JP2006090856A - Drive shaft monitor and its sensor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、圧延設備などに用いられる駆動軸を監視する駆動軸監視装置、及びこの監視装置に用いられるセンサ装置に関する。 The present invention relates to a drive shaft monitoring device that monitors a drive shaft used in rolling equipment and the like, and a sensor device used in the monitoring device.
例えば鉄鋼用圧延設備では、一端側が駆動モータの出力軸側に接続された駆動軸が設けられており、この駆動軸がその他端側に連結された圧延ローラを回転駆動することで鋼材に対する圧延処理が実施されている。このような圧延設備では、上記駆動軸が異常な回転動作をした場合、圧延処理中の鋼材の品質が大きく低下することから、当該駆動軸の回転トルクを常時監視することが要望されている。
一方、原動機や工作機械などの内部に組込まれる駆動軸では、その駆動制御を行うために、磁歪式センサや歪みゲージを用いたトルク検出装置によって当該駆動軸の回転トルクを検出することが提案されている。このような従来トルク検出装置には、例えば下記特許文献1に記載されているように、“ハ”の字状のパターンを有する被検出部としての磁歪材層を当該駆動軸の外周面に設け、上記磁歪式センサにより回転トルクに応じて変化する当該磁歪材層での透磁率の変化を測定してトルクを検知するものがある。また、従来装置には、下記非特許文献1に記載されているように、上記歪みゲージを含んだ検出部をフランジ状に形成して、このフランジ状検出部を駆動軸の途中部分に組込むことで回転トルクを検知するものがある。そこで、このような従来装置を圧延設備の駆動軸に使用することが考えられる。
For example, in a rolling mill for steel, a drive shaft whose one end side is connected to the output shaft side of a drive motor is provided, and this drive shaft rotates a rolling roller connected to the other end side, thereby rolling the steel material. Has been implemented. In such a rolling facility, when the drive shaft rotates abnormally, the quality of the steel material during the rolling process is greatly deteriorated. Therefore, it is desired to constantly monitor the rotational torque of the drive shaft.
On the other hand, for drive shafts incorporated in prime movers, machine tools, etc., in order to control the drive, it has been proposed to detect the rotational torque of the drive shaft using a torque detector using a magnetostrictive sensor or strain gauge. ing. In such a conventional torque detection device, as described in
ところで、上記のような磁歪式センサを用いた従来装置では、駆動軸の外周面全周を囲むように、当該駆動軸の外周外方に円環状の励磁コイルを設け、さらにはこの励磁コイルの外周外方に円環状の検出コイルを配置していた。そして、励磁コイルが上記被検出部を励磁し、検出コイルがトルク変化に伴って変化する被検出部での透磁率を検出することで駆動軸の回転トルクを検知していた。
ところが、圧延設備では、2本の上記駆動軸が上下に近接配置された状態で回転駆動されており、さらにこれらの各駆動軸では、その直径が小さいものでも80cm程度と上記従来装置での原動機などに組込まれる駆動軸に比べて一桁以上サイズが大きいものであることから、上記のように励磁コイル及び検出コイルを二段重ねて駆動軸の外周外方に配置することは非常に困難であった。しかも、このような大型の駆動軸では、その交換作業等を実施する際に例えばワイヤを当該駆動軸の外周面に巻回して駆動軸を吊り上げる必要があり、当該駆動軸よりも大きい直径の二重のコイルを巻回した場合には、駆動軸の端部に連結された上記駆動モータ等を移動させる必要などが発生することから、この従来装置を適用することは実際上不可能であった。
By the way, in the conventional apparatus using the magnetostrictive sensor as described above, an annular excitation coil is provided outside the outer periphery of the drive shaft so as to surround the entire outer periphery of the drive shaft. An annular detection coil is arranged outside the outer periphery. And the excitation coil excited the said to-be-detected part, and the rotation torque of the drive shaft was detected by detecting the magnetic permeability in the to-be-detected part which a detection coil changes with a torque change.
However, in the rolling equipment, the two drive shafts are rotationally driven in a state where they are arranged close to each other, and each of these drive shafts has a small diameter of about 80 cm, which is the prime mover in the conventional apparatus. It is very difficult to place the excitation coil and the detection coil on the outside of the outer periphery of the drive shaft in two stages as described above. there were. Moreover, in such a large drive shaft, it is necessary to suspend the drive shaft by, for example, winding a wire around the outer peripheral surface of the drive shaft when performing the replacement operation or the like. When a heavy coil is wound, it may be necessary to move the drive motor connected to the end of the drive shaft. Therefore, it is practically impossible to apply this conventional apparatus. .
また、歪みゲージを用いた従来装置では、そのゲージを含んだ検出部を駆動軸内に組込んで回転トルクに応じて生じる歪みを当該検出部にて検出することでトルク検知を行っていた。
ところが、圧延設備の駆動軸では、原動機などの駆動軸と異なり、正常な動作時でも数十(トン・メータ)の回転トルクが働くものであり、ミス圧延などの過負荷(異常)動作時には、百(トン・メータ)を超えるトルクが作用する。このため、このような高トルクに対しては、上記検出部は強度的に対応できず、それゆえ、この従来装置を適用することはできなかった。
以上のように、圧延設備などで使用される駆動軸では、大型で、しかも非常な高トルクで動力を伝達しているので、トルクセンサなどを常設することが難しく、このため、センサによる高精度な回転トルク検知及びこの検知結果を用いた駆動軸の常時監視を実施できなかった。
Further, in a conventional apparatus using a strain gauge, torque detection is performed by incorporating a detection unit including the gauge into the drive shaft and detecting distortion generated according to the rotational torque by the detection unit.
However, the drive shaft of rolling equipment is different from the drive shaft of a prime mover or the like, and a rotating torque of several tens (ton meter) works even during normal operation. During overload (abnormal) operation such as mis-rolling, Torque exceeding one hundred (ton meter) is applied. For this reason, the detection unit cannot cope with such a high torque in strength, and therefore, this conventional apparatus cannot be applied.
As described above, the drive shaft used in rolling equipment is large and transmits power with extremely high torque, so it is difficult to permanently install a torque sensor, etc. Rotational torque detection and monitoring of the drive shaft using this detection result could not be carried out.
従って、本発明は、圧延設備などに用いられる駆動軸においても、その動作時での回転トルクを精度よくかつ常時検知して、駆動軸を監視することができる新たな技術的手段を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention provides a new technical means capable of accurately and constantly detecting rotational torque during operation even in a drive shaft used in rolling equipment or the like and monitoring the drive shaft. With the goal.
本発明は、駆動軸を監視する駆動軸監視装置であって、
前記駆動軸に設置されるフランジに設けられ、かつその駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部と、前記被検出部に対向配置されてその被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、前記被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ前記被検出部と前記励磁部とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部とを備えていることを特徴とするものである。
The present invention is a drive shaft monitoring device for monitoring a drive shaft,
A detected portion that is provided on a flange installed on the drive shaft and is distorted in synchronization with the rotational torque of the drive shaft, and a magnetoresistive change, and a detected portion that is disposed opposite to the detected portion. A magnetic circuit on a part of the outer peripheral surface of the drive shaft together with the detected part and the excitation part. It comprises, and is provided with the detection part which detects the magnetic flux which flows through the said magnetic circuit.
また、本発明のセンサ装置は、駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部を当該駆動軸に設置されるフランジに設けた駆動軸監視装置のセンサ装置であって、
前記被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、前記被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ前記被検出部と前記励磁部とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部とを備えていることを特徴とするものである。
Further, the sensor device of the present invention is a sensor device of a drive shaft monitoring device in which a detected portion whose magnetic resistance changes by being distorted in synchronization with the rotational torque of the drive shaft is provided on a flange installed on the drive shaft. There,
A part on the outer peripheral surface of the drive shaft having an exciting part having an exciting surface for exciting the detected part and a detecting surface arranged opposite to the detected part, together with the detected part and the exciting part And a detection unit configured to detect a magnetic flux flowing through the magnetic circuit.
