JP2016142620A - Sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、操作部材が操作された場合に、操作部材から起歪体との間で作用する操作反力から操作荷重を検出するセンサ装置に関する。 The present invention relates to a sensor device that detects an operation load from an operation reaction force that acts between an operation member and a strain body when the operation member is operated.
上記のように構成されたセンサ装置として特許文献１には、操作部材（文献では操作ペダル）に形成された孔部に荷重センサが挿入状態で支持された技術が示されている。この技術では、荷重センサが、ケース部材の内部に起歪体が連結し、この起歪体の内部に軸状部材が連結した構成を有しており、軸状部材の貫通孔に軸体（文献ではクレビスピン）が挿通し、軸体にはオペレーティングロッドが連結している。 As a sensor device configured as described above, Patent Document 1 discloses a technique in which a load sensor is supported in an inserted state in a hole formed in an operation member (an operation pedal in the document). In this technique, the load sensor has a configuration in which a strain body is coupled to the inside of the case member, and a shaft-shaped member is coupled to the interior of the strain body, and the shaft body ( In the literature, a clevis pin is inserted, and an operating rod is connected to the shaft.
特許文献１のセンサ装置では、ケース部材が操作部材に対し軸体の軸芯を中心とした回転を行わないように回転不能に支持され、起歪体の外周に歪抵抗素子を備えている。このような構成から、ブレーキ操作時にペダルを支持するアームの揺動に伴い操作荷重の作用方向が変化する場合でも、荷重センサの位置が保持され、歪抵抗素子による荷重検出性能を向上させている。 In the sensor device of Patent Document 1, the case member is supported so as not to rotate so that the operation member does not rotate around the axis of the shaft body, and a strain resistance element is provided on the outer periphery of the strain generating body. With such a configuration, even when the operating direction of the operation load changes with the swing of the arm that supports the pedal during brake operation, the position of the load sensor is maintained, and the load detection performance by the strain resistance element is improved. .
特許文献１のセンサ装置では、ペダルの踏み込み量に対応して操作荷重の入力方向が変化した場合には、荷重センサが位置ズレを防止するように荷重を受ける構造を工夫して検出精度を向上させている。 In the sensor device of Patent Document 1, when the input direction of the operation load changes corresponding to the pedal depression amount, the load sensor is devised to improve the detection accuracy by preventing the positional deviation. I am letting.
しかしながら、特許文献１の段落番号〔００９４〕の説明のように、起歪体の配置により荷重が作用する方向が変化した場合にも、トータルの歪量が一定に維持されるように構成したものであっても、段落番号〔００９５〕の説明のようにトータルの歪量を検出するものでは、出力信号が小さく、誤差と比較すると充分に高精度の検出ができるといえないものであった。また、特許文献１に示されるブリッジ回路を用いても、操作反力の作用方向が変化するで検出精度が低下していた。 However, as described in paragraph [0094] of Patent Document 1, the total strain amount is maintained constant even when the direction in which the load acts is changed by the arrangement of the strain generating body. However, in the case of detecting the total distortion amount as described in paragraph [0095], the output signal is small, and it cannot be said that detection with sufficiently high accuracy can be performed compared with the error. Further, even when the bridge circuit disclosed in Patent Document 1 is used, the detection accuracy is lowered because the direction of the operation reaction force changes.
特に、特許文献１に記載されるように起歪体の外周において、この起歪体を取り囲む領域に複数の荷重センサを配置した場合には、検出信号を取り出す配線が複雑になるものでもあった。 In particular, as described in Patent Document 1, when a plurality of load sensors are arranged in a region surrounding the strain generating body on the outer periphery of the strain generating body, wiring for extracting a detection signal is complicated. .
本発明の目的は、作動部材の作動に伴い操作反力の作用方向が変化する場合でも、操作荷重を高精度で検出する検出センサを構成する点にある。 An object of the present invention is to constitute a detection sensor that detects an operation load with high accuracy even when an operation direction of an operation reaction force changes with the operation of an operation member.
