JP2001264186A - 磁歪検出型力センサ - Google Patents

磁歪検出型力センサ

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JP2001264186A
JP2001264186A JP2000075140A JP2000075140A JP2001264186A JP 2001264186 A JP2001264186 A JP 2001264186A JP 2000075140 A JP2000075140 A JP 2000075140A JP 2000075140 A JP2000075140 A JP 2000075140A JP 2001264186 A JP2001264186 A JP 2001264186A
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Japan
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magnetostrictive
force sensor
magnetostrictive element
type force
coil
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JP2000075140A
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Keiji Kishimoto
圭司 岸本
Kazunobu Yokoya
和展 横谷
Hideaki Aoki
英明 青木
Minoru Nakanishi
稔 中西
Fumitake Kondo
文剛 近藤
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Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 磁歪素子とボビンとの径方向における相対
位置に応じた測定値のバラツキをなくし、信頼性の高い
測定を行うことができる磁歪検出型力センサを提供する
ことを目的とする。 【解決手段】 筒状に巻線が施された検出用コイル5
と、該検出用コイル5の内側に同軸配置される柱状の磁
歪素子6と、該磁歪素子6を前記検出用コイル5の径方
向において略中央に位置決めする突起41a、41bと
を備えるものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁歪素子の透磁率
の変化を検出用コイルで検出することにより、磁歪素子
に作用する外部応力を測定する磁歪検出型力センサに関
する。
【0002】
【従来の技術】従来の磁歪検出型センサ10は、例え
ば、図5に示すように、有底円筒形状のケース20に、
ボビン40に巻回された検出用コイル50を挿入配置す
るとともに、ボビン内側に円柱状の磁歪素子60を収納
し、更に、この磁歪素子60の上側端面に当接する蓋体
30が取り付けられている。
【0003】そして、この磁歪検出型力センサ10に圧
縮応力Fが加わると、その圧縮応力は蓋体30を介して
磁歪素子60に伝達され、磁歪素子60の透磁率が変化
する。この透磁率の変化が、検出用コイル50にて検出
される。
【0004】このとき、磁歪素子60に圧縮応力が作用
すると、磁歪素子60がその径方向Wに僅かに変形(膨
張)するため、通常、磁歪素子60の外径よりもボビン
40の内径が大きくなるように構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の磁歪検出型力センサ10においては、磁歪素
子60とボビン40との間の隙間に対して、何ら位置合
わせが行われておらず、このため、磁歪素子60がボビ
ン40に接触して配置されているような場合(例えば、
図5中破線で示すように磁歪素子60が中心から黒矢印
方向にずれた位置に配置されているような場合)には、
その変形がボビン40によって妨げられることになり、
そうでない場合と比較して透磁率の変化が小さくなって
しまう。これにより、磁歪素子60とボビン40との相
対位置に応じた測定値のバラツキが生じ、センサとして
の歩留まりや信頼性が低下してしまうという問題があ
る。
【0006】そこで、本発明は、磁歪素子とボビンとの
相対位置に応じた測定値のバラツキをなくし、信頼性の
高い測定を行うことができる磁歪検出型力センサを提供
することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の磁歪検出型力セ
ンサは、筒状に巻線が施された検出用コイルと、該検出
用コイルの内側に同軸配置される柱状の磁歪素子と、該
磁歪素子を前記検出用コイルの径方向において略中央に
位置決めする位置決め部材とを備えるものである。これ
により、磁歪素子が検出用コイルの径方向において略中
央に位置決めされる。
【0008】具体的には、前記位置決め部材は、前記コ
イルが巻回されたボビンの内周面から前記磁歪素子に向
けて突設された少なくとも3個の突起を含むものであ
る。
【0009】また、前記突起は、前記検出用コイルの巻
き幅方向に長手方向を有する柱体状のものである。
