JP2017215323A - 薄肉箇所継手 - Google Patents

Abstract

【課題】材料除去により改善された薄肉箇所継手を提供する。その際、生じる垂直応力に関する薄肉箇所の強度は引き続き保たれるべきであるが、継手の曲げ剛性は低減されることが好ましい。
【解決手段】材料狭窄部（薄肉箇所）Ｄを介して互いに接続された２つの材料区分Ｍ１，Ｍ２を備えた薄肉箇所継手であって、材料区分が、薄肉箇所Ｄにおける垂直応力または曲げ応力に関する強度が薄肉箇所に対する所定距離の範囲内で一定に保たれるように切欠Ｕ１，Ｕ２を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載の材料区分を可動に接続するための薄肉箇所継手に関する。

この技術では、部材同士を可動に接続するために継手が使用されることが多い。継手は、運動と力の伝達とを特定方向に可能にするが、別の方向にはこれを阻止する。その一例が撓みヒンジ（Ｆｅｓｔｋｏｅｒｐｅｒｇｅｌｅｎｋ）である。この場合、一体式（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｓｃｈ）に互いに接続された２つの材料区分間に材料狭窄部（いわゆる「薄肉箇所」）が設けられ、薄肉箇所によってなる旋回軸線を中心とした運動が可能になる。しかし、この旋回軸線に対して垂直に延びる軸線を中心とした２つの材料区分の旋回運動および平行移動相対運動は阻止される。

この種の薄肉箇所継手は、特に、一体式に形成されたリンク機構（Ｌｅｎｋｅｒ−Ｍｅｃｈａｎｉｋｅｎ）、いわゆるモノブロックを使用する、特に最新の秤量技術から公知である。これによって製造コストを低減すると同時に精度、再現性、および長期安定性が向上される。天秤用のモノブロックでは、とりわけ平行四辺形リンクの、レバーの、および連接棒のための継手として薄肉箇所が用いられる。電磁力補償の原理で作動する天秤では、通常、レバーまたは平行リンクの変位が非常に小さいため、継手の旋回角度はごくわずかである。

モノブロックに薄肉箇所を作製する加工法として切削法が公知であるが（ワイヤを用いた）侵食加工やレーザビームを用いる加工も公知の技術である。

薄肉箇所は、垂直応力（Ｎｏｒｍａｌｓｐａｎｎｕｎｇｅｎ）の形の引張応力および圧縮応力を確実に伝達する働きをする。その一方で、薄肉箇所は、その旋回軸線を中心とした旋回を可能な限り小さい抵抗で妨害する。すなわち、旋回軸線を中心とした曲げ剛性を可能な限り小さくすべきである。したがって、特に垂直応力に関する最小強度を保持しながら薄肉箇所の領域の材料を可能な限り多く除去する（曲げ剛性の低減）努力がなされる。これを達成するために、従来技術から公知の解決策では、薄肉箇所の横断面をさらに低減し、その際、この低減をブロック幅全体にわたって一定になるよう行うか、または薄肉箇所の幅を、例えば薄肉箇所の旋回軸線の中心に配置された切欠によってさらに低減しようと努力がなされる。この場合、貫通する開口または孔（特許文献１または特許文献２）あるいは窪みまたは凹部（特許文献３または特許文献４）が公知である。いずれにしても、これらの刊行物には「許容できる（ａｋｚｅｐｔａｂｅｌ）」と記載されてはいるものの、意図した剛性の低減と並んで、常に安定性（負荷能力、強度）も低減されることが不都合である。

このような公知の解決策では、曲げ剛性の低減とともに、垂直応力に関する強度も低減され、またその逆に、垂直応力に関する強度の上昇とともに曲げ剛性も上昇するという点で不利である。さらに、特に薄肉箇所における材料除去によって、材料応力が高い領域と低い領域とができる（ホットスポット）。

特開２００４−３４０５９３号公報 米国特許第７３０７２２６号明細書 独国特許発明第１０２０１３１０８０９７号明細書 独国特許発明第１００１５３１１号明細書 独国特許出願公開第１０２０１６１０５９８５号明細書

本発明の課題は、材料除去により改善された薄肉箇所継手を提供することである。その際、生じる垂直応力に関する薄肉箇所の強度は引き続き保たれるべきであるが、継手の曲げ剛性は低減されることが好ましい。

上記課題は、請求項１に記載の薄肉箇所継手および請求項１３に記載の計測器具によって解決される。請求項１４に記載の方法は、本発明に係る継手の製造に方向付けられている。他の有利な実施形態は従属請求項から明らかになる。

