JPH08271355A

JPH08271355A - 磁歪式応力検出装置

Info

Publication number: JPH08271355A
Application number: JP7074177A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Inazaki; 一郎稲崎; Hideki Aoyama; 英樹青山; Hiroo Ozeki; 宏夫大関; Akihiro Masune; 昭洋増根
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1995-03-30
Filing date: 1995-03-30
Publication date: 1996-10-18

Abstract

(57)【要約】【目的】トルク、曲げ力、引っ張り及び圧縮力等の複
数成分の応力を一組のセンサーで同時に検出する磁歪式
応力検出装置を提供する。【構成】シャフト１０１に形成され、応力に応じて透
磁率が変化する磁歪層２０１と、指向性を有し、磁歪層
２０１に対向してかつシャフト１０１の軸方向に対して
その指向性が所定の４５度をなすように設けられた磁歪
層２０１の透磁率の変化を検出する複数の検出センサ３
０１〜３０４と、検出センサの出力を増幅する増幅器４
０１〜４０４と、各増幅器の出力からシャフト１０１に
生じた縦応力成分を含む複数の応力成分を同時に求める
信号処理装置５０１とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、磁歪層を利用して、
シャフト等に加えられるねじり応力、縦応力、２方向の
軸曲げ応力の等の複数の応力成分を同時に検出する磁歪
式応力検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】シャフトに加わるトルクを検出するため
の手段の一つとして、磁歪層を用いるものがある。これ
は、高い磁気歪み特性を有する薄い磁歪層をシャフトの
外周面に形成し、トルクの変化を磁歪層に生じる透磁率
の変化によって検出するものである。このようなトルク
を検出するための従来の手段として、特開昭６０−１４
３７３５号公報；「シャフトにかかるトルク又は曲げ力
を測定する装置」がある。この公報に記載されている測
定装置は、シャフトに形成された磁歪面から所定の距離
にコイルを有する渦電流プローブを配置し、磁歪面の透
磁率の変化をそのコイルのインピーダンスの変化によっ
て感知するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のトルク検出装置においては、磁歪層の透磁率の変化
を検出するために複数組のプローブを設け、それらの出
力信号を加減算処理し、引っ張り及び圧縮力に対する検
出感度を下げることによって、トルク成分の検出感度の
向上を図っていた。したがって、この装置を用いてトル
ク成分と共に引っ張り及び圧縮力成分を検出するために
は、引っ張り及び圧縮力成分を検出するためにさらに複
数のコイルを設けるか又は他の何らかのセンサを別途設
ける必要があった。しかし、引っ張り及び圧縮力を検出
するために他の複数のコイル又は他のセンサを設ける場
合、トルクを検出するためのコイルと引っ張り及び圧縮
力を検出するためのコイル等のセンサを異なった位置に
設けなければならず、トルクと引っ張り及び圧縮力を同
じ検出位置で同時に検出することはできないという問題
があった。

【０００４】この発明は、このような背景の下になされ
たもので、トルク、曲げ力、引っ張り及び圧縮力等の複
数成分の力又は応力を一組のセンサで同時に検出するこ
とができる磁歪式応力検出装置を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
軸に形成され、応力に応じて透磁率が変化する磁歪面
と、指向性を有し、前記磁歪面に対向してかつ前記軸の
軸方向に対して該指向性が所定の角度をなすように設け
られ、前記磁歪面の透磁率の変化を検出して出力する複
数の検出手段と、前記複数の検出手段の出力を検出し、
前記軸に生じた少なくとも縦応力成分を含む複数の応力
成分を求める信号処理手段を具備することを特徴とす
る。

【０００６】また、請求項２記載の発明は、前記複数の
検出手段のうち少なくとも１対の互いに対向する検出手
段が、前記軸の軸方向に対して該指向性が４５度傾斜さ
せて設けられていることを特徴とする請求項１記載の磁
歪式応力検出装置である。

【０００７】

【作用】上記構成によれば、複数の検出手段が磁歪面に
対向してかつ軸方向に対してその指向性が所定の角度を
なして設けられているので、引っ張り及び圧縮力、２方
向の軸曲げ力、トルク等に対応した複数の応力成分を、
同時に検出することができる。

