JP3884483B2

JP3884483B2 - 伸び計の構造

Info

Publication number: JP3884483B2
Application number: JP51835998A
Authority: JP
Inventors: メイヤー，リチャード・エイ
Original assignee: エムティエス・システムス・コーポレーション
Priority date: 1996-10-16
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2017-09-24
Also published as: GB2332276B; GB2332276A; JP2001502426A; WO1998016795A2; GB9904769D0; WO1998016795A3; US5712430A; DE19782061T1

Description

発明の背景
本発明は、距離の変化を計測するための伸び計に関する。更に詳細には、本発明は改良された伸び計の構造を有する伸び計に関する。
伸び計は、試験片の歪みを計測するために一般的に使用されている。当該技術分野では、多くの形態の伸び計が開発されている。一つの種類の伸び計は、米国特許第３，７８９，５０８号に記載され且つ例示された、横方向撓み取り付け（ｃｒｏｓｓ−ｆｌｅｘｕｒｅｍｏｕｎｔｉｎｇ）アッセンブリによって、互いに保持された二つの延長アーム（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎａｒｍ）を使用する。横方向撓み取り付けアッセンブリの撓み部材は、試験片の歪みを計測するために延長アームが互いに枢動可能にする枢軸を形成する。伸び計のこの形態は極めて良好に機能するが、アームが枢軸を中心として枢動するときに伸び計のアームが結果的に短くなるため、延長アームの距離の変化に関して出力信号が非線型である。伸び計のアームが結果的に短くなるため、伸び計の移動の使用可能範囲が制限される。従って、出力信号を実質的に線型に維持しつつ、伸び計の移動の範囲を大きくする必要がある。
発明の概要
伸び計用伸び計の構造は、第１の延長アームと、第２の延長アームと、剛性支持体とを有する。第１のヒンジ組立体が第１の延長アームを剛性支持体に連結する。第１のヒンジ組立体は、第１の枢軸を有し、この第１の枢軸を中心として第１の延長アームを剛性支持体に対して枢動させることができる。第２のヒンジ組立体は、第２の枢軸を有し、この第２の枢軸を中心として第２の延長アームを剛性支持体に対して枢動させることができる。
好ましい実施例では、ブレーシング・フレクチャ組立体（ｂｒａｃｉｎｇｆｌｅｘｕｒｅａｓｓｅｍｂｌｙ）が、更に、第１の延長アームを第２の延長アームに連結する。ブレーシング・フレクチャ組立体は、第１の延長アームに取り付けられた第１の支持体と、第２の延長アームに取り付けられた第２の支持体とを有する。撓み部材が第１の支持体を第２の支持体に連結する。ブレーシング・フレクチャ組立体は、出力信号に反映される第１の延長アーム及び第２の延長アームの望ましからぬ剪断変位を制限すると同時に、枢軸を中心として実質的に無制限に枢動できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の伸び計の第１実施例の斜視図である。
第２図は、第１図の伸び計の側面図である。
第３図は、第２図の３−３線に沿った断面図である。
第４図は、ホイートストンブリッジの第１回路図である。
第５図は、ホイートストンブリッジの第２回路図である。
第６図は、ホイートストンブリッジの第３回路図である。
第７図は、ホイートストンブリッジの第４回路図である。
第８図は、ホイートストンブリッジの第５回路図である。
第９図は、本発明の伸び計の第２実施例の側面図である。
第１０図は、第９図の１０−１０線に沿った断面図である。
第１１図は、ブレーシング・フレクチャ組立体の配置の方向を異ならせた、本発明の伸び計の第３実施例の側面図である。
第１２図は、第１１図の伸び計の部分平面図である。
第１３図は、第１２図の１３−１３線に沿った断面図である。
好ましい実施例の詳細な説明
