磁致伸縮式負荷傳感器的製作方法
2023-05-20 06:22:31
專利名稱：磁致伸縮式負荷傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用磁致伸縮效果對負荷進行電磁測量的磁致伸縮式負荷傳感器。
背景技術：
一直以來，作為檢測負荷的傳感器，已經開發出一種磁致伸縮式負荷傳感器(參照例如特開2003-57128號公報)，該傳感器將施加了負荷的部件的磁性變化轉換為電壓變化，通過輸出該電壓變化而對負荷進行檢測。
特開2003-57128號公報的磁致伸縮式負荷傳感器包括板金製造的殼體、由磁性體構成的檢測杆和纏繞在繞線管上的線圈。
殼體包括大致鍾狀的上側殼體和大致圓盤狀的承受側殼體。在上側殼體的上端部上形成有孔部。而且，在上側殼體的下端部整個周邊上形成有殼體法蘭部。在承受側殼體的外周部上以規定間隔形成有4個切起部。
檢測杆包括上下方向延伸的棒狀部和形成在其下端部上的杆凸緣部。棒狀部和杆凸緣部相互形成為一體。在纏繞了線圈的繞線管的中央部上形成沿線圈軸線沿上下方向延伸的通孔。
在製作上述磁致伸縮式傳感器時，將檢測杆插入繞線管的通孔內。然後將檢測杆的杆凸緣部設置在承受側殼體的規定部位上(大致中央部)，使上側殼體覆蓋所述承受側殼體。由此，上側殼體的殼體法蘭部與承受側殼體的外周部接觸。而且，檢測杆棒狀部的上端從上側殼體上端部的孔部向上方突出。
在此狀態下，將承受側殼體上的4個切起部向上側殼體的殼體法蘭部上曲折並鉚緊，由此將承受側殼體和上側殼體相互固定。
而且在上側殼體的下端部上設置有切口。在該切口中形成以規定長度向殼體側方延伸的筒狀罩部。
為了降低磁阻和防止外部幹擾，使從殼體內線圈中引出的引線取出部通過上述罩部而引出到殼體外部。由此，引線取出部由所述罩而密封，同時可防止在所述引線取出部上出現破裂和損傷。
因而，可以將從收容在殼體內的線圈引出的引線引出出到殼體外的結構用於特開2002-313205號公報的起動裝置用電磁開關。在這種起動裝置用電磁開關中，連接到勵磁線圈的引線上的端子通過以從開關盒沿規定方向延伸的方式連接的模製罩內部而引出到開關盒的外部。
在這種現有磁致伸縮式負荷傳感器中，通過使電流流過所述線圈，對檢測杆進行磁化。在此狀態下，如果向檢測杆的上端部施加負荷，則檢測杆變形，同時其磁性變化。
由此，檢測杆的磁性變化作為在線圈上所產生的電壓變化而體現出來，因而根據在線圈上所產生的電壓變化，可以檢測出施加在檢測杆上的負荷。
在這種現有磁致伸縮式負荷傳感器中，如果在殼體內檢測杆和線圈的位置產生偏移，則磁致伸縮式負荷傳感器的感度(靈敏度)產生偏差，由磁致伸縮式負荷傳感器檢測出的負荷(檢測)精度下降，可靠性下降。因而，必須將檢測杆和線圈在殼體內正確地進行定位。
但是在將杆凸緣部設置在承受側殼體的規定部位上的狀態下，在對承受側殼體上的切起部進行曲折並鉚緊時，杆凸緣部可能從承受側殼體的規定部位上偏移。
使杆凸緣部位置不偏移地將承受側殼體鉚緊在上側殼體上的固定作業非常困難，需要操作非常熟練。因而，磁致伸縮式負荷傳感器的生產量難以提高。
而且，由於用於將從線圈引出的引線引出到殼體外部的罩本體具有細長形狀，因此，磁致伸縮式負荷傳感器的小型化十分困難。
發明內容
本發明的目的是提供一種具有高可靠性且製造簡單的磁致伸縮式負荷傳感器。
本發明的另一目的是提供一種具有高可靠性、製造簡單並能小型化的磁致伸縮式負荷傳感器。
(1)根據本發明一方面的磁致伸縮式負荷傳感器包括具有通孔的線圈；具有用於承受負荷的一端並插入所述線圈的所述通孔內、由磁性材料製成的棒狀部件；與棒狀部件的另一端一體形成並支撐線圈的臺座；殼體部件，該殼體部件以收容線圈的方式嵌合(配合)在臺座上，並具有能夠使棒狀部件的一端承受負荷的開口。
在這種磁致伸縮式負荷傳感器中，通過電流流經線圈而產生磁場。由此，由磁性材料構成的棒狀部件被磁化。如果棒狀部件的一端通過殼體部件的開口而承受負荷，則該棒狀部件歪扭(變形)。由此，線圈的電感變化，在線圈上感應的電壓變化。因而，根據電壓的變化，可以檢測出負荷。
具有用於承受負荷的一端的棒狀部件與支撐線圈的臺座一體形成，由此在對磁致伸縮式負荷傳感器進行裝配時，棒狀部件可以正確輕易地插入線圈的通孔的規定位置，因而磁致伸縮式負荷傳感器的製造變得簡單。
而且，由於棒狀部件與支撐線圈的臺座一體形成，即使在殼體部件和臺座嵌合時，也可以防止棒狀部件和支撐在臺座上的線圈的位置偏移。
由此，降低了磁致伸縮式負荷傳感器的感度波動，提高磁致伸縮式負荷傳感器的負荷檢測精度，從而獲得高可靠性。
(2)臺座和殼體部件由磁性材料製成，作為由線圈產生的磁場的磁通路而發揮作用。
此時，通過電流流經線圈而產生磁場。由此，由磁性材料構成的棒狀部件被磁化，並且由磁性材料製成的臺座和殼體部件被磁化而作為磁通路發揮功能，因而，提高了磁致伸縮式負荷傳感器的感度。
(3)殼體部件在與臺座的嵌合部上可以具有使該殼體部件的內部和外部連通的切口。此時能夠減少使臺座和殼體部件嵌合所必需的負荷。由此，臺座和殼體部件的嵌合變得容易，因此，磁致伸縮式負荷傳感器的製造變得簡單。
而且，降低了在臺座和殼體部件的嵌合部上產生的殘餘應力，由此，降低了臺座和殼體部件的嵌合部上的磁阻，因而提高了磁致伸縮式負荷傳感器的感度。
此外，由於通過降低在臺座和殼體部件的嵌合部上產生的殘餘應力，而減少了殼體部件的磁性變化，所以可以減少磁致伸縮式負荷傳感器的感度波動。
而且，可以將從線圈引出的導線通過所述切口從殼體部件的內部向外部輕易地取出。
(4)切口在與棒狀部件大致平行的第1方向上的長度可以比切口在與第1方向垂直的第2方向上的長度長。
