(57)【要約】【課題】装置の簡素化を実現しつつ、同時に、荷重の変化を高感度で検出することができる荷重測定装置を提供する。【解決手段】荷重測定装置１０は、ベース１２の底面１２Ａ上に立設された、磁歪部材を有してなる略棒状の超磁歪ロッド１４と、この超磁歪ロッド１４によって支持された載置台１６と、超磁歪ロッド１４の外周を囲むように配設されたピックアップコイル１８と、を有して構成されている。そして、載置台１６に印加される荷重の変化を、超磁歪ロッド１４の変形に基づく透磁率又は残留磁化量の変化として検出するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース上に立設された、磁歪部材を有してなる略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドによって支持された載置台と、前記磁歪ロッドの伸縮による透磁率又は残留磁化量の変化を検出するための検出手段と、を有してなり、前記載置台に印加される荷重の変化を、前記磁歪ロッドの変形に基づく前記透磁率又は残留磁化量の変化として検出するようにしたことを特徴とする荷重測定装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記ベース及び載置台は、略盆状体からなり、且つ、それぞれの開口部が対向する状態で入れ子筒状に配設されていることを特徴とする荷重測定装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記ベースと前記載置台の摺動部に潤滑剤を塗布したことを特徴とする荷重測定装置。
【請求項４】
請求項２又は３において、
前記ベースと前記載置台の摺動部の隙間に弾性体を配設したことを特徴とする荷重測定装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記磁歪ロッドを前記ベース上に複数平行に並べて配置し、且つ、各磁歪ロッドにおける透磁率又は残留磁化量の変化量の総和に基づいて荷重の変化を検出するようにしたことを特徴とする荷重測定装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記複数の磁歪ロッドを、隣り合う２つの磁歪ロッド間の距離が略一定となるように同心円上に配置したことを特徴とする荷重測定装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記複数の磁歪ロッドは３つの磁歪ロッドによって構成されていることを特徴とする荷重測定装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記ベース及び前記載置台の間に、前記磁歪ロッドの軸方向に予荷重を印加するためのばねを配設したことを特徴とする荷重測定装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記磁歪ロッドの軸方向両端にスチール板を配設したことを特徴とする荷重測定装置。
【請求項１０】
請求項１乃至９のいずれかにおいて、
前記載置台に荷重の測定結果を表示するための表示装置を配設したことを特徴とする荷重測定装置。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
前記検出手段は前記磁歪ロッドの外周を囲むように配設されたピックアップコイルを含み、前記透磁率又は残留磁化量の変化を前記ピックアップコイルのインダクタンス値の変化として検出するようにしたことを特徴とする荷重測定装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
前記検出手段はホール素子を含み、前記透磁率又は残留磁化量の変化を前記ホール素子の起電力変化として検出するようにしたことを特徴とする荷重測定装置。
【請求項１３】
請求項１乃至１０のいずれかにおいて、
前記検出手段は磁気抵抗効果素子を含み、前記透磁率又は残留磁化量の変化を前記磁気抵抗効果素子の起電力変化として検出するようにしたことを特徴とする荷重測定装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３のいずれかにおいて、
前記磁歪部材は、ＲＴ２の組成を有する磁歪素子からなることを特徴とする荷重測定装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれかにおいて、
