JP4164374B2 - 磁歪式荷重センサおよび荷重検出装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コイルを流れる電流によって磁化された磁性体を含む検出部を有し、当該検出部に作用された荷重を当該磁性体の歪に伴う透磁率変化に基づいて検出する磁歪式荷重センサおよび荷重検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁歪式荷重センサは、磁化された強磁性体から成る磁歪素子に荷重が加わるときの歪応力に応じた磁歪素子自身の透磁率変化により、その周囲に巻回されたコイルを含む交流抵抗（インピーダンス）に変化が生じることによって荷重を検知するものである。この磁歪式荷重センサを用いた荷重検出装置は、コイルのインピーダンス変化を信号として増幅処理することによって荷重の検出を行う。このような荷重検出装置に用いられる磁歪式荷重センサには、低コストであるとともに機械的な信頼性が高いという利点があり、これまでにも様々な磁歪式荷重センサが提案されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００３】
図１６は、従来の磁歪式荷重センサの一構成例を示す縦断面図である。
【０００４】
図１６に示すように、磁歪式荷重センサ１００は、逆磁歪効果を有する強磁性体から成るロッド形状を有し、外部から加わる荷重をその頂部（荷重受け部）５１ａから直接受ける磁歪素子である検出部１０１と、荷重受け部１０１の周囲に円筒状ボビンを介して巻回されたコイル１０２と、検出部１０１およびコイル１０２を、少なくとも検出部１０１における荷重受け部（頂部）１０１ａが露出した状態で収容する強磁性体性のケース１０５とを備えている。なお、図１７に示す構成において、ケース１０５は、上側ケース１０５ａ、および受け側ケース１０５ｂから構成されたロッド長手方向に沿った上下２分割構造を有する。
【０００５】
【特許文献１】
特開平１１−２４１９５５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上述した磁歪式荷重センサの実用性を一層高めるために、磁歪式荷重センサの小型軽量化が図られている。
【０００７】
しかしながら、磁歪式荷重センサは、検出対象となる荷重を磁歪素子から構成された検出部よりその荷重受け部を介して直接受け、その磁歪素子自体の逆磁歪効果により荷重を検出する構成であるため、荷重検出感度を高く維持しながら検出部自体の小型軽量化を図ることは困難であり、磁歪式荷重センサの実用性向上を阻害する恐れがあった。
【０００８】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、検出部を含む磁歪式荷重センサの小型軽量化を簡易に実現することができ、磁歪式荷重センサおよび荷重検出装置の実用性を向上させることをその目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するため、本発明によれば、コイルを流れる電流によって磁化可能な磁性体を含む検出部を有し、当該検出部に作用された荷重を前記磁化された磁性体の歪に伴う透磁率変化に基づいて検出する磁歪式荷重センサであって、前記磁性体が複数の空隙部を含むポーラス構造を有する。
【００１０】
本発明によれば、前記複数の空隙部は、前記コイルの中心軸と平行に配置された管状空隙部である。
【００１１】
本発明によれば、前記磁性体は、複数の気泡部を含む金属フォームにより形成されており、当該複数の気孔部により前記複数の空隙部を構成している。
【００１２】
本発明によれば、前記磁性体は、格子状構造を有し、この格子状構造の複数の隙間部により前記複数の空隙部を構成している。
【００１３】
本発明によれば、前記磁性体は、金属繊維材料から生成されており、当該金属繊維材料間の複数の隙間により前記複数の空隙部を構成している。
【００１４】
本発明によれば、前記複数の空隙部と当該空隙部を除く磁性体部分との比率を所定値に設定している。
【００１５】
本発明によれば、前記複数の空隙部の内の少なくとも１つに充填された潤滑材料を備えている。
【００１６】
本発明によれば、前記複数の空隙部の内の少なくとも１つに充填された弾性材料を備えている。
【００１７】
