JP5315148B2 - Magnetostrictive load sensor and moving body having the same - Google Patents

Magnetostrictive load sensor and moving body having the same Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: a highly reliable magnetostrictive load sensor capable of detecting both compressive force and tensile force; and a moving object equipped therewith. <P>SOLUTION: The magnetostrictive load sensor includes: a coil; a load detecting member inserted through a through-hole of the coil; a magnetic circuit forming member that forms a magnetic circuit and has a first portion which forms the magnetic circuit and a second portion provided in such a manner as to protrude from the first portion out of the magnetic circuit; a load transmitting member that transmits externally-applied compressive force and tensile force to the load detecting member; and a limiting member by which a relative change in position of the load detecting member along the central axis with respect to the magnetic circuit forming member is limited in such a range that the load transmitting member does not make contact with the first portion of the magnetic circuit forming member. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、磁歪効果を用いて荷重を電磁気的に検出する磁歪式荷重センサおよびそれを備えた移動体に関する。   The present invention relates to a magnetostrictive load sensor that electromagnetically detects a load using a magnetostrictive effect and a movable body including the magnetostrictive load sensor.

自動二輪車や水上バイク、電動自転車等の各種移動体に用いられる荷重センサには小型化が要求される。小型の荷重センサとして、磁歪式荷重センサが実用化されている。磁歪式荷重センサは、荷重が加えられる部材の磁気特性の変化を電圧の変化に変換し、その電圧の変化に基づいて荷重を検出する。   Miniaturization is required for load sensors used in various moving bodies such as motorcycles, water bikes, and electric bicycles. A magnetostrictive load sensor has been put to practical use as a small load sensor. The magnetostrictive load sensor converts a change in magnetic characteristics of a member to which a load is applied into a change in voltage, and detects the load based on the change in voltage.

圧縮荷重だけでなく引っ張り荷重も検出することができる磁歪式荷重センサが、特許文献1に開示されている。図26に、特許文献1の磁歪式荷重センサ1200を示す。荷重センサ1200は、固定台1202上に設置されたホルダ1203内に上下動可能に配置されている。   A magnetostrictive load sensor capable of detecting not only a compressive load but also a tensile load is disclosed in Patent Document 1. FIG. 26 shows a magnetostrictive load sensor 1200 disclosed in Patent Document 1. The load sensor 1200 is disposed in a holder 1203 installed on the fixed base 1202 so as to be movable up and down.

荷重センサ1200は、検出ロッド1208と、検出ロッド1208を磁化するためのコイル(不図示)と、これらを収容するケース1207とを有する。検出ロッド1208の上端は、ケース1207の上端から上方へ突出している。   The load sensor 1200 includes a detection rod 1208, a coil (not shown) for magnetizing the detection rod 1208, and a case 1207 for housing these. The upper end of the detection rod 1208 protrudes upward from the upper end of the case 1207.

ホルダ1203の内周面には、フランジ状のストッパ部1203aが形成されており、このストッパ部1203aよりも下方に荷重センサ1200が配置されている。また、ストッパ部1203aよりも上方には、ロッド1209が配置されている。ロッド1209の上端部は、ホルダ1203から突出しており、ジョイント1210と接合されている。   A flange-shaped stopper portion 1203a is formed on the inner peripheral surface of the holder 1203, and a load sensor 1200 is disposed below the stopper portion 1203a. Further, a rod 1209 is disposed above the stopper portion 1203a. The upper end of the rod 1209 protrudes from the holder 1203 and is joined to the joint 1210.

荷重センサ1200は、ホルダ1203内の下部に設けられた第1のばね1205によって上方に付勢されている。また、ロッド1209は、ホルダ1203内の上部に設けられた第2のばね1206によって下方に付勢されており、ロッド1209の下端は、スペーサ1211を介して検出ロッド1208の上端に当接して検出ロッド1208を下方へ押圧している。   The load sensor 1200 is urged upward by a first spring 1205 provided at a lower portion in the holder 1203. The rod 1209 is urged downward by a second spring 1206 provided at the upper part in the holder 1203, and the lower end of the rod 1209 abuts on the upper end of the detection rod 1208 via the spacer 1211. The rod 1208 is pressed downward.

第1のばね1205のセット荷重P1は、第2のばね1206のセット荷重P2よりも大きく設定されている(つまりP1>P2)。そのため、ロッド1209に外部荷重が印加されていない状態(無荷重状態)では、荷重センサ1200は、図示しているように、そのケース1207の上面がストッパ部1203aの下面に当接して静止している。従って、無荷重状態では、荷重センサ1200の検出ロッド1208には第2のばね1206のセット荷重P2が圧縮力として作用している。   The set load P1 of the first spring 1205 is set larger than the set load P2 of the second spring 1206 (that is, P1> P2). Therefore, in a state where no external load is applied to the rod 1209 (no load state), the load sensor 1200 is stationary with the upper surface of the case 1207 in contact with the lower surface of the stopper portion 1203a as shown in the figure. Yes. Therefore, in the no-load state, the set load P2 of the second spring 1206 acts as a compressive force on the detection rod 1208 of the load sensor 1200.

上記の構成を有する荷重センサ1200では、第2のばね1206による予荷重が圧縮荷重として常に検出ロッド1208に与えられている。ロッド1209に外部から圧縮方向の荷重が加えられると、検出される圧縮荷重が増加する。一方、ロッド1209に外部から引っ張り方向の荷重が加えられると、検出される圧縮荷重が減少する。つまり、この荷重センサ1200では、ロッド1209に外部から加えられる圧縮力は、検出ロッド1208に作用する圧縮荷重の増加分として検出され、ロッド1209に外部から加えられる引っ張り力は、検出ロッド1208に作用する圧縮荷重の減少分として検出される。このように、特許文献1の荷重センサ1200は、圧縮力と引っ張り力の両方を検出することができる。   In the load sensor 1200 having the above configuration, the preload by the second spring 1206 is always applied to the detection rod 1208 as a compression load. When a load in the compression direction is applied to the rod 1209 from the outside, the detected compression load increases. On the other hand, when a load in the pulling direction is applied to the rod 1209 from the outside, the detected compressive load decreases. That is, in this load sensor 1200, the compression force applied to the rod 1209 from the outside is detected as an increase in the compression load acting on the detection rod 1208, and the tensile force applied to the rod 1209 from the outside acts on the detection rod 1208. It is detected as a decrease in the compression load. Thus, the load sensor 1200 of Patent Document 1 can detect both the compressive force and the tensile force.

しかしながら、特許文献1の荷重センサ1200では、予荷重を加える必要があるので、検出に使用できる荷重域が約半分になってしまうという問題があった。また、一般的に、ばねには弾性率の製造ばらつきが10〜20%程度存在するので、セット荷重をセンサごとに調整する必要があり、製造コスト上昇の原因となっていた。さらに、ばねのへたりに起因する予荷重の経時変化により、ゼロ点出力の変動が生じるという問題もあった。   However, in the load sensor 1200 of Patent Document 1, since it is necessary to apply a preload, there is a problem that the load range that can be used for detection is reduced to about half. In general, the spring has a manufacturing variation of about 10 to 20% in the elastic modulus. Therefore, it is necessary to adjust the set load for each sensor, which causes an increase in manufacturing cost. Furthermore, there has been a problem that the zero point output fluctuates due to a change in preload due to the spring sag.

特許文献2には、圧縮力および引っ張り力を検出することができ、且つ、予荷重を加える必要のない磁歪式荷重センサが開示されている。図27に、特許文献2の磁歪式荷重センサ1300を示す。   Patent Document 2 discloses a magnetostrictive load sensor that can detect a compressive force and a tensile force and does not need to apply a preload. FIG. 27 shows a magnetostrictive load sensor 1300 disclosed in Patent Document 2.

荷重センサ1300は、コイル1310、磁気回路形成部材1330、棒状部材1320、2つの荷重伝達部材1340a、1340bおよびハウジング1350を備える。   The load sensor 1300 includes a coil 1310, a magnetic circuit forming member 1330, a rod-like member 1320, two load transmission members 1340a and 1340b, and a housing 1350.

コイル1310は、ボビン1311および導線1312から構成されている。ボビン1311の軸心には貫通孔1310hが形成されている。導線1312は、ボビン1311に巻回されている。   The coil 1310 includes a bobbin 1311 and a conducting wire 1312. A through hole 1310 h is formed in the axial center of the bobbin 1311. The conducting wire 1312 is wound around the bobbin 1311.

磁気回路形成部材1330は、円筒状の第1のケーシング部材1331と、略円盤形状の第2のケーシング部材1332から構成されている。第1のケーシング部材1331および第2のケーシング部材1332は、磁性材料から形成されており、荷重センサ1300の動作時において、磁気回路として機能する。   The magnetic circuit forming member 1330 includes a cylindrical first casing member 1331 and a substantially disc-shaped second casing member 1332. The first casing member 1331 and the second casing member 1332 are made of a magnetic material, and function as a magnetic circuit when the load sensor 1300 operates.

第1のケーシング部材1331内に環状の弾性部材1319を介してコイル1310が挿入されている。第1のケーシング部材1331の端部に第2のケーシング部材1332が例えば圧入により結合されている。   A coil 1310 is inserted into the first casing member 1331 via an annular elastic member 1319. A second casing member 1332 is coupled to the end of the first casing member 1331 by, for example, press fitting.

第1のケーシング部材1331の一端面の中央には円形の開口部1331hが形成されており、第2のケーシング部材1332の中央には円形の開口部1332hが形成されている。開口部1331hおよび1332hには、それぞれスペーサSPが取り付けられている。   A circular opening 1331 h is formed at the center of one end surface of the first casing member 1331, and a circular opening 1332 h is formed at the center of the second casing member 1332. Spacers SP are attached to the openings 1331h and 1332h, respectively.

貫通孔1310h、開口部1331hおよび1332hに円柱状の棒状部材1320が挿入されている。棒状部材1320は、磁性材料から形成されているので、荷重センサ1300の動作時において、コイル1310によって磁化される。   A cylindrical rod-shaped member 1320 is inserted into the through-hole 1310h and the openings 1331h and 1332h. Since the rod-shaped member 1320 is made of a magnetic material, it is magnetized by the coil 1310 when the load sensor 1300 is operated.

棒状部材1320の一端部1320aは開口部1332hから突出しており、棒状部材1320の他端部1320bは開口部1331hから突出している。棒状部材1320は、荷重伝達部材1340aおよび1340bによって支持されている。   One end 1320a of the rod-shaped member 1320 protrudes from the opening 1332h, and the other end 1320b of the rod-shaped member 1320 protrudes from the opening 1331h. The rod-shaped member 1320 is supported by load transmission members 1340a and 1340b.

荷重伝達部材1340aおよび1340bは、それぞれ円柱形状を有する。また、荷重伝達部材1340aおよび1340bの一端面の中央には、それぞれ円形の凹部1343aおよび1343bが形成されている。棒状部材1320の一端部1320aが荷重伝達部材1340aの凹部1343aに挿入され、棒状部材1320と荷重伝達部材1340aとが接合されている。また、棒状部材1320の他端部1320bが荷重伝達部材1340bの凹部1343bに挿入され、棒状部材1320と荷重伝達部材1340bとが接合されている。   Each of the load transmission members 1340a and 1340b has a cylindrical shape. In addition, circular recesses 1343a and 1343b are formed at the centers of the one end surfaces of the load transmitting members 1340a and 1340b, respectively. One end portion 1320a of the rod-shaped member 1320 is inserted into the recess 1343a of the load transmission member 1340a, and the rod-shaped member 1320 and the load transmission member 1340a are joined. Further, the other end portion 1320b of the rod-shaped member 1320 is inserted into the concave portion 1343b of the load transmission member 1340b, and the rod-shaped member 1320 and the load transmission member 1340b are joined.

ハウジング1350は、円筒状の第1のハウジング1351と、略円盤状の第2のハウジング1352とを含む。コイル1310、磁気回路形成部材1330、棒状部材1320および荷重伝達部材1340aおよび1340bが第1のハウジング1351内に収容されている。第1のハウジング1351と第2のハウジング1352とは複数のボルト1359によって結合されている。   The housing 1350 includes a cylindrical first housing 1351 and a substantially disk-shaped second housing 1352. A coil 1310, a magnetic circuit forming member 1330, a rod-like member 1320, and load transmission members 1340 a and 1340 b are accommodated in the first housing 1351. The first housing 1351 and the second housing 1352 are coupled by a plurality of bolts 1359.

第1のハウジング1351および第2のハウジング1352には、弾性力を有する樹脂等からなる複数のOリングO1〜O4が取り付けられている。第1のハウジング1351の端面の中央には、円形の開口部1351hが形成されており、荷重伝達部材1340bは、開口部1351h内でOリングO1によって支持されている。また、第2のハウジング1352の中央には、円形の開口部1352hが形成されており、荷重伝達部材1340aは、開口部1352h内でOリングO4によって支持されている。   A plurality of O-rings O1 to O4 made of an elastic resin or the like are attached to the first housing 1351 and the second housing 1352. A circular opening 1351h is formed at the center of the end surface of the first housing 1351, and the load transmission member 1340b is supported by the O-ring O1 in the opening 1351h. A circular opening 1352h is formed at the center of the second housing 1352, and the load transmission member 1340a is supported by the O-ring O4 in the opening 1352h.

荷重伝達部材1340aおよび1340bのそれぞれには、棒状部材1320の軸上で荷重センサ1300の外方へ延びるように荷重伝達軸1341aおよび1341bが一体形成されている。さらに、荷重伝達軸1341aおよび1341bのそれぞれの端部には、環状部材1342aおよび1342bが一体形成されている。   Each of the load transmission members 1340a and 1340b is integrally formed with load transmission shafts 1341a and 1341b so as to extend outward of the load sensor 1300 on the axis of the rod-shaped member 1320. Further, annular members 1342a and 1342b are integrally formed at the respective ends of the load transmission shafts 1341a and 1341b.

棒状部材1320の軸上で2つの環状部材1342aおよび1342bの間に圧縮荷重(方向J1の荷重)が加わると、荷重伝達部材1340aおよび1340bを介して棒状部材1320に圧縮力が作用する。また、棒状部材1320の軸上で2つの環状部材1342aおよび1342bの間に引っ張り荷重(方向J2の荷重)が加わると、荷重伝達部材1340aおよび1340bを介して棒状部材1320に引っ張り力が作用する。   When a compressive load (a load in the direction J1) is applied between the two annular members 1342a and 1342b on the shaft of the rod-shaped member 1320, a compressive force acts on the rod-shaped member 1320 via the load transmitting members 1340a and 1340b. Further, when a tensile load (a load in the direction J2) is applied between the two annular members 1342a and 1342b on the axis of the rod-shaped member 1320, a tensile force acts on the rod-shaped member 1320 via the load transmitting members 1340a and 1340b.

棒状部材1320に圧縮力または引っ張り力が作用すると、逆磁歪効果により棒状部材1320の透磁率が変化し、コイル1310、磁気回路形成部材1330および棒状部材1320から構成されるセンサ構成部のインピーダンスが変化する。その結果、コイル1310に発生する誘導起電力(電圧)が変化する。この電圧変化を、周辺回路によって検出することによって、圧縮荷重および引っ張り荷重の両方を検出することができる。   When compressive force or tensile force is applied to the rod-shaped member 1320, the magnetic permeability of the rod-shaped member 1320 changes due to the inverse magnetostrictive effect, and the impedance of the sensor component composed of the coil 1310, the magnetic circuit forming member 1330, and the rod-shaped member 1320 changes. To do. As a result, the induced electromotive force (voltage) generated in the coil 1310 changes. By detecting this voltage change by the peripheral circuit, it is possible to detect both the compressive load and the tensile load.

上述した特許文献2の磁歪式荷重センサ1300は、予荷重を加える必要がないので、使用可能な荷重域を広く取ることができる。   Since the magnetostrictive load sensor 1300 of Patent Document 2 described above does not need to be preloaded, it can take a wide usable load range.

特開2003−57127号公報JP 2003-57127 A 国際公開第2007/004472号パンフレットInternational Publication No. 2007/004472 Pamphlet

しかしながら、本願発明者の検討によれば、特許文献2の磁歪式荷重センサ1300には、以下のような問題が発生することがわかった。   However, according to the study of the present inventor, it has been found that the following problems occur in the magnetostrictive load sensor 1300 of Patent Document 2.

圧縮力および引っ張り力の両方を検出できる荷重センサは、ハウジングを移動体本体に据え付けない状態でも好適に使用できることが好ましい。ハウジングを移動体本体に据え付けてしまうと、荷重センサ自体が変位できないためにその用途が制限されるからである。   It is preferable that the load sensor capable of detecting both the compressive force and the tensile force can be suitably used even when the housing is not installed on the movable body. This is because if the housing is installed on the moving body, the load sensor itself cannot be displaced, so that its use is limited.

