(57)【要約】  本発明は、計測しようとする力と支持力（１１）とが、それにかかる、２つの力入力要素（１、６／７）を備える力センサに関し、２つの力入力要素は、実質的に回転対称であるとともに、軸方向に間隔を空けて配置されており、計測しようとする力と支持力とは、半径方向にかかる。２つの力入力要素の間に軸方向に配置されたスプリング要素（５）が、これらの要素を連結して、その荷重依存変形が、例えば、歪み測定ストリップによって、電気信号に変換され、２つの力入力要素の１つに連結された、実質的に管状のカバーが、スプリング要素を包囲している。本発明によれば、力センサは、一体型の過負荷保護を含み、カバー（２０）は、また、その他の力入力要素（１／２／１０／３０）の部分（１０、３）を包囲して、円周間隙を形成し、カバー（２０）は、内側方向に伸びるくびれ部（２３）を有し、他方の力入力要素上の肩（１９）と、短い軸方向距離だけ間隔を空けて対向しており、その結果として、半径方向または軸方向の過負荷があると、他方の力入力要素は、わずかに撓んだ後に、カバー（２０）に接触して支持され、カバー（２０）は十分な剛性を有して、過負荷力を一方の力入力要素（６／７）から他方の力入力要素（１）へと伝達することができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
計測しようとする力と支持力とがかかる２つの力入力要素（１、６／７）であって、実質的に回転対称であるとともに、軸方向に間隔を空けて配置されており、前記計測しようとする力と前記支持力とが、半径方向にかかる、前記２つの力入力要素と、前記２つの力入力要素間に軸方向に配置されたスプリング要素（５、１５）であって、該力入力要素を連結し、その荷重依存変形が電気信号に変換される、前記スプリングと、実質的に管状のカバーであって、前記２つの力入力要素の一方に連結されるとともに、前記スプリング要素を包囲する、前記カバーとを備える力センサであって、
前記カバー（２０）が、円周間隙を形成しながら、前記力入力要素の他方の一部（３、１０）も覆うこと、前記カバー（２０）が、内側に突出する絞り部（２３）を有し、この絞り部は、前記他方の力入力要素上の、対向する肩（１９）から短い軸方向距離だけ間隔を空けられており、それによって、半径方向の過負荷または軸方向の過負荷の場合には、前記他方の力入力要素が、わずかに撓んだ後に前記カバー（２０）の一部に接触して支えられること、および前記カバー（２０）が十分に剛性を有して、過負荷となった力を、一方の力入力要素（６／７）から他方の力入力要素（１）へと伝達することができることを特徴とする、前記力センサ。
【請求項２】
カバー（２０）が、カバースリーブとして一方の力入力要素（６／７）上にねじ込まれていることを特徴とする、請求項１に記載の力センサ。
【請求項３】
力が、カバー（２０）にかかることを特徴とする、請求項１に記載の力センサ。
【請求項４】
円周間隙が０．２〜０．５ｍｍ幅であることを特徴とする、請求項１に記載の力センサ。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の分野および背景
本発明は、計測しようとする力と支持力とがかかる２つの力入力要素を備える力センサに関する。この２つの力入力要素は、実質的に回転対称であり、軸方向に間隔を空けて配置されている。計測すべき力と支持力とは、半径方向にかかる。２つの力入力要素間で軸方向に配置されたスプリング要素が、これらの要素を連結し、その荷重依存変形が電気信号に変換される。２つの力入力要素の一方に連結された、実質的に管状のカバーが、スプリング要素を包囲する。
【０００２】
この種の力センサは、例えば、米国特許第６，００２，０９０号により公知である。
【０００３】
この従来技術型力センサの欠点は、それに作用する過大な力に対する防護手段を有さないことである。その結果として、過大な力が、力センサを破壊する可能性がある。さらに、過負荷が非常に大きい場合には、スプリング要素がせん断変形するか、または完全に破断して、力センサが、ねじ止めされた力入力要素間の機械的連結を維持できなくなる可能性がある。例えば、シートの重量荷重が計測できるように乗用車内のシートがシャシーに連結されている場合には、衝突の発生時に、４つのスプリング要素がせん断破壊すると、その結果、シートはシャシーに連結されないことになる。しかしながら、これはいかなる状況においても、可能であれば、防止しなくてはならない。以下において使用する過負荷防止という用語は、比較的小さな過負荷の場合には、力センサ自体の保護と、大きな過負荷の場合には、力センサを介して締結された部品の破断に対する保護との両方を意味すると理解すべきである。従来技術型力センサにおいては、この種の過負荷保護は、装着環境に対応する構成によって、力センサの外部に設けなくてはならず、このことは困難であることが多い。
【０００４】
発明の目的
したがって、本発明の目的は、一体型の力保護（force protection）を有する、最初に述べた種類の力センサを提供することである。
【０００５】
発明の概要
本発明によれば、この目的は、カバーが、円周間隙を形成しながら、他方の力入力要素の一部分も包囲すること、およびカバーが内側方向に突出する絞り部を有し、この絞り部が、他方の力入力要素上の対向する肩から短い軸方向距離だけ空けて配置されるようにすることによって達成される。結果として、半径方向または軸方向の過負荷が存在すると、他方の力入力要素が、わずかに撓んだ後に、カバーの一部分に当たって支えられる。このカバーは十分な剛性を有して、その結果、過負荷力を一方の力入力要素から他方の力入力要素に伝達することができる。
【０００６】
