が必要となる。例えば、特許文献１〜３には、このようなペダルへの踏力を検出する検出装置についての記載がある。特許文献１に記載のペダル踏力検出装置は、踏力の印加により超磁歪材料が圧縮荷重を受けることで、その周囲に対して磁界変化を生じさせ、その変化に基づいて踏力を検出するという構成をなしている。また、特許文献２に記載の踏力検出装置は、圧電素子を用いて構成されている。特許文献３に記載の踏力検出装置は、金属ペダルアームに孔をあけて荷重センサユニットを埋設し、その孔を樹脂材料で充填している。
特開２００２−３０９２７０号公報 特開平１１−１３９２７０号公報 特許第３１１６１３４号公報
ところが、従来の踏力検出装置においては、その構造上、摩擦やヒステリシスを生じるといった問題があり、踏力の検出精度には限界があった。例えば、特許文献１には、該公報の図２，図３に基づく踏力センサ１３を有するアクセルペダル装置２０に関する記載がある。このアクセルペダル装置２０は、ペダル２１に踏力が印加されると、踏力センサ１３とヒンジ部２９（図２）または４９（図３）とに伝達されるが、このとき上記ヒンジ部に摩擦によるヒステリシスが生じ、踏力センサ１３には不感帯域が形成される。従って、ペダル２１に加えられた踏力を踏力センサ１３が精度良く測定できなくなる。また、特許文献２においては、該公報の図２，図３にてペダル踏力検出装置の構成図と断面図が示されている。このペダル踏力検出装置では、プッシュロッド１２３と端壁材（センサユニットハウジングの一壁面）１２６との間に摺動摩擦を生じる。従って、実際の踏力と踏力検出部の出力との間にヒステリシスが生じる可能性がある。また、特許文献３は、該公報の図４に示すような踏力検出装置の記載がある。この踏力検出装置は、ブレーキペダルを構成する鉄製のアーム部１０に孔１５をあけ、その孔に歪ゲージ式の荷重センサユニット（センサ部）１４を埋設し、さらに孔１５と荷重センサユニット１４との間にできる隙間を隔離材１３により充填されてなる。ところが、この隔離材１３は樹脂材料で構成することが可能であるとの記載がある。この場合、荷重センサユニットは、金属製ペダルにあけられた孔に設置されているので、隔離材１３は断続的に荷重が加えられるとクリープを生じ、これにより隔離材１３と荷重センサユニット１４との間に微小な隙間が生じる可能性がある。従って、断続的な荷重が加えられるような場合には、荷重センサが検出した荷重から踏力を正確に導出することが困難となる。このように、従来の踏力検出装置にはこうした問題が内在しており、それらについて改善が望まれていた。
また、高精度の踏力検出を行う場合、荷重検出素子等を有する荷重検出部を小型化することが困難であるという問題がある。一般的に荷重検出を行うセンサ素子等は高価であり、コスト面を考えると荷重検出部は小型であることが好ましい。ところが、高精度の踏力検出を行う場合、荷重検出部に加えられる踏力に基づく荷重は大きいほど良く、このとき荷重検出部が小型化されると、高荷重に対して十分な耐性が得られず、荷重検出部の寿命を短くするといった問題もあった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、小型の荷重検出部を備え、摺動摩擦の影響なく、踏力を精度良く検出する構造を有するペダル踏力検出装置を得ることを目的としている。また、樹脂製のペダル機構に於いても、安定して踏力を検知できる踏力検出装置を得ることを目的としている。
課題を解決するための手段および発明の効果
上記課題を解決するために本発明のペダル踏力検出装置は、
ペダルに踏力が加えられることにより弾性変形可能なペダルアームと、
該ペダルアームに弾性変形に基づく荷重を受けるように設けられ、該弾性変形に伴って、ペダルアームに生じる荷重を検出することに基づいて、ペダルへの踏力を検出する荷重センサとを備え、
ペダルアームの弾性変形する中間部は、ペダル側の第１アームと、アーム長手方向において第１アームの一部とオーバーラップするように配置されたペダルとは遠い側の第２アームと、第１アームおよび第２アームとを連結する連結部とを備えた構造をなし、かつ第１アームと第２アームとがペダルへの踏力により弾性的に接近する方向において挟まれるように荷重センサが配置されるとともに、第１アームは、第２アームより剛性の低い部材からなることを特徴とする。
また、本発明のペダル踏力検出装置は、
ペダルに踏力が加えられることにより弾性変形可能なペダルアームと、
該ペダルアームに弾性変形に基づく荷重を受けるように設けられ、該弾性変形に伴って、ペダルアームに生じる荷重を検出することに基づいて、ペダルへの踏力を検出する荷重センサとを備え、
ペダルアームの弾性変形する中間部は、ペダル側の第１アームと、アーム長手方向において第１アームの一部とオーバーラップするように配置されたペダルとは遠い側の第２アームと、第１アームおよび第２アームとを連結する連結部とを備えた構造をなし、かつ第１アームと第２アームとがペダルへの踏力により弾性的に接近する方向において挟まれるように荷重センサが配置されるとともに、第１アームは、第２アームよりも剛性の低い領域が部分的に形成されていることを特徴とする。
ペダル踏力検出装置のペダルアームは、第１アームと第２アームとからなり、荷重検出部はその両アームで挟持される。これにより、ペダルに加えられる踏力は、摺動摩擦などの影響を受けることなく、荷重検出部を挟む力に変換される。この荷重検出部を挟む力、すなわち荷重検出部に加えられる荷重を検出することで、踏力を精度良く検出することが可能となる。また、アーム全体が弾性的に支持されていても良く、例えば第２アームにはペダルに加えられる踏力によって回動可能に支持する支持部が備えられるとともに、該踏力による第２アームの回転方向とは逆の方向に第２アームを弾性的に付勢する付勢手段が備えられ、これによりアーム全体が弾性的な回転変位を生じるよう構成されても良い。このような構成の場合、回転ヒンジ部には摺動摩擦が生じるが、該摺動摩擦は荷重センサの荷重検出に影響を与えるものではないため、踏力の検出精度を落とすことはない。
車両のアクセルペダルやブレーキペダルを備えたペダル機構において、ペダルに加えられる踏力を検出する荷重センサを、セラミック等の高強度の材料を主材料として構成することにより、高荷重に耐えうる荷重検出部を構成することが可能となる。また、高荷重に耐えることができるため、荷重検出面を小さくし、検出部全体をコンパクトに構成することが可能である。従って、荷重検出部は小型であるために様々な配置場所を検討することができ、設計自由度が増す。また、小型であるために製造コストを抑えることができる。
本発明のペダル踏力検出装置は、前記連結部は弾性変形可能な領域を有し、前記ペダルへの踏力により、前記第１アームが前記第２アームに対して接近することを特徴とする。これにより、ペダルを介して第１アームに荷重が加えられると、連結部が弾性変形するため、第１アームの荷重印加点での変位量が第２アームでの変位量より大きくとれる。従って、第２アームは荷重検出部を有効に支持することができるため、荷重検出に適する構造が得られる。
