CN104684692A - 角度扳手以及转动角度测定装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是提供一种能够以简便的构造准确地测定转动角度的角度扳手，为解决该课题，一种被用于通过转动角法对紧固对象物进行紧固的角度扳手，具备：具有握持部(2a)的柄部(2)；头部(4)，该头部(4)具有对紧固对象物进行紧固的紧固头(4a)，从前述紧固头(4a)延伸出来的尾部(4c)侧经由头销(2b)相对于前述柄部(2)可转动地得以支承；扭矩检测机构(6、18、20)，该扭矩检测机构(6、18、20)检测对紧固对象物进行紧固的扭矩已达到既定扭矩；转动角度测定部(24、102)，该转动角度测定部(24、102)基于角度扳手围绕紧固对象物的轴转动的角速度，对前述扭矩检测机构检测出已达到既定扭矩那一时刻之后紧固动作中的角度扳手的转动角度进行测定。

Description

角度扳手以及转动角度测定装置
技术领域
本发明涉及一种通过转动角法(角度紧固)对联结部件进行紧固的角度扳手。
背景技术
以往，作为使用螺栓等联结螺纹件以既定联结力对机器等被联结体进行螺纹紧固的联结方法，有使用扭矩扳手的扭矩联结法和以紧固角度来规定紧固量(塑性)转动角法等。
塑性转动角法下的紧固是，首先作为螺纹件弹性区域中的紧固，在以既定的扭矩值(适宜扭矩或屈服点扭矩)对螺纹件进行了紧固之后，接下来作为向螺纹件塑性区域的紧固，使扳手转动既定角度来进行螺纹件的紧固。
作为以转动角法对螺纹件进行紧固时所使用的紧固工具有角度扳手(参照专利文献1)。专利文献1的角度扳手，在其头部部件上固定有角速度传感器，并通过检测角速度传感器的移动来检测肘节的动作。然后，从角速度传感器所测定的角速度来求出肘节动作时以后的转动角度。
专利文献1:特开2001－9749号公报。
发明内容
发明要解决的技术课题
根据专利文献1的角度扳手，由于需要将角速度传感器用螺钉等固定在头部部件上，因而就需要另行设置用来固定角速度传感器的外壳，以及为了对角速度传感器与头部部件作为一体移动时的冲击进行吸收而需要用缓冲材料来包覆角速度传感器等诸如此类，从而构造变得复杂而且构造上的制约也大。
为此，本发明申请的目的就是提供一种能够以简便的构造准确地测定转动角度的角度扳手。
用于解决技术课题的技术方案
为了解决上述课题，本发明的角度扳手是一种被用于通过转动角法对紧固对象物进行紧固的角度扳手，具备：具有握持部的柄部；头部，该头部具有对紧固对象物进行紧固的紧固头，从前述紧固头延伸出来的尾部侧经由头销相对于前述柄部可转动地得以支承；扭矩检测机构，该扭矩检测机构检测对紧固对象物进行紧固的扭矩已达到既定扭矩；转动角度测定部，该转动角度测定部基于角度扳手围绕紧固对象物的轴转动的角速度，对前述扭矩检测机构检测出已达到既定扭矩那一时刻之后紧固动作中的角度扳手的转动角度进行测定。
发明的技术效果
根据本发明，就能够提供一种能够以简便的构造准确地测定转动角度的角度扳手。
附图说明
图1是表示实施方式的角度扳手的外观的附图。
图2是表示从侧方观看角度扳手的外观的附图。
图3是表示角度扳手中的测定转动角度的装置之电路结构的框图。
图4是表示角度扳手中的测定转动角度的装置之功能的框图。
图5是表示基于角度扳手中的测定转动角度的装置的转动角法下的紧固角度测定处理之流程的流程图。
具体实施方式
下面，一边参照附图一边就本发明的实施方式进行说明。
