(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロードセルに加えられた力を示す出力信号を与える磁気弾性ロードセルであって、
上面および下面を有するとともに中央のハブおよび環状のリムを備えた、強磁性で磁気ひずみ性を有するディスク状の部材であって、前記ハブと前記リムとの間に、前記部材の前記上面と前記下面との間に前記部材を通って延びる少なくとも２つのほぼ螺旋状のスポークを形成する少なくとも２つのスロットを有し、前記各スポークは前記ハブでの始点と前記リムでの終点との間でほぼ３６０°旋回する部材を有する磁気弾性活性領域を有し、
前記スポークは、その軸回りの一方の周方向に磁気的に分極されているとともに、前記スポーク内の磁化を、前記ロードセルに力が加えられた後、加えられた力がゼロに減少したときに前記一方の周方向に戻すのに十分な磁気異方性を持っており、それによって、前記加えられた力が前記スポーク内にねじれ応力を生成し、前記部材が、前記加えられた力に応じて変化する磁界を発生し、
磁場センサ手段であって、前記磁気弾性活性領域に近接して搭載され、前記センサ手段での磁界の大きさを検出するように設けられ、それに応じて前記出力信号を与える磁場センサ手段を有し、
前記部材は、局所磁化分布の少なくとも５０％が前記一方の周方向周りに対称に配置された９０°の四分円内にあり、かつ、前記部材から生じる磁界が、前記部材の近傍の領域を磁化しないように、力を検出するために前記磁場センサが検出した正味の磁界の有効性を無効にするのに十分な強度の寄生磁界を生させるような十分に高い保磁力を有する、多結晶材料で形成されている、磁気弾性ロードセル。
【請求項２】
前記部材は、各結晶子が立方対称性を有する多結晶材料で形成されている、請求項１に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項３】
前記部材は、マルテンサイトステンレス鋼、クロムおよびニッケルを含む析出硬化ステンレス鋼、急冷および焼きなまし合金鋼、工具鋼、高ニッケルマルエージング鋼、延性永久磁性材料、磁石鋼、パーメンジュール、アルファ、コバー、硬引抜ニッケル、および硬引抜パーマロイからなる群から選択された材料で形成されている、請求項２に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項４】
前記各スポークの断面はほぼ正方形である、請求項１に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項５】
前記部材の保磁力は１５Ｏｅよりも大きい、請求項１に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項６】
前記部材の保磁力は２０Ｏｅよりも大きい、請求項１に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項７】
前記部材の保磁力は３５Ｏｅよりも大きい、請求項１に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項８】
前記磁場センサ手段は固体センサを有する、請求項１に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項９】
前記磁場センサ手段は、フラックスゲートインダクタを有する、請求項１に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項１０】
前記磁場センサは、前記磁界の極性を検出するように前記磁気弾性活性領域に向けられて搭載されている、請求項１に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項１１】
前記磁場センサ手段は、前記磁気弾性活性領域に対応しかつ近接した固定位置に搭載されている、請求項１０に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項１２】
前記部材の上面および下面のそれぞれはほぼ円形であり、前記部材は中心軸線を有し、前記磁場センサ手段は、前記部材の前記ハブと前記環状リムとの間の半径方向中央部に設置されている、請求項１０に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項１３】