【０００８】また、複数の検出手段のうち少なくとも１
対の互いに対向する検出手段が、軸方向に対してその指
向性が４５度傾斜させて設けられている場合、複数の検
出手段の出力が均等に複数の成分を含むので、検出手段
の出力に応じて各成分の応力を簡単な信号処理で求める
ことができる。

【０００９】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明の一実施例
について説明する。図１はこの発明の一実施例による磁
歪式応力検出装置の構成を示す斜視図である。図１にお
いて、１０１はシャフトであり、２０１はシャフト１０
１に形成されている磁歪層である。３０１〜３０４は透
磁率の変化を検出する検出センサであり、指向性を有す
る透磁率変化の検出面を、磁歪層２０１に対向させ、所
定の空隙を有して設置されている。

【００１０】ここで、図２を参照して、検出センサ３０
１〜３０４の構造について説明する。図２（Ａ）は、矢
印Ａで示す方向の指向性を有する透磁率変化の検出面３
０ａと円筒形状の本体３０からなる検出センサの外観を
示す図であり、図２（Ｂ）〜（Ｅ）に示す検出センサに
共通の外観形状を示している。図２（Ｂ）に示す検出セ
ンサは、本体３１と、検出面３１ａの指向方向（図２
（Ａ）の矢印Ａと同一の方向）と同じ向きで本体３１内
に設けられている励磁コイル４１ａ及び検出コイル４１
ｂとから構成されている。この励磁コイル４１ａ及び検
出コイル４１ｂは、共通のグランド端子６１ｇと、励磁
コイル４１ａの入力端子である端子６１ｅ又は検出コイ
ル４１ｂの出力端子である端子６１ｓに接続されてい
る。

【００１１】図２（Ｃ）に示す検出センサは、本体３２
と、検出面３２ａの指向方向（図２（Ａ）の矢印Ａと同
一の方向）と同じ向きで本体３２内に設けられている励
磁・検出コイル４２とから構成されている。この励磁・
検出コイル４２はグランド側端子６２ｎ及びプラス側端
子６２ｐに両端が接続されている。

【００１２】図２（Ｄ）に示す検出センサは、本体３３
と、検出面３３ａの指向方向（図２（Ａ）の矢印Ａと同
一の方向）と同じ向きでかつ検出面３３ａの向きに開口
部を向けて本体３３内に設けられているコの字型のフェ
ライト磁心５３と、フェライト磁心５３の中心部に巻か
れている励磁・検出コイル４３とから構成されている。
この励磁・検出コイル４３の両端は端子６３ａ及び６３
ｂに接続されている。

【００１３】図２（Ｅ）に示す検出センサは、本体３４
と、検出面３４ａの指向方向（図２（Ａ）の矢印Ａと同
一の方向）と同じ向きの溝部を有して本体３４内に本体
３４と同軸方向に設けられている円筒形状のフェライト
磁心５４と、フェライト磁心５４の溝部及び外周面にこ
の図に示すように巻かれている励磁・検出コイル４４と
から構成されている。この励磁・検出コイル４４の両端
は端子６４ａ及び６４ｂに接続されている。

【００１４】以上のようにして形成されている検出セン
サ３０１〜３０４は、図１に矢印で示すようにその指向
方向がシャフト１０１の軸方向に対して、互いに対向す
る検出センサ３０１及び検出センサ３０２が時計方向に
４５度、もう一方の互いに対向する検出センサ３０３及
び検出センサ３０４が反時計方向に４５度それぞれ傾け
て設置されている。ただし、検出センサ３０１と検出セ
ンサ３０３は、シャフト１０１の軸と垂直な平面上で軸
方向に９０度離間して設置されている。そして、これら
の検出センサ３０１〜３０４の各出力端子から出力され
た信号は、増幅器４０１〜４０４に入力されて所定の増
幅率で増幅される。

