JP2015102507A - Force sensor, force detection device using the same and force detection method - Google Patents

Force sensor, force detection device using the same and force detection method Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a force sensor capable of reducing the thickness thereof, a force detection device using the same and a force detection method.SOLUTION: The force sensor includes: a core 4 which is formed of a magnetic material including a central hollow part 400; and a coil 5 attached to the core 4. When the power is supplied to the coil 5, a magnetic path M1 of a magnetic flux is formed on the core 4 along a circumferential direction of the hollow part 400. The core 4 has a load reception part 40 for receiving a load, which is formed on one face in a direction crossing the face on which the magnetic path M1 is formed.

Description

本発明は、一般に力センサ、より詳細には磁性体の逆磁歪効果を利用して磁性体に加わる荷重を検知する力センサ及びそれを用いた力検知装置、並びに力検知方法に関する。   The present invention generally relates to a force sensor, and more particularly to a force sensor that detects a load applied to a magnetic body by utilizing the inverse magnetostriction effect of the magnetic body, a force detection device using the same, and a force detection method.

従来、コイルを流れる電流によって磁化された磁性体の歪みに伴う透磁率の変化に基づいて、磁性体に加わる荷重を検知する磁歪式荷重センサが知られており、例えば特許文献1に開示されている。特許文献1記載の磁歪式荷重センサは、外部からの荷重を受ける強磁性体の荷重受け部と、荷重受け部の周囲に巻き回されるコイルと、荷重受け部及びコイルを収容する強磁性体のケースとから少なくとも構成されている。また、コイルは、荷重受け部の周囲に配置された樹脂から成るボビンに収納される。   2. Description of the Related Art Conventionally, a magnetostrictive load sensor that detects a load applied to a magnetic body based on a change in magnetic permeability accompanying a distortion of the magnetic body magnetized by a current flowing through a coil is known. Yes. A magnetostrictive load sensor described in Patent Document 1 includes a load receiving portion of a ferromagnetic body that receives an external load, a coil that is wound around the load receiving portion, and a ferromagnetic body that houses the load receiving portion and the coil. And at least the case. Further, the coil is housed in a bobbin made of resin disposed around the load receiving portion.

荷重受け部は、ロッド形状であり、その高さ方向の中心軸を含む軸対称な領域は、貫通されて円柱形状の中空部をなしている。荷重受け部は、中空部にワイヤやケーブル等の棒状部材を密着して挿入することにより、棒状部材の軸方向に加わる荷重を受ける。   The load receiving portion has a rod shape, and an axially symmetric region including the central axis in the height direction is penetrated to form a cylindrical hollow portion. The load receiving portion receives a load applied in the axial direction of the rod-shaped member by inserting a rod-shaped member such as a wire or cable in close contact with the hollow portion.

荷重受け部に荷重が加わると、逆磁歪効果によって荷重受け部の透磁率が変化して、コイルのインダクタンスを含む回路のインピーダンスが変化する。この磁歪式荷重センサは、このインピーダンス変化に伴うコイル両端の電圧変化を測定することで、荷重受け部の中空部に挿入される棒状部材の移動に起因する荷重を検出(検知)する。   When a load is applied to the load receiving portion, the magnetic permeability of the load receiving portion changes due to the inverse magnetostrictive effect, and the impedance of the circuit including the coil inductance changes. This magnetostrictive load sensor detects (detects) a load caused by the movement of a rod-shaped member inserted into the hollow portion of the load receiving portion by measuring a voltage change at both ends of the coil accompanying this impedance change.

特開2004−226196号公報JP 2004-226196 A

しかしながら、上記従来の磁歪式荷重センサ(力センサ)では、外部の磁場の影響を低減するために、コイルを流れる電流によって生じる磁束が外部に漏れるのを防ぐ強磁性体のケースを必要としている。このため、従来の磁歪式荷重センサでは、強磁性体のケースを設けるためのスペースが必要となり、薄型化を図ることが困難であるという問題があった。   However, the conventional magnetostrictive load sensor (force sensor) requires a ferromagnetic case that prevents the magnetic flux generated by the current flowing through the coil from leaking outside in order to reduce the influence of the external magnetic field. For this reason, the conventional magnetostrictive load sensor requires a space for providing a ferromagnetic case, and it is difficult to reduce the thickness.

本発明は、上記の点に鑑みて為されており、薄型化を図ることのできる力センサ及びそれを用いた力検知装置、並びに力検知方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a force sensor that can be thinned, a force detection device using the force sensor, and a force detection method.

本発明の力センサは、磁性体で形成される中空部を有するコアと、前記コアに取り付けられるコイルとを備え、前記コアには、前記中空部の周方向に沿って前記コイルの通電時に生じる磁束が通る磁路が形成され、前記コアは、前記磁路が形成される面と交差する交差方向の一面に、荷重を受ける荷重受け部を備えることを特徴とする。   The force sensor of the present invention includes a core having a hollow portion formed of a magnetic material and a coil attached to the core, and the core is generated when the coil is energized along a circumferential direction of the hollow portion. A magnetic path through which a magnetic flux passes is formed, and the core includes a load receiving portion that receives a load on one surface intersecting a surface on which the magnetic path is formed.

この力センサにおいて、前記コイルに加わる荷重を避ける構造を備えることが好ましい。   This force sensor preferably includes a structure that avoids a load applied to the coil.

この力センサにおいて、前記構造は、前記コアが、前記コイルが取り付けられる取付部において他の部位よりも前記交差方向の寸法が小さくされた構造であって、前記取付部の前記交差方向における寸法は、前記他の部位の前記交差方向における寸法内に前記コイルが収まるように設定されていることが好ましい。   In this force sensor, the structure is a structure in which the core has a smaller dimension in the intersecting direction than the other part in the attachment part to which the coil is attached, and the dimension of the attachment part in the intersecting direction is It is preferable that the coil is set so as to be within the dimension of the other part in the crossing direction.

この力センサにおいて、前記構造は、前記交差方向の前記荷重受け部側において前記コイルを少なくとも覆う保護部であることが好ましい。   In this force sensor, it is preferable that the structure is a protective portion that covers at least the coil on the load receiving portion side in the intersecting direction.

この力センサにおいて、前記コアの一部に取り付けられるボビンを備え、前記コイルは、前記ボビンを介して前記コアに導線を巻き付けることで構成されることが好ましい。   The force sensor preferably includes a bobbin attached to a part of the core, and the coil is configured by winding a conductive wire around the core via the bobbin.

この力センサにおいて、前記コアは、前記中空部の周方向の一部に空隙を有し、前記ボビンは、前記空隙を覆うように前記コアに取り付けられることが好ましい。   In this force sensor, it is preferable that the core has a gap in a part in a circumferential direction of the hollow portion, and the bobbin is attached to the core so as to cover the gap.

この力センサにおいて、金属材料により形成され、前記コアの少なくとも一部を覆う遮蔽部を備えることが好ましい。   In this force sensor, it is preferable that the force sensor includes a shielding portion that is made of a metal material and covers at least a part of the core.

本発明の力検知装置は、上記何れかの前記力センサと、前記コイルのインダクタンスの変化に基づいて前記荷重受け部に加わる荷重を検知する検知回路とを備えることを特徴とする。   A force detection device according to the present invention includes any one of the force sensors described above and a detection circuit that detects a load applied to the load receiving portion based on a change in inductance of the coil.

本発明の力検知装置は、上記何れかの前記力センサと、前記コイルのコンダクタンスの変化に基づいて前記荷重受け部に加わる荷重を検知する検知回路とを備えることを特徴とする。   A force detection device according to the present invention includes any one of the force sensors described above and a detection circuit that detects a load applied to the load receiving portion based on a change in conductance of the coil.