【0010】また、前記突起は、前記磁歪素子に向けて
先細りする錐体状のものである。
【0011】また、前記位置決め部材は、前記コイルが
巻回されたボビンの内周面の上端付近または下端付近に
おいて前記磁歪素子に向けて突設されたリング状の突起
である。
【0012】また、前記突起は、弾性体からなるもので
ある。これにより、磁歪素子の変形時には弾性体が変形
するため、突起による磁歪素子への影響が低減される。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
について説明する。
【0014】図1及び図2は本実施の形態における磁歪
検出型力センサの概略構成を示している。
【0015】同図に示すように、本実施の形態における
磁歪検出型力センサ1は、外部応力により透磁率が変化
する直径φ1の円柱状の磁歪素子6と、その磁歪素子6
が同軸状に挿入された検出用コイル5と、これらを収容
するフェライトや鉄等の強磁性体で構成された有底円筒
形状のケース2と、このケース2の開口部を覆うように
配置される蓋体3とを含む。
【0016】そして、磁歪素子6は、一端がケース2の
底面とテフロン(登録商標)シート61を介して当接す
るとともに、他端が蓋体3の下面とテフロンシート62
を介して当接するように配置される。
【0017】磁歪素子6は、希土類金属元素および鉄を
含有する磁歪材料、すなわち、磁界印加により変位が生
じる材料、また、変位を与えることにより磁界が発生す
るという逆磁歪(ビラリ効果)を有する材料で、たとえ
ばNi−Fe系磁歪材料、RFe系磁歪材料等で構成さ
れる。特に、磁歪量が極めて大きく超磁歪材料と呼ばれ
るRFe系磁歪材料で構成することが望ましい。この場
合は、極めて大きな磁気抵抗の変化、大きな出力電圧、
安定した温度特性等を有するセンサが得られる。
【0018】また、検出用コイル5は、両端にフランジ
部41、42を有する円筒形状のボビン4の側面43の
外側に、通常のエナメル被覆された適宜の太さの銅線を
巻回して構成され、ボビン4の内径φ2は磁歪素子6の
直径φ1よりも長い寸法となっているいる。
【0019】ボビン4は、その側面43の内側に2個の
リング状の突起41a、42aを備えている。リング状
の突起41aは、側面43の内側から、フランジ部41
と略同じ厚さで、(φ2−φ1)/2の高さだけ、全周
にわたって突設されたものであり、また、リング状の突
起42aも同様に、側面43の内側から、フランジ42
と略同じ厚さで、(φ2−φ1)/2の高さだけ、全周
にわたって突設されたものである。これらリング状の突
起41a、42aを設ける位置は、できるだけ磁歪素子
6の端部に近い方が、磁歪素子6の透磁率変化に与える
影響が少なくなるため、本実施の形態においては、ボビ
ン4の側面43を挟んでフランジ部41、42の反対側
に設けている。
【0020】そして、ボビン4の内側に磁歪素子6が挿
入されると、磁歪素子6の側面が突起41aと42aと
で保持され、ボビン4の側面43と磁歪素子6の側面と
の間に隙間が生じる。
【0021】これにより、磁歪素子6に圧縮応力が作用
しても、磁歪素子6の側面とボビン4の側面43とが接
触することがなくなるため、磁歪素子6とボビン4との
相対位置に応じた測定値のバラツキがなくなり、信頼性
の高い測定を行うことができる。
【0022】なお、第1の実施の形態においては、ボビ
ン4の側面43にリング状の突起41a、42aを用い
た場合について説明したが、突起の形状はそれに限定さ
れるものではない。
【0023】図3及び図4は、第2の実施の形態におけ
る磁歪検出型力センサの概略構成を示している。なお、
突起の形状を除くその他の構成については、第1の実施
の形態と同じであるため、同一の図番を付してその説明
を省略する。
【0024】同図に示すように、ボビン4は、その側面
43の内側に、中心に向かって先細りする6個の円錐形
状の突起41b、42bを備えている。
【0025】円錐形状の突起41bは、それぞれボビン
4の側面43の内側に、互いに等間隔に配置されてお
り、また、円錐形状の突起41bも同様に、それぞれボ
ビン4の側面43の内側に、互いに等間隔に配置されて
いる。
【0026】このように、突起として、円錐をはじめと
する錐体形状のものを用いた場合には、突起と磁歪素子
6との接触面積を最小限に抑えることができるため、突
起が磁歪素子6の透磁率の変化に与える影響を、更に小
さくすることができる。
【0027】なお、上述した第1及び第2の実施の形態
においては、磁歪素子6の両端面付近に突起を設ける場
合について説明したが、少なくとも一方の端面付近に突
起を設ければよい。
【0028】また、図5及び図6は、第3の実施の形態
における磁歪検出型力センサの概略構成を示している。
なお、突起の形状を除くその他の構成については、第2
の実施の形態と同じであるため、同一の図番を付してそ
の説明を省略する。
【0029】同図に示すように、ボビン4は、その側面
43の内側に、コイル5の巻幅方向に長手方向を有する
3個の三角柱形状の突起41cを備えている。
【0030】三角柱状の突起41cは、ボビン4の側面
43の内側に、互いに等間隔に並設されており、各突起