本発明は、特別な形をした切欠によって、薄肉箇所に対して距離をおいた領域においても薄肉箇所の垂直応力および曲げ応力に関する強度特性に影響を及ぼすことができるという知見にもとづいている。このような切欠は、切欠を通り、かつ薄肉箇所から距離をおいた横断面の強度が、薄肉箇所自体の同等の横断面が有する強度に相当するように位置決めおよび成形されている。この場合、「強度」は、継手の特に長さ方向Ｙの垂直応力に関する強度、または旋回軸線（Ｗ_D）を中心とした曲げに関する強度に該当し得る。

この場合、薄肉箇所の両側の選択可能な長さにわたる強度一定維持の本発明の原理は、ある程度の、特に製造にもとづく公差を排除することはできない、またはそれどころか予め設定することと解される。互いに一致する強度は、薄肉箇所の複雑な形状付与と薄肉箇所を貫通する切欠とにもとづいて、強度特性を可能な限り一致させるという目的にかなう強度と解される。なぜなら、異なった境界面（Ｓｃｈｎｉｔｔｓｔｅｌｌｅ）における強度を完全に同一にするという目標は現実にあまりにも困難であるか、または達成可能でないからである。

薄肉箇所継手における切欠の本発明に係る形状によって、薄肉箇所に対する距離に沿って薄肉箇所以外の材料厚さが増大しても薄肉箇所における強度がほとんど変わらないことが達成される。

継手の最薄箇所としての薄肉箇所自体は、中実材料（Ｖｏｌｌｍａｔｅｒｉａｌ）として形成されている「ニュートラルゾーン（ｎｅｕｔｒａｌｅ Ｚｏｎｅ）」のままであることが好ましい。薄肉箇所自体に切欠を設けることによる薄肉箇所の弱化は有利にも起こり得ない。

本発明に係る薄肉箇所継手は、薄肉箇所を介して一体式に互いに接続されている第１材料区分と第２材料区分とを備えている。厚さ方向Ｘに計測した２つの材料区分の材料厚さは、それぞれ、Ｘ方向に対して垂直の長さ方向Ｙの方向に最小薄肉箇所厚さを有する薄肉箇所までテーパゾーン沿いにテーパ加工される。薄肉箇所の旋回軸線は、Ｘ方向およびＹ方向に対して垂直に延びる幅方向Ｚに沿って延びる。

この場合、薄肉箇所を通り、Ｘ−Ｚ平面上の、かつＺ方向に延びる断面幅を有する横断面Ｑ_Dは横断面積Ａ_Dを生ぜしめる。横断面積Ａ_Dは、薄肉箇所がそこに設けられた開口によって分割され、かつ観察される断面幅がそのような開口を備える場合に複数の部分面積から構成され得る。

このように生成された横断面積Ａ_Dは、Ｙ方向の垂直応力に関して特定の強度を有する。この強度は、Ｚ方向、および特にＸ方向のせん断応力に関してはそれほど重要でない。さらに、薄肉箇所に位置する横断面積Ａ_Dは、薄肉箇所のＸ方向の材料厚さが小さいことにより可能な限り小さく選択される曲げ強度（旋回軸線を中心とした抵抗モーメント）を有する。

本発明は、横断面積Ａ_Dに存在する特定の負荷に関する強度をこの横断面積に対して平行の別の横断面（Ｑ‘、Ｑ‘‘．．．）にも提供するという着想にもとづいている。この別の横断面は、継手から切欠によって材料が除去されているテーパゾーンにおいて横断面Ｑ_Dに対して平行に想定される。

横断面（Ｑ‘、Ｑ‘‘．．．）は、Ｙ方向に沿った異なる位置において、このＹ方向に対して垂直に観察される。これらの横断面は、継手においてそれぞれ横断面積（Ａ‘、Ａ‘‘．．．）を生成する。これらの横断面積は個々の部分横断面積から構成されてもよく、少なくとも部分的に切欠によって区切られる。本発明では、切欠、したがって部分横断面積は、薄肉箇所の位置（Ｙ_D）に対する横断面（Ｑ‘、Ｑ‘‘．．．）の距離が増加するにしたがって部分横断面積のＺ幅が小さくなるように選択されている。したがって、個々の部分断面積の力伝達面積はより幅狭になる。これに代えて、所望の強度もしくは剛性を保持するために、テーパゾーンのＸ肉厚がＹ方向に増大するにしたがって個々の部分横断面が大きくなる。

