JP2002120162A - 増し締め検査用トルクレンチ - Google Patents
増し締め検査用トルクレンチInfo
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Abstract
することによって生じる誤差を補正し、締結ボルトを増
し締めするだけで、正確なトルク値を測定できる増し締
め検査用トルクレンチを提供する。 【解決手段】検査ボルトを締め付けると、レンチ自体の
捩れでボルトが回動する前にレンチの回動が検出され、
その時に得られるトルク勾配線Mと、ボルトの回動後に
おける回動状態でのトルク勾配線Nとの交点Pが測定点
となり、この交点Pのトルク値を求めることで測定トル
ク値が得られる。なお、トルク勾配線Nは、基準となる
捩れのトルク勾配線Lとの交点PAにおけるトルク値T
Aの90%の値のトルク値の点を結んで得られる。
Description
ルクレンチに関するものである。
を検査する検査方法として、締め付けられた状態にある
ボルトをさらにトルクレンチで締め付け、ボルトが再び
回りだしたときのトルク値を前記トルクレンチで読み取
る増し締めトルク法がある。なお、検査後ボルトはその
ままにしている。
レンチとしては、例えば目盛付きのトルクレンチが用い
られ、再び回りだしたときのトルク値を目盛から読み取
ってボルトの締付けトルク値として確認している。
ルトの締付けトルク値を確認する増し締めトルク法は、
図5に示すように、トルクレンチに締結方向に力を加え
て行くと、検査対象となるボルト(以下検査ボルトと称
す)にトルクが付加され、破線Eで示すようにトルクが
増加する。
すには、検査ボルトの静止摩擦係数により生じるトルク
を超えてトルクを与える必要がある。したがって、破線
Eで示すように、締め付けトルクが増加し、A点を超え
てトルクレンチが検査ボルトと一体となって回動したこ
とを感覚的に確認された時の増し締め点Bに対応する増
し締め測定トルク値T2 をトルクレンチの目盛から読み
取って、この増し締め測定トルク値T2 を基にして、例
えば所定の係数を用いてA点のトルク値(T1)を算出
し、この算出したトルク値T1が設定した所望のトルク
値(T0)か否かを判定するようにしている。
実際の締結トルク値T1 に対し、増し締め測定トルク値
T2 との間に測定値に差が生じる。また上記増し締め点
Bにおける増し締め時の測定トルク値にはバラツキが生
じる。例えばボルトと、前記締結ボルトにより締め付け
られる被締結体との座面間の密着性が高い場合には、図
5の特性図において、増し締め点Bのトルク指標位置が
高くなり、これが原因で増し締め測定トルク値T2 が高
くなる。
油、ワッシャ等が介在されていて、前記被締結体と前記
締結ボルト間の密着性が低い場合には、増し締め点Bの
トルク指標位置が低くなり、増し締め測定トルク値T2
が締結トルク値T1 に接近する。
回動速度のバラツキ、あるいは気温による被締結体と締
結ボルトの熱膨張の度合等によっても、上記増し締め点
Bのトルク指標位置が上下に変動し、これらの要因で増
し締め時の測定トルク値T2にもバラツキが生じる。
2 のバラツキを解消するための締結トルク測定方法とし
て、特開2000−778号公報で示す発明を既に提案
している。
て、締め付け開始から、検査ボルトが再び回りだすA点
を超え、回動状態が安定した時の検査ボルト(実際には
トルクレンチ)の回動角度とトルク値との特性線が線形
状態にあり、該特性線が前記A点に交わるということを
前提としたもので、回動状態の安定したC点以降におい
て、複数点でトルクレンチの回動角度に対応したトルク
値を測定し、回転角度の測定開始位置(θ0)はA点で
あるので、A点におけるトルク値を演算により得ること
ができるようにしている。
の回動角を測定して締結トルクを検査できる増し締め検
査用トルクレンチにあっては、図5に示すA点を超える
まではトルクレンチの回動角度は0°であることを前提
とした理論に基づくものである。
ット等を含めたトルクレンチ全体が完全な剛体とするこ
とは不可能であり、例えばトルクレンチに力を加えると
