JP2944315B2 - プリロード検出装置 - Google Patents
プリロード検出装置Info
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
- G01L5/24—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed
- G01L5/243—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for determining value of torque or twisting moment for tightening a nut or other member which is similarly stressed using washers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
- G01L1/125—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using magnetostrictive means
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/12—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
- G01L1/127—Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress by using inductive means
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S73/00—Measuring and testing
- Y10S73/02—Magnetostrictive
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- General Physics & Mathematics (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばセンサ手段を含
むネジ、ボルト又は類似物におけるプリロードを測定す
るためのプリロード検出装置に関し、特に、センサ手段
は物体が露出している負荷に対して感応する磁気弾性材
料を含み、この磁気弾性材料は所定の励磁周波数で励磁
され、さらに磁気弾性材料内の透磁率変化を検知するた
めの検知装置を含み、この検知装置は接触部とグリップ
部を含むプリロード検出装置に関する。
むネジ、ボルト又は類似物におけるプリロードを測定す
るためのプリロード検出装置に関し、特に、センサ手段
は物体が露出している負荷に対して感応する磁気弾性材
料を含み、この磁気弾性材料は所定の励磁周波数で励磁
され、さらに磁気弾性材料内の透磁率変化を検知するた
めの検知装置を含み、この検知装置は接触部とグリップ
部を含むプリロード検出装置に関する。
【０００２】この種のプリロード検出装置は、検査及び
点検の目的と同様設置の目的にも、基本的にネジ及びボ
ルト内のプリロードを測定するために用いられるように
意図され、特にいわゆる旋回リングつまり大きい直径及
び比較的薄い断面をもつ軸受の取りつけに関しては、多
数のネジ／ボルトが必要である。この場合、その他のい
くつかの利用分野においてと同様に、信頼性が高く取り
つけ及び取り扱いが容易でしかもできるかぎり漂遊磁界
及び外乱に対し感応しないようなプリロード検出装置を
得ることが最も重要なことである。
点検の目的と同様設置の目的にも、基本的にネジ及びボ
ルト内のプリロードを測定するために用いられるように
意図され、特にいわゆる旋回リングつまり大きい直径及
び比較的薄い断面をもつ軸受の取りつけに関しては、多
数のネジ／ボルトが必要である。この場合、その他のい
くつかの利用分野においてと同様に、信頼性が高く取り
つけ及び取り扱いが容易でしかもできるかぎり漂遊磁界
及び外乱に対し感応しないようなプリロード検出装置を
得ることが最も重要なことである。
【０００３】
【従来の技術】プリロードを測定するためのプリロード
検出装置はすでに知られている。既知のシステムにおい
て、感応性の高い材料は、センサ手段上にその周囲に沿
って取りつけられ成形されているストレインゲージを含
んでいる。この既知のシステムにおける欠点の１つは、
湿気、汚れなどにさらされたとき極めて薄く敏感である
がために容易に損傷を受けやすい電気的接続が必要不可
欠であること、および外乱に対する感度を大きくさせる
電圧が極めて小さいことにある。
検出装置はすでに知られている。既知のシステムにおい
て、感応性の高い材料は、センサ手段上にその周囲に沿
って取りつけられ成形されているストレインゲージを含
んでいる。この既知のシステムにおける欠点の１つは、
湿気、汚れなどにさらされたとき極めて薄く敏感である
がために容易に損傷を受けやすい電気的接続が必要不可
欠であること、および外乱に対する感度を大きくさせる
電圧が極めて小さいことにある。
【０００４】従って、製造コストも高いことから、これ
らのシステムは、例えば実験室といった外部できわめて
稀に使用されうるにすぎないものである。さらに感応性
