JP2005118955A - トルク工具およびトルク工具の締め付けトルク判別装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設定トルク値あるいはオーバートルクで締め付けたのかを判別できるトルクレンチの提供。
【解決手段】ボルトの締め付けトルクを測定するセンサーと、トグル機構と、トグル機構の動作に従って移動する永久磁石との距離変化で出力電圧が台形に変化するホール素子と、前記出力電圧の増加領域内にトグルの作動位置を設定し、前記出力電圧の減少領域をオーバートルクの発生後の位置に設定し、前期電圧増加領域内で前記トグルの作動タイミングよりも遅れた位置に第１のスイッチポイントSP1を設定し、前記出力電圧の減少領域で前記オーバートルクの発生後の位置に第２のスイッチポイントSP2を選択可能に設定し、選択されたスイッチポイントに達するまで前記センサーからの信号に基づいて演算されたトルクのピーク値の中で最大のピーク値を求め、表示手段に表示させる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、トルクレンチやトルクドライバ−などのトルク工具に係り、締付トルクが設定値かあるいはオーバートルクかを判別でき、トルク工具の習熟度をチェックできるトルク工具に関する。

トルク工具としてのトルクレンチは、設定された締付けトルクに達すると、例えばトグル機構が作動することにより、作業者に設定トルクでの締付けが完了したことを感覚的に知らせることができるようにしている。

このようなトルクレンチには、前記トグル機構の作動に連係してスイッチオンの信号を出力するスイッチが取り付けられているものがある。このようなスイッチを備えたトルクレンチは、例えば複数のボルトの締め付けを行なう際に、出力したスイッチ信号のカウント数が全てのボルト数と同数の場合には締め忘れがないものと判断するようにした締め忘れ防止システムに用いられている。

図２は従来のスイッチを備えたトルクレンチを示し、（ａ）は外観平面図、（ｂ）は（ａ）に示すケースを取り除いた状態を示す平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡーＡ矢視断面図、（ｄ）はリードスイッチのＯＦＦ状態、（ｅ）はリードスイッチのＯＮの状態を示す。

トルクレンチ１は、チューブ形状に形成されたレバー２に対してヘッド３が不図示のトグル機構を介して取り付けられ、例えばヘッド３に装着された不図示のソケットを不図示のナットに取り付けてレバー２のグリップ部４を握ってレバー２を回動すると、ナットが締め付けられ、所定のトルクに達すると前記トグル機構が作動してレバー２がヘッド３に対して“カッチン”という衝撃を伴って回動する。その際、前記トグル機構の作動によって動作するヘッド３に設けたスタッドピン５が回動し、前記スイッチの出力をＯＮとする。

このトグル機構の構成を図１の本発明の実施の形態を示すトルクレンチを例にして説明すると、レバー２内に配置されたトルク値設定用の圧縮バネ１１によってヘッド３側に付勢され、レバー２内を直進移動可能な第１のトグル部材１２と、ヘッド３の後端（前記第１のトグル部材と対向配置される）と第１のトグル部材１２とを連結する第２のトグル部材１３とにより構成され、ハンドル４を引くに従ってトルクが増加し、第１のトグル部材１２が圧縮バネ１１のばね力に抗して後方に移動し始める。そして、第２のトグル部材１３が後方に向けて引っ張られるのに追従してヘッド３が支持ピン３ａを支点にして時計方向に回動を始め、第２のトグル部材１３がレバー２の長さ方向と平行になる位置を越えて回動すると、レバー２に対してヘッド３が急激に回動し、いわゆるトグルが作動した状態となる。

このスイッチは、扁平状に形成したレバー２の外壁部を貫通し、平面方向に移動可能なスタッドピン５と、スタッドピン５の先端部に固定された永久磁石６と、永久磁石６の移動に伴ってＯＮ、ＯＦＦするリードスイッチ７とにより構成されている。

レバー２の外面には基台８が固定され、この基台８に基板９が取り付けられ、この基板９にリードスイッチ７及びスイッチ信号を出力する回路を構成する電子部品１０、電池１１が装着される電池室等が取り付けられている。また、カバー１２により基板９を覆うようにしており、カバー１２はビス１３により基台８に取り付けられる。

そして、前記トグル機構の作動によりスタッドピン５が移動すると、スタッドピン５に固定された永久磁石６によってリードスイッチ７がＯＮする。なお、１４は上記回路からの信号を出力するアンテナである。

