WO2015145949A1 - 歪センサと、これを用いた荷重検出装置 - Google Patents

歪センサと、これを用いた荷重検出装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2015145949A1
WO2015145949A1 PCT/JP2015/000708 JP2015000708W WO2015145949A1 WO 2015145949 A1 WO2015145949 A1 WO 2015145949A1 JP 2015000708 W JP2015000708 W JP 2015000708W WO 2015145949 A1 WO2015145949 A1 WO 2015145949A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
strain
strain sensor
detection element
sensor
input member
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/000708
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孝昭 小川
野村　和宏
松浦　昭
正彦 大林
康一 油田
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to JP2016509940A priority Critical patent/JPWO2015145949A1/ja
Priority to EP15768253.5A priority patent/EP3124931A4/en
Priority to US15/128,075 priority patent/US9885624B2/en
Publication of WO2015145949A1 publication Critical patent/WO2015145949A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/22—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers
    • G01L5/225—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring the force applied to control members, e.g. control members of vehicles, triggers to foot actuated controls, e.g. brake pedals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00—Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22—Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges
    • G01L1/2206—Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports

Definitions

  • the present invention relates to a strain sensor for detecting various loads such as detection of a depression load of vehicle pedals, detection of cable tension of a vehicle parking brake, detection of a seating surface load of a vehicle seat, and the like.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional strain sensor.
  • the conventional strain sensor 1 includes a strain generating body 2, a fixing member (first member) 3, and a displacement member (second member) 4 arranged concentrically with each other.
  • a first strain resistance element (strain detection element) 5 is provided on the lower outer surface of the strain generating body 2.
  • One end of the first strain resistance element 5 is electrically connected to a power supply electrode (not shown) by a circuit pattern (not shown).
  • the other end is connected to a second output electrode (not shown).
  • a second strain resistance element (strain detection element) 6 is provided on the lower outer surface of the strain generating body 2 substantially in parallel with the first strain resistance element 5.
  • One end of the second strain resistance element 6 is electrically connected to the power supply electrode by a circuit pattern (not shown).
  • the other end of the second strain resistance element 6 is electrically connected to a first output electrode (not shown).
  • a third strain resistance element (strain detection element) 7 is provided on the upper outer surface of the strain generating body 2.
  • One end of the third strain resistance element 7 is electrically connected to the first strain resistance element 5 and the second output electrode by a circuit pattern (not shown).
  • the other end of the third strain resistance element 7 is connected to a GND electrode (not shown).
  • a fourth strain resistance element (strain detection element) 8 is provided on the outer surface on the upper side of the strain generating body 2 substantially in parallel with the third strain resistance element 7.
  • One end of the fourth strain resistance element 8 is electrically connected to the second strain resistance element 6 and the first output electrode by a circuit pattern.
  • the other end of the fourth strain resistance element 8 is electrically connected to the GND electrode.
  • a full bridge circuit is configured.
  • the fixing member (first member) 3 made of ferritic stainless steel is composed of a disc-shaped attachment portion 9 and a shaft portion 10 integrally provided with the attachment portion 9 in the middle portion in the longitudinal direction. And the outer peripheral part of the attachment part 9 is welded in the fitting state to the side edge of the strain body 2 in the state which closed the one end opening part of the strain body 2 with the attachment part 9. FIG. In addition, one end portion of the shaft portion 10 of the fixing member 3 penetrates the inside of the strain body 2.
  • a metal (for example, ferritic stainless steel) displacement member (second member) 4 is composed of an annular washer 11 and a cylindrical mounting member 12 that functions as a case fixed to one end of the washer 11. Yes.
  • the outer peripheral part of the washer 11 is being fixed to the opening edge of the other end part in the strain body 2 by welding in the attachment member 12 inside.
  • the mounting portion 9, the strain body 2, and the washer 11 are accommodated.
  • the conventional strain sensor 1 shown in FIG. 9 is configured such that a shearing force acts on the strain body 2 by applying a load to the displacement member 4 in a direction perpendicular to the axis A of the strain body 2. (Patent Document 1).
  • FIG. 10 is a top view of another conventional strain sensor.
  • the strain sensor 21 includes an insulating substrate 22 and a bridge circuit.
  • the bridge circuit is configured by electrically connecting a power supply electrode 23 made of silver, a pair of output electrodes 24, a GND electrode 25, and four strain resistance elements 26 to the upper surface of the insulating substrate 22 by a circuit pattern 27. Yes.
  • At least a pair of temperature characteristic adjusting resistors 28 are provided on the upper surface of the insulating substrate 22.
  • One end of the temperature characteristic adjusting resistor 28 is electrically connected to the power supply electrode 23, and the other end is electrically connected to the strain resistance element 26 via a pair of resistance value measuring electrodes 29.
  • a frame GND electrode 30 is provided on the upper surface of the insulating substrate 22.
  • a capacitor 31 and an electrostatic discharge resistor 32 are electrically connected in parallel between the frame GND electrode 30 and the GND electrode 25 via a circuit pattern 27.
  • the circuit pattern 27 on the insulating substrate 22 is provided with a slit 33 so that a part of the circuit pattern 27 is disconnected.
  • the four strain resistance elements 26 provided on the upper surface of the insulating substrate 22 are separated, and the distance between the two strain resistance elements 26 of the separated pair of strain resistance elements 26 is narrowed.
  • a portion 22a is provided.
  • Patent Document 1 has a problem that the number of parts increases and the strain sensor becomes expensive. Moreover, in patent document 2, since distortion was detected by the shear load, when trying to detect the load of a brake pedal by the strain sensor of patent document 2, there existed a subject that the magnitude
  • one aspect of the strain sensor of the present invention includes a strain body having a connection portion and a fixed portion, and a first strain detection element provided on the strain body.