通過切口在第1方向上的長度比切口在第2方向上的長度長，增大了由殼體部件形成的磁通路的截面面積。由此減少了由切口形成所引起的殼體部件的磁阻增大，因而提高了磁致伸縮式負荷傳感器的感度。
(5)線圈可包括具有由臺座支撐的法蘭的繞線管、纏繞在繞線管上的導線。繞線管的法蘭包括導線取出部，該導線取出部形成有將從線圈引出的導線引導到殼體部件外部的通路。導線取出部可形成為與切口嵌合。
此時，當臺座和殼體部件嵌合時，繞線管的法蘭所包括的導線取出部和殼體部件的切口嵌合。從線圈引出的導線通過由導線取出部形成的通路被引導到外部。
由此，當臺座和殼體部件嵌合時，可以防止從線圈引出的導線斷線。由於線圈的導線不通過引線腳(ピン)地直接引出到殼體部件的外部，可以實現磁致伸縮式負荷傳感器的小型化。
(6)法蘭可包括用於將導線向上述導線取出部的通路內進行導向的導向槽。此時，從線圈引出的導線通過導向槽被引導嚮導線取出部的通路。由此，在臺座和殼體部件嵌合時，可以防止從線圈引出的導線斷線。
(7)至少在通過導向槽和導線取出部的通路範圍內還可包括對導線進行覆蓋的被覆管。此時，從線圈引出的導線至少在通過導向槽和導線取出部的通路範圍內由被覆管覆蓋。由此，可以防止從線圈引出的導線斷線。
(8)殼體部件在和臺座的嵌合部上可具有1個或多個狹縫。此時減少了使臺座和殼體部件嵌合所必需的負荷。由此，臺座和殼體部件嵌合變得容易，因此，磁致伸縮式負荷傳感器的製造變得簡單。
而且，降低了在臺座和殼體部件的嵌合部上產生的殘餘應力，由此，降低了臺座和殼體部件的嵌合部上的磁阻，因而提高了磁致伸縮式負荷傳感器的感度。
此外，由於通過降低在臺座和殼體部件的嵌合部上產生的殘餘應力，而減少了殼體部件的磁性變化，所以可以減少磁致伸縮式負荷傳感器的感度波動。
(9)殼體部件在和臺座的嵌合部上可具有多個狹縫，其中上述多個狹縫等間距地形成。此時減少了使臺座和殼體部件嵌合所必需的負荷。由此，臺座和殼體部件嵌合變得容易，因此，磁致伸縮式負荷傳感器的製造變得簡單。
而且，降低了在臺座和殼體部件的嵌合部上產生的殘餘應力，由此，降低了臺座和殼體部件的嵌合部上的磁阻，因而提高了磁致伸縮式負荷傳感器的感度。
此外，由於通過降低在臺座和殼體部件的嵌合部上產生的殘餘應力，而減少了殼體部件的磁性變化，所以可以減少磁致伸縮式負荷傳感器的感度波動。
此外，由於等間距地形成多個狹縫，在殼體部件與臺座部的嵌合部上作用的負荷變得均勻。因而，在臺座和殼體部件嵌合時，可以防止殼體部件的變形。
(10)棒狀部件可在另一個端部上具有朝向上述臺座截面逐漸增大的擴大(擴展)部。在此情況下，在裝配磁致伸縮式負荷傳感器時，向線圈的通孔內插入棒狀部件時，由所述擴大部可以對線圈的位置偏移進行調整，由此，棒狀部件更容易正確地插入到線圈通孔的規定位置上。
(11)棒狀部件的擴大部一側的通孔的端部可具有朝向上述臺座逐漸增大的截面。在此情況下，在裝配磁致伸縮式負荷傳感器時，向線圈的通孔內插入棒狀部件時，由朝向臺座逐漸增大的通孔的截面形狀和棒狀部件的擴大部對線圈的位置偏移進行調整，由此，棒狀部件更容易正確地插入到線圈通孔的規定位置上。
(12)磁致伸縮式負荷傳感器可在棒狀部件的外面和通孔內面之間設置有間隙，棒狀部件的擴大部的最大截面具有與通孔的最大截面相同的尺寸。在此情況下，向線圈的通孔內插入棒狀部件時，以棒狀部件的擴大部的最大截面位置和通孔的最大截面位置一致的方式將棒狀部件自動地定位在線圈的通孔內。由此線圈的定位變得容易。
(13)磁致伸縮式負荷傳感器還可包括以覆蓋上述開口的方式安裝在上述殼體部件上的彈性蓋。此時，由於由彈性蓋封閉殼體部件的開口，可以實現磁致伸縮式負荷傳感器的防塵和防水，提高可靠性。
(14)磁致伸縮式負荷傳感器還可包括設置在殼體部件的內側端面和線圈的端面之間的彈性部件。由此，在臺座和殼體部件嵌合時，可以防止由伴隨著嵌合作業的振動而使線圈移動。因此，由於可靠地防止線圈的位置偏移，可以充分地降低磁致伸縮式負荷傳感器的感度波動。而且防止從線圈引出的導線斷線。從而充分提高了磁致伸縮式負荷傳感器的可靠性。
(15)殼體部件可以在比棒狀部件熱處理溫度高的溫度下進行熱處理。當殼體部件由磁性材料製造時，通過以比棒狀部件熱處理溫度高的溫度對殼體部件進行熱處理，可以使殼體部件的硬度比棒狀部件的硬度低。
因而在臺座和殼體部件嵌合時，減少了使臺座和殼體部件嵌合所必需的負荷，降低了在臺座和殼體部件的嵌合部上產生的殘餘應力，由此，降低了臺座和殼體部件的嵌合部上的磁阻，因而提高了磁致伸縮式負荷傳感器的感度。
此外，由於通過降低在臺座和殼體部件的嵌合部上產生的殘餘應力，而減少了殼體部件的磁性變化，所以可以減少磁致伸縮式負荷傳感器的感度波動。
圖1是根據本發明一實施例的磁致伸縮式負荷傳感器的外觀透視圖；圖2a和2b分別是圖1的磁致伸縮式負荷傳感器的側視圖和俯視圖；圖3是圖1的磁致伸縮式負荷傳感器的組裝圖；圖4是從下方看到的在圖1磁致伸縮式負荷傳感器中使用的繞線管的外觀透視圖；圖5是沿圖1中磁致伸縮式負荷傳感器的A-A線的截面圖；圖6是用於說明圖1的磁致伸縮式負荷傳感器的動作的視圖；圖7、圖8a和8b是根據本發明一實施例的磁致伸縮式負荷傳感器的其它結構示例的視圖；圖9是根據本發明一實施例的磁致伸縮式負荷傳感器的另一結構示例的視圖；圖10是示出有關壓入負荷、狹縫的數目、厚度和熱處理條件關係的實驗結果的圖形；圖11a和11b是示出磁致伸縮式負荷傳感器的感度和初期阻抗的偏差的圖形。
具體實施例方式
下文對根據本發明一實施例的磁致伸縮式負荷傳感器進行說明。