前記磁場センサ手段は、前記部材の上面および下面の一方に近接した少なくとも２つのセンサを有する、請求項１２に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項１４】
前記磁場センサ手段は、前記部材の上面および下面のそれぞれに近接した少なくとも２つのセンサを有する、請求項１３に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項１５】
前記部材の各面に近接した前記センサは、周方向に対称に前記面の周囲に等角に分布して配置されている、請求項１３または１４に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項１６】
前記磁場センサ手段は前記部材に応じて搭載されている、請求項１に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項１７】
前記ハブおよび前記環状のリムは、前記スポークの上面の上に突設されて、前記ハブと前記リムとの間に環状の窓を形成しており、前記磁場センサ手段は前記窓内に配置されている、請求項１に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項１８】
前記スポークは、前記部材に力が加わらないとき、前記スポークの軸線方向への正味磁化成分を持たない周方向磁気配向を持っている、請求項１に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項１９】
前記スポークは、前記部材に力が加わったとき、前記スポークの周方向の成分および軸線方向の成分を持つ螺旋磁気配向を持っており、前記磁場センサ手段は、磁化の前記軸線方向の成分から生じる磁界を検出するように向けられて配置されている、請求項１８に記載の磁気弾性ロードセル。
【請求項２０】
（ａ）力が加えられる表面を含む磁気弾性活性領域を用意するステップであって、前記磁気弾性活性領域は、上面と下面とを有するとともに強磁性で磁気ひずみ性を有し、かつ中央のハブと環状のリムとを備えたディスク状の部材を有し、前記部材は、前記部材の前記上面と前記下面との間に延びる少なくとも２つのほぼ螺旋状のスポークを形成するための、前記ハブと前記リムとの間を通して形成される少なくとも２つのスロットを有し、前記スポークの各々は、前記ハブでの始点と前記リムでの終端との間でほぼ３６０°旋回し、前記スポークは、その軸回りの一方の周方向に磁気的に分極されており、力を前記表面に加えた後、加えられた力がゼロに減少したときに前記スポークにおける磁化を前記一方の周方向に戻すのに十分な磁気異方性を有しており、前記表面の前記磁気弾性活性領域は、局所磁化分布の少なくとも５０％が前記１つの周方向周りに対称的に配置された９０°の四分円内にある多結晶材料で形成され、かつ、前記磁気弾性活性領域から生じる磁界が、前記磁気弾性活性領域の近傍の前記部材を磁化しないように、力を検出するために前記磁場センサ手段が検出した正味の磁界の有効性を無効にするのに十分な強度の寄生磁界を生じさせるような十分に高い保磁力であるステップと、
（ｂ）前記表面に力を加えた結果として磁界を生成するステップと、
（ｃ）前記表面に加えられた力の大きを示すような、前記磁気弾性活性領域に近接する位置における磁場の大きさを検出するステップとを有する、力を検出する方法。
【請求項２１】
前記表面に力を加えることは、前記磁気弾性活性領域に円周方向および軸線方向の磁化成分を有する螺旋状の磁気配向を生じさせ、前記検出するステップは、前記軸線方向の磁化成分から発生する磁界を検出するステップを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記部材は、各結晶子は立方対称性を有する多結晶材料から形成される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記磁気弾性活性領域の保磁力は１５Ｏｅより大きい、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記検出するステップは、前記磁気弾性活性領域に近接かつ間隔をあけて磁場センサ装置を少なくとも部分的に位置決めすることにより達成される、請求項２０に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