本発明の伸び計の第１実施例を第１図及び第２図に参照番号１０で示す。伸び計１０は、本発明の伸び計の構造１２を含み、この構造は、ヒンジ装置１８によって互いに連結された第１の延長アーム１４及び第２の延長アーム１６を含む。ヒンジ装置１８は、第１端部２０Ａ及び第２端部２０Ｂを持つ剛性支持体２０を含む。第１のヒンジ組立体２２は、第１の延長アーム１４の先端を剛性支持体２０の第１端部２０Ａに枢着する。第１のヒンジ組立体２２は第１の枢軸２２Ａを有する。第１の延長アーム１４は、第１の枢軸２２Ａを中心として剛性支持体２０に対して枢動する。同様に、第２のヒンジ組立体２４は、第２の延長アーム１６の先端を剛性支持体２０の第２端部２０Ｂに連結する。第２のヒンジ組立体２４は枢軸２４Ａを有する。第２の延長アーム１６は、第２の枢軸２４Ａを中心として剛性支持体２０に対して枢動する。
第１の延長アーム１４は、参照番号２８を附した試験片と係合できる第１チップ２６を含む。第２の延長アーム１６は、試験片２８と係合できる第２チップ３０を含む。本明細書中において複数の歪ゲージ３４（例えば、第４図及び第５図に示す）として示す検出装置３２は、チップ２６と３０との間の距離の変化を表す信号を適当なディスプレー又はレコーダー（図示せず）に提供する。
ヒンジ装置１８により、第１の延長アーム１４及び第２の延長アーム１６は、独立して相対的に移動できる。伸び計のアームの長さが同じであり、単一のヒンジ組立体が延長アームを互いに連結する米国特許第３，７８９，５０８号及び米国特許第４，９３９，４４５号（これらの特許に触れたことにより、これらの特許に開示されている内容は本明細書中に組入れたものとする）に記載の従来技術の伸び計と比較した場合、本発明は、検出装置３２からの出力信号が従来技術の伸び計とほぼ同じ線型を持つ状態での移動距離（双方向矢印３１が示す）を２倍にする。
好ましくは、ヒンジ組立体２２及び２４は、従来の横方向撓み取り付けアッセンブリを有する。第１のヒンジ組立体２２を参照すると、弾性撓み部材４０及び４２は、夫々の平面が交差しており、撓み部材４２は、撓み部材４０の中央に設けられた開口部４１（第３図参照）を通過している。第２図を参照すると、撓み部材４２の一端は、適当なクランププレート４４で剛性支持体２０の一部４６にクランプされている。この部分４６は、撓み部材４０と実質的に平行である。撓み部材４２の他端は、支持部材５０で第１の延長アーム１４にクランプされている。支持部材５０の一部４８は、撓み部材４０と実質的に平行である。撓み部材４０の一端は、支持部材５０で第１の延長アーム１４に固定されており、撓み部材４０の他端は、クランププレート５６で剛性支持体２０の一部５４にクランプされている。支持部材５０の一部５３及び剛性支持体２０の部分５４は撓み部材４２と実質的に平行である。
第２のヒンジ組立体２４は、第１のヒンジ組立体２２と同様である。弾性撓み部材６０及び６２び平面は交差しており、撓み部材６２は、撓み部材６０の中央に設けられた開口部６１（第３図参照）を通過している。撓み部材６２の一端は、適当なクランププレート６４で剛性支持体２０の一部６６にクランプされており、即ち、撓み部材６０と実質的に平行である。撓み部材６２の他端は、クランププレート６７で支持部材７０にクランプされている。支持部材７０は、第２の延長アーム１６に固定されている。撓み部材６０の一端は、クランププレート７２で第２の延長アーム１６に固定されている。クランププレート７２は、第２の延長アーム１６の一部７３に取り付けられており、撓み部材６０はクランププレート７６で剛性支持体２０の一部７４にクランプされている。
好ましくは、第１のヒンジ組立体２２の撓み部材４０、第２のヒンジ組立体２４の撓み部材６０、枢軸２２Ａ、及び枢軸２４Ａは、実質的に同じ平面内に配置されている。
好ましい実施例では、第１の延長アーム１４及び第２の延長アーム１６は、更に、ブレーシング・フレクチャ組立体８０で互いに連結されている。図示の実施例では、ブレーシング・フレクチャ組立体８０は、支持部材５０から延びる支持部分８２を含む。弾性撓み部材即ちストリップ８６がクランププレート８８で支持部分８２にクランプされている。撓み部材８６の他端は、クランププレート９２で支持部分９０にクランプされている。支持部分９０は、支持部材７０から延びている。好ましくは、第１図乃至第３図に示すように、フレクチャ・ストリップ８６は、剛性支持体２０に設けられた穴９４を通って延びている。このようにして、フレクチャ・ストリップ８６は枢軸２２Ａ及び２４Ａが構成する平面を通って延びており、好ましくはこの平面の中心にある。ブレーシング・フレクチャ組立体８０は、延長アーム１４及び１６の横方向剪断変位を制限する。