WO2015198525A1 - 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

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正彦 大林
耕一郎 中島
公志 鍋谷
野村　和宏
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    • B60T8/3255—Systems in which the braking action is dependent on brake pedal data

Definitions

  • the present disclosure relates to a strain sensor that detects an applied load and a load detection device using the strain sensor.
  • the depression load of the vehicle pedals is detected using a strain sensor that detects the strain of the strain generating body.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional strain sensor 1 disclosed in Patent Document 1.
  • the strain sensor 1 includes a strain 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 the power supply electrode by a circuit pattern (not shown).
  • the other end is connected to the second output electrode.
  • 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 disk-shaped mounting portion 9 and a shaft portion 10 that integrally includes the mounting portion 9 in the middle 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 includes an annular washer 11 and a cylindrical mounting member 12 that functions as a case fixed to one end of the washer 11. ing.
  • 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 strain sensor 1 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 2A of the strain body 2.
  • the strain sensor is configured to detect the load.
  • the strain sensor includes a strain-generating portion having an annular shape, a first pressure-receiving portion configured to be applied with a load, a second pressure-receiving portion connected to the strain-generating portion, and at least a first pressure-receiving portion. And a strain detecting element provided on either one of the strain generating portions.
  • the first pressure receiving portion is connected to the strain generating portion in a first direction away from the strain generating portion.
  • the second pressure receiving portion is connected to the strain generating portion in a second direction opposite to the first direction from the strain generating portion.
  • the first pressure receiving part is provided only in the first direction relative to the strain generating part.
  • This strain sensor can detect a load stably regardless of how the load is applied.
  • FIG. 1A is a top view of the strain sensor of the embodiment.
  • FIG. 1B is a side view of the strain sensor of the embodiment.
  • 1C is a cross-sectional view of the strain sensor shown in FIG. 1A along line IC-IC.
  • FIG. 2 is a development view of the outer peripheral surface of the strain generating portion of the strain sensor according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the strain sensor according to the embodiment.
  • FIG. 4A is a partially enlarged cross-sectional view when a load is applied to the strain sensor of the embodiment.
  • FIG. 4B is a partially enlarged cross-sectional view when a load is applied to the strain sensor of the comparative example.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of another strain sensor according to the embodiment.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of still another strain sensor according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a side view of a load detection apparatus using the strain sensor of the embodiment.
  • 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII of the load detection device shown in FIG.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a conventional strain sensor.
  • 1A and 1B are a top view and a side view of the strain sensor 21 of the embodiment, respectively.
  • 1C is a cross-sectional view of the strain sensor 21 shown in FIG. 1A along line IC-IC.
  • the strain sensor 21 includes a strain generating portion 22, pressure receiving portions 25 and 27 connected to the strain generating portion 22, and a strain detection element 28 provided in the strain generating portion 22.
  • the strain generating part 22 has a ring shape surrounding the central axis 22L.
  • the strain-generating portion 22 having an annular shape has openings 23 and 26 located on opposite sides along the central axis 22L.
  • the pressure receiving part 25 is connected to the opening 23 of the strain generating part 22.
  • the pressure receiving part 25 has a surface 24 facing the opening 23 of the strain generating part 22 and connected to the opening 23.
  • the pressure receiving part 27 is connected to the opening 26 of the strain generating part 22.
  • the ring-shaped strain generating portion 22 includes an outer peripheral surface 22A facing in the radial direction 22R radially away from the central axis 22L and an inner peripheral surface 22B facing the central axis 22L opposite to the radial direction 22R.
  • the strain detecting element 28 is provided on the outer peripheral surface 22 ⁇ / b> A of the strain generating portion 22.
  • the pressure receiving portion 27 is configured to be fixed to the fixing portion 44 (see FIG. 1C).
  • the length L 1 in the radial direction 22R of the pressure receiving portion 25 is longer than the length L 2 of the axial 22M of the central axis 22L of the strain generating portion 22.
  • a receiving portion 31 having surfaces 29 and 30 is provided inside the pressure receiving portion 25.
  • the receiving portion 31 is provided in a portion of the pressure receiving portion 25 in the direction opposite to the radial direction 22R.
  • the surface 24 of the pressure receiving portion 25 faces the strain generating portion 22.
  • the surface 29 of the receiving portion 31 faces the strain generating portion 22.
  • the length L 3 of the axial 22M of the receiving part 31 is shorter than the length in the axial direction 22M L 4 of the pressure-receiving portion 25.