しかしながら、特許文献2の荷重センサ1300では、荷重伝達部材1340aおよび1340bがOリングO1およびO4の弾性力のみによって支持されているので、荷重伝達部材1340aおよび1340bによって支持されている棒状部材1320の磁気回路形成部材1330に対する相対位置が変化することがある。例えば、棒状部材1320の中心軸方向に移動体が移動しているときに移動体が急停止すると、環状部材1342aおよび1342bを介して荷重センサ1300の外部に連結された荷重伝達部材1340aおよび1340bと棒状部材1320とが移動を停止するのに対し、ハウジング1350およびハウジング1350で支持されている磁気回路形成部材1330は慣性で移動を続ける。そのため、棒状部材1320の磁気回路形成部材1330に対する相対位置が大きく変化してしまう。棒状部材1320の磁気抵抗は、その部位によって多少異なるので、棒状部材1320の磁気回路形成部材1330に対する相対位置が大きく変化すると、磁気特性が変動し、センサ出力に影響を与えることがある。また、棒状部材1320の相対位置が極端に変化すると、荷重伝達部材1340aまたは1340bが磁気回路形成部材1330に接触し、正確な荷重検出が妨げられることがある。   However, in the load sensor 1300 of Patent Document 2, since the load transmission members 1340a and 1340b are supported only by the elastic force of the O-rings O1 and O4, the magnetic force of the rod-like member 1320 supported by the load transmission members 1340a and 1340b. The relative position with respect to the circuit forming member 1330 may change. For example, when the moving body suddenly stops when the moving body is moving in the central axis direction of the rod-shaped member 1320, the load transmitting members 1340a and 1340b connected to the outside of the load sensor 1300 via the annular members 1342a and 1342b While the rod-shaped member 1320 stops moving, the housing 1350 and the magnetic circuit forming member 1330 supported by the housing 1350 continue to move due to inertia. Therefore, the relative position of the rod-shaped member 1320 with respect to the magnetic circuit forming member 1330 changes greatly. Since the magnetic resistance of the rod-shaped member 1320 differs somewhat depending on the part, if the relative position of the rod-shaped member 1320 with respect to the magnetic circuit forming member 1330 changes greatly, the magnetic characteristics may fluctuate and affect the sensor output. Further, when the relative position of the rod-shaped member 1320 changes extremely, the load transmission member 1340a or 1340b may come into contact with the magnetic circuit forming member 1330, and accurate load detection may be hindered.

上述したように、特許文献2の磁歪式荷重センサ1300は、圧縮力および引っ張り力を検出し得るものの、信頼性に欠ける。   As described above, the magnetostrictive load sensor 1300 of Patent Document 2 can detect the compressive force and the tensile force, but lacks reliability.

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、圧縮力および引っ張り力の両方を検出することができ、且つ、信頼性の高い磁歪式荷重センサおよびそのような磁歪式荷重センサを備えた移動体を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to detect both a compressive force and a tensile force, and to provide a highly reliable magnetostrictive load sensor and such a magnetostrictive load. It is providing the mobile body provided with the sensor.

本発明による磁歪式荷重センサは、貫通孔を有するコイルと、前記貫通孔に挿入された荷重検出部材と、前記コイルに流れる電流により発生した磁束が通過する磁気回路を形成する磁気回路形成部材であって、磁気回路を形成する第1の部分および前記第1の部分から磁気回路よりも外側に延びるように設けられた第2の部分を有する磁気回路形成部材と、外部から印加される圧縮荷重および引っ張り荷重を前記荷重検出部材に伝達する荷重伝達部材と、前記荷重検出部材の、前記磁気回路形成部材に対する中心軸方向に沿った相対的な位置変化を、前記磁気回路形成部材の前記第1の部分に前記荷重伝達部材が接触しない範囲に制限する制限部材と、を備える。   A magnetostrictive load sensor according to the present invention includes a coil having a through hole, a load detection member inserted into the through hole, and a magnetic circuit forming member that forms a magnetic circuit through which a magnetic flux generated by a current flowing through the coil passes. A magnetic circuit forming member having a first part forming a magnetic circuit and a second part provided so as to extend outward from the first part to the magnetic circuit, and a compressive load applied from the outside And a load transmission member that transmits a tensile load to the load detection member, and a relative position change of the load detection member along the central axis direction with respect to the magnetic circuit formation member. And a restricting member that restricts the load transmitting member to a range in which the load transmitting member does not come into contact therewith.

ある好適な実施形態において、前記制限部材は、磁気回路の外側に設けられている。   In a preferred embodiment, the restricting member is provided outside the magnetic circuit.

ある好適な実施形態において、前記荷重検出部材または前記荷重伝達部材は、当該部材の他の部分とは外周形状の異なる異形部を有し、前記制限部材は、前記異形部を係止する係止部を有する。   In a preferred embodiment, the load detecting member or the load transmitting member has a deformed portion having a different outer peripheral shape from other portions of the member, and the restricting member is a lock for locking the deformed portion. Part.

ある好適な実施形態において、前記荷重検出部材の表面は、前記荷重検出部材の内部とは異なる形状磁気異方性を有する。   In a preferred embodiment, the surface of the load detection member has a shape magnetic anisotropy different from the inside of the load detection member.

ある好適な実施形態において、前記荷重検出部材の表面は、前記荷重検出部材の中心軸に対して傾斜した方向に延びるストライプ状の複数の溝、前記荷重検出部材の中心軸に対して傾斜した方向に延びるストライプ状のめっきパターン、または、前記荷重検出部材の中心軸に対して傾斜した方向に延びるストライプ状の複数の磁性薄帯を有する。   In a preferred embodiment, the surface of the load detection member has a plurality of stripe-shaped grooves extending in a direction inclined with respect to the central axis of the load detection member, and a direction inclined with respect to the central axis of the load detection member Or a plurality of stripe-shaped magnetic ribbons extending in a direction inclined with respect to the central axis of the load detection member.

ある好適な実施形態において、前記複数の溝、前記めっきパターンまたは前記複数の磁性薄帯は、前記荷重検出部材の中心軸に直交する方向と14.2°以上65.5°以下の角度をなす。   In a preferred embodiment, the plurality of grooves, the plating pattern, or the plurality of magnetic ribbons form an angle of 14.2 ° or more and 65.5 ° or less with a direction orthogonal to a central axis of the load detection member. .

ある好適な実施形態において、前記荷重伝達部材は、前記荷重検出部材と回転可能に結合された結合部を含む。   In a preferred embodiment, the load transmission member includes a coupling portion rotatably coupled to the load detection member.

ある好適な実施形態において、前記荷重検出部材の前記結合部に接触する端面、または、前記結合部の前記荷重検出部材に接触する端面は、略球面形状を有する。   In a preferred embodiment, an end surface of the load detection member that contacts the coupling portion or an end surface of the coupling portion that contacts the load detection member has a substantially spherical shape.

ある好適な実施形態において、前記結合部は、前記荷重検出部材の一端部に当接する受け部材であり、前記荷重伝達部材は、さらに、前記受け部材を前記荷重検出部材側に付勢する弾性部材を含む。   In a preferred embodiment, the coupling portion is a receiving member that comes into contact with one end of the load detecting member, and the load transmitting member further elastically biases the receiving member toward the load detecting member. including.

ある好適な実施形態において、本発明による磁歪式荷重センサは、前記荷重伝達部材を前記荷重検出部材に対して回転可能に結合する逃げ機構を含む。   In a preferred embodiment, the magnetostrictive load sensor according to the present invention includes a relief mechanism that rotatably couples the load transmission member to the load detection member.

ある好適な実施形態において、前記逃げ機構は、前記荷重検出部材の中心軸と交差する方向に延びる棒状部材と、前記棒状部材が挿入される貫通孔を有する収容部材と、を含み、前記貫通孔の内径は、前記棒状部材の外径よりも大きく、前記棒状部材の外周面と前記収容部材の前記貫通孔の内周面との間で荷重が伝達される。   In a preferred embodiment, the escape mechanism includes a rod-shaped member extending in a direction intersecting with a central axis of the load detection member, and a housing member having a through-hole into which the rod-shaped member is inserted, and the through-hole Is larger than the outer diameter of the rod-shaped member, and a load is transmitted between the outer circumferential surface of the rod-shaped member and the inner circumferential surface of the through hole of the housing member.

ある好適な実施形態において、本発明による磁歪式荷重センサは、前記荷重伝達部材に直接または間接に結合され、前記磁歪式荷重センサを外部と連結するための連結部材をさらに備える。   In a preferred embodiment, the magnetostrictive load sensor according to the present invention further comprises a connecting member coupled directly or indirectly to the load transmitting member and for connecting the magnetostrictive load sensor to the outside.

ある好適な実施形態において、前記連結部材は、球面滑り軸受けを含む。   In a preferred embodiment, the connecting member includes a spherical sliding bearing.

ある好適な実施形態において、本発明による磁歪式荷重センサは、前記コイル、前記荷重検出部材および前記磁気回路形成部材を収容するハウジングをさらに備え、前記ハウジングは、前記磁気回路形成部材の前記第2の部分を保持固定する。   In a preferred embodiment, the magnetostrictive load sensor according to the present invention further comprises a housing that houses the coil, the load detection member, and the magnetic circuit forming member, and the housing is the second of the magnetic circuit forming member. Hold and fix the part.

本発明による移動体は、上記の構成を有する磁歪式荷重センサを備える。   A moving body according to the present invention includes a magnetostrictive load sensor having the above-described configuration.

本発明によると、圧縮力および引っ張り力の両方を検出することができ、且つ、信頼性の高い磁歪式荷重センサが提供される。また、本発明によると、そのような磁歪式荷重センサを備えた移動体が提供される。   According to the present invention, a magnetostrictive load sensor that can detect both compressive force and tensile force and has high reliability is provided. Moreover, according to this invention, the mobile body provided with such a magnetostrictive load sensor is provided.

本発明の好適な実施形態における磁歪式荷重センサ100を模式的に示す図である。It is a figure showing typically magnetostriction type load sensor 100 in a suitable embodiment of the present invention. 本発明の好適な実施形態における磁歪式荷重センサ100を模式的に示す図である。It is a figure showing typically magnetostriction type load sensor 100 in a suitable embodiment of the present invention. (a)および(b)は、本発明の好適な実施形態における磁歪式荷重センサ100aを模式的に示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows typically the magnetostrictive load sensor 100a in suitable embodiment of this invention. (a)および(b)は、棒状部材の一端部と荷重伝達部材との結合構造を模式的に示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows typically the connection structure of the one end part of a rod-shaped member, and a load transmission member. 棒状部材の一端部と荷重伝達部材との結合構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the connection structure of the one end part of a rod-shaped member, and a load transmission member. 棒状部材の一端部と荷重伝達部材との結合構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the connection structure of the one end part of a rod-shaped member, and a load transmission member. ハウジングの具体的な構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the specific structure of a housing. 棒状部材の好ましい構造の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the preferable structure of a rod-shaped member. (a)〜(c)は、棒状部材の表面に設けられる斜め溝の断面形状の例を示す図である。(A)-(c) is a figure which shows the example of the cross-sectional shape of the diagonal groove | channel provided in the surface of a rod-shaped member. (a)および(b)は、荷重(N)とセンサ感度(ΔZ/Z0)との関係を示すグラフである。(a)は、棒状部材の表面に斜め溝を設けない場合に対応し、(b)は、棒状部材の中心軸に直交する方向とのなす角度θが30°となるように斜め溝を設けた場合に対応する。(A) And (b) is a graph which shows the relationship between a load (N) and sensor sensitivity ((DELTA) Z / Z0). (A) corresponds to the case where no oblique groove is provided on the surface of the rod-like member, and (b) is provided with an oblique groove so that the angle θ formed with the direction perpendicular to the central axis of the rod-like member is 30 °. Corresponds to the case. 斜め溝が設けられていない場合の棒状部材の磁化方向を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the magnetization direction of the rod-shaped member in case the diagonal groove | channel is not provided. 斜め溝が設けられている場合の棒状部材の磁化方向を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the magnetization direction of a rod-shaped member in case an oblique groove is provided. (a)および(b)は、斜め溝の角度θ(°)とセンサ感度(ΔZ/Z0)との関係を示すグラフである。(A) And (b) is a graph which shows the relationship between angle (theta) (degree) of a diagonal groove | channel, and sensor sensitivity ((DELTA) Z / Z0). (a)および(b)は、棒状部材の好ましい構造の一例を示す側面図である。(A) And (b) is a side view which shows an example of the preferable structure of a rod-shaped member. 本発明の好適な実施形態における磁歪式荷重センサ100bを模式的に示す図である。It is a figure showing typically magnetostriction type load sensor 100b in a suitable embodiment of the present invention. (a)および(b)は、本発明の好適な実施形態における磁歪式荷重センサ100cを模式的に示す断面図である。(A) And (b) is sectional drawing which shows typically the magnetostrictive load sensor 100c in suitable embodiment of this invention. 棒状部材の他端部と荷重伝達部材との結合構造を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the connection structure of the other end part of a rod-shaped member, and a load transmission member. (a)および(b)は、本発明の好適な実施形態における磁歪式荷重センサ100dを模式的に示す側面図である。(A) And (b) is a side view which shows typically the magnetostrictive load sensor 100d in suitable embodiment of this invention. 磁歪式荷重センサ100dが備える第1、第2および第3の接続部材を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the 1st, 2nd and 3rd connection member with which the magnetostrictive load sensor 100d is provided. 磁歪式荷重センサ100dが備える第1、第2および第3の接続部材を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the 1st, 2nd and 3rd connection member with which the magnetostrictive load sensor 100d is provided. (a)および(b)は、第1の接続部材、第2の接続部材および第3の接続部材と棒状部材との結合手順を説明するための図である。(A) And (b) is a figure for demonstrating the coupling | bonding procedure of a 1st connection member, a 2nd connection member, a 3rd connection member, and a rod-shaped member. (a)および(b)は、第1の接続部材、第2の接続部材および第3の接続部材と棒状部材との結合手順を説明するための図である。(A) And (b) is a figure for demonstrating the coupling | bonding procedure of a 1st connection member, a 2nd connection member, a 3rd connection member, and a rod-shaped member. 磁歪式荷重センサ100dが備える第1、第2および第3の接続部材を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the 1st, 2nd and 3rd connection member with which the magnetostrictive load sensor 100d is provided. 磁歪式荷重センサ100を用いた荷重検出回路600の概略構成を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a schematic configuration of a load detection circuit 600 using a magnetostrictive load sensor 100. FIG. 磁歪式荷重センサ100aを備えたシフト荷重検出装置700を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the shift load detection apparatus 700 provided with the magnetostrictive load sensor 100a. 特許文献1の磁歪式荷重センサ1200を模式的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing a magnetostrictive load sensor 1200 of Patent Document 1. FIG. 特許文献2の磁歪式荷重センサ1300を模式的に示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a magnetostrictive load sensor 1300 of Patent Document 2.

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to the following embodiment.

まず、図1を参照しながら、本実施形態における磁歪式荷重センサ100の基本的な構造を説明する。荷重センサ100は、コイルA、荷重検出部材B、磁気回路形成部材C、2つの荷重伝達部材Da、DbおよびハウジングEを備える。荷重伝達部材DaおよびハウジングEは、後述する「制限部材」としても機能する。   First, the basic structure of the magnetostrictive load sensor 100 according to this embodiment will be described with reference to FIG. The load sensor 100 includes a coil A, a load detection member B, a magnetic circuit forming member C, two load transmission members Da and Db, and a housing E. The load transmission member Da and the housing E also function as a “restriction member” described later.

荷重検出部材Bおよび磁気回路形成部材Cは、磁性材料から形成されている。これに対し、荷重伝達部材Da、DbおよびハウジングEは、非磁性材料から形成されている。   The load detection member B and the magnetic circuit forming member C are made of a magnetic material. On the other hand, the load transmission members Da and Db and the housing E are made of a nonmagnetic material.

磁性材料とは、磁場中に置かれたときに磁気を帯びる性質を有する材料である。磁性材料としては、例えば、鉄系材料、鉄クロム系材料、鉄ニッケル系材料、鉄コバルト系材料、鉄ケイ素系材料、鉄アルミニウム系材料、純鉄、パーマロイまたは超磁歪材料、フェライト系ステンレス(例えばSUS430)が用いられる。磁性材料の磁気の帯びやすさは、透磁率によって表される。例えば、鉄の比透磁率(真空の透磁率に対する透磁率の比)は200である。   A magnetic material is a material having a property of being magnetized when placed in a magnetic field. Examples of magnetic materials include iron-based materials, iron-chromium-based materials, iron-nickel-based materials, iron-cobalt-based materials, iron-silicon-based materials, iron-aluminum-based materials, pure iron, permalloy or giant magnetostrictive materials, and ferrite-based stainless steel (for example, SUS430) is used. The magnetism of a magnetic material is expressed by the magnetic permeability. For example, the relative permeability of iron (the ratio of the permeability to the vacuum permeability) is 200.

また、非磁性材料とは、磁性材料以外の材料であり、典型的には、比透磁率が約1の材料である。非磁性材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス(例えばSUS304)、アルミニウムおよび銅が用いられ、これらの比透磁率は、1〜1.01である。   Further, the nonmagnetic material is a material other than the magnetic material, and is typically a material having a relative permeability of about 1. As the nonmagnetic material, for example, austenitic stainless steel (for example, SUS304), aluminum, and copper are used, and their relative magnetic permeability is 1-1.01.

コイルAは、貫通孔Ahを有する。ここでは図示しないが、コイルAは、複数回巻かれた導線を少なくとも含んでいる。   The coil A has a through hole Ah. Although not shown here, the coil A includes at least a conducting wire wound a plurality of times.

荷重検出部材Bは、棒状の形状を有する。荷重検出部材Bは、コイルAの貫通孔Ahに挿入されている。   The load detection member B has a rod-like shape. The load detection member B is inserted into the through hole Ah of the coil A.

