JPH10185709A - Detecting method for change state of substrate - Google Patents
Detecting method for change state of substrateInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は種々の部材の応
力、歪、疲労等を検知する方法に関する。The present invention relates to a method for detecting stress, strain, fatigue and the like of various members.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来は、歪み計として応力による検知片
の伸び縮みによる抵抗変化で、その応力を計る歪み計測
方法等があり、疲労の計測方法はなかった。最近になっ
て、構造部材の磁気特性の変化を、検出器により判定す
る方法等が提案された。これは大規模な測定装置とな
り、現場に直接利用することには困難である。例えば、
1988,J.Appl.Phys 63(8)15 April D.C.Jiles Iowa Stat
e Univ. や、同じく J.Appl. Phys75(10)15 May 1994
Z.J. Chen, D.C. Jiles & 、J.Kameda等のEstimation o
f fatigue exposure from magnetic coercivity 等々に
発表されている。2. Description of the Related Art Conventionally, as a strain gauge, there is a strain measurement method and the like for measuring the stress based on a resistance change due to expansion and contraction of a sensing piece due to a stress, and there is no method for measuring fatigue. Recently, a method of determining a change in magnetic properties of a structural member by a detector has been proposed. This results in a large-scale measuring device, which is difficult to use directly on site. For example,
1988, J. Appl. Phys 63 (8) 15 April DCJiles Iowa Stat
e Univ. and J.Appl.Phys75 (10) 15 May 1994
Estimation o by ZJ Chen, DC Jiles &, J. Kameda, etc.
f fatigue exposure from magnetic coercivity etc.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記の公知の論文J.Ap
pl.Phys75(10)15 May 1994の要旨として、磁性体の構造
鋼材は、応力繰り返し数Nと保磁力Hとの関係におい
て、H∽ln(N) という関係を発表した。 即ち応力繰り
返し数と保磁力とは、一定のリニアリティーがあるとい
うことである。しかし、これは構造鋼材に対してのもの
で、鋼材としての磁性体は極めて耐蝕性が低く、更に構
造材そのものに磁気測定器を取り付けて測定する方法
で、従来の公知の磁気的歪測定と同様な方式である。The above-mentioned known paper J. Ap
As a gist of pl.Phys75 (10) 15 May 1994, regarding the structural material of the magnetic material, the relation H∽ln (N) in relation between the number N of stress repetitions and the coercive force H was announced. That is, the number of stress repetitions and the coercive force have a certain linearity. However, this is for structural steel materials, and magnetic materials as steel materials have extremely low corrosion resistance, and are also measured by attaching a magnetometer to the structural material itself. It is a similar method.
【0004】一般的にいって、磁性体は高硬度であり脆
く成形し難い材料であり、更に極めて腐食性が高く、不
安定材である。脆くて繰り返し応力によって、破壊を生
じ易い性質を持っているので、耐蝕性、安定材を必要と
する。また、装置として小型で容易に着脱可能とか、あ
るいは疲労による破壊現象が長時間を要するので、10
年間以上の期間に渡って安定に諸特性が保持できる構造
とすることが必要となる。Generally speaking, a magnetic material is a material having high hardness, being brittle and difficult to be formed, and is also extremely corrosive and unstable. Since it is brittle and easily breaks due to repeated stress, it requires corrosion resistance and a stabilizer. In addition, since the device is small and easily detachable, or the destruction phenomenon due to fatigue requires a long time,
It is necessary to have a structure that can maintain various characteristics stably over a period of more than one year.
【0005】従って、検知片としての要素として必要な
特性は、 耐蝕性で高安定性のある磁性体の開発(10年以
上)。 疲労測定物に容易に検知磁性体が着脱でき、小型、耐
振動、安価、低消費電力方式の開発。 耐疲労性(108 以上) の高い磁性体の開発。 磁気的な検出のSN比が高く検知容易方法の開発。 以上の各項目を同時に満足することが課題となる。[0005] Therefore, the characteristic required as an element as a detecting piece is the development of a corrosion-resistant and highly stable magnetic material (more than 10 years). Development of a compact, vibration-resistant, inexpensive, and low power consumption system that allows easy attachment and detachment of the sensing magnetic material to and from the fatigue measurement object. Development of magnetic material with high fatigue resistance (10 8 or more). Development of easy detection method with high S / N ratio for magnetic detection. The challenge is to simultaneously satisfy the above items.
【0006】本発明は変化を直接検出するのではなく、
その磁気的な特性検知値(保磁力、磁束密度、磁化率、
磁気抵抗、透磁率、インピーダンス等)によって、その
基材の材料のクリープ、加圧力、疲労等々を検定しよう
とするもので、磁気特性検出感度としては安定に地磁気
程度の感度を持ち、温度、圧力、振動に対して安定にな
るようにする。検知片は極めて小規模で、直接現場で現
物に取付が容易な装置とし、容易に全体の状態を判定で
きるものである。また、検知片として充分に安定な結晶
状態、もしくはアモルファス状態の材料で構成すること
ができる。The present invention does not detect changes directly,
Its magnetic characteristic detection values (coercive force, magnetic flux density, susceptibility,
(Magnetic resistance, magnetic permeability, impedance, etc.) to test for creep, pressure, fatigue, etc. of the material of the base material. , So as to be stable against vibration. The detection piece is an extremely small-sized device that can be easily attached directly to the actual product on site, and can easily determine the overall state. Further, the sensing piece can be made of a sufficiently stable crystalline or amorphous material.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】応力の発生する現場に直
接セットできるようにし、必要により着脱自在にする。
もしくは、直接応力発生体部に対して検知片を連続的に
配置して、測定時に検知片を移動させてエンコーダ等で
磁気的な変化を起こした部分より疲労を起こす位置を正
確に把握できるようにして、変化の位置を検出できるよ
うに感磁器を配置するようにし、また始めに一定の間隔
を保って一定の幅を着磁しておいて、疲労に至るまでの
間にその磁気的な値を検出できるようにして、更に着磁
間隔の変化を測定して疲労の発生を予測できるようにす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention can be set directly on the site where stress is generated, and can be detached as necessary.
Alternatively, by continuously arranging the sensing piece directly on the stress-generating body, the sensing piece is moved at the time of measurement so that the position where the magnetic change is caused by the encoder or the like can be accurately grasped. In order to detect the position of the change, the magnetism is arranged so that it can be detected. The value can be detected, and the change in the magnetization interval can be measured to predict the occurrence of fatigue.
【0008】容易加工性材の磁性体を用い集中応力部分
を形状的に成形し、集中応力部分に磁気抵抗素子やホー
ル素子、更にはインピーダンス測定を可能にする。ま
た、歪張力により、磁性体の抵抗値の変化を直接歪(回
数) として検出したり、またこの回数を記憶素子に記憶
させるようにして疲労予測にも利用できる。全体をシー
ルドして、直接歪数を磁性体内の転位に基づく磁気特性
変化より歪回数を求めるようにして、疲労に対して安定
な高SN比測定が可能となる。A concentrated stress portion is formed into a shape using a magnetic material of an easily workable material, and a magnetoresistive element, a Hall element, and impedance measurement can be performed on the concentrated stress portion. Further, the change in the resistance value of the magnetic material can be directly detected as strain (number of times) based on the strain tension, and the number of times can be stored in the storage element to be used for fatigue prediction. The whole is shielded, and the number of strains is directly obtained from the change in the magnetic properties based on the dislocation in the magnetic body, so that a high SN ratio measurement that is stable against fatigue becomes possible.
【0009】応力集中係数K=δm/δnに基づいて用
途により、切欠法とかねじり法によって、SNの向上を
計るようにする。更に加圧変形凹みによって集中応力部
を形成するようにしてこの部分に磁気検出器を取り付け
てSN向上を計ることもできる。被測定体には緊張接合
するように、角度により張力を制御するようにして使用
することができる。Depending on the application, the SN can be improved by the notch method or the torsion method based on the stress concentration coefficient K = δm / δn. Further, a concentrated stress portion is formed by the pressurized deformation dent, and a magnetic detector can be attached to this portion to improve SN. It can be used in such a manner that the tension is controlled by the angle so that the object to be measured is tension-joined.