本発明のペダル踏力検出装置は、前記連結部は、前記第２アームとの連結側とは逆側の端部の、前記踏力によって生じる弾性変形方向以外の方向に対して、高い剛性を有する構造をなすことを特徴とするものであっても良い。連結部に関しては、踏力によって弾性変形を生じる方向の剛性を下げておくことは、踏力の印加を受ける第１アームの変位量を増すことにつながるため、有効である。ところが、それ以外の方向からの荷重に対しては弾性変形が生じる必要は無く、逆にそうした方向からの荷重、例えば偏荷重等に対して高い剛性を有している方が、構造体の破損等を防ぐ意味で有効である。
本発明のペダル踏力検出装置は、前記連結部は、前記第１アームと前記第２アームとが平行に備えられた領域において、これら２つのアームに垂直をなして備えられることを特徴とするものであってもよい。本発明のアーム構造における連結部には、ペダルに踏力が加えられることで荷重センサに圧縮荷重が加えられると、２つのアームから引張り方向の力が加えられる。連結部がこの引張り力と同方向に伸びて形成されていれば、引張り力に対する剛性を有し、かつ余計な構成部分を持たないシンプルな構造のアーム構造を形成することができる。例えば図１ように、２つのアーム２，４の平行な部分において、両者に対し垂直に形成することができる。本発明のトルクセンサのアーム構造では、荷重センサを圧縮するための弾性変形は荷重検出のためにある程度必要とするが、それ以外の弾性変形は荷重検出誤差やアーム構造の破壊につながる可能性がある。特に連結部においては、上記のような引張り力が大きく働くため、この引張り方向に関しては剛性が高く構成されることが望ましい。
また、本発明のペダル踏力検出装置は、
ペダルに踏力が加えられることにより弾性変形可能なペダルアームと、
該ペダルアームに前記弾性変形に基づく荷重を受けるように設けられ、該弾性変形に伴って、前記ペダルアームに生じる荷重を検出することに基づいて、前記ペダルへの踏力を検出する荷重センサとを備え、
前記ペダルアームは、一端部に回転支持部を、他端部に前記ペダルを供え、踏力により弾性変形可能な第１アームと、その第１アームの踏力に対向する側において、その第１アームに連結され、一端部が前記第１アームの中間部において、前記荷重センサを前記第１アームとの中間部との間で挟むように位置する第２アームとを備えるとともに、前記第１アームは、前記第２アームより剛性の低い部材からなり、
前記ペダルに踏力が加えられた際に、その踏力に基づく前記第１アームの弾性変形によりその第１アームと前記第２アームとの間に挟まれた荷重センサが前記踏力の大きさを反映して圧縮荷重を検出することを特徴とすることもできる。
また、本発明のペダル踏力検出装置は、
ペダルに踏力が加えられることにより弾性変形可能なペダルアームと、
該ペダルアームに前記弾性変形に基づく荷重を受けるように設けられ、該弾性変形に伴って、前記ペダルアームに生じる荷重を検出することに基づいて、前記ペダルへの踏力を検出する荷重センサとを備え、
前記ペダルアームは、一端部に回転支持部を、他端部に前記ペダルを備え、踏力により弾性変形可能な第１アームと、その第１アームの踏力に対向する側において、その第１アームに連結され、一端部が前記第１アームの中間部において、前記荷重センサを前記第１アームとの中間部との間で挟むように位置する第２アームとを備えるとともに、前記第１アームは、前記第２アームよりも剛性の低い領域が部分的に形成されており、
前記ペダルに踏力が加えられた際に、その踏力に基づく前記第１アームの弾性変形によりその第１アームと前記第２アームとの間に挟まれた荷重センサが前記踏力の大きさを反映して圧縮荷重を検出することを特徴とすることもできる。

このようなアーム構造の場合、ペダルに荷重が加わると、第１アームには第１アームと第２アームとの連結部分を支点として荷重検出部（荷重センサ）側への内部応力が作用し、荷重センサは第２アーム側に押し付けられる。このため、荷重センサは、第１アームと第２アームとに挟圧される状態となり、その狭圧力を荷重として検出する。つまり、踏力を荷重として検出可能であるため、この場合も上記の場合と同様に、高精度の踏力検出が可能となる。また、ペダルに荷重が加えられた時、第１アームは、両アームの連結部分を支点とするだけでなく、自身と荷重センサとの接触部分をも支点として弾性変形する。従って、第１アームに作用する応力が２つの支点に分散され、第１アームには十分な疲労強度が確保され、ペダルアーム全体の強度が増す。
また、上記構造によれば、このペダルアームのうちの第２アームが破損した場合、例えば、第２アームが第１アームと非接合状態となった場合においても、ペダルアームの回転動作に影響が及ぶことはない。スロットルバイワイヤ方式の電子スロットル制御装置を構成する場合においては、ペダルの踏込み量の検出値が最も重要なパラメータである。このペダルの踏込み量の検出は、例えば上記のような回転支持部に回転角センサを取り付けてその回転変位を検出することで行う。一方で、本発明のペダル踏力検出装置が検出する踏込み強さは、踏込み量の検出精度を高めるために必要となるサブパラメータである。従って、ペダル踏力検出装置が損傷した場合であっても、少なくともペダルの踏込み量が検出不能となることは避けなければならない。本発明のペダル踏力検出装置は、回転支持部とは独立した位置に形成されるため、たとえ第２アームや荷重検出部が破損したとしても、ペダルアームの動作に影響を与えることは無く、ペダルの踏込み量の検出を継続することができる。
また、このようなアーム構造の場合、前記第１アームは、前記中間部が前記第２アームと対向するように配置され、その中間部の回転支持部側が前記第２アーム側に向けて湾曲し、その湾曲部分の先で前記第２アームと連結することができる。この構造によれば、第２アームと対向して配置される第１アームの領域を広く取ることができる、すなわち、踏力が加えられた際に弾性変形を強いられる第１アームの変形領域を広く取ることができるため、その弾性変形に基づいて生じる荷重を荷重センサに有効に伝達することができる。一方で、その湾曲部分からその先の連結部分にかけては、ペダルに踏力が加えられた際に、荷重検出部に対し水平な方向、すなわち第１アームの長手方向への弾性変形が生じる。この変形は、荷重検出部の荷重印加面に荷重を加えない、つまり、荷重検出には寄与しない荷重を荷重検出部に加えるため、このような変形は可能な限り少ない方が良い。従って、前記第１アームは、前記中間部が前記第２アームと対向するように配置され、その中間部の回転支持部側が前記第２アーム側に向けて湾曲し、その湾曲部分の先で前記第２アームと連結するとともに、その連結部分はその湾曲部分近傍であることが望ましい。また、このアーム構造は、２つのアーム材の一方に曲げ加工を施した上で双方を連結・接合し、それらの間に荷重検出部を挟み込むだけで形成されるシンプルな構造をなしているため、製造が容易であるという利点を有する。
前記回転支持部は、前記ペダルへの踏力によって前記ペダルアーム全体に回転変位が生じた際に、該ペダルアームを休止位置に戻るように前記第１アームを付勢する付勢手段を備えるものとすることができる。また、前記第２アームは、対向する前記第１アームとは反対側において前記回転支持部と接触するように支持されていても良い。この場合、ペダルに踏力が加えられた際に、第２アームには、第１アームと荷重検出部（荷重センサ）とを介して押圧力が加えられて、第１アームとは逆側への弾性変形が生じる。このとき、第１アームが支持される回転支持部の一面がその第２アームの弾性変形を妨げる形で配されることで、第２アームの弾性変形が減じられて、荷重が加えられる荷重検出部を有効に支持することができる。
