WO2007004472A1 - 磁歪式荷重センサおよびそれを備えた移動体 - Google Patents

Abstract

　磁歪式荷重センサは、コイル、磁性材料からなる磁気通路形成部材、磁性材料からなる棒状部材、２つの荷重伝達部材、ハウジングおよび２つの荷重印加部材を備える。コイルの外周部および両端部を覆う磁気通路形成部材の両端部の中央には、開口がそれぞれ形成されている。コイルの貫通孔および開口に棒状部材が挿入される。棒状部材の両端部は開口から突出し、棒状部材は磁気通路形成部材と接触しないように配置される。棒状部材の両端部が、荷重伝達部材によりそれぞれ支持される。荷重伝達部材の一部が、それぞれハウジングの開口から外部に突出している。

Description

明 細 書

磁歪式荷重センサおよびそれを備えた移動体

技術分野

[0001] 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。

背景技術

[0002] 自動二輪車、水上バイク、移動棚、輸送機器、電動自転車または電動車椅子等の 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。

[0003] 磁歪式荷重センサでは、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当該荷重を検出する。

[0004] 特許文献 1には、磁歪式荷重センサである荷重検出装置が開示されて 、る。特許 文献 1の荷重検出装置は、棒状の磁性体、励磁コイル、検出コイルおよび磁気シー ノレドケースを備える。

[0005] 棒状の磁性体は、磁性材料により形成されている。磁性体の周囲には、励磁コイル および検出コイルが互いに電気的に絶縁された状態で卷回されて ヽる。磁気シール ドケースは、磁性材料により形成され、磁性体、励磁コイルおよび検出コイルを収容 する。

[0006] 磁性体の一端は、磁気シールドケースの上部に設けられた孔部力 上方に突出し ている。磁性体の上端部には、ジョイントが設けられている。

[0007] 磁性体が励磁コイルにより磁ィ匕された状態で、荷重がジョイントを介して磁性体に加 えられる。これにより、磁性体の軸方向に荷重が加わると、磁性体が圧縮される。その 結果、逆磁歪効果により荷重検出装置のインピーダンスが変化するとともに、検出コ ィルの両端の電圧が変化する。そこで、検出コイルにおける電圧の変化に基づいて 磁性体に加わった荷重が算出される。

特許文献 1：特開平 11― 241955号公報

発明の開示 発明が解決しょうとする課題

[0008] ところで、上記の特許文献 1の荷重検出装置において、磁性材料により形成された 磁気シールドケースは、棒状の磁性体の下端部を支持するとともに励磁コイルおよび 検出コイルの外周部、上部および下部を覆っている。これにより、磁気シールドケー スは、磁性体が励磁コイルにより磁化される際に磁気通路として機能する。

[0009] 磁気シールドケースは磁性体の下端部を支持している。したがって、磁性体の上端 に荷重が加えられると、磁性体の下端部と磁気シールドケースとの当接部にも応力が 作用する。

[0010] 磁性体に加えられる荷重の方向が磁性体の軸方向からずれると、磁性体の下端部 における応力分布が不均一となり、応力集中部が発生する。また、磁性体に加えられ る荷重の方向が異なると、磁性体の下端部に発生する応力集中部の位置および大 きさも異なる。それにより、磁性体に加えられる荷重が一定であっても、発生する応力 集中部の位置および大きさに応じて磁性体の下端部における磁気特性がばらつく。

[0011] さらに、磁性体の下端部と磁気シールドケースとが当接しているので、磁性体の下 端部に応力集中部が発生すると、磁気シールドケースの磁性体との当接部分にも、 磁性体に発生する応力集中部の位置および大きさに応じた応力集中部が発生する 。それにより、磁気シールドケースにおいても、磁性体に発生する応力集中部の位置 および大きさに応じて磁気特性がばらつく。

[0012] 磁性体に加えられる荷重の方向が異なると、磁性体の下端部における磁気特性の ばらつきおよび磁気シールドケースの磁気特性のばらつきの影響を受けて、検出コィ ルの両端の電圧の変化がばらつく。その結果、荷重検出装置の出力のばらつきが大 きくなり、荷重検出装置の信頼性が低下する。

[0013] また、磁性体に加えられる荷重の方向が磁性体の軸方向と一致する場合でも、磁 性体と磁気シールドケースとの当接部の形状および寸法にわずかでも誤差があると、 磁性体の下端部における応力分布が不均一となり、応力集中部が発生する。

[0014] したがって、上記の荷重検出装置を量産する際には、磁性体と磁気シールドケース との当接部の形状および寸法の誤差により、荷重検出装置間で検出コイルの両端の 電圧がばらつく。その結果、荷重検出装置の製造歩留まりが低下する。 [0015] 本発明の目的は、応力集中に起因する出力変化のばらつきが防止され、信頼性お よび製造歩留まりが向上された磁歪式荷重センサおよびそれを備えた移動体を提供 することである。

課題を解決するための手段

[0016] (1)本発明に係る磁歪式荷重センサは、貫通孔を有するコイルと、貫通孔に挿入さ れた荷重検出部材と、コイルにより発生された磁束が通過する磁気通路を形成する 磁気通路形成部材とを備え、荷重検出部材の両端部は、貫通孔に対向する磁気通 路形成部材の部分カゝらそれぞれ外側に突出し、外部から印加される荷重を荷重検 出部材の少なくとも一端部に伝達する荷重伝達部材と、磁気通路形成部材および荷 重伝達部材を支持する支持部材とをさらに備えたものである。

[0017] この発明に係る磁歪式荷重センサにぉ ヽては、磁気通路形成部材および荷重伝 達部材が支持部材により支持されて 、る。コイルに電流が流されることにより磁界が 発生する。これにより、磁性材料からなる荷重検出部材が磁化される。

[0018] この状態で、磁気通路形成部材の部分力 それぞれ外側に突出する荷重検出部 材の両端部のうち少なくとも一端部に荷重伝達部材を通じて荷重が加えられると、荷 重検出部材が歪む。それにより、コイルのインピーダンスが変化し、コイルに誘起され る電圧が変化する。したがって、電圧の変化に基づいて荷重を検出することができる

[0019] ここで、荷重検出部材の中心軸に対してずれた方向に荷重が加えられると、荷重検 出部材の端部に作用する応力の分布が不均一となる。これにより、荷重検出部材の 両端部に応力集中部が発生する。

[0020] さらに、荷重伝達部材を通じて荷重検出部材にカ卩えられる荷重の方向および位置 が異なると、荷重検出部材の両端部に発生する応力集中部の位置および大きさも異 なる。それにより、荷重検出部材にカ卩えられる荷重が一定である場合であっても、発 生する応力集中部の位置および大きさに応じて荷重検出部材の端部における磁気 特性がばらつく。

[0021] この発明に係る磁歪式荷重センサにおいては、荷重検出部材の両端部が磁気通 路形成部材の外部に突出している。換言すれば、磁歪式荷重センサの動作時にお いて、荷重検出部材の両端部は磁気通路形成部材により形成される磁気通路の外 側に位置する。

[0022] その結果、磁歪式荷重センサの出力が荷重検出部材の端部に発生する応力集中 部の影響を受けることが防止されるので、磁歪式荷重センサの出力が安定する。

[0023] また、磁気通路形成部材、荷重検出部材、荷重伝達部材および支持部材の形状 および寸法の誤差により荷重検出部材の端部に応力集中部が発生した場合でも、 磁歪式荷重センサの出力変化が荷重検出部材の端部に発生する応力集中部の影 響によりばらつくことが防止される。

[0024] それにより、磁歪式荷重センサを量産する際の磁気通路形成部材、荷重検出部材 、荷重伝達部材および支持部材の形状および寸法の精度が緩和される。その結果、 磁歪式荷重センサの製造歩留まりが向上する。

[0025] (2)支持部材は、荷重検出部材が一定の範囲で移動可能となるように、荷重伝達 部材を介して荷重検出部材を支持してもよ ヽ。

[0026] この場合、荷重検出部材が一定の範囲で移動することができるので、荷重が加えら れる方向に起因して荷重検出部材の端部に発生する応力集中が低減される。それ により、磁歪式荷重センサの出力変化のばらつきが十分に防止される。また、磁歪式 荷重センサの製造歩留まりがさらに向上する。

[0027] (3)支持部材は、荷重検出部材と磁気通路形成部材とが接触しな!、ように荷重伝 達部材を介して荷重検出部材を支持してもよい。この場合、磁歪式荷重センサの動 作時に、荷重検出部材と磁気通路形成部材との間で磁気抵抗が著しく変化すること が防止される。これにより、磁歪式荷重センサの出力変化が、荷重検出部材と磁気通 路形成部材との間の磁気抵抗の変化の影響によりばらつくことが防止される。

[0028] また、磁気通路形成部材には荷重検出部材との接触に起因する応力集中部が発 生しないので、磁気通路形成部材の磁気特性がばらつカゝない。その結果、磁歪式荷 重センサの出力変化がばらつくことが防止される。

[0029] (4)荷重検出部材と磁気通路形成部材との間に非磁性材料力 なる間隔形成部 材が設けられてもよい。この場合、磁歪式荷重センサの動作時に、磁気通路形成部 材と荷重検出部材との接触が確実に防止される。それにより、荷重検出部材と磁気 通路形成部材との間で磁気抵抗が著しく変化することが確実に防止される。

[0030] さらに、荷重検出部材が一定の範囲で移動する場合であっても、荷重検出部材と 磁気通路形成部材との位置関係のずれ量が間隔形成部材により小さく制限される。 それにより、磁気通路形成部材と荷重検出部材との位置関係のずれに起因するコィ ルのインピーダンスの変化が十分に低減される。それにより、磁歪式荷重センサの出 力の安定性が向上される。

[0031] (5)支持部材は、荷重伝達部材が一定の範囲で移動可能となるように、荷重伝達 部材を支持してもよい。

[0032] この場合、荷重伝達部材が一定の範囲で移動することができるので、荷重が加えら れる方向に起因して荷重検出部材の端部に発生する応力集中が低減される。それ により、磁歪式荷重センサの出力変化のばらつきが十分に防止される。また、磁歪式 荷重センサの製造歩留まりがさらに向上する。

[0033] (6)支持部材は、荷重伝達部材を弾性体を介して支持してもよ!ヽ。この場合、荷重 伝達部材が弾性体を介して支持部材により支持されることにより、荷重伝達部材がー 定の範囲で移動可能となる。それにより、荷重検出部材、荷重伝達部材および支持 部材の形状および寸法に誤差が生じた場合でも、荷重伝達部材は弾性体により誤 差の影響が吸収されつつ支持される。したがって、荷重検出部材、荷重伝達部材ぉ よび支持部材の形状および寸法の精度が緩和され、磁歪式荷重センサの製造歩留 まりが向上する。

[0034] (7)支持部材は、コイル、磁気通路形成部材、荷重検出部材および荷重伝達部材 を収容するハウジングを含んでもょ 、。

[0035] この場合、コイル、磁気通路形成部材、荷重検出部材および荷重伝達部材が、ハ ウジング内に収容される。それにより、磁歪式荷重センサの取り扱いが容易となる。ま た、コイル、磁気通路形成部材、荷重検出部材および荷重伝達部材が汚染されるこ とが防止でき、磁歪式荷重センサの劣化を防止することができる。

[0036] (8)磁気通路形成部材は、貫通孔の両端部にそれぞれ対向する部分に第 1および 第 2の開口を有し、荷重検出部材の外面と第 1および第 2の開口の内面との間にそれ ぞれ第 1の隙間が形成され、ハウジングは、荷重検出部材および荷重伝達部材がー 体的に一定の範囲で移動可能となるように、荷重伝達部材が嵌合する第 3の開口を 有し、荷重伝達部材の外面と第 3の開口の内面との間に第 2の隙間が形成され、第 2 の隙間の幅は、第 1の隙間の幅以下であってもよい。

[0037] この場合、第 1の隙間により、荷重検出部材が磁気通路形成部材の第 1および第 2 の開口内で、コイルの貫通孔の軸に交差する方向に移動可能となる。また、第 2の隙 間により、荷重伝達部材がハウジングの第 3の開口内でコイルの貫通孔の軸に交差 する方向に移動可能となる。

[0038] 第 2の隙間の幅が第 1の隙間の幅以下であるので、荷重伝達部材および荷重検出 部材力 コイルの貫通孔の軸に交差する方向に移動可能に支持されつつ荷重検出 部材と磁気通路形成部材との接触とが防止される。

[0039] したがって、荷重が加えられる方向に起因して荷重検出部材の端部に発生する応 力集中が低減される。それにより、磁歪式荷重センサの出力変化のばらつきが十分 に防止される。また、磁歪式荷重センサの製造歩留まりがさらに向上する。

[0040] また、磁歪式荷重センサの動作時に、荷重検出部材と磁気通路形成部材との間で 磁気抵抗が著しく変化することが防止される。これにより、磁歪式荷重センサの出力 変化が、荷重検出部材と磁気通路形成部材との間の磁気抵抗の変化の影響により ばらつくことが防止される。

[0041] また、磁気通路形成部材には荷重検出部材との接触に起因する応力集中部が発 生しないので、磁気通路形成部材の磁気特性がばらつカゝない。その結果、磁歪式荷 重センサの出力変化がばらつくことが防止される。

