JP2018071972A - 磁気式荷重センサ - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化に伴う出力変化が少ない磁気式荷重センサを提供する。
【解決手段】この磁気式荷重センサは、たわみ発生部材と、たわみ発生部材を支持する支持部材と、磁気ターゲットと、磁気ターゲットの磁界を検出する磁気センサ５とを備える。たわみ発生部材のたわみにより磁気ターゲットと磁気センサ５とが軸方向に相対変位するように、磁気ターゲットがたわみ発生部材に設けられ、磁気センサ５が支持部材に設けられる。磁気ターゲットは、軸方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された磁気エンコーダトラックを少なくとも一列有する磁気エンコーダである。磁気センサ５は、磁気エンコーダが発生する磁気情報から、磁気エンコーダと磁気センサ５との相対変位による変位量を、Ｎ極とＳ極の一極対の長さを電気的に逓倍した位置情報として検出するものであり、磁気センサ５が検出した位置情報から軸方向の荷重を算出する荷重算出手段２１を有する。
【選択図】図４

Description

この発明は、温度変化に伴う出力変化が少ない磁気式荷重センサに関し、自動車、産業機械、工作機械等の各種の装置、例えば、電動ブレーキ装置やプレス装置等に組み込まれる磁気式荷重センサに関する。

従来例の磁気式荷重センサは、フランジ部材に軸方向荷重が入力されるとフランジ部材がたわみ、磁気ターゲットと磁気センサの相対位置が変化し、その相対位置の変化に応じて磁気センサの出力信号が変化するので、磁気センサの出力信号に基づいて荷重の大きさを検出する（特許文献１）。

特許文献１に開示されている磁気式荷重センサは、軸方向荷重が入力されてたわみを生じるフランジ部材と、そのフランジ部材を支持する支持部材と、磁界を発生する磁気ターゲットと、その磁気ターゲットが発生する磁界を検出する磁気センサとを有する。フランジ部材のたわみにより磁気ターゲットと磁気センサが相対変位するように、磁気ターゲットと磁気センサのいずれか一方をフランジ部材に固定し、他方を支持部材に固定し、磁気センサで検出した磁界に基づいて荷重の大きさを検出する。

磁気ターゲットは、その径方向内端と径方向外端に磁極を有するように半径方向に磁化された二個の永久磁石から成る。二個の永久磁石は、反対の極性を有する磁極（すなわちＮ極とＳ極）が軸方向に並ぶように隣接して配置されている。また、磁気センサとしては、ホールＩＣまたは磁気抵抗素子（ＭＲセンサ）、磁気インピーダンス（ＭＩセンサ）が用いられる。

特許第５７３５８８２号公報

しかしながら、磁気ターゲットと磁気センサとの相対移動量は微量であり、磁気変化量をアナログ的に処理し、アナログ値を出力する場合には、温度変化などによる出力変化（オフセット）が発生して正確な荷重を認識できないことも想定される。例えば、温度変化に伴う磁気ターゲット（磁石）の減磁による出力オフセットが考えられる。

この発明の目的は、温度変化に伴う出力変化が少ない磁気式荷重センサを提供することである。

この発明の磁気式荷重センサは、所定方向の荷重が作用するとたわみを生じるたわみ発生部材２と、このたわみ発生部材２を支持する支持部材３と、磁界を発生する磁気ターゲットと、この磁気ターゲットの磁界を検出する磁気センサ５（５Ａ）と、を備え、前記たわみ発生部材２のたわみにより前記磁気ターゲットと前記磁気センサ５（５Ａ）とが前記所定方向に相対変位するように、前記磁気ターゲットおよび前記磁気センサ５（５Ａ）のいずれか一方が前記たわみ発生部材２に設けられ、前記磁気ターゲットおよび前記磁気センサ５（５Ａ）のいずれか他方が前記支持部材３に設けられた磁気式荷重センサであって、
前記磁気ターゲットは、前記所定方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された磁気エンコーダトラック４ａ，４ｂを少なくとも一列有する磁気エンコーダ４であり、
前記磁気センサ５（５Ａ）は、前記磁気エンコーダ４が発生する磁気情報から、前記磁気エンコーダ４と前記磁気センサ５（５Ａ）との相対変位による変位量を、前記磁気エンコーダトラック４ａ，４ｂのＮ極とＳ極の一極対の長さを電気的に逓倍した位置情報として検出するものであり、
前記磁気センサ５（５Ａ）が検出した前記位置情報から前記所定方向の荷重を算出する荷重算出手段２１を有する。
前記所定方向は、例えば、たわみ発生部材の形状および取付け箇所等に応じて適宜に定められる。

