JP4445772B2 - ねじ締め本数管理方法、およびねじ締め本数管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備えたトルクレンチを用いてねじ締めを行う場合に、ねじ締め完了した数量を積算する技術に関するものである。

従来より、所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備えたトルクレンチを用いてねじ締めを行う場合に、ねじ締め完了した数量を積算する技術に関しては、特開２０００−１０８０４７（特許文献１）、特開２０００−４２９３７（特許文献２）、特公昭５０−３２１４９（特許文献３）、特開２０００−１０８０４８（特許文献４）等の文献に開示されている。

特開２０００−１０８０４７ 特開２０００−４２９３７ 特公昭５０−３２１４９ 特開２０００−１０８０４８

特許文献１〜４に記載のものは、トルクバーに突設されたピン等の特定構造のトルクレンチが必要であって、専用のトルクレンチにしか採用できない技術である。
また、特許文献１、２に記載のものは、表示部がトルクレンチと一体構造となっており、トルクレンチ本体に対して位置が固定されているので、ねじを締付ける作業空間が狭い場合には、表示部が邪魔になってトルクレンチを回動操作することが困難になるという問題がある。
また、特許文献３、４に記載のものは、トルクレンチとは別置きの表示部に信号を送るために有線または無線方式を採用している。有線方式ではケーブルがあるためトルクレンチを回動操作する場合に、周囲の物体等にケーブルが引っかからないように気を使わなければならず、また、断線の恐れもあるという問題がある。また、ケーブルの長さによって作業範囲が限定されるので使いづらいという問題もある。また、無線方式は、信号がノイズの影響を受けたり、信号の届く範囲が限定されてしまうという問題もある。

そこで、本発明は、トルクバーに設けられたピン等の特定構造を必要としないねじ締め本数管理方法および装置を提供することを目的としてなされたものである。

本発明にかかるねじ締め本数管理方法の請求項１は、
所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備えたトルクレンチに用いるねじ締め本数管理方法であって、
前記トルクバーで発生する振動を検知して、検知された振動を解析して１本のねじ締めが完了したか否かを判定することによって、ねじ締め本数を管理することを特徴としている。
従って、ねじ締め完了した本数の積算は、トルクレンチ側で行っても、ホルダ部で行っても、上位コンピュータ側で行ってもよい。
そして、請求項２の方法は、
所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備え、前記トルクバーの動作に基づいて１本のねじ締めが完了したことを判定して、ねじ締め完了本数を積算する機能を備えたトルクレンチに用いるねじ締め本数管理方法であって、
前記トルクレンチによるねじ締め本数の積算値を、上位コンピュータに取り込んで管理することを特徴としている。
従って、トルクバーの動作を検知する手段は加速度センサに限定されるものではなく、特許文献１〜４に記載された特定構造でもよい。
そして、ねじ締め本数管理装置の請求項３は、
所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備えたトルクレンチに用いるねじ締め本数管理装置であって、
前記トルクバーで発する振動を検知して検知信号を出力する検知手段と、
前記検知信号を解析して１本のねじ締めが完了したか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段にて１本のねじ締めが完了したと判定する毎にねじ締め完了本数を積算して出力する積算手段と、
前記検知手段、判定手段、積算手段に対して必要とする電源を供給する電池もしくは蓄電手段からなる電源供給手段と
から構成されていることを特徴としている。
従って、ねじ締め本数管理装置は、トルクレンチに一体化させたものでも、トルクレンチに対して着脱式にしたものでもよい。
そして、請求項４の装置は、
所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備えたトルクレンチに装着し得るねじ締め本数管理装置であって、
前記トルクレンチに対して振動伝達可能に装着する装着手段と、
前記トルクバーで発する振動を前記装着手段を介して検知して検知信号を出力する検知手段と、
前記検知信号を解析して１本のねじ締めが完了したか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段にて１本のねじ締めが完了したと判定する毎にねじ締め完了本数を積算して出力する積算手段と、
前記検知手段、判定手段、積算手段に対して必要とする電源を供給する電池もしくは蓄電手段からなる電源供給手段と
から構成されていることを特徴としている。
そして、請求項５の装置は、
所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備え、前記トルクバーの動作に基づいて１本のねじ締めが完了したことを判定して、ねじ締め完了本数を積算して出力する機能を備えたトルクレンチに用いるねじ締め本数管理装置であって、
前記トルクレンチを載せるホルダ部を備え、
前記ホルダ部には、載せられた前記トルクレンチから出力されるねじ締め完了本数を読み取る通信手段を備えていることを特徴としている。
そして、請求項６の装置は、
所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備え、前記トルクバーの動作に基づいて１本のねじ締めが完了したことを判定して、ねじ締め完了本数を積算して出力する機能を備えたトルクレンチに用いるねじ締め本数管理装置であって、
前記トルクレンチを載せるホルダ部と、該ホルダ部と通信可能に接続された上位コンピュータとを備え、
前記ホルダ部には、載せられた前記トルクレンチから出力されるねじ締め完了本数を読み取って前記上位コンピュータに送信する通信手段を備えていることを特徴としている。
従って、トルクバーの動作を検知する手段は加速度センサに限定されるものではなく、特許文献１〜４に記載された特定構造でもよい。

