JP2010137294A

JP2010137294A - トルクレンチ

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Publication number: JP2010137294A
Application number: JP2008313039A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Ogata; 智博緒方; Koichi Shimura; 宏一志村; Hiroshi Tsuji; 洋辻
Original assignee: Tohnichi Mfg Co Ltd
Current assignee: Tohnichi Mfg Co Ltd
Priority date: 2008-12-09
Filing date: 2008-12-09
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2028-12-09
Also published as: JP5236444B2

Abstract

【課題】締結部材の締め付けを行うヘッド部と、締め付けの際のトルクの測定を行うセンサ部とが独立して形成されるとともに、軸の長さが異なるヘッドに対しても共通の部品として利用可能なセンサを備えるトルクレンチを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のトルクレンチは、手力が加えられるレバーと、前記レバーの先端部に回動軸を介して回動自在に取り付けられ、締結部材に係合するヘッド本体から後方に軸部が延出されたヘッドと、前記レバーの回動操作により前記締結部材を締付ける際の締付けトルクを電気的に検出する前記レバーに固定されたロバーバル型のロードセルと、を備え、前記ロードセルの前方に前記ヘッドを配置し、前記ヘッドの軸部を前記ロードセルに作用させてトルクを検出するようにしたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は締結部材を締め付けるトルクを電気的に測定可能なトルクレンチに係り、特に、締結部材に係合されるヘッド部と、締め付けの際に生じる力を受けることで発生する歪に応じて電気的な信号を出力するセンサ部と、が別体で構成されているトルクレンチに関する。

従来、電気的な信号により、例えばボルトやナットなどの締結部材を締め付ける際のトルクを測定し、例えば、測定したトルクをデジタル表示するトルクレンチが用いられている。電気的な信号によりトルクを測定するための手段としては、例えば、起歪体と起歪体に貼り付けられる歪ゲージを利用したものがある。

この従来の起歪体と歪ゲージを備えるトルクレンチでは、まず、締結部材を締め付けると、締結部材に取り付けられるヘッドに固定された起歪体が、ヘッドから伝達される締め付け力によって変形する。この際、起歪体の変形によって起歪体の表面に取り付けられた歪みゲージも変形し、歪ゲージの変形の大きさに応じて電気的な信号が出力される。そして、歪ゲージから出力される信号の大きさから締め付けの際のトルクが求められる。

図９はこのような従来のトルクレンチの一例を示す図であり、（Ａ）が従来のトルクレンチ９００の内部構造図、（Ｂ）が歪ゲージＲ１〜Ｒ４により構成されるブリッジ回路を示す図である。図９に示すトルクレンチ９００は、ヘッド部９０１と起歪体９０２が一体で形成されている形式のものであり、ヘッド部９０１から延びる軸部９０１ａの一部である起歪体９０２に歪ゲージＲ１〜Ｒ４が取り付けられている。起歪体９０２と歪ゲージＲ１〜Ｒ４がトルクを測定するセンサとして機能し、締め付ける際に起歪体９０２に生じる変形に応じて歪ゲージＲ１〜Ｒ４から出力される電気的な信号からトルクが求められる。

一方、構成は異なるが例えば、特許文献１には、起歪体部分とヘッド部分とを別部品として、ヘッド部分を交換可能にしたトルクレンチも提案されている。
特開２００６−２８９５３５号公報

図９に示す従来のトルクレンチ９００においては、ヘッド９０１の軸部９０１ａは、中空レバー９０３内に装入され、回転支軸をなすヘッドピン９０４により中空レバー９０３に連結され、軸部９０１ａの装入端部が中空レバー９０３に固定された係合ピン９０５に係合している。図９に示す構成において、ヘッド９０１の軸部９０１ａは、支軸９０４と係合ピン９０５により支持された構造としているため、手力Ｐにより中空レバー９０３を回動して不図示のボルトを締め付けると、軸部９０１ａは支軸９０４と係合ピン９０５との間でたわみが生じる。このたわみによる歪を歪ゲージＲ１〜Ｒ４により測定することでトルク値を得るようにしている。また、軸部９０１ａに発生する歪は、支軸９０４と係合ピン９０５との間の軸方向位置によって異なり、手力Ｐに対して歪ゲージの出力ができるだけリニアになる箇所に歪ゲージＲ１〜Ｒ４を貼り付けている。従って、トルク測定範囲によって軸方向長さの異なるヘッドを用意した場合、各ヘッドによって歪ゲージＲ１〜Ｒ４の貼り付け位置が異なることになる。そのため、起歪体と一体で形成されるヘッド９０１は、使用するトルク範囲ごとに複数種類用意しなければならず、共用の部品とすることができなかった。また、トルクレンチ９００の構成の場合、たわみ（曲げ）による歪を測定していること、さらに、たわみが生じるにつれて軸部９０１ａの装入端部と係合ピン９０５との力点（作用点）がずれることなどが、締め付ける力と歪ゲージの出力の直線性を低下させる要因となっていた。

