專利名稱：扭矩扳手的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使用應變傳感器來測定棘輪裝置等緊固工具的緊固扭矩 的扭矩扳手。
背景技術：
作為這種扭矩扳手的現有例存在如下的扭矩扳手，所述扭矩扳手具 備棘輪裝置等緊固部；殼體，其形成為前側罩部和后側把手部的二分
結構；應變體，其設在殼體內，并且緊固部以能夠更換的方式連結在應
變體上；應變傳感器，其檢測應變體的應變量；微機處理芯片，其具有 根據應變傳感器的檢測結果來計算緊固扭矩等功能；以及輸出部，其輸 出緊固扭矩等(參照專利文獻l)。
專利文獻1:日本特幵2006—289535
但是，在上述現有例的情況下，當用手抓住從規(guī)定的握持位置離開 的部分進行操作時會發(fā)出警報，需要再次進行操作，因此，有的操作者 感覺該點比較煩瑣。如果因此而將警報的判斷基準的寬度設定得較大， 則雖然發(fā)出警報的頻率減少，但是測定精度大幅下降。

發(fā)明內容
本發(fā)明就是鑒于上述情形而創(chuàng)做的，其目的在于提供一種能夠實現 操作容易性和測定的高精度化這兩個方面的扭矩扳手。
本發(fā)明的扭矩扳手具備軸狀的應變體，在該應變體的前端部以能 夠更換的方式連結有緊固部；殼體，其收納應變體；第一、第二應變傳 感器，它們在應變體上沿軸向配置在不同的位置，用于測定緊固扭矩； 扭矩計算部，至少根據第一、第二應變傳感器的測量結果對伴隨著力點 位置變動所產生的誤差進行修正并計算緊固扭矩；以及輸出部，其至少將扭矩計算部的計算結果作為緊固扭矩測定值輸出。
根據這種扭矩扳手，由于形成為具有在應變體上沿軸向配置在不同 位置的第一、第二應變傳感器，根據兩個傳感器的測量結果對伴隨著力 點位置變動所產生的測量誤差進行修正同時計算緊固扭矩并輸出的結 構，因此與以往不同，無論操作時的把持位置如何都能夠得到正確的測 量結果。即，能夠實現操作容易性和測定的高精度化這兩個方面。
殼體形成具有前側罩部和后側把手部的二分結構，所述前側罩部是 收納應變體的前端部的筒狀體，并且在所述前惻罩部的前端面上形成有 供緊固部的基端部插入的孔；所述后側把手部是收納應變體的基端部的 筒狀體，并且在內部設有沿與緊固力正交的方向延伸的軸，所述軸貫通 應變體的側面，應變體的后端部固定在后側把手部上。
優(yōu)選在結構上還附加有以下部分設定部，其用于設定緊固扭矩設 定值；以及扭矩判定部，其判定表示所述扭矩計算部的計算結果的扭矩
測定值是否接近或者達到通過設定部設定的緊固扭矩設定值，并將該判 定結果輸出給所述輸出部。
在該情況下，由于當測定到的緊固扭矩接近或者達到預先設定的緊 固扭矩設定值時才輸出該情況，因此能夠順暢地進行緊固作業(yè)。
對于第一、第二應變傳感器，優(yōu)選具有將兩個應變傳感器制作在柔 性基板上的結構的傳感器單元被安裝在應變體的面上的形態(tài)。在該情況 下，期望在應變體的面上形成有長度尺寸與傳感器單元對應的凹部，并 將傳感器單元粘貼在該凹部。
在該情況下，由于結構為將第一、第二應變傳感器制作在柔性基板 上的傳感器單元被設在應變體的面上，因此，不僅能夠簡單地將兩個傳 感器安裝在應變體上，而且兩個傳感器相對于應變體的安裝位置精度提 高，能夠實現組裝的容易化，進而實現低成本化。


圖1是用于說明本發(fā)明的實施方式的圖，(a)圖、(b)圖是扭矩扳
手的主視圖和側視圖。圖2是沿著圖1中的A—A線的局部剖視圖。
