(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向荷重が入力されてたわみを生じるフランジ部材（１）と、そのフランジ部材（１）を支持する支持部材（２）と、磁界を発生する磁気ターゲット（３）と、その磁気ターゲット（３）が発生する磁界を検出する磁気センサ（４）とを有し、前記フランジ部材（１）のたわみにより前記磁気ターゲット（３）と磁気センサ（４）が相対変位するように磁気ターゲット（３）と磁気センサ（４）の一方を前記フランジ部材（１）に固定し、他方を前記支持部材（２）に固定し、前記磁気センサ（４）で検出した磁界に基づいて前記荷重の大きさを検出し、
前記フランジ部材（１）と支持部材（２）を対向一対の円環板状とし、そのフランジ部材（１）の外径側部分を前記支持部材（２）で支持し、そのフランジ部材（１）と支持部材（２）のうちの一方の部材に、他方の部材の内径面と対向する外径面をもつ筒部（７）を設け、その内径面と外径面のうちの一方に前記磁気ターゲット（３）を固定し、他方に前記磁気センサ（４）を固定した磁気式荷重センサ。
【請求項２】
軸方向荷重が入力されてたわみを生じるフランジ部材（１）と、そのフランジ部材（１）を支持する支持部材（２）と、磁界を発生する磁気ターゲット（３）と、その磁気ターゲット（３）が発生する磁界を検出する磁気センサ（４）とを有し、前記フランジ部材（１）のたわみにより前記磁気ターゲット（３）と磁気センサ（４）が相対変位するように磁気ターゲット（３）と磁気センサ（４）の一方を前記フランジ部材（１）に固定し、他方を前記支持部材（２）に固定し、前記磁気センサ（４）で検出した磁界に基づいて前記荷重の大きさを検出し、
前記フランジ部材（１）と支持部材（２）を対向一対の円環板状とし、そのフランジ部材（１）の内径側部分を前記支持部材（２）で支持し、そのフランジ部材（１）と支持部材（２）のうちの一方の部材に、他方の部材の外径面と対向する内径面をもつ筒部（７）を設け、その内径面と外径面のうちの一方に前記磁気ターゲット（３）を固定し、他方に前記磁気センサ（４）を固定した磁気式荷重センサ。
【請求項３】
前記磁気ターゲット（３）が、前記磁気ターゲット（３）と磁気センサ（４）の相対変位方向に対して直交する方向に磁化されたＮ極とＳ極を、前記磁気ターゲット（３）と磁気センサ（４）の相対変位方向に隣接して配置したものであり、その隣り合う磁極の境目の近傍に前記磁気センサ（４）を配置した請求項１または２に記載の磁気式荷重センサ。
【請求項４】
前記磁気ターゲット（３）が、前記磁気ターゲット（３）と磁気センサ（４）の相対変位方向に対して直交する方向を磁化方向とする複数の永久磁石（１３）を、反対の極性を有する磁極が前記磁気ターゲット（３）と磁気センサ（４）の相対変位方向に並ぶように配置したものであり、その隣り合う磁極の境目の近傍に前記磁気センサ（４）を配置した請求項１から３のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
【請求項５】
前記フランジ部材（１）と支持部材（２）の周方向の相対位置を固定する位置決め手段（１６，１７，１８）を設けた請求項１から４のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
【請求項６】
前記支持部材（２）のフランジ部材（１）に対向する側とは反対側の面の内径側部分に、支持部材（２）を支持する環状突起（２９）を設けた請求項１に記載の磁気式荷重センサ。
【請求項７】
前記支持部材（２）のフランジ部材（１）に対向する側とは反対側の面の外径側部分に、支持部材（２）を支持する環状突起を設けた請求項２に記載の磁気式荷重センサ。
【請求項８】
前記フランジ部材（１）の軸方向荷重が入力される部分を、フランジ部材（１）の中心軸線上に中心をもつ球面（３０）とした請求項１から７のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
【請求項９】
複数組の前記磁気ターゲット（３）と磁気センサ（４）を前記フランジ部材（１）の中心軸線を中心とする同一円周上に周方向に等間隔に配置した請求項１から７のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
【請求項１０】
前記磁気センサ（４）としてホールＩＣを使用した請求項１から９のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