图1是表示本实施方式的角度扳手1的外观的附图。图2是表示从侧方观看角度扳手1的外观的附图。图3是表示角度扳手1的电路结构之概略的框图。另外，在图1及图2中以虚线来表示内部构造。
角度扳手1是通过(塑性)转动角法来联结作为紧固对象物(联结部件)的螺栓等螺纹件的工具，该紧固对象物用来固定各种各样材料或机器等的被联结体。角度扳手1具有如下功能：为了通过转动角法来联结螺纹件而首先以既定扭矩(在转动角法中通常为适宜扭矩)对螺纹件进行紧固的功能；以及在以既定扭矩紧固后接着以既定的转动角度进行角度紧固的功能。下面就角度扳手1的各构成进行说明。
角度扳手1具有柄部2、头部4、肘节机构6、推进器8、弹簧10、扭矩调整旋钮12、外壳14、显示部16、作为连动部件的联锁销18、作为检测传感器的微动开关20、控制部22、回转传感器24、操作键26等。通过肘节机构6、联锁销18、微动开关20来实现扭矩检测机构。
柄部2是管状部件，在内部保持从其前端侧的开口部所插入的头部4的尾部4c侧，并在后端侧形成供使用者握持的握持部2a。柄部2上安装有握持部2a的部分为圆筒状，由此靠前端侧(头部4侧)为使圆筒状的管子经过变形而成的扁平形状。柄部2通过头销2b以及肘节机构6将头部4的尾部4c保持在柄部2内。此外，在柄部2的扁平部上固定有外壳14。
头部4将从使用者握持的握持部2所施加的力传递给作为待紧固对象的螺纹件，以便紧固螺纹件。头部4由紧固头4a、方形驱动部4b、尾部4c等构成。紧固头4a是经由紧固头4a内的棘轮机构而安装方形驱动部4b的部分。棘轮机构是仅能够向右或向左之中某一方向进行紧固且迅速地进行紧固用的公知机构。方形驱动部4b安装有套在螺栓上的套筒。在方形驱动部4b上安装有各种大小和形状的套筒。尾部4c是从紧固头4a延伸到柄部2内部的轴状部件，通过头销2b可转动地得以支承。此外，尾部4c的端部与推进器8相连结，构成肘节机构6的一部分。
肘节机构6是在螺纹件被紧固到既定扭矩时进行动作，通过诸如咔嗒声等告知紧固扭矩已达到既定扭矩的机械组件。本实施方式的肘节机构6特别是由肘节机构6的动作所产生的尾部4c绕头销2b的转动动作，作为使控制部22开始对扭矩扳手1的转动角度进行测定的触发器而发挥功能。肘节机构6由作为第1动作体的尾部4c的端部、推进器8、连结尾部4c与推进器8二者的连杆等构成。
推进器8是承受弹簧10的力的弹簧承载部件。推进器8在弹簧10的力的作用下经由连杆来压紧尾部4c，直至角度扳手1产生的紧固扭矩达到既定扭矩为止才对尾部4c相对于柄部2的相对转动进行限制。弹簧10通过扭矩调整旋钮12来调整其变形量，以改变对推进器8进行推压的力。而且，肘节机构6进行动作的扭矩通过弹簧10的变形量而改变。刻度2c显示通过转动扭矩调整旋钮12而调整的设定扭矩值(肘节机构6进行动作的扭矩值)。
在此就肘节机构6的动作进行说明。当从握持部2a施加力而开始紧固对象物的紧固时，以欲使尾部4c以将推进器8向后方推回的方式而转动的力起作用。而且，当与弹簧10的力相反地尾部4c欲将推进器8向后方推回的力，超过了推进器8通过弹簧10的力而压紧尾部4c的力时，肘节机构6进行动作。在肘节机构6进行动作时，尾部4c与推进器8二者的连结状态从图1所示的第1连结状态，被切换到尾部4c一边将推进器8向握持部2a侧推回一边以头销2b为中心进行转动的第2连结状态(另外，若以固定在螺纹件上头部4作为基准，在肘节机构6动作时柄部2将相对于头部4进行转动。亦即，当肘节机构6动作时柄部2与头部4二者之中的一方将相对于另一方相对地移动)。通过该肘节机构6动作时产生的诸如咔嗒声等，使用者能够意识到螺纹件的紧固扭矩已达到既定的设定扭矩值。
