曲げモーメントセンサとそれを用いた操作ハンドル
【課題】曲げモーメントセンサとそれを用いた操作ハンドルにおいて、簡単な構成により、従来のトルクセンサと同等の強度や感度に対する信頼性を有して曲げモーメントを直接検出可能とし、簡単な構造の操作ハンドルを実現する。
【解決手段】曲げモーメントセンサ１は、被計測体１ａに発生する曲げモーメントの向きを検出可能なように互いの位置をずらして被計測体１ａの表面に固着される２つの磁歪体２と、磁歪体２の各々を個別に励磁すると共に磁歪の変化を検出する２つのコイル３と、各コイル３が発生する磁界に対する磁路を形成するヨーク４と、を備え、磁歪体２には、被計測体１ａに加えられる曲げモーメントによって伸縮する方向に複数の互いに平行なスリット２１が形成されている。これらの各部品は、不図示の保護部材によって、被計測体１ａの表面に固定被覆され、コイル３からの信号は各コイルの電流端子３ａ，３ｂを介して出力される。
【解決手段】曲げモーメントセンサ１は、被計測体１ａに発生する曲げモーメントの向きを検出可能なように互いの位置をずらして被計測体１ａの表面に固着される２つの磁歪体２と、磁歪体２の各々を個別に励磁すると共に磁歪の変化を検出する２つのコイル３と、各コイル３が発生する磁界に対する磁路を形成するヨーク４と、を備え、磁歪体２には、被計測体１ａに加えられる曲げモーメントによって伸縮する方向に複数の互いに平行なスリット２１が形成されている。これらの各部品は、不図示の保護部材によって、被計測体１ａの表面に固定被覆され、コイル３からの信号は各コイルの電流端子３ａ，３ｂを介して出力される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪体による曲げモーメントセンサとそのセンサを用いた操作ハンドルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸体に固着されて軸体と共に変形する磁歪体の変形を磁気的に検出することによって軸体のねじれを検出し、その軸体にねじれを発生させているトルクを検出するトルクセンサが知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。このようなトルクセンサは、トルクを生成するもととなる、軸体の軸に直交する面内の力、を検出することができる。つまり、トルクセンサは、軸体に加わる曲げモーメントを間接的に検出することができる。そこで、このトルクセンサは、パワーアシスト付運搬車において、操作者が運搬車を前後移動や旋回移動させるため操作する操作ハンドルに適用されている。例えば、図１３に示す操作ハンドル９は、水平配置された操作棒９１と、操作棒９１から下に延びる上下軸９２と、上下軸９２を支持する水平軸９３と、水平軸９３の左右両端を運搬車の車体壁９４に固定する固定部９５と、上下軸９２に取り付けられたトルクセンサ９２ａと、水平軸９３に取り付けられたトルクセンサ９３ａと、を備えている。操作棒９１、上下軸９２、水平軸９３は、互いに一体化されている。操作者が、運搬車の移動を操作するため、車体壁９４に対して前後方向ａと旋回方向Ｒとなる操作力を操作棒９１に加えると、前後方向ａの力がトルクセンサ９３ａによって検出され、旋回方向Ｒの力がトルクセンサ９２ａによって検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１５９２５７号公報
【特許文献２】特開平０７−１１３６９８号公報
【特許文献３】特開平０７−１１３７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した図１３に示されるようなトルクセンサを用いた従来の操作ハンドルにおいては、上下軸９２に発生する前後方向の曲げモーメントを直接検出するのではなく、上下軸９２に対して９０度回転した配置の水平軸９３に発生するトルクをトルクセンサ９３ａによって検出することにより、間接的に前後方向の力（押し引き方向の力）を検出している。また、トルクセンサを用いるものでは、曲げモーメントの存在面に直交する軸におけるトルクを検出するように、トルクセンサを押し引き方向から９０度回転して配置する必要があり、構造が複雑になってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、従来のトルクセンサと同等の強度や感度に対する信頼性を有して曲げモーメントを直接検出できる曲げモーメントセンサおよび構造を簡単にすることができる操作ハンドルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、被計測体と共に伸縮する磁歪体に発生する磁歪の変化を検出することにより被計測体に加えられた曲げモーメントを検出する曲げモーメントセンサにおいて、被計測体に発生する曲げモーメントの向きを検出可能なように互いの位置をずらして被計測体の表面に固着される複数の磁歪体と、前記磁歪体の各々を個別に励磁すると共に磁歪の変化を検出する複数のコイルと、を備え、前記磁歪体は、被計測体に加えられる曲げモーメントによって伸縮する方向に複数の互いに平行なスリットが形成されているものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の曲げモーメントセンサにおいて、前記磁歪体は、軸状の被計測体に巻きつけて固着される磁歪膜により構成され、前記磁歪膜は、被計測体に固着された状態で該被計測体の軸方向および周方向においてそれぞれ２分割されて４つの領域とされ、前記領域のうち互いに隣り合わない一対の領域にはそれぞれ前記軸方向に前記複数のスリットが形成され、他の一対の領域にはそれぞれ前記周方向に複数のスリットが形成されているものである。
【０００８】
請求項３の発明は、パワーアシストされて移動する運搬車に備えられ、前記運搬車を前進・後退させるパワーアシスト力を制御する信号を発生させるため操作者によって押し引きされる操作ハンドルであって、操作者が押し引き操作する操作部と、前記押し引きの方向に直交する垂直部を有し、前記操作部を前記垂直部を介して前記運搬車に固定するハンドル固定軸と、を備え、前記垂直部に、請求項１または請求項２に記載の曲げモーメントセンサを備えているものである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３に記載の操作ハンドルにおいて、互いに異なる方向の曲げモーメントを検出するように前記曲げモーメントセンサを複数備えたものである。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項３または請求項４に記載の操作ハンドルにおいて、操作者が前記操作部に力を加えたことにより前記ハンドル固定軸に発生するねじれを検出すると共に前記運搬車を左右に旋回させるパワーアシスト力を制御する信号を発生させるトルクセンサを備えているものである。