(57)【要約】【課題】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。【解決手段】コイルＡの外周部および両端部を覆う磁気通路形成部材Ｂの両端部の中央には、開口Ｂｈａ，Ｂｈｂ，Ｅｈａ，Ｅｈｂがそれぞれ形成されている。コイルの貫通孔Ａｈおよび開口Ｂｈａ，Ｂｈｂ，Ｅｈａ，Ｅｈｂに棒状部材Ｃが挿入される。棒状部材Ｃの両端部は開口Ｂｈａ，Ｂｈｂ，Ｅｈａ，Ｅｈｂから突出し、棒状部材Ｃは磁気通路形成部材Ｂと接触しないように配置される。棒状部材Ｃの両端部が、荷重伝達部材Ｄａ，Ｄｂによりそれぞれ支持される。荷重伝達部材Ｄａ，Ｄｂの一部が、それぞれハウジングＥの開口Ｂｈａ，Ｂｈｂ，Ｅｈａ，Ｅｈｂから外部に突出している。【選択図】図１
2011095278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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から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、
前記第１および第２の荷重伝達部材は、前記第１の荷重伝達部材が外部から印加される荷重を前記荷重検出部材に伝達し前記第２の荷重伝達部材が前記荷重検出部材に伝達された前記荷重を受け止め可能に構成されるとともに、前記第２の荷重伝達部材が外部から印加される荷重を前記荷重検出部材に伝達し前記第１の荷重伝達部材が前記荷重検出部材に伝達された前記荷重を受け止め可能に構成されることを特徴とする磁歪式荷重センサ。
【請求項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、前記第１および第２の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。
【請求項３】
前記支持部材は、前記第１および第２の荷重検出部材と前記磁気通路形成部材とが接触しないように前記第１および第２の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または２記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項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から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。
【請求項５】
前記支持部材は、前記第１および第２の荷重伝達部材が一定の範囲で移動可能となるように、前記第１および第２の荷重伝達部材を支持する、請求項１〜４のいずれかに記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項６】
前記支持部材は、前記第１および第２の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。
【請求項７】
前記支持部材は、前記コイル、前記磁気通路形成部材、前記荷重検出部材ならびに前記第１および第２の荷重伝達部材を収容するハウジングを含む、請求項１〜６のいずれかに記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項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、前記荷重検出部材ならびに前記第１および第２の荷重伝達部材が一体的に一定の範囲で移動可能となるように、前記第１および第２の荷重伝達部材がそれぞれ嵌合する第３および第４の開口を有し、
前記第１および第２の荷重伝達部材の外面と前記第３および第４の開口の内面との間にそれぞれ第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。
【請求項９】
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、前記荷重検出部材ならびに前記第１および第２の荷重伝達部材が一体的に一定の範囲で移動可能となるように、前記第１および第２の荷重伝達部材がそれぞれ嵌合する第３および第４の開口を有し、
前記第１および第２の荷重伝達部材の外面と前記第３および第４の開口の内面との間にそれぞれ第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、
前記第１および第２の荷重伝達部材を通じて前記荷重検出部材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、
前記第１および第２の荷重印加部材は、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。
【請求項１０】
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１〜７のいずれかに記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項１１】
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１０記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項１２】
前記ハウジングは、前記第１および第２の荷重伝達部材がそれぞれ嵌合する第３および第４の開口を有し、
前記第１および第２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フランジ部ならびに前記第１および第２の荷重検出部材の一端部および他端部がそれぞれ嵌合する第１および第２の凹部を有する、請求項７記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項１３】
前記ハウジングの前記第３の開口の内面と前記第１および第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および第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弾性部材をさらに備えた、請求項１２記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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１４記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項１６】
前記荷重検出部材と前記第１および第２の荷重伝達部材とが接合された、請求項１〜１５のいずれかに記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項１７】
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１〜７のいずれかに記載の磁歪式荷重センサ。
【請求項１８】
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から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、
前記第１および第２の荷重伝達部材は、前記第１の荷重伝達部材が外部から印加される荷重を前記荷重検出部材に伝達し前記第２の荷重伝達部材が前記荷重検出部材に伝達された前記荷重を受け止め可能に構成されるとともに、前記第２の荷重伝達部材が外部から印加される荷重を前記荷重検出部材に伝達し前記第１の荷重伝達部材が前記荷重検出部材に伝達された前記荷重を受け止め可能に構成される、移動体。
【発明の詳細な説明】
【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いる。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ルドケースを備える。
【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巻回されている。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から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化された状態で、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、検出コイ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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−２４１９５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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、検出コイ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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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】
【００１７】
（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か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、第１および第２の荷重伝達部材は、第１の荷重伝達部材が外部から印加される荷重を荷重検出部材に伝達し第２の荷重伝達部材が荷重検出部材に伝達された荷重を受け止め可能に構成されるとともに、第２の荷重伝達部材が外部から印加される荷重を荷重検出部材に伝達し第１の荷重伝達部材が荷重検出部材に伝達された荷重を受け止め可能に構成されるものである。
【００１８】
この発明に係る磁歪式荷重センサにおいては、磁気通路形成部材および第１および第２の荷重伝達部材が支持部材により支持されている。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。
【００１９】
この状態で、磁気通路形成部材の部分から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第１および第２の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。
【００２０】
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。
【００２１】
さらに、第１および第２の荷重伝達部材を通じて荷重検出部材に加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荷重検出部材の端部における磁気特性がばらつく。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
また、磁気通路形成部材、荷重検出部材、第１および第２の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。