【0010】[0010]
【課題を解決するための別の手段】同様な方法によっ
て、被加工体が非磁性体のときは、工具そのものによる
磁気的な特性の変化の割合で判定することができる。切
削時の工具そのものを検知器として利用することができ
るものである。被加工体そのものが磁性体のとき、歪検
知器として利用することができる。工具を検知片として
利用するか場合によっては、切欠加工してその部分を検
知に利用するとか、使用前に測定しておき切削回数毎に
応じて測定を判定するようにして、工具、被加工体各々
の耐疲労特性を求めて、使用後の耐疲労性を予測する。According to another aspect of the present invention, when the workpiece is a non-magnetic material, it can be determined based on the rate of change in magnetic characteristics due to the tool itself. The tool itself at the time of cutting can be used as a detector. When the workpiece itself is a magnetic material, it can be used as a strain detector. Depending on whether the tool is used as a sensing piece, notch processing is used to detect that part, or measurement is performed before use, and measurement is determined according to the number of cuts, so that the tool, workpiece The fatigue resistance of each body is determined to predict the fatigue resistance after use.
【0011】場合によって、加工精度の判定をすること
もできる。この場合工具の磁気的な測定を介して、予測
することができる。工具を介して測定する場合は、切削
中時々刻々とトルク(応力歪) が変化するので、特に刃
先は高い疲労を受けることになるので、刃先の疲労を予
測することができる。また、軸受け部においても、同様
に高い応力が加わり、引っ張り、圧縮の加歪があるの
で、当然疲労を生ずるもので、これも判別予測すること
ができる。ボイラーやタービン羽根等のような熱的な応
力を受けて疲労を生ずるものにおいても、同様に疲労を
予測することができる。この場合そのものによる磁気的
特性変化で求めることができるものである。In some cases, the processing accuracy can be determined. In this case, it can be predicted via magnetic measurement of the tool. In the case of measurement using a tool, since the torque (stress and strain) changes every moment during cutting, particularly the cutting edge receives high fatigue, so that the fatigue of the cutting edge can be predicted. Similarly, high stress is applied to the bearing portion, and strain is applied in tension and compression, so that the bearing naturally causes fatigue, and this can also be determined and predicted. Fatigue can be similarly predicted for those that generate fatigue due to thermal stress, such as boilers and turbine blades. In this case, it can be obtained by a change in magnetic characteristics due to itself.
【0012】検知片を用いるとき、検知片としては長時
間一定に検出片の特性を安定に保つためには、充分な熱
処理により反応を安定点に保つように、スピノーダル変
態を利用した方式や、アモルファス化処理した線状及び
帯状の形態として、利用する。アモルファスの場合は、
応力歪による結晶化によって特性の場合は極めて容易に
検出できる。検知片の支持体は耐疲労的に充分に強固な
寸法を選定し、また耐蝕性の高い貴金属等のブレージン
グ処理をすることもできる。When a sensing piece is used, in order to keep the properties of the sensing piece stable for a long period of time, a method utilizing spinodal transformation is used to keep the reaction at a stable point by a sufficient heat treatment. It is used as a line-shaped or band-shaped form subjected to amorphization. In the case of amorphous,
The characteristic can be detected very easily by crystallization due to stress strain. The support of the sensing piece is selected to have a sufficiently strong dimension for fatigue resistance, and may be subjected to a brazing treatment of a highly corrosion-resistant noble metal or the like.
【0013】短片な検知片を利用する場合、検知片を被
測定物に取り付ける安定化処理された検知片に対して、
切欠とか引っ張りねじり応力が加わるような成形をし
て、その点に磁気検出器を取り付けるようにすることに
より、全体の応力を集中することができるので、高感度
に検出することができる。短片の場合、応力は検知片に
直接加わるようにした上で、ベローズ等で外気と遮断し
不活性ガスAr、He等の中に挿入することにより、1
0年とか、20年の長期間、安定にその基本的な特性を
保つことができるようにする。また全体を弾性体の耐蝕
性、耐抗性の高い合成樹脂系弾性体で包むこともでき
る。[0013] In the case of using a short sensing piece, the stabilizing sensing piece for attaching the sensing piece to an object to be measured is
By forming such that a notch or a tensile torsional stress is applied and attaching a magnetic detector at that point, the entire stress can be concentrated, so that detection can be performed with high sensitivity. In the case of a short piece, the stress is applied directly to the detection piece, then cut off from the outside air with bellows or the like, and inserted into an inert gas Ar, He, etc.
To be able to maintain its basic characteristics stably for a long period of 0 years or 20 years. Further, the entire body may be wrapped with a synthetic resin-based elastic body having high corrosion resistance and high resistance to the elastic body.
【0014】実用的な検出片材としては、主に硬磁性材
が利用され、焼入マルテンサイト型合金や分散硬化型合
金、圧延磁石、焼結型磁石等々、任意に利用することが
できるが、特に耐蝕性を考慮すれば、Pt−Fe系、P
t−Co系等も有利である。また、アモルファス強磁性
体やCo−V−Cr−Fe系、Fe−Cr−Co系材、
Cu−Ni−Fe系材、Fe−Co−Mo系材、13C
r系材、ピアノ線材、フェライト材等々、強磁性体は殆
ど利用することができる。即ち、常磁性体で硬、セミハ
ード材等も利用することができる。As a practical detection piece, a hard magnetic material is mainly used, and a quenched martensitic alloy, a dispersion hardened alloy, a rolled magnet, a sintered magnet, and the like can be arbitrarily used. In particular, considering corrosion resistance, Pt-Fe-based, P
A t-Co type or the like is also advantageous. Further, amorphous ferromagnetic materials, Co-V-Cr-Fe-based materials, Fe-Cr-Co-based materials,
Cu-Ni-Fe material, Fe-Co-Mo material, 13C
Ferromagnetic materials such as r-based materials, piano wire materials, ferrite materials and the like can be almost used. That is, a paramagnetic hard or semi-hard material can also be used.
【0015】しかし、一般的には材料が自然放置時に、
金属組織的または、化学的変化の少ないもので、特に成
形、調質等の熱処理に対し充分に本発明に適用できるよ
うにする。この熱処理は磁場加熱冷却熱処理を含むもの
である。また耐蝕性向上のためには、PVC、PVD処
理更には場合によってメッキ層で耐蝕性を向上させた
り、耐蝕体に封入等々の処理をして安定化に努める。形
状は小型寸法で測定器を歪部分に機械的にねじ、バン
ド、鑞着、溶着等で取り付けできる構造体としてまとめ
る。However, in general, when the material is left naturally,
A material with little metallographic or chemical change, and can be sufficiently applied to the present invention particularly for heat treatment such as molding and refining. This heat treatment includes a magnetic field heating / cooling heat treatment. In order to improve the corrosion resistance, the corrosion resistance is improved by a PVC or PVD treatment, and in some cases, a plating layer to improve the corrosion resistance, or a treatment such as encapsulation in a corrosion-resistant body is performed for stabilization. The shape is summarized as a structure that is small in size and allows the measuring instrument to be mechanically attached to the strained part with screws, bands, brazing, welding, etc.
【0016】[0016]
【作用】検出片として利用することのできる磁性材につ
いて、その作用を考察すると、強磁性体は内部に自発的
な磁化を持っているものであって、その自発性磁気が場
所によって方向が異なり、全体的には磁化を持たない状
態となる。実際の一般的な材料の結晶は、原子空孔(V
acancy) や、格子間原子などの欠陥を含んでいる。[Action] Considering the action of a magnetic material that can be used as a detecting piece, a ferromagnetic substance has a spontaneous magnetization inside, and the direction of the spontaneous magnet varies depending on the location. As a result, there is no magnetization as a whole. The crystal of the actual general material is an atomic vacancy (V
acancy) and defects such as interstitial atoms.
【0017】結晶が熱力学的平衡にある場合には、図1
のような空孔子や格子間原子の存在の数Nは、以下の式
で表される。When the crystal is in thermodynamic equilibrium, FIG.
The number N of vacancies and interstitial atoms as described above is represented by the following equation.
【数1】 N0 :Vacancyや格子間に入り得ることのできる場所の
数 ε:欠陥を形成するエネルギー T:゜K 一定の欠陥を形成するエネルギー(応力) 以上の力が加
われば、結晶は変形する。(Equation 1) N 0 : Vacancy or the number of places that can enter between lattices ε: Energy for forming a defect T: ΔK The crystal is deformed when a force higher than the energy (stress) for forming a certain defect is applied.