この構成によると、たわみ発生部材２に所定方向の荷重が作用するとたわみを生じる。このたわみ発生部材２のたわみにより磁気エンコーダ４と磁気センサ５（５Ａ）とが所定方向に相対変位する。磁気センサ５（５Ａ）は、磁気エンコーダ４が発生する磁気情報から、磁気エンコーダ４と磁気センサ５（５Ａ）との相対変位による変位量を、磁気エンコーダトラック４ａ，４ｂのＮ極とＳ極の一極対の長さを電気的に逓倍した位置情報として検出する。荷重算出手段２１は、磁気センサ５（５Ａ）が検出した前記位置情報から前記所定方向の荷重を算出する。

荷重算出手段２１は、たわみ発生部材２のたわみによる所定方向の変位量をデジタル数値で測定してから荷重に換算するため、アナログ信号のような温度変化などによる出力オフセットがない。また、磁気式荷重センサは、磁気式のため光学式に比べて分解能を高くすることが難しく、僅かな変位量の検出が困難であるが、磁気センサ５（５Ａ）がＮ極とＳ極の一極対から得られる磁気信号を電気的に逓倍するため、容易に分解能を高めることができ、僅かな変位量の検出を簡単に行うことができる。したがって、僅かな変位量であっても正確で安定した荷重出力が可能となるうえ、温度変化に伴う出力変化が少ない磁気式荷重センサを実現することができる。

前記たわみ発生部材２は、前記所定方向に軸心が延びる筒部９と、この筒部９の軸方向一端から外径側へ延びて外径側部分で前記支持部材３に支持されるフランジ状の円環板部７と、この円環板部７の内径側部分に形成され前記所定方向の荷重を受ける環状の荷重受部８とを備え、前記円環板部７の内径側部分に、前記円環板部７の他の部分よりも前記所定方向の肉厚が薄くなる環状の薄肉部分７ａが設けられても良い。この構成によると、フランジ状の円環板部７が筒部９の軸方向一端から外径側へ延びて外径側部分で支持部材３に支持されるため、環状の荷重受部８が所定方向の荷重を受けることで、円環板部７の内径側部分を所定方向に変位させることができる。特に、円環板部７の内径側部分に、他の部分よりも所定方向の肉厚が薄くなる環状の薄肉部分７ａが設けられているため、円環板部７は、環状の薄肉部分７ａを基点として前記所定方向に容易に変位させることができる。

前記たわみ発生部材２は、前記所定方向に軸心が延びる筒部９と、この筒部９の軸方向一端から外径側へ延びて外径側部分で前記支持部材３に支持されるフランジ状の円環板部７と、この円環板部７の内径側部分に形成され前記所定方向の荷重を受ける環状の荷重受部８とを備え、
前記支持部材３は、前記筒部９の径方向外方に設けられる筒状であって一端で前記たわみ発生部材２の前記円環板部７の外径側部分を支持し、前記たわみ発生部材２の前記筒部９の外周面と前記支持部材３の内周面とのいずれか一方に前記磁気ターゲットが設けられ、他方に前記磁気センサ５（５Ａ）が設けられても良い。この場合、たわみ発生部材２の略全体を支持部材３で囲むように構成することができ、磁気式荷重センサ１の小型化を図ることができる。これにより、磁気式荷重センサ１を組み込むことができる装置の汎用性を高めることができる。

前記磁気センサ５Ａは、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の二つのパルス信号を出力する信号出力部３０と、この信号出力部３０から出力された前記パルス信号をカウントして前記位置情報を得るカウンタ２３とを有するものであっても良い。この場合、カウンタ２３は荷重が印加されない状態でリセットする。信号出力部３０は、Ｎ極，Ｓ極から得られる磁気信号を電気的に逓倍し、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の二つのパルス信号を出力する。パルス信号を後段のカウンタ２３でカウントし、たわみ発生部材２の位置情報である前記変位量を検出することができる。