【００２５】
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。
【００２６】
また、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加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つの方向から加えられる荷重を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化が実現される。
【００２７】
さらに、１つの磁歪式荷重センサにより２つの方向から加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。
【００２８】
（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、第１および第２の荷重伝達部材を介して荷重検出部材を支持してもよい。
【００２９】
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。
【００３０】
（３）支持部材は、第１および第２の荷重検出部材と磁気通路形成部材とが接触しないように第１および第２の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。
【００３１】
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かない。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。
【００３２】
（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から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。
【００３３】
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イ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。
【００３４】
（５）支持部材は、第１および第２の荷重伝達部材が一定の範囲で移動可能となるように、第１および第２の荷重伝達部材を支持してもよい。
【００３５】
この場合、第１および第２の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。
【００３６】
（６）支持部材は、第１および第２の荷重伝達部材を弾性体を介して支持してもよい。この場合、第１および第２の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、第１および第２の荷重伝達部材が一定の範囲で移動可能となる。それにより、荷重検出部材、第１および第２の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、第１および第２の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、第１および第２の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、磁歪式荷重センサの製造歩留まりが向上する。
【００３７】
（７）支持部材は、コイル、磁気通路形成部材、荷重検出部材ならびに第１および第２の荷重伝達部材を収容するハウジングを含んでもよい。
【００３８】
この場合、コイル、磁気通路形成部材、荷重検出部材および第１および第２の荷重伝達部材が、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第１および第２の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。
【００３９】
（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、荷重検出部材ならびに第１および第２の荷重伝達部材が一体的に一定の範囲で移動可能となるように、第１および第２の荷重伝達部材がそれぞれ嵌合する第３および第４の開口を有し、第１および第２の荷重伝達部材の外面と第３および第４の開口の内面との間にそれぞれ第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。
【００４０】
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、第１および第２の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。
【００４１】
第２の隙間の幅が第１の隙間の幅以下であるので、第１および第２の荷重伝達部材および荷重検出部材が、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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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かない。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。
【００４５】
（９）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、荷重検出部材ならびに第１および第２の荷重伝達部材が一体的に一定の範囲で移動可能となるように、第１および第２の荷重伝達部材がそれぞれ嵌合する第３および第４の開口を有し、第１および第２の荷重伝達部材の外面と第３および第４の開口の内面との間にそれぞれ第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、第１および第２の荷重伝達部材を通じて荷重検出部材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、第１および第２の荷重印加部材は、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。
【００４６】
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、第１および第２の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。
【００４７】
荷重検出部材および第１および第２の荷重伝達部材は、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第１および第２の荷重伝達部材の移動可能な範囲以下となる。
【００４８】
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、第１および第２の荷重伝達部材および荷重検出部材が、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。
【００４９】
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、第１および第２の荷重印加部材は第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、第１および第２の荷重伝達部材の移動可能な範囲が第１および第２の荷重印加部材の移動可能な範囲以下となる。
【００５０】
コイルの貫通孔の軸と交差する方向において、第１および第２の荷重伝達部材の移動可能な範囲が第１および第２の荷重印加部材の移動可能な範囲以下となることにより、荷重印加部材が第１および第２の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、第１および第２の荷重伝達部材の移動量が第１および第２の荷重印加部材の移動量以下となる。
【００５１】
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第１および第２の荷重伝達部材の移動可能な範囲以下となることにより、第１および第２の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第１および第２の荷重伝達部材の移動量以下となる。
【００５２】
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。
【００５３】
（１０）磁歪式荷重センサは、一定の範囲で移動可能かつ第１および第２の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もよい。
【００５４】
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。
【００５５】
（１１）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、コイ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。
【００５６】
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。
【００５７】
（１２）ハウジングは、第１および第２の荷重伝達部材がそれぞれ嵌合する第３および第４の開口を有し、第１および第２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フランジ部ならびに第１および第２の荷重検出部材の一端部および他端部がそれぞれ嵌合する第１および第２の凹部を有してもよい。
【００５８】
この場合、第１および第２の荷重伝達部材の凹部に荷重検出部材の一端部が嵌合し、第１および第２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。
【００５９】
（１３）ハウジングの第３の開口の内面と第１および第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および第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弾性部材をさらに備えてもよい。
【００６０】
この場合、第１および第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および第２の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。
【００６１】
（１４）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。
【００６２】
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。
【００６３】
（１５）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、ハウジングの第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。
【００６４】
