JP7296092B2 - Sensor Arrangement Structure and Sensor Arrangement Method - Google Patents

Sensor Arrangement Structure and Sensor Arrangement Method Download PDF

Info

Publication number
JP7296092B2
JP7296092B2 JP2019017567A JP2019017567A JP7296092B2 JP 7296092 B2 JP7296092 B2 JP 7296092B2 JP 2019017567 A JP2019017567 A JP 2019017567A JP 2019017567 A JP2019017567 A JP 2019017567A JP 7296092 B2 JP7296092 B2 JP 7296092B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
linear detection
detection body
conductor
wire
sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019017567A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020125940A (en
Inventor
昌良 大村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robosensor Technology Research Inc
Original Assignee
Robosensor Technology Research Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robosensor Technology Research Inc filed Critical Robosensor Technology Research Inc
Priority to JP2019017567A priority Critical patent/JP7296092B2/en
Publication of JP2020125940A publication Critical patent/JP2020125940A/en
Priority to JP2023092136A priority patent/JP7473259B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7296092B2 publication Critical patent/JP7296092B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

本発明は、収容空間が設けられた部材に線状検出体を配置したセンサ配置構造およびセンサ配置方法に関する。 The present invention relates to a sensor arranging structure and a sensor arranging method in which a linear detection body is arranged in a member provided with a housing space.

内部導体と、その内部導体の外周面に接触して設けられた圧電体と、その圧電体の外周面に接触して設けられた外部導体とからなる線状検出体が知られている(例えば、特許文献1等参照)。また、導電ゴム等による抵抗線、キャパシタ線、光ファイバ等を用いて線状検出体を構成することも検討されている。一方、近年では工作機械の状態情報を収集して分析することで、工作機械等に用いられている工具などの消耗部品の劣化や工作機械の故障を事前に予測したり、部品交換をより効率良く実施するためのメンテナンス計画を立案する技術が求められている。また、ロボット、農業機械、車、家電などの装置においても状態情報を収集して分析することで故障予測や作業の効率化を行うことが検討されている。この状態情報の検出装置として上述の線状検出体を備えたセンサモジュールを用いることが考えられる。従来、振動測定等には加速度センサが用いられてきた。しかし、加速度センサは、自身の固有振動数が、装置に発生する振動の振動数の一部と一致しており、その振動数では共振してしまうため振動に対する感度が振動周波数毎に異なっていた。これに対し、線状検出体は、装置に発生する振動の周波数よりも固有周波数が極端に低いため、装置の振動を測定する際の感度を振動の周波数にかかわらずほぼ一定にすることができるといった効果が見込まれる。 A linear detection body is known that consists of an inner conductor, a piezoelectric body provided in contact with the outer peripheral surface of the inner conductor, and an outer conductor provided in contact with the outer peripheral surface of the piezoelectric body (for example, , see Patent Document 1, etc.). In addition, it has been studied to form a linear detection body using a resistance wire made of conductive rubber or the like, a capacitor wire, an optical fiber, or the like. On the other hand, in recent years, by collecting and analyzing machine tool status information, it is possible to predict deterioration of consumable parts such as tools used in machine tools and machine tool failures in advance, and to make parts replacement more efficient. There is a need for a technique to formulate a maintenance plan for good implementation. In addition, collection and analysis of state information of devices such as robots, agricultural machinery, automobiles, and home appliances is being studied to predict failures and improve work efficiency. It is conceivable to use a sensor module having the above-described linear detection body as the state information detection device. Conventionally, acceleration sensors have been used for vibration measurement and the like. However, the natural frequency of the acceleration sensor matches part of the frequency of the vibration generated in the device, and since it resonates at that frequency, the sensitivity to vibration differs for each vibration frequency. . On the other hand, since the linear detection body has an extremely lower natural frequency than the frequency of the vibration generated in the device, the sensitivity when measuring the vibration of the device can be made almost constant regardless of the vibration frequency. Such effects are expected.

特開2018-141668号公報JP 2018-141668 A

しかしながら、本発明者が実際に線状検出体を工作機械に固定して動作状態や振動状態を計測したところ、検出感度が低く正確な状態情報を得られないことが判明した。これは、線状検出体が工作機械に固定されることで線状検出体と工作機械とが一体となって振動してしまうため、線状検出体に変形が生じにくいことが要因と考えられる。 However, when the present inventor actually fixed the linear detection body to a machine tool and measured the operating state and vibration state, it was found that the detection sensitivity was low and accurate state information could not be obtained. The reason for this is thought to be that when the linear detection body is fixed to the machine tool, the linear detection body and the machine tool vibrate together, making it difficult for the linear detection body to deform. .

本発明は上記事情に鑑み、検出感度を高めたセンサ配置構造およびセンサ配置方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a sensor arrangement structure and a sensor arrangement method with improved detection sensitivity.

上記目的を解決する本発明のセンサ配置構造は、内部導体と外部導体と圧電体とを備えた線状検出体を有するセンサモジュールと、
収容空間が設けられた部材と
前記線状検出体が変形可能な範囲で該線状検出体に張力を付与する張力付与部材とを備え、
前記センサモジュールは、前記部材によって保持された被保持部を有するものであり、
前記線状検出体は、前記収容空間内に変形可能に配置され、変形状態に応じた強度の信号を出力するものであることを特徴とする。
A sensor arrangement structure of the present invention for solving the above object is a sensor module having a linear detection body including an inner conductor, an outer conductor, and a piezoelectric body ;
a member provided with an accommodation space ;
a tension applying member that applies tension to the linear detection body within a range in which the linear detection body can be deformed ;
The sensor module has a held portion held by the member,
The linear detection body is arranged in the accommodation space so as to be deformable, and outputs a signal having an intensity corresponding to the deformation state.

本発明のセンサ配置構造によれば、前記線状検出体は前記収容空間において変形可能に配置されているので、前記部材が動作または振動(以下、振動等と称する)した時に該収容空間内で該線状検出体がその振動等に対応して変形する。これにより、高い検出感度で振動等を検出することができる。 According to the sensor arrangement structure of the present invention, since the linear detection body is arranged so as to be deformable in the accommodation space, when the member moves or vibrates (hereinafter referred to as vibration or the like), The linear detection body deforms in response to the vibration or the like. As a result, vibration or the like can be detected with high detection sensitivity.

前記部材は、複数の物品が組み合わされたものであってもよい。また、前記収容空間は複数の物品を組み合わせた際に生じる物品間の隙間によって形成された空間であってもよい。前記線状検出体は、内部導体と外部導体との間に圧電体を担持したものであってもよい。また、前記線状検出体は、自身が変形したことで電気抵抗が変化するピエゾ抵抗線であってもよいし、導電ゴム等による抵抗線であってもよい。ここにいう導電ゴムとしては、加えられる圧力の大きさや引張力の大きさによって電気抵抗が変化するものであってもよい。また、前記線状検出体は、自身が変形したことで厚さが変化して静電容量が変わるキャパシタ線であってもよい。あるいは、前記線状検出体は、自身が変形したことで屈折率が変化する光ファイバを用いた光学的な信号出力線であってもよい。すなわち、自身の変形状態に応じた強度の信号を出力する線状検出体であればよい。また更に、前記被保持部は、前記線状検出体の一部であってもよく、センサモジュールのうち該線状検出体とは異なる部分であってもよい。 The member may be a combination of multiple articles. Further, the accommodation space may be a space formed by a gap between articles that is generated when a plurality of articles are combined. The linear detection body may have a piezoelectric body held between an inner conductor and an outer conductor. Further, the linear detection body may be a piezoresistive wire whose electric resistance changes as it deforms, or may be a resistance wire made of conductive rubber or the like. The conductive rubber referred to here may be one whose electrical resistance changes depending on the magnitude of the applied pressure or the magnitude of the tensile force. Further, the linear detection body may be a capacitor wire whose thickness changes due to its deformation and whose capacitance changes. Alternatively, the linear detection body may be an optical signal output line using an optical fiber whose refractive index changes due to its deformation. That is, any linear detection object may be used as long as it outputs a signal having an intensity corresponding to its deformation state. Furthermore, the held portion may be a part of the linear detection body, or may be a part of the sensor module different from the linear detection body.

前記線状検出体に張力を付与することで、前記部材の振動等が該線状検出体に伝わりやすくなる。従って、前記線状検出体が振動等に対応して変形しやすくなる。また、張力を付与することで、前記部材が振動等をしていない初期状態において、前記線状検出体が所定の形状に維持されるので、該線状検出体から出力される信号の再現性が高まる。 By applying tension to the linear detection body, the vibration of the member or the like is easily transmitted to the linear detection body. Therefore, the linear detection member is easily deformed in response to vibration or the like. In addition, by applying tension, the linear detection body is maintained in a predetermined shape in the initial state in which the member does not vibrate, etc., so that the reproducibility of the signal output from the linear detection body is improved. increases.

前記張力付与部材は、前記線状検出体に取り付けられた重りであってもよく、前記部材または前記センサモジュールに保持された弾性部材であってもよい。 The tension applying member may be a weight attached to the linear detection body, or an elastic member held by the member or the sensor module.

また、本発明のセンサ配置構造において、前記張力付与部材が、前記線状検出体に撚り合わせられて該線状検出体に張力を付与するサポート線であってもよい。 Further, in the sensor arrangement structure of the present invention, the tension applying member may be a support wire that is twisted around the linear detection body to apply tension to the linear detection body.

前記線状検出体をサポート線に撚り合わせることで、該線状検出体に張力を付与するだけでなく、撚り合わされた撚線全体がしなることもできるので感度よく振動等を検出できる。また、前記収容空間が細長い空間であっても前記線状検出体を該収容空間内に容易に設置することができる。 By twisting the linear detection body with the support wire, not only can tension be applied to the linear detection body, but also the entire twisted stranded wire can be bent, so that vibration and the like can be detected with high sensitivity. Moreover, even if the accommodation space is a long and narrow space, the linear detection body can be easily installed in the accommodation space.

前記サポート線は、前記線状検出体よりも剛性の高いものであってもよい。前記サポート線は、金属製のものが好ましく、ステンレス製のものがより好ましい。 The support line may have higher rigidity than the linear detection body. The support line is preferably made of metal, and more preferably made of stainless steel.

また、本発明のセンサ配置構造において、前記線状検出体は、螺旋状に成形されたものであってもよい。 Moreover, in the sensor arrangement structure of the present invention, the linear detection body may be spirally formed.

前記線状検出体を螺旋状にすることで、前記収容空間に収容可能な該線状検出体の長さが増加する上に該線状検出体が変形しやすくなるので、より高い検出感度で前記部材の振動等を検出することができる。 By making the linear detection body helical, the length of the linear detection body that can be accommodated in the accommodation space is increased and the linear detection body is easily deformed. Vibration or the like of the member can be detected.

また、本発明のセンサ配置構造において、前記線状検出体は、螺旋状に周回したスパイラル線の軸心をさらに螺旋状に周回させたダブルコイル状のものであってもよい。 Further, in the sensor arrangement structure of the present invention, the linear detection body may have a double-coil shape in which the axis of the helically wound spiral wire is further helically wound.

前記収容空間に収容可能な前記線状検出体の長さが大幅に増加する上に、前記部材が振動等をした時に該線状検出体がより変形しやすくなるので、検出感度を大幅に高めることができる。 The length of the linear detection body that can be accommodated in the accommodation space is greatly increased, and the linear detection body is more easily deformed when the member is vibrated, thereby greatly increasing the detection sensitivity. be able to.

また、本発明のセンサ配置構造において、前記スパイラル線の軸心側に該軸心に沿った支持線が配置されていてもよい。 Further, in the sensor arrangement structure of the present invention, a support line may be arranged along the axis on the side of the axis of the spiral line.

素線である直線状の前記線状検出体を前記支持線の周囲に巻き付けることで該線状検出体を容易にダブルコイル状にすることができる。前記支持線は、螺旋状弾性部材であってもよい。 By winding the straight linear detection body, which is a wire, around the support wire, the linear detection body can be easily formed into a double coil shape. The support line may be a spiral elastic member.

上記目的を解決する本発明のセンサ配置方法は、内部導体と外部導体と圧電体とを備え変形状態に応じた強度の信号を出力する線状検出体を有するセンサモジュールと、前記線状検出体が変形可能な範囲で該線状検出体に張力を付与する張力付与部材と、収容空間を有する部材とを用意する準備工程と、
前記部材に前記センサモジュールの一部を保持させ、前記線状検出体を変形可能に前記収容空間内に配置する配置工程とを有することを特徴とする。
A method of arranging a sensor according to the present invention for solving the above object includes a sensor module having a linear detection body which includes an inner conductor, an outer conductor, and a piezoelectric body and which outputs a signal having an intensity corresponding to a deformation state, and the linear detection body. a preparation step of preparing a tension imparting member that imparts tension to the linear detection body within a deformable range, and a member having a housing space;
and an arranging step of causing the member to hold a part of the sensor module and arranging the linear detection body in the accommodation space so as to be deformable.

本発明のセンサ配置方法によれば、前記部材が振動等した時に前記収容空間内で前記線状検出体がその振動等に対応して変形するので、高い検出感度で該部材の振動等を検出することができる。 According to the sensor placement method of the present invention, when the member vibrates or the like, the linear detection member deforms in response to the vibration or the like within the housing space, so the vibration or the like of the member can be detected with high detection sensitivity. can do.

また、本発明のセンサ配置方法において、前記準備工程は、前記張力付与部材であるサポート線に撚り合わされた前記線状検出体を有する前記センサモジュールを用意する工程であってもよい。 Further, in the sensor arrangement method of the present invention, the preparing step may be a step of preparing the sensor module having the linear detection body twisted with the support wire that is the tension applying member .

撚線全体がしなることができるので感度よく振動等を検出できる上に、前記収容空間が細長い空間であっても前記線状検出体を該収容空間内に設置することができる。 Since the entire twisted wire can bend, vibrations can be detected with high sensitivity, and the linear detection body can be installed in the accommodation space even if the accommodation space is a long and narrow space.

本発明によれば、検出感度を高めたセンサ配置構造およびセンサ配置方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sensor arrangement|positioning structure and sensor arrangement|positioning method which improved the detection sensitivity can be provided.