トルクレンチ自体が歪によりしなりが発生し、図5に示
すA点に達する前にある角度回動したことを検知するこ
とになる。
結ボルトに対し、増し締めトルクを作用させて、締結ト
ルクの測定を行なうために使用されるトルクレンチの機
種及びその特性は、まちまちである。
す増し締め検査用トルクレンチのように、トルク検出手
段を有すると共に、その検出トルク値を表示する表示部
等を有する処理装置1を備えたレンチ本体2に、ラチエ
ット式の交換ヘッド3、又はスパナ式の交換ヘッド4、
さらには、長さの異る各種ソケット(不図示)等を選択
的に組合せて、締結ねじのねじ締結トルクを測定するト
ルクレンチにあっては、上記選択使用する付属品、すな
わち各種交換ヘッドやソケット固有の捩れ角や遊び角の
相違により、使用する各測定レンチ毎に捩れ角特性や遊
び角特性に違いが生じる。
結ねじの締結トルク測定用として、所定のレンチ本体2
と所定の捩れ特性等に定められている付属品を組み合せ
てユーザー側へ出荷するものの、そのユーザーによる締
結ねじの締結トルク測定時に、レンチ本体2と組み合せ
て使用される付属品の形態が、メーカーから出荷された
ままの付属品が使用されれば、レンチの特性変化が生じ
ることなくその出荷時のトルクレンチに定められた捩れ
特性に基いて締結トルク値を容易に検出(測定)するこ
とができるが、締結トルク測定のための作業環境等に左
右されて、測定時のレンチ本体に付属使用する付属品を
出荷時のものとやむを得ず取り替え使用しなければなら
ないことがある。
するために測定者が取り替え使用する付属品の捩れ特性
等と、メーカーからの出荷時のレンチ本体に設けられる
付属品の捩れ特性とに違いが生じると、例えば図6で示
すように、実際に検査ボルトが回動を開始する前にトル
クレンチが回動開始点θ0 から回動を開始してしまい、
検査ボルトが実際に再度回動(増し締め開始)される回
動開始位置θ1 間に角度差が生じることになる。
るトルク値に誤差TS が生じ、精度の高い締結トルク値
を得ることができなかった。
回動する前にトルクレンチが回動することによって生じ
る誤差を補正し、締結ボルトを増し締めするだけで、正
確にボルトの締結トルクを得ることができる増し締め検
査用トルクレンチを提供しようとするものである。
にあるボルトを締め付ける増し締め検査用トルクレンチ
であって、レンチ本体に設けられ、前記ボルトを締め付
ける際のトルクを検出するためのトルク検出手段と、前
記レンチ本体に設けられ、トルクレンチの回動角度を検
出するための回動角度検出手段と、前記トルク検出手段
で検出したトルク情報と前記回転角度検出手段で検出し
た回転角度を入力情報として、前記ボルトの回動後の安
定した領域で得られた前記入力情報と予め設定された基
準となる捩れ特性勾配線に基づいて前記ボルトの回動状
態におけるトルク勾配線を仮想する第1の演算手段と、
前記ボルトが回動する前に前記入力情報で得られた前記
ボルトの静止状態におけるトルク勾配線を仮想する第2
の演算手段と、前記第1の演算手段で得られた回動状態
のトルク勾配線と前記第2の演算手段で得られた静止状
態のトルク勾配線の交点を求め、該交点でのトルク値を
測定トルク値とする第3の演算手段とを有することを特
徴とする。
め付ける増し締め検査用トルクレンチであって、レンチ
本体に設けられ、前記ボルトを締め付ける際のトルクを
検出するためのトルク検出手段と、前記レンチ本体に設
けられ、トルクレンチの回動角度を検出するための回動
角度検出手段と、前記トルク検出手段で検出したトルク
情報と前記回転角度検出手段で検出した回転角度を入力
情報として、前記ボルトの回動後の安定した領域で得ら
れた前記入力情報と予め設定された基準となる捩れ特性
勾配線に基づいて前記ボルトの回動状態におけるトルク
勾配線を仮想する第1の演算手段と、前記ボルトが回動
する前に前記入力情報で得られた前記ボルトの静止状態
におけるトルク勾配線を仮想する第2の演算手段と、前
記第2の演算手段で演算するための前記入力情報数が予
め設定した個数以下の場合に、前記第1の演算手段で得
られた前記ボルトの回動状態におけるトルク勾配線と前
