JP2005265433A - 増締検査用トルクレンチ - Google Patents

Abstract

【課題】増締でボルトの締付トルクを検査する際、ボルトの締結状況に影響を受けて検査できないことがあるので、種々の状況下でも締付けトルクを検査できるようにする。
【解決手段】トルクレンチに設けたトルクセンサーと角速度センサーの情報に基づき、ボルト動き出し時のトルク値を増締検査トルク値と判定して表示部に表示させる判定手段は、ボルトの動き出し条件に、トルクに対する回転角度の上昇勾配が所定値よりも複数回続けて大きい条件１の場合と、トルク値が所定値以上減少し且つ角速度が所定値以上の条件２の場合と、トルク値が所定値変化したときの回転角度が閾角度値を越えている条件３の場合とし、いずれか一つの条件を満足すれば良いこととした。
【選択図】 図２

Description

本発明は、締結済みのボルトが所定のトルク値で締め付けられているか否かを当該ボルトを増締して検査する増締検査用トルクレンチに関するものである。

ボルト（ねじ）、ナットなどを所定のトルクで締め付けることは一般に行なわれているが、締め付けられているボルトが実際に所定のトルク値で締め付けられているか否かを検査する方法として、トルクレンチにより検査対象であるボルト（被検査ボルト）をトルクレンチにより増締する方法が知られている。

この増締検査方法において、締付けトルク値を判定する手法の一つとして、増締の際に被検査ボルトが回動した瞬間を捉え、この時にトルクレンチが示すトルク値を締付けトルクと判定する考え方がある（特許文献１）。
特開平6-137975号公報

増締検査方法によりボルトをトルクレンチにより増締する際、トルクレンチを操作する検査員の習熟度により、トルクレンチを操作する際のトルクの掛け具合が一定でない場合、トルクレンチの操作速度を適切な速度で行なえない場合などが生じ、誤検知の原因となるおそれがあった。

また、ボルトの締付けにおいて、ボルト又はナットが被締結部材と接触している座面の状況、ねじ部の状況などの影響により、トルク上昇特性が複雑に変化するため、ボルトの回動開始時を的確に確認できないおそれがある。

本願発明は、このような従来の問題点に鑑みなされたもので、ボルト（ねじ）、ナットが締め付けられている状況に影響を受けることなくボルト（ねじ）、ナットの締付けトルクを検査できる増締検査用トルクレンチを提供しようとするものである。

本願発明の目的を実現する構成は、増締操作用のレバー部と、前記レバー部の先端部に設けられ、ボルトなどの検査締結体に装着されるヘッド部と、前記検査締結体の増締の際に生じるトルクを検知するトルクセンサーと、前記レバー部の回転操作に伴う該レバー部の角速度を検知する角速度センサーと、前記トルクセンサー及び前記角速度センサーからの検知情報に基づいて、当該検査締結体の当該検査締結体の動き出し時におけるトルク値を増締検査トルク値と判定して表示部に表示させる判定手段とを有する増締検査用トルクレンチにおいて、前記判定手段は、前記トルクセンサーの検知情報に基づくトルクに対する前記角速度センサーの検知情報に基づく回転角度の上昇勾配が予め設定した所定の上昇勾配よりも複数回続けて大きい場合に検査締結体が動き出したと判定する第１条件判定部と、前記トルクセンサーの検知情報に基づくトルク値が予め設定した所定値以上減少し、且つ前記角速度センサーの角速度が予め設定した所定値以上の場合に検査締結体が動き出したと判定する第２条件判定部と、前記トルクセンサーの検知情報に基づくトルク値が所定値変化したときの前記角速度センサーの検知情報に基づく回転角度が予め設定した閾角度値を越えている場合に検査締結体が動き出したと判定する第３条件判定部とを備え、前記第１条件判定部、第２条件判定部または第３条件判定部のいずれか一つの条件を満足すると前記表示部に検査締結体の増締検査トルク値を表示させることを特徴とする。

以上の構成において、前記第１判定条件部における検査締結体の動き出し時を、１回目のトルク計測開始時とし、前記第２判定条件部における検査締結体の動き出し時を、トルク値が減少に転じる時とし、前記第３判定条件部における検査締結体の動き出し時を、トルク変化を捉えた時とすることができる。