  • the strain body has a gap, and the first strain detection element is provided between the connection portion and the gap.
  • another aspect of the strain sensor of the present invention includes a strain body having a connection portion and a fixed portion, and a first strain detection element provided on the strain body.
  • the first strain detecting element is provided between the connecting portion and the fixing portion, the fixing portion is positioned in the direction of the external force applied to the connecting portion with respect to the connecting portion, and the strain detecting element is connected to the connecting portion. A compressive stress generated between the fixed portion and the fixed portion is detected.
  • the present invention can be configured inexpensively with a small number of parts, and the brake system can be downsized.
  • FIG. 1 is a front view of a strain sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a perspective view of the strain sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a side view of the load detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a state of the strain generating body of the strain sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A is a front view of another strain sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5B is a front view of another strain sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5C is a front view of another strain sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5A is a front view of another strain sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5B is a front view of another strain sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5C is a front view
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a modification of the load detection device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a front view of the strain sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a side view of the load detection device according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a conventional strain sensor.
  • FIG. 10 shows a conventional strain sensor.
  • FIG. 1 is a front view of a strain sensor according to Embodiment 1 of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the strain sensor according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the strain sensor 41 includes a flat plate-like strain generating body 43 provided with a connecting portion 42 and a first strain forming body 43 provided on the strain generating body 43.
  • the strain detecting element 44 and a second strain detecting element 45 provided on the strain generating body 43 are configured.
  • the connecting portion 42 of the flat plate-like strain generating body 43 is formed by providing a through hole in the central portion. By inserting the clevis pin 46 into the connecting portion 42, the connecting portion 42 is connected to the transmission member 48 including the clevis 47 and the clevis pin 46.
  • an arc-shaped gap 49 is provided as a through-hole, and the first strain detection element 44 is provided between the gap 49 and the connection section 42.
  • a second strain detecting element 45 is provided at a position opposite to the position where the first strain detecting element 44 is provided with respect to the connecting portion 42 of the strain generating body 43.
  • the strain generating body 43 is provided with a first fixing portion 50a and a second fixing portion 50b, and a screw 51 (shown in FIG. 3) is fitted to the fixing portions 50a and 50b to cause strain in the clevis 47.
  • the body 43 is fixed.
  • the shape of the strain body 43 is not limited to the shape in which the corners of the rhombus shown in FIG. 1 are rounded, and may be a shape such as a rectangle or a circle.
  • the strain sensor 41 includes the strain body 43 having the connection portion 42 and the fixing portion 50a, and the first strain detection element 44 provided on the strain body 43.
  • the strain body 43 has a gap 49, and the first strain detection element 44 is provided between the connection portion 42 and the gap 49.
  • a flat plate made of stainless steel is pressed to form the gap 49. And after printing glass paste (not shown) on this flat plate, it baked at about 550 degreeC for about 10 minutes, and the strain body 43 is formed.
  • a silver paste (not shown) is printed on one surface of the strain generating body 43 and baked at about 550 ° C. for about 10 minutes, whereby a power electrode (not shown) is formed on one surface of the strain generating body 43. ), An output electrode (not shown), a GND electrode (not shown), and a circuit pattern.
  • the first strain detecting element 44 is formed by baking at about 550 ° C. for about 10 minutes.
  • FIG. 3 is a side view of a load detection device using the strain sensor 41 according to the first embodiment of the present invention. 3 is applied to the clevis pin 46 via the input member 53, the pedal force F is transmitted from the clevis pin 46 to the operating rod 54 via the clevis 47. F is transmitted.
  • the external force f is transmitted from the clevis pin 46 to the clevis 47.
  • the strain sensor 41 is stressed by the connection portion 42 of the strain sensor 41 being pushed by the clevis pin 46.
  • the strain generating body 43 is fixed to the clevis 47 by screwing the fixing portions 50 a and 50 b to the clevis 47. Therefore, a compressive stress is applied between the connection portion 42 and the first fixed portion 50a, and the first strain detection element 44 is distorted.
  • the resistance of the first strain detection element 44 changes, and by measuring the resistance change of the first strain detection element 44, the compressive stress generated between the connecting portion 42 and the fixed portion 50a can be detected. That is, by measuring the resistance change of the first strain detecting element 44, it becomes possible to measure the pedaling force F applied to the load detecting device 52.
  • FIG. 4 shows the state of the strain generating body 43 when an external force f is applied to the strain sensor 41 according to the first embodiment of the present invention.
  • the direction connecting the connecting portion 42 and the fixed portion 50a is shown as the X axis
  • the direction perpendicular to the X axis is shown as the Y axis.
  • connection part 42, the first strain detection element 44, and the gap 49 are arranged in this order along the direction of the external force f applied to the connection part 42.
  • the input member 53 actually connects the connecting portion 42 as the pedal force F is applied to the input member 53 (shown in FIG. 3). It rotates counterclockwise around the center. Therefore, the direction of the external force f applied to the connection portion gradually changes counterclockwise as the input member 53 rotates.
  • the air gap 49 is provided at a position closer to the connecting portion 42 from the middle between the connecting portion 42 and the fixed portion 50a. This configuration facilitates deformation when stress is applied between the connection portion 42 and the fixed portion 50a. Accordingly, since the strain generated in the first strain detection element 44 increases, the detection sensitivity of the external force to the strain sensor 41 can be improved. In particular, it is effective to provide the gap 49 in the vicinity of the connecting portion 42.