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項５に記載の操作ハンドルにおいて、前記トルクセンサを複数備え、前記各トルクセンサのトルク検出軸を互いに平行にずらしているものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、従来の磁歪材料を用いるトルクセンサと同様の構成において、磁歪材料のスリットパターンを変更するだけで、強度信頼性と出力感度に優れた曲げモーメントセンサが得られる。特に、曲げモーメントを、力学的にトルクに変換することなく、また、変換部材を用いることなく、曲げモーメントの発生場所で直接に検出することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、磁歪体の取り扱いが容易となる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、曲げモーメントを力学的にトルクに変換することなく、また、そのような変換部材を用いることなく、曲げモーメントの発生場所で直接検出できるので、簡単な構造で、従って小型の構成で、押し引き力を検出できる操作ハンドルが得られる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、複数方向の曲げモーメントを検出できるので、例えば、１本の垂直なハンドル固定軸を操作部とする簡単な構成の操作ハンドルによって、操作者から操作ハンドルに加えられる前後方向と左右方向の操作力を検出できる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、操作ハンドルに加えられる前後方向と旋回方向の操作者による操作力を、簡単な構成で容易に検出できる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、操作ハンドルに加えられる前後方向の力と、左右方向の力と、旋回方向に加えられる力のモーメントとを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る曲げモーメントセンサの断面透視斜視図、（ｂ）は同センサに用いられる磁歪体の斜視図。
【図２】（ａ）は同センサの変形例を示す断面透視斜視図、（ｂ）はさらに他の例を示す断面透視斜視図。
【図３】（ａ）は第２の実施形態に係る曲げモーメントセンサの一部断面図、（ｂ）は同センサに用いられる磁歪体の斜視図、（ｃ）は（ｂ）の磁歪体の展開平面図。
【図４】第３の実施形態に係る操作ハンドルを備えた運搬車の斜視図。
【図５】同操作ハンドルの一部を示す斜視図。
【図６】第４の実施形態に係る操作ハンドルの一部を示す斜視図。
【図７】同操作ハンドルの変形例を示す斜視図。
【図８】第５の実施形態に係る操作ハンドルの一部を示す斜視図。
【図９】同操作ハンドルの実施例を示す側面図。
【図１０】図９の操作ハンドルの斜視図。
【図１１】同操作ハンドルの変形例を示す斜視図。
【図１２】（ａ）は第６の実施形態に係る操作ハンドルの一部を示す斜視図、（ｂ）同操作ハンドルの側面図。
【図１３】従来の操作ハンドルの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る曲げモーメントセンサとそれを用いた操作ハンドルについて、図面を参照して説明する。図中に記載したｘｙｚ直交座標系が説明のため適宜参照される。また、ｚ方向を、仮に、上下方向として説明する。
（第１の実施形態）
図１、図２は第１の実施形態を示す。図１（ａ）に示すように、曲げモーメントセンサ１は、被計測体１ａに発生する曲げモーメントの向きを検出可能なように互いの位置をずらして被計測体１ａの表面に固着される２つの磁歪体２と、磁歪体２の各々を個別に励磁すると共に磁歪の変化を検出する２つのコイル３と、各コイル３が発生する磁界に対する磁路を形成するヨーク４と、を備え、磁歪体２には、被計測体１ａに加えられる曲げモーメントによって磁歪体２が伸縮する方向、図中のｚ方向に複数の互いに平行なスリット２１が形成されている。これらの各部品は、不図示の保護部材によって、被計測体１ａの表面に固定被覆され、コイル３からの信号は各コイルの電流端子３ａ，３ｂを介して出力される。
【００２０】
被計測体１ａは、少なくとも、その曲げモーメントの計測位置において、ｚ方向に長い丸棒であり、ｙ方向の外力によって曲げられる際の曲げモーメントを検出することが想定されている。被計測体１ａの上部が、下部に対してｙ方向の正向きの力で曲げられると、その曲げられた部分の表面は、ｙ方向の正側で縮み、負側で伸びる。曲げモーメントセンサ１は、被計測体１ａのこれらの伸縮を検出するように、被計測体１ａのｙ方向の正負の表面領域にそれぞれ磁歪体２を固着して備える。すなわち、２つの磁歪体２は、一方が伸びを検出するとき、他方が縮みを検出するように、互いに曲げ方向の反対側の領域Ａ，Ｂに、それぞれ被計測体１ａ表面の半周分ずつを覆うように配置されている。コイル３は、一度に伸び、または、縮みの一方のみを検出するように、２つの磁歪体２のそれぞれに対応して個別に配置されている。
【００２１】
磁歪体２は、図１（ｂ）に示すように、膜状の磁歪材料から成る磁歪膜にスリット２１を形成したものである。スリット２１を形成することにより、スリット２１間に存在する磁歪体が長手形状となり、その形状異方性によって磁歪体に磁気異方性を付与することができ、伸縮に対する感度が向上される。スリット２１の形成には、例えば、半導体やリードフレームなどの加工における各種のエッチング技術などの加工技術や、一般的な金属加工技術を用いることができる。膜状の磁歪体２として、例えば、超急冷片ロール法により作製したアモルファス磁歪合金薄帯を用いることができる。アモルファス磁歪合金は、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｖ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｗ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｎｂ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ系などを用いることができる。
【００２２】
次に、曲げモーメントセンサ１の動作を説明する。曲げモーメントセンサ１は、被計測体１ａに加えられた曲げモーメントによって表面に発生する歪を、その歪みと共に歪む磁歪体２の透磁率の変化を介して、コイル３の自己インダクタンスの変化として検出し、その変化の大きさから曲げモーメントの大きさを検出する。従って、各コイル３の電流端子３ａ，３ｂには、不図示の電流電源およびインダクタンスの変化を検出する回路が接続される。これらの電源や検出回路は、磁歪体を用いたトルクセンサにおけるものと同様のものを用いることができる。例えば、コイル３からの信号はブリッジ回路によって処理することができる。
