2022-01-台灣智慧扣件專利分析

余征諴博士 / 國立高雄科技大學鍛造輥軋工程研究中心

摘要

扣件 (fastener) 汎指螺絲(screw)、螺栓(bolt)、螺帽(nut)及墊圈(washer)等產品，扣件主要功能為提供鎖固功能，將各種零件結合為各式元件或系統。近年來扣件廠商為提高扣件之附加價值，發展出防盜、防鬆、輕量化等特殊高值化扣件產品，本期專欄著眼於國内“智慧扣件”相關產品之專利分析；專利公告介於2010至2021年間；分別以專利權人及主要專利分類號(MIPC)分析了解各專利權人所投入的技術分類，在本期分析中，晉禾晉禾企業與優鋼機械為國內生產螺絲、螺帽、螺栓、手工具及套筒的扣件企業，以製造經驗爲基礎進而開發高附加價值的智慧扣件，而倢通科技則是將核心的RF IC設計與製造技術，利用智慧螺絲作為載具，跨足智慧機械領域。再利用技術功效矩陣進行技術功效分析，將智慧扣件依照功效分爲扭力感測、應變感測、狀態監測、張力感測、應力感測及多重感測等功效，再利用專利摘要説明，讓讀者瞭解智慧扣件之發展現況。

一、專利檢索

本次專利檢索利用台灣智慧財產局資料庫，於標題、摘要、專利項(title, abstract, claim, TAC)及國際專利分類號(IPC)等欄位搜尋智慧扣件之相關專利，專利檢索條件為：

“TAC:(智慧智能感應感測) AND TAC:(扣件螺絲螺帽螺栓緊固件) AND IPC:(F16B)”

檢索系統檢索出86件專利，再經人工判讀篩選，契合本次專利分析主題之專利數為21件。

二、專利權人及主要專利分類號(MIPC)分析

主要廠商(專利權人)與專利件數為：優鋼機械股份有限公司(7件)、倢通科技股份有限公司(3件)、財團法人工業技術研究院(2件)、晉禾企業股份有限公司(2件)、矽谷微電子股份有限公司(件)、中國氣動工業股份有限公司(1件)、關隆股份有限公司(1件)、吳政遠(1件)、國立高雄科技大學(1件)、國立勤益科技大學(1件)、臺北市西湖國民中學(1件)等專利權人。

其中晉禾企業成立於1980年，是國內生產螺絲、螺帽、螺栓的傳統扣件企業，具有相當豐富的製造經驗，進而開發高附加價值的智慧扣件；而優鋼機械為設計及生產手工具之公司、倢通科技則是將核心技術(RF IC設計與製造)以智慧螺絲作為載具，跨足智慧機械領域。

從專利權人與主IPC分佈圖可以看到，

1. F16B031 分類號：優鋼、倢通、晉禾、中國氣動、高雄科大、勤益科大、吳政遠及工研院等專利權人，開發張力、扭力、應力、壓力等感測用扣件。

2. G01L005 分類號：優鋼及矽谷微電子等專利權人，開發張力感應螺栓與RFID 記錄扭矩螺栓。

3. F16B035 分類號：關隆公司開發震動感應螺帽。

4. F16B039 分類號：工研院開發利用感測材料(壓電/電縮材料)受力產生電訊號，並利用射頻電路供電的智慧螺絲。

5. G08B021分類號：台北西湖國小利用磁性感測的墊片，當螺絲螺帽鎖固/鬆脫時的磁力發生變化而發出警示。

三、技術功效分析

利用技術功效矩陣進行分析，可將智慧扣件依照功效分爲扭力感測、應變感測、狀態監測、張力感測、應力感測及多重感測等功效。以下為各功效專利之技術摘要説明。

3-1. 扭力感測

1. 智慧螺栓結構及其製程 [TWI710713] : 一種智慧螺栓結構及其製程，係包括一螺栓本體及一扭力模組，該螺栓本體具有一容置空間對應裝設該該扭力模組，該扭力模組包括至少一基板、至少一感測組件、至少一蓄電元件及至少一膠層，該基板一側具有一控制模組，該控制模組具有一儲存單元用以儲存至少一扭力值，該感測模組對應與所述基板電性連結，該感測組件係用以感測扭力值之變化，該蓄電元件用以供給所述基板及感測組件電能，該膠層對應塗覆於所述感測組件及蓄電元件之外部。