  • the first strain detection element 44 and the second strain detection element 45 are used, and the resistance change of the first strain detection element 44 and the second strain detection are detected.
  • the stress applied to the strain sensor 41 is detected by taking the difference from the resistance change of the element 45. Therefore, even when the temperature of the surrounding environment changes and the temperature characteristics of the first strain detecting element 44 change, the stress is measured by taking the difference from the output of the second strain detecting element 45. It is possible to reduce the influence of ambient temperature changes.
  • the strain sensor 41 more preferably includes the second strain detection element 45 provided on the strain generating body 43.
  • the second strain detection element 45 is provided at a position opposite to the position where the first strain detection element 44 is provided with respect to the connection portion 42.
  • the strain sensor 41 according to the first embodiment of the present invention is attached to the clevis pin 46 that is the transmission member 48 so that compressive stress is generated in the strain body 43, and The generated compressive stress can be detected. Therefore, the strain sensor 41 can be configured with a small number of components, and an inexpensive strain sensor can be provided.
  • the load detecting device 52 can be downsized.
  • the air gap 49 is formed in an arc shape, but this is not restrictive. It is only necessary that the gap 49 is provided so as to cover the first strain detection element 44.
  • the gap 49 does not necessarily have an arc shape.
  • a rectangle as shown in FIG. 5A may be used. Even if it is a shape other than an arc shape or a rectangle, it is sufficient that the strain generating body 43 is easily distorted when the compressive stress is applied between the connecting portion 42 and the fixed portion 50a, and the strain can be detected.
  • the gap 49 is easily provided in the strain generating body 43 so as to cover the first strain detecting element 44, the entire portion where the first strain detecting element 44 is provided is easily distorted. It is more preferable.
  • the first strain is applied when stress is applied to the strain generating body 43. Since the entire portion provided with the detection element 44 is easily distorted, the sensitivity of the strain sensor 41 can be improved, which is more preferable.
  • the air gap 49 is provided only on the first strain detection element 44 side, but as shown in FIG. 5B, on the second strain detection element 45 side. May also be provided.
  • the gap 49 is not necessarily provided as shown in FIG. 5C.
  • the modification of the first embodiment of the present invention includes a second strain sensor 56 having the same structure as the strain sensor 41.
  • the strain sensor 41 and the second strain sensor 56 are arranged in parallel so as to sandwich the input member 53.
  • the detection sensitivity of the strain sensor 41 may change depending on the connection position of the input member 53 to the clevis pin 46. Since the clevis pin 46 is supported by the strain sensor 41 and the clevis 47, the magnitude of the stress transmitted from the clevis pin 46 to the strain sensor 41 changes when the connection position of the input member 53 to the clevis pin 46 changes. The closer the connection position of the input member 53 to the clevis pin 46 is to the strain sensor 41, the more easily stress is transmitted to the strain sensor 41, so the detection sensitivity of the strain sensor 41 becomes higher. Conversely, when the connection position of the input member 53 is far from the strain sensor 41, the transmitted stress is reduced. Thus, since the output of the strain sensor 41 differs depending on the connection position of the input member 53 to the clevis pin 46, the detection accuracy of the strain sensor 41 decreases.
  • FIG. 7 shows a strain sensor according to the second embodiment of the present invention.
  • the strain sensor 61 includes a flat plate-shaped strain generating body 43 provided with a connecting portion 42 and a first strain detection provided on the strain generating body 43.
  • An element 62 and a second strain detection element 63 are included.
  • the connecting portion 42 of the flat plate-like strain generating body 43 is formed by providing a through hole in the central portion. By inserting the clevis pin 46 into the connection portion 42, the connection portion 42 is connected to the transmission member 48 including the clevis 47 and the clevis pin 46.
  • An arc-shaped gap 64 is provided near the connection portion 42 of the strain generating body 43, and the first strain detection element 62 is attached between the gap 64 and the connection portion 42.
  • the second strain detection element 63 is provided at a position opposite to the position where the first strain detection element 62 is provided with respect to the connection portion 42.
  • the gap 64 is not limited to a single arc shape as in the first embodiment described with reference to FIGS. 5A to 5C.
  • the strain generating body 43 is provided with a fixing portion 50a and a fixing portion 50b, and a strain generating body is formed on the input member 53 (shown in FIG. 8) by fitting screws (not shown) to the fixing portions 50a and 50b. 43 is fixed.
  • the first strain detection element 62, the second strain detection element 63, and the gap 64 are provided so as to be aligned in a direction orthogonal to the line segment 60 that connects the two fixing portions 50a and 50b.
  • FIG. 8 shows a load detection device 52 using the strain sensor of the second embodiment.
  • connection portion 42 an external force f is applied from the connection portion 42 in the direction of the arrow (left direction) shown in FIG.
  • the connection portion 42, the first strain detection element 62, and the gap 64 are arranged in order along the direction of the external force applied to the connection portion, and the strain sensor 61 is attached to the input member 53.
  • the air gap 49 may be formed by a groove.
  • the distortion in the first strain detection element 44 is smaller than when the gap 49 is formed as a through hole.
  • the distortion 49 is easier to be distorted and the detection sensitivity is improved. Can be improved.
  • the second embodiment The same applies to the second embodiment.
  • the strain sensor of the present invention can be constructed at a low cost by reducing the number of parts of the strain sensor that detects the strain transmitted from the transmission member, and the strain sensor can be downsized. It is useful for detecting the type of stepping load, detecting the cable tension of the vehicle parking brake, detecting the seating surface load of the vehicle seat, and the like.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Measurement Of Force In General (AREA)

