JP2003194639A - Force sensor - Google Patents

Force sensor

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JP2003194639A
JP2003194639A JP2001392083A JP2001392083A JP2003194639A JP 2003194639 A JP2003194639 A JP 2003194639A JP 2001392083 A JP2001392083 A JP 2001392083A JP 2001392083 A JP2001392083 A JP 2001392083A JP 2003194639 A JP2003194639 A JP 2003194639A
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force sensor
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智浩 太田
Katsuhiro Hirata
勝弘 平田
Shigeki Fujiwara
茂喜 藤原
Koichi Mitani
宏一 三谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a force sensor capable of accurately measuring applied pressure. <P>SOLUTION: This force sensor is provided with an iron core 16 of which a part of the circumferential wall of a cylindrical body formed of a magnetic material is opened throughout the total length in its axial direction; a magnetostrictive member 11 housed in the iron core 16, having two mutually opposed surfaces 11b and 11c fixed to the inside surface of the iron core 16 and having a magnetic permeability varying corresponding to the applied pressure; an excitation coil 13 for generating magnetic flux in the iron core 16; and a sensing coil 15 for sensing the magnetic flux passing the iron core 16. Gaps 18 formed in the iron core 16 change in response to the pressure applied to the iron core 16. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、産業用機械、民生
用機械等に加わる応力、荷重、重量などの大きさを磁束
の変化を検知することにより測定する力センサに関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a force sensor for measuring the amount of stress, load, weight, etc. applied to industrial machinery, consumer machinery, etc. by detecting changes in magnetic flux.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より、産業機械、民生用機械等にお
いて、その機械構成要素に印加された荷重の測定装置と
して、歪みゲージを用いたもの、差動トランスを用いた
もの等がある。これらの方法では、歪みゲージや差動ト
ランスに曲げ、伸び、圧縮等の物理的運動が生じること
により、歪みゲージや差動トランスが、その運動に対応
した信号を出力し、その信号から印加された荷重を測定
するものである。
2. Description of the Related Art Conventionally, in industrial machines, consumer machines and the like, as a measuring device for a load applied to mechanical components thereof, there are a strain gauge and a differential transformer. In these methods, when the strain gauge or differential transformer undergoes physical movement such as bending, stretching, or compression, the strain gauge or differential transformer outputs a signal corresponding to the movement and is applied from that signal. The load is measured.

【0003】例えば、歪みゲージを用いた測定装置で
は、機械構成要素のロードセルに歪みゲージを貼着し
て、ロードセルに印加される荷重の大きさを測定する。
これは、ロードセルに荷重が加わると、ロードセルに設
けられた歪みゲージが引き伸ばされ、もしくは圧縮され
ることにより、歪みゲージの抵抗値が変化し、歪みゲー
ジ両端の電圧値が変化する。この電圧値からロードセル
に印加された荷重を算出している。
For example, in a measuring device using a strain gauge, a strain gauge is attached to a load cell which is a mechanical component, and the magnitude of the load applied to the load cell is measured.
When a load is applied to the load cell, the strain gauge provided in the load cell is stretched or compressed, whereby the resistance value of the strain gauge changes and the voltage value across the strain gauge changes. The load applied to the load cell is calculated from this voltage value.

【0004】また、差動トランスを用いた測定装置で
は、差動トランスは、中空円筒状のパイプの外周に1個
の1次コイルと2個の2次コイルとが巻かれているとと
もに、そのパイプの中心を円筒状の金属芯が移動自在に
形成されており、金属芯をロードセルに、パイプを機械
の固定部に取り付けることにより、計測を行う。ロード
セルに荷重が加わると、ロードセルの変位に対応して、
金属芯がパイプ内を移動する。金属芯がパイプ内を移動
することにより、2つの2次コイルに誘起される電圧に
差が発生するので、その電圧差から金属芯の変位量を検
知し、ロードセルに印加されている荷重を算出してい
る。
Further, in the measuring device using the differential transformer, the differential transformer has a hollow cylindrical pipe around which one primary coil and two secondary coils are wound, and A cylindrical metal core is movably formed in the center of the pipe, and the metal core is attached to the load cell and the pipe is attached to a fixed part of the machine to perform measurement. When a load is applied to the load cell, it corresponds to the displacement of the load cell,
The metal core moves in the pipe. As the metal core moves in the pipe, a difference in voltage is induced in the two secondary coils, so the amount of displacement of the metal core is detected from the voltage difference and the load applied to the load cell is calculated. is doing.

【0005】しかしこのような方法では、歪みゲージ、
差動トランス等のセンサが、機械的な干渉に対する耐久
性が低いこと、またセンサの設けられる箇所が機械構成
要素の可動部であることから、印加される荷重を正確に
測定するためには、センサを設置した後で、再校正を行
う必要がある。
However, in such a method, the strain gauge,
A sensor such as a differential transformer has low durability against mechanical interference, and since the location where the sensor is provided is a movable part of a mechanical component, in order to accurately measure the applied load, Recalibration should be performed after the sensor is installed.

【0006】この問題を解決するものとして、特開平1
1−241955の荷重検出装置がある。このもので
は、圧力を受けることでインダクタンスが変化する磁性
体を用いており、このインダクタンスの変化に対応して
変化する励磁コイルの出力電圧を検出することにより、
印加された圧力の大きさを算出している。
As a solution to this problem, Japanese Unexamined Patent Publication No.
There is a load detection device of 1-241955. This one uses a magnetic material whose inductance changes when pressure is applied, and by detecting the output voltage of the exciting coil that changes in response to this change in inductance,
The magnitude of the applied pressure is calculated.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このも
のでは、印加された圧力に対応して磁性体のインダクタ
ンスが変化するだけであるので、荷重検出装置が計測で
きる圧力値の精度は、圧力に対するインダクタンスの変
化率に依存してしまう。すなわち、インダクタンスが変
化しない程度の徴少な圧力が印加された場合には、その
圧力の変化を検出することが不可能となってしまうこと
がある。
However, in this case, since the inductance of the magnetic body changes only in response to the applied pressure, the accuracy of the pressure value that can be measured by the load detecting device is the inductance with respect to the pressure. Will depend on the rate of change. That is, when a small pressure is applied to the extent that the inductance does not change, it may be impossible to detect the change in the pressure.

