JPS63283873A - トルクトランスデューサ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はストレインゲージトルクトランスデユーサ（ｓ
ｔｒａｉｎ　ｇａｕｇｅ　ｔｏｒｑｕｅ　ｔｒａｎｓｄ
ｕｃｅｒ）　、殊にかかるストレインゲージトルクトラ
ンスジューサを組込んだトルクレンチやトルクスクリュ
ードライバの如き工具に関する。

（従来の技術） 今日、トルクレンチの如き工具にストレインゲージを使
用することが理想的であることが理解されてきており、
ストレインゲージを組込んだトルクレンチや種々の構造
が従来より生産されてきた。

例えば、米国特許明細書第３，８９５，５１７号、３，
９７０，１５５号、４，０７３，１８７号、４，４２６
，８８７号、４，３１９，４９４号、４．２４４，２１
３号、４，２５７，２６３号、４，６４１，５３８号、
４．００６，６２９号、４，３９７，１９６号および４
，１２５，０１６号は全てかかる工具について開示して
いる。しかしながら、あいにく一般にデジタル読出しト
ルクレンチと呼ばれるかかるトルクレンチのばあい一定
の大きな不利益が存在する。即ち高価で、相当量の高価
な電子回路を要することが非常に多く、更にその精度は
必ずしも希望通りのものとは限らない。

ストレインゲージトランスジューサにおける最も重要な
機械部品はしばしばばね要素と称せられるものである。

ばね要素の機能は加えられた荷重に対する反作用として
の役を果し荷重の影響を荷重測定にストレインゲージが
配置されるばあい均一な歪み界へ集中させることである
。従ってばね要素のゲージ領域内のひずみ水準が一次弾
性的方法で加えられた荷重に反応することが不可欠であ
る。かくして理想的なトランスジューサの特徴はひずみ
と荷重間が不変の比例関係にあるという点である。この
ことはばね要素が曲げひずみ、直接応力もしくはせん断
を検出するかどうがどうかについても同様にあてはまる
。

一次性のばあいの大きな問題点は全ての単位がある程度
のミクロ可塑性を示し応力が小さいことが理想的線形／
弾性挙動から垂離が少ないことを意味するため、この応
力を小さくするためあらゆることを行うことができるこ
とが望ましいということである。更に、どんな種類の非
一体的な機械的接続も回避しなければならない、デジタ
ル読出しトルク工具に使用される従来のトルクトランス
ジューサの度盛りは困難で複信で電子的に行う必要があ
る。経時クリープを補償することは困難である。

デジタル読出しトルクスクリュードライバとレンチの如
き工具のばあい、工具のトルク検出部分に接着しなけれ
ばならないストレンゲージの使用には相当な問題が存在
する。このことを行うために多くの方法が使用されてい
るが、その大半は工具本体に対してストレンゲージを接
着もしくはにかわづけすることを伴うものである。かか
る工具内に使用される従来のストレンゲージのもう一つ
の大きな問題は１．０００ミクロ歪みにつきｍＶの出力
信号として定義されるゲージ係数が５Ｖの電源につき１
０ｍＶの最大出力のばあいほぼ２オーダである点である
。そのため増幅器が必要になり、そのため装置のコスト
とその複雑さは更に大きくなる。公知のトルクスクリュ
ードライバとレンチの多くに見られる更にもう一つの問
題はばね要素が工具本体の一体部分を形成するため、ば
ね要素の変形やス小しンゲージに対する物理的損傷の如
き欠陥が修理困難で高くつくことである。

米国特許明細書第４，１２５，０１６号（レホスキー）
にはバッテリ作動デジタル読出しトルクレンチで歪み検
出要素がレンチハンドルから除去されレンチの一部を構
成しトルクが加えられたときに締結具と直接接触するた
わみ要素の上に取付けられるものが述べられている。事
実、たわみ要素はレンチハンドル端のソケット構造内の
インサートを形成する。事実上ハンドルでなくレンチの
旋回ヘッドを使用する理由は米国特許明細書第３，８９
５，５１７号（オツトー）内に開示されたようなデジタ
ル読取りトルクレンチの加力点における変化に対して受
入れられない感度と知覚されたものを除去することであ
る、この米国特許明細門弟４，１２５，０１６号（レホ
スキー）中のインサート片を使用する点はレンチの構造
と組立てを簡単化するためであり、歪み検出要素をレン
チハンドルでなくソケット構造内に配置するためにその
必要が生ずるものである。歪み検出要素やゲージをこの
ように置換えることは決して問題に対する解答ではなく
上記した従来のデジタル読出しトルクレンチに関連する
問題をすべて有するということが判る。更に、歪みゲー
ジはレンチの物理的トルク附与構造に対して依然直接あ
てがわれるためその附随する欠点を全て伴い、そのため
製作と組立てには相当の問題が存在することが判る。し
かしながら、主要な問題はその上部にストレンゲージが
取付けられるばね要素の構造と物理的形状はばね要素が
行わなければならない機能よりもストレンゲージを取付
けなければならないレンチの物理的特性により制御され
る点である。

