JPH02162221A - 軸方向荷重を測定するための装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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作動弁に関する安全性（［Ｍ
ＯＶ’　　ｓＪ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バックの変位を
測定するシステムが、通常、多（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、スプリングバッ
クのｊｌ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、スプリングバ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、スプリングバックが、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バ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、スプリングバ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
バックが変位しないような間隙量とされる。

スプリングバ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、スプリングバックの圧縮が弁心
棒力に対して非線型性を示すようになる。更に、スプリ
ングバ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バ、り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バックも圧縮させ、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、スプリングバ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バックの変位の
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、他の力と弁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。

は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ＮＱ１８５
，２１０　　（１９８８年４月２２日）、ＮＱ８７５４
１　　（１９１１？年４月２０日）、現在の米国特許４
８０５４５１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、原子カ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−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（っかのモー
タ作動弁の形状に対しては、はとんど不可能である。い
（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は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
おいて直径の収縮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、原子カ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、原子カプラントに用いる
゛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、
を備えてなり、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【７ているヨーク手段を備えているモータ
作Ｑ　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
よす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。

本発明の軸方向荷重を測定するための方法は、実質的に
円柱状の部材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円柱部
材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実質的１易円柱状の部材の一
部に取り付ける工程と、該円柱部材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、該円柱部材にかかる軸方向荷重を決定
する工程と、を包含してなり、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。

前記円柱部材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、企図を通して、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（４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−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
な取り付は手段を設けるのが望ましい。この調節可能な
取り付は手段には、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、ロックナツト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７字
型となる角度Ａ１を有する７字型ブロツクであることが
好ましい。角度ＡＩ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１
９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（
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のその池の部分における
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（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、（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３４．３６．３８および４０としては、
例えば、Ｍｌｅｒｏｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ、　　Ｉ
ｎｃ。

Ｃａｔａｌｏｇ　ＮＱＥＡ−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３５．３７．３９および４１としては、Ｍｉ
ｃｒｏｍｅａｓｕｒｅａ＋ｅｎｔｓ、　　Ｉｎｃ。

Ｃａｔａｌｏｇ　ＮｎＣＴＦ−２５Ｃがある。歪ゲージ
調整装置４６としては、例えば、Ｖｉｓｈａｙ　２１０
０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とは連結されてい
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
ンブ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　ＮＱＴト１０６が
ある。

装置ｌＯ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（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へ使用される
。

装置ｌＯ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、２０
２４　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。７字型ブロツ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４１
０スチレ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太き（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が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ＣＲ７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４
６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を通過せしめ、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
ツク（Ｃｏｍｐａｑ）　３　　ミニコンピユータがあげ
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６゜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５０．８ｍｎ＋）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１
２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７
６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
は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６ｏに予荷
重をが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は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７゜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７ｏ及び７２の間に保持され
た円柱部材１２の一部に係合して、締め付は力を供給す
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に向が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１５
０°の７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（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のクランプ部材フ０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、（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／１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１０１１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１
１２にて・支持されている。ブッシング１１２は端部９
０に於て第１のアーム８６を貫いている。シャフト１１
４は近接検出器９６と実質的に軸方向に一直線に並び、
ネジ切りした金属鎖１１６の形式のターゲット手段を支
えている。金属鎖１１６の平たい頭部は、近接検出器９
６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がシャツ）　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
仮想線で示しである）に緩く噛み合う。／％ンドル１２
２はターゲットである金属鎖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。満１１８及びピン１２０は、シャツ）　１
１４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鎖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１１
４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９
８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、Ｂｅｎ
ｔｌｅｙ−Ｎｅｖａｄａ　Ｃａｔａｌｏｇ　Ｎｏ、２１
５０４−００−１２−１０−０２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ｌ１６
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１２
４は、例えば、Ｂｅｎ　Ｌ　１ｅｙ−Ｎｅｖａｄａフ２
００５ｅｒｉｅｓ　Ｐｒｏｘｉｍｉｔｏｒである０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９も
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、（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ｌ１６への距離と、（びれ部分ａ４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１１
６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
４４．４５ｍ）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１２７閤）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ｌＯ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１
３２とを有している。リング装置１３Ｇ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２
１６ａ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！３６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１３６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１３４０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１３
８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１４Ｇ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０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１４Ｇ及び１４２とクラン
プ本体１３８との間の適切な取り付は手段を構成してい
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１３
８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、締め付は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
ｌＯ及びＵ−クランプ装置６０のトルクノブ５４及び８
０のような、トルクノブとしてもよい。クランプ部材１
４Ｇ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７字型ブロツクが
好ましい。この７字型ブロツクは約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１４Ｇ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１
４４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１３ｇ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１３ｇが位置することが可能と
なる。また、クランプ本体１３Ｂのアーム１４４及び１
４６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１４
０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＄１６４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ｉｌｌ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１７
６（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、円柱の掛は金スプール部材１７８（仮想
線で示されている）を横切って設けられ、チューブ１７
２と同軸に、そしてチューブ１７２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［８４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が延びて掛は金を掛
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１４２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１８４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１
４６はピン１６２の廻りに回転でき、クランプ本体１３
８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１
９２に結合され、他端が近接プローブ信号の調整装置１
９６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１３４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。ロックナツト２０２
は、検出器１９２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
！２０４のよウナターゲット手段が、クランプ本体１３
８の他の端部のアーム１４４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１９６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１
３２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１９
９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ｌｚ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かう遠くに
位置する互いに離れたアーム１４４及び１４６ノ端部を
接近させる。