前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする荷重測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪部材を用いた荷重測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、荷重測定装置として、各種スプリングや、合成樹脂のブロック、ゴムなどの弾性体を機械的に組み合わせた装置や、歪みゲージを備えたロードセル方式の装置などが広く知られている（例えば、特許文献１及び２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２９６１００号公報
【特許文献２】特開２００３−１４９０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これら従来公知の荷重測定装置において荷重を測定するには、荷重によって弾性体や歪みゲージに大きな変形を与える必要があるため、変形量に応じた所定のスペースが必要で、装置の小型化が困難であるといった問題点があった。又、荷重に対する強度を確保するためには所定の剛性が必要とされるため、検出感度の向上には限界があった。
【０００５】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、装置の簡素化を実現しつつ、同時に、荷重変化を高感度で検出することができる荷重測定装置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】
【０００６】
本発明の発明者は、鋭意研究の結果、装置の簡素化を実現しつつ、同時に、荷重変化を高感度で検出することができる荷重測定装置を見出した。
【０００７】
即ち、次のような本発明により、上記目的を達成することができる。
【０００８】
（１）ベース上に立設された、磁歪部材を有してなる略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドによって支持された載置台と、前記磁歪ロッドの伸縮による透磁率又は残留磁化量の変化を検出するための検出手段と、を有してなり、前記載置台に印加される荷重の変化を、前記磁歪ロッドの変形に基づく前記透磁率又は残留磁化量の変化として検出するようにしたことを特徴とする荷重測定装置。
【０００９】
（２）前記ベース及び載置台は、略盆状体からなり、且つ、それぞれの開口部が対向する状態で入れ子筒状に配設されていることを特徴とする前記（１）記載の荷重測定装置。
【００１０】
（３）前記ベースと前記載置台の摺動部に潤滑剤を塗布したことを特徴とする前記（２）記載の荷重測定装置。
【００１１】
（４）前記ベースと前記載置台の摺動部の隙間に弾性体を配設したことを特徴とする前記（２）又は（３）記載の荷重測定装置。
【００１２】
（５）前記磁歪ロッドを前記ベース上に複数平行に並べて配置し、且つ、各磁歪ロッドにおける透磁率又は残留磁化量の変化量の総和に基づいて荷重の変化を検出するようにしたことを特徴とする前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の荷重測定装置。
【００１３】
（６）前記複数の磁歪ロッドを、隣り合う２つの磁歪ロッド間の距離が略一定となるように同心円上に配置したことを特徴とする前記（５）記載の荷重測定装置。
【００１４】
（７）前記複数の磁歪ロッドは３つの磁歪ロッドによって構成されていることを特徴とする前記（６）記載の荷重測定装置。
【００１５】
（８）前記ベース及び前記載置台の間に、前記磁歪ロッドの軸方向に予荷重を印加するためのばねを配設したことを特徴とする前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の荷重測定装置。
【００１６】
（９）前記磁歪ロッドの軸方向両端にスチール板を配設したことを特徴とする前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の荷重測定装置。
【００１７】
（１０）前記載置台に荷重の測定結果を表示するための表示装置を配設したことを特徴とする前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の荷重測定装置。
【００１８】
（１１）前記検出手段は前記磁歪ロッドの外周を囲むように配設されたピックアップコイルを含み、前記透磁率又は残留磁化量の変化を前記ピックアップコイルのインダクタンス値の変化として検出するようにしたことを特徴とする前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の荷重測定装置。
【００１９】
（１２）前記検出手段はホール素子を含み、前記透磁率又は残留磁化量の変化を前記ホール素子の起電力変化として検出するようにしたことを特徴とする前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の荷重測定装置。