(1)磁致伸縮式負荷傳感器的大致結構圖1是根據本發明一實施例的磁致伸縮式負荷傳感器的外觀透視圖，圖2a和2b分別是圖1的磁致伸縮式負荷傳感器的側視圖和俯視圖。
如圖1、圖2a和2b所示，根據本實施例的磁致伸縮式負荷傳感器100具有下述結構，即在由上側殼體10和下側殼體20組成的殼體K內收容下文所述多個部件。在圖1和圖2a中，收容在殼體K內的多個部件(下文所述的線圈40、繞線管50和彈性環60)由虛線表示。
在具有大致鍾狀的上側殼體10的上端部上形成有孔部10H。將下文所述下側殼體20的棒狀部件20b插入該孔部10H內。孔部10H形成得孔徑比棒狀部件20b的直徑大。下側殼體20的棒狀部件20b的上端部從上側殼體10的上端部向上方突出。
彈性蓋30安裝(粘附)成覆蓋上述孔部10H和下側殼體20的棒狀部件20b的上端部。由此，彈性蓋30的大致中央部沿從上側殼體10突出的棒狀部件20b的形狀向上方突出。其突出面成為磁致伸縮式負荷傳感器100的負荷承壓部PS。
在上側殼體10的下端部上形成沿規定方向的切口部10W。從殼體K的內部通過切口部10W，將引線40R引出到外部。引線40R在該取出部的規定範圍內由收縮管70覆蓋。
(2)磁致伸縮式負荷傳感器的詳細結構下文對磁致伸縮式負荷傳感器的結構和其裝配方法進行說明。圖3是圖1的磁致伸縮式負荷傳感器100的組裝圖，圖4是從下方看到的在圖1磁致伸縮式負荷傳感器100中使用的繞線管50的外觀透視圖。
如圖3所示，磁致伸縮式負荷傳感器100包括上側殼體10、下側殼體20、彈性蓋30、線圈40、繞線管50和彈性環60。
如上所述，上側殼體10大致具有鍾狀。在上側殼體10的上端部形成有孔部10H，在上側殼體10的下端部形成有切口部10W。切口部10W周向上的長度比上下方向的長度短，上側殼體10的下端部除了切口部10W之外的部分成為殼體壓入部11。
作為製造上側殼體10的材料，例如可以使用鐵類材料、鐵鉻類材料、鐵鎳類材料、鐵鈷類材料、鐵矽類材料、鐵鋁類材料、純鐵、強磁性鐵鎳合金或超磁致伸縮材料等磁性材料。由此，在磁致伸縮式負荷傳感器工作時，上側殼體10作為磁通路發揮功能。下文對此將詳細說明。
而且，上側殼體10由鍛造形成，上述磁性材料在600～1100℃的溫度範圍內進行熱處理，但是，上側殼體10在比下文所述的下側殼體20的棒狀部件20b更高的溫度下進行熱處理。
彈性蓋30是圓形蓋，由具有彈性的矽樹脂等形成。在對磁致伸縮式負荷傳感器100進行裝配時，彈性蓋30以覆蓋孔部10H的方式安裝在上側殼體10的上端部上(參考圖3中箭頭F1)。
下側殼體20具有將圓盤形部件20a和棒狀部件20b一體形成的結構。圓盤形部件20a具有繞線管臺座22。在繞線管臺座22下端部的整個周邊上形成有殼體法蘭部21。
圓柱形棒狀部件20b形成為從繞線管臺座22的中央部向上方延伸。棒狀部件20b的下端部以從上方向下方增大直徑的方式向外方擴大。也就是棒狀部件20b下端部的外周面彎曲成凹狀並連接到繞線管臺座22的上面。下文將棒狀部件20b的下端部稱作擴大部23r。
作為製造下側殼體20的材料，例如可以使用鐵類材料、鐵鉻類材料、鐵鎳類材料、鐵鈷類材料、鐵矽類材料、鐵鋁類材料、純鐵、強磁性鐵鎳合金或超磁致伸縮材料等磁性材料。由此，在磁致伸縮式負荷傳感器工作時，下側殼體20作為磁通路發揮功能。下文對此將詳細說明。而且，下側殼體20的棒狀部件20b由熱處理而消除磁致伸縮。
如圖3和4所示，繞線管50具有筒狀軸部50J(圖4)、上側法蘭部51和下側法蘭部53。
在筒狀軸部50J的上端部上一體形成有上側法蘭部51。在上側法蘭部51的上面中央上，還一體形成有環狀突出部52(圖3)。彈性環60安裝在環狀突出部52上(參考圖3中的箭頭F2)。彈性環60由具有彈性的矽樹脂等製造。
在筒狀軸部50J的下端部上一體形成有下側法蘭部53。因而，上側法蘭部51和下側法蘭部53相對。而且，下側法蘭部53與下側殼體20的繞線管臺座22幾乎具有相同的尺寸。
在上側法蘭部51和下側法蘭部53之間，通過將導線纏繞在筒狀軸部50J上，形成線圈40。在本實施例中，線圈40發揮勵磁線圈功能，同時還發揮檢測線圈功能。下文將詳細說明，將用於防止線圈40解開的膠帶41(圖3)安裝在線圈40的外周部上，而且在圖4中沒有示出膠帶41。
在下側法蘭部53的外周部上在規定位置上形成有引線取出部54和繞線管切口部55。而且在下側法蘭部53的下面側上，形成有從繞線管切口部55至引線取出部54的引線導向槽56(圖4)。
在繞線管切口部55，從外周部向內周部將下側法蘭部53切下一部分。如圖4所示，纏繞在筒狀軸部50J上的線圈40的引線40R從繞線管切口部55向下方引出。引出的引線40R通過引線導向槽56被引導到引線取出部54。
引線取出部54具有下面敞開的大致馬蹄形的截面(垂直截面)，形成為從下側法蘭部53的外周部向外方突出。引線取出部54的內部空間構成引線導向槽56的一部分。
由此從線圈40引出的引線40R從引線取出部54引出到繞線管50的外部。
在圖4中，在引線導向槽56的範圍內，引線40R由收縮管70覆蓋。也就是由收縮管70覆蓋的引線40R嵌入在引線導向槽56內。由此，在磁致伸縮式負荷傳感器100的組裝時或工作時，即使產生振動，也可以防止通過引線導向槽56的引線40R斷裂。
而且在本示例中，繞線管切口部55和引線取出部54以下側法蘭部53的中心為基準彼此偏離90°的位置關係形成。
位於線圈40的軸心上並沿上下方向延伸的筒狀軸部50J的通孔50H與棒狀部件20b的擴大部23r相同，從上方向下方擴大直徑地向外方擴大。也就是通孔50H的下端部的內周面彎曲成凸狀而連接到下側法蘭部53的下面。下文將通孔50H的下端部稱作擴大部50r。