以上説明したように本発明によれば、トルクが増せば回転角も増えるという一般的な増締状況を示す第１条件判定部で判定できない場合、増締締によってボルトなどの検査締結体に生じるトルク値の減少と角速度の増加という動きに基づいた第２条件判定部によって、異なった見地により検査締結体の動き出しを判定できるが、この第２条件判定部でも、トルク変化が小さい場合には回転していないと判定される。しかし、第３条件判定部では、僅かなトルク値の変化であっても、その時の回転角度が閾角度値を越えている場合には検査締結体が動き出したと判定するので、種々の条件下にあるボルトなどの検査締結体の動きを見落とすことなく確実に判断することができ、そのときのトルク値を表示部に表示させることができる。

図１〜図４は本発明の実施の形態を示す。

図１は増締検査用トルクレンチの検査処理の動作を示すフローチャート、図２は図１に示すフローチャートの各条件を説明する図、図３は増締検査用トルクレンチの電気的構成を示すブロック図、図４は本実施の形態の増締検査用トルクレンチの外観図である。

まず、図４を用いて本実施の形態の増締検査用トルクレンチの機械的構成を説明する。

増締検査用トルクレンチ１は、所定の長さを有するチューブ形状のレバー部２の先端部側にヘッド部３が取り付けられている。ヘッド部３は先端部をスパナ形状としているが、ソケットが交換可能に取り付けられる角軸を備えたタイプなどであっても良い。ヘッド部３にはトルクを電気的に検知するための歪みゲージ４が貼り付けられており、歪みゲージ４で検知した検知信号を表示部付の演算装置５に出力する。

また、レバー部２には、圧電素子等で構成した振動ジャイロを用いた角速度センサー６が設けられており、ボルトの増締でボルト（ねじ）又はナット７（以下これらの検査締結体と称す）が回転するとレバー部２が回転するので、角速度センサー６がこのレバー部２の回転、すなわち検査締結体７の回転を検知する。角速度センサー６の検知信号は演算装置５に出力される。

演算装置５は、図３に示すように、歪みゲージ４からの検知信号を増幅器５１ａで増幅し、Ａ/Ｄ変換器５２ａでデジタル変換してＣＰＵからなる演算部５３にトルク値を求めるために入力する。また、角速度センサー６からの検知信号を増幅器５１ｂで増幅し、Ａ/Ｄ変換器５２ｂでデジタル変換してＣＰＵからなる演算部５３に角速度（ω）及び回転角度（θ）を求めるために入力する。

演算部５３は、ＲＯＭ５６に予め記憶しているトルク値換算データ、角度換算データに基づいてトルク値及び角度を演算し、これらの演算結果を演算装置５の外装ケースに設けた表示部５４に表示させる。また前記外装ケースには操作スイッチ類５７が取り付けられ、各種の設定、電源のオン、オフなどの操作を行なえるようになっている。

一方、演算部５３では、増締検査が適正に実行されたか否かを判別する判別処理が行なわれており、適正に実行された場合には報知部５５の緑のＬＥＤを点灯させ、適正に実行されなかった場合には報知部５５の赤のＬＥＤを点滅させて操作者に知らせるようにしている。またこれらのＬＥＤの点灯、点滅に併せてブザーを鳴らして判定が終了したことを報知している。

演算部５３による増締検査の判別処理を図１に示すフローチャート及び図２（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）に示す判別条件に基づいて以下に説明する。

増締検査を行なうために、ボルトなどの検査締結体７にヘッド３を装着し、レバー部２を増締方向に回動させると、歪みゲージ４が検知信号の出力を開始するので、この判別処理がスタートする。なお、判別処理のスタートと同時に異常判定を行なうためのタイマーもスタートする。

判別処理がスタートすると、先ずＳ１で条件１をチェックする。

条件１とは、図２（ａ）に示すように、角速度センサー６で求めた角度（θ）と、歪みゲージ４で求めたトルク値（Ｔ）との特性曲線Ｌ１に基づいて、トルク値の増加に対する角度の上昇勾配（ｄθ1/ｄＴ）を演算し、この角度の上昇勾配が予め設定している閾値Δよりも大きいと、続いて次の角度の上昇勾配（ｄθ2/ｄＴ）が閾値Δよりも大きいか否かを比較する。ここで、２回目に比較する角度の上昇勾配（ｄθ2/ｄＴ）が閾値よりも小さいと、トルクレンチ１のガタ、レバー部２のしなり等によってレバー部２が回動しただけで、実際には検査締結体７が動いていないと判断し、現時点では条件１を満足していないと判定してＳ２に進む。勿論、１回目の角度の上昇勾配（ｄθ1/ｄＴ）が閾値Δよりも小さければ実際には検査締結体７が動いていないと判断し、現時点では条件１を満足していないと判定してＳ２に進む。