【0018】転位(Dislocation) は格子欠陥で、応力
を受けて変形するとき結晶内に生ずる原子の変位であ
る。更に、長時間焼鈍するとき、転位は消失しようとす
る。転位は中心の原子の配列の食い違いで、図1に示す
原子の結晶における食い違いのエネルギーと応力歪のエ
ネルギーを加えたものが転位のエネルギーということに
なり、転位が発展すれば材料は破断を起こすことにな
る。Dislocation is a lattice defect, which is a displacement of an atom generated in a crystal when deformed under stress. Furthermore, when annealing for a long time, dislocations tend to disappear. A dislocation is a dislocation in the arrangement of atoms at the center, and the dislocation energy is the sum of the dislocation energy and the stress-strain energy in the crystal of the atoms shown in FIG. 1, and the material breaks when the dislocation develops. Will be.
【0019】強磁性体の磁気的な内部構造は、非常に構
造敏感な性質を持っており、繰り返される応力が、例え
ばその材料の弾性限界内の応力であっても、繰り返され
ることにより、結晶は第(1)式に相当するエネルギー
を受けて、多くの繰り返し応力により、そのエネルギー
は蓄積され破壊に至る。このような破壊が疲労破壊であ
る。疲労破壊は、空格子の集合と拡散によるもの、もし
くは転位の堆積によるものといわれているが、繰り返し
応力によって、転位は常に造られることになる。The magnetic internal structure of a ferromagnetic material has a very structure-sensitive property. Even if the repetitive stress is, for example, a stress within the elastic limit of the material, the repetition of the crystal causes Receives energy corresponding to the formula (1), and due to many repetitive stresses, the energy is accumulated and leads to destruction. Such a fracture is a fatigue fracture. Fatigue failure is said to be due to the aggregation and diffusion of vacancies or the accumulation of dislocations, but dislocations are always created by repeated stress.
【0020】いま、応力せん断歪量を次のように表す。Now, the amount of stress shear strain is represented as follows.
【数2】 d:応力によるすべり平均間隔 b:バーガース・ベクトル転位の大きさ n:平均の転位数 空格子を生ずるジョグ間隔をlとし、疲労繰り返し数を
νHzとし、転位部帯の面積当たりに発生する空格子の数
をとすれば、(Equation 2) d: average slip interval due to stress b: magnitude of Burgers-vector dislocation n: average number of dislocations The jog interval that generates vacancies is set to 1, the number of fatigue cycles is set to νHz, and vacancies generated per area of dislocation zone Given the number of
【数3】 r:歪の振幅 b:バーガース・ベクトル(3×10-8cm) 1/K:転位すべり中のラセン転位率(0.1) 例えば、n=7×1014/cm2 となり、単位面積当たりの
原子の数は、1017/cm 2 であるから1%程度の量とな
り、疲労破壊を起こす原因となる。(Equation 3)r: Distortion amplitude b: Burgers vector (3 × 10-8cm) 1 / K: helix dislocation rate during dislocation slip (0.1) For example, n = 7 × 1014/cmTwoAnd per unit area
The number of atoms is 1017/cm TwoSo it's about 1%
And cause fatigue fracture.
【0021】普通、磁性体特に強磁性体は、磁場を加え
ることにより、磁界の方向に各々の磁区が方向を変え、
一方向に向くことにより全体として磁化が増大する。例
えば、鉄について考えれば、磁区は結晶内でFe の容易
磁化方向<100 >面の6方向に生ずることになる。磁区
は強磁性体の原子の一部の電子が一定の値の質量mと
(−) の電価を持つだけでなく、固有の力学的能率(Spi
n)を持っていて、外部磁場に対して、ただ二つの逆平行
の向きを変えることだけが可能な力学的原子の場であ
る。Normally, when a magnetic material, especially a ferromagnetic material, is applied with a magnetic field, each magnetic domain changes its direction in the direction of the magnetic field.
Orientation in one direction increases magnetization as a whole. For example, in the case of iron, magnetic domains are generated in the crystal in six directions of the <100> plane of the easy magnetization direction of Fe in the crystal. In the magnetic domain, not only some electrons of the atoms of the ferromagnetic material have a certain value of mass m and a negative value of (-), but also the inherent dynamic efficiency (Spi).
n) is a mechanical atomic field that can only change two antiparallel directions with respect to an external magnetic field.
【0022】一つの磁区と、隣の磁区との間に磁壁があ
り、その磁壁が動いて磁化されることになる。いま、磁
区の長さをlとすれば、磁区の体積はl3 に比例するこ
とになり、磁性体の磁区はそのエネルギーが常に最低に
なろうとして、物体は磁区を含んだバランスとして安定
する。There is a domain wall between one magnetic domain and an adjacent magnetic domain, and the domain wall moves and is magnetized. Now, assuming that the length of the magnetic domain is l, the volume of the magnetic domain is proportional to l 3 , and the magnetic domain of the magnetic material always tries to minimize its energy, and the object is stabilized as a balance including the magnetic domain. .
【0023】[0023]
【数4】 I:磁化の強さ S:磁区の表面積(l2 ) V:磁区の容積(l3 ) σ:表面張力(キュリー点より算出するKI2 l:K≒
104 ) 磁区の長さlは、次のようになる。(Equation 4) I: Magnetization strength S: Surface area of magnetic domain (l 2 ) V: Volume of magnetic domain (l 3 ) σ: Surface tension (KI 2 l calculated from Curie point: K ≒)
10 4 ) The length l of the magnetic domain is as follows.
【数5】 L:≒l2 (Equation 5) L: ≒ l 2
【0024】磁区は結局、磁性体磁化特性を司るもの
で、2つの磁区間の境界の磁壁を越えるために、第
(2)式及び第(3)式で示されている、エネルギーが
必要になる。材料に転位が起こり、磁壁が歪を受ければ
力学的なエネルギーを受けて、検知片の磁気特性は変化
することになる。この変化を磁気素子で検知するわけで
ある。The magnetic domain ultimately governs the magnetic properties of the magnetic material. In order to cross the domain wall at the boundary between the two magnetic sections, the energy required by the equations (2) and (3) is required. Become. If dislocation occurs in the material and the domain wall is distorted, it receives mechanical energy and the magnetic properties of the sensing piece change. This change is detected by a magnetic element.
【0025】磁気検出するときに、磁気抵抗素子やホー
ル素子で検出する場合及び、直接インピーダンスとして
検出する方法がある。いまインピーダンス検出におい
て、磁性ワイヤ(半径a長さl)にIHF(高周波電流)
を流すとき、磁性検知中の応力による磁気的変化によ
り、磁束φが変化することになる。高周波の場合、特に
表面層において、変化が大きくなる。When detecting magnetism, there are a method of detecting with a magnetoresistive element and a Hall element, and a method of directly detecting as impedance. Now, in the impedance detection, I HF (high frequency current) is applied to the magnetic wire (radius a length l).
, The magnetic flux φ changes due to the magnetic change due to the stress during the magnetic detection. In the case of a high frequency, the change is particularly large in the surface layer.
【0026】検知片の両端の誘導電圧をeL とすれば、If the induced voltage at both ends of the sensing piece is e L ,
【数6】 となる。従って、検知片両端電圧をEとすれば、(Equation 6) Becomes Therefore, assuming that the voltage across the sensing piece is E,
【数7】 となり、電圧Eを直接計れば、それは検知片の磁気的な
変化を示すことになり、歪を判定することができる。(Equation 7) When the voltage E is directly measured, it indicates a magnetic change of the sensing piece, and the distortion can be determined.
【0027】磁場による磁区の運動は、結晶構造の上記
欠陥によって大きく変化する。変化の物理量の因子とし
ては、磁性体の化学組成に基づく結晶構造、不純物、歪
み(応力) によって変化する。硬磁性材においても軟磁
性材においても、同様な構造敏感となる。いま円板状の
単磁区を考え、これに対して磁化すると、磁化の方向に
磁区が回転して、伸びるまたは縮む。このときの形は、
体積が等しいとすれば、歪んだ形の楕円形となる。The motion of the magnetic domain caused by the magnetic field is greatly changed by the above-mentioned defect of the crystal structure. The factors of the physical quantity of the change depend on the crystal structure, impurities, and strain (stress) based on the chemical composition of the magnetic material. The same structural sensitivity is obtained in both hard magnetic materials and soft magnetic materials. Now consider a disk-shaped single magnetic domain, and when it is magnetized, the magnetic domain rotates in the direction of magnetization and expands or contracts. The shape at this time is
If the volumes are equal, it will be a distorted ellipse.
