WO2014010582A1

WO2014010582A1 - 磁気式荷重センサおよび電動ブレーキ装置

Info

Publication number: WO2014010582A1
Application number: PCT/JP2013/068724
Authority: WO
Inventors: 唯増田
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2013-07-09
Publication date: 2014-01-16
Also published as: CN107063516A; JP5877134B2; JP2014016307A; EP2873957A4; EP2873957B1; US20150204736A1; CN104428646B; CN104428646A; EP2873957A1; US9528889B2

Abstract

　ヒステリシス誤差が生じにくい荷重センサを提供する。フランジ部材（２）と、そのフランジ部材（２）を軸方向後方から支持する支持部材（３）と、フランジ部材（２）に固定された磁気ターゲット（４）と、支持部材（３）に固定された磁気センサ（５）とを有し、磁気センサ（５）で検出した磁束に基づいて荷重の大きさを検出する磁気式荷重センサ（１）において、フランジ部材（２）の荷重が入力される荷重作用面（６）を、フランジ部材（２）の軸方向前面（７）に対して軸方向後方にオフセットした位置に形成した構成を採用する。

Description

磁気式荷重センサおよび電動ブレーキ装置

　この発明は、磁気式荷重センサおよびその磁気式荷重センサを用いた電動ブレーキ装置に関する。

　電動ブレーキ装置は、一般に、電動モータの回転を摩擦パッドの軸方向移動に変換し、その摩擦パッドをブレーキディスクに押し付けて制動力を発生する。この制動力を所望の大きさに制御するため、電動ブレーキ装置には、摩擦パッドに印加する荷重の反力を受ける部分に荷重センサを組み込むことが多い。この荷重センサにかかる荷重（すなわち摩擦パッドに印加する荷重）の大きさは最大で３０ｋＮ程度であり、また、電動ブレーキの応答性を高めるために微小変位で荷重を検出する荷重センサが用いられる。

　このように大きな荷重を微小変位で検出する荷重センサとして、例えば、下記特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１の荷重センサは、対向一対の円環板状の押圧板と、その一対の押圧板の間に挟み込まれた水晶圧電素子と、その水晶圧電素子と片側の押圧板との間を電気的に絶縁する絶縁板と、水晶圧電素子が発生する電圧を取り出すリード線とからなる。

　この特許文献１の荷重センサは、軸方向荷重が入力されると、その荷重で水晶圧電素子の内部に圧縮応力が生じ、その応力の大きさに応じた電圧が水晶圧電素子に発生するので、この水晶圧電素子の電圧を計測することで荷重の大きさを検出することができる。また、水晶圧電素子の変形による押圧板の変位は微小なので、このセンサを電動ブレーキに組み込んだ場合、電動ブレーキの応答性を損なうことがない。

　しかしながら、この荷重センサは、入力された荷重を水晶圧電素子で直接受けるので、衝撃荷重や軸方向に対して斜め方向の荷重が加わると水晶圧電素子に割れや欠けが生じるおそれがあった。また、圧電素子と片方の押圧板の間を電気的に絶縁する絶縁板にも荷重が作用するので、絶縁板に高い耐久性が必要とされるが、樹脂などの安価な絶縁板では耐久性を確保するのが難しかった。

　そこで、本願発明の発明者は、大きな荷重を微小変位で検出することができ、しかも耐久性に優れた荷重センサを研究し、そのような荷重センサとして、図１５に示すものを社内において開発した。

　図１５に示す荷重センサ８０は、フランジ部材２と支持部材３と磁気ターゲット４と磁気センサ５とからなる。フランジ部材２は、軸方向前方から荷重が入力されたときにたわみを生じるように、荷重の入力位置から径方向外方にずらした位置で軸方向後方から支持部材３で支持されている。磁気ターゲット４は、フランジ部材２に固定されている。磁気センサ５は、磁気ターゲット４が発生する磁束を検出するように、支持部材３に固定されている。

　この荷重センサ８０は、軸方向前方からフランジ部材２に荷重が入力されると、フランジ部材２のたわみによって磁気ターゲット４と磁気センサ５が相対変位し、その磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位に応じて磁気センサ５の出力信号が変化するので、磁気センサ５の出力信号に基づいて荷重の大きさを検出することができる。ここで、荷重センサ８０に荷重が入力されたときに、その荷重はフランジ部材２に作用してフランジ部材２をたわませるが、磁気センサ５には作用しない。そのため、衝撃荷重や軸方向に対して斜め方向の荷重が加わっても故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。

国際公開２０１１／０３０８３９号

　本願の発明者は、実際に図１５に示す荷重センサを試作し、その荷重センサで電動ブレーキ装置の軸方向荷重を検出する試験を行なったところ、荷重増加時（すなわちフランジ部材２のたわみが増加するとき）と荷重減少時（すなわちフランジ部材２のたわみが減少するとき）の間にヒステリシス誤差が生じることが分かった。

　そして、本願の発明者は、このヒステリシス誤差が生じる原因を調査した結果、フランジ部材２がたわむときに、そのたわみによって、フランジ部材２の荷重作用面６が僅かに径方向に変位し、その変位によって荷重作用面６に生じる僅かな滑りが原因であることを見いだした。

　この発明が解決しようとする課題は、ヒステリシス誤差が生じにくい荷重センサを提供することである。

　本願の発明者は、図１５に示すフランジ部材２に軸方向前方から軸方向荷重を入力したときにフランジ部材２の各部位に生じる径方向の変位を解析したところ、図１６（ａ）に示すように、フランジ部材２の軸方向前面は径方向内方に変位し、フランジ部材２の軸方向後面は径方向外方に変位するが、フランジ部材２の軸方向前面と軸方向後面の間の部位（すなわち、軸方向の中間部位）は、径方向にほとんど変位しないことが分かった。そして、このフランジ部材２の軸方向前面と軸方向後面の間に荷重作用面６を配置すれば、荷重作用面６の滑りを低減することが可能となる点に着眼した。

