JP4743741B2 - 磁気ベース・力／トルクセンサー - Google Patents

Description

【０００１】
発明の分野
本発明は、磁界を支持する変換素子並びに該素子を用いた変換器構造及びシステムに関するものである。
【０００２】
発明の背景
磁界と関連する変換素子に伝達される力又はトルクの非接触検知を行う変換器構造に関心が高まっている。
【０００３】
既に確立されたこのタイプの一般的な技術の一つは、磁気弾性に依存するものである。トルクを受ける変換素子はその内部に保存された(stored)周方向の閉じた磁界を有する。磁気弾性変換器の例は米国特許第５３５１５５５号、同５４６５６２号、同５５２００５９号、公開国際出願ＷＯ９９／２１１５０及び同ＷＯ９９／２１１５１に開示されている。また、公開国際出願ＷＯ９９／５６０９９を参照することもでき、該公報にはトルクと力の両方の測定のための磁気弾性変換器が開示されている。一般的に磁気弾性は磁歪として知られている広義の磁気的現象の一部であると理解されている。
強磁性体は磁界を受けると寸法が変換することが知られている。反対に、磁化された物質が応力やその結果生じる歪を受けると寸法が変化し、磁界に影響を与えるようになる。
【０００４】
発明の概要
下記に述べる本発明のいくつかの実施例はそれらの動作において磁歪の現象を含んだケースである。説明しようとするものは、変換素子と変換器システムであり、これらは保存された磁化領域が存在するか、あるいは磁界と相互作用するための磁界に対する透磁率を持つという意味で該磁界を支持する物質本体を有する。
本発明が現在保護しようとする観点及び特徴は、特許請求の範囲に記載されている。
【０００５】
本発明及びその実施は添付図面に関連して述べる以下の説明から、よりよく理解されるであろう。
【０００６】
好ましい実施の形態
図１は、直方体ブロック２２の形状の変換素子２０を示す。ブロック２２は内部磁界を保存することができる強磁性体からなるものとする。保存された磁界パターンは下記に示す。また、この最初の検討のために、ブロックは有意な厚さ（Ｐ−Ｐ方向）、幅（Ｑ−Ｑ方向）及び長さ（Ｒ−Ｒ方向）のものとする。これらは互いに直交系であり、下記のベクトル図においてそれぞれｙ、ｘ、ｚ軸と称される。さらに後述するように、磁気記録テープ上の非常に薄い被膜により例示されるような非常に薄いものから１ｃｍ以上の厚さの強磁性体からなる物体まで幅広く変換する素子に適用することができる。典型的には、磁気テープは２．５〜５ミクロンの磁気被膜が塗布形成された５０ミクロン厚の支持体を有していてもよい。即座の目的のためには、ブロック２２は数ミリメートルの厚さを有する剛体とみなされる。
【０００７】
ブロック２２は面２４、２４’に垂直なＰ−Ｐ軸方向の負荷力を受けるための第１の対の平行な対向面２４、２４’を有する。この負荷力は、ブロック２２に保存された磁化と関連する磁界パターンの検出可能な変化を生じさせる。磁界パターンの変化は図１には示されていないが後述する手段によって検出される。また、ブロック２２は第２の対の平行な対向面２６、２６’を有し、これらの面を横切るＱ−Ｑ軸方向の力を加えても磁界パターンの検出可能な変化を生じさせる。第３の対の平行な対向する面２７、２７’を横切る力、すなわちＲ−Ｒ’方向の力を加えると、磁界パターンには変化が生じない。その理由は保存された磁化が下記に述べるときにより明確となる。Ｐ−Ｐ軸、Ｑ−Ｑ軸、Ｒ−Ｒ軸は互いに直交系であることが好ましい。ｘ、ｙデカルト座標における下記の磁界のベクトル表示では、ｘ軸はＱ−Ｑ、ｙ軸はＰ−Ｐである。
【０００８】
ここで変換器ブロック２２に保存された磁化について図１、図２及び図３を参照して説明する。図１、図２及び図３並びに他の図面に記載された磁化は、説明の明確化のため簡素化されている。磁界も同様に簡素化されている。素子により支持されうる磁化領域の性質は、磁界が厚さに依存するのと同様に厚さに依存し、特に素子内の磁界と該素子の外側の磁界との間における分布はそうである。特性に影響を与える別のファクタは、材料の磁気飽和の程度である。材料の透磁率はさらに別のファクタである。
【０００９】
例えば、テープの被膜のような薄い素子は容易に飽和させることができ、保存された磁化による磁界は実質的にテープの外側に存在する。後に明確になるように、磁化は閉じた磁界ループを形成するように作用する。強磁性体のより厚い、例えば数ミリメートル厚の本体(body)では、保存された磁化及び該磁化と関連する磁界は主に本体中に存在する。磁界検出器の別の配置は後述する。他方の配置に対する一方の実際の配置は変換素子の大きさに対する検出器の関連する大きさに依存する。
【００１０】
図１のブロック２２の磁化をみると、前述のようにブロックは例えば数ミリメートルの厚みを有する強磁性体からなる。磁化領域３０は黒い領域で示され、Ｒ−Ｒ軸に平行に延びる平面内に形成されている。各領域は、面２４、２４’間でＮ−Ｓ磁石として延びており、Ｐ−Ｐ方向に対してある角度を持っている。Ｐ−Ｐ方向では面２４、２４’を横切って加わる負荷力がブロック２２の材料を介して作用する。各磁化領域３０の面は材料内に誘起される歪の方向に対して傾斜している。傾斜角度は面２４、２４’に対して４５度として示されている。他の角度を選択してもよいが、９０度の限界に近づくにつれて測定の曖昧さが生じ、０度（Ｐ−Ｐ方向）の別の限界では、Ｐ−Ｐ方向の力に対する磁界の変化は期待できない。図１から明らかなように、隣同士の領域３０は反対極性である。別の見方では、これら領域は面２４、２４’において極性が交互に変化する。少なくとも２つ、好ましくは３つの反対極性の領域が存在しなければならないが、その数はこれより大きくてもよい。
【００１１】
図２はブロック２２の磁化がＱ−Ｑ軸の幅方向に延びる場合を示したものである。交互にＮＳ極性となっている５つの領域３０が示されている。３０のような各領域は矢印３２で示されているような、隣が反対極性の領域に対する磁束のリンク（結合）を有する。各極からの磁束はすぐ隣の極により２つのリンクに分岐する。このようにして、閉じた磁気ループのセル４３が確立し、これらはループの極性（磁束の循環方向）に従いそれぞれ４３ｐ、４３ｎとして示されている。
【００１２】