切欠は、少なくともＹ方向に延びる区間部分Ｌ_Uに沿ってこのような状態になるように１つまたは複数のテーパゾーンに配置および形成されている。部分横断面積の数が区間Ｌ_Uに沿って常に一定であることが好ましい。その場合、部分横断面積が規則的な幾何学的、特に矩形の形状を有することがさらに好ましい。

切欠は、形状および位置に関して、薄肉箇所に対して大きくなるＹ距離に沿っても薄肉箇所における強度が変化しないか、またはわずかにしか変化しないように選択されている。この特性は、少なくとも１つの切欠によって生成された横断面Ｑ‘、Ｑ‘‘．．．が、断面幅Ｂを有するＸ−Ｚ断面平面に沿って（複数の部分面積の合計であり得る）横断面積Ａ‘、Ａ‘‘．．．を生成し、この横断面積が、薄肉箇所自体において検出される横断面積Ａ_Dの強度に相当することによって達成される。

薄肉箇所を出発点として材料厚さがＹ方向に一定の率で増大する場合に、横断面Ｑ‘が幾何学的形状、特に矩形を有し、その方向に計測した幅が、薄肉箇所に対するＹ距離が増加するにしたがって小さくなることによって、薄肉箇所からのＹ距離が増加しても変わらない強度が達成される。それによって、薄肉箇所に対するＹ距離が増加するにしたがってテーパゾーンの材料厚さが（例えば二乗に）増大するという事情が考慮に入れられる。これに対応して、全体を薄肉箇所自体と同じ強度にするためには、横断面積Ａ‘、Ａ‘‘．．．．のＺ幅もしくはその部分面積が、薄肉箇所に対するＹ距離が増加するにつれて小さくならなければならない。Ｙ方向に延びる区間部分（Ｌ_U）に沿ってそれぞれ形成された横断面積Ａ‘、Ａ‘‘．．．が常に一定であることが好ましく、この横断面積は、薄肉箇所における横断面積Ａ_Dに相当することが特に好ましい。

一定の（Ｙ方向の）垂直応力を得ようとするならば、切欠は、横断面Ｑ‘における横断面積Ａ‘が、薄肉箇所横断面Ｑ_Dにおける横断面積Ａ_Dに相当する（面積等価）ように形成される必要がある。垂直応力を伝達する横断面積は、継手の長さ方向Ｙで特定の区間Ｌ_Uにわたって常に一定である。したがって、
δ＝Ｆ／Ａ＝ｃｏｎｓｔ．
が成り立つ。

一定の厚さを有していても回転中心が定義されない公知の板ばねの場合とは異なり、面積等価に方向付けられた実施形態では、厚さが最も小さい場所、もしくは抵抗モーメントが最も小さい場所に回転中心が定義されて引き続き保たれる。その結果、この変形形態では、曲げ剛性を低減することによって、継手厚さおよび強度はそのまま変わらずに天秤の応答感度を２０％高めることができた。

面積等価に代えて、曲げ強度を低下させることなく曲げ剛性を低減すべき場合、薄肉箇所からのＹ距離が増加するにしたがって、旋回軸線Ｗ_Dを中心とした横断面積Ａ_Dの抵抗モーメントが、横断面Ｑ‘、Ｑ‘‘．．．における横断面積Ａ‘、Ａ‘‘．．．のそれぞれの抵抗モーメントと一致するように、抵抗モーメントを一定に維持しなければならない（抵抗モーメント等価）。

薄肉箇所は、多くの場合、材料ブロックにおける２つの孔によって生成されるので、薄肉箇所は、互いに密接に隣接する２つの円筒形の外套面間のブリッジ部（Ｓｔｅｇ）として残る。薄肉箇所が観察される断面幅Ｂに沿って一貫して開口を有さずに中実材料から形成される場合には、薄肉箇所の横断面Ｑ_Dは矩形の形状を有する。その場合、横断面積Ａ_Dは、断面幅Ｂに薄肉箇所の残りの厚さＸ_Dを掛けることにより求められる。薄肉箇所に、観察される断面幅Ｂに沿って１つまたは複数の開口が貫通する場合、Ｚ方向に並設される複数の個々の矩形の横断面積が生じる。個々の横断面積を合計すると全面積Ａ_Dになる。

本発明の別の有利な実施形態では、テーパゾーンにおける少なくとも１つの切欠は、横断面Ｑ‘、Ｑ‘‘．．．が、好ましくは同じ大きさの、好ましくは矩形である複数の幾何学的形状を生成するように選択される。しかし、切欠の壁の形状によっては、個々の部分横断面が、台形、平行四辺形、多角形の形状、あるいは直線および／または曲線で形成される面の形状であってもよい。特に好ましい事例では、切欠がＸ方向に対して平行に延びる壁面を有し、それによって横断面Ｑ‘、Ｑ‘‘．．．において個々の矩形が生じる。

