JP2716809B2 - 軸方向荷重を測定するための装置及び方法 - Google Patents

軸方向荷重を測定するための装置及び方法

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JP2716809B2
JP2716809B2 JP1210551A JP21055189A JP2716809B2 JP 2716809 B2 JP2716809 B2 JP 2716809B2 JP 1210551 A JP1210551 A JP 1210551A JP 21055189 A JP21055189 A JP 21055189A JP 2716809 B2 JP2716809 B2 JP 2716809B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は荷重測定に関するものであって、特に円柱形
部材の直径方向の変化を測定することによって、該部材
を改造することなく該部材にかかる軸方向荷重を容易に
かつ迅速に測定することが可能な軸方向荷重を測定する
ための装置及びその方法に関する。
（従来の技術） 原子力産業において、予期され得る正常あるいは異常
な出来事の全範囲を越えても正しく動作するように設定
されて維持されているモータ弁動作に関する安全性
（「MOV′ｓと称せられる）を確認することが重要であ
る。モータ作動弁に関する安全性は、弁と、該弁に弁心
棒を介して連結しているモータ作動部とを、通常、有し
ている。
弁システムにおける力を表示するものとして、モータ
アクチュエータに結合しているスプリングパックの変位
を測定するシステムが、通常、多くのプラントで使用さ
れている。
このシステムでは、ユーザははじめに、スプリングパ
ックの変位センサ及びロードセルからの出力を記録し、
基準のロードセルに対して弁をバックシートに着座させ
ることによって、システムを校正する。校正の結果は、
そのあとで、スプリングパックのバックシートへの弁の
着座時における弁心棒の荷重を推定することに用いられ
る。
しかしながら、このような直接的な方法には、多くの
問題がある。その問題の１つは、スプリングパックが、
通常、初期の圧縮を実質的に有していることである。こ
のことは、弁心棒の力がスプリングパックが更に圧縮す
るまでのレベルに上がらなければならないことを意味す
る。その結果、弁心棒の力を測定できない不感域が広く
なってしまう。反対に、スプリングパックと空間部との
間隙は、実質的に弁心棒に加わる力に応答してスプリン
グパックが変位しないような感隙量とされる。スプリン
グパックにおける初期圧縮及び初期の間隙が設定されな
い場合でさえ、スプリングパックの圧縮が弁心棒力に対
して非線型性を示すようになる。更に、スプリングパッ
クではグリースを用いて強化することはよく知られてい
るが、この状態では、非常に大きな力が加えられた際の
スプリングパック圧縮力を厳しく制限する。結局、ギア
の摩擦力がスプリングパックも圧縮させ、この圧縮力が
弁心棒力によるものであると誤まるおそれがある。要す
るに、スプリングパックの変位トレースから弁心棒力を
測定することは、最適な状態下でも困難であり、様々の
技術が要求される。
多くの有効な情報は、モータの電流トレースから得る
ことができる。電流トレースはスプリングパックの変位
のトレースよりも簡単に得られる。モータの電流はモー
タに要求される全負荷に対して応答できるために、着座
状態から弁座からの離脱状態までの弁心棒力、パック力
や他の摩擦力およびこれらの力の時間の変化を推定する
のに用いられる。この場合、これらの力を定量化し、他
の力と区別することが困難である。
モータ作動弁内部の動作を正確にモニタするために
は、弁心棒に取付けられたひずみゲージの使用により弁
心棒の荷重を直接測定することが最も望ましい。しかし
ながら、この方法のために現存する弁の構造を変更する
ことは現実的ではない。ほとんどの弁において、弁心棒
に固定されたセンサは、弁心棒のストロークの微小部分
の変位についてのみ使用できて、弁のフル作動できるよ
うに移動され得るようにしなければならない。
本願出願人は代わりの許容できるアプローチとして、
モータ作動弁のバルブヨークひずみ測定システムを発明
した。このシステムは弁心棒の直接負荷を連続的及び間
接的にモニタするものである。弁心棒力は、同等かつ逆
方向のヨーク応力を生じさせるので、その結果、ヨーク
ひずみが全体のバルブストロークを上まわる心棒力を正
確に表示する。新しいヨークひずみセンサは、現在米国
出願中の、特許出願No.185,210（1988年４月22日）、N
o.87541（1987年４月20日）、現在の米国特許4805451号
における対象であり、これらを合わせて全体が参照され
る。
ヨークひずみセンサは、原子力プラントの苛酷な条件
下にも耐え得るので、簡単に利用かつ校正することがで
きる。そして、このヨークひずみセンサはくり返し監視
テストができ、かつ連続的にモニタする場所では永久に
取付けたままにしておくことができる。取付けられたヨ
ークひずみセンサは、たった１度だけモータ作動弁に対
して校正する必要がある。校正は、弁心棒力に対してヨ
ークひずみをあわせることを含み、特殊なヨーク配置及
びヨークに対するヨークひずみセンサの位置の作用を校
正することである。校正を行った後は、ヨークひずみセ
ンサを、類似のひずみ感度を有する他のヨークひずみセ
ンサのいずれかと、その校正を変更しないで変換するこ
とができる。
モータ作動弁に対するヨークひずみセンサの校正は、
他の方法でも行なうことができる。その一つは、弁がシ
ートに着座（又はバックシートに着座）する際の弁心棒
のひずみを測定することによるものである。校正荷重は
知られる必要がない。ネジ切りされていないあるいはネ
ジ切りされているいずれの円形の円柱状物（例えば弁心
棒）であっても、弁心棒におけるひずみと弁心棒にかか
る軸方向の力又は応力との間には純粋に幾何学的な複数
の関係が存在する。これらの関係を用いて弁心棒のひず
みを測定することから校正荷重が推定される。
モータ作動弁の弁心棒にかかるひずみを測定する場合
には、１つ問題がある。その問題とは、測定されるひず
みが弁心棒にかかるひずみの代表的な一部分だけが露呈
され、ヨークを通しては弁心棒にかかるひずみを簡単に
測定することができないということである。さらに、通
常の軸方向（線）ひずみケージーを弁心棒に直接取り付
けることは、容易ではなく、複雑であるため、せいぜい
時間を消費するだけであって、あるいは、いくつかのモ
ータ作動弁の形状に対しては、ほとんど不可能である。
いくつかの例において、外部から接近し得る弁心棒の長
さは、設置された通常の軸上ひずみを測定装置に必要と
される長さ以下でもよい。軸上ひずみ測定装置は、その
ような装置における軸方向の取付け位置間における弁心
棒のまげ、ねじりにより誤動作の原因にもなる。
通常の円柱状部材における軸方向ひずみ（及び応力）
を直径ひずみから決定することは可能である。ある物体
において直径の収納と軸方向の伸びとの比率は、ポアソ
ン比として関係づけることができ、知ることができる。
また、別の方法として、原子力プラントに設置されたモ
ータ作動弁の弁心棒に通常用いられるような他の合金、
寸法及び形状（中空／固形体、ネジ切り／非ネジ切り
等）に対して独立して軸方向ひずみを決定することがで
きる。
一般に弁心棒のポアソン比は、原子力プラントに用い
るモータ作動弁においては0.2〜0.4の範囲が好ましい。
このようにして弁心棒における直径の変化を測定するこ
とによって、軸方向ひずみとこれによって生じた弁心棒
に対する軸方向の力が決定できる。
本発明は上記従来の問題を解決するものであり、その
目的は、実質的に円柱状部材の軸方向荷重をきわめて容
易にかつ正確に測定し得る軸方向荷重を測定するための
装置および方法を提供することにある。
（問題点を解決するための手段） 本発明の軸方向荷重を測定するための装置は、実質的
に円柱状の部材にかかる軸方向荷重を測定するための装
置であって、該円柱部材の一部分に取り外し可能に取り
付けられ、該円柱部材のその部分に生じる径方向の変形
に応じて移動するクランプ手段と、該クランプ手段に接
続され、該円柱部材のその部分における径方向の変形に
よる該クランプ手段の移動を感知し、該感知された移動
に関する信号を発生するためのセンサー手段と、該セン
サー手段に接続され、該センサー手段の信号から、該円
柱部材における軸方向荷重を決定するための演算手段
と、を備え、該円柱部材が、実質的に円柱伏の弁心棒で
あり、さらに、該弁心棒は、該弁心棒の一端に連結され
ている可動弁部材を収容している弁ハウジングを有する
弁、該弁心棒の他端に連結されている駆動装置、及ぴ該