一方、特許文献１に提案されているような、図９に示すトルクレンチとは構成が異なる、ヘッド部分が独立しているトルクレンチは、ヘッドを交換してヘッドの長さを変えることで様々なトルクの範囲に対応でき、起歪体部分を共用とすることができる。しかし、図９に示したトルクレンチと同様に、曲げによる起歪体の歪を計測しているため、締め付ける力と歪センサの出力の直線性が得られる範囲が狭い。

そこで本発明は、複数の測定トルク範囲に対しても、より正確にトルクを測定可能な、汎用性のあるセンサ部を備えるトルクレンチを提供することを目的とする。

また、従来の構成で問題になった、センサに加わる力の力点（作用点）の位置の変化による影響を受けないことにより、締め付ける力とセンサの出力との直線性がより優れたトルクレンチを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係るトルクレンチは、手力が加えられるレバーと、前記レバーの先端部に回動軸を介して回動自在に取り付けられ、締結部材に係合するヘッド本体から後方に軸部が延出されたヘッドと、前記レバーの回動操作により前記締結部材を締付ける際の締付けトルクを電気的に検出する前記レバーに固定されたロバーバル型のロードセルと、を備え、前記ロードセルの前方に前記ヘッドを配置し、前記ヘッドの軸部を前記ロードセルに作用させてトルクを検出するようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、ロバーバル型のロードセルが力を受けるとロードセルの自由端側が固定端側に対して、力の方向に平行移動して変形するため、ロードセルは、締め付けの際に生じる、ヘッドを軸支する回動軸まわりのモーメントを、曲げモーメントとしてではなく、荷重として受けることができる。そのため、締め付ける力の大きさに応じてロードセルがリニアに変形し、締め付ける力とロードセルから出力される電気的な信号との直線性が高いトルクレンチが得られる。これにより、広範囲の締付力に対して正確にトルクを測定することができ、締め付けトルクの範囲の異なるトルクレンチにおいてロードセル部分を共通部品としたトルクレンチを提供することができる。

本発明によれば、ロードセルはロバーバル型のロードセルであるため、力を受けて生じるロードセルの変形量は、ヘッドの回動による作用点の位置の変位に影響を受けることがない。これにより、ヘッドとロードセルとを別体としても正確に力を測定することができる。

本発明によれば、レバーに対して締め付ける力が加えられる位置が変位しても、測定トルクとして得られるトルク値と実際に締め付けられるトルクとの誤差が少ないトルクレンチを提供することができる。

以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態によるトルクレンチ１の内部構造を示す平面図であり、図２は、図１に示すトルクレンチ１の内部構造を示す正面図である。

本実施形態のトルクレンチ１は、例えばボルトやナットなどの締結部材を締め付ける際に、締め付けるトルクを電気的に測定可能な電気式のトルクレンチである。トルクレンチ１は、締結部材に不図示のソケットなどを介して取り付けられるヘッド２と、ヘッド２と係合して締め付けの際に歪を生じて信号を出力するロードセル４と、ヘッド２の軸部２２及びロードセル４を内部に収容するとともに、使用者が使用時に握って締め付ける力（手力）を加えるハンドル部分を構成する筒状のレバー６と、を備える。

詳しくは後述するが、本実施形態のロードセル４は、一端が固定端、他端が自由端のロバーバル型のロードセルで構成されている。ロバーバル型のロードセルは自由端に係る力を荷重として受けて変形するため、ロードセル４はヘッド２を回動可能に軸支するヘッドピン８回りで発生するヘッド２のモーメントを、作用する荷重の大きさに基づく電気的な信号に変換することができる。

モーメントを荷重として受けて歪を発生することができることで、トルクレンチ１に加えられる手力Ｐと歪に応じて出力される電気的な信号との直線性が高くなる。これにより、測定可能なトルク範囲を広範囲にすることができ、測定レンジの広いトルクレンチを提供することができる。また、本実施形態のトルクレンチ１の構造によれば、測定可能範囲が広くなるため、測定範囲の異なるトルクレンチに対して、ロードセル４部分を共通部品としてトルクレンチを製造することができる。これにより、例えば、測定範囲が異なるシリーズのトルクレンチを作る場合にロードセル部分を共通部品とすることができ、製造コストを抑えることができる。