其次，外壳14容纳微动开关20、控制部22及回转传感器24等电子电路元器件。此外，外壳14在其外面具有显示部16和操作键26。显示部16显示转动角法下的螺纹件的紧固角度等。并且，由被容纳在外壳14内的电子电路元器件和显示部16及操作键26来构成作为测定转动角度的装置的转动角度测定装置。
联锁销18是在肘节机构6动作时，随着尾部4c相对于柄部2的相对动作，相对于柄部2进行相对移动而对微动开关20进行推压的部件。本实施方式的联锁销18，穿过分别形成于柄部2与外壳14的底面上的孔，从柄部2一直延伸到外壳14的内部。柄部2与外壳14上所形成的该孔的大小和形状，只要大于联锁销18随着肘节机构6的动作进行前述相对移动的范围即可，并无特别限定。联锁销18在肘节机构6未动作状态下，其前端侧与外壳14内的微动开关20相接触。在肘节机构6已动作时微动开关20被联锁销18进行推压，从而检测到肘节机构6的动作。
微动开关20是旨在如上所述对肘节机构6的动作进行检测的传感器。微动开关20被配置在外壳14内，能够通过被随着肘节机构6动作而进行相对移动的联锁销18进行推压，而检测到肘节机构6的动作。微动开关20在肘节机构动作而受到联锁销18推压时，对控制部22输出肘节动作信号。
构成转动角度测定装置的控制部22，对角度扳手1中的紧固角度测定处理进行控制。控制部22具有作为处理器的CPU(Central Processing Unit)30和存储器32等。CPU30执行存储在存储器32中的处理程序以进行紧固角度的测定处理，以及所测定的角度向显示部16显示的显示处理等。CPU30也可以是MPU(Micro Processing Unit)等其它处理器。存储器32存储CPU30所要执行的各种各样的处理程序。作为存储器32可采用RAM(Random Access Memory)或ROM(Read Only Memory)等。
关于由控制部22所实现的功能，将在角度扳手1进行的紧固角度测定处理的说明中加以叙述。此外，扭矩扳手1也可以具有ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等专用电路作为控制部22，也可以通过ASIC等专用电路来实现控制部22的部分或全部功能。
为了计算出根据转动角法进行紧固操作时的紧固角度，回转传感器24检测进行螺纹件紧固时的角度扳手1的角速度。控制部22能够从回转传感器24所测定到的角速度而求出角度扳手1已转动的角度。作为回转传感器24例如可以采用振动回转仪(vibration gyro)。
操作键26是用于对角度扳手1进行各种操作的按钮。针对操作键26例如进行电源的开/关切换、使所测定的紧固角度复位的复位操作等操作。另外，虽然在图中示出一个操作键26，但也可以在外壳14的侧面等处进一步具备别的操作键。
下面，就本实施方式的角度扳手1中的紧固角度的测定处理进行说明。图4是表示角度扳手1的转动角度测定装置之功能的功能框图。角度扳手1具有肘节动作信号取得部100、作为运算部的转动角度运算部102、输出部104。另外，通过上述回转传感器24与转动角度运算部102来实现转动角度测定部。这些角度扳手1的功能，通过CPU30执行存储在存储器32中的程序来实现。也可以由ASIC来实现部分或全部的功能。
肘节动作信号取得部100从检测肘节机构6已动作的微动开关20取得肘节动作信号。肘节动作信号是在利用角度扳手1的螺纹件紧固达到既定扭矩值而使肘节机构6动作，并由随之进行相对移动的联锁销18推压了微动开关20的情况下，微动开关20所输出的信号。
