JP2005132216A - 踏力センサとそれを用いたペダル踏力検出装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】シンプルな構造で構造信頼性が高く、取り扱いが容易な踏力センサを提供する。
【解決手段】一端が閉じられた円筒形状の側面部１１ｃの中央に穴部１１ｄを設けるとともに、その側面部１１ｃに絶縁層１２を介して歪抵抗素子１３を直接形成した基材１１と、この基材１１の開放端から同軸に差し込まれたコイルバネ１５と、このコイルバネ１５の一端に当接する段付き部１４ａをもち、かつ前記穴部１１ｄに一部が突き出すように差し込まれた入力軸１４と、この入力軸１４の突き出た部分に抜け止めを有する構造とすることにより、構造信頼性が高く取り扱いの容易な踏力センサを提供することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車などのアクセルやブレーキ等に入力された踏力を検出する踏力センサとそれを用いたペダル踏力検出装置に関するものである。
従来の踏力センサの詳細断面図を図４に、それを用いたペダル踏力検出装置の全体図を図５に示す。
図４において断面がコの字状のコップ形状をした第１のカバー部材２１と第２のカバー部材２２との間にスプリング２３が挟まれており、これらはセンサヘッド３１の上に設けられている。センサヘッド３１の下にはベローズ３２が設けられており、この中に液体３８が封入されている。また、この液体３８に浸漬するようにセンサチップ３５が設けられており、端子３７とボンディングワイヤ３６により電気的に接続されている。
図５においてレバー部５の一端にペダル部４が設けられており、他端に踏力センサ１が設けられている。また、レバー部５は第２の軸１０によりプッシュロッド３と連結されている。第１の軸６を作用点、第２の軸１０を支点とするアーム７が荷重印加点５２で踏力センサ１に当接するように設けられている。
踏力センサの動作を図４を用いて説明する。
踏力が第１のカバー部材２１に加わると、スプリング２３を介して第２のカバー部材２２に踏力が伝達され、更にセンサヘッド３１を押す。この押す力が液体３８によりセンサチップ３５に圧力として伝達され、踏力を検出する。これがボンディングワイヤ３６と端子３７を介して電気信号として外部に取り出される。
ペダル検出装置の動作を図５を用いて説明する。
踏力が２００Ｎ以下の場合は図５（ａ）に示すように、第２の軸１０は穴９に接触せずアーム７を介して荷重印加点５２より踏力センサ１に荷重が印加される。荷重印加点５２に印加される荷重はアーム７と第２の軸１０と第１の軸６により構成されるてこの原理により、第１の軸６に印加される荷重に対して減衰されている。その減衰比は荷重印加点５２と第２の軸１０との距離と第２の軸１０と第１の軸６との距離との比により決まる。
踏力が２００Ｎを超えると図５（ｂ）に示すように、第２の軸１０が穴９に接触しそれ以上の荷重が踏力センサ１に印加しないようになっている。
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２００２−２０５６２８号公報
しかしながら、従来の踏力センサでは液体３８を密封するための気密性が必要なために構造が複雑になり、構造信頼性が低いという課題があった。また、組み立て工程の際にベローズ３２に傷を付けると液体３８が漏れてセンサの検出機能を損なうため取り扱いが容易でないという課題もあった。
本発明は上記従来の課題を解決するもので、シンプルな構造で構造信頼性が高く、取り扱いが容易な踏力センサ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。
本発明の請求項１に記載の発明は、一端が閉じられた円筒形状の側面部の中央に穴を設けるとともに、その側面部に絶縁層を介して歪抵抗素子を直接形成した基材と、この基材の開放端から同軸に差し込まれたコイルバネと、このコイルバネの一端に当接する段付き部をもち、かつ前記穴に一部が突き出すように差し込まれた入力軸と、この入力軸の突き出た部分に抜け止めを有する構造とすることにより、構造信頼性が高く堅牢なセンサを提供することができるという作用効果を有する。
本発明の請求項２に記載の発明は、基材の円筒部の外周面にねじを設けたことにより、取り付けが容易になり組み立て性が向上するという作用効果を有する。
本発明の請求項３に記載の発明は、入力軸の段付き部に基材の円筒部の内径よりも大きい外径をもつ第１の止め具を挿入し、コイルバネに当接するとともに所定の荷重まで前記コイルバネが撓むと前記第１の止め具が前記基材に当接して、それ以上の荷重がかからないような構成とすることにより、過大な踏力がかかっても破損しない高い構造信頼性を持つセンサを提供することができるという作用効果を有する。
