磁致伸缩式载荷传感器以及具备该载荷传感器的移动体的制作方法

专利名称：磁致伸缩式载荷传感器以及具备该载荷传感器的移动体的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用磁致伸缩效果对载荷进行电磁检测的磁致伸缩式载荷 传感器以及具备该传感器的移动体。
背景技术：
要求在二轮摩托车、水上自行车(waterbike)、移动架台、运输设备、 电动自行车或者电动轮椅等移动体中所使用的载荷传感器小型化。作为小型的载荷传感器，》兹致伸缩式载荷传感器很实用。在磁致伸缩式载荷传感器中，将被施加载荷的部件的磁性特性的变化 转换为电压的变化，基于该电压的变化对该载荷进行检测。在专利文献l中，公开有磁致伸缩式载荷传感器即载荷检测装置。专 利文献1的载荷检测装置具备棒状的磁性体、励磁线圏、检测线圏以及 磁屏蔽罩。棒状的磁性体由磁性材料形成。在磁性体的周围，以相互电绝缘的状 态缠绕有励磁线圈以及检测线圏。磁屏蔽罩，由磁性材料形成，收容磁性 体、励万兹线圏以及检测线圏。磁性体的一端，从设置在磁屏蔽罩的上部的孔部向上方突出。在磁性 体的上端部上，设有接头。在磁性体被励磁线圏磁化的状态下，通过接头对磁性体施加载荷。由 此，在磁性体的轴向方向上施加载荷，磁性体就被压缩。其结果，由于反 磁致伸缩效应(Inverse Magnetostrictive Effect)载荷检测装置的阻抗变化， 并且检测线圏的两端的电压变化。因此，基于检测线圏上的电压的变化， 算出磁性体上所施加的载荷。专利文献1:特开平11-241955号/>才艮
发明内容但是，在上述的专利文献l的栽荷检测装置中，由磁性材料形成的磁 屏障罩对棒状的磁性体的下端部进行支撑(支持)，并且覆盖励磁线圏以及检测线圏的外周部、上部以及下部。由此，磁屏障罩在磁性体被励磁线 围磁化时作为磁通路发挥作用。磁屏障罩支撑着磁性体的下端部。因此，对磁性体的上端施加载荷时，在磁性体的下端部与磁屏障罩的触接部上作用有应力。如果施加在磁性体上的载荷的方向从磁性体的轴向方向错开，则磁性 体的下端部上的应力分布变得不均匀，产生应力集中部。另外，如果施加 在磁性体上的载荷的方向不同，则在磁性体的下端部所产生的应力集中部 的位置以及大小也会不同。因此，即便施加在磁性体上的载荷一定，与产 生的应力集中部的位置以及大小相对应，磁性体的下端部上的磁性特性也 会发生变化(不稳定)。而且，因为》兹性体的下端部与磁屏障罩触接，所以如果在磁性体的下 端部上产生应力集中部，则在磁屏障罩的与磁性体的触接部分上也会发生 与磁性体上所产生的应力集中部的位置以及大小对应的应力集中部。由此， 即便在磁屏障罩上，与在磁性体上所产生的应力集中部的位置以及大小相 对应，磁性特性也会发生变化。施加在磁性体上的载荷的方向不同时，受到磁性体的下端部上的磁性 特性变化以及磁屏障罩上的磁性特性变化的影响，检测线圏的两端的电压 的变化不均匀。其结果，载荷检测装置的输出的不均匀增大，导致载荷检 测装置的可靠性降低。另外，即便在施加在磁性体上的载荷的方向与磁性体的轴向方向 一致 的情况下，如果磁性体与磁屏障罩的触接部的形状以及尺寸有哪怕一点点 误差，都会使磁性体的下端部上的应力分布变得不一致，产生应力集中部。因此，在批量生产上述的载荷检测装置时，由于磁性体与磁屏障罩的 触接部的形状以及尺寸的误差，导致在载荷检测装置间检测线圈的两端的
电压不一致。其结果，栽荷检测装置的制造成品率降低。本发明的目的在于，提供一种防止由应力集中引起的输出变化的不一 致，可靠性以及制造成品率都提高了的磁致伸缩式载荷传感器以及具备该 传感器的移动体。(l)本发明所涉及的磁致伸缩式载荷传感器，具备具有贯通孔的线 團；插入贯通孔的载荷检测部件；和形成由线圏所产生的磁通量通过的磁 通路的f兹通路形成部件，载荷检测部件的两端部从与贯通孔相对的/磁通路 形成部件的部分分别向外侧突出，该磁致伸缩式载荷传感器还具备将从外 部施加的载荷向载荷检测部件的至少一端部传递的载荷传递部件、和对磁 通路形成部件以及载荷传递部件进行支撑的支撑部件。在本发明所涉及的磁致伸缩式载荷传感器中，磁通路形成部件以及载 荷传递部件由支撑部件进行支撑。通过在线圈中流过电流而产生磁场。因 此，由磁性材料构成的载荷检测部件被磁化。在该状态下，如果通过载荷传递部件对从磁通路形成部件的部分分别 向外侧突出的载荷检测部件的两端部中的至少一端部施加载荷，则载荷检 测部件会弯曲。因此，线圈的阻抗变化，线圏所感应的电压会变化。因此， 能够基于电压的变化，检测载荷。这里，如果在相对栽荷检测部件的中心轴错开的方向上施加载荷，则 作用在载荷检测部件的端部的应力的分布变得不均匀。由此，在载荷检测 部件的两端部上产生应力集中部。而且，如果通过载荷传递部件施加在载荷检测部件上的载荷的方向以 及位置不同，则在载荷检测部件的两端部所产生的应力集中部的位置以及 大小也会不同。由此，即便在施加在载荷检测部件上的载荷一定的情况下， 与发生的应力集中部的位置以及大小相对应，载荷检测部件的端部上的磁 性特性也会不均匀。在本发明所涉及的^^致伸缩式栽荷传感器中，载荷检测部件的两端部 向磁通路形成部件的外部突出。换言之，在磁致伸缩式载荷传感器动作时，
其结果，防止磁致伸缩式载荷传感器的输出受到在载荷检测部件的端 部所产生的应力集中部的影响，因此磁致伸缩式载荷传感器的输出稳定。另外，即便在由于磁通路形成部件、载荷检测部件、载荷传递部件以 及支撑部件的形状以及尺寸的误差导致在载荷检测部件的端部产生应力集 中部的情况下，也能够防止磁致伸缩式载荷传感器的输出变化由于在载荷 检测部件的端部所产生的应力集中部的影响而不稳定。由此，緩和了批量生产磁致伸缩式载荷传感器时的磁通路形成部件、 栽荷检测部件、载荷传递部件以及支撑部件的形状以及尺寸的精度。其结 果，提高了磁致伸缩式载荷传感器的制造成品率。(2)支撑部件可通过载荷传递部件对载荷检测部件进行支撑，使得载 荷检测部件可在一定的范围内移动。在这种情况下，因为载荷检测部件能够在一定的范围内移动，所以起 因于施加载荷的方向而在载荷检测部件的端部所产生的应力集中降低。由 此，充分防止磁致伸缩式载荷传感器的输出变化的不一致。另外，进一步 提高了磁致伸缩式载荷传感器的制造成品率。(3 )支撑部件可通过载荷传递部件对载荷检测部件进行支撑，使得载 荷检测部件不与磁通路形成部件接触。在这种情况下，在磁致伸缩式载荷 传感器动作时，防止在栽荷检测部件与磁通路形成部件之间的磁阻抗显著 变化。由此，防止磁致伸缩式载荷传感器的输出变化由于受载荷检测部件 与磁通路形成部件之间的磁阻抗的变化的影响而变得不稳定。另外，在磁通路形成部件上没有发生由于与载荷检测部件的接触所导 致的应力集中部，因此，磁通路形成部件的磁性特性不会变得不均匀。其 结果，防止磁致伸缩式载荷传感器的输出变化不稳定。的间隔形成部件。在这种情况下，在磁致伸缩式载荷传感器动作时，可靠 防止磁通路形成部件与载荷检测部件接触。由此，可靠防止在载荷检测部 件与磁通路形成部件之间磁阻抗显著变化。而且，即便在载荷检测部件在一定范围内移动的情况下，也由间隔形
成部件将栽荷检测部件与磁通路形成部件的位置关系的偏移量限制为较 小。由此，充分降低由于磁通路形成部件与载荷检测部件的位置关系的偏 离所导致的线圈的阻抗的变化。由此，提高了磁致伸缩式载荷传感器的输 出的穂、定性。(5)支撑部件可对载荷传递部件进行支撑，使得载荷传递部件可在一 定范围内移动。在这种情况下，载荷传递部件能够在一定范围内移动，因此，降低了 由于施加载荷的方向所导致的在载荷检测部件的端部所产生的应力集中。 由此，充分防止磁致伸缩式载荷传感器的输出变化不一致。另外，进一步 提高了磁致伸缩式载荷传感器的制造成品率。(6 )支撑部件可通过弹性体对载荷传递部件进行支撑。在这种情况下， 载荷传递部件通过弹性体由支撑部件支撑，因此载荷传递部件可以在一定 范围内移动。由此，即便在载荷检测部件、栽荷传递部件以及支撑部件的 形状以及尺寸发生误差的情况下，载荷传递部件在通过弹性体吸收误差的 影响的情况下被支撑。因此，緩和栽荷检测部件、载荷传递部件以及支撑 部件的形状以及尺寸的精度，提高了磁致伸缩式载荷传感器的制造成品率。(7)支撑部件可包括收容线圏、磁通路形成部件、载荷检测部件以及 载荷传递部件的外罩(housing)。在这种情况下，线圏、磁通路形成部件、载荷检测部件以及栽荷传递 部件被收容在外罩中。由此，磁致伸缩式栽荷传感器的操作变得容易。另 外，能够防止线圏、磁通路形成部件、载荷检测部件以及载荷传递部件被 污染，从而能够防止磁致伸缩式载荷传感器的劣化。(8 )磁通路形成部件，可在与贯通孔的两端部分别相对的部分上具有 第一以及第二开口 ，在载荷检测部件的外表面与第一以及第二开口的内表 面之间分别形成第一间隙，外罩具有载荷传递部件所嵌合的第三开口，使 得载荷检测部件以及载荷传递部件可以一体地在一定范围内移动，在载荷 传递部件的外表面与笫三开口的内表面之间形成第二间隙，第二间隙的宽 度在第一间隙的宽度以下。 在这种情况下，通过第一间隙，载荷检测部件可以在磁通路形成部件 的第一以及笫二开口内在与线圈的贯通孔的轴交叉的方向上移动。另外， 通过第二间隙，载荷传递部件可以在外罩的第三开口内在与线圏的贯通孔 的轴交叉的方向上移动。第二间隙的宽度在第一间隙的宽度以下，因此，载荷传递部件以及载荷检测部件在可以在与线圈的贯通孔的轴交叉的方向上移动地被支撑的情 况下，防止载荷检测部件与磁通路形成部件接触。因此，起因于施加载荷的方向的在载荷检测部件的端部所产生的应力 集中降低。由此，充分防止磁致伸缩式载荷传感器的输出变化的不稳定。 另外，进一步提高了磁致伸缩式载荷传感器的制造成品率。另外，在磁致伸缩式载荷传感器动作时，防止在载荷检测部件与磁通 路形成部件之间磁阻抗显著变化。由此，防止磁致伸缩式载荷传感器的输 出变化由于受载荷检测部件与磁通路形成部件之间的磁阻抗的变化的影响 而变得不稳定。另外，在磁通路形成部件上没有发生由于与载荷检测部件的接触所导 致的应力集中部，因此，磁通路形成部件的磁性特性不会变得不均匀。其 结果，防止^f兹致伸缩式载荷传感器的输出变化不稳定。(9) 磁致伸缩式栽荷传感器还可具备在一定范围内可移动而且可与 载荷传递部件触接地设置的、通过载荷传递部件对载荷检测部件施加载荷 的载荷施加部件。在这种情况下，利用载荷施加部件，通过载荷传递部件对载荷检测部 件施加载荷。因此，能够可靠地对载荷检测部件施加载荷。(10) 磁通路形成部件可在与贯通孔的两端部分别相对的部分上具有 第一以及第二开口，在载荷检测部件的外表面与第一以及笫二开口的内表 面之间分别形成第一间隙，外罩具有载荷传递部件所嵌合的第三开口，使 得载荷检测部件以及载荷传递部件可以一体地在一定范围内移动，在载荷 传递部件的外表面与第三开口的内表面之间形成第二间隙，第二间隙的宽 度在第一间隙的宽度以下。该磁致伸缩式载荷传感器还可具备通过载荷传
