JPH0519904U - 歪センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複雑な形状を有した被測定体表面の予め指定
された測定位置および測定方向に正確にかつ能率よく貼
付けることができる。 【構成】 少なくとも一面が開口されたハウジング内の
開口位置にセンサ本体を配設し、ハウジング内に充填さ
れゲル状充填材でもってセンサ本体を支持し、ハウジン
グの開口の外側に向かって形成されたフランジ部に、こ
のハウジングを被測定体表面に予め設けられた係止部に
固定するための固定用穴を穿設し、さらに、ハウジング
の開口に対向する面にねじ穴を穿設している。そして、
ハウジングを被測定体表面に固定した状態で、加圧用ね
じをねじ穴にねじ込むことによって、その先端でゲル状
充填材を介してセンサ本体を被測定体表面に圧接するよ
うにしている。さらに、センサ本体の歪信号をハウジン
グ外へ導き出すリード線を設けている。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は被測定体表面に発生する歪を測定するための歪センサに係わり、特に センサ本体が予めハウジング内に収納されている歪センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】

例えば各種機械設備において、その機械が正常に運転されていることを常時監 視して、異常が発生すると大事故に発展する前に、異常発生部分の点検補修を行 うことが日常的に実施されている。

【０００３】 このような機械系の異常発生を検出する最も簡便な装置として、例えば回転軸 の軸受け等の外表面に加速度センサを取付けて、加速度計でもってその軸受の加 速度振動を監視し、その加速度振動が所定のしきい値を越えると警報を出力する 振動監視装置が採用されている。

【０００４】 しかし、一般に加速度は軸の回転速度によって大きく変化するので、加速度セ ンサで異常振動を検出する手法では、低速回転状態の場合、その信頼性が大きく 低下する。

【０００５】 このような不都合を解消するために歪センサを軸受け等に直接貼付けて、異常 振動に起因して発生する歪量を直接測定して、その歪量から軸受けに印加される 荷重を算出して、この荷重が一定のしきい値を越えた場合に警報を出力する監視 装置が提唱されている。

【０００６】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上述したように軸受け等の被測定体の表面に直接歪ゲージを貼 付ける手法においてもまだ解消すべき次のような課題があった。

【０００７】 すなわち、軸受け等のように複雑な形状を有した被測定体においては、外部か ら荷重（応力）が印加された場合に、複雑な応力分布となる。よって、歪分布も 複雑な形状となる。その結果、歪ゲージの貼付け位置および貼付け方向によって 、測定された歪量が大きく変化する。機械設備においては同一規格の多数の軸受 けが存在する。そして、これらの各軸受に印加される荷重を同時に監視する場合 には、当然各軸受けに歪ゲージを同一条件で貼付ける必要がある。

【０００８】 しかしながら、各軸受けの同一位置にかつ同一方向に歪ゲージを貼付けるのは 非常に困難である。特に軸受け等の被測定体が小型の場合は、その位置決め作業 に多大の労力と時間を必要とした。

【０００９】 さらに、歪ゲージは一般にエポキシ樹脂等の接着剤でもって被測定体表面に接 着されるが、一般にエポキシ樹脂系接着剤は硬化するまでに一定の時間が必要で あり、その期間中歪ゲージを被測定体表面に圧接しておく必要がある。この圧接 する治具が特別に準備されていなければ、重量物をおいたり、ばねクリップ等を 利用する。しかし、この圧接する過程でせっかく正確に位置決めした歪センサ位 置がずれてしまう懸念がある。

【００１０】 本考案はこのような事情に鑑みてなされたものであり、センサ本体をハウジン グ内に収納して、ハウジング全体を被測定体に予め設けられた係止部に固定する ことによって、センサ本体を予め定められた位置および方向に正確に固定するこ とができ、被測定体表面に対する取付け作業能率を大幅に向上でき、かつ常に正 しい歪量を検出できる歪センサを提供すること目的する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解消するために本考案の歪センサは、少なくとも一面が開口された ハウジングと、このハウジング内の開口位置に配設されたセンサ本体と、ハウジ ング内に充填されるとともにセンサ本体を支持するゲル状充填材と、ハウジング の開口の外側に向かって形成されたフランジ部と、このフランジ部に穿設され、 ハウジングを被測定体表面に予め設けられた係止部に固定するための固定用穴と 、ハウジングの開口に対向する面に穿設されたねじ穴と、ハウジングを被測定体 表面に固定した状態で、ねじ穴にねじ込まれることによって、その先端でゲル状 充填材を介してセンサ本体を被測定体表面に圧接するための加圧用ねじと、セン サ本体に接続され、歪信号をハウジング外へ導き出すリード線とを備えたもので ある。