【0008】そこで、本発明は上記事由に鑑みて為され
たものであり、その目的は、印加された圧力を精度よく
測定できる力センサを提供することにある。
Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a force sensor capable of accurately measuring an applied pressure.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の力センサは、以下の構成を備える。すなわ
ち、請求項1の発明では、磁性体よりなる筒体の周壁の
一部に、その軸方向の全長にわたり開放される開放部が
設けられたコア体と、前記コア体の内周面に固着された
2つの面を有して前記コア体内に収納され、前記2つの
面に印加される圧力に対応して透磁率が変化する磁歪部
材と、前記コア体又は前記磁歪部材に磁束を発生自在に
形成された磁束発生手段と、前記コア体又は前記磁歪部
材を通過する磁束を検知自在に形成された磁束検知手段
と、を備え、前記開放部の開放間隔及び前記磁歪部材の
透磁率が、前記コア体に印加される圧力に対応して変化
することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the force sensor of the present invention has the following configuration. That is, according to the first aspect of the invention, the core body is provided with an opening portion that is opened over the entire axial length of a part of the peripheral wall of the cylindrical body made of a magnetic material, and is fixed to the inner peripheral surface of the core body. A magnetostrictive member that has two curved surfaces and is housed in the core body, and whose magnetic permeability changes according to the pressure applied to the two surfaces, and a magnetic flux can be generated in the core body or the magnetostrictive member. Magnetic flux generating means formed in, and a magnetic flux detecting means formed to be able to detect the magnetic flux passing through the core body or the magnetostrictive member, the open gap of the open portion and the magnetic permeability of the magnetostrictive member, It is characterized in that it changes according to the pressure applied to the core body.

【0010】請求項2の発明では、請求項1の発明にお
いて、前記磁束検知手段は、ホール素子を有することを
特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the magnetic flux detecting means has a Hall element.

【0011】請求項3の発明では、請求項1又は請求項
2の発明において、前記磁束発生手段は、永久磁石を有
することを特徴とする。
According to a third aspect of the invention, in the first or second aspect of the invention, the magnetic flux generating means has a permanent magnet.

【0012】請求項4の発明では、請求項1乃至請求項
3のいずれかの発明において、前記磁歪部材の前記2つ
の面は、その少なくとも一方の面が、磁性ゴムを介して
前記コア体の前記内周面に固着されていることを特徴と
する。
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects of the present invention, at least one of the two surfaces of the magnetostrictive member has a core of the core body with a magnetic rubber interposed therebetween. It is characterized in that it is fixed to the inner peripheral surface.

【0013】請求項5の発明では、請求項1乃至請求項
4のいずれかの発明において、前記コア体は、前記内周
面における前記磁歪部材の前記2つの面が固着される位
置の少なくとも一方に、断面略凸形状の突起部を有する
ことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, in any one of the first to fourth aspects of the invention, the core body has at least one of the inner peripheral surfaces at which the two surfaces of the magnetostrictive member are fixed to each other. In addition, it is characterized in that it has a protrusion having a substantially convex cross section.

【0014】請求項6の発明では、請求項1乃至請求項
5のいずれかの発明において、前記磁歪部材は、印加さ
れる圧力が応力集中する応力集中部が設けられたことを
特徴とする。
According to a sixth aspect of the invention, in any one of the first to fifth aspects of the invention, the magnetostrictive member is provided with a stress concentration portion for stress concentration of applied pressure.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】(第1実施形態)本発明に係わる
力センサの第1の実施の形態を、以下に説明する。本実
施の形態における力センサは、図1に示すように、断面
略コ字形状の2つの鉄心半体17を有する透磁性の鉄心
16と、鉄心半体17に挟持固定される磁性材料よりな
る円柱状の磁歪部材11と、鉄心16に磁束を発生させ
る磁束発生手段としての励磁コイル13と、鉄心16の
周壁としての鉄心脚部17aの周囲に巻回されて、鉄心
16を通過する磁束量を検知する磁束検知手段としての
検知コイル15と、を備えている。図1(a)は、鉄心
16の軸方向から見た図、図1(b)は、鉄心16の側
面図である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) A first embodiment of a force sensor according to the present invention will be described below. As shown in FIG. 1, the force sensor according to the present embodiment is made of a magnetically permeable iron core 16 having two iron core halves 17 having a substantially U-shaped cross section, and a magnetic material sandwiched and fixed to the iron core halves 17. The amount of magnetic flux that is wound around the cylindrical magnetostrictive member 11, the exciting coil 13 as magnetic flux generating means for generating magnetic flux in the iron core 16, and the iron core leg portion 17a as the peripheral wall of the iron core 16, and passes through the iron core 16. And a detection coil 15 as a magnetic flux detection means for detecting FIG. 1A is a view of the iron core 16 seen from the axial direction, and FIG. 1B is a side view of the iron core 16.

【0016】図1(a)に示すように、鉄心半体17
は、断面略コの字形状に形成されており、一方の鉄心半
体17の凹部と、他方の鉄心半体17の凹部とを対向さ
せ、それぞれの鉄心脚部17aを揃えるとともに、鉄心
16の周壁の一部が軸方向の全長にわたって開放された
開放部としての間隙18が形成されるように組み合わせ
ることにより、閉磁路型の鉄心16を形成する。コア体
としての鉄心16を一つのものとしてみると、図1
(b)に示すように、鉄心16は、その軸方向の全長に
渡って、その周壁の一部が切り欠かれて開放部が形成さ
れたものとなっている。
As shown in FIG. 1A, the iron core half body 17
Is formed in a substantially U-shaped cross section, and the concave portion of one iron core half body 17 and the concave portion of the other iron core half body 17 are opposed to each other so that the respective iron core leg portions 17a are aligned and the iron core 16 A closed magnetic circuit type iron core 16 is formed by combining parts of the peripheral walls so as to form a gap 18 as an open portion that is open over the entire length in the axial direction. When the iron core 16 as the core body is considered as one, FIG.
As shown in (b), the iron core 16 has an opening formed by cutting out a part of its peripheral wall over the entire length in the axial direction.

