(57)【要約】本発明は、トルクトランスジューサ組立体と、その組立体が組み込まれたトルクトランスジューサに関する。本発明は特に、トルクがパルスになって発生する締め付けツールでのトルク測定と、トルクがパルス状であるタイプの締め付けツールに取り付け可能なアダプタでのトルク測定に応用される。
2006508337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクトランスジューサ組立体であって、
貫通開口部を有するハウジングと；
前記開口部の中を延びていて、その開口部に沿って延びる軸のまわりに回転可能であり、ハウジングの外部からアクセス可能な端部を有するトルク伝達シャフトと；
前記シャフトと一体化していて、あるいは前記シャフトに支持されていて、そのシャフトのトルクに依存した磁場を発生させるトルクトランスジューサ素子と；
前記ハウジングの内部で前記素子の近傍にあってトルクに依存した磁場を検出し、トルクに依存した信号を発生させることができる磁場センサー装置と；
前記トルクに依存した信号をこの組立体の外部にある信号に伝達する手段とを備えるトルクトランスジューサ組立体。
【請求項２】
前記シャフトの一端が前記ハウジングから突出してそのシャフトの出力部を形成する、請求項１に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【請求項３】
前記ハウジングが、回転に対して固定された状態になるように構成されている、請求項１または２に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【請求項４】
前記ハウジングと嵌合する第１の部分と、パワー・トルク・ツールの本体と嵌合可能な第２の部分とを有する部材をさらに備えていて、前記ハウジングを、前記本体に対して回転しないように固定する、請求項３に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【請求項５】
前記部材が螺旋バネを備える、請求項４に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【請求項６】
前記磁場センサー装置が、少なくとも１つの磁場センサー素子を備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【請求項７】
前記磁場センサー装置が、前記磁場センサー素子に接続された回路をさらに備え、該回路と磁場センサー素子は前記ハウジングによって支持されており、前記回路が、通信手段を通じてトルクを示す信号を出力する、請求項６に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のトルクトランスジューサ組立体と、前記トルクに依存した信号を処理するために前記トルクトランスジューサ組立体と通信する信号処理ユニットとを備えており、この信号処理ユニットが、トルクのパルスを表わすパルス信号を処理することができ、信号の静止レベルに付加される各パルス信号の振幅に応答するトルクトランスジューサ。
【請求項９】
前記通信手段が、無線（ワイヤによる接続のない）形態の通信を利用している、請求項７または８に記載のトルクトランスジューサ。
【請求項１０】
請求項８に記載のトルクトランスジューサ組立体と、電線によって前記通信手段に接続された信号処理ユニットとを備え、この信号処理ユニットは、ケーブルによって前記磁場センサー素子に接続された回路を備えており、その回路が、検出したトルクを表わす信号を出力する、トルクトランスジューサ。
【請求項１１】
前記信号処理ユニットが、トルクのパルスを表わすパルス信号を処理することができ、信号の静止レベルに付加される各パルス信号の振幅に応答する、請求項１０に記載のトルクトランスジューサ。
【請求項１２】
所定の限界点間で所定の経路に沿って自由に往復移動できるように設置された永久磁石と、コイル巻き線とを備え、このコイルの中を前記所定の経路が延びており、永久磁石とコイルは、コイルに対する永久磁石の往復移動によってコイルに起電力が発生する配置にされており、その起電力から所定の極性の電圧を得るための整流器をさらに備える、発電機。
【請求項１３】
前記所定の限界点の少なくとも一方が、弾性停止装置によって規定されており、永久磁石がその弾性停止装置に衝突して跳ね返る、請求項１２に記載の発電機。
【請求項１４】
前記コイルが前記所定の経路の一部のまわりに巻かれており、前記永久磁石のＮ−Ｓ極がその経路に沿って並んでおり、前記所定の限界点が、前記経路の前記部分の各端部から離れた位置にある、請求項１２または１３に記載の発電機。
