토크렌치의 종류와 원리

1. 기계식 토크렌치

 기계식 토크렌치는 스프링이나 탄성체의 탄성변형을 이용한 토크렌치로서 플레이트형 (plate type),
다이얼형(dial type), 프리세트형(preset type), 단능형(snap action type), 슬립형(slip type),
토크 드라이버형 등이 있으며 정확도(토크의 오차율)는 ±(3~6) % 정도로 비교적 낮은 편이다.

1.1 플레이트형 토크렌치(plate type torque wrench)

 플레이트형 토크렌치는 보(beam)의 변형을 이용하여 토크를 측정하는 렌치이다.
토크가 가해지면 헤드에 부착된 보가 변형하게 되고 변형하지 않은 포인터(pointer)를 기준으로
미리 결정된 눈금판에 의해 토크를 읽게 된다.
보의 단면은 사각형이나 원형이 많이 사용되며 정밀도는 낮은 편이다.

플레이트형 토크렌치

1.2 다이얼형 토크렌치(dial type torque wrench)

 다이얼형 토크렌치는 몸체에 부착된 탄성체(torsion measuring element)의 비틀림 변형
(torsional deformation)을 이용하여 토크를 측정하는 렌치이다.
토크가 가해지면 몸체에 부착된 원형 탄성체가 비틀리게 되며 그에 따라 탄성체에 연결된 막대가
회전하게 되면 랙(rack)과 피니언(pinion)에 의해 다이얼 게이지의 눈금이 토크의 지시치를
가리키게 된다.
이 토크렌치는 다른 기계식 토크렌치에 비해서 정밀도가 높은 편이다.

다이얼형 토크랜치

1.3 프리세트형 토크렌치(preset type torque wrench)

 프리세트형 토크렌치는 조정나사로 일정한 토크를 맞추고 정해진 토크로만 볼트를 체결할 수
있는 렌치이며 토크의 측정에는 사용되지 않는다.
조정나사를 조절하면 스프링이 압축되어 캠을 압박하고 토크가 일정한도 이상으로 되면 캠 연결체
(cam follower)가 캠을 이탈하여 토크가 전달되지 않게 된다.

프리세트형 토크렌치

1.4 단능형 토크렌치

 단능형 토크렌치는 프리세트형 토크렌치와 마찬가지로 토크의 측정에는 사용되지 않고
미리 정해진 토크로 볼트를 체결하도록 되어 있다.
구조는 프리세트형과 비슷하나 캠을 사용하지 않고 토글(toggle)과 전달레버(load lever)를 사용하여
토크가 일정한 값을 넘어가면 토크가 전달되지 않도록 되어 있다.

단능형 토크렌치

1.5 슬립형 토크렌치

 슬립형 토크렌치는 조정 핸들로 일정한 토크를 맞추고 정해진 토크로만 볼트를 체결 할 수 있는
구조와 단능형과 같이 눈금이 없어 미리 정해진 토크로 볼트를 체결 하도록 되어 있는 두가지
형태가 있다.
정해진 토크를 가하면 손잡이가 휘어 진다. 이것은 사용자가 너무 많은 토크(over torque)를
내지 않도록 하기 위함이며 어떤 모델은 20˚가 회전 하는 것도 있다.

슬립형 토크렌치

1.6 토크 드라이버

 토크 드라이버도 토크렌치와 같이 나사조임 측정공구로 비교적 미세한 토크 측정에 사용 되는
측정기로서 나사를 조일 수 있도록 십자형, 일자형, 각형 등의 어댑터 모양으로 제작 되어있다.
보의 비틀림 이용 몸체부에 원형의 눈금판 새겨진 토크값에 맞추어 사용하는 다이얼형과 필요한
토크값으로 세트하여 사용하는 프리세트형으로 구분 된다.