【0017】励磁コイル13は、2つの鉄心半体17の
鉄心脚部17aに架けて巻き、検知コイル15も同様
に、2つの鉄心半体17の鉄心脚部17aに架けて巻い
ている。
The exciting coil 13 is wound around the iron core legs 17a of the two iron core halves 17, and the detection coil 15 is also wound around the iron core legs 17a of the two iron core halves 17 in the same manner.

【0018】磁歪部材11としては、磁歪が数十ppm
〜数千ppmを示す材料を用いている。磁歪が数十pp
mを示すものとしては、Ni又はZn等を添加したフェ
ライト、純Ni、Fe−Ni系合金、Fe−Co系合
金、等がある。また、磁歪が数千ppmを示すものとし
ては、Tb、Dy、Feなどの合金があり、これを用い
てもよい。磁歪部材11は、その一面11bが、一方の
鉄心半体17の凹部底面に固着されるとともに、他面1
1cが、他方の鉄心半体17の凹部底面に固着されてお
り、2つの鉄心半体17を組み合わせて接合することに
より、挟持固定される。すなわち、磁歪部材11の対向
する2つの面11b,11cが、鉄心16の内周面に内
接するよう設けられている。
The magnetostrictive member 11 has a magnetostriction of several tens of ppm.
The material which shows-several thousands ppm is used. Magnetostriction is tens of pp
Examples of materials showing m include ferrite to which Ni or Zn is added, pure Ni, Fe—Ni based alloys, Fe—Co based alloys, and the like. Further, alloys such as Tb, Dy, and Fe that have a magnetostriction of several thousands ppm may be used. One surface 11b of the magnetostrictive member 11 is fixed to the bottom surface of the recess of the one iron core half body 17, and the other surface 1
1c is fixed to the bottom surface of the recess of the other core half 17 and is sandwiched and fixed by combining and joining two core halves 17. That is, the two facing surfaces 11 b and 11 c of the magnetostrictive member 11 are provided so as to be inscribed in the inner peripheral surface of the iron core 16.

【0019】次に、本実施の形態における力センサの動
作を説明する。励磁コイル13に交流電流を流すと、鉄
心16と磁歪部材11とに磁束が発生する。M2は、鉄
心脚部17a‐間隙18‐鉄心脚部17aを通過する磁
束の磁路を示しており、M3は、鉄心半体17‐磁歪部
材11‐鉄心半体17を通過する磁束の磁路を示してい
る。鉄心脚部17aに巻回された検知コイル15は、鉄
心脚部17aを通過する磁束により電圧が誘起される。
励磁コイル13から発生する磁束量が一定であれば、検
知コイル15で誘起される電圧は一定となる。
Next, the operation of the force sensor according to this embodiment will be described. When an alternating current is passed through the exciting coil 13, magnetic flux is generated in the iron core 16 and the magnetostrictive member 11. M2 represents the magnetic path of the magnetic flux passing through the iron core leg 17a-gap 18-iron core leg 17a, and M3 is the magnetic path of the magnetic flux passing through the iron core half body 17-magnetostrictive member 11-iron core half body 17. Is shown. A voltage is induced in the detection coil 15 wound around the iron core leg 17a by the magnetic flux passing through the iron core leg 17a.
If the amount of magnetic flux generated from the exciting coil 13 is constant, the voltage induced in the detecting coil 15 is constant.

【0020】ここで、鉄心16に、磁歪部材11の軸線
方向に押下するような圧力としての圧縮荷重Pが印加さ
れると、鉄心16を介して磁歪部材11に圧縮荷重Pが
伝わり、磁歪部材11が圧縮される。圧縮された磁歪部
材11は、その磁気抵抗が増加するため透磁率が低下す
る。また、これと同時に、鉄心脚部17a間の間隙18
の距離が小さくなるので、磁路M2の磁気抵抗が低減す
る。このことにより、磁路M3を通過する磁束量が減少
するとともに、磁路M2を通過する磁束量が増加する。
When a compressive load P is applied to the iron core 16 as a pressure to push it down in the axial direction of the magnetostrictive member 11, the compressive load P is transmitted to the magnetostrictive member 11 via the iron core 16, and the magnetostrictive member 11 is transmitted. 11 is compressed. The magnetic resistance of the compressed magnetostrictive member 11 increases, so that the magnetic permeability decreases. At the same time, the gap 18 between the iron core leg portions 17a is
, The magnetic resistance of the magnetic path M2 is reduced. This reduces the amount of magnetic flux passing through the magnetic path M3 and increases the amount of magnetic flux passing through the magnetic path M2.

【0021】すなわち、磁歪部材11に圧縮荷重Pが印
加されると、その圧縮荷重Pの増加に対応して、磁路M
3の磁気抵抗が増加するとともに、磁路M2の磁気抵抗
が減少するので、磁路M2を通過する磁束量が増加す
る。従って、検知コイル15で検知される磁束量が増大
し、誘起される電圧も増加する。その電圧値から、鉄心
16に印加された圧縮荷重Pを算出する。
That is, when the compressive load P is applied to the magnetostrictive member 11, the magnetic path M is corresponding to the increase of the compressive load P.
Since the magnetic resistance of the magnetic path M2 decreases while the magnetic resistance of the magnetic path 3 increases, the amount of magnetic flux passing through the magnetic path M2 increases. Therefore, the amount of magnetic flux detected by the detection coil 15 increases, and the induced voltage also increases. The compressive load P applied to the iron core 16 is calculated from the voltage value.