そこで必要とされるのは事実上デジタル読出しトルク工
具の最も重要な要素であるストレンゲージトルクトラン
スジューサの構造に対するより根本的なアプローチであ
る。

同様にして、米国特許明細門弟４，６４１，５３８号（
ヘイロード）はバッテリ作動デジタル読出しトルクレン
チでレンチハンドルから歪み検出要素を除去し、一端を
レンチハンドルに強制嵌装しその他端に工作物接触取付
具を格納するためのソケットを有したばね要素上に取付
けられるものについて述べている。同じ批評は米国特許
第４，１２５，０１６号（レホスキー）に対してと同じ
くこの特許明細書についてもあてはまる、なぜならば、
ストレンゲージは依然レンチの物理的トルク附与構造に
対して直接あてがわれるからである。更に、このトルク
レンチはレンチの本体が一連の別個の連動部品を備えて
いる限りで他のかかるレンチと異なっているにすぎない
。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的はデジタル読出しトルク工具の改良構造を
提供することである。

本発明のもう一つの目的はその中に歪みと荷重間に不変
の比例関係が存在する効率的なばね要素を備えたデジタ
ル読出しトルク工具を提供することである。

本発明のもう一つの目的はストレンゲージを工具本体に
接着、にかわづけする必要をなくすことである。

本発明の更にもう一つの目的はゲージ係数が２以上；理
想的には１０オーダのデジタル読出しトルク工具用スト
レンゲージトルクトランスジューサを提供することであ
る。

本発明の更にもう一つの目的は増幅器を使用する必要の
ないストレンゲージトルクトランスジューサを提供する
ことである。

本発明によればデジタル読出しトルク工具用ストレンゲ
ージトルクトランスジューサで別個のばね要素、同ばね
要素に対して取付けられたストレンゲージ組成体、およ
びばね要素を工具本体に対して非トルク伝達関係に固定
するための手段とを備えることによって工具本体がトル
クを伝達するときにばね要素が工具本体の偏向に応じて
たわむようになったものが提供される。ストレンゲージ
はばね要素上にスクリーン印刷することが理想的である
。ばね要素もまた本発明の実施例中の集積印刷回路板の
一部を構成する。

（実施例及び発明の効果） さて第１図と第２図について述べると、デジタル読出し
トルク工具が設けられているが、本例ではその外側形が
ほぼ従来の物理的構造を有し中空の本体２を有するトル
クレンチでその全体を参照番号１で示しである。

中空本体２内には矩形断面のばね要素３が取付けられる
。デジタル読出しトルクレンチ１もまたディスプレイ、
すなわちＬＣＤ読出し４、および制御スイッチ５を備え
ている。ばね要素上には電子回路６が取付けられ同回路
６はスクリーン印刷厚膜抵抗ストレンゲ−シフ、ＬＣＤ
４、および制御スイッチ５に電気接続される。４個のス
トレンゲ−シフが存在し、そのうち２つはばね要素３の
、上面に、２つは図示しないがその下面に取付けられる
。

ばね要素３は肩８と、その極端部に２又フオーク９を有
することが判るであろう、２又フオーク９は螺刻通し孔
１０を有し、その内部にはローレット切りノブ１２によ
り作動する調節ねじ１１が取付けられる。中空本体２は
また孔（図示せず）も有しローレット切りノブ１２に接
近することができるようになっている。中空本体２はば
ね要素３を格納するためのテーパ付きソケットを有する
。

ばね要素を中空本体内に取付けるためにはばね要素３を
その肩８が中空本体２内に形成されたソケット１３内に
係合するまで中空本体２内へ押し上げる。その後ノブ１
２を用いてばね要素３を中空本体２内で横断方向に調節
する。かくして印刷ストレンゲ−シフを校正もしくはゼ
ロにセットすることができる。チップを適当にプログラ
ミングし電子回路６を設計することによってトルクレン
チを用いて任意の適当な特徴を与えることができること
が判るであろう０例えば、先に供給されたトルクのメモ
リを設け、最大トルクを報知し、トルクをプリセットす
る等のことができる。しかしながら、これらの望ましい
特徴を論するのは目的ではない。当業者にはそれらは明
らかであろう。