磁気回路形成部材Cは、コイルAに流れる電流により発生した磁束が通過する磁気回路を形成する。磁気回路形成部材Cは、コイルAの外周部および両端部を覆っている。磁気回路形成部材Cの両端面の中央には、それぞれ開口部Chが形成されており、荷重検出部材Bの両端部は開口部Chから突出している。   The magnetic circuit forming member C forms a magnetic circuit through which the magnetic flux generated by the current flowing through the coil A passes. The magnetic circuit forming member C covers the outer peripheral portion and both end portions of the coil A. Openings Ch are formed at the centers of both end surfaces of the magnetic circuit forming member C, and both end portions of the load detection member B protrude from the opening Ch.

荷重伝達部材DaおよびDbは、外部から印加される圧縮荷重および引っ張り荷重を荷重検出部材Bに伝達する。荷重伝達部材DaおよびDbのうちの一方の荷重伝達部材Daは、荷重検出部材Bの一端部に結合されている。また、他方の荷重伝達部材Dbは、荷重検出部材Bの他端部に結合されている。   The load transmitting members Da and Db transmit a compressive load and a tensile load applied from the outside to the load detecting member B. One of the load transmission members Da and Db is coupled to one end of the load detection member B. The other load transmission member Db is coupled to the other end of the load detection member B.

ハウジングEは、コイルA、荷重検出部材Bおよび磁気回路形成部材Cを収容する。   The housing E accommodates the coil A, the load detection member B, and the magnetic circuit forming member C.

荷重伝達部材DaおよびハウジングEは、荷重検出部材Bの磁気回路形成部材Cに対する相対的な位置変化(より具体的には中心軸方向に沿った位置変化)を、磁気回路形成部材Cに荷重伝達部材Da、Dbが接触しない範囲に制限する。図1に示す例では、荷重伝達部材Daが他の部分とは外周形状の異なる異形部Da1を有しており、この異形部Da1がハウジングEの一部(係止部)Eaによって係止されることによって、荷重検出部材Bの位置変化が制限される。   The load transmission member Da and the housing E transmit a relative positional change (more specifically, a positional change along the central axis direction) of the load detection member B to the magnetic circuit forming member C to the magnetic circuit forming member C. It limits to the range which members Da and Db do not contact. In the example shown in FIG. 1, the load transmitting member Da has a deformed portion Da1 having a different outer peripheral shape from other portions, and the deformed portion Da1 is locked by a part (locking portion) Ea of the housing E. As a result, the position change of the load detection member B is limited.

また、図1には示していないが、コイルAから引き出された導線(リード線)は、磁気回路形成部材Cに形成された導線取り出し孔から磁気回路形成部材Cの外部に取り出され、発振回路、電圧検出器(あるいは電流検出器)、整流回路および増幅回路等を含む周辺回路(荷重検出回路)に接続される。   Although not shown in FIG. 1, the conducting wire (lead wire) drawn out from the coil A is taken out of the magnetic circuit forming member C through a conducting wire extraction hole formed in the magnetic circuit forming member C, and the oscillation circuit , Connected to a peripheral circuit (load detection circuit) including a voltage detector (or current detector), a rectifier circuit, an amplifier circuit, and the like.

次に、荷重センサ100の動作を説明する。図示しない周辺回路の発振回路によりリード線を介してコイルAに交流電流が供給され、コイルAが駆動される。このとき、コイルAが励磁コイルとして機能し、荷重検出部材Bが磁化される。また、磁気回路形成部材Cは磁気回路として機能する。   Next, the operation of the load sensor 100 will be described. An alternating current is supplied to the coil A through a lead wire by an oscillation circuit of a peripheral circuit (not shown), and the coil A is driven. At this time, the coil A functions as an exciting coil, and the load detection member B is magnetized. The magnetic circuit forming member C functions as a magnetic circuit.

図2に、荷重センサ100内に形成される磁気回路を模式的に示す。図2においては、コイルAが駆動されたときの磁界の向きが矢印によって示されている。図2からもわかるように、コイルAが駆動されると、閉路をなすような磁束線(磁気回路)が形成される。   FIG. 2 schematically shows a magnetic circuit formed in the load sensor 100. In FIG. 2, the direction of the magnetic field when the coil A is driven is indicated by an arrow. As can be seen from FIG. 2, when the coil A is driven, a magnetic flux line (magnetic circuit) that forms a closed circuit is formed.

荷重センサ100では、荷重伝達部材DaおよびDbが外部から印加される圧縮荷重および引っ張り荷重を荷重検出部材Bに伝達するので、圧縮力および引っ張り力の両方を検出することが可能になる。荷重伝達部材DaおよびDbの間に圧縮荷重が加えられると、その圧縮荷重が荷重検出部材Bの両端部に伝達される。これにより、荷重検出部材Bに圧縮力が作用する。また、荷重伝達部材DaおよびDbの間に引っ張り荷重が加えられると、その引っ張り荷重が荷重検出部材Bの両端部に伝達される。これにより、荷重検出部材Bに引っ張り力が作用する。荷重検出部材Bに圧縮力または引っ張り力が作用すると、逆磁歪効果により荷重検出部材Bの透磁率が変化し、コイルA、荷重検出部材Bおよび磁気回路形成部材Cの集合体(「センサ構成部」と呼ぶ。)のインピーダンスが変化する。その結果、コイルAに発生する誘導起電力(電圧)が変化する。このとき、コイルAは検出コイルとして機能し、コイルAにおける電圧がリード線を介して周辺回路により検出される。検出されたコイルAの電圧変化に基づいて荷重伝達部材DaおよびDbに加えられた荷重が検出される。   In the load sensor 100, since the load transmitting members Da and Db transmit the compressive load and the tensile load applied from the outside to the load detecting member B, both the compressive force and the tensile force can be detected. When a compressive load is applied between the load transmitting members Da and Db, the compressive load is transmitted to both ends of the load detecting member B. Thereby, a compressive force acts on the load detection member B. Further, when a tensile load is applied between the load transmitting members Da and Db, the tensile load is transmitted to both ends of the load detecting member B. Thereby, a tensile force acts on the load detection member B. When compressive force or tensile force acts on the load detection member B, the magnetic permeability of the load detection member B changes due to the inverse magnetostrictive effect, and an assembly of the coil A, the load detection member B, and the magnetic circuit forming member C (“sensor component” The impedance of “.” Is changed. As a result, the induced electromotive force (voltage) generated in the coil A changes. At this time, the coil A functions as a detection coil, and the voltage in the coil A is detected by the peripheral circuit via the lead wire. Based on the detected voltage change of the coil A, the load applied to the load transmitting members Da and Db is detected.

本実施形態における磁歪式荷重センサ100では、特許文献1に開示されている荷重センサ1200のようにばねによる予荷重を加える必要はない。そのため、使用可能な荷重域を広く取ることができる。また、予荷重を与えるためのばねのセット荷重を調整する必要がないし、ばねのへたりに起因する予荷重の経時変化によってゼロ点出力の変動が生じるという問題も発生しない。   In the magnetostrictive load sensor 100 according to this embodiment, unlike the load sensor 1200 disclosed in Patent Document 1, it is not necessary to apply a preload by a spring. Therefore, a usable load range can be widened. Further, it is not necessary to adjust the set load of the spring for applying the preload, and there is no problem that the zero point output fluctuates due to the temporal change of the preload caused by the spring sag.

さらに、本実施形態における荷重センサ100は、荷重検出部材Bの中心軸方向に沿った位置変化(つまり磁気回路形成部材Cに対する相対的な位置の変化)を制限する制限部材を備えている。そのため、荷重検出部材Bの磁気回路形成部材Cに対する相対位置の大きな変化が防止されるので、センサ構成部の磁気特性の変動およびそれに伴うセンサ出力への悪影響を抑制することができる。また、荷重伝達部材DaおよびDbが磁気回路形成部材Cに接触することによる検出不良も防止される。従って、荷重センサ100は、支持部材Eが移動体本体に据え付けられない使用態様においても、信頼性に優れている。   Furthermore, the load sensor 100 in the present embodiment includes a limiting member that limits a change in position of the load detection member B along the central axis direction (that is, a change in position relative to the magnetic circuit forming member C). For this reason, a large change in the relative position of the load detection member B with respect to the magnetic circuit forming member C is prevented, so that it is possible to suppress a change in the magnetic characteristics of the sensor constituent part and the accompanying adverse effects on the sensor output. Further, detection failure due to the load transmission members Da and Db coming into contact with the magnetic circuit forming member C is also prevented. Therefore, the load sensor 100 is excellent in reliability even in a usage mode in which the support member E is not installed on the movable body.

また、制限部材である荷重伝達部材Daおよびハウジング50は、図2からもわかるように、磁気回路の外側に設けられている。このように、制限部材を磁気回路の外側に設けることにより、センサ出力に悪影響を及ぼすことなく(つまり荷重検出部材Bや磁気回路形成部材Cに余分な応力が加えられることなく)荷重検出部材Bの位置変化を制限することができる。   Further, as can be seen from FIG. 2, the load transmission member Da and the housing 50, which are limiting members, are provided outside the magnetic circuit. As described above, by providing the limiting member outside the magnetic circuit, the load detection member B is not adversely affected by the sensor output (that is, no extra stress is applied to the load detection member B or the magnetic circuit forming member C). It is possible to limit the position change of the.

さらに、本実施形態のように、荷重伝達部材Daが異形部Da1を有し、制限部材がこの異形部Da1を係止する係止部Eaを有していると、比較的簡単な構成によって荷重検出部材Bの位置変化をより確実に制限することができる。   Further, when the load transmitting member Da has the deformed portion Da1 and the restricting member has the locking portion Ea for locking the deformed portion Da1 as in the present embodiment, the load can be reduced with a relatively simple configuration. The change in position of the detection member B can be more reliably limited.

なお、本実施形態における磁気回路形成部材Cは、図2に示すように、磁気回路を形成する第1の部分Caと、第1の部分Caから磁気回路よりも外側に延びるように設けられた第2の部分Cbとを有する。以下では、磁気回路を形成する第1の部分Caを「本体部」と呼び、本体部Caから外側に延びる第2の部分Cbを「フランジ部」と呼ぶ。図2では、フランジ部Cbにハッチングを付している。図2に示しているように、ハウジングEは、磁気回路形成部材Cのフランジ部Cbを保持固定する。従って、コイルA、荷重検出部材Bおよび磁気回路形成部材Cを含むセンサ構成部は、磁気回路の外側で支持されている。このように、センサ構成部が磁気回路の外側で支持されていると、センサ出力が振動や衝撃の影響を受けにくい。   In addition, as shown in FIG. 2, the magnetic circuit formation member C in this embodiment was provided so that it might extend outside the magnetic circuit from 1st part Ca which forms a magnetic circuit, and 1st part Ca. And a second portion Cb. Below, the 1st part Ca which forms a magnetic circuit is called a "main-body part", and the 2nd part Cb extended outside from the main-body part Ca is called a "flange part." In FIG. 2, the flange portion Cb is hatched. As shown in FIG. 2, the housing E holds and fixes the flange portion Cb of the magnetic circuit forming member C. Therefore, the sensor component including the coil A, the load detection member B, and the magnetic circuit forming member C is supported outside the magnetic circuit. Thus, if the sensor component is supported outside the magnetic circuit, the sensor output is less susceptible to vibration and impact.

また、磁気回路形成部材Cのフランジ部Cbは、磁気回路の外側に位置しているので、フランジ部Cbに他の部材が接触しても、センサ出力への影響は少ない。そのため、制限部材は、磁気回路形成部材Cの本体部Caに荷重伝達部材DaおよびDbが接触しないように荷重検出部材Bの位置制限を行えば、信頼性を向上する効果が得られる。   Further, since the flange portion Cb of the magnetic circuit forming member C is located outside the magnetic circuit, even if another member contacts the flange portion Cb, the influence on the sensor output is small. Therefore, if the limiting member limits the position of the load detecting member B so that the load transmitting members Da and Db do not contact the main body portion Ca of the magnetic circuit forming member C, an effect of improving the reliability can be obtained.

続いて、制限部材を備える磁歪式荷重センサのより具体的な構造を説明する。   Subsequently, a more specific structure of the magnetostrictive load sensor including the limiting member will be described.

制限部材を備える磁歪式荷重センサの具体的な構造の一例を図3に示す。図3(a)および(b)は、磁歪式荷重センサ100aを模式的に示す断面図であり、いずれも荷重センサ100aの中心軸を通る断面を示している。図3(a)に示されている断面と図3(b)に示されている断面とは、互いに直交する関係にある。   An example of a specific structure of a magnetostrictive load sensor including a limiting member is shown in FIG. 3A and 3B are cross-sectional views schematically showing the magnetostrictive load sensor 100a, both of which show a cross section passing through the central axis of the load sensor 100a. The cross section shown in FIG. 3A and the cross section shown in FIG. 3B are orthogonal to each other.

図3(a)および(b)に示す荷重センサ100aは、コイル10、荷重検出部材20、磁気回路形成部材30、荷重伝達部材40、42およびハウジング50を備えている。後述するように、ハウジング50は、荷重伝達部材40の一部を構成する。また、荷重伝達部材40および42は、制限部材としても機能する。   A load sensor 100 a shown in FIGS. 3A and 3B includes a coil 10, a load detection member 20, a magnetic circuit forming member 30, load transmission members 40 and 42, and a housing 50. As will be described later, the housing 50 constitutes a part of the load transmission member 40. Moreover, the load transmission members 40 and 42 also function as limiting members.

コイル10は、ボビン(巻き枠)11と、ボビン11に巻回された導線12とを含む。ボビン11の軸心には貫通孔が形成されている。コイル10からは、導線12の一部(リード線)12’が引き出されている。   The coil 10 includes a bobbin (winding frame) 11 and a conductive wire 12 wound around the bobbin 11. A through hole is formed in the axial center of the bobbin 11. A part (lead wire) 12 ′ of the conducting wire 12 is drawn out from the coil 10.

荷重検出部材20は、棒状形状を有し、コイル10の貫通孔に挿入されている。以下では、荷重検出部材20を単に棒状部材と呼ぶ。棒状部材20は、より具体的には、略円柱状である。ただし、棒状部材20の一端部20aは、棒状部材20の他の部分とは異なる外周形状を有しており、より具体的には、他の部分よりも大きな外径を有する。つまり、棒状部材20の一端部20aは、他の部分よりも外径が大きい大径部である。棒状部材20は、磁性材料により形成されているので、荷重センサ100aの動作時において、コイル10によって磁化される。   The load detection member 20 has a rod shape and is inserted into the through hole of the coil 10. Hereinafter, the load detection member 20 is simply referred to as a rod-shaped member. More specifically, the rod-shaped member 20 is substantially cylindrical. However, the one end portion 20a of the rod-shaped member 20 has an outer peripheral shape different from other portions of the rod-shaped member 20, and more specifically, has an outer diameter larger than that of the other portions. That is, the one end portion 20a of the rod-shaped member 20 is a large-diameter portion having a larger outer diameter than other portions. Since the rod-shaped member 20 is made of a magnetic material, it is magnetized by the coil 10 during the operation of the load sensor 100a.

磁気回路形成部材30は、外周面および底面を有する略円筒形状の第1ケーシング部材31と、略円盤形状の第2ケーシング部材32とから構成されている。第1ケーシング部材31および第2ケーシング部材32は、それぞれ磁性材料から形成されているので、荷重センサ100aの動作時において、第1ケーシング部材31および第2ケーシング部材32のそれぞれは磁気回路として機能する。ただし、第2ケーシング部材32の外周部分32aは、磁気回路よりも外側に延びており、図2に示したフランジ部Cbに相当する。   The magnetic circuit forming member 30 includes a substantially cylindrical first casing member 31 having an outer peripheral surface and a bottom surface, and a substantially disk-shaped second casing member 32. Since the first casing member 31 and the second casing member 32 are each formed of a magnetic material, each of the first casing member 31 and the second casing member 32 functions as a magnetic circuit when the load sensor 100a is operated. . However, the outer peripheral portion 32a of the second casing member 32 extends outward from the magnetic circuit and corresponds to the flange portion Cb shown in FIG.

第1ケーシング部材31内に、コイル10が挿入されている。第1ケーシング部材31の端部に第2ケーシング部材32が結合されており、第1ケーシング部材31と第2ケーシング部材32とで包囲される空間内に、コイル10が収容されている。第1ケーシング部材31と第2ケーシング部材32との結合は、例えば、圧入によって行われる。   The coil 10 is inserted into the first casing member 31. A second casing member 32 is coupled to an end portion of the first casing member 31, and the coil 10 is accommodated in a space surrounded by the first casing member 31 and the second casing member 32. The coupling between the first casing member 31 and the second casing member 32 is performed by press-fitting, for example.

第1ケーシング部材31の底面の中央部には、円形の開口部が形成されている。第2ケーシング部材32の中央部にも、円形の開口部が形成されている。棒状部材20の一端部20aおよび他端部20bは、これらの開口部から突出している。   A circular opening is formed at the center of the bottom surface of the first casing member 31. A circular opening is also formed at the center of the second casing member 32. One end portion 20a and the other end portion 20b of the rod-shaped member 20 protrude from these openings.