請求項１の方法は、トルクバーで発生する振動を検知して、検知された振動を解析して１本のねじ締めが完了したか否かを判定するので、振動が伝達される構成であれば、特定構造を備えたトルクレンチでなくても、間接的に振動によってトルクバーの動作を検知して、１本のねじ締めが完了したか否かを判定し、ねじ締め本数を管理することができる。
請求項２の方法は、トルクレンチによるねじ締め完了本数の積算値を、上位コンピュータに取り込んで管理するので、複数のトルクレンチによる作業を系統的に管理することができる。
請求項３の装置は、トルクバーで発する振動を検知して、１本のねじ締めが完了したと判定する毎にねじ締め完了本数を積算して出力するので、振動が伝達される構成であれば、特定構造を備えたトルクレンチでなくても、間接的に振動をによってトルクバーの動作を検知して、１本のねじ締めが完了したか否かを判定し、ねじ締め本数を管理することができる。さらに、電源供給手段を備えているので電源コードが不要となり作業性が向上する。
請求項４の装置は、トルクレンチに装着する装着手段を備えているので、特定構造を備えていない一般の構造のトルクレンチに装着して、ねじ締め本数を管理することができる。
請求項５の装置は、トルクレンチを載せるホルダ部を備え、前記ホルダ部には、載せられた前記トルクレンチから出力されるねじ締め完了本数を読み取る通信手段を備えているので、トルクレンチによる作業を前記ホルダ部で管理することができる。
請求項６の装置は、トルクレンチを載せるホルダ部と、該ホルダ部と通信可能に接続された上位コンピュータとを備え、前記ホルダ部には、載せられた前記トルクレンチから出力されるねじ締め完了本数を読み取って前記上位コンピュータに送信する通信手段を備えているので、複数のトルクレンチによる作業を系統的に管理することができる。

以下に、本発明にかかるねじ締め本数管理方法と装置を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
図１において、
１はトルクレンチであり、操作対象のねじ等に装着する機能を備えたヘッド部材11、柄部材12、前記柄部材12の端部に形成された握り部13、前記柄部材12の内部に配設されたトルクバー14、スラスタ15、トルクバー14とスラスタ15とを連結するリンク16、及びバネ17等を備えている。そして、ねじ締め（図１における時計回り方向での締付け）において前記バネ17によって設定された所定のトルクに達すると、トルク伝達機構を構成する前記リンク16によって前記スラスタ15が押されて前記バネ17が圧縮されると同時に、柄部材12はヘッドピン18を中心として急激に時計回り方向に回動し、トルクバー14はそのままの位置を維持する。従って、前記トルクバー14は前記柄部材12の内壁と衝突して振動が発生するように構成されている。