本発明に係る切欠は、テーパゾーンを完全に貫通する必要はない。切欠という用語は、凹所も含むべきである。例えば、Ｘ方向に対向し、Ｚ方向に互いにずらして位置決めされた凹所を一方または両方のテーパゾーンに設けることも考えられる。テーパゾーンを完全に貫通する切欠を完全に貫通しない凹所と組み合わせることもできる。本発明に係る成果を決定付けるのは、薄肉箇所の強度が切欠の領域における強度と一致するように切欠を形成するということである。

本発明の有利な実施形態は、Ｙ−Ｚ平面を有する断面における少なくとも１つの切欠が、２つの境界線が前記薄肉箇所の位置（ＹＤ）に最も近い共通の頂点から薄肉箇所（Ｄ）からＹ方向にさらに延び、その際、少なくとも一方、好ましくは両方の境界線が、Ｙ距離が増加するにしたがって、頂点を通るＸ−Ｙ平面から好ましくは対称に遠ざかるような輪郭を有することを予定している。図面からもわかるように、境界線の形状は、薄肉箇所に対するＹ距離が増加するにしたがってテーパゾーンの材料厚さが増大することを考慮し、それによって、切欠の各断面について、断面Ｑ‘、Ｑ‘‘．．．から生じる横断面積Ａ‘、Ａ’‘‘．．が薄肉箇所自体と実質的に同じ強度を有する。その場合、曲線は、本発明ではＹ位置に依存する材料厚さの関数である。テーパゾーンにおける材料厚さが一定の率で増加する場合、境界線の曲線形状は薄肉箇所に対するＹ距離に単調に依存する。しかし、本発明に係る成果、一定の強度を有する横断面積を得るために切欠の形状が考慮される限り、材料厚さが一定の率で増加しない場合にも達成される。

薄肉箇所継手は幅方向Ｚに並設された複数の切欠を備えていることが好ましい。それにより、観察される断面幅Ｂにわたって応力分布が均一になる。どの切欠も同じ形状であることが合目的である。このことによって作製および計算が容易になる。さらに、切欠がＺ方向に同じ間隔を有することが好ましい。このことにより継手の幅にわたる応力の分布がさらに均一になる。

本発明の一実施形態は、すべての切欠を薄肉箇所に対してＹ方向にいくらか、好ましくは０．０２５および０．０５ミリメートル離間させることを予定している。それによって、薄肉箇所がある程度のＹ「長さ」を得るため、この領域における継手の安定化に役立つ。

切欠は、Ｙ方向で薄肉箇所の両側に、すなわち第１テーパゾーンと、その対向側に位置する第２テーパゾーンとに設けられることが好ましい。それによって、薄肉箇所の両側に対称の応力分布が生じる。応力ピーク（ホットスポット）を回避するために、両方のテーパゾーンの切欠をＺ方向に互いにずらして配置してもよい。複数の切欠は、同一または異なる形状でＺまたはＹ方向に並設されてもよい。

切欠は、テーパゾーンの材料によって完全に包囲される必要はない。Ｚ方向で側方に少なくとも１つの切欠をテーパゾーンの端に設けられたポケットとして形成する実施形態も考えられる。このような複数のポケットが、継手をＺ方向の中心で分けるＸ−Ｙ平面に対して対称に設けられることが好ましい。

有利な一実施形態では、薄肉箇所は、少なくとも１つの開口によって、複数の、好ましくは２つの、幅方向Ｚに並設された薄肉箇所部分Ｄ‘、Ｄ‘‘に分割される。テーパゾーンを貫通してもよい薄肉箇所における唯一の中心開口Ｈは、薄肉箇所をＺ方向に互いに離間した２つの接続領域に限定する。開口は、中心に対してＺ軸の方向により長い距離を有する端領域とは異なり、継手の中心に位置するＹ軸またはＸ軸線を中心としたモーメントの伝達にあまり寄与しない材料を除去する。

