JP2024072369A - 荷重センサ - Google Patents

Abstract

【課題】小型化を図ることができる荷重センサを提供する。【解決手段】荷重センサ１は、磁歪材からなり、検出対象の荷重Ｆが作用する受圧コア２と、磁性体からなり、受圧コア２と同心状に配され、検出対象の荷重Ｆが作用しない非受圧コア３ａ，３ｂと、通電により受圧コア２を通る磁束を発生させる検出コイル５１，５２と、通電により受圧コア２，２ａ，２ｂを通らず非受圧コア３ａ，３ｂを通る磁束を発生させる基準コイル７１，７２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、荷重センサに関する。

特許文献１及び２には、外部から受ける荷重の大きさに応じて透磁率が変化する磁歪材を用いて、その荷重の大きさを検出する荷重センサが開示されている。

特許文献１及び２のそれぞれに記載の荷重センサは、荷重が作用するとともに磁歪材からなる検出軸部と、荷重が作用しない基準軸部と、検出軸部及び基準軸部のそれぞれに巻回された荷重検出用の複数のコイルとを備える。特許文献１に記載の荷重センサおいては、検出軸部と基準軸部とが複数のコイルの軸方向に並んでおり、特許文献２に記載の荷重センサにおいては、検出軸部と基準軸部とが複数のコイルの軸方向に直交する方向に並んでいる。

特開２０２０－９１２２２号公報 特開２０２０－１７６８７９号公報

特許文献１及び２のそれぞれに記載の荷重センサにおいては、検出軸部と基準軸部との並び方向において大型化するおそれがある。

本発明は、前述の事情に鑑みてなされたものであり、小型化を図ることができる荷重センサを提供することを目的とする。

本発明は、前記の目的を達成するため、磁歪材からなり、検出対象の荷重が作用する受圧コアと、磁性体からなり、前記受圧コアと同心状に配され、前記検出対象の荷重が作用しない非受圧コアと、通電により前記受圧コアを通る磁束を発生させる検出コイルと、通電により前記受圧コアを通らず前記非受圧コアを通る磁束を発生させる基準コイルと、を備える荷重センサを提供する。

本発明によれば、小型化を図ることができる荷重センサを提供することが可能となる。

第１の実施の形態における、荷重センサの断面図である。 図１の二点鎖線範囲を拡大した図である。 第１の実施の形態における、荷重センサの分解斜視図である。 第１の実施の形態における、荷重センサの回路図である。 第２の実施の形態における、荷重センサの断面図である。 第３の実施の形態における、荷重センサの断面図である。 第４の実施の形態における、荷重センサの断面図である。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態について、図１乃至図４を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。

図１は、本形態における荷重センサ１の断面図である。図２は、図１の二点鎖線範囲を拡大した図である。図３は、荷重センサ１の分解斜視図である。

荷重センサ１は、受圧コア２、第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂ、検出ボビン４に巻回された第１及び第２の検出コイル５１，５２、並びに基準ボビン６に巻回された第１及び第２の基準コイル７１，７２を備える。受圧コア２は、磁歪材からなり、検出対象の荷重が作用するコアである。第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂは、磁性体（具体的には軟磁性体）からなり、受圧コア２と同心状に配され、検出対象の荷重が作用しないコアである。第１及び第２の検出コイル５１，５２は、通電により受圧コア２を通る磁束φ１を発生させるコイルである。第１及び第２の基準コイル７１，７２は、通電により受圧コア２を通らず第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂを通る磁束φ２を発生させるコイルである。

荷重センサ１は、内周側から順に、第１の非受圧コア３ａ、基準ボビン６に巻回された第１及び第２の基準コイル７１，７２、第２の非受圧コア３ｂ、検出ボビン４に巻回された第１及び第２の検出コイル５１，５２、並びに受圧コア２を備える。第１の非受圧コア３ａ、基準ボビン６、第２の非受圧コア３ｂ、検出ボビン４、及び受圧コア２のそれぞれは、円筒状に形成されており、同心状に配されている。同心状とは、複数の部材が径方向に層状に並んでいる状態を指し、その各部材の中心同士が一致している場合に限られない。本形態の荷重センサ１は、取付対象１００に取り付けられ、取付対象１００と反対側から受圧コア２に作用する荷重Ｆを検出するために用いられる。以下、荷重センサ１の各部について、内周側に位置する部品から順に詳説する。