本発明の特徴は、操作部材に入力した操作力を操作対象に伝達する際に、前記操作部材と前記操作対象との間に作用する操作荷重を計測するセンサ装置であって、
前記操作対象に連結される荷重出力機構に取り付けられる軸体と、
前記軸体を挿通する貫通孔を有し、外周の検出面に荷重センサを設けた起歪体と、
前記荷重センサの出力信号から歪を検出する検出回路とを備え、
前記検出回路は、前記荷重センサからなる抵抗部で構成されるホイートストーンブリッジ回路を有し、
前記検出面の中心を基準に対称となる位置に、一対の前記荷重センサが配置され、この一対の荷重センサを直列に接続して前記抵抗部の１つとして構成している点にある。
A feature of the present invention is a sensor device that measures an operation load acting between the operation member and the operation object when transmitting an operation force input to the operation member to the operation object,
A shaft attached to a load output mechanism coupled to the operation object;
A strain body having a through-hole through which the shaft body is inserted and having a load sensor on the outer peripheral detection surface;
A detection circuit for detecting strain from the output signal of the load sensor,
The detection circuit has a Wheatstone bridge circuit composed of a resistance portion composed of the load sensor,
A pair of the load sensors are arranged at positions symmetrical with respect to the center of the detection surface, and the pair of load sensors are connected in series to constitute one of the resistance portions.
この構成によると、検出面の中心を基準にして対称となる位置に配置された一対の荷重センサを直列に接続し、これをホイートストーンブリッジ回路の４つの抵抗部の１つとすることにより、操作反力の作用方向が変化した場合の検出誤差を相殺できる。検出誤差を相殺する原理を図７に基づいて説明する。 According to this configuration, a pair of load sensors arranged at positions symmetrical with respect to the center of the detection surface are connected in series, and this is set as one of the four resistance portions of the Wheatstone bridge circuit. The detection error in the case where the operation direction of the operation reaction force is changed can be canceled out. The principle of canceling the detection error will be described with reference to FIG.
つまり、図７に示す如く非操作状態のペダルアーム２（作動部材の一例）の姿勢を非操作姿勢Ｙとした場合に、センサ装置Ｓにおいて連結軸６（軸体の一例）から起歪体１１に対し、非操作姿勢Ｙに対して直交する作用方向Ｘに沿って操作反力Ｆが作用するものを想定する。この想定では、起歪体１１の検出面１３が作用方向Ｘに対して直交する姿勢に設定される。
That is, as shown in FIG. 7, when the posture of the pedal arm 2 (an example of the actuating member) in the non-operating state is set to the non-operating posture Y, in the sensor device S, from the connecting shaft 6 (an example of the shaft body) On the other hand, it is assumed that the operation reaction force F acts along the action direction X orthogonal to the non-operation posture Y. In this assumption, the
この状態からペダルアーム２が非操作姿勢Ｙから角度θだけ変化した場合の歪分布が図７のように現れる。このグラフは、検出面１３の長手方向を横軸に取り、歪量を縦軸に取っている。つまり、ペダルアーム２の角度θが変化した場合には、中央位置（中心１３Ｃを通る第１分割線Ｌ１）を挟んで一方側では圧縮力が作用し、他方では張力が作用することになり、角度θにより歪分布が変化する。これに対して、長手方向での中央位置では、角度θに対する歪量が一定となる。
From this state, the distortion distribution when the
このような理由から、検出中心１３Ｃを挟んで対称となる位置の一対の荷重センサを配置することにより、荷重が作用した場合には、一対の荷重センサの一方の抵抗値は増大し、他方の抵抗値は低下する。このため、これらを直列に接続することにより、一対の荷重センサ２０の合成抵抗値が操作反力Ｆの方向に関わりなく、操作反力Ｆの値を反映することが可能となる。
従って、作動部材の作動に伴い操作反力の作用方向が変化する場合でも、操作荷重を高精度で検出する検出センサが構成された。特に、この構成では、起歪体の単一の検出面に対して複数の荷重センサが貼着されるので、配線を単純化し荷重センサの配置を容易にする。
For this reason, when a load is applied by arranging a pair of load sensors that are symmetrical with respect to the
Accordingly, a detection sensor that detects the operation load with high accuracy even when the direction of the operation reaction force changes with the operation of the operation member is configured. In particular, in this configuration, since a plurality of load sensors are attached to a single detection surface of the strain generating body, the wiring is simplified and the arrangement of the load sensors is facilitated.
本発明は、前記検出面が、前記操作部材の操作に起因する荷重が作用する方向を第１方向に設定し、この第１方向と直交する方向を第２方向に設定しており、
前記検出面を第１方向の中央で分割するように前記中心を通る第１分割線と、前記検出面を前記第２方向の中央を分割するように前記中心を通る第２分割線とを想定し、前記第１分割線と前記第２分割線とにより分割される４領域のうち、前記中心を基準にして点対称となる領域に一対の前記荷重センサを配置しても良い。
In the present invention, the detection surface sets a direction in which a load caused by the operation of the operation member acts as a first direction, and sets a direction orthogonal to the first direction as a second direction,
Assume a first dividing line passing through the center so as to divide the detection surface at the center in the first direction and a second dividing line passing through the center so as to divide the detection surface at the center in the second direction. And a pair of said load sensors may be arrange | positioned in the area | region which becomes point-symmetrical on the said center among the 4 area | regions divided | segmented by the said 1st dividing line and the said 2nd dividing line.
