JP2000346715A - Ｔｒｉｐ素子及びその歪み読取り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】安価でかつ衝撃力などによる破壊が生じにくい
TRIP素子とその歪みの読取り装置を提供する。 【解決手段】本発明のTRIP素子は、塑性変形に伴って磁
気的特性を変化させるTRIP素片(11)と、このTRIP素片(1
1)の両側に形成されると共にこのTRIP素片よりも大きな
断面形状を有する取付け部(12,13) とから成り、コイル
や電子部品が除去されることにより低廉化と堅牢化が実
現されている。このTRIP素子に生じた歪みは、その磁気
的特性の変化を読取るためのコイルを備えた読取り装置
によって読取られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、構造物の部材など
に生じる歪みの最大値を計測するTRIP素子及びこのTRIP
素子に発生した歪みを読取る読取り装置に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】鋼の塑性変形に伴う非可逆的磁気変態を
利用して、構造中の各種の部材や部位に発生する歪み量
の最大値を計測する最大値記憶型歪みセンサが知られて
いる。すなわち、面心立方格子の結晶構造を有する非磁
性のオーステナイトを含む鋼を主成分とする素材に荷重
を加えて塑性変形を起こさせると、主成分のオーステナ
イトの一部が体心立方格子の結晶構造を有する強磁性の
マルテンサイトに変態する。この変態するマルテンサイ
トの量は加えられた荷重や歪み量の増大に応じて増大す
る。

【０００３】そして、このオーステナイトからマルテン
サイトへの変態は非可逆的である。このため、素材中の
マルテンサイトの量を素材の磁性強度によって検出する
ことにより、この素材にこれまでに発生した歪みの最大
値が検出できる。このような、塑性変形によって生じる
変態は、TRIP (TRANSFORMATION INDUCED PLASTICITY)
と称される。

【０００４】上記TRIP変態を利用する最大値記憶型歪み
センサ（以下「TRIPセンサ」と称する）が、特表平６ー
500634号公報に開示されている。このTRIPセンサは、TR
IP素片と、このTRIP素片の回りに巻回されたコイルと、
このコイルのインダクタンスを測定する電気回路とから
構成されている。このコイルのインダクタンスは、端子
電圧、コンデンサと組合せたＬＣ共振回路の共振周波数
などによって測定される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のTRIPセ
ンサは、TRIP素片の回りに巻回されたコイルや、このコ
イルのインダクタススを測定するための電子部品を備え
ている。このため、部品点数が増加して製造費用がかさ
むという問題がある。また、全体を防水、防塵構造とす
る必要があり、この点でも製造費用がかさむという問題
がある。従って、本発明の一つの目的は、安価なTRIPセ
ンサを提供することにある。

【０００６】また、従来のTRIPセンサでは、その性質
上、塑性変形の発生後はこれを初期状態に戻すことがで
きないことから、使用済みのものを交換する必要があ
る。また、自動車の衝突実験などに応用する場合には、
衝突時に発生する大きな衝撃力によってTRIPセンサのコ
イルや電子部品が破壊されてしまうおそれもある。従っ
て、本発明の他の目的は、衝撃力などによって破壊され
にくいTRIPセンサを提供することにある。

【０００７】また、従来のTRIPセンサでは、荷重の装荷
に関する限り、測定箇所への装着時の初期状態をどのよ
うに設定し、測定時の状態をどのように設定するかが明
確でないという問題がある。従って、本発明の他の目的
は、荷重の装荷に関し、測定箇所への装着時の初期状態
をどのように設定し、測定時の状態をどのように設定す
るかが明確にされたTRIPセンサを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記従来技術の課題を解
決する本発明のTRIP素子は、塑性変形に伴って磁気的特
性を変化させるTRIP素片と、このTRIP素片の両側に形成
されると共にこのTRIP素片よりも大きな断面積を有する
取付け部とから成ることにより、製造費用を増大させる
だけでなく故障の原因ともなるコイルや電子回路をTRIP
センサから除去し、このコイルや電子回路が除去された
TRIP素子を測定箇所から取り外したのち別個に準備され
ている歪み読取り装置によってTRIP素子に生じた歪みを
読取るように構成されている。