在具有上述結構的繞線管50上，當對磁致伸縮式負荷傳感器100進行裝配時，將下側殼體20的棒狀部件20b插入通孔50H中(參考圖3中的箭頭F3)。由此，將繞線管50載置在下側殼體20的繞線管臺座22上。
在此狀態下，由上側殼體10覆蓋下側殼體20而進行連接(參考圖3中的箭頭F4)。像下述那樣進行上側殼體10和下側殼體20的連接。
首先，使下側殼體20的棒狀部件20b和上側殼體10的孔部10H位置一致(對齊)。而且使載置在繞線管臺座22上的繞線管50的引線取出部54和上側殼體10的切口部10W位置一致。
雖然在上文中沒有說明，但是，下側殼體20的棒狀部件20b在上下方向的長度(高度)比繞線管50和上側殼體10的上下方向長度(高度)稍大。
此外，繞線管50的引線取出部54和上側殼體10的切口部10W形成得能夠相互嵌合。如上所述，引線取出部54具有大致馬蹄形截面，因而，切口部10W也形成為大致馬蹄形。由此，由於引線取出部54和切口部10W具有圓弧形角部，因而引線取出部54和切口部10W容易嵌合。
如上所述，在上側殼體10和下側殼體20位置相互一致的狀態下，將上側殼體10的殼體壓入部11壓入(壓配合於)殼體法蘭部21上。
由此，上側殼體10和下側殼體20相連，將線圈40、繞線管50和彈性環60收容在殼體K內。而且棒狀部件20b的上端部在由彈性蓋30覆蓋的狀態下通過上側殼體10的孔部10H的上方突出。
而且，切口部10W和引線取出部54嵌合。由此，殼體K內部的線圈40的引線40R通過所述引線取出部54被引出到殼體K的外部。
從磁致伸縮式負荷傳感器100延伸的引線40R與圖中未示的振蕩電路、整流電路、放大電路和中央演算處理電路(CPU)等周邊電路相連。
(3)磁致伸縮式負荷傳感器的內部結構下文根據圖5，對上述那樣製造的磁致伸縮式負荷傳感器100中的引線取出部54、棒狀部件20b的擴大部23r、通孔50H的擴大部50r的結構進行詳細說明。
圖5是沿圖1中磁致伸縮式負荷傳感器100的A-A線的截面圖。如圖5所示，引線取出部54以和上側殼體10的側壁厚度幾乎相同的長度從下側法蘭部53的外周部突出(圖3)。
因而，通過將上側殼體10和下側殼體20相連，引線取出部54的前端部和上側殼體10的外周面幾乎成為一個面。
由此，在根據本實施例的磁致伸縮式負荷傳感器100中，由於引線40R從上側殼體10中直接取出，可以實現磁致伸縮式負荷傳感器100的小型化。
棒狀部件20b的擴大部23r的外周面在垂直截面中從上向下以規定的曲率半徑彎曲。而且，繞線管50的擴大部50r的內周面也在垂直截面中從上向下以規定的曲率半徑彎曲。
棒狀部件20b的擴大部23r的外周面曲率半徑和通孔50H的擴大部50r的內周面曲率半徑不同。具體地說，圖1的磁致伸縮式負荷傳感器100的A-A線截面中的擴大部23r的外周面曲率半徑設定得比擴大部50r的內周面曲率半徑小。
通孔50H的擴大部50r的最下端的直徑與棒狀部件20b的擴大部23r的最下端的直徑相同。從通孔50H的擴大部50r的最下端朝向上方，通孔50H的擴大部50r的直徑與棒狀部件20b的擴大部23r的直徑相比逐漸增大。
由此，由於通孔50H的擴大部50r的最下端的直徑與棒狀部件20b的擴大部23r的最下端的直徑相同，所以可以對棒狀部件20b相對於通孔50H的位置進行自動調整，以使棒狀部件20b的中心軸和通孔50H的中心軸一致。
因而，在繞線管50的通孔50H的內周面和棒狀部件20b的外周面之間形成均勻的間隙G。而且，在上側殼體10的孔部10H的內周面和棒狀部件20b的外周面之間也形成均勻的間隙G。
由此，在根據本發明實施例的磁致伸縮式負荷傳感器100中，由於繞線管50容易相對於棒狀部件20b進行正確地定位，所以提高了磁致伸縮式負荷傳感器100的裝配性。
(4)磁致伸縮式負荷傳感器的動作圖6是用於說明圖1的磁致伸縮式負荷傳感器100的動作的視圖。
如上所述，從磁致伸縮式負荷傳感器100延伸出的引線40R與圖中未示的周邊電路相連。
在磁致伸縮式負荷傳感器100動作時，由圖中未示出的周邊電路通過引線40R向線圈40內流動交流電。更具體地說，由周邊電路的振蕩電路驅動線圈40。此時，線圈40作為勵磁線圈發揮功能，棒狀部件20b被磁化。由此，上側殼體10和圓盤狀部件20作為磁通路發揮功能。
在圖6中，在線圈40被驅動時磁致伸縮式負荷傳感器100內的磁場由白底箭頭M示出。
此時，如圖6中的粗箭頭P所示，一旦將負載施加在磁致伸縮式負荷傳感器100的受壓部PS上，則壓縮力作用在棒狀部件20b上。因而，一旦壓縮力作用在棒狀部件20b上，由磁致伸縮效果，棒狀部件20b的磁導率下降，線圈40的電感改變。
當棒狀部件20b由上述超磁致伸縮材料構成時，其磁致伸縮效果係數為幾百～幾千ppm。此外，當棒狀部件20b由超磁致伸縮材料之外的材料構成時，其磁致伸縮效果小於等於幾十ppm。
因而在線圈40上產生的感應電動勢(電壓)變化，此時線圈40作為檢測線圈發揮功能。線圈40上的電壓變化通過引線40R由圖中未示出的周邊電路檢測出來。
具體地說，線圈40的電壓通過引線40R而輸送到整流電路。由整流電路整流後的電壓由放大電路進行放大。根據放大後的電壓，CPU計算作用在棒狀部件20b上的壓縮力，由此，檢測出施加在磁致伸縮式負荷傳感器100的受壓部PS上的負載。
(5)實施例的效果在根據本實施例的磁致伸縮式負荷傳感器100中，可以被施加負載的棒狀部件20b與下側殼體20的圓盤狀部件20a一體形成。由此，在對磁致伸縮式負荷傳感器100進行裝配時，由於可將下側殼體20的棒狀部件20b輕易並正確地插入到繞線管50的通孔50H中，磁致伸縮式負荷傳感器100的製造變得容易。