【請求項１５】
前記所定の限界点と、前記経路の前記部分の各端部とを隔てる距離が、前記永久磁石の長さの半分以下ではない、請求項１２に記載の発電機。
【請求項１６】
前記コイルが、前記所定の経路に沿って前記永久磁石とほぼ等しい長さを有する、請求項１４または１５に記載の発電機。
【請求項１７】
前記所定の経路が直線である、請求項１２乃至１６の何れか１項に記載の発電機。
【請求項１８】
チューブをさらに備え、その内部を前記所定の経路が延びており、前記永久磁石がこのチューブの中に配置されていて、コイルがこのチューブの一部のまわりに巻かれている、請求項１２乃至１７の何れか１項に記載の発電機。
【請求項１９】
前記弾性停止装置が前記チューブの中に位置している、請求項１８と１３に記載の発電機。
【請求項２０】
前記整流器が、前記コイルに接続された全波整流器を備える、請求項１２乃至１９の何れか１項に記載の発電機。
【請求項２１】
請求項１２乃至２０の何れか１項に記載の発電機を取り付けたパルス式パワー・トルク・ツールであって、パワー・トルク・ツールが作動中にはそのパワー・トルク・ツールの振動により、前記永久磁石がコイルに対して前記所定の経路に沿って往復運動をする、パルス式パワー・トルク・ツール。
【請求項２２】
トルクトランスジューサ組立体であって、
貫通開口部を有するハウジングと；
このハウジング内に配置されていて、前記開口部を貫通して延びる軸のまわりに回転するトルク伝達シャフトとを備えており、このシャフトは、ハウジングに固定された環状ブッシュに支持された第１の部分を備えていて、ハウジングからシャフトの第１の部分と出力部分が突出しており；
第１の部分は、この第１の部分と一体化した、あるいはこの第１の部分に支持されていて、シャフトのトルクに依存した磁場を発生させるトルクトランスジューサ素子と、前記ブッシュ内でこの素子の近傍に埋め込まれていてトルクに依存した信号を発生させる磁場センサー素子とを備えており、
前記シャフトは、前記出力部分から遠い側にあって少なくとも一部が前記開口部に収容されている第２の部分を備えており、
前記第２の部分は、第１の部分よりも断面積が大きくて前記ブッシュに接しており、
前記トルクトランスジューサ組立体はさらに、前記第２の部分を前記ハウジングに対して回転させる第１の手段と、前記ハウジングと前記第２の部分の間に軸方向の力を加えて両者が接した状態にしておく第２の手段をさらに備えるトルクトランスジューサ組立体。
【請求項２３】
前記第１の手段が、前記第２の手段のまわりの円形溝部に位置していて前記開口部の内面と嵌合するブッシュを備える、請求項２２に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【請求項２４】
前記第２の手段が、前記開口部に固定されていて前記ブッシュに軸方向の力を加える保持リングを備える、請求項２３に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクトランスジューサ組立体と、その組立体を組み込むトルクトランスジューサに関する。本発明は特に、トルクがパルス状に発生する締め付けツールでのトルク測定と、パルス状トルクタイプの締め付けツールに取り付け可能なアダプタにおけるトルク測定に応用される。
【０００２】
本発明はさらに、例えば、パルス式締め付けツールで発生する機械的振動から、電力を発生させる発電機にも関する。
【背景技術】
【０００３】
最近、パルス式トルク・ツールで発生したトルクを測定することおよび所定のトルクを実現するためにそのツールの動作を制御することに、多くの注意が払われている。このようなツールは、パワー供給式トルク・レンチと呼ばれることもある。このツールは、ナットをボルトに対して締め付ける操作、あるいは同様の操作を行なうことを目的として大きなトルクを加えるために長年にわたって使用されてきた。
【０００４】
パルス式トルク・ツールには２通りある。一方は、例えばロータリー・ハンマーや万力装置など、衝撃によってインパルス状のトルクを発生させるタイプと；例えばピストンやシリンダ装置を利用して発生させた圧力パルスにより、制御された特性を有するパルスを発生させるタイプである。どちらの場合にも、連続した一連のパルス状トルクが発生し、きつく締めようとする負荷に対して加えられるトルクを増加させる。衝撃タイプのツールは、電気または空気圧（例えば圧縮空気）で駆動させることができる。圧力パルス式ツールは、液圧（例えば油）または電気で駆動させることができる。トルクパルスは、出力シャフトの一端に発生し、他端にあって負荷、例えばナットやボルトの頭部、にフィットする構成のアダプタに伝達される。