記基準となる捩れ特性勾配線の交点でのトルク値を測定
トルク値とする第3の演算手段とを有することを特徴と
する。
記第3の演算手段で得られた測定トルク値を表示する表
示手段を有することを特徴とする。
で、前記ボルトの回動後、予め設定した角度を超えて回
動すると、測定終了を知らせる報知手段を有することを
特徴とする。
記第1の演算手段は、前記ボルトの回動後、所定の回動
角度を超えた領域で得た前記入力情報を前記安定した領
域で得られた入力情報とすることを特徴とする。
記第1の演算手段は、前記ボルトの回動後の安定した領
域で得られた前記入力情報で得られたトルク勾配線と予
め設定された基準となる捩れ特性勾配線との交点を求
め、さらに該交点におけるトルク値に所定の係数を掛け
たトルク値を交点として前記ボルトの回動状態における
トルク勾配線を仮想することを特徴とする。
形態に基いて詳細に説明する。
検査用トルクレンチの外観図、図2は図1のトルクレン
チに設けられた処理装置の電気回路を示すブロック図、
図3は図2の処理装置により求められる締め付けトルク
値の演算処理を示す線図、図4は図2の処理装置の動作
を示すフローチャートである。
は、トルクレンチ本体2に対して、所望のラチエット式
交換ヘッド3又はスパナ式交換ヘッド4、不図示の通常
の長さのソケットあるいはロングソケット等が交換使用
できるようになっている。
等のトルク検出手段5と、ボルトを締め付けるためにト
ルクレンチ本体2を回動させた際に、トルクレンチの回
動角度を検知する振動式ジャイロセンサ等の回動角度検
出手段6が取り付けられ、さらに前記トルク検出手段5
と前記回動角度検出手段6からの各検出情報に基づいて
締め付けトルクを演算処理し、演算処理により得られた
締め付けトルクを表示する表示部を有する演算処理装置
1が取り付けられている。
装置1等の電源としての充電池である。
手段としての歪ゲージ10からのトルク検出値としての
検知信号を増幅回路11に出力し、A/Dコンバータ1
2でデジタル化して演算回路13に入力させる。
ロセンサ14はボルトを増し締めした際に検出した角速
度を増幅回路15に入力し、A/Dコンバータ16でデ
ジタル化して演算回路13に入力される。演算回路13
は、入力された角速度を積分し、トルクレンチの回動角
度(θ)とする。
上記したトルク値と回転角度値が夫々対応するようにし
て記憶させ、このRAMに記憶した値に基づいて求めた
演算結果を液晶表示パネル等で構成される表示部19に
表示させる。なお、検査ボルトの増し締めを行なうため
に検査ボルトを回動させる角度は実際には数度(本実施
の形態では3°)程度であり、この設定した回動角度を
超えると、これ以上トルクレンチを増し締めのための回
動が不要であることをブザー等の音あるいはLED等の
光で報知する報知部20も設けられている。
ようにして締め付けトルクを求める演算を行なう。
ルクレンチの固有のトルクTとレンチとの回動角度との
関係を示す基準捩れ角特性線を示しており、この基準捩
れ角特性線はROM18に予め記憶されている。ここ
で、Ttrgは、ソケット等のがたを取り除くのに必要な
トルクを示し、例えばロングソケットを用いて増し締め
を開始すると、特性線Mに示すように、検査ボルトは回
動していないのにトルクレンチのしなりによりトルクレ
ンチが回動し、このときの回動角度とトルク値をRAM
に記憶する。
回動角度とトルク値との僅かな非線形状態の関係を経
て、回動角度とトルク値とは回動状態で推移する線形の
特性線Nに従って変化する。なお、検査ボルトが回動を
開始し、回動角度とトルク値との関係が不安定な非線形
状態を脱するのに要する十分な回動角度として、実験で
は1.5度程度の角度であることが確認された。
際に回動を開始してから1.5度回動した位置をθn‐3と
し、そこから0.5°づつ回動した位置(θn‐2、θ
n‐1、θn)で回動角度に対応したトルク値を夫々RO
M18に記憶させた。すなわち、1.5度の範囲で点、
、、の4点のデータを得るようにしている。
線Nが得られ、さらにこの特性線Nを基準捩れ角特性線
Lまで延長し、その交点をPAとする。ここで、検査ボ