[0042] (9)磁歪式荷重センサは、一定の範囲で移動可能かつ荷重伝達部材に当接可能 に設けられ、荷重伝達部材を通じて荷重検出部材に荷重を印加する荷重印加部材 をさらに備えてもよい。

[0043] この場合、荷重印加部材により、荷重伝達部材を通じて荷重検出部材に荷重が印 加される。これにより、荷重検出部材に確実に荷重を印加することができる。

[0044] (10)磁気通路形成部材は、貫通孔の両端部にそれぞれ対向する部分に第 1およ び第 2の開口を有し、荷重検出部材の外面と第 1および第 2の開口の内面との間に それぞれ第 1の隙間が形成され、ハウジングは、荷重検出部材および荷重伝達部材 がー体的に一定の範囲で移動可能となるように、荷重伝達部材が嵌合する第 3の開 口を有し、荷重伝達部材の外面と第 3の開口の内面との間に第 2の隙間が形成され 、第 2の隙間の幅は、第 1の隙間の幅以下であり、荷重伝達部材を通じて荷重検出 部材に荷重を印加する荷重印加部材をさらに備え、荷重印加部材は、貫通孔の軸 方向と直交する方向において第 1の隙間の幅よりも大きな範囲で移動可能に設けら れてもよい。

[0045] この場合、コイルの貫通孔の軸と交差する方向において、第 1の隙間により、荷重 検出部材が磁気通路形成部材の第 1および第 2の開口内で、コイルの貫通孔の軸に 交差する方向に移動可能となる。また、第 2の隙間により、荷重伝達部材がハウジン グの第 3の開口内でコイルの貫通孔の軸に交差する方向に移動可能となる。

[0046] 荷重検出部材および荷重伝達部材は、ハウジング内で一体的に移動する。これに より、コイルの貫通孔の軸に交差する方向において、荷重検出部材の移動可能な範 囲が荷重伝達部材の移動可能な範囲以下となる。

[0047] ここで、第 2の隙間の幅が第 1の隙間の幅以下であるので、荷重伝達部材および荷 重検出部材力 コイルの貫通孔の軸に交差する方向に移動可能に支持されつつ荷 重検出部材と磁気通路形成部材との接触とが防止される。

[0048] 荷重印加部材により、荷重伝達部材を通じて荷重検出部材に荷重が印加される。

これにより、荷重検出部材に確実に荷重を印加することができる。ここで、コイルの貫 通孔の軸と交差する方向において、荷重印加部材は第 1の隙間の幅よりも大きな範 囲で移動可能である。したがって、コイルの貫通孔の軸に交差する方向において、荷 重伝達部材の移動可能な範囲が荷重印加部材の移動可能な範囲以下となる。

[0049] コイルの貫通孔の軸と交差する方向にぉ 、て、荷重伝達部材の移動可能な範囲が 荷重印加部材の移動可能な範囲以下となることにより、荷重印加部材が荷重伝達部 材に加える荷重の方向がコイルの貫通孔の軸に対して傾斜している場合に、荷重伝 達部材の移動量が荷重印加部材の移動量以下となる。

[0050] また、コイルの貫通孔の軸と交差する方向において、荷重検出部材の移動可能な 範囲が荷重伝達部材の移動可能な範囲以下となることにより、荷重伝達部材が荷重 検出部材に加える荷重の方向がコイルの貫通孔の軸に対して傾斜している場合に、 荷重検出部材の移動量が荷重伝達部材の移動量以下となる。

[0051] その結果、磁気通路形成部材に対する荷重検出部材の位置ずれおよび傾きを低 減することができるので、磁歪式荷重センサの出力変化のばらつきがより十分に防止 される。

[0052] (11)荷重伝達部材は、外部から印加される荷重を荷重検出部材の一端部および 他端部にそれぞれ伝達する第 1および第 2の荷重伝達部材を含んでもよい。

[0053] この場合、磁歪式荷重センサは、荷重検出部材の一端部および他端部にカ卩えられ る荷重をそれぞれ検出することが可能となる。これにより、 2つの方向からカ卩えられる 荷重を 1つの磁歪式荷重センサにより検出することができる。したがって、 2つの方向 から加えられる荷重を検出するために、個々の方向に対応する磁歪式荷重センサを 用意する必要がないので、部品点数が低減される。それにより、磁歪式荷重センサの 小型化および軽量ィヒが実現される。

[0054] また、 1つの磁歪式荷重センサにより 2つの方向からカ卩えられる荷重を検出すること ができるので、 2つの磁歪式荷重センサを用意する場合のように、 2つの磁歪式荷重 センサの感度の調整および 2つの磁歪式荷重センサの選別が不要となる。その結果 、装置の製造工程数および製造コストが低減され、製造歩留まりが向上する。

[0055] (12)磁歪式荷重センサは、一定の範囲で移動可能かつ荷重伝達部材に当接可 能に設けられ、第 1および第 2の荷重伝達部材を通して荷重検出部材の一端部およ び他端部に荷重をそれぞれ印加する第 1および第 2の荷重印加部材をさらに備えて ちょい。

[0056] この場合、第 1および第 2の荷重印加部材により、第 1および第 2の荷重伝達部材を 通じて荷重検出部材の両端部に荷重がそれぞれ印加される。これにより、荷重検出 部材の両端部に確実に荷重を印加することができる。

[0057] (13)第 1および第 2の荷重印加部材および第 1および第 2の荷重伝達部材は、コィ ルの貫通孔の軸に沿って、荷重検出部材を中心として対称的に配置されてもよい。

[0058] この場合、荷重検出部材の一端側に位置する第 1の荷重伝達部材に第 1の荷重印 加部材により荷重が加えられる場合と、荷重検出部材の他端側に位置する第 2の荷 重伝達部材に第 2の荷重印加部材により荷重が加えられる場合とで、荷重が対称的 な経路で荷重検出部材に伝達される。したがって、磁歪式荷重センサは、 2つの方 向から加えられる荷重を同じ精度で検出することができる。

[0059] (14)ハウジングは、荷重伝達部材が嵌合する第 3の開口を有し、荷重伝達部材は 、ハウジングの内側の一端面に対向または接触するフランジ部および荷重検出部材 の一端部が嵌合する凹部を有してもよい。

[0060] この場合、荷重伝達部材の凹部に荷重検出部材の一端部が嵌合し、荷重伝達部 材がハウジングの第 3の開口に嵌合するとともにフランジ部がハウジングの内側の一 端面に対向または接触する。それにより、荷重検出部材および荷重伝達部材が軸方 向に移動可能にハウジング内に保持される。したがって、簡単な構造で荷重を正確 に検出することが可能となる。

[0061] (15)ハウジングの第 3の開口の内面と荷重伝達部材の外面との間に隙間が形成さ れ、磁歪式荷重センサは、荷重伝達部材をハウジングに対して貫通孔の軸方向と直 交する方向に移動可能に保持する弾性部材をさらに備えてもよい。

[0062] この場合、荷重伝達部材にコイルの貫通孔の軸方向に対して傾斜した方向に荷重 が加わった場合に、荷重伝達部材が貫通孔の軸方向と直交する方向に弾性的に移 動するので、荷重の加えられる方向に起因して荷重検出部材の一端部に発生する 応力集中が低減される。それにより、磁歪式荷重センサの出力変化のばらつきが十 分に低減される。

[0063] (16)荷重検出部材は、外部から印加される荷重を荷重検出部材の一端部および 他端部にそれぞれ伝達する第 1および第 2の荷重伝達部材を含み、ハウジングは、 第 1の荷重伝達部材が嵌合する第 3の開口および第 2の荷重伝達部材が嵌合する 第 4の開口を有し、第 1の荷重伝達部材は、ハウジングの内側の一端面に対向また は接触する第 1のフランジ部および荷重検出部材の一端部が嵌合する第 1の凹部を 有し、第 2の荷重伝達部材は、ハウジングの内側の他端面に対向または接触する第 2のフランジ部および荷重検出部材の他端部が嵌合する第 2の凹部を有してもよい。

[0064] この場合、第 1の荷重伝達部材の第 1の凹部に荷重検出部材の一端部が嵌合し、 第 1の荷重伝達部材がハウジングの第 3の開口に嵌合するとともに第 1のフランジ部 がハウジングの内側の一端面に対向または接触する。また、第 2の荷重伝達部材の 第 2の凹部に荷重検出部材の他端部が嵌合し、第 2の荷重伝達部材がハウジングの 第 4の開口に嵌合するとともに第 2のフランジ部がハウジングの内側の他端面に対向 または接触する。それにより、第 1および第 2の荷重検出部材およ第 1および第 2の荷 重伝達部材が軸方向に移動可能にハウジング内に保持される。したがって、簡単な 構造で荷重を正確に検出することが可能となる。

[0065] (17)ハウジングの第 3の開口の内面と第 1の荷重伝達部材の外面との間に隙間が 形成され、ノ、ウジングの第 4の開口の内面と第 2の荷重伝達部材の外面との間に隙 間が形成され、磁歪式荷重センサは、第 1の荷重伝達部材をハウジングに対して貫 通孔の軸方向と直交する方向に移動可能に保持する第 1の弾性部材と、第 2の荷重 伝達部材をハウジングに対して貫通孔の軸方向と直交する方向に移動可能に保持 する第 2の弾性部材とをさらに備えてもよい。

[0066] この場合、第 1または第 2の荷重伝達部材にコイルの貫通孔の軸方向に対して傾斜 した方向に荷重が加わった場合に、第 1または第 2の荷重伝達部材が貫通孔の軸方 向に直交する方向に弹性的に移動する。それにより、荷重の加えられる方向に起因 して荷重検出部材の一端部または他端部に発生する応力集中が低減される。したが つて、磁歪式荷重センサの出力変化のばらつきが十分に低減される。

[0067] (18)荷重検出部材と荷重伝達部材とが接合されてもよい。この場合、コイルの貫通 孔の軸上で、荷重伝達部材を通じて荷重検出部材に圧縮荷重を加えることができる とともに、荷重伝達部材を通じて荷重検出部材に引っ張り荷重をカ卩えることができる。 したがって、応力集中に起因する出力変化のばらつきを防止しつつ、圧縮荷重およ び引つ張り荷重を検出することができる。

[0068] (19)荷重検出部材は、円柱形状を有し、荷重検出部材の両端部は、軸方向の断 面の直径以上の長さ分、磁気通路形成部材の第 1および第 2の開口力 突出しても よい。

[0069] この場合、荷重検出部材の端部に局部的に集中して応力が作用する場合でも、荷 重検出部材の両端部が荷重検出部材の直径以上の長さで第 1および第 2の開口か ら突出しているので、当該応力が荷重検出部材の突出部内で全面に広がる。それに より、磁気通路形成部材に覆われる荷重検出部材の部分においては、荷重検出部 材の応力分布がほぼ均一となる。その結果、磁歪式荷重センサの出力変化が荷重 検出部材の端部に発生する応力集中部の影響によりばらつくことが十分に防止され る。

[0070] (20)本発明の他の局面に従う移動体は、本体部と、本体部を移動させる駆動部と 、荷重を検出する磁歪式荷重センサと、磁歪式荷重センサにより検出された荷重に 基づいて駆動部を制御する制御部とを備え、磁歪式荷重センサは、貫通孔を有する コイルと、貫通孔に挿入された荷重検出部材と、コイルにより発生された磁束が通過 する磁気通路を形成する磁気通路形成部材とを含み、荷重検出部材の両端部は、 貫通孔に対向する磁気通路形成部材の部分力 それぞれ外側に突出し、外部から 印加される荷重を荷重検出部材の少なくとも一端部に伝達する荷重伝達部材と、磁 気通路形成部材および荷重伝達部材を支持する支持部材とをさらに含むものである

[0071] その移動体においては、磁歪式荷重センサにより荷重が検出され、検出された荷 重に基づいて制御部により駆動部が制御される。それにより、駆動部により本体部が 移動される。

[0072] この移動体に用いられる磁歪式荷重センサにおいては、応力集中に起因する出力 変化のばらつきが防止され、信頼性および製造歩留まりが向上されている。したがつ て、移動体を高い精度で制御することが可能になるとともに、移動体の信頼性が向上 される。

発明の効果

[0073] 本発明によれば、荷重検出部材の両端部が磁気通路形成部材の外部に突出して いる。それにより、磁歪式荷重センサの出力が荷重検出部材の端部に発生する応力 集中部の影響を受けることが防止されるので、磁歪式荷重センサの出力が安定する

[0074] また、磁気通路形成部材、荷重検出部材、荷重伝達部材および支持部材の形状 および寸法の誤差により荷重検出部材の端部に応力集中部が発生した場合でも、 上記と同様の効果が奏される。すなわち、磁歪式荷重センサの出力変化が荷重検出 部材の端部に発生する応力集中部の影響によりばらつくことが防止される。 [0075] それにより、磁歪式荷重センサを量産する際の磁気通路形成部材、荷重検出部材

、荷重伝達部材および支持部材の形状および寸法の精度が緩和される。その結果、 磁歪式荷重センサの製造歩留まりが向上する。

[0076] また、磁歪式荷重センサを用いた移動体は、高 、精度で制御することが可能になる とともに、移動体の信頼性が向上される。

図面の簡単な説明

[0077] [図 1]図 1は第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの基本構成を説明するため の図である。

[図 2]図 2は図 1の磁歪式荷重センサ内の磁界の向きを示す図である。

[図 3]図 3は第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの第 1の具体例を示す断面 図である。

