JP3493017B2

JP3493017B2 - 測定センサー

Info

Publication number: JP3493017B2
Application number: JP2001581051A
Authority: JP
Inventors: タンナー・マティーアス
Original assignee: ヘラ、ロッテルダム、ベスローテン、フェンノ−トシャップ
Priority date: 2000-05-03
Filing date: 2001-04-26
Publication date: 2004-02-03
Anticipated expiration: 2021-04-26
Also published as: CA2407247C; ATE326682T1; WO2001084073A1; EP1278999A1; EP1278999B1; US20030110843A1; DE50109819D1; AU2001248218A1; JP2003532094A; US7066033B2; CA2407247A1

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、測定センサーが、少なくとも１
つの締め付け要素を備えかつ２つより多くの部分からな
りかつ実質的にリング状に形成されており、その際、締
め付け可能な２つのセグメントが、内側輪郭の長手中央
に、測定要素を備えた突出した弾性部分のための、締め
付け方向に互いに対向するそれぞれ１つの切り欠きを有
し、これらの切り欠きが、圧締めして部材の表面に押し
付け可能である、円柱形部材又は形材の正及び負の伸び
を電気的に測定する測定センサーに関する。

【０００２】円柱形又は帯状の弾性部材によって接触圧
力を発生し、この接触圧力が、伸びに感応する測定要素
を圧締めするように穴開き壁に押し付けるに十分であ
る、測定センサーは周知である。このような測定センサ
ーは、例えばエラストマー材料からなる円柱形の対象物
に関する米国特許第５２８４０６２号明細書において、
および弾性部分の帯状の構成に関するスイス国特許第６
８５５７５号明細書により公知である。

【０００３】現在利用される別のシステムは、ベルト又
は磁石によって、平らな又は円柱形の対象物の表面に一
定に維持された間隔を置いて刃を有する測定ブリッジを
締め付け、かつこのようにして生じる伸びを測定する。
第１の測定センサーは、穴を空けなければならないとい
う欠点を有する。第２に述べた解決策は、きわめて危険
にさらされ易く、測定ブリッジは滑ることがあり、この
ため工業的に利用できない。

【０００４】さらにスイス国特許第６８７６４８号明細
書に、２つの円形リング半部分の内側にある弾性要素
が、ここに生じる伸びを測定できるように、測定要素を
部材の外側表面に押し付けることによって、前記の欠点
をかなりの程度まで避けることができるセンサーが記載
されている。所定の大きさのこれらの剛体の測定センサ
ーは、比較的小さな直径範囲にしか適していない。さら
に測定場所において測定対象物は、断面において完全に
円でなければならず、このセンサーは、角形の形材につ
いては考慮されていない。

【０００５】スイス国特許第６８７６４８号明細書によ
るセンサーの変形は、直径において丸い切り欠きを備え
た２つの棒を有し、これらの切り欠きは、少なくとも測
定すべき円柱に相当する。このセンサーも、所定の直径
範囲にしか適していない。通常考慮されるものより小さ
な直径を有する円柱の場合、不都合な状態において装置
はスリップすることがある。さらにこの装置は、側方の
案内がかなり欠けているので、振動に対して敏感な場合
がある。

【０００６】ねじによって伸びに感応する測定要素を有
する弾性部分を含む２つの扁平プロファイルを四角形プ
ロファイルに押し付けて、このプロファイルの伸びを測
定できるセンサーも周知である。しかしこの装置は、平
らな外面を有するプロファイルにしか適していない。

【０００７】本発明の課題は、簡単に構成されており、
かつ広範囲に使用でき、コスト的に望ましく動作し、か
つ頑丈な工業的な動作に適した、初めに述べたような測
定センサーを提供することにある。

【０００８】本発明によれば、この課題は、次のように
して解決される。すなわち多部分からなる測定センサー
の互いに対角線上に対向するセグメントが、両端部にお
いて被測定部材のための交換可能な及び／又は調節可能
な側方の案内部材によって支持可能である。本発明の特
殊なかつ変形された構成は、特許請求の範囲従属請求項
の対象である。