本発明によれば、コイルを流れる電流によって磁化可能であり、かつ複数の空隙部を含むポーラス構造を有する磁性体を含む検出部を備え、当該検出部に作用された荷重を当該磁化された磁性体の歪に伴う透磁率変化に基づいて検出する一対の磁歪式荷重センサと、この複数の磁歪式荷重センサそれぞれに接続されており、当該一対の磁歪式荷重センサそれぞれから出力された出力信号をそれぞれ検出する第１および第２の信号検出手段と、この第１および第２の信号検出手段においてそれぞれ検出された信号の差を増幅する増幅手段とを備えている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る磁歪式荷重センサおよび荷重検出装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１９】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる磁歪式荷重センサ１の構成を表す縦断面図であり、図２は、図１に示す磁歪式荷重センサ１を、そのセンサ１に対する検出対象としての荷重が印加される側から見たＡ方向矢視断面図である。
【００２０】
図１および図２に示すように、磁歪式荷重センサ１は、ロッド状の強磁性体から成り、外部から加わる荷重をその頂部（荷重受け部）２ａから直接受ける検出部２と、この検出部２の外側面の周囲に円筒状ボビンを介して巻回されたコイル３と、検出部２およびコイル３を、少なくとも検出部２における荷重受け部（頂部）２ａがロッド長手方向（以下、軸方向ともいう）に沿って露出した状態で収容する強磁性体性のケース５とを備えている。
【００２１】
検出部２は、歪応力によって透磁率変化を生じる逆磁歪効果を有する鉄、ニッケル、クロム、フェライト等の強磁性材料から成り、略円柱形状を有している。
【００２２】
さらに、検出部２は、ポーラス構造、すなわち、複数の空隙部を内部に含む構造を有している。
【００２３】
第１の実施の形態において、検出部２は、複数の空隙部として、ロッド長手方向に沿って形成された複数の管状（あるいは毛細管状）の空隙部２ｂ・・・２ｂを有している。この複数の管状空隙部２ｂ・・・２ｂを有する検出部２は、型成形、すなわち、予め複数の空隙部２ｂ・・・２ｂを含む円筒形状を成形可能に加工された成形型に溶融された磁性材料（磁性体金属）を流し込むことにより容易に生成することができる。
【００２４】
本実施形態において、検出部２における管状空隙部２ｂ・・・２ｂは、その検出部２を軸方向に沿って貫通するように形成されているが、有底状の空隙部であってもよい。
【００２５】
さらに、本実施形態の検出部２における管状空隙部２ｂ・・・２ｂとその他の部分との割合を空隙比率εとして表すと、この空隙比率εは、例えば成形型を代えることにより、容易に調整することができる。
【００２６】
そして、検出部２の外側面の周囲に巻回されたコイル３は、その検出部２に同軸状に配置された図示しない円筒状ボビンの管状外側面に対して所定の巻数だけ同軸状に巻回されている。このコイル巻数は、コイル３に所定の電流を流したときに検出部２内部の磁束が飽和するために必要な強度か、またはそれ以下の強度の磁界がコイル３から発生するように設定されている。
【００２７】
ケース５は、ほぼ円板状の底壁部５ａと、この底壁部５ａの周縁部から軸方向に沿って延在する円環状の円環側壁部５ｂと、底壁部５ａおよび側壁部５ｂ間に形成された略円筒状の中空部５ｃとを含む中空円筒形状を有している。このケース５の底壁部５ａには、ケース５に対して同軸状に略円形の凹部が形成されており、検出部２は、この凹部上に載置され、円筒状中空部５ｃの中心軸上と同軸状に配置されている。コイル３は、円筒状中空部５ｃに収容されている。ケース５の検出部２の荷重受け部２ａ側壁部（上壁部）には、検出部２の横断面に対応する開口部５ｄが形成されており、検出部２は、その荷重受け部２ａがケース５の開口部５ｄから突出するように配置されている。
【００２８】
図３は、以上の構成を有する磁歪式荷重センサ１を用いて荷重を検出する荷重検出装置１０の概略構成を示すブロック図である。
【００２９】
図３に示すように、荷重検出装置１０は、上記図１および図２に示した磁歪式荷重センサ１の構成を有する一対の磁歪式荷重センサ１Ａおよび１Ｂからそれぞれ出力される信号の差を増幅して出力する差動増幅回路として構成される。
【００３０】