前記磁気エンコーダ４は、前記一極対の長さである着磁幅が互いに異なる二列の磁気エンコーダトラック４ａ，４ｂを有し、前記磁気センサ５は、前記二列の磁気エンコーダトラック４ａ，４ｂから前記位置情報を絶対位置情報として検出するものであっても良い。この場合、二列の磁気エンコーダトラック４ａ，４ｂの着磁幅に差を設け、磁気センサ５はその位相差から絶対位置情報を検出することができる。この絶対位置情報から所定方向の荷重を算出することができる。

この発明の磁気式荷重センサは、所定方向の荷重が作用するとたわみを生じるたわみ発生部材と、このたわみ発生部材を支持する支持部材と、磁界を発生する磁気ターゲットと、この磁気ターゲットの磁界を検出する磁気センサと、を備え、前記たわみ発生部材のたわみにより前記磁気ターゲットと前記磁気センサとが前記所定方向に相対変位するように、前記磁気ターゲットおよび前記磁気センサのいずれか一方が前記たわみ発生部材に設けられ、前記磁気ターゲットおよび前記磁気センサのいずれか他方が前記支持部材に設けられた磁気式荷重センサであって、前記磁気ターゲットは、前記所定方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された磁気エンコーダトラックを少なくとも一列有する磁気エンコーダであり、前記磁気センサは、前記磁気エンコーダが発生する磁気情報から、前記磁気エンコーダと前記磁気センサとの相対変位による変位量を、前記磁気エンコーダトラックのＮ極とＳ極の一極対の長さを電気的に逓倍した位置情報として検出するものであり、前記磁気センサが検出した前記位置情報から前記所定方向の荷重を算出する荷重算出手段を有する。このため、温度変化に伴う出力変化が少ない磁気式荷重センサを実現することができる。

この発明の実施形態に係る磁気式荷重センサの機構部の軸心を通る平面で破断した断面図である。 図１のII-II矢視図である。 同磁気式荷重センサの磁気エンコーダを示す図であり、図１のIII-III断面から見た磁気エンコーダの着磁パターンを示す図である。 同磁気式荷重センサの処理回路等の構成を示すブロック図である。 同磁気エンコーダの各磁気エンコーダトラックの着磁パターンと磁気センサが出力する内部処理信号を示す図である。 この発明の他の実施形態に係る磁気式荷重センサの磁気エンコーダと磁気センサの例を示す図である。 同磁気センサの信号出力部およびカウンタ等を示すブロック図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る磁気式荷重センサの要部を示す図である。

この発明の実施形態に係る磁気式荷重センサを図１ないし図５と共に説明する。
図１は、実施形態に係る磁気式荷重センサの機構部の軸心を通る平面で破断した断面図である。図２は図１のII-II矢視図である。
図１および図２に示すように、この磁気式荷重センサ１は、機構部Ｋと処理回路２４とを備えている。処理回路２４は、この例では、補正テーブル２０（図４）と荷重算出手段２１（図４）とを有する。これら補正テーブル２０（図４）および荷重算出手段２１（図４）は、例えば、回路基板上にマイクロコンピュータと電子回路とを実装したものであるか、またはパーソナルコンピュータで構成されている。処理回路２４は、機構部Ｋに設けられていても良く、あるいは配線で接続された外部に設けられていても良い。処理回路２４の詳細については、後で説明する。

＜機構部Ｋについて＞
機構部Ｋは、たわみ発生部材２、支持部材３、磁気エンコーダ４および磁気センサ５を有する。たわみ発生部材２は、所定方向の荷重である軸方向の荷重Ｆ１が作用するとたわみを生じる部材であり、支持部材３はたわみ発生部材２を支持する。この例では、たわみ発生部材２に磁気エンコーダ４が設けられ、支持部材３に磁気センサ５が設けられている。

たわみ発生部材２は、円環板部７と、環状の荷重受部８と、筒部９とを有する。これら円環板部７、環状の荷重受部８および筒部９は一体に形成されている。
円環板部７は、支持部材３と軸方向に対向する。この円環板部７は、筒部９の軸方向一端から外径側へ延びるフランジ状の円環板部７である。この円環板部７の内径側部分には、円環板部７の他の部分よりも軸方向の肉厚が薄くなる環状の薄肉部分７ａが設けられている。この例では、円環板部７の内径側部分のうち、支持部材３と軸方向に対向する側の面に環状凹み７ｂを形成することで、環状の薄肉部分７ａが設けられる。
環状の薄肉部分７ａは、後述する環状の荷重軸受部８が軸方向の荷重を受けた場合に、円環板部７の内径部分を所定方向に変位させるために設けられている。そのため、円環板部７は、荷重軸受部８が軸方向の荷重を受けた場合に、環状の薄肉部分７ａを基点として容易に変位することができる。