【００２３】
次に、曲げモーメントセンサ１の変形例を説明する。図２（ａ）に示すように、被計測体１ａが板状の場合に、曲げモーメントセンサ１は、被計測体１ａが板厚方向であるｙ方向に曲げられる際の板の両面の伸縮を検出するように、ｚ方向の位置をずらして板の両面に固着された２つの四辺形の磁歪体２と、各磁歪体２に対応して設けられているコイル３（簡略表示されている）と、ヨーク４とを備えて構成される。四辺形の磁歪体２には、その伸縮方向（ｚ方向）にスリット２１が形成されている。また、スリット２１を形成した磁歪体２に代えて、図２（ｂ）に示すように、ｚ方向に長い形状の磁歪体片をｘ方向（伸縮方向に直行する方向）に複数配列して固着してもよい。
【００２４】
第１の実施形態によれば、従来の磁歪体（磁歪材料）を用いるトルクセンサと同様の構成においてスリットパターンを、トルクセンサにおける回転軸に対する４５度方向のスリットパターンから、伸縮方向のスリットパターンに変更するだけで、製造方法や部品は従来のトルクセンサと同じものを活用して曲げモーメントセンサが得られる。本発明によれば、簡単な構成により、従来のトルクセンサと同等またはそれ以上の強度信頼性や出力感度のもとで、曲げモーメントを直接検出できる。なお、曲げモーメントを直接検出できるとは、曲げモーメントを力学的にトルクに変換してトルクセンサによって検出することなく、また、そのような変換部材を用いることなく、曲げモーメントの発生場所で曲げモーメントを検出できる、ということである。
【００２５】
（第２の実施形態）
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は第２の実施形態を示す。本実施形態は、第１の実施形態において、棒状の被計測体１ａに対して個別に備えられた磁歪体２を、一体化するものである。すなわち、磁歪体２は、軸状の被計測体１ａに巻きつけて固着される磁歪膜により構成され、磁歪膜は、被計測体１ａに固着された状態で被計測体１ａの軸方向および周方向においてそれぞれ２分割されて４つの領域Ａ，Ａ０，Ｂ，Ｂ０とされ、これらの領域のうち互いに隣り合わない一対の領域Ａ，Ｂにはそれぞれ軸方向に複数のスリット２１が形成され、他の一対の領域Ａ０，Ｂ０にはそれぞれ周方向に複数のスリット２２が形成されている。この磁歪体２は、被計測体１ａに巻きつけたとき１周する長さとされており、領域Ａと領域Ａ０、および領域Ｂと領域Ｂ０とは、それぞれ互いに被計測体１ａの中心軸を挟んで対向する配置となる。スリット２１は、磁歪体２に磁気異方性を付与するためのものであり、スリット２２は、磁気異方性を打ち消したり、磁歪効果を減滅させたりするためのものである。第２の実施形態によれば、磁歪体２の取り扱いが容易となる。
【００２６】
（第３の実施形態）
図４、図５は第３の実施形態を示す。本実施形態は、図４に示すように、パワーアシストされて移動する運搬車１０に備えられ、運搬車１０を前進・後退させるパワーアシスト力を制御する信号を発生させるため操作者によって押し引きされる操作ハンドル５であって、操作者が押し引き操作する左右方向に配置した棒状の操作部５１と、運搬車１０の前進・後退する方向（前後方向ａ）に直交する垂直部を有し、操作部５１を垂直部を介して運搬車１０の固定部５０に固定するハンドル固定軸５２と、を備え、ハンドル固定軸５２における垂直部に、第１または第２の実施形態における曲げモーメントセンサ１を備えるものである。なお、図４では、垂直部が上下方向と想定されているが、垂直部は上下方向とは限らず、左右方向の垂直部に備えた曲げモーメントセンサ１であっても、同様に前後方向ａの曲げモーメントを検出することができる。前後方向の曲げモーメントを検出することにより、操作者が操作部５１を押し引き操作する操作力の方向と大きさとを計測することができ、その計測結果に基づいて、パワーアシスト力を制御する信号を発生させることができる。運搬車１０は、例えば、病院における配膳車であり、操作者は看護師である。看護師が操作ハンドル５を引けば、運搬車１０が看護師に向けて移動し、押せば、看護師から離れる方向に移動する。
【００２７】
操作ハンドル５は、図５に示すように、棒状のハンドル固定軸５２に、その中心軸に関して方向ａにおける前後に磁歪体２を配置した曲げモーメントセンサ１を備えている。操作部５１は、ハンドル固定軸５２と兼用することもでき、この場合、操作ハンドル５は上下方向の１本の操縦桿となる。なお、図５中の磁歪体２等は模式的に図示したものであり、本図以降の図においても同様である。第３の実施形態によれば、曲げモーメントを力学的にトルクに変換することなく、また、そのような変換部材を用いることなく、曲げモーメントの発生場所で直接検出できるので、簡単な構造で、従って小型の構成で、押し引き力を検出してパワーアシスト力を制御する信号を発生させるための操作ハンドルが得られる。
【００２８】
（第４の実施形態）
図６は第４の実施形態を示す。本実施形態は、第３の実施形態の操作ハンドル５において、さらに、前後方向ａに垂直な水平方向、すなわち左右方向ｂにおける曲げモーメントを検出するように、曲げモーメントセンサ１をハンドル固定軸５２における垂直部に追加したものである。第４の実施形態によれば、操作ハンドルに加えられる前後方向と左右方向の操作力を検出でき、操作ハンドル５の操作によって、運搬車を前後左右に操作することができる。より一般的には、曲げモーメントセンサ１を複数備えて、３次元空間の任意の方向の曲げモーメントを検出するようにでき、これにより、操作部５１に加えられる種々の方向の操作力とその方向とを検知して、運搬車１０を操作することができる。
【００２９】
図７は第４の実施形態の変形例を示す。本変形例では、ハンドル固定軸５２が上下方向の垂直部から前後方向に曲げられた水平部５３、すなわち、左右方向に直交する水平部５３を介して固定部５０に固定されており、左右方向ｂにおける曲げモーメントを検出する曲げモーメントセンサ１が、水平部５３に追加されたものである。この構成によっても、前後方向ａと左右方向ｂとにおける操作力を検出することができる。
【００３０】
（第５の実施形態）
図８、図９、図１０は第５の実施形態を示す。本実施形態は、図８に示すように、第３の実施形態の操作ハンドル５において、操作者が左右方向に配置した棒状の操作部５１に力を加えたことにより、上下方向のハンドル固定軸５２に発生するねじれを検出すると共に運搬車１０を左右に旋回させるパワーアシスト力を制御する信号を発生させるトルクセンサ６を備えているものである。トルクセンサ６は、曲げモーメントセンサ１と同軸となるように、ハンドル固定軸５２に取り付けられている。左右方向に配置した棒状の操作部５１の中央にハンドル固定軸５２が固定されているので、例えば、操作者が操作部５１の右端を引けば、引かれた方向の曲げモーメントがハンドル固定軸５２に発生すると共に、右回りのトルクがハンドル固定軸５２に発生する。このような曲げモーメントとトルクとをそれぞれ、曲げモーメントセンサ１とトルクセンサ６とで検出することにより、運搬車を前後方向ａと旋回方向Ｒとに移動させるためのパワーアシスト力を制御する信号を発生させることができる。このような操作ハンドル５の実施例は、図９、図１０に示すように、水平の操作部５１と、上下のハンドル固定軸５２とからなる簡単で、コンパクトな構成となっている。第５の実施形態によれば、操作ハンドル５に加えられる前後方向と旋回方向の操作者による操作力を、簡単な構成で容易に検出できる。
