JP2011230224A - 油圧式トルクレンチの締付力の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】超音波探触子を用いて締結部材の締付力の測定を行うことができるとともに、締め付けを行った締結部材の締付力の経年変化の調査や追跡調査を行うことができ、ボルト等の締結部材の誤組を排除できるようにした油圧式トルクレンチの締付力の制御装置を提供すること。
【解決手段】主軸Ｓの先端部に配設した超音波探触子Ｓｅ１から締結部材に超音波を伝播させ、締結部材の先端面からのエコーの伝播時間を計測することにより締結部材の長さを測定する締結部材の長さ測定手段と、締結部材の長さ測定手段により測定された締結部材の長さと、締結前に測定された締結部材の初期長さとから、締結作業中に締結部材の締結力を測定する締結力の測定手段と、締結力の測定手段により測定した締結部材の締結力が所定の値に達したときにモータＲを停止させ締結作業を終了させるモータ制御手段と、締結作業を終了したときの締結部材の長さを記憶する記憶手段とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧式トルクレンチの締付力の制御装置に関し、特に、超音波探触子を用いて締結部材の締付力の測定を行うようにした油圧式トルクレンチの締付力の制御装置に関するものである。

従来、油圧式トルクレンチとして、騒音と振動が小さい油圧式の打撃トルク発生装置を使用した油圧式トルクレンチが、開発され、実用化されるに至っている（例えば、特許文献１参照）。

図４〜図５に示すものは、この油圧式トルクレンチの一例を示したもので、この油圧式トルクレンチＷの打撃トルク発生装置Ｔは、ライナーＬに形成したライナー室Ｌａに作動油を充填し、ライナーＬに同軸に嵌挿した主軸Ｓに羽根挿入溝Ｓａ及びばね挿入孔Ｓｂを設け、羽根挿入溝Ｓａ内に羽根Ｂｌを、ばね挿入孔Ｓｂ内にばねＳｐを、それぞれ嵌挿し、羽根ＢｌをばねＳｐにて常時主軸外周方向に付勢してライナー室Ｌａの内周面に当接させるとともに、主軸Ｓの外周面及びライナー室Ｌａの内周面にシール面を形成されている。
そして、エアーモータＲによりライナーＬを回転させることにより、ライナー室Ｌａの内周面に形成したシール面と、主軸Ｓの外周面に形成したシール面及び羽根Ｂｌとが合致したとき、主軸Ｓに打撃トルクを発生させるようにしている。

また、油圧式トルクレンチとしては、このほか、従来の油圧式トルクレンチの部材の摩耗やばねの破損の問題等を解決するために本件出願人が先に提案した特許文献２や特許文献３に記載のものがある。

このうち、特許文献２に記載の油圧式トルクレンチは、図６〜図１０に示すように、駆動源として、エアーモータを用いるもので、主軸３と、この主軸３に、主軸３に対して回転することなく軸方向に摺動可能に嵌挿され、外周面にカム溝４１ａ、４１ｂを形成するとともに、内部に軸方向に貫通する導油孔４２ａ、４２ｂを形成したカム４と、主軸３の基端部及びカム４を収容するとともに、カム４を挟んで作動油が充填される油室Ａ、Ｂを形成したシリンダＣと、シリンダＣの内周面に突設した、カム４のカム溝４１ａ、４１ｂに嵌挿されるピン８１、８２と、シリンダＣを回転駆動する駆動源（図示省略）に接続する駆動軸２３と、カム４とシリンダＣの相対的な回転角に応じてカム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂを選択的に閉鎖することにより、カム４を挟んで形成された油室Ａ、Ｂ間の作動油の流通を遮断するチェック弁５とから構成されている。

この場合において、シリンダＣは、図６に示すように、一方の端面壁１１及びシリンダ部１２を構成する外側ケーシング１と、この外側ケーシング１に嵌合し、他方の端面壁２１、シリンダ部２２及び駆動軸２３を構成する内側ケーシング２と、外側ケーシング１のシリンダ部１２の開口端部に螺合等することにより、外側ケーシング１に嵌合した内側ケーシング２を固定し、両者を一体化する固定部材９とから構成されている。

また、基端部をシリンダＣ内に収容するようにした主軸３は、図６に示すように、基端３１ａをボールベアリング２４ａを介して、内側ケーシング２の端面壁２１に形成した軸受穴２４に軸支するとともに、カム４を主軸３に対して回転することなく軸方向に摺動可能に嵌挿するために、この部分の軸３１の断面形状を、例えば、多角形状、スプライン形状等（本例においては、六角形状）に形成し、さらに、その先端側に抜け止めのための鍔部３３を形成し、先端側を外側ケーシング１の端面壁１１を貫通、延出するようにする。

