(57)【要約】  【課題】  圧延設備などに用いられる駆動軸においても、その動作時での回転トルクを精度よくかつ常時検知して、駆動軸を監視することができる新たな技術的手段を提供する。  【解決手段】  駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する磁気抵抗変化部材１２ｃを駆動軸５０に設置される中間フランジ（被検出部）１に設ける。また、この中間フランジ１に対向配置されてその中間フランジ１を励磁する励磁面７ｐ、８ｐを備えた励磁部を設けるとともに、中間フランジ１に対向配置される検出面７ｑ、７ｒ、８ｑ、８ｒを有し、かつ上記被検出部と励磁部とともに駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部を設置する。【選択図】      図５
2006090856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動軸を監視する駆動軸監視装置であって、
前記駆動軸に設置されるフランジに設けられ、かつその駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部と、
前記被検出部に対向配置されてその被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、
前記被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ前記被検出部と前記励磁部とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部と
を備えていることを特徴とする駆動軸監視装置。
【請求項２】
駆動軸を監視する駆動軸監視装置であって、
前記駆動軸に設けられるとともに、かつその駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部と、
前記被検出部に対向配置されてその被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、
前記被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ前記被検出部と前記励磁部とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部とを備え、
前記被検出部は、磁化容易軸の磁化容易方向が所定方向に揃えられた磁気抵抗変化部材と、
前記磁気抵抗変化部材に対し、前記駆動軸の回転トルクに同調して変化する圧縮荷重を与えることにより、当該磁気抵抗変化部材の磁化容易方向を変化させる圧縮荷重付与部材とを具備していることを特徴とする駆動軸監視装置。
【請求項３】
前記被検出部において、第１及び第２の前記磁気抵抗変化部材が、前記駆動軸の周方向で前記圧縮荷重付与部材を挟むように配置されるとともに、
前記検出部には、前記励磁部と前記第１の磁気抵抗変化部材とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に第１の磁気回路を構成して、当該第１の磁気回路を流れる磁束を検出する第１の検出部と、
前記励磁部と前記第２の磁気抵抗変化部材とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に第２の磁気回路を構成して、当該第２の磁気回路を流れる磁束を検出する第２の検出部とが設けられていることを特徴とする請求項２に記載の駆動軸監視装置。
【請求項４】
前記励磁部及び前記検出部には、当該励磁部及び検出部を磁気的に結合する磁性部材が用いられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の駆動軸監視装置。
【請求項５】
駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部を当該駆動軸に設置されるフランジに設けた駆動軸監視装置のセンサ装置であって、
前記被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、
前記被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ前記被検出部と前記励磁部とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部と
を備えていることを特徴とする駆動軸監視装置のセンサ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延設備などに用いられる駆動軸を監視する駆動軸監視装置、及びこの監視装置に用いられるセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鉄鋼用圧延設備では、一端側が駆動モータの出力軸側に接続された駆動軸が設けられており、この駆動軸がその他端側に連結された圧延ローラを回転駆動することで鋼材に対する圧延処理が実施されている。このような圧延設備では、上記駆動軸が異常な回転動作をした場合、圧延処理中の鋼材の品質が大きく低下することから、当該駆動軸の回転トルクを常時監視することが要望されている。
一方、原動機や工作機械などの内部に組込まれる駆動軸では、その駆動制御を行うために、磁歪式センサや歪みゲージを用いたトルク検出装置によって当該駆動軸の回転トルクを検出することが提案されている。このような従来トルク検出装置には、例えば下記特許文献１に記載されているように、“ハ”の字状のパターンを有する被検出部としての磁歪材層を当該駆動軸の外周面に設け、上記磁歪式センサにより回転トルクに応じて変化する当該磁歪材層での透磁率の変化を測定してトルクを検知するものがある。また、従来装置には、下記非特許文献１に記載されているように、上記歪みゲージを含んだ検出部をフランジ状に形成して、このフランジ状検出部を駆動軸の途中部分に組込むことで回転トルクを検知するものがある。そこで、このような従来装置を圧延設備の駆動軸に使用することが考えられる。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−９５５８号公報（第４〜５頁、図３）
【非特許文献１】日刊工業新聞、日本、日刊工業新聞社、２００３年８月１４日、第６面
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のような磁歪式センサを用いた従来装置では、駆動軸の外周面全周を囲むように、当該駆動軸の外周外方に円環状の励磁コイルを設け、さらにはこの励磁コイルの外周外方に円環状の検出コイルを配置していた。そして、励磁コイルが上記被検出部を励磁し、検出コイルがトルク変化に伴って変化する被検出部での透磁率を検出することで駆動軸の回転トルクを検知していた。
ところが、圧延設備では、２本の上記駆動軸が上下に近接配置された状態で回転駆動されており、さらにこれらの各駆動軸では、その直径が小さいものでも８０ｃｍ程度と上記従来装置での原動機などに組込まれる駆動軸に比べて一桁以上サイズが大きいものであることから、上記のように励磁コイル及び検出コイルを二段重ねて駆動軸の外周外方に配置することは非常に困難であった。しかも、このような大型の駆動軸では、その交換作業等を実施する際に例えばワイヤを当該駆動軸の外周面に巻回して駆動軸を吊り上げる必要があり、当該駆動軸よりも大きい直径の二重のコイルを巻回した場合には、駆動軸の端部に連結された上記駆動モータ等を移動させる必要などが発生することから、この従来装置を適用することは実際上不可能であった。
【０００５】
また、歪みゲージを用いた従来装置では、そのゲージを含んだ検出部を駆動軸内に組込んで回転トルクに応じて生じる歪みを当該検出部にて検出することでトルク検知を行っていた。