2. 螺栓感測結構 [TWI710714] : 一種螺栓感測結構，係包括一螺栓本體、一扭力模組及至少一蓄電元件，該螺栓本體具有一容置空間，該扭力模組裝設於所述容置空間內，該扭力模組包括一連接組件及至少一膠層，該連接組件包含一上連接部及一下連接部，至少一感測件對應設置於所述上、下連接部之間，該感測件係用以感測扭力值之變化，該膠層對應塗覆於所述上、下連接部之外周側，該蓄電元件與所述扭力模組相電性連結，該蓄電元件係用以供給所述感測件電能。

3. 螺絲扭力感應組及其電子螺絲 [TWI545269] : 提供一種螺絲扭力感應組及其電子螺絲，其包含一本體及一扭力感測元件，本體具一凹槽且可搭配一電子扭力顯示器。前述扭力感測元件安裝在凹槽上，且扭力感測元件置於凹槽內可感測電子螺絲上所承受應力狀態，並藉電子扭力顯示器提供工程人員立即結果顯示而有效節省人力。凹槽致使電子螺絲桿體厚度薄化，可提高感測元件對於感測應力之靈敏度。

4. 太陽能智慧螺栓結構 [TWI715069] : 發明係提供一種太陽能智慧螺栓結構，係包括一螺栓主體及一光源接收罩體，該螺栓主體內部設置有一螺栓電路基板及一扭力感測單元及一蓄電單元，該螺栓電路基板上設置有至少一導接件，而該光源接收罩體內設置有一太陽能電路基板及一天線單元及一太陽能板，該太陽能電路基板設置有至少一連接件電性連接所述導接件，藉此，可經由所述扭力感測單元感測扭力且傳輸感測訊號至所述太陽能電路基板，並由天線單元傳輸至遠端監控方，另可經由太陽能電路基板轉換電能傳輸至螺栓電路基板，以使蓄電單元可持續對該扭力感測單元供電，進而達到具有扭力感測且可遠距離傳輸感測訊號及利用太陽能充電之功效者。

5. 智慧型緊固件、及緊固件安裝及檢查系統 [TWI551783] : 本發明的智慧型緊固件具有頭部及用於與結構構件螺紋接合之外螺紋柄部。頭部具有形成於上表面中的凹部，用於安裝RFID標籤，其具含有特定於緊固件的資訊之記憶體，諸如緊固件識別、指定扭矩值及其它資訊；天線，用於致能與RFID標籤讀取器的雙向通訊；及扭矩值感測器，用於決定由緊固件安裝工具應用至緊固件的扭矩。一旦安裝，大量緊固件上的現存扭矩係藉由使用RFID標籤讀取器予以測量以掃描儲存於每一緊固件的記憶體中的資訊。

⬛ 專利代表圖：

3-2. 應變感測

1. 可同步預拉緊光纖光柵與螺栓的感測螺絲裝置 [TWI510720] : 本發明提出以一種可同步預拉緊光纖光柵與螺栓的感測螺絲及利用其組成感應特性所製成的裝置，進行偵測大型公共工程結構或精密設備的迴授控制，以達成精密元件之產品製造，能發揮更精確的控制及製程歷程的記錄。透過此感應螺絲裝置所形成的精密系統結構，將使日益追求產品精良的期望得以更充分詳細地記錄其完整製程及製造進行中的重點位置物理特性，其即時現況並行累積資料或參數預作反應，以避免錯誤的累積，進而提高良率或大型結構安全。

2. 預設頸縮孔的光纖感測螺栓結構 [TWI545270] : 本發明預設頸縮孔在光纖感測螺栓上，可以提高應變靈敏度。因光纖光柵內置於較大直徑螺栓後，其彈性模數變大，使依靠光纖光柵受軸向應力引起的相對應變感度降低，不利於全系統檢測靈敏度。藉由預設頸縮孔孔徑大小的選擇，符合所需應變區寬度，另可因較大直徑螺栓可加裝同一位置溫度補償光纖光柵，獲得更精確應變值。