薄肉箇所から離れたところで、１つまたは複数のテーパゾーンに複数の切欠が配置されていることが好ましい。複数の切欠は、互いにＹ方向またはＺ方向に規則的または不規則的に離間していてもよく、この場合、旋回軸線に対して同じか、または互いにずらしたＺ位置において単独または群で対向する。これに代えて、またはこれに加えて、切欠が旋回軸線の両側で旋回軸線に対して同じか、または異なる距離をおいて設けられていてもよい。切欠は、一方のテーパゾーンにおいてＺ方向に相前後し一定のＺ間隔で、かつ旋回軸線に対して一定のＹ距離で設けられ、他方のテーパゾーンにおいて、すなわち旋回軸線のもう一方の側においても切欠の同様の配置が予定されている。その場合、２つの切欠群は、個々の切欠のＺ距離の１／２だけＺ方向に互いにずらされる。いくらかの、またはすべての切欠が同じＹ−Ｚ横断面を有することが好ましい。

切欠の作製は、レーザビームによって行われることが好ましい（これについては特許文献５を参照）。

切欠を作成するための継手の加工は、薄肉箇所の（Ｘ方向で見て）両側から行われることが好ましい。それにより、例えば、片側のレーザ加工の場合に生じる加工縁の傾斜（レーザビーム加工による円錐形）、したがって不都合にも生じる固有モーメント（Ｅｉｇｅｎｍｏｍｅｎｔ）が回避もしくは低減される。

本発明は、あらゆる種類の継手、特に一体式の撓みヒンジおよび／または微小機械での使用に適している。本発明は、本発明に係る薄肉箇所継手を有する計測器具、特に天秤に関する。この計測器具は、レバー、連接棒、回転継手、ばね状ヒンジ（Ｋｒｅｕｚｆｅｄｅｒｇｅｌｅｎｋ）、または平行リンク機構の一部をなすことが好ましい。天秤は、特に、電磁力補償、ひずみ測定ゲージ（ＤＭＳ）または振動弦の原理で作動することができる。

本発明に係る薄肉箇所継手の斜視図を示す。 継手の斜視断面図を示す。 継手の斜視断面図を示す。 継手の斜視断面図を示す。 薄肉箇所継手の一部の模式的平面図を示す。 薄肉箇所継手の一部の斜視図を示す。

以下、図に示した例をもとにして実施形態を詳しく説明する。

図１は、本発明に係る薄肉箇所継手の簡略化した斜視図を示す。薄肉箇所継手は、薄肉箇所Ｄを介して一体式に互いに接続されている２つの材料区分Ｍ₁、Ｍ₂を備えている。薄肉箇所Ｄは、材料区分Ｍ₁、Ｍ₂の一部として長さ方向Ｙで互いに向かって延びる２つのテーパ区分Ｖ₁、Ｖ₂によってなる。この長さ方向に対して垂直にＸ方向で計測される厚さが、本来の薄肉箇所Ｄとなる最小厚さＸ_Dまで定常的に小さくなる。薄肉箇所は、旋回軸線Ｗ_Dに沿ってＸ方向およびＹ方向に対して垂直の幅方向Ｚに延びる。第１材料区分Ｍ₁は、薄肉箇所Ｄを中心として第２材料区分Ｍ₂に対して旋回可能であり、理想化して想定された旋回軸線Ｗ_Dは、薄肉箇所Ｄの長さ位置Ｙ_DにおいてＺ方向に延びる。薄肉箇所Ｄの中心に設けられた開口Ｈは、薄肉箇所をＺ方向で２つの部分Ｄａ、Ｄｂに分ける。

分かり易くするためにすべての切欠に参照符号を付けることはしないが、薄肉箇所Ｄの（Ｙ方向で見て）両側の第１テーパゾーンもしくは第２テーパゾーンＶ₁、Ｖ₂を複数の切欠Ｕ₁、Ｕ₂が貫通する。切欠Ｕ₁、Ｕ₂は、薄肉箇所Ｄにおける継手の強度特性が、薄肉箇所に対して、切欠Ｕ₁、Ｕ₂まで及ぶ距離をおいた継手の強度と一致するように選択されている。後続の図はこのことを詳しく示す。

図２は、幅Ｂを有する薄肉箇所Ｄの一部を拡大および切断した図を示す。薄肉箇所を通ってＸ−Ｚ方向に設定された断面平面Ｅ_Dは、横断面積Ａ_Dを有する断面Ｑ_Dを生成する。そのようにして生じる横断面Ａ_Dは、Ｙ方向の垂直応力に関して、または旋回軸線Ｗ_Dを中心とした曲げモーメントに関して特定の強度特性を有している。薄肉箇所Ｄは、観察される断面幅Ｂに沿って途切れることなく形成されているのでただ１つの横断面積Ａ_Dを生ぜしめ、この横断面積は、テーパゾーンＶ₁、Ｖ₂の円筒セグメント状の面にもとづいて矩形の形状を有する。

