JP2017511873A - 手動又は空気圧式プレスのための力センサ - Google Patents

Abstract

本発明は、手動又は空気圧式プレス２において軸方向に生じる力Ｆを特定するための、中心軸線Ａと外径ＤＡとを有する力センサ１に関する。力センサ１は、ボルト３とナット４との間で予め圧力を加えられる、プラグ接続部６を備えた圧電式力測定リング５を有し、ナット４は、雌ねじ９を有し第１の直径Ｄ１を備えた第１の穴８を備えた内側端面７を有する。またボルト３は、連続的な穴２８、及び頭部１１も有し、さらに内径ＤＩを備え且つ前部に雄ねじ１３を有する中空膨張ねじ１２を有し、この中空膨張ねじは、力測定リング５を貫通してナット４の雌ねじ９内と係合する。本発明によれば、ナット４又は頭部１１は、中空膨張ねじ１２の内径ＤＩよりも小さい第２の直径Ｄ２を備えた第２の穴１４を有し、第２の穴１４の直径Ｄ２は、少なくとも前述の外径ＤＡの４分の１を占め、第２の穴１４の長さＬは、前述の第２の穴の直径Ｄ２と少なくとも同じ長さであり、第２の穴１４の内壁１５が、滑り嵌めのための心出し栓受として設計される。

Description

本発明は、手動又は空気圧式プレスにおいて軸方向に生じる力を測定するための力（ちから）センサに関するものであり、この力センサは、下部及び上部環状座面と、外径Ｄ_Ａとを有し、また力センサは、ボルトとナットの間で予荷重を加えられる、プラグ接続部を備えた圧電式力ワッシャを有し、前述のナットは、雌ねじを有する第１の直径を備えた第１の穴を有し、前述のボルトは、頭部分と、内径Ｄ_Ｉを有する中空予荷重ボルトであって、力ワッシャを通して延びてナットの雌ねじと係合する前部雄ねじを有する中空予荷重ボルトとを有する。

上述のタイプの力センサは、様々な目的に使用され、また、例えばプレス・フォース・センサの名称の下に販売されている。

そのような力センサの実例が、欧州特許第１５９０６４１号で説明されている。最先端のものとして欧州特許第１５９０６４１号で説明される測定センサは、ボルトとナットとの間に挟持される市販の力センサで構成され、ボルト及びナットの両方が、工作物の取付けのために、その外側表面上に中央タップ穴を有する。この実施例は、かなりの構造上の高さを必要とする。

構造上の高さに関して改良された実施例として、ボルトに直接センサが組み込まれたデバイスが、同じ文献で説明されている。隣接する工作物への取付けのために、中央貫通穴、ボルト及びナットの前部外側表面上の幾つかのより小さいタップ穴、又は、穴に通される取付ねじのねじ頭のための内部座面として機能する出っ張りを含む中央穴のいずれかが設けられる。組み込まれたセンサを含む実施例は低い構造上の高さを有するが、従来のセンサを使用することができないので、その全体的な費用は、別体のセンサを含む実施例と比べて高くなる。

このタイプの力センサは、例えば、手動又は空気圧式プレスによって加えられる力の測定に使用される。そのようなプレスのストロークは、システムの性質によりあまり高くはないので、そこに用いられる力センサは、例えば６０ｋＮまでの手動プレスに対しては、５０ｍｍ以下であるべきである。力センサの両外端面における取付け特徴をプレスの製造業者の仕様に容易に適合させることができることも重要である。

欧州特許第１５９０６４１号

本発明の目的は、低い構造上の高さを有するが全体的な製造費用が安い、手動又は空気圧式プレスにおいて軸方向に生じる６０ｋＮまでの力を測定するための上述のタイプの中心軸線を有する力センサを説明することである。さらに、この力センサは、好ましくは１２ｋＮまでの力を測定することも可能であるべきである。

この目的は、請求項１の構成を有する本発明による力センサによって達成される。一代替形態が、独立請求項４で説明される。他の有利な実施例が、従属請求項で説明される。

本発明によれば、ナットは、ナットを通して延びる、中空予荷重ボルトの内径Ｄ_Ｉよりも小さい第２の直径を有する第２の穴を有し、この第２の穴の直径は、少なくとも外径の４分の１である。さらに、第２の穴の長さは、その直径と少なくとも同じ長さである。さらに、本発明によれば、第２の穴の内側表面は、滑り嵌めのための中心マウントとして形成される。

