JP4456415B2 - 荷重検出装置およびそれを用いた輸送機器 - Google Patents

Description

この発明は荷重検出装置およびそれを用いた輸送機器に関し、より特定的には、磁性体に直接作用する荷重を電磁気的に検出する荷重検出装置およびそれを用いた輸送機器に関する。

この種の従来技術が特許文献１および２において開示されている。
特許文献１には、コイルと該コイルの軸心に配された中実ロッド状の磁性体を含んで構成される検出部を有し、前記コイルによって前記磁性体を磁化させ、該磁性体に直接荷重を作用させてインダクタンス変化を生じさせることによって荷重を検出する荷重検出装置が開示されている。

また、特許文献２には、過荷重防止機構を設けることによって、磁歪式荷重センサが過荷重を受けることなく荷重を正確に検出することができる荷重検出装置が開示されている。
特開平１１−２４１９５５号公報 特開２００１−２８１０７４号公報

しかし、これらの従来技術では、磁歪センサへ同軸ずれや傾きなく軸方向に荷重を伝達できない場合があり、この場合には入力荷重に対する出力電圧が不安定になってしまう。
それゆえに、この発明の主たる目的は、入力荷重に対する出力電圧を安定させることができる荷重検出装置およびそれを用いた輸送機器を提供することである。

上述の目的を達成するために、請求項１に記載の荷重検出装置は、ハウジングケースおよびフォースリミッタケースを含む荷重検出装置であって、中空状のケースと、ケース内に収納されるコイルと、コイルの軸心に配置されかつコイルに流れる電流によって磁化されるとともに端部に荷重を受ける棒状の磁性体とを含む磁歪センサ、磁性体の端部に荷重を加えるための接触面を有しかつ磁性体と同軸上に配置されるピン、磁歪センサおよびピンが同軸上に相互に対向するようにそれぞれ嵌入される磁歪センサ受容部およびピン受容部を有し、磁歪センサ受容部側の筒状部およびピン受容部側の筒状部がそれぞれハウジングケースおよびフォースリミッタケース内に嵌め込まれるベアリングカラー、ならびに外部からの荷重を受けるためにその一端面がフォースリミッタケースから露出するように配置されるボタンを含み、ピンのうち接触面とは反対側の面において軸方向に延びるように設けられかつフォースリミッタケースに嵌入されるユニットを備える。

請求項２に記載の荷重検出装置は、請求項１に記載の荷重検出装置において、ベアリングカラーは、磁歪センサ受容部の内側面およびピン受容部の内側面の少なくともいずれか一方において軸方向へ延びる１以上のリブと、各リブの近傍において軸方向に延びる断面略半円状の溝とを有し、磁歪センサ受容部に磁歪センサが嵌合されたときおよび／またはピン受容部にピンが嵌合されたとき、溝によってリブが拡径方向に変位可能となることを特徴とする。

請求項３に記載の輸送機器は、請求項１または２に記載の荷重検出装置を含むことを特徴とする。

請求項４に記載の滑走艇は、請求項１または２に記載の荷重検出装置を含むことを特徴とする。

請求項５に記載の自転車は、請求項１または２に記載の荷重検出装置を含むことを特徴とする。

請求項１に記載の荷重検出装置では、ベアリングカラーによって磁性体に対するピンの同軸ずれや傾きを抑え、入力荷重に対する出力電圧を安定させることができる。また、１つのベアリングカラーに磁歪センサおよびピンを相互に対向するように隙間なく嵌め込むことによって磁歪センサとピンとの位置関係を固定できるので、簡単に磁性体に対するピンの同軸ずれや傾きを抑えることができ、磁性体に対して軸方向に荷重を伝達できる。

請求項２に記載の荷重検出装置では、ベアリングカラーの内側面において軸方向へ延びる１以上のリブを形成することによって、ベアリングカラー内に磁歪センサやピンをがたつきなく安定して保持でき、簡単に磁性体に対するピンの同軸ずれや傾きを抑えることができる。特に、ベアリングカラーが樹脂製である場合に有効である。また、リブを拡径方向に変位可能に設けることによって、ベアリングカラーにピンが嵌入されリブとピンとが接触してもリブ自体が磨耗するのを抑制でき、ベアリングカラーに磁歪センサが嵌入されリブと磁歪センサとが接触しても磁歪センサ自体のインピーダンスに影響を与えることなく磁歪センサの特性を安定させることができる。

