JP2016522405A - 超音波通信用センサーユニット - Google Patents

Abstract

ネジ式緊締具の端面と物理的に接触させることによって、ネジ式緊締具内に超音波を誘導して発信するためのセンサーユニットであって、センサーユニットは、支持ケーシング（１０）及びセンサー素子（１１）で構成され、前記センサー素子（１１）は、ネジ式緊締具の端面に係合するための前方接触面を有し静止位置と作動位置との間で支持ケーシング（１０）に対して移動可能であって、またバイアスバネ（１６）は、センサー素子（１１）がネジ式緊締具の端面との接触から外れると前記静止位置でセンサー素子（１１）を付勢してまた前記作動位置でネジ式緊締具の端面と物理的に接触するセンサー素子（１１）の接触面（１４）を傾斜させるために支持ケーシング（１０）とセンサー素子（１１）との間で作用する、位置決めソケット（１８）が前記静止位置でセンサー素子（１１）と係合するために設けられ、非円筒形及び非円形断面の内部形状を有し、センサー素子（１１）が前記位置決めソケット（１８）の内面（１９）と合致する外形を有し、センサー素子（１１）の静止位置は支持ケーシング（１０）に対して回転方向、軸方向及び傾斜位置に関わって明確に画定される。【選択図】図１

Description

本発明は、超音波通信用センサーユニットに関するものである。特に本発明は、ネジ式緊締具に超音波のエコーを誘導して発信するための、ネジ式緊締具の端面と物理的に接触するようにし、それにより緊締具を通る音波の移動時間及びそこから緊締具の実際の張力を計算することを可能にするセンサーユニットに関するものである。

上記目的のために、従来のセンサー装置に関わる問題点は、センサーとネジ式緊締具の端面との間の完璧な整合を得る難しさである。センサーとネジ式緊締具の端面との間のずれは、ネジ式緊締具の端面とセンサーとの間で転送される音波信号に歪みをもたらし、ネジ式緊締具を介した音波の移動時間の不確かな情報、そして緊締具の実際の張力に結果として虚偽の情報をもたらしてしまう。

本発明の目的は、ネジ式緊締具内に超音波のエコーを誘導して発信し、それによりセンサーとネジ式緊締具の端面との間の不整合を回避するようにしたセンサーユニットを提供することにある。

本発明の別の目的は、支持部材及びセンサー素子を備え、センサー素子が支持部材に対し移動可能であり、またネジ式緊締具の端面と物理的に接触する際にネジ式緊締具の端面に対し自己整合するよう配置されている、ネジ式緊締具内に超音波のエコーを誘導して発信するための超音波センサーユニットを提供することにある。

本発明のさらなる目的は、支持部材及びセンサー素子を備え、センサー素子が、ネジ式緊締具の端面と物理的に接触する際にネジ式緊締具の端面との自己整合を得るために、またネジ式緊締具の端面との接触から外れる際には明確に画定された静止位置に復活するために、支持部材に対し移動可能である、ネジ式緊締具内に超音波のエコーを誘導して発信するための超音波センサーユニットを提供することにある。

本発明の他の目的及び利点は、明細書及び特許請求の範囲から明らかになる。

以下添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。

本発明によるセンサーユニットの部分断面側面図である。 図１のセンサーユニットの断面を拡大してその静止位置を占めるセンサー素子を示す図である。 作動位置にあるセンサー素子を示す、図２Ａと同様な図である。 スラスト軸受装置の概略図である。

図中に示されたセンサーユニットは、管状の支持ケーシング１０及び支持ケーシング１０に対し移動可能に支持されたセンサー素子１１で構成されている。支持ケーシング１０は、前方支持スリーブ１２と後部接続片１３を備え、そこで前方支持スリーブ１２は、緊締されようとするネジ式緊締具へのトルク伝達接続を意図した六角ソケット部１５Ａで形成されており、そして後部接続片１３は、レンチの出力軸に接続するための内側四角形凹部１５ｂが形成されている。従って、センサーユニットは手動または動力作動でレンチの出力軸に取り付けられるようにされており、センサー素子１１は、レンチを通る配線を介して非表示の操作制御部に接続されている。これは本発明の一部ではないので詳細な説明は省略する。しかしながら、センサー素子１１は、支持スリーブ１２を通って伸びる配線２１に接続され接続片１３で非表示の接点に接続されている。この接点は、緊締レンチの出力軸上の対応する接点によって緊締レンチの出力軸と係合するようにされている。

この目的のために従来技術において文献で立証されたセンサー素子は、圧電型のものであって、さらに超音波を発生させネジ式緊締要素に誘導して、緊締具の反対側の端部で上記誘導された音波の反射エコーを拾うように配置されている。従って、センサー素子１１は、動作制御ユニットにより送信される電気信号を音波に変換することができ、しかもその逆で音波のエコーを電気信号に変換することもできる。動作制御ユニットは、音波発生信号をセンサー素子１１との間で送受信させることによって、緊締要素を介して音波の移動時間を確立し、確立した移動時間に基いて緊締具の実際の張力を計算するために配置されている。