[図 4]図 4は図 3の磁歪式荷重センサのハウジング内における各構成部材の支持状 態を説明するための図である。

[図 5]図 5は図 3の棒状部材と磁気通路形成部材との位置関係に応じて変化するセン サ構成部のインピーダンスを説明するための図である。

[図 6]図 6は図 3の磁歪式荷重センサの磁気通路形成部材の開口力 突出する棒状 部材の部分を説明するための図である。

[図 7]図 7は棒状部材の中心軸に対する荷重が加えられる方向の傾斜角度と磁歪式 荷重センサの感度との関係を説明するための図である。

[図 8]図 8は第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの第 2の具体例を示す断面 図である。

[図 9]図 9は第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの第 3の具体例を示す断面 図である。

[図 10]図 10は第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの第 4の具体例を示す断 面図である。

[図 11]図 11は第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの第 5の具体例を示す断 面図である。

[図 12]図 12は第 2の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの基本構成を説明するた めの図である。

[図 13]図 13は第 2の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの具体例を示す上面図で ある。

[図 14]図 14は第 3の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの基本構成を説明するた めの図である。

[図 15]図 15は第 3の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの具体例を示す断面図で ある。

[図 16]図 16は、上記実施の形態に係る磁歪式荷重センサを用 ヽた荷重検出回路の 概略構成を示すブロック図である。

[図 17]図 17は図 13の磁歪式荷重センサを用 、た滑走艇の平面図である。

[図 18]図 18は図 17の滑走艇の制御系を示すブロック図である。

[図 19]図 19は図 15の磁歪式荷重センサを用 、た電動自転車の側面図である。

[図 20]図 20は図 19の電動自転車に用いられるパワーユニットの構成を示す断面図 である。

発明を実施するための最良の形態

[0078] 本発明の一実施の形態に係る磁歪式荷重センサについて説明する。

[1] 第 1の実施の形態

(1) 磁歪式荷重センサの基本構成

図 1は、第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの基本構成を説明するための 図である。

[0079] 図 1に示すように、第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100は、コイル A、磁 性材料からなる磁気通路形成部材 磁性材料からなる棒状部材じ、非磁性材料か らなる 2つの荷重伝達部材 Da, Db、非磁性材料力 なるハウジング Eおよび 2つの 荷重印加部材 Fa, Fbを備える。

[0080] 以下の説明において、棒状部材 Cは、磁歪式荷重センサ 100にカ卩えられる荷重を 検出する荷重検出部材として機能する。

[0081] また、以下の説明では、コイル A、磁気通路形成部材 Bおよび棒状部材 Cからなる 集合体をセンサ構成部と称する。 [0082] ここで、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を いう。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、鉄ケィ素系材料、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)等が用いられる。例えば、磁性 材料である鉄の比透磁率 (真空の透磁率に対する比率）は 200である。

[0083] また、非磁性材料とは、磁性材料以外の材料であり、例えば比透磁率が約 1の材料 をいう。なお、非磁'性材料であるオーステナイト系ステンレス（例えば SUS304)、ァ ルミ-ゥムおよび銅の比透磁率は、 1〜1. 01である。

[0084] コイル Aは貫通孔 Ahを有する。コイル Aの外周部および両端部を覆うように磁気通 路形成部材 Bが形成されている。磁気通路形成部材 Bの両端部の中央には開口 Bh a, Bhbがそれぞれ形成されている。

[0085] 貫通孔 Ahおよび開口 Bha, Bhbに棒状部材 Cが挿入されて!、る。この状態で、棒 状部材 Cの両端部は開口 Bha, Bhb力も突出している。より詳細には、棒状部材 ま 、開口 Bha, Bhbの外側端部を結ぶ線 Bhae, Bhbeよりもそれぞれ外側（棒状部材 C の長手方向外側）に延びている。また、磁気通路形成部材 Bと棒状部材 Cとの距離 M gは、ハウジング Eと荷重伝達部材 Da, Dbとの距離 Mdよりも大きくなつている。それ により、棒状部材 Cは磁気通路形成部材 Bと接触しな ヽように配置されて ヽる。

[0086] 棒状部材 Cの一端が非磁性材料からなる荷重伝達部材 Daに嵌合している。棒状 部材 Cの他端が非磁性材料からなる荷重伝達部材 Dbに嵌合して ヽる。

[0087] ハウジング E内に、コイル A、磁気通路形成部材 棒状部材 Cおよび 2つの荷重伝 達部材 Da, Dbが収容される。ハウジング Eの両端部の中央には開口 Eha, Ehbがそ れぞれ形成されている。

[0088] 荷重伝達部材 Da, Dbの一部が、それぞれノヽウジング Eの開口 Eha, Ehbから外部 に突出している。開口 Ehaから突出する荷重伝達部材 Daに対して当接可能に荷重 印加部材 Faが配置されている。開口 Ehb力も突出する荷重伝達部材 Dbに対して当 接可能に荷重印加部材 Fbが配置されて 、る。

[0089] 図 1では図示しないが、コイル A力 延びるリード線は、ハウジング Eの外部に引き 出される。ハウジング Eから引き出されたリード線は、図示しない発振回路、電流検出 器、整流回路、増幅回路および中央演算処理回路 (CPU)等の周辺回路 (荷重検出 回路）に接続される。

[0090] (2) 磁歪式荷重センサの動作

磁歪式荷重センサ 100の動作時においては、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る。それにより、コイル Aが駆動さ れる。この場合、コイル Aが励磁コイルとして機能し、棒状部材 Cが磁ィ匕される。また、 磁気通路形成部材 Bが磁気通路として機能する。

[0091] 図 2に図 1の磁歪式荷重センサ 100内の磁界の向きを示す。図 2においては、コィ ル Aが駆動された場合の磁歪式荷重センサ 100内の磁界の向きが太い矢印により示 されている。

[0092] 荷重印加部材 Faにより荷重伝達部材 Daに荷重が加えられる。そして、荷重伝達部 材 Daにカ卩えられた荷重が棒状部材 Cの一端に伝達される。

[0093] これにより、棒状部材 Cに圧縮力が作用する。このように、棒状部材 Cに圧縮力が作 用すると、逆磁歪効果により棒状部材 Cの透磁率が変化し、コイル A、磁気通路形成 部材 Bおよび棒状部材 C力もなるセンサ構成部のインピーダンスが変化する。

[0094] 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。この場合、コイル A は検出コイルとして機能する。コイル Aにおける電圧が図示しない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 ヽて荷重伝達部材

Daにカ卩えられた荷重が検出される。

[0095] 一方、荷重印加部材 Fbにより荷重伝達部材 Dbに荷重が加えられる。この場合に おいても、上記と同様にして、荷重伝達部材 Dbに加えられた荷重が検出される。

[0096] (3) 第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサによる効果

(3— a)

荷重伝達部材 Daまたは荷重伝達部材 Dbに荷重が加えられる際には、棒状部材 C の一端と荷重伝達部材 Daとの当接部（図 2点線部 tl参照）、および棒状部材 Cの他 端と荷重伝達部材 Dbとの当接部（図 2点線部 t2参照）に応力が作用し、棒状部材 C に圧縮力が作用する。

[0097] ここで、荷重伝達部材 Daまたは荷重伝達部材 Dbにカ卩えられる荷重の方向が棒状 部材 cの軸方向からずれると、棒状部材 cの両端部における応力分布が不均一とな り、応力集中部が発生する。

[0098] さらに、荷重伝達部材 Daまたは荷重伝達部材 Dbにカ卩えられる荷重の方向が異な ると棒状部材 Cの両端部に発生する応力集中部の位置および大きさも異なる。それ により、棒状部材 Cに加えられる荷重が一定である場合であっても、発生する応力集 中部の位置および大きさに応じて棒状部材 Cの両端部における磁気特性がばらつく

[0099] 本実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100においては、棒状部材 Cの両端部が 磁気通路形成部材 Bの外部に突出している。換言すれば、磁歪式荷重センサ 100の

ヽて、棒状部材 Cの両端部は磁気通路形成部材 Bにより形成される磁気 通路の外側に位置する。

[0100] その結果、磁歪式荷重センサ 100の出力が棒状部材 Cの両端部に発生する応力 集中部の影響を受けないので、磁歪式荷重センサ 100の出力が安定する。

[0101] (3-b)

磁気通路形成部材 Bと棒状部材 Cとの間で接触状態および非接触状態が交互に 発生すると、磁気通路形成部材 Bと棒状部材 Cとの間の磁気抵抗が著しく変化する。

[0102] 本実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100では、棒状部材 Cが磁気通路形成部 材 Bと接触しないように設けられている。したがって、磁気通路形成部材 Bと棒状部材 Cとの間で磁気抵抗が著しく変化することが防止される。その結果、磁歪式荷重セン サ 100の出力変化が、磁気通路形成部材 Bと棒状部材 Cとの間の磁気抵抗の変化 の影響によりばらつくことが防止される。

[0103] また、磁気通路形成部材 Bと棒状部材 Cとの距離 Mgは、ハウジング Eと荷重伝達部 材 Da, Dbとの距離 Mdよりも大きくなつているので、棒状部材 Cが磁気通路形成部材 Bと接触しない。それにより、磁気通路形成部材 Bには棒状部材 Cとの接触に起因す る応力集中部が発生しない。したがって、磁気通路形成部材 Bの磁気特性がばらつ かない。その結果、磁歪式荷重センサ 100の出力変化がばらつくことが防止される。

[0104] (3— c)

磁気通路形成部材 Bと棒状部材 Cとが互いに接触せず、棒状部材 Cの一端と荷重 伝達部材 Daとの接続部、および棒状部材 Cの他端と荷重伝達部材 Dbとの接続部が 磁気通路形成部材 Bの外部に位置する。

[0105] これにより、磁気通路形成部材 、棒状部材 Cおよび荷重伝達部材 Da, Dbの形状 および寸法の誤差により棒状部材 Cの両端に応力集中部が発生した場合でも、磁歪 式荷重センサ 100の出力が棒状部材 Cの両端部に発生する応力集中部の影響を受 けないので、磁歪式荷重センサ 100の出力が安定する。

[0106] それにより、磁歪式荷重センサ 100を量産する際の磁気通路形成部材 、棒状部 材 Cおよび荷重伝達部材 Da, Dbの形状および寸法の精度が緩和される。その結果

、磁歪式荷重センサ 100の製造歩留まりが向上する。

[0107] (3-d)

2つの方向から加えられる荷重を 2つの荷重センサを用いて検出する装置を作製す る場合には、 2つの荷重センサの感度を等しく調整すること、または等しい感度を有 する 2つの荷重センサを選別することが必要である。それにより、製造工程数および 製造コストが増加する。

[0108] 本実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100では、棒状部材 Cの一端および他端 に加えられる荷重をそれぞれ検出することが可能である。これにより、 2つの方向から 加えられる荷重を 1つの磁歪式荷重センサ 100により検出することができる。したがつ て、 2つの方向からカ卩えられる荷重を検出するために、個別に荷重センサを設ける必 要がないので、部品点数が低減される。それにより、磁歪式荷重センサ 100の小型 化および軽量ィ匕が実現される。

[0109] また、 1つの磁歪式荷重センサ 100により 2つの方向からカ卩えられる荷重を検出す ることができるので、 2つの荷重センサの感度の調整および 2つの荷重センサの選別 が不要となる。その結果、装置の製造工程数および製造コストが低減され、製造歩留 まりが向上する。

[0110] (3-e)

荷重伝達部材 Daが、荷重印加部材 Faにより加えられる荷重を棒状部材 Cに伝達 するとともに、荷重伝達部材 Dbを通じて棒状部材 Cに伝達された荷重を受け止める [0111] また、荷重伝達部材 Dbが、荷重印加部材 Fbにより加えられる荷重を棒状部材じに 伝達するとともに、荷重伝達部材 Daを通じて棒状部材 Cに伝達された荷重を受け止 める。

[0112] このように、本実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100においては、荷重伝達部 材 Da, Dbが、荷重を伝達するとともに、荷重を受け止める働きを有する。

[0113] したがって、荷重を伝達する部材と、荷重を受け止める部材とを個別に設ける必要 がないので、部品点数が低減され、製造コストが低減される。

[0114] また、磁歪式荷重センサ 100は、その中心を基準として複数の構成部材が対称とな るように配置されている。したがって、棒状部材 Cの一端に荷重が加えられる場合と、 棒状部材 Cの他端に荷重が加えられる場合とで、荷重が対称的な経路で棒状部材 C に伝達される。したがって、 2つの方向からカ卩えられる荷重を同じ精度で検出すること ができる。

[0115] (3-f)

本実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100によれば、逆磁歪効果により荷重が検 出される。それにより、歪ゲージ式ロードセルに比べて、非常に高い感度 (数十倍か ら数百倍)で荷重を検出することができる。

[0116] また、このように荷重を検出する感度が高いので、歪ゲージ式ロードセルのように、 感度を向上させるために棒状部材 Cを細くまたは薄く形成する必要がない。したがつ て、磁歪式荷重センサ 100の強度が低下しない。それにより、十分な耐久性を確保 することができる。