この発明は、請求項３に記載するように輸送機器、特に、請求項４に記載するように滑走艇や、請求項５に記載するように自転車に好適に用いられる。

この発明によれば、磁性体に対するピンの同軸ずれや傾きを抑え、入力荷重に対する出力電圧を安定させることができる。

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。
図１を参照して、この発明の一実施形態の荷重検出装置１０は、ハウジングユニット１２と当該ハウジングユニット１２の両端部に取り付けられる２つのフォースリミッタ１４とを含む。

ハウジングユニット１２は、手前側に壁面がない箱形のハウジングケース１６を含む。ハウジングケース１６内の中央部にはねじ１８によって固定される電子回路基板２０が収容される。

ハウジングケース１６内の両端部にはそれぞれ磁歪センサ２２が収容される。各磁歪センサ２２は、中空状のケース２４と、ケース２４内に収納されるボビン２６と、ボビン２６に巻装されるコイル２８と、コイル２８の軸心に配置されかつコイル２８に流れる電流によって磁化されるとともに端部に荷重を受ける棒状の磁性体３０と、ケース２４とコイル２８との間をシールするためのＯリング３２とを含む。磁歪センサ２２のコイル２８を構成するエナメル線等の導線３４がケース２４から引き出され収縮チューブ３６で纏められて電子回路基板２０の所定の端子に半田付けされる。

このようなハウジングユニット１２の両端部において磁歪センサ２２に対応する位置にフォースリミッタ１４が配置される。
フォースリミッタ１４は、外部から加えられた荷重が所定値以上になると荷重を抑えて磁歪センサ２２に伝達し、磁歪センサ２２の破損を防ぐものである。フォースリミッタ１４は、軸方向に貫通した中空状のフォースリミッタケース３８を含む。フォースリミッタケース３８には、外周面にＯリング４０およびウェーブワッシャ４２が装着されたユニット４４が嵌入される。

ユニット４４は外部からの荷重を受けるボタン４６を含む。ボタン４６はその一端面がフォースリミッタケース３８から露出するように配置され、ボタン４６の外周面にベアリング４８が装着され、かつボタン４６の他端面にはカラー５０、９枚のワッシャーコニカル５２およびワッシャープレーン５４がボルト５６によって一体的に組み付けられる。ユニット４４のボルト５６の頭部にはピン５８が被せられる。

このように形成されるフォースリミッタ１４では、ボタン４６に荷重が加わるとボタン４６が押され、カラー５０の水平部、ワッシャーコニカル５２、ワッシャープレーン５４、ピン５８の順に力が伝わり、ある程度（たとえば数百Ｎ（ニュートン））の力が加わると、ボルト５６がワッシャープレーン５４から離間し、衝撃力をワッシャーコニカル５２で吸収するようになっている。さらに所定以上の力が加わったとき、ボタン４６が降下するが、その降下距離がＸとなりボタン４６の上面とフォースリミッタケース３８の上面とが面一になるとそれ以上降下しなくなり、荷重に制限がかかることになる。このように構成することで衝撃力や過荷重に対して磁歪センサ２２を保護し、磁歪センサ２２の破損を防いでいる。

荷重検出装置１０はさらにベアリングカラー６０を含む。ベアリングカラー６０は、中空略円筒状に形成され、２つの受容部６２および６４を有する。磁歪センサ２２とピン５８とが相互に対向しかつ磁性体３０とピン５８とが同軸上に配置されるように、受容部６２には磁歪センサ２２が嵌入されかつ受容部６４にはピン５８が嵌入される。受容部６２の内面と磁歪センサ２２との間にはシール部材６６が介挿される。このとき、ベアリングカラー６０の受容部６２側筒状部および受容部６４側筒状部がそれぞれハウジングケース１６およびフォースリミッタケース３８内にがたつきなく嵌め込まれる。

このようにして磁性体３０とユニット４４とピン５８とが同軸上にくるように位置決めされたハウジングユニット１２とフォースリミッタ１４とは、Ｏリング６８およびプレート７０を挟んで４本のボルト７２で組み付けられ、ハウジングユニット１２の両側にそれぞれ、磁歪センサ２２、ピン５８およびベアリングカラー６０を含む荷重検出ユニット７３が構成される。

