(57)【要約】  【課題】  消費電力の増大を抑制しつつヒステリシス特性による悪影響を除去し、正確な荷重の検出を可能とする荷重検出装置を提供することを目的とする。  【解決手段】  本発明に係る荷重検出装置は、測定すべき荷重が作用する磁歪素子３１と、該磁歪素子の近傍に配置されたコイル３２と、荷重の大きさに応じて変化する磁歪素子３１の透磁率を電気的な検出信号に変換する信号検出回路１５と、その検出信号に基づいて磁歪素子３１に作用する荷重の大きさを算出する演算処理部１８と、磁歪素子３１のヒステリシス特性を除去するためのパルス電流をコイル３２に流すためのパルス電流生成回路１３と、上記検出信号に基づいてパルス電流をコイル３２に流すタイミングを制御する検出準備制御部１９と、を備えている。  【選択図】      図１
2006308344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定すべき荷重が作用する磁歪素子と、
該磁歪素子の近傍に配置されたコイルと、
前記荷重の大きさに応じて変化する前記磁歪素子の透磁率を検出信号に変換する信号検出部と、
前記検出信号に基づいて前記磁歪素子に作用する荷重の大きさを算出する演算処理手段と、
前記磁歪素子のヒステリシス特性を除去するための検出準備用電流を前記コイルに流すための検出準備手段と、
前記検出信号に基づいて検出準備用電流を前記コイルに流すタイミングを制御する準備制御手段と、
を備えたことを特徴とする荷重検出装置。
【請求項２】
検出準備用電流を流すタイミングと異なるタイミングに、検出用電流を前記コイルに流すための検出用電流供給手段を更に備え、
前記信号検出部は、前記検出信号を、前記コイルに検出用電流を流している期間における前記コイルのインダクタンスに応じた信号として導出する
ことを特徴とする請求項１に記載の荷重検出装置。
【請求項３】
前記検出準備手段は、前記検出用電流の最大値よりも大きな電流値を有する検出準備用電流を前記コイルに流すことによって、前記磁歪素子のヒステリシス特性を除去する
ことを特徴とする請求項２に記載の荷重検出装置。
【請求項４】
前記検出準備用電流の最大値は、当該荷重検出装置の有効荷重検出範囲の最大値における磁歪素子の歪量を最小値における歪量まで変形させるのに必要な電流値と同等、若しくはそれ以上に大きく設定されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れかに記載の荷重検出装置。
【請求項５】
前記検出信号は、前記荷重の大きさが増加するに従って、その電圧値が一方向に変化する電圧信号であって、前記コイルに検出準備用電流を流した後の所定のタイミングにおける前記検出信号を基準検出信号とした場合、
前記準備制御手段は、その所定のタイミング以降における前記検出信号の電圧値と前記基準検出信号の電圧値との差の絶対値が所定の第１閾値以上となったとき、検出準備手段を制御して前記コイルに検出準備用電流を再度流す
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の荷重検出装置。
【請求項６】
前記コイルに検出準備用電流を流した後の所定のタイミングにおける前記検出信号を基準検出信号とした場合、
前記準備制御手段は、その所定のタイミング以降における前記検出信号によって特定される前記荷重の大きさと前記基準検出信号によって特定される前記荷重の大きさとの差の絶対値が所定の第２閾値以上となったとき、検出準備手段を制御して前記コイルに検出準備用電流を再度流す
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の荷重検出装置。
【請求項７】
前記検出信号は、前記荷重の大きさが増加するに従って、その電圧値が一方向に変化する電圧信号であって、前記コイルに検出準備用電流を流した後の所定のタイミングにおける前記検出信号を基準検出信号とした場合、
前記準備制御手段は、その所定のタイミング以降における前記検出信号の電圧値と前記基準検出信号の電圧値との差の絶対値が所定の第１閾値以上となり、且つその検出信号によって特定される前記荷重の大きさが前記基準検出信号によって特定される前記荷重の大きさよりも小さいとき、検出準備手段を制御して前記コイルに検出準備用電流を再度流す一方、
その所定のタイミング以降における前記検出信号によって特定される前記荷重の大きさが減少方向に向かうことなく推移している状態においては、前記コイルへの検出準備用電流の供給を禁止する
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の荷重検出装置。
【請求項８】
前記コイルに検出準備用電流を流した後の所定のタイミングにおける前記検出信号を基準検出信号とした場合、
前記準備制御手段は、その所定のタイミング以降における前記検出信号によって特定される前記荷重の大きさが前記基準検出信号によって特定される前記荷重の大きさよりも所定の第２閾値以上小さくなったとき、検出準備手段を制御して前記コイルに検出準備用電流を再度流す一方、
その所定のタイミング以降における前記検出信号によって特定される前記荷重の大きさが減少方向に向かうことなく推移している状態においては、前記コイルへの検出準備用電流の供給を禁止する
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の荷重検出装置。
【請求項９】
前記検出信号は、前記荷重の大きさが増加するに従って、その電圧値が一方向に変化する電圧信号であって、
前記準備制御手段は、前記検出信号の変化率の絶対値が所定の第１変化率閾値以上となったとき、検出準備手段を制御して前記コイルに検出準備用電流を流す
ことを特徴とする請求項１〜請求項８の何れかに記載の荷重検出装置。
【請求項１０】
前記準備制御手段は、前記検出信号によって特定される前記荷重の大きさの変化率の絶対値が所定の第２変化率閾値以上となったとき、検出準備手段を制御して前記コイルに検出準備用電流を流す
ことを特徴とする請求項１〜請求項８の何れかに記載の荷重検出装置。
【請求項１１】
前記準備制御手段は、前記コイルに検出準備用電流が所定の間隔をおいて流れるように検出準備手段を制御するものであって、その間隔を前記検出信号に基づいて変化させる
ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れかに記載の荷重検出装置。
【請求項１２】
操作部に印加される操作力に応じて操作対象物を動作させる力入力操作装置において、
請求項１〜請求項１１の何れかに記載の荷重検出装置を用いて前記操作部に印加される操作力を検出する
ことを特徴とする力入力操作装置。
【請求項１３】
操作部に印加される操作力に応じて移動が制御される移動体において、
請求項１〜請求項１１の何れかに記載の荷重検出装置を用いて前記操作部に印加される操作力を検出する
ことを特徴とする移動体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外力としての荷重の大きさを磁歪素子を用いて検出する荷重検出装置に関する。また、本発明は、その荷重検出装置を用いた力入力操作装置及び移動体に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁歪素子は、その近傍に配置したコイルに電流を流して磁界を印加すると、形状が変化するという特性を有していることから、アクチュエータや振動子として利用されている。これとは逆に、磁歪素子は、外力を加えて形状を変化させると、その形状変化に伴って透磁率が変化する特性を有している。この特性を利用して外力の大きさを検出する荷重センサが既に提案されている（例えば、下記特許文献１参照）。
【０００３】
このような荷重センサは、小型・軽量でありながら検出範囲が広いという特徴を有するが、磁歪素子自体が持つ結晶磁気異方性エネルギが大きいことに起因してヒステリシスが大きくなり、これによって検出精度が低下してしまうという問題がある。
【０００４】
上記のヒステリシス特性に起因する検出精度の低下を解決するべく、磁歪素子の周囲に巻回したコイルに大きなパルス電流を流すことで強い外部磁界を磁歪素子に与え、磁歪素子における磁気モーメントの方向を揃えるという手法を、本出願人は提案している（例えば、下記特許文献２、３参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１９９７０号公報