上記のように構成された駆動軸監視装置及びセンサ装置においては、駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部が当該駆動軸に設置されるフランジに設けられている。また、励磁部がその励磁面によって上記被検出部を励磁するとともに、検出部は被検出部及び励磁部とともに磁気回路を構成して、その検出面にて当該磁気回路を流れる磁束を検出する。これにより、上記被検出部の磁気抵抗が回転トルクに同調して変化すると、上記磁気回路の磁気抵抗もそのトルク変化に対応して変化し、その磁気回路を流れる磁束もまた回転トルク変化に応じて変動する。この結果、検出面を通る磁束が変動し、検出部が、その変動する磁束を検出することで駆動軸の回転トルクを検知することができる。また、磁気回路は駆動軸の外周面上の一部分に構成されるので、上記磁歪式センサを用いた従来例と異なり、励磁コイルや検出コイルを駆動軸の外周面全周を囲むよう配置する必要がない。さらに、検出部及びこれを含んだセンサ装置が被検出部と独立して設けられているので、歪みゲージを用いた従来例と異なり、回転トルクが非常な高トルクな場合でも、検出部は上記磁束変動を検出することができ、トルク検知を行うことができる。しかも、被検出部をフランジに設けているので、既設の駆動軸に対しても被検出部を簡単に取り付けることができるとともに、監視対象の駆動軸を変更する場合でも容易に対処することが可能となる。 In the drive shaft monitoring device and the sensor device configured as described above, a detected portion whose magnetic resistance changes by being distorted in synchronization with the rotational torque of the drive shaft is provided on a flange installed on the drive shaft. ing. In addition, the excitation unit excites the detected part by the excitation surface, and the detection unit forms a magnetic circuit together with the detected part and the excitation unit, and detects the magnetic flux flowing through the magnetic circuit on the detection surface. As a result, when the magnetic resistance of the detected portion changes in synchronization with the rotational torque, the magnetic resistance of the magnetic circuit also changes in response to the torque change, and the magnetic flux flowing through the magnetic circuit also responds to the rotational torque change. Fluctuate. As a result, the magnetic flux passing through the detection surface varies, and the detection unit can detect the rotating magnetic flux by detecting the varying magnetic flux. Also, since the magnetic circuit is configured on a part of the outer peripheral surface of the drive shaft, unlike the conventional example using the magnetostrictive sensor, it is necessary to arrange the excitation coil and the detection coil so as to surround the entire outer periphery of the drive shaft. There is no. Furthermore, since the detection unit and the sensor device including the detection unit are provided independently of the detected unit, the detection unit is different from the conventional example using the strain gauge even when the rotational torque is very high torque. Magnetic flux fluctuations can be detected, and torque can be detected. Moreover, since the detected part is provided on the flange, the detected part can be easily attached to the existing drive shaft, and even when the monitored drive shaft is changed, it is possible to easily cope with it. It becomes.
また、本発明の駆動軸監視装置は、駆動軸を監視する駆動軸監視装置であって、
前記駆動軸に設けられるとともに、かつその駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部と、前記被検出部に対向配置されてその被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、前記被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ前記被検出部と前記励磁部とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部とを備え、
前記被検出部は、磁化容易軸の磁化容易方向が所定方向に揃えられた磁気抵抗変化部材と、前記磁気抵抗変化部材に対し、前記駆動軸の回転トルクに同調して変化する圧縮荷重を与えることにより、当該磁気抵抗変化部材の磁化容易方向を変化させる圧縮荷重付与部材とを具備していることを特徴とするものである。
The drive shaft monitoring device of the present invention is a drive shaft monitoring device that monitors the drive shaft,
Provided on the drive shaft and distorted in synchronism with the rotational torque of the drive shaft, the detected portion whose magnetic resistance changes, and the excitation that is disposed opposite to the detected portion and excites the detected portion An excitation unit having a surface, a detection surface disposed opposite to the detected portion, and a magnetic circuit formed on a part of the outer peripheral surface of the drive shaft together with the detected portion and the excitation portion; A detection unit for detecting a magnetic flux flowing through the magnetic circuit,
The detected part applies a compressive load that changes in synchronization with the rotational torque of the drive shaft to the magnetoresistive change member in which the easy magnetization direction of the easy magnetization axis is aligned in a predetermined direction. Thus, a compression load applying member that changes the easy magnetization direction of the magnetoresistive change member is provided.
上記のように構成された駆動軸監視装置では、駆動軸に上記被検出部を設置している。また、この被検出部とともに駆動軸の外周面の一部分に磁気回路を構成する上記励磁部及び検出部を当該被検出部に独立して設けて、励磁部の励磁面によって上記被検出部を励磁し、かつ検出部の検出面にて当該磁気回路を流れる磁束を検出する。これにより、上記被検出部の磁気抵抗が回転トルクに同調して変化すると、上記磁気回路の磁気抵抗もそのトルク変化に対応して変化し、その磁気回路を流れる磁束もまた回転トルク変化に応じて変動する。この結果、検出面を通る磁束が変動し、検出部が、その変動する磁束を検出することで駆動軸の回転トルクを検知することができる。従って、回転トルクが非常な高トルクの場合でも、励磁コイルや検出コイルを駆動軸の外周面全周を囲むよう配置することなく、当該トルクを検知することができる。また、被検出部において、上記磁気抵抗変化部材の磁化容易方向が所定方向に揃えられているので、上記圧縮荷重付与部材からの圧縮荷重に応じた磁気抵抗の変化を最大限にすることができ、上記検出面を通る磁束の変化を大きくすることが可能となって回転トルクの検知精度をより高精度に行うことができる。 In the drive shaft monitoring apparatus configured as described above, the detected portion is installed on the drive shaft. In addition, the excitation unit and the detection unit constituting the magnetic circuit are provided independently on the detection unit together with the detection unit, and the detection unit is excited by the excitation surface of the excitation unit. And the magnetic flux which flows through the said magnetic circuit is detected in the detection surface of a detection part. As a result, when the magnetic resistance of the detected portion changes in synchronization with the rotational torque, the magnetic resistance of the magnetic circuit also changes in response to the torque change, and the magnetic flux flowing through the magnetic circuit also responds to the rotational torque change. Fluctuate. As a result, the magnetic flux passing through the detection surface varies, and the detection unit can detect the rotating magnetic flux by detecting the varying magnetic flux. Therefore, even when the rotational torque is extremely high, the torque can be detected without arranging the excitation coil and the detection coil so as to surround the entire outer peripheral surface of the drive shaft. Further, since the easy direction of magnetization of the magnetoresistive change member is aligned in a predetermined direction in the detected part, the change of the magnetic resistance according to the compressive load from the compressive load applying member can be maximized. The change in magnetic flux passing through the detection surface can be increased, and the rotational torque can be detected with higher accuracy.
また、上記駆動軸監視装置では、前記被検出部において、第1及び第2の前記磁気抵抗変化部材が、前記駆動軸の周方向で前記圧縮荷重付与部材を挟むように配置されるとともに、
前記検出部には、前記励磁部と前記第1の磁気抵抗変化部材とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に第1の磁気回路を構成して、当該第1の磁気回路を流れる磁束を検出する第1の検出部と、前記励磁部と前記第2の磁気抵抗変化部材とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に第2の磁気回路を構成して、当該第2の磁気回路を流れる磁束を検出する第2の検出部とが設けられていることが好ましい。
この場合、上記圧縮荷重付与部材は駆動軸の回転時に一方の磁気抵抗変化部材のみに、その回転トルクに応じた圧縮荷重を付与することとなり、上記第1及び第2の各磁気回路を流れる磁束の差を最大値にすることができ、回転トルクを高精度に検知することができる。また、第1及び第2の検出部における検出結果の差動処理を行うことにより、周囲温度の影響を相殺することができ、周囲温度の影響による回転トルクの検知精度の低下を防ぐことができる。さらには、一方の検出結果が他方の検出結果よりも必ず大きいものとなることから、その大小結果によって駆動軸の回転方向も検知可能となる。
In the drive shaft monitoring device, in the detected portion, the first and second magnetoresistance change members are arranged so as to sandwich the compression load applying member in the circumferential direction of the drive shaft,
The detection unit includes the excitation unit and the first magnetoresistive member to form a first magnetic circuit on a part of the outer peripheral surface of the drive shaft, and detects a magnetic flux flowing through the first magnetic circuit. A magnetic flux that flows through the second magnetic circuit by forming a second magnetic circuit on a part of the outer peripheral surface of the drive shaft together with the first detecting unit, the exciting unit, and the second magnetoresistance change member It is preferable that a second detection unit for detecting the above is provided.
In this case, the compressive load applying member applies a compressive load corresponding to the rotational torque only to one of the magnetoresistance change members when the drive shaft rotates, and the magnetic flux flowing through the first and second magnetic circuits. Difference can be maximized, and rotational torque can be detected with high accuracy. Also, by performing differential processing of the detection results in the first and second detection units, the influence of the ambient temperature can be offset, and a decrease in rotational torque detection accuracy due to the influence of the ambient temperature can be prevented. . Furthermore, since one detection result is necessarily larger than the other detection result, the rotational direction of the drive shaft can also be detected based on the magnitude result.
また、上記駆動軸監視装置において、前記励磁部及び前記検出部には、当該励磁部及び検出部を磁気的に結合する磁性部材が用いられていることが好ましい。
この場合、上記磁性部材の内部に、励磁部及び検出部の各部における磁気回路が形成されることとなり、上記の各部において磁気回路を構成するための部材が磁性部材によって共用されることから、監視装置の部品点数を削減することができるとともに、励磁部及び検出部、ひいては監視装置の構成を簡単化することができる。
In the drive shaft monitoring apparatus, it is preferable that a magnetic member that magnetically couples the excitation unit and the detection unit is used for the excitation unit and the detection unit.
In this case, a magnetic circuit in each part of the excitation part and the detection part is formed inside the magnetic member, and the members for configuring the magnetic circuit in each part are shared by the magnetic member. The number of parts of the device can be reduced, and the configuration of the excitation unit and the detection unit, and thus the monitoring device can be simplified.