一方、２回目に比較する角度の上昇勾配（ｄθ2/ｄＴ）が閾値Δよりも大きければ、１回目と２回目の角度の上昇勾配が２回連続して閾値よりも大きいので、実際に検査締結体７が動きだしたと判断し、Ｓ５に進んでトルク値を表示部５４に表示させ、ＲＯＭ５６に記憶する。このとき、表示部５４に表示させる増締検査トルク値は、１回目の角度上昇勾配を求めるために歪みセンサー４によって得た計測初期時のトルク値としている。

なお、本実施の形態において、角度の上昇勾配は、トルク値が５digit（測定範囲が４〜２０Ｎ・ｍ用の増締検査用トルクレンチの場合、トルク値に換算して0.1N・m）上昇する間の角度の割合としている。

次に、条件１が満足できなかった場合には、Ｓ２において条件２をチェックする。

トルクレンチをボルトなどの検査締結体７に装着してレバー部を増締方向に力を入れて引き、実際に検査締結体７の動き出しの前後における挙動を観察すると、静止摩擦の状態から動摩擦の状態へ移行するので、図２（ｂ）に示す特性曲線Ｌ２、Ｌ３のように、検査締結体７の動きが急に滑らかとなってトルクレンチが急激に回動を始め、またトルク値が一旦減少を始めるという特性を有している。

条件２とは、図２（ｂ）の特性曲線Ｌ２に示すように、トルク値の減少が所定値以上で、且つ図２（ｂ）の特性曲線Ｌ３に示すように、角速度ωが所定値以上の場合には、ボルトなどの検査締結体７が実際に回転したと判断するものである。

すなわち、条件１では実際にボルトなどの検査締結体７が動き始めているにもかかわらず、回転角がある程度大きくなければ検査締結体７が回動を始めたと判定しないが、条件２では、ボルトなどの検査締結体７の増締による動き出し時における挙動に着目し、条件１の角度上昇勾配を要件に含まず、ボルトなどの検査締結体７の動き出しに伴う挙動に着目しているので、ボルトなどの検査締結体７が実際に動き出したことに即した判断が行なえる。

本実施の形態において、条件２の減少するトルク値を４digit（測定範囲が４〜２０Ｎ・ｍ用の増締検査用トルクレンチの場合、トルク値に換算して0.08N・m）以上、角速度を３digit（0.55°/ｓ）以上としている。

Ｓ２において、この条件２を満足していると、特性曲線Ｌ２がトルク値を減少側に転じる変位点を増締検査トルク値とし、Ｓ５において表示部５４に表示させる。

また、条件２を満足していない場合には、Ｓ３に進んで条件３をチェックする。

上記した条件２は、所定値以上のトルク減少を要件としているため、この所定のトルク減少値に満たなくても実際にボルトなどの検査締結体７が動き出しを始めていることもありえる。

そこで、条件３は、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、トルク値が僅かに変化（ΔＴ）したときの角速度センサー６の検知信号に基づいて演算した角度（θ）が予め設定した閾角度θ4以上であると、ボルトなどの検査締結体７が実際に動き出したと判断する。ここで、図２（ｃ）は、トルクが上昇する状況下においてトルク値がΔＴ変化した場合を示しており、閾角度θ4に達した時点を回転開始時と判断してその時のトルク値（ピーク値）を増締検査トルクとし、表示部５４に表示させる。また、図２（ｂ）に示すように、トルク値が減少に転じる場合においてトルクがΔＴ減少したときの回転角度が閾角度θ4を越えていた場合には、減少に転じる変位点のトルク値を増締検査トルクとして表示部５４に表示させる。

本実施の形態において、トルク変化ΔＴは、１０digit(測定範囲が４〜２０Ｎ・ｍ用の増締検査用トルクレンチの場合、トルク値に換算して0.2N・m)以下としている。

このように条件３を設けることにより、トルクレンチ１のレバー部２を増締方向に引いた場合、実際に検査締結体７が動き出しを始めているが、例えばボルトと被締結部材とが当接している座面の影響が強く、ボルトが滑らかに回動しない場合、条件２ではトルク値の減少が所定値以上とならずに条件２をクリアできないが、ボルトは実際に動き出しているので、小さなトルク変化ΔＴで回転角度が閾角度θ4をクリアしていれば、条件３を満足し、増締検査トルクを求めることができることになる。

