JPS5997852A - トルクレンチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は工作物に締着されたねじ特にネックダウンねじ
の軸に予め設定された偏倚を与えたり測定するトルクレ
ンチに関するものであり、該トルクレンチはレバー腕を
具備しそれにはねじ頭及びナツトと係合する点が一端に
配設され且つレバーの他端にはハンドルが設けられてお
り、さらに前記レバー腕は目的に沿って使用する際弾性
的に湾曲する部分を有し、前記湾曲部には前記レバー腕
に縦方向に配置され且つホイートストンブリッジとして
接続された２個の歪計が離間固定されており、さらに測
定値のデジタル表示を行う表示器（ディスプレイ）を具
備している。

米国特許第４，００６，６２９号に開示されたこの従来
技術トルクレンチはその歪計ブリッジに４個シの一辺に
接続された２個の各歪計はねじ頭及びナツトと係合する
点からの歪計ブリッジの縦方向における距離が異ってい
る。４個の歪計はトルク　′を表わす出力電圧を出すホ
イートストンブリッジの４個の抵抗益を構成している。

トルクレンチに負荷がかからない場合には測定ブリッジ
の出力電圧はＯでなければならない。歪計ブリッジの長
さの温度に依存する変化はブリッジの両辺に接続された
歪計に対称的に作用するため抑］定ブリッジの出力電圧
の変化が妨げられる。トルクレンチを目的に沿って使用
すると歪計ブリッジが弾性的に湾曲するため、ブリッジ
の一辺の２個の歪計は伸長しブリッジの他辺の２個の歪
計は収縮する。歪計のこの伸縮により電気抵抗値が変化
して測定ブリッジ内に０から逸れた出力電圧が生じる。

この出力電圧は対応する変換器を介して測定値のデジタ
ル表示を行つ表示器へ送られる。しかしながらこの従来
技術のトルクレンチは使用時に測定ブリッジ、変換器及
び表示器に対して定電源を必要とし、そのため電力消費
が比較的高く幹線接続を行わなければならない。トルク
レンチを幹線と独立して使用するには大容量の大型バッ
テリを必要とする。

従来技術のトルクレンチのもう一つの欠点は歪計ブリッ
ジに４個の歪計を取りつけた後では平衡、調整等を行う
ことができない点である。歪計ブリッジ及び歪計の仕上
寸法には公差が含まれている。

また歪計ブリッジへの歪計の取付けにも公差が含まれて
いる。公差によるこれらの偏差が加算されて平衡不能な
測定誤差を生じることがある。歪計の公差を含む仕上寸
法には長さの変化と対応する抵抗値の変化との比を示す
比例係数にも関連している。

前記欠点が避けられ低電力消費で正確なトルク測定を行
い且つ応用性及び調整可能性が改善された廉価で簡単な
装置を提供する前記種類のトルクレンチを提供すること
が本発明の目的である。

この目的は互いに独立した２個の歪計を夫々各測定ブリ
ッジに接続し、２つの測定ブリッジの出力電圧を夫々増
幅しスイッチを介して各測定値メモリに加え、そこから
アナログ／デジタル変換器（ＡＤ変換器）を介して周期
的に交互にマイクロプロセッサに加え、マイクロプロセ
ッサが表示器を制御するようにすることによって達成さ
れる。

従って２個の歪計から得られる測定結果の相互関連付け
は、２個の歪計が各測定ブリッジに夫々接続されている
ため、マイクロプロセッサ内において互いに独立して行
われる。２つの測定ブリッジの出力は夫々増幅されるが
、増幅は正確な調整が可能となるように調整することが
できる。２つの増幅された各測定値は測定値メモリに送
られる。

記憶された測定値は周期的且つ連続的にアナログ−デジ
タル変換器に送られ、そこからマイクロプロセッサに送
られマイクロプロセッサによってのみ相互接続されて実
際のトルク量を表示器に示す。

マイクロセッサにより制御される２つの測定ブリッジに
は１５〜２００μｓ間トランジスタを介して電流を周期
的に流すことができる。従ってトルク測定は簡単な方法
でとびとびに行われ、実際の各測定期間は非常に短い。

