JP2004264079A

JP2004264079A - 荷重センサ

Info

Publication number: JP2004264079A
Application number: JP2003052694A
Authority: JP
Inventors: Kikuo Tsuruga; 紀久夫敦賀; Masaya Kawabe; 雅也川辺; Akihiro Iwasaki; 明裕岩崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; NEC Tokin Corp
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Tokin Corp
Priority date: 2003-02-28
Filing date: 2003-02-28
Publication date: 2004-09-24

Abstract

【課題】構造面並びに使用面の双方で取り扱い易く、高精度に信頼性高く荷重検出が可能な荷重センサを提供すること。
【解決手段】この荷重センサは、既存のセンサ部４への荷重検出用部品として、センサ部４の対向する平面の加圧部へ一軸方向（荷重印加方向Ｐ）で平行に荷重を印加するため、センサ部４の加圧部に押圧接触される平坦面を有する押圧用本体部及びこれから一軸方向の外方に突出した突出部を一体的に有する一対の平行荷重印加部品２を備え、非磁性材の外装部品１によりセンサ部４と平行荷重印加部品２の押圧用本体部とを一軸方向で可動にして係止可能に収納し、外装部品１は側面の局部にセンサ部４におけるコイルの両端部分のリード線３を外部へ引き出すための窓を有し、且つ両端面側で一対の平行荷重印加部品２の突出部及びそれが設けられた押圧用本体部の端面側の局部を外方へ露呈させている。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主として外部応力により磁気特性が変化する磁性材料の磁気弾性効果を利用した荷重センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、磁性材料の磁気特性、特に透磁率が外部応力によって変化する磁気弾性効果を利用した荷重センサは、既に多くのものが開発されている。
【０００３】
その一例として、対向する両端面（平面）の加圧部に対して荷重を印加することによって歪む円柱状の本体部と、この本体部の外周部に密着されると共に、本体部の歪みに応じて磁気特性が変化する磁性材料から成る磁歪材と、磁歪材との間で閉磁路を形成するように構成された磁性体ヨークと、この磁性体ヨークに巻回されると共に、磁歪材の磁気特性の変化を電気的なインダクタンスに変換するコイルとから成るセンサ部を有する荷重センサは、磁気回路を閉磁路とするタイプのセンサとして知られている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２２３５６５号公報（要約、図１、第４頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した荷重センサの場合、測定面である両端面の加圧部とセンサ自体の平行度が精度良く保たれていないと、加圧部（平面）中の特定の部分（局所）にしか荷重がかからないことがあり、こうした場合にはセンサの検出精度が低下してしまうばかりでなく、局所的な過荷重によりセンサ自体が破壊されてしまう危険があるため、構造面並びに使用面の双方で取り扱い難いという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点を解消すべくなされたもので、その技術的課題は、構造面並びに使用面の双方で取り扱い易く、高精度に信頼性高く荷重検出が可能な荷重センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、対向する平面の加圧部に対して荷重を印加することによって歪む角柱状又は円柱状の本体部と、本体部の外周部に密着されると共に、該本体部の歪みに応じて磁気特性が変化する磁性材と、磁性材との間で閉磁路を形成するように構成された磁性体ヨークと、磁性体ヨークに巻回されると共に、磁性材の磁気特性の変化を電気的なインダクタンスに変換するコイルとから成るセンサ部を有する荷重センサにおいて、センサ部への荷重検出用媒介部品として、加圧部に対して一軸方向で平行に荷重を印加するための一対の平行荷重印加部品を備えた荷重センサが得られる。ここで適用された一対の平行荷重印加部品は、センサ部の加圧部を一軸方向で平行に荷重を印加するときの媒介部品として働き、荷重検出時に加圧部の局所に過荷重がかかることを防止し、高精度に荷重検出を行うための構造的な改善を図り得るように機能する。
【０００８】
又、本発明によれば、上記荷重センサにおいて、一対の平行荷重印加部品は、センサ部の加圧部に押圧接触される平坦面を有する押圧用本体部と、押圧用本体部から一軸方向の外方に突出した突出部を一体的に有しており、該突出部が荷重印加に供される荷重センサが得られる。この荷重センサにおいて、突出部は、先端部分が凸状に突出した略半球面型であることは好ましい。ここで一対の平行荷重印加部品は、基本構造として押圧用本体部の平坦面がセンサ部の加圧部に押圧接触され、且つ押圧用本体部から外方に突出した突出部が荷重印加に供されることにより、突出部から印加された荷重を押圧用本体部の平坦面を押圧面としてセンサ部の加圧部に向かって十分な面積を持つ面で安定して伝達印加できる。又、突出部の先端部分を略半球面型とすることで荷重印加検出体（測定対象体）にあっての荷重印加作用点（接触面積）が小さい場合でも十分に検出可能な構造としている。
【０００９】
更に、本発明によれば、上記何れかの荷重センサにおいて、センサ部と一対の平行荷重印加部品における押圧用本体部とを一軸方向で可動にして係止可能に収納すると共に、側面の局部に該センサ部におけるコイルの両端部分のリード線を外部へ引き出すための窓を有し、且つ両端面側で該一対の平行荷重印加部品における突出部を外方へ露呈させた非磁性材から成る外装部品を備えた荷重センサが得られる。ここでのセンサ部及び一対の平行荷重印加部品の押圧用本体部を収納した外装部品は、一対の平行荷重印加部品への荷重印加時における一軸方向以外への動きを規制して荷重検出を安定して行わせ、且つセンサ部を外部負荷から保護するための筐体部品となっている。
【００１０】
加えて、本発明によれば、上記何れか一つの荷重センサにおいて、一対の平行荷重印加部品は、非磁性材の金属体から成る荷重センサが得られる。ここでは一対の平行荷重印加部品を非磁性材の金属体から成るものとしているため、荷重印加時における機械的強度を十分に確保できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の一つの実施の形態に係る荷重センサの基本構成を示した外観斜視図である。又、図２は、この荷重センサにおける細部構造を外装部品１を長手方向で断面にして示した側面図である。