材料として圧電セラミック／抵抗ゲージを用いることが
知られているが、これらも又主として高い製造コスト及
び外部電気接続の必要性のため広く用いられていない。
現在、ネジ／ボルト内のプリロードを測定する単純な方
法は全く知られていない。今日ネジ／ボルトは通常いわ
ゆるハイドロカムを介してプリロードされている。従っ
て、制御、調整等とのためには、ハイドロカムを取りつ
け毎回ネジをプリロードするか又は、同じく高い製造コ
スト及び困難かつ時間のかかる取り付けのために明らか
な欠点を有している超音波技術を使用する以外に他の可
能性は存在していない。
らのシステムは、例えば実験室といった外部できわめて
稀に使用されうるにすぎないものである。さらに感応性
材料として圧電セラミック／抵抗ゲージを用いることが
知られているが、これらも又主として高い製造コスト及
び外部電気接続の必要性のため広く用いられていない。
現在、ネジ／ボルト内のプリロードを測定する単純な方
法は全く知られていない。今日ネジ／ボルトは通常いわ
ゆるハイドロカムを介してプリロードされている。従っ
て、制御、調整等とのためには、ハイドロカムを取りつ
け毎回ネジをプリロードするか又は、同じく高い製造コ
スト及び困難かつ時間のかかる取り付けのために明らか
な欠点を有している超音波技術を使用する以外に他の可
能性は存在していない。
【０００５】米国特許第４８８２９３６号において、加
えられるトルクを連続的に検知する磁気弾性トルクトラ
ンスジューサを介して締付け具にトルクを加えるために
用いられるような磁気弾性トルク工具が開示されてい
る。トルクは例えばネジ回しを介して加えられ、このネ
ジ回し内のトルクは、ネジ回しの先端とは反対側のネジ
回しのシャフトの中で検知される。従ってこのセンサ
は、１つの物体にトルクを加える工具内のトルクを検知
し、従って本発明と同じ目的に同じ方法で使用すること
はできない。
えられるトルクを連続的に検知する磁気弾性トルクトラ
ンスジューサを介して締付け具にトルクを加えるために
用いられるような磁気弾性トルク工具が開示されてい
る。トルクは例えばネジ回しを介して加えられ、このネ
ジ回し内のトルクは、ネジ回しの先端とは反対側のネジ
回しのシャフトの中で検知される。従ってこのセンサ
は、１つの物体にトルクを加える工具内のトルクを検知
し、従って本発明と同じ目的に同じ方法で使用すること
はできない。
【０００６】さらに、これは複雑でしかも漂遊磁界に対
し敏感である。同様に、既知の装置全てにおいて２０〜
３０KHz 前後又は最高１００KHz である励磁周波数の大
きさについての言及は全く無い。米国特許４１１４４２
８号は、それでも無線周波数同調回路微小変位トランス
ジューサであるという点で本発明に開示されているもの
とは全く異なる原理に基づいているひずみ−応力検出シ
ステムを示す。
し敏感である。同様に、既知の装置全てにおいて２０〜
３０KHz 前後又は最高１００KHz である励磁周波数の大
きさについての言及は全く無い。米国特許４１１４４２
８号は、それでも無線周波数同調回路微小変位トランス
ジューサであるという点で本発明に開示されているもの
とは全く異なる原理に基づいているひずみ−応力検出シ
ステムを示す。
【０００７】従って、急速かつ安価な方法でネジ／ボル
ト内のプリロードを容易に測定するための一つの可能性
を見い出す必要性が長い間感じられてきた。このこと
は、例えばいわゆる旋回リングに関して、関与するネジ
／ボルトの数が莫大なものであることと同時にネジが適
正にプリロードされていることの重要性により特に重要
である。さもなければ、軸受の耐用年数は著しく減少し
うる。
ト内のプリロードを容易に測定するための一つの可能性
を見い出す必要性が長い間感じられてきた。このこと
は、例えばいわゆる旋回リングに関して、関与するネジ
／ボルトの数が莫大なものであることと同時にネジが適
正にプリロードされていることの重要性により特に重要
である。さもなければ、軸受の耐用年数は著しく減少し
うる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、高速でしかも取り扱いやすく、信頼性が高く、物体
中のひずみ及び応力に対してきわめて敏感であると同時
に漂遊磁界及び温度に対しては感応しないような、例え
ばネジ、ボルト又はそれに類するものの中のプリロード
を検知するためのプリロード検出装置を提供することに
ある。
は、高速でしかも取り扱いやすく、信頼性が高く、物体
中のひずみ及び応力に対してきわめて敏感であると同時
に漂遊磁界及び温度に対しては感応しないような、例え
ばネジ、ボルト又はそれに類するものの中のプリロード
を検知するためのプリロード検出装置を提供することに
ある。
【０００９】本発明のもう１つの目的は、製造が容易か
つ安価で、汚れ、グリースなどに対する耐久能力が高い
プリロード検出装置を提供することにある。
つ安価で、汚れ、グリースなどに対する耐久能力が高い
プリロード検出装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】これらの目的及びその他
の目的は、請求項１の特徴をもつプリロード検出装置に
よって達成される。好ましい実施態様は、サブクレーム
を通して達成される。好ましくは、励磁周波数は５００
KHz から１０MHz の間、さらに特定的に言うと１〜２MH