また、前記トグル機構の作動後、レバー２をさらに引くと、ヘッド３がレバー２に当接し、レバー２の力がヘッド３に直接伝達されてボルトを設定値以上のトルクで締め付けるオーバートルク状態が発生する。

ところで、トルクレンチによるボルト等の締結部材を締め付ける際、作業者の技量により、設定値で締め付けが行なわれる場合と、上述したオーバートルクで締結部材を締め付けてしまう場合がある。

しかしながら、実際に設定トルクで締め付けたのか、オーバートルクで締め付けたかは不明であり、改めて増し締め法などにより検査する必要があった。

本願発明の目的は、このような従来の問題に鑑みなされたもので、設定トルク値で締め付けたのか、オーバートルクで締め付けたのかが判別できるトルクレンチなどのトルク工具およびトルク工具の締め付けトルク判別装置を提供しようとするものである。

第１の発明は、請求項１に記載のように、締結部材の締め付けトルクに応じた信号を出力するセンサーと、設定トルクに達すると締め付け力の伝達が解除される解除機構と、前記解除機構の動作によって移動する移動部材に設けた永久磁石と、前記永久磁石との距離変化に対応して出力電圧が増加しその後減少すると共に、前記出力電圧の増加領域内に前記解除機構の作動位置に設定し、前記出力電圧の減少領域をオーバートルクの発生後の位置に存在させるホール素子と、前記ホール素子から出力される電圧増加領域内で前記解除機構の作動タイミングよりも遅れた位置に第１のスイッチポイントを設定すると共に、前記出力電圧の減少領域で前記オーバートルクの発生後の位置に第２のスイッチポイントを設定し、前記第１または第２のスイッチポイントを選択可能とするスイッチポイント設定手段と、前記スイッチポイント設定手段で選択されたスイッチポイントに達するまで前記センサーからの信号に基づいて演算されたトルクのピーク値の中で最大のピーク値を求める演算手段と、を有することを特徴とするトルク工具にある。

第２の発明は、請求項２に記載のように、上記した第１の発明で、前記演算手段で求めた最大のピーク値を表示する表示手段を有することを特徴とする。

第３の発明は、請求項３に記載のように、設定トルクに達すると締め付け軸部に取り付けられた被締め付け部材に対する締め付け力の伝達が解除される解除機構を備え、該解除機構の動作によって移動する永久磁石との距離変化に対応してホール素子の出力電圧が増加しその後減少すると共に、前記出力電圧の増加領域内に前記解除機構の作動位置を設定し且つ前記出力電圧の減少領域をオーバートルクの発生後の位置に存在させるトルク工具が取り外し可能に装着されるトルク工具の締め付けトルク判別装置であって、前記トルク工具の前記締め付け軸部に係合する測定軸部と、前記トルク工具を引くことによって前記測定軸部に発生したトルクを検出するためのセンサーと、前記ホール素子から出力される電圧増加領域内で前記解除機構の作動タイミングよりも遅れた位置に第１のスイッチポイントを設定すると共に、前記出力電圧の減少領域で前記オーバートルクの発生後の位置に第２のスイッチポイントを設定し、前記第１または第２のスイッチポイントを選択可能とするスイッチポイント設定手段と、前記スイッチポイント設定手段で選択されたスイッチポイントに達するまで前記センサーからの信号に基づいて演算されたトルクのピーク値の中で最大のピーク値を求める演算手段と、を有することを特徴とするトルク工具の締め付けトルク判別装置にある。

第４の発明は、請求項４に記載のように、上記第３の発明で、前記演算手段で求めた最大のピー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、２に係る発明によれば、ボルトなどを実際に締め付ける際には第１のスイッチポイントを選択し、トルクレンチ操作の技量などを調べる際に第２のスイッチポイントを選択すれば、簡単に設定トルクで締め付けたのかオーバートルクで締め付けたのかが判別できる。

また、請求項３、４に係る発明によれば、トルクレンチなどのトルク工具の精度を測定する測定装置に適用すれば、精度の測定と併せて操作者の技量も検査することができる。

（第１の実施の形態）
図１〜図３は本発明の第１の実施の形態を示す。

図１はトルク工具としてのトルクレンチの平面図、図２（ａ）は図１のトルクレンチのレバー２に取り付けられるケースの上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｃ）はケース内に収納された処理装置のブロック図を示す。

図１において、トルクレンチ１０は、扁平形状に形成されたレバー２の平坦面に形成された片面側の開口からスダットピン５が突出し、このスダットピン５の先端面に永久磁石６が固定されている。

