专利名称：扭矩扳手的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用应变传感器来测定棘轮装置等紧固工具的紧固扭矩 的扭矩扳手。
背景技术：
作为这种扭矩扳手的现有例存在如下的扭矩扳手，所述扭矩扳手具 备棘轮装置等紧固部；壳体，其形成为前侧罩部和后侧把手部的二分
结构；应变体，其设在壳体内，并且紧固部以能够更换的方式连结在应
变体上；应变传感器，其检测应变体的应变量；微机处理芯片，其具有 根据应变传感器的检测结果来计算紧固扭矩等功能；以及输出部，其输 出紧固扭矩等(参照专利文献l)。
专利文献1:日本特幵2006—289535
但是，在上述现有例的情况下，当用手抓住从规定的握持位置离开 的部分进行操作时会发出警报，需要再次进行操作，因此，有的操作者 感觉该点比较烦琐。如果因此而将警报的判断基准的宽度设定得较大， 则虽然发出警报的频率减少，但是测定精度大幅下降。
发明内容
本发明就是鉴于上述情形而创做的，其目的在于提供一种能够实现 操作容易性和测定的高精度化这两个方面的扭矩扳手。
本发明的扭矩扳手具备轴状的应变体，在该应变体的前端部以能 够更换的方式连结有紧固部；壳体，其收纳应变体；第一、第二应变传 感器，它们在应变体上沿轴向配置在不同的位置，用于测定紧固扭矩； 扭矩计算部，至少根据第一、第二应变传感器的测量结果对伴随着力点 位置变动所产生的误差进行修正并计算紧固扭矩；以及输出部，其至少将扭矩计算部的计算结果作为紧固扭矩测定值输出。
根据这种扭矩扳手，由于形成为具有在应变体上沿轴向配置在不同 位置的第一、第二应变传感器，根据两个传感器的测量结果对伴随着力 点位置变动所产生的测量误差进行修正同时计算紧固扭矩并输出的结 构，因此与以往不同，无论操作时的把持位置如何都能够得到正确的测 量结果。即，能够实现操作容易性和测定的高精度化这两个方面。
壳体形成具有前侧罩部和后侧把手部的二分结构，所述前侧罩部是 收纳应变体的前端部的筒状体，并且在所述前恻罩部的前端面上形成有 供紧固部的基端部插入的孔；所述后侧把手部是收纳应变体的基端部的 筒状体，并且在内部设有沿与紧固力正交的方向延伸的轴，所述轴贯通 应变体的侧面，应变体的后端部固定在后侧把手部上。
优选在结构上还附加有以下部分设定部，其用于设定紧固扭矩设 定值；以及扭矩判定部，其判定表示所述扭矩计算部的计算结果的扭矩
测定值是否接近或者达到通过设定部设定的紧固扭矩设定值，并将该判 定结果输出给所述输出部。
在该情况下，由于当测定到的紧固扭矩接近或者达到预先设定的紧 固扭矩设定值时才输出该情况，因此能够顺畅地进行紧固作业。
对于第一、第二应变传感器，优选具有将两个应变传感器制作在柔 性基板上的结构的传感器单元被安装在应变体的面上的形态。在该情况 下，期望在应变体的面上形成有长度尺寸与传感器单元对应的凹部，并 将传感器单元粘贴在该凹部。
在该情况下，由于结构为将第一、第二应变传感器制作在柔性基板 上的传感器单元被设在应变体的面上，因此，不仅能够简单地将两个传 感器安装在应变体上，而且两个传感器相对于应变体的安装位置精度提 高，能够实现组装的容易化，进而实现低成本化。
图1是用于说明本发明的实施方式的图，(a)图、(b)图是扭矩扳
手的主视图和侧视图。图2是沿着图1中的A—A线的局部剖视图。
图3是沿着图1中的B_B线的局部剖视图。 图4是该扭矩扳手的分解立体图。
图5是一并示出该扭矩扳手的安装传感器单元后的状况的应变体的 概要图，(a)是左侧侧视图，(b)是右侧侧视图。 图6是该扭矩扳手的电气结构图。
图7是用于说明该扭矩扳手的扭矩计算部的计算公式的说明图。 标号说明
10:紧固部；20:壳体；21:前侧罩部；22:后侧把手部；23:把 手帽；30:应变体；40:传感器单元；41a、 41b:柔性基板；42a、 42b: 第一应变传感器；43a、 43b:第二应变传感器；50:轴；70:设定部； 80:存储部；100:微机处理芯片；110:扭矩计算部；120:扭矩判定部； 300:输出部。
具体实施例方式
