(57)【要約】【課題】製造が容易でありながら、張力変化を高精度、高感度で検出することができる簡易構造の張力センサを提供する。【解決手段】略筒状の超磁歪部材１８と、この超磁歪部材１８の軸方向Ｌの一端面１８Ｂに接触して配置された板状体２０Ａ及びこの板状体２０Ａを基端として超磁歪部材１８の内側空間１８Ａ内を貫通して設けられた棒状体２０Ｂによって構成された伝達部材２０と、を有する張力センサ１０とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略筒状の磁歪部材と、該磁歪部材の軸方向一端面に接触して配置された板状体及び該板状体を基端として前記磁歪部材の内側空間内を貫通して設けられた棒状体によって構成された伝達部材と、を有してなることを特徴とする張力センサ。
【請求項２】
請求項１において、
前記磁歪部材は円筒形状からなり、且つ、前記伝達部材における前記板状体は、前記磁歪部材の軸方向一端面と同一の外径を有する円板形状からなることを特徴とする張力センサ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
前記磁歪部材の軸方向に予荷重を印加可能としたことを特徴とする張力センサ。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記磁歪部材を、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材によって構成したことを特徴とする張力センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪部材を用いて張力を検出するようにした張力センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁歪部材に応力を加えると部材の透磁率に変化が生ずるという「ビラリ効果」が広く知られており、この「ビラリ効果」の原理を利用した張力センサが種々提案されている。
【０００３】
例えば、図６に示される従来公知の張力センサ１は、２本の引張りロッド２Ａ、２Ｂに固定され、且つ、センサハウジング３のセンサ室４内を摺動可能なプランジャ５と、このプランジャ５に設けられたスプリング６とセンサハウジング３との間に配設された円柱形状のビラリ効果センサ７と、を備えている（特許文献１参照）。
【０００４】
この張力センサ１は、センサハウジング３が張力によって移動すると、ビラリ効果センサ７が軸方向の圧縮力を受ける構造となっており、この圧縮力に基づくビラリ効果センサ７の透磁率の変化を検出コイル（図示略）等で検出することによって、張力センサ１に印加される張力の変化を検出することができる。
【０００５】
【特許文献１】特表２００２−５１３４７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この張力センサ１において張力変化の検出感度を上げるには、センサハウジング３に印加される張力を、ビラリ効果センサ７に対して偏り無く、均一に伝達する必要がある。そのためには、ビラリ効果センサ７の一端側を、ハウジング３の軸方向中心位置に精度良く取り付けると共に、他端側を、２本の引張りロッド２Ａ、２Ｂの中央相当位置に精度良く取り付ける必要があり、製造が極めて困難になってしまうといった問題点があった。
【０００７】
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、製造が容易でありながら、張力変化を高精度、高感度で検出することができる簡易構造の張力センサ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】
【０００８】
本発明の発明者は、研究の結果、製造が容易でありながら、張力変化を高精度、高感度で検出することができる簡易構造の張力センサを見出した。
【０００９】
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。
【００１０】
（１）略筒状の磁歪部材と、該磁歪部材の軸方向一端面に接触して配置された板状体及び該板状体を基端として前記磁歪部材の内側空間内を貫通して設けられた棒状体によって構成された伝達部材と、を有してなることを特徴とする張力センサ。
【００１１】
（２）前記磁歪部材は円筒形状からなり、且つ、前記伝達部材における前記板状体は、前記磁歪部材の軸方向一端面と同一の外径を有する円板形状からなることを特徴とする前記（１）記載の張力センサ。
【００１２】
（３）前記磁歪部材の軸方向に予荷重を印加可能としたことを特徴とする前記（１）又は（２）記載の張力センサ。
【００１３】
（４）前記磁歪部材を、超磁歪素子を材料とする超磁歪部材によって構成したことを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の張力センサ。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る簡易構造の張力センサは、製造が容易でありながら、張力変化を高精度、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】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１及び図２に示されるように、本発明の実施形態に係る張力センサ１０は、非磁性体からなる箱状のケース１２を備えており、このケース１２は、複数の固定ネジ１４（一部のみ図示）によってベース板１６上に固定されている。
【００１７】
又、ケース１２内には、円筒形状の超磁歪部材１８と、この超磁歪部材１８の内側空間１８Ａに配設された伝達部材２０と、この伝達部材２０の上部に配設された皿バネ２２と、超磁歪部材１８の外周を囲むように配設されたピックアップコイル２４がそれぞれ収容されている。
【００１８】
更に、ケース１２の上部には、皿バネ２２を介して超磁歪部材１８の軸方向Ｌに予荷重を印加可能な予荷重ネジ２６が取り付けられており、これによって超磁歪部材１８に印加する予荷重が調整可能な構造となっている。なお、予荷重ネジ２６による予荷重は、張力センサ１０の諸元に合わせて最適な値に設定される（後述）。
【００１９】