従って測定のための消費電力は非常に低い。目的に沿っ
て使用する際周期的測定シーケンスはマイクロプロセッ
サにより制御されて急速に変化する徂１定値を表示する
時に加速される。従って測定期間を変えて自動的に条件
に適合させることができる。測定値が一定である限り単
位時間当り２．３回の測定しか行うことができないが、
異なる測定値を受は取る場合には単位時間当りの測定数
が増大する。トルクレンチを目的に沿って使用する時に
大概の測定が行われるため、これによって消費電力も低
減する。この場合にも実際の測定は極めて瞬時的である
。

０トルク測定の場合には２つの測定ブリッジはＡＤ変換
器により処理される最大電圧の半分に対応する出力電圧
を有することができ、一方の回転力向でトルク測定を行
う場合には電圧値は例えば１／２と１７１の間の範囲で
あり他方の回転方向でトルク測定を行う場合には電圧値
は例えば１／２と００間である。従って正負のトルクを
簡単に表示器に表示することができる。

ＡＤ−ｙ換器により処理される最大電圧はおよそ２．５
■とすることができる。この電圧は適正な測定を行うの
に充分である。Ｏトルクを測定する場合には測定ブリッ
ジの出力電圧はおよそ１．２５■である。

０トルク測定を行うと測定ブリッジの実際の出力電圧値
を正規値と比較することができ、正もしくは負のトルク
の実際の測定中の偏差はマイクロプロセッサ内にて修正
値として使用することができる。こうして歪計が温度に
よって伸縮する場合にも０修正は簡単に行われる。一連
の測定の測定値はマイクロプロセッサ内で相互接続する
ことができ、一連のｆｉ１１定の平均値は間合せに応じ
て表示することができる。従ってマイクロプロセッサは
特に簡単な方法で一連の測定値を編集することができ、
個々に測定された値が互いに比較され間合せに応じて平
均値が表示される。

一連の測定の測定値もマイクロプロセッサ内で相互接続
することができ、一連の測定の最大値を問合せに応じて
表示することができる。ここでも測定値は簡単な方法で
互いに比較され、間合せに応じて最大値を表示すること
ができる。

±公差を有して調整されるトルクの正規値に到達したこ
とは光学的及び／もしくは音響的に表示することができ
る。光学及び／もしくは音響信号が調整公差範囲に達し
たことを使用者に伝える。

マイクロプロセッサ内における測定値の相互接続は公差
範囲内の実際の値のみが処理されるようにするのか有利
である。

加わるトルクの最大調整値を越えた場合、所要の逆回転
によりこの許容できない程大きい測定値は一連の測定の
最大値及び／もしくは平均値を決定するための測定値の
相互接続から除外することができる。加わるトルクの最
大調整値を越える時は使用者は許容できない程高いねじ
の張力をゆるめなければならない。トルクレンチをこの
ように逆回転させることにより、高過ぎる測定値は測定
値の相互接続から除外され従って一連の測定の平均値の
決定に何ら影響を及ぼさない。

マイクロプロセッサの制御により測定ブリッジに加わる
電圧従って測定範囲を変えることができる。従ってマイ
クロプロセッサは簡単な方法でトルクレンチの測定範囲
を変えることができる。

またマイクロプロセッサの制御により測定ブリッジの出
力電圧の増幅率従って測定範囲を変えることができる。

こうして出力電圧の増幅率を変えることにより、測定範
囲も同様に簡単な方法で変えることができる。

マイクロプロセッサにより異なる測定単位への変換及び
切換えを行うこともできる。従って変換によりｍｋｇ、
ニュートンｍ等の測定単位を使用することができる。

第１図に示すトルクレンチは工作物に締着されたねじ、
特にネックダウンねじの軸に予め設定された偏倚を与え
たり測定するのに役立つ。簡単にするために工作物及び
ねじは詳細に示さない。トルクレンチは歪計ブリッジ３
として働くレバー腕を具備している。歪計ブリッジ３の
一端にはねじ頭及びナツトと係合する方形体２の形状の
係合点２ が具備されている。詳細に図示せぬソケットが既知の方
法で方形体２上に配設されており、それはねじ頭及びナ
ツトにぴったり嵌合する凹みを有している。歪計ブリッ
ジ３の他端にはハンドル１が設けられている。実施例に
おいてハンドル１は溶接により歪計ブリッジ３に取りつ
けられた平鉄である。もちろんハンドルは歪計ブリッジ
３と一体的に延長するものであってもよい。