セルのループ４３は本体２２の材料内に含まれるように示されている。いくらかの周辺外部磁束が必ず存在し、これは外部磁束と同様に面２４、２４’における各Ｎ極とＳ極から発散する。もちろん、領域３０はＱ−Ｑ方向に有意な幅であり、かつ外部磁束に対する内部磁束の分布はある程度材料の透磁率と隣接領域間の間隔ｄに依存することが好ましい。間隔距離ｄが材料の厚みｔ（Ｐ−Ｐ方向の厚み）よりも大きくなければならないこと、及び比ｄ／ｔが約２であるときに良い結果が得られることがこれまでは経験的にわかっている。各ループ４３の磁路(flux path)は、角張って示されているが、特に結合磁束(linking flux)３２に関しては対して弧状であることも好ましい。このことは、後述する歪による磁気ベクトルのシフトの概念に従い、磁界検出器の最適な配置に関連して重要である。
【００１３】
前述の段落で出てきた磁束分布のいくつかの観点は図３を参照するとよりよく理解できる。図３は、再び変換器ブロックを示すが、図示されている磁束パターンは、結合磁束が層又はフィルム２２’の外側で優位となる薄い層又はフィルム２２’に対して最も適切となる。層２２’内において、交互に極性化されたＮＳ領域の同じ交互のパターンが形成される。同様な間隔／厚み（ｄ／ｔ）の検討をまだ行う。この場合、領域３０は材料内でリンクされない別個の磁石となる傾向がある。非常に薄い材料は、薄い層内に材料を物理的に形成する場合のように、有意な内部磁束リンクを妨げる傾向がある。その結果、磁束３２’のかなりの部分が、その面２４、２４’に近接して層の外側に形成される。図２のように、各領域３０からの磁束は分岐し、隣合った反対極性の領域ともに磁気ループを形成する。
【００１４】
磁化された変換器本体の外側における磁束の形成は、強磁性体を領域３０内で飽和状態まで磁化させることにより促進される。一般に、飽和磁化を使用することが好ましく、センサーは本体の内部又は外部に配置される。両方の例を以下に述べる。
【００１５】
磁束、特に面２４、２４’を介して変換素子２０に作用する負荷力による変化を検出するため、１又は複数の磁界検出器が必要となる。好ましくは、それらは指向性であるべきであり、すなわち検出すべき磁界に対する検出器の配向に応答するものであるべきである。このことは、公開国際特許ＷＯ９８／５２０６３に開示された飽和インダクタ型のものを含む多くの公知の磁束センサーやホール効果型センサーにおいて判っている。また、磁気抵抗効果型センサーも指向性形態で製造することができる。ホール効果型センサーは、磁界検知素子自身が、通常数ミリメートルの長さ寸法を有する飽和インダクタ型デバイスに比較して非常に小さいので、非常に有利である。小さいサイズの磁界検知素子は、局所的な磁界におけるセンサーの配向を補助する。
【００１６】
後述するように、検出器又はセンサーは変換素子の内部又は外部に配置することができる。使用する素子が非常に薄い場合には外部センサーのみが設置可能となる。
【００１７】
変換素子と関連する磁界ループは、Ｐ−Ｐ軸方向に加わる力により生じる材料中の歪の関数である局所的な磁気ベクトルの磁界強度及び／又は方向が変化するようになる。このような変化は指向性磁界センサーにより検知することができる。センサーは、その配置位置における磁界ベクトルの方向の変化から生じるある方向の磁界成分の変化に応答させることができる。図２に戻ると、センサー配置が例示してあり、これらセンサーは全体において参照符号Ｄで表されている。
【００１８】
図２は、変換器本体内部にある３つのセンサー配置と、負荷力を受ける面２４に近接した本体の外側の３つのセンサー配置を示す。これらセンサーは陰影を付けた細長い長方形で示されている。各ケースにおいて、センサーの最大の応答はこの長方形の長軸に沿っている。図示の配置及び配向は例示であり、これらは限定的なものではなく、セルの寸法に対する図示のセンサーの寸法は、特に、ホール効果デバイスのような小さなセンサー素子を使用する場合には、実際の値を示すものでもない。
【００１９】
センサーＤ１は磁化領域３０と交差し、磁界に対してある角度を持つように配置されている。センサーＤ１はＰ−Ｐ方向、すなわち磁界に対して４５度に配向している。センサーＤ２はリンク磁束３２を遮断するため２つの領域の間の位置に示されている。Ｄ２は面２４に平行、すなわちＱ−Ｑ軸に平行に配向するように示されている。Ｑ−Ｑ方向におけるＤ２の最適な位置はいくらかの経験を必要とするかもしれない。該最適位置は材料、厚み、硬度及び磁化の正確な形態に依存する。
【００２０】
図４は、センサーＤ１、Ｄ２が面２４において開口する凹部３６_１、３６_２内にこれらセンサーを配置させることにより変換素子内部にこれらを配置させる方法を模式的に示したものである。検出器は特にインダクタ軸に沿って最大応答を有する飽和インダクタ型のものとして図示されている。検出器Ｄ１のインダクタ３８_１は面２４に垂直に配向しており、検出器Ｄ２のインダクタ３８_２は面２４に平行に配向している。Ｄ１は領域３０と交差し、Ｄ２は２つの反対極性領域３０間のリンク磁束中に位置している。
【００２１】
再び図２を見ると、第３の内部センサーの位置がＤ２_１で示されている。これは面２４に対してセンサーＤ２と同様であるが、その位置は磁束が反対方向に分岐する磁化領域３０の１つの極のゾーン内である。既に述べたように、図３に示す磁路はかなり簡素化されている。Ｄ２_１に対する最適な位置は分岐点の一方側又は他方側であってもよい。
【００２２】
また、図２は外側に配置されたセンサーＤ３、Ｄ４、Ｄ４_１を示している。Ｄ３は、磁束が分岐を開始する磁化領域３０の１つの極に隣接してＰ−Ｐ軸と一直線となるように配置される（図３参照）。Ｄ４は、隣接領域間のＤ２に対応する位置においてＱ−Ｑ軸と一直線となるように配置される。Ｄ４_１は、磁束が分岐を始める領域３０の１つ極に隣接してＱ−Ｑ軸と一直線となるように配置される。これはＤ２に対応する位置である。ある変換素子のパラメータの最適は配置は、経験的に見いだしてもよい。通常、センサーは最も大きな磁界強度を受けるよう、できるだけ面２４に近接して配置されることが期待される。
【００２３】