而且，如上所述，由於通孔50H的擴大部50r的最下端直徑和棒狀部件20b的擴大部23r的最下端直徑相等，在將下側殼體20的棒狀部件20b插入到繞線管50的通孔50H中時，可對棒狀部件20b相對於通孔50H的位置進行自動調整，以使棒狀部件20b的中心軸和通孔50H的中心軸一致。由此，能夠保持棒狀部件20b和繞線管50處於正確的定位狀態。
因而即使在將上側殼體10壓入下側殼體20時，也可以防止棒狀部件20b和繞線管50的位置偏移，所以能夠降低磁致伸縮式負荷傳感器100的感度的波動(變化)。提高磁致伸縮式負荷傳感器100的可靠性。
而且安裝在繞線管50上的彈性環60位於繞線管50上面和上側殼體10的上端部內面之間。由此，在將上側殼體10壓入下側殼體20時，可以防止由伴隨著壓入作業的振動而使繞線管50沿上下方向移動，也可以防止引線40R斷線。
因而，由於可靠地防止了棒狀部件20b和繞線管50的位置偏移，所以能夠充分降低磁致伸縮式負荷傳感器100的感度波動，充分提高磁致伸縮式負荷傳感器100的可靠性。
而且，由於上側殼體10具有切口部10W，所以降低了將上側殼體10的法蘭壓入部11壓入殼體法蘭部21所必需的負荷(下文簡稱為壓入負荷)，由此，可以降低在上側殼體10上產生的殘留應力。
此外，在將上側殼體10的法蘭壓入部11壓入殼體法蘭部21時，可以在上側殼體10的上端部上施加負載。另一方面，在上述壓入時，並沒有向在磁致伸縮式負荷傳感器100動作時被施加負載的棒狀部件20b的上端部上施加用於壓入的負載。
因而在法蘭壓入部11的壓入時，可以降低由壓力在棒狀部件20b內所產生的殘留應力。從而控制由殘留應力引起的棒狀部件20b的磁性變化，充分降低了磁致伸縮式負荷傳感器100的感度的波動。
而且，由於法蘭壓入部11與圓盤狀部件20a的整個外周部相連，可以確保增大由上側殼體10形成的磁通路的截面積。從而，即使由壓入在法蘭壓入部11上產生殘留應力，也使由殘留應力引起的磁阻增加減少。
此外，上側殼體10在比下側殼體20的棒狀部件20b更高的溫度下進行熱處理。由此，上側殼體10的硬度比棒狀部件20b的硬度低。因而能夠以小負荷將上側殼體10的法蘭壓入部11壓入到殼體法蘭部21上。因而，可以防止由壓入作業引起的上側殼體10和下側殼體20的位置偏差，同時進一步降低在上側殼體10上產生的殘留應力，並進一步降低磁致伸縮式負荷傳感器100的感度波動。
磁性材料的磁阻隨熱處理溫度上升而下降。因而在上側殼體10的熱處理溫度比下側殼體20的熱處理溫度高時，棒狀部件20b的磁阻比上側殼體10的磁阻大。此時，棒狀部件20b的磁阻相對於磁通路的整體阻抗的比值變大。因而，提高了磁致伸縮式負荷傳感器100的感度。
由於不通過引線腳(ピン)就將線圈40的引線40R取出到上側殼體10的外部，可以使切口部10W周向長度比上下方向長度短。也就是可以縮短切口部的周向長度。
由此，由上側殼體10形成的磁通路的截面積變大，因而進一步降低了上側殼體10的磁阻的增加。從而也提高了磁致伸縮式負荷傳感器100的感度。
而且從線圈40的引線取出部54將引線40R取出。由此在將上側殼體10的法蘭壓入部11壓入殼體法蘭部21時，引線40R由引線取出部54保護，可以防止在引線40R上施加負荷。
從而在組裝磁致伸縮式負荷傳感器100時，可以防止引線40R斷線，所以提高了磁致伸縮式負荷傳感器100的合格率，降低了製造成本。
而且將彈性蓋30安裝在上側殼體10的上端部上。由此，在通孔50H內周面和棒狀部件20b的外周面之間所形成的間隙G、在孔部10H的內周面和棒狀部件20b的外周面之間所形成的間隙G由彈性蓋30封閉。由此，可以實現磁致伸縮式負荷傳感器100的防塵和防水，提高可靠性。
如上所述，根據本實施例的磁致伸縮式負荷傳感器100具有高可靠性同時易於製造，能夠小型化。
(6)磁致伸縮式負荷傳感器的其它結構示例本示例的磁致伸縮式負荷傳感器在下述各點上與圖1的磁致伸縮式負荷傳感器100結構不同。此外，本示例的磁致伸縮式負荷傳感器的外觀與圖1的磁致伸縮式負荷傳感器100的外觀幾乎相同。
圖7、圖8a和8b是用於說明根據本發明一實施例的磁致伸縮式負荷傳感器的其它結構示例的視圖。
在圖7中示出了本示例的磁致伸縮式負荷傳感器100在垂直方向的截面圖。圖7相當於圖1的A-A線截面圖。圖8a示出了磁致伸縮式負荷傳感器100的俯視圖，圖8b示出了圖7中的磁致伸縮式負荷傳感器100的B-B線截面圖。
如圖8a所示，從上方看時，本示例的磁致伸縮式負荷傳感器100的外觀與圖1的磁致伸縮式負荷傳感器100的外觀相同。
如圖7和圖8b所示，在磁致伸縮式負荷傳感器100中，上側殼體10的形狀與圖1中的上側殼體10的形狀不同。下文對此進行詳細說明。
在上側殼體10的下端部上，與圖1中上側殼體10相同，形成有用於將引線40R取出的切口部10W。
而且在上側殼體10的下端部上形成狹縫10a。所述狹縫10a，以上側殼體10的中心軸線為基準，形成在與切口部10W相反的一側上。
狹縫10a的上下方向的長度(高度)比法蘭壓入部11的上下方向的長度(高度)高。而且，狹縫10a的周向長度比狹縫10a的上下方向的長度短。
在本示例的磁致伸縮式負荷傳感器100中，上側殼體10的下端部除了切口部10W和狹縫10a之外的部分成為法蘭壓入部11。
由於上側殼體10具有切口部10W和狹縫10a，與圖1的上側殼體10相比，可以更充分地減少壓入負荷。由此，進一步降低了上側殼體10內產生的殘留應力。
