(57)【要約】【課題】温度特性を向上した荷重センサおよびその製造方法を提供する。【解決手段】荷重によって歪む本体部１と、前記本体部１の外周部に密着して前記本体部の歪みに応じて磁気特性が変化するめっき膜２と、前記めっき膜２と閉磁路を形成するように構成された磁性体ヨーク３と、前記磁性体ヨーク３に巻き回したコイル４とから構成される荷重センサであって、前記本体部１と磁性体ヨーク３の溶接が、本体部の四隅にて行なわれ、前記本体部の四隅にて行なわれた溶接の溶接部５の端部、および磁性体ヨーク３の端部は、少なくとも、本体部１の荷重を受ける面の面内領域の内側に位置された荷重センサとする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷重によって歪む本体部と、前記本体部の外周部に密着して前記本体部の歪みに応じて磁気特性が変化する磁性材と、前記磁性材と閉磁路を形成するように構成された磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークに巻き回したコイルとから構成される荷重センサにおいて、前記本体部と磁性体ヨークの溶接が、本体部の四隅にて行なわれてなることを特徴とする荷重センサ。
【請求項２】
前記本体部の四隅にて行なわれた溶接の溶接しろの端部、および磁性体ヨークの端部は、少なくとも、本体部の荷重を受ける面の面内領域の内側に位置されたことを特徴とする請求項１に記載の荷重センサ。
【請求項３】
荷重によって歪む本体部と、前記本体部の外周部に密着して前記本体部の歪みに応じて磁気特性が変化する磁性材と、前記磁性材と閉磁路を形成するように構成された磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークにコイルを巻き回して成る荷重センサの製造方法において、前記本体部と磁性体ヨークの溶接を、本体部の四隅にて行ない、かつ、前記本体部の四隅にて行なう溶接の溶接しろの端部、および磁性体ヨークの端部を、少なくとも、本体部の荷重を受ける面の面内領域の内側に位置することを特徴とする荷重センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、産業機器、家電機器等にて荷重を検出する荷重センサに好適な、荷重センサおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性材料の磁気特性、特に透磁率が外部応力によって変化する磁気弾性効果を利用した荷重センサは、既に多く開発されている。
【０００３】
従来の技術における一例として、特許文献１に、荷重によって歪む角柱状の本体部と、前記本体部の外周部に密着しており、前記本体の歪みに応じて磁気特性が変化する磁性材と、前記磁性材と閉磁路を形成するように構成された磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークに巻き回した、前記磁材の磁気特性の変化を電気的なインダクタンスに変換するコイルとから荷重センサを構成することによって、該荷重センサの磁気回路を閉磁路とすることが記載されている。
【０００４】
【特許文献】
特開平１１−２２３５６５号公報
【０００５】
図２は、従来例の荷重センサの外観斜視図である。従来の荷重センサは、荷重が加わった時、前記磁性材および前記磁性体ヨークの磁気弾性効果によりインダクタンスが変化することを利用したものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の構成の場合では、前記磁性体ヨークと前記磁性材が溶接辺全体に溶接を行っていたため、磁性体ヨークが熱歪みの影響を、溶接部分から受けることにより、温度変化に対するセンサの精度が悪いものとなっていた。本体部と磁性体ヨークの熱膨張係数の差異に起因し、温度変化により生じる歪みと、本体部に荷重が印加され変形したことにより生じる荷重歪みとを区別しづらく、温度変化に対するセンサの精度に問題があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、温度特性を向上した荷重センサおよびその製造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
荷重によって歪む本体部と、前記本体部の外周部に密着して前記本体部の歪みに応じて磁気特性が変化する磁性材と、前記磁性材と閉磁路を形成するように構成された磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークに巻き回した、前記磁性材の磁気特性の変化を電気的なインダクタンスに変換するコイルとから成る荷重センサにおいて、前記本体部と磁性体ヨークの溶接を、本体部の四隅にて行うことを特徴とする荷重センサであって、温度変化による本体部と磁性体ヨークの熱膨張係数の差異に起因し、生じる歪みを逃がすことにより、温度特性の精度を向上させるものである。
【０００９】
即ち、本発明は、荷重によって歪む本体部と、前記本体部の外周部に密着して前記本体部の歪みに応じて磁気特性が変化する磁性材と、前記磁性材と閉磁路を形成するように構成された磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークに巻き回したコイルとから構成される荷重センサにおいて、前記本体部と磁性体ヨークの溶接が、本体部の四隅にて行なわれてなる荷重センサである。
【００１０】
また、本発明は、前記本体部の四隅にて行なわれた溶接の溶接しろの端部、および磁性体ヨークの端部は、少なくとも、本体部の荷重を受ける面の面内領域の内側に位置された荷重センサである。
【００１１】