主軸３に対して回転することなく軸方向に摺動可能に嵌挿するカム４は、図７及び図８に示すように、カム４を主軸３に対して回転することなく軸方向に摺動可能に嵌挿するために、この部分の孔４３の断面形状を、主軸３に対応した、例えば、六角形状に形成するようにする。

また、カム４の外周面に形成するカム溝４１ａ、４１ｂは、駆動源に接続した駆動軸２３を介してシリンダＣを回転駆動したとき、カム溝４１ａ、４１ｂに嵌挿されるシリンダＣの内側ケーシング２のシリンダ部２２の内周面に突設したピン８１、８２の作用によって、カム４を主軸３に対して回転することなく軸方向に摺動させることができるように、例えば、環状の螺旋形状に形成する。ところで、本例においては、カム溝４１ａ、４１ｂを２個形成するようにしているが、カム溝の個数は、これに限定されず、１個又は３個以上の複数個とすることができる。そして、本例のように複数個のカム溝４１ａ、４１ｂを形成する場合には、シリンダＣの内側ケーシング２のシリンダ部２２の内周面に突設し、各々のカム溝に嵌挿されるピン８１、８２を、均等な角度間隔（本例においては、１８０°）を有するように突設するようにする。
このように、複数個のカム溝４１ａ、４１ｂ及びピン８１、８２を設けることにより、大きな回転駆動力を、シリンダＣからピン８１、８２を介してカム４に円滑に伝達することができ、カム４を嵌挿した主軸３に、打撃トルクを安定して発生させることができるものとなる。

また、カム４の内部に軸方向に貫通する導油孔４２ａ、４２ｂは、カム４が主軸３に対して回転することなく軸方向に摺動する際に、カム４を挟んで形成された油室Ａ、Ｂ間の作動油の流通が円滑に行われる程度の十分な容量を有するように、特に限定されるものではないが、本例においては、２個の貫通孔で以て構成するようにしている。

カム４とシリンダＣの相対的な回転角に応じてカム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂを選択的に閉鎖することにより、カム４を挟んで形成された油室Ａ、Ｂ間の作動油の流通を遮断するチェック弁５は、一方の油室Ａ内に、常に、ばね６によって、カム４の一端面に当接するように付勢されるようにして配設され、シリンダＣに従動して回転するようにする。

このチェック弁５は、図９に示すように、カム４の一端面に当接される円盤状の本体部５１と、シリンダＣの内側ケーシング２のシリンダ部２２の内周面に沿う環状部５３とからなる。

そして、本体部５１には、カム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂと導通して油室Ａ、Ｂ間の作動油の流通を許容する湾曲した長孔５２ａ、５２ｂを形成するとともに、この長孔５２ａ、５２ｂ間の孔を形成していない部分によって、カム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂを閉鎖するようにする。この本体部５１に形成する長孔５２ａ、５２ｂの位置及び数によって、カム４とシリンダＣが相対的に３６０°回転する間に発生する打撃トルクの発生数及びその大きさが決まることとなる。

そして、本例に示す位置に長孔５２ａ、５２ｂを形成することにより、カム４とシリンダＣが相対的に３６０°回転する毎に、チェック弁５がカム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂを閉鎖し、カム４を挟んで形成された油室Ａ、Ｂ間の作動油の流通を遮断するようにすることができ、これによって、カム４とシリンダＣが相対的に３６０°回転する毎に、シリンダＣの慣性を利用して１回ずつ大きな打撃トルクを発生させることができるものとなる。

また、シリンダＣの外側ケーシング１のシリンダ部１２及び内側ケーシング２のシリンダ部２２には、カム４を挟んで形成した油室Ａ、Ｂ間を接続する導油路１５、２５を形成するとともに、この導油路１５、２５を流通する作動油の流量を制限することにより発生する打撃トルクの大きさを任意に調節することができる出力調節機構１３を、外側ケーシング１の端面壁１１に螺合等することにより配設するようにする。これにより、出力調節機構１３を調節して、シリンダＣにカム４を挟んで形成した油室Ａ、Ｂ間を接続する導油路２５を流通する作動油の流量を制限し、これにより、発生する打撃トルクの大きさを簡易に調節することができる、具体的には、出力調節機構１３を調節して、導油路２５を流通する作動油の流量を少なくする程、発生する打撃トルクの大きさを大きくすることができ、逆に、導油路２５を流通する作動油の流量を多くする程、発生する打撃トルクの大きさを小さくすることができるものとなる。