種々の図面に示されている磁界パターンはかなり模式化されていることが理解される。特に磁界はそうすることが束縛されない限り、鋭い屈曲に従っていない。センサー配置が検出すべき磁界の関連部分は小さくてもよい。飽和インダクタセンサーのようなセンサーは通常４〜８ｍｍのインダクタ（コイル）長を有していてもよい。このようなセンサーを磁界パターンの所望の部分に実質的に応答するような位置に配置することは困難であるかもしれない。このようなセンサーは、その応答性を「曖昧」にし、あるいはあるケースでは反対に作用する磁界部分に応答する傾向にあるパターンの幅広い部分をカバーするかもしれない。これに関してはホール効果素子が有利である。通常、ホール効果センサー素子あるいは磁気抵抗効果検出器は約４００μｍの大きさであり、磁界パターンの所望の部分のみにより正確に応答するように位置決めすることができる。
【００２４】
これまで述べた変換素子の磁化手段について図５ａ〜図５ｄを参照して説明する。図５ａ〜図５ｃは磁化の段階を示し、図５ｄはその結果得られた磁化領域とリンク磁束を示す。
【００２５】
図５ａ〜図５ｃは、図１〜図３の傾斜した磁化領域が形成できる方法を示す。図５ａは初めは非磁化状態である強磁性体の直方体ブロック２２（より薄い層（フィルム又はコーティング）であってもよい）を示す。このブロックは、対向する一対の面２４、２４’を有する上述した直方体形状である。一対の磁石４０ａ、４０ｂは、反対磁極をこれらの面に対して互いに斜めに対向させて面２４、２４’に近接して配置される。ブロック２２内に加えられる磁界は点線で示されている。該磁界は該面に対して４５度の主軸を有する。印加される磁界の強度は、磁石４０ａ、４０ｂが取り除かれたとき、材料内に残留磁化を誘起するのに十分でなくてはならない。図５ｂは磁化の次の段階を示す。斜め方向の残留磁化領域３０ａは磁石４０ａ、４０ｂを図５ａの位置から図５ｂの位置へ移動した後に残る。図５ｂは、磁石を横方向（Ｑ−Ｑ軸方向）に移動させ、面２４、２４’の隣りの部分ではあるが極性を反対にした様子を示す。これにより、図５ｃに示すように反対極性の磁化領域３０ｂが形成され、そこでは磁石４０ａ、４０ｂは図５ａの極性に戻した次の段階へ移動している。この手順は必要である限り続けられる。
【００２６】
図５ｄは連続する磁化領域を示す。前の図面とは反対に、領域３０は実際の幅（複数の矢印により示す）を持つように示してある。リンク磁束３２’は外側において優勢となるように示されており、薄い層（図３、図４）ではより適切であるが、図２に示すようにより厚いブロック内に優勢的に含まれていてもよく、また内側の磁束に対する外側の磁束の分布は任意であってよい。各領域３０は次の隣り合う２つの領域に磁気ループを形成するよう発散する磁界を形成する。ここで磁化された変換素子は交互の極性４３ｎ、４３ｐを持つ一組のセル４３から磁気的に構成され、そこでは各セルは磁界「循環」の所定の極性の磁気ループを有し、各領域３０は２つの反対極性のセルに関連する。
【００２７】
変換器システムへの変換素子の適用及びこれまで述べた基本的構造の種々の展開を述べる前に、変換素子の動作における歪（力）依存磁気ベクトルの概念についていくらかの説明を行う。
【００２８】
図６ａは、直交するｘ、ｙ成分に分解されうる磁気ベクトルＶを示し、ｘ、ｙは図１のＱ−Ｑ軸、Ｐ−Ｐ軸である。ベクトルＶは、そうである必要はないが、例として４５度の角度に示してある。水平軸（ｘ）に対するベクトルの角度はαで示してある。ｘ、ｙ成分は適切に配向された指向性センサー４２ａ、４２ｂによりそれぞれ検出可能であるとする。これらは飽和インダクタ型センサーとして例示されている。圧縮負荷力が面２４、２４’を横切って加えられたとき（図１〜図３）、ベクトルの方向は変化し、Ｖ’で示す位置までｘ軸に向かって変位し、その結果ｘ、ｙ成分の検出値は変化する。４５度の静止（無負荷）ベクトルでは、角度シフトの単位あたりのｘ、ｙ成分の大きさの変化率（ｄｘ／ｄα、ｄｙ／ｄα）が最も大きいケースと考えられる。加えられる力が引張り力の場合、ベクトル角度シフトは図６ｂのベクトルＶ’により示されるように反対の方向となる。後述する別の角度は静止（無負荷）状態からシフトした角度である。この角度は通常βで表される。
【００２９】
この検討から、ベクトルＶがＰ−Ｐ軸、Ｑ−Ｑ軸に対して４５度でないとしても、局所的磁気ベクトルに対して４５度となるように磁界センサーを配置することは有利となると結論付けることができる。
【００３０】
変換素子の動作の検討はこれまでＰ−Ｐ方向に加えられる力に対する応答に限定されていた。Ｑ−Ｑ方向及びＲ−Ｒ方向に加えられる力の影響についても考慮する必要がある。
【００３１】
変換素子は、磁化されたＮＳ領域に垂直な方向に作用する力に対してはゼロ応答である。これは図７ａ、図７ｂに示してあり、棒磁石ＮＳに力Ｆが加わっている。この力は図７ｂの図の面に対して垂直である。図７ｂの紙面内における磁石ＮＳの任意の配向に対して応答はゼロである。そして図１において、Ｒ−Ｒ軸方向において面２７、２７’を横切って加えられる力に対する応答はゼロである。再び図７ａを参照すると、磁石に対してある角度を有する力Ｆ’、Ｆ”のような力に対しては、磁石内の磁気ベクトルの応答がある。Ｆ’、Ｆ”が互いに９０度のとき、これらは変換素子２０内の各磁石に対してそれぞれＰ−Ｐ軸及びＱ−Ｑ軸方向に加えられる力を表す。
【００３２】
そして、図１〜図３の変換素子２０はＱ−Ｑ軸方向における素子の幅にわたって作用する力により、その内部に誘起される歪に応答する磁気ベクトルを有する。図示の例において、傾斜角αが４５度のとき、Ｑ−Ｑに沿った力も磁化領域３０の傾斜面に対して４５度であり、応答が得られる。このことは、Ｐ−Ｐ軸及びＱ−Ｑ軸に沿った力を区別することが必要なとき、幾つかの実際的適用においてある問題を導くことがある。これは以下で取り扱うが、この点に関し、磁化面の傾斜の方向が磁気ベクトルの角度のシフトにどのように関係するかについて説明する。
【００３３】
図８ａは、一方側の面つまり図１の２７から見た変換器ブロック２２を示すもので、磁化領域面３０は左側から右側へ上向きの傾斜角度となっている。右側の磁気ベクトル図は、ベクトルの角度αが４５度である点における無負荷状態についてのものである。図８ｂはＰ−Ｐ方向における圧縮力Ｆによる磁気ベクトルＶの方向の変化を示す。この変化は角度βだけα（図６ａ）を増加させるためＶ’を変位させる。図８ｃはＱ−Ｑ方向における圧縮力Ｆによる同様の磁気ベクトルの変化を示す。この変化は角度βだけαを増加させるようＶ’を変位させる。磁気ベクトルのシフトは、加えられた圧縮力の方向に垂直な面に向かう磁化面の傾斜の変化に従う。図８ｂ、図８ｄにおいて、傾斜した磁化面３０はＰ−Ｐに沿った圧縮力のもとで水平方向に向かってシフトする。他方Ｑ−Ｑに沿った圧縮力は磁化面をより垂直方向の位置に移動させるように見える。磁気ベクトルのずれは、加えられる力が引っ張り力の場合、反対向きとなることが理解される。