関連出願への相互言及
この出願は、１９９９年４月１６日に出願された米国仮出願番号６０／１２９，６１４号の優先権を主張する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、ロードセル、特に、加えられた力を測定するのに用いられる非接触磁気弾性ロードセルに関する。
【０００３】
発明の背景
歪みゲージロードセルは、力を測定する一般的な手段の一つである。それは、与えられる力に、変形を伴って反応する正確に機械化された構造をしている。変形可能な要素に接着された歪みゲージは、変形の度合に応じて、抵抗値に変化を示し、その結果として、加えられた力の大きさを示す電気信号が生じる。しかしながら、歪みゲージはロードセルに直接付けられるので、測定電子回路に対するロードセルの回転が不可能となる。スリップリングや何かしらの分離した電子回路が利用できなければ、歪みゲージロードセルで、回転する軸上の軸方向の負荷を測定するのは不可能である。さらに、歪みゲージは非常に高価で、それゆえ、多くのロードセルの応用に競合する用途としては、商業的に実用的ではない。
【０００４】
螺旋ばねの軸の曲がりにより、ばね材料にねじれた歪みが生じるのはよく知られている。このような理由で、磁気弾性的に活性な鉄鋼で製造され、コイルを形成するワイヤの軸の周りに磁化されたソレノイドコイルばねに軸方向の負荷がかけられた場合、コイルのワイヤはねじれ、その結果、ワイヤの磁化が再配向し、磁化方向の負荷が増大するとともに、磁化はますますらせん状になる。結果として、らせん磁化は周成分と軸成分、すなわちコイルのワイヤに平行な方向の成分の両方を持つ。磁化の軸成分は、磁場をコイルばねの軸に平行な方向に広がるように発生させる。この磁場は検出することができ、理想的には軸方向の負荷の大きさに比例する電気信号が発生する。しかしながら、まっすぐなワイヤをコイルばねに形成する工程のため、内部残留応力がコイル内に生じる。その応力は、磁場を発生させ、磁場センサによって測定される磁場に含まれてしまう。結果として、発生した電気信号は、加えられた軸方向の負荷の関数だけではなく、製造工程で発生する内部残留ストレスの寄与も反映する。したがって、そのようなソレノイドコイルばねは本質的に正確で再現性のある結果をもたらさず、ロードセルにおけるように、軸の負荷を測定するには良い選択ではない。
【０００５】
発明の概要
したがって、本発明の目的は、回転軸上での軸荷重の計測を許容し、そして加えられた負荷に正確に相関した出力信号を与える磁気弾性ロードセルを提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、加えられた負荷がゼロに減少されるとき、磁化を予め確立された円周方向に戻すための異方性の一次供給源として、シャフト自体の磁気結晶の異方性に依存する磁気弾性ロードセルを提供することである。
【０００７】
発明の更に他の目的は、その動作に対して、加えられた負荷がゼロのときに測定される負荷が本来的にゼロとなり、測定される負荷と相関関係を有して方向および大きさが変化する量を検出する磁気弾性ロードセルを提供することである。
【０００８】
発明の更に他の目的は、動作のために外部に存在する磁界を要さず、存在する電流もコイルも要しない磁気弾性ロードセルを提供することである。
【０００９】
発明の更なる目的は、磁気弾性的に活性な強磁性で磁気ひずみ性を有し、力が印加されるディスク状の部材であって、上面および下面を持ち、中心のハブおよび環状のリムを有し、その部材の上面と下面との間に少なくとも２つの螺旋状スポークを形成する少なくとも２つのスリットが形成され、各スポークは、ハブでの始点とリムでの終端との間でほぼ３６０°旋回し、スポークは一方の周方向に磁気的に分極されており、表面に力が加わった後、その力がゼロまで減少したときに、一方の周方向にスポークを再び磁化させるための十分な磁気異方性を持つ部材を用意し、表面に力を加えた結果としてその部材から磁界を発生させ、表面に加えられた力の大きさを示すような、磁気弾性活性領域に近接した位置における磁界の大きさを検出し、磁気弾性活性領域が、局所磁化分布の少なくとも５０％が前記一方の周方向周り対称的に配置された９０°の四分円内にある多結晶材料で形成され、かつ、磁気弾性活性領域から生じる磁界が、磁気弾性活性領域の近傍の前記部材を磁化しないように、力を検出するために前記磁場センサ手段が検出した正味の磁界の有効性を無効にするのに十分な強度の寄生磁界を生じさせるような十分に高い保磁力であるステップを有する、表面に印加された力を測定するための非接触の方法を提供することである。