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弾性的に移動する。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。したがって、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。
【００６５】
（１６）荷重検出部材と第１および第２の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、第１および第２の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、第１および第２の荷重伝達部材を通じて荷重検出部材に引っ張り荷重を加えることができる。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、圧縮荷重および引っ張り荷重を検出することができる。
【００６６】
（１７）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の開口から突出してもよい。
【００６７】
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。
【００６８】
（１８）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か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の荷重伝達部材と、磁気通路形成部材および第１および第２の荷重伝達部材を支持する支持部材とをさらに含む、第１および第２の荷重伝達部材は、第１の荷重伝達部材が外部から印加される荷重を荷重検出部材に伝達し第２の荷重伝達部材が荷重検出部材に伝達された荷重を受け止め可能に構成されるとともに、第２の荷重伝達部材が外部から印加される荷重を荷重検出部材に伝達し第１の荷重伝達部材が荷重検出部材に伝達された荷重を受け止め可能に構成されるものである。
【００６９】
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。
【００７０】
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。したがって、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。
【００７１】
また、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加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つの方向から加えられる荷重を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化が実現される。
【００７２】
さらに、１つの磁歪式荷重センサにより２つの方向から加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、移動体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。
【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、第１および第２の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、第１および第２の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。
【００７７】
また、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加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つの方向から加えられる荷重を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化が実現される。
【００７８】
さらに、１つの磁歪式荷重センサにより２つの方向から加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。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【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から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は参考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は参考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い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い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い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形態】
【００８０】
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。
【００８１】
［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。
【００８２】
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Ｂ、磁性材料からなる棒状部材Ｃ、非磁性材料からなる２つの荷重伝達部材Ｄａ，Ｄｂ、非磁性材料からなるハウジングＥおよび２つの荷重印加部材Ｆａ，Ｆｂを備える。
【００８３】
以下の説明において、棒状部材Ｃは、磁歪式荷重センサ１００に加えられる荷重を検出する荷重検出部材として機能する。
【００８４】
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。
【００８５】
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）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。
【００８６】
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）、アルミニウムおよび銅の比透磁率は、１〜１．０１である。
【００８７】
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Ｂｈａ，Ｂｈｂがそれぞれ形成されている。
【００８８】
貫通孔Ａｈおよび開口Ｂｈａ，Ｂｈｂに棒状部材Ｃが挿入されている。この状態で、棒状部材Ｃの両端部は開口Ｂｈａ，Ｂｈｂから突出している。より詳細には、棒状部材Ｃは、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よりも大きくなっている。それにより、棒状部材Ｃは磁気通路形成部材Ｂと接触しないように配置されている。
【００８９】
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に嵌合している。
【００９０】
ハウジングＥ内に、コイルＡ、磁気通路形成部材Ｂ、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。
【００９１】
荷重伝達部材Ｄａ，Ｄｂの一部が、それぞれハウジング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から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が配置されている。
【００９２】
図１では図示しないが、コイルＡから延びるリード線は、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。
【００９３】
（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が磁化される。また、磁気通路形成部材Ｂが磁気通路として機能する。
【００９４】
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、コイル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。
【００９５】
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に加えられた荷重が棒状部材Ｃの一端に伝達される。
【００９６】
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からなるセンサ構成部のインピーダンスが変化する。
【００９７】
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の電圧変化に基づいて荷重伝達部材Ｄａに加えられた荷重が検出される。
【００９８】
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。
【００９９】
（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ｔ１参照）、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。
【０１００】
ここで、荷重伝達部材Ｄａまたは荷重伝達部材Ｄｂに加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。
【０１０１】
さらに、荷重伝達部材Ｄａまたは荷重伝達部材Ｄｂに加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。
【０１０２】
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の動作時において、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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
（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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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よりも大きくなっているので、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。
【０１０７】
（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。
【０１０８】
これにより、磁気通路形成部材Ｂ、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。
【０１０９】
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Ｂ、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。