本発明のセンサ配置構造の一実施形態を示す断面図である。It is a sectional view showing one embodiment of sensor arrangement structure of the present invention. 線状検出体の構造を模式的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a linear detection body; (a)は、ネジ本体とセンサ基板とを図1における上方から見た平面図である。(b)は、ネジ本体を図3(a)における右方向からみた右側面図である。2(a) is a plan view of the screw body and the sensor substrate as seen from above in FIG. 1; FIG. 3(b) is a right side view of the screw body as seen from the right direction in FIG. 3(a). FIG. 図1に示したネジとセンサモジュールを組み立てる前の分解図である。FIG. 2 is an exploded view before assembling the screw and the sensor module shown in FIG. 1; ネジにセンサモジュールを配置する配置方法を示すフローチャートである。FIG. 10 is a flow chart showing a placement method for placing a sensor module on a screw; FIG. 図1に示したセンサ配置構造の第1変形例を示す、図1と同様の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view similar to FIG. 1, showing a first modification of the sensor arrangement shown in FIG. 1; 図1に示したセンサ配置構造の第2変形例を示す、図1と同様の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view similar to FIG. 1 showing a second modification of the sensor arrangement shown in FIG. 1; 図1に示したセンサ配置構造の第3変形例を示す、図1と同様の断面図である。2 is a cross-sectional view similar to FIG. 1 showing a third modification of the sensor arrangement shown in FIG. 1; FIG. 図1に示したセンサ配置構造の第4変形例を示す、図1と同様の断面図である。2 is a cross-sectional view similar to FIG. 1, showing a fourth modification of the sensor arrangement structure shown in FIG. 1; FIG. 第2実施形態のセンサ配置構造の一実施形態に相当する主軸とセンサモジュールを模式的に示した断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a spindle and sensor modules corresponding to one embodiment of the sensor arrangement structure of the second embodiment; 第2実施形態のセンサ配置構造の変形例を示す、図10と同様の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view similar to FIG. 10 showing a modification of the sensor arrangement structure of the second embodiment; 第3実施形態のセンサ配置構造を示す、図10と同様の断面図である。11 is a cross-sectional view similar to FIG. 10 showing the sensor arrangement structure of the third embodiment; FIG.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明のセンサ配置構造の一実施形態を示す断面図である。 FIG. 1 is a sectional view showing one embodiment of the sensor arrangement structure of the present invention.

図1に示すように、本発明のセンサ配置構造は、ネジ2とセンサモジュール3と
41とを有する。ネジ2はネジ本体21とネジ蓋22とを有する。このネジ2は、部材の一例に相当する。ネジ本体21は、先端側に形成されたネジ部211と後端側に形成された頭部212とから構成されている。これらネジ部211と頭部212は一体に形成されている。ネジ部211は、先端211aが閉塞した中空円筒状をしている。ネジ部211の外周面211bにはネジ山が形成されている。また、ネジ部211の内部には内周面211cによって画定された第1内部空間SAが形成されている。
As shown in FIG. 1, the sensor arrangement structure of the present invention comprises screws 2 and sensor modules 3 and 41 . The screw 2 has a screw body 21 and a screw cap 22 . This screw 2 corresponds to an example of a member. The screw main body 21 is composed of a screw portion 211 formed on the front end side and a head portion 212 formed on the rear end side. The screw portion 211 and the head portion 212 are integrally formed. The screw portion 211 has a hollow cylindrical shape with a closed tip 211a. A screw thread is formed on the outer peripheral surface 211 b of the threaded portion 211 . Further, inside the screw portion 211, a first internal space SA defined by an inner peripheral surface 211c is formed.

頭部212は、ネジ部211よりも大径な中空円筒状に形成されている。頭部212の内部には頭部212の内周面212aによって画定された第2内部空間SBが形成されている。第2内部空間SBは第1内部空間SAに連通している。以下の説明では、第1内部空間SAと第2内部空間SBを合わせて称するときは、収容空間Sと称する。第2内部空間SBの後端は開放されている。頭部212の外周面212bには、外周面212b全周に渡って円周溝212e(図3(b)参照)が形成されている。この円周溝212eには、頭部212とネジ蓋22との隙間から水等が侵入しないように防水手段としてOリング213がはめ込まれている。 The head 212 is formed in a hollow cylindrical shape with a larger diameter than the threaded portion 211 . A second internal space SB defined by an inner peripheral surface 212 a of the head 212 is formed inside the head 212 . The second internal space SB communicates with the first internal space SA. In the following description, when the first internal space SA and the second internal space SB are collectively referred to, they will be referred to as an accommodation space S. The rear end of the second internal space SB is open. A circumferential groove 212e (see FIG. 3B) is formed in the outer peripheral surface 212b of the head 212 over the entire circumference of the outer peripheral surface 212b. An O-ring 213 is fitted in the circumferential groove 212e as a waterproof means to prevent water or the like from entering through the gap between the head 212 and the screw cap 22. As shown in FIG.

ネジ蓋22は円筒状の側壁部221と円盤状の上板部222とが一体に形成されたものである。なお、このネジ蓋22とOリング213は、水や薬品などがセンサモジュール3に達する心配のない箇所にネジ本体21を設置する場合には省略してもよいが、センサモジュール3の劣化を防ぐために使用することが望ましい。ネジ本体21にネジ蓋22を取り付けた状態では、頭部212の後端面は、ネジ蓋22の上板部222によって覆われている。ネジ蓋22は、Oリング213を挟んで頭部212の後端側部分に圧入されることで、ネジ本体21に固定されている。なお、ネジ蓋22の側壁部221の内周面に雌ネジを形成し、ネジ本体21の頭部212の外周面に雄ネジを形成してネジ蓋22とネジ本体21とをネジ締結してもよい。ネジ締結することで、振動等によってネジ蓋22がネジ本体21から外れてしまうことを抑制することができる。上板部222の中央には孔222aが形成されている。その孔222aにはグロメット23が固定されている。 The screw cap 22 is formed by integrally forming a cylindrical side wall portion 221 and a disk-shaped upper plate portion 222 . The screw lid 22 and the O-ring 213 may be omitted when the screw body 21 is installed in a place where there is no risk of water, chemicals, etc. reaching the sensor module 3. It is desirable to use it to When the screw cap 22 is attached to the screw body 21 , the rear end surface of the head 212 is covered with the upper plate portion 222 of the screw cap 22 . The screw lid 22 is fixed to the screw main body 21 by being press-fitted into the rear end portion of the head portion 212 with the O-ring 213 interposed therebetween. A female screw is formed on the inner peripheral surface of the side wall portion 221 of the screw cap 22, and a male screw is formed on the outer peripheral surface of the head portion 212 of the screw main body 21, so that the screw cap 22 and the screw main body 21 are screwed together. good too. By fastening with screws, it is possible to prevent the screw cap 22 from coming off from the screw main body 21 due to vibration or the like. A hole 222 a is formed in the center of the upper plate portion 222 . A grommet 23 is fixed to the hole 222a.

センサモジュール3は、ネジ2の内部に配置されている。このセンサモジュール3は、線状検出体31とセンサ基板32とから構成されている。なお、図1では、センサ基板32の一部(図1における右下部分)を切り欠いて示している。線状検出体31は、圧電体312(図2参照)を有する線状のセンサであり、自身の変形状態に応じた強度の信号を発生するものである。具体的には、線状検出体31のうち変形した部分の長さおよび変形速度に応じた電圧を発生する。ただし、変形した部分の長さおよび変形量に応じた電圧を発生するものでもよく、電圧以外の信号を出力するものであってもよい。線状検出体31の後端は、はんだによりセンサ基板32に接続されている。この線状検出体31の構成については後に詳述する。 A sensor module 3 is arranged inside the screw 2 . This sensor module 3 is composed of a linear detection body 31 and a sensor substrate 32 . 1, a part of the sensor substrate 32 (lower right portion in FIG. 1) is cut away. The linear detection body 31 is a linear sensor having a piezoelectric body 312 (see FIG. 2), and generates a signal with an intensity corresponding to its deformation state. Specifically, a voltage corresponding to the length and deformation speed of the deformed portion of the linear detection body 31 is generated. However, it may generate a voltage corresponding to the length and amount of deformation of the deformed portion, or it may output a signal other than the voltage. The rear end of the linear detection body 31 is connected to the sensor substrate 32 by soldering. The configuration of the linear detection body 31 will be detailed later.

線状検出体31は、サポート線41に撚り合わされている。このサポート線41は、張力付与部材の一例に相当する。本実施形態におけるサポート線41は、7本のステンレスワイヤをその断面において最密構造に配置した上で撚り合わせたものである。サポート線41の表面はナイロンなどの樹脂によって被覆されている。この被覆により、ネジ2が振動等したときに、サポート線41を構成する堅いステンレスによって線状検出体31の表面を擦ることがなくなるので、線状検出体31を長寿命化できる。また、線状検出体31とサポート線41相互の滑りが良くなるので線状検出体31が変形しやすくなる。サポート線41の直径は、樹脂による被覆分も含めて0.46mmである。なお、サポート線41として、銅線などの他の金属線を用いても良く、樹脂製の線材を用いても良い。さらに、サポート線41は単線で構成されていてもよい。また、金属線を用いた場合の樹脂による被覆も必須ではない。 The linear detection body 31 is twisted with the support wire 41 . This support line 41 corresponds to an example of a tension applying member. The support wire 41 in this embodiment is formed by arranging seven stainless steel wires in a close-packed structure in its cross section and then twisting them together. The surface of the support wire 41 is covered with a resin such as nylon. With this coating, when the screw 2 vibrates, the surface of the linear detection body 31 is not rubbed by the hard stainless steel forming the support wire 41, so that the life of the linear detection body 31 can be extended. In addition, since the linear detection body 31 and the support line 41 are more likely to slide each other, the linear detection body 31 is more likely to be deformed. The diameter of the support wire 41 is 0.46 mm including the portion covered with resin. As the support wire 41, another metal wire such as a copper wire may be used, or a resin wire may be used. Furthermore, the support line 41 may be composed of a single line. Moreover, coating with resin when using a metal wire is not essential.

後述するように、線状検出体31は内部に金属線を含んだ可撓性を有する線である。また、サポート線41も可撓性を有するので、線状検出体31にサポート線41を撚り合わせると、線状検出体31とサポート線41とがそれぞれ撚り戻ろうとする。これにより、線状検出体31に張力が付与され、線状検出体31にたるみが生じることを防止できる。線状検出体31にたるみが生じていると、たるんでいる部分では振動等が吸収されて線状検出体31における検出感度が低下してしまう。たるみを防止することで、線状検出体31が振動等に対応した変形をしやすくなる。また、振動等が生じていない初期状態における線状検出体31の形状がサポート線41によって一定形状に維持されるので、線状検出体31から出力される信号の再現性が高まる。すなわち、ネジ2に同じ振動等が生じた場合には同一波形の信号が出力される。また、撚り合わされた線状検出体31とサポート線41は、2つの線の結合体全体としてしなることができるので線状検出体31に変形が生じやすい。従って、ネジ2に振動等が生じたときに感度よく信号を出力することができる。さらに、第1内部空間SAが細長い空間であっても容易に挿入することができるので、細長いネジ2であっても第1内部空間SAの奥まで線状検出体31を挿入して設置することができる。なお、サポート線41の剛性が、線状検出体31の剛性未満であると、サポート線41の剛性不足によってサポート線41が線状検出体31の支えにならずに線状検出体31にたるみが生じてしまう場合がある。このため、線状検出体31よりも剛性の高いサポート線41を用いることが好ましい。 As will be described later, the linear detection body 31 is a flexible wire containing a metal wire inside. Further, since the support wire 41 also has flexibility, when the support wire 41 is twisted with the linear detection body 31, the linear detection body 31 and the support wire 41 tend to untwist. As a result, tension is applied to the linear detection body 31, and the linear detection body 31 can be prevented from being slackened. If the linear detection body 31 is slack, the slack part absorbs vibrations and the like, and the detection sensitivity of the linear detection body 31 is lowered. By preventing the slack, the linear detection body 31 can be easily deformed in response to vibration or the like. Further, since the shape of the linear detection body 31 in the initial state in which no vibration or the like occurs is maintained in a constant shape by the support line 41, the reproducibility of the signal output from the linear detection body 31 is enhanced. That is, when the same vibration or the like occurs in the screw 2, a signal with the same waveform is output. In addition, since the linear detection body 31 and the support wire 41 that are twisted together can be bent as a combined body of the two wires, the linear detection body 31 is likely to be deformed. Therefore, it is possible to output a signal with high sensitivity when vibration or the like occurs in the screw 2 . Furthermore, even if the first internal space SA is an elongated space, it can be easily inserted. Therefore, even if the screw 2 is elongated, the linear detection body 31 can be inserted and installed deep into the first internal space SA. can be done. If the rigidity of the support wire 41 is less than the rigidity of the linear detection body 31, the support wire 41 does not support the linear detection body 31 due to insufficient rigidity of the support line 41, and the linear detection body 31 becomes slack. may occur. Therefore, it is preferable to use the support line 41 having higher rigidity than the linear detection body 31 .

線状検出体31の後端部分とサポート線41の後端部分は、不図示の樹脂によってセンサ基板32に固定されている。線状検出体31の後端部分がセンサ基板32に対して揺れ動くと線状検出体31の、センサ基板32への取り付け部分で断線してしまう可能性があるが、樹脂で固定することで断線の可能性を低下させることができる。また線状検出体31の後端部分とサポート線41の後端部分が固定されることで初期状態における線状検出体31の姿勢が一定になるので、線状検出体31から出力される信号の再現性が高まる。なお、サポート線41が固定されていない状態で線状検出体31に撚り合わされているだけでも線状検出体31に張力を付与することはできるが、サポート線41を固定することで線状検出体31の初期状態における姿勢をより安定させることが可能になる。 The rear end portion of the linear detection body 31 and the rear end portion of the support line 41 are fixed to the sensor substrate 32 with resin (not shown). If the rear end portion of the linear detection body 31 swings with respect to the sensor substrate 32, there is a possibility that the linear detection body 31 is disconnected at the mounting portion to the sensor substrate 32. can reduce the likelihood of Further, since the rear end portion of the linear detection body 31 and the rear end portion of the support line 41 are fixed, the attitude of the linear detection body 31 in the initial state becomes constant. reproducibility is enhanced. Although it is possible to apply tension to the linear detection body 31 by simply twisting the linear detection body 31 in a state in which the support wire 41 is not fixed, fixing the support wire 41 results in linear detection. It becomes possible to stabilize the posture of the body 31 in its initial state.

センサ基板32は、頭部212の内周面212aに形成された切欠溝212cに挿入されることでネジ2の内部に固定されている。このセンサ基板32の固定構造については後述する。センサ基板32は、センサ回路321を備えている。また、センサ基板32には、先端側パターン配線322および後端側パターン配線323が形成されている。この先端側パターン配線322は信号線の一例に相当する。線状検出体31は、先端側パターン配線322よりも先端側に配置された検出機能を有する部分である。線状検出体31が変形することで発生した信号(電圧)は、センサ基板32に形成された先端側パターン配線322を通じてセンサ回路321に入力される。センサ回路321は、オペアンプを有する回路である。センサ回路321で処理された信号は、後端側パターン配線323を介して配線9に送られて図示しない解析装置に伝達される。配線9は、先端部分がグロメット23に固定された保護チューブ90によって覆われている。なお、センサ基板32にA/D変換器と無線通信モジュールを設け、センサ回路321とA/D変換器によって処理された信号を無線通信モジュールによって無線で解析装置に送信してもよい。 The sensor substrate 32 is fixed inside the screw 2 by being inserted into a notch groove 212c formed in the inner peripheral surface 212a of the head 212. As shown in FIG. A fixing structure for the sensor substrate 32 will be described later. The sensor substrate 32 has a sensor circuit 321 . Further, the sensor substrate 32 is formed with a front end side pattern wiring 322 and a rear end side pattern wiring 323 . This tip-side pattern wiring 322 corresponds to an example of a signal line. The linear detection body 31 is a portion having a detection function arranged on the tip side of the tip-side pattern wiring 322 . A signal (voltage) generated by deformation of the linear detection body 31 is input to the sensor circuit 321 through the tip-side pattern wiring 322 formed on the sensor substrate 32 . The sensor circuit 321 is a circuit having an operational amplifier. A signal processed by the sensor circuit 321 is sent to the wiring 9 via the rear end pattern wiring 323 and transmitted to an analysis device (not shown). The wiring 9 is covered with a protective tube 90 whose tip is fixed to the grommet 23 . An A/D converter and a wireless communication module may be provided on the sensor substrate 32, and signals processed by the sensor circuit 321 and the A/D converter may be wirelessly transmitted to the analysis device by the wireless communication module.