歪計ブリッジ３には２個の歪計１６及び１７が取りつけ
られている。歪計１６．１７は歪計ブリッジ３の側面に
設けられており、トルクレンチを適正に使用する間に伸
縮する。２個の歪計１６．１７は歪計ゾリツゾ３の縦方
向において互いに離間されている、第２図から歪計１６
は方形体の縦軸から距離１１だけ離れており、方形体２
の縦軸はトルクレンチの枢動点を構成していることが判
る。歪計１７は歪計１６から距離１２だけ離されている
。後記理由により間隔は便宜上１１＝１２とされている
。

歪計１６．１７により測定される歪計プリッジの外側繊
維は撓みに比例し、撓みは加わるトルク、弾性係数及び
慣性モーメントに依存する。トルクレンチのハンドルに
力を加える時、レバー腕、弾性係数及び慣性モーメント
は変らないため得られるトルクは撓みにより測定するこ
とができる。１個の歪計１６を使用する場合トルクレン
チのトルクは歪計１６により測定されるトルクＭ１と１
７Ｃ１−１１＞の積に対応し、ここに！は力を加える点
までのレバー腕の全長でありｌＶｌは使用する歪計とト
ルクレンチの枢動点間の距離である。トルクレンチの枢
動点間の距離と能動的な力は測定精度に影響を及ぼすた
め、校正を行ったノ・ンドルの同じ点に力を加えること
が必要である。

前記欠点は第１の歪計１６から距離１２だけ離間された
第２の歪計１７を使用して、この位置で測定した値を第
１の歪計１６の測定値と相互接続させることにより回避
することができる。

第２図は一方向が固定された桁（歪計ブリッジ）に対す
るトルクパターンを示す。２個の歪計１６及び１７によ
り定まるトルクを１６及び１７とする。歪計１６は（ね
じ、ナツトの）締着点から距離１またけ離間され、歪計
１７は締着点から距離１１＋１２だけ離間されている。

こうして締着点におけるトルクはＭ＝Ｍ１＋（１１／１
２）（Ｍｌ−Ｍ２）　　となる。１１＝ｉ２となる特定
な場合にはＭ＝２Ｍ１−Ｍ２　　となる。こうして締着
点におけるトルクは力を加える点とは無関係に定まる。

第６図に回路図を示す。歪計１６は抵抗器としてさらに
３個の抵抗器と共に測定ブリッジ１８内に接続されてい
る。

歪計１７は抵抗器としてさらに３個の抵抗器と共に第２
の測定ブリッジ１９内に接続されている。従って２個の
歪計１６．１７は測定ブリッジ１８．１９内に互いに独
立して接続されている。測定ブリッジ１８の出力電圧は
増幅器７へ送出され、測定プリツゾ１９の出力電圧は増
幅器８に送出される。増幅器７はポテンショメータ４に
より制御することができ、増幅器８はポテンショメータ
５により制御することができる。抵抗モーメント従って
歪計ブリッジ３の慣性モーメントが公差により偏向する
場合にも、これらのポテンショメータ４５ 及び５により正確な調整を行うことができる。また歪計
１６及び１１の比例係数にも公差により偏向を受けるこ
とかある。比例係数には縦方向の相対伸長と各歪計１６
．１１の抵抗変化との間の比である。歪計ブリッジ３へ
の歪計１６．１７の不正確な取付け、すなわち間隔１１
及び１２の変化もポテンショメータにより平衡させるこ
とができる。