【００３４】
また、上述した印加力のもとでの面の傾斜のシフトの図示によれば、図８ａ〜図８ｅの図の面に垂直なＲ−Ｒ方向の力Ｆが何の影響を受けないことも一貫性を有する。
【００３５】
ここで本発明の種々の実施例について着目してみる。簡潔化のため、関連するセンサを備えた変換素子２０が力−磁気変換器（magnetic force transducer（ＭＴＦ））として示す。
【００３６】
図９は負荷セル４６におけるＭＦＴの適用を簡素化した形態で示す。変換素子２０は図１に示す基本的な形態である。センサーは図示していない。負荷セル４６は、大きな力（Ｆ）を受ける平行でより大きな外側面５０と、セル４６に加えられる力に直接関連する圧力を面２４、２４’を介して受ける一対の平行な内側面５２（面５０と５２も平行である）とを有する一対のアンビル４８を備える。力Ｆは幅広い矢印（図８の参照矢印に比較して）で示され、その表示形式は他の図でも一般的に使用する。アンビル４８は非磁性材料からなる。センサーは素子２０及び／又はアンビル４８内に配置することができる。形成される磁路によっては、アンビルは磁性体から構成することもでき、磁束のループ４３は少なくとも一部が該磁性体を介して延びる。
【００３７】
歪の関数としての磁気ベクトルのシフトの概念は、磁気ループセルに発生する磁界変化の性質を必ずしも包括的に説明しようするものではない。そして、上述したことは、現時点で最もよく知られている変換素子の動作の基礎となる磁気的効果の理解への貢献として理解されるべきである。
【００３８】
ここで特にセンサー配置に関するＭＦＴの別の実施例について着目する。センサー配置はできるだけその手順が寛容であることが有利である。正確な位置決めを避けることは、ここで説明のために使用した図面とは異なり、磁化領域を視覚的に明確にしていないことにより強調される。変換素子の外側の磁界を検出するセンサーの配置においてより許容度を与える好ましいセンサーアレイ構造について考察する。
【００３９】
図１０は外部磁界を検出する、磁化された変換器ブロック２２の断面図である。矢印６０は前述したセル４３ｐ、４３ｎを規定する磁化領域３０間の外部磁界の一般的な方向を示す。この外側の水平は矢印６０は各面２４、２４’において交互に極性が変わり、各面２４、２４’における内部の矢印３０の発生に対して交互に収束及び発散する。負荷力（図示せず）は面２４、２４’を横切って加えられる。図１０は、陰付けして示された１つのセル４３ｐの下方の面に近接して配置された一方向に応答性をもつ、飽和インダクタセンサー６２を示す。センサー６２は通常図２のＤ４に相当する位置にある。Ｑ−Ｑ方向におけるセンサー配置の前述の検討に従い、センサー６２は最適な応答の位置に置かれるべきである。その位置は、検出される磁界が一つの極性である位置であることが重要である。センサーがセルピッチの左あるいは右に配置されると（複数のセルのピッチが均一なピッチであるとする）、隣のセル４３ｎからの単一極性の磁界の影響を受けてしまう。しかし、検出される磁界は反対方向に作用してしまう。すぐに明確になるが、磁界の確実な検出は図１２の信号処理では重要ではない。例えば誤った配置により、図示の位置から半セルピッチだけずれて配置され、領域３０の一つにまたがると（図１０の一対の反対方向の矢印にまたがる）、センサーは、一対の隣接したセル４３ｐ、４３ｎから同じ大きさであるが反対向きの成分を受け、ゼロもしくはゼロに近い出力を形成するであろう。十分な動作を達成するには、変換器ブロック２２に対して注意深く１つのセンサーデバイスを位置決めする必要がある。
【００４０】
センサー配置の作業は、セル４３のピッチとは異なるピッチで面２４、２４’の少なくとも一方に沿って配置されたセンサーデバイスのアレイを用いることにより大幅に容易化される。すなわち、このアレイは以下に述べるセンサーデバイスピッチを有するユニットとして構成される。強調することは、センサーデバイスの１つが、あるセルに近接する最適な位置にあることをより確実なものとすることである。この提案は図１１に示され、同図では、ブロック２２は交互の磁界極性を持つ４つのセル４３を有する。外部磁界の矢印６０の各々は、場合によっては水平方向に隣接したセグメントＮＮＮ又はＳＳＳからなる３つのセクションを有していると考えられる。下方の面２４’ではこれらのセグメントは３つの異なったハッチング６４ａ、６４ｂ、６４ｃで示されている。ＮＮＮ及びＳＳＳの表示は個々のセルに対する磁極を示すものではないが、セル面の関連部分に近接する外部磁界の方向を示している。下方の面２４’に近接して水平方向（すなわちＱ−Ｑ方向）に離間して３つの飽和インダクタセンサーデバイス６２_１、６２_２、６２_３が配置されている。図１２における面２４’からのそれらの外見上の間隔は単に説明の便宜のためにすぎない。各セルが面２４’においてＱ−Ｑ方向において３ユニット長となっているならば、すなわち３ユニットのセルピッチであるならば、センサーデバイスはより長いピッチ、例えば４ユニット長で離間配置される。図示のように、各センサーデバイスは３ユニット長の検出長さを有する飽和インダクタコアを有しているが、このことは所望の結果を得るためには本質的なことではない。センサーデバイス６２_１、６２_２、６２_３が、単一な存在物として移動可能なように固定されたアセンブリ（その詳細は不図示）に設けられている。
【００４１】
図１１の下方の部分は面２４’の所でＮＮＮ、ＳＳＳのシーケンスを繰り返すが、６６ａ、６６ｂ、６６ｃで陰付けされたものは各センサーデバイスに対応する磁界矢印セグメント６４ａ、６４ｂ、６４ｃである。デバイス６２_１は所定の極性、例えばＮＮＮの磁界矢印６０と完全に一直線となっている。デバイス５２_１は４ユニット分だけオフセットしており、２つの磁界矢印部分、ＳＳＮにより影響される４３ｎセルと４３ｐセルを部分的にまたがっている。また、デバイス６２_３は２つの磁界矢印部分、ＮＳＳにより影響される２つのセルをまたがっている。そして６２_２、６２_３はそれらに作用する磁界のある程度のキャンセルを受ける。図１１は、各磁界矢印が３つのセグメントに分割可能であり、各セグメントで磁界強度が同じとなることを仮定して理想化されることがわかる。