【0028】図2において、aは熱処理直後の無自発磁
気状態であり、bは時効処理した自発磁気発生した状態
を示す。また、cは外部磁界を加えたときに縮む場合、
また、伸びる場合は逆の状態を示している。勿論成形加
工度によって、使用疲労計の検知片を任意に製作するこ
とができる。In FIG. 2, a is a spontaneous magnetism state immediately after the heat treatment, and b is a state where spontaneous magnetism is generated after aging treatment. Also, if c shrinks when an external magnetic field is applied,
In the case of extension, the opposite state is shown. Of course, the detection piece of the used fatigue meter can be arbitrarily manufactured depending on the degree of molding.
【0029】応力に対しての磁気的変化は、逆に応力が
加わったとき、透磁率は極めて敏感に変化する。これは
磁化により容易に磁区が再配列されて、構成されるため
である。応力歪としては、次のようになる。 εT =εM +εC εT :全歪 εM :磁気磁区による歪 εC :弾性歪 更に、磁区の再配列は不可逆であり、充分に安定に歪を
記憶することができる。Conversely, when a magnetic change is applied to a stress, the magnetic permeability changes very sensitively when a stress is applied. This is because magnetic domains are easily rearranged and configured by magnetization. The stress strain is as follows. ε T = ε M + ε C ε T : Total strain ε M : Strain due to magnetic domain ε C : Elastic strain Further, the rearrangement of magnetic domains is irreversible, and the strain can be stored sufficiently stably.
【0030】磁歪の正の材料で引っ張り応力を加え、更
に磁化しても磁歪はあまり起こらない。圧縮応力では逆
になる。磁歪が負の場合は、丁度正の場合の逆になる。
磁歪λが正の場合は、引っ張り応力により磁歪を減少さ
せ、λが負ならば、引っ張り応力はλを増加させること
になる。When a tensile stress is applied to a material having a positive magnetostriction and the material is further magnetized, much magnetostriction does not occur. The opposite is true for compressive stress. If the magnetostriction is negative, the opposite is true.
If the magnetostriction λ is positive, the magnetostriction is reduced by tensile stress, and if λ is negative, the tensile stress increases λ.
【0031】図3にこれらの関係を示す。各磁区の間に
は磁壁があり、これを境にして、磁区は動く。ここで図
2によれば、磁歪零ということは、自発磁区を持ちなが
ら図4の状態となるということである。磁歪の有無では
磁区の向きに差があり、円周状の方向の自発磁気と、線
長さ方向に自発磁気を持つものとの差異によって分けら
れる。従って、eL 値第(6)式の値は、磁場が変化し
たときに影響の受け方が変化することになるので注意を
要する。FIG. 3 shows these relationships. There is a domain wall between each of the magnetic domains, and the magnetic domains move around this. According to FIG. 2, zero magnetostriction means that the state shown in FIG. 4 is obtained while having spontaneous magnetic domains. There is a difference in the direction of the magnetic domain depending on the presence or absence of magnetostriction, and it is divided by the difference between the spontaneous magnetism in the circumferential direction and the spontaneous magnetism in the line length direction. Therefore, it should be noted that the value of the expression (6) of the e L value changes when the magnetic field changes.
【0032】結局、外部圧力によって磁気特性が変化す
る効果は、その磁性歪検知片の性質によって異なるが、
いずれにしても応力→歪→磁気的変化は常に起こるとい
うことである。始めに検知片を磁化したとき、非磁化の
場合と共に、磁区と磁区の壁を動かすエネルギーが結晶
(磁壁) に加われば、磁化した場合、磁気能は低下し、
応力により比例的に変化する。また、非着磁の場合も同
様に、磁壁が移動するエネルギーが応力より加われば、
それだけ磁気能は増大するように変化する。After all, the effect that the magnetic characteristics change due to the external pressure differs depending on the properties of the magnetic strain sensing piece.
In any case, the stress → strain → magnetic change always occurs. First, when the sensing piece is magnetized, when the magnet (domain wall) is energized to move the magnetic domains and the walls of the magnetic domains together with the non-magnetized case, the magnetism decreases when magnetized,
It changes proportionally with stress. Similarly, in the case of non-magnetization, if the energy for moving the domain wall is applied from the stress,
The magnetic power changes accordingly.
【0033】金属体において、結晶形は体心立方、面心
立方、稠密立方のいずれかに属しこれらについて磁性体
は、主に遷移金属系で体心立方形を持っている。充分安
定を保つため、一般的には熱処理溶体化処理により、過
飽和固溶体を造り、溶質原子の均一な分布を確保してか
ら、急冷して過飽和状態を維持したものに時効処理し
て、任意の目的の結晶歪や、微細な析出による分散処理
等を起こさせ、また時効処理を磁界中で行うこともあ
る。更に、場合によっては機械的な強加工をして、結晶
を微細化しながら方向性を与えて、希望する機械的性質
と同時に磁気的性質を得るようにする。In a metal body, the crystal form belongs to any of body-centered cubic, face-centered cubic, and dense cubic, and the magnetic body is mainly a transition metal-based cubic. In order to maintain sufficient stability, in general, a supersaturated solid solution is produced by heat treatment solution treatment, a uniform distribution of solute atoms is secured, and then quenching is performed to rapidly maintain a supersaturated state, and optionally Dispersion processing or the like due to the desired crystal strain or fine precipitation may be caused, and aging treatment may be performed in a magnetic field. Further, in some cases, mechanical strong processing is performed to give directionality while refining the crystal so as to obtain desired mechanical properties and magnetic properties at the same time.
【0034】検知片に対し、部分的に集中累積応力が加
わるようにするために、図5に示すような、ねじれ曲げ
応力が加わるような形状にしてみる。引っ張り力を加え
ると、次のようになる。但し、Pは引っ張り力、Wは引
っ張り応力である。 W=Psin α せん断力をFとすると、 F=Pcos α となり、ねじりモーメントをTとすれば、 T=PRcos α となる。また、曲げモーメントをMとすると、ねじりモ
ーメントは、 M=PRsin α を受けることになる。ねじりせん断力は平均せん断力を
とすれば、In order to partially apply the concentrated cumulative stress to the sensing piece, a shape such that a torsional bending stress is applied as shown in FIG. 5 is tried. When a pull force is applied, it becomes as follows. Here, P is a tensile force and W is a tensile stress. W = P sin α If the shear force is F, then F = P cos α, and if the torsional moment is T, then T = PR cos α. When the bending moment is M, the torsional moment receives M = PR sin α. If the torsional shear force is the average shear force,
【数8】 となり、最大せん断応力は次のようになる。(Equation 8) And the maximum shear stress is as follows.
【数9】 更に、ねじり応力は、(Equation 9) Furthermore, the torsional stress is
【数10】 となり、疲労をこの部分より検出することが容易となる
(図5参照) 。図6で明かのように、ねじりが最低の加
応力によって有効に疲労を起こすことを示している。従
って、第(9)式を利用することができる。(Equation 10) And it becomes easy to detect fatigue from this portion (see FIG. 5). As shown in FIG. 6, it is shown that torsion effectively causes fatigue with the lowest applied stress. Therefore, equation (9) can be used.
【0035】結晶体、もしくはアモルファス体に応力が
加わると、応力は転位の廻りの部分に集中し、転位の廻
りのスピンの平行性が乱される。Feの場合を見ると、
磁壁のエネルギーは一般的にいって10-3J/m2 程度
であり、クラックの伝播エネルギーは1J/m2 程度で
ある。歪力による磁壁の交換作用によって、磁気特性は
僅かなエネルギーで変化することになる。When stress is applied to the crystalline or amorphous body, the stress concentrates on the portion around the dislocation, and the parallelism of the spin around the dislocation is disturbed. Looking at the case of Fe,
The energy of the domain wall is generally about 10 −3 J / m 2 , and the propagation energy of the crack is about 1 J / m 2 . The magnetic properties change with a small amount of energy due to the domain wall exchange effect due to the strain force.