Abstract

　本発明は、接続部と固定部とを有する起歪体と、起歪体上に設けられた第１の歪検出素子と、を備える。そして、起歪体は空隙を有し、第１の歪検出素子は、接続部と空隙との間に設けられている。

Description

歪センサと、これを用いた荷重検出装置
　本発明は、車両用ペダル類の踏み込み荷重の検出、車両用パーキングブレーキのケーブル張力の検出、車両用シートの座面荷重の検出等、種々の荷重を検出するための歪センサに関する。
　従来から、起歪体の歪みを検出する歪センサを用いて、車両用ペダル類の踏み込み荷重が検出されていた。
　図９は従来の歪センサの構造を示す断面図である。
　図９に示すように従来の歪センサ１は、互いに同心に配設された起歪体２、固定部材（第１部材）３、変位部材（第２部材）４を有する。起歪体２の下側の外側面には、第１歪抵抗素子（歪検知素子）５が設けられている。そして、第１歪抵抗素子５の一端は回路パターン（図示せず）により電源電極（図示せず）と電気的に接続されている。そして、他端は第２の出力電極（図示せず）に接続されている。また、起歪体２の下側の外側面には、第１歪抵抗素子５と略平行に第２歪抵抗素子（歪検知素子）６が設けられている。第２歪抵抗素子６の一端が回路パターン（図示せず）により電源電極と電気的に接続されている。また、第２歪抵抗素子６の他端は第１の出力電極（図示せず）と電気的に接続されている。
　さらに、起歪体２の上側の外側面には、第３歪抵抗素子（歪検知素子）７が設けられている。そして、第３歪抵抗素子７の一端は回路パターン（図示せず）により第１歪抵抗素子５および第２の出力電極に電気的に接続されている。また、第３歪抵抗素子７の他端はＧＮＤ電極（図示せず）と接続している。
　さらに、起歪体２の上側の外側面には、第３歪抵抗素子７と略平行に第４歪抵抗素子（歪検知素子）８が設けられている。そして、第４歪抵抗素子８の一端は回路パターンにより第２歪抵抗素子６および第１の出力電極と電気的に接続されている。また、第４歪抵抗素子８の他端はＧＮＤ電極と電気的に接続されている。以上のように、フルブリッジ回路が構成されている。
　フェライト系ステンレス製の固定部材（第１部材）３は、円盤形状の取付部９と、取付部９を長手方向の中間部に一体的に備えた軸部１０とで構成されていす。そして取付部９により起歪体２の一端開口部を閉塞した状態で、取付部９の外周部が起歪体２の側縁に嵌合状態で溶接されている。また、固定部材３の軸部１０の一端部は、起歪体２の内側を貫通している。金属製（たとえばフェライト系ステンレス製）の変位部材（第２部材）４は、円環状のワッシャ１１と、ワッシャ１１の一端に固定されたケースとして機能する円筒状の取付部材１２とで構成されている。そして取付部材１２の内側においてワッシャ１１の外周部は起歪体２における他端部の開口縁に溶接により嵌合状態で固定されている。ケースとして機能する円筒状の取付部材１２内には、取付部９、起歪体２、ワッシャ１１が収容されている。
　図９に示す従来の歪センサ１は、起歪体２の軸心Ａと垂直な方向に変位部材４に荷重を加えることにより、起歪体２にせん断力が作用するように構成されている（特許文献１）。
　次に別の歪センサについて図１０を参照しながら説明する。
　図１０は、従来の別の歪センサの上面図である。
　図１０に示すように、歪センサ２１は、絶縁基板２２と、ブリッジ回路で構成されている。そして、ブリッジ回路は、絶縁基板２２の上面に銀からなる電源電極２３、一対の出力電極２４、ＧＮＤ電極２５および４つの歪抵抗素子２６を回路パターン２７により電気的に接続することにより構成されている。
　また、絶縁基板２２の上面には少なくとも一対の温度特性調整抵抗２８が設けられている。温度特性調整抵抗２８の一端は電源電極２３と電気的に接続されているとともに、他端が一対の抵抗値測定電極２９を介して歪抵抗素子２６と電気的に接続されている。また、絶縁基板２２の上面にはフレームＧＮＤ電極３０が設けられる。さらに、フレームＧＮＤ電極３０とＧＮＤ電極２５との間に回路パターン２７を介してコンデンサ３１および静電気放電用抵抗３２が電気的に並列に接続されている。また、絶縁基板２２における回路パターン２７には、回路パターン２７の一部が断線するようにスリット部３３が設けられている。さらに、絶縁基板２２の上面に設けた４つの歪抵抗素子２６が分離され、分離された二対の歪抵抗素子２６のそれぞれの歪抵抗素子２６間が細くなっており、絶縁基板２２の細幅部２２ａが設けられている。
　絶縁基板２２の中央部にせん断荷重が付加されると、このせん断荷重により絶縁基板２２の表面に歪が発生する。そして、絶縁基板２２の上面に設けられた４つの歪抵抗素子２６にも歪が発生する。歪抵抗素子２６に歪が発生すると、歪抵抗素子２６の抵抗値が変化する。よって、歪抵抗素子２６の抵抗値の変化を一対の出力電極２４から外部のコンピュータ（図示せず）に出力し、絶縁基板２２に加わる荷重を測定することができる（特許文献２）。
特許第４２３０５００号公報 特許第３４１９４０８号公報
　しかしながら、特許文献１では、部品点数が多くなり、歪センサが高価になるという課題があった。また、特許文献２では、せん断荷重により歪みを検出しているため、特許文献２の歪センサによりブレーキペダルの荷重を検出しようとした場合、荷重検出装置の大きさが大きくなるという課題があった。
　上記課題を解決するために本発明の歪センサの一態様は、接続部と固定部とを有する起歪体と、起歪体上に設けられた第１の歪検出素子と、を備える。そして、起歪体は空隙を有し、第１の歪検出素子は、接続部と空隙との間に設けられている。
　また、本発明の歪センサの別の一態様は、接続部と固定部とを有する起歪体と、起歪体上に設けられた第１の歪検出素子と、を備える。そして、接続部と固定部との間に第１の歪検出素子が設けられ、固定部は、接続部に対して、接続部にかかる外力の方向に位置し、歪検出素子は、接続部と固定部との間に生じる圧縮応力を検出する。
　上記構成により本発明は、部品点数が少なく安価に構成でき、また、ブレーキシステムを小型化することが可能である。
図１は、本発明の実施の形態１の歪センサの正面図である。 図２は、本発明の実施の形態１の歪センサの斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態１の荷重検出装置の側面図である。 図４は、本発明の実施の形態１の歪センサの起歪体の様子を示す図である。 図５Ａは、本発明の実施の形態１の別の歪センサの正面図である。 図５Ｂは、本発明の実施の形態１の別の歪センサの正面図である。 図５Ｃは、本発明の実施の形態１の別の歪センサの正面図である。 図６は、本発明の実施の形態１の荷重検出装置の変形例を示す図である。 図７は、本発明の実施の形態２の歪センサの正面図である。 図８は、本発明の実施の形態２の荷重検出装置の側面図である。 図９は、従来の歪センサを示す図である。 図１０は、従来の歪センサを示す図である。