以下、図１、図２により、本実施形態のトルクレンチ１の構成を詳細に説明する。

まず、ヘッド２の構成を説明する。ヘッド２は、締結部材に係合させる不図示のソケットが着脱自在に装着される角軸ドライブ２１ａを備えるヘッド本体２１と、ヘッド本体２１から延びる軸部２２と、ロードセル４とヘッド２を係合させるためにロードセル４の一端に挿し込む挿込部２３と、ロードセル４にヘッド２に発生する力を作用させる作用部としての係合軸２４とを備える。

トルクレンチ１の先端部に位置するヘッド本体２１は、内部にラチェット機構を備えており、締結部材を一方向に連続して締め付けることが可能になっている。締結部材を締め付ける方向は、切換レバー２１ｂにより切り換えることができる。角ドライブ２１ａは、締付作業の際に締結部材に係合させる不図示のソケットが、図２の両矢印で示す方向Ａに着脱自在に装着される。なお、本実施形態のトルクレンチ１において、ソケット着脱方向である方向Ａは、トルクレンチ１により締結部材の締め付けを行う際の、トルクレンチ１の回転軸の軸方向と同じ方向であり、以下、回転軸方向Ａまたはソケット着脱方向Ａと記載する。

ヘッド本体２１から延びる軸部２２は、図１、２に示すように、レバー６の内部に収容されている。そして、軸部２２は、軸部２２及びレバー６を回転軸方向Ａと同じ方向に貫通するヘッドピン８によって軸支されている。回動軸としてのヘッドピン８は、軸部２２をレバー６に対し、図１の矢印で示すＢ方向に回動可能に軸支する。ただし、ヘッド２はレバー６の内面によって回動可能な範囲が制限される。

挿込部２３は、図２に示すように、トルクレンチ１の長手方向に凸形状であって、後述するロードセル４の係合部４１の間に挿しこめるように、軸部の先端の両面が削られた薄い板状の形状に形成されている。

作用部としての係合軸２４は、ヘッド２のヘッドピン８周りのモーメントをロードセル４に作用させ、ロードセル４に歪を発生させるためのリンク機構を構成するための部材である。本実施形態においては、係合軸２４は、回転軸方向Ａと同じ方向に挿込部２３を貫通して、挿込部２３の両側に突出する円柱状の軸により構成される。係合軸２４は、ロードセル４の係合部４１のＵ字溝の内面と回転軸方向Ａに当接して係合している。この係合軸２４が係合部４１に対して当接する部分が、ヘッド２からロードセル４に力を伝達する作用点となる。

なお、トルクレンチにおいて、トルクの測定範囲が異なる機種にあっては、手力Ｐの作用位置からヘッドピン８までの長さが異なり、ヘッド２の軸部２２の長さも異なる。

次に、ロードセル４の構成を説明する。ロードセル４は、締め付けの際に、ヘッド２から力を受けることにより生じる歪を検出する、弾性体により構成されるセンサである。本実施形態のロードセル４は、矩形平板状に形成されたレバー６の軸方向に沿って細長い金属製の本体部４Ａと、歪センサとしての歪ゲージＲ１〜Ｒ４で構成される。

本体部４Ａは、異なる機能を有する３つの部分から構成されており、後端部にレバー６に対して固定される固定部、中央付近に歪が発生する起歪体部、ヘッド側の端部にヘッド２のヘッドピン８まわりのモーメントにより荷重を受けて本体部４Ａに応力を発生させる被作用部を備える。これにより、本体部４Ａは、固定部が固定端、被作用部が自由端である片持ち梁状の起歪体を構成している。

本実施形態において、被作用部には、ヘッド２の係合軸と係合する係合部４１が形成されている。係合部４１は、係合軸２４からヘッド２のモーメントを受けてロードセル４に応力を発生させるための部材であり、上述したリンク機構の一部を構成する。本実施形態においては、係合部４１は、図１に示すように、ヘッド２の係合軸２４が係合できるような、本体部４Ａを厚み方向（回転軸方向Ａ）に貫通するＵ字型の溝を備える。また、図２に示すように、上記Ｕ字溝の貫通方向と垂直の方向に本体部４Ａがくり貫かれることにより、ヘッド２の凸型の挿込部２３を挿し込み可能な凹型の溝が形成されている。このような係合部４１のＵ字溝と凹溝は、図３に示すように、ヘッド２側からみて十字型の溝を構成する。