そして、このスダットピン５が突出した部分にケース２３が取り付けられる。前述のように、トルク値は、圧縮バネ１１のバネ力をレバー２の後端部側で調節することにより、レバー２内を直進移動可能な第１のトグル部材１２に対するバネ力を設定し、第１のトグル部材１２と、ヘッド３と、ヘッド３の後端（前記第１のトグル部材と対向配置される）と第１のトグル部材１２とを連結する第２のトグル部材１３とによりトグル機構を構成している。

トルクレンチ１０は、ヘッド３側に設けた角軸（不図示）に取り付けたソケット（不図示）を例えば締結部材としてのボルトに装着した状態でハンドル４を引くに従ってトルクが増加し、第１のトグル部材１２が圧縮バネ１１のばね力に抗して後方に移動し始めると、第２のトグル部材１３が後方に向けて引っ張られるの追従してヘッド３が支持ピン３ａを支点にして時計方向に回動を始め、第２のトグル部材１３がレバー２の長さ方向と平行になる位置を越えて回動すると、レバー２に対してヘッド３が急激に回動し、いわゆるトグルが作動した状態となる。その際、スダットピン５もヘッド３の回動と共に移動する。

また、このトルクレンチの前記角軸には、トルク値を検出するセンサーとして例えば歪ゲージが取り付けられており、図２（ｃ）に示すように、歪ゲージ２８で検出した検出信号をアンプ２９で増幅し、Ａ／Ｄ変換器３０で変換されたデジタル信号をケース２３内のマイコン２２に出力する。

本実施の形態において、ケース２３に固定された回路基板２０には、図１に示すトルクレンチのスタッドピン５の先端部に固定した永久磁石６に対応してホール素子２１が取り付けられている。また回路基板２０には、マイコン２２が取り付けられ、ケース２３には、表示器２４が取り付けられている。そして、この表示器２４には、歪ゲージ２８からの検出信号に基づいて演算されたトルク値がリアルタイムに表示されると共に、以前の演算値からトルク値のピークを演算し、ピーク値を表示できるようにもなっている。

また、ホール素子２２からの検出電圧はアンプ２６で増幅され、さらにＡ／Ｄ変換器２７でデジタル信号に変換されてマイコン２２に入力される。

図３に示すように、ホール素子２１は、永久磁石６との距離に比例して出力電圧（Ｖ）が大きくなる特性を有しており、トグル機構のトグル範囲で最小の出力電圧Ｖ０から最大の出力電圧Ｖ２をマイコン２２に出力する。その際、ホール素子２１に対して永久磁石６は離れた位置から該ホール素子２１に近づき、再び離れるので、ホール素子２１から出力される電圧は、徐々に電圧Ｖ２に近づき、最大電圧Ｖ２の出力後、逆に出力電圧を徐々に減少させる。

このホール素子２１は、トグル機構のトグル作動の確認を行うスイッチとして用いるもので、マイコン２２はホール素子２１の出力電圧がＶ０からＶ２に向かって上昇する間にスイッチオンとなる第１のスイッチポイント（電圧Ｖ１）ＳＰ１を設定すると共に、電圧Ｖ２から電圧Ｖ０に向かって降下する間にスイッチオンとなる第２のスイッチポイント（電圧Ｖ３）ＳＰ２を設定している。なお、大１のスイッチポイントＳＰ１は電圧が増加する傾向を見て判定でき、第２のスイッチポイントＳＰ２は電圧が減少する傾向を見て判定することができる。

マイコン２２には、スイッチポイント調整器２５から調整電圧が入力され、ホール素子２１から入力電圧Ｖ０〜Ｖ２の間にスイッチのオンポイントＳＰ１、ＳＰ２となる電圧値が設定される。

第１のスイッチポイントＳＰ１は、図４（ａ）に示すように、設定トルク値が得られた後（トグル機構が作動後）に得られるように設定し、また第２のスイッチポイントＳＰ２はオーバートルク後に得られるようにスイッチポイント調整器２５により調整されている。

スイッチポイント調整器２５には、第１のスイッチポイントＳＰ１を選択するか、第２のスイッチポイントＳＰ２を選択する選択スイッチ２５ａが設けられ、第１のスイッチポイントＳＰ１を選択した場合、図３に示すように、ホール素子２１からの上昇する出力電圧が調整器２５から入力されるスイッチポイント電圧Ｖ１を超えるとスイッチオンの信号を出力する。また、第２のスイッチポイントＳＰ２を選択した場合、降下する出力電圧が調整器２５から入力されるスイッチポイント電圧Ｖ３を下回るとスイッチオンの信号を出力する。