環状の荷重受部８は、軸方向の荷重Ｆ１を受ける部分であって円環板部７の内径側部分に形成されている。環状の荷重受部８は、円環板部７における、支持部材３と軸方向に対向する側とは反対側の面の内径側部分に、前記面よりも軸方向一方（図１左方向）に隆起するように形成された環状突起である。
筒部９は、中空の略円筒形状であり、円環板部７における、支持部材３と軸方向に対向する側の面の内径側部分に形成されている。筒部９は、支持部材３における後述の支持部材本体１０の内周に所定間隔を隔てて設けられる。また筒部９は支持部材本体１０と同心に配置される。

支持部材３は、支持部材本体１０と、環状の支持段部１１と、嵌合部１２とを有する。これら支持部材本体１０、環状の支持段部１１および嵌合部１２は一体に形成されている。
支持部材本体１０は、前記筒部９よりも大径の略円筒形状であり、たわみ発生部材２の円環板部７に対し軸方向に対向し、且つ、筒部９に対し径方向に対向する。支持部材本体１０のうち、円環板部７と軸方向に対向する側の面の外径側部分に、環状の支持段部１１が前記面よりも軸方向一方に隆起するように形成されている。環状の支持段部１１は、円環板部７の外径側部分を支持しており、この支持段部１１によって円環板部７と支持部材本体１０との軸方向の間隔が保持されている。

嵌合部１２は、支持段部１１の外径側部分に軸方向一方に所定距離突出するように形成された中空の円筒形状である。この嵌合部１２には、たわみ発生部材２の円環板部７の外周面が嵌め込んで固定されている。ここで、支持部材３の嵌合部１２に対し、たわみ発生部材２の円環板部７を固定する固定方法としては、以下の方法等を採用することができる。
・円環板部７の外周面を嵌合部１２の内周面に締め代をもって挿入する方法（圧入）。
・円環板部７の外周縁を塑性変形させて嵌合部１２の内周面に食い込ませる方法（加締め）。

たわみ発生部材２の円環板部７と、支持部材３の嵌合部１２には、それぞれキー溝１３，１４が形成され、これらキー溝１３，１４にキー１５が挿入されている。円環板部７の外周面のうち円周方向一箇所にキー溝１３が形成され、嵌合部１２の内周面における円周方向一箇所にキー溝１４が形成されている。これらキー溝１３，１４は同位相に形成され、これらキー溝１３，１４にキー１５が挿入されることで、たわみ発生部材２と支持部材３の周方向の相対位置が固定される。なお、キー１５に代えて、例えばピン等の拘束具を用いて、たわみ発生部材２と支持部材３の周方向の相対位置を固定しても良い。

筒部９の外周面は、支持部材本体１０の内周面と径方向に対向している。筒部９の外周面のうち円周方向一箇所に、矩形状の磁気エンコーダ４を固定するための平坦部１６が形成されている。筒部９の外周面における軸方向他端側の円周方向の一部が、例えば平坦状に切欠き形成されることで、平坦部１６が設けられる。平坦部１６と筒部９の外周面との間を成す段差部２５に、磁気エンコーダ４の軸方向一端部が当接された状態で、前記平坦部１６に磁気エンコーダ４の底面が載置され固定される。

支持部材本体１０の内周面のうち、前記平坦部１６に対し径方向に対向する円周方向一箇所に、基板６を固定するための溝１７が形成されている。この溝１７に、磁気センサ５を実装した基板６が固定されている。これにより、磁気エンコーダ４の表面に対し、磁気センサ５が所定間隔を隔てて対向するように配置される。
たわみ発生部材２および支持部材３は、いずれも鉄、アルミニウム合金等の金属材料で形成され、両部材２，３の線膨張係数が同一となるように同じ材料が用いられている。

図３は、図１のIII-III断面から見た磁気エンコーダ４の着磁パターンを示す。
図２および図３に示すように、磁気エンコーダ４は、それぞれ軸方向（変位方向）にＮ極とＳ極とが交互に着磁された第１，第２の磁気エンコーダトラック４ａ，４ｂを有する。図３に示すように、第１，第２の磁気エンコーダトラック４ａ，４ｂは、着磁幅Ｗが互いに異なるように設定されている。着磁幅Ｗとは、各磁気エンコーダトラック４ａ，４ｂのＮ極とＳ極の一極対の長さである。

