JP2010179451A - レンチ及びトルク角度警告方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ネジ孔にネジを螺入する際のトルク、及びネジとワッシャ表面との圧着回転角度の精度を向上させることができるレンチ及びトルク角度警告方法を提供する。
【解決手段】レンチは、レンチ本体２００と、レンチ本体２００に設けられた電子装置３００とを含む。電子装置３００は、所定のトルク値４１０及び所定の角度値４２０を記憶する記憶ユニット４００と、レンチ本体２００のトルクを検出するトルク検出装置５００と、トルクが所定のトルク値４１０に達すると起動し、レンチ本体２００の回転角度を検出する角速度検出チップ６００と、角度が所定の角度値４２０に達するときに警告信号を発する警告装置７００とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明はハンドツールに関し、特に、レンチに関する。

図１Ａ及び図１Ｂは、精密ネジを取り付けるときの状態を示す断面図である。図１Ａ及び図１Ｂに示すように、精密ネジ１１０とネジ孔１３０との間には、互いの接触面積を増やして摩擦力を高めるために、ワッシャ（ｗａｓｈｅｒ）１２０が配置されている。精密加工の応用分野では、ワッシャ１２０がネジ１１０によりネジ孔１３０に当接されているため、トルクはワッシャ１２０が受ける圧力と緊密な関係にある。ワッシャ１２０が受ける圧力は、ネジ１１０がネジ孔１３０と噛み合わさる下向きの力であり、坪量で表される。ワッシャ１２０が受けるトルクとは、ネジ１１０とワッシャ１２０との接触面が圧着され、所定の角度（図１Ｂでは４５度である）で回転されるときに発生する力である。

ネジ１１０をネジ孔１３０に噛み合わせるときの坪量が不足する場合には、締結力が不足する。また、ネジ１１０をネジ孔１３０に噛み合わせるときの坪量が高すぎる場合には、ワッシャ１２０が圧壊したり金属疲労が発生したりすることがある。つまり、ネジ１１０によりワッシャ１２０の表面に適宜なトルクが加えられない場合（即ち、ワッシャ１２０にネジ１１０が所定の坪量で圧迫されて所定角度で回転される場合）には、両者は当接されて圧着されているだけであるため緩み易く、ワッシャ１２０により摩擦力を高めることができない。一方、ネジ１１０によりワッシャ１２０の表面に加えられるトルクが大きすぎる場合には、ワッシャ１２０の表面が割れたりして損壊する虞がある。そのため、一般のレンチを用いて多数のネジ１１０を締結する際、各ワッシャ１２０に必要な所定の坪数及び所定角度を得るレンチが求められていた。これに対して、トルク及び角度を検出する機能を備えた電子式レンチの技術が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２）。しかし、これら従来の技術では、ネジを螺入する際のトルクや圧着回転角度の精度が十分ではなかった。

米国特許第４８４５９９８号明細書 米国特許第７０８２８６６号明細書

本発明は上述の点に鑑みて為されたもので、その目的は、ネジ孔にネジを螺入する際のトルク、及びネジとワッシャ表面との圧着回転角度の精度を向上させることができるレンチ及びトルク角度警告方法を提供することにある。

上記の課題を解決することのできる請求項１の発明は、レンチ本体と、前記レンチ本体に設けられた電子装置と、を含むレンチであって、前記電子装置は、所定のトルク値及び所定の角度値を記憶する記憶ユニットと、前記レンチ本体のトルクを検出するトルク検出装置と、前記トルクが前記所定のトルク値に達すると起動し、前記レンチ本体の回転角度を検出する角速度検出チップと、前記角度が前記所定の角度値に達するときに警告信号を発する警告装置と、を備えることを特徴とする。
請求項２の発明では、請求項１の発明において、前記電子装置は、前記トルクが前記所定のトルク値に達すると、トリガ信号を出力し、前記角速度検出チップをトリガする比較ユニットを有することを特徴とする。

請求項３の発明では、請求項２の発明において、前記角速度検出チップは、前記レンチ本体が回転する角速度を検出するジャイロと、前記トリガ信号を受信した後に、前記角速度に基づき、アナログ電圧を出力するアナログ電圧出力装置と、を有することを特徴とする。