【特許文献２】特許第３５４８１５８号公報
【特許文献３】特開２００３−１５６３８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のパルス電流を流す手法によって、ヒステリシス特性に起因する検出誤差を除去することが可能となる。しかしながら、パルス電流は比較的大きな電流値を有しているため、パルス電流を流す回数（頻度）の増加は消費電力の増加を招く。
【０００７】
そこで本発明は、消費電力の増大を抑制しつつヒステリシス特性による悪影響を除去し、正確な荷重の検出を可能とする荷重検出装置を提供することを目的とする。また、そのような荷重検出装置を用いた力入力操作装置や移動体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を実現するために本発明に係る荷重検出装置は、測定すべき荷重が作用する磁歪素子と、該磁歪素子の近傍に配置されたコイルと、前記荷重の大きさに応じて変化する前記磁歪素子の透磁率を検出信号に変換する信号検出部と、前記検出信号に基づいて前記磁歪素子に作用する荷重の大きさを算出する演算処理手段と、前記磁歪素子のヒステリシス特性を除去するための検出準備用電流を前記コイルに流すための検出準備手段と、前記検出信号に基づいて検出準備用電流を前記コイルに流すタイミングを制御する準備制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
上記検出準備用電流を磁歪素子の近傍に配置されたコイルに流せば、磁歪素子のヒステリシス特性が除去され、ヒステリシス特性に起因する検出誤差が抑制される。検出準備用電流を流す頻度を大きくすることが検出誤差の抑制にとって望ましいのではあるが、その頻度の増大は消費電力の増大を招く。しかしながら、上記構成によれば、準備制御手段が、磁歪素子に作用する荷重の大きさに応じた検出信号に基づいて検出準備用電流を流すタイミングを制御する。このため、所望の検出精度を維持するために必要なタイミングだけ検出準備用電流を流すといった制御が可能となり、検出準備用電流を流すことに起因する消費電力の増大を効果的に抑制しつつ、所望の検出精度を得ることが可能となる。
【００１０】
具体的には、例えば、検出準備用電流を流すタイミングと異なるタイミングに、検出用電流を前記コイルに流すための検出用電流供給手段を更に備え、前記信号検出部は、前記検出信号を、前記コイルに検出用電流を流している期間における前記コイルのインダクタンスに応じた信号として導出する。
【００１１】
そして、例えば、前記検出準備手段は、前記検出用電流の最大値よりも大きな電流値を有する検出準備用電流を前記コイルに流すことによって、前記磁歪素子のヒステリシス特性を除去する。
【００１２】
上記検出用電流の最大値よりも大きな電流値を有する検出準備用電流をコイルに流せば、磁歪素子は、荷重の作用によって発生している歪を打ち消す方向に変形することになる。つまり、磁歪素子のヒステリシス特性の一部又は全部が除去される。
【００１３】
また、例えば、前記検出準備用電流の最大値は、当該荷重検出装置の有効荷重検出範囲の最大値における磁歪素子の歪量を最小値における歪量まで変形させるのに必要な電流値と同等、若しくはそれ以上に大きく設定されている。
【００１４】
このような検出準備用電流をコイルに流した直後は、荷重の大小に拘わらず、磁歪素子は、常に同じ方向に変形し、最終的に作用する荷重に応じた歪量まで変形することになる。つまり、検出準備用電流をコイルに流した直後において、磁歪素子のヒステリシス特性は除去されている。
【００１５】
また、例えば、前記検出信号は、前記荷重の大きさが増加するに従って、その電圧値が一方向に変化する電圧信号であって、前記コイルに検出準備用電流を流した後の所定のタイミングにおける前記検出信号を基準検出信号とした場合、前記準備制御手段は、その所定のタイミング以降における前記検出信号の電圧値と前記基準検出信号の電圧値との差の絶対値が所定の第１閾値以上となったとき、検出準備手段を制御して前記コイルに検出準備用電流を再度流す。
【００１６】
前回、検出準備用電流を流した後の所定のタイミングにおける検出信号を基準（基準検出信号）として考えた場合、そのタイミング以降の任意のタイミングにおける荷重の検出誤差は、検出信号の電圧値と基準検出信号の電圧値との乖離が大きくなるにつれて増加する。一方において、その乖離が小さく維持されているのであれば、検出誤差も小さく維持される。従って、上記のように構成し、第１閾値を所望の検出精度に対応させて設定すれば、磁歪素子のヒステリシス特性に起因した検出誤差を所定値以下に抑えつつ、消費電力の増大を最小限に抑えることが可能となる。
【００１７】
また、例えば、前記コイルに検出準備用電流を流した後の所定のタイミングにおける前記検出信号を基準検出信号とした場合、前記準備制御手段は、その所定のタイミング以降における前記検出信号によって特定される前記荷重の大きさと前記基準検出信号によって特定される前記荷重の大きさとの差の絶対値が所定の第２閾値以上となったとき、検出準備手段を制御して前記コイルに検出準備用電流を再度流すようにしてもよい。
【００１８】
信号検出部が導出する検出信号は、荷重の大きさに応じて変化する磁歪素子の透磁率を信号に変換したものであるので、該検出信号によって磁歪素子に作用する荷重の大きさは特定される。
【００１９】
前回、検出準備用電流を流した後の所定のタイミングにおける検出信号を基準（基準検出信号）として考えた場合、そのタイミング以降の任意のタイミングにおける荷重の検出誤差は、検出信号によって特定される荷重の大きさと基準検出信号によって特定される荷重の大きさとの乖離が大きくなるにつれて増加する。一方において、その乖離が小さく維持されているのであれば、検出誤差も小さく維持される。従って、上記のように構成し、第２閾値を所望の検出精度に対応させて設定すれば、磁歪素子のヒステリシス特性に起因した検出誤差を所定値以下に抑えつつ、消費電力の増大を最小限に抑えることが可能となる。
【００２０】
また、例えば、前記検出信号は、前記荷重の大きさが増加するに従って、その電圧値が一方向に変化する電圧信号であって、前記コイルに検出準備用電流を流した後の所定のタイミングにおける前記検出信号を基準検出信号とした場合、前記準備制御手段は、その所定のタイミング以降における前記検出信号の電圧値と前記基準検出信号の電圧値との差の絶対値が所定の第１閾値以上となり、且つその検出信号によって特定される前記荷重の大きさが前記基準検出信号によって特定される前記荷重の大きさよりも小さいとき、検出準備手段を制御して前記コイルに検出準備用電流を再度流す一方、その所定のタイミング以降における前記検出信号によって特定される前記荷重の大きさが減少方向に向かうことなく推移している状態においては、前記コイルへの検出準備用電流の供給を禁止する。
【００２１】
また、例えば、前記コイルに検出準備用電流を流した後の所定のタイミングにおける前記検出信号を基準検出信号とした場合、前記準備制御手段は、その所定のタイミング以降における前記検出信号によって特定される前記荷重の大きさが前記基準検出信号によって特定される前記荷重の大きさよりも所定の第２閾値以上小さくなったとき、検出準備手段を制御して前記コイルに検出準備用電流を再度流す一方、その所定のタイミング以降における前記検出信号によって特定される前記荷重の大きさが減少方向に向かうことなく推移している状態においては、前記コイルへの検出準備用電流の供給を禁止するようにしてもよい。
【００２２】
検出準備用電流を供給した時点から荷重の大きさが増大方向にのみ向かうのであれば、ヒステリシス誤差に起因する検出誤差はあらわれない。従って、上記の如く検出準備用電流の供給を禁止しても検出精度に悪影響はなく、この禁止によって消費電力の増加がより抑制される。
【００２３】
また、例えば、前記検出信号は、前記荷重の大きさが増加するに従って、その電圧値が一方向に変化する電圧信号であって、前記準備制御手段は、前記検出信号の変化率の絶対値が所定の第１変化率閾値以上となったとき、検出準備手段を制御して前記コイルに検出準備用電流を流す。
【００２４】