測定ブリッジ１８からの出力電圧は増幅器７を介してス
イッチ９に加えられ、またスイッチ９を介してコンデン
サによる測定値メモリ１１に加えられる。測定ブリッジ
１９からの出力電圧は増幅器８を介してスイッチ１０に
加えられ、またスイッチ１０を介してコンデンサによる
測定値メモリ１２に加えられる。メモリ１１．１２に記
憶された測定値はスイッチ２２を介して交互に連続的に
アナログ−デジタル変換器１３　（ＡＤ変換器）に加え
ることができる。アナログ−デジタル変換器はマイクロ
プロセッサ１４に接続され、それは次に測定値のデジタ
ル表示を行う表示器１５に接続６ されている。マイクロプロセッサは増幅器７及び８のみ
ならずスイッチ２２及びスイッチ９及び１０をも制御す
る。マイクロプロセッサ１４はさらに２　（ｆｆｉｉの
トランジスタ２０．２１をも制御し、それを介して２個
の測定ブリッジ１８．１９に夫々およそ１５〜２Ｑ、ｍ
８間周期的に電流を流すことができる。目的に沿ってト
ルクレンチを使用する場合、測定は非常に短時間に行わ
れ従って消費実力は非常に低い。測定時間が極めて短い
ため、電力をあまり消費することなく毎秒およそ２０回
の測定を実施することができる。使用上マイクロプロセ
ッサにより制御されて急速に変化する測、定値を表示す
る時には、周期的測定シーケンスを早めることができる
。トルクレンチを使用しても測定値が変化しない場合に
は即座に、周期的シーケンスが実質的に減少して電力は
ほとんど消費されない。

測定ゾリツシはトランジスタ２０及び２１により実際の
測定サイクルの小部分及びメモリ１１及び１２に記憶さ
れた測定値に対してのみオンとされる。これによって測
定を中断している時だけでなく実際の測定期間中にも消
費電力が著しく低減される。増幅器７及び８により増幅
された測定電圧を記憶することにより、測定期間中に得
られる値をＡＤ変換器１３及びマイクロプロセッサ１４
内で連続的に処理することができる。測定ブリッジ１８
．１９は比較的緩速なＡＤ変換器１３の全変換時間中に
オンとする必要はない。ＡＤ変換器１３としては低消費
電力で作動するため緩速変換器を使用すると都合がよい
。測定を中断する時はＡＤ変換器１３もマイクロプロセ
ッサ１４から切り離すことができる。測定電圧はスイッ
チ９及び１０がマイクロプロセッサ１４を介して接続さ
れコンデンサ１１及び１２が測定ブリッジ１８，１９０
オン期間中に充電されるように記憶されている。

測定ゾリツシ１８．１９がオフとなる前にスイッチ９及
び１０はマイクロプロセッサにより再び開かれる。コン
デンサ１１及び１２の充電期間中にスイッチ２２は開い
ている。測定値メモリの間合せ期間中のみスイッチ２２
は一方もしくは他方のスイッチング位置にあり、従って
ＡＤ変換器１３に一時的に接続される。さらに電流を節
約するために測定サイクルと測定サイクルの間で増幅器
７及び８をも切り離すことができる。

０トルク測定期間中は２個のトルク測定ブリッジ１８．
１９にＡＤ変換器１３により処理される最大電圧のほぼ
半分に対応する出力電圧を加えることができる。一方の
回転方向におけるトルク測定期間中は電圧値は例えば１
／２と１／１の範囲内にあり、他の回転方向におけるト
ルク測定期間中は電圧値は１／２と０の範囲内にある。

これによって正負のトルクすなわち一方もしくは他方の
回転方向のトルクを示す簡単な装置が提供される。ＡＤ
変換器１３により処理される最大電圧はおよそ２．５ｖ
である。０次トルクの測定期間中はＡＤ変換器１３に測
定ブリッジ１８．１９からおよそ１．２５　Ｖの出力電
圧が供給される。

０トルク測定期間中に画定ブリッジ１８．１９の実際の
出力電圧値を正規値と比較することができ、正負のトル
クの実際の測定期間中の偏差はマイクロプロセッサ内に
おいて修正値として使用す９ ることかできる。従って歪計１６．１７の温度による長
さの変化は簡単な方法で自動的に平衡される。