　（実施の形態１）
　以下に、本発明の実施の形態１の歪センサについて図面を参照しながら説明する。
　図１は本発明の実施の形態１の歪センサの正面図であり、図２は本発明の実施の形態１の歪センサの斜視図である。
　図１、図２に示すように本発明の実施の形態１の歪センサ４１は、接続部４２が設けられた平板状の起歪体４３と、起歪体４３上に設けられた第１の歪検出素子４４と、起歪体４３上に設けられた第２の歪検出素子４５とで構成されている。平板状の起歪体４３の接続部４２は中央部に貫通孔を設けることにより形成されている。接続部４２にクレビスピン４６が挿入されることで、接続部４２がクレビス４７とクレビスピン４６からなる伝達部材４８に接続されている。起歪体４３の接続部４２の近くに貫通孔で円弧形状の空隙４９が設けられており、第１の歪検出素子４４は空隙４９と接続部４２との間に設けられている。
　起歪体４３の接続部４２に対し、第１の歪検出素子４４が設けられている位置とは反対側の位置には、第２の歪検出素子４５が設けられている。また、起歪体４３には第１の固定部５０ａ、第２の固定部５０ｂが設けられており、固定部５０ａ、５０ｂにねじ５１（図３に示す）を嵌めることでクレビス４７に起歪体４３が固定されている。なお、起歪体４３の形状は図１に示す菱形の角を丸くした形状に限らず、例えば、矩形や円形のような形状でも良い。
　つまり、本実施の形態の歪センサ４１は、接続部４２と固定部５０ａとを有する起歪体４３と、起歪体４３上に設けられた第１の歪検出素子４４と、を備える。そして、起歪体４３は空隙４９を有し、第１の歪検出素子４４は、接続部４２と空隙４９との間に設けられている。
　次に、歪センサ４１の製造方法について説明する。
　まず、ステンレスからなる平板（図示せず）をプレスして空隙４９を形成する。そして、この平板にガラスペースト（図示せず）を印刷した後、約５５０℃で約１０分間焼成して起歪体４３を形成する。
　次に、起歪体４３の一方の面に銀のペースト（図示せず）を印刷し、約５５０℃で約１０分間焼成することにより、起歪体４３の一方の面に電源電極（図示せず）、出力電極（図示せず）、ＧＮＤ電極（図示せず）、回路パターンを形成する。
　次に、起歪体４３の一方の面に抵抗ペースト（図示せず）を印刷した後、約５５０℃で約１０分間焼成することにより、第１の歪検出素子４４を形成する。
　以上のように形成される本発明の実施の形態１の歪センサ４１の検出方法を説明する。
　図３は、本発明の実施の形態１の歪センサ４１を用いた荷重検出装置の側面図である。図３の荷重検出装置５２のペダルアームからなる入力部材５３に踏力Ｆが加えられると、入力部材５３を介して踏力Ｆがクレビスピン４６に伝達され、クレビスピン４６からクレビス４７を介してオペロッド５４に踏力Ｆが伝達される。
　クレビスピン４６からクレビス４７に外力ｆが伝達される。同時に、歪センサ４１の接続部４２がクレビスピン４６に押されることによって歪センサ４１に応力がかかる。このとき、固定部５０ａ、５０ｂがクレビス４７にねじ止めされることで、クレビス４７に起歪体４３が固定されている。よって、接続部４２と第１の固定部５０ａとの間に、圧縮応力が加わり、第１の歪検出素子４４に歪みが生じる。これにより第１の歪検出素子４４の抵抗が変化し、第１の歪検出素子４４の抵抗変化を測定することで、接続部４２と固定部５０ａとの間に生じる圧縮応力を検出できる。つまり、第１の歪検出素子４４の抵抗変化を測定することで、荷重検出装置５２に加えられた踏力Ｆを測定することが可能になる。
　本発明の実施の形態１の歪センサ４１に外力ｆが加わったときの起歪体４３の様子を図４に示す。接続部４２と固定部５０ａを結ぶ方向をＸ軸とし、Ｘ軸に垂直な方向をＹ軸として示している。図４に示すように、踏力Ｆがクレビスピン４６に接続される接続部４２を介して外力ｆとして起歪体４３に伝達されると、接続部４２と空隙４９の間の領域５５が歪む。第１の歪検出素子４４が設けられている位置よりもＸ軸の正の方向側（第１の歪検出素子４４の右側）を歪みやすくすることで、第１の歪検出素子４４が設けられた場所が歪みやすくなる。空隙４９を設けていることにより、領域５５が歪みやすくなり、歪センサ４１の検出感度を向上させることができる。
　つまり、接続部４２にかかる外力ｆの方向に沿って、接続部４２、第１の歪検出素子４４、空隙４９が順に配置されている。
　なお、外力は図４では右方向の矢印で示しているが、実際には、入力部材５３（図３に示す）に踏力Ｆが荷重されるのに伴って、入力部材５３は接続部４２を中心に反時計回りに回動する。よって、接続部にかかる外力ｆの方向は、入力部材５３の回動に伴い、少しずつ、反時計回りに変化する。
　また、より好ましくは、接続部４２と固定部５０ａと間の真ん中より接続部４２に近い位置に空隙４９を設ける。この構成により、接続部４２と固定部５０ａとの間に応力が加わったときに変形しやすくなる。よって、第１の歪検出素子４４に生じる歪みが大きくなるため、歪センサ４１への外力の検出感度を向上させることができる。特に、空隙４９を接続部４２近傍に設けると効果的である。
　また、本発明の実施の形態１の歪センサ４１では、第１の歪検出素子４４と、第２の歪検出素子４５を用い、第１の歪検出素子４４の抵抗変化と第２の歪検出素子４５の抵抗変化との差分を取ることで歪センサ４１に加わった応力を検出している。よって、周囲の環境の温度が変化し、第１の歪検出素子４４の温度特性が変化した場合でも、第２の歪検出素子４５の出力との差分を取って応力を測定しているため、周囲の温度変化による影響を低減することができる。
　つまり、本実施の形態の歪センサ４１は、より好ましくは、起歪体４３上に設けられた第２の歪検出素子４５を有する。第２の歪検出素子４５は、接続部４２に対し、第１の歪検出素子４４が設けられている位置とは反対側の位置に設けられている。
　以上の説明からも明らかなように、本発明の実施の形態１の歪センサ４１は、起歪体４３に圧縮応力が生じるように伝達部材４８であるクレビスピン４６に取り付けられ、起歪体４３に生じた圧縮応力を検出することができる。よって、少ない部品で歪センサ４１を構成することができ、安価な歪センサを提供できる。
　また、クレビス４７の内側にクレビス４７に沿うように取り付けることが可能であるので、荷重検出装置５２を小型化できている。
　なお、本発明の実施の形態１の歪センサ４１において、空隙４９は円弧形状に形成されているが、この限りではない。空隙４９が第１の歪検出素子４４を覆うように設けられていれば良い。
　次に、歪センサ４１の起歪体４３の別の形状について、図５Ａ～図５Ｃを参照しながら説明する。
