以下、本発明の実施の形態を図1乃至図7� �参照して説明する。図1はトルクレンチの正� ��図及び側面図、図2は図1中A-A線部分断面図� �図3は図1中B-B線部分断面図、図4は同トルク� �ンチの分解斜視図、図5は同トルクレンチの� ��ンサユニットが取り付けられた様子を示す� ��歪体の左側・右側概略的側面図、図6は同ト ルクレンチの電気的構成図、図7は同トルク� �ンチのトルク演算部の演算式を説明するた� �の説明図である。

 ここに掲げるトルクレンチは、ラチェッ� ��等の締付部10と、前側カバー部21と後側グリ ップ部22とを有したハウジング20と、ハウジ� �グ20内に収容されており且つ先端部に締付部 10を取替可能に連結する軸状の起歪体30と、� �付けトルクTを測定するために起歪体30に軸� �向に異なる位置に配設された第1の歪みセン� ��42a,42b及び第2の歪みセンサ43a,43bと、締付け� ��ルク設定値等を設定するための設定部70と� �第1の歪みセンサ42a,42b及び第2の歪みセンサ43 a,43bの検出結果に基づいて力点位置の変動に� ��う誤差を補正しつつ締付けトルクTを演算す る等の機能を有したチップマイコン100と、締 付けトルクT等を出力する出力部300とを備え� �いる。

 まず、図1乃至図3を参照してトルクレン� �の機械的構成について説明する。なお、図1� ��に示すようにハウジング20の後側グリップ� �22に作用する締付力Fにより締付部10がQ方向� �回転するが、締付力Fが作用する方向をRとし て表し、これと直交する締付部10の回転軸方� ��をPとして表す。

 締付部10は先端部に締付工具がP方向に向� ��て設けられた軸状部材であって、締付工具� ��種類としてはラチェット、スパナやモンキ� ��レンチ等がある。図示例の締付部10の締付� �具はラチェットである。

 ハウジング20は樹脂成型品であり、前側� �バー部21と後側グリップ部22とを有した二分� ��構造となっている。前側カバー部21及び後� �グリップ部22は筒状の組立体であって、前側 カバー部21は起歪体30の先端部31及び中間部32� ��収容する一方、後側グリップ部22は起歪体30 の基端部33を余裕を持たせて収容している。

 前側カバー部21には締付部10の基端部が挿 入される穴211が先端面に形成されている。前 側カバー部21の裏面には締付部10を起歪体30に 固定するための取付けネジ60をP方向に挿入す るための穴212が設けられている。

 前側カバー部21の正面にはLCD310が設けら� �ており、LCD310の下方位置にはメイン基板200� �設けられている。メイン基板200には、チッ� �マイコン100及び周辺回路が設けられている� �、LED330及び設定部70が設けられている。設定 部70は4つの押しボタンスイッチであり、その キートップ71の頭部は前側カバー部21の正面� �ら露出している。メイン基板200の下方位置� �は、ブザー320及び電池90が設けられている。 図4中24は電池蓋であり、241は電池蓋取り付け 用ナットである。

 後側グリップ部22の内部にはP方向に向い� ��ボスである軸50が設けられている。後側グ� �ップ部22の内壁には一対の穴221が対向して設 けられている。軸50はその両端部が一対の穴2 21に挿入されて支持されている。

 後側グリップ部22の後端部には略円板状� �脂成型品であるグリップキャップ23が回動自 在に取り付けられている。グリップキャップ 23の内側には筒状体が形成されており、その� ��部が穴231となっている。

 起歪体30はハウジング20より若干短めの長 さを有した円筒状の金属製の長尺弾性体であ って、ハウジング20の内部に収容されている� ��起歪体30は、前側カバー部21の内側に位置す る先端部31及び中間部32と、後側グリップ部22 の内側に位置する基端部33と、グリップキャ� ��プ23の内側に位置する後端部34とを有した構 造になっている。起歪体30の後端部34は、先� �部31、中間部32及び基端部33に比べて小径の� �となっている。