【請求項１１】
前記磁気センサ（４）として磁気抵抗素子を使用した請求項１から９のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
【請求項１２】
前記磁気センサ（４）として磁気インピーダンス素子を使用した請求項１から９のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
【請求項１３】
前記磁気ターゲット（３）にネオジム磁石を使用した請求項１から１２のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
【請求項１４】
前記フランジ部材（１）と支持部材（２）とを同一の線膨張係数をもつ材料で形成した請求項１から１３のいずれかに記載の磁気式荷重センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、磁気式荷重センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動ブレーキ装置は、一般に、電動モータの回転を摩擦パッドの軸方向移動に変換し、その摩擦パッドをブレーキディスクに押し付けて制動力を発生する。この制動力を所望の大きさに制御するため、電動ブレーキ装置には、摩擦パッドに印加する荷重の反力を受ける部分に荷重センサが組み込まれることが多い。この荷重センサは、電動ブレーキの応答性を高めるために極力微小な変位で荷重を検出するものが用いられる。
【０００３】
このような微小変位で荷重を検出する荷重センサとして、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。特許文献１の荷重センサは、対向一対の円環板状の押圧板と、その一対の押圧板の間に挟み込まれた水晶圧電素子と、その水晶圧電素子と片側の押圧板との間を電気的に絶縁する絶縁板と、水晶圧電素子が発生する電圧を取り出すリード線とを有する。
【０００４】
この特許文献１の荷重センサは、軸方向荷重が入力されると、その荷重に応じた大きさの電圧が水晶圧電素子で発生するので、その電圧の大きさを計測することで荷重の大きさを検出することができる。また、水晶圧電素子の変形による押圧板の変位は微小なので、このセンサを電動ブレーキに組み込んだ場合、電動ブレーキの応答性を損なうことがない。
【０００５】
しかしながら、この荷重センサは水晶圧電素子に荷重が作用するので、衝撃荷重や軸方向に対して斜め方向の荷重が加わると水晶圧電素子に割れや欠けが生じるおそれがあった。また、圧電素子と片方の押圧板の間を電気的に絶縁する絶縁板にも荷重が作用するので、絶縁板に高い耐久性が必要とされるが、樹脂などの安価な絶縁板では耐久性を確保するのが難しかった。
【０００６】
また、微小変位で荷重を検出する荷重センサとして、例えば、特許文献２に記載のものが知られている。特許文献２の荷重センサは、金属製の円筒体と、その円筒体の外径面に貼り付けた歪ゲージとを有する。この荷重センサは、軸方向荷重が入力されると、その軸方向荷重に応じて金属製の円筒体に歪みが生じるので、その歪みの大きさを歪ゲージで計測することで荷重の大きさを検出することができる。
【０００７】
しかしながら、この荷重センサは、金属製の円筒体の変形量そのものではなく、金属製の円筒体の局部の歪みを計測するので、円筒体の温度変化や温度分布のばらつきによる影響を受けやすく、検出誤差を生じやすい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】国際公開２０１１／０３０８３９号
【特許文献２】特開平７−３１８４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
この発明が解決しようとする課題は、微小変位で荷重を検出する荷重センサとして、耐久性に優れ、温度による影響を受けにくい荷重センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、軸方向荷重が入力されてたわみを生じるフランジ部材と、そのフランジ部材を支持する支持部材と、磁界を発生する磁気ターゲットと、その磁気ターゲットが発生する磁界を検出する磁気センサとを有し、前記フランジ部材のたわみにより前記磁気ターゲットと磁気センサが相対変位するように磁気ターゲットと磁気センサの一方を前記フランジ部材に固定し、他方を前記支持部材に固定し、前記磁気センサで検出した磁界に基づいて前記荷重の大きさを検出する磁気式荷重センサを提供する。