【００３１】
図１１は第５の実施形態の変形例を示す。本変形例では、ハンドル固定軸５２の上下の垂直部にトルクセンサ６を備えて旋回用の操作力を検出し、ハンドル固定軸５２の前後方向の水平部５３に曲げモーメントセンサ１を備えて上下方向の曲げモーメントの検出によって前後方向の操作力を検出する。本変形例では、ハンドル固定軸５２を９０度曲げて、操作ハンドル５を固定部５０に固定しており、曲げモーメントの向きが変換されたものとなっている。曲げモーメントセンサ１とトルクセンサ６の組み合わせは、ハンドル固定軸５２の形状と組み合わせて種々可能であり、実際の運搬車への応用に適した構成を選択することができる。
【００３２】
（第６の実施形態）
図１２は第６の実施形態を示す。本実施形態は、図１２（ａ）に示すように、曲げモーメントセンサ１に加え、２つのトルクセンサ６を備える操作ハンドル５であり、２つのトルクセンサ６のトルク検出軸が互いに平行とされているものである。図１２（ｂ）に示すように、水平左右方向の棒状の操作部５１の中心を原点として、操作部５１に向かって手前方向にｘ軸、右方向にｙ軸、上方向にｚ軸を設定した直交座標系において、３つのセンサは、ｘｚ平面にあって上下方向の軸回りに設けられている。ハンドル固定軸５２は、ｘｚ平面にあって、一端が操作部５１の中央に固定され、他端が下方の固定部５０に固定されている。ハンドル固定軸５２は、その両端の間に、それぞれｚ軸から距離Ｌ１，Ｌ２の位置にある互いに平行な上下方向の軸を有し、各軸にトルクセンサ６が設けられており、それぞれがトルクＴ１，Ｔ２を出力する。曲げモーメントセンサ１は、ハンドル固定軸５２の上下方向の軸上における、操作部５１から下向きの距離Ｄの位置に設けられて、前後方向の曲げモーメントＭｓを検出して出力する。
【００３３】
上述の各センサ配置のもとで、操作部５１に、ｘ軸方向の力Ｆｘと、ｙ軸方向の力Ｆｙと、ｚ軸回りに回転する力のモーメントＭとが加えられたとする。すると、操作部５１への入力（力と力のモーメント、総称して操作力と呼ぶ）Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍと、センサの出力Ｔ１，Ｔ２，Ｍｓとの間に、以下の関係が成り立つ。
Ｔ１＝Ｍ＋Ｆｙ・Ｌ１、
Ｔ２＝Ｍ＋Ｆｙ・Ｌ２、
Ｍｓ＝Ｆｘ・Ｄ。
上述の式から、操作力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍが以下のように求められる。
Ｆｘ＝Ｍｓ／Ｄ、
Ｆｙ＝（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｌ１−Ｌ２）、
Ｍ＝Ｔ１−（Ｔ１−Ｔ２）・Ｌ１／（Ｌ１−Ｌ２）。
【００３４】
第６の実施形態によれば、操作ハンドル５に加えられる前後方向の力Ｆｘと、左右方向の力Ｆｙと、旋回方向に加えられる力のモーメントＭと、を検出することができる。すなわち、２つのトルクセンサ出力値の差分から左右方向の力を演算で求め、どちらかのトルクセンサ出力値と、前記で求めた左右方向の力とから、演算によって、操作ハンドル５に加えられた力のモーメント（回転力と称する）を算出することができる。このような、操作ハンドル５による操作力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍの情報は、運搬車１０の移動制御、特に、運搬車１０が、全方向移動可能な駆動輪と制御装置を有する運搬車の移動制御に、有効に適用されて、応答性の良い移動制御ができるという効果が発揮される。なお、全方向移動可能な運搬車は、前後左右の平行移動が自在に行えることに加え、その場回転が自在に行える運搬車である。
【００３５】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。ヨーク４は、各コイル３毎に個別に設けてもよく、ヨーク４を備えない構成としてもよい。操作ハンドル５の形状は、上述したものに限らず、任意のものとすることができる。また、操作ハンドル５を適用する運搬車は、パワーアシストされて移動する運搬車であれば、その形状や大小関係にかかわらず適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 曲げモーメントセンサ
１ａ 被計測体
１０ 運搬車
２ 磁歪体（磁歪膜、磁歪材料）
２１ スリット
２２ スリット
３ コイル
５ 操作ハンドル
５１ 操作部
５２ ハンドル固定軸
６ トルクセンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁歪体による曲げモーメントセンサとそのセンサを用いた操作ハンドルに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸体に固着されて軸体と共に変形する磁歪体の変形を磁気的に検出することによって軸体のねじれを検出し、その軸体にねじれを発生させているトルクを検出するトルクセンサが知られている（例えば、特許文献１，２，３参照）。このようなトルクセンサは、トルクを生成するもととなる、軸体の軸に直交する面内の力、を検出することができる。つまり、トルクセンサは、軸体に加わる曲げモーメントを間接的に検出することができる。そこで、このトルクセンサは、パワーアシスト付運搬車において、操作者が運搬車を前後移動や旋回移動させるため操作する操作ハンドルに適用されている。例えば、図１３に示す操作ハンドル９は、水平配置された操作棒９１と、操作棒９１から下に延びる上下軸９２と、上下軸９２を支持する水平軸９３と、水平軸９３の左右両端を運搬車の車体壁９４に固定する固定部９５と、上下軸９２に取り付けられたトルクセンサ９２ａと、水平軸９３に取り付けられたトルクセンサ９３ａと、を備えている。操作棒９１、上下軸９２、水平軸９３は、互いに一体化されている。操作者が、運搬車の移動を操作するため、車体壁９４に対して前後方向ａと旋回方向Ｒとなる操作力を操作棒９１に加えると、前後方向ａの力がトルクセンサ９３ａによって検出され、旋回方向Ｒの力がトルクセンサ９２ａによって検出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０７−１５９２５７号公報
【特許文献２】特開平０７−１１３６９８号公報