【００１５】なお、この場合、検出センサ３０１の設置
されている方向をＳ、検出センサ３０２の方向をＮ、検
出センサ３０３の方向をＥ、検出センサ３０４の方向を
Ｗとし、増幅器４０１〜４０４の出力信号それぞれ
Ｖ_S、Ｖ_N、Ｖ_E及びＶ_Wとする。この増幅器４０１〜４０
４の出力Ｖ_S、Ｖ_N、Ｖ_E及びＶ_Wは、信号処理装置５０１
へ入力され、信号処理装置５０１のブロック内に図示す
る演算式に基づいて処理される。ただし、σ_tはシャフ
ト１０１へ加えられたトルクＴによって生じたねじり応
力に比例する値、σ_cは同様に軸方向の圧縮力Ｆ_zにによ
って生じた圧縮応力に比例する値、σ_bS又は−σ_bN及び
σ_bE又は−σ_bWは、それぞれＳ方向からＮ方向への曲げ
力Ｆ_xによって生じた曲げ応力及びＥ方向からＷ方向へ
の曲げ力Ｆ_yによって生じた曲げ応力に比例する値であ
る。

【００１６】また、信号処理装置５０１は、予め、シャ
フト１０１の機械的性質、磁歪層２０１の磁気特性、検
出センサ３０１〜３０４の検出感度、検出センサ３０１
〜３０４と磁歪層２０１間の空隙の大きさ、増幅器４０
１〜４０４の増幅率等の種々のパラメータに応じて設定
されている各定数に基づいて、上記各演算結果σ_t、
σ_c、σ_bS又は−σ_bN及びσ_bE又は−σ_bWに応じて、シ
ャフト１０１に加えられているトルクＴ、Ｓ−Ｎ方向の
曲げ力Ｆ_x、Ｅ−Ｗ方向の曲げ力Ｆ_y及びシャフト１０１
の圧縮力Ｆ_zを演算によって求め、各端子５０１_t、５０
１_x、５０１_y及び５０１_zから出力する。

【００１７】次に、上記のように構成された磁歪式応力
検出装置を用い、実際に各応力成分検出したときの検出
結果について、図１、図３及び図５〜図８を参照して説
明する。図３は、図１に示す検出センサ３０１〜３０４
等に関して測定時の詳細条件について説明するための図
であり、この図において、３０−１は図２（Ｂ）に示す
検出センサ３１と同様な検出センサであり、各端子には
図２（Ｂ）と同一の符号を付けている。６００は高周波
電源であり、周波数４０Ｈｚで６Ｖピーク−ピークの正
弦波電圧を出力する。４００は増幅器であり、端子６１
ｓから出力された検出電圧をこの場合１０倍に増幅し
て、図１に示す信号処理装置５０１と同様な信号処理装
置５００へ出力する。なお、検出センサ３０−１の端子
６１ｇと高周波電源６００のグランド及び信号処理装置
５００のグランドは共通である。

【００１８】また、この場合、シャフト１００は長さ１
００mm、直径Ｄ₁＝１２mm、検出センサ３０−１は直径
９．５mm、長さ１０mm、検出センサ３０ａ−１と磁歪層
２００の表面との空隙は０．５mm、磁歪層は軸方向の長
さが２０mmで、磁歪層２００と検出センサ３０−１はシ
ャフト１００の軸方向の中心部に位置している。なお、
以下の測定における各検出センサの配置及び指向方向
は、図１に示すものと同様であり、また各部の詳細な条
件は図３を参照して説明したとおりである。また、後
述する各図に示す電圧変化分ΔＶp-pは、図４に示すよ
うにシャフト１００に力が加えられていない状態での増
幅器４００の出力電圧Ｖ₀の値（Ｖ_p-p）₀と、力が加え
られ状態（時刻ｔ₁以降）での値Ｖ_p-pの差を示してい
る。

【００１９】図５は、図１において矢印Ｔで示す向きの
トルクＴをシャフト１０１に印加した場合の各部の動作
電圧を示すグラフであり、横軸にトルクＴ（Ｎ／ｍ）を
とり、図５（ａ）では縦軸に、図１に示す増幅器４０１
の出力電圧Ｖ_Sの変化分ΔＶp-pを表したものである。ま
た、同様に図５（ｂ）〜（ｄ）は、それぞれ縦軸に増幅
器４０２〜４０４の出力電圧Ｖ_N、Ｖ_E及びＶ_Wの各変化
分ΔＶp-pを表したものである。また、図５（ｅ）は、
図５（ａ）〜（ｂ）に示す電圧を入力して、トルク成分
の応力σ_tをσ_t＝（Ｖ_S＋Ｖ_N−Ｖ_E−Ｖ_W）／４の演算処
理によって求めた結果を示している。図５（ｅ）に示す
ように、印加トルクＴに比例した出力値σ_tが得られた
ことが分かる。