【０００９】上記TRIP素子の保持された最大歪みを読取
るための歪み読取り装置は、塑性変形に伴って磁気的特
性を変化させたTRIP素子に，その取付け時に装荷した初
期引張り荷重にほぼ等しい引張り荷重を装荷する荷重装
荷部と、前記荷重の装荷状態で前記TRIP素子の磁気的特
性を検出するコイル及び電子回路とを備えている。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の好適な実施の形態によれ
ば、上記取付け部はこのTRIP素子が着脱自在に測定箇所
に取付けられることを可能にする構造を有している。例
えば、TRIP素片と取付け部とは平板状を呈し、更に、こ
れらの取付け部は鉤型の端部を有し、これらの鉤型の端
部に装着のための部材の端部が係合されるという結合機
構が採用されることにより、TRIP素子を測定箇所に装着
しあるいは取り外す際の労力と時間とが低減されるよう
に構成されている。

【００１１】本発明の他の好適な実施の形態によれば、
前記TRIP素子は、初期引張り荷重が装荷された状態で前
記測定箇所に取付けられることにより、初期状態の明確
化が図られている。さらに、前記初期引張り荷重が、前
記TRIP素子が塑性変形を開始する近傍の値に設定される
ことにより、初期状態の一層の明確化が図られる。

【００１２】本発明の更に他の好適な実施の形態によれ
ば、TRIP素子の表面などに装置による磁気的、光学的、
電子的に読み取りが可能な管理データが記録されること
により、大型の構造物や試験対象の車両などの各箇所に
大量に使用されるTRIP素子相互の弁別に人為的な誤りが
発生するのを防止すると共に、作業能率の向上が図られ
る。また、このような管理データは、更に好適には、装
置による磁気的、光学的、電子的な書き込みが可能であ
り、当該TRIP素子の識別コードや初期引張り荷重その他
の初期データなとが含まれる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の一実施例のTRIP素子の構成
を示す斜視図であり、１１はTRIP素片、１２，１３は取
付け部、１４はバーコード表示板である。TRIP素片１１
は、その塑性変形に伴って非磁性体から磁性体に変化す
る平板状のTRIP鋼で形成されている。TRIP素片１１は、
その中央部分の幅が両端部分よりも狭められているが、
これは、この小さな幅の中央部分に応力を集中させるこ
とにより塑性変形が生じる個所をこの中央部分に特定す
るためである。

【００１４】TRIP素片１１の両端部は、取付け部１２と
１３に形成されたスリ割りに挿入されたのち、リベット
１２ａ，１３ａと蝋付けとによって取付け部１２，１３
のそれぞれに固定される。取付け部１２，１３の外側の
端部は、直角に折り曲げられて上方に突出する折り曲げ
部１２ｂ，１３ｂが形成されている。更に、取付け部１
２にはこのTRIP素子１０を測定対象個所に取付ける際に
使用する開口１２ｃが形成されている。取付け１２の表
面に接着などによって固定されたバーコード表示板１４
には、このTRIP素子１０の識別コードがバーコードによ
って表示されている。

【００１５】図２は、図１に示した構造のTRIP素子１０
を構造物などの物体上に設定された２点間に取付ける方
法と、この方法による取付け構造を説明するための斜視
図である。まず、取付け台座２１，２２が金属製の構造
物上の２個所に溶接によって固定される。次に、TRIP素
子１０の一方の取付け部１２が抑え板２３と螺子２４と
によって台座２１に固定される。次に、他方の取付け部
１３の折り曲げ部１３b に係合板２５の折り曲げられた
端部が係合せしめられる。

【００１６】続いて、係合板２５の上に抑え板２６が置
かれ、螺子２７が係合板２５に形成された開口と抑え板
２６に形成された長穴とを通して、台座２２に形成され
た螺子穴に螺合される。この螺子２７による螺合は係合
板２５の微動を許容できる程度の８部目の強さで行われ
る。

【００１７】次に、係合板２５の後端部に形成されてい
る螺子穴２５ａに螺子棒２８の先端部が差し込まれ固く
螺合される。この後、中心に貫通穴が形成されたロード
セル２９が螺子棒２８に差し込まれ、続いて、中心部に
螺子溝が形成された回転板３０が螺子棒２８の後部に形
成された螺子溝に螺合せしめられる。

【００１８】螺子棒２８と回転板３０との螺合の進行と
共に係合板２５は後退し、TRIP素子１０、従って、TRIP
素片１１に引っ張り荷重が装荷される。これと同時に、
ロードセル２９は、抑え板２６の直立した後端面と回転
板３０とによって前後から押圧される。この押圧力は、
TRIP素片１１に装荷されている引っ張り荷重と等しい値
となる。このロードセル２９に加えられた押圧力がメー
タ３１で測定され、ディジタル表示される。