回路６を用いて必要とされるディスプレイを提供するこ
とができるということをいっておけば十分であろう。

トルクトランスジューサのばね要素は物理的にトルクを
伝達せず単にトルク工具自体の運動に応じて動くにすぎ
ないから、その組成はそのトルク伝達性質とは無関係で
ストレンゲージの格納にふされしいものであればよい、
この点は重要な利点である。理想的にはプラスチックも
しくはセラミック材料であることが望ましい。

本発明のばね要素は上記の如き中空の工具本体内以外の
多くの位置に固定できることがわかっている０例えばば
ね要素は工具本体内の外側スロット内に取付けることが
できる。このため比較的簡単な挿入と除去が容易になる
ことが判る。

更に、ばね要素の構造はばね要素上にスクーン印刷され
る厚膜フィルム抵抗を使用すると従来のストレンゲージ
に比べて高容量の製造と取付けにとってトランスジュー
サを特にふされしいものとすることが判る。更に、厚膜
抵抗は５　、ＯＯＯ〜ｉｏ、ｏｏｏオームの如き高いイ
ンピーダンスを有することができ電力消費量が極端に低
くなる。

これはバッテリ駆動計器のばあいに死活的重要性を有す
ることは明らかである１反応は±１５００μεの範囲で
線形である。一方、薄膜抵抗を使用する場合、その利点
には、２０．０００オームまでの高インピーダンス、低
コスト、及び高いゲージファクター（２０まで）がある
、上記トルクレンチのばあいには優れた反復可能性があ
り、ボンドやにかわは不要であるからそれは表面を清掃
したりする必要がなく保護コーチングを使用する必要も
ない。更に、接着剤の軟化や寿命によってゲージがすべ
ったりクリープ現象を起こすことがない。

本質的にいって、本発明は従来のストレンゲージと比べ
てすこぶる安価な低コストトランスジューサを使用する
ことを可能にするものである。更に、本発明のトランス
ジューサのばあい１０ｍＶ／Ｖ／　１０００の出力信号
を与えるほぼ１０のゲージ係数を有することが可能であ
る。従って、＋０．１％（５Ｖ供給）の計算誤差が存在
し増幅器の必要がなく信号を直接Ａ／Ｄ変換器によって
処理することができる。増幅器は余分の構成部品を必要
とするためコストとノイズを大きくすることが判る。

これはかかるデジタル読出しトルクレンチ内に通常使用
される２という典型的ゲージ係数を有する従来のストレ
ンゲージと好対照をなしている。従って、我々のトルク
は±０．１％の理論的精度を有し、従来のトルクレンチ
に比べて非常に低い範囲で読取ることができ全トルク以
下の約１０％まで正確に読みとることができる。

更に、ストレンゲ−シフはばね要素３の上下面に位置し
ているためにそれらはせん断応力測定向きであるという
ことが判るであろう、ある条件の下では我々はせん断応
力は曲げ応力測定よりも正確であることが判った。

第３図について述べるとデジタル読出しトルクレンチ１
内に取付けるためのばね要素１５のもう一つの構造が描
かれている。ばね要素１５はばね要素３より僅かに異な
った形をしているが他の点では全て同様である。

さて第４図と第５図について述べると、全体を参照番号
２０で示したデジタル読出しトルクレンチが描かれてい
る。先の図面に関して説明したものと類似した部品は同
じ参照番号を附している。

デジタル読出しトルクレンチ２０は印刷回路板（Ｐ、Ｃ
，Ｂ）２３と４つの厚膜抵抗印刷ストレンゲージ２４を
組込んだばね要素２２を格納した中空本体２１を備えて
いる。本実施例では印刷ストレンゲージはばね要素２２
の側面にある。簡単にするため印刷回路板の要素は図示
されていないが、Ｐ、Ｃ，８２３は単に図面上に黒い部
分として示しであるにすぎない、更に、ＬＣＤ２５とス
イッチ２６が設けられる。ばね２２は一対のテーバ状肩
２７．２８を有し中空本体２１内に取付けやすくしであ
る。中空本体２１内には孔２９が設けられ中空本体２１
内のばね要素２２を調節するためにローレット切りノブ
１２に接近できるようになっている。印刷ストレンゲー
ジ２４はばね要素２２の側面上に位置しているため、そ
れらは曲げ荷重測定に向いている　ｐ、Ｃ，Ｂ２３用の
バッテリ１９は中空本体２１内に格納される。

