(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハンドル端部及び作業端部を有する細長いトルク入力柄、
前記トルク入力柄によりその作業端部に回転可能に担持され、被作業体と係合される係合ヘッド、
前記トルク入力柄と実質的に平行に配置され、前記ヘッドに固定されて一緒に回転する出力端部と、入力端部とを有する細長い出力柄、
前記トルク入力柄を前記出力柄の入力端部に連結し、前記入力端部を前記トルク入力柄に対して中立位置へ弾性的に押圧する一方、前記中立位置からの前記入力端部の回転変位であって付与されたトルク値に応じた回転変位を許容する押圧機構、
前記入力端部の前記中立位置からの回転変位に応答するホール効果センサーを有するホール効果センサー組立体にして、２つの間隔を隔てられた永久磁石と、前記永久磁石の間に配置され、前記出力柄の前記入力端部により担持されたホール効果センサーとを有したホール効果センサー組立体、
トルク値を表示するために前記ホール効果センサーに連結されたディスプレイ、
所望のトルクレベルを予め設定するプリセット回路、及び
前記プリセット回路及び前記ホール効果センサーに連結され、前記ホール効果センサーで測定されたトルク値が前記予め設定されたトルクレベルに等しくなったときに警報指示を発するための警報装置を含み、
前記押圧機構が前記出力柄の反対両側にそれぞれ係合し、前記出力柄を反対方向へそれぞれ押圧する２つのばねを含んでいるトルクレンチ。
【請求項２】
請求項１に記載されたトルクレンチにおいて、前記柄の各々が剛体であるトルクレンチ。
【請求項３】
請求項１に記載されたトルクレンチにおいて、前記ヘッドがラチェットヘッドであるトルクレンチ。
【請求項４】
請求項１に記載されたトルクレンチにおいて、前記ヘッドがトルク軸線のまわりに回転可能であり、前記出力柄が前記軸線のまわりに枢動可能であるトルクレンチ。
【請求項５】
請求項４に記載されたトルクレンチにおいて、前記プリセット回路、前記ホール効果センサー及び前記ディスプレイに連結され、前記ディスプレイが前記プリセット回路によって予め設定されたトルクレベルを表示するプリセット状態と、前記ディスプレイが前記ホール効果センサーにより検出された付与されたトルク値を表示する付与トルク状態との間で切替え可能であるスイッチ機構をさらに含んでいるトルクレンチ。
【請求項６】
請求項１に記載のトルクレンチにおいて、前記トルク入力柄が予め定められた厚さを有し、前記ホール効果センサー組立体が電子装置であるトルクレンチ。
【請求項７】
請求項６に記載されたトルクレンチにおいて、前記トルク入力柄が全長にわたって実質的に一様な肉厚を有するトルクレンチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
本発明はトルクレンチのようなトルクを加え且つ測定する装置に係わり、特に加えたトルクレベル及び／又は予め定められた警報トルクレベルを表示できる形式の電子トルクレンチに関する。
【０００２】
トルクレンチの一つの標準形式は一端で互いに連結されるが他端では連結されていない２つの柄を使用している。一方の柄は剛体で、他方は加えられたトルクに応じて撓み、これにより剛体柄又は可撓性柄の隣接端部に対して相対的に移動でき、この移動が適当な目盛りで測定される。この形式のトルクレンチは付与された実トルク値を測定し、指示することができる。このような電子式のレンチは一般にストレインゲージの曲げ柄を使用しており、ストレインゲージはレンチハンドルにおける手持ち位置の影響を相殺するために組合わされた回路を有して配置されている。
【０００３】
他の形式のトルクレンチは「クリック」形式のものであり、２つの柄は共に剛体であり、それらの自由端部が調整可能なばね押圧機構で互いに連結されており、調整されたばね押圧力に対応する予め定められたトルクに達したときにばね押圧機構が降伏して、一方の柄が他方の柄に対して枢動するのを可能にさせるように設計されている。この枢動移動は一般的に触覚的な振動を生じ、また予め定められたトルクレベルに達したことを知らせるために可聴音すなわち「クリック」が組み合わされる。この形式のレンチは手持ち位置の誤差による影響を受ける。
【０００４】
曲げ柄形式のトルクレンチでは、ラチェットヘッドが使用されるならば曲げ柄駆動部と被作業体との間に取付けられねばならず、したがって駆動部の輪郭がレンチ本体の下方に突出して望ましくない。これに代えて、ラチェットヘッドは曲げ柄駆動部の前部に取付けることができるが、レンチの輪郭の「有効長さ」を補償するために読み値の調整が欠かせない。この輪郭はまた手持ち位置によって読み取りが不正確となる。