【００２０】
（１３）前記検出手段は磁気抵抗効果素子を含み、前記透磁率又は残留磁化量の変化を前記磁気抵抗効果素子の起電力変化として検出するようにしたことを特徴とする前記（１）乃至（１０）のいずれかに記載の荷重測定装置。
【００２１】
（１４）前記磁歪部材は、ＲＴ２の組成を有する磁歪素子からなることを特徴とする前記（１）乃至（１３）のいずれかに記載の荷重測定装置。
【００２２】
（１５）前記磁歪部材は、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材からなることを特徴とする前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の荷重測定装置。
【発明の効果】
【００２３】
本発明に係る荷重測定装置によれば、装置の簡素化を実現しつつ、同時に、荷重変化を高感度で検出することができるという優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明に係る荷重測定装置は、ベース上に立設された、磁歪部材を有してなる略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドによって支持された載置台と、前記磁歪ロッドの伸縮による透磁率又は残留磁化量の変化を検出するための検出手段と、を有してなり、前記載置台に印加される荷重の変化を、前記磁歪ロッドの変形に基づく前記透磁率又は残留磁化量の変化として検出するようにしたことによって、上記課題を解決したものである。
【実施例１】
【００２５】
以下、図１及び図２を用いて、本発明の実施例１に係る荷重測定装置１０について説明する。
【００２６】
図に示されるように、実施例１に係る荷重測定装置１０は、平面視が円形の略盆状体からなるベース１２と、このベース１２の内側空間内においてベース１２の底面１２Ａ上に立設された、超磁歪部材を有してなる略棒状の超磁歪ロッド１４と、この超磁歪ロッド１４によって支持された載置台１６と、超磁歪ロッド１４の外周を囲むように配設されたピックアップコイル（検出手段）１８と、を有して構成されている。なお、本実施例１におけるベース１２及び載置台１６は、非磁性ステンレスによって成形されている。
【００２７】
載置台１６は、ベース１２の外径よりも大きな内径を有する略盆状体からなる。この載置台１６は、その開口部をベース１２側に向けてベース１２に対して入れ子筒状に配設されており、ベース１２に対して上下方向に摺動可能な構造となっている。又、ベース１２と載置台１６の摺動部の隙間にはゴム（弾性体）２０が配設されている。更に、ベース１２及び載置台１６の間には、超磁歪ロッド１４の軸方向に予荷重を印加すると共に、載置台１６をベース１２に取り付けるためのばね２２Ａ〜２２Ｄ及び２４Ａ〜２４Ｄがそれぞれ配設されている。なお、ベース１２のばね２２Ａ〜２２Ｄと、載置台１６のばね２４Ａ〜２４Ｄは各々の先端部に形成されたフックによって係合されている。
【００２８】
超磁歪ロッド１４の軸方向両端１４Ａ、１４Ｂには、略円板状のスチール板２６Ａ、２６Ｂがそれぞれ配設されており、これらスチール板２６Ａ、２６Ｂはそれぞれベース１２及び載置台１６に固着されている。又、超磁歪ロッド１４の下端１４Ａは、スチール板２６Ａを介してベース１２に固定されている。一方、超磁歪ロッド１４の上端１４Ｂはスチール板２６Ｂに固定されておらず、載置台１６は、ばね２２Ａ〜２２Ｄ及び２２４〜２４Ｄの係合を解除することによってベース１２から取り外し自在な構造となっている。
【００２９】
超磁歪ロッド１４は、超磁歪素子を材料として用いている。ここで、「超磁歪素子」とは、希土類元素および／または特定の遷移金属などを主成分（例えば、テルビウム、ジスプロシウム、鉄など）とする粉末焼結合金あるいは単結晶合金から作られた磁歪素子をいう。なお、本実施例１における超磁歪ロッド１４は、ＲＴ２の組成を有する超磁歪素子によって構成されている。この（超）磁歪素子は、外部から応力を受けて変形すると大きな透磁率（又は残留磁化量）の変化を生じ、（超）磁歪素子が引張り力を受けて伸長すると透磁率が上がり、（超）磁歪素子が圧縮力を受けて縮小すると透磁率が下がる特性を有している。
【００３０】
ピックアップコイル１８には、インダクタンスの変化を検出するためのＬＣＲメータ２８が接続されており、超磁歪ロッド１４の変形によって生じる透磁率又は残留磁化量の変化を、ピックアップコイル１８のインダクタンス値の変化として検出可能な構造となっている。
【００３１】
次に、荷重測定装置１０の作用について説明する。
【００３２】