この例では、第１の磁気エンコーダトラック４ａの着磁幅Ｗが、第２の磁気エンコーダトラック４ｂの着磁幅Ｗよりも短く設定されている。但し、第１の磁気エンコーダトラック４ａにおけるＮ極に着磁された軸方向一端部と、第２の磁気エンコーダトラック４ｂにおけるＮ極に着磁された軸方向一端部とは、それぞれ段差部２５に当接されて軸方向位置が揃うように配置されている。

＜磁気センサ５の内部信号処理について＞
図４に示すように、この例の磁気センサ５は、第１，第２の検出部２６ａ，２６ｂと、位相差検出部２７と、逓倍回路２８と、絶対位置情報検出部２９とを有する。第１の検出部２６ａでは、第１の磁気エンコーダトラック４ａ（図３）の磁界が検出される。第２の検出部２６ｂでは、第２の磁気エンコーダトラック４ｂ（図３）の磁界が検出される。図２および図４に示すように、第１の検出部２６ａは第１の磁気エンコーダトラック４ａの半径方向外方に配置され、第２の検出部２６ｂは第２の磁気エンコーダトラック４ｂの半径方向外方に配置される。これら第１，第２の検出部２６ａ，２６ｂは、第１，第２の磁気エンコーダトラック４ａ，４ｂの並び方向と平行で互いに隣接して設けられている。

図４および図５に示すように、第１の検出部２６ａは、第１の磁気エンコーダトラック４ａが発生する磁気情報から、第１の磁気エンコーダトラック４ａと第１の検出部２６ａとの相対変位による変位量（第１の磁気エンコーダトラック４ａの位相）を検出する。
第２の検出部２６ｂは、第２の磁気エンコーダトラック４ｂが発生する磁気情報から、第２の磁気エンコーダトラック４ｂと第２の検出部２６ｂとの相対変位による変位量（第２の磁気エンコーダトラック４ｂの位相）を検出する。

前述のように、第１，第２の磁気エンコーダトラック４ａ，４ｂは、着磁幅Ｗが互いに異なるため、位相差検出部２７は、第１の検出部２６ａで検出された第１の磁気エンコーダトラック４ａの位相と、第２の検出部２６ｂで検出された第２の磁気エンコーダトラック４ｂの位相との位相差を検出する。この位相検出部２７で検出された位相差は、絶対位置情報検出部２９に入力される。逓倍回路２８には、第1の検出部２６ａで検出された磁気信号（磁気情報）が入力され、逓倍回路２８は、入力された磁気信号を電気的に逓倍し、絶対位置情報検出部２９に出力する。

例えば、Ｎ極、Ｓ極の一極対の着磁幅Ｗを２．５４ｍｍとし、この着磁幅Ｗを４０９６分割で逓倍すれば、分解能は０．６２５μｍと高分解能の絶対位置信号（絶対位置情報）が得られる。絶対位置情報検出部２９では、絶対位置情報検出部２９は、位相検出部２７から入力される位相差と、逓倍回路２８から入力される、電気的に逓倍された磁気信号とに基づいて、磁気エンコーダ４と磁気センサ５との相対変位による変位量を絶対位置情報として検出する。前記定められた関係は、例えば、試験およびシミュレーションのいずれか一方または両方により適宜に定められる。ここで、絶対位置情報検出部２９からの出力は、例えば複数ビットのシリアル信号（デジタル値）のため、環境変化による出力オフセットが抑制される。
また、絶対位置情報検出部２９からの出力値は、予め磁気式荷重センサ１に対して荷重が印加されていない状態において、出力が０となるように調整されていることが好ましい。

＜処理回路２４等について＞
図４に示すように、処理回路２４は、補正テーブル２０と、荷重算出手段２１とを有する。この処理回路２４では、磁気センサ５から出力される絶対位置情報と、事前に測定した絶対位置と軸方向の荷重の関係を保存した補正テーブル２０の情報を基にして、荷重算出手段２１で荷重情報を得る。その後、出力手段２２を経由して外部に荷重情報が出力される。処理回路２４の後段に出力手段２２が接続されている。この出力手段２２では、アナログ出力、ＰＷＭ出力、シリアル通信などから選択した出力仕様で外部に出力する。処理回路２４と出力手段２２とで検出手段１８が構成されている。