荷重の大きさが急激に増加或いは減少し、これに伴って検出信号の電圧値の急激な減少或いは増加が検出された場合、その急激な変動は、同方向に継続する可能性がある。この急激な変動の継続によってヒステリシス特性に起因する検出誤差も急激に増大しうるが、上記のように、急激な検出信号の変化を検出した時点で検出準備用電流を流すようにすれば、検出誤差の急激な増大は未然に防がれる。また、検出信号の変化率が比較的小さい場合は、検出準備用電流のコイルへの供給を行わないようにすることで、消費電力の増大を抑制することができる。つまり、磁歪素子のヒステリシス特性に起因した検出誤差を効果的に抑制しつつ、消費電力の増大を抑えることが可能となる。
【００２５】
また、例えば、前記準備制御手段は、前記検出信号によって特定される前記荷重の大きさの変化率の絶対値が所定の第２変化率閾値以上となったとき、検出準備手段を制御して前記コイルに検出準備用電流を流すようにしてもよい。
【００２６】
信号検出部が導出する検出信号は、荷重の大きさに応じて変化する磁歪素子の透磁率を信号に変換したものであるので、該検出信号によって磁歪素子に作用する荷重の大きさは特定される。従って、上記のように構成することによっても、磁歪素子のヒステリシス特性に起因した検出誤差を効果的に抑制しつつ、消費電力の増大を抑えることが可能となる。
【００２７】
また、例えば、前記準備制御手段は、前記コイルに検出準備用電流が所定の間隔をおいて流れるように検出準備手段を制御するものであって、その間隔を前記検出信号に基づいて変化させるとよい。
【００２８】
上記のように構成すれば、荷重変化の状態に応じた検出準備用電流の供給が可能となる。例えば、荷重変化が比較的少ない場合には検出準備用電流を流す間隔を長くして消費電力の抑制を優先し、荷重変化が比較的大きい場合には検出準備用電流を流す間隔を短くして検出精度の確保を優先する。これにより、磁歪素子のヒステリシス特性に起因した検出誤差を所定値以下に抑えつつ、消費電力の増大を効果的に抑制することが可能となる。
【００２９】
また、上記目的を実現するために本発明に係る力入力操作装置は、操作部に印加される操作力に応じて操作対象物を動作させる力入力操作装置であって、上記の荷重検出装置を用いて前記操作部に印加される操作力を検出する。
【００３０】
また、上記目的を実現するために本発明に係る移動体は、操作部に印加される操作力に応じて移動が制御される移動体であって、上記の荷重検出装置を用いて前記操作部に印加される操作力を検出する。
【発明の効果】
【００３１】
上述した通り、本発明に係る荷重検出装置によれば、消費電力の増大を抑制しつつヒステリシス特性による悪影響が除去され、正確な荷重の検出が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
＜＜第１実施形態＞＞
以下、本発明の第１実施形態に係る荷重検出装置につき、図面に沿って具体的に説明する。図１は、第１実施形態に係る荷重検出装置の構成を表すブロックである。
【００３３】
図１の荷重検出装置は、荷重を外力として受ける磁歪素子３１及び該磁歪素子３１の周囲に導電線を巻回してなるコイル３２を有した荷重センサ３０と、直流電源１１と、その直流電源１１の出力端に接続された励振回路１２（検出用電流供給手段）及びパルス電流生成回路（検出準備手段）１３と、コイル３２の一端に接続され、コイル３２に供給する電流を選択的に切り換えるスイッチング素子から成る切換回路１４と、コイル３２の他端に接続された電流検出回路１６と、その電流検出回路１６の出力端にフィルタ１７を介して接続された演算処理部１８及び検出準備制御部（準備制御手段）１９と、を有して構成されている。電流検出回路１６とフィルタ１７は、信号検出回路１５を構成している。
【００３４】
図２に、荷重センサ３０の縦断面図を示す。荷重センサ３０は、円柱状の磁歪素子（コア）３１と、磁歪素子３１の外周面に装着されたボビン３３と、ボビン３３に沿って巻回されたコイル３２を備えている。磁歪素子３１は、外力を加えて形状を変化させるとその形状変化に伴って透磁率が変化する磁歪材料から構成されている。荷重の検出感度を高めるため、荷重に対する透磁率の変化が特に大きい所謂超磁歪素子を、磁歪素子３１として採用するとよい。
【００３５】
また、コイル３２は、励振回路１２からの電流（励磁電流）とパルス電流生成回路１３からのパルス電流を流すためのものとして兼用されている。後述の説明から明らかとなるが、励振回路１２からコイル３２に供給される電流は、磁歪素子３１に作用する荷重の大きさを検出するために用いられるものであることから、これを検出用電流と呼ぶことがある。パルス電流生成回路１３からコイル３２に供給されるパルス電流は、磁歪素子３１の有するヒステリシス特性を（一時的に）除去するためのものであって、荷重の大きさの検出を行う準備段階で用いられるものであることから、これを検出用準備電流と呼ぶことがある。
【００３６】
磁歪素子３１の上下に円筒状のスペーサ３４及び３５を配置することで磁歪素子３１をコイル３２の中央に配置させると共に、ボビン３３の内壁と磁歪素子３１の間に配置されたゴム製の弾性リング（例えばＯリング）３６及び３７にて磁歪素子３１の位置を固定している。これによって、磁歪素子３１の位置ずれを防止して荷重の検出精度を高めている。
【００３７】
磁歪素子３１とボビン３３は、メインヨーク３８とボトムスペーサ３９で囲まれている。スペーサ３４、スペーサ３５、メインヨーク３８及びボトムスペーサ３９は、全て磁性体から成り、それらは、コイル３２に電流を流すことで発生する磁路（磁気の経路）を形成する。この磁路には、励磁によるパルス磁界が発生する。従って、渦電流による損失を抑えるべく、スペーサ３４、スペーサ３５、メインヨーク３８及びボトムスペーサ３９を電気抵抗の高い材料（例えば、フェライト材）で構成することが望ましい。尚、ボビン３３の上端面とメインヨーク３８の間には、ゴム製の弾性リング（例えばＯリング）４０が配置されている。
【００３８】
スペーサ３４の上面には測定すべき荷重を受ける鋼球４１が配置されている。その鋼球４１は、荷重センサ３０の最外周を囲むカップ状のケース４３に設けられた穴部の中央に、樹脂製のブッシュ４２を用いて固定されている。荷重を加える場所に鋼球４１を使用することで、荷重方向がずれた場合であっても高精度の検出が可能となる。鋼球４１は、図中、上方より加わる荷重を一点で受け、その荷重は、磁歪素子３１の端面全体に対して一様に作用する様になっている。また、荷重センサ３０の最外周を、共に樹脂製のケース４３とボトムケース４４によって囲むことにより、外部からの衝撃による破損や水濡れを防止している。
【００３９】
尚、ボトムケース４４の下面とケース４３の上面との間の長さは２６ｍｍ（ミリメートル）となっており、ボトムケース４４の下面と鋼球４１の最上部との間の長さは２９．７ｍｍとなっている。また、円柱状の磁歪素子３１の直径及び長さは、例えば、夫々３．５ｍｍ及び６ｍｍとなっている。
【００４０】
図１において、励振回路１２は、直流電源１１から出力される５Ｖの直流電圧に基づいて１６ｋＨｚ（キロヘルツ）の周波数でオン／オフする矩形波電圧を生成するものであり、パルス電流生成回路１３は、検出準備制御部１９からの制御信号に基づいてピーク値８００ｍＡ（ミリアンペア）のパルス電流（検出準備用電流）を生成するものである。図３において、波形７１は励振回路１２にて生成される上記矩形波電圧の電圧波形を表し、波形７２は検出準備制御部１９からの上記制御信号の電圧波形を表している。また、波形（電流波形）７３はコイル３２に流れる電流波形を表している。
【００４１】
磁歪素子３１の歪量は、磁歪素子３１に作用する荷重の大きさが増大するに伴って増大する一方、コイル３２に流れる切換回路１４側からの電流の大きさの増大に伴って減少する。そして、パルス電流生成回路１３から出力されるパルス電流のピーク値は、測定されるべき荷重によって磁歪素子３１に生じる歪量を、荷重の作用しない状態における歪量まで変形させるのに十分な値に設定されている。つまり、荷重検出装置について定められた有効荷重検出範囲の最大値に相当する荷重が磁歪素子３１に作用している状態における磁歪素子３１の歪量を、荷重の作用していない歪量まで変形させるのに必要な電流値と同等、或いはそれ以上の電流値に、パルス電流（検出準備用電流）のピーク値（最大値）は設定されている。
【００４２】
切換回路１４は、励振回路１２の出力端（端子１４ａ）及びパルス電流生成回路１３の出力端（端子１４ｂ）の内、何れか一方を、検出準備制御部１９からの制御信号に基づいて選択的にコイル３２の一端に接続するものである。制御信号がローレベルのとき、励振回路１２の出力端（端子１４ａ）がコイル３２の一端に接続され、制御信号がハイレベルのとき、パルス電流生成回路１３の出力端（端子１４ｂ）がコイル３２の一端に接続されるように、切換回路１４は構成されている。