また、電子回路基板２０上には図２に示すような回路が構成される。すなわち、交流発信回路７４が２つの磁歪センサ２２に接続され、磁歪センサ２２のコイル２８に所定の交流電流が流される。一方の磁歪センサ２２には可変抵抗器７６が接続され、他方の磁歪センサ２２にはブリッジ固定抵抗器７８が接続される。２つの磁歪センサ２２の出力電圧の差が交流差動増幅回路８０によって増幅されたのち、全波整流回路８２によって整流され、さらに、低域通過フィルタ８４によって低周波成分が抽出され、直流増幅回路８６で増幅された信号電圧が端子８８から出力される。このようにして端子８８から荷重検出装置１０によって検出された荷重に対応する信号電圧が出力される。

荷重検出装置１０によれば、磁歪センサ２２とピン５８とを筒状の１つのベアリングカラー６０内に隙間なく嵌め込むことによって磁性体３０とピン５８との位置関係を安定させることができる。したがって、簡単に磁性体３０に対するピン５８の同軸ずれや傾きが抑制され、磁性体３０に対してその軸方向に荷重を加えることができ、入力荷重に対する出力電圧を安定させることができる。また、荷重検出装置１０の歩留まりを向上できる。

ついで、図３を参照して、この発明の他の実施形態の荷重検出装置１０ａについて説明する。
荷重検出装置１０ａは、ハウジングユニット１２と当該ハウジングユニット１２の両端部に取り付けられる２つのフォースリミッタ１４ａとを含むが、２つのフォースリミッタケース１４ａは同一構成を有するので、一方のみを図示して説明する。後述する荷重検出装置１０ｂ〜１０ｄについても同様である。

荷重検出装置１０ａのフォースリミッタ１４ａでは、カラー５０ａにワッシャープレーン５４および９枚のワッシャーコニカル５２が嵌められ、その状態のカラー５０ａの先端部がピン５８ａに軸方向に嵌入される。このようにしてピン５８ａに対するカラー５０ａの同軸度・垂直度の精度を上げておき、さらに固定手段であるボルト５６ａによってカラー５０ａがピン５８ａに一体的に組み付けられ、ユニット４４ａが形成される。ピン５８ａの外周面にはベアリング４８が予め取り付けられている。そして、ユニット４４ａを構成するボルト５６ａの頭部がボタン４６ａに嵌め込まれる。

荷重検出装置１０ａのベアリングカラー６０ａは、中空略円筒状に形成され、２つの受容部６２ａおよび６４ａを有し、さらに受容部６４ａ内に一対のリブ６５が形成される。一対のリブ６５は、それぞれ略短冊状に形成され、相互に平行となるように設けられ、ピン５８ａの回り止め部材として機能する。そして、磁歪センサ２２とピン５８ａとが相互に対向しかつ磁性体３０とピン５８ａとが同軸上に配置されるように、受容部６２ａには磁歪センサ２２が嵌入されかつ受容部６４ａにはピン５８ａが嵌入される。この実施形態では、一対のリブ６５間にピン５８ａの外周面の一部が嵌合されピン５８ａの回動が阻止される。なお、ピン５８ａ外周面のうちリブ６５と接触する部分は平面状に形成される。受容部６２ａの内面と磁歪センサ２２との間にはシール部材６６が介挿される。このとき、ベアリングカラー６０ａの受容部６２ａ側筒状部および受容部６４ａ側筒状部がそれぞれハウジングケース１６およびフォースリミッタケース３８ａ内にがたつきなく嵌め込まれる。

その他の構成については図１に示す荷重検出装置１０と同様であるので、荷重検出装置１０と同一符号または類似符号（符号の末尾に「ａ」を付加）を付すことでその重複する説明は省略する。

このように、ワッシャープレーン５４およびワッシャーコニカル５２が装着されたカラー５０ａをピン５８ａに嵌入しボルト５６ａで締め付けて一体化されたユニット４４ａを形成することによって、磁性体３０に荷重を加える部材をピン５８ａ、カラー５０ａおよびボルト５６ａを含んで構成でき、ピンを実質的に軸方向に長くできる。そして、このようなユニット４４ａのボルト５６ａの頭部をボタン４６ａに嵌入することによって、ボルト４６ａとフォースリミッタケース３８ａとの接触部Ａ１をピン５８ａがずれたり傾いたりするときの支点位置とすることができ、磁性体３０とピン５８ａとの接触部Ｂ１から支点位置Ａ１までの距離を、図９に示す比較例の場合（支点位置Ａ２、接触部Ｂ２参照）より長くすることができる。