【０１１０】
（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。
【０１１１】
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化が実現される。
【０１１２】
また、１つの磁歪式荷重センサ１００により２つの方向から加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。
【０１１３】
（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。
【０１１４】
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Ｃ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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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つの方向から加えられる荷重を同じ精度で検出することができる。
【０１１８】
（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。
【０１１９】
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。したがって、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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
（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。
【０１２２】
（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およびハウジング５０を含む。
【０１２３】
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およびハウジング５０は、それぞれ上述のコイルＡ、磁気通路形成部材Ｂ、棒状部材Ｃ、２つの荷重伝達部材Ｄａ，ＤｂおよびハウジングＥに相当する。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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が巻回されている。ボビン１２の軸心には貫通孔１０ｈが形成されている。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
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のケーシング２２の中央部には円形の開口２２ｈが形成されている。
【０１３０】
開口２１ｈ，２２ｈには、それぞれスペーサＳＰが取り付けられている。スペーサＳＰは、非磁性材料により形成されている。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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２１ｈ，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。
【０１３３】
上記のスペーサ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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
荷重伝達部材４０ｂも同様に、円柱形状の軸部４１ｂ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いる。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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、鉄ケイ素系材料、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。
【０１４３】
また、スペーサ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、アルミニウ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が用いられ、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。
【０１４４】
（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Ｏ１〜Ｏ４およびハウジング５０内での各構成部材の支持状態について説明する。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
磁歪式荷重センサ１００ａの組立て時には、溝部５１ｍにＯリングＯ１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。
【０１４８】
ここで、ＯリングＯ１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Ｏ１により支持される。したがって、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Ｏ１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。
【０１４９】
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５２ｈ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が形成されている。
【０１５０】
磁歪式荷重センサ１００ａの組立て時には、溝部５２ｍにＯリングＯ４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。
【０１５１】
ここで、ＯリングＯ４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Ｏ４により支持される。したがって、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Ｏ４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。
【０１５２】
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Ｏ１，Ｏ４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（ハウジング５０の中心軸）と直交する方向において微少な変位量で移動することが許容されている。
【０１５３】
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Ｏ１，Ｏ４により弾性的に移動する。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。
【０１５４】
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Ｏ１，Ｏ４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。
【０１５５】
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よりも大きい内径および外径を有する。
【０１５６】
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５２１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の一面から突出するように形成されている。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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Ｏ３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。
【０１５９】
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Ｏ２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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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Ｏ２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。
【０１６２】
ここで、ＯリングＯ２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Ｏ２と接触する。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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Ｏ２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Ｏ２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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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Ｏ２により弾性的に支持される。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Ｏ２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。
【０１６７】
（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内で弾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。
【０１６８】
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いる。
【０１６９】
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にスペーサ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。
【０１７０】
これに対して、開口２２ｈにスペーサＳＰが設けられていると、棒状部材３０は、その外周面とスペーサＳＰの内周面との間の間隔Ｖ分のずれが許容される。
【０１７１】