【0036】相分離の現象は、高濃度合金の分解をする
とき、組成に対し下向きの凸曲線では、濃度のゆらぎに
よって自由エネルギーが増大するので、濃度のゆらぎは
発達できない。そのため消滅する。また、上向きの凸曲
線では、濃度のゆらぎによって自由エネルギーが低下す
るので、時間とともに安定になり、凸曲点は一定の濃度
となる。このスピノーダル分解を起こさせ、規則化と同
様に協力現象として進行し、安定化することができる。
従って、初期は短波長のゆらぎ波で成長し、時間と共に
長波長の波となり、固溶体は準安定組成領域であるとい
うことができる。結局、自由エネルギーと組成濃度との
曲線の曲率によって、判定することができる。The phenomenon of phase separation is that when a high-concentration alloy is decomposed, the free energy increases due to the concentration fluctuation in the downward convex curve with respect to the composition, so that the concentration fluctuation cannot be developed. Therefore it disappears. Further, in the upward convex curve, the free energy decreases due to the fluctuation of the density, so that it becomes stable with time, and the convex point becomes a constant density. This spinodal decomposition is caused and progresses as a cooperative phenomenon as well as regularization, and can be stabilized.
Therefore, the solid solution initially grows as a short-wavelength fluctuation wave, and becomes a long-wavelength wave with time, and it can be said that the solid solution has a metastable composition region. After all, it can be determined by the curvature of the curve between the free energy and the composition concentration.
【0037】疲労は応力とは殆ど関係がなく、疲労を起
こすとき、残留応力は殆ど存在しないものとして考える
必要がある。炭素鋼について図8にこの関係を示す。即
ち、残留応力を測定しても、その時点では疲労を予測す
ることはできないことを示している。Fatigue has almost nothing to do with stress. When fatigue occurs, it is necessary to consider that there is almost no residual stress. FIG. 8 shows this relationship for carbon steel. In other words, it indicates that even if the residual stress is measured, fatigue cannot be predicted at that time.
【0038】切削作用によれば、一般に鉄系の場合、最
低10cal/mm3 (〜10000cal/mm3) 程度のエネルギーが、
刃先部分もしくは加工部分に加わるので、切削中に刃先
もしくは刃先を支える部分は、高い温度と高い応力を受
けた状態となる。磁性体が介在するとき、磁気的な変化
が生じるので、刃先の寿命を予測できる。また、刃先の
切削角度、先端半径等も磁気的な検出により、工具の寿
命を前もって、もしくは切削中に予測することができ
る。従って、加工始めに脱磁しておくとか、着磁してか
ら加工を始めることが可能である。切削工具の先端は50
0 ℃以上の高い温度と50〜100kgf/mm2の高い圧力の歪応
力を受けることになる。According to the cutting action, generally, in the case of iron, at least about 10 cal / mm 3 (up to 10,000 cal / mm 3 )
Since it is applied to the cutting edge portion or the processing portion, the cutting edge or the portion supporting the cutting edge during cutting is in a state of receiving high temperature and high stress. When a magnetic material is interposed, a magnetic change occurs, so that the life of the cutting edge can be predicted. The cutting angle, tip radius, and the like of the cutting edge can be magnetically detected to predict the life of the tool in advance or during cutting. Therefore, it is possible to demagnetize at the beginning of processing or to start processing after magnetization. Cutting tool tip is 50
It will be subjected to strain stress at a high temperature of 0 ° C. or higher and a high pressure of 50 to 100 kgf / mm 2 .
【0039】切欠部を有する場合の例を図7に示す。材
料の破壊応力で平滑材の場合δとしては、放物線型の応
力を発生することになる。従って、切欠によって切欠の
底部分に集中応力が発生し、滑り帯を生じ集中力が重畳
し、疲労クラックを発生するものと考えることができ
る。磁気検出器の出力電圧VH と歪繰り返し回数との関
係においては、 VH =Kln(N) と表すことができる。このとき、常数Kが切欠に対応す
るもので、切欠によりK値が低下することになる。FIG. 7 shows an example having a notch. In the case of a smooth material due to the fracture stress of the material, a parabolic stress is generated as δ. Therefore, it can be considered that concentrated stress is generated at the bottom of the notch due to the notch, a slip band is generated, and the concentrated force is superimposed, thereby causing fatigue cracks. The relationship between the output voltage V H of the magnetic detector and the number of strain repetitions can be expressed as V H = Kln (N). At this time, the constant K corresponds to the notch, and the K value decreases due to the notch.
【0040】アモルファス磁性合金としても鉄合金系、
例えばFe80P20、Fe80B20、Fe78B10Si12、F
e62Cr12Mo8 C18等々、コバルト系ではCo80Zr
20、Co78Si15B12、Co44Mo36C20、Co34Cr
28Mo20C18等々、Ni合金系、Ni90Zr10、Ni34
Cr24Mo24C18、その他の合金類Pd80Si20、Ti
50Cu50等々である。引っ張り強度は、400kgf /mm
2 〜140kgf /mm2程度で、例えばPd80Si20にお
いて、32kgf /mm2 で疲労寿命は繰り返し数108 の
寿命である。疲労先端の塑性域の大きさPと応力拡大係
数Kとの関係は次のようになる。As an amorphous magnetic alloy, an iron alloy is used.
For example Fe 80 P 20, Fe 80 B 20, Fe 78 B 10 Si 12, F
e 62 Cr 12 Mo 8 C 18, etc., in the cobalt Co 80 Zr
20 , Co 78 Si 15 B 12 , Co 44 Mo 36 C 20 , Co 34 Cr
28 Mo 20 C 18 etc., Ni alloy type, Ni 90 Zr 10 , Ni 34
Cr 24 Mo 24 C 18 , other alloys Pd 80 Si 20 , Ti
50 Cu 50 and so on. The tensile strength is 400kgf / mm
The fatigue life is about 2 to 140 kgf / mm 2 , for example, Pd 80 Si 20 and 32 kgf / mm 2 , and the fatigue life is 10 8 times. The relationship between the size P of the plastic zone at the tip of the fatigue and the stress intensity factor K is as follows.
【0041】P∽Kn ここで、n≒2であり、アモルファス材では極めて安定
で、構造的に均質でまた、優良な塑性体であることを物
語っている。疲労限界比(疲労強さ/ 降伏強さ) は0.2
〜0.3 で一般高強度材と等しい。従って、アモルファス
磁性体の耐蝕性を利用し、有効な一つの材料となる。従
来一般に疲労と残留応力とはあまり関係がない。図8に
示す通りである。P∽K n Here, n ≒ 2, which indicates that the amorphous material is extremely stable, structurally homogeneous, and an excellent plastic body. Fatigue limit ratio (fatigue strength / yield strength) is 0.2
~ 0.3, equal to general high-strength materials. Therefore, it is one effective material utilizing the corrosion resistance of the amorphous magnetic material. Conventionally, generally, there is little relation between fatigue and residual stress. This is as shown in FIG.
【0042】[0042]
【実施例1】実施例として、at%50、50のPtCo磁
石において、5段階の加熱線引き加工し、圧下率50%〜
22%の線引き後、0.45mmφの材料を直線状にして、片持
ちばりで、1500回/分の条件で疲労テストを実施した。
張り出し長さ22mmで先端振幅1mm、固定部分にホール素
子を固定して実施した。このとき、最大曲げ応力は30.4
kg/mm2 となる。 基材は142kg /mm2 で0.2 %の耐力と
考えて139kg /mm2 となる。従って、22%負荷において
実施した(図9の(A, B) 参照) 。即ち107回で始め
に6.2 Oeの保磁力が0.5 Oeとなった。保磁力は10%
以下になり、材料に疲労が進行していることを示した。
図9の(B) は図5の方式を用いた。13Cr材につい
ては図9の(C) で示す。Example 1 As an example, a PtCo magnet having at% 50 and at50 was subjected to a five-stage heating wire drawing process, and a reduction ratio of 50% or less was obtained.
After drawing by 22%, a 0.45 mmφ material was straightened, and a fatigue test was carried out using a cantilever at 1500 times / minute.
The test was performed by fixing a Hall element to a fixed portion with a projection length of 22 mm, a tip amplitude of 1 mm, and a fixed portion. At this time, the maximum bending stress is 30.4
the kg / mm 2. The substrate is 139 kg / mm 2 , which is considered to be 0.2 kg proof stress at 142 kg / mm 2 . Therefore, the test was performed at a 22% load (see FIGS. 9A and 9B). That is 6.2 Oe coercive force to start with 10 7 times becomes 0.5 Oe. 10% coercive force
The following shows that the material is undergoing fatigue.