【００４３】
通常、制御信号はローレベルとなっていてコイル３２に接続される端子は端子１４ａとなり、励振回路１２が生成する矩形波電圧がコイル３２に印加される。制御信号がハイレベルとなると、１ｍｓの期間だけコイル３２に接続される端子が端子１４ｂに切り換えられ、これに同期してパルス電流生成回路１３から上記パルス電流がコイル３２に供給される。
【００４４】
この結果、図３の電流波形７３に示す如く、コイル３２には、コイル３２のインダクタンス（インピーピーダンス）と電流検出回路１６の入力抵抗値によって決まる時定数に応じた遅れを伴った、鋸歯状波形の電流が流れる。図３において、期間Ｐ１は端子１４ａ側がコイル３２に接続されている期間に対応し、期間Ｐ２は端子１４ｂ側がコイル３２に接続されている期間に対応している。また、励振回路１２の出力が周波数１６ｋＨｚの矩形波電圧であることから、期間Ｐ１中にコイル３２に流れる電流（検出用電流）は、１６ＫＨｚの逆数の周期で変動する脈動電流となっている。また、電流波形７３からも分かるように、期間Ｐ１中にコイル３２に流れる電流の最大値よりも期間Ｐ２中に流れるパルス電流の最大値（或るいは実効値）の方が大きい。
【００４５】
電流検出回路１６は、コイル３２に流れる電流をその大きさに応じた電圧に変換して出力するものであって、例えば電流検出用のシャント抵抗を用いて構成される。シャント抵抗に代え、電流に応じた磁界を検出するホール素子や磁気抵抗素子等を用いて電流検出回路１６を構成してもよい。フィルタ１７は、電流検出回路１６の出力する電圧を平滑化して、直流のアナログ電圧を出力するものである。
【００４６】
磁歪素子３１に作用する荷重が変化すると、コイル８５のインダクタンス（自己インダクタンス）が変化し、これに伴ってコイル３２に流れる検出用電流の電流波形も変化する。例えば、コイル３２の電流波形７３は、荷重の変化に伴って電流波形７４のように変化し、これに伴ってフィルタ１７から出力されるアナログ電圧も変化する。従って、該アナログ電圧の電圧値によって磁歪素子３１に作用する荷重の大きさは特定される。フィルタ１７からのアナログ信号は、磁歪素子３１に作用する荷重の大きさを特定する検出信号として演算処理部１８と検出準備制御部１９に供給される。
【００４７】
このように、励振回路１２は、鋸歯状の検出用電流をコイル３２に流すための検出用電圧（周波数１６ｋＨｚの矩形波電圧）を生成して出力する電圧生成手段として機能し、信号検出回路１５は、前記コイル３２のインダクタンスに応じて変化する検出用電流の電流波形に基づいて上記検出信号を導出する。
【００４８】
演算処理部１８に内蔵された図示されないＡ／Ｄコンバータは、フィルタ１７からのアナログ信号を所定のサンプリング間隔（例えば、２０〜４０ミリ秒）をおいて次々とサンプリングし、そのサンプリングした電圧値に応じたデジタル信号を出力する。演算処理部１８に備えられたメモリ（不図示）には、磁歪素子３１に作用する荷重の大きさと上記Ａ／Ｄコンバータが出力するデジタル信号の表す値との対応関係が、予め格納されている。演算処理部１８は、その対応関係を用いつつ、上記デジタル信号に基づいて磁歪素子３１に作用する荷重の大きさを算出する。尚、図１の荷重検出装置を、荷重測定装置（体重計等）に適用する場合、算出された荷重の大きさは液晶パネル等からなる表示部（不図示）に表示される。
【００４９】
検出準備制御部１９は、フィルタ１７から出力されるアナログ信号、即ち、信号検出回路１５から出力される検出信号を受け、適切な制御信号をパルス電流生成回路１３及び切換回路１４に供給する。この検出信号は、測定すべき荷重の大きさを表す荷重センサ３０の「センサ出力電圧」ともいうべきものである。
【００５０】
図４の曲線７６及び７７は、パルス電流生成回路１３によるパルス電流のコイル３２への供給を一切しなかったと仮定した場合における、荷重の大きさ（横軸）と検出信号値（検出信号の電圧値；縦軸）との関係を表したものである。曲線７６は、荷重の大きさを無負荷状態である荷重０ｋｇから最大負荷状態まで増加させた場合の検出信号値を表しており、曲線７７は、荷重の大きさを最大負荷状態から無負荷状態である荷重０ｋｇまで減少させた場合の検出信号値を表している。ここで、最大負荷状態とは、荷重検出装置について定められた上記有効荷重検出範囲の最大値を意味する。
【００５１】
荷重の大きさが増加するに従って、磁歪素子３１の透磁率は一方向に変化（増加或いは減少）し、それに伴って上記検出信号値（検出信号の電圧値）は減少する。逆に、荷重の大きさが減少するに従って、磁歪素子３１の透磁率は荷重増加時とは別の一方向に変化（減少或いは増加）し、それに伴って上記検出信号値（検出信号の電圧値）は増加する。つまり、上記検出信号値（検出信号の電圧値）は、荷重の大きさが増加（或いは減少）するに従って、その電圧値が一方向に変化する（増加する或いは減少する）電圧信号となっている。尚、荷重の増減と検出信号値の増減との関係は、適宜変更可能である。
【００５２】
ところが、曲線７６と７７との比較から分かるように、パルス電流の供給を一切行わなかった場合、ヒステリシスの影響によって荷重を増大させたときの検出信号値のカーブと荷重を減少させたときの検出信号値のカーブとが大きくずれる。つまり、ヒステリシス特性に起因して同一荷重における検出信号値に差が生じてしまい、正確な荷重検出ができなくなる。
【００５３】
一方、パルス電流生成回路１３から出力されるパルス電流をコイル３２に供給して、一旦、磁歪素子３１を大きく伸ばす方向に歪ませてから、励振回路１２からの矩形波電圧をコイル３２に印加して磁歪素子３１に作用する荷重を検出するようにした場合、磁歪素子３１は、荷重の変化方向及び大きさに拘わらず、常に荷重が零となる歪量まで伸びた状態から同じ方向に変形し、最終的に作用する荷重に応じた歪量まで変形する。つまり、常に曲線７６上の検出信号値が出力される。このため、パルス電流のコイル３２への供給を十分に行った場合、ヒステリシスの影響は十分に除去されて高精度の検出が可能となる。
【００５４】
しかしながら、パルス電流の供給の頻度を増加させることは、消費電力の増大を招く。そこで、検出準備制御部１９は、消費電力の増大が極力抑制されるように、パルス電流を流すべきタイミングを信号検出回路１５からの検出信号に基づいて決定し、その決定に従ったレベルの制御信号を出力する。
【００５５】
このタイミングの具体的な決定法の例として、第１決定手法、第２決定手法及び第３決定手法を説明する。尚、コイル３２にパルス電流が供給されている期間Ｐ２（図３参照）においては、検出信号値は比較的大きな値となるのであるが、説明の簡略化上、その点を無視して説明及び図示を行う。
【００５６】
まず、第１決定手法について、図５を参照しながら説明する。図５は、第１決定手法を説明するための図であって、横軸を時間にとった検出信号値の変化例を示した図である。図５において、実線８０は、パルス電流が十分に多い頻度でコイル３２に供給されヒステリシス特性が完全に除去された場合の検出信号値、即ち、ヒステリシス特性に起因する検出誤差のない正確な検出信号値を表している。以下、実線８０上の検出信号値を、理想的なの検出信号値と呼ぶことにする。一方、実線８１は、第１決定手法を採用した場合に信号検出回路１５から出力される実際の検出信号値を表している。
【００５７】
今、タイミングＴ０において、コイル３２にパルス電流が供給されたとする。すると、タイミングＴ０直後の検出信号値は、ヒステリシス特性の影響が除去されている。つまり、タイミングＴ０から所定の待機期間が経過した時点において、実線８０上の理想的な検出信号値と実線８１上の実際の検出信号値は一致している。その検出信号値をＶ０とする。
【００５８】
ここで、待機期間とは、コイル３２にパルス電流を流し終えてから、検出信号値が荷重に応じた値になるのに必要な期間（例えば、数ミリ秒から２０ミリ秒程度）であり、設計段階において予め定められる期間である。コイル３２にパルス電流を流し終えた時点（図３において、期間Ｐ２と期間Ｐ１との境界の時点）から上記待機期間だけ経過した時点では、パルス電流の電流波形が検出信号値に与える影響や、パルス電流に起因して磁歪素子３１に生じる変形に伴った電流変動が検出信号値に与える影響は、十分に小さくなっている（無視できる）。
【００５９】