【特許文献３】特開平０７−１１３７０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した図１３に示されるようなトルクセンサを用いた従来の操作ハンドルにおいては、上下軸９２に発生する前後方向の曲げモーメントを直接検出するのではなく、上下軸９２に対して９０度回転した配置の水平軸９３に発生するトルクをトルクセンサ９３ａによって検出することにより、間接的に前後方向の力（押し引き方向の力）を検出している。また、トルクセンサを用いるものでは、曲げモーメントの存在面に直交する軸におけるトルクを検出するように、トルクセンサを押し引き方向から９０度回転して配置する必要があり、構造が複雑になってしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記課題を解消するものであって、簡単な構成により、従来のトルクセンサと同等の強度や感度に対する信頼性を有して曲げモーメントを直接検出できる曲げモーメントセンサおよび構造を簡単にすることができる操作ハンドルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために、請求項１の発明は、被計測体と共に伸縮する磁歪体に発生する磁歪の変化を検出することにより被計測体に加えられた曲げモーメントを検出する曲げモーメントセンサにおいて、被計測体に発生する曲げモーメントの向きを検出可能なように互いの位置をずらして被計測体の表面に固着される複数の磁歪体と、前記磁歪体の各々を個別に励磁すると共に磁歪の変化を検出する複数のコイルと、を備え、前記磁歪体は、被計測体に加えられる曲げモーメントによって伸縮する方向に複数の互いに平行なスリットが形成されているものである。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載の曲げモーメントセンサにおいて、前記磁歪体は、軸状の被計測体に巻きつけて固着される磁歪膜により構成され、前記磁歪膜は、被計測体に固着された状態で該被計測体の軸方向および周方向においてそれぞれ２分割されて４つの領域とされ、前記領域のうち互いに隣り合わない一対の領域にはそれぞれ前記軸方向に前記複数のスリットが形成され、他の一対の領域にはそれぞれ前記周方向に複数のスリットが形成されているものである。
【０００８】
請求項３の発明は、パワーアシストされて移動する運搬車に備えられ、前記運搬車を前進・後退させるパワーアシスト力を制御する信号を発生させるため操作者によって押し引きされる操作ハンドルであって、操作者が押し引き操作する操作部と、前記押し引きの方向に直交する垂直部を有し、前記操作部を前記垂直部を介して前記運搬車に固定するハンドル固定軸と、を備え、前記垂直部に、請求項１または請求項２に記載の曲げモーメントセンサを備えているものである。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項３に記載の操作ハンドルにおいて、互いに異なる方向の曲げモーメントを検出するように前記曲げモーメントセンサを複数備えたものである。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項３または請求項４に記載の操作ハンドルにおいて、操作者が前記操作部に力を加えたことにより前記ハンドル固定軸に発生するねじれを検出すると共に前記運搬車を左右に旋回させるパワーアシスト力を制御する信号を発生させるトルクセンサを備えているものである。
【００１１】
請求項６の発明は、請求項５に記載の操作ハンドルにおいて、前記トルクセンサを複数備え、前記各トルクセンサのトルク検出軸を互いに平行にずらしているものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、従来の磁歪材料を用いるトルクセンサと同様の構成において、磁歪材料のスリットパターンを変更するだけで、強度信頼性と出力感度に優れた曲げモーメントセンサが得られる。特に、曲げモーメントを、力学的にトルクに変換することなく、また、変換部材を用いることなく、曲げモーメントの発生場所で直接に検出することができる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、磁歪体の取り扱いが容易となる。
【００１４】
請求項３の発明によれば、曲げモーメントを力学的にトルクに変換することなく、また、そのような変換部材を用いることなく、曲げモーメントの発生場所で直接検出できるので、簡単な構造で、従って小型の構成で、押し引き力を検出できる操作ハンドルが得られる。
【００１５】
請求項４の発明によれば、複数方向の曲げモーメントを検出できるので、例えば、１本の垂直なハンドル固定軸を操作部とする簡単な構成の操作ハンドルによって、操作者から操作ハンドルに加えられる前後方向と左右方向の操作力を検出できる。
【００１６】
請求項５の発明によれば、操作ハンドルに加えられる前後方向と旋回方向の操作者による操作力を、簡単な構成で容易に検出できる。
【００１７】
請求項６の発明によれば、操作ハンドルに加えられる前後方向の力と、左右方向の力と、旋回方向に加えられる力のモーメントとを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態に係る曲げモーメントセンサの断面透視斜視図、（ｂ）は同センサに用いられる磁歪体の斜視図。
【図２】（ａ）は同センサの変形例を示す断面透視斜視図、（ｂ）はさらに他の例を示す断面透視斜視図。
【図３】（ａ）は第２の実施形態に係る曲げモーメントセンサの一部断面図、（ｂ）は同センサに用いられる磁歪体の斜視図、（ｃ）は（ｂ）の磁歪体の展開平面図。
【図４】第３の実施形態に係る操作ハンドルを備えた運搬車の斜視図。
【図５】同操作ハンドルの一部を示す斜視図。
【図６】第４の実施形態に係る操作ハンドルの一部を示す斜視図。
【図７】同操作ハンドルの変形例を示す斜視図。
【図８】第５の実施形態に係る操作ハンドルの一部を示す斜視図。
【図９】同操作ハンドルの実施例を示す側面図。
【図１０】図９の操作ハンドルの斜視図。
【図１１】同操作ハンドルの変形例を示す斜視図。
【図１２】（ａ）は第６の実施形態に係る操作ハンドルの一部を示す斜視図、（ｂ）同操作ハンドルの側面図。
【図１３】従来の操作ハンドルの斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態に係る曲げモーメントセンサとそれを用いた操作ハンドルについて、図面を参照して説明する。図中に記載したｘｙｚ直交座標系が説明のため適宜参照される。また、ｚ方向を、仮に、上下方向として説明する。
（第１の実施形態）