 なお、本実施形態においては、加工性及� ��コストの面から起歪体30として円筒状のも� �を用いたが、角柱状、円柱状であってもか� �わない。もっとも、起歪体30が軸50で軸支さ� ��、その弾力方向が一定であることから、角� ��状のものが最適である。

 起歪体30の先端部31には締付部10の基端部� ��挿入される穴311が長さ方向に形成されてい� ��一方、その側面には取付けネジ60が螺着さ� �るネジ穴312がP方向に形成されている。これ� ��より締付部10が起歪体30の先端部31に取り替� ��可能に連結されるようになっている。

 起歪体30の中間部32にはR方向の両側面に� �部321が各々形成されている。凹部321の一方� �は第1の歪みセンサ42a及び第2の歪みセンサ43a を含んだセンサユニット40aが固着されている 一方、凹部321の他方には第1の歪みセンサ42b� �び第2の歪みセンサ43bを含んだセンサユニッ� ��40bが固着されている。

 起歪体30の基端部33には軸50が挿入される� ��331が設けられている。即ち、起歪体30の側� �には軸50が貫通している。

 起歪体30の後端部34はグリップキャップ23� ��穴231に挿入される。即ち、起歪体の後端部� ��グリップキャップ23を介して後側グリップ� �22に固定されている。

 センサユニット40aは、起歪体30の凹部321� �長さ方向の長さに対応した長さを有した長� �形のフレキシブル基板41aと、フレキシブル� �板41aの表面上の一方側に作成された第1の歪� ��センサ42aと、フレキシブル基板41aの表面上� ��他方側に作成された第2の歪みセンサ43aと、 フレキシブル基板41aの表面上の両センサの間 に作成された電極44aとを有した構造となって いる。

 このようなセンサユニット40aを起歪体30� �凹部321の底に接着材を用いて貼り付けると� �起歪体30の面上に第1の歪みセンサ42a及び第2� ��歪みセンサ43aが軸方向に並べて配置される� ��

 なお、センサユニット40bについては上記� ��たセンサユニット40aと同一構造であるので� ��その説明は省略する。

 次に図5及び図6を参照してトルクレンチ� �電気的構成について説明する。

 第1の歪みセンサ42a,42b、第2の歪みセンサ4 3a,43bについては本実施形態では起歪体30の歪� ��量に応じて抵抗値が直線的に変化する歪み� ��ージを用いている。

 第1の歪みセンサ42a,42bの出力信号は、両� �号の差分信号を増幅するブリッジ回路等の� �幅回路201、アナログ信号をデジタル信号に� �換するADC202を順次的に介してチップマイコ� �100に出力される。第2の歪みセンサ43a,43bにつ いても全く同様であって、各出力信号は、両 信号の差分信号を増幅するブリッジ回路等の 増幅回路203、アナログ信号をデジタル信号に 変換するADC204を順次的に介してチップマイコ ン100に出力される。

 設定部70はメモリ選択、締付けトルク設� �値及び電源オンオフ等が設定入力可能にな� �ており、これらの入力データをチップマイ� �ン100に出力するようになっている。

 出力部300については、本実施形態では測� ��された締付けトルクT等を表示出力する液晶 パネルであるLCD310と、電源のオン時やオフ時 、測定開始可能状態になったとき、締付けト ルクTが締付けトルク設定値に対して90%に達� �たとき、締付けトルク設定値を超えたとき� �それぞれの状態を使用者に知らせるブザー32 0及びLED330とを有している。

 メモリ部80については、本実施形態では� �付けトルクTを演算するのに必要な各種基準� ��が予め記録されており、チップマイコン100� ��バスラインに相互接続されている。本実施� ��態においてはメモリ部80として不揮発性メ� �リであるEEPROMを用いている。

 電池90については、チップマイコン100、� �の周辺回路及び出力部300等に対して電源電� �を供給している。本実施形態においては二� �化マンガンリチウム電池を用いている。

 チップマイコン100については、本実施形� ��ではその入力ポートにはADC202、ADC204及び設� ��部70等が接続されている一方、その出力ポ� �トには出力部300等が接続されている。そし� �内部メモリ上のソフトウエアを逐次処理す� �ことにより、以下に説明するトルク演算部11 0及びトルク判定部120としての機能等を発揮� �るようになっている。

