WO2015155956A1 - 歪センサおよびそれを用いた荷重検出装置 - Google Patents

歪センサおよびそれを用いた荷重検出装置 Download PDF

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WO2015155956A1
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strain sensor
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fixing portion
detection element
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孝昭 小川
野村 和宏
正彦 大林
敦雄 竹川
康一 油田
公志 鍋谷
耕一郎 中島
本房 敏治
慎平 織田
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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    • G01L1/2287Measuring 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 constructional details of the strain gauges
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    • G01L1/2206Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports
    • G01L1/2231Special supports with preselected places to mount the resistance strain gauges; Mounting of supports the supports being disc- or ring-shaped, adapted for measuring a force along a single direction
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    • G01L1/225Measuring circuits therefor
    • G01L1/2262Measuring circuits therefor involving simple electrical bridges

Definitions

  • the present invention relates to a strain sensor that measures strain generated in a strain generating body when a load is applied and detects the magnitude of the load, and a load detection device using the strain sensor.
  • FIG. 18 is a perspective view of a conventional strain sensor 1.
  • FIG. 19 is an enlarged view of the outer peripheral surface of the strain body 2 of the strain sensor 1.
  • the strain sensor 1 includes a strain generating body 2 and first to fourth resistance elements (hereinafter referred to as resistance elements) 3A, 3B, 3C, and 3D.
  • the strain body 2 is distorted by a load.
  • the resistance elements 3A, 3B, 3C, and 3D are disposed on the outer peripheral surface of the strain generating body 2.
  • the resistance values of the resistance elements 3A, 3B, 3C, and 3D change according to the amount of strain.
  • a signal processing circuit (not shown) for detecting the strain amount of the strain generating body 2 is connected to the resistance elements 3A, 3B, 3C, and 3D.
  • the strain body 2 has a cylindrical shape having a cavity (not shown) in the axial direction, and a screw portion 4 is disposed in the axial direction of the strain body 2 so as to sandwich the strain body 2.
  • the strain body 2 and the screw portion 4 are joined and integrated by welding.
  • a first output electrode (hereinafter referred to as an output electrode) 5A and a second output electrode (hereinafter referred to as an output electrode) 5B facing each other are disposed on the circumferential surface of the strain body 2.
  • a power supply electrode 6 and a ground electrode 7 are provided between the output electrodes 5A and 5B. Each of these electrodes is connected to the pad electrode 8.
  • the output electrodes 5A and 5B, the power supply electrode 6, and the ground electrode 7 are linear Ag electrodes formed by baking silver.
  • the output electrodes 5A and 5B are opposed to the strain generating body 2 in the axial direction.
  • the power supply electrode 6 and the ground electrode 7 are arranged on substantially the same straight line.
  • the power supply electrode 6 and the ground electrode 7 are disposed substantially parallel to the output electrodes 5A and 5B.
  • the resistive element 3A is formed so as to connect the ground electrode 7 and the output electrode 5A
  • the resistive element 3B is formed so as to connect the ground electrode 7 and the output electrode 5B
  • the resistance element 3C is formed so as to connect the power supply electrode 6 and the output electrode 5A
  • the resistance element 3D is formed so as to connect the power supply electrode 6 and the output electrode 5B.
  • Resistive elements 3A, 3B, 3C, and 3D have a portion 10 between output electrode 5A and output electrode 5B, and output electrodes 5A and 5B, except for portion 90 where power supply electrode 6 and ground electrode 7 face each other.
  • the power electrode 6 and the ground electrode 7 are covered with a strain resistor (for example, Patent Document 1).
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of another conventional strain sensor 11, and FIG. 21 is a partially enlarged view of the strain sensor 11.
  • the strain sensor 11 includes a strain generating body 12 configured in a cylindrical shape by precipitation hardening stainless steel.
  • a power electrode made of Ag, a first output electrode, a second output electrode, and a ground (GND) electrode (all not shown) are provided on the outer surface of the strain generating body 12 so as to be close to each other. Yes.
  • a second lower strain detection element (hereinafter, detection element) 14 electrically connected to the second output electrode is provided on the side opposite to the detection element 13.
  • a first upper strain detecting element (hereinafter referred to as a detecting element) 350 electrically connected to the detecting element 13 and the first output electrode is provided on the upper outer surface of the strain generating body 12 above the detecting element 13. It has been.
  • a second upper strain detecting element (hereinafter referred to as “the second upper strain detecting element”) electrically connected to the detecting element 14 and the second output electrode.
  • Detection element) 16 is provided.
  • the detection elements 13, 14, 350, and 16 constitute a bridge circuit.
  • an extension portion 17 is provided inside the cylindrical strain body 12, and a column portion 18 is provided on the distal end side of the extension portion 17.
  • An upper mounting portion (not shown) is provided at the upper end of the strain body 12 with a gap 19 therebetween.
  • the lower attachment portion (not shown) supports a column portion 18 provided at the tip of the extension portion 17 in the strain body 12.
  • the upper attachment portion and the lower attachment portion constitute a support member (not shown).
  • a metal pressing member 21 formed of a shaft is fixed to the inner surface of the upper end side of the strain body 12 and is configured to move in the longitudinal direction of the strain body 12.
  • a gap 20 is provided between the upper mounting portion and the pressing member 21, and the upper mounting portion serves as a stopper.
  • the resin case 22 has a caulking portion 23, and the lower attachment portion of the support member is fixed to the case 22 by caulking the tip of the caulking portion 23.
  • the case 22 is provided with a circuit board 24 made of glass epoxy, and the circuit board 24 is electrically connected to the power supply electrode, the first output electrode, the second output electrode, and the GND electrode in the strain generating body 12. ing. Further, the circuit board 24 is provided with a processing circuit 25 constituted by an integrated circuit (IC). The processing circuit 25 includes a first lower strain detection element 13, a second lower strain detection element 14, a first upper strain detection element 350, a second upper strain detection element 16, and a circuit pattern 18 in the strain body 12. The output signal of the bridge circuit is processed.
  • the case 22 is provided with a connector portion 27 having connector terminals 26. The connector terminal 26 is electrically connected to the circuit board 24 and outputs an output signal to the outside (for example, Patent Document 2).
  • the present invention provides a strain sensor that obtains a large output signal, reduces the influence of the axial force generated in the strain sensor, and improves the strain detection accuracy.
  • the strain sensor of the present invention includes a cylindrical strain generating body extending along the axial direction, a first fixing portion, a second fixing portion, and a strain detecting element.
  • the first fixing portion is connected to the strain body at the first connection portion, and extends in the axial direction from the opening at the first end of the strain body.
  • the first fixing portion has a first engaging portion that is fixed to the detection target.
  • the second fixing portion is connected to the strain generating body at the second connecting portion, and a gap is sandwiched between the strain generating body and the opening from the second end of the strain generating body in a direction opposite to the first fixing portion. It is extended.
  • the second fixing portion has a second engaging portion that is fixed to the detection object.
  • the strain detecting element is provided on the outer peripheral surface of the strain generating body. The strain detection element is arranged such that the center of the strain detection element is located on the side where the second fixing portion is located rather than the center of the gap with respect to the axial direction.
  • the axial force when the strain sensor is attached to the detection target can be reduced, and the detection accuracy of the strain sensor can be improved.
  • Sectional drawing of the strain sensor in Embodiment 1 of this invention 1 is a developed view of the outer peripheral surface of the strain generating body of the strain sensor shown in FIG.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of a strain detecting element provided in the strain generating body shown in FIG.
  • Sectional drawing of the strain sensor in Embodiment 2 of this invention The elements on larger scale which show the state which the distortion sensor shown in FIG. 6 deform
  • strain sensors according to various embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
  • components having the same configurations as those of the preceding embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description may be omitted.
  • the configuration unique to each embodiment may be combined with the configuration of other embodiments without departing from the spirit of the invention.
  • FIG. 1 is a side sectional view of a strain sensor 31 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a development view of the outer peripheral surface of the strain body 32 of the strain sensor 31.
  • the strain sensor 31 includes a cylindrical strain generating body 32 extending along the direction of the shaft 34, a first fixing portion 35, a second fixing portion 37, and a strain detecting element 125.
  • the first fixing portion 35 is connected to the inside of the strain body 32 at the first connection portion 33, and extends in the direction of the shaft 34 from the opening at the first end of the strain body 32.
  • the first fixing portion 35 has a first engaging portion 127 that is fixed to a detected body (not shown).
  • the second fixing portion 37 is connected to the inside of the strain generating body 32 at the second connecting portion 36, and the strain generating body 32 is formed in the direction opposite to the first fixing portion 35 from the opening at the second end of the strain generating body 32. With a gap 43 between them.
  • the second fixing portion 37 has a second engaging portion 126 that is fixed to the detection target.
  • the strain detection element 125 is provided on the outer peripheral surface of the strain body 32.
  • the first engagement portion 127 and the second engagement portion 126 are constituted by screws. By tightening the first engaging portion 127 and the second engaging portion 126 to the detected body so that the washer (not shown) is in contact with the first surface 38 and the second surface 40, the strain sensor 31 is Fixed to the object to be detected.
  • extension part 42 extends from the second connection part 36 in the same direction as the direction in which the second fixing part 37 extends. This will be described later.
  • the first fixed portion 35 has a first thick portion 39 that protrudes in a direction orthogonal to the direction of the shaft 34
  • the second fixed portion 37 is a second thick wall that protrudes in a direction orthogonal to the direction of the shaft 34.
  • Part 41 is provided.
  • the first thick portion 39 has a first surface 38 orthogonal to the direction of the shaft 34 near the first engagement portion 127, and the second thick portion 41 is close to the second engagement portion 126.
  • the second surface 40 is orthogonal to the direction of 34.
  • the strain detection element 125 is disposed in a position closer to the second fixing portion 37 than the center of the gap 43 in the direction of the axis 34. That is, the strain detection element 125 is arranged so that the center of the strain detection element 125 is located on the side where the second fixing portion 37 is located with respect to the center of the gap 43 in the direction of the axis 34.
  • the strain detection element 125 includes a first strain resistance pattern 48, a second strain resistance pattern 49, a third strain resistance pattern 50, and a fourth strain resistance pattern 51.
  • the patterns 48 to 51 are referred to.
  • the pattern 48 is connected between the power supply electrode 46 and the first output electrode 44, and the pattern 49 is connected between the ground electrode 47 and the first output electrode 44.
  • the pattern 50 is connected between the power supply electrode 46 and the second output electrode 45, and the pattern 51 is connected between the ground electrode 47 and the second output electrode 45.