ところが、圧延設備の駆動軸では、原動機などの駆動軸と異なり、正常な動作時でも数十（トン・メータ）の回転トルクが働くものであり、ミス圧延などの過負荷（異常）動作時には、百（トン・メータ）を超えるトルクが作用する。このため、このような高トルクに対しては、上記検出部は強度的に対応できず、それゆえ、この従来装置を適用することはできなかった。
以上のように、圧延設備などで使用される駆動軸では、大型で、しかも非常な高トルクで動力を伝達しているので、トルクセンサなどを常設することが難しく、このため、センサによる高精度な回転トルク検知及びこの検知結果を用いた駆動軸の常時監視を実施できなかった。
【０００６】
従って、本発明は、圧延設備などに用いられる駆動軸においても、その動作時での回転トルクを精度よくかつ常時検知して、駆動軸を監視することができる新たな技術的手段を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、駆動軸を監視する駆動軸監視装置であって、
前記駆動軸に設置されるフランジに設けられ、かつその駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部と、前記被検出部に対向配置されてその被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、前記被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ前記被検出部と前記励磁部とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部とを備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明のセンサ装置は、駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部を当該駆動軸に設置されるフランジに設けた駆動軸監視装置のセンサ装置であって、
前記被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、前記被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ前記被検出部と前記励磁部とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部とを備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
上記のように構成された駆動軸監視装置及びセンサ装置においては、駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部が当該駆動軸に設置されるフランジに設けられている。また、励磁部がその励磁面によって上記被検出部を励磁するとともに、検出部は被検出部及び励磁部とともに磁気回路を構成して、その検出面にて当該磁気回路を流れる磁束を検出する。これにより、上記被検出部の磁気抵抗が回転トルクに同調して変化すると、上記磁気回路の磁気抵抗もそのトルク変化に対応して変化し、その磁気回路を流れる磁束もまた回転トルク変化に応じて変動する。この結果、検出面を通る磁束が変動し、検出部が、その変動する磁束を検出することで駆動軸の回転トルクを検知することができる。また、磁気回路は駆動軸の外周面上の一部分に構成されるので、上記磁歪式センサを用いた従来例と異なり、励磁コイルや検出コイルを駆動軸の外周面全周を囲むよう配置する必要がない。さらに、検出部及びこれを含んだセンサ装置が被検出部と独立して設けられているので、歪みゲージを用いた従来例と異なり、回転トルクが非常な高トルクな場合でも、検出部は上記磁束変動を検出することができ、トルク検知を行うことができる。しかも、被検出部をフランジに設けているので、既設の駆動軸に対しても被検出部を簡単に取り付けることができるとともに、監視対象の駆動軸を変更する場合でも容易に対処することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の駆動軸監視装置は、駆動軸を監視する駆動軸監視装置であって、
前記駆動軸に設けられるとともに、かつその駆動軸の回転トルクに同調して歪むことにより、磁気抵抗が変化する被検出部と、前記被検出部に対向配置されてその被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、前記被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ前記被検出部と前記励磁部とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して、当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部とを備え、
前記被検出部は、磁化容易軸の磁化容易方向が所定方向に揃えられた磁気抵抗変化部材と、前記磁気抵抗変化部材に対し、前記駆動軸の回転トルクに同調して変化する圧縮荷重を与えることにより、当該磁気抵抗変化部材の磁化容易方向を変化させる圧縮荷重付与部材とを具備していることを特徴とするものである。
【００１１】
上記のように構成された駆動軸監視装置では、駆動軸に上記被検出部を設置している。また、この被検出部とともに駆動軸の外周面の一部分に磁気回路を構成する上記励磁部及び検出部を当該被検出部に独立して設けて、励磁部の励磁面によって上記被検出部を励磁し、かつ検出部の検出面にて当該磁気回路を流れる磁束を検出する。これにより、上記被検出部の磁気抵抗が回転トルクに同調して変化すると、上記磁気回路の磁気抵抗もそのトルク変化に対応して変化し、その磁気回路を流れる磁束もまた回転トルク変化に応じて変動する。この結果、検出面を通る磁束が変動し、検出部が、その変動する磁束を検出することで駆動軸の回転トルクを検知することができる。従って、回転トルクが非常な高トルクの場合でも、励磁コイルや検出コイルを駆動軸の外周面全周を囲むよう配置することなく、当該トルクを検知することができる。また、被検出部において、上記磁気抵抗変化部材の磁化容易方向が所定方向に揃えられているので、上記圧縮荷重付与部材からの圧縮荷重に応じた磁気抵抗の変化を最大限にすることができ、上記検出面を通る磁束の変化を大きくすることが可能となって回転トルクの検知精度をより高精度に行うことができる。
【００１２】
また、上記駆動軸監視装置では、前記被検出部において、第１及び第２の前記磁気抵抗変化部材が、前記駆動軸の周方向で前記圧縮荷重付与部材を挟むように配置されるとともに、
前記検出部には、前記励磁部と前記第１の磁気抵抗変化部材とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に第１の磁気回路を構成して、当該第１の磁気回路を流れる磁束を検出する第１の検出部と、前記励磁部と前記第２の磁気抵抗変化部材とともに前記駆動軸の外周面上の一部分に第２の磁気回路を構成して、当該第２の磁気回路を流れる磁束を検出する第２の検出部とが設けられていることが好ましい。
この場合、上記圧縮荷重付与部材は駆動軸の回転時に一方の磁気抵抗変化部材のみに、その回転トルクに応じた圧縮荷重を付与することとなり、上記第１及び第２の各磁気回路を流れる磁束の差を最大値にすることができ、回転トルクを高精度に検知することができる。また、第１及び第２の検出部における検出結果の差動処理を行うことにより、周囲温度の影響を相殺することができ、周囲温度の影響による回転トルクの検知精度の低下を防ぐことができる。さらには、一方の検出結果が他方の検出結果よりも必ず大きいものとなることから、その大小結果によって駆動軸の回転方向も検知可能となる。
【００１３】
また、上記駆動軸監視装置において、前記励磁部及び前記検出部には、当該励磁部及び検出部を磁気的に結合する磁性部材が用いられていることが好ましい。