すなわち、荷重検出装置１０は、信号を発振して回路に電圧を印加する発振回路１１と、外部からの荷重を検知する一対の磁歪式荷重センサ１Ａおよび１Ｂと、この磁歪式荷重センサ１Ａおよび１Ｂそれぞれから出力された信号を基準電圧に対するの差から検出する検出抵抗等を含む電流検出部１３Ａおよび１３Ｂとを備えている。
【００３１】
また、荷重検出装置１０は、電流検出部１３Ａおよび１３Ｂからそれぞれ出力された出力信号を整流して平滑化するダイオード等を含む整流回路１５Ａおよび１５Ｂと、この整流回路１５Ａおよび１５Ｂにより整流・平滑化されて出力された信号の差を取り出し、その差を増幅する増幅手段としてのオペアンプ等の増幅部１７とを備えている。なお、本実施形態における電流検出部１３Ａおよび整流回路１５Ａが第１の信号検出手段に相当し、電流検出部１３Ｂおよび整流回路１５Ｂが第２の信号検出手段に相当する。
【００３２】
なお、図３に示すように、一対の磁歪式荷重センサ１Ａおよび１Ｂは、ある直線Ｘ−Ｘ上に同軸状かつ互いに近接して配置されており、一対の磁歪式荷重センサ１Ａおよび１Ｂの温度等の特性をほぼ均一に保つことができ、荷重検出装置１０の測定精度を向上させることができる。
【００３３】
同様に、電流検出部１３Ａおよび１３Ｂ同士、ならびに整流回路６５Ａおよび６５Ｂ同士についても、それらが配設される例えば基板上で空間的に対称且つ互いに近接する位置に配設することにより、温度特性が一段と改善され、さらに荷重検出装置１０の測定精度を向上させることができる。
【００３４】
次に、本実施形態に係わる磁歪式荷重センサ１および荷重検出装置１０の作用について説明する。
【００３５】
磁歪式荷重センサ１の検出部２は、コイル３を流れる電流によって磁化されている。
【００３６】
ここで、荷重受け部２ａの荷重受け面に対して、外部から検出部２の軸方向に沿ってケース５の底壁部５ａに向けて（図１の矢印方向）検出対象としての荷重が加わると、検出部２の内部に歪応力が発生する。そして、発生した歪応力に基づく逆磁歪効果によって検出部２の透磁率が変化してコイル３のインダクタンスを含む回路の交流抵抗（インピーダンス）が変化することにより、磁歪式荷重センサ１の荷重受け部２ａを介して作用された荷重をインピーダンス変化として検出することができる。
【００３７】
すなわち、本実施形態の磁歪式荷重センサ１は、磁性体である検出部２に対して荷重が印加された場合の歪応力に応じた磁性体自体の透磁率変化により、インピーダンス変化として荷重を検出している。
【００３８】
この点、本実施形態の磁歪式荷重センサ１においても、センサ１の荷重検出感度は、磁性体である検出部２の歪応力に比例することになり、この検出部２の歪応力は、その検出部２の横断面の面積に反比例する。
【００３９】
ここで、図４は、検出部２（磁性体）に対して空隙部が存在しない、いわゆる中実状かつ円柱ロッド形状の検出部２Ｘ（直径をＤとする）に対してその一端面に対して荷重Ｗが印加された状態を示す図である。
【００４０】
このとき、検出部２Ｘの横断面積Ａは、
Ａ＝π・（Ｄ／２）^２ ・・・（１）
となる。
【００４１】
したがって、検出部２Ｘの感度Ｓは、その検出部２Ｘの応力をＳＴとすると、
Ｓ∝ＳＴ＝Ｗ／Ａ＝Ｗ／｛π・（Ｄ／２）^２｝ ・・・（２）
として表すことができる。
【００４２】
一方、本実施形態に係わる磁歪式荷重センサ１における検出部２の断面積をＡ１とすると、この断面積Ａ１は、空隙比率εを用いて次式（３）のように表すことができる。
【００４３】
Ａ１＝Ａ・（１−ε） ・・・（３）
したがって、上記（１）〜（３）式を用いると、検出部２の感度Ｓ１は、その検出部２の応力をＳＴ１とすると次式（４）のように表すことができる。
【００４４】
【数１】

この結果、検出部２の感度Ｓ１を、中実状の検出部２Ｘの感度Ｓよりも、１／（１−ε）倍に高めることができる。
【００４５】
このように、中実状の検出部（磁性体）よりも感度が高められた検出部２を有する磁歪式感度センサ１Ａおよび１Ｂの内のどちらか一方のセンサ（例えば、センサ１Ａとする）の荷重受け部２ａに対して、軸方向に沿ってケース５の底壁部５ａに向けて（図１の矢印方向）検出対象としての荷重が加わると、そのセンサ１Ａにおける検出部２の内部に歪応力が発生し、発生した歪応力に基づく逆磁歪効果によってセンサ１Ａの検出部２の透磁率が変化してコイル３のインダクタンスを含む回路の交流抵抗（インピーダンス）が変化する。