　この着眼に基づいて、本願発明では、軸方向前方から荷重が入力されてたわみを生じるフランジ部材と、そのフランジ部材を前記荷重の入力位置から径方向にずらした位置で軸方向後方から支持する支持部材と、磁束を発生する磁気ターゲットと、その磁気ターゲットが発生する磁束を検出する磁気センサとを有し、前記磁気ターゲットと磁気センサは、前記フランジ部材に荷重が入力されたときにそのフランジ部材のたわみにより磁気ターゲットと磁気センサが相対変位するように、磁気ターゲットと磁気センサの一方が前記フランジ部材に固定され、他方が前記支持部材に固定され、前記磁気センサで検出した磁束に基づいて前記荷重の大きさを検出する磁気式荷重センサとして、前記フランジ部材の前記荷重が入力される荷重作用面を、前記フランジ部材の支持部材で支持される部分の軸方向前面に対して軸方向後方にオフセットした位置に形成した磁気式荷重センサを提供する。

　このようにすると、フランジ部材の荷重作用面が、フランジ部材の軸方向前面に対して軸方向後方にオフセットしているので、フランジ部材がたわむときの荷重作用面の径方向の変位を小さく抑えることができる。そのため、フランジ部材に荷重を入力したときの荷重作用面の滑りが低減され、荷重作用面の滑りによるヒステリシス誤差を防止することができる。

　さらに、前記フランジ部材の支持部材で支持される被支持面を、前記フランジ部材の前記荷重が入力される部分の軸方向後面に対して軸方向前方にオフセットした位置に形成すると好ましい。このようにすると、フランジ部材の被支持面が、フランジ部材の軸方向後面に対して軸方向前方にオフセットしているので、フランジ部材がたわむときの被支持面の径方向の変位も小さく抑えることができる。そのため、フランジ部材に荷重を入力したときの被支持面の滑りが低減され、被支持面の滑りによるヒステリシス誤差を防止することができる。

　前記フランジ部材の前記荷重が入力される荷重作用面と、前記フランジ部材の支持部材で支持される部分の軸方向前面とは、段差を介して連なる二平面とすることができる。この場合、前記フランジ部材の荷重作用面と前記フランジ部材の前面側の段差との間に両者を滑らかにつなぐ断面円弧状の隅Ｒ部を形成すると、フランジ部材に荷重を入力したときに、フランジ部材の荷重作用面と段差が交差する位置に引張応力が集中するのを防止して、フランジ部材の耐久性を確保することができる。

　また、前記フランジ部材の支持部材で支持される被支持面と、前記フランジ部材の前記荷重が入力される部分の軸方向後面とは、段差を介して連なる二平面とすることができる。この場合、前記フランジ部材の被支持面と前記フランジ部材の後面側の段差とが交差する位置に、円弧状の断面をもつ盗み溝を形成すると、フランジ部材に荷重を入力したときに、フランジ部材の被支持面と段差が交差する位置に圧縮応力が集中するのを防止して、フランジ部材の耐久性を確保することができる。

　前記フランジ部材の前記荷重が入力される荷重作用面と、前記フランジ部材の前記支持部材で支持される被支持面とを、同一平面上に位置するように形成すると、フランジ部材に荷重を入力したときの荷重作用面の滑りと被支持面の滑りとを極めて効果的に低減することが可能となる。ここで、同一平面上とは、フランジ部材の荷重作用面と被支持面とが、数学的に厳密な意味で同一平面上にあることを必要とせず、荷重作用面と被支持面とが、フランジ部材の荷重が入力される部分の厚さの１０％程度の厚みをもつ仮想の平面状領域内に存在する程度のことを意味する。

　前記磁気ターゲットとして、磁気ターゲットと磁気センサの軸方向の相対変位方向である軸方向に対して直交する方向を磁化方向とする複数の永久磁石を軸方向に並ぶように配置したものを採用し、その隣り合う磁極の境目の近傍に前記磁気センサを配置すると好ましい。

　このようにすると、磁気センサの出力信号は、磁気ターゲットと磁気センサの軸方向の相対変位に対して急峻に変化し、一方、軸方向以外の方向の相対変位に対してはあまり変化しないという軸方向の指向性を示す。そのため、磁気センサの出力信号が外部振動の影響を受けにくく、安定した精度で荷重の大きさを検出することができる。

　前記支持部材は、前記フランジ部材の外径側端部の軸方向後面を支持する環状の支持部と、前記フランジ部材の外周に締め代をもって嵌合するように前記支持部の外径側に形成された嵌合筒部とを有する構成とすることができる。このようにすると、フランジ部材が支持部材と一体化するので、磁気式荷重センサの取り扱いが容易になるとともに、嵌合筒部とフランジ部材の間に締め代が設定されているので、フランジ部材がたわむときに、嵌合筒部とフランジ部材の間に滑りが生じにくく、嵌合筒部とフランジ部材の嵌合面間の滑りによるヒステリシス誤差を防止することができる。

　また、この発明では、上記磁気式荷重センサを備えた電動ブレーキ装置を提供する。

　この発明の磁気式荷重センサは、フランジ部材の荷重作用面が、フランジ部材の軸方向前面に対して軸方向後方にオフセットしているので、フランジ部材がたわむときの荷重作用面の径方向の変位が小さく抑えられる。そのため、フランジ部材に荷重が入力されたときに、荷重作用面の滑りによるヒステリシス誤差を生じにくい。