  • the pattern 48 and the pattern 50 are arranged closer to the first fixed portion 35 than the pattern 49 and the pattern 51.
  • the strain detection element 125 and the circuit pattern constitute a full bridge circuit shown in FIG.
  • the strain body 32 is made of a metal such as stainless steel. First, after printing a glass paste on the outer peripheral surface of the strain generating body 32, the strain generating body 32 is baked at about 550 ° C. for about 10 minutes, thereby forming an insulating coating (not shown). Next, a silver paste is printed on the insulating film, and the strain body 32 is baked at about 550 ° C. for about 10 minutes, thereby forming a circuit pattern. Further, a resistance paste is printed on the insulating film, and the strain body 32 is baked at about 550 ° C. for about 10 minutes, whereby patterns 48 to 50 are formed.
  • the first fixing part 35 and the second fixing part 37 may be formed by welding and joining to the cylindrical strain body 32 or by processing members made of the same material.
  • a strain resistance type strain sensor 31 that detects a strain amount of the strain generating body 32 by a change in resistance value will be described.
  • a method in which the capacity changes may be used. This also applies to Embodiments 2 and 3 described later.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view showing deformation of the strain sensor 31 when a load is applied to the strain body 32.
  • a load that pushes the strain generating body 32 in the direction of the shaft 34 is applied to the strain sensor 31 connected to the detection target body via the first fixing portion 35 or the second fixing portion 37.
  • the strain body 32 is deformed by this load.
  • a shear load f is applied to the second fixed portion 37. Due to the shear load f, a moment force acts on the outer surface of the strain body 32, and tensile stress is applied to the strain body 32 between the first connection portion 33 and the second connection portion 36. As a result, at the portion between the first connection portion 33 and the second connection portion 36, the strain generating body 32 is deformed so as to be displaced outward, and the extending portion 42 is deformed so as to be displaced inward.
  • the magnitude of the load F can be measured by detecting the strain generated in the strain generating body 32 by applying the load F.
  • the strain generating body 32 is also deformed when the strain sensor 31 is attached to the detected body by the first fixing portion 35 and the second fixing portion 37 via the washer.
  • a force pulling in the opposite direction along the direction of the shaft 34 is applied from the first fixing portion 35 and the second fixing portion 37 to the strain generating body 32. That is, a force (hereinafter described as an axial force) that extends in the vertical direction in FIG.
  • the horizontal axis in FIG. 5 indicates the position of the strain generating body 32 in the direction of the axis 34 of the strain generating body 32 with the tip of the extending portion 42 being 0.0 mm.
  • the vertical axis indicates the magnitude of the distortion generated on the outer peripheral surface of the strain generating body 32, and is normalized by assuming that the value of the position (about 4.1 mm) at which the absolute value of the distortion magnitude is maximum is 1. In the vertical axis, the positive side indicates tensile stress, and the negative side indicates compressive stress.
  • FIG. 5 shows the measurement results when the strain body 32 having a length from the tip P1 of the extending portion 42 shown in FIG. 1 to the end P2 near the first fixing portion 35 is 5.0 mm. It is.
  • the position 5.0 means the end portion P2.
  • FIG. 5 shows a strain distribution when a load of 1 kN is applied in the direction from the first fixing portion 35 to the shaft 34 as a strain distribution A, and a strain sensor 31 is applied to the detection object via a washer with a force of 10 kN.
  • a strain distribution B is shown as a distribution of strain generated in the strain generating body 32 by the axial force when is fixed.
  • the length of the first connecting portion 33 is 1.2 mm
  • the length of the second connecting portion 36 is 2.0 mm
  • the length of the extending portion 42 is 1.0 mm.
  • the 0.0 mm to 1.0 mm portion is the extension portion 42
  • the 1.0 mm to 3.0 mm portion is the second connection portion 36
  • the 3.0 mm to 3.8 mm portion is the gap 43, 3.8 mm to
  • the 5.0 mm portion is the first connection portion 33.
  • the central part of the pattern 48 and the pattern 50 in the direction of the axis 34 is at a position of 2.6 mm in FIG. 5, and the central part of the pattern 49 and the pattern 51 in the direction of the axis 34 is at a position of 1.6 mm.
  • the washer fastens the strain sensor 31 so as to contact the first surface 38 and the second surface 40. Therefore, an axial force is applied so as to pull the strain body 32 in the direction of the shaft 34 with the first surface 38 and the second surface 40 as a reference. At this time, the closer to the first surface 38 and the second surface 40 where the axial force is applied, the larger the axial force is applied and the strain generating body 32 is greatly distorted.
  • the portion where the air gap 43 is provided is a portion where the air gap 43 is provided because the thickness in the direction orthogonal to the shaft 34 is smaller than the first connection portion 33 and the second connection portion 36. The strain body 32 is easily distorted.
  • the influence (distortion) of the axial force generated when the strain sensor 31 is attached to the detection target is the end portion (4. 1 mm position).
  • the strain is less than half (about ⁇ 0.4) at the intermediate point between the first connection portion 33 and the second connection portion 36 (position of 3.4 mm), and the influence of the axial force becomes closer as the second connection portion 36 is approached. It is reduced and becomes 0 at the end portion (position of 3.0 mm) near the gap 43 of the second connection portion 36.
  • the strain distribution A indicates the strain generated in the strain generating body 32 by applying the compressive load F in the direction from the first fixed portion 35 to the shaft 34 after the strain sensor 31 is attached to the detection target.
  • the distortion is the smallest at the end portion (position of 3.0 mm) near the first connection portion 33.
  • the magnitude of the distortion is about 0.6, which is sufficiently larger than the distortion caused by the axial force. That is, in the vicinity of the end portion of the gap 43 near the first connection portion 33, it is possible to reduce the influence of the axial force and detect the distortion caused by the load with high sensitivity.
  • the strain detecting element 125 at a position closer to the second connecting portion 36 than the middle (3.4 mm) between the first connecting portion 33 and the second connecting portion 36. That is, the strain detection element 125 may be arranged so that the center of the strain detection element 125 is located on the side where the second fixing portion 37 is located with respect to the center of the gap 43 in the direction of the axis 34. As a result, the influence of the axial force is reduced, and a large strain can be detected when a compressive load is applied. Therefore, the detection accuracy of the strain sensor 31 can be improved.
  • the strain detection element 125 in the direction of the shaft 34 so that the center thereof is in the vicinity of the end portion of the second connection portion 36 near the gap 43 (position of 2.9 mm), the influence of the axial force is exerted. Can be set to 0, and the detection accuracy of the strain sensor 31 can be improved.
  • the patterns 48 and 50 of the strain detecting element 125 are provided at the position (2.9 mm position) where the axial force is 0 in the second connection portion 36, and the patterns 49 and 51 are extended portions of the second connection portion 36. It may be provided at a position closer to 42 (position of 1.0 mm to 1.3 mm), that is, on the side opposite to the gap 43. Alternatively, the patterns 49 and 51 may be provided on the extending portion 42 (position of 0.0 mm to 1.0 mm). With these arrangements, tensile stress is applied to the patterns 48 and 50, and compressive stress is applied to the patterns 49 and 51. Therefore, a large detection signal can be obtained and the detection sensitivity of the strain sensor 31 can be improved.
  • the absolute value of the distortion generated when a compressive load is applied at a position near the extending portion 42 of the second connecting portion 36 is maximum (minus minus). Therefore, the detection sensitivity of the strain sensor 31 can be improved by providing the patterns 49 and 51 at this position (position of 1.2 mm).
  • the first surface 38 and the second surface 40 function as a first seat surface and a second seat surface, respectively, when the object to be detected is tightened.
  • the first thick part 39 and the second thick part 41 may be provided on the entire outer peripheral surface of the first fixing part 35 and the second fixing part 37, respectively, or only on a part thereof.
  • the strain detection element 125 at a position where the influence of the axial force generated when the strain sensor 31 is attached to the detection target is small, the detection accuracy of the strain sensor 31 can be improved.
  • a full bridge circuit including the pattern 48, the pattern 49, the pattern 50, and the pattern 51 is configured as the strain detection element 125.
  • the present invention is not limited to this. It is sufficient that the strain generated in the strain generating body 32 can be detected by detecting a resistance change or the like. That is, the patterns 48 to 51 are examples of first to fourth strain detection elements. This also applies to the following second and third embodiments.
  • FIG. 6 is a side sectional view of the strain sensor 120 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the strain sensor 120 includes a strain body 32, a first fixing portion 35, a second fixing portion 37, and a strain detection element 125.
  • the first fixing portion 35 is connected to the inside of the strain body 32 at the first connection portion 33, and extends in the direction of the shaft 34 from the opening at the first end of the strain body 32.
  • the second fixing portion 37 is connected to the inside of the strain generating body 32 at the second connecting portion 36, and the strain generating body 32 is formed in the direction opposite to the first fixing portion 35 from the opening at the second end of the strain generating body 32. With a gap 43 between them.
  • the first fixing portion 35 is joined so as to fill the opening at the first end of the strain body 32
  • the second fixing portion 37 is joined so as to fill the opening at the second end.
  • a gap 43 is provided between the first fixing portion 37 and the second fixing portion 37.
  • the first fixing portion 35 has a first engaging portion 127 fixed to a detected body (not shown), and the second fixing portion 37 has a second engaging portion 126 fixed to the detected body.
  • the strain detection element 125 is provided on the outer peripheral surface of the strain body 32. The above configuration is the same as that of the strain sensor 31 in the first embodiment.
  • the difference between the strain sensor 120 and the strain sensor 31 is that, instead of the first thick portion 39 and the second thick portion 41, the second fixing portion 37 is connected to the second engaging portion 126 and the strain body 32.
  • the receiving portion 128 is provided between the second connecting portion 36 and the second connecting portion 36.
  • the receiving portion 128 is provided on the entire outer peripheral surface of the second fixing portion 37 from the end portion of the second engagement portion 126 near the strain body 32 to the strain body 32.
  • the length L1 of the receiving portion 128 in the radial direction 129 is longer than the length L2 of the second fixing portion 37 in the radial direction 129.
  • an attachment hole (not shown) for attaching the strain sensor 120 is provided in the detection object, and the second engagement portion 126 is screwed to the attachment hole. Fix it.
  • the length L1 is longer than the length L2, so that the strain sensor 120 can be attached to the detected body without the detected body contacting the strain generating body 32. That is, the receiving part 128 has the same effect as the second thick part 41 in the first embodiment.
  • strain detection element 125 The configuration of the strain detection element 125 is as described with reference to FIG. 2 and FIG. The same structure as that of Embodiment Mode 1 can be manufactured in the same manner.