タイミングＴ０直後における実際の検出信号値は理想的な検出信号値と一致しているものの、タイミングＴ０の後、荷重が次第に減少したとすると、ヒステリシス特性に起因して実線８１は、次第に実線８０から離れていく。そして、タイミングＴ１において実際の検出信号値がＶ０よりも所定の第１閾値Ｖｔｈだけ大きいＶ１ｒになったとする。このタイミングＴ１において、検出準備制御部１９はハイレベルの制御信号を出力し、パルス電流をコイル３２に供給する。これにより、タイミングＴ１直後において、実線８０上の理想的な検出信号値と実線８１上の実際の検出信号値は一致する。タイミングＴ１から上記待機期間が経過した時点における検出信号値をＶ１ｃとすると、不等式：Ｖ１ｃ＞Ｖ１ｒ、が成立することになる。
【００６０】
また、図５に示す内容とは異なるが、タイミングＴ０の後、荷重が次第に増加し、タイミングＴ１において実際の検出信号値がＶ０よりも所定の第１閾値Ｖｔｈだけ小さくなった場合も、検出準備制御部１９は同様に動作する。つまり、任意のタイミングにおける実際の検出信号値をＶとした場合、不等式：｜Ｖ−Ｖ０｜≧Ｖｔｈ、が成立した時に、再度パルス電流がコイル３２に供給されるように制御信号が出力される。
【００６１】
タイミングＴ１以降においては、不等式：｜Ｖ−Ｖ１ｃ｜≧Ｖｔｈ、が成立した時に再度のパルス電流がコイル３２に供給される。尚、図面の煩雑化防止のため、タイミングＴ１以降における実線８１の図示は省略している。このように、前回のパルス電流を流した直後のタイミング（例えば、タイミングＴ０又はＴ１から上記待機期間が経過したタイミング）における検出信号値を基準検出信号値（例えば、Ｖ０又はＶ１ｃ）とした場合、そのタイミング以降における検出信号値Ｖと基準検出信号値との差の絶対値が第１閾値Ｖｔｈ以上となったときに、検出準備制御部１９はハイレベルの制御信号を出力してコイル３２に今回のパルス電流を流す。
【００６２】
つまり、検出準備制御部１９は、下記不等式（１）が成立した場合にパルス電流を再度流すようにする（今回のパルス電流を流すようにする）。ここで、Ｖｒｅｆは、上記の基準検出信号値である。
｜Ｖ−Ｖｒｅｆ｜≧Ｖｔｈ    ・・・（１）
【００６３】
前回、パルス電流を供給した直後の検出信号値を基準として考えた場合、任意のタイミングにおける検出信号値の検出誤差は、その基準の検出信号値との乖離が大きくなるにつれて増加する。一方において、その乖離が小さく維持されているのであれば、検出誤差も小さく維持される。そこで、第１閾値Ｖｔｈを適切に定めておけば、磁歪素子３１のヒステリシス特性に起因した検出誤差を所定値以下に抑えつつ、消費電力の増大を最小限に抑えることが可能となる。
【００６４】
また、荷重の大きさは検出信号値によって特定されるのであるから、上記の第１閾値Ｖｔｈは荷重の大きさによって表現することができる。例えば、Ｖ０及びＶ１ｒの検出信号値によって特定される荷重の大きさを、夫々１０ｋｇ及び１０．５ｋｇとすれば、第１閾値Ｖｔｈによって特定される荷重の大きさは、０．５ｋｇである。つまり、第１制御手法は、前回のパルス電流を流した後において、信号検出回路１５が出力する検出信号値Ｖによって特定される荷重の大きさと基準検出信号値（例えば、Ｖ０又はＶ１ｃ）によって特定される荷重の大きさとの差の絶対値が所定の第２閾値（上記の例では０．５ｋｇ）以上となったときに、今回のパルス電流を流す手法である、とも言える。
【００６５】
尚、図４に示す如く、荷重の大きさの変化分に対する検出信号値の変化分は、荷重の大きさによって異なるため、上記第１閾値Ｖｔｈ及び第２閾値を荷重の大きさに応じて変化させるとよい。有効荷重検出範囲の全てにおいて、荷重の検出精度を許容範囲に収めるためである。
【００６６】
また、パルス電流を供給した時点から荷重の大きさが増大方向にのみ向かうのであれば、ヒステリシス誤差に起因する検出誤差はあらわれない。そこで、前回のパルス電流を流した後において、信号検出回路１５が出力する検出信号値Ｖと基準検出信号値との差の絶対値が第１閾値Ｖｔｈ以上となり、且つ該検出信号値Ｖが基準検出信号値よりも大きいときに（即ち、荷重が減少しているときに）、今回のパルス電流を流すようにし、検出信号値が減少（或いは、その値を維持）している限り、パルス電流を流さないようにしてもよい。
【００６７】
換言すれば、前回のパルス電流を流した後において、信号検出回路１５が出力する検出信号値Ｖによって特定される荷重の大きさが基準検出信号値によって特定される荷重の大きさよりも上記第２閾値以上小さくなっているときに、今回のパルス電流を流すようにし、検出信号値によって特定される荷重の大きさが増大（或いは、その大きさを維持）している限り、パルス電流を流さないようにしてもよい。
【００６８】
このように、前回のパルス電流の供給を行った後、磁歪素子３１に作用する荷重の大きさが減少方向に向かうことなく推移している状態においては、コイル３２へのパルス電流の供給を禁止する。これにより更なる消費電力の削減が見込める。つまり、検出準備制御部１９は、下記不等式（２）が成立した場合にパルス電流を再度流すようにしてもよい（今回のパルス電流を流すようにしてもよい）。ここで、Ｖｒｅｆは、上記の基準検出信号値である。
Ｖ−Ｖｒｅｆ≧Ｖｔｈ    ・・・（２）
【００６９】
そして、この場合において、荷重の大きさが増大方向から減少方向に切り換わったならば、その切り換わりの時点の検出信号値を第２の基準検出信号値とし、その第２の基準検出信号値より第１閾値Ｖｔｈ分、検出信号値が上昇した時点でパルス電流を流すようにする。
【００７０】
次に、第２決定手法について、図６を参照しながら説明する。図６は、第２決定手法を説明するための図であって、横軸を時間にとった検出信号値の変化例を示した図である。図６において、実線８０は、図５におけるものと同一のものである。一方、実線８２は、第２決定手法を採用した場合に信号検出回路１５から出力される実際の検出信号値を表している。
【００７１】
今、タイミングＴ１において、コイル３２にパルス電流が供給されたとする。すると、タイミングＴ１直後の検出信号値は、ヒステリシス特性の影響が除去されている。つまり、タイミングＴ１から上記待機期間が経過した時点において、実線８０上の理想的な検出信号値と実線８２上の実際の検出信号値は一致している。その検出信号値をＶ１ｃとする。
【００７２】
第２決定手法における検出準備制御部１９は、検出信号値Ｖの時間上の変化率、即ち、検出信号値Ｖの時間微分ｄＶ／ｄｔを逐次演算しており（或いは、その時間微分ｄＶ／ｄｔの値を演算処理部１８から受け取っており）、その変化率（変化率の絶対値）が所定の第１変化率閾値ｄＶｔｈ以上になったときに、パルス電流をコイル３２に流すようにしている。
【００７３】
つまり、第２決定手法においては、不等式（３）が成立した場合にパルス電流を流すようにしている。
｜ｄＶ／ｄｔ｜≧ｄＶｔｈ    ・・・（３）
【００７４】
図６は、タイミングＴ１の後、荷重が緩やかに減少してから急激に増加した例を示しており、タイミングＴ２において上記の時間微分ｄＶ／ｄｔが第１変化率閾値ｄＶｔｈ以上になっている。従って、タイミングＴ２において、検出準備制御部１９はハイレベルの制御信号を出力し、パルス電流をコイル３２に供給する。これにより、タイミングＴ２直後において、実線８０上の理想的な検出信号値と実線８２上の実際の検出信号値は一致する。タイミングＴ２においてパルス電流を流す直前の実際の検出信号値はＶ２ｒとなっており、タイミングＴ２から上記待機期間が経過した時点における検出信号値（実際の検出信号値及び理想的な検出信号値）は、Ｖ２ｃとなっている。
【００７５】
荷重の大きさが急激に増加或いは減少し、これに伴って検出信号値の急激な減少或いは増加が検出された場合、その急激な変動は、同方向に継続する可能性がある。特に、本発明に係る荷重検出装置を後述する搬送車等（図１３及び図１４）に適用した場合、そのような傾向は顕著である。このような場合において、不等式：｜Ｖ−Ｖ１ｃ｜≧Ｖｔｈ、の成立が確認された後にパルス電流を供給するようにしていたのでは、ヒステリシス特性に起因する検出誤差が大きくなりすぎる場合がある。これは、パルス電流の供給／未供給の判断に用いる検出信号値のサンプリングは一定の時間ごとに行われること、及びパルス電流の供給には一定の時間が必要なこと、に起因する。
【００７６】
そこで、第２決定手法においては、前回パルス電流を供給した直後の検出信号値Ｖ１ｃとＶ２ｒとの差異が比較的小さく、不等式：｜Ｖ２ｒ−Ｖ１ｃ｜≧Ｖｔｈ、が成立していなくても、時間微分ｄＶ／ｄｔ（時間微分ｄＶ／ｄｔの絶対値）が第１変化率閾値ｄＶｔｈ以上となっていたならば、パルス電流をコイル３２に流すようにしている。これにより、磁歪素子３１のヒステリシス特性に起因した検出誤差を効果的に抑制しつつ、消費電力の増大を抑えることが可能となる。
