(57)【要約】【課題】構造が簡素で、小型化を実現でき、応力測定時に出力をリアルタイムで検出する必要のない感圧センサと、かかる感圧センサを用いた応力測定方法とを提供すること。【解決手段】核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末２（例えば、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末またはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末）と、磁性粉末２が充填される充填部材３とを備える感圧センサ１を用いる。この感圧センサ１を、対象物の応力測定部位に設置し、対象物が応力を受けた後で、磁性粉末２の磁気特性（例えば、保磁力）を測定する。【選択図】図１
2007178195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末と、前記磁性粉末が充填される充填部材とを備えていることを特徴とする、感圧センサ。
【請求項２】
前記充填部材は、その一部が開放されており、前記開放部に設けられ、外部からの応力を前記磁性粉末に伝達するための応力感知部を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の感圧センサ。
【請求項３】
前記磁性粉末が、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末またはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末であることを特徴とする、請求項１または２に記載の感圧センサ。
【請求項４】
前記請求項１〜３のいずれかに記載の感圧センサを対象物の応力測定部位に設置し、前記対象物が応力を受けた後で、前記磁性粉末の磁気特性を測定することを特徴とする、応力測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、感圧センサと、感圧センサを用いた応力測定方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、応力（または歪み）を感知するための感圧センサとしては、例えば、歪みゲージなどの、種々のセンサが知られている。
また、特許文献１には、構造の簡素化、小型化を図るための感圧センサとして、アモルファス磁性体からなるワイヤと、このアモルファスワイヤに磁界を生じさせるためのコイルとを備える応力測定センサが記載されている。
【０００３】
一方、自動車の運転者などを衝突時の衝撃から保護するためのエアバッグには、例えば、衝撃を感知する感圧センサとしての機械センサと、この機械センサで衝撃を感知したときに点火ピンを作動させるためのばねとを備える全機械式センサ、例えば、上記機械センサと、機械センサで感知された衝撃を電気信号に変換する素子と、その電気信号を所定の条件に基づいて演算し、点火ピンを作動させる着火信号を出力するための出力部とを備える電気機械式センサ、および、例えば、車両の減速度を電気信号として捉える加速度ピックアップ（例えば、ピエゾ素子など）と、その電気信号を所定の条件に基づいて演算し、上記着火信号を出力するための出力部とを備える電子式センサの、大別して３つのタイプのセンサが用いられている。
【特許文献１】特開平８−５４２９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、公知の感圧センサは、実際に応力が加わっているときにしか検出できず、すなわち、出力をリアルタイムで検出しなければならないことから、応力測定時に、測定機器と接続されていることが必要になる。そのため、これら公知の感圧センサは、例えば、衝突実験の実験車両に加わる応力の測定や、車両用エンジンのシリンダ内における圧力の測定のように、応力測定時に測定機器と接続することが困難な用途には不向きである。
【０００５】
また、エアバッグに用いられている公知の各種センサは、上記したいずれのタイプについても、構造が複雑で構成部品が多く、センサ自体が大きくなるという不具合がある。
そこで、本発明の目的は、構造が簡素で、小型化を実現でき、応力測定時に出力をリアルタイムで検出する必要のない感圧センサと、かかる感圧センサを用いた応力測定方法とを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の感圧センサは、核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末と、前記磁性粉末が充填される充填部材とを備えていることを特徴とする。
核形成型（ニュークリエーション型）の保磁力機構を有する磁性粉末は、応力を受けたときに磁化反転核を発生させることから、受けた応力の最大値が履歴として残留する。それゆえ、本発明の感圧センサでは、応力を受けた後、充填部材から磁性粉末を取り出して、その磁気特性を測定することにより、または、磁性粉末が充填部材に充填されたままの状態で、磁性粉末の磁気特性を充填部材ごと測定することにより、感圧センサが受けた最大応力を求めることができる。