本発明の力検知方法は、上記何れかの前記力センサにおいて、前記コイルに電流を供給するステップと、前記荷重受け部に加わる前記交差方向の荷重を、前記コイルのインダクタンスの変化に基づいて検知するステップとを有することを特徴とする。   According to the force detection method of the present invention, in any one of the force sensors described above, the step of supplying a current to the coil and the load in the cross direction applied to the load receiving portion are detected based on a change in inductance of the coil. And a step of performing.

本発明の力検知方法は、上記何れかの前記力センサにおいて、前記コイルに電流を供給するステップと、前記荷重受け部に加わる前記交差方向の荷重を、前記コイルのコンダクタンスの変化に基づいて検知するステップとを有することを特徴とする。   According to the force detection method of the present invention, in any one of the force sensors described above, the step of supplying a current to the coil and the load in the cross direction applied to the load receiving portion are detected based on a change in conductance of the coil. And a step of performing.

本発明の力センサでは、コアは、中空部の周方向に沿ってコイルの通電時に生じる磁束が通る磁路(閉磁路)が形成されるように構成されている。このため、本発明の力センサでは、コアから外部への磁束の漏れが生じ難く、従来例のように強磁性体のケースを用いなくてもよい。したがって、本発明の力センサは、強磁性体のケースを設けるスペースが不要であるので、薄型化を図ることができる。   In the force sensor of the present invention, the core is configured such that a magnetic path (closed magnetic path) through which the magnetic flux generated when the coil is energized passes along the circumferential direction of the hollow portion. For this reason, in the force sensor of the present invention, leakage of magnetic flux from the core to the outside hardly occurs, and there is no need to use a ferromagnetic case as in the conventional example. Therefore, the force sensor of the present invention does not require a space for providing a ferromagnetic case, and thus can be reduced in thickness.

図1Aは、本発明の実施形態に係る力検知装置の概略図で、図1Bは、本発明の実施形態に係る力センサの概略平面図で、図1Cは、図1Bに示す構成の概略断面図である。1A is a schematic diagram of a force detection device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1B is a schematic plan view of a force sensor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1C is a schematic cross-section of the configuration shown in FIG. 1B. FIG. 図2Aは、本発明の実施形態に係る力検知装置における検知回路の概略図で、図2Bは、本発明の実施形態に係る力センサにおいて、荷重受け部に加わる荷重と、コイルのインダクタンス及びコンダクタンスとの相関図である。2A is a schematic diagram of a detection circuit in the force detection device according to the embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a diagram illustrating a load applied to the load receiving portion, the inductance of the coil, and the conductance in the force sensor according to the embodiment of the present invention. FIG. 従来の力センサを示す概略図である。It is the schematic which shows the conventional force sensor. 図4Aは、本発明の実施形態に係る力センサにおいて、突部を備えた構成の概略平面図で、図4Bは、図4Aに示す構成の概略断面図である。4A is a schematic plan view of a configuration provided with a protrusion in the force sensor according to the embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of the configuration shown in FIG. 4A. 本発明の実施形態に係る力センサにおいて、取付部を設けずにコアに導線を巻き付けてコイルを設けた構成の概略断面図である。In the force sensor which concerns on embodiment of this invention, it is a schematic sectional drawing of the structure which wound the conducting wire around the core and provided the coil, without providing an attaching part. 本発明の実施形態に係る力センサにおいて、保護部を備えた構成の概略断面図である。In the force sensor which concerns on embodiment of this invention, it is a schematic sectional drawing of the structure provided with the protection part. 図7Aは、本発明の実施形態に係る力センサにおいて、ボビンを備えた構成の概略平面図で、図7Bは、図7Aに示す構成の概略断面図である。7A is a schematic plan view of a configuration including a bobbin in the force sensor according to the embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a schematic cross-sectional view of the configuration shown in FIG. 7A. 図8Aは、本発明の実施形態に係る力センサにおいて、コアが空隙を有する構成の概略平面図で、図8Bは、図8Aに示す構成の概略断面図である。8A is a schematic plan view of a configuration in which the core has a gap in the force sensor according to the embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a schematic cross-sectional view of the configuration shown in FIG. 8A. 図9Aは、本発明の実施形態に係る力センサにおいて、ボビンの寸法を変更した構成の概略平面図で、図9Bは、図9Aに示す構成の概略断面図である。9A is a schematic plan view of a configuration in which the dimensions of the bobbin are changed in the force sensor according to the embodiment of the present invention, and FIG. 9B is a schematic cross-sectional view of the configuration shown in FIG. 9A. 図10Aは、本発明の実施形態に係る力センサにおいて、ボビンの寸法を更に変更した構成の概略平面図で、図10Bは、図10Aに示す構成の概略断面図である。10A is a schematic plan view of a configuration in which the dimensions of the bobbin are further changed in the force sensor according to the embodiment of the present invention, and FIG. 10B is a schematic cross-sectional view of the configuration shown in FIG. 10A. 本発明の実施形態に係る力センサにおいて、遮蔽部を備えた構成の概略断面図である。In the force sensor which concerns on embodiment of this invention, it is a schematic sectional drawing of the structure provided with the shielding part. 図12Aは、本発明の実施例における力検知装置の概略図で、図12Bは、本発明の実施例における力検知装置の使用方法の説明図である。FIG. 12A is a schematic diagram of a force detection device in an embodiment of the present invention, and FIG. 12B is an explanatory diagram of a method of using the force detection device in an embodiment of the present invention.

本発明の実施形態に係る力センサ2は、図1B,図1Cに示すように、磁性体で形成される中空部400を有するコア4と、コア4に取り付けられるコイル5とを備える。コア4には、中空部400の周方向に沿ってコイル5の通電時に生じる磁束が通る磁路M1が形成される。そして、コア4は、磁路M1が形成される面と交差する交差方向の一面に、荷重を受ける荷重受け部40を備える。   As shown in FIGS. 1B and 1C, the force sensor 2 according to the embodiment of the present invention includes a core 4 having a hollow portion 400 formed of a magnetic material, and a coil 5 attached to the core 4. In the core 4, a magnetic path M <b> 1 through which a magnetic flux generated when the coil 5 is energized is formed along the circumferential direction of the hollow portion 400. And the core 4 is equipped with the load receiving part 40 which receives a load in one surface of the cross | intersection direction which cross | intersects the surface where the magnetic path M1 is formed.

また、本発明の実施形態に係る力検知装置1は、図1Aに示すように、本実施形態の力センサ2と、検知回路3とを備える。検知回路3は、コイル5のインダクタンス(又は、コンダクタンス)の変化に基づいて荷重受け部40に加わる荷重を検知する。   Moreover, the force detection apparatus 1 which concerns on embodiment of this invention is provided with the force sensor 2 and detection circuit 3 of this embodiment, as shown to FIG. 1A. The detection circuit 3 detects a load applied to the load receiver 40 based on a change in inductance (or conductance) of the coil 5.

また、本発明の実施形態に係る力検知方法は、本実施形態の力センサ2において、コイル5に電流を供給するステップを有する。また、本実施形態の力検知方法は、荷重受け部40に加わる交差方向の荷重を、コイル5のインダクタンス(又は、コンダクタンス)の変化に基づいて検知するステップを有する。   The force detection method according to the embodiment of the present invention includes a step of supplying a current to the coil 5 in the force sensor 2 of the present embodiment. Further, the force detection method of the present embodiment includes a step of detecting a load in the cross direction applied to the load receiving portion 40 based on a change in inductance (or conductance) of the coil 5.

以下、本発明の実施形態に係る力センサ2及びそれを用いた力検知装置1、並びに力検知方法について詳細に説明する。本実施形態の力検知装置1は、図1Aに示すように、力センサ2と、検知回路3とを備える。   Hereinafter, a force sensor 2 according to an embodiment of the present invention, a force detection device 1 using the same, and a force detection method will be described in detail. The force detection device 1 according to the present embodiment includes a force sensor 2 and a detection circuit 3 as shown in FIG. 1A.