これによると、検出面に対して捻れ力が作用した場合には、中心に点対称となる領域に配置される一対の荷重センサの一方の抵抗値が増大し、他方の抵抗値が低下する。これにより検出面に捻れ方向に荷重が作用しても検出誤差を極めて小さくすることが可能となる。 According to this, when a torsional force is applied to the detection surface, one resistance value of a pair of load sensors arranged in a point-symmetric region at the center increases, and the other resistance value decreases. As a result, even if a load acts on the detection surface in the twisting direction, the detection error can be made extremely small.
本発明は、前記検出面が、前記操作部材の操作に起因する荷重が作用する方向を第１方向に設定し、この第１方向と直交する方向を第２方向に設定しており、
前記検出面のうち、前記中心を挟んで前記第１方向で対称となる位置に一対の前記荷重センサを配置しても良い。
In the present invention, the detection surface sets a direction in which a load caused by the operation of the operation member acts as a first direction, and sets a direction orthogonal to the first direction as a second direction,
A pair of the load sensors may be arranged on the detection surface at positions symmetrical with respect to the first direction with the center interposed therebetween.
これによると、操作反力が作用する角度により、歪分布が不適正に変化する場合でも、第１方向に並ぶ複数の荷重センサのうち、中心を挟んで一方側では抵抗値が増大し、他方では抵抗値が減少するため歪分布に起因する誤差を相殺して検出精度を高めることが可能となる。 According to this, even when the strain distribution changes inappropriately depending on the angle at which the reaction force acts, among the plurality of load sensors arranged in the first direction, the resistance value increases on one side across the center, and the other In this case, since the resistance value decreases, it is possible to cancel the error caused by the strain distribution and improve the detection accuracy.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
〔基本構成〕
図１〜図３に示すように、下端にフットペダル１を備えたペダルアーム２（操作部材の一例）が支軸３を中心に揺動作動自在に支持され、ペダルアーム２の操作力をブレーキ装置に伝えるプッシュロッド４を備えてブレーキ操作ユニットが構成されている。
[Basic configuration]
As shown in FIGS. 1 to 3, a pedal arm 2 (an example of an operation member) having a foot pedal 1 at its lower end is supported so as to be swingable about a
ブレーキ操作ユニットは自動車等の車両に備えられるものであり、プッシュロッド４の操作力をマスターシリンダ（操作対象の一例）のピストンに伝達して作動させ、ピストンで加圧されたブレーキオイルを複数の車輪のブレーキ装置に伝えるように機能する。このブレーキ操作ユニットでは、プッシュロッド４から押圧力が作用する伝動系で荷重出力機構が構成されている。 The brake operation unit is provided in a vehicle such as an automobile, and the operation force of the push rod 4 is transmitted to the piston of the master cylinder (an example of an operation target) to actuate the brake oil pressurized by the piston. Serves to communicate to the wheel brake device. In this brake operation unit, a load output mechanism is configured by a transmission system in which a pressing force is applied from the push rod 4.