図３は、図２と同等の断面図を示す。ここでは、断面平面Ｅ_Dに対してＹ方向に平行にずらした、切欠Ｕ₁が貫通するテーパゾーンＶ₁の領域の断面平面Ｅ‘が設定された。それにしたがって、テーパゾーンＶ₁を有する平面Ｅ‘の断面Ｑ‘から、Ｚ方向に隣り合う複数の個々の矩形の横断面積が生じる。これらの矩形の横断面積を合計すると全面積Ａ‘になる。個々の矩形面積は（Ｚ方向で端に位置する部分を除いて）幅Ｒ‘ｚを有する。本発明では、切欠Ｕ₁は、結果として生じる横断面積Ａ‘が薄肉箇所に形成された横断面積Ａ_Dと一致するように選択されている（面積等価）。その結果、薄肉箇所Ｄにおいて継手にＹ方向に導入される引張応力または圧縮応力が、平面Ｅ‘の領域もしくはこの平面の横断面Ｑ‘の領域の応力（δ＝Ｆ／Ａ）と等しくなる。

図４は、別の横断面Ｑ‘‘を示す。この横断面は、平面Ｅ_DもしくはＥ‘に対して平行の、テーパゾーンＶ₁を有する別の断面平面Ｅ‘‘を切断することによってＹ位置に生じる。このＹ位置は、断面平面Ｅ’‘よりも薄肉箇所からさらに遠く離れているが、まだ区間Ｌ_Uの範囲内にある。結果として生じる横断面Ａ‘‘は、この場合も個々の矩形から構成され、個々の矩形の幅Ｒ‘‘_Z（場合によってＺ方向で端に位置する部分を除く）は横断面Ｑ‘の矩形の幅よりも小さい。しかし、薄肉箇所からのＹ距離が増加するにしたがってテーパゾーンＶ₁の材料厚さが増大するため、個々の部分横断面の厚さＲ’_X、Ｒ‘‘_Xがそれに対応して増大する。結果として、区間Ｌ_Uに沿う切欠Ｕ₁の本発明により選択された形状から、横断面積Ａ‘‘が横断面積Ａ‘もしくはＡ_Dと一致する（面積等価）。この効果、すなわち、薄肉箇所ＤからのＹ方向の距離が増加しても同じである面応力または面負荷が、図示された実施形態において所定の区間Ｌ_Uに沿って切欠Ｕ₁に適当な形状付与することによって得られる。区間Ｌ_Uは、切欠Ｕ₁、Ｕ₂のＹ長さ全体にわたって延びてもよいし、そのうちの一部のみに延びてもよい。

区間Ｌ_Uに沿って断面平面Ｅを仮想的にずらすことにより、この実施例において、常に大きさが薄肉箇所Ｄの大きさＡ_Dと一致する全横断面積Ａ‘、Ａ‘‘．．．．が生じる。

図２〜図４に示された薄肉箇所継手は、その切欠Ｕ₁、Ｕ₂によって、区間Ｌ_Uに沿って形成された断面Ｑ_D、Ｑ‘、Ｑ‘‘が常に同じ全横断面積を生成し、それによって引張応力または圧縮応力が区間Ｌ_Uに沿って、そしてその限りで薄肉箇所Ｄに対するＹ距離とは無関係に常に一定になるように形成された。

垂直応力の代わりに、Ｚ軸を中心として材料区分Ｍ₁、Ｍ₂を相対して曲げることによって生じる曲げ応力を一定に維持すべき場合にも、図示されない同じ原理が当てはまる（抵抗モーメント等価）。曲げに抗する横断面積の抵抗モーメントは、横断面の高さ（この事例では個々の部分横断面の厚さＲ‘_X、Ｒ‘‘_Xの）に過比例的に依存するので、それに対応して、切欠Ｕ₁、Ｕ₂は、部分横断面のそれぞれの幅Ｒ‘_Z、Ｒ‘‘ _Zが過比例的に減少し、結果として一定の抵抗モーメントが生じるように選択される必要がある。

図５は、図１〜図４の本発明に係る薄肉箇所継手の一部を上からＸ方向に見た図である。薄肉箇所Ｄは、幅方向Ｚで、薄肉箇所のＹ位置Ｙ_Dにおいて理想化して想定された旋回軸線Ｗ_Dに沿って延びる。図２〜図４をもとにしてすでに説明したように、薄肉箇所Ｄの両側でＹ方向に、三角形の切欠Ｕ₁、Ｕ₂がテーパゾーンＶ₁、Ｖ₂に設けられている。各切欠Ｕ₁、Ｕ₂の輪郭は、２つの境界線Ｇ_a、Ｇ_bを備えている。これらの境界線は、共通の頂点Ｓを出発点として、頂点Ｓを通ると仮想されるＸ−Ｙ方向の断面平面Ｅ_Sの両側に対称に延びる。切欠Ｕ₁、Ｕ₂は、薄肉箇所Ｄとは反対側の端にそれぞれＺ方向に延びる壁区分によって区切られる。