递部件对载荷检测部件施加载荷的载荷施加部件，载荷施加部件可设置成 在与贯通孔的轴向方向垂直的方向上可在比第一间隙的宽度大的范围内移 动。在这种情况下，在与线圏的贯通孔的轴交叉的方向上，通过第一间隙， 载荷检测部件可以在磁通路形成部件的第 一 以及第二开口内，在与线圏的 贯通孔的轴交叉的方向上移动。另外，通过第二间隙，载荷传递部件可以 在外罩的第三开口内在与线圏的贯通孔的轴交叉的方向上移动。载荷检测部件以及载荷传递部件在外罩内一体地移动。由此，在与线 圈的贯通孔的轴交叉的方向上，载荷检测部件的可移动范围小于等于载荷 传递部件的可移动范围。这里，第二间隙的宽度在第一间隙的宽度以下，因此，在载荷传递部 件以及载荷检测部件可以在与线圈的贯通孔的轴交叉的方向上移动地被支 撑的情况下，防止载荷检测部件与磁通路形成部件接触。利用载荷施加部件，通过载荷传递部件对载荷检测部件施加载荷。由 此，能够可靠地对载荷检测部件施加载荷。这里，在与线圏的贯通孔的轴 交叉的方向上，载荷施加部件可在比第一间隙的宽度大的范围内移动。因 此，在与线圈的贯通孔的轴交叉的方向上，载荷传递部件的可移动范围在 载荷施加部件的可移动范围以下。通过^f吏在与线圏的贯通孔的轴交叉的方向上载荷传递部件的可移动范 围在载荷施加部件的可移动范围以下，在载荷施加部件施加在载荷传递部 件上的载荷的方向相对线圏的贯通孔的轴倾斜的情况下，载荷传递部件的 移动量在载荷施加部件的移动量以下。另外，通过使在与线圏的贯通孔的轴交叉的方向上载荷检测部件的可 移动范围在载荷传递部件的可移动范围以下，在载荷传递部件施加在载荷 检测部件上的载荷的方向相对线圏的贯通孔的轴倾斜的情况下，载荷检测 部件的移动量在栽荷传递部件的移动量以下。其结果，能够降低相对于磁通路形成部件的载荷检测部件的位置偏离 以及倾斜，从而能够更加充分地防止磁致伸缩式载荷传感器的输出变化的 不稳定。(11 )栽荷传递部件可包括将从外部所施加的载荷分别向载荷检测部 件的一端部以及另 一端部传递的第一以及第二载荷传递部件。在这种情况下，磁致伸缩式载荷传感器可以分别检测出施加在载荷检 测部件的一端部以及另一端部上的栽荷。由此，能够利用一个磁致伸缩式载荷传感器检测出从2个方向施加的载荷。因此，为了检测出从2个方向 施加的载荷，没有必要准备与各个方向相对应的磁致伸缩式载荷传感器， 因此，减少了部件数量。因此，实现了磁致伸缩式载荷传感器的小型化以 及轻型化。另外，因为能够利用一个磁致伸缩式载荷传感器检测出从2个方向施 加的载荷，所以不需要像准备2个磁致伸缩式载荷传感器的情况那样，进 行2个磁致伸缩式载荷传感器的灵敏度调整以及2个磁致伸缩式载荷传感 器的选用。其结果，减少了装置的制造工序数以及制造成本，提高了制造 成品率。(12)磁致伸缩式载荷传感器还可具备在一定范围内可移动而且可 与载荷传递部件触接地设置的、通过第一以及第二载荷传递部件分别对载 荷检测部件的一端部以及另一端部施加载荷的第一以及第二载荷施加部 件。在这种情况下，利用第一以及第二载荷施加部件，通过第一以及第二 载荷传递部件分别对栽荷检测部件的两端部施加载荷。因此，能够可靠地 对载荷检测部件的两端部施加载荷。(13 )第一以及第二载荷施加部件以及第一以及第二载荷传递部件， 可沿着线圏的贯通孔的轴向以栽荷检测部件为中心对称地配置。在这种情况下，在通过第一载荷施加部件对位于载荷检测部件的一端 侧的第一栽荷传递部件施加载荷的情况下，和通过第二载荷施加部件对位 于载荷检测部件的另 一端侧的第二载荷传递部件施加载荷的情况下，载荷 以对称的路径向载荷检测部件传递。因此，磁致伸缩式载荷传感器能够以 相同的精度检测从2个方向施加的载荷。
(14)外軍可具有载荷传递部件所嵌合的第三开口，载荷传递部件具 有与外罩的内侧的一端面相对或接触的凸缘部以及与载荷检测部件的一端部嵌合的凹部。在这种情况下，在载荷传递部件的凹部嵌合载荷检测部件的一端部， 栽荷传递部件与外罩的第三开口嵌合并且凸缘部与外罩的内侧的一端面相 对或接触。由此，栽荷检测部件以及载荷传递部件在轴向方向上可移动地 被保持在外罩内。因此，可以用简单的构造正确地检测载荷。(15 )在外罩的第三开口的内表面和载荷传递部件的外表面之间可形 成间隙，磁致伸缩式载荷传感器还可具备将载荷传递部件相对外罩可在 与贯通孔的轴向方向垂直的方向上移动地进行保持的弹性部件。在这种情况下，在从相对线團的贯通孔的轴向方向倾斜的方向上对载 荷传递部件施加栽荷的情况下，栽荷传递部件在与贯通孔的轴向方向垂直 的方向上弹性地移动，因此，降低了由载荷的施加方向所导致的在载荷检 测部件的一端部所产生的应力集中。由此，充分降低了磁致伸缩式载荷传 感器的输出变化的不稳定。(16)载荷检测部件可包括将从外部施加的载荷分别向载荷检测部件 的一端部以及另一端部传递的第一以及第二载荷传递部件，外罩具有第一 载荷传递部件嵌合的第三开口以及第二载荷传递部件嵌合的第四开口 ，第 一载荷传递部件具有与外罩的内侧的一端面相对或接触的第一凸缘部以 及与载荷检测部件的一端部嵌合的第一凹部，第二载荷传递部件具有与 外罩的内侧的另一端面相对或接触的第二凸缘部以及与栽荷检测部件的另 一端部嵌合的第二凹部。在这种情况下，在第一载荷传递部件的第一凹部嵌合载荷检测部件的 一端部，第一载荷传递部件与外罩的第三开口嵌合并且第一凸缘部与外罩 的内侧的一端面相对或接触。另外，第二载荷传递部件的第二凹部嵌合载 荷检测部件的另一端部，第二载荷传递部件与外罩的第四开口嵌合并且第 二凸缘部与外罩的内侧的另一端面相对或接触。由此，第一以及第二载荷 检测部件以及第一以及第二栽荷传递部件在轴向方向上可移动地被保持在
外罩内。因此，可以用简单的构造正确地检测载荷。(17) 在外罩的第三开口的内表面和第一栽荷传递部件的外表面之间 可形成间隙，在外罩的第四开口的内表面和笫二栽荷传递部件的外表面之 间可形成间隙，磁致伸缩式栽荷传感器还可具备将第一栽荷传递部件相 对外罩可在与贯通孔的轴向方向垂直的方向上移动地进行保持的第一弹性 部件，和将第二载荷传递部件相对外罩可在与贯通孔的轴向方向垂直的方 向上移动地进行保持的第二弹性部件。在这种情况下，在从相对线圈的贯通孔的轴向方向倾斜的方向上对第 一或者第二载荷传递部件施加载荷的情况下，第一或者第二载荷传递部件 在与贯通孔的轴向方向垂直的方向上弹性地移动。因此，降低了由载荷的 施加方向所导致的在载荷检测部件的一端部或另一端部所产生的应力集 中。由此，充分降低了磁致伸缩式载荷传感器的输出变化的不稳定。(18) 载荷检测部件与载荷传递部件可接合。在这种情况下，在线圏 的贯通孔的轴上，能够通过载荷传递部件对载荷检测部件施加压缩载荷， 并且能够通过载荷传递部件对载荷检测部件施加拉伸载荷。因此，能够在 防止由应力集中所导致的输出变化的不稳定的情况下，检测压缩载荷以及拉伸载荷。(19) 载荷检测部件可具有圆柱形状，栽荷检测部件的两端部可以沿 该载荷检测部件的轴向方向的剖面的直径以上的长度从磁通路形成部件的 第一以及第二开口突出。在这种情况下，即便应力局部集中作用在栽荷检测部件的端部的情况笫二开口突出，因此，该应力在载荷检测部件的突出部内全面扩散。由此， 在覆盖磁通路形成部件的栽荷检测部件的部分上，载荷检测部件的应力分 布变得大体均勻。其结果，充分防止磁致伸缩式载荷传感器的输出变化由 于在载荷检测部件的端部所产生的应力集中部的影响而不稳定。(20) 根据本发明的其他方面的移动体，可具备主体部；使主体部 移动的驱动部；检测载荷的磁致伸缩式载荷传感器；和基于由磁致伸缩式
载荷传感器所检测的载荷对驱动部进行控制的控制部，磁致伸缩式载荷传感器可包括具有贯通孔的线圈；插入贯通孔的载荷检测部件；和形成由 线圏所产生的i兹通量通过的磁通路的磁通路形成部件，栽荷检测部件的两还具备将从外部施加的载荷向载荷检测部件的至少一端部传递的载荷传 递部件，和对磁通路形成部件以及载荷传递部件进行支撑的支撑部件。在该移动体中，通过磁致伸缩式载荷传感器检测载荷，基于检测的载 荷通过控制部来控制驱动部。由此，通过驱动部来移动主体部。在该移动体所使用的磁致伸缩式载荷传感器中，防止由于应力集中所 导致的输出变化的不稳定(不均匀)，提高可靠性以及制造成品率。因此， 可以以高精度对移动体进行控制，并且提高移动体的可靠性。根据本发明，载荷检测部件的两端部向磁通路形成部件的外部突出。 由此，防止》兹致伸缩式载荷传感器的输出受到在载荷检测部件的端部所产 生的应力集中部的影响，因此磁致伸缩式载荷传感器的输出稳定。另外，即便在由于磁通路形成部件、载荷检测部件、载荷传递部件以 及支撑部件的形状以及尺寸的误差导致在载荷检测部件的端部产生应力集 中部的情况下，仍起到与上述相同的效果。也就是说，能够防止磁致伸缩 式载荷传感器的输出变化由于在载荷检测部件的端部所产生的应力集中部 的影响而不均匀。由此，緩和了批量生产磁致伸缩式载荷传感器时的磁通路形成部件、 载荷检测部件、载荷传递部件以及支撑部件的形状以及尺寸的精度。其结 果，提高了磁致伸缩式载荷传感器的制造成品率。另夕卜，使用^f兹致伸缩式载荷传感器的移动体，可以以高精度进行控制， 并且提高了移动体的可靠性。


图1是用于说明第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的基本 结构的图； 图2是表示图1的磁致伸缩式载荷传感器内的磁场的方向的图； 图3是表示第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的第1具体 例的剖一见图；图4是用于说明图3的磁致伸缩式载荷传感器的外罩内的各构成部件 的支撑状态的图；图5是用于说明根据图3的棒状部件与磁通路形成部件的位置关系而 变化的传感器的构成部的阻抗(impedance)的图；图6是用于说明从图3的磁致伸缩式载荷传感器的磁通路形成部件的 开口突出的棒状部件的部分的图；图7是用于说明载荷的施加方向相对于棒状部件的中心轴的倾斜角度 和磁致伸缩式载荷传感器的灵敏度的关系的图；图8是表示第1实施方式所涉及的磁致伸缩式栽荷传感器的第2具体 例的剖4见图；图9是表示第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的第3具体 例的剖浮见图；图IO是表示第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的第4具体 例的剖浮见图；图ll是表示第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的第5具体 例的剖^f见图；图12是用于说明第2实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的基本 结构的图；图13是表示第2实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的具体例的 俯视图；图14是用于说明第3实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的基本 结构的图；图15是表示第3实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的具体例的 剖视图；图16是表示使用了上述实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的 载荷检测电路的概略结构的框图；图17是使用了图13的磁致伸缩式载荷传感器的滑行艇的平面图； 图18是表示图17的滑行艇的控制系统的框图； 图19是使用了图15的磁致伸缩式载荷传感器的电动自行车的侧视图； 图20是表示图19的电动自行车中所使用的动力装置(power unit) 的结构的剖视图。
具体实施方式