從而可以控制由殘留應力引起的上側殼體10的磁性變化，進一步降低磁致伸縮式負荷傳感器100的感度波動。
(7)磁致伸縮式負荷傳感器另一結構示例在上側殼體10的下端部上如下所述也可以形成多個狹縫10a。
圖9是用於說明根據本發明一實施例的磁致伸縮式負荷傳感器的另一結構示例的視圖，在圖9中示出了本示例的磁致伸縮式負荷傳感器100的水平方向截面圖，圖9相當於圖7的B-B線截面圖。
在圖9的上側殼體10的下端部上，以相互之間形成相等間隔的方式形成有切口部10W和3個狹縫10a。也就是切口部10W和3個狹縫10a以上側殼體10的中心軸線為基準形成在彼此間隔90°的位置上。
由於上側殼體10具有切口部10W和3個狹縫10a，與圖7的上側殼體10相比，壓入負荷更為降低。由此進一步降低了上側殼體10上產生的殘留應力。
從而可以控制由殘留應力引起的上側殼體10的磁性變化，進一步降低磁致伸縮式負荷傳感器100的感度波動。
而且，可以使用於壓入的負荷在上側殼體10的整個下端部上均勻分布。
由此，可以防止在壓入時法蘭壓入部11變形。在上側殼體10的外周部在水平截面上形成為正圓時，即使在壓入操作後，仍可以維持圓度。
不限於此，在上側殼體10上也可以形成2個狹縫10a，也可以形成大於等於4個的狹縫10a。此時對應於形成在上側殼體10上的狹縫10a的數目(個數)而使得壓入負荷降低。
(8)壓入負荷、狹縫數目、厚度和熱處理條件壓入負荷的大小取決於形成在上側殼體10上的狹縫10a的數目。而且，壓入負荷的大小也取決於上側殼體10的厚度和熱處理條件。
本發明人為了調查壓在磁致伸縮式負荷傳感器100中入負荷、狹縫10a的數目、厚度和熱處理條件之間的關係，進行了下述試驗。
本發明人製造了狹縫10a的數目、厚度和熱處理條件不同的7個上側殼體S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。上側殼體S1～S7的結構和熱處理條件分別如下所述。
上側殼體S1不在比下側殼體20的棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行熱處理的方式製造。在上側殼體S1上也沒有形成狹縫10a。
上側殼體S2在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行熱處理而製造。在上側殼體S2上沒有形成狹縫10a。上側殼體S2相當於圖1中的上側殼體10。
上側殼體S3在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行熱處理而製造。在上側殼體S3上形成1個狹縫10a。上側殼體S3相當於圖7中的上側殼體10。
上側殼體S4在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行熱處理而製造。在上側殼體S4上形成3個狹縫10a。上側殼體S4相當於圖9中的上側殼體10。
上側殼體S5以不在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行熱處理的方式製造。在上側殼體S5上與上側殼體S3相同也形成了1個狹縫10a。
上側殼體S6以不在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行熱處理的方式製造。在上側殼體S6上與上側殼體S4相同也形成了3個狹縫10a。
上述上側殼體S1～S6的外周部的厚度都是1.0毫米。
上側殼體S7在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行熱處理而製造。在上側殼體S7上沒有形成狹縫10a。上側殼體S7的外周部的厚度比其它的上側殼體S1～S6的外周部的厚度薄，為0.6毫米。
將上述那樣製造的上側殼體S1～S7分別壓入下側殼體20上，對其壓入負荷進行測量。
圖10是示出對壓入負荷、狹縫10a數量、厚度和熱處理條件的關係的實驗結果的圖形。在圖10中，縱軸表示壓入負荷，橫軸分別表示各個上側殼體S1～S7。
在圖10中，將上側殼體S1～S7的符號賦予橫軸，同時示出了各個上側殼體S1～S7的狹縫10a的數目、熱處理條件和厚度。
如圖10所示，不在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行熱處理且也沒有形成狹縫10a的上側殼體S1的壓入負荷比其它的上側殼體S2～S7的壓入負荷大。
與此相對，在具有狹縫10a的上側殼體S5、S6中，狹縫10a的數量越多，壓入負荷越低。
而且在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行了熱處理的上側殼體S2、S3、S4中，壓入負荷進一步降低。
而且與上側殼體S1的壓入負荷相比，在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行了熱處理且厚度薄的上側殼體S7的壓入負荷降低為大約一半。
根據上述結果可以得知，通過將上側殼體10的厚度設定得薄，在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下對上側殼體10進行熱處理，同時在上側殼體10上形成更多的狹縫10a，能夠降低壓入負荷。
因而，通過將上側殼體10的厚度設定得薄，在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下對上側殼體10進行熱處理，同時在上側殼體10上形成更多的狹縫10a，能夠使磁致伸縮式負荷傳感器100的裝配性提高。