【０００７】
しかも、本発明の感圧センサによれば、少なくとも、核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末と、前記磁性粉末が充填される充填部材とにより構成されることから、感圧センサの構造の簡素化、小型化を実現できる。
本発明に係る感圧センサにおいて、前記充填部材は、その一部が開放されており、前記開放部に設けられ、外部からの応力を前記磁性粉末に伝達するための応力感知部を備えていてもよい。
【０００８】
この場合、核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末や、かかる磁性粉末が充填される充填部材を損傷させることなく、応力感知部に対して加えられる一方向からの応力を確実に検知することができる。
本発明に係る感圧センサにおいては、前記磁性粉末が、Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系粉末またはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系粉末であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る応力測定方法は、本発明に係る感圧センサを対象物の応力測定部位に設置し、前記対象物が応力を受けた後で、前記磁性粉末の磁気特性を測定することを特徴とする。
本発明の応力測定方法によれば、感圧センサが受けた応力の最大値を、上記した磁性粉末の磁気特性に基づいて、すなわち、上記磁性粉末に残留した応力の履歴より求めることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の感圧センサによれば、構造を簡素にでき、また、小型化を図ることができる。
さらに、本発明の感圧センサによれば、感圧センサが応力を受けた後において、その応力の最大値を、上記磁性粉末に残留した履歴として測定することができる。
また、本発明の応力測定方法によれば、応力測定時に出力をリアルタイムで検出する必要がなく、感圧センサが応力を受けた後において、上記磁性粉末に残留した履歴より、感圧センサが受けた最大応力を求めることができる。そのため、本発明の応力測定方法は、応力測定時に、感圧センサに測定機器を接続することが困難な用途に、好適に用いることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の感圧センサに係る一実施形態であって、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は断面図を示す。
図１において、この感圧センサ１は、核形成型（ニュークリエーションタイプ）の保磁力機構を有する磁性粉末２と、磁性粉末２が充填される充填部材３とを備えている。
核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末２は、応力を受けたときに磁化反転核を発生し、その受けた応力の程度に応じて履歴が残留することを特徴としており、例えば、Ｓｍ２Ｆ１７Ｎ３などのＳｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末、例えば、Ｎｄ２Ｆｅ１４ＢなどのＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末などが挙げられる。
【００１２】
Ｓｍ−Ｆｅ−Ｎ系磁性粉末やＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁性粉末は、磁化反転核の形成による磁気特性の変化が顕著に現れることから、これらを磁性粉末２として用いることで、感圧センサの感度や測定精度を向上させることができる。また、酸化しにくさの観点からは、上記例示の磁性粉末のなかでも、特に、Ｓｍ２Ｆ１７Ｎ３が好ましい。
このようにして得られる磁性粉末２は、その粒子径が、特に限定されないが、単磁区粒子サイズであることが好ましく、具体的には、例えば、１〜３０μｍであることが好ましい。
【００１３】
磁性粉末２の使用量は、例えば、磁性粉末２の磁気特性を測定するための測定機器の能力に応じて、適宜設定すればよく、磁性粉末２の保磁力を計測できる使用量を確保すればよい。
充填部材３は、磁性粉末２を充填するための容器からなり、この感圧センサ１では、充填部材３は、例えば、一方が開口される有底円筒形状に形成されており、その開口部を閉鎖するように、応力感知部としての円板形状の蓋部４が設けられている。
【００１４】
充填部材３および蓋部４の形成材料は、磁性粉末２の磁気特性の測定方法に応じて、適宜選択される。
すなわち、例えば、磁性粉末２の磁気特性を、磁性粉末２を充填部材３から取り出して測定する場合には、充填部材３および蓋部４の形成材料は、応力測定時に応力が負荷されても、磁性粉末２の充填状態を保持できる剛性があればよく、磁性材料および非磁性材料のいずれでも、用いることができる。