FIG. 9B uses the method of FIG. The 13Cr material is shown in FIG.
【0043】[0043]
【実施例2】同様な条件において、始めに0.06Oeの保
磁力材の107 回の加歪サイクルで、約8倍の0.5 Oeと
なった。これを図9の(A) に示す。In Example 2 the same conditions, at 10 seven pressurized strain cycle coercivity material 0.06Oe the beginning, was about 8 times the 0.5 Oe. This is shown in FIG.
【0044】[0044]
【実施例3】同様なPtCo材において、1回のキンク
状点を造り、1Rにする。図5のα角は45゜でR=12.5
mm、d=0.45mmとした。張力P=40g で300Hz の起磁歪
材で実施した。12.2kg /mm2 のねじり応力が加わったこ
とになる。これは大体1/10程度の負荷となるが、全体の
加歪特性と比較して極めて有効に検知している。即ち、
8 Oeで始めて107 回の加歪で10Oeとなる疲労度を表
示している。Embodiment 3 In the same PtCo material, one kink-like point is formed to be 1R. The α angle in FIG. 5 is 45 ° and R = 12.5
mm and d = 0.45 mm. The test was performed with a magnetostrictive material of 300 Hz at a tension P = 40 g. This means that a torsional stress of 12.2 kg / mm 2 was applied. This is about 1/10 of the load, but it is detected very effectively compared to the overall strain characteristics. That is,
Displaying a degree of fatigue to be a 10Oe at the beginning to 10 7 times of the pressure distortion at 8 Oe.
【0045】[0045]
【実施例4】Cr13%Mn1%Fe焼き入れ処理後調質
熱処理し、硬度Hv500 としたものの0.45mmφのものを用
いた。加歪条件は1500回/分の条件で、材料の機械的強
さは98kgf /mm2 で、0.2 %耐力として96kgf /mm2 に
対し、9.5kgf/mm2 (10 %)の負荷で実施した。これを
図9(C) に示す。Example 4 After the quenching treatment of Cr13% Mn1% Fe, a tempering heat treatment was performed to make the hardness Hv500, but a 0.45 mmφ one was used. Kaibitsu conditions 1500 times / min conditions, the mechanical strength of the material is 98kgf / mm 2, to 96kgf / mm 2 as a 0.2% yield strength was carried out at a load of 9.5kgf / mm 2 (10%) . This is shown in FIG.
【0046】[0046]
【実施例5】FeCr28%Co15%Mo3 %材におい
て、線引き後、0.96mmφとして、610℃より500 ℃まで
4℃/hで低下し、 200mm長さで開放端子で250 Oeで
108 繰り返したとき、15Oeとなった。この場合9.6kgf
/mm2の応力下で実施したものである。これは充分なスピ
ノーダル変態させたものとして利用した。Example 5 In FeCr28% Co15% Mo3% material, after drawing, 0.96mmφ was decreased from 610 ° C to 500 ° C at 4 ° C / h, 200mm length and 250 Oe at open terminal.
After 10 8 repetitions, it became 15 Oe. In this case 9.6kgf
The test was performed under a stress of / mm 2 . This was used as a full spinodal transformation.
【0047】[0047]
【実施例6】WC+TiCTia14%+Co10%焼結材
によって、ステンレス鋼の65kgf/mm 2 材に対し、横すく
い角12゜、ランド角上すくい角ともに0で前逃げ角横逃
げ角10゜として110 m/min の切削速度で切削した切削
液鉱油を10l/min 利用した。 その場合を図11に示
す。乾式切削した結果は図11の通りである。即ち、刃
先の部分に高加歪力が加わった、主としてCoに対する
脱磁状態の測定を行った。着磁した場合、切削チップの
影響が生じ、測定が困難であったが、傾向は認められ
た。従って、オンラインの測定をすれば、加工製品に対
して安定な精度を保証することができる。Embodiment 6 WC + TiCTia 14% + Co10% sintered material
By, 65kgf / mm of stainless steel TwoTo the material
The angle of rake is 12 °, the rake angle on the land is 0, and the front clearance angle is sideways.
Cutting at a cutting angle of 110 m / min with a 10 ° angle
Liquid mineral oil was used at 10 l / min. The case is shown in FIG.
You. The result of the dry cutting is shown in FIG. That is, the blade
High strain is applied to the previous part, mainly for Co
The demagnetization state was measured. When magnetized, the cutting tip
It was difficult to measure, but a tendency was observed.
Was. Therefore, if you measure online,
As a result, stable accuracy can be guaranteed.
【0048】[0048]
【実施例7】コンセントレーション 100、天然ダイヤ80
0#、心材として電着IOカッターで13Cr材を用いて着
磁したものと非着磁を用いて測定した。被切削材とし
て、Al2 O3 SiN2 セラッミクス材を加工した。切
削加工時、切断材の平行度精度でAは着磁した状態で、
A' は非着磁状態である。その実施図を図12に示す。
切断速度はいずれも55m/sで、ケロシン切削油を用い
て実施したものである。結果として切断寿命を予測でき
た。[Example 7] Concentration 100, natural diamond 80
0 #, a core material was magnetized using an electrodeposited IO cutter using a 13Cr material, and a core material was measured using a non-magnetized material. An Al 2 O 3 SiN 2 ceramic material was machined as a material to be cut. At the time of cutting, A is magnetized with the parallelism accuracy of the cut material,
A 'is in a non-magnetized state. FIG. 12 shows a working example thereof.
The cutting speed was 55 m / s in all cases, and was carried out using kerosene cutting oil. As a result, the cutting life could be predicted.
【0049】[0049]
【実施例8】1.3mm φの骨切削用リーマーにおいて4 〜
5RPMで骨カリエスを切削加工した。曲げ基材は13Crス
テンレス硬度Hv500 を利用した。45Rで切削したとき、
非磁性の場合スタート時にリーマー折れの直前で約3倍
の磁界Oe強度となった。その他医用工具は極めて安定
に破断を予測することができる。注射針、研削ツール
(ダイヤ) 、ノコ刃、ノミ、カッター等々に利用できる
ことが判った。[Embodiment 8] In a 1.3 mm φ bone cutting reamer, 4 to
The bone caries was cut with 5RPM. The bending base material used 13Cr stainless steel hardness Hv500. When cutting with 45R,
In the case of non-magnetism, the intensity of the magnetic field Oe was about three times that at the start immediately before the reamer break. Other medical tools can predict fracture very stably. It turned out that it can be used for injection needles, grinding tools (diamonds), saw blades, chisels, cutters, etc.
【0050】[0050]
【実施例9】Wt%(Cr29%Co15%Mo3 %Fe)
材に対して、Ar中HF焼融鍛造後、成形し600 ℃〜45
0 ℃まで8 ℃/Hで熱処理後、20cmの長さで端面より10
cmの位置(中央) にNdBFe磁石(48MGO) の厚さ2mm
に、NSを着磁したものを5mm の位置に近づけて着磁し
たときと、非着磁時に減衰波2.5MHzを加えたときの電圧
波形を図13に示す。この図より判るように、着磁によ
りインピーダンスとして検出することができる。また、
この状態では磁性検知材に強力なPsin αを受けること
によって、磁性材の線長と、伸びの比△l/lによって
抵抗値を検出して、疲労測定と歪との両方を同時に測定
することができる。この場合は磁性材と力端子との接続
部分を絶縁する必要がある。セラミックスにより面圧に
より機械的に結合するようにするものである。Embodiment 9 Wt% (Cr29% Co15% Mo3% Fe)
After forging and forging HF in Ar,
After heat treatment at 8 ° C / H to 0 ° C, 10cm from the end face with 20cm length
2mm thick NdBFe magnet (48MGO) at cm (center)
FIG. 13 shows voltage waveforms when the magnetized NS is brought closer to the position of 5 mm, and when an attenuation wave of 2.5 MHz is applied when not magnetized. As can be seen from this figure, it can be detected as impedance by magnetization. Also,
In this state, when the magnetic sensing material receives a strong Psin α, the resistance value is detected by the ratio of the wire length of the magnetic material to the elongation Δl / l, and both the fatigue measurement and the strain are simultaneously measured. Can be. In this case, it is necessary to insulate the connection between the magnetic material and the force terminal. The ceramics are mechanically joined by surface pressure.