この場合、上記磁性部材の内部に、励磁部及び検出部の各部における磁気回路が形成されることとなり、上記の各部において磁気回路を構成するための部材が磁性部材によって共用されることから、監視装置の部品点数を削減することができるとともに、励磁部及び検出部、ひいては監視装置の構成を簡単化することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、励磁コイルや検出コイルを駆動軸の外周面全周を囲むよう配置することなく、しかも検出部を含んだセンサ装置を駆動軸及びこれに設けられた被検出部と別個に構成して駆動軸の外周面上の一部分に形成される磁気回路を流れる磁束を検出することにて当該駆動軸の回転トルクを検知しているので、圧延設備などのトルクセンサを常設し難い大型で、非常な高トルクの駆動軸においても、その動作時での回転トルクを精度よくかつ常時検知することができ、当該駆動軸を常に監視することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の駆動軸監視装置の好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、圧延設備の駆動軸に適用した場合を例示して説明する。
【実施形態１】
【００１６】
図１及び図２は、それぞれ本発明の一実施形態に係る駆動軸監視装置の要部を示す平面図及び側面図である。図において、上記圧延設備の駆動軸５０では、圧延処理での衝撃を許容するなどのために、十字軸継手５３を介在させて複数の軸部が連結されている。すなわち、駆動軸５０は、駆動モータ側に接続される駆動軸部５１と、圧延ローラ側に接続される従動軸部５２と、これらの駆動軸部５１と従動軸部５２とを連結する上記十字軸継手５３とを備えており、従動軸部５２が駆動軸部５１に対し上下動するのを十字軸継手５３にて許容するようになっている。また、十字軸継手５３には、その十字軸の４つの各軸に装着されたベアリングカップ５３ａが設けられており、相異なる直線上の２つのベアリングカップ５３ａに対応する各軸部がボルトにて固定されることにより、駆動軸５０は十字軸継手５３をその内部に組込んだ状態でＲ方向（図１）に回転することによって駆動モータの回転力を圧延ローラ側に伝達する。また、圧延設備では、２本の駆動軸５０が上下方向で互いに平行に配置されており、各駆動軸５０に連結された２つの上記ローラ間にスラブ等を通すことで圧延処理を鋼材に施すよう構成されている。そして、駆動軸５０では、例えば駆動軸部５１に設けられた本発明の駆動軸監視装置により、当該駆動軸５０の動作状態が監視されるようになっている。
【００１７】
上記駆動軸監視装置は、駆動軸部５１に設置された被検出部としての中間フランジ１と、この中間フランジ１に対向するよう配置されたセンサ装置としてのセンサ部２と、ケーブル４を介してセンサ部２に接続されるとともに設置面上に配置されたデータ処理装置３とを備えている。
上記中間フランジ１は、駆動軸５０の軸方向に分離可能な第１及び第２のフランジ部材１１、１２を備えたものであり、上記駆動モータ側及び十字軸継手５３側にそれぞれ分割された駆動軸部５１の第１及び第２の軸端部５１ａ及び５１ｂの間に連結されて、軸端部５１ａから軸端部５１ｂにモータ回転力を伝達するように構成されている。つまり、中間フランジ１では、その一端部側は駆動軸５０の周方向に等配された例えば二つの連結キー５４ａにて上記軸端部５１ａの先端部分に形成されたフランジ部５１ａ１に接続されている。同様に、中間フランジ１の他端部側は周方向に等配された例えば二つの連結キー５４ｂにて上記軸端部５１ｂの先端部分に形成されたフランジ部５１ｂ１に接続されており、当該中間フランジ１は駆動軸部５１内に組込まれて従動軸部５２に回転力を伝えるようになっている。
【００１８】
また、上記中間フランジ１では、第１及び第２のフランジ部材１１、１２は駆動軸５０の周方向に等配に設けられた例えば八個のキー部材１３によって互いに連結されており、上記回転力はキー部材１３を介してフランジ部材１１からフランジ部材１２に伝達されるようになっている。
また、各キー部材１３は、駆動軸５０が回転したときにその回転トルクに同調して変化する圧縮荷重を後述の磁気抵抗変化部材に与える圧縮荷重付与部材としても機能するように構成されている。
【００１９】
図３を参照して、上記第１及び第２のフランジ部材１１、１２は、それぞれ円柱状基部１１ａ、１２ａを有しており、これら基部１１ａ、１２ａの突き合わせ部に上記キー部材１３用の取付穴が形成されるように、当該基部１１ａ、１２ａは構成されている。つまり、基部１１ａの図３（ａ）の右端面と基部１２ａの同図（ａ）の左端面とは凸凹状に形成されており、これらの基部１１ａ、１２ａが突き合わせられたときに駆動軸５０の外周面側に開口した上記取付穴が同軸周方向に４５度間隔で当該基部１１ａ、１２ａを跨るように形成される。そして、ブロック状の上記各キー部材１３が取付穴内に配置され、各キー部材１３は基部１１ａ、１２ａの少なくとも一方側に駆動軸５０の軸方向に設けられたボルト（図示せず）によって固定されている。
【００２０】
詳細には、上記第１のフランジ部材１１では、その基部１１ａの右端面上に図に右下がりの斜線部にて示す扇状の八枚の磁性プレート１１ｂが駆動軸５０の周方向に等配に設置されている。また、この基部１１ａの右端面側には、キー部材１３の左側端部が嵌め込まれる凹部１１ｃと、各凹部１１ｃを挟むように設けられた矩形状平面１１ｄとが形成されている。
また、上記第２のフランジ部材１２では、その基部１２ａの左端面上に設置された図に直線部にて示す矩形状の八枚の磁性プレート１２ｂが駆動軸５０の周方向に等配に設置されている。また、このフランジ部材１２は、各磁性プレート１２ｂを挟むよう基部左端面上に取り付けられた十六枚の磁気抵抗変化部材１２ｃ（図に右上がりの斜線部にて図示）を有している。そして、このフランジ部材１２では、磁性プレート１２ｂとこれを挟む二つの磁気抵抗変化部材１２ｃとにより、キー部材１３の右側部分が嵌め込まれる凹部が形成され、さらには、この凹部がフランジ部材１１の凹部１１ｃとで上記取付穴を形成するようになっている。
【００２１】
また、第２のフランジ部材１２には、二枚の磁気抵抗変化部材１２ｃの間に上記磁性プレート１１ｂと係合する扇状の凹部１２ｄが形成されており、第２のフランジ部材１２がキー部材１３によって第１のフランジ部材１１に連結されたときに、この凹部１２ｄ内に磁性プレート１１ｂが配置されている。さらに、これらのフランジ部材１１、１２が連結されているときには、磁気抵抗変化部材１２ｃはその端面が上記矩形状平面１１ｄに当接し、かつこの変化部材１２ｃの上記周方向の一方側及び他方側が磁性プレート１１ｂ及びキー部材１３にそれぞれ接触するようになっている。すなわち、中間フランジ１では、図３（ａ）に示したように、二枚の磁気抵抗変化部材１２ｃがキー部材１３及び磁性プレート１２ｂを周方向で挟むとともに、磁性プレート１１ｂをも同周方向で挟むように構成されている。
【００２２】
また、中間フランジ１では、磁気抵抗変化部材１２ｃが、例えば正の磁歪定数を有する鋼材（例えば、ＳＮＣＭ）によって構成されており、この変化部材１２ｃの磁区では、磁化容易軸の磁化容易方向が例えば上記周方向に揃えられている。磁気抵抗変化部材１２ｃでは、キー部材１３から回転トルクに同調した圧縮荷重が付与されることにより、その磁化容易方向が回転トルクに同調して方向変化を生じる。これにより、磁気抵抗変化部材１２では、その磁気抵抗が変化して、センサ部２が当該磁気抵抗変化を検出することでデータ処理装置３がその回転トルクを検知する（詳細は後述。）。