本発明のペダル踏力検出装置では、前記ペダルアームは、前記ペダルに踏力が加えられたときに、前記第１アームと前記荷重センサとの接触面に対して垂直に荷重が加えられるように構成されることが望ましい。荷重検出部であるセンサの荷重印加面に対して、荷重がほぼ垂直に加えられるように構成されることで、加えられる荷重の偏荷重成分を減じることができ、荷重検出の精度を高めることができる。
また、前記荷重センサと前記第１アームまたは前記第２アームの少なくとも一方との間には荷重伝達材が設けられ、該荷重伝達材は、球面形状をなす凸部を有し、接触する前記第１アーム又は前記第２アームに対して該凸部を接触させて配置されていても良い。この場合、第１アームや第２アームに対して、球面をなして突出する凸部が点接触の形で接触するため、荷重伝達材には接触点を介して均一に荷重が伝達される。例えば、第１アームと第２アームとが平行に配置されないような場合であっても、第１アーム、荷重伝達部（荷重センサ）、第２アームの順に均等に荷重が伝達することができる。
この場合、凸部とアームとの接触は、点接触よりも面接触とすることが望ましい。点接触の場合には、接触部分に応力が集中するため、アーム構造あるいは荷重伝達材の強度を上げる必要があるが、面接触とすることでその接触応力を減じることが可能となる。従って、前記第１アーム又は前記第２アームには、球面形状をなして窪んだ凹球面部が設けられ、前記荷重伝達材は、該凹球面部と前記凸部とが接触するように配置しても良い。また、この凹球面部により、凸部の位置がずれないようにする位置決め作用も併せ持つ。
本発明のペダル踏力検出装置では、前記荷重伝達材を配置した際に、前記荷重センサに予荷重が作用するように、前記凹球面部の深さが定められていても良い。本発明における荷重検出部（荷重センサ）は、第１アームと第２アームとに狭持されるため、それらの間に予荷重が生じていれば、特別な締結手段によってこの荷重検出部を固定しておく必要はない。また、運転者の故意によって、あるいは不用意によって、第１アームが荷重センサとは逆側に弾性変形するような力が作用したとしても、予荷重があることで、その力が打ち消され、荷重センサが脱落することを防ぐこともできる。
本発明のペダル踏力検出装置は、前記第１アームは、前記第２アームより剛性の低い部材からなることを特徴とする。これにより、ペダルを介して第１アームに荷重が加えられると、第１アームの荷重印加点での変位量が第２アームでの変位量より大きくとれる。従って、この場合も、第２アームが荷重検出部を有効に支持することができる。例えば、第１アームと第２アームとを異なる材料で構成し、剛性の低い方を第１アーム、高い方を第２アームとすることができる。また、第１アームと第２アームを同じ材料から構成し、第１アームを第２アームより荷重印加方向において細く形成してもよい。
また、本発明のペダル踏力検出装置は、前記第１アームは、前記第２アームよりも剛性の低い領域が部分的に形成されてなることを特徴とするものであっても良い。第１アームの荷重印加方向における剛性を低くするために、例えば、第１アームの一部に部分的な欠落部を設け、その部分のみ剛性を落としても良い。この場合、２つのアームからなるアーム構造を先に形成した上で、その後に、第１アームの所定の領域を切削除去して形成すればよく、簡易に形成できる。また、アーム製造時のアーム切削領域の設定（大きさや位置）を変更することで、第１アームの剛性を任意にコントロールすることもできる。
本発明のペダル踏力検出装置は、前記荷重センサは、踏力作用点近傍に設けられることを特徴とするものであっても良い。本発明における第１アームは、ペダルへの踏力に基づく荷重を、荷重センサに伝達する。従って、第１アームのペダル部（踏力作用点）の直下に荷重センサが備えられていれば、踏力は直接的に荷重センサに伝達される。これにより、第１アームの曲げ剛性が不要となるので、第１アームの剛性を小さくしても、荷重検出精度を高くすることができる。また、踏力がほぼ直接的に荷重センサに加えられるため、精度良く荷重を検出することができる。
逆に、本発明のペダル踏力検出装置は、前記連結部から前記荷重センサまでの距離よりも、前記連結部から前記ペダルまでの距離の方が長いことを特徴とするものであっても良い。これにより、てこの原理のような関係が成り立ち、検出部に加えられる荷重は、踏力が加えられるペダルから検出部までの長さ分だけ増大して検出される。このように、踏力に基づいて荷重検出部に印加される荷重が大きくなることで、高精度、かつ高感度の荷重検出を行うことが可能となり、ひいては踏力を精度良く検出可能となる。
本発明のペダル踏力検出装置は、前記荷重センサは、初期荷重調整手段を備え、検出される荷重の初期値調整を可能とすることを特徴とするものであっても良い。荷重検出部には、製造直後、その製造時の誤差により検出値の初期値がずれる可能性を有する。初期荷重調整手段を備えることで、こうした初期値のズレを補正することが可能とであり、製品ごとのばらつきが少ない踏力検出装置を提供することが可能となる。
また、本発明のペダル踏力検出装置は、ペダルに踏力が加えられることにより弾性変形可能な樹脂製のペダルアームと、該ペダルアームに前記弾性変形に基づく荷重を受けるように設けられ、該弾性変形に伴って、前記ペダルアームに生じる荷重を検出することに基づいて、前記ペダルへの踏力を検出するセラミック製の荷重センサとを備え、前記荷重センサは、前記アーム内において、前記荷重センサに加えられる荷重の印加方向の両側から金属部材に挟持され、かつ前記ペダルアームのアーム部分の重心に対して前記ペダル側とは逆側に位置するように設けられることを特徴とするものであっても良い。ペダルアームが樹脂製であれば、該ペダルアーム部を軽量とすることができる。また、荷重センサをセラミックを主材料として構成することにより、高荷重に耐えうる荷重検出部を構成することが可能となるため、荷重検出面を小さくして検出部全体をコンパクトに構成することができる。また、荷重センサを、自身に加えられる荷重の印加方向の両側から金属部材で挟む構造とすることにより、樹脂クリープの影響を直接的に受ける事が無くなり、踏力を精度良く検出することができる。さらに、金属部材に挟持された荷重センサは、ペダルアーム端部に設けられるペダルとは逆側に形成されることで、荷重センサに加えられる荷重を増すことができ、荷重検出精度を上げることができる。また、このような構造は、樹脂製ペダルアームに、荷重センサを挟持した金属部材をインサート成形することで簡易に成形できるという利点もある。
また、本発明のペダル踏力検出装置は、前記金属部材はＵ字型金属部材であり、該Ｕ字型金属部材の開口側が前記アームのペダル搭載側とは逆側になるように備えられ、前記荷重センサは、前記Ｕ字型金属部材の前記開口側にて挟持されることを特徴とするものであっても良い。金属部材がＵ字型であることにより、Ｕ字の開口側から荷重センサを圧入することができ、荷重センサを挟持した金属部材を簡易に形成することができる。さらには、この金属部材をペダルアーム内にインサート成形することで、本発明のペダル踏力検出装置を簡易に成形できる。また、ペダルアームのペダル搭載側とは逆側に荷重センサが備えられることで、荷重センサに加えられる荷重を増すことができ、荷重検出精度を上げることができる。