荷重検出装置１０ａによれば、接触部Ｂ１から支点位置Ａ１までの距離を長くすることができるので、磁性体３０に対するピン５８ａの同軸ずれや傾きが簡単に抑制され、磁性体３０に対してその軸方向に荷重を加えることができ、入力荷重に対する出力電圧を安定させることができる。また、荷重検出装置１０の歩留まりを向上できる。

さらに、図４を参照して、この発明の他の実施形態の荷重検出装置１０ｂについて説明する。
荷重検出装置１０ｂでは、磁歪センサ２２ｂのケース２４ｂをピン５８ｂ側において軸方向かつ筒状に延長させて延長部２３が形成され、延長部２３内にピン５８ｂが嵌入される。その他の構成については図１に示す荷重検出装置１０と同様であるので、荷重検出装置１０と同一符号または類似符号（符号の末尾に「ｂ」を付加）を付すことでその重複する説明は省略する。

荷重検出装置１０ｂによれば、ケース２４ｂの延長部２３内にピン５８ｂを隙間無く嵌め込むことによって、ベアリングカラーを用いることなく簡単に磁性体３０に対するピン５８ｂの同軸ずれや傾きが抑制され、磁性体３０に対してその軸方向に荷重を加えることができ、入力荷重に対する出力電圧を安定させることができる。また、荷重検出装置１０ｂの歩留まりを向上できる。

さらに、図５を参照して、この発明の他の実施形態の荷重検出装置１０ｃについて説明する。
荷重検出装置１０ｃでは、図６に示すように、磁性体３０ｃのうちピン５８ｃとの接触面に円錐状の凹部９０が形成され、ピン５８ｃのうち磁性体３０ｃとの接触面に凹部９０に嵌合可能な半球状の凸部９２が形成される。また、フォースリミッタケース３８ｃが軸方向に貫通した中空略筒状に形成され、この１つのフォースリミッタケース３８ｃ内に、ボタン４６ｃ、ピン５８ｃおよび磁歪センサ２２ｃが収容される。その他の構成については図１に示す荷重検出装置１０を参照すれば容易に理解できるので、荷重検出装置１０と同一符号または類似符号（符号の末尾に「ｃ」を付加）を付すことによってその重複する説明は省略する。

荷重検出装置１０ｃによれば、磁性体３０ｃの円錐状の凹部９０にピン５８ｃの半球状の凸部９２を嵌合するだけで、磁性体３０ｃに対するピン５８ｃの同軸ずれや傾きを簡単に抑制できる。また、１つのフォースリミッタケース３８ｃ内に、ボタン４６ｃ、ピン５８ｃおよび磁歪センサ２２ｃなどの力の伝達機構を収容することによって、同軸ずれおよび傾きを抑制できる。したがって、磁性体３０に対してその軸方向に荷重を加えることができ、入力荷重に対する出力電圧を安定させることができる。また、荷重検出装置１０ｃの歩留まりを向上できる。

また、図７を参照して、この発明の他の実施形態の荷重検出装置１０ｄについて説明する。
荷重検出装置１０ｄでは、図８に示すように、磁性体３０のうちピン５８ｄとの接触面９４が平坦状に形成され、ピン５８ｄのうち磁性体３０との接触面９６が球面状に形成される。その他の構成については図１に示す荷重検出装置１０と同様であるので、荷重検出装置１０と同一符号または類似符号（符号の末尾に「ｄ」を付加）を付すことでその重複する説明は省略する。

荷重検出装置１０ｄによれば、磁性体３０に対して荷重が斜め方向から加えられたとしても、磁性体３０の角部９８に荷重が加わるのではなく平坦な接触面９４に荷重が加わる。したがって、同軸ずれおよび傾きを抑制でき、磁性体３０に対してその軸方向に荷重を加えることができ、入力荷重に対する出力電圧を安定させることができる。また、荷重検出装置１０ｄの歩留まりを向上できる。