荷重伝達部材40は、ハウジング50と、棒状部材20の一端部(大径部)20aに当接する受け部材41とから構成される。ハウジング50は、2つの空間S1およびS2を有する。一方の空間S1内に、棒状部材20の大部分、磁気回路形成部材30および荷重伝達部材42が収容される。また、他方の空間S2内に、棒状部材20の一端部(大径部)20aおよび受け部材41が収容される。   The load transmission member 40 includes a housing 50 and a receiving member 41 that comes into contact with one end portion (large diameter portion) 20 a of the rod-shaped member 20. The housing 50 has two spaces S1 and S2. Most of the rod-shaped member 20, the magnetic circuit forming member 30, and the load transmitting member 42 are accommodated in one space S1. Moreover, the one end part (large diameter part) 20a and the receiving member 41 of the rod-shaped member 20 are accommodated in the other space S2.

受け部材41は、略円柱形状を有し、その一端面(棒状部材20側の端面)に凹部41aを有する。受け部材41の凹部41aは、棒状部材20の一端部(大径部)20aと係合している。受け部材41は、非磁性材料から形成されている。   The receiving member 41 has a substantially cylindrical shape, and has a concave portion 41a on one end face (end face on the rod-like member 20 side). The recess 41 a of the receiving member 41 is engaged with one end (large diameter portion) 20 a of the rod-shaped member 20. The receiving member 41 is made of a nonmagnetic material.

ハウジング50は、棒状部材20の大径部20aの端面(受け部材41と反対側の端面)を係止する係止部50aを有している。棒状部材20の大径部20aは、受け部材41とハウジング50の係止部50aとによって挟み込まれており、そのことによって、棒状部材20の一端部20aと荷重伝達部材40とが結合されている。   The housing 50 includes a locking portion 50a that locks the end surface of the large-diameter portion 20a of the rod-shaped member 20 (the end surface opposite to the receiving member 41). The large-diameter portion 20a of the rod-shaped member 20 is sandwiched between the receiving member 41 and the locking portion 50a of the housing 50, whereby the one end portion 20a of the rod-shaped member 20 and the load transmission member 40 are coupled. .

また、棒状部材20の一端部(大径部)20aは、上記の構造によって、磁気回路形成部材30に対する相対的な位置の変化を制限されている。具体的には、磁気回路形成部材30に(より厳密には磁気回路形成部材30の本体部に)他の部材が接触しない範囲に大径部20aの位置変化が制限されている。つまり、荷重伝達部材40を構成するハウジング50および受け部材41が協同的に制限部材として機能する。   Moreover, the change of the relative position with respect to the magnetic circuit formation member 30 is restrict | limited to the one end part (large diameter part) 20a of the rod-shaped member 20 by said structure. Specifically, the change in the position of the large-diameter portion 20a is limited to a range in which no other member comes into contact with the magnetic circuit forming member 30 (more strictly, the main body portion of the magnetic circuit forming member 30). That is, the housing 50 and the receiving member 41 constituting the load transmitting member 40 function as a limiting member cooperatively.

荷重伝達部材42は、略円柱形状を有し、その一端面(棒状部材20側の端面)に凹部42aを有する。荷重伝達部材42の凹部42aは、棒状部材20の他端部20bと嵌合している。ここでは、棒状部材20の他端部20bと荷重伝達部材42とは、ねじ込みによって結合されており、棒状部材20の他端部20b近傍には、ナット43が螺着されている。なお、棒状部材20の他端部20bの荷重伝達部材42への結合は、接着や溶接、圧入によって行ってもよいし、ピン等の結合部材を用いて行ってもよい。荷重伝達部材42は、非磁性材料から形成されている。   The load transmission member 42 has a substantially cylindrical shape, and has a concave portion 42a on one end face (end face on the rod-like member 20 side). The recess 42 a of the load transmitting member 42 is fitted with the other end 20 b of the rod-shaped member 20. Here, the other end 20b of the rod-shaped member 20 and the load transmission member 42 are coupled by screwing, and a nut 43 is screwed in the vicinity of the other end 20b of the rod-shaped member 20. The other end 20b of the rod-shaped member 20 may be coupled to the load transmission member 42 by adhesion, welding, or press fitting, or may be performed using a coupling member such as a pin. The load transmission member 42 is made of a nonmagnetic material.

荷重伝達部材42の一端部(棒状部材20側の端部)42bは、他の部分よりも外径が大きい大径部である。ハウジング50は、荷重伝達部材42の大径部42bを係止する係止部50bを有する。また、荷重伝達部材42は、その一部がハウジング50の一端から外方に突出しており、その突出した部分にも大径部42cを有する。ハウジング50の一端部50cは、この大径部42cを係止する係止部として機能する。係止部50bと大径部42bとの間および係止部50cと大径部42cとの間にはそれぞれ所定の間隙が設けられているが、外部から荷重伝達部材42に過大な引っ張り荷重が加えられたときには、大径部42bが係止部50bに当接して係止される。また、外部から荷重伝達部材42に過大な圧縮荷重が加えられたときには、大径部42cが係止部50cに当接して係止される。   One end portion (end portion on the rod-like member 20 side) 42b of the load transmitting member 42 is a large-diameter portion having a larger outer diameter than other portions. The housing 50 has a locking portion 50b that locks the large-diameter portion 42b of the load transmitting member 42. Further, a part of the load transmitting member 42 protrudes outward from one end of the housing 50, and the protruding portion also has a large diameter portion 42c. One end portion 50c of the housing 50 functions as a locking portion that locks the large diameter portion 42c. Although predetermined gaps are provided between the locking portion 50b and the large diameter portion 42b and between the locking portion 50c and the large diameter portion 42c, an excessive tensile load is applied to the load transmission member 42 from the outside. When added, the large-diameter portion 42b is brought into contact with and locked with the locking portion 50b. Further, when an excessive compressive load is applied to the load transmission member 42 from the outside, the large diameter portion 42c comes into contact with and is locked with the locking portion 50c.

棒状部材20の他端部20bは、上記の構造を有する荷重伝達部材42およびハウジング50によって、磁気回路形成部材30に対する相対的な位置の変化を制限されている。具体的には、磁気回路形成部材30に(より厳密には磁気回路形成部材30の本体部に)他の部材が接触しない範囲に他端部20bの位置変化が制限されている。つまり、荷重伝達部材42およびハウジング50が協同的に制限部材として機能する 。   The other end portion 20 b of the rod-shaped member 20 is restricted from changing in position relative to the magnetic circuit forming member 30 by the load transmitting member 42 and the housing 50 having the above-described structure. Specifically, the position change of the other end 20b is limited to a range in which no other member comes into contact with the magnetic circuit forming member 30 (more strictly, the main body of the magnetic circuit forming member 30). That is, the load transmission member 42 and the housing 50 cooperatively function as a limiting member.

ハウジング50は、既に述べたように、コイル10、棒状部材20、磁気回路形成部材30、受け部材41および荷重伝達部材42を収容する。ハウジング50は、非磁性材料から形成されている。ハウジング50は、磁気回路形成部材30のフランジ部(第2ケーシング部材32の外周部分32a)を挟み込むように保持固定している。第2ケーシング部材32とハウジング50との間には、円環状の弾性部材(パッキン)58が設けられている。   As described above, the housing 50 accommodates the coil 10, the rod-shaped member 20, the magnetic circuit forming member 30, the receiving member 41, and the load transmitting member 42. The housing 50 is made of a nonmagnetic material. The housing 50 is held and fixed so as to sandwich the flange portion of the magnetic circuit forming member 30 (the outer peripheral portion 32a of the second casing member 32). An annular elastic member (packing) 58 is provided between the second casing member 32 and the housing 50.

なお、図3では、ハウジング50を連続した1つの部材として図示しているが、実際には、ハウジング50はそれぞれが所定の形状を有する複数の部材から構成されており、ハウジング50を構成する複数の部材は、例えば図示しているようなボルト59によって互いに結合されている。   In FIG. 3, the housing 50 is illustrated as one continuous member. However, in actuality, the housing 50 includes a plurality of members each having a predetermined shape, and the plurality of members constituting the housing 50 are configured. These members are connected to each other by, for example, a bolt 59 as shown.

荷重センサ100aは、さらに、荷重センサ100aを外部と連結するための連結部材61および62を備える。連結部材61および62は、荷重センサ100の両端部に設けられている。   The load sensor 100a further includes connecting members 61 and 62 for connecting the load sensor 100a to the outside. The connecting members 61 and 62 are provided at both ends of the load sensor 100.

連結部材61は、ハウジング50に接合された荷重伝達軸61aと、荷重伝達軸61aの端部に設けられた環状部材61bとを有する。つまり、連結部材61は、荷重伝達部材40に直接結合されている。連結部材62は、荷重伝達部材42に接合された荷重伝達軸62aと、荷重伝達軸62aの端部に設けられた環状部材62bとを有する。つまり、連結部材62は、荷重伝達部材42に直接結合されている。連結部材61のハウジング50への接合や、連結部材62の荷重伝達部材42への接合は、ねじ込みや接着、溶接、圧入などによって行われる。なお、連結部材61および62は、荷重伝達部材40および42に他の部材を介して間接に結合されていてもよい。また、連結部材61および62を荷重伝達部材40および42に直接結合する場合、連結部材61および62は荷重伝達部材40および42のそれぞれと一体に形成されていてもよい。   The connecting member 61 has a load transmission shaft 61a joined to the housing 50, and an annular member 61b provided at an end of the load transmission shaft 61a. That is, the connecting member 61 is directly coupled to the load transmission member 40. The connecting member 62 includes a load transmission shaft 62a joined to the load transmission member 42, and an annular member 62b provided at an end of the load transmission shaft 62a. That is, the connecting member 62 is directly coupled to the load transmitting member 42. The joining of the connecting member 61 to the housing 50 and the joining of the connecting member 62 to the load transmitting member 42 are performed by screwing, adhesion, welding, press fitting, or the like. The connecting members 61 and 62 may be indirectly coupled to the load transmitting members 40 and 42 via other members. Further, when the connecting members 61 and 62 are directly coupled to the load transmitting members 40 and 42, the connecting members 61 and 62 may be formed integrally with the load transmitting members 40 and 42, respectively.

上述したように、磁歪式荷重センサ100aは、棒状部材20の中心軸方向に沿った位置変化を制限する制限部材(具体的にはハウジング50、受け部材41および荷重伝達部材42)を備えている。そのため、棒状部材20の磁気回路形成部材30に対する相対位置の変化が制限される(つまり大きな位置変化が防止される)ので、センサ構成部の磁気特性の変動およびそれに伴うセンサ出力への悪影響を抑制することができる。また、他の部材(例えば受け部材41や荷重伝達部材42)が磁気回路形成部材30に接触することによる検出不良も防止される。従って、磁歪式荷重センサ100aは、ハウジング50が移動体本体に据え付けられない使用態様においても、信頼性に優れている。   As described above, the magnetostrictive load sensor 100a includes the limiting members (specifically, the housing 50, the receiving member 41, and the load transmitting member 42) that limit the position change along the central axis direction of the rod-shaped member 20. . Therefore, since the change in the relative position of the rod-shaped member 20 with respect to the magnetic circuit forming member 30 is limited (that is, the large position change is prevented), the fluctuation of the magnetic characteristics of the sensor component and the accompanying adverse effect on the sensor output are suppressed. can do. Further, poor detection due to contact of other members (for example, the receiving member 41 and the load transmitting member 42) with the magnetic circuit forming member 30 is also prevented. Therefore, the magnetostrictive load sensor 100a is excellent in reliability even in a usage mode in which the housing 50 is not installed on the moving body.

本実施形態における荷重センサ100aは、棒状部材20の一端部20a側で位置制限を行う制限部材(ハウジング50および受け部材41)と、他端部20b側で位置制限を行う制限部材(荷重伝達部材42およびハウジング50)とを備えている。つまり、制限部材が棒状部材20の一端部20a側と他端部20b側の両方に設けられている。そのため、荷重センサ100aの使用時に万一棒状部材20が折れたとしても(例えば棒状部材20の大径部20aと荷重伝達部材42の大径部42bとの間や、荷重伝達部材42の大径部42bおよび42cの間において折れたとしても)、折れた棒状部材20が荷重センサ100aから抜け落ちることが防止される。   The load sensor 100a according to the present embodiment includes a limiting member (housing 50 and receiving member 41) that limits the position on one end 20a side of the rod-shaped member 20, and a limiting member (load transmitting member) that limits the position on the other end 20b side. 42 and housing 50). That is, the limiting member is provided on both the one end 20 a side and the other end 20 b side of the rod-shaped member 20. Therefore, even if the rod-shaped member 20 is broken during use of the load sensor 100a (for example, between the large-diameter portion 20a of the rod-shaped member 20 and the large-diameter portion 42b of the load transmission member 42 or the large diameter of the load transmission member 42). Even if it is broken between the portions 42b and 42c), the broken rod-shaped member 20 is prevented from falling off from the load sensor 100a.

また、制限部材として機能する部材は、磁気回路の外側に設けられている。このように、制限部材を磁気回路の外側に設けることにより、センサ出力に悪影響を及ぼすことなく(つまり棒状部材20や磁気回路形成部材30に余分な応力が加えられることなく)棒状部材20の位置変化を制限することができる。   Further, the member functioning as the limiting member is provided outside the magnetic circuit. Thus, by providing the limiting member on the outside of the magnetic circuit, the position of the rod-shaped member 20 does not adversely affect the sensor output (that is, no excessive stress is applied to the rod-shaped member 20 or the magnetic circuit forming member 30). Change can be limited.

さらに、棒状部材20および荷重伝達部材42がそれぞれ大径部20a、42b、42cを有し、制限部材であるハウジング50がこれらの大径部20a、42b、42cを係止する係止部50a、50b、50cを有しているので、比較的簡単な構成によって棒状部材20の位置変化をより確実に制限することができる。   Furthermore, the rod-shaped member 20 and the load transmission member 42 have large-diameter portions 20a, 42b, and 42c, respectively, and the housing 50, which is a limiting member, locks the large-diameter portions 20a, 42b, and 42c. Since it has 50b and 50c, the position change of the rod-shaped member 20 can be more reliably restricted with a comparatively simple structure.

また、荷重センサ100aでは、磁気回路形成部材30が磁気回路よりも外側に延びるように設けられたフランジ部32aを有し、ハウジング50は、このフランジ部32aを保持固定する。従って、コイル10、棒状部材20および磁気回路形成部材30を含むセンサ構成部は、磁気回路の外側で支持されている。そのため、荷重センサ100aでは、センサ出力が振動や衝撃の影響を受けにくい。   In the load sensor 100a, the magnetic circuit forming member 30 has a flange portion 32a provided so as to extend outward from the magnetic circuit, and the housing 50 holds and fixes the flange portion 32a. Therefore, the sensor component including the coil 10, the rod-shaped member 20, and the magnetic circuit forming member 30 is supported outside the magnetic circuit. Therefore, in the load sensor 100a, the sensor output is not easily affected by vibration or impact.

さらに、荷重センサ100aでは、既に述べたように、棒状部材20の一端部(大径部)20aは、受け部材41とハウジング50の係止部50aとによって挟み込まれており、そのことによって受け部材41と結合されている。この構造を拡大して図4(a)に示す。   Further, in the load sensor 100a, as already described, one end portion (large diameter portion) 20a of the rod-shaped member 20 is sandwiched between the receiving member 41 and the locking portion 50a of the housing 50, and thereby the receiving member 41. This structure is enlarged and shown in FIG.

図4(a)に示すように、大径部20aの、受け部材41とは反対側の端面20a1は、ハウジング50の係止部50aに当接し、係止されている。また、大径部20aの、受け部材41側の端面20a2は、略球面形状を有し、受け部材41の凹部41aの底面41a1と当接している。大径部20aの外周面20a3と、凹部41aの内周面41a2との間には、所定の間隙が設けられている。   As shown in FIG. 4A, the end surface 20a1 of the large-diameter portion 20a opposite to the receiving member 41 is in contact with and locked with the locking portion 50a of the housing 50. Further, the end surface 20 a 2 on the receiving member 41 side of the large diameter portion 20 a has a substantially spherical shape and is in contact with the bottom surface 41 a 1 of the concave portion 41 a of the receiving member 41. A predetermined gap is provided between the outer peripheral surface 20a3 of the large-diameter portion 20a and the inner peripheral surface 41a2 of the concave portion 41a.

上記の構成によって棒状部材20の一端部20aと荷重伝達部材40とが結合されていると、棒状部材20をねじるような外力が加えられたときに、棒状部材20が回転し得る。つまり、荷重伝達部材40は、棒状部材20の一端部20aと回転可能に結合された結合部(受け部材41)を含む。従って、棒状部材20にねじれ応力が加わるのが防止される。そのため、ねじれによって棒状部材20に不可逆的なダメージや塑性変形が加えられるのを防止でき、いっそう信頼性が向上する。   When the one end portion 20a of the rod-shaped member 20 and the load transmitting member 40 are coupled with each other as described above, the rod-shaped member 20 can rotate when an external force that twists the rod-shaped member 20 is applied. That is, the load transmission member 40 includes a coupling portion (receiving member 41) that is rotatably coupled to the one end portion 20a of the rod-shaped member 20. Therefore, it is possible to prevent the torsional stress from being applied to the rod-shaped member 20. Therefore, it is possible to prevent irreversible damage and plastic deformation from being applied to the rod-shaped member 20 due to twisting, and the reliability is further improved.

