JPH04143601A - Method of measuring strain and strain sensor used therefor - Google Patents

Method of measuring strain and strain sensor used therefor

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JPH04143601A
JPH04143601A JP26662990A JP26662990A JPH04143601A JP H04143601 A JPH04143601 A JP H04143601A JP 26662990 A JP26662990 A JP 26662990A JP 26662990 A JP26662990 A JP 26662990A JP H04143601 A JPH04143601 A JP H04143601A
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JP
Japan
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sensor element
round bar
strain
sensor
annular
Prior art date
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Application number
JP26662990A
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Japanese (ja)
Inventor
Masato Araki
正任 荒木
Yoshio Sawada
澤田 嘉夫
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NOF Corp
Original Assignee
Nippon Oil and Fats Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH04143601A publication Critical patent/JPH04143601A/en
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Abstract

PURPOSE:To enable precise measurement of a minute strain by fixing the opposite ends of a plate-shaped or thin-film-shaped element to an object of measurement of the strain and by measuring magnetostriction of the element in a part not being fixed. CONSTITUTION:First, two rings of an outside diameter 26 mmphi, an inside diameter 20.02 mmphi and a width 10 mm are put on a round rod M1a of a diameter 20 mmphi and a length 180 mm so that the centers of the respective widths thereof are positioned at 70 mm from the opposite ends of the round rod M1a, and both of them are spot- welded to the round rod M1a at three spots on the side of the end of the round rod M1a respectively. Next, an amorphous substance of a width 50 mm, a length 81.68 mm and a thickness 30 mum is wound round on the circumference of the round rod M1a so that the opposite ends thereof are aligned with the opposite ends of the rings. Besides, two rings of an outside diameter 30 mm, an inside diameter 25.9 mm and a width 10 mm are prepared separately, and each of them is heated to about 600 deg.C and put on the amorphous leaf so that it overlaps the ring spot-welded to the round rod M1a. By a combination body of the round rod M1a obtained in this way and a strain sensor, S/N of the sensor can be improved and a minute strain can be measured precisely.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、歪み測定方法およびそれに用いる歪みセンサ
に関し、特に素子が結晶質の磁性金属や、アモルファス
、アモルファス合金、アモルファス金属或いは非晶質金
属と呼ばれる主として金属元素から構成され、溶融状態
から急速に冷却固化して製造された為、結晶構造を持た
ない材料(以後アモルファス)の、磁歪特性を利用して
回転軸に加えられるトルクに伴う歪み(以下歪み)を非
接触で電磁気的に検出するために用いる歪み測定方法お
よび測定に用いる歪みセンサに関する。なお、ここで歪
みを検知する、という表現を用いているが、回転軸や強
度部材の歪みが分かれば、その回転軸や部材の材料の特
性から負荷される応力が推定されるので、歪みセンサは
応力センサ、或いは回転トルクを検出する場合、歪みセ
ンサはトクルセンサと同意である。
Detailed Description of the Invention (Industrial Application Field) The present invention relates to a strain measurement method and a strain sensor used therein, and in particular, the present invention relates to a strain measurement method and a strain sensor used therein. The material is mainly composed of metallic elements called molten metal, and is produced by rapidly cooling and solidifying from a molten state, so it does not have a crystal structure (hereinafter referred to as amorphous). It uses the magnetostrictive properties of the material to reduce the distortion caused by the torque applied to the rotating shaft. The present invention relates to a strain measurement method used for electromagnetically detecting strain (hereinafter referred to as strain) in a non-contact manner, and a strain sensor used for the measurement. Although the expression "detecting strain" is used here, if the strain on the rotating shaft or strength member is known, the applied stress can be estimated from the characteristics of the rotating shaft or the material of the member. is a stress sensor, or when detecting rotational torque, a strain sensor is the same as a torque sensor.

(従来の技術) これまでに金属やアモルファスの磁歪特性を利用して歪
みを測定しようとする試みは多くなされている。しかし
、通常の磁性金属の場合は磁気出力が低く、磁気出力の
高いアモルファスは急冷法の他にスパッタ法、気相化学
法、メツキ法等種々な方法で製造され得るが、何れも数
100μ−未満の薄板、細線、粉末状の製品としてしか
得られず、限られた用途に用いられるに過ぎなかった。
(Prior Art) Many attempts have been made to measure strain using the magnetostrictive properties of metals and amorphous materials. However, ordinary magnetic metals have a low magnetic output, and amorphous metals with a high magnetic output can be manufactured by various methods such as sputtering, vapor phase chemical methods, plating methods, etc. in addition to the rapid cooling method, but all of them have a diameter of several 100 μm. It could only be obtained as products in the form of thin sheets, thin wires, or powders, and could only be used for limited purposes.

従って磁性金属の場合は、多くは歪みに対する磁気−電
気信号出力が小さく、歪み→磁気→電気の3段階の変換
をするについては、歪みに関しては原動機等の振動によ
る歪み雑音、磁気に関しては周囲の環境条件による磁気
雑音、電気に関しては同様に周囲の電子、電気機器から
の伝播雑音等や電気増幅する際の回路上の雑音等が影響
する。それらの雑音は、歪みの大小、歪みの変化の大小
にはほぼ係わりがないので、歪みの変化が小さいと信号
出力の変化に対する雑音が大きく、すなわち所謂S/N
比が良くなく、精密な測定が困難となる。
Therefore, in the case of magnetic metals, the magnetic-electrical signal output in response to distortion is small in most cases, and in the case of three-step conversion from distortion to magnetism to electricity, distortion is caused by distortion noise caused by the vibration of the prime mover, etc., and magnetism is caused by the surrounding noise. Magnetic noise due to environmental conditions and electricity are similarly influenced by propagation noise from surrounding electronics and electrical equipment, and noise on circuits during electrical amplification. These noises have almost no relation to the magnitude of distortion or the magnitude of change in distortion, so if the change in distortion is small, the noise in response to a change in signal output is large, that is, the so-called S/N
The ratio is not good, making precise measurement difficult.

また、磁性金属でも優れた磁歪特性を有するものがある
が、そのものに応力をかけて歪みを測定することを考え
ると、強度、経時特性、経済面の問題があって実用的で
ない。一方アモルファスの場合は、上記のように形状が
限られているため、それを強度部材とすることには同様
に問題があり、粉体を爆発で圧縮成形したり、特開平1
−224623号「トルクセンサ」に示されるように、
爆発で通常金属に接合したりすることも試みられている
が、技術的、経済的な問題が多く実用化されてない。
In addition, some magnetic metals have excellent magnetostrictive properties, but when considering applying stress to the metal and measuring strain, it is not practical due to problems in terms of strength, aging characteristics, and economy. On the other hand, in the case of amorphous, the shape is limited as mentioned above, so there are similar problems in using it as a strength member, and it is difficult to use it as a strength member.
As shown in No.-224623 "Torque sensor",
Attempts have been made to bond it to ordinary metals using an explosion, but many technical and economic problems have prevented it from being put to practical use.

(発明が解決しようとする課題) 前節で説明したように、通常の磁性金属、例えば鉄鋼の
歪みをその磁性金属の磁歪を利用して測定しようとして
も、出力が低いため、低歪みの測定が困難であり、また
雑音に対してもS/N比が低く、実用化が大変に困難で
ある。一方、磁気特性の優れた金属を強度部材として使
用して、その歪みを電磁気的に測定しようとすると、磁
気特性の経時変化が大きく、技術的に解決することが困
難であると共に、経済的にも適当でない。アモルファス
は箔や線、粉体としてしか得られないため、そのまま強
度部材として使用することはできず、組成によって異な
るが、300°Cから400°C以上の温度で結晶化し
てアモルファスでなくなってしまい、その優れた磁気特
性を失うので、熱をかけて焼結したり、溶接することが
できない。火薬類の爆発圧力を利用して圧縮成形したり
、通常の金属に爆発圧接して使用することも試みられて
いるが、多くの繁雑な工程を経たり、経済的な困難があ
って実用化が難しい。
(Problems to be Solved by the Invention) As explained in the previous section, even if an attempt is made to measure the strain of ordinary magnetic metals, such as steel, using the magnetostriction of the magnetic metal, the output is low, making it difficult to measure low distortion. It is difficult, and the S/N ratio against noise is low, making it extremely difficult to put it into practical use. On the other hand, when trying to electromagnetically measure the strain of a metal with excellent magnetic properties as a strength member, the magnetic properties change significantly over time, making it difficult to solve technically and economically. is also not appropriate. Since amorphous can only be obtained as foil, wire, or powder, it cannot be used as a strength member as it is; it will crystallize and cease to be amorphous at temperatures above 300°C to 400°C, depending on the composition. , it cannot be sintered or welded with heat, as it loses its excellent magnetic properties. Attempts have been made to use the explosion pressure of explosives to perform compression molding, or to use explosive pressure welding on ordinary metals, but these efforts require many complicated processes and are economically difficult to put into practical use. is difficult.

これらのうち、数1OuII+の厚さのアモルファスの
箔を通常の金属の表面に爆発圧接して、磁気特性をアモ
ルファス部分に受は持たせ、強度を金属に受は持たせよ
うとする試みが最も実用に近いと考えられるが、技術的
に高度であるため、製造過程で細心の注意を要し、結果
として経済的に不利である。
Of these, the most effective attempt is to explosively weld an amorphous foil several OuII+ thick to the surface of an ordinary metal, thereby imparting magnetic properties to the amorphous portion and imparting strength to the metal. Although it is considered to be close to practical use, it is technologically advanced and requires careful attention in the manufacturing process, resulting in an economic disadvantage.

アモルファスを爆発圧接で通常金属に接合する理由は、
溶接や熱間圧接を利用するとアモルファスが結晶化して
、優れた磁気特性を失うためである。若し可能であれば
、爆発圧接を利用しないで同様な効果を得ることができ
れば、技術的、経済的な困難が回避できると考えられる
。また、磁性金属の場合についても、アモルファスと同
様な組成ではあるが、非晶質のアモルファスではないが
急冷によって微細結晶化したもので優れた軟磁性を示す
ものや、その他の従来知られていた磁性金属も、爆発圧
接以外の手段で磁気特性を優れた軟磁特性を持った金属
に受は持たせ、強度部材としての特性が優れたものを応
力を受は持つ部分に使用することが適当であると考えら
れる。しかし、磁性金属の殆どが、アモルファスと同様
に高温を加えると、磁気特性が劣化するので、従来爆発
圧接以外の方法で他の金属に接合することが困難であっ
た。
The reason why amorphous is joined to normal metal by explosive welding is as follows.
This is because when welding or hot pressure welding is used, amorphous material crystallizes and loses its excellent magnetic properties. If possible, technical and economic difficulties can be avoided if similar effects can be obtained without using explosive welding. In addition, in the case of magnetic metals, although they have the same composition as amorphous metals, they are not amorphous but are finely crystallized by rapid cooling and exhibit excellent soft magnetism, and other previously known Regarding magnetic metals, it is appropriate to use a metal with excellent magnetic properties and soft magnetic properties for the receiver by means other than explosive welding, and use a material with excellent properties as a strength member for the stress-receiving part. It is believed that there is. However, like amorphous metals, the magnetic properties of most magnetic metals deteriorate when high temperatures are applied, so it has been difficult to join them to other metals using methods other than explosive welding.

(課題を解決するための手段) 本発明は、前節で説明した従来の非接触で測定可能な歪
みセンサの有していた欠点を除去するべく理論的、実験
的に検討を重ねた結果到達したもので、金属やアモルフ
ァスからなるセンサ素子の薄板や箔、線を歪み測定対象
物に部分的に2箇所以上固定すると、固定部分の相対位
置変動がセンサ素子をも歪ませることに着目し、その歪
みが歪み測定対象物の歪みに比例することを利用したも
のである。
(Means for Solving the Problems) The present invention was achieved as a result of repeated theoretical and experimental studies to eliminate the drawbacks of the conventional non-contact measurable strain sensors described in the previous section. We focused on the fact that when a thin plate, foil, or wire of a sensor element made of metal or amorphous is partially fixed to an object to be measured for distortion in two or more places, the relative positional fluctuations of the fixed parts also distort the sensor element. This method takes advantage of the fact that distortion is proportional to the distortion of the object to be measured.