横方向剪断変位は、本明細書中に定義したように、双方向矢印１００及び１０２（第３図参照）が示す、延長アーム１４及び１６の反対方向変位である。ブレーシング・フレクチャ組立体８０は、更に、延長アーム１４及び１６の長さ方向剪断変位を妨げる。長さ方向剪断変位は、本明細書中に定義したように、双方向矢印１０４及び１０６（第２図参照）が示す、延長アーム１４及び１６の反対方向変位である。フレクチャ・ストリップ８６が穴９４を通って延びる実施例が示してあるが、フレクチャ・ストリップ８６は、剛性支持体２０の側部に沿って配置されていてもよく、剛性支持体２０がフレクチャ・ストリップ８６に設けられた穴を通って延びていてもよいということは理解されるべきである。
図示の実施例では、延長アーム１４及び１６と剛性支持体２０との接触により、過剰移動保護が図られる。ストップ１１０が延長アーム１４の下面に固定されている。ストップ１１０とクランププレート４４との接触により、延長アーム１６に向かう延長アーム１４の変位が制限される。延長アーム１４に向かう延長アーム１６の変位は、クランププレート９２と剛性支持体２０との接触により制限される。延長アーム１６から遠ざかる延長アーム１４の変位は、クランププレート８８と剛性支持体２０との接触により制限され、これに対し、延長アーム１４から遠ざかる延長アーム１６の変位は、クランププレート７２とクランププレート６４との接触によって制限される。所望であれば、延長アーム１４及び１６に対して追加の過剰移動保護を図ることができ、これは、当該技術分野で周知のようにチップ２６及び３０と隣接して設けることができる。
第１図を参照すると、第１チップ２６は、当該技術分野で周知の代表的に使用されるナイフエッジブレード１１１に配置されている。このブレードは、第１の延長アーム１４上の所定位置にホルダ即ちキャップ１１２で保持されている。キャップ１１２は、キャップねじ１１４で取り付けられている。キャップ１１２は、更に、小さなワイヤクリップ１１６を第１の延長アーム１４上の所定位置にクランプする。更に、第２チップ３０は、第２の延長アーム１６上にキャップ１２０で保持されたナイフエッジブレード１１８に配置されている。ワイヤクリップ１２４が第２チップ３０の近くに位置決めされている。このクリップは、ワイヤクリップ１１６と同じである。
ナイフエッジブレード１１１及び１１８は、弾性ゴムバンド１３０及び１３２を使用することによって、夫々、試験片２８と係合した状態に保持される。ゴムバンドは、ワイヤクリップ１１６及び１２４の両耳部にフック掛けされる。勿論、バンド１３０及び１３２の代わりにばね又は他の同様の装置を使用できる。弾性ゴムバンド１３０及び１３２は、試験片に引張又は圧縮で歪みが加わった場合に第１の延長アーム１４及び第２の延長アーム１６が離間したり互いに近づいたりするように、チップ２６及び３０を試験片２８に押し付ける。
例示の実施例では、歪ゲージ３４が撓み部材４０及び６０に配置されている。第３図、第４図、及び第５図を参照すると、歪ゲージ３４は、撓み部材４０及び６０の各々の圧縮及び伸長を検出するため、対をなしてグループ分けされている。試験片２８の伸びを計測するため、撓み部材４０に配置された歪ゲージ１３４Ａ及び１３４Ｂが撓み部材４０の伸長を計測する。撓み部材４０の圧縮を計測するため、歪ゲージ１３６Ａ及び１３６Ｂからなる第２の組が撓み部材４０の反対側に配置されている。同様に、歪ゲージ１３８Ａ及び１３８Ｂが撓み部材６０の伸長を検出し、撓み部材６０に歪ゲージ１３８Ａ及び１３８Ｂとは反対側に配置された歪ゲージ１４０Ａ及び１４０Ｂが撓み部材６０の圧縮を検出する。勿論、試験片２８が短くなると撓み部材４０、４２、６０、６２に逆の効果が及ぼされる。
第４図及び第５図は、チップ２６と３０との間の距離の変化を示す出力信号を提供するため、歪ゲージ１３４Ａ、１３４Ｂ、１３６Ａ、１３６Ｂ、１３８Ａ、１３８Ｂ、１４０Ａ、及び１４０Ｂを相互に接続するための適当なホイートストンブリッジ回路を示す。第４図及び第５図では、結節点１４２Ａ及び１４２Ｂのところに励起電力が提供され、結節点１４４Ａ及び１４４Ｂのところで出力信号が得られる。
第６図は、歪ゲージ１３４Ａ、１３４Ｂ、１３６Ａ、及び１３６Ｂ用の別のホイートストンブリッジ回路を示し、第７図は、歪ゲージ１３８Ａ、１３８Ｂ、１４０Ａ、及び１４０Ｂ用の別のホイートストンブリッジ回路を示す。チップ２６と３０との間の距離の変化は、第６図の回路又は第７図の回路のいずれを使用しても得ることができるということは理解されるべきである。同様に、第６図及び第７図に示す回路は、両方とも、出力を互いに加算することができる。