第１の非受圧コア３ａは、前述のごとく磁性体からなる。本形態において、第１の非受圧コア３ａは、受圧コア２と同一の材料（すなわち後述する磁歪材）にて構成されており、透磁率が受圧コア２と同等になっている。なお、第１の非受圧コア３ａは、受圧コア２と異なる素材にて構成してもよいし、磁歪材以外の磁性体にて構成してもよい。また、本形態において、第１の非受圧コア３ａは、円筒形である例を示すが、これに限られず、円柱状等の中実の部材であってもよい。

第１の非受圧コア３ａにおける第１及び第２の基準コイル７１，７２側の面（本形態においては第１の非受圧コア３ａの外周面）には、ショットピーニングが施されている。これにより、第１の非受圧コア３ａにおける第１及び第２の基準コイル７１，７２側の面近傍にある残留オーステナイトにマルテンサイト変態（無拡散変態）を生じさせることができる結果、第１の非受圧コア３ａにおいて非磁性のオーステナイトを減少させて強磁性のマルテンサイトを増大させることができる。これにより、第１の非受圧コア３ａの磁性領域が増大する。第１の非受圧コア３ａを外周側から囲うよう、基準ボビン６が配されている。

基準ボビン６は、例えば絶縁体からなる。基準ボビン６の外周面に、第１及び第２の基準コイル７１，７２が巻回されている。なお、基準ボビン６を用いず、第１及び第２の基準コイル７１，７２を第１の非受圧コア３ａの外周面に直接巻回してもよい。ただし、荷重検出精度を高める観点からは、第１及び第２の基準コイル７１，７２が第１の非受圧コア３ａに直接接していることは好ましくなく、これらの間に所定のギャップを形成するために基準ボビン６を用いることが好ましい。

第１及び第２の基準コイル７１，７２は、互いに巻回方向が同じ方向であるとともに、互いに通電方向が同じである。図２においては、第１の基準コイル７１と第２の基準コイル７２とをハッチングの向きを逆にしてこれらを区別している。図２においては、第１及び第２の基準コイル７１，７２が基準ボビン６にバイファイラ巻きされている例を示している。バイファイラ巻きは、複数のコイルのそれぞれの巻線を巻き回す際の同一ターンが互いに沿うように巻く巻き方である。なお、第１及び第２の基準コイル７１，７２は、基準ボビン６の外周面に、バイファイラ巻きではなくレイヤ巻きされてもよい。レイヤ巻きについては後述する。第１及び第２の基準コイル７１，７２が巻回された基準ボビン６を外周側から覆うよう第２の非受圧コア３ｂが配されている。

第２の非受圧コア３ｂは、径方向に隣り合うコイルの間（本形態においては第１及び第２の基準コイル７１，７２と第１及び第２の検出コイル５１，５２との間）に配置されるとともに、当該隣り合うコイルのそれぞれへの通電により発される磁束φ１，φ２の双方が形成されるヨーク８を構成している。ヨーク８を設けることで、磁束φ１，φ２の磁路がヨーク８内において分離され、磁束φ１と磁束φ２とが互いに干渉し難くなる。また、ヨーク８を設けることで、磁束φ１，φ２が生じる磁路の磁気抵抗が低くなり、荷重センサ１による荷重検出精度を向上させやすくなる。

ヨーク８内において磁束φ１と磁束φ２との磁路を分離しやすくする観点から、ヨーク８の透磁率は、第１の非受圧コア３ａ及び受圧コア２のそれぞれの透磁率と同一又はそれよりも大きいことが好ましい。本形態において、ヨーク８は、例えば鉄等の磁性金属粉末を圧縮してなる圧粉磁心とすることができる。なお、ヨーク８を省略し、例えば基準ボビン６と検出ボビン４との間を空隙等とすることも可能である。ヨーク８を外周側から覆うよう検出ボビン４が配されている。

検出ボビン４は、例えば絶縁体からなる。検出ボビン４の外周面に、第１及び第２の検出コイル５１，５２が巻回されている。なお、検出ボビン４を用いず、第１及び第２の検出コイル５１，５２をヨーク８の外周面に直接巻回してもよい。ただし、荷重検出の精度を高める観点からは、第１及び第２の検出コイル５１，５２がヨーク８に直接接していることは好ましくなく、これらの間に所定のギャップを形成するために検出ボビン４を用いることが好ましい。