請求項４の発明では、請求項３の発明において、前記電子装置は、前記アナログ電圧を角度値に変換する変換ユニットを有することを特徴とする。

請求項５の発明では、請求項４の発明において、所定の時間内の前記角度値を加算し、前記角度を生成する計算ユニットをさらに備えることを特徴とする。

請求項６の発明では、請求項１の発明において、前記トルク検出装置は、歪みゲージを含むことを特徴とする。

請求項７の発明では、請求項１の発明において、前記所定のトルク値及び前記所定の角度値にアクセスするユーザインターフェースをさらに備えることを特徴とする。

請求項８の発明では、請求項７の発明において、前記ユーザインターフェースは、表示モニタを含むことを特徴とする。

請求項９の発明では、請求項１の発明において、前記警告信号に基づき、ライトを点滅させる警告ランプをさらに備えることを特徴とする。

請求項１０の発明では、請求項１の発明において、前記警告信号に基づき、警告音を発するスピーカをさらに備えることを特徴とする。

請求項１１の発明では、請求項１の発明において、前記記憶ユニットはＥＥＰＲＯＭであることを特徴とする。

請求項１２の発明では、請求項１の発明において、前記警告装置はマイクロプロセッサであることを特徴とする。

請求項１３の発明は、電子式レンチに応用するトルク角度警告方法であって、所定のトルク値及び所定の角度値を設定するステップと、トルク検出装置を用い、電子式レンチのトルクを検出するステップと、前記トルクが前記所定のトルク値に達したか否かを判断するステップと、前記トルクが前記所定のトルク値に達すると、角速度検出チップを起動するステップと、前記角速度検出チップを用い、前記電子式レンチの回転角度を検出するステップと、前記回転角度が前記所定の角度値に達したときに、警告信号を発するステップと、を含むことを特徴とする。

請求項１４の発明では、請求項１３の発明において、前記トルク検出装置は、歪みゲージを含むことを特徴とする。
請求項１５の発明では、請求項１３の発明において、ユニバーサルシリアルバスを用い、前記所定のトルク値を更新するステップをさらに含むことを特徴とする。
請求項１６の発明では、請求項１３の発明において、ユニバーサルシリアルバスを用い、前記所定の角度値を更新するステップをさらに含むことを特徴とする。

請求項１７の発明では、請求項１３の発明において、前記警告信号に基づき、点滅ランプを発光させるステップをさらに含むことを特徴とする。

請求項１８の発明では、請求項１３の発明において、前記警告信号に基づき、警告音を発するステップをさらに含むことを特徴とする。

請求項１９の発明では、請求項１３の発明において、前記所定のトルク値及び前記所定の角度値を設定するステップは、前記所定のトルク値及び前記所定の角度値を記憶するステップを含むことを特徴とする。

請求項２０の発明では、請求項１３の発明において、前記所定のトルク値及び前記所定の角度値を設定するステップは、ＥＥＰＲＯＭに、前記所定のトルク値及び前記所定の角度値を記憶するステップを含むことを特徴とする。

本発明のレンチ及びトルク角度警告方法は、ネジ孔にネジを螺入する際のトルク、及びネジとワッシャ表面との圧着回転角度の精度を向上させることができる。

精密ネジを取り付けるときの状態を示す断面図である。 精密ネジを取り付けるときの状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるレンチの構造を示す模式図である。 本発明の一実施形態による電子装置を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態による電子装置を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態によるトルク検出装置の構造を示す模式図である。 本発明の一実施形態による角度検出チップを示す回路図である。 本発明の他の実施形態によるマイクロプロセッサを示す回路図である。 本発明の一実施形態によるトルク角度警告方法のステップを示す流れ図である。

図２は、本発明の一実施形態によるレンチの構造を示す模式図である。図２に示すように、本実施形態のレンチは、レンチ本体２００及び電子装置３００を含む。電子装置３００は、レンチ本体２００に設けられ、記憶ユニット４００、トルク検出装置５００、角速度検出チップ６００及び警告装置７００を含む。記憶ユニット４００は、所定のトルク値４１０及び所定の角度値４２０を記憶するために用いる。所定のトルク値４１０とは、レンチ本体２００によりネジ孔にネジを取り付けるときに必要な噛み合わせトルクを指す。所定の角度値４２０とは、レンチ本体２００を用いて得るネジとワッシャとの接触面の適宜な回転角度を指す。所定のトルク値４１０及び所定の角度値４２０は、メーカのネジ及びワッシャの規格書に記載されている。本実施方式のレンチを用いて所定のネジ及びワッシャを取り付ける際、所定のトルク値４１０及び所定の角度値４２０として、ユーザは所定のネジ及びワッシャの規格を、記憶ユニット４００に予め入力しておく。