【００４２】
しかし、セルピッチに対してセンサーデバイスのピッチを千鳥状にすることは、面２４、２４’に沿ったデバイス６２_１−６２_３からなるユニットの配置を大幅に容易化させる。センサー配置が図１１において左側に１ユニットずれると、デバイス６２_２は磁界矢印ＳＳＳと一直線となる。ずれが右側に１ユニットの場合、６２_３は磁界矢印ＳＳＳと一直線となる。ずれが右に２ユニットの場合、デバイス６２_２は磁界矢印ＮＮＮと一直線となる。異なった数のセル及びセンサーデバイスが上述した目的を達成するためそれぞれのピッチで異なった千鳥状で使用すりことにより利用できる。
【００４３】
４つのセル、３つのセンサー例に続いて、図１３は３つのセンサーデバイス６２_１、６２_２、６２_３を変換器信号調整及び計測回路に組み込む方法を模式的に示す。各飽和インダクタ及びその関連信号調整回路６８は前述のＷＯ９８／５２０６３に記載された種類の回路から構成される。個々の信号調整回路は、その出力が各回路７２、例えば全波整流ブリッジ回路あるいはそれと等価な回路を介して加算回路６０の入力に接続され、該回路７２により、信号調整回路出力の大きさが極性とは関係なく、つまり所定の飽和インダクタセンサーに作用する正味の磁界極性とは関係なく、加算回路７０に付与される。
【００４４】
加算回路７０の動作は、３センサーアレイの各変換素子により検出される次の磁界の和を表す出力を提供することである。次の要件が満たさなければならない。
ユニットとしての磁界センサー６２ａ、６２ｂ、６２ｃは正確に整列する、例えば図１１のＱ−Ｑ水平軸と一直線となること。
変換磁気セル間隔とセンサーデバイス間隔（千鳥状）との間の間隔比が全構造にわたって一定であること。
【００４５】
図１２の加算回路は、水平（Ｑ−Ｑ）方向におけるセンサーアレイの位置決めとは無関係に３つのセンサーの結合した信号からの一定出力を形成することがわかる。
【００４６】
これまで述べた実施例は図１の基本的変換素子に基づくものである。この変換素子は、本体の一対の対向面を横切って加わえられる圧縮力もしは引張り力により該素子の本体内に誘起される歪の方向に対して傾斜する複数の磁化領域を有する。これらの面は図１の２４、２４’のように平行であることが好ましい。直方体ブロック形状が製造及び使用するのに便利であるが、その形状は基本的条件が満たされる限りかなり変化させることができることがわかる。変換素子は、傾斜した磁化領域と交差する図１のＱ−Ｑ軸のような軸の方向に発生する力に対しても応答性を維持する。これから述べる実施例は、Ｑ−Ｑ軸に加わる力を考慮する。これらの実施例の考察において、図８ａ、図８ｂで参照した磁気ベクトルシフトの説明は関連する。
【００４７】
より複雑な第１の実施例は、図１に示すような２つの変換素子が互いに直角に設けられたものである。これらは一体に形成されていてもよいし、別個に形成されていてもよい。上述のようにこれらは測定すべき負荷が展開する構造体の一部であってよい。ここで述べる実施例は一体型のものを用いる。
【００４８】
図１３ａ〜図１３ｃはこのような変換素子を示すもので、直角関係にある２つの変換素子１２０ａ、１２０ｂが強磁性体からなる単一の直方体本体１２２に形成されている。ブロック１２２は力を受ける一対の面１２４、１２４’を有し、これらの面の間に図１に示すような傾斜した磁化領域が形成される。説明の簡素化のため、交互の極性を有するこれらの領域は面１２４において現れる黒線１３０により単純に示してある。各変換素子１２０ａ、１２０ｂは前述した磁気セル構造体（交互のセル４３ｎ、４３ｐ）を形成する。また、本体１２２は第２及び第３の対の対向面１２６、１２６’及び１２７、１２７’を有する。各変換素子は関連する少なくとも一つのセンサー（図示せず）を有し、検出した磁界を表す出力を提供する。
【００４９】
次に、２つの変換素子の動作を図１３ａ〜図１３ｃを参照して説明するが、各図、ブロック１２２に、幅広の矢印Ｆにより示されている力が加わっているものを示す。方面１２４、１２４’を横切って加わる力は両変換素子に等しく加わるものとする。軸表示Ｐ−Ｐ、Ｑ−Ｑ、Ｒ−Ｒは図１と同様に素子１２０ａに適用される。これは素子１２０ｂに適用されうる軸のシーケンスではない。便宜上、軸表示ｘ、ｙ、ｚは素子１２０ａに対するＱ−Ｑ軸、Ｐ−Ｐ軸、Ｒ−Ｒ軸に等価な全アセンブリに対して使用される。また図１３ａ〜図１３ｃはＦで表される力のベクトル図もを示す。このベクトル図は左側が素子１２０ａ及び右側が素子１２０ｂに関するものである。静止（力ゼロ）ベクトルＶは４５度とする。
【００５０】
図１３ａは面１２４、１２４’間でｙ方向に加わる力Ｆを示す。両素子は等しく応答し、磁気ベクトルＶはＶ’で示すようにｘ軸に向かってβだけシフトする。各素子からの検出信号は力測定のために使用することができ、また両方を組み合わすこともできる。図１３ｂはｘ方向の力に対する応答を示す。この力は、磁気ベクトルをβだけシフトさせＶ’に、すなわちｙ軸に向かってシフトさせるよう素子１２０ａに影響を与えるが、素子１２０ｂに関しては図１のＲ−Ｒ軸と等価な方向にあり、ベクトルシフトはない。他方、図１３ｃではｚ軸方向の力Ｆは素子１２０ａのＲ−Ｒ軸に沿っており、ベクトルシフトは起こらないが、このベクトルは素子１２０ｂに対してはｙ軸に向かってＶ’で表されるようにシフトする。
【００５１】
力の成分がｘ−ｙ面、すなわちｙ軸及びｘ軸の両方にそって存在するとき、素子１２０ｂはｙ軸成分Ｆｙには応答するが、ｘ軸成分Ｆｘには応答しない。素子１２０ａはｙ軸成分Ｆｙに応答し、またｘ軸成分Ｆｘにも応答する。これら２つの成分は反対方向にベクトルシフトβを形成するように作用する。各素子の変換機能が分かっている場合、Ｆｘ成分とＦｙ成分が分解可能となる。同様で逆の状況がｘ−ｚ面内の力ベクトルに対して発生する。
【００５２】
力成分Ｆｘ、Ｆｚがｘ−ｚ面内に存在する場合、直角配置された素子１２０ａ、１２０ｂはこれら力成分を分解できるが、曖昧さが生じる。ｘ−ｙ面、ｙ−ｚ面では一方の変換素子がｙ軸方向の力のみに応答し、他方の変換素子は場合によりｙ軸方向及びｘ軸方向、又はｙ軸方向及びｚ軸方向の成分を有する力に応答する。しかし、ｘ−ｚ面では両方の変換素子がｘ軸方向及びｚ軸方向の両方の成分を有する力に応答する。
【００５３】