圖3是沿著圖1中的B_B線的局部剖視圖。 圖4是該扭矩扳手的分解立體圖。
圖5是一并示出該扭矩扳手的安裝傳感器單元后的狀況的應變體的 概要圖，(a)是左側側視圖，(b)是右側側視圖。 圖6是該扭矩扳手的電氣結構圖。
圖7是用于說明該扭矩扳手的扭矩計算部的計算公式的說明圖。 標號說明
10:緊固部；20:殼體；21:前側罩部；22:后側把手部；23:把 手帽；30:應變體；40:傳感器單元；41a、 41b:柔性基板；42a、 42b: 第一應變傳感器；43a、 43b:第二應變傳感器；50:軸；70:設定部； 80:存儲部；100:微機處理芯片；110:扭矩計算部；120:扭矩判定部； 300:輸出部。
具體實施例方式
以下，參照圖1至圖7對本發(fā)明的實施方式進行說明。圖1是扭矩
扳手的主視圖和側視圖，圖2是沿著圖1中的A—A線的局部剖視圖， 圖3是沿著圖1中的B—B線的局部剖視圖，圖4是該扭矩扳手的分解立 體圖，圖5是示出該扭矩扳手的安裝傳感器單元后的狀況的應變體的左 側、右側概要側視圖，圖6是該扭矩扳手的電氣結構圖，圖7是用于說 明該扭矩扳手的扭矩計算部的計算公式的說明圖。
此處提出的扭矩扳手(torque wrench)具備棘輪裝置(ratchet)等 緊固部10;殼體20，其具有前側罩部21和后側把手部22;軸狀的應變 體30，其被收納在殼體20內，且緊固部10以能夠更換的方式連結在該 應變體30的前端部；第一應變傳感器42a、42b以及第二應變傳感器43a、 43b，它們在應變體30上沿軸向配設在不同的位置，用于測定緊固扭矩T; 設定部70，其用于設定緊固扭矩設定值等；微機處理芯片100，其具有 根據第一應變傳感器42a、 42b和第二應變傳感器43a、 43b的檢測結果， 對伴隨著力點位置變動所產生的誤差進行修正并具有計算緊固扭矩T等的功能；以及輸出部300，其輸出緊固扭矩T等。
首先，參照圖1至圖3對扭矩扳手的機械結構進行說明。另外，如 圖1中所示，緊固部10通過作用在殼體20的后側把手部22上的緊固力 F朝Q方向旋轉，緊固力F作用的方向以R表示，與該方向正交的緊固 部10的旋轉軸方向以P表示。
緊固部10是在前端部朝向P方向設置緊固工具的軸狀部件，作為緊 固工具的種類存在棘輪裝置、螺絲扳手或者活動(monkey)扳手等。圖 示例的緊固部10的緊固工具是棘輪裝置。
殼體20是樹脂成型品，形成具有前側罩部21和后側把手部22的二 分結構。前側罩部21和后側把手部22是筒狀的組裝體，前側罩部21收 納應變體30的前端部31以及中間部32，后側把手部22帶有余裕地收納 應變體30的基端部33。
在前側罩部21上，在前端面上形成有供緊固部10的基端部插入的 孔211。在前側罩部21的背面上設有用于沿P方向插入安裝螺釘60的孔 212，安裝螺釘60用于將緊固部10固定在應變體30上。
在前側罩部21的正面設有LCD 310，在LCD 310的下方位置設有 主基板200。在主基板200上設有微機處理芯片IOO及其外圍電路，除此 之外還設有LED 330以及設定部70。設定部70是四個按鈕開關，鍵頂 71的頭部從前側罩部21的正面露出。在主基板200的下方位置設有蜂鳴 器320以及電池90。圖4中24是電池蓋，241是電池蓋安裝用螺母。
在后側把手部22的內部設有朝向P方向的凸臺即軸50。在后側把 手部22的內壁上對置地設有一對孔221。軸50的兩端部插入一對孔221 中而被支承。