【０００９】両方のセグメントの内側輪郭は、被測定部
材の横断面形及び寸法に応じて角形又は円形に形成され
ており、かつセグメントの長手中央の範囲に、測定要素
を備えた２つの弾性要素が取り付けられている。適当な
締め付け手段によって案内部材に結合された両方のセグ
メントが、被測定部材に押し付けられると、測定要素を
備えた弾性要素は、ここに生じる伸びが測定できるよう
に、部材の表面を押す。その際、側方案内部材は、一方
において測定センサーがスリップせず又は振動に敏感で
ないようにするために、案内部として働き、他方におい
て案内部材は、締め付け方向の寸法が相応な場合、過度
に大きな締め付け力を防止するための機械的なストッパ
としての役目を果たすことができる。

【００１０】本発明による測定センサーの極めて重要な
利点は、安価な側方案内部材が交換可能であり、他方、
直径の異なる被測定部材のために、測定要素を備えた高
価なセグメントを同様に利用できるという点にもある。

【００１１】支持のために次の両方の構成が特に適して
いる：

【００１２】−締め付け要素は、両端部においてセグメ
ント内に係止された締め付けねじであり、これらの締め
付けねじ自身が、側方案内部として作用することがで
き、又は特殊な案内片における穴を通り抜けている。

【００１３】−対向するセグメントの一方の側におい
て、−再び案内部材を利用して−、ヒンジが配置され、
他方の側に迅速止め金が配置されており、この迅速止め
金は、圧締めのために必要な接触圧力を発生することが
できる。

【００１４】測定要素を含む両方のセグメントは、望ま
しくは締め付け方向にかつそれに対して直角に面対称に
形成されている。第１の標準形は、ヨークの形に形成さ
れており、実質的に円形又は角形の基本形によって、相
応する円形又は角形の内側輪郭を有するように形成され
ている。セグメントは、形と大きさに関して、被測定部
材の表面に近似しているが、前記のように、種々の大き
さに対して所定の遊び空間が存在するようにするため
に、正確に整合しているわけではない。しかし被測定部
材は、常に両方のセグメントの測定要素の範囲だけにお
いて圧締めして載っている。被測定部材に接触する両方
のセグメントは、両端部において間隔を置いて配列する
端面を有する。両セグメントの端面の間隔は、被測定部
材のための側方案内部材の収容を可能にする。端面の間
隔は、目的に合うように、両方の測定要素の間隔の少な
くとも２０％、望ましくは少なくとも３０％である。

【００１５】セグメントの別の変形は、ビーム状に形成
・配置されており、すなわちセグメントは、被測定部材
を囲んでいるのではなく、その横断面に関係なく実質的
に平らに形成されている。被測定部材のための側方案内
部材は、相応してフレキシブルに構成されていなければ
ならず、通常交換可能でなければならない。

【００１６】側方案内部材のためには多くの変形が与え
られており、例えば：

【００１７】−立方体、直方体又は円柱形に形成された
案内片は、これらを案内しかつセグメント内に係止する
締め付けねじのための中央穴を有する。案内片は、任意
に交換でき、かつ横断面に関して変更することができ
る。締め付けられた案内片は、被測定部材に望ましくは
線（横断面が円形の部材の場合は母線、ｎ角形（ｎ＝
６、１０、１４・・・）の部材の場合は稜）又は面（ｎ
角形（ｎ＝４、８、１２・・・）の部材の場合）に沿っ
て接触するが、言うに値するほどの摩擦損失を引き起こ
すことなく接触する。これらのすべての比較的安価な案
内片は、わずかなコストで大きな変形を可能にする。

【００１８】−しかし前記の案内片は、特にこれらの案
内片が板状の構成を有する場合、交換する代わりに、側
方にずらしてもよく、その際、板平面は、締め付け方向
に対して直角に配列している。個々の板片、例えば校正
板片は、中央長穴を有し、この中を１つの又は間隔を置
いた２つの締め付けねじが通っている。この構成によれ
ば、融通性はきわめて高く、板片を取り外したり付け加
えることができ、被測定物に最適な板片を使用すること
ができる。

【００１９】−これらの締め付けねじの相互の間隔が、
被測定部材に合わせて調節可能である場合、締め付けね
じ自身が、側方案内部材を形成することもできる。締め
付けねじのおねじの一部は、特に被測定部材におけるほ
ぼ長手中央のストッパ範囲において省略してもよい。