＜作用効果について＞
たわみ発生部材２に軸方向の荷重が作用するとたわみを生じる。このたわみ発生部材２のたわみにより磁気エンコーダ４と磁気センサ５とが軸方向に相対変位する。磁気センサ５は、磁気エンコーダ４が発生する磁気情報から、磁気エンコーダ４と磁気センサ５との相対変位による変位量を、磁気エンコーダトラック４ａ，４ｂのＮ極とＳ極の一極対の長さを電気的に逓倍した位置情報として検出する。荷重算出手段２１は、磁気センサ５が検出した位置情報から前記軸方向の荷重を算出する。

荷重算出手段２１は、たわみ発生部材２のたわみによる軸方向の変位量をデジタル数値で測定してから荷重に換算するため、アナログ信号のような温度変化などによる出力オフセットがない。また、磁気式荷重センサは、磁気式のため光学式に比べて分解能を高くすることが難しく、僅かな変位量の検出が困難であるが、磁気センサ５がＮ極とＳ極の一極対から得られる磁気信号を電気的に逓倍するため、容易に分解能を高めることができ、僅かな変位量の検出を簡単に行うことができる。したがって、僅かな変位量であっても正確で安定した荷重出力が可能となるうえ、温度変化に伴う出力変化が少ない磁気式荷重センサ１を実現することができる。

たわみ発生部材２は、前記軸方向に軸心が延びる筒部９と、この筒部９の軸方向一端から外径側へ延びて外径側部分で支持部材３に支持されるフランジ状の円環板部７と、この円環板部７の内径側部分に形成され前記軸方向の荷重を受ける環状の荷重受部８とを備え、円環板部７の内径側部分に、円環板部７の他の部分よりも前記軸方向の肉厚が薄くなる環状の薄肉部分７ａが設けられている。フランジ状の円環板部７が筒部９の軸方向一端から外径側へ延びて外径側部分で支持部材３に支持されるため、環状の荷重受部８が軸方向の荷重を受けることで、円環板部７の内径側部分を軸方向に変位させることができる。特に、円環板部７の内径側部分に、他の部分よりも肉厚が薄くなる環状の薄肉部分７ａが設けられているため、円環板部７は、環状の薄肉部分７ａを基点として前記軸方向に容易に変位させることができる。

支持部材３は、前記筒部９の径方向外方に設けられる筒状であって一端でたわみ発生部材２の円環板部７の外径側部分を支持し、たわみ発生部材２の筒部９の外周面に磁気ターゲットが設けられ、支持部材３の内周面に磁気センサ５が設けられている。このため、たわみ発生部材２の略全体を支持部材３で囲むように構成することができ、磁気式荷重センサ１の小型化を図ることができる。これにより、磁気式荷重センサ１を組み込むことができる装置の汎用性を高めることができる。

＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

前述の例では、高分解能の絶対位置情報を用いて軸方向の荷重を検出したが、絶対位置機能がなくても高分解能のパルス信号（例えば、９０度位相差のＡ相、Ｂ相出力）をカウントすることで、たわみ発生部材の変位量を把握し、軸方向の荷重を算出することも可能である。

図６に、高分解能のパルス信号を出力する磁気エンコーダ４と磁気センサ５Ａの例を示す。図７は、この磁気センサ５Ａの信号出力部３０およびカウンタ２３等を示すブロック図である。この例では、図６に示すように、磁気エンコーダ４として、Ｎ極とＳ極を交互に着磁した一列の磁気エンコーダトラック４ａが形成されている。図７に示すように、磁気センサ５Ａは、検出部２６と、逓倍回路２８と、信号出力部３０と、カウンタ２３とを有する。

検出部２６において磁気エンコーダトラック４ａ（図６）の磁界が検出され、逓倍回路２８においてＮ極、Ｓ極から得られる磁気信号を電気的に逓倍する。例えば、Ｎ極、Ｓ極の一極対の着磁幅Ｗを２．５４ｍｍとし、この着磁幅を４０９６分割で逓倍すれば、１パルス当たり０．６２５μｍと高分解能の位置信号（位置情報）が得られる。信号出力部３０では、逓倍回路２８で逓倍された磁気信号から、互いに９０度位相の異なるＡ相およびＢ相の二つのパルス信号を出力する。パルス信号を後段のカウンタ（可逆カウンタ）２３でカウントし、たわみ発生部材２（図１参照）の位置情報（変位量）を検出する。なお、この場合は、軸方向の荷重が印加されない状態でカウンタをリセットすると良い。ここで得られた位置情報は、図４と同様の検出手段１８を用いて軸方向の荷重に換算する。