荷重測定装置１０の載置台１６に被測定物が載置され、荷重が印加されると、載置台１６に固着されたスチール板２６Ｂを介して超磁歪ロッド１４の軸方向に圧縮力が加えられる。そして、この載置台１６からの圧縮力によって、超磁歪ロッド１４に変形が生じ、超磁歪ロッド１４は径方向に伸長すると共に、軸方向に縮小する。その結果、ピックアップコイル１８の内側空間に占める超磁歪ロッド１４の容積が変化すると共に、この超磁歪ロッド１４の透磁率又は残留磁化量が変化する。従って、この透磁率又は残留磁化率の変化をピックアップコイル１８のインダクタンス値の変化として検出することで、荷重測定装置１０に印加される荷重の変化を検出することができる。
【００３３】
本発明の発明者らは、荷重測定装置１０の載置台１６に印加される荷重と、ピックアップコイル１８のインダクタンス値との関係について、実験によりデータを採取した。なお、本実験においては、超磁歪ロッド１４として、直径３．５ｍｍ、長さ３ｍｍの円柱形状の超磁歪部材を適用し、又、ピックアップコイル１８は、線種ＵＥＷ、線材の直径０．１２ｍｍ、巻数１００ターン、コイル内径４．０ｍｍ、コイル長２．５ｍｍとした。更に、ベース１２及び載置台１６には、直径約７５ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの非磁性ステンレスを使用し、スチール板２６Ａ、２６Ｂは厚さ０．６ｍｍとした。
【００３４】
このような条件下において、載置台１６に印加する荷重を７．５ｋｇｆから６０．０ｋｇｆまで段階的に増量した後、６０．０ｋｇｆから７．５ｋｇｆまで段階的に減量させる実験を２サイクル行った。又、荷重を増減する範囲を２２．５ｋｇｆ〜１８０．０ｋｇｆに変更し、同様の実験を行った。
【００３５】
その結果、図３〜図５に示されるように、データを採取した７．５ｋｇｆ〜６０．０ｋｇｆ、及び、２２．５ｋｇｆ〜１８０．０ｋｇｆの全範囲において、荷重測定装置１０に印加される荷重の変化が、ピックアップコイル１８のインダクタンス値の変化として検出できることが証明された。又、長さ３ｍｍ程度の短寸の超磁歪ロッド１４を用いても荷重変化を十分に検出することができることが見出された。
【００３６】
本実施例１に係る荷重測定装置１０によれば、ベース１２の底面１２Ａ上に立設された、磁歪部材を有してなる略棒状の超磁歪ロッド１４と、この超磁歪ロッド１４によって支持された載置台１６と、超磁歪ロッド１４の外周を囲むように配設されたピックアップコイル（検出手段）１８と、を有してなり、載置台１６に印加される荷重の変化を、超磁歪ロッド１４の変形に基づく透磁率又は残留磁化量の変化として検出するようにしたため、装置の簡素化を容易に実現することができる。又、超磁歪ロッド１４は微小な変形によって大きな透磁率（又は残留磁化量）の変化を生じる特性を有しているため、従来の荷重測定装置に比べ、荷重の変化を高感度で検出することができる。
【００３７】
特に、ベース１２及び載置台１６は、略盆状体からなり、且つ、それぞれの開口部が対向する状態で入れ子筒状に配設されているため、載置台１６に印加される荷重を超磁歪ロッド１４に効率良く伝達することができる。
【００３８】
又、ベース１２と載置台１６の摺動部の隙間にはゴム（弾性体）２０が配設されているため、装置内部にごみ等の異物が入り込むのを未然に防止することができる。
【００３９】
更に、ベース１２及び載置台１６の間に、超磁歪ロッド１４の軸方向に予荷重を印加するためのばね２２Ａ〜２２Ｄ及び２４Ａ〜２４Ｄを配設したため、荷重変化の検出感度をより一層向上させることができる。
【００４０】
又、超磁歪ロッド１４の軸方向両端１４Ａ、１４Ｂにスチール板２６Ａ、２６Ｂを配設したため、超磁歪ロッド１４の透磁率を向上させることができ、この点においても荷重変化の検出感度が高められている。
【実施例２】
【００４１】
次に、図６及び図７を用いて、本発明の実施例２に係る荷重測定装置３０について説明する。
【００４２】
図に示されるように、実施例２に係る荷重測定装置３０は、超磁歪ロッド１４をベース１２の底面１２Ａ上に複数（この例では３つ）平行に並べて配置している。なお、他の構造については実施例１に係る荷重測定装置１０と略同様であるため、図中において同じ符号を付すこととし、その説明は省略する。
【００４３】
３つの超磁歪ロッド１４は、図７に示されるように、隣り合う２つの超磁歪ロッド間の距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が略一定となるように同心円Ｃ１上に配置されている。
【００４４】
この荷重測定装置３０では、各超磁歪ロッド１４における透磁率又は残留磁化量の変化をピックアップコイル１８のインダクタンス値の変化としてＬＣＲメータ２８によって測定した後、各ピックアップコイル１８のインダクタンス変化量の総和に基づいて荷重の変化を検出するようになっている。