【０００５】
トルクトランスジューサを用いたパワー衝撃ツールの制御については、公開されたアメリカ合衆国特許出願ＵＳ２００２／００２０５３８Ａ１に記載されている。トルクトランスジューサでは強磁性センサーが用いられており、特に、ツールの出力シャフトに取り付けた磁気弾性リングがこの出願に開示されている。衝撃ツールを制御する方法と装置は、国際特許出願公開ＷＯ０１／４４７７６に記載されている。制御システムでは、ツールの外側に取り付けた磁気弾性トルクトランスジューサが用いられており、その磁気弾性トルクトランスジューサの内部では、磁気弾性トルクトランスジューサ素子が、トルクを伝達するシャフトの一部と一体化している。この文献には、既存の衝撃ツールを制御するのに用いるため、制御システムを改造する方法も開示されている。
【０００６】
２００２年６月２４日に出願されたＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＥＰ０２／０６９６０には、パルス式トルク・ツールを制御するため、このツールの出力シャフトと一体化した変換素子またはトランスジューサ領域を有する、磁気に基づいたトルクトランスジューサを用いる方法が開示されている。この出願に開示されたトランスジューサを備える制御装置は、パワー・トルク・ツールの内部に設置される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、従来のパルス式パワー・トルク・ツールに取り付けることのできるアダプタを提供し、その結果、トルクの測定と制御をツール上で行なうことを可能とするためになされたものである。本発明は、負荷に加えるトルクを制御するため、特に所定のトルクに達したときにパワー・ツールを停止させるために、各パルスによって負荷に発生するトルクを測定することにも関する。本発明の別の側面によれば、パワー・トルク・ツールの動作に付随する機械的振動を利用し、測定と制御を行なうための回路を作動させる電気エネルギーを生み出す方法も提供される。本発明のこの側面は、機械的振動から電気エネルギーを発生させるという、より一般的な用途がある。
【０００８】
アダプタで使用するのに適したトルクトランスジューサ組立体に関する本発明の側面や特徴は、請求項１〜７、２２と、以下の説明に記載されている。本発明により、請求項８〜１１に記載されているトルクトランスジューサも提供される。
【０００９】
本発明による発電機の特徴は、請求項１２〜２０に記載されている。発電機は、パルス式パワー・トルク・ツールに取り付けることができる。
【００１０】
添付の図面を参照し、本発明とその実施態様に関してさらに詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
アダプタ・キットの実施態様に関する説明
【００１２】
図１は、従来のパワー・トルク・ツール１０（例えば衝撃タイプの締め付けツール）であり、パルス状のトルクを出力シャフト１２に発生させる。図示したツールは、ライン１４を通じて圧縮空気によるパワーが供給される。シャフト１２のパワー・トルク・ツールからは遠い側の端部１２ａに負荷と嵌合するアダプタを取り付け、トルクを負荷（例えばナットまたはボルトの頭部）に伝達するのが一般的である。このようなアダプタは、例えばＰＣＴ／ＥＰ０２／０６９６０に記載されている。アダプタは、シャフトから負荷にトルクを伝達する受動的な装置である。ＰＣＴ／ＥＰ０２／０６９６０（その開示内容が参考としてこの明細書に組み込まれているものとする）に記載されているように、トルクの測定と制御は、ツールの本体１０内でなされる。
【００１３】
本発明の１つの特徴によると、トルク・センサー・アダプタ２０を含むキットを提供し、このような装備のない従来のパルス式トルク・ツールでトルクの測定と制御が行なえるようにする。アダプタ２０は、ツールの出力シャフトの一端と結合し、出力シャフトの他端には、負荷と嵌合する従来の受動的アダプタを受け入れる。アダプタには、磁気に基づいたトルクトランスジューサ素子を用いたトルクトランスジューサが組み込まれている。アダプタ２０は、従来の受動装置とは異なって能動装置であることを特徴とする。図示したキットでは、トルクに依存した信号がアダプタ２０内のセンサーから出力され、接続ケーブル２２を通じて信号処理・制御ユニット３０に送られる。すると信号処理・制御ユニット３０は、接続ケーブル３２を通じ、遮断信号を、ライン１４の途中にある空気弁制御ユニット４０に送る。信号処理・制御ユニット３０は、ディスプレイ３４（例えばＬＣＤディスプレイ）を備えることができる。このディスプレイ３４には、その信号処理・制御ユニット３０に収容されているプログラムされたマイクロプロセッサ（図示せず）に制御命令とデータを入力するための、手動キーパッド３６に関係するパラメータが表示される。信号処理・制御ユニット３０は、ツール１０の操作中に発生する振動の影響を受けないように設置または支持することができる。アダプタ２０は、点線２４で単純化して示した本体部２６を備えている。この本体部２６は、あとで説明するように、パワー・ツール１０の本体への固定または取り付けが可能である。アダプタは、本体に沿って延びていて出力端２８を有するトルク伝達シャフトを備えている。