【００１１】
この磁気式荷重センサは、フランジ部材に軸方向荷重が入力されるとフランジ部材がたわみ、磁気ターゲットと磁気センサの相対位置が変化し、その相対位置の変化に応じて磁気センサの出力信号が変化するので、磁気センサの出力信号に基づいて荷重の大きさを検出することができる。ここで、軸方向荷重が入力されたときに、その荷重はフランジ部材に作用してフランジ部材をたわませるが、磁気センサには作用しない。そのため、衝撃荷重や軸方向に対して斜め方向の荷重が加わってもセンサが故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。また、荷重を受ける部材の局部の歪みではなくその部材の変形量から軸方向荷重を検出するので、温度変化や温度分布のばらつきによる影響を受けにくい。
【００１２】
前記磁気ターゲットとして、前記磁気ターゲットと磁気センサの相対変位方向に対して直交する方向を磁化方向とする複数の永久磁石を、反対の極性を有する磁極が前記磁気ターゲットと磁気センサの相対変位方向に並ぶように配置したものを採用し、その隣り合う磁極の境目の近傍に前記磁気センサを配置すると好ましい。
【００１３】
このようにすると、磁気センサの出力信号は、磁気ターゲットと磁気センサの軸方向の相対変位に対して急峻に変化し、一方、軸方向以外の方向の相対変位に対してはあまり変化しないという軸方向の指向性を示す。そのため、磁気センサの出力信号が外部振動の影響を受けにくく、安定した精度で軸方向荷重の大きさを検出することができる。
【００１４】
前記フランジ部材と支持部材を対向一対の円環板状とし、そのフランジ部材の外径側部分を前記支持部材で支持し、そのフランジ部材と支持部材のうちの一方の部材に、他方の部材の内径面と対向する外径面をもつ筒部を設け、その内径面と外径面のうちの一方に前記磁気ターゲットを固定し、他方に前記磁気センサを固定すると好ましい。このようにすると、磁気ターゲットと磁気センサの径方向の相対位置の精度を容易に確保することができる。
【００１５】
このとき、前記支持部材のフランジ部材に対向する側とは反対側の面の内径側部分に、支持部材を支持する環状突起を設けることができる。このようにすると、フランジ部材に軸方向荷重が入力されたときに、フランジ部材だけでなく支持部材にもたわみが生じ、その両部材のたわみにより前記磁気ターゲットと磁気センサが相対変位するので、荷重検出の分解能を高めることができる。
【００１６】
同様に、前記フランジ部材と支持部材を対向一対の円環板状とし、そのフランジ部材の内径側部分を前記支持部材で支持し、そのフランジ部材と支持部材のうちの一方の部材に、他方の部材の外径面と対向する内径面をもつ筒部を設け、その内径面と外径面のうちの一方に前記磁気ターゲットを固定し、他方に前記磁気センサを固定すると好ましい。このようにしても、磁気ターゲットと磁気センサの径方向の相対位置の精度を容易に確保することができる。
【００１７】
このとき、前記支持部材のフランジ部材に対向する側とは反対側の面の外径側部分に、支持部材を支持する環状突起を設けることができる。このようにすると、フランジ部材に軸方向荷重が入力されたときに、フランジ部材だけでなく支持部材にもたわみが生じ、その両部材のたわみにより前記磁気ターゲットと磁気センサが相対変位するので、荷重検出の分解能を高めることができる。
【００１８】
さらに、前記フランジ部材と支持部材の周方向の相対位置を固定する位置決め手段を設けると、磁気ターゲットと磁気センサの周方向の相対位置の精度を容易に確保することができる。
【００１９】
前記フランジ部材の軸方向荷重が入力される部分を、フランジ部材の中心軸線上に中心をもつ球面とすることができる。このようにすると、軸方向に対して斜め方向の荷重が入力されたときにも、フランジ部材に対する荷重の作用点がフランジ部材の中心軸線に近くなり、フランジ部材が均一にたわむので、荷重の検出精度が安定する。
【００２０】
また、複数組の前記磁気ターゲットと磁気センサを前記フランジ部材の中心軸線を中心とする同一円周上に周方向に等間隔に配置することができる。このようにすると、軸方向に対して斜め方向の荷重が入力されたときに、それぞれの荷重センサの出力信号の差分に基づいて、軸方向を基準とする荷重の入力角度を推定することが可能となる。
【００２１】
