JP2008156870A - 鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法 - Google Patents

Abstract

【課題】予め設定した捩りトルクの閾値を越えたか否かで捩りを終了するためのトルクの勾配値を設定し、ワイヤのねじ切れを起こすことなく結束を確実に行なうことができる鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法を提供すること。
【解決手段】鉄筋ａをワイヤ１で結束する鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法において、上記鉄筋ａを結束するワイヤ１を把持するフック９を回転駆動するモータ６の捩りトルクの勾配値の変化を監視し、捩りトルクの勾配値が所定の勾配値になったとき結束を終了する鉄筋結束機において、上記モータ６の捩りトルクが所定の閾値Ｍｓを超えたか否かを判断し、所定の閾値Ｍｓを越えた場合は所定の勾配値を大きく、超えない場合は所定の勾配値を小さく設定したこと。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄筋をワイヤで結束する際、結束を高めながらもワイヤが切れない状態で結束を終了させる鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法に関するものである。

従来、建築物や構造物に鉄筋コンクリートを施工する場合は、縦横に交差させた鉄筋をワイヤで結束した後にコンクリートを打設しているが、ワイヤによる鉄筋の結束は鉄筋結束機で行っている。この鉄筋結束機によるワイヤの結束は、ワイヤのねじ切れを防止しながら鉄筋を確実に結束を行なう必要があり、この為のワイヤのねじ切れ防止方法が本出願人から提案されている（例えば、特許文献１）。この鉄筋結束機はワイヤを把持するフックを回転駆動するモータが回転してからの捩りトルクを駆動電流により単位時間毎に計測し、その捩りトルクの勾配値が増加から減少に切り替わった時点で上記捩り装置による捩じり締めを終了させるようにしたものである。
特許第３２２７６９３号公報

本発明が解決しようとする問題点は、捩りトルクの勾配値が増加から減少に変るということはワイヤのねじりがピークに達していることになり、その時点でモータを止めてもイナーシャがあるため結束が進みワイヤがねじ切れてしまう問題があった。

本発明は、上記問題点を解決し、予め設定した捩りトルクの閾値を越えたか否かで捩りを終了するためのトルクの勾配値を設定し、ワイヤのねじ切れを起こすことなく結束を確実に行なうことができる鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法を提供することをその課題とする。

前記課題を解決するために本発明に係る鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法は、鉄筋をワイヤで結束する鉄筋結束機において、以下の要件を備えることを特徴とする。
（イ）上記鉄筋を結束するワイヤを把持するフックを回転駆動するモータの捩りトルクの勾配値を計測すること
（ロ）上記捩りトルクの勾配値が所定の勾配値になったとき結束を終了すること
（ハ）上記モータの捩りトルクが所定の閾値を超えたか否かを判断し、所定の閾値を越えた場合と、超えない場合とでは上記所定の勾配値が異なるように設定されていること
（ニ）上記閾値を超えたときの結束を終了させるための判断となるトルクの勾配値は、閾値を超えない場合の結束を終了させるための判断となるトルクの勾配値よりも大きく設定したこと
なお、前記閾値と前記勾配値とはユーザーが変更できるようにしてもよい。

また、閾値と結束を終了させるトルクの勾配値とは、結束力設定に伴い自動的に変更されることが好ましい。

さらに、前記閾値と結束を終了させるための判断となるトルクの勾配値を、複数の段階に区切ってより細かく結束終了条件を設定してもよい。

本発明によれば、ワイヤを把持するフックを回転駆動するモータの捩りトルクの勾配値がモータを停止させるトルクの勾配値になったか否かを判断するとき、捩りトルクが予め設定した閾値を越えたか否かでモータを停止させるトルクの勾配値の基準を変えることにより、小さなトルクでねじりを終了させる場合と、大きなトルクに到達したときに捩りを終了させる場合とで小さな捩りトルクでワイヤがねじ切れる場合はねじ切れる直前まで結束を行い、大きな捩りトルクでねじ切れる場合はねじりの途中でも結束は充分と判断して結束を停止することができ、捩りトルクの大小（閾値を超えたか否か）に応じて結束停止を判断することにより結束状況に柔軟に対応することができる鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法を提供することができる。