【００７７】
また、荷重の大きさは検出信号値によって特定されるものなのであるから、上記の第１変化率閾値は、荷重の大きさの変化率についての閾値に置き換えることができる。つまり、第２制御手法は、信号検出回路１５が出力する検出信号値Ｖによって特定される荷重の大きさの変化率（変化率の絶対値）が、所定の第２変化率閾値以上となったとき、パルス電流を流す手法である、とも言える。
【００７８】
尚、図４に示す如く、荷重の大きさの変化分に対する検出信号値の変化分は、荷重の大きさによって異なるため、上記第１変化率閾値及び第２変化率閾値を荷重の大きさに応じて変化させるとよい。有効荷重検出範囲の全てにおいて、荷重の検出精度を許容範囲に収めるためである。また、図面の煩雑化防止のため、図６において、タイミングＴ２以降における実線８２の図示は省略している。
【００７９】
第１決定手法と第２決定手法を別に分けて説明したが、第１決定手法と第２決定手法は適宜組み合わせることが可能である。タイミングＴ２から暫く時間が経過したタイミングＴ３近辺においては、荷重の大きさの変化量や変化率は比較的小さくなっていて、不等式（１）（或いは（２））及び不等式（３）の何れもが成立していない。このような場合は、パルス電流を供給しなくてもヒステリシス特性に起因する検出誤差は許容範囲内に収まる。故に、上記不等式（１）（或いは（２））又は不等式（３）が成立しないタイミングＴ３近辺においては、パルス電流の供給を行わず消費電力の浪費を抑制するようにしている。
【００８０】
次に、第３決定手法について、図７及び図８を参照しながら説明する。図７及び図８は、何れも第３決定手法を説明するための図であって、横軸を時間にとった検出信号値の変化例を示した図である。図７及び図８における実線８３及び８４は、第３決定手法を採用した場合に信号検出回路１５から出力される実際の検出信号値を表している。
【００８１】
第３決定手法における検出準備制御部１９は、コイル３２にパルス電流が所定の間隔で流れるように制御信号を出力する。そして、その間隔を検出信号値に基づいて変化させるようにしている。まず、図７に示す実線８３を例にとり、説明する。パルス電流を流す間隔（周期）の初期値は予め定められており、その間隔は、例えば５００ｍｓ（ミリ秒）とされる。そして、タイミングｔ１において、コイル３２にパルス電流が供給されたとする。
【００８２】
パルス電流を流す間隔（周期）が５００ｍｓなのであるから、タイミングｔ１から５００ｍｓ経過したタイミングｔ２において次回のパルス電流がコイル３２に供給される。一方において、検出準備制御部１９は、タイミングｔ１とｔ２間において上記不等式（１）、（２）又は（３）を満たすような検出信号値Ｖが観測されるか否かを検証する。この検証時に用いる不等式（１）、（２）中のＶｒｅｆは、タイミングｔ１から上記待機期間が経過した時点における検出信号値となる。
【００８３】
図７の実線８３は、タイミングｔ１とｔ２間において上記不等式（１）、（２）又は（３）を満たすような検出信号値Ｖが観測されなかった場合を示しており、この場合、検出準備制御部１９はパルス電流を流す間隔（周期）を５００ｍｓから６００ｍｓに伸ばす。つまり、次回にパルス電流が供給されるのは、タイミングｔ２から６００ｍｓが経過したタイミングｔ３となる。検出準備制御部１９は、タイミングｔ２とｔ３間において上記不等式（１）、（２）又は（３）を満たすような検出信号値Ｖが観測されるか否かを検証する。この検証時に用いる不等式（１）、（２）中のＶｒｅｆは、タイミングｔ２から上記待機期間が経過した時点における検出信号値となる。
【００８４】
図７の実線８３は、タイミングｔ２とｔ３間において上記不等式（１）、（２）又は（３）を満たすような検出信号値Ｖが観測されなかった場合を示しており、この場合、検出準備制御部１９はパルス電流を流す間隔（周期）を６００ｍｓから７００ｍｓに伸ばす。つまり、次回にパルス電流が供給されるのは、タイミングｔ３から７００ｍｓが経過したタイミングｔ４となる。検出準備制御部１９は、タイミングｔ３とｔ４間において上記不等式（１）、（２）又は（３）を満たすような検出信号値Ｖが観測されるか否かを検証する。この検証時に用いる不等式（１）、（２）中のＶｒｅｆは、タイミングｔ３から上記待機期間が経過した時点における検出信号値となる。
【００８５】
図７の実線８３は、タイミングｔ３とｔ４間のタイミングｔ７において上記不等式（１）を満たすような検出信号値Ｖが観測された場合を示している。この場合、検出準備制御部１９はパルス電流を流す間隔（周期）を７００ｍｓから６００ｍｓに短縮する。つまり、次回にパルス電流が供給されるのは、タイミングｔ４から６００ｍｓが経過したタイミングｔ５となる。タイミングｔ３とｔ４間のタイミングｔ７において上記不等式（２）又は（３）を満たすような検出信号値Ｖが観測された場合も同様である。
【００８６】
尚、パルス電流のコイル３２への供給をタイミングｔ７にて行うようにしても構わない。この場合、次回にパルス電流が供給されるタイミングは、タイミングｔ７から６００ｍｓが経過した時点となる。また、タイミングｔ３とｔ４間において上記不等式（１）、（２）又は（３）を満たすような検出信号値Ｖが観測された場合、パルス電流を流す周期を７００ｍｓから６００ｍｓに短縮するのではなく、その周期を７００ｍｓに維持するようにしても構わない。
【００８７】
次に、図８に示す実線８４を例にとり、説明する。パルス電流を流す間隔（周期）の初期値は予め定められており、その間隔は、例えば５００ｍｓ（ミリ秒）とされる。そして、タイミングｔ１１において、コイル３２にパルス電流が供給されたとする。パルス電流を流す間隔（周期）が５００ｍｓなのであるから、タイミングｔ１１から５００ｍｓ経過したタイミングｔ１２において次回のパルス電流がコイル３２に供給される。検出準備制御部１９は、タイミングｔ１１とｔ１２間において上記不等式（１）、（２）又は（３）を満たすような検出信号値Ｖが観測されるか否かを検証する。この検証時に用いる不等式（１）、（２）中のＶｒｅｆは、タイミングｔ１１から上記待機期間が経過した時点における検出信号値となる。
【００８８】
図８の実線８４は、タイミングｔ１１とｔ１２間のタイミングｔ１７において上記不等式（１）を満たすような検出信号値Ｖが観測された場合を示している。この場合、検出準備制御部１９はパルス電流を流す間隔（周期）を５００ｍｓから４００ｍｓに短縮する。つまり、次回にパルス電流が供給されるのは、タイミングｔ１２から４００ｍｓが経過したタイミングｔ１３となる。タイミングｔ１１とｔ１２間のタイミングｔ１７において上記不等式（２）又は（３）を満たすような検出信号値Ｖが観測された場合も同様である。
【００８９】
更に、検出準備制御部１９は、タイミングｔ１２とｔ１３間において上記不等式（１）、（２）又は（３）を満たすような検出信号値Ｖが観測されるか否かを検証する。この検証時に用いる不等式（１）、（２）中のＶｒｅｆは、タイミングｔ１２から上記待機期間が経過した時点における検出信号値となる。
【００９０】
図８の実線８４は、タイミングｔ１２とｔ１３間のタイミングｔ１８において上記不等式（１）を満たすような検出信号値Ｖが観測された場合を示している。この場合、検出準備制御部１９はパルス電流を流す間隔（周期）を４００ｍｓから３００ｍｓに短縮する。つまり、次回にパルス電流が供給されるのは、タイミングｔ１３から３００ｍｓが経過したタイミングｔ１４となる。タイミングｔ１２とｔ１３間のタイミングｔ１８において上記不等式（２）又は（３）を満たすような検出信号値Ｖが観測された場合も同様である。
【００９１】
尚、パルス電流のコイル３２への供給をタイミングｔ１７にて行うようにしても構わない。この場合、次回にパルス電流が供給されるタイミングは、タイミングｔ１７から４００ｍｓが経過した時点となる。同様に、パルス電流のコイル３２への供給をタイミングｔ１８にて行うようにしても構わない。この場合、次回にパルス電流が供給されるタイミングは、タイミングｔ１８から３００ｍｓが経過した時点となる。
【００９２】