第1図は本発明による歪みセンサの原理を説明するため
の図である。第1図aは、断面を示し、hoは半径R1
+1mの丸棒、seaは丸棒ガ3.の周囲を間隔dを置
いて外周半径R11mで取り巻く円筒状のセンサ素子、
Baaは歪み測定対象物である丸棒Mlllとセンサ素
子511mとの間に間隔dを与えるための環状0)スペ
ーサ、C1mはセンサ素子S1mを環状スペーサ811
を介して丸棒?I+aに固定するための環状の固定金具
、−11はセンサ素子S+mを環状スペーサB111と
環状固定金具C1mに冶金的に接合するための溶接部分
、LIllはセンサ素子S1Mの環状スペーサB1.と
環状固定金具Cl1mに接触していない部分の丸棒?l
+aの長手方向の軸Al1mに沿った長さを意味する。
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of a strain sensor according to the present invention. Figure 1a shows the cross section, ho is the radius R1
+1m round bar, sea is round bar 3. A cylindrical sensor element surrounding with an outer radius R11m at an interval d,
Baa is an annular spacer 811 for providing a distance d between the round bar Mlll, which is the object to be measured for strain, and the sensor element 511m, and C1m is an annular spacer 811 for connecting the sensor element S1m.
Round bar through? -11 is a welding part for metallurgically joining the sensor element S+m to the annular spacer B111 and the annular fixture C1m, and LIll is the annular spacer B1. of the sensor element S1M. And the part of the round bar that is not in contact with the annular fixture Cl1m? l
+a means the length along the longitudinal axis Al1m.

まず、第1図aに示す丸棒M1.とセンサ素子5i11
その他の構成によって、丸棒が、軸Al11を中心とす
る捩り歪みを受ける場合の原理を説明する。このような
軸の捩れを測定するような例は、例えば原動機の回転を
軸によって負荷に伝えるような場合、軸の捩れから負荷
されたトルクを推定する、所謂トルクセンサとしての用
途に適合する。よって以後、軸回りの負荷によって丸棒
が捩れを受けるような場合、軸回りの負荷をトルクと称
し、N−m(kg−+yf/s”)またはkgf・−単
位で表示する。
First, the round bar M1 shown in FIG. 1a. and sensor element 5i11
The principle when the round bar is subjected to torsional strain centered on the axis Al11 by other configurations will be explained. Such an example of measuring the torsion of a shaft is suitable for use as a so-called torque sensor, which estimates the loaded torque from the torsion of the shaft, for example, when the rotation of a prime mover is transmitted to a load by the shaft. Therefore, hereinafter, when a round bar is twisted by a load around the axis, the load around the axis will be referred to as torque, and will be expressed in units of N-m (kg-+yf/s") or kgf.-.

丸棒M+aの両端にトルクが負荷されると、丸棒は捩れ
角ψの捩れを示す。捩れ角ψの定義は、丸棒断面中心軸
を通る直線が基準位1のそれに対してどれだけ捩れるか
を意味する。この場合、トルクT、棒の長さし、直径D
、捩れ角ψの間には次の関係が成り立つ。ただし、図の
場合、D・2R,。1であり、Gは材料の剛性率である
When a torque is applied to both ends of the round bar M+a, the round bar exhibits a twist with a twist angle ψ. The definition of the twist angle ψ means how much the straight line passing through the central axis of the cross section of the round bar is twisted with respect to that at the reference position 1. In this case, the torque T, the length of the rod, and the diameter D
, the following relationship holds true between the torsion angle ψ. However, in the case of the figure, D・2R,. 1, and G is the stiffness modulus of the material.

ψ= 32LT/πD’G  −−−−(1)例えば、
長さ0.2m 、直径0.02mの鋼の丸棒に20kg
f−昂無1.96 Xl02kg 1”/s”の捩りモ
ーメントがかかると、鋼の剛性率を純鉄と等しいとすれ
ば、丸棒表面の剪断応力τは、捩りモーメントをT、丸
棒の直径をDとすると、 τ= 16 T/πD’  −−−−−(2)より、 r=16X1.96X102kg Hrrf/s2/ 
hr X(0,02m+)’) =1.248XIO8
kg ]/rrf−s2=124.8 MPa’:12
.7kgf/m”捩れ角ψは、 ψ=32X0.2mX1.96XlO”kg −rtr
/s2/ (πX (2X10−2m+)’X8.16
X10”kg−m/% ・s2) = 3.06xlO
−2= 1.75 ”が得られる。
ψ= 32LT/πD'G -----(1) For example,
20 kg on a steel round bar with a length of 0.2 m and a diameter of 0.02 m.
When a torsional moment of 1.96 If the diameter is D, then τ= 16 T/πD' ------- From (2), r=16X1.96X102kg Hrrf/s2/
hr X(0,02m+)') =1.248XIO8
kg]/rrf-s2=124.8 MPa': 12
.. 7kgf/m" torsion angle ψ is: ψ=32X0.2mX1.96XlO"kg -rtr
/s2/ (πX (2X10-2m+)'X8.16
X10”kg-m/%・s2) = 3.06xlO
-2=1.75'' is obtained.

センサ素子S1.は丸棒−3,に比べて十分に薄く、従
って強度が低く、丸棒Mi1mの捩りに対する抵抗を与
えないものとし、また環状スペーサB1mと環状固定金
具C1mも十分に小さく丸棒Mi11の捩れに影響しな
いとすれば、丸棒Mlllの長さ当たりの捩れ角も変化
しない。この捩れ角ψの定義は、ある長さの丸棒の一端
を固定して、他端を捩った場合、捩られた端がどの程度
の回転角で捩られるかを示すものなので、捩れ角は位置
によって異なる。よって丸棒の任意の位置の捩れ角を知
るには、捩れ角φを固定端からその位置までの距離で割
った値である捩れ率λを導入すると便利である。その捩
れ率λは、固定端から捩れ角測定位置までの長さをLと
すると、 λ=ψ/L   −−−−−(3) によって与えられる。よって、丸棒M1mの捩れ率λ1
.は、捩れ角をψ11、丸棒の長さをLlとすると、ψ
+−/L+である。上記の長さ0.2+++ 、直径0
.02厘の綱の丸棒に20kgf−o+−1,96X1
0” kg・イ/SZの捩りモーメントがかかる場合の
捩れ率λ1.は、λ 1.  =  1.75”  1
0.2m+  ・ 8.75° /−である。よって、
丸棒M、の捩れ率λ11はどの部分をとってもその値で
あることになり、センサ素子S1Mは環状スペーサB1
mと環状固定金具C1mによって丸棒MImに強固に固
定されている限り同じ捩れ率で捩られることになる。す
なわち、センサ素子5l11と丸棒河、1は、輪状の同
位置では同じ角度で捩られる。よってセンサ素子S1m
 は、丸棒Muの捩れをそのまま再現する。ただし、こ
の際センサ素子511mの表面の剪断歪みは、丸棒MI
m表面のそれと異なることに注意しなければならない。
Sensor element S1. is sufficiently thinner than the round bar 3, and therefore has low strength, and does not provide resistance to the twisting of the round bar Mi1m, and the annular spacer B1m and the annular fixture C1m are also sufficiently small to resist the twisting of the round bar Mi11. If there is no effect, the twist angle per length of the round bar Mll will also not change. The definition of this twist angle ψ is that when one end of a round bar of a certain length is fixed and the other end is twisted, the twist angle is the twist angle. varies depending on location. Therefore, in order to know the torsion angle at any position of the round bar, it is convenient to introduce the torsion rate λ, which is the value obtained by dividing the torsion angle φ by the distance from the fixed end to that position. The torsion rate λ is given by λ=ψ/L (3) where L is the length from the fixed end to the torsion angle measurement position. Therefore, the torsion rate λ1 of the round bar M1m
.. If the twist angle is ψ11 and the length of the round bar is Ll, then ψ
+-/L+. Above length 0.2+++, diameter 0
.. 20kg f-o+-1, 96X1 on a round rod of 02 lin
The torsion rate λ1. when a torsion moment of 0" kg・i/SZ is applied is λ 1. = 1.75" 1
0.2m+・8.75°/-. Therefore,
The torsion rate λ11 of the round bar M is the same value no matter where it is taken, and the sensor element S1M is connected to the annular spacer B1.
As long as it is firmly fixed to the round bar MIm by the annular fixing member C1m and the annular fixing member C1m, it will be twisted at the same twist rate. That is, the sensor element 5l11 and the round bar 1 are twisted at the same angle at the same position in the ring. Therefore, sensor element S1m
reproduces the twist of the round bar Mu as it is. However, at this time, the shear strain on the surface of the sensor element 511m is
It must be noted that this is different from that of the m surface.

というのは、丸棒又は管の表面の剪断歪みτは、半径を
r、長さをし、捩れ角をψとすると、τ=rψル=λr
  −−−−−(4)で表わされるからで、第1図aか
らセンサ素子S0の半径R111は、明らかに丸棒M+
mの半径R1゜、より大きい、すなわちR++s >R
,。、である。従って、センサ素子5111表面の剪断
歪みをτ10、丸棒M1m表面の剪断歪みをτ、。、と
すると、 τzm > τ+o−−−−−−(5)であり、式(4
)から rl1m= λ+aRzm   −チー一−(6)τl
On ’ λ1.R++1.  −−−−−(7)とな
る。つまり、センサ素子SImでは、剪断歪みにおいて
丸棒Muの歪みが機械的に増幅されていることになる。
This is because the shear strain τ on the surface of a round bar or tube is expressed as τ=rψ=λr, where r is the radius, r is the length, and ψ is the twist angle.
---- (4) Therefore, from FIG. 1a, the radius R111 of the sensor element S0 is clearly the round bar M+
The radius R1° of m is larger, i.e. R++s > R
,. , is. Therefore, the shear strain on the surface of the sensor element 5111 is τ10, and the shear strain on the surface of the round bar M1m is τ. , then τzm > τ+o−−−−−−(5), and the formula (4
) from rl1m = λ + aRzm - Qi - (6) τl
On' λ1. R++1. -----(7). That is, in the sensor element SIm, the strain of the round bar Mu is mechanically amplified in shear strain.

よって、第1図aのように、丸棒の捩れを測定する際に
、センサ素子5i11を丸棒M1□0表面から離して設
置することによって、剪断歪みを機械的に増幅すること
ができる。
Therefore, as shown in FIG. 1a, when measuring the torsion of the round bar, the shear strain can be mechanically amplified by placing the sensor element 5i11 away from the surface of the round bar M1□0.

このようにセンサ素子51mを丸棒MILLの表面から
離して設置することの目的は、機械的に剪断歪みを増幅
すること以外に以下の作用をも有する。
The purpose of installing the sensor element 51m away from the surface of the round bar MILL in this way is to mechanically amplify shear strain, and also has the following effect.

まず、丸棒M1mが磁性金属であり、センサ素子S+a
を丸棒Mll+の表面に接して設置する場合、センサ素
子5l11を電磁石等によって励磁して磁歪を測定しよ
うとすると、同時に丸棒M1mも励磁され、センサ素子
S1mの磁歪測定に影響を及ぼす可能性がある。また、
丸棒阿3.が高温である場合、センサ素子SImはその
熱影響を受け、測定又は材料特性に悪影響を受けるおそ
れがある。それらのように、丸棒M1mの影響がセンサ
素子S1mに及ばないようにする場合にも、第1図aの
ような構成は有効である。
First, the round bar M1m is made of magnetic metal, and the sensor element S+a
When installed in contact with the surface of the round bar Mll+, if you try to measure magnetostriction by exciting the sensor element 5l11 with an electromagnet, etc., the round bar M1m will also be excited at the same time, which may affect the magnetostriction measurement of the sensor element S1m. There is. Also,
Marubo A3. If the sensor element SIm is at a high temperature, the sensor element SIm will be affected by the heat and the measurement or material properties may be adversely affected. The configuration shown in FIG. 1a is also effective when preventing the influence of the round bar M1m from reaching the sensor element S1m.