对本发明的一个实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器进行说明。 [1第1实施方式(1)磁致伸缩式载荷传感器的基本结构图l是用于说明第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的基本 结构的图。如图1所示，第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100包括 线圏A,由磁性材料构成的磁通路形成部件B，由磁性材料构成的棒状部 件C,由非磁性材料构成的2个载荷传递部件Da、 Db,由非磁性材料构 成的外罩E以及2个载荷施加部件Fa、 Fb。在下面的说明中，棒状部件C作为检测被施加在磁致伸缩式载荷传感 器100上的载荷的载荷检测部件而起作用。另外，在下面的说明中，将包括线圏A、磁通路形成部件B以及棒状 部件C的集合体称作传感器构成部。在这里，所谓磁性材料，指的是具有在被放置在磁场中时会带有磁性 的性质的材料。作为磁性材料，可以使用例如铁系材料、铁铬系材料、铁 镍系材料、铁钴系材料、铁硅系材料、铁铝系材料、纯铁、坡莫合金或超 磁致伸缩材料、铁素体系不锈钢(例如SUS430)等。例如，作为磁性材料 的铁的相对导磁率(相对于真空的导磁率的比例)为200。另外，所谓非磁性材料，指的是磁性材料以外的材料，例如，相对导 磁率大致为1的材料。另外，作为非磁性材料的奥氏体系不锈钢(例如
SUS304)、铝以及铜的相对导磁率为1~1.01。线圏A具有贯通孔Ah。以覆盖线圏A的外周部以及两端部的方式形 成有》兹通路形成部件B。在磁通路形成部件B的两端部的中央分别形成有 开口 Bha、 Bhb。在贯通孔Ah以及开口 Bha、 Bhb中插入有棒状部件C。在该状态下， 棒状部件C的两端部从开口 Bha、 Bhb突出。更详细地说，棒状部件C分 别延伸到比连接开口 Bha、 Bhb的外侧端部的线Bhae、 Bhbe更靠外侧(棒 状部件C的长度方向外侧)处。另外，磁通路形成部件B与棒状部件C 的距离Mg,比外罩E与载荷传递部件Da、 Db的距离Md大。由此，棒 状部件C被配置成不会与磁通路形成部件B相接触。棒状部件C的一端嵌合在由非磁性材料构成的载荷传递部件Da上。 棒状部件C的另一端嵌合在由非磁性材料构成的载荷传递部件Db上。在外罩E内，收纳着线圏A、磁通路形成部件B、棒状部件C以及2 个栽荷传递部件Da、 Db。在外罩E的两端部的中央分别形成有开口 Eha、 Ehb。载荷传递部件Da、 Db的一部分分别从外罩E的开口 Eha、 Ehb向外 部突出。相对于从开口 Eha突出的栽荷传递部件Da以能够相触接的方式 配置有载荷施加部件Fa。相对于从开口 Ehb突出的载荷传递部件Db以能 够相触接的方式配置有载荷施加部件Fb。在图1中虽然没有图示，但向外罩E的外部引出从线圈A延伸的导线。 从外罩E引出的导线被连接在未图示的振荡电路、电流检测器、整流电路、 增幅电路以及中央运算处理电路(CPU)等外围电路(载荷检测电路)上。 (2)磁致伸缩式载荷传感器的动作在磁致伸缩式载荷传感器100的动作时，从未图示的外围电路的振荡 电路经由导线向线圈A提供交流电流。由此，线圏A被驱动。此时，线圈 A作为励磁线圏而起作用，棒状部件C被磁化。另外，磁通路形成部件B 作为磁通路而起作用。在图2中表示图1的磁致伸缩式载荷传感器100内的磁场的方向。在
图2中，驱动线圏A时的磁致伸缩式栽荷传感器100内的》兹场的方向用粗 箭头表示。通过载荷施加部件Fa在载荷传递部件Da上施加载荷。从而，被施加 在载荷传递部件Da上的载荷被传递到棒状部件C的一端。由此，在棒状部件C上作用压缩力。这样，当在棒状部件C上作用压 缩力时，棒状部件C的导磁率由于反磁致伸缩效应而变化，包括线闺A、 ^磁通路形成部件B以及棒状部件C的传感器构成部的阻抗变化。其结果，线圏A上产生的感应电动势(电压)变化。此时，线圏A作 为检测线圏而起作用。线圈A的电压经由未图示的导线由外围电路检测出。 基于检测出的线圈A的电压变化来检测施加在载荷传递部件Da上的载荷。另一方面，通过栽荷施加部件Fb在载荷传递部件Db上施加载荷。此 时也与上述同样，检测出施加在载荷传递部件Db上的载荷。(3)由第1实施方式的磁致伸缩式载荷传感器产生的效果 (3画a)当向载荷传递部件Da或载荷传递部件Db上施加载荷时，应力作用在 棒状部件C的一端与载荷传递部件Da的触接部(参照图2虛线部tl)、 以及棒状部件C的另一端与载荷传递部件Db的触接部(参照图2虛线部 t2),在棒状部件C上作用压缩力。在这里，当施加在载荷传递部件Da或载荷传递部件Db上的载荷的方 向从棒状部件C的轴方向偏离时，棒状部件C的两端部的应力分布不均匀， 产生应力集中部。进而，当施加在载荷传递部件Da或载荷传递部件Db上的载荷的方向 不同时，在棒状部件C的两端部产生的应力集中部的位置以及大小也不同。 由此，即使是施加在棒状部件C上的载荷为一定时，棒状部件C的两端部 的磁性特性也会^L据产生的应力集中部的位置以及大小而产生不均。在本实施方式所涉及的》兹致伸缩式载荷传感器100中，棒状部件C的 两端部向磁通路形成部件B的外部突出。换言之，在磁致伸缩式载荷传感 器100的动作时，棒状部件C的两端部位于由磁通路形成部件B形成的磁
通路的外侧。其结果，磁致伸缩式栽荷传感器100的输出不受棒状部件c的两端部 产生的应力集中部的影响，所以磁致伸缩式载荷传感器IOO的输出稳定。 (3-b)触状态时，磁通路形成部件B与棒状部件C之间的磁阻显著变化。在本实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100中，将棒状部件C 设置成不与磁通路形成部件B接触。因此，防止了磁阻在磁通路形成部件 B与棒状部件C之间显著变化。其结果，防止了磁致伸缩式载荷传感器100 的输出变化因磁通路形成部件B与棒状部件C之间的磁阻的变化的影响而 产生不均。另外，磁通路形成部件B与棒状部件C的距离Mg，比外罩E与载荷 传递部件Da、 Db的距离Md大，所以棒状部件C不会与磁通路形成部件 B相接触。由此，在磁通路形成部件B上不会产生由于与棒状部件C接触 而引起的应力集中部。因此，磁通路形成部件B的磁特性不会产生不均。 其结果，防止了磁致伸缩式载荷传感器100的输出变化产生不均。 (3画c)磁通路形成部件B与棒状部件C互不接触，棒状部件C的一端与载 荷传递部件Da的接触部以及棒状部件C的另一端与载荷传递部件Db的 接触部位于磁通路形成部件B的外部。由此，即使在由于磁通路形成部件B、棒状部件C以及载荷传递部件 Da、 Db的形状以及尺寸的误差而在棒状部件C的两端产生应力集中部时， 磁致伸缩式栽荷传感器100的输出也不受棒状部件C的两端部产生的应力 集中部的影响，所以磁致伸缩式载荷传感器100的输出稳定。由此，批量生产磁致伸缩式载荷传感器100时的磁通路形成部件B、 棒状部件C以及栽荷传递部件Da、 Db的形状以及尺寸的精度(要求)得 到緩和。其结果，磁致伸缩式载荷传感器100的制造成品率上升。 (3-d)
在制作使用2个载荷传感器检测从2个方向上施加的载荷的装置时， 必须将2个载荷传感器的灵敏度调整为相等，或者选择具有相等的灵敏度 的2个载荷传感器。由此，制造工序数以及制造成本增加。在本实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100中，能够分别检测 施加在棒状部件C的一端以及另一端的栽荷。由此，能够通过l个磁致伸 缩式载荷传感器100检测从2个方向上施加的载荷。因此，不必为了检测 从2个方向上施加的载荷而分别设置载荷传感器，所以部件数目降低。由 此，能够实现》兹致伸缩式载荷传感器100的小型化以及轻型化。另外，由于能够通过1个磁致伸缩式载荷传感器100检测从2个方向 上施加的载荷，所以不需要2个载荷传感器的灵敏度的调整以及2个载荷 传感器的选择。其结果，装置的制造工序数以及制造成本降低，制造成品率上升。(3-e)载荷传递部件Da，将通过载荷施加部件Fa施加的载荷传递给#^状部 件C,并且承受通过载荷传递部件Db传递给棒状部件C的载荷。另外，栽荷传递部件Db，将通过载荷施加部件Fb施加的载荷传递给 -棒状部件c，并且承受通过载荷传递部件Da传递给棒状部件C的载荷。这样，在本实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100中，载荷传 递部件Da、 Db具有传递载荷并承受载荷的作用。因此，不必分别设置传递载荷的部件和承受载荷的部件，所以部件数 目降低，制造成本降低。另外，磁致伸缩式载荷传感器IOO被配置成多个构成部件以其中心为 基准对称。因此，在棒状部件C的一端施加载荷的情况和在棒状部件C的 另一端施加载荷的情况，载荷通过对称的路径,皮传递给棒状部件C。因此， 能够以相同的精度检测从2个方向上施加的载荷。 (3誦f)根据本实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100，通过反磁致伸 缩效应检测出载荷。由此，与应变仪式称重传感器(load cell)相比，能够
以非常高的灵敏度(从数十倍到数百倍)检测载荷。另外，这样检测载荷的灵敏度较高，所以不必如应变仪式称重传感器，为了提高灵敏度而将棒状部件c形成得较细或较薄。因此，磁致伸缩式栽荷传感器100的强度不会下降。由此，能够确保充分的耐久性。下面，说明笫1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100的各种具体例。(4 )磁致伸缩式载荷传感器的第1具体例说明第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100的第1具体例。 (4-a)第l具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的结构图3是表示第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100的第1 具体例的剖视图。如图3所示，第1具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感 器100a包括线圏10，磁通路形成部件20,棒状部件30, 2个载荷传递 部件40a、杨以及外罩50。这些线圈10、磁通路形成部件20、棒状部件30、 2个载荷传递部件 40a、 40b以及外罩50分别相当于上述的线圏A、磁通路形成部件B、棒 状部件C、 2个载荷传递部件Da、 Db以及外罩E。另外，包括线圈IO、磁通路形成部件20以及棒状部件30的集合体相 当于上述传感器构成部。因此，在下面的说明中，也将包括线圏IO、磁通 路形成部件20以及棒状部件30的集合体称作传感器构成部。线圈10包括导线11以及线圈架(bobbin) 12。线圏架12具有纵长形 状，并且在其两端部具有凸缘部。在线圏架12的2个凸缘部之间巻绕有导 线ll。在线圈架12的轴心形成有贯通孔10h。磁通路形成部件20包括具有外周面以及一端面的圆筒形状的第1 外壳部件21 (casing)以及大致圆盘状的第2外壳部件22。第1外壳部件21以及第2外壳部件22由磁性材料形成。由此，在磁 致伸缩式栽荷传感器100a的动作时，第1外壳部件21以及第2外壳部件 22都作为磁通路而起作用。在第l外壳部件21内经由(夹着)环状的弹性部件19插入线圏10。