弁ハウジングと該駆動装置とを連結するために該弁心棒
の回りに部分的に延伸しているヨーク手段を備えている
モータ作動弁装置の一部を構成し、該弁心棒の、前記ク
ランプ手段を受け入れる部分が該ヨーク手段から露出し
ており、そのことにより上記目的が達成される。
前記クランプ手段は、第１及び第２のクランプ部材
と、これら第１及び第２のクランプ部材を、その間に前
記円柱部材の前記部分を受け入れるように間隔を開けて
保持しているクランプ本体部材と、少なくとも一方の該
クランプ部材と該クランプ本体部材との間に配され、そ
の一方のクランプ部材を他方のクランプ部材及びクラン
プ本体部材に対して調整可能に位置決めするための調整
可能装着手段と、を備えている。
前記一方のクランプ手段に接続され、前記実質的に円
柱状の部材の前記部分に所定の圧縮力をかけるように、
該一方のクランプ手段の位置決めを行うための調整手段
をさらに備えている。
前記クランプ部材の少なくとも一方が、内側に約150
゜の角度のＶ字形部分を有するＶブロックを備えてい
る。
前記センサー手段が、前記クランプ手段に取り付けら
れて該クランプ手段の歪を感知するための歪ゲージ手段
を備えている。
前記センサー手段が、前記クランプ手段に連結されて
該クランプ手段の部材間の距離の変化を感知するための
近接検出手段を備えている。
前記クランプ本体部材が、該クランプ本体部材の、前
記クランプ部材の間に連続的に延伸している部分に屈曲
中心点を備えており、該連続延伸部分が、前記円柱部材
をその間に圧縮している該クランプ部材を保持してお
り、さらに、該クランプ本体部材の該連続延伸部分が、
該クランプ手段を介して伝えられる径方向の変形に応じ
て主として該屈曲中心点において屈曲する。
前記センサー手段が、前記第１及び第２のクランプ部
材の、前記屈曲中心点と対向する側において、前記クラ
ンプ本体手段により支持された近接検出手段を備えてい
る。
前記円柱部材が、実質的に円柱状の弁心棒であり、さ
らに、該弁心棒は、該弁心棒の一端に連結されている可
動弁部材を収容している弁ハウジングを有する弁、該弁
心棒の他端に連結されている駆動装置、及び該弁ハウジ
ングと該駆動装置とを連結するために該弁心棒の回りに
部分的に延伸しているヨーク手段を備えているモータ作
動弁装置の一部を構成し、該弁心棒の、前記クランプ手
段を受け入れる部分が該ヨーク手段から露出している。
前記クランプ手段が、第１及び第２のクランプ部材
と、該第１及び第２のクランプ部材を、その間に前記円
柱形弁心棒の前記部分を受け入れるように間隔を開けて
保持しているクランプ本体手段とを備えており、該クラ
ンプ本体手段が前記ヨーク手段の一部と該弁心棒の一部
との間に延伸している。
前記クランプ手段が、第１及び第２のクランプ部材
と、該第１及び第２のクランプ部材を、その間に前記円
筒形弁心棒の一部を受け入れるように間隔を開けつつ保
持しているクランプ本体手段とを備えており、該クラン
プ本体手段が前記ヨーク手段及び前記弁心棒の周囲に配
されている。
前記クランプ手段が、クランプ本体手段と、第１及び
第２のクランプ部材とを備えており、該クランプ本体手
段が、該第１及び第２のクランプ部材を、その間に前記
円柱形部材の一部を受け入れるように間隔を開けて保持
しており、少なくとも１個の該クランプ部材が該円柱部
材の該部分に係合しこれに圧縮力をかけるために移動可
能であり、該複数のクランプ部材が該円柱部材の該部分
における径方向の変形を伝達し、さらに、前記センサー
手段が、該クランプ部材を介して伝達された、該円柱部
材の一部に於ける径方向の変形により生じるクランプ手
段の部材間の距離の変化を感知し、これに関連する電気
信号を発生するための近接検出手段を備えている。
前記クランプ本体部材の、前記クランプ部材の間に連
続的に延伸している部分に、屈曲中心点をさらに備えて
おり、該クランプ本体部材が、該クランプ部材を介して
伝えられる径方向の変形に応じて主として該屈曲中心点
において屈曲し、また、該クランプ本体部材が、一方の
該クランプ部材を支持して実質的に該屈曲中心点から該
クランプ部材を越えて該クランプ本体部材の一方の遠隔
側端まで延伸している１個のアームを備えており、さら
に、前記近接検出手段が、該第１及び第２のクランプ部
材の、該屈曲中心点と対向する側において、該１個のア
ームにより支持されている。
前記クランプ本体部材が、さらに、他方のクランプ部
材を支持しつつ実質的に前記屈曲中心点から該他方のク
ランプ手段を越えて該クランプ本体部材の他の遠隔端ま
で延伸している他のアームを備えており、さらに、前記
近接検出手段によって検出されるように、該近接検出手
段に接近しつつ間隔を開けた位置において他のアームに
より支持されているターゲット手段を備えている。
前記屈曲中心点が、前記クランプ部材の間に連続的に
延伸しているクランプ本体部材の部分にくびれ領域を備
えており、該くびれ領域が、該クランプ部材の間に延伸
している該クランプ本体部材の他の部分よりも小さい横
断面を備えている。
前記屈曲中心点が、前記第１及び第２のアームの隣接
端を回動可能に連結させるヒンジ手段を備えており、前
記クランプ手段が、さらに該ヒンジ手段とは反対側の該
第１及び第２のアームの端を連結させて、該クランプ本
体部材とクランプ部材とを介して前記円柱部材の前記部
分に圧縮力を加えるためのばね手段を備えている。
本発明の実質的に円形断面を有する弁心棒における軸
方向荷重を測定するための方法は、径方向変形測定装置
のクランプ部が該弁心棒の該部分における径方向の変形
に応じて移動するように、該装置のクランプ部を該弁心
棒の一部に取り付ける工程と、該弁心棒の該部分におけ
る径方向の変形から生じる、該装置のクランプ部の部材
間の移動を感知する工程と、該測定装置のクランプ部の
感知された移動から、該弁心棒にかかる軸方向荷重を決
定する工程と、を包含する、実質的に円形断面を有する
弁心棒における軸方向荷重を測定するための方法であっ
て、該実質的に円形断面を有する弁心棒がモータ作動弁
装置の弁心棒であり、さらに、クランプ部の部材間の移
動を感知する前記工程中に弁心棒に軸方向荷重をかける
ように該モータ作動弁装置を駆動する工程を包含し、そ
のことにより上記目的が達成される。
クランプ部の部材間の移動を感知する前記工程が、前
記装置のクランプ部の屈曲を感知することを包含する。
クランプ部の部材間の移動を感知する前記工程が、前
記装置のクランプ部の部材間の距離の変化を感知するこ
とを包含する。
（実施例） 以下の説明は添付の図を参照することによりさらによ
く理解されるであろう。本発明を説明するために、現時
点で好ましいとされる実施例が図示されているが、本発
明はここに記載の構成及び方法に限定されるものではな
いことが理解されるであろう。
尚、全図を通して、同一の参照符号は、同一の構成要
素を示す。
第１図は、仮想線12で示された荷重がかかる本発明の
略円柱状部材の軸方向荷重測定装置の第１実施例を示す
模式図である。この装置は、軸方向荷重に比例した円柱
部材の径方向の変形を求めるために用いられるＣ−クラ
ンプ装置10を有する。装置10はクランプ手段14と、クラ
ンプ手段14に連結されたセンサ手段16を有する。クラン
プ手段14及びセンサ手段16は、共に直径方向歪測定装置
を構成する。本実施例の測定装置には、更に、センサ手
段16が発生した信号により円柱部材12の軸方向荷重を求
めるために直径方向歪測定装置10のセンサ手段16に連結
された演算手段17が備わっている。
クランプ手段14は、円柱部材12の一部分に着脱自在に
取り付けられ、円柱部材12のこの部分の径方向の変形に
応じて動くようになっている。特に、クランプ手段14は
略Ｃ字型のクランプ本体18と、第１クランプ部材20及び
第２クランプ部材22とを有する。クランプ部材20および
22はクランプ本体18により保持されていて、略々一直線
状に並んでおり、円柱部材12の一部分をその間にはさむ
ことができるよう間隔をあけて設置されている。第１ク
ランプ部材20を第２クランプ部材22に対して調節可能に
位置決めするために、該第１クランプ部材20とクランプ
本体18との間に調節可能な取り付け手段を設けるのが望
ましい。この調節可能な取り付け手段には、例えば、ね
じ切りブッシング26にねじ込まれたねじ切りシャフト24
が設けられている。第１クランプ部材20は、仮想線で示
すねじ25等の適当な手段により、ねじ切りシャフト24の
一方の端に回転可能な状態で取り付けられている。ねじ
きりブッシング26は、クランプ本体18にジャーナルによ
り取り付けられている。第１クランプ部材20は、クラン
プ本体18と第２クランプ部材22に対して調節可能に位置
決めできるように、また、第２クランプ部材22と共に円
