JP5738857B2 - 力センサを有する電気機械結合ユニット - Google Patents

Description

本発明は、結合ユニットの固定した部分を構成する静止部品と、静止部品の外側に直線的に延出することができ、外側タペット端部を有するタペットと、また、タペット端部による作動中に結合体に加えられる力を検出するための力センサとを備える、結合体に直線力を加えるための電気機械結合ユニットに関する。

電気機械結合ユニットは、タペットによって結合体に直線状に向く力を加える電気モータである。正電極接続が生成される組立工程用結合ユニットは、特に普及している。この型の結合ユニットは、例えば、独特許第１９７２１０７２号から既知である。しかし、この文献は力測定を考察していない。

この型の結合ユニットは、結合ユニットによって結合体に加えられる力を測定する力測定装置を有する場合がある。この方法で取り込まれた測定データは、工程を制御し、及び／又は品質を監視するために使用される。

既知の結合ユニットでは、大抵の場合、力は結合ユニットの筺体内で検出される。この場合、軸受の摩擦、力の分岐及び動きの鈍い多くの移動部品にも起因して、精密さが制限される。別法として、力センサは結合体に統合され得る。しかしながら、力センサへのケーブル接続は機械的に複雑であり、故障に影響されやすく、このケーブル接続の寿命は極めて制限される。

力センサが工具の機能面に埋め込まれている、成形技術、スタンピング技術及び射出成型技術向け工具は欧州特許第１０５７５８６号から既知である。これは工具上の摩擦パラメータを決定するのには適するが、概して、結合時に力を測定するのには適さない。この目的を達成するために、局所的不均等性に起因する測定誤差を防止するために、センサが機能面の一部であることは特に避けるべきである。加えて、この文献は、どの工具が作動し、どの力が工具に加えられるかを利用する任意の作動装置技術を説明しない。したがって、測定データが、結合体から、それに対して直線状に作動する静止部品にどのようにして送信されるかもまた説明しない。

独特許第１０２５１３８７号では、トルク・センサを有するプレス装置が説明されている。この文献では、可動部品と固定部品の間の動きは交互に生じ、その結果、２つの構成要素間の距離は事実上一定のままである。これは、長い間知られてきた典型的な結合ユニットである。工具上の力は、スピンドル・ピッチを介して間接的にトルク・センサを使用して決定される。スピンドルの未知の可変摩擦力は、相対的に大きな測定誤差につながる。センサは並進運動をしないので、測定データの遠隔測定送信が問題ではない。

独特許第１９７２１０７２号 欧州特許第１０５７５８６号 独特許第１０２５１３８７号

本発明の目的は、タペットの力の測定が改善された精密さで実施され得る、冒頭で規定された型の電気機械結合ユニットを規定することであり、それにより、測定装置が、長寿命用に設計され、損傷されずに、品質の低減なしに多くの作動周期に耐えることができる。加えて、結合ユニットは簡単な構造を有し、維持するのに手がかからず、追加の費用なしに顧客固有の適合を可能にもすべきである。

その目的は、力センサが、タペット端部領域に取り付けられ、近接場又は遠距離場遠隔測定による測定データの無線送信用センサ電子機器を有するという点において達成される。

本発明による近接場遠隔測定を使用して送信するために、センサ電子機器が、タペットの延出可能な領域全体に亘り延出するタペット・コイルに接続される。タペット・コイル近傍で、静止部品が、センサ電子機器に電力を無線で供給し、近接場遠隔測定による測定データを受信するための静止電子機器を有する。

本発明による結合ユニットの有利な点の１つは、それと共に実施され得る力測定の高い精度である。その理由は軸受の摩擦、力の分岐及び動きの鈍い多くの移動部品によって誤差影響が働く可能性がないからである。力測定システムは保守不要であり、寿命は実質的に負荷サイクルの数と無関係である。

具体的には、この配置は、実現するのが容易であり、遠距離場遠隔測定が環境の放射能汚染に起因する問題を引き起こし得る環境で使用されることもできる。しかし双方の解決策は、ケーブルが破壊されず、せいぜい損傷され得る程度であって何ら障害にならないということ、及び力は力成長面近傍に、力の分岐なしに、タペット端部の領域で不変の方法で調節されることという有利な点を提供する。