また、環状部５３には、シリンダＣの内側ケーシング２のシリンダ部２２の内周面に突設したピン５４を嵌挿する長孔５５を形成し、これにより、チェック弁５が、シリンダＣに従動して回転するとともに、カム４の一端面に当接しながらカム４に従動して摺動するようにする。

また、外側ケーシング１の端面壁１１には、油室Ａ、Ｂに作動油を注入するための栓１４を、螺合等することにより配設するようにする。

また、シリンダＣの外側ケーシング１と内側ケーシング２間、シリンダＣの外側ケーシング１と主軸３間、出力調節機構１３、栓１４等の位置には、作動油の漏出を防止するＯリング等のシール部材７１、７２、７３、７４を配設するようにする。

以下、この油圧式トルクレンチの打撃トルク発生装置の動作について、図１０に基づいて説明する。まず、駆動源であるエアーモータを接続した駆動軸２３を介してシリンダＣを回転駆動（駆動軸２３側から見て右回転）する。

シリンダＣが回転駆動されることにより、打撃トルク発生装置の内部は、図１０（１）→（２）→（３）→（４）→（５）→（６）→（１）・・・のとおり変化する。図１０（１）は、主軸３に打撃トルクが発生していない状態を示し、これより、シリンダＣとカム４が相対的に順に６０度ずつ回転した状態（カム４を基準）を図１０（２）、（３）（主軸３に打撃トルクが発生している状態）、（４）、（５）、（６）に示す。

まず、図１０（１）に示すように、カム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂと、チェック弁５に形成した長孔５２ａ、５２ｂとが導通している状態では、油室Ａ、Ｂ間の作動油の流通が許容されるため、シリンダＣの内周面に突設したピン８１、８２が嵌挿されているカム４を、主軸３に対して回転することなく軸方向に自由に摺動（カム４は、正面視して（図６において）、右側から左側に摺動し、作動油は、油室Ｂから油室Ａへ流通する。）させることができ、この状態では、シリンダＣとカム４が拘束されないため、打撃トルクは発生しない。

この状態から、シリンダＣをさらに回転駆動すると、図１０（２）に示すように、カム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂと、チェック弁５に形成した長孔５２ａ、５２ｂとが導通している状態（打撃トルクが発生しない図１０（１）と同じ状態。ただし、カム４は、正面視して（図６において）、左側から右側に摺動し、作動油は、油室Ａから油室Ｂへ流通する。）を経て、図１０（３）に示すように、カム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂと、チェック弁５に形成した長孔５２ａ、５２ｂとが導通していない状態となる。

この図１０（３）に示す状態のとき、カム４は、正面視して（図６において）、左側から右側に摺動しているため、摺動する方向にある油室Ａが高圧に、これと反対方向にある油室Ｂが低圧になる。そして、高圧の油室Ａから低圧の油室Ｂへの作動油の流通が遮断され、この状態で、さらに、シリンダＣを回転駆動してカム４を軸方向に摺動させようとすると、油室Ａが一層高圧に、油室Ｂが一層低圧になる。このとき、カム４の外周面に形成したカム溝４１ａ、４１ｂの高圧の油室Ａ側の側面に、シリンダＣの内周面に突設したピン８１、８２が強く当接されることになるが、高圧の油室Ａから低圧の油室Ｂへの作動油の流通が遮断されることによりカム４の摺動が阻止されているため、カム溝４１ａ、４１ｂの側面とピン８１、８２間に大きな摩擦力が発生し、シリンダＣとカム４が拘束される。これにより、回転駆動力を、シリンダＣからピン８１、８２を介してカム４に伝達して、カム４を嵌挿した主軸３に、打撃トルクを発生させることができる。

この状態から、シリンダＣをさらに回転駆動すると、図１０（４）及びに図１０（５）に示すように、再び、カム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂと、チェック弁５に形成した長孔５２ａ、５２ｂとが導通している状態（打撃トルクが発生しない図１０（１）と同じ状態。ただし、図１０（４）においては、カム４は、正面視して（図６において）、左側から右側に摺動し、作動油は、油室Ａから油室Ｂへ流通し、一方、図１０（５）においては、カム４は、正面視して（図６において）、右側から左側に摺動し、作動油は、油室Ｂから油室Ａへ流通する。）を経て、図１０（６）に示すように、カム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂと、チェック弁５に形成した長孔５２ａ、５２ｂとが導通していない状態となる。

