(57)【要約】本発明は、ねじ結合における軸力を調節および／または検査するための装置１に関する。この装置は、ねじ結合における２つの軸力付加要素間に作用する軸力を制限するためのチェック装置を含んでいる。この場合、チェック装置は、電気抵抗が作用する軸力に依存して変化する測定素子２からの信号値をピックアップするための、本発明にかかる手段４、５を有している。
2005522687.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ結合部における軸力の調節および検査のための装置（４）であって、ねじ結合部における軸力付加要素間に作用する軸力を制限するためのチェック装置を有するものにおいて、前記チェック装置は測定素子（２）からの信号値をピックアップするための手段（４、５）を有し、前記測定素子（２）の電気抵抗は、作用する軸力の関数として変化する、ことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記装置は、回転し得る軸力付加要素を固定するための部材（２）を有していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記固定するための部材（３）は、信号をピックアップするための手段（４、５）を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記信号値をピックアップするための手段（４、５）は、直流通電式信号伝達、静電式信号伝達または電磁誘導式信号伝達のための連絡点を有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記信号値をピックアップするための手段は、１つまたは複数の信号値を同時に測定するように形成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記回転し得る軸力付加要素を固定するための部材（３）は、ボルト頭（７）、ナット（８）または同種のものを固定するように形成されているとともに、前記信号値をピックアップするための手段（４、５）を収容し、前記軸力付加要素の間に配置されたワッシャー（２）と接触していることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項７】
前記装置は、前記測定素子（３）に対する電気的なグラウンド接続を備えていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記ねじ結合部は、木製、金属製またはプラスチック製の、軸力付加要素（７、８）および該軸力付加要素間の接続要素（９）を含んでいることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記部材（３）は、十字穴付ボルト、すり割り付ボルト、六角ボルト、四角ボルトおよび六角穴付ボルトまたは同種のものを固定するために形成されていることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項１０】
調節された軸力の値を聴覚的または光学的に指示する装置（１０）を備えていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ結合における軸方向の締結力を調節および/または検査するための装置に関する。
【０００２】
本発明は、様々な形態で使用され、機械分野において多様な用途を有する、全ての機械的ねじ結合に関する。本発明は原則として、既知であるねじまたはねじ結合の全種類に適用することができる。
【背景技術】
【０００３】
ねじ結合における軸力を調節するための装置であって、例えばねじ結合の２つの軸力付加要素（Ｋｒａｆｔａｕｆｂｒｉｎｇｕｎｇｓｅｌｅｍｅｎｔ）間に作用する軸力を制限するためのチェック装置を含んでいるものが既に知られている。このいわゆる「トルク・レンチ」により、ねじ結合部に与えられたトルクの超過を機械的に調整することが可能であることが知られている。この方法では、軸力付加要素間（例えば、第１の軸力付加要素である、ボルト軸上のボルト頭と、第２の軸力付加要素である、ボルト軸のねじ山上におけるナットとの間）の力を全く正確に検出することは不可能である。ねじ結合を締めるために加えられるトルクは、回転運動が軸力付加要素間の距離の変化を生じせしめるので、ボルト軸のねじ山のピッチに応じて、軸力付加要素間の軸力の変化を引き起こす。しかしながら、ねじ山における軸力付加要素の摩擦力がトルクに重要な影響を与えるため、軸力とトルクとの相関は、ある状況において多くの誤差を含んでいる。