【００１０】
これらの目的およびその他は、上面と下面とを持ち中央のハブおよび環状のリムを有する強磁性磁気ひずみディスク状部材であって、リムとハブとの間に、上面と下面との間に延びる少なくとも２つのほぼ螺旋状のスポークを形成する少なくとも２つのスロットを有する部材を含む磁気弾性活性領域を有しているロードセルによって達成される。
【００１１】
各スポークはそれぞれ、ハブでの始点と、リムでの終端との間を、ほぼ３６０°に渡って旋回しており、スポークは、一方の周方向に磁気的に分極されており、上述の領域に力が加わった後、その力がゼロまで減少したときに、一方の周方向にスポークを再び磁化させるための十分な磁気異方性を有している。フラックスゲートインダクタのような磁場センサがそのディスク状の部材の近傍に搭載されており、上述の領域に力を加えた結果生ずる活性領域に反応する。ディスク状の部材は、好ましくは、局所磁化分布の少なくとも５０％が、一方の周方向に対称的に配置された９０°の四分円内にある多結晶物質で形成されており、ディスク状の部材から生じる磁界が、その部材の近傍の領域を磁化しないように、磁界センサによって検出された正味磁界の、力の検出のための有効性を無効にする十分な強さとなる寄生磁界が生じさせるような十分な高さ、最も好ましくは３５Ｏｅを越える高さの保磁力を有している。
【００１２】
好ましい実施形態の詳細な説明
最初に図１および２を参照すると、本発明による磁気弾性ロードセルが１０で示されている。ロードセル１０は、中心のハブ１４と環状のリム１６とを有する部材であるディスク１２を有しており、ディスク１２は、中心のハブ１４と環状のリム１６との間で、その上面２２と下面２４との間に延びる複数のスポーク１８，２０が形成されるように機械加工され、または他の方法で形成されている。ディスク１２は、変換器の磁気的に活性な要素であり、したがってディスク１２を形成する材料の選択は非常に重要である。選択された材料は、磁気領域が確実に存在するように強磁性を有している必要があり、磁化の向きを、加える力に伴う応力によって変えることができるように磁気ひずみ性を有している必要がある。特に、ディスク１２は、より詳細に後述するように特に望ましい結晶構造を有する材料から形成してもよい。スポーク１８，２０は、何らかの有効な方法によって各スポークのほぼ螺旋状の軸の周りに実質的に完全に周方向に磁気的に分極されている。この有効な方法のいくつかは、米国特許第５，５２０，０５９号明細書に開示されており、その内容は参照することによって本明細書に取り入れられている。特に有効な磁化方法の１つは、電流パルスをディスク１２を通して、その中心軸２６から外縁へと、途中のスポーク１８，２０を通して流すことを含んでいる。図１に示すスポークの数は２つであるが、２つ以上の幾つのスポークを形成してもよいことが分かる。２つを超えるスポークを用いることの不都合は、機械加工費用が付加的なスポークを形成するのに伴って高くなることである。各スポークは、ハブ１４での始点とリムで１６の終点の間で約３６０°に亘って旋回するように延びている。ディスク１２の上面２２と下面２４の間の厚さは、各スポークの断面がほぼ正方形になるように選択することが好ましい。しかしながら、スポークの数、ディスクの厚さ、およびロードセルの特定の利用方法に応じて、スポークの断面は正方形以外であってもよい。
【００１３】
ロードセルに力を加える前には、スポークの磁化は、少なくとも正味の磁化成分をスポークの軸方向に持たず、かつ正味の半径方向磁化成分を持たない程度に実質的に完全に環状である。力をハブ１４の中心に、ディスク１２の軸２６に平行な方向に加えると、この力は螺旋状のスポーク１８，２０を通って伝えられ、ねじれ応力をスポーク内に生じさせる。その結果、各スポークの環状の磁化の方向が変わり、加える力を強くするにつれて、だんだんと螺旋状になる。この螺旋状の磁化は、スポークの軸の周方向の成分と軸に沿った成分の両方を有している。この磁化の軸方向成分の結果として、反対の磁極がハブ１４とリム１６に形成され、これらの磁極から半径方向に向いた磁界が発生する。この磁界の強さはハブ１４の中心に加える力の大きさに比例する。