【０００５】
同様に、従来の「クリック」形式のトルクレンチは一般にラチェット駆動ヘッドを受入れるために拡大されねばならず、レンチ本体に厚さ又は長さを必然的に増大させることになる。
【０００６】
コンソリデーテッド・デバイセス・インコーポレーテッド社によりモデル・ナンバー２０００５ＭＦのもとに提供されている従来の「クリック」形式のトルクレンチは、ヘッドのトルク軸線のまわりに枢動して手持ち位置誤差を解消する枢動柄を使用している。しかしこれは機械式レンチであり、付与された実トルクを測定できず、予め定められたトルクレベルに達したことのみ検出できるという他の「クリック」形式のトルクレンチの欠点を有している。
【０００７】
（発明の概要）
本発明の概括的な目的は、従来のレンチの欠点を解消する一方、付加的な構造及び作動上の利点を与える改良されたトルクレンチを提供することである。
【０００８】
本発明の重要な特徴は、経済的な構造であり、容易に使用できることを特徴とするトルクレンチを提供することである。
【０００９】
本発明の他の特徴は、曲げ柄形式及び「クリック」形式の両方におけるトルクレンチの欠点を解消したトルクレンチを提供することである。
【００１０】
本発明のさらに他の特徴は、レンチの全体形状を拡大させずにラチェットヘッドを有するトルクレンチを提供することである。
【００１１】
本発明のさらに他の特徴は、安価であり、付与されたトルクの正確な測定及び表示を行う前述形式の電子トルクレンチを提供することである。
【００１２】
本発明のさらに他の特徴は、手持ち位置誤差を解消する前述形式の電子トルクレンチを提供することである。
【００１３】
本発明のさらに他の特徴は、付与されたトルクを測定し表示することのできる枢動柄形式のトルクレンチを提供することである。
【００１４】
本発明のこれらの及び他の特徴の幾つかは、ハンドル端部及び作業端部を有する細長いトルク入力柄、前記トルク入力柄によりその作業端部に回転可能に担持され、被作業体と係合される係合ヘッド、前記トルク入力柄と実質的に平行に配置され、前記ヘッドに固定されて一緒に回転する出力端部と、入力端部とを有する細長い出力柄、前記トルク入力柄を前記出力柄の入力端部に連結し、前記入力端部を前記トルク入力柄に対して中立位置へ弾性的に押圧する一方、前記中立位置からの前記入力端部の回転変位であって付与されたトルク値に応じた回転変位を許容する押圧機構、前記入力端部の前記中立位置からの回転変位に応答するホール効果センサーを有するホール効果センサー組立体にして、２つの間隔を隔てられた永久磁石と、前記永久磁石の間に配置され、前記出力柄の前記入力端部により担持されたホール効果センサーとを有し他ホール効果センサー組立体、トルク値を表示するために前記ホール効果センサーに連結されたディスプレイ、所望のトルクレベルを予め設定するプリセット回路、及び前記プリセット回路及び前記ホール効果センサーに連結され、前記ホール効果センサーで測定されたトルク値が前記予め設定されたトルクレベルに等しくなったときに警報指示を発するための警報装置を含み、前記押圧機構が前記出力柄の反対両側にそれぞれ係合し、前記出力柄を反対方向へそれぞれ押圧する２つのばねを含んでいるトルクレンチを提供することで達成される。
【００１６】
本発明は、以下に完全に説明され、添付図面に示され、特に請求項で指摘された或る幾つかの新規な特徴及び部品の組合わせによって構成されるが、その詳細において各種の変化が本発明の精神から逸脱せずに、また本発明の利点の幾つかを犠牲にすることなく成し得ることは理解される。
【００１７】
本発明を容易に理解するために、添付図面にその好ましい実施例が示されており、それを参照し、以下の説明と関連させて考えることにより、本発明、その構造及び作動、及びその利点の多くが容易に理解され認識されるに違いない。
【００１８】
（好ましい実施例の説明）
図１〜図３を参照すれば、全体を符号１０で示されたトルクレンチが示されており、このトルクレンチは細長い剛体のハウジング１１を有しており、このハウジングはトルクレンチの入力柄を形成している。このハウジング１１は２部分から成る構造であり、底壁１３及び直立する周側壁１４を備えたを基部１２を有する。周側壁１４の反対両側から横方向内方へ、二対の長手方向に間隔を隔てられたフランジ１５が突出している。基部１２の前端部に隣接して底壁１３から弧状隔壁１６が起立している。後端部に隣接して周側壁１４の反対両側から短いフランジ１７が横方向内方へ突出している。底壁１３は貫通する開口１８を隔壁１６の前方に有している。