  • FIG. 7 is a partially enlarged view showing a state in which a load (for example, a pedaling force) as an input load is transmitted to the strain body 32 of the strain sensor 120 and the strain sensor 120 is deformed.
  • a load for example, a pedaling force
  • a load is applied to the strain sensor 120 connected to the detection target body in the direction of pushing the strain generating body 32 in the direction of the shaft 34 via the first fixing portion 35 or the second fixing portion 37.
  • the strain body 32 is deformed by this load.
  • a shear load f is applied to the first fixed portion 35. Due to the shear load f, moment force acts on the outer surface of the strain body 32, and tensile stress is applied between the first connection portion 33 and the second connection portion 36 of the strain body 32.
  • the strain body 32 is deformed so as to be displaced outward at a portion between the first connecting portion 33 and the second connecting portion 36 and so that the extending portion 42 is displaced inward. Similar to the first embodiment, the extending portion 42 extends in parallel with the direction of the shaft 34 from the strain body 32 toward the side where the second fixing portion 37 is provided.
  • FIG. 8 is a configuration diagram showing the load detection device 139
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of the load detection device 139 taken along line 9-9.
  • the load detection device 139 includes a pedal arm 140, a clevis pin 141, a clevis 142, a strain sensor 120, and an operating rod 143.
  • a pedaling force which is an example of a load input from the user, is input to the pedal arm 140 which is an input member.
  • the clevis pin 141 is connected to the pedal arm 140 and the clevis 142.
  • the clevis pin 141 and the clevis 142 constitute a connecting member.
  • the operating rod 143 which is a transmission member, is connected to the connection member via the strain sensor 120 and transmits the pedaling force.
  • the clevis 142 and the operating rod 143 are connected by the strain sensor 120.
  • the pedaling force input to the pedal arm 140 is transmitted to the operating rod 143 via the strain sensor 120 by the clevis 142 and the clevis pin 141.
  • the pedaling force Ft transmitted to the operating rod 143 is transmitted to a brake system (not shown), performs a braking operation according to the input pedaling force, and brakes the vehicle.
  • the operating rod 143 and the clevis 142 are provided with mounting holes 144 and 145 for mounting the strain sensor 120, respectively.
  • the second engagement portion 126 is screwed to the attachment hole 144, and the first fixing portion 35 is screwed to the attachment hole 145.
  • an axial force f1 is applied to the second fixing portion 37 in the direction of the shaft 34. Accordingly, a reaction force f2 is applied to the receiving portion 128 that is in contact with the operating rod 143.
  • the strain body 32 When the reaction force f2 is directly transmitted to the strain body 32, the strain body 32 is deformed and the detection accuracy of the strain sensor 120 is lowered. However, the strain sensor 120 is provided with a receiving portion 128. Therefore, the reaction force f ⁇ b> 2 is transmitted from the operating rod 143 to the strain body 32 through the receiving portion 128.
  • the receiving portion 128 has a length L from the surface in contact with the operating rod 143 to the strain body 32. Thereby, the rigidity of the transmission path until the reaction force f2 is transmitted to the strain body 32 is increased, and the strain body 32 is difficult to deform. In particular, if the length L is increased, the effect is increased. Therefore, the influence of the axial force f1 generated when the strain sensor 120 is attached to the operating rod 143 is reduced, and the detection accuracy of the strain sensor 120 is improved.
  • the reaction force f2 transmitted through the receiving portion 128 is directly generated. It is not transmitted to the distorted body 32. Therefore, the influence of the axial force f1 on the strain generating body 32 can be reduced, and the detection accuracy of the strain sensor 120 is improved. If the length L12 is further shortened, the distance between the strain generating body 32 and the receiving portion 128 is increased, and transmission of the axial force f2 to the strain generating body 32 is reduced. Therefore, the influence of the axial force f1 on the strain body 32 can be further reduced.
  • FIG. 10 shows the case where the diameter L12 of the receiving portion 128 is changed in three steps, large, medium, and small, with respect to the strain sensor 120, and the length L from the surface in contact with the operating rod 143 to the strain generating body 32 is changed.
  • the change in the magnitude of distortion when a force of 30 kN is applied as the axial force f1 is shown.
  • the length of the strain generating body 32 in the radial direction 129 is 18 mm
  • the length L11 of the gap 43 in the radial direction 129 is 15.4 mm.
  • the diameter L12 of the receiving portion 128 In the “large” where the diameter L12 of the receiving portion 128 is the largest, the diameter L12 is 16 mm, and the diameter L12 is longer than the length L11. When the diameter L12 of the receiving portion 128 is “medium”, the diameter L12 is 14 mm, and the diameter L12 is shorter than the length L11. In the “small” where the diameter L12 of the receiving portion 128 is the smallest, the diameter L12 is 12 mm, and the diameter L12 is even shorter than the “medium”.
  • the horizontal axis indicates the length L to the strain generating body 32 with reference to the contact surface with the operating rod 143 of the receiving portion 128.
  • the vertical axis indicates the magnitude of the strain of the strain body 32, and the amount of strain generated in the strain body 32 when the diameter of the receiving portion 128 is 14 mm ("medium") and the length L is 1 mm is 1. Standardized.
  • the axial force f1 As shown in FIG. 10, when the diameter of the receiving portion 128 is changed from “large” to “medium” and the diameter L12 of the receiving portion 128 is shorter than the length L11 of the gap 43 in the radial direction 129, the axial force f1 The magnitude of the distortion generated in the strain generating body 32 is reduced by about 60%. That is, in this structure, it can be seen that the reaction force f2 generated by the axial force f1 is not easily transmitted directly to the strain body 32. When the diameter of the receiving portion 128 is further reduced to “small”, the magnitude of distortion is further reduced by about 60% compared to “medium”.
  • the influence of the axial force f1 on the strain body 32 can be reduced.
  • the influence of the axial force f1 on the strain body 32 can be further reduced by further reducing the diameter L12 of the receiving portion 128.
  • the diameter of the receiving portion 128 is “small” and the length L is 6 mm, the magnitude of distortion is almost zero.
  • the length L of the receiving portion 128 is increased, the rigidity of the transmission path from the position where the axial force f1 is applied to the strain generating body 32 is increased, and the influence of the axial force f1 on the strain generating body 32 is reduced. be able to.
  • a screw hole is provided as a mounting hole 145 in the clevis 142, the first fixing portion 35 is screwed to the clevis 142, and the influence of the axial force generated when the clevis 142 is fastened to the strain sensor 120.
  • the nut 146 absorbs this.
  • the nut 146 receives the axial force f1 at a position away from the strain body 32. Therefore, the influence of the axial force f1 on the strain body 32 can be reduced.
  • the distance between the clevis 142 and the strain body 32 can be freely adjusted, and the size of the load detection device 139 can be adjusted. Therefore, it becomes possible to apply to various types of vehicle brake systems.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a load detection device including another strain sensor in the present embodiment.
  • the receiving portion 128 By providing the receiving portion 128 at a position away from the strain generating body 32, the influence of the axial force f1 on the strain generating body 32 can be greatly reduced. Further, by providing the receiving portion 128 at a position separated from the strain generating body 32, a region having a shorter length in the radial direction 129 than the receiving portion 128 is formed between the receiving portion 128 and the strain generating body 32. Therefore, the influence of the axial force f1 on the strain body 32 can be further reduced.
  • the receiving portion 128 is provided on the second fixing portion 37 later by a method such as welding, the position of the receiving portion 128 can be easily adjusted. Therefore, it becomes easy to apply to various brake systems.
  • a projection protruding from the second fixing portion 37 may be provided instead of being provided on the entire outer periphery of the strain generating body 32. Good.
  • a reaction force f2 is generated only in one receiving portion 128, and the axial force f1 is not transmitted to the strain generating body 32 in a well-balanced manner, and the axial force depends on the position of the strain generating body 32. The amount of distortion caused by f1 is biased.
  • the axial force f1 receiving part 128 can be received in a well-balanced manner. Therefore, the detection accuracy of the strain sensor 120 is further improved.
  • the plurality of receiving portions 128 are not provided, but provided so as to surround the outer periphery of the second fixed portion 37, the entire receiving portion 128 can receive the axial force f ⁇ b> 1. Therefore, the detection accuracy of the strain sensor 120 is further improved.
  • the load detection device 139 for the brake system has been described. However, if the load detection device 139 detects the load applied in the direction from the first fixed portion 35 to the shaft 34, for example, the weight applied to the vehicle seat. It can also be applied to detection of the above. Note that the same effect can be obtained by using the strain sensor 31 of the first embodiment instead of the strain sensor 120.
  • FIG. 12 is a side sectional view of the strain sensor 221 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the strain sensor 221 includes a strain body 32, a first fixing portion 35, a second fixing portion 37, and a first strain resistance pattern 48 to a fourth strain resistance pattern 51. Similar to the first and second embodiments, the first strain resistance pattern 48 to the fourth strain resistance pattern 51 constitute the strain detection element 125 shown in FIG.
  • the first fixing portion 35 is connected to the inside of the strain body 32 at the first connection portion 33, and extends in the direction of the shaft 34 from the opening at the first end of the strain body 32.
  • the second fixing portion 37 is connected to the inside of the strain generating body 32 at the second connecting portion 36, and the strain generating body 32 is formed in the direction opposite to the first fixing portion 35 from the opening at the second end of the strain generating body 32. With a gap 43 between them.
  • the first fixing portion 35 has a first engaging portion 127 fixed to a detected body (not shown), and the second fixing portion 37 has a second engaging portion 126 fixed to the detected body.
  • the strain detection element 125 is provided on the outer peripheral surface of the strain body 32.
  • the above configuration is the same as that of the strain sensor 31 in the first embodiment.
  • the difference between the strain sensor 221 and the strain sensor 31 is that a cylindrical stopper 230 is provided on the surface 229 of the first fixing portion 35 facing the gap 43.
  • the configuration of the strain detection element 125 is as described with reference to FIG. 2 and FIG.
  • the same structure as that of Embodiment Mode 1 can be manufactured in the same manner.
  • the stopper 230 may be formed by welding and joining to the first fixed portion 35 or by processing members made of the same material.
  • FIG. 13 is a partially enlarged view showing a state in which the strain sensor 221 is deformed by applying a load to the strain generating body 32 in the strain sensor 221.
  • a load is applied to the strain sensor 221 connected to the body to be detected in the direction of pushing the strain generating body 32 in the direction of the shaft 34 via the first fixing portion 35 or the second fixing portion 37.