【００１４】
図２は、アダプタ２０の構造の一形態であり、軸Ａ−Ａのまわりにトルクを伝達する構造になっている。トルク伝達シャフトの軸方向の長さをできるだけ短くするのが、この構造体の一般的な目的である。このアダプタは、内側に円形の穴２７を有するハウジング２６を備えている。この穴２７の中には、トルクを伝達するトルクトランスジューサ組立体６０が、ハウジング２６内で中心軸Ａ−Ａのまわりに回転できるように取り付けられている。支持と組み立てに関する詳細に関しては、図３に示してある。
【００１５】
トルクトランスジューサ組立体６０は、入力部６４と、図１の出力端２８となる出力部６６の間に配置されたシャフト部６２を備えている。入力と出力の役割は入れ換えることができるが、シャフト部６２と入力部６４は、通常のパワー・ツールでの慣例に従った形状にされている。入力部６４には、ツール１０のシャフト１２が嵌まる。入力部６４はシャフト部６２よりも直径が大きく、ツールの出力シャフト１２の遠位端１２ａが嵌まることになる軸方向の止まり穴６８を備えている。例えばツールの出力シャフトの断面が正方形である場合には、穴６８はそれに合致する正方形の断面である。この実施態様では、出力部６６は、パワー・ツールの出力シャフト１２と同様の正方形断面のシャフトとして示してあり、負荷にフィットする受動アダプタに嵌め込むことができる。トルクトランスジューサ組立体６０の入力部と出力部を必要に応じてそれぞれツールと負荷アダプタで構成すること、あるいは出力部６６を負荷に直接嵌め込むことが可能であることが理解できよう。
【００１６】
シャフト部６２は断面が円形であり、ハウジング２６の最も近い内面から径方向に離れた位置にある。シャフト部６２は、領域７０を磁化してトルク感受性変換素子またはトルク検知トランスジューサ領域にしてあるため、そこからトルクに依存した磁場が発生する。その磁場は、センサー７２によって検出される。
【００１７】
領域７０は、磁荷が蓄えられている領域である。すなわちこの領域は、永久磁荷が蓄えられているために永続的に磁化されている。磁化は、軸Ａ−Ａに関して長手方向に環状の磁化であることが好ましい。長手方向の磁化は、軸Ａ−Ａの方向である。長手方向の磁化検出法は、ＷＯ０１／１３０８１に開示されているような環状検出として知られるタイプのもの、あるいはＷＯ０１／７９８０１に開示されているようなプロファイル−シフト（軸方向検出または径方向検出）として知られるタイプのものが可能であるが、後者が好ましい。別のトルク測定法は、磁荷が蓄えられた領域を必要としない。この方法は、２００２年２月２２日に出願されたイギリス国特許出願第０２０４２１３．３号に開示されている。この方法では、変換素子は、シャフトのあらかじめ磁化された（あるいはコード化された）領域ではなく、使用中にトルク検知素子が設置されることになる所定の領域である。
【００１８】
磁場センサー装置は、シャフト部６２と、そのシャフト部６２に最も近いハウジング２６の内面２７とに挟まれた空間に配置される。図３に示したアダプタを見ればより明確に理解されるが、この空間には、センサー装置が埋め込まれたリング状材料が収容されていて、その一部はシャフト部６２を支持するベアリングになっていることが好ましい。さまざまな磁場センサー素子が従来技術として知られている。例えばホール効果や磁気抵抗を利用した素子があるが、好ましいセンサー素子は、飽和コア・インダクタ素子、特にＷＯ９８／５２０６３に記載されているような信号調整・処理回路（ＳＣＳＰ）に接続された飽和コア・インダクタ素子である。センサー回路全体が、ハウジング２６の穴２７の中に取り付けられる。信号出力ケーブル２２（図１）が存在しており、開口部１１を通過する。センサー素子とそれに付随するＳＣＳＰ回路は、シャフトと接触しない。
【００１９】
例えば図２には、２つの飽和コア・インダクタ素子（ＭＦＳ）７４ａ、７４ｂを備えるＳＣＳＰ７２が示してある。ＷＯ０１／１３０８１とＷＯ０１／７９８０１に記載されているように、ＳＣＳＰ回路の中で直列に接続された２つの素子を利用すると、領域７０から発生する磁場のトルクに依存した成分を足し合わせる一方で、トルクを加えることになる部材の位置における地磁気やパワー・ツールに付随する干渉成分などの共通成分を打ち消すことができる。センサー用インダクタの位置と方向は、検出するトルク依存成分に応じて異なる。