以下，参照图1至图7对本发明的实施方式进行说明。图1是扭矩
扳手的主视图和侧视图，图2是沿着图1中的A—A线的局部剖视图， 图3是沿着图1中的B—B线的局部剖视图，图4是该扭矩扳手的分解立 体图，图5是示出该扭矩扳手的安装传感器单元后的状况的应变体的左 侧、右侧概要侧视图，图6是该扭矩扳手的电气结构图，图7是用于说 明该扭矩扳手的扭矩计算部的计算公式的说明图。
此处提出的扭矩扳手(torque wrench)具备棘轮装置(ratchet)等 紧固部10;壳体20，其具有前侧罩部21和后侧把手部22;轴状的应变 体30，其被收纳在壳体20内，且紧固部10以能够更换的方式连结在该 应变体30的前端部；第一应变传感器42a、42b以及第二应变传感器43a、 43b，它们在应变体30上沿轴向配设在不同的位置，用于测定紧固扭矩T; 设定部70，其用于设定紧固扭矩设定值等；微机处理芯片100，其具有 根据第一应变传感器42a、 42b和第二应变传感器43a、 43b的检测结果， 对伴随着力点位置变动所产生的误差进行修正并具有计算紧固扭矩T等的功能；以及输出部300，其输出紧固扭矩T等。
首先，参照图1至图3对扭矩扳手的机械结构进行说明。另外，如 图1中所示，紧固部10通过作用在壳体20的后侧把手部22上的紧固力 F朝Q方向旋转，紧固力F作用的方向以R表示，与该方向正交的紧固 部10的旋转轴方向以P表示。
紧固部10是在前端部朝向P方向设置紧固工具的轴状部件，作为紧 固工具的种类存在棘轮装置、螺丝扳手或者活动(monkey)扳手等。图 示例的紧固部10的紧固工具是棘轮装置。
壳体20是树脂成型品，形成具有前侧罩部21和后侧把手部22的二 分结构。前侧罩部21和后侧把手部22是筒状的组装体，前侧罩部21收 纳应变体30的前端部31以及中间部32，后侧把手部22带有余裕地收纳 应变体30的基端部33。
在前侧罩部21上，在前端面上形成有供紧固部10的基端部插入的 孔211。在前侧罩部21的背面上设有用于沿P方向插入安装螺钉60的孔 212，安装螺钉60用于将紧固部10固定在应变体30上。
在前侧罩部21的正面设有LCD 310，在LCD 310的下方位置设有 主基板200。在主基板200上设有微机处理芯片IOO及其外围电路，除此 之外还设有LED 330以及设定部70。设定部70是四个按钮开关，键顶 71的头部从前侧罩部21的正面露出。在主基板200的下方位置设有蜂鸣 器320以及电池90。图4中24是电池盖，241是电池盖安装用螺母。
在后侧把手部22的内部设有朝向P方向的凸台即轴50。在后侧把 手部22的内壁上对置地设有一对孔221。轴50的两端部插入一对孔221 中而被支承。
作为大致圆板状树脂成型品的把手帽23以转动自如的方式安装在 后侧把手部22的后端部。在把手帽23的内侧形成有筒状体，该筒状体 的内部形成孔231。
应变体30是长度比壳体20稍短的圆筒状的金属制作的长条形弹性 体，且被收纳在壳体20的内部。应变体30具有位于前侧罩部21的内 侧的前端部31和中间部32;位于后侧把手部22的内侧的基端部33;以
6及位于把手帽23内侧的后端部34。应变体30的后端部34形成为直径比 前端部31、中间部32以及基端部33小的轴。
另外，在本实施方式中，从加工性和成本的方面出发，作为应变体 30使用圆筒状的应变体，但是也可以是棱柱状、圆柱状。当然，由于应 变体30由轴50轴支承，且弹力方向恒定，因此棱柱状是最合适的。
在应变体30的前端部31上沿长度方向形成有供紧固部10的基端部 插入的孔311，另一方面，在其侧面上沿P方向形成有供安装螺钉60螺 纹安装的孔312。由此紧固部10以能够更换的方式连结在应变体30的前 端部31上。
在应变体30的中间部32，在R方向的两侧面上分别形成有凹部321 。 包含第一应变传感器42a以及第二应变传感器43a的传感器单元40a紧固 在一个凹部321中，另一方面，包含第一应变传感器42b以及第二应变 传感器43b的传感器单元40b紧固在另一个凹部321中。
