KR920010551B1 - 왜곡측정방법 및 왜곡측정장치 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 본 발명에 관한 왜곡측정장치의 제1의 실시예에 의한 주요부 단면도.
제2도는 종래 장치의 구성도.
제3도는 Cu의 스킨뎁스의 특성도.
제4도∼제8도는 본 발명의 제2∼제6의 실시예에 주요부 단면도.
제9도는 본 발명의 제7도의 실시예에 의한 왜곡측정장치의 주요부 단면도.
제10도∼제12도는 본 발명의 제8∼제10의 실시예에 의한 왜곡측정장치의 주요부 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 수동부재 2 : 자왜층
3 : 검출코일 4 : 자기분리층
5 : 자기차폐층 6 : 접착층
본 발명은 왜곡측정방법 및 왜곡측정장치에 관한 것이다.
일반적으로, 외력이 인가되는 수동부재가 자성재료인 경우에는 외력에 의해서 수동부재에 왜곡이 생기고, 이 왜곡에 따라서 그 투자율이 변화한다. 따라서, 수동부재에 자속을 통하게 하는 것에 의해 왜곡의 정도를 투자율의 변화로써 검출할 수가 있다.
제2도는 예를들면 일본국 특허공개공보 소화 57-211030호에 기재된 종래의 왜곡측정장치를 도시한 것으로서,(1)은 토오크를 받는 축형상의 수동부재, (2)는 수동부재(1)에 띠형상으로 고착되고, 수동부재(1)에 인가된 토오크에 의해서 발생하는 내부 왜곡량에 따라 투자율이 변화하는 1쌍의 자왜층, (3)은 각 자왜층(2)의 바깥둘레에 각각 마련되고, 그 투자율의 변화량을 검출하는 한쌍의 검출코일이다. 각 자왜층(2)는 여러개의 띠형상, 즉 장방형의 조각으로 구성되어 있고, 좌우대칭으로 ±45도의 각도를 이루도록 배치되어 있다.
다음에, 동작에 대해서 설명한다. 수동부재(1)에 외부에서 토오크가 인가되면, 장방향 조각으로 되는 자왜층(2)의 긴축방향을 주축으로 하는 주응력이 발생한다. 이 주응력은, 예를들면 한쪽의 자왜층(2)의 조각군이 인장력이라고 하면 다른쪽의 자왜층(2)의 조각군은 압축력이다. 일반적으로,자왜정수가 0이 아닌 자성재료에 응력이 가해지면 그 자기적 성질이 변화하고, 결과적으로 투자율의 변화를 초래하는 것은 상술한 바와 같지만, 이 현상은 기계 에너지를 전기에네지로 변환하는 소위 자왜변환기에서 사용되는 것이고, 자성체를 변형시키면 변형량에 따라서 투자율이 변화하는 빌라리(Villari)효과에 대응한다. 또, 자왜의 크기를 정량적으로 나타내는 양인 자왜정수가 정인 경우는 인장력이 작동할때에 투자율이 증대하고, 압축력이 작동할때는 투자율이 감소하는 것 및 자왜정수가 부인 경우는 그 반대의 결과로 되는 것이 알려져 있다. 따라서, 외부에서 인가된 토오크량에 따른 변형을 자왜층(2)의 투자율 변화로써 검출하고, 이 투자율변화를 검출코일(3)에 의해 자기적 임피던스의 변화로써 검출하는 것에 의해서 수동부재(1)에 인가된 토오크량 및 이것에 따르는 왜곡량을 검출한다.
그러나, 상기한 종래의 왜곡측정방법 및 왜곡측정장치에서는 수동부재(1)과 이 표면에 고착된 자왜층(2)사이에 선팽장계수의 큰 차이가 있기 때문에 자왜층(2)에 열응력이 발생하고, 이 열응력이 왜곡에 의해 발생하는 응력과 중첩해서 왜곡량 측정을 정확하게 실행할 수 없다는 문제가 있었다.
또, 상기한 종래의 왜곡측정방법 및 그 장치에 있어서는 자왜층(2)를 장방형으로 형성하지 않으면 안되지만. 자왜층(2)는 비교적 딱딱한 것이므로, 가공이 용이하지 않다는 문제가 있었다.