在利用角度扳手1对螺纹件的紧固扭矩达到设定扭矩之后，也就是说在肘节机构6进行了动作之后，转动角度运算部102才运算角度扳手1转动的角度(亦即对螺纹件进行紧固的角度)。具体地说，若肘节动作信号取得部100取得了肘节动作信号，则转动角度运算部102开始从回转传感器24取得角速度数据。然后，转动角度运算部102基于角速度数据，对取得肘节动作信号的定时之后角度扳手1转动的角度(紧固角度)进行运算(积分)。
输出部104将由转动角度运算部102所求得的转动角度向外部输出。例如，输出部104可以将转动角度运算部102所运算出来的转动角度向显示部16输出并使其显示。此外，在需要将已紧固的转动角度作为作业数据进行保存的情况下，输出部104也能够使转动角度储存在既定的存储装置中。
以上就是本实施方式的角度扳手1的功能。另外，虽然在本实施方式中所进行的说明是，转动角度运算部102在肘节机构6动作之后才取得由回转传感器24所测定的角速度的数据以求出转动角，但只要能够求得肘节机构6动作之后的角度扳手1的转动角度即可，并不限于此方法。例如还可以是，控制部22对回转传感器24进行控制，在肘节机构6动作之后才使回转传感器24开始进行角速度的测定。在这种情况下，亦能够同样地求得肘节机构动作之后的转动角度。
此外，就转动角度的测定而言，只要直到使用者操作操作键26进行复位操作之前累加进行即可。关于复位处理，除了基于来自操作键26的操作来执行之外，也可以在肘节机构6从动作状态(第2连结状态)返回到未动作状态(第1连结状态)等情况下，以某种动作或处理为契机自动地执行。
此外，转动角度运算部102，只要仅针对肘节机构6进行了动作的状态(第2连结状态)下的角度扳手1的转动，计算出其转动角度即可。而且，在已经测定到的转动角度的数据未被复位而得以保持的情况(也就是，所测定的角度被保持在存储器32等中并在显示部16上显示出角度这样的状态)下，只要将新运算出来的角度在所保持的转动角度上进行加法运算即可。通过这样的处理，就不会发生因肘节动作而进行角度紧固的状态之外的角度扳手1的转动动作(肘节未动作状态下的转动)而对转动角度进行加法运算。例如，即便是在利用棘轮分成几次进行角度紧固的情况下，通过棘轮使角度扳手1在与紧固方向相反的方向上进行转动这一操作下的转动角度也不会被加到测定值上，从而能够只对螺纹件实际地得以紧固的角度准确地进行测定。
其次，对于利用角度扳手1进行的紧固角度测定处理的流程进行说明。图5是表示角度扳手1中的按照转动角法对紧固角度进行测定处理的流程的流程图。
首先，利用角度扳手1开始进行螺纹件的紧固，当紧固扭矩达到由扭矩调整旋钮12所设定的扭矩值(通常为适宜扭矩)时，肘节机构6便进行动作(步骤101)。
接着，肘节机构6动作而使联锁销18相对移动，当微动开关20受到联锁销18按压时，微动开关20便输出信号。肘节动作信号取得部100取得该信号作为肘节动作信号(步骤102)。
接着，在肘节动作信号取得部100取得了肘节动作信号的情况下，转动角度运算部102计算该时刻之后的角度扳手1的转动角度(步骤103)。转动角度运算部102基于肘节机构6进行动作那一时刻之后由回转传感器24所测定的角速度的数据，来计算由角度扳手1进行角度紧固时的转动角度。
输出部104将转动角度运算部102运算出来的转动角实时地显示在显示部16上(步骤104)。使用者对显示部16上所显示的转动角度进行观察，若确认转动角度已达到既定角度就停止紧固。这样一来，就能够以转动角法进行的恰当的紧固，即以既定扭矩对螺纹件进行紧固，然后按既定角度对螺纹件进行紧固。