ｘ−ｚ面内の応答は９０度の間隔で繰り返すことがわかる。曖昧さは、力がｘ軸及びｚ軸に対して４５度の２つの方向のいずれかに加わるときに発生する。この場合、２つの変換素子１２０ａ、１２０ｂの等しい応答は、各変換素子に等しく影響を与えるｙ方向のみに加わる力により得ることができる。
【００５４】
この曖昧さの解決策は、図１４の３つの変換素子構造を用いて得ることができる。図１４では、変換素子１２０ａと１２０ｂに対してあるい角度を持つ第３の変換素子１２０ｃが導入されている。この変換素子は両方の変換素子に対して４５度であることが好都合であり、同じ構造からなり、同じ形態の検出器を有する。すなわち３つの変換素子はそれらの独自の配向に関して同じ変換機能を有する。図１４は一つの可能な方法を示し、３つの変換素子が単一の本体に形成されている。これらの変換素子はＰ−Ｐ方向は共有するが、変換素子１２０ｃの局所的なＱ−Ｑ方向及びＲ−Ｒ方向は、各変換素子１２０ａ、１２０ｂの方向に対して４５度の角度となっている。適切な計算技法を用いることにより、２つの変換素子のみを使用することもできる。
【００５５】
第３の変換素子の使用を更に考察する前に、図１５を参照すると、磁気ベクトル図が全ての変換素子に適用できる。問題とする変換素子に対してＱ−Ｑ面及びＲ−Ｒ面内において固定された所定の力に関し、変換素子からの最大の応答はβ_１の角度シフト（静止４５度ベクトルＶからのシフト）であり、変換素子の最大応答軸（すなわちその素子に対して局所化されたＱ−Ｑ軸）に対して４５度の角度をなす力に応答する角度シフトはより小さな角度β_２であるとする。１８０度の円弧にわたる力の方向の関数としてプロットされる一般のシフト角度βは図１６に示すようなものとなる。変換素子１２０ａ、１２０ｂのシフト角度応答は０からβ_１の間で変化し、これらの曲線はｘ−ｚ面において空間的に９０度離れたものとなる。４５度と１３５度の両方において応答はβ_２に等しくなる。変換素子１２０ａ、１２０ｂの任意の対の対応するβ値、つまりｍとｎは１８０度の円弧にわって繰り返すことがわかる。曖昧さは、他の２つの変換素子の間に空間的に４５度の位置にある第３の変換素子１２０ｃの応答により解決することができる。そして、例えば４５度と１３５度において、変換素子１２０ｃの応答はそれぞれ最大値β_１と最小値０となり、他の場合で生ずる曖昧さが解決される。また、１２０ｃの曲線の値はｍ、ｎの値の曖昧さを解決するために使用することもできる。その結果、加えられる力に対する必要な方向の情報が、３つの変換素子からの検出信号を処理することにより得ることができる。これは、実際の力に依存するβ値を取り出すための規格化を用いることにより使用することができる。
【００５６】
上記の考察は説明目的のためのものである。それは完全に限定的なものではない。変換素子はその弾性限度内でヒステリシスなしに十分動作するものとする。実際、βの範囲は絶対値で小さいと思われる。図１６の応答曲線の形状は変化してもよい。例えば、これら曲線は、図示してあるものに較べ、より直線的であってもよいが、２つの角度値、すなわち１２０ｂ曲線に対する０度及び１８０度においてゼロ−βとなり、両角度の間、例えば９０度で最大に上昇する特性を保持したままとなる必要がある。各応答において最大値は最小値から９０度のところである。
【００５７】
ＭＦＴ内の磁気セルの別の変形例も可能である。図１７ａ、図１７ｂは変換器ブロック２２２の断面図及び平面図を示す。磁化領域間に規定された磁気セル２４３は面２２４、２２４’間に延びる。この磁気セルは円環形状であるが、他の環形状とすることもできる。この形状は一方の面２２４から他方の面２２４’まで例えば４５度のテーパーとなっており、セル２４３の任意の半径方向断面において、図１７ａに示すように磁気セルは一対の対向する傾斜のついた磁気セル部２４３ａ、２４３ｂを有する。実際、ブロック２２２は前述したように、薄い被膜から１ｃｍ以上のかなり厚いものまでの範囲の任意の厚さとすることができる。セル部２４３ａ、２４３ｂ（任意の外部磁界に対するその大きさは前記で考察した種々のパラメータに依存する）の外部磁界は、閉じたループ状磁界の一部として点線の矢印により示されているように外側面２２４、２２４’において反対方向に向かっている。ループを閉じる内部磁束と外部磁束の比は図２及び図３を参照して説明したファクタに依存する。このセルは垂直に（図１７の面に垂直に）加わる力又は水平に（図１７ｂの面内に）加わる力に応答する。図１７ａ、図１７ｂの環状構造は垂直な力及び水平な力に対する応答を得ることを可能とする。磁界検出器は図１７ａ、図１７ｂには示されていないが、これらは上記の教示に従い配置することができ、図２に関連して述べたようなものとなる。
【００５８】
本発明の実施について直線的な力の検出及び測定に関連して説明してきた。しかし、本発明の実施は、トルクを測定する場合にも適用可能である。上述の種類の変換素子は、該変換素子がトルク依存歪を受けるとき、トルクを受けるシステムにおいて適用可能である。さらに特別な適用は、回転シャフトを本発明のフレキシブルな変換素子に結合させる、例えばシャフトの周りすなわちシャフトの全周又はその一部にテープ状のものを結合させることであり、変換素子はシャフトに展開されるトルクを受ける。検出手段がシャフトに取り付けられるが、通常選択されるよう非接触型センサーとしてもよく、非接触型センサーはシャフト回転に関連する成分から不要なトルク表示信号を除去するための信号処理により使用することができる。
上述の物理現象を適当なセンサーの使用とともに異なった形状の磁気変換素子に適用することにより、上述の原理は次のものに適用可能となる。
負荷セル 加速度計
トルクセンサー 機械的パワーセンサー
圧力センサー 材料診断及び分析
曲げ力及び剪断力センサー 力センサー
【００５９】
一つの特別な力への適用は、エーロホイル、例えば航空機の翼と流体、例えば空気との間で、該エーロホイル上を通過する力を測定することである。そして図２のＰ−Ｐ方向における測定を視覚化し、面１２４’をエーロホイルに接触して取付け、面１２４はエーロホイル上を流れる流体を受けるようにする。
【００６０】