マイコン２２は、上述のように、測定トルク値をリアルタイムに演算し、ピーク値を表示器２４に表示させるが、第１のスイッチポイントＳＰ１が選択された場合、ホール素子２１からの信号が該第１のスイッチポイントＳＰ１に達してスイッチ信号が出力されると、今までのピーク値の最大値を表示器２４に表示させる。また、第２のスイッチポイントＳＰ２が選択された場合、ホール素子２１からの信号が該第２のスイッチポイントＳＰ２に達してスイッチ信号が出力されると、今までのピーク値の最大値を表示器２４に表示させる。

すなわち、第１のスイッチポイントＳＰ１を選択することは、トグル機構の作動時における演算トルクのピーク値を検出するものであり、第２のスイッチポイントＳＰ２を選択することは、オーバートルク値を検出可能とするものである。

図４はこの２つのモードを説明する波形図を示しており、図４（ａ）は第１のスイッチポイントＳＰ１が選択された場合、図４（ｂ）は第２のスイッチポイントＳＰ２が選択された場合を示している。

図４（ａ）に示す第１のスイッチポイントＳＰ１が選択された場合において、例えば熟練した作業者がトルクレンチ１０を操作すると、図４（ａ）の通常時に示すように、設定トルク（黒丸で示すピーク値）に達したことを感知してレバー２を引く力を弱めるので、トグル機構の作動後に僅かな遅れでスイッチ信号が出力され、その後、レバー２にヘッド３が当接するが、レバー２を引く力を既に弱めているため、一瞬減少したトルク値が増加するものの、ピーク値である設定値を超えることがない。

したがって、正常にボルト締めが行われたことが判断できる。

しかし、例えば未熟な作業者がトルクレンチ１０を操作すると、図４（ａ）のオーバートルク時に示すように、オーバートルクによるピークが黒丸で示す表示ピーク値より大きいが、既にスイッチ信号が出力された後なので、実際にはオーバートルクによって締め付けられているにもかかわらず、表示器２４にはトグル機構の動作時におけるトルク値が表示される。

次に、図４（ｂ）に示す第２のスイッチポイントＳＰ２が選択された場合において、熟練した作業者がトルクレンチ１０を操作すると、図４（ｂ）の通常時に示すように、設定トルク（黒丸で示すピーク値）に達したことを感知してレバー２を引く力を弱めるので、トグル機構の作動後に僅かな遅れでスイッチ信号が出力され、その後、レバー２にヘッド３が当接するが、レバー２を引く力を既に弱めているため、一瞬減少したトルク値が増加するものの、第２のスイッチポイントＳＰ２を検知する以前のピーク値である設定値を表示器２４に表示することになる。この場合、オーバートルクにより生じるピーク値が設定値であるトグル作動時におけるピーク値よりも小さいので、表示器２４には設定値が表示され、適正な締め付けトルクでボルトの締め付けが行われたと判断できる。

一方、例えば未熟な作業者がトルクレンチ１０を操作すると、図４（ｂ）のオーバートルク時に示すように、オーバートルクによる黒丸で示すピークがトグル機構の作動時における設定トルク値より大きいので、スイッチ信号が出力される以前の最大ピーク値であるオーバートルク値が表示器２４に表示されることになる。

したがって、オーバートルクによって締め付けられていることを明確に知らせることができる。

なお、第１のスイッチポイントＳＰ１がトルクレンチの精度確認及び、トルクレンチの習熟度確認用とし、スイッチポイントＳＰ２を実際の締付け作業に使用される。つまり、使用者側が管理するデータは、実際にボルトなど締め付けられたトルク値であり、オーバートルクを含めた値となることによる。
（第２の実施の形態）
上記した第１の実施の形態は、トルクレンチ自体で適正な締め付けかあるいはオーバートルクでの締め付けの判別ができるようにしているが、トルクレンチの検査を目的として上記したセンサー２８と同様の機能を備えた測定装置に、上記したマイコン２２、表示器２４、スイッチポイント調整器２５を設け、トルクレンチからはホール素子２１からの信号を有線あるいは無線によりこの測定装置に出力させるようにしてもよい。また、スイッチポイント調整器２５をトルクレンチに設けるようにしてもよい。

本実施の形態では、測定装置の測定軸部に上記したセンサー２８が設けられており、トルクレンチのソケットをこの測定軸部に嵌合させ、トルクレンチのグリップを手で持って引くことにより、第１の実施の形態と同様の表示を行わせることができる。