トルクが全く同一であっても、ねじ結合における締結力は相当変化し得るため、滑り易いボルトの場合は伸ばし過ぎる危険がある一方、締めにくいボルトの場合には、接続がまだ緩い場合であっても、あらかじめ選択されたトルクに既に到達していることになる。機械的な過負荷を防ぐ場合に、この不正確さは別として単に許容限界の超過を測定することはできるが、正確な軸力測定は不可能であるという欠点がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、本発明の目的は、ねじ結合における軸力を調節、および/または検査するための装置であって、迅速かつ安価な方法でねじ結合の軸力を正確に測定することができる装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この目的は、請求項１に記載の装置によって達成される。
【０００６】
チェック装置は、測定素子からの信号値をピックアップする手段を有しており、その測定素子の電気抵抗が作用する軸力の関数として変化するため、（トルク測定という回り道をすることなく）軸力の直接測定が可能である。軸力は、任意の軸力付加要素（任意の形状および数を有する）により発生する。軸力によって機械的に負荷を受ける測定素子における、電気抵抗の測定値またはその結果生じる電圧変化が、基準値として援用される。この場合、測定素子は、ドイツ国特許第１９９５４１６４Ａ１号に示される材料から作製されるか、またはコーティングされ得る。これは、例えばアモルファスであり、ダイヤモンドのような炭素化合物であり得る。繰返しを避けるため、ここでは、ドイツ国特許第１９９５４１６４Ａ１号に挙げられているすべての材料を参照する。当然、他のピエゾ抵抗材料によっても、測定素子を構成し得る。
【０００７】
本発明の更に有利な成果は、従属クレームに挙げられている。
【０００８】
特に有利な成果は、本発明による装置が、回転し得る軸力付加要素を固定するための部材を有していることである。本装置は、例えばスパナ状に形成され、回転し得る軸力付加要素、例えばボルトに螺合するナット、を固定するための部材を有している。このナットは、既知のボックススパナアタッチメントの形状を有することができ、すり割り付または十字穴付ボルトに対応するアタッチメントの形状を有することも可能である。当然、他の形式、例えば六角レンチ形状も可能である。回転し得る軸力付加要素（例えばボルト頭）を固定するための部材は、ラチェット方式によって回転することもでき、堅く接続することができる。
【０００９】
更に有利な成果は、固定するための部材が信号をピックアップするための手段を含むことである。それゆえ、例えばナットは、統合またはシースされた電気線ならびに接触ピンを有すことができ、接触ピンは一方で測定素子と電気的に接続され、他方では本発明にかかる装置を構成する、測定装置および制御装置と接続される。この場合、信号の伝達は、導電性の表面間の直接接触によって生じ得る。しかし、直流通電方式による伝達（ｇａｌｖａｎｉｓｃｈｅｎ  Ｕｅｂｅｒｔｒａｇｕｎｇ）の他に、信号値を伝達する電線の異なる区間を電磁誘導結合または静電結合することもできる（これらの変形例は特に、湿っている媒体の中で装置を使用する場合、または部材がお互いに相対して回転する際の磨耗を減らす場合に適している）。
【００１０】
更に有利な成果は、信号値をピックアップするための手段が、例えば一箇所のみにおいて軸力を測定することである。この目的のために、例えば接触ピンは本発明にかかる測定素子に接続される（その場合には、電圧は、接触ピンから絶縁された電気的接続、例えば導電性のボルト頭またはそこに接続されたナット、を介して得られるアース端に対して測定される）。
【００１１】
しかしながら、より正確に平均化された測定信号（温度変動または幾何学的な不均一の補償）を得るために、例えば、いくつかの信号値を同時測定する数本の接続ピンを備えることも可能である。
【００１２】
実施するのに特に適した本発明の成果は、回転し得る軸力付加要素を固定するための部材は、ボルト頭、ナットまたはその他同種のものを固定するように形成されることである。ここで、信号値をピックアップするための手段が、（例えばナットに集約される）回転し得る軸力付加要素を固定するための部材に収容されることは有利である。更に、これらの信号値をピックアップするための手段は、軸力付加要素（すなわちボルトヘッド等）によって軸力を受けるワッシャーと、例えば接触ピンを介して直接接触することも有利である。
【００１３】