41cは中心に向かって先細りする向きに設けられてい
る。
【0031】このように、突起として、コイル5の巻幅
方向に長手方向を有する三角柱をはじめとする柱体形状
のものを用いた場合には、磁歪素子6をより強固に保持
することができる。
【0032】なお、上述した各実施の形態においては、
突起の材質について説明していないが、ボビン4と同一
の材質を用いて一体成形した場合には、容易に量産する
ことができ、また、ゴム等の弾性部材を用いた場合に
は、磁歪素子6の変形に応じて突起が変形するため、突
起が磁歪素子6の透磁率の変化に与える影響を、更に小
さくすることができる。
【0033】また、この発明による磁歪検出型力センサ
1の用途例としては、たとえば電動モータおよびその電
源となるバッテリを搭載した電動補助自転車(アシスト
電動自転車)において、踏力トルクセンサとして使用さ
れる。この場合、センサは自転車のペダル部に取り付け
られて踏力トルクを検出し、必要に応じて電動モータよ
り補助動力を付加して坂道等の走行を容易とする。ま
た、他の用途例としては、マイコンを用いた全自動洗濯
機において、洗濯物の重量を検出する重量センサとして
使用される。そして、この場合にはセンサにより検出さ
れた洗濯物の重量に応じて洗濯時間等が自動的に設定さ
れることになる。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、検出用コイルの径方向
における磁歪素子の位置を、位置きめ部材により検出用
コイルの中央付近に位置決めしているため、磁歪素子と
検出用コイルまたはそれが巻回されたボビンとが接触す
ることがなくなる。これにより、磁歪素子と検出用コイ
ルまたはボビンとの相対位置に応じた測定値のバラツキ
がなくなり、信頼性の高い測定を行うことが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1の実施の形態における磁歪検出
型力センサの概略構成を表す位置部破断側面図である。
【図2】 図1の磁歪検出型力センサの概略構成を表す
AA断面図である。
【図3】 本発明の第2の実施の形態における磁歪検出
型力センサの概略構成を表す位置部破断側面図である。
【図4】 図3の磁歪検出型力センサの概略構成を表す
BB断面図である。
【図5】 本発明の第3の実施の形態における磁歪検出
型力センサの概略構成を表す位置部破断側面図である。
【図6】 図5の磁歪検出型力センサの概略構成を表す
CC断面図である。
【図7】 従来の磁歪検出型力センサの概略構成を表す
一部破断側面図である。
【符号の説明】
1 :磁歪検出型力センサ 2 :ケース 3 :蓋体 4 :ボビン 41 :フランジ部 41a:突起 42 :フランジ部 42a:突起 43 :側面 5 :検出用コイル 6 :磁歪素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) (72)発明者 青木 英明 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 中西 稔 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 (72)発明者 近藤 文剛 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 筒状に巻線が施された検出用コイルと、
    該検出用コイルの内側に同軸配置される柱状の磁歪素子
    と、該磁歪素子を前記検出用コイルの径方向において略
    中央に位置決めする位置決め部材とを備える磁歪検出型
    力センサ。
  2. 【請求項2】 前記位置決め部材は、前記コイルが巻回
    されたボビンの内周面から前記磁歪素子に向けて突設さ
    れた少なくとも3個の突起を含むものである請求項1記
    載の磁歪検出型力センサ。
  3. 【請求項3】 前記突起は、前記検出用コイルの巻き幅
    方向に長手方向を有する柱体状のものである請求項2記
    載の磁歪検出型力センサ。
  4. 【請求項4】 前記突起は、前記磁歪素子に向けて先細
    りする錐体状のものである請求項2記載の磁歪検出型力
    センサ。
  5. 【請求項5】 前記位置決め部材は、前記コイルが巻回
    されたボビンのの内周面の上端付近または下端付近にお
    いて前記磁歪素子に向けて突設されたリング状の突起で
    ある請求項2記載の磁歪検出型力センサ。
  6. 【請求項6】 前記突起は、弾性体からなることを特徴
    とする請求項2ないし5のいずれかに記載の磁歪検出型
    力センサ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1605239A3 (en) * 2004-06-07 2007-07-18 Yamaha Hatsudoki Kabushiki Kaisha Load detector and transport equipment including the same
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