JP2011095033A

JP2011095033A - 張力測定方法

Info

Publication number: JP2011095033A
Application number: JP2009247647A
Authority: JP
Inventors: Masato Yamada; 眞人山田; Toshiaki Kido; 俊朗木戸; Masashi Oikawa; 雅司及川
Original assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Current assignee: Sumitomo SEI Steel Wire Corp
Priority date: 2009-10-28
Filing date: 2009-10-28
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-10-28
Also published as: JP4961625B2

Abstract

【課題】応力磁気効果を利用した張力測定方法において、測定開始時の計測精度を向上させる。
【解決手段】磁性体の張力測定を開始する前に、磁性体にその飽和漸近磁化範囲の磁界下で使用荷重領域の上限値以上の荷重を負荷する工程を１回以上実施して、その磁化状態を理想磁化曲線に近づけておき、測定開始時に計測誤差の主因となる非可逆磁化変化が生じないようにすることにより、測定開始時から精度よく張力測定を行えるようにしたのである。
【選択図】図３

Description

本発明は、長尺の磁性体に作用する張力を、その磁性体の応力磁気効果を利用して測定する張力測定方法に関する。

吊り構造物のケーブルやグラウンドアンカーの引張部材等、長尺の鋼製部材にかかっている張力を長期間にわたって精度よく測定する装置としては、中心に鋼製部材を通す孔のあいたロードセルが用いられることが多い（例えば、特許文献１参照）。しかし、このようなセンターホール型のロードセルは、測定対象材を通した状態で固定物に固定される固定具と対象材端末部に取り付けられる定着具との間に介装されるので、対象材を架設する際に設置しておく必要があり、既設部材の張力測定への適用は困難である。

これに対して、本出願人は、鋼等の磁性体に現れる応力磁気効果（応力によって磁化が変化する現象）を利用した張力測定装置を提案した（特願２００８−１１７０１０号）。この張力測定装置は、測定対象材となる磁性体の一部を長手方向に飽和漸近磁化範囲（磁化特性のヒステリシス環線が閉じた領域、磁性物理学の用語では「回転磁化領域」）まで直流磁化し、磁化された部位の表面近傍の空間磁界強度を検出して、その検出値から磁性体に作用する張力を測定するものである。この張力測定装置を用いれば、既設の長尺鋼製部材の任意の位置で精度よく張力測定を行うことができる。

特開２００６−２０７２３０号公報（図９）

しかしながら、上記特願２００８−１１７０１０号で提案した張力測定装置では、測定開始時に限って、低荷重領域で通常求められる計測精度（計測誤差が使用領域の最大荷重の±５％以内）を得られないという難点があることがわかった。

そこで、本発明は、応力磁気効果を利用した張力測定方法において、測定開始時の計測精度を向上させることを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、磁性体の一部を長手方向に飽和漸近磁化範囲まで直流磁化して、前記磁性体の磁化区間の長手方向中央部の表面近傍の空間磁界強度を検出し、その検出値に基づいて磁性体に作用する張力を測定する張力測定方法において、前記磁性体の張力測定を開始する前に、前記磁性体にその飽和漸近磁化範囲の磁界下で使用荷重領域の上限値以上の荷重を負荷する工程を１回以上実施しておくようにした。

ここで、上記のように張力測定開始前に磁性体に負荷をかけておく理由は、下記の通りである。

応力磁気効果の研究分野では、一定磁界下における磁性体の応力による磁化の変化は可逆磁化変化と非可逆磁化変化とに分離でき、飽和漸近磁化範囲においては、その非可逆磁化変化は初期（または初回）の応力変化時にのみ生じることが明らかとなっており、一定磁界下において磁性体に繰り返し応力変化を与えると、２回目以降の応力変化による磁化の変化は可逆的でほぼ線形な関係（理想的な応力と磁化の関係、以下これを理想磁化曲線と呼ぶ）に近づくといった実験結果がある。これらのことから、前述した従来の張力測定装置における測定開始時の計測誤差は、主として上記の非可逆磁化変化に起因していると考えられる。すなわち、測定開始前（荷重が負荷される前）の磁化の状態が理想磁化曲線から外れているために、理想磁化曲線を用いて測定開始時（初めて荷重が負荷される時）の空間磁界強度の検出値から張力を求めると、その計測値が実際の張力と大きくずれてしまうと推定される。従って、測定開始前の磁性体に使用状態と同等の条件で負荷をかけて、その磁化状態を理想磁化曲線に近づけておき、測定開始時に非可逆磁化変化が生じないようにすることにより、計測誤差を縮小できることになる。