ついで、実験例について説明する。
この実験例では、上述した実施形態の荷重検出装置１０，１０ａ，１０ｄと比較例としての図９に示す荷重検出装置１とについて、荷重に対する電圧値の再現性を求め、図１０に示すような実験結果が得られた。

図９に示す荷重検出装置１は、図１に示す荷重検出装置１０に含まれる筒状のベアリングカラーを用いず、磁性体３０に荷重を加える部材（ピン２を含む）がずれたり傾いたりするときの支点位置Ａ２が磁性体３０とピン２との接触部Ｂ２に近く、磁性体３０およびピン２の接触面はともに平坦状に形成される。

実験条件としては、室温２５℃で５００Ｎの荷重が加えられ、オートグラフ（圧縮・引張・曲げ試験機：島津製作所社製、型式 ＡＧ−１ ５ＫＮ）によって荷重に対する電圧値が測定された。この処理が１０回繰り返され、測定された電圧値に基づいて荷重検出装置１０，１０ａ，１０ｄおよび１のそれぞれについて、不偏分散および不偏分散比（％）が求められた。

図１０に示す実験結果からわかるように、荷重検出装置１０，１０ａおよび１０ｄの場合は、いずれも比較例である荷重検出装置１に比べて、不偏分散が小さく不偏分散比が大きく、電圧値の再現性が良いことがわかる。

また、図１に示す荷重検出装置１０で用いられたベアリングカラー６０に代えて、図１１〜図１３に示すベアリングカラー１００が用いられてもよい。
ベアリングカラー１００には、磁歪センサ２２側の受容部１０２の内周面１０４に軸方向に延びる３つのリブ１０６が等間隔（この実施形態では１２０度間隔）で形成され、同様に、ピン５８側の受容部１０８の内側面１１０において軸方向に延びる３つのリブ１１２が等間隔（この実施形態では１２０度間隔）に形成される。

リブ１０６の断面形状はたとえば図１４に示すように形成され、各リブ１０６の近傍にはリブ１０６と同様に軸方向に延びる断面略半円状の溝１１４が形成される。受容部１０２に磁歪センサ２２が嵌合されたときに、溝１１４によってリブ１０６が拡径する方向（径方向外側）に変位可能となる。

同様に、リブ１１２の断面形状もたとえば図１５に示すように形成され、各リブ１１２の近傍にはリブ１１２と同様に軸方向に延びる断面略半円状の溝１１６が形成される。受容部１０８にピン５８が嵌合されたときに、溝１１６によってリブ１１２が拡径する方向（径方向外側）に変位可能となる。

このようにベアリングカラー１００の内側面において軸方向へ延びる複数のリブ１０６，１１２を形成することによって、ベアリングカラー１００内に磁歪センサ２２やピン５８をがたつきなく安定して保持でき、簡単に磁性体３０に対するピン５８の同軸ずれや傾きを抑えることができる。

また、リブ１０６，１１２を拡径方向に変位可能に設けることによって、ベアリングカラー１００にピン５８が嵌入されリブ１１２とピン５８とが接触してもリブ１１２自体が磨耗するのを抑制でき、ベアリングカラー１００に磁歪センサ２２が嵌入されリブ１０６と磁歪センサ２２とが接触しても磁歪センサ２２自体のインピーダンスに影響を与えることなく磁歪センサ２２の特性を安定させることができる。
特に、リブ１０６および１１２はベアリングカラー１００が樹脂製である場合に有効である。

また、荷重検出装置１０は図１６に示すような滑走艇に好適に用いられる。
図１６および図１７を参照して、滑走艇２００は船体２０２を含む。船体２０２の上部のデッキ２０４には、操船者が跨って着座するシート２０６が設けられ、シート２０６の左右には操船者が足を乗せるためのステップ２０８が設けられる。シート２０６の前方には操船者が把持する操舵ハンドル２１０が設けられ、船体２０２内にはウォータージェット推進装置２１２が搭載される。

ウォータージェット推進装置２１２は、周知のように、エンジン２１４とジェットポンプ２１６とを含んで構成され、水をエンジン２１４の動力によって船体２０２の底から吸い上げ、ジェットポンプ２１６の後端部に設けられたノズルディフレクタ２１８から後方に噴出させることによって推力を得る。ノズルディフレクタ２１８は、ジェットポンプ２１６の後端部に左右方向に揺動自在に支持され、図示しないプッシュ・プルワイヤおよびステアリングアームを介して操舵ハンドル２１０の下端部に連結される。