또한 상기한 종래의 왜곡측정장치에 있어서 검출코일(3)으로의 통전에 의해 발생한 자속은 자왜층(2)를 유통하고, 자왜층(2)에서의 왜곡에 의한 투자율 변화가 검출코일(3)의 출력변화로써 검출된다. 그러나, 상기 자속은 자왜층(2)의 하부의 수동부재(1)에도 침입하고, 수동부재(1)은 일반적으로 SS41, SPCC등의 강자성재료의 강출재로 형성되어 있어 수동부재(1)의 자기특성의 불안정이나 자력에 의한 시간경과에 따른 변화등에 의해 검출오차를 일으킨다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 이루어진것으로서, 온도의 의존성이 없이 고정밀도이고 신뢰성이 높은 왜곡측정방법 및 왜곡측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 실질적인 자왜층의 형성이 용이한 왜곡측정방법 및 왜곡측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 왜곡검출방법은 수동부재의 표면에 자왜층을 형성한 후, 이 자왜층의 표면에 자기의 침입을 차폐하는 자기차폐층을 선택적으로 형성하고, 자왜층에서의 자기차폐층의 비형성부분에 자속을 유통시켜서 왜곡량에 따른 투자율변화를 검지하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 왜곡측정장치는 수동부재의 표면에 형성된 고투자율의 연자성재료로 되는 자왜층, 자왜층의 표면에 선택적으로 선택된 상자성 또는 반자성의 고도전재료로 되는 자기차폐층 및 자왜층에서의 자기차폐층의 비형성부분에 자속을 유통시키는 자기구동원을 구비한 것이다.
또, 본 발명에 관한 다른 왜곡측정장치는 고투자를 연자성재료로되는 수동부재의 표면에 선택적으로 형성된 성자성 또는 반자성의 고도전재료로 되는 자기차폐층과 수동부재에서의 자기차폐층의 비형성부분에 자속을 유동시키는 자기구동원을 구비한 것이다.
그리고, 본 발명에 관한 또 다른 왜곡측정장치는 수동부재와 자왜층사이에 도전성이 양호한 금속으로 되는 수동부재와 자왜층사이를 자기적으로 절연하는 자기분리층를 마련한 것이다.
본 발명에 있어서는 자왜층의 표면에 자기차폐층이 선택적으로 형성되는 것에 의해 실질적인 자왜층이 형성된다.
또, 수동부재가 자왜층으로 되어 선팽창계수의 차이는 생기지 않는다. 그리고, 자기분리층은 표피효과 또는 마이너스효과에 의해 자속이 자왜층 하분의 수동부재에 유통하는 것을 저지한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 따라 설명한다. 제1도는 본 발명의 제1의 실시예를 도시한 것으로서, (1)은 50%Ni의 퍼멀로이 둥근막대기등의 고투자율의 연자성재료로 되는 수동부재, (5)는 수동부재(1)의 주위에 접착제나 땜납등의 접착층(6)을 거쳐서 고착된 자기차폐층이고, 자기차폐층(5)는, 예를들면 Au,Al,Cu,Ag,Pt등의 상자성 또는 반자성으로서 고도전율의 재료로 되고, 제2도에 도시한 바와 같이 장방형상으로 형성된다. 각 자기차폐층(5)의 바깥둘레에는 검출코일(3)이 형성된다.