z の範囲内ある。
の目的は、請求項１の特徴をもつプリロード検出装置に
よって達成される。好ましい実施態様は、サブクレーム
を通して達成される。好ましくは、励磁周波数は５００
KHz から１０MHz の間、さらに特定的に言うと１〜２MH
z の範囲内ある。
【００１１】好ましい一実施態様に従うと、磁気弾性材
料は、磁歪性無定形材料を含む。さらにこの材料はセン
サ手段上に基本的に軸方向に適用することができ、さら
に限定的には磁気弾性リボンで構成されていてよく、こ
のリボンはセンサ手段に取りつけられ、１本のリボンベ
ルトを形成している。便利なことに、このセンサ手段
は、座金を１つ含んでいる。本発明に従うと、接触部が
いわゆるスナップ・オンユニットを含んでいることも又
便利である。
料は、磁歪性無定形材料を含む。さらにこの材料はセン
サ手段上に基本的に軸方向に適用することができ、さら
に限定的には磁気弾性リボンで構成されていてよく、こ
のリボンはセンサ手段に取りつけられ、１本のリボンベ
ルトを形成している。便利なことに、このセンサ手段
は、座金を１つ含んでいる。本発明に従うと、接触部が
いわゆるスナップ・オンユニットを含んでいることも又
便利である。
【００１２】好ましい一実施態様においては、接触部は
コイルシステムを含み、このシステムは部分的又は完全
に好ましくは軸方向にセンサ手段を封じ込めている。さ
らに特定的に言うと、コイルシステムは少なくともボビ
ン巻コイル、ボビン巻コイルホルダ及びピックアップコ
イルを含んでいる。代替的には、ボビンシステムは、分
離した励磁コイルを含んでいてもよい。
コイルシステムを含み、このシステムは部分的又は完全
に好ましくは軸方向にセンサ手段を封じ込めている。さ
らに特定的に言うと、コイルシステムは少なくともボビ
ン巻コイル、ボビン巻コイルホルダ及びピックアップコ
イルを含んでいる。代替的には、ボビンシステムは、分
離した励磁コイルを含んでいてもよい。
【００１３】「トルク及び／又は軸方向応力を測定する
ためのセンサーと方法」という名称の同時係属出願等９
１０２１２２−０号においては、無定形センサーにおい
て用いられる高い励磁周波数の現象の機能およびさらに
完全な説明の試み、に関して開示されており、ここでは
この出願明細書の内容は本発明の説明部として一体とな
っている。同時係属出願第９１０２１２０−４号「監視
システム」は、プリロードを多少の差こそあれ連続的に
検査するための（固定的に）取りつけれられたシステム
に関するものである。
ためのセンサーと方法」という名称の同時係属出願等９
１０２１２２−０号においては、無定形センサーにおい
て用いられる高い励磁周波数の現象の機能およびさらに
完全な説明の試み、に関して開示されており、ここでは
この出願明細書の内容は本発明の説明部として一体とな
っている。同時係属出願第９１０２１２０−４号「監視
システム」は、プリロードを多少の差こそあれ連続的に
検査するための（固定的に）取りつけれられたシステム
に関するものである。
【００１４】温度は、数多くの形でプリロード検出装置
に影響を及ぼしうる。センサ手段がプリロードされてい
ない場合、すなわち磁気弾性リボンの形をしていてよい
感応性材料がいかなるひずみにもさらされていない場
合、温度の変動はいわゆるゼロオフセット信号を生じさ
せる。例えばリボン及びセンサ手段が異なる温度係数を
有する場合、この信号は変動しうる。このようにして、
センサ手段は、温度係数の差によりリボンが応力を受け
た状態とすることができる。リボンがそこを通ってセン
サ手段に取りつけられる付着性物質又はそれに類するも
のでさえ、或る程度同様の効果をもたらしうる。
に影響を及ぼしうる。センサ手段がプリロードされてい
ない場合、すなわち磁気弾性リボンの形をしていてよい
感応性材料がいかなるひずみにもさらされていない場
合、温度の変動はいわゆるゼロオフセット信号を生じさ
せる。例えばリボン及びセンサ手段が異なる温度係数を
有する場合、この信号は変動しうる。このようにして、
センサ手段は、温度係数の差によりリボンが応力を受け
た状態とすることができる。リボンがそこを通ってセン
サ手段に取りつけられる付着性物質又はそれに類するも
のでさえ、或る程度同様の効果をもたらしうる。
【００１５】さらに、一定の与えられた応力に対するリ
ボンの感度は、温度と共に変化しうる（感度・オフセッ
ト）。上述のような温度の効果は、センサ手段及び感応
性材料の温度を測定し補償するための第１の温度検知及
び第１の温度補償手段を設けた検知装置により制御及び
補償することができる。
ボンの感度は、温度と共に変化しうる（感度・オフセッ
ト）。上述のような温度の効果は、センサ手段及び感応
性材料の温度を測定し補償するための第１の温度検知及
び第１の温度補償手段を設けた検知装置により制御及び
補償することができる。
【００１６】好ましくは、検知手段は、同様に、グリッ
プ部の温度を測定し補償するための第２の温度検知手段
及び第２の温度補償手段をも含む。これは、グリップ部
の電子部品内の温度ドリフトを補償し、例えば比較的温
暖な環境から比較的低温の環境へ又はその逆への移動時
にシステムを信頼性の高いものとするために役立つ。特
定の一実施態様に従うと、センサ手段は、座金とナット
が含まれており、この座金とナットは単一のユニットを