【００４５】
本実施例２に係る荷重測定装置３０によれば、超磁歪ロッド１４をベース１２の底面１２Ａ上に複数平行に並べて配置し、且つ、各超磁歪ロッド１４における透磁率又は残留磁化量の変化量の総和に基づいて荷重の変化を検出するようにしたため、実施例１に係る荷重測定装置１０に比べ、荷重変化をより高い精度で検出することができる。
【００４６】
特に、３つの超磁歪ロッド１４を、隣り合う２つの磁歪ロッド間の距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３が略一定となるように同心円Ｃ１上に配置したため、３つの超磁歪ロッド１４によって規定される３角形の範囲内において荷重の変化を高精度で検出することができる。
【００４７】
なお、本発明に係る荷重測定装置は、実施例１及び実施例２に係る荷重測定装置１０、３０の構造や形状等に限定されるものでなく、例えば、ベース１２及び載置台１６は板状体であってもよく、又、平面視が多角形の略盆状体であってもよい。更に、超磁歪ロッド１４の数は、２つでもよく、又４つ以上でもよい。
【００４８】
又、ばね２２Ａ〜２２Ｄ及び２４Ａ〜２４Ｄや、スチール板２６Ａ、２６Ｂは必要に応じて配設すればよく、例えば、荷重の検出感度の向上よりも装置の小型化を重視する場合には、スチール板を配設しなくてもよい。
【００４９】
更に、ベース１２と載置台１６の摺動部の隙間にはゴム２０を配設したが、ゴム以外の弾性体を配設してもよく、又、ベース１２と載置台１６の隙間を、載置台１６が摺動可能な程度に狭くしてもよい。なお、摺動部の隙間を狭くした場合には、ベース１２と載置台１６の摺動部に潤滑剤を塗布することによって、ベース１２及び載置台１６の摩擦によって生じる荷重変化の検出誤差を抑止することが好ましい。
【００５０】
更に又、超磁歪ロッド１４の伸縮による透磁率又は残留磁化量の変化を検出するための検出手段として、ピックアップコイル１８を適用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、ホール素子や、磁気抵抗効果素子（ＭＲ、ＧＭＲ等）を適用することができ、超磁歪ロッド１４の透磁率又は残留磁化量の変化をホール素子や磁気抵抗効果素子の起電力変化として検出するようにしてもよい。
【００５１】
又、荷重変化の感度をそれ程高める必要が無い場合には、超磁歪素子の代わりに磁歪素子を適用してもよい。
【００５２】
即ち、本発明に係る荷重測定装置は、ベース上に立設された、磁歪部材を有してなる略棒状の磁歪ロッドと、該磁歪ロッドによって支持された載置台と、前記磁歪ロッドの伸縮による透磁率又は残留磁化量の変化を検出するための検出手段と、を有してなり、前記載置台に印加される荷重の変化を、前記磁歪ロッドの変形に基づく前記透磁率又は残留磁化量の変化として検出するようにしたものであればよい。
【００５３】
なお、載置台１６に荷重の測定結果を表示するための表示装置を配設すれば、より一層、荷重測定装置の利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施例１に係る荷重測定装置の略示側断面図
【図２】図１における荷重測定装置の平面図
【図３】図１における荷重測定装置に印加される荷重（７．５ｋｇｆ〜６０．０ｋｇｆ）と、ピックアップコイルのインダクタンス値との関係を示した表（Ａ）及びそのグラフ（Ｂ）
【図４】図１における荷重測定装置に印加される荷重（７．５ｋｇｆ〜６０．０ｋｇｆ）と、ピックアップコイルのインダクタンス変化率との関係を示した表（Ａ）及びそのグラフ（Ｂ）
【図５】図１における荷重測定装置に印加される荷重（２２．５ｋｇｆ〜１８０．０ｋｇｆ）と、ピックアップコイルのインダクタンス値との関係を示した表（Ａ）及びそのグラフ（Ｂ）
【図６】本発明の実施例２に係る荷重測定装置の略示側断面図
【図７】図６における荷重測定装置の平面図
【符号の説明】
【００５５】
１０、３０…荷重測定装置
１２…ベース
１４…超磁歪ロッド
１６…載置台
１８…ピックアップコイル
２０…ゴム
２２Ａ〜２２Ｄ、２４Ａ〜２４Ｄ…ばね
２６Ａ、２６Ｂ…スチール板
２８…ＬＣＲメータ
【図１】
2005249656.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005249656.tif 000007
【図６】
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【図７】
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