JPH04143601A - 歪み測定方法およびそれに用いる歪みセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

■　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。

■　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。

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
。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Ｄ６は環状固定金具Ｃ６の外側を拘束する、型、Ｐ。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（実施例） 次に本発明を実施例と比較例によって説明する。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。***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。

（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。

【図面の簡単な説明】

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 *** ンサ素子

Claims (1)

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。