本発明によれば、励磁コイルや検出コイルを駆動軸の外周面全周を囲むよう配置することなく、しかも検出部を含んだセンサ装置を駆動軸及びこれに設けられた被検出部と別個に構成して駆動軸の外周面上の一部分に形成される磁気回路を流れる磁束を検出することにて当該駆動軸の回転トルクを検知しているので、圧延設備などのトルクセンサを常設し難い大型で、非常な高トルクの駆動軸においても、その動作時での回転トルクを精度よくかつ常時検知することができ、当該駆動軸を常に監視することができる。 According to the present invention, an excitation coil and a detection coil are not disposed so as to surround the entire outer peripheral surface of the drive shaft, and the sensor device including the detection unit is separated from the drive shaft and the detected portion provided on the drive shaft. Since the rotational torque of the drive shaft is detected by detecting the magnetic flux flowing through the magnetic circuit formed on a part of the outer peripheral surface of the drive shaft, it is difficult to permanently install a torque sensor such as a rolling facility. Thus, even with a very high torque drive shaft, the rotational torque during the operation can be detected accurately and constantly, and the drive shaft can always be monitored.
以下、本発明の駆動軸監視装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、圧延設備の駆動軸に適用した場合を例示して説明する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a drive shaft monitoring device of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in the following description, the case where it applies to the drive shaft of rolling equipment is illustrated and demonstrated.
図1及び図2は、それぞれ本発明の一実施形態に係る駆動軸監視装置の要部を示す平面図及び側面図である。図において、上記圧延設備の駆動軸50では、圧延処理での衝撃を許容するなどのために、十字軸継手53を介在させて複数の軸部が連結されている。すなわち、駆動軸50は、駆動モータ側に接続される駆動軸部51と、圧延ローラ側に接続される従動軸部52と、これらの駆動軸部51と従動軸部52とを連結する上記十字軸継手53とを備えており、従動軸部52が駆動軸部51に対し上下動するのを十字軸継手53にて許容するようになっている。また、十字軸継手53には、その十字軸の4つの各軸に装着されたベアリングカップ53aが設けられており、相異なる直線上の2つのベアリングカップ53aに対応する各軸部がボルトにて固定されることにより、駆動軸50は十字軸継手53をその内部に組込んだ状態でR方向(図1)に回転することによって駆動モータの回転力を圧延ローラ側に伝達する。また、圧延設備では、2本の駆動軸50が上下方向で互いに平行に配置されており、各駆動軸50に連結された2つの上記ローラ間にスラブ等を通すことで圧延処理を鋼材に施すよう構成されている。そして、駆動軸50では、例えば駆動軸部51に設けられた本発明の駆動軸監視装置により、当該駆動軸50の動作状態が監視されるようになっている。
1 and 2 are a plan view and a side view, respectively, showing a main part of a drive shaft monitoring apparatus according to an embodiment of the present invention. In the drawing, the
上記駆動軸監視装置は、駆動軸部51に設置された被検出部としての中間フランジ1と、この中間フランジ1に対向するよう配置されたセンサ装置としてのセンサ部2と、ケーブル4を介してセンサ部2に接続されるとともに設置面上に配置されたデータ処理装置3とを備えている。
上記中間フランジ1は、駆動軸50の軸方向に分離可能な第1及び第2のフランジ部材11、12を備えたものであり、上記駆動モータ側及び十字軸継手53側にそれぞれ分割された駆動軸部51の第1及び第2の軸端部51a及び51bの間に連結されて、軸端部51aから軸端部51bにモータ回転力を伝達するように構成されている。つまり、中間フランジ1では、その一端部側は駆動軸50の周方向に等配された例えば二つの連結キー54aにて上記軸端部51aの先端部分に形成されたフランジ部51a1に接続されている。同様に、中間フランジ1の他端部側は周方向に等配された例えば二つの連結キー54bにて上記軸端部51bの先端部分に形成されたフランジ部51b1に接続されており、当該中間フランジ1は駆動軸部51内に組込まれて従動軸部52に回転力を伝えるようになっている。
The drive shaft monitoring device includes an
The
また、上記中間フランジ1では、第1及び第2のフランジ部材11、12は駆動軸50の周方向に等配に設けられた例えば八個のキー部材13によって互いに連結されており、上記回転力はキー部材13を介してフランジ部材11からフランジ部材12に伝達されるようになっている。
また、各キー部材13は、駆動軸50が回転したときにその回転トルクに同調して変化する圧縮荷重を後述の磁気抵抗変化部材に与える圧縮荷重付与部材としても機能するように構成されている。
In the
Each
図3を参照して、上記第1及び第2のフランジ部材11、12は、それぞれ円柱状基部11a、12aを有しており、これら基部11a、12aの突き合わせ部に上記キー部材13用の取付穴が形成されるように、当該基部11a、12aは構成されている。つまり、基部11aの図3(a)の右端面と基部12aの同図(a)の左端面とは凸凹状に形成されており、これらの基部11a、12aが突き合わせられたときに駆動軸50の外周面側に開口した上記取付穴が同軸周方向に45度間隔で当該基部11a、12aを跨るように形成される。そして、ブロック状の上記各キー部材13が取付穴内に配置され、各キー部材13は基部11a、12aの少なくとも一方側に駆動軸50の軸方向に設けられたボルト(図示せず)によって固定されている。
Referring to FIG. 3, the first and
詳細には、上記第1のフランジ部材11では、その基部11aの右端面上に図に右下がりの斜線部にて示す扇状の八枚の磁性プレート11bが駆動軸50の周方向に等配に設置されている。また、この基部11aの右端面側には、キー部材13の左側端部が嵌め込まれる凹部11cと、各凹部11cを挟むように設けられた矩形状平面11dとが形成されている。
また、上記第2のフランジ部材12では、その基部12aの左端面上に設置された図に直線部にて示す矩形状の八枚の磁性プレート12bが駆動軸50の周方向に等配に設置されている。また、このフランジ部材12は、各磁性プレート12bを挟むよう基部左端面上に取り付けられた十六枚の磁気抵抗変化部材12c(図に右上がりの斜線部にて図示)を有している。そして、このフランジ部材12では、磁性プレート12bとこれを挟む二つの磁気抵抗変化部材12cとにより、キー部材13の右側部分が嵌め込まれる凹部が形成され、さらには、この凹部がフランジ部材11の凹部11cとで上記取付穴を形成するようになっている。
Specifically, in the
Further, in the
また、第2のフランジ部材12には、二枚の磁気抵抗変化部材12cの間に上記磁性プレート11bと係合する扇状の凹部12dが形成されており、第2のフランジ部材12がキー部材13によって第1のフランジ部材11に連結されたときに、この凹部12d内に磁性プレート11bが配置されている。さらに、これらのフランジ部材11、12が連結されているときには、磁気抵抗変化部材12cはその端面が上記矩形状平面11dに当接し、かつこの変化部材12cの上記周方向の一方側及び他方側が磁性プレート11b及びキー部材13にそれぞれ接触するようになっている。すなわち、中間フランジ1では、図3(a)に示したように、二枚の磁気抵抗変化部材12cがキー部材13及び磁性プレート12bを周方向で挟むとともに、磁性プレート11bをも同周方向で挟むように構成されている。
The
また、中間フランジ1では、磁気抵抗変化部材12cが、例えば正の磁歪定数を有する鋼材(例えば、SNCM)によって構成されており、この変化部材12cの磁区では、磁化容易軸の磁化容易方向が例えば上記周方向に揃えられている。磁気抵抗変化部材12cでは、キー部材13から回転トルクに同調した圧縮荷重が付与されることにより、その磁化容易方向が回転トルクに同調して方向変化を生じる。これにより、磁気抵抗変化部材12では、その磁気抵抗が変化して、センサ部2が当該磁気抵抗変化を検出することでデータ処理装置3がその回転トルクを検知する(詳細は後述。)。
また、上記磁性プレート11b、12bは、一般構造用圧延鋼材(SS材)等の軟磁性材を用いたものであり、磁気抵抗変化部材12cに磁気的に結合可能に構成されている。そして、これら磁性プレート11b、12bは、磁気抵抗変化部材12cとともに、上記被検出部側に適宜形成される磁気回路を構成するようになっている。但し、これらの磁性プレート11b、12bでは、磁気抵抗変化部材12cと異なり、駆動軸50に回転トルクが発生してもキー部材13から圧縮荷重を受けない。
また、基部11a、12a及びキー部材13は、SUS304等の非磁性構造材により構成されており、上記磁気回路を流れる磁束に影響を及ぼさないように構成されている。
In the
The
The