また、上記磁性プレート１１ｂ、１２ｂは、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ材）等の軟磁性材を用いたものであり、磁気抵抗変化部材１２ｃに磁気的に結合可能に構成されている。そして、これら磁性プレート１１ｂ、１２ｂは、磁気抵抗変化部材１２ｃとともに、上記被検出部側に適宜形成される磁気回路を構成するようになっている。但し、これらの磁性プレート１１ｂ、１２ｂでは、磁気抵抗変化部材１２ｃと異なり、駆動軸５０に回転トルクが発生してもキー部材１３から圧縮荷重を受けない。
また、基部１１ａ、１２ａ及びキー部材１３は、ＳＵＳ３０４等の非磁性構造材により構成されており、上記磁気回路を流れる磁束に影響を及ぼさないように構成されている。
【００２３】
上記センサ部２は、下端部側が設置面上に置かれた支持部材５（図２）により、駆動軸５０の外周外方に立設されている。また、このセンサ部２は、図４に示すように、一端側が開口した有底状の筐体２ａと、この筐体２ａの一端開口部側に設けられ、中間フランジ１の外周面上を転動する車輪２ｂとを具備している。
上記筐体２ａの内部には、上記ケーブル４が接続されるとともに、電源回路などを収納した二つの電源ユニット６と、一方のユニット６に図示を省略した配線にて接続された励磁コイル２１、検出コイル３１、３２が巻かれた磁性部材７と、他方のユニット６に図示を省略した配線にて接続された励磁コイル２２、検出コイル３３、３４が巻かれた磁性部材８とが収納されている。
【００２４】
また、上記筐体２ａの内部では、図５に二点鎖線にて示す第１及び第２の磁気回路Ｍ１、Ｍ２が、中間フランジ（被検出部）１と磁性部材７とを用いて、駆動軸５０の外周面上の一部分に形成されている。つまり、この筐体２ａの内部には、上記被検出部を励磁する第１の励磁部と、被検出部及び第１の励磁部とともに上記磁気回路Ｍ１を構成するとともに、この磁気回路Ｍ１内を流れる磁束を検出する第１の検出部と、被検出部及び第１の励磁部とともに上記磁気回路Ｍ２を構成するとともに、この磁気回路Ｍ２内を流れる磁束を検出する第２の検出部とが収納されている。
また、この筐体２ａの内部では、同図に二点鎖線にて示す第３及び第４の磁気回路Ｍ３、Ｍ４が、中間フランジ１と磁性部材８とを用いて、駆動軸５０の外周面上の一部分に形成されている。つまり、この筐体２ａの内部には、被検出部を励磁する第２の励磁部と、被検出部及び第２の励磁部とともに上記磁気回路Ｍ３を構成するとともに、この磁気回路Ｍ３内を流れる磁束を検出する第３の検出部と、被検出部及び第２の励磁部とともに上記磁気回路Ｍ４を構成するとともに、この磁気回路Ｍ４内を流れる磁束を検出する第４の検出部とが収納されている。
また、この筐体２ａは、ＳＳ材等の磁性材料により構成されており、駆動軸５０のＲ方向への回転動作に応じて中間フランジ１の外周面上での位置が移動する上記の各磁気回路Ｍ１〜Ｍ４に地磁気などの外部磁界の影響が極力生じないようになっている。
【００２５】
詳細には、上記磁性部材７は、例えば軟磁性材により構成されており、上記筐体２ａの内部で鉛直方向に配置された基部７ａを有し、この基部７ａが図示を省略した非磁性材製の固定部材によって筐体２ａに固定されることで磁性部材７全体が当該筐体２ａ内に取り付けられている。
また、磁性部材７には、図６も参照して、上記基部７ａの中央部、上側端部、及び下側端部から駆動軸５０の軸方向Ａと平行になるようにそれぞれ分岐された水平部７ｂ、７ｃ、７ｄと、水平部７ｃ、７ｄから上記軸方向Ａに対して所定角度で、かつ互いに離反するように斜めに延ばされた延設部７ｅ、７ｆとが設けられている。また、水平部７ｂと延設部７ｅ、７ｆの端部には、中間フランジ１側に突出する突出部７ｇ、７ｈ、７ｉがそれぞれ設けられている。また、突出部７ｇの中間フランジ１の外周面に対向配置される面は、上記第１の励磁部に含まれた第１の励磁面７ｐとして機能するよう構成されている。また、突出部７ｈ、７ｉの中間フランジ１の外周面に対向配置される面は、上記第１及び第２の検出部に含まれた第１及び第２の検出面７ｑ、７ｒとしてそれぞれ機能するよう構成されている。そして、磁性部材７では、基部７ａ、水平部７ｂ、７ｃ、延設部７ｅ、及び突出部７ｇ、７ｈの内部に第１の励磁部及び第１の検出部の各部における上記磁気回路Ｍ１が構成され、基部７ａ、水平部７ｂ、７ｄ、延設部７ｆ、及び突出部７ｇ、７ｉの内部に第１の励磁部及び第２の検出部の各部における上記磁気回路Ｍ２が構成されている。つまり、磁性部材７は、第１の励磁部及び第１の検出部を磁気的に結合し、かつ第１の励磁部及び第２の検出部を磁気的に結合して、その各部での磁気回路Ｍ１、Ｍ２の磁束が流れるヨーク部材として働くようになっている。
【００２６】
具体的には、上記水平部７ｂには、図５に示したように、交流電源２３に接続された励磁コイル２１が巻回されている。また、上記第１の励磁面７ｐは、中間フランジ１の磁性プレート１２ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃに対向配置されるようになっている。そして、交流電源２３から励磁コイル２１に交流電流が流されると、その電流に応じた磁束が水平部７ｂに発生して、第１及び第２の磁気回路Ｍ１、Ｍ２内を磁束が流れる。このように、第１の励磁面７ｐは、その対向している磁性プレート１２ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃに交流磁界を与えて中間フランジ（被検出部）１を励磁する。
以上のように、磁性部材７の水平部７ｂ及び突出部７ｇと、励磁コイル２１と、交流電源２３とが上記第１の励磁部を構成している。
【００２７】
また、上記水平部７ｃには、電圧計３５に接続された検出コイル３１が巻回され、水平部７ｄには、電圧計３６に接続された検出コイル３２が巻回されている。また、上記第１及び第２の検出面７ｑ、７ｒは、中間フランジ１の磁性プレート１１ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃに対向配置されるようになっている。
各電圧計３５、３６は、対応する水平部７ｃ、７ｄの内部を流れる磁束、つまり第１、第２の磁気回路Ｍ１、Ｍ２を流れる磁束（磁束密度）の変化によって誘起された誘起電圧を検出するようになっている。
【００２８】
詳細には、上記第１の励磁部が磁性プレート１２ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃを励磁して磁束が第１の磁気回路Ｍ１を流れると、その被検出部を通った磁束が第１の検出面７ｑ及び延設部７ｅを介して水平部７ｃに流れ込む。そして、検出コイル３１では、水平部７ｃ内を流れる磁束変化に応じた電圧が誘起され、その誘起電圧が電圧計３５にて検出される。
同様に、上記第１の励磁部が磁性プレート１２ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃを励磁して磁束が第２の磁気回路Ｍ２を流れると、その被検出部を通った磁束が第２の検出面７ｒ及び延設部７ｆを介して水平部７ｄに流れ込む。そして、検出コイル３２では、水平部７ｄを流れる磁束変化に応じた電圧が誘起され、その誘起電圧が電圧計３６にて検出される。
以上のように、磁性部材７の水平部７ｃ、延設部７ｅ、及び突出部７ｈと、検出コイル３１と、電圧計３５とが上記第１の検出部を構成し、磁性部材７の水平部７ｃ、延設部７ｆ、及び突出部７ｉと、検出コイル３２と、電圧計３６とが上記第２の検出部を構成している。
【００２９】
また、磁性部材７では、当該磁性部材７が中間フランジ１の外周面に対向配置されたときに、フラットに構成された第１の励磁面７ｐと第１及び第２の検出面７ｑ、７ｒが鉛直方向に平行に、かつ上記外周面に対し同一の離間寸法（ギャップ）にて配置されるように構成されている。そして、この磁性部材７と中間フランジ１においては、同一の磁路長を有する上記磁気回路Ｍ１、Ｍ２が形成されるようになっている。