【００４６】
このインピーダンス変化に伴うコイル３両端の電圧変化は、磁歪式荷重センサ１Ａに接続された電気回路、すなわち荷重検出装置１０の電流検出部１３Ａおよび整流回路１５Ａを介して電流信号Ｉ１として検出される。
【００４７】
一方、磁歪式荷重センサ１Ｂには荷重が印加されていないため、その電流検出部１３Ｂおよび整流回路１５Ｂを介して検出される電気信号Ｉ２の値は、上記電気信号Ｉ１の値とは異なるものとなっている。
【００４８】
このとき、磁歪式荷重センサ１Ａおよび１Ｂの検出部２は、それぞれ周囲の環境条件（温度、湿度等）の影響を受けるため、荷重に起因して得られた電流信号Ｉ１単独ではなく、電流信号Ｉ１から、その周囲の環境条件に起因する電圧変化に基づく電流分（荷重センサ１Ｂで検出された電流分）を除去した値が、周囲の環境条件の影響を受けない荷重に起因する電流信号となる。
【００４９】
したがって、増幅回路１７により、電流信号の差（Ｉ２−Ｉ１）を増幅して差動出力ΔＩとして検出することにより、周囲環境に影響を受けることなく、磁歪式荷重センサ１Ａに作用した荷重を検出することができる。
【００５０】
特に、本実施形態の磁歪式荷重センサ１（各磁歪式荷重センサ１Ａおよび１Ｂ）によれば、その検出部２の感度Ｓ１が、空隙部の無い中実状の検出部と比べて１／（１−ε）倍に増大しているため、磁歪式荷重センサ１に作用する荷重の検出範囲を拡大することができ、磁歪式荷重センサ１およびそのセンサ１を用いた荷重検出装置１０の実用性を向上させることができる。
【００５１】
本実施形態の磁歪式荷重センサ１の検出部２の感度Ｓ１が中実状の検出部よりも１／（１−ε）倍に増大していることは、言い換えれば、センサ１の検出部２の大きさを中実状の検出部よりも（１−ε）倍に設定しても中実状の場合とほぼ同一の検出感度を得ることができる。この結果、感度を高く維持した状態において、検出部２を小型化することができる。
【００５２】
また、特に、本実施形態の磁歪式荷重センサ１によれば、空隙比率εを変化させることにより、所望の感度を得ることが可能になり、検出対象の荷重に合わせた感度設定を行うことが可能になる。
【００５３】
特に、空隙比率εを増大させれば、感度を向上させるとともに、検出部２自体の軽量化を図ることができ、センサ１全体の軽量化に寄与することができる。
【００５４】
さらに、本実施形態の磁歪式荷重センサ１によれば、中実状検出部に比べて平均有効径が小さいため、検出部２の周波数特性を向上させることができる。
【００５５】
そして、本実施形態の磁歪式荷重センサ１によれば、その検出部２である磁性体を型成形により生成することができるため、磁性体部分が連続して繋がっており、磁性体を焼結で生成する場合と比べて、磁性体強度を高くすることができ、さらに、磁性体材料に靭性を持たせることができるため、衝撃等の外部環境に強いセンサ１を提供することができる。
【００５６】
また、上記検出部２である磁性体を型成形により生成することができるため、切削等の工程が不要になり、量産化が容易であるため、生産コストを低減させることができる。
【００５７】
さらに、本実施形態の検出部２においては、その軸方向に沿って貫通状に管状空隙部２ｂが形成されているため、この磁歪式荷重センサを水処理的な濾過装置および／または空気洗浄的な濾過装置に利用した場合、その管状空隙部２ｂにふるい機能を担わせることができ、磁歪式荷重センサの実用性を向上させることができる。
【００５８】
なお、本実施形態における荷重検出装置１０では、一方の磁歪式荷重センサ１Ｂを周囲環境補償用のダミーとして用いたが、両方のセンサ１Ａおよび１Ｂに荷重を印加させる構成であってもよい。
【００５９】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係わる磁歪式荷重センサ２１の構成を表す縦断面図であり、図６は、図５に示す磁歪式荷重センサ２１を、そのセンサ２１に対する検出対象としての荷重が印加される側から見たＡ方向矢視断面図である。なお、図１および図２に示す磁歪式荷重センサ１と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００６０】