環状スペーサB111と環状固定金具C1mは、センサ
素子SIMを捩れに耐えて丸棒?l+mに確実に固定し
なければならない。そのための方法の一つに、焼嵌めが
ある。まず、丸棒M、の外径よりやや小さい内径を有す
る環状スペーサBlfiを数100 ’Cに加熱し、熱
膨張によって内径が丸棒M、の外径より大きくなるよう
にし、その状態で丸棒旧、に嵌合し冷却すると、環状ス
ペーサB+aは常温で元の内径に戻ろうとし、丸棒M、
に妨げられて丸棒MImを強く締めつけ、環状スペーサ
B1.は機械的に強固に固定される。環状固定金具C1
mも同様にして、センサ素子5lllを環状スペーサB
1mに巻きつけてから焼嵌めすることによって環状スペ
ーサB1m、センサ素子SImおよび環状固定金具C1
mは丸棒MIMに機械的に強固に固定される。環状固定
金具C11をセンサ素子S1m上面に嵌める際に、環状
固定金具Cl1lが高温であるためにセンサ素子511
1の特性を劣化させるおそれがある場合は、センサ素子
Seaを水冷するなどの方法で熱的に保護すればよい。
The annular spacer B111 and the annular fixture C1m are round bars that can withstand twisting of the sensor element SIM? Must be securely fixed at l+m. One of the methods for this is shrink fitting. First, an annular spacer Blfi, which has an inner diameter slightly smaller than the outer diameter of the round bar M, is heated to several hundreds of degrees Celsius, so that the inner diameter becomes larger than the outer diameter of the round bar M due to thermal expansion, and in this state, the round bar When the annular spacer B+a tries to return to its original inner diameter at room temperature, the round bar M,
, the round bar MIm is strongly tightened, and the annular spacer B1. is firmly fixed mechanically. Annular fixture C1
Similarly, sensor elements 5lll are connected to annular spacer B.
The annular spacer B1m, the sensor element SIm and the annular fixing metal fitting C1 are wrapped around 1m and then shrink-fitted.
m is mechanically and firmly fixed to the round bar MIM. When fitting the annular fixture C11 onto the upper surface of the sensor element S1m, the sensor element 511
If there is a risk that the characteristics of the sensor element Sea may be deteriorated, the sensor element Sea may be thermally protected by water cooling or the like.

また、焼嵌めによる熱的影響を完全に避けたい場合は、
冷し嵌めによってもよい。これは、丸棒M、の外径より
やや小さい内径を有する環状スペーサB111を用意す
る点では同じであるが、丸棒Ml11の方を液体窒素等
のような低温物質で冷却し、低温による収縮によってそ
の外径を環状スペーサB111の内径より小さくして嵌
め合わせ、常温に戻った際に丸棒M、を環状スペーサB
1mが締めつけるようにする方法である。更に環状固定
金具C1mをセンサ素子5l11上面に嵌める場合も、
同様にして丸棒Ml11と環状スペーサBJIIを冷却
してから嵌め合わせればよい。完全に高温、低温の熱的
方法によらず、かつ機械的な締めつけだけで固定したい
場合の方法として、押し嵌めがある。これは、丸棒M+
aの外周の一部分に環状スペーサB111を端から差し
込んで嵌め合わせようとすると、進めるに従って外径が
拡がるようにテーパーが与えられ、環状スペーサB1M
の内周にもそれに沿ったテーパーを設けて、差し込むに
従って環状スペーサBIBが丸! M +−を締めつけ
るようにする方法である。環状スペーサIll+mの外
周と環状固定金具C4の内周にも同様な仕組みを設ける
ことによって環状スペーサB111 、センサ素子S1
mおよび環状固定金具C1mを丸棒Ml11に機械的に
強固に固定することができる。
Also, if you want to completely avoid the thermal effects of shrink fitting,
It may also be cold fitted. This is the same in that an annular spacer B111 having an inner diameter slightly smaller than the outer diameter of the round bar M is prepared, but the round bar M11 is cooled with a low-temperature substance such as liquid nitrogen, and shrinks due to the low temperature. The outer diameter of the round bar M is made smaller than the inner diameter of the annular spacer B111, and when the temperature returns to room temperature, the round bar M is inserted into the annular spacer B111.
This is a method to tighten it to 1m. Furthermore, when fitting the annular fixture C1m onto the top surface of the sensor element 5l11,
Similarly, the round rod Ml11 and the annular spacer BJII may be cooled and then fitted together. Push-fitting is a method for fixing by mechanical tightening alone, without completely relying on high-temperature or low-temperature thermal methods. This is a round bar M+
When trying to fit the annular spacer B111 by inserting it into a part of the outer periphery of a from the end, the annular spacer B1M is tapered so that the outer diameter increases as it advances.
The inner circumference of the BIB is also tapered to match that, and as it is inserted, the annular spacer BIB becomes circular! This is a method of tightening M + -. By providing a similar mechanism on the outer periphery of the annular spacer Ill+m and the inner periphery of the annular fixture C4, the annular spacer B111 and the sensor element S1
m and the annular fixture C1m can be mechanically and firmly fixed to the round bar M111.

これらの機械的な固定方法について、それぞれの部品の
内周、外周あるいはテーパー寸法をどのように設定する
かは、一般の機械加工に関する知識を有するものであれ
ば、使用する金属の熱膨張率、ヤング率、弾性限界値等
の値に応じて容易に決定できる。
Regarding these mechanical fixing methods, how to set the inner circumference, outer circumference, or taper dimensions of each part can be determined by those with general machining knowledge, such as the coefficient of thermal expansion of the metal used, It can be easily determined according to values such as Young's modulus and elastic limit value.

上記の締めつけのみによる機械的固定方法では、捩れが
長期間にわたって繰り返される場合、ずれが生じて固定
された状態が変化して誤った測定に導くおそれがある。
In the above mechanical fixing method using only tightening, if twisting is repeated over a long period of time, there is a risk that displacement may occur and the fixed state may change, leading to erroneous measurements.

そのような場合は、キーやノンクピンのような締めつけ
以外の機械的な固定手段を併用したり、あるいは締めつ
けは全く用いないで、それらの機械的手段によることも
考えられる。ただし、締めつけのみによる場合は、キー
溝やノックピン穴のように、部品断面積低減あるいは切
り欠きに伴う応力集中による構成部品強度を低下させる
原因を持ちこまないで済む利点がある。
In such a case, it is conceivable to use a mechanical fixing means other than tightening, such as a key or a non-stop pin, or to use such mechanical means without tightening at all. However, when only tightening is used, there is an advantage that it does not introduce causes such as key grooves and dowel pin holes that reduce component strength due to a reduction in component cross-sectional area or stress concentration due to notches.

第1図aの溶接部分り1.は、冶金的手段によって環状
スペーサBl!、センサ素子S1mおよび環状固定金具
C0を一体として固定するためのものである。図では丸
棒M1mに対して溶接されていないが、必要であれば丸
棒Ml11を含めて溶接しても差し支えない。殆どの場
合、センサ素子である磁性材料は高温に弱く、典型的な
例であるアモルファスについていえば、300から40
0″Cの温度で結晶化を開始し、その優れた磁気特性を
劣化させる。
Welded part in Figure 1a 1. The annular spacer Bl! is formed by metallurgical means. , for integrally fixing the sensor element S1m and the annular fixture C0. In the figure, the round bar M1m is not welded, but if necessary, the round bar M11 may also be welded. In most cases, the magnetic material that is the sensor element is sensitive to high temperatures; a typical example of amorphous material is 300 to 40
It begins to crystallize at a temperature of 0″C, degrading its excellent magnetic properties.

また、急冷金属の場合も同様であり、溶接に際しては、
センサ素子が磁気特性を劣化させる温度にならないよう
に十分に留意しなければならない。
The same applies to quenched metals, and when welding,
Care must be taken to ensure that the temperature of the sensor element does not deteriorate its magnetic properties.

ただし、センサ素子材料の歪み測定に関与しない部分、
例えば環状スペーサB0と環状固定金具Cl1Bとに挟
まれた部分に関してはその限りではない。
However, the parts of the sensor element material that are not involved in strain measurement,
For example, this does not apply to the portion sandwiched between the annular spacer B0 and the annular fixture Cl1B.

溶接に際しては、センサ素子が過熱しないための手段と
しては、以下のような対策が考えられる。
During welding, the following measures can be considered to prevent the sensor element from overheating.

■ 点溶接のような手段によって溶接部分を極力少なく
すること、 ■ センサ素子を容器に入れた水に浸したり、流水等で
冷却しながら溶接する。
■ Minimize the welded area as much as possible by means such as spot welding. ■ Weld the sensor element while immersing it in water in a container or cooling it with running water.

■ 丸棒Mimや環状スペーサBIB及び環状固定金具
C4に十分な熱容量がある場合は、センサ素子を冷却す
る必要がない場合もあり得るが、そのような場合もセン
サ素子の磁気特性劣化がないよう十分に留意し、例えば
センサ素子の温度上昇を測定しながら溶接する等の手段
を講じて過熱を防止する。
■ If the round bar Mim, annular spacer BIB, and annular fixture C4 have sufficient heat capacity, it may not be necessary to cool the sensor element, but even in such a case, make sure that the magnetic properties of the sensor element do not deteriorate. Care should be taken to prevent overheating by taking measures such as welding while measuring the temperature rise of the sensor element.

以上冶金的接合の手段として、溶接のみについて説明し
たが、その他の手段例えば鑞付けあるいは爆発圧接を採
用しても差し支えない。鑞付けの場合のセンサ素子過熱
防止対策は溶接の場合上同様である。爆発圧接の場合に
ついては、過熱を考える必要はないが、爆発圧力によっ
て丸棒等の構成部品が歪むことについて対策を講する必
要があるが、当業者であればどのような加工法の場合に
、どのような問題と対策があるかは十分に承知している
Although only welding has been described above as a means of metallurgical joining, other means such as brazing or explosive welding may be employed. Measures to prevent overheating of the sensor element in the case of brazing are the same as those in the case of welding. In the case of explosive welding, there is no need to consider overheating, but it is necessary to take measures against distortion of components such as round bars due to explosive pressure. We are fully aware of the problems and countermeasures that need to be taken.

溶接または鑞付けによってセンサ素子を冶金的に丸棒に
固定しようとする場合には、丸棒が熱処理された金属で
ある場合、必ず熱処理状態に変化を与える。それが好ま
しくない場合には、熱影響のない方法で固定することに
なるが、どのような方法によるかは、使用する材料の種
類、歪みを測定する条件、測定される丸棒の応力伝達部
材としての使用条件等、設計諸元によって定まるので、
−概に説明することはできない。しかし、機械類の設計
に習熟した当業者であれば、各条件の下に上記の固定方
法の中から取捨選択して固定方法を設定することは容易
である。
When metallurgically fixing the sensor element to a round bar by welding or brazing, if the round bar is a heat-treated metal, a change in the heat treatment condition is necessarily applied. If this is undesirable, fixing should be done in a way that does not affect heat, but the method to use depends on the type of material used, the conditions for measuring strain, and the stress transmitting member of the round bar being measured. As it is determined by the design specifications such as usage conditions as
-Cannot be explained generally. However, a person skilled in the art who is familiar with the design of machinery can easily select a fixing method from among the above fixing methods under various conditions.

第1図すは、第1図aの場合のように、機械的増幅作用
も、丸棒が非磁性材料であって、その影響がセンサ素子
に及ぶことに対する配慮も必要ない場合に取り得る構成
で、センサ素子Slkは丸棒り、に密着して固定されて
いる。ただし、センサ素子Slbの環状固定金具C0に
よって固定されていない部分は、丸棒Mlbに機械的に
接触しているだけでよく、冶金的な接合は必要ではない
。また、溶接部分hubは、この図の場合、丸棒Mob
、環状スペーサfl+b 、環状固定金具C1b及びセ
ンサ素子S1.の全てを溶接しているように描かれてい
るが、上記のように状況によって、全く溶接しながった
り、第1図aのように丸棒Mlllには溶接しないよう
にしたり、溶接によらずに鑞付けによったり、取捨選択
する必要がある。
Figure 1 shows a configuration that can be used when there is no mechanical amplification effect, and the round rod is made of a non-magnetic material, and there is no need to take into account the effect of the round rod on the sensor element, as in the case of Figure 1 a. The sensor element Slk is fixed in close contact with the round bar. However, the portion of the sensor element Slb that is not fixed by the annular fixture C0 only needs to be in mechanical contact with the round bar Mlb, and metallurgical bonding is not required. In addition, in the case of this figure, the welding part hub is a round bar Mo
, annular spacer fl+b, annular fixture C1b, and sensor element S1. However, depending on the situation as mentioned above, it may not be welded at all, it may not be welded to the round bar Mllll as shown in Figure 1a, or it may It is necessary to choose by brazing instead of relying on it.