このブレーキ操作ユニットにおいて、ペダルアーム２の作動力をプッシュロッド４に伝える部位に本発明のセンサ装置Ｓを備えている。センサ装置Ｓは、ペダルアーム２に穿設された孔部２Ａに挿入状態で保持される起歪体１１を有し、起歪体１１の検出面１３に貼着された（設けられた）複数の歪ゲージ２０（荷重センサの一例）の信号から操作荷重を検出する検出回路Ａを有している。
In this brake operation unit, the sensor device S of the present invention is provided at a site where the operating force of the
プッシュロッド４の端部に備えたブラケット５の一対の支持片５Ａの連結孔と、起歪体１１に形成された貫通孔１１Ａとに相対回転自在に連結軸６（軸体の一例）が挿通することによりペダルアーム２の作動をセンサ装置Ｓから連結軸６を介してプッシュロッド４に伝えるように構成されている。また、連結軸６と支持片５Ａとが連結軸６の軸芯Ｐを中心にして相対回転自在であり、連結軸６と起歪体１１とが連結軸６の軸芯Ｐを中心にして相対回転自在に構成されている。この構成により、ペダルアーム２の操作時に起歪体１１に対して軸芯Ｐを中心とする回転力を作用させない状態で操作軸をプッシュロッド４に伝えることが可能となる。
The connecting shaft 6 (an example of a shaft body) is inserted into the connecting hole of the pair of
尚、歪ゲージ２０は後述する歪ゲージ２０Ａ〜２０Ｄ、及び、歪ゲージ２０ａ〜２０ｄの上位概念である。荷重センサは、金属の物理的な変形により電気抵抗を変化させるものに限らず、半導体に作用する荷重により電気抵抗率を変化させるものを用いても良い。
The
〔センサ装置〕
図３、図４に示すように、ペダルアーム２には、このペダルアーム２の作動平面に直交する姿勢の孔部２Ａが穿設され、この孔部２Ａに挿入状態で起歪体１１が保持されている。起歪体１１の中央に形成された貫通孔１１Ａに対して連結軸６が挿通し、起歪体１１の検出面１３には複数の歪ゲージ２０（荷重センサの一例）が貼着されている。検出面１３は、連結軸６の軸芯Ｐと平行する平面として形成されている。
[Sensor device]
As shown in FIGS. 3 and 4, the
このセンサ装置では、ペダルアーム２がステンレスや鋼材のように鉄系の素材が用いられ、起歪体１１には、鋼材やアルミニウム合金等の素材が用いられる。また、検出面１３に対して絶縁性の接着材を用いて歪ゲージ２０が貼着されている。
In this sensor device, the
起歪体１１の貫通孔１１Ａは、ペダルアーム２の作動平面に直交する姿勢で形成され、連結軸６の外周面に３面が接触するように３角形に類似する内面形状を有している。尚、貫通孔１１Ａの形状は多角形に限るものではなく、連結軸６の外周に密接する丸孔であっても良い。
The through
起歪体１１の外周には、一対の受圧部１２と、一対の受圧部１２に挟まれる位置に配置される平坦な検出面１３と、孔部２Ａを挟んで検出面１３に対向する位置で円弧状に突出する嵌合面１４とが形成されている。この起歪体１１の外周で検出面１３の両端部に対して検出面１３に対して傾斜する姿勢で連なる傾斜面１５を形成し、この傾斜面１５と検出面１３との境界位置において外方に突出する受圧部１２が形成されている。
On the outer periphery of the
孔部２Ａの内周には、起歪体１１の一対の（二箇所の）受圧部１２に接触して力を伝える二箇所の当接部１６と、この一対の当接部１６の中間位置に配置される間隙形成面１７と、起歪体１１の嵌合面１４に密着する形状の嵌合保持面１８とが形成されている。
On the inner periphery of the
これらの構成から、センサ装置Ｓを組み立てた状態では、孔部２Ａの嵌合保持面１８に対して起歪体１１の嵌合面１４が接触し、孔部２Ａの２箇所の当接部１６に対し、対応する２箇所の受圧部１２が接触する。これにより、起歪体１１はペダルアーム２に対して相対回転不能に保持される。そして、孔部２Ａの間隙形成面１７と起歪体１１の検出面１３との間に間隙が形成される。更に、起歪体１１の貫通孔１１Ａの内周に接触する状態で連結軸６が挿通する。
From these configurations, in a state where the sensor device S is assembled, the
このセンサ装置Ｓでは、フットペダル１が踏み込まれた場合にはペダルアーム２の作動に伴い、操作反力Ｆが軸芯Ｐに対して垂直方向に連結軸６に作用し、更に連結軸６から起歪体１１に作用する。操作反力Ｆの作用方向は同図矢印として示す方向であり、操作反力Ｆが作用することで起歪体１１の一対の受圧部１２が当接部１６に接触することにより検出面１３を歪ませ、この歪が複数の歪ゲージ２０で検出される。
In this sensor device S, when the foot pedal 1 is depressed, the operation reaction force F acts on the connecting