２はセンサユニットであり、加速度センサ３と、マイクロコンピュータ４と、バッテリ５と、図２に示したように、ＬＥＤランプ61、62と、ブザー７を内蔵している。
図２に示したように、前記加速度センサ３は、前記トルクレンチ１で発生した振動が取り付け部材８を介してセンサユニット２のケースに伝達したときに、その振動波形に応じて電圧が変化する検知信号を出力するようにセンサユニット２のケースに固定されている。また、センサユニット２または後述するホルダ部にねじ締め本数等の数値を表示する表示手段を備えても良い。
前記マイクロコンピュータ４は、前記加速度センサ３から出力される前記検知信号を取り込む入力ポートと、信号解析プログラムが書き込まれたメモリと、前記信号解析プログラムを動作させることによって、取り込まれた前記検知信号の波形を解析して、１本のねじ締めが完了したと判定する毎にねじ締め完了本数を１本づつ増やして積算し、その積算したねじ締め完了本数が予め設定された予定数量に達したときにＬＥＤランプもしくはブザーを特定のパターンで駆動するように制御するＣＰＵと、外部との通信を行う通信ポートを備えている。
なお、前記ＣＰＵは、取り込まれた前記検知信号の波形を解析して、１本のねじ締めが完了したと判定する毎にねじ締め完了信号を出力して、ＬＥＤランプもしくはブザーを前記特定のパターンとは異なるパターンで短時間駆動するように構成してもよい。

前記検知信号を解析して、１本のねじ締めが完了したか否かを判定する信号解析プログラムでは、前記検知信号が持っている特定の特徴を解析することによって、単なる衝撃等のショックに基づいた振動と区別することができる。例えば、１本のねじ締めが完了したときにトルクバー14が作動したときに発生する検知信号の波形は、急激に正負両方に振れる波形パターンとなることが判明しているので、そのピーク値やゼロ点をクロスするタイミング等の特徴を抽出することによって、落下によるショック等を区別することができるのである。

また、１本のねじ締めが完了したと判定する毎に駆動するパターンは、例えば、一方のＬＥＤランプを短時間点灯するとともに、ブザーを「ピッ」と鳴らすように駆動するパターンとし、ねじ締め完了本数が予定数量に達したときに駆動するパターンは、例えば、他方のＬＥＤランプを連続点滅するとともに、ブザーを「ピッピッピッピッ・・・」と連続的に鳴らすように駆動するパターンや合成音声で報知するパターンとすることができる。なお、このような報知機能は全てセンサユニット２に具備しなくてもよく、後述するホルダ部または上位コンピュータに備えてもよい。

前記マイクロコンピュータ４に設定される予定数量は、後述する上位コンピュータから入力されるが、その予定数量を設定するための入力手段を前記センサユニット２または後述するホルダ部に備えても良い。

９は前記トルクレンチ１を載置するためのホルダ部であり、前記センサユニット２のバッテリ５の充電機能を備えた充電回路91と、前記トルクレンチ１および後述する上位コンピュータＰＣとの通信機能を備えた通信手段としての通信回路92を内蔵し、前記充電回路91および前記通信回路92への電源を商用電源から供給するＡＣアダプタ93が接続されている。
ＰＣは前記ホルダ部９とケーブルＣで接続された上位コンピュータであり、前記ホルダ部９を介して前記センサユニット２と通信を行い、予定数量としての設定締付け本数データを送信する機能と、完了締付け本数データを受信する機能とを備えている。
なお、前記通信回路92の通信方式は、ホルダ部９とトルクレンチ１のセンサユニット２との間の通信方式も、ホルダ部９と上位コンピュータとの間の通信方式も、ケーブルを用いた有線通信方式だけでなく無線通信方式も可能である。有線通信方式の場合には、種々のケーブルを用いたシリアル通信やパラレル通信が可能であり、無線通信方式の場合には種々の波長の電磁波（電波、赤外線等）を用いた通信が可能である。また、イーサネット（登録商標）型のＬＡＮや各種方式の無線ＬＡＮ等も採用できる。
このように、トルクレンチ１はバッテリ駆動方式とし、ホルダ部９に載せたときに通信するように構成することによって、信号の通信にあたってノイズの影響を受けにくいという効果と、電源コードが邪魔にならないという効果が得られる。

前記トルクレンチ１を前記ホルダ部９に載置すると、載置された状態を検知してホルダ部９が作動して、前記センサユニット２と前記ホルダ部９とが充電用電極と通信用電極を介して相互に電気的に接続され、充電と通信を開始するように構成されている。

前記センサユニット２は特許請求の範囲に記載されたねじ締め本数管理装置に対応する構成であり、前記取り付け部材８は特許請求の範囲に記載された装着手段に対応する構成であり、前記加速度センサ３は特許請求の範囲に記載された検知手段に対応する構成であり、前記マイクロコンピュータ４は特許請求の範囲に記載された判定手段及び積算手段に対応する構成であり、前記バッテリー５は特許請求の範囲に記載された電源供給手段に対応する構成である。