【００２０】
ケーブル２２に出力される信号は、パワー・ツールの内部、またはパルス状トルクを発生させる他の装置の内部における連続的な衝撃に対応するパルス列である。出力パルス列の各パルスは、振幅と持続時間が、実現するトルクと、負荷を回転させるためにそのトルクを作用させる時間を表わしている。トルクを表わすパルス列は、信号処理・制御ユニット３０内のプログラムされたマイクロプロセッサによって処理され、あらかじめ設定したトルクにいつ到達したかが明らかにされる。あらかじめ設定した値は、キーパッド３６を用いて入力する。実現するトルクを調べる方法に関する提案が、アメリカ合衆国特許出願第２００２／００２０５０５３８Ａ１号とＷＯ０１／４４７７６に記載されている。一連のパルスによってトルクを発生させる方法とその測定に関するより詳細な情報は、ＰＣＴ／ＥＰ０２／０６９６０に開示されている。
【００２１】
トルクの測定値が望む値になると、信号処理・制御ユニット３０内のマイクロプロセッサは、ケーブル３２に信号を出力し、空気弁制御ユニット４０を作動させて空気を遮断する。
【００２２】
別の構成では、ＳＣＳＰ回路は、信号処理・制御ユニット３０に含まれており、ＭＦＳ装置だけがアダプタの中に含まれていてケーブル２２を通じてＳＣＳＰ回路に接続される。
【００２３】
前記のアダプタを用いてトルクを測定するためには、それぞれのパルス状トルクについて、ＳＣＳＰ回路７２からの信号出力の静止レベルを基準にして信号を測定すると好ましいことがわかった。このようにすると、ＳＣＳＰ回路の出力におけるドリフトを無視することができる。図４に、ＳＣＳＰ回路の出力電圧ＶＴが多数のパルスの位置で静止レベルＶ０からドリフトする状態が示してある（ドリフトは誇張してある）。パルスの振幅Ｖｐは、静止レベルを基準にして測定する必要がある。パルスの検出と測定は、例えば１つのパルスの間に２０サンプルまで取れるようなサンプリング技術を利用して行なうことが好ましい。
【００２４】
これまでの研究により、ここで提案している外部能動アダプタのほうが、磁気に基づいたトルク測定を内部で行なうパワー・ツールよりも、パワー・ツールの外に出る磁場の影響を受けやすいことが明らかになった。その一方で、部品の公差に起因する測定のドリフトと変動は、パワー・ツールの内部にある磁気に基づいたトランスジューサよりも外部アダプタのほうが優れているようである。
【００２５】
能動トルク・センサー装置の寿命は限られている可能性があることが知られている。能動トルク・センサー装置は過酷な環境で使用される。パルス式パワー・トルク・ツールは元々振動する性質を持っていることに加え、そのツールを車輪のナットを締めるのに用いるときには余分な機械的応力が発生する。次の軸に対するツールの角度は同じではなく、ネジに嵌め込むナットの剛性は別の変数であり、パワー・ツールは、無負荷の状態で作動させるときには非常に高速で回転する可能性がある。信号処理・制御ユニット３０に付与できる別の特徴は、アダプタを使用する際の目安として、検出して処理したトルクのパルス数をカウントすることである。所定数のパルスが記録されたとき、ディスプレイのスクリーン３４にそのことを表示できる。
【００２６】
ここで図３を参照すると、トルク・センサー・アダプタ１２０は、図２のアダプタと同様に作動するため、センサー組立体の細部についての説明は繰り返さない。図３には、能動アダプタの機械的構造に関する一実施態様の細部を追加して示してある。図２と同様の部分には、１００を加えた参照番号を付してある。
【００２７】
図３では、回転可能な変換シャフト組立体１６０は、入力部１６４と、トランスジューサ領域１６２（蓄えられている磁化は図示されていない）と、出力部１６６を備えている。この組立体は、ハウジング１２６に回転可能に取り付けられている。断面が正方形の出力部は、標準的な受動アダプタが嵌まる凹部１６５を備えている。トランスジューサ領域１６２は、ハウジング１２６の前方（すなわち出力端の方向）の内面１２７ａに接続または固定されたプラスチック材料からなる環状ブッシュ１８０で作った滑り軸受けによって、ハウジング内で回転可能にされている。ブッシュ１８０の内径は、シャフトに支持されている前方縁部１８２以外は、トランスジューサ領域１６２の直径よりもわずかに大きい。ブッシュ１８０の内部にはセンサー装置１７４ａ、１７４ｂが埋め込まれている。図３の構造では、ＳＣＳＰ回路は、図１の信号処理・制御ユニット３０内のアダプタの外部にある。ケーブルが出る穴は図示していない。