  • the strain body 32 is deformed by this load.
  • a shear load f is applied to the first fixed portion 35. Due to the shear load f, moment force acts on the outer surface of the strain body 32, and tensile stress is applied between the first connection portion 33 and the second connection portion 36 of the strain body 32.
  • the strain body 32 is deformed so as to be displaced outward at a portion between the first connecting portion 33 and the second connecting portion 36 and so that the extending portion 42 is displaced inward. Similar to the first embodiment, the extending portion 42 extends in parallel with the direction of the shaft 34 from the strain body 32 toward the side where the second fixing portion 37 is provided.
  • a stopper 230 is provided on the first fixing portion 35. Therefore, even if an excessive load F is applied to the strain sensor 221 and the strain generating body 32 is greatly deformed, the stopper 230 comes into contact with the second fixing portion 37 and prevents the strain generating body 32 from being deformed. As a result, the strain body 32 cannot be deformed to the extent that its durability is exceeded. Thus, since the magnitude
  • the stopper 230 is separated from the second fixing portion 37. Therefore, during normal use, the stopper 230 does not hinder the deformation of the strain body 32, and the strain body 32 can be sufficiently deformed. For this reason, the durability of the strain sensor 221 can be improved without reducing the detection accuracy of the strain sensor 221.
  • FIG. 14 is a configuration diagram of the load detection device 139A including the strain sensor 221, and FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line 15-15 of the load detection device 139A shown in FIG. That is, the load detection device 139A uses the strain sensor 221 instead of the strain sensor 120 in the load detection device 139 of the second embodiment.
  • the strain sensor 221 attached to the load detection device 139A transmits the pedaling force Ft applied by the user to the pedal arm 140 to the operating rod 143. Even when the user applies a pedaling force Ft to the pedal arm 140 with a strength exceeding the assumption, the deformation amount of the strain generating body 32 is limited by the stopper 230. Therefore, the breakage of the first connection portion 33 at the boundary between the strain body 32 and the first fixing portion 35 can be prevented. As a result, when the user is driving the vehicle, the first connecting portion 33 is prevented from being broken and the strain sensor 221 is prevented from being broken, and the user cannot be braked. Can be improved.
  • the shape of the stopper 230 may be, for example, a conical shape, a hemispherical shape, or the like other than a cylindrical shape.
  • the size of the stopper 230 and the width in the radial direction can also be appropriately selected according to the length of the gap 43 in the direction of the axis 34, the intended use, the cross-sectional area of the first connection portion 33, and the like. In the present embodiment, only one stopper 230 is provided, but a plurality of stoppers 230 may be provided.
  • the plurality of stoppers 230 are used in the use environment. Can be arranged accordingly. Therefore, durability can be further improved.
  • FIG. 16 is a side sectional view of the strain sensor 251.
  • a stopper 252 is provided on the surface 229 of the first fixing portion 35 facing the gap 43 instead of the stopper 230. Further, the stopper 252 has a screw portion 252A connected to a screw hole 253 provided in the second fixing portion 37.
  • the deformation of the strain generating body 32 is more limited than in the strain sensor 221. For this reason, the durability of the strain body 32 is further improved.
  • the sum of the cross-sectional area (minimum cross-sectional area) of the narrowest portion S of the connection portion between the strain body 32 and the first fixing portion 35 and the effective cross-sectional area of the stopper 252 is the first relationship of the first fixing portion 35. It is preferable that it is larger than the effective area at the joint portion 127.
  • the effective cross-sectional area means a cross-sectional area obtained from the effective diameter of the screw in the portion having the screw structure.
  • the strain generating body 32 When a load is applied in the direction of the shaft 34, a force is similarly applied to the first connecting portion 33 and the stopper 252. At this time, if the sum of the cross-sectional area of the narrowest portion S and the effective cross-sectional area of the stopper 252 is larger than the effective cross-sectional area of the first fixing portion 35, the strain generating body 32 will apply when an excessive load is applied. First, the first fixing portion 35 is broken. That is, the durability of the strain body 32 with respect to the load can be made higher than that of the first fixing portion 35. Therefore, the durability of the strain sensor 221 can be further improved.
  • the stopper 252 is screwed to the second fixing portion 37, but the stopper 252 can move by a space between the screw hole of the second fixing portion 37 and the stopper 252. Therefore, distortion can be detected without hindering deformation of the strain generating body 32.
  • FIG. 17 is a side sectional view of the strain sensor 261.
  • a stopper 262 is provided on the surface 229 of the first fixing portion 35 facing the gap 43 instead of the stopper 230. Further, the stopper 262 is inserted into a hole 263 provided in the second fixing portion 37. The stopper 262 is provided with an extending portion 264 that extends in a direction different from the direction in which the stopper 262 extends (the direction of the shaft 34) from the tip 262A. The tip 262A is the end of the stopper 262 that is farthest from the first engagement portion 127 in the direction in which the shaft 34 extends.