[0117] 以下、第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100の種々の具体例を説明する

[0118] (4) 磁歪式荷重センサの第 1の具体例

第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100の第 1の具体例を説明する。

[0119] (4 -a) 第 1の具体例に係る磁歪式荷重センサの構成

図 3は、第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100の第 1の具体例を示す断 面図である。図 3に示すように、第 1の具体例に係る磁歪式荷重センサ 100aは、コィ ル 10、磁気通路形成部材 20、棒状部材 30、 2つの荷重伝達部材 40a, 40bおよび ハウジング 50を含む。

[0120] これらのコイル 10、磁気通路形成部材 20、棒状部材 30、 2つの荷重伝達部材 40a , 40bおよびノヽウジング 50は、それぞれ上述のコイル A、磁気通路形成部材 、棒状 部材じ、 2つの荷重伝達部材 Da, Dbおよびノヽウジング Eに相当する。

[0121] また、コイル 10、磁気通路形成部材 20および棒状部材 30からなる集合体が上述 のセンサ構成部に相当する。したがって、以下の説明においても、コイル 10、磁気通 路形成部材 20および棒状部材 30からなる集合体をセンサ構成部と称する。

[0122] コイル 10は、導線 11およびボビン 12により構成されている。ボビン 12は、長手形状 を有するとともに、その両端にフランジ部を備える。ボビン 12の 2つのフランジ部間に 導線 11が卷回されて!/、る。ボビン 12の軸心には貫通孔 10hが形成されて!、る。

[0123] 磁気通路形成部材 20は、外周面および一端面を有する円筒形状の第 1のケーシ ング部材 21、および略円盤形状の第 2のケーシング部材 22により構成されている。

[0124] 第 1のケーシング部材 21および第 2のケーシング部材 22は、磁性材料により形成さ れている。これにより、磁歪式荷重センサ 100aの動作時において、第 1のケーシング 部材 21および第 2のケーシング部材 22の各々は磁気通路として機能する。

[0125] 第 1のケーシング部材 21内に環状の弾性部材 19を介してコイル 10が挿入される。

第 1のケーシング部材 21の他端に第 2のケーシング部材 22が接続される。これにより 、磁気通路形成部材 20内にコイル 10が収容される。

[0126] 第 1のケーシング 21の一端面の中央部には円形の開口 21hが形成され、第 2のケ 一シング 22の中央部には円形の開口 22hが形成されている。

[0127] 開口 21h, 22hには、それぞれスぺーサ SPが取り付けられている。スぺーサ SPは、 非磁性材料により形成されて 、る。

[0128] 貫通孔 10hおよび開口 21h, 22hに円柱形状を有する棒状部材 30が挿入される。

この状態で、棒状部材 30の一端部 30aおよび他端部 30bは開口 21h, 22hから突出 している。棒状部材 30は、磁性材料により形成されている。これにより、磁歪式荷重 センサ 100aの動作時において、棒状部材 30はコイル 10により磁化される。

[0129] 図 3に示すように、棒状部材 30の直径は、貫通孔 10hおよび開口 21h, 22hのい ずれの内径よりも小さい。これにより、棒状部材 30の外面と貫通孔 10hおよび開口 2 lh, 22hの内面との間に隙間が形成される。それにより、棒状部材 30が磁気通路形 成部材 20と接触することが防止されている。

[0130] 上記のスぺーサ SPは、棒状部材 30とコイル 10および磁気通路形成部材 20とが所 定の位置関係で配置されるように、各部材の移動を制限している。詳細は後述する。

[0131] 棒状部材 30の一端部 30aは棒状部材 30の直径以上の長さ分開口 22hから突出し ており、棒状部材 30の他端部 30bは棒状部材 30の直径以上の長さ分開口 21hから 突出している。詳細は後述する。

[0132] 棒状部材 30は、その中心軸が貫通孔 10hおよび開口 21h, 22hの中心を結ぶ軸と 一致するように後述の荷重伝達部材 40a, 40bにより支持される。

[0133] 荷重伝達部材 40aは、円柱形状の軸部 41aおよびフランジ部 42aを有する。円柱 形状の軸部 41aの一端にフランジ部 42aが形成されており、フランジ部 42aの中央に 円形の凹部 43aが形成されている。

[0134] 荷重伝達部材 40bも同様に、円柱形状の軸部 4 lbおよびフランジ部 42bを有する。

円柱形状の軸部 41bの一端にフランジ部 42bが形成されており、フランジ部 42bの中 央に円形の凹部 43bが形成されている。これらの荷重伝達部材 40a, 40bは、非磁 性材料により形成されて 、る。

[0135] 棒状部材 30の一端部 30aが荷重伝達部材 40aの凹部 43aに挿入され、接続される

。また、棒状部材 30の他端部 30bが荷重伝達部材 40bの凹部 43bに挿入され、接続 される。

[0136] ハウジング 50は、外周面および一端面を有する円筒形状の第 1のハウジング 51と、 略円盤形状の第 2のハウジング 52とを含む。第 1のハウジング 51および第 2のハウジ ング 52は、非磁性材料により形成されている。

[0137] コイル 10、磁気通路形成部材 20、棒状部材 30および荷重伝達部材 40a, 40bか らなる集合体が第 1のハウジング 51内に収容される。そこで、第 1のハウジング 51と 第 2のハウジング 52とが複数のネジ 59により接続される。

[0138] 第 1のハウジング 51および第 2のハウジング 52には、弾性力を有する榭脂等からな る複数の Oリング 01〜04が取り付けられている。

[0139] 上記において、第 1のケーシング部材 21、第 2のケーシング部材 22および棒状部 材 30を形成す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、鉄ケィ素系材料、鉄アルミニウム系材料、純鉄、パーマ ロイ、超磁歪材料、フェライト系ステンレス（例えば SUS430)等が挙げられる。第 1の ケーシング部材 21、第 2のケーシング部材 22および棒状部材 30に同じ磁性材料に より形成されることが好ましい。本実施の形態では、第 1のケーシング部材 21、第 2の ケーシング部材 22および棒状部材 30に SUS430が用いられる。

[0140] また、スぺーサ SP、荷重伝達部材 40a, 40b、第 1のハウジング 51および第 2のハ ウジング 52を形成す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、ァ ルミ-ゥムまたは銅等が挙げられる。本実施の形態では、荷重伝達部材 40a, 40bに SUS304力 S用いられ、第 1のハウジング 51および第 2のハウジング 52にアルミニウム が用いられる。

[0141] (4 b) ハウジング内での各構成部材の支持状態

複数の Oリング 01〜04およびノヽウジング 50内での各構成部材の支持状態につい て説明する。

[0142] 図 4は、図 3の磁歪式荷重センサ 100aのハウジング 50内における各構成部材の支 持状態を説明するための図である。

[0143] 図 4に示すように、第 1のハウジング 51の一端面の中央には、円形の開口 51hが形 成されている。開口 51hの直径は、荷重伝達部材 40bの軸部 41bの直径よりも大きい 。開口 51hの内周面に環状の溝部 51mが形成されている。

[0144] 磁歪式荷重センサ 100aの組立て時には、溝部 51mに Oリング Olが取り付けられ、 開口 51hに荷重伝達部材 40bの軸部 41bが挿入される。

[0145] ここで、 Oリング Olの断面の直径は溝部 51mの深さよりも大きい。それにより、荷重 伝達部材 40bの軸部 41bは、弾性力を有する Oリング Olにより支持される。したがつ て、荷重伝達部材 40bの製造時においては、荷重伝達部材 40bの形状および寸法 に誤差が生じた場合でも、荷重伝達部材 40bは、 Oリング Olにより誤差の影響が吸 収されつつハウジング 50内で支持される。その結果、荷重伝達部材 40bの形状およ び寸法精度が緩和される。この状態において、軸部 41bの外周面と、開口 51hの内 周面との間の隙間 G1は、例えば約 0. 1mmである。 [0146] 一方、第 2のハウジング 52の中央にも、円形の開口 52hが形成されている。開口 52 hの直径は、荷重伝達部材 40aの軸部 41aの直径よりも大きい。開口 52hの内周面 に環状の溝部 52mが形成されて 、る。

[0147] 磁歪式荷重センサ 100aの組立て時には、溝部 52mに Oリング 04が取り付けられ、 開口 52hに荷重伝達部材 40bの軸部 41aが挿入される。

[0148] ここで、 Oリング 04の断面の直径は溝部 52mの深さよりも大きい。それにより、荷重 伝達部材 40aの軸部 41aは、弾性力を有する Oリング 04により支持される。したがつ て、荷重伝達部材 40aの製造時においては、荷重伝達部材 40aの形状および寸法 に誤差が生じた場合でも、荷重伝達部材 40aは、 Oリング 04により誤差の影響が吸 収されつつハウジング 50内で支持される。その結果、荷重伝達部材 40aの形状およ び寸法精度が緩和される。この状態において、軸部 41aの外周面と、開口 52hの内 周面との間の隙間 G2は、例えば約 0. 1mmである。

[0149] 上記のように、棒状部材 30を支持する荷重伝達部材 40a, 40bは、それぞれ Oリン グ Ol, 04を介してハウジング 50により位置決めされている。これにより、荷重伝達部 材 40a, 40bはハウジング 50内で磁歪式荷重センサ 100aの中心軸（ノヽウジング 50 の中心軸）と直交する方向にぉ 、て微少な変位量で移動することが許容されて 、る。

[0150] したがって、例えば荷重伝達部材 40a, 40bに磁歪式荷重センサ 100aの中心軸か ら傾斜した方向から荷重が加わった場合でも、荷重伝達部材 40aまたは荷重伝達部 材 40bが Oリング Ol, 04により弹性的に移動する。そのため、荷重の加えられる方 向に起因して棒状部材 30の一端部 30aおよび他端部 30bに発生する応力集中が低 減される。それにより、磁歪式荷重センサ 100aの出力変化のばらつきが十分に防止 される。

[0151] また、磁歪式荷重センサ 100aに振動または衝撃が加えられた場合でも、棒状部材 30に発生する振動または衝撃が Oリング Ol, 04により吸収される。それにより、磁歪 式荷重センサ 100aの出力変化が棒状部材 30に発生する振動または衝撃の影響に よりばらつくことが十分に防止される。

[0152] 第 1のハウジング 51は、長手方向における一端側に第 1の外周壁 511を有し、他端 側に第 2の外周壁 512を有する。第 2の外周壁 512は、第 1の外周壁 511よりも大き ヽ内径および外径を有する。

[0153] 第 2のハウジング 52は、円盤部 521および環状のガイド部 522を有する。円盤部 52

1の中央に上述の開口 52hが形成されている。ガイド部 522は、円盤部 521の一面 カゝら突出するように形成されて!、る。

[0154] ガイド部 522は、第 1のハウジング 51と第 2のハウジング 52との嵌合時に、その外周 面が第 1のハウジング 51の第 2の外周壁 512の内周面と当接するように、第 1のハウ ジング 51を第 2のハウジング 52の一面上に導く。

[0155] ガイド部 522の外周面には環状の溝部 522mが形成されている。磁歪式荷重セン サ 100aの組立て時には、溝部 522mに Oリング 03が取り付けられ、第 1のハウジン グ 51と第 2のハウジング 52とが嵌合される。これにより、ハウジング 50の密閉性が向 上する。

[0156] さらに、第 1のハウジング 51および第 2のハウジング 52の製造時においては、第 1 のハウジング 51および第 2のハウジング 52の嵌合部に誤差が生じる場合がある。そ の場合でも、第 1のハウジング 51および第 2のハウジング 52は、 Oリング 02により誤 差の影響が吸収されつつ嵌合される。その結果、第 1のハウジング 51および第 2のハ ウジング 52の形状および寸法精度が緩和される。

[0157] ハウジング 50内における磁気通路形成部材 20の支持状態を説明する。

[0158] 第 1の外周壁 511の一端面に、環状の溝部 511mが形成されている。磁歪式荷重 センサ 100aの組立て時には、溝部 511mに Oリング 02が取り付けられる。この状態 で、コイル 10および磁気通路形成部材 20が第 1のハウジング 51内に挿入される。

[0159] ここで、 Oリング 02の断面の直径は溝部 511mの深さよりも大きい。それにより、第 1 のハウジング 51内に磁気通路形成部材 20が挿入される際には、磁気通路形成部材 20の第 2のケーシング部材 22の一面が Oリング 02と接触する。

[0160] この状態で、第 1のハウジング 51と第 2のハウジング 52とが嵌合されることにより、第 2のケーシング部材 22の他面が第 2のハウジング 52のガイド部 522の端面と当接す る。

[0161] これにより、第 2のケーシング部材 22は、弾性力を有する Oリング 02およびガイド部 522により挟まれることにより支持されている。第 1のハウジング 51および第 2のケー シング部材 22の製造時においては、第 1のハウジング 51および第 2のケーシング部 材 22の形状および寸法に誤差が生じる場合がある。その場合でも、第 2のケーシン グ部材 22は、 Oリング 02により誤差の影響が吸収されつつハウジング 50内で支持さ れる。

[0162] その結果、第 1のハウジング 51および第 2のケーシング部材 22の形状および寸法 精度が緩和される。この状態において、第 2のケーシング部材 22の一面と、第 1の外 周壁 511の端面との間の隙間 G3は、例えば約 0. 2mmである。