この図１０（６）に示す状態のとき、カム４は、正面視して（図６において）、右側から左側に摺動しているため、摺動する方向にある油室Ｂが高圧に、これと反対方向にある油室Ａが低圧になる。しかしながら、油室Ｂが高圧になると、図１０（３）に示す状態の場合とは異なり、油室Ｂ内の作動油の油圧が、カム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂを介して、チェック弁５に作用し、ばね６の付勢力に抗して、カム４の一端面に当接していたチェック弁５を後退させ、高圧の油室Ｂから低圧の油室Ａへの作動油の流通が許容されるため、シリンダＣの内周面に突設したピン８１、８２が嵌挿されているカム４を、主軸３に対して回転することなく軸方向に自由に摺動させることができることとなり、シリンダＣとカム４が拘束されないため、打撃トルクは発生しない。

この状態から、シリンダＣをさらに回転駆動すると、図１０（１）に示すように、再び、カム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂと、チェック弁５に形成した長孔５２ａ、５２ｂとが導通している状態（打撃トルクが発生しない状態）となる。

このように、この油圧式トルクレンチの打撃トルク発生装置によれば、実質的に、シリンダＣとカム４が相対的に３６０°回転する毎に、チェック弁５がカム４に形成した導油孔４２ａ、４２ｂを閉鎖し、カム４を挟んで形成された油室Ａ、Ｂ間の作動油の流通を遮断するようにすることができ、これによって、カム４とシリンダＣが相対的に３６０°回転する毎に、シリンダＣの慣性を利用して１回ずつ大きな打撃トルクを発生させることができるものとなる。

また、駆動源であるエアーモータを逆方向に回転（駆動軸２３側から見て左回転）した場合には、打撃トルク発生装置の内部は、図１０（１）→（６）→（５）→（４）→（３）→（２）→（１）・・・のとおり変化する。そして、この場合には、図１０（６）の状態のときに、主軸３に先とは逆方向の打撃トルクを発生させることができる。

なお、例えば、本体部５１に形成する長孔５２ａ、５２ｂの位置及び数を変更することによって、カム４とシリンダＣが相対的に３６０°回転する間に複数回の打撃トルクが発生するように構成したり、駆動源として、エアーモータのほか、電動モータを用いることができる。

ところで、上記従来の油圧式トルクレンチにおいては、発生する打撃トルクの大きさを任意に調節することができるように出力調節機構を備えているが、この出力調節機構は、作動油の流量を制限することにより発生する打撃トルクの大きさを調節するもので、ボルト等の締結部材の締付力を直接測定するものではないため、締結部材の締付力を確認できなかった。

一方、ボルト等の締結部材の締付力を直接測定することができるようにするための測定装置として、超音波探触子を用いて締結部材の締付力の測定を行うようにした測定装置が実用化されている（例えば、特許文献４及び５参照）。
しかしながら、この測定装置は、特許文献４に記載されているようにレンチとは切り離して個別に構成するようにすることが一般的であり、レンチと一体に構成する場合には、回転する主軸の先端部に配設した超音波探触子から電気的に接続したケーブルを導出する必要があるため、特に、回転部材（主軸）と静止部材との間で電気的な接続機構が複雑となり、特許文献５に記載されているように、ソケット本体及び測定用ソケットが大形化し、手持ちの油圧式トルクレンチに当該測定装置を組み込むことが困難であるという問題があった。
また、従来の測定装置は、締め付けを行った締結部材の締付力の経年変化の調査や追跡調査を行うことができるようにはなされておらず、また、ボルト等の締結部材の誤組、例えば、長さの異なるボルトが混在していた場合にこれを排除できないという問題があった。

実公平１−２９０１２号公報 特許第３３６１７９４号公報 特許第２８０４９０４号公報 特開２００４−１１４１８２号公報 特開２０００−７４７６４号公報

本発明は、上記従来の油圧式トルクレンチの有する問題点に鑑み、超音波探触子を用いて簡易な機構で締結部材の締付力の測定を行うことができるとともに、締め付けを行った締結部材の締付力の経年変化の調査や追跡調査を行うことができ、併せて、ボルト等の締結部材の誤組を排除できるようにした油圧式トルクレンチの締付力の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の油圧式トルクレンチの締付力の制御装置は、モータにより回転駆動される打撃トルク発生装置を介して打撃トルクを発生させるようにした主軸の先端部に超音波探触子を配設するようにした油圧式トルクレンチの締付力の制御装置において、主軸の先端部に配設した超音波探触子から締結部材に超音波を伝播させ、該締結部材の先端面からのエコーの伝播時間を計測することにより締結部材の長さを測定する締結部材の長さ測定手段と、該締結部材の長さ測定手段により測定された締結部材の長さと、締結前に測定された締結部材の初期長さとから、締結作業中にリアルタイムで締結部材の締結力を測定する締結力の測定手段と、該締結力の測定手段により測定した締結部材の締結力が所定の値に達したときにモータを停止させ締結作業を終了させるモータ制御手段と、締結作業を終了したときの締結部材の長さを記憶する記憶手段とを備えてなることを特徴とする。

