JP2006515427A - センサ用のプレストレス要素 - Google Patents

Abstract

本発明は、構造体間に又は構造体の凹部内に配置された測定センサにプレストレスを加えるためのプレストレス要素に関する。プレストレスの印加及び解放は、キーにより１つの箇所でのみ実行することができる。本発明は、さらに同じ工具で個々にプレストレスを加え又解放することができる複数のプレストレス要素の配置にも関する。

Description

本発明は、構造体間の又は構造体の凹部内の測定センサにプレストレスを印加するためのプレストレス要素に関する。

力覚センサは、多くの用途で使用するために、機械的プレストレスの状態で配置される。かかる用途の実施例は、力が印加されたローラ又は他の機械要素などの機械構造物内の測定である。一方では、かかるプレストレスは、センサを所定の位置に保持し、然も遊びを排除するために必要である。他方では、プレストレスは、たとえ温度変化が生じても、センサがそれらの線形測定範囲内で利用されることを保証しなければならない。

かかる目的に関するプレストレス要素はすでに知られている。ＥＰ０４３３５３５（欧州特許第０４３３５３５号）では、ねじにより測定要素を所望のプレストレスに至らせる調整可能な楔を有する測定機構が開示されている。楔を元に戻す２つの他のねじを使用するとプレストレスが緩和される。

ＥＰ０７１９４０５（欧州特許第０７１９４０５号）も、楔を使用して、センサにプレストレスを加える。この楔はセンサ中に一体化される。しかし、このアセンブリでは、平行面の存在が必要とされる。さらにこの場合、２つの他のねじを使用すると、プレストレスが解放され、それにより楔が元に戻る。

ＥＰ０８０６６４３（欧州特許第０８０６６４３号）では、所望のプレストレスが、すべてのセンサを通って延びるねじによりやはり生成される。この装置の欠点は、ねじが測定の際に誤差をもたらす可能性がある力束の方向に延びていることである。

しかし、この装置において興味深いことは、互いと対向して配置されている以外はほとんど同一である２つのセンサを使用することである。温度変化によって生じるプレストレスの変化は、両方のセンサに同じ変化を生じさせる。これらの２つのセンサのそれぞれにおいてそれぞれの温度で測定された値の差の半分は、各センサで作用する力の所望の値に対応する。測定される構造体が、たとえば、ローラの場合のように大きい温度差にさらされる場合、この種類の補正は重要である。

他のプレストレス機構、たとえば、ＤＥ２０１１９１９４ Ｕ１に開示したものは、機械要素、たとえばローラの表面を貫通する穴部を必要とする。しかし、表面の除去は、多くの場合不可能であり、又は望ましくない。

さらに、ＥＰ１０４８３７０（欧州特許第１０４８３７０号）では、ローラの表面を貫通する穴部がセンサを設置するために必要とされる。

湾曲部などの非平行面内でも使用することができ、然も力構造を遮断しないセンサ用のプレストレス装置を提供することが本発明の目的である。プレストレス装置は直列状態の数個のセンサにプレストレスを加えるのにも適しているものとし、各センサは個々にプレストレスが加えられ又解放されるものとし、然も進入は軸方向に、すなわち直列配置の方向にのみ可能である。これは、棒材が、穴部、たとえば、ローラの穴部に導入される場合、必要となり得る。

本発明の他の目的は、機械要素の表面を貫通して穴あけする必要なしに機械要素中に取り付けることができるプレストレス装置を有するセンサを提供するために必要である。

この目的は、第１の請求項の特徴部分によって達成されている。

以下の図を参照して、本発明を説明する。本図は以下のことを示している。

現況技術を図１に示す。センサ１０が、プレストレス状態で、機械要素１１の凹部１２中に導入されている。このプレストレス装置１は実質的に同一の角度の２つの楔９からなり、その一方がセンサ１０に連結され、他方は最初のものと対向して配置され、然も第１の楔と凹部１２の内縁部の間の残りのスペースを埋める。ねじ手段２により２個の楔９がそれらの傾斜した表面１９上で互いに向かって変位することを可能にし、それによって楔９はプレストレス装置１３内を占めるスペースを変化させる。したがって、中心ねじ３を操作することによって、センサ１０をプレストレス状態に設定することができる。プレストレスは、第１のねじ３に対して水平方向に固定された２つの他のねじ４によって、再度解放することができる。