間隔Ｖは、スペーサＳＰの厚み分間隔Ｗよりも小さい。それにより、スペーサ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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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から離れるにつれて２次関数的に増加する。
【０１７４】
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、スペーサ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。
【０１７５】
なお、スペーサＳＰは必ずしも設けられる必要はない。スペーサ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。
【０１７６】
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Ｇ１，Ｇ２の幅が隙間Ｇ４，Ｇ５の幅以下となるように設定する。
【０１７７】
上記の隙間Ｇ１，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４０ａ，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１００ａの中心軸に交差する方向へ移動することを許容する。
【０１７８】
ここで、ハウジング５０内において、隙間Ｇ４，Ｇ５は、隙間Ｇ１，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Ｇ１，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Ｇ１，Ｇ２により制限される。
【０１７９】
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Ｇ１，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。
【０１８０】
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化が実現される。
【０１８１】
（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、スペーサＳＰは省略する。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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）。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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α以上の長さβ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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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３０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の出力が十分に安定する。
【０１８９】
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。
【０１９０】
（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から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ついて調査するために実験を行った。
【０１９１】
以下の説明において、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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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ΔＺ）を、磁歪式荷重センサ１００ａに荷重が加えられない場合のセンサ構成部のインピーダンス（初期インピーダンスＺ０  ）で除算することにより得られる。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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°から３０°に変化する場合であっても、約６％しか相対感度が変化しなかった。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かった。
【０１９７】
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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
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°から３°に変化するだけで、約３０％の相対感度が変化した。
【０２００】
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べ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。
【０２０１】
（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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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５１ｎ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５２ｎが形成されている。
【０２０４】
磁歪式荷重センサ１００ｂの組立て時には、溝部５１ｎにＯリングＯ５が取り付けられる。ここで、ＯリングＯ５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の一面が、ＯリングＯ５と接触する。
【０２０５】
また、磁歪式荷重センサ１００ｂの組立て時には、溝部５２ｎにＯリングＯ６が取り付けられる。ここで、ＯリングＯ６の断面の直径は溝部５２ｎ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の一面が、ＯリングＯ６と接触する。
【０２０６】
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Ｏ５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Ｏ６により支持される。
【０２０７】
この状態で、ＯリングＯ５は、荷重伝達部材４０ｂを棒状部材３０の中心に向かう方向に付勢する。また、ＯリングＯ６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。
【０２０８】
それにより、棒状部材３０は、その軸方向にＯリングＯ５，Ｏ６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。
【０２０９】
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いる。
【０２１０】
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Ｏ５，Ｏ６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。
【０２１１】
（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。
【０２１２】
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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
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。
【０２１５】
磁歪式荷重センサ１００ｃの組立て時には、溝部５１２ｍにＯリングＯ７が取り付けられる。ここで、ＯリングＯ７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Ｏ７と接触する。
【０２１６】
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。
【０２１７】
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Ｏ３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。
【０２１８】
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５２２により支持されている。
【０２１９】
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。
【０２２０】
（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。
【０２２１】
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。
【０２２２】
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、互いの内周面が面一となるように形成されている。
【０２２３】
さらに、第１の外周壁５１１の内周面には環状の溝部５１１ｋ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。
【０２２４】
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Ｏ８，Ｏ９が取り付けられる。ＯリングＯ８，Ｏ９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Ｏ８，Ｏ９は、第１のハウジング５１の内周面からその内側に突出する。
【０２２５】
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っている。
【０２２６】
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Ｏ８，Ｏ９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。
【０２２７】
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Ｏ８，Ｏ９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。
【０２２８】