検出面１３は、操作反力Ｆの作用方向に対して直交する姿勢にあることが理想であるが、ペダルアーム２の揺動により操作反力Ｆの作用方向に対して傾斜する。この検出面１３は、一対の受圧部１２の間の長さが長寸となり、これに直交する方向が短寸となる。つまり、操作反力Ｆに起因して検出面１３に対して荷重が作用する方向を第１方向（長手方向）に設定している。また、この検出面１３の中心位置（検出面１３の重心位置と一致する）を検出中心１３Ｃとしている。
The
図５に示すように、検出面１３の第１方向での中央を分割するように検出中心１３Ｃを通る第１分割線Ｌ１と、検出面１３の第２方向の中央位置を分割するように検出中心１３Ｃを通る第２分割線Ｌ２とが想定されている。第１分割線Ｌ１と第２分割線Ｌ２とにより分割される４領域の各々に対して２つの歪ゲージ２０が貼着されている。これにより検出面１３には８つの歪ゲージ２０が配置される。
As shown in FIG. 5, detection is performed so that the first dividing line L1 passing through the
検出回路Ａは、４つの抵抗部Ｒ（後述する抵抗部Ｒａ〜Ｒｄの上位概念）を有するホイートストーンブリッジ回路（以下、ブリッジ回路と称する）として構成され、検出中心１３Ｃを基準にして点対称となる２つの領域に貼着された歪ゲージ２０を直列に接続することで１つの抵抗部Ｒを構成している。８つの歪ゲージ２０を区別するために、図６に示すように歪ゲージ２０Ａ〜２０Ｄ、及び、歪ゲージ２０ａ〜２０ｄの符号を付している。
The detection circuit A is configured as a Wheatstone bridge circuit (hereinafter referred to as a bridge circuit) having four resistance portions R (superordinate concepts of resistance portions Ra to Rd described later), and is point-symmetric with respect to the
つまり、一対の歪ゲージ２０Ａ，２０ａをワイヤハーネスにより直列に接続して抵抗部Ｒａを構成し、一対の歪ゲージ２０Ｂ，２０ｂを直列に接続して抵抗部Ｒｂを構成し、一対の歪ゲージ２０Ｃ，２０ｃを直列に接続して抵抗部Ｒｃを構成し、一対の歪ゲージ２０Ｄ，２０ｄを直列に接続して抵抗部Ｒｄを構成する。
That is, a pair of
これにより、検出回路Ａは抵抗部Ｒａ〜Ｒｄが一対の歪ゲージ２０を直列に接続したブリッジ回路が構成される。また、Ｖｃｃ端子とＧＮＤ端子との間に直流電圧を印加した状態で、複数の抵抗部Ｒａ〜Ｒｄの抵抗値が平衡条件を満たす場合には、一対の出力端子Ｑには電位が等しく、平衡条件が崩れた場合に一対の出力端子Ｑの間に電位差が発生する。このように８つの歪ゲージ２０を用い、特定の組み合わせを直列に接続してブリッジ回路を構成する理由を以下に説明する。
Thereby, the detection circuit A is configured as a bridge circuit in which the resistance portions Ra to Rd connect a pair of
〔回路構成〕
フットペダル１を踏み込み操作した場合にはペダルアーム２が支軸３を中心に揺動し、起歪体１１の検出面１３に対する操作反力Ｆの作用方向が変化するため、検出面１３の歪の傾向が変化する。
[Circuit configuration]
When the foot pedal 1 is depressed, the
図７のペダルアーム２の図に示すように、非操作状態でのペダルアーム２の姿勢を非操作姿勢Ｙとした場合に、センサ装置Ｓにおいて連結軸６から起歪体１１に対し、非操作姿勢Ｙに対して直交する作用方向Ｘに沿って操作反力Ｆが作用するものを想定する。この想定では、起歪体１１の検出面１３が作用方向Ｘに対して直交する姿勢に設定される。
As shown in the diagram of the
この状態からフットペダル１が踏み込み操作され、ペダルアーム２が非操作姿勢Ｙから角度θだけ変化した場合の歪分布が図７のグラフのように現れる。このグラフは、検出面１３の第１方向を横軸に取り、歪量を縦軸に取っている。また、ペダルアーム２の角度θを、０°、５°１０°、１５°、２０°に設定した状態で、操作反力Ｆが作用した場合に、夫々の角度θに対応した歪分布が現れる。
From this state, when the foot pedal 1 is depressed and the
角度θに拘わらず検出中心１３Ｃを中央として、第１方向に対称形となる歪分布が現れることが理想である。これに対して、角度θが変化した場合には、検出中心１３Ｃを挟んで一方側では圧縮力が作用し、他方では張力が作用することになり、角度θにより歪分布が変化する。しかしながら、検出中心１３Ｃでは、何れの角度θにおいても歪量が一定となる。
Ideally, a symmetric strain distribution appears in the first direction with the