一代替実施例では、ボルト及びナットの配置が反転され、その場合、説明された全ての構成を含む第２の穴が、ボルトの頭部分内に形成される。

力センサの外径Ｄ_Ａは、基本的にナットの外径に等しく、ナットの外径は、基本的に力ワッシャ及びボルトの外径と同じサイズである。

このタイプのデバイスは、従来の力ワッシャを使用することができるので、製造にあたって費用効率が高い。実例として、Ｋｉｓｔｌｅｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｅ ＡＧ（キスラー社）によって製造されるタイプ９０４０Ａセンサが提案される。

構造上の高さは、ナット又はボルト頭セクションそれぞれに、滑り嵌めのための中心マウントの形態をなす締付けツールを取り付けるための手段を形成することによって減少される。これは、例えば、最小限の遊びを伴うＨ７／ｇ６滑り嵌めを確実にするために、１４ｍｍの直径においてＨ７＋−８．０１８の許容差が与えられる。したがって、対応する位置決めボルトを備えるツールが、所望の中心マウント内に配置され、且つそのボルトにより心出しされる形で力センサ内に挿入され得る。取付けは、外側からアクセス可能な止めねじを使用することによって達成され得る。このようにして、ツールの取付け及び取外しは、非常に容易になる。さらに、取付けは、中心的且つ傾きの恐れがない（ｔｉｌｔ−ｓａｆｅ）ツールの収容を常に確実にする。

本発明によれば、位置決めボルトは、中空予荷重ボルトが第２の穴よりも大きい内径を有するので、はるかボルト内に延在する細長い形状を有し得る。具体的には、位置決めボルトは、力センサを完全に貫通してもよく、また、必要であれば、力センサを取り外す必要なしに、力測定の橋渡し（ｂｒｉｄｇｅ）をすることができる。この場合、変位測定のみが実行される。

以下において、図面に関して本発明をより詳細に説明する。

本発明による力センサの概略図を断面図で示す図である。 位置決めボルト及びそれに取り付けられた締付けボルトを含む本発明による力センサの概略図である。 位置決めボルト及びそれに取り付けられた締付けボルトを有する本発明による力センサの一代替実施例の概略図である。 本発明による力センサを含む手動プレスの概略図である。

図１は、図４に示されるような手動又は空気圧式プレス２において軸方向に生じる力Ｆを測定するための力センサ１を示し、力センサ１は、外径Ｄ_Ａを有し、中心軸線Ａを有し、また下部及び上部の環状座面（ｂｅａｒｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ）１０、１０’を備える。力センサ１は、ボルト３とナット４との間に挟持され且つプラグ接続部６を有する圧電式力ワッシャ５を含む。ナット４の領域における外径Ｄ_Ａは、基本的にボルト３及び力ワッシャ５の領域におけるサイズと同じサイズである。

ナット４は、第１の穴８を備えた内側端面７を含み、第１の穴８は、第１の直径Ｄ１を有し、且つ雌ねじ９を備える。さらに、第１の実施例によれば、ナット４は、下部環状座面１０を含む。ボルト３は、頭部分１１と、中心穴２８内の内径Ｄ_Ｉを有する中空予荷重ボルト１２とを含む。中空予荷重ボルト１２は、力ワッシャ５を通して延び且つナット４の雌ねじ９に係合する前部雄ねじ１３をさらに含む。本発明によれば、本発明の第１の実施例では、ナット４は、ナット４を通して延びる中空予荷重ボルト１２の直径Ｄ_Ｉよりも小さい第２の直径Ｄ２を有する第２の穴１４を備え、第２の穴の直径Ｄ２は、少なくとも前述の外径Ｄ_Ａの４分の１であり、第２の穴１４の長さＬは、少なくともその直径Ｄ２と同じ長さである。さらに、第２の穴の内壁１５は、Ｈ７／ｇ６滑り嵌めのための、品質Ｈ７の中心マウント１５として形成される。

本発明の一代替実施例が、図３に示されている。本発明の第１の変形形態とは異なり、ナット４及びボルト３の配向は反転されている。即ち、ボルト３の頭部分１１は、ここでは下部の環状座面１０を含み、さらに、言及された全ての特徴を備える第２の穴１４、特に滑り嵌めのための内壁１５における中心マウント、並びに言及された全ての寸法及びそれらの比率を備える第２の穴１４を含む。