第６図と第７図について述べると、ばね要素３０のもう
一つの構造が示されていてその内部の先の図面に関して
述べたものと同様の部品は同じ参照番号をふっである。

この実施例ではばね要素３０は印刷回路板を組込んでお
らず、矩形の断面をしてい為、− 第８図と第９図について述べると第６図と第７図に示し
たばね要素に実質上類似したばね要素３１の別の構造が
示されている。但しばね要素３１が正方形の断面をして
いる点は別である。

第１０〜１５図について述べると、全体を参照番号６０
で示したデジタル読出しトルクスクリュードライバでス
クリュドライバきり先６３を格納するためのソケット６
２を有する中空の本体６１を備えている。ばね要素６４
は更にＰ、Ｃ，ＢＯ２（詳しく図示せず）を組込み、中
空本体６１内に取付けられ中空本体６１内に強制ばめを
形成する肩６６を備えている。きり先６３に隣接するば
わ要素６４の自由端は中空本体６１内の孔６８内の一対
の螺刻ねじ６７により取付けられる。ねじ６７は同様に
第１４図に見るように４５°に配列した（第１５図参照
）４つの印刷ストレンゲ−シロ９を含むばね要素６４の
調節と校正を可能にする。

使用中、トルクスクリュードライバ６０は先に述べたデ
ジタル読出しトルクレンチと実質上同一のやり方で作動
する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトルクレンチの一部の部分的に破断し
た斜視図、 第２図は第１図のトルクレンチ内に取付けるばね要素の
一部の斜視図、 第３図は第１図のトルクレンチ内に取付けるばね要素の
もう一つの構造の側面図、 第４図は本発明のトルクレンチのもう一つの構造の一部
を断面形にした側面図で幾つがの断面線を省略したもの
、 第５図は第４図のトルクレンチの一部断面平面図、 第６図は本発明のばね要素のもう一つの構造の側面図、 第７図は第６図のばね要素の平面図、 第８図は本発明のばね要素の更にもう一つの構造の側面
図、 第９図は第８図のばね要素の平面図、 第１０図は本発明のトルクスクリュードライバの断面図
、 第１１図はトルクスクリュードライバの平面断面図、 第１２図は第１０図の矢印■−■の方向に見た断面図、 第１３図は第１０図の矢印ｘｍ−ｘｍの方向に見た断面
図、 第１４図はトルクスクリュードライバのばね要素の斜視
図、 第１５図はストレンゲージの概略輪郭図。 ２・・・中空本体、　　　　　１・・・トルクレンチ、
３・・・ばね要素、　　　　４・・・ＬＣＤ、５・・・
制御スイッチ、　　６・・・電子回路、７・・・スクリ
ーン印刷厚膜抵抗ストレンゲージ、１２・・・ローレッ
ト切りノブ、　　８・・・肩。 り１１０１の浄が１（内容 に変更なし） 手続捕正書（方力 １．事件の表示 昭和６３年特許願第５８１１９号 ２、発明の名称 トルクトランスデユーサ ３、補正をする者 事件との関係　　　出・願　人 住所 名　称　　ゾリンコート・リミテッド ４、代理人 住　所　　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手
町ビル　２０６区 ５、補正命令の日付　　昭和６３年　５月３１日　（発
送日）６、補正の対象