また、磁性部材７では、第１の検出面７ｑはキー部材１３に対し駆動軸５０の回転方向Ｒ側に設けられた磁性プレート１２ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃに対向配置するよう構成され、第２の検出面７ｒはキー部材１３に対し駆動軸５０の回転方向Ｒと反対側に設けられた磁性プレート１２ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃに対向配置するよう構成されている。これにより、回転トルクに応じた圧縮荷重が磁気抵抗変化部材１２ｃに与えられたときに、磁気回路Ｍ１のみ、その磁気抵抗が減少するようになっている（詳細は後述。）。
【００３０】
また、磁性部材８は、磁性部材７と同様に、例えば軟磁性材により構成されており、上記筐体２ａの内部で鉛直方向に配置された基部８ａを有し、この基部８ａが図示を省略した非磁性材製の固定部材によって筐体２ａに固定されることで磁性部材８全体が当該筐体２ａ内に取り付けられている。
また、磁性部材８には、図５に示すように、上記基部８ａの中央部、上側端部、及び下側端部から駆動軸５０の軸方向Ａと平行になるようにそれぞれ分岐された水平部８ｂ、８ｃ、８ｄと、水平部８ｃ、８ｄから上記軸方向Ａに対して所定角度で、かつ互いに離反するように斜めに延ばされた延設部８ｅ、８ｆとが設けられている。また、水平部８ｂと延設部８ｅ、８ｆの端部には、中間フランジ１側に突出する突出部８ｇ、８ｈ、８ｉがそれぞれ設けられている。また、突出部８ｇの中間フランジ１の外周面に対向配置される面は、上記第２の励磁部に含まれた第２の励磁面８ｐとして機能するよう構成されている。また、突出部８ｈ、８ｉの中間フランジ１の外周面に対向配置される面は、上記第３及び第４の検出部に含まれた第３及び第４の検出面８ｑ、８ｒとしてそれぞれ機能するよう構成されている。そして、磁性部材８では、基部８ａ、水平部８ｂ、８ｃ、延設部８ｅ、及び突出部８ｇ、８ｈの内部に第２の励磁部及び第３の検出部の各部における上記磁気回路Ｍ３が構成され、基部８ａ、水平部８ｂ、８ｄ、延設部８ｆ、及び突出部８ｇ、８ｉの内部に第２の励磁部及び第４の検出部の各部における上記磁気回路Ｍ４が構成されている。つまり、磁性部材８は、第２の励磁部及び第３の検出部を磁気的に結合し、かつ第２の励磁部及び第４の検出部を磁気的に結合して、その各部での磁気回路Ｍ３、Ｍ４の磁束が流れるヨーク部材として働くようになっている。
【００３１】
具体的には、上記水平部８ｂには、図５に示したように、交流電源２４に接続された励磁コイル２２が巻回されている。また、上記第２の励磁面８ｐは、中間フランジ１の磁性プレート１１ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃに対向配置されるようになっている。そして、交流電源２４から励磁コイル２２に交流電流が流されると、その電流に応じた磁束が水平部８ｂに発生して、第３及び第４の磁気回路Ｍ３、Ｍ４内を磁束が流れる。このように、第２の励磁面８ｐは、その対向している磁性プレート１１ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃに交流磁界を与えて中間フランジ（被検出部）１を励磁する。
以上のように、磁性部材８の水平部８ｂ及び突出部８ｇと、励磁コイル２２と、交流電源２４とが上記第２の励磁部を構成している。
【００３２】
また、上記水平部８ｃには、電圧計３７に接続された検出コイル３３が巻回され、水平部８ｄには、電圧計３８に接続された検出コイル３４が巻回されている。また、上記第３及び第４の検出面８ｑ、８ｒは、中間フランジ１の磁性プレート１２ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃに対向配置されるようになっている。
各電圧計３７、３８は、対応する水平部８ｃ、８ｄの内部を流れる磁束、つまり第３、第４の磁気回路Ｍ３、Ｍ４を流れる磁束（磁束密度）の変化によって誘起された誘起電圧を検出するようになっている。
【００３３】
詳細には、上記第２の励磁部が磁性プレート１１ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃを励磁して磁束が第３の磁気回路Ｍ３を流れると、その被検出部を通った磁束が第３の検出面８ｑ及び延設部８ｅを介して水平部８ｃに流れ込む。そして、検出コイル３３では、水平部８ｃ内を流れる磁束変化に応じた電圧が誘起され、その誘起電圧が電圧計３７にて検出される。
同様に、上記第２の励磁部が磁性プレート１１ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃを励磁して磁束が第４の磁気回路Ｍ４を流れると、その被検出部を通った磁束が第４の検出面８ｒ及び延設部８ｆを介して水平部８ｄに流れ込む。そして、検出コイル３４では、水平部８ｄを流れる磁束変化に応じた電圧が誘起され、その誘起電圧が電圧計３８にて検出される。
以上のように、磁性部材８の水平部８ｃ、延設部８ｅ、及び突出部８ｈと、検出コイル３３と、電圧計３７とが上記第３の検出部を構成し、磁性部材７の水平部８ｃ、延設部８ｆ、及び突出部８ｉと、検出コイル３４と、電圧計３８とが上記第４の検出部を構成している。
【００３４】
また、磁性部材８では、当該磁性部材８が中間フランジ１の外周面に対向配置されたときに、フラットに構成された第２の励磁面８ｐと第３及び第４の検出面８ｑ、８ｒが鉛直方向に平行に、かつ上記外周面に対し同一の離間寸法（ギャップ）にて配置されるように構成されている。そして、この磁性部材８と中間フランジ１においては、同一の磁路長を有する上記磁気回路Ｍ３、Ｍ４が形成されるようになっている。また、これら磁気回路Ｍ３、Ｍ４での磁路長は、上記磁気回路Ｍ１、Ｍ２のものと同一長さに構成されている。
また、磁性部材８では、第３の検出面８ｑはキー部材１３に対し駆動軸５０の回転方向Ｒ側に設けられた磁性プレート１１ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃに対向配置するよう構成され、第４の検出面８ｒはキー部材１３に対し駆動軸５０の回転方向Ｒと反対側に設けられた磁性プレート１１ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃに対向配置するよう構成されている。これにより、回転トルクに応じた圧縮荷重が磁気抵抗変化部材１２ｃに与えられたときに、磁気回路Ｍ３のみ、その磁気抵抗が減少するようになっている（詳細は後述。）。
【００３５】
さらに、この磁性部材８は、図５に示したように、磁性部材７に対して１８０度回転させた状態で筺体２ａ内に取り付けられており、しかも上記第１の励磁面７ｐが磁性プレート１２ｂ及び磁気抵抗変化部材１２ｃに対向せずに、フランジ部材１２での二つの磁気抵抗変化部材１２ｃ間の部分に対向しているときに、第２の励磁面８ｐは磁性プレート１１ｂ又は磁気抵抗変化部材１２ｃに必ず対向するようになっている。これにより、センサ部２では、上記第１及び第２の検出部と第３及び第４の検出部との一方の検出部が磁束を検出できないときに、他方の検出部が磁束を検出して回転トルクを常時検知できるよう構成されている。
【００３６】
図２に戻って、上記データ処理装置３は、例えばパネルコンピュータにより構成されたものであり、ＣＰＵ等により構成された検知部３ａ及び制御部３ｂと、不揮発性メモリを用いて構成されるとともに、検知部３ａ及び制御部３ｂで使用されるプログラム等のデータや検知部３ａの検知結果等の情報を記憶する記憶部３ｃとを備えている。
上記検知部３ａには、検出コイル３１〜３４（図５）からの各電圧信号が入力されており、その各電圧値（誘起電圧値）を求める対応する上記電圧計３５〜３８（図５）が例えばソフトウェアにより機能的に設けられている。そして、検知部３ａは、検出した誘起電圧値に基づいて、駆動軸５０の回転トルクを検知する。具体的には、検知部３ａは上記電圧計３５、３６の検出電圧値の差動処理または電圧計３７、３８の検出電圧値の差動処理を行い、駆動軸５０の回転トルクを検知するように構成されている。