在应变体30的基端部33设有供轴50插入的孔331。 g卩，轴50贯 通应变体30的侧面。
应变体30的后端部34插入把手帽23的孔231中。即，应变体的后 端部经由把手帽23固定在后侧把手部22上。
传感器单元40a具有长方形的柔性基板41a，其具有与应变体30 的凹部321的长度方向的长度对应的长度；第一应变传感器42a，其形成 在柔性基板41a的表面上的一侧；第二应变传感器43a，其形成在柔性基 板41a的表面上的另一侧；以及电极44a，其形成在柔性基板41a的表面 上的两个传感器之间。
当使用粘接剂将这种传感器单元40a粘贴在应变体30的凹部321的 底部时，第一应变传感器42a和第二应变传感器43a沿轴向并列配置在 应变体30的面上。
另外，由于传感器单元40b是与上述的传感器单元40a相同的结构， 因此省略说明。
下面参照图5和图6对扭矩扳手的电气结构进行说明。
在本实施方式中，第一应变传感器42a、 42b，第二应变传感器43a、43b使用电阻值根据应变体30的应变量而线性变化的计量器。
第一应变传感器42a、 42b的输出信号依次经由对两个信号的差分信号进行放大的电桥电路等放大电路201、将模拟信号转换成数字信号的ADC 202输出到微机处理芯片100。第二应变传感器43a、 43b也完全相同，各输出信号依次经由对两个信号的差分信号进行放大的电桥电路等放大电路203、将模拟信号转换成数字信号的ADC 204输出到微机处理芯片100。
设定部70能够设定并输入存储器的选择、紧固扭矩设定值以及电源接通截止等，并将这些输入数据输出到微机处理芯片100。
在本实施方式中，输出部300具有液晶面板即LCD310，其显示输出所测定到的紧固扭矩T等；以及蜂鸣器320和LED 330，该蜂鸣器320和LED 330将下述状态告知使用者当电源接通或者截止时、成为能够开始测定的状态时、紧固扭矩T达到紧固扭矩设定值的90%时、以及紧固扭矩T超过紧固扭矩设定值时。
在本实施方式中，存储部80中预先记录有用于计算紧固扭矩T所需的各种基准值，并与微机处理芯片100的总线相互连接。在本实施方式中，作为存储部80使用作为非易失性存储器的EEPROM。
电池90对微机处理芯片100、其外围电路以及输出部300等供给电源电压。在本实施方式中使用二氧化锰锂电池。
在本实施方式中，微机处理芯片100的输入端口上连接有ADC 202、ADC 204以及设定部70等，另一方面，在其输出端口上连接有输出部300等。通过逐次处理内部存储器上的软件，发挥以下说明的作为扭矩计算部110和扭矩判定部120的功能等。
扭矩计算部110根据存储部80上的各种基准值(1，、 12、 L、 ka、 kb、na、 nb)、 ADC202的输出值(AD咖战、AD^n、 ADa)以及ADC 204的输出值(ADbmax、 ADbmin、 ADb)通过数学式l计算紧固扭矩T。<formula>formula see original document page 9</formula>
其中，
11:图7中的第一应变传感器42a、 42b和轴50之间的距离
12:图7中的第二应变传感器43a、 43b和轴50之间的距离
L:有效长度，图1的旋转扭矩P和紧固力F的距离
ka:力矩换算公式的系数，图7中的第一应变传感器42a、 42b这对
使用
kb:力矩换算公式的系数，图7中的第二应变传感器43a、 43b这对
使用
na:力矩换算公式的系数，图7中的第一应变传感器42a、 42b这对
使用
nb:力矩换算公式的系数，图7中的第二应变传感器43a、 43b这对
使用
ADamax:图6的ADC202的输出最大值ADamin:图6的ADC202的输出最小值Adbmax:图6的ADC204的输出最大值ADbmin:图6的ADC204的输出最小值ADa:图6的ADC202的输出值ADb:图6的ADC204的输出值。