【００１９】
ハウジング１１はカバー２０も含んでおり、このカバーは基部１２と実質的に一致し、頂壁２１及び垂下する周側壁２２を有している。前端付近で頂壁２１から弧状隔壁２３が垂下している。後端付近で頂壁２１からスペーサフランジ２４が垂下している。頂壁２１は隔壁２３の前方に形成された円形開口２３ａを有している。使用においては、カバー２０は基部１２の上から一致されて嵌着され、それらの間に隔壁１６，２３の後方に配置された主室２５及び隔壁１６，２３の前方に配置された前室又はヘッド室２６を協働して形成する。カバー２０は複数の適当な固定具２７で基部１２に固定され、丸くされた前部の作業端部２８と、そこから拡大幅のセンサー領域へ向かって後方へ僅かに先広がりとなった後、狭いハンドル端部２９へ向けて逆テーパーにされた側壁とを有するハウジングを形成するのが好ましい。
【００２０】
ハウジング１１の作業端部２８にはラチェットヘッド３０が取付けられ、このラチェットヘッドはヘッド室２６内に全体を配置され且つ四角い駆動ラグ３２を有する周知構造のラチェット機構を含んでおり、駆動ラグは開口１８を通して底壁１３より下側へと下方へ突出して、組合わされるソケット又は他の被作業体と係合できるようになっている。ラチェット機構３１はまた反転ノブ３３を備えており、このノブは開口２３ａを通して頂壁２１より上側へと上方へ突出している。
【００２１】
トルクレンチ１０は平坦プレート形状の細長い剛体の反動すなわち出力柄３５を含む。この柄３５は全体的に細長い涙形をしており、丸い出力端部３６はラチェット機構３１に固定され、また出力端部はラチェット機構から半径方向外方へ僅かな距離を突出してフランジを形成しており、このフランジは基部１２及びカバー２０の組合う部分の間に嵌め込まれてラチェットヘッド３０を所定位置に保持する一方、ハウジング１１に対する回転移動を可能にする。柄３５は狭い入力端部３７を有しており、この入力端部は対をなすフランジ１５の間で終端し、反対両側にそれぞれ支持パッド３８，３９を備えている。螺旋ばね４０，４１が対をなすフランジ１５で形成された受入れ部内にそれぞれ装着されており、支持パッド３８，３９とそれぞれ係合して反動柄３５をハウジングの長手方向軸線に沿ってその実質的に中央の中立位置へ向けて弾性的に押圧している。
【００２２】
ハウジング１１のハンドル端部２９は適当なバッテリー４２を受入れるためのバッテリー室を形成しており、バッテリーはフランジ１７の間で横方向を、また底壁１３とスペーサ２４との間で垂直方向に保持される。以下に説明するように、端子連結部４３がバッテリー端子を回路の残りの部分に連結している。
【００２３】
トルクレンチ１０はまたホール効果センサー組立体４５を含んでおり、反動柄３５の入力端部３７に固定され且つそこから後方へ突出し、またホール効果センサー４７を担持している細長い薄い矩形のホルダー４６をこの組立体は含んでいる。底壁１３上には２つの横方向に間隔を隔てた磁石ブラケット４８，４８ａが取付けられており、これらのブラケットは永久磁石４９，４９ａをそれぞれ担持し、反動柄３５が中立位置にあるときにホール効果センサー４７が両者の中間位置に位置決めされるように配置されている。ホール効果センサー４７は磁界内の絶対位置の関数となる電圧出力を与える。
【００２４】
実施において、レンチのハンドル端部２９に付与された力は、回転方向に応じてばね４０，４１の一方を経て反動柄３５に伝達される。反動柄３５はラチェットヘッド３０を作動し、したがって被作業体にトルクを付与する。ばねの圧縮はラチェットヘッド３０の軸線のまわりのハウジング１１に対するラチェットヘッドの予測された角度回転を可能にする。反動柄３５のばね付勢された入力端部３７の回転変位はホール効果センサー４７を永久磁石４９，４９ａの一方へ向けて移動させ、その磁界の影響力を増大させる。このようにして得られたセンサーからの出力電圧の変化が以下に説明するように測定されてトルクユニットに表示される。
【００２５】