図１、図２は第１の実施形態を示す。図１（ａ）に示すように、曲げモーメントセンサ１は、被計測体１ａに発生する曲げモーメントの向きを検出可能なように互いの位置をずらして被計測体１ａの表面に固着される２つの磁歪体２と、磁歪体２の各々を個別に励磁すると共に磁歪の変化を検出する２つのコイル３と、各コイル３が発生する磁界に対する磁路を形成するヨーク４と、を備え、磁歪体２には、被計測体１ａに加えられる曲げモーメントによって磁歪体２が伸縮する方向、図中のｚ方向に複数の互いに平行なスリット２１が形成されている。これらの各部品は、不図示の保護部材によって、被計測体１ａの表面に固定被覆され、コイル３からの信号は各コイルの電流端子３ａ，３ｂを介して出力される。
【００２０】
被計測体１ａは、少なくとも、その曲げモーメントの計測位置において、ｚ方向に長い丸棒であり、ｙ方向の外力によって曲げられる際の曲げモーメントを検出することが想定されている。被計測体１ａの上部が、下部に対してｙ方向の正向きの力で曲げられると、その曲げられた部分の表面は、ｙ方向の正側で縮み、負側で伸びる。曲げモーメントセンサ１は、被計測体１ａのこれらの伸縮を検出するように、被計測体１ａのｙ方向の正負の表面領域にそれぞれ磁歪体２を固着して備える。すなわち、２つの磁歪体２は、一方が伸びを検出するとき、他方が縮みを検出するように、互いに曲げ方向の反対側の領域Ａ，Ｂに、それぞれ被計測体１ａ表面の半周分ずつを覆うように配置されている。コイル３は、一度に伸び、または、縮みの一方のみを検出するように、２つの磁歪体２のそれぞれに対応して個別に配置されている。
【００２１】
磁歪体２は、図１（ｂ）に示すように、膜状の磁歪材料から成る磁歪膜にスリット２１を形成したものである。スリット２１を形成することにより、スリット２１間に存在する磁歪体が長手形状となり、その形状異方性によって磁歪体に磁気異方性を付与することができ、伸縮に対する感度が向上される。スリット２１の形成には、例えば、半導体やリードフレームなどの加工における各種のエッチング技術などの加工技術や、一般的な金属加工技術を用いることができる。膜状の磁歪体２として、例えば、超急冷片ロール法により作製したアモルファス磁歪合金薄帯を用いることができる。アモルファス磁歪合金は、例えば、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｎｂ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｖ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｃｏ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｗ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｎｂ−Ｂ系、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｍｏ−Ｂ系などを用いることができる。
【００２２】
次に、曲げモーメントセンサ１の動作を説明する。曲げモーメントセンサ１は、被計測体１ａに加えられた曲げモーメントによって表面に発生する歪を、その歪みと共に歪む磁歪体２の透磁率の変化を介して、コイル３の自己インダクタンスの変化として検出し、その変化の大きさから曲げモーメントの大きさを検出する。従って、各コイル３の電流端子３ａ，３ｂには、不図示の電流電源およびインダクタンスの変化を検出する回路が接続される。これらの電源や検出回路は、磁歪体を用いたトルクセンサにおけるものと同様のものを用いることができる。例えば、コイル３からの信号はブリッジ回路によって処理することができる。
【００２３】
次に、曲げモーメントセンサ１の変形例を説明する。図２（ａ）に示すように、被計測体１ａが板状の場合に、曲げモーメントセンサ１は、被計測体１ａが板厚方向であるｙ方向に曲げられる際の板の両面の伸縮を検出するように、ｚ方向の位置をずらして板の両面に固着された２つの四辺形の磁歪体２と、各磁歪体２に対応して設けられているコイル３（簡略表示されている）と、ヨーク４とを備えて構成される。四辺形の磁歪体２には、その伸縮方向（ｚ方向）にスリット２１が形成されている。また、スリット２１を形成した磁歪体２に代えて、図２（ｂ）に示すように、ｚ方向に長い形状の磁歪体片をｘ方向（伸縮方向に直行する方向）に複数配列して固着してもよい。
【００２４】
第１の実施形態によれば、従来の磁歪体（磁歪材料）を用いるトルクセンサと同様の構成においてスリットパターンを、トルクセンサにおける回転軸に対する４５度方向のスリットパターンから、伸縮方向のスリットパターンに変更するだけで、製造方法や部品は従来のトルクセンサと同じものを活用して曲げモーメントセンサが得られる。本発明によれば、簡単な構成により、従来のトルクセンサと同等またはそれ以上の強度信頼性や出力感度のもとで、曲げモーメントを直接検出できる。なお、曲げモーメントを直接検出できるとは、曲げモーメントを力学的にトルクに変換してトルクセンサによって検出することなく、また、そのような変換部材を用いることなく、曲げモーメントの発生場所で曲げモーメントを検出できる、ということである。
【００２５】
（第２の実施形態）
図３（ａ）（ｂ）（ｃ）は第２の実施形態を示す。本実施形態は、第１の実施形態において、棒状の被計測体１ａに対して個別に備えられた磁歪体２を、一体化するものである。すなわち、磁歪体２は、軸状の被計測体１ａに巻きつけて固着される磁歪膜により構成され、磁歪膜は、被計測体１ａに固着された状態で被計測体１ａの軸方向および周方向においてそれぞれ２分割されて４つの領域Ａ，Ａ０，Ｂ，Ｂ０とされ、これらの領域のうち互いに隣り合わない一対の領域Ａ，Ｂにはそれぞれ軸方向に複数のスリット２１が形成され、他の一対の領域Ａ０，Ｂ０にはそれぞれ周方向に複数のスリット２２が形成されている。この磁歪体２は、被計測体１ａに巻きつけたとき１周する長さとされており、領域Ａと領域Ａ０、および領域Ｂと領域Ｂ０とは、それぞれ互いに被計測体１ａの中心軸を挟んで対向する配置となる。スリット２１は、磁歪体２に磁気異方性を付与するためのものであり、スリット２２は、磁気異方性を打ち消したり、磁歪効果を減滅させたりするためのものである。第２の実施形態によれば、磁歪体２の取り扱いが容易となる。
【００２６】
（第３の実施形態）
図４、図５は第３の実施形態を示す。本実施形態は、図４に示すように、パワーアシストされて移動する運搬車１０に備えられ、運搬車１０を前進・後退させるパワーアシスト力を制御する信号を発生させるため操作者によって押し引きされる操作ハンドル５であって、操作者が押し引き操作する左右方向に配置した棒状の操作部５１と、運搬車１０の前進・後退する方向（前後方向ａ）に直交する垂直部を有し、操作部５１を垂直部を介して運搬車１０の固定部５０に固定するハンドル固定軸５２と、を備え、ハンドル固定軸５２における垂直部に、第１または第２の実施形態における曲げモーメントセンサ１を備えるものである。なお、図４では、垂直部が上下方向と想定されているが、垂直部は上下方向とは限らず、左右方向の垂直部に備えた曲げモーメントセンサ１であっても、同様に前後方向ａの曲げモーメントを検出することができる。前後方向の曲げモーメントを検出することにより、操作者が操作部５１を押し引き操作する操作力の方向と大きさとを計測することができ、その計測結果に基づいて、パワーアシスト力を制御する信号を発生させることができる。運搬車１０は、例えば、病院における配膳車であり、操作者は看護師である。看護師が操作ハンドル５を引けば、運搬車１０が看護師に向けて移動し、押せば、看護師から離れる方向に移動する。