形成する。
プ部の温度を測定し補償するための第２の温度検知手段
及び第２の温度補償手段をも含む。これは、グリップ部
の電子部品内の温度ドリフトを補償し、例えば比較的温
暖な環境から比較的低温の環境へ又はその逆への移動時
にシステムを信頼性の高いものとするために役立つ。特
定の一実施態様に従うと、センサ手段は、座金とナット
が含まれており、この座金とナットは単一のユニットを
形成する。
【００１７】センサ手段に感応性材料の保護のための非
磁性、非導電性の保護層が含まれていることも適切であ
ると思われる。利用分野、経済性などに応じて、グリッ
プ部に測定結果の処理及び表示のためのユニットが含ま
れるように、或いは又測定結果の処理及び表示のための
外部ユニットが接続できるように、プリロード検出装置
を形成することが可能である。
磁性、非導電性の保護層が含まれていることも適切であ
ると思われる。利用分野、経済性などに応じて、グリッ
プ部に測定結果の処理及び表示のためのユニットが含ま
れるように、或いは又測定結果の処理及び表示のための
外部ユニットが接続できるように、プリロード検出装置
を形成することが可能である。
【００１８】
【実施例】本発明の実施態様について以下に、添付の図
面を参照しながらさらに詳細に記述する。図１〜４に図
示されている実施態様に従ったプリロード検出装置は、
互いにしっかりと取りつけられた接触部４とグリップ部
５を含む検知装置３及び座金の形をしたセンサ手段２を
含んでいる。ネジ２３上にネジ込まれるための又その後
同じネジにナット又はそれに類するものがネジ込まれる
ようなセンサ手段２は、鋼材で作られており、これに
は、センサ手段２又は座金を取り囲むいわゆるリボンベ
ルト８を形成するように軸方向にそれに取りつけられて
いる磁気弾性リボン７が含まれている。磁気弾性リボン
７は、エッチングにより幅広の無定形リボンから作られ
る。ひずみに対し感応する軸は、長さが大幅に幅より長
くリボンと平行である。
面を参照しながらさらに詳細に記述する。図１〜４に図
示されている実施態様に従ったプリロード検出装置は、
互いにしっかりと取りつけられた接触部４とグリップ部
５を含む検知装置３及び座金の形をしたセンサ手段２を
含んでいる。ネジ２３上にネジ込まれるための又その後
同じネジにナット又はそれに類するものがネジ込まれる
ようなセンサ手段２は、鋼材で作られており、これに
は、センサ手段２又は座金を取り囲むいわゆるリボンベ
ルト８を形成するように軸方向にそれに取りつけられて
いる磁気弾性リボン７が含まれている。磁気弾性リボン
７は、エッチングにより幅広の無定形リボンから作られ
る。ひずみに対し感応する軸は、長さが大幅に幅より長
くリボンと平行である。
【００１９】座金２には、その側面のうちの一方に突出
する縁部又はリム２６が具備されており（図７参照）、
この縁部又はリム２６の外径はそのもう一方の側で座金
（センサ手段２）の直径を幾分か上回り、それゆえ測定
時点で接触部４がこの突出縁部２６に接触するようにな
っている。
する縁部又はリム２６が具備されており（図７参照）、
この縁部又はリム２６の外径はそのもう一方の側で座金
（センサ手段２）の直径を幾分か上回り、それゆえ測定
時点で接触部４がこの突出縁部２６に接触するようにな
っている。
【００２０】接触部４は、座金上にネジ込みされスナッ
プ係合されるいわゆるスナップ・オンユニットとして形
成される。接触部４はさらに、励磁コイルとピックアッ
プコイル１０の両方がまわりに巻きつけられたボビン巻
きコイル１１を伴うボビン巻きコイルホルダ１５を含ん
でいる。ネジが受けるプリロードは、座金（センサ手段
２）の或る程度の拡張をひき起こし、この拡張を通して
磁気弾性リボン７が拡張及び圧縮されることになる。そ
の結果、材料６の磁気特性に影響が及ぼされる。特許第
９１０２１２２−０号「トルク及び／又は軸方向応力を
測定するセンサ及び方法」に説明されているように、高
周波数（３００KHz 以上）の電流が、いかなる波形でも
よいが好ましくは正弦波を生成する波発生器を使用して
励磁コイルを通して送られる場合、磁界が発生し、励磁
コイルとピックアップコイル１０の間の相互のインダク
タンスによりピックアップコイル１０内に電圧が誘起さ
れる。特定の１実施態様に従うと、１つの共通のコイル
を励磁及びピックアップの両方の機能のために用いるこ
とができる。特に適した励磁周波数は約１〜２MHzであ
るということが立証されている。
プ係合されるいわゆるスナップ・オンユニットとして形
成される。接触部４はさらに、励磁コイルとピックアッ
プコイル１０の両方がまわりに巻きつけられたボビン巻
きコイル１１を伴うボビン巻きコイルホルダ１５を含ん
でいる。ネジが受けるプリロードは、座金（センサ手段
２）の或る程度の拡張をひき起こし、この拡張を通して
磁気弾性リボン７が拡張及び圧縮されることになる。そ
の結果、材料６の磁気特性に影響が及ぼされる。特許第
９１０２１２２−０号「トルク及び／又は軸方向応力を
測定するセンサ及び方法」に説明されているように、高
周波数（３００KHz 以上）の電流が、いかなる波形でも
よいが好ましくは正弦波を生成する波発生器を使用して
励磁コイルを通して送られる場合、磁界が発生し、励磁
コイルとピックアップコイル１０の間の相互のインダク