【００１２】

【作用】

このように構成された歪センサによれば、被測定体表面にはハウジングのフラ ンジ部の固定用穴に対向する位置に係止部が設けられている。したがって、この 係止部に例えば固定用ねじを用いてフランジ部を固定すれば、ハウジングの被測 定体表面における取付位置が一義的に定まる。

【００１３】 ハウジング内の被測定体表面に対向する開口位置にセンサ本体が配設され、こ のセンサ本体はハウジング内に充填されたゲル状充填材でその位置が開口位置に 固定される。したがって、ハウジンクが被測定体表面に固定された状態において は、センサ本体の被測定体表面における貼付位置も一義的に定まる。

【００１４】 しかるのち、加圧用ねじをハウジングにおける開口に対向する位置に穿設され たねじ穴にねじ込めば、内部に充填されているゲル状充填材が開口方向へ付勢さ れるので、結果的にセンサ本体が被測定体表面の所定位置に圧接される。

【００１５】

【実施例】

以下本考案の一実施例を図面を用いて説明する。

【００１６】 図１は実施例の歪センサを示す外観図であり、図２は断面図である。図中１は 帯状の金属板を略コ字形状断面に折曲げ形成してなるハウジングである。このハ ウジンク１の屋根部１ａの中央位置にねじ穴２が穿設されている。そして、屋根 部１ａと両側面部１ｂ，１ｂと下側の開口１ｃとで形成された空間に例えばシリ コン等のゲル状充填材３が充填されている。したがって、ゲル状充填材３の下面 位置はハウジング１の下端の開口１ｄ位置に一致している。

【００１７】 ゲル状充填材３の下面におけるハウジンク１の開口１ｄの中央部には薄膜状の ゲーシ本体４が貼付けられている。ゲーシ本体４から例えば５本のリード線５が ゲル状充填材３内を介してゲル状充填材３の側面からハウジング１の外部へ導き 出されている。そして、５本のリード線５はフレキシブルフラットケーブルにま とめられる。

【００１８】 ハウジング１の下端の開口１ｄの両側に外側へ向かってフランジ部１ｅ，１ｆ が折り曲げ形成されている。そして、このフランジ部１ｅ，１ｆの中央部に固定 用穴６ａ，６ｂが穿設されている。

【００１９】 さらに、ハウジング１の屋根部１ａに穿設されたねじ穴２に螺合するねじ溝が 刻設された加圧用ねじ７が準備されている。この加圧用ねじ７の上端には、この 加圧用ねじ７を前記ねじ穴２にドライバでもってねじ込むための直線溝が刻設さ れている。

【００２０】 前記ゲージ本体４においては、例えば図４に示すように、６個の薄膜抵抗Ｒ1 〜Ｒ6 を絶縁薄膜基板上にプラズマＣＶＤ方式を用いて堆積して、各薄膜抵抗Ｒ 1 〜Ｒ6 を同じく絶縁薄膜基板上にフォトエッチング手法を用いて形成された金 属薄膜でダブルブリッジ方式に接続されている。そして、薄膜抵抗Ｒ1 〜Ｒ4 で 第１のホイートストンブリッジ回路４ａを構成し、薄膜抵抗Ｒ3 〜Ｒ6 で第２の ホイートストンブリッジ回路４ｂを構成している。

【００２１】 ６個の薄膜抵抗Ｒ1 〜Ｒ6 のうち２個の薄膜抵抗Ｒ1 ，Ｒ3 のゲージ率Ｇおよ び温度係数Ｋがその他の４個の薄膜抵抗Ｒ2 ，Ｒ4 ，Ｒ5 ，Ｒ6 のゲージ率Ｇお よび温度係数Ｋに比較して桁違いに大きな値に設定されている。さらに、６個の 薄膜抵抗Ｒ1 〜Ｒ6 のうち１個の薄膜抵抗Ｒ1 のみ、その歪検出方向が前記ハウ ジング１の両側面部１ｂ，１ｃに平行する方向に一致させている。そして、他の ５個の薄膜抵抗Ｒ2 〜Ｒ6 の歪検出方向は薄膜抵抗Ｒ1 の歪検出方向に対して直 交する方向に設定されている。

