JP4593206B2 - 歪み検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、ねじりトルクによる磁性棒部材の歪みを検出する歪み検出装置に関する。

特許文献１では、中実の磁性棒部材からなる回転力を伝達する力伝達部材の周囲に、軸方向に所定間隔をおいて一対の検出コイル（ピックアップコイル）と励磁コイルを設け、励磁コイル同士を直列に接続した歪みセンサが開示されている。一方の検出コイルは、力伝達部材の周囲に直接位置させ、他方の検出コイルは、力伝達部材との間に非磁性材を介在させて配置されている。そして、力伝達部材にねじりトルクが付加されることにより、磁気特性の変化により一方の検出コイルの検出値と他方の検出コイルとの検出値との間に差が生じ、ねじりトルクを算出する。
特開平９−７９９２２号公報（図５）

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、力伝達部材の磁気特性の変化が他方の検出コイルに影響しないようにするため、所定の厚みを備えた非磁性材を取り付ける必要があり、構造が複雑である。また、力伝達部材に繰り返しトルクが付加された場合、力伝達部材に付着される被膜からなる非磁性材の耐久性の点で問題がある。

本発明は上記に鑑みなされたものであり、より簡易な構造でかつ耐久性に優れた歪み検出装置を提供することを課題とする。また、本発明は、１本のトーションバーでありながら、各端部を、負荷によるねじりトルクを受け得るように任意の部材へ連結される連結端として用いることができると共に、前記歪み検出装置に用いる磁性棒部材として適するトーションバーを提供することを課題とする。

上記した課題を解決するため、本発明は、少なくとも一端が負荷によるねじりトルクを受け得るように連結される磁性棒部材を備え、該ねじりトルクによって該磁性棒部材が受ける歪みを検出する歪み検出装置であって、前記磁性棒部材が一端から他端まで同じ断面形状で形成されていると共に、長手方向に沿った一部分に前記ねじりトルクによるねじれが長手方向に沿った他の部分と比較して相対的に小さくなるように形成した基準部が設けられており、前記基準部に隣接するねじれ部と前記基準部とに、励磁コイルによって励磁される第１及び第２のピックアップコイルがそれぞれ巻回され、前記第１のピックアップコイルと第２のピックアップコイルとの出力値の差分を検出する構成であり、前記磁性棒部材として、長手方向に沿った一部分が所定間隔をおいて焼きなまし処理された焼きなまし部を有し、各焼きなまし部が任意の部材に固定されて固定端となり、各端部が負荷によるねじりトルクを受ける任意の部材に連結される連結端となるトーションバーが用いられ、前記焼きなまし部間が前記基準部なっていることを特徴とする歪み検出装置を提供する。
また、本発明は、前記トーションバーの各焼きなまし部が、溶接により前記任意の部材に固定されている前記歪み検出装置を提供する。
また、本発明は、前記トーションバーが、自動車用シートのクッション材を支持するバネ材として用いられる前記歪み検出装置を提供する。

本発明は、磁性棒部材が一端から他端まで同じ断面形状で形成されていると共に、長手方向に沿った一部分にねじりトルクによるねじれが長手方向に沿った他の部分と比較して相対的に小さくなるように形成した基準部が設けられた構成である。このため、ねじりトルクが加わった際には、基準部に隣接するねじれ部はねじられるが、基準部にはねじれが生じない。従って、ねじれ部に巻回される第１のピックアップコイルからの出力電圧と、基準部に巻回される第２のピックアップコイルからの出力電圧との差分をとることによりねじりトルクを算出できる。すなわち、従来のように磁性棒部材に非磁性材等を付設する必要がなく、ピックアップコイルや励磁コイルを除いては磁性棒部材のみで構成できるため、構造が簡易であると共に耐久性にも優れている。
また、基準部は、当該基準部を形成する部位に対して熱処理及び歪み変形を施した後、急冷し、微細化された再結晶粒組織となるようにして形成すると、簡易に形成できるため好ましい。
また、磁性棒部材としてトーションバーを用いる一方で、その中途に焼きなまし処理を施すことによっても、基準部を容易に設定できる。この場合、トーションバーは、自動車用シートのクッション材を支持するバネ材等の種々の用途に適用可能であり、焼きなまし処理により基準部を形成することで、１本のトーションバーでありながら、トーションバー本来の機能であるバネ材としての機能のほかに、シートに加わる負荷による荷重の変動、あるいは、シートに加わる振動による変動などを検出する検出装置としての機能を併せ持つことになる。
また、トーションバーの長手方向中途に焼きなまし処理した部位を形成することにより、該焼きなまし処理した部位をシートのフレーム材などへ固定するための固定部として利用できる。従来、トーションバーは、焼結や機械加工などで作られた固定用ブッシュを用いて一端を固定し、他端を、ねじりトルクを受ける連結端として使用しており、例えば、対面配置されたシートのフレーム材のそれぞれについて、トーションバーのバネ特性を機能させようとする場合には、２本のトーションバーを必要とする。しかしながら、本発明によれば、長手方向中途に、固定部として機能させることができる焼きなまし処理した部位を形成することにより、１本のトーションバーでありながら、例えば、上記のように対面配置されたフレーム材に各端部を連結することで、両端を、ねじりトルクを受ける連結端として機能させることができる。このため、部品点数の低減が図れ、トーションバーを利用するシートなどのコストの低減を図ることができる。