前記磁気センサとしては、磁気抵抗素子や磁気インピーダンス素子を使用することも可能であるが、ホールＩＣを使用するとコスト面で有利であり、また耐熱性を確保しやすい。また、前記永久磁石としてネオジム磁石を使用すると、省スペースで強力な磁界を発生させることができる。
【００２２】
前記フランジ部材と支持部材とは同一の線膨張係数をもつ材料で形成すると好ましい。このようにすると、温度上昇したときにフランジ部材と支持部材とが同じ割合で熱膨張するので、温度変化による磁気ターゲットと磁気センサの軸方向の相対変位が生じにくくなり、温度変化による影響を効果的に抑えることができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明の磁気式荷重センサは、入力された荷重がフランジ部材に作用してフランジ部材をたわませるが、磁気センサには荷重が作用しないので、衝撃荷重や軸方向に対して斜め方向の荷重に対する耐久性が高い。また、荷重を受ける部材の局部の歪みではなくその部材の変形量から軸方向荷重を検出するので、温度変化や温度分布のばらつきによる影響を受けにくい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の第１実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図
【図２】図１に示す磁気式荷重センサの拡大断面図
【図３】図１に示す磁気式荷重センサの底面図
【図４】図２に示す磁気ターゲットと磁気センサの配置を変更した例を示す拡大断面図
【図５】この発明の第２実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図
【図６】この発明の第３実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図
【図７】この発明の第４実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図
【図８】この発明の第５実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図
【図９】この発明の第６実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図
【図１０】この発明の第７実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図
【図１１】この発明の第８実施形態の磁気式荷重センサを示す断面図
【図１２】図１１に示す磁気式荷重センサの底面図
【図１３】複数の磁気センサの出力信号の差分と荷重の入力角度との関係の一例を示す図
【図１４】図１２に示す磁気ターゲットの他の例を示す磁気式荷重センサの底面図
【図１５】軸方向荷重の大きさを磁気センサの出力信号から推定する方法例を示すフロー図
【図１６】フランジ部材と支持部材の周方向の相対位置を固定する位置決め手段として、図１に示す位置決めピンにかえてキー結合を用いた例を示す断面図
【図１７】図１６に示す磁気式荷重センサの平面図
【図１８】図１に示す磁気式荷重センサと磁気ターゲットの配置を変更した実施形態を示す断面図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１〜図３に、この発明の第１実施形態の磁気式荷重センサを示す。この磁気式荷重センサは、軸方向に対向する円環板状のフランジ部材１および支持部材２と、磁界を発生する磁気ターゲット３と、磁気ターゲット３が発生する磁界の強さを検出する磁気センサ４とを有する。
【００２６】
フランジ部材１は、支持部材２と対向する円環板部５と、円環板部５の支持部材２と対向する側とは反対側の面の内径側部分に隆起して形成された環状の荷重受け部６と、円環板部５の支持部材２と対向する側の面の内径側部分に形成された筒部７とからなる。
【００２７】
支持部材２は、フランジ部材１と対向する円環板部８と、円環板部８のフランジ部材１と対向する側の面の外径側部分に隆起して形成された環状の支持段部９と、支持段部９の更に外径側に形成された筒状の嵌合部１０とからなる。支持段部９はフランジ部材１の外径側部分を支持しており、この支持段部９によって円環板部５、８の間隔が保持されている。フランジ部材１は、支持部材２の嵌合部１０に嵌め込んで固定されている。ここで、フランジ部材１の固定方法としては、フランジ部材１を嵌合部１０内に締め代をもって挿入する方法（圧入）やフランジ部材１の外周縁を塑性変形させて嵌合部１０の内周に食い込ませる方法（加締め）等を採用することができる。