柱部材12の一部を保持して、係合及び開放できるように
該第２クランプ部材22に対し接離可能に移動する。第１
クランプ部材20は調節された後に、ロックナット30によ
り、シャフト24とともにその位置にロックされる。
クランプ部材20および22は、それぞれが内側にＶ字型
となる角度A1を有するＶ字型ブロックであることが好ま
しい。角度A1は好ましくは150度である。この角度によ
り、クランプ部材20及び22の間に係合される円柱部材12
のクランプ部分の径方向の変形の約0.966を、クランプ
部材20および22を介してクランプ本体18に伝達すること
ができる。第２クランプ部材22は、円柱部材12を挟んで
対向する第１クランプ部材20とは一直線上で対称的にな
るように、クランプ本体18に回動可能に取り付けるのが
好ましい。
クランプ部材20および22間で連続的に延伸するクラン
プ本体18の途切れていない部分には、くびれ部分19が設
けられている。該くびれ部分19により、クランプ本体18
はアーム28とアーム32の２つの部分に効果的に分割され
る。第１のアーム28には、くびれ部分19の一方の側（第
１図では左側）より、そこから離れたクランプ本体18の
端29へ延伸しており、第１クランプ部材20を保持してい
る。第２のアーム32は、くびれ部分19の反対側（第１図
では右側）からもう一方のクランプ本体18の離れた側の
端19へと延伸しており、第２のクランプ部材22を保持し
ている。クランプ本体18のくびれ部分19は、第２図
（ａ）に示す横断面部分を有する。この横断面部分は、
くびれ部分19の向かい合う両側のすぐ近傍でくびれ部分
に隣接するクランプ本体18の横断面部分より小さく、か
つクランプ部材20および22間で連続的に延伸しているク
ランプ本体18のその他の部分における横断面部分よりも
小さい。第２図（ａ）は、くびれ部分19の左側（第１図
に於ける）に隣接するクランプ本体18のアーム28の横断
面部分に対しての上記の関係を示している。くびれ部分
19のもう一方の側（第１図に於ける右側）に隣接するク
ランプ本体18の横断面部分は、くびれ部分19の左側に隣
接するクランプ本体18の横断面部分と略対称的である。
第１および第２のアーム28および32は、くびれ部分19よ
りも大きな横断面部分を有している。これは、くびれ部
分19の曲げ剛性を増すためである。クランプ本体18は、
片持ちの状態でアーム28および32を保持するために、ク
ランプ部材20および22間で連続して実質的に強固かつ剛
直であるので、アーム28および32は、円柱部材12の径方
向の伸長による外側への曲げに対し弾性抵抗が作用し、
少なくとも円柱部材12をクランプしたときは、該円柱部
材12の径方向の収縮に弾性的に沿うことができる。従っ
て、円柱部材12のクランプ部分の径方向の変形によるク
ランプ本体18のたわみ運動又は湾曲は、主にくびれ部分
19で起こり、この部分はクランプ本体18の湾曲中心点と
なる。
センサ手段16は、クランプ部材20および22を介してク
ランプ本体18に伝達される円柱部材12の一部分に於ける
径方向の変形から生じるクランプ手段14の運動を感知
し、それに関する電気信号を発生するために設けられて
いる。センサ手段16は、第２図（ａ）に示すように、例
えば、４個の軸方向／長手方向の歪ゲージ34、36、38お
よび40を備えている。各歪ゲージ34、36、38、および40
は、クランプ本体18のくびれ部分19に於けるウェブ42と
44の向かい合った側面に従来と同様の態様で取り付けら
れている。各歪ゲージ34、36、38、および40は、クラン
プ本体18のくびれ部分19に、各歪ゲージと同様に取り付
けられた端子板35、37、39および41のはんだ接合を通
し、くびれ部分19に於けるクランプ本体18の湾曲を感知
するために、例えば、第２図（ｂ）の模式図に示された
従来の平行ブリッジ回路において互いに電気的に接続さ
れている。歪ゲージ34、36、38、および40は、更に第１
図に示すようにマルチワイヤケーブル48を通して、従来
の歪ゲージの調整装置46に接続されている。該ケーブル
48は、第１図に示す通り、各端子板35、37、39、および
41のはんだ接合に至る絶縁リード線を介して歪ゲージに
連結されている。歪ゲージ調整装置46は、平行ブリッジ
の向かい合った一対の接点間に励起信号を与え、平行ブ
リッジのもう一対の向かい合った接点間から信号を取り
出す。取り出される信号は、クランプ部材20および22を
通してクランプ本体18に伝達される円柱部材12における
クランプされた部分の径方向の変形により誘導されたク
ランプ本体18のくびれ部分19における湾曲運動に関連し
ている。特に、調整装置46は、クランプ本体18のくびれ
部分19の湾曲に比例し、従って、円柱部材12のクランプ
された部分の径方向の変形に比例した、平行ブリッジ回
路から取り出される信号に基づいて、所定のセンサ信号
を発生する。
端子板35、37、39および41からマルチワイヤケーブル
48に至るリード線間の電気的接続は、第１図の仮想線で
示すように、クランプ本体18の一方の端に延伸している
連結孔52内で行うことが好ましい。連結孔52は、着脱可
能なカバーパネル53をはずすと現われる。各歪ゲージ3
4、36、38および40としては、例えば、Micromeasuremen
ts,Inc.Catalog No.EA−06−125BZ−350の標準単軸350
オームホイルゲージを用いることができる。端子35、3
7、39および41としては、Micromeasurements,Inc.Catal
og No.CTF−25Cがある。歪ゲージ調整装置46としては、
例えば、Vishay2100シリーズの歪ゲージ調整装置があげ
られる。
調節手段としてのトルクハンドル54が、使用に際して
の装置10の取り付けを助けるために、第１のクランプ部
材20とは反対側のねじ切りシャフト24の端に取り付けら
れて、第１のクランプ部材20と連結されている。トルク
ハンドル54には内部に図示しない調節可能なラチェット
機構を有しており、このラチェット機構により選択され
た所定のトルクがハンドル54を介して加えられ、ねじ切
りシャフト24に伝達されるが、選択されたトルクを越え
るとラチェットが働く。通常、クランプ部材20および22
により略円柱状の部材12のクランプ部分に加えられる径
方向の圧縮力は、ハンドル54に適切なトルク設定を選択
することにより所定の値に限定することができる。トル
クハンドル54としては、たとえば、Vier Catalog No.TH
−106がある。装置10は略円柱状の部材12のクランプ部
分に予荷重をかけておくことにより、径方向の収縮及び
伸張に反応することができる。トルクハンドル54は必須
のものではないが、装置10を円柱部材12に迅速に取り付
けるために役立つ。トルクハンドル54を用いると、クラ
ンプ部材20を位置決めすることにより所定の圧縮力を加
えることができる。この圧縮力は、センサ手段16を測定
可能に初期化することを助けるために、クランプ本体18
のくびれ部分19に所定の量だけ湾曲させるようにするこ
とができる。更に、トルクハンドル54を取り付けること
により、大きすぎる圧縮力が不注意に円柱部材12に加え
られるおそれが少くなる。これは、この装置を、もろい
中空チューブ等の他の種類の円柱部材に使用する場合に
重要である。
トルクハンドル54の代わりに、シャフト24として、従
来の四角形又は六角形の頭部を有するボルトを適当に改
造して設けてもよい。その場合、同様の所定トルク荷重
を達成するために、シャフト24の頭部を通して所定のト
ルクを加えるのに従来のトルクスパナが使用される。
装置10のような径方向の歪測定装置の製造には、あら
ゆる種類の材料のいずれを用いてもかまわないが、2024
T3アルミニウムでできているクランプ本体18により満
足のいく装置となる。この材料を用いると、可撓性のあ
る弾力及び伸縮力が得られるだけでなく、クランプ本体
18の表面に陽極処理を施し、絶縁状態とすることがで
き、これにより、各歪ゲージ34、36、38および40と各端
子35、37、39および41とを、ウェブ42および44の表面に
直接取り付けることが可能となる。Ｖ字型ブロックでな
るクランプ部材20および22は、たとえば、303ステンレ
ス鋼、または410ステンレス鋼等の比較的圧縮や変形の
生じにくい材料からできている。
前述した実施例では、歪ゲージの感度からすると、Ｃ
−クランプ装置10の使用は、事実上、約２インチより小
さい外径を有する弁心棒や他の略々円柱状の荷重がかか
る部材に限られる。これより大きい直径を有する円柱部
材の場合、クランプ部材20および22からくびれ部分19ま