この場合において、締結前に測定された締結部材の初期長さから、締結部材の締結力が所定の値に達したときの締結部材の長さを算出し、締結部材の長さ測定手段により測定された締結部材の長さと比較することによって、締結部材の締結力が所定の値に達したことを判定するようにすることができる。

また、使用する締結部材の初期長さを予め記憶させる記憶手段を備え、該記憶手段に記憶させた使用する締結部材の初期長さと、締結前に測定された締結部材の初期長さとを比較し、初期長さの異なる締結部材を排除するようにすることができる。

本発明の油圧式トルクレンチの締付力の制御装置によれば、超音波探触子を用いて簡易な機構で締結部材の締付力の測定を行うことができ、例えば、手持ちの油圧式トルクレンチにも適用することができる。
この場合、締結部材の締付力の測定は、締結部材の締結作業を行いながら、あるいは、締結部材の締結後直ちにリアルタイムで行うことができ、締結部材の締付力の制御（締結部材の締結作業の終了時期の制御）や品質管理を高精度で行うことができる。
また、締め付けを行った締結部材の締付力の経年変化の調査や追跡調査を行うことができる。

そして、使用する締結部材の初期長さを予め記憶させる記憶手段に記憶させた使用する締結部材の初期長さと、締結前に測定された締結部材の初期長さとを比較し、初期長さの異なる締結部材を排除するようにすることができる。

本発明の油圧式トルクレンチの締付力の制御装置を適用した油圧式トルクレンチの一実施例を示し、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）は主軸の先端部の詳細正面断面図、（Ｃ）及び（Ｄ）は調整機構の動作の説明図、（Ｅ）及び（Ｆ）はプローブの超音波探触子への取付構造を示す説明図である。 同油圧式トルクレンチの主軸を示し、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＡ−Ａ断面図である。 本発明の油圧式トルクレンチの締付力の制御装置を適用した油圧式トルクレンチの異なる実施例を示す正面図である。 従来の油圧式トルクレンチの打撃トルク発生装置を示す正面断面図である。 従来の油圧式トルクレンチの打撃トルク発生装置の動作を示す説明図である。 従来の油圧式トルクレンチの打撃トルク発生装置を示す正面断面図である。 （Ａ）は図６のＸ−Ｘ断面図、（Ｂ）は図６のＹ−Ｙ断面図である。 カムを示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図である。 チェック弁を示し、（Ａ）は正面断面図、（Ｂ）は側面図である。 従来の油圧式トルクレンチの打撃トルク発生装置の動作を示す説明図である。

以下、本発明の油圧式トルクレンチの締付力の制御装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図２に、本発明の油圧式トルクレンチの締付力の制御装置を適用した油圧式トルクレンチの一実施例を示す。

この油圧式トルクレンチの一例を示したもので、この油圧式トルクレンチＷの打撃トルク発生装置Ｔは、図４〜図５に記載した従来の打撃トルク発生装置と同様、ライナーＬに形成したライナー室Ｌａに作動油を充填し、ライナーＬに同軸に嵌挿した主軸Ｓに羽根挿入溝Ｓａ及びばね挿入孔Ｓｂを設け、羽根挿入溝Ｓａ内に羽根Ｂｌを、ばね挿入孔Ｓｂ内にばねＳｐを、それぞれ嵌挿し、羽根ＢｌをばねＳｐにて常時主軸外周方向に付勢してライナー室Ｌａの内周面に当接させるとともに、主軸Ｓの外周面及びライナー室Ｌａの内周面にシール面を形成されている。
そして、エアーモータＲによりライナーＬを回転させることにより、ライナー室Ｌａの内周面に形成したシール面と、主軸Ｓの外周面に形成したシール面及び羽根Ｂｌとが合致したとき、主軸Ｓに打撃トルクを発生させるようにしている。