而且在減少上側殼體10的厚度時，雖然磁阻增大，但是通過在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下對上側殼體10進行熱處理，可以降低磁阻的增大。
(9)感度和阻抗的波動在本實施例中，由在磁致伸縮式負荷傳感器100上不施加負荷時線圈40的阻抗(初期阻抗Z0)除在將規定負荷施加在磁致伸縮式負荷傳感器100上時線圈40的阻抗變化量(阻抗變化量ΔZ)，計算獲得磁致伸縮式負荷傳感器100的感度。
磁致伸縮式負荷傳感器100的感度波動取決於是否在上側殼體10上形成狹縫10a、上側殼體10的厚度和熱處理條件。而且磁致伸縮式負荷傳感器100的初期阻抗Z0波動也取決於是否在上側殼體10上形成狹縫10a、上側殼體10的厚度和熱處理條件。
為了調查磁致伸縮式負荷傳感器100的感度波動、初期阻抗Z0波動、壓入負荷、狹縫10a的數目、厚度和熱處理條件之間關係，本發明人進行了下述試驗。
本發明人製造了狹縫10a的數目、厚度和熱處理條件不同的2種上側殼體T1、T2，上側殼體T1、T2的各自結構和熱處理條件如下所述。
上側殼體T1以不在比下側殼體20的棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行熱處理的方式製造。在上側殼體T1上沒有形成狹縫10a。此外，上側殼體T1的厚度是1.0毫米。該上側殼體T1相當於上側殼體S1。
通過在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行熱處理同時形成狹縫10a，或在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行熱處理同時減少厚度，製作上側殼體T2。上側殼體T2相當於上述上側殼體S3、S4、S7。而且在減少厚度時，上側殼體T2的厚度是0.6毫米。
製造大量上述上側殼體T1、T2，以大量製造磁致伸縮式負荷傳感器100。對大量生產的各個磁致伸縮式負荷傳感器100，測量線圈40的初期阻抗Z0。而且對每個磁致伸縮式負荷傳感器施加600N負荷，測量從初期阻抗Z0的阻抗變化量ΔZ，從而計算每個磁致伸縮式負荷傳感器100的感度。
圖11a和11b是示出磁致伸縮式負荷傳感器100的感度和初期阻抗Z0的波動的圖形。在圖11a和11b中，縱軸表示磁致伸縮式負荷傳感器100的初期阻抗Z0，橫軸表示磁致伸縮式負荷傳感器100的感度。
在圖11a中，由虛線T1表示具有上側殼體T1的磁致伸縮式負荷傳感器100的感度和初期阻抗Z0的波動範圍。
在具有上側殼體T1的磁致伸縮式負荷傳感器100中，在跨過大約50％的範圍SE1中感度出現波動。而且，在具有上側殼體T1的磁致伸縮式負荷傳感器100中，在跨過大約12Ω的範圍Z01內初期阻抗Z0出現波動。
在圖11b中，由虛線T2表示具有上側殼體T2的磁致伸縮式負荷傳感器100的感度和初期阻抗Z0的波動範圍。
在具有上側殼體T2的磁致伸縮式負荷傳感器100中，在跨過大約20％的範圍SE2中感度出現波動。而且，在具有上側殼體T2的磁致伸縮式負荷傳感器100中，在跨過大約7Ω的範圍Z02內初期阻抗Z0出現波動。
此外，本發明人對在具有下述上側殼體T3的磁致伸縮式負荷傳感器100也進行了感度波動測量。
通過在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下進行熱處理而製作上側殼體T3。在上側殼體T3上沒有形成狹縫10a。上側殼體T3的厚度是1.0毫米。上側殼體T3相當於上述上側殼體S2。
此時在具有上側殼體T3的磁致伸縮式負荷傳感器100中，在大約24％的範圍內感度出現波動(圖中未示出)。
根據上述結果，與具有上側殼體T1的磁致伸縮式負荷傳感器100相比，在具有上側殼體T3的磁致伸縮式負荷傳感器100中能夠降低感度波動。而且與具有上側殼體T3的磁致伸縮式負荷傳感器100相比，具有上側殼體T2的磁致伸縮式負荷傳感器100可進一步降低感度波動。
因而通過在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下對上側殼體10進行熱處理，可以降低磁致伸縮式負荷傳感器100的感度波動。如果進一步在上側殼體10上設置狹縫10a或減少上側殼體10的厚度，則可以進一步降低磁致伸縮式負荷傳感器100的感度波動。
而且與具有上側殼體T1的磁致伸縮式負荷傳感器100相比，具有上側殼體T2的磁致伸縮式負荷傳感器100降低了初期阻抗Z0的波動。
如上所述，通過在比棒狀部件20b的熱處理溫度高的溫度下對上側殼體10進行熱處理、在上側殼體10上設置狹縫10a或減少上側殼體10的厚度，可以進一步降低磁致伸縮式負荷傳感器100的初期阻抗Z0的波動。
(10)其它實施例在根據上述實施例的磁致伸縮式負荷傳感器100中，雖然上側殼體10的水平截面大致具有圓形的鐘形形狀，但是上側殼體10的水平截面也可以具有橢圓的大致鐘形狀，或具有大致長方體形狀。
而且在上述內容中，下側殼體20的棒狀部件20b的上下方向的長度比繞線管50和上側殼體10的上下方向的長度大，但是，棒狀部件20b的上下方向的長度和繞線管50以及上側殼體10的上下方向的長度之間的關係並不局限於此。例如下側殼體20的棒狀部件20b的上下方向的長度也可以和上側殼體10的上下方向的長度相同。
而且下側殼體20的棒狀部件20b的上下方向的長度也可以比上側殼體10的上下方向的長度短。此時棒狀部件20b不從上側殼體10的孔部10H突出。因而通過其它部件向受壓部PS施加負荷。