図５は、さらに、切欠Ｕ₁、Ｕ₂が薄肉箇所Ｄの理想化して想定された旋回軸線Ｗ_Dに直接隣接せず、この旋回軸線に対してわずかにＹ距離をおいていることを示す。ホットスポットおよび薄肉箇所の定義し得ない弱化（ｕｎｄｅｆｉｎｉｅｒｔｅ Ｓｃｈｗａｅｃｈｕｎｇｅｎ）を回避するために、切欠Ｕ₁、Ｕ₂は薄肉箇所Ｄに対してわずかにＹ距離をおいたところから始まる。

図６は、テーパゾーンＶ₁、Ｖ₂に切欠Ｕ₁、Ｕ₂を有する本発明に係る薄肉箇所継手の斜視図を示す。

Ｘ 厚さ方向
Ｙ 長さ方向
Ｚ 幅方向
Ｍ₁、Ｍ₂ 材料区分
Ｖ₁、Ｖ₂ テーパゾーン
Ｄ 薄肉箇所
Ｄａ、Ｄｂ 薄肉箇所区分
Ｈ 開口
Ｗ_D 旋回軸線
Ｕ₁、Ｕ₂ 切欠
Ｑ_D 薄肉箇所Ｄの横断面
Ｑ‘_V、Ｑ‘‘_V テーパゾーンの横断面
Ｅ_D 薄肉箇所の断面平面
Ｅ‘、Ｅ‘‘ テーパゾーンの断面平面
Ｅ_S テーパゾーンの断面平面
Ｂ 断面幅
Ｒ_X 部分横断面積厚さ
Ｒ_Z 部分横断面積幅
Ａ_D 薄肉箇所の横断面積
Ａ‘、Ａ‘‘ 断面Ｑ‘、Ｑ‘‘の横断面積
Ｌ_U Ｙ方向の区間部分

Claims (14)