本発明の請求項４に記載の発明は、基材は側面部と円筒部を機械的に結合したものであり、前記側面部には歪抵抗素子と処理回路が一体に形成された構成とすることにより、回路基板と素子との接続信頼性を向上させることができるという作用効果を有する。
本発明の請求項５に記載の発明は、ブレーキアームと、一端が回動自在な第１の軸により前記ブレーキアームに取り付けられ他端がマスタシリンダへ力を伝達するプッシュロッドに取り付けられたリンクと、そのリンクに取り付けられ請求項１から４のいずれかに記載の踏力センサの入力軸に当接して荷重を伝達するアームからなる構成とすることにより、高い構造信頼性を持つペダル踏力検出装置を提供することができるという作用効果を有する。
本発明の請求項６に記載の発明は、アームと入力軸の間にユニバーサルジョイント部を設けたことにより、荷重印加点が多少斜めに荷重を入力軸に印加しても正確に踏力を伝達し、精度よく踏力を検出できるという作用効果を有する。
本発明の踏力センサは、少ない部品点数で構成されたシンプルな構造であり、それゆえに構造信頼性も高く、取り扱いも容易になるという効果を奏するものである。
本発明の実施の形態における踏力センサの詳細断面図を図１に、同実施の形態における基材の詳細図を図２に、図１の踏力センサを用いた同実施の形態におけるペダル踏力検出装置の全体図を図３に示す。
図１において、取り付け用のフランジ２０はレバー部５（図示していない）に機械的に固定されている。そして、ねじ部１１ｂとナット４４により踏力センサ１全体が固定されるようになっている。入力軸１４は基材１１の円筒部１１ａの開口部より差し込まれ、かつその一端は穴部１１ｄに一部が突き出すように差し込まれている。コイルバネ１５は入力軸１４と同軸に同じように基材１１の円筒部１１ａに差し込まれており、入力軸１４の段付き部１４ａに取り付けた第１の止め具１６と当接するようになっている。また、その他端は凸部１１ｅの上に配置されたワッシャ１７に当接するようになっている。入力軸１４が穴部１１ｄに差し込まれて、さらに側面部１１ｃより突き出した部分にはスペーサ１９を挟んで第２の止め具１８により入力軸が抜けないように固定されている。このとき、スペーサ１９の厚さと第２の止め具１８により、コイルバネ１５に一定の予圧がかかるように調節されている。基材１１の側面部１１ｃに形成された歪抵抗素子１３は樹脂ケース４１に固定された回路基板４０に電気的に接続され、更にコネクタ４２の端子３７により外部に取り出される。また、これらの保護のためにカバー４３が装着されている。
図２において、基材１１の円筒部１１ａの外周部にねじ部１１ｂが形成されており、側面部１１ｃの中央部には穴部１１ｄが形成され、更にガラスによる絶縁層１２が直接形成され、その上に歪抵抗素子１３が直接形成されている。歪抵抗素子１３は更に内側へ配置した歪抵抗素子１３ａと外側へ配置した歪抵抗素子１３ｂの二つのグループに分かれる。内側へ配置した歪抵抗素子１３ａは最も応力の集中する凸部１１ｅの投影面１１ｆの近傍に配置され、外側へ配置した歪抵抗素子１３ｂはほとんど歪まない円筒部１１ａの投影面１１ｇに配置されている。図示していないが電極パターンにより結線されることで、これらによりホィートストンブリッジが形成されるようになっている。
図３においてブレーキペダル２はペダル部４とレバー部５により構成され、レバー部５の一端にペダル部４が設けられており、他端に踏力センサ１が設けられている。レバー部５は第１の軸６によりリンク８と連結され、更にリンク８は第２の軸１０によりプッシュロッド３と連結されている。また、リンク８には第１の軸６を作用点、第２の軸１０を支点とするアーム７が荷重印加点５２で踏力センサ１に当接するように設けられている。
但し、従来例のようにレバー部５を貫通するような穴９は設けていないので、第２の軸１０はレバー部５には接触しない。また、プッシュロッド３はマスタシリンダ５３に連結されており、更に図示していないがブレーキアクチュエータに連結されている。ブレーキペダル２は踏力を印加しないときはリターンスプリング５４により所定位置に戻される。
以上のような構成における動作について説明する。
まず踏力センサ１の動作について図１と図２を用いて説明する。
入力軸１４を介して入力された荷重はコイルバネ１５を介して、凸部１１ｅに荷重を伝達する。このとき、内側へ配置した歪抵抗素子１３ａに歪が集中して発生し抵抗値が変化する。一方、外側へ配置した歪抵抗素子１３ｂに歪の発生はなく抵抗値はほとんど変化しないので、これらを組み合わせたホィートストンブリッジはハーフブリッジとなり、踏力による抵抗値の変化を電圧変化に変換する。この電圧変化は回路基板４０に設けた処理回路により所定の電圧値に変換され端子３７を介して外部に出力される。