　空隙４９は必ずしも円弧形状である必要はない。例えば、図５Ａに示すような矩形であってもよい。円弧形状や矩形以外の形状であっても、接続部４２と固定部５０ａとの間に圧縮応力が加わったときに、起歪体４３が歪みやすくなり、歪みを検出することができればよい。
　なお、円弧形状とした場合、より起歪体４３が、第１の歪検出素子４４を覆うように空隙４９を設けやすいため、第１の歪検出素子４４が設けられている部分全体が歪みやすくなり、より好ましい。
　さらに、接続部４２の中心と固定部５０ａの中心とを結ぶ線分に対し、直交する方向まで、空隙４９が設けられていると、起歪体４３に応力が加わったときに第１の歪検出素子４４が設けられた部分全体が歪みやすくなるため、歪センサ４１の感度を向上させることができ、より好ましい。
　また、本発明の実施の形態１の歪センサ４１において、空隙４９は第１の歪検出素子４４側にのみ設けられているが、図５Ｂに示すように、第２の歪検出素子４５側にも設けられていても良い。この構成により、接続部４２に外力ｆが加わったときの第２の歪検出素子４５の抵抗値が変化しやすくなるため、検出精度を向上させることができる。
　なお、第１の歪検出素子４４が接続部４２と固定部５０ａとの間に生じる歪（圧縮応力）を検出することができれば、図５Ｃに示すように、必ずしも空隙４９を設ける必要はない。
　（実施の形態１の変形例）
　次に、図６を参照しながら、本発明の実施の形態１の荷重検出装置の変形例について説明する。
　図６に示すように、本発明の実施の形態１の変形例では、歪センサ４１と同様の構造の第２の歪センサ５６を有する。歪センサ４１と第２の歪センサ５６は、入力部材５３を挟むように、平行に配置されている。
　クレビスピン４６に取り付けられた入力部材５３と歪センサ４１との間が離れている場合、入力部材５３のクレビスピン４６に対する接続位置によって歪センサ４１の検出感度が変わる恐れがある。クレビスピン４６は、歪センサ４１と、クレビス４７によって支持されているため、入力部材５３のクレビスピン４６に対する接続位置が変わることによって、クレビスピン４６から歪センサ４１に伝達される応力の大きさが変化する。入力部材５３のクレビスピン４６への接続位置が歪センサ４１に近いほど、歪センサ４１に応力が伝達されやすいため、歪センサ４１の検出感度が高くなる。逆に、入力部材５３の接続位置が歪センサ４１から遠い位置になると、伝達される応力が小さくなる。このように、入力部材５３のクレビスピン４６への接続位置に応じて歪センサ４１の出力が異なるため、歪センサ４１の検出精度が低下する。
　そこで、図６に示すように、入力部材５３を挟むように、歪センサ４１と同様の構造の第２の歪センサ５６を用い、歪センサ４１と第２の歪センサ５６とで測定された歪を加算して起歪体４３に生じた歪みを検出することで、入力部材５３の位置がずれた場合でも、歪センサ４１で測定される歪みの大きさを一定にすることができる。図６に示す構造では、歪センサ４１の検出精度をより向上させることができる。
　（実施の形態２）
　次に、本発明の実施の形態２について、図面を参照しながら説明をする。
　なお、本発明の実施の形態２の荷重検出装置および、歪センサのうち、実施の形態１と同様の構成については実施の形態１と同様の符号を付して、説明を省略する。
　図７は本発明の実施の形態２の歪センサを示している。
　図７に示すように、本発明の実施の形態２の歪センサ６１は、接続部４２が設けられた平板状の起歪体４３と、起歪体４３上に設けられた第１の歪検出素子６２と、第２の歪検出素子６３とで構成されている。平板状の起歪体４３の接続部４２は中央部に貫通孔を設けることにより形成されている。接続部４２にクレビスピン４６が挿入されることで、接続部４２が、クレビス４７とクレビスピン４６からなる伝達部材４８に接続されている。起歪体４３の接続部４２の近くに円弧形状の空隙６４が設けられており、第１の歪検出素子６２は空隙６４と接続部４２との間に取り付けられている。第２の歪検出素子６３は、接続部４２に対し、第１の歪検出素子６２が設けられている位置とは反対側の位置に設けられている。なお、実施の形態２についても、図５Ａ～図５Ｃを参照しながら説明した実施の形態１と同様に、空隙６４は1つの円弧形状に限定されない。
　また、起歪体４３には固定部５０ａ、固定部５０ｂが設けられており、固定部５０ａ、５０ｂにねじ（図示せず）を嵌めることで入力部材５３（図８に示す）に起歪体４３が固定されている。第１の歪検出素子６２、第２の歪検出素子６３、空隙６４は２つの固定部５０ａ、５０ｂを結ぶ線分６０と直交する方向に並ぶように設けられている。
　図８は実施の形態２の歪センサを用いた荷重検出装置５２を示している。
　図８に示すように、本発明の実施の形態２の荷重検出装置５２のペダルアームからなる入力部材５３に踏力が加えられると、入力部材５３を介して踏力Ｆがクレビスピン４６に伝達され、クレビスピン４６からクレビス４７を介してオペロッド５４に踏力Ｆが伝達される。
　この時、起歪体４３においては、接続部４２から図８に示す矢印の方向（左方向）に向かって外力ｆがかかる。本実施の形態では、接続部にかかる外力の方向に沿って、接続部４２、第１の歪検出素子６２、空隙６４が順に並んでおり、歪センサ６１が入力部材５３に取り付けられている。
　以上のような構成により、入力部材５３のクレビスピン４６に対する接続位置がずれた場合でも、入力部材５３から歪センサ６１に伝達される応力の大きさが変わることがないため、歪センサ６１のみで安定して踏力を検出することができる。このため、精度よく、踏力Ｆを検出することができる。
　なお、上述した本発明の実施の形態１では、空隙４９が貫通孔で形成されている例で説明したが、必ずしもそれに限定されない。空隙４９を溝によって形成しても良い。空隙４９を溝で形成した場合、貫通孔で形成した場合に比べ、第１の歪検出素子４４における歪み方は小さくなるが、空隙４９を設けていない場合に比べれば、歪みやすく、検出感度を向上させることができる。なお、実施の形態２についても同様である。
　本発明の歪センサは、伝達部材から伝達される歪みを検出する歪センサの部品点数を少なくして安価に構成することができ、また、歪センサを小型化することができるため、車両用ペダル類の踏み込み荷重の検出、車両用パーキングブレーキのケーブル張力の検出、車両用シートの座面荷重の検出等に有用である。
　４１，６１　歪センサ
　４２　接続部
　４３　起歪体
　４４，６２　第１の歪検出素子
　４５，６３　第２の歪検出素子
　４６　クレビスピン
　４７　クレビス
　４８　伝達部材
　４９，６４　空隙
　５０ａ，５０ｂ　固定部
　５１　ねじ
　５２，６５　荷重検出装置
　５３　入力部材
　５４　オペロッド
　５５　領域
　５６　第２の歪センサ
　６０　線分