本発明の張力測定方法は、上述したように、測定開始前の磁性体に使用状態と同等の条件で負荷をかけておき、測定開始時に計測誤差の主因となる非可逆磁化変化が生じないようにしたものであるから、測定開始時の計測精度を大幅に向上させることができる。

実施形態の張力測定方法に用いる張力測定装置の概略を示す縦断正面図実施形態の張力測定方法における測定開始前負荷工程の説明図図２の負荷工程での作用を説明するグラフ

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。この実施形態の張力測定方法に用いる張力測定装置１は、図１に示すように、長尺の磁性体Ａの一部を囲むように配される筒状の磁化器２と、この磁化器２と磁性体Ａとの間に挿入されるスペーサ３と、磁性体Ａ表面近傍の空間磁界強度を検出する磁気センサとしてのホール素子４と、ホール素子４の出力を増幅する増幅器５とで基本的に構成されている。その磁化器２およびスペーサ３は周方向に２分割され、装置全体が既設部材の任意の位置に取り付けられるようになっている。

前記磁化器２は、円筒形の鋼製ヨーク６の内周両端部に、円筒の一部をなす形状の４個の永久磁石７をそれぞれ接着剤で固定し、各永久磁石７の外側端面を覆うカバー８をヨーク６の両端面に取り付けたものである。永久磁石７は、上下一対ずつ磁性体Ａの長手方向に間隔をおいて互いに異なる磁極で対向する姿勢で配されており、磁性体Ａを長手方向に短い範囲で飽和漸近磁化範囲まで直流磁化するものとなっている。

前記スペーサ３は、非磁性のポリエチレン製で、各永久磁石７の内周側に接着固定されて、永久磁石７と磁性体Ａとの接触を防止している。そして、その外周面のヨーク６内周面と対向する位置に、前記ホール素子４および増幅器５が複数取り付けられている。

前記ホール素子４は、磁化器２内周側の一対の永久磁石７の中間点、すなわち磁性体Ａの磁化区間の長手方向中央部の近傍に、周方向に等間隔で配されている。そして、各ホール素子４の出力を増幅器５で増幅してデータ処理装置（図示省略）に送り、その平均値として得られる磁性体Ａ表面近傍の空間磁界強度に基づいて、磁性体Ａに作用する張力を測定するようになっている。

この実施形態の張力測定方法は、上述した張力測定装置１と、この張力測定装置１を取り付けられる長尺の測定対象材や測定対象材に接続される短尺の測定用磁性体（複数の鋼線を撚り合わせた撚り線構造を有するものや鋼棒など）を用いて、測定対象材に作用する張力を測定するものである。測定用磁性体を用いた具体例を示すと、まず、図２に示すように、工場において、測定用磁性体１１を、縦型引張試験機１２にセットされた２本の試験用ケーブル１３の間に接続部品１４で接続して、その長手方向中央部に上記構成の張力測定装置１を取り付け、張力測定装置１の各永久磁石７により測定用磁性体１１の長手方向中央部を飽和漸近磁化範囲まで直流磁化する。この状態で、測定用磁性体１１に使用荷重領域の上限値以上の荷重を繰り返し負荷する。

ここで用いられる測定用磁性体１１は、複数の鋼線を撚り合わせたＰＣ鋼撚り線（直径１５．２ｍｍ）にエポキシ樹脂を被覆したエポキシストランドであり、その最大許容荷重は２００ｋＮ（降伏荷重の９０％）、使用荷重領域の上限値は１６０ｋＮに設定されている。そこで、この実施形態では、予め工場で測定用磁性体１１に負荷する荷重を２００ｋＮとしている。また、張力測定装置１は、測定用磁性体１１内部を５０ｋＡ／ｍ以上に磁化するようになっている。