[0163] このように、磁気通路形成部材 20は、ハウジング 50内で Oリング 02により弹性的に 支持される。これにより、磁歪式荷重センサ 100aに振動または衝撃が加えられた場 合でも、磁気通路形成部材 20に発生する振動または衝撃が Oリング 02により吸収さ れる。それにより、磁歪式荷重センサ 100aの出力変化が棒状部材 30に発生する振 動または衝撃の影響によりばらつくことが十分に防止される。

[0164] (4 c) 棒状部材の位置ずれの防止

磁歪式荷重センサ 100aの内部に振動または衝撃が発生する際には、磁気通路形 成部材 20と棒状部材 30との位置関係にずれが生じる場合がある。また、磁歪式荷 重センサ 100aの中心軸に対して傾斜した方向に荷重が加わる際にも、磁気通路形 成部材 20と棒状部材 30との位置関係にずれが生じる場合がある。このような場合で も、上記のように、磁気通路形成部材 20および棒状部材 30はともに、ハウジング 50 内で弹性的に支持されているので、そのずれ量に応じてセンサ構成部のインピーダ ンスが変化する。

[0165] 図 5は、図 3の棒状部材 30と磁気通路形成部材 20との位置関係に応じて変化する センサ構成部のインピーダンスを説明するための図である。図 5 (a)に、図 3の棒状部 材 30の一端部 30a周辺の拡大図が示されて 、る。

[0166] 図 5 (a)に示すように、初めに棒状部材 30の中心軸が第 2のケーシング部材 22の 開口 22hの中心に位置するように、棒状部材 30を磁気通路形成部材 20内に配置す る。この場合、開口 22hにスぺーサ SPが設けられていないと、棒状部材 30は、その 外周面と開口 22hの内周面との間の間隔 W分のずれが許容される。

[0167] これに対して、開口 22hにスぺーサ SPが設けられて!/、ると、棒状部材 30は、その 外周面とスぺーサ SPの内周面との間の間隔 V分のずれが許容される。

[0168] 間隔 Vは、スぺーサ SPの厚み分間隔 Wよりも小さい。それにより、スぺーサ SPは磁 気通路形成部材 20と棒状部材 30との位置関係のずれ量を小さく制限している。

[0169] 図 5 (b)に、磁気通路形成部材 20に対する棒状部材 30の中心軸の位置と、センサ 構成部のインピーダンスとの関係が示されている。図 5 (b)において、縦軸はセンサ 構成部のインピーダンスを示し、横軸は開口 22h内における棒状部材 30の中心軸の 位置を示す。なお、横軸において、符号 Xは開口 22hの中心を示している。

[0170] 図 5 (b)に示すように、センサ構成部のインピーダンスは、棒状部材 30の中心軸が 開口 22hの中心 Xに位置する際に最小となる。そして、センサ構成部のインピーダン スは、棒状部材 30の中心軸が開口 22hの中心 X力 離れるにつれて 2次関数的に 増加する。

[0171] 本具体例に係る磁歪式荷重センサ 100aにおいては、上述のように、スぺーサ SP が磁気通路形成部材 20と棒状部材 30との位置関係のずれ量を小さく制限している 。これにより、磁気通路形成部材 20と棒状部材 30との位置関係のずれに起因するセ ンサ構成部のインピーダンスの変化が十分に低減される。それにより、磁歪式荷重セ ンサ 100aの出力の安定性が向上されている。

[0172] なお、スぺーサ SPは必ずしも設けられる必要はない。スぺーサ SPが設けられない 場合であっても、ハウジング 50内の各構成部材間の隙間を以下のように設定するこ とにより、上記と同様の効果を得ることができる。

[0173] 図 4に示すように、軸部 41bの外周面と開口 51hの内周面との間の隙間 G1と、軸部 41aの外周面と開口 52hの内周面との間の隙間 G2とを同じ幅に設定する。また、棒 状部材 30の外周面と開口 21hの内周面との間の隙間 G4と、棒状部材 30の外周面 と開口 22hの内周面との間の隙間 G5とを同じ幅に設定する。さらに、隙間 Gl, G2の 幅が隙間 G4, G5の幅以下となるように設定する。

[0174] 上記の隙間 Gl, G2は、それらの隙間内で棒状部材 30を支持する荷重伝達部材 4 Oa, 40bが磁歪式荷重センサ 100aの中心軸に交差する方向へ移動することを許容 する。また、隙間 G4, G5は、それらの隙間内で棒状部材 30が磁歪式荷重センサ 10 Oaの中心軸に交差する方向へ移動することを許容する。 [0175] ここで、ハウジング 50内において、隙間 G4, G5は、隙間 Gl , G2の内側に位置す る。これにより、棒状部材 30は荷重伝達部材 40a, 40bにより支持されているので、 隙間 Gl , G2, G3, G4が上記の関係を満たす場合、棒状部材 30が許容される移動 量は隙間 Gl , G2により制限される。

[0176] したがって、この場合、ハウジング 50内で許容される棒状部材 30の移動量を予め 考慮して隙間 Gl , G2の幅を設定することにより、棒状部材 30の位置ずれに起因す る磁歪式荷重センサ 100aの出力の変動を低減することができる。

[0177] この場合、棒状部材 30の位置ずれを低減するために、部品点数を増加すること、 磁歪式荷重センサ 100aの重量を増加させること、および磁歪式荷重センサ 100aを 大型化することが不要である。それにより、磁歪式荷重センサ 100aの小型化、軽量 化および低コストィ匕が実現される。

[0178] (4 - d) 磁気通路形成部材から突出する棒状部材の長さ

図 6は、磁気通路形成部材 20の開口 22hから突出する棒状部材 30の部分を説明 するための図である。図 6では、スぺーサ SPは省略する。

[0179] 上述のように、本具体例において、棒状部材 30の一端部 30aは棒状部材 30の直 径以上の長さ分開口 22hから突出している。これは、以下の理由による。

[0180] 図 6に示すように、荷重伝達部材 40a (図 3)に荷重が加えられることにより、棒状部 材 30の両端部に局部的に応力が集中する場合がある (矢印 p参照)。

[0181] 棒状部材 30の一端部 30aにおいて、局部的に集中して作用する応力は、棒状部 材 30の中心軸に平行な軸を中心として両側に約 45° の範囲に広がって伝播する。

[0182] 本具体例では、棒状部材 30の一端部 30aが、棒状部材 30の直径 a以上の長さ /3 突出している。これにより、棒状部材 30の一端部 30aの縁部に局部的に集中して応 力が作用する場合でも、その応力は棒状部材 30の突出部内で断面の全域に広がる

[0183] それにより、第 2のケーシング部材 22の内側の棒状部材 30の部分、すなわち図 3 の磁気通路形成部材 20に覆われる棒状部材 30の部分においては、棒状部材 30に 作用する応力が棒状部材 30の全体に渡って広がる。したがって、棒状部材 30の応 力分布がほぼ均一となっている。 [0184] これにより、磁気通路形成部材 20内のコイル 10が、棒状部材 30の不均一な応力 分布の影響を受けることが防止される。その結果、磁歪式荷重センサ 100の出力が 棒状部材 Cに発生する応力集中部の影響を受けることが防止されるので、磁歪式荷 重センサ 100の出力が安定する。

[0185] 図 6では図示しないが、上記と同じ理由で、棒状部材 30の他端部 30bも棒状部材 3 0の直径以上の長さ分開口 21hから突出している。それにより、磁歪式荷重センサ 10 0の出力が棒状部材 Cに発生する応力集中部の影響を受けることが防止されるので 、磁歪式荷重センサ 100の出力が十分に安定する。

[0186] なお、本具体例では、棒状部材 30が円柱形状を有するとしているが、棒状部材 30 は多角柱形状を有してもよい。この場合、棒状部材 30の両端部は、当該多角形の外 接円の直径以上の長さ分、磁気通路形成部材 20から突出することが好ましい。

[0187] (4-e) 磁歪式荷重センサの実験

本発明者は、以下に説明する実施例および比較例の磁歪式荷重センサの中心軸 に対して傾斜した方向力 荷重が加えられた場合における磁歪式荷重センサの出力 特性にっ 、て調査するために実験を行った。

[0188] 以下の説明にお 、て、傾斜角度とは、実施例および比較例の磁歪式荷重センサの 中心軸に対する角度をいう。

[0189] 本発明者は図 3に示す構造を有する実施例の磁歪式荷重センサ 100aを作製した 。そこで、磁歪式荷重センサ 100aの荷重伝達部材 40bに種々の傾斜角度で所定の 荷重を加え、傾斜角度が 0° である場合の磁歪式荷重センサ 100aの感度に対する 相対感度を測定した。

[0190] ここで、感度とは、磁歪式荷重センサ 100aに所定の荷重が加えられた場合のセン サ構成部のインピーダンスの変化量 (インピーダンス変化量 Δ Z)を、磁歪式荷重セ ンサ 100aに荷重が加えられな 、場合のセンサ構成部のインピーダンス (初期インピ 一ダンス Z )で除算することにより得られる。

0

[0191] また、相対感度とは、「0° の傾斜角度で所定の荷重を加えた場合の磁歪式荷重セ ンサ 100aの感度」に対する「任意の傾斜角度で所定の荷重を加えた場合の磁歪式 荷重センサ 100aの感度」の比率をいう。 [0192] 図 7 (a)に、実施例の磁歪式荷重センサ 100aを用いた場合の傾斜角度と相対感度 との関係が示されている。縦軸は相対感度を示し、横軸は傾斜角度を示す。

[0193] 図 7 (a)に示すように、実施例の磁歪式荷重センサ 100aは、傾斜角度が 0° 力も 3 0° に変化する場合であっても、約 6%し力 4目対感度が変化しな力つた。約 6%の相 対感度の変化は実用上問題がない。そのため、実施例の磁歪式荷重センサ 100aで は、出力が安定し、歩留まりの向上およびコストの低減が可能となることがわ力つた。

[0194] 一方、本発明者は比較例の磁歪式荷重センサを作製し、実施例の磁歪式荷重セ ンサ 100aとほぼ同じ実験を行った。実験に用いた比較例の磁歪式荷重センサは、 図 3の磁気通路形成部材 20の第 2のケーシング部材 22に開口 22hを有さず、第 2の ケーシング部材 22が棒状部材 30の一端部 30aを支持する構成を有する。比較例の 磁歪式荷重センサの他の部分の構成は、図 3の磁歪式荷重センサと同様である。

[0195] 図 7 (b)に、比較例の磁歪式荷重センサを用いた場合の傾斜角度と相対感度との 関係が示されている。縦軸は相対感度を示し、横軸は傾斜角度を示す。

[0196] 図 7 (b)に示すように、比較例の磁歪式荷重センサは、傾斜角度が 0° 力 3° に 変化するだけで、約 30%の相対感度が変化した。

[0197] 上記より、実施例の磁歪式荷重センサ 100aは、比較例の磁歪式荷重センサに比 ベて傾斜角度による影響を受けにくいことが明らかとなった。

[0198] (5) 磁歪式荷重センサの第 2の具体例

第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100の第 2の具体例を説明する。第 2の 具体例に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第 1の具体例に係る磁歪式荷重セ ンサ 100aと構成が異なる。

[0199] 図 8は、第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100の第 2の具体例を示す断 面図である。

[0200] 第 2の具体例に係る磁歪式荷重センサ 100bにおいて、第 1のハウジング 51には、 図 4の溝部 51mが形成されない代わりに、第 1のハウジング 51の一端面の内側に環 状の溝部 5 Inが形成されている。また、第 2のハウジング 52には、図 4の溝部 52mが 形成されない代わりに、円盤部 521の一面側に環状の溝部 52ηが形成されている。

[0201] 磁歪式荷重センサ 100bの組立て時には、溝部 51ηに Oリング 05が取り付けられる 。ここで、 Oリング 05の断面の直径は溝部 51nの深さよりも大きい。それにより、第 1の ハウジング 51内に、コイル 10、磁気通路形成部材 20、棒状部材 30および荷重伝達 部材 40a, 40bからなる集合体が挿入される際には、荷重伝達部材 40bのフランジ部 42bの一面力 Oリング 05と接触する。

[0202] また、磁歪式荷重センサ 100bの組立て時には、溝部 52ηに Oリング 06が取り付け られる。ここで、 Οリング 06の断面の直径は溝部 52ηの深さよりも大きい。それにより、 第 1のハウジング 51と第 2のハウジング 52とを嵌合する際には、荷重伝達部材 40aの フランジ部 42aの一面力 Oリング 06と接触する。

[0203] これにより、作製された磁歪式荷重センサ 100bの内部では、棒状部材 30の他端 部 30bを支持する荷重伝達部材 40bが弾性力を有する Oリング 05により支持される 。また、棒状部材 30の一端部 30aを支持する荷重伝達部材 40aが弾性力を有する O リング 06により支持される。

[0204] この状態で、 Oリング 05は、荷重伝達部材 40bを棒状部材 30の中心に向力 方向 に付勢する。また、 Oリング 06も、荷重伝達部材 40aを棒状部材 30の中心に向かう 方向に付勢する。

[0205] それにより、棒状部材 30は、その軸方向に Oリング 05, 06の弾性力が加えられた 状態で支持されている。したがって、磁歪式荷重センサ 100bに振動または衝撃が加 えられた場合でも、棒状部材 30の軸方向のがたつきが防止され、棒状部材 30の破 損が防止される。