トルク検出装置５００は、レンチ本体２００のトルク（即ち、レンチ本体２００を用いてネジ孔にネジを螺入するときに加えるトルク）を検出するために用いる。トルク検出装置５００が検出したトルクは、電圧信号に変換して警告装置７００へ伝送する。警告装置７００は、トルクが所定のトルク値４１０に達したことを検出すると、角速度検出チップ６００を起動してレンチ本体２００の回転角度を検出する。即ち、角速度検出チップ６００は、トルクが所定のトルク値４１０に達したときに、レンチ本体２００の回転角度を検出するために用いる。警告装置７００は、角度が所定の角度値４２０に達したときに、警告信号を発してユーザに知らせるために用いる。警告装置７００は、上述のステップを処理するために用いるマイクロプロセッサ７１０を含む。

図３は、本発明の一実施形態による電子装置３００を示す機能ブロック図である。図３に示すように、マイクロプロセッサ７１０は、比較ユニット７２０、変換ユニット７３０及び計算ユニット７４０を含む。トルク検出装置５００によりトルク５１０が所定のトルク値４１０に達したことを検出すると、比較ユニット７２０は、角速度検出チップ６００へトリガ信号７２１を送信し、角速度検出チップ６００をトリガする。角速度検出チップ６００は、トリガ信号７２１を受信すると、レンチ本体２００の角速度を検出し始め、角速度を電圧信号に変換し、変換ユニット７３０へアナログ電圧６１０を出力する。さらに、角速度検出チップ６００の中には、ジャイロ６０１及びアナログ電圧出力装置６０２が含まれる。ジャイロ６０１は、レンチ本体２００の回転角速度を検出するために用いる。アナログ電圧出力装置６０２は、トリガ信号を受信した後に、上述の角速度に基づいてアナログ電圧６１０を出力するために用いる。

変換ユニット７３０は、アナログ電圧６１０を角度値７３１へ変換して計算ユニット７４０へ送信する。最後に、計算ユニット７４０により一定時間内の角度値７３１を加算し、所定の坪量でネジを螺入した後に、レンチ本体２００の回転角度を得る。最後に、上述の角度が所定の角度値４２０になったことを検出した後、警告装置７００により警告信号を発してユーザに知らせ、レンチの作動を停めさせる。このように、本実施形態のレンチによれば、ネジを一定の坪量によりネジ孔へ正確に螺入することができる上、ネジとワッシャとの接触面の回転角度を正確に制御することができる。

図４を参照する。図４は、本発明の一実施形態による電子装置３００を示す機能ブロック図である。図４に示すように、電子装置３００は、ユーザが情報を入力するために用いるユーザインターフェース８００を含む。ユーザインターフェース８００は、ユニバーサルシリアルバス（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ：ＵＳＢ）、表示モニタ８１０及び入力装置を含む。ユーザは、入力装置を介して所定のトルク値４１０及び所定の角度値４２０にアクセスし、ユニバーサルシリアルバスを利用して電子装置３００と外部の電子装置とを接続し、所定のトルク値４１０及び所定の角度値４２０を更新する。ユーザは、表示モニタ８１０を利用し、レンチ本体２００で作業する際のトルク、角度、所定のトルク値４１０、所定の角度値４２０などの情報を得ることができる。警告装置７００は、警告ランプ７５０及びスピーカー７６０を含む。警告ランプ７５０及びスピーカー７６０は、マイクロプロセッサ７１０から送信された警告信号７１１に基づき、ランプを点滅してアラーム音を発する。記憶ユニット４００は、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）を用いてもよいし、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）を用いてもよい。