  • the stopper 262 When an excessive load is applied to the strain sensor 261, the stopper 262 contacts the bottom surface of the second fixing portion 37. Therefore, the stopper 262 can limit the magnitude of deformation of the strain body 32, similarly to the stopper 230. Therefore, the durability of the strain sensor 261 is improved. Further, since the tip 262A of the stopper 262 and the bottom surface of the second fixing portion 37 are separated from each other, the strain generating body 32 can be sufficiently deformed when a load is applied to the strain sensor 261. Therefore, the durability of the strain sensor 261 is improved without degrading the detection accuracy.
  • the stopper 262 since the stopper 262 is provided with the extending portion 264, it extends even if the first connecting portion 33 is broken and the strain body 32 and the first fixing portion 35 are separated for some reason. The part 264 is in contact with the second fixing part 37. Therefore, it can prevent that the 1st fixing
  • the function as a load transmission member can be achieved. Therefore, if the strain sensor 261 is applied to the load detection device 139A shown in FIG. 14, even if the strain sensor 261 breaks and loses its function as a sensor, the pedal force is transmitted from the clevis 142 to the operating rod 143. be able to. Therefore, the reliability of the load detection device 139A is improved.
  • stopper 262 and the extending part 264 may be formed by welding and joining and integrating them, or by processing members made of the same material.
  • the strain sensor of the present invention can reduce the influence of the axial force generated when the strain sensor is attached to the detected object and can improve the detection accuracy of the strain sensor. This is useful for detecting the cable tension of the vehicle parking brake, detecting the seat load of the vehicle seat, and the like.

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Abstract

 歪センサは、軸方向に沿って延びる筒状の起歪体と、第1固定部と、第2固定部と、歪検出素子とを有する。第1固定部は、起歪体と第1接続部で接続され、起歪体の第一端の開口部から軸方向に延出している。また、第1固定部は被検出体に固定される第1係合部を有する。第2固定部は、起歪体と第2接続部で接続され、起歪体の第二端の開口部から第1固定部と反対の方向に、起歪体との間に空隙を挟んで延出している。また、第2固定部は被検出体に固定される第2係合部を有する。歪検出素子は、起歪体の外周面に設けられている。歪検出素子は、軸方向に対して、歪検出素子の中心が、空隙の中心よりも第2固定部がある方にあるように配置されている。

Description

歪センサおよびそれを用いた荷重検出装置
 本発明は、荷重が加えられたときに起歪体に生じる歪みを測定し、荷重の大きさを検出する歪センサおよびこの歪センサを用いた荷重検出装置に関する。
 従来、荷重の大きさを測定するために、起歪体に生じた歪みを検出することにより荷重の大きさを測定する歪みセンサが用いられている。図18は従来の歪センサ1の斜視図である。図19は歪センサ1の起歪体2の外周面の拡大図である。
 歪センサ1は、起歪体2と、第1~第4抵抗素子(以下、抵抗素子)3A、3B、3C、3Dとを有する。起歪体2は荷重により歪を生じる。抵抗素子3A、3B、3C、3Dは起歪体2の外周面に配置されている。抵抗素子3A、3B、3C、3Dの抵抗値は、歪量に応じて変化する。抵抗素子3A、3B、3C、3Dには、起歪体2の歪量を検出する信号処理回路(図示せず)が結線されている。起歪体2は軸方向に空洞(図示せず)を有する円筒状であって、起歪体2を挟むように起歪体2の軸方向にネジ部4が配置されている。そして、起歪体2とネジ部4とが溶接により接合し、一体化している。
 起歪体2の周面には、互いに対向する第1出力電極(以下、出力電極)5Aと第2出力電極(以下、出力電極)5Bとが配置されている。出力電極5A、5Bの間には、電源電極6とグランド電極7とが設けられている。これらの電極は、各々、パッド電極8に接続されている。出力電極5A、5B、電源電極6、グランド電極7は銀を焼き付けて形成された線状のAg電極である。出力電極5A、5Bは、起歪体2の軸方向に対向している。電源電極6とグランド電極7とは、略同一直線上に配置されている。また電源電極6とグランド電極7とは、出力電極5A、5Bと略平行に配置されている。
 抵抗素子3Aはグランド電極7と出力電極5Aとを接続するように形成され、抵抗素子3Bはグランド電極7と出力電極5Bとを接続するように形成されている。抵抗素子3Cは電源電極6と出力電極5Aとを接続するように形成され、抵抗素子3Dは電源電極6と出力電極5Bとを接続するように形成されている。抵抗素子3A、3B、3C、3Dは、電源電極6とグランド電極7とが対向する部分90を除き、出力電極5Aと出力電極5Bとが対向する間の部分10、および、出力電極5A、5B、電源電極6、グランド電極7を歪抵抗体で被覆することで形成されている(例えば、特許文献1)。
 図20は、従来の別の歪センサ11の断面図であり、図21は、歪センサ11の部分拡大図である。歪センサ11は、析出硬化系ステンレスにより円筒形状に構成された起歪体12を有する。起歪体12の外側面には、Agからなる電源電極、第1出力電極、第2出力電極およびグランド(GND)電極(いずれも図示せず)が、互いに近傍に位置するように設けられている。
 図21に示すように、起歪体12の下側の外側面には、電源電極と電気的に接続された第1下側歪検出素子(以下、検出素子)13が設けられている。検出素子13と反対側には、第2出力電極と電気的に接続された第2下側歪検出素子(以下、検出素子)14が設けられている。起歪体12の上側の外側面には、検出素子13の上側に、検出素子13と第1出力電極とに電気的に接続された第1上側歪検出素子(以下、検出素子)350が設けられている。また、起歪体12の上側の外側面の、第1上側歪検出素子350と反対側には、検出素子14および第2出力電極と電気的に接続された第2上側歪検出素子(以下、検出素子)16が設けられている。検出素子13、14、350、16は、ブリッジ回路を構成している。
 また、円筒形状の起歪体12の内側には、延出部17が設けられており、さらに、延出部17の先端側には柱部18が設けられている。起歪体12における上端には、上側取付部(図示せず)が間隙19を介して設けられている。下側取付部(図示せず)は、起歪体12における延出部17の先端に設けられた柱部18を支持している。そして、上側取付部と下側取付部とは支持部材(図示せず)を構成している。シャフトで構成された金属製の押圧部材21は、起歪体12の上端側内側面に固着されるとともに、起歪体12の長手方向に移動するように構成されている。上側取付部と押圧部材21との間には隙間20が設けられていて、上側取付部がストッパーの役割をしている。樹脂製のケース22はかしめ部23を有しており、かしめ部23の先端をかしめることにより、支持部材における下側取付部がケース22に固定されている。
 また、ケース22にはガラスエポキシ製の回路基板24が設けられており、回路基板24は起歪体12における電源電極、第1出力電極、第2出力電極、およびGND電極と電気的に接続されている。さらに、回路基板24には集積回路(IC)で構成された処理回路25が設けられている。処理回路25は、起歪体12における第1下側歪検出素子13、第2下側歪検出素子14、第1上側歪検出素子350、第2上側歪検出素子16および回路パターン18で構成されるブリッジ回路の出力信号を処理している。また、ケース22にはコネクタ端子26を有するコネクタ部27が設けられている。コネクタ端子26は回路基板24に電気的に接続されるとともに、出力信号を外部に出力している(例えば、特許文献2)。
特許第4760485号公報 特開2013-061217号公報
 本発明は、大きな出力信号を得るとともに、歪みセンサに生じる軸力の影響を低減し、歪みの検出精度を向上させた歪センサを提供する。
 本発明の歪センサは、軸方向に沿って延びる筒状の起歪体と、第1固定部と、第2固定部と、歪検出素子とを有する。第1固定部は、起歪体と第1接続部で接続され、起歪体の第一端の開口部から軸方向に延出している。また、第1固定部は被検出体に固定される第1係合部を有する。第2固定部は、起歪体と第2接続部で接続され、起歪体の第二端の開口部から第1固定部と反対の方向に、起歪体との間に空隙を挟んで延出している。また、第2固定部は被検出体に固定される第2係合部を有する。歪検出素子は、起歪体の外周面に設けられている。歪検出素子は、軸方向に対して、歪検出素子の中心が、空隙の中心よりも第2固定部がある方にあるように配置されている。
 上記の構成により、歪センサを被検出体に取り付けるときの軸力を低減することができ、歪センサの検出精度を向上させることができる。
本発明の実施の形態1における歪センサの断面図 図1に示す歪センサの起歪体の外周面の展開図 図2に示す起歪体に設けられた歪検出素子の回路図 図1に示す歪センサが変形した状態を示す部分拡大図 軸力により図1に示す歪センサに生じる歪みの大きさの分布を示す図 本発明の実施の形態2における歪センサの断面図 図6に示す歪センサが変形した状態を示す部分拡大図 図6に示す歪センサを含む荷重検出装置の構成図 図8に示す荷重検出装置の部分断面図 図6に示す歪センサにおける受け部の寸法変更により、軸力によってこの歪センサに生じる歪みの大きさの変化を示す図 本発明の実施の形態2における他の歪センサを含む荷重検出装置の断面図 本発明の実施の形態3における歪センサの断面図 図12に示す歪センサが変形した状態を示す部分拡大図 図12に示す歪センサを含む荷重検出装置の構成図 図14に示す荷重検出装置の部分断面図 本発明の実施の形態3における他の歪センサの断面図 本発明の実施の形態3におけるさらに他の歪センサの断面図 従来の歪センサの斜視図 図18に示す歪センサの部分拡大図 別の従来の歪センサの側断面図 図20に示す歪センサの部分拡大図
 本発明の実施の形態の説明に先立ち、従来の歪センサにおける問題点を簡単に説明する。特許文献1に開示された歪センサでは、出力信号が小さい。特許文献2に開示された歪センサでは、被検出体に取り付ける際に生じる軸力の影響により、検出精度が低下する。
 以下、本発明の種々の実施の形態における歪センサについて、図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態2、3において、先行する実施の形態と同様の構成をなすものには同じ符号を付し、詳細な説明を省略する場合がある。また、各実施の形態に特有の構成は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、他の実施の形態の構成と組み合わせてもよい。