【００２８】
フランジ部材１の外径側部分には軸方向に貫通するピン穴１４が形成され、支持部材２にも軸方向のピン穴１５が形成されており、この両ピン穴１４，１５に位置決めピン１６が挿入されている。ここで、フランジ部材１のピン穴１４と支持部材２のピン穴１５は、両ピン穴１４，１５の位置が重なり合ったときに、磁気ターゲット３の周方向位置と磁気センサ４の周方向位置とが合致するように配置され、この両ピン穴１４，１５に位置決めピン１６を挿入することでフランジ部材１と支持部材２の周方向の相対位置が固定されている。
【００２９】
筒部７の外径面は、支持部材２の内径面と径方向に対向しており、図３に示すように、筒部７の外径面に形成された面取り部１１に磁気ターゲット３が固定され、支持部材２の内径面に形成された溝１２に磁気センサ４が固定されている。フランジ部材１および支持部材２はいずれも金属材料（鉄、アルミ合金等）で形成され、両部材１，２の線膨張係数が同一となるように同じ材料が用いられている。
【００３０】
磁気ターゲット３は、その径方向内端と径方向外端に磁極を有するように半径方向に磁化された２個の永久磁石１３からなる。２個の永久磁石１３は、反対の極性を有する磁極（すなわちＮ極とＳ極）が軸方向に並ぶように隣接して配置されている。
【００３１】
永久磁石１３としては、例えば、ネオジム磁石を使用すると、省スペースで強力な磁界を発生させることができるが、サマリウムコバルト磁石、アルニコ磁石、フェライト磁石などを使用してもよい。サマリウムコバルト磁石またはアルニコ磁石を使用すると、永久磁石１３の温度上昇に伴う磁界の減少を抑えることができる。また、プラセオジム磁石、サマリウム窒化鉄磁石を使用することもできる。
【００３２】
図３に示すように、磁気センサ４は、２個の永久磁石１３の隣り合う磁極の境目の近傍で磁気ターゲット３と軸直交方向（図では半径方向）に対向するように配置されている。磁気センサ４としては、磁気抵抗素子（いわゆるＭＲセンサ）や、磁気インピーダンス素子（いわゆるＭＩセンサ）を使用することも可能であるが、ホールＩＣを使用するとコスト面で有利であり、また耐熱性を確保しやすい。
【００３３】
この磁気式荷重センサは、フランジ部材１の荷重受け部６に軸方向荷重が入力されると、その軸方向荷重によりフランジ部材１の円環板部５がその外径側部分を支点として軸方向にたわみ（図２の鎖線参照）、そのたわみにより磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対位置が変化し、その相対位置の変化に応じて磁気センサ４の出力信号が変化する。そのため、フランジ部材１に作用する軸方向荷重の大きさと、磁気センサ４の出力信号との関係を予め把握しておくことにより、磁気センサ４の出力信号に基づいてフランジ部材１に作用する軸方向荷重の大きさを検出することができる。
【００３４】
ここで、磁気式荷重センサに軸方向荷重が入力されたときに、その荷重はフランジ部材１に作用してフランジ部材１をたわませるが、磁気センサ４には作用しない。そのため、衝撃荷重や軸方向に対して斜め方向の荷重が加わっても磁気センサ４が故障しにくく、高い耐久性を確保することができる。
【００３５】
また、この磁気式荷重センサは、フランジ部材１の局部の歪みではなく、フランジ部材１の変形量から軸方向荷重を検出するので、フランジ部材１の温度変化や温度分布のばらつきによる影響を受けにくく、高い精度で軸方向荷重の大きさを検出することが可能である。
【００３６】
図１〜図３では、フランジ部材１に磁気ターゲット３を固定し、支持部材２に磁気センサ４を固定しているが、この磁気ターゲット３と磁気センサ４の関係を反対にしてもよい。すなわち、図４に示すように、フランジ部材１の筒部７の外径面に磁気センサ４を固定し、支持部材２の内径面に磁気ターゲット３を固定してもよい。
【００３７】
フランジ部材１に軸方向荷重を入力したとき、フランジ部材１には主にせん断荷重が作用し、支持部材２には主に圧縮荷重が作用する。そして、磁気ターゲット３は、フランジ部材１に作用するせん断荷重によって変位する一方、磁気センサ４は、支持部材２に作用する圧縮荷重によってはほとんど変位せず、この磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対変位によって軸方向荷重の検出が可能となっている。
【００３８】