上記センサ部2は、下端部側が設置面上に置かれた支持部材5(図2)により、駆動軸50の外周外方に立設されている。また、このセンサ部2は、図4に示すように、一端側が開口した有底状の筐体2aと、この筐体2aの一端開口部側に設けられ、中間フランジ1の外周面上を転動する車輪2bとを具備している。
上記筐体2aの内部には、上記ケーブル4が接続されるとともに、電源回路などを収納した二つの電源ユニット6と、一方のユニット6に図示を省略した配線にて接続された励磁コイル21、検出コイル31、32が巻かれた磁性部材7と、他方のユニット6に図示を省略した配線にて接続された励磁コイル22、検出コイル33、34が巻かれた磁性部材8とが収納されている。
The
Inside the
また、上記筐体2aの内部では、図5に二点鎖線にて示す第1及び第2の磁気回路M1、M2が、中間フランジ(被検出部)1と磁性部材7とを用いて、駆動軸50の外周面上の一部分に形成されている。つまり、この筐体2aの内部には、上記被検出部を励磁する第1の励磁部と、被検出部及び第1の励磁部とともに上記磁気回路M1を構成するとともに、この磁気回路M1内を流れる磁束を検出する第1の検出部と、被検出部及び第1の励磁部とともに上記磁気回路M2を構成するとともに、この磁気回路M2内を流れる磁束を検出する第2の検出部とが収納されている。
また、この筐体2aの内部では、同図に二点鎖線にて示す第3及び第4の磁気回路M3、M4が、中間フランジ1と磁性部材8とを用いて、駆動軸50の外周面上の一部分に形成されている。つまり、この筐体2aの内部には、被検出部を励磁する第2の励磁部と、被検出部及び第2の励磁部とともに上記磁気回路M3を構成するとともに、この磁気回路M3内を流れる磁束を検出する第3の検出部と、被検出部及び第2の励磁部とともに上記磁気回路M4を構成するとともに、この磁気回路M4内を流れる磁束を検出する第4の検出部とが収納されている。
また、この筐体2aは、SS材等の磁性材料により構成されており、駆動軸50のR方向への回転動作に応じて中間フランジ1の外周面上での位置が移動する上記の各磁気回路M1〜M4に地磁気などの外部磁界の影響が極力生じないようになっている。
Further, in the
In addition, in the
The
詳細には、上記磁性部材7は、例えば軟磁性材により構成されており、上記筐体2aの内部で鉛直方向に配置された基部7aを有し、この基部7aが図示を省略した非磁性材製の固定部材によって筐体2aに固定されることで磁性部材7全体が当該筐体2a内に取り付けられている。
また、磁性部材7には、図6も参照して、上記基部7aの中央部、上側端部、及び下側端部から駆動軸50の軸方向Aと平行になるようにそれぞれ分岐された水平部7b、7c、7dと、水平部7c、7dから上記軸方向Aに対して所定角度で、かつ互いに離反するように斜めに延ばされた延設部7e、7fとが設けられている。また、水平部7bと延設部7e、7fの端部には、中間フランジ1側に突出する突出部7g、7h、7iがそれぞれ設けられている。また、突出部7gの中間フランジ1の外周面に対向配置される面は、上記第1の励磁部に含まれた第1の励磁面7pとして機能するよう構成されている。また、突出部7h、7iの中間フランジ1の外周面に対向配置される面は、上記第1及び第2の検出部に含まれた第1及び第2の検出面7q、7rとしてそれぞれ機能するよう構成されている。そして、磁性部材7では、基部7a、水平部7b、7c、延設部7e、及び突出部7g、7hの内部に第1の励磁部及び第1の検出部の各部における上記磁気回路M1が構成され、基部7a、水平部7b、7d、延設部7f、及び突出部7g、7iの内部に第1の励磁部及び第2の検出部の各部における上記磁気回路M2が構成されている。つまり、磁性部材7は、第1の励磁部及び第1の検出部を磁気的に結合し、かつ第1の励磁部及び第2の検出部を磁気的に結合して、その各部での磁気回路M1、M2の磁束が流れるヨーク部材として働くようになっている。
Specifically, the
In addition, referring to FIG. 6 as well, the
具体的には、上記水平部7bには、図5に示したように、交流電源23に接続された励磁コイル21が巻回されている。また、上記第1の励磁面7pは、中間フランジ1の磁性プレート12b又は磁気抵抗変化部材12cに対向配置されるようになっている。そして、交流電源23から励磁コイル21に交流電流が流されると、その電流に応じた磁束が水平部7bに発生して、第1及び第2の磁気回路M1、M2内を磁束が流れる。このように、第1の励磁面7pは、その対向している磁性プレート12b又は磁気抵抗変化部材12cに交流磁界を与えて中間フランジ(被検出部)1を励磁する。
以上のように、磁性部材7の水平部7b及び突出部7gと、励磁コイル21と、交流電源23とが上記第1の励磁部を構成している。
Specifically, as shown in FIG. 5, the
As described above, the
また、上記水平部7cには、電圧計35に接続された検出コイル31が巻回され、水平部7dには、電圧計36に接続された検出コイル32が巻回されている。また、上記第1及び第2の検出面7q、7rは、中間フランジ1の磁性プレート11b又は磁気抵抗変化部材12cに対向配置されるようになっている。
各電圧計35、36は、対応する水平部7c、7dの内部を流れる磁束、つまり第1、第2の磁気回路M1、M2を流れる磁束(磁束密度)の変化によって誘起された誘起電圧を検出するようになっている。
Further, the
Each
詳細には、上記第1の励磁部が磁性プレート12b又は磁気抵抗変化部材12cを励磁して磁束が第1の磁気回路M1を流れると、その被検出部を通った磁束が第1の検出面7q及び延設部7eを介して水平部7cに流れ込む。そして、検出コイル31では、水平部7c内を流れる磁束変化に応じた電圧が誘起され、その誘起電圧が電圧計35にて検出される。
同様に、上記第1の励磁部が磁性プレート12b又は磁気抵抗変化部材12cを励磁して磁束が第2の磁気回路M2を流れると、その被検出部を通った磁束が第2の検出面7r及び延設部7fを介して水平部7dに流れ込む。そして、検出コイル32では、水平部7dを流れる磁束変化に応じた電圧が誘起され、その誘起電圧が電圧計36にて検出される。
以上のように、磁性部材7の水平部7c、延設部7e、及び突出部7hと、検出コイル31と、電圧計35とが上記第1の検出部を構成し、磁性部材7の水平部7c、延設部7f、及び突出部7iと、検出コイル32と、電圧計36とが上記第2の検出部を構成している。
Specifically, when the first exciting part excites the
Similarly, when the first exciting part excites the
As described above, the
また、磁性部材7では、当該磁性部材7が中間フランジ1の外周面に対向配置されたときに、フラットに構成された第1の励磁面7pと第1及び第2の検出面7q、7rが鉛直方向に平行に、かつ上記外周面に対し同一の離間寸法(ギャップ)にて配置されるように構成されている。そして、この磁性部材7と中間フランジ1においては、同一の磁路長を有する上記磁気回路M1、M2が形成されるようになっている。
また、磁性部材7では、第1の検出面7qはキー部材13に対し駆動軸50の回転方向R側に設けられた磁性プレート12b又は磁気抵抗変化部材12cに対向配置するよう構成され、第2の検出面7rはキー部材13に対し駆動軸50の回転方向Rと反対側に設けられた磁性プレート12b又は磁気抵抗変化部材12cに対向配置するよう構成されている。これにより、回転トルクに応じた圧縮荷重が磁気抵抗変化部材12cに与えられたときに、磁気回路M1のみ、その磁気抵抗が減少するようになっている(詳細は後述。)。
Further, in the
In the
また、磁性部材8は、磁性部材7と同様に、例えば軟磁性材により構成されており、上記筐体2aの内部で鉛直方向に配置された基部8aを有し、この基部8aが図示を省略した非磁性材製の固定部材によって筐体2aに固定されることで磁性部材8全体が当該筐体2a内に取り付けられている。
また、磁性部材8には、図5に示すように、上記基部8aの中央部、上側端部、及び下側端部から駆動軸50の軸方向Aと平行になるようにそれぞれ分岐された水平部8b、8c、8dと、水平部8c、8dから上記軸方向Aに対して所定角度で、かつ互いに離反するように斜めに延ばされた延設部8e、8fとが設けられている。また、水平部8bと延設部8e、8fの端部には、中間フランジ1側に突出する突出部8g、8h、8iがそれぞれ設けられている。また、突出部8gの中間フランジ1の外周面に対向配置される面は、上記第2の励磁部に含まれた第2の励磁面8pとして機能するよう構成されている。また、突出部8h、8iの中間フランジ1の外周面に対向配置される面は、上記第3及び第4の検出部に含まれた第3及び第4の検出面8q、8rとしてそれぞれ機能するよう構成されている。そして、磁性部材8では、基部8a、水平部8b、8c、延設部8e、及び突出部8g、8hの内部に第2の励磁部及び第3の検出部の各部における上記磁気回路M3が構成され、基部8a、水平部8b、8d、延設部8f、及び突出部8g、8iの内部に第2の励磁部及び第4の検出部の各部における上記磁気回路M4が構成されている。つまり、磁性部材8は、第2の励磁部及び第3の検出部を磁気的に結合し、かつ第2の励磁部及び第4の検出部を磁気的に結合して、その各部での磁気回路M3、M4の磁束が流れるヨーク部材として働くようになっている。
Similarly to the
Further, as shown in FIG. 5, the
具体的には、上記水平部8bには、図5に示したように、交流電源24に接続された励磁コイル22が巻回されている。また、上記第2の励磁面8pは、中間フランジ1の磁性プレート11b又は磁気抵抗変化部材12cに対向配置されるようになっている。そして、交流電源24から励磁コイル22に交流電流が流されると、その電流に応じた磁束が水平部8bに発生して、第3及び第4の磁気回路M3、M4内を磁束が流れる。このように、第2の励磁面8pは、その対向している磁性プレート11b又は磁気抵抗変化部材12cに交流磁界を与えて中間フランジ(被検出部)1を励磁する。
以上のように、磁性部材8の水平部8b及び突出部8gと、励磁コイル22と、交流電源24とが上記第2の励磁部を構成している。
Specifically, as shown in FIG. 5, an
As described above, the