図２は、本発明による、センサ１０を有するプレストレス要素１に関する応用例を２つの異なる透視図で示している。この点においては、センサ１０は、プレストレス要素１中に一体化することができ、又はそれに分離可能な方法で連結することができる。プレストレス要素１は、少なくとも１つ、好ましくは２つの楔表面１９を有する基部１８、及び基部１８と堅固に連結された保持プレート２０を備えている。さらに、センサ１０は、適当な穴部への導入を可能にするボルト２３を備えることができる。センサ１０は、信号記録用のケーブルを接続するためのプラグを有する。

基部１８の楔表面１９のそれぞれにはクランプ要素９が配置され、クランプ要素９は保持プレート２０に平行な表面、及び基部１８の方向に楔表面１９と同じ程度に傾斜した表面を有する。機械要素８の方向に対面する楔要素９の縁部は、有利には、特に平坦な、円の弓形の形で、プレストレス要素１が導入される凹部の任意の形を少なくとも部分的に有することができる。

保持プレート２０とクランプ要素９の両方は実質的に中心穴部５を有し、そこを通って緊張ねじ１５が導入される。

この緊張ねじ１５は、少なくとも第２のクランプ要素９中にまで延びなければならない。第２のクランプ要素９内の穴部が貫通穴である場合、緊張ねじ１５は、後者を通過することができ、然も好ましくは緊張ねじ１５が抜けるのを防ぐためのストッパとして作用するナット２４により固定することができる。少なくとも１つの、好ましくは２つのばね要素２１は、それぞれ保持プレート２０から各クランプ要素９に背圧を生成する。緊張ねじ１５を締めることによって、各クランプ要素９が、楔表面１９に沿って保持プレート２０に対して、且つ機械要素８の表面に対して移動される。実装された状態では、これにより機械要素８の表面上に、且つセンサ１０上に同じ程度に圧力が生じる。ねじが緩められた場合、ばね要素２１によりクランプ要素９が楔表面１９に沿って緩められることを保証する。

図３は、本発明による、１つのみの楔表面１９を持つ基部１８を有するプレストレス要素のある代替実施例を示している。保持プレート２０は、印加されるプレストレスのために基部１８に堅固に連結されなければならない。

この実施例では、緊張ねじ１５により保持プレート２０に対して締めることができる１個のみのクランプ要素９が存在する。緊張ねじ１５は、図１内のプレストレス装置２と同様にクランプ要素９内で終端することができ、又は保持プレート２０内の穴部が貫通穴である場合、後者を通過することができる。この場合、ナット２４を緊張ねじ１５の端部に固定することができる。プレストレスが解放された場合、クランプ要素９の静止摩擦は、たとえば、緊張ねじ１５上をたたくことによって克服することができる。

図４は、やはり２個のクランプ要素９を有するプレストレス要素１を示している。この応用例では、２個のクランプ要素９は、対向したねじ山、すなわち、左回りのねじ山２６と右回りのねじ山２７を有する。さらに、この配置によって、存在しなければならないばね要素なしで、プレストレスを印加し、又解放することができる。保持プレート２０の部分では、緊張ねじ１５の並進運動を阻止する手段２８が提供されている。

左回りのねじ山２６と右回りのねじ山２７を特徴とする図４に描かれたのと同じ緊張ねじ１５は、図３に記載の実施例にも使用することができる。左回りのねじ山２６は保持プレート２０の部分内の対応するねじ山に係合し、右回りのねじ山２７はクランプ要素９のねじ山に係合する。さらに、この応用例では、緊張ねじ１５の並進運動を防止するための手段２８は必要ではない。

プレストレス要素１における１つの箇所でプレストレスを印加し又解放することができ、然もこの操作は一方向のみからの進入を必要とすることは図２乃至４のすべての実施例に共通である。この方向はプレストレスの方向１３に対して横に延びる。