 (実施の形態1)
 図1は本発明の実施の形態1における歪センサ31の側断面図である。図2は歪センサ31の起歪体32の外周面の展開図である。
 歪センサ31は、軸34の方向に沿って延びる筒状の起歪体32と、第1固定部35と、第2固定部37と、歪検出素子125とを有する。第1固定部35は、第1接続部33で起歪体32の内側に接続され、起歪体32の第一端の開口部から軸34の方向に延出している。また、第1固定部35は被検出体(図示せず)に固定される第1係合部127を有する。第2固定部37は、第2接続部36で起歪体32の内側に接続され、起歪体32の第二端の開口部から第1固定部35と反対の方向に、起歪体32との間に空隙43を挟んで延出している。また、第2固定部37は被検出体に固定される第2係合部126を有する。歪検出素子125は、起歪体32の外周面に設けられている。
 第1係合部127と第2係合部126とは、ネジにより構成されている。ワッシャー(図示せず)が第1面38、第2面40に当接するようにして、第1係合部127と第2係合部126とを被検出体に締めることによって、歪センサ31が被検出体に固定される。
 なお、第2接続部36からは、第2固定部37が延出した方向と同じ方向に、延出部42が延出していることが好ましい。これについては後述する。
 第1固定部35は、軸34の方向と直交する方向に突出する第1厚肉部39を有し、第2固定部37は、軸34の方向と直交する方向に突出する第2厚肉部41を有する。第1厚肉部39は、第1係合部127寄りに、軸34の方向に直交する第1面38を有し、第2厚肉部41は、第2係合部126寄りに、軸34の方向に直交する第2面40を有する。
 そして歪検出素子125は、軸34の方向において、空隙43の中心よりも第2固定部37に近い位置に配置されている。すなわち、歪検出素子125は、軸34の方向において、歪検出素子125の中心が、空隙43の中心に対して第2固定部37がある方にあるように配置されている。
 図2に示すように、起歪体32の外周面には、第1出力電極44と、第2出力電極45と、電源電極46とグランド電極47とを含む回路パターンが設けられている。歪検出素子125は、第1歪抵抗パターン48と、第2歪抵抗パターン49と、第3歪抵抗パターン50と、第4歪抵抗パターン51とで構成されている。以下、パターン48~51と称する。
 パターン48は、電源電極46と第1出力電極44との間に接続され、パターン49は、グランド電極47と第1出力電極44との間に接続されている。パターン50は、電源電極46と第2出力電極45との間に接続され、パターン51は、グランド電極47と第2出力電極45との間に接続されている。パターン48とパターン50は、パターン49とパターン51よりも第1固定部35寄りに配置されている。歪検出素子125と回路パターンとは、図3に示すフルブリッジ回路を構成している。
 起歪体32は、ステンレス等の金属により構成されている。まず、起歪体32の外周面にガラスペーストを印刷した後に、起歪体32を約550℃で約10分間焼成することで、絶縁被膜(図示せず)が形成される。次に、この絶縁被膜上に、銀のペーストを印刷して起歪体32を約550℃で約10分間焼成することで、回路パターンが形成される。さらに、絶縁被膜上に抵抗ペーストを印刷し、起歪体32を約550℃で約10分間焼成することでパターン48~50が形成される。第1固定部35と第2固定部37とは、円筒状の起歪体32に溶接して接合して一体化したり、同一材料からなる部材を加工して形成してもよい。
 なお、本実施の形態では、一例として、起歪体32の歪量を抵抗値の変化により検出する歪抵抗方式の歪センサ31を説明するが、歪量により周波数が変化する方式や、静電容量が変化する方式を用いてもよい。このことは後述する実施の形態2、3でも同様である。
 以下、歪センサ31の動作について説明する。図4は起歪体32に荷重が加わったときの歪センサ31の変形を示す部分拡大図である。被検出体と接続された歪センサ31には、第1固定部35または第2固定部37を介して軸34の方向に起歪体32を押す荷重が加えられる。この荷重によって起歪体32は変形する。
 被検出体から第1固定部35または第2固定部37を介して起歪体32に荷重Fが加わると、第2固定部37にせん断荷重fが加わる。せん断荷重fにより、起歪体32の外側面にはモーメント力が作用し、第1接続部33と第2接続部36との間で起歪体32に引張応力が加わる。その結果、第1接続部33と第2接続部36との間の部分で起歪体32は外側に変位するように変形し、延出部42が内側に変位するように変形をする。
 このように起歪体32が変形することで、パターン48、50には圧縮応力が加わり、パターン49、51には引張応力が加わる。この様な応力により、パターン48、50の抵抗値が大きくなり、パターン49、51の抵抗値が小さくなる。これによって、第1出力電極44と第2出力電極45との間に電位差が生じる。この電位差を信号処理することによって、処理回路は検出荷重に応じた出力信号を形成することができる。
 上記のように、荷重Fを加えることによって起歪体32に生じた歪みを検出することで、荷重Fの大きさを測定することが可能である。しかしながら、ワッシャーを介して第1固定部35と第2固定部37とで歪センサ31を被検出体に取り付ける際にも起歪体32が変形する。このとき第1固定部35と第2固定部37から起歪体32には、軸34の方向に沿って反対向きに引っ張る力が加えられる。すなわち、起歪体32に図4における上下方向に伸ばす力(以下、軸力として説明する)が加わる。
 図4のように起歪体32が変形したときの、起歪体32の歪みの大きさの分布と、被検出体に取り付けたときに歪センサ31に軸力により生じる歪みの大きさの分布とを図5に示す。図5における横軸は、延出部42の先端を0.0mmとして起歪体32の軸34の方向の起歪体32の位置を示している。縦軸は起歪体32の外周面に生じる歪みの大きさを示し、歪みの大きさの絶対値が最大となる位置(約4.1mm)の値を1として規格化して示している。なお、縦軸において、+側が引張応力を示しており、-側が圧縮応力を示している。
 図5に示すデータは、図1に示す延出部42の先端P1から、第1固定部35寄りの端部P2までの長さが5.0mmの起歪体32を用いた場合の測定結果である。位置5.0は端部P2を意味している。また、図5は、第1固定部35から軸34の方向に1kNの荷重を加えたときの歪みの分布を歪分布Aとして示し、10kNの力でワッシャーを介して被検出体に歪センサ31を固定したときの軸力により起歪体32に生じる歪みの分布を歪分布Bとして示している。
 第1接続部33の長さが1.2mm、第2接続部36の長さが2.0mm、延出部42の長さが1.0mmである。したがって、0.0mm~1.0mmの部分が延出部42、1.0mm~3.0mmの部分が第2接続部36、3.0mm~3.8mmの部分が空隙43、3.8mm~5.0mmの部分が第1接続部33である。パターン48およびパターン50の、軸34の方向における中心部が図5における2.6mmの位置にあり、パターン49およびパターン51の、軸34の方向における中心部が1.6mmの位置にある。
 10kNの荷重で歪センサ31を被検出体に固定した場合、4.2mmの位置に軸力によって-1の大きさの歪みが生じる。一方、歪センサ31に1kNの圧縮荷重を加えたときには、約0.78の歪みが起歪体32に生じる。したがって、軸力の影響によって歪センサ31に1kNの圧縮荷重を加えたときと同程度以上の歪みが起歪体32に生じることがわかる。このため、軸力の影響を大きく受ける位置に歪検出素子125を設けた場合、軸力の影響が大きく、歪センサ31に加えられた圧縮荷重の検出精度が低下してしまう。
 被検出体に歪センサ31をワッシャーを用いて固定した場合、ワッシャーは第1面38と第2面40と当接するように歪センサ31を締める。そのため、第1面38と第2面40を基準として、軸34の方向に起歪体32を引っ張るように軸力が加わる。このとき、軸力が加わる第1面38、第2面40に近い位置ほど、大きな軸力が加わり、起歪体32が大きく歪む。また、空隙43が設けられている部分は第1接続部33、第2接続部36と比べて、軸34と直交する方向の厚みが薄くなっているため、空隙43が設けられている部分で起歪体32は歪みやすくなっている。
 このため、図5の歪分布Bに示すように、歪センサ31を被検出体に取り付けるときに生じる軸力の影響(歪み)は、第1接続部33の空隙43寄りの端部(4.1mmの位置)で最大となる。そして、第1接続部33と第2接続部36の中間点(3.4mmの位置)で歪は半分以下(約-0.4)となり、第2接続部36に近づくに従い軸力の影響が低減し、第2接続部36の空隙43寄りの端部(3.0mmの位置)で0となっている。
 前述のように、歪分布Aは、被検出体に歪センサ31を取り付けた後に第1固定部35から軸34の方向に圧縮荷重Fを加えることにより起歪体32に生じる歪みを示している。第1接続部33と第2接続部36の間の空隙43においては、第1接続部33寄りの端部(3.0mmの位置)で最も歪みが小さい。この位置でも歪みの大きさは約0.6であり、軸力により生じる歪みよりも十分大きい。つまり、空隙43の第1接続部33寄りの端部近傍においては、軸力の影響を低減させ、かつ、荷重により生じた歪みを感度良く検出することが可能である。
 このため、歪検出素子125を第1接続部33と第2接続部36の中間(3.4mm)よりも第2接続部36寄りの位置に設けることが好ましい。つまり、歪検出素子125は、軸34の方向において、歪検出素子125の中心が空隙43の中心に対して第2固定部37がある方にあるように配置されていればよい。これによって軸力の影響を低減し、かつ、圧縮荷重を加えたときに大きな歪みを検出することができるため、歪センサ31の検出精度を向上させることができる。
 また、歪検出素子125を、軸34の方向において、その中心が第2接続部36における、空隙43寄りの端部近傍(2.9mmの位置)になるように設けることで、軸力の影響を0とすることができ、歪センサ31の検出精度を向上させることができる。
 さらに、歪検出素子125のパターン48、50を第2接続部36における、軸力が0となる位置(2.9mmの位置)に設け、パターン49、51を第2接続部36の延出部42寄りの位置(1.0mm~1.3mmの位置)、すなわち、空隙43と反対側に設けるとよい。あるいは、パターン49、51は、延出部42(0.0mm~1.0mmの位置)の上に設けてもよい。これらの配置によって、パターン48、50に引張応力が加わり、パターン49、51に圧縮応力が加わる。そのため、大きな検出信号を得ることができ、歪センサ31の検出感度を向上させることができる。
 また図5より、第2接続部36の延出部42寄りの位置(1.2mmの位置)で圧縮荷重を加えたときに生じる歪みの絶対値が最大(マイナスで最小)となっている。そのため、パターン49、51をこの位置(1.2mmの位置)に設けることによって、歪センサ31の検出感度を向上させることができる。
 被検出体を第1係合部127に締め付けるとき、被検出体が第1面38に当たると、それ以上は締め付けられない。同様に、被検出体を第2係合部126に締め付けるとき、被検出体が第2面40に当たると、それ以上は締め付けられない。したがって、第1面38、第2面40はそれぞれ被検出体を締め付ける際の第1座面、第2座面として機能する。このように第1厚肉部39、第2厚肉部41を設けることによって、被検出体を締め付け、歪みが起歪体32に生じる際に被検出体から起歪体32までの軸34の方向における距離を確保することができる。その結果、この歪みを低減することができる。なお第1厚肉部39、第2厚肉部41はそれぞれ、第1固定部35、第2固定部37の外周面全体に設けても、一部のみに設けてもよい。
 このように、歪センサ31を被検出体に取り付けた際に生じる軸力の影響が小さい位置に歪検出素子125を設けることによって、歪センサ31の検出精度を向上させることができる。
 なお、以上の説明では、歪検出素子125として、パターン48、パターン49、パターン50、パターン51からなるフルブリッジ回路を構成しているが、本発明はこれに限らない。起歪体32に生じた歪みを抵抗変化等を検出することにより検出できればよい。すなわち、パターン48~51は第1~第4歪検出素子の一例である。このことは以下の実施の形態2、3についても当てはまる。
 (実施の形態2)
 図6は本発明の実施の形態2における歪センサ120の側断面図である。歪センサ120は、起歪体32と、第1固定部35と、第2固定部37と、歪検出素子125とを有する。第1固定部35は、第1接続部33で起歪体32の内側に接続され、起歪体32の第一端の開口部から軸34の方向に延出している。第2固定部37は、第2接続部36で起歪体32の内側に接続され、起歪体32の第二端の開口部から第1固定部35と反対の方向に、起歪体32との間に空隙43を挟んで延出している。すなわち、起歪体32の第一端の開口部を埋めるように第1固定部35が接合され、第二端の開口部を埋めるように第2固定部37が接合され、第1固定部35と第2固定部37との間に空隙43が設けられている。また、第1固定部35は被検出体(図示せず)に固定される第1係合部127を有し、第2固定部37は被検出体に固定される第2係合部126を有する。歪検出素子125は、起歪体32の外周面に設けられている。以上の構成は実施の形態1における歪センサ31と同様である。歪センサ120が歪センサ31と異なる点は、第1厚肉部39、第2厚肉部41に代えて、第2固定部37において、第2係合部126と、起歪体32と接続される第2接続部36との間に受け部128が設けられていることである。