この発明の第１実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図図１に示す磁気式荷重センサの左側面図図１に示す磁気式荷重センサの磁気ターゲット近傍の拡大断面図図２に示す磁気ターゲットと磁気センサの配置を変更した例を示す拡大断面図図２に示す磁気式荷重センサの他の例を示す拡大断面図図１に示す磁気式荷重センサを使用した電動ブレーキ装置を示す断面図図６の直動アクチュエータ近傍の拡大断面図図７のVIII－VIII線に沿った断面図図６に示す遊星ローラ機構にかえてボールねじ機構を使用した電動ブレーキ装置を示す断面図図６に示す遊星ローラ機構にかえてボールランプ機構を使用した電動ブレーキ装置を示す断面図図１０のXI－XI線に沿った断面図（ａ）は図１１に示すボールと傾斜溝の関係を示す図、（ｂ）は（ａ）に示す状態から回転ディスクと直動ディスクが相対回転して両ディスクの間隔が拡大した状態を示す図この発明の第２実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図図１３に示す磁気式荷重センサを使用した電動ブレーキ装置を示す断面図比較例の磁気式荷重センサを示す断面図（ａ）は図１５に示す比較例の磁気式荷重センサに軸方向荷重を入力したときにフランジ部材の各部位に生じる径方向の変位を解析した結果を示す図、（ｂ）は図１に示す磁気式荷重センサに軸方向荷重を入力したときにフランジ部材の各部位に生じる径方向の変位を解析した結果を示す図

　図１～図３に、この発明の第１実施形態の磁気式荷重センサ１を示す。この磁気式荷重センサ１は、軸方向前方から荷重が入力されてたわみを生じるフランジ部材２と、フランジ部材２を軸方向後方から支持する支持部材３と、磁束を発生する磁気ターゲット４と、磁気ターゲット４が発生する磁束を検出する磁気センサ５とからなる。

　フランジ部材２は、鉄等の金属で形成された円環板状の部材である。フランジ部材２の内径側部分の軸方向前面には、荷重が入力される荷重作用面６が形成されている。荷重作用面６は軸方向に直角な平面であり、フランジ部材２の支持部材３で支持される部分の軸方向前面７に対して軸方向後方にオフセットした位置に形成されている。このオフセットにより、荷重作用面６はフランジ部材２の軸方向前端と後端の間の領域（フランジ部材２の軸方向の中間領域）に存在する配置となっている。

　図３に示すように、荷重作用面６と、フランジ部材２の支持部材３で支持される部分の軸方向前面７とは、段差８を介して連なっている。荷重作用面６と段差８の間には、両者を滑らかにつなぐ断面円弧状の隅Ｒ部９が形成されている。この隅Ｒ部９は、軸方向前方からフランジ部材２に軸方向荷重が入力されたときに、フランジ部材２の荷重作用面６と段差８が交差する位置に引張応力が集中するのを防止することにより、フランジ部材２の耐久性を確保するものである。

　フランジ部材２の外径側部分の軸方向後面には、支持部材３で支持される被支持面１０が形成されている。被支持面１０は、軸方向に直角な平面であり、フランジ部材２の荷重が入力される部分の軸方向後面１１に対して軸方向前方にオフセットした位置に形成されている。このオフセットにより、被支持面１０はフランジ部材２の軸方向前端と後端の間の領域（フランジ部材２の軸方向の中間領域）に存在する配置となっている。

　被支持面１０と、フランジ部材２の荷重が入力される部分の軸方向後面１１とは、段差１２を介して連なっている。被支持面１０と段差１２とが交差する位置には、円弧状の断面をもち周方向に延びる盗み溝１３が形成されている。この盗み溝１３は、軸方向前方からフランジ部材２に軸方向荷重が入力されたときに、フランジ部材２の被支持面１０と段差１２が交差する位置に圧縮応力が集中するのを防止することにより、フランジ部材２の耐久性を確保するものである。

　支持部材３は、フランジ部材２と同一の金属で形成されている。支持部材３は、フランジ部材２の外径側端部の軸方向後面１１を支持する環状の支持部１４と、フランジ部材２の外周に嵌合するように支持部１４の外径側に形成された嵌合筒部１５と、フランジ部材２の内径側に対向するように設けられた円筒部１６と、フランジ部材２の軸方向後方で円筒部１６と支持部１４の間を連結する連結部１７とを有する。

　ここで、支持部材３の支持部１４は、フランジ部材２に対する荷重の入力位置（すなわち荷重作用面６）から径方向外方にずれた位置でフランジ部材２を支持している。これにより、フランジ部材２は、荷重が入力されたときに被支持面１０の位置を支点として内径側部分が軸方向後方にたわむようになっている。

　嵌合筒部１５の内周とフランジ部材２の外周の間には締め代が設定されている。この締め代によって、フランジ部材２が支持部材３と一体化し、磁気式荷重センサ１の取り扱いが容易となっている。

　磁気ターゲット４は、フランジ部材２の内周に固定されている。磁気センサ５は、磁気ターゲット４と径方向に対向するように支持部材３の円筒部１６の外周に固定されている。円筒部１６の内周には複数の軸受１８が軸方向に間隔をおいて装着されている。

　磁気ターゲット４は、フランジ部材２のたわみによる磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位方向である軸方向に対して直交する方向（ここでは半径方向）を磁化方向とする２個の永久磁石１９からなる。２個の永久磁石１９は、それぞれの永久磁石１９の反対の極性を有する磁極（すなわち、一方の永久磁石１９のＮ極と他方の永久磁石１９のＳ極）が軸方向に並ぶように隣接して配置されている。

　永久磁石１９としては、例えば、ネオジム磁石を使用すると、省スペースで強力な磁束を発生させることができるが、サマリウムコバルト磁石、サマリウム窒化鉄磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石、プラセオジム磁石、などを使用してもよい。サマリウムコバルト磁石、サマリウム窒化鉄磁石、またはアルニコ磁石を使用すると、永久磁石１９の温度上昇に伴う磁束の減少を抑えることができる。また、プラセオジム磁石を使用すると、永久磁石１９の機械的強度を向上することができる。