力センサ2は、図1B,図1Cに示すように、中空部400を有するコア4と、コア4に取り付けられるコイル5とを備える。コア4は、例えばNi(ニッケル)−Zn(亜鉛)フェライト等の磁性体により円環状に形成されている。なお、コア4は、コア4に荷重が加わると逆磁歪効果を奏する磁性体で形成されていればよい。逆磁歪効果とは、磁化されたコア4が荷重を加えられることで歪み、この歪みによりコア4の透磁率が変化する効果をいう。   As shown in FIGS. 1B and 1C, the force sensor 2 includes a core 4 having a hollow portion 400 and a coil 5 attached to the core 4. The core 4 is formed in an annular shape from a magnetic material such as Ni (nickel) -Zn (zinc) ferrite. In addition, the core 4 should just be formed with the magnetic body which has a reverse magnetostriction effect, when a load is added to the core 4. FIG. The inverse magnetostriction effect is an effect in which the magnetized core 4 is distorted when a load is applied, and the permeability of the core 4 changes due to the distortion.

コイル5は、コア4の中空部400と外側とを交互に通るように、導線をコア4の一部に巻き付けることで構成されている。なお、導線としては、絶縁材料で被覆した銅線(例えば、エナメル線など)を用いるのが望ましい。以下の説明では、コア4において導線が巻き付けられる部位(すなわち、コイル5が取り付けられる部位)を「取付部41」と称する。   The coil 5 is configured by winding a conducting wire around a part of the core 4 so as to alternately pass through the hollow portions 400 and the outside of the core 4. In addition, as a conducting wire, it is desirable to use a copper wire (for example, enameled wire) coated with an insulating material. In the following description, a portion where the conducting wire is wound in the core 4 (that is, a portion where the coil 5 is attached) is referred to as an “attachment portion 41”.

コア4の内部には、図1Bに示すように、コイル5の通電時に生じる磁束が通る。このため、コア4には、中空部400の周方向に沿った磁路(磁気回路)M1が形成される。この磁路M1は、閉磁路である。   As shown in FIG. 1B, magnetic flux generated when the coil 5 is energized passes through the core 4. For this reason, a magnetic path (magnetic circuit) M <b> 1 along the circumferential direction of the hollow portion 400 is formed in the core 4. This magnetic path M1 is a closed magnetic path.

コア4は、その厚さ方向(図1Cにおける上下方向)の一面(図1Cにおける上面)に、荷重を受ける荷重受け部40を備える。換言すれば、コア4は、磁路M1が形成される面と交差する交差方向の一面に荷重受け部40を備える。本実施形態の力センサ2では、コア4は、磁路M1が形成される面と直交する方向の一面に荷重受け部40を備えている。なお、「直交」とは、完全な「直交」のみではなく、「ほぼ直交」を含む表現である。   The core 4 includes a load receiving portion 40 that receives a load on one surface (upper surface in FIG. 1C) of the thickness direction (vertical direction in FIG. 1C). In other words, the core 4 includes the load receiving portion 40 on one surface in the intersecting direction intersecting the surface on which the magnetic path M1 is formed. In the force sensor 2 of the present embodiment, the core 4 includes a load receiving portion 40 on one surface in a direction orthogonal to the surface on which the magnetic path M1 is formed. Note that “orthogonal” is an expression including not only complete “orthogonal” but also “substantially orthogonal”.

検知回路3は、図2Aに示すように、発振回路30と、周期計測回路31と、二乗回路32と、温度補償回路33と、信号処理回路34とを備える。発振回路30は、コイル5を含む共振回路50の発振を維持するように構成されている。また、発振回路30は、共振回路50の共振周波数に対応する周波数で発振する発振信号を出力するように構成されている。周期計測回路31は、発振回路30から出力される発振信号の周期を計測し、計測した周期に対応する信号を出力するように構成されている。二乗回路32は、周期計測回路31から出力される信号の二乗値を演算して出力するように構成されている。温度補償回路33は、温度補償処理により、二乗回路32から出力される信号の温度変動を抑制するように構成されている。信号処理回路34は、温度補償回路33から出力される信号に基づいて、コア4の荷重受け部40に加わる荷重の変化を検知するように構成されている。   As shown in FIG. 2A, the detection circuit 3 includes an oscillation circuit 30, a period measurement circuit 31, a squaring circuit 32, a temperature compensation circuit 33, and a signal processing circuit 34. The oscillation circuit 30 is configured to maintain the oscillation of the resonance circuit 50 including the coil 5. The oscillation circuit 30 is configured to output an oscillation signal that oscillates at a frequency corresponding to the resonance frequency of the resonance circuit 50. The period measurement circuit 31 is configured to measure the period of the oscillation signal output from the oscillation circuit 30 and output a signal corresponding to the measured period. The square circuit 32 is configured to calculate and output the square value of the signal output from the period measurement circuit 31. The temperature compensation circuit 33 is configured to suppress temperature fluctuation of the signal output from the squaring circuit 32 by temperature compensation processing. The signal processing circuit 34 is configured to detect a change in load applied to the load receiving portion 40 of the core 4 based on a signal output from the temperature compensation circuit 33.

共振回路50の等価回路は、図2Aに示すように、インダクタL1及び抵抗R1の直列回路と、キャパシタC1との並列回路で構成される。ここでは、インダクタL1のインダクタンスは、コイル5のインダクタンスと等価である。また、抵抗R1の抵抗値は、コイル5の巻線抵抗の抵抗値と等価である。また、キャパシタC1の容量値は、コイル5の寄生容量と等価である。すなわち、本実施形態の力検知装置1では、コイル5のみで共振回路50を構成している。なお、共振回路50は、コイル5と並列にキャパシタ(図示せず)を電気的に接続することで構成してもよい。この構成では、キャパシタC1の容量値は、コイル5の寄生容量と、コイル5と並列に接続されたキャパシタの容量値との合成容量と等価である。   As shown in FIG. 2A, an equivalent circuit of the resonance circuit 50 is configured by a parallel circuit of a series circuit of an inductor L1 and a resistor R1 and a capacitor C1. Here, the inductance of the inductor L1 is equivalent to the inductance of the coil 5. Further, the resistance value of the resistor R1 is equivalent to the resistance value of the winding resistance of the coil 5. Further, the capacitance value of the capacitor C1 is equivalent to the parasitic capacitance of the coil 5. That is, in the force detection device 1 of the present embodiment, the resonance circuit 50 is configured by only the coil 5. The resonance circuit 50 may be configured by electrically connecting a capacitor (not shown) in parallel with the coil 5. In this configuration, the capacitance value of the capacitor C1 is equivalent to the combined capacitance of the parasitic capacitance of the coil 5 and the capacitance value of the capacitor connected in parallel with the coil 5.

ここで、本発明の実施形態に係る力検知方法について説明する。本実施形態の力検知方法は、本実施形態の力センサ2において、コイル5に電流を供給するステップを有する。また、本実施形態の力検知方法は、荷重受け部40に加わる交差方向(ここでは、図1Cにおける上下方向)の荷重を、コイル5のインダクタンスの変化に基づいて検知するステップを有する。以下、本実施形態の力検知装置1の動作を説明することにより、本実施形態の力検知方法について説明する。   Here, the force detection method according to the embodiment of the present invention will be described. The force detection method of the present embodiment includes a step of supplying a current to the coil 5 in the force sensor 2 of the present embodiment. In addition, the force detection method of the present embodiment includes a step of detecting a load in the intersecting direction (here, the vertical direction in FIG. 1C) applied to the load receiving unit 40 based on a change in the inductance of the coil 5. Hereinafter, the force detection method of the present embodiment will be described by describing the operation of the force detection device 1 of the present embodiment.

