JP5119293B2 - 初期応力デバイスを備える測定センサ - Google Patents

Description

本発明は、力及び／又はモーメント測定用の初期応力下測定センサに関する。

測定センサは、とりわけ、力及び／又はモーメントを伝達する機械又は装置要素に設置して力、圧力、加速度、拡張及びモーメントを測定するための、在庫可能な機械要素として使用される。そのような測定センサは、圧電型、圧電抵抗型、光学式、容量型とすることも、ひずみゲージ（ＤＭＳ）に基づくものとすることもできる。以下においては、圧電型測定センサについて主に詳説する。これにおいては、例えば、薄い円盤状の適切な圧電特性を有する結晶がスリーブ内に心出しされて組み込まれ、結晶に所望の初期応力を及ぼす膜下に溶接される。一方では、初期応力により、測定がセンサの線形測定範囲で行われることが保証される。他方では、負の力（引張力）又は振動が測定される場合には、センサの線形測定範囲内の信号が生成される。

しかし、測定可能な引張力のレベルは、引張力の大きい多くの用途向けにはあまりに低く、また膜をセンサのスリーブに溶接する引張安定性によって制限を受ける。より大きい引張力或いは剪断力を測定可能とするため、センサは２つのアダプタ要素間に心出しスリーブにより心出しされて組み込まれ、且つアダプタ要素を適切にねじ接続することにより、付加的初期応力下に置かれる。

本明細書で従来技術として説明する構成は、一定の欠点を表す。一方では、そのような測定装置の全体高さがきわめて大きい場合が多い。他方では、２つの心出し（センサの結晶及びアダプタ要素の１つのセンサに関する）をきわめて精巧に行わなければならない。

本発明は、正負の力、圧力、加速度、拡張、剪断変形及び／又はモーメント測定用の、所要全体高さがわずかで、その構成において簡単且つ費用効果的な製造を可能とするセンサ及び測定構成を提供することを目的とする。

本発明によれば、この目的は請求項１の特徴部によって解決される。

従来技術による、初期応力下の測定センサの断面図である。 本発明による、初期応力下測定センサの実施例の断面図である。 さらに本発明による、一体化された増幅器モジュールを備える初期応力下測定センサの実施例の断面図である。 図３ａの実施例のＡ−Ａ線断面図である。 さらに本発明による、アダプタ要素の代替接続具を備える初期応力下測定センサの実施例の断面図である。 増幅器モジュールの斜視図である。 増幅器モジュールを接続の、本発明による初期応力下測定センサの実施例の断面図である。

以下に、本発明を図面を参照して詳細に説明する。
図１に、初期応力下の、従来の測定センサ１０を示す。その中央部分は、センサ１１により形成される。これには、圧電性の適切な結晶１２が内蔵され、スリーブ１３内に心出しされて組み込まれる。

これらの結晶板は、１つの膜１４によって被覆される。この膜は、溶接継手１５による初期応力下でスリーブ１３に取り付けられる。スリーブ１３には、適切な接続プラグ１８もあり、結晶１２によって生成された信号がここで伝達及び分析可能とされる。２つのアダプタ要素１６ａと１６ｂの間で、センサ１１は心出しスリーブ１７により心出しされて組み込まれ、アダプタ要素１６に接続された適切な接続具１９によってさらに初期応力を掛けられる。これらのアダプタ要素１６は、圧力及び引張り下に置かれ且つ測定される部品又は要素（図示せず）のための適切な取付具２０を表す。さらに、アダプタ要素１６には、縁端を一部平坦又は六角等とする実施例により、六角レンチ等の工具による付勢を可能とする、工具用の適切な係合具２４も含まれる。

図２に、本発明の測定センサの可能な実施例２１の一例を示す。この実施例２１において、センサ１１は、測定結晶１２をアダプタ・スリーブ２２に心出しして組み込み、且つ膜１４により被覆して、アダプタ・スリーブ２２内に一体化される。この膜１４は、溶接継手１５による初期応力下でアダプタ・スリーブ２２に取り付けられる。

アダプタ・スリーブ２２は中実の形で形成され、本発明によれば、スリーブ１３、アダプタ要素１６ａ及び心出しスリーブ１７すべての機能を１つの要素で兼ね備える。３つの部品（１３、１６ａ、１７）を複合することにより、アダプタ要素におけるセンサ１１の心出しが省かれる。ねじとして形成されるのが好ましい接続具１９により、アダプタ要素１６がアダプタ・スリーブ２２に取り付けられ、それによってセンサ１１に初期応力が掛けられる。