カバー２０には指示モジュール５０が取付けられており、この指示モジュールは一般に箱形のハウジング５１を含み、このハウジングは回路基板５２を内部に担持すると共に頂壁に四角形の表示窓５３を有している。バッテリー端子連結部４３及びホール効果センサー４７からの導体が頂壁２１に形成されている適当な開口（図示せず）を通して回路基板５２に連結されることは認識されよう。図５Ｂを参照すれば、回路基板５２は電力供給回路５５を含み、この電力供給回路は電源スイッチ５６を介してバッテリー４２を横断して連結され、電源スイッチのアクチュエータは指示ハウジング５１の後壁から突出している（図１）。バッテリー４２は電圧調節器４７の２つの端子を横断して、それらの端子にＶ＋及びＶ−の直流電源電圧をそれぞれ発生させるように、フィルタコンデンサ５８と並列に連結される。電圧調節器４７はＶ＋供給電圧より低い５ボルトにアースされている調整された回路を形成している。フィルタコンデンサ５９はＶ＋供給電圧及びアースを横断して連結されている。
【００２６】
図５Ａを参照すれば、回路基板５２はまた指示回路６０を含む。ホール効果センサー４７はＶ＋供給電圧及びアースを横断して連結され、また抵抗６１を経て演算増幅器（ｏｐアンプ）６２の反転端子（inverting terminal）に与えられる出力を有する。演算増幅器６２の非反転入力（non-inverting input） は抵抗６３を経てアースされ、また抵抗６４を経て分圧器６５及び抵抗６６の間の結合点へ連結されており、抵抗６６はＶ＋供給電圧及びアースを横断して直列に連結されており、また抵抗６４は分圧器６５の刷子に連結されている。演算増幅器６２の出力は抵抗６７を経て反転入力に連結されている。
【００２７】
演算増幅器６２の出力はまた演算増幅器６８の反転入力に連結されており、また抵抗６９を経て演算増幅器７０の非反転入力に連結されている。演算増幅器６８の反転入力は抵抗７１を経て分圧器７２の刷子７２ａに連結されており、これはバッテリー４２を横断して抵抗７２ｂと直列に連結されている。分圧器７２の刷子７２ａはまた抵抗７４を経て演算増幅器７５の反転入力に連結されており、その出力は演算増幅器７０の反転入力に入力され、また抵抗７３を経て自体の反転入力に連結されている。増幅器７５の非反転入力はアースされている。演算増幅器６８，７０の出力はそれぞれ抵抗７６，７７を経てそれらの非反転入力に連結されている。
【００２８】
分圧器７２の刷子７２ａは単極双投スイッチ８０の一方の固定接点７８に連結されており、他方の固定接点７９は演算増幅器６２の出力に連結されている。スイッチ８０は、抵抗８２を経てディスプレイユニット８５の入力に連結されている接点８１を有しており、このディスプレイユニットはサミットＳ１６００１５のようなデジタルボルトメーターディスプレイとされることができ、入力はまた抵抗８３を経てアース連結されることができる。ディスプレイ８５はＶ＋及びＶ−供給電圧を与えられる。
【００２９】
演算増幅器６８，７０の出力はそれぞれダイオード８４，８６の陰極に連結され、その陽極はアナンシエータホーン８７を経てＶ＋供給電圧に連結される。指示ＬＥＤ８８及び抵抗８９はホーン８７を経て直列に連結されている。演算増幅器６２，６８，７０，７５はＬＭ３２４のような集積回路カッド（quad）増幅器の一部であり、Ｖ＋及びＶ−供給電圧を付与され、この連結は演算増幅器６２に示されている。
【００３０】
作動において、ホール効果センサー４７の出力信号は演算増幅器６２の反転入力に送られ、差動増幅器のように構成されている。分圧器６５はゼロ調整トリマーであり、これは抵抗６６と直列にされ、抵抗６４を経て差動増幅器の非反転入力に付与された基準電圧を確立する。この増幅器のゲインは抵抗６１，６７及び抵抗６４，６３の比率によって確定され付与され、与えられた±２２．６Ｎ・ｍ（２００インチ・ポンド）のトルクに関して±２Ｖを与えるのが好ましい。このゲインは磁界強度及び磁石４９，４９ａの間隔距離の関数でもあることが認識されよう。
【００３１】
分圧器７２はプリセット調整分圧器であり、レンジ抵抗７２ｂと直列にされて約＋０．２Ｖ及び＋０．２Ｖの間で変化する。この電圧は図５Ａに示されるようにスイッチ８０がプリセット位置にあるときデジタルボルトメーターディスプレイユニット８５へ送られるのであり、スイッチ８０のアクチュエータは指示装置ハウジング５１の頂部に配置されている。プリセット電圧はまた演算増幅器６８，７０へ導かれ、電圧比較器のように構成されている。演算増幅器６８はプリセット電圧をホール効果センサー４７からの正（時計方向のトルク入力時）の出力電圧と比較する一方、演算増幅器７０はプリセット電圧をホール効果センサーの出力と比較するのであり、その出力は抵抗７３，７４の比率によって確定されるように−１のゲインを有する反転増幅器７５を経て与えられ、負（反時計方向のトルク入力時）の電圧に対応する。両比較器からの出力はホーンを駆動するためにダイオード８４，８６を経てdiode  ＯＲ'ed される。ホーンは圧電発音器、及びＬＥＤ８８とされることができ、これらは指示ハウジング５１の内部に配置される。