センサー素子１１は、ネジ式緊締具の端面、好ましくは緊締具のヘッドに対峙するようになる前方接触面１４を有し、そこでセンサー素子１１は、バイアスバネ１６の作用に対峙する前方静止位置と後方作動位置との間を支持ケーシング１０に対して軸方向に移動可能である。バネ１６は、バネワッシャーのパイルで構成され、その作動位置で圧縮される際に、ネジ式緊締具と比較してセンサー素子１１に加わる強烈な過重接触圧を避けるために非常に脆弱な特性を持たせている。バネ１６は、前方支持スリーブ１２の内側に装着された管状の案内部材１７によって、その後端で支持されている。

球面スラスト軸受２２は、バイアスバネ１６とセンサー素子１１との間に設けられ、緊締具の端面と接触状態になると、センサー素子１１の特定の傾動を許容する機能を有している。これは絶対に軸方向に垂直な９０度でなければならないという訳ではない。それによって、センサー素子１１は容易に緊締具の端面を適合できる。図３に示されるように、接触面１４に渡って均一に分配され、バネ１６を介してセンサー素子１１に加わる軸方向の力Ｆを有するために、球面スラスト軸受２２は、センサー素子１１の接触面１４と緊締具の端面との間に不均一な接触圧力の発生を補償するよう配置されている。接触面１４と緊締具の端面との間に均一に分配された接触圧力は、音波の正確な伝達を得、且つ緊締具に反射した音波のエコーを知らせる信頼性の高い信号を発信するのに不可欠である。センサー素子１１上の望ましくない横方向の力を回避するために、スラスト軸受２２の傾動Ａの中心は接触面１４に或いは接触面１４の正面に位置している、これは軸方向に印加した力、Ｆ力のための横方向の要素がセンサー素子１１の傾斜位置に不要であることを意味している。 図３を参照。

支持スリーブ１２は、センサー素子１１によって係合されるようになるリング状の位置決めソケット１８を、その静止位置すなわちセンサーユニットがネジ式緊締具との接触から外れた位置に備えている。位置決めソケット１８は、非円形断面、好ましくは楕円形の断面を備えた非円筒形、好ましくは円錐状の内面１９を有している、一方のセンサー素子１１は、位置決めソケット１８の内面１９と一致し、しかも静止位置の支持スリーブ１２に対してセンサー素子１１の正確な位置決めを保証するために、位置決めソケット１８の内面１９と合致する外部包囲面２０を備えている。センサー素子１１と緊締具の端面との間に接触圧を加えるため、軸方向の力Ｆが支持ケーシング１０に印加されると、センサー素子１１はバネ１６の付勢力に抗して後方に押され、位置決めソケット１８で画定されたその静止位置から離れる。図２Ｂを参照する。ここで、センサー素子１１は、その軸方向だけでなく制限された回転方向にもさらには傾斜方向にも自由に移動して、ネジ式緊締具の端面にセンサー素子１１の接触面１４の自己適応を可能にする。接触面１４とネジ式緊締具の端面との間の完全な接触及び整合は、緊締具とセンサー素子１１との間の真の歪みのない音波伝達を得るためには非常に重要であり、従って歪みのない電気信号が操作制御部に転送されるようになる。センサー素子１１と緊締具の端面との間に歪みのない信号伝達を確実にするために講じられるさらなる措置は、センサー素子１１の接触面１４に樹脂製の弾性素材の薄い層を提供することである。このような樹脂製素材の層は、センサー素子１１と緊締具の端面との間の界面接触のばらつきを防止して両面の直接的な金属接触を回避するのに十分な厚さであるが、伝達された音波を十分に減衰させるには薄すぎる。厚さ十分の数ミリが適している。それ自体は周知の技術であり詳細は省略する。

動作中、前方支持スリーブ１２が緊締されようとする緊締要素のヘッドに適用されると、センサーユニットは後方接続片１３を介してトルク伝達レンチに接続され、ネジ式緊締具と接触状態になる。緊締過程中或いは緊締過程が完了した後、超音波は、センサー素子１１によって緊締具に誘導され、緊締要素の反対側の端部で反射した音波のエコーは、センサー素子１１によって受信され、電気信号の形態で操作制御部に送信されることになる。センサーユニットは、誘導され反射した音波の移動時間を測定するための非表示の操作制御部に接続されていて、そこからネジ式緊締具の実際の張力を計算することができる。これは周知の技術であり、従って詳細は省略する。