作為大致圓板狀樹脂成型品的把手帽23以轉動自如的方式安裝在 后側把手部22的后端部。在把手帽23的內側形成有筒狀體，該筒狀體 的內部形成孔231。
應變體30是長度比殼體20稍短的圓筒狀的金屬制作的長條形彈性 體，且被收納在殼體20的內部。應變體30具有位于前側罩部21的內 側的前端部31和中間部32;位于后側把手部22的內側的基端部33;以
6及位于把手帽23內側的后端部34。應變體30的后端部34形成為直徑比 前端部31、中間部32以及基端部33小的軸。
另外，在本實施方式中，從加工性和成本的方面出發(fā)，作為應變體 30使用圓筒狀的應變體，但是也可以是棱柱狀、圓柱狀。當然，由于應 變體30由軸50軸支承，且彈力方向恒定，因此棱柱狀是最合適的。
在應變體30的前端部31上沿長度方向形成有供緊固部10的基端部 插入的孔311，另一方面，在其側面上沿P方向形成有供安裝螺釘60螺 紋安裝的孔312。由此緊固部10以能夠更換的方式連結在應變體30的前 端部31上。
在應變體30的中間部32，在R方向的兩側面上分別形成有凹部321 。 包含第一應變傳感器42a以及第二應變傳感器43a的傳感器單元40a緊固 在一個凹部321中，另一方面，包含第一應變傳感器42b以及第二應變 傳感器43b的傳感器單元40b緊固在另一個凹部321中。
在應變體30的基端部33設有供軸50插入的孔331。 g卩，軸50貫 通應變體30的側面。
應變體30的后端部34插入把手帽23的孔231中。即，應變體的后 端部經由把手帽23固定在后側把手部22上。
傳感器單元40a具有長方形的柔性基板41a，其具有與應變體30 的凹部321的長度方向的長度對應的長度；第一應變傳感器42a，其形成 在柔性基板41a的表面上的一側；第二應變傳感器43a，其形成在柔性基 板41a的表面上的另一側；以及電極44a，其形成在柔性基板41a的表面 上的兩個傳感器之間。
當使用粘接劑將這種傳感器單元40a粘貼在應變體30的凹部321的 底部時，第一應變傳感器42a和第二應變傳感器43a沿軸向并列配置在 應變體30的面上。
另外，由于傳感器單元40b是與上述的傳感器單元40a相同的結構， 因此省略說明。
下面參照圖5和圖6對扭矩扳手的電氣結構進行說明。
在本實施方式中，第一應變傳感器42a、 42b，第二應變傳感器43a、43b使用電阻值根據應變體30的應變量而線性變化的計量器。
第一應變傳感器42a、 42b的輸出信號依次經由對兩個信號的差分信號進行放大的電橋電路等放大電路201、將模擬信號轉換成數字信號的ADC 202輸出到微機處理芯片100。第二應變傳感器43a、 43b也完全相同，各輸出信號依次經由對兩個信號的差分信號進行放大的電橋電路等放大電路203、將模擬信號轉換成數字信號的ADC 204輸出到微機處理芯片100。
設定部70能夠設定并輸入存儲器的選擇、緊固扭矩設定值以及電源接通截止等，并將這些輸入數據輸出到微機處理芯片100。
在本實施方式中，輸出部300具有液晶面板即LCD310，其顯示輸出所測定到的緊固扭矩T等；以及蜂鳴器320和LED 330，該蜂鳴器320和LED 330將下述狀態(tài)告知使用者當電源接通或者截止時、成為能夠開始測定的狀態(tài)時、緊固扭矩T達到緊固扭矩設定值的90%時、以及緊固扭矩T超過緊固扭矩設定值時。