【００２７】
操作ハンドル５は、図５に示すように、棒状のハンドル固定軸５２に、その中心軸に関して方向ａにおける前後に磁歪体２を配置した曲げモーメントセンサ１を備えている。操作部５１は、ハンドル固定軸５２と兼用することもでき、この場合、操作ハンドル５は上下方向の１本の操縦桿となる。なお、図５中の磁歪体２等は模式的に図示したものであり、本図以降の図においても同様である。第３の実施形態によれば、曲げモーメントを力学的にトルクに変換することなく、また、そのような変換部材を用いることなく、曲げモーメントの発生場所で直接検出できるので、簡単な構造で、従って小型の構成で、押し引き力を検出してパワーアシスト力を制御する信号を発生させるための操作ハンドルが得られる。
【００２８】
（第４の実施形態）
図６は第４の実施形態を示す。本実施形態は、第３の実施形態の操作ハンドル５において、さらに、前後方向ａに垂直な水平方向、すなわち左右方向ｂにおける曲げモーメントを検出するように、曲げモーメントセンサ１をハンドル固定軸５２における垂直部に追加したものである。第４の実施形態によれば、操作ハンドルに加えられる前後方向と左右方向の操作力を検出でき、操作ハンドル５の操作によって、運搬車を前後左右に操作することができる。より一般的には、曲げモーメントセンサ１を複数備えて、３次元空間の任意の方向の曲げモーメントを検出するようにでき、これにより、操作部５１に加えられる種々の方向の操作力とその方向とを検知して、運搬車１０を操作することができる。
【００２９】
図７は第４の実施形態の変形例を示す。本変形例では、ハンドル固定軸５２が上下方向の垂直部から前後方向に曲げられた水平部５３、すなわち、左右方向に直交する水平部５３を介して固定部５０に固定されており、左右方向ｂにおける曲げモーメントを検出する曲げモーメントセンサ１が、水平部５３に追加されたものである。この構成によっても、前後方向ａと左右方向ｂとにおける操作力を検出することができる。
【００３０】
（第５の実施形態）
図８、図９、図１０は第５の実施形態を示す。本実施形態は、図８に示すように、第３の実施形態の操作ハンドル５において、操作者が左右方向に配置した棒状の操作部５１に力を加えたことにより、上下方向のハンドル固定軸５２に発生するねじれを検出すると共に運搬車１０を左右に旋回させるパワーアシスト力を制御する信号を発生させるトルクセンサ６を備えているものである。トルクセンサ６は、曲げモーメントセンサ１と同軸となるように、ハンドル固定軸５２に取り付けられている。左右方向に配置した棒状の操作部５１の中央にハンドル固定軸５２が固定されているので、例えば、操作者が操作部５１の右端を引けば、引かれた方向の曲げモーメントがハンドル固定軸５２に発生すると共に、右回りのトルクがハンドル固定軸５２に発生する。このような曲げモーメントとトルクとをそれぞれ、曲げモーメントセンサ１とトルクセンサ６とで検出することにより、運搬車を前後方向ａと旋回方向Ｒとに移動させるためのパワーアシスト力を制御する信号を発生させることができる。このような操作ハンドル５の実施例は、図９、図１０に示すように、水平の操作部５１と、上下のハンドル固定軸５２とからなる簡単で、コンパクトな構成となっている。第５の実施形態によれば、操作ハンドル５に加えられる前後方向と旋回方向の操作者による操作力を、簡単な構成で容易に検出できる。
【００３１】
図１１は第５の実施形態の変形例を示す。本変形例では、ハンドル固定軸５２の上下の垂直部にトルクセンサ６を備えて旋回用の操作力を検出し、ハンドル固定軸５２の前後方向の水平部５３に曲げモーメントセンサ１を備えて上下方向の曲げモーメントの検出によって前後方向の操作力を検出する。本変形例では、ハンドル固定軸５２を９０度曲げて、操作ハンドル５を固定部５０に固定しており、曲げモーメントの向きが変換されたものとなっている。曲げモーメントセンサ１とトルクセンサ６の組み合わせは、ハンドル固定軸５２の形状と組み合わせて種々可能であり、実際の運搬車への応用に適した構成を選択することができる。
【００３２】
（第６の実施形態）
図１２は第６の実施形態を示す。本実施形態は、図１２（ａ）に示すように、曲げモーメントセンサ１に加え、２つのトルクセンサ６を備える操作ハンドル５であり、２つのトルクセンサ６のトルク検出軸が互いに平行とされているものである。図１２（ｂ）に示すように、水平左右方向の棒状の操作部５１の中心を原点として、操作部５１に向かって手前方向にｘ軸、右方向にｙ軸、上方向にｚ軸を設定した直交座標系において、３つのセンサは、ｘｚ平面にあって上下方向の軸回りに設けられている。ハンドル固定軸５２は、ｘｚ平面にあって、一端が操作部５１の中央に固定され、他端が下方の固定部５０に固定されている。ハンドル固定軸５２は、その両端の間に、それぞれｚ軸から距離Ｌ１，Ｌ２の位置にある互いに平行な上下方向の軸を有し、各軸にトルクセンサ６が設けられており、それぞれがトルクＴ１，Ｔ２を出力する。曲げモーメントセンサ１は、ハンドル固定軸５２の上下方向の軸上における、操作部５１から下向きの距離Ｄの位置に設けられて、前後方向の曲げモーメントＭｓを検出して出力する。
【００３３】
上述の各センサ配置のもとで、操作部５１に、ｘ軸方向の力Ｆｘと、ｙ軸方向の力Ｆｙと、ｚ軸回りに回転する力のモーメントＭとが加えられたとする。すると、操作部５１への入力（力と力のモーメント、総称して操作力と呼ぶ）Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍと、センサの出力Ｔ１，Ｔ２，Ｍｓとの間に、以下の関係が成り立つ。
Ｔ１＝Ｍ＋Ｆｙ・Ｌ１、
Ｔ２＝Ｍ＋Ｆｙ・Ｌ２、
Ｍｓ＝Ｆｘ・Ｄ。
上述の式から、操作力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍが以下のように求められる。
Ｆｘ＝Ｍｓ／Ｄ、
Ｆｙ＝（Ｔ１−Ｔ２）／（Ｌ１−Ｌ２）、
Ｍ＝Ｔ１−（Ｔ１−Ｔ２）・Ｌ１／（Ｌ１−Ｌ２）。
【００３４】