【0022】また、磁歪部材11の別の実施例として、
図2に示すように形成すれば、磁歪部材11に印加され
る圧縮荷重Pが、磁歪部材の形状加工された応力集中部
に応力集中し、透磁率の変化を大きくすることができ、
荷重変化に対してより精度よく電圧を誘起させることが
できるので、荷重の変化をより詳細に計測することが可
能となる。
Further, as another embodiment of the magnetostrictive member 11,
If formed as shown in FIG. 2, the compressive load P applied to the magnetostrictive member 11 concentrates on the stress-concentrated portion of the magnetostrictive member that has been processed, and the change in magnetic permeability can be increased.
Since the voltage can be induced more accurately with respect to the load change, it is possible to measure the load change in more detail.

【0023】図2(a)は、磁歪部材11の荷重の印加
される方向に鎖交する方向に、応力集中部として孔11
dを設けており、この孔11dの周壁に応力が集中す
る。また、図2(b)は、鉄心16の内周面に固着され
る磁歪部材11の2つの面11b,11cの直径に対し
て中央部11eの直径を小さくしているので、この中央
部11eに応力集中させることができる。また、図2
(c)は、磁歪部材11に荷重の印加される方向に鎖交
する方向に切り欠き部11fを設けており、切り欠き部
11fが設けられた周壁に応力集中させることが可能と
なる。
FIG. 2A shows a hole 11 as a stress concentrating portion in a direction crossing the direction in which the load of the magnetostrictive member 11 is applied.
d is provided, and stress concentrates on the peripheral wall of the hole 11d. Further, in FIG. 2B, since the diameter of the central portion 11e is smaller than the diameter of the two surfaces 11b and 11c of the magnetostrictive member 11 fixed to the inner peripheral surface of the iron core 16, the central portion 11e is made smaller. Stress can be concentrated on. Also, FIG.
In (c), the magnetostrictive member 11 is provided with the cutout portion 11f in a direction intersecting with the direction in which the load is applied, and the stress can be concentrated on the peripheral wall provided with the cutout portion 11f.

【0024】また、コア体の別の実施例として、磁歪部
材11の2つの面11b,11cに固着される部分が断
面略凸形状に形成された突起部を備える鉄心38として
もよい。図3に示す実施例では、固着される部分をテー
パ形状に形成したテーパ部39aとしている。鉄心38
は、テーパ部39aがそれぞれ設けられた断面略コ字形
状の2つの鉄心半体39を組み合わせて形成されてい
る。このように形成することにより、鉄心38を介して
伝えられる圧縮荷重Pを、磁歪部材11により集中させ
て印加することが可能となる。
Further, as another embodiment of the core body, the iron core 38 may be provided with a projection portion in which the portions fixed to the two surfaces 11b and 11c of the magnetostrictive member 11 are formed in a substantially convex cross section. In the embodiment shown in FIG. 3, the fixed portion is a tapered portion 39a formed in a tapered shape. Iron core 38
Is formed by combining two iron core halves 39 each having a tapered portion 39a and having a substantially U-shaped cross section. By forming in this way, the compressive load P transmitted through the iron core 38 can be concentrated and applied to the magnetostrictive member 11.

【0025】また、コア体のさらに別の実施例として、
図4に示すように、断面略コ字形状の2つの鉄心半体4
1を備える鉄心40の磁歪部材11に固着される部分
を、断面半円状の半球部41aとすることにより、図3
に示す実施例と同様の効果を奏することが可能となる。
図3と図4に示す実施例においては、コア体に突起部を
設けたが、この突起部は鉄心と別体に形成し、鉄心と磁
歪部材との間に挿入するようにして力センサを形成して
も、同様の効果を奏することができる。
As yet another embodiment of the core body,
As shown in FIG. 4, two iron core halves 4 each having a substantially U-shaped cross section are provided.
3 is formed by forming a portion of the iron core 40 having the No. 1 fixed to the magnetostrictive member 11 into a hemispherical portion 41a having a semicircular cross section.
It is possible to obtain the same effect as the embodiment shown in FIG.
In the embodiment shown in FIGS. 3 and 4, the core body is provided with the protrusion, but the protrusion is formed separately from the iron core and is inserted between the iron core and the magnetostrictive member to form the force sensor. Even if it is formed, the same effect can be obtained.

【0026】上記のように、本発明の力センサによれ
ば、受圧することで磁気抵抗が変化する磁歪部材11を
備えるとともに、受圧すると空隙の大きさが変化するよ
うに鉄心半体17を形成したことにより、圧力が印加さ
れた際に、検知コイル15に誘起される電圧の変化分を
大きくとることができるので、圧力を精度よく測定する
ことができる。
As described above, according to the force sensor of the present invention, the magnetoresistive member 11 whose magnetic resistance changes by receiving pressure is provided, and the iron core half body 17 is formed so that the size of the air gap changes when receiving pressure. As a result, when the pressure is applied, the change in the voltage induced in the detection coil 15 can be made large, and the pressure can be accurately measured.

【0027】(第2実施形態)本発明に係わる力センサ
の第2の実施の形態について、以下に説明する。図5に
示すように、本実施の形態においては、2つの鉄心半体
17を備える鉄心16と、励磁コイル13と、磁歪部材
11と、磁束検出手段としてのホール素子19と、を備
えて構成している。なお、第1の実施の形態と同じもの
には、同じ符号を付してある。
(Second Embodiment) A second embodiment of the force sensor according to the present invention will be described below. As shown in FIG. 5, in the present embodiment, an iron core 16 including two iron core halves 17, an exciting coil 13, a magnetostrictive member 11, and a Hall element 19 as magnetic flux detecting means are provided. is doing. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals.

【0028】ホール素子19は、シリコンを材料として
形成され、鉄心半体17を組み合わせた際に形成される
隙間に挿入されて、鉄心脚部17aの端面から放出され
る磁束を受けるように設けられている。また、その材料
としては、シリコン以外に、インジウム・アンチモン、
又はガリウム・ヒ素等を用いることができる。
The Hall element 19 is made of silicon and is inserted into a gap formed when the iron core halves 17 are combined to receive the magnetic flux emitted from the end face of the iron core leg 17a. ing. In addition to silicon, indium antimony,
Alternatively, gallium, arsenic, or the like can be used.