図３には、図１において、本体部４Ａをヘッド２側から見た図を示す。図３に示すように、ロードセル４とヘッド２は、係合部４１と係合軸２４および挿込部２３が十字型に嵌合する。ただし、挿込部２３と凹溝内面とは隙間を有しており、ヘッド２のヘッドピン８まわりに生じるモーメントは係合部４１に対して係合軸２４からのみ作用するようになっている。

このような本体部４Ａ側の係合部４１と、ヘッド２側の挿込部２３、係合軸２４とにより構成されるリンク機構により、ヘッド２のヘッドピン８周りに発生するいずれの方向のモーメントに対しても、ロードセル４に応力を発生させて歪を生じさせることが可能となる。

なお、後述する図４、図５に示すように、締め付けの際にヘッド２が回動すると、係合軸２４と係合部４１とが相対的に離れるので、係合軸２４の位置が係合するＵ字溝の先端側（開放側）に移動する。そのため、係合部４１のＵ字溝の直線部分は、ヘッド２の静止状態において係合軸２４が係合している状態から、レバー６によって回動が規制される最大の回動角度にヘッド２が回動する状態まで、係合軸２４がＵ字溝の内面に係合することができる長さに形成される。これによって、ヘッド２の回動可能な範囲内では、ヘッド２とロードセル４の係合を維持することができる。

次に、本体部４Ａの中央部分を構成する起歪体部には、本体部４Ａを厚み方向に貫通する開孔４２が形成されている。開孔４２はロードセル４がロバーバル型のロードセルとして変形するために形成される孔である。具体的には、開孔４２は、ロードセル４がロバーバル型のロードセルとして変形するための４つの起歪部を形成するように、二つの同じ大きさの円形孔が重ね合わせられた形状にくり貫かれている。つまり、二つの円形孔により、開孔４２の内面と本体部４Ａの外面との厚みが薄くなる箇所が４箇所形成され、その４箇所の薄くなった部分が起歪部４５ａ〜４５ｄを構成する。４つの起歪部は、ロバーバル機構の平行四辺形の頂点に相当し、本体部４Ａは荷重を受けると平行四辺形を維持したまま変形するため、ロードセル４がロバーバル型のロードセルとして機能する。

次に、本体部４Ａの後端部の固定部には、固定孔４３ａ、４３ｂが形成される。固定孔４３ａ、４３ｂは、開孔４２と同じく本体部４Ａの厚み方向に貫通して形成される。そして、図２に示すように、固定孔４３ａ、４３ｂに通される固定ピン１０ａ、１０ｂによって、本体部４Ａはレバー６に対して固定されている。このように、二つの固定孔４３ａ、４３ｂに固定ピンを挿通することで、本体部４Ａがレバー６に対して回転不能に固定される。なお、固定ピン１０ａ、１０ｂは、本体部４Ａをレバー６に対して固定できるものであればよく、例えば、固定ピンとしてボルトやねじなどの締結部材を用いることができる。また、円筒状の軸を固定孔に通して、軸の両端をナットなどで固定したものでもよい。

その他の構成として、ロードセル４の端面には、組み立ての際に係合軸２４を係合部４１のＵ字溝に挿しこみやすいように、傾斜した傾斜部４４が形成されている。

４つの歪ゲージＲ１〜Ｒ４は、ロードセル４の本体部４Ａの外面であって、開孔４２により形成される４つの起歪部の位置に貼着されている。起歪部の位置に貼着されることにより、ロードセル４に作用する力を荷重として受けることで本体部４Ａの起歪部に生じる歪を検出することができる。

次に、レバー６の構成を説明する。レバー６は、ヘッド２の軸部２２及びロードセル４が収容される部分と、トルクレンチ１の利用者が握って締め付ける力を加える、例えば円筒状のハンドル部からなる。図１、図２に示すように、軸部２２とロードセル４が収容される部分は、ハンドル部に比べて幅広で扁平な形状になっている（以下、扁平部とする）。そして、レバー６の扁平部は、上述したように、その内面によってヘッド２のヘッドピン８周りの回動範囲を規制する。また、扁平部にはヘッドピン８及び固定ピン１０ａ、１０ｂを挿通するための孔が形成されている。