フランジ部材１に軸方向荷重を入力したときの磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対位置の変化量は極めて小さい。例えば、フランジ部材１に入力される軸方向荷重の大きさが３０ｋＮのとき、磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対位置の変化量は軸方向に０．１ｍｍ程度と極めて微小であるが、上記磁気式荷重センサは、複数の永久磁石１３を反対の磁極が磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対変位方向に並ぶように配置し、その隣り合う磁極の境目の近傍に磁気センサ４を配置しているので、磁気センサ４の出力信号が、磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対位置の変化に対して急峻に変化し、磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対位置の変化量を高精度に検出することができる。
【００３９】
例えば、上記磁気ターゲット３と磁気センサ４にかえて、単一コイルによるリラクタンス変化を利用するギャップセンサを利用した場合、センサの分解能の不足により、フランジ部材１のたわみの大きさを高精度に検出することができない。そこで、フランジ部材１にかえて、剛性が低い部材（すなわち荷重が作用すると大きく変形する性質をもつコイルばねのような部材）を用いることが考えられるが、このようにすると、例えば荷重センサを電動ブレーキに組み込んだ場合、電動ブレーキの応答性を損なう問題が生じる。この問題を解消するためには複雑な変位拡大機構が必要となり、ヒステリシス誤差の発生や製造コストの増加に繋がる。これに対し、上記磁気式荷重センサでは、磁気センサ４の出力信号が、磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対位置の変化に対して急峻に変化するので、磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対位置の変化量を高精度に検出することができる。
【００４０】
また、この磁気式荷重センサは、フランジ部材１に支持部材２の内径面と対向する筒部７を設け、その筒部７の外径面に磁気ターゲット３を固定し、フランジ部材１の内径面に磁気センサ４を固定しているので、磁気ターゲット３と磁気センサ４の径方向の相対位置の精度を容易に確保することができる。
【００４１】
また、この磁気式荷重センサは、フランジ部材１と支持部材２の周方向の相対位置を位置決めピン１６で固定するようにしているので、磁気ターゲット３と磁気センサ４の周方向の相対位置の精度を確保するのが容易である。
【００４２】
また、この磁気式荷重センサは、フランジ部材１と支持部材２とを同一の線膨張係数をもつ材料で形成しているので、温度上昇したときにフランジ部材１と支持部材２とが同じ割合で熱膨張する。そのため、温度変化による磁気ターゲット３と磁気センサ４の軸方向の相対変位が生じにくく、検出精度が安定している。
【００４３】
上記磁気ターゲット３と磁気センサ４にかえて静電容量センサを用いると、高温または低温条件に対応するには複雑な防湿構造が必要となるため、製造コストが高価になる。また、電気的ノイズを除去するためには複雑な絶縁構造やセンサ駆動回路、またはカットオフ周波数の低いローパスフィルタが必要となるため、コストが増加する問題が生じる。これに対し、上記磁気式荷重センサでは、複雑な防湿構造が不要であり、また、電気的ノイズを除去するための複雑な絶縁構造が不要である。
【００４４】
上記磁気ターゲット３と磁気センサ４にかえて、レーザ変位センサを用いると、油脂類などに対するシール構造が必要となり、またセンサの設置条件も制限される。これに対し、上記磁気式荷重センサでは、油脂類などに対するシール構造が不要である。
【００４５】
磁気センサ４の出力は電圧出力のほか、電流などの他のアナログ出力としてもよく、ＰＷＭデューティ比やシリアル・パラレル通信などの所定プロトコルに準ずるディジタル出力でもよい。
【００４６】
図５に、この発明の第２実施形態の磁気式荷重センサを示す。以下、第１実施形態に対応する部分は同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