第１及び第２の検出コイル５１，５２は、互いに巻回方向が同じ方向であるとともに、互いに通電方向が同じである。第１及び第２の検出コイル５１，５２のそれぞれの巻回方向及び通電方向は、第１及び第２の基準コイル７１，７２のそれぞれの巻回方向及び通電方向と同じであってもよいし反対であってもよいが、図２においては同じである場合を示している。図２においては、第１の検出コイル５１と第２の検出コイル５２とをハッチングの向きを逆にしてこれらを区別している。図２においては、第１及び第２の検出コイル５１，５２が検出ボビン４にバイファイラ巻きされている例を示している。なお、第１及び第２の検出コイル５１，５２は、検出ボビン４の外周面に、バイファイラ巻きではなくレイヤ巻きされてもよい。レイヤ巻きについては後述する。第１及び第２の検出コイル５１，５２が巻回された検出ボビン４を外周側から覆うよう受圧コア２が配されている。

受圧コア２は、前述のごとく磁歪材からなる。受圧コア２は、例えばクロム鋼又はクロムモリブデン鋼からなる鋼材、より具体的にはＪＩＳ規格のＳＣｒ４２０Ｈ又はＳＣＭ４２０Ｈにて構成され得る。受圧コア２は、全体が浸炭焼入れ焼戻し処理されてもよい。これにより、受圧コア２の靱性を含む機械的強度を高めることができ、受圧コア２にヒステリシスが生じることに起因して荷重検出精度が低下することを抑制できる。なお、第１の非受圧コア３ａには荷重はかからないものの、同様の処理が第１の非受圧コア３ａに施されていてもよい。

受圧コア２における第１及び第２の検出コイル５１，５２側の面（本形態においては受圧コア２の内周面）には、ショットピーニングが施されている。これにより、受圧コア２における第１及び第２の検出コイル５１，５２側の面近傍にある残留オーステナイトにマルテンサイト変態（無拡散変態）を生じさせることができる結果、受圧コア２において非磁性のオーステナイトを減少させて強磁性のマルテンサイトを増大させることができる。これにより、受圧コア２の磁性領域が増大し、荷重センサ１による荷重検出精度が高まる。さらに、受圧コア２にショットピーニングを施すことで、受圧コア２の剛性を高めることもできる。これにより、受圧コア２にヒステリシスが生じることに起因して荷重検出精度が低下することを抑制できる。

本形態において、受圧コア２は、検出対象の荷重Ｆを軸方向に受けるよう構成されている。検出対象の荷重Ｆは、荷重センサ１が取付対象１００に取り付けられた状態において、受圧コア２における取付対象１００と反対側の受け面２１に、軸方向に作用する。受け面２１に荷重が作用しやすいよう、受け面２１は、荷重センサ１が取付対象１００に取り付けられた状態において、第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂよりも、取付対象１００側と反対側に位置している。本形態において、第１の非受圧コア３ａ、基準ボビン６、ヨーク８（すなわち第２の非受圧コア３ｂ）、検出ボビン４及び受圧コア２のそれぞれは、取付対象１００側の面において取付対象１００の平面箇所に当接するよう取り付けられており、かつ、受圧コア２は、第１の非受圧コア３ａ、基準ボビン６、ヨーク８及び検出ボビン４のそれぞれよりも軸方向に長尺に形成されており、これにより受け面２１が、荷重センサ１を構成する受圧コア２以外の部品よりも取付対象１００側と反対側に位置される。

なお、図示は省略するが、例えば取付対象１００における受圧コア２と対向する部位を環状の凸部とすることにより、受圧コア２の軸方向の長さが荷重センサ１の他の部品の軸方向の長さよりも長くなくとも、受圧コア２の受け面２１が受圧コア２以外の部品よりも取付対象１００と反対側に位置した構成を実現することも可能である。また、荷重センサ１において受圧コア２が軸方向に突出していないような構成であっても、例えば受け面２１に荷重Ｆを付与する部材に、荷重センサ１の構成部品のうちの受圧コア２のみに当接するような凸部を形成する等すれば、受圧コア２のみに荷重Ｆが作用する構成を実現可能である。