これまで述べてきた変換素子は、測定すべき負荷が展開される構造体にあるいはその内部に取付可能な独立した物体であった。しかし、本発明を実施する変換素子は、場合によっては、構造体の一体部分であってもよく、例えばその一部が強磁性体からなる存在する構造部内に形成することができる。このような実施の例は、建築物の強磁性体構造部分や強磁性体である船体である。もちろん、変換素子は構造体の一体部分として組み込まれてもよい。
【００６１】
信頼性のある動作のため、実際の適用においては、特定の変換素子の使用に悪い影響を与えたり、制限する下記のような他のファクタに留意することが重要である。
１．キュリー温度に近い高温。キュリー温度は素子の材料がその保存磁気情報を全て失う温度である。基本的に、変換素子は非磁性である。興行的に利用されるほとんどの材料のキュリー温度は６００℃以上（１０００℃以上）となる。しかしキュリー温度に近づくと磁気メモリの損失効果は変換素子において作用しはじめる。変換素子はキュリー温度以下、つまり３００℃以下に十分保たなければならない。
２．磁化レベルもしくは消磁レベル以上の強い磁界。変換素子を磁化するために磁気エネルギーが必要なとき、磁気エネルギーは変換素子の必要な効果を損なったり、破壊したりする。変換素子の材料（合金組成、その硬化レベル、変換素子を干渉磁界にさらした時間）に応じて、特定量の磁界強度が変換素子に対して磁気情報を保存したり消去したりするために必要となる。多くの材料に対して最小の閾値は５０ガウス以上である。しかし、変換素子が非常に長い時間これらのレベルにさらされたり及び／又は同時に機械的応力を受けたりすると、低いレベルでもダメージを受けることがある。
３．変換素子の物理的構造の分子レベルでの永久的変化を生じさせる過度な機械的力。ここで提案した検出技術は変換素子材料の結晶構造の変化に非常に敏感であると思われる。変換素子を製造した後（磁気的にプログラムされた後）、実際の変換領域内の結晶構造のあらゆる永久的変化は測定される磁気信号の変換をもたらすことになるであろう。
４．変換素子を流れる電流。導電性材料を流れる電流は電流強度及び導電性材料の断面積に比例した磁界を形成し、該導電性材料中を流れる。この磁界がある閾値を超えると、変換素子の磁気的状態が変化したり、消去することがある。
【００６２】
ここで提案する技術は磁化可能か又磁界と測定可能な相互作用を示す任意の物質に適用することができる。自己支持可能な変換器システムの場合、使用される材料は磁気メモリを有していなければならない。すなわち材料は磁化された後にその磁界強度を永続的に維持しなければならない。
【００６３】
ここで提案する技術を適用する場合、変換素子材料は機械的に耐久性がありかつ信頼性がある特性を有していなければならない。
【００６４】
多くの鋼は添加不純物が含まれている限りこのカテゴリーに合致する。今日までの仕事は、ニッケルが少ない割合で存在しているとき十分な結果が得られることを示している。ニッケルが過剰あるいは過少であると、非線形的な信号となったり、大きなヒステリシスを生じることがある。コバルトの添加はセンサーの耐久性及び保存される磁界の残留性を増加させる。これら各不純物の正確な割合は最終的な変換素子の性能にかなり影響を与えることがある。
【００６５】
測定でヒステリシスが発生する影響を現象させるため、変換素子は磁気的処理の前に硬化処理を施すことができる。
【００６６】
本発明の別の実施例を図１８ａ、図１８ｂに示す。この実施例は半導体及び集積回路分野で知られている技術に有利である。図１８ａは集積センサーデバイスの断面図、図１８ｂはこのデバイスに使用される螺旋状コイルの構成を示す平面図である。
【００６７】
図１８ａを参照すると、デバイス３００は、離間配置された基板３１６、３１８にそれぞれ支持された２つのフラットな螺旋状コイル３１２、３１４の間に（点線で示す）強磁性体コア部３１０のサンドイッチ構造を有する。
【００６８】
図１８ａにおいて、第１の螺旋状コイル３１２は基板３１６上に形成され、基板面の上に付着形成された絶縁層３２０でオーバーレイされている。そしてさらにそれはニッケル、例えば４〜８％のニッケルを含む強磁性膜３２２でオーバーレイされている。絶縁材料からなる別の層３２４は膜３２２から電気的に断路するように該膜上に付着形成されている。断路条件は膜の導電性に依存する。絶縁層３２４上に支持されているものは図１８ｂの平面図に示すようにコイル３１６から横方向にずれた第２の螺旋状コイル３１４であり、コイルの適切な励磁極性により、磁路３２６が膜のコア部３１０内の強磁性膜３１８を介して形成される。誘起される磁界及びコア部は膜面に対してある角度、好ましくは前記実施例で示したように４５度の角度を有する。２つの外側の基板面３２８ａ、３２８ｂはコイル３１２と３１４との間に形成される磁界に対して４５度をなす負荷Ｆを受ける面を規定する。
【００６９】
また、この構造体に埋め込まれているものは、コア部３１０から発生する磁束に応答するコア部３１０に隣接したセンサーデバイス３３０である。上述したようにサイズが小さいことからホール効果素子がこの目的のためには特に好ましい。
【００７０】
この構造体の動作は以下の通りである。コイル３１２、３１４は膜３１８に対して反対極性となるよう適切に励磁され、これによりコア部３１０内に磁界（３２６）が形成される。最初の励磁は無負荷状態若しくは面３２８ａ、３２８ｂを横切る所定の負荷が加わった状態で行われる。最初の励磁のスイッチが切られ、参照出力が無負荷状態若しくは所定の負荷状態におけるセンサー３３０から得られる。そして測定すべき負荷が加えられ、センサー３３０の出力は、加えられた負荷を表す値を得るために再び測定される。
【００７１】
別の測定方法は、２つの螺旋状コイルを直列に接続し、上述のＷＯ９８／５２０６３に記載されている種類のセンサー装置の飽和インダクタＬを膜のコア部３１０に設ける方法である。直列接続は、これらのコイルがコア部３１０に対して反対の極性を持つようになされる。この例は、センサー回路自身が集積回路の形態で実施できるので魅力的である。
【００７２】
上記の構造体は追加的なオフセットコイル３１２、３１４の対を有することができ、これらの対は横方向に離間配置される。上述したように、膜と各基板との間の絶縁層は必ずしも必要ではない。各コイルは各基板上に形成することができ、２つの基板はそれらの間に膜３１８を挟み込む。
【００７３】