これには、機械要素８の中に導入されたプレストレス要素を操作する（緊張させ又は解放する）ために、機械要素８の表面を壊す必要がないという利点を伴う。他の利点は、プレストレス要素１が凹部１２の開口部に直接配置されず、機械要素１１の長い開口部内の奥に配置される場合も、操作が保証されることである。この位置により一方向のみからの進入が可能となる。

すべてのクランプ要素９が貫通穴を有する図２乃至４のこれらの応用例にさらに共通なのは、緊張ねじ１５として袋ねじ２９を使用する可能性があることである。本発明によれば、この袋ねじ２９は、少なくとも部分的に、工具３０用、たとえば、内側六角穴付きねじキー用の内側かみ合い手段３１を有する。このかみ合い手段３１を備えない袋ねじ２９の一部は、少なくともかみ合い手段３１に補完的な構造体３２をその端部に有する工具３０が袋ねじ２９を通過することができる大きさの内側開口部を有さなければならない。

図５に示すように、プレストレスは緊張ねじ１５によってのみ印加され又解放され、然もこの動きはプレストレスの方向１３に対して横に延びる一方向のみから行われる特徴を同様に持つ代替実施例が容易に考えられる。図５ａ及び５ｂに示すように、プレストレスは、たとえば、スピンドル・ナット１６により生じることができる。図５ｃは剪断システム１７を示している。この原理はねじジャッキの形で知られている。図５ｄは拡大コーンの原理を示している。これらの原理のすべてでは、やはりねじを用いてのみプレストレスを印加し又は解放するプレストレス要素を組立てることができ、この動きを実行するための進入はプレストレスの方向１３に対して横に延びる１つの方向から行われる。他の代替機構は、油圧システム又はピエゾアクチュエータによるシステムである。

他の応用例を図６に示す。この実施例では、１個又は複数個のセンサ１０が適当な棒材２５上に、たとえばこのために備えられた穴部内のボルト２３により取り付けられている。さらに、棒材の側部から小さい取付けねじ６によりボルト２３を固定することができる。個々のセンサのケーブルは、センサ（図示せず）の側部に束にして置くことができる。

このアセンブリの場合、すべての緊張ねじ１５が中心貫通穴を有し、然も工具用のかみ合い手段３１を少なくとも部分的に有する場合有利である。適切な工具３０は、たとえば、六角穴付きねじキー用のかみ合い手段３１に対応する構造体３２をその端部に有する。全体として、取付け部品は貫通穴より大きくてはならない。キー３０、たとえば、少なくともセンサ１０を棒材２５上に配置した棒材２５の長さの、然も適切なトルク抵抗を有する六角穴付きねじキーは、すべてのセンサ１０を通過することができる。キー３０は、プレストレスの方向１３に対して横方向となる進入の１つの方向１４からすべてのセンサを操作する。

図７は、本発明に従ってセンサを棒材２５上に配置した設置時の棒材２５を示している。棒材２５上に配置され、然もキー３０を有するセンサ１０を備えた棒材２５は、適切な形の凹部１２中に導入することができる。プレストレスを印加する場合は、最後部のセンサ１０が最初にキー３０により締められる。２つの隣接するセンサ２０間の間隔でその都度キーを引き抜くことによって、次の緊張ねじ１５に達し、然もそれを締めることができ、遂にはすべてのセンサ１０がプレストレスされる。センサ１０の間隔を持つキー上の対応する印は有用である。

ローラの長さの半分のみの長さのキー３０で十分なように、ローラは両方の面から数個のこれらの棒材を備えることができる。経験によれば、６〜８ｍｍのねじの大きさを持つ１．５ｍまでの長さを有するキーで良好な結果が現れた。より長いキーでは、キーの所望のトルク抵抗を実現するために、ねじをそれに応じて大きくしなければならない。

図８に示すように、機械要素９、たとえば、ローラは、センサを棒材２５の上に配置した棒材２５を備えることができ、このセンサは、互いに対向して正確に配置されている。この配置では、２つごとの対向したセンサ１０を同時に評価して、プレストレスの際の温度により生じる変化を補正することができる。このために、センサの対は、反対方向に対面して取り付けられる。