【００１２】
この荷重センサは、後述する既存のセンサ部４への荷重検出用部品として、センサ部４の対向する平面の加圧部に対して一軸方向（矢印の荷重印加方向Ｐ）で平行に荷重Ｐを印加するため、センサ部４の加圧部に押圧接触される平坦面を有する押圧用本体部及びこれから一軸方向の外方に突出した突出部を一体的に有する一対の平行荷重印加部品２を備えており、更に、非磁性材から成る外装部品１によりセンサ部４と各平行荷重印加部品２における押圧用本体部とを一軸方向で可動にして係止可能に収納し、外装部品１は側面の局部にセンサ部４におけるコイルの両端部分のリード線３を外部へ引き出すための窓を有し、且つ両端面側で各平行荷重印加部品２における突出部及びそれが設けられた押圧用本体部の端面側の局部を外方へ露呈させている。ここで、一対の平行荷重印加部品２は、非磁性材の金属体から成るもので、突出部の先端部分は凸状に突出した略半球面型となっている。
【００１３】
即ち、この荷重センサの場合、センサ部４が一対の平行荷重印加部品２の間に挟まれた状態で外装部品１内に収納され、外装部品１における側面の局部のセンサ部４が露呈された窓からセンサ部４におけるコイルの両端部分のリード線３が引き出された外観を呈しており、外装部品１の両端側で露呈された各平行荷重印加部品２の各突出部から各押圧用本体部の平坦面を押圧面としてセンサ部４の双方の平面の加圧部に向かって荷重を伝達印加できる構造となっている。
【００１４】
このうち、一対の平行荷重印加部品２は、センサ部４の加圧部を一軸方向で平行に荷重を印加するときの媒介部品として働き、これにより荷重検出時に加圧部平面の局所に過荷重がかかることを防止し、高精度に荷重検出を行うための構造的な改善を図り得るように機能する。その基本構造として押圧用本体部の平坦面がセンサ部４の加圧部に押圧接触され、且つ押圧用本体部から外方に突出した突出部が荷重印加に供されることにより、突出部から印加された荷重を押圧用本体部の平坦面を押圧面としてセンサ部の平面の加圧部に向かって所定の十分な面積を持つ面で安定して伝達印加させることができ、又突出部の先端部分を略半球面型とすることで荷重印加検出体（測定対象体）にあっての荷重印加作用点（接触面積）が小さい場合でも十分に検出可能な構造としている。更に、センサ部４及び一対の平行荷重印加部品２の押圧用本体部を収納した外装部品１は、各平行荷重印加部品２への荷重印加時における一軸方向以外への動きを規制して荷重検出を安定して行わせると共に、センサ部４を外部負荷から保護するための筐体部品となっている。加えて、各平行荷重印加部品２を非磁性材の金属体から成るものとしているので、荷重印加時における機械的強度を十分に確保できる。
【００１５】
図３は、この荷重センサに備えられるセンサ部４の基本構造を示した側面断面図である。
【００１６】
センサ部４は、対向する平面の加圧部に対して荷重を印加することによって歪む角柱状（或いは円柱状でも良い）の本体部５と、本体部５の外周部に密着されると共に、本体部５の歪みに応じて磁気特性が変化する磁性材であって、本体部５の表面全体に電気メッキによってＦｅ５０ｗｔ％−Ｎｉ５０ｗｔ％（何れも質量％を示す）の高磁歪パーマロイから成るメッキ膜６と、メッキ膜６との間で閉磁路を形成するように構成された磁性体ヨーク７と、磁性体ヨーク７に巻回されると共に、メッキ膜６の磁気特性の変化を電気的なインダクタンスに変換するコイル８とから成る周知構造のものとなっている。尚、ここでも矢印は荷重印加方向Ｐを示すものとする。
【００１７】
このうち、磁性体ヨーク７には高透磁率のＰＣパーマロイを用いるものとするが、その形状は図示される形態に限定されるものでなく、本体部５に溶接接合する際の都合により変更可能なものである。コイル８は、磁性体ヨーク７に耐熱性のカプトンテープを巻回した上、導線を巻回して構成されている。尚、ここでは磁性体ヨーク７を本体部５において完全に接する２つの辺部に対してレーザ溶接して本体部５に固定している。
【００１８】
そこで、精密機械強度試験機を用いて本実施の形態に係る荷重センサ、及び従来の荷重センサに荷重を印加して動作試験し、その荷重（ｋｇｆ／ｃｍ^２）に対応したインダクタンス（μＨ）を測定して比較したところ、図４に示されるような結果となった。但し、ここでの荷重の印加方法として、本実施の形態の荷重センサでは、一対の平行荷重印加部品２の各突出部に印加し、従来の荷重センサではセンサ部４の平面の加圧部に直接印加するものとした上、精密機械強度試験機により±２ｋｇｆ／ｃｍ^２の精度で荷重を制御して目的の荷重に到達したところで保持することにより、最大荷重４００ｋｇｆ／ｃｍ^２に到達するまで順次荷重を強めるように印加し、その荷重（ｋｇｆ／ｃｍ^２）に対応したインダクタンス（μＨ）を得た。
【００１９】
図４を参照すれば、従来のセンサ部４の平面の加圧部に直接的に荷重を印加するタイプの荷重センサの場合、最大荷重４００ｋｇｆ／ｃｍ^２に対してインダクタンスは１０５０μＨから７３５μＨまでの３０％低下が認められたのに対し、一対の平行荷重印加部品２の各突出部に荷重を印加してセンサ部４の平面の加圧部を押圧するタイプの本実施の形態の荷重センサの場合、最大荷重４００ｋｇｆ／ｃｍ^２に対してインダクタンスは１０５０μＨから６９３μＨまでの３４％低下が認められたことにより、一対の平行荷重印加部品２を使用して荷重を印加すればセンサ精度を向上できることが判った。
【００２０】
【発明の効果】
以上に説明した通り、本発明の荷重センサによれば、既存のセンサ部の対向する平面の加圧部に直接的に荷重を印加する構成に代え、一対の平行荷重印加部品を介して荷重印加してセンサ部の加圧部を押圧する構造、即ち、外装部品によりセンサ部と一対の平行荷重印加部品の押圧用本体部とを一軸方向で可動にして係止可能に収納し、且つ外装部品の両端側で露呈された各平行荷重印加部品の各突出部から押圧用本体部の平坦面を押圧面としてセンサ部の加圧部に向かって所定の十分な面積を持つ面で荷重を安定して伝達印加できる構造としているので、センサ精度を一層向上できるようになり、結果として構造面並びに使用面の双方で取り扱い易く、高精度に信頼性高く荷重検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る荷重センサの基本構成を示した外観斜視図である。
【図２】図１に示す荷重センサにおける細部構造を外装部品を長手方向で断面にして示した側面図である。
【図３】図１に示す荷重センサに備えられるセンサ部の基本構造を示した側面断面図である。
【図４】精密機械強度試験機を用いて図１に示す荷重センサ、及び従来の荷重センサに荷重を印加して動作試験し、その荷重に対応したインダクタンスを測定して比較した結果を示したものである。
【符号の説明】
１外装部品
２平行荷重印加部品
３リード線
４センサ部
５本体部
６メッキ膜
７磁性体ヨーク
８コイル