 トルク演算部110は、メモリ部80上の各種� �準値(l1,l2,L,ka,kb,na,nb)、ADC202の出力値(ADamax,ADa min, ADa) 及びADC204の出力値(ADbmax,ADbmin, ADb) � ��基づいて数1により締付けトルクTを演算し� �いる。

但し、
l1: 図7の第1の歪みセンサ42a,42bと軸50との間� �距離
l2: 図7の第2の歪みセンサ43a,43bと軸50との間� �距離
L : 有効長、図1の回転トルクPと締付力Fの距 離
ka: モーメント換算式の係数、図7の第1の歪� �センサ42a,42bの対用
kb: モーメント換算式の係数、図7の第2の歪� �センサ43a,43bの対用
na: モーメント換算式の係数、図7の第1の歪� �センサ42a,42bの対用
nb: モーメント換算式の係数、図7の第2の歪� �センサ43a,43bの対用
ADamax: 図6のADC202の出力最大値
ADamin:図6のADC202の出力最小値
Adbmax:図6のADC204の出力最大値
ADbmin:図6のADC204の出力最小値
ADa: 図6のADC202の出力値
ADb: 図6のADC204の出力値
である。

 これがチップマイコン100のトルク演算部1 10としての基本的な機能である。本実施形態� ��は、上記のように演算された締付けトルクT の瞬時値をLCD310に出力している。また、上記 LCD310に出力されている瞬時値は設定部70を通� ��たスイッチ操作により、ホールドした値を� ��除することが可能である。N・m以外のトル� �単位が設定部70を通じて設定されたときには 、締付けトルクTを設定されたトルク単位に� �算した値をその単位表示も含めてLCD310に出� �することも可能となっている。

 トルク判定部120はトルク演算部110の演算� ��果が示す締付けトルクTが設定部70を通じて� ��定された締付けトルク設定値の90%に達した� ��否か、締付けトルク設定値を超えたか否か� ��各々判定し、これらの判定結果をブザー320� ��びLED330を通じて出力させるようになってい� ��。これがチップマイコン100のトルク判定部1 20としての機能である。

 なお、チップマイコン100は上記機能以外� ��設定部70を通じて設定される締付けトルク� �定値を内部メモリに保持するメモリ機能、AD C202及びADC204の出力値に所定時間変化が現れ� �いときは低消費電力状態になるスリープモ� �ド等がある。

 以下、上記のように構成されたトルクレ� ��チの使用方法及びその動作について説明す� ��。

 まず、設定部70を通じて電源がオンされ� �と、チップマイコン100等に電源電圧が供給� �れて動作状態になり、チップマイコン100は� �モリ部80上の設定に必要な各種基準値を読み 込み、これにより零点制御も含めて初期設定 の処理を行う。

 この状態で設定部70を通じて締付けトル� �設定値又はトルク単位等が設定入力される� �、チップマイコン100は内部メモリに保持す� �一方、ADC202及びADC204の出力値に所定時間変� �が現れないときは低消費電力状態になるス� �ープモードに移行する。

 トルクレンチを用いて実際にボルト等を� ��付けるときは、後側グリップ部22を手に持� �て締付部10をQ方向に回転させるようにする� �この際のグリップ位置の指定はなく、後側� �リップ部22のどの部分を握って締め付けを行 っても正常なトルク計測が行われる。

 本来は、後側グリップ部22のうち軸50の真上 部分を手に持って締付けを行ったとき(本来� �グリップ位置と称する。)、図7中に併せて示 す力P1の大きさが最大となり、力P2の大きさ� �極めて0に近づく。したがって、本来のグリ� ��プ位置で一定の荷重を加えた場合、第1の歪 みセンサ42a,42bの出力は力P1に比例する。しか し、本来の
グリップ位置から出力部300側に力点位置をず らして同一の荷重をかけた場合、力P2は力P1� �逆方向の荷重が発生する。また同様に、本� �のグリップ位置からグリップキャップ23側に 力点位置をずらした場合、力P1は減少し、力P 1と同方向に力P2が増加する。このときに第1� �歪みセンサ42a,42bの出力と力P1の比例関係が� �れる。その変化に対して第2の歪みセンサ43a, 43bの出力を計算する事で、力P1,P2それぞれの� ��を求める事ができる。