図５を参照する。図５は、本発明の一実施形態によるトルク検出装置の構造を示す模式図である。図５に示すように、トルク検出装置５００は、歪みゲージ（ｓｔｒａｉｎ ｇａｕｇｅ）であり、本実施形態ではダージン（ＤａＪｉｎｇ）社のＢＫＦ３５０−１ＥＢの歪みゲージを用いてもよい。この歪みゲージは、ブリッジ構造の両端から、レンチ本体２００の回転方向を表す正電圧及び負電圧をそれぞれ出力する。ここでの正電圧と負電圧との電圧差（即ち、トルクの電圧値）が、トルクの大きさを表す。例えば、歪みゲージは、時計回りのトルクを受けたときに正電圧を出力し、逆時計回りのトルクを受けたときに負電圧を出力する。

図６を参照する。図６は、本発明の一実施形態による角速度検出チップ６００を示す回路図である。図６に示すように、角速度検出チップ６００には、インベンセンス（ＩｎｖｅｎＳｅｎｓｅ）社の製品番号ＩＤＧ−１００４であるジャイロの角速度検出チップを用いてもよい。ここで、ジャイロの角速度検出チップは、アナログ電圧６１０を出力ピン（ｐｉｎ）６０３からマイクロプロセッサ７１０へ出力する。製品番号ＩＤＧ−１００４のジャイロの角速度検出チップの出力電圧値は４ｍＶ／°／秒の角度変化量である。さらに、角速度検出チップ６００の起動は、スイッチ６０４により制御され、スイッチ６０４のゲートは比較ユニット７２０に接続される。

ここで、スイッチ６０４の出力端は、角速度検出チップ６００の電源端ＶＤＤに接続されている。言い換えれば、トルクが所定のトルク値４１０に達する前の状態では、角速度検出チップ６００に電源は供給されない。そのため、トルク検出装置５００がトーション値を検知するとき、他の信号により妨害されることがない（即ち、角速度検出チップ６００は同時に作動することがない）。これにより、全体の電力を節減することができる上、トルク検出装置５００の精度を高めることができる。

図７を参照する。図７は、本発明の他の実施形態によるマイクロプロセッサ７１０の構造を示す模式図である。マイクロプロセッサ７１０には、テキサスインスツルメント（Ｔｅｘａｓ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）社の製品番号ＭＳＰ４３０−Ｆ４２７のシングル・チップを用いてもよい。ここで、アナログ電圧６１０は、回路の入力端７０１を介してマイクロプロセッサ７１０内部の変換ユニット７３０へ入力される。マイクロプロセッサ７１０は、電位電圧点７０２により基準電圧を得て、基準電圧及びアナログ電圧６１０を利用して差動電圧値を生成し、内部に設けられた変換ユニット７３０及び計算ユニット７４０により、差動電圧値及び時間差値を用いて実際の角変位量を計算する。即ち、レンチ本体２００は、ネジ孔にネジを所定の坪量で螺入した後、ワッシャへネジを螺入する角度を計算する。上述の時間差値は、マイクロプロセッサ７１０が出力ピン７０３を介してトリガ信号７２１を角速度検出チップ６００へ出力した後、マイクロプロセッサ７１０に内蔵されたタイマユニット（例えば、水晶発振器）を起動して得る。

最後に図８を参照する。図８は、本発明の一実施形態によるトルク角度警告方法のステップを示す流れ図である。本実施形態のトルク角度警告方法は、電子式レンチに応用することができる。まず、ステップ９１０において、所定のトルク値及び所定の角度値を設定する。その後、ステップ９２０において、トルク検出装置を利用し、電子式レンチのトルクを検出する。続いて、ステップ９３０において、トルクが所定のトルク値に達したか否かを判断する。ステップ９３０の結果がイエスの場合、ステップ９４０において、角速度検出チップを起動する。その後、ステップ９５０において、角速度検出チップを用い、電子式レンチの回転角度を検出する。最後に、ステップ９６０において、回転角度が所定の角度値に達したときに警告信号を発する。
当該技術分野の当業者が実施できるように、本発明の好適な実施形態を前述の通り開示したが、これらは決して本発明を限定するものではない。本発明の主旨と領域を脱しない範囲内で各種の変更や修正を加えることができる。従って、本発明の特許請求の範囲は、このような変更や修正を含めて広く解釈されるべきである。