図4(a)に例示したように、棒状部材20の、結合部(受け部材41)に接触する端面20a2が略球面形状を有していることが好ましい。端面20a2が略球面形状を有していると、端面20a2と結合部との間での回転抵抗が小さくなる。   As illustrated in FIG. 4A, it is preferable that the end surface 20a2 of the rod-shaped member 20 that contacts the coupling portion (receiving member 41) has a substantially spherical shape. When the end surface 20a2 has a substantially spherical shape, the rotational resistance between the end surface 20a2 and the coupling portion is reduced.

なお、棒状部材20の両端部の少なくとも一方が、荷重伝達部材40および/または42に回転可能に結合されていれば、棒状部材20へのねじれ応力の印加を防止するという効果を得ることができ、そのための具体的な構造は、図4(a)に例示したものに限定されるものではない。   If at least one of both ends of the rod-shaped member 20 is rotatably coupled to the load transmitting member 40 and / or 42, an effect of preventing application of torsional stress to the rod-shaped member 20 can be obtained. The specific structure for this purpose is not limited to that illustrated in FIG.

例えば、図4(b)に示すように、棒状部材20の受け部材41に接触する端面20a2を平面状とし、その代わりに、受け部材41の棒状部材20に接触する端面41a1が略球面形状を有していてもよい。このような構成であっても、棒状部材20の端面20a2と結合部である受け部材41との間での回転抵抗を小さくすることができる。   For example, as shown in FIG. 4B, the end surface 20a2 of the rod-shaped member 20 that contacts the receiving member 41 is planar, and instead, the end surface 41a1 of the receiving member 41 that contacts the rod-shaped member 20 has a substantially spherical shape. You may have. Even with such a configuration, it is possible to reduce the rotational resistance between the end surface 20a2 of the rod-shaped member 20 and the receiving member 41 that is the coupling portion.

あるいは、図5に示すように、棒状部材20の一端部20aが大径部でなくてもよい。図5に示す棒状部材20の一端部20aには、非磁性材料から形成された接続部材48が接合されている。接続部材48の棒状部材20への接合は、圧入やねじ込み、接着などにより行われている。接続部材48は、相対的に外径の小さい小径部48aと、相対的に外径の大きい大径部48bとを有する。   Or as shown in FIG. 5, the one end part 20a of the rod-shaped member 20 does not need to be a large diameter part. A connecting member 48 made of a nonmagnetic material is joined to one end 20a of the rod-shaped member 20 shown in FIG. The connection member 48 is joined to the rod-like member 20 by press-fitting, screwing, adhesion, or the like. The connecting member 48 has a small diameter portion 48a having a relatively small outer diameter and a large diameter portion 48b having a relatively large outer diameter.

接続部材48の大径部48bの、受け部材41とは反対側の端面48b1は、ハウジング50の係止部50aに当接し、係止されている。また、大径部48bの、受け部材41側の端面48b2は、受け部材41の凹部41aの底面41a1と当接している。大径部48bの外周面48b3と、凹部41aの内周面41a2との間には、所定の間隙が設けられている。   An end face 48b1 of the large diameter portion 48b of the connecting member 48 on the side opposite to the receiving member 41 is in contact with and locked with the locking portion 50a of the housing 50. Further, the end surface 48 b 2 on the receiving member 41 side of the large diameter portion 48 b is in contact with the bottom surface 41 a 1 of the recess 41 a of the receiving member 41. A predetermined gap is provided between the outer peripheral surface 48b3 of the large diameter portion 48b and the inner peripheral surface 41a2 of the concave portion 41a.

図5に示す例では、ハウジング50、受け部材41に加えて接続部材48が荷重伝達部材40を構成している。図5に示したように、荷重伝達部材40を構成する接続部材48に大径部48bを設けても、棒状部材20の位置変化を制限することができる。   In the example shown in FIG. 5, the connecting member 48 constitutes the load transmitting member 40 in addition to the housing 50 and the receiving member 41. As shown in FIG. 5, even if the connecting member 48 constituting the load transmitting member 40 is provided with the large diameter portion 48 b, the position change of the rod-shaped member 20 can be limited.

また、図6に示すように、受け部材41を棒状部材20側に付勢する弾性部材57を設けてもよい。弾性部材57は、例えば皿ばねである。この弾性部材57によって、受け部材41は棒状部材20の大径部20aに押し付けられる。この構成では、荷重伝達部材40は、ハウジング50と、受け部材41と、弾性部材57とから構成される。   Moreover, as shown in FIG. 6, you may provide the elastic member 57 which urges | biases the receiving member 41 to the rod-shaped member 20 side. The elastic member 57 is a disc spring, for example. By this elastic member 57, the receiving member 41 is pressed against the large diameter portion 20 a of the rod-shaped member 20. In this configuration, the load transmission member 40 includes a housing 50, a receiving member 41, and an elastic member 57.

図6に示した構成では、棒状部材20をねじるような応力(トルク)が一定の大きさ以上になったときに、棒状部材20が回転する。従って、過大なトルクによる棒状部材20の塑性変形を防止できる。また、単に棒状部材20を回転可能にするのではなく、受け部材41を棒状部材20側に付勢する弾性部材57が設けられているので、弾性部材57の弾性率を調整することにより、回転が始まるトルクの大きさ(リミットトルク)を正確に設定することができる。なお、図6には、棒状部材20の受け部材41側の端面20a2が略球面形状を有している場合を例示したが、図4(b)と同様に、棒状部材20の受け部材41側の端面20a2を平面状とするとともに、受け部材41の棒状部材20に接触する端面41a1を略球面形状としてもよい。   In the configuration shown in FIG. 6, the rod-shaped member 20 rotates when a stress (torque) that twists the rod-shaped member 20 exceeds a certain level. Therefore, plastic deformation of the rod-shaped member 20 due to excessive torque can be prevented. In addition, since the elastic member 57 that biases the receiving member 41 toward the bar-shaped member 20 is provided instead of simply making the bar-shaped member 20 rotatable, the elastic member 57 can be rotated by adjusting the elastic modulus of the elastic member 57. It is possible to accurately set the magnitude of torque (limit torque) that starts. 6 illustrates the case where the end surface 20a2 on the receiving member 41 side of the rod-shaped member 20 has a substantially spherical shape, but the receiving member 41 side of the rod-shaped member 20 is similar to FIG. 4B. The end surface 20a2 of the receiving member 41 may be planar, and the end surface 41a1 of the receiving member 41 that contacts the rod-shaped member 20 may be substantially spherical.

図7に、ハウジング50の具体的な構造の一例を示す。図7に示すハウジング50は、第1ハウジング部材51および第2ハウジング部材52と、ホルダ53とによって構成される。第1ハウジング部材51と第2ハウジング部材52とは、ボルト59によって互いに結合されている。ホルダ53は、第1ハウジング部材51と第2ハウジング部材52との間に配置される。   FIG. 7 shows an example of a specific structure of the housing 50. A housing 50 shown in FIG. 7 includes a first housing member 51, a second housing member 52, and a holder 53. The first housing member 51 and the second housing member 52 are coupled to each other by a bolt 59. The holder 53 is disposed between the first housing member 51 and the second housing member 52.

第1ハウジング部材51とホルダ53とによって規定される空間S1内に、棒状部材20の大部分、磁気回路形成部材30および荷重伝達部材42が収容される。また、第2ハウジング部材52とホルダ53とによって規定される空間S2内に、棒状部材20の一端部(大径部)20aおよび受け部材41が収容される。なお、受け部材41を省略し、棒状部材20の大径部20aのみが空間S2に収容されてもよい。その場合には、空間S2の大きさは受け部材41を収容する場合よりも小さく設定され、第2ハウジング部材52およびホルダ53が荷重伝達部材40として機能する。   In the space S1 defined by the first housing member 51 and the holder 53, most of the rod-shaped member 20, the magnetic circuit forming member 30, and the load transmitting member 42 are accommodated. In addition, in the space S <b> 2 defined by the second housing member 52 and the holder 53, one end portion (large diameter portion) 20 a of the rod-shaped member 20 and the receiving member 41 are accommodated. Note that the receiving member 41 may be omitted, and only the large-diameter portion 20a of the rod-shaped member 20 may be accommodated in the space S2. In that case, the size of the space S <b> 2 is set smaller than when the receiving member 41 is accommodated, and the second housing member 52 and the holder 53 function as the load transmitting member 40.

図7に示すハウジング50では、第1ハウジング部材51とホルダ53とが、磁気回路形成部材30のフランジ部32aを挟み込み、保持固定する。また、ホルダ53の一部や第1ハウジング部材51の一部が、図3に示した係止部50a、50b、50cとして機能することによって、棒状部材20の一端部20aと荷重伝達部材40との結合や、棒状部材20の位置変化の制限が行われる。なお、ハウジング50の具体的な構造は、図7に例示したものに限定されるものではない。   In the housing 50 shown in FIG. 7, the first housing member 51 and the holder 53 sandwich and hold and fix the flange portion 32 a of the magnetic circuit forming member 30. In addition, a part of the holder 53 and a part of the first housing member 51 function as the locking portions 50a, 50b, and 50c shown in FIG. And the change in the position of the rod-shaped member 20 are restricted. The specific structure of the housing 50 is not limited to that illustrated in FIG.

続いて、棒状部材20の好ましい構造を説明する。   Then, the preferable structure of the rod-shaped member 20 is demonstrated.

磁性体の特性の1つとして、磁気異方性が知られている。磁気異方性とは、磁性体に磁化の容易な方向(磁化容易軸)と困難な方向(磁化困難軸)とが存在する性質をいう。棒状部材20は、形状に由来する磁気異方性(形状磁気異方性)を有しており、その長手方向(中心軸に平行な方向)に磁化されやすい。本願発明者は、棒状部材20の形状磁気異方性と荷重センサ100aのセンサ感度との関係を詳細に検討し、その結果、棒状部材20の表面が棒状部材20の内部とは異なる形状磁気異方性を有していると、荷重センサ100aの圧縮力に対する感度と引っ張り力に対する感度とを均等化し得ることを見出した。   Magnetic anisotropy is known as one of the characteristics of a magnetic material. Magnetic anisotropy refers to the property that a magnetic material has an easy magnetization direction (easy magnetization axis) and a difficult direction (hard magnetization axis). The rod-shaped member 20 has magnetic anisotropy (shape magnetic anisotropy) derived from the shape, and is easily magnetized in the longitudinal direction (direction parallel to the central axis). The inventor of the present application has studied in detail the relationship between the shape magnetic anisotropy of the rod-shaped member 20 and the sensor sensitivity of the load sensor 100a. As a result, the surface of the rod-shaped member 20 has a different shape magnetic difference from the inside of the rod-shaped member 20. It has been found that the sensitivity to the compressive force and the sensitivity to the pulling force of the load sensor 100a can be equalized if it has directionality.

棒状部材20の表面に、内部とは異なる形状異方性を付与するためには、例えば、図8に示すように、棒状部材20の表面に、棒状部材20の中心軸に対して傾斜した方向に延びるストライプ状の複数の溝(以下では「斜め溝」と呼ぶ。)21を設ければよい。斜め溝21は、例えば機械加工により形成することができる。   In order to give the surface of the rod-shaped member 20 a shape anisotropy different from the inside, for example, as shown in FIG. 8, the surface of the rod-shaped member 20 is inclined with respect to the central axis of the rod-shaped member 20. A plurality of stripe-shaped grooves (hereinafter referred to as “oblique grooves”) 21 may be provided. The oblique groove 21 can be formed by machining, for example.

図9(a)〜(c)に、斜め溝21の断面形状の例を示す。斜め溝21の断面は、図9(a)に示すような三角形状であってもよいし、図9(b)に示すような曲線状であってもよい。また、斜め溝21の断面は、図9(c)に示すような台形状(あるいは矩形状)であってもよい。   9A to 9C show examples of the cross-sectional shape of the oblique groove 21. FIG. The cross section of the oblique groove 21 may be triangular as shown in FIG. 9A, or may be curved as shown in FIG. 9B. Further, the cross section of the oblique groove 21 may be trapezoidal (or rectangular) as shown in FIG.

図10(a)および(b)に、斜め溝21を設けない場合と、棒状部材20の中心軸に直交する方向とのなす角度θ(図8参照)が30°となるように斜め溝21を設けた場合について、荷重とセンサ感度との関係を示す。なお、斜め溝21としては、図9(a)に示したように断面が三角形状で、深さdが0.2mm、頂角θ’が90°のものを設けた。図10(a)および(b)のグラフでは、圧縮方向の荷重を正の値として示し、引っ張り方向の荷重を負の値として示している。また、ここでいうセンサ感度は、センサ構成部の初期インピーダンスZ0に対するインピーダンス変化量ΔZの比(ΔZ/Z0)である。   10A and 10B, the oblique groove 21 is set so that the angle θ (see FIG. 8) between the case where the oblique groove 21 is not provided and the direction perpendicular to the central axis of the rod-shaped member 20 is 30 °. The relationship between the load and the sensor sensitivity is shown for the case where is provided. As shown in FIG. 9A, the oblique groove 21 is provided with a triangular cross section, a depth d of 0.2 mm, and an apex angle θ ′ of 90 °. In the graphs of FIGS. 10A and 10B, the load in the compression direction is shown as a positive value, and the load in the tensile direction is shown as a negative value. The sensor sensitivity here is the ratio (ΔZ / Z0) of the impedance change amount ΔZ to the initial impedance Z0 of the sensor component.

斜め溝21を設けない場合、図10(a)に示すように、圧縮方向については、荷重の増加に応じてインピーダンスが大きく変化する(ΔZが大きく、ΔZ/Z0も大きい)が、引っ張り方向については、荷重の増加に応じてインピーダンスはそれほど大きく変化しない(ΔZが小さく、ΔZ/Z0も小さい)。つまり、斜め溝21を設けない場合、圧縮力に対する感度に比べ、引っ張り力に対する感度が低い。   When the oblique groove 21 is not provided, as shown in FIG. 10A, the impedance changes greatly with increasing load (ΔZ is large and ΔZ / Z0 is large) as shown in FIG. The impedance does not change so much as the load increases (ΔZ is small and ΔZ / Z0 is also small). That is, when the oblique groove 21 is not provided, the sensitivity to the pulling force is lower than the sensitivity to the compressive force.

これに対し、斜め溝21を設けた場合、図10(b)に示すように、圧縮方向と引っ張り方向の両方について、荷重の増加に応じてインピーダンスがほぼ同程度に変化する(ΔZが同程度であるので、ΔZ/Z0も同程度である)。つまり、斜め溝21を設けた場合、圧縮力に対する感度と引っ張り力に対する感度とをほぼ同程度にすることができる。また、図10(a)と図10(b)との比較から、センサ感度の非直線性およびヒステリシスが改善していることがわかる。   On the other hand, when the oblique groove 21 is provided, as shown in FIG. 10 (b), the impedance changes to approximately the same as the load increases in both the compression direction and the pulling direction (ΔZ is approximately the same). Therefore, ΔZ / Z0 is about the same). That is, when the oblique groove 21 is provided, the sensitivity to the compressive force and the sensitivity to the pulling force can be made substantially the same. Moreover, it can be seen from the comparison between FIG. 10A and FIG. 10B that the nonlinearity and hysteresis of the sensor sensitivity are improved.

上述したように、斜め溝21を設けることによって、圧縮感度と引っ張り感度とを均等化することができる。斜め溝21を設けない場合に圧縮感度と引っ張り感度とが大きく異なる理由や、斜め溝21を設けることによってこれらを均等化し得る理由は、明らかではないものの以下のように推察される。   As described above, by providing the oblique groove 21, the compression sensitivity and the tensile sensitivity can be equalized. The reason why the compression sensitivity and the tensile sensitivity are greatly different when the oblique grooves 21 are not provided, and the reason why these can be equalized by providing the oblique grooves 21 are not clear but are presumed as follows.

図11に、斜め溝21が設けられていない場合の棒状部材20の磁化方向の合力ベクトル20Dを示す。図11には、磁気回路における磁束の流れも示している。棒状部材20の磁化方向の合力ベクトル20Dは、図11に示すように、棒状部材20の中心軸に対してわずかに傾斜している。棒状部材20が引っ張り力によって伸びると、磁化方向の合力ベクトル20Dは、棒状部材20の中心軸とのなす角度がより小さくなるように変化する。また、棒状部材20が圧縮力によって縮むと、磁化方向の合力ベクトル20Dは、棒状部材20の中心軸とのなす角度がより大きくなるように変化する。磁化方向の合力ベクトル20Dは、もともと棒状部材20の中心軸とほぼ平行であるので、棒状部材20に引っ張り力が加えられた場合よりも、棒状部材20に圧縮力が加えられた場合の方が、磁化方向の合力ベクトル20Dが大きく変化しやすく、磁気抵抗も大きく変化しやすい。そのため、斜め溝21が設けられていないと、圧縮感度と引っ張り感度とに大きな差が生じ、圧縮感度に比べて引っ張り感度が低くなる。   FIG. 11 shows a resultant vector 20D in the magnetization direction of the rod-shaped member 20 when the oblique groove 21 is not provided. FIG. 11 also shows the flow of magnetic flux in the magnetic circuit. The resultant vector 20D in the magnetization direction of the rod-shaped member 20 is slightly inclined with respect to the central axis of the rod-shaped member 20, as shown in FIG. When the rod-shaped member 20 is extended by a pulling force, the resultant vector 20D in the magnetization direction changes so that the angle formed with the central axis of the rod-shaped member 20 becomes smaller. Further, when the rod-shaped member 20 is contracted by the compressive force, the resultant force vector 20D in the magnetization direction changes so that the angle formed with the central axis of the rod-shaped member 20 becomes larger. Since the resultant force vector 20D in the magnetization direction is originally substantially parallel to the central axis of the rod-shaped member 20, the case where a compressive force is applied to the rod-shaped member 20 is greater than the case where a tensile force is applied to the rod-shaped member 20. The resultant vector 20D in the magnetization direction is likely to change greatly, and the magnetic resistance is also likely to change greatly. Therefore, if the oblique groove 21 is not provided, a large difference occurs between the compression sensitivity and the tensile sensitivity, and the tensile sensitivity is lower than the compression sensitivity.