での間隔をさらに大きくする必要があり、クランプ本体
18のくびれ部分19における曲げがそれに伴い減少するこ
とになる。
歪ゲージ調整装置46は、クランプ本体18の湾曲、従っ
てクランプ部材20および22の間にクランプされた円柱部
材12の一部分における径方向の伸張と縮小に比例して変
化する値のアナログ信号を出力する。このアナログ信号
は、ライン55を介して、演算手段17へ出力される。演算
手段17としては、ハードワイヤード回路、あるいは、さ
まざまな円柱部材12の構成に基づき、歪ゲージ調整装置
46からのセンサ信号が示す径方向の歪により軸方向荷重
を求めるのに必要な式がプログラムされたコンピュータ
が使用される。演算手段17には例えば第１図に模式的に
示されているCRT表示装置57等の表示装置が接続され
る。更に、演算手段17には第１図に模式的に示されたデ
ータ記憶装置58が別ライン59により接続される。データ
記憶装置58としては、たとえば、プリンタ又はチャート
レコーダ等のハードコピー周辺装置があげられる。ハー
ドコピー周辺装置のかわりに又はそれに加えて、従来の
磁気または光学式大容量データ記憶装置（図示せず）を
用いてもよい。演算手段17の実施形態によっては、歪ゲ
ージ調整装置46からのアナログセンサ信号に仮想線で示
すA/Dコンバータ56を通貨せしめ、以後の処理のために
この信号をデジタル化することが望ましく、又は必要で
さえある。記憶装置58は、求められた軸方向荷重を格納
するだけでなく、歪ゲージ調整装置46から出力されたア
ナログセンサ信号により伝達されるデータも格納するた
めにも用いられる。演算手段17としては、たとえば、コ
ンパック（Compaq）３ミニコンピュータがあげられる。
第３図は本発明の第２の実施例を示す図である。この
実施例は、Ｕ−クランプ装置60と、該装置60に接続され
た演算手段62とを有している。Ｕ−クランプ装置60は、
２インチ（約50.8mm）又はそれ以上の外径を有する弁心
棒のような、一般に円柱状の部材12の径方向の変形を測
定するのに有用である。また、Ｕ−クランプ装置60はク
ランプ手段64を有している。クランプ手段64は、通常
は、円柱部材12にＵ−クランプ装置60全体を着脱可能に
取り付け、そして、円柱部材12のクランプされた部分の
径方向の変形に応じて可動し得るように、設けられてい
る。Ｕ−クランプ装置60は、更に、センサ手段66を有し
ている。該センサ手段66は、円柱部材12のクランプされ
た部分の径方向の変形に応じたクランプ手段64の動きを
検知し、それに関連する電気信号を発生するために設け
られている。演算手段62はＵ−クランプ装置60のセンサ
手段66に接続され、センサ手段66の信号から円柱部材12
の軸方向の荷重を演算するために設けられている。
詳細には、クランプ手段64は例えば、Ｕ形のクランプ
本体68と、第１及び第２のクランプ部材70及び72を有し
ている。クランプ部材70及び72は、例えば、互いに同軸
上に間隔をあけて並んだ状態でクランプ本体68によって
支えられており、測定する円柱部材12の一部（第３図に
仮想線で示されている）をそれらの間で受け止めるため
に設けられている。第１のクランプ部材70はネジ74（第
３図に仮想線で示されている）のような適当な手段によ
って、ネジ切りシャフト76の一端に回転可能に取り付け
られるのが好ましい。シャフト76はクランプ本体68を貫
くネジ切りされたブッシング78を通っている。例えばト
ルクハンドル80でなる調整手段は、ネジ切りシャフト76
の第１のクランプ部材70とは反対側のもう一方の軸方向
の端部に接続されることにより、第１のクランプ部材70
と結合されている。ハンドル80はシャフト76に作用され
る予め定められたトルクの選択を可能にしている。これ
により、円柱部材12のクランプされた部分に予め定めら
れた締め付け力を作用させるためのクランプ部材70の位
置決めが可能となる。これは予め決められた力で装置60
に予荷重をかけることを可能にし、センサ手段66を初期
化することを助ける。ネジ切りシャフト76及びブッシン
グ78は調節可能な取り付け手段を提供している。これに
より、クランプ部材70及び72の間に円柱の部材12の一部
を保持するために、第１のクランプ部材70が第２のクラ
ンプ部材72から、例えば位置70a（トルクハンドルの対
応する位置80aと共に、第３図に仮想線で示されてい
る）へ遠ざかるように動くことが可能である。また、ク
ランプ部材70及び72の間に保持された円柱部材12の一部
に係合して、締め付け力を供給するために、第１のクラ
ンプ部材70が他方の第２クランプ部材72に向かって動く
ことが可能である。第２のクランプ部材72はネジ82（第
３図に部分的に仮想線で示されている）のような適切な
手段によって、クランプ本体68に回転可能に取り付けら
れることが好ましく、第１のクランプ部材70及びネジ切
りシャフト76の中心軸に一直線に並べられている。
第１及び第２のクランプ部材70及び72は、好ましくは
Ｖ−ブロックであり、それぞれは、好ましくは約150゜
のＶ字角を有する。これらは円柱部材12のクランプ部の
径方向の変形をクランプ本体68に伝えるために、例えば
ステンレススティールのような非圧縮性の材料で形成さ
れるのが好ましい。
クランプ本体68は弾力性のある柔軟な、少なくとも適
度に伸縮性のある、例えば、2024 T3アルミニウムのよ
うな材料により、壊れ難い剛直な構造を持つ部材によっ
て連続的に形成されている。クランプ本体68は、更に、
円柱部材12のクランプされた部分の径方向の変形に応答
して、主としてくびれ部分84で湾曲することにより順応
する。このくびれ部分84は、この目的のために、支持さ
れた第１及び第２のクランプ部材70及び72の間で連続的
に延伸するクランプ本体68の一部に設けられている。く
びれ部分84は、該くびれ部分84の両サイドにおいてすぐ
隣りに接するクランプ本体68の断面積よりも、小さい断
面積によって識別される。くびれ部分84は、クランプ本
体68を、ネジ切りシャフト76及びブッシング78を介して
第１のクランプ部材70を支持する第１のアーム86と、第
２のクランプ部材72を支持する第２のアーム88とに分割
している。第１のアーム86はくびれ部分84からクランプ
本体68の離れた一方の端部90へ延びている。他方、第２
のアーム88はくびれ部分84からクランプ本体68のもう一
方の離れた端部92へ延びている。少なくとも該くびれ部
分84とクランプ部材70及び72との間にそれぞれ延びるア
ーム86及び88の部分は、該くびれ部分84より大きい断面
積を有している。これにより、クランプ本体68の硬さ
は、くびれ部分84に比べ、少なくともアーム86及び88の
部分で大きくなっている。従って、クランプ部材70及び
72の間に保持された円柱部材12のクランプ部の径方向の
変形は、クランプ本体68の湾曲として主にくびれ部分84
に現れる傾向にある。それ故に、くびれ部分84はクラン
プ本体68の湾曲部の中心点を構成している。
本実施例のＵ−クランプ60のセンサ手段66は、接近プ
ローブ94を有し、該接近プローブ94は近接検出手段又は
検出器96、該検出器96に結合されたマルチワイヤケーブ
ル98、及び該マルチワイヤケーブル98を介して検出器96
に結合された調整装置124を有している。検出器96は、
クランプ本体68の第２のアーム88によって支持され、こ
のアーム88によって支持されている第２のクランプ部材
72と、該アーム88の離れた端部92との間における例えば
端部92に近接した位置に支持されている。近接検出器96
は外部にネジ切りしたハウジング102を有している。該
ハウジング102はアーム88を貫いて延びる滑らかな穴104
を通っている。第１及び第２のネジ切りロック部材106
および108はアーム88の両面でハウジング102につなぎ合
わされている。これにより、アーム88に対して横切る方
向の、検出器96の最外側端部の位置を適正にすることが
できる。マルチワイヤケーブル98は、ブラケット110に
よってクランプ本体68に取り付けられているのが好まし
い。
クランプ本体68及び第１のアーム86の他の基部の離れ
た端部90近傍には、シャフト114がブッシング112にて支
持されている。ブッシング112は端部90に於て第１のア
ーム86を貫いている。シャフト114は近接検出器96と実
質的に軸方向に一直線に並び、ネジ切りした金属鋲116
の形式のターゲット手段を支えている。金属鋲116の平
たい頭部は、近接検出器96によって検出されるように、
近接検出器96の検出面に一定の接近した距離を隔てて、
直線上に並んでいる。該シャフト114には、多数の円周
溝118がシャフト114の軸心方向に適当な間隔をあけて設