【００１４】
磁界ベクトルセンサ（以下、単にセンサともいう）３０が、磁性を与えられた磁化の向きを静止した周方向から変えることによってディスク１２の活性領域の周りの空間に発生する、半径方向の磁界の大きさと極性を検知するように、ディスク１２に対して位置と向きを決められて設けられている。磁界ベクトルセンサ３０は、加えられた力の大きさに相関する、ねじれ応力の大きさを反映した信号出力を出力する。本発明の一実施形態では、磁界ベクトルセンサ３０は集積回路ホール効果センサである。磁界ベクトルセンサ３０は、ワイヤ３２によって直流電源に接続されており、また磁界ベクトルセンサ３０の信号出力は、ディスク１２が組み込まれたシステムの制御回路または監視回路のような受信装置（不図示）に送られる。磁界ベクトルセンサの型式、特性、配置、および機能の詳細な記述が、米国特許第５，３５１，５５５号明細書の６〜９欄、および米国特許第５，５２０，０５９号の７〜１１欄および２５欄にあり、これらの内容は参照することによって本明細書に取り入れられている。
【００１５】
本発明によるロードセルとともに用いるのに最も好ましいのは、中心のハブ１４からリム１６の間のスポーク１８，２０に半径方向に亘って延びるソレノイドの形状を有するフラックスゲートインダクタである。その幾何学的構成により、このフラックスゲートインダクタは、そのコアの隅から隅までの磁界に対して感度を有している。したがって、単に１点で検知されるのではなく、この好ましいフラックスゲートインダクタによって、スポークの半径方向の全長に沿って、センサの軸方向に沿って展開される多くの領域での局所モーメントが平均されて検知される。このセンサの特性によって、発生するねじれ応力に基づいて生じる磁界が半径方向に不均一であるために他の場合に生じるマイナスの効果が軽減される。さらに、ロードセルのハブ１４とリム１６は、スポークのために生じるどのような磁界の不均一さもさらに低減する、磁界の均質化部として機能する。
【００１６】
生成されてハブ１４とリム１６の間に広がる放射状磁界は、図２に示すように、有利なことに、ハブ１４とリム１６の間の磁界の半径方向成分を測定するために、ディスク１２の上方で、ディスクに近接し、軸の周りでハブ１４とリム１６の間の半径方向中心にある、１つまたは複数のセンサ３０によって、検知可能である。周囲の磁界などのあらゆる低勾配磁界を受け付けなくするために、ディスク１２によって生成される発散磁界を検知する複数の磁気センサを用いることが好ましい。複数のセンサを用いるときは、それらを周辺内に対称に、かつディスクの周りに等角度で分散して置くことが好ましい。したがって、図２に示すように、２個のセンサをディスクの両側で用いる場合、それらは１８０°離して配置すべきである。３個のセンサを用いる場合、それらは１２０°離して配置すべきである。ハブ１４とリム１６の間を流れる磁束のうちのできるだけ多くがセンサを通過するために、ディスク１２とセンサ３０の間の磁路がロードセルの作用に不可欠であることに注目することが肝心である。このため、ロードセル１０を取り付けるときには、ディスク１２とセンサ３０の間の磁路を迂回する磁束経路が設けられないように、ハブ１４とリム１６を支持する非強磁性のスペーサとともに配置しなければならない。
【００１７】
図２に想像線で示すように、リード線３２’を有する、相応する全く同じセンサ３０’の組を、ディスク１２の反対側に配置することが特に好ましく、その結果、一方のセンサ３０の組がディスク１２の上方に、他方のセンサ３０’の組がディスク１２の下方に配置される。ハブ１４の中心に力が加わるとセンサ３０，３０’に対するディスク１２の相対的な移動を引き起こし易いので、これは特に有利な構成である。上方のセンサの組のみ、または下方のセンサの組のみを用いる場合、ディスク１２と各センサ３０，３０’の間の間隔の変動のために、センサからの非線形で放物線状の応答が生じるであろう。しかしながら、上方と下方の両方のセンサの組を用いる場合、上方の組は下方の組と正反対の曲線を描く応答を生じさせる。磁界センサの両方の組の出力を合わせることによって、問題であった、負荷がかかったディスクのゆがみを排除した、実質的に線形の応答を生じる。