図５および図６に示すように、磁歪式荷重センサ２１は、ロッド状の強磁性体から成り、外部から加わる荷重をその頂部（荷重受け部）２２ａから直接受ける検出部２２を備えており、この検出部２２は、歪応力によって透磁率変化を生じる逆磁歪効果を有する強磁性の鉄、ニッケル、クロム、フェライト等の発泡金属材料から成り、略円柱形状を有している。
【００６１】
さらに、検出部２２は、ポーラス構造、すなわち、複数の空隙部を内部に含む構造を有している。
【００６２】
すなわち、第２の実施の形態において、検出部２２は、複数の空隙部として、発泡剤の解離により金属材料内部に生成された複数の気孔部２２ｂ・・・２２ｂを有している。この複数の気孔部２２ｂ・・・２２ｂを有する検出部２２は、例えば溶融された金属磁性体材料に発泡剤を添加し発泡させて複数の気孔部２２ｂ・・・２２ｂを生成し、型成形により円柱ロッド形状に成形することにより生成されている。なお、上述した液相法の他に、粉末金属材料を用いた固相法等、他の製法も適用可能である。
【００６３】
そして、本実施形態の検出部２２における気孔部２２ｂ・・・２２ｂとその他の部分との割合を空隙比率εとして表すと、この空隙比率εは、発泡剤の添付量を変えることにより、容易に調整することができる。
【００６４】
なお、本実施形態の磁歪式荷重検出センサ２１を用いた荷重検出装置の構成については、図３と同様であるため、その説明を省略する。
【００６５】
すなわち、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、磁歪式荷重センサ２１の検出部として、その内部に複数の空隙部としての気孔部２２ｂを有する検出部２２を用いているため、その検出部２２の感度を、中実状の検出部の感度よりも、１／（１−ε）倍に高めることができ、また、感度を維持した状態で検出部２２を小型化することができる。
【００６６】
この結果、第１実施形態と同様に、磁歪式荷重センサ２１およびそのセンサ２１を用いた荷重検出装置の実用性を向上させることができる。
【００６７】
また、第１実施形態と同様に、検出対象の荷重に適合した感度設定、空隙比率εの増大に基づく検出部２２の軽量化、検出部２２の周波数特性の向上、検出部２２の強度増大および生産コストの低減にそれぞれ寄与することができる。
【００６８】
（第３の実施の形態）
図７は、本発明の第３の実施の形態に係わる磁歪式荷重センサ３１の構成を表す縦断面図であり、図８は、図７に示す磁歪式荷重センサ３１を、そのセンサ３１に対する検出対象としての荷重が印加される側から見たＡ方向矢視断面図である。
【００６９】
また、図９は、図７における符号Ｂで示した部分の拡大図である。なお、図１および図２に示す磁歪式荷重センサ１と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００７０】
図７乃至図９に示すように、磁歪式荷重センサ３１は、ロッド状の強磁性体から成り、外部から加わる荷重をその頂部（荷重受け部）３２ａから直接受ける検出部３２を備えており、この検出部３２は、歪応力によって透磁率変化を生じる逆磁歪効果を有する強磁性の鉄、ニッケル、クロム、フェライト等の金属材料から成り、ほぼ円筒形状を有している。
【００７１】
そして、検出部３２は、ポーラス構造、すなわち、複数の空隙部を内部に含む構造を有している。
【００７２】
すなわち、第３の実施の形態において、検出部３２は、複数の空隙部として、ほぼ格子状に配列された複数の直方体形状の空隙部３２ｂ・・・３２ｂを有している。この複数の空隙部３２ｂ・・・３２ｂを有する検出部３２は、型成形、すなわち、予め複数の空隙部３２ｂ・・・３２ｂを含む円筒形状を成形可能に加工された成形型に溶融された磁性材料（磁性体金属）を流し込むことにより容易に生成することができる。
【００７３】
なお、本実施形態の磁歪式荷重検出センサ３１を用いた荷重検出装置の構成については、図３と同様であるため、その説明を省略する。
【００７４】
すなわち、本実施形態においても、第１、第２実施形態と同様に、磁歪式荷重センサ３１の検出部として、その内部に格子状に配列された複数の空隙部３２ｂを有する検出部３２を用いているため、その検出部３２の感度を、中実状の検出部の感度よりも、１／（１−ε）倍に高めることができ、また、感度を維持した状態で検出部３２を小型化することができる。
【００７５】
この結果、第１、第２実施形態と同様に、磁歪式荷重センサ３１およびそのセンサ３１を用いた荷重検出装置の実用性を向上させることができる。