チップ２６と３０との間の距離の変化を計測するため、所望であれば、歪ゲージを撓み部材４２及び６２に加えることができるということは理解されるべきである。同様に、チップ２６と３０との間の距離の変化を計測するため、歪ゲージ１５１Ａ、１５１Ｂ、１５３Ａ、及び１５３Ｂを撓み部材８６に第２図及び第３図に示すように適用でき、第８図に示すように接続できる。
歪ゲージについて例示したけれども、静電容量センサ等の他の形態の検出装置も使用できる。
第９図及び第１０図は、本発明の伸び計の構造１５２の第２実施例を示す。伸び計の構造１５２は、ヒンジ装置１５８によって互いに連結された第１の延長アーム１５４及び第２の延長アーム１５６を含む。ヒンジ装置１５８は剛性支持体１６０を含む。第１のヒンジ組立体１６２は、第１の延長アーム１５４を剛性支持体１６０に枢着し、第２のヒンジ組立体１６４は、第２の延長アーム１５６を剛性支持体１６０に枢着する。ヒンジ組立体１６２及び１６４は、上文中に説明した撓み部材４０、４２、６０、及び６２を含む。
この実施例では、剛性支持体１６０には、キャップ１７８で互いに連結された脚部１７６Ａ及び１７６Ｂが形成されている。支持体１８０及び１８２は、延長アーム１５４及び１５６に夫々連結されている。撓み部材４０及び４２は支持体１８０に固定されており、撓み部材６０及び６２は支持体１８２に固定されている。ブレーシング・フレクチャ組立体１８８は、更に、延長アーム１５４と１５６とを互いに連結する。ブレーシング・フレクチャ組立体１８８は、剛性支持体１６０の穴１９１を通って延びる撓み部材８６を含む。撓み部材８６の端部８６Ａ及び８６Ｂは、延長アーム１５４に固定された支持部材１９２及び支持体１８２から延びる支持部材１９４によって夫々支持されている。
この実施例では、延長アーム１５４及び１５６の互いに向かう変位は、支持体１８０が支持体１８２と接触することによって制限される。延長アーム１５６から遠ざかる延長アーム１５４の変位は、支持部材１９２が剛性支持体１６０と接触することによって制限される。脚部１７６Ｂには、支持部材１９２を受け入れる凹所１９６が設けられている。
第１図、第２図、第３図、第９図、及び第１０図には、ヒンジ組立体２２、２４、１６２、及び１６４の枢軸が構成する平面を撓み部材８６が通って延びる実施例を示したけれども、ブレーシング・フレクチャ組立体は延長アームの長さ方向に沿ってどこにでも取り付けることができるということは理解されるべきである。第１１図は、ヒンジ装置１６８とチップ２６及び３０との間に取り付けられたブレーシング・フレクチャ組立体１９０を示す。ブレーシング・フレクチャ組立体１９０は、撓み部材８６と、この撓み部材８６の両端８６Ａ及び８６Ｂを延長アーム１５４及び１５６に連結する支持体１９２及び１９４とを含む。端部８６Ａ及び８６Ｂが延長アーム１５４及び１５６と実質的に平行なブレーシング・フレクチャ組立体１９０は、延長アーム１５４及び１５６を長さ方向剪断変位で拘束し、横方向剪断変位でも或る程度拘束する。横方向剪断変位を長さ方向剪断変位よりもしっかりと拘束する必要がある場合には、撓み部材８６及び支持体１９２及び１９４を、第１２図及び第１３図に示すように、延長アーム１５４及び１５６に対して垂直方向に配向するのがよい。勿論、伸び計の構造１２及び１５２の撓み部材８６は、所望であれば、撓み部材８６を延長アーム１４、１６、１５４、及び１５６に対して垂直方向に配向するように、剛性支持体２０及び１６０の適当な穴を通って延びることができる。
本発明を好ましい実施例に関して説明したが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細に変更を加えることができるということは当業者には理解されよう。

Claims

試験片の表面の二カ所の間の距離の変化を計測するための伸び計において、
試験片と係合可能な第１のチップと、前記第１のチップから遠方の第１の先端を有する、第１の延長アームと、
前記試験片と係合可能な第２のチップと、前記第２チップから遠方の第２の先端を有する、第２の延長アームと、
第１の端部と第２の端部とを有する、剛性支持体と、
前記第１の延長アームを前記剛性支持体に対して枢動自在に枢着する第１の枢軸を有し、前記第１の先端を前記剛性支持体の前記第１の端部に連結する、第１のヒンジ組立体と、