現況技術と同様の１個のみのクランプ楔を有するのとは違って、プレストレス操作時に生じる摩擦力が互いに対して対称的に作用し、然も結果として生じる成分を軸方向に生じさせないため、剪断力がセンサ上で作用しないことが、２つのクランプ要素を有する締付け構成要素のその他の利点である。本発明による実施例における他の利点は、１つの中央で操作可能であるキーのみが必要である個々のセンサの緊張及び解放の処理方法である。

本発明の他の利点は、センサを内蔵状態で締めることができることである。道路上を通過する車両の重量を測定し、然も道路中に内蔵されているいわゆる「走行車両重量」センサすなわちＷＩＭセンサの場合には、たとえば、センサがプレストレスを加えられてから、センサを棒材の上に配置した棒材は設置される。しかし、これは多くの用途では不可能である。

この装置の変更形態は容易に見られる。したがって、緊張ねじ１５は、たとえば、最後部のクランプ要素内に、回転するが緊張及び圧縮を防ぐ方法で固定することができ、然も先頭のクランプ要素内でめねじにより調整することができる。キー取付け部品は、緊張ねじの一部分にわたって、又はその全長にわたって延びることができる。クランプ部分がさらに圧縮を防ぐ方法で互いに対してねじで留められているため、この配置はばねを持たない。他方では、緊張ねじ１５の並進運動を防止するための手段２８は有利である。これは、たとえば、腐食によって徐々に締まったとしても、かかる配置によりプレストレスの解放も保証される。キーの端部における構造体３２は、２つの適切な位置の間にキーを配置することによって、両側からかみ合い手段３１とかみ合うことができる。それにより圧力又は引張りによって、さらなる力が緊張ねじ１５に印加されて、クランプ要素９を緩めることができる。

他の変更形態は容易に考えることができる。本明細書において言及された実施例は決して限定されたものとして解釈するべきではない。

図９の配置では、２つのセンサ１０が、本発明によるプレストレス要素１により、ベース・プレート２２、クランプ板、又は工作物の両側に締め付けられている。１個のみのプレストレス要素１を使用して、２個のセンサ１０にプレストレスを加えることに留意しなければならない。２個のセンサ１０がそれぞれ反対方向に取り付けられた場合、温度に応じてプレストレスの変化を補正することができる。

また、力覚センサ、さらに圧力及び／又はモーメントの測定用のセンサを、プレストレスの状態で配置されなければならないセンサとして使用することができる。

現況技術を上面図で示した図である。 現況技術を側面図で示した図である。 センサ用の本発明によるプレストレス装置の一実施例を側面図で示した図である。 センサ用の本発明によるプレストレス装置の一実施例を正面図で示した図である。 本発明によるプレストレス装置の他の応用例を上面図で示した図である。 本発明によるプレストレス装置の他の実施例を上面図で示した図である。 さまざまな他の変形形態の略図である。 本発明による棒材上の数個のセンサのアセンブリに関する一実施例を斜視図で示した図である。 棒材上の数個のセンサのアセンブリに関する取付け設置状況を斜視図で示した図である。 ローラ内の数個のセンサ棒材の取付け設置状況に関する横切断図である。 本発明によるプレストレス装置の他の応用例に関する縦切断図である。

符号の説明

１ プレストレス要素
２ ねじ手段
３ 楔を緊張させるための中心ねじ
４ 楔を解放するためのねじ
５ 中心穴部
６ 横方向のクランプねじ
７ プラグ
８ 機械要素の表面
９ クランプ要素、楔
１０ センサ
１１ 構造体、機械要素
１２ 凹部
１３ プレストレスの方向
１４ 進入の方向（プレストレスの方向に対して横の方向）
１５ 緊張ねじ
１６ スピンドル・ナット
１７ 剪断システム
１８ 基部
１９ 楔表面、楔形の平面
２０ 保持プレート
２１ ばね要素
２２ ベース・プレート又は作動片
２３ ボルト
２４ ナット
２５ 棒材（レール）
２６ 左回りのねじ山
２７ 右回りのねじ山
２８ 並進運動を防止するための手段、ストッパ
２９ 袋ねじ
３０ キー（工具）
３１ かみ合い手段
３２ かみ合い手段に対応する構造体