【００２８】
ブッシュ１８０の後端は、ハウジング１２６の内側段部１２７ｂの上に位置し、トランスジューサ組立体、特に拡大された入力部１６４の前面を軸方向に位置させるために、支持部１８４を提供する。入力部は、段部１２７ｂから後方内側段部１２７ｃへと向かって内径が小さくなっているハウジングの部分１２６ａの内部で、自由に回転できるサイズになっている。段部１２７ｂは、入力部１６４内の円形溝部１６５の隣りに位置する。摩擦力が小さい自己潤滑材料からなる環状ブッシュ１８６が溝部に収まり、ハウジング１２６の内面と噛み合って軸方向に見て段部１２７ｃのそばに位置する。ブッシュ１８６とトランスジューサ組立体１６０は、ハウジングの後部内側に位置する押し嵌め式保持リング１８８によってハウジング内に保持される。ハウジング１２６は、トランスジューサ組立体を物理的に支持して保護するだけでなく、トランスジューサ組立体の磁気シールドにもなっている。図３に示した構造は概略図であることが理解できよう。
【００２９】
図３の組立体１６０が図２の組立体６０と異なる１つの点は、入力部１６４が、ハウジング１２６の後端１２６ｂと揃った位置１６４ａ、すなわちハウジングの軸方向の末端部で終わっていることである。これは、能動アダプタの全長をできるだけ短く保ちたいという要望に合致している。パワー・ツールの出力シャフトが嵌め込まれる正方形断面の穴１６８は、ハウジングの中に設けられている。組立体１６０は、後端からハウジング１２６に押して嵌め込む。
【００３０】
アダプタのハウジングが回転しないようにするという図１に参照番号２４で全体を示した機能を実現するとともに、パワー・ツールの出力シャフトが穴１６８に嵌まった状態にしておくため、ハウジング１２６の外側を加工して堅い１個（または２個以上）の螺旋バネの一端を保持できるようにし、その螺旋バネの他端はパワー・ツールのハウジング上に保持する。このように保持されているバネは（張力で）軸方向に引き伸ばされた状態になっているため、この張力により、能動アダプタがパワー・ツールと嵌合した状態が維持される。また、保持用バネが弾性を持っていてパワー・ツールが能動アダプタにぴたりとくっつくため、ツールを実際に使用するとき、締め付けられる負荷がトルクの軸となす角度の変動に対応できることが見いだされた。ブッシュ１８０とブッシュ１８６による滑り軸受け式の回転支持は、他のベアリング支持手段で置き換えうることが理解されよう。
【００３１】
ケーブル２２を使用する場合には、そのケーブルをパワー・ツールの本体に固定することができる。信号処理・制御ユニット３０は、適切な任意の場所、例えば空気伝送ライン１４または空気弁制御ユニット４０に取り付けることができる。能動アダプタからの無線接続（ワイヤによる接続がない）を利用することには利点がある。
【００３２】
前記のキットを作動させる際には、アダプタ２０内のＳＣＳＰ回路と信号処理・制御ユニット３０内の電子機器を作動させるための電力が必要である。そのような電力はどのような電源から取ってきてもよいが、パワー・トルク・ツールのエネルギー供給源（空気その他）の一部となる空気弁制御ユニット４０のための電源は別にして、特別な電源に接続せずにキットをあらゆるツールで使用できるようにすることが好ましい。
【００３３】
そのためには、信号処理・制御ユニット３０が電池から電力を供給され、アダプタ２０内のＳＣＳＰ回路にはケーブル２２を通じて電力が供給されるようにするとよい。少なくともアダプタ内の電力供給を行なうため、この明細書では、パワー・トルク・ツールの機械的振動からエネルギーを取り出す電気発生手段を提案する。このような電源は、能動アダプタ２０、１２０が信号処理・制御ユニット３０との間でいかなる形態のケーブルも使用しない場合に特に便利であろう。コンパクトさと、振動が多い環境における動作の信頼性という両方の観点から、アダプタには電池を使用しないことが望ましい。
【００３４】
発電機の説明
【００３５】
振動を電気に変える発電機について、図５と図５ａを参照して以下に説明する。
【００３６】
図５には、発電機１１０が示してある。発電機１１０の中には、磁石１１２が、二層に巻かれた螺旋コイル１１４の軸に沿って自由に動けるように配置されている。コイルは、任意の方法で積み重ねて巻くことができる。磁石１１２が軸方向に運動し、それに伴って磁束が移動すると、起電力（ｅ．ｍ．ｆ．）がコイル内に発生する。というのも、磁束線がコイルを横切るときに磁石の運動エネルギーが電気エネルギーに変換されるからである。
【００３７】