[0206] また、棒状部材 30の位置ずれも防止される。これにより、棒状部材 30の位置ずれ に起因するセンサ構成部のインピーダンスの変化が十分に低減される。それにより、 磁歪式荷重センサ 100bの出力の安定性が向上されて 、る。

[0207] さらに、棒状部材 30、ハウジング 50および荷重伝達部材 40a, 40bの製造時にお いて、各部材の形状および寸法に誤差が生じた場合でも、棒状部材 30および荷重 伝達部材 40a, 40bは、 Oリング 05, 06により誤差の影響が吸収されつつハウジン グ 50内で支持される。したがって、棒状部材 30、ハウジング 50および荷重伝達部材 40a, 40bの形状および寸法精度が緩和される。

[0208] (6) 磁歪式荷重センサの第 3の具体例 第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100の第 3の具体例を説明する。第 3の 具体例に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第 2の具体例に係る磁歪式荷重セ ンサ 100bと構成が異なる。

[0209] 図 9は、第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100の第 3の具体例を示す断 面図である。

[0210] 第 3の具体例に係る磁歪式荷重センサ 100cにおいて、第 1のハウジング 51の第 2 の外周壁 512は図 8の第 2の具体例の第 2の外周壁 512に比べて十分に厚く形成さ れている。

[0211] そして、第 1の外周壁 511の一端面に図 8の溝部 511mが形成されない代わりに、 第 2の外周壁 512の一端面に、環状の溝部 512mが形成されている。

[0212] 磁歪式荷重センサ 100cの組立て時には、溝部 512mに Oリング 07が取り付けられ る。ここで、 Oリング 07の断面の直径は溝部 512mの深さよりも大きい。それにより、 第 1のハウジング 51と第 2のハウジング 52とが嵌合する際には、第 2のハウジング 52 の円盤部 521の一面が Oリング 07と接触する。

[0213] これにより、第 1のハウジング 51と第 2のハウジング 52との間の位置ずれがさらに防 止される。また、ハウジング 50の密閉性がより向上する。

[0214] また、第 1のハウジング 51および第 2のハウジング 52の製造時において、第 1のハ ウジング 51および第 2のハウジング 52の嵌合部に誤差が生じる場合がある。そのよう な場合でも、第 1のハウジング 51および第 2のハウジング 52は、 Oリング 03により誤 差の影響が吸収されつつ嵌合される。その結果、第 1のハウジング 51および第 2のハ ウジング 52の形状および寸法精度が緩和される。

[0215] 図 9に示すように、本具体例に係る磁歪式荷重センサ 100cでは、第 1のハウジング 51の第 1の外周壁 511の一端面に Oリングが設けられない。したがって、第 2のケー シング部材 22は、第 1の外周壁 511の一端面および第 2のハウジング 52のガイド部 5 22により支持されている。

[0216] この場合、磁気通路形成部材 20をハウジング 50内で強固に固定することができる 。したがって、ハウジング 50内に振動および衝撃が発生しない環境で磁歪式荷重セ ンサ 100cを用いる場合には、ハウジング 50内で磁気通路形成部材 20を精度よく配 置することができるので、磁歪式荷重センサ 100cの測定精度が向上する。

[0217] (7) 磁歪式荷重センサの第 4の具体例

第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100の第 4の具体例を説明する。第 4の 具体例に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第 3の具体例に係る磁歪式荷重セ ンサ 100cと構成が異なる。

[0218] 図 10は、第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100の第 4の具体例を示す断 面図である。

[0219] 第 4の具体例に係る磁歪式荷重センサ 100dにおいて、第 1のハウジング 51の第 2 の外周壁 512は第 3の具体例と同様に、第 2の具体例の第 2の外周壁 512に比べて 十分に厚く形成されている。また、第 1の外周壁 511および第 2の外周壁 512は、互 V、の内周面が面一となるように形成されて!、る。

[0220] さらに、第 1の外周壁 511の内周面には環状の溝部 51 lkが形成され、第 2の外周 壁 512の内周面には環状の溝部 512kが形成されている。

[0221] 第 1のハウジング 51への磁気通路形成部材 20の挿入時には、溝部 511k, 512k にそれぞれ Oリング 08, 09が取り付けられる。 Oリング 08, 09は、それぞれの断面 の直径が溝部 511k, 512kの深さよりも大きい。これにより、 Oリング 08, 09は、第 1 のハウジング 51の内周面力もその内側に突出する。

[0222] 磁気通路形成部材 20の第 2のケーシング部材 22は、第 1のケーシング部材 21の 一端面と同じ形状となるように形成されている。したがって、磁気通路形成部材 20は 、その外周面が面一となつている。

[0223] 磁気通路形成部材 20が第 1のハウジング 51内に挿入されると、磁気通路形成部材 20の外周面が Oリング 08, 09に接触する。それにより、磁気通路形成部材 20がハ ウジング 50内で支持される。

[0224] このように、本具体例に係る磁歪式荷重センサ 100dにおいては、 Oリング 08, 09 により磁気通路形成部材 20が支持される。これにより、ハウジング 50内で磁気通路 形成部材 20を支持するために、第 2のケーシング部材 22の外径を大きく形成し、第 1のハウジング 51と第 2のハウジング 52との間で第 2のケーシング部材 22の周縁部を 挟み込む構造が不要である。 [0225] それにより、第 2のハウジング 52に図 9のガイド部 522を設ける必要がなぐ第 1のハ ウジング 51の第 1の外周壁 511と第 2の外周壁 512との間で内周面に段差を設ける 必要もない。したがって、磁歪式荷重センサ lOOdの外径を小さくすることができる。 その結果、磁歪式荷重センサ lOOdが小型化される。

[0226] また、第 1のハウジング 51および磁気通路形成部材 20の製造時において、第 1の ハウジング 51の内周面および磁気通路形成部材 20の外周面の形状および寸法に 誤差が生じた場合でも、磁気通路形成部材 20は、 Oリング 08, 09により誤差の影響 が吸収されつつ第 1のハウジング 51内で支持される。その結果、第 1のハウジング 51 および磁気通路形成部材 20の形状および寸法精度が緩和される。

[0227] (8) 磁歪式荷重センサの第 5の具体例

第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100の第 5の具体例を説明する。第 5の 具体例に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第 1の具体例に係る磁歪式荷重セ ンサ 100aと構成が異なる。

[0228] 図 11は、第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100の第 5の具体例を示す断 面図である。

[0229] 第 5の具体例に係る磁歪式荷重センサ 100eには、図 3の荷重伝達部材 40a, 40b に代えて、荷重伝達部材 40a, 40bと形状が異なる荷重伝達部材 400a, 400bが設 けられている。

[0230] 荷重伝達部材 400a, 400bは、それぞれ円柱形状を有する。また、荷重伝達部材 400a, 400bの一端面の中央に ίま、それぞれ円形の 咅 443a, 443b力 S形成されて いる。

[0231] 荷重伝達部材 400aの凹部 443aに棒状部材 30の一端部 30aが挿入され、荷重伝 達部材 400aと棒状部材 30とが接合される。荷重伝達部材 400aと棒状部材 30との 接合は、ねじ込み、圧入、接着、溶接またはろう付け等により行われる。

[0232] 一方、荷重伝達部材 400bの凹部 443bに棒状部材 30の他端部 30bが挿入され、 荷重伝達部材 400bと棒状部材 30とが接合される。荷重伝達部材 400bと棒状部材 30との接合も、ねじ込み、圧入、接着、溶接またはろう付け等により行われる。

[0233] 荷重伝達部材 400a, 400bがハウジング 50内で棒状部材 30を支持する。この状 態で、荷重伝達部材 400a, 400bの各々は開口 52h, 51hに位置し、 Oリング 04, O 1の弾性力により支持される。

[0234] 荷重伝達部材 400a, 400bの各々には、棒状部材 30の軸上で磁歪式荷重センサ 100eの外方へ延びるように荷重伝達軸 410a, 410bがー体形成されている。さらに 、荷重伝達軸 410a, 410bの各々の端部には、環状部材 41 la, 41 lbがー体形成さ れている。

[0235] ここで、棒状部材 30の透磁率は、棒状部材 30に圧縮力が作用する場合のみなら ず、引っ張り力が作用する場合にも変化する。したがって、センサ構成部のインピー ダンスは、棒状部材 30に作用する圧縮力および引っ張り力に応じて変化する。

[0236] 上記構成を有する磁歪式荷重センサ 100eによれば、棒状部材 30と荷重伝達部材 400a, 400bと力 S接合されているので、棒状部材 30の軸上で 2つの環状部材 41 la, 411bの間に圧縮力が加わることにより当該圧縮力を検出することができる（図 11矢 印 J1参照）。また、棒状部材 30の軸上で 2つの環状部材 41 la, 411bの間に引っ張 り力が加わることにより当該引っ張り力を検出することができる（図 11矢印 J2参照)。

[0237] [2] 第 2の実施の形態

(1) 磁歪式荷重センサの基本構成

第 2の実施の形態に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第 1の実施の形態に係 る磁歪式荷重センサ 100と構成が異なる。

[0238] 図 12は、第 2の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの基本構成を説明するための 図である。

[0239] 図 12に示すように、第 2の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 200は、台座 CB上 に設けられ、第 1の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100の構成に加えて 2つの アーム Ga, Gbおよび回転軸 Hを備える。

[0240] 台座 CB上には、ハウジング Eと回転軸 Hと力 所定の間隔で配置されている。

[0241] 2つのアーム Ga, Gbは、略 U字形状をなすように互いに連結され、連結部で回転 軸 Hにより台座 CB上に回転可能に支持されている。 2つのアーム Ga, Gbのそれぞ れの端部には、荷重印加部材 Fa, Fbが取り付けられている。

[0242] 荷重印加部材 Fa, Fbは、アーム Ga, Gbが回転軸 Hを中心に回転することにより、 ハウジング Eにより支持される荷重伝達部材 Da, Dbに当接する。

[0243] 図 12に示すように、アーム Ga, Gbが矢印 qlの方向に回転する場合には、アーム G aに取り付けられた荷重印加部材 Faが荷重伝達部材 Daに当接する。それにより、荷 重伝達部材 Daに対して矢印 q2の方向に荷重をカ卩えることができる。

[0244] また、アーム Ga, Gbが矢印 rlの方向に回転する場合には、アーム Gbに取り付けら れた荷重印加部材 Fbが荷重伝達部材 Dbに当接する。それにより、荷重伝達部材 D bに対して矢印 r2の方向に荷重をカ卩えることができる。

[0245] なお、図 12に示すように、本実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 200では、ハウ ジング Eの両端面力 棒状部材 Cの軸方向に垂直な方向に延びる 2つの延長部分 E a, Ebが設けられている。

[0246] 延長部分 Ea, Eb間に、図示しない発振回路、電流検出器、整流回路、増幅回路 および CPU等の周辺回路 (荷重検出回路)を備える基板 SUが設けられている。基 板 SUには、コイル Aから引き出されたリード線 Rが接続される。また、基板 SUはケー ブル Lを介して図示しな 、外部機器等に接続されて 、る。

[0247] (2) 第 2の実施の形態に係る磁歪式荷重センサによる効果

上記のように、磁歪式荷重センサ 200においては、 2つの荷重印加部材 Fa, Fbが

、それぞれ回転軸 Hを中心に回転することにより、ハウジング Eの両端で支持される 荷重伝達部材 Da, Dbに荷重が加えられる。

[0248] したがって、荷重伝達部材 Da, Dbに加えられる荷重の方向および位置が対称とな り、棒状部材 Cの一端に荷重が加えられる場合と、棒状部材 Cの他端に荷重が加え られる場合とで、荷重が対称的な経路で棒状部材 Cに伝達される。その結果、 2つの 方向から加えられる荷重を同じ精度で検出することができる。

[0249] (3) 磁歪式荷重センサの具体例

第 2の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 200の具体例を説明する。

[0250] 図 13は、第 2の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 200の具体例を示す上面図 である。図 13に示すように、本具体例に係る磁歪式荷重センサ 200aは、第 1の実施 の形態において説明した図 3の磁歪式荷重センサ 100aを含むとともに、アーム 920a

, 920bおよび回転軸 910を含む。 [0251] 本具体例において、図 13の磁歪式荷重センサ 100aは図 12の磁歪式荷重センサ 100に相当する。また、アーム 920a, 920bおよび回転軸 910はそれぞれ上述のァ ーム Ga, Gbおよび回転軸 Hに相当する。

[0252] 図 13に示すように、本具体例に係る磁歪式荷重センサ 200aは、台座 990上に設 けられる。

[0253] 台座 990上には、図 3の磁歪式荷重センサ 100aと回転軸 910と力 所定の間隔で 配置されている。

[0254] 2つのアーム 920a, 920bは、略 U字形状をなすように互いに連結され、連結部で 回転軸 910により台座 990上に回転可能に支持されている。

[0255] 2つのアーム 920a, 920bには、板ばね支持部材 921a, 921bがそれぞれ設けら れている。アーム 920aの内側には、所定の間隔で 2つの荷重制限部材 922a, 923a が設けられている。アーム 920bの内側にも、所定の間隔で 2つの荷重制限部材 922 b, 923b力設けられている。