次に、以上に説明した構成を備える本実施形態のトルクレンチ１を用いて、ボルト等の締結部材を締め付ける際の、ヘッド２、ロードセル４などの動きを、図４及び図５に基づいて説明する。図４は、トルクレンチ１の、トルクレンチ１に締め付ける力が加わっていない静止状態を示す内部構造図（ａ）と、トルクレンチ１に締め付ける力が加えられてヘッド２が回動し、ロードセル４が変形した変形状態を示す内部構造図（ｂ）である。また、図５は、図４（ｂ）に示した変形状態のロードセル４を拡大した図である。

まず、トルクレンチ１に力が加えられていない静止状態においては、図４（ａ）に示すように、ヘッド２の係合軸２４がロードセル４の係合部４１のＵ字溝に係合して支持され、ヘッド２とロードセル４とレバー６の長手方向が一致した状態で静止している。

この状態からヘッド２を不図示のソケットを介してボルトに係合させて、トルクレンチ１に対して締め付ける手力Ｐを加えて締結部材を締め付けていくと、締結部材が被締付材に対して締め付けられて、徐々に締め付ける力に対する締結部材からの抗力が大きくなる。そうすると、ヘッド２およびロードセル４は、図４（ａ）に示す静止状態から、図４（ｂ）に示す変形状態に変化する。

すなわち、ボルトを締め付ける力Ｐに対して発生する抗力によって、ヘッド２に対してヘッドピン８周りに回転するモーメント（トルク）Ｑが発生し、そのモーメントによって、係合部４１は係合軸２４から荷重Ｌを受ける。そうすると、ロードセル４は荷重Ｌが加えられる方向に弾性変形する。

ここで、図５に基づいて、ロバーバル型のロードセル４が、ヘッド２の回動によって荷重Ｌを受けた場合における、ロードセル４の本体部４Ａおよび歪ゲージＲ１〜Ｒ４の変形の詳細について説明する。

上述したように、本体部４Ａには、二つの同じ大きさの円形孔の一部が重ね合わされた形状の開孔４２が形成され、それにより上述した４つの起歪部４５ａ〜４５ｄが形成される。そして、本体部４Ａの係合部４１に対して荷重Ｌが加えられると、４つの起歪部４５ａ〜４５ｄの付近に変形（歪）が生じる。そして、上述のように、この起歪部４５ａ〜４５ｄはロバーバル機構の平行四辺形の頂点を構成する。そのため、本体部４Ａに対して荷重Ｌがかかると、起歪部４５ａ〜４５ｄにより形成される平行四辺形が維持された状態で、本体部４Ａの係合部４１を備える自由端側が、図５において一点鎖線で示す位置から、固定端側に対して力Ｌの方向に平行移動しながら変形する。

このように、ロードセル４の本体部４Ａは、曲げ変形ではなく、ロバーバル機構による変形をする。そのため、起歪部４５ａ〜４５ｄに貼着される歪ゲージＲ１〜Ｒ４からは、起歪体の曲げ変形によって生じる歪に基づく信号ではなく、係合部４１にかかる荷重によって発生する歪に基づく信号が出力される。これによって、手力Ｐの大きさに対して本体部４Ａがリニアに変形し、結果として、手力Ｐとロードセル４から出力される電気的な信号に基づく測定トルクとの直線性が高いという効果が得られる。一方、従来のトルクレンチのように曲げ変形による変形の場合には、手力Ｐと変形量とがリニアではないため、変形が大きくなると手力Ｐとの直線性が低くなってしまう。

さらに、ヘッド２からロードセル４に対して力が作用する際のヘッド２及びロードセル４の動きの特徴として、ヘッド２は、図４に示すように、軸部２２を軸支するヘッドピン８を中心として回動しながらロードセル４に対して力を作用させる。そのため、図５に示すように、ヘッド２の回動及びロードセル４の変形に伴って、軸部２２の先端側に配置される係合軸２４は、点線で示す位置から、実線で示す位置に係合部４１の内面（Ｕ字溝の直線部分）に沿って移動（変位）しながら力を作用させる。つまり、ヘッドと起歪体とを分離させて、ヘッドが回動しながらロードセルに力を伝達する構造の場合、力が係合部４１に対して作用する位置（作用点）がずれてしまうという現象が生じる。

この際、ロードセル４が単に従来の曲がりセンサ等である場合、その変形量は作用点の位置のずれに影響を受けてしまう。しかし、本実施形態のトルクレンチ１においては、ロードセル４は、その自由端側が荷重がかかる方向に平行移動して変形するロバーバル型のロードセルであるため、作用点の位置が変わっても作用する荷重の大きさに応じて変形することができる。すなわち、ロードセル４は、係合部４１における作用点の位置に影響を受けずに正確に荷重を測定することができる。これにより、本実施形態のトルクレンチ１は、ヘッド２と歪を生じさせるセンサとしてのロードセル４とを別体としても、正確にトルクを測定することが可能となっている。