なお、本発明に用いる前記荷重センサは、ジルコ二アと、圧力抵抗効果を有するＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３（０≦ｘ≦１）とを主材料として有することを特徴とするものであっても良い。このジルコニアの粒子をマトリックス材料とし、圧力抵抗効果材料のＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３粒子を電気的に連続になるように分散した構造で形成することで、荷重の印加に基づいてオーム抵抗を変化させ、該オーム抵抗の変化による荷重検出が可能となる。ジルコニアは、耐熱性に優れるためセンサ内での温度変化が生じにくいため、センサ内の温度変化による検出誤差を生じにくい。またジルコニアは、強靭性を有するため、荷重、圧力による破壊に対して極めて高い耐性を有するセンサ構造を得ることができる。通常、高い荷重や圧力の印加を受けるような検出部を構成する場合、その検出部やセンサには一定以上の強度が必要である。このような場合、検出部に伝達される荷重や圧力を減少させるために、荷重・圧力を受ける面積を大きくして構成される。従って、コストがかかるとともに、全体の体格も大きくなってしまう。ところが、上記のような圧力抵抗効果を有する材料とセラミックスとからなるセンサを用いれば、印加された荷重や圧力に対して耐えることができるため、該センサを含む検出部を小型化することが可能となる。
以下、本発明のペダル踏力検出装置について、図面を用いて説明を行う。図１は、本発明のペダル踏力検出装置を備えた車両用アクセルペダル周りを構成するペダルアーム機構の全体図である。該ペダルアーム機構１００は、車両本体全体が固定され、踏力Ｆが加えられるペダル部１０と、該ペダル１０を備えたペダルアーム１と、ペダルアーム１を回転可能に支持する回転支持部８とにて構成される。また、ペダルアーム１は、ペダル１０と連結する第１アーム２と、回転支持部８に回転支持される第２アーム４と、第１アーム２と第２アーム４とを連結する連結部３とからなる。また、第１アーム２と第２アーム４との間に荷重センサ５が挟持されている。
図２は、荷重センサ５近傍を拡大して示した拡大図である。第２アームは回転支持部８に回転支持されてなるとともに、その回転支持部８には回転を妨げるための戻しスプリング３１が備えられており、ペダルアーム全体の回転に抗するように付勢される。これにより、ペダルへの荷重がゼロとなると、ばね力に従って初期位置に弾性復帰する。また、本実施形態においては、図２に示すように第１アーム２と連結部３とは単一部材からなる連続体であるため、全体として組立が容易な構成をなす。
また、本ペダルアーム機構１００は、第１アーム２に備えられたペダル部１０に踏力Ｆが加えられると、ペダルアーム１は回転支持部８を中心に回転する。このとき、ペダルアーム１とともに回転する第２アーム４は、図１に示すように、その上部でストロークセンサ６と連結する。ストロークセンサ６は、例えば周知の回転角センサであり、第２アームの回転と連動して回転する回転部材の回転変位を検出する。ここで検出された回転変位は、図示しない演算部（例えば、車両用ＥＣＵ）に電気信号として入力され、演算部は該電気信号に基づいて演算処理を行い、踏力Ｆによるペダル踏込み量を演算する。
また、ペダル部１０に踏力Ｆが加えられると、第１アーム２は、連結部３との接触部分を支点とし、荷重センサ５側が踏力Ｆによって生じる回転モーメント方向側、すなわち第２アーム４側に弾性変形する。また、連結部３も第２アーム４との接触部分を支点として第１アーム２側が、踏力Ｆによる回転モーメント方向側に弾性変形する。このとき第２アームは、踏力Ｆが加わったときには、荷重センサ５を支持する状態となる。従って、ペダル部１０に踏力Ｆが加えられると、第１アーム２は、自身と連結部３との弾性変形量の和だけ第２アームに接近し、荷重センサ５にはその弾性変形量に基く圧縮荷重Ｗが加えられる。荷重センサ５は、このとき加えられた荷重Ｗを検出し、検出された荷重Ｗを図示しない演算部（例えば、車両用ＥＣＵ）に電気信号として入力する。これにより、演算部は該電気信号に基づいて演算処理を行い、踏力Ｆによるペダル踏込み強さを検出する。なお、この状態から、さらにペダル１０への踏力を増して行くと、戻しスプリング３１に抗して回転ヒンジは回転し、戻しスプリング３１による抗力とペダル１０への踏力の力のつりあいに基づく荷重が加えられ、荷重センサはその荷重を検出する。また逆に、ペダル１０への踏力がゼロとなると、第１アーム２、連結部３、第２アーム４は戻しスプリング３１の抗力に基づいて弾性復帰し、初期位置に戻る。
また、本発明の荷重センサ５は、セラミック製の荷重センサ素子を用いた構造をなすものである。荷重センサ素子は、その荷重検出部を、電気絶縁性を有するセラミック材料をマトリックスとし、これに圧力抵抗効果を有する粒子を電気的に連続になるように分散させて構成することができる。荷重検出部は、荷重の印加によって圧力が加えられるとともに、その圧力に基づいてオーム抵抗が変化するため、該オーム抵抗の変化によって荷重を検出することができる。
上記検出部を構成する圧力抵抗効果材料としては，ペロブスカイト構造の（Ｌｎ1-xＭａx）1-yＭｂＯ3-z（ここに０＜ｘ≦０．５，０≦ｙ≦０．２，０≦ｚ≦０．６，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素），層状ペロブスカイト構造の（Ｌｎ2-uＭａ1+u）1-vＭｂ2Ｏ7-Ｆ（ここに０＜ｕ≦１．０，０≦ｖ≦０．２，０≦Ｆ≦１．０，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素），Ｓｉ及びこれらに微量の添加元素を加えた物質のいずれか１種以上よりなる材料を用いることができる。また，上記マトリックス材料としては，ジルコニア（ＺｒＯ2），Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｉＯ2，３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3，ＣｅＯ2，Ｌａ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4等を用いることができる。本実施形態においては、常温で高強度を有し、かつ破壊靭性が高いジルコニア（ＺｒＯ2）を用いるものとする。なお、該感圧体の構造および形成材料に関する記載については、上記特許文献１ならびに特開２００１−２４２０１９、特開２００２−１４５６６４等に既に述べられているため、ここでの詳説は控えることとする。
また、必要に応じて検出部を絶縁層で覆い、外部機構と電気的に絶縁して構成しても良い。この場合、絶縁層を検出部と同様のジルコニアで形成することが、その製造において効率的である。なお、絶縁層には、上記ジルコニア（ＺｒＯ2）をはじめ、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｉＯ2，３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3，ＣｅＯ2，Ｌａ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4、さらには電気的連続性を持たない範囲で圧力抵抗材料を加えた上記セラミック材料等を用いることも可能である。