また、この油圧式トルクレンチＷは、油圧式トルクレンチの締付の測定手段として、超音波探触子Ｓｅ１、角度センサＳｅ２及びトルクセンサＳｅ３を備えるようにしている。

超音波探触子Ｓｅ１は、ボルト等の締結部材が締め付けられて弾性変形を起こし、その伸びに対応して締結部材を伝播する超音波の伝播時間が変化する性質を利用するもので、具体的には、締結部材の頭部表面に超音波探触子Ｓｅ１のプローブＳｃを接触させ、締結部材の先端に向けて発信した超音波がエコーとして受信されるまでの伝播時間の差を測定することによって、締め付けられた締結部材の締付力（軸力）を算出するもので、精度の高い締付力の計測ができるものである。

そして、本実施例においては、主軸Ｓの先端部に、球面軸受Ｓｓ１及び超音波探触子Ｓｅ１を背面側から付勢するばねＳｓ２から構成した調整機構Ｓｓを介して、超音波探触子Ｓｅ１を配設するようにしている。
これにより、超音波探触子Ｓｅ１のプローブＳｃを締結部材の頭部表面に接触させたときの超音波探触子Ｓｅ１と締結部材の軸のぶれを、調整機構Ｓｓによる超音波探触子Ｓｅ１の揺動によって吸収し、超音波探触子Ｓｅ１のプローブＳｃと締結部材との密着性を向上して、測定精度を向上することができる。

なお、本実施例においては、主軸Ｓの先端部にソケットＳｏを取り付け、このソケットＳｏに、球面軸受Ｓｓ１及び超音波探触子Ｓｅ１を背面側から付勢するばねＳｓ２から構成した調整機構Ｓｓを介して、超音波探触子Ｓｅ１を着脱可能に配設するようにしている。
これにより、ボルト等の締結部材に対応した複数種類のソケットＳｏ間で超音波探触子Ｓｅ１を共用するようにしたり、ソケットＳｏが消耗した場合に、消耗したソケットＳｏから超音波探触子Ｓｅ１等の部材を取り外して新しいソケットＳｏに組み付けることができる。
また、主軸ＳのソケットＳｏと主軸Ｓの先端部において、超音波探触子Ｓｅ１と後述のレンチ本体Ｗ０内に導出したケーブルＣａ１とを、超音波探触子Ｓｅ１及び主軸Ｓの先端部にそれぞれ配設したコネクタＣｏｎを介して電気的に接続するようにしている。
これにより、ソケットＳｏの脱着が容易となり、締結部材に対応したソケットＳｏに交換する際等の作業性を向上することができる。
なお、主軸Ｓに超音波探触子Ｓｅ１等の部材を直接配設するようにすることもできる。

また、本実施例においては、超音波探触子Ｓｅ１のプローブＳｃに、合成樹脂又はゴム製、好ましくは、超音波の減衰が少なく、耐久性及び耐薬品性が優れているシリコンゴム製の弾性部材からなるプローブを用いるようにしている。
この場合、特に限定されるものではないが、図１（Ｅ）及び（Ｆ）に示すように、プローブＳｃは、有底筒状のキャップ形状等の嵌着構造とすることにより、球面軸受Ｓｓ１のハウジングの先端部に嵌着することによって配設した超音波探触子Ｓｅ１に着脱可能に取り付けることができるようにしている。
これにより、超音波探触子Ｓｅ１のプローブＳｃを締結部材の頭部表面に接触させたときの超音波探触子Ｓｅ１のプローブＳｃと締結部材との密着性を向上して、測定精度を向上することができるとともに、締結部材の締結作業時の締結部材の頭部表面から受ける衝撃によって超音波探触子Ｓｅ１が破損することを防止することができ、さらに、消耗品であるプローブＳｃのみを簡単に交換することができる。

また、超音波探触子Ｓｅ１によって締結部材の先端に向けて超音波を発信させるとともにエコーとして受信された信号をコントローラＣｏに送って締結部材の締付力（軸力）を測定、管理するために、超音波探触子Ｓｅ１にケーブルＣａ１を電気的に接続するようにし、このケーブルＣａ１を、打撃トルク発生装置Ｔ及びエアーモータＲの内部を挿通して、レンチ本体Ｗ０内に導出し、エアーモータＲの後方のレンチ本体Ｗ０内に配設したロータリコネクタＲｃ等の接続機構に接続するようにしている。
なお、ロータリコネクタＲｃ等の接続機構は、ケーブル（図示省略）等を介して、締結部材の締付力測定装置（図示省略）と接続し、締結部材の締付力を測定、管理するようにしている。
また、ケーブルＣａ１は、エアーモータＲの回転軸が主軸Ｓに直結されていない場合には、エアーモータＲの内部を挿通することなく、レンチ本体Ｗ０内に配設したロータリコネクタＲｃ等の接続機構に接続するようにする。
これにより、超音波探触子Ｓｅ１を用いて締結部材の締付力の測定を行うことができるとともに、電気的な接続機構を、エアーモータＲの後方のレンチ本体Ｗ０内に配設して、簡易に構成することができる。
この場合、締結部材の締付力の測定は、締結部材の締結作業を行いながら、あるいは、締結部材の締結後直ちにリアルタイムで行うことができ、締結部材の締付力の制御（締結部材の締結作業の終了時期の制御）や品質管理を高精度で行うことができる。