　磁気センサ５は、２個の永久磁石１９の隣り合う磁極の境目の近傍で磁気ターゲット４と軸直交方向（図では半径方向）に対向するように配置されている。磁気センサ５としては、磁気抵抗素子（いわゆるＭＲセンサ）や、磁気インピーダンス素子（いわゆるＭＩセンサ）を使用することも可能であるが、ホールＩＣを使用するとコスト面で有利であり、また耐熱性の高いホールＩＣが市販されているので電動ブレーキの用途に好適である。

　この磁気式荷重センサ１は、図１の矢印に示すように、軸方向前方から後方に向かう軸方向荷重がフランジ部材２に入力されると、その軸方向荷重によってフランジ部材２が外径側端部を支点として軸方向後方にたわみ、このたわみに伴い、磁気ターゲット４と磁気センサ５が軸方向に相対変位し、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位に応じて磁気センサ５の出力信号が変化する。そのため、フランジ部材２に入力される軸方向荷重の大きさと、磁気センサ５の出力信号との関係を予め把握しておくことにより、磁気センサ５の出力信号に基づいてフランジ部材２にかかる軸方向荷重の大きさを検出することができる。

　ここで、磁気式荷重センサ１に軸方向荷重が入力されたときの磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変化量は極めて小さい。例えば、この磁気式荷重センサ１を後述する電動ブレーキ装置に組み込んだとき、磁気式荷重センサ１には最大で３０ｋＮの軸方向荷重が入力されるが、このときの磁気ターゲット４と磁気センサ５の軸方向の相対変化量は０．４ｍｍ程度である。ここで、上記磁気式荷重センサ１は、半径方向を磁化方向とする２個の永久磁石１９のＮ極とＳ極が軸方向に隣接しているので、そのＮ極とＳ極の境目に配置された磁気センサ５の付近には、軸方向に交差する磁束が高い密度で存在している。そのため、磁気ターゲット４と磁気センサ５の軸方向の僅かな相対変位に対して、磁気センサ５の出力信号が急峻に変化する。したがって、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位が極めて小さいにもかかわらず、フランジ部材２に作用する軸方向荷重の大きさを検出することが可能となっている。

　図１５に上記実施形態に対する比較例の磁気式荷重センサ８０を示す。この磁気式荷重センサ８０は、フランジ部材２の荷重作用面６がフランジ部材２の軸方向前面７に対してオフセットされておらず、フランジ部材２の前面側の段差８が存在しない。また、フランジ部材２の被支持面１０もフランジ部材２の軸方向後面１１に対してオフセットされておらず、フランジ部材２の後面側の段差１２が存在しない。その他の構成は、上記実施形態と同一である。

　そして、この図１５に示す比較例の磁気式荷重センサ８０のフランジ部材２に軸方向前方から軸方向荷重を入力したときにフランジ部材２の各部位に生じる径方向の変位を解析した結果と、上記実施形態の磁気式荷重センサ１のフランジ部材２に軸方向前方から軸方向荷重を入力したときにフランジ部材２の各部位に生じる径方向の変位を解析した結果を、図１６（ａ）、（ｂ）に示す。この解析はフランジ部材２の１／３６カットモデルを対象にして行なった。

　この解析結果によれば、図１５に示すように、フランジ部材２の荷重作用面６をオフセットしない場合、図１６（ａ）に示すような変位分布を示すのに対し、上記実施形態のように、フランジ部材２の荷重作用面６をオフセットした場合、図１６（ｂ）に示すように、図１６（ａ）と比較して荷重作用面６が径方向にほとんど変位していないことが分かる。

　また、図１５に示すように、フランジ部材２の被支持面１０をオフセットしない場合、図１６（ａ）に示すような変位分布を示すのに対し、上記実施形態のように、フランジ部材２の被支持面１０をオフセットした場合、図１６（ｂ）に示すように、図１６（ａ）と比較して被支持面１０が径方向にほとんど変位していないことが分かる。

　このように、フランジ部材２の荷重作用面６および被支持面１０をオフセットした場合に、荷重作用面６と被支持面１０の径方向の変位が小さく抑えられる理由は次のように考えられる。すなわち、フランジ部材２に軸方向前方から軸方向荷重を入力したとき、図１６（ａ）に示すように、フランジ部材２の軸方向前面７は径方向内方に変位し、フランジ部材２の軸方向後面１１は径方向外方に変位するが、フランジ部材２の軸方向前面７と軸方向後面１１の間の部位は、径方向にほとんど変位しない。そして、このフランジ部材２の軸方向前面７と軸方向後面１１の間に荷重作用面６と被支持面１０が配置されていることから、荷重作用面６と被支持面１０の径方向の変位が小さく抑えられるものと考えられる。

　以上のように、上記実施形態の磁気式荷重センサ１は、フランジ部材２の荷重作用面６が、フランジ部材２の軸方向前面７に対して軸方向後方にオフセットしているので、フランジ部材２がたわむときの荷重作用面６の径方向の変位を小さく抑えることができる。そのため、フランジ部材２に荷重を入力したときの荷重作用面６の滑りが低減され、この結果、荷重増加時（すなわちフランジ部材２のたわみが増加するとき）と荷重減少時（すなわちフランジ部材２のたわみが減少するとき）の間に、荷重作用面６の滑りによるヒステリシス誤差が生じることを防止することができる。

　また、磁気式荷重センサ１は、フランジ部材２の被支持面１０が、フランジ部材２の軸方向後面１１に対して軸方向前方にオフセットしているので、フランジ部材２がたわむときの被支持面１０の径方向の変位も小さく抑えることができる。そのため、フランジ部材２に荷重を入力したときの被支持面１０の滑りが低減され、この結果、荷重増加時と荷重減少時の間に被支持面１０の滑りによるヒステリシス誤差が生じることを防止することができる。