在第1外壳部件21的另一端连接有第2外壳部件22。由此，将线圏10收 纳在磁通路形成部件20内。在第l外壳部件21的一端面的中央部形成有圆形的开口 21h，在第2 外壳部件22的中央部形成有圆形的开口 22h。在开口 21h、 22h上，分别安装有分隔件SP。分隔件SP由非磁性材 料形成。在贯通孔10h以及开口 21h、 22h内插入有具有圆柱形状的棒状部件 30。在该状态下，棒状部件30的一端部30a以及另 一端部30b从开口 21h、 22h突出。棒状部件30由磁性材料形成。由此，在磁致伸缩式载荷传感器 100a的动作时，棒状部件30通过线圈10而被_磁化。如图3所示，棒状部件30的直径比贯通孔10h以及开口 21h、 22h任 何一个的内径都小。由此，在棒状部件30的外表面与贯通孔10h以及开口 21h、 22h的内表面之间形成了间隙。由此，防止了棒状部件30与磁通路 形成部件20接触。所述的分隔件SP,以将棒状部件30与线圏10以及磁通路形成部件 20配置为规定的位置关系的方式，限制各部件的移动。详细情况后面叙述。棒状部件30的一端部30a以大于等于棒状部件30的直径的量从开口 22h突出，棒状部件30的另一端部30b以大于等于棒状部件30的直径的 量从开口21h突出。详细情况后面叙述。棒状部件30，以其中心轴与连结贯通孔10h以及开口 21h、 22h的中 心的轴一致的方式，被后面所述的载荷传递部件40a、 40b支撑。载荷传递部件40a具有圆柱形状的轴部41a以及凸缘部42a。在圆柱 形状的轴部41a的一端形成有凸缘部42a,在凸缘部42a的中央形成有圆 形的凹部43a。载荷传递部件40b也同样，具有圆柱形状的轴部41b以及凸缘部42b。 在圆柱形状的轴部41b的一端形成有凸缘部42b，在凸缘部42b的中央形 成有圆形的凹部43b。这些载荷传递部件40a、 40b由非磁性材料形成。棒状部件30的一端部30a被插入、连接(接续)在载荷传递部件40a
的凹部43a。另外，棒状部件30的另一端部30b被插入、连接在栽荷传递 部件40b的凹部43b。外罩50包括具有外周面以及一端面的圆筒形状的第l外罩51以及大 致圆盘状的第2外罩52。第l外罩51以及第2外罩52由非磁性材料形成。包括线圈10 J兹通路形成部件20、棒状部件30以及载荷传递部件40a、 40b的集合体被收纳在第1外罩51内。这里，第1外罩51与笫2外罩52 通过多个螺紋件59连接。在第1外罩51以及第2外罩52上，安装有具有弹性的树脂等构成的 多个O形圏Ol ~ 04。在上文中，作为形成第1外壳部件21、第2外壳部件22以及棒状部 件30的磁性材料，可以列举例如铁系材料、铁铬系材料、铁镍系材料、铁 钴系材料、铁硅系材料、铁铝系材料、纯铁、坡莫合金或超磁致伸缩材料、 铁素体系不锈钢(例如SUS430 )等。第1外壳部件21、第2外壳部件22 以及棒状部件30优选由相同磁性材料形成。在本实施方式中，在第l外壳 部件21、第2外壳部件22以及棒状部件30中使用SUS430。另外，作为形成分隔件SP、载荷传递部件40a、 40b、第1外罩51以 及第2外罩52的非磁性材料，可以列举例如奥氏体系不锈钢、铝或铜等。 在本实施方式中，在载荷传递部件40a、 40b中使用SUS304，在第1外罩 51以及第2外罩52中使用铝。(4-b)外罩内的各构成部件的支撑状态对多个O形圏01~04以及外罩50内的各构成部件的支撑状态进行 说明。图4是用于说明图3的磁致伸缩式载荷传感器100a的外罩50内的各 构成部件的支撑状态的图。如图4所示，在第l外罩51的一端面的中央，形成有圆形的开口 51h。 开口 51h的直径比载荷传递部件40b的轴部41b的直径大。在开口 51h的 内周面上形成有环状的槽部51m。在磁致伸缩式载荷传感器100a的组装时，向槽部51m中安装O形圏
Ol，向开口 51h内插入载荷传递部件40b的轴部41b。在这里，0形圈01的剖面的直径比槽部51m的深度大。由此，载荷 传递部件40b的轴部41b由具有弹性的O形圈Ol支撑。因此，在载荷传 递部件40b的制造时，即使在载荷传递部件40b的形状以及尺寸上产生误 差的情况下，栽荷传递部件40b也在通过O形圏Ol吸收误差的影响的同 时被支撑在外罩50内。其结果，载荷传递部件40b的形状以及尺寸精度得 到緩和。在该状态下，轴部41b的外周面与开口 51h的内周面之间的间隙 Gl为例如大约0.1 mm。另一方面，在第2外罩52的中央，也形成有圆形的开口 52h。开口 52h 的直径比载荷传递部件40a的轴部41a的直径大。在开口 52h的内周面上 形成有环状的槽部52m。在磁致伸缩式栽荷传感器100a的组装时，向槽部52m中安装O形圏 04,向开口 52h内插入载荷传递部件40b的轴部41a。在这里，O形圈04的剖面的直径比槽部52m的深度大。由此，栽荷 传递部件40a的轴部41a通过具有弹性的O形圏04支撑。因此，在载荷 传递部件40a的制造时，即使在载荷传递部件40a的形状以及尺寸上产生 误差的情况下，载荷传递部件40a也在通过O形圈04吸收误差的影响的 同时被支撑在外罩50内。其结果，载荷传递部件40a的形状以及尺寸精度 得到緩和。在该状态下，轴部41a的外周面与开口 52h的内周面之间的间 隙G2为例如大约O.lmm。如上所述，支撑棒状部件30的载荷传递部件40a、 40b，分别经由O 形圏Ol、 04由外罩50进行定位。由此，允许载荷传递部件40a、 40b在 外罩50内在与磁致伸缩式载荷传感器100a的中心轴(外罩50的中心轴) 垂直的方向上以微小的变位量移动。因此，即使例如从自磁致伸缩式载荷传感器100a的中心轴倾斜的方向 向载荷传递部件40a、 40b施加载荷时，载荷传递部件40a或者载荷传递部 件40b也通过O形圏Ol、 04而弹性移动。因此，由载荷的施加方向引起 的、在棒状部件30的一端部30a以及另 一端部30b上产生的应力集中下降。
由此，磁致伸缩式载荷传感器100a的输出变化的变动得到充分防止。另外，即使在磁致伸缩式载荷传感器100a上施加振动或碰撞时，棒状 部件30上所产生的振动或碰撞也通过O形圏Ol、 04而吸收。由此，充 分防止了磁致伸缩式载荷传感器100a的输出变化因棒状部件30上所产生的振动或碰撞的影响而变动。第1外罩51，在长度方向的一端側具有第l外周壁511,在另一端侧 具有第2外周壁512。第2外周壁512具有比第1外周壁511大的内径以 及外径。第2外罩52,具有圆盘部521以及环状的导向部522。在圆盘部521 的中央形成有上述的开口 52h。导向部522被形成为从圆盘部521的一面 突出。导向部522，在第1外軍51与第2外罩52的嵌合时，在第2外罩52 的一个面上对第1外罩51进行导向，以使其外周面与第l外罩51的第2 外周壁512的内周面相接触。在导向部522的外周面上形成有环状的槽部522m。在磁致伸缩式载荷 传感器100a的组装时，向槽部522m上安装O形圏03,将第1外罩51 与第2外罩52嵌合。由此，外罩50的密闭性提高。进而，在第1外罩51以及第2外罩52的制造时，有时会在第1外罩 51以及第2外軍52的嵌合部产生误差。此时也一样，第1外罩51以及第 2外罩52, —边通过O形圈02吸收误差的影响一边进行嵌合。其结果， 第1外罩51以及笫2外罩52的形状以及尺寸精度得到緩和。下面说明外罩50内的磁通路形成部件20的支撑状态。在第1外周壁511的一端面上，形成有环状的槽部511m。在磁致伸缩 式载荷传感器100a的組装时，在槽部511m上安装0形圏02。在该状态 下，线圏10以及J兹通路形成部件20被插入第1外罩51内。在这里，O形圏02的剖面的直径比槽部511m的深度大。由此，在 将磁通路形成部件20插入第1外罩51内时，磁通路形成部件20的第2 外壳部件22的一个面与O形圈02触接。 在该状态下，通过第1外罩51与第2外罩52嵌合，第2外壳部件22 的另一面与第2外罩52的导向部522的端面相接触。由此，第2外壳部件22通过被具有弹性的O形圈02以及导向部522 夹持而被支撑。在第1外罩51以及笫2外壳部件22的制造时，有时会在 第1外罩51以及第2外壳部件22的形状以及尺寸上产生误差。此时也一 样，第2外壳部件22 —边通过O形圏02吸收误差的影响一边被支撑在外 罩50内。其结果，第1外罩51以及第2外壳部件22的形状以及尺寸精度得到 緩和。在该状态下，第2外壳部件22的一面与第1外周壁511的端面之间 的间隙G3为例如大约0.2mm。这样，磁通路形成部件20在外罩50内通过O形圈02弹性支撑。由 此，即使在》兹致伸缩式载荷传感器100a上施加振动或碰撞时，磁通路形成 部件20上所产生的振动或碰撞也由O形圈02吸收。由此，充分防止了磁 致伸缩式载荷传感器100a的输出变化因棒状部件30上所产生的振动或碰 撞的影响而变动。(4-c)棒状部件的位置偏离(不正)的防止当在磁致伸缩式载荷传感器100a的内部产生振动或碰撞时，有时会在 磁通路形成部件20与棒状部件30的位置关系上产生偏离。另外，当在相 对于磁致伸缩式载荷传感器100a的中心轴倾斜的方向上施加载荷时，有时 也会在磁通路形成部件20与棒状部件30的位置关系上产生偏离。在这样 的情况下也如上所述，磁通路形成部件20以及棒状部件30在外罩50内都 被弹性支撑，所以传感器构成部的阻抗才艮据其偏离量而变化。图5是用于说明根据图3的棒状部件30与磁通路形成部件20的位置 关系而变化的传感器构成部的阻抗的图。在图5(a)中，表示的是图3的 棒状部件30的一端部30a周边的放大图。如图5 (a)所示，最开始以棒状部件30的中心轴位于第2外壳部件 22的开口 22h的中心的方式，将才奉状部件30配置在磁通路形成部件20内。 此时，如果在开口 22h没设置分隔件SP,则允许棒状部件30进行其外周
面与开口 22h的内周面之间的间隙W的量的偏离。相对于此，如果在开口 22h设置分隔件SP,则允许棒状部件30进行 其外周面与分隔件SP的内周面之间的间隙V的量的偏离。间隙V比间隙W小一个对应于分隔件SP的厚度的量。由此，分隔件 SP将磁通路形成部件20与棒状部件30的位置关系的偏离量限制为较小。在图5 (b)中，表示的是棒状部件30的中心轴相对于磁通路形成部 件20的位置与传感器构成部的阻抗的关系。在图5 (b)中，纵轴表示传 感器构成部的阻抗，横轴表示开口 22h内的棒状部件30的中心轴的位置。 另外，在横轴中，符号X表示开口 22h的中心。如图5 (b)所示，传感器构成部的阻抗在棒状部件30的中心轴位于 开口 22h的中心X时最小。然后，传感器构成部的阻抗随着棒状部件30 的中心轴从开口 22h的中心X离开而以二次函数关系增加。在本具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100a中，如上所述，分隔 件SP将磁通路形成部件20与棒状部件30的位置关系的偏离量限制得较 小。由此，由磁通路形成部件20与棒状部件30的位置关系的偏离引起的 传感器构成部的阻抗的变化充分降低。由此，磁致伸缩式载荷传感器100a 的输出的稳定性提高。另外，并不一定非要设置分隔件SP。即使在不设置分隔件SP时，通 过如下所述那样设定外罩50内的各构成部件间的间隙，也能得到与上述同 样的效果。如图4所示，将轴部41b的外周面与开口 51h的内周面之间的间隙 Gl和轴部41a的外周面与开口 52h的内周面之间的间隙G2设定为相等的 宽度(值)。另外，将棒状部件30的外周面与开口 21h的内周面之间的间 隙G4和棒状部件30的外周面与开口 22h的内周面之间的间隙G5设定为 相等的宽度。进而，将间隙G1、 G2的宽度设定为间隙G4、 G5的宽度以 下。上述的间隙G1、 G2，在它们的间隙内允许支撑棒状部件30的载荷传 递部件40a、 40b向与/P兹致伸缩式载荷传感器100a的中心轴交叉的方向移