【００１８】
ディスクのゆがみの影響は、他の方法でも処理できる。例えば、センサ３０がディスク１２にそのまま取り付けられる場合、センサは、ディスク１２と同じ大きさのものに取って代わられ、その結果、センサとディスクの間の間隔が変化しない。また別の解決策が図３に示されており、これは、中心のハブ１４とリム１６がディスクの上面２２の上方に突設され、センサ３０は、突設されたハブ１４とリム１６により区画される環状の窓３４内に配置される。この構成では、立ち上がったハブ１４とリム１６が、磁界を、例えば磁束ゲート誘導子であるようなセンサ３０の端部に導く。センサ３０が窓３４内にとどまっている限り、ハブとリムの軸方向の変位は、磁路の導磁度を変化させない。従って、線形システム応答は維持される。もちろん、磁界センサ３０とディスク１２の間の間隔が、負荷がかかったハブとリムの相対的な変位よりも十分大きいこれらの例では、間隔における小さな相対的な変化は、センサの応答の線形性に無視できる程度の影響しかもたらさない。
【００１９】
活性領域、したがってディスク１２自体が、加えられる力がゼロにまで低減されたときに、各スポークに（極性を付与する工程中に）定められた周方向への磁化をスポークに復帰させる、いくつかの異方性磁力源を有していなければならない。ディスク磁気歪みλと主引張応力σの生成が、ロードセルの作用の基になる磁気弾性の異方性の影響をもたらす。スポークにて成長したトルクと関連する磁気弾性の異方性に起因して、全てのスポークの磁気残留部分が協同して磁界の放射方向成分の成長に寄与することを確実にするために、静止状態の異方性はどこであっても周辺の方向から４５°以上離れるべきでない。言い換えると、異方性の必要性とは、環状の残留磁気を、周囲に向けられた９０°の四分円内に閉じこめる必要性を表すものである。局所的な磁化の少なくとも５０％が、環状の残留磁気の方向の周りに対称に配置された９０°の四分円内にあるとき、十分な性能が得られる。
【００２０】
異方性の原因の一つは、原子（強磁性の原子）の磁気モーメント（スピン）の好ましい配列を、結晶構造を特徴づける軸と相関関係にある方向に向ける磁性結晶にある。静的な異方性が、その主な原因として、例えば、各微結晶が＜１００＞あるいは＜１１１＞の容易軸を備えた立方対称性（歪んだ立方体、例えば、正方晶を含む）を有する不規則に配列された多結晶質材料、といった多軸対称性の格子構造の原子配列が組み合わされた磁性結晶の異方性を有する場合、微結晶の、静的な周方向の残留磁気の５０％以上が自動的にこの“４５°”の条件を満足する。鉄および全ての通常の鋼における磁性結晶の異方性がこのような立方対称性を有することより、鉄および全ての通常の鋼は（単独でこの条件に基づくと）、全て本発明のロードセルの材料の候補となる。純鉄の異方性の強さは、タングステン、および、よりわずかの量ではあるがマンガンは異方性の強さを高めるが、通常、合金成分により減少する。モリブデン、バナジウム、スズは、比較的少し下方に変化させ、一方、クロムは、純鉄の異方性から、その異方性を減少させるのがそれほど不活発ではない。十分な量のＮｉ、Ｃｏ、Ｓｉ、あるいはＡｌは、異方性をゼロ（およびゼロ以下）にすることができる。問題点は、負荷が取り除かれると磁化をその静的な周方向に戻す「スプリング」により、結晶（磁性結晶に対して短い）異方性の絶対的な強さが非常に低くなってしまうことにある。したがって、例えば、結晶異方性（Κl）がλσrよりも小さい場合、Κlは、もはや主たる異方性はなく、また、静的な残留磁気の５０％以上は、もはや４５°の分布条件を満足しないであろう。なお、ここで、σrは、前工程による軸の残留応力の強さである。ここでまず第１に気付くのは、変換器の働きにとってそれぞれが重要な複数の材料特性の、相互関係の重要性である。Κlとλは構造的な依存（本質的な）特性であるのに対し、σrおよび他の構造依存特性（例えば、組織、化学的、あるいは構造的配列）は、静的な異方性の強さ、配列、および対称性を決定するのに、本質的な特性と呼応するように振る舞う。また、わずかな量のＮｉ、あるいはＳｉは効果的にλを高める一方で、Κlを減少させる傾向にある。したがって、ディスク１２に適当な合金の選定には、合金の含有量の度合いに対して慎重にならねばならない。
【００２１】