なお、歪ゲージＲ１〜Ｒ４は、ロバーバル型ロードセルの変形によって伸びと縮みの２種類の変形が生じる。図５に示す方向に荷重Ｌが加わった場合、起歪部４５ａ、４５ｄの外面に貼着された歪ゲージＲ３、Ｒ４には、歪ゲージが伸びる方向に歪が生じ、起歪部４５ｂ、４５ｃの外面に貼着される歪ゲージＲ１、Ｒ２には、歪ゲージが縮む方向に歪が生じる。これにより、後述する図６に示す歪ゲージＲ１〜Ｒ４からなるブリッジ回路に電位差が生じて、ロードセル４の歪を電気的な信号に変換することができる。

なお、図５に示したロードセル４が変形した形状は、ロードセル４の変形を説明するために模式的に示したものであり、実際には自由端側が平行移動する量はごく僅かである。

次に、図６に基づいて、本実施形態のトルクレンチ１においてトルクを測定する処理などを行う電気的な回路を説明する。図６は、トルクレンチ１が備える電気回路を示すブロック図である。トルクレンチ１の電気回路は、歪ゲージＲ１〜Ｒ４により構成されるブリッジ回路と、処理回路部１００と、処理回路部１００によって演算されたトルク値の表示などを行う表示部１０８などを備える。

処理回路部１００は、歪ゲージＲ１〜Ｒ４により構成されるブリッジ回路から出力される電気信号をトルクに変換し、得られたトルクを表示部などに表示させる処理等を行う回路である。処理回路１００は、アナログ信号の増幅や余分な信号のカットを行うアナログ増幅・フィルター部１０１と、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１０２と、トルクの演算やその他の処理を行うＣＰＵ１０３と、メモリ１０４と、歪ゲージＲ１〜Ｒ４により構成されるブリッジ回路に印加する電圧を制御する印加電圧制御部１０５とを備える。印加電圧制御部１０５には、バッテリ１０６及び電源回路部１０７から電力が供給される。

表示部１０８は、ＣＰＵ１０３において演算されたトルク値などを表示する機器である。表示部は、例えば、ＬＣＤ（Liquid crystal display）、ＥＬ（Electronic Luminescence）等により構成される。

歪ゲージＲ１〜Ｒ４は、ブリッジ回路を構成する。ブリッジ回路には、印加電圧制御部１０５により制御された電圧が印加される。また、ブリッジ回路の中間地点は処理回路部１００のアナログ増幅・フィルター部１０１に接続されており、歪ゲージＲ１〜Ｒ４に歪が生じた場合にブリッジ回路に生じる電位差を検出することができる。

図６に示す回路構成において、締め付けトルク値が演算される処理を説明する。まず、歪ゲージＲ１〜Ｒ４により構成されるブリッジ回路に電圧が印加された状態において、ロードセル４の変形に伴って歪ゲージが変形すると、ブリッジ回路の中間地点に電位差が生じ、電位差の信号がアナログ増幅・フィルター部１０１に出力される。アナログ増幅・フィルター部１０１は電位差の信号を増幅したり、余計な信号をカットし、Ａ／Ｄ変換部１０２に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０２は、電圧のアナログ信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ１０３に変換したデジタル信号を出力する。ＣＰＵ１０３の演算部１０３ａは、予めメモリ１０４に記憶された電圧の信号の大きさとトルク値との関係から、取得した信号をトルク値に変換する。そして、表示制御部１０３ｂは、演算部１０３ａが求めたトルク値を表示部１０８に表示させる。

以上の処理回路部１００と、バッテリ１０６と、電源回路部１０７は、例えば、表示部１０８を備える不図示のケースに収められ、レバー６の扁平部の外面などに固定される。また、処理回路部１００とロードセル４に貼着される歪ゲージＲ１〜Ｒ４とは、導線などにより接続されている。

次に、これまで説明した本実施形態のトルクレンチ１のトルクの出力特性について説明する。図７は、トルクレンチ１に加えられる力Ｐと、上述したトルクレンチ１の回路により演算されたトルク値との関係を示す図である。図７に示す特性線のうち、（Ａ）が本実施形態のトルクレンチ１の特性線を示し、（Ｂ）が図９に示した従来例のトルクレンチにおける特性線を示す。