けられている。この溝118はシャフト114に対して径方向
に移動可能にブッシング112に支持されているスプリン
グにて付勢されたピン120（第３図に仮想線で示してあ
る）に緩く噛み合う。ハンドル122はターゲットである
金属鋲116とは反対側のシャフト114の軸方向の端部に取
り付けられており、容易に操作される。溝118及びピン1
20は、シャフト114がいくつかの戻り止め位置の間を動
けるようにしている。これにより、シャフト114を近接
検出器96から引き離し、装置60を円柱部材12に取り付け
て、シャフト114とターゲットである金属鋲116とを、第
２のアーム88及び近接検出器96に対して予め決められた
支持位置にすぐに戻すことができる。シャフト114はブ
ッシング112の末端に設けられた短いネジ部（図示して
いない）によって、適所に固定され得る。
近接検出器96は調整装置124によって励起されると、
信号を発生する。この信号はマルチワイヤケーブル98を
介して第１の調整装置124に運ばれる。この信号は、検
出器96の検出面とターゲット116との間の距離と、クラ
ンプ本体68の離れた端部90および92の間の距離と、円柱
部材12の径方向の変形とに関係している。プローブ94と
しては、例えば、Bentley−Nevada Catalog No.21504−
00−12−10−02が使用される。これは渦電流タイプのパ
ンケーキコイル検出器96を使用したものであり、該検出
器96の検知端とターゲット116との間の距離に比例した
大きさのアナログ信号を発生する。このプローブと共に
用いるのに適した調整装置124は、例えば、Bentley−Ne
vada 7200 Series Proximitorである。プローブ94は、
導電性であるが強磁性である必要のない、アルミニウム
鋲116のようなターゲット手段と共に用いられ得る。調
整装置124はアナログセンサ信号を発生する。この信号
もまたターゲット116と検出器96との間の距離に比例し
て出力される。アナログセンサ信号は、調整装置124に
よってライン126に沿って演算手段62に出力される。ま
た、調整装置124からのセンサ信号は、演算手段62によ
る使用のために、通常のアナログ−ディジタル回路127
（第３図に仮想線で示されている）によってディジタル
化されてもよい。
近接検出器96およびターゲット鋲116は、クランプ部
材70及び72と、通常は円柱である部材12との一方の側方
であって、くびれ部分84によって与えられるクランプ本
体68の湾曲部の中心点の反対側に位置していることによ
り、円柱部材12のクランプされた部分に於ける径方向の
変形が、アーム86及び88によって、近接検出器96および
ターゲット116に拡大される。拡大率は、一般に、くび
れ部分84から検出器96及びターゲット116への距離と、
くびれ部分84からクランプ部材72への距離との比に比例
する。ここでは近接検出器96及びターゲット鋲116とく
びれ部分84との距離は、第２のクランプ部材72とくびれ
部分84との距離の約２倍であるので、円柱部材12のクラ
ンプ部分の径方向の変形は検出器96およびターゲット鋲
116で約２倍となる。Ｕ−クランプ装置60は、外径が約
1.75インチ（約44.45mm）以上の範囲の一般的な円柱形
状部材の径方向の変形を測定することができる。この装
置60は原子力発電所に取り付けられたモータ作動弁に見
られる直径約５インチ（約127mm）までの弁心棒の軸方
向荷重の測定に用いることができる。
第１図に示すＣ−クランプ装置10及び第３図に示すＵ
−クランプ装置60は、このように、原子力発電所に典型
的にみられるモータ作動弁の弁心棒に於ける径方向の変
形を測定することを意図している。そして、弁心棒と、
弁をモータ作動部に連結しているヨークとの間における
弁心棒の周りに取り付けられる。例えば、Ｃ−クランプ
装置10に対してMOVヨークの部分は、第１図に符号216a
及び216bの仮想線で示される。第３図のクランプ装置60
のヨークに対する位置は、通常、これと同様である。
第４図は本発明の第３の実施例を示す図である。この
実施例は、円柱部材12（第４図に仮想線で示されてい
る）の径方向の変形を測定するための、リング装置130
と、該リング装置130に結合された演算手段132とを有し
ている。リング装置130はクランプ手段134を有し、これ
はヨークや測定すべき円柱部材12の周りの支持構造を取
り囲んでいる。クランプ手段134によって取り囲まれた
ヨーク部分216a及び216bは、仮想線で示されている。ク
ランプ手段134は荷重が加えられている円柱部材12の一
部に、取り外し可能にクランプされて、円柱部材12のク
ランプ部分に於ける径方向の変形に応じて動けるように
されている。また、装置130はセンサ手段136を有し、こ
れは、クランプ手段134に接続されている。センサ手段1
36は円柱部材12のクランプされた部分の径方向の変形か
ら生じるクランプ手段134の所定部分の間の動きの検出
を行い、それに関連した電気信号を発生する。
クランプ手段134は実質的に矩形のクランプ本体138
と、クランプ本体138に支持された第１及び第２のクラ
ンプ部材140及び142を有している。これらのクランプ部
材140及び142は直線上に並び、互いに一定間隔をおいて
設けられている。詳細には、クランプ本体138は実質的
に剛直で、実質的に対称なＵ字型の２つのアーム144及
び146によって形成されるのが好ましい。それぞれのア
ーム144および146は外形が矩形の断面を有するのが好ま
しい。アーム144及び146は、重さを低減するために、第
４図に一部を仮想線で示すように、中空であることが好
ましい。同様の形状をしたブッシング148および150がＵ
字型アーム144及び146のそれぞれの底部中央を貫いてい
る。これらのブッシング148および150は、同じようなネ
ジ切りシャフト152及び154をそれぞれ回転可能に保持し
ている。それぞれのシャフト152及び154は、その一方の
端部で好ましくは回転可能に自らを支え、もう一方の端
部で第１及び第２のクランプ部材140及び142をそれぞれ
支持している。ブッシング148及び150、並びにネジ切り
シャフト152及び154は、それぞれのクランプ部材140及
び142とクランプ本体138との間の適切な取り付け手段を
構成している。これにより、クランプ部材140及び142
は、互いのクランプ部材140及び142とクランプ本体138
とに対して適切な位置となる。更に、これにより、クラ
ンプ部材140および142は円柱部材12の一部を保持するた
めに互いに離れ、それらの間で円柱部材12の一部に係合
して、締め付け力を与えるために互いに接近するように
動き得る。ノブ156および158は、使用し易いように、シ
ャフト152及び154のそれぞれの軸方向の端部に取り付け
られている。一方または両方のノブ156及び158は、前述
したＣ−クランプ装置10及びＵ−クランプ装置60のトル
クノブ54及び80のような、トルクノブとしてもよい。ク
ランプ部材140及び142は、前述のステンレススチールの
ような比較的圧縮され難い材料で形成されたＶ字型ブロ
ックが好ましい。このＶ字型ブロックは約150゜の角度
を有するのが好ましい。
湾曲部の中心点は、クランプ部材140及び142の間に連
続して延びるクランプ本体138の部分に設けられた。ヒ
ンジ手段160によって支持されている。ヒンジ手段160は
アーム144及び146を回転可能に互いに結合している。ヒ
ンジ手段160は、アーム144及び146を接続している重な
り部の穴を貫通するピン162を有している。アーム144及
び146は互いにピン162の廻りに自由に回転することがで
きる。これにより、円柱部材12をそれらの中に保持する
ためにクランプ本体138を開くことが可能となり、円柱
部材12、並びにヨークアーム216a及び216b、或いは円柱
部材12を支持及び／又は包囲している構造物の廻りに、
クランプ本体138が位置することが可能となる。また、
クランプ本体138のアーム144及び146は円柱部材12の径
方向の変形に応じてヒンジ手段160の廻りに回転する。
この変形はクランプ部材140及び142を介してクランプ本
体138に伝えられる。
クランプ部材140及び142を円柱部材12に押し付けて荷
重をかけるために、クランプ手段134は更にトグル装置1
64を有している。トグル装置164はヒンジ手段160及びピ
ン162から離れたアーム144及び146の端部を互いに連結
し、分離するために設けられている。該トグル装置164
はハンドル166を有している。ハンドル166はアーム146
に取り付けられたブラケット168に回転可能に取り付け