Claims

対向する平面の加圧部に対して荷重を印加することによって歪む角柱状又は円柱状の本体部と、前記本体部の外周部に密着されると共に、該本体部の歪みに応じて磁気特性が変化する磁性材と、前記磁性材との間で閉磁路を形成するように構成された磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークに巻回されると共に、前記磁性材の磁気特性の変化を電気的なインダクタンスに変換するコイルとから成るセンサ部を有する荷重センサにおいて、前記センサ部への荷重検出用媒介部品として、前記加圧部に対して一軸方向で平行に荷重を印加するための一対の平行荷重印加部品を備えたことを特徴とする荷重センサ。
請求項１記載の荷重センサにおいて、前記一対の平行荷重印加部品は、前記センサ部の前記本体部にあっての前記加圧部に押圧接触される平坦面を有する押圧用本体部と、前記押圧用本体部から前記一軸方向の外方に突出した突出部を一体的に有しており、該突出部が荷重印加に供されることを特徴とする荷重センサ。
請求項２記載の荷重センサにおいて、前記突出部は、先端部分が凸状に突出した略半球面型であることを特徴とする荷重センサ。
請求項２又は３記載の荷重センサにおいて、前記センサ部と前記一対の平行荷重印加部品における前記押圧用本体部とを前記一軸方向で可動にして係止可能に収納すると共に、側面の局部に該センサ部における前記コイルの両端部分のリード線を外部へ引き出すための窓を有し、且つ両端面側で該一対の平行荷重印加部品における前記突出部を外方へ露呈させた非磁性材から成る外装部品を備えたことを特徴とする荷重センサ。
請求項１〜４の何れか一つに記載の荷重センサにおいて、前記一対の平行荷重印加部品は、非磁性材の金属体から成ることを特徴とする荷重センサ。