【0029】以上のように、磁束検知手段としてホール
素子19を用いたので、磁束検知手段を小型化すること
ができるとともに、力センサ全体の小型化も図ることが
可能となる。
As described above, since the Hall element 19 is used as the magnetic flux detecting means, the magnetic flux detecting means can be downsized and the force sensor as a whole can be downsized.

【0030】(第3実施形態)本発明に係わる力センサ
の第3の実施の形態について、以下に説明する。図6に
示すように、本実施の形態においては、コア部材を断面
略L字形状の鉄心半体22を2つ備える鉄心20とする
とともに、磁束発生手段を永久磁石21としている。な
お、第1又は第2の実施の形態と同じものには、同じ符
号を付してある。
(Third Embodiment) A third embodiment of the force sensor according to the present invention will be described below. As shown in FIG. 6, in the present embodiment, the core member is an iron core 20 including two iron core halves 22 each having a substantially L-shaped cross section, and the magnetic flux generating means is a permanent magnet 21. The same parts as those in the first or second embodiment are designated by the same reference numerals.

【0031】永久磁石21は、2つの鉄心半体22を組
み合わせる際に、両端面から挟持されるようにして固定
される。また、その発生する磁界が常に一定の直流磁界
となるため、検知コイル15は磁歪部材11の磁気抵抗
の時間的変化のみ検知可能となるので、荷重の微分値を
検出することができる。
When the two iron core halves 22 are assembled, the permanent magnet 21 is fixed so as to be sandwiched from both end faces. Further, since the generated magnetic field is always a constant DC magnetic field, the detection coil 15 can detect only the temporal change of the magnetic resistance of the magnetostrictive member 11, so that the differential value of the load can be detected.

【0032】また、別の実施例として、図7に示すよう
に、検知コイル15の代わりにホール素子19を、鉄心
半体22の鉄心脚部22a間の隙間に設けてもよく、こ
の場合には、より小型化、低コスト化を図ることが可能
となる。
As another embodiment, as shown in FIG. 7, a hall element 19 may be provided in the gap between the iron core leg portions 22a of the iron core half body 22 instead of the detection coil 15. In this case, Makes it possible to further reduce the size and cost.

【0033】以上のように、磁束発生手段として永久磁
石21を用いたので、鉄心半体22に磁束を発生させる
ための電源が不要となり、より小型化、低コスト化を図
ることが可能となる。
As described above, since the permanent magnet 21 is used as the magnetic flux generating means, a power source for generating the magnetic flux in the iron core half body 22 is not required, and it is possible to further reduce the size and cost. .

【0034】(第4実施形態)本発明に係わる力センサ
の第4の実施の形態について、以下に説明する。図8に
示すように、本実施の形態においては、コア部材を鉄心
23とし、鉄心23は、断面略四角形状の側辺の一部に
切り欠き部を設けるように形成された鉄心半体24と、
断面略凸形状の鉄心半体25と、を備えるようにすると
ともに、コイルバネ27と、磁束発生手段及び磁束検知
手段としてのコイル29と、を備えて構成され、鉄心半
体24と鉄心半体25との間に間隙26が設けられてい
る。なお、第1乃至第3の実施の形態で説明したものと
同じものには、同じ符号を付してある。図8(a)は、
鉄心23をその軸方向から見た図、図8(b)は、鉄心
23をその上面から見た図である。
(Fourth Embodiment) A fourth embodiment of the force sensor according to the present invention will be described below. As shown in FIG. 8, in the present embodiment, the core member is an iron core 23, and the iron core 23 is an iron core half body 24 formed so that a cutout portion is provided in a part of a side having a substantially rectangular cross section. When,
An iron core half 25 having a substantially convex cross section, and a coil spring 27 and a coil 29 as a magnetic flux generating means and a magnetic flux detecting means are provided, and the iron core half 24 and the iron core half 25 are provided. A gap 26 is provided between the and. The same components as those described in the first to third embodiments are designated by the same reference numerals. FIG. 8A shows
FIG. 8B is a view of the iron core 23 seen from its axial direction, and FIG. 8B is a view of the iron core 23 seen from its upper surface.

【0035】鉄心半体25は、鉄心半体24の内部に収
納され、鉄心半体25の頂点部25aが鉄心半体24の
内部から外部に突出自在となるよう組み合わされてお
り、鉄心半体24の内側面と鉄心半体25のつば部25
bとの間にコイルバネ27を設けている。なお、コイル
バネ27は、弾性力、復元力を有するものならどのよう
なものでもよく、例えば、板ばね、ゴム等を用いること
ができる。
The iron core half body 25 is housed inside the iron core half body 24, and the apex portion 25a of the iron core half body 25 is combined so that it can project from the inside of the iron core half body 24 to the outside. Inner surface of 24 and collar 25 of iron core half 25
A coil spring 27 is provided between it and b. The coil spring 27 may be any one as long as it has elasticity and restoring force, and for example, a leaf spring or rubber can be used.

【0036】磁歪部材11は、鉄心半体24の内側面
と、鉄心半体25のつば部25bの底面との間に設けら
れており、コイルバネ27により常に一定の圧力が印加
されている。
The magnetostrictive member 11 is provided between the inner side surface of the iron core half body 24 and the bottom surface of the flange portion 25b of the iron core half body 25, and a constant pressure is always applied by the coil spring 27.

【0037】コイル29は、磁歪部材11のまわりに巻
回され、磁歪部材11に磁束を発生させるとともに、磁
歪部材11を通過する磁束を検知するようにしている。
磁歪部材11で発生した磁束は、磁歪部材11‐鉄心半
体24‐間隙26‐鉄心半体25という磁路M4を通過
する。
The coil 29 is wound around the magnetostrictive member 11 to generate a magnetic flux in the magnetostrictive member 11 and detect the magnetic flux passing through the magnetostrictive member 11.
The magnetic flux generated in the magnetostrictive member 11 passes through the magnetic path M4 of the magnetostrictive member 11-iron core half 24-gap 26-iron core half 25.

【0038】次に、本実施の形態における力センサの動
作を説明する。本実施の形態においては、磁歪部材11
にかかる圧力が、圧縮荷重である場合と、引張荷重であ
る場合とがある。
Next, the operation of the force sensor according to this embodiment will be described. In the present embodiment, the magnetostrictive member 11
There is a case where the pressure applied to is a compressive load and a case where it is a tensile load.