フランジ部材１と支持部材２は、円筒状のハウジング２０に嵌め込んで収容されている。ハウジング２０の一端には底板２１が設けられ、この底板２１によって、支持部材２のフランジ部材１と対向する側とは反対側の面が支持されている。フランジ部材１は円環板部５の外周縁をかしめることにより、フランジ部材１には軸方向の予圧が付与されるとともに、ハウジング２０から抜け止めされている。このようにフランジ部材１に軸方向の予圧を付与しておくと、荷重がゼロに近い状態においてもその荷重を安定して検出することができる。
【００４８】
図６に、この発明の第３実施形態の磁気式荷重センサを示す。支持部材２は、フランジ部材１と対向する円環板部８と、円環板部８のフランジ部材１と対向する側の面の外径側部分に隆起して形成された環状の支持段部９と、支持段部９の更に外径側に形成された筒状の嵌合部１０とからなる。筒状の嵌合部１０の内周には雌ねじ２２が形成され、その雌ねじ２２に雄ねじ部材２３がねじ係合している。雄ねじ部材２３は、フランジ部材１の荷重受け部６を貫通させるリング状に形成され、フランジ部材１の外径側部分を軸方向に締め付けて、軸方向の予圧を付与している。このようにフランジ部材１に軸方向の予圧を付与しておくと、荷重がゼロに近い状態においてもその荷重を安定して検出することができる。
【００４９】
図７に、この発明の第４実施形態の磁気式荷重センサを示す。フランジ部材１と支持部材２は円筒状のハウジング２４に収容されている。ハウジング２４には潤滑剤を含浸した滑り軸受２５が挿入され、その滑り軸受２５内にフランジ部材１と支持部材２とが軸方向に摺動可能に挿入されている。ハウジング２４の下端には、底板２６がねじ止めにより固定されており、この底板２６で、支持部材２のフランジ部材１と対向する側とは反対側の面が支持されている。ハウジング２４の上端には蓋板２７がねじ止めにより固定され、この蓋板２７とフランジ部材１の間に軸方向に圧縮した状態で予圧ばね２８が組み込まれている。予圧ばね２８は、フランジ部材１の外径側部分を支持段部９に向けて押圧することによりフランジ部材１の位置を固定している。滑り軸受２５にかえてガイド用ボールを有するリニアボールガイド（図示せず）を用いてもよい。この実施形態においても、フランジ部材１に軸方向の予圧が付与されているので、荷重がゼロに近い状態において、荷重を安定して検出することができる。
【００５０】
図８に、この発明の第５実施形態の磁気式荷重センサを示す。支持部材２は、フランジ部材１に対向する側とは反対側の面の内径側部分に環状突起２９を有し、この環状突起２９で支持部材２が支持されるようになっている。このようにすると、フランジ部材１に軸方向荷重が入力されたときに、フランジ部材１だけでなく支持部材２にもたわみが生じ、その両部材１，２のたわみにより磁気ターゲット３と磁気センサ４が相対変位するので、荷重検出の分解能を高めることができる。
【００５１】
図９に、この発明の第６実施形態の磁気式荷重センサを示す。この磁気式荷重センサは、第５実施形態の磁気式荷重センサの内径側と外径側を反対にした構成のものである。図９において、フランジ部材１の内径側部分は支持部材２で支持されている。支持部材２の外径側部分には、フランジ部材１の外径面と対向する内径面をもつ筒部７が形成されている。磁気ターゲット３はフランジ部材１の外径面に固定され、磁気センサ４は筒部７の内径面に固定されている。
【００５２】
そして、支持部材２は、フランジ部材１に対向する側とは反対側の面の外径側部分に環状突起２９を有し、その環状突起２９で支持部材２が支持されるようになっている。このようにしても、フランジ部材１に軸方向荷重が入力されたときに、フランジ部材１だけでなく支持部材２にもたわみが生じ、その両部材のたわみにより磁気ターゲット３と磁気センサ４が相対変位するので、荷重検出の分解能を高めることができる。
【００５３】
図１０に、この発明の第７実施形態の磁気式荷重センサを示す。フランジ部材１の荷重受け部６には、フランジ部材１の中心軸線Ｌ上に中心をもつ球面３０が形成されている。このようにすると、軸方向に対して斜め方向の荷重が入力されたときにも、フランジ部材１に対する荷重の作用点がフランジ部材１の中心軸線Ｌに近くなり、フランジ部材１が均一にたわむので、荷重の検出精度が安定する。
【００５４】