磁石の運動は、コイル１１４が周囲に巻かれた円筒形チューブ１１６の中に磁石を入れることによって拘束され、磁石の移動範囲は停止部材によって制限される。磁石は、機械装置（例えばチューブ１１６を取り付けたパワー・ツール）の振動に合わせてチューブの中を軸方向に往復運動する。磁石１１２の往復運動を増やすため、チューブの少なくとも一端を弾性のある停止装置（例えばバネ）で封鎖する。磁石は、この停止装置にぶつかると跳ね返ることになる。チューブのそれぞれの端部を同様にして封鎖することが好ましい。その様子を弾性装置１１８ａと１１８ｂで示してある。チューブは“滑る”プラスチックで製造し、磁石が軸方向に振動するときの摩擦が小さくなるようにする。ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）がそのようなプラスチックの一例である。
【００３８】
磁石１１２は永久棒磁石であり、自己消磁を減らすために直径または幅に対する長さ（Ｌ）の比率が比較的大きいことが好ましい。コイルは磁石とほぼ同じ長さ（Ｌ）であり、弾性装置１１８ａと１１８ｂは、コイルのそれぞれ近い側の端部から距離Ｄ離れていて、磁石が完全にコイルの外に出られるようになっている。Ｄは、Ｌの少なくとも５０％であることが好ましい。
【００３９】
バネまたはそれ以外の弾性装置１１８ａと１１８ｂは、磁石１１２をチューブ１１６の中に保持するのに役立つだけでなく、磁石が激しくぶつかる衝撃を和らげるのにも役立つ。さらに、組立体は、振動源の振動数と共鳴するように設計し、振動源の振動が磁石の振動に転換されるのを促進させることが可能である。
【００４０】
コイル１１４の内部で磁石１１２が振動すると、コイルの所定の端部において、他端と比較して両極性の電圧が発生する。図５ａに示したようにコイル１１４を全波整流ブリッジ１２０に接続すると、単極性の電圧／電流出力を発生させることができる。この出力は、例えば平滑化／蓄電用キャパシタＣの充電に用いられる。
【００４１】
図５の発電機の物理的サイズは、現在のところ、飲み物用ストロー（多数あるそのようなストローのうちのいくつかは、十分に“滑る”材料でできている）のサイズであるチューブ内に配置された１本の磁化ワイヤ状磁石から、直径が１ｃｍ以上のチューブに合った磁石までが考えられる。
【００４２】
図５の発電機ではまっすぐなチューブを用いる。この実施態様は、アーチ形態またはそれ以外の曲線形態にして実現することもできよう。所定の限界点間で所定の経路に沿って行なわれる往復運動の別の形態としては、ある軸のまわりのアーチ状経路を磁石が拘束運動するという形態がある。
【００４３】
すでに説明したように、アダプタ２０から処理ユニットへの信号の伝送は、ケーブル２２ではなく無線（例えばＩＲ接続）によって実現することができよう。すでに説明したように、ケーブル２２により、パワーを信号処理・制御ユニット３０からアダプタ２０に伝えること、あるいはその逆、あるいはその両方が可能になる。ケーブルをまったく使用せずに済むようにするためには、アダプタ２０と信号処理・制御ユニット３０が別々の電源を持つようにする必要がある。その場合には、アダプタ２０に十分にパワーを供給する図５の発電機があれば十分であろう。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】従来のパワー・トルク・ツールのための本発明によるトルク・センサー・アダプタ・キットの概略図。
【図２】図１に示したトルク・センサー・アダプタとして使用するアダプタに関する軸方向の断面図。
【図３】別のトルク・センサー・アダプタに関する軸方向の断面図であり、メカニズムがさらに詳しく示す図。
【図４】図１の測定／制御ユニットで利用される信号処理特性を示す図。
【図５】振動による本発明の発電ユニットの一実施態様に関する軸方向の断面図。
【図５ａ】直流電圧出力を発生させるため、ユニットのコイルを整流器に接続した状態を示す図。
【図１】
2006508337.tif 000003
【図２】
2006508337.tif 000004
【図３】
2006508337.tif 000005
【図５】
2006508337.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成16年12月3日(2004.12.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクトランスジューサ組立体であって、
貫通開口部を有するハウジングと；
前記開口部の中を延びていて、その開口部に沿って延びる軸のまわりに回転可能であり、前記ハウジングの外部からアクセス可能な端部を有するトルク伝達シャフトと；