次に、線状検出体31の構造について説明する。図2は、線状検出体の構造を模式的に示す断面図である。 Next, the structure of the linear detection body 31 will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of the linear detection body.

図2に示すように、線状検出体31は、圧電センサ線310と、その外周を覆うシース314を有する。圧電センサ線310は、内部導体311と圧電体312と外部導体313とから構成されている。内部導体311は、圧電センサ線310の中心に配置されており、7本の導体線3110で構成されている。圧電体312は、内部導体311の外周に設けられている。外部導体313は、圧電体312の外周に設けられている。 As shown in FIG. 2, the linear detection body 31 has a piezoelectric sensor wire 310 and a sheath 314 covering its outer circumference. The piezoelectric sensor wire 310 is composed of an inner conductor 311 , a piezoelectric body 312 and an outer conductor 313 . The internal conductor 311 is arranged at the center of the piezoelectric sensor wire 310 and is composed of seven conductor wires 3110 . The piezoelectric body 312 is provided on the outer circumference of the internal conductor 311 . The external conductor 313 is provided on the outer periphery of the piezoelectric body 312 .

7本の導体線3110は、いずれも直径が10μmのものであって、このうち4本はステンレス製の導体線3110Sであり、残りの3本は銅製の導体線3110Cである。図2では、ステンレス製の導体線3110Sが左下がりのハッチングで、また銅製の導体線3110Cが右下がりのハッチングでそれぞれ示されている。図2に示す内部導体311では、中心に配置される導体線には、ステンレス製の導体線3110S(ステンレスワイヤ)が用いられており、外周に配置される導体線には、ステンレス製の導体線3110Sと銅製の導体線3110Cが交互に用いられている。銅製の導体線3110Cは、ステンレス製の導体線3110Sに比べて、電気抵抗が低く、かつ柔らかい。反対に、ステンレス製の導体線3110Sは、銅製の導体線3110Cに比べて、電気抵抗は高くなるが、機械的強度(例えば、引張強度等)および剛性は高くなる。 The seven conductor wires 3110 all have a diameter of 10 μm, of which four are stainless steel conductor wires 3110S and the remaining three are copper conductor wires 3110C. In FIG. 2, the stainless steel conductor wire 3110S is indicated by left-down hatching, and the copper conductor wire 3110C is indicated by right-down hatching. In the inner conductor 311 shown in FIG. 2, a stainless steel conductor wire 3110S (stainless steel wire) is used as the conductor wire arranged in the center, and a stainless steel conductor wire 3110S (stainless steel wire) is used as the conductor wire arranged in the outer periphery. 3110S and copper conductor lines 3110C are used alternately. The conductor wire 3110C made of copper has a lower electrical resistance and is softer than the conductor wire 3110S made of stainless steel. Conversely, the stainless steel conductor wire 3110S has higher electrical resistance than the copper conductor wire 3110C, but higher mechanical strength (for example, tensile strength) and rigidity.

7本の導体線3110は、正六角形の各頂点およびその正六角形の中心に配置された状態となっている。これらの7本の導体線3110は、一本に撚り合わされた状態のものである。すなわち、内部導体311は、7本の導体線3110をその断面において最密構造に配置した上で撚り合わせたものである。なお、この場合の内部導体311の太さは最大30μmとなる。このように複数本の導体線3110を甘撚、あるいは中撚程度に撚っておくことで、撚りの方向とは逆方向の緩みを許容し、この緩みによって圧電センサ線310、ひいては線状検出体31に柔軟性を与えることができる。 The seven conductor wires 3110 are arranged at each vertex of the regular hexagon and at the center of the regular hexagon. These seven conductor wires 3110 are in a state of being twisted together. That is, the internal conductor 311 is obtained by arranging seven conductor wires 3110 in a close-packed structure in its cross section and then twisting them together. The maximum thickness of the internal conductor 311 in this case is 30 μm. By twisting the plurality of conductor wires 3110 loosely or in a medium twist, looseness in the direction opposite to the twist direction is allowed, and this looseness causes the piezoelectric sensor wire 310 and thus the linear detection. The body 31 can be made flexible.

なお、導体線3110の直径は10μmに限られず、8μm以上40μm以下であってもよく、8μm以上30μm以下にすることが好ましい。導体線3110は、細ければ細いほど柔軟性は高められるが強度および剛性が低下し、太ければ太いほど柔軟性は低下するが強度および剛性が高められる。また、導体線3110の太さが20μm以上であれば、低コストで製造することができ、且つ製造も容易である。また、導体線3110の太さを同じにする構成に限られるものではなく、異なる太さの導体線3110を撚り合わせて内部導体311を構成してもよい。 The diameter of the conductor wire 3110 is not limited to 10 μm, and may be 8 μm or more and 40 μm or less, preferably 8 μm or more and 30 μm or less. The thinner the conductor wire 3110, the higher the flexibility but the lower the strength and rigidity, and the thicker the conductor wire 3110, the lower the flexibility but the higher the strength and rigidity. Moreover, if the thickness of the conductor wire 3110 is 20 μm or more, it can be manufactured at low cost and is easy to manufacture. Moreover, the configuration is not limited to the configuration in which the conductor wires 3110 have the same thickness, and the inner conductor 311 may be configured by twisting the conductor wires 3110 having different thicknesses.

なお、図2に示す内部導体311は、7本の導体線3110を撚り合わせたものであったが、この数については7本でなくてもよい。複数の導体線3110を撚り合わせることにより、圧電センサ線310、ひいては線状検出体31の柔軟性を高めることができる。また例えば、複数本を撚り合わせた束を複数用意し、これらをさらに撚り合わせる、といったように複数段階に分けて撚り合わせものであってもよい。例えば、7本の細い導体線3110を撚り合わせた束を7本用意し、その束をさらに撚り合わせた構成にしてもよい。複数段階に分けて撚り合わせることで、線状検出体31の柔軟性がより高まるので、振動等に応じて線状検出体31が変形しやすくなる。その結果、線状検出体31における検出感度を高めることができる。なお、複数段階に分けて撚り合わせる場合のように、撚り合わせの工程が複数回ある場合には、撚り合わせる方向を異ならせてもよい。一方、複数の導体線3110を撚り合わせずに、直線状に束にしたものを用いてもよい。また、例えば、撚り合わせない複数の導体線3110の束と、撚り合わせた複数の導体線3110を撚り合わせる、といったように、これらの構成を組み合わせてもよい。これらの場合であっても、圧電材料を塗布することで、複数の導体線3110が互いに接着されて束ねられ、一本の圧電性繊維を製造することができる。 In addition, although the inner conductor 311 shown in FIG. 2 is formed by twisting seven conductor wires 3110, the number may not be seven. By twisting the plurality of conductor wires 3110 together, the flexibility of the piezoelectric sensor wire 310 and thus the linear detection body 31 can be enhanced. Alternatively, for example, a plurality of twisted bundles may be prepared and twisted in a plurality of stages, such as further twisting these bundles. For example, a configuration may be adopted in which seven bundles are prepared by twisting seven thin conductor wires 3110 and the bundles are further twisted. By twisting the fibers in multiple stages, the flexibility of the linear detection body 31 is further increased, so that the linear detection body 31 is easily deformed in response to vibration or the like. As a result, the detection sensitivity of the linear detector 31 can be enhanced. When the twisting process is performed a plurality of times, as in the case of twisting in a plurality of stages, the directions of twisting may be varied. On the other hand, a plurality of conductor wires 3110 may be linearly bundled without being twisted together. Alternatively, these configurations may be combined, for example, by twisting a bundle of a plurality of conductor wires 3110 that are not twisted together and a plurality of twisted conductor wires 3110 . Even in these cases, by applying a piezoelectric material, a plurality of conductor wires 3110 can be bonded and bundled together to produce a single piezoelectric fiber.

以上説明した圧電センサ線310では、内部導体311を構成する導体線3110として、機械的強度や電気抵抗が異なる複数種類の導体線が用いられているが、柔軟性をさらに高める場合や、電気抵抗をさらに低くする場合には、中心の導体線3110を、銅製の導体線3110Cに代えてもよく、あるいは、7本の導体線3110の全てを銅製の導体線3110Cにしてもよい。反対に、機械的強度および剛性をさらに高める場合には、7本の導体線3110の全てをステンレス製の導体線3110Sにしてもよい。また、ステンレス製の導体線3110Sに代えて、タングステン製の導体線や、タングステン及びその合金等の高張力鋼材あるいは超高張力鋼からなる導体線を用いてもよいし、銅製の導体線3110Cに代えて、チタン製の導体線や、チタン合金あるいはマグネシウムやマグネシウム合金等からなる導体線を用いてもよい。さらには、カーボンナノチューブを含む導体線であってもよいし、ピッチ系炭素繊維を含む導体線であってもよい。あるいは、弾性変形しやすいバネ鋼材からなる導体線を用いてもよい。 In the piezoelectric sensor wire 310 described above, a plurality of types of conductor wires with different mechanical strength and electrical resistance are used as the conductor wire 3110 forming the inner conductor 311. , the central conductor wire 3110 may be replaced with a copper conductor wire 3110C, or all seven conductor wires 3110 may be copper conductor wires 3110C. Conversely, if the mechanical strength and rigidity are to be further increased, all of the seven conductor wires 3110 may be made of stainless steel conductor wires 3110S. Further, instead of the stainless steel conductor wire 3110S, a conductor wire made of tungsten, a conductor wire made of a high-tensile steel material such as tungsten and its alloy, or a conductor wire made of ultra-high-strength steel may be used. Alternatively, a conductor wire made of titanium, or a conductor wire made of titanium alloy, magnesium, magnesium alloy, or the like may be used. Further, it may be a conductor wire containing carbon nanotubes or a conductor wire containing pitch-based carbon fiber. Alternatively, a conductor wire made of a spring steel material that easily deforms elastically may be used.

圧電体312は、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等の圧電材料を内部導体311に塗布することによって形成されたものである。ポリフッ化ビニリデンは、圧電効果が発生する軽量の高分子材料であり、これに圧力を加えると電圧が発生し、電圧を加えると歪が発生する特性を備えている。圧電体312には分極処理が施されており、圧電体312に変形が生じたときに内部導体311と外部導体313の間に電圧が誘起される。図1に示したネジ2を工作機械やロボットなどの稼働体やビルなどの構造物に配置すると、稼働することで生じた稼働体の振動等や構造物に地震などの外力が加わった際に生じる振動等がネジ2に伝わる。そして、そのネジ2に伝わった振動等によって圧電体312が変形することで、内部導体311と外部導体313の間に電圧が誘起される。 The piezoelectric body 312 is formed by coating the inner conductor 311 with a piezoelectric material such as polyvinylidene fluoride (PVDF). Polyvinylidene fluoride is a lightweight polymeric material that produces a piezoelectric effect, and has the characteristic of generating voltage when pressure is applied to it, and generating strain when voltage is applied. The piezoelectric body 312 is subjected to polarization treatment, and a voltage is induced between the inner conductor 311 and the outer conductor 313 when the piezoelectric body 312 is deformed. When the screw 2 shown in FIG. 1 is placed on a moving object such as a machine tool or a robot or a structure such as a building, when external force such as an earthquake is applied to the structure or vibrations of the moving object caused by the operation, The generated vibration or the like is transmitted to the screw 2 . A voltage is induced between the inner conductor 311 and the outer conductor 313 by the deformation of the piezoelectric body 312 due to the vibration or the like transmitted to the screw 2 .

図2に示す圧電体312を構成する圧電材料としては、ポリフッ化ビニリデンの他に、トリフルオロエチレン(TrEF)や、PVDFとTrEFの混晶材料や、ポリ乳酸、ポリ尿酸、ポリアミノ酸等の双極子モーメントをもつ高分子材料があげられる。また、圧電材料を塗布する方式としては、浸漬(ドブ付け)塗装であってもよいしスプレー等による吹き付け塗装であってもよいしハケ塗りであってもよいし、コーター等による塗布装置による塗布であってもよい。なお、塗布する構成に限らず、例えば、帯状のPVDFフィルムを内部導体311に螺旋状に巻き付けた構成であってもよい。 Besides polyvinylidene fluoride, the piezoelectric material constituting the piezoelectric body 312 shown in FIG. 2 includes trifluoroethylene (TrEF), a mixed crystal material of PVDF and TrEF, and bipolar materials such as polylactic acid, polyuric acid, and polyamino acid. A polymer material with a child moment can be mentioned. The method of applying the piezoelectric material may be dip coating, spray coating using a spray or the like, brush coating, or coating using a coating device such as a coater. may be It should be noted that the configuration is not limited to the application, and for example, a configuration in which a strip-shaped PVDF film is spirally wound around the internal conductor 311 may be used.

圧電体312の厚みは、導体線3110の直径以上であることが好ましい。図2に示す圧電体312の厚さは、最も薄い箇所で10μmであるが、10μm以上50μm以下であればよい。なお、圧電体312の厚さは、厚ければ厚いほど検出感度が良好になるが、圧電体312の厚さの限界値は、塗布する圧電材料の粘度や塗布方法によって決まってくる。また、圧電体312の厚さが厚すぎると圧電センサ線310、ひいては線状検出体31が硬くなりすぎてしまい柔軟性に欠けてしまうといった欠点もある。 The thickness of piezoelectric body 312 is preferably equal to or greater than the diameter of conductor wire 3110 . Although the thickness of the piezoelectric body 312 shown in FIG. 2 is 10 μm at the thinnest point, it may be 10 μm or more and 50 μm or less. The thicker the piezoelectric body 312, the better the detection sensitivity. However, the limit value of the thickness of the piezoelectric body 312 is determined by the viscosity of the applied piezoelectric material and the coating method. In addition, if the thickness of the piezoelectric body 312 is too thick, the piezoelectric sensor wire 310 and thus the linear detection body 31 become too hard and lack flexibility.

図2に示す内部導体311では、複数の導体線3110を撚り合わせているため、導体線3110同士の境目に窪みがある。この窪みの部分では、より多くの圧電材料を担持することができ、圧電材料の体積が大きく(厚く)なるため、検出感度が他の部分よりも良好になる。内部導体311には、こうした窪みによって圧電材料が他の部分よりも厚い部分が6か所、周方向に均等間隔で存在するため、どの方向に曲げられても高感度な圧電性繊維として機能する要因になる。 In the inner conductor 311 shown in FIG. 2, since a plurality of conductor wires 3110 are twisted together, there are depressions at the boundaries between the conductor wires 3110 . This hollow portion can hold a larger amount of piezoelectric material, and the volume of the piezoelectric material is larger (thicker), resulting in better detection sensitivity than other portions. The inner conductor 311 has six portions where the piezoelectric material is thicker than other portions due to these dents, which are evenly spaced in the circumferential direction. be a factor.