【００７６】
また、第１、第２実施形態と同様に、検出対象の荷重に適合した感度設定、空隙比率εの増大に基づく検出部３２の軽量化、検出部３２の周波数特性の向上、検出部３２の強度増大および生産コストの低減にそれぞれ寄与することができる。
【００７７】
（第４の実施の形態）
図１０は、本発明の第４の実施の形態に係わる磁歪式荷重センサ４１の構成を表す縦断面図であり、図１１は、図１０に示す磁歪式荷重センサ４１を、そのセンサ４１に対する検出対象としての荷重が印加される側から見たＡ方向矢視断面図である。
【００７８】
また、図１２は、図１０における符号Ｃで示した部分の拡大図である。なお、図１および図２に示す磁歪式荷重センサ１と同一の構成要素については、同一の符号を付してその説明を省略または簡略化する。
【００７９】
図１０乃至図１２に示すように、磁歪式荷重センサ４１は、ロッド状の強磁性体から成り、外部から加わる荷重をその頂部（荷重受け部）４２ａから直接受ける検出部４２を備えている。
【００８０】
検出部４２は、歪応力によって透磁率変化を生じる逆磁歪効果を有する強磁性の鉄、ニッケル、クロム、フェライト、アモルファス磁性体等の金属繊維材料（少なくとも有効径１ｍｍ以下）から成り、ほぼ円柱形状を有している。
【００８１】
さらに、検出部４２は、ポーラス構造、すなわち、複数の空隙部を内部に含む構造を有している。
【００８２】
すなわち、第４の実施の形態において、検出部４２は、複数の空隙部として、金属繊維材料の複数の隙間部（目）４２ｂ・・・４２ｂを有しており、この複数の隙間部４２ｂ・・・４２ｂを有する検出部４２は、例えば集束伸線法を用いて、強磁性体金属の細いワイヤを束にして伸ばして強磁性体金属薄帯を生成し、その金属薄帯をロッド状に巻装することにより、容易に生成することができる。
【００８３】
なお、本実施形態の磁歪式荷重検出センサ４１を用いた荷重検出装置の構成については、図３と同様であるため、その説明を省略する。
【００８４】
本実施形態における検出部４２では、内部にある空隙部（隙間部４２ｂ・・・４２ｂ）の効果に加えて、作用された荷重により検出部４２内部に歪応力が発生した際に、その歪応力により繊維材料に曲げや変形が起こる。この結果、検出部４２の磁気特性は、歪応力の上昇以上に大きく変化するため、中実状の検出部と比べてより大きな感度を得ることが可能になる。
【００８５】
すなわち、検出部４２の感度をＳ２とし、中実状の検出部の感度をＳａとすると、
Ｓ２＝ｋ・Ｓａ（ｋ＞１） ・・・（５）
の関係が得られる。但し、ｋは、繊維材料の曲げ等による磁気特性の変化に伴う感度の上昇係数である。
【００８６】
したがって、本実施形態においても、その検出部４２の感度を、中実状の検出部の感度よりも、ｋ倍に高めることができ、また、感度を維持した状態で検出部４２を小型化することができる。
【００８７】
この結果、第１乃至第３実施形態と同様に、磁歪式荷重センサ４１およびそのセンサ４１を用いた荷重検出装置の実用性を向上させることができる。
【００８８】
また、第１乃至第３実施形態と同様に、検出対象の荷重に適合した感度設定、隙間部の増大に伴う感度上昇係数ｋの増大に基づく検出部４２の軽量化、検出部４２の周波数特性の向上および検出部４２の強度増大等にそれぞれ寄与することができる。
【００８９】
なお、第１〜第３の実施の形態において、検出部内に形成された空隙部を、そのまま空隙部として用いたが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
【００９０】
例えば、第１の実施の形態の検出部２と同様の構造を有する磁歪式荷重センサ５１における検出部５２、すなわち、荷重受け部５２ａおよび複数の管状空隙部５２ｂを有する検出部５２において、図１３（ａ）に示すように、その複数の管状空隙部５２ｂそれぞれに潤滑材料である例えば潤滑性の樹脂を充填しておくことも可能である。このように構成すれば、この磁歪式荷重センサ５１の荷重検出対象がスライド部材の荷重であった場合、そのスライド部材の潤滑性向上用のライナーを用いることなく、管状空隙部５２ｂに充填された充填材によりスライド部材のスライド動作を円滑に行うことができる。
【００９１】