3. 感應螺栓的電源與訊號傳輸裝置及感應螺栓裝置 [TWI664356] : 本發明係揭露一種感應螺栓的電源與訊號傳輸裝置及感應螺栓裝置。其中電源與訊號傳輸裝置應用於具有第一接點組的感應螺栓，其包含帽蓋模組及供應模組。帽蓋模組設於感應螺栓的一端，且具有帽蓋電路板模組。帽蓋電路板模組的第二接點組電性接觸第一接點組，以與感應螺栓做電源與訊號的電性連結。供應模組插設於帽蓋模組內其藉由第四接點組與帽蓋電路板模組的第三接點組做電性接觸，以傳輸外部電源至感應螺栓或存取感應螺栓所儲存的資訊。藉此，以改善感應螺栓電力持續供應的問題，且可及時將感測的訊號與周邊系統做有線或無線的遠距傳輸，進而監控螺栓的鎖緊狀態。

⬛ 專利代表圖：

3-3. 狀態監測

1. 智慧機械元件 [TWI630330] : 一種智慧機械元件，其包含有：一機械元件本體；一機械元件副體，其係設於該機械元件本體的內部；一三維預留空間，其係位於該機械元件本體與該機械元件副體之間；至少一連結單元，其連結該機械元件本體與該機械元件副體；其中，該機械元件本體、該機械元件副體與該三維預留空間係形成一電容；該連結單元係形成一電感；該電容與該電感係構成一電感電容迴路。

2. 螺絲螺帽警示墊片組 [TWM581267] : 一種螺絲螺帽警示墊片組，適用於連接一螺絲組。該螺絲組包含一螺絲元件及一螺帽。該螺絲元件具有一頭部，及一連接該頭部並供該螺帽螺鎖的螺桿部。該螺絲螺帽警示墊片組包含一第一墊片、一第二墊片、一感測單元及一警示模組。該第一墊片及該第二墊片設置在該頭部與該螺帽之間。該感測單元包括一設置於該第一墊片及該第二墊片的其中一者中的磁性感測模組，及一設置於該第一墊片及該第二墊片的其中另一者中的磁鐵件。該螺絲元件及該螺帽鬆開時，會帶動使該磁鐵件及該磁性感測模組逐漸遠離而產生磁力變化，使該磁性感測模組產生一訊號。該警示模組能依據該訊號產生警示信號，以主動提醒該螺絲元件與該螺帽間有鬆開的情形。

3. 固定元件及其檢測系統 [TWI334464] : 本發明提供一種固定元件及其檢測系統，其係可將一感測材料置於該固定元件本體內，透過射頻電路進行供電，利用訊號處理單元將來自感測材料之電氣訊號轉換為電路可讀取之訊號，透過無線射頻傳遞至外界之檢測裝置，以檢測該固定元件之狀態。透過本發明之方式可以對於固定元件進行準確且快速大量的篩檢動作，尤其適合用於高度安全顧慮之場合，例如飛機機體上之部分螺絲。

⬛ 專利代表圖：

3-4. 張力感測

1. 感測張力的螺接件 [TWI510769] : 本發明提供一種具感測拉伸/張力的螺接件，該螺接件具有一軸向，且沿著該軸向具有一螺紋；至少一容置槽，由該螺接件之螺紋的周緣表面凹設形成；至少一感測構件，設置於該容置槽內，以感測螺接件的軸向張力。藉此，當螺接件鎖緊物體時，將於其軸向產生拉伸張力，由於感測構件靠近於螺接件之螺紋，能精確地感測螺接件的拉伸量，俾可準確獲得該螺接件的鎖緊力，提升螺接件於鎖緊程度的精確性。

2. 可感測張力之螺接件 [TWI518253] : 本發明係提供一種可感測張力之螺接件，該螺接件設有一感測構件。一容置空間，設於該螺接件內；該感測構件具有一可撓曲之撓性件與一感測器；該感測器係設於該撓性件；該感測構件係設於該螺接件之容置空間內；於該螺接件之軸向/縱向，該撓性件之預設狀態係受壓縮而呈撓曲。當該螺接件鎖緊物體時，螺接件將產生伸展；該撓性件之撓曲量係隨著螺接件之伸展而變化，該感測器便可測得該螺接件之張力，進而獲得螺接件之鎖緊力。