【００２０】−特に被測定部材の直径が一層小さなない
し小さな場合、案内片は、被測定部材の方向に目的に合
うようにカラー状に張り出した部分を有し、これらの部
分は、所定の部材の横断面形にも整合することができ、
このことは、案内機能を果たすことを容易にする。

【００２１】測定要素は、望ましくは伸び測定条片又は
ピエゾ要素として形成されており、これらの測定要素
は、伸びの際に周知のように電気信号を送出する。

【００２２】本発明による解決策のおかげで、高い精度
を有する案内部材を製造し、はめ込むことによって、過
度に強力な力の適用又は圧力作用が不利に作用するとい
う危険を最小にし、または完全に取り除くことができ
る。これらの案内部材は、締め付けねじの固定締め付け
の際に、ストッパを形成し、このストッパは、測定要素
へのそれ以上の力伝達を許容しない。

【００２３】別の変形によれば、案内部材は、特に案内
片は、締め付け方向において片側又は両側に、１０分の
数ミリメートルの厚さの弾性的な層を装備することがで
きる。それによりストッパに達した際に、まだ測定要素
の摩擦結合のために必要な力に達していないという事態
が避けられる。

【００２４】要約すれば、それにより本発明による測定
センサーは、被測定部材における穴がなくとも、迅速か
つ確実に取り付けられており、測定要素が保護されてお
り、かつ振動なく取り付けられているということを保証
できる。セグメントの形は、多様な断面及び様々な直径
を有する部材に測定センサーを簡単に取り付けることが
できるようにするために、それぞれのセグメント対のた
めにきわめて広い直径範囲が生じるように、選択するこ
とができる。これらの有利な特性は、従来周知の測定セ
ンサーによっては達成されない。

【００２５】さらに本発明によれば、簡単、確実かつ汎
用の取り付けのために、新しい技術的可能性を得るため
に、被測定部材の表面に接着剤を用いることなく、伸び
測定条片のような伸びに感応する測定要素を取り付ける
ことができる可能性が提供される。目的に合うように伸
び測定条片として形成される伸びに感応する測定要素
は、弾性部分より小さいと有利であるが、同じ大きさで
も、又はそれより大きくともよい。

【００２６】長手及び横向き伸びを検出するために、伸
び測定条片は、軸線方向又は半径方向に配置される。半
又は全ブリッジへの適当な配線によって、温度補償され
た伸び測定も達成することができる。

【００２７】シリンダジャケット形の表面を有する部材
におけるねじり応力を測定するには、伸び測定条片を、
好ましくは軸線に対して４５°の角度に合わせる。

【００２８】特許請求の範囲従属請求項の対象でもあ
る、図面に示された実施例によって、本発明を詳細に説
明する。ここでは概略的に：

【００２９】−図１は、大きな直径を有する円柱形の部
材を組み込んだ状態の測定センサーの部分的に切断され
た端面図を示し、 −図１ａは、測定要素の範囲における図１の詳細を示
し、 −図２は、円筒形部材の直径が小さい場合の図１の１変
形を示し、 −図３は、部材が八角形の場合の図１の１変形を示し、 −図４は、案内片を部材横断面に合わせた場合の図１の
１変形を示し、 −図５は、案内片として締め付けねじを有する図１の１
変形を示し、 −図６は、実質的に円形のセグメントを有する図１の１
変形を示し、 −図７は、板状に構成された案内片を有する図６の１変
形を示し、 −図８は、図７の校正板片の平面図を示している。

【００３０】対角線上に対向する２つのセグメント２、
３と、端面においてその間にあるここでは案内片として
形成された案内部材４、５とからなる図１に示した測定
センサー１は、円柱形の部材６上にねじ止めされてい
る。この被測定部材６は、中実に又は管として形成され
ているが、変形によれば規則的なｎ角形の形材として形
成されていてもよく、その際、ｎは、２より大きくかつ
整数でなければならない。

【００３１】測定センサー１は、実質的に多部分から形
成されており、かつ適当な機構によって、ここでは締め
付けねじ７によって部材６上に押し付けられ、その際、
内部にあるフライス加工部９内に収容された弾性要素８
は、大きな力で部材６の表面１３を押す。