【００１９】作業者は、この表示された値（Ｎ：ニュー
トン）が予め定められている初期装荷引張り荷重に等し
くなったことを確認すると、回転板３０の回転を停止す
る。続いて、作業者は、螺子２７を十分に強固に締める
ことにより、係合板２５を台座２２と抑え板２６との間
に完全に固定する。最後に、作業者は、係合板２５の螺
子穴２５ａから螺子棒２８を取り外し、取付け作業を完
了する。

【００２０】上述のように、取付けの際に初期引張り荷
重を装荷するのは以下のような理由による。図４は、TR
IP素片１１に装荷される引張り応力と、伸び（歪み）量
の関係を単純化して示す特性図である。最初に引張り応
力が装荷される場合、この引張り応力にほぼ比例して歪
みが増加するという弾性変形が起こる。そして、この引
張り応力と歪みがある限界点Ａに達すると塑性変形が開
始され、引張り応力のわずかな増加によって大きな歪み
が生ずる。

【００２１】歪みがＢ点に達した直後に引張り応力を減
少させると、直線ＡＯにほぼ平行な直線Ｂｂに沿って歪
みも減少してゆき、引張り応力がゼロの状態でｂ点の歪
みが残こる。同様に、歪みがＣ点に達した直後に応力を
減少させると、直線ＡＯにほぼ平行な直線Ｃｃに沿って
歪みも減少してゆき、引張り応力がゼロの状態でｃ点の
歪みが残こる。

【００２２】図４に示したような、特性を考慮して、取
付けの際にTRIP素子に初期引張り荷重を装荷することに
よりＡ点の状態にする。そして、取り外したTRIP素子に
上記取付けの際に装荷した初期引張り荷重と同一の引張
り荷重を装荷し、この時生じた歪み（図４のΕ_C とす
る) から取付けの際に与えた初期歪み量（Ｅ_A ）を減算
したものを、取付け後に発生した歪みとして検出する。

【００２３】図３は、構造物などの測定個所から取り外
したTRIP素子が保持している歪みを測定する装置の構成
を示す斜視図であり、４２，４３は保持部、４４はコイ
ル、４５はバーコード読取り装置、４６は引張り荷重装
荷装置、４７はロードセル、４８は表示パネル、４９は
コンピュータである。

【００２４】構造物から取り外されたTRIP素子は、コイ
ル４４中を通過した状態で両端の取付け部が保持部４
２，４３に保持される。この状態で、バーコード読取り
装置４５によってこのTRIP素子の識別コード（ＩＤ）が
読取られる。次に、汎用の引っ張り試験機と類似の構成
の引張り荷重装荷装置４６の使用により保持部４３を介
して引張り荷重が装荷される。この引張り荷重装荷装置
４６は、パルスモータ４６ａと、このモータの回転運動
を軸棒４６ｂの直線運動に変換する変換機から構成され
ている。

【００２５】TRIP素子に装荷される引張り荷重はロード
セル４７で検出され、Ｎの単位で表示パネル４８に表示
される。また、保持部４３に生じた変位量が、TRIP素子
に付与された伸び量としてｍｍの単位で表示パネル４８
に表示される。この引張り荷重が初期引張り荷重に等し
くなると、引張り力がこの値に固定される。この状態
で、コイル４４のインダクタンスが測定され、その値が
適宜な単位、例えばマイクロヘンリー（μＨ）などの単
位で表示される。最後に上記インダクタンスの値からコ
ンピュータで算定された歪み量Ｅが表示パネル４８に表
示される。

【００２６】ここで、図４を参照すれば明らかなよう
に、塑性変形が生じたのちは、わずかな応力の変化によ
って歪みが大きく変化する。そこで、取り外したTRIP素
子に引張り荷重装荷装置４６を使用して再び初期引張り
荷重に等しい荷重を装荷する際は、装荷中の荷重の大き
さを監視してこれが初期引張り荷重と等しくなるように
制御する代わりに、荷重の装荷によって生ずる歪みを監
視し、この歪みが初期歪み量Ｅ_A に等しくなるような大
きさの荷重を装荷し、この状態で、インダクタンスなど
の測定により歪みの量Ε_C を測定するように構成するこ
ともできる。この場合、TRIP素子を使用する前に、予
め、図３の装置を用いて、図４のＡ点の歪みＥ_A の測定
が行われる。

【００２７】また、上述のように、初期歪み量などが計
測される場合には、図２を参照しながら説明したよう
に、取付け時に初期引張り荷重を装荷する際に、荷重の
値を監視して制御する代わりに、荷重の装荷によって生
ずる歪みの量を監視し、これが初期歪み量Ｅ_A となるよ
うな荷重を初期引張り荷重としてTRIP素子に装荷すれば
よい。