エンジン２１４は、その軸方向が船体２０２の前後方向となるように配置されたクランク軸２２０に接続される多気筒エンジンであり、船体２０２の右側に吸気装置２２２が接続されるとともに、船体２０２の左側に図示しない排気装置が接続される。吸気装置２２２は、エンジン２１４の各気筒に対応して複数の気化器を含んでおり、各気化器から対応する気筒へ燃料が供給される。各気化器はスロットル弁２２４を含む。

各スロットル弁２２４は互いに連動するように連結されており、スロットル弁２２４のうち最も船体前側に位置するスロットル弁が、操舵ハンドル２１０のスロットルレバー２２６にスロットルワイヤ２２８を介して接続される。スロットルレバー２２６を操作することによって、すべてのスロットル弁２２４が連動して開閉される。なお、各スロットル弁２２４は、図示しない復帰用スプリングによって閉じる方向に付勢されている。

また、エンジン２１４には、クランク軸２２０の回転数を検出するためのエンジン回転数センサ２３０が設けられる。エンジン回転数センサ２３０は、コントローラ２３２にエンジン回転数を示すデータを送出する。

操舵ハンドル２１０は、操船者が把持するハンドルバー２３４と、ハンドルバー２３４の中央部に取り付けられるステアリング軸２３６と、ステアリング軸２３６を挿通させて回動自在に支持するステアリング軸受２３８と、ステアリング軸受２３８をデッキ２０４に固定するための取り付け用プレート２４０とを含む。取り付け用プレート２４０上には荷重検出装置１０が装着され、ハンドルバー２３４およびステアリング軸２３６を覆うように設けられかつハンドルバー２３４とともに回動するハンドルカバー２４２の両側にそれぞれ、荷重検出装置１０のボタン４６を押すためのアーム２４４が取り付けられる。

ステアリング軸２３６の下端部には、図示しないステアリングアームを介して操舵用のプッシュ・プルワイヤが接続される。ハンドルバー２３４を左右に回動させることによって、ステアリングアームが同方向に回動し、プッシュ・プルワイヤを介してノズルディフレクター２１８が左方または右方に揺動する。

また、スロットルワイヤ２２８はアウターチューブ２２８ａとインナーワイヤ２２８ｂとを含み、スロットルワイヤ２２８はステアリング軸２３６内に挿通され、アウターチューブ２２８ａは、スロットル操作用サーボモータ２４６のアーム２４８に接続され、インナーワイヤー２２８ｂがスロットル弁２２４に接続される。サーボモータ２４６のアーム２４８を揺動させることによって、インナーワイヤ２２８ｂを介してスロットル弁２２４を開閉できる。

サーボモータ２４６は、モータ２５０の回転を減速機２５２によって減速してアーム２４８に伝達するように構成され、フィードバック制御によって駆動される。このフィードバック制御は、アーム２４８に設けられたフィードバックポテンショメータ２５４によってアーム２４８の実際の揺動角度を検出し、操舵補助装置によって別途設定されたアーム２４８の目標角度と、当該実際の揺動角度とが一致するまでモータ２５０を駆動することによって行われる。

操舵補助装置は、低速走行時の操舵性を向上させるためのものであり、荷重検出装置１０およびエンジン回転数センサ２３０に接続されたコントローラ２３２と、コントローラ２３２が制御するスロットル操作用サーボモータ２４６などによって構成され、バッテリー２５６によって給電される。

コントローラ２３２には荷重検出装置１０から荷重を示す信号電圧が与えられ、その信号電圧が示す荷重が所定の荷重より大きいときにサーボモータ２４６にアーム２４８を揺動させるべく信号を出力する。当該所定荷重は、ハンドルバー２３４を限度まで回した状態で（最大舵角時に）、さらにハンドルバー２３４を回すように通常の操舵時より大きな力をハンドルバー２３４に加えたときに荷重検出装置１０で検出される荷重に設定されている。

この操舵補助装置によれば、滑走艇２００が低速で航走している状態で操舵ハンドル２１０を限度まで回し、さらに通常より大きな力で回すことによって、コントローラ２３２によって操舵制御が行われる。