【００１５】
この場合において、充填部材３および蓋部４の形成材料としては、具体的には、例えば、各種ステンレス鋼、各種炭素鋼、各種合金鋼、各種超硬材料（超硬合金材料）などが挙げられる。
一方、磁性粉末２の磁気特性を、磁性粉末２が充填部材３に充填されたままの状態で測定する場合、すなわち、磁性粉末２の磁気特性を充填部材３ごと測定する場合には、充填部材３および蓋部４の形成材料は、応力測定時に応力が負荷されても、磁性粉末２の充填状態を保持できる剛性があり、かつ、非磁性材料であることが要求される。
【００１６】
このような非磁性材料としては、例えば、オーステナイト系ステンレス鋼（具体的には、例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３０１、ＳＵＳ３０４Ｌ、ＳＵＳ３０５、ＳＵＳ３１６など。）、非磁性超硬材料、非磁性金属材料などが挙げられる。
充填部材３および蓋部４の厚みは、感圧センサ１の用途、測定される応力の程度に応じて適宜設定され、特に限定されないが、感圧センサ１の精度を向上させる観点からは、応力測定時に破損しない範囲において、極力薄いこと（すなわち、予測応力から計算される最小肉厚であること）が好ましい。
【００１７】
充填部材３は、具体的には、例えば、円柱状（丸棒）のステンレス鋼を、所定長さに切断した後、その内部を、旋盤などの切削加工により、所定深さまで掘り抜くことにより、形成することができる。また、蓋部４は、円柱状（丸棒）のステンレス鋼を、機械加工によって、充填部材３の内径に相当する円板形状に加工することにより、形成することができる。
【００１８】
そして、このような充填部材３に磁性粉末２が充填される。磁性粉末２を充填部材３に充填するには、特に制限されないが、例えば、充填部材３の内部を不活性ガス（例えば、アルゴンガス（Ａｒ）、窒素ガス（Ｎ２）など）で置換した後、上記した磁性粉末２を充填部材３の開口部から投入し、その後、蓋部４によって充填部材３の開口部を閉鎖する。これによって、磁性粉末２は、不活性ガスが封入された充填部材３の内部に密閉され、磁性粉末２の酸化が防止される。
【００１９】
なお、このような密閉を確実にするために、充填部材３の開口部において、充填部材３の内周面と蓋部４の外周面との間に、それらの間の隙間をシールするためのＯリングなどのシール部材を設けることもできる。
また、磁性粉末２として、酸化されにくい磁性粉末２、例えば、Ｓｍ２Ｆ１７Ｎ３などを用いる場合であって、感圧センサ１の作製から応力測定の終了までが短時間である場合には、不活性ガスを封入せずともよく、例えば、充填部材３の開口部から、上記した磁性粉末２をそのまま投入し、その後、蓋部４によって充填部材３の開口部を閉鎖するのみでもよい。
【００２０】
充填部材３の形状は、図１に示す円柱状に限定されるものではなく、感圧センサ１の用途に応じて、適宜設定することができる。なお、感圧センサ１の精度を向上させる観点からは（言い換えれば、感圧センサ１が外部から受けた応力を、磁性粉末２の磁気特性の変化（磁化反転核の形成）に直接的に作用させるためには）、単純な形状であることが好ましく、具体的には、上記した円柱状の他、角柱状、球状などが挙げられる。
【００２１】
なお、後述する応力測定方法において、磁性粉末２を充填部材３に充填したままで、磁性粉末２の磁気特性を測定する場合には、磁性粉末２は、単に充填部材３内で密閉されていればよく、それゆえ、蓋部４は設けられていなくてもよい。
そして、このようにして作製された感圧センサ１は、構造が簡素であって、小型化を図ることができる。
【００２２】
さらに、上記の感圧センサ１は、応力を受けた後において、その最大応力の値を、磁性粉末２に残留した履歴として測定することができる。それゆえ、上記感圧センサ１は、各種の応力測定に用いることができる。
次に、上記した感圧センサ１を用いる、本発明の応力測定方法の一実施形態について説明する。
【００２３】
この方法では、まず、感圧センサ１を、応力測定の対象物に、好ましくは、上記対象物のうち、その外部から応力を受ける部位に配置する。感圧センサ１の向きは、特に限定されないが、応力が加わる方向に充填部材３の蓋部４を配置することが好ましい。
このように配置すれば、磁性粉末２や充填部材３を損傷させることなく、蓋部４に対して加えられる一方向からの応力を確実に検知することができる。
【００２４】
例えば、車両の衝突実験において、実験車両が受ける応力を測定する場合には、測定対象である実験車両に感圧センサ１が取り付けられる。より具体的には、感圧センサ１は、例えば、フルラップ前面衝突試験やオフセット前面衝突試験においては、車両のボンネット、フロントガラス、ダッシュボード、運転席や助手席のダミー人形などに、例えば、側面衝突試験においては、運転席側や助手席側のドア、運転席や助手席のダミー人形などに、例えば、歩行者頭部保護性能試験においては、頭部インパクタなどに、それぞれ取り付けられる。