られており、フック170を回転可能に支持している。更
に、トルグ装置164は円柱状の中空チューブ172を有して
いる。チューブ172はブラケット173a及び173bによって
アーム144に結合されている。チューブ172はコイルスプ
リング174（仮想線で示されている）を有している。ス
プリング174の一端は第１のピン176（仮想線で示されて
いる）に係止されている。第１のピン176は、円柱の掛
け金スプール部材178（仮想線で示されている）を横切
って設けられ、チューブ172と同軸に、そしてチューブ1
72内に可動に設けられている。スプール部材178の他の
端部（第４図では下端）の第２のピン180は、フック170
の端部を受け止めるために設けられている。第３のピン
182は中空チューブ172の側面（第４図では右側）の縦方
向のフックのアクセススロットを横切って延び、スプー
ル部材178がチューブ172内で捩れるのを防止している。
チューブ172を径方向に貫く第４のピン184はスプリング
174の他端（上部）を係止している。トグル装置164はコ
イルスプリング174が延びて掛け金を掛け、第１及び第
２のアーム144及び146が互いに結合されて、クランプ本
体138を介して圧力が供給され、クランプ部材140及び14
2がそれらの間に、円柱部材12の一部を保持した状態で
全体が図示されている。トグル装置164のハンドル166及
び170は第２のピン180と共に、トグル装置164が当初に
係合した状態、または緩められた状態をそれぞれ仮想線
166′、170′及び180′で示されている。第２のピン180
からフック170を外せば、アーム144及び146はピン162の
廻りに回転でき、クランプ本体138の開閉が可能とな
る。
センサ手段136は、好ましくは近接プローブ190が使用
される。近接プローブ190は外側にネジ切りされたハウ
ジング193に設けられた近接検出手段又は近接検出器192
と、マルチワイヤケーブル194とを有している。マルチ
ワイヤケーブル194は一端が検出器192に結合され、他端
が近接プローブ信号の調整装置196に接続されている。
ネジ切りハウジング193は、クランプ本体138の他方の離
れた端部近傍に、ネジ切りされた穴200に回転可能に保
持されている。第４図では穴200を明らかにするために
一部を切り取って示している。穴200により、ハウシン
グ193はクランプ本体138と結合されて、クランプ手段13
4の所定部分の間の距離の変化が検知される。即ち、ヒ
ンジ手段160によって供給される湾曲部の中心点から離
れたアーム144及び146の端部、言い換えると、クランプ
本体138の端部でもあるアーム144及び146の端部の間の
距離の変化が検知される。ロックナット202は、検出器1
92を選択された所定位置にロックするためにハウジング
193にネジによって保持されている。導電性であって強
磁性である必要のない、アルミニウム鋲204のようなタ
ーゲット手段が、クランプ本体138の他の端部のアーム1
44に保持されている。このターゲット手段は近接検出器
192に近接した位置に、間隔をおいて設けられている。
調整装置196はケーブル194を伝わる信号によって検出器
192を活性化させ、ケーブル194を介して帰還された信号
からアナログのセンサ手段信号を発生する。調整装置19
6によって発生されたアナログセンサ手段信号は、ライ
ン198により、調整装置196から演算手段132へ送られ、
円柱部材12の軸方向の荷重を決定する。もし演算手段13
2がデジタルのセンサ信号を必要としているなら、セン
サ信号は別の通常のアナログ−デジタル変換回路199に
よってデジタル化される。変換回路199は調整装置196と
演算手段132の間に位置する。
使用に際して、クランプ部材140及び142が円柱部材12
上に充分に当接され、検出器192及びターゲット鋲204が
互いに間隔をおいて位置し、円柱部材12の一部の径方向
の収縮のために、ピン162から遠くに位置する互いに離
れたアーム144及び146の端部を接近させる。
リング装置130に於て、近接プローブは、例えば、Ben
tley−Nevada Catalog No.21505−00−20−30−02であ
り、また調整装置196は、Bentley−Nevada 7200 Series
Proximitorである。クランプ部材140及び142、並びに
円柱部材12の側方の、ヒンジ手段160によって構成され
る湾曲部の中心点の反対側に配設されたセンサ手段136
の検出器192及び204の位置によって、円柱部材12の一部
の径方向の伸縮及び収縮は、アーム144および146と、ヒ
ンジ手段160との幾何学的配置によって拡大される。ヒ
ンジ手段160の両側のアーム144及び146にカウンタウェ
イト206および208をそれぞれ取り付けられてもよい。こ
れにより、スプリング174によって荷重を加えるトグル
装置164の重量に対してバランスがとれ、トグル装置164
の重量によって装置130が一方の方向（第４図では右
側）に傾くのを防止できる。
リング装置130はあらゆる直径の円柱部材に用いられ
るように意図され、Ｃ−クランプ装置及びＵ−クランプ
装置を使用するには充分ではないような小さい直径の弁
心棒にも用いることができる。
装置10、60及び130を用いた本発明の軸方向荷重決定
システムは、更に第５図に示すように、モータ作動ゲー
ト弁装置210に適用することによりさらに説明される。
該モータ作動ゲート弁装置210は、装置10、60及び130の
１又はそれ以上が用いられ得る。モータ作動ゲート弁装
置210は、当業界では公知のMOVのタイプであり、様々な
ところから商業的に手に入れられる。モータ作動ゲート
弁装置210は弁212と、アクチュエータもしくはオペレー
タ214とを有し、これらはヨーク216によって互いに連結
されている。弁212は、固定された弁シート220と、弁バ
ックシート222とを有するハウジング217を備えている。
弁ゲート218は、弁シート220に嵌合して弁を閉じるシー
トポジション（218aとして仮想線で示してある）と、弁
バックシート222に嵌合して弁を完全に開いたバックシ
ートポジション（218bとして仮想線で示してある）との
間を動くことができる。弁ゲート218は、第５図では、
中間の位置に実線で示されている。
弁ゲート218は弁心棒224の作用によってシートポジシ
ョンとバックシートポジションとの間を動く。弁心棒22
4の一方の端部は弁ゲート218にしっかり取り付けられ、
反対側の端部は弁オペレータ241にまで延びている。
弁オペレータ214はモータ226を有している。モータ22
6は動力シャフト（図示していない）を有しており、こ
のシャフトは、適当な減速ギヤ228を介して、ウォーム
及びウォームギヤの結合230に接続されている。ウォー
ムギヤは内部にネジを切った穴（図示していない）を有
し、弁心棒224の上端のネジ部に噛み合う止めナット（s
tem nut）の働きをする。モータ226の作動により、ギヤ
228および230が回転し、それに応じて弁心棒224と弁ゲ
ート218とが垂直に動く。
ウォームの端部（第５図において最も右側）は、当業
界で公知の方法によりスプリングパック232に結合され
ている。別の小さなギヤ234もまた、スプリングパック2
32を経由してウォームに接続されている。ギヤ234はト
ルクスイッチ（図示していない）に結合され、スプリン
グパック232の両方向の変位によってギヤ234が回転した
ときに、モータ226を停止させる。
作動中に弁心棒224は伸張及び圧縮の荷重を受ける。
弁212を開閉するために電力がモータ226に供給され、モ
ータ226は様々なギヤ228、230を介して適切な垂直方向
に弁心棒224を動かす。これにより、弁ゲート218は弁シ
ート220の方向、又は弁バックシート222の方向に移動す
る。弁ゲート218がシート220又はバックシート222に嵌
合したときに、弁心棒224の動きは実質的に止まる。し
かし、モータ226の駆動力のためにウォームは回転し続
け、軸方向（第５図に於て、弁を閉じる場合には右方
向、弁を開く場合には左方向）に動くように強いられ
る。即ち、ウォームはスプリングパック232に圧力を加
えている間、同じ方向にスプリングパック232を押して
いる。ギヤ234はトルクスイッチ（図示していない）が
モータ226への電力を切るまで回転する。弁心棒224に大
きな軸方向の圧縮及び伸張の荷重が発生するのは、弁ゲ
ート218が、それぞれシート220又はバックシート222に
嵌合した後に、モータ226が引き続いで作動するためで
ある。ヨーク216には弁心棒224によって反対方向の等し
い大きさの荷重が加えられている。このように、弁心棒
