TWI510769B - A screw that senses tension - Google Patents

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Description

感測張力的螺接件
本發明有關一種螺接件，尤指一種可以感測該螺接件於螺固一物體時，其軸向的拉伸/張力的螺接件。
眾所皆知，舉凡應用在各類領域中，凡是作為兩種(或以上)物件之間的固定、結合(例如：機械設備、精密儀器或建築工程等)，有需要作接合、固定的部位，大部分係運用螺栓、螺絲或螺帽等螺固件，透過簡易的鎖螺方式將物件予以螺固結合。然而，當螺固件被應用在高精密、高科技要求的儀器設備，或者需要有高安全性的建築工程時，往往不僅是將連接部位予固接，更是要求物件連接部位之間必須有精確的鎖緊力螺固，倘若螺固構件的鎖緊力過鬆或過緊，不僅無法達到設計要求，也會影響被鎖物(如：機械設備)的使用需求、效果及安全性等等。是以，為了得知螺接構件在鎖螺固定物體的鎖緊力/鎖緊扭力，習用技術係在螺栓或螺絲上設置一感測器(sensor)，當螺栓/螺絲在鎖緊物體時，可藉由感測器偵測螺栓的變形量，以獲得螺栓的鎖緊力/鎖緊扭力，使作業人員可控制螺栓的鎖緊力，達到高精確、高安全性等需求。
上述習知技術主要以感測螺接件的受力變形關係，作為感測/偵測螺接件的鎖緊力之技術手段。本發明提供另外一種感測技術手段，透過不同特徵結構設計，可取得更精確、更清楚的應力變化，藉以清楚、精確地感測螺接件的鎖緊程度，提升 螺接件在鎖緊上的精確性。
本發明之主要目的在於提供一種具感測拉伸/張力的螺接件，係於該螺接件之螺紋的表面凹設有至少一容置槽，藉由該容置槽靠近於螺紋表面的設計，當螺接件螺固鎖緊時，裝設於該容置槽內的感測構件可得以精確地感測螺接件於軸向方向的拉伸/張力。
本發明所提供之感測張力的螺接件，其中該螺接件具有一軸向，該螺接件沿著該軸向具有一螺紋，該螺接件更具有：至少一容置槽，係由該螺紋之周緣表面所凹設形成；以及至少一感測構件，係設置於該容置槽內，藉以感測該螺接件之軸向張力。
藉此，當該螺接件螺固物體時，螺接件將於其軸向產生拉伸張力，由於該感測構件所設置之係靠近該螺接件之螺紋，可精確地感測該螺接件於軸向上之拉伸量，藉以精確獲得螺接件的鎖緊力，提升螺接件在鎖緊程度的精確性。
20‧‧‧螺接件
C‧‧‧軸向
S‧‧‧螺紋
G‧‧‧容置槽
T‧‧‧拉伸/張力
30‧‧‧感測構件
32‧‧‧拉伸件
321、322‧‧‧二端(拉伸端)
34‧‧‧感測器
341、342‧‧‧二端(拉伸端)
40‧‧‧固定件
50‧‧‧保護蓋
20’‧‧‧螺栓
22‧‧‧頭部
24‧‧‧桿部
25‧‧‧凹入
26‧‧‧通道
27‧‧‧通孔
20”‧‧‧螺帽
28‧‧‧本體
29‧‧‧螺孔
60‧‧‧電線
70‧‧‧被鎖物
80‧‧‧基座
81‧‧‧螺紋
為了使審查委員能進一步瞭解本發明之目的、特徵以及所達成之功效，以下茲舉本發明若干之較佳實施例，並配合圖示詳細說明於后：第一圖係本發明之螺接件第一較佳實施例之立體圖。
第二圖係第一圖之立體分解圖。
第三圖係第一圖之前視圖。
第四圖係第一圖之縱向剖面圖。
第五圖係本發明之螺接件第一較佳實施例螺固被鎖物之示意圖。
第六圖係本發明螺接件第一較佳實施例另一態樣之立體圖。
第七圖係本發明之螺接件第二較佳實施例之剖面圖。
第八圖係本發明之螺接件第三較佳實施例之立體分解圖。
第九圖係本發明之螺接件第四較佳實施例之立體圖。
第九A圖係本發明第九圖之剖面圖。
第十圖係本發明之螺接件第五較佳實施例之立體圖。
第十A圖係本發明第十圖之剖面圖。