ルトが実際に回動を開始する前にしなり等で回動するト
ルクレンチ自体の回動角度に応じたトルク値は、実験に
より基準捩れ角特性線Lの0.9程度であることが確認さ
れている。したがって、点PAに対応するトルク値TA
の0.9倍の点0.9TAの値を求める。
た回動角度とトルク値との関係は、線形の関係にあり、
検査ボルトが実際に回動を開始する位置も当然にこの関
係にある。
いトルク値がRAMに複数点(本実施の形態では4点)
記憶されているか否かをチェックする。本実施の形態で
は、回動角度が例えば0.2°毎の位置(θm-3 ,θ
m-2 ,θm-1 ,θm)に対応してトルク値を記憶させるよ
うにしており、この場合4点存在するので、この4点
(a、b、c、d)を結べば特性線Mが得られる。そし
てこの特性線Mを延長し、前記特性線Nとの交点を求め
れば、この交点Pが実際に検査ボルトが回動を開始した
角度となる。
Pにおけるトルク値TPも判明し、このトルク値TPを
締め付けトルクを検査する測定トルク値として表示部1
9に表示させる。
ト)を使用して増し締めする場合、上述したロングソケ
ットの場合よりもソケット自体の捩れが小さいので、シ
ョートソケットの捩れ特性線M´はロングソケットの捩
れ特性線Mに比べて、基準捩れ角特性線Lとの捩れ差θ
s´が小さい(θs>θs´)ので、ロングソケットの
場合よりも小さい捩れで検査ボルトが実際に回動を開始
する。
の捩れ角特性線Lに基づいて得られた捩れに要するトル
ク値0.9TA´よりも小さいトルク値は、RAMに3点
しか記憶されていないので、捩れ特性線M´と特性線N
´との交点P´の角度位置の精度が悪くなることも考え
られる。
捩れ角特性線Lに対して捩れ差θs´が小さいので、特
性線N´と基準捩れ角特性線Lとの交点PA´を検査ボ
ルトが実際に回動を開始した点とみなしても殆ど問題が
無い。
ルク値TA´を締め付けトルクを検査する測定トルク値
として表示部19に表示させる。
各回路構成部は、操作スイッチ等で構成される操作部1
7のメインスイッチのONにより動作が開始され、図4
に示すフローチャートに従って測定値の演算が行なわれ
る。
0からA/Dコンバータ12を経て入力された検知情報
に基づいてトルク値を演算する(S1)。
ットされたソケット等のガタを取り除くために必要なト
ルクTtrgと比較し、大きければS3に進む。
A/Dコンバータ16を経て入力された検知情報に基づ
いて角速度を求め、S4に進む。
してトルクレンチの回動角度を求め、S5に進む。
をRAMに記憶させ、S6に進む。
(Δ)を演算し、S7に進む。
された値(Δset)より大きいか否かを判定し、下なら
ば検査ボルトが回動し始めたとみなしてS8に進む。
トを開始し、S9に進む。
度(θset)に達したか否かを判定し、達したと判定す
るとS10に進む。なお本実施の形態ではθset=3°
に設定している。
ザー及びLEDで操作者に増し締めが完了したことを知
らせ、S11に進む。
xを読み込み、S12に進む。
定の領域(本実施の形態では検査ボルトの回転後1.5°
〜3°の間)のデータ(点〜)から図3に示す直線
Nを引き、S13に進む。
特性線LとS12で求めた特性線Nとの交点PAを求
め、S14に進む。
するトルク値TAの90%の値を求め、S15に進む。
前に、特性線Mを引くために必要なデータの数がm個以
上あるかを判定し、存在するとS16に進む。
ら直線の特性線Mを引き、S17に進む。
線Nとの交点Pを求め、S18に進む。
ク値を測定点のトルク値として表示部19に表示させ、
この増し締め動作のルーチンを終了させる。
めに必要なデータの数がm個以上存在しない場合には、
S19に進む。
13で求めた特性線Lとの交点PAのトルク値を測定点
として表示部19に表示させ、この増し締め動作のルー
チンを終了させる。
用トルクレンチは、測定範囲が20〜100N・m、使
用ソケットは長さが150mm、最小径15mm、10
0N・m負荷時のソケット捩れが約2.4度であった。
また、測定用ボルトについては、トルク上昇率が標準的
なものを使用し、20N・mの時に1度あたり0.56
N・m上昇するもの、50N・mの時に1度あたり1.