周知のように、歪ゲージ２０は引張荷重の作用により電気抵抗増大させ、圧縮荷重の作用により電気抵抗を低減する性質を有している。従って、検出面１３に対して位置を考慮せずに４つの歪ゲージ２０を貼着し、この４つの歪ゲージ２０によりブリッジ回路を構成した場合には、操作反力Ｆの作用方向によって検出結果に誤差を含むことになる。
As is well known, the
本発明のセンサ装置Ｓでは、この誤差を低減するように第１方向で検出中心１３Ｃの一方側と他方側とに配置し、これらを直列に接続して合成抵抗として用いることにより、ペダルアーム２の操作姿勢に起因する圧縮荷重と引張荷重とに起因する誤差の相殺を実現している（検出形態は後述する）。特に、検出面１３の幅方向に偏った操作反力Ｆが作用すること（捻り力を含む操作反力Ｆ）を考慮すると、検出中心１３Ｃを中心にして点対称となる位置で、検出中心１３Ｃから等距離に歪ゲージ２０を貼着し、これらを直列に接続することにより、検出面１３が捻られる偏った荷重による誤差の相殺も実現する。
In the sensor device S of the present invention, the
このような理由から、本発明のセンサ装置Ｓでは前述したように８つの歪ゲージ２０を配置し、ブリッジ回路を構成しているのである。
For this reason, in the sensor device S of the present invention, as described above, eight
〔検出形態〕
この構成では、起歪体１１はペダルアーム２の孔部２Ａに対して挿入状態で支持されるだけで、起歪体１１とペダルアーム２との間には力の伝達がない状態が維持される。次に、フットペダル１が踏み込み操作され、プッシュロッド４からの操作反力Ｆが連結軸６に作用した場合には、連結軸６の軸芯Ｐに対して垂直方向に移動する力が与えられ、連結軸６の外周が起歪体１１の貫通孔１１Ａの内周のうち、操作反力Ｆの作用方向に対向する２面に圧接する。これにより、起歪体１１の二箇所の受圧部１２が、操作反力Ｆによりペダルアーム２の孔部２Ａのうち、対応する当接部１６に接当し、起歪体１１の検出面１３に歪を招くことになる。
[Detection form]
In this configuration, the
このように起歪体１１の検出面１３に歪を招く場合には、この検出面１３の外側に所定の間隙を隔てて間隙形成面１７が配置されているため、この検出面１３が歪む際に外力が作用することがない。特に、起歪体１１をペダルアーム２の孔部２Ａに対して挿入する形態で保持されるため、例えば、起歪体１１がケースの内部に連結状態で収容されるものと比較すると、ケースが歪んだ場合にケースの歪が作用する不都合を解消できる。
When the
また、フットペダル１の踏み込み操作時には、ペダルアーム２の揺動量の増大に伴い、一対の受圧部１２に作用する荷重がアンバランスになり、検出面１３の歪分布が変化する。この歪分布は、前述したようにペダルアーム２の角度θに対応するものであり、図７のグラフのように表すことが可能である。このように操作反力Ｆが作用する場合には、角度θが大きいほど検出中心１３Ｃを中心にして第１方向で対称となる位置の歪ゲージ２０の一方に作用する圧縮荷重と、他方に作用する引張荷重との差が拡大する。これに対して、各々の位置に配置した歪ゲージ２０を直列に接続することにより、圧縮荷重が作用した歪ゲージ２０の抵抗値と、引張荷重が作用した歪ゲージ２０の抵抗値との合成抵抗値は、角度θに影響されない操作荷重に対応した値となるため、検出誤差を相殺して検出される操作荷重の精度を向上させる。
Further, when the foot pedal 1 is depressed, the load acting on the pair of
更に、フットペダル１の幅方向の端部が踏み込み操作された場合には、軸芯Ｐに対して傾斜する方向から力が作用し、結果として、操作反力Ｆに捻り力が含まれることもあった。このように偏った荷重が作用した場合には、検出中心１３Ｃを中心として点対称となる一対の歪ゲージ２０の抵抗値が合成されるため、捻りに起因する検出誤差の解消も可能となる。
Further, when the end portion in the width direction of the foot pedal 1 is depressed, a force acts from a direction inclined with respect to the axis P, and as a result, the operation reaction force F includes a twisting force. there were. When such a biased load is applied, the resistance values of the pair of
〔別実施形態〕
本発明は、上記した実施形態以外に以下のように構成しても良い。
[Another embodiment]
The present invention may be configured as follows in addition to the embodiment described above.