タンスによりピックアップコイル１０内に電圧が誘起さ
れる。特定の１実施態様に従うと、１つの共通のコイル
を励磁及びピックアップの両方の機能のために用いるこ
とができる。特に適した励磁周波数は約１〜２MHzであ
るということが立証されている。
【００２１】上述の特許出願明細書にさらに説明されて
いるように、励磁周波数（及び励磁準位）は、小さい角
度の磁化回転が磁壁運動を支配している領域内に磁化さ
れるように選択されるべきである。この例は、図８に示
されており、ここで領域Ｉは磁壁運動による磁化が支配
している領域であり、一方領域II内では小さい角度の磁
化回転による磁化が支配している。すなわち、励磁周波
数（及び励磁準位）は領域Ｉ内に入るように選択されな
くてはならない。
いるように、励磁周波数（及び励磁準位）は、小さい角
度の磁化回転が磁壁運動を支配している領域内に磁化さ
れるように選択されるべきである。この例は、図８に示
されており、ここで領域Ｉは磁壁運動による磁化が支配
している領域であり、一方領域II内では小さい角度の磁
化回転による磁化が支配している。すなわち、励磁周波
数（及び励磁準位）は領域Ｉ内に入るように選択されな
くてはならない。
【００２２】磁気弾性リボン７はピックアップコイル１
０のコアの機能を果すことから、（コイルの巻き数、コ
イル間距離及びコアの磁気特性に依存する）結合係数
は、ネジ又はそれに類する物２３上のプリロードに依存
する。リボン７は主ひずみの軸の方向、における座金上
に付着させられることから例えば軸方向に最大の感度が
得られる。リボン７が、主ひずみの方向と一定の角度を
成すような形で取りつけられている場合、感度は減少す
ることになる。一方、プリロード検出装置はトルク及び
力を表示することができるだろう。
０のコアの機能を果すことから、（コイルの巻き数、コ
イル間距離及びコアの磁気特性に依存する）結合係数
は、ネジ又はそれに類する物２３上のプリロードに依存
する。リボン７は主ひずみの軸の方向、における座金上
に付着させられることから例えば軸方向に最大の感度が
得られる。リボン７が、主ひずみの方向と一定の角度を
成すような形で取りつけられている場合、感度は減少す
ることになる。一方、プリロード検出装置はトルク及び
力を表示することができるだろう。
【００２３】接触部４（スナップ・オンユニット）は好
ましくは、測定時点で座金２と熱的に接触した状態にな
くてはならない第１の温度検知手段を含む。第１の温度
補償手段が温度を補償する。温度検知手段は、温度に敏
感な小さいバネ式要素を含む。これは、標準温度検出
器、抵抗温度検出器及びいわゆるＮＴＣ−抵抗器又はＰ
ｔ１００−エレメント又はボビン巻きコイルの周囲にお
いて外側に向いた溝又はくぼみの中に置かれるそれに類
する装置から構成される。温度補償は、例えばフィード
バックループなどを介してさまざまな方法で行なうこと
ができる。
ましくは、測定時点で座金２と熱的に接触した状態にな
くてはならない第１の温度検知手段を含む。第１の温度
補償手段が温度を補償する。温度検知手段は、温度に敏
感な小さいバネ式要素を含む。これは、標準温度検出
器、抵抗温度検出器及びいわゆるＮＴＣ−抵抗器又はＰ
ｔ１００−エレメント又はボビン巻きコイルの周囲にお
いて外側に向いた溝又はくぼみの中に置かれるそれに類
する装置から構成される。温度補償は、例えばフィード
バックループなどを介してさまざまな方法で行なうこと
ができる。
【００２４】さらに、温度補償については、数多くのプ
リロード検出装置が関与している同時係属出願第９１０
２１２０−４号「監視システム」の中で言及されてい
る。しかしながら、同じ原理が単一のシステムにあては
まる。
リロード検出装置が関与している同時係属出願第９１０
２１２０−４号「監視システム」の中で言及されてい
る。しかしながら、同じ原理が単一のシステムにあては
まる。
【００２５】図５においては、復調器１はセンサ信号を
復調するのに用いられ、しかるに復調器２は温度補償復
調器でもある。電気的に言ってセンサ手段は、座金又は
それに類するものに加えられた負荷と共に変化するイン
ピーダンスＺL のように作用する。一実施態様による
と、センサ手段は、抵抗器Ｒと共に分圧器として接続さ
れ、この分圧器は発振器から供給を受ける。抵抗器Ｒ
は、出力電圧をＺL と共に直線的に変化させるのに充分
な大きさ（例えばＲ＞｜ＺL ｜のものとして選択され
る。この抵抗器Ｒはさらに、励磁電流をＺL 及び座金に
加わる負荷と無関係な状態に保つ、この分圧器からの出
力は交流電圧であり、この電圧はダイオード検出器によ
り直流信号（ＵX ）に変換される。この信号ＵX は、約
２．５mV／℃で温度と共に変化する。この効果は、ダイ
オードにおける電圧降下の変動ならびに座金自体の温度
依存性によりひき起こされる。座金とダイオードは同じ
温度に保たれると仮定される。
復調するのに用いられ、しかるに復調器２は温度補償復
調器でもある。電気的に言ってセンサ手段は、座金又は
それに類するものに加えられた負荷と共に変化するイン
ピーダンスＺL のように作用する。一実施態様による
と、センサ手段は、抵抗器Ｒと共に分圧器として接続さ
れ、この分圧器は発振器から供給を受ける。抵抗器Ｒ
は、出力電圧をＺL と共に直線的に変化させるのに充分
な大きさ（例えばＲ＞｜ＺL ｜のものとして選択され