　また、この磁気式荷重センサ１は、荷重が入力されたときに、その荷重はフランジ部材２に作用してフランジ部材２をたわませるが、磁気センサ５には作用しない。そのため、衝撃荷重や軸方向に対して斜め方向の荷重が加わっても磁気センサ５が故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。

　また、この磁気式荷重センサ１は、フランジ部材２と支持部材３とを同一の線膨張係数をもつ材料で形成しているので、温度上昇したときにフランジ部材２と支持部材３とが同じ割合で熱膨張する。そのため、温度変化による磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位が生じにくく、温度変化による誤差が生じにくい。

　図１～図３では、フランジ部材２に磁気ターゲット４を固定し、支持部材３に磁気センサ５を固定しているが、この磁気ターゲット４と磁気センサ５の関係を反対にしてもよい。すなわち、図４に示すように、フランジ部材２に磁気センサ５を固定し、支持部材３に磁気ターゲット４を固定してもよい。

　図５に示すように、フランジ部材２の荷重作用面６と被支持面１０は、同一平面上に位置するように形成すると好ましい。このようにすると、フランジ部材２に荷重を入力したときの荷重作用面６の滑りと被支持面１０の滑りとを極めて効果的に低減することが可能となる。ここで、同一平面上とは、フランジ部材２の荷重作用面６と被支持面１０とが、数学的に厳密な意味で同一平面上にあることを必要とせず、荷重作用面６と被支持面１０とが、フランジ部材２の荷重が入力される部分の厚さの１０％程度の厚みをもつ仮想の平面状領域内に存在する程度のことを意味する。なお、図５において、フランジ部材２の荷重作用面６と被支持面１０は、フランジ部材２の軸方向前面７と軸方向後面１１のいずれからも等距離となる中間位置に配置されている。

　図６～図８に、上記の磁気式荷重センサ１を使用した車両用の電動ブレーキ装置を示す。

　この電動ブレーキ装置は、車輪と一体に回転するブレーキディスク２１を間に挟んで対向する対向片２２，２３をブリッジ２４で連結した形状のキャリパボディ２５と、対向片２３のブレーキディスク２１に対する対向面に開口する収容孔２６に組み込まれた直動アクチュエータ２７と、左右一対の摩擦パッド２８，２９とからなる。

　摩擦パッド２８は、対向片２３とブレーキディスク２１の間に設けられており、キャリパボディ２５に取り付けられたパッドピン（図示せず）でブレーキディスク２１の軸方向に移動可能に支持されている。他方の摩擦パッド２９は反対側の対向片２２に取り付けられている。キャリパボディ２５は、ブレーキディスク２１の軸方向にスライド可能に支持されている。

　図７に示すように、直動アクチュエータ２７は、回転軸３０と、回転軸３０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ３１と、これらの遊星ローラ３１を囲むように配置された外輪部材３２と、遊星ローラ３１を自転可能かつ公転可能に保持するキャリヤ３３と、外輪部材３２の軸方向後方に配置された磁気式荷重センサ１とを有する。

　回転軸３０は、図６に示す電動モータ３４の回転が歯車３５を介して入力されることにより回転駆動される。回転軸３０は、対向片２３を軸方向に貫通して形成された収容孔２６の軸方向後側の開口から一端が突出した状態で収容孔２６に挿入され、収容孔２６からの突出部分に歯車３５がスプライン嵌合して回り止めされている。歯車３５は、収容孔２６の軸方向後側の開口を塞ぐようにボルト３６で固定した蓋３７で覆われている。蓋３７には回転軸３０を回転可能に支持する軸受３８が組み込まれている。

　図８に示すように、遊星ローラ３１は、回転軸３０の外周の円筒面に転がり接触しており、回転軸３０が回転したときに遊星ローラ３１と回転軸３０の間の摩擦によって遊星ローラ３１も回転するようになっている。遊星ローラ３１は、周方向に一定の間隔をおいて複数設けられている。

　図７に示すように、外輪部材３２は、キャリパボディ２５の対向片２３に設けられた収容孔２６内に収容され、その収容孔２６の内周で軸方向にスライド可能に支持されている。外輪部材３２の軸方向前端には、摩擦パッド２８の背面に形成された係合凸部３９に係合する係合凹部４０が形成され、この係合凸部３９と係合凹部４０の係合によって、外輪部材３２がキャリパボディ２５に対して回り止めされている。

　外輪部材３２の内周には螺旋凸条４１が設けられ、遊星ローラ３１の外周には、螺旋凸条４１に係合する円周溝４２が設けられており、遊星ローラ３１が回転したときに、外輪部材３２の螺旋凸条４１が円周溝４２に案内されて、外輪部材３２が軸方向に移動するようになっている。ここでは遊星ローラ３１の外周にリード角が０度の円周溝４２を設けているが、円周溝４２のかわりに螺旋凸条４１と異なるリード角をもつ螺旋溝を設けてもよい。

　キャリヤ３３は、遊星ローラ３１を回転可能に支持するキャリヤピン３３Ａと、その各キャリヤピン３３Ａの軸方向前端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤプレート３３Ｂと、各キャリヤピン３３Ａの軸方向後端の周方向間隔を一定に保持する環状のキャリヤ本体３３Ｃとからなる。キャリヤプレート３３Ｂとキャリヤ本体３３Ｃは遊星ローラ３１を間に軸方向に対向しており、周方向に隣り合う遊星ローラ３１の間に配置された連結棒４３を介して連結されている。

　キャリヤ本体３３Ｃは、滑り軸受４４を介して回転軸３０に支持され、回転軸３０に対して相対回転可能となっている。遊星ローラ３１とキャリヤ本体３３Ｃの間には、遊星ローラ３１の自転がキャリヤ本体３３Ｃに伝達するのを遮断するスラスト軸受４５が組み込まれている。