また、本発明は、荷重によって歪む本体部と、前記本体部の外周部に密着して前記本体部の歪みに応じて磁気特性が変化する磁性材と、前記磁性材と閉磁路を形成するように構成された磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークにコイルを巻き回して成る荷重センサの製造方法において、前記本体部と磁性体ヨークの溶接を、本体部の四隅にて行ない、かつ、前記本体部の四隅にて行なう溶接の溶接しろの端部、および磁性体ヨークの端部を、少なくとも、本体部の荷重を受ける面の面内領域の内側に位置する荷重センサの製造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による荷重センサおよびその製造方法について、以下に説明する。
【００１３】
本発明の荷重センサは、磁性体ヨークをめっきにて形成した磁性材表面に密着固定させる。具体的な固定法としては、電気溶接、アーク溶接、レーザー溶接などがある。このような溶接方法にて、磁性体ヨークと本体部表面の磁性材とをエアーギャップなしに接合することで、最大のインダクタンスを検出することが可能になる。
【００１４】
また、温度変化による物質の熱膨張は、線膨張係数αを用いて次式（１）で示される。
ｄｌ／ｌ＝α・ｄＴ  ・・・・・・・・・（１）
ここで、ｄＴは温度変化、ｄｌ／ｌは長さｌに対する線膨張の割合を示す。
【００１５】
本体部の体積が磁性体ヨークに比べ十分に大きい場合は、磁性体ヨークと本体部とが密着している限り、磁性体ヨークの熱膨張による寸法変化は、本体部の寸法変化に従属させられる。このため、本体部と磁性体ヨークが密着した状態で周囲温度が変化すると、線膨張の割合が異なっているため、磁性体ヨークには熱による応力Ｎが加わり、熱による線膨張係数の差に相当する歪みσが生じる。
【００１６】
磁性体ヨークのヤング率Ｅとすると、これらは、次式（２）の関係式で示される。
Ｎ＝Ｅ・σ  ・・・・・・・・・・（２）
【００１７】
本発明においては、前記本体部と磁性体ヨークの溶接を、本体部の四隅にて行うことによって、本体部と磁性材との熱膨張係数の差異に起因する熱歪みによる特性劣化の改善を図るものである。
【００１８】
【実施例】
本発明の実施例による荷重センサおよびその製造方法について説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施例による荷重センサの外観斜視図を示す図である。本実施例および従来例における荷重センサの角柱に、本体部１の全表面に電気めっきによって、Ｆｅ５０ｗｔ％−Ｎｉ５０ｗｔ％の高磁歪パーマロイから成るめっき膜２を設けた構成になっている。
【００２０】
磁性体ヨーク３には、高透磁率のＰＣパーマロイを用いた。しかし、磁性体ヨーク３の形状は、図１および図２に示す形に限定されるものではなく、本体部に溶接接合する際の都合により変更できる。コイル４は、磁性体ヨーク３に耐熱性のカプトンテープを巻いた上に巻かれている。この磁性体ヨーク３を、図１における本実施例においては四隅でレーザー溶接し、図２における従来例においては、対抗する２辺でレーザー溶接して、各々本体部１に固定した。なお、図１および図２において、溶接部５の違いを示す。
【００２１】
次に、センサの動作を説明する。精密機械強度試験機を使って荷重を掛けた。精密機械強度試験機では、±２ｋｇｆ／ｃｍ２の精度で荷重を制御し、目的の荷重に達したところで保持することで、その荷重に対応したセンサのインダクタンスを測定した。荷重は最大で４００ｋｇｆ／ｃｍ２印加した。そのインダクタンスの変化を図３に示す。最大荷重４００ｋｇｆ／ｃｍ２に対して、センサのインダクタンスは、比較例においては、１０００μＨから７１８μＨまで２８％低下したのに対して、実施例においては、１０００μＨから７０２μＨまで３０％低下した。これだけ見ると、従来例と実施例には、殆ど差が見られない。
【００２２】
次に、恒温槽を用いて環境温度を２０℃〜１４０℃まで変化させた場合の無荷重でのインダクタンスの変化を各々測定した。これらの結果を図４に示す。実施例では、本体部と磁性体ヨークとの熱膨張率が異なるため温度変化による熱歪みの影響を大きく受け、１４０℃になると室温時に比ベインダクタンスは１２％上昇しており、図３に示した結果と比べると約１００ｋｇｆ／ｃｍ２の荷重分が誤差として測定される事に相当している。これに対し実施例での上昇率は、５％以下に留まっており、温度変化による測定誤差は約３０ｋｇｆ／ｃｍ２となって比較例の１／３以下となる。つまり、本発明の構成を使うことによって、今までにない高精度の計測を可能にするものである。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、荷重によって歪む本体部と、前記本体部の外周部に密着して前記本体部の歪みに応じて磁気特性が変化する磁性材と、前記磁性材と閉磁路を形成するように構成された磁性体ヨークと、前記磁性体ヨークに巻き回した、前記磁性材の磁気特性の変化を電気的なインダクタンスに変換するコイルとから成る荷重センサにおいて、前記本体部と磁性体ヨークの溶接を、本体部の四隅にて行うことによって、温度特性の向上を図った荷重センサおよびその製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例による荷重センサの外観斜視図。
【図２】従来例の荷重センサの外観斜視図を示す図。
【図３】本発明の実施例による荷重センサのインダクタンスの印加荷重に対する変化を示す図。
【図４】本発明の実施例による荷重センサのインダクタンスの温度変化に対する変化を示す図。
【符号の説明】
１    本体部
２    めっき膜
３    磁性体ヨーク
４    コイル
５    溶接部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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