る。この抵抗器Ｒはさらに、励磁電流をＺL 及び座金に
加わる負荷と無関係な状態に保つ、この分圧器からの出
力は交流電圧であり、この電圧はダイオード検出器によ
り直流信号（ＵX ）に変換される。この信号ＵX は、約
２．５mV／℃で温度と共に変化する。この効果は、ダイ
オードにおける電圧降下の変動ならびに座金自体の温度
依存性によりひき起こされる。座金とダイオードは同じ
温度に保たれると仮定される。
【００２６】座金とは独立して安定した正弦信号ＵR を
変換するもう１つの同じダイオード検出器が導入される
場合、この信号ＵX は約２mV／℃のダイオードの温度依
存性のみを含むことになる。信号ＵX 及びＵR がそれぞ
れ２つの入力信号ＵX 及びＵ R のための異なる利得をも
つ２つの増幅器へと渡され、その後さらに異なる増幅器
へと移された場合、２つの信号の温度依存性は解消され
ることになる。座金（センサ手段）からの出力信号Ｕｏ
ｕｔはこのとき次のようになる。 Ｕｏｕｔ＝ＡR ・ＵR −ＡX ・ＵX
変換するもう１つの同じダイオード検出器が導入される
場合、この信号ＵX は約２mV／℃のダイオードの温度依
存性のみを含むことになる。信号ＵX 及びＵR がそれぞ
れ２つの入力信号ＵX 及びＵ R のための異なる利得をも
つ２つの増幅器へと渡され、その後さらに異なる増幅器
へと移された場合、２つの信号の温度依存性は解消され
ることになる。座金（センサ手段）からの出力信号Ｕｏ
ｕｔはこのとき次のようになる。 Ｕｏｕｔ＝ＡR ・ＵR −ＡX ・ＵX
【００２７】一実施態様に従うと、ＡR は２．５として
選択されＡX は２として選択され、その結果平衡化され
た温度ドリフトが得られる。ＡR 及びＡX は、監視シス
テム内でプリロード検出装置毎に変化しうる。好ましく
は、鋼の温度係数にほぼ等しい温度係数をもつＮｉベー
スの無定形材料が、温度依存性を合理的に低く保つため
のセンサ手段として用いられる。復調用電子部品は、例
えばグリップ部分に含まれていても又接触部に含まれて
いてもよい。
選択されＡX は２として選択され、その結果平衡化され
た温度ドリフトが得られる。ＡR 及びＡX は、監視シス
テム内でプリロード検出装置毎に変化しうる。好ましく
は、鋼の温度係数にほぼ等しい温度係数をもつＮｉベー
スの無定形材料が、温度依存性を合理的に低く保つため
のセンサ手段として用いられる。復調用電子部品は、例
えばグリップ部分に含まれていても又接触部に含まれて
いてもよい。
【００２８】発振器又はそれに類するものの中のドリフ
トによる励磁電流の変動を通して、ピックアップコイル
１０からの信号が影響を受ける。これは、励磁電流の測
定及び発振器（関数発生器）へと直接進むフィードバッ
ク回路を通して補償され得、次に発振器はコイルに一定
の電流を供給することができる。もう１つの実施態様に
従うと、全ての補償信号は、アナログデジタル（ＡＤ）
変換器に送ることができ、いわゆる数値補償のためにコ
ンピュータを用いることができる。
トによる励磁電流の変動を通して、ピックアップコイル
１０からの信号が影響を受ける。これは、励磁電流の測
定及び発振器（関数発生器）へと直接進むフィードバッ
ク回路を通して補償され得、次に発振器はコイルに一定
の電流を供給することができる。もう１つの実施態様に
従うと、全ての補償信号は、アナログデジタル（ＡＤ）
変換器に送ることができ、いわゆる数値補償のためにコ
ンピュータを用いることができる。
【００２９】外部温度及び検知装置３と座金２の間の温
度差を補償するために、グリップ部分５はさらに第２の
温度検知手段及び第２の温度補償手段を含んでいてもよ
い。さらにこの温度は例えば通常の抵抗温度検出器で測
定することができ、例えばアナログ補償を介してか又は
マイクロプロセッサ内の数値補償用のＡＤ変換器を介し
てといったように数多くの方法で補償を行なうことがで
きる。全ての補償をアナログ式に行なう場合、アナログ
電圧は力に対し正比例することになる。このときＡＤ変
換器及びμ（マイクロ）−プロセッサは不要となる。
度差を補償するために、グリップ部分５はさらに第２の
温度検知手段及び第２の温度補償手段を含んでいてもよ
い。さらにこの温度は例えば通常の抵抗温度検出器で測
定することができ、例えばアナログ補償を介してか又は
マイクロプロセッサ内の数値補償用のＡＤ変換器を介し
てといったように数多くの方法で補償を行なうことがで
きる。全ての補償をアナログ式に行なう場合、アナログ
電圧は力に対し正比例することになる。このときＡＤ変
換器及びμ（マイクロ）−プロセッサは不要となる。
【００３０】センサ手段２；２０にとりつけられた無定
形材料に対する保護として、プラスチック層を用いるこ
とができる。図示されている座金は円形であり、比較的
厚い。しかしながら座金（又はセンサ手段２）は必ずし
も円形でなくてもよく、これは利用分野に応じて異な
る。例えは、座金は軸受ブラケットに適用される場合正
方形をしていてよい。通常は焼き入れ鋼が用いられる
が、特定の目的のためには、例えばチタン合金などを用
いることもできる（プリロードがきわめて低い場合）、
このような合金の引張り特性は非常に高く、低い弾性係
数のため応答信号は著しく高くなる。
形材料に対する保護として、プラスチック層を用いるこ
とができる。図示されている座金は円形であり、比較的