先ず、外部の電源(図示せず)がコイル5に電流を供給する。ここでは、検知回路3の発振回路30がコイル5に電流を供給する。すると、コア4は、コイル5が通電することで発生する磁束により磁化される。そして、コア4には、図1Bに示す磁路M1が形成される。次に、コア4の荷重受け部40に、コア4を押す向き(図1Cに示す矢印の向き)に荷重が加わると、逆磁歪効果により、荷重の大きさに応じてコア4の透磁率が変化する。このため、コア4の透磁率の変化に伴って、コイル5のインダクタンスが変化する。   First, an external power source (not shown) supplies current to the coil 5. Here, the oscillation circuit 30 of the detection circuit 3 supplies a current to the coil 5. Then, the core 4 is magnetized by the magnetic flux generated when the coil 5 is energized. In the core 4, a magnetic path M1 shown in FIG. 1B is formed. Next, when a load is applied to the load receiving portion 40 of the core 4 in the direction in which the core 4 is pushed (the direction of the arrow shown in FIG. 1C), the magnetic permeability of the core 4 varies depending on the magnitude of the load due to the inverse magnetostrictive effect. Change. For this reason, the inductance of the coil 5 changes as the magnetic permeability of the core 4 changes.

すなわち、図2Bに示すように、コイル5のインダクタンスは、荷重受け部40に加わる荷重に応じて変化する。なお、図2Bでは、荷重受け部40に荷重が加わっていないときのコイル5のインダクタンスを100%として、荷重に応じたコイル5のインダクタンスの変化量を示している。   That is, as shown in FIG. 2B, the inductance of the coil 5 changes according to the load applied to the load receiving portion 40. 2B shows the amount of change in the inductance of the coil 5 according to the load, where the inductance of the coil 5 when no load is applied to the load receiving portion 40 is 100%.

コイル5のインダクタンスが変化すると、コイル5を含む共振回路50の共振周波数が変化する。検知回路3では、既に述べたように、発振回路30が共振回路50の共振周波数に対応する周波数の発振信号を出力し、周期計測回路31が、発振信号の周期に対応する信号を出力する。ここで、発振信号の周期は、等価回路におけるインダクタL1のインダクタンスとキャパシタC1の容量値との積の平方根で表される。そして、二乗回路32が周期計測回路31の出力信号の二乗値を演算して出力するため、二乗回路32の出力信号は、コイル5のインダクタンスの変化に対して直線的に変化する。ここで、二乗回路32の出力信号は、温度補償回路33により温度変動分を補正されるが、温度補償回路33の出力信号は、やはりコイル5のインダクタンスの変化に対して直線的に変化する。   When the inductance of the coil 5 changes, the resonance frequency of the resonance circuit 50 including the coil 5 changes. In the detection circuit 3, as described above, the oscillation circuit 30 outputs an oscillation signal having a frequency corresponding to the resonance frequency of the resonance circuit 50, and the period measurement circuit 31 outputs a signal corresponding to the period of the oscillation signal. Here, the period of the oscillation signal is represented by the square root of the product of the inductance of the inductor L1 and the capacitance value of the capacitor C1 in the equivalent circuit. And since the square circuit 32 calculates and outputs the square value of the output signal of the period measurement circuit 31, the output signal of the square circuit 32 changes linearly with respect to the change of the inductance of the coil 5. Here, the output signal of the squaring circuit 32 is corrected for temperature fluctuations by the temperature compensation circuit 33, but the output signal of the temperature compensation circuit 33 also changes linearly with respect to the change in the inductance of the coil 5.

そして、信号処理回路34は、温度補償回路33の出力信号に基づいてコイル5のインダクタンスを演算し、得られたコイル5のインダクタンスの変化量から荷重受け部40に加わる荷重を演算する。すなわち、検知回路3は、コイル5のインダクタンスの変化に基づいてコア4の荷重受け部40に加わる荷重を検知する。   The signal processing circuit 34 calculates the inductance of the coil 5 based on the output signal of the temperature compensation circuit 33, and calculates the load applied to the load receiving portion 40 from the obtained amount of change in the inductance of the coil 5. That is, the detection circuit 3 detects a load applied to the load receiving portion 40 of the core 4 based on a change in inductance of the coil 5.

上述のように、本実施形態の力センサ2では、コア4は、中空部400の周方向に沿ってコイル5の通電時に生じる磁束が通る磁路M1(閉磁路)が形成されるように構成されている。このため、本実施形態の力センサ2では、コア4から外部への磁束の漏れが生じ難く、従来例のように強磁性体のケースを用いなくてもよい。したがって、本実施形態の力センサ2は、強磁性体のケースを設けるスペースが不要であるので、薄型化を図ることができる。   As described above, in the force sensor 2 of the present embodiment, the core 4 is configured such that the magnetic path M1 (closed magnetic path) through which the magnetic flux generated when the coil 5 is energized passes along the circumferential direction of the hollow portion 400. Has been. For this reason, in the force sensor 2 of this embodiment, the leakage of the magnetic flux from the core 4 to the outside does not easily occur, and there is no need to use a ferromagnetic case as in the conventional example. Therefore, the force sensor 2 of the present embodiment does not require a space for providing a ferromagnetic case, and thus can be thinned.

ところで、特開2003−194639号公報(以下、「参考例」と称する)には、強磁性体のケースを不要とした力センサ100が開示されている。この力センサ100は、図3に示すように、2つの鉄心101と、磁歪部材102と、励磁コイル103と、検知コイル104とを備える。   By the way, Japanese Patent Laid-Open No. 2003-194639 (hereinafter referred to as “reference example”) discloses a force sensor 100 that does not require a ferromagnetic case. As shown in FIG. 3, the force sensor 100 includes two iron cores 101, a magnetostrictive member 102, an excitation coil 103, and a detection coil 104.

各鉄心101には、その長手方向(図3における左右方向)の両端にそれぞれ鉄心脚部101Aが一体に形成されている。そして、一方の鉄心101の各鉄心脚部101Aと、他方の鉄心101の各鉄心脚部101Aとの間には、それぞれ間隙(空隙)105が設けられている。磁歪部材102は、磁性材料により円柱状に形成され、2つの鉄心101に挟持されている。励磁コイル103は、各鉄心101の一方側(図3における左側)の各鉄心脚部101Aの周囲に巻き回されており、交流電流を流すことで、各鉄心101と磁歪部材102とに磁束を発生させる。検知コイル104は、各鉄心101の他方側(図3における右側)の各鉄心脚部101Aの周囲に巻き回されており、各鉄心101を通過する磁束を検知する。   Each iron core 101 is integrally formed with iron leg portions 101A at both ends in the longitudinal direction (left and right direction in FIG. 3). A gap (gap) 105 is provided between each iron core leg portion 101A of one iron core 101 and each iron core leg portion 101A of the other iron core 101. The magnetostrictive member 102 is formed in a cylindrical shape from a magnetic material and is sandwiched between two iron cores 101. The exciting coil 103 is wound around each iron core leg portion 101A on one side (left side in FIG. 3) of each iron core 101, and by supplying an alternating current, a magnetic flux is applied to each iron core 101 and the magnetostrictive member 102. generate. The detection coil 104 is wound around each core leg 101A on the other side (right side in FIG. 3) of each iron core 101, and detects a magnetic flux passing through each iron core 101.