図１は本発明に係る、鉄筋結束機の一例の要部を示すもので、この鉄筋結束機はスプール７に巻装されたワイヤ１を前方に送り出すワイヤ送り装置２と、送り出されたワイヤ１をループ状に巻き回すガイドアーム３と、巻き回されたワイヤ１の一部を把持して捩じり締める捩り装置４と、元側のワイヤ１からワイヤループ１ａを分断する切断装置５とを備えているもので、ワイヤ送り装置２と捩り装置４と切断装置５とは結束機本体に設けられモータ６により作動するようになっている。

この鉄筋結束機は、メインスイッチ１４を入れておき、鉄筋ａの結束時にトリガレバー８を引き操作しトリガスイッチ１２をＯＮすることによりワイヤ送り装置２によりスプール７からワイヤ１が送り出され、ガイドアーム３によって鉄筋ａにループ状に巻き回した後、捩り装置４が作動し、ワイヤループ１ａの一部をフック９で掴んで捩じり回転することにより鉄筋ａを結束するとともに、切断装置５により元側のワイヤ１からワイヤループ１ａを切断して分断するようになっているものである。

ところで、この鉄筋結束機には捩り装置４のモータ６の捩りトルクを計測する計測手段１０と、計測手段の計測した捩りトルクから結束終了のタイミングを判断し、モータ６を停止して結束を終了させる制御手段１１とが設けられている。

図２は鉄筋結束機のブロック図を示し、符号１０は計測手段、１１は制御手段、１２はトリガスイッチ、１３は電池パック、１４はメインスイッチ、１５は電池パックから供給される電圧を上記制御手段を作動させる電圧に変換するＤＣーＤＣコンバータを示す。

上記計測手段１０は、モータ６に直列に接続され、モータ６の駆動電流を計測するもので、駆動電流を計測することにより、モータ６の捩りトルクの変化を監視することができる。この計測手段１０は抵抗素子で構成され、この抵抗素子の端子電圧から回路を流れる駆動電流を求めている。なお、計測手段１０は回路を流れる電流によって発生する磁束を測定して駆動電流を求めるホール素子型電流センサ等を使用してもよい。計測手段１０で計測した計測結果ｄは制御手段１１に入力される。

制御手段１１はマイクロプロセッサで構成され、内蔵したメモリに常駐している制御プログラムに基づいてモータ６の捩りトルクの変化を監視するとともに、モータのステータコイルに印加する電圧を制御するスイッチング素子（例えば、パワートランジスタ）１６ａ〜１６ｄを駆動する駆動信号ｅ１〜ｅ４を制御しモータ６の回転速度・作動・停止を制御するように構成されている。

上記モータ６に流れる電流の変化を、上記制御手段１１はタイマ回路１７からのタイマ信号ｔに基づいて、単位時間Ｔｕが経過する毎に計測した駆動電流値を計測し、前回計測したときの駆動電流値とから捩りトルクの勾配値を監視するようになっている。

この制御手段１１は、ワイヤによる鉄筋の捩じり締めが進行するにしたがって捩じり締めが固くなることにより、ワイヤを捩じるためのモータ６の捩りトルクが増大することを監視しているが、この監視は単位時間Ｔｕごとに駆動電流値を計測するとともに以前計測した駆動電流値とから捩りトルク（駆動電流値）の勾配値Ａｄ（ｎ）を監視し、この勾配値Ａｄ（ｎ）が所定の勾配値になったら鉄筋の結束が充分になされたと判断し、モータ６の駆動信号ｅ１〜ｅ４をＯＦＦすることにより、スイッチング素子１６ａ〜１６ｄをＯＦＦしてモータ６を停止するようになっている。

なお、制御手段１１は結束が終了した後にトリガレバー８を開放することによりトリガスイッチ１2がＯＦＦになることを条件に結束が終了したと判断し、再度トリガレバー８を引き操作することにより、モータ６の駆動信号ｅ１〜ｅ４を再び出力し、次の結束作業に対応することができる。

鉄筋をワイヤで結束する際のモータの捩りトルクの変化は、図３（ａ）のモータの駆動電流特性曲線に示すように、捩りの開始時は、ワイヤは鉄筋に巻きついておらず捩りトルクカーブの上昇は非常に少なかったり不安定であるが、捩じりの進行とともにワイヤが鉄筋にきつく巻きついて捩りトルクが上昇し、次第に捩りトルクカーブの傾斜が大きくなり、やがてワイヤのねじ切れが近づくと捩りトルクカーブがなだらかになり、捩じ切れが発生すると捩りトルクカーブが降下し始めることになる。