なお、図2に示す隣り合う導体線3110は互いにほぼ接しているが、わずかな隙間から毛細管現象によって圧電材料が浸透し、隣り合う導体線3110同士の隙間(内部導体311の内部)が圧電材料によって埋められた状態になっている。しかし、圧電材料の粘度や塗布方法によっては、隣り合う導体線3110同士の隙間に圧電材料が浸透しない場合もあるが、少なくとも内部導体311の外周に面した部分に圧電材料が担持された状態となっていればよい。なお、上述した帯状のPVDFフィルムを圧電体312として用いた構成では、隣り合う導体線3110同士の隙間に圧電材料が浸透していない線状検出体31になる。この線状検出体31では、隣り合う導体線3110同士の隙間に圧電材料が浸透しているものと比較して線状検出体31の柔軟性が高まるので、線状検出体31における検出感度が高まる。 Although the adjacent conductor wires 3110 shown in FIG. 2 are almost in contact with each other, the piezoelectric material permeates through a slight gap due to capillary action, and the gap between the adjacent conductor wires 3110 (the inside of the inner conductor 311) is filled with the piezoelectric material. is filled with However, depending on the viscosity of the piezoelectric material and the application method, the piezoelectric material may not permeate into the gaps between the adjacent conductor wires 3110 , but the piezoelectric material is held at least in the portion facing the outer periphery of the inner conductor 311 . It is good if it is. In addition, in the configuration using the strip-shaped PVDF film as the piezoelectric body 312 described above, the linear detection body 31 is obtained in which the piezoelectric material does not permeate the gaps between the adjacent conductor wires 3110 . In this linear detection body 31, the flexibility of the linear detection body 31 is increased compared to the one in which the piezoelectric material permeates the gaps between the adjacent conductor wires 3110, so the detection sensitivity of the linear detection body 31 is increased. increase.

図2に示す外部導体313は、圧電体312の外周に、カーボンナノチューブ等のカーボンを含む高分子導電性材料が塗布されることで形成された層である。外部導体313を形成する導電性材料としては、銀の微粒子を含む高分子導電性材料や銀ペースト等であってもよい。また、この導電性材料を塗布する方式としては、浸漬(ドブ付け)塗装であってもよいしスプレー等による吹き付け塗装であってもよいしハケ塗りであってもよいし、コーター等による塗布装置による塗布であってもよい。外部導体313の厚さは、導体線3110の直径以下であることが好ましく、また、圧電体312の厚さ以下であることも好ましい。図2に示す外部導体313の厚さは、5μmであるが、5μm以上50μm以下であればよい。また、外部導体313に導電性材料を用いずに導線を用いてもよい。 The external conductor 313 shown in FIG. 2 is a layer formed by coating the outer periphery of the piezoelectric body 312 with a polymer conductive material containing carbon such as carbon nanotubes. As the conductive material forming the external conductor 313, a polymer conductive material containing fine particles of silver, a silver paste, or the like may be used. The method of applying the conductive material may be dip coating, spray coating using a spray or the like, brush coating, or a coating device using a coater or the like. may be applied by The thickness of the outer conductor 313 is preferably equal to or less than the diameter of the conductor wire 3110 and is also preferably equal to or less than the thickness of the piezoelectric body 312 . Although the thickness of the outer conductor 313 shown in FIG. 2 is 5 μm, it may be 5 μm or more and 50 μm or less. Alternatively, a conductive wire may be used for the outer conductor 313 instead of using a conductive material.

シース314は、耐摩耗性、耐薬品性、防錆性を高めるために圧電センサ線310の外周を覆っている。このシース314は、厚さがそれぞれ6μmの内層3141と外層3142とからなる2層構造をしている。内層3141は、外層3142に比べて柔らかい材料で構成されている。この内層3141は、ポリアミド合成樹脂を塗布することで形成されているが、ポリ塩化ビニル樹脂を塗布することで形成してもよい。外層3142は、内層3141に比べて耐摩耗性が高い材料で構成されている。この外層3142は、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を塗布することで形成されている。ただし、4フッ化・6フッ化プロピレン フッ素樹脂(FEP)、4フッ化エチレンエチレン共重合(EPFE)、または4フッ化エチレンパーフロロアルコキシエチレン共重合 フッ素樹脂(PFA)を塗布することで形成してもよい。ここにいう塗布とは、浸漬(ドブ付け)塗装であってもよいし吹き付け塗装であってもよいしハケ塗りであってもよいし、コーター等による塗布装置による塗布であってもよい。また、ピンホールが発生することを考慮して複数回塗布することが好ましい。また、外層3142は、内層3141よりも厚くてもよい。さらに、内層3141は、可燃性材料で形成されていてもよいが、外層3142は、難燃性材料、不燃性材料、耐炎性材料で形成されていることが好ましい。また、シース314全体の厚みは5μm以上50μm以下とすることが好ましい。さらに、ポリエステルテープタイプやチューブタイプ(単層、複層いずれも)を用いてシース314を構成してもよい。これらのタイプを用いる場合のシース314の厚みは、20μm以上50μm以下であればよい。なお、シース314の外側にシールド線を配置し、さらにその外側に第2のシースを配置してもよい。 A sheath 314 covers the outer circumference of the piezoelectric sensor wire 310 in order to improve wear resistance, chemical resistance, and rust resistance. This sheath 314 has a two-layer structure consisting of an inner layer 3141 and an outer layer 3142 each having a thickness of 6 μm. The inner layer 3141 is made of softer material than the outer layer 3142 . The inner layer 3141 is formed by applying polyamide synthetic resin, but may be formed by applying polyvinyl chloride resin. The outer layer 3142 is made of a material with higher wear resistance than the inner layer 3141 . This outer layer 3142 is formed by applying polytetrafluoroethylene (PTFE). However, it is formed by applying tetrafluoride/hexafluoropropylene fluororesin (FEP), tetrafluoroethylene ethylene copolymer (EPFE), or tetrafluoroethylene perfluoroalkoxyethylene copolymer fluororesin (PFA). may The coating referred to herein may be dip coating, spray coating, brush coating, or coating using a coating device such as a coater. In addition, it is preferable to apply a plurality of times in consideration of the occurrence of pinholes. Also, the outer layer 3142 may be thicker than the inner layer 3141 . Furthermore, the inner layer 3141 may be made of a combustible material, but the outer layer 3142 is preferably made of a flame-retardant material, a non-combustible material, or a flame-resistant material. Also, the thickness of the entire sheath 314 is preferably 5 μm or more and 50 μm or less. Furthermore, the sheath 314 may be constructed using a polyester tape type or a tube type (either single layer or multiple layers). When these types are used, the thickness of the sheath 314 may be 20 μm or more and 50 μm or less. A shield wire may be arranged outside the sheath 314, and a second sheath may be arranged further outside thereof.

図2に示す圧電センサ線310の太さ(内部導体311、圧電体312、および外部導体313を合わせた太さ)は最大60μmであるので、厚さ10μmの二重構造のシース314を設けた場合でも、0.1mm以下の太さの線状検出体31になる。ここで、製造が容易で低コストに得ることができる線状検出体31の例として、直径20μmの導体線3110を用いた太さが60μmの内部導体311に、厚さが最大20μmの圧電体312と、厚さが10μmの外部導体313を形成したものが考えられる。この構成では、外部導体313までの太さが0.12mmである。これに、二重構造のシース314を設けても0.16mm以下の圧電センサ線310を実現することができる。なお、シース314は単層で構成してもよい。単層で構成する場合、上述の外層3142を構成する材料として例示したものの他、PVC(ポリ塩化ビニル)、PE(ポリエチレン)などの材料を用いてシース314を構成してもよい。 Since the maximum thickness of the piezoelectric sensor wire 310 shown in FIG. 2 (total thickness of the inner conductor 311, the piezoelectric body 312, and the outer conductor 313) is 60 μm, a double structure sheath 314 having a thickness of 10 μm is provided. Even in this case, the linear detection body 31 has a thickness of 0.1 mm or less. Here, as an example of the linear detection body 31 that can be easily manufactured and obtained at a low cost, an inner conductor 311 with a thickness of 60 μm using a conductor wire 3110 with a diameter of 20 μm and a piezoelectric body with a maximum thickness of 20 μm 312 and an outer conductor 313 having a thickness of 10 μm are formed. In this configuration, the thickness to the outer conductor 313 is 0.12 mm. Even if a sheath 314 having a double structure is provided, a piezoelectric sensor wire 310 of 0.16 mm or less can be realized. In addition, the sheath 314 may be composed of a single layer. When configured with a single layer, the sheath 314 may be configured using materials such as PVC (polyvinyl chloride), PE (polyethylene), etc., in addition to the materials exemplified as the materials configuring the outer layer 3142 described above.

図3(a)は、ネジ本体とセンサ基板とを図1における上方から見た平面図である。 FIG. 3(a) is a plan view of the screw body and the sensor substrate viewed from above in FIG.

上述したように、ネジ本体21の頭部212の内部には第2内部空間SBが形成されている。図3(a)に示すように、頭部212の内周面212aには、互いに対向して配置され、平面視でコの字状および逆コの字状に形成された一対の切欠溝212cが形成されている。切欠溝212cの深さは、センサ基板32の高さとほぼ一致している。この切欠溝212cには、センサ基板32幅方向(図3(a)における左右方向)の両端部32aがはめ込まれている。センサ基板32が切欠溝212cにはめ込まれることで、センサモジュール3(図1参照)はネジ本体21に保持されている。すなわち、この両端部32aは、被保持部の一例に相当する。この図3(a)では、切欠溝212cの形状が理解できるように、センサ基板32と切欠溝212c間にセンサ基板32厚み方向の隙間が存在しているように示しているが、実際にはセンサ基板32の厚み方向の隙間は存在していない。すなわち、センサ基板32は一対の切欠溝212cに圧入されている。このため、ネジ本体21内にセンサ基板32が挿入された状態では、センサ基板32はその状態で固定されている。なお、この実施形態では、センサ基板32が厚み方向に挟み込まれて保持されているが、センサ基板32の幅方向で挟み込まれて保持されるようにしてもよい。さらに、センサ基板32は、ネジ本体21とネジ蓋22(図1参照)との間で挟み込まれるようにして保持されていてもよい。センサ基板32がネジ本体21とネジ蓋22との間で挟み込まる場合には、センサ基板32の上下端部が被保持部の一例に相当する。 As described above, the second internal space SB is formed inside the head portion 212 of the screw body 21 . As shown in FIG. 3( a ), a pair of notch grooves 212 c are arranged on an inner peripheral surface 212 a of the head 212 so as to face each other and are formed in a U shape and an inverted U shape in plan view. is formed. The depth of the notch groove 212 c is substantially the same as the height of the sensor substrate 32 . Both ends 32a of the sensor substrate 32 in the width direction (horizontal direction in FIG. 3A) are fitted into the cutout grooves 212c. The sensor module 3 (see FIG. 1) is held by the screw body 21 by fitting the sensor substrate 32 into the notch groove 212c. That is, the both end portions 32a correspond to an example of a held portion. In FIG. 3A, a gap in the thickness direction of the sensor substrate 32 is shown between the sensor substrate 32 and the notch groove 212c so that the shape of the notch groove 212c can be understood. A gap in the thickness direction of the sensor substrate 32 does not exist. That is, the sensor substrate 32 is press-fitted into the pair of notch grooves 212c. Therefore, when the sensor board 32 is inserted into the screw body 21, the sensor board 32 is fixed in that state. Although the sensor substrate 32 is sandwiched and held in the thickness direction in this embodiment, the sensor substrate 32 may be sandwiched and held in the width direction. Furthermore, the sensor substrate 32 may be held so as to be sandwiched between the screw body 21 and the screw cap 22 (see FIG. 1). When the sensor substrate 32 is sandwiched between the screw body 21 and the screw lid 22, the upper and lower ends of the sensor substrate 32 correspond to an example of the held portion.

図3(b)は、ネジ本体を図3(a)における右方向からみた右側面図である。 FIG.3(b) is the right side view which looked at the screw main body from the right direction in Fig.3 (a).

図3(b)に示すように、頭部212の外周面212bの下側部分には、一対の平面部212dが形成されている。この一対の平面部212dは、図1に示したネジ2を工作機械等の装置やビルなどの構造物に取り付ける際に、ネジ2を回転させるためのスパナやレンチ等の工具がかみ合う部分である。工具とかみ合う部分をネジ蓋22に形成した場合、工具でネジ蓋22に回転力を加えても、ネジ本体21にはめ込まれたOリング213とネジ蓋22との間で滑りが生じてしまいネジ本体21が回転しない虞がある。本実施形態のように、工具とかみ合う部分をネジ本体21に形成することで、工具によって加えられた回転力をネジ部211に直接伝えることができる。 As shown in FIG. 3B, a pair of flat portions 212d are formed on the lower portion of the outer peripheral surface 212b of the head portion 212. As shown in FIG. The pair of plane portions 212d are portions where a tool such as a spanner or wrench for rotating the screw 2 engages when the screw 2 shown in FIG. 1 is attached to a device such as a machine tool or a structure such as a building. . If a portion that engages with a tool is formed in the screw cap 22, even if a rotational force is applied to the screw cap 22 with a tool, a slip occurs between the O-ring 213 fitted in the screw body 21 and the screw cap 22, resulting in a screw failure. There is a possibility that the main body 21 will not rotate. As in this embodiment, by forming a portion that engages with a tool in the screw body 21 , the rotational force applied by the tool can be directly transmitted to the screw portion 211 .

図4は、図1に示したネジとセンサモジュールを組み立てる前の分解図である。また、図5は、ネジにセンサモジュールを配置する配置方法を示すフローチャートである。 FIG. 4 is an exploded view of the screw and sensor module shown in FIG. 1 before assembly. Also, FIG. 5 is a flow chart showing an arrangement method for arranging the sensor module on the screw.

図4および図5に示すように、先ず、収容空間Sを有するネジ本体21、センサモジュール3、Oリング213、およびネジ蓋22を用意する(ステップS1)。本実施形態において用意するセンサモジュール3は、あらかじめ線状検出体31に撚り合わせられたサポート線41と配線9がセンサ基板32に固定されている。ただし、サポート線41および配線9を、センサモジュール3とは別に用意してもよい。別に用意した場合は、それらをセンサモジュール3に固定する固定工程を設けてもよい。また、センサモジュール3とサポート線とを別に用意した場合は、それらを撚り合わせる撚り合わせ工程を設けても良い。 As shown in FIGS. 4 and 5, first, the screw body 21 having the accommodation space S, the sensor module 3, the O-ring 213, and the screw cap 22 are prepared (step S1). In the sensor module 3 prepared in this embodiment, the support wires 41 and the wires 9 that are pre-twisted around the linear detection body 31 are fixed to the sensor substrate 32 . However, the support line 41 and wiring 9 may be prepared separately from the sensor module 3 . If they are separately prepared, a fixing step for fixing them to the sensor module 3 may be provided. Moreover, when the sensor module 3 and the support line are prepared separately, a twisting process for twisting them may be provided.