図８に示すように、磁気センサ５（５Ａ）と処理回路２４とが基板６に実装された構成としても良い。
各実施形態では、たわみ発生部材に磁気エンコーダが設けられ、支持部材に磁気センサが設けられているが、たわみ発生部材に磁気センサが設けられ、支持部材に磁気エンコーダが設けられる構成にしても良い。
前記所定方向の荷重として軸方向の荷重が採用されているが、この例に限定されるものではなく、前記所定方向は、例えば、たわみ発生部材の形状および取付け箇所等に応じて適宜に定められる。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…磁気式荷重センサ
２…たわみ発生部材
３…支持部材
４…磁気エンコーダ
４ａ，４ｂ…第１，第２の磁気エンコーダトラック
５，５Ａ…磁気センサ
７…円環板部
７ａ…環状の薄肉部分
８…環状の荷重受部
９…筒部
２１…荷重算出手段
２３…カウンタ
３０…信号出力部

Claims (5)

1. 所定方向の荷重が作用するとたわみを生じるたわみ発生部材と、このたわみ発生部材を支持する支持部材と、磁界を発生する磁気ターゲットと、この磁気ターゲットの磁界を検出する磁気センサと、を備え、前記たわみ発生部材のたわみにより前記磁気ターゲットと前記磁気センサとが前記所定方向に相対変位するように、前記磁気ターゲットおよび前記磁気センサのいずれか一方が前記たわみ発生部材に設けられ、前記磁気ターゲットおよび前記磁気センサのいずれか他方が前記支持部材に設けられた磁気式荷重センサであって、
   前記磁気ターゲットは、前記所定方向にＮ極とＳ極とが交互に着磁された磁気エンコーダトラックを少なくとも一列有する磁気エンコーダであり、
   前記磁気センサは、前記磁気エンコーダが発生する磁気情報から、前記磁気エンコーダと前記磁気センサとの相対変位による変位量を、前記磁気エンコーダトラックのＮ極とＳ極の一極対の長さを電気的に逓倍した位置情報として検出するものであり、
   前記磁気センサが検出した前記位置情報から前記所定方向の荷重を算出する荷重算出手段を有する磁気式荷重センサ。
2. 請求項１に記載の磁気式荷重センサにおいて、前記たわみ発生部材は、前記所定方向に軸心が延びる筒部と、この筒部の軸方向一端から外径側へ延びて外径側部分で前記支持部材に支持されるフランジ状の円環板部と、この円環板部の内径側部分に形成され前記所定方向の荷重を受ける環状の荷重受部とを備え、前記円環板部の内径側部分に、前記円環板部の他の部分よりも前記所定方向の肉厚が薄くなる環状の薄肉部分が設けられている磁気式荷重センサ。
3. 請求項１または請求項２に記載の磁気式荷重センサにおいて、
   前記たわみ発生部材は、前記所定方向に軸心が延びる筒部と、この筒部の軸方向一端から外径側へ延びて外径側部分で前記支持部材に支持されるフランジ状の円環板部と、この円環板部の内径側部分に形成され前記所定方向の荷重を受ける環状の荷重受部とを備え、
   前記支持部材は、前記筒部の径方向外方に設けられる筒状であって一端で前記たわみ発生部材の前記円環板部の外径側部分を支持し、前記たわみ発生部材の前記筒部の外周面と前記支持部材の内周面とのいずれか一方に前記磁気ターゲットが設けられ、他方に前記磁気センサが設けられた磁気式荷重センサ。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の磁気式荷重センサにおいて、前記磁気センサは、互いに９０°位相の異なるＡ相およびＢ相の二つのパルス信号を出力する信号出力部と、この信号出力部から出力された前記パルス信号をカウントして前記位置情報を得るカウンタとを有する磁気式荷重センサ。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の磁気式荷重センサにおいて、前記磁気エンコーダは、前記一極対の長さである着磁幅が互いに異なる二列の磁気エンコーダトラックを有し、前記磁気センサは、前記二列の磁気エンコーダトラックから前記位置情報を絶対位置情報として検出する磁気式荷重センサ。
   

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