図７に示す特性線（Ａ）からわかるように、本実施形態のトルクレンチ１の場合、締結部材の締め付けの際にレバー６に加えられる手力Ｐと、トルクレンチ１の処理回路１００により演算されるトルク値（測定トルク値）との直線性が高いことがわかる。手力と測定トルク値との直線性が高いことにより、広範囲の手力に対して正確にトルク値を算出することができる。従って、本実施形態によれば、測定トルクの範囲が広範囲であるトルクレンチを提供することができる。さらに、広範囲の手力に対応できるので、ヘッドの長さを変えて締め付けトルク範囲が異なる様々な種類のトルクレンチを構成することができる。

一方、図７の特性線（Ｂ）に示されるように、従来のトルクレンチの構造の場合には、本実施形態のトルクレンチの場合に比べて手力と測定トルク値との直線性が低い。従って、従来のトルクレンチの場合には、締め付けるトルクのうち直線性の高い範囲での使用に限定するか、演算されたトルクに対して何らかの補正を行う必要がある。

次に、トルクレンチを用いて締め付けを行う際に使用者が握る手の位置と測定されるトルクの誤差との関係を説明する。図８は、トルクレンチに加えられる力Ｐの位置と、測定されるトルクの誤差との関係を示す特性線図である。（Ｃ）は本実施形態のトルクレンチ１における特性線であり、（Ｄ）は図９に示した従来の曲げセンサを利用したトルクレンチにおける特性線である。

ここで、基準位置とは、トルクレンチを校正する際に締め付ける力が加えられる位置である。従って、トルクレンチは基準位置に力が加えられた場合に、測定トルク値として校正された正確な値を得ることができる。

また、トルク誤差とは、トルクレンチを用いて締め付け作業を行った場合に、測定トルク値として表示されるトルク値と実際に締め付けられているトルクとの誤差をいう。例えば、トルク誤差１％であれば、表示されるトルクより、実際に締め付けられたトルクのほうが１％大きいことを意味する。

図８の特性線（Ｃ）と（Ｄ）を比較すると、本実施形態のトルクレンチ１の場合は、レバー６のハンドル部分に加えられる力Ｐが基準位置からずれても、従来のトルクレンチに比べてトルク誤差が小さいことがわかる。従って、例えば、使用者が基準位置からずれた位置を握って締め付けを行ってしまった場合でも、従来のトルクレンチに比べて、表示されるトルクと実際に締め付けられたトルクとの誤差が少なく、正確なトルクで締結部材を締め付けることができる。

以上のように、本実施形態のトルクレンチ１によれば、ロードセル４が力を受けるとロードセル４の自由端側が固定端側に対して、力の方向に平行移動して変形するため、ロードセル４はヘッド２を軸支する回動軸まわりのモーメントを、曲げモーメントとしてではなく、荷重として受けることができる。そのため、締め付ける力の大きさに応じてロードセル４がリニアに変形し、締め付ける力とロードセル４から出力される電気的な信号との直線性が高いトルクレンチが得られる。これにより、広範囲の締付力に対して正確にトルクを測定することができ、締め付けトルクの範囲の異なるトルクレンチにおいてロードセル部分を共通部品としたトルクレンチを提供することができ、製造コストを下げることができる。また、本実施形態のトルクレンチ１によれば、ロードセル４がロバーバル型のロードセルであるため、力を受けて生じるロードセル４の変形量は、ヘッドの回動による作用点の位置の変位に影響を受けることがない。これにより、ヘッド２とロードセル４とを別体としても正確に力を測定することができる。

なお、本実施形態においては、ロードセル４は、円形孔が重ね合わされた形状の開孔４２を備えるものとして説明したがこれに限られず、ロバーバル機構として機能するロードセルであればよい。例えば、開孔の形状として、円形孔を二つ形成し、その二つの円形孔を矩形の孔によりつなげて形成される形状でもよい。また、ロードセルを四角形状にくり貫いて、ロードセルの外面側に４つの半円形状の溝をくり貫いて形成してもよい。このような形状でも、ロードセルがロバーバル型のロードセルとして機能するための起歪部を形成することができる。

また、本実施形態においては、歪ゲージＲ１〜Ｒ４をロードセル４の外面に貼着したが、これに限られない。例えば、開孔４２の内面であって、起歪部が形成される位置に貼着してもよい。

また、本実施形態において、固定孔４３ａ、４３ｂは、開孔４２と同じ方向に貫通する孔としたが、これに限られない。例えば、図５において、荷重Ｌの方向に貫通する固定孔を形成し、ロードセル４を固定してもよく、ロードセルが動かないように固定できるものであればよい。