また、受圧コア２に作用した荷重Ｆが第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂに伝わって荷重検出精度が低下することを抑制すべく、受圧コア２と第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂとの間は物理的に分離されていることが好ましい。例えば、受圧コア２と検出ボビン４との間、及び検出ボビン４とヨーク８との間の少なくとも一箇所は、隙間が形成されることが好ましい。受圧コア２と第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂとの間が物理的に分離されていれば、荷重センサ１を構成する一部の部品同士が固定されていてもよい。

荷重センサ１の各部品の位置関係は、荷重センサ１を取付対象１００に取り付けた状態において固定され得る。例えば、図１に示す状態においては、荷重センサ１の各部品の軸方向の取付対象１００側の面を取付対象１００に接着等にて固定することで、荷重センサ１の各部品の位置関係が固定され得る。その他、例えば基準ボビン６及び検出ボビン４の少なくとも一方に径方向に広がったフランジ部を形成し、このフランジ部に荷重センサ１の各部品を載置、固定等することで、荷重センサ１の部品間の位置決めをする構成を採用してもよい。

また、本形態において、荷重センサ１は、軸方向の長さが、軸方向に直交する方向の最大長さ（本形態においては受圧コア２の直径）よりも小さい。これにより、荷重センサ１を軸方向に小型に形成することができる。

次に、図４を参照しつつ、本形態の荷重センサ１の回路構成について説明する。図４は、本形態における荷重センサ１の回路図である。

第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２は、ブリッジ回路１０を形成している。ブリッジ回路１０は、第１の検出コイル５１と第１の基準コイル７１とが直列に接続された第１の直列回路部１０１と、第２の基準コイル７２と第２の検出コイル５２とが直列に接続された第２の直列回路部１０２とを有する。第１の直列回路部１０１と第２の直列回路部１０２とは、並列に接続されている。第１の直列回路部１０１と第２の直列回路部１０２とは、第１の直列回路部１０１の第１の検出コイル５１側と、第２の直列回路部１０２の第２の基準コイル７２側とが互いに接続されている。ブリッジ回路１０の両端の電極１１，１２には、荷重センサ１の外部の交流電源１５から交流電圧が印加される。

第１の直列回路部１０１における第１の検出コイル５１と第１の基準コイル７１との間の第１の中間点１０１ａは、第１の出力端子１３に接続され、第２の直列回路部１０２における第２の基準コイル７２と第２の検出コイル５２との間の第２の中間点１０２ａは、第２の出力端子１４に接続される。これら第１及び第２の出力端子１３，１４は、外部の電圧測定部１６に接続され、電圧測定部１６にて前述の第１の中間点１０１ａと第２の中間点１０２ａとの間の電圧が測定される。

ブリッジ回路１０に交流電源１５からの交流電圧が印加されることで、第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２に電流が流れ、磁束φ１，φ２（図２参照）が形成される。第１及び第２の検出コイル５１，５２への通電により発生する磁束φ１は、受圧コア２及びヨーク８を通るよう形成され、第１及び第２の基準コイル７１，７２への通電により発生する磁束φ２は、受圧コア２を通らず、第１の非受圧コア３ａ及びヨーク８を通るよう形成される。

受圧コア２へ荷重Ｆが作用していない状態において、ブリッジ回路１０を構成する各コイルのインダクタンスは同等となるよう設計されている。これにより、受圧コア２へ荷重Ｆが作用していない状態においては、第１の中間点１０１ａと第２の中間点１０２ａとの間の電圧は生じない。一方、受圧コア２へ荷重Ｆが作用している状態においては、その荷重Ｆの大きさに応じて受圧コア２の透磁率が変わり、第１及び第２の検出コイル５１，５２のインダクタンスが変化する。これにより、第１の中間点１０１ａと第２の中間点１０２ａとの間の電圧が、受圧コア２に作用する荷重Ｆの大きさに応じて変化するため、第１の中間点１０１ａと第２の中間点１０２ａとの間の電圧に基づいて、受圧コア２に作用している荷重Ｆの大きさが検出可能となる。なお、電圧測定部１６は、同相成分を除去して差動成分のみを検出するために、第１の中間点１０１ａと第２の中間点１０２ａとの間の電圧を増幅する差動増幅回路、及び差動増幅回路の出力信号を検波する検波回路を備えてもよい。