前記第２の延長アームを前記剛性支持体に対して枢動自在に枢着する第２の枢軸を有し、前記第２の先端を前記剛性支持体の前記第２の端部に連結する、第２のヒンジ組立体と、
前記第１のチップと前記第２のチップとの間の距離を示す出力信号を提供するための検出手段と、
を有することを特徴とする、伸び計。
前記ヒンジ組立体は、それぞれ、前記剛性支持体と対応する前記延長アームとの間を第１の方向に延在する第１の弾性フレクチャ部材と、前記剛性支持体と対応する前記延長アームとの間を前記第１の方向に対して横方向に第２の方向に延在する第２の弾性フレクチャ部材とを有する、請求項１に記載の伸び計。
前記第２の延長アームに対する前記第１の延長アームの剪断変位を制限するため、前記第１の延長アームと前記第２の延長アームとに連結されたブレーシング・フレクチャ組立体を更に有する、請求項１に記載の伸び計。
前記ブレーシング・フレクチャ組立体は、
前記第１の延長アームに取り付けられた第１の支持体と、
前記第２の延長アームに取り付けられた第２の支持体と、
前記第１の支持体に連結された第１の端部と、前記第２の支持体に連結された第２の端部とを有する、フレクチャ・ストリップと、
を有する、請求項３に記載の伸び計。
前記フレクチャ・ストリップは、前記第１の端部及び前記第２の端部が前記延長アームに対して全体として平行に配置されている、請求項４に記載の伸び計。
前記フレクチャ・ストリップは、前記第１の端部と前記第２の端部とが前記延長アームに対して全体として垂直に配置されている、請求項４に記載の伸び計。
前記剛性支持体は穴を有し、前記フレクチャ・ストリップは前記穴を通って延在する、請求項４に記載の伸び計。
前記ヒンジ組立体は、それぞれ、前記剛性支持体と対応する前記延長アームとの間を第１の方向に延在する第１の弾性フレクチャ部材と、前記剛性支持体と対応する前記延長アームとの間を前記第１の方向に対して横方向に第２の方向に延在する第２の弾性フレクチャ部材とを有する、請求項７に記載の伸び計。
前記検出手段は前記フレクチャ・ストリップの歪みを計測する、請求項８に記載の伸び計。
前記検出手段は前記第１の弾性フレクチャ部材の歪みを計測する、請求項８に記載の伸び計。
試験片の表面の二カ所の間の距離の変化を計測するための伸び計において、
前記試験片に係合可能な第１のチップと、前記第１のチップから遠方の第１の先端とを有する、第１の延長アームと、
前記試験片に係合可能な第２のチップと、前記第２チップから遠方の第２の先端とを有する、第２の延長アームと、
第１の端部と第２の端部とを有する剛性支持体と、
前記第１の延長アームを前記剛性支持体に対して枢動自在に枢着する第１の枢軸を有し、前記第１の先端を前記剛性支持体の前記第１の端部に連結する、第１のヒンジ組立体と、
前記第２の延長アームを前記剛性支持体に対して枢動自在に枢着する第２の枢軸を有し、前記第２の先端を前記剛性支持体の前記第２の端部に連結する、第２のヒンジ組立体とを有し、
前記各ヒンジ組立体は、それぞれ、前記剛性支持体と対応する前記延長アームとの間を第１の方向に延在する、第１の弾性フレクチャ部材と、前記剛性支持体と対応する前記延長アームとの間を前記第１の方向に対して横方向に第２の方向に延在する、第２弾性フレクチャ部材とを含み、
前記伸び計は、前記第１のチップと前記第２のチップとの間の距離を示す出力信号を提供するための検出手段と、
前記第２の延長アームに対する前記第１の延長アームの剪断変位を制限するため、前記第１の延長アームと前記第２の延長アームとに連結されたブレーシング・フレクチャ組立体とを更に有する、
ことを特徴とする、伸び計。
前記ブレーシング・フレクチャ組立体は、
前記第１の延長アームに取り付けられた第１の支持体と、
前記第２の延長アームに取り付けられた第２の支持体と、
前記第１の支持体に連結された第１の端部と前記第２の支持体に連結された第２の端部を有するフレクチャ・ストリップとを含む、請求項１１に記載の伸び計。
前記フレクチャ・ストリップは、前記第１の端部と前記第２の端部とが前記延長アームに対して全体として平行に配置されている、請求項１２に記載の伸び計。
前記フレクチャ・ストリップは、前記第１の端部と前記第２の端部とが前記延長アームに対して全体として垂直に配置されている、請求項１２に記載の伸び計。
前記剛性支持体は穴を有し、前記フレクチャ・ストリップは前記穴を通って延在する、請求項１３に記載の伸び計。