动。另外，间隙G4、 G5,在它们的间隙内允许棒状部件30向与磁致伸缩 式载荷传感器100a的中心轴交叉的方向移动。在这里，在外罩50内，间隙G4、 G5位于间隙G1、 G2的内侧。由 此，棒状部件30由载荷传递部件40a、 40b支撑，所以在间隙G1、 G2、 G3、 G4满足上述的关系时，棒状部件30所允许的移动量由间隙G1、 G2 限制。因此，此时，通过预先考虑外罩50内所允许的棒状部件30的移动量 而设定间隙Gl、 G2的宽度，能够降低由棒状部件30的偏离引起的磁致伸 缩式栽荷传感器100a的输出的变动。此时，不需要为了降低棒状部件30的偏离，而增加部件数目、使磁致 伸缩式载荷传感器100a的重量增加、以及4吏>磁致伸缩式载荷传感器100a 大型化。由此，能够实现磁致伸缩式载荷传感器100a的小型化、轻型化以 及低成本化。(4-d)从磁通路形成部件突出的棒状部件的长度图6是用于说明从磁通路形成部件20的开口 22h突出的棒状部件30 的部分的图。在图6中，分隔件SP从略。如上所述，在本具体例中，棒状部件30的一端部30a以大于等于棒状 部件30的直径的长度量从开口 22h突出。这是由下面的原因引起的。如图6所示，通过在载荷传递部件40a (图3 )上施加载荷，有时会在 棒状部件30的两端部局部产生应力集中(参照箭头p)。在棒状部件30的一端部30a,局部集中作用的应力以与棒状部件30 的中心轴平行的轴为中心，向两侧向大约45。的范围扩展传播。在本具体例中，棒状部件30的一端部30a以棒状部件30的直径cc以 上的长度P突出。由此，即使在应力局部集中作用在棒状部件30的一端部 30a的边缘部时，该应力也会在棒状部件30的突出部内扩展到剖面的整个 区域。由此，在第2外壳部件22的内侧的棒状部件30的部分、即图3的磁 通路形成部件20所覆盖的棒状部件30的部分，作用在棒状部件30的应力 在棒状部件30的整体上扩展。因此，棒状部件30的应力分布变得大致均 匀。由此，防止了磁通路形成部件20内的线圈10受到棒状部件30的不均 匀的应力分布的影响。其结果，防止了磁致伸缩式载荷传感器100的输出 受到棒状部件C上产生的应力集中部的影响，所以磁致伸缩式载荷传感器 IOO的输出稳定。在图6中，虽然未图示，但出于与上述相同的理由，棒状部件30的另 一端部30b也以棒状部件30的直径以上的长度量从开口 21h突出。防止 了磁致伸缩式载荷传感器100的输出受到棒状部件C上产生的应力集中部 的影响，所以磁致伸缩式栽荷传感器100的输出十分稳定。另外，在本具体例中，设为棒状部件30具有圆柱形状，但棒状部件 30也可以具有多边形(多棱柱)形状。此时，棒状部件30的两端部优选 以大于等于该多边形的外切圆的直径的长度的量从磁通路形成部件20突 出。(4-e)磁致伸缩式载荷传感器的实验载荷传感器的中心轴倾斜的方向施加载荷时的磁致伸缩式载荷传感器的输 出特性进行调查，而进行了实验。在下面的说明中，所谓倾斜角度，是指相对于实施例以及比较例的磁 致伸缩式载荷传感器的中心轴的角度。本发明者制作了具有图3所示的构造的实施例的磁致伸缩式载荷传感 器100a。然后，在磁致伸缩式载荷传感器100a的载荷传递部件40b上以 各种倾斜角度施加规定的栽荷，测定了相对于倾斜角度为0°时的磁致伸 缩式载荷传感器100a的灵敏度的相对灵敏度。在这里，所谓灵敏度，是通过用在磁致伸缩式载荷传感器100a上施加 规定的载荷时的传感器构成部的阻抗的变化量(阻抗变化量AZ)除以没 有在磁致伸缩式载荷传感器100a上施加载荷时的传感器构成部的阻抗(初 始阻抗Zo)而得到的。
另外，所谓相对灵敏度，指的是"以任意的倾斜角度施加规定的载荷时的磁致伸缩式栽荷传感器100a的灵敏度"与"以0°的倾斜角度施加规 定的载荷时的磁致伸缩式载荷传感器100a的灵敏度"的比例。在图7 U)中，表示使用实施例的磁致伸缩式载荷传感器100a时的 倾斜角度与相对灵敏度的关系。纵轴表示相对灵敏度，横轴表示倾斜角度。如图7 (a)所示，实施例的磁致伸缩式载荷传感器100a在倾斜角度 从0°到30°变化时，相对灵敏度也只变化大约6%。大约6%的相对灵敏 度变化在实用上没有问题。因此可知，在实施例的磁致伸缩式栽荷传感器 100a中，输出稳定，能够实现制造成品率的提高以及成本的降低。另一方面，本发明者制作了比较例的磁致伸缩式载荷传感器，并进行 了与实施例的磁致伸缩式载荷传感器100a大致相同的实验。实验所使用的 比较例的磁致伸缩式栽荷传感器，在图3的磁通路形成部件20的第2外壳 部件22上不具有开口 22h，具有第2外壳部件22支撑棒状部件30的一端 部30a的结构。比较例的磁致伸缩式载荷传感器的其他的部分的结构与图 3的磁致伸缩式栽荷传感器相同。在图7 (b)中，表示使用比较例的磁致伸缩式载荷传感器时的倾斜角 度与相对灵敏度的关系。纵轴表示相对灵敏度，横轴表示倾斜角度。如图7 (b)所示，比较例的磁致伸缩式栽荷传感器的倾斜角度仅在从 0°到3°变化时，相对灵敏度变化了大约30%。通过上述可知，实施例的磁致伸缩式载荷传感器100a与比较例的磁致 伸缩式载荷传感器相比，难以受到倾斜角度的影响。 (5 )磁致伸缩式载荷传感器的第2具体例下面说明第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100的第2具 体例。第2具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的结构在下面的方面与 第1具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100a不同。图8是表示第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100的第2 具体例的剖视图。在第2具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100b中，在第1外罩 51上，代替图4的槽部51m,在第1外罩51的一端面的内侧形成有环状 的槽部51n。另外，在第2外罩52上，代替图4的槽部52m，在圆盘部 521的一面侧形成有环状的槽部52n。在磁致伸缩式载荷传感器100b的组装时，在槽部51n上安装O形闺 05。在这里，O形圈05的剖面的直径比槽部51n的深度大。由此，当向 第1外罩51内插入包括线圈10、磁通路形成部件20、棒状部件30以及载 荷传递部件40a、 40b的集合体时，载荷传递部件40b的凸缘部42b的一 面与O形圏05相接触。另外，在磁致伸缩式栽荷传感器100b的組装时，在槽部52n上安装O 形圏06。在这里，O形圏06的剖面的直径比槽部52n的深度大。由此， 在将第l外罩51和第2外罩52嵌合时，载荷传递部件40a的凸缘部42a 的一面与O形圈06相接触。由此，在所制作的磁致伸缩式载荷传感器100b的内部，支撑棒状部件 30的另 一端部30b的载荷传递部件40b通过具有弹性力的O形圏05支撑。 另外，支撑棒状部件30的一端部30a的栽荷传递部件40a通过具有弹性力 的O形圈06支撑。在该状态下，O形圈05向朝向棒状部件30的中心的方向对载荷传递 部件40b施力。另外，O形圏06也朝向棒状部件30的中心的方向对载荷 传递部件40a施力。。由此，棒状部件30以在其轴方向上施加有O形圈05、 06的弹性力 的状态被支撑。因此，即使在磁致伸缩式载荷传感器100b上施加振动或碰 撞时，也防止了棒状部件30的轴方向上的反撞(backlash)，防止了棒状 部件30的破损。另外，也防止了棒状部件30的位置偏离。由此，充分降低了由棒状部 件30的位置偏离引起的传感器构成部的阻抗的变化。由此，磁致伸缩式载 荷传感器100b的输出的稳定性提高。进而，在才奉状部件30、外罩50以及载荷传递部件40a、 40b的制造时， 即使在各部件的形状以及尺寸上产生误差时，棒状部件30以及栽荷传递部
件40a、 40b也一边通过O形圏05、 06吸收误差的影响一边被支撑在外 罩50内。因此，棒状部件30、外罩50以及载荷传递部件40a、 40b的形 状以及尺寸精度得到緩和。(6 )磁致伸缩式载荷传感器的第3具体例下面说明笫1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100的笫3具 体例。第3具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的结构在下面的方面与 第2具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100b不同。图9是表示第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100的第3 具体例的剖视图。在第3具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器ioOe中，将第1外罩 51的第2外周壁512形成得比图8的第2具体例的第2外周壁512充分地 厚。而且，在第l外周壁511的一端面上不形成图8的槽部511m,代替地， 在第2外周壁512的一端面上形成有环状的槽部512m。在磁致伸缩式载荷传感器100c的组装时，在槽部512m上安装O形圏 07。在这里，O形圏07的剖面的直径比槽部512m的深度大。由此，在 第1外罩51与第2外罩52嵌合时，第2外罩52的圆盘部521的一面与O 形圏07相接触。由此，进一步防止了第l外罩51与第2外罩52之间的位置偏离。另 外，外罩50的密闭性进一步提高。另外，在笫1外罩51以及第2外罩52的制造时，有时会在第l外罩 51以及第2外罩52的嵌合部产生误差。此时也一样，第1外罩51以及第 2外罩52, —边通过O形圈03吸收误差的影响一边进行嵌合。其结果， 第1外罩51以及第2外罩52的形状以及尺寸精度得到緩和。如图9所示，在本具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100c中，在 第1外罩51的第1外周壁511的一端面上没有设置O形圏。因此，第2 外壳部件22通过第1外周壁511的一端面以及第2外罩52的导向部522 支撑。 此时，能够将磁通路形成部件20牢固地固定在外罩50内。因此，在 以在外罩50内不产生振动以及碰撞的环境使用磁致伸缩式栽荷传感器 100c时，能够在外罩50内高精度地配置磁通路形成部件20，所以磁致伸 缩式载荷传感器100c的测定精度提高。(7 )磁致伸缩式载荷传感器的第4具体例下面说明第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100的第4具 体例。第4具体例所涉及的磁致伸缩式栽荷传感器的结构在下面的方面与 第3具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100c不同。图IO是表示第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100的第4 具体例的剖视图。在第4具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100d中，第1外罩51 的第2外周壁512与第3具体例相同，形成得比第2具体例的第2外周壁 512充分地厚。另外，第1外周壁511以及第2外周壁512形成为内周面 互相齐平。进而，在第1外周壁511的内周面上形成有环状的槽部511k,在第2 外周壁512的内周面上形成有环状的槽部512k。在向第1外罩51插入磁通路形成部件20时，在槽部511k、 512k上 分别安装O形圏08、 09。 O形圈08、 09的各自的剖面的直径比槽部51 lk、 512k的深度大。由此，0形圏08、 09从第1外罩51的内周面向其内侧 突出。磁通路形成部件20的第2外壳部件22形成为与第1外壳部件21的一 端面相同的形状。因此，磁通路形成部件20的外周面齐平。在将磁通路形成部件20插入第1外罩51内时，磁通路形成部件20 的外周面与0形圈08、 09相接触。由此，磁通路形成部件20被支撑在 外罩50内。这样，在本具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100d中，通过O 形圈08、 09支撑磁通路形成部件20。由此，不必为了在外罩50内支撑 磁通路形成部件20而^:为下述构造，即将第2外壳部件22的外径形成