第３決定手法のように、パルス電流を流す間隔を検出信号値に応じて変化させるようにすれば、荷重変化の状態に応じたパルス電流の供給が可能となる。つまり、図７に示す如く、荷重変化が比較的少ない場合にはパルス電流を流す間隔を長くして消費電力の抑制を優先し、荷重変化が比較的大きい場合にはパルス電流を流す間隔を短くして検出精度の確保を優先する。これにより、磁歪素子３１のヒステリシス特性に起因した検出誤差を所定値以下に抑えつつ、消費電力の増大を最小限に抑えることが可能となる。
【００９３】
尚、第３決定手法の説明で用いた、パルスを流す間隔の具体的な数値（５００ｍｓや間隔を伸ばしたり、短くしたりする場合の変動量）は、一例であって、本発明は、そのような具体的な数値に限定されない。また、パルス電流を流す間隔の初期値は、例えば、その初期値の間隔中に１回、不等式（１）、（２）又は（３）が成立する程度の値に設定される。また、パルス電流を流す間隔に上限を設けるようにしてもよい（勿論、下限は設定される）。
【００９４】
検出準備制御部１９は、信号検出回路１５が出力するアナログの検出信号（フィルタ１７が出力するアナログ信号）を所定のサンプリング周期でデジタル信号に変換したものを用いて、第１〜第３決定手法に必要な判断を行う。このサンプリング周期を、演算処理部１８のＡ／Ｄコンバータ（不図示）におけるサンプリング周期と同じにしても構わない。この場合、１つのＡ／Ｄコンバータを検出準備制御部１９と演算処理部１８とで共用できる。勿論、演算処理部１８内のＡ／Ｄコンバータと異なるＡ／Ｄコンバータを用いても構わない。また、第２決定手法を採用した場合に必要となる検出信号値Ｖの変化率は、連続してサンプリングされた２以上のデジタル信号を用いて（擬似的に）算出される。
【００９５】
また、コイル３２に流れるパルス電流（検出準備用電流）は、図３に示す如く、漸次増加しながら立ち上がった後、漸次減少しながら立ち下がる鋸歯状の波形を有しているため、該電流による磁歪素子３１の変形速度の変化が緩やかになり、急激な磁歪素子３１の伸縮によって生じうる衝突音が低減される。
【００９６】
また、図１に示す荷重検出装置においては、コイル３２を単一のコイルで構成しているが、それを同軸上に併設された一対のコイルで置換するようにしても構わない。図９にこの変形を施した荷重検出装置を示す。図１のコイル３２は、磁歪素子３１の周囲に巻回され、同軸上に併設された１対のコイル３２ａ及び３２ｂで置換されている（これに伴い、図１の荷重センサ３０は荷重センサ３０ａに置換されている）。一方のコイル３２ａに励振回路１２からの検出用電流とパルス電流生成回路１３からのパルス電流（検出準備用電流）を流し、磁気結合により他方のコイル３２ｂに流れる電流を電流検出回路１６にて検出するようにする。
【００９７】
また、コイル３２を同心円状に配置された一対のコイルで置換するようにしても構わない。図１０にこの変形を施した荷重検出装置を示す。図１のコイル３２は、磁歪素子３１の周囲に同心円状に巻回された１対のコイル３２ｃ及び３２ｄで置換されている（これに伴い、図１の荷重センサ３０は荷重センサ３０ｂに置換されている）。この場合、内側に巻回されたコイル３２ｃに励振回路１２からの検出用電流を流し、そのコイル３２ｃに流れる電流を電流検出回路１６にて検出するようにする。そして、外側に巻回されたコイル３２ｄにパルス電流生成回路１３からのパルス電流（検出準備用電流）を制御信号に応じて流すようにする。
【００９８】
また、コイル３２に検出用電流を流すために、図１の荷重検出装置では、矩形波電圧を生成して出力する励振回路１２を用いているが、図１１に示す如く、これをコイル３２に流すべき検出用電流を生成して出力する定電流コイル励振回路（電流生成手段）１２ａに置換しても構わない。定電流コイル励振回路１２ａが出力する検出用電流も、上述してきた検出用電流と同様、所定の周期で変動する脈波（脈動電流）とすればよい。この場合、電流検出回路１６をコイル３２の両端電圧を検出する電圧検出回路１６ａに置換すればよい。これに伴い、図１の信号検出回路１５は、電圧検出回路１６ａとフィルタ１７を含む信号検出回路１５ａに置き換えられる。コイル３２に検出用電流を流している期間におけるコイル３２の両端電圧は、荷重の大きさに対応したコイル３２のインダクタンスに応じて変化する。従って、その両端電圧は、フィルタ１７を介して、信号検出回路１５ａから荷重の大きさを特定する検出信号として演算処理部１８及び検出準備制御部１９に供給されることになる。尚、図９〜図１１において、図１と同一の部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００９９】
また、磁歪素子３１に作用する荷重の大きさに応じて変化するコイルのインダクタンスを、ＬＣ発振器を利用して検出するようにしてもよい。このＬＣ発振器を利用した構成を、図１０の荷重検出装置を変形したものとして、図１２に示す。図１２において、図１０と同一の部分には同一の符号を付し重複する説明を省略する。外側に巻回されたコイル３２ｄにパルス電流生成回路１３からのパルス電流（検出準備用電流）を制御信号に応じて流す一方、内側に巻回されたコイル３２ｃの両端をＬＣ発振器２１に接続する。ＬＣ発振器２１には、コイル３２ｃと並列に接続されたコンデンサ（不図示）が含まれており、そのコンデンサとコイル３２ｃとから成る共振回路の共振周波数が周波数検出部２２によって検出される。周波数検出部２２は、検出した共振周波数を電圧信号に変換し、それを検出信号として演算処理部１８及び検出準備制御部１９に出力する。上記共振回路の共振周波数は、荷重の大きさに対応したコイル３２のインダクタンスに応じて変化する。従って、磁歪素子３１に作用する荷重の大きさは、周波数検出部２２（或いは、ＬＣ発振器２１及び周波数検出部２２を含んで構成される信号検出回路１５ｂ）が出力する検出信号によって特定される。
【０１００】
また、励振回路１２がコイル３２（並びに３２ａ及び３２ｃ）に供給する電圧の波形、矩形波に限られない。例えば、正弦波や三角波等の脈波であってもよい。また、定電流コイル励振回路１２ａがコイル３２に供給する電流の波形としても、矩形波、正弦波、三角波等、様々な脈波を採用可能である。また、パルス電流生成回路１３がコイル３２（並びに３２ａ及び３２ｄ）に供給するパルス電流の波形についても、矩形波、正弦波、三角波、台形波等の任意の波形を用いることができる。
【０１０１】
また、磁歪素子３１として、磁界を印加することにより伸長する特性の磁歪素子を用いたが、逆に磁界を印加することにより収縮する特性の磁歪素子を用いるようにしてもよい。
【０１０２】
＜＜第２実施形態＞＞
第１実施形態に係る荷重検出装置を、搬送車（電動式搬送車）に適用した例を、第２実施形態として説明する。図１３は、本実施形態に係る搬送車１を平面上から見た図である。搬送車１は、電動カート或いは電動式搬送車とも呼ばれるものであり、搬送が困難な荷物の移動を容易にするために用いられる。
【０１０３】
搬送車１には、例えば図１３に示す如く、右側後輪１ａ、左側後輪１ｂ、右側前輪１ｃ及び左側前輪１ｄから成る４つの車輪が装着されている。本実施形態に係る搬送車１においては、駆動輪は右側後輪１ａと左側後輪１ｂのみであり、それらの駆動輪は搬送車１の筐体に固着されている。右側前輪１ｃと左側前輪１ｄは、所謂フリーキャスターであり、搬送車１の筐体に回転可能に装着されている。右側前輪１ｃと左側前輪１ｄは、搬送車１の移動方向に従って回転する。
【０１０４】
また、搬送車１には、力入力操作装置（パワ−アシスト装置）２が装着されている。搬送車１の操作者が力入力操作装置２に操作力を適宜印加することにより、搬送車１の動作モード（操作態様）を選択できる構成としてある。選択可能な動作モードとして、搬送車１を前方へ直進させる直進モード、搬送車１の進行方向を変更させる進路変更モード、及び搬送車１を（略）その場で回転させる回転モードの３つの動作モードがある。これらの３つの動作モードを適切に選択することにより、必要な全ての移動が可能である。尚、動作モードを更に細かく区分するようにしても構わない。
【０１０５】
図１３において、矢印Ａで示す前方へ直進する直進モードでは、右側後輪１ａと左側後輪１ｂの双方が前方の直進方向に同一の回転速度（回転数）で回転する。矢印Ｂで示す右方向へ進路を変更する進路変更モードでは、旋回半径に応じて右側後輪１ａと左側後輪１ｂが、それらの回転速度（及び必要な場合は回転方向）を相違させて回転する。矢印Ｃで示す右方向に回転する回転モードでは、右側後輪１ａと左側後輪１ｂが、回転速度を同じとしながら回転方向を相違させて回転する。このように、右側後輪１ａと左側後輪１ｂの回転を制御するだけで、搬送車１の動作モードを変更することが可能である。選択される動作モードは、力入力操作装置２に印加される操作力（印加操作力）に基づいて決定される。