１１０ ネジ
１２０ ワッシャ
１３０ ネジ孔
２００ レンチ本体
３００ 電子装置
４００ 記憶ユニット
４１０ 所定のトルク値
４２０ 所定の角度値
５００ トルク検出装置
５１０ トルク
６００ 角速度検出チップ
６０１ ジャイロ
６０２ アナログ電圧出力装置
６０３ 出力ピン
６０４ スイッチ
６１０ アナログ電圧
７００ 警告装置
７０１ 入力端
７０２ 電位電圧点
７０３ 出力ピン
７１０ マイクロプロセッサ
７１１ 警告信号
７２０ 比較ユニット
７２１ トリガ信号
７３０ 変換ユニット
７３１ 角度値
７４０ 計算ユニット
７５０ 警告ランプ
７６０ スピーカー
８００ ユーザインターフェース
８１０ 表示モニタ

Claims (20)

1. レンチ本体と、前記レンチ本体に設けられた電子装置と、を含むレンチであって、前記電子装置は、
   所定のトルク値及び所定の角度値を記憶する記憶ユニットと、
   前記レンチ本体のトルクを検出するトルク検出装置と、
   前記トルクが前記所定のトルク値に達すると起動し、前記レンチ本体の回転角度を検出する角速度検出チップと、
   前記角度が前記所定の角度値に達するときに警告信号を発する警告装置と、を備えることを特徴とするレンチ。
2. 前記電子装置は、前記トルクが前記所定のトルク値に達すると、トリガ信号を出力し、前記角速度検出チップをトリガする比較ユニットを有することを特徴とする請求項１に記載のレンチ。
3. 前記角速度検出チップは、
   前記レンチ本体が回転する角速度を検出するジャイロと、
   前記トリガ信号を受信した後に、前記角速度に基づき、アナログ電圧を出力するアナログ電圧出力装置と、を有することを特徴とする請求項２に記載のレンチ。
4. 前記電子装置は、前記アナログ電圧を角度値に変換する変換ユニットを有することを特徴とする請求項３に記載のレンチ。
5. 所定の時間内の前記角度値を加算し、前記角度を生成する計算ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項４に記載のレンチ。
6. 前記トルク検出装置は、歪みゲージを含むことを特徴とする請求項１に記載のレンチ。
7. 前記所定のトルク値及び前記所定の角度値にアクセスするユーザインターフェースをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレンチ。
8. 前記ユーザインターフェースは、表示モニタを含むことを特徴とする請求項７に記載のレンチ。
9. 前記警告信号に基づき、ライトを点滅させる警告ランプをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレンチ。
10. 前記警告信号に基づき、警告音を発するスピーカをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のレンチ。
11. 前記記憶ユニットはＥＥＰＲＯＭであることを特徴とする請求項１に記載のレンチ。
12. 前記警告装置はマイクロプロセッサであることを特徴とする請求項１に記載のレンチ。
13. 電子式レンチに応用するトルク角度警告方法であって、
    所定のトルク値及び所定の角度値を設定するステップと、
    トルク検出装置を用い、電子式レンチのトルクを検出するステップと、
    前記トルクが前記所定のトルク値に達したか否かを判断するステップと、
    前記トルクが前記所定のトルク値に達すると、角速度検出チップを起動するステップと、
    前記角速度検出チップを用い、前記電子式レンチの回転角度を検出するステップと、
    前記回転角度が前記所定の角度値に達したときに、警告信号を発するステップと、を含むことを特徴とするトルク角度警告方法。
14. 前記トルク検出装置は、歪みゲージを含むことを特徴とする請求項１３に記載のトルク角度警告方法。
15. ユニバーサルシリアルバスを用い、前記所定のトルク値を更新するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のトルク角度警告方法。
16. ユニバーサルシリアルバスを用い、前記所定の角度値を更新するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のトルク角度警告方法。
17. 前記警告信号に基づき、点滅ランプを発光させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のトルク角度警告方法。
18. 前記警告信号に基づき、警告音を発するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載のトルク角度警告方法。
19. 前記所定のトルク値及び前記所定の角度値を設定するステップは、
    前記所定のトルク値及び前記所定の角度値を記憶するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載のトルク角度警告方法。
20. 前記所定のトルク値及び前記所定の角度値を設定するステップは、
    ＥＥＰＲＯＭに、前記所定のトルク値及び前記所定の角度値を記憶するステップを含むことを特徴とする請求項１３に記載のトルク角度警告方法。

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