リング装置１３０に於て、近、接プローブは、例えば、
Ｂｅｎｔｌｅｙ−Ｎｅｙａｄａ　Ｃａｔａｌｏｇ　Ｎｏ
、２１５０Ｓ−００−２０−３０−０２であり、また調
整装置１９６は、Ｂｅｎｔｌｅｙ−Ｎｅｖａｄａ　７２
００Ｓｅｒｉｅｓ　Ｐｒｏｘｉｍｉｔｏｒである０　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ｔａＯ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１
９２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１３Ｇ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
クチニ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２
１２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である）
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
である）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
ジションとパックシートポジションとの間を動く。弁心
棒２２４の一方の端部は弁ゲー）２１Ｂ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２２６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、
ウオーム及びウオームギヤの結合２３０に接続されてい
る。ウオ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
止めナツト（ｓｔｅｍ　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。

ウオームの端部（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バック２３２に結合され
ている。別の小さなギヤ２３４もまた、スプリングバッ
ク２３２を経由してウオームに接続されている。ギヤ２
３４はトルクスイッチ（図示していない）に結合され、
スプリングバック２３２の両方向の変位によってギヤ２
３４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２２Ｂは様々なギヤ２２Ｂ、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）　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オームは回転し続け、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（ように強いられる。即ち、ウオ
ームはスプリングバック２３２に圧力を加えている間、
同じ方向にスプリングバック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２
２６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）２２０又はバックシート２
２２に嵌合した後に、モータ２２６が引き続いて作動す
るためである。ヨーク２１６には弁心棒２２４によって
反対方向の等しい太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ｌ０１６０、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１３６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ｐｓｌ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径である。

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はネジの外径、ＴＰＩはインチ当りのネジ
の数である。

外径及び内径ｄ１１及びｄ、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＝　（ｄａ’−ｄ＋２）／ｄａ　　　　　　−（３）
そして、△ｄは次のように定義される。

△ｄ＝ΔｄＢ　　　　　　　　　　　　　・・・（４）
演算手段としてコンビエ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１Ｏ１６０、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１３
０は、その装置のクランプ手段により、弁心棒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ｌＯ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２
２４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１０．６０゜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に対して締め付は力を供給する。

締め付は力は、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ｔｌｌａｂｂ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、−変法められる
と変化しない。オペレータ２１４は弁ゲート２１８をシ
ート２２０又はパックシート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１
３０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．
６４、及び１３４をそれぞれ前述したように用いた後、
装置２１Ｇ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２１
８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３４．３６．３８、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１
８．６８、及び１３８又はそれらの部品によって検知さ
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によって発生された電気信号はヨーク
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２２
４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、容易に取り付は得る、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（、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。

４、　　　の。　な１Ｂ 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、１
６・・・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、１３
６・・・センサ手段、１３１１・・・クランプ本体、１
４０、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、
２１ｇ・・・弁ゲート、２２０・・・弁シート、２２２
・・・弁バックシート。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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、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、請求項１に記載の装置。 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、前記クランプ部材の少なくとも一方が、内側に約１
   ５０゜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、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、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、請求項１に記載の装置。 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、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、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
   、請求項１に記載の装置。 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９に記載の装置。 １１、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、請求項９に記載の装置。 １２、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、
   請求項１に記載の装置。 １３、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１２に記載の装
   置。 １４、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１３に記載の装置。 １５、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１４に記載の装置。 １６、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、
   請求項１４に記載の装置。 １７、実質的に円柱状の部材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円柱部材の該部分
   における径方向の変形に応じて移動するように、該装置
   のクランプ部を実質的に円柱状の部材の一部に取り付け
   る工程と、該円柱部材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、該円柱
   部材にかかる軸方向荷重を決定する工程と、を包含する
   、実質的に円柱状の部材における軸方向荷重を測定する
   ための方法。 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屈曲を感知することを包含す
   る、請求項１７に記載の方法。 １９、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１７に記載の方法。 ２０、前記円柱部材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、請求項１７に記載の
   方法。