第十一圖係本發明之螺接件第六較佳實施例之立體圖。
第十一A圖係本發明第十一圖之剖面圖。
請參閱第一圖到第五圖，係本發明第一較佳實施例所提供之螺接件，該螺接件20設有一感測構件30，以感測螺接件20之拉伸狀態及張力。該螺接件20可為螺栓/螺帽等，凡是可沿其本身軸向作旋轉螺固者，均屬本發明之螺接件範疇。本實施例係以螺栓為例，該螺栓20’具有一頭部22及一設於該頭部22底面的桿部24；該頭部22係供扳手類之手工具套接或嚙接，使手工具得以驅轉該螺固件，該頭部22之構形並不以本實施例所示為限，凡是可製成不同型式的構形，以配合不同型式的扳手、類手工具者皆可。該桿部24的周緣表面係設有一螺紋S。其中，該螺栓20’係具有一軸向C，為沿著該桿部之縱向所形成；該螺紋S係沿著此軸向C形成於該桿部24的周面。
本實施例中，該桿部24的螺紋S的周緣表面係凹設有二個容置槽G(亦可一個)，該二容置槽G係沿該軸向C所形成，並靠近於螺紋S表面，且彼此相背對以形成相隔180度，各 容置槽之壁面係沿著該軸向C設有上、下二端，其上、下端之間的長度係大於其寬度，使該容置槽G的縱向位於該螺栓20’之軸向C方向。
該感測構件30係容置於該容置槽G，感測構件30具有一拉伸件32及一感測器34。該拉伸件32具有可拉伸性，並呈片狀或板狀為佳(例：金屬片、金屬板)，具有一靈敏的拉伸變化特性，該拉伸件32可以黏設或貼設方式，設置於該容置槽G之壁面；亦或；如本實施例所示；該拉伸件32之二端321、322分別以一固定件40固設於容置槽G內，使拉伸件沿著該軸向C方向之二端分別形成二拉伸端321、322，與該容置槽G之縱向二端對應。值得一提的，由於該容置槽G係靠近該螺紋S表面，因此當螺紋S因受力而拉伸時，該容置槽G可精確地反應該螺紋S的變形量。該感測器34係設置於該拉伸件32上，可以感測容置槽G內之該拉伸件32的拉伸變化。其中，該感測器34可為一張力規、應變規或具有感測晶片的感測元件，並可利用有線或無線傳輸方式，傳輸其所感測的資料，例如但不以此為限，以紅外線、藍牙、電磁波或類似技術等方式作感測資料的無線傳輸。
請參閱第四圖所示，本實施例係以有線傳輸為例，該螺栓20’自該頭部22頂面沿該軸向C向內設一通道26，延伸至該桿部24；該桿部24設有至少一通孔27連通該通道26與各該容置槽G；此外，該頭部22頂面更可設一凹入25。藉此，可使至少一電線60經由該通道26及通孔27，以連接各該感測構件30，使感測構件30的資料透過電線60作有線傳輸。
請參閱第五圖所示，係本發明第一較佳實施例之使用狀態，顯示該螺栓20’螺固至少一被鎖物。如圖所示，螺栓20’之桿部24係穿過被鎖物70之穿孔並螺接於一基座80(或螺 帽)之螺孔，當螺栓20’旋緊時，該頭部22抵頂在被鎖物70；該桿部24之螺紋S接觸嚙合基座80之螺紋81；其螺紋S與基座80之螺紋81係相互迫緊，使螺栓20’於軸向C方向產生拉伸之伸展狀態，其拉伸/張力T與鎖緊力呈正比，而拉伸件32亦隨著螺栓伸展。於螺栓之拉伸反應上，其外周面(即螺紋S處)之拉伸反應係較螺栓內部明顯，該等容置槽G係臨近螺紋S處，可確實及精確反應螺栓20’沿著該軸向C方向上拉伸/張力T的應力變化，從而使感測構件30之拉伸件32亦同步地產生拉伸作用，呈現出該拉伸/張力T變化，該感測器34可即時地感測該拉伸件32的二端321、322於該軸向C之拉伸/張力T變化，並轉換成該螺栓20’的鎖緊力，並以有線或無線方式傳輸至外部裝置(未示)，藉以確實、精確地取得該螺栓20’的鎖緊力，提高鎖緊程度的精密、精確性。藉此；本發明係使感測器34於最接近螺紋S之處感測螺接件之張力；使感測值更為精確。另外，螺栓20’之張力轉換為鎖緊力之轉換過程可直接由感測器34完成，或由接收器轉換。由於可得知螺栓20’的鎖緊程度，在螺栓螺固後，可監測螺栓之鎖緊力是否發生變化。