前述のごとく、本形態においては、第１の非受圧コア３ａと受圧コア２とを同材料にて構成しており、互いの透磁率が同等となっている。これにより、第１の基準コイル７１、第２の基準コイル７２、第１の検出コイル５１及び第２の検出コイル５２のそれぞれのインピーダンスを、例えば各コイルの巻き数の調整等にて容易に揃えることができる。ここで、第１の非受圧コア３ａと受圧コア２との透磁率が互いに同等とは、これらを同じ透磁率にすべく設計したが、製造公差等によりこれらが僅かに異なるような場合も含む。

なお、基準ボビン６の外周面への第１及び第２の基準コイル７１，７２の巻き方、並びに検出ボビン４の外周面への第１及び第２の検出コイル５１，５２の巻き方は、バイファイラ巻きに限られず、レイヤ巻きであってもよい。レイヤ巻きは、複数のコイルを１層ずつ交互に巻く巻き方である。例えば、基準ボビン６の外周面において、奇数層目に第１の基準コイル７１が巻かれ、偶数層目に第２の基準コイル７２が巻かれ、検出ボビン４の外周面において、奇数層目に第１の検出コイル５１が巻かれ、偶数層目に第２の検出コイル５２が巻かれる。レイヤ巻きの場合は、第１の検出コイル５１のインピーダンスと第２の基準コイル７２のインピーダンスとを互いに等しくし、第１の基準コイル７１のインピーダンスと第２の検出コイル５２のインピーダンスとを互いに等しくする観点から、第１の検出コイル５１と第２の基準コイル７２との層位置を同一にし、第１の基準コイル７１と第２の検出コイル５２との層位置を同一にすることが好ましい。すなわち、例えば、第１の検出コイル５１が１，３層目に巻回された場合、第２の基準コイル７２も１，３層目に巻回され、第１の基準コイル７１が２，４層目に巻回された場合、第２の検出コイル５２も２，４層目に巻回されることが好ましい。

（第１の実施の形態の作用及び効果）
本形態の荷重センサ１においては、受圧コア２と第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂとが同心状に配されている。これにより、荷重センサ１の小型化を図ることができる。

また、受圧コア２並びに非受圧コア（すなわち第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂ）の少なくとも一方は、第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２を構成する複数のコイルのうちの径方向に隣り合うコイル間（本形態においては第１及び第２の基準コイル７１，７２と第１及び第２の検出コイル５１，５２との間）に配置されるとともに、隣り合うコイルのそれぞれへの通電により発される磁束φ１，φ２の双方が形成されるヨーク８を有する。それゆえ、第１及び第２の検出コイル５１，５２への通電により生じる磁束φ１と第１及び第２の基準コイル７１，７２への通電により生じる磁束φ２とが干渉し難くなり、荷重検出精度の低下を抑制できる。

また、ヨーク８の透磁率は、受圧コア２並びに第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂのうちのヨーク８以外（すなわち受圧コア２及び第１の非受圧コア３ａ）の透磁率以上である。それゆえ、第１及び第２の検出コイル５１，５２への通電により生じる磁束φ１と第１及び第２の基準コイル７１，７２への通電により生じる磁束φ２との干渉を一層抑制しやすく、荷重検出精度が向上する。

また、検出対象の荷重Ｆは、受圧コア２の軸方向の一端の受け面２１に、軸方向に作用する。このように、受圧コア２を軸方向からの荷重を受ける構成とすることで、受圧コア２の耐久性を向上させることができる。

また、取付対象１００に取り付けられた状態において、受け面２１は、第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂよりも、取付対象１００側と反対側に位置している。それゆえ、検出対象の荷重Ｆが受け面２１から受圧コア２に作用させつつ、検出対象の荷重が第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂに作用することを抑制しやすい。本形態においては、受圧コア２の軸方向の長さが第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂの軸方向の長さよりも長いため、受け面２１が、第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂよりも、取付対象１００側と反対側に位置している構成を実現しやすい。

以上のごとく、本形態によれば、小型化を図ることができる荷重センサを提供することができる。

［第２の実施の形態］
図５は、本形態における荷重センサ１の断面図である。
本形態は、第１の実施の形態と基本構造を同様としつつ、荷重センサ１内に外部からの磁束が進入し難いよう工夫したものである。荷重センサ１内に外部からの磁束が進入した場合、受圧コア２への荷重の大きさに応じた受圧コア２の透磁率の変化を正確に検出し難くなり、荷重検出精度が下がり得る懸念があるが、本形態はかかる懸念を解消する目的を有する。