Claims (15)

1. 構造体間又は構造体（１１）の凹部内の内蔵状態のセンサ（１０）にプレストレスを印加するためのプレストレス要素（１）であって、前記プレストレスの印加及び解放が同一箇所で、且つプレストレスの方向（１３）に対して横の方向から実施されることを特徴とするプレストレス要素（１）。
2. 前記プレストレスの印加及び解放が回転運動によって実施されることを特徴とする、請求項１に記載のプレストレス要素。
3. 前記プレストレス要素が前記センサ（１０）を備えるある部分を形成することを特徴とする、請求項１又は２に記載のプレストレス要素。
4. 前記プレストレスが、スピンドル・ナット（１６）又は剪断システム（１７）により印加されることを特徴とする、請求項１、２又は３に記載のプレストレス要素。
5. 前記プレストレス要素に堅固に連結された少なくとも１つの保持プレート（２０）を通って延びる緊張ねじ（１５）で、前記プレストレスの印加及び解放を及ぼすことを特徴とする、請求項１、２又は３に記載のプレストレス要素。
6. 楔形の平面上の１個又は２個のクランプ要素（９）であって、そこを通って前記緊張ねじ（１５）が少なくとも部分的に延び、然も前記緊張ねじ（１５）の回転によって、進入の方向（１４）に且つプレストレスの方向（１３）に移動されるクランプ要素（９）を特徴とする、請求項５に記載のプレストレス要素。
7. 少なくとも１個のばね要素（２１）が、前記プレストレスの解放を支援するように、クランプ要素（９）と前記保持プレート（２０）の間で進入の方向（１４）に作用することを特徴とする、請求項６に記載のプレストレス要素。
8. 前記プレストレス要素がちょうど１個のクランプ要素（９）を備えることを特徴とする、請求項６に記載のプレストレス要素。
9. 前記緊張ねじ（１５）が、前記保持プレート（２７）の部分における適切なねじ山と、前記クランプ要素（９）の部分における反対方向の適切なねじ山（２６）（左回りのねじ山）とを有することを特徴とする、請求項８に記載のプレストレス要素。
10. 請求項６に記載の２個のクランプ要素（９）を有するプレストレス要素であって、前記緊張ねじ（１５）が、前記第１のクランプ要素（９）の部分における適切なねじ山（２６）（左回りのねじ山）と、前記第２のクランプ要素（９）の部分における反対方向の適切なねじ山（２７）（右回りのねじ山）と、主として前記保持プレート（２０）の部分内で並進運動を防止するための手段（２８）とを有することを特徴とするプレストレス要素。
11. 請求項１、２、５、６、８、９又は１０のいずれか１項に記載のプレストレス要素であって、前記緊張ねじ（１５）が、工具（３０）が通過することができ、然も袋ねじ（２９）の内部壁面上に少なくとも部分的に前記工具（３０）用の適切なかみ合い手段（３１）を備えた袋ねじ（２９）であることを特徴とするプレストレス要素。
12. 直列状態であり、好ましくは棒材（２５）上にある請求項１、２又は１１に記載のセンサを有する２個以上のプレストレス要素からなるアセンブリであって、すべてのプレストレス要素の前記プレストレスを印加し又解放するために実行されるすべての回転運動が同じ軸を有する方法で、すべてのプレストレス要素（１）が配置されていることを特徴とするアセンブリ。
13. すべてのプレストレス要素（１）のプレストレス及び解放が前記同一の工具（３０）により個々に実施することができることを特徴とする、請求項１２に記載のアセンブリ。
14. センサ（１０）からなる数個の棒材（２５）が前記同一の構造体（１１）内に取り付けられることを特徴とする、請求項１２に記載のアセンブリ。
15. 互いに対向して位置する２個ごとのセンサ（１０）が、プレストレスの変化を補正するように配置されていることを特徴とする、請求項１４に記載のアセンブリ。

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