なお、本発明における荷重センサは、上記で述べたセラミック製のものに限られるものではなく、少なくとも検出対象となる荷重範囲に耐えうる強度を有する材料あるいは構造にて構成されてさえいれば、本発明と同等の効果を得ることができる。
また、図３は、図１，図２に示した荷重センサに、初期荷重調整機構７が設置されてなるものである。これにより、製造直後の荷重センサに印加された荷重の初期値のバラツキを微調整することができ、品質の揃ったペダル踏力検出装置を提供することが可能となる。図４は、図３に示す初期荷重調整機構７を拡大した拡大図である。初期荷重調整機構７は、先端にボール７２を備えた雄ねじ７３を、第２アーム４に形成された雌ねじ部にねじ込んで配されるとともに、雄ねじ７３の先端に備えられたボール７２が、ベース部材７１を介して荷重センサ５を第１アームに押圧して固定する。また、雄ねじ７３は挿入後に、第２アームと所定の位置で固定するためにナット７４によって締め付ける。これにより、第２アームに対する雄ねじのねじ込み量を調整することによって、荷重センサ５に対して初期に印加される荷重を調整することが可能となる。また、ボール７２とベース部材７１は球面接触されてなり、荷重センサに印加される荷重をバランスよく伝達している。
以下、本発明のペダル踏力検出装置のペダルアーム機構について、図５〜図１０の簡略図を基に、それぞれに示された具体的な実施形態の説明を行う。
図５に示すペダルアーム機構は、第１アーム２と第２アーム４とが連結部によって弾性的に支持されており、荷重を受け持つ側の第１アーム２は、荷重センサを支持する側の第２アームに対して剛性を低くして構成されている。このとき、第１アーム２の荷重センサと接する領域の弾性変形による変位量は、第２アーム４の変位量より大きくとることができる。従って、第２アーム４が荷重センサ５を有効に支持する事ができ、荷重の検出に適する構造をなしている。また、踏力Ｆは、荷重センサ５直上の第１アーム部分を介して、直接的に荷重センサ５に加えられる。
図６は、図５と同様の思想を基にした構造を有するものであるが、荷重センサ５には第１アーム２を介して直接的に荷重Ｆが加えられる構造をなすため、第１アーム２には第２アームほどの曲げ強度を必要としない。従って、踏力Ｆを受け持つ側の第１アーム２は荷重センサ５を支持する側の第２アーム４に対して剛性を低くして構成されても良く、図の場合は踏力Ｆの作用方向において、第１アーム２が第２アーム４よりも細く構成されている。また、図７も、図５と同様の思想を基にした構造を有するものであり、第１アーム２の一部分の剛性が小さくなるよう構成されている。この場合、アーム機構全体を構成した後に、第１アーム２の一部に後から切欠き部２ａを形成することで簡易に形成可能である。図６、図７のいずれの場合も、図５と同様に、第１アーム２の荷重による変位量は、第２アームより大きくとることが可能となる。
図８は、第１アームの連結部３からペダル部１０までの長さＬ１を、第２アームの連結部３から荷重センサまでの長さＬ２よりも長く構成されている。これにより、ペダル１０に加えられた踏力Ｆに対して、検出荷重Ｗを大きくとることができるため、センサの出力を大きすることが可能となり、ノイズ等に対する影響を低減できる。
図９は、図５と同様の断面構造を有するものであるが、連結部３の幅Ｌ３が図５よりも大きく形成されている。この幅Ｌ３は、第１アーム２、第２アーム４も同様に構成されていることが好ましい。これにより、踏力Ｆの印加に基づく第１アーム２、第２アーム４、連結部３の弾性変形は、連結部３の第２アーム４との連結部側を支点として生じる回転モーメントの方向に対して生じやすく、それとは異なる方向、この場合は特に図の奥行き方向に対しては生じ難い。これは、ペダルアーム全体が幅Ｌ３方向に大きく構成され、幅Ｌ３方向（図９の場合、図の奥行き方向）に強い剛性を有するためである。これにより、踏力Ｆとは異なる方向からの力による荷重検出の誤差の発生が生じにくくなり、さらにはそうした力によるアームの変形や破壊を防ぐことも可能となる。
図１０は、上述した実施形態における第１アーム２、第２アーム４、および両アームを連結する連結部３が、単一の部材からなることを特徴とするものである。なお、第１アーム２と連結部３とのみが単一部材であっても良く、また第２アーム４と連結部３とが単一部材であっても良い。このように、構成部品数を減らすことで、踏力検出部の組立を効率化するとともに、コストの低減を図ることができる。ただし、このとき、第１アーム２にあたる部分の方が第２アーム４にあたる部分よりも剛性が低く形成されていることが好ましい。
なお、これらの実施形態では、ペダルアーム１の中間部に、第１アーム２と第２アーム４とが対向して配置される領域が形成され、回転支持部８は、その中間部において第２アーム４と連結している。本発明において、回転支持部８とペダルアーム１との連結位置は、上記実施形態に限られるものではなく、例えば、ペダルアーム１のペダル１０とは逆側の端部である第２アーム４の端部であっても良い。また、回転支持部８とペダルアーム１との連結は、第２アーム４ではなく第１アーム４と連結・接合するように設けられていても良い。以下では、第１アーム２に回転支持部８を連結した、上記実施形態とは異なる実施形態について説明する。
図１６は、車両用アクセルペダル周りを構成する車両用のペダルアーム機構を示す外観図であり、このペダルアーム機構には、上記構造を有するペダル踏力検出装置が設けられる。同図に示すペダルアーム機構５００は車両本体９０に固定され、上記実施形態と同様に、踏力Ｆが加えられるペダル部１０と、該ペダル１０を備えたペダルアーム１と、ペダルアーム１を回転可能に支持する樹脂製の回転支持部８とにて構成される。ペダルアーム１は、図１７に示すように、下端でペダル１０と連結する第１アーム２と、回転支持部８に回転支持される第２アーム４と、双方のアーム２、４とを連結する連結部３とからなる。この連結部３は、第１アームのペダル１０とは逆側の端部であって、第２アーム４側への湾曲部分から第２アーム４との連結部分にかけての、第１アーム２の一部分である。また、第１アーム２と第２アーム４との間には上述したセラミック製荷重センサ５が挟持されている。
第１アームの下側端部にはペダル１０が設けられ、その上側には車両壁面９０側に窪んだ形で折れ曲げられた曲部２ａが設けられる。この曲部２ａは、回転支持部８が過度に回転して破損することを防ぐために設けられたものであり、ペダルアーム１の回転をこの曲部２が車両壁面９０に当接する位置までに制限している。従って、この曲部２ａの曲げ角度は、ペダルアーム１に許容される回転変位に基づいて定められている。この曲部２ａの上側には、ペダルアーム１の中間部、すなわち第１アーム２と第２アーム４とがオーバーラップして配置される領域が設けられる。本実施形態において、この中間部は、図１６に示すように回転支持部８の外周を構成する樹脂製カバーの内部に包含される。第１アームは、そのカバー内部において、直線状に延びる第２アームと平行をなすように対向配置されてカバー内部に延びる。その延びた先は第２アーム４側に向けて湾曲し、その湾曲部分２ｂを経た先の部分で第２アーム４の端部と連結・接合される。さらにその連結部分の先の先端部分２ｅは、回転支持部８の貫通孔８ｂに挿入され、その突き抜けた部分が締結部材２ｄによって回転支持部８に固定される。具体的に言うと、先端部分２ｅの貫通孔８ｂから突き抜けた部分がワッシャ２ｄで圧入固定されている。