なお、前記バッテリ５に代えて、各種１次電池、太陽電池、もしくはスーパーキャパシタ等の大容量のコンデンサを使用することができる。大容量のコンデンサを使用する場合には、前記充電回路91に代えて蓄電回路を使用するとよい。
なお、ねじ締めの作業環境によっては、電源コードを備えたものも可能である。
また、前記充電用電極に代えて、電磁誘導作用等を利用した非接触型の電力伝達手段を採用することも可能である。また、通信の信頼性が高いものであれば、前記通信用電極に代えて、電波や赤外線等を利用した非接触型の情報伝達手段を採用することも可能である。

このようにして、作業者が予定した本数のねじ締め作業を終了して、トルクレンチ１を前記ホルダ部９に載せると、充電開始とともに、上位コンピュータＰＣとの通信が開始されて、前記センサユニット２で積算されたねじ締め完了本数が上位コンピュータＰＣへ送信され、上位コンピュータＰＣでは予定本数と比較して、過不足がなければ「ＯＫ信号」をＬＥＤランプの点滅やブザーの鳴動によって報知し、不足している場合には「不足信号」をＬＥＤランプの点滅やブザーの鳴動によって報知する。
なお、上位コンピュータＰＣへ送信されたねじ締め完了本数が予定本数と一致している場合には、次のねじ締めの予定本数が前記上位コンピュータＰＣから前記ホルダ部９を介して前記トルクレンチ１のセンサユニット２内のマイクロコンピュータに送信されるように構成する。

以上のトルクレンチ１は、加速度センサによって１本のねじ締めが完了したときにトルクバー14が作動したことを検知するように構成したが、特許文献１〜４において開示されているようなピン等の特定構造を備えてスイッチを作動させるような構成のトルクレンチの場合においても、前述したようなホルダ部を採用して、ホルダ部もしくはホルダ部と通信する上位コンピュータにおいて、予定本数と比較して本数不足か否かを報知するように構成してもよい。
この場合には、トルクレンチ側にはトルクバーの動作を検知する機能と、通信機能を備えていればよい。

次に、実施例１のねじ締め本数管理装置に用いたセンサユニット２のマイクロコンピュータの動作を説明する。
まず、ねじ締め作業にあたって、ねじ締めする予定本数を設定する。この予定本数は、上位コンピュータＰＣからホルダ部９を介してトルクレンチ１に入力されるように構成してもよいが、トルクレンチに入力手段を備えて直接入力してもよい。また、ホルダ部に入力手段を備えておいて、トルクレンチをホルダ部に載せたときに、そのホルダ部の入力手段を操作して予定本数を入力してもよい。
次に、ねじ締め作業を開始すると、１本のねじ締めが完了したときにトルクバー14が作動したことを検知する毎に検知信号を解析して、ねじ締めが完了した本数を積算する。
そして、予定本数に達したことが報知された場合もしくは、作業者が予定本数を完了したと思った場合には、トルクレンチをホルダ部９に載せる。

図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示したように、センサユニット２をトルクレンチ１に取り付ける前記取り付け部材８は両者を固着させるものではなく、回動可能に取り付けている構造であるため、センサユニット２をトルクレンチ１の軸回りに回動させることが可能である。従って、作業空間が狭い場合には、その状況に応じて、センサユニット２を所望の位置に回動させて、ねじ締め操作の邪魔にならないようにすることができる。

さらには、図４に示したように、センサユニット２Ａを、トルクレンチ１Ａの握り部13Ａの端部に取り付けてもよい。このようにすると、ヘッドピン18Ａからセンサユニット２Ａまでの距離が長くなり、トルクバーと柄部材12との相対移動量が大きくなり、信号を検知しやすくなる。
なお、図３に示したように、センサユニット２をトルクレンチ１の軸回りに回動しても加速度センサによって精確な信号を検知可能とするためには、トルクレンチ１の軸に直交する平面内にあるとともに互いに直交する２軸方向以上の複数の検知軸を備えた加速度センサを使用することが好ましい。例えば、図３において、２本の直交する矢印Ｘ，Ｙで図示したような２軸方向の検知軸を備えた加速度センサを使用した場合には、図３の（ｃ）のようにセンサユニット２を斜めに回動させた状態にしてねじ締めするとき、２軸方向の信号を合成することによって、矢印Θで図示したようにねじ締めする場合のねじ締め完了毎のトルクバーの動作を検知することができる。