以下、図面に示した実施形態に基づき本発明をさらに詳細に説明する。図１〜図２は、本発明の一の実施形態に係る歪み検出装置１を説明するための図である。

この歪み検出装置１は、一端１０ａが固定され、他端１０ｂが負荷によるねじりトルクを受け得るように連結された鉄やバネ鋼等からなる所定の弾性を備えた磁性棒部材１０を備えてなる。例えば、自動車用のシートのシートクッションを支持するフレーム材の一部にこの磁性棒部材１０を用い、一端１０ａを任意のフレーム材に固定し、他端１０ｂを、シートクッションに人が着座したり、上下振動が付与されたりすると回転方向に変位するフレーム材に連結して配設する。

また、磁性棒部材１０は、一端１０ａから他端１０ｂまで断面形状が同じに形成されている。これにより、一端から他端までのいずれの部位においても基本的な磁気特性が一定となる。

そして、本実施形態においては、磁性棒部材１０の長手方向の一部分に所定の長さで基準部１１を形成しており、基準部１１に隣接して他端１０ｂ側に位置する部位がねじれ部１２となっている。基準部１１は、ねじれ部１２よりも相対的に弾性変形しにくい部位である。磁性棒部材１０は、一端１０ａを固定して他端１０ｂがねじりトルクを受けた場合には、一端１０ａを基端としてねじられることになるが、この際、基準部１１を境として、他端１０ｂ側の上記ねじれ部１２と、一端１０ａ側に位置する他のねじれ部１３との２つのねじれ部１２，１３はねじられるが、その間に位置する基準部１１にねじれは発生せず、基準部１１はその長手方向全体が同量回転するだけである。従って、他端１０ｂ側のねじれ部１２は、基準部１１との境界部１１ａからねじられることになる。この結果、磁性棒部材１０に対してねじりトルクが付加された際のねじれ部１２における磁気特性の変化と基準部１１における磁気特性の変化との間に差が生じることになる。

基準部１１を形成する手段としては、当該部位の金属組織を微細化して再結晶化させる手段が挙げられる。例えば、当該部位を、高周波コイルにより局所的に加熱し、磁性棒部材１０の一端１０ａ及び他端１０ｂを相対的に逆方向に回転させた後、急冷する。これにより加熱部のみにねじり変形が集中し、当該部分の金属組織が微細化されて再結晶化される。

ねじれ部１２の周囲には第１のピックアップコイル２０が巻回され、基準部１１の周囲には第２のピックアップコイル２１が巻回されている。これらのピックアップコイル２０，２１は、磁性棒部材１０に巻回される励磁コイル３０により励磁され、磁気特性に応じた電圧値を出力する。

本実施形態によれば、磁性棒部材１０の他端１０ｂ側にねじりトルクが付与されると、図２に示したように、ねじれ部１２が基準部１１との境界部１１ａから所定量ねじられる一方で、基準部１１が形成されている範囲ではねじれが発生しない。このため、交流電源から励磁コイル３０に誘導電流を流すと、他に何らの部材も付設されていない磁性棒部材１０を用いていながら、ねじれ部１２の周囲では磁気特性が変化する一方で、基準部１１の周囲では磁気特性が変化しないため、第１のピックアップコイル２０の出力電圧と第２のピックアップコイル２１の出力電圧との間に確実に差が生じ、その差分によりねじりトルクを正確に算出できる。

図３〜図４は、本発明の他の実施形態を示す図である。本実施形態においては磁性棒部材１００としてトーションバーを用いた態様である。トーションバーはそれ自身が焼き入れされているため、本実施形態では、長手方向の一部分であって、所定間隔をおいて２箇所に焼きなまし処理を行った焼きなまし部１０１，１０２を形成している。焼きなまし部１０１，１０２を形成することにより、該焼きなまし部１０１，１０２を任意の部材に固定すれば、焼きなまし部１０１，１０２の外側の部位はねじれ部１１０，１１１となってねじられる一方で、２つの焼きなまし部１０１，１０２の間の部位は、ねじり方向に変形しない基準部１２０となる。焼きなまし部１０１，１０２を任意の部材に固定する場合には、例えば、焼きなまし部１０１，１０２を、任意の支持フレーム１０３に溶接などにより固着し、該支持フレーム１０３を自動車用シートの任意のフレーム材１０４に固定する。なお、上記実施形態と同様に、第１及び第２のピックアップコイル２１０，２２０が、いずれか一方のねじれ部１１０，１１１と基準部１２０にそれぞれ巻回され、トーションバーの他の部位には、励磁コイル２３０が巻回される。