以下、この力センサ100の動作について説明する。励磁コイル103に交流電流を流すと、鉄心脚部101A−間隙105−鉄心脚部101Aを通過する磁束の磁路M2と、鉄心脚部101A−間隙105−磁歪部材102を通過する磁束の磁路M3とが形成される。ここで、一方(図3における上方)の鉄心101に、磁歪部材102の軸方向(図3における上下方向)に押下するような荷重が加えられると、鉄心101を介して磁歪部材102に荷重が伝わり、磁歪部材102が圧縮される。このとき、荷重の増加に応じて、磁路M3の磁気抵抗が増加し、磁気M2の磁気抵抗が減少するので、磁路M2を通過する磁束が増加する。したがって、検知コイル104で検知される磁束が増加するので、誘起される電圧も増加する。この力センサ100では、この検知コイル104に誘起される電圧から荷重を算出する。   Hereinafter, the operation of the force sensor 100 will be described. When an alternating current is passed through the exciting coil 103, the magnetic path M2 of the magnetic flux passing through the iron core leg 101A-gap 105-the iron core leg 101A, and the magnetic path of the magnetic flux passing through the iron core leg 101A-gap 105-magnetostrictive member 102. M3 is formed. Here, when a load is applied to one of the iron cores 101 (upper side in FIG. 3) in the axial direction (vertical direction in FIG. 3) of the magnetostrictive member 102, the load is applied to the magnetostrictive member 102 via the iron core 101. The magnetostrictive member 102 is compressed. At this time, as the load increases, the magnetic resistance of the magnetic path M3 increases and the magnetic resistance of the magnetism M2 decreases, so that the magnetic flux passing through the magnetic path M2 increases. Therefore, since the magnetic flux detected by the detection coil 104 increases, the induced voltage also increases. In the force sensor 100, the load is calculated from the voltage induced in the detection coil 104.

この力センサ100では、各鉄心101と磁歪部材102とを通る磁路M2,M3がそれぞれ閉磁路である。しかしながら、この力センサ100では、磁路M2,M3が形成される面と、磁歪部材102が荷重を受ける方向(図3における上下方向)とが平行になっている。このため、磁路M2,M3が必要とする磁路長を確保するためには、各鉄心101の高さ方向(図3における上下方向)の寸法を調整する必要がある。したがって、この力センサ100は、構造上、荷重を受ける方向において薄型化を図ることは困難である。   In this force sensor 100, magnetic paths M2 and M3 passing through each iron core 101 and the magnetostrictive member 102 are closed magnetic paths. However, in the force sensor 100, the surface on which the magnetic paths M2 and M3 are formed and the direction in which the magnetostrictive member 102 receives a load (vertical direction in FIG. 3) are parallel. For this reason, in order to secure the magnetic path length required by the magnetic paths M2 and M3, it is necessary to adjust the dimension of each iron core 101 in the height direction (vertical direction in FIG. 3). Therefore, it is difficult to reduce the thickness of the force sensor 100 in the direction in which a load is received.

一方、本実施形態の力センサ2では、図1B,図1Cに示すように、磁路M1が形成される面と、コア4の荷重受け部40が荷重を受ける方向(図1Cにおける上下方向)とが交差するようになっている。このため、磁路M1が必要とする磁路長を確保するためには、コア4の周方向の寸法を調整すればよく、コア4の厚さ方向(交差方向)の寸法は磁路M1の磁路長に依存しない。したがって、本実施形態の力センサ2は、参考例に開示されている力センサ100と比較して、荷重を受ける方向において薄型化を図ることができる。   On the other hand, in the force sensor 2 of the present embodiment, as shown in FIGS. 1B and 1C, the surface on which the magnetic path M1 is formed and the direction in which the load receiving portion 40 of the core 4 receives a load (up and down direction in FIG. 1C). Intersect with each other. For this reason, in order to secure the magnetic path length required by the magnetic path M1, the dimension in the circumferential direction of the core 4 may be adjusted. It does not depend on the magnetic path length. Therefore, the force sensor 2 of the present embodiment can be thinned in the direction of receiving a load, compared to the force sensor 100 disclosed in the reference example.

なお、本実施形態の力センサ2では、コア4の形状は円環状に限定されず、例えば図8A等に示すように、四隅に丸まった角を有する環状であってもよい。すなわち、コア4は、中空部400の周方向に沿ってコイル5の通電時に生じる磁束が通る磁路(閉磁路)が形成される形状であればよい。   In the force sensor 2 of the present embodiment, the shape of the core 4 is not limited to an annular shape, and may be an annular shape having rounded corners as shown in FIG. 8A, for example. That is, the core 4 may have a shape in which a magnetic path (closed magnetic path) through which the magnetic flux generated when the coil 5 is energized passes along the circumferential direction of the hollow portion 400.

また、本実施形態の力検知装置1では、検知回路3は、二乗回路32及び温度補償回路33を備えずに、周期計測回路31から出力される信号に基づいて信号処理回路34が荷重の変化を検知する構成であってもよい。また、図2Aに示す検知回路3の構成は一例であり、検知回路3は、コイル5のインダクタンスの変化に基づいて荷重を検知する構成であればその他の構成であってもよい。   In the force detection device 1 of the present embodiment, the detection circuit 3 does not include the squaring circuit 32 and the temperature compensation circuit 33, and the signal processing circuit 34 changes the load based on the signal output from the period measurement circuit 31. The structure which detects this may be sufficient. Further, the configuration of the detection circuit 3 illustrated in FIG. 2A is an example, and the detection circuit 3 may have another configuration as long as the load is detected based on a change in inductance of the coil 5.

更に、図2Bに示すように、コイル5のコンダクタンスも荷重の変化に応じて変化するため、検知回路3は、コイル5のコンダクタンスの変化に基づいて荷重を検知する構成であってもよい。なお、図2Bでは、荷重受け部40に荷重が加わっていないときのコイル5のコンダクタンスを100%として、荷重に応じたコイル5のコンダクタンスの変化量を示している。この場合における本実施形態の力検知方法は、本実施形態の力センサ2において、コイル5に電流を供給するステップと、荷重受け部40に加わる交差方向の荷重を、コイル5のコンダクタンスの変化に基づいて検知するステップとを有する。   Further, as shown in FIG. 2B, the conductance of the coil 5 also changes in accordance with the change in the load. Therefore, the detection circuit 3 may be configured to detect the load based on the change in the conductance of the coil 5. 2B shows the amount of change in the conductance of the coil 5 according to the load, with the conductance of the coil 5 being 100% when no load is applied to the load receiving portion 40. FIG. In this case, the force detection method according to the present embodiment includes a step of supplying a current to the coil 5 and a load in the cross direction applied to the load receiving portion 40 in the force sensor 2 according to the present embodiment. And detecting based on.

なお、本実施形態の力センサ2では、荷重受け部40はコア4の厚さ方向(交差方向)の一面であって、平面で構成されているが、荷重受け部40は必ずしも平面で構成されていなくてもよい。例えば、図4A,図4Bに示すように、荷重受け部40は、コア4の厚さ方向(交差方向)の一面に1乃至複数の突部42を備えた構成であってもよい。突部42は、半球状に形成されており、荷重を受ける向きと反対向き(図4Bにおける上向き)に突出している。なお、突部42の形状は、半球状に限定されず、他の形状であってもよい。また、突部42は、例えば弾性を有する材料で形成してもよい。   In the force sensor 2 of the present embodiment, the load receiving portion 40 is one surface in the thickness direction (cross direction) of the core 4 and is configured as a plane, but the load receiving portion 40 is not necessarily configured as a plane. It does not have to be. For example, as illustrated in FIGS. 4A and 4B, the load receiver 40 may have a configuration in which one or a plurality of protrusions 42 are provided on one surface of the core 4 in the thickness direction (cross direction). The protrusion 42 is formed in a hemispherical shape and protrudes in a direction opposite to the direction in which the load is received (upward in FIG. 4B). In addition, the shape of the protrusion 42 is not limited to a hemispherical shape, and may be another shape. Moreover, you may form the protrusion 42 with the material which has elasticity, for example.