本発明は、図面を参照してより詳細に以下に説明される。

後退した状態の本発明による結合ユニットの概略側面図である。 延出した状態の本発明による結合ユニットの概略側面図である。 延出した状態のタペットの領域の、本発明による結合ユニットの概略図である。 タペット・コイルを有する本発明によるタペットの図である。 本発明によるタペット・コイルの詳細図である。 静止電子機器の領域内のタペットの横断面図である。 タペット・コイル、供給コイル及び受信コイルの領域の図４の詳細図である。

図１は、結合ユニット１の固定された部分を構成する静止部品２及び静止部品２の外側に直線方向に移動できるタペット３を備える電気機械結合ユニット１を示す。図１ａは後退した状態の結合ユニット１を示し、図１ｂはタペット３が延出した状態の結合ユニット１を示す。

タペット３は、工具受け６が取り付けられ得る外側端部４を有する。本発明によれば、使用中、タペット端部４から働く力を測定できる力センサ５はタペット端部４の領域に位置する。この力センサ５は、近接場又は遠距離場遠隔測定による測定データの無線送信用センサ電子機器７を有する。

以下に、近接場遠隔測定による送信が図２から図５で説明される。

図２は、この図では工具受け６とタペット３の間に、本発明によるタペット端部４上に取り付けられた力センサ５を有する結合ユニット１の静止部品２内の延出したタペット３を示す。

本発明によれば、力センサ５は近接場遠隔測定による測定データの無線送信用センサ電子機器７を有する。これらのセンサ電子機器７は、タペット３の延出可能領域全体に亘り延出するタペット端部８に接続されている。このタペット・コイル８は、タペット３内の溝１０に配置されることが好ましい。タペット・コイル８の近傍で、静止部品２が、センサ電子機器７に電力を無線で供給し、近接場遠隔測定による測定データを受信するための静止電子機器９を有する。

本発明によるこの配置では、これらの静止電子機器９が、交番磁界を生成することができる１つ又は複数の供給コイル１１を備える。したがって、電圧がタペット・コイル８に誘導され、その結果、センサ電子機器７は電力を供給される。加えて、この方法で、例えば、センサの感受性などのセンサ関連データもまた、力センサ５による測定のために使用されるセンサ電子機器７に送信され得る。この場合、センサ電子機器７がそのような測定関連データを保存するためのデータ・メモリ１４を備えるならば、有利である。

加えて、静止電子機器９が、取り込まれた測定値並びに／或いはセンサ電子機器の状況、測定範囲、尺度情報及び／又は較正データなどの別の情報を受信するための受信コイル又は受信アンテナ１２を有する。

図３ａは、タペット・コイル８を有する本発明によるタペット３を示し、図３ｂは、溝１０に配置されたタペット・コイル８をより詳細な図で示す。図３ｂでは、静止電子機器９が、タペット・コイル８に重なるタペット３の中央領域に図示されている。

図４は、静止電子機器９の領域のタペット３の横断面を示す。この図から、静止供給コイル１１を有する静止電子機器９がタペット・コイル８の近傍にタペット位置に関係なく配置されていることが分かるであろう。図５はコイル領域の図４の詳細図である。その図は、近接して反対側に、非接触に配置された一次巻き線及び二次巻き線、すなわち一次巻き線としての静止供給コイル１１及び受信コイル１２並びに二次巻き線としてのタペット３上のタペット・コイル８を示す。

位相変調（位相偏移変調）による変調搬送波を介して、電磁結合によって測定値をタペット・コイル８から受信コイル１２まで送信することは有利であると証明されており、約１３．５６ＭＨｚ又は約２７．１ＭＨｚの搬送波が使用される。測定値に加えて、力センサ、測定範囲、尺度情報、較正データなどの別の状況情報が、センサ電子機器９から静止部品２に送信され得る。データはデジタル様式で送信されることが好ましい。

１１９ｋＨｚから１３５ｋＨｚの搬送波周波数が送電に使用される。エネルギー送信用信号もまた、センサ電子機器９に制御情報を送信するために変調され得る。位相変調（位相偏移変調）が、同様に変調方法として使用される。送信された電力を適合させるために、搬送波周波数は、静止部品で１１９ｋＨｚから１３５ｋＨｚの範囲に変更される。