図１１、図１２に、この発明の第８実施形態の磁気式荷重センサを示す。この磁気式荷重センサは、磁気ターゲット３と磁気センサ４を複数組（図では２組）有し、その磁気ターゲット３と磁気センサ４が、フランジ部材１の中心軸線Ｌを中心とする同一円周上に周方向に等間隔に配置されている。このようにすると、図１３に示すように、各組の磁気センサ４の出力信号の差分（Ｖｓ１−Ｖｓ２）と、荷重Ｆの入力角度θｆとの関係を予め把握しておくことにより、軸方向に対して斜め方向の荷重Ｆが入力されたときに、それぞれの磁気センサ４の出力信号の差分（Ｖｓ１−Ｖｓ２）に基づいて、軸方向を基準とする荷重Ｆの入力角度θｆを推定することが可能となる。そして、その推定した入力角度θｆに基づいて入力荷重Ｆの軸方向成分の大きさを得ることも可能となる。
【００５５】
この第８実施形態において、図１２に示すように、各磁気センサ４に対応して個々に磁気ターゲット３を設けてもよく、図１４に示すように、筒部７の外周を全周にわたって連続するリング状の磁気ターゲット３を設けてもよい。図１４に示すようなリング状の磁気ターゲット３を採用すると、フランジ部材１と支持部材２の周方向の相対位置を管理する必要がなくなり、組み立て作業性が向上する。
【００５６】
図１５に、入力された軸方向荷重Ｆを、磁気センサ４の出力信号Ｖｓから推定する方法を示す。まず、永久磁石１３が発生する磁界Ｂと温度Ｔの関係を予め把握しておき、その関係に基づいて、磁気センサ４の出力信号Ｖｓを補正する（ステップＳ１）。次に、補正後のセンサ出力Ｖｓに基づいて、磁気センサ４と磁気ターゲット３の相対変位Δｘを推定する（ステップＳ２）。その後、その相対変位Δｘに基づいて軸方向荷重Ｆの大きさを演算する（ステップＳ３）。このように、磁気ターゲット３の温度に対する磁気特性を補償することにより、最終的に温度条件に依存しない荷重推定が可能となる。温度補償の手段として、例えばホールＩＣのような、予め温度補償機能を有する磁気センサ４を使用し、その磁気センサ４の出力から荷重を推定してもよい。
【００５７】
上記各実施形態では、フランジ部材１と支持部材２の周方向の相対位置を固定する手段として位置決めピン１６を例に挙げて説明したが、位置決めピンにかえて、図１６、図１７に示すようなキー結合を採用してもよい。図１６、図１７において、フランジ部材１の外周には軸方向に延びるキー溝１７が形成され、支持部材２の嵌合部１０の内周には軸方向に延びるキー突起１８が形成され、キー突起１８がキー溝１７に嵌合している。キー溝１７とキー突起１８は、両者が嵌合したときに磁気ターゲット３の周方向位置と磁気センサ４の周方向位置とが合致するように配置されている。図１６、図１７に示す実施形態の変形例として、フランジ部材１の外周と支持部材２の嵌合部１０の内周にそれぞれキー溝を形成し、その両キー溝に共通のキー部材を嵌合させるようにしてもよい。また、キー結合のほか、セレーション結合、軸方向対向面での凹凸結合などを採用することもできる。
【００５８】
また、上記各実施形態では、磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対位置の変化量を高精度に検出するため、磁気ターゲット３の磁化方向が磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対変位方向と直交するように磁石を配置したが、図１８に示すように、磁気ターゲット３の磁化方向が磁気ターゲット３と磁気センサ４の相対変位方向と平行となるように磁気ターゲット３を配置し、その磁気ターゲット３の近傍に磁気センサ４を配置してもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１        フランジ部材
２        支持部材
３        磁気ターゲット
４        磁気センサ
７        筒部
１３      永久磁石
１６      位置決めピン
１７      キー溝
１８      キー突起
２９      環状突起
３０      球面
Ｌ        中心軸線
【図１】
0005735882.tif 000002
【図２】
0005735882.tif 000003
【図３】
0005735882.tif 000004
【図４】
0005735882.tif 000005
【図５】
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【図６】
0005735882.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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