ところで、例えば図5に示すように、単にコア4に導線を巻き付けるだけでコイル5を構成した場合、コア4の厚さ方向(交差方向)において、コイル5の一部が荷重受け部40よりも突出する。この構成では、荷重受け部40に荷重を加えると、コイル5にも荷重が加わり、コイル5が断線する虞がある。また、この構成では、荷重受け部40には、コイル5の一部が突出する部位と、その他の部位とが存在する。このため、この構成では、荷重受け部40に均一に荷重が加わらず、荷重を精度良く検知できない虞がある。   By the way, for example, as shown in FIG. 5, when the coil 5 is configured simply by winding a conducting wire around the core 4, a part of the coil 5 is more than the load receiving portion 40 in the thickness direction (cross direction) of the core 4. Protruding. In this configuration, when a load is applied to the load receiving portion 40, a load is also applied to the coil 5, and the coil 5 may be disconnected. In this configuration, the load receiving portion 40 includes a portion from which a part of the coil 5 protrudes and another portion. For this reason, in this configuration, there is a possibility that the load is not uniformly applied to the load receiving portion 40 and the load cannot be detected with high accuracy.

そこで、本実施形態の力センサ2では、コイル5に加わる荷重を避ける構造を備える構成であってもよい。本実施形態の力センサ2では、この構造は、コア4が、取付部41において他の部位よりもコア4の厚さ方向(交差方向)の寸法が小さくされた構造である(図1B,図1C参照)。取付部41は、図1Cに示すように、コア4の厚さ方向において、コイル5の寸法T2がコア4の寸法T1よりも小さくなるように構成されている。換言すれば、取付部41の交差方向における寸法は、他の部位の交差方向における寸法内にコイル5が収まるように設定されている。このため、この構成では、コア4の厚さ方向(交差方向)において、コイル5の一部が荷重受け部40よりも突出することがない。したがって、この構成では、コイル5に荷重が加わるのを避けることができ、コイル5の断線を防止することができる。また、この構成では、荷重受け部40に均一に荷重が加わり易いので、荷重を精度よく検知することができる。   Therefore, the force sensor 2 of the present embodiment may be configured to have a structure that avoids a load applied to the coil 5. In the force sensor 2 of the present embodiment, this structure is a structure in which the core 4 has a smaller dimension in the thickness direction (crossing direction) of the core 4 than the other parts in the mounting portion 41 (FIG. 1B, FIG. 1C). As shown in FIG. 1C, the mounting portion 41 is configured such that the dimension T2 of the coil 5 is smaller than the dimension T1 of the core 4 in the thickness direction of the core 4. In other words, the dimension of the attachment portion 41 in the intersecting direction is set such that the coil 5 is within the dimension of the other part in the intersecting direction. For this reason, in this configuration, part of the coil 5 does not protrude beyond the load receiving portion 40 in the thickness direction (cross direction) of the core 4. Therefore, in this configuration, it is possible to avoid applying a load to the coil 5 and to prevent the coil 5 from being disconnected. Further, in this configuration, since the load is easily applied uniformly to the load receiving portion 40, the load can be detected with high accuracy.

なお、本実施形態の力センサ2では、図6に示すように、取付部41を備える代わりに、保護部6を備える構成であってもよい。保護部6は、例えば樹脂材料により板状に形成され、コア4の厚さ方向における両側それぞれに設置される。このため、コイル5の荷重受け部40よりも突出する部位が、保護部6によって覆われる。すなわち、保護部6は、交差方向の荷重受け部40側においてコイル5を少なくとも覆うように構成されている。   In addition, in the force sensor 2 of this embodiment, the structure provided with the protection part 6 instead of providing the attachment part 41 may be sufficient as shown in FIG. The protection unit 6 is formed in a plate shape by, for example, a resin material, and is installed on both sides in the thickness direction of the core 4. For this reason, the part which protrudes rather than the load receiving part 40 of the coil 5 is covered with the protection part 6. That is, the protection part 6 is configured to cover at least the coil 5 on the side of the load receiving part 40 in the intersecting direction.

この構成では、保護部6を介して荷重受け部40に荷重が加わるので、コイル5に直接荷重が加わるのを避けることができ、コイル5の断線を防止することができる。また、保護部6には、そのコイル5と対向する部位に、コイル5を避ける凹部60が設けられている。このため、コイル5と保護部6とが直接触れ難いので、コイル5に荷重が加わるのをより避けることができる。   In this configuration, since a load is applied to the load receiving portion 40 via the protection portion 6, it is possible to avoid a load from being directly applied to the coil 5 and to prevent the coil 5 from being disconnected. Further, the protective portion 6 is provided with a recess 60 that avoids the coil 5 at a portion facing the coil 5. For this reason, since it is hard to touch the coil 5 and the protection part 6 directly, it can avoid more that a load is added to the coil 5. FIG.

なお、本実施形態の力センサ2では、図7A,7Bに示すように、コア4の一部に取り付けられるボビン7を備える構成であってもよい。そして、コイル5は、ボビン7を介してコア4に導線を巻き付けることで構成されてもよい。ボビン7は、絶縁性を有する材料(例えば樹脂材料)により形成されている。また、ボビン7は、図7Bに示すように、その一部(図7Bにおける上部)を開口した断面C字状に形成されている。ボビン7は、その開口部分を介してコア4に嵌め込むことで、コア4に取り付けられる。そして、ボビン7をコア4に取り付けた状態で、ボビン7に導線を巻き付けることでコイル5が構成される。   In addition, in the force sensor 2 of this embodiment, as shown to FIG. 7A and 7B, the structure provided with the bobbin 7 attached to a part of core 4 may be sufficient. The coil 5 may be configured by winding a conducting wire around the core 4 via the bobbin 7. The bobbin 7 is formed of an insulating material (for example, a resin material). Further, as shown in FIG. 7B, the bobbin 7 is formed in a C-shaped cross-section with a part thereof opened (upper part in FIG. 7B). The bobbin 7 is attached to the core 4 by being fitted into the core 4 through the opening. And the coil 5 is comprised by winding a conducting wire around the bobbin 7 in the state which attached the bobbin 7 to the core 4. FIG.

この構成では、ボビン7を介してコア4に導線を巻き付けてコイル5が構成されるので、ボビン7によりコア4とコイル5との短絡を防止することができる。このため、この構成では、コア4を導電性の高い材料で形成することができる。コア4は、例えば鉄やクロム、ニッケル等の金属材料で形成することができる。また、コア4は、例えばMn(マンガン)−Zn(亜鉛)フェライトやパーマロイなどの合金で形成することができる。特に、コア4を合金で形成する場合には、コア4の強度を高めることができるので、強度を確保しつつ更なる薄型化を図ることができる。   In this configuration, since the coil 5 is configured by winding a conducting wire around the core 4 via the bobbin 7, the bobbin 7 can prevent the core 4 and the coil 5 from being short-circuited. For this reason, in this configuration, the core 4 can be formed of a highly conductive material. The core 4 can be formed of a metal material such as iron, chromium, or nickel. The core 4 can be formed of an alloy such as Mn (manganese) -Zn (zinc) ferrite or permalloy, for example. In particular, when the core 4 is formed of an alloy, the strength of the core 4 can be increased, so that further thinning can be achieved while ensuring the strength.