【００３２】
このようにスイッチ８０が図５Ａに示す位置にあるとき、ディスプレイユニット８５は分圧器７２で設定したプリセットレベルに対応するトルクを表示し、その刷子７２ａは表示ハウジング５１（図１）の指動輪（サムホイール）に連結され、このプリセットトルクレベルに達したときに警報指示装置が作動される。スイッチ８０が他の位置にあるとき、可動接点８１が固定接点７９に連結されると、ホール効果センサー回路の実出力電圧はディスプレイユニット８５に付与され、実トルクが付与されていることを表示する。このモードでは、警報ホーン８７及びＬＥＤ８８はプリセットトルクに達したときと同じように作動される。
【００３３】
本発明の構造上のモデルにおいて、バッテリーは９Ｖニッカド電池であり、電圧調節器は７９０５調節器であり、Ｖ＋供給電圧は＋５Ｖ、Ｖ−供給電圧は−４Ｖである。ホール効果センサー４７は、ハニウェル・マイクロ・スイッチ社製のモデルＳＳ９４Ａ１又はオプテック社製のモデルＯＨＳ３５０Ｕのような多くの購入可能な形式のいずれかとされ得る。このようなセンサーはラシオメータ出力を与え、すなわち供給電圧の半分としてゼロ出力が確定される。磁石４９，４９ａはネオジム磁石であるのが好ましい。
【００３４】
図４を参照すれば、トルクレンチの代替実施例が示されており、全体を符号９０で示されている。このトルクレンチは反動柄の押圧機構及びハウジングの形状を除けばトルクレンチ１０と類似であり、これは幅の狭い構造を与えている。この場合、ハウジングは平行な側部を有し、また一対の対向する内方へ突出した支柱すなわちラグ９１，９２を備えており、これらのラグはそれぞれ反動柄３５の支持パッド３８，３９と係合する。他の形式の押圧構造も使用できることは認識されよう。
【００３５】
本明細書には本発明のトルクレンチの比較的簡単な形態が開示された。さまざまな変更が成し得ることは認識されよう。例えば、各種の支持材料、技術、又は潤滑がレンチハンドルとラチェットヘッドとの間の摩擦を最小限にするために使用できる。また、開示した演算増幅器の代わりにマイクロ制御装置の技術を使用でき、その技術はホール効果センサー、荷重によるばねの変位、反動柄の回転によるセンサー位置の偏倚、又は外部環境などに固有の非線形な結果として生じるであろう測定誤差を最小限に抑えるために修正因子やルックアップ表を与えることができ、それら作用の影響の全ては予測できる。また、ホール効果センサーの代わりに、反動柄３５の動きを検出して測定するために、機械的ダイアル機構、分圧器、光学エンコーダ、線形可変変位トランス、ロードセルなどの代替手段を使用できることが認識されよう。
【００３６】
前述から、枢動する反動柄を使用し、「クリック」式トルクレンチに使用されているのに似ているが、それらのレンチにおける欠点を解消し、付与された実トルクの読み取りを可能にし、手持ち位置の誤差を解消する一方、その形式でレンチの全体的な厚さ形状及び長さを増大せずに反動ヘッドの使用を可能にする改良されたトルクレンチが提供されたことが分かる。
【００３７】
本発明の特定の実施例が示され説明されたが、当業者には広義の見地において本発明から逸脱せずに変形及び改良を行えることが明白となろう。それ故に、添付の特許請求の範囲の目的は本発明の精神及び範囲に包含されるそれらの変形及び改良を全て網羅することである。前述の説明及び添付図面に記載した事柄は、単なる例として提供されたもので、制限するためのものではない。本発明の実際の範囲は、従来技術に基づいてそれらを適正に見るときに特許請求の範囲にて定められることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例にしたがって構成されてその特徴を具現化するトルクレンチの頂平面図である。
【図２】  カバーを取外した状態での図１のトルクレンチの下側半体の頂平面図である。
【図３】  図１の線３−３に沿う垂直断面図である。
【図４】  トルクレンチの代替形態の、図２に類似の図である。
【図５】  Ａ〜Ｂは図１〜図３のトルクレンチのトルク検出及び指示回路の概略的な回路図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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