【００２０】図６は、図１において矢印Ｆ_zで示す向き
と反対方向の引っ張り荷重Ｆ_zをシャフト１０１に印加
した場合の各部の動作電圧を示すグラフであり、横軸に
引っ張り荷重Ｆ_z（Ｎ）をとり、図６（ａ）〜図６
（ｄ）は、それぞれ縦軸に増幅器４０１〜４０４の出力
電圧Ｖ_S、Ｖ_N、Ｖ_E及びＶ_Wの各変化分ΔＶp-pを表した
ものである。また、図６（ｅ）は、図６（ａ）〜（ｄ）
に示す電圧を入力して、引っ張り力成分の応力σ_cをσ_c
＝（Ｖ_S＋Ｖ_N＋Ｖ_E＋Ｖ_W）／４の演算処理によって求め
た結果を示している。図６（ｅ）に示すように、引っ張
り荷重Ｆ_zに比例した出力値σ_cが得られたことが分か
る。

【００２１】図７は、図１において矢印Ｆ_xで示す向き
の曲げ荷重Ｆ_xをシャフト１０１に印加した場合の各部
の動作電圧を示すグラフであり、横軸に曲げ荷重Ｆ
_x（Ｎ）をとり、図７（ａ）及び図７（ｂ）は、それぞ
れ縦軸に増幅器４０１及び４０２の出力電圧Ｖ_S及びＶ_N
の各変化分ΔＶp-pを表したものである。また、図７
（ｃ）は、図７（ａ）及び（ｂ）に示す電圧を入力し
て、曲げ力成分の応力σ_bSをσ_bS＝（Ｖ_S−Ｖ_N）／２の
演算処理によって求めた結果を示している。図７（ｃ）
に示すように、曲げ荷重Ｆ_xに比例した出力値σ_bSが得
られたことが分かる。

【００２２】図８は、図１において矢印Ｆ_yで示す向き
の曲げ荷重Ｆ_yをシャフト１０１に印加した場合の各部
の動作電圧を示すグラフであり、横軸に曲げ荷重Ｆ
_y（Ｎ）をとり、図８（ａ）及び図８（ｂ）は、それぞ
れ縦軸に増幅器４０３及び４０４の出力電圧Ｖ_E及びＶ_W
の各変化分ΔＶp-pを表したものである。また、図８
（ｃ）は、図８（ａ）及び（ｂ）に示す電圧を入力し
て、曲げ力成分の応力σ_bEをσ_bE＝（Ｖ_E−Ｖ_W）／２の
演算処理によって求めた結果を示している。図８（ｃ）
に示すように、曲げ荷重Ｆ_yに比例した出力値σ_bEが得
られたことが分かる。

【００２３】以上のように、本発明の図１に示す実施例
によれば、４個の指向性を有する検出センサ３０１〜３
０４を用いて磁歪層２０１に生じる透磁率の変化を検出
し、その検出結果を演算処理することによって、トルク
成分、引っ張り及び圧縮成分（Ｚ方向の成分）、Ｘ及び
Ｙ方向の成分（２方向の軸曲げ成分）を同時に検出する
ことができることができた。

【００２４】なお、上記実施例を用いた測定において
は、検出センサ３０１〜３０４として図２（Ｂ）に示す
ものを用いる場合について説明したが、図２（Ｃ）〜
（Ｅ）に示すものを用いる場合にも各成分力に応じた同
様の検出出力を得ることができる。ただし、図２（Ｃ）
〜（Ｅ）に示す検出センサを用いる場合には、例えば、
図３に示す高周波電源６００を電流源として構成し、各
検出センサの２つの端子を通して各励磁・検出コイルに
所定の電流を流し、同一の端子間に現れる電流変化を検
出することによって、磁歪層に生じる透磁率の変化を検
出するようにする。