这是微机处理芯片100作为扭矩计算部110的基本功能。在本实施方式中，将以上述方式计算出的紧固扭矩T的瞬时值输出到LCD 310。并且，输出到上述LCD310的瞬时值能够被保存，但也能够基于设定部70的开关操作而被释放。当通过设定部70设定N'm以外的扭矩单位时，能够对LCD 310输出将紧固扭矩T换算成设定的扭矩单位后的值和其单位显示。
扭矩判定部120分别判定表示扭矩计算部110的计算结果的紧固扭矩T是否达到通过设定部70设定的紧固扭矩设定值的90%，或者是否超 过紧固扭矩设定值，并通过蜂鸣器320和LED 330将上述判定结果输出。 这是微机处理芯片100作为扭矩判定部120的功能。
另外，除了上述功能之外，微机处理芯片100还具有将通过设定部 70设定的紧固扭矩设定值保存在内部存储器中的存储器功能、以及当 ADC 202和ADC 204的输出值在规定时间内未出现变化时成为低耗电状 态的睡眠模式等。
以下对以上述方式构成的扭矩扳手的使用方法及其动作进行说明。
首先，当通过设定部70接通电源时，微机处理芯片100等被供给电 源电压从而成为工作状态，微机处理芯片100读入存储部80上的设定所 需的各种基准值，并据此进行包含零点控制在内的初始设定。
当在该状态下通过设定部70设定并输入紧固扭矩设定值或者扭矩 单位等时，微机处理芯片100将紧固扭矩设定值或者扭矩单位等保存在 内部存储器中，并且，当ADC202和ADC204的输出值在规定时间内未 出现变化时过渡至成为低耗电状态的睡眠模式。
当使用扭矩扳手实际紧固螺栓等时，用手把持后侧把手部22并使紧 固部10朝Q方向旋转。并未指定此时的把持位置，无论握住后侧把手部 22的哪个部分进行紧固都能够进行正常的扭矩测量。
原来，当用手把持后侧把手部22中的轴50的正上部分进行紧固时 (称为原来的握持位置)，图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，当在原来的握持位置施加一定的载荷时，第一应 变传感器42a、 42b的输出与力Pl成比例。但是，当使力点位置从原来 的握持位置朝输出部300侧偏移并施加相同的载荷时，力P2产生与力Pl 反方向的载荷。并且，同样地，当使力点位置从原来的握持位置朝把手 帽23侧偏移时，力P1减少，力P2在与力P1相同的方向增加。此时第 一应变传感器42a、 42b的输出与力Pl之间的比例关系破裂。通过针对 该变化计算第二应变传感器43a、 43b的输出，能够分别求出力Pl、 P2 的值。
例如，当使力点位置从原来的握持位置朝把手帽23侧偏移时，传感器的输出是力P1和力P2的总计值，第一应变传感器42a、 43b和第二应 变传感器43a、 43b的输出都增加。根据该输出信号、传感器位置以及力 点位置的关系计算出扭矩。由此，无论在把手上施加怎样的力都能够进 行正确的扭矩计算。即，能够在对伴随着力点位置变动所产生的误差进 行修正的同时求出扭矩T。
这样，由于无论握住后侧把手部22的哪个部分进行紧固都能够进行 正常的扭矩测量，因此操作性格外提高，即便是不熟练的人也能够实现 合适的紧固作业。
并且，当紧固扭矩T到达内部存储器上的紧固扭矩设定值的90%时， 将这一点通过蜂鸣器320和LED 330输出。然后，当紧固扭矩T超过内 部存储器上的紧固扭矩设定值时，将这一点通过蜂鸣器320和LED 330 输出。通过这样的蜂鸣器320的声音或LED 330的点亮来进行警告。使 用者能够一边确认该警告一边进行螺栓等的紧固作业，因此能够顺畅地 进行紧固作业。
当需要将紧固工具更换为其他的紧固工具时，可以将安装螺钉60卸 下并更换紧固部10。此时，当在更换后有效长度并未发生变化时，能够 以与上述方式完全相同的方式来测定紧固扭矩T。并且，即便是在更换后 有效长度变化时，只要改写存储部80上的各种基准值的数据就能够得到 紧固扭矩T的正确的测定结果。
艮口，除了棘轮装置以外，不仅能够在使用活动扳手或者螺丝扳手等 工具进行的紧固作业中使用，而且能够应用于有效长度不同的工具中， 因此能够容易地增大紧固扭矩T的测定范围。并且，由于紧固力F作用 在应变体30上是仅轴50的部分和后端部34的部分，因此应变体30整 体以期望的方式较大地变形，伴随与此，紧固扭矩T的测定精度提高。