また、本実施形態の力センサ2では、図8A,図8Bに示すように、コア4は、中空部400の周方向の一部に空隙43を有する構成であってもよい。そして、ボビン7の代わりに、ボビン8が、空隙43を覆うようにコア4に取り付けられる構成であってもよい。コア4は、図8Aに示すように、その一部を切り欠くことで、平面視でC字状に形成されている。そして、コア4の一方の端部44と、他方の端部45との間には、空隙43が設けられている。ボビン8は、絶縁性を有する材料(例えば樹脂材料)により形成されている。また、ボビン8は、図8A,図8Bに示すように、筒状に形成されている。したがって、ボビン8は、ボビン7とは異なり、開口を有していない。ボビン8は、その中空部にコア4の各端部44,45が嵌り込むように、空隙43を介してコア4に取り付けられる。   Moreover, in the force sensor 2 of this embodiment, as shown to FIG. 8A and FIG. 8B, the structure which has the space | gap 43 in the circumferential part of the hollow part 400 may be sufficient as the core 4. FIG. Then, instead of the bobbin 7, the bobbin 8 may be attached to the core 4 so as to cover the gap 43. As shown in FIG. 8A, the core 4 is formed in a C shape in plan view by cutting out a part thereof. A gap 43 is provided between one end 44 of the core 4 and the other end 45. The bobbin 8 is formed of an insulating material (for example, a resin material). The bobbin 8 is formed in a cylindrical shape as shown in FIGS. 8A and 8B. Therefore, unlike the bobbin 7, the bobbin 8 does not have an opening. The bobbin 8 is attached to the core 4 via the gap 43 so that the end portions 44 and 45 of the core 4 fit into the hollow portion.

この構成では、コイル5を構成する導線を予め巻き付けたボビン8を、空隙43を介してコア4に取り付けることができる。したがって、この構成では、コア4に導線を巻き付ける工程が不要であり、コア4に容易にコイル5を取り付けることができる。また、この構成では、磁路M1の途中に空隙43が介在している。すなわち、この構成では、磁路M1の途中に、透磁率の小さい空気が介在するため、コイル5のインダクタンスのばらつきを低減することができる。なお、図8Cには、荷重受け部40に荷重が加わっていないときのコイル5のインダクタンス(及びコンダクタンス)を100%として、荷重に応じたコイル5のインダクタンス(及びコンダクタンス)の変化量を示している。   In this configuration, the bobbin 8 in which the conducting wire constituting the coil 5 is wound in advance can be attached to the core 4 via the gap 43. Therefore, in this configuration, the step of winding the conductive wire around the core 4 is unnecessary, and the coil 5 can be easily attached to the core 4. In this configuration, the air gap 43 is interposed in the middle of the magnetic path M1. That is, in this configuration, air having a low magnetic permeability is interposed in the middle of the magnetic path M1, so that variations in inductance of the coil 5 can be reduced. FIG. 8C shows the amount of change in the inductance (and conductance) of the coil 5 according to the load, assuming that the inductance (and conductance) of the coil 5 when no load is applied to the load receiving portion 40 is 100%. Yes.

なお、図9A,図9Bに示すように、ボビン8は、コア4の幅寸法D1に収まるように形成されてもよい。この場合、図9Bに示すように、ボビン8の中空部にコア4の各端部44,45が嵌まり込むように、各端部44,45の幅寸法D2を小さくすればよい。更に、図10A,図10Bに示すように、ボビン8は、コイル5の荷重受け部40よりも突出しないように、コア4の厚さ方向において、巻き付けたコイル5の寸法T2がコア4の寸法T1よりも小さくなるように形成されてもよい。この場合、図10Bに示すように、ボビン8の中空部にコア4の各端部44,45が嵌まり込むように、各端部44,45の厚さ寸法T3を小さくすればよい。   9A and 9B, the bobbin 8 may be formed so as to fit within the width dimension D1 of the core 4. In this case, as shown in FIG. 9B, the width dimension D <b> 2 of each end portion 44, 45 may be reduced so that each end portion 44, 45 of the core 4 fits into the hollow portion of the bobbin 8. Further, as shown in FIGS. 10A and 10B, the dimension T2 of the wound coil 5 is the dimension of the core 4 in the thickness direction of the core 4 so that the bobbin 8 does not protrude from the load receiving portion 40 of the coil 5. You may form so that it may become smaller than T1. In this case, as shown in FIG. 10B, the thickness dimension T <b> 3 of each end portion 44, 45 may be reduced so that each end portion 44, 45 of the core 4 fits into the hollow portion of the bobbin 8.

なお、本実施形態の力センサ2では、図11に示すように、遮蔽部9を備える構成であってもよい。遮蔽部9は、金属材料により板状に形成され、コア4の厚さ方向における両側それぞれに設置される。この構成では、遮蔽部9により外部の磁場の影響を低減することができる。ここでは、荷重を検知する対象物(例えば、ボルトなど)をコア4の中空部400に通すために、遮蔽部9に孔90を設けているが、必ず設ける必要はない。すなわち、対象物をコア4の中空部400に通す必要がない場合は、遮蔽部9に孔90を設けなくてもよい。また、遮蔽部9を設ける場合は、遮蔽部9を介してコア4とコイル5が短絡しないように、コイル5と遮蔽部9との間に一定の間隔を設けるのが望ましい。   In addition, in the force sensor 2 of this embodiment, the structure provided with the shielding part 9 may be sufficient as shown in FIG. The shielding part 9 is formed in a plate shape from a metal material, and is installed on both sides in the thickness direction of the core 4. In this configuration, the shielding unit 9 can reduce the influence of an external magnetic field. Here, the hole 90 is provided in the shielding part 9 in order to pass an object (for example, a bolt or the like) for detecting the load through the hollow part 400 of the core 4, but it is not always necessary to provide it. That is, if it is not necessary to pass the object through the hollow portion 400 of the core 4, the hole 90 may not be provided in the shielding portion 9. Moreover, when providing the shielding part 9, it is desirable to provide a fixed space | interval between the coil 5 and the shielding part 9 so that the core 4 and the coil 5 may not short-circuit via the shielding part 9. FIG.

ところで、本実施形態の力センサ2は、従来例の磁歪式荷重センサや、参考例に開示されている力センサ100と比較して薄型化を図ることができるため、例えばワッシャの代わりに用いることが将来的に可能である。このため、本実施形態の力センサ2を用いた力検知装置1は、例えばボルトを天井や壁に締め付ける際の締付軸力の検知に用いることができる。   By the way, the force sensor 2 of the present embodiment can be reduced in thickness as compared with the conventional magnetostrictive load sensor and the force sensor 100 disclosed in the reference example, so that it is used instead of, for example, a washer. Is possible in the future. For this reason, the force detection apparatus 1 using the force sensor 2 of the present embodiment can be used for detecting a tightening axial force when, for example, a bolt is tightened on a ceiling or a wall.

以下、本実施形態の力検知装置1を用いて、ボルトB1の締付軸力を検知する実施例について図12を参照して説明する。なお、締付軸力とは、ナットN1でボルトB1を締め付ける際に、造営材A1(例えば、壁や天井)に加わるボルトB1の軸方向に沿った荷重をいう(図12B参照)。   Hereinafter, an example of detecting the tightening axial force of the bolt B1 using the force detection device 1 of the present embodiment will be described with reference to FIG. The tightening axial force refers to a load along the axial direction of the bolt B1 applied to the construction material A1 (for example, a wall or a ceiling) when the bolt B1 is tightened with the nut N1 (see FIG. 12B).

この実施例において、力検知装置1は、図12Aに示すように、力センサ2と、検知回路3を実装した基板300とをケース10に収納して構成されている。ケース10は、例えば樹脂材料により形成され、力センサ2を保護する半円盤状の第1ケース10Aと、基板300を保護する扁平な直方体状の第2ケース10Bとで構成されている。ケース10は、外部磁場を低減するために用いる従来の強磁性体のケースとは異なり、磁路M1の形成に関与しない。したがって、ケース10は、荷重に耐え得る強度を有していればよく、薄型に形成することができる。   In this embodiment, the force detection device 1 is configured by housing a force sensor 2 and a substrate 300 on which the detection circuit 3 is mounted in a case 10 as shown in FIG. 12A. The case 10 is formed of, for example, a resin material, and includes a semi-disc-shaped first case 10A that protects the force sensor 2 and a flat rectangular parallelepiped second case 10B that protects the substrate 300. Unlike the conventional ferromagnetic case used for reducing the external magnetic field, the case 10 does not participate in the formation of the magnetic path M1. Therefore, the case 10 only needs to have a strength capable of withstanding the load, and can be formed thin.