また、過大な踏力が印加されたとき、第１の止め具１６の外径が基材１１の円筒部１１ａの内径より大きいために、基材１１に当接してストッパとなり所定以上の荷重を伝達しない構造になっている。
また、入力軸１４と穴部１１ｄとの間には適切なクリアランスを設けることで、荷重印加時に摩擦等によるこじりが発生しないようにすることができる。そのため、入力軸１４に多少斜めに荷重が印加されても、コイルバネ１５のたわみにより吸収され正確な荷重を検出することができる。
なお、平板の基材の上に歪抵抗素子１３と処理回路を一体に形成し、歪抵抗素子１３の形成された部分の裏面に円筒部１１ａを溶接等により後付けしたものを基材１１としてもよい。これにより、側面部１１ｃと回路基板４０との接続構造を簡素化し、接続信頼性を高めることができる。
つぎにペダル踏力検出装置の動作を図３を用いて説明する。
運転者がペダル部４を踏むとレバー部５を介して、プッシュロッド３からマスタシリンダ５３へ踏力を伝達するが、このときアーム７は第１の軸６を作用点、第２の軸１０を支点として荷重印加点５２から踏力センサ１にも踏力を伝達する。但し、踏力センサ１に伝達される荷重は減衰されており、その減衰比は荷重印加点５２と第２の軸１０との距離と第２の軸１０と第１の軸６との距離により決まる。
また、アーム７と踏力センサ１の入力軸１４との間、すなわち荷重印加点５２にユニバーサルジョイント部を設けることにより、踏力センサ１の入力軸１４に常に垂直方向の力が加わるようになるため検出精度を更に高めることができる。
本発明にかかる踏力センサおよびそれを用いたペダル踏力検出装置は、少ない部品点数で踏力センサを構成しているため構造的にシンプルでそれゆえに構造信頼性も高く、また内部にストッパ構造を有しているため取り扱いも容易で、自動車などのアクセルやブレーキ等に入力された踏力を検出する踏力センサおよびそれを用いたペダル踏力検出装置に最適である。
本発明の実施の形態における踏力センサの詳細断面図 同実施の形態における基材の詳細図 同実施の形態におけるペダル踏力検出装置の全体図 従来の踏力センサの詳細断面図 （ａ）、（ｂ）従来のペダル踏力検出装置の全体図
符号の説明
１ 踏力センサ
２ ブレーキペダル
３ プッシュロッド
４ ペダル部
５ レバー部
６ 第１の軸
７ アーム
８ リンク
１０ 第２の軸
１１ 基材
１１ａ 円筒部
１１ｂ ねじ部
１１ｃ 側面部
１１ｄ 穴部
１１ｅ 凸部
１１ｆ 凸部の投影面
１１ｇ 円筒部の投影面
１２ 絶縁層
１３ 歪抵抗素子
１３ａ 内側へ配置した歪抵抗素子
１３ｂ 外側へ配置した歪抵抗素子
１４ 入力軸
１４ａ 段付き部
１５ コイルバネ
１６ 第１の止め具
１７ ワッシャ
１８ 第２の止め具
１９ スペーサ
２０ フランジ
３７ 端子
４０ 回路基板
４１ 樹脂ケース
４２ コネクタ
４３ カバー
４４ ナット
５２ 荷重印加点
５３ マスタシリンダ
５４ リターンスプリング

Claims (6)

  1. 一端が閉じられた円筒形状の側面部の中央に穴を設けるとともに、その側面部に絶縁層を介して歪抵抗素子を直接形成した基材と、この基材の開放端から同軸に差し込まれたコイルバネと、このコイルバネの一端に当接する段付き部をもち、かつ前記穴に一部が突き出すように差し込まれた入力軸と、この入力軸の突き出た部分に抜け止めを有する構成とした踏力センサ。
  2. 基材の円筒部の外周面にねじを設けた請求項１に記載の踏力センサ。
  3. 入力軸の段付き部に基材の円筒部の内径よりも大きい外径をもつ第１の止め具を挿入し、コイルバネに当接するとともに所定の荷重まで前記コイルバネが撓むと前記第１の止め具が前記基材に当接して、それ以上の荷重がかからないような構成とした請求項１に記載の踏力センサ。
  4. 基材は側面部と円筒部を機械的に結合した構成とし、前記側面部には歪抵抗素子と処理回路が一体に形成された請求項１に記載の踏力センサ。
  5. ブレーキアームと、一端が回動自在な第１の軸により前記ブレーキアームに取り付けられ他端がマスタシリンダへ力を伝達するプッシュロッドに取り付けられたリンクと、そのリンクに取り付けられ請求項１から４のいずれかに記載の踏力センサの入力軸に当接して荷重を伝達するアームからなるペダル踏力検出装置。
  6. アームと入力軸の間にユニバーサルジョイント部を設けた請求項５に記載のペダル踏力検出装置。
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