また、上記した各実施の形態において、ピーク値を表示器に表示させるようにしているが本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第２のスイッチポイントを選択した場合、オーバートルクであるとオーバートルクを示すランプを点灯させたり、警告を音声などで発するようにしてもよい。

さらに、上記した各実施の形態では、スイッチポイントの検知をホール素子を用いているが、本発明はこれに限定されるものではなく、マイクロスイッチ、リードスイッチなどを用いることができ、これらのスイッチがオフからオンとなる位置と、オンからオフとなる位置をスイッチポイントとして置き換えることができる。

本発明の第１の実施の形態を示すトルクレンチの一部破断上面図。 （ａ）は図１のトルクレンチの取り付けられるケースの上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図、（ｃ）は（ｂ）のマイコンのブロック図を示す。 図２に示すホール素子の出力波形を示す図。 図２に示すマイコンによる判別手法を説明する波形図で、（ａ）は第１のスイッチポイント選択時、（ｂ）は第２のスイッチポイント選択時における通常時とオーバートルク時をそれぞれ示す。 従来のトルクレンチを示し、（ａ）は外観平面図、（ｂ）は（ａ）に示すケースを取り除いた状態を示す平面図、（ｃ）は（ｂ）のＡーＡ矢視断面図、（ｄ）はリードスイッチのＯＦＦ状態、（ｅ）はリードスイッチのＯＮの状態を示す。

符号の説明

１ トルクレンチ
２ レバー
３ ヘッド
４ グリップ部
５ スタッドピン
６ 永久磁石
７ リードスイッチ
８ 基台
９ 基板
１０ 電子部品
１１ 電池
１２ カバー
１３ ビス
１４ アンテナ２０ 回路基板
２１ ホール素子
２２ マイコン
２３ ケース
２４ 表示器
２５ 調整器
２６ アンプ
２７ Ａ/Ｄ変換器
２８ センサー
２９ アンプ
３０ Ａ／Ｄ変換器

Claims (4)

1. 締結部材の締め付けトルクに応じた信号を出力するセンサーと、
   設定トルクに達すると締め付け力の伝達が解除される解除機構と、
   前記解除機構の動作によって移動する移動部材に設けた永久磁石と、
   前記永久磁石との距離変化に対応して出力電圧が増加しその後減少すると共に、前記出力電圧の増加領域内に前記解除機構の作動位置に設定し、前記出力電圧の減少領域をオーバートルクの発生後の位置に存在させるホール素子と、
   前記ホール素子から出力される電圧増加領域内で前記解除機構の作動タイミングよりも遅れた位置に第１のスイッチポイントを設定すると共に、前記出力電圧の減少領域で前記オーバートルクの発生後の位置に第２のスイッチポイントを設定し、前記第１または第２のスイッチポイントを選択可能とするスイッチポイント設定手段と、
   前記スイッチポイント設定手段で選択されたスイッチポイントに達するまで前記センサーからの信号に基づいて演算されたトルクのピーク値の中で最大のピーク値を求める演算手段と、
   を有することを特徴とするトルク工具。
2. 前記演算手段で求めた最大のピー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に記載のトルク工具。
3. 設定トルクに達すると締め付け軸部に取り付けられた被締め付け部材に対する締め付け力の伝達が解除される解除機構を備え、該解除機構の動作によって移動する永久磁石との距離変化に対応してホール素子の出力電圧が増加しその後減少すると共に、前記出力電圧の増加領域内に前記解除機構の作動位置を設定し且つ前記出力電圧の減少領域をオーバートルクの発生後の位置に存在させるトルク工具が取り外し可能に装着されるトルク工具の締め付けトルク判別装置であって、
   前記トルク工具の前記締め付け軸部に係合する測定軸部と、
   前記トルク工具を引くことによって前記測定軸部に発生したトルクを検出するためのセンサーと、
   前記ホール素子から出力される電圧増加領域内で前記解除機構の作動タイミングよりも遅れた位置に第１のスイッチポイントを設定すると共に、前記出力電圧の減少領域で前記オーバートルクの発生後の位置に第２のスイッチポイントを設定し、前記第１または第２のスイッチポイントを選択可能とするスイッチポイント設定手段と、
   前記スイッチポイント設定手段で選択されたスイッチポイントに達するまで前記センサーからの信号に基づいて演算されたトルクのピーク値の中で最大のピーク値を求める演算手段と、
   を有することを特徴とするトルク工具の締め付けトルク判別装置。
4. 前記演算手段で求めた最大のピー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３に記載のトルク工具の締め付けトルク判別装置。
   

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