請參閱第六圖所示，在本第一實施例中，可於每一個容置槽G容設一保護蓋50，以封裝該感測構件30，作為防塵、防污、防潮濕的效果。
請參閱第七圖所示，係本發明第二較佳實施例所提供之螺接件，本實施例以螺栓為例。其中，螺栓20’設有二個容置槽G，係內凹形成於桿部24的螺紋S，且該二容置槽G係沿著軸向C而位於桿部24不同高度位置，並將二個感測構件30設置於上、下不同位置的容置槽G內。如同上述第一較佳實施例運作，當螺栓20’螺固後，不同位置的感測構件30可感測到螺 栓20’(螺接件20)沿著軸向C之不同高度位置的拉伸/張力，藉以可取得更佳精確、精密的鎖緊力。
請參閱第八圖所示，係本發明第三較佳實施例所提供之螺接件。其中，本實施的螺接件亦以螺栓為例，相較於第一實施例而言，本實施例之差異係：該感測構件30僅具有一感測器34，該感測器34以黏設或貼設方式設置於該容置槽G壁面。或以二固定件40將感測器之二端分別固接於容置槽G；使感測器34於該軸向C方向的二端形成二拉伸端341、342，以便隨著螺栓之拉伸狀態而伸展，以感測螺接件之張力。該感測器34可為一張力規、應變規或具有感測晶片的感測元件，並可利用有線或無線傳輸方式，傳輸其所感測的資料。
如同上述第一較佳實施例的運作，當桿部24的螺紋S配合鎖緊，螺栓20’於該軸向C方向產生一拉伸/張力，拉伸/張力係與鎖緊力呈正比。利用該感測器34可精確、清楚地感測螺栓於該軸向C之拉伸/張力化，並轉換成該螺栓20’的鎖緊力，並以有線或無線方式傳輸至一外部裝置(圖未示)，藉以取得該螺栓20’的鎖緊力。
請參閱第九圖與第九A圖所示，係本發明第四較佳實施例所提供之螺接件。本實施例以螺帽為例，螺帽20”具有一本體28及一設於該本體28內部的螺孔29；該本體28供扳手類之手工具套接合或嚙合，使手工具得以驅轉該螺固件，該本體28的構形不以本實施例所示為限，其可製成不同型式的構形，以配合不同型式的扳手類手工具。其中，該螺接件20之軸向C係為該螺孔29的軸向；該螺紋S係沿著螺接件的軸向C設置於該螺孔29的孔壁。該螺孔29的螺紋S的周緣表面係內凹形成一個或二個容置槽G，該容置槽G之縱向位於該軸向C。該感測構 件30可黏設或貼設於該容置槽G底面，該感測構件30為一感測器34，可以電線60連接作資料傳輸(或者，感測構件30亦可以無線方式作資料傳輸)。另外，如第九圖所示，本實施例中，該容置槽G的一端係實穿於至該本體28的一端面，使容置槽G之至少一端形成一開口端g，用以提供電線60連接於感測構件30後，可經由開口端g穿出螺帽20”外。
如此，如同上述第一較佳實施例的運作，當螺帽20”配合一螺栓螺固被鎖物時，螺孔29的螺紋S係受力使螺帽於該軸向C方向產生一拉伸/張力，拉伸/張力係與鎖緊力呈正比，該感測構件30係可直接感測螺帽20”於該軸向C上之拉伸/張力變化，藉以獲得螺帽20”的鎖緊力。該螺孔29之螺紋S係為螺帽20”產生拉伸變形量最大之處；藉由容置槽G設於螺紋S處；感測構件30可準確的感測螺帽之伸展/張力。
以感測器34直接設於容置槽G時；係以感測器本身直接感測螺接件20(螺栓或螺帽)之伸展變化。
請參閱第十圖與第十A圖所示，係本發明第五較佳實施例所提供之螺接件。其中，本實施例亦為螺帽。本實施例與上述第四實施例的差異在於：該感測構件30為一感測器34，該感測器34沿著該軸向C方向的二端分別形成二拉伸端341、342，與該容置槽G之縱向二端對應，並利用二固定件40予以固定。