在本實施方式中，存儲部80中預先記錄有用于計算緊固扭矩T所需的各種基準值，并與微機處理芯片100的總線相互連接。在本實施方式中，作為存儲部80使用作為非易失性存儲器的EEPROM。
電池90對微機處理芯片100、其外圍電路以及輸出部300等供給電源電壓。在本實施方式中使用二氧化錳鋰電池。
在本實施方式中，微機處理芯片100的輸入端口上連接有ADC 202、ADC 204以及設定部70等，另一方面，在其輸出端口上連接有輸出部300等。通過逐次處理內部存儲器上的軟件，發(fā)揮以下說明的作為扭矩計算部110和扭矩判定部120的功能等。
扭矩計算部110根據存儲部80上的各種基準值(1，、 12、 L、 ka、 kb、na、 nb)、 ADC202的輸出值(AD咖戰(zhàn)、AD^n、 ADa)以及ADC 204的輸出值(ADbmax、 ADbmin、 ADb)通過數學式l計算緊固扭矩T。<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，
11:圖7中的第一應變傳感器42a、 42b和軸50之間的距離
12:圖7中的第二應變傳感器43a、 43b和軸50之間的距離
L:有效長度，圖1的旋轉扭矩P和緊固力F的距離
ka:力矩換算公式的系數，圖7中的第一應變傳感器42a、 42b這對
使用
kb:力矩換算公式的系數，圖7中的第二應變傳感器43a、 43b這對
使用
na:力矩換算公式的系數，圖7中的第一應變傳感器42a、 42b這對
使用
nb:力矩換算公式的系數，圖7中的第二應變傳感器43a、 43b這對
使用
ADamax:圖6的ADC202的輸出最大值ADamin:圖6的ADC202的輸出最小值Adbmax:圖6的ADC204的輸出最大值ADbmin:圖6的ADC204的輸出最小值ADa:圖6的ADC202的輸出值ADb:圖6的ADC204的輸出值。
這是微機處理芯片100作為扭矩計算部110的基本功能。在本實施方式中，將以上述方式計算出的緊固扭矩T的瞬時值輸出到LCD 310。并且，輸出到上述LCD310的瞬時值能夠被保存，但也能夠基于設定部70的開關操作而被釋放。當通過設定部70設定N'm以外的扭矩單位時，能夠對LCD 310輸出將緊固扭矩T換算成設定的扭矩單位后的值和其單位顯示。
扭矩判定部120分別判定表示扭矩計算部110的計算結果的緊固扭矩T是否達到通過設定部70設定的緊固扭矩設定值的90%，或者是否超 過緊固扭矩設定值，并通過蜂鳴器320和LED 330將上述判定結果輸出。 這是微機處理芯片100作為扭矩判定部120的功能。
另外，除了上述功能之外，微機處理芯片100還具有將通過設定部 70設定的緊固扭矩設定值保存在內部存儲器中的存儲器功能、以及當 ADC 202和ADC 204的輸出值在規(guī)定時間內未出現變化時成為低耗電狀 態(tài)的睡眠模式等。
以下對以上述方式構成的扭矩扳手的使用方法及其動作進行說明。
首先，當通過設定部70接通電源時，微機處理芯片100等被供給電 源電壓從而成為工作狀態(tài)，微機處理芯片100讀入存儲部80上的設定所 需的各種基準值，并據此進行包含零點控制在內的初始設定。
當在該狀態(tài)下通過設定部70設定并輸入緊固扭矩設定值或者扭矩 單位等時，微機處理芯片100將緊固扭矩設定值或者扭矩單位等保存在 內部存儲器中，并且，當ADC202和ADC204的輸出值在規(guī)定時間內未 出現變化時過渡至成為低耗電狀態(tài)的睡眠模式。