コントローラ２３２による操舵制御は、荷重検出装置１０によって検出された荷重に対応させてサーボモータ２４６のアーム２４８の目標角度を設定し、アーム２４８の角度がこの目標角度に達するようにサーボモータ２４６をフィードバック制御することによって行われる。すなわち、この操舵制御によれば、荷重検出装置１０からの出力（操船者が操舵ハンドル２１０に加えた力に相当）の大きさに対応する開度でスロットル弁２２４が開き、エンジン２１４の出力が制御される。なお、目標角度は、スロットルワイヤ２２８を介してスロットル弁２２４の開度が増大するようにアーム２４８が回る方向を正（＋）とする。

このような滑走艇２００では、図１８に示すように、荷重検出装置１０のボタン４６にはアーム２４４が回動することによってハンドル荷重が加えられるので、厳密にはボタン４６に対して軸方向に荷重を加えることは困難であるが、荷重検出装置１０によれば、同軸ずれや傾きを抑制することができるので、滑走艇２００においても正確に荷重を検出することができる。

さらに、この発明は自転車にも好適に用いられる。
図１９を参照して、この発明の荷重検出装置を電動自転車３００に適用した場合について説明する。
電動自転車３００は、ハンドル３０２、前輪３０４、ダウンチューブ３０６、シートチューブ３０８、シート（サドル）３１０、後輪３１２およびホイールスプロケット３１４を含み、車体の略中央下部にはパワーユニット３１６が設けられる。

パワーユニット３１６は、人力による駆動系と電動モータ３１８による補助動力系とを併せ持ち、乗員の人力と補助動力とを合成して出力する。パワーユニット３１６には、クランク軸３２０が回転自在に接続され、クランク軸３２０の左右にはクランク３２２が取り付けられ、各クランク３２２の端部にはペダル３２４が回転自在に軸支されている。なお、パワーユニット３１６には、人力によってクランク軸３２０に入力されるトルクの大きさに応じて電動モータ３１８の出力（補助動力）を制御するためのコントローラ３２６が設けられる。

また、シート３１０の下方であって、シートチューブ３０８と後輪３１２とで囲まれる空間にはバッテリーボックス３２８が着脱可能に装着されており、バッテリーボックス３２８内にはシュリンクパックされた複数の単電池で構成される図示しないＮｉ−Ｃｄバッテリーが収納される。

乗員がペダル３２４を漕いでクランク軸３２０を回転駆動すると、クランク軸３２０に入力されるトルクが図２０に示す荷重検出装置１０ｅによって検出され、コントローラ３２６は検出されたトルクに応じて電動モータ３１８の出力（補助動力）を制御する。したがって、パワーユニット３１６から出力される人力とこれに比例する補助動力との合力が図示しないチェーンを介してホイールスプロケット３１４に伝達され、ホイールスプロケット３１４と後輪３１２とが回転駆動されるため電動自転車３００は人力とこれに比例した補助動力とによって走行する。

図２０を参照して、パワーユニット３１６はハウジング３３０を含み、ハウジング３３０内にはクランク軸３２０に接続されるアーム３３２および荷重検出装置１０ｅが収納される。また、アーム３３２は遊星ギア機構の図示しないリングギアを介してローラ３３４に接続される。ローラ３３４が荷重検出装置１０ｅのボタン４６に当接する。荷重検出装置１０ｅは図１に示す荷重検出装置１０の片方の荷重検出ユニット７３に相当する部分からなる。

このような電動自転車３００では、遊星ギア機構のリングギアにはクランク軸３２０から伝達されるトルクに比例した反力が発生し、この反力がローラ３３４を介して荷重検出装置１０ｅのボタン４６に作用する。この圧縮荷重によって生じたコイル２８の電圧変化が検出信号としてコントローラ３２６に与えられ、コントローラ３２６は入力された検出信号に基づいてトルクの大きさを算出し、そのトルクに応じて電動モータ３１８の出力（補助動力）を制御する。

このような電動自転車３００では、アーム３３２が回動することによって荷重検出装置１０ｅのボタン４６に荷重が加えられるので、厳密にはボタン４６に対して軸方向に荷重を加えることは困難であるが、荷重検出装置１０ｅを用いることによって軸方向に荷重を加えることができ、トルクを正確に検出できる。