（ａ）この別実施形態（ａ）は、センサ装置Ｓの基本的な構成は実施形態の構成と変わるものではなく、複数の歪ゲージ２０（荷重センサの一例）の配置が異なっている。つまり、図８に示すように、第２分割線Ｌ２と重複する位置に８つの歪ゲージ２０を直線的に配置する。具体的には、検出中心１３Ｃを基準にして第１方向での一方側に歪ゲージ２０Ａ，２０Ｃ，２０Ｂ，２０Ｄを配置し、他方側に、歪ゲージ２０ａ，２０ｃ，２０ｂ，２０ｄを配置している。
(A) In this different embodiment (a), the basic configuration of the sensor device S is not different from the configuration of the embodiment, and the arrangement of a plurality of strain gauges 20 (an example of a load sensor) is different. That is, as shown in FIG. 8, eight
検出回路Ａでは、図９に示すように、一対の歪ゲージ２０Ａ，２０ａを直列に接続して抵抗部Ｒａを構成し、一対の歪ゲージ２０Ｂ，２０ｂを直列に接続して抵抗部Ｒｂを構成し、一対の歪ゲージ２０Ｃ，２０ｃを直列に接続して抵抗部Ｒｃを構成し、一対の歪ゲージ２０Ｄ，２０ｄを直列に接続して抵抗部Ｒｄを構成する。つまり、検出中心１３Ｃから等しい距離の歪ゲージ２０を直列に接続することで１つの抵抗部を構成している。
In the detection circuit A, as shown in FIG. 9, a pair of
この別実施形態（ａ）のように構成することにより、検出面１３の第１方向に沿った領域の歪分布を反映した検出が可能となり、検出精度を向上させる。
By configuring as in this different embodiment (a), detection reflecting the strain distribution of the region along the first direction of the
（ｂ）この別実施形態（ｂ）は、センサ装置Ｓの基本的な構成は実施形態の構成と変わるものではなく、複数の歪ゲージ２０（荷重センサの一例）の配置が異なっている。つまり、図１０に示すように、第１分割線Ｌ１と第２分割線Ｌ２とにより分割される４領域のうち検出中心１３Ｃに近い部位に歪ゲージ２０Ａ，２０ａ、及び、歪ゲージ２０Ｃ，２０ｃを配置しる。更に、これらより、第２分割線Ｌ２の方向で検出中心１３Ｃから離間する位置に歪ゲージ２０Ｂ，２０Ｄを配置する。
(B) In this alternative embodiment (b), the basic configuration of the sensor device S is not different from the configuration of the embodiment, and the arrangement of a plurality of strain gauges 20 (an example of a load sensor) is different. That is, as shown in FIG. 10, the
検出回路Ａでは、図１１に示すように、一対の歪ゲージ２０Ａ，２０ａを直列に接続して抵抗部Ｒａを構成し、一対の歪ゲージ２０Ｃ，２０ｃを直列に接続して抵抗部Ｒｃを構成し、単一の歪ゲージ２０Ｂで抵抗部Ｒｂを構成し、単一の歪ゲージ２０Ｄで抵抗部Ｒｄを構成する。
In the detection circuit A, as shown in FIG. 11, a pair of
この別実施形態（ｂ）のように構成することにより、６つの歪ゲージ２０を用いたものでありながら、検出面１３が捻られるように歪んだ場合にも、精度の高い検出が可能となる。
By configuring as in this another embodiment (b), even when the six
（ｃ）この別実施形態（ｃ）は、センサ装置Ｓの基本的な構成は実施形態の構成と変わるものではなく、複数の歪ゲージ２０の配置が異なっている。つまり、図１２に示すように、第２分割線Ｌ２に重複する位置で検出中心１３Ｃを挟んで対向する位置に歪ゲージ２０Ａ，２０Ｃを配置すると共に、第１分割線Ｌ１と第２分割線Ｌ２とにより分割される４領域に対し、検出中心１３Ｃから離間する位置に歪ゲージ２０Ｂ，２０Ｄ、及び、歪ゲージ２０ｂ，２０ｄを配置する。
(C) In another embodiment (c), the basic configuration of the sensor device S is not different from the configuration of the embodiment, and the arrangement of the plurality of
検出回路Ａでは、図１３に示すように、一対の歪ゲージ２０Ｂ，２０ｂを直列に接続して抵抗部Ｒｂを構成し、一対の歪ゲージ２０Ｄ，２０ｄを直列に接続して抵抗部Ｒｄを構成し、単一の歪ゲージ２０Ａで抵抗部Ｒａを構成し、単一の歪ゲージ２０Ｃで抵抗部Ｒｃを構成する。
In the detection circuit A, as shown in FIG. 13, a pair of
この別実施形態（ｃ）のように構成することにより、６つの歪ゲージ２０を用いたものでありながら、検出面１３が捻られるように歪んだ場合にも、精度の高い検出が可能となる。
By configuring as in this alternative embodiment (c), even when the six
（ｄ）ペダルアーム２に対してセンサ装置Ｓを備える構成に代えて、ペダルアーム２の作動に連動して揺動作動する作動部材に対して、本発明のセンサ装置Ｓを備えても良い。
(D) Instead of the configuration including the sensor device S for the
（ｅ）起歪体１１の形状は実施形態で示した形状に限るものではなく、例えば、円筒状の部材の周面の一部を直線的に切り落として平坦な検出面１３を形成するように、軸芯に沿う方向視でＤ型になるものでも良い。この形状では起歪体１１の周方向での検出面１３の両端部に受圧部１２が形成されることになる。
(E) The shape of the
（ｆ）ペダルアーム２（作動部材の一例）に形成される孔部２Ａの形状は、実施形態に示した形状に限るものではなく、例えば、一対の受圧部１２に当接する当接部１６が孔部２Ａの中心方向に張り出す湾曲面であっても良い。また、孔部２Ａの全体的な形状は当接部１６と間隙形成面１７を有するものであれば不等辺となる多角形でも良い。
(F) The shape of the
本発明は、作動部材の作動時の操作反力を起歪体の歪から検出するセンサ装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a sensor device that detects an operation reaction force during operation of an operating member from strain of a strain generating body.