次に、サポート線41と配線9が固定されたセンサモジュール3を、線状検出体31の先端(図4における下端)を先頭にしてセンサ基板32が頭部212の切欠溝212cの底部に突き当たるまで収容空間S内に挿入する(ステップS2)。これにより、線状検出体31およびサポート線41のほとんどの部分は第1内部空間SAに配置される。また、センサ基板32は、第2内部空間SBに配置され、切欠溝212cに挟まれることでネジ本体21に保持される。センサ基板32が保持されることで、線状検出体31は所定の位置に所定の形状で配置される。なお、図1に示したように、この実施形態では、線状検出体31とサポート線41は、ネジ部211の内周面211cとは間隔を開けて配置されているが、これらの一方または両方が内周面211cに接触していても構わない。また、線状検出体31とサポート線41のうちの一方または両方を図1に示したものよりも長く形成し、線状検出体31とサポート線41のうちの一方または両方の先端が内周面211cの底部に接するように構成しても構わない。 Next, the sensor module 3 to which the support line 41 and the wiring 9 are fixed is brought into contact with the bottom of the notch groove 212c of the head 212 with the tip of the linear detection body 31 (lower end in FIG. 4) leading the sensor board 32. up to the housing space S (step S2). Thereby, most of the linear detection body 31 and the support line 41 are arranged in the first internal space SA. Further, the sensor substrate 32 is arranged in the second internal space SB and is held by the screw main body 21 by being sandwiched between the notch grooves 212c. By holding the sensor substrate 32, the linear detection body 31 is arranged at a predetermined position and in a predetermined shape. As shown in FIG. 1, in this embodiment, the linear detection body 31 and the support line 41 are spaced apart from the inner peripheral surface 211c of the screw portion 211. Both may be in contact with the inner peripheral surface 211c. Also, one or both of the linear detection body 31 and the support line 41 are formed longer than those shown in FIG. It may be configured so as to be in contact with the bottom of the surface 211c.

その後、Oリング213を円周溝212eに嵌め込み、ネジ蓋22を頭部212にかぶせる(ステップS3)。これらのステップにより、センサモジュール3が内部に配置されたネジ2が得られる。なお、Oリング213は、上述のステップS2においてセンサモジュール3を収容空間S内に挿入する前に、円周溝212eに嵌め込んでおいても構わない。 After that, the O-ring 213 is fitted into the circumferential groove 212e, and the screw lid 22 is put on the head 212 (step S3). These steps result in a screw 2 with a sensor module 3 arranged therein. Note that the O-ring 213 may be fitted into the circumferential groove 212e before inserting the sensor module 3 into the housing space S in step S2 described above.

以上説明した実施形態によれば、線状検出体31は、サポート線41と撚り合わされることで張力が付与された状態で変形可能に収容空間Sに配置されているので、ネジ2の振動等に対応して変形しやすい。従って、高い検出感度で振動等を検出することができる。また、初期状態における線状検出体31が所定の形状に維持されるので、線状検出体31から出力される信号の再現性が高まる。 According to the embodiment described above, the linear detection body 31 is arranged in the accommodation space S so as to be deformable in a state in which tension is applied by being twisted with the support wire 41, so that the vibration of the screw 2 or the like is prevented. It is easy to deform according to. Therefore, vibration or the like can be detected with high detection sensitivity. Further, since the linear detection body 31 in the initial state is maintained in a predetermined shape, the reproducibility of the signal output from the linear detection body 31 is enhanced.

続いて、本実施形態の変形例について説明する。以下の説明では、これまで説明した構成要素の名称と同じ構成要素の名称には、これまで用いた符号と同じ符号を付すことがあり、重複する説明は省略する。 Next, a modified example of this embodiment will be described. In the following description, the same reference numerals as those used so far may be assigned to the names of constituent elements that are the same as the names of the constituent elements that have been explained so far, and duplicate explanations will be omitted.

図6は、図1に示したセンサ配置構造の第1変形例を示す、図1と同様の断面図である。 FIG. 6 is a cross-sectional view similar to FIG. 1, showing a first modification of the sensor arrangement shown in FIG.

この第1変形例では、サポート線41が設けられておらず、代わりに重り42が配置されている点が、図1に示した例と異なる。この第1変形例は、ネジ2の先端211aが下方を向くようにネジ2を設置する場合に適した例である。なお、この第1変形例のネジ2において、ネジ2の先端211aが下方以外を向くように配置されることが予想される場合は、線状検出体31の先端を、ネジ部211の内周面211cの底部に固定することが望ましい。図6に示すように、重り42は、中心に貫通孔42aを有する球形をした鉛製のものである。重り42の材質は鉛に限らず、真鍮や銅など他の金属や樹脂でもよい。また、形状は球形以外でも構わない。この重り42は、張力付与部材の一例に相当する。線状検出体31は、この貫通孔42aを貫通し、貫通した先の先端部分に結び目31cをつけることで重り42と結合している。これにより、重り42は、線状検出体31の延在方向には線状検出体31に対して移動自在に、その他の方向には線状検出体31に対して移動不能に線状検出体31に取り付けられている。ただし、重り42と線状検出体31とが全ての方向において相対移動できないように、線状検出体31と重り42を接着剤などで固定してもよい。重り42を設けることで、線状検出体31に適度な張力を付与し、初期状態を一定にすることができる。さらに、重り42により線状検出体31の先端部分の慣性質量が大きくなるのでネジ2が振動等した際に線状検出体31の変形が大きくなる。これにより、高い検出感度で前記部材の動きを検出できるようになる。重り42の重さは、線状検出体31の剛性や想定される振動等の振幅に応じて適宜設定することができる。なお、結び目43cには、結び目43cがほどけないように、接着剤等を塗布してもよい。また、貫通孔42a付きの重り42の代わりに、環付きの重り42を用いて、線状検出体31をその環に結び付けてもよく、割れ目の入った重り42を用いて、線状検出体31を割れ目に挿入してから重り42を塑性変形させて線状検出体31を重り42で挟み込んでもよい。 This first modification differs from the example shown in FIG. 1 in that the support line 41 is not provided and instead a weight 42 is provided. This first modification is an example suitable for installing the screw 2 so that the tip 211a of the screw 2 faces downward. In addition, in the screw 2 of the first modified example, when it is expected that the tip 211 a of the screw 2 is directed other than downward, the tip of the linear detection body 31 is placed on the inner circumference of the screw portion 211 . Preferably, it is fixed to the bottom of surface 211c. As shown in FIG. 6, the weight 42 is made of lead and has a spherical shape with a through hole 42a in the center. The material of the weight 42 is not limited to lead, and may be other metal such as brass or copper, or resin. Also, the shape may be other than spherical. This weight 42 corresponds to an example of a tension imparting member. The linear detection body 31 passes through the through hole 42a and is connected to the weight 42 by tying a knot 31c to the tip of the passed through hole 42a. As a result, the weight 42 is movable relative to the linear detection body 31 in the extending direction of the linear detection body 31 and immovable relative to the linear detection body 31 in other directions. 31 is attached. However, the linear detection body 31 and the weight 42 may be fixed with an adhesive or the like so that the weight 42 and the linear detection body 31 cannot move relative to each other in all directions. By providing the weight 42, it is possible to apply an appropriate tension to the linear detection body 31 and keep the initial state constant. Furthermore, since the weight 42 increases the inertial mass of the tip portion of the linear detection body 31, deformation of the linear detection body 31 increases when the screw 2 vibrates. As a result, the movement of the member can be detected with high detection sensitivity. The weight of the weight 42 can be appropriately set according to the rigidity of the linear detection body 31 and the expected amplitude of vibration or the like. An adhesive or the like may be applied to the knot 43c so that the knot 43c is not untied. Further, instead of the weight 42 with the through hole 42a, a weight 42 with a ring may be used to tie the linear detection object 31 to the ring, and a weight 42 with a crack may be used to connect the linear detection object 31 to the ring. The linear detection member 31 may be sandwiched between the weights 42 by plastically deforming the weights 42 after inserting the weights 31 into the cracks.

図7は、図1に示したセンサ配置構造の第2変形例を示す、図1と同様の断面図である。 FIG. 7 is a cross-sectional view similar to FIG. 1, showing a second modification of the sensor arrangement shown in FIG.

この第2変形例では、サポート線41が設けられておらず、代わりにつる巻バネ43が配置されている点が、図1に示した例と異なる。このつる巻バネ43は弾性部材の一例に相当する。図7に示すように、つる巻バネ43は、バネ後端43bがセンサ基板32に固定されている。また、つる巻バネ43のバネ先端43aは移動自在な自由端である。バネ先端43aには、軸心方向に突出し、突出端に線状検出体31を通すための環を有する不図示の突出部が形成されている。つる巻バネ43を少しだけ圧縮した状態で、突出部の環に線状検出体31の先端を巻き付け、環を押しつぶして塑性変形させることでバネ先端43aに線状検出体31の先端が固定されている。これにより、線状検出体31には、つる巻バネ43のバネ性による張力が付与されている。この第2変形例では、ネジ2が振動等した際につる巻バネ43のバネ先端43aが揺れ動くことで、ネジ2の振動等を検出できるようになる。つる巻バネ43のバネ定数は、線状検出体31の剛性や想定される振動等の振幅に応じて適宜設定することができる。なお、この第2変形例では、線状検出体31が直線状になるようにつる巻バネ43に固定したが、線状検出体31の長手方向の中央部分をつる巻バネ43に巻き付けて、線状検出体31が中央部分で折れ曲がるような形状で配置しても構わない。また、バネ先端43aとバネ後端43bの間の複数箇所でつる巻バネに巻き付けて線状検出体31がジグザグになるように配置しても構わない。 This second modification differs from the example shown in FIG. 1 in that the support wire 41 is not provided and instead a helical spring 43 is provided. This helical spring 43 corresponds to an example of an elastic member. As shown in FIG. 7, the helical spring 43 is fixed to the sensor substrate 32 at the spring rear end 43b. A spring tip 43a of the helical spring 43 is a movable free end. The spring tip 43a is formed with a protrusion (not shown) that protrudes in the axial direction and has a ring at the protruding end for allowing the linear detection body 31 to pass therethrough. With the helical spring 43 slightly compressed, the tip of the linear detector 31 is wrapped around the ring of the projecting portion, and the ring is crushed and plastically deformed, thereby fixing the tip of the linear detector 31 to the spring tip 43a. ing. As a result, tension is applied to the linear detection body 31 by the springiness of the helical spring 43 . In this second modification, when the screw 2 vibrates or the like, the spring tip 43a of the helical spring 43 swings, so that the vibration of the screw 2 or the like can be detected. The spring constant of the helical spring 43 can be appropriately set according to the rigidity of the linear detection body 31 and the expected amplitude of vibration. In the second modified example, the linear detection body 31 is fixed to the helical spring 43 so as to form a straight line. The linear detection body 31 may be arranged in such a shape as to be bent at the central portion. Alternatively, the linear detection member 31 may be arranged in a zigzag manner by winding it around a helical spring at a plurality of locations between the spring tip 43a and the spring rear end 43b.

図8は、図1に示したセンサ配置構造の第3変形例を示す、図1と同様の断面図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view similar to FIG. 1, showing a third modification of the sensor arrangement structure shown in FIG.

この第3変形例では、サポート線41が設けられていない点と、線状検出体31が螺旋状に成形されたものである点とが、図1に示した例と異なる。図8に示すように、線状検出体31は、第1内部空間SA内において、先端がネジ部211の内周面211cの底部に接するように螺旋状に配置されている。なお、線状検出体31の先端が内周面211cの底部から離間するように配置しても構わない。線状検出体31を螺旋状にすることで、第1内部空間SAに収容可能な線状検出体31の長さが増加する上に線状検出体31が変形しやすくなるので、高い検出感度で前記部材の振動等を検出することができる。また、線状検出体31の螺旋の最外部は、第1内部空間SAを画定する内周面211cに接触している。線状検出体31と内周面211cとを接触させることで、ネジ2の振動等を線状検出体31に直接伝達させることができるため、検出感度をより向上させることができる。ただし、線状検出体31と内周面211cとが離間していても構わない。 This third modification differs from the example shown in FIG. 1 in that the support line 41 is not provided and the linear detection body 31 is spirally formed. As shown in FIG. 8, the linear detection body 31 is spirally arranged in the first internal space SA so that the tip thereof contacts the bottom of the inner peripheral surface 211c of the threaded portion 211. As shown in FIG. Note that the tip of the linear detection body 31 may be arranged so as to be separated from the bottom of the inner peripheral surface 211c. By making the linear detection body 31 helical, the length of the linear detection body 31 that can be accommodated in the first internal space SA is increased and the linear detection body 31 is easily deformed, resulting in high detection sensitivity. Vibration or the like of the member can be detected by . Further, the outermost portion of the spiral of the linear detection body 31 is in contact with the inner peripheral surface 211c that defines the first internal space SA. By bringing the linear detection body 31 into contact with the inner peripheral surface 211c, the vibration of the screw 2 or the like can be directly transmitted to the linear detection body 31, so that the detection sensitivity can be further improved. However, the linear detection body 31 and the inner peripheral surface 211c may be separated from each other.

この第3変形例では、図2に示す7本の導体線3110を撚り合わせた後、圧電材料を塗布する前に、内部導体311を螺旋状に成形し、熱処理を行って導体線3110の形状を安定させた後に圧電体312、外部導体313、シース314それぞれの材料を塗布することで螺旋状の線状検出体31を得ている。第3変形例では、螺旋形状を長期間維持するために、図2に示した7本の導体線3110の全てまたは一部にバネ鋼を用いることが望ましい。バネ鋼を用いない場合は、導体線3110の全てをステンレス製にして太さを20μmの導体線3110Sとするなど、剛性の高い導体線3110を用いることが望ましい。なお、この第3変形例では線状検出体31の作成時に線状検出体31が螺旋状になるようにしているが、直線状の線状検出体31を用意してから螺旋状に成形しても構わない。すなわち、直線状の線状検出体31を螺旋状に成形する成形工程を備えていてもよい。ただし、成形時における圧電体312のダメージを考慮すると圧電体312が塗布される前に成形することが望ましい。また、螺旋溝が形成された棒を用意し、直線状の線状検出体31をその螺旋溝に沿って巻き付け、その棒とともに線状検出体31を第1内部空間SAに挿入してもよい。その場合、螺旋溝内で線状検出体31が変形可能なように、螺旋溝の溝幅および溝深さは線状検出体31の直径のよりも大きくすることが望ましい。 In this third modification, after twisting the seven conductor wires 3110 shown in FIG. is stabilized, the materials of the piezoelectric body 312, the outer conductor 313, and the sheath 314 are applied to obtain the spiral linear detection body 31. FIG. In the third modification, it is desirable to use spring steel for all or part of the seven conductor wires 3110 shown in FIG. 2 in order to maintain the helical shape for a long period of time. When spring steel is not used, it is desirable to use a highly rigid conductor wire 3110, such as a conductor wire 3110S having a thickness of 20 μm made entirely of stainless steel. In addition, in the third modification, the linear detection body 31 is formed in a helical shape when the linear detection body 31 is produced. I don't mind. In other words, a molding step may be provided for molding the straight linear detection body 31 into a spiral shape. However, considering damage to the piezoelectric body 312 during molding, it is desirable to shape the piezoelectric body 312 before it is applied. Alternatively, a rod having a spiral groove may be prepared, the straight linear detection body 31 may be wound along the spiral groove, and the linear detection body 31 may be inserted into the first internal space SA together with the rod. . In that case, it is desirable that the groove width and the groove depth of the spiral groove be larger than the diameter of the linear detection body 31 so that the linear detection body 31 can be deformed within the spiral groove.