【0039】まず、印加される圧力が、圧縮荷重である
場合を説明する。鉄心半体25の頂点部25aに圧縮荷
重Pが印加されていない場合には、磁歪部材11にかか
る力は、コイルバネ27からの圧力だけであり、その圧
力は常に一定であるので、コイル29で誘起される電圧
も一定となる。ここで、鉄心半体25の頂点部25aに
圧縮荷重が印加されると、磁歪部材11にかかる圧力が
増加し、磁歪部材11の磁気抵抗が増加するとともに、
鉄心半体24と鉄心半体25との離間距離が大きくなる
ので、磁路M4全体の磁気抵抗が大きくなり、磁歪部材
11に流れる磁束が減少する。これにより、コイル29
で誘起される電圧が減少する。このとき誘起される電圧
と、圧縮荷重が印加されていないときの誘起電圧とを用
いることにより、印加された圧縮荷重の大きさを算出す
る。
First, the case where the applied pressure is a compressive load will be described. When the compressive load P is not applied to the apex 25a of the iron core half 25, the force exerted on the magnetostrictive member 11 is only the pressure from the coil spring 27, and the pressure is always constant. The induced voltage is also constant. Here, when a compressive load is applied to the apex 25a of the iron core half 25, the pressure applied to the magnetostrictive member 11 increases, and the magnetic resistance of the magnetostrictive member 11 increases,
Since the distance between the iron core half body 24 and the iron core half body 25 increases, the magnetic resistance of the entire magnetic path M4 increases and the magnetic flux flowing through the magnetostrictive member 11 decreases. As a result, the coil 29
The voltage induced by is reduced. The magnitude of the applied compressive load is calculated by using the voltage induced at this time and the induced voltage when the compressive load is not applied.

【0040】逆に、印加される圧力が、引張荷重である
場合には、鉄心半体25の頂点部25aに圧力がかかる
までは、圧縮荷重Pが印加される場合と同じである。こ
こで、鉄心半体25が引っ張られるように引張荷重Tが
印加された場合には、磁歪部材11にかかる力が減少す
るので、その磁気抵抗が小さくなるとともに、鉄心半体
24と鉄心半体25との間の距離が小さくなるので、磁
路M4全体の磁気抵抗も小さくなり、磁歪部材11に流
れる磁束が増大する。これにより、コイル29で誘起さ
れる電圧が増加する。このとき誘起される電圧と、引張
荷重Tが印加されていないときの誘起電圧とを用いるこ
とにより、印加された引張荷重Tの大きさを算出する。
On the contrary, when the applied pressure is a tensile load, it is the same as when the compressive load P is applied until the pressure is applied to the apex portion 25a of the core half 25. Here, when the tensile load T is applied so that the iron core half body 25 is pulled, the force applied to the magnetostrictive member 11 decreases, so that the magnetic resistance becomes smaller and the iron core half body 24 and the iron core half body 25 become smaller. 25, the magnetic resistance of the entire magnetic path M4 also decreases, and the magnetic flux flowing through the magnetostrictive member 11 increases. As a result, the voltage induced in the coil 29 increases. The magnitude of the applied tensile load T is calculated by using the voltage induced at this time and the induced voltage when the tensile load T is not applied.

【0041】また、別の実施例として、磁束を発生させ
る磁束発生手段を励磁コイル31とし、磁束検知手段を
ホール素子19としたものを、図9に示している。この
場合には、ホール素子19を鉄心半体25のつば部25
b底面と磁歪部材11の一面11bとの間に設け、鉄心
半体25から磁歪部材11に、又はその逆向きに通過す
る磁束量を検出するようにしている。このようにするこ
とで、磁束検知手段を小型化することが可能となるとと
もに、力センサ全体の小型化も可能となる。
As another embodiment, FIG. 9 shows that the magnetic flux generating means for generating magnetic flux is the exciting coil 31 and the magnetic flux detecting means is the hall element 19. In this case, the Hall element 19 is connected to the collar portion 25 of the iron core half 25.
It is provided between the bottom surface of b and the one surface 11b of the magnetostrictive member 11 to detect the amount of magnetic flux passing from the iron core half 25 to the magnetostrictive member 11 or in the opposite direction. By doing so, the magnetic flux detecting means can be downsized, and the force sensor as a whole can be downsized.

【0042】さらに別の実施例として、図10に示すよ
うに、磁歪部材11のまわりに、励磁コイル13と検知
コイル15とそれぞれ別体として巻装する構成にしても
よい。この場合に、励磁コイル13に交流電流を流せ
ば、検知コイル15で誘起される電圧が、インダクタン
スの変化分としてそのまま検出されるので、印加される
荷重をより精度よく計測することが可能となる。
As another embodiment, as shown in FIG. 10, the exciting coil 13 and the detecting coil 15 may be separately wound around the magnetostrictive member 11. In this case, when an alternating current is passed through the exciting coil 13, the voltage induced in the detecting coil 15 is detected as it is as a change in inductance, so that the applied load can be measured more accurately. .

【0043】以上のように、磁歪部材11に、定常的に
一定の圧力を印加するコイルバネ27を備えたので、圧
縮荷重Pだけでなく、引張荷重Tに対しても、その荷重
を計測することが可能となる。
As described above, since the magnetostrictive member 11 is provided with the coil spring 27 that constantly applies a constant pressure, not only the compressive load P but also the tensile load T can be measured. Is possible.

【0044】(第5実施形態)本発明の力センサの第5
の実施の形態について、以下に説明する。図11に示す
ように、本実施の形態においては、コア部材を鉄心34
とし、鉄心34は、鉄心半体35と鉄心半体37とを備
えたものとしている。なお、第1乃至第4の実施の形態
と同じものには、同じ符号を付してある。
(Fifth Embodiment) The fifth embodiment of the force sensor of the present invention.
Embodiments of will be described below. As shown in FIG. 11, in the present embodiment, the core member is the core 34.
The iron core 34 has an iron core half body 35 and an iron core half body 37. The same parts as those in the first to fourth embodiments are designated by the same reference numerals.