２ 作動部材（ペダルアーム）
６ 軸体（連結軸）
１１ 起歪体
１３ 検出面
１３Ｃ 中心（検出中心）
２０ 荷重センサ（歪ゲージ）
Ａ 検出回路
Ｒ 抵抗部
Ｌ１ 第１分割線
Ｌ２ 第２分割線
2 Actuating member (pedal arm)
6 Shaft body (connection shaft)
11
20 Load sensor (strain gauge)
A detection circuit R resistance portion L1 first dividing line L2 second dividing line
Claims (3)
前記操作対象に連結される荷重出力機構に取り付けられる軸体と、
前記軸体を挿通する貫通孔を有し、外周の検出面に荷重センサを設けた起歪体と、
前記荷重センサの出力信号から歪を検出する検出回路とを備え、
前記検出回路は、前記荷重センサからなる抵抗部で構成されるホイートストーンブリッジ回路を有し、
前記検出面の中心を基準に対称となる位置に、一対の前記荷重センサが配置され、この一対の荷重センサを直列に接続して前記抵抗部の１つとして構成しているセンサ装置。 A sensor device that measures an operation load acting between the operation member and the operation object when transmitting an operation force input to the operation member to the operation object;
A shaft attached to a load output mechanism coupled to the operation object;
A strain body having a through-hole through which the shaft body is inserted and having a load sensor on the outer peripheral detection surface;
A detection circuit for detecting strain from the output signal of the load sensor,
The detection circuit has a Wheatstone bridge circuit composed of a resistance portion composed of the load sensor,
A sensor device in which a pair of load sensors are arranged at positions symmetrical with respect to the center of the detection surface, and the pair of load sensors are connected in series to constitute one of the resistance portions.
前記検出面を第１方向の中央で分割するように前記中心を通る第１分割線と、前記検出面を前記第２方向の中央を分割するように前記中心を通る第２分割線とを想定し、前記第１分割線と前記第２分割線とにより分割される４領域のうち、前記中心を基準にして点対称となる領域に一対の前記荷重センサを配置している請求項１記載のセンサ装置。 The detection surface sets a direction in which a load caused by the operation of the operation member acts as a first direction, and sets a direction orthogonal to the first direction as a second direction,
Assume a first dividing line passing through the center so as to divide the detection surface at the center in the first direction and a second dividing line passing through the center so as to divide the detection surface at the center in the second direction. The pair of load sensors is arranged in a region that is point-symmetric with respect to the center, out of four regions divided by the first dividing line and the second dividing line. Sensor device.
前記検出面のうち、前記中心を挟んで前記第１方向で対称となる位置に一対の前記荷重センサを配置している請求項１記載のセンサ装置。 The detection surface sets a direction in which a load caused by the operation of the operation member acts as a first direction, and sets a direction orthogonal to the first direction as a second direction,
2. The sensor device according to claim 1, wherein a pair of the load sensors are arranged at positions that are symmetrical in the first direction across the center of the detection surface.
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| CN114252181A (en) * | 2020-09-22 | 2022-03-29 | 中联重科股份有限公司 | Counter force measuring method and device, stress sensor assembly and engineering machinery |
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- 2015-02-02 JP JP2015018522A patent/JP2016142620A/en active Pending
- 2015-12-24 WO PCT/JP2015/085973 patent/WO2016125411A1/en active Application Filing
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