【００３７】
詳細には、検知部３ａは、電圧計３５の検出結果である第１の磁気回路Ｍ１を流れる磁束によって生じた誘起電圧値と、電圧計３６の検出結果である第２の磁気回路Ｍ２を流れる磁束によって生じた誘起電圧値との差を求める。そして、検知部３ａは、その差動処理後のデータ値を基に記憶部３ｃ内に予め格納されているテーブルなどを参照することにより、上記差動処理後のデータ値と相関関係を有する、圧延処理中の駆動軸５０の回転トルク値を取得するようになっている。
同様に、検知部３ａは、電圧計３７の検出結果である第３の磁気回路Ｍ３を流れる磁束によって生じた誘起電圧値と、電圧計３８の検出結果である第４の磁気回路Ｍ４を流れる磁束によって生じた誘起電圧値との差を求める。そして、検知部３ａは、その差動処理後のデータ値を基に記憶部３ｃ内に予め格納されているテーブルなどを参照することにより、上記差動処理後のデータ値と相関関係を有する、圧延処理中の駆動軸５０の回転トルク値を取得するようになっている。
【００３８】
上記制御部３ｂには、検知部３ａが検知した回転トルク値に基づいて、駆動軸５０の回転動作に異常が生じているか否かについて判別する機能が与えられている。つまり、回転トルク値が予め設定されている許容上限値を越える場合には、制御部３ｂは、駆動軸５０において、上記圧延ローラ間の設定寸法よりも大きい寸法の鋼材が当該ローラ間に流されるミス圧延などの過負荷運転が行われていると判断して、トルクリミッタ等の保護機器に指示信号を出力して上記駆動モータを緊急停止させる。また、回転トルク値が予め設定されている許容下限値よりも小さい場合には、制御部３ｂは、駆動軸５０におけるモータ回転力の伝達経路上の構成部材の部分に、クラックなどが生じて当該モータ回転力が正常に伝達されていない（つまり、駆動軸５０にトルク抜けが生じている）と判断して、上記駆動モータを緊急停止させる。
以上のようにデータ処理装置３では、圧延処理中の駆動軸５０の回転トルクを基にその回転動作の異常を検知してモータを停止させることから、圧延鋼材品の品質低下を早期に防ぐことができる。
【００３９】
また、データ処理装置３では、記憶部３ｃが回転トルク値を蓄積するようになっており、制御部３ｂがこの蓄積データを基に駆動軸５０の疲労（経年劣化）の程度を判別して、その破損前兆などを判断するようになっている。
また、この処理装置３では、制御部３ｂは検知部３ａが検知した誘起電圧値や回転トルク値あるいはそれらの各波形さらには記憶部３ｃ内に格納されている異常検知の日時などを含む履歴情報等を図示しない表示部に表示させるよう構成されている。
さらに、この処理装置３は、双方向通信が可能な通信回線によって圧延設備から離れた監視室内などに設置されたＰＣ等の情報処理端末に接続可能に構成されており、この端末に駆動軸５０の回転トルク値などのデータを転送可能になっている。
【００４０】
以下、上記のように構成された本実施形態の駆動軸監視装置の動作について、図１〜図８を参照して説明する。
駆動軸５０が無負荷状態でＲ方向に回転駆動されているとき、つまり上記圧延ローラ間に処理対象の鋼材が流されておらず圧延処理が行われていないときには、各キー部材１３（被検出部）では駆動軸５０の回転トルクに同調した歪みがほとんど発生していない。従って、各キー部材１３と上記Ｒ方向（駆動軸５０の回転方向）で接する磁気抵抗変化部材１２ｃ（被検出部）には、当該キー部材１３から圧縮荷重がほとんど与えられない。このため、磁気抵抗変化部材１２ｃでは、上記圧縮荷重による歪み（弾性変形）が殆ど生じておらず、その磁化容易軸の磁化容易方向Ｍｅは、図７（ａ）に示すように、予め揃えられた駆動軸の周方向Ｃと平行な方向で維持されて、磁化容易軸に方向変化が生じていない。それ故、磁気抵抗変化部材１２ｃでは、磁気抵抗が変化しておらず、上記磁気回路Ｍ１とＭ２、Ｍ３とＭ４でそれぞれ磁気抵抗が同じ値となる。この結果、磁性部材７側では、その励磁コイル２１からの交流磁界による磁束が磁気回路Ｍ１、Ｍ２に均等に分けられて、電圧計３５、３６にて検出される誘起電圧値も同じ値を示す。また、これらの各誘起電圧値の波形も交流電源２３の周波数に応じて正弦波的に変化する同一波形となる。同様に、磁性部材８側では、その励磁コイル２２からの交流磁界による磁束が磁気回路Ｍ３、Ｍ４に均等に分けられて、電圧計３７、３８にて検出される誘起電圧値も同じ値を示す。また、これらの各誘起電圧値の波形も交流電源２４の周波数に応じて正弦波的に変化する同一波形となる。この結果、検知部３ａは、圧延処理が実施されていないときでの所定の回転トルク値を記憶部３ｃから読み出して、作業者に通知する。
【００４１】
続いて、上記圧延ローラ間に鋼材が供給されて圧延処理が開始されると、各キー部材１３にはその圧延処理に伴って大きく増加する駆動軸５０の回転（ねじり）トルクによって圧縮応力が作用して、この圧縮応力に応じた歪み（弾性変形）が発生する。そして、各キー部材１３での弾性変形が上記Ｒ方向で隣接する磁気抵抗変化部材１２ｃに対して圧縮荷重として作用する。これにより、磁気抵抗変化部材１２ｃでは、作用した圧縮荷重に応じて歪みが発生し、当該磁気抵抗変化部材１２ｃの磁化容易軸ではその歪みに応じて方向が変化する。つまり、磁化容易方向Ｍｅは周方向Ｃに対し傾斜するようになり、図７（ｂ）に例示するように、最大９０度傾いて、対応する磁気回路を流れる磁束の方向（図７に点線の矢印で図示）に対して平行となるように変化する。このように、磁化容易方向Ｍｅが傾くと、磁気抵抗変化部材１２ｃでは、その方向変化に比例して透磁率が大きくなり磁気抵抗が減少する。
【００４２】
また、各キー部材１３からの圧縮荷重は、上記Ｒ方向で隣接する磁気抵抗変化部材１２ｃだけに付与されることから、磁性部材７側の磁気回路Ｍ１、Ｍ２のうち、磁気回路Ｍ１に含まれた磁気抵抗変化部材１２ｃの磁気抵抗が減少し、磁気回路Ｍ２に含まれた磁気抵抗変化部材１２ｃの磁気抵抗は変化しない。このため、磁気回路Ｍ２での磁気抵抗は変化せずに、磁気回路Ｍ１での磁気抵抗だけが小さくなってその磁気回路Ｍ１を流れる磁束が磁気回路Ｍ２を流れる磁束よりも多くなる。この結果、電圧計３５にて検出される誘起電圧値の波形は、図８（ａ）に実線の波形６１にて示すように、同図（ａ）に点線にて示す電圧計３６での波形６２に比べて大きいものとなる。
同様に、磁性部材８側の磁気回路Ｍ３、Ｍ４のうち、磁気回路Ｍ３に含まれた磁気抵抗変化部材１２ｃの磁気抵抗が減少し、磁気回路Ｍ４に含まれた磁気抵抗変化部材１２ｃの磁気抵抗は変化しない。このため、磁気回路Ｍ４での磁気抵抗は変化せずに、磁気回路Ｍ３での磁気抵抗だけが小さくなってその磁気回路Ｍ３を流れる磁束が磁気回路Ｍ４を流れる磁束よりも多くなる。この結果、電圧計３７にて検出される誘起電圧値の波形は、図８（ｂ）に実線の波形６３にて示すように、同図（ｂ）に点線にて示す電圧計３８での波形６４に比べて大きいものとなる。
【００４３】
そして、検知部３ａでは、電圧計３５の検出電圧値から電圧計３６の検出電圧値を引き算する差動処理を行って、図８（ａ）に“Ｔａ”にて示す差の値を求める。そして、検知部３ａは、この求めた値を基に記憶部３ｃを参照して回転トルク値を取得して、作業者に通知する。
また、駆動軸５０の回転動作に応じて、磁性部材７の第１の励磁面７ｐが磁性プレート１２ｂ及び磁気抵抗変化部材１２ｃに対向しなくなると、この磁性部材７側の磁気回路Ｍ１、Ｍ２は中間フランジ１上で形成されなくなり、電圧計３５、３６の検出電圧値もほぼ零となる。一方、磁性部材８側では、上記励磁面７ｐが磁性プレート１２ｂ及び磁気抵抗変化部材１２ｃに対向しなくなった時点で、第２の励磁面８ｐが磁性プレート１１ｂ及び磁気抵抗変化部材１２ｃに対向し、中間フランジ１上で磁気回路Ｍ３、Ｍ４が形成される。そして、検知部３ａが、電圧計３７の検出電圧値から電圧計３８の検出電圧値を引き算する差動処理を実施し、その差の値“Ｔｂ”を基に回転トルク値を検知し作業者に通知する。