そして、本実施例において、コントローラＣｏに、主軸Ｓの先端部に配設した超音波探触子Ｓｅ１から締結部材に超音波を伝播させ、締結部材の先端面からのエコーの伝播時間を計測することにより締結部材の長さを測定する締結部材の長さ測定手段と、締結部材の長さ測定手段により測定された締結部材の長さと、締結前に測定された締結部材の初期長さとから、締結作業中にリアルタイムで締結部材の締結力を測定する締結力の測定手段と、締結力の測定手段により測定した締結部材の締結力が所定の値に達したときにモータＲを停止させ締結作業を終了させるモータ制御手段と、締結作業を終了したときの締結部材の長さを記憶する記憶手段とを備えるようにする。
これにより、締め付けを行った締結部材の締付力の経年変化の調査や追跡調査を行うことができる。

このコントローラＣｏは、締結前に測定された締結部材の初期長さから、締結部材の締結力が所定の値に達したときの締結部材の長さを算出し、締結部材の長さ測定手段により測定された締結部材の長さと比較することによって、締結部材の締結力が所定の値に達したことを判定するようにしている。

また、コントローラＣｏは、使用する締結部材の初期長さを予め記憶させる記憶手段を備え、該記憶手段に記憶させた使用する締結部材の初期長さと、締結前に測定された締結部材の初期長さとを比較し、初期長さの異なる締結部材を排除、具体的には、初期長さの異なる締結部材の場合に、エラー表示やブザー等の警告を行うようにしている。

また、本実施例においては、超音波探触子Ｓｅ１に電気的に接続したケーブルＣａ１を、打撃トルク発生装置Ｔの内部を挿通するために、打撃トルク発生装置Ｔの構造に応じて、図２に示すように、ケーブルＣａ１を挿通する孔Ｓｈを、主軸Ｓに、羽根挿入溝Ｓａ及びばね挿入孔Ｓｂを迂回して形成するようにしている。

また、打撃トルク発生装置に形成するケーブルＣａ１を挿通する孔Ｓｈは、例えば、図６〜図１０に示す、羽根挿入溝及びばね挿入孔を有さない打撃トルク発生装置を用いる場合には、図３に示す実施例のように、主軸Ｓに直線状に形成することができる。

また、超音波探触子Ｓｅ１に電気的に接続したケーブルＣａ１を、エアーモータＲの内部を挿通するために、エアーモータＲの構造に応じて、ケーブルＣａ１を挿通するパイプＰを、エアーモータＲの回転軸と同軸状に、回転可能に配設するようにしている。

角度センサＳｅ２には、磁気式センサ、光学式センサ等の各種回転センサを用いることができるが、本実施例においては、主軸Ｓに設けられたロータ鉄心と、このロータ鉄心と対向するようにレンチ本体Ｗ０内に設けられたステータ鉄心及びステータコイルとからなる磁気式センサを用い、ステータコイルにより検出された信号を基板Ｅで処理し、基板Ｅで処理された電気信号を、ケーブルＣａ２等を介して、油圧式トルクレンチＷと接続されたコントローラＣｏに送って、主軸Ｓの回転角度を測定、管理することにより、締結部材の不具合等の検知を行うようにしている。
そして、超音波探触子Ｓｅ１による締結部材の締付力の測定と主軸Ｓの回転角度の測定を、締結部材の締結作業を行いながら、リアルタイムで行うことができ、例えば、締結部材の塑性域での締付力の制御（締結部材の締結作業の終了時期の制御）や品質管理を高精度で行うことができる。