 たとえば、本来のグリップ位置からグリッ� ��キャップ23側に力点位置がずれた場合、セ� �サの出力は力P1と力P2の合算値となり第1の歪 みセンサ42a,43bと第2の
歪みセンサ43a,43bの出力は共に増加する。こ� �出力信号とセンサ位置と力点位置
の関係からトルクを演算する。これにより、 グリップにいかなる力がかかった場合も正確 なトルク演算が可能になる。即ち、力点位置 の変動に伴う誤差を補正しつつ締付けトルク Tが求められる。

 このように後側グリップ部22のどの部分� �握って締め付けを行っても正常なトルク計� �が行われることから、操作性が格段に向上� �、不慣れな者であっても適正な締付け作業� �実現することが可能になる。

 また、締付けトルクTが内部メモリ上の締 付けトルク設定値の90%に達すると、その旨が ブザー320及びLED330を通じて出力される。その 後、締付けトルクTが内部メモリ上の締付け� �ルク設定値を超えると、その旨がブザー320� �びLED330を通じて出力される。このようなブ� �ー320の音やLED330の点灯により警告が行われ� �。使用者はこの警告を確認しながらボルト� �の締付け作業を行うことができることから� �締付け作業を円滑に進めることも可能にな� �。

 締付工具を別のものに交換することが必� ��であるときには、取付けネジ60を外して締� �部10を付け替えるようにすると良い。この際 、交換後も有効長が変化しないときには、上 記と全く同様に締付けトルクTを測定するこ� �が可能である。また、交換後も有効長が変� �するときは、メモリ部80上の各種基準値のデ ータを書き換えるようにすると締付けトルク Tの正確な測定結果が得られる。

 即ち、ラチェット以外にモンキーレンチ� ��スパナ等の工具を用いた締付け作業に使用� ��ることができるだけでなく、有効長が異な� ��ものにも適用可能であることから、締付け� ��ルクTの測定範囲を容易に大きくすることが 可能になる。また、締付力Fが起歪体30に作用 するのは軸50の部分と後端部34の部分だけで� �るので、起歪体30の全体が所期の通りに大き く歪み、これに伴って、締付けトルクTの測� �精度が向上する。

 なお、本発明に係るトルクレンチは上記� ��施形態に限定されず、以下のように設計変� ��してもかまわない。締付部10については、� �状、工具の種類及び起歪体30への連結方法等 が問われず、前側カバー部21を通じて起歪体3 0の先端部31に連結する形態であっても良い。 起歪体30については、軸状である限り、その� ��質や断面形状等が問われず、先端部31を露� �させる形態であっても良い。第1の歪みセン� ��42a、42b及び第2の歪みセンサ43a,43bについて� �、その種類等が問われず、起歪体に軸方向� �異なる位置に配置されている限り、取付方� �や取付位置についても任意である。例えば� �両センサを両起歪体30の面上に直に取り付け るようにしたり、両センサを軸方向に一列に 並べるのではなく、その位置から周方向に位 置ズレさせた箇所に取り付けるようにしても 良い。

 トルク演算部110及びトルク判定部130につ� ��ては、アナログ回路等により同一又は類似� ��機能を実現する形態であっても良い。特に� ��ルク演算部110については、各有効長に対応� ��た複数の各種基準値をメモリ部80に予め記� �する一方、設定部70を通じて締付部10の種類� ��選択入力可とし、選択入力された締付部10� �種類に対応する各種基準値をメモリ部80から 読み出し、これを用いて締付けトルクTを演� �する形態であっても良い。

 出力部300については、トルク測定値及び� ��定結果等の出力形式等が問われず、トルク� ��定値がトルク設定値に近いか又は達したか� ��判定結果を単に光、音、振動等で知らせる� ��態であっても良い。ハウジング20について� �、想定される衝撃に耐え得る材質であれば� �く、そして、その形状についても問われず� �起歪体30の基端部33を後側グリップ部22の内� �にて単に保持する形態であっても良い。