そして、図示は省略するが、上記のように工場で予め負荷をかけた測定用磁性体１１を、張力測定装置１を取り付けた状態で工事現場へ納入し、測定対象材となる架設中の長尺のケーブル（測定用磁性体１１と同じ構造のエポキシストランド）に接続部品１４で接続して、接続後のケーブル全体にかかる張力を測定できるようにする。

また、この実施形態では、工場で測定用磁性体１１に負荷をかける際に、図２に示したように、引張試験機１２のロードセル１５および張力測定装置１の出力をデータレコーダ１６を介してコンピュータ１７に取り込み、荷重と測定用磁性体１１表面近傍の空間磁界強度との関係の変化を調べた。その結果を図３に示す。この図３における黒点は、張力測定装置１取り付け時の状態を示している。

図３から明らかなように、初回負荷時の磁界強度の挙動は、特に低荷重領域で２回目以降の負荷に対する磁界強度の再現性のある挙動と異なっている。また、２回目以降の負荷と磁界強度との関係は、若干のヒステリシスはあるもののほぼ線形であり、そのヒステリシスによるばらつきは最大±５％程度である。このことから、２回目以降の負荷と磁界強度との関係に基づいて磁界強度の検出値から荷重（張力）を求めようとすれば、初回負荷時の低荷重領域では大きな計測誤差が生じること、２回目以降の負荷ではほぼ実用に耐える計測精度が得られることが確認された。

従って、この実施形態のように測定開始前の測定用磁性体１１に使用状態と同等の条件で負荷をかけることにより、測定開始時から精度よく張力測定を行うことができる。

ここで、工場で予め負荷をかける磁性体は、上述した実施形態のように張力測定の対象材と同じものとする必要はなく、例えば、鋼棒を用いることもできる。また、予め磁性体に負荷をかける工程は、１回実施するだけでもよいが、２回目以降も理想磁化曲線に近づいていくという実験結果もあることから、２回以上繰り返すことが望ましい。

さらに、測定対象の磁性体に予め負荷をかける方法としては、架設が完了した測定対象材に対して測定開始前に油圧機器で直接負荷をかけるようにすることもできる。ただし、この方法では、測定対象材が長い場合に、油圧機器のストロークを数回繰り返す必要があり手間がかかるし、測定対象材がエポキシ塗装鋼材である場合は、油圧機器で把持された部分や、外ケーブルの場合は偏向部のエポキシ塗装が剥がれて防食性が低下するおそれもある。従って、使用状況によっては、上述した実施形態のように、工場で負荷をかけた測定用磁性体を工事現場で架設中の測定対象材に接続する方法を採ることが好ましい場合もある。

一方、実施形態のような測定用磁性体を用いる場合は、測定対象材からその測定用磁性体に張力が伝達されることが必要なだけであるから、測定対象材自体は非磁性であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１張力測定装置
２磁化器
３スペーサ
４ホール素子
５増幅器
６ヨーク
７永久磁石
１１測定用磁性体
１２引張試験機
１３試験用ケーブル
１４接続部品
１５ロードセル
Ａ磁性体

Claims

磁性体の一部を長手方向に飽和漸近磁化範囲まで直流磁化して、前記磁性体の磁化区間の長手方向中央部の表面近傍の空間磁界強度を検出し、その検出値に基づいて磁性体に作用する張力を測定する張力測定方法において、前記磁性体の張力測定を開始する前に、前記磁性体にその飽和漸近磁化範囲の磁界下で使用荷重領域の上限値以上の荷重を負荷する工程を１回以上実施しておくことを特徴とする張力測定方法。
前記磁性体が複数の鋼線を撚り合わせた撚り線構造を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の張力測定方法。
前記磁性体が鋼棒であることを特徴とする請求項１に記載の張力測定方法。