【００４４】
上記のように、検知部３ａは、第１及び第２の検出部の差動処理結果と第３及び第４の検出部の差動処理結果とを相補的に用いて回転トルク値を取得しているので、回転トルク値を取得不能な短い時間帯が駆動軸５０の監視中に生じるのを防ぐことができ、当該駆動軸５０に対するリアルタイムな監視をより確実に行うことが可能となる。
また、上記のように、駆動軸５０の回転トルクの増加に伴い、その回転方向側の第１及び第３の検出部の検出結果だけが増加するので、検知部３ａが例えば第１及び第２の検出部の検出結果の大小比較を行うことで、駆動軸の回転方向も検知することができる。
【００４５】
以上のように構成された本実施形態では、磁気抵抗変化部材１２ｃと、この磁気抵抗変化部材１２ｃに対し駆動軸５０の回転トルクに同調して変化する圧縮荷重を付与するキー部材（圧縮荷重付与部材）１３とを駆動軸部５１に設置される中間フランジ（被検出部）１に設けている。そして、この被検出部において、磁気抵抗変化部材１２ｃの磁気抵抗が上記回転トルクに応じて変化するよう構成している。また、磁性部材７、８に巻回した励磁コイル（励磁部）２１、２２によって上記被検出部を励磁し、さらに磁性部材７、８にそれぞれ検出コイル（検出部）３１、３２及び３３、３４を巻回することにより、上記被検出部、励磁部、及び検出部にて構成される磁気回路Ｍ１〜Ｍ４を駆動軸５０の外周面上の一部分に構成している。そして、上記検出部が、各磁気回路Ｍ１〜Ｍ４を流れる磁束に応じて生じる誘起電圧を検出し、検知部３ａが、上記回転トルクに同調して変化する上記誘起電圧を基に当該回転トルクを検知している。このように、励磁コイル２１、２２や検出コイル３１〜３４を駆動軸５０の外周面全周を囲むよう配置することなく、駆動軸５０の回転トルクを検知できるので、上記磁歪式センサを用いた従来例と異なり、圧延設備などに用いられる大型の駆動軸においても、その動作時での回転トルクを精度よくかつ常時検知して駆動軸を監視することができる。また、検出部及びこれを含んだセンサ部（センサ装置）２が中間フランジ１と独立して設けられているので、検出部を含んだセンサ部を駆動軸５０の回転トルクの大きさに関わりなく構成することができ、このトルクに応じて検出部等の構造強度を高める必要もない。この結果、歪みゲージを用いた上記従来例と異なり、回転トルクが非常な高トルクな場合でも、検出部は上記磁束変動を検出することができ、トルク検知を行うことができる。しかも、中間フランジ１に被検出部を設けているので、既設の駆動軸に対しても当該被検出部を簡単に取り付けることができ、監視対象の駆動軸を変更する場合でも容易に対処することが可能となる。
【実施形態２】
【００４６】
図９は、別の実施形態に係る駆動軸監視装置の要部を示す拡大平面図である。図において、本実施形態と上記実施形態との主な相違点は、交流電源に代えて、直流電源を用いるとともに、検出コイルに代えて、磁気センサを設けた点である。
図９に示すように、本実施形態では、上記磁性部材７側に設けられた励磁コイル２１に直流電源２５が接続されており、励磁部が所定の直流磁界を中間フランジ（被検出部）１に与えるように構成されている。また、この磁性部材７の水平部７ｃ、７ｄの上方には、磁気センサ４１及び４２がそれぞれ設けられている。これらの磁気センサ４１、４２は、例えばＭＩ（Magnet Impedance）センサにより構成されたものであり、上記第１及び第２の磁気回路Ｍ１、Ｍ２を流れる磁束を高感度に検出して、その検出信号を検出器４５及び４６にそれぞれ出力するようになっている。また、これら検出器（電流計）４５、４６は上記検知部３ａに例えばソフトウェアにて機能的に設けられたものであり、当該検知部３ａは磁気センサ４１、４２から出力された検出磁束値（検出ガウス値）に対して差動処理を行い、その差動処理後の値に基づき駆動軸５０の回転トルク値を検知する。
【００４７】
同様に、上記磁性部材８側の励磁コイル２２には直流電源２５が接続されており、励磁部が所定の直流磁界を中間フランジ（被検出部）１に与えるように構成されている。また、この磁性部材８の水平部８ｃ、８ｄの上方には、例えばＭＩセンサによって構成された磁気センサ４３及び４４がそれぞれ設けられており、上記第３及び第４の磁気回路Ｍ３、Ｍ４を流れる磁束を高感度に検出して、その検出信号を検出器４７及び４８にそれぞれ出力するようになっている。また、これら検出器（電流計）４７、４８は上記検知部３ａに例えばソフトウェアにて機能的に設けられたものであり、当該検知部３ａは磁気センサ４３、４４から入力した検出磁束値（検出ガウス値）に対して差動処理を行い、その差動処理後の値に基づき駆動軸５０の回転トルク値を検知する。
【００４８】
具体的にいえば、駆動軸５０が上記無負荷状態でＲ方向に回転駆動されているときには、全ての上記磁気抵抗変化部材１２ｃでの磁気抵抗は変化しておらず、第１及び第２の磁気回路Ｍ１、Ｍ２並びに第３及び第４の磁気回路Ｍ３、Ｍ４では各々同じ値の磁束が流れる。このため、各検出器４５〜４８での検出磁束値は、中間フランジ１上の対応する磁気回路Ｍ１、Ｍ２またはＭ３、Ｍ４が形成されたときに、所定のガウス値を示す。つまり、上記第１または第２の励磁面７ｐ、８ｐが、中間フランジ１に設けられた磁気回路構成部材（すなわち、磁性プレート１１ｂ、１２ｂ及び磁気抵抗変化部材１２ｃ）に対向したときのみに、対応する磁気回路Ｍ１、Ｍ２または第３及び第４の磁気回路Ｍ３、Ｍ４が当該中間フランジ１上に形成され、その回路を流れる磁束が上記第１及び第２の検出部または第３及び第４の検出部にて検出されて、検出器４５、４６または検出器４７、４８に同一のガウス値にて示される。また、このように、これら検出器４５、４６及び検出器４７、４８ではそれぞれ同一の検出結果となることから、検知部３ａが上記差動処理を行うと、その処理後の値は零となり、それ故、検知部３ａは圧延処理が実施されていないときでの所定の回転トルク値を記憶部３ｃから読み出して、作業者に通知する。
【００４９】
続いて、上記圧延ローラ間に鋼材が供給されて圧延処理が開始されると、上記実施形態の場合と同様に、磁気抵抗変化部材１２ｃに加えられるキー部材１３からの圧縮荷重は、駆動軸５０の回転トルクに応じて増加するので、当該磁気抵抗変化部材１２ｃでの磁化容易軸ではその回転トルクに応じて方向が変化する。この結果、磁気抵抗変化部材１２ｃでは、その方向変化に比例して透磁率が大きくなり磁気抵抗が減少する。また、この磁気抵抗の減少は、磁気回路Ｍ１、Ｍ３に含まれた磁気抵抗変化部材１２ｃのみに発生し、磁気回路Ｍ２、Ｍ４に含まれた磁気抵抗変化部材１２ｃには生じないので、検出器４５にて検出される検出磁束値の波形は、図１０（ａ）に実線の波形７１にて示すように、同図（ａ）に点線にて示す電圧計４６での波形７２に比べて大きいものとなる。また、検出器４７にて検出される検出磁束値の波形は、図１０（ｂ）に実線の波形７３にて示すように、同図（ｂ）に点線にて示す電圧計４８での波形７４に比べて大きいものとなる。
そして、検知部３ａが、検出器４５、４６の各検出結果についての差動処理及び検出器４７、４８の各検出結果についての差動処理を順次行うことで、図１０（ａ）に“ｔａ”にて示す差の値及び同図（ｂ）に“ｔｂ” にて示す差の値をそれぞれ求めて、検知部３ａは、これらの値を基に記憶部３ｃを参照して回転トルク値を取得し、作業者に通知する。
【００５０】
以上のように、本実施形態では、駆動軸５０の全周周りに励磁コイルや検出コイルを設けることなく、かつ中間フランジ（被検出部）１と別に構成した検出部及びこれを含んだセンサ部（センサ装置）２によって当該駆動軸５０の回転トルクを検知することができるので、上記実施形態１と同様な効果を奏することができる。また、磁気センサ４１〜４４が対応する磁気回路Ｍ１〜Ｍ４を流れる磁束を高感度に検出することができるので、当該磁気回路Ｍ１〜Ｍ４での磁束変化を精度よく検出して回転トルクも高精度に検知することが可能となる。尚、上記の説明以外に、ホール素子やＭＲセンサ等の他の磁気センサによって各磁気回路を流れる磁束を検出する構成でもよい。