  • the receiving portion 31 is provided with a tapered surface 32 so that the length in the axial direction 22M becomes shorter toward the inside of the receiving portion 31 in the radial direction 22R. Thereby, it can prevent that a burr
  • the surface 29 of the receiving portion 31 faces the opening 26 of the strain generating portion 22.
  • the surface 24 on the opening 26 side of the pressure receiving portion 25 and the surface 29 on the opening 26 side of the receiving portion 31 are more open in the axial direction 22M than the connection portion 33 to which the strain generating portion 22 and the pressure receiving portion 25 are connected. It is located on the part 23 side.
  • the pressure receiving portion 25 is connected to the strain generating portion 22 in the direction D1 away from the strain generating portion 22 along the axial direction 22M from the strain generating portion 22.
  • the pressure receiving portion 27 is connected to the strain generating portion 22 in the direction D2 opposite to the direction D1 from the strain generating portion 22.
  • FIG. 2 is a development view of the outer peripheral surface 22A of the strain generating portion 22 of the strain sensor 21 according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a circuit diagram of the strain sensor 21 of the embodiment.
  • the strain detection element 28 includes strain resistors 34, 35, 36 and 37.
  • a circuit pattern 28 ⁇ / b> A including output electrodes 38 and 39, a power supply electrode 40, and a ground electrode 41 is provided on the outer peripheral surface 22 ⁇ / b> A of the strain generating portion 22.
  • the strain resistor 34 is connected in series with the power electrode 40 and the output electrode 38 between the power electrode 40 and the output electrode 38.
  • the strain resistor 35 is connected in series with the ground electrode 41 and the output electrode 38 between the ground electrode 41 and the output electrode 38.
  • the strain resistor 36 is connected in series with the power electrode 40 and the output electrode 39 between the power electrode 40 and the output electrode 39.
  • the strain resistor 37 is connected in series with the ground electrode 41 and the output electrode 39 between the ground electrode 41 and the output electrode 39.
  • the strain resistors 34 and 36 are disposed closer to the pressure receiving portion 25 in the axial direction 22M than the strain resistors 35 and 37.
  • the strain detection element 28 and the circuit pattern 28A constitute a full bridge circuit.
  • the sensitivity of the strain sensor 21 can be improved by disposing the strain detection element 28 at a place where the strain generating portion 22 is greatly deformed.
  • the strain detection element 28 is provided in the strain generating part 22, a part of the strain detection element 28 may be provided in the pressure receiving part 25 or the pressure receiving part 27.
  • the strain generating portion 22 is formed by baking at about 550 ° C. for about 10 minutes.
  • a silver paste is printed on the outer peripheral surface 22A of the strain generating portion 22 and baked at about 550 ° C. for about 10 minutes to form a circuit pattern 28A.
  • a resistance paste is printed, and the strain-generating portion 22 is baked at about 550 ° C. for about 10 minutes to form strain resistances 34 to 37, and the strain sensor 21 is formed.
  • FIG. 4A is a partially enlarged cross-sectional view when a load F 1 is applied to the strain sensor 21.
  • 4B is a partially enlarged sectional view of the load F 1 is applied to the strain sensor 521 of the comparative example.
  • the strain sensor 521 of the comparative example includes a pressure receiving portion 525 connected to the opening 23 of the strain generating portion 22 by a connecting portion 33 instead of the pressure receiving portion 25 of the strain sensor 21 of the embodiment.
  • the pressure receiving portion 525 has a receiving portion 531 extending in the direction D2 from the connecting portion 33.
  • the load F 1 is transmitted to the location of the strain generating portion 22 at the location P 3 via the pressure receiving portion 525 (receiving portion 531), and the strain generating portion 22 is greatly deformed at the location P 1 near the connecting portion 33 at the strain generating portion 22.
  • Strain detection element 28 is preferably provided in the location P 1 which strain generating portion 22 is greatly deformed. The following description will describe a moment applied to the location P 1 a part of the strain detection element 28 is provided.
  • the member 42 is receiving unit 31 having a rod shape extending along the central axis 22L in the embodiment applying a load F 1.
  • a load F 1 in the radial direction 22R relative receiving unit 31
  • the load F 1 only a portion of the receiving portion 31 into contact with the obliquely location P 2 of the member 42 is receiving unit 31
  • an unbalanced load may be transmitted to the pressure receiving portion 25.
  • the load F 1 from the member 42 to the surface 29 side of the receiving portion 31 is applied If there is, the operation when the load F 1 to the pressure receiving portion 25 is a transfer for each.
  • the location P 1 is A load is transmitted in the radial direction 22R.
  • the direction of the load transmitted to the pressure receiving portion 25 is the radial direction 22 ⁇ / b> R regardless of how the member 42 contacts the receiving portion 31. . Therefore, the moment M 1 in the above direction is applied to the place P 1 , and the strain generating portion 22 is deformed in the same manner regardless of how the load F 1 is applied to the receiving portion 31. Even if it exists, distortion can be detected stably.
  • the receiving portion 31 since the receiving portion 31 extends in the direction D2, and the surface 529 is in the direction D2 rather than the connecting portion 33, the receiving portion 31 is loaded in the radial direction 22R.
  • the load applied to the strain generating portion 22 is different from the case where F 1 is added.
  • the entire receiving portion 531 is pushed radially 22R by the load F 1, around the contact point with the member 42 of the receiving portion 531 relative to the location P 1, the direction from the direction D2 location P 1 in the radial direction 22R it takes a moment M 2.
  • the detection sensitivity of the strain sensor varies greatly depending on whether the surface 29 is in the direction D1 or the direction D2 with respect to the connection portion 33.
  • the surface 29 is in the direction D ⁇ b> 1 from the connection portion 33. That is, the receiving portion 31 of the pressure receiving portion 25 receives a load at a location located in the direction D1 from the connection portion 33 in the axial direction 22M, and does not receive a load at a location located in the direction D2 from the connection portion 33 in the axial direction 22M. It is configured. Therefore, the strain sensor 21 can stably detect a strain, that is, a load, and can improve detection accuracy.
  • the direction of the load transmitted to the pressure receiving portion 25 varies depending on whether the surface 29 is in the direction D1 or the direction D2 from the connection portion 33.
  • the influence can be reduced.
  • the receiving portion 31 is formed so that the surface 24 and the surface 29 are on the same plane. Therefore, since the pressure receiving part 25 and the receiving part 31 can be formed with the same member, a process can be simplified and productivity can be improved. Furthermore, since the strain sensor 21 has the surface 29 at a position close to the connection portion 33, the influence of the uneven load can be reduced more effectively.
  • the shorter the length of the receiving portion 31 in the axial direction 22M can reduce the influence of the eccentric load, but if it is too short, it becomes fragile due to stress concentration. Therefore, the length of the receiving portion 31 in the axial direction 22M may be appropriately designed according to the intended use so that it is not broken by stress concentration.
  • the strain sensor 21 according to the embodiment includes the receiving portion 31, a load may be directly applied from the member 42 to the pressure receiving portion 25 without including the receiving portion 31. In this case, the effect of the embodiment can be obtained if the surface 24 is in the direction D ⁇ b> 1 with respect to the connection portion 33.
  • strain detection element 28 may be provided in at least one of the pressure receiving portion 25 and the strain generating portion 22.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of another strain sensor 21A according to the embodiment.
  • the same reference numerals are assigned to the same portions as those of the strain sensor 21 shown in FIG. 1C.
  • the strain detection element 28 is provided not in the strain generating portion 22 but in the pressure receiving portion 25.
  • the strain sensor 21A has the same effect as the strain sensor 21 shown in FIG. 1C.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of still another strain sensor 21B according to the embodiment.
  • the same reference numerals are assigned to the same portions as those of the strain sensor 21 shown in FIG. 1C.
  • the strain detection element 28 is provided not only in the strain generating portion 22 but also in the strain generating portion 22 and the pressure receiving portion 25.
  • the strain sensor 21B has the same effect as the strain sensor 21 shown in FIG. 1C.
  • FIG. 7 is a side view of the load detection device 43 using the strain sensor 21 (21A, 21B) of the embodiment.
  • 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII of the load detection device 43 shown in FIG.
  • the fixed part 44 is attached to the outer periphery of the pressure receiving part 27 of the strain sensor 21 (21A, 21B), and the pressure receiving part 27 is fixed to the fixed part 44.
  • Load detecting apparatus 43 includes an input member 45 is a pedal arm which the load F 2 is a pedal force is input, transmits a connecting member 48 connected to the input member 45 is connected to the connecting member 48 to the load F 2 transmission Member 49.
  • the connection member 48 includes a clevis 47 and a clevis pin 46 connected to the input member 45.
  • the transmission member 49 is an operating rod connected to the clevis 47.
  • the pedal arm (input member 45) is provided with a hole 50, and the strain sensor 21 (21A, 21B) is fitted in the hole 50.
  • the strain sensor 21 (21A, 21B) is connected to the pedal arm by a screw or the like.
  • a clevis pin 46 is inserted at the center of the strain sensor 21 (21A, 21B) so as to extend in the axial direction 22M of the strain sensor 21 (21A, 21B).
  • the receiving portion 31 of the strain sensor 21 (21A, 21B) is in contact with the clevis pin 46.
  • the fixed portion 44 is fixed so as to contact the pedal arm.
  • Load detecting device 43 is mounted on the vehicle 43A, when the vehicle occupant added input load F 2 is a pedal force to the pedal arm pedaling arm (input member 45), the clevis pin 46 by the pedal arm (connecting member 48) Operoddo It is pushed toward (transmission member 49). Strain sensors 21 (21A, 21B) so clevis pin 46 is inserted into, the load F 3 is applied in the direction of Operoddo the receiving portion 31 by the clevis pin 46. That is, the transmission member 49 is connected to the connecting member 48, is transmitted to the receiving portion 31 of the pressure receiving portion 25 of the load F 3 strain sensor 21 based on the input load F 2 (21A, 21B). Shear strain is generated in the strain generating portion 22 by the load F 2, by detecting the strain detection element 28 provided with shear strain to the strain generating portion 22, it is possible to detect a load F 2.
  • the clevis pin 46 may be in contact with the strain sensor 21 (21A, 21B) obliquely depending on how the pedal arm of the occupant is stepped on.
  • the strain sensor 21 (21A, 21B) can reduce the influence of the unbalanced load. stepping how to stably regardless capable of detecting a load F 2 of.
  • the strain sensor of the present invention can stably detect the strain regardless of how the strain is transmitted. Therefore, it detects the depression load of the vehicle pedals, the cable tension of the vehicle parking brake, the vehicle This is useful for detecting the seat load on the seat.

Abstract

　歪センサは荷重を検出するように構成されている。その歪センサは、環形状を有する起歪部と、荷重が印加されるように構成された第１の受圧部と、起歪部に接続された第２の受圧部と、少なくとも第１の受圧部と起歪部のいずれか一方に設けられた歪検出素子とを備える。第１の受圧部は、起歪部から離れる第１の方向で起歪部に接続されている。第２の受圧部は、起歪部から第１の方向の反対側の第２の方向で起歪部に接続されている。第１の受圧部は起歪部よりも第１の方向のみに設けられている。この歪センサは、荷重の加えられ方によらず安定して荷重を検出することができる。

Description

歪センサと、これを用いた荷重検出装置
　本開示は、印加された荷重を検出する歪センサと、これを用いた荷重検出装置に関する。
　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る。
　図９は特許文献１に開示されている従来の歪センサ１の断面図である。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とで構成されている。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、円環形状のワッシャ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。
　歪センサ１は、起歪体２の軸心２Ａ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。
特許第４２３０５００号公報
　歪センサは荷重を検出するように構成されている。その歪センサは、環形状を有する起歪部と、荷重が印加されるように構成された第１の受圧部と、起歪部に接続された第２の受圧部と、少なくとも第１の受圧部と起歪部のいずれか一方に設けられた歪検出素子とを備える。第１の受圧部は、起歪部から離れる第１の方向で起歪部に接続されている。第２の受圧部は、起歪部から第１の方向の反対側の第２の方向で起歪部に接続されている。第１の受圧部は起歪部よりも第１の方向のみに設けられている。
　この歪センサは、荷重の加えられ方によらず安定して荷重を検出することができる。
図１Ａは実施の形態の歪センサの上面図である。 図１Ｂは実施の形態の歪センサの側面図である。 図１Ｃは図１Ａに示す歪センサの線ＩＣ－ＩＣにおける断面図である。 図２は実施の形態の歪センサの起歪部の外周面の展開図である。 図３は実施の形態の歪センサの回路図である。 図４Ａは実施の形態の歪センサに荷重が加えられたときの一部拡大断面図である。 図４Ｂは比較例の歪センサに荷重が加えられたときの一部拡大断面図である。 図５は実施の形態の他の歪センサの断面図である。 図６は実施の形態のさらに他の歪センサの断面図である。 図７は実施の形態の歪センサを用いた荷重検出装置の側面図である。 図８は図７に示す荷重検出装置の線ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩにおける断面図である。 図９は従来の歪センサの断面図である。
　図１Ａと図１Ｂはそれぞれ実施の形態の歪センサ２１の上面図と、側面図である。図１Ｃは図１Ａに示す歪センサ２１の線ＩＣ－ＩＣにおける断面図である。
　歪センサ２１は、起歪部２２と、起歪部２２に接続された受圧部２５、２７と、起歪部２２に設けられた歪検出素子２８とで構成されている。起歪部２２は中心軸２２Ｌを囲む環形状を有する。環形状を有する起歪部２２は、中心軸２２Ｌに沿って互いに反対側に位置する開口部２３、２６を有する。受圧部２５は起歪部２２の開口部２３に接続されている。受圧部２５は、起歪部２２の開口部２３に面して開口部２３に接続されている面２４を有する。受圧部２７は起歪部２２の開口部２６に接続されている。環形状を有する起歪部２２は、中心軸２２Ｌから直角に放射状に離れる径方向２２Ｒに向く外周面２２Ａと、径方向２２Ｒと反対に中心軸２２Ｌに向く内周面２２Ｂとを有する。歪検出素子２８は起歪部２２の外周面２２Ａ上に設けられている。受圧部２７は、固定部４４に固定されるように構成されている（図１Ｃ参照）。受圧部２５の径方向２２Ｒの長さＬ１は、起歪部２２の中心軸２２Ｌの軸方向２２Ｍの長さＬ２よりも長い。受圧部２５の内側には面２９、３０を有する受け部３１が設けられている。すなわち、受け部３１は、受圧部２５の径方向２２Ｒと反対の方向の部分に設けられている。受圧部２５の面２４は起歪部２２に面する。受け部３１の面２９は起歪部２２に面する。受け部３１の軸方向２２Ｍの長さＬ３は受圧部２５の軸方向２２Ｍの長さＬ４よりも短い。受け部３１には径方向２２Ｒの受け部３１の内側に向かって軸方向２２Ｍの長さが短くなるようにテーパ面３２が設けられている。これにより、受け部３１を形成する時にバリが発生することを防止できる。このため、受け部３１の特定の位置への応力集中を防止することができる。受け部３１の面２９は起歪部２２の開口部２６に面する。受圧部２５の開口部２６側の面２４と受け部３１の開口部２６側の面２９とは、起歪部２２と受圧部２５とが接続された接続部３３よりも軸方向２２Ｍにおいての開口部２３側に位置している。このように、受圧部２５は起歪部２２から軸方向２２Ｍに沿ってかつ起歪部２２から離れる方向Ｄ１で起歪部２２に接続されている。受圧部２７は、起歪部２２から方向Ｄ１の反対側の方向Ｄ２で起歪部２２に接続されている。
　図２に実施の形態の歪センサ２１の起歪部２２の外周面２２Ａの展開図である。図３は実施の形態の歪センサ２１の回路図である。歪検出素子２８は歪抵抗３４、３５、３６、３７で構成されている。起歪部２２の外周面２２Ａには、出力電極３８、３９と電源電極４０とグランド電極４１とを含む回路パターン２８Ａが設けられている。歪抵抗３４は電源電極４０と出力電極３８との間に電源電極４０と出力電極３８とに直列に接続されている。歪抵抗３５はグランド電極４１と出力電極３８との間にグランド電極４１と出力電極３８とに直列に接続されている。歪抵抗３６は電源電極４０と出力電極３９との間に電源電極４０と出力電極３９とに直列に接続されている。歪抵抗３７はグランド電極４１と出力電極３９との間にグランド電極４１と出力電極３９とに直列に接続されている。歪抵抗３４、３６は、歪抵抗３５、３７に比べ、軸方向２２Ｍにおいて受圧部２５の近くに配置されている。図３に示すように、歪検出素子２８と回路パターン２８Ａとでフルブリッジ回路が構成されている。起歪部２２が変形すると、歪検出素子２８の歪抵抗３４～３７の抵抗値が変化し、この変化を検出することで起歪部２２に生じた歪みを検出することができる。このため、歪検出素子２８を起歪部２２が大きく変形する場所に配置することにより歪センサ２１の感度を向上させることができる。なお、歪検出素子２８は起歪部２２に設けられているが、歪検出素子２８の一部が受圧部２５や受圧部２７に設けられていてもよい。
　次に、歪センサ２１の製造方法について説明する。
　ステンレス等の金属等の弾性部材よりなる環形状の基材の外周面にガラスペーストを印刷した後に、約５５０℃で約１０分間焼成して起歪部２２を形成する。次に、起歪部２２の外周面２２Ａに銀のペーストを印刷して約５５０℃で約１０分間焼成して回路パターン２８Ａを形成する。次に、抵抗ペーストを印刷し、起歪部２２を約５５０℃で約１０分間焼成することで歪抵抗３４～３７が形成され、歪センサ２１が形成されている。
　次に、歪センサ２１に荷重が加わったときに歪センサ２１に発生する歪みの検出について説明する。図４Ａは歪センサ２１に荷重Ｆ１が加えられたときの一部拡大断面図である。図４Ｂは比較例の歪センサ５２１に荷重Ｆ１が加えられたときの一部拡大断面図である。図４Ｂにおいて、図１Ａから図１Ｃに示す実施の形態の歪センサ２１と同じ部分には同じ参照番号を付す。比較例の歪センサ５２１は、実施の形態の歪センサ２１の受圧部２５の代わりに、起歪部２２の開口部２３に接続部３３で接続された受圧部５２５を備える。受圧部５２５は接続部３３よりも方向Ｄ２に延びる受け部５３１を有する。荷重Ｆ１は受圧部５２５（受け部５３１）を介して場所Ｐ３において起歪部２２の場所に伝わり、起歪部２２での接続部３３付近の場所Ｐ１において起歪部２２は大きく変形する。歪検出素子２８は起歪部２２が大きく変形する場所Ｐ１に設けるのが好ましい。以下の説明では歪検出素子２８の一部が設けられる場所Ｐ１にかかるモーメントについて説明をする。
　実施の形態では中心軸２２Ｌに沿って延びる棒形状を有する部材４２が受け部３１に荷重Ｆ１を加える。この場合、受け部３１に対して径方向２２Ｒに荷重Ｆ１が加えられる場合と、部材４２が受け部３１の場所Ｐ２に斜めに接触して受け部３１の一部分のみに荷重Ｆ１が加えられ、受圧部２５に偏荷重が伝達される場合がある。部材４２が受け部３１に斜めに接触する場合、受け部３１の面３０側に部材４２から荷重Ｆ１が加えられる場合と、受け部３１の面２９側に部材４２から荷重Ｆ１が加えられる場合があり、夫々について受圧部２５への荷重Ｆ１が伝達のされる場合の動作を説明する。
　受け部３１に対して径方向２２Ｒに荷重Ｆ１が加えられる場合、受圧部２７が固定部４４に固定されているので、受け部３１の形状によらず受圧部２５には径方向２２Ｒに押されるように荷重Ｆ１が伝達される。これにより、場所Ｐ１には、場所Ｐ１の方向Ｄ１から径方向２２Ｒに向かう方向のモーメントＭ１がかかる。
　また、部材４２が受け部３１の面３０の近くに斜めに接し、受け部３１に対して偏荷重が加えられるとき、受圧部２５には受け部３１の形状によらず径方向２２Ｒに押されるように荷重Ｆ１が伝達される。これにより、場所Ｐ１には、上記の方向のモーメントＭ１がかかる。
　一方で、部材４２が受け部３１、５３１の面２９、５２９の近くに斜めに接し、荷重Ｆ１が受け部３１、５３１に対して偏って加えられるとき、図４Ａ、図４Ｂに示すように、受け部３１、５３１の形状によって受圧部２５、５２５にそれぞれ伝達される荷重の方向が異なる。
　図４Ａに示す実施の形態の歪センサ２１では、面２９が接続部３３よりも方向Ｄ１にあり、受け部３１に径方向２２Ｒに荷重Ｆ１が加えられる場合と同様に、場所Ｐ１には径方向２２Ｒに荷重が伝達される。このように、部材４２から受け部３１に荷重Ｆ１が加えられるときに、部材４２がどのように受け部３１と接しても、受圧部２５に伝達される荷重の方向は径方向２２Ｒとなる。したがって、場所Ｐ１に対し、上記の方向のモーメントＭ１がかかり、受け部３１への荷重Ｆ１の加えられ方によらず起歪部２２が同じように変形するので、偏荷重の影響があっても安定して歪みを検出することができる。
　これに対し、図４Ｂに示す比較例の歪センサ５２１では、受け部３１が方向Ｄ２に延在し、面５２９が接続部３３よりも方向Ｄ２にあるので、受け部３１に径方向２２Ｒに荷重Ｆ１が加えられる場合とは起歪部２２に加わる荷重が異なる。受け部５３１全体は荷重Ｆ１により径方向２２Ｒに押されるが、場所Ｐ１に対して受け部５３１の部材４２との接点を中心として、場所Ｐ１の方向Ｄ２から径方向２２Ｒに向かう方向のモーメントＭ２がかかる。このため、受け部３１の面３０の近くに荷重Ｆ１が加えられたときと起歪部２２の変形の仕方が実施の形態の歪センサ２１とは異なる。この様に、部材４２の受け部３１、５３１への接触の仕方によって感度が異なるので、比較例の歪センサ５２１は安定して歪みを検出することができない。
　また、図９に示す従来の歪センサ１では、固定部材３から起歪体２に荷重が加えられるときに偏った荷重が加えられると、荷重の加えられ方により荷重に対する感度が変化し、安定して荷重を検出できない。
　この様に、面２９が接続部３３に対して方向Ｄ１にあるか、方向Ｄ２にあるかによって歪センサの検出感度が大きく変化する。実施の形態の歪センサ２１は面２９が接続部３３よりも方向Ｄ１にある。すなわち、受圧部２５の受け部３１は、軸方向２２Ｍにおいて接続部３３から方向Ｄ１に位置する場所で荷重を受け、軸方向２２Ｍにおいて接続部３３から方向Ｄ２に位置する場所では荷重を受けないように構成されている。したがって、歪センサ２１は安定して歪みすなわち荷重を検出することができ、検出精度を向上させることができている。
　また、接続部３３から、面２９が方向Ｄ１にあるか方向Ｄ２にあるかによって受圧部２５に伝達される荷重の方向が変化するが、面２９が接続部３３に近い方が、偏荷重の影響を低減することができる。ここで、実施の形態の歪センサ２１では面２４と面２９とが同一平面になるように受け部３１が形成されている。したがって、受圧部２５と受け部３１とを同一部材で形成することができるので、工程を簡略化して生産性を向上させることができる。更に、歪センサ２１では、接続部３３に近い位置に面２９があるので、偏荷重の影響をより効果的に低減することができている。
　なお、受け部３１の軸方向２２Ｍの長さは、短い方が偏荷重の影響を低減することができるが、短すぎると応力集中により壊れやすくなる。したがって、受け部３１の軸方向２２Ｍの長さは応力集中により破壊されない程度の長さに、使用用途に応じて適宜設計すればよい。
　なお、実施の形態の歪センサ２１は、受け部３１を備えるが、受け部３１を備えずに受圧部２５に部材４２から直接荷重が加えられるようにしてもよい。この場合、面２４が接続部３３よりも方向Ｄ１にあれば実施の形態の効果を得ることができる。
　なお、歪検出素子２８は、少なくとも受圧部２５と起歪部２２のいずれか一方に設けられていてもよい。
　図５は実施の形態の他の歪センサ２１Ａの断面図である。図５において図１Ｃに示す歪センサ２１と同じ部分には同じ参照番号を付す。歪センサ２１Ａでは、歪検出素子２８は、起歪部２２ではなく、受圧部２５に設けられている。歪センサ２１Ａは図１Ｃに示す歪センサ２１と同様の効果を有する。
　図６は実施の形態のさらに他の歪センサ２１Ｂの断面図である。図６において図１Ｃに示す歪センサ２１と同じ部分には同じ参照番号を付す。歪センサ２１Ｂでは、歪検出素子２８は、起歪部２２のみではなく、起歪部２２と受圧部２５に設けられている。歪センサ２１Ｂは図１Ｃに示す歪センサ２１と同様の効果を有する。
　図７は実施の形態の歪センサ２１（２１Ａ、２１Ｂ）を用いた荷重検出装置４３の側面図である。図８は図７に示す荷重検出装置４３の線ＶＩＩＩ－ＶＩＩＩにおける断面図である。
　歪センサ２１（２１Ａ、２１Ｂ）の受圧部２７の外周には固定部４４が取り付けられており、受圧部２７が固定部４４に固定されている。
　荷重検出装置４３は、踏力である荷重Ｆ２が入力されるペダルアームである入力部材４５と、入力部材４５と接続された接続部材４８と、接続部材４８に接続され荷重Ｆ２を伝達する伝達部材４９とを備える。接続部材４８は、クレビス４７と、入力部材４５と接続されたクレビスピン４６とからなる。伝達部材４９は、クレビス４７と接続されたオペロッドである。
　ペダルアーム（入力部材４５）には孔５０が設けられており、歪センサ２１（２１Ａ、２１Ｂ）は孔５０に嵌められている。歪センサ２１（２１Ａ、２１Ｂ）はペダルアームに対してネジ等によって接続されている。歪センサ２１（２１Ａ、２１Ｂ）の中心部には歪センサ２１（２１Ａ、２１Ｂ）の軸方向２２Ｍに延在するようにクレビスピン４６が挿入されている。歪センサ２１（２１Ａ、２１Ｂ）の受け部３１がクレビスピン４６と接している。固定部４４はペダルアームと接するように固定されている。
　荷重検出装置４３は車両４３Ａに取り付けられ、車両の乗員がペダルアーム（入力部材４５）を踏みペダルアームに踏力である入力荷重Ｆ２を加えると、ペダルアームによってクレビスピン４６（接続部材４８）がオペロッド（伝達部材４９）に向かって押される。歪センサ２１（２１Ａ、２１Ｂ）にはクレビスピン４６が挿入されているので、クレビスピン４６によって受け部３１にオペロッドの方向に荷重Ｆ３が加えられる。すなわち、伝達部材４９は接続部材４８と接続され、入力荷重Ｆ２に基づく荷重Ｆ３を歪センサ２１（２１Ａ、２１Ｂ）の受圧部２５の受け部３１に伝達する。荷重Ｆ２により起歪部２２にせん断歪が生じ、せん断歪を起歪部２２に設けられた歪検出素子２８によって検出することにより、荷重Ｆ２を検出することができる。
　ここで、乗員のペダルアームの踏み方によってクレビスピン４６が歪センサ２１（２１Ａ、２１Ｂ）に斜めに接することもあるが、歪センサ２１（２１Ａ、２１Ｂ）は偏荷重の影響を低減できるので、乗員の踏み方によらず安定して荷重Ｆ２を検出することができる。
　本発明の歪センサは、歪みの伝達のされ方によらず安定して歪みを検出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。
２１　　歪センサ
２２　　起歪部
２３　　開口部（第１の開口部）
２４　　面（第１の面）
２５　　受圧部（第１の受圧部）
２６　　開口部（第２の開口部）
２７　　受圧部（第２の受圧部）
２８　　歪検出素子
２９　　面（第２の面）
３１　　受け部
３２　　テーパ面
４３　　荷重検出装置
４５　　入力部材
４８　　接続部材
４９　　伝達部材

Claims (6)

  1. 荷重を検出する歪センサであって、
    　環形状を有する起歪部と、
    　前記荷重が印加されるように構成されており、前記起歪部から離れる第１の方向で前記起歪部に接続された第１の受圧部と、
    　前記起歪部から前記第１の方向の反対側の第２の方向で前記起歪部に接続された第２の受圧部と、
    　少なくとも前記第１の受圧部と前記起歪部のいずれか一方に設けられた歪検出素子と、
    を備え、
    前記第１の受圧部は前記起歪部よりも前記第１の方向のみに設けられている、歪センサ。
  2. 前記起歪部の前記環形状は、軸方向に延びる中心軸を囲み、
    前記第１の受圧部は、前記中心軸から離れる径方向と反対の方向の部分に設けられた受け部を有し、
    前記受け部の前記軸方向の長さは前記第１の受圧部の前記軸方向の長さよりも短い、請求項１に記載の歪センサ。
  3. 前記第１の受圧部は前記起歪部に面する第１の面を有し、
    前記受け部は前記起歪部に面する第２の面を有している、請求項２に記載の歪センサ。
  4. 前記第１の面と前記第２の面は同一の平面上に設けられている、請求項３に記載の歪センサ。
  5. 前記起歪部の前記環形状は、軸方向に延びる中心軸を囲み、
    前記第１の受圧部は、前記中心軸から離れる径方向と反対の方向に向かって前記第１の受圧部の前記軸方向の長さが短くなるテーパ面を有する、請求項１に記載の歪センサ。
  6. 　請求項１から５のうちの一項に記載の歪センサと、
    　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、
    　前記接続部材と接続され、前記入力荷重に基づく荷重を前記歪センサの前記第１の受圧部に伝達する伝達部材と、
    を備えた荷重検出装置。
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