圧電式力ワッシャ５は、市販されている従来技術のセンサである。圧電式力ワッシャ５は、膜１７の下で予荷重を加えられた圧電式測定要素１８が内部に組み込まれたハウジング１６と、プラグ接続部６とを含む。

好ましい実施例では、ナット４は、前面７に近接して第１の穴８内に、Ｈ７／ｇ６滑り嵌めのための品質Ｈ７の中心マウント１９として形成された内側表面１９をさらに有する。さらに、図１から分かるように、ボルト３は、雄ねじ１３に隣接し且つ頭部分１１に面する案内領域２０であって、少なくともねじ山１３と同じくらいの幅であり且つ内側端面７の付近において心出しされる形で第１の穴８の中心マウント１９内に収容される案内領域２０を有する。このようにして、ボルト３とナット４との間の心出しが確実になる。ボルト３とナット４との間のねじ式接続だけで達成される心出しは要求を満たすには不十分であることが示されてきた。

組立て中、力ワッシャ５は、好ましくは、外側から力ワッシャ５に係合する心出し補助器具を使用し、続いてボルト３の中空予荷重ボルト１２を心出しするためにアウター・センタリング（ｏｕｔｅｒ ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ）を使用し、次いでボルト３とナット４との間のねじ山９、１３上でナット４を締付けることにより、予荷重を受けて固定される。これは、中空予荷重ボルト１２と力ワッシャ５との間に心出しスリーブを組み込む必要性を排除する。

力ワッシャ５とボルト３の頭部分１１との間に予荷重によって固定される滑りディスク２１を配置することが特に有利であることが証明された。この滑りディスク２１は、予荷重を加え且つしたがって圧電式力ワッシャ５の材料内のモーメント変位を防ぐために、ナット４による相互固定中に頭部分１１及び力ワッシャ５の２つの表面間の摺動を可能にする。

本発明によれば、中空予荷重ボルトと力ワッシャとの間に心出しスリーブを設置する必要なしに、環状間隙２６が中空予荷重ボルト１２と力ワッシャとの間に径方向に配置され得る（図３参照）。したがって、環状間隙２６は、中空予荷重ボルト１２と力ワッシャ５との間の空間全体を占有し得る。説明された外部からの心出しは、力ワッシャ５及び頭部分１１の外側側面を介して達成され得る。このことはまたしても、デバイスの単純化及び製造費用の削減に役立つ。

ナット４又は頭部分１１の第２の穴１４の直径Ｄ２は、それぞれ、中空予荷重ボルトの内径Ｄ_Ｉよりも小さいので、図２から分かるように第２の穴よりもはるかに長い位置決めボルト３２が第２の穴１４内に収容され得ることが確実になる。

さらに、ナット４又は頭部分１１は、それぞれ、第２の穴１４の中央領域に、外側から内壁１５まで延び且つ雌ねじ２３を備える径方向穴２２を有することができ、この径方向穴２２内には止めねじ２４が挿入される。図２に示されるように、止めねじを締付けることにより、位置決めボルト３２を固定することができる。

さらに、第２の穴１４内の中心マウント１５は少なくとも内壁１５の両端部領域に形成されなければならないことが、図２及び３から分かる。第２の穴１４の中央部分は、一般に、好ましくは止めねじ２４によって係合され、また、位置決めボルト３２がこの領域において円錐形外側表面を有して止めねじ２４と一緒に挿入された位置決めボルト３２のための支持を提供するので、心出しに必要とされない。しかし、２つの端部分１５ａ及び１５ｂの領域における中心マウント１５は、全面的に良好な傾きからの保護を確実にし、したがって良好な心出しを実現する。重要なことには、第２の穴１４の長さＬ、具体的には両部分１５ａ、１５ｂを含む中心マウント１５の長さＬ、及びそれらの互いの距離は、長く、具体的には少なくとも外径Ｄ_Ａと同じくらいの長さであり、また、力センサの軸方向の全高の少なくとも２０％を占めることが好ましい。

具体的には、ナット４は、内側端面７の付近に突出部２７を有し得る。この突出部２７は、上述された外部からの心出しのための境界として機能し、また、図２に示されるように、ナット４に取付け可能な幅広のリング２９のロック機構として機能し、リング２９上には、軸方向変位量の定量のための対応する手段３０が配置される。したがって、力／変位測定が可能である。