また、ロードセル４を固定する方法も固定孔に固定ピン１０ａ、１０ｂを通して固定する方法に限られず、ロードセル４と別の固定枠などの固定部材を用いて固定してもよい。

また、本実施形態において、ロードセル４の係合部４１が形成される端部は、先端方向に開放された四つ股の形状として説明したが、これに限られず、先端側が閉じた形状でもよい。先端が閉じた形状の場合は、係合部は、ロードセル４を開孔４２と同じ方向に貫通する長穴状に形成されることになる。この形状の場合は、軸２２とロードセル４とを先に組み合わせて、その後、係合軸を上記長穴と軸２２の挿込部２３に差し込んで、軸２２とロードセルとを係合させることで、力を伝達するためのリンクを形成することができる。

また、トルクレンチによる締め付け方向が、いずれか一方向に限られる場合には、係合部４１をＵ字型としなくてもよい。例えば、図１に示す手力Ｐの方向のみ締め付けを行う場合には、図５（ｂ）に示した荷重Ｌの方向にのみ荷重がかかるため、荷重がかからない係合部４１の延出部分は省略してもよい。ただし、その場合には、係合軸２４が係合部４１により両側から挟持されないため、別途、支持部材を設けてもよい。

また、本実施形態において、ヘッド２の挿込部２３とロードセル４の係合部４１は、挿込部２３がロードセル４の厚み方向の中心部分に形成された凹溝に差し込まれ、凹凸型でリンクするものとして説明したが、これに限られない。例えば、挿込部２３が軸部２２の回転軸方向Ａにおける一端側からロードセル４側に向けて延出して形成され、係合部４１がロードセル４の回転軸方向Ａにおける他端側からヘッド２側に向けて延出して形成され、両者が互いにＬ字型にリンクする形状であってもよい。

また、本実施形態において、レバー６は、ヘッド２とロードセル４を収容する部分とハンドル部とを備える一体のものとして説明したが、これに限られず、ヘッド２等を収容する部分とハンドル部とを別体としてもよい。

本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。

本実施形態によるトルクレンチ１の内部構造を示す平面図。図１に示すトルクレンチ１の内部構造を示す正面図。図１に示すトルクレンチ１のロードセル４をヘッド２側から見た形状を示す図。トルクレンチ１の、トルクレンチ１に締め付ける力が加わっていない状態を示す内部構造図（ａ）と、トルクレンチ１に締め付ける力が加えられてヘッド２が回動し、ロードセンサ４が変形した状態を示す内部構造図（ｂ）。図４（ｂ）に示したロードセルが変形した状態を示す模式図。トルクレンチ１が備える電気回路を示すブロック図。トルクレンチ１に加えられる力Ｐと、トルクレンチ１の回路により演算されたトルク値との関係を示す特性線図。トルクレンチ１に加えられる力Ｐの位置と、測定されるトルクの誤差との関係を示す特性線図。従来のトルクレンチの構成を示す図。

符号の説明

１トルクレンチ
２ヘッド
２１ヘッド本体
２２軸部
２３挿込部
２４係合軸
４ロードセル
４１係合部
４２開孔
４３ａ、４３ｂ固定孔
４４傾斜部
４５ａ〜４５ｄ起歪部
６レバー
８ヘッドピン
１０ａ、１０ｂ固定ピン
１００処理回路部
Ｒ１〜Ｒ４歪ゲージ

Claims

手力が加えられるレバーと、
前記レバーの先端部に回動軸を介して回動自在に取り付けられ、締結部材に係合するヘッド本体から後方に軸部が延出されたヘッドと、
前記レバーの回動操作により前記締結部材を締め付ける際の締付けトルクを電気的に検出する前記レバーに固定されたロバーバル型のロードセルと、を備え、
前記ロードセルの前方に前記ヘッドを配置し、前記ヘッドの軸部を前記ロードセルに作用させてトルクを検出するようにしたことを特徴とするトルクレンチ。
前記ロードセルは、前記レバーの長手方向に沿って延びていて、先端側を自由端として前記レバーに片持ち支持固定された弾性体を有し、
該弾性体は、前記ヘッドの軸部後端と係合する先端側に設けられた被作用部と、前記被作用部と軸方向後端側の固定端部側との間に形成され、前記被作用部が前記ヘッドの軸部から受ける荷重によって対象に歪が生じる複数の起歪体部を備える本体部からなり、前記複数の起歪体部にそれぞれひずみゲージ貼り付けたことを特徴とする請求項１に記載のトルクレンチ。