本実施形態においても、少なくとも一方のねじれ部１１０，１１１にねじりトルクが加わった際には、該ねじれ部１１０，１１１が焼きなまし部１０１，１０２との境界部１０１ａ，１０２ａから所定の角度θねじられ（図４参照）、基準部１２０ではねじれが生じない。従って、２つのピックアップコイル２１０，２２０の出力値に差が生じるため、１本のトーションバーを用いているに過ぎないにも拘わらず、ねじりトルクを検出することができる。また、本実施形態においては、トーションバーを用いることができるため、自動車用シートのクッション材のバネ材等、バネ機能が重視される用途において通常のトーションバーと同様に用いることができ、種々の用途への活用が期待できる。
なお、図３及び図４においては、焼きなまし部１０１，１０２を所定間隔をおいて形成し、その間の部位を基準部１２０としているが、焼きなまし部の形成範囲を長くし、該焼きなまし部自体を基準部として構成することも可能である。

また、図３及び図４に示した磁性棒部材１００としてのトーションバーは、長手方向中途に焼きなまし部１０１，１０２が形成されている。このため、焼きなまし部１０１，１０２に支持フレーム１０３を溶接することができる。この結果、該焼きなまし部１０１，１０２は、トーションバーの固定端となり、その両側の各ねじれ部１１０，１１１の各端部１１０ａ，１１１ａを、例えば、自動車用シートのクッションフレームにおいて、回転方向に可動に支持されたフレーム材に連結することにより、各端部１１０ａ，１１１ａをねじりトルクを受ける連結端として機能させることができる。従って、従来であれば、２本のトーションバーを配設する必要があった部位において、１本のトーションバーで同様の機能を持たせることができ、部品点数の低減、コストの低減を図ることができる。また、従来は、小判型か星型のような回り止めを施した固定端が必要であり、これに嵌合する回り止めブッシュを設けて固定端を支持していたが、焼きなまし部１０１，１０２は、例えば、クッションフレームを構成する後部フレーム材などに直接、溶接等により固定することができ、構造が簡素化される。さらに、小判型や星型などの回り止めを形成するためのトーションバー端部の形状差が断面係数の急変をもたらし、高荷重が負荷された際の破断の要因にもなっていたが、本実施形態の構造では断面係数が急変しないため、構造上のウイークポイントがなくなる。
すなわち、図３及び図４に示した磁性棒部材１００としてのトーションバーは、ピックアップコイルや励磁コイルを用いることで、簡易な構成の歪み検出装置を構成するものとして好適であるものの、ピックアップコイル等を使用せず、トーションバー単体で用いた場合でも、上記のように２本のトーションバーの機能を１本で果たすことができる等の特徴を有する。

図１は、本発明の一の実施形態にかかる歪み検出装置の概略構成を示す図である。 図２は、上記実施形態にかかる歪み検出装置の作用を説明するための図である。 図３は、本発明の他の実施形態にかかる歪み検出装置の概略構成を示す図である。 図４は、上記他の実施形態にかかる歪み検出装置の作用を説明するための図である。

符号の説明

１ 歪み検出装置
１０，１００ 磁性棒部材
１１，１２０ 基準部
１２，１１０，１１１ ねじれ部
２０，２１０ 第１のピックアップコイル
２１，２２０ 第２のピックアップコイル
３０，２３０ 励磁コイル

Claims (3)

1. 少なくとも一端が負荷によるねじりトルクを受け得るように連結される磁性棒部材を備え、該ねじりトルクによって該磁性棒部材が受ける歪みを検出する歪み検出装置であって、
   前記磁性棒部材が一端から他端まで同じ断面形状で形成されていると共に、長手方向に沿った一部分に前記ねじりトルクによるねじれが長手方向に沿った他の部分と比較して相対的に小さくなるように形成した基準部が設けられており、
   前記基準部に隣接するねじれ部と前記基準部とに、励磁コイルによって励磁される第１及び第２のピックアップコイルがそれぞれ巻回され、
   前記第１のピックアップコイルと第２のピックアップコイルとの出力値の差分を検出する構成であり、
   前記磁性棒部材として、長手方向に沿った一部分が所定間隔をおいて焼きなまし処理された焼きなまし部を有し、各焼きなまし部が任意の部材に固定されて固定端となり、各端部が負荷によるねじりトルクを受ける任意の部材に連結される連結端となるトーションバーが用いられ、前記焼きなまし部間が前記基準部なっていることを特徴とする歪み検出装置。
2. 前記トーションバーの各焼きなまし部は、溶接により前記任意の部材に固定されている請求項１記載の歪み検出装置。
3. 前記トーションバーは、自動車用シートのクッション材を支持するバネ材として用いられるものである請求項１又は２記載の歪み検出装置。

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