回転支持部８は、車両壁面９０に固定された組付け部９１の回転軸を回転中心８ａとして回動可能に支持される。この回転支持部８には、ペダル１０に踏力Ｆが作用した際に、ペダルアーム１の回転を妨げるように付勢する戻しスプリング３１が備えられ、ペダル１０に踏力Ｆが作用すると、ペダルアーム１は戻しスプリング３１の付勢力によって初期位置（休止位置）に弾性復帰する。回転支持部８の内部には、第２アーム４を挿入する貫通孔８ｂが形成される。回転支持部８の第２アーム４側には、その第２アームの第１アーム２とは逆側部分と接触する接触面８ｃを備え、第２アーム４を支持している。
なお、回転支持部８の第２アーム４との接触面８ｃは、第２アーム４の第１アーム２側だけでなく、第２アーム４の側面とも接触し、第２アーム４を両側面から挟むように拘束するものであっても良い。これにより、ペダルアーム１全体が踏力Ｆによって第１アームの端部２ｅを中心に回転することを防ぐことができ、ペダルアーム１の回転止めとして作用する。
荷重検出部をなす荷重センサ５は、ペダルアーム１の中間部において、第１アームと第２アームとに挟圧されて保持される。この荷重センサ５は、既に述べたセラミック製の荷重センサ素子を用いた荷重検出部として構成される。この荷重センサ５には、配線部５ａが電気的に接続されて、外部から所定の電圧が印加されている。ペダル１０に踏力Ｆが加えられると、荷重センサ５にはその踏力Ｆに基づく圧縮荷重Ｗが加えられて、素子内部のオーム抵抗が変化する。荷重センサ５は、そのオーム抵抗の変化に伴って出力される電流値の変化を、演算部（例えば、車両用ＥＣＵ）９５に電気信号として入力する。演算部９５はその入力信号に基づいて圧縮荷重Ｗを算出し、その検出荷重Ｗに基づいてペダル１０に加えられた踏力Ｆを算出する。なお、この荷重センサと演算部との接続構造は、既に述べた全ての実施形態にも適用される。
なお、この荷重センサ５は、必ずしも第１アームと第２アームとに直接接触して保持される必要は無く、荷重センサ５との間にアームからの荷重を伝達可能とする荷重伝達材を挟んで構成されていても良い。本実施形態においては、図１８の拡大図に示されているように、荷重センサ５と第１アームとの間に荷重伝達材である第１ベース８１を備え、荷重センサ５と第２アーム４との間に荷重伝達材である第２ベース８２と球体をなすボール８３とを備えて構成される。第１ベース８１は、第１アーム２と荷重センサ５との双方に対して面接触する形で形成され、両者の間に配置される。第２ベース８２は、荷重センサ５に対して平面接触するとともに、ボール８３側には、略三角錐形状に窪んだ凹部８２ａが形成され、その凹部８２ａにボール８３を接触して配置される。なお、このボール８３は、その外周が全て球面をなすため、そのあらゆる表面が球面形状に突出した凸部となっている。ボール８３は、その凸部、すなわち球面の一部を、第２アーム４の先端部に球面形状をなして窪んだ凹球面部８４に面接触させて配置される。なお、第２アーム４の先端は、第１アーム側が平坦面をなすように切り欠き部分が設けられており、この部分の平坦面に上記凹球面部８４が形成される。
第２アーム４に設けられる凹球面部８４の深さＪは、荷重センサ５が組み付けられた際に予荷重が生じるように設計される。これにより、荷重センサ５をペダルアーム１に対してより強固に組み付けることができる。本実施形態では、この予荷重を生じるように組付けることを容易とする構造となっている。以下、その構造及び組付け方法について説明する。
まず、予め第１ベース８１と荷重センサ５と第２ベース８２とを一体に接合し、さらにその接合体を第１アームと接合した状態として、ボール８３のみが組みつけられていない状態とする。また、第２アーム４には、第１アーム２との接合部分とは逆側の端部に、第１アーム２側の面を平面とする切り欠き部分を形成し、その平面からの最大深さがＪとなる球面形状に窪んだ凹球面部８４を形成する。
この状態は図２１の（１）に示す状態である。この状態から、ボール８３を凹球面部８４に向けて挿入して組み付けを行う。なお、図２２は、ボール８３の挿入時にアーム間に加わる荷重とそのときのアームの相対変位量を示している。図２１の（１）の状態では、第２アーム４を含むペダルアーム１には弾性変形は生じていない。そして、この状態からボール８３を凹球面部８４に向けて押し込むと、図２１の（２）（図２２の（２））に示すような弾性限界を経て、アームに最大弾性変位（強制変形量）Ｋが生じる図２の（３）（図２２の（３））に至る。さらにボール８３を押し込むことで、図２１（４）（図２２の（４））のように、ボール８３は第２アーム４の凹球面部８４に収まる。なお、この変形の過程において弾性限界を経ているため、この状態からボール８３を除いて除荷状態（図２２の（５））としてもアーム間には残留弾性変形量Ｄが残る。この残留弾性変形量ＤをＤ＞０となるように、最大弾性変位（強制変形量）Ｋおよび凹球面部８４の深さＪを任意に設定することで、アームに挟まれる荷重センサ５および荷重伝達材８１，８２，８３に加えられる予荷重Ｙを設定することができる。
なお、ここで述べた実施形態では、第１ベース８１と第２ベース８２とで荷重センサ５を挟んでいるが、必ずしもこれら双方で挟む必要は無く、どちらか一方にのみ設けていても良い。例えば、第１ベース８１を除き、第１アームの第２アーム側に平坦面を設けて、その平坦面と荷重センサ５の荷重検出面とを接触させて構成しても良い。また、同様に第２ベース８２を省略しても良い。第２ベース８２を省略する場合は、図２０のボール８３を図の上側が平坦面となるように切り取った半球形状とし、切り取った上面の平坦面を荷重センサ５に接触させ、図下側の球面部分を第２アームの凹球面部と接触させて構成することができる。
また、ボール８３は、上記実施形態の中では荷重センサ５と第２アーム４との間に設けられているが、第１アーム２に凹球面部を形成して、第１アーム２側にも設けることが可能である。また、ボール８３は、必ずしも球体である必要は無く、凹球面部に対して面接触可能な球面部分を備え、その球面部分を凹球面部に接触するように配置可能であれば、その全体形状は特に限定されない。
なお、上記においては、第１アーム２と第２アーム４とを別々に用意し、後から両者を一体に連結して構成しているが、双方を１つのアームによって形成することも可能である。図１９は、上記の実施形態を模式的に示した図であり、この場合、第１アーム１は、湾曲部から第２アームとの連結部分にかけてが双方のアームの連結部３に相当するように形成されている。これに対して、図２０では、ペダルアーム１が１つのアームから構成されている。このアームは、図１９における第１アーム２に相当する部分２´、連結部３に相当する部分３´、第２アーム４に相当する部分４´、第１アーム２のペダルとは逆側の端部２ｃに相当する先端部分２ｃ´とがこの順で連続するような構造をなしている。具体的に言えば、このアームは、ペダルを備える踏力Ｆの作用点から延び、荷重センサ５との接触領域を経たのち、その先で回転支持部８側に向けて湾曲し、さらにその先で回転支持部８と接して、第１アームの延びた向きとは逆方向に向かって折り返す形で延びる。そして、荷重センサ５との接触部分を経た先で回転支持部８の貫通孔８ｃに向けて湾曲し、その先の端部が挿入されて固定されている。このような構造であれば、１つのアームに対して所定の曲げ加工を施すだけでペダルアームを製造することができるため、部品点数を削減することができる。また、この構造であっても、上記と同様に、ペダルからの踏力Ｆと同方向の荷重Ｗが働くように構成されるため、上記と同等の荷重検出を行うことができる。