図５の（ａ）に示したトルクレンチ１Ｂは特開2003-136418号において開示されたものであり、図５の（ｂ）にはその要部を示した。
これらの図に示したトルクレンチ１Ｂは、ヘッド部材11Ｂと一体に固定されたトルクバー14Ｂが、ヘッドピン18Ｂで回動可能に設けられた柄部材12Ｂに外装された構造で、トルク伝達機構をトルクバー14Ｂ側のコロ状体161と、柄部材12Ｂ側のコロ状体162とで構成し、柄部材12Ｂ側のコロ状体をバネ17Ｂで押されたスラスタ15Ｂで押さえ、ねじ締めトルクが設定された所定のトルクを越えたときに、前記バネ17Ｂが圧縮されて、柄部材12Ｂ側のコロ状体162がトルクバー14Ｂ側のコロ状体161を乗り越えることによって振動を発生するように構成されたものである。
このように発生した振動を、握り部13Ｂ近くに取り付けられたセンサユニット２Ｂの加速度センサによって検知して検知信号を出力するように構成されている。

本発明にかかるねじ締め本数管理装置の実施の形態の構成を示した構成図である。 本発明にかかるねじ締め本数管理装置の他の構成を示した構成図である。 前記ねじ締め本数管理装置の使用形態を示した説明図である。 実施例２の構成図である。 実施例３の構成図である。

符号の説明

１ トルクレンチ
14 トルクバー
２ センサユニット
３ 加速度センサ
４ マイクロコンピュータ
５ バッテリ
８ 取り付け部材
９ ホルダ部
ＰＣ 上位コンピュータ

Claims (6)

1. 所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備えたトルクレンチに用いるねじ締め本数管理方法であって、
   前記トルクバーで発生する振動を検知して、検知された振動を解析して１本のねじ締めが完了したか否かを判定することによって、ねじ締め本数を管理することを特徴とするねじ締め本数管理方法。
2. 所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備え、前記トルクバーの動作に基づいて１本のねじ締めが完了したことを判定して、ねじ締め完了本数を積算する機能を備えたトルクレンチに用いるねじ締め本数管理方法であって、
   前記トルクレンチによるねじ締め本数の積算値を、上位コンピュータに取り込んで管理することを特徴とするねじ締め本数管理方法。
3. 所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備えたトルクレンチに用いるねじ締め本数管理装置であって、
   前記トルクバーで発する振動を検知して検知信号を出力する検知手段と、
   前記検知信号を解析して１本のねじ締めが完了したか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段にて１本のねじ締めが完了したと判定する毎にねじ締め完了本数を積算して出力する積算手段と、
   前記検知手段、判定手段、積算手段に対して必要とする電源を供給する電池もしくは蓄電手段からなる電源供給手段と
   から構成されていることを特徴とするねじ締め本数管理装置。
4. 所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備えたトルクレンチに装着し得るねじ締め本数管理装置であって、
   前記トルクレンチに対して振動伝達可能に装着する装着手段と、
   前記トルクバーで発する振動を前記装着手段を介して検知して検知信号を出力する検知手段と、
   前記検知信号を解析して１本のねじ締めが完了したか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段にて１本のねじ締めが完了したと判定する毎にねじ締め完了本数を積算して出力する積算手段と、
   前記検知手段、判定手段、積算手段に対して必要とする電源を供給する電池もしくは蓄電手段からなる電源供給手段と
   から構成されていることを特徴とするねじ締め本数管理装置。
5. 所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備え、前記トルクバーの動作に基づいて１本のねじ締めが完了したことを判定して、ねじ締め完了本数を積算して出力する機能を備えたトルクレンチに用いるねじ締め本数管理装置であって、
   前記トルクレンチを載せるホルダ部を備え、
   前記ホルダ部には、載せられた前記トルクレンチから出力されるねじ締め完了本数を読み取る通信手段を備えていることを特徴とするねじ締め本数管理装置。
6. 所定のトルク値でのねじ締付けが完了する毎に動作して振動を発するトルクバーを備え、前記トルクバーの動作に基づいて１本のねじ締めが完了したことを判定して、ねじ締め完了本数を積算して出力する機能を備えたトルクレンチに用いるねじ締め本数管理装置であって