得较大，将第2外壳部件22的周缘部夹在第1外罩51与第2外罩52之间。 由此，不必在第2外罩52上设置图9的导向部522，也不必在第1外 罩51的第1外周壁511与第2外周壁512之间在内周面上设置阶梯差。因 此，能够将磁致伸缩式载荷传感器100d的外径减小。其结果，使磁致伸缩 式载荷传感器100d小型化。另外，在笫1外罩51以及磁通路形成部件20的制造时，即使在第1 外罩51的内周面以及磁通路形成部件20的外周面的形状以及尺寸上产生 误差的情况下，》兹通路形成部件20 —边通过O形圈08、 09吸收误差的 影响一边被支撑在第1外罩51内。其结果，第1外罩51以及磁通路形成 部件20的形状以及尺寸精度得到緩和。(8)磁致伸缩式载荷传感器的笫5具体例下面说明第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100的第5具 体例。第5具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的结构在下面的方面与 第1具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100a不同。图11是表示第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100的第5 具体例的剖视图。在第5具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100e中，代替图3的载 荷传递部件40a、 40b，设有形状与载荷传递部件40a、 40b不同的载荷传 递部件400a、楊b。载荷传递部件400a、 400b，分别具有圆柱形状。另外，在载荷传递部 件400a、 400b的一端面的中央，分别形成有圆形的凹部443a、 443b。在载荷传递部件400a的凹部443a内插入棒状部件30的一端部30a， 载荷传递部件400a与棒状部件30相接合。载荷传递部件400a与棒状部件 30的接合通过螺紋连接、压入、粘接、焊接或钎焊等进行。另一方面，在载荷传递部件400b的凹部443b内插入+奉状部件30的 另一端部30b，载荷传递部件400b与棒状部件30相接合。载荷传递部件 400b与棒状部件30的接合也通过螺紋连接、压入、粘接、焊接或钎焊等 进行。
载荷传递部件400a、 400b在外罩50内支撑棒状部件30。在该状态下， 载荷传递部件400a、 400b分别位于开口 52h、 51h，通过0形圏04、 Ol的弹性力支撑。在载荷传递部件400a、 400b上，以在棒状部件30的轴上向磁致伸缩 式载荷传感器100e的外侧延伸的方式整体形成有载荷传递轴410a、 410b。 进而，在载荷传递轴410a、 410b的端部上，分别整体形成有环状部件411a、 411b。在这里，棒状部件30的导磁率，不仅仅在棒状部件30上作用压缩力 时变化，在作用拉伸力时也变化。因此，传感器构成部的阻抗根据作用在 棒状部件30上的压缩力以及拉伸力而变化。根据具有上述结构的磁致伸缩式载荷传感器100e,棒状部件30与载 荷传递部件400a、 400b接合在一起，所以能够通过在棒状部件30的轴上 在2个环状部件411a、 411b之间施加压缩力来检测该压缩力(参照图11 的箭头J1)。另外，能够通过在棒状部件30的轴上在2个环状部件411a、 411b之间施加拉伸力来检测该拉伸力(参照图11的箭头J2)。[2第2实施方式(1)磁致伸缩式载荷传感器的基本结构第2实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的结构在以下的方面与 第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100不同。图12是用于说明第2实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的基本 结构的图。如图12所示，第2实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器200被设置在台座CB上，在第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100的结构之外，还包括2个臂Ga、 Gb以及旋转轴H。在台座CB上，以规定的间隔配置外罩E和旋转轴H。2个臂Ga、 Gb以成大致U字形状的方式互相连结，在连结部通过旋转轴H能够旋转地支撑在台座CB上。在2个臂Ga、 Gb的端部，分别安装有载荷施加部件Fa、 Fb。
载荷施加部件Fa、 Fb，通过臂Ga、 Gb以;菱转轴H为中心旋转，与 由外罩E支撑的载荷传递部件Da、 Db相触接。如图12所示，在臂Ga、 Gb向箭头ql的方向旋转时，安装在臂Ga 上的载荷施加部件Fa与载荷传递部件Da相触接。由此，能够相对于载荷 传递部件Da向箭头q2的方向施加载荷。另外，在臂Ga、 Gb向箭头rl的方向旋转时，安装在臂Gb上的载荷 施加部件Fb与载荷传递部件Db相触接。由此，能够相对于载荷传递部件 Db向箭头r2的方向施加载荷。另外，如图12所示，在本实施方式所涉及的磁致伸缩式栽荷传感器 200中，设有从外罩E的两端面向与棒状部件C的轴方向垂直的方向延伸 的2个延长部分Ea、 Eb。在延长部分Ea、 Eb之间，设有包括未图示的振荡电路、电流检测器、 整流电路、增幅电路以及CPU等外围电路(载荷检测电路)的基板SU。 在基板SU上，连接有从线圏A引出的导线R。另夕卜，MSU经由电线L 与未图示的外围设备等相连接。(2) 由第2实施方式的磁致伸缩式载荷传感器产生的效果 如上所述，在磁致伸缩式载荷传感器200中，2个栽荷施加部件Fa、Fb分别以旋转轴H为中心旋转，由此对被支撑在外罩E的两端的栽荷传 递部件Da、 Db施加载荷。因此，施加在载荷传递部件Da、 Db上的载荷的方向以及位置对称， 在棒状部件C的一端施加栽荷的情况和在棒状部件C的另 一端施加载荷的 情况，载荷通过对称的路径被传递给棒状部件C。因此，能够以相同的精 度检测从2个方向上施加的载荷。(3) 磁致伸缩式载荷传感器的具体例下面说明第2实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器200的具体例。 图13是表示第2实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器200的具体 例的俯视图，如图13所示，本具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器200a 包括在第1实施方式中说明的图3的磁致伸缩式载荷传感器100a,并且包 括臂920a、 920b以及旋转轴910。在本具体例中，图13的磁致伸缩式载荷传感器100a相当于图12的磁 致伸缩式载荷传感器IOO。另外，臂920a、 920b以及旋转轴910分别相当 于上述的臂Ga、 Gb以及旋转轴H。如图13所示，本具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器200a设置在 台座990上。在台座990上，以规定的间隔配置图3的磁致伸缩式载荷传感器100a 和^走转轴910。2个臂920a、 920b以成为大致U字形状的方式互相连结，在连结部通 过旋转轴910能够旋转地被支撑在台座990上。在2个臂920a、 920b上，分别设有板簧支撑部件921a、 921b。在臂 920a的内侧，以规定的间隔设置有2个载荷限制部件922a、 923a。在臂 920b的内侧，也以规定的间隔设置有2个载荷限制部件922b、 923b。在板簧支撑部件921a、 921b上，通过使用例如螺栓分别安装有具有纵 长形状的板簧930a、 930b的一端。安装在支撑部件921a、921b上的板簧930a、930b的另一端，向臂920a、 920b的端部延伸。在比板簧930a、 930b的中央部靠近另 一端的部分上形成有突起部 931a、 931b。板簧930a的突起部931a位于2个载荷限制部件922b、 923a之间，向 臂920a的内侧突出。在该状态下，板簧930a向臂920a的内侧被加载(施 力)。板簧930b的突起部931b位于2个载荷限制部件922b、 923b之间， 向臂920b的内侧突出。在该状态下，板簧930b向臂920b的内侧被加栽。在本具体例中，板簧930a、 930b的突起部931a、 931b相当于图12 的载荷施加部件Fa、 Fb。因此，如图13所示，突起部931a、 931b通过臂 920a、920b旋转而与磁致伸缩式载荷传感器100a的载荷传递部件40a、40b 相触接。由此，作用在臂920a、 920b上的载荷;f皮施加在载荷传递部件40a、 40b上。此时，如图13的箭头Y所示，板簧930a、 930b弹性变形。 在这里，例如在作用在臂920b上的载荷大于板簧930b的弹性力时， 在突起部931b与载荷传递部件40b相触接的状态下，板簧930b向臂920b的外侧被压回。从而，设置在臂920b的内侧的载荷限制部件922b、 923b与图3的外 罩50的一端面相触接。由此，作用在臂920b上的载荷作用在载荷限制部 件922b、 923b与外罩50的一端面的触接部上。其结果，防止了在载荷传递部件40b上施加比板簧930b的弹性力大 的载荷，所以防止了通过施加过大的载荷而导致图3的棒状部件30破损以 及劣化。在上面，对于设置在臂920b上的板簧930b以及载荷限制部件922b、 923b的功能进行了说明，但设置在臂920a上的板簧930a以及载荷限制部 件922a、 923a也具有同样的功能。因此，本具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器200a的耐久性提高， 实现了长寿命化。[3第3实施方式(1)磁致伸缩式载荷传感器的基本结构第3实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的结构在以下的方面与 第1实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100不同。图14是用于说明第3实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的基本 结构的图。如图14所示，在第3实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器300 上，仅设有1个栽荷传递部件D以及1个载荷施加部件F。由此，棒状部件C的一端部通过外罩E的一端面支撑，另一端部通过 载荷传递部件D支撑。从而，将载荷施加部件F配置成能够与载荷传递部 件D触接。通过上述结构，第3实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器300能