第1図すの場合は、センサ素子Slbは固定部分以外で
は丸棒Lbに固定されてはいないが密着しているので、
センサ素子Slkの剪断歪みはセンサ素子Slbの厚さ
を無視すれば、丸棒M11+の剪断歪みと同じと考えて
よい。
In the case of Figure 1, the sensor element Slb is not fixed to the round bar Lb except for the fixed part, but it is in close contact with it, so
The shear strain of the sensor element Slk can be considered to be the same as the shear strain of the round bar M11+, if the thickness of the sensor element Slb is ignored.

第2図は、第1図a及びbに示した歪みセンサではセン
サ素子SIm及び51bが丸棒M、及びMlbの全周を
包囲しているのに対して、一定の幅を有する紐状のセン
サ素子S2が丸棒M2の外周の一部に軸に沿う方向に取
り付けられた状況をセンサ素子S2を取り付けた側から
見た平面図である。平面図であるため環状固定金具C2
は見えるが環状スペーサは見えず、断面図である第1図
a、bのようにセンサ素子が丸棒に密着しているか、丸
棒に間隔を置いて設置されているかは、この図のみから
では判断できない。すなわち環状スペーサがあるかどう
か分からない。環状スペーサを設けるか否か、即ちセン
サ素子S2を丸棒トから離すか密着させるかは、測定目
的によって定めるべきである。この形式では、丸棒の伸
縮や曲げをセンサ素子S2で測定する場合であれば、セ
ンサ素子S2の位置に磁歪測定機構を取り付けて歪みを
測定することにより、歪みは常に測定可能であるが、例
えばトルクセンサのように、回転軸にかかるトルクを測
定するような場合は、センサ素子S2が丸棒の回転に伴
って磁歪測定機構を取り付けた部分を断続的に通過する
ので、歪み信号はパルスとして与えられることになる。
FIG. 2 shows that in the strain sensor shown in FIGS. 1a and 1b, the sensor elements SIm and 51b surround the round bars M and Mlb, whereas the sensor elements SIm and 51b surround the round bars M and Mlb, whereas FIG. 3 is a plan view of a situation in which the sensor element S2 is attached to a part of the outer periphery of the round bar M2 in a direction along the axis, as seen from the side to which the sensor element S2 is attached. Since this is a plan view, the annular fixture C2
is visible, but the annular spacer is not visible, and it is possible to determine from this figure alone whether the sensor element is in close contact with the round bar, as shown in Figure 1 a and b, which are cross-sectional views, or whether it is installed at intervals on the round bar. I can't judge. In other words, it is not known whether there is an annular spacer or not. Whether or not to provide an annular spacer, that is, whether to separate the sensor element S2 from the round bar or to bring it into close contact with it, should be determined depending on the purpose of measurement. In this format, if the expansion/contraction or bending of a round bar is to be measured using the sensor element S2, the strain can always be measured by attaching a magnetostriction measurement mechanism to the position of the sensor element S2, but For example, when measuring the torque applied to a rotating shaft like a torque sensor, the sensor element S2 intermittently passes through the part where the magnetostriction measurement mechanism is attached as the round bar rotates, so the strain signal is generated as a pulse. It will be given as.

また、丸棒が静止している時には、センサ素子S2の部
分が常に磁歪測定機構を取り付けた部分で停止するとは
限らないので、静止トルクは測定できない。この図では
、環状固定金具C2と丸棒トを冶金的に固定するために
、溶接部分−2があるが、これは、第1図aに対する説
明で述べたように、歪みセンサの性格によって採用しな
いこともあり得る。
Further, when the round bar is stationary, the sensor element S2 does not always stop at the part where the magnetostriction measurement mechanism is attached, so the static torque cannot be measured. In this figure, there is a welded part -2 to metallurgically fix the annular fixture C2 and the round bar T, but as mentioned in the explanation for Fig. 1a, this was adopted due to the nature of the strain sensor. It's possible that you won't.

第3図aは、これまでの例が歪み測定対象物を丸棒とし
ていたのに対して、平板を対象とする場合を示す断面図
である。この場合特徴的なことは、固定金具C3iに凹
みが設けられ、それに対応する突起が特定対象平板M3
11にあり、センサ素子33mは屈曲してその間で固定
されていることである。
FIG. 3a is a cross-sectional view showing a case in which a flat plate is used as the object for strain measurement, whereas in the previous examples, the object to be strained is a round bar. What is characteristic in this case is that the fixing metal fitting C3i is provided with a recess, and the corresponding projection is provided on the specific target flat plate M3.
11, the sensor element 33m is bent and fixed therebetween.

また、固定金具C3,と測定対象平板?I1mを結合す
るには、共に平板で焼嵌めや押し嵌めのような手法を用
いることができないので、両者はボルト、ナンドのセン
トI’1Mによって締め付けられている。
Also, the fixing metal fitting C3 and the flat plate to be measured? In order to connect I1m, since they are both flat plates, methods such as shrink fitting or push fitting cannot be used, so both are tightened with bolts and Nando's cent I'1M.

このようにしてセンサ素子が屈曲して固定されているこ
とにより、ボルト、ナツトの締め付けが緩まなければ、
十分に大きな摩擦を得ることができる。ただし、この方
法をとる際には、センサ素子53mにアモルファスを使
用する場合、アモルファスは弾性変形域を外れて塑性変
形域に入ると、急速に破断することに注意しなければい
けない。屈曲によってアモルファスが塑性変形をしない
ような設計をする必要があるが、アモルファスの弾性限
界値を知り、その上で弾性限界を越えないような設計を
することは、当業者であれば容易に行なうことができる
程度のことである。
Since the sensor element is bent and fixed in this way, if the bolts and nuts are not loosened,
A sufficiently large amount of friction can be obtained. However, when using this method, it must be noted that if amorphous is used for the sensor element 53m, the amorphous will break rapidly once it leaves the elastic deformation region and enters the plastic deformation region. It is necessary to design so that amorphous does not undergo plastic deformation due to bending, but those skilled in the art can easily know the elastic limit of amorphous and then design it so that the elastic limit is not exceeded. This is about as much as possible.

第3図すは、第3図aに示す平板用の歪みセンサを第3
図aの矢印Aの方向から見た図であり、各記号は、第3
図の同じ記号で添え字がaとなっているものに対応する
。この図では、ボルト、ナツトのセットFikは、セン
サS3bを貫通していないが、センサ素子S3bに穴を
設けて貫通させても良い。ただし、センサ素子に加わる
負荷あるいは歪みによって、穴の位置を起点とする破壊
が発生しないように、負荷応力設計、穴の工作等に十分
注意する必要があるが、これも適切な設計をすることは
、当業者であれば容易に行なうことができる程度のこと
である。
Figure 3 shows the flat plate strain sensor shown in Figure 3a.
This is a diagram seen from the direction of arrow A in figure a, and each symbol represents the third
This corresponds to the same symbol in the figure with the subscript a. In this figure, the bolt and nut set Fik does not pass through the sensor S3b, but a hole may be provided in the sensor element S3b so that the set Fik passes through the sensor element S3b. However, in order to prevent damage starting from the hole position due to the load or strain applied to the sensor element, it is necessary to pay sufficient attention to load stress design, hole construction, etc., and appropriate design is also required. This is something that a person skilled in the art can easily do.

第3図a、bに示されるセンサ素子では、冶金的接合が
用いられていないが、溶接やろう付けのような冶金的接
合を併用することも、前に説明したようなセンサ素子に
対する熱影響の問題について十分な対策を行なえば差し
支えな(、用途等によって定まる設計上の問題と考えて
よい。
Although metallurgical bonding is not used in the sensor elements shown in FIGS. If sufficient countermeasures are taken, there will be no problem (it can be considered a design problem determined by the application, etc.).

この形式のセンサ素子は、主に平板状の歪み測定対象物
の曲げ、圧縮、引張り、捩れ変形等を測定するのに適し
ている。第3図a、bに示した形状は、その原理を示す
ためのものであり、幅や長さ、センサ素子の取り付は部
以外の形状、寸法等は目的に即した形状とするべきもの
である。
This type of sensor element is mainly suitable for measuring bending, compression, tension, torsional deformation, etc. of a flat plate-shaped strain measurement target. The shapes shown in Figures 3a and b are for illustrating the principle, and the width, length, mounting of the sensor element, and other shapes and dimensions should be shaped to suit the purpose. It is.

第4図は、丸棒の軸回りの捩れを測定する場合の変形例
を示す断面図である。第1図a、bと第2図に示すもの
では、原則として同一の太さを有する軸の捩れを測定す
ることが前提となるが、この場合は太い軸と細い軸が連
結されている場合、あるいは円筒状の軸とそれより細い
外径の軸が遷移的に結合されている場合に有効な形態で
ある。
FIG. 4 is a sectional view showing a modification in the case of measuring the torsion around the axis of a round bar. In the cases shown in Figures 1a and b and Figure 2, it is assumed that the torsion of shafts with the same thickness is to be measured, but in this case, when a thick shaft and a thin shaft are connected. Alternatively, this is an effective form when a cylindrical shaft and a shaft with a smaller outer diameter are coupled in a transitional manner.

図の左側の円筒状の軸M4゜は、その右側の端を直角に
塞がれていて、塞いだ面の中心に設けられた穴を通して
細い軸M4L の左端のボルトを切った部分が貫通して
いる。円筒状の軸M4゜の右側の端を直角に塞いだ面と
、細い軸M4Lの左端でボルトを切るために設けた段の
間には、平座金E4を介してセンサ素子S4が円筒状の
軸M4゜の右側の直角な面のほぼ全面を覆って位置して
いる。センサ素子S4の中心には、円筒状の軸M4゜の
右側の直角な面と同様に穴が開けられている。センサ素
子S4は、細い軸?I4tの左端のボルトに嵌合したナ
ツトN4を締めつけることによって、中心部が固定され
る。更に円筒状の軸M4゜の外側にはねじが切られ、環
状固定金具C4が内面のねじを嵌め合わせて締め付けら
れ、センサ素子S4の周辺部は、環状固定金具C4の環
状の突起04′によって固定されている。この構成によ
って、円筒状の軸M4゜から細い軸重、1に、あるいは
その逆の方向で捩れ応力が伝えられる場合、センサ素子
S4は円筒状の軸M4゜の右端の軸に直角な面とほぼ同
等の歪みを受けるため、その歪みをセンサ素子S4の磁
歪測定を行なうことによって求め、系の受ける応力を推
定することができる。
The cylindrical shaft M4° on the left side of the figure has its right end plugged at a right angle, and the bolted part of the left end of the thin shaft M4L passes through the hole provided in the center of the plugged surface. ing. The sensor element S4 is connected to the cylindrical shaft through a flat washer E4 between the surface that closes the right end of the cylindrical shaft M4° at right angles and the stage provided for cutting the bolt at the left end of the thin shaft M4L. It is located covering almost the entire surface perpendicular to the right side of the axis M4°. A hole is made in the center of the sensor element S4, as well as in the right-angled surface of the cylindrical axis M4°. Is sensor element S4 a thin shaft? The center portion is fixed by tightening the nut N4 fitted to the bolt at the left end of I4t. Furthermore, a thread is cut on the outside of the cylindrical shaft M4°, and the annular fixing metal fitting C4 is tightened by fitting the internal thread, and the peripheral part of the sensor element S4 is fixed by the annular protrusion 04' of the annular fixing metal fitting C4. Fixed. With this configuration, when a torsional stress is transmitted from the cylindrical axis M4° to the thin axle load 1 or vice versa, the sensor element S4 is connected to a surface perpendicular to the right end axis of the cylindrical axis M4°. Since they are subjected to approximately the same strain, the strain can be determined by measuring the magnetostriction of the sensor element S4, and the stress to which the system is subjected can be estimated.

