(57)【要約】【課題】高感度であって、且つセンサ精度が改善された荷重センサおよび荷重検出方法を提供する。【解決手段】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形成された、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、前記めっき膜２を磁気飽和させた後、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４とから成る荷重センサであって、少なくとも前記めっき膜２の保磁力より大きく、飽和磁束密度に達する迄の大きさで、前記コイル４から直流磁場を印加することによって動作点を残留磁束密度に固定する荷重センサとする。【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形成された、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、前記磁性材を磁気飽和させた後、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であって、少なくとも前記磁性材の保磁力より大きく、飽和磁束密度に達する迄の大きさで、前記コイルからまたは別途設けたコイルを用いて直流磁場を印加することによって動作点を残留磁束密度に固定することを特徴とする荷重センサ。
【請求項２】
請求項１記載の荷重センサにおいて、磁性材および磁性体ヨークをパーマロイで構成し、残留磁束密度を０．１Ｔ以上に設定したことを特徴とする荷重センサ。
【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形成された、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、前記磁性材を磁気飽和させた後、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検出方法であって、少なくとも前記磁性材の保磁力より大きく、飽和磁束密度に達する迄の大きさで、前記コイルからまたは別途設けたコイルを用いて直流磁場を印加することによって動作点を残留磁束密度に固定することを特徴とする荷重検出方法。
【請求項４】
請求項３記載の荷重検出方法において、磁性材および磁性体ヨークをパーマロイで構成し、残留磁束密度を０．１Ｔ以上に設定したことを特徴とする荷重検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷重センサに係るもので、特に外部応力によって特性が変化する磁性材料の磁気弾性効果を利用した荷重センサおよび荷重検出方法に関する。
【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。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センサが記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２２３５６５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、センサ精度は、まだ十分なものとはいえなかった。その原因としては、外部からの磁場により、センサの磁性材が磁気的な影響を受けていることが挙げられる。磁性材の初期磁化曲線上のゼロ点付近の初期透磁率を利用しているが、初期透磁率は外部磁界により大きく変化するため、磁気外乱によりセンサの感度が変化するという問題があった。
【０００５】
本発明の目的は、高感度であって、且つセンサ精度が改善された荷重センサおよび荷重検出方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
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、少なくとも前記磁性材の保磁力より大きい、前記コイルからの直流磁場を印加することによって、センサ精度を向上させる。
【０００７】
本発明においては、前記の磁化方向の変化を抑える目的で、荷重を印加する前に、予め前記磁性材の保磁力より大きい、前記コイルからの直流磁場を印加して、前記磁性材を残留磁束密度に動作点を設定し、外部磁界があっても透磁率が一定に保たれるようにして、センサ精度を向上させることができる。
【０００８】
なお、以下に示す実施例においては、磁性材の保磁力と、コイルからの直流磁場を、具体的な数値をもって示しているが、これらの数値に特に限定されるものではなく、
磁性材の保磁力＜コイルからの直流磁場・・・・・・・・（１）
という関係式（１）が、成立していればよい。
【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形成された、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、前記磁性材を磁気飽和させた後、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であって、少なくとも前記磁性材の保磁力より大きく、飽和磁束密度に達する迄の大きさで、前記コイルからまたは別途設けたコイルを用いて直流磁場を印加することによって動作点を残留磁束密度に固定する荷重センサである。
【００１０】
また、本発明は、前記荷重センサにおいて、磁性材および磁性体ヨークをパーマロイで構成し、残留磁束密度を０．１Ｔ以上に設定し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形成された、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、前記磁性材を磁気飽和させた後、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検出方法であって、少なくとも前記磁性材の保磁力より大きく、飽和磁束密度に達する迄の大きさで、前記コイルからまたは別途設けたコイルを用いて直流磁場を印加することによって動作点を残留磁束密度に固定する荷重検出方法である。
【００１２】
また、本発明は、前記荷重検出方法において、磁性材および磁性体ヨークをパーマロイで構成し、残留磁束密度を０．１Ｔ以上に設定した荷重検出方法である。
【００１３】
【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荷重検出方法について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態による荷重センサの説明図である。荷重センサの角柱の本体部１は、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。なお、本体部１は、角柱に限定されず、断面円形、台形等の柱状体、テーパのついた柱状体等、適宜使用が可能である。
【００１５】
磁性体ヨーク３には、高透磁率のＰＣパーマロイを用いた。磁性体ヨーク３の形状は図１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、本体部１に完全に接する２辺をレーザー溶接し、本体部１に固定した。なお、磁性体ヨーク３の保磁力は、０．０７９×１０３ＡＴ／ｍ（１．０Ｏｅ）であった。
【００１６】
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。荷重の印加方法は、本実施例および従来例と共に、直接荷重センサの加圧面に印加した。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。本実施例では、前記の荷重を掛ける前に、予めコイル４に直流磁場が０．７９０×１０３ＡＴ／ｍ（１０Ｏｅ）となるように電流を流し、従来例においては、コイル４に電流を流さなかった。
【００１７】
図３は、本発明の荷重センサの磁性材のＢ−Ｈ曲線（メジャーループ）の説明図である。図３に示すように、コイルに流す磁場を０．７９０×１０３ＡＴ／ｍ（１０Ｏｅ）からゼロにもどすと、磁性材のＢ−Ｈ曲線にそって磁束密度が変わり、約０．２Ｔの残留磁束密度の点が動作点となり、ほぼ一定の傾きとなる。また、初期磁化曲線上の初透磁率より大きな透磁率となる。
【００１８】
図４は、本発明の荷重センサの磁性材のＢ−Ｈ曲線（マイナーループ）の説明図である。図４に示すように、印加した直流磁場の大きさを０．１５８×１０３ＡＴ／ｍ（２Ｏｅ）まで小さくすると、残留磁束密度は約１Ｔとなり、動作点である残留磁束密度の微分透磁率はメジャーループの残留磁束密度の場合とほぼ等しいため、図２と同様の特性を得ることが出来た。
【００１９】
図２は、本発明の実施例と従来例に基づく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である。荷重は最大で４００ｋｇｆ／ｃｍ２印加した。最大荷重４００ｋｇｆ／ｃｍ２に対して、センサのインダクタンスは、従来例においては１０５０μＨから７３５μＨまで３０％低下したのに対して、実施例においては、１０５０μＨから６９３μＨまで３４％低下した。即ち、コイル４からの直流磁場を印加することによって、センサ精度を向上させることができた。
【００２０】
【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、前記磁性材の保磁力より大きい、前記コイルからの直流磁場を印加し、動作点を残留磁束密度に設定することによって、より高感度の荷重センサおよび荷重検出方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による荷重センサの説明図。
【図２】本発明の実施例と従来例に基づく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３】本発明の荷重センサの磁性材のＢ−Ｈ曲線（メジャーループ）の説明図。
【図４】本発明の荷重センサの磁性材のＢ−Ｈ曲線（マイナーループ）の説明図。
【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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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