捩りトルクＭの変化が捩りトルク曲線Ｇ１に示すように、結束対象によって捩りトルクが低い段階であってもねじ切れが発生する場合（通常、鉄筋にワイヤを３回巻きつけた後に捩りを開始するが、ねじりの途中でワイヤの1本又は２本がねじ切れてしまう時と、捩りトルク曲線Ｇ２に示すように、捩りトルクＭが高い段階でもねじ切れないで捩じり締めが継続する場合（通常、鉄筋にワイヤを３回巻きつけた後に捩りを開始するが、途中で１本もねじ切れずに３本のワイヤを捩じって行く時とがあり、一概に捩りトルクの勾配値Ａｄがなだらかになったか否かで判断する必要がなく、強いトルクで捩じっている場合の結束を停止する判断となるトルクの勾配値βは大きくし、弱いトルクで捩じっている場合の結束を停止する判断となるトルクの勾配値αは小さくし、既に強いトルクで捩じっている場合はトルクのカーブがなだらかになるまで捩じる必要はなく、弱いトルクで捩っている場合はトルクのカーブがなだらかになるまで捩じり、結束の終了を一律に一定の勾配値で判断するのではなく、捩じり締めを終了させるタイミングを捩りトルクの大きさに対応して柔軟に判断できるようにした。

上述した鉄筋結束機のワイヤねじ切れ防止方法を、図３（ａ）（ｂ）の駆動電流特性曲線図及び、図４のフローチャート図に基づいて説明する。

トリガボタンを引き操作して、モータを回転させ、捩りトルクを単位時間Ｔｕ毎に計測する（ステップＳＴ１）とともに、捩りトルクが閾値を桁か否かを判断する（ステップＳＴ２）。設定した閾値Ｍｓを越えていなければ、ステップＳＴ３に進んで捩りトルクの勾配値を計測する。

捩りトルクは単位時間Ｔｕ毎に計測し、計測した現在の捩りトルクＭ（ｎ）と前回計測した捩りトルクＭ（ｎ−１）とから捩りトルクの勾配値Ａｄ（ｎ）を算出する。

算出した勾配値Ａｄ（ｎ）が設定した勾配値αより小さくなったか否かを判断し、勾配値αより大きければ捩りが足りないと判断して捩りを継続し、ステップＳＴ１に戻り再びトルクの測定を行なう。

図３（ａ）に示すように算出した勾配値が設定した勾配値αと等しいか、小さければ捩りがピークに近づいているので、弱いトルクであっても捩りは充分に行なわれ、このまま捩りを継続するとワイヤがねじ切れてしまうと判断し、ステップＳＴ７に進んでモータを停止させワイヤの捩りを終了する。

一方、トルクの勾配値が設定した勾配値αにならないうちに、捩りトルクが閾値Ｍｓを超えた場合は、図３（ｂ）に示すように、ワイヤが３本健在で強い捩じっている状態であると判断し、ステップＳＴ５に進んで、現在の捩りトルクＭ（ｎ）と前回計測した捩りトルクＭ（ｎ−１）とから捩りトルクの勾配値Ａｄ（ｎ）を算出する。

算出した勾配値Ａｄ（ｎ）が設定した勾配値βになったか否かを判断し、図３（ｂ）に示すように、勾配値Ａｄ（ｎ）が勾配値βと等しくなっていれば、勾配値が小さくなって（捩りのピークが近づいている状態）いなくても、既に高いトルクで結束しているので結束は充分であると判断し、ステップＳＴ７に進んでモータを停止させワイヤの捩りを終了し、勾配値βになっていなければ、結束は足りないと判断し、ステップＳＴ５に戻って再びトルクの測定を行なえばよい。

上述のねじ切れ防止方法は、単位時間Ｔｕ毎に捩りトルクを計測し、計測した捩りトルクが閾値Ｍｓを超えたか否かを判断し、超えていなければ前回計測した捩りトルクと、今回計測した捩りトルクから勾配値を算出し、算出した勾配値が低い勾配値α（捩りのピークが近い状態で、このまま捩ればワイヤがねじ切れてしまう状態）になっていれば結束を停止し、閾値Ｍｓを越えていれば算出した勾配値が低い勾配値（勾配値α）になっていなくても既に高い捩りトルクで結束をしているので、結束の途中であっても設定した勾配値βに近ければ、結束は充分なされていると判断したもので、捩りトルクが低い段階ではトルク勾配が緩やかでも止めずに捩りを続行することにより結束力を高めることができ、捩りトルクが高い場合は、既に高いトルクで結束が行なわれているのでトルク勾配が緩やかになっていなくても充分に結束がなされていると判断し、ワイヤのネジ切れを防止することができる。