本形態の荷重センサ１においては、第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２の軸方向の少なくとも一方側に、シールド部材９が配されている。シールド部材９は、磁気シールド効果を有する材料からなる。磁気シールド効果を有する材料としては、例えば磁束の通過に伴って渦電流が生じる導体を採用することができ、磁性体、非磁性体のいずれも採用可能である。一例として、シールド部材９は、パーマロイ等の鉄系金属にて構成することができる。

本形態においては、受圧コア２の両端の開口部の内側のそれぞれに、シールド部材９が配されている。２つのシールド部材９は、それぞれ円板状に形成されており、２つの開口部を閉塞するよう設けられている。なお、例えばシールド部材９は、第１の非受圧コア３ａの内側空間に連通するような貫通孔が形成された円環状に形成されていてもよい。また、本形態においては、第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２の軸方向の両側に、それぞれシールド部材９を配置した例を示すが、例えば第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２の軸方向の一方側にのみシールド部材９を配置してもよい。

各シールド部材９は、受圧コア２と第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂとの少なくとも一方に対して非固定状態となっており、これによりシールド部材９を介して受圧コア２から第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂへ荷重Ｆが伝わり難くなっている。

本形態において、受圧コア２の受け面２１は、２つのシールド部材９のうちの取付対象１００と反対側に位置するものよりも、取付対象１００と反対側に位置している。これにより、シールド部材９を介して第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂに荷重Ｆが伝わることに起因して荷重検出精度が下がることが抑制される。

本形態のその他の構成は、第１の実施の形態の構成と同様である。
なお、第２の実施の形態以降において用いた符号のうち、既出の形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の形態におけるものと同様の構成要素等を表す。

（第２の実施の形態の作用及び効果）
本形態において、第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２は、軸方向の少なくとも一方側から、磁気シールド効果を有するシールド部材９にて覆われている。それゆえ、荷重センサ１の近傍に存在する磁束が荷重センサ１内に進入し、荷重センサ１による荷重検出に影響を及ぼすことが抑制される。
その他、第１の実施の形態と同様の作用及び効果を有する。

［第３の実施の形態］
図６は、本形態における荷重センサ１の断面図である。
本形態は、第１の実施の形態に対して、各部材の径方向の並び方を反対にした形態である。すなわち、本形態においては、内周側から順に、受圧コア２、検出ボビン４に巻回された第１及び第２の検出コイル５１，５２、ヨーク８を構成する第２の非受圧コア３ｂ、基準ボビン６に巻回された第１及び第２の基準コイル７１，７２、及び第１の非受圧コア３ａを備える。

本形態においては、荷重センサ１を構成する各部品のうちの最内周に受圧コア２が位置しており、取付対象１００に取り付けられた状態において、受圧コア２の受け面２１が、荷重センサ１を構成する他の部品よりも取付対象１００側と反対側に位置している。そして、本形態においては、第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２のうちの内周側に位置する方である第１及び第２の検出コイル５１，５２が、受圧コア２の透磁率の変化を受けてインダクタンスが変わる。
その他は、第１の実施の形態と同様である。

（第３の実施の形態の作用及び効果）
本形態においては、荷重Ｆが作用する受圧コア２の方が、第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂよりも径が小さくなるため、受圧コア２の、荷重Ｆに対する耐久性を向上させやすい。
その他、第１の実施の形態と同様の作用及び効果を有する。

［第４の実施の形態］
図７は、本形態における荷重センサ１の断面図である。
本形態は、第３の実施の形態と基本構造を同様としつつ、荷重センサ１内に外部からの磁束が進入し難いよう工夫したものである。本形態の荷重センサ１は、第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２の軸方向の少なくとも一方側に、シールド部材９を追加した形態である。

本形態の荷重センサ１においては、第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２の軸方向の少なくとも一方側に、シールド部材９が配されている。シールド部材９の材料については、第２の実施の形態と同様である。

本形態においては、２つのシールド部材９が設けられている。２つのシールド部材９は、それぞれ円環状に形成されており、受圧コア２の両端部に外嵌されている。各シールド部材９は、検出ボビン４、ヨーク８、基準ボビン６、及び第１の非受圧コア３ａを軸方向から覆うよう配されている。なお、本形態においては、第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２の軸方向の両側に、それぞれシールド部材９を配置した例を示すが、例えば第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２の軸方向の一方側にのみシールド部材９を配置してもよい。