一連の測定の測定値はマイクロプロセッサ１４内におい
て相互に接続して、一連の測定の平均値及び／もしくは
最大値を間合せに応じて表示することができる。

また加えられるトルクの正規調整信士公差に達した時に
光学的及び／もしくは音響的に表示を行うことも可能で
ある。従って使用者は調整公差範囲に達したことを光学
的及び／もしくは音響的に知らされる。下限に達すると
例えば図示せぬ緑ランプが点灯する。公差範囲を越える
と図示せぬ赤ランプを点灯することかでき・る。公差範
囲を通り抜ける時には音響信号を供給することもできる
。

トルクレンチを使用する前に使用者は上下限に対して異
なる俤の正規公差範囲値を与えることができる。

加えるトルクの最大調整値を越える時は、必要な逆回転
を行うことにより許容できない程高い測０ 定値は一連の測定の最大値及び／もしくは平均値を決定
するための測定値の相互接続から除外することができる
。使用者がトルクレンチにより許容できない程高いトル
クをねじに加えた場合には、逆回転によりねじを再びゆ
るめなけれはならない。

トルクレンチのこの逆回転により許容できない程高い測
定値は測定値の相互接続から除外され、従って一連の測
定の平均値の決定には何ら影響を及ぼさない。もちろん
公差範囲内にある実際の値のみをマイクロプロセッサ１
４内で相互接続することも可能である。反対方向も含め
て他の全ての値は処理されない。

マイクロプロセッサ１４は測定ブリッジ１８．１９に加
わる電圧、従って測定範囲を変えるのに使用することが
できる。測定範囲の変更はマイクロプロセッサにより制
御される測定ブリッジ１８．１９の出力電圧の増幅率を
変えることにより達成することもできる。マイクロプロ
セッサ１４は同時に異なる測定単位への変換及び切替え
を行うのに使用することができる。例えば測定単位とじ
てｍｋｇ及びニュートンｍを使用することができる。