図12に、斜め溝21が設けられている場合の棒状部材20の磁化方向の合力ベクトル20Dを示す。棒状部材20の内部における磁化方向の合力ベクトル20D1は、棒状部材20の中心軸に対してわずかに傾斜している。これに対し、棒状部材20の表面における磁化方向20D2は、斜め溝21の延びる方向と平行であり、内部における磁化方向の合力ベクトル20D1とは異なっている。そのため、棒状部材20全体の磁化方向の合力ベクトル20Dは、内部における磁化方向の合力ベクトル20D1と表面における磁化方向20D2の両方によって規定されるが、磁気回路形成部材30との位置関係上、回路の磁気抵抗は棒状部材20の内部よりも表面の影響を受けやすいので、棒状部材20全体の磁化方向の合力ベクトル20Dは、棒状部材20の表面における磁化方向20D2に近いものとなる。従って、棒状部材20の表面における磁化方向20D2が中心軸に対して大きく傾斜するように斜め溝21を形成すれば、棒状部材20全体の磁化方向の合力ベクトル20Dを棒状部材20の中心軸に対して大きく傾斜させることができる。そのため、棒状部材20に圧縮力が加えられた場合と引っ張り力が加えられた場合とで、棒状部材20の伸び/縮みに起因する磁化方向の合力ベクトル20Dの変化の大きさを同程度にすることが可能になる。   FIG. 12 shows a resultant vector 20D in the magnetization direction of the rod-shaped member 20 when the oblique groove 21 is provided. The resultant force vector 20 </ b> D <b> 1 in the magnetization direction inside the rod-shaped member 20 is slightly inclined with respect to the central axis of the rod-shaped member 20. On the other hand, the magnetization direction 20D2 on the surface of the rod-shaped member 20 is parallel to the extending direction of the oblique grooves 21, and is different from the resultant vector 20D1 of the magnetization direction inside. Therefore, the resultant force vector 20D in the magnetization direction of the entire rod-shaped member 20 is defined by both the resultant magnetization vector 20D1 in the magnetization direction inside and the magnetization direction 20D2 in the surface, but due to the positional relationship with the magnetic circuit forming member 30, the circuit Since the magnetic resistance is more easily affected by the surface than the inside of the rod-shaped member 20, the resultant force vector 20 </ b> D of the magnetization direction of the entire rod-shaped member 20 is close to the magnetization direction 20 </ b> D <b> 2 on the surface of the rod-shaped member 20. Therefore, if the oblique groove 21 is formed so that the magnetization direction 20D2 on the surface of the rod-shaped member 20 is greatly inclined with respect to the central axis, the resultant vector 20D of the magnetization direction of the entire rod-shaped member 20 is set to the central axis of the rod-shaped member 20. Can be greatly inclined. Therefore, the magnitude of the change in the resultant vector 20D in the magnetization direction caused by the expansion / contraction of the rod-shaped member 20 is made approximately the same when the compressive force is applied to the rod-shaped member 20 and when the tensile force is applied. It becomes possible.

上述したように、斜め溝21を設けることによって、圧縮感度と引っ張り感度とを均等化することができ、圧縮力および引っ張り力の両方を好適に検出することが可能になる。また、斜め溝21の角度(中心軸に直交する方向となす角度)θを適切な範囲に設定することにより、センサ感度を高くすることができる。図13(a)に、斜め溝21の角度θとセンサ感度との関係を示す。図13(a)には、センサ感度として、棒状部材20に300Nの荷重を加えたときの圧縮感度、引っ張り感度およびこれらの合計(「感度合計」)を示し、また、圧縮感度の引っ張り感度に対する比(圧縮感度/引っ張り感度)も示している。   As described above, by providing the oblique groove 21, the compression sensitivity and the tensile sensitivity can be equalized, and both the compression force and the tensile force can be suitably detected. In addition, the sensor sensitivity can be increased by setting the angle θ of the oblique groove 21 (angle formed with the direction orthogonal to the central axis) to an appropriate range. FIG. 13A shows the relationship between the angle θ of the oblique groove 21 and the sensor sensitivity. FIG. 13A shows the compression sensitivity, the tensile sensitivity, and the total (“sensitivity sum”) when a load of 300 N is applied to the rod-shaped member 20 as the sensor sensitivity. The ratio (compression sensitivity / tensile sensitivity) is also shown.

図13(a)からわかるように、圧縮感度、引っ張り感度および感度合計のいずれも、斜め溝21の角度θが大きくなるにつれて増加し、角度θが35°を超えると減少する。つまり、圧縮感度、引っ張り感度および感度合計のいずれも35°付近にピークを有する。図13(a)に示したグラフを、その横軸の目盛りを細分化して図13(b)に示す。圧縮力および引っ張り力の検出を好適に行う観点からは、感度合計が0.20以上であることが好ましい。図13(b)からわかるように、斜め溝21の角度θが14.2°以上65.5°以下であると、感度合計を0.20以上にすることができる。   As can be seen from FIG. 13A, all of the compression sensitivity, the pull sensitivity, and the total sensitivity increase as the angle θ of the oblique groove 21 increases, and decrease when the angle θ exceeds 35 °. That is, all of the compression sensitivity, the tensile sensitivity, and the total sensitivity have a peak around 35 °. The graph shown in FIG. 13A is shown in FIG. From the viewpoint of suitably detecting the compressive force and the tensile force, the total sensitivity is preferably 0.20 or more. As can be seen from FIG. 13B, when the angle θ of the oblique groove 21 is 14.2 ° or more and 65.5 ° or less, the total sensitivity can be 0.20 or more.

なお、ここでは、棒状部材20の表面に溝21が設けられた構造を例示したが、棒状部材20の表面に内部と異なる形状磁気異方性を付与する手段は、溝21に限定されるものではない。例えば、図14(a)に示すように、棒状部材20の表面に、棒状部材20の中心軸に対して傾斜した方向に延びるストライプ状のめっきパターン22を形成してもよい。めっきパターン22は、複数のめっき層22aから構成されており、各めっき層22aは、棒状部材20の中心軸に対して傾斜した方向に延びている。めっき層22aは、棒状部材20の材料とは異なる磁性材料から形成されている。また、棒状部材20を非磁性材料から形成し、その表面に磁性材料から形成されためっき層22aを設けてもよい。   Here, the structure in which the groove 21 is provided on the surface of the rod-shaped member 20 is illustrated, but means for imparting a shape magnetic anisotropy different from the inside to the surface of the rod-shaped member 20 is limited to the groove 21. is not. For example, as shown in FIG. 14A, a striped plating pattern 22 extending in a direction inclined with respect to the central axis of the rod-shaped member 20 may be formed on the surface of the rod-shaped member 20. The plating pattern 22 is composed of a plurality of plating layers 22 a, and each plating layer 22 a extends in a direction inclined with respect to the central axis of the rod-shaped member 20. The plating layer 22 a is formed from a magnetic material different from the material of the rod-shaped member 20. Alternatively, the rod-shaped member 20 may be formed from a nonmagnetic material, and a plating layer 22a formed from a magnetic material may be provided on the surface thereof.

あるいは、図14(b)に示すように、棒状部材20の表面に、棒状部材20の中心軸に対して傾斜した方向に延びるストライプ状の複数の磁性薄帯23を貼付してもよい。各磁性薄帯23は、棒状部材20の材料とは異なる磁性材料から形成されている。また、棒状部材20を非磁性材料から形成し、その表面に磁性材料から形成された磁性薄帯23を貼付してもよい。   Alternatively, as shown in FIG. 14B, a plurality of striped magnetic strips 23 extending in a direction inclined with respect to the central axis of the rod-shaped member 20 may be attached to the surface of the rod-shaped member 20. Each magnetic ribbon 23 is formed of a magnetic material different from the material of the rod-shaped member 20. Alternatively, the rod-shaped member 20 may be formed from a nonmagnetic material, and a magnetic ribbon 23 formed from a magnetic material may be attached to the surface thereof.

棒状部材20の表面に、図14(a)に示すようなめっきパターン22や、図14(b)に示すような磁性薄帯23を設けた場合にも、棒状部材20の表面における磁化方向がめっきパターン22や磁性薄帯23の延びる方向と一致するので、溝21を設けた場合と同様の効果が得られる。また、溝21を設けた場合と同様に、めっきパターン22や磁性薄帯23が棒状部材20の中心軸に直交する方向と14.2°以上65.5°以下の角度をなしていると、圧縮感度と引っ張り感度の合計を大きく(具体的には0.20以上に)することができる。   Even when the plating pattern 22 as shown in FIG. 14A or the magnetic ribbon 23 as shown in FIG. 14B is provided on the surface of the rod-shaped member 20, the magnetization direction on the surface of the rod-shaped member 20 is Since it coincides with the extending direction of the plating pattern 22 and the magnetic ribbon 23, the same effect as the case where the groove 21 is provided can be obtained. Similarly to the case where the groove 21 is provided, when the plating pattern 22 and the magnetic ribbon 23 form an angle of 14.2 ° or more and 65.5 ° or less with the direction orthogonal to the central axis of the rod-shaped member 20, The sum of the compression sensitivity and the tensile sensitivity can be increased (specifically, 0.20 or more).

上述したように、棒状部材20の中心軸に対して傾斜した方向に延びる溝21やめっきパターン22、磁性薄帯23を設けることによって棒状部材20の表面に形状磁気異方性を付与した場合、棒状部材20にねじれ応力が加わると、圧縮力や引っ張り力が加えられたときと同様にインピーダンスが変化してセンサ出力が変動してしまう。そのため、図4〜図6に例示したようなねじれ応力の印加を防止し得る構造は、棒状部材20の表面に斜め溝21などを設ける場合に特に効果が大きい。   As described above, when shape magnetic anisotropy is imparted to the surface of the rod-shaped member 20 by providing the groove 21, the plating pattern 22, and the magnetic ribbon 23 extending in a direction inclined with respect to the central axis of the rod-shaped member 20, When a torsional stress is applied to the rod-shaped member 20, the impedance changes and the sensor output fluctuates in the same manner as when a compressive force or a tensile force is applied. Therefore, the structure capable of preventing the application of torsional stress as illustrated in FIGS. 4 to 6 is particularly effective when the oblique groove 21 or the like is provided on the surface of the rod-shaped member 20.

続いて、本実施形態における磁歪式荷重センサ100のより具体的な構造の他の例を図15〜図22を参照しながら説明する。   Next, another example of a more specific structure of the magnetostrictive load sensor 100 in the present embodiment will be described with reference to FIGS.

図3に示した荷重センサ100aでは、その両端部に連結部材61および62が設けられているが、必ずしも両方の端部に連結部材を設ける必要はない。また、図3に示した荷重センサ100aでは、棒状部材20の両端部に荷重伝達部材40および42が結合されているが、必ずしも棒状部材20の両方の端部に対応した荷重伝達部材を設ける必要はない。   In the load sensor 100a shown in FIG. 3, the connecting members 61 and 62 are provided at both ends thereof, but the connecting members are not necessarily provided at both ends. Further, in the load sensor 100a shown in FIG. 3, the load transmitting members 40 and 42 are coupled to both ends of the rod-shaped member 20, but it is necessary to provide load transmitting members corresponding to both ends of the rod-shaped member 20. There is no.

図15に示す磁歪式荷重センサ100bは、その一端部にのみ連結部材62を備えている点において、図3に示した荷重センサ100aと異なっている。荷重センサ100bの連結部材が設けられていない方の端部(ここではハウジング50の端部)は、移動体本体1に固定されている。この構成においては、ハウジング50および受け部材41は、棒状部材20の一端部20aに荷重を伝達するわけではない。つまり、ハウジング50および受け部材41は、荷重伝達部材としては機能しない。そのため、荷重センサ100bは、棒状部材20の他端部20bにのみ荷重伝達部材42が結合されている点においても図3に示した荷重センサ100aと異なっている。このように、ハウジング50が移動体本体1に据え付けられていても、荷重センサ100bは圧縮力および引っ張り力を好適に検出することができる。   A magnetostrictive load sensor 100b shown in FIG. 15 is different from the load sensor 100a shown in FIG. 3 in that the connecting member 62 is provided only at one end thereof. The end of the load sensor 100 b where the connecting member is not provided (here, the end of the housing 50) is fixed to the movable body 1. In this configuration, the housing 50 and the receiving member 41 do not transmit a load to the one end 20 a of the rod-shaped member 20. That is, the housing 50 and the receiving member 41 do not function as a load transmission member. Therefore, the load sensor 100b is different from the load sensor 100a shown in FIG. 3 in that the load transmission member 42 is coupled only to the other end 20b of the rod-shaped member 20. As described above, even when the housing 50 is installed on the movable body 1, the load sensor 100 b can suitably detect the compressive force and the tensile force.

また、棒状部材20の位置制限を行うための構造は、図3に例示した構造に限定されるものではない。図16(a)および(b)に示す磁歪式荷重センサ100cでは、ハウジング50が棒状部材20の一端部(大径部ではない)20aに嵌合するような凹部50bを有しており、棒状部材20の一端部20aがハウジング50に接合されることによって、位置制限が行われている。つまり、図3に示した荷重センサ100aでは、棒状部材20の一端部20a側ではハウジング50および受け部材41が協同的に制限部材として機能するのに対し、図16に示す荷重センサ100cでは、棒状部材20の一端部20a側ではハウジング50のみが制限部材として機能する。また、ハウジング50は、連結部材61に印加される荷重を棒状部材20の一端部20aに伝達する荷重伝達部材としても機能する。棒状部材20の一端部20aのハウジング50への接合は、例えばねじ込みや接着、圧入によって行われる。ねじ込みによって接合を行う場合、棒状部材20の一端部20aに形成されるおねじ部は、他の部分と外周形状の異なる異形部であり、ハウジング50の凹部50bに形成されるめねじ部は、異形部であるおねじ部を係止する係止部である。   Further, the structure for limiting the position of the rod-shaped member 20 is not limited to the structure illustrated in FIG. In the magnetostrictive load sensor 100c shown in FIGS. 16 (a) and 16 (b), the housing 50 has a concave portion 50b that fits into one end portion (not the large diameter portion) 20a of the rod-shaped member 20, and has a rod shape. Position restriction is performed by joining one end 20 a of the member 20 to the housing 50. That is, in the load sensor 100a shown in FIG. 3, the housing 50 and the receiving member 41 cooperatively function as the restricting member on the one end portion 20a side of the rod-like member 20, whereas in the load sensor 100c shown in FIG. On the one end 20a side of the member 20, only the housing 50 functions as a limiting member. The housing 50 also functions as a load transmission member that transmits a load applied to the connecting member 61 to the one end 20 a of the rod-shaped member 20. The joining of the one end portion 20a of the rod-shaped member 20 to the housing 50 is performed by, for example, screwing, bonding, or press fitting. When joining by screwing, the external thread portion formed at the one end portion 20a of the rod-shaped member 20 is a deformed portion having a different outer peripheral shape from the other portions, and the internal thread portion formed in the recess 50b of the housing 50 is It is a latching | locking part which latches the external thread part which is a deformed part.

また、図16に示す荷重センサ100cでは、荷重伝達部材42は、棒状部材20の他端部20bと回転可能に結合された結合部を含む。以下、この構造を図17も参照しながらより具体的に説明する。図17は、荷重センサ100cにおける棒状部材20の他端部20b近傍を拡大して示す図である。   In the load sensor 100c shown in FIG. 16, the load transmission member 42 includes a coupling portion that is rotatably coupled to the other end portion 20b of the rod-shaped member 20. Hereinafter, this structure will be described more specifically with reference to FIG. FIG. 17 is an enlarged view showing the vicinity of the other end 20b of the rod-shaped member 20 in the load sensor 100c.

棒状部材20の他端部20bは、棒状部材20の中央部よりも大きな外径を有する大径部である。荷重センサ100cの荷重伝達部材42は、棒状部材20の他端部(大径部)20bに当接する受け部材48と、棒状部材20の大径部20bと連結部材62とを接続するための接続部材44とから構成される。   The other end 20 b of the rod-shaped member 20 is a large-diameter portion having a larger outer diameter than the central portion of the rod-shaped member 20. The load transmission member 42 of the load sensor 100c is connected to the receiving member 48 that contacts the other end portion (large diameter portion) 20b of the rod-shaped member 20 and the large diameter portion 20b of the rod-shaped member 20 and the connecting member 62. And a member 44.

接続部材44は、その一端部で連結部材62と結合されている。接続部材44は、その内部に、棒状部材20の大径部20bおよび受け部材48を収容するための空間S3を有する。   The connecting member 44 is coupled to the connecting member 62 at one end thereof. The connecting member 44 has a space S <b> 3 for accommodating the large-diameter portion 20 b of the rod-shaped member 20 and the receiving member 48 therein.