厚い。しかしながら座金（又はセンサ手段２）は必ずし
も円形でなくてもよく、これは利用分野に応じて異な
る。例えは、座金は軸受ブラケットに適用される場合正
方形をしていてよい。通常は焼き入れ鋼が用いられる
が、特定の目的のためには、例えばチタン合金などを用
いることもできる（プリロードがきわめて低い場合）、
このような合金の引張り特性は非常に高く、低い弾性係
数のため応答信号は著しく高くなる。
【００３１】異なるサイズのセンサ手段２；２０のため
に同じ検知装置３を用いることが可能であるようにする
ためには、交換可能なボビン巻きコイルホルダを用いる
ことができる。さらに、アクセス可能性のため例えば一
対のｔｏｎｇｓ（トング；ひばし）又はそれに類するも
のといったようにコイルシステム／検知装置を開放可能
なものにすることも可能である。
に同じ検知装置３を用いることが可能であるようにする
ためには、交換可能なボビン巻きコイルホルダを用いる
ことができる。さらに、アクセス可能性のため例えば一
対のｔｏｎｇｓ（トング；ひばし）又はそれに類するも
のといったようにコイルシステム／検知装置を開放可能
なものにすることも可能である。
【００３２】もう１つの実施態様によると、センサ手段
２；２０及びコイルシステムは、センサ手段の異なる区
分内の拡張を測定できるようにする形で形成することが
できる。かくして、その点に作用する曲げモーメント及
び剪断応力を決定することが可能である。この種の測定
を可能にするため、コイルをわずか２５％が半径方向に
感応性材料６をカバーするようにコイルを形成すること
ができる。次に検知装置３は異なるセクタで測定するた
めグリップ部分５を介して回転されうる。
２；２０及びコイルシステムは、センサ手段の異なる区
分内の拡張を測定できるようにする形で形成することが
できる。かくして、その点に作用する曲げモーメント及
び剪断応力を決定することが可能である。この種の測定
を可能にするため、コイルをわずか２５％が半径方向に
感応性材料６をカバーするようにコイルを形成すること
ができる。次に検知装置３は異なるセクタで測定するた
めグリップ部分５を介して回転されうる。
【００３３】図６には、座金２′とナット２１を含む他
のセンサ手段２０が示されており、この座金２′とナッ
ト２１は１つの単一ユニットを形成している。当業者に
とっては、本発明が記述されてきた実施態様に制限され
るものでなく、クレームの範囲から逸脱することなく数
多くの方法で変更、修正されうるものであることは明白
である。例えば長期にわたる測定のためには、簡略化さ
れた接触部を使用することができる。従って、コンピュ
ータ化されたグリップ部を使用することもできるし或い
は又これを定置形又はポータブル式のコンピュータシス
テムに接続することも可能である。
のセンサ手段２０が示されており、この座金２′とナッ
ト２１は１つの単一ユニットを形成している。当業者に
とっては、本発明が記述されてきた実施態様に制限され
るものでなく、クレームの範囲から逸脱することなく数
多くの方法で変更、修正されうるものであることは明白
である。例えば長期にわたる測定のためには、簡略化さ
れた接触部を使用することができる。従って、コンピュ
ータ化されたグリップ部を使用することもできるし或い
は又これを定置形又はポータブル式のコンピュータシス
テムに接続することも可能である。
【図１】接触部及びグリップ部を含む検知装置を示す図
であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図であ
る。
であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図であ
る。
【図２】センサ手段上に配置された状態の検知装置の概
略説明図である。
略説明図である。
【図３】座金の形をしたセンサ手段の平面図である。
【図４】磁気弾性リボンが取りつけられた座金の形をし
たセンサ手段の側面図である。
たセンサ手段の側面図である。
【図５】プリロード検出装置により構成される復調及び
励磁用電子回路図である。
励磁用電子回路図である。
【図６】組合せた１ユニットの座金及びナットの側面図
である。
である。
【図７】プリロード検出装置を示す図である。
【図８】異なる磁化プロセスの領域を示す図である。
２；２０…センサ手段 ２′…座金 ３…検知装置 ４…接触部 ５…グリップ部 ６…磁気弾性材料 ７…リボン ８…リボンベルト １０…ピックアップコイル １１…ボビン巻コイル １５…ボビン巻コイルホルダ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ブラーム フェーンフイゼン オランダ国，3401 テーカー イエッセ ルステイン，ヘペルマルケル 48 (72)発明者 トーマス ラルッソン スウェーデン国，エス−421 66 ベー ストラ フレールンダ，トップベーゲン ２ (56)参考文献 特開 昭57−175234（ＪＰ，Ａ) 特開 昭53−56459（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−169826（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−56772（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−152947（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−58438（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G01L 5/00 G01L 1/12