224が圧縮又は伸張の軸方向の力を受けると、ヨーク216
はそれぞれ等しい大きさの伸張又は圧縮の荷重を受け
る。
装置10、60、及び130の作動は次のようである。はじ
めに、既知の測定された径方向の変形に従属する円柱部
材上で、各装置10、60、及び130の出力を校正すること
が好ましい。この方法では、センサ手段16、66、及び13
6のアナログ信号出力は、テストされる円柱部材の径方
向の変形（伸張及び／又は収縮）の特定の大きさに関係
づけられ得る。校正された装置10、60、及び130のクラ
ンプ手段及びセンサ手段は、後に、円柱部材12上の軸方
向の荷重を決定するための該円柱部材12の径方向の変形
の直接測定に使用され得る。これは次のようにして行わ
れる。
軸方向の荷重下にある円柱部材の径方向の変形は、公
知の式によって荷重に直接関係づけられている。固体の
滑らかな壁面を有する直円状の円柱部材については、ポ
ンドで表された円柱部材上の軸方向の荷重Ｐは、インチ
で表された径方向の変形△ｄに、次の式で関係づけられ
ている。
Ｐ＝（π/4）・（E/ν）・ｄ・（△ｄ） …（１） ここでＥはpsiで表されたその物質のヤング率、νはポ
アソン比（約0.2〜0.4）、ｄはインチで表された円柱部
材の外形である。
アクメネジを備えたシャフトのように、円柱シャフト
のネジ切り部の軸方向の変形を測定するには、式（１）
のｄは、小さい方の直径と、基本のピッチ円直径との中
間であり、次のように定義される。
ｄ＝dT−（0.75/TPI） …（２） ここでdTはネジの外形、TPIはインチ当りのネジの数
である。
外形及び内径d0及びdiを有する中空（管状）の円柱部
材の測定では、（１）式のｄは次のように定義される。
ｄ＝（d0 2−di 2）/d0 …（３） そして、△ｄは次のように定義される。
△ｄ＝△d0 …（４） 演算手段としてコンピュータを使用することは好まし
い。というのは、この様々な式の全てが同時に格納さ
れ、その場で必要に応じて使用するために選択され得る
からである。
これらの装置10、60、及び130の何れも、適当な演算
手段と共に用いられ得る。これにより、ヨークを備えた
弁心棒の軸方向の荷重を決定し、そして、次に示すよう
に、出願人の関連発明のヨーク歪センサの校正を行うこ
とができる。校正された装置10、60、及び130は、その
装置のクランプ手段により、弁心軸224に、取り外し可
能に取り付けられ、ヨーク216の側方部材216a及び216b
の間（第５図参照）で弁212及びオペレータ214の間に位
置される。Ｃ−クランプ装置10またはＵ−クランプ装置
60の何れかのクランプ本体18、又は66は、それぞれ典型
的には弁心棒224と、ヨーク部材216a又は216bの１つと
の間に取り付けられる。一方、リングクランプ装置130
のクランプ本体138は、もし使用されるなら、ヨークの
側方部材216a及び216bを囲んで、ヨーク216の周りに取
り付けられる。このことは、Ｃ−クランプ装置10に関し
ては第１図に、リングクランプ装置130に関しては第４
図に例示されている。Ｕ−クランプ装置60の取り付け
は、Ｃ−クランプ装置のそれと同様である。装置10、6
0、及び130は弁心棒224にクランピングによって係合さ
れる。即ち、クランプ部材の一方（又は両方）を動かす
ことにより、装置10、60、及び130の他方のクランプ部
材と共に径方向に噛み合わされ、弁心棒224に対して締
め付け力を供給する。締め付け力は、屈曲点廻りのクラ
ンプ本体の予め決められた湾曲の程度となるように、予
め決められるのが好ましい。
出願人の関連発明であるヨーク歪センサ236は、ヨー
ク216の部材216b bのような１つの部材に、ブラケット
部材238及び240によって取り付けられる。センサ236の
出力は、信号の表示及び／又は保存に適した電気メータ
又はパーソナルコンピュータのような装置241に与えら
れる。弁心棒224の軸方向の荷重と、ヨーク部材216bの
軸方向の変形との関係は、幾何学的配置と用いられた材
料とに関係し、一度決められると変化しない。オペレー
タ214は弁ゲート218をシート220又はバックシート222の
基部に位置させるために動かされる。これにより、装置
10、60及び130の一つが用いられた弁心棒224の部分が露
出される。装置10、60、及び130のクランプ部分14、6
4、及び134をそれぞれ前述したように用いた後、装置21
0が弁ゲート218をシート位置またはバックシート位置に
着座させるように動かされる。この装置は弁心棒224に
圧縮荷重を加えるように、弁ゲート218をシート位置に
着座させるように作動されるのが好ましい。これによ
り、弁心棒224は膨張し、装置10、60、及び130が弁心棒
224から外れ、又は滑る可能性が減少する。弁心棒224の
膨張はクランプ部材を介してクランプ本体に伝えられ、
この装置のアームを外側へ湾曲させる。弁心棒224のク
ランプされた部分の径方向の変形によって生じるアーム
間の湾曲動作は、Ｃ−クランプ装置10の歪ゲージ34、3
6、38、及び40によって、又はＵ−クランプ装置60及び
リング装置130の近接検出器96又は192によって、それぞ
れ検知される。それぞれ異なるセンサ手段16、66、及び
136によって発生された電気信号は、それぞれのクラン
プ本体18、68、及び138又はそれらの商品によって検知
された動きに関連している。特に、クランプ本体に伝え
られる弁心棒224の径方向の変形に比例している。ヨー
ク歪センサ236によって発生されら電気信号はヨーク部
材216bの軸方向の変形に比例している。本発明により弁
心棒224の径方向の変形と軸方向の変形との関係を知る
ことにより、ヨーク歪センサ236の出力信号が、その荷
重に対して校正され得る。このように校正すれば、ヨー
ク歪センサ236は、それ以後、弁心棒224の軸方向の荷重
を決定するのに用いられ得る。
本発明の様々な実施例の好ましい用途はモータ駆動弁
の弁心棒の径方向の歪の測定であるが、通常の当業者な
らば、一般に荷重を支える円柱の部材の径方向の変形の
測定に用い得ることを理解するであろう。
ここでは示していないが、様々な構成部品間、又は構
成部品内の電気的接続、とりわけ、クランプと信号調整
装置の間、及び信号調整装置と演算手段との間の接続に
は、運搬と修理のための分解が簡単にできるように、コ
ネクタが用いられ得る。
前述の内容から、本発明によれば、容易に用いること
ができ、容易に取り付け得る、径方向の変形を検出し得
る装置が供給されることが理解される。それらの広大な
発明概念から逸脱することなく、上述の様々な実施例に
加え得る改変が、当業者に認識されるであろう。それ故
に、本発明は開示された特定の実施例に限定されるもの
ではなく、添付の特許請求の範囲に記載されているよう
に、本発明の視野と精神の範囲にある、どのような改変
をも含むことを意図している。
（発明の効果） 本発明の円柱部材の軸方向荷重の測定装置および方法
は、このように、実質的に円柱状である円柱部材の軸方
向の荷重を、容易にしかも正確に測定することができ
る。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の一実施例のＣ−クランプの概略構造
図である。第２図（ａ）は、第１図の２−２線に沿う横
断面図である。第２図（ｂ）は、第１図及び第２図
（ａ）の装置の歪ゲージにより形成された平衡ブリッジ
の模式図である。第３図は、本発明の一実施例のＵ−ク
ランプの一部破断構成図である。第４図は、本発明の一
実施例のリング装置の一部破断構造図である。第５図
は、前述の本発明の各装置が使用される従来のモータ作
動ゲート弁の構成図である。 10……Ｃ−クランプ装置、12……円柱部材、16……セン
サ手段、17……演算手段、18……クランプ本体、19……
くびれ部分、20,22……クランプ部材、28,30……アー
ム、34,36,38,40……歪ゲージ、60……Ｕ−クランプ装
置、66……センサ手段、68……クランプ本体、70,72…
…クランプ部材、84……くびれ部分、86,88……アー
ム、96……近接検出器、130……リング装置、132……演
算手段、136……センサ手段、138……クランプ本体、14
0,142……クランプ部材、160……ヒンジ手段、164……
トグル装置、210……モータ作動ゲート装置、212……
弁、216……ヨーク、218……弁ゲート、220……弁シー
ト、222……弁バックシート。

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】実質的に円柱状の部材にかかる軸方向荷重
    を測定するための装置であって、該円柱部材の一部分に