[0256] 板ばね支持部材 921a, 921bに、長手形状を有する板ばね 930a, 930bの一端が

、例えばボルトを用いることによりそれぞれ取り付けられている。

[0257] 支持部材 921a, 921bに取り付けられた板ばね 930a, 930bの他端は、アーム 92

Oa, 920bの端咅に向力つて延びて!/、る。

[0258] 板ばね 930a, 930bの中央部より他端に近い部分に突起部 93 la, 93 lbが形成さ れている。

[0259] 板ばね 930aの突起部 93 laは、 2つの荷重制限部材 922a, 923aの間に位置し、 アーム 920aの内側に向かって突出している。この状態で、板ばね 930aはアーム 92 Oaの内側に向かって付勢されている。

[0260] 板ばね 930bの突起部 931bは、 2つの荷重制限部材 922b, 923bの間に位置し、 アーム 920bの内側に向かって突出している。この状態で、板ばね 930bはアーム 92 Obの内側に向かって付勢されている。

[0261] 本具体例では、板ばね 930a, 930bの突起部 931a, 931b力 図 12の荷重印加 部材 Fa, Fbに相当する。したがって、図 13に示すように、突起部 931a, 931bは、ァ ーム 920a, 920bが回転することにより磁歪式荷重センサ 100aの荷重伝達部材 40a , 40bに当接する。これにより、アーム 920a, 920bに作用する荷重力 荷重伝達部 材 40a, 40bにカロえられる。

[0262] この場合、図 13の矢印 Yで示すように、板ばね 930a, 930bは弾性変形する。

[0263] ここで、例えばアーム 920bに作用する荷重が板ばね 930bの弾性力よりも大きい場 合には、突起部 931bと荷重伝達部材 40bとが当接した状態で、板ばね 930bがァー ム 920bの外側に向かって押し戻される。

[0264] そして、アーム 920bの内側に設けられた荷重制限部材 922b, 923bが図 3のハウ ジング 50の一端面に当接する。これにより、アーム 920bに作用する荷重力 荷重制 限部材 922b, 923bとハウジング 50の一端面との当接部に作用する。

[0265] その結果、荷重伝達部材 40bに板ばね 930bの弾性力よりも大きい荷重が加えられ ることが防止されるので、過大な荷重が加えられることにより図 3の棒状部材 30が破 損および劣化することが防止される。

[0266] 上記では、アーム 920bに設けられる板ばね 930bおよび荷重制限部材 922b, 92

3bの機能について説明した力 アーム 920aに設けられる板ばね 930aおよび荷重 制限部材 922a, 923aも同様の機能を有する。

[0267] したがって、本具体例に係る磁歪式荷重センサ 200aは、耐久性が向上し、長寿命 化が実現されている。

[0268] [3] 第 3の実施の形態

(1) 磁歪式荷重センサの基本構成

第 3の実施の形態に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第 1の実施の形態に係 る磁歪式荷重センサ 100と構成が異なる。

[0269] 図 14は、第 3の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの基本構成を説明するための 図である。

[0270] 図 14に示すように、第 3の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 300には、 1つの荷 重伝達部材 Dおよび 1つの荷重印加部材 Fのみが設けられる。

[0271] これにより、棒状部材 Cは、その一端部がハウジング Eの一端面により支持され、他 端部が荷重伝達部材 Dにより支持されている。そして、荷重伝達部材 Dに対して当接 可能に荷重印加部材 Fが配置されて 、る。 [0272] 上記構成により、第 3の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 300は、棒状部材じの 一端側から加えられる荷重のみを検出することができる。これにより、棒状部材 Cの他 端側に荷重を加えるための構成が不要となる。その結果、棒状部材 Cの軸方向にお ける大きさを小さくできるとともに、構成が単純化し、低コストィ匕が実現される。また、一 方向からの荷重のみを検出した 、場合に、設置スペースが低減される。

[0273] 本実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 300においても、棒状部材 Cの両端部が磁 気通路形成部材 Bの外部に突出している。換言すれば、磁歪式荷重センサ 300の動 作時にお 1ヽて、棒状部材 Cの両端部は磁気通路形成部材 Bにより形成される磁気通 路の外側に位置する。

[0274] その結果、磁歪式荷重センサ 300の出力が棒状部材 Cの両端部に発生する応力 集中部の影響を受けることが防止されるので、磁歪式荷重センサ 300の出力が安定 する。

[0275] (2) 磁歪式荷重センサの具体例

第 3の実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 300の具体例を説明する。

[0276] 本具体例に係る磁歪式荷重センサは、以下の点で第 1の実施の形態において説 明した図 3および図 4の磁歪式荷重センサ 100aと構成が異なる。

[0277] 図 15は、第 3の実施の形態に係る磁歪式荷重センサの具体例を示す断面図であ る。図 15に示すように、本具体例に係る磁歪式荷重センサ 300aには、図 3の荷重伝 達部材 40aが設けられて!/、な!/、。

[0278] また、ハウジング 50を構成する第 2のハウジング 52の中央部には、開口 52hが形成 される代わりに、その一面側に円形の凹部 52Jが形成されている。

[0279] これにより、磁歪式荷重センサ 300aの組立て時には棒状部材 30の一端部 30aが 第 2のハウジング 52の凹部 52Jに挿入される。それにより、棒状部材 30は、その一端 部 30aが第 2のハウジング 52の凹部 52Jにより支持され、他端部 30bが荷重伝達部 材 40bにより支持される。

[0280] その結果、磁歪式荷重センサ 300aは、ハウジング 50から突出する荷重伝達部材 4

Obの部分に荷重が加えられる場合にのみ、当該荷重を検出することができる。

[0281] 本具体例に係る磁歪式荷重センサ 300aにおいても、図 3の磁歪式荷重センサ 100 aとほぼ同様の効果が得られる。

[0282] [4] 荷重検出回路の構成

図 16は、上記実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100を用 ヽた荷重検出回路の 概略構成を示すブロック図である。なお、磁歪式荷重センサ 100としては、磁歪式荷 重センサ 100a〜100eのいずれかを用いることができる。

[0283] 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。

[0284] 発振回路 610は、発振信号を磁歪式荷重センサ 100のコイル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のコイルの他端力も供給される 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。

[0285] 上述のように、図 1の荷重伝達部材 Daにカ卩えられる荷重が棒状部材 Cの一端に伝 達され、棒状部材 Cに圧縮力が作用する。それにより、逆磁歪効果により棒状部材 C の透磁率が変化し、コイル A、磁気通路形成部材 Bおよび棒状部材 C力 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。

[0286] 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ァク チユエータ 690に与える。ァクチユエータ 690は、制御信号に応答して駆動力を発生 する。 [0287] なお、磁歪式荷重センサ 100の代わりに磁歪式荷重センサ 200 (200a) , 300 (30 Oa)を用いてもよい。

[0288] [5] 磁歪式荷重センサを用いた滑走艇

図 17は図 13の磁歪式荷重センサ 200aを用いた滑走艇の平面図である。図 18は 図 17の滑走艇の制御系を示すブロック図である。

[0289] 図 17に示すように、滑走艇 700は船体 702を含む。船体 702の上部のデッキ 704 には、操船者が跨って着座するシート 706が設けられる。シート 706の左右には操船 者が足を乗せるためのステップ 708が設けられる。シート 706の前方には操船者が把 持する操舵ノヽンドル 710が設けられる。船体 702内にはウォータージェット推進装置 712が搭載される。

[0290] ウォータージェット推進装置 712は、エンジン 714およびジェットポンプ 716を含み、 ジェットポンプ 716の後端部にノズルディフレクタ 718が設けられる。このウォータージ エツト推進装置 712は、水をエンジン 714の動力によって船体 702の底から吸い上げ 、ジェットポンプ 716の後端部のノズルディフレクタ 718から後方に噴出させることによ り推力を得る。

[0291] ノズルディフレクタ 718は、ジェットポンプ 716の後端部に左右方向に揺動自在に 支持され、図示しな!ヽプッシュ ·プルワイヤおよびステアリングアームを介して操舵ノヽ ンドル 710の下端部に連結される。

[0292] エンジン 714は多気筒エンジンであり、クランク軸 720の方向が船体 702の前後方 向となるように配置される。船体 702の右側には吸気装置 722が接続され、船体 702 の左側に図示しない排気装置が接続される。吸気装置 722は、エンジン 714の各気 筒に対応して複数の気化器を含み、各気化器から対応する気筒へ燃料が供給され る。各気ィヒ器は図 18に示すスロットル弁 724を含む。なお、各スロットル弁 724は、図 示しな 、復帰用スプリングによって閉じる方向に付勢されて 、る。

[0293] 操舵ハンドル 710は、操船者が把持するハンドルバー 734、ステアリング軸受 738、 回転軸 (ステアリング軸） 910、および台座 (取り付け用プレート） 990を含む。回転軸 910は、ハンドルバー 734の中央部に取り付けられる。ステアリング軸受 738は、回 転軸 910を回動自在に支持する。台座 990は、ステアリング軸受 738をデッキ 704に 固定する。

[0294] 台座 990上には図 13の磁歪式荷重センサ 200aが装着されている。回転軸 910に は、磁歪式荷重センサ 200aのアーム 920a, 920bが取り付けられる。また、ハンドル バー 734および回転軸 910を覆うようにハンドルカバー 742が設けられる。

[0295] 回転軸 910の下端部には、図示しないステアリングアームを介して操舵用のプッシ ュ 'プルワイヤが接続される。ハンドルバー 734を左右に回動させることにより、ステア リングアームが同方向に回動し、プッシュ ·プルワイヤを介してノズルディフレタター 7 18が左方または右方に揺動する。

[0296] ハンドルバー 734には、スロットルレバー 726が設けられる。各スロットル弁 724 (図 18)は互いに連動するように連結されており、スロットル弁 724のうち最も船体 702の 前側に位置するスロットル弁 724が操舵ハンドル 710のスロットルレバー 726にスロッ トルワイヤ 728 (図 18)を介して接続される。スロットルレバー 726を操作することによ つて、すべてのスロットル弁 724が連動して開閉される。

[0297] 図 18に示すように、エンジン 714には、図 17のクランク軸 720の回転数を検出する ためのエンジン回転数センサ 730が設けられる。エンジン回転数センサ 730は、コン トローラ 732にエンジン回転数を示す回転数信号を送出する。

[0298] コントローラ 732には、スロットル操作用サーボモータ 746が接続されるとともに、磁 歪式荷重センサ 100aを含む荷重検出回路 600が接続される。コントローラ 732は、 ノ ッテリー 756により給電される。

[0299] サーボモータ 746は、アーム 748、モータ 750、減速機 752およびフィードバックポ テンショメータ 754により構成される。モータ 750の回転が減速機 752により減速され てアーム 748に伝達される。フィードバックポテンショメータ 754によりアーム 748の実 際の揺動角度が検出される。コントローラ 732は、検出されたアーム 748の揺動角度 が設定されたアーム 748の目標角度と一致するようにモータ 750を制御する。このよ うにして、サーボモータ 746において、アーム 748の角度がフィードバック制御される

[0300] 上述のように、スロットル弁 724は、スロットルワイヤ 728を介してスロットルレバー 72 6に接続される。このスロットルワイヤ 728は図 17の回転軸 910内に揷通される。スロ ットルワイヤ 728は、アウターチューブ 728aおよびインナーワイヤ 728bを含む。ァゥ ターチューブ 728aは、サーボモータ 746のアーム 748に接続され、インナーワイヤ 7 28bはスロットル弁 724に接続される。サーボモータ 746のアーム 748を揺動させるこ とによって、インナーワイヤ 728bを介してスロットル弁 724を開閉することができる。

[0301] コントローラ 732およびスロットル操作用サーボモータ 746により操舵補助装置が構 成される。この操舵補助装置は、低速走行時の操舵性を向上させるために用いられ る。

[0302] コントローラ 732には、荷重検出回路 600から荷重を示す出力信号が与えられる。

コントローラ 732は、出力信号により示される荷重が所定値よりも大き!/、ときにサーボ モータ 746にアーム 748を揺動させるための制御信号を出力する。上記の所定値は 、操船者が図 17の操舵ノヽンドル 710を限度まで回した状態で (最大舵角時に）、さら に通常の操舵時より大きな力をノヽンドルバー 734にカ卩えたときに磁歪式荷重センサ 2 OOaにより検出される荷重に設定されて 、る。

[0303] この操舵補助装置によれば、滑走艇 700が低速で航走している状態で操船者が操 舵ノヽンドル 710を限度まで回し、さらに通常より大きな力で回した場合にコントローラ 732により操舵制御が行われる。

[0304] この場合、コントローラ 732は、磁歪式荷重センサ 100aにより検出された荷重に基 づいてサーボモータ 746のアーム 748の目標角度を設定する。そして、コントローラ 7 32は、フィードバックポテンショメータ 754により検出されたアーム 748の角度がこの 目標角度に一致するようにサーボモータ 746をフィードバック制御する。

[0305] それにより、磁歪式荷重センサ 100aにより検出される荷重 (操船者が操舵ノヽンドル 710に加えた力に相当）に対応する開度でスロットル弁 724が開き、エンジン 714の 出力が制御される。

[0306] 本例では、コントローラ 732力 S図 16の制御部 680に相当し、サーボモータ 746がァ クチユエータ 690に相当する。

[0307] なお、磁歪式荷重センサ 200aに用いられる磁歪式荷重センサ 100aの代わりに磁 センサ 100b, 100c, lOOdを 、てもよ!ヽ。

[0308] [6] 磁歪式荷重センサを用いた電動自転車 図 19は図 15の磁歪式荷重センサ 300aを用いた電動自転車 800の側面図である 。図 20は図 19の電動自転車に用いられるパワーユニットの構成を示す断面図である