各シールド部材９は、受圧コア２と第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂとの少なくとも一方に対して非固定状態となっており、これによりシールド部材９を介して受圧コア２から第１及び第２の非受圧コア３ａ，３ｂへ荷重Ｆが伝わり難くなっている。

そして、本形態において、受圧コア２の受け面２１は、２つのシールド部材９のうちの取付対象１００と反対側に位置するものよりも、取付対象１００と反対側に位置している。
本形態のその他の構成は、第３実施の形態の構成と同様である。

（第４の実施の形態の作用及び効果）
本形態において、第１及び第２の検出コイル５１，５２並びに第１及び第２の基準コイル７１，７２は、軸方向の少なくとも一方側から、磁気シールド効果を有するシールド部材９にて覆われている。それゆえ、荷重センサ１の近傍に存在する磁束が荷重センサ１内に進入し、荷重センサ１による荷重検出に影響を及ぼすことが抑制される。
その他、第３の実施の形態と同様の作用及び効果を有する。

［その他の実施の形態］
前記各実施の形態においては、４つのコイルを用いてブリッジ回路を構成した例を示したが、これに限られない。例えば、図４に示す第２の基準コイル７２及び第２の検出コイル５２のそれぞれを、コイル以外のインピーダンス要素（例えば抵抗）に変更したような回路を採用してもよい。また、図４に示す第１の検出コイル５１及び第２の基準コイル７２のそれぞれをコイル以外のインピーダンス要素に変更してもよい。コイル以外のインピーダンス要素は、例えば荷重センサ１の外部（例えば電圧測定部１６）に設けてもよい。このような場合、荷重センサ１は、１つの検出コイルと１つの基準コイルとを備える構成となる。荷重センサ１が採り得る回路構成は、検出コイルにて、受圧コアへの荷重の大きさに応じた透磁率の変化が検出可能であれば種々の回路構成を採用可能である。

前記各実施の形態において、受圧コア、非受圧コア、基準ボビン及び検出ボビンのそれぞれが円筒状に形成された例を示し方が、これに限られず、多角形筒状等、他の形状を採用してもよい。

また、第１及び第２の実施の形態において、受圧コアに荷重が作用する方向は、径方向としてもよい。この場合、受圧コアが径方向に圧縮されることで受圧コアの透磁率が変化し、この透磁率の変化に応じて受圧コアに作用した荷重の大きさが検出される。

（実施の形態のまとめ）
次に、以上説明した実施の形態から把握される技術思想について、実施の形態における符号等を援用して記載する。ただし、以下の記載における各符号等は、特許請求の範囲における構成要素を実施の形態に具体的に示した部材等に限定するものではない。

［１］磁歪材からなり、検出対象の荷重（Ｆ）が作用する受圧コア（２，２ａ，２ｂ）と、磁性体からなり、前記受圧コア（２，２ａ，２ｂ）と同心状に配され、前記検出対象の荷重（Ｆ）が作用しない非受圧コア（３ａ，３ｂ，３ｃ）と、通電により前記受圧コア（２，２ａ，２ｂ）を通る磁束（φ１）を発生させる検出コイル（５１，５２）と、通電により前記受圧コア（２，２ａ，２ｂ）を通らず前記非受圧コア（３ａ，３ｂ，３ｃ）を通る磁束（φ２）を発生させる基準コイル（７１，７２）と、を備える荷重センサ（１）。

［２］前記受圧コア（２，２ａ，２ｂ）及び前記非受圧コア（３ａ，３ｂ，３ｃ）の少なくとも一方は、前記検出コイル（５１，５２）及び前記基準コイル（７１，７２）を構成する複数のコイルのうちの径方向に隣り合うコイル間に配置されるとともに、前記隣り合うコイルのそれぞれへの通電により発される磁束（φ１，φ２）の双方が形成されるヨーク（８）を有する、［１］に記載の荷重センサ（１）。

［３］前記ヨーク（８）の透磁率は、前記受圧コア（２，２ａ，２ｂ）及び前記非受圧コア（３ａ，３ｂ，３ｃ）のうちの前記ヨーク（８）以外の透磁率以上である、［２］に記載の荷重センサ（１）。

［４］前記検出対象の荷重（Ｆ）は、前記受圧コア（２，２ａ，２ｂ）の軸方向の一端の受け面（２１）に、軸方向に作用する、［１］乃至［３］のいずれか１つに記載の荷重センサ（１）。