更に有利な成果は、調節された軸力値または現在の軸力値を聴覚的または光学的に表示する装置が提供されることである。本発明にかかる装置の単純な実施例において、基準値を越えたことを確認するため、チェックランプまたは信号音装置が必要である。正確な数値を表示するために、英数字のディスプレイも考えられ得る。本発明による工具または装置は、経験上、基礎となる工具（例えばラチェット、コードレスのドライバー、他のねじ込み工具（自動ドライバーを含む））において、通信信号の評価および表示をする電子回路と、必要なエネルギー供給装置を備えるように形成される。このエネルギーは、バッテリーによって、あるいは蓄電池を使用した遠隔測定装置と光学的、静電的または電磁誘導的に結合されることによって、提供され得る。ここで測定素子への電気供給は、直流または交流接続によって随意的に提供することができる。
【００１４】
原則として、本発明による装置は、最新技術における全てのねじ結合、すなわち木製またはプラスチック製の軸力付加要素を有するねじ結合に対して使用することができる。これらのねじ結合のために、最新技術による要素、すなわち、十字穴付ボルト、すり割り付ボルト、六角ボルト、四角ボルト、または六角穴付ボルトあるいは同種のものが、いずれも同様に使用することができる。
【００１５】
本発明の更に有利な成果は、他の従属クレームに示されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明を添付の図面に基づいて説明する。図１は、ねじ結合部に配置された軸力調整装置の一部を示す図である。図２ａおよび２ｂは、回転し得る軸力付加要素を固定するための部材の詳細を示す図である。図３は、ワッシャーと電気的に接触する接触ピンの一部を示す図である。図４ａおよび４ｂは、本発明にかかる軸力調整装置を示す図である。図５ａおよび５ｂは、接触ピンと本発明にかかる表示器の間の電気的接続の詳細を示す図である。図６は、回転し得る軸力付加要素を固定するための部材と本発明にかかるインジケータとの電気的接続に関する変形例を示す図である。
【００１７】
図１は、ねじ結合部と、ねじ結合部中の軸力を調節および／または検査するための装置１の一部を示しており、この装置は、ねじ結合部の２つの軸力付加要素の間に作用する軸力を制限するためのチェック装置を含んでいる。ねじ結合部は、上端に六角ボルト頭７が備え付けられ、下端にナット８がねじ込まれたボルト軸９によって形成される。上記ナットとボルト頭７の間に、（下側から順に挙げると）構成部材１１ａ、１１ｂ、補助的なワッシャー１２、ピエゾ抵抗コーティングを有する環状測定素子、および更に補助的なワッシャーが介在する。従って第一に、ボルト頭７を回すことによって加えられた軸力により、構成部材１１ａおよび１１ｂの調節可能な結合が適切に得られる。より容易に調節するために、ナット８は、示されなかった方法で回転しないように、構成要素１１ａに対して配置される。 
【００１８】
図１のねじ結合は典型例として示されているだけであり、他の任意の様式もあり得る。例えば、ねじ山を備えたボルトを構成要素１１ａへ直接ねじ込むこともできる。この場合、ボルト頭７が第１の軸力付加要素となるのに対し、構成要素１１ａはこれ自身で第２の軸力付加要素となり、これらの間で軸力が生み出される。更に、ボルト、ナットおよび異なる材料（木、金属あるいはプラスチック）からなるこれらによる種々の実施形態を有する他の任意のねじ結合も考えられる。六角形の頭の代わりに、ボルト頭７が、十字穴付、すり割り付、四角形、六角穴付または同種のものとされ得るのは言うまでもない。本発明にかかるチェック装置における信号値をピックアップする手段は、図１中の測定素子２に接続される。この測定素子は、その電気抵抗が作用する軸力に応じて変化する特性を有している。測定素子には、ｓｐ３混成のダイヤモンドに似た構造のものと結合した、ｓｐ２混成のグラファイト構造を有した非結晶炭素層が適し得る。使用可能な材料の種類に関しては、ドイツ国特許第１９９５４１６４Ａ１号が広範囲に渡って言及しているが、専門家に知られた他のピエゾ抵抗材料も使用可能である。
【００１９】
測定素子２は基本的に円筒状に形成され、中央の開口はボルト軸９の通過を許容する。円筒の基材は、例えばＳＴ３７のような市販の鋼からなる。当然、特殊鋼、硬化鋼、チタン、およびアルミニウム等であってもよく、ガラス繊維強化プラスチックであってもよい。この円筒の上側または下側には、（上述したように）その電気抵抗が作用する軸力に応じて変化する材料の層がある。ただし、これらの層は、測定素子２の円周の最外側まで達せず、測定素子２の縁までの残りの環状スペースが、電気的な接触のための分割環状領域または非分割環状領域となる。この領域は、接触ピン１４ａまたは１４ｂとの接続に適している。 