図9は、図1に示したセンサ配置構造の第4変形例を示す、図1と同様の断面図である。 FIG. 9 is a cross-sectional view similar to FIG. 1, showing a fourth modification of the sensor arrangement structure shown in FIG.

この第4変形例では、サポート線41が設けられておらず、代わりに支持線45が配置されている点と、線状検出体31がダブルコイル状に成形されたものである点とが、図1に示した例と異なる。図9に示すように、支持線45は、表面が厚み0.05mmのナイロンなどの樹脂によって被覆され、被覆を含めた直径が0.5mmのバネ鋼を螺旋状に成形したつる巻バネである。被覆を設けることで、ネジ2が振動等したときに、支持線45を構成するバネ鋼によって線状検出体31の表面を擦ることがなくなるので、線状検出体31を長寿命化できる。この支持線45は螺旋状弾性部材の一例に相当する。支持線45は、その先端がネジ部211の内周面211cの底部に接している。ただし、支持線45の先端が内周面211cの底部から離間するように配置しても構わない。支持線45の後端部は直線状に成形され、後端はセンサ基板32に固定されている。支持線45の螺旋の外径は、第1内部空間SAを画定する内周面211cの径よりも線状検出体31の線径の2倍分だけ小さく設定されている。これにより、線状検出体31の螺旋の最外部は、ネジ本体21の内周面211cに接触している。線状検出体31を内周面211cに接触させることで、ネジ2の振動等を線状検出体31に直接伝達させることができる。ただし、線状検出体31と内周面221cは離間していても構わない。 In this fourth modified example, the support line 41 is not provided, and instead the support line 45 is arranged. This is different from the example shown in FIG. As shown in FIG. 9, the support wire 45 is a helical spring formed by spirally forming a spring steel having a diameter of 0.5 mm including the coating and having a surface coated with a resin such as nylon having a thickness of 0.05 mm. . By providing the coating, when the screw 2 vibrates or the like, the surface of the linear detection body 31 is not rubbed by the spring steel forming the support wire 45, so the life of the linear detection body 31 can be extended. This support line 45 corresponds to an example of a spiral elastic member. The tip of the support wire 45 is in contact with the bottom of the inner peripheral surface 211c of the threaded portion 211 . However, the tip of the support wire 45 may be arranged so as to be separated from the bottom of the inner peripheral surface 211c. A rear end portion of the support line 45 is formed in a straight line, and the rear end is fixed to the sensor substrate 32 . The outer diameter of the spiral of the support wire 45 is set to be twice the wire diameter of the linear detection body 31 smaller than the diameter of the inner peripheral surface 211c defining the first internal space SA. As a result, the outermost spiral of the linear detection body 31 is in contact with the inner peripheral surface 211 c of the screw body 21 . By bringing the linear detection body 31 into contact with the inner peripheral surface 211 c , the vibration of the screw 2 and the like can be directly transmitted to the linear detection body 31 . However, the linear detection body 31 and the inner peripheral surface 221c may be separated from each other.

線状検出体31は、支持線45の周囲を小さな螺旋を描いて周回している。以下、この小さな螺旋状に周回した線をスパイラル線と称する。スパイラル線が支持線45の形状に沿った大きな螺旋状を描くことで、線状検出体31は全体としていてダブルコイル状をしている。すなわち、この第4変形例では、線状検出体31は、スパイラル線の軸心をさらに螺旋状に周回させたダブルコイル状をしている。この線状検出体31の先端は、支持線45の先端の座巻部分に挟まれることで保持されている。なお、線状検出体31の先端を、接着剤または金具で支持線に固定してもよい。 The linear detection body 31 draws a small spiral around the support line 45 . Hereinafter, this small spiral line is referred to as a spiral line. Since the spiral wire draws a large spiral along the shape of the support wire 45, the linear detection body 31 as a whole has a double coil shape. That is, in this fourth modification, the linear detection body 31 has a double coil shape in which the axis of the spiral wire is further helically wound. The tip of the linear detection body 31 is held by being sandwiched between the ends of the support wire 45 . Note that the tip of the linear detection body 31 may be fixed to the support line with an adhesive or a metal fitting.

本実施形態では支持線45を設けているが、この支持線45を設けずに、線状検出体31単体でダブルコイル状の形状が維持できるように成形してもよい。しかし、ダブルコイル状の形状が維持できるように成形するには加工に手間がかかるため、支持線45を設けることが好ましい。支持線45を設けることで、素線である直線状の線状検出体31を支持線45の周囲に巻き付けるだけで容易にダブルコイル状の線状検出体31を得ることができる。また、支持線45をバネ鋼で構成する例を示したが、支持線45をステンレス等の他の金属や樹脂などで構成してもよい。この第4変形例のでは線状検出体31をダブルコイル状にしているので、第1内部空間SAに収容可能な線状検出体31の長さを大幅に増加させることができる。また、線状検出体31が変形しやすくなるので、より高い検出感度でネジ2の振動等を検出することが可能になる。さらに、支持線45につる巻バネを用いることで、ネジ2が振動等したときにつる巻バネがそのバネ性により線状検出体31とともに変形するので、検出感度を高めることができる。 Although the support line 45 is provided in this embodiment, the linear detection body 31 alone may be molded so as to maintain the double-coil shape without providing the support line 45 . However, it is preferable to provide the support line 45 because it takes time and effort to form the double-coiled shape so that it can be maintained. By providing the support wire 45 , the double-coil-shaped linear detection body 31 can be easily obtained by simply winding the straight linear detection body 31 , which is a wire, around the support wire 45 . Further, although an example in which the support wire 45 is made of spring steel has been shown, the support wire 45 may be made of other metal such as stainless steel or resin. Since the linear detection body 31 is double-coiled in the fourth modification, the length of the linear detection body 31 that can be accommodated in the first internal space SA can be greatly increased. In addition, since the linear detection body 31 is easily deformed, it becomes possible to detect the vibration of the screw 2 with higher detection sensitivity. Furthermore, by using a helical spring for the support wire 45, the helical spring deforms together with the linear detection member 31 due to its springiness when the screw 2 vibrates, so that detection sensitivity can be enhanced.

次に、第2実施形態のセンサ配置構造について説明する。これより後の説明では、これまで説明した構成要素の名称と同じ名称の構成要素には、これまで用いた符号を付して説明し、重複する説明は省略することがある。 Next, the sensor arrangement structure of the second embodiment will be described. In the subsequent description, components having the same names as those of the components described so far will be described with reference numerals used so far, and overlapping descriptions may be omitted.

図10は、第2実施形態のセンサ配置構造の一実施形態に相当する主軸とセンサモジュールを模式的に示した断面図である。なお、この図10では、図面を見やすくするため、チャック54と、先端側ベアリング55と、後端側ベアリング56のハッチングは省略している。 FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing a spindle and a sensor module corresponding to one embodiment of the sensor arrangement structure of the second embodiment. Incidentally, in FIG. 10, hatching of the chuck 54, the leading end side bearing 55, and the trailing end side bearing 56 is omitted in order to make the drawing easier to see.

第2実施形態のセンサ配置構造は、マシニングセンターの主軸5にセンサモジュール3を配置している点が先の実施形態とは異なる。図10に示すように、主軸5は、外筒51と、回転体52と、内筒53と、チャック54と、先端側ベアリング55と、後端側ベアリング56と、ロータリーブッシュ57とを有する。この主軸5は、部材の一例に相当する。外筒51は、図示しない主軸台に固定された円筒状のものである。この外筒51は、NC制御によってプログラムされた位置に、主軸台とともに移動する。内筒53は、円筒部531と固定部532とから構成されている。円筒部531と固定部532は一体に形成されている。円筒部531は、固定部532が外筒51に固定されることで、外筒51と軸心を一致させて外筒51の内部に配置されている。 The sensor arrangement structure of the second embodiment differs from the previous embodiment in that the sensor module 3 is arranged on the spindle 5 of the machining center. As shown in FIG. 10 , the main shaft 5 has an outer cylinder 51 , a rotating body 52 , an inner cylinder 53 , a chuck 54 , a front bearing 55 , a rear bearing 56 and a rotary bush 57 . This main shaft 5 corresponds to an example of a member. The outer cylinder 51 is cylindrical and fixed to a headstock (not shown). This outer cylinder 51 moves together with the headstock to a position programmed by NC control. The inner cylinder 53 is composed of a cylindrical portion 531 and a fixed portion 532 . The cylindrical portion 531 and the fixed portion 532 are integrally formed. By fixing the fixing portion 532 to the outer cylinder 51 , the cylindrical portion 531 is arranged inside the outer cylinder 51 so as to be coaxial with the outer cylinder 51 .

外筒51の内周面51aには、先端側ベアリング55と後端側ベアリング56が圧入されている。回転体52は、これらの先端側ベアリング55と後端側ベアリング56によって回転自在に外筒51に支持されている。回転体52は、内部に空間を有する円筒状をしており、後端部分には歯車521が形成されている。この歯車521には図示しないモータに固定されたピニオンが噛み合っている。そのモータが回転することで回転体52も回転する。回転体52の先端側にはチャック54が設けられている。チャック54は、先端側部分541と後端側部分542とを有する。チャック54の先端側部分541には、ドリルやエンドミル等の工具58が把持されている。チャック54の後端側部分542は、図示しない把持機構により回転体52に着脱可能に把持されている。回転体52が回転すると、チャック54および工具58は、回転体52とともに回転する。 A front-end bearing 55 and a rear-end bearing 56 are press-fitted into the inner peripheral surface 51 a of the outer cylinder 51 . The rotating body 52 is rotatably supported by the outer cylinder 51 by these front end bearings 55 and rear end bearings 56 . The rotor 52 has a cylindrical shape with a space inside, and a gear 521 is formed at the rear end portion. A pinion fixed to a motor (not shown) meshes with the gear 521 . As the motor rotates, the rotating body 52 also rotates. A chuck 54 is provided on the tip side of the rotating body 52 . The chuck 54 has a leading end portion 541 and a trailing end portion 542 . A tip end portion 541 of the chuck 54 holds a tool 58 such as a drill or an end mill. A rear end portion 542 of the chuck 54 is detachably gripped by the rotating body 52 by a gripping mechanism (not shown). As rotating body 52 rotates, chuck 54 and tool 58 rotate with rotating body 52 .

内筒53の円筒部531と回転体52の間には、ロータリーブッシュ57が配置されている。このロータリーブッシュ57は、保持器571と複数のボール572とを有する。ボール572は、回転体52の内周面52aと円筒部531の外周面531aそれぞれに接触している。回転体52が回転すると、ボール572も回転する。なお、回転体52とロータリーブッシュ57それぞれは、不図示の規制具によって外筒51に対する軸方向の相対移動が規制されている。 A rotary bush 57 is arranged between the cylindrical portion 531 of the inner cylinder 53 and the rotating body 52 . This rotary bushing 57 has a retainer 571 and a plurality of balls 572 . The ball 572 is in contact with the inner peripheral surface 52a of the rotating body 52 and the outer peripheral surface 531a of the cylindrical portion 531, respectively. When the rotating body 52 rotates, the ball 572 also rotates. The rotor 52 and the rotary bush 57 are restricted from moving relative to the outer cylinder 51 in the axial direction by restrictors (not shown).

円筒部531の内側には、円筒部531の内周面531bによって画定された第3内部空間SCが形成されている。この第3内部空間SCは、収容空間の一例に相当する。センサモジュール3は、螺旋状に成形された線状検出体31と、直線状の信号線33とから構成されている。線状検出体31は、第3内部空間SC内に配置されている。信号線33は、先端側部分が第3内部空間SC内に配置され、後端側部分は第3内部空間SCよりも外側に延びている。 Inside the cylindrical portion 531, a third internal space SC defined by an inner peripheral surface 531b of the cylindrical portion 531 is formed. This third internal space SC corresponds to an example of an accommodation space. The sensor module 3 is composed of a helically shaped linear detection body 31 and a linear signal line 33 . The linear detection body 31 is arranged inside the third internal space SC. The signal line 33 has a front end portion disposed within the third internal space SC and a rear end portion extending outside the third internal space SC.

線状検出体31は、信号線33よりも先端側に配置されている。この線状検出体31は、図8に示した線状検出体31と同様の方法で螺旋状に成形されたものである。線状検出体31の螺旋の外径は、円筒部531の内周面531bの径と同一である。このため、線状検出体31の螺旋の最外部は、円筒部531の内周面531bに接触している。なお、線状検出体31の螺旋の外径を、内周面531bの径よりもほんの少しだけ大きくしてもよく、内周面531bの径よりも小さくしてもよい。線状検出体31は、チャック54の後端側部分542に先端が当接することで、先端側への移動が防止されている。そして、線状検出体31は、円筒部531に固定された止め輪5311によって後端側への移動が防止されている。本実施形態では、この止め輪5311に当接した線状検出体31の後端部分が、被保持部の一例に相当する。線状検出体31は、軸心方向に多少圧縮された状態で、チャック54の後端側部分542と止め輪5311に挟みこまれている。従って、線状検出体31自身の弾性により、線状検出体31の先端部分は、チャック54の後端側部分542に押し付けられている。 The linear detection body 31 is arranged on the tip side of the signal line 33 . This linear detection body 31 is spirally formed in the same manner as the linear detection body 31 shown in FIG. The outer diameter of the spiral of the linear detection body 31 is the same as the diameter of the inner peripheral surface 531 b of the cylindrical portion 531 . Therefore, the outermost spiral of the linear detection body 31 is in contact with the inner peripheral surface 531 b of the cylindrical portion 531 . The outer diameter of the spiral of the linear detection body 31 may be slightly larger than the diameter of the inner peripheral surface 531b, or may be smaller than the diameter of the inner peripheral surface 531b. The linear detection body 31 is prevented from moving to the front end side by contacting the rear end portion 542 of the chuck 54 at the front end. The linear detection body 31 is prevented from moving toward the rear end by a retaining ring 5311 fixed to the cylindrical portion 531 . In the present embodiment, the rear end portion of the linear detection body 31 in contact with the retaining ring 5311 corresponds to an example of the held portion. The linear detection body 31 is sandwiched between the rear end portion 542 of the chuck 54 and the snap ring 5311 while being somewhat compressed in the axial direction. Therefore, the tip portion of the linear detection body 31 is pressed against the rear end side portion 542 of the chuck 54 due to the elasticity of the linear detection body 31 itself.