伝達部材２０は、円板形状からなる板状体２０Ａと、棒状体２０Ｂによって構成されている。板状体２０Ａは、超磁歪部材１８の軸方向Ｌの一端面１８Ｂに接触して配置され、且つ、この一端面１８Ｂと同一の外径を有している。又、棒状体２０Ｂは、この板状体２０Ａを基端として超磁歪部材１８の内側空間１８Ａ内を貫通して設けられており、その先端部はケース１２の外部に突出されている。
【００２０】
超磁歪部材１８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。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）の変化を生じる特性を有している。即ち、（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。
【００２１】
ピックアップコイル２４は、このような超磁歪部材１８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２４のインダクタンスの変化として検出可能である。
【００２２】
次に、張力センサ１０の作用について説明する。
【００２３】
張力センサ１０の伝達部材２０に張力Ｆが印加されると、伝達部材２０の板状体２０Ａを介して超磁歪部材１８の一端面１８Ｂに、軸方向Ｌの圧縮力が加えられる。そして、この伝達部材２０からの圧縮力によって、超磁歪部材１８に変形が生じ、超磁歪部材１８は半径方向に伸長すると共に、軸方向に収縮する。その結果、ピックアップコイル２４の内側空間に占める超磁歪部材１８の容積が変化すると共に、この超磁歪部材１８の透磁率又は残留磁化量が変化する。従って、この透磁率または残留磁化率の変化をピックアップコイル２４のインダクタンス値の変化として検出することで、伝達部材２０に印加される張力Ｆの変化を検出することができる。
【００２４】
なお、図３に示されるように、本発明の発明者らは、張力Ｆとピックアップコイル２４のインダクタンス値Ｉとの関係について、超磁歪部材１８に予荷重を印加しなかった場合（図３（Ａ））、５０ｋｇｆの予荷重を印加した場合（図３（Ｂ））、１００ｋｇｆの予荷重を印加した場合（図３（Ｃ））の３種類のデータを採取した。なお、この例では、超磁歪部材１８として、外径１０ｍｍ、内径６ｍｍ、長さ６ｍｍの素子を用いた。
【００２５】
そして、図４に示されるＸ、Ｙ、Ｚの値を上記３種類のデータについてそれぞれ測定し、その測定値Ｘ、Ｙ、Ｚに基づいて、直線性（Ｙ／Ｘ）及びヒステリシス（Ｚ／Ｘ）の値の比較を行った。その結果、図５の表に示されるように、この例では、１００ｋｇｆの予荷重を印加した場合に、直線性及びヒステリシス特性が最も良好となることが見出された。
【００２６】
本発明に係る張力センサ１０によれば、略筒状の超磁歪部材１８と、この超磁歪部材１８の軸方向Ｌの一端面１８Ｂに接触して配置された板状体２０Ａ及びこの板状体２０Ａを基端として超磁歪部材１８の内側空間１８Ａ内を貫通して設けられた棒状体２０Ｂによって構成された伝達部材２０と、を有してなるため、構造が極めて簡易で、製造が容易である上に、伝達部材２０に印加される張力を、超磁歪部材１８に対して偏り無く、均一に伝達することができ、張力変化を高精度、高感度で検出することができる。
【００２７】
特に、超磁歪部材１８は円筒形状からなり、且つ、伝達部材２０における板状体２０Ａは、超磁歪部材１８の軸方向Ｌの一端面１８Ｂと同一の外径を有する円板形状からなるため、伝達部材２０に加えられる張力を、超磁歪部材１８へ効率良く伝達することができ、張力変化をより一層高精度、高感度で検出することができる。
【００２８】
又、予荷重ネジ２６によって超磁歪部材１８の軸方向Ｌに予荷重を印加可能であるため、予荷重を張力センサ１０の諸元に合わせて調整すれば、張力検出の特性（直線性やヒステリシス特性）を最適設計することができる。
【００２９】
なお、本発明に係る張力センサは、上記実施形態に係る張力センサ１０の構造や形状等に限定されるものではなく、例えば、超磁歪部材１８は円筒形状ではなく、角筒形状等であってもよい。又、伝達部材２０の板状体２０Ａは、超磁歪部材１８の軸方向Ｌの一端面１８Ｂと同一の外径を有する円板形状の部材に限定されるものではない。更に、検出感度をそれ程高める必要がない場合には、超磁歪部材１８の代わりに磁歪素子からなる磁歪部材を適用してもよく、又、所望の張力検出特性が得られる場合には、予荷重ネジ２６を取り付けなくてもよい。
【００３０】
即ち、略筒状の磁歪部材と、該磁歪部材の軸方向一端面に接触して配置された板状体及び該板状体を基端として前記磁歪部材の内側空間内を貫通して設けられた棒状体によって構成された伝達部材と、を有してなる張力センサであればよい。
【００３１】
又、上記実施形態においては、超磁歪部材１８の透磁率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２４を適用したが、本発明はこれに限定されるものではない。従って、例えば、検出手段としてＭＲ、ＧＭＲ、ＴＭＲ等の磁気抵抗効果素子やホール素子を適用し、透磁率の変化を磁気抵抗効果素子やホール素子の起電力変化として検出してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施形態に係る張力センサを示す概略側断面図
【図２】図１におけるII−II線に沿った概略断面図
【図３】図１における超磁歪部材に予荷重を印加しなかった場合（Ａ）、５０ｋｇｆの予荷重を印加した場合（Ｂ）、１００ｋｇｆの予荷重を印加した場合（Ｃ）における、張力とピックアップコイルのインダクタンスの関係を示すグラフ
【図４】直線性及びヒステリシスの基準となる測定値Ｘ、Ｙ、Ｚを示すグラフ
【図５】超磁歪部材に印加した予荷重に対する測定値Ｘ、Ｙ、Ｚ、直線性及びヒステリシスの関係を示す表
【図６】従来の張力センサを示す概略側断面図
【符号の説明】
【００３３】
Ｆ…張力
Ｉ…インダクタンス
１、１０…張力センサ
２Ａ、２Ｂ…引張りロッド
３…センサハウジング
４…センサ室
５…プランジャ
６…スプリング
７…ビラリ効果センサ
１２…ケース
１４…固定ネジ
１６…ベース板
１８…超磁歪部材
１８Ａ…内側空間
１８Ｂ…軸方向一端面
２０…伝達部材
２０Ａ…板状体
２０Ｂ…棒状体
２２…皿バネ
２４…ピックアップコイル
２６…予荷重ネジ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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