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）デジタル読出しトルク計器用ストレインゲージトル
   クトランスデューサにおいて、 ばね要素と、同ばね要素に取付けられるストレインゲー
   ジ組成体と、ばね要素を計器本体に対して非トルク伝達
   関係に固定する手段と、を備えることを特徴とするトル
   クトランスデューサ。 ２）ばね要素が一体形の印刷回路板の一部を構成するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のストレイ
   ンゲージトルクトランスデューサ。 ３）ばね要素がプラスチック材料により形成されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項もしくは第２項に記
   載のストレインゲージトルクトランスデューサ。 ４）ストレインゲージがばね要素上にスクリーン印刷さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第３項に記載のス
   トレインゲージトルクトランスデューサ。 ５）ストレインゲージが複数の厚膜抵抗を備えることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項に記載のストレインゲ
   ージトルクトランスデューサ。 ６）ばね要素がセラミック材料より形成されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項もしくは第２項に記載の
   ストレインゲージトルクトランスデューサ。 ７）ストレインゲージがばね要素上にスクリーン印刷さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載のス
   トレインゲージトルクトランスデューサ。 ８）ストレインゲージが複数の厚膜抵抗を備えることを
   特徴とする特許請求の範囲第７項に記載のストレインゲ
   ージトルクトランスデューサ。 ９）ばね要素を計器本体に対して非トルク伝達関係に固
   定するための上記手段がばね要素から延び第１の位置で
   工具本体と係合する肩手段と、ばね要素から延び上記第
   １の位置から隔たった第２の位置で工具本体と係合する
   調節手段とを備えることによってばね要素がトルク計器
   がトルクを伝達する時にトルク計器の偏向に応じてたわ
   むことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のスト
   レインゲージトルクトランスデューサ。 １０）調節手段が上記ばね要素内に形成された螺刻孔と
   上記螺刻孔内に螺刻された調節ねじを備えることを特徴
   とする特許請求の範囲第９項に記載のストレインゲージ
   トルクトランスデューサ。 １１）ばね要素が計器内の対応するめすスロット内に挿
   入するためのおす部材を形成することを特徴とするスト
   レインゲージトルクトランスデューサ。 １２）ばね要素が一体形印刷回路板の一部を構成するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１１項に記載のストレ
   インゲージトルクトランスデューサ。 １３）ストレインゲージがばね要素上にスクリーン印刷
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載
   のストレインゲージトルクトランスデューサ。 １４）ストレインゲージが複数の厚膜抵抗より成ること
   を特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載のストレイ
   ンゲージトルクトランスデューサ。 １５）特許請求の範囲第１項、第２項もしくは第１０項
   の何れか一に記載のストレインゲージトルクトランスデ
   ューサを組込んだデジタル読出しトルク工具。 １６）工具本体と、同本体に取付けられた工具と、工具
   本体に非トルク伝達関係に取付けられた別個のばね要素
   と、同ばね要素に取付けられたストレインゲージ組成体
   と、同ストレインゲージ組成体に接続されたデジタルト
   ルク読出しディスプレイと、を備えることを特徴とする
   デジタル読出しトルク工具。 １７）ばね要素が一体形印刷回路板の一部を構成するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載のデジタ
   ル読出しトルク工具。 １８）ストレインゲージがばね要素上にスクリーン印刷
   されることを特徴とする特許請求の範囲第１７項に記載
   のデジタル読出しトルク工具。 １９）ストレインゲージが複数の厚膜抵抗を備えること
   を特徴とする特許請求の範囲第１８項に記載のデジタル
   読出しトルク工具。 ２０）ばね要素がプラスチック材料から形成されること
   を特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載のデジタル
   読出しトルク工具。 ２１）ばね要素がセラミック材料から形成されることを
   特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載のデジタル読
   出しトルク工具。 ２２）工具本体が中空でばね要素が工具本体内に取付け
   られることを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記載
   のデジタル読出しトルク工具。 ２３）ばね要素が工具本体内の固定取付位置に固定接続
   され、別の隔たった調節位置で横断方向調節ができるよ
   うに工具の作用面に対して平行な面内に接続されストレ
   インゲージ組成体の校正を行うことを特徴とする特許請
   求の範囲第２２項に記載のデジタル読出しトルク工具。 ２４）ばね要素が一体形の印刷回路板の一部を形成する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２３項に記載のデジ
   タル読出しトルク工具。 ２５）工具がレンチであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１６項に記載のデジタル読出しトルク工具。 ２６）工具がスクリュードライバであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１６項に記載のデジタル読出しトル
   ク工具。 ２７）中空の工具本体と、同本体に取付けられた工具と
   、上記中空の工具本体内にそれに対して非トルク伝達関
   係に取付けられた別個のばね要素で第１の位置に工具本
   体と係合する肩手段と上記第１の位置から隔たった第２
   の位置で工具本体と係合する調節手段を備えることによ
   ってばね要素が工具がトルクを伝達する時のトルク工具
   の偏向に応じてたわむようになったものと、 ばね要素に取付けられたストレインゲージ組成体と、 同ストレインゲージ組成体に接続されたデジタルトルク
   読出しディスプレイと、 を備えることを特徴とするデジタル読出しトルク工具。 ２８）ストレインゲージが複数の薄膜抵抗を備えること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のストレイン
   ゲージトルクトランスデューサ。