【００２５】次に、本発明による他の実施例について図
９を参照して説明する。図９は本発明の一実施例による
磁歪式応力検出装置の構成を示す斜視図であり、この図
に示す磁歪式応力検出装置は、図１に示すものに比べ、
検出センサ及び増幅器の数が１組（各４個）多くなって
いる。図９において、１１１はシャフトであり、２１１
はシャフト１１１に形成されている磁歪層である。３１
１−１〜３１４−１は図１に示す検出センサ３０１〜３
０４と同様の１組の検出センサであり、また、３１１−
２〜３１４−２は図１に示す検出センサ３０１〜３０４
と同様のもう１組の検出センサである。ただし、２組の
検出センサは、軸方向に離間して設置され、かつ対応す
る各検出センサ（例えば、検出センサ３１２−１と検出
センサ３１２−２）の指向方向は、それぞれ９０度異な
って、軸に対して４５度又は−４５度に傾けて設置され
ている。

【００２６】各検出センサ３１１−１〜３１４−１及び
３１１−２〜３１４−２の出力端子は、それぞれ対応す
る増幅器４１１−１〜４１４−１及び４１１−２〜４１
４−２の入力端子に接続され、増幅器４１１−１〜４１
４−１及び４１１−２〜４１４−２が各検出センサ３１
１−１〜３１４−１及び３１１−２〜３１４−２の出力
電圧を所定の増幅率で増幅した後、信号処理装置５１１
へ増幅信号を出力する。ただし、この場合、増幅器４１
１−１、４１２−１、４１３−１及び４１４−１の出力
信号をそれぞれＶ_1S、Ｖ_1N、Ｖ_1E及びＶ_1Wとし、増幅器
４１１−２、４１２−２、４１３−２及び４１４−２の
出力信号をそれぞれＶ_2S、Ｖ_2N、Ｖ_2E及びＶ_2Wとする。

【００２７】信号処理装置５１１は、入力された各増幅
器の出力信号を演算処理して、シャフト１１１に印加さ
れたトルクＴ、Ｓ−Ｎ方向の曲げ力Ｆ_x、Ｅ−Ｗ方向の
曲げ力Ｆ_y及び引っ張り及び圧縮力Ｆ_zを求め、各出力端
子５１１_t、５１１_x、５１１_y及び５１１_zから出力す
る。ただし、この場合、信号処理装置５１１は、入力さ
れた信号から各荷重による応力成分を求める際に、互い
に指向性が異って対応する２つの検出センサ（例えば、
検出センサ３１１−１と検出センサ３１１−２）の検出
出力を以下のようにして平均化し、両方の検出センサに
おいて逆位相で検出された誤差成分を除去する。したが
って本実施例の磁歪式応力検出装置は、図１に示す実施
例と比較して、より精度よく演算処理結果を得ることが
できる。

【００２８】（１）トルクＴによるねじり応力成分σ_t σ_t＝（Ｖ_1S＋Ｖ_1N−Ｖ_2S−Ｖ_2N）／４若しくはσ_t＝
（Ｖ_1E＋Ｖ_1W−Ｖ_2E−Ｖ₂ _W）／４又はそれらの平均。（２）引っ張り及び圧縮力Ｆ_zによる縦応力成分σ_c σ_c＝（Ｖ_1S＋Ｖ_1N＋Ｖ_2S＋Ｖ_2N）／４若しくはσ_c＝
（Ｖ_1E＋Ｖ_1W＋Ｖ_2E＋Ｖ₂ _W）／４又はそれらの平均。（３）Ｓ−Ｎ方向の曲げ力Ｆ_xによる曲げ応力成分σ_b1S
（＝−σ_b1N）又はσ_b2S（＝−σ_b2N） σ_b1S＝（Ｖ_1S−Ｖ_1N）／２若しくはσ_b2S＝（Ｖ_2S−Ｖ
_2N）／２又はそれらの平均。（４）Ｅ−Ｗ方向の曲げ力Ｆ_yによる曲げ応力成分σ_b1E
（＝−σ_b1W）又はσ_ｂ２Ｅ（＝−σ_ｂ２Ｗ） σ_b1E＝（Ｖ_1E−Ｖ_1W）／２若しくはσ_b2E＝（Ｖ_2E−Ｖ
_2W）／２又はそれらの平均。