【００２５】
また、感圧センサ１の取り付けには、例えば、粘着テープなどを用いた貼付、接着剤を用いた接着などが挙げられる。
感圧センサ１の配置後、応力測定の対象物に、外部から応力を加える。
外部からの応力は、例えば、フルラップ前面衝突試験では、車両を障壁に正面衝突させることにより加えられる。オフセット前面衝突試験では、障壁に対し、車両の運転席側の一部が前面衝突するように衝突させることにより加えられる。側面衝突試験では、運転席側や助手席側のドアに対して車両を衝突させることにより加えられる。また、歩行者頭部保護性能試験では、頭部インパクタを車両のボンネットなどに発射させることにより加えられる。
【００２６】
次いで、感圧センサ１が応力を受けた後、磁性粉末２を、充填部材３から取り出し、または、充填部材３に充填したままで、その磁気特性を測定することにより、感圧センサ１に外部から加えられた最大応力を、磁性粉末２に残留した履歴より算出する。
磁性粉末２の磁気特性は、受けた応力に応じて、特定の関数に従って変化することから、これを測定することにより、感圧センサ１が受けた最大応力を求めることができる。
【００２７】
磁性粉末２の磁気特性としては、具体的には、磁性粉末２の保磁力（ＯｅまたはｋＡ／ｍ）などの磁化特性が挙げられる。
また、磁性粉末２の磁気特性は、例えば、充填部材３から取り出された磁性粉末２、または、磁性粉末２が充填された充填部材３を用いて、例えば、振動試料方磁力計（ＶＳＭ）、ＢＨトレーサなどの磁化特性測定機器や、ガウスメータなどの磁気検出回路などを用いて測定することができる。
【００２８】
なお、ＶＳＭは、磁性粉末２を充填部材３から取り出して測定する場合に好ましく用いられ、ＢＨトレーサは、磁性粉末２を充填部材３ごと測定する場合に好ましく用いられ、ガウスメータは、リアルタイムで測定する場合に好ましく用いられる。
また、これらの測定にて測定された磁気特性、例えば、保磁力は、予め作製された保持力−応力特性の相関図などの検量線から、受けた最大応力に換算することができる。
【００２９】
図１に示す感圧センサ１は、上述したように、感圧センサ１に外部から加えられた最大応力を、磁性粉末２に残留した履歴より算出できることから、応力測定時に、感圧センサ１と測定機器との接続が不要で、リアルタイムで測定する必要がない。
そのため、図１に示す感圧センサ１は、例えば、上記したような車両の衝突実験の他、例えば、エンジンのシリンダ内圧力の測定、さらには、閉じた空間や回転物など、感圧センサ１と、磁性粉末２の磁気特性の測定機器との接続が困難な対象物についての応力測定に用いることができる。
【００３０】
また、図１に示す感圧センサ１は、充填部材３と測定機器と接続することにより、感圧センサ１に加えられた応力をリアルタイムで測定することもできる。
そのため、図１に示す感圧センサ１は、例えば、歪みゲージの代用品、地殻変動の測定機器などの用途にも使用できる。
次に、本発明の感圧センサを、エアバッグシステムに適用した例について、説明する。
【００３１】
図２は、本発明の他の実施形態に係る感圧センサ５と、かかる感圧センサ５を用いる、エアバッグシステムの概略構成図である。
図２において、この感圧センサ５は、上記した核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末２と、一部に開放部を備え、内部に磁性粉末２が充填されている充填部材６と、充填部材６の開放部に設けられる応力感知部７と、を備えている。
【００３２】
また、感圧センサ５の充填部材６には、磁性粉末２の磁気特性の測定するための測定機器１０が接続されており、さらに、測定機器１０には、感圧センサ５に外部から加わった応力についての算出結果と、予め設定された上記応力についての閾値とを対比し、上記応力が予設定閾値に達した時にエアバッグ１２を膨張させるための定電流ダイオードなどを備える制御部１１が、接続されている。
【００３３】
充填部材６は、開放部に臨む大径部６ａと、その大径部６ａに連続して形成され、磁性粉末２が充填される小径部６ｂとを備えている。
応力感知部７は、充填部材６の大径部６ａおよび小径部６ｂに符合する、断面略Ｔ字状に形成され、大径部６ａに嵌合するフランジ部７ａと、小径部６ｂに嵌合する軸部７ｂとを備えている。
【００３４】
また、応力感知部７は、充填部材６に対し、進退自在に支持されており、充填部材６の大径部６ａに応力感知部７のフランジ部７ａが摺動することにより、応力感知部７の軸部７ｂの、充填部材６の小径部６ｂに対する進退がガイドされている。
測定機器１０としては、上記した測定機器のうち、ガウスメータが用いられる。図２に示す感圧センサ５では、ガウスメータを用いることで、磁性粉末２の磁気特性をリアルタイムで測定することができる。
【００３５】
感圧センサ５は、車両に取り付けられており、走行時において車両が衝突したときには、応力感知部７のフランジ部７ａが、衝突による応力を受ける。また、フランジ部７ａが、衝突による応力を受けると、応力感知部７が充填部材６に対して進出して、軸部７ｂが、充填部材６の小径部６ａに充填された磁性粉末２を押圧する。これにより、磁性粉末２の磁気特性が、フランジ部７ａで受けた応力に応じて変化する。