トルクセンサＳｅ３には、磁歪式センサ、歪ゲージ式センサ等の各種トルクセンサを用いることができるが、本実施例においては、主軸Ｓに設けられた磁歪部と、この磁歪部と対向するようにレンチ本体Ｗ０内に設けられた励磁検出コイルとから構成される磁歪式センサを用い、励磁検出コイルにより検出された信号を基板Ｅで処理し、基板Ｅで処理された電気信号を、ケーブルＣａ２等を介して、油圧式トルクレンチＷと接続されたコントローラＣｏに送って、主軸Ｓに付加されるトルクを測定、管理することにより、締結部材の不具合等の検知を行うようにしている。
そして、超音波探触子Ｓｅ１による締結部材の締付力の測定と主軸Ｓに付加されるトルクの測定を、締結部材の締結作業を行いながら、リアルタイムで行うことができ、例えば、締結部材の塑性域での締付力の制御（締結部材の締結作業の終了時期の制御）や品質管理を高精度で行うことができる。

以上、本発明の油圧式トルクレンチの締付力の制御装置について、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、打撃トルク発生装置に他の公知の方式のもの（例えば、特許文献３に記載された打撃トルク発生装置）を適用するようにしたり、駆動源のモータとして、エアーモータに代えて電動モータを適用するようにしたり、複数個の主軸を備えた定置式の油圧式トルクレンチに適用するようにする等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明の油圧式トルクレンチの締付力の制御装置は、超音波探触子を用いて簡易な機構で締結部材の締付力の測定を行うことができるとともに、締め付けを行った締結部材の締付力の経年変化の調査や追跡調査を行うことができ、併せて、ボルト等の締結部材の誤組を排除できることから、締結部材の締付力の高精度の管理を必要とする手持ちの油圧式トルクレンチの用途に好適に用いることができるほか、その他の油圧式トルクレンチの用途にも用いることができる。

Ｗ 油圧式トルクレンチ
Ｗ０ レンチ本体
Ｔ 打撃トルク発生装置
Ｌ ライナー
Ｌａ ライナー室
Ｓ 主軸
Ｓａ 羽根挿入溝
Ｓｂ ばね挿入孔
Ｓｈ ケーブルを挿通する孔
Ｂｌ 羽根
Ｓｐ ばね
Ｓｏ ソケット
Ｒ エアーモータ（モータ）
Ｓｅ１ 超音波探触子
Ｓｅ２ 角度センサ
Ｓｅ３ トルクセンサ
Ｓｃ プローブ
Ｓｓ 調整機構
Ｓｓ１ 球面軸受
Ｓｓ２ ばね
Ｃａ１ ケーブル
Ｃａ２ ケーブル
Ｒｃ ロータリコネクタ
Ｐ パイプ
Ｅ 基板
Ｃｏ コントローラ
Ｃｏｎ コネクタ
Ａ 油室
Ｂ 油室
Ｃ シリンダ
１ 外側ケーシング
１１ 端面壁
１２ シリンダ部
１３ 出力調節機構
２ 内側ケーシング
２１ 端面壁
２２ シリンダ部
３ 主軸
４ カム
４１ａ、４１ｂ カム溝
４２ａ、４２ｂ 導油孔
５ チェック弁
６ ばね
７１、７２、７３、７４ シール部材
８１、８２ ピン
９ 固定部材

Claims (3)

1. モータにより回転駆動される打撃トルク発生装置を介して打撃トルクを発生させるようにした主軸の先端部に超音波探触子を配設するようにした油圧式トルクレンチの締付力の制御装置において、
   主軸の先端部に配設した超音波探触子から締結部材に超音波を伝播させ、該締結部材の先端面からのエコーの伝播時間を計測することにより締結部材の長さを測定する締結部材の長さ測定手段と、
   該締結部材の長さ測定手段により測定された締結部材の長さと、締結前に測定された締結部材の初期長さとから、締結作業中にリアルタイムで締結部材の締結力を測定する締結力の測定手段と、
   該締結力の測定手段により測定した締結部材の締結力が所定の値に達したときにモータを停止させ締結作業を終了させるモータ制御手段と、
   締結作業を終了したときの締結部材の長さを記憶する記憶手段と、
   を備えてなることを特徴とする油圧式トルクレンチの締付力の制御装置。
2. 締結前に測定された締結部材の初期長さから、締結部材の締結力が所定の値に達したときの締結部材の長さを算出し、締結部材の長さ測定手段により測定された締結部材の長さと比較することによって、締結部材の締結力が所定の値に達したことを判定するようにしたことを特徴とする請求項１記載の油圧式トルクレンチの締付力の制御装置。
3. 使用する締結部材の初期長さを予め記憶させる記憶手段を備え、該記憶手段に記憶させた使用する締結部材の初期長さと、締結前に測定された締結部材の初期長さとを比較し、初期長さの異なる締結部材を排除するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の油圧式トルクレンチの締付力の制御装置。

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