【００２９】次に、図１０を参照して本発明による別の
実施例について説明する。図１０において、１２１はシ
ャフト、２２１はシャフト１２１に形成されている磁歪
層であり、それぞれ図１に示すシャフト１０１、磁歪層
２０１に対応するものである。３２１−１、３２２−
１、３２３−１、３２４−１、３２１−２、３２２−
２、３２３−２及び３２４−２は、検出センサであり、
図１に示す検出センサ３０１と同様に構成されていて、
磁歪層２２１と所定の空隙を有し、検出面を対向させて
設置されていてる。ただし、この場合、検出センサ３２
１−１の指向方向は、磁歪層２２１に向かってシャフト
１２１の軸に対して反時計方向に４５度（−４５度）傾
いており、検出センサ３２２−１の指向方向は、同様
に、時計方向に４５度（＋４５度）傾いている。また、
検出センサ３２３−１の指向方向は軸に対して反時計方
向に９０度傾いており、検出センサ３２４−１並びに３
２１−２、３２２−２、３２３−２及び３２４−２は軸
と同一方向の指向性を有するように設置されている。

【００３０】なお、検出センサ３２１−１と検出センサ
３２２−１が及び検出センサ３２１−２と検出センサ３
２２−２が、それぞれＳ−Ｎ軸上で対向して設置されて
おり、検出センサ３２３−１と検出センサ３２４−１が
及び検出センサ３２３−２と検出センサ３２４−２が、
それぞれＥ−Ｗ軸上で対向して設置されている。また、
検出センサ３２１−１の出力と検出センサ３２２−１の
出力は差動増幅器４２０_tへ入力されて所定の増幅率で
差動増幅され、差動増幅器４２０_tの出力端子４２１_tか
らトルクＴに対応した値として出力される。また、検出
センサ３２３−１の出力と検出センサ３２４−１の出力
は差動増幅器４２０_zへ入力されて差動増幅され、差動
増幅器４２０_zの出力端子４２１_zから軸方向の引っ張り
又は圧縮力Ｆ_zに対応した値として出力される。また、
検出センサ３２１−２の出力と検出センサ３２２−２の
出力は差動増幅器４２０_xへ入力されて差動増幅され、
差動増幅器４２０_xの出力端子４２１_xから径方向の曲げ
力Ｆ_xに対応した値として出力される。さらに、検出セ
ンサ３２３−２の出力と検出センサ３２４−２の出力は
差動増幅器４２０_yへ入力されて差動増幅され、差動増
幅器４２０_yの出力端子４２１_yから径方向の曲げ力Ｆ_y
に対応した値として出力される。

【００３１】このように、図１０に示す実施例によれ
ば、各成分の荷重又は応力毎に対応させた対向する１対
の検出センサを用い、かつそれらの指向方向を各成分の
方向に対して図に示すような関係となるように設定し、
１対の検出センサからの２つの出力を差動増幅すること
で、直接、各成分に対応した出力を作動増幅器の出力信
号として得ることができる。

【００３２】次に、図１１を参照して、図１に示した磁
歪式応力検出装置を切削工具の回転軸に適用する例につ
いて説明する。図１１において、７００は主軸、７０１
は主軸ヘッド、７０２はセンサ固定部、７０３はボル
ト、７０４は工具ホルダ、７０５、７０６及び７０７は
軸受、７０８はセンサ軸、７０９はチップである。ま
た、８００はセンサ軸７０８の外周面に形成されている
磁歪層、８０１及び８０２はセンサ固定部７０２に固定
されている検出センサであり、それぞれ図１に示す磁歪
層２０１、検出センサ３０１及び３０２に対応するもの
である。ただし、図１に示す検出センサ３０３及び３０
４に対応する残りの２つの検出センサも、図１に示すも
のと同様にしてセンサ８０１及び８０２の設置されてい
る同一の平面上に９０度離間して対向して設置されてい
るものとする。