드라이버의 종류

2. 스트레인 게이지식 토크렌치

 스트레인 게이지식 토크렌치는 토크 감지부를 통하여 전기신호를 변환시켜 지시부에 숫자로 표시
되도록 제작된 토크렌치이다.
일반적으로 스트레인 게이지식 토크렌치는 원통이나 보 형상의 탄성체로 이루어진 감지부에 발생하는
변형도(strain)를 전기부에서 스트레인게이지(strain gage)로 감지하여 전기적인 신호로 변환시켜
토크를 나타내는 기기이다.
현재 상품화된 것들의 정확도(토크 오차율)는 ±1 % 이내로 정확한 토크 측정에 많이 사용된다.
스트레인 게이지식 토크렌치는 기계식 토크렌치에 비해 상당히 높은 정확도를 가지고 있으며,
기능이 다양하여 사용하기에 편리하다.
스트레인 게이지식 토크렌치는 크게 지시부 분리형과 지시부 내장형으로 구분할 수 있다.

2.1 지시부 분리형

 지시부 분리형 토크렌치는 토크렌치 내부에 브리지 회로 이외에는 전기부가 없으며
Power supply와 DVM(digital voltage meter)을 사용하거나, 특별하게 제작된 전용 토크렌치 지시계
(torque wrench indicator)를 사용하여 토크를 측정한다.

지시부 분리형 토크렌치

2.2 지시부 내장형

 지시부 내장형은 다른 부속장치가 없으며 모든 전기회로가 내장 되어 편리하게 사용할 수 있다.
그러나 제한된 크기와 무게 때문에 구조가 복잡해지고 기계부와 전기부의 설계와 제작시 고도의
기술이 필요하다.
토크렌치에 힘을 가하면 감지부에 변형이 일어나고 이것은 부착된 스트레인 게이지에 저항변화를
일으킨다.
이 같은 저항변화를 전압변화로 측정해내기 위해 스트레인게이지 4개로 이루어진 휘스톤 브리지
(wheatstone bridge)회로를 구성하며 온도에 따른 출력의 변화를 보정해 주기 위해 온도 보상회로가
첨가되어 있으며 원리는 스트레인게이지 타입인 전기식 토크측정기와 같다.
스트레인 게이지 타입의 토크렌치는 주로 지시부 내장형이 사용되며 휴대하기 쉽게하기 위해
가볍고 크기가 작으며 전원으로는 보통 건전지를 많이 사용한다.
이 토크렌치의 지시부는 스트레인 게이지 타입의 전기식 토크측정기의 지시계와 같이 전원부,
증폭부, AD 변환부, 제어부 및 표시부로 구성되며 각각의 기능은 전기식 토크측정기 와 같다.

3. 동력식 토크 공구

 동력식은 기구상 범용형이 아니며 목적에 따라 여러 가지 기종이 있으므로 최적의 기종을 선정하는
것이 중요하다.
동력식 토크 공구의 선정조건은 일반적으로 다음과 같다.
  (1) 조임 능력
  (2) 자유 회전수
  (3) 동력원 (압축공기, 전기, 유압)
  (4) 중량 및 치수
  (5) 소음
  (6) 가격
  (7) 경비 (수리비, 운전비)

3.1 토크 제어 방식

 동력식은 조임토크 작업의 정확도에서는 수동식 토크렌치에 비하여 떨어진다고 하나
이것을 어느 정도 극복할 수 있느냐가 문제이며, 아래와 같은 타입이 많이 사용되고 있다.
  (1) 무 제어형
  일반적으로 임펙트 렌치와 같이 양적인 제어 기구가 없고 감각으로 제어하는 타입.
  (2) 최대 용량형
  관성력의 한도까지 제어할 수 있는 타입.
  (3) 간접 제어용
  공기압, 유압, 전류등으로 조임 토크를 간접적으로 자동 정지시키는 타입.
  내부 효율이 변하면 변화가 생기므로 교정이 필요하다.
  (4) 직접 제어용
  조임 토크를 직접 감지하여 자동으로 정지시키는 타입.