前記シャフトと一体化して、あるいは前記シャフトに支持されて、そのシャフトのトルクに依存した磁場を発生させるトルクトランスジューサ素子と；
前記ハウジングの内部で前記素子の近傍にあってトルクに依存した磁場を検出し、トルクに依存した信号を発生させることができる磁場センサー装置と；
前記トルクに依存した信号を前記組立体の外部の信号に伝達する手段と；
前記ハウジングと嵌合する第１の部分と、パワー・トルク・ツールの本体と嵌合する第２の部分を備えていて、前記ハウジングを前記本体に対して回転しないように固定する螺旋コイルとを備える、トルクトランスジューサ組立体。
【請求項２】
前記シャフトの一端が前記ハウジングから突出してそのシャフトの出力部を提供する、請求項１に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【請求項３】
前記磁場センサー装置が、少なくとも１つの磁場センサー素子を備える、請求項１または２に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【請求項４】
前記磁場センサー装置が、前記磁場センサー素子に接続された回路をさらに備え、該回路と磁場センサー素子は前記ハウジングによって支持されており、前記回路が、通信手段を通じてトルクを表わす信号を出力する、請求項３に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載のトルクトランスジューサ組立体と、前記トルクトランスジューサ組立体に接続されて前記トルクに依存した信号を処理する信号処理ユニットとを備え、前記信号処理ユニットが、トルクのパルスを表わすパルス信号を処理することができかつ信号の静止レベルに付加される各パルス信号の振幅に応答する、トルクトランスジューサ。
【請求項６】
前記通信手段が、無線（ワイヤによる接続のない）形態の通信を利用している、請求項４または５に記載のトルクトランスジューサ。
【請求項７】
請求項５に記載のトルクトランスジューサ組立体と、電気ケーブルによって前記通信手段に接続された信号処理ユニットとを備え、前記信号処理ユニットは、前記ケーブルによって前記磁場センサー素子に接続された回路を備えており、当該回路は検出したトルクを表わす信号を出力する、トルクトランスジューサ。
【請求項８】
前記信号処理ユニットが、トルクのパルスを表わすパルス信号を処理可能であり、静止レベルに付加される各パルス信号の振幅に応答する、請求項７に記載のトルクトランスジューサ。
【請求項９】
トルクトランスジューサ組立体であって、
貫通開口部を有するハウジングと；
前記ハウジング内に配置されていて、前記開口部を貫通して延びる軸のまわりに回転するトルク伝達シャフトとを備えており、前記シャフトは、前記ハウジングに固定された環状ブッシュに支持された第１の部分を備え、前記ハウジングからシャフトの第１の部分と出力部分が突出しており；
前記第１の部分は、この第１の部分と一体化しまたはこの第１の部分に支持されていて、シャフトのトルクに依存した磁場を発生させるトルクトランスジューサ素子と、前記ブッシュ内でこの素子の近傍に埋め込まれていてトルクに依存した信号を発生させる磁場センサー装置とを備えており、
前記シャフトは、前記出力部分から遠い側にあって少なくとも一部が前記開口部に収容されている第２の部分を備えており、
前記第２の部分は、前記第１の部分よりも断面積が大きく前記ブッシュに接しており、
前記トルクトランスジューサ組立体はさらに、前記第２の部分を前記ハウジングに対して回転させる第１の手段と、前記ハウジングと前記第２の部分の間に軸方向の力を加えて両者が接した状態にしておく第２の手段と；
前記ハウジングを前記本体に対して回転しないように固定するため、前記ハウジングと嵌合する第１の部分と、パワー・トルク・ツールの本体と嵌合する第２の部分とを有する螺旋コイルとを備える、トルクトランスジューサ組立体。
【請求項１０】
前記第１の手段が、前記第２の手段のまわりの円形溝部に位置していて前記開口部の内面と嵌合するブッシュを備える、請求項９に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【請求項１１】
前記第２の手段が、前記開口部に固定されていて前記ブッシュに軸方向の力を加える保持リングを備える、請求項１０に記載のトルクトランスジューサ組立体。
【国際調査報告】
2006508337.tif 000007
2006508337.tif 000008
2006508337.tif 000009
2006508337.tif 000010
2006508337.tif 000011