1. 薄肉箇所継手であって、
   ａ）第１材料区分（Ｍ₁）と薄肉箇所（Ｄ）を介して前記第１材料区分と一体式に接続された第２材料区分（Ｍ₂）とを備え、
   ｂ）前記第１材料区分もしくは第２材料区分（Ｍ₁、Ｍ₂）の厚さ方向（Ｘ）に計測される材料厚さ（Ｘ₁、Ｘ₂）が、Ｘ方向に対して垂直の長さ方向（Ｙ）に沿って前記薄肉箇所（Ｄ）までのテーパゾーン（Ｖ₁、Ｖ₂）において薄肉箇所の位置（Ｙ_D）で最小薄肉箇所厚さ（Ｘ_D）に低減され、
   ｂ）前記薄肉箇所（Ｄ）の仮想旋回軸線（Ｗ_D）が、Ｘ方向およびＹ方向に対して垂直に延びる幅方向（Ｚ）に沿う前記薄肉箇所（Ｄ）の幅にわたって延び、
   ｃ）Ｘ−Ｚ平面（Ｅ_D）上で前記薄肉箇所（Ｄ）を通って形成されていて、Ｚ方向に延びる幅Ｂを有する横断面（Ｑ_D）が横断面積（Ａ_D）を有し、
   ｄ）少なくとも１つのテーパゾーン（Ｖ₁、Ｖ₂）に少なくとも１つの切欠（Ｕ₁、Ｕ₂）が設けられている、薄肉箇所継手において、
   ｅ）前記平面（Ｅ_D）に対して平行に延び、かつ少なくとも１つの切欠（Ｕ₁、Ｕ₂）を通り、断面幅（Ｂ）を有する断面平面（Ｅ‘、Ｅ‘‘．．．）を備えたテーパゾーン（Ｖ₁、Ｖ₂）の横断面（Ｑ‘、Ｑ‘‘．．．）が横断面積（Ａ‘、Ａ‘‘．．．）を生成し、
   ｆ）Ｙ方向に延びる区間部分（Ｌ_U）に沿って形成された横断面（Ｑ‘、Ｑ‘‘．．．）が横断面積（Ａ‘、Ａ‘‘．．．）を生成し、該横断面積は、好ましくは一定の数の幾何学的形状、特に矩形を備え、前記横断面の幅（Ｒ‘_Z、Ｒ‘‘_Z）は、前記薄肉箇所の位置（Ｙ_D）に対する前記横断面（Ｑ‘、Ｑ‘‘．．．）の距離が増加するにしたがって小さくなることを特徴とする、薄肉箇所継手。
2. Ｙ方向に延びる区間部分（Ｌ_U）に沿って形成された横断面積（Ａ‘、Ａ‘‘）は、前記薄肉箇所（Ｄ）の横断面積（Ａ_D）が有する強度の公差範囲内にある強度を有することを特徴とする、請求項１に記載の薄肉箇所継手。
3. 前記区間（Ｌ_U）に沿って、条件（Ａ‘、Ａ‘‘．．．）＝ｃｏｎｓｔ．、好ましくは（Ａ‘、Ａ‘‘．．．）＝Ａ_Dが維持されることを特徴とする、請求項１または２に記載の薄肉箇所継手。
4. 前記長さ（Ｌ_U）に沿って、前記それぞれの横断面積（Ａ‘、Ａ‘‘．．．）に関連する抵抗モーメントが前記旋回軸線（Ｗ_D）を中心として一定であることを特徴とする、請求項１または２に記載の薄肉箇所継手。
5. 前記薄肉箇所（Ｄ）の横断面（Ｑ_D）は、１つまたは複数の幅狭の矩形の形状を有することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の薄肉箇所継手。
6. 前記横断面（Ｑ‘、Ｑ‘‘．．．）は、好ましくは同じ大きさの、複数の、好ましくは同じ幾何学的形状を有することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の薄肉箇所継手。
7. Ｙ−Ｚ平面を有する断面における少なくとも１つの切欠（Ｕ₁、Ｕ₂）が、
   ａ）２つの境界線（Ｇ_a、Ｇ_b）が前記薄肉箇所の位置（Ｙ_D）に最も近い共通の頂点（Ｓ）から、前記薄肉箇所（Ｄ）からＹ方向に延び、
   ｂ）一方または両方の境界線が、前記薄肉箇所の位置（Ｙ_D）に対する曲線沿いの距離が増加するにしたがって、前記頂点に位置するＸ−Ｙ平面（Ｅ_S）から好ましくは対称に遠ざかるような輪郭を有することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の薄肉箇所継手。
8. 前記曲線の区分は、前記テーパゾーン（Ｖ₁、Ｖ₂）のそれぞれのＹ位置に付与された材料厚さ（Ｘ₁、Ｘ₂）に依存して形成されていることを特徴とする、前記請求項に記載の薄肉箇所継手。
9. 複数の切欠（Ｕ₁、Ｕ₂）は、好ましくは同じ形状で幅方向（Ｚ）に並設されることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の薄肉箇所継手。
10. 前記薄肉箇所（Ｄ）の両側でＹ方向に１つまたは複数の切欠（Ｕ₁、Ｕ₂）が設けられており、前記１つまたは複数の切欠は、前記旋回軸線（Ｗ_D）に対して好ましくは対称に、またはＺ方向に互いに位置をずらした状態で対向することを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の薄肉箇所継手。
11. 両方のテーパゾーン（Ｖ₁、Ｖ₂）において、少なくともそれぞれ１つの切欠（Ｕ₁、Ｕ₂）、好ましくは、Ｚ方向に相前後して配置された切欠の少なくともそれぞれ１つの群が設けられており、前記それぞれの切欠または切欠の群は、Ｙ方向に前記薄肉箇所（Ｄ）に対して同じ距離を有することを特徴とする、先行する請求項に記載の薄肉箇所継手。
12. 前記薄肉箇所（Ｄ）は、少なくとも１つの開口（Ｈ）によって、幅方向（Ｚ）に並設された複数の、好ましくは２つの薄肉箇所区分（Ｄ‘、Ｄ‘‘）に分けられることを特徴とする、前記請求項のいずれか１項に記載の薄肉箇所継手。
13. 計測器具、特に天秤であって、前記請求項のいずれか１項に記載の薄肉箇所継手を備え、前記薄肉箇所継手が、レバー、連接棒、回転継手、ばね状ヒンジ、または平行リンク機構の一部である、計測器具。
14. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載の薄肉箇所継手を製造する方法であって、切欠（Ｕ₁、Ｕ₂）が少なくとも部分的に、レーザを用いて、好ましくは旋回軸線（Ｗ_D）に位置するＹ−Ｚ平面の両側からテーパゾーン（Ｖ₁、Ｖ₂）に作製される、方法。