【００２８】このように、初期歪み量や初期引張り荷重
を管理する場合には、TRIP素子にはバーコードの代わり
に磁気カードを取付けると共に、図３中のバーコード読
取り装置４５の代わりに磁気カード読み取り／書き込み
装置を設置し、この磁気カード読み取り／書き込み装置
を使用して磁気カードに識別コードと、初期引張り荷重
や初期歪みＥ_A を書き込んでおき、測定個所から取り外
して歪みを測定する際に、磁気カードに書き込まれてい
る初期引張り荷重や初期歪みを読みだして表示パネル４
８に表示するようにすることもできる。

【００２９】TRIP素片の温度特性の安定化を図るため
に、温度負荷サイクルが有効である。この温度負荷サイ
クルは、TRIP素片を恒温層内に収容し、この恒温層内の
温度をほぼ−20°C から＋70°C の範囲にわたって反復
して7 、8 回変動させることにより、磁気特性をばらつ
きのない一定の値に収斂させることができる。

【００３０】図５は、本発明のTRIP素子を使用したピー
ク変位計の構成を示す部分断面図である。このピーク変
位計では、摺動自在に嵌合される円筒体５２と５３のそ
れぞれの内部にTRIP素子５０と弦巻きバネ５１の一方の
端部が固定されると共に、それぞれの対向する他方の端
部が互いに連結されることにより、TRIP素子と弦巻きバ
ネ５１とが縦列に連結されている。円筒体５２と５３の
端部に取付けられた心棒５２ａと５３ａは、測定対象の
構造体の２個所に固定された支柱５４と５５に回転の自
由度を保ちながら保持されている。

【００３１】TRIP素子５０の引張り力に対する剛性に対
して弦巻きバネ５１のそれを小さな値に設定することに
より、引張り力によってTRIP素子５０に発生した伸びや
歪みのピーク値の何倍かの大きさの変位量を測定するこ
とができる。すなわち、図５のピーク変位計を使用する
ことにより、TRIP素子５０の破断を防止しながら、大き
なピーク変位量を測定することができる。

【００３２】図６は、本発明のTRIP素子を使用したピー
ク加速度計の構成を示す部分断面図である。このピーク
加速度計は、測定対象の２個所に固定されるビス６４と
６５との間に円筒体６３を介してTRIP素子５０と円柱形
状の錘体６１とが縦列に連結されている。錘体６１は、
円筒体６３の内部に摺動自在に収容されている。錘体６
１の質量をＭとすれば、加速度の水平成分αによってＦ
＝Ｍαの引張り力がTRIP素子５０に装荷されてある量の
歪みが生じたものとする。この歪みから引張り力Ｆが算
定され、この算定された引張り力Ｆを既知の質量Ｍで除
算することにより、過去に発生した最大の加速度が算定
される。

【００３３】図７は、本発明のTRIP素子を使用した振り
子式ピーク加速度計の構成を示す正面図である。天井か
ら吊り下げられた棒状体５１に錘５２が取付けられ、こ
の棒状体５１の途中にTRIP素子５０が取付けられてい
る。水平方向の加速度を受けて錘５２が水平方向に振動
すると、棒状体５１に生ずる曲げ応力によってこの棒状
体に伸びが発生し、この伸び量の最大値がTRIP素子５０
によって保持される。このTRIP素子５０に保持された伸
びや歪みの量から、錘に作用した水平方向のピーク加速
度が計測される。

【００３４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のTR
IP素子は、TRIP素子のみを着脱自在に測定箇所に取付け
る構成であるから、コイルや電子回路が除去され、製造
費用が軽減されると共に故障も発生しにくくなるという
効果が奏される。

【００３５】本発明の好適な実施例によれば、TRIP素子
に識別コードなどの自動読取りが可能な管理データが記
録されることにより、従来、取付け状態で最大歪み量を
検出する場合には問題とならなかった素子相互間の正確
な弁別が可能になるという利点がある。

【００３６】本発明の読取り装置は、TRIP素子に初期引
張り荷重を装荷する荷重装荷部と、この荷重の装荷状態
でTRIP素子の磁気的特性を検出するコイル及び電子回路
とを備える構成であるから、測定の条件が明確化され、
高精度の読取りが可能になるという効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のTRIP素子の外観を示す斜視
図。