【0045】鉄心半体35は、その側壁の一辺に切り欠
き部を有する断面略四角形状で、その切り欠き部の端面
をテーパ状に形成している。また、鉄心半体37は、そ
の頂点部37aからつば部37bにかけての一部がテー
パ状に形成されている。このようにすることで、鉄心半
体35と鉄心半体37との対向する面同士が、引張荷重
を印加された際により近接し、圧縮荷重Pを印加された
際により離間するので、荷重を印加された際の磁気抵抗
変化量がより大きくなる。
The iron core half body 35 has a substantially rectangular cross section having a notch on one side of its side wall, and the end face of the notch is tapered. Further, the iron core half body 37 is formed such that a part thereof from the apex portion 37a to the brim portion 37b is tapered. By doing so, the facing surfaces of the iron core half body 35 and the iron core half body 37 are closer to each other when a tensile load is applied, and are separated from each other when a compressive load P is applied, so that the load is reduced. The amount of change in magnetoresistance when applied is larger.

【0046】なお、本実施の形態では、第4の実施の形
態と同様に、鉄心半体35と鉄心半体37との間にコイ
ルバネ27を設け、磁歪部材11にかかる荷重が、引張
荷重T又は圧縮荷重P、どちらの場合にも、印加された
荷重を計測できるようにしている。
In this embodiment, as in the fourth embodiment, the coil spring 27 is provided between the iron core halves 35 and 37, and the load applied to the magnetostrictive member 11 is the tensile load T. Alternatively, the applied load can be measured in either case of the compressive load P.

【0047】以上のように、鉄心半体35と鉄心半体3
7の形状の一部をテーパ状とすることにより、荷重を印
加された際の磁気抵抗変化量をより大きくすることがで
きるので、誘起される電圧の変化量も大きくなり、印加
される荷重をより詳細に計測することが可能となる。
As described above, the iron core half body 35 and the iron core half body 3 are
By making a part of the shape of 7 a taper shape, the amount of change in magnetoresistance when a load is applied can be made larger, so the amount of change in the induced voltage also becomes larger and the applied load is It is possible to measure in more detail.

【0048】以上、本発明の好適な実施の形態を説明し
たが、本発明はこの実施の形態に限らず、種々の形態で
実施することができる。
Although the preferred embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to this embodiment and can be implemented in various forms.

【0049】[0049]

【発明の効果】上記のように本件発明によれば、磁性体
よりなる筒体の周壁の一部に、その軸方向の全長にわた
り開放される開放部が設けられたコア体と、コア体の内
周面に固着された2つの面を有してコア体内に収納さ
れ、2つの面に印加される圧力に対応して透磁率が変化
する磁歪部材と、コア体又は磁歪部材に磁束を発生自在
に形成された磁束発生手段と、コア体又は磁歪部材を通
過する磁束を検知自在に形成された磁束検知手段と、を
備え、開放部の開放間隔及び磁歪部材の透磁率が、前記
コア体に印加される圧力に対応して変化するので、印加
される荷重値の変化に対して磁歪部材の透磁率の変化を
大きくすることができ、荷重値を精度よく測定すること
ができるという効果を奏する。
As described above, according to the present invention, a core body provided with an opening portion that is opened over the entire axial length of a part of the peripheral wall of a cylindrical body made of a magnetic material, and a core body Generates magnetic flux in the core body or magnetostrictive member, and the magnetostrictive member that has two surfaces fixed to the inner peripheral surface and is housed in the core body and whose permeability changes according to the pressure applied to the two surfaces. A magnetic flux generating means freely formed and a magnetic flux detecting means freely formed so as to detect the magnetic flux passing through the core body or the magnetostrictive member, and the open interval of the open portion and the magnetic permeability of the magnetostrictive member are the core body. Since it changes according to the pressure applied to, it is possible to increase the change in the magnetic permeability of the magnetostrictive member with respect to the change in the applied load value, and it is possible to measure the load value accurately. Play.

【0050】また、磁束検出手段に、ホール素子を有す
るようにすれば、小型化を図ることができるという効果
を奏する。
Further, if the magnetic flux detecting means is provided with a Hall element, there is an effect that the size can be reduced.

【0051】また、磁束発生手段に、磁石を有するよう
にすれば、磁束を発生させるための電源が不要となり、
より小型化、低コスト化を図ることができるという効果
を奏する。
If the magnetic flux generating means is provided with a magnet, a power source for generating the magnetic flux becomes unnecessary,
It is possible to achieve further downsizing and cost reduction.

【0052】また、磁歪部材の2つの面は、その少なく
とも一方の面が、磁性ゴムを介してコア体の内周面に固
着すれば、磁性ゴムの弾性により、外力を受けたコア体
の側壁の一部の開放された間隔の変位量がより大きくな
るので、印加される外力に対して、磁束検知手段で検知
される磁束の変化量をより大きくすることができ、印加
された外力の大きさをより正確に計測することができる
という効果を奏する。
If at least one of the two surfaces of the magnetostrictive member is fixed to the inner peripheral surface of the core body via the magnetic rubber, the elasticity of the magnetic rubber causes the sidewall of the core body to receive an external force. Since the displacement amount of a part of the open space becomes larger, the change amount of the magnetic flux detected by the magnetic flux detecting means can be made larger than the applied external force, and the magnitude of the applied external force can be increased. It is possible to measure the height more accurately.

【0053】また、コア体は、内周面における磁歪部材
の2つの面が固着される位置の少なくとも一方に、断面
略凸形状の突起部を有するように形成すれば、磁歪部材
に働く応力をより集中させることができ、印加された外
力に対して、磁束検知手段で検知される磁束の変化量を
より大きくすることができるので、印加された外力の大
きさをより正確に計測することができるという効果を奏
する。
If the core body is formed to have a protrusion having a substantially convex cross section at at least one of the positions where the two surfaces of the magnetostrictive member are fixed to each other on the inner peripheral surface, the stress acting on the magnetostrictive member is reduced. It is possible to concentrate more and to increase the amount of change in the magnetic flux detected by the magnetic flux detecting means with respect to the applied external force, so that the magnitude of the applied external force can be measured more accurately. It has the effect of being able to.