 受け部128は、第2係合部126の起歪体32寄りの端部から起歪体32まで、第2固定部37の外周面全体に設けられている。受け部128の径方向129の長さL1は、第2固定部37の径方向129の長さL2よりも長い。
 被検出体に歪センサ120を取り付ける場合には、歪センサ120を取り付けるための取付孔(図示せず)を被検出体に設け、この取付孔に第2係合部126をネジ止めすることにより固定する。この固定の際に、長さL1が長さL2より長いことによって、被検出体が起歪体32に接することなく、被検出体に歪センサ120を取り付けることができる。すなわち、受け部128は実施の形態1における第2厚肉部41と同様の効果を奏する。
 歪検出素子125の構成は、実施の形態1において図2、図3を参照して説明したとおりであるので説明を省略する。また実施の形態1と同じ構成については同様にして作製することができる。
 以下に、歪センサ120の動作について説明する。図7は歪センサ120の起歪体32に入力荷重である荷重(例えば、踏力)が伝達されて歪センサ120が変形した状態を示す部分拡大図である。
 被検出体と接続された歪センサ120には、第1固定部35または第2固定部37を介して軸34の方向に起歪体32を押す方向に荷重が加えられる。この荷重によって起歪体32は変形する。
 被検出体から第1固定部35または第2固定部37を介して起歪体32に荷重Fが加わると、第1固定部35にせん断荷重fが加わる。このせん断荷重fにより、起歪体32の外側面にモーメント力が作用し、起歪体32の第1接続部33と第2接続部36との間に引張応力が加わる。起歪体32は、第1接続部33と第2接続部36の間の部分で外側に変位するように、かつ、延出部42が内側に変位するように変形する。延出部42は、実施の形態1と同様に、起歪体32から軸34の方向に平行に、第2固定部37の設けられた方に伸びている。
 このように起歪体32が変形することで、第2固定部37に荷重を加えた場合、第1歪抵抗パターン48、第3歪抵抗パターン50に圧縮応力が加わり、第2歪抵抗パターン49、第4歪抵抗パターン51に引張応力が加わる。これらの応力が加わることにより、第1歪抵抗パターン48、第3歪抵抗パターン50の抵抗値が大きくなり、第2歪抵抗パターン49、第4歪抵抗パターン51の抵抗値が小さくなる。これによって、図2、図3に示す第1出力電極44と第2出力電極45との間で電位差が生じ、電位差を処理回路で信号処理することによって検出荷重に応じた出力信号を形成することができる。すなわち、歪センサ120の動作原理は歪センサ31の動作原理と同様である。
 次に、歪センサ120を含む車両用の荷重検出装置139を用いて、受け部128による起歪体32への軸力の伝達の低減の効果を説明する。図8は、荷重検出装置139を示す構成図であり、図9は、荷重検出装置139の9-9線における断面図である。
 荷重検出装置139は、ペダルアーム140と、クレビスピン141と、クレビス142と、歪センサ120と、オペロッド143とを有する。入力部材であるペダルアーム140には、使用者から入力される荷重の例である踏力が入力される。クレビスピン141は、ペダルアーム140とクレビス142とに接続されている。クレビスピン141とクレビス142とは接続部材を構成している。伝達部材であるオペロッド143は、歪センサ120を介して接続部材と接続され、踏力を伝達する。
 すなわち、クレビス142とオペロッド143とは、歪センサ120によって接続されている。ペダルアーム140に入力された踏力は、クレビス142とクレビスピン141とによって歪センサ120を介してオペロッド143に伝達される。オペロッド143に伝達された踏力Ftは、ブレーキシステム(図示せず)に伝達され、入力された踏力に応じてブレーキ動作を行い、車両にブレーキがかかる。
 図9に示すように、オペロッド143とクレビス142にはそれぞれ、歪センサ120を取り付けるための取付孔144、145が設けられている。取付孔144に第2係合部126がネジ止めされ、取付孔145に第1固定部35がネジ止めされる。
 歪センサ120をクレビス142、オペロッド143に接続するときには軸力が生じる。この軸力の例として、オペロッド143に取り付ける際に生じる軸力f1について説明する。
 オペロッド143に歪センサ120を取り付ける場合、第2固定部37に対し、軸34の方向に軸力f1が加わる。これに伴い、オペロッド143と接している受け部128には、反力f2が加わる。
 反力f2が起歪体32に直接に伝達されると、起歪体32が変形し、歪センサ120の検出精度が低下する。しかしながら歪センサ120には、受け部128が設けられている。そのため、反力f2はオペロッド143から受け部128を介して起歪体32に伝達される。
 受け部128は、オペロッド143と接する面から起歪体32まで、長さLを有する。これにより、反力f2が起歪体32に伝達されるまでの、伝達経路の剛性が高くなり、起歪体32が変形し難くなる。特に長さLを大きくすればその効果は大きくなる。そのため、オペロッド143に歪センサ120を取り付ける際に生じる軸力f1の影響が低減され、歪センサ120の検出精度が向上する。
 また、空隙43の径方向129の長さL11を受け部128の径方向129の長さ(直径)L12よりも長くすることにより、受け部128を介して伝達される反力f2が直接に起歪体32に伝達されることがなくなる。そのため、起歪体32への軸力f1の影響を低減することができ、歪センサ120の検出精度が向上する。また、長さL12をさらに短くすれば、起歪体32と受け部128との距離が大きくなり、軸力f2の起歪体32への伝達が軽減される。そのため起歪体32への軸力f1の影響をさらに低減することができる。
 図10は、歪センサ120に対し、受け部128の直径L12を大、中、小と3段階で変更し、またオペロッド143と接する面から起歪体32までの長さLを変更した際の、軸力f1として30kNの力を加えたときの歪みの大きさの変化を示している。なお、歪センサ120において、起歪体32の径方向129の長さは18mm、空隙43の径方向129の長さL11は15.4mmである。
 受け部128の直径L12が最も大きい「大」では、直径L12は16mmで、長さL11よりも直径L12の方が長い。受け部128の直径L12が「中」では、直径L12は14mmで、長さL11よりも直径L12の方が短い。受け部128の直径L12が最も小さい「小」では、直径L12は12mmで、直径L12は「中」よりもさらに短い。
 横軸は、受け部128のオペロッド143との接触面を基準として起歪体32までの長さLを示している。縦軸は起歪体32の歪みの大きさを示しており、受け部128の直径が14mm(「中」)、長さLが1mmのときに起歪体32に生じた歪み量を1として規格化して示している。
 図10に示すように、受け部128の直径を「大」から「中」へ変更して受け部128の直径L12を空隙43の径方向129の長さL11よりも短くすると、軸力f1により起歪体32に生じる歪みの大きさは約60%程度低減している。すなわち、この構造では、軸力f1により生じる反力f2が起歪体32に直接伝わりにくいことがわかる。受け部128の直径をさらに小さくして「小」にすると、「中」よりもさらに歪みの大きさが約60%程度低減する。このように、受け部128の直径L12を空隙43の径方向129の長さL11よりも短くすることで、起歪体32への軸力f1の影響を低減することができる。そして、受け部128の直径L12をさらに短くすることによって、起歪体32への軸力f1の影響をさらに低減することができる。
 また、受け部128の直径L12の「大」、「中」、「小」のそれぞれにおいて、受け部128のオペロッド143と接する面から起歪体32までの長さLが長くなると、起歪体32に生じる歪み量が低減している。特に、受け部128の直径が「小」、長さLが6mmの場合、歪みの大きさがほぼ0になっている。このように、受け部128の長さLを長くすると、軸力f1がかかる位置から起歪体32までの伝達経路の剛性が高くなり、起歪体32への軸力f1の影響を低減することができる。
 また、荷重検出装置139では、クレビス142に取付孔145としてネジ孔が設けられ、第1固定部35がクレビス142にネジ止めされ、クレビス142を歪センサ120に締結する際に生じる軸力の影響をナット146が吸収する。このように、ナット146は、起歪体32から離れた位置で軸力f1を受ける。そのため、起歪体32への軸力f1の影響を低減することができる。また、ナット146を用いることで、クレビス142と起歪体32の間の距離を自由に調整し荷重検出装置139の大きさを調整することができる。そのため、色々な車種のブレーキシステムに適用することが可能になる。
 なお、図11に示すように受け部128を起歪体32と離間した位置に設けてもよい。図11は本実施の形態における他の歪センサを含む荷重検出装置の断面図である。
 起歪体32から離間した位置に受け部128を設けることによって、起歪体32への軸力f1の影響を大きく低減することができる。また、受け部128を起歪体32から離間した位置に設けることにより、受け部128と起歪体32の間に受け部128よりも径方向129の長さが短い領域ができる。そのため、起歪体32への軸力f1の影響をさらに低減することができる。
 また、後から溶接等の方法により、受け部128を第2固定部37に設けるようにすれば、受け部128の位置を調整し易い。そのため、様々なブレーキシステムに適用し易くなる。
 なお、受け部128を起歪体32から離間した位置に設ける場合、起歪体32の外周全面に設けるのではなく、例えば、第2固定部37から突出した突起を設けるように構成してもよい。このとき、受け部128を1つだけ設けると1つの受け部128にのみ反力f2が生じ、起歪体32へバランスよく軸力f1が伝達されず、起歪体32の位置によって、軸力f1により生じる歪み量が偏ってしまう。このため、受け部128を1つだけではなく、複数設ければ、バランス良く軸力f1受け部128を受けることができる。そのため、歪センサ120の検出精度がさらに向上する。一方、受け部128を複数設けるのではなく、第2固定部37の外周を囲むように設ければ、受け部128全体で軸力f1を受けることができる。そのため、歪センサ120の検出精度がさらに向上する。
 なお、本実施の形態において、ブレーキシステム用の荷重検出装置139を説明したが、第1固定部35から軸34の方向にかかる荷重の検出の用途であれば、例えば、車両用シートにかかる重量の検出等にも適用することができる。なお、歪センサ120に代えて、実施の形態1の歪センサ31を用いても同様の効果を奏する。
 (実施の形態3)
 図12は本発明の実施の形態3における歪センサ221の側断面図である。歪センサ221は、起歪体32と、第1固定部35と、第2固定部37と、第1歪抵抗パターン48~第4歪抵抗パターン51とを有する。第1歪抵抗パターン48~第4歪抵抗パターン51は実施の形態1、2と同様に、図2に示す歪検出素子125を構成している。第1固定部35は、第1接続部33で起歪体32の内側に接続され、起歪体32の第一端の開口部から軸34の方向に延出している。第2固定部37は、第2接続部36で起歪体32の内側に接続され、起歪体32の第二端の開口部から第1固定部35と反対の方向に、起歪体32との間に空隙43を挟んで延出している。また、第1固定部35は被検出体(図示せず)に固定される第1係合部127を有し、第2固定部37は被検出体に固定される第2係合部126を有する。歪検出素子125は、起歪体32の外周面に設けられている。以上の構成は実施の形態1における歪センサ31と同様である。歪センサ221が歪センサ31と異なる点は、空隙43に面した第1固定部35の面229に円柱形状のストッパー230が設けられていることである。
 歪検出素子125の構成は、実施の形態1において図2、図3を参照して説明したとおりであるので説明を省略する。また実施の形態1と同じ構成については同様にして作製することができる。ストッパー230は、第1固定部35に溶接して接合して一体化したり、同一材料からなる部材を加工して形成してもよい。
 以下に、歪センサ221の動作について説明する。図13は歪センサ221に起歪体32に荷重が加わって歪センサ221が変形した状態を示す部分拡大図である。
 被検出体と接続された歪センサ221には、第1固定部35または第2固定部37を介して軸34の方向に起歪体32を押す方向に荷重が加えられる。この荷重によって起歪体32は変形する。
 被検出体から第1固定部35または第2固定部37を介して起歪体32に荷重Fが加わると、第1固定部35にせん断荷重fが加わる。このせん断荷重fにより、起歪体32の外側面にモーメント力が作用し、起歪体32の第1接続部33と第2接続部36との間に引張応力が加わる。起歪体32は、第1接続部33と第2接続部36の間の部分で外側に変位するように、かつ、延出部42が内側に変位するように変形する。延出部42は、実施の形態1と同様に、起歪体32から軸34の方向に平行に、第2固定部37の設けられた方に伸びている。