【００２２】 したがって、第１，第２のホイートストンブリッジ回路４ａ，４ｂの両端子Ｇ ，Ｅ間に直流量基準電圧を印加した状態で、第１のホイートストンブリッジ回路 ４ａの各中点の電圧差（Ｖｂ−Ｖａ）を歪検出信号として取出し、第２のホイー トストンブリッジ回路４ｂの各中点の電圧差（Ｖｃ−Ｖｂ）を温度検出信号とし て取出すことが可能である。

【００２３】 なお、このゲージ本体４の大きさは例えば［4.4 mm（横）×3.4 mm（縦）］程 度である。したがって、ハウジング１の大きさもせいせい［８mm（横）×６mm（ 縦；歪検出方向）×３mm（高さ）］程度である。

【００２４】 図３は、この歪センサを実際に被測定体表面８に取り付けた状態を示す断面模 式図である。被測定体表面８における歪測定位置およびその位置における歪測定 方向はこの被測定体の形状等に応じて予め決められている。そして、その測定位 置を中心として歪測定方向と直交する線上に前記ハウジング１を取付けるための ２個の係止部としての固定用ねじ穴８ａ，８ｂが刻設されている。

【００２５】 そして、ゲージ本体４のした面に接着剤を塗布した状態で、固定用ねじ穴８ａ ，８ｂにブランジ部１ｅ，１ｆの固定用穴６ａ，６ｂを介して固定ねじ９ａ，９ ｂをねじ込んでハウジング１を被測定体表面８に固定する。したがって、ゲージ 本体４の下面が歪測定位置に正確に対向する。さらに、薄膜抵抗Ｒ1 の歪検出方 向で示されるゲージ本体４全体の歪検出方向も正確に測定しようとする歪検出方 向に一致する。

【００２６】 そして、この状態で、加圧用ねじ７を屋根部１ａのねじ穴２にドライバ等を用 いてねじ込む。そして、加圧用ねじ７をねじ込むと、図示するように、加圧用ね じ７の先端がゲル状充填材３を被測定体表面８方向に付勢するので、ゲージ本体 ４が被測定体表面８に圧接される。なお、ゲル状充填材３を用いることによって 、加圧用ねじ７の下端面の回転運動がセンサ本体４に伝達されずに、センサ本体 ４には被測定体表面８に対する圧接圧力のみが印加される。

【００２７】 そして、接着剤が硬化するまでこの状態を維持する。接着剤か硬化すると、加 圧用ねじ７を抜取る。

【００２８】 このように構成された歪センサであれば、被測定体表面８上における予め歪を 測定すべき測定地点において、かつ歪測定方向と直交する方向に所定間隔をあけ て取付け固定用ねじ穴８ａ，８ｂを刻設する。そして、センサ本体４が下面に取 付けられたハウジング１を固定ねじ９ａ，９ｂを用いて固定するのみで、センサ 本体４が正確に予め設定された歪測定位置および歪測定方向に向いて対向する。 そして、加圧用ねじ７をねじ込むのみでセンサ本体４は被測定体表面８上の指定 位置に指定方向で接着する。

【００２９】 また、前述した被測定体表面８上における固定用ねじ穴８ａ，８ｂの刻設作業 は一般の工作機械を用いることによって、かなり精度よく刻設できる。そして、 たとえ多数の被測定体表面８において固定用ねじ穴８ａ，８ｂを刻設したとして も、その固定用ねじ穴８ａ，８ｂ位置が被測定体表面８相互間で大きくずれるこ とはない。したがって、たとえ多数の被測定体表面８に実施例の歪センサを取り 付けたとしても、被測定体表面８相互間でその取付位置およぴ取付方向が大きく 変動することはない。