動作サイクルは、緊締レンチにセンサーユニットを取り付けて緊締具のヘッド上に適用することにより開始し、よって緊締具の端面に接触してセンサー素子１１の接触面１４を付勢するためにセンサーユニットに軸方向の力が印加され、次いでバイアスバネ１６の特定の圧縮、支持ケーシング１０に関連してセンサー素子１１の後方への変位、そして位置決めソケット１８を画定する位置に帰着する。センサー素子１１は、位置決めソケット１８との係合から外れると複数の方向に動くことができる、それは、その軸方向の動きから離れて、制限された自由度でその長手方向に対して回転したりまたは傾斜したりすることを意味する。球面スラスト軸受２２は、センサー素子１１がどのような傾動を引き起こしても不必要な横方向の力を発生させることなく実行することができることを保証している。従って、センサー素子１１の接触面１４とネジ式緊締具の端面との間のずれを回避するために緊締具の端面に関わって自己適応することができ、よって望ましくない信号の歪みを回避することができる。

超音波の移動時間の測定動作が完了すると、レンチ及びセンサーユニットは、ネジ式緊締具から持ち上げられる、これは支持ケーシング１０に対してセンサー素子１１の前方移動をもたらし、これによりセンサー素子１１は位置決めソケット１８とのその係合を回復する。センサー素子１１が完全に位置決めソケット１８内に導入されると、位置決めソケット１８の円錐で非円形面１９と合致するセンサー素子１１の包囲面２０とが共動して、すべての自由な方向すなわち軸方向、角度方向及び傾動方向に関わってセンサー素子１１の静止位置を画定することになる。このような構成によって、常にセンサー素子１１は明確に画定された静止位置に回復することになる、それはまた、超音波の移動時間を引き続き計測する動作のための、明確に画定された開始地点となる。

センサー素子１１の作動位置では、センサー素子１１のすべての動作方向における自由度はある程度制限されるが、ネジ式緊締具の端面にセンサー素子１１の正確な適応を可能にするには十分に大きい自由度が保証される。例えば、センサー素子１１から後方接続部片１３の接触要素までを接続する配線への損傷を回避するために、回転の自由度は１５−２０度に制限されている。

本発明の実施形態は、上記例証に限定されるものではなく、特許請求の範囲内で自由に変更することができる点に留意すべきである。例えば、位置決めソケット１８の内周面の断面形状は、楕円形以外であってもよい。

１０ 支持ケーシング
１１ センサー素子
１２ 前方支持スリーブ
１３ 後方接続部片
１４ 前方接触面
１５Ａ 六角ソケット部
１５Ｂ 内側四角形部
１６ バイアスバネ
１７ 管状案内部材
１８ ソケット
１９ 円錐状の内面
２０ 外部包囲面
２１ 配線
２２ 球面スラスト軸受

Claims (5)

1. ネジ式緊締具の端面と物理的に接触させることによって、ネジ式緊締具内に超音波を誘導して発信するためのセンサーユニットであって、センサーユニットが、支持ケーシング（１０）及びセンサー素子（１１）で構成され、前記センサー素子（１１）が、ネジ式緊締具の端面に係合するための前方接触面（１４）を有し、静止位置と作動位置との間で支持ケーシング（１０）に対して移動可能であり、センサー素子（１１）がネジ式緊締具の端面との接触から外れると前記静止位置にセンサー素子（１１）を強制しまたセンサー素子（１１）の接触面（１４）を偏倚して前記作動位置でネジ式緊締具の端面と物理的に接触させる、センサー素子（１１）の接触面（１４）を偏倚して片木傾斜させるために支持ケーシング（１０）とセンサー素子（１１）との間で作用するバイアスバネ（１６）が設けられる、センサーユニットにおいて、
   支持ケーシング（１０）が、前記静止位置でセンサー素子（１１）と係合する位置決めソケット（１８）を有し、前記位置決めソケット（１８）が非円筒形及び非円形断面の内部形状を有し、センサー素子（１１）が前記位置決めソケット（１８）の内面（１９）と合致する外形を有し、センサー素子（１１）の静止位置が、支持ケーシング（１０）に対して回転方向、軸方向及び傾斜位置に関して明確に画定されること
   を特徴とするセンサーユニット。
2. 前記位置決めソケット（１８）の内部形状が円錐状であり、そして楕円形の断面を有することを特徴とする請求項１に記載のセンサーユニット。
3. 緊締具の端面に対しセンサー素子（１１）の傾斜変位及び自己適応を容易にするためにバネ（１６）とセンサー素子（１１）との間に球面スラスト軸受（２２）を設けていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセンサーユニット。
4. 支持ケーシング（１０）が後方接続部片（１３）及び前方支持スリーブ（１２）を備え、支持スリーブ（１２）内部に前記位置決めソケット（１８）が配置されていることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のセンサーユニット。
5. 前記支持スリーブ（１２）が、ネジ式緊締具への接続及びネジ式緊締具に緊締トルクを印加するためにソケット部（１５Ａ)を備えていることを特徴とする請求項４に記載のセンサーユニット。

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