而且，棒狀部件20b的形狀並不局限於圓柱形。棒狀部件20b也可以具有四角柱形狀，也可以具有橢圓柱形狀。
(11)權利要求中各個結構元件與實施例的各個部分的對應在根據上述實施例的磁致伸縮式負荷傳感器100中，繞線管50的通孔50H相當於通孔，線圈40和繞線管50相當於線圈，棒狀部件20b相當於棒狀部件，繞線管臺座22相當於臺座，上側殼體10的孔部10H相當於開口，上側殼體10相當於殼體部件。
此外，殼體壓入部11相當於殼體部件的嵌合部，上側殼體10的切口部10W相當於切口，與棒狀部件20b大致平行的垂直方向相當於第1方向，水平方向相當於第2方向。
而且，下側法蘭部53相當於法蘭部，形成線圈40的導線和引線40R相當於導線。引線取出部54相當於導線取出部，引線導向槽56相當於導向槽。
此外，收縮管70相當於被覆管，擴大部23r相當於擴大部。通孔50H的下側法蘭部53側的端部相當於通孔的端部，彈性環60相當於彈性部件。
權利要求
1.一種磁致伸縮式負荷傳感器，包括具有通孔的線圈；具有用於承受負荷的一端並插入所述線圈的所述通孔內、由磁性材料製成的棒狀部件；與所述棒狀部件的另一端一體形成並支撐上述線圈的臺座；和殼體部件，該殼體部件以收容所述線圈的方式嵌合在所述臺座上，並具有能夠使所述棒狀部件的所述一端承受負荷的開口。
2.如權利要求1所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，所述臺座和所述殼體部件由磁性材料製成，作為由所述線圈產生的磁場的磁通路而發揮作用。
3.如權利要求1所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，所述殼體部件在與所述臺座的嵌合部上具有使所述殼體部件的內部和外部連通的切口。
4.如權利要求3所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，所述切口在與所述棒狀部件基本平行的第1方向上的長度比所述切口在與所述第1方向垂直的第2方向上的長度長。
5.如權利要求3所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，所述線圈包括具有由所述臺座支撐的法蘭的繞線管、纏繞在所述繞線管上的導線；所述繞線管的法蘭包括導線取出部，該導線取出部形成有將從所述線圈引出的所述導線引導到所述殼體部件的外部的通路；所述導線取出部形成為嵌合在所述切口中。
6.如權利要求5所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，所述法蘭包括用於將所述導線導向所述導線取出部的通路的導向槽。
7.如權利要求6所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，至少在通過所述導向槽和所述導線取出部的通路範圍內進一步包括對所述導線進行覆蓋的被覆管。
8.如權利要求1所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，所述殼體部件在和所述臺座的嵌合部上具有1個或多個狹縫。
9.如權利要求1所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，所述殼體部件在和所述臺座的嵌合部上具有多個狹縫，上述多個狹縫等間距地形成。
10.如權利要求1所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，所述棒狀部件在所述另一端上具有朝向所述臺座截面逐漸增大的擴大部。
11.如權利要求10所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，所述棒狀部件的所述擴大部一側的上述通孔的端部具有朝向所述臺座逐漸增大的截面。
12.如權利要求11所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，在所述棒狀部件的外面和所述通孔的內面之間設置有間隙，所述棒狀部件的擴大部的最大截面具有與所述通孔的最大截面相同的尺寸。
13.如權利要求1所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，還包括以覆蓋上述開口的方式安裝在所述殼體部件上的彈性蓋。
14.如權利要求1所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，還包括設置在所述殼體部件的內側端面和所述線圈的端面之間的彈性部件。
15.如權利要求1所述的磁致伸縮式負荷傳感器，其特徵在於，所述殼體部件在比所述棒狀部件的熱處理溫度高的溫度下被進行熱處理。
全文摘要
磁致伸縮式負荷傳感器包括上側殼體、下側殼體、線圈和繞線管。上側殼體具有大致鐘形形狀，同時在上端部形成有孔部，在下端部上形成有切口部。下側殼體具有圓盤狀部件和棒狀部件一體形成的結構。通過將導線纏繞在繞線管上而形成有線圈。在繞線管的規定位置上形成用於將線圈的導線取出的導線取出部。在製造磁致伸縮式負荷傳感器時，將棒狀部件插入繞線管的軸心中，使上側殼體覆蓋下側殼體而連接。由此，上側殼體的切口部和繞線管的導線取出部嵌合。棒狀部件的上端部從上側殼體的孔部突出。
文檔編號G01G3/15GK1715849SQ20051007714
公開日2006年1月4日 申請日期2005年6月14日 優先權日2004年6月14日
發明者水野裕, 原田佳典, 石川裡美 申請人:山葉發動機株式會社