アダプタ・スリーブ２２は、信号伝達並びに圧力及び引張り下の部品（図示せず）への取付け用の接続プラグ１８と、図１に関して説明の工具用作業面としての係合具２４とを有する。

本明細書で説明の取付具２０は、１つ又は複数、好ましくは３つの、例えばねじ穴として形成され且つアダプタ・スリーブに間隔を置いて配置された取付箇所により構成可能とされる。幾つかの取付箇所を使用することにより、圧力及び引張り下の部品の力が取付箇所の数に応じて配分されるため、取付箇所の寸法を小さくすることができる。さらに、本発明による構成２１の中央は、穴２３への挿着自在とされ、また、圧力及び引張り下の部品への取付けにも使用可能とされる。そのため、アダプタ要素１６又はアダプタ・スリーブ２２の取付穴２３の領域に突起があれば、ねじの保持等に役立てることができる。そのねじは、取付穴を介して適切な工具に取り付けることができる。

取付具２０の本発明による構成２１により、１つとされるアダプタ要素１６の高さは図１のアダプタ要素１６ｂよりかなり低くすることが可能とされる。それは、従来の接続具１９が本発明による構成２１の中央領域を要するためである。

前記実施例の別の長所は、アダプタ要素１６を、特定用途に適合した取付具２０を表す別のアダプタ要素によって容易に交換することができることにある。

図３ａは、一体化された増幅器構成を備える測定センサの、本発明による実施例を示す。図３ｂは、同構成のＡ−Ａ線断面を同符号により示す。

この構成においては、アダプタ・スリーブ２２を伴うアダプタ要素１６の接続具１９がアダプタ・スリーブ２２に取り付けられるのに対し、図２の構成の接続具１９はアダプタ部分１６内に取り付けられる。図２の他の特徴は、すべて図３にも含まれ、同じ符号を付してある。

図４は、図３ａの代替実施例を示す。アダプタ・スリーブ２２とアダプタ要素１６の間の接続は、ナット３２を使用する間接的ねじ接続により達成される。センサに所望の初期応力を掛けるとともに、前記ナットはアダプタ要素に取り付けられ、アダプタ・スリーブを強く挟持してその初期応力を掛ける。したがって、一体化されたセンサ１１を伴うアダプタ・スリーブ２２は、予め規定された初期応力を保持する。他に接続部１９の構成としては、楔止め、溶接、接着等によりアダプタ・スリーブ２２とアダプタ要素１６とを相互に初期応力状態に拘束することが考えられる。そのような接続の長所は、アダプタ・スリーブ２２及びアダプタ要素１６が相互に所定の位置に置かれることにある。それによって、例えば、要素同士の取付具としての中ぐり穴２０が相互に対向して置かれることを保証することができる。

さらに、図３においては、増幅器構成２７が取り付けられる。図５は、個別モジュールとしての前記増幅器構成２７を示す。この構成において、増幅器構成２７は開いたフラット・リングにより形成され、一般の増幅器モジュールに要する電子部品２８を備える。

本発明によれば、図３又は図４のアダプタ・スリーブ２２は、一体化されたセンサ１１の横方向外側に適切な凹部２６を表し、同凹部内に増幅器構成２７を導入することができる。この構成においては、増幅された信号が接続プラグ１８に伝達される。また、増幅器構成２７の一体化も本発明による測定センサ２１の実施例において考えられる。

本明細書で説明した本発明の実施例のさらに別の実施例及び変更も、実用上の好ましさの程度に従って実施可能とされる。例えば、接続プラグ１８は、測定される部品と接触する面域方向のケーブル・レイアウトが好ましい場合には、その面域に取り付けることができる。

特に、そのような測定センサは、圧電型、圧電抵抗型、光学式、容量型とするか、或いはひずみゲージ（ＤＭＳ）に基づくものとすることができる。

外部増幅器構成を有する本発明による測定センサ２９の他の実施例を図６に示す。この実施例においては、増幅器ケース３１が増幅器構成２７に設けられる。前記増幅器ケーシング３１は、アダプタ・スリーブ２２の接続領域３０に取付け可能とされ、増幅器ケーシング３１とアダプタ・スリーブ２２とも相互嵌合するアダプタを有する。特に、増幅器ケーシング３１は、好ましくは標準化されたアダプタを表し、それに適合したアダプタを有する他のいずれの測定センサにも連結可能とされる。特に、そのようなセンサの断面は、接続領域３０の長さより小さめ、等寸又は大きめとすることができる。