また、上記水平部8cには、電圧計37に接続された検出コイル33が巻回され、水平部8dには、電圧計38に接続された検出コイル34が巻回されている。また、上記第3及び第4の検出面8q、8rは、中間フランジ1の磁性プレート12b又は磁気抵抗変化部材12cに対向配置されるようになっている。
各電圧計37、38は、対応する水平部8c、8dの内部を流れる磁束、つまり第3、第4の磁気回路M3、M4を流れる磁束(磁束密度)の変化によって誘起された誘起電圧を検出するようになっている。
A
Each
詳細には、上記第2の励磁部が磁性プレート11b又は磁気抵抗変化部材12cを励磁して磁束が第3の磁気回路M3を流れると、その被検出部を通った磁束が第3の検出面8q及び延設部8eを介して水平部8cに流れ込む。そして、検出コイル33では、水平部8c内を流れる磁束変化に応じた電圧が誘起され、その誘起電圧が電圧計37にて検出される。
同様に、上記第2の励磁部が磁性プレート11b又は磁気抵抗変化部材12cを励磁して磁束が第4の磁気回路M4を流れると、その被検出部を通った磁束が第4の検出面8r及び延設部8fを介して水平部8dに流れ込む。そして、検出コイル34では、水平部8dを流れる磁束変化に応じた電圧が誘起され、その誘起電圧が電圧計38にて検出される。
以上のように、磁性部材8の水平部8c、延設部8e、及び突出部8hと、検出コイル33と、電圧計37とが上記第3の検出部を構成し、磁性部材7の水平部8c、延設部8f、及び突出部8iと、検出コイル34と、電圧計38とが上記第4の検出部を構成している。
Specifically, when the second excitation unit excites the
Similarly, when the second exciting part excites the
As described above, the
また、磁性部材8では、当該磁性部材8が中間フランジ1の外周面に対向配置されたときに、フラットに構成された第2の励磁面8pと第3及び第4の検出面8q、8rが鉛直方向に平行に、かつ上記外周面に対し同一の離間寸法(ギャップ)にて配置されるように構成されている。そして、この磁性部材8と中間フランジ1においては、同一の磁路長を有する上記磁気回路M3、M4が形成されるようになっている。また、これら磁気回路M3、M4での磁路長は、上記磁気回路M1、M2のものと同一長さに構成されている。
また、磁性部材8では、第3の検出面8qはキー部材13に対し駆動軸50の回転方向R側に設けられた磁性プレート11b又は磁気抵抗変化部材12cに対向配置するよう構成され、第4の検出面8rはキー部材13に対し駆動軸50の回転方向Rと反対側に設けられた磁性プレート11b又は磁気抵抗変化部材12cに対向配置するよう構成されている。これにより、回転トルクに応じた圧縮荷重が磁気抵抗変化部材12cに与えられたときに、磁気回路M3のみ、その磁気抵抗が減少するようになっている(詳細は後述。)。
Further, in the
Further, in the
さらに、この磁性部材8は、図5に示したように、磁性部材7に対して180度回転させた状態で筺体2a内に取り付けられており、しかも上記第1の励磁面7pが磁性プレート12b及び磁気抵抗変化部材12cに対向せずに、フランジ部材12での二つの磁気抵抗変化部材12c間の部分に対向しているときに、第2の励磁面8pは磁性プレート11b又は磁気抵抗変化部材12cに必ず対向するようになっている。これにより、センサ部2では、上記第1及び第2の検出部と第3及び第4の検出部との一方の検出部が磁束を検出できないときに、他方の検出部が磁束を検出して回転トルクを常時検知できるよう構成されている。
Further, as shown in FIG. 5, the
図2に戻って、上記データ処理装置3は、例えばパネルコンピュータにより構成されたものであり、CPU等により構成された検知部3a及び制御部3bと、不揮発性メモリを用いて構成されるとともに、検知部3a及び制御部3bで使用されるプログラム等のデータや検知部3aの検知結果等の情報を記憶する記憶部3cとを備えている。
上記検知部3aには、検出コイル31〜34(図5)からの各電圧信号が入力されており、その各電圧値(誘起電圧値)を求める対応する上記電圧計35〜38(図5)が例えばソフトウェアにより機能的に設けられている。そして、検知部3aは、検出した誘起電圧値に基づいて、駆動軸50の回転トルクを検知する。具体的には、検知部3aは上記電圧計35、36の検出電圧値の差動処理または電圧計37、38の検出電圧値の差動処理を行い、駆動軸50の回転トルクを検知するように構成されている。
Returning to FIG. 2, the
Each voltage signal from the detection coils 31 to 34 (FIG. 5) is input to the detection unit 3a, and the corresponding
詳細には、検知部3aは、電圧計35の検出結果である第1の磁気回路M1を流れる磁束によって生じた誘起電圧値と、電圧計36の検出結果である第2の磁気回路M2を流れる磁束によって生じた誘起電圧値との差を求める。そして、検知部3aは、その差動処理後のデータ値を基に記憶部3c内に予め格納されているテーブルなどを参照することにより、上記差動処理後のデータ値と相関関係を有する、圧延処理中の駆動軸50の回転トルク値を取得するようになっている。
同様に、検知部3aは、電圧計37の検出結果である第3の磁気回路M3を流れる磁束によって生じた誘起電圧値と、電圧計38の検出結果である第4の磁気回路M4を流れる磁束によって生じた誘起電圧値との差を求める。そして、検知部3aは、その差動処理後のデータ値を基に記憶部3c内に予め格納されているテーブルなどを参照することにより、上記差動処理後のデータ値と相関関係を有する、圧延処理中の駆動軸50の回転トルク値を取得するようになっている。
Specifically, the detection unit 3 a flows through the induced voltage value generated by the magnetic flux flowing through the first magnetic circuit M <b> 1 that is the detection result of the
Similarly, the detection unit 3a detects the induced voltage value generated by the magnetic flux flowing through the third magnetic circuit M3, which is the detection result of the
上記制御部3bには、検知部3aが検知した回転トルク値に基づいて、駆動軸50の回転動作に異常が生じているか否かについて判別する機能が与えられている。つまり、回転トルク値が予め設定されている許容上限値を越える場合には、制御部3bは、駆動軸50において、上記圧延ローラ間の設定寸法よりも大きい寸法の鋼材が当該ローラ間に流されるミス圧延などの過負荷運転が行われていると判断して、トルクリミッタ等の保護機器に指示信号を出力して上記駆動モータを緊急停止させる。また、回転トルク値が予め設定されている許容下限値よりも小さい場合には、制御部3bは、駆動軸50におけるモータ回転力の伝達経路上の構成部材の部分に、クラックなどが生じて当該モータ回転力が正常に伝達されていない(つまり、駆動軸50にトルク抜けが生じている)と判断して、上記駆動モータを緊急停止させる。
以上のようにデータ処理装置3では、圧延処理中の駆動軸50の回転トルクを基にその回転動作の異常を検知してモータを停止させることから、圧延鋼材品の品質低下を早期に防ぐことができる。
The
As described above, the
また、データ処理装置3では、記憶部3cが回転トルク値を蓄積するようになっており、制御部3bがこの蓄積データを基に駆動軸50の疲労(経年劣化)の程度を判別して、その破損前兆などを判断するようになっている。
また、この処理装置3では、制御部3bは検知部3aが検知した誘起電圧値や回転トルク値あるいはそれらの各波形さらには記憶部3c内に格納されている異常検知の日時などを含む履歴情報等を図示しない表示部に表示させるよう構成されている。
さらに、この処理装置3は、双方向通信が可能な通信回線によって圧延設備から離れた監視室内などに設置されたPC等の情報処理端末に接続可能に構成されており、この端末に駆動軸50の回転トルク値などのデータを転送可能になっている。
Further, in the
Further, in this
Further, the
以下、上記のように構成された本実施形態の駆動軸監視装置の動作について、図1〜図8を参照して説明する。
駆動軸50が無負荷状態でR方向に回転駆動されているとき、つまり上記圧延ローラ間に処理対象の鋼材が流されておらず圧延処理が行われていないときには、各キー部材13(被検出部)では駆動軸50の回転トルクに同調した歪みがほとんど発生していない。従って、各キー部材13と上記R方向(駆動軸50の回転方向)で接する磁気抵抗変化部材12c(被検出部)には、当該キー部材13から圧縮荷重がほとんど与えられない。このため、磁気抵抗変化部材12cでは、上記圧縮荷重による歪み(弾性変形)が殆ど生じておらず、その磁化容易軸の磁化容易方向Meは、図7(a)に示すように、予め揃えられた駆動軸の周方向Cと平行な方向で維持されて、磁化容易軸に方向変化が生じていない。それ故、磁気抵抗変化部材12cでは、磁気抵抗が変化しておらず、上記磁気回路M1とM2、M3とM4でそれぞれ磁気抵抗が同じ値となる。この結果、磁性部材7側では、その励磁コイル21からの交流磁界による磁束が磁気回路M1、M2に均等に分けられて、電圧計35、36にて検出される誘起電圧値も同じ値を示す。また、これらの各誘起電圧値の波形も交流電源23の周波数に応じて正弦波的に変化する同一波形となる。同様に、磁性部材8側では、その励磁コイル22からの交流磁界による磁束が磁気回路M3、M4に均等に分けられて、電圧計37、38にて検出される誘起電圧値も同じ値を示す。また、これらの各誘起電圧値の波形も交流電源24の周波数に応じて正弦波的に変化する同一波形となる。この結果、検知部3aは、圧延処理が実施されていないときでの所定の回転トルク値を記憶部3cから読み出して、作業者に通知する。
Hereinafter, the operation of the drive shaft monitoring apparatus of the present embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS.