Claims (7)

  1. 　接続部と固定部とを有する起歪体と、
    　前記起歪体上に設けられた第１の歪検出素子と、
    を備え、
    　前記起歪体は空隙を有し、
    　前記第１の歪検出素子は、前記接続部と前記空隙との間に設けられている、
    歪センサ。
  2. 　前記接続部にかかる外力の方向に沿って、前記接続部、前記第１の歪検出素子、前記空隙が順に配置されている、
    請求項１に記載の歪センサ。
  3. 　前記起歪体上に設けられた第２の歪検出素子を更に備え、
    　前記第２の歪検出素子は、前記接続部に対し、前記第１の歪検出素子が設けられている位置とは反対側の位置に設けられている請求項１に記載の歪センサ。
  4. 　請求項１に記載された歪センサと、
    　外力が加えられる入力部材と、
    　前記入力部材と接続され、前記外力を伝達する伝達部材と、
    を備え、
    　前記歪センサは、前記入力部材から前記伝達部材に伝達される前記外力が加わるように、前記伝達部材と接続されている荷重検出装置。
  5. 　第２の歪センサを更に備え、
    　前記第２の歪センサは、前記入力部材に対し、前記歪センサが設けられている位置とは反対側に位置し、前記入力部材に接続されている請求項４に記載の荷重検出装置。
  6. 　請求項１に記載された歪センサと、
    　外力が加えられる入力部材と、
    　前記入力部材と接続され、前記外力を伝達する伝達部材と、
    を備え、
    　前記歪センサは、前記入力部材と接続されている荷重検出装置。
  7. 　接続部と固定部とを有する起歪体と、
    　前記起歪体上に設けられた第１の歪検出素子と、
    を備え、
    　前記接続部と前記固定部との間に前記第１の歪検出素子が設けられ、
    　前記固定部は、前記接続部に対して、前記接続部にかかる外力の方向に位置し、
    　前記歪検出素子は、前記接続部と前記固定部との間に生じる圧縮応力を検出する歪センサ。
PCT/JP2015/000708 2014-03-28 2015-02-17 歪センサと、これを用いた荷重検出装置 WO2015145949A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016509940A JPWO2015145949A1 (ja) 2014-03-28 2015-02-17 歪センサと、これを用いた荷重検出装置
EP15768253.5A EP3124931A4 (en) 2014-03-28 2015-02-17 Strain sensor, and load detection device using same
US15/128,075 US9885624B2 (en) 2014-03-28 2015-02-17 Strain sensor, and load detection device using same