當使用扭矩扳手實際緊固螺栓等時，用手把持后側把手部22并使緊 固部10朝Q方向旋轉。并未指定此時的把持位置，無論握住后側把手部 22的哪個部分進行緊固都能夠進行正常的扭矩測量。
原來，當用手把持后側把手部22中的軸50的正上部分進行緊固時 (稱為原來的握持位置)，圖7中一并示出的力P1的大小最大，力P2的 大小非常接近O。因此，當在原來的握持位置施加一定的載荷時，第一應 變傳感器42a、 42b的輸出與力Pl成比例。但是，當使力點位置從原來 的握持位置朝輸出部300側偏移并施加相同的載荷時，力P2產生與力Pl 反方向的載荷。并且，同樣地，當使力點位置從原來的握持位置朝把手 帽23側偏移時，力P1減少，力P2在與力P1相同的方向增加。此時第 一應變傳感器42a、 42b的輸出與力Pl之間的比例關系破裂。通過針對 該變化計算第二應變傳感器43a、 43b的輸出，能夠分別求出力Pl、 P2 的值。
例如，當使力點位置從原來的握持位置朝把手帽23側偏移時，傳感器的輸出是力P1和力P2的總計值，第一應變傳感器42a、 43b和第二應 變傳感器43a、 43b的輸出都增加。根據該輸出信號、傳感器位置以及力 點位置的關系計算出扭矩。由此，無論在把手上施加怎樣的力都能夠進 行正確的扭矩計算。即，能夠在對伴隨著力點位置變動所產生的誤差進 行修正的同時求出扭矩T。
這樣，由于無論握住后側把手部22的哪個部分進行緊固都能夠進行 正常的扭矩測量，因此操作性格外提高，即便是不熟練的人也能夠實現 合適的緊固作業(yè)。
并且，當緊固扭矩T到達內部存儲器上的緊固扭矩設定值的90%時， 將這一點通過蜂鳴器320和LED 330輸出。然后，當緊固扭矩T超過內 部存儲器上的緊固扭矩設定值時，將這一點通過蜂鳴器320和LED 330 輸出。通過這樣的蜂鳴器320的聲音或LED 330的點亮來進行警告。使 用者能夠一邊確認該警告一邊進行螺栓等的緊固作業(yè)，因此能夠順暢地 進行緊固作業(yè)。
當需要將緊固工具更換為其他的緊固工具時，可以將安裝螺釘60卸 下并更換緊固部10。此時，當在更換后有效長度并未發(fā)生變化時，能夠 以與上述方式完全相同的方式來測定緊固扭矩T。并且，即便是在更換后 有效長度變化時，只要改寫存儲部80上的各種基準值的數據就能夠得到 緊固扭矩T的正確的測定結果。
艮口，除了棘輪裝置以外，不僅能夠在使用活動扳手或者螺絲扳手等 工具進行的緊固作業(yè)中使用，而且能夠應用于有效長度不同的工具中， 因此能夠容易地增大緊固扭矩T的測定范圍。并且，由于緊固力F作用 在應變體30上是僅軸50的部分和后端部34的部分，因此應變體30整 體以期望的方式較大地變形，伴隨與此，緊固扭矩T的測定精度提高。
另外，本發(fā)明所涉及的扭矩扳手并不限于上述實施方式，也可以通 過下述的方式進行設計變更。對于緊固部10，無論形狀、工具的種類以 及連結在應變體30上的連結方法等如何，只要是能夠通過前側罩部21 連結在應變體30的前端部31上的形態(tài)即可。對于應變體30，只要是軸 狀，無論材質或截面形狀等如何，只要能夠使前端部31露出的形態(tài)即可。對于第一應變傳感器42a、 42b以及第二應變傳感器43a、 43b,無論種類 等如何，只要在應變體上沿軸向配置在不同的位置即可，安裝方法或安 裝位置是任意的。例如，可以將兩個傳感器直接安裝在兩個應變體30的 面上，或者使兩個傳感器并不沿軸向排列成一列，而是安裝于位置在周 方向偏移的部位。