【００２０】
電圧の変化は、軸力測定層１３の電気抵抗が変わることにより、例えば接触ピン１４ａを介して測定され得る。接触ピンは、後述の方法で、本発明にかかる装置の制御装置に接続される。同様にアース端子もこの制御装置に接続される。更に、この電気的接続は、制御装置と測定素子２の間の、導電性の構成部材（すなわち、ねじ込みアタッチメント１５、ボルト頭７、補助的なワッシャー１２等）を介して得られる。
【００２１】
以下に、ねじ込みアタッチメント３の構成をより詳細に説明する。ねじ込みアタッチメント３は、ボルト軸を中心にしてボルト頭を回すために、少なくともボルト頭７と相補的な形状である部分を有している。軸力付加要素７を固定する部材であるねじ込みアタッチメント３は導電性材料からなり、通常は特殊硬化鋼からなっている。ねじ込みアタッチメント３は、円柱形状を有し、その外周表面上を絶縁体１６（例えば、ＡＬ２０３または非導電性のポリマー）によってコーティングされ得る。少なくとも１つの、スプリングで付勢された接触ピン１４ａ、１４ｂは、円筒形状を有する別の絶縁体層によって定められた、半径方向外側に位置する環状スペースに収容される。 
【００２２】
ここに示された接触ピン１４ａ、１４ｂおよびワッシャー２の配置は、単なる例示であることに注意すべきである。当然、別形状の測定素子を用いることもできるし、回転から保護するためにスリーブで囲まれたワッシャーを用いることもできる。
【００２３】
図２ａおよび２ｂは、接触ピン１４ａ、１４ｂの周囲の状況における一部を示す図である。図２ａは、円筒状の絶縁体層１６と１８の間に、スプリング５および接触ピン１４ａを収容した、好適な配置を示している。スプリング５は、測定素子２と制御装置（図示せず）とを接続するように導電性を有している。接触ピン１４ａは、その突端に、ワッシャーとの固定を良くし、より良い測定を確保するためのチップを有している。スプリングに代わり、またはスプリングに加えて、チップに取り付けられた磁石２０により、固定がなされ得る（しかしながら、これは強磁性の計測装置を必要とする）。
【００２４】
図２ｂは、複数の接触ピン、特に接触ピン１４ａおよび１４ｂを示す平面図である。基本的には、接触ピン１４ａを１つ備えることで十分である。しかしながら、測定の質を改善する（幾何学的不均一または温度補償を均等化する）ために、電気的に互いに接続されているか、または互いに絶縁されている、複数の接触ピンが使用されてもよい（この場合、もし必要であるならば、互いに電気的に絶縁され、かつそれぞれ対応する接触ピン１４ａおよび１４ｂと接続された分割領域を測定素子２上に設けてもよい）。
【００２５】
図３は、別の実施形態である接触ピン１４ｃを示しており、接触ピン１４ｃが、測定素子２とのより良い固定／接触のために、圧接接触をするフック状のチップを備えていることのみ、前述の実施形態とは異なっている。
【００２６】
図４ａおよび４ｂは、本発明にかかる、ねじ結合における軸力を調節するための装置１を示している。
【００２７】
図４ａは、本発明にかかる、スパナ形状の装置１を示す。装置１は、固定するための部材３（ねじ込みアタッチメント：図１参照）と接続されるハンドル２１を有している。ハンドル２１は、ねじ込みアタッチメント３と非回転接続される。あるいは、１方向をロックする回転接続がなされている「ラチェット」スパナを用いることも可能である。また、これらの接続方法に応じて、ねじ込みアタッチメント３とハンドル１との電気的接続の方法が選択される。図４ａに示すように、スプリング５は、左側にあるハンドル６と電気的に接続され、更にインジケータ１０と電気的に接続される。更に、インジケータ１０はアース端子によってねじ結合部に接続される。従って、測定素子２中の電気抵抗の変化は、インジケータ１０の電位の変化によって測定可能である。
【００２８】
本発明にかかる制御装置を構成するインジケータ１０は、ねじ結合部中に存在する軸力、または調節された軸力の値を表示するための、英数字の光学ディスプレイを有している。ここで、ねじ込みアタッチメント３がボルト頭７に取り付けられ、かつ接触ピン１４ａ（およびその他のピン）が測定素子２上に押し付けられるとすぐに、ねじ結合部中に存在する軸力の値が得られる。 
【００２９】
当然、他の表示オプションも可能であり、例えば、通常の限界値をパイロットランプにより表示する、または音響的に指示することが可能である。 
【００３０】