【００３６】
充填部材６に接続されている測定機器１０は、磁性粉末２の磁気特性の変化を検知し、その変化を、制御部１１に入力する。
次いで、制御部１１において、磁性粉末２の磁気特性の変化に基づいて、フランジ部７ａで受けた応力の大きさが算出され、上記応力が予設定閾値に達した時には、例えば、エアバッグの点火装置に着火して、エアバッグ１２を膨張させる。
【００３７】
なお、応力の測定精度を向上させるために、応力感知部７の軸部７ｂは、応力の感知方向（衝突時の衝撃を受ける方向）に沿って配置され、フランジ部７ａは、上記感知方向に対して垂直に配置される。
図２に示す感圧センサ５は、その構造が簡素であり、小型化が可能である。それゆえ、図２に示すエアバッグシステムによれば、センサの簡素化、小型化を実現できる。
【実施例】
【００３８】
図１に示す実施形態に係る感圧センサ１を作製し、核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末２に付与される応力に対する、磁性粉末２の保磁力の変化を測定した。
核形成型の保磁力機構を有する磁性粉末２には、Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎ３磁性粉末（平均粒径２．５μｍ）を使用した。磁性粉末２の保磁力を振動試料方磁力計（ＶＳＭ）で測定したところ、５２５．２ｋＡ／ｍであった。なお、このときの保磁力を、初期値とした。
【００３９】
また、充填部材３には、円柱状（直径２０ｍｍ）の超硬材料（ＷＣ；タングステンカーバイト）を旋盤で研削して、内径３ｍｍの空洞部が形成されたものを使用し、蓋部４には、円板形状（直径３ｍｍ、長さ１０ｍｍ）の超硬材料（ＷＣ）を使用した。
上記有底略筒状の充填部材３の空洞部に、磁性粉末２を０．５ｇ投入して、蓋部４で密閉することにより、感圧センサ１を作製した。
【００４０】
次いで、感圧センサ１を、重さ２０ｋｇの台車の先端に、エポキシ系接着剤で固定し、この台車を、速度５ｋｍ／ｈで鋼板製の障壁（リジッドバリア）に衝突させた。なお、衝突の様式は、いわゆる正面衝突とし、充填部材３の軸方向に対し垂直の方向に、衝突時の応力が負荷されるように設定した。
衝突後、感圧センサ１内の磁性粉末２を取り出し、その保磁力をＶＳＭで測定した。
【００４１】
その後、感圧センサ１に付与された応力（ＭＰａ）を、測定された磁性粉末２の保磁力から、図３に示す検量線に基づいて求めた。
その結果、ＶＳＭにて測定された保磁力が４９６．８ｋＡ／ｍであったので、これに相当する応力を検量線から読み取ると、その付与応力は、２１５ＭＰａであった。また、これに、充填部材６の断面積をかけることにより、その衝撃力が６０８０ｋＮであることがわかった。
【００４２】
なお、図３に示す検量線は、予め測定しておいた保持力−応力特性から作成することができ、具体的には、回帰計算により、付与応力（横軸）をｘ、保磁力（縦軸）をｙとしたときに、次式（１）で示される。
ｙ＝−２×１０−７ｘ３＋２×１０−４ｘ２−０．１７３９ｘ＋５２５．１９    …（１）
また、磁性粉末２の初期状態（応力を負荷する前の状態）での電子顕微鏡写真を図４（ａ）に、磁性粉末２に対し、応力（２１５ＭＰａ）を負荷したときの電子顕微鏡写真を図４（ｂ）に、それぞれ示す。
【００４３】
図４（ａ）と図４（ｂ）との対比により、磁性粉末２が応力を受けることにより、磁性粉末２の割れ２０や表面の荒れ（傷）２１が生じるなど、磁性粉末２が損傷を受けていることがわかる。なお、磁性粉末２が応力を受けることで、磁性粉末２内に磁化反転核が形成され、図３に示したように、磁性粉末２の磁気特性が変化する。
本発明は、以上の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した事項の範囲において、種々の設計変更を施すことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の感圧センサに係る一実施形態を示す図であって、（ａ）は斜視図を示し、（ｂ）は断面図を示す。
【図２】本発明の感圧センサに係る他の実施形態と、それを用いたエアバッグシステムの構成例を示すブロック図である。
【図３】磁性粉末に付与された応力と、磁性粉末の保磁力との関係を示すグラフである。
【図４】磁性粉末の電子顕微鏡写真であって、（ａ）は、磁性粉末に応力を付与する前の状態を示し、（ｂ）は、磁性粉末に応力を付与した後の状態を示す。
【符号の説明】
【００４５】
１  感圧センサ
２  磁性粉末
３  充填部材
５  感圧センサ
６  充填部材
７  力感知部
【図１】
2007178195.tif 000003
【図２】
2007178195.tif 000004
【図３】
2007178195.tif 000005
【図４】
2007178195.tif 000006