それにより、第２のハウジング５２に図９のガイド部５２２を設ける必要がなく、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１００ｄ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１００ｄが小型化される。
【０２２９】
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Ｏ８，Ｏ９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。
【０２３０】
（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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
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。
【０２３３】
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の一端面の中央には、それぞれ円形の凹部４４３ａ，４４３ｂが形成されている。
【０２３４】
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。
【０２３５】
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。
【０２３６】
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Ｏ４，Ｏ１の弾性力により支持される。
【０２３７】
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が一体形成されている。さらに、荷重伝達軸４１０ａ，４１０ｂの各々の端部には、環状部材４１１ａ，４１１ｂが一体形成されている。
【０２３８】
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。
【０２３９】
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とが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４１１ａ，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４１１ａ，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）。
【０２４０】
［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。
【０２４１】
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。
【０２４２】
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。
【０２４３】
台座ＣＢ上には、ハウジングＥと回転軸Ｈとが、所定の間隔で配置されている。
【０２４４】
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。
【０２４５】
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。
【０２４６】
図１２に示すように、アームＧａ，Ｇｂが矢印ｑ１の方向に回転する場合には、アームＧａ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の方向に荷重を加えることができる。
【０２４７】
また、アームＧａ，Ｇｂが矢印ｒ１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Ｄｂに対して矢印ｒ２の方向に荷重を加えることができる。
【０２４８】
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の両端面から棒状部材Ｃの軸方向に垂直な方向に延びる２つの延長部分Ｅａ，Ｅｂが設けられている。
【０２４９】
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を介して図示しない外部機器等に接続されている。
【０２５０】
（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。
【０２５１】
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。
【０２５２】
（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。
【０２５３】
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。
【０２５４】
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はそれぞれ上述のアームＧａ，Ｇｂおよび回転軸Ｈに相当する。
【０２５５】
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。
【０２５６】
台座９９０上には、図３の磁歪式荷重センサ１００ａと回転軸９１０とが、所定の間隔で配置されている。
【０２５７】
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。
【０２５８】
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９２２ｂ，９２３ｂが設けられている。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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９２０ａ，９２０ｂの端部に向かって延びている。
【０２６１】
板ばね９３０ａ，９３０ｂの中央部より他端に近い部分に突起部９３１ａ，９３１ｂが形成されている。
【０２６２】
板ばね９３０ａの突起部９３１ａ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９２０ａの内側に向かって付勢されている。
【０２６３】
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９２０ｂの内側に向かって付勢されている。
【０２６４】
本具体例では、板ばね９３０ａ，９３０ｂの突起部９３１ａ，９３１ｂが、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、アーム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に作用する荷重が、荷重伝達部材４０ａ，４０ｂに加えられる。
【０２６５】
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。
【０２６６】
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がアーム９２０ｂの外側に向かって押し戻される。
【０２６７】
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に作用する荷重が、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。
【０２６８】
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。
【０２６９】
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，９２３ｂの機能について説明したが、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。
【０２７０】
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。
【０２７１】
［３］  参考形態
（１）  磁歪式荷重センサの基本構成
参考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。
【０２７２】
図１４は、参考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。
【０２７３】
図１４に示すように、参考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。
【０２７４】
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が配置されている。
【０２７５】
上記構成により、参考形態に係る磁歪式荷重センサ３００は、棒状部材Ｃ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、低コスト化が実現される。また、一方向からの荷重のみを検出したい場合に、設置スペースが低減される。
【０２７６】
本参考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の動作時において、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。
【０２７７】
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。
【０２７８】
（２）  磁歪式荷重センサの具体例
参考形態に係る磁歪式荷重センサ３００の具体例を説明する。
【０２７９】
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。
【０２８０】
図１５は、参考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が設けられていない。
【０２８１】
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。
【０２８２】
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。
【０２８３】
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４０ｂ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。
【０２８４】
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１００ａとほぼ同様の効果が得られる。
【０２８５】
［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を用い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。
【０２８６】
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。
【０２８７】
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。
【０２８８】