【0054】また、磁歪部材に、印加される圧力が応力
集中する応力集中部を設ければ、磁歪部材に働く応力を
より集中させることができ、印加された外力に対して、
磁束検知手段で検知される磁束の変化量をより大きくす
ることができるので、印加された外力の大きさをより正
確に計測することができるという効果を奏する。
Further, by providing the magnetostrictive member with a stress concentrating portion for concentrating the stress applied thereto, the stress acting on the magnetostrictive member can be further concentrated, and the external force applied is
Since the amount of change in the magnetic flux detected by the magnetic flux detecting means can be further increased, it is possible to more accurately measure the magnitude of the applied external force.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わる力センサの第1の実施の形態を
示す図である
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a force sensor according to the present invention.

【図2】上記力センサの別の実施例を示す図であるFIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the force sensor.

【図3】上記力センサの別の実施例を示す図であるFIG. 3 is a diagram showing another embodiment of the force sensor.

【図4】上記力センサの別の実施例を示す図であるFIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the force sensor.

【図5】本発明に係わる力センサの第2の実施の形態を
示す図である
FIG. 5 is a diagram showing a second embodiment of a force sensor according to the present invention.

【図6】本発明に係わる力センサの第3の実施の形態を
示す図である
FIG. 6 is a diagram showing a third embodiment of a force sensor according to the present invention.

【図7】上記力センサの別の実施例を示す図であるFIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the force sensor.

【図8】本発明に係わる力センサの第4の実施の形態を
示す図である
FIG. 8 is a diagram showing a fourth embodiment of a force sensor according to the present invention.

【図9】上記力センサの別の実施例を示す図であるFIG. 9 is a diagram showing another embodiment of the force sensor.

【図10】上記力センサの別の実施例を示す図であるFIG. 10 is a diagram showing another embodiment of the force sensor.

【図11】本発明に係わる力センサの第5の実施の形態
を示す図である
FIG. 11 is a diagram showing a fifth embodiment of a force sensor according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 磁歪部材 13 励磁コイル 15 検知コイル 16 鉄心 18 間隙 19 ホール素子 21 永久磁石 23 鉄心 26 間隙 31 励磁コイル 34 鉄心 38 鉄心 39a テーパ部 40 鉄心 41a 半球部 11 Magnetostrictive member 13 Excitation coil 15 Detection coil 16 iron core 18 Gap 19 Hall element 21 Permanent magnet 23 iron core 26 Gap 31 Excitation coil 34 iron core 38 iron core 39a taper part 40 iron core 41a hemisphere

フロントページの続き (72)発明者 藤原 茂喜 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 (72)発明者 三谷 宏一 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内Continued front page    (72) Inventor Shigeki Fujiwara             1048, Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Works Co., Ltd.             Inside the company (72) Inventor Koichi Mitani             1048, Kadoma, Kadoma-shi, Osaka Matsushita Electric Works Co., Ltd.             Inside the company

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】磁性体よりなる筒体の周壁の一部に、その
軸方向の全長にわたり開放される開放部が設けられたコ
ア体と、前記コア体の内周面に固着された2つの面を有
して前記コア体内に収納され、前記2つの面に印加され
る圧力に対応して透磁率が変化する磁歪部材と、前記コ
ア体又は前記磁歪部材に磁束を発生自在に形成された磁
束発生手段と、前記コア体又は前記磁歪部材を通過する
磁束を検知自在に形成された磁束検知手段と、を備え、
前記開放部の開放間隔及び前記磁歪部材の透磁率が、前
記コア体に印加される圧力に対応して変化することを特
徴とする力センサ。
1. A core body having a cylindrical body made of a magnetic material, and an opening portion provided on a part of a peripheral wall of the cylinder body so as to be opened over its entire length in the axial direction, and two core bodies fixed to an inner peripheral surface of the core body. A magnetostrictive member having a surface and housed in the core body, the magnetic permeability of which changes in response to pressure applied to the two surfaces, and a magnetic flux which is freely generated in the core body or the magnetostrictive member. A magnetic flux generating means, and a magnetic flux detecting means formed to be able to detect the magnetic flux passing through the core body or the magnetostrictive member,
A force sensor, wherein an opening interval of the opening portion and a magnetic permeability of the magnetostrictive member change according to a pressure applied to the core body.
【請求項2】 前記磁束検知手段は、ホール素子を有す
ることを特徴とする請求項1に記載の力センサ。
2. The force sensor according to claim 1, wherein the magnetic flux detecting means has a Hall element.
【請求項3】 前記磁束発生手段は、永久磁石を有する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の力セン
サ。
3. The force sensor according to claim 1, wherein the magnetic flux generating means has a permanent magnet.
【請求項4】 前記磁歪部材の前記2つの面は、その少
なくとも一方の面が、磁性ゴムを介して前記コア体の前
記内周面に固着されていることを特徴とする請求項1乃
至請求項3のいずれかに記載の力センサ。
4. The at least one surface of the two surfaces of the magnetostrictive member is fixed to the inner peripheral surface of the core body via a magnetic rubber. Item 5. The force sensor according to any one of Items 3.
【請求項5】 前記コア体は、前記内周面における前記
磁歪部材の前記2つの面が固着される位置の少なくとも
一方に、断面略凸形状の突起部を有することを特徴とす
る請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の力センサ。
5. The core body has a protrusion having a substantially convex cross section at least at one of the positions on the inner peripheral surface where the two surfaces of the magnetostrictive member are fixed to each other. The force sensor according to claim 4.
【請求項6】 前記磁歪部材は、印加される圧力が応力
集中する応力集中部が設けられたことを特徴とする請求
項1乃至請求項5のいずれかに記載の力センサ。
6. The force sensor according to claim 1, wherein the magnetostrictive member is provided with a stress concentrating portion in which stress is concentrated by applied pressure.
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