When the
続いて、上記圧延ローラ間に鋼材が供給されて圧延処理が開始されると、各キー部材13にはその圧延処理に伴って大きく増加する駆動軸50の回転(ねじり)トルクによって圧縮応力が作用して、この圧縮応力に応じた歪み(弾性変形)が発生する。そして、各キー部材13での弾性変形が上記R方向で隣接する磁気抵抗変化部材12cに対して圧縮荷重として作用する。これにより、磁気抵抗変化部材12cでは、作用した圧縮荷重に応じて歪みが発生し、当該磁気抵抗変化部材12cの磁化容易軸ではその歪みに応じて方向が変化する。つまり、磁化容易方向Meは周方向Cに対し傾斜するようになり、図7(b)に例示するように、最大90度傾いて、対応する磁気回路を流れる磁束の方向(図7に点線の矢印で図示)に対して平行となるように変化する。このように、磁化容易方向Meが傾くと、磁気抵抗変化部材12cでは、その方向変化に比例して透磁率が大きくなり磁気抵抗が減少する。
Subsequently, when a steel material is supplied between the rolling rollers and the rolling process is started, a compression stress acts on each
また、各キー部材13からの圧縮荷重は、上記R方向で隣接する磁気抵抗変化部材12cだけに付与されることから、磁性部材7側の磁気回路M1、M2のうち、磁気回路M1に含まれた磁気抵抗変化部材12cの磁気抵抗が減少し、磁気回路M2に含まれた磁気抵抗変化部材12cの磁気抵抗は変化しない。このため、磁気回路M2での磁気抵抗は変化せずに、磁気回路M1での磁気抵抗だけが小さくなってその磁気回路M1を流れる磁束が磁気回路M2を流れる磁束よりも多くなる。この結果、電圧計35にて検出される誘起電圧値の波形は、図8(a)に実線の波形61にて示すように、同図(a)に点線にて示す電圧計36での波形62に比べて大きいものとなる。
同様に、磁性部材8側の磁気回路M3、M4のうち、磁気回路M3に含まれた磁気抵抗変化部材12cの磁気抵抗が減少し、磁気回路M4に含まれた磁気抵抗変化部材12cの磁気抵抗は変化しない。このため、磁気回路M4での磁気抵抗は変化せずに、磁気回路M3での磁気抵抗だけが小さくなってその磁気回路M3を流れる磁束が磁気回路M4を流れる磁束よりも多くなる。この結果、電圧計37にて検出される誘起電圧値の波形は、図8(b)に実線の波形63にて示すように、同図(b)に点線にて示す電圧計38での波形64に比べて大きいものとなる。
Further, since the compressive load from each
Similarly, among the magnetic circuits M3 and M4 on the
そして、検知部3aでは、電圧計35の検出電圧値から電圧計36の検出電圧値を引き算する差動処理を行って、図8(a)に“Ta”にて示す差の値を求める。そして、検知部3aは、この求めた値を基に記憶部3cを参照して回転トルク値を取得して、作業者に通知する。
また、駆動軸50の回転動作に応じて、磁性部材7の第1の励磁面7pが磁性プレート12b及び磁気抵抗変化部材12cに対向しなくなると、この磁性部材7側の磁気回路M1、M2は中間フランジ1上で形成されなくなり、電圧計35、36の検出電圧値もほぼ零となる。一方、磁性部材8側では、上記励磁面7pが磁性プレート12b及び磁気抵抗変化部材12cに対向しなくなった時点で、第2の励磁面8pが磁性プレート11b及び磁気抵抗変化部材12cに対向し、中間フランジ1上で磁気回路M3、M4が形成される。そして、検知部3aが、電圧計37の検出電圧値から電圧計38の検出電圧値を引き算する差動処理を実施し、その差の値“Tb”を基に回転トルク値を検知し作業者に通知する。
Then, the detection unit 3a performs a differential process of subtracting the detection voltage value of the
When the
上記のように、検知部3aは、第1及び第2の検出部の差動処理結果と第3及び第4の検出部の差動処理結果とを相補的に用いて回転トルク値を取得しているので、回転トルク値を取得不能な短い時間帯が駆動軸50の監視中に生じるのを防ぐことができ、当該駆動軸50に対するリアルタイムな監視をより確実に行うことが可能となる。
また、上記のように、駆動軸50の回転トルクの増加に伴い、その回転方向側の第1及び第3の検出部の検出結果だけが増加するので、検知部3aが例えば第1及び第2の検出部の検出結果の大小比較を行うことで、駆動軸の回転方向も検知することができる。
As described above, the detection unit 3a acquires the rotational torque value by using the differential processing results of the first and second detection units and the differential processing results of the third and fourth detection units in a complementary manner. Therefore, it is possible to prevent a short time period during which the rotational torque value cannot be obtained during monitoring of the
Further, as described above, as the rotational torque of the
以上のように構成された本実施形態では、磁気抵抗変化部材12cと、この磁気抵抗変化部材12cに対し駆動軸50の回転トルクに同調して変化する圧縮荷重を付与するキー部材(圧縮荷重付与部材)13とを駆動軸部51に設置される中間フランジ(被検出部)1に設けている。そして、この被検出部において、磁気抵抗変化部材12cの磁気抵抗が上記回転トルクに応じて変化するよう構成している。また、磁性部材7、8に巻回した励磁コイル(励磁部)21、22によって上記被検出部を励磁し、さらに磁性部材7、8にそれぞれ検出コイル(検出部)31、32及び33、34を巻回することにより、上記被検出部、励磁部、及び検出部にて構成される磁気回路M1〜M4を駆動軸50の外周面上の一部分に構成している。そして、上記検出部が、各磁気回路M1〜M4を流れる磁束に応じて生じる誘起電圧を検出し、検知部3aが、上記回転トルクに同調して変化する上記誘起電圧を基に当該回転トルクを検知している。このように、励磁コイル21、22や検出コイル31〜34を駆動軸50の外周面全周を囲むよう配置することなく、駆動軸50の回転トルクを検知できるので、上記磁歪式センサを用いた従来例と異なり、圧延設備などに用いられる大型の駆動軸においても、その動作時での回転トルクを精度よくかつ常時検知して駆動軸を監視することができる。また、検出部及びこれを含んだセンサ部(センサ装置)2が中間フランジ1と独立して設けられているので、検出部を含んだセンサ部を駆動軸50の回転トルクの大きさに関わりなく構成することができ、このトルクに応じて検出部等の構造強度を高める必要もない。この結果、歪みゲージを用いた上記従来例と異なり、回転トルクが非常な高トルクな場合でも、検出部は上記磁束変動を検出することができ、トルク検知を行うことができる。しかも、中間フランジ1に被検出部を設けているので、既設の駆動軸に対しても当該被検出部を簡単に取り付けることができ、監視対象の駆動軸を変更する場合でも容易に対処することが可能となる。
In the present embodiment configured as described above, the magnetic
図9は、別の実施形態に係る駆動軸監視装置の要部を示す拡大平面図である。図において、本実施形態と上記実施形態との主な相違点は、交流電源に代えて、直流電源を用いるとともに、検出コイルに代えて、磁気センサを設けた点である。
図9に示すように、本実施形態では、上記磁性部材7側に設けられた励磁コイル21に直流電源25が接続されており、励磁部が所定の直流磁界を中間フランジ(被検出部)1に与えるように構成されている。また、この磁性部材7の水平部7c、7dの上方には、磁気センサ41及び42がそれぞれ設けられている。これらの磁気センサ41、42は、例えばMI(Magnet Impedance)センサにより構成されたものであり、上記第1及び第2の磁気回路M1、M2を流れる磁束を高感度に検出して、その検出信号を検出器45及び46にそれぞれ出力するようになっている。また、これら検出器(電流計)45、46は上記検知部3aに例えばソフトウェアにて機能的に設けられたものであり、当該検知部3aは磁気センサ41、42から出力された検出磁束値(検出ガウス値)に対して差動処理を行い、その差動処理後の値に基づき駆動軸50の回転トルク値を検知する。
FIG. 9 is an enlarged plan view showing a main part of a drive shaft monitoring apparatus according to another embodiment. In the figure, the main difference between this embodiment and the above embodiment is that a DC power source is used instead of the AC power source, and a magnetic sensor is provided instead of the detection coil.