【００３３】各検出センサ８０１、８０２等の出力は、
出力線８０３によって図示していない増幅器（図１の増
幅器４０１、４０２等に対応するもの）へ入力され、増
幅器の出力は信号処理装置（図１の信号処理装置５０１
に対応するもの）に入力される。なお、この信号処理装
置からは、検出センサ８０１、８０２等の内部のコイル
へそれを励磁するための励磁信号が供給される。

【００３４】このような構成によって、検出センサ８０
１、８０２及び図示していない他の２つの検出センサ
は、回転するセンサ軸７０８に加えられたトルク、引っ
張り及び圧縮荷重、並びに径方向の２軸の曲げ荷重の各
成分を同時にかつ動的に検出する。また、４個の検出セ
ンサのみで、同一のセンサ軸断面に印加された４つの異
なる荷重成分を検出できるので、複数の荷重成分を検出
する際に従来の装置に比べて、検出部を小型、軽量化す
ることができ、さらに、同一面に印加された複数成分の
応力を同時に検出することができる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、トルク、曲げ力、引っ張り及び圧縮力、２方向の軸
曲げ力等の複数成分の力又は応力を一組のセンサーで同
時に検出することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による磁歪式応力検出装置
の構成を示す斜視図である。

【図２】図１に示す検出センサ３０１〜３０４の内部構
成例を示す構成図である。

【図３】図５〜図８に示す実測結果の測定条件を示す模
式図である。

【図４】図５〜図８に示す各増幅器の出力電圧の実測結
果の測定条件を示す波形図である。

【図５】図１、図３及び図４に示す構成及び測定条件に
基づいて、シャフトに印加されたトルクＴによる応力σ
_tを測定した結果を示すグラフである。

【図６】図１、図３及び図４に示す構成及び測定条件に
基づいて、軸方向の引っ張り荷重Ｆ_zによる応力σ_cを測
定した結果を示すグラフである。

【図７】図１、図３及び図４に示す構成及び測定条件に
基づいて、径方向の曲げ荷重Ｆ_xによる応力σ_bSを測定
した結果を示すグラフである。

【図８】図１、図３及び図４に示す構成及び測定条件に
基づいて、径方向の曲げ荷重Ｆ_yによる応力σ_bEをを測
定した結果を示すグラフである。

【図９】この発明の他の一実施例による磁歪式応力検出
装置の構成を示す斜視図である。

【図１０】この発明の別の一実施例による磁歪式応力検
出装置の構成を示す斜視図である。

【図１１】この発明の一実施例による磁歪式応力検出装
置を切削工具の回転軸に適用した場合を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１０１，１００，１１１，１２１シャフト７０８センサ軸２０１，２００，２１１，２２１，８００磁歪層３０１，３０２，３０３，３０４，３０，３１，３２，
３３，３４，３０−１，３１１−１，３１２−１，３１
３−１，３１４−１，３１１−２，３１２−２，３１３
−２，３１４−２，３２１−１，３２２−１，３２３−
１，３２４−１，３２１−２，３２２−２，３２３−
２，３２４−２，８０１，８０２検出センサ５０１，５００，５１１信号処理装置４２０_t，４２０_x，４２０_y，４２０_z 差動増幅器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者増根昭洋埼玉県大宮市北袋町１丁目297番地三菱マテリアル株式会社メカトロ・生産システム開発センター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸に形成され、応力に応じて透磁率が変
化する磁歪面と、指向性を有し、前記磁歪面に対向してかつ前記軸の軸方
向に対して該指向性が所定の角度をなすように設けら
れ、前記磁歪面の透磁率の変化を検出して出力する複数
の検出手段と、前記複数の検出手段の出力を検出し、前記軸に生じた少
なくとも縦応力成分を含む複数の応力成分を求める信号
処理手段を具備することを特徴とする磁歪式応力検出装
置。
【請求項２】前記複数の検出手段のうち少なくとも１
対の互いに対向する検出手段が、前記軸の軸方向に対し
て該指向性が４５度傾斜させて設けられていることを特
徴とする請求項１記載の磁歪式応力検出装置。