够仅检测从棒状部件c的一端侧施加的载荷。由此，不需要用于向棒状部 件c的另一端侧施加载荷的结构。其结果，能够减小棒状部件c的轴方向 的大小，并且实现了结构的单纯化、低成本化。另外，在想要仅检测来自 一个方向的载荷时，降低了设置空间。在本实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器300中也一样，棒状部 件C的两端部向磁通路形成部件B的外部突出。换言之，在磁致伸缩式载 荷传感器300的动作时，棒状部件C的两端部位于由磁通路形成部件B形 成的磁通路的外侧。其结果，防止了磁致伸缩式载荷传感器300的输出受棒状部件C的两 端部产生的应力集中部的影响，所以磁致伸缩式载荷传感器300的输出稳 定。(2)磁致伸缩式载荷传感器的具体例下面说明第3实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器300的具体例。本具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的结构在下面的方面与第1 实施方式所说明的图3以及图4的磁致伸缩式载荷传感器100a不同。图15是表示第3实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器的具体例的 剖视图。如图15所示，在本具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器300a 中，没有设置图3的载荷传递部件40a。另外，在构成外罩50的第2外罩52的中央部，代替形成开口 52h, 在其一面侧形成有圆形的凹部52J。由此，在磁致伸缩式栽荷传感器300a的组装时棒状部件30的一端部 30a蜂皮插入第2外罩52的凹部52J。由此，棒状部件30的一端部30a通过 第2外罩52的凹部52J支撑，另 一端部30b通过载荷传递部件40b支撑。其结果，磁致伸缩式载荷传感器300a能够仅在向从外罩50突出的载 荷传递部件40b的部分施加载荷的情况下检测该载荷。在本具体例所涉及的磁致伸缩式载荷传感器300a中也一样，能够得到 与图3的磁致伸缩式载荷传感器100a大致相同的效果。[4载荷检测电路的结构
图16是表示使用了上述实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器100 的载荷检测电路的概略结构的框图。另外，作为磁致伸缩式载荷传感器 100，可以使用磁致伸缩式栽荷传感器100a~100e中的任意一个。载荷检测电路600包括振荡电路610,》兹致伸缩式载荷传感器100, 温度补偿电阻电路620，电流检测器630A、 630B,整流电路650A、 650B, 以及增幅电路670。振荡电路610,将振荡信号传给磁致伸缩式载荷传感器100的线围的 一端以及温度补偿电阻电路620的一端。磁致伸缩式载荷传感器100检测 来自外部的载荷。电流检测器630A将从^P兹致伸缩式载荷传感器100的线 圈的另一端提供的电流转换成电压。电流检测器630B将从温度补偿电阻 电路620的另一端提供的电流转换成电压。整流电路650A对从电流检测 器630A输出的电压进行整流以及平滑化。整流电路650B对从电流检测器 630B输出的电压进行整流以及平滑化。增幅电路670对整流电路650A的 输出电压与整流电路650B的输出电压的差进行增幅。如上所述，施加在图1的载荷传递部件Da上的载荷被传递到棒状部 件C的一端，在棒状部件C上作用压缩力。由此，棒状部件C的导磁率 由于反磁致伸缩效应而变化，包括线圏A、磁通路形成部件B以及棒状部 件C的传感器构成部的阻抗变化。通过增幅电路670得到与该阻抗变化相 对应的输出信号。这样，能够电磁性地检测载荷。载荷检测电路600的增幅电路670的输出信号被传给控制部680。控 制部680包括CPU (中央运算处理装置)以及RAM (随机存储器)等。 CPU根据RAM中存储的控制程序而工作。该控制部680对增幅电路670 的输出信号进行规定的运算，将基于运算结果的控制信号传给致动器690。 致动器690响应控制信号产生驱动力。另外，也可以代替磁致伸缩式载荷传感器100而使用磁致伸缩式载荷 传感器200 (200a) 、 300 (300a)。[5使用了磁致伸缩式载荷传感器的滑行艇图17是使用了图13的磁致伸缩式载荷传感器200a的滑行艇的俯视
图。图18是表示图17的滑行艇的控制系统的框图。如图17所示，滑行艇700包括船体702。在船体702的上部的甲板704 上，设有驾船者跨坐的座位706。在座位706的左右设有用于驾船者放置 脚的踏板708。在座位706的前方设有驾船者把持的方向把710。在船体 702内装载有喷水(water jet)式推进装置712。喷水式推进装置712包括发动机714以及喷射泵716,在喷射泵716 的后端部设有喷嘴导流装置(nozzle deflector )718。该喷水式推进装置712， 通过发动机714的动力将水从船体702的底部吸上来，从喷射泵716的后 端部的喷嘴导流装置718向后方喷出，由此获得推进力。喷嘴导流装置718，在喷射泵716的后端部被支撑成左右方向摆动自 如，经由未图示的推-拉式操纵拉索以及转向臂而连结在方向把710的下端 部。发动才几714 p木多气缸发动机，以曲轴720的方向朝向船体702的前后 方向的方式配置。在船体702的右侧连接有进气装置722，在船体702的 左侧连接有未图示的排气装置。进气装置722,与发动机714的各气缸相 对应，包括多个化油器，从各化油器向对应的气缸提供燃料。各化油器包 括图18所示的节气门724。另外，各节气门724由未图示的归位用弹簧而 净皮朝向关闭方向施力。方向把710包括驾船者把持的手把杆734，转向轴承738，旋转轴(转 向轴)910以及台座(安装用板)990。旋转轴910被安装在手把杆734的 中央部。转向轴承738将旋转轴910支撑得旋转自如。台座990将转向轴 承738固定在曱板704上。在台座990上装设有图13的磁致伸缩式载荷传感器200a。旋转轴910 上，安装有磁致伸缩式载荷传感器200a的臂920a、 920b。另外，以覆盖 手把杆734以及旋转轴910的方式设有把手外罩742。在旋转轴910的下端部，经由未图示的转向臂连接有转向用的推-拉式 操纵拉索。通过使手把杆734左右转动，转向臂向相同方向转动，喷嘴导 流装置718经由推-拉式操纵拉索向左方或右方摆动。
在手把杆734上，设有节气门操纵杆726 (throttle lever)。各节气门 724 (图18)被连结成互相联动，节气门724中位于船体702的最前侧的 节气门724经由节气门拉索728 (throttle wire)(图18 )而连接在方向把 710的节气门操纵杆726上。通过操作节气门操纵杆726，所有的节气门 724纟皮连动打开关闭。如图18所示，在发动机714上，设有用于检测图17的曲轴720的转 速的发动机转速传感器730。发动机转速传感器730向控制器732发送表 示发动机转速的转速信号。在控制器732上，连接有节气操作用伺服马达746，并且连接有包括 磁致伸缩式载荷传感器100a的载荷检测电路600。控制器732通过电池756 提供电力。伺服马达746包括臂748、马达750、减速机752以及反馈电位计(feed back potentiometer) 754。马达750的旋转通过减速机752减速，然后传 递给臂748。通过反馈电位计754检测臂748的实际的摆动角度。控制器 732，以检测出的臂748的摆动角度与所设定的臂748的目标角度相一致的 方式控制马达750。这样，在伺服马达746中对臂748的角度进行反馈控 制。如上所述，节气门724经由节气门拉索728而与节气门操纵杆726相 连接。该节气门拉索728被插通在图17的旋转轴910内。节气门拉索728 包括外管(outer tube) 728a以及内线(inner wire) 728b。外管728a与 伺服马达746的臂748连接，内线728b与节气门724连接。通过使祠服马 达746的臂748摆动，能够经由内线728b使节气门724打开关闭。由控制器732以及节气门操作用伺服马达746构成转向辅助装置。该 转向辅助装置是为了提高低速行驶时的转向性而使用的。从载荷检测电路600向控制器732传送表示载荷的输出信号。控制器 732在通过输出信号表示的载荷大于规定值时，向伺服马达746输出用于 使臂748摆动的控制信号。所述的规定值被设定为，在驾船者将图17的方 向把710转到限度的状态下(最大转向角时)、在手把杆734上施加比通 常的转向时更大的力时，由磁致伸缩式载荷传感器200a检测出的载荷。根据该转向辅助装置，当驾船者在滑行艇700低速航行的状态下将方 向把710转到限度、并以比通常更大的力使其旋转时，通过控制器732进 行转向控制。此时，控制器732基于由磁致伸缩式载荷传感器100a检测出的载荷来 设定伺服马达746的臂748的目标角度。然后，控制器732对伺服马达746 进行反馈控制，以使由反馈电位计754检测的臂748的角度与该目标角度 一致。由此，节气门724以与由磁致伸缩式载荷传感器100a检测出的载荷(等 于驾船者施加在方向把710上的力)相对应的开度打开，控制发动机714 的输出。在本例中，控制器732相当于图16的控制部680，伺服马达746相当 于致动器690。另夕卜，也可以代替磁致伸缩式载荷传感器200a中使用的磁致伸缩式栽 荷传感器100a，使用磁致伸缩式载荷传感器100b、 100c、 100d。 [61使用了磁致伸缩式载荷传感器的电动自行车图19是使用了图15的磁致伸缩式载荷传感器300a的电动自行车800 的侧视图。图20是表示图19的电动自行车中所使用的动力装置的结构的 剖视图。图19所示的电动自行车800包括车把802,前轮804，下管806, 座管(seat tube) 808 ，车座(鞍座)810 ，后轮812以及链轮(wheel sprocket ， 车轮链轮)814。在该电动自行车800的大致中夹下部设有动力装置816。动力装置816，具有由人力驱动的驱动系统和由电动马达818驱动的 辅助动力系统，将驾驶者的人力与辅助动力合成后输出。在动力装置816 上，旋转自如地连接有曲轴820，在曲轴820的左右安装有曲柄822。在各 曲柄822的端部旋转自如地安装有踏板824。另外，在动力装置816上， 连接有控制器826。动力装置816，根据由人力输入曲轴820的转矩的大小 控制电动马达818的输出(辅助动力)。