[0309] 図 19に示す電動自転車 800は、ハンドル 802、前輪 804、ダウンチューブ 806、シ ートチューブ 808、シート（サドル） 810、後輪 812およびホイールスプロケット 814を 含む。この電動自転車 800の略中央下部にはパワーユニット 816が設けられる。

[0310] パワーユニット 816は、人力による駆動系と電動モータ 818による補助動力系とを 有し、運転者の人力と補助動力とを合成して出力する。パワーユニット 816には、クラ ンク軸 820が回転自在に接続され、クランク軸 820の左右にはクランク 822が取り付 けられて 、る。各クランク 822の端部にはペダル 824が回転自在に取り付けられて!/ヽ る。なお、パワーユニット 816には、コントローラ 826が接続されている。パワーュ-ッ ト 816は、人力によりクランク軸 820に入力されるトルクの大きさに応じて電動モータ 8 18の出力 (補助動力）を制御する。

[0311] また、シート 810の下方でかつシートチューブ 808と後輪 812とで囲まれる空間に は、ノ ッテリボックス 828が着脱可能に装着されている。ノ ッテリボックス 828内には、 シュリンクパックされた複数の単電池で構成される図示しない Ni— Cdバッテリが収納 される。

[0312] 運転者がペダル 824を漕いでクランク軸 820を回転駆動すると、クランク軸 820に 入力されるトルクが図 20に示す磁歪式荷重センサ 300aにより検出される。コントロー ラ 826は、検出されたトルクに応じて電動モータ 818の出力（補助動力）を制御する。

[0313] したがって、人力とこれに比例する補助動力との合力がパワーユニット 816から図 示しな 、チェーンを介してホイールスプロケット 814に伝達され、ホイールスプロケット 814と後輪 812とが回転駆動される。それにより、電動自転車 800は、人力とこれに 比例した補助動力とにより走行する。

[0314] 図 20に示すように、パワーユニット 816はハウジング 830を含む。ハウジング 830内 には、クランク軸 820に接続されるアーム 832および磁歪式荷重センサ 300aが収納 される。また、アーム 832は遊星ギア機構の図示しないリングギアを介してローラ 834 に接続される。ローラ 834が磁歪式荷重センサ 300aの荷重伝達部材 40bに当接す る。

[0315] この電動自転車 800では、遊星ギア機構のリングギアにクランク軸 820から伝達さ れるトルクに比例した反力が発生し、この反力がローラ 834を介して磁歪式荷重セン サ 300aの荷重伝達部材 40bに作用する。磁歪式荷重センサ 300aから出力される電 流は図 16の荷重検出回路 600に与えられる。コントローラ 826は、図 16の荷重検出 回路 600の出力信号に基づいてトルクの大きさを算出し、そのトルクに応じて電動モ ータ 818の出力（補助動力）を制御する。

[0316] このように、磁歪式荷重センサ 300aを用いることによりクランク軸 820に入力される トルクを正確に検出することができる。

[0317] 本例では、コントローラ 826が図 16の制御部 680に相当し、電動モータ 818がァク チユエータ 690に相当する。

[0318] なお、磁歪式荷重センサ 300aの代わりに磁歪式荷重センサ 100a, 100b, 100c, 100dを ヽてちよ!ヽ。

[0319] [7] 他の実施の形態

上記実施の形態に係る磁歪式荷重センサ 100a, 100b, 100c, 100d, lOOe, 20 0a, 300aは、滑走艇および電動自転車に限らず、自動二輪車、水上バイク、電動車 椅子等の輸送機器に適用することができ、あるいは輸送機器に限らず、移動棚等の 種々の移動体にも適用することができる。

[0320] [8] 請求項の各構成要素と実施の形態の各部との対応

上記実施の形態に係る磁歪式荷重センサにおいては、コイル A, 10の貫通孔 Ah, 10hが貫通孔に相当し、コイル A, 10がコイルに相当し、開口 Bha, 21hが第 1の開 口に相当し、開口 Bhb, 22hが第 2の開口に相当する。

[0321] また、磁気通路形成部材 B, 20が磁気通路形成部材に相当し、棒状部材 C, 30が 荷重検出部材に相当し、荷重伝達部材 Da, Db, 40a, 40bが荷重伝達部材または 第 1および第 2の荷重伝達部材に相当し、ハウジング E, 50が支持部材に相当する。

[0322] さらに、スぺーサ SPが間隔形成部材に相当し、 Oリング Ol, 04, 05, 06が弾性 体に相当し、ハウジング E, 50がハウジングに相当し、隙間 G4, G5が第 1の隙間に 相当する。 [0323] また、開口 Eha, Ehb, 51h, 52hが第 3の開口および第 4の開口に相当し、隙間 G 1, G2が第 2の隙間に相当し、凹部 43a, 43bが凹部または第 1および第 2の凹部に 相当し、荷重印加部材 Fa, Fbおよび突起部 931a, 931bが荷重印加部材または第 1および第 2の荷重印加部材に相当する。

[0324] さらに、滑走艇 700が移動体に相当し、船体 702が本体部に相当し、エンジン 714 が駆動部に相当し、コントローラ 732およびサーボモータ 746が制御部に相当する。

[0325] また、電動自転車 800が移動体に相当し、ダウンチューブ 806およびシートチュー ブ 808が本体部に相当し、パワーユニット 816が駆動部に相当し、コントローラ 826が 制御部に相当する。

産業上の利用可能性

[0326] 本発明は、滑走艇、電動自転車、自動二輪車、水上バイク、電動車椅子等の輸送 機器、あるいは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。

Claims

請求の範囲

[1] 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、

前記コイルにより発生された磁束が通過する磁気通路を形成する磁気通路形成部 材とを備え、

前記荷重検出部材の両端部は、前記貫通孔に対向する前記磁気通路形成部材の 部分力 それぞれ外側に突出し、

外部から印加される荷重を前記荷重検出部材の少なくとも一端部に伝達する荷重 伝達部材と、

前記磁気通路形成部材および前記荷重伝達部材を支持する支持部材とをさらに 備えた、磁歪式荷重センサ。

[2] 前記支持部材は、前記荷重検出部材が一定の範囲で移動可能となるように、前記荷 重伝達部材を介して前記荷重検出部材を支持する、請求項 1記載の磁歪式荷重セ ンサ。

[3] 前記支持部材は、前記荷重検出部材と前記磁気通路形成部材とが接触しな!、よう に前記荷重伝達部材を介して前記荷重検出部材を支持する、請求項 1記載の磁歪 式荷重センサ。

[4] 前記荷重検出部材と前記磁気通路形成部材との間に非磁性材料力 なる間隔形成 部材が設けられた、請求項 3記載の磁歪式荷重センサ。

[5] 前記支持部材は、前記荷重伝達部材が一定の範囲で移動可能となるように、前記荷 重伝達部材を支持する、請求項 1記載の磁歪式荷重センサ。

[6] 前記支持部材は、前記荷重伝達部材を弾性体を介して支持する、請求項 5記載の 磁歪式荷重センサ。

[7] 前記支持部材は、前記コイル、磁気通路形成部材、荷重検出部材および荷重伝達 部材を収容するハウジングを含む、請求項 1記載の磁歪式荷重センサ。

[8] 前記磁気通路形成部材は、前記貫通孔の両端部にそれぞれ対向する部分に第 1お よび第 2の開口を有し、

前記荷重検出部材の外面と前記第 1および第 2の開口の内面との間にそれぞれ第 1の隙間が形成され、

前記ハウジングは、前記荷重検出部材および荷重伝達部材がー体的に一定の範 囲で移動可能となるように、前記荷重伝達部材が嵌合する第 3の開口を有し、 前記荷重伝達部材の外面と前記第 3の開口の内面との間に第 2の隙間が形成され 前記第 2の隙間の幅は、前記第 1の隙間の幅以下である、請求項 7記載の磁歪式 荷重センサ。

[9] 一定の範囲で移動可能かつ前記荷重伝達部材に当接可能に設けられ、前記荷重 伝達部材を通じて前記荷重検出部材に荷重を印加する荷重印加部材をさらに備え た、請求項 1記載の磁歪式荷重センサ。

[10] 前記磁気通路形成部材は、前記貫通孔の両端部にそれぞれ対向する部分に第 1お よび第 2の開口を有し、

前記荷重検出部材の外面と前記第 1および第 2の開口の内面との間にそれぞれ第 1の隙間が形成され、

前記ハウジングは、前記荷重検出部材および荷重伝達部材がー体的に一定の範 囲で移動可能となるように、前記荷重伝達部材が嵌合する第 3の開口を有し、 前記荷重伝達部材の外面と前記第 3の開口の内面との間に第 2の隙間が形成され 前記第 2の隙間の幅は、前記第 1の隙間の幅以下であり、

前記荷重伝達部材を通じて前記荷重検出部材に荷重を印加する荷重印加部材を さらに備え、

前記荷重印加部材は、前記貫通孔の軸方向と直交する方向において前記第 1の 隙間の幅よりも大きな範囲で移動可能に設けられる、請求項 7記載の磁歪式荷重セ ンサ。

[11] 前記荷重伝達部材は、外部から印加される荷重を前記荷重検出部材の一端部およ び他端部にそれぞれ伝達する第 1および第 2の荷重伝達部材を含む、請求項 1記載 の磁歪式荷重センサ。

[12] 一定の範囲で移動可能かつ前記荷重伝達部材に当接可能に設けられ、前記第 1お よび第 2の荷重伝達部材を通して前記荷重検出部材の一端部および他端部に荷重 をそれぞれ印加する第 1および第 2の荷重印加部材をさらに備えた、請求項 11記載 の磁歪式荷重センサ。

[13] 前記第 1および第 2の荷重印加部材および前記第 1および第 2の荷重伝達部材は、 前記コイルの前記貫通孔の軸に沿って、前記荷重検出部材を中心として対称的に 配置された、請求項 12記載の磁歪式荷重センサ。

[14] 前記ハウジングは、前記荷重伝達部材が嵌合する第 3の開口を有し、

前記荷重伝達部材は、前記ハウジングの内側の一端面に対向または接触するフラ ンジ部および前記荷重検出部材の一端部が嵌合する凹部を有する、請求項 7記載 の磁歪式荷重センサ。

[15] 前記ハウジングの前記第 3の開口の内面と前記荷重伝達部材の外面との間に隙間 が形成され、

前記荷重伝達部材を前記ハウジングに対して前記貫通孔の軸方向と直交する方 向に移動可能に保持する弾性部材をさらに備えた、請求項 14記載の磁歪式荷重セ ンサ。

[16] 前記荷重検出部材は、外部から印加される荷重を前記荷重検出部材の一端部およ び他端部にそれぞれ伝達する第 1および第 2の荷重伝達部材を含み、

前記ハウジングは、前記第 1の荷重伝達部材が嵌合する第 3の開口および前記第 2の荷重伝達部材が嵌合する第 4の開口を有し、

前記第 1の荷重伝達部材は、前記ハウジングの内側の一端面に対向または接触す る第 1のフランジ部および前記荷重検出部材の一端部が嵌合する第 1の凹部を有し 前記第 2の荷重伝達部材は、前記ハウジングの内側の他端面に対向または接触す る第 2のフランジ部および前記荷重検出部材の他端部が嵌合する第 2の凹部を有す る、請求項 7記載の磁歪式荷重センサ。

[17] 前記ハウジングの前記第 3の開口の内面と前記第 1の荷重伝達部材の外面との間に 隙間が形成され、前記ハウジングの前記第 4の開口の内面と前記第 2の荷重伝達部 材の外面との間に隙間が形成され、 前記第 1の荷重伝達部材を前記ハウジングに対して前記貫通孔の軸方向と直交す る方向に移動可能に保持する第 1の弾性部材と、

前記第 2の荷重伝達部材を前記ハウジングに対して前記貫通孔の軸方向と直交す る方向に移動可能に保持する第 2の弾性部材とをさらに備えた、請求項 16記載の磁 歪式荷重センサ。

[18] 前記荷重検出部材と前記荷重伝達部材とが接合された、請求項 1記載の磁歪式荷 重センサ。

[19] 前記磁気通路形成部材は、前記貫通孔の両端部にそれぞれ対向する部分に第 1お よび第 2の開口を有し、

前記荷重検出部材は、円柱形状を有し、

前記荷重検出部材の両端部は、軸方向の断面の直径以上の長さ分、前記磁気通 路形成部材の第 1および第 2の開口から突出する、請求項 1記載の磁歪式荷重セン サ。

[20] 本体部と、

前記本体部を移動させる駆動部と、

荷重を検出する磁歪式荷重センサと、

前記磁歪式荷重センサにより検出された荷重に基づいて前記駆動部を制御する制 御部とを備え、

前記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、

前記コイルにより発生された磁束が通過する磁気通路を形成する磁気通路形成部 材とを含み、

前記荷重検出部材の両端部は、前記貫通孔に対向する前記磁気通路形成部材の 部分力 それぞれ外側に突出し、

外部から印加される荷重を前記荷重検出部材の少なくとも一端部に伝達する荷重 伝達部材と、

前記磁気通路形成部材および前記荷重伝達部材を支持する支持部材とをさらに 含む、移動体。