Ｓ３において、条件３を満足している場合にはＳ５に進んで表示部５４に増締検査トルク値を表示させる。

また、Ｓ３において条件３を満足していないと判定されるとＳ４に進む。

上記したＳ１〜Ｓ３の条件１、条件２、条件３の判定処理は増締検査が開始されると短い時間で実行されるため、初期時にあってはＳ１、Ｓ２、Ｓ３の各ステップが否（ＮＯ）と判定されるのが通常でこのＳ１〜Ｓ３のルーチンを繰り返し実行し、増締が進むに従ってトルク値、角度、角速度が増加し、条件１〜３のいずれかを満足すれば、この検査締結体７の増締検査が終了する。

また、Ｓ１〜Ｓ３のルーチンを繰り返し、判別処理の開始に伴ってスタートしたタイマーが設定時間に達すると、Ｓ４において増締検査エラーが発生したか、増締力が全く不足してトルクがかかっていない、あるいは故障が発生している等の異常が発生したと判断し、表示部５４に異常発生を表示させると共に、報知部５５に警告音を発生させ、この処理が終了する。

一方、上記条件１〜条件３のいずれか一つが満足され、増締検査トルク値の表示が行なわれた、この検査締結体７で増締検査自体を終了する場合には、スイッチ類５７の終了スイッチをオフにすると、Ｓ６において再測定を行なわないと判断し終了するが、続いて他の検査締結体の増締検査を行なう場合は、そのまま他の検査締結体にヘッド３を装着し、レバー部２を増締方向に引けば同様にして上述の判別処理が実行される。

本発明による増締検査用トルクレンチの実施の形態を示すフローチャート。 図１の条件１〜条件３を説明する図。 本発明による増締検査用トルクレンチの電気的構成の実施の形態を示すブロック図。 本発明による増締検査用トルクレンチの実施の形態を示す外観図。

符号の説明

１ 増締検査用トルクレンチ
２ レバー部
３ ヘッド部
４ 歪みゲージ
５ 演算装置
５１ａ、５１ｂ 増幅器
５２ａ、５２ｂ Ａ/Ｄ変換器
５３ ＣＰＵ
５４ 表示部
５５ 報知部
５６ ＲＯＭ
５７ スイッチ類
６ 角速度センサー
７ ボルト（検査締結体）

Claims (4)

1. 増締操作用のレバー部と、前記レバー部の先端部に設けられ、ボルトなどの検査締結体に装着されるヘッド部と、前記検査締結体の増締の際に生じるトルクを検知するトルクセンサーと、前記レバー部の回転操作に伴う該レバー部の角速度を検知する角速度センサーと、前記トルクセンサー及び前記角速度センサーからの検知情報に基づいて、当該検査締結体の当該検査締結体の動き出し時におけるトルク値を増締検査トルク値と判定して表示部に表示させる判定手段とを有する増締検査用トルクレンチにおいて、
   前記判定手段は、前記トルクセンサーの検知情報に基づくトルクに対する前記角速度センサーの検知情報に基づく回転角度の上昇勾配が予め設定した所定の上昇勾配よりも複数回続けて大きい場合に検査締結体が動き出したと判定する第１条件判定部と、前記トルクセンサーの検知情報に基づくトルク値が予め設定した所定値以上減少し、且つ前記角速度センサーの角速度が予め設定した所定値以上の場合に検査締結体が動き出したと判定する第２条件判定部と、前記トルクセンサーの検知情報に基づくトルク値が所定値変化したときの前記角速度センサーの検知情報に基づく回転角度が予め設定した閾角度値を越えている場合に検査締結体が動き出したと判定する第３条件判定部とを備え、前記第１条件判定部、第２条件判定部または第３条件判定部のいずれか一つの条件を満足すると前記表示部に検査締結体の増締検査トルク値を表示させることを特徴とする増締検査用トルクレンチ。
2. 前記第１判定条件部における検査締結体の動き出し時を、１回目のトルク計測開始時としたことを特徴とする請求項１に記載の増締検査用トルクレンチ。
3. 前記第２判定条件部における検査締結体の動き出し時を、トルク値が減少に転じる時としたことを特徴とする請求項１に記載の増締検査用トルクレンチ。
4. 前記第３判定条件部における検査締結体の動き出し時を、トルク変化を捉えた時としたことを特徴とする請求項１に記載の増締検査用トルクレンチ。
   

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