Claims (16)
- 【請求項１】 ネジ、ボルト又は類似物（２３）におけ
るプリロードを測定するためのプリロード検出装置であ
って、 所定の励磁周波数で励磁される磁気弾性材料と、 物体（２３）が露出している負荷に対し感応する前記磁
気弾性材料（６）を含み、前記プリロードにより生じる
押し込み力を検出するように配置されたセンサ（２）
と、 前記磁気弾性材料（６）内の透磁率変化を検知する検知
装置（３）と、 前記センサ（２）により検出された負荷をモニタするた
め前記検知装置（３）に接続された電子装置と、を備え
たプリロード検出装置において、 前記センサは、その上に前記磁気弾性材料（６）が周囲
に当てられる弾性ウェハ形状のボディ（２）であり、 前記検知装置（３）が、前記センサを少なくとも部分的
に囲む接触部（４）と該接触部（４）から伸びるグリッ
プ部（５）とを含み、 前記磁気弾性材料（６）が、少なくとも３００KHz の周
波数で励磁される、 ことを特徴とするプリロード検出装置。 - 【請求項２】 前記検知装置（３）が、前記センサ
（２）に電気的に接続されていない、請求項１に記載の
プリロード検出装置。 - 【請求項３】 前記検知装置（３）が、小角度磁化回転
処理により前記センサ（２）を優勢に励磁するよう設定
する、請求項１または２に記載のプリロード検出装置。 - 【請求項４】 前記ウェハ形状のボディ（２）が、環状
であり、前記ボルトを囲む、請求項１に記載のプリロー
ド検出装置。 - 【請求項５】 前記磁気弾性材料が、５００ｋHzから１
０MHz の間の周波数で励磁される、請求項１に記載のプ
リロード検出装置。 - 【請求項６】 前記励磁周波数が、１〜２MHz の範囲に
ある、請求項５に記載のプリロード検出装置。 - 【請求項７】 前記磁気弾性材料（６）が、磁気弾性無
定形材料を含む、請求項１乃至６の何れか１項に記載の
プリロード検出装置。 - 【請求項８】 前記磁気弾性材料（６）が、センサボデ
ィ（２）に軸方向に当てられる、請求項１乃至７の何れ
か１項に記載のプリロード検出装置。 - 【請求項９】 前記磁気弾性材料（６）が、リボンベル
ト（８）の形をした磁気弾性リボン（７）を備える、請
求項８に記載のプリロード検出装置。 - 【請求項１０】 前記接触部（４）が、コイルシステム
を備える、請求項１に記載のプリロード検出装置。 - 【請求項１１】 前記コイルシステムが、前記センサ
（２）を完全に封じ込める、請求項１０に記載のプリロ
ード検出装置。 - 【請求項１２】 前記コイルシステムが、励磁機能とピ
ックアップ機能の両方を遂行するコイルを備える、請求
項１０または１１に記載のプリロード検出装置。 - 【請求項１３】 前記グリップ部（５）が、測定結果を
処理し表示するユニットを備える、請求項１乃至１２の
何れか１項に記載のプリロード検出装置。 - 【請求項１４】 前記検知装置（３）が、温度検出手段
と温度補償手段とを備える、請求項１に記載のプリロー
ド検出装置。 - 【請求項１５】 前記温度検出手段が、コイルボビン
（１１）に付けられた抵抗性温度検出器を備え、前記温
度補償手段が電気フィードバックループを含む、請求項
１４に記載のプリロード検出装置。 - 【請求項１６】 前記センサが、前記磁気弾性材料
（６）を保護するための非磁性かつ非導電性の保護層を
備える、請求項１乃至１５の何れか１項に記載のプリロ
ード検出装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SE9102121A SE9102121D0 (sv) | 1991-07-08 | 1991-07-08 | Sensor system |
| SE9102121-2 | 1991-07-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05187932A JPH05187932A (ja) | 1993-07-27 |
| JP2944315B2 true JP2944315B2 (ja) | 1999-09-06 |
Family
ID=20383285
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4181096A Expired - Fee Related JP2944315B2 (ja) | 1991-07-08 | 1992-07-08 | プリロード検出装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5343759A (ja) |
| EP (2) | EP0523024A3 (ja) |
| JP (1) | JP2944315B2 (ja) |
| SE (1) | SE9102121D0 (ja) |
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