　各キャリヤピン３３Ａは、周方向に間隔をおいて配置された複数のキャリヤピン３３Ａに外接するように装着された縮径リングばね４６で径方向内方に付勢されている。この縮径リングばね４６の付勢力によって、遊星ローラ３１の外周は回転軸３０の外周に押さえ付けられ、回転軸３０と遊星ローラ３１の間の滑りが防止されている。縮径リングばね４６の付勢力を遊星ローラ３１の軸方向全長にわたって作用させるため、キャリヤピン３３Ａの両端に縮径リングばね４６が設けられている。

　磁気式荷重センサ１は、フランジ部材２の軸方向後方に支持部材３が位置する向きで収容孔２６内に嵌め込まれている。キャリヤ３３と磁気式荷重センサ１の間には、キャリヤ３３と一体に公転する間座４７と、間座４７と磁気式荷重センサ１の間で軸方向荷重を伝達するスラスト軸受４８とが組み込まれている。スラスト軸受４８は、フランジ部材２の荷重作用面６に接触するように設けられており、このスラスト軸受４８を介して間座４７からフランジ部材２の荷重作用面６に軸方向荷重が入力されるようになっている。支持部材３の円筒部１６内に組み込まれた軸受１８で、回転軸３０が回転可能に支持されている。

　磁気式荷重センサ１は、支持部材３の外周縁を、収容孔２６の内周に装着した止め輪４９で係止することによって軸方向後方への移動が規制されている。そして、この磁気式荷重センサ１は、間座４７とスラスト軸受４８とを介してキャリヤ本体３３Ｃを軸方向に支持することで、キャリヤ３３の軸方向後方への移動を規制している。また、キャリヤ３３は、回転軸３０の軸方向前端に装着された止め輪５０で軸方向前方への移動も規制されている。したがって、キャリヤ３３は、軸方向前方と軸方向後方の移動がいずれも規制され、キャリヤ３３に保持された遊星ローラ３１も軸方向移動が規制された状態となっている。

　次に、上述した電動ブレーキ装置の動作例を説明する。

　電動モータ３４を作動させると、回転軸３０が回転し、遊星ローラ３１がキャリヤピン３３Ａを中心に自転しながら回転軸３０を中心に公転する。このとき螺旋凸条４１と円周溝４２の係合によって外輪部材３２と遊星ローラ３１が軸方向に相対移動するが、遊星ローラ３１はキャリヤ３３と共に軸方向の移動が規制されているので、遊星ローラ３１は軸方向に移動せず、外輪部材３２が軸方向に移動する。このようにして、直動アクチュエータ２７は、電動モータ３４で駆動される回転軸３０の回転を外輪部材３２の軸方向移動に変換し、その外輪部材３２で摩擦パッド２８に軸方向荷重を印加することで、摩擦パッド２８をブレーキディスク２１に押し付けて制動力を発生させる。

　ここで、外輪部材３２が摩擦パッド２８に軸方向荷重を印加するとき、外輪部材３２には軸方向後方への反力が作用し、その反力は、遊星ローラ３１、キャリヤ３３、間座４７、スラスト軸受４８を介して磁気式荷重センサ１で受け止められる。そして、その反力によって磁気式荷重センサ１のフランジ部材２が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット４と磁気センサ５が相対変位する。このとき、その磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位に応じて磁気センサ５の出力信号が変化するので、磁気センサ５の出力信号に基づいて軸方向荷重の大きさを検出することができる。また、この磁気センサ５の出力信号を用いて電動ブレーキ装置の制動力をフィードバック制御することにより、高精度な荷重制御が実現できる。

　この電動ブレーキ装置では、回転軸３０の回転を外輪部材３２の軸方向移動に変換する直動機構として、回転軸３０の外周の円筒面に転がり接触する複数の遊星ローラ３１と、遊星ローラ３１を自転可能かつ公転可能に保持し、軸方向移動を規制されたキャリヤ３３と、複数の遊星ローラ３１を囲むように配置された外輪部材３２と、外輪部材３２の内周に設けられた螺旋凸条４１と、螺旋凸条４１と係合するように各遊星ローラ３１の外周に設けられた螺旋溝または円周溝４２とからなる遊星ローラ３１機構を採用しているが、他の構成の直動機構を採用した電動ブレーキ装置にも上記磁気式荷重センサ１を組み込むことができる。

　例えば、直動機構としてボールねじ機構を採用した電動ブレーキ装置の例を図９に示す。以下、上記実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

　図９において、直動アクチュエータ２７は、回転軸３０と、回転軸３０と一体に設けられたねじ軸５１と、ねじ軸５１を囲むように設けられたナット５２と、ねじ軸５１の外周に形成されたねじ溝５３とナット５２の内周に形成されたねじ溝５４の間に組み込まれた複数のボール５５と、ナット５２のねじ溝５４の終点から始点にボール５５を戻す図示しないリターンチューブと、ナット５２の軸方向後方に配置された磁気式荷重センサ１とを有する。

　ナット５２は、対向片２３に設けられた収容孔２６内に、キャリパボディ２５に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。ねじ軸５１の軸方向後端にはねじ軸５１と一体に回転する間座４７が設けられ、その間座４７がスラスト軸受４８を介して磁気式荷重センサ１で支持されている。ここで、磁気式荷重センサ１は、間座４７とスラスト軸受４８とねじ軸５１とを介してナット５２を軸方向に支持することで、ナット５２の軸方向後方への移動を規制している。