【0051】[0051]
【実施例10】構造としての実施例について説明する
と、埋め込み型の形式の気密装置として、内部には不活
性ガスを封入するか、安定な樹脂等による埋め込み等も
利用することができる。いずれにしても検出器を磁性検
知材に接着やしばりづけ、あるいは巻き付け固定してか
ら利用する。また、金属ケースなしで樹脂ケースと充填
材と兼用することもできる。更に、樹脂ケースで樹脂を
充填する場合もある。この実施例を図14に示す。[Embodiment 10] An embodiment as a structure will be described. As an embedding type airtight device, an inert gas can be sealed in the inside or embedding with a stable resin or the like can be used. In any case, the detector is used after being bonded or tied to the magnetic detection material or wound and fixed. Further, the resin case and the filler can be used together without the metal case. Furthermore, the resin case may be filled with resin. This embodiment is shown in FIG.
【0052】ここで(1)は基磁性体で、磁気的に疲労
を検知するエレメント材中央高受歪部分(ねじり)
(2)に磁束検出素子ホール素子(3)を接着し、且つ
その上を弾性体合成樹脂ゴム(4)により固定する。加
歪柄部(5)(6)は耐蝕性ステンレス系や貴金属系、
Ti系として利用することができる。 外部接合部(9)
(9' )に歪を受ける部材と結合するようにする。 接続
部(8)はねじ締め後鑞着する。気密端子(7)もしく
は誘導コイルを介して非接触で外にシグナルを取り出
す、もしくは外部から起動停止シグナルを供給する。Here, (1) is a base magnetic material, a high strain-receiving portion (torsion) at the center of the element material for detecting fatigue magnetically.
A magnetic flux detecting element Hall element (3) is adhered to (2), and an upper part thereof is fixed with an elastic synthetic resin rubber (4). Strained pattern parts (5) and (6) are made of corrosion-resistant stainless steel or precious metal,
It can be used as Ti-based. External joint (9)
(9 ') It couple | bonds with the member which receives a distortion. The connection part (8) is brazed after screwing. A signal is taken out to the outside through the airtight terminal (7) or the induction coil in a non-contact manner, or a start / stop signal is supplied from outside.
【0053】図14の実施例装置について説明すると、
(A)は電源電池でLi電池等の長寿命のものを使用
し、制御装置(B)を経て信号の接受をする。弾性体ゴ
ム栓(10)(11)を(12)(13)は本体に支え
部で本体(16)可動ベローズ(14)(15)をいず
れも耐蝕性材で形成される。更に、(17)の封入口よ
り不活性ガスを注入する。且つ、(18)(19)(2
0)(21)(22)(23)(24)(25)はいず
れも白金合金鑞、金鑞部分で気密溶着される。The apparatus of the embodiment shown in FIG. 14 will be described.
(A) uses a long-life power source battery such as a Li battery, and receives and receives signals via a control device (B). The elastic rubber plugs (10), (11), (12), and (13) are support portions of the main body, and the main body (16) and the movable bellows (14, 15) are all formed of a corrosion-resistant material. Further, an inert gas is injected from the sealing port of (17). And (18) (19) (2
Each of 0, 21, 22, 23, 24, and 25 is hermetically welded with a platinum alloy solder and a gold solder.
【0054】直接に歪を受ける部分端(9)(9' )を
介して、機械的に接合されるようにしてから、セメント
中に埋め込むとか、大気中、液中に配置するようにして
も耐蝕を起こさないような構造となっている。コンピュ
ータを含む(B)の回路によって、外部からの信号によ
り全体の電源が投入されて、その結果を磁束計からのシ
グナルとして、外部へ供給する。繰り返し加歪数とし
て、外部へ信号として出すようにすることも容易であ
る。勿論、温度やその他のドリフトを防いで安定出力で
きる。いずれも10年間以上の寿命を保つことが当然必要
となる。It is also possible to mechanically join via partial ends (9) and (9 ') which are directly subjected to strain, and then embed in cement or place in air or liquid. It has a structure that does not cause corrosion. The entire power supply is turned on by a signal from the outside by the circuit (B) including the computer, and the result is supplied to the outside as a signal from the magnetometer. It is also easy to output it as a signal as a repetitive strain number to the outside. Of course, stable output can be achieved while preventing temperature and other drifts. In each case, it is naturally necessary to maintain a life of 10 years or more.
【0055】[0055]
【実施例11】構造物、建物、大型材等について、ワイ
ヤー(帯)材磁性材を利用する場合の実施例を図16に
示す。受歪材接合部(A)に対して部材(1)(2)
(B)(C)リベット部材(3)は磁性体線材でキャプ
スタン(7)、押さえ(8)より圧されて測定時に
(3)磁性材を移動させて測定判別ヘッド(9)を接し
て磁界を検知する。勿論このような大型の場合は歪量も
検知する。着磁を一定間隔で着磁してそのピッチを判定
して、特に強い応力を受ける部分を検知するようにす
る。固定子(4)(5)(6)は、常時はここの支持部
セラミックス樹脂で固定しておき、測定時には緩めて移
動できるようにすることによって、判別することができ
る。単位ユニット(図15)を直列にして、測定するこ
とも可能である。Embodiment 11 FIG. 16 shows an embodiment in which a wire (band) material magnetic material is used for structures, buildings, large materials, and the like. Members (1) and (2) for the strain-receiving material joint (A)
(B) (C) The rivet member (3) is pressed by the capstan (7) and the presser (8) with a magnetic wire and moves (3) the magnetic material at the time of measurement to contact the measurement discrimination head (9). Detect the magnetic field. Of course, in the case of such a large size, the amount of distortion is also detected. Magnetization is performed at regular intervals to determine the pitch, and a part that receives particularly strong stress is detected. The stators (4), (5) and (6) can be discriminated by always fixing them with the support portion ceramic resin and loosening and moving them during measurement. It is also possible to perform measurement by connecting the unit units (FIG. 15) in series.
【0056】[0056]
【実施例12】アモルファス磁性材Pd80Si20材
厚さ20μ幅15mm長さ20cmの一方端に永久磁石0.3mm φ長
さ2mm のPrCo3、9kg8KOc 材をエポキシ樹脂で結合
した状態で、800Hz の引っ張り応力を加えたとき、張力
45kgf/mm2 で繰り返し応力を加えた結果、8 ×106 サイ
クルの寿命となった。Embodiment 12 Amorphous magnetic material Pd80Si20 material 20 μm thick 15 mm width 20 cm length One end of permanent magnet 0.3 mm φ 2 mm length PrCo3, 9 kg 8 KOc material bonded to one end with epoxy resin, 800% tensile stress is applied When tension
As a result of repeatedly applying stress at 45 kgf / mm 2 , the life was 8 × 10 6 cycles.
【0057】[0057]
【実施例13】本検知器をセットするときは、測定判別
すべき物体に対して固定子をセットし、ねじで検知器と
構造体との接合張力を調整してセットするようにする。
図14及び図15の別のケース(27)の検知器を応力
決定バー(26)の測定設定バーを挿入して両端をねじ
固定後、設定バーを取り外す。設定バーは応力の強弱の
変化できる寸法が用意されていて実用とされる。被測定
体が鉄材Xの場合、ねじで固定される。このときは弾性
体合成樹脂(28)のように弾性体カバーをつけて直接
コンクリートに埋め込んでも検知器に影響がないように
Xと共に被測定体の応力が検知器のみに加わるようにす
る(図15参照)。Embodiment 13 When this detector is set, a stator is set for an object to be measured and discriminated, and the joining tension between the detector and the structure is adjusted with screws and set.
14 and 15, the measurement setting bar of the stress determination bar (26) is inserted into the detector of another case (27), and both ends are fixed with screws, and then the setting bar is removed. The setting bar has a size in which the strength of the stress can be changed, and is practical. When the measured object is the iron material X, it is fixed with screws. At this time, the stress of the object to be measured is applied only to the detector together with X so that the detector is not affected even if the detector is directly embedded in the concrete with an elastic cover such as an elastic synthetic resin (28) (see FIG. 15).