具体的には、力センサ１内の中心穴は、貫通穴である。そのような構成は、力センサ１のブリッジング（ｂｒｉｄｇｉｎｇ）を行うのに力センサ１を取り外すことを必要とすることなく、それを可能とする。特に、変位量を測定するための複数の手段が設けられる場合、それらの測定は、力ワッシャ５を介した力の分岐に直面することなく継続され得る。

実施例に応じてボルト３の頭セクション１１又はナット４内に配置された力センサ１の上部環状座面１０’の近傍の穴内に、雌ねじ２５が形成され得る。これは、図４に示されるように、プレス２における力センサ１の簡単な適応又は取付けのそれぞれのために、上部座面１０’に近接した締付けコーン３１の取付けを可能にする。特に、穴は、中空予荷重ボルト１２の穴２８、又は、ナット４を貫通するナット４内の別の穴８’であってもよい。

使用中、常に引張力が生じることになるので、本発明による力センサ１又は力ワッシャ５はそれぞれ、引張力に耐え得ることも必要である。本発明による力センサは、６０ｋＮまでの圧力による力に耐え且つ／又は引張力に関しては１２ｋＮまで耐えるべきである。このことは、説明されたボルト３とナット４との間の予荷重が相応に高くなければならないことを意味する。

図では、力ワッシャ５は、膜１７をナット４の方に向けた状態で形成されている。しかし、力ワッシャ５がその膜１７をボルト３又は滑りディスク２１のそれぞれに向けて配向されるように、力ワッシャ５を１８０°回転させることも可能である。

図１〜３による実施例に関連して説明された全ての好ましい実施例は、図３による本発明の力センサ１を使用して実施されることも可能である。全ての参照番号は、本発明を説明するためにいずれの場合においても同じ意味を有する。

１ 力センサ
２ プレス
３ ボルト
４ ナット
５ 力ワッシャ
６ プラグ接続部
７ 内側端面
８ （ナットの）第１の穴
８’ （ナット内の）別の穴
９ ナットの雌ねじ
１０ １０’ 座面
１１ 頭部分
１２ 中空予荷重ねじ
１３ 雄ねじ
１４ 第２の穴
１５ 内壁、中心マウント
１５ａ、１５ｂ 内壁の領域、心出し領域
１６ ハウジング
１７ 膜
１８ 圧電式測定要素
１９ 内側表面、中心マウント
２０ 案内領域
２１ 滑りディスク
２２ 径方向穴
２３ 止めねじの雌ねじ
２４ 止めねじ
２５ 雌ねじボルト
２６ 環状間隙
２７ 突出部
２８ （中空予荷重ねじ内の）穴
２９ リング
３０ 手段
３１ 締付けコーン
３２ 位置決めボルト
Ａ 軸
Ｆ 力
Ｄ１ 直径（内側）
Ｄ_Ａ 外径
Ｄ２ より小さい直径（内側）
Ｌ 長さ
Ｄ_Ｉ 中空予荷重ねじの内径

Claims (12)