また、図１３（ｂ）に示すように、例えば、第１の実施の形態の検出部２と同様の構造を有する磁歪式荷重センサ６１における検出部６２、すなわち、荷重受け部６２ａおよび複数の管状空隙部６２ｂを有する検出部６２において、その複数の管状空隙部６２ｂそれぞれにゴム等の弾性部材６３を充填しておくことも可能である。この弾性部材は、その弾性部材自身の融点と検出部５２の融点との差を利用して、例えば成形時において弾性部材６３を管状空隙部６２ｂに流し込むことが可能である。
【００９２】
この変形例に基づく検出部６２によれば、管状空隙部６２ｂに充填された弾性部材６３と検出部６２の磁性体金属とでは強度に大きな差異がある。このため、検出部６２の荷重受け部６２ａを介して荷重が作用されても、その荷重は主として検出部６２の磁性体材料部分で受けることになり、検出部６２自体の感度は、弾性部材６３の充填前と後とでは大きな変化は生じない。
【００９３】
しかも、充填された弾性部材６３により、検出部６２を、その検出部６２自体の外部からのショックに対して保護することができる。さらに、検出部６２に対して過度に荷重が作用した場合に、弾性部材６３により、荷重方向とは反対側への弾性力が付与されることにより、過度の荷重を防止する機能を得ることができる。
【００９４】
そして、上述した第１〜第４の実施の形態においては、検出部をポーラス構造を有する円柱形状に構成したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。
【００９５】
例えば、図１４は、第２の実施の形態の変形例に係わる磁歪式荷重センサ７１の構成を示す縦断面図であり、図１５は、図１４に示す磁歪式荷重センサ７１を、そのセンサ７１に対する検出対象としての荷重が印加される側から見たＡ方向矢視断面図である。
【００９６】
図１４および図１５に示すように、磁歪式荷重センサ７１における検出部７２は、歪応力によって透磁率変化を生じる逆磁歪効果を有する鉄、ニッケル、クロム、フェライト等の強磁性材料から成り、中心軸に沿って貫通状に形成された円筒状中空部７２ｃを有している。
【００９７】
また、ケース７５は、ほぼ円環形状を有し、中央に検出部７２の横断面に対応する第１の開口部７５ａ１が形成された底壁部７５ａと、この底壁部７５ａの周縁部から軸方向に沿って延在する円環状の円環側壁部７５ｂと、底壁部７５ａおよび側壁部７５ｂ間に形成された略円筒状の中空部７５ｃとを含む中空円筒形状を有している。
【００９８】
また、ケース７５の検出部７２の荷重受け部７２ａ側壁部（上壁部）には、第１の開口部７５ａ１と同一の大きさの第２の開口部７５ｄが第１の開口部７５ａ１と同軸状に形成されており、検出部７２は、その荷重受け部７２ａがケース７５の開口部７５ｄから突出するように配置されている。
【００９９】
図１４および図１５に示した磁歪式荷重センサ７１における検出部７２は、第１〜第４実施形態で述べた検出部と比べてさらに検出部７２の有効径を小さくすることができ、感度および周波数特性をそれぞれさらに向上させることができる。
【０１００】
また、図１４および図１５に示した磁歪式荷重センサ７１は、その検出部７２の中央部に、その中心軸に沿って貫通状に中空部７２ｃを形成しているため、ワイヤやケーブル等の棒状部材を中空部７２ｃの内側面に密着（あるいは、潤滑部材を介して密着）して挿入することも可能である。
【０１０１】
なお、上述した各実施の形態および変形例においては、検出部やケースを横断面が略円形の円柱状としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各種の横断面形状を有する柱状（ケースは管状）であればよい。
【０１０２】
さらに、各実施の形態および変形例で説明した磁歪式荷重センサを含む荷重検出装置は、自動二輪車のみならず、乗用車等の自動四輪車のクラッチシステムにも適用可能である。この場合には、クラッチペダルに加わる荷重を検知できるように荷重検知部の構成を適宜変更する必要があるが、それ以外の荷重検出装置の構成および磁歪式荷重センサ自体の構成については、各実施の形態および変形例で説明したものと同様である。
【０１０３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、コイルを流れる電流によって磁化可能な検出部を構成する磁性体が複数の空隙部を含むポーラス構造を有しているため、その空隙部分の比率に応じて、中実状の場合と比べて検出部の感度を向上させることができる。