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014068354 2014-03-28
JP2014-068354 2014-03-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015145949A1 true WO2015145949A1 (ja) 2015-10-01

Family

ID=54194511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/000708 WO2015145949A1 (ja) 2014-03-28 2015-02-17 歪センサと、これを用いた荷重検出装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9885624B2 (ja)
EP (1) EP3124931A4 (ja)
JP (1) JPWO2015145949A1 (ja)
WO (1) WO2015145949A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200117084A (ko) * 2019-04-02 2020-10-14 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서 및 표시장치
DE102019206234A1 (de) * 2019-04-30 2020-11-05 Zf Friedrichshafen Ag Bewegungssensorik für ein Fahrzeug basierend auf einem elektroaktiven Verbundmaterial
CN114343897B (zh) * 2021-12-30 2024-05-24 广州星际悦动股份有限公司 冲牙器、喷头以及基于牙缝检测的冲牙器泵液控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6033625U (ja) * 1984-07-04 1985-03-07 大和製衡株式会社 荷重検出装置
US20040007357A1 (en) * 2002-07-12 2004-01-15 Gabler Kate Irene Stabba Drilling mechanics load cell sensor
JP2009063494A (ja) * 2007-09-07 2009-03-26 Aisin Seiki Co Ltd 変位検出装置
JP2011247702A (ja) * 2010-05-25 2011-12-08 Toyoda Iron Works Co Ltd 車両用操作ペダル装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3419408B2 (ja) 2002-11-05 2003-06-23 松下電器産業株式会社 歪検出装置
JP2005132216A (ja) * 2003-10-30 2005-05-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 踏力センサとそれを用いたペダル踏力検出装置
JP4230500B2 (ja) 2006-09-07 2009-02-25 豊田鉄工株式会社 荷重検出装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6033625U (ja) * 1984-07-04 1985-03-07 大和製衡株式会社 荷重検出装置
US20040007357A1 (en) * 2002-07-12 2004-01-15 Gabler Kate Irene Stabba Drilling mechanics load cell sensor
JP2009063494A (ja) * 2007-09-07 2009-03-26 Aisin Seiki Co Ltd 変位検出装置
JP2011247702A (ja) * 2010-05-25 2011-12-08 Toyoda Iron Works Co Ltd 車両用操作ペダル装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3124931A4 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3124931A4 (en) 2017-03-08
US9885624B2 (en) 2018-02-06
US20170102282A1 (en) 2017-04-13
EP3124931A1 (en) 2017-02-01
JPWO2015145949A1 (ja) 2017-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4230500B2 (ja) 荷重検出装置
JP5443266B2 (ja) 車両用操作ペダル装置
WO2015145949A1 (ja) 歪センサと、これを用いた荷重検出装置
WO2015198525A1 (ja) 歪センサと、これを用いた荷重検出装置
US20080229841A1 (en) Strain Sensor
JP5003430B2 (ja) 車両用シート荷重検出装置
WO2015155956A1 (ja) 歪センサおよびそれを用いた荷重検出装置
JP2015152384A (ja) トルクセンサと、トルクセンサを用いたトルク検出装置
US7481123B2 (en) Load and load direction detecting apparatus
JP5442945B2 (ja) 荷重および荷重方向検出装置
JP2016090378A (ja) 歪センサおよびこの歪センサを用いた荷重検出装置
JP4475134B2 (ja) 荷重検出装置
JP2017130073A (ja) 操作量検出装置
JP5195231B2 (ja) 荷重検出装置
WO2016125411A1 (ja) センサ装置
JP2011021968A (ja) シート重量測定装置
JPH06213734A (ja) 荷重検出装置
JP2007155576A (ja) トルクセンサ
JP2008170296A (ja) 歪検出装置
JP2000214014A (ja) ブレ―キ装置
JP2006292707A (ja) トルク検出装置
JP2010091452A (ja) 重量センサ
JP2018179772A (ja) 面圧センサ
JP2007139440A (ja) 荷重センサ
JP2010091453A (ja) 重量センサ

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15768253

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016509940

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2015768253

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 15128075

Country of ref document: US

Ref document number: 2015768253

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE