JP2010078554A - 荷重検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、起歪体が荷重に対して撓み易くなって、出力信号の感度を向上させることができる荷重検出装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明の荷重検出装置は、歪検知素子１６，１９，２０を外側面に設けた円筒形状の起歪体１１と、この起歪体１１の両端開口部１１ａ，１１ｂを支持する支持部材２４と、前記起歪体１１の内側面に当接するリング形状の押圧部材２６とを備え、前記押圧部材２６に対して前記起歪体１１の軸心と垂直な方向に荷重を加えることにより、両端開口部１１ａ，１１ｂが固定された起歪体１１の略中央に剪断力を作用させるようにしたものである。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両用ペダル類の踏込み荷重の検出、車両用パーキングブレーキのケーブル張力の検出、車両用シートの座面荷重の検出等、種々の荷重を検出するための荷重検出装置に関するものである。

従来のこの種の荷重検出装置は、図８〜図１０に示すように構成されていた。図８は従来の荷重検出装置の斜視図、図９は同荷重検出装置における起歪体の展開図、図１０は同荷重検出装置の回路図である。

図８〜図１０において、１は円筒形状の起歪体で、この起歪体１の外側面には、一対の周方向歪検知素子２および一対の幅方向歪検知素子３が固着されている。また、前記起歪体１の外側面には、前記周方向歪検知素子２および幅方向歪検知素子３と電源電極４、ＧＮＤ電極５および出力電極６とを回路パターン７で電気的に接続することにより図９に示すようなブリッジ回路が構成されているものである。

以上のように構成された従来の荷重検出装置においては、円筒形状の起歪体１に、軸心Ｃと平行な方向に圧縮力が作用すると、一対の幅方向歪検知素子３の抵抗値は小さくなるとともに、一対の周方向歪検知素子２の抵抗値は大きくなる。そして、この一対の幅方向歪検知素子３および一対の周方向歪検知素子２は、電源電極４、ＧＮＤ電極５、出力電極６および回路パターン７でブリッジ回路を構成しているため、起歪体１に作用する圧縮力に応じて出力信号が出力電極６から出力されるものである。

なお、この出願の発明に関する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
特開平６−２０７８６６号公報

しかしながら、上記した従来の構成においては、起歪体１の軸心Ｃと平行な方向に荷重が作用するようになっているため、起歪体１自身が荷重に対する変形の抵抗となって、周方向歪検知素子２および幅方向歪検知素子３に歪が発生しにくくなり、これにより、出力信号の感度が低下してしまうという課題を有していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、起歪体が荷重に対して撓み易くなって、出力信号の感度を向上させることができる荷重検出装置を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を有するものである。

本発明の請求項１に記載の発明は、歪検知素子を外側面に設けた円筒形状の起歪体と、この起歪体の両端開口部を支持する支持部材と、前記起歪体の内側面に当接するリング形状の押圧部材とを備え、前記押圧部材に対して前記起歪体の軸心と垂直な方向に荷重を加えることにより、両端開口部が固定された起歪体の略中央に剪断力を作用させるようにしたもので、この構成によれば、前記押圧部材に対して前記起歪体の軸心と垂直な方向に荷重を加えることにより、両端開口部が固定された起歪体の略中央に剪断力を作用させるようにしているため、従来のように円筒状の起歪体にその軸心方向に荷重を加えるようにしたものに比べて起歪体が撓み易くなり、これにより、歪検知素子に歪が発生し易くなるため、出力信号の感度を向上させることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項２に記載の発明は、特に、押圧部材を外側面に固定するとともに、円筒形状の起歪体の内側を貫通する軸を設け、かつこの軸の両端を固定するようにしたもので、この構成によれば、押圧部材を外側面に固定するとともに、円筒形状の起歪体の内側を貫通する軸を設け、かつこの軸の両端を固定するようにしているため、荷重負荷時の軸の傾きが防止されることになり、これにより、荷重検出の精度を高めることができるという作用効果を有するものである。

本発明の請求項３に記載の発明は、特に、起歪体の内側を貫通するとともに押圧部材を外側面に有する筒状のスリーブを設け、さらにこのスリーブの内側に挿通される軸を設け、かつこの軸の両端を固定するようにしたもので、この構成によれば、起歪体の内側を貫通するとともに押圧部材を外側面に有する筒状のスリーブを設け、さらにこのスリーブの内側に挿通される軸を設け、かつこの軸の両端を固定するようにしているため、軸がスラスト方向に移動した場合であっても、押圧部材から負荷される外力は、起歪体における第１の開口部と第２の開口部との略中央に作用することになり、これにより、出力信号が安定するという作用効果を有するものである。

以上のように本発明の荷重検出装置は、歪検知素子を外側面に設けた円筒形状の起歪体と、この起歪体の両端開口部を支持する支持部材と、前記起歪体の内側面に当接するリング形状の押圧部材とを備え、前記押圧部材に対して前記起歪体の軸心と垂直な方向に荷重を加えることにより、両端開口部が固定された起歪体の略中央に剪断力を作用させるようにしているため、従来のように円筒状の起歪体にその軸心方向に荷重を加えるようにしたものに比べて起歪体が撓み易くなり、これにより、歪検知素子に歪が発生し易くなるため、出力信号の感度を向上させることができるという優れた効果を奏するものである。

（実施の形態１）
以下、実施の形態１を用いて、本発明の特に請求項１，２に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の実施の形態１における荷重検出装置の斜視図、図２は同荷重検出装置の側断面図、図３は同荷重検出装置の側面図、図４は同荷重検出装置における起歪体の展開図である。

図１〜図４において、１１は円筒形状の起歪体で、この起歪体１１はその軸心Ｃが水平方向に設置されるとともに、その外側面には、導電材料からなる電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４およびＧＮＤ電極１５が互いに近傍に位置した状態で設けられている。また、起歪体１１の外側面で、かつ第１の開口部１１ａおよび第２の開口部１１ｂの略中央には、歪抵抗素子からなる第１の歪検知素子１６を設けており、そして、この第１の歪検知素子１６は一端を回路パターン１７により前記電源電極１２と電気的に接続するとともに、他端を第２の出力電極１４と接続している。そしてまた、前記起歪体１１の外側面には、前記第１の歪検知素子１６よりも、起歪体１１の第１の開口部１１ａ側に位置して、歪抵抗素子からなる第２の歪検知素子１８を設けており、そして、この第２の歪検知素子１８は一端を回路パターン１７により前記電源電極１２と電気的に接続するとともに、他端を第１の出力電極１３と電気的に接続している。また、前記起歪体１１の外側面には、前記第１の歪検知素子１６よりも第２の開口部１１ｂ側に位置して歪抵抗素子からなる第３の歪検知素子１９を設けており、そして、この第３の歪検知素子１９は一端を回路パターン１７により前記第１の歪検知素子１６および第２の出力電極１４に電気的に接続するとともに、他端をＧＮＤ電極１５と電気的に接続している。そしてまた、前記起歪体１１の外側面における第１の開口部１１ａと第２の開口部１１ｂの略中央には、前記第１の歪検知素子１６と略平行に歪抵抗素子からなる第４の歪検知素子２０を設けており、そして、この第４の歪検知素子２０は一端を回路パターン１７により前記第２の歪検知素子１８および第１の出力電極１３と電気的に接続している。また、前記第４の歪検知素子２０は他端をＧＮＤ電極１５と電気的に接続することによりフルブリッジ回路を構成している。

２１は例えばＳＵＳ４３０からなる第１の支持部材で、この第１の支持部材２１は前記起歪体１１における第１の開口部１１ａを溶着により支持するとともに、取付孔２２を設けている。２３は円筒形状の例えばＳＵＳ４３０からなる第２の支持部材で、この第２の支持部材２３は、前記第１の支持部材２１と溶着により一体に支持部材２４を構成するとともに、この第２の支持部材２３の外側面には雄ネジ２５を設けている。そしてまた、前記第２の支持部材２３は前記起歪体１１における第２の開口部１１ｂを溶接により支持している。２６はリング形状のＳＵＳ４３０からなる押圧部材で、この押圧部材２６の外側面は全周にわたって前記起歪体１１における第１の開口部１１ａと第２の開口部１１ｂとの間に位置する内側面の略中央に当接しているものである。

２７はポリイミドフィルムからなる回路基板で、この回路基板２７は前記起歪体１１における電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４およびＧＮＤ電極１５と電気的に接続されている。２８は樹脂製のコネクタで、このコネクタ２８は突部２９を設けており、そして、この突部２９は第１の支持部材２１における取付孔２２に挿入して固着されている。また、前記コネクタ２８には４つのコネクタ端子３０を設けており、そして、このコネクタ端子３０は前記回路基板２７と電気的に接続されている。３１は軸で、この軸３１は前記リング形状の押圧部材２６を外側面に固定しており、そして、前記起歪体１１の内側を貫通しているものである。

以上のように構成された本発明の実施の形態１における荷重検出装置について、次に、その組立方法を説明する。

まず、起歪体１１の材料となる厚みが１ｍｍ程度の円筒形状のシームレスのステンレス管（図示せず）の外側面にガラスペースト（図示せず）を印刷した後、約８５０℃で約１０分間焼成する。

次に、前記ステンレス管の外側面に位置して銀を主成分とする導電ペースト（図示せず）を印刷し、約８５０℃で約１０分間焼成することにより、前記ステンレス管の外側面に電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４、ＧＮＤ電極１５および回路パターン１７を形成する。

次に、前記ステンレス管の外側面にメタルグレーズ系抵抗ペースト（図示せず）を印刷した後、約１３０℃で約１０分間乾燥し、その後、前記ステンレス管を約８５０℃で約１０分間焼成することにより、第３の歪検知素子１９、第４の歪検知素子２０、第１の歪検知素子１６および第２の歪検知素子１８を形成する。これにより、前記ステンレス管は起歪体１１として製造される。

次に、前記起歪体１１における第１の開口部１１ａと第１の支持部材２１との当接部（図示せず）にレーザを照射して、起歪体１１に第１の支持部材２１を固着する。

次に、前記起歪体１１における第２の開口部１１ｂと、第２の支持部材２３との当接部（図示せず）にレーザを照射して、起歪体１１に第２の支持部材２３を固着すると同時に、第１の支持部材２１と第２の支持部材２３との当接部（図示せず）にレーザを照射することにより、第１の支持部材２１と第２の支持部材２３とを互いに固着して支持部材２４を形成する。

次に、予め、コネクタ端子３０を一体に成形したコネクタ２８を準備し、このコネクタ２８に回路基板２７を接着剤により固着した後、回路基板２７の一端を前記コネクタ端子３０に半田付けし、さらに、回路基板２７の他端を起歪体１１における電源電極１２、第１の出力電極１３、第２の出力電極１４およびＧＮＤ電極１５と半田付けする。

最後に、起歪体１１における内側面に、押圧部材２６を装着する。

以上のようにして構成され、かつ組み立てられた本発明の実施の形態１における荷重検出装置について、次に、その動作を説明する。

まず、図５に示すように、相手側取付部材３２に、第１の支持部材２１を当接させた後、ナット３３における雌ネジ３４（図示せず）を支持部材２４における雄ネジ２５（図示せず）に螺合させることにより、荷重検出装置を相手側取付部材３２に固着する。

次に、軸支持部材３５における孔３６に軸３１を挿入し、前記押圧部材２６の内側面に軸３１を圧入する。

そして、この状態において、軸支持部材３５に荷重検出装置における起歪体１１の軸芯方向と垂直な方向に例えば、車輌用ペダル類の踏込み荷重が作用すると、図６に示すように、両端支持の起歪体１１の内側面における第１の開口部１１ａと第２の開口部１１ｂとの略中央に剪断力が作用して起歪体１１に剪断方向に歪が発生し、第１の歪検知素子１６および第４の歪検知素子２０に引張応力が発生するとともに、第２の歪検知素子１８および第３の歪検知素子１９に圧縮応力が発生する。そのため、第１の歪検知素子１６および第４の歪検知素子２０の抵抗値が大きくなり、一方、第２の歪検知素子１８および第３の歪検知素子１９の抵抗値が小さくなる。したがって、電源電極１２に電圧を印加するとともに、ＧＮＤ電極１５を接地して、第１の出力電極１３と第２の出力電極１４との差動電圧を計測し、予め求められた関係からその差動電圧に基づいて起歪体１１に加わる荷重を測定することができるものである。なお、図６は、理解を容易にするために起歪体１１の歪をきわめて大きく示しているものである。

すなわち、起歪体１１の内側面に当接するリング形状の押圧部材２６に対して起歪体１１の軸心と垂直な方向に荷重を加えることにより、第１の開口部１１ａおよび第２の開口部１１ｂが固定された起歪体１１の略中央に剪断力を作用させるようにしているため、従来のように円筒状の起歪体１１にその軸心方向に荷重を加えるようにしたものに比べて起歪体１１が撓み易くなり、これにより、第１の歪検知素子１６、第２の歪検知素子１８、第３の歪検知素子１９および第４の歪検知素子２０に歪が発生し易くなるため、出力信号の感度を向上させることができるという効果が得られるものである。

また、上記本発明の実施の形態１においては、押圧部材２６を外側面に固定するとともに、円筒形状の起歪体１１の内側を貫通する軸３１を設け、かつこの軸３１の両端を固定するようにしているため、荷重負荷時の軸３１の傾きが防止されることになり、これにより、荷重検出の精度を高めることができるという効果が得られるものである。

なお、上記本発明の実施の形態１における荷重検出装置においては、起歪体１１の外側面に第１の歪検知素子１６、第２の歪検知素子１８、第３の歪検知素子１９および第４の歪検知素子２０を設けた構成としているが、起歪体１１の内側面に第１の歪検知素子１６、第２の歪検知素子１８、第３の歪検知素子１９および第４の歪検知素子２０を設けた構成にした場合においても、上記本発明の実施の形態１と同様の効果が得られるものである。

また、上記本発明の実施の形態１における荷重検出装置においては、第１の歪検知素子１６、第２の歪検知素子１８、第３の歪検知素子１９および第４の歪検知素子２０によりフルブリッジ回路を構成しているが、ハーフブリッジ回路でも良いものである。

そしてまた、上記本発明の実施の形態１における荷重検出装置においては、厚膜抵抗により第１の歪検知素子１６、第２の歪検知素子１８、第３の歪検知素子１９および第４の歪検知素子２０を構成したものについて説明したが、薄膜抵抗、ピエゾ素子、圧電素子等を用いて第１の歪検知素子１６、第２の歪検知素子１８、第３の歪検知素子１９および第４の歪検知素子２０を構成した場合においても、上記本発明の実施の形態１と同様の効果が得られるものである。

（実施の形態２）
以下、実施の形態２を用いて、本発明の特に請求項３に記載の発明について、図面を参照しながら説明する。

図７は本発明の実施の形態２における荷重検出装置の側断面図である。なお、この本発明の実施の形態２においては、上記した本発明の実施の形態１の構成と同様の構成を有するものについては、同一番号を付しており、その説明は省略する。

上記した本発明の実施の形態１における荷重検出装置においては、軸３１の外側面に押圧部材２６を直接設けた構成としていたが、本発明の実施の形態２における歪検出装置は、第１の支持部材３７に円筒形状の起歪体１１の内側を貫通する円筒状のスリーブ３８を一体に設け、そして、この円筒状のスリーブ３８の外側面に押圧部材３９を設けるとともに、この円筒状のスリーブ３８の内側に軸３１（図示せず）を挿入するようにしたものである。そして、この状態において、軸支持部材３５（図示せず）に荷重検出装置における起歪体１１の軸芯方向と垂直な方向に荷重が作用すると、第１の支持部材３７におけるスリーブ３８を介して両端支持の起歪体１１の内側面における第１の開口部１１ａと第２の開口部１１ｂとの略中央に剪断力が作用して起歪体１１に剪断方向に歪が発生するもので、したがって、この本発明の実施の形態２においても、上記した本発明の実施の形態１における荷重検出装置と同様に、起歪体１１に加わる荷重を検出することができるものである。

ここで、相手側取付部材に取り付ける場合を考えると、本発明の実施の形態２における荷重検出装置においては、図７に示すように、第１の支持部材３７に円筒形状の起歪体１１の内側を貫通する円筒状のスリーブ３８を一体に設けるとともに、さらにこのスリーブ３８の内側に挿通される前記第１の支持部材３７と別体の軸（図示せず）を設け、かつこの軸（図示せず）の両端を固定するようにしているため、軸がスラスト方向に移動した場合であっても、押圧部材３９から負荷される外力は、起歪体１１における第１の開口部１１ａと第２の開口部１１ｂとの略中央に作用することになり、これにより、出力信号が安定するという効果が得られるものである。

本発明に係る荷重検出装置は、起歪体が荷重に対して撓み易くなって、出力信号の感度を向上させることができるという効果を有するものであり、特に、車両用ペダル類の踏込み荷重の検出、車両用パーキングブレーキのケーブル張力の検出、車両用シートの座面荷重の検出等、種々の荷重を検出するための荷重検出装置等において有用となるものである。

本発明の実施の形態１における荷重検出装置の斜視図 同荷重検出装置の側断面図 同荷重検出装置の側面図 同荷重検出装置における起歪体の展開図 同荷重検出装置を相手側取付部材に取り付ける状態を示す側断面図 同荷重検出装置の動作状態を示す図 本発明の実施の形態２における荷重検出装置の側断面図 従来の荷重検出装置の斜視図 従来の荷重検出装置の展開図 従来の荷重検出装置の回路図

符号の説明

１１ 起歪体
１１ａ 第１の開口部
１１ｂ 第２の開口部
１６ 第１の歪検知素子
１８ 第２の歪検知素子
１９ 第３の歪検知素子
２０ 第４の歪検知素子
２４，３７ 支持部材
２６，３９ 押圧部材
３１ 軸
３８ スリーブ

Claims (3)

1. 歪検知素子を外側面に設けた円筒形状の起歪体と、この起歪体の両端開口部を支持する支持部材と、前記起歪体の内側面に当接するリング形状の押圧部材とを備え、前記押圧部材に対して前記起歪体の軸心と垂直な方向に荷重を加えることにより、両端開口部が固定された起歪体の略中央に剪断力を作用させるようにした荷重検出装置。
2. 押圧部材を外側面に固定するとともに、円筒形状の起歪体の内側を貫通する軸を設け、かつこの軸の両端を固定するようにした請求項１記載の荷重検出装置。
3. 起歪体の内側を貫通するとともに押圧部材を外側面に有する筒状のスリーブを設け、さらにこのスリーブの内側に挿通される軸を設け、かつこの軸の両端を固定するようにした請求項１記載の荷重検出装置。

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