第６の実施形態によれば、操作ハンドル５に加えられる前後方向の力Ｆｘと、左右方向の力Ｆｙと、旋回方向に加えられる力のモーメントＭと、を検出することができる。すなわち、２つのトルクセンサ出力値の差分から左右方向の力を演算で求め、どちらかのトルクセンサ出力値と、前記で求めた左右方向の力とから、演算によって、操作ハンドル５に加えられた力のモーメント（回転力と称する）を算出することができる。このような、操作ハンドル５による操作力Ｆｘ，Ｆｙ，Ｍの情報は、運搬車１０の移動制御、特に、運搬車１０が、全方向移動可能な駆動輪と制御装置を有する運搬車の移動制御に、有効に適用されて、応答性の良い移動制御ができるという効果が発揮される。なお、全方向移動可能な運搬車は、前後左右の平行移動が自在に行えることに加え、その場回転が自在に行える運搬車である。
【００３５】
なお、本発明は、上記構成に限られることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した各実施形態の構成を互いに組み合わせた構成とすることができる。ヨーク４は、各コイル３毎に個別に設けてもよく、ヨーク４を備えない構成としてもよい。操作ハンドル５の形状は、上述したものに限らず、任意のものとすることができる。また、操作ハンドル５を適用する運搬車は、パワーアシストされて移動する運搬車であれば、その形状や大小関係にかかわらず適用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１ 曲げモーメントセンサ
１ａ 被計測体
１０ 運搬車
２ 磁歪体（磁歪膜、磁歪材料）
２１ スリット
２２ スリット
３ コイル
５ 操作ハンドル
５１ 操作部
５２ ハンドル固定軸
６ トルクセンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被計測体と共に伸縮する磁歪体に発生する磁歪の変化を検出することにより被計測体に加えられた曲げモーメントを検出する曲げモーメントセンサにおいて、
被計測体に発生する曲げモーメントの向きを検出可能なように互いの位置をずらして被計測体の表面に固着される複数の磁歪体と、
前記磁歪体の各々を個別に励磁すると共に磁歪の変化を検出する複数のコイルと、を備え、
前記磁歪体は、被計測体に加えられる曲げモーメントによって伸縮する方向に複数の互いに平行なスリットが形成されていることを特徴とする曲げモーメントセンサ。
【請求項２】
前記磁歪体は、軸状の被計測体に巻きつけて固着される磁歪膜により構成され、
前記磁歪膜は、被計測体に固着された状態で該被計測体の軸方向および周方向においてそれぞれ２分割されて４つの領域とされ、前記領域のうち互いに隣り合わない一対の領域にはそれぞれ前記軸方向に前記複数のスリットが形成され、他の一対の領域にはそれぞれ前記周方向に複数のスリットが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の曲げモーメントセンサ。
【請求項３】
パワーアシストされて移動する運搬車に備えられ、前記運搬車を前進・後退させるパワーアシスト力を制御する信号を発生させるため操作者によって押し引きされる操作ハンドルであって、
操作者が押し引き操作する操作部と、
前記押し引きの方向に直交する垂直部を有し、前記操作部を前記垂直部を介して前記運搬車に固定するハンドル固定軸と、を備え、
前記垂直部に、請求項１または請求項２に記載の曲げモーメントセンサを備えていることを特徴とする操作ハンドル。
【請求項４】
互いに異なる方向の曲げモーメントを検出するように前記曲げモーメントセンサを複数備えたことを特徴とする請求項３に記載の操作ハンドル。
【請求項５】
操作者が前記操作部に力を加えたことにより前記ハンドル固定軸に発生するねじれを検出すると共に前記運搬車を左右に旋回させるパワーアシスト力を制御する信号を発生させるトルクセンサを備えていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の操作ハンドル。
【請求項６】
前記トルクセンサを複数備え、前記各トルクセンサのトルク検出軸を互いに平行にずらしていることを特徴とする請求項５に記載の操作ハンドル。
【請求項１】
被計測体と共に伸縮する磁歪体に発生する磁歪の変化を検出することにより被計測体に加えられた曲げモーメントを検出する曲げモーメントセンサにおいて、
被計測体に発生する曲げモーメントの向きを検出可能なように互いの位置をずらして被計測体の表面に固着される複数の磁歪体と、
前記磁歪体の各々を個別に励磁すると共に磁歪の変化を検出する複数のコイルと、を備え、
前記磁歪体は、被計測体に加えられる曲げモーメントによって伸縮する方向に複数の互いに平行なスリットが形成されていることを特徴とする曲げモーメントセンサ。
【請求項２】
前記磁歪体は、軸状の被計測体に巻きつけて固着される磁歪膜により構成され、
前記磁歪膜は、被計測体に固着された状態で該被計測体の軸方向および周方向においてそれぞれ２分割されて４つの領域とされ、前記領域のうち互いに隣り合わない一対の領域にはそれぞれ前記軸方向に前記複数のスリットが形成され、他の一対の領域にはそれぞれ前記周方向に複数のスリットが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の曲げモーメントセンサ。
【請求項３】
パワーアシストされて移動する運搬車に備えられ、前記運搬車を前進・後退させるパワーアシスト力を制御する信号を発生させるため操作者によって押し引きされる操作ハンドルであって、
操作者が押し引き操作する操作部と、
前記押し引きの方向に直交する垂直部を有し、前記操作部を前記垂直部を介して前記運搬車に固定するハンドル固定軸と、を備え、
前記垂直部に、請求項１または請求項２に記載の曲げモーメントセンサを備えていることを特徴とする操作ハンドル。
【請求項４】
互いに異なる方向の曲げモーメントを検出するように前記曲げモーメントセンサを複数備えたことを特徴とする請求項３に記載の操作ハンドル。
【請求項５】
操作者が前記操作部に力を加えたことにより前記ハンドル固定軸に発生するねじれを検出すると共に前記運搬車を左右に旋回させるパワーアシスト力を制御する信号を発生させるトルクセンサを備えていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の操作ハンドル。
【請求項６】
前記トルクセンサを複数備え、前記各トルクセンサのトルク検出軸を互いに平行にずらしていることを特徴とする請求項５に記載の操作ハンドル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−１３３２５７（Ｐ２０１１−１３３２５７Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９０７９１（Ｐ２００９−２９０７９１）
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２２日（２００９．１２．２２）
【出願人】（０００００５８３２）パナソニック電工株式会社 (17,916)
【Ｆターム（参考）】
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