【０１０６】
図１４は、力入力操作装置２の概略を示す平面図である。力入力操作装置２は、操作部である操作ハンドル２ａと、操作ハンドル２ａの両端を支持する略平行に設けられた操作ハンドル支持部２ｂ及び２ｃとから構成される。操作ハンドル支持部２ｂ及び２ｃの夫々において、一端は操作ハンドル２ａに接続され、他端は搬送車１の筐体に固定されている。操作ハンドル２ａの中途には、操作ハンドル２ａの長手方向の圧力（荷重の大きさ）を検出する荷重検出装置（圧力センサ）３ａが設置されている。操作ハンドル支持部２ｂ、２ｃの中途には、それぞれ、操作ハンドル支持部２ｂ、２ｃの長手方向の圧力（荷重の大きさ）を検出する荷重検出装置（圧力センサ）３ｂ、３ｃが設置されている。荷重検出装置３ａ、３ｂ及び３ｃは、第１実施形態で説明した図１、図９、図１０、図１１又は図１２の荷重検出装置である。
【０１０７】
操作ハンドル２ａの長手方向と操作ハンドル支持部２ｂ、２ｃの長手方向は直交しており、操作ハンドル支持部２ｂ、２ｃの長手方向は、直進モードにおける搬送車１の進行方向と一致している。操作ハンドル２ａの長手方向（図３の左右方向）をＸ軸方向と定義し、操作ハンドル支持部２ｂ、２ｃの長手方向（図３の上下方向）をＹ軸方向と定義する。荷重検出装置３ａ、３ｂ及び３ｃの検出結果に基づいて印加操作力のＸ軸成分及びＹ軸成分が算出される。更に、Ｙ軸方向の圧力を検出する荷重検出装置として２つの荷重検出装置３ｂ及び３ｃを設置することにより、荷重検出装置３ｂ及び３ｃで検出した圧力値の差異に基づいてＸ軸とＹ軸の双方に直交するＺ軸（不図示）周りの回転モーメントも検出される。検出されたＺ軸回りの回転モーメントは、その回転モーメントを打ち消すための制御に利用される。
【０１０８】
尚、２つの操作ハンドル支持部２ｂ及び２ｃを１つの操作ハンドル支持部に置換することも可能である。その１つの操作ハンドル支持部の一端は、操作ハンドルの中央部に接続されることになり、力入力操作装置２はＴの字状となる。この場合における操作ハンドル支持部には、Ｙ軸方向の圧力を検出する１つの荷重検出装置が設置されることになる。
【０１０９】
所定の周期で次々と印加操作力のＸ軸成分及びＹ軸成分が算出され、それらに基づいて直進モード、進路変更モード及び回転モードの内の何れか１つの動作モードが選択される。そして、選択された動作モードに応じてモータ（不図示）を制御することにより、右側後輪１ａと左側後輪１ｂが回転駆動される。
【０１１０】
例えば、印加操作力のＸ軸成分が比較的小さく且つＹ軸成分が比較的大きい場合は直進モードが選択され、印加操作力のＸ軸成分が比較的大きく且つＹ軸成分が比較的小さい場合は回転モードが選択され、印加操作力のＸ軸成分とＹ軸成分が同程度の場合は進路変更モードが選択される。また、直進モードにおける搬送車１の移動速度、進路変更モードにおける搬送車１の周方向への移動速度及び旋回の中心から見た回転角速度、並びに回転モードにおける搬送車１の回転角速度は、印加操作力の大きさ及び作用する方向に応じて決定される。例えば、直進モードにおける搬送車１の移動速度は、印加操作力のＹ軸成分の大きさに比例している。
【０１１１】
操作者が所望する搬送車１の動作を実現するためには、右側後輪１ａと左側後輪１ｂを回転駆動するモータに、モータの回転速度等が追従すべきモータ指令値を一定周期で供給する必要がある。このため、印加操作力のＸ軸成分及びＹ軸成分を算出するべく、荷重検出装置３ａ、３ｂ及び３ｃも、荷重の大きさを一定周期で次々と検出する必要がある。仮に、荷重の大きさの検出の度にパルス電流を供給するようにすれば、大きな消費電力の増加を招いてしまうが、第１実施形態で詳細に述べたように、上記の不等式（１）、（２）や（３）が成立しない場合等は、パルス電流の供給は行われない。
【０１１２】
搬送車１のように人力で操作を行うものにおいては、多少の検出誤差は操作性に影響を与えないため、上記の第１閾値Ｖｔｈや第１変化率閾値ｄＶｔｈ等を比較的大きく設定することができる。つまり、本発明による消費電力の抑制効果が顕著にあらわれる。
【０１１３】
また、本発明に係る荷重検出装置を搬送車に適用する例を例示したが、本発明に係る荷重検出装置は、様々な移動体に適用可能である。特に、操作ハンドル等に加える操作力に応じて移動が制御される移動体に好適である。本発明に係る荷重検出装置が適用可能な搬送車以外の移動体の例として、例えば、歩行用補助車（電動式歩行用補助車）、電動式自転車等が挙げられる。歩行用補助車は、歩行の困難な操作者の移動を容易にするために用いられる。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明に係る荷重検出装置は、操作ハンドル等に加える操作力に応じて移動が制御される搬送車（電動式搬送車）、歩行用補助車（電動式歩行用補助車）、電動式自転車等の移動体に好適である。また、本発明に係る荷重検出装置は、操作ハンドル等に加える操作力に応じて操作対象物（移動体、或るいは移動体の車輪等）を動作させる力入力操作装置に好適である。この力入力操作装置は、例えば、移動体の移動を制御するべく移動体に装着される。また、本発明に係る荷重検出装置は、消費電力の増大を抑制することができるため、荷重の大きさの検出が必要となる様々な電気機器に好適である。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る荷重検出装置の構成を表すブロックである。
【図２】図１の荷重センサの縦断面図である。
【図３】図１の各部の電圧波形とコイルに流れる電流波形を示す図である。
【図４】図１の磁歪素子が有するヒステリシス特性を説明するための図である。
【図５】図１の検出準備制御部がパルス電流を流すべきタイミングを決定する手法（第１決定手法）を説明するための図である。
【図６】図１の検出準備制御部がパルス電流を流すべきタイミングを決定する手法（第２決定手法）を説明するための図である。
【図７】図１の検出準備制御部がパルス電流を流すべきタイミングを決定する手法（第３決定手法）を説明するための図である。
【図８】図１の検出準備制御部がパルス電流を流すべきタイミングを決定する手法（第３決定手法）を説明するための図である。
【図９】図１の荷重検出装置の第１変形例を示す図である。
【図１０】図１の荷重検出装置の第２変形例を示す図である。
【図１１】図１の荷重検出装置の第３変形例を示す図である。
【図１２】図１の荷重検出装置の第４変形例を示す図である。
【図１３】本発明の第２実施形態に係る搬送車の平面図である。
【図１４】図１３の一部拡大図であって、図１３の搬送車に第１実施形態に係る荷重検出装置が搭載されていることを示す図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１１  直流電源
１２  励振回路
１３  パルス電流生成回路
１４  切換回路
１５  信号検出回路
１６  電流検出回路
１７  フィルタ
１８  演算処理部
１９  検出準備制御部
３０  荷重センサ
３１  磁歪素子
３２  コイル
３３  ボビン
３４、３５  スペーサ
３６、３７、４０  弾性リング
３８  メインヨーク
３９  ボトムスペーサ
４１  鋼球
４２  ブッシュ
４３  ケース
４４  ボトムケース
１２ａ  定電流コイル励振回路
１６ａ  電圧検出回路
２１  ＬＣ発振器
２２  周波数検出部
１  搬送車
２  力入力操作装置
２ａ  操作ハンドル
２ｂ、２ｃ  操作ハンドル支持部
３ａ、３ｂ、３ｃ  荷重検出装置
【図１】
2006308344.tif 000003
【図２】
2006308344.tif 000004
【図３】
2006308344.tif 000005
【図４】
2006308344.tif 000006
【図５】
2006308344.tif 000007
【図６】
2006308344.tif 000008
【図７】
2006308344.tif 000009
【図８】
2006308344.tif 000010
【図９】
2006308344.tif 000011
【図１０】
2006308344.tif 000012
【図１１】
2006308344.tif 000013
【図１２】
2006308344.tif 000014
【図１３】
2006308344.tif 000015
【図１４】
2006308344.tif 000016