本発明では、図１９や図２０に示すアーム構造に限定されるものではなく、これらと同等の効果を有するものであれば、他の構造であっても良い。
以上に述べた実施形態は、第１アーム２と第２アーム４とが荷重センサ５を挟持した構造を有するものである。以下、これらとは異なる実施形態を述べる。図１１は、上記で述べた実施形態とは異なるペダルアーム機構３００の全体図である。ペダルアーム機構３００は、ペダルアーム１の一端にペダル１０を有し、他端に該ペダルアーム１を回動可能に支持する回転支持部８を有するように構成されるとともに、そのペダルアーム１が樹脂材料からなることにより、アーム機構全体が軽量化されていることを特徴としている。また、ペダルアーム１の回動に対する抗力を発生させるための付勢手段（図示なし）として、例えば図１のアーム機構に備えられた戻しスプリング等の付勢手段が備えられている。これにより、踏力Ｆが生じない場合は初期位置を維持し、踏力Ｆによる回動時はその回転変位に基づく抗力を受け、踏力Ｆが解除されると抗力により初期位置に戻る。
本発明においては、この樹脂製ペダルアーム機構３００のペダルアーム１に、踏力Ｆを検出するための荷重検出部５０が設けられる。この荷重検出部５０は、図１２、図１３に示すように、金属製Ｕ字形状部材により小型の荷重センサ５を挟み込みんで構成される。荷重センサ５は、図１３が示すようにＵ字形状部材５２の開口側の端部に備えられるとともに、図１２が示すように開口側の端部において、Ｕ字形状部材５２の上側の部材および下側の部材の、それぞれの中央部と接して挟まれている。
図１４は、図１１に示したペダルアーム機構３００に、図１２、図１３に示した荷重センサ５を挟持した金属製Ｕ字形状部材５２が備えられたペダルアーム機構４００の全体図である。図から分かるように、荷重センサ５を挟持した金属製Ｕ字形状部材５２（荷重検出部５０）は、ペダル１０から遠い位置に備えられ、かつペダルアーム１の中心軸に対して垂直に配置される。このとき金属製Ｕ字形状部材５２に挟持された荷重センサ５は、ペダルアーム１のペダル１０を備える表面側とは逆の裏面側に位置する。また、金属製Ｕ字形状部材５２と荷重センサ５とは、ペダルアーム１の中心軸方向に、Ｕ字部材５２の上部、荷重センサ５、およびＵ字部材５２の下部という順で配置されている。
図１５は、図１４のＡから見た図であり、金属製Ｕ字形状部材５２は、図のようにペダルアーム１の中心軸と踏力Ｆの回転モーメント方向に対して垂直となるように、備えられる。このとき、荷重センサ５とＵ字形部材５２とからなる荷重検出部５０は、ペダルアーム１にインサート成形されることで簡易に形成されることが可能である。このような構造を有することで、荷重センサ５は金属製Ｕ字形状部材５２によって挟持され、両者の接触面に隙間が生じないようにペダルアーム１内に埋設される。また、金属製Ｕ字形状部材５２は、図１４に示すように、ペダルアーム１との密着面積が比較的大きいため、金属−樹脂間の作用応力を低減できるため樹脂クリープを防ぐことができる。従って、金属製Ｕ字形状部材５２とペダルアーム１との間において隙間は生じにくい。
上記構造を有するペダルアーム機構４００は、ペダル１０のペダル面対して垂直な成分を有する踏力Ｆが加えられると、ペダルアーム１には回転支持部８を支点とした回転モーメントが生じ、ペダルアーム１内部には踏力Ｆに基づく内部応力が生じる。これにより、ペダルアーム１内部には上記回転モーメント方向への微小な弾性変形を生じる。この弾性変形によって、金属製Ｕ字部材５２の開口側には、ペダルアーム１の長軸方向と同方向の内部応力が加えられ、荷重センサ５を圧縮する。このとき、金属製Ｕ字部材５２の開口の逆側は、金属で連続的につながっているため弾性変形を生じにくく、従って開口側はその逆側の端部を支点とする形で荷重センサ５を圧縮する。荷重センサ５は、この圧縮に基づく荷重Ｗを検出する。
なお、これらの実施形態は、あくまで例示的に示すものであり、本発明はこれらこれらの実施形態に限定されるものではない。本発明は、請求項の記載に基づく技術的範囲を逸脱しない限り、種々の変形ないし改良を付加することができる。
本発明のペダル踏力検出装置を含むペダルアーム機構の一実施形態を示す全体図 図１に示されたペダル踏力検出装置の拡大図 初期荷重調整機構を備えたペダルアーム機構を示す全体図 図３に示されたペダル踏力検出装置の拡大図 本発明のペダル踏力検出装置の第１実施形態を示す模式図 本発明のペダル踏力検出装置の第２実施形態を示す模式図 本発明のペダル踏力検出装置の第３実施形態を示す模式図 本発明のペダル踏力検出装置の第４実施形態を示す模式図 本発明のペダル踏力検出装置の第５実施形態を示す模式図 本発明のペダル踏力検出装置の第６実施形態を示す模式図 本発明の適用対象となる樹脂製ペダルアーム機構の全体図 荷重センサ素子を挟持したＵ字形部材の正面図 荷重センサ素子を挟持したＵ字形部材の側面図 Ｕ字形部材を備えた本発明の樹脂製ペダルアーム機構を示す全体図 図１４に示されたペダル踏力検出装置の拡大図 本発明のペダル踏力検出装置を含むペダルアーム機構の図１および１１とは異なる実施形態を示す全体図 図１６のペダルアーム機構の内部構造を示す図。 図１７に示されたペダル踏力検出装置の部分拡大図 図１７，１８に示されたペダル踏力検出装置の模式図 図１９とは異なる形態を有するペダル踏力検出装置の模式図 ボールを組み付け手順を示す説明図 ボール組み付け時のアーム間の荷重と相対変位量の関係を示すグラフ
符号の説明
１ ペダルアーム
２ 第１アーム
３ 連結部
４ 第２アーム
５ 荷重センサ（荷重センサ素子）
５２ Ｕ字形金属部材
１０ ペダル
８１ 第１ベース（荷重伝達材）
８２ 第２ベース（荷重伝達材）
８３ ボール
８４ 凹球面部
１００，２００，３００，４００，５００ ペダル踏力検出装置

Claims (21)

  1. ペダルに踏力が加えられることにより弾性変形可能なペダルアームと、
    該ペダルアームに前記弾性変形に基づく荷重を受けるように設けられ、該弾性変形に伴って、前記ペダルアームに生じる荷重を検出することに基づいて、前記ペダルへの踏力を検出する荷重センサとを備え、
    前記ペダルアームの弾性変形する中間部は、ペダル側の第１アームと、アーム長手方向において前記第１アームの一部とオーバーラップするように配置された前記ペダルとは遠い側の第２アームと、前記第１アームおよび前記第２アームとを連結する連結部とを備えた構造をなし、かつ前記第１アームと前記第２アームとが前記ペダルへの踏力により弾性的に接近する方向において挟まれるように前記荷重センサが配置されるとともに、前記第１アームは、前記第２アームより剛性の低い部材からなることを特徴とするペダル踏力検出装置。
  2. ペダルに踏力が加えられることにより弾性変形可能なペダルアームと、