別法として、アダプタ・スリーブ２２を一体化増幅器ケーシング３１付きとすることも可能とされ、これに増幅器構成２７を導入することができる。アダプタ・スリーブ２２を増幅器構成２７と一体化することにより、接続領域３１は省くことが可能となる。

この実施例は、従来技術により製作の測定センサより全体の高さがずっと低い測定センサをも示す。

本明細書に開示した本発明の測定センサ２１、２５、２９はそれぞれ、使用される要素が少なく、且つ実行しなければならない心出しを１回のみとするため、コンパクトなデザイン且つしたがって高さが小さいのはもとより、簡単且つ費用効果的な製造が可能であることを特徴とする。また、増幅器モジュールは、きわめて多様の構成内に一体化可能とされる。当業者は、数値校正用のメモリ・チップを一体化する等、さらに別の実施例、構成及び拡張を容易に考案することができる。特に、以上に説明した個々の実施例の特徴のあらゆる組合せは、難なく用意することが可能であろう。

１０ 従来の測定センサ
１１ センサ
１２ 結晶円盤（圧電結晶）
１３ スリーブ
１４ 膜
１５ 溶接継手
１６ アダプタ要素
１７ 心出しスリーブ
１８ 接続プラグ
１９ アダプタ要素の接続具
２０ 部品又は要素のための取付具
２１ 本発明の測定センサの実施例
２２ アダプタ・スリーブ
２３ 取付穴
２４ 工具用作業面としての係合具
２５ 内部増幅器構成を有する測定センサの本発明の実施例
２６ 凹部
２７ 増幅器構成
２８ 電子部品
２９ 外部増幅器構成を有する測定センサの本発明の実施例
３０ 接続領域
３１ 増幅器ケーシング
３２ ナット

Claims (12)

1. 測定結晶（１２）、アダプタ・スリーブ（２２）及びアダプタ要素（１６）を備えた測定センサであって、前記アダプタ要素（１６）が前記アダプタ・スリーブ（２２）に接続され、前記測定結晶（１２）が前記アダプタ・スリーブ（２２）と前記アダプタ要素（１６）との間に直接接触保持されることによって初期応力下に置かれる、正負の力及び／又はモーメント測定用の、初期応力下測定センサ（２１、２５、２９）において、測定結晶（１２）が前記アダプタ・スリーブ（２２）内に、予荷重を付加された状態で該アダプタ・スリーブ（２２）へ取り付けられた膜（１４）によって被覆され且つ心出しされて直接組込まれることを特徴とする測定センサ。
2. 前記膜（１４）は溶接継手（１５）によって前記アダプタ・スリーブ（２２）へ取り付けられることを特徴とする請求項１に記載の測定センサ。
3. 前記アダプタ要素（１６）と前記アダプタ・スリーブ（２２）のいずれもが力及び／又はモーメントを該アダプタ要素（１６）とアダプタ・スリーブ（２２）のそれぞれから前記測定結晶（１２）に加えるための表面を有し、該表面は前記測定結晶（１２）の表面の全体部分に直接接触し、又は前記膜（１４）を介して接触す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。
4. アダプタ・スリーブ（２２）とアダプタ要素（１６）の間の前記接続が直接接続（１９）により行われることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の測定センサ。
5. アダプタ・スリーブ（２２）とアダプタ要素（１６）の間の前記接続が間接接続により行われることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の測定センサ。
6. 前記アダプタ・スリーブ（２２）及び／又は前記アダプタ要素（１６）がそれぞれ、測定される１つの要素に対する１つ又は複数の取付具（２０）を有することを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の測定センサ。
7. 前記アダプタ・スリーブ（２２）及び／又は前記アダプタ要素（１６）が中央の穴（２３）を介する取付けを有することを特徴とする請求項１から６までのいずれか１項に記載の測定センサ。
8. 前記アダプタ・スリーブ（２２）が測定信号伝達のための接続プラグ（１８）を備えることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の測定センサ。
9. 前記アダプタ・スリーブ（２２）が増幅器構成（２７）を備えることを特徴とする請求項８に記載の測定センサ。
10. 前記増幅器構成（２７）が同構成のために設けられた凹部（２６）内に一体化されることを特徴とする請求項９に記載の測定センサ。
11. 前記増幅器構成（２７）がアダプタ・スリーブ（２２）に強固に接続された増幅器ケーシング（３１）内に導入されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の測定センサ。
12. 前記増幅器構成（２７）がアダプタ・スリーブ（２２）に取外し可能に接続された増幅器ケーシング（３１）内に導入されることを特徴とする請求項９から１１までのいずれか１項に記載の測定センサ。

Images