【００３２】内側輪郭２２は、八角形に形成されてい
る。変形によれば、内側輪郭２２は、丸くともよく、又
は一般にｎ角形であることができ、その際、それぞれ２
つの平行に対向する面が形成されるようにするために、
目的に合うようにｎ＝４、６、８、１０、・・・が成り
立つ。図１に示された八角形の構成は、実際に望まし
い。

【００３３】案内片４、５は、部材６の直径が変化する
際に、心出し及び機械的な安定化のために使われる。簡
単にするために、ｎ角形の部材の２つの対向する面の間
隔は、ここにおいてかつその他の点においても、直径と
称する。案内片４、５の内側輪郭１７は、図１によれば
平らであるが、被測定部材のｎ角形又はその他の形の一
部として整合してもよい。円形の又は規則的なｎ角形の
横断面の部材６の測定の際、案内片４、５は、その内側
輪郭１７の間隔が、その測定範囲において両方のセグメ
ント２、３の間隔ｂに相当するように、寸法を決められ
ている。案内片４、５が被測定部材６におけるそれぞれ
少なくとも１つの点において又は線に沿って載ってお
り、このようにして安定化しかつ中心に配置する機能を
実行できるということが重要である。

【００３４】さらに弾性部分８が、開いた側にある測定
要素１０によって、それぞれのセグメント２、３の内側
輪郭２２をいくらか越えて突出することができ、したが
って問題なく押し付けることができるということが重要
である。両方のセグメント２、３は、これらのセグメン
トが測定要素１０の範囲において部材６上に載るとき、
端部にある範囲において間隔ａを有する。案内片４、５
は、正確にあらかじめ決められたａに相当する寸法を有
する。それにより過度に強力な力の適用に対する保護が
行なわれる。

【００３５】伸びに感応する測定要素１０への圧力は、
この測定要素１０と部材表面１３との間に圧締めした結
合が生じるほど大きくなければならない。このようにし
て部材６に作用する伸びを引き起こす力は、伸びに感応
する測定要素１０によって測定することができる。測定
要素１０は、機械的な損傷に対して保護されており、か
つ振動に耐えるように取り付けられている。

【００３６】信号ケーブル１１は、弾性部分８を通りか
つ穴２２を通って評価電子装置１８（図２）に導かれて
いる。信号ケーブル１１は、相応な様式及び方法で軸線
方向に引き出すこともできる。

【００３７】図１ａは、フィルム２８による伸びに感応
する測定要素１０の追加的な機械的保護を示しており、
このフィルムは、弾性要素８及び伸びに感応する測定要
素１０に渡って置かれており、かつ適当な手段によって
弾性部分８に、又は図示しない変形においてそれより大
きな寸法にしてかつ当該のセグメント２、３の内側輪郭
２２に取り付けられている。

【００３８】図２は、統合された評価電子装置１８を有
する測定センサー１を示している。測定センサー１は、
図１におけるものより小さな直径を有する円柱形の部材
６上に締め付けられており、その際、交換可能な案内片
４、５の内側輪郭１７は、円柱形の部材６の表面１３に
整合されている。製造コストの有利な案内片４、５の簡
単な交換によって、高価な測定要素１０を有する同じセ
グメント２、３を種々の直径のために利用することがで
きることは、図１と比較すれば明らかである。案内片
４、５は、通常同じ寸法を有し、その際、測定要素１０
が対角線上に対向して締め付けられていることが保証さ
れている。したがって両方の測定信号の加算によって曲
げを補償することができる。それに反して両方の測定信
号を引き算すれば、残りの成分として曲げが生じる。

【００３９】測定信号は、すでにセグメント２又は３内
に統合された極めて小さく維持された評価電子装置１８
によって増幅して引き出すことができ、又は送信装置に
結合された別の評価電子装置１８によって遠隔測定によ
って伝送することができる。この後者の変形は、運動す
る又は回転する部材６の場合特に興味深い。

【００４０】図３は、締め付け手段としてヒンジ１４と
迅速止め金１５が使用された測定センサー１を示してい
る。ヒンジ１４は、案内片４、５が交換可能であるよう
に構成されており、それ故にこの変形によっても、種々
の直径を有する部材６における又はここにおけるように
八角形の部材６における伸びを測定することができる。
被測定部材６は、−その他の図の構成におけるように
−、締め付け方向Ｓにおいてセグメント２、３の内側輪
郭２２上だけに載っている。