【００５１】
尚、上記の説明では、圧延設備の駆動軸に適用した場合について説明したが、本発明は駆動軸の回転トルクに同調して歪みを生じることにより、磁気抵抗が変化する被検出部を当該駆動軸に設置されるフランジに設けるとともに、この被検出部に対向配置されてその被検出部を励磁する励磁面を備えた励磁部と、被検出部に対向配置される検出面を有し、かつ被検出部と励磁部とともに駆動軸の外周面上の一部分に磁気回路を構成して当該磁気回路を流れる磁束を検出する検出部とを有するものであればよく、例えば製紙設備での紙巻き取りローラを駆動する駆動軸等の他の駆動軸の監視に本発明を用いることもできる。
【００５２】
また、上記の説明では、駆動軸部の軸端部を第１及び第２の軸端部に分割するとともに、各軸端部に設置したフランジ部の間に、第１及び第２のフランジ部材を有する被検出部としての中間フランジを配置した構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば駆動軸部の上記モータ側のフランジに被検出部を構成してもよい。また、従動軸部側に被検出部を含んだフランジを設置することも可能ではあるが、この従動軸部と異なり、圧延処理開始の際に上下動しない上記駆動軸部側に被検出部を設けることが好ましい。
【００５３】
また、上記の説明では、圧延ローラ側の第２のフランジ部材に磁気抵抗変化部材を設けるとともに、第１及び第２のフランジ部材の間に配置され、回転力を伝達するキー部材を上記磁気抵抗変化部材に圧縮荷重を付与する圧縮荷重付与部材として用いた構成について説明したが、本発明の被検出部は磁気抵抗変化部材と圧縮荷重付与部材とを備えたものであればよく、例えば上記フランジ部材間で動力伝達を行うキー部材と別個に設けた圧縮荷重付与部材により、駆動モータ側の第１のフランジ部材に設置した磁気抵抗変化部材に駆動軸の回転トルクに応じた荷重を与える構成でもよい。また、上記磁気抵抗変化部材及び圧縮荷重付与部材の少なくとも一方をフランジ以外の駆動軸の部分に設ける構成でもよい。但し、上記のように、キー部材を圧縮荷重付与部材と兼用させた場合の方が、被検出部の部品点数を削減できる点で好ましい。
【００５４】
また、上記の説明では、磁気抵抗変化部材での磁化容易方向を周方向に揃える構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、軸方向に磁化容易方向を揃えてもよく、また励磁部が与える磁界の大きさなどによっては磁化容易方向を揃えることなく、回転トルクを検知することもできる。但し、上記のように、所定方向に予め揃える場合の方が、被検出部での回転トルクに同調した磁気抵抗変化を大きくして、トルク検知をより高精度に行える点で好ましい。
また、上記の説明では、磁気抵抗変化部材を正の磁歪定数を有する鋼材により構成した場合について説明したが、本発明は上記圧縮荷重付与部材からの圧縮荷重により磁気抵抗が変化したことを上記検出面にて検出できるものであれば何等限定されるものではなく、例えば検出面に対向される表面のみに、磁歪定数が高い材料を装着したり、高磁歪膜をコーティングしたりする構成でもよい。
【００５５】
また、上記の説明では、第１及び第２の磁気回路を形成するための磁性部材と第３及び第４の磁気回路を構成するための磁性部材とをセンサ部に設けた構成について説明したが、本発明のセンサ部はこれに限定されるものではなく、回転トルクに応じて発生する圧縮荷重の大きさやその荷重による磁気抵抗変化の大きさ、あるいは検出コイル等の検出精度などによっては一つの磁気回路のみが形成されるようセンサ部を構成することもできる。但し、二つの検出部の検出結果を差動処理する場合の方が、各検出部での温度補正を自動的に行うことができ、回転トルクの検知精度を容易に向上できる点で好ましい。さらに、上記のように、四つの検出部を設け、二つの差動処理後の検出結果を相補的に用いる場合の方が回転トルクを取得不能な期間が生じるのを防げる点でより好ましい。
【００５６】
また、上記の説明では、磁性部材を用いて励磁部と検出部とを磁気的に結合した構成について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば励磁部、第１の検出部、及び第２の検出部をそれぞれ構成するための３つの磁性部材を使用して、これら磁性部材を磁気的に結合する構成でもよい。但し、上記のように、励磁部と検出部とを磁気的に結合した磁性部材を使用する場合の方が、部品点数が少なく簡単な構成のセンサ部（励磁部及び検出部）、ひいては監視装置を構成できる点で好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の一実施形態に係る駆動軸監視装置の要部を示す平面図である。
【図２】図１に示した駆動軸監視装置の要部を示す側面図である。
【図３】（ａ）は図１に示した中間フランジ（被検出部）の構成を示す側面図であり、（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ駆動軸の軸方向から見たときの第１及び第２のフランジ部材の構成を示す平面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】図４に示した駆動軸監視装置の要部を示す拡大平面図である。
【図６】（ａ）、（ｂ）、及び（ｃ）は、それぞれ図５に示した磁性部材の側面図、平面図、及び上面図である。
【図７】図５に示した磁気抵抗変化部材における磁区分布を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ磁気抵抗変化部材にねじり応力が作用していないとき及びねじり応力が作用しているときでの当該磁区分布の磁化容易方向を示す図である。
【図８】図５に示した各電圧計の検出波形を示すグラフであり、（ａ）は上記磁気抵抗変化部材にねじり応力が作用しているときでの第１及び第２の電圧計の具体的な検出波形を示すグラフであり、（ｂ）は上記磁気抵抗変化部材にねじり応力が作用しているときでの第３及び第４の電圧計の具体的な検出波形を示すグラフである。
【図９】別の実施形態に係る駆動軸監視装置の要部を示す拡大平面図である。
【図１０】図９に示した各検出器の検出波形を示すグラフであり、（ａ）は上記磁気抵抗変化部材にねじり応力が作用しているときでの第１及び第２の検出器の具体的な検出波形を示すグラフであり、（ｂ）は上記磁気抵抗変化部材にねじり応力が作用しているときでの第３及び第４の検出器の具体的な検出波形を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
１    中間フランジ（被検出部）
２    センサ部（センサ装置）
７、８    磁性部材（励磁部、検出部）
１１    第１のフランジ部材（被検出部）
１１ｂ    磁性プレート（被検出部）
１２    第２のフランジ部材（フランジ）
１２ｂ    磁性プレート（磁気回路構成部材）
１２ｃ    磁気抵抗変化部材
１３    キー部材（圧縮荷重付与部材）
２１、２２    励磁コイル（励磁部）
３１、３２、３３、３４    検出コイル（検出部）
２３、２４    交流電源（励磁部）
３５、３６、３７、３８    電圧計（検出部）
２５、２６    直流電源（励磁部）
４１、４２、４３、４４    磁気センサ（検出部）
４５、４６、４７、４８    検出器（検出部）
５０    駆動軸
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４    磁気回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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