　この電動ブレーキ装置は、回転軸３０を回転させることによって、ねじ軸５１とナット５２を相対回転させ、ナット５２を軸方向前方に移動させて摩擦パッド２８に軸方向荷重を印加する。このとき、ねじ軸５１には、軸方向後方への反力が作用し、その反力は、間座４７、スラスト軸受４８を介して磁気式荷重センサ１で受け止められる。そして、その反力によって磁気式荷重センサ１のフランジ部材２が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット４と磁気センサ５が相対変位する。そのため、上記実施形態と同様、磁気センサ５の出力信号が摩擦パッド２８に印加される軸方向荷重の大きさに応じて変化し、この磁気センサ５の出力信号に基づいて軸方向荷重の大きさ（摩擦パッド２８の押圧力）を検出することができる。

　また、直動機構としてボールランプ機構を採用した電動ブレーキ装置の例を図１０に示す。

　図１０において、電動ブレーキ装置は、回転軸３０と、回転軸３０の外周に回り止めされた回転ディスク６０と、回転ディスク６０の軸方向前方に対向して配置された直動ディスク６１と、回転ディスク６０と直動ディスク６１の間に挟まれた複数のボール６２と、直動ディスク６１の軸方向後方に配置された磁気式荷重センサ１とを有する。

　直動ディスク６１は、対向片２３に設けられた収容孔２６内に、キャリパボディ２５に対して回り止めされた状態で軸方向にスライド可能に収容されている。回転ディスク６０の軸方向後端には回転ディスク６０と一体に回転する間座４７が設けられ、その間座４７がスラスト軸受４８を介して磁気式荷重センサ１で支持されている。ここで、磁気式荷重センサ１は、間座４７とスラスト軸受４８とを介して回転ディスク６０を軸方向に支持することで回転ディスク６０の軸方向後方への移動を規制している。

　図１０、図１１に示すように、回転ディスク６０の直動ディスク６１に対する対向面には、周方向の一方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝６３が形成され、直動ディスク６１の回転ディスク６０に対する対向面には、周方向の他方向に沿って深さが次第に浅くなる傾斜溝６４が形成されている。図１２（ａ）に示すように、ボール６２は、回転ディスク６０の傾斜溝６３と直動ディスク６１の傾斜溝６４の間に組み込まれており、図１２（ｂ）に示すように、直動ディスク６１に対して回転ディスク６０が相対回転すると、傾斜溝６３，６４内をボール６２が転動して、回転ディスク６０と直動ディスク６１の間隔が拡大するようになっている。

　この電動ブレーキ装置は、回転軸３０を回転させることによって、直動ディスク６１と回転ディスク６０を相対回転させて、直動ディスク６１を軸方向前方に移動させて摩擦パッド２８に軸方向荷重を印加する。このとき、回転ディスク６０には、軸方向後方への反力が作用し、その反力は、間座４７、スラスト軸受４８を介して磁気式荷重センサ１で受け止められる。そして、その反力によって磁気式荷重センサ１のフランジ部材２が軸方向後方にたわみ、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対位置が変化する。そのため、上記実施形態と同様、磁気センサ５の出力信号が摩擦パッド２８に印加される軸方向荷重の大きさに応じて変化し、この磁気センサ５の出力信号に基づいて、軸方向荷重の大きさ（摩擦パッド２８の押圧力）を検出することができる。

　図１３に、この発明の第２実施形態の磁気式荷重センサ７０を示す。第１実施形態に対応する部分は、同一の符号を付して説明を省略する。

　フランジ部材２の外径側部分の軸方向前面７には、荷重が入力される荷重作用面６が形成されている。荷重作用面６は軸方向に直角な平面であり、フランジ部材２の支持部材３で支持される部分の軸方向前面７に対して軸方向後方にオフセットした位置に形成されている。

　フランジ部材２の外径側部分の軸方向後面には、支持部材３で支持される被支持面１０が形成されている。被支持面１０は、軸方向に直角な平面であり、フランジ部材２の荷重が入力される部分の軸方向後面１１に対して軸方向前方にオフセットした位置に形成されている。

　支持部材３は、フランジ部材２の内径側部分の軸方向後面を支持する環状の支持部７１と、フランジ部材２の外径側に対向するように設けられた円筒部７２と、フランジ部材２の軸方向後方で円筒部７２と支持部７１の間を連結する連結部７３とを有する。連結部７３は、内径側が軸方向後方にオフセットした段付き形状とされており、その連結部７３の段差部分の内周に、支持部７１の軸方向後端部の外周が締め代をもって嵌合し、一体化している。支持部７１の軸方向前端部は、フランジ部材２の後面側の段差１２の内周に締め代をもって嵌合している。

　支持部材３の連結部７３は、その内径側部分の軸方向前面に支持部７１との接触面７４を有する。支持部材３の連結部７３は、その外径側部分の軸方向後面に取付け面７５を有する。接触面７４は、連結部７３の軸方向前面７６に対して軸方向後方にオフセットした位置に形成されている。取付け面７５は、連結部７３の軸方向後面７７に対して軸方向前方にオフセットした位置に形成されている。

　磁気ターゲット４は、フランジ部材２の外周に固定されている。磁気センサ５は、磁気ターゲット４と径方向に対向するように支持部材３の円筒部７２の内周に固定されている。

　ここで、支持部材３の支持部７１は、フランジ部材２に対する荷重の入力位置（すなわち荷重作用面６）から径方向内方にずれた位置でフランジ部材２を支持している。これにより、フランジ部材２は、荷重が入力されたときに被支持面１０の位置を支点として外径側部分が軸方向後方にたわむようになっている。

　この磁気式荷重センサ７０は、図１３の矢印に示すように、軸方向前方から後方に向かう軸方向荷重がフランジ部材２に入力されると、その軸方向荷重によってフランジ部材２が内径側部分を支点として軸方向後方にたわむとともに、支持部材３も外径側端部を支点として軸方向後方にたわみ、このたわみによって、磁気ターゲット４と磁気センサ５が軸方向に相対変位し、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位に応じて磁気センサ５の出力信号が変化する。このように、フランジ部材２に軸方向荷重が入力されたときに、フランジ部材２だけでなく支持部材３にもたわみが生じるので、磁気ターゲット４と磁気センサ５の相対変位量が大きく、高い分解能で荷重を検出することが可能である。