同樣的，如同上述第一較佳實施例的運作：當螺帽20”螺緊被鎖物時，螺孔29的螺紋S係受力，螺帽並於該軸向C方向產生一拉伸/張力，拉伸/張力係與鎖緊力呈正比。利用該感測構件30的感測器34的二拉伸端341、342的拉伸變化，該感測器34可感測拉伸件及螺帽20”於該軸向C之拉伸/張力，並轉換成該螺栓20’的鎖緊力，並以有線(如：電線60)或無線方式 傳輸至外部裝置，藉以取得該螺帽的鎖緊力。
請參閱第十一圖與第十一A圖所示，係本發明第六較佳實施例所提供之螺接件。本實施例為螺帽，相較於上述之第五實施例，本實施例差異在於：感測構件30係具有一拉伸件32及設於該拉伸件之一感測器34。該拉伸件32具有可伸展性，以提供一靈敏的拉伸變化，該拉伸件32係黏設於容置槽G；或其二端321、322以二固定件40固設於容置槽中。於該軸向C上；拉伸件32係隨著螺帽之伸展而拉伸變化，該感測器感測該拉伸件32的拉伸變化。
當螺帽20”鎖固被鎖物時，螺孔29的螺紋S係受力並於該軸向C方向產生一拉伸/張力。該拉伸件32將隨量螺帽之張力而沿軸向C拉伸變化，該感測器34可感測該拉伸件之拉伸/張力的變化，藉以獲得該螺帽的鎖緊力。
本發明所提供之具感測拉伸/張力的螺接件，係主要螺接件發生拉伸變形最大之螺紋處凹設至少一容置槽，並於該容置槽內裝設至少一感測構件，令感測構件得以靠近該螺紋表面，俾可準確地測得該螺接件之拉伸/張力，以獲得螺接件的鎖緊程度，提升螺接件於鎖緊程度的精確性。
上揭諸實施例僅係說明本發明而非限制。綜上所陳，本發明為同類物品首創之結構，並具諸多實用功效之增進，爰依法提出申請。
20‧‧‧螺接件
20’‧‧‧螺栓
22‧‧‧頭部
24‧‧‧桿部
25‧‧‧凹入
26‧‧‧通道
27‧‧‧通孔
C‧‧‧軸向
S‧‧‧螺紋
G‧‧‧容置槽
30‧‧‧感測構件
32‧‧‧拉伸件
321、322‧‧‧二端
34‧‧‧感測器

Claims (7)

  1. 一種感測張力的螺接件，其中該螺接件具有一軸向，該螺接件沿著該軸向具有一螺紋；該螺接件更包含有：至少一容置槽，係由該螺紋之周緣表面所凹設形成於該螺接件；以及至少一感測構件，係對應地設置於該容置槽內，具有一拉伸件及一感測器，該拉伸件之二端係沿著該螺接件之軸向固設於該容置槽之壁面；該感測器係設置於該拉伸件；該感測構件感測該螺接件之軸向張力。
  2. 如請求項1所述之感測張力的螺接件，其中：該螺接件為一螺栓，具有一頭部與一連接於該頭部的桿部，該軸向為該桿部的軸向，該螺紋形成於該桿部的周面；該容置槽係由該桿部之螺紋向內凹設。
  3. 如請求項2所述之感測張力的螺接件，其中：該螺接件具有至少二個容置槽，自該桿部之螺紋向內凹形成紋，且該等容置槽分別設於該桿部之不同高度；至少二感測構件，分別設置於該等容置槽。
  4. 如請求項2所述之感測張力的螺接件，其中：該螺接件之該頭部與該桿部設有一通道，該通道一端係貫穿該頭部；以及至少一通孔，設於該桿部，並連通該通道與該容置槽。
  5. 如請求項1所述之感測張力的螺接件，其中：該螺接件為一螺帽，具有一本體及一設於該本體的螺孔，該螺孔的軸向係為該螺接件之軸向，該螺紋係形成於該螺孔之孔壁；該容置槽係自該螺孔之螺紋向內凹設。
  6. 如請求項5所述之感測張力的螺接件，其中：該容置槽的至少一端係貫穿至該本體之一端面，而形成一開口端。
  7. 如請求項1或5所述之感測張力的螺接件，其中：該感測構件係以無線或有線方式傳輸所感測的資料。
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