【0058】[0058]
【実施例14】図16に図14と別の乗り物等に利用す
る長尺検知片(1)を用いた方式を示す。長尺検知片磁
性材を常時固定する。固定子(31)(32)(33)
・・・・(n)に検知片を固定しておいて、疲労度を判
定するとき、エンコーダ付きキャプスタン(29)と押
さえ(30)によって、固定子を緩めて移動させ、位置
を出しながら、疲労度を磁気検出器(3)によって検出
するようにしたものである。従って、長尺の場合、固定
子はチャック式となり常時は挟んで磁性材を固定してか
ら、測定時に挟みを開いて移動できるようにチャック固
定子とするものである。[Embodiment 14] FIG. 16 shows a system using a long detecting piece (1) used for a vehicle different from FIG. The long detection piece magnetic material is always fixed. Stator (31) (32) (33)
··························································································································· while moving the stator by the capstan with encoder (29) and the holder (30). , The degree of fatigue is detected by a magnetic detector (3). Therefore, in the case of a long length, the stator is a chuck type, and the magnetic material is fixed by always sandwiching the chuck, and then the chuck stator is opened so as to be movable during measurement.
【0059】[0059]
【発明の効果】本発明は従来測定不能であった疲労につ
いて、極めて広範囲に予測を可能にするもので、工業上
極めて実用的なものである。The present invention makes it possible to predict fatigue, which cannot be measured conventionally, in a very wide range, and is industrially extremely practical.
【図1】空格子と格子間原子を表したものである。FIG. 1 shows vacancies and interstitial atoms.
【図2】磁歪模式図でaは熱処理直後無自発磁気状態
で、bは時効処理で自発磁気発生の場合、cは外部磁界
を加えたときの縮んだ場合の図。FIG. 2 is a schematic diagram of magnetostriction, in which a is a spontaneous magnetism state immediately after heat treatment, b is a case where spontaneous magnetism is generated by aging treatment, and c is a case where the magnet is contracted when an external magnetic field is applied.
【図3】磁区と応力と磁場の関係を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a magnetic domain, stress, and a magnetic field.
【図4】正負磁歪材と磁歪零材の磁区の図である。FIG. 4 is a diagram showing magnetic domains of a positive and negative magnetostrictive material and a zero magnetostrictive material.
【図5】ねじれ、曲げ応力と引っ張り力の関係を表す図
である。FIG. 5 is a diagram showing a relationship between torsional, bending stress and tensile force.
【図6】鋼の引っ張り強さと疲労限度の関係を表す図で
ある。FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the tensile strength of steel and the fatigue limit.
【図7】切欠部分を有する検知片の図である。FIG. 7 is a diagram of a sensing piece having a notch.
【図8】各種材料による残留応力と繰り返し数の関係図
である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the residual stress of various materials and the number of repetitions.
【図9】材質と形状による繰り返し数と保磁力の関係を
示す図である。FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the number of repetitions and the coercive force depending on the material and shape.
【図10】スピノーダル変態材の繰り返し数と保磁力の
関係を表す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a relationship between the number of repetitions of a spinodal transformation material and a coercive force.
【図11】クレータ摩耗と保磁力に関する図である。FIG. 11 is a diagram relating to crater wear and coercive force.
【図12】切断カッターによる曲がり量と保磁力の関係
図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a relationship between a bending amount by a cutting cutter and a coercive force.
【図13】検知片の磁化によるインピーダンスの変化状
態の図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a state of change in impedance due to magnetization of a sensing piece.
【図14】埋め込み型気密検出器の側断面図である。FIG. 14 is a side sectional view of the embedded airtight detector.
【図15】別の弾性体樹脂で包んだ方式のユニットの図
である。FIG. 15 is a diagram of a unit of a system wrapped with another elastic resin.
【図16】図14の別の構造のもので、飛行機、船等の
接合面の疲労検出装置図である。FIG. 16 is a diagram of a fatigue detection device having a different structure from that of FIG.
1・・・・・・・・・・・・・・感磁歪特性材 2・・・・・・・・・・・・・・磁気特性検出器( 磁気抵抗素子) ホー
ル素子 7・・・・・・・・・・・・・・T信号取り出し気密コンセント 9, 9'・・・・・・・・・・ 疲労検出被材との検知片と接合部 10, 11・・・・・・・ 弾性気密栓 12・・・・・・・・・・・・防蝕気密ケース 14, 15・・・・・・・ ベローズ 17・・・・・・・・・・・・不活性ガス供給封じ口 18〜25・・・・・・気密耐蝕性鑞封着部 A・・・・・・・・・・・・・・制御cct( 含電池)1 ····· Magnetostrictive characteristic material 2 ····· Magnetic characteristic detector (magnetic resistance element) Hall element 7 ··· ···················································································, Elastic airtight stopper 12 ··· Corrosion-proof airtight case 14, 15 ····· Bellows 17 ··· Inert gas supply sealing port 18 … 25: airtight and corrosion-resistant soldered part A: control cct (including batteries)
Claims (9)
歪を受ける部材に、応力歪を受けられるように取り付け
て、磁性体の磁気特性の応力歪のために変化した磁気特
性を測ることにより応力歪材の疲労度を検知する基材の
変化状態検知方法。1. A magnetic material, which is magnetized or non-magnetized, is attached to a member which receives stress strain so as to be able to receive stress strain, and a magnetic characteristic changed due to stress distortion of a magnetic characteristic of the magnetic material. A method for detecting a change state of a base material, which detects a degree of fatigue of a stress-strained material by measuring.
検知する瞬時応力値及び長期の応力に基づいた疲労度を
磁気特性の変化より検知する基材の変化状態検知方法。2. A method for detecting a change state of a base material, wherein an instantaneous stress value detected by a change in an electric resistance value of a magnetic substance detecting piece and a degree of fatigue based on a long-term stress are detected from a change in magnetic properties.
化を起こし易い部分を設け、磁気的変化測定器を取り付
けてなる上記請求項1の基材の変化状態検知方法。3. The method according to claim 1, further comprising a step of providing an end face of the detecting piece or a part which is particularly strong and easily causes a magnetic change, and attaching a magnetic change measuring device.
材による引出し部を設けるとか、誘導的に外部に磁気的
な変化を取り出すようにした基材の変化状態検知装置。4. A change state detecting device for a base material in which a lead portion made of a high magnetic permeability material is provided as an arbitrary measuring terminal on a detecting piece, or a magnetic change is inductively extracted to the outside.
し、常時測定基材に固定しておき、判定時にテープ、ワ
イヤー等を移動させ、磁気特性を測定し、判定するよう
にした基材の変化状態検知方法。5. A base material in which a long detection piece is formed into a tape or a wire and fixed to a measurement base material at all times, and a tape or a wire is moved at the time of determination to measure and determine magnetic properties. Change state detection method.
に磁場検出用のテープ、ワイヤー状の検知片を張り巡ら
せ、また道路中に磁場検出用のテープ、ワイヤー状検知
片を埋め込んで、所定の場所の状態の磁気特性を検出す
る上記請求項1の基材の変化状態検知方法。6. A magnetic field detecting tape or a wire-shaped detecting piece is stretched around a mountain, a wall, a cliff, a bank, a building, a support, a pile, or the like, and a magnetic field detecting tape or a wire-shaped detecting piece is provided on a road. 2. The method according to claim 1, wherein the magnetic property of the state at a predetermined location is detected by embedding the information.
に応じて、磁気的検出器を走査して、磁気的変化を検出
して加工の状態を評価するとか加工物の寿命を判定する
方法。7. When processing a magnetic material, a magnetic detector is scanned according to its shape after processing, and a magnetic change is detected to evaluate the state of processing or to determine the life of the workpiece. Method.
時、もしくは加工後に工具の磁気的性質の加工始めとの
変化を検出して、工具の切削状態、寿命を検知する切削
特性検出装置。8. Detecting cutting characteristics of a tool by detecting a change in magnetic properties of the tool from the start of processing during or after processing of a cutting tool (cutting, cutting, polishing, etc.) and detecting a cutting state and life of the tool. apparatus.
化として検知する上記請求項1及び2の基材の変化状態
検知装置。9. The apparatus according to claim 1, wherein a change in magnetic property is detected as a change in impedance.
Priority Applications (2)
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| JP34382896A JPH10185709A (en) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | Detecting method for change state of substrate |
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP34382896A JPH10185709A (en) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | Detecting method for change state of substrate |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10185709A true JPH10185709A (en) | 1998-07-14 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP34382896A Pending JPH10185709A (en) | 1996-12-24 | 1996-12-24 | Detecting method for change state of substrate |
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