この構成においては、センサ素子S4は円筒状の軸重、
。の右端の軸に直角な面に密着しているが、必要によっ
て円筒状の軸M4゜の右端の軸に直角な面を凹ませたり
、スペーサを置く等の方法で、両方を離して位置させる
ことができる。また、環状固定金具C4やナラ)Naが
緩んでセンサ素子S、の固定が不確実になることを防ぐ
ために、割りピンや針金による固定等の公知のボルドー
ナツトの緩み止め手段を用いたり、上に述べた冶金的手
段を用いたりすることもできる。更に、加えられる負荷
が十分に小さく、センサ素子S4のみで十分に支持でき
る場合、円筒状の軸M4゜の右端の軸に直角な面は無く
して、円筒状の軸重、。と細い軸L+をつなくものはセ
ンサ素子S、のみとしてもよい。その程度の設計変更は
、当業者であれば負荷応力とセンサ素子S4の弾性限界
ならびに材料力学上の知識を基に容易になし得る程度の
ものである。
In this configuration, the sensor element S4 has a cylindrical axle load,
. Although it is in close contact with the surface perpendicular to the right end axis of the cylindrical shaft M4, if necessary, the two can be separated by recessing the right end surface of the cylindrical shaft M4° or placing a spacer. be able to. In addition, in order to prevent the sensor element S from becoming unreliably fixed due to loosening of the annular fixing fitting C4 or Nara), known means for preventing loosening of the bolt donut, such as fixing with a cotter pin or wire, may be used. It is also possible to use the metallurgical means described in . Furthermore, if the applied load is sufficiently small and can be sufficiently supported only by the sensor element S4, the right end surface of the cylindrical axis M4° perpendicular to the axis is eliminated, and the cylindrical axle load is increased. The sensor element S may be the only thing that connects the thin axis L+. Such a design change can be easily made by a person skilled in the art based on the applied stress, the elastic limit of the sensor element S4, and knowledge of material mechanics.

第5図a及びbは、センサ素子S、を冶金的手段によら
ず、確実に固定する方法の1例を示すだめの図である。
FIGS. 5a and 5b are schematic views showing an example of a method for securely fixing the sensor element S without using metallurgical means.

第5図aはセンサ素子取り付は部の片側のみを図示した
もので、環状固定金具C9の環の内面で突出し、センサ
素子S5に設けられた穴を通して、丸棒H1に設けられ
た凹みにはまり込んでいる。このため、センサ素子S、
は確実に固定され、長期にわたって繰り返し荷重を負荷
されても緩む可能性が極めて少ない。第5図すは第5図
aに示される取り付は部分を矢印B−Bの方向から見た
断面図である。図では便宜的に穴は4箇所に設けられて
いるが、負荷や加工方法等の条件によって定めるべきも
のであり、当業者であれば容易に設定できるものでる。
Figure 5a shows only one side of the sensor element mounting section, which protrudes from the inner surface of the ring of the annular fixture C9, passes through the hole provided in the sensor element S5, and connects to the recess provided in the round bar H1. I'm hooked. For this reason, the sensor element S,
is securely fixed, and there is very little chance of it loosening even if a load is repeatedly applied over a long period of time. FIG. 5A is a sectional view of the mounting portion shown in FIG. 5A, taken in the direction of arrow B--B. In the figure, holes are provided at four locations for convenience, but the holes should be determined depending on conditions such as load and processing method, and can be easily set by a person skilled in the art.

また、センサ素子S、に設けられた穴の環状固定金具C
1の内面に向いた側は、縁を面とりしであるが、鋭い角
を有すると応力集中によって亀裂が発生し、センサ素子
S、を破壊する恐れが有るので、アモルファスのような
脆性材料をセンサ素子とする場合は特にこのような配慮
が必要である。面とりをする方法には、切削加工、研削
加工、化学的方法、電気化学的方法、レーザー加工によ
る方法等いろいろ考えられるが、便宜に合わせて何れを
使用してもよく、また、金属加工に習熟したものであれ
ば、容易に実施できる。
In addition, the annular fixing metal fitting C of the hole provided in the sensor element S,
The side facing the inner surface of 1 has a chamfered edge, but if it has sharp corners, cracks may occur due to stress concentration and the sensor element S may be destroyed. Such consideration is especially necessary when using it as a sensor element. There are various methods for chamfering, such as cutting, grinding, chemical methods, electrochemical methods, and laser processing, but any method may be used depending on convenience. If you are familiar with it, you can easily perform it.

第5図a及びbに示すような、環状固定金具の一部がセ
ンサ素子にあけられた穴を通して丸棒の表面に設けられ
た凹みに入り込み、センサ素子の両端を確実に固定する
方法は、塑性流動法と称する加工法によって実施するこ
とができる。第6図は塑性流動加工法の一例を示す図で
、第5図aに示したセンサ素子の取り付は部の片側の、
塑性流動加工前の状態を示している。環状固定金具C6
の内面は、加工前であるのでまだ円筒状になっている。
As shown in FIGS. 5a and 5b, a part of the annular fixing fitting passes through a hole drilled in the sensor element and enters a recess provided on the surface of the round bar to securely fix both ends of the sensor element. This can be carried out by a processing method called the plastic flow method. Figure 6 is a diagram showing an example of the plastic flow processing method, and the sensor element shown in Figure 5a is attached to one side of the part.
The state before plastic flow processing is shown. Annular fixing bracket C6
The inner surface is still cylindrical as it has not been processed yet.

D6は環状固定金具C6の外側を拘束する、型、P。D6 is a mold P that restrains the outside of the annular fixture C6.

は環状固定金具C6の上面に負荷をかけて変形させるた
めのパンチである。ν、は環状固定金具C8がパンチP
、をして負荷りが矢印の方向に負荷された場合、側面と
底面が型D6によって拘束されているため、環状固定金
具C6が塑性流動によって流れ込む空間である。このよ
うな構成による場合、パンチP6と型D6を十分に強靭
な材料、例えば超硬合金、斉速度鋼、型鋼で作り環状固
定金具C6を十分に塑性流動可能な材料、例えば純鉄、
軟鋼、銅または軟質の銅合金、アルミニウムまたは軟質
のアルミニウム合金等で作ると、環状固定金具C6は変
形し、塑性流動によって第5図aの環状固定金具C3の
ような形状となり、センサ素子S6を十分に強固に固定
できる。その際、環状固定金具Cbの材質に対する負荷
りやセンサ素子S、をあける穴の数や寸法、丸棒H5に
設ける凹みの寸法、形状等は、金属の加工に通じる当業
者であれば、金属材料の塑性加工に関する教科書等を参
考にし、歪みセンサの目的から定まる諸元に基づいて容
易に設定できる。また、型D6は割り型とすることによ
って、加工前に加工対象に容易に組みつけることが可能
であり、加工終了後加工対象から取外すことができる。
is a punch for deforming the upper surface of the annular fixture C6 by applying a load thereto. ν, the annular fixture C8 is the punch P
, and when a load is applied in the direction of the arrow, the side and bottom surfaces are restrained by the mold D6, so the annular fixture C6 flows into the space due to plastic flow. In such a configuration, the punch P6 and the die D6 are made of a sufficiently strong material, such as cemented carbide, uniform speed steel, or steel, and the annular fixture C6 is made of a material that can sufficiently plastically flow, such as pure iron,
When made of mild steel, copper or a soft copper alloy, aluminum or a soft aluminum alloy, the annular fixture C6 is deformed and becomes shaped like the annular fixture C3 in FIG. 5a due to plastic flow, and the sensor element S6 is Can be fixed firmly enough. At that time, a person skilled in the art who is familiar with metal processing will be able to determine the load on the material of the annular fixture Cb, the number and dimensions of the holes to be drilled for the sensor element S, the dimensions and shape of the recess to be provided in the round bar H5, etc. It can be easily set based on the specifications determined by the purpose of the strain sensor by referring to textbooks on plastic working. Moreover, by making the mold D6 into a split mold, it can be easily assembled to the workpiece before machining, and can be removed from the workpiece after the machining is completed.

その際、加工対象に組みつけるための治具等については
、これも当業者であれば周知のものであるので、この際
説明を省略する。更に、第5図aで、環状固定金具C1
の上端は簡単のためにセンサ素子85例の角が直角であ
るように図示されているが、第6図に示すような方法で
加工される場合、その部分が変形してセンサ素子S、の
上端に覆さる可能性が高い。しかしその程度は環状固定
金具C3の材質によって大きく異なる。−船釣には、そ
れによってセンサ素子S、が極端に変形したり、破損し
ない限り、その固定を強化する方向であるので差し支え
ない。変形や破損を招く場合の防止策は、通常の金属加
工に通じたものであれば容易に設定できる程度のもので
ある。また、丸棒形状以外のものについても、塑性流動
加工法によって固定することは可能であり、同様に有効
であるが、これも当業者であれば上記の説明を参考にし
て容易に設計、加工が可能である。
At this time, the jigs and the like for assembling the workpiece are well known to those skilled in the art, and therefore their explanation will be omitted here. Furthermore, in FIG. 5a, the annular fixture C1
For simplicity, the upper end of the sensor element 85 is illustrated as having a right angle, but when processed by the method shown in FIG. It is likely to be overturned at the top. However, the degree of this varies greatly depending on the material of the annular fixture C3. - For boat fishing, there is no problem as long as the sensor element S is not extremely deformed or damaged as a result, the fixation thereof is strengthened. Measures to prevent deformation or damage can be easily set by those familiar with ordinary metal processing. In addition, it is possible and equally effective to fix objects other than round bar shapes by the plastic flow processing method, but those skilled in the art can easily design and process them by referring to the above explanation. is possible.

第7図は本発明による歪みセンサにおいて、歪みの種類
を変換する機構を有するものの一例である。図は応力を
負荷される丸棒トに、固定金具C7aとCabを介して
センサ素子S、が取り付けられた状態をセンサ素子S、
の上面側から見た平面図である。
FIG. 7 is an example of a strain sensor according to the present invention having a mechanism for converting the type of strain. The figure shows a state in which the sensor element S is attached to the round bar to which stress is applied via the fixing fittings C7a and Cab.
FIG. 3 is a plan view seen from the top side.

センサ素子S、は固定金具C71とCabに取り付ける
000当然、図で表われた部分あるいは磁気計測を00
0部分に熱的影響がないような方法で取り付けoooo
oooooばならない。図でSt7 と記された矢印0
00仮想的に丸棒トに値がSt、の圧縮荷重を負荷する
ことを意味する。ここで、丸棒トのヤング率をE7、断
面積をA、とすると、圧縮荷重Shによって丸棒H1が
圧縮される量ΔL、は、以下によって得られる。
The sensor element S is attached to the fixing bracket C71 and the cab.Of course, the part shown in the diagram or the magnetic measurement is
Install it in a way that does not have any thermal effect on the 0 partoooo
oooooo must be. Arrow 0 marked St7 in the figure
00 means that a compressive load of value St is applied to a virtual round bar. Here, assuming that the Young's modulus of the round bar H is E7 and the cross-sectional area is A, the amount ΔL by which the round bar H1 is compressed by the compressive load Sh can be obtained as follows.

ΔL7=L?・sty / (A、・E?)     
   ・・・(8)更に、L 、lの間の歪みΔL 、
 l は、ΔL、′=ΔL、・L7’ /L7=L7’
  ・Sh /(AT・E、:・・・(9) となる。その歪みは、センサ素子S7の両端にそのまま
伝わるから、センサ素子S、は次の前段歪みε7を受け
ることになる。
ΔL7=L?・sty / (A, ・E?)
...(8) Furthermore, the distortion ΔL between L and l,
l is ΔL,'=ΔL,・L7'/L7=L7'
・Sh/(AT・E,:...(9) Since this strain is directly transmitted to both ends of the sensor element S7, the sensor element S is subjected to the next pre-stage strain ε7.