As shown in FIG. 9, in this embodiment, a
同様に、上記磁性部材8側の励磁コイル22には直流電源25が接続されており、励磁部が所定の直流磁界を中間フランジ(被検出部)1に与えるように構成されている。また、この磁性部材8の水平部8c、8dの上方には、例えばMIセンサによって構成された磁気センサ43及び44がそれぞれ設けられており、上記第3及び第4の磁気回路M3、M4を流れる磁束を高感度に検出して、その検出信号を検出器47及び48にそれぞれ出力するようになっている。また、これら検出器(電流計)47、48は上記検知部3aに例えばソフトウェアにて機能的に設けられたものであり、当該検知部3aは磁気センサ43、44から入力した検出磁束値(検出ガウス値)に対して差動処理を行い、その差動処理後の値に基づき駆動軸50の回転トルク値を検知する。
Similarly, a
具体的にいえば、駆動軸50が上記無負荷状態でR方向に回転駆動されているときには、全ての上記磁気抵抗変化部材12cでの磁気抵抗は変化しておらず、第1及び第2の磁気回路M1、M2並びに第3及び第4の磁気回路M3、M4では各々同じ値の磁束が流れる。このため、各検出器45〜48での検出磁束値は、中間フランジ1上の対応する磁気回路M1、M2またはM3、M4が形成されたときに、所定のガウス値を示す。つまり、上記第1または第2の励磁面7p、8pが、中間フランジ1に設けられた磁気回路構成部材(すなわち、磁性プレート11b、12b及び磁気抵抗変化部材12c)に対向したときのみに、対応する磁気回路M1、M2または第3及び第4の磁気回路M3、M4が当該中間フランジ1上に形成され、その回路を流れる磁束が上記第1及び第2の検出部または第3及び第4の検出部にて検出されて、検出器45、46または検出器47、48に同一のガウス値にて示される。また、このように、これら検出器45、46及び検出器47、48ではそれぞれ同一の検出結果となることから、検知部3aが上記差動処理を行うと、その処理後の値は零となり、それ故、検知部3aは圧延処理が実施されていないときでの所定の回転トルク値を記憶部3cから読み出して、作業者に通知する。
Specifically, when the
続いて、上記圧延ローラ間に鋼材が供給されて圧延処理が開始されると、上記実施形態の場合と同様に、磁気抵抗変化部材12cに加えられるキー部材13からの圧縮荷重は、駆動軸50の回転トルクに応じて増加するので、当該磁気抵抗変化部材12cでの磁化容易軸ではその回転トルクに応じて方向が変化する。この結果、磁気抵抗変化部材12cでは、その方向変化に比例して透磁率が大きくなり磁気抵抗が減少する。また、この磁気抵抗の減少は、磁気回路M1、M3に含まれた磁気抵抗変化部材12cのみに発生し、磁気回路M2、M4に含まれた磁気抵抗変化部材12cには生じないので、検出器45にて検出される検出磁束値の波形は、図10(a)に実線の波形71にて示すように、同図(a)に点線にて示す電圧計46での波形72に比べて大きいものとなる。また、検出器47にて検出される検出磁束値の波形は、図10(b)に実線の波形73にて示すように、同図(b)に点線にて示す電圧計48での波形74に比べて大きいものとなる。
そして、検知部3aが、検出器45、46の各検出結果についての差動処理及び検出器47、48の各検出結果についての差動処理を順次行うことで、図10(a)に“ta”にて示す差の値及び同図(b)に“tb” にて示す差の値をそれぞれ求めて、検知部3aは、これらの値を基に記憶部3cを参照して回転トルク値を取得し、作業者に通知する。
Subsequently, when the steel material is supplied between the rolling rollers and the rolling process is started, the compression load from the
Then, the detection unit 3a sequentially performs the differential processing on the detection results of the
以上のように、本実施形態では、駆動軸50の全周周りに励磁コイルや検出コイルを設けることなく、かつ中間フランジ(被検出部)1と別に構成した検出部及びこれを含んだセンサ部(センサ装置)2によって当該駆動軸50の回転トルクを検知することができるので、上記実施形態1と同様な効果を奏することができる。また、磁気センサ41〜44が対応する磁気回路M1〜M4を流れる磁束を高感度に検出することができるので、当該磁気回路M1〜M4での磁束変化を精度よく検出して回転トルクも高精度に検知することが可能となる。尚、上記の説明以外に、ホール素子やMRセンサ等の他の磁気センサによって各磁気回路を流れる磁束を検出する構成でもよい。
As described above, in the present embodiment, a detection unit configured without providing an excitation coil or a detection coil around the entire circumference of the
尚、上記の説明では、圧延設備の駆動軸に適用した場合について説明したが、本発明は駆動軸の回転トルクに同調して歪みを生じることにより、磁気抵抗が変化する被検出部を当該駆動軸に設置されるフランジに設けるとともに、この被検出部に対向配置されてその被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ被検出部と励磁部とともに駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部とを有するものであればよく、例えば製紙設備での紙巻き取りローラを駆動する駆動軸等の他の駆動軸の監視に本発明を用いることもできる。 In the above description, the case where the present invention is applied to a drive shaft of a rolling facility has been described. However, the present invention drives a detected portion whose magnetic resistance changes by generating distortion in synchronization with the rotational torque of the drive shaft. Provided on a flange installed on the shaft, and having an excitation portion provided opposite to the detected portion and having an excitation surface for exciting the detected portion, and a detection surface arranged opposite to the detected portion, and It is sufficient that the detection unit and the excitation unit have a detection unit that forms a magnetic circuit on a part of the outer peripheral surface of the drive shaft and detects a magnetic flux flowing through the magnetic circuit. For example, a paper winding roller in a papermaking facility The present invention can also be used for monitoring other drive shafts such as a drive shaft for driving the motor.
また、上記の説明では、駆動軸部の軸端部を第1及び第2の軸端部に分割するとともに、各軸端部に設置したフランジ部の間に、第1及び第2のフランジ部材を有する被検出部としての中間フランジを配置した構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば駆動軸部の上記モータ側のフランジに被検出部を構成してもよい。また、従動軸部側に被検出部を含んだフランジを設置することも可能ではあるが、この従動軸部と異なり、圧延処理開始の際に上下動しない上記駆動軸部側に被検出部を設けることが好ましい。 In the above description, the shaft end portion of the drive shaft portion is divided into the first and second shaft end portions, and the first and second flange members are disposed between the flange portions installed at the respective shaft end portions. However, the present invention is not limited to this, and for example, the detected portion may be formed on the flange on the motor side of the drive shaft portion. . In addition, it is possible to install a flange including the detected part on the driven shaft part side, but unlike this driven shaft part, the detected part is provided on the drive shaft part side that does not move up and down at the start of the rolling process. It is preferable to provide it.
また、上記の説明では、圧延ローラ側の第2のフランジ部材に磁気抵抗変化部材を設けるとともに、第1及び第2のフランジ部材の間に配置され、回転力を伝達するキー部材を上記磁気抵抗変化部材に圧縮荷重を付与する圧縮荷重付与部材として用いた構成について説明したが、本発明の被検出部は磁気抵抗変化部材と圧縮荷重付与部材とを備えたものであればよく、例えば上記フランジ部材間で動力伝達を行うキー部材と別個に設けた圧縮荷重付与部材により、駆動モータ側の第1のフランジ部材に設置した磁気抵抗変化部材に駆動軸の回転トルクに応じた荷重を与える構成でもよい。また、上記磁気抵抗変化部材及び圧縮荷重付与部材の少なくとも一方をフランジ以外の駆動軸の部分に設ける構成でもよい。但し、上記のように、キー部材を圧縮荷重付与部材と兼用させた場合の方が、被検出部の部品点数を削減できる点で好ましい。 In the above description, a magnetic resistance changing member is provided on the second flange member on the rolling roller side, and a key member that is disposed between the first and second flange members and transmits a rotational force is disposed on the magnetic resistance. The configuration used as a compressive load applying member for applying a compressive load to the change member has been described. However, the detected portion of the present invention may be provided with a magnetoresistive change member and a compressive load applying member. Even with a configuration in which a load corresponding to the rotational torque of the drive shaft is applied to the magnetoresistive variable member installed on the first flange member on the drive motor side by a compression load applying member provided separately from the key member that transmits power between the members Good. Moreover, the structure which provides at least one of the said magnetic resistance change member and a compressive load provision member in the part of the drive shaft other than a flange may be sufficient. However, as described above, the case where the key member is also used as the compression load applying member is preferable in that the number of parts of the detected portion can be reduced.