3. 螺絲感測裝置 [TWM486702] : 本新型是一種螺絲感測裝置，其包含一感應螺絲及一磁感應金屬。其中，感應螺絲包含一感應件及張力感測件，感應件設於感應螺絲上，張力感測件設於感應螺絲內且與感應件電性連接，張力感測件向外傳遞一張力訊號。透過磁感應金屬相對應感應件靠離，令感應件磁感生電以供應電力給張力感測件，使張力感測件具有足夠電力感測感應螺絲之即時張力值的功能。

⬛ 專利代表圖：

3-5. 應力感測

1. 螺絲應力感測裝置 [TWM484022] : 本新型是一種螺絲應力感測裝置，其包含一感應螺絲、一套接頭及一顯示器。其中，透過感應螺絲與套接頭連接，將感應螺絲偵測之類比訊號傳遞至顯示器，顯示器將即時應力值顯示。藉此套接方式達到可快速拆組、可定位和成本低等優點，達到即時監控螺絲所承受之應力的功能。

2. 感應螺絲應力防塵結構 [TWM484023] : 本新型是一種感應螺絲應力防塵結構，其包含一感應螺絲、一套接頭、一防塵套及一顯示器。其中透過感應螺絲與套接頭套接，將感應螺絲偵測之應變訊號，傳遞至顯示器，顯示器顯示其應變訊號。並藉著運用防塵套罩覆外露接腳與接腳座連接處防止灰塵、油氣及水氣產生之應變訊號誤差。

3. 壓力感測緊固件 [TW201740027] : 一種機械零件，型式可為墊片或緊固件，墊片係包括一外部絕緣層，一內部特殊導電層，內部特殊導電層可為彈性導電體或壓電材料，二不直接接觸而藉由內部特殊導電層連接之內部導電層。緊固件型式如一般常見螺絲及螺帽等，緊固件安裝接觸面增加如同前述墊片結構，唯當緊固件本體為導電體時，則緊固件本體可取代任一內部導電層，以不直接接觸方是藉由內部特殊導電層連接另一內部導電層。當本墊片或緊固件安裝時，因內部特殊導電層受力壓迫，其中分子結構排列或是與內部導電層接觸面積改變，導致二內部導電層間之電阻值或電壓改變，此電阻值或電壓可依據內部特殊導電層材料經由轉換回推出目前本零件所受到之外力。本零件能輔助緊固安裝之施力調整以及快速機械結構安全檢測。

4. 應力感測螺絲 [TWI737574] : 一種應力感測螺絲包含一桿體、一載體及一應力感測件，該桿體設有一第一容置孔，該載體設置於該第一容置孔，且該載體以一外表面與該第一容置孔的一孔壁面，面對面接觸，該應力感測件設置於該載體的一承載面，且該桿體顯露出該應力感測件，該應力感測螺絲用以被設置於至少一構件中，以監測該構件受力後，是否已變形，或者，監測該構件是否承受不當的應力(如張力、剪應力、扭力等)。

⬛ 專利代表圖：

3-6. 多重感測

1. 具變異感測功能之螺栓 [TWI522537] : 本發明關於一種具變異感測功能之螺栓，其係於螺栓設置包括狀態感測單元及訊號傳輸模組。螺栓包括柱狀本體及螺紋段。狀態感測單元感測本體之狀態而產生狀態感測訊號。訊號傳輸模組用以將狀態感測訊號傳輸出去而供利用，俾能感測螺栓所承受的扭力、應力、變形、角度偏移以及溫度等狀態。

2. 精密螺帽 [TWI669454] : 一種精密螺帽包含一本體，該本體具有一螺孔，且包含一震動感測器設置於該本體，其中該震動感測器偵測該本體之震動並輸出對應的一電訊號。藉此，當該本體震動時，震動感測器的電訊號可以反應出震動的程度，供後續的判斷。

⬛ 專利代表圖：

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