ε?−L?’  ・stt / (AT・E?・L7′
)   ・・・0■即ち、このような構成をとることに
よって、圧縮歪みを前段歪みに転換して計測することが
できる。更に、図でSttを負の値にする、つまり引張
応力を加えると、センサ素子S7には圧縮時と逆方向の
前段歪みが加わる。また、この際、丸棒阿、に捩じり応
力を加える、即ちトルクを負荷すると、センサ素子S、
は引張りあるいは圧縮応力を受けることになる。
ε? -L? ' ・stt / (AT・E?・L7′
)...0■ That is, by adopting such a configuration, compressive strain can be converted into pre-stage strain and measured. Furthermore, when Stt in the figure is set to a negative value, that is, when tensile stress is applied, a pre-stage strain in the opposite direction to that during compression is applied to the sensor element S7. At this time, when torsional stress is applied to the round bar A, that is, torque is applied, the sensor element S,
will be subjected to tensile or compressive stress.

第8図は同様に本発明による歪みセンサにおいて、歪み
の種類を変換する機構を有するものの一例であるが、図
から明白なように、丸棒りに圧縮応力Stgを加えると
、センサ素子Sllには引張歪みが、引張り応力を負荷
すると圧縮応力が加わるような変換機構を示す。本発明
では、このようにセンサ素子の取り付は構造に多少の変
更を加えることによって、応力を負荷する材料と異なっ
た歪み(応力)形態で、センサ素子に加わる歪み(応力
)を測定し、材料に加わった応力(歪み)を推定するこ
とができる。
Similarly, FIG. 8 is an example of a strain sensor according to the present invention having a mechanism for converting the type of strain. As is clear from the figure, when compressive stress Stg is applied to the round bar, the sensor element Sll shows a conversion mechanism in which tensile strain becomes compressive stress when tensile stress is applied. In the present invention, by making some changes to the structure of the sensor element, the strain (stress) applied to the sensor element can be measured in a strain (stress) form different from that of the material to which stress is applied. The stress (strain) applied to the material can be estimated.

(作 用) 本発明の作用は、これ迄詳細に説明したように、材料に
加えられた歪みを磁気材料をセンサ素子として測定する
際、磁気材料に熱的影響が加わることによってその磁気
特性が劣化して高精度の測定ができなくなることを防止
することができるセンサ構造を提供すると共に、歪みま
たは歪みの変化が小さい場合でも大きな出力または出力
の変化を得、それを電気的に変換した場合の電気出力或
いはその変化も大きくすることにより、歪み→磁気→電
気の3段階の変換をするについて、歪みに関しては原動
機等の振動による歪み雑音、磁気に関しては周囲の環境
条件による磁気雑音、電気に関しては同様に周囲の電子
、電気機器からの伝播雑音等やの電気増幅する際の回路
上の雑音等の影響を相対的に小さくし、所謂S/N比を
向上させて微小な歪み或いは微小な歪みの変化を、精密
に測定可能とするのもである。更に、歪みを機械的に増
幅すると共に、応力が負荷される材料が磁性体の場合、
それからセンサ素子を隔離することによって磁性体の磁
気的影響を最小限に止め、正確な測定を可能とすること
も可能である。また、材料に負荷される応力の形態を異
なる形態に変えてセンサに負荷することによって、最適
な測定方法とすることも可能とするものでる。
(Function) As explained in detail so far, the function of the present invention is that when the strain applied to a material is measured using a magnetic material as a sensor element, the magnetic properties of the magnetic material are changed due to the thermal influence applied to the magnetic material. Provides a sensor structure that can prevent deterioration and impossibility of high-precision measurements, as well as obtain a large output or change in output even if the distortion or change in distortion is small, and convert it electrically. By increasing the electrical output or its change, a three-step conversion of distortion → magnetism → electricity is performed.For distortion, distortion noise is caused by the vibration of the prime mover, for magnetism, it is caused by magnetic noise due to the surrounding environmental conditions, and for electricity, it is Similarly, it relatively reduces the influence of propagation noise from surrounding electronics and electrical equipment, as well as noise on circuits during electrical amplification, improves the so-called S/N ratio, and reduces minute distortion or minute noise. This also makes it possible to accurately measure changes in strain. Furthermore, when the strain is mechanically amplified and the material to which the stress is applied is a magnetic material,
By isolating the sensor element, it is also possible to minimize the magnetic influence of the magnetic material and enable accurate measurements. Furthermore, by changing the form of stress applied to the material to a different form and applying it to the sensor, it is possible to obtain an optimal measurement method.

(実施例) 次に本発明を実施例と比較例によって説明する。(Example) Next, the present invention will be explained with reference to Examples and Comparative Examples.

実施例1 直径20.0閣φ、長さ180.OwaのSS41鋼製
の丸棒に、外径26.0amφ、内径20.02閣φ、
幅10.Omの5541m製の円環2本を、それぞれの
幅の中心が丸棒の両端から70m+になるようにして嵌
め、共に丸棒の端の側で3箇所で丸棒に対して点溶接し
た。
Example 1 Diameter: 20.0 mm, length: 180 mm. Owa's SS41 steel round bar, outer diameter 26.0amφ, inner diameter 20.02mmφ,
Width 10. Two rings made of Om 5541m were fitted so that the center of their width was 70m+ from both ends of the round bar, and both were spot welded to the round bar at three locations on the end side of the bar.

点溶接は、隅肉溶接で、隅肉部分が円環の表面から盛り
上がらないようにして、盛り上がった部分はグラインダ
で磨り落として円環の表面となだらかに繋がるようにし
た。次にFee+B+:+、 5si3.5Cz(原子
比率)の組成のアモルファスで、幅50mn、長さ81
.68謳、厚さ30μ鴎のものを両端が円環の両端に一
致するようにして丸棒の周囲に巻きつけた。この結果、
アモルファス箔は丸棒の長さ方向の中心部分の周囲を、
3III11の隙間を置いて包囲し、その軸周りの両端
は互いに突き合わされる状態になった。別に外径30.
0awm、内径25.9mm、幅10.Omの5S41
鋼製の円環2本を用意し、それぞれを約600°Cに過
熱して、アモルファス箔の上から丸棒に点溶接した円環
の上に重なるようにして嵌めた。その際、アモルファス
箔が過熱されないように、丸棒を水に入れた容器の中に
垂直に立てて入れ、アモルファス箔の円環を嵌め合わせ
る部分以外は水中に浸るようにしてから一方の円環を嵌
め、次に丸棒を転倒させて同じ作業を実施した。アモル
ファス箔の外側に嵌め合わされた円環は、伝熱によって
冷却されてその径が加熱前の寸法に戻り、アモルファス
箔は締め付けられて固定された。
The spot welding was fillet welding so that the fillet part did not bulge out from the surface of the ring, and the raised part was ground down with a grinder so that it smoothly connected to the surface of the ring. Next, Fee+B+:+, amorphous with a composition of 5si3.5Cz (atomic ratio), width 50mm, length 81
.. A piece of 68 pieces with a thickness of 30 μm was wrapped around a round bar so that both ends coincided with both ends of the ring. As a result,
Amorphous foil is used around the central part of the round rod in the longitudinal direction.
It was surrounded with a gap of 3III11, and both ends around the axis were brought into contact with each other. Outside diameter 30.
0awm, inner diameter 25.9mm, width 10. Om's 5S41
Two steel rings were prepared, heated to about 600°C, and fitted over the ring spot-welded to the round bar from above the amorphous foil so as to overlap. At this time, to prevent the amorphous foil from overheating, place the round rod vertically in a container filled with water, submerge it in water except for the part where the ring of the amorphous foil will fit, and then insert one ring of the amorphous foil into the water. Then, the round bar was turned over and the same operation was carried out. The ring fitted on the outside of the amorphous foil was cooled by heat transfer and its diameter returned to its pre-heating dimension, and the amorphous foil was tightened and fixed.

以上によって得られた丸棒と歪みセンサの組合体(以後
組合体)に対して、応力が負荷された際の歪み測定を実
施した。第9図は組合体の丸棒端面側からの側面図と測
定装置のブロックダイアグラムを示し、測定方法を説明
するためのものである0図中門、は丸棒、B、は環状ス
ペーサ、C7は環状固定金具、S、はアモルファス箔の
センサ素子、d。
Strain measurements were performed when stress was applied to the combination of the round bar and strain sensor (hereinafter referred to as combination) obtained above. Figure 9 shows a side view of the assembly from the end surface of the round bar and a block diagram of the measuring device, and is used to explain the measurement method. is an annular fixture, S is an amorphous foil sensor element, and d.

は検出素子、t、は温度検出素子、F、は信号処理装置
である。組合体の一方の端を十分に剛性と重量のある作
業台に取り付けたバイスで固定し、他端にトルクを負荷
して丸棒−7の捩れに対するセンサ素子の出力を測定し
た。検出素子d、にGaAsホール素子を使用して、信
号処理装置F、の増幅率を雑音成分に影響されない増幅
率に設定して、その電気出力からセンサ素子の歪みを推
定したところ、第10図に示す値が得られた。第10図
は横軸に丸棒りに負荷したトルクと、それから推定した
丸棒門、の捩れ角、縦軸に信号処理装置F、の電気出力
から推定したセンサ素子S、の捩れ角を示す。
is a detection element, t is a temperature detection element, and F is a signal processing device. One end of the assembly was fixed in a vise attached to a sufficiently rigid and heavy workbench, torque was applied to the other end, and the output of the sensor element with respect to the twist of the round bar 7 was measured. When a GaAs Hall element is used as the detection element d, and the amplification factor of the signal processing device F is set to an amplification factor that is not affected by noise components, the distortion of the sensor element is estimated from its electrical output, as shown in Fig. 10. The values shown are obtained. In Figure 10, the horizontal axis shows the torque applied to the round bar and the torsional angle of the round bar gate estimated from it, and the vertical axis shows the torsional angle of the sensor element S estimated from the electrical output of the signal processing device F. .

図で、20kgf−一のトルクを加えた場合、捩れ角ψ
は約1.3“を示しているが、これは(2)式から求め
ると材料の長さが150mである場合に相当する。この
理由は、丸棒門、の長さ180m+のうち、30閣がバ
イスまたはトルク負荷のために固定されているためと考
えられる。また、アモルファス箔の幅50+maのうち
、20mは環状スペーサB、と環状固定金具C9に固定
され、丸棒の捩れに伴って捩れる部分の丸棒の軸に沿っ
た長さは30mmである。丸棒の捩れ角ψは、(3)式
から測定基準位置からの距離に比例するため、30mの
長さに対応する捩れ角ψ3゜は、150閣の場合の11
5であり、約0.26゜(0,00454rad、)と
なる。丸棒表面での剪断歪みは、(4)式から、 r=rψ/L=10 mX0.00454/30m++
+=O,0O151であり、アモルファス基の剪断歪み
τ1は、その表面が丸棒表面から3.03mm外側に位
置するため、τ=rψ/L=13.03 mmX0.0
0489/30mo+=O,0O197と増加する。
In the figure, when a torque of 20 kgf-1 is applied, the torsion angle ψ
indicates approximately 1.3", which corresponds to the case where the length of the material is 150 m calculated from equation (2). The reason for this is that out of the length of the round bar gate of 180 m +, 30 This is thought to be because the cabinet is fixed in a vise or for torque load.Also, of the 50+ma width of the amorphous foil, 20m is fixed to the annular spacer B and the annular fixture C9, and as the round bar is twisted, The length of the twisted part along the axis of the round bar is 30 mm.Since the torsion angle ψ of the round bar is proportional to the distance from the measurement reference position from equation (3), the torsion corresponding to the length of 30 m is The angle ψ3° is 11 in the case of 150 cabinets.
5, which is approximately 0.26° (0,00454 rad). The shear strain on the surface of the round bar is calculated from equation (4) as follows: r=rψ/L=10 mX0.00454/30m++
+=O,0O151, and the shear strain τ1 of the amorphous group is τ=rψ/L=13.03 mmX0.0 because its surface is located 3.03 mm outside the round bar surface.
It increases to 0489/30mo+=O,0O197.