［５］取付対象（１００）に取り付けられた状態において、前記受け面（２１）は、前記非受圧コア（３ａ，３ｂ，３ｃ）よりも、前記取付対象（１００）側と反対側に位置している、［４］に記載の荷重センサ（１）。

［６］前記受圧コア（２，２ａ，２ｂ）の軸方向の長さは、前記非受圧コア（３ａ，３ｂ，３ｃ）の軸方向の長さよりも長い、［５］に記載の荷重センサ（１）。

［７］前記検出コイル（５１，５２）及び前記基準コイル（７１，７２）は、軸方向の少なくとも一方側から、磁気シールド効果を有するシールド部材（９）にて覆われている、［１］乃至［６］のいずれか１つに記載の荷重センサ（１）。

［８］前記検出コイル（５１，５２）は、第１の検出コイル（５１）と第２の検出コイル（５２）とを有し、前記基準コイル（７１，７２）は、第１の基準コイル（７１）と第２の基準コイル（７２）とを有し、前記第１の検出コイル（５１）と前記第１の基準コイル（７１）とが直列に接続され、前記第２の基準コイル（７２）と前記第２の検出コイル（５２）とが直列に接続され、前記第１の基準コイル（７１）及び前記第１の検出コイル（５１）と前記第２の基準コイル（７２）及び前記第２の検出コイル（５２）とが並列に接続されてブリッジ回路（１０）が形成されている、［１］乃至［７］のいずれか１つに記載の荷重センサ（１）。

（付記）
以上、本発明の実施の形態を説明したが、前述した実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。

１…荷重センサ １０…ブリッジ回路
１００…取付対象 ２…受圧コア
２ａ…第１の受圧コア ２ｂ…第２の受圧コア
２１…受け面 ３ａ…第１の非受圧コア
３ｂ…第２の非受圧コア ３ｃ…第３の非受圧コア
５１…検出コイル ５１…第１の検出コイル
５２…第２の検出コイル ７１…第１の基準コイル
７２…第２の基準コイル ８…ヨーク
９…シールド部材

Claims (8)

1. 磁歪材からなり、検出対象の荷重が作用する受圧コアと、
   磁性体からなり、前記受圧コアと同心状に配され、前記検出対象の荷重が作用しない非受圧コアと、
   通電により前記受圧コアを通る磁束を発生させる検出コイルと、
   通電により前記受圧コアを通らず前記非受圧コアを通る磁束を発生させる基準コイルと、を備える
   荷重センサ。
2. 前記受圧コア及び前記非受圧コアのうちの少なくとも一方は、前記検出コイル及び前記基準コイルを構成する複数のコイルのうちの径方向に隣り合うコイル間に配置されるとともに、前記隣り合うコイルのそれぞれへの通電により発される磁束の双方が形成されるヨークを有する、
   請求項１に記載の荷重センサ。
3. 前記ヨークの透磁率は、前記受圧コア及び前記非受圧コアのうちの前記ヨーク以外の透磁率以上である、
   請求項２に記載の荷重センサ。
4. 前記検出対象の荷重は、前記受圧コアの軸方向の一端の受け面に、軸方向に作用する、
   請求項１又は２に記載の荷重センサ。
5. 取付対象に取り付けられた状態において、前記受け面は、前記非受圧コアよりも、前記取付対象側と反対側に位置している、
   請求項４に記載の荷重センサ。
6. 前記受圧コアの軸方向の長さは、前記非受圧コアの軸方向の長さよりも長い、
   請求項５に記載の荷重センサ。
7. 前記検出コイル及び前記基準コイルは、軸方向の少なくとも一方側から、磁気シールド効果を有するシールド部材にて覆われている、
   請求項１又は２に記載の荷重センサ。
8. 前記検出コイルは、第１の検出コイルと第２の検出コイルとを有し、
   前記基準コイルは、第１の基準コイルと第２の基準コイルとを有し、
   前記第１の検出コイルと前記第１の基準コイルとが直列に接続され、前記第２の基準コイルと前記第２の検出コイルとが直列に接続され、前記第１の基準コイル及び前記第１の検出コイルと前記第２の基準コイル及び前記第２の検出コイルとが並列に接続されてブリッジ回路が形成されている、
   請求項１又は２に記載の荷重センサ。

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