　この磁気式荷重センサ７０は、第１実施形態と同様、フランジ部材２の荷重作用面６が、フランジ部材２の軸方向前面７に対して軸方向後方にオフセットしているので、フランジ部材２がたわむときの荷重作用面６の径方向の変位を小さく抑えることができる。そのため、フランジ部材２に荷重を入力したときの荷重作用面６の滑りが低減され、この結果、荷重増加時と荷重減少時の間に、荷重作用面６の滑りによるヒステリシス誤差が生じることを防止することができる。

　また、磁気式荷重センサ７０は、第１実施形態と同様、フランジ部材２の被支持面１０が、フランジ部材２の軸方向後面１１に対して軸方向前方にオフセットしているので、フランジ部材２がたわむときの被支持面１０の径方向の変位も小さく抑えることができる。そのため、フランジ部材２に荷重を入力したときの被支持面１０の滑りが低減され、この結果、荷重増加時と荷重減少時の間に被支持面１０の滑りによるヒステリシス誤差が生じることを防止することができる。

　また、フランジ部材２と同様に、支持部材３の接触面７４および取付け面７５もオフセットして配置されているので、フランジ部材２に荷重を入力したときの支持部材３の接触面７４および取付け面７５での滑りも低減され、接触面７４および取付け面７５での滑りによるヒステリシス誤差も防止することができる。

　図１４に示すように、第２実施形態の磁気式荷重センサ７０も、第１実施形態と同様に、車両用の電動ブレーキ装置に組み込んで使用することができる。

１　　　　磁気式荷重センサ
２　　　　フランジ部材
３　　　　支持部材
４　　　　磁気ターゲット
５　　　　磁気センサ
６　　　　荷重作用面
７　　　　軸方向前面
８　　　　段差
９　　　　隅Ｒ部
１０　　　被支持面
１１　　　軸方向後面
１２　　　段差
１３　　　盗み溝
１４　　　支持部
１５　　　嵌合筒部
１９　　　永久磁石
７０　　　磁気式荷重センサ

Claims

　軸方向前方から荷重が入力されてたわみを生じるフランジ部材（２）と、
　そのフランジ部材（２）を前記荷重の入力位置から径方向にずらした位置で軸方向後方から支持する支持部材（３）と、
　磁束を発生する磁気ターゲット（４）と、
　その磁気ターゲット（４）が発生する磁束を検出する磁気センサ（５）とを有し、
　前記磁気ターゲット（４）と磁気センサ（５）は、前記フランジ部材（２）に荷重が入力されたときにそのフランジ部材（２）のたわみにより磁気ターゲット（４）と磁気センサ（５）が相対変位するように、磁気ターゲット（４）と磁気センサ（５）のうちの一方が前記フランジ部材（２）に固定され、他方が前記支持部材（３）に固定され、前記磁気センサ（５）で検出した磁束に基づいて前記荷重の大きさを検出する磁気式荷重センサであって、
　前記フランジ部材（２）の前記荷重が入力される荷重作用面（６）を、前記フランジ部材（２）の支持部材（３）で支持される部分の軸方向前面（７）に対して軸方向後方にオフセットした位置に形成したことを特徴とする磁気式荷重センサ。
　前記フランジ部材（２）の支持部材（３）で支持される被支持面（１０）を、前記フランジ部材（２）の前記荷重が入力される部分の軸方向後面（１１）に対して軸方向前方にオフセットした位置に形成した請求項１に記載の磁気式荷重センサ。
　前記フランジ部材（２）の前記荷重が入力される荷重作用面（６）と、前記フランジ部材（２）の支持部材（３）で支持される部分の軸方向前面（７）とが、段差（８）を介して連なる二平面である請求項１または２に記載の磁気式荷重センサ。
　前記フランジ部材（２）の支持部材（３）で支持される被支持面（１０）と、前記フランジ部材（２）の前記荷重が入力される部分の軸方向後面（１１）とが、段差（１２）を介して連なる二平面である請求項１から３のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
　前記フランジ部材（２）の前記荷重が入力される荷重作用面（６）と、前記フランジ部材（２）の前記支持部材（３）で支持される被支持面（１０）とを、同一平面上に位置するように形成した請求項１から４のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
　前記磁気ターゲット（４）は、磁気ターゲット（４）と磁気センサ（５）の軸方向の相対変位方向である軸方向に対して直交する方向を磁化方向とする複数の永久磁石（１９）を軸方向に並ぶように配置したものであり、その隣り合う磁極の境目の近傍に前記磁気センサ（５）が配置されている請求項１から５のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
　前記フランジ部材（２）の荷重作用面（６）と前記フランジ部材（２）の前面側の段差（８）との間に両者を滑らかにつなぐ断面円弧状の隅Ｒ部（９）を形成した請求項３に記載の磁気式荷重センサ。
　前記フランジ部材（２）の被支持面（１０）と前記フランジ部材（２）の後面側の段差（１２）とが交差する位置に、円弧状の断面をもつ盗み溝（１３）を形成した請求項４に記載の磁気式荷重センサ。
　前記支持部材（３）が、前記フランジ部材（２）の外径側端部の軸方向後面を支持する環状の支持部（１４）と、前記フランジ部材（２）の外周に締め代をもって嵌合するように前記支持部（１４）の外径側に形成された嵌合筒部（１５）とを有する請求項１から８のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
　請求項１から９のいずれかに記載の磁気式荷重センサを備えた電動ブレーキ装置。