図の縦軸の値は、この知見に基づいてアモルファスの捩
れ角ψ1を推定したものであるが、捩れ角1″程度まで
は丸棒の捩れに対応して、センサ素子(アモルファス基
)の捩れも同じ角度を示しているのに対して、丸棒の捩
れ角がそれより大きい部分では、センサの捩れは低くな
っている。この理由は、センサの丸棒に対する固定が、
機械的な締め付けのみによっているため、負荷が大きく
なると応力が完全に伝わらず、ずれを生じるためと考え
られる。しかし、負荷即ち歪みが十分に小さい場合は、
問題なく使用できることを意味している。
The value on the vertical axis of the figure is the estimated torsion angle ψ1 of the amorphous based on this knowledge, but up to a torsion angle of about 1'', the torsion of the sensor element (amorphous base) corresponds to the torsion of the round bar. shows the same angle, whereas in the parts where the torsion angle of the round bar is larger, the torsion of the sensor is lower.The reason for this is that the fixation of the sensor to the round bar is
This is thought to be due to the fact that only mechanical tightening is used, so when the load increases, the stress is not completely transmitted, causing misalignment. However, if the load or strain is small enough,
This means that it can be used without any problems.

実施例2 実施例1の実験に用いたものと同様な組合体を用意した
。ただし、第11図に示すように、アモルファス基のセ
ンサ素子Sl+ の両端を環状スペーサBl+ と環状
固定金具CI+ に、線溶接−1,で固定した。溶接は
、溶接部分を上向きにして、そこから下の部分を容器に
入れた水の中に浸して冷却しながら実施した。実施例1
と同じ方法で歪み測定を実施したところ、第12図に示
すように、丸捧旧。
Example 2 An assembly similar to that used in the experiment of Example 1 was prepared. However, as shown in FIG. 11, both ends of the amorphous-based sensor element Sl+ were fixed to the annular spacer Bl+ and the annular fixture CI+ by line welding-1. Welding was performed with the welded part facing upward and the lower part immersed in water in a container to cool it. Example 1
When the strain was measured in the same manner as in Figure 12, the distortion was measured in the same manner as in Figure 12.

の歪みとセンサSllの歪みが全測定範囲で直線的に対
応した測定値が得られた。これは、溶接によって機械的
なずれが防止できたことによると考えられる。
Measured values were obtained in which the distortion of the sensor Sll and the distortion of the sensor Sll corresponded linearly over the entire measurement range. This is thought to be due to the fact that mechanical displacement could be prevented by welding.

実施例3 実施例2で作成した組立体と同じものを作成した。ただ
し、溶接を銀製による鑞付けに変更した。
Example 3 The same assembly as that made in Example 2 was made. However, welding was changed to silver brazing.

銀製材は、JIS Z 3261−1976のBAg−
1相当品を使用した。鑞付けに際しては、実施例2と同
様にして冷却しながら行った。歪み測定を実施例1の方
法で行ったところ、第12図に示すものと同じ測定結果
が得られた。
The silver material is BAg- of JIS Z 3261-1976.
1 equivalent was used. Brazing was carried out in the same manner as in Example 2 while cooling. When the strain was measured by the method of Example 1, the same measurement results as shown in FIG. 12 were obtained.

実施例4 実施例1の実験に用いたものと同様な組合体を用意した
。ただし、アモルファス基のセンサ素子の長さ81.6
8−の端に沿って、両端から5wnの位置に直径4mの
穴をケミカルミリングによってピンチ1311II11
で各6箇所設け、環状スペーサの表面には、アモルファ
ス基のセンサ素子を巻きつけた際に穴が位置する部分に
、直径3.5 m、深さ0.6から0.8 mの皿型の
窪みを設けた。環状スペーサを点溶接で丸棒に取り付け
、アモルファス基のセンサを穴位置を窪みに合わせて巻
きつけてから、外径と幅は実施例1のものと等しく、内
径を26.15薗とした環状固定金具を嵌め、第6図に
示す方法で環状固定金具を塑性変形させて内面がアモル
ファス基のセンサ素子に設けた穴を通して環状スペーサ
の窪みに入り込み、アモルファス基のセンサ素子をしっ
かりと環状スペーサを介して丸棒に固定させるようにし
た。実施例1と同じ方法で歪み測定を実施したところ、
第12図に示すものと同様に、丸棒Ml+ の歪みとセ
ンサSl、の歪みが全測定範囲で直線的に対応した測定
値が得られた。これは、環状固定金具の塑性変形により
機械的なずれが防止できたことによって、応力が高い部
分でも直線性が保持されたためと考えられる。
Example 4 An assembly similar to that used in the experiment of Example 1 was prepared. However, the length of the amorphous-based sensor element is 81.6
Pinch 1311II11 along the edge of 8- by chemical milling a hole with a diameter of 4m at a position 5wn from both ends.
A dish-shaped hole with a diameter of 3.5 m and a depth of 0.6 to 0.8 m was placed on the surface of the annular spacer where the hole would be located when the amorphous-based sensor element was wound. A depression was made. An annular spacer is attached to a round bar by spot welding, and an amorphous-based sensor is wrapped around the rod with the hole position aligned with the recess, and then an annular spacer with an outer diameter and width equal to that of Example 1 and an inner diameter of 26.15 mm is prepared. The fixing metal fitting is fitted, and the annular fixing metal is plastically deformed by the method shown in Fig. 6, and enters the recess of the annular spacer through the hole provided in the sensor element whose inner surface is an amorphous base, and the amorphous-based sensor element is firmly attached to the annular spacer. It was fixed to a round bar through the wire. When strain measurements were carried out in the same manner as in Example 1,
Similar to what is shown in FIG. 12, measurement values were obtained in which the distortion of the round bar Ml+ and the distortion of the sensor Sl linearly corresponded over the entire measurement range. This is thought to be because mechanical displacement was prevented by plastic deformation of the annular fixture, and linearity was maintained even in areas with high stress.

実施例5 第4図に示す形状の組立体を作成した。円筒状の軸M4
(lは、直径40.0m、肉厚3.Owta、長さ15
0鵬の鋼管の一端に、中心に10.2閣φの穴を開けた
直径40.0■φ、厚さ1.0閣の銅板を銀製付けし、
銅板を銀製付けした端の側面にはM40F−+、 sの
雄ねじを長さ301mにわたって設けたものとし、細い
軸M41 には、13.0■φ、長さ100閣の5S4
1鋼の一端にMIO”’・5のねじを長さ20閣にわた
って設けたものとした。また、センサ素子S4として実
施例1で使用した組成と厚さのアモルファス基を、直径
40.0■φの円盤で中央に10.5閣φの穴を開けた
形状にケミカルミリングによって加工したものとし、環
状固定金具C4には、外径47.O閣φ、041部分の
内径32mφ、041部分のセンサ素子を抑えっける部
分の幅2.5mm、全体の長さ35鵬でH4゜にはめ込
む部分に長さ281mにわたってM40F−+、 sの
雌ねじを設けたものとした。以上の部品にそれぞれ適合
するナツトや平座金を取り付けて第4図の形状に組み立
てた。その際、環状固定金具C4を円筒状の軸M4゜に
締めつけてセンサ素子S4を固定した後に、締め付けが
緩むのを防止するため、環状固定金具C4と円筒状の軸
M4゜にノックビンを打って固定を確実にした。
Example 5 An assembly having the shape shown in FIG. 4 was created. Cylindrical shaft M4
(l is diameter 40.0m, wall thickness 3.Owta, length 15
Attach a silver copper plate with a diameter of 40.0 mm and a thickness of 1.0 mm with a hole of 10.2 mm in the center to one end of the 0.0 mm steel pipe.
A male thread of M40F-+, s is provided over a length of 301 m on the side surface of the end where the copper plate is attached with silver, and a 5S4 thread of 13.0 mmφ and 100 mm long is installed on the thin shaft M41.
One end of the No. 1 steel was provided with a screw of MIO"'.5 over a length of 20 cm. Also, an amorphous base having the composition and thickness used in Example 1 was used as the sensor element S4, with a diameter of 40.0 mm. The circular fixing fitting C4 has an outer diameter of 47.0 mm, an inner diameter of 041 of 32 m, and a hole of 10.5 mm in the center. The width of the part that holds the sensor element is 2.5mm, the overall length is 35mm, and the part that fits into the H4° has a female thread of M40F-+, S over a length of 281m.Suitable for each of the above parts. The nuts and flat washers were attached and assembled into the shape shown in Fig. 4.At this time, after tightening the annular fixing metal fitting C4 to the cylindrical shaft M4° to fix the sensor element S4, to prevent the tightening from loosening. , A knock bottle was hammered into the annular fixing fitting C4 and the cylindrical shaft M4° to ensure fixation.

円筒状の軸M4゜の細い軸M41 と結合した側と反対
側の端をバイスで固定して、細い軸L+ の端にトルク
を負荷し、第9図に示す方法を回転円盤に適合するよう
に改変した方法でセンサ素子の歪みを測定した。その結
果、円筒状の軸M4゜の端に接合した銅板の弾性領域全
般にわたって、負荷したトルクに直線的に対応する歪み
出力を得ることができた。
Fix the end of the cylindrical shaft M4° opposite to the side connected to the thin shaft M41 in a vise, apply torque to the end of the thin shaft L+, and apply the method shown in Fig. 9 to the rotating disk. The strain of the sensor element was measured using a method modified from . As a result, it was possible to obtain a strain output that linearly corresponds to the applied torque over the entire elastic region of the copper plate joined to the end of the cylindrical axis M4°.

実施例6 実施例1で使用したアモルファスと同じ組成で、冷却速
度かや\遅いため、微結晶を生じた金属箔を使用して、
第7図に示す応力変換機構を有する組立体を作成した。
Example 6 A metal foil with the same composition as the amorphous used in Example 1 but with microcrystals was used because the cooling rate was rather slow.
An assembly having the stress conversion mechanism shown in FIG. 7 was created.

金属丸棒トには、545C綱を熱処理によってfi!し
て硬度H,C38としたもので、直径25闘φ、長さ1
20 mのものを用い、環状固定金具C?mとCabに
は外径33.0mgn、内径25.05 m、環状部分
の幅10IIIIIのもので長さ20園の技が出ている
5s41鋼製のものを用いた。環状固定金具ChiとC
wbを金属丸棒M7の長手方向の中央部に、向き合った
側が30mmの間隔を置くようにして嵌め合わせ、それ
ぞれの端面を各6カ所で金属丸棒M7に点溶接した。一
方、幅10.Om+++、長さ25mに切断した金属箔
の両端を、箔の中央部を水冷しながら環状固定金具C?
aとCabから出た技に銀製付けし、第7図の形状とし
た。その際、L”を155w+とじた。
The metal round bar is made of 545C steel by heat treatment. hardness H, C38, diameter 25 mm, length 1
Use a 20 m long annular fixture C? M and Cab were made of 5s41 steel with an outer diameter of 33.0 mgn, an inner diameter of 25.05 m, an annular portion width of 10III, and a length of 20 mm. Annular fixing bracket Chi and C
wb was fitted into the center of the metal round bar M7 in the longitudinal direction so that the opposing sides were spaced 30 mm apart, and the end faces of each were spot welded to the metal round bar M7 at six locations. On the other hand, the width is 10. Om+++, both ends of the metal foil cut to a length of 25 m are cooled with water in the center of the foil, and the annular fixing metal fitting C?
The techniques from a and cab were attached with silver to create the shape shown in Figure 7. At that time, L" was closed to 155w+.

この組立体を圧縮試験に供し、第7図の Styの方向
に応力をかけつつ、第9図の測定方法を静置体向げに改
変した方法で、微結晶を生じた金属箔からなるセンサ素
子の歪みを測定した。その結果、センサS7に加わる剪
断歪みと金属丸棒M7に加わる圧縮応力St、は良好な
直線性で対応することが判明した。
This assembly was subjected to a compression test, and while stress was applied in the direction of Sty in Fig. 7, a sensor element made of metal foil with microcrystals formed was obtained using a method modified from the measurement method shown in Fig. 9 for use with a stationary object. The strain was measured. As a result, it was found that the shear strain applied to the sensor S7 and the compressive stress St applied to the metal round bar M7 corresponded with each other with good linearity.