對于扭矩計算部110和扭矩判定部130，也可以是通過模擬電路等實 現相同或者類似的功能的形態(tài)。特別地，扭矩計算部110也可以是如下 的形態(tài):預先將與各有效長度對應的多個各種基準值記錄在存儲部80中， 通過設定部70選擇并輸入緊固部10的種類，并從存儲部80讀出與選擇 并輸入的緊固部10的種類對應的各種基準值，并使用這些基準值計算緊 固扭矩T。
對于輸出部300,無論扭矩測定值和判定結果等的輸出形式等如何， 只要是能夠通過光、聲音、振動等報知扭矩測定值接近或者達到扭矩設 定值的情況的形態(tài)即可。對于殼體20，只要是能夠耐受預想沖擊的材質 即可，進而，無論其形狀如何，只要是能夠將應變體30的基端部33保 持在后側把手部22內部的形態(tài)即可。
1權利要求
1、一種扭矩扳手，其特征在于，所述扭矩扳手具備軸狀的應變體，在該應變體的前端部以能更換的方式連結有緊固部；殼體，其收納應變體；第一、第二應變傳感器，它們在應變體上沿軸向離開配置，用于測定緊固扭矩；扭矩計算部，至少根據第一、第二應變傳感器的測量結果對伴隨著力點位置變動所產生的誤差進行修正并計算緊固扭矩；以及輸出部，其至少將扭矩計算部的計算結果作為緊固扭矩測定值輸出。
2、 根據權利要求1所述的扭矩扳手，其特征在于， 所述殼體形成具有前側罩部和后側把手部的二分結構，所述前側罩部是收納所述應變體的前端部的筒狀體，并且在所述前側罩部的前端面 上形成有供緊固部的基端部插入的孔；所述后側把手部是收納應變體的 基端部的筒狀體，并且在內部設有沿與緊固力正交的方向延伸的軸， 所述軸貫通應變體的側面，應變體的后端部固定在后側把手部上。
3、 根據權利要求1所述的扭矩扳手，其特征在于， 所述扭矩扳手還具備設定部，其用于設定緊固扭矩設定值；以及扭矩判定部，其判定表示所述扭矩計算部的計算結果的扭矩測定值 是否接近或者達到通過設定部設定的緊固扭矩設定值，并將該判定結果 輸出給所述輸出部。
4、 根據權利要求1所述的扭矩扳手，其特征在于， 具有將第一和第二應變傳感器制作在柔性基板上的結構的傳感器單元，被安裝在所述應變體的面上。
5、 根據權利要求4所述的扭矩扳手，其特征在于， 在所述應變體的面上形成有長度尺寸與所述傳感器單元對應的凹部，所述傳感器單元粘貼在該凹部。
全文摘要
實現操作容易性和測定的高精度化這兩個方面。扭矩扳手具備棘輪裝置等緊固部(10)；殼體(20)，其具有前側罩部(21)和后側把手部(22)；軸狀的應變體(30)，其被收納在殼體(20)內，在該應變體的前端部以能夠更換的方式連結有緊固部(10)；在應變體(30)上沿軸向離開配置的第一應變傳感器(42a、42b)和第二應變傳感器(43a、43b)，它們用于測定緊固扭矩(T)；設定部(70)，其用于設定緊固扭矩設定值等；微機處理芯片(100)，其具有根據第一應變傳感器(42a、42b)和第二應變傳感器(43a、43b)的檢測結果對伴隨著力點位置變動所產生的誤差進行修正并計算緊固扭矩(T)等的功能；以及輸出部(300)，其輸出緊固扭矩(T)等。
文檔編號B25B23/14GK101678538SQ20088001940
公開日2010年3月24日 申請日期2008年5月28日 優(yōu)先權日2007年6月13日
發(fā)明者中田祥吾, 內田浩史, 梅川雅彥, 花井禎, 藤田浩司 申請人:京都機械工具株式會社;星電株式會社