本発明のロードセルに適した、知られている材料の種類の例を以下に示す。各種類の通常のグレードが示されている。
１．マルテンサイトステンレス鋼（好ましくは空気焼入れ）
ＡＩＳＩ／ＳＡＥグレード：４０３，４１０，４１４，４１６，４２０，４３１，４４０Ａ，４４０Ｂ，４４０Ｃ
２．析出硬化ステンレス鋼（クロムおよびニッケル）
ＡＩＳＩ／ＳＡＥグレード：１５−５ＰＨ，１７−４ＰＨ，１７−７ＰＨ，ＰＨ１３−８Ｍｏ
３．合金鋼（急冷および焼きなまし、ときには炭化または窒化）
ＡＩＳＩ／ＳＡＥグレード：４１４０，４３２０，４３３０，４３４０，４８２０，９３１０
代表的呼称：３００Ｍ，Ａｅｒｍｅｔ１００，９８ＢＶ４０，９−４−２０，９−４−３０
４．工具鋼（好ましくは急冷および焼きなまし、金属的に“清浄な”高合金鋼）
ＡＩＳＩグレード：タイプＡ，Ｄ，Ｈ，Ｌ，Ｍ，Ｏ，Ｔ，Ｗ、および高コバルト高速工具鋼
５．マルエージング鋼（高ニッケル、低炭素）
代表的呼称：１８Ｎｉ２５０，Ｃ−２５０，Ｖａｓｃｏｍａｘ  Ｔ−３００，ＮｉＭａｒｋ，Ｍａｒｖａｃ  ７３６
６．延性永久磁石材料
代表的呼称：Ｖｉｃａｌｌｏｙ，Ｒｅｍｅｎｄｕｒ，Ｃｕｎｉｆｅ，Ｃｕｎｉｃｏ，Ｖａｃｏｚｅｔ
７．磁石鋼
代表的呼称：ＫＳ鋼，ＭＴ鋼，３．６％Ｃｒ，１５％Ｃｏ，タングステン鋼
８．特殊合金および他の材料
代表的呼称：Ｐｅｒｍｅｎｄｕｒ，Ａｌｆｅｒ，Ａｌｆｅｎｏｌ，Ｋｏｖａｒ，高引抜ニッケル，高引抜パーマロイ
本ロードセルの動作中は、ディスク１２上の活性領域から磁界が生じ、これらの磁界は、磁界センサが配置された空間だけでなく、非活性の強磁性材料が近くに存在しうる空間に広がる。非活性材料内で磁化変化が引き起こされると他の磁界を生じ、さらに、これらの（寄生）磁界は磁界センサが配置された空間の領域にも広がる。したがって、活性領域の伝達機能を損なわないために、寄生磁界は、活性領域の磁界がかなり大きな強度を有しているのであればその磁界と比較して非常に小さく、理想上はゼロであり、負荷に応じて線形に、かつ非ヒステリシス的に変化し（または全く変化せず）、さらに、経時や、ロードセルが受けるであろういかなる動作状態や環境状態に耐えて安定していることが重要である。上記のように述べたが、生じる全ての寄生磁界は、磁界センサによって検出された正味の磁界が力を検出するのに有用である活性領域の磁界に比べて十分に小さくなければならない。したがって、寄生磁界の効果を損なうことを最小にするために、磁気弾性活性領域から生じる磁界が磁気弾性活性領域に隣接する非活性の強磁性領域を磁化させない、十分に大きな保磁力を有するディスク部材を、力を検出するための有効性を無効とするのに十分な強度の、磁界検出手段によって検出される正味の磁界である寄生磁界を生じさせるために利用することが重要である。これは、ディスク１２の保磁力が１５Ｏｅ（エールステッド）よりも大きく、好ましくは２０Ｏｅよりも大きく、最も望ましくは３５Ｏｅよりも大きいことを意味する。
【００２２】
従来技術のひずみゲージのロードセルに比べて、本発明はいくつかの有意義な利点を提供する。例えば、本発明のロードセルは、ひずみゲージを取り付けて用いることが求められる熟練労働者に比べて、比較的容易に機械化することができる。加えて、ディスク部材によって生成された磁界を検出するのに必要な電気回路のコストが、ひずみゲージと組み合わされた電気回路よりもかなり低くなる。さらに、磁気弾性ロードセルは特に安定しており、無負荷状態でのゼロ値の検出量は、温度、軸周りを回転する負荷が加えられた部材の角度位置、回転速度、および負荷が加えられた部材と検出手段との間の変化しないエアギャップによる影響を実質的に受けない。その結果、そのようなロードセルは種々の環境中に比較的容易に据え付けることができ、種々の環境中において信頼性をもって動作するであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の磁気弾性ロードセルの平面図である。
【図２】  図１の磁気弾性ロードセルの一例の正面断面図である。
【図３】  図１の磁気弾性ロードセルの他の例の正面断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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