また英国側足糸への変換も可能である。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に従ったトルクレンチの斜視図、第２図
はトルク図を示すトルクレンチの歪計プリジンの概略図
、第６図はトルクレンチの回路図である。 符号の説明 １・・・ハンドル ２・・・方形体 ３・・・歪計プリジン １６．１７・・・歪計 代理人　桟材　皓 ３ ＩＧ２ 手続補正書（自発） 昭和５８年８月２５日 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５８年特許願第　１３８６６５　　号３、補正をす
る者 事件との関係　特許出願人 住　　所 氏名　　　　ジョミ　トラスト　レグ。 （名　称） ４、代理人 ５、補正命令の日付 昭和　　年　　月　　日 ６、補正により増加する発明の数 明細書の浄書　（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）工作物に締着されたねじ、特にネックダウンねじ
   の軸に予め設定された偏倚を与えたり測定するトルクレ
   ンチにおいて、該トルクレンチはレバー腕を具備してお
   り前記レバー腕の一端にはねじ頭及びナツトとの係合点
   が配設され且つレバー腕の他端にはハンドルが設けられ
   、前記レバー腕は目的に沿って使用する時に弾性的に湾
   曲する部分を有し、前記部分には２個の歪計が前記レバ
   ー腕の縦方向に離間配設されホイートストンブリッジと
   して接続されており、さらに測定値のデジタル表示を行
   う表示器（ディスグレイ）を具備しており、 互いに独立した前記２個の歪計（１６，１７）は夫々各
   測定プリツゾ（１８もしくは１９）に接続されており、
   夫々増幅された２個の測定ブリッジ（１８，１９）の出
   力電圧はスイッチ（９，１０）を介して谷側定値メモリ
   （１１，１２）に加えることができ、そこからアナログ
   −デジタル変換器（１３）（ＡＤ変換器）を介して周期
   的且つ交互にマイクロプロセッサ（１４）に加えること
   ができ、マイクロプロセッサが表示器（１５）を制御す
   ることを特徴とするトルクレンチ。 （２、特許請求の範囲第１項記載のトルクレンチにおい
   て、 マイクロプロセッサ（１４）により制御される前記２個
   の測定ブリッジ（１８，１９）には１５〜２００μｓ間
   トランジスタ（２０，２１）を介して周期的に電流を流
   すことができることを特徴とするトルクレンチ。 （３）特許請求の範囲第１項もしくは第２項記載のトル
   クレンチにおいて、 規定どおりに使用する時周期的測定シーケンスはマイク
   ロプロセッサにより制御されて急速に変化する測定値を
   表示する時に加速できることを特徴とするトルクレンチ
   。 （４）特許請求の範囲第１項から第３項記載のトルフレ
   ンチにおいて、 ０トルク測定に対しては２つの６（１ｊ定ブリツジ（１
   ８，１９）はＡＤ変換器（１３）により処理される最大
   電圧の半分に対応する出力電圧を有し、一方の回転力向
   においてトルク測定を行う場合には例えば１／２と１／
   １間の電圧値となり、他方の回転方向においてトルク沖
   ［定を行う場合には例えば１／２と０間の電圧価となる
   ことを特徴とするトルクレンチ。 （５）特許請求の範囲第４項記載のトルクレンチにｇい
   ”（、ＡＤ変換器（１３）により処理される最大電圧は
   およそ２．５Ｖであることを特徴とするトルクレンチ。 （６）　　特許請求の範囲第１項から第５項のいずれが
   一項に記載のトルクレンチにおいて、 Ｏトルクな伸］定する時は測定ブリッジ（１８゜１９）
   の実際の出力電圧値を正規値と比較することができ、正
   もしくは負トルクの実際の側だ期間中の偏差はマイクロ
   プロセッサ（１４）内において修正値として使用できる
   ことを特徴とするトルクレンチ。 （７）１％、許詩求の範囲第１項から第６項のいずれか
   一項に記載のトルクレンチにおいて、 一連の測定の測定値をマイクロプロセッサ（１４）内に
   おいて相互に関連することができ、一連の測定の平均値
   は間脅せに応じて表示できることを特徴とするトルクレ
   ンチ。 （８）％許請求の範囲第１項から第７項のいずれか一項
   に記載のトルクレンチにおいて、 一連の測定の測定値はマイクロプロセッサ（１４）内に
   おいて相互接続することができ、一連の測定の最大値は
   間合せに応じて表示できることを特徴とするトルクレン
   チ。 （９）特許請求の範囲第１項から第８項のいずれか一項
   に記載のトルクレンチにおいて、 加えるトルクの正規調整値上公差に達したことを光学的
   及び／もしくは音響的に表示できることを特徴とするト
   ルクレンチ。 ００）特許請求の範囲第７項から第９項のいずれか一項
   に記載のトルクレンチにおいて、 公差範囲内の実際の値のみをマイクロプロセッサ（１４
   ）内で相互接続できることを特徴とするトルクレンチ。 αυ　％肝ｈ＾求の範囲第１埃から第１０項のいずれか
   一項に記載のトルクレンチにおいて、加えるトルクの最
   大調整値を越える時は、必要な逆回転によりこの許容で
   きない程筒い測定値を一連の測定の最大値及び／もしく
   は平均値をためるだめの測定値の相互接続から除外でき
   ることを特徴とするトルクレンチ。 （１２１特許請求の範囲第１項から第１１項のいずれか
   一項に記載のトルクレンチにおいて、マイクロプロセッ
   サ（１４）により制御を行って測定ブリッジ（１８，１
   ９）に加わる電圧従って測定範囲を変えることができる
   ことを特徴とするトルクレンチ。 ａ４　　特許請求の範囲第１項から第１１項のいずれか
   一項にＨ１載のトルクレンチにおいて、マイクロプロセ
   ッサ（１４）により制御を行って測定ブリッジの出力電
   圧の増幅率従って測定範囲を変えることかできることを
   特徴とするトルクレンチ。 α４Ｊ　　％許請求の範囲第１項から第１６項のいずれ
   か一項に記載のトルクレンチにおいて、マイクロプロセ
   ッサ（１４）により異なる測定単位への変換及び切替え
   を行うことができることを特徴とするトルクレンチ。