好ましい構成では、力センサ５は圧電性力センサである。

具体的には、本発明による結合ユニット１は、タペット経路又はタペット位置を検出するための経路センサ１５を追加的に有することができる。使用中、経路センサ１５は、例えば、結合ユニットが力を及ぼす結合体までの距離を決定することができる。経路センサ１５は、好ましくは、増分センサ、誘導センサ又は光学センサであることができる。

近接場遠隔測定の別法として、本発明による結合ユニット１は、遠距離場遠隔測定によって測定データを送信するための送信ユニットを有するセンサ電子機器７を備え付けることができる。この場合、センサ電子機器７は充電式バッテリを備えることができる。この充電式バッテリは、例えば、もしタペット３が完全に後退しているならば、対応してそれに取り付けられた接点によって静止部品から、例えば同様に充電することができる。充電式バッテリの定期的な交換もまた可能である。このような配置の有利な点は、測定データが、更なる処理のため及び／又は結合ユニット１の制御のために、任意の所望の位置にある分析ユニットに直接送信されることができ、センサ電子機器７から制御ユニットへ測定データを転送する必要がないことである。

１ 結合ユニット
２ 静止部品
３ タペット
４ タペット端部
５ 力センサ
６ 工具受け
７ センサ電子機器
８ タペット・コイル
９ 静止電子機器
１０ 溝
１１ 供給コイル
１２ 受信コイル又は受信アンテナ
１４ データ・メモリ
１５ 経路センサ

Claims (10)

1. 結合体に直線力を加えるための電気機械結合ユニットであって、前記結合ユニットの固定した部分を構成する静止部品（２）と、前記静止部品（２）の外側に直線的に延出することができ、外側タペット端部（４）を有するタペット（３）と、また、前記タペット端部（４）による作動中に前記結合体に加えられる力を検出するための力センサ（５）とを備え、前記力センサ（５）が前記タペット端部（４）の領域に取り付けられ、近接場又は遠距離場遠隔測定による測定データの無線送信用センサ電子機器（７）を有し、
   前記センサ電子機器（７）が、前記タペット（３）の延出可能な領域全体に亘り延出する、前記タペット（３）の片側に設けられたタペット・コイル（８）に接続され、
   前記タペット・コイル（８）近傍で、前記静止部品（２）が、前記センサ電子機器（７）に電力を無線で供給し、近接場遠隔測定による測定データを受信するための静止電子機器（９）を有し、
   前記タペット・コイル（８）が、前記タペット（３）の溝（１０）に配置されることを特徴とする、電気機械結合ユニット。
2. 前記力センサ（５）が圧電性力センサであることを特徴とする、請求項１に記載の結合ユニット。
3. 前記センサ電子機器（７）が、測定関連データを保存するためのデータ・メモリ（１４）を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の結合ユニット。
4. タペット経路又はタペット位置を検出するための経路センサ（１５）を備える、請求項１から３までのいずれか一項に記載の結合ユニット。
5. 使用中に、前記経路センサ（１５）が、前記結合ユニットが力を及ぼす結合体までの距離を決定することができることを特徴とする、請求項４に記載の結合ユニット。
6. 前記経路センサ（１５）が増分センサ、誘導センサ又は光学センサであることを特徴とする、請求項４又は５に記載の結合ユニット。
7. 前記静止電子機器（９）が、前記センサ電子機器（７）に電力を供給する前記タペット・コイル（８）に電圧を誘導するための交番磁界を生成することができる１つ又は複数の供給コイル（１１）を備えることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の結合ユニット。
8. 前記静止電子機器（９）が、取り込まれた測定値並びに／或いは前記センサ電子機器の状況、測定範囲、尺度情報及び／又は較正データを受信するための受信コイル又は受信アンテナ（１２）を有することを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項に記載の結合ユニット。
9. 前記センサ電子機器（７）が、遠距離場遠隔測定によって前記測定データを送信するための送信ユニットを有することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項に記載の結合ユニット。
10. 前記センサ電子機器（７）が充電式バッテリを備えることを特徴とする、請求項９に記載の結合ユニット。
    
    

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