図５ａおよび５ｂは、本発明にかかる装置の更なる詳細を示す。図５ａは再度、（ボックススパナとしての）ねじ込みアタッチメント３を示している。絶縁層１６および１８は、前述の方法で環状スペースを構成し、その中で、測定素子２との接触を得るために、スプリング５の伸びによって接触ピン１４ａ等が図の右側に押し付けられる。スプリング５またはその左側に配置された導電性部材は、インジケータ１０との電気的接続のための電気的接触子６に接続される。接触子６はピン状に形成され、ピン１４ａとの電気的な接触を改善するために、スパナのハンドル２１におけるスプリング２２によって付勢される。
【００３１】
図５ｂは環状スペースの別の配置を示し、その中に接触ピン１４ａが例として示されている。ここでは、いくつかの接触ピンが環状スペースの範囲を超えて分配収容される、小塔配置（ｒｅｖｏｌｖｅｒｍａｅｓｓｉｇｅ  Ａｎｏｒｄｎｕｎｇ）が示されている。
【００３２】
図６は、（信号値ピックアップ手段の一部であり、その周囲に絶縁体が配置された接触ピンに対する）ボックススパナ３の別の接続方法を示している。この場合、スプリング５によって接触ピン１４ａと電気的に接続された部材は、ハンドル２１における接触子６´と非接触で接続され得る。またこの場合、接触子６´は接続ケーブルによってインジケータ１０に接続される。接触子６´とスプリング５の左側に示された導電性部材との間には隙間が設けられ、これを介して静電結合または電磁誘導結合がなされ得る（緒言の記載参照）。別の方法として、直流通電結合も当然可能である。
【００３３】
図示されている装置は、ねじ結合における軸力の調節および検査のための装置４であって、ねじ結合における軸力付加要素間に作用する軸力を制限するためのチェック装置を有するものにおいて、前記チェック装置は測定素子２からの信号値をピックアップするための手段４、５を有し、前記測定素子２の電気抵抗は、作用する軸力の関数として変化する、ことを特徴とする。この場合において、前記装置は、回転し得る軸力付加要素を固定するための部材２を有していることを特徴とする。更に、前記回転し得る軸力付加要素を固定するための部材３は、ボルト頭７、ナット８または同種のものを固定するように形成されているとともに、前記信号値をピックアップするための手段４、５を収容し、前記軸力付加要素の間に配置されたワッシャー２と接触していることを特徴とする。
【００３４】
以上により、特に実用的な用途に用いることができる装置が提供され、例えば工場において、ボルト軸力が所望の強さに調節せしめられ得る。この場合、全くの市販ボルトを使用することができ、付加的なトランスデューサ等を必要としないことは、特に有利である。軸力を測定するためにワッシャー２が使用され、その大きな円周（ボルト軸より必然的に大きくなければならない）により、データの平均化が可能となる。この平均化は、ワッシャーの空間的広がりの大きさ、およびワッシャー２と電気的に接触し得る複数の接触ピン１４の多さにより確立される。この場合、接触ピンに取り付けられているスプリングが、部材３の回転に応じて回転運動する間に、ワッシャーの起伏を補っていることは合理的であり、考慮されなければならない。また、ワッシャーを回転対称形にするため、その上を接触ピンの先端が滑ることができ、同時に電流を伝達することができることも合理的である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ねじ結合部に配置された軸力調整装置の一部を示す図である。
【図２】回転し得る軸力付加要素を固定するための部材の詳細を示す図である。
【図３】ワッシャーと電気的に接触する接触ピンの一部を示す図である。
【図４】本発明にかかる軸力調整装置を示す図である。
【図５】接触ピンと本発明にかかるインジケータの間の電気的接続の詳細を示す図である。
【図６】回転し得る軸力付加要素を固定するための部材と本発明にかかるインジケータとの電気的接続に関する変形例を示す図である。
【図１】
2005522687.tif 000003
【図２ａ】
2005522687.tif 000004
【図２ｂ】
2005522687.tif 000005
【図３】
2005522687.tif 000006
【図４ａ】
2005522687.tif 000007
【図４ｂ】
2005522687.tif 000008
【図５ａ】
2005522687.tif 000009
【図５ｂ】
2005522687.tif 000010
【図６】
2005522687.tif 000011
【国際調査報告】
2005522687.tif 000012
2005522687.tif 000013
2005522687.tif 000014
2005522687.tif 000015
2005522687.tif 000016
2005522687.tif 000017