また、上記の説明では、磁気抵抗変化部材での磁化容易方向を周方向に揃える構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、軸方向に磁化容易方向を揃えてもよく、また励磁部が与える磁界の大きさなどによっては磁化容易方向を揃えることなく、回転トルクを検知することもできる。但し、上記のように、所定方向に予め揃える場合の方が、被検出部での回転トルクに同調した磁気抵抗変化を大きくして、トルク検知をより高精度に行える点で好ましい。
また、上記の説明では、磁気抵抗変化部材を正の磁歪定数を有する鋼材により構成した場合について説明したが、本発明は上記圧縮荷重付与部材からの圧縮荷重により磁気抵抗が変化したことを上記検出面にて検出できるものであれば何等限定されるものではなく、例えば検出面に対向される表面のみに、磁歪定数が高い材料を装着したり、高磁歪膜をコーティングしたりする構成でもよい。
In the above description, the configuration in which the easy magnetization direction in the magnetoresistive change member is aligned in the circumferential direction has been described. However, the present invention is not limited to this, and the easy magnetization direction may be aligned in the axial direction. In addition, the rotational torque can be detected without aligning the easy magnetization direction depending on the magnitude of the magnetic field applied by the excitation unit. However, as described above, it is preferable to align in advance in a predetermined direction because the change in magnetic resistance synchronized with the rotational torque in the detected portion can be increased and torque detection can be performed with higher accuracy.
In the above description, the case where the magnetoresistance change member is made of a steel material having a positive magnetostriction constant has been described. However, the present invention detects that the magnetoresistance has changed due to the compression load from the compression load application member. There is no limitation as long as it can be detected on the surface, and for example, a material having a high magnetostriction constant or a high magnetostrictive film may be coated only on the surface facing the detection surface.
また、上記の説明では、第1及び第2の磁気回路を形成するための磁性部材と第3及び第4の磁気回路を構成するための磁性部材とをセンサ部に設けた構成について説明したが、本発明のセンサ部はこれに限定されるものではなく、回転トルクに応じて発生する圧縮荷重の大きさやその荷重による磁気抵抗変化の大きさ、あるいは検出コイル等の検出精度などによっては一つの磁気回路のみが形成されるようセンサ部を構成することもできる。但し、二つの検出部の検出結果を差動処理する場合の方が、各検出部での温度補正を自動的に行うことができ、回転トルクの検知精度を容易に向上できる点で好ましい。さらに、上記のように、四つの検出部を設け、二つの差動処理後の検出結果を相補的に用いる場合の方が回転トルクを取得不能な期間が生じるのを防げる点でより好ましい。 In the above description, the sensor unit is provided with the magnetic member for forming the first and second magnetic circuits and the magnetic member for forming the third and fourth magnetic circuits. However, the sensor unit of the present invention is not limited to this, and one sensor unit may be used depending on the magnitude of the compressive load generated according to the rotational torque, the magnitude of the change in magnetoresistance due to the load, or the detection accuracy of the detection coil or the like. The sensor unit can be configured so that only the magnetic circuit is formed. However, the case where the detection results of the two detection units are differentially processed is preferable in that the temperature correction in each detection unit can be automatically performed and the detection accuracy of the rotational torque can be easily improved. Furthermore, as described above, the case where four detection units are provided and the detection results after two differential processes are used in a complementary manner is more preferable in terms of preventing a period during which rotational torque cannot be obtained.
また、上記の説明では、磁性部材を用いて励磁部と検出部とを磁気的に結合した構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば励磁部、第1の検出部、及び第2の検出部をそれぞれ構成するための3つの磁性部材を使用して、これら磁性部材を磁気的に結合する構成でもよい。但し、上記のように、励磁部と検出部とを磁気的に結合した磁性部材を使用する場合の方が、部品点数が少なく簡単な構成のセンサ部(励磁部及び検出部)、ひいては監視装置を構成できる点で好ましい。 In the above description, the configuration in which the excitation unit and the detection unit are magnetically coupled using the magnetic member has been described. However, the present invention is not limited to this, for example, the excitation unit and the first detection unit. The magnetic member may be configured to be magnetically coupled using three magnetic members for configuring each of the first detection unit and the second detection unit. However, as described above, the sensor unit (excitation unit and detection unit) having a simple configuration with a small number of parts is used when using a magnetic member in which the excitation unit and the detection unit are magnetically coupled. Is preferable in that it can be configured.
1 中間フランジ(被検出部)
2 センサ部(センサ装置)
7、8 磁性部材(励磁部、検出部)
11 第1のフランジ部材(被検出部)
11b 磁性プレート(被検出部)
12 第2のフランジ部材(フランジ)
12b 磁性プレート(磁気回路構成部材)
12c 磁気抵抗変化部材
13 キー部材(圧縮荷重付与部材)
21、22 励磁コイル(励磁部)
31、32、33、34 検出コイル(検出部)
23、24 交流電源(励磁部)
35、36、37、38 電圧計(検出部)
25、26 直流電源(励磁部)
41、42、43、44 磁気センサ(検出部)
45、46、47、48 検出器(検出部)
50 駆動軸
M1、M2、M3、M4 磁気回路
1 Intermediate flange (Detected part)
2 Sensor unit (sensor device)
7, 8 Magnetic member (excitation part, detection part)
11 First flange member (detected portion)
11b Magnetic plate (detected part)
12 Second flange member (flange)
12b Magnetic plate (magnetic circuit component)
12c
21, 22 Excitation coil (excitation part)
31, 32, 33, 34 Detection coil (detection unit)
23, 24 AC power supply (excitation part)
35, 36, 37, 38 Voltmeter (detection unit)
25, 26 DC power supply (excitation part)
41, 42, 43, 44 Magnetic sensor (detection unit)
45, 46, 47, 48 Detector (detector)
50 Drive shaft M1, M2, M3, M4 Magnetic circuit
Claims (5)
前記駆動軸に設置されるフランジに設けられ、かつその駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部と、
前記被検出部に対向配置されてその被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、
前記被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ前記被検出部と前記励磁部とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部と
を備えていることを特徴とする駆動軸監視装置。 A drive shaft monitoring device for monitoring a drive shaft,
A detected portion in which the magnetic resistance is changed by being distorted in synchronization with the rotational torque of the drive shaft, provided on a flange installed on the drive shaft,
An excitation unit provided with an excitation surface that is arranged opposite to the detection unit and excites the detection unit;
A magnetic circuit is formed on a part of the outer peripheral surface of the drive shaft together with the detected part and the exciting part, and a magnetic flux flowing through the magnetic circuit is detected. A drive shaft monitoring device, comprising:
前記駆動軸に設けられるとともに、かつその駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部と、
前記被検出部に対向配置されてその被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、
前記被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ前記被検出部と前記励磁部とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部とを備え、
前記被検出部は、磁化容易軸の磁化容易方向が所定方向に揃えられた磁気抵抗変化部材と、
前記磁気抵抗変化部材に対し、前記駆動軸の回転トルクに同調して変化する圧縮荷重を与えることにより、当該磁気抵抗変化部材の磁化容易方向を変化させる圧縮荷重付与部材とを具備していることを特徴とする駆動軸監視装置。 A drive shaft monitoring device for monitoring a drive shaft,
A detected portion in which the magnetic resistance changes by being distorted in synchronization with the rotational torque of the drive shaft while being provided on the drive shaft,
An excitation unit provided with an excitation surface that is arranged opposite to the detection unit and excites the detection unit;
A magnetic circuit is formed on a part of the outer peripheral surface of the drive shaft together with the detected part and the exciting part, and a magnetic flux flowing through the magnetic circuit is detected. And a detecting unit that
The detected portion includes a magnetoresistive change member in which an easy magnetization direction of an easy magnetization axis is aligned in a predetermined direction;
A compression load applying member that changes a direction of easy magnetization of the magnetoresistance change member by applying a compression load that changes in synchronization with the rotational torque of the drive shaft to the magnetoresistance change member; A drive shaft monitoring device characterized by the above.
前記検出部には、前記励磁部と前記第1の磁気抵抗変化部材とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に第1の磁気回路を構成して、当該第1の磁気回路を流れる磁束を検出する第1の検出部と、
前記励磁部と前記第2の磁気抵抗変化部材とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に第2の磁気回路を構成して、当該第2の磁気回路を流れる磁束を検出する第2の検出部とが設けられていることを特徴とする請求項2に記載の駆動軸監視装置。 In the detected part, the first and second magnetoresistance change members are arranged so as to sandwich the compression load application member in the circumferential direction of the drive shaft,
The detection unit includes the excitation unit and the first magnetoresistive member to form a first magnetic circuit on a part of the outer peripheral surface of the drive shaft, and detects a magnetic flux flowing through the first magnetic circuit. A first detector that
A second detection unit configured to form a second magnetic circuit on a part of the outer peripheral surface of the drive shaft together with the excitation unit and the second magnetoresistance change member, and detect a magnetic flux flowing through the second magnetic circuit. The drive shaft monitoring device according to claim 2, wherein the drive shaft monitoring device is provided.
前記被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、
前記被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ前記被検出部と前記励磁部とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部と
を備えていることを特徴とする駆動軸監視装置のセンサ装置。 A sensor device for a drive shaft monitoring device in which a detected portion whose magnetic resistance changes by distorting in synchronization with the rotational torque of the drive shaft is provided on a flange installed on the drive shaft,
An excitation unit having an excitation surface for exciting the detected portion;
A magnetic circuit is formed on a part of the outer peripheral surface of the drive shaft together with the detected part and the exciting part, and a magnetic flux flowing through the magnetic circuit is detected. A sensor device for a drive shaft monitoring device, comprising:
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- 2004-09-24 JP JP2004277041A patent/JP2006090856A/en active Pending
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