第1ケース10Aには、ボルトB1の軸部B10を通すために、平面視で円形状の通孔10Cを設けている。この通孔10Cと、コア4の中空部400とをボルトB1の軸部B10が通るようになっている。   The first case 10A is provided with a circular through hole 10C in plan view in order to pass the shaft portion B10 of the bolt B1. The shaft portion B10 of the bolt B1 passes through the through hole 10C and the hollow portion 400 of the core 4.

以下、この実施例における力検知装置1の使用方法について説明する。先ず、ボルトB1を造営材A1の裏側(図12Bにおける下側)から通す。なお、図12Bでは、ボルトB1の頭部の図示を省略している。次に、造営材A1の表側(図12Bにおける上側)に突出する軸部B10に通孔10C及びコア4の中空部400を通す。そして、造営材A1との間で第1ケース10Aを挟む形で、ナットN1を軸部B10に通して締め付ける。すると、コア4の荷重受け部40に、第1ケース10Aを介してボルトB1の締付軸力が加わる。したがって、力検知装置1は、検知回路3が荷重受け部40に加わる荷重を検知することで、ボルトB1の締付軸力を検知することができる。   Hereafter, the usage method of the force detection apparatus 1 in this Example is demonstrated. First, the bolt B1 is passed from the back side (the lower side in FIG. 12B) of the building material A1. In FIG. 12B, the head of the bolt B1 is not shown. Next, the through hole 10 </ b> C and the hollow portion 400 of the core 4 are passed through the shaft portion B <b> 10 protruding to the front side (upper side in FIG. 12B) of the building material A <b> 1. Then, the nut N1 is passed through the shaft portion B10 and tightened so as to sandwich the first case 10A with the building material A1. Then, the tightening axial force of the bolt B1 is applied to the load receiving portion 40 of the core 4 via the first case 10A. Therefore, the force detection device 1 can detect the tightening axial force of the bolt B <b> 1 by detecting the load applied by the detection circuit 3 to the load receiving portion 40.

上述のように、本実施形態の力センサ2はワッシャの代わりに用いることができる。したがって、例えば、トンネルの天井板を吊り下げるために用いるアンカーボルト(図示せず)に本実施形態の力センサ2をワッシャとして取り付ければ、現場から離れた場所でアンカーボルトの締付軸力をモニタリングすることも可能である。   As described above, the force sensor 2 of this embodiment can be used instead of a washer. Therefore, for example, if the force sensor 2 of the present embodiment is attached as a washer to an anchor bolt (not shown) used to suspend the ceiling plate of the tunnel, the tightening axial force of the anchor bolt is monitored at a location away from the site. It is also possible to do.

1 力検知装置
2 力センサ
3 検知回路
4 コア
40 荷重受け部
400 中空部
41 取付部
43 空隙
5 コイル
6 保護部
7,8 ボビン
9 遮蔽部
M1 磁路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Force detection apparatus 2 Force sensor 3 Detection circuit 4 Core 40 Load receiving part 400 Hollow part 41 Mounting part 43 Air gap 5 Coil 6 Protection part 7, 8 Bobbin 9 Shielding part M1 Magnetic path

Claims (11)

磁性体で形成される中空部を有するコアと、前記コアに取り付けられるコイルとを備え、
前記コアには、前記中空部の周方向に沿って前記コイルの通電時に生じる磁束が通る磁路が形成され、
前記コアは、前記磁路が形成される面と交差する交差方向の一面に、荷重を受ける荷重受け部を備えることを特徴とする力センサ。
A core having a hollow portion formed of a magnetic material, and a coil attached to the core,
In the core, a magnetic path through which a magnetic flux generated when the coil is energized is formed along the circumferential direction of the hollow portion,
The core is provided with a load receiving portion for receiving a load on one surface in a crossing direction intersecting a surface on which the magnetic path is formed.
前記コイルに加わる荷重を避ける構造を備えることを特徴とする請求項1記載の力センサ。   The force sensor according to claim 1, further comprising a structure that avoids a load applied to the coil. 前記構造は、前記コアが、前記コイルが取り付けられる取付部において他の部位よりも前記交差方向の寸法が小さくされた構造であって、
前記取付部の前記交差方向における寸法は、前記他の部位の前記交差方向における寸法内に前記コイルが収まるように設定されていることを特徴とする請求項2記載の力センサ。
In the structure, the core is a structure in which the dimension in the intersecting direction is made smaller than other parts in an attachment portion to which the coil is attached,
3. The force sensor according to claim 2, wherein a dimension of the mounting portion in the intersecting direction is set so that the coil is within a dimension of the other portion in the intersecting direction.
前記構造は、前記交差方向の前記荷重受け部側において前記コイルを少なくとも覆う保護部であることを特徴とする請求項2記載の力センサ。   The force sensor according to claim 2, wherein the structure is a protective portion that covers at least the coil on the load receiving portion side in the intersecting direction. 前記コアの一部に取り付けられるボビンを備え、
前記コイルは、前記ボビンを介して前記コアに導線を巻き付けることで構成されることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の力センサ。
Comprising a bobbin attached to a portion of the core;
The force sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the coil is configured by winding a conducting wire around the core via the bobbin.
前記コアは、前記中空部の周方向の一部に空隙を有し、
前記ボビンは、前記空隙を覆うように前記コアに取り付けられることを特徴とする請求項5記載の力センサ。
The core has a gap in a part of the hollow portion in the circumferential direction,
The force sensor according to claim 5, wherein the bobbin is attached to the core so as to cover the gap.
金属材料により形成され、前記コアの少なくとも一部を覆う遮蔽部を備えることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の力センサ。   The force sensor according to any one of claims 1 to 6, further comprising a shielding portion that is made of a metal material and covers at least a part of the core. 請求項1乃至7の何れか1項に記載の前記力センサと、前記コイルのインダクタンスの変化に基づいて前記荷重受け部に加わる荷重を検知する検知回路とを備えることを特徴とする力検知装置。   A force detection device comprising: the force sensor according to any one of claims 1 to 7; and a detection circuit that detects a load applied to the load receiving portion based on a change in inductance of the coil. . 請求項1乃至7の何れか1項に記載の前記力センサと、前記コイルのコンダクタンスの変化に基づいて前記荷重受け部に加わる荷重を検知する検知回路とを備えることを特徴とする力検知装置。   A force detection device comprising: the force sensor according to any one of claims 1 to 7; and a detection circuit that detects a load applied to the load receiving portion based on a change in conductance of the coil. . 請求項1乃至7の何れか1項に記載の前記力センサにおいて、前記コイルに電流を供給するステップと、
前記荷重受け部に加わる前記交差方向の荷重を、前記コイルのインダクタンスの変化に基づいて検知するステップとを有することを特徴とする力検知方法。
In the force sensor according to any one of claims 1 to 7, supplying a current to the coil;
And a step of detecting a load in the crossing direction applied to the load receiving portion based on a change in inductance of the coil.
請求項1乃至7の何れか1項に記載の前記力センサにおいて、前記コイルに電流を供給するステップと、
前記荷重受け部に加わる前記交差方向の荷重を、前記コイルのコンダクタンスの変化に基づいて検知するステップとを有することを特徴とする力検知方法。
In the force sensor according to any one of claims 1 to 7, supplying a current to the coil;
And a step of detecting a load in the crossing direction applied to the load receiving portion based on a change in conductance of the coil.
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