なお、滑走艇２００には他の実施形態の荷重検出装置１０ａ〜１０ｄを適用でき、電動自転車３００には荷重検出ユニット７３ａ〜７３ｄを適用できることはいうまでもない。

また、この発明は、滑走艇や電動自転車以外の任意の輸送機器に適用できる。

この発明の一実施形態の荷重検出装置を示す断面図解図である。 図１の荷重検出装置の電気的構成を示すブロック図である。 この発明の他の実施形態を示す断面図解図である。 この発明のその他の実施形態を示す断面図解図である。 この発明のさらにその他の実施形態を示す断面図解図である。 図６の実施形態の要部を示す図解図である。 この発明の他の実施形態を示す断面図解図である。 図７に示す実施形態の要部を示す図解図である。 比較例を示す断面図解図である。 実験結果を示すテーブルである。 ベアリングカラーの変形例を示す平面図である。 図１１に示すベアリングカラーのＣ−Ｃ断面図である。 左半分は図１１に示すベアリングカラーのＤ−Ｄ断面図であり、右半分はその正面図である。 図１３に示すベアリングカラーのＥ−Ｅ断面図である。 図１３に示すベアリングカラーのＦ−Ｆ断面図である。 この発明が適用された滑走艇を示す平面図解図である。 図１６に示す滑走艇の電気的構成を示すブロック図である。 図１６の滑走艇に適用される荷重検出装置近傍を示す図解図である。 この発明が適用される電動自転車を示す図解図である。 図１９に示す電動自転車に用いられる荷重検出装置近傍を示す図解図である。

符号の説明

１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ 荷重検出装置
１２，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ ハウジングユニット
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ フォースリミッタ
２２，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ 磁歪センサ
２３ 延長部
２４，２４ｂ，２４ｄ ケース
２８ コイル
３０，３０ｃ 磁性体
５０，５０ａ カラー
５６，５６ａ，７２ ボルト
５８，５８ａ，５８ｂ，５８ｃ，５８ｄ ピン
６０，６０ａ、１００ ベアリングカラー
６２，６２ａ，６４，６４ａ，１０２，１０８ 受容部
７３，７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７３ｄ 荷重検出ユニット
９０ 凹部
９２ 凸部
９６，９４ 接触面
１０４，１１０ 内周面
１０６，１１２ リブ
２００ 滑走艇
３００ 電動自転車

Claims (5)

1. ハウジングケースおよびフォースリミッタケースを含む荷重検出装置であって、
   中空状のケースと、前記ケース内に収納されるコイルと、前記コイルの軸心に配置されかつ前記コイルに流れる電流によって磁化されるとともに端部に荷重を受ける棒状の磁性体とを含む磁歪センサ、
   前記磁性体の端部に荷重を加えるための接触面を有しかつ前記磁性体と同軸上に配置されるピン、
   前記磁歪センサおよび前記ピンが同軸上に相互に対向するようにそれぞれ嵌入される磁歪センサ受容部およびピン受容部を有し、前記磁歪センサ受容部側の筒状部および前記ピン受容部側の筒状部がそれぞれ前記ハウジングケースおよび前記フォースリミッタケース内に嵌め込まれるベアリングカラー、ならびに
   外部からの荷重を受けるためにその一端面が前記フォースリミッタケースから露出するように配置されるボタンを含み、前記ピンのうち前記接触面とは反対側の面において軸方向に延びるように設けられかつ前記フォースリミッタケースに嵌入されるユニットを備える、荷重検出装置。
2. 前記ベアリングカラーは、前記磁歪センサ受容部の内側面および前記ピン受容部の内側面の少なくともいずれか一方において軸方向へ延びる１以上のリブと、前記各リブの近傍において軸方向に延びる断面略半円状の溝とを有し、
   前記磁歪センサ受容部に前記磁歪センサが嵌合されたときおよび／または前記ピン受容部に前記ピンが嵌合されたとき、前記溝によって前記リブが拡径方向に変位可能となる、請求項１に記載の荷重検出装置。
3. 請求項１または２に記載の荷重検出装置を含む、輸送機器。
4. 請求項１または２に記載の荷重検出装置を含む、滑走艇。
5. 請求項１または２に記載の荷重検出装置を含む、自転車。

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