したがって、管状カバー、これは米国特許第６，００２，０９０号においては、スプリング要素の回りに設けられてそれを環境外乱から保護するものであり、片方に延長されて、突出する絞り部（constriction）を設けられており、スプリング要素が大きく変位しすぎる場合に、これが半径方向および軸方向の両方において限定ストップとして作用させることができる。他方では、管状カバーを強化することによって、過負荷の場合に過剰な力を吸収し、その力をスプリング要素を越えて伝達することができる。
【０００７】
有利な実施態様は、従属クレームに記載してある。
【０００８】
好ましい実施態様の詳細な説明
次に本発明を、概略図を参照して説明する。
過負荷保護のない実際の力センサは、図２の側面図から最もよく理解できる。計測しようとする力（力矢印９）のための力入力要素は、一方では、ねじ付きボルト１であり、他方では、隣接するねじ付きカラー６および、そこを通過して止り穴８が延びる剛性領域４を備えるフランジ７である。ねじ付きボルト１は、力センサを計測する力に対して方向づけるための、正方形基部２を有し、この正方形基部は、ディスク形領域１０に隣接し、次いで剛性領域３と合体している。スプリング要素は、外部スプリング要素５および内部スプリング要素１５の２つの部分に分割されており、２つの力入力要素１／２／１０／３および４／６／７の間に配置されている。内部スプリング要素１５の剛性端１１および１８は、領域１３および１４において、外部領域３および４に（例えば、溶接、接着、収縮嵌め、その他で）連結されている。計測しようとする力の作用の下で、外部スプリング要素５および内部スプリング要素１５の両方が曲げられる。内部スプリング要素１５の変形が、歪ゲージ１２によって電気信号に変換される。歪ゲージの装着およびホイートストンブリッジ内での、歪ゲージの抵抗変化の評価は、一般的に知られており、また引用した米国特許第６，００２，０９０号にも記載されており、したがってここで説明する必要はない。
【０００９】
この過負荷保護は、ねじ込み式カバースリーブ２０によって得られ、これは図３の側面図に分離して示されているとともに、力センサの全体斜視図において部分的に切開した状態で、見ることができる。このカバースリーブは、対称軸３０と回転対称である。カバースリーブの内部中空空間２２は、図に示すように、その左端に内部ねじ２１を有し、この内部ねじが、ねじ付きカラー６にねじ込まれる。これによって、カバースリーブ２０が力入力要素６／７に強固に連結される。カバースリーブの内部中空空間２２の直径は、それが剛性領域３および４の外部直径よりも０．４〜１．０ｍｍ大きくなるように寸法決めされている。これによって、剛性領域３／４とカバースリーブ２０との間に０．２〜０．５ｍｍの円周間隙ができる。計測しようとする力が、十分に大きく、外部スプリング要素および内部スプリング要素が、０．２〜０．５ｍｍより大きく撓む場合には、領域３は、カバースリーブの内部壁２２に接触して支えられ、領域１０は収縮２３の内部壁に接触して支えられる。その結果として、撓みは、ほぼその量に限定されることになる。カバースリーブ２０の寸法は、過負荷力を、ねじ付きボルト１からフランジ７に測定可能な曲げを生ずることなく伝達し、それによってスプリング要素５および１５の回りにそれらを撓ませるのに十分な剛性を有するように決める。この計測方向における力（力矢印９）に対する過負荷保護は、それに直角な、すなわち図２の紙面に直角な方向にも同様に機能する。
【００１０】
過負荷保護は、軸方向力、すなわち図において右／左方向についても実現される。この目的で、カバースリーブ２０は、内側方向に突出する絞り部２３を有する。この絞り部は、領域１０と位置合わせされて、絞り部２３上の肩２３’が、対向する肩１９と軸方向に短い距離だけ離されており、右方向への過大な軸力に対する過負荷保護を形成する。左方向への過大な軸力に対する過負荷保護は、フランジ２４の側面２４’に過負荷が発生した場合には、力がカバースリーブに加えられるように、力入力要素１における力の付加を構成することによって、外部的に容易に実現できる。
【００１１】
カバースリーブ２０は、その過負荷保護機能に加えて、それが力入力要素６／７に剛直に連結された構成要素であるために、計測しようとする力および支持力を、力入力要素６／７だけではなく、カバースリーブ２０のその他任意の領域にもかけることができるという、さらなる利点がある。これは、例えば、外部ねじ２５、またはねじなし領域２６、またはフランジ２４とすることができる。例えば、穴付きの力入力ピンで、ねじなし領域２６を取り囲み、この入力ピンを、フランジ２４とねじ付き領域２５上のナットとの間で、捕捉することができる。これは、要件に応じて、力入力ピンを、カバースリーブに強固に固定するか、または単に回転可能に捕捉するかのいずれかによって達成することができる。フランジ２４またはその近傍において力を加えると、力および支持力（図２における力矢印）の横方向オフセットが小さいままであり、その結果、力センサにかかるトルクも小さいままとなるという利点がある。
【００１２】
力センサの内部を泥、塵または水から保護するために、弾性箔を、例えばフランジ２４の前面２４’と領域１０の前面１０’との間に接着することができる。この箔は、十分に柔らかく、実際に力のバイパスとして作用しないようにしなくてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】部分的に切開した、スリーブを備える力センサの斜視図である。
【図２】カバーなしの、力センサの側面図である。
【図３】カバースリーブ単体の側面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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