다음에 동작을 설명한다. 축형상의 수동부재(1)의 주위에 자기차폐층(5)를 장방형상으로 마련하는 것에 의해 수동부재(1)의 자기차폐층(5) 사이부분에 장방형상(양끝이 서로 연결되어 있다)의 부분(7)이 여러개 형성되고, 이 각 장방형상부분(7)에 의해서 제2도의 자왜층(2)와 마찬가지의 자왜층이 형성된다. 검출코일(3)에 고주파전류를 흐르게 하면, 고주파자속이 발생한다. 이 자 속의 밀도를 도체표면에 대해서 고려하면,
에 따라서 감쇄한다. 단ω는 지속의 각주파수, σ는 도체의 도전율, μ는 도체의 투자율이다.따라서, 자속의 스킨딥스 δ는
로 나타낼 수 있고, 자기차폐층(5)는 σ가 크고, ω도 크므로, δ는 작게 된다. Cu의 경우, 제3도에 도시한 바와 같이 50KHz에서 δ=250㎛정도이다. 이 때문에, 자기차폐층(5)의 두께를 δ보다 두껍게 해두면 자속은 수동부재(1)에서의 자기차폐층(5)에 덮여진 부분에는 침입하지 않고, 장방형상부분(7)에만 침입한다. 여기서, 수동부재(1)에 토오크등의 외력이 인가되면, 수동부재(1)은 왜곡이 생겨서 투자율이 변화하고, 따라서 자소에 대한 자기전 임피던스가 변화한다. 이 때문에, 검출코일(3)의 출력도 변화하여 그 차동출력의 변화의 정도에서 왜곡량을 측정할 수가 있다. 이 실시예에서는 자왜층이 수동부재(1)로 형성되어 있으므로, 종래와 같은 열응력은 발생하지않아 고정밀도로 왜곡량을 측정할 수가 있다. 또, 자기차폐층(5)는 상자성 또는 반자성의 재료로 형성되어 있으므로, 그 자기적 불안정이나 자력등의 영향에 의해 측정오차를 일으키는 일이 없다. 또, 자왜층은 수동부재(1)의 표면에 자기차폐층(5)를 형성하는 것에 의해 형성되므로, 자왜층의 형상은 자기차왜층(5)에 의해서 결정되지만, 자기차폐층(5)는 가공이 용이하여 자왜층의 형상이 용이하게 된다.
제4도는 본 발명의 제2의 실시예를 도시한 것으로써, 이 실시예에서는 퍼멀로이등의 고투자율을 연자성재료료 되는 수동부재(1)에 증착, 도금, 이온도금등에 의해 상자성 또는 반자성의 고도전성 금속으로 되는 자기차폐층(5)를 직접 고착하고 있어 구성을 간단하게 할 수가 있다.
제5도는 본 발명의 제3의 실시예를 도시한 것으로써, 이실시예에서는 종래와 마찬가지의 수동부재(1)의 주위에 퍼멀로이등의 고투자율 연자성재료로 되는 자왜층(2)를 형성하고, 자왜층(2)의 표면에 고도전성으로 상자성 또는 반자성의 자기차폐층(5)를 증착등에 의해 형성하고 있다. 이 실시예에서도 실질적인 자왜층의 형성이 용이하고, 또한 자기차폐층(5)에 의한 자기적인 악영향도 없다. 또 수동부재(1)은 고가의 자왜재료를 사용하지 않아도 좋으므로, 싼값으로 구성할 수가 있다.
제6도∼제8도는 본 발명의 제4∼제6의 실시예를 도시한 것으로서, 제5도에 도시한 제3의 실시예에 비해서 접착층(6)을 수동부재(1)과 자왜층(2)사이, 또는 자왜층(2)와 자기차폐층(5)사이의 어느 것인가 또는 쌍방에 마련한 것으로, 효과로서는 제3의 실시예와 마찬가지이다.
다음에, 제9도는 본 발명의 제7의 실시예를 도시한 것으로서, 제9도에 있어서 수동부재(1)의 표면에서는 Cu,Al,Ag,Au등 도전성이 양호한 금속으로 되는 자기분리층(4)를 도금가공으로 형성하고, 자기분리층(4)의 표면에 접착층(6)을 거쳐서 비정질자성재료나 퍼멀로이로 되는 자왜층(2)를 접착한다. 자왜층(2)의 주위에는 검출코일(3)을 마련한다.
상기 구성에 있어서, 검출코일(3)으로의 동전에 의해 발생한 자속의 스킨댑스 δ는 상기 제1의 실시예에서 설명한 바와 같이
로 나타낼 수 있고, 자기분리층(4)는 σ가 크고, ω도 크므로, δ는 작게된다. Cu의 경우, 제3도에 도시한 바와 같이 ω=50KHz에서 δ=250㎛정도이다. 따라서, 자기분리층(4)의 두께를 200㎛정도로 하면 자속은 수동부재(1)에는 침입하지 않아 자왜층(2) 및 자기분리층(4)와 수동부재(1)은 자기적으로 분리되어 절연된다. 이 때문에, 수동부재(1)의 자기특성의 불안정이나 시간경과에 따른 변화에 의해서 검출오차를 일으키는 일이 없다.