工具58が劣化してくると、加工の際に工具58およびその工具58を把持しているチャック54に生じる振動等が増大する。この第2実施形態では、チャック54に生じた振動等が線状検出体31に直接加わるので、線状検出体31が変形して振動等に応じた強度の信号を出力する。この信号を解析することで工具58の劣化状況を診断することができる。また、被加工物に適した工具58が用いられていない場合にもチャック54に生じる振動等が大きくなる。線状検出体31は、この振動等に応じた信号を出力するので、信号を解析することで不適切な工具58が用いられているか否かも判断できる。さらに、先端側ベアリング55または後端側ベアリング56が摩耗してくると、回転体52を回転させたときの振動等が増加する。回転体52に生じた振動等は、ロータリーブッシュ57を介して内筒53に伝わり、内筒53に接触している線状検出体31に伝達し、線状検出体31が変形して振動等に応じた強度の信号を出力する。線状検出体31が出力した信号のうち、先端側ベアリング55に設けられた球552および後端側ベアリング56に設けられた球562に生じている回転数に応じた周波数の信号を解析することで先端側ベアリング55および後端側ベアリング56の劣化状況も診断することができる。 As the tool 58 deteriorates, vibrations and the like generated in the tool 58 and the chuck 54 holding the tool 58 during machining increase. In the second embodiment, since the vibration or the like generated in the chuck 54 is directly applied to the linear detection body 31, the linear detection body 31 is deformed and outputs a signal having an intensity corresponding to the vibration or the like. By analyzing this signal, the state of deterioration of the tool 58 can be diagnosed. In addition, even when the tool 58 suitable for the workpiece is not used, the vibration and the like generated in the chuck 54 are increased. Since the linear detector 31 outputs a signal corresponding to this vibration or the like, it is possible to determine whether or not an inappropriate tool 58 is being used by analyzing the signal. Furthermore, when the tip end side bearing 55 or the rear end side bearing 56 wears out, the vibration and the like when the rotating body 52 is rotated increases. Vibration or the like generated in the rotating body 52 is transmitted to the inner cylinder 53 via the rotary bushing 57 and transmitted to the linear detection body 31 in contact with the inner cylinder 53, and the linear detection body 31 is deformed to cause vibration or the like. Outputs a signal with a strength corresponding to Among the signals output by the linear detection body 31, the signal of the frequency according to the number of revolutions generated in the ball 552 provided on the front end side bearing 55 and the ball 562 provided on the rear end side bearing 56 is analyzed. , it is also possible to diagnose the state of deterioration of the leading end side bearing 55 and the trailing end side bearing 56 .

信号線33は、図2に示した圧電体312の代わりに、内部導体311と外部導体313の間に絶縁体が用いられている以外は線状検出体31と同一の構造を有している。この絶縁体は、ポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムで構成されている。ただし、PVCフィルムや、シース314の内層3141または外層3142と同じ材料を用いてもよい。つまり、絶縁材料であれば他の材料を用いて構成されていてもよい。また、絶縁体として、圧電体312に熱を加えて圧電機能を取り除いたものを用いてもよい。この信号線33は、線状検出体31が出力した信号を送るためのものである。 The signal line 33 has the same structure as the linear detection body 31 except that an insulator is used between the inner conductor 311 and the outer conductor 313 instead of the piezoelectric body 312 shown in FIG. . This insulator consists of a polyethylene terephthalate (PET) film. However, a PVC film or the same material as the inner layer 3141 or the outer layer 3142 of the sheath 314 may be used. In other words, other materials may be used as long as they are insulating materials. As the insulator, the piezoelectric body 312 may be heated to remove the piezoelectric function. This signal line 33 is for sending the signal output by the linear detection body 31 .

図10に示すように、円筒部531の内側の第3内部空間SCには、潤滑油を供給するためのオイルパイプ59が設けられている。信号線33は、そのオイルパイプ59内を通って線状検出体31の直前まで敷設されている。オイルパイプ59内を通すことで、信号線33が稼働部に接触して断線してしまうことを防止できる。ただし、オイルパイプ59とは別のパイプを設けてその中を通してもよく、円筒部531の内周面531bに沿って信号線33を這わせてもよい。信号線33の後端は、マシニングセンターの制御装置8に接続されている。この制御装置8は、振動解析機能を有している。送信された信号は、制御装置8によって解析される。その解析結果に基づいて、マシニングセンターの表示部には、不適切な工具58が用いられているか否かを示す情報、部品交換時期、メンテナンスが必要な時期、故障予測等が表示される。なお、制御装置8に無線通信モジュールを設け、線状検出体31が出力した信号または解析結果を無線で部品メーカ、メンテナンスメーカ、マシニングセンターの製造メーカ等に送信してもよい。 As shown in FIG. 10, the third internal space SC inside the cylindrical portion 531 is provided with an oil pipe 59 for supplying lubricating oil. The signal line 33 is laid through the inside of the oil pipe 59 to just before the linear detection member 31 . By passing through the inside of the oil pipe 59, it is possible to prevent the signal line 33 from coming into contact with the operating portion and being disconnected. However, a pipe other than the oil pipe 59 may be provided and passed through the pipe, or the signal line 33 may be laid along the inner peripheral surface 531b of the cylindrical portion 531 . The rear end of the signal line 33 is connected to the control device 8 of the machining center. This control device 8 has a vibration analysis function. The transmitted signal is analyzed by the controller 8 . Based on the analysis results, the display unit of the machining center displays information indicating whether or not an inappropriate tool 58 is being used, parts replacement timing, maintenance required timing, failure prediction, and the like. A wireless communication module may be provided in the control device 8 to wirelessly transmit the signal output by the linear detection member 31 or the analysis result to a parts manufacturer, a maintenance manufacturer, a machining center manufacturer, or the like.

この第2実施形態によれば、主軸5に線状検出体31を配置したので、回転体52の回転数に対応した周波数の振動の他、先端側ベアリング55が有する球552および後端側ベアリング56が有する球562や、ロータリーブッシュ57が有するボール572の回転に応じた周波数の振動を得ることもできる。これらの周波数における振動の変化を解析することで適切な工具58の使用有無や工具58の寿命以外に、先端側ベアリング55、後端側ベアリング56、およびロータリーブッシュ57の劣化状況も把握することができる。 According to the second embodiment, since the linear detection body 31 is arranged on the main shaft 5, in addition to the vibration of the frequency corresponding to the number of revolutions of the rotating body 52, the sphere 552 of the leading end bearing 55 and the trailing end bearing It is also possible to obtain vibration of a frequency corresponding to the rotation of the balls 562 of the rotary bushing 56 and the balls 572 of the rotary bushing 57 . By analyzing the changes in vibration at these frequencies, it is possible to grasp whether or not the tool 58 is used properly and the life of the tool 58, as well as the state of deterioration of the tip side bearing 55, the rear side bearing 56, and the rotary bush 57. can.

図11は、図10に示したセンサ配置構造の変形例を示す、図10と同様の断面図である。なお、この図11でも、図面を見やすくするため、チャック54と、先端側ベアリング55と、後端側ベアリング56のハッチングは省略している。 11 is a cross-sectional view similar to FIG. 10, showing a modification of the sensor arrangement structure shown in FIG. Also in FIG. 11, the hatching of the chuck 54, the leading end side bearing 55, and the trailing end side bearing 56 is omitted in order to make the drawing easier to see.

この変形例は、チャック54の構造および線状検出体31の保持構造が、図10に示したものと異なる。チャック54は、先端側部分541のみで構成されており、後端側は回転体52と一体化している。この変形例では、止め輪5311が設けられておらず、線状検出体31は、先端部分が接着剤により円筒部531の先端部分に保持されている。この円筒部531に保持されている線状検出体31の先端部分は、被保持部の一例に相当する。なお、線状検出体31の先端を配線クランプ等の保持具によって円筒部531に保持してもよい。また、線状検出体31よりも先端側と線状検出体31よりも後端側それぞれに止め輪を配置して線状検出体31を挟み込むことで、線状検出体31を円筒部531に保持させてもよい。先端側と後端側に止め輪を配置した場合、線状検出体31の先端部分と後端部分の、止め輪に接触した部分が被保持部の一例に相当する。この変形例では、回転体52に生じた振動等は、ロータリーブッシュ57を介して内筒53に伝わり、内筒53に直接接触、または止め輪等を介して内筒53に間接接触している線状検出体31に伝達する。このため、内筒53に伝わった振動等によって線状検出体31が変形して振動等に応じた強度の信号を出力する。 This modification differs from that shown in FIG. 10 in the structure of the chuck 54 and the structure for holding the linear detection body 31 . The chuck 54 is composed only of a front end portion 541 and is integrated with the rotating body 52 on the rear end side. In this modification, the snap ring 5311 is not provided, and the tip portion of the linear detection body 31 is held by the tip portion of the cylindrical portion 531 with an adhesive. The tip portion of the linear detection body 31 held by the cylindrical portion 531 corresponds to an example of the held portion. Note that the tip of the linear detection body 31 may be held in the cylindrical portion 531 by a holder such as a wiring clamp. In addition, by arranging retaining rings on the front end side of the linear detection body 31 and the rear end side of the linear detection body 31 to sandwich the linear detection body 31, the linear detection body 31 can be attached to the cylindrical portion 531. You can keep it. When retaining rings are arranged on the leading end side and the trailing end side, the portions of the leading end portion and the trailing end portion of the linear detection body 31 that are in contact with the retaining rings correspond to an example of the held portion. In this modification, the vibration or the like generated in the rotating body 52 is transmitted to the inner cylinder 53 via the rotary bush 57, and is in direct contact with the inner cylinder 53, or indirect contact with the inner cylinder 53 via a retaining ring or the like. It is transmitted to the linear detection body 31 . Therefore, the linear detection member 31 is deformed by vibration or the like transmitted to the inner cylinder 53 and outputs a signal having an intensity corresponding to the vibration or the like.

次に、第3実施形態のセンサ配置構造について説明する。この第3実施形態の説明では、主に第2実施形態と異なる構造について説明する。 Next, the sensor arrangement structure of the third embodiment will be described. In the description of this third embodiment, mainly the structure different from that of the second embodiment will be described.

図12は、第3実施形態のセンサ配置構造を示す、図10と同様の断面図である。なお、この図12でも、図面を見やすくするため、チャック54と、先端側ベアリング55と、後端側ベアリング56のハッチングは省略している。 FIG. 12 is a cross-sectional view similar to FIG. 10 showing the sensor arrangement structure of the third embodiment. Also in FIG. 12, the hatching of the chuck 54, the leading end side bearing 55, and the trailing end side bearing 56 is omitted in order to make the drawing easier to see.

第3実施形態のセンサ配置構造は、図10に示した内筒53およびロータリーブッシュ57が省略されている点および先端側ベアリング55に線状検出体31を配置している点が第2実施形態とは異なる。図12に示すように、先端側ベアリング55は、外輪551と球552と保持器553と内綸554とを有する。第3実施形態では、外輪551の外周面551aに螺旋状の溝5511が形成されている。この溝5511と外筒51の内周面51aによって第4内部空間SDが形成されている。この第4内部空間SDは、収容空間の一例に相当する。 The sensor arrangement structure of the third embodiment differs from that of the second embodiment in that the inner cylinder 53 and the rotary bush 57 shown in FIG. different from As shown in FIG. 12 , the tip side bearing 55 has an outer ring 551 , balls 552 , a retainer 553 and an inner ring 554 . In the third embodiment, a spiral groove 5511 is formed in the outer peripheral surface 551a of the outer ring 551. As shown in FIG. The groove 5511 and the inner peripheral surface 51a of the outer cylinder 51 form a fourth internal space SD. This fourth internal space SD corresponds to an example of an accommodation space.

センサモジュール3は、第4内部空間SD内に配置された線状検出体31と、第4内部空間SDの外に延在した信号線33とから構成されている。すなわち、線状検出体31は、信号線33よりも先端側に配置され、溝5511に沿った螺旋状をしている。線状検出体31の先端は、不図示の金具によって溝5511に保持されている。この溝5511に保持されている線状検出体31の先端は、被保持部の一例に相当する。なお、線状検出体31の先端を溝5511に接着剤で保持してもよい。線状検出体31は、直線状のものを溝5511に巻き付けることで螺旋状の第4内部空間内に配置されいる。ただし、線状検出体31は、螺旋状に成形されたものであってもよい。溝5511の溝幅および溝深さは線状検出体31の直径よりも大きい。これにより、線状検出体31は、第4内部空間SD内で変形することができる。また、線状検出体31は先端が溝5511に保持され、螺旋状に溝5511に巻き付けられているため溝5511に接触している。回転体52に生じた振動等は、内綸554と球552を介して外輪551に伝わり、外輪551に接触している線状検出体31に伝達する。このため、外輪551に伝わった振動等によって線状検出体31が変形して振動等に応じた強度の信号を出力する。 The sensor module 3 comprises a linear detection body 31 arranged within the fourth internal space SD and a signal line 33 extending outside the fourth internal space SD. That is, the linear detection body 31 is arranged on the tip side of the signal line 33 and has a spiral shape along the groove 5511 . The tip of the linear detection body 31 is held in the groove 5511 by a metal fitting (not shown). The tip of the linear detection body 31 held in this groove 5511 corresponds to an example of a held portion. Note that the tip of the linear detection body 31 may be held in the groove 5511 with an adhesive. The linear detection body 31 is disposed in the spiral fourth internal space by winding a linear body around the groove 5511 . However, the linear detection body 31 may be spirally shaped. The groove width and groove depth of groove 5511 are greater than the diameter of linear detection body 31 . Thereby, the linear detection body 31 can be deformed within the fourth internal space SD. Further, the tip of the linear detection body 31 is held in the groove 5511 and is spirally wound around the groove 5511 so that the linear detection body 31 is in contact with the groove 5511 . Vibration or the like generated in the rotating body 52 is transmitted to the outer ring 551 via the inner ring 554 and the ball 552 and transmitted to the linear detection body 31 in contact with the outer ring 551 . Therefore, the linear detection member 31 is deformed by vibration or the like transmitted to the outer ring 551 and outputs a signal having an intensity corresponding to the vibration or the like.

外筒51の内周面51aには、外筒51の軸線方向に沿って先端側ベアリング55が圧入されている部分から外筒51の後端まで延在した長溝51bが形成されている。信号線33は、先端側部分が長溝51bによって形成された空間内に配置され、後端側部分は主軸5の外側に延在している。そして、信号線33の後端は、制御装置8に接続されている。なお、信号線33を、長溝51bによって形成された空間内を通す代わりに、制御装置8の近傍から先端側ベアリング55の手前まで、図12では不図示のオイルパイプの中を通してもよい。この場合、長溝51bを形成しなくて良いので主軸5を安価に構成できるといった効果がある。 An inner peripheral surface 51a of the outer cylinder 51 is formed with a long groove 51b that extends from a portion where the front bearing 55 is press-fitted to the rear end of the outer cylinder 51 along the axial direction of the outer cylinder 51 . The signal line 33 has a front end portion disposed in a space formed by the long groove 51 b and a rear end portion extending outside the main shaft 5 . A rear end of the signal line 33 is connected to the control device 8 . Instead of passing the signal line 33 through the space formed by the long groove 51b, the signal line 33 may pass through an oil pipe not shown in FIG. In this case, since the long groove 51b does not need to be formed, there is an effect that the main shaft 5 can be constructed at low cost.