【００４１】図４は、ビーム状に構成された平らなセグ
メント２、３を有する別の測定センサー１を示してい
る。案内部材４、５は、部材６の方向にカラー状に張り
出した部分２０、２１を有し、かつこれらの案内部材が
円柱形部材６に接触し又はその表面１３に押し付けられ
るように構成されている。このようにして伸びに感応す
る測定要素１０が対角線上に対向して部材６だけにある
ようになることが保証されている。さらに図４は、締め
付けねじ７を固定的に締め付けた際に、必要な接触圧力
に達したときに、ビーム状のセグメント２、３が、案内
片４、５に載るように、案内片４、５の高さａが決めら
れていることを示している。それにより許容接触圧力
は、締め付けねじ７のトルク制限を行なわなくとも超過
しない。このようにして案内片４、５の高さａが相応な
場合、トルク制限するねじ回しの使用を、危険なしに省
略することができる。この変形は、ビーム状のセグメン
ト２、３が理想的に扁平な形材として入手できるので、
製造において特にコスト的に有利である。

【００４２】図５は、案内部材４、５が移動可能な締め
付けねじ７として形成された測定センサー１を示してい
る。対向ナット２１を有するこれらの締め付けねじ７
は、ビーム状のセグメント２、３に相応して装備されか
つ締め付け方向Ｓに対して直角に伸びた長穴２３内にあ
り、かつねじ軸自身によって側方の案内を保証するため
に、移動によって、被測定部材の可変の直径に整合する
ことができる。締め付けねじ７の位置のさらに簡単な決
定のために、ねじ頭部のための拡大された切り欠き（２
４）内に、少なくとも１つの穴又は選択的に目盛りも有
する長穴３０（図８）を有する正確に整合した板片を挿
入することができる。その際、１つ／複数の穴又は１つ
／複数の締め付けねじの位置は、被測定部材６の直径に
依存している。このようにして締め付けねじ７が、前記
の案内片のように測定センサー１を側方に案内するよう
に、測定部材６の近くにあるようにすることが達成され
る。同時に測定要素１０が対角線上において被測定部材
６上に締め付けられることが保証される。

【００４３】図６による構成は、実質的に丸く配置され
た２つのセグメント２、３を含んでいる。これらのセグ
メントの内側輪郭２２は、部材６よりも大きな半径を有
し、さらにセグメント２、３の軸線は、円柱形の部材６
のものに対してずらされている。測定要素１０を有する
弾性部分８から出発して、増加する間隔とともに、内側
輪郭２２と部材６の表面１３との間に開いた中間空間が
生じる。

【００４４】部材６は、この部材の表面に押し付けられ
た案内片４、５によって固定されており、これらの案内
片は、他方においてそれぞれ１つの締め付けねじ７によ
って保持されている。

【００４５】一方の案内片４の範囲において、案内片上
に弾性ゴム板片３２が張られており、かつセグメント
２、３の両側に取り付けられており、例えば固定ねじ止
めされている。それにより測定センサー全体に弾性“ヒ
ンジ”が与えられ、このヒンジは、締め付け運動をまっ
たく妨害することなく、両方のセグメントをまとめる。

【００４６】さらに測定要素１０の範囲において、プラ
グソケット１６が、一部沈めて、一部カラー状に張り出
して、セグメント２、３の外側に取り付けられており、
かつ保護カバーを備えている。

【００４７】図７による構成において、両方のセグメン
ト２、３は、端部にある平行なフランジ３６を有し、こ
れらのフランジは、２つの締め付けねじ７によって結合
されている。両方の案内部材４、５は、長穴３０を有す
る互いに積み重ねられた校正板片３８から形成されてい
る。同じ又は異なった厚さの校正板片は、わずかな在庫
管理の際に大きな融通性を可能にする。校正板片３８
は、長穴３０内に挿入された締め付けねじによって個別
的に部材６に接触配置することができ、かつこのように
して、特に対応する狭い側を面取りした場合、最適な案
内部を形成する。すべての又は一部の校正板片は、中央
範囲における少なくとも１対は接触配置することができ
る。