    該ペダルアームに前記弾性変形に基づく荷重を受けるように設けられ、該弾性変形に伴って、前記ペダルアームに生じる荷重を検出することに基づいて、前記ペダルへの踏力を検出する荷重センサとを備え、
    前記ペダルアームの弾性変形する中間部は、ペダル側の第１アームと、アーム長手方向において前記第１アームの一部とオーバーラップするように配置された前記ペダルとは遠い側の第２アームと、前記第１アームおよび前記第２アームとを連結する連結部とを備えた構造をなし、かつ前記第１アームと前記第２アームとが前記ペダルへの踏力により弾性的に接近する方向において挟まれるように前記荷重センサが配置されるとともに、前記第１アームは、前記第２アームよりも剛性の低い領域が部分的に形成されていることを特徴とするペダル踏力検出装置。
  3. 前記連結部は弾性変形可能な領域を有し、前記ペダルへの踏力により、前記第１アームが前記第２アームに対して接近することを特徴とする請求項１または２に記載のペダル踏力検出装置。
  4. 前記連結部は、前記第２アームとの連結側とは逆側の端部の、前記踏力によって生じる弾性変形方向以外の方向に対して、高い剛性を有する構造をなすことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のペダル踏力検出装置。
  5. 前記連結部は、前記第１アームと前記第２アームとが平行に備えられた領域において、これら２つのアームに垂直をなして備えられることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のペダル踏力検出装置。
  6. 前記連結部から前記荷重センサまでの距離よりも、前記連結部から前記ペダルまでの距離の方が長いことを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のペダル踏力検出装置。
  7. ペダルに踏力が加えられることにより弾性変形可能なペダルアームと、
    該ペダルアームに前記弾性変形に基づく荷重を受けるように設けられ、該弾性変形に伴って、前記ペダルアームに生じる荷重を検出することに基づいて、前記ペダルへの踏力を検出する荷重センサとを備え、
    前記ペダルアームは、一端部に回転支持部を、他端部に前記ペダルを備え、踏力により弾性変形可能な第１アームと、その第１アームの踏力に対向する側において、その第１アームに連結され、一端部が前記第１アームの中間部において、前記荷重センサを前記第１アームとの中間部との間で挟むように位置する第２アームとを備えるとともに、前記第１アームは、前記第２アームより剛性の低い部材からなり、
    前記ペダルに踏力が加えられた際に、その踏力に基づく前記第１アームの弾性変形によりその第１アームと前記第２アームとの間に挟まれた荷重センサが前記踏力の大きさを反映して圧縮荷重を検出することを特徴とするペダル踏力検出装置。
  8. ペダルに踏力が加えられることにより弾性変形可能なペダルアームと、
    該ペダルアームに前記弾性変形に基づく荷重を受けるように設けられ、該弾性変形に伴って、前記ペダルアームに生じる荷重を検出することに基づいて、前記ペダルへの踏力を検出する荷重センサとを備え、
    前記ペダルアームは、一端部に回転支持部を、他端部に前記ペダルを備え、踏力により弾性変形可能な第１アームと、その第１アームの踏力に対向する側において、その第１アームに連結され、一端部が前記第１アームの中間部において、前記荷重センサを前記第１アームとの中間部との間で挟むように位置する第２アームとを備えるとともに、前記第１アームは、前記第２アームよりも剛性の低い領域が部分的に形成されており、
    前記ペダルに踏力が加えられた際に、その踏力に基づく前記第１アームの弾性変形によりその第１アームと前記第２アームとの間に挟まれた荷重センサが前記踏力の大きさを反映して圧縮荷重を検出することを特徴とするペダル踏力検出装置。
  9. 前記第１アームは、前記中間部が前記第２アームと対向するように配置され、その中間部の回転支持部側が前記第２アーム側に向けて湾曲し、その湾曲部分の先で前記第２アームと連結するとともに、その連結部分がその湾曲部分近傍である請求項７または８に記載のペダル踏力検出装置。
  10. 前記回転支持部は、前記ペダルへの踏力によって前記ペダルアーム全体に回転変位が生じた際に、該ペダルアームを休止位置に戻るように前記第１アームを付勢する付勢手段を備える請求項７ないし９のいずれか１項に記載のペダル踏力検出装置。
  11. 前記第２アームは、対向する前記第１アームとは反対側において前記回転支持部と接触するように支持される請求項７ないし１０のいずれか１項に記載のペダル踏力検出装置。
  12. 前記ペダルアームは、前記ペダルに踏力が加えられたときに、前記第１アームと前記荷重センサとの接触面に対して垂直に荷重が加えられるように構成される請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のペダル踏力検出装置。
  13. 前記荷重センサと前記第１アームまたは前記第２アームの少なくとも一方との間には荷重伝達材が設けられ、該荷重伝達材は、球面形状をなす凸部を有し、接触する前記第１アーム又は前記第２アームに対して該凸部を接触させて配置される請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のペダル踏力検出装置。
  14. 前記荷重伝達材と接触する前記第１アーム又は前記第２アームには、球面形状をなして窪んだ凹球面部が設けられ、前記荷重伝達材は、該凹球面部と前記凸部とが接触するように配置される請求項１３に記載のペダル踏力検出装置。
  15. 前記荷重伝達材を配置した際に、前記荷重センサに予荷重が作用するように、前記凹球面部の深さが定められている請求項１４に記載のペダル踏力検出装置。
  16. 前記第１アームは、自身に設けられた切欠き部によって前記第２アームより剛性の低い部材となっていることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか１項に記載のペダル踏力検出装置。
  17. 前記荷重センサは、踏力作用点近傍に設けられることを特徴とする請求項１ないし１６のいずれか１項に記載のペダル踏力検出装置。
  18. 前記荷重センサは、初期荷重調整手段を備え、検出される荷重の初期値調整を可能とすることを特徴とする請求項１ないし１７のいずれか１項に記載のペダル踏力検出装置。
  19. 前記荷重センサは、セラミック製である請求項１ないし１８のいずれか１項に記載のペダル踏力検出装置。
  20. 前記荷重センサは、ジルコ二アと、圧力抵抗効果を有するＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３（０≦ｘ≦１）とを主材料として有するセラミック製荷重センサであることを特徴とする請求項１９に記載のペダル踏力検出装置。
  21. 前記ペダルアームは、別々に用意された前記第１アームと前記第２アームとを一体に連結して構成される、あるいは前記第１アームと前記第２アームとの双方が連続する１つのアームとして構成されていることを特徴とする請求項１ないし２０のいずれか１項に記載のペダル踏力検出装置。
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