この第3実施形態によっても、第2実施形態と同様に、工具58の寿命並びに先端側ベアリング55および後端側ベアリング56の劣化状況を把握することができる。また、第3実施形態では、線状検出体31を先端側ベアリング55に配置しているので、後端側ベアリング56に配置した場合と比較して、工具58に近い位置で振動等を検出できる。これにより、工具58の劣化による振動等の変化をより把握しやすいという効果もある。 According to the third embodiment, similarly to the second embodiment, it is possible to grasp the life of the tool 58 and the state of deterioration of the tip end side bearing 55 and the rear end side bearing 56 . In addition, in the third embodiment, since the linear detection body 31 is arranged on the front end side bearing 55, vibrations and the like can be detected at a position closer to the tool 58 than when arranged on the rear end side bearing 56. . This also has the effect of making it easier to grasp changes such as vibration due to deterioration of the tool 58 .

本発明は上述の実施形態や変形例に限られることなく特許請求の範囲に記載した範囲で種々の変形を行うことが出来る。たとえば、本実施形態では、内部導体と外部導体との間に圧電体を担持した線状検出体31を例に説明したが、線状検出体31は、変形状態に応じた強度の信号を出力するものであれば、ピエゾ抵抗線であってもよく、抵抗線であってもよく、キャパシタ線であってもよく、光学的な信号出力線であってもよい。また、第2変形例に示した重り42を、第3変形例に示した螺旋状の線状検出体31または第4変形例に示したダブルコイル状の線状検出体31の先端に取り付けてもよい。また、第2の実施形態および第3の実施形態では、主軸5にセンサモジュール3を配置する例を示したが、工具58を着脱可能に主軸5に固定するためのツールホルダに収容空間を形成し、その収容空間に線状検出体31と無線通信装置とから構成されたセンサモジュール3を配置してもよい。このセンサモジュール3をツールホルダに配置する場合、センサモジュール3にバッテリーを搭載し、複数の工具58を格納する工具マガジンに、そのバッテリーへの充電機能を搭載することが望ましい。工具58が取り付けられたツールホルダが工具マガジンに格納されたときにセンサモジュール3のバッテリーを充電することができるので、複数の工具を切り替えながら加工を実行するマシニングセンターにおいて、加工を止めることなくセンサモジュール3に充電することができる。さらに、他の工作機械やロボット、農業機械、車、家電などの装置に用いられる部材にセンサモジュール3を配置してもよい。例えば、ロボットの関節、耕運機の刃の回転部、車の車軸、電気自動車のモータ軸やモータ筐体、掃除機のファン、洗濯機の回転部等の、回転軸や軸受けを有する部材にセンサモジュール3を配置してもよい。 The present invention is not limited to the above embodiments and modifications, and can be modified in various ways within the scope of the claims. For example, in the present embodiment, the linear detection body 31 holding the piezoelectric material between the inner conductor and the outer conductor was described as an example. It may be a piezo-resistive wire, a resistance wire, a capacitor wire, or an optical signal output wire, as long as it does. Further, the weight 42 shown in the second modification is attached to the tip of the spiral linear detection body 31 shown in the third modification or the double-coil linear detection body 31 shown in the fourth modification. good too. In addition, in the second and third embodiments, an example in which the sensor module 3 is arranged on the spindle 5 was shown, but a tool holder for detachably fixing the tool 58 to the spindle 5 has an accommodation space. However, the sensor module 3 composed of the linear detection body 31 and the wireless communication device may be arranged in the accommodation space. When this sensor module 3 is arranged in a tool holder, it is desirable to mount a battery in the sensor module 3 and to mount a function to charge the battery in a tool magazine storing a plurality of tools 58 . Since the battery of the sensor module 3 can be charged when the tool holder to which the tool 58 is attached is stored in the tool magazine, the sensor module can be used without stopping machining in a machining center that performs machining while switching between a plurality of tools. 3 can be charged. Furthermore, the sensor module 3 may be arranged on a member used in devices such as other machine tools, robots, agricultural machines, cars, and home appliances. For example, the sensor module can be applied to members with rotating shafts or bearings, such as robot joints, cultivator blade rotating parts, car axles, electric vehicle motor shafts and motor housings, vacuum cleaner fans, and washing machine rotating parts. 3 may be placed.

以上説明した実施形態や変形例によれば、線状検出体31を用いて高い検出感度の検出が可能になる。 According to the embodiments and modifications described above, it is possible to perform detection with high detection sensitivity using the linear detection body 31 .

なお、以上説明した実施形態や各変形例の記載それぞれにのみ含まれている構成要件であっても、その構成要件を、他の実施形態や他の変形例に適用してもよい。
以上説明したセンサ配置構造は、線状検出体を有するセンサモジュールと、
収容空間が設けられた部材とを備え、
前記センサモジュールは、前記部材によって保持された被保持部を有するものであり、
前記線状検出体は、前記収容空間内に変形可能に配置され、変形状態に応じた強度の信号を出力するものであることを特徴とする。
また、このセンサ配置構造において、前記線状検出体が変形可能な範囲で該線状検出体に張力を付与する張力付与部材を備えていてもよい。
以上説明したセンサ配置方法は、変形状態に応じた強度の信号を出力する線状検出体を有するセンサモジュールと、収容空間を有する部材とを用意する準備工程と、
前記部材に前記センサモジュールの一部を保持させ、前記線状検出体を変形可能に前記収容空間内に配置する配置工程とを有することを特徴とする。
また、このセンサ配置方法において、前記準備工程は、サポート線に撚り合わされた前記線状検出体を有する前記センサモジュールを用意する工程であってもよい。
In addition, even if the constituent elements are included only in the descriptions of the embodiments and modifications described above, the constituent elements may be applied to other embodiments and other modifications.
The sensor arrangement structure described above includes a sensor module having a linear detection body,
and a member provided with an accommodation space,
The sensor module has a held portion held by the member,
The linear detection body is arranged in the accommodation space so as to be deformable, and outputs a signal having an intensity corresponding to the deformation state.
Further, in this sensor arrangement structure, a tension applying member may be provided for applying tension to the linear detection body within a range in which the linear detection body can be deformed.
The sensor placement method described above includes a preparation step of preparing a sensor module having a linear detection body that outputs a signal with an intensity corresponding to a deformation state, and a member having a housing space;
and an arranging step of causing the member to hold a part of the sensor module and arranging the linear detection body in the accommodation space so as to be deformable.
Further, in this sensor arrangement method, the preparing step may be a step of preparing the sensor module having the linear detection body twisted with a support wire.

2 ネジ
3 センサモジュール
31 線状検出体
32a 両端部
S 収容空間
2 screw 3 sensor module 31 linear detection body 32a both ends S accommodation space

Claims (5)

内部導体と外部導体と圧電体とを備えた線状検出体を有するセンサモジュールと、
収容空間が設けられた部材と
前記線状検出体が変形可能な範囲で該線状検出体に張力を付与する張力付与部材とを備え、
前記センサモジュールは、前記部材によって保持された被保持部を有するものであり、
前記線状検出体は、前記収容空間内に変形可能に配置され、変形状態に応じた強度の信号を出力するものであることを特徴とするセンサ配置構造。
a sensor module having a linear detection body including an inner conductor, an outer conductor, and a piezoelectric body ;
a member provided with an accommodation space ;
a tension applying member that applies tension to the linear detection body within a range in which the linear detection body can be deformed ;
The sensor module has a held portion held by the member,
The sensor arrangement structure, wherein the linear detection body is arranged so as to be deformable in the accommodation space, and outputs a signal having an intensity corresponding to the deformation state.
前記張力付与部材が、前記線状検出体に撚り合わせられて該線状検出体に張力を付与するサポート線であることを特徴とする請求項1記載のセンサ配置構造。 2. The sensor arrangement structure according to claim 1, wherein said tension applying member is a support wire that is twisted around said linear detection body and applies tension to said linear detection body. 前記線状検出体は、螺旋状に成形されたものであることを特徴とする請求項1記載のセンサ配置構造。 2. The sensor arrangement structure according to claim 1, wherein said linear detection body is formed in a spiral shape. 内部導体と外部導体と圧電体とを備え変形状態に応じた強度の信号を出力する線状検出体を有するセンサモジュールと、前記線状検出体が変形可能な範囲で該線状検出体に張力を付与する張力付与部材と、収容空間を有する部材とを用意する準備工程と、
前記部材に前記センサモジュールの一部を保持させ、前記線状検出体を変形可能に前記収容空間内に配置する配置工程とを有することを特徴とするセンサ配置方法
A sensor module having a linear detection body comprising an inner conductor, an outer conductor, and a piezoelectric body and outputting a signal of strength corresponding to a deformation state; A preparation step of preparing a tension imparting member that imparts and a member having an accommodation space;
and an arranging step of causing the member to hold a part of the sensor module and arranging the linear detection body in the accommodation space so as to be deformable..
前記準備工程は、前記張力付与部材であるサポート線に撚り合わされた前記線状検出体を有する前記センサモジュールを用意する工程であることを特徴とする請求項4記載のセンサ配置方法。 5. The sensor arrangement method according to claim 4, wherein said preparing step is a step of preparing said sensor module having said linear detection member twisted with a support wire which is said tension applying member.
JP2019017567A 2019-02-04 2019-02-04 Sensor Arrangement Structure and Sensor Arrangement Method Active JP7296092B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019017567A JP7296092B2 (en) 2019-02-04 2019-02-04 Sensor Arrangement Structure and Sensor Arrangement Method
JP2023092136A JP7473259B2 (en) 2019-02-04 2023-06-05 Sensor arrangement structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019017567A JP7296092B2 (en) 2019-02-04 2019-02-04 Sensor Arrangement Structure and Sensor Arrangement Method

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023092136A Division JP7473259B2 (en) 2019-02-04 2023-06-05 Sensor arrangement structure

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020125940A JP2020125940A (en) 2020-08-20
JP7296092B2 true JP7296092B2 (en) 2023-06-22

Family

ID=72083806

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019017567A Active JP7296092B2 (en) 2019-02-04 2019-02-04 Sensor Arrangement Structure and Sensor Arrangement Method
JP2023092136A Active JP7473259B2 (en) 2019-02-04 2023-06-05 Sensor arrangement structure

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2023092136A Active JP7473259B2 (en) 2019-02-04 2023-06-05 Sensor arrangement structure

Country Status (1)

Country Link
JP (2) JP7296092B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7268654B2 (en) * 2020-07-23 2023-05-08 株式会社三洋物産 game machine
JP7268655B2 (en) * 2020-07-23 2023-05-08 株式会社三洋物産 game machine
JP7268653B2 (en) * 2020-07-23 2023-05-08 株式会社三洋物産 game machine
JP7268657B2 (en) * 2020-07-23 2023-05-08 株式会社三洋物産 game machine
WO2023013728A1 (en) * 2021-08-06 2023-02-09 ロボセンサー技研株式会社 Sensor unit

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006028222A1 (en) 2004-09-10 2006-03-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Vibration detecting sensor and pressure sensitive switch using cable-shaped piezoelectric element
WO2014123144A1 (en) 2013-02-06 2014-08-14 日本電気株式会社 Vibration detection device
JP2018141668A (en) 2017-02-27 2018-09-13 ロボセンサー技研株式会社 Cable-like pressure sensor and tactile sensor using the same
JP2018182009A (en) 2017-04-10 2018-11-15 三井化学株式会社 Piezoelectric substrate, force sensor, and actuator

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60114923U (en) * 1984-01-12 1985-08-03 住友電気工業株式会社 Piezoelectric vibration sensor
JP2732128B2 (en) * 1988-09-07 1998-03-25 日本特殊陶業株式会社 Coaxial cable-shaped piezoelectric transducer and method of manufacturing the same
JP2738415B2 (en) * 1989-02-07 1998-04-08 治 太田 Earthquake detection alarm
JP5437178B2 (en) 2010-06-28 2014-03-12 オリンパスメディカルシステムズ株式会社 Ultrasound endoscope and insertion aid
JP6327199B2 (en) 2015-05-07 2018-05-23 株式会社デンソー Low water temperature cooling device for internal combustion engine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006028222A1 (en) 2004-09-10 2006-03-16 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Vibration detecting sensor and pressure sensitive switch using cable-shaped piezoelectric element
WO2014123144A1 (en) 2013-02-06 2014-08-14 日本電気株式会社 Vibration detection device
JP2018141668A (en) 2017-02-27 2018-09-13 ロボセンサー技研株式会社 Cable-like pressure sensor and tactile sensor using the same
JP2018182009A (en) 2017-04-10 2018-11-15 三井化学株式会社 Piezoelectric substrate, force sensor, and actuator

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023113788A (en) 2023-08-16
JP7473259B2 (en) 2024-04-23
JP2020125940A (en) 2020-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7296092B2 (en) Sensor Arrangement Structure and Sensor Arrangement Method
JP6100448B1 (en) Torque sensor
US7806019B2 (en) Industrial robot
EP1605528B1 (en) Piezoelectric ceramic fibers having metallic cores
JP2012185153A (en) Piezoelectric vibration type force sensor, robot hand, and robot arm
US7936109B1 (en) Non-resonant energy harvesting devices and methods
JP6501958B1 (en) Piezoelectric element
KR20200110700A (en) Measuring device and method for determining force and/or torque applied to a torque transmission shaft
CN106683766B (en) piezoelectric cable
KR20220088794A (en) How to check at least three strain gauge assemblies and strain wave gears
JP2017183175A (en) Fluororesin cable and electronic equipment
JP7198475B2 (en) working unit
EP4206638A1 (en) System and method for testing cable bending fatigue
CN106595464B (en) Bearing play monitoring system and method
WO2023013728A1 (en) Sensor unit
JP6459581B2 (en) Force detection device and robot
Petković et al. Design of compliant robotic joint with embedded‐sensing elements of conductive silicone rubber
WO2018181261A1 (en) Piezoelectric element
CN102486421A (en) Six-dimensional force sensing device
CN113043071A (en) Force sensing device capable of sensing low-frequency force and high-frequency force
US20240118071A1 (en) Strain sensor, method of manufacturing strain sensor, and strain measuring method using strain sensor
JP2002062235A (en) Abrasion test method for covered wire material and abrasion test device
CN111492152A (en) Transmission belt and state information acquisition system for transmission belt
TW202249314A (en) Piezoelectric substrate, sensor, actuator, and biological information acquisition device
WO2023026434A1 (en) Wire body fixing structure, machine, robot, and actuator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220204

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221122

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221129

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230130

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230509

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230605

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7296092

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150