另外，本发明所涉及的扭矩扳手并不限于上述实施方式，也可以通 过下述的方式进行设计变更。对于紧固部10，无论形状、工具的种类以 及连结在应变体30上的连结方法等如何，只要是能够通过前侧罩部21 连结在应变体30的前端部31上的形态即可。对于应变体30，只要是轴 状，无论材质或截面形状等如何，只要能够使前端部31露出的形态即可。对于第一应变传感器42a、 42b以及第二应变传感器43a、 43b,无论种类 等如何，只要在应变体上沿轴向配置在不同的位置即可，安装方法或安 装位置是任意的。例如，可以将两个传感器直接安装在两个应变体30的 面上，或者使两个传感器并不沿轴向排列成一列，而是安装于位置在周 方向偏移的部位。
对于扭矩计算部110和扭矩判定部130，也可以是通过模拟电路等实 现相同或者类似的功能的形态。特别地，扭矩计算部110也可以是如下 的形态:预先将与各有效长度对应的多个各种基准值记录在存储部80中， 通过设定部70选择并输入紧固部10的种类，并从存储部80读出与选择 并输入的紧固部10的种类对应的各种基准值，并使用这些基准值计算紧 固扭矩T。
对于输出部300,无论扭矩测定值和判定结果等的输出形式等如何， 只要是能够通过光、声音、振动等报知扭矩测定值接近或者达到扭矩设 定值的情况的形态即可。对于壳体20，只要是能够耐受预想冲击的材质 即可，进而，无论其形状如何，只要是能够将应变体30的基端部33保 持在后侧把手部22内部的形态即可。
1权利要求
1、一种扭矩扳手，其特征在于，所述扭矩扳手具备轴状的应变体，在该应变体的前端部以能更换的方式连结有紧固部；壳体，其收纳应变体；第一、第二应变传感器，它们在应变体上沿轴向离开配置，用于测定紧固扭矩；扭矩计算部，至少根据第一、第二应变传感器的测量结果对伴随着力点位置变动所产生的误差进行修正并计算紧固扭矩；以及输出部，其至少将扭矩计算部的计算结果作为紧固扭矩测定值输出。
2、 根据权利要求1所述的扭矩扳手，其特征在于， 所述壳体形成具有前侧罩部和后侧把手部的二分结构，所述前侧罩部是收纳所述应变体的前端部的筒状体，并且在所述前侧罩部的前端面 上形成有供紧固部的基端部插入的孔；所述后侧把手部是收纳应变体的 基端部的筒状体，并且在内部设有沿与紧固力正交的方向延伸的轴， 所述轴贯通应变体的侧面，应变体的后端部固定在后侧把手部上。
3、 根据权利要求1所述的扭矩扳手，其特征在于， 所述扭矩扳手还具备设定部，其用于设定紧固扭矩设定值；以及扭矩判定部，其判定表示所述扭矩计算部的计算结果的扭矩测定值 是否接近或者达到通过设定部设定的紧固扭矩设定值，并将该判定结果 输出给所述输出部。
4、 根据权利要求1所述的扭矩扳手，其特征在于， 具有将第一和第二应变传感器制作在柔性基板上的结构的传感器单元，被安装在所述应变体的面上。
5、 根据权利要求4所述的扭矩扳手，其特征在于， 在所述应变体的面上形成有长度尺寸与所述传感器单元对应的凹部，所述传感器单元粘贴在该凹部。
全文摘要
实现操作容易性和测定的高精度化这两个方面。扭矩扳手具备棘轮装置等紧固部(10)；壳体(20)，其具有前侧罩部(21)和后侧把手部(22)；轴状的应变体(30)，其被收纳在壳体(20)内，在该应变体的前端部以能够更换的方式连结有紧固部(10)；在应变体(30)上沿轴向离开配置的第一应变传感器(42a、42b)和第二应变传感器(43a、43b)，它们用于测定紧固扭矩(T)；设定部(70)，其用于设定紧固扭矩设定值等；微机处理芯片(100)，其具有根据第一应变传感器(42a、42b)和第二应变传感器(43a、43b)的检测结果对伴随着力点位置变动所产生的误差进行修正并计算紧固扭矩(T)等的功能；以及输出部(300)，其输出紧固扭矩(T)等。
文档编号B25B23/14GK101678538SQ20088001940
公开日2010年3月24日 申请日期2008年5月28日 优先权日2007年6月13日
发明者中田祥吾, 内田浩史, 梅川雅彦, 花井祯, 藤田浩司 申请人:京都机械工具株式会社;星电株式会社