제10도는 본 발명의 제8의 실시예를 도시한 것으로서, 이 실시예에서는 미리 자기분리층(4)를 자왜층(2)에 도금하는 것에 의해 부착하고, 이 자기분리층(4)를 접착층(6)을 거쳐서 수동부제(1)에 접착한다. 이 실시예에서도 제7의 실시예의 효과를 가짐과 동시에 화학적으로 불안정하고, 충분한 접착강도를 얻기 힘든 자왜층(2)를 화학적으로 안정된 자기분리층(4)를 거쳐서 수동부재(1)에 접착하는 것에 의해 충분한 접착강도가 얻어져 신뢰성을 향상시킬 수가 있다.
제11도는 본 발명의 제9도의 실시예를 도시한 것으로써 이 실시예에서는 자기분리층(4)를 접착증(6)을 거쳐서 수동부재(1)에 접착하고, 이 자기분리층(4)에 접착층(6)을 거쳐서 자왜층(2)를 접착한 것으로, 제7의 실시예와 마찬가지의 효과를 갖는다.
제12도는 본 발명의 제10의 실시예를 도시한 것으로써 이예에서는 자기분리층(4)를 수동부재(1) 및 자왜층(2)에 직접 부착한 것으로, 제7도의 실시예와 마찬가지의 효과를 갖는다.
또 상기 제7∼제10의 실시예에서는 자기분리층(4)의 수동부재(1) 또는 자왜층(2)으로의 직접 부착은 주로 도금가공에 의해 실행하였지만, 증착이나 이온도금에 의해서 부착하여도 좋다. 또, 접착증(6)대신에 비자성의 결합부재를 사용하여도 좋다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 자왜층을 직접 수동부재에 형성하였으므로, 열응력의 문제가 발생하지 않아 측정 정밀도를 향상시킬 수가 있다. 또, 자왜층의 형상을 가공이 용이한 자기차폐층의 형상에 의해 정할 수 있어 자왜층의 형상이 용이하게 된다. 그리고, 수동부재와 자왜층사이에 도전성이 양호한 금속으로 되는 자기분리층을 마련하고 있어 검출코일로의 통전에 의해 발생한 자속은 자기분리층의 표피효과에 의해 자왜층 하부의 수동부재에 침입하지 않는다. 이 때문에, 자왜층과 수동부재는 자기적으로 절연되어 수동부재의 자기적 특성의 불안정이나 시간경과에 따른 변화에 의한 왜곡검축의 오차발생이 방지된다.
Claims (4)
- 외력을 받는 수동부재(1)의 표면부에 자왜재료로 되는 자왜층(2)를 형성한 후, 상기 자왜층의 표면에 자속이 자왜층에 침입하는 것을 차폐하는 자기차폐층(5)를 선택적으로 형성하고, 자왜층에서의 자기차폐층의 비형성부분에 자속을 유통시켜서 왜곡에 이한 투자율의 변화를 검지하는 것을 특징으로 하는 왜곡측정방법.
- 외력을 받는 수동부재(1), 상기 수동부재의 표면에 형성된 고투자율의 연자성재료로 되는 자왜층(2), 자왜층의 표면에 선택적으로 형성된 상자성 또는 반자성의 고도전재료로 되는 자기차폐층(5) 및 자왜층에서의 자기차폐층의 비형성부분에 자속을 유통시켜서 왜곡에 의한 투자율의 변화를 검지하는 검지수단을 구비한 것을 특징으로 하는 왜곡측정장치.
- 외력을 받는 고투자율 연자성재료로 되는 수동부재(1), 수동부재의 표면에 선택적으로 형성된 상자성 또는 반자성의 고도전재료로 되는 자기차폐층(5) 및 수동부재에서의 자기차폐층의 비형성부분에 자속을 유통시켜서 왜곡에 의한 투자율의 변화를 검지하는 검지수단을 구비한 것을 특징으로 하는 왜곡측정장치.
- 외력을 받는 수동부재(1), 수동부재의 표면에 형성된 고투자율의 연자성재료로 되는 자왜층(2) 및 자왜층의 주위에 배치되고, 자왜층의 상기 외력에 따른 왜곡에 의한 투자율 변화를 검출하는 검출수단(3)을 구비한 왜곡측정장치에 있어서, 도전성이 양호한 금속으로 되고, 상기 수동부재(1)과 자왜층(2)사이를 자기적으로 절연하는 자기분리층(4)를 수동부재와 자왜층사이에 마련한 것을 특징으로 하는 왜곡측정장치.
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