【０１０４】
この結果、中実状の場合と比べて感度を高く維持しながら検出部の小型軽量化を実現することが可能になり、この検出部を有する磁歪式荷重センサおよび荷重検出装置の実用性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる磁歪式荷重センサの構成を表す縦断面図。
【図２】図１に示す磁歪式荷重センサを、そのセンサに対する検出対象としての荷重が印加される側から見たＡ方向矢視断面図。
【図３】図１および図２に示した磁歪式荷重センサを用いて荷重を検出する荷重検出装置の概略構成を示すブロック図。
【図４】図１および図２に示す検出部（磁性体）に対して空隙部が存在しない、いわゆる中実状かつ円筒ロッド形状の検出部に対してその一端面に対して荷重が印加された状態を示す図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係わる磁歪式荷重センサの構成を表す縦断面図。
【図６】図５に示す磁歪式荷重センサを、そのセンサに対する検出対象としての荷重が印加される側から見たＡ方向矢視断面図。
【図７】本発明の第３の実施の形態に係わる磁歪式荷重センサの構成を表す縦断面図。
【図８】図７に示す磁歪式荷重センサを、そのセンサに対する検出対象としての荷重が印加される側から見たＡ方向矢視断面図。
【図９】図７における符号Ｂで示した部分の拡大図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態に係わる磁歪式荷重センサの構成を表す縦断面図。
【図１１】図１０に示す磁歪式荷重センサを、そのセンサに対する検出対象としての荷重が印加される側から見たＡ方向矢視断面図。
【図１２】図１０における符号Ｃで示した部分の拡大図。
【図１３】（ａ）は、本発明の実施形態の変形例に係わる磁歪式荷重センサの構成を表す縦断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施形態の変形例に係わる磁歪式荷重センサの構成を表す縦断面図。
【図１４】本発明の第２の実施の形態の変形例に係わる磁歪式荷重センサの構成を示す縦断面図。
【図１５】図１４に示す磁歪式荷重センサを、そのセンサに対する検出対象としての荷重が印加される側から見たＡ方向矢視断面図。
【図１６】従来の磁歪式荷重センサの一構成例を示す縦断面図。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，２１，３１，４１，５１，６１，７１…磁歪式荷重センサ
２，２２，３２，４２，５２，６２，７２…検出部
２ａ…荷重受け部
２ｂ，５２ｂ…管状空隙部
３…コイル
５，７５…ケース
５ａ，７５ａ…底壁部
５ｂ，７５ｂ…円環側壁部
５ｃ，７５ｃ…中空部
５ｄ…開口部
１３Ａ，１３Ｂ…電流検出部
１５Ａ，１５Ｂ…整流回路
１７…増幅部
２２ｂ…気孔部
３２ｂ…空隙部
４２ｂ…隙間部

Claims (5)

1. コイルを流れる電流によって磁化可能な磁性体を含む検出部を有し、当該検出部に作用された荷重を前記磁化された磁性体の歪に伴う透磁率変化に基づいて検出する磁歪式荷重センサであって、
   前記磁性体が複数の空隙部を含むポーラス構造を有し、
   前記複数の空隙部は、前記コイルの中心軸と平行に配置された管状空隙部であることを特徴とする磁歪式荷重センサ。
2. 前記磁性体は、複数の気泡部を含む金属フォームにより形成されており、当該複数の気孔部により前記複数の空隙部を構成したことを特徴とする請求項１記載の磁歪式荷重センサ。
3. 前記磁性体は、格子状構造を有し、この格子状構造の複数の隙間部により前記複数の空隙部を構成したことを特徴とする請求項１記載の磁歪式荷重センサ。
4. 前記複数の空隙部の内の少なくとも１つに充填された潤滑材料を備えたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の磁歪式荷重センサ。
5. 前記複数の空隙部の内の少なくとも１つに充填された弾性材料を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の磁歪式荷重センサ。

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