受け部材48は、略円柱形状を有し、その一端面(棒状部材20側の端面)に凹部48aを有する。受け部材48の凹部48aは、棒状部材20の大径部20bと係合している。   The receiving member 48 has a substantially columnar shape, and has a concave portion 48a on one end face (end face on the rod-like member 20 side). The recess 48 a of the receiving member 48 is engaged with the large diameter portion 20 b of the rod-shaped member 20.

また、接続部材44は、棒状部材20の大径部20bの端面(受け部材48と反対側の端面)20b1を係止する係止部44aを有している。棒状部材20の大径部20bは、受け部材48と接続部材44の係止部44aとによって挟み込まれており、そのことによって、棒状部材20の大径部20bと荷重伝達部材42とが結合されている。図17に示すように、大径部20bの、受け部材48側の端面20b2は、略球面形状を有し、受け部材48の凹部48aの底面48a1と当接している。大径部20bの外周面20b3と、凹部48aの内周面48a2との間には、所定の間隙が設けられている。   Further, the connecting member 44 has a locking portion 44a that locks the end surface (end surface opposite to the receiving member 48) 20b1 of the large-diameter portion 20b of the rod-shaped member 20. The large-diameter portion 20b of the rod-shaped member 20 is sandwiched between the receiving member 48 and the engaging portion 44a of the connecting member 44, and thereby the large-diameter portion 20b of the rod-shaped member 20 and the load transmitting member 42 are coupled. ing. As shown in FIG. 17, the end surface 20 b 2 on the receiving member 48 side of the large diameter portion 20 b has a substantially spherical shape and is in contact with the bottom surface 48 a 1 of the recess 48 a of the receiving member 48. A predetermined gap is provided between the outer peripheral surface 20b3 of the large-diameter portion 20b and the inner peripheral surface 48a2 of the recess 48a.

上記の構成によって棒状部材20の他端部20bと荷重伝達部材42とが結合されていると、棒状部材20をねじるような外力が加えられたときに、棒状部材20が回転し得る。このように、荷重センサ100cの荷重伝達部材42は、棒状部材20aの他端部20bと回転可能に結合された結合部(受け部材48)を含む。従って、棒状部材20にねじれ応力が加わるのが防止される。そのため、ねじれによって棒状部材20に不可逆的なダメージや塑性変形が加えられるのを防止でき、いっそう信頼性が向上する。   When the other end portion 20b of the rod-shaped member 20 and the load transmitting member 42 are coupled with each other as described above, the rod-shaped member 20 can rotate when an external force that twists the rod-shaped member 20 is applied. As described above, the load transmission member 42 of the load sensor 100c includes a coupling portion (receiving member 48) that is rotatably coupled to the other end portion 20b of the rod-shaped member 20a. Therefore, it is possible to prevent the torsional stress from being applied to the rod-shaped member 20. Therefore, it is possible to prevent irreversible damage and plastic deformation from being applied to the rod-shaped member 20 due to twisting, and the reliability is further improved.

なお、図16に示した構成では、接続部材44およびハウジング50は、棒状部材20の他端部20b側における制限部材としても機能する。接続部材44は、相対的に外径が大きい2つの大径部44bおよび44cを含んでいる。一方の大径部44bは、ハウジング50内に位置し、ハウジング50は、この大径部44bを係止する係止部50bを有する。また、他方の大径部44cは、ハウジング50の外部に位置し、ハウジング50の一端部50cは、この大径部44cを係止する係止部として機能する。係止部50bと大径部44bとの間および係止部50cと大径部44cとの間にはそれぞれ所定の間隙が設けられているが、外部から荷重伝達部材42に過大な引っ張り荷重が加えられたときには、大径部44bが係止部50bに当接して係止される。また、外部から荷重伝達部材42に過大な圧縮荷重が加えられたときには、大径部44cが係止部50cに当接して係止される。   In the configuration shown in FIG. 16, the connection member 44 and the housing 50 also function as a limiting member on the other end 20 b side of the rod-shaped member 20. The connection member 44 includes two large diameter portions 44b and 44c having a relatively large outer diameter. One large diameter portion 44b is located in the housing 50, and the housing 50 has a locking portion 50b for locking the large diameter portion 44b. The other large diameter portion 44c is located outside the housing 50, and the one end portion 50c of the housing 50 functions as a locking portion for locking the large diameter portion 44c. Although predetermined gaps are provided between the locking portion 50b and the large diameter portion 44b and between the locking portion 50c and the large diameter portion 44c, an excessive tensile load is applied to the load transmitting member 42 from the outside. When added, the large diameter portion 44b is brought into contact with the locking portion 50b and locked. Further, when an excessive compressive load is applied to the load transmission member 42 from the outside, the large diameter portion 44c comes into contact with and is locked with the locking portion 50c.

棒状部材20にねじれ応力が加わるのを防止する機構、すなわち、荷重伝達部材を棒状部材20に対して回転可能に結合する機構(「逃げ機構」と呼ぶ。)は、図4や図17に示した構造に限定されるものではない。図18(a)および(b)に、逃げ機構を含む他の磁歪式荷重センサ100dを示す。   A mechanism for preventing the torsional stress from being applied to the rod-shaped member 20, that is, a mechanism for connecting the load transmitting member to the rod-shaped member 20 so as to be rotatable (referred to as “escape mechanism”) is shown in FIGS. The structure is not limited to the above. 18 (a) and 18 (b) show another magnetostrictive load sensor 100d including a relief mechanism.

荷重センサ100dが備える棒状部材20の一端部20aは、中央部よりも外径の大きい大径部であり、図4に示した構造と同様の構造により、荷重伝達部材40と回転可能に結合されている。   One end portion 20a of the rod-shaped member 20 included in the load sensor 100d is a large-diameter portion having an outer diameter larger than that of the central portion, and is rotatably coupled to the load transmission member 40 by a structure similar to the structure shown in FIG. ing.

また、棒状部材20の他端部20bは、第1の接続部材45、第2の接続部材46および第3の接続部材47から構成される荷重伝達部材42に結合されている。第1の接続部材45、第2の接続部材46および第3の接続部材47の構造を図19および図20を参照しながらより具体的に説明する。   Further, the other end 20 b of the rod-shaped member 20 is coupled to a load transmission member 42 including a first connection member 45, a second connection member 46, and a third connection member 47. The structures of the first connection member 45, the second connection member 46, and the third connection member 47 will be described more specifically with reference to FIGS.

第1の接続部材45は、略円柱状であり、相対的に外径の大きい大径部45aおよび45a’と、相対的に外径の小さい小径部45bとを有している。大径部45aには、荷重センサ100dの中心軸方向に延びる孔45cと、中心軸に直交する方向に延びる貫通孔45dとが形成されている。孔45cと貫通孔45dとは、図20に示すように途中で合流している。   The first connecting member 45 has a substantially cylindrical shape, and has large-diameter portions 45a and 45a 'having relatively large outer diameters and small-diameter portions 45b having relatively small outer diameters. The large-diameter portion 45a is formed with a hole 45c extending in the central axis direction of the load sensor 100d and a through hole 45d extending in a direction orthogonal to the central axis. The hole 45c and the through hole 45d are joined on the way as shown in FIG.

第2の接続部材46は、略円柱状であり、相対的に外径の大きい大径部46aと、相対的に外径の小さい小径部46bとを有している。第2の接続部材46には、荷重センサ100dの中心軸方向に延びる貫通孔46cが大径部46aおよび小径部46bの両方にわたって形成されている。この貫通孔46cの内周面には、棒状部材20の他端部20bに形成されたおねじ部(図15では不図示)と螺合するめねじ部が設けられている。つまり、貫通孔46cは、棒状部材20の他端部20bに螺合するねじ孔である。   The second connecting member 46 has a substantially columnar shape, and includes a large diameter portion 46a having a relatively large outer diameter and a small diameter portion 46b having a relatively small outer diameter. A through hole 46c extending in the central axis direction of the load sensor 100d is formed in the second connection member 46 over both the large diameter portion 46a and the small diameter portion 46b. On the inner peripheral surface of the through hole 46c, a female screw portion that is screwed with a male screw portion (not shown in FIG. 15) formed on the other end portion 20b of the rod-like member 20 is provided. That is, the through hole 46 c is a screw hole that is screwed into the other end portion 20 b of the rod-shaped member 20.

第3の接続部材47は、棒状(より具体的には略円柱状)であり、第3の接続部材47には、荷重センサ100dの中心軸方向に延びる貫通孔47aが形成されている。貫通孔47aの一部47a1は、第2の接続部材46の小径部46bと嵌合する孔であり、他の部分47a2は、棒状部材20の他端部20bと螺合するねじ孔である。   The third connection member 47 has a rod shape (more specifically, a substantially columnar shape), and the third connection member 47 is formed with a through hole 47a extending in the central axis direction of the load sensor 100d. A part 47 a 1 of the through hole 47 a is a hole that fits into the small diameter part 46 b of the second connection member 46, and the other part 47 a 2 is a screw hole that engages with the other end part 20 b of the rod-like member 20.

第1の接続部材45、第2の接続部材46および第3の接続部材47と棒状部材20とは、以下の手順で結合される。まず、図21(a)に示すように、第1の接続部材45の貫通孔45dに、第3の接続部材47が挿入される。つまり、第3の接続部材47は、棒状部材20の中心軸と交差する方向に延びる棒状部材であり、第1の接続部材45は、第3の接続部材(棒状部材)47が挿入される貫通孔45dを有する収容部材である。次に、図21(b)に示すように、棒状部材20に第2の接続部材46を深くねじ込む。   The 1st connection member 45, the 2nd connection member 46, the 3rd connection member 47, and the rod-shaped member 20 are couple | bonded in the following procedures. First, as shown in FIG. 21A, the third connection member 47 is inserted into the through hole 45 d of the first connection member 45. That is, the third connection member 47 is a rod-like member extending in a direction intersecting with the central axis of the rod-like member 20, and the first connection member 45 is a through-hole into which the third connection member (rod-like member) 47 is inserted. This is a housing member having a hole 45d. Next, as shown in FIG. 21 (b), the second connecting member 46 is screwed deeply into the rod-shaped member 20.

続いて、図22(a)に示すように、第3の接続部材47のねじ孔47a2に棒状部材20をその先端が第3の接続部材47から突出しない程度にねじ込む。その後、図22(b)に示すように、第2の接続部材46を、その小径部46bが第3の接続部材47の孔47a1と嵌合するまでねじ込む。このようにして、荷重伝達部材42と棒状部材20の他端部20bとが結合される。第3の接続部材(棒状部材)47の外周面47bと第1の接続部材(収容部材)45の貫通孔45dの内周面45d1との間で荷重が伝達される。   Subsequently, as shown in FIG. 22A, the rod-like member 20 is screwed into the screw hole 47 a 2 of the third connection member 47 so that the tip does not protrude from the third connection member 47. Thereafter, as shown in FIG. 22B, the second connecting member 46 is screwed in until the small diameter portion 46 b is fitted into the hole 47 a 1 of the third connecting member 47. In this way, the load transmitting member 42 and the other end 20b of the rod-shaped member 20 are coupled. A load is transmitted between the outer peripheral surface 47 b of the third connecting member (bar-shaped member) 47 and the inner peripheral surface 45 d 1 of the through hole 45 d of the first connecting member (housing member) 45.

ここで、第1の接続部材45の貫通孔45dの内径Di1は、第3の接続部材47の直径Di2よりも所定の値だけ大きい(図20参照)。つまり、第3の接続部材47の外周面47bと、第1の接続部材45の貫通孔45dの内周面45d1との間には所定の隙間が設けられている。従って、ねじれ応力が加えられたとき、図23に模式的に示すように、棒状部材20とその他端部20bに螺合された第2の接続部材46および第3の接続部材47とは、ねじれ方向(図23中の左右方向)に幾分回転することができる。また、棒状部材20がねじ孔47a2内で螺進または螺退することによって、棒状部材20は第3の接続部材47に対して回転し得る。そのため、棒状部材20にねじれ応力が加わるのを防止するとともに、ねじれによる定常的な出力誤差の発生を防止することができる。   Here, the inner diameter Di1 of the through hole 45d of the first connection member 45 is larger than the diameter Di2 of the third connection member 47 by a predetermined value (see FIG. 20). That is, a predetermined gap is provided between the outer peripheral surface 47 b of the third connection member 47 and the inner peripheral surface 45 d 1 of the through hole 45 d of the first connection member 45. Therefore, when torsional stress is applied, as schematically shown in FIG. 23, the second connecting member 46 and the third connecting member 47 screwed to the other end 20b are twisted. It can be rotated somewhat in the direction (left-right direction in FIG. 23). Further, the rod-shaped member 20 can rotate with respect to the third connecting member 47 by screwing or screwing in the screw hole 47 a 2. Therefore, it is possible to prevent torsional stress from being applied to the rod-shaped member 20 and to prevent occurrence of a steady output error due to torsion.

また、第3の接続部材47と第1の接続部材45との間の隙間は、図23からもわかるように、貫通孔45dのすべての半径方向について設けられている。従って、第3の接続部材47は、ねじれ方向以外の方向(例えば図23の上下方向)についても回転を許容されている。そのため、曲げや同軸ずれによる応力集中を回避することができ、そのような応力集中に起因したセンサ出力の変動を防止することができる。   Moreover, the clearance gap between the 3rd connection member 47 and the 1st connection member 45 is provided about all the radial directions of the through-hole 45d so that FIG. 23 may also show. Therefore, the third connecting member 47 is allowed to rotate in directions other than the twist direction (for example, the vertical direction in FIG. 23). Therefore, stress concentration due to bending or coaxial displacement can be avoided, and sensor output fluctuations due to such stress concentration can be prevented.

あるいは、連結部材61および62の少なくとも一方が逃げ機構を有してもよい。例えば、連結部材61および62の環状部材61bおよび62bに球面滑り軸受けを設けることにより、逃げ機構を含む連結部材61および62が得られる。球面滑り軸受けを含む連結部材61および62としては、例えば、「ロッドエンド」という名称で市販されている部材を用いることができる。   Alternatively, at least one of the connecting members 61 and 62 may have a relief mechanism. For example, by providing spherical sliding bearings on the annular members 61b and 62b of the connecting members 61 and 62, the connecting members 61 and 62 including an escape mechanism are obtained. As the connecting members 61 and 62 including spherical sliding bearings, for example, members commercially available under the name “rod end” can be used.

(磁歪式荷重センサを用いた荷重検出回路)
図24を参照しながら、磁歪式荷重センサを用いた荷重検出回路の構成を説明する。図24は、磁歪式荷重センサ100を用いた荷重検出回路600の概略構成を示すブロック図である。なお、荷重センサ100は、荷重センサ100a、100b、100cまたは100dであってもよい。
(Load detection circuit using magnetostrictive load sensor)
A configuration of a load detection circuit using a magnetostrictive load sensor will be described with reference to FIG. FIG. 24 is a block diagram showing a schematic configuration of a load detection circuit 600 using the magnetostrictive load sensor 100. The load sensor 100 may be a load sensor 100a, 100b, 100c, or 100d.

荷重検出回路600は、発振回路610、磁歪式荷重センサ100、温度補償抵抗回路620、電流検出器630A、630B、整流回路650A、650Bおよび増幅回路670を含む。   The load detection circuit 600 includes an oscillation circuit 610, a magnetostrictive load sensor 100, a temperature compensation resistance circuit 620, current detectors 630A and 630B, rectification circuits 650A and 650B, and an amplification circuit 670.

発振回路610は、発振信号を磁歪式荷重センサ100のコイルAの一端および温度補償抵抗回路620の一端に与える。磁歪式荷重センサ100は、外部からの荷重を検出する。電流検出器630Aは、磁歪式荷重センサ100のコイルAの他端から供給される電流を電圧に変換する。電流検出器630Bは、温度補償抵抗回路620の他端から供給される電流を電圧に変換する。整流回路650Aは、電流検出器630Aから出力される電圧を整流および平滑化する。整流回路650Bは、電流検出器630Bから出力される電圧を整流および平滑化する。増幅回路670は、整流回路650Aの出力電圧と整流回路650Bの出力電圧との差分を増幅する。   The oscillation circuit 610 provides an oscillation signal to one end of the coil A of the magnetostrictive load sensor 100 and one end of the temperature compensation resistance circuit 620. The magnetostrictive load sensor 100 detects an external load. The current detector 630A converts a current supplied from the other end of the coil A of the magnetostrictive load sensor 100 into a voltage. The current detector 630B converts a current supplied from the other end of the temperature compensation resistor circuit 620 into a voltage. The rectifier circuit 650A rectifies and smoothes the voltage output from the current detector 630A. The rectifier circuit 650B rectifies and smoothes the voltage output from the current detector 630B. The amplifier circuit 670 amplifies the difference between the output voltage of the rectifier circuit 650A and the output voltage of the rectifier circuit 650B.