    取り外し可能に取り付けられ、該円柱部材のその部分に
    生じる径方向の変形に応じて移動するクランプ手段と、 該クランプ手段に接続され、該円柱部材のその部分にお
    ける径方向の変形による該クランプ手段の移動を感知
    し、該感知された移動に関する信号を発生するためのセ
    ンサー手段と、 該センサー手段に接続され、該センサー手段の信号か
    ら、該円柱部材における軸方向荷重を決定するための演
    算手段と、 を備え、 該円柱部材が、実質的に円柱伏の弁心棒であり、さら
    に、該弁心棒は、該弁心棒の一端に連結されている可動
    弁部材を収容している弁ハウジングを有する弁、該弁心
    棒の他端に連結されている駆動装置、及ぴ該弁ハウジン
    グと該駆動装置とを連結するために該弁心棒の回りに部
    分的に延伸しているヨーク手段を備えているモータ作動
    弁装置の一部を構成し、該弁心棒の、前記クランプ手段
    を受け入れる部分が該ヨーク手段から露出している、実
    質的に円柱状の部材にかかる軸方向荷重を測定するため
    の装置。
  2. 【請求項２】前記クランプ手段は、 第１及び第２のクランプ部材と、 これら第１及び第２のクランプ部材を、その問に前記円
    柱部材の前記部分を受け入れるように問隔を開けて保持
    しているクランプ本体部材と、 少なくとも一方の該クランプ部材と該クランプ本体部材
    との間に配され、その一方のクランプ部材を他方のクラ
    ンプ部材及びクランプ本体部材に対して調整可能に位置
    決めするための調整可能装着手段と、 を備えている、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】前記一方のクランプ手段に接続され、前記
    実質的に円柱状の部材の前記部分に所定の圧縮力をかけ
    るように、該一方のクランプ手段の位置決めを行うため
    の調整手段をさらに備えている、請求項２に記載の装
    置。
  4. 【請求項４】前記クランプ部材の少なくとも一方が、内
    側に約150゜の角度のＶ字形部分を有するＶブロックを
    備えている、請求項２に記載の装置。
  5. 【請求項５】前記センサー手段が、前記クランプ手段に
    取り付けられて該クランプ手段の歪を感知するための歪
    ゲージ手段を備えている、請求項１に記載の装置。
  6. 【請求項６】前記センサー手段が、前記クランプ手段に
    連結されて該クランプ手段の部材問の距離の変化を感知
    するための近接検出手段を備えている、請求項１に記載
    の装置。
  7. 【請求項７】前記クランプ本体部材が、該クランプ本体
    部材の、前記クランプ部材の間に連続的に延伸している
    部分に屈曲中心点を備えており、該連続延伸部分が、前
    記円柱部材をその間に圧縮している該クランプ部材を保
    持しており、さらに、該クランプ本体部材の該連続延伸
    部分が、該クランプ手段を介して伝えられる径方向の変
    形に応じて主として該屈曲中心点において屈曲する、請
    求項２に記載の装置。
  8. 【請求項８】前記センサー手段が、前記第１及び第２の
    クランプ部材の、前記屈曲中心点と対向する側におい
    て、前記クランプ本体手段により支持された近接検出手
    段を備えている、請求項７に記載の装置。
  9. 【請求項９】前記クランプ手段が、第１及び第２のクラ
    ンプ部材と、該第１及び第２のクランプ部材を、その間
    に前記円柱形弁心棒の前記部分を受け入れるように間隔
    を開けて保持しているクランプ本体手段とを備えてお
    り、該クランプ本体手段が前記ヨーク手段の一部と該弁
    心棒の一部との間に延伸している、請求項１に記載の装
    置。
  10. 【請求項１０】前記クランプ手段が、第１及び第２のク
    ランプ部材と、該第１及ぴ第２のクランプ部材を、その
    間に前記円筒形弁心棒の一部を受け入れるように間隔を
    開けつつ保持しているクランプ本体手段とを備えてお
    り、該クランプ本体手段が前記ヨーク手段及び前記弁心
    棒の周囲に配されている、請求項１に記載の装置。
  11. 【請求項１１】前記クランプ手段が、クランプ本体手段
    と、第１及び第２のクランプ部材とを備えており、該ク
    ランプ本体手段が、該第１及ぴ第２のクランプ部材を、
    その間に前記円柱形部材の一部を受け入れるように間隔
    を開けて保持しており、少なくとも１個の該クランプ部
    材が該円柱部材の該部分に係合しこれに圧縮力をかける
    ために移動可能であり、該複数のクランプ部材が該円柱
    部材の該部分における径方向の変形を伝達し、さらに、
    前記センサー手段が、該クランプ部材を介して伝達され
    た、該円柱部材の一部に於ける径方向の変形により生じ
    るクランプ手段の部材問の距離の変化を感知し、これに
    関連する電気信号を発生するための近接検出手段を備え
    ている、請求項１に記載の装置。
  12. 【請求項１２】前記クランプ本体部材の、前記クランプ
    部材の間に連続的に延伸している部分に、屈曲中心点を
    さらに備えており、該クランプ本体部材が、該クランプ
    部材を介して伝えられる径方向の変形に応じて主として
    該屈曲中心点において屈曲し、また、該クランプ本体部
    材が、一方の該クランプ部材を支持して実質的に該屈曲
    中心点から該クランプ部材を越えて該クランプ本体部材
    の一方の遠隔側端まで延伸している１個のアームを備え
    ており、さらに、前記近接検出手段が、該第１及び第２
    のクランプ部材の、該屈曲中心点と対向する側におい
    て、該１個のアームにより支持されている、請求項11に
    記載の装置。
  13. 【請求項１３】前記クランプ本体部材が、さらに、他方
    のクランプ部材を支持しつつ実質的に前記屈曲中心点か
    ら該他方のクランプ手段を越えて該クランプ本体部材の
    他の遠隔端まで延伸している他のアームを備えており、
    さらに、前記近接検出手段によって検出されるように、
    該近接検出手段に接近しつつ間隔を開けた位置において
    他のアームにより支持されているターゲット手段を備え
    ている、請求項12に記載の装置。
  14. 【請求項１４】前記屈曲中心点が、前記クランプ部材の
    間に連続的に延伸しているクランプ本体部材の部分にく
    びれ領域を備えており、該くびれ領域が、該クランプ部
    材の間に延伸している該クランプ本体部材の他の部分よ
    りも小さい横断面を備えている、請求項13に記載の装
    置。
  15. 【請求項１５】前記屈曲中心点が、前記第１及び第２の
    アームの隣接端を回動可能に連結させるヒンジ手段を備
    えており、前記クランプ手段が、さらに該ヒンジ手段と
    は反対側の該第１及び第２のアームの端を連結させて、
    該クランプ本体部材とクランプ部材とを介して前記円柱
    部材の前記部分に圧縮力を加えるためのぱね手段を備え
    ている、請求項13に記載の装置。
  16. 【請求項１６】実質的に円形断面を有する弁心棒におけ
    る軸方向荷重を測定するための方法であって、 径方向変形測定装置のクランプ部が該弁心棒の該部分に
    おける径方向の変形に応じて移動するように、該装置の
    クランプ部を該弁心棒の一部に取り付ける工程と、 該弁心棒の該部分における径方向の変形から生じる、該
    装置のクランプ部の部材間の移動を感知する工程と、 該測定装置のクランプ部の感知された移動から、該弁心
    棒にかかる軸方向荷重を決定する工程と、 を包含し、 該実質的に円形断面を有する弁心棒がモータ作動弁装置
    の弁心棒であり、 さらに、クランプ部の部材間の移動を感知する前記工程
    中に弁心棒に軸方向荷重をかけるように該モータ作動弁
    装置を駆動する工程を包含する、実質的に円形断面を有
    する弁心棒における軸方向荷重を測定するための方法。
  17. 【請求項１７】クランプ部の部材間の移動を感知する前
    記工程が、前記装置のクランプ部の屈曲を感知すること
    を包含する、請求項16に記載の方法。
  18. 【請求項１８】クランプ部の部材間の移動を感知する前
    記工程が、前記装置のクランプ部の部材間の距離の変化
    を感知することを包含する、請求項16に記載の方法。
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