 このように起歪体32が変形することで、第1固定部35に荷重を加えた場合、第1歪抵抗パターン48、第3歪抵抗パターン50に圧縮応力が加わり、第2歪抵抗パターン49、第4歪抵抗パターン51に引張応力が加わる。これらの応力が加わることにより、第1歪抵抗パターン48、第3歪抵抗パターン50の抵抗値が大きくなり、第2歪抵抗パターン49、第4歪抵抗パターン51の抵抗値が小さくなる。これによって、図2、図3に示す第1出力電極44と第2出力電極45との間で電位差が生じ、電位差を処理回路で信号処理することによって検出荷重に応じた出力信号を形成することができる。すなわち、歪センサ221の動作原理は歪センサ31の動作原理と同様である。
 上述のように起歪体32が図13に示すように変形をすると、起歪体32と第1固定部35との境界の第1接続部33には大きな力が加わる。荷重Fが過剰に大きい場合には、起歪体32と第1固定部35とが第1接続部33で破断をしてしまう虞がある。
 これに対し、歪センサ221では、第1固定部35にストッパー230が設けられている。そのため、歪センサ221に過剰な荷重Fが加わって起歪体32が大きく変形をしても、ストッパー230が第2固定部37に接触し、起歪体32の変形を妨げる。その結果、起歪体32は、その耐久性を超える程には変形することができない。このように、起歪体32の変形の大きさが制限されるため、荷重Fが大きな場合でも、起歪体32が破断することが無く、歪センサ221の耐久性を向上させることができる。
 また、通常の使用範囲内の荷重が加わっても、ストッパー230は第2固定部37と離間している。そのため、通常の使用に際しては、ストッパー230は起歪体32の変形を阻害することが無く、起歪体32が十分に変形することができる。このため、歪センサ221の検出精度を低下させることが無く、歪センサ221の耐久性を向上させることができる。
 図14は歪センサ221を含む荷重検出装置139Aの構成図、図15は、図14に示す荷重検出装置139Aの15-15線における断面図である。すなわち、荷重検出装置139Aは実施の形態2の荷重検出装置139において、歪センサ120に代えて歪センサ221を用いている。
 荷重検出装置139Aに取り付けられた歪センサ221は、使用者がペダルアーム140に加えた踏力Ftをオペロッド143に伝達している。そして、使用者が想定を超えた強さでペダルアーム140に踏力Ftを加えた場合でも、ストッパー230によって起歪体32の変形量が制限される。そのため、起歪体32と第1固定部35との境界の第1接続部33の破断を防止することができる。この結果、使用者が車両を運転しているときに、第1接続部33が破断し、歪センサ221が壊れることが抑止され、使用者がブレーキをかけられなくなることがなく、車両の安全性を向上させることができる。
 なお、本実施の形態において、ストッパー230の形状は、例えば、円柱形状以外に、円錐形状、半球形状等の形状でもよい。また、ストッパー230の大きさ、径方向の幅についても、空隙43の軸34の方向の長さや使用用途、第1接続部33の断面積等に応じて、適宜選択することができる。また、本実施の形態においてストッパー230は一つだけ設けられているが、複数設けてもよい。ストッパー230を複数設けることで、例えば、第1固定部35に荷重が軸方向と異なる方向にかかり、起歪体32に荷重が偏ってかかるような使用環境でも、複数のストッパー230を使用環境に応じて配置することができる。そのため、より耐久性を向上させることができる。
 次に、本実施の形態における他の歪センサ251について図16を参照しながら説明する。図16は歪センサ251の側断面図である。
 歪センサ251が歪センサ221と異なる点は、空隙43に面した第1固定部35の面229に、ストッパー230に代えてストッパー252が設けられていることである。さらに、ストッパー252は、第2固定部37に設けられたネジ穴253に接続されたネジ部252Aを有する。
 上記の構成により、歪センサ251では、歪センサ221に比べ、起歪体32の変形がより制限される。このため、起歪体32の耐久性がさらに向上する。
 なお、起歪体32と第1固定部35との接続部分の最も狭い部分Sの断面積(最小断面積)とストッパー252の有効断面積との和が、第1固定部35の第1係合部127における有効断面積よりも大きいことが好ましい。なお、ここで有効断面積とは、ねじ構造になっている部分のねじの有効径より求められる断面積を意味している。
 軸34の方向に荷重が加わると、第1接続部33とストッパー252とに同様に力が加わる。このとき、最も狭い部分Sの断面積とストッパー252の有効断面積との和が、第1固定部35の有効断面積よりも大きければ、過剰な荷重が加わったときに、起歪体32よりも先に第1固定部35が破断する。すなわち、荷重に対する起歪体32の耐久性を第1固定部35よりも高くすることができる。そのため、さらに歪センサ221の耐久性を向上させることができる。
 ストッパー252は、第2固定部37とネジ止めされているが、第2固定部37のネジ穴とストッパー252との間の空間分だけ、ストッパー252が移動可能である。そのため、起歪体32の変形を妨げることなく、歪みを検出可能である。
 次に、本実施の形態におけるさらに他の歪センサ261について図17を参照しながら説明する。図17は歪センサ261の側断面図である。
 歪センサ251が歪センサ221と異なる点は、空隙43に面した第1固定部35の面229に、ストッパー230に代えてストッパー262が設けられていることである。さらに、ストッパー262は、第2固定部37に設けられた穴部263に挿入されている。ストッパー262には、先端262Aからストッパー262の延在する方向(軸34の方向)と異なる方向に延在した延在部264が設けられている。先端262Aとは、ストッパー262において、軸34の伸びる方向における、第1係合部127から最も離れた端部である。
 過剰な荷重が歪センサ261に加わったとき、ストッパー262が第2固定部37の底面に接触する。そのため、ストッパー262はストッパー230と同様に、起歪体32の変形の大きさを制限することができる。したがって、歪センサ261の耐久性が向上する。また、ストッパー262の先端262Aと第2固定部37の底面とが離間していることにより、歪センサ261に荷重が加わったときに起歪体32が十分に変形することができる。そのため、検出精度が低下することなく、歪センサ261の耐久性が向上する。
 また、ストッパー262には延在部264が設けられているため、何等かの理由により、第1接続部33が破断し、起歪体32と第1固定部35とが分離しても延在部264が第2固定部37と接触する。そのため、第1固定部35と第2固定部37とが分離することを防止することができる。
 以上のように、歪センサ261の耐久性が向上するだけではなく、歪センサ261が破断してしまった場合にも分離することが無い。そのため、荷重の伝達部材としての機能を果たすことができる。したがって、歪センサ261を、図14に示した荷重検出装置139Aに適用すれば、歪センサ261が破断し、センサとしての機能を失ってしまった場合でも、クレビス142からオペロッド143に踏力を伝達することができる。そのため、荷重検出装置139Aの信頼性が向上する。
 なお、ストッパー262と延在部264とは、溶接して接合して一体化したり、同一材料からなる部材を加工して形成してもよい。
 本発明の歪センサは、被検出体に歪センサを取り付けたときに生じる軸力の影響を低減し、歪センサの検出精度を向上させ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。
31,120,221,251,261  歪センサ
32  起歪体
33  第1接続部
34  軸
35  第1固定部
36  第2接続部
37  第2固定部
38  第1面
39  第1厚肉部
40  第2面
41  第2厚肉部
42  延出部
43  空隙
44  第1出力電極
45  第2出力電極
46  電源電極
47  グランド電極
48  第1歪抵抗パターン(パターン)
49  第2歪抵抗パターン(パターン)
50  第3歪抵抗パターン(パターン)
51  第4歪抵抗パターン(パターン)
125  歪検出素子
126  第2係合部
127  第1係合部
128  受け部
129  径方向
139,139A  荷重検出装置
140  ペダルアーム
141  クレビスピン
142  クレビス
143  オペロッド
144,145  取付孔
146  ナット
229  面
230,252,262  ストッパー
252A  ネジ部
253  ネジ穴
262A  先端
263  穴部
264  延在部

Claims (17)

  1. 軸方向に沿って延びる筒状の起歪体と、
    前記起歪体と第1接続部で接続され、前記起歪体の第一端の開口部から前記軸方向に延出し、被検出体に固定される第1係合部を有する第1固定部と、
    前記起歪体と第2接続部で接続され、前記起歪体の第二端の開口部から前記第1固定部と反対の方向に、前記起歪体との間に空隙を挟んで延出し、前記被検出体に固定される第2係合部を有する第2固定部と、
    前記起歪体の外周面に設けられた歪検出素子と、を備え、
    前記歪検出素子は、前記軸方向において、前記歪検出素子の中心が、前記空隙の中心に対して前記第2固定部がある方にあるように配置された、
    歪センサ。
  2. 前記軸方向において、前記歪検出素子の中心が、前記第2接続部における前記空隙寄りの位置に設けられている、
    請求項1の歪センサ。
  3. 第1出力電極と、第2出力電極と、電源電極と、グランド電極とを含む回路パターンをさらに備え、
    前記歪検出素子は、
     前記電源電極と前記第1出力電極とを接続した第1歪検出素子と、
     前記グランド電極と前記第1出力電極とを接続した第2歪検出素子と、
     前記電源電極と前記第2出力電極とを接続した第3歪検出素子と、
     前記グランド電極と前記第2出力電極とを接続した第4歪検出素子とで構成されている、
    請求項1に記載の歪センサ。
  4. 前記第1歪検出素子と前記第3歪検出素子とは、前記軸方向において前記第2接続部における前記空隙寄りに設けられ、
    前記第2歪検出素子と前記第4歪検出素子とは、前記軸方向において前記第2接続部における前記空隙と反対側に設けられている、
    請求項3に記載の歪センサ。
  5. 前記起歪体は、前記第2接続部から前記第2固定部が延出する方向と同じ方向に延出した延出部を有し、
    前記第1歪検出素子と前記第3歪検出素子とは、前記軸方向において前記第2接続部における前記空隙寄りに設けられ、
    前記第2歪検出素子と前記第4歪検出素子とは、前記軸方向において前記第2接続部における前記延出部寄りまたは前記延出部上に設けられている、
    請求項3に記載の歪センサ。
  6. 前記第1固定部は、前記第1接続部と前記第1係合部との間に、前記軸方向と直交する方向に突出する第1厚肉部を有し、
    前記第2固定部は、前記第2接続部と前記第2係合部との間に、前記軸方向と直交する方向に突出する第2厚肉部を有する、
    請求項1に記載の歪センサ。
  7. 前記第2固定部は、前記第1接続部と前記第1係合部との間に、前記被検出体から加えられる力を受ける受け部を有する、
    請求項1に記載の歪センサ。
  8. 前記受け部の前記起歪体の径方向の長さは、前記空隙の前記径方向の長さよりも短い、
    請求項7に記載の歪センサ。
  9. 前記受け部は、前記第2固定部に複数設けられている、
    請求項7に記載の歪センサ。
  10. 前記受け部は、前記第2固定部の外周を囲むように設けられている、
    請求項7に記載の歪センサ。
  11. 前記第1固定部は、前記空隙と面した面にストッパーを有している、請求項1に記載の歪センサ。
  12. 前記第2固定部はネジ穴を有し、
    前記ストッパーは前記ネジ穴に接続されたネジ部を有する、
    請求項11に記載の歪センサ。
  13. 前記起歪体と前記第1固定部との接続部分の最小断面積と前記ストッパーの有効断面積との和は、前記第1固定部の有効断面積よりも大きい、
    請求項12に記載の歪センサ。
  14. 前記ストッパーは、前記軸方向と異なる方向に延在した延在部を有する、
    請求項11に記載の歪センサ。
  15. 前記ストッパーは、前記第1固定部に複数設けられている、
    請求項11に記載の歪センサ。
  16. 入力荷重が加えられる入力部材と、
    前記入力部材と接続された接続部材と、
    前記接続部材と前記第1接続部で接続された請求項1に記載の歪センサと、
    前記請求項1に記載の歪センサの前記第2接続部と接続され、前記入力荷重を伝達する伝達部材と、を備えた、
    荷重検出装置。
  17. 前記接続部材と前記歪センサの前記第1接続部とを固定するナットをさらに備えた、
    請求項16に記載の荷重検出装置。
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