図1の荷重伝達部材DaおよびDbの間に加えられる荷重が棒状部材Bの両端に伝達され、荷重検出部材Bに圧縮力または引っ張り力が作用すると、逆磁歪効果により荷重検出部材Bの透磁率が変化し、コイルA、荷重検出部材B、磁気回路形成部材Cからなるセンサ構成部のインピーダンスが変化する。このインピーダンス変化に対応する出力信号が増幅回路670により得られる。このようにして、荷重を電磁気的に検出することができる。   When the load applied between the load transmitting members Da and Db in FIG. 1 is transmitted to both ends of the rod-shaped member B and a compressive force or a pulling force acts on the load detecting member B, the magnetic permeability of the load detecting member B is caused by the inverse magnetostrictive effect. Changes, and the impedance of the sensor component composed of the coil A, the load detection member B, and the magnetic circuit forming member C changes. An output signal corresponding to this impedance change is obtained by the amplifier circuit 670. In this way, the load can be detected electromagnetically.

荷重検出回路600の増幅回路670の出力信号は制御部680に与えられる。制御部680はCPU(中央演算処理装置)およびRAM(ランダムアクセスメモリ)等からなる。CPUは、RAMに格納された制御プログラムに従って動作する。この制御部680は、増幅回路670の出力信号に所定の演算を行い、演算結果に基づく制御信号をアクチュエータ690に与える。アクチュエータ690は、制御信号に応答して駆動力を発生する。   An output signal of the amplification circuit 670 of the load detection circuit 600 is given to the control unit 680. The control unit 680 includes a CPU (Central Processing Unit) and a RAM (Random Access Memory). The CPU operates according to a control program stored in the RAM. The control unit 680 performs a predetermined calculation on the output signal of the amplifier circuit 670 and gives a control signal based on the calculation result to the actuator 690. Actuator 690 generates a driving force in response to the control signal.

(磁歪式荷重センサを用いたシフト荷重検出装置)
図25を参照しながら、磁歪式荷重センサを用いたシフト荷重検出装置の構成を説明する。図25は、磁歪式荷重センサ100aを用いたシフト荷重検出装置700を模式的に示す図である。
(Shift load detector using magnetostrictive load sensor)
With reference to FIG. 25, the configuration of a shift load detection apparatus using a magnetostrictive load sensor will be described. FIG. 25 is a diagram schematically showing a shift load detection device 700 using the magnetostrictive load sensor 100a.

シフト荷重検出装置700は、自動二輪車の内燃機関712近傍に設けられている。シフト荷重検出装置700は、ギヤボックス(不図示)から突出したシフト軸713と、シフト軸713に結合されたシフトロッド715と、ライダーがシフトチェンジを行うためのシフトペダル714とを含んでいる。シフトペダル714は、支持軸714aを中心として揺動可能に設けられており、ライダーの足(ステップ717によって支持されている)によって押し上げまたは押し下げられる。荷重センサ100aの一端部の連結部材61がシフトペダル714に連結されるとともに、荷重センサ100aの他端部の連結部材62がシフトロッド715に連結されることにより、シフトペダル714とシフトロッド715とが荷重センサ100aを介して連結されている。   The shift load detection device 700 is provided in the vicinity of the internal combustion engine 712 of the motorcycle. The shift load detection device 700 includes a shift shaft 713 protruding from a gear box (not shown), a shift rod 715 coupled to the shift shaft 713, and a shift pedal 714 for the rider to perform a shift change. The shift pedal 714 is provided so as to be swingable about the support shaft 714a, and is pushed up or down by the rider's foot (supported by the step 717). The connecting member 61 at one end of the load sensor 100a is connected to the shift pedal 714, and the connecting member 62 at the other end of the load sensor 100a is connected to the shift rod 715, so that the shift pedal 714 and the shift rod 715 Are connected via a load sensor 100a.

圧縮力および引っ張り力の両方を検出し得る荷重センサ100aによってシフト荷重を検出することにより、シフトチェンジが確実に行われたかどうかを判定することができる。一般に、シフトチェンジが成功した時は、シフト操作の途中に荷重の減少が見られる。これに対し、シフトチェンジが失敗したときにはシフト操作を解除するまで荷重が減少しない。従って、シフト荷重を検出することにより、シフトチェンジが成功したか否かを判別することが可能になる。   By detecting the shift load by the load sensor 100a that can detect both the compressive force and the tensile force, it can be determined whether or not the shift change has been performed reliably. Generally, when a shift change is successful, a load decrease is observed during the shift operation. On the other hand, when the shift change fails, the load does not decrease until the shift operation is released. Accordingly, by detecting the shift load, it is possible to determine whether or not the shift change is successful.

なお、上述した磁歪式荷重センサ100a、100b、100cおよび100dは、自動二輪車に限定されず、滑走艇、電動自転車、水上バイク、電動車椅子等の種々の輸送機器に用いられる。また、輸送機器だけでなく、移動棚等にも用いられる。つまり、磁歪式荷重センサ100a、100b、100cおよび100dは、移動体全般に広く用いられる。   The magnetostrictive load sensors 100a, 100b, 100c, and 100d described above are not limited to motorcycles, but are used in various transportation equipment such as planing boats, electric bicycles, water bikes, and electric wheelchairs. Moreover, it is used not only for transport equipment but also for mobile shelves. That is, the magnetostrictive load sensors 100a, 100b, 100c and 100d are widely used for all moving objects.

本発明は、自動二輪車、滑走艇、電動自転車、水上バイク、電動車椅子、移動棚等の種々の移動体における荷重の検出に有効に利用できる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be effectively used for detecting loads on various moving objects such as motorcycles, planing boats, electric bicycles, water bikes, electric wheelchairs, and moving shelves.

A、10 コイル
B、20 荷重検出部材(棒状部材)
C、30 磁気回路形成部材
Da、Db、40、42 荷重伝達部材
E、50 ハウジング
45 第1の接続部材
46 第2の接続部材
47 第3の接続部材
57 弾性部材
61、62 連結部材
100、100a、100b 磁歪式荷重センサ
100c、100d 磁歪式荷重センサ
600 荷重検出回路
700 シフト荷重検出装置
A, 10 Coil B, 20 Load detection member (bar-shaped member)
C, 30 Magnetic circuit forming member Da, Db, 40, 42 Load transmitting member E, 50 Housing 45 First connecting member 46 Second connecting member 47 Third connecting member 57 Elastic member 61, 62 Connecting member 100, 100a , 100b Magnetostrictive load sensor 100c, 100d Magnetostrictive load sensor 600 Load detection circuit 700 Shift load detection device

Claims (14)

貫通孔を有するコイルと、
前記貫通孔に挿入された荷重検出部材と、
前記コイルに流れる電流により発生した磁束が通過する磁気回路を形成する磁気回路形成部材であって、磁気回路を形成する第1の部分および前記第1の部分から磁気回路よりも外側に延びるように設けられた第2の部分を有する磁気回路形成部材と、
外部から印加される圧縮荷重および引っ張り荷重を前記荷重検出部材に伝達する荷重伝達部材と、
前記荷重検出部材の、前記磁気回路形成部材に対する中心軸方向に沿った相対的な位置変化を、前記磁気回路形成部材の前記第1の部分に前記荷重伝達部材が接触しない範囲に制限する制限部材と、を備え
前記荷重伝達部材は、前記荷重検出部材と回転可能に結合された結合部を含み、
前記荷重検出部材の前記結合部に接触する端面、または、前記結合部の前記荷重検出部材に接触する端面は、略球面形状を有する磁歪式荷重センサ。
A coil having a through hole;
A load detection member inserted into the through hole;
A magnetic circuit forming member for forming a magnetic circuit through which a magnetic flux generated by a current flowing through the coil passes, and extending from the first portion to the outside of the magnetic circuit. A magnetic circuit forming member having a provided second portion;
A load transmitting member that transmits a compressive load and a tensile load applied from the outside to the load detecting member;
A limiting member that limits relative change in the position of the load detection member along the direction of the central axis with respect to the magnetic circuit forming member to a range where the load transmitting member does not contact the first portion of the magnetic circuit forming member. and, with a,
The load transmission member includes a coupling portion rotatably coupled to the load detection member,
A magnetostrictive load sensor in which an end surface of the load detection member that contacts the coupling portion or an end surface of the coupling portion that contacts the load detection member has a substantially spherical shape .
前記制限部材は、磁気回路の外側に設けられている請求項1に記載の磁歪式荷重センサ。   The magnetostrictive load sensor according to claim 1, wherein the limiting member is provided outside a magnetic circuit. 前記荷重検出部材または前記荷重伝達部材は、当該部材の他の部分とは外周形状の異なる異形部を有し、
前記制限部材は、前記異形部を係止する係止部を有する請求項1または2に記載の磁歪式荷重センサ。
The load detection member or the load transmission member has a deformed portion having a different outer peripheral shape from other portions of the member,
The magnetostrictive load sensor according to claim 1, wherein the limiting member has a locking portion that locks the deformed portion.
前記荷重検出部材の表面は、前記荷重検出部材の内部とは異なる形状磁気異方性を有する請求項1から3のいずれかに記載の磁歪式荷重センサ。   4. The magnetostrictive load sensor according to claim 1, wherein a surface of the load detection member has a shape magnetic anisotropy different from an inside of the load detection member. 5. 前記荷重検出部材の表面は、前記荷重検出部材の中心軸に対して傾斜した方向に延びるストライプ状の複数の溝、前記荷重検出部材の中心軸に対して傾斜した方向に延びるストライプ状のめっきパターン、または、前記荷重検出部材の中心軸に対して傾斜した方向に延びるストライプ状の複数の磁性薄帯を有する、請求項4に記載の磁歪式荷重センサ。   The surface of the load detection member has a plurality of stripe-shaped grooves extending in a direction inclined with respect to the central axis of the load detection member, and a striped plating pattern extending in a direction inclined with respect to the central axis of the load detection member The magnetostrictive load sensor according to claim 4, further comprising a plurality of stripe-shaped magnetic ribbons extending in a direction inclined with respect to a central axis of the load detection member. 前記複数の溝、前記めっきパターンまたは前記複数の磁性薄帯は、前記荷重検出部材の中心軸に直交する方向と14.2°以上65.5°以下の角度をなす請求項5に記載の磁歪式荷重センサ。   6. The magnetostriction according to claim 5, wherein the plurality of grooves, the plating pattern, or the plurality of magnetic ribbons form an angle of 14.2 ° or more and 65.5 ° or less with a direction orthogonal to a center axis of the load detection member. Type load sensor. 前記複数の溝、前記めっきパターンまたは前記複数の磁性薄帯は、前記荷重検出部材の中心軸に直交する方向と35°の角度をなす請求項6に記載の磁歪式荷重センサ。  The magnetostrictive load sensor according to claim 6, wherein the plurality of grooves, the plating pattern, or the plurality of magnetic ribbons form an angle of 35 ° with a direction orthogonal to a central axis of the load detection member. 貫通孔を有するコイルと、
前記貫通孔に挿入された荷重検出部材と、
前記コイルに流れる電流により発生した磁束が通過する磁気回路を形成する磁気回路形成部材であって、磁気回路を形成する第1の部分および前記第1の部分から磁気回路よりも外側に延びるように設けられた第2の部分を有する磁気回路形成部材と、
外部から印加される圧縮荷重および引っ張り荷重を前記荷重検出部材に伝達する荷重伝達部材と、
前記荷重検出部材の、前記磁気回路形成部材に対する中心軸方向に沿った相対的な位置変化を、前記磁気回路形成部材の前記第1の部分に前記荷重伝達部材が接触しない範囲に制限する制限部材と、を備え、
前記荷重伝達部材は、前記荷重検出部材と回転可能に結合された結合部を含み、
前記結合部は、前記荷重検出部材の一端部に当接する受け部材であり、
前記荷重伝達部材は、さらに、前記受け部材を前記荷重検出部材側に付勢する弾性部材を含む磁歪式荷重センサ。
A coil having a through hole;
A load detection member inserted into the through hole;
A magnetic circuit forming member for forming a magnetic circuit through which a magnetic flux generated by a current flowing through the coil passes, and extending from the first portion to the outside of the magnetic circuit. A magnetic circuit forming member having a provided second portion;
A load transmitting member that transmits a compressive load and a tensile load applied from the outside to the load detecting member;
A limiting member that limits relative change in the position of the load detection member along the direction of the central axis with respect to the magnetic circuit forming member to a range where the load transmitting member does not contact the first portion of the magnetic circuit forming member. And comprising
The load transmission member includes a coupling portion rotatably coupled to the load detection member,
The coupling portion is a receiving member that comes into contact with one end of the load detection member,
The load transfer member further said receiving elastic member including magnetostrictive load sensor to be biased to the load detection member side member.
前記荷重伝達部材を前記荷重検出部材に対して回転可能に結合する逃げ機構を含む請求項1からのいずれかに記載の磁歪式荷重センサ。 Magnetostrictive load sensor according to any of claims 1 to 8 including a relief mechanism for rotatably coupling said load transfer member to the load detection member. 貫通孔を有するコイルと、
前記貫通孔に挿入された荷重検出部材と、
前記コイルに流れる電流により発生した磁束が通過する磁気回路を形成する磁気回路形成部材であって、磁気回路を形成する第1の部分および前記第1の部分から磁気回路よりも外側に延びるように設けられた第2の部分を有する磁気回路形成部材と、
外部から印加される圧縮荷重および引っ張り荷重を前記荷重検出部材に伝達する荷重伝達部材と、
前記荷重検出部材の、前記磁気回路形成部材に対する中心軸方向に沿った相対的な位置変化を、前記磁気回路形成部材の前記第1の部分に前記荷重伝達部材が接触しない範囲に制限する制限部材と、を備え、
前記荷重伝達部材を前記荷重検出部材に対して回転可能に結合する逃げ機構を含み、
前記逃げ機構は、前記荷重検出部材の中心軸と交差する方向に延びる棒状部材と、前記棒状部材が挿入される貫通孔を有する収容部材と、を含み、
前記貫通孔の内径は、前記棒状部材の外径よりも大きく、
前記棒状部材の外周面と前記収容部材の前記貫通孔の内周面との間で荷重が伝達される磁歪式荷重センサ。
A coil having a through hole;
A load detection member inserted into the through hole;
A magnetic circuit forming member for forming a magnetic circuit through which a magnetic flux generated by a current flowing through the coil passes, and extending from the first portion to the outside of the magnetic circuit. A magnetic circuit forming member having a provided second portion;
A load transmitting member that transmits a compressive load and a tensile load applied from the outside to the load detecting member;
A limiting member that limits relative change in the position of the load detection member along the direction of the central axis with respect to the magnetic circuit forming member to a range where the load transmitting member does not contact the first portion of the magnetic circuit forming member. And comprising
Including a relief mechanism that rotatably couples the load transmission member to the load detection member;
The escape mechanism includes a rod-shaped member extending in a direction intersecting with the central axis of the load detection member, and a housing member having a through hole into which the rod-shaped member is inserted,
The inner diameter of the through hole is larger than the outer diameter of the rod-shaped member,
Magnetostrictive load sensor load Ru is transmitted between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the through hole of the accommodation member of the bar-like member.
前記荷重伝達部材に直接または間接に結合され、前記磁歪式荷重センサを外部と連結するための連結部材をさらに備える請求項1から10のいずれかに記載の磁歪式荷重センサ。 The magnetostrictive load sensor according to any one of claims 1 to 10 , further comprising a connecting member that is directly or indirectly coupled to the load transmitting member and connects the magnetostrictive load sensor to the outside. 前記連結部材は、球面滑り軸受けを含む請求項11に記載の磁歪式荷重センサ。 The magnetostrictive load sensor according to claim 11 , wherein the connecting member includes a spherical sliding bearing. 前記コイル、前記荷重検出部材および前記磁気回路形成部材を収容するハウジングをさらに備え、
前記ハウジングは、前記磁気回路形成部材の前記第2の部分を保持固定する請求項1から12のいずれかに記載の磁歪式荷重センサ。
A housing for accommodating the coil, the load detection member, and the magnetic circuit forming member;
The housing magnetostrictive load sensor according to any one of claims 1 to 12, wherein the magnetic circuit forming members for fixing of holding the second portion.
請求項1から13のいずれかに記載の磁歪式荷重センサを備えた移動体。 Moving body provided with a magnetostrictive load sensor according to any of claims 1 13.
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JP6201883B2 (en) * 2014-05-09 2017-09-27 日立金属株式会社 Stress sensor
US9855908B2 (en) * 2016-01-12 2018-01-02 Tesla, Inc. Load limiter configuration using multidimensional model
CN113227736B (en) * 2018-12-28 2023-10-10 日本发条株式会社 Stress detection device

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5319262U (en) * 1976-07-28 1978-02-18
JPS63196339A (en) * 1987-02-09 1988-08-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Movable table
JPH02228532A (en) * 1989-03-02 1990-09-11 Wako:Kk Force detector and application thereof
JPH08219908A (en) * 1995-02-15 1996-08-30 Yaskawa Electric Corp Magnetstrictive strain sensor
JPH09166504A (en) * 1995-12-18 1997-06-24 Yaskawa Electric Corp Magnetostrictive distortion sensor
JP2735819B2 (en) * 1995-12-21 1998-04-02 株式会社東日製作所 Power measurement device and power transmission joint structure
JPH11183275A (en) * 1997-12-22 1999-07-09 Yaskawa Electric Corp Magnetostrictive strain sensor
EP1909088A4 (en) * 2005-07-01 2015-12-23 Yamaha Motor Co Ltd Magneto-striction type load sensor and mobile body having the same
JP2007091103A (en) * 2005-09-29 2007-04-12 Honda Motor Co Ltd Saddle riding type motorcycle

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