另外，在车座810的下方并且由座管808和后轮812包围起来的空间 内，能够装卸地装设有电池箱828。在电池箱828内，收纳有由收缩包装 (shrinkpack)的多个单电池构成的未图示的Ni-Cd电池。在驾驶者驱动踏板824旋转驱动曲轴820时，输入曲轴820的转矩通 过图20所示的磁致伸缩式载荷传感器300a检测出。控制器826根据检测 出的转矩控制电动马达818的输出(辅助动力)。因此，从动力装置816经由未图示的链条向链轮814传递人力和与其 成比例的辅助动力的合力，链轮814和后轮812祐^走转驱动。由此，电动 自行车800通过人力和与其成比例的辅助动力行驶。如图20所示，动力装置816包括外罩830。在外罩830内，收纳有与 曲轴820连接的臂832以及磁致伸缩式载荷传感器300a。另外，臂832经 由行星齿轮机构的未图示的齿圏与辊子(roller) 834相连。辊子834与磁 致伸缩式载荷传感器300a的载荷传递部件40b相触接。在该电动自行车800中，在行星齿轮机构的齿圈上产生与从曲轴820 传递的转矩成比例的反力，该反力经由辊子834作用在磁致伸缩式载荷传 感器300a的载荷传递部件40b上。从磁致伸缩式载荷传感器300a输出的 电流被传给图16的载荷检测电路600。控制器826基于图16的载荷检测 电路600的输出信号计算转矩的大小，根据该转矩控制电动马达818的输 出(辅助动力)。这样，能够通过使用磁致伸缩式载荷传感器300a来正确地检测被输入 曲轴820的转矩。在本例中，控制器826相当于图16的控制部680,电动马达818相当 于致动器690。另外，也可以代替/f兹致伸缩式载荷传感器300a，使用磁致伸缩式载荷 传感器100a、 100b、 100c、 100d。 [7其他的实施方式上述实施方式所涉及的》兹致伸缩式载荷传感器100a、 100b、 100c、 100d、 100e、 200a、 300a不仅限于滑行艇以及电动自行车，也能够应用于
两轮摩托、水上自行车、电动轮椅等运输设备，并且不仅限于运输设备， 也能够应用于移动架台等各种移动体。[8]权利要求的各构成要素与实施方式的各部分的对应在上述实施方式所涉及的磁致伸缩式载荷传感器中，线圏A、 10的贯 通孔Ah、 10h相当于贯通孔，线圏A、 IO相当于线圈，开口 Bha、 21h相 当于第l开口，开口Bhb、 22h相当于第2开口。另外，磁通路形成部件B、 20相当于磁通路形成部件，棒状部件C、 30相当于栽荷检测部件，载荷传递部件Da、 Db、 40a、 40b相当于载荷传 递部件或第1以及第2载荷传递部件，外罩E、 50相当于支撑部件。进而，分隔件SP相当于间隔形成部件，O形圈Ol、 04、 05、 06相 当于弹性体，外罩E、 50相当于外罩，间隙G4、 G5相当于第l间隙。另外，开口Eha、 Ehb、 51h、 52h相当于第3开口以及第4开口 ，间 隙G1、 G2相当于第2间隙，凹部43a、 43b相当于凹部或者笫1以及第2 凹部，栽荷施加部件Fa、 Fb以及突起部931a、 931b相当于载荷施加部件 或者第1以及第2载荷施加部件。进而，滑行艇700相当于移动体，船体702相当于主体部，发动机714 相当于驱动部，控制器732以及祠服马达746相当于控制部。另夕卜，电动自行车800相当于移动体，下管806以及座管808相当于 主体部，动力装置816相当于驱动部，控制器826相当于控制部。本发明能够有效用于滑行艇、电动自行车、两轮摩托、水上自行车、 电动轮椅等运输设备或者移动架台等各种移动体的载荷的检测。
权利要求
1.一种磁致伸缩式载荷传感器， 其中，具备具有贯通孔的线圈；插入所述贯通孔的载荷检测部件；和形成由所述线圈产生的磁通量所通过的磁通路的磁通路形成部件，所述载荷检测部件的两端部，从与所述贯通孔相对的所述磁通路形成部件的部分分别向外侧突出，该磁致伸缩式载荷传感器还具备将从外部施加的载荷向所述载荷检测部件的至少一端部传递的载荷传递部件，和对所述磁通路形成部件以及所述载荷传递部件进行支撑的支撑部件。
2. 根据权利要求1所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 所述支撑部件，通过所述载荷传递部件对所述载荷检测部件进行支撑，使得所述载荷检测部件能够在一定的范围内移动。
3. 根据权利要求l所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 所述支撑部件，通过所述载荷传递部件对所述载荷检测部件进行支撑，使得所述载荷检测部件不与所述磁通路形成部件接触。
4. 根据权利要求3所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中，成的间隔形成部件。
5. 根据权利要求1所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 所述支撑部件对所述载荷传递部件进行支撑，^f吏得所述载荷传递部件能够在一定范围内移动。
6. 根据权利要求5所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 所述支撑部件，通过弹性体对所述载荷传递部件进行支撑。
7. 根据权利要求l所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 所述支撑部件包括收容所述线圏、磁通路形成部件、载荷检测部件以及载荷传递部件的外罩。
8. 根据权利要求7所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 所述磁通路形成部件，在与所述贯通孔的两端部分别相对的部分上具有第一以及第二开口，在所述载荷检测部件的外表面与所述第一以及第二开口的内表面之间 分别形成第一间隙，所述外罩具有所述载荷传递部件所嵌合的第三开口 ，使得所述载荷检 测部件以及所述载荷传递部件可以一体地在一定范围内移动，在所述载荷传递部件的外表面与所述第三开口的内表面之间形成第二 间隙，所述第二间隙的宽度小于等于所述第一间隙的宽度。
9. 根据权利要求l所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 还具备在一定范围内能够移动而且能够与所述载荷传递部件触接地设置的、通过所述栽荷传递部件对所述栽荷检测部件施加载荷的载荷施加部 件。
10. 根据权利要求7所述的磁致伸缩式栽荷传感器，其中， 所述磁通路形成部件，在与所述贯通孔的两端部分别相对的部分上具有第一以及第二开口；在所述载荷检测部件的外表面与所述第一以及第二开口的内表面之间 分别形成笫一间隙；所述外罩具有所述载荷传递部件所嵌合的第三开口 ，使得所述载荷检 测部件以及所述栽荷传递部件可以一体地在一定范围内移动；在所述载荷传递部件的外表面与所述第三开口的内表面之间形成第二 间隙；所述第二间隙的宽度小于等于所述第 一 间隙的宽度； 该磁致伸缩式载荷传感器还具备通过所述载荷传递部件对所述载荷检测部件施加载荷的载荷施加部件；所述载荷施加部件被i殳置成在与所述贯通孔的轴向方向垂直的方向上能够在比所述第 一 间隙的宽度大的范围内移动。
11. 根据权利要求l所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中，所述栽荷传递部件包括将从外部所施加的载荷分别向所述载荷检测 部件的一端部以及另一端部传递的第一以及第二栽荷传递部件。
12. 根据权利要求ll所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 还具备在一定范围内能够移动而且能够与所述载荷传递部件触接地设置的、通过所迷第一以及第二载荷传递部件分别对所述载荷检测部件的 一端部以及另一端部施加载荷的第一以及第二载荷施加部件。
13. 根据权利要求12所述的磁致伸缩式栽荷传感器，其中， 所述第 一 以及第二载荷施加部件和所述第 一 以及第二载荷传递部件，沿着所述线圏的所述贯通孔的轴，以所述载荷检测部件为中心对称地配置。
14. 根据权利要求7所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 所述外罩，具有所述载荷传递部件所嵌合的第三开口， 所述载荷传递部件具有与所述外罩的内侧的一端面相对或接触的凸缘部以及与所述载荷检测部件的一端部嵌合的凹部。
15. 根据权利要求14所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 在所述外罩的所述第三开口的内表面和所述载荷传递部件的外表面之间形成间隙，该磁致伸缩式栽荷传感器还具备将所述载荷传递部件保持成能够相 对所述外罩在与所迷贯通孔的轴向方向垂直的方向上移动的弹性部件。
16. 根据权利要求7所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 所述载荷检测部件包括将从外部施加的载荷分别向所述载荷检测部件的一端部以及另一端部传递的第一以及第二载荷传递部件；所述外罩具有所述第 一载荷传递部件嵌合的第三开口以及所述第二载荷传递部件嵌合的第四开口 ；所述第一载荷传递部件具有与所述外罩的内侧的一端面相对或接触的笫一凸缘部以及与所述载荷检测部件的一端部嵌合的第一凹部；所述第二载荷传递部件具有与所述外罩的内侧的另一端面相对或接触的第二凸缘部以及与所述载荷检测部件的另一端部嵌合的第二凹部。
17. 根据权利要求16所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 在所述外罩的所述第三开口的内表面和所述第一载荷传递部件的外表面之间形成间隙，在所述外罩的所述第四开口的内表面和所述第二载荷传 递部件的外表面之间形成间隙，该磁致伸缩式载荷传感器还具备将所述第一栽荷传递部件保持成能 够相对所述外罩在与所述贯通孔的轴向方向垂直的方向上移动的第一弹性 部件，和将所述第二载荷传递部件保持成能够相对所述外罩在与所述贯通孔的 轴向方向垂直的方向上移动的第二弹性部件。
18. 根据权利要求l所述的磁致伸缩式栽荷传感器，其中， 所述载荷检测部件与所述载荷传递部件接合。
19. 根据权利要求l所述的磁致伸缩式载荷传感器，其中， 所述磁通路形成部件在与所述贯通孔的两端部分别相对的部分上具有第一以及第二开口，所述载荷检测部件具有圆柱形状，的大于等于直径的长度从所述磁通路形成部件的第 一以及第二开口突出。 20.—种移动体，其中， 具备主体部； 使所述主体部移动的驱动部； 检测载荷的磁致伸缩式载荷传感器；和基于由所述> 兹致伸缩式载荷传感器所检测的载荷对所述驱动部进行控 制的控制部，所述磁致伸缩式载荷传感器，包括 具有贯通孔的线圈； 插入所述贯通孔的栽荷检测部件；和形成由所述线圏产生的磁通量所通过的磁通路的磁通路形成部件，件的部分分别向外侧突出，该移动体还具备将从外部施加的载荷向所述载荷检测部件的至少一 端部传递的载荷传递部件，和对所述磁通路形成部件以及所述载荷传递部件进行支撑的支撑部件。
全文摘要
磁致伸缩式载荷传感器，具备线圈；由磁性材料构成的磁通路形成部件；由磁性材料构成的棒状材料；两个载荷传递部件；外罩以及两个载荷施加部件。在覆盖线圈的外周部以及两端部的磁通路形成部件的两端部的中央，分别形成有开口。在线圈的贯通孔以及开口中插入棒状部件。棒状部件的两端部从开口突出，棒状部件不与磁通路形成部件接触地加以配置。棒状部件的两端部，由载荷传递部件分别支撑。载荷传递部件的一部分分别从外罩的开口向外部突出。
文档编号G01L1/12GK101213430SQ200680024178
公开日2008年7月2日 申请日期2006年6月27日 优先权日2005年7月1日
发明者水野裕 申请人:雅马哈发动机株式会社