1. 手動又は空気圧式プレス（２）において軸方向に生じる力（Ｆ）を測定するための力センサであって、前記力センサは、中心軸線（Ａ）と、下部及び上部環状座面（１０、１０’）と、外径Ｄ_Ａとを有し、また前記力センサは、ボルト（３）とナット（４）の間で予荷重を加えられる、プラグ接続部（６）を備えた圧電式力ワッシャ（５）を有し、前記ナット（４）は、雌ねじ（９）を備えた第１の直径（Ｄ１）を有する第１の穴（８）を備えた内側端面（７）と、前記下部環状座面（１０）とを有し、前記ボルト（３）は、貫通穴（２８）と、前記上部環状面（１０’）を含む頭部分（１１）と、内径（Ｄ_Ｉ）を備えた中空予荷重ボルト（１２）であって、前記力ワッシャ（５）を通して延びて前記ナット（４）の前記雌ねじ（９）と係合する前部雄ねじ（１３）を有する中空予荷重ボルト（１２）とを有している、力センサにおいて、
   前記ナット（４）は、前記下部支持表面（１０）に向かって前記ナット（４）を通して延びる、前記中空予荷重ボルト（１２）の前記内径（Ｄ_Ｉ）よりも小さい第２の直径（Ｄ２）を備えた第２の穴（１４）を有し、前記第２の穴（１４）の前記直径（Ｄ２）は、少なくとも前記外径（Ｄ_Ａ）の４分の１であり、前記第２の穴（１４）の長さ（Ｌ）が、その直径（Ｄ２）と少なくとも同じ長さであり、前記第２の穴（１４）の前記内壁（１５）が、滑り嵌めのための中心マウントとして形成される
   ことを特徴とする、力センサ。
2. 前記頭部分（１１）において、前記上部座面（１０’）に向かう前記穴（２８）内に、雌ねじ（２５）が形成されることを特徴とする、請求項１に記載の力センサ。
3. 前記ナット（４）は、前記第２の穴（１４）の中央領域において、外側から前記内壁（１５）まで延び雌ねじ（２３）を有する径方向穴（２２）を有し、前記径方向穴（２２）内に止めねじ（２４）が挿入されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の力センサ。
4. 手動又は空気圧式プレス（２）において軸方向に生じる力（Ｆ）を測定するための力センサであって、前記力センサは、中心軸線（Ａ）と、下部及び上部の環状座面（１０、１０’）と、外径Ｄ_Ａとを備え、また前記力センサは、ボルト（３）とナット（４）の間で予荷重を加えられる、プラグ接続部（６）を備えた圧電式力ワッシャ（５）を有し、前記ナット（４）は、雌ねじ（９）を備えた第１の直径（Ｄ１）を有する第１の穴（８）を備えた内側端面（７）と、前記上部環状座面（１０’）とを有し、前記ボルト（３）は、貫通穴（２８）と、前記下部環状座面（１０）を備えた頭部分（１１）と、内径（Ｄ_Ｉ）を備えた中空予荷重ボルト（１２）であって、前記力ワッシャ（５）を通して延びて前記ナット（４）の前記雌ねじ（９）と係合する前部雄ねじ（１３）を有する中空予荷重ボルト（１２）とを有している、力センサにおいて、
   前記頭部分（１１）は、前記下部支持表面（１０）に向かって前記ボルト（３）を通して延びる、前記中空予荷重ボルト（１２）の前記内径（Ｄ_Ｉ）よりも小さい第２の直径（Ｄ２）を備えた第２の穴（１４）を有し、前記第２の穴（１４）の前記直径（Ｄ２）は、少なくとも前記外径（Ｄ_Ａ）の４分の１であり、前記第２の穴（１４）の長さ（Ｌ）が、その直径（Ｄ２）と少なくとも同じ長さであり、前記第２の穴（１４）の前記内壁（１５）が、滑り嵌めのための中心マウントとして形成される
   ことを特徴とする、力センサ。
5. 前記ナット（４）は貫通穴（８’）を有し、前記貫通穴（８’）内に、前記上部表面（１０’）に向かって雌ねじ（２５）が形成されることを特徴とする、請求項４に記載の力センサ。
6. 前記頭部分（１１）は、前記第２の穴（１４）の中央領域に、外側から前記内壁（１５）に向かう、雌ねじ（２３）を有する径方向穴（２２）を有し、前記径方向穴（２２）内に止めねじ（２４）が挿入されることを特徴とする、請求項４又は５に記載の力センサ。
7. 前記ナット（４）は、前記端面（７）の近傍の前記第１の穴（８）内に、滑り嵌めのための中心マウント（１９）として形成された内側表面（１９）も有し、前記ボルト（３）は、前記頭部分（１１）に面する前記雄ねじ（１３）に隣接して案内領域（２０）を有し、前記案内領域（２０）は、前記雄ねじ（１３）と少なくとも同じ幅であり、且つ、前記内側端面の付近において心出しされる態様で前記第１の穴（８）の前記中心マウント（１９）内に収容され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力センサ。
8. 前記力ワッシャ（５）と前記ボルト（２）の前記頭部分（１１）との間に、滑りディスク（２１）が配置され、且つ前記予荷重によって固定されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の力センサ。
9. 環状間隙（２６）が、前記中空予荷重ボルト（１２）と前記力ワッシャ（５）との間に径方向に形成されることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の力センサ。
10. 前記ナット（４）は、前記内側端面（７）の付近に突出部（２７）を有することを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の力センサ。
11. ６０ｋＮまでの圧力による力に耐えることが可能であることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の力センサ。
12. １２ｋＮまでの引張力に耐えることが可能であることを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか一項に記載の力センサ。

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