実施例7 第13図に示した方法で、爆発圧接によって歪みセンサ
を取り付けた丸棒を製作した。丸棒門、3の軸上対称位
置の2カ所に環状スペーサBI3を点溶接−1,で取り
付け、その上からアモルファス箔S11を巻きつけると
ころまでは実施例1と同様にしたが、環状固定金具C1
は一体の外径30.0m、内径26.2閣、幅10.O
閣の5S41鋼製の円環とし、アモルファス箔の上面全
体を被うようにして取り付けた。別に爆発速度6,30
0m/sの板厚3■の板状爆薬Fl!を、外径36■、
長さ60閣の円筒形に成型し、円筒の一端に板厚2■、
直径36閤の同種の円板状の爆薬G1ffを接着して、
環状固定金具C1ffの上から、爆薬の長さにして81
11が重なるようにして、第13図の断面図のようにし
て接着した。雷管PI3を起爆して、円筒状の爆薬を爆
発させると、環状固定金具COXは、爆発圧力によって
強く圧縮されて外径を減少され、アモルファス箔はその
部分で環状スペーサB13上に固定された。それと同じ
作業を他の端にも施したところ、アモルファス箔は両端
で環状スペーサBI3上に固定された。実施例1と同様
の計測方法で、丸棒M+3にトルクを負荷し、センサs
kiの出力を計測したところ、実施例2と同様な計測結
果が得られた。
Example 7 A round bar to which a strain sensor was attached was manufactured by explosive welding using the method shown in FIG. The annular spacer BI3 was attached to two axially symmetrical positions of the round bar gate 3 by spot welding -1, and the process of wrapping the amorphous foil S11 over it was the same as in Example 1, except that the annular fixing metal fitting was used. C1
The integral outer diameter is 30.0 m, the inner diameter is 26.2 m, and the width is 10.0 m. O
The ring was made of Kaku's 5S41 steel and was attached so as to cover the entire top surface of the amorphous foil. Separate explosion speed 6,30
0m/s plate-shaped explosive Fl with a plate thickness of 3cm! , outer diameter 36cm,
It is molded into a cylindrical shape with a length of 60 cm, and a plate with a thickness of 2 cm is placed at one end of the cylinder.
Glue the same type of disc-shaped explosive G1ff with a diameter of 36 mm,
From the top of the annular fixture C1ff, the length of the explosive is 81
11 overlapped with each other as shown in the cross-sectional view of FIG. 13. When the detonator PI3 was detonated to detonate the cylindrical explosive, the annular fixture COX was strongly compressed by the explosion pressure and its outer diameter was reduced, and the amorphous foil was fixed on the annular spacer B13 at that portion. When the same operation was performed on the other end, the amorphous foil was fixed on the annular spacer BI3 at both ends. Using the same measurement method as in Example 1, torque was applied to the round bar M+3, and the sensor s
When the output of ki was measured, the same measurement results as in Example 2 were obtained.

(発明の効果) 本発明による歪みセンサの特徴は、材料に負荷される応
力を磁気的な方法で測定する際、材料に高性能の磁気材
料を取り付ける構造として、磁気材料に加わる熱を最小
限に止めてその特性の劣化を事実上無視できる構造を提
供すると共に、歪みを機械的に増幅することを可能とす
る構造をも提供し、測定精度を向上させることができる
。ようにしたものである。更に、応力が負荷される磁気
材料である場合、それがセンサ素子による応力測定に影
響することを最小限に止める構造をも提供するものであ
る。また、センサ素子に負荷される歪み(応力)を、材
料に負荷される応力と異なった形態とすることによって
、最も適した計測方法をとることを可能とするものであ
る。
(Effects of the Invention) The strain sensor according to the present invention is characterized by a structure in which a high-performance magnetic material is attached to the material when the stress applied to the material is measured by a magnetic method, thereby minimizing the heat applied to the magnetic material. In addition to providing a structure in which the deterioration of the characteristics can be virtually ignored, it is also possible to provide a structure in which distortion can be mechanically amplified, thereby improving measurement accuracy. This is how it was done. Furthermore, the present invention provides a structure that minimizes the influence of stressed magnetic materials on the stress measurement by the sensor element. Furthermore, by making the strain (stress) applied to the sensor element different from the stress applied to the material, it is possible to use the most suitable measurement method.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図aと第1図すは本発明による歪みセンサの原理を
説明するための図である。 Lm 、Mlb  :半径R1oa及びR1゜5の丸棒
S+s 、Slb  :?t+a及びMtb O)周囲
を取す巻くセンサ素子 B1.:環状のスペーサ C1a 、Cl1l  ’環状の固定金具−+m、j’
l+b:溶接部分 A11l 、Alb  ’丸棒Mlll及びMlbの長
手方向の軸R11,、Rzb’センサ素子sea及びS
lbの外周半径 Llm 、L+b  :センサ素子seaとSlbの有
効長さd:センサ素子S1mの外周半径R311と丸棒
M1の半径RIOIIの差 第2図は、一定の幅を有する紐状のセンサ素子が丸棒の
外周の一部に軸に沿う方向に取り付けられた状況をセン
サ素子を取り付けた側から見た平面図である。 B2:センサ素子 A2:丸棒 C2:環状固定金具 −2:溶接部分 第3図aは、平板を対象とする場合を示す断面図である
。 B3.:センサ素子 Co :固定金具 門1.:平板 F:Im  :ボルト、ナツトのセット第3図すは、第
3図aに示す平板用の歪みセンサを第3図aの矢印の方
向から見た図である。 5311  :センサ素子 Crb  :固定金具 阿8.:平板 B3.:ボルト、ナツトのセット 第4図は、丸棒の軸回りの捩れを測定する場合の変形例
を示す断面図である。 B4:センサ素子 A4゜:円筒状の軸 A41:細い軸 N4:ナツト B4:平座金 C4:環状固定金具 第5図a及びbは、センサ素子S、を冶金的手段によら
ず、確実に固定する方法の1例を示すための図で、第5
図aは固定部分の丸棒軸に沿った断面図、第5図すは軸
に直角な断面図である。 S、:センサ素子 Ms:丸棒 C1:環状固定金具 第6図は塑性流動加工法の一例を示す図で、塑性流動加
工前の状態を示す。 B6:センサ素子 C1:環状固定金具 Db:塑性流動加工用の型 B6:塑性流動加工用のパンチ vb:環状固定金具C6が塑性流動によって流れ込む空
間 第7図は本発明による歪みセンサにおいて、歪みの種類
を変換する機構を有するものの一例である。 S7:センサ素子 A7:丸棒 C?ll+C’?b  ’固定金具 Stフ :圧縮荷重 第8図は、歪みの種類を変換する機構を有するものの他
の例である。 B8:センサ素子 A8:丸棒 C@m+ Cab  :固定金具 Sts  :圧縮荷重 第9図は組合体の丸棒端面側からの側面図と測定装置の
ブロックダイアグラムを示し、測定方法を説明するため
のものである。 A9:丸棒 B、:環状スペーサ C9:環状固定金具 S、:アモルファス箔のセンサ素子 b9:検出素子 t、:温度検出素子 F、:信号処理装置 第10図は横軸に丸棒−7に負荷したトルクと、それか
ら推定した丸棒H1の捩れ角、縦軸に信号処理装置F、
の電気出力から推定したセンサ素子S、の捩れ角を示す
。 第11図は、アモルファス箔のセンサ素子の両端を環状
スペーサと環状固定金具に線溶接で固定した例を示す。 S、:アモルフアス箔のセンサ素子 Bll:環状スペーサ C1:環状固定金具 Ll:線溶接 第12図は、アモルファス箔のセンサ素子の両端を環状
スペーサと環状固定金具に線溶接で固定した場合の丸棒
の歪みとセンサの歪みを測定した結果を示す。 第13図は、爆発圧接によって歪みセンサを取り付けた
丸棒を製作する方法を示す。 旧、:丸棒 B1.:環状スペーサ 点溶接 アモルファス箔のセ 環状固定金具 円筒状の板状爆薬 円板状の爆薬 雷管 ンサ素子
FIGS. 1A and 1S are diagrams for explaining the principle of the strain sensor according to the present invention. Lm, Mlb: Round bar S+s with radius R1oa and R1°5, Slb:? t+a and Mtb O) Surrounding sensor element B1. : Annular spacer C1a, Cl1l 'Annular fixing metal fitting -+m, j'
l+b: Welded portion A11l, Alb'Round bar Mllll and Mlb longitudinal axis R11, Rzb'sensor elements sea and S
lb outer radius Llm, L+b: Effective length of sensor elements sea and Slb d: Difference between outer radius R311 of sensor element S1m and radius RIOII of round bar M1 Fig. 2 shows a string-like sensor element with a constant width. FIG. 3 is a plan view of a sensor element attached to a part of the outer periphery of a round bar in a direction along the axis, as seen from the side to which the sensor element is attached. B2: Sensor element A2: Round bar C2: Annular fixture-2: Welded portion FIG. 3a is a sectional view showing the case where a flat plate is the object. B3. :Sensor element Co :Fixing metal fitting gate1. :Flat plate F:Im :Set of bolts and nuts FIG. 3 is a view of the strain sensor for a flat plate shown in FIG. 3a, viewed from the direction of the arrow in FIG. 3a. 5311: Sensor element Crb: Fixing metal fitting A8. : Flat plate B3. : Set of bolts and nuts FIG. 4 is a sectional view showing a modification when measuring the torsion around the axis of a round bar. B4: Sensor element A4゜: Cylindrical shaft A41: Thin shaft N4: Nut B4: Flat washer C4: Annular fixing bracket Figure 5 a and b securely fix the sensor element S, without using metallurgical means. This is a diagram for showing an example of a method of
Figure a is a sectional view of the fixed part taken along the axis of the round bar, and Figure 5 is a sectional view perpendicular to the axis. S: Sensor element Ms: Round bar C1: Annular fixture FIG. 6 is a diagram showing an example of the plastic flow processing method, and shows the state before plastic flow processing. B6: Sensor element C1: Annular fixture Db: Mold for plastic flow machining B6: Punch for plastic flow machining vb: Space into which the annular fixture C6 flows by plastic flow FIG. This is an example of a device that has a mechanism for converting types. S7: Sensor element A7: Round bar C? ll+C'? b'Fixing metal fitting Stf: Compressive load Fig. 8 is another example of one having a mechanism for converting the type of strain. B8: Sensor element A8: Round bar C@m+ Cab: Fixing bracket Sts: Compressive load Figure 9 shows a side view of the assembly from the end surface of the round bar and a block diagram of the measuring device, and is used to explain the measuring method. It is something. A9: Round bar B, : Annular spacer C9: Annular fixture S, : Amorphous foil sensor element b9: Detection element t, : Temperature detection element F, : Signal processing device In Fig. 10, the horizontal axis is round bar -7. The loaded torque and the torsion angle of the round bar H1 estimated from it, the vertical axis is the signal processing device F,
The torsion angle of the sensor element S is estimated from the electrical output of the sensor element S. FIG. 11 shows an example in which both ends of an amorphous foil sensor element are fixed to an annular spacer and an annular fixture by line welding. S: Amorphous foil sensor element Bll: Annular spacer C1: Annular fixture Ll: Line welding Figure 12 shows a round bar when both ends of the amorphous foil sensor element are fixed to the annular spacer and annular fixture by line welding. The results of measuring the distortion of the sensor and the distortion of the sensor are shown. FIG. 13 shows a method of manufacturing a round bar with a strain sensor attached by explosive welding. Old: Round bar B1. : Annular spacer Spot-welded amorphous foil Annular fixing bracket Cylindrical plate explosive Disc-shaped explosive detonator element

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、磁歪現象を利用して電気、磁気的に歪みを測定する
方法において、歪み測定対象物に板状または薄膜状の素
子の両端を固定し、固定されていない部分の素子の磁歪
を測定することによって、対象物の歪みを知ることを特
徴とする歪み測定方法。 2、板状または薄膜状の磁性金属ないしアモルファスよ
りなる素子からなり、該素子の両端が冶金的もしくは機
械的に測定対象物に固定されてなる歪みセンサ。
[Claims] 1. In a method of electrically or magnetically measuring strain using the magnetostrictive phenomenon, both ends of a plate-shaped or thin-film element are fixed to an object to be measured, and the unfixed portion is A strain measurement method characterized by determining the strain of an object by measuring the magnetostriction of an element. 2. A strain sensor consisting of a plate-shaped or thin-film element made of magnetic metal or amorphous, both ends of which are metallurgically or mechanically fixed to the object to be measured.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006090883A (en) * 2004-09-24 2006-04-06 Ichiro Sasada Torque transmission axial body, method for manufacturing the same, and torque sensor using the same
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