上述のように、図１の荷重伝達部材Ｄａに加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。
【０２８９】
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。
【０２９０】
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（３００ａ）を用いてもよい。
【０２９１】
［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。
【０２９２】
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ハンドル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。
【０２９３】
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。このウォータージェット推進装置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。
【０２９４】
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、図示しないプッシュ・プルワイヤおよびステアリングアームを介して操舵ハンドル７１０の下端部に連結される。
【０２９５】
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。各気化器は図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、図示しない復帰用スプリングによって閉じる方向に付勢されている。
【０２９６】
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。
【０２９７】
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。
【０２９８】
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クター７１８が左方または右方に揺動する。
【０２９９】
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って、すべてのスロットル弁７２４が連動して開閉される。
【０３００】
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。
【０３０１】
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、バッテリー７５６により給電される。
【０３０２】
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。
【０３０３】
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７２６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内に挿通される。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。アウターチューブ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７２８ｂ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。
【０３０４】
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。
【０３０５】
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い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の操舵ハンドル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ハンドルバー７３４に加えたときに磁歪式荷重センサ２００ａにより検出される荷重に設定されている。
【０３０６】
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ハンドル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。
【０３０７】
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７３２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。
【０３０８】
それにより、磁歪式荷重センサ１００ａにより検出される荷重（操船者が操舵ハンドル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。
【０３０９】
本例では、コントローラ７３２が図１６の制御部６８０に相当し、サーボモータ７４６がアクチュエータ６９０に相当する。
【０３１０】
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の代わりに磁歪式荷重センサ１００ｂ，１００ｃ，１００ｄを用いてもよい。
【０３１１】
［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。
【０３１２】
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。
【０３１３】
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が取り付けられている。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いる。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。パワーユニット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８１８の出力（補助動力）を制御する。
【０３１４】
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、バッテリボックス８２８が着脱可能に装着されている。バッテリボックス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。
【０３１５】
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。
【０３１６】
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から図示しない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。
【０３１７】
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。
【０３１８】
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。
【０３１９】
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。
【０３２０】
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がアクチュエータ６９０に相当する。
【０３２１】
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を用いてもよい。
【０３２２】
［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，１００ｅ，２００ａおよび参考形態に係る磁歪式荷重センサ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。
【０３２３】
［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。
【０３２４】
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。
【０３２５】
さらに、スペーサＳＰが間隔形成部材に相当し、ＯリングＯ１，Ｏ４，Ｏ５，Ｏ６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。
【０３２６】
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Ｇ１，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が第１および第２の荷重印加部材に相当する。
【０３２７】
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。
【０３２８】
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】
【０３２９】
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。
【符号の説明】
【０３３０】
４３ａ，４３ｂ  凹部
１００ａ，１００ｂ，１００ｃ，１００ｄ，１００ｅ，２００ａ，３００ａ  磁歪式荷重センサ
７００  滑走艇
７０２  船体
７１４  エンジン
７３２  コントローラ
７４６  サーボモータ
８００  電動自転車
８０６  ダウンチューブ
８０８  シートチューブ
８１６  パワーユニット
８２６  コントローラ
９３１ａ，９３１ｂ  突起部
Ａ，１０  コイル
Ａｈ，１０ｈ  貫通孔
Ｂｈａ，Ｂｈｂ，Ｅｈａ，Ｅｈｂ，２１ｈ，２２ｈ，５１ｈ，５２ｈ  開口
Ｂ，２０  磁気通路形成部材
Ｃ，３０  棒状部材
Ｄａ，Ｄｂ，４０ａ，４０ｂ  荷重伝達部材
Ｅ，５０  ハウジング
Ｆａ，Ｆｂ  荷重印加部材
Ｇ１，Ｇ２，Ｇ４，Ｇ５  隙間
Ｏ１，Ｏ４，Ｏ５，Ｏ６  Ｏリング
ＳＰ  スペーサ
【図１】
2011095278.tif 000003
【図２】
2011095278.tif 000004
【図３】
2011095278.tif 000005
【図４】
2011095278.tif 000006
【図５】
2011095278.tif 000007
【図６】
2011095278.tif 000008
【図７】
2011095278.tif 000009
【図８】
2011095278.tif 000010
【図９】
2011095278.tif 000011
【図１０】
2011095278.tif 000012
【図１１】
2011095278.tif 000013
【図１２】
2011095278.tif 000014
【図１３】
2011095278.tif 000015
【図１４】
2011095278.tif 000016
【図１５】
2011095278.tif 000017
【図１６】
2011095278.tif 000018
【図１７】
2011095278.tif 000019
【図１８】
2011095278.tif 000020
【図１９】
2011095278.tif 000021
【図２０】
2011095278.tif 000022