根据上述本实施方式中的角度扳手1，就能够以简便的构造准确地按转动角法进行紧固。
另外，虽然在本实施方式中，作为角速度传感器记载的是回转传感器，但并不限于此，只要是能够求得角速度的传感器即可。此外，也可以替代角速度传感器而采用角加速度传感器来求得转动角度。
附图标记说明
1 角度扳手(angle wrench)；2 柄部；2a握持部；2b头销；4 头部；4a紧固头；4b方形驱动部(square drive)；4c尾部；6 肘节机构(toggle mechanism)；8 推进器(thruster)；10弹簧；12扭矩调整旋钮(torque adjustment knob)；14外壳；16显示部；18联锁销(interlock pin)；20微动开关；22控制部；24回转传感器(gyro sensor)；26操作键；30 CPU；32存储器；102 转动角度运算部。

Claims (5)

1.一种被用于通过转动角法对紧固对象物进行紧固的角度扳手，其特征在于，具备：
具有握持部的柄部；
头部，该头部具有对紧固对象物进行紧固的紧固头，从前述紧固头延伸出来的尾部侧经由头销相对于前述柄部可转动地得以支承；
扭矩检测机构，该扭矩检测机构检测对紧固对象物进行紧固的扭矩已达到既定扭矩；以及
转动角度测定部，该转动角度测定部基于角度扳手围绕紧固对象物的轴转动的角速度，对前述扭矩检测机构检测出已达到既定扭矩那一时刻之后紧固动作中的角度扳手的转动角度进行测定。
2.如权利要求1所记载的角度扳手，其特征在于，前述转动角度测定部具有：
回转传感器，该回转传感器测定针对紧固对象物的紧固动作中的角速度；和
运算部，该运算部基于前述回转传感器所测定到的角速度来运算角度扳手的转动角度。
3.如权利要求1或2所记载的角度扳手，其特征在于，
前述扭矩检测机构具有肘节机构，该肘节机构将前述头部的前述尾部与前述柄部二者连结起来，当针对紧固对象物的紧固扭矩达到既定扭矩时，从第1连结状态变化到第2连结状态。
4.如权利要求3所记载的角度扳手，其特征在于，还具有：
外壳，该外壳配置在前述柄部上，容纳有电子电路并在其外表面上配置有显示紧固对象物的紧固角度的显示部；
前述扭矩检测机构具有：联锁销，该联锁销从前述头部穿过分别形成于前述柄部及前述外壳部上的孔而延伸到前述外壳部内，并伴随于前述肘节机构的动作而移动；和检测传感器，该检测传感器对由于前述肘节机构的动作而产生的联锁销的动作进行检测；
前述转动角度测定部，对前述检测传感器检测到前述联锁销的动作那一时刻之后紧固动作中的角度扳手的转动角度进行测定。
5.一种被安装在扳手中通过转动角法来测定紧固角度的转动角度测定装置，所述扳手用肘节机构将具有握持部的柄部与头部二者连结起来，该头部被构造成从对紧固对象物进行紧固的紧固头延伸出来的尾部侧经由头销相对于前述柄部可转动地得以支承，当针对紧固对象物的紧固扭矩达到既定扭矩时，前述肘节机构进行动作从第1连结状态变化到第2连结状态；所述转动角度测定装置的特征在于，具备：
回转传感器，该回转传感器对紧固动作中的角速度进行测定；
传感器，该传感器检测前述肘节机构的动作；
转动角度运算部，该转动角度运算部基于由前述回转传感器所测定的扳手绕紧固对象物的轴转动的角速度，对前述传感器检测到前述肘节机构动作那一时刻之后紧固动作中的扳手的转动角度进行运算。
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