【図２】上記実施例のTRIP素子を測定個所に取付ける様
子を説明する斜視図である。

【図３】測定個所から取り外したTRIP素子が保持してい
る歪みを測定する本発明の一実施例の測定装置の構成を
示す斜視図である。

【図４】TRIP素片に装荷される引張り応力と、伸び（歪
み）量の関係を単純化して示す特性図である。

【図５】本発明のTRIP素子を使用したピーク変位計の構
成を示す部分断面図である。

【図６】本発明のTRIP素子を使用したピーク加速度計の
構成を示す部分断面図である。

【図７】本発明のTRIP素子を使用した振り子式ピーク加
速度計の構成を示す正面図である。

【符号の説明】

10 TRIP素子 11 TRIP素片 12,13 取付け部 12a,13a リベット 14 バーコード表示板 21,22 取付け台座 25 係合板 29 ロードセル 44 コイル 45 バーコード読取り装置 46 引張り荷重装荷装置 48 表示パネル 49 コンピュータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2F063 AA26 EA20 EC01 EC05 EC30 GA01 MA04 ZA01

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】塑性変形に伴って磁気的特性を変化させる
   TRIP素片と、 このTRIP素片の両側に形成されると共にこのTRIP素片よ
   りも大きな断面形状を有する取付け部とから成ることを
   特徴とするTRIP素子。
2. 【請求項２】請求項１において、 前記取付け部は、前記TRIP素子の測定箇所への着脱自在
   の取付けを可能とする構造を有することを特徴とするTR
   IP素子。
3. 【請求項３】請求項１と２のそれぞれにおいて、 前記TRIP素片と取付け部とは平板状を呈することを特徴
   とするTRIP素子。
4. 【請求項４】請求項１乃至３のそれぞれにおいて、 前記取付け部は鉤型の端部を有し、この鉤型の端部に取
   付けのための部材の端部が係合されることを特徴とする
   TRIP素子。
5. 【請求項５】請求項１乃至４のそれぞれにおいて、 前記TRIP素子は、初期引張り荷重が装荷された状態で前
   記測定箇所に取付けられることを特徴とするTRIP素子。
6. 【請求項６】請求項５において、 前記初期引張り荷重は、前記TRIP素子が塑性変形を開始
   する近傍の値に設定されたことを特徴とするTRIP素子。
7. 【請求項７】請求項１乃至６のそれぞれにおいて、 装置による磁気的、光学的、電子的に読み取りが可能な
   管理データが記録されたことを特徴とするTRIP素子。
8. 【請求項８】請求項７において、 前記管理データは、装置による磁気的、光学的、電子的
   な書き込みが可能なことを特徴とするTRIP素子。
9. 【請求項９】請求項７と８のそれぞれにおいて、 前記管理データは、当該TRIP素子の識別コードを含むこ
   とを特徴とするTRIP素子。
10. 【請求項10】請求項７乃至９のそれぞれにおいて、 前記管理データは、当該TRIP素子に装荷された初期引張
    り荷重その他の初期データを含むことを特徴とするTRIP
    素子。
11. 【請求項11】請求項１乃至10のそれぞれにおいて、 前記TRIP素片には、ほぼ−２０°乃至ほぼ＋７０°範囲
    の温度変化が反復して所定回数反復して与えられること
    により温度特性の安定化が図られたことを特徴とするTR
    IP素子。
12. 【請求項12】塑性変形に伴って磁気的特性を変化させた
    TRIP素子にその取付け時に装荷した初期引張り荷重にほ
    ぼ等しい引張り荷重を装荷する荷重装荷部と、 前記引張り荷重の装荷状態で前記TRIP素子の磁気的特性
    を検出するコイル及び電子回路とを備えたことを特徴と
    するTRIP素子の歪み読取り装置。
13. 【請求項13】引張り力による塑性変形に伴って磁気的特
    性を変化させるTRIP素子と、このTRIP素子の引張り剛性
    よりも小さな引張り剛性の弾性体とが縦列に連結された
    ことを特徴とするピーク変位計。
14. 【請求項14】引張り力による塑性変形に伴って磁気的特
    性を変化させるTRIP素子と、水平方向に摺動自在に保持
    される所定質量の摺動体とが縦列に連結されたことを特
    徴とするピーク加速度計。
15. 【請求項15】引張り力による塑性変形に伴って磁気的特
    性を変化させるTRIP素子が取付けられた棒状体と、この
    棒状体に吊り下げられた錘体とを備えたことを特徴とす
    る振り子式ピーク加速度計。