なお、上述の捩りトルクの監視は、一定時間ごとに捩りトルクを計測していたが、捩りトルクが大きくなるに従って捩りトルクのピークが近づくことになり、捩りトルクの勾配値を監視するための監視時間を同じ時間幅にして捩りトルクの勾配値を監視すると、捩りトルクのピークが過ぎてしまいワイヤが捩じ切れる恐れがあるため、捩りトルクが大きくなるに従って捩りトルクの勾配値を監視するための監視時間の時間幅を順次短くするようにしてもよい。

また、上述の閾値Ｍｓは固定されている必要はなく、ユーザーが実際に結束しながら結束状態を見て判断し、図示しないダイヤルなどで任意に設定できるようにしてもよい。この場合、閾値Ｍｓを高く設定することによりネジ切れの危険性もあるので、トルクの勾配値は閾値Ｍｓの設定値に応じて制御回路が自動的に高くなるように設定すればよい。この閾値Ｍｓと捩りを停止する判断の基準となるトルクの勾配値は予め実験などで把握し、メモリに閾値Ｍｓ対トルク勾配値などのテーブルを作成しておき、閾値Ｍｓを変化させた場合はこのテーブルにしたがって自動的に結束を停止させるトルク勾配値を読み込むようにしてもよい。

なお、閾値Ｍｓは一つに限らず複数の閾値（Ｍｓ１、Ｍｓ２、・・・）と、停止させるトルクの勾配値（α、β、・・・）で構成され、トルクが上昇するにつれて細かく停止条件を変化させてもよい。

上述のワイヤのねじ切れ防止方法は、一般にユーザーは、ワイヤがねじ切れることと、締結力が弱いことを嫌う傾向があり、締結力が弱い現象は捩りトルクが低い状態で捩りが停止することにより起こり、トルク勾配が０又はマイナスになる状態で停止すれば、捩りが十分に行なわれ締結力が高くなるが、捩りトルクが高い段階ではトルク勾配が０に近づくとねじ切れが発生しやすくなる状態を回避することができるので、ユーザーの性格を把握したワイヤのねじ切れ防止方法を提供することができる。

に係るワイヤのねじ切れ防止方法を適用した鉄筋結束機の側面図 上記鉄筋結束機の電気的構成を説明するブロック図 （ａ）（ｂ）はモータの駆動電流（捩りトルク）の変化を示す駆動電流対時間の駆動電流特性図 ワイヤのねじ切れ防止方法を説明するフローチャート図

符号の説明

１ ワイヤ
６ モータ
１０ 計測手段
１１ 制御手段
Ａｄ 捩りトルクの勾配値
Ｍ 捩りトルク
Ｍｓ 捩りトルクの閾値
Ｔｕ 単位時間

Claims (4)

1. 鉄筋をワイヤで結束する鉄筋結束機において、以下の要件を備えることを特徴とする鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法。
   （イ）上記鉄筋を結束するワイヤを把持するフックを回転駆動するモータの捩りトルクの勾配値を計測すること
   （ロ）上記捩りトルクの勾配値が所定の勾配値になったとき結束を終了すること
   （ハ）上記モータの捩りトルクが所定の閾値を超えたか否かを判断し、所定の閾値を越えた場合と、超えない場合とでは上記所定の勾配値が異なるように設定されていること
   （ニ）上記閾値を超えたときの結束を終了させるための判断となるトルクの勾配値は、閾値を超えない場合の結束を終了させるための判断となるトルクの勾配値よりも大きく設定したこと
2. 前記閾値または結束を終了させる勾配値または両方の値をユーザーが変更できるようにした、請求項１記載の鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法。
3. 前記閾値または前記結束を終了させるための判断となるトルクの勾配値は、両方の値をユーザーが変更できるようにした場合を除き、一方の値の変更に伴い自動的に変更される、請求項２記載の鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法。
4. 前記閾値と結束を終了させるための判断となるトルクの勾配値を複数の組み合わせで構成した、請求項２記載の鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法。

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