39N・m上昇するもの、100N・mの時に1度あた
り2.78N・m上昇するものを使用した。
誤差は1%以内(0.75%)で小さいため、直線Lで問題
なかった。
計算した時の誤差は約3%と大きく、直線Mを使用しな
いといけなかった。
計算した時の誤差は約7.1%と大きく、直線Mを使用し
ないといけなかった。
用トルクレンチによれば、種々のソケット等を交換して
使用したりして、ソケット等のねじり特性やレンチ自体
の弾性変形などにより検査ボルトが実際に回動する前に
トルクレンチが回動するという現実を加味して測定トル
クを得ることができるので、高精度で迅速に検査ボルト
が所定のトルクで締め付けられているか否かを判断する
ことが可能となる。
理回路はトルクレンチ本体に設けたが、別に設けても良
く、歪ゲージや振動式ジャイロセンサーで検出した情報
を有線あるいは無線方式で演算処理回路に入力するよう
にしても良い。
査ボルトが回動を開始する前にトルクレンチの回動を検
知し始めても、検査ボルトが回動する前にトルクレンチ
が回動することによって生じる誤差を補正し、締結ボル
トを増し締めするだけで、検査ボルトの測定トルクを精
度よくしかも容易に得ることができる。
形態を示す外観図。
ク値の演算処理を示す線図。
の関係を示した特性図。
Claims (6)
- 【請求項1】 締結状態にあるボルトを締め付ける増し
締め検査用トルクレンチであって、レンチ本体に設けら
れ、前記ボルトを締め付ける際のトルクを検出するため
のトルク検出手段と、前記レンチ本体に設けられ、トル
クレンチの回動角度を検出するための回動角度検出手段
と、前記トルク検出手段で検出したトルク情報と前記回
転角度検出手段で検出した回転角度を入力情報として、
前記ボルトの回動後の安定した領域で得られた前記入力
情報と予め設定された基準となる捩れ特性勾配線に基づ
いて前記ボルトの回動状態におけるトルク勾配線を仮想
する第1の演算手段と、前記ボルトが回動する前に前記
入力情報で得られた前記ボルトの静止状態におけるトル
ク勾配線を仮想する第2の演算手段と、前記第1の演算
手段で得られた回動状態のトルク勾配線と前記第2の演
算手段で得られた静止状態のトルク勾配線の交点を求
め、該交点でのトルク値を測定トルク値とする第3の演
算手段とを有することを特徴とする増し締め検査用トル
クレンチ。 - 【請求項2】 締結状態にあるボルトを締め付ける増し
締め検査用トルクレンチであって、レンチ本体に設けら
れ、前記ボルトを締め付ける際のトルクを検出するため
のトルク検出手段と、前記レンチ本体に設けられ、トル
クレンチの回動角度を検出するための回動角度検出手段
と、前記トルク検出手段で検出したトルク情報と前記回
転角度検出手段で検出した回転角度を入力情報として、
前記ボルトの回動後の安定した領域で得られた前記入力
情報と予め設定された基準となる捩れ特性勾配線に基づ
いて前記ボルトの回動状態におけるトルク勾配線を仮想
する第1の演算手段と、前記ボルトが回動する前に前記
入力情報で得られた前記ボルトの静止状態におけるトル
ク勾配線を仮想する第2の演算手段と、前記第2の演算
手段で演算するための前記入力情報数が予め設定した個
数以下の場合に、前記第1の演算手段で得られた前記ボ
ルトの回動状態におけるトルク勾配線と前記基準となる
捩れ特性勾配線の交点でのトルク値を測定トルク値とす
る第3の演算手段とを有することを特徴とする増し締め
検査用トルクレンチ。 - 【請求項3】 前記第3の演算手段で得られた測定トル
ク値を表示する表示手段を有することを特徴とする請求
項1または2に記載の増し締め検査用トルクレンチ。 - 【請求項4】 前記ボルトの回動後、予め設定した角度
を超えて回動すると、測定終了を知らせる報知手段を有
することを特徴とする請求項1または2に記載の増し締
め検査用トルクレンチ。 - 【請求項5】 前記第1の演算手段は、前記ボルトの回
動後、所定の回動角度を超えた領域で得た前記入力情報
を前記安定した領域で得られた入力情報とすることを特
徴とする請求項1、2、3または4に記載の増し締め検
査用トルクレンチ。 - 【請求項6】 前記第1の演算手段は、前記ボルトの回
動後の安定した領域で得られた前記入力情報で得られた
トルク勾配線と予め設定された基準となる捩れ特性勾配
線との交点を求め、さらに該交点におけるトルク値に所
定の係数を掛けたトルク値を交点として前記ボルトの回
動状態におけるトルク勾配線を仮想することを特徴とす
る請求項1、2、3、4または5に記載の増し締め検査
用トルクレンチ。
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JP2001095552A JP4869490B2 (ja) | 2000-08-07 | 2001-03-29 | 増し締め検査用トルクレンチ |
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JP2000-238262 | 2000-08-07 | ||
JP2001095552A JP4869490B2 (ja) | 2000-08-07 | 2001-03-29 | 増し締め検査用トルクレンチ |
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DE (1) | DE60126100T2 (ja) |
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Cited By (5)
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