【００３０】 よって、各被測定体表面８に取付けられた各歪センサから得られる歪信号に対 する同一信号処理を実施できる。

【００３１】 また、歪センサの被測定体表面８に対する位置合わせ作業がほとんど不必要に なるので、歪センサの取付け作業能率が大幅に向上する。さらに、たとえ歪セン サの取付作業に不慣れな作業員であっても簡単にかつ正確に取付けることが可能 である。

【００３２】 図５は実施例の歪センサが軸受けに印加される異常荷重を監視する異常監視装 置に組込まれた場合を示す図である。軸受けのベアリング１０の側面１０ａの表 面に図中矢印で示す荷重方向に直交する方向に一対の固定用ねじ穴８ａ，８ｂが 予め刻設されている。そして、この固定用ねじ穴８ａ，８ｂにハウジング１を固 定する。その後、加圧用ねじ７をねじ込むことによって、ゲージ本体４が所定位 置にかつ所定方向に貼付けられる。

【００３３】 図６は前述した軸受けのベアリング１０に加える荷重とセンサ本体４の第１の ホイートストンブリッジ回路４ａから取出された歪検出信号の出力電圧との関係 を示す実測図である。荷重と出力信号はよい直線関係にあることが実証された。

【００３４】 このように、予め被測定体表面８の測定位置に固定用ねじ穴８ａ，８ｂを設け この固定用ねじ穴８ａ，８ｂにセンサ本体４が組込まれたハウジング１を取付け 固定することによって、自動的にセンサ本体４の取付位置および取付方向が一義 的に定まる。したがって、たとえ多数の被測定体が存在したとして各歪センサを 正確に取付けることができ、各歪の測定精度を向上できるとともに、被測定体相 互間における測定値のバラツキを最小限に抑制できる。

【００３５】 なお、本考案は上述した実施例に限定されるものではない。実施例センサにお いては、図１，図２に示すように製造上の見地から、ハウジング１の手前側およ び後側は開放されているが、この手前側および後側を金属板で覆うようにしても よい。

【００３６】

【考案の効果】

以上説明したように本考案の歪センサによれば、センサ本体をハウジング内に 収納して、ハウジング全体を予め被測定体表面上の測定位置に設けられた例えば 固定用ねじ穴等の係止部に固定している。したがって、センサ本体を予め定めら れた測定位置および測定方向に正確に取付固定することができる。その結果、被 測定体表面に対する取付け作業能率を大幅に向上でき、かつ常に正しい歪量を検 出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例に係わる歪センサの概略構
成を示す斜視図、

【図２】 同実施例センサを示す断面図、

【図３】 同実施例センサを被測定体に取付けた状態を
示す断面模式図、

【図４】 同実施例センサにおけるセンサ本体の回路
図、

【図５】 同実施例センサが取付けられたベアリングを
示す斜視図、

【図６】 同実施例センサにおける荷重・出力特性図。

【符号の説明】

１…ハウジング、１ａ…屋根部，１ｂ，１ｃ…側面部、
１ｄ…開口、１ｅ，１ｆ…フランジ部、２…ねじ穴、３
…ゲル状充填材、４…ゲーシ本体、５…リード線、６
ａ，６ｂ…固定用穴、７…加圧用ねじ、８…被測定体表
面、８ａ，８ｂ…固定用ねじ穴、９ａ，９ｂ…固定用ね
じ。１０…ベアリング。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一面が開口されたハウジング
   (1) と、このハウジング内の開口位置に配設されたセン
   サ本体(4) と、前記ハウジング内に充填されるとともに
   前記センサ本体を支持するゲル状充填材(3) と、前記ハ
   ウジングの開口(1d)の外側に向かって形成されたフラン
   ジ部(1e,1f) と、このフランジ部に穿設され、前記ハウ
   ジングを被測定体表面(8) に予め設けられた係止部(8a,
   8b) に固定するための固定用穴(6a,6b) と、前記ハウジ
   ングの前記開口に対向する面(1a)に穿設されたねじ穴
   (2) と、前記ハウジングを前記被測定体表面に固定した
   状態で、前記ねじ穴にねじ込まれることによって、その
   先端で前記ゲル状充填材を介して前記センサ本体を前記
   被測定体表面に圧接するための加圧用ねじ(7) と、前記
   センサ本体に接続され、歪信号を前記ハウジング外へ導
   き出すリード線(5)とを備えた歪センサ。