別のコア構造が図１８ｃに示され、コア３１０’が別々のものとして螺旋状コイル３１２、３１４の間あるいは各コイル対の間に設けられる。コア３１０’はコイル間の磁界と一直線となるような角度に配置され、このため３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃのような連続するオフセット層が形成される。コアは該コアを支持するため（図示しない）非強磁性体により取り囲まれていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による保存磁化領域を有し、応答軸を規定する変換素子の斜視図である。
【図２】 磁化領域と関連内部磁界を可能な検出器配置とともに示した変換素子の側面図である。
【図３】 磁化領域と関連外部磁界を示した変換器の側面図である。
【図４】 図２に示した磁界検出器の２つの内部配置を示す変換素子の側面図である。
【図５】 図５ａ〜図５ｄは図５ｄの最終的な磁化された素子へ導かれる変換素子の磁化の各段階を示したものである。
【図６】 図６ａと図６ｂはそれぞれ圧縮力と引張り力のもとでの磁気ベクトル変化を示したものである。
【図７】 図７ａと図７ｂは磁化領域３０に作用する力のゼロ方向を示したものである。
【図８】 図８ａ〜図８ｅはＰ−Ｐ方向及びＱ−Ｑ方向に加わる力に応答する磁気ベクトルを示したものである。
【図９】 負荷セル内への磁気力センサーの適用を示す実施例を示す。
【図１０】 変換素子の本体内の磁気セルに対する磁界センサーの配置を示す。
【図１１】 時季節のピッチに対して千鳥状のピッチとなったセンサーアレイの配置を示す図１０と同様な図である。
【図１２】 図１１のセンサーアレイの信号処理回路のブロック図である。
【図１３】 図１３ａ〜図１３ｂは２つの変換素子が直交配置された２素子変換器を、本体に加わる異なる力と関連する磁気ベクトル図とともに示す。
【図１４】 第３の素子が、図１３ａ〜図１３ｃの構造から生じる曖昧さを解決する助けをするために設けられた第３３素子変換器本体構造を示す。
【図１５】 任意のベクトル角度値を示す磁気ベクトル図である。
【図１６】 ｘ−ｚ面内の加わる力の角度の関数としてベクトルシフト角度βをグラフ表示したものである。
【図１７】 図１７ａと図１７ｂは直線状構造よりむしろ環状構造に基づいた変換素子の別の実施例を示す。
【図１８】 図１８ａと図１８ｂは磁界を形成する一体コイルを有するさらに別の実施例を示し、図１８ｃは図１８ａの構造の変形例を示す。

Claims (17)

1. 構造体を備える力検出変換素子であって、
   前記構造体は、当該構造体に加わる力を受ける一対の対向する面を有し、当該構造体を介する力伝達方向を規定するものであり、
   前記構造体は、磁性体からなる少なくとも１つの本体を有し、該本体又は各本体は前記力伝達方向に対してある角度でかつ該本体内にて互いに他方に対しほぼ平行に延びる少なくとも第１及び第２の磁化領域を有し、該第１及び第２の磁化領域は閉じた磁気ループを形成するために反対極性の磁化からなる、
   力検出変換素子。
2. 該一対の対向する面が、該本体又は該２以上の本体の面である、請求項１に記載の力検出変換素子。
3. 該角度が実質的に４５度である、請求項１又は請求項２に記載の力検出変換素子。
4. 該構造体が同じ面に置かれた２つの本体からなり、該２つの本体の各磁化領域の軸が互いに他方に対してある角度を有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の力検出変換素子。
5. 該各軸が直交する、請求項４に記載の力検出変換素子。
6. 該各軸が互いに４５度の角度をなす、請求項４に記載の力検出変換素子。
7. 該構造体が同じ面に置かれた３つの本体からなり、該３つの本体のうちの第１及び第２の本体の各磁化領域の軸が直交し、該３つの本体のうちの第３の本体の各磁化領域の軸が該他の２つの軸に対しある角度を有する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の力検出変換素子。
8. 該各軸のうちの第３の軸が、該各軸のうちの他の２つの各々と４５度の角度をなす、請求項７に記載の力検出変換素子。
9. 該２つ又は３つの本体が単一構造体内に収容されるか、又は一体となっている、請求項４から請求項７までのいずれか一項に記載の力検出変換素子。
10. 該磁化領域が飽和状態になるまで磁化されている、請求項１から請求項９までのいずれか一項に記載の力検出変換素子。
11. 該本体あるいは各本体が力伝達方向に十分薄く、ケースによっては、該第１及び第２の磁気シール領域間、又は一対の隣り合った磁化領域の実質的な磁気ループが該磁性体内で閉ざされず、これにより該磁気ループ又は各磁気ループを閉じる磁束が該磁性体の外側となる、請求項１０に記載の力検出変換素子。
12. 請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の力検出変換素子と、該本体又は各本体に関連する該磁気ループ又は各磁気ループ内の磁束の力依存変化を検出するため該本体又は各本体内にあるいは該本体又は各本体に近接して配置される各磁界検出デバイスと、からなる力検出構造。
13. 請求項１から請求項１０までのいずれか一項に記載の力検出変換素子と、該本体又は各本体に関連する該磁気ループ又は各磁気ループ内の磁束の力依存変化を検出するため該本体又は各本体に近接して配置される各磁界検出デバイスと、からなる力検出構造。
14. 構造体を備える力検出変換素子であって、
    前記構造体は、当該構造体に加わる力を受ける一対の対向する面を有し、当該構造体を介する力伝達方向を規定するものであり、
    前記構造体は、磁性体からなる少なくとも１つの本体を有し、該本体又は各本体はその内部に前記力伝達方向に対してある角度を持って延びる所定の極性の少なくとも１つの磁化領域をその内部に有する力検出変換素子。
15. 該角度が実質的に４５度である、請求項１４に記載の力検出変換素子。
16. 該構造体が同じ面に置かれた２つの本体からなり、該２つの本体の各磁化領域の軸が互いに他方に対してある角度を有する、請求項１４に記載の力検出変換素子。
17. 該構造体が同じ面に置かれた３つの本体からなり、該３つの本体のうちの第１及び第２の本体の各磁化領域の軸が直交し、該３つの本体のうちの第３の本体の各磁化領域の軸が該他の２つの軸に対しある角度を有する、請求項１４に記載の力検出変換素子。

Images