【００４８】図７に示したものより直径が大きい場合、
これに応じて校正板片の数は増加され、部材への接触配
置は、前記のように行なわれる。

【００４９】図８に示した校正板片は、長穴３０を有
し、このことは、長手方向における無段階の移動を可能
にする。

フロントページの続き (56)参考文献特開平２−162221（ＪＰ，Ａ) 特開平５−66121（ＪＰ，Ａ) 特開平６−349535（ＪＰ，Ａ) 実開平５−12054（ＪＰ，Ｕ) 米国特許5563349（ＵＳ，Ａ) 米国特許5616847（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 3/00 - 7/34 G01B 21/00 - 21/32 G01N 3/00 - 3/62 G01N 19/00 - 19/10

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】測定センサー（１）が、少なくとも１つ
の締め付け要素を備えかつ２つより多くの部分からなり
かつ実質的にリング状に形成されており、その際、締め
付け可能な２つのセグメント（２，３）が、内側輪郭
（２２）の長手中央に、測定要素（１０）を備えた突出
した弾性部分（８）のために締め付け方向（Ｓ）に互い
に対向するそれぞれ１つの切り欠きを有し、これらの切
り欠きが、圧締めして部材（６）の表面に押し付け可能
である、円柱形部材又は形材の正及び負の伸びを電気的
に測定する測定センサー（１）において、多部分からな
る測定センサー（１）の互いに対角線上に対向するセグ
メント（２，３）が、両端部において部材（６）のため
の交換可能な及び／又は調節可能な側方の案内部材
（４，５）によって支持可能であることを特徴とする、
円柱形部材又は形材の正及び負の伸びを電気的に測定す
る測定センサー（１）。
【請求項２】締め付け要素が、両端部においてセグメ
ント（２，３）内に係止された締め付けねじ（７）とし
て、又はセグメント（２，３）に固定されたヒンジ迅速
止め金（１５）として形成されていることを特徴とす
る、請求項１に記載の測定センサー（１）。
【請求項３】セグメント（２，３）が、ヨーク形、円
形又は多角形に形成されており、これらのセグメント
が、形と大きさに関して、部材（６）の表面（１３）に
近似しているが、この部材（６）が、測定要素（１０）
の範囲だけにおいて載っており、その際、セグメント
（２，３）の端面（１９）が、測定要素（１０）の間隔
（ｂ）の少なくとも２０％の間隔（ａ）になることを特
徴とする、請求項１に記載の測定センサー（１）。
【請求項４】セグメント（２，３）がビーム状に形成
されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の
測定センサー（１）。
【請求項５】案内部材（４，５）が、セグメント
（２，３）を結合する締め付けねじ（７）のための中央
穴を有する立方体、直方体又は円柱形の案内部材として
形成されており、その際、案内部材（４，５）が、部材
（６）に線又は面に沿って接触し、かつこれを言うに値
するほどの摩擦損失なしに案内することを特徴とする、
請求項１ないし４の１つに記載の測定センサー（１）。
【請求項６】案内部材（４，５）が、締め付けねじ
（７）のための長穴（３０）を有し、締め付け方向
（Ｓ）に対して垂直に板状に細分化されており、かつこ
のようにして長穴（３０）あたり少なくとも１つの締め
付けねじ（７）の締め付けによって固定可能であること
を特徴とする、請求項１ないし５の１つに記載の測定セ
ンサー（１）。
【請求項７】案内部材（４，５）が、部材（６）の方
向にカラー状に張り出した部分（２０，２１）を有し、
これらの部分が、案内機能を引き受けることを特徴とす
る、請求項５又は６に記載の測定センサー（１）。
【請求項８】締め付けねじ（７）自身が、案内部材
（４，５）を形成し、その際、これらの締め付けねじの
相互の間隔が、部材（６）に合わせて調節可能であるこ
とを特徴とする、請求項１ないし４の１つに記載の測定
センサー（１）。
【請求項９】測定要素（１０）が、伸び測定条片又は
ピエゾ要素であることを特徴とする、請求項１ないし８
の１つに記載の測定センサー（１）。
【請求項１０】セグメント（２，３）及び案内部材
（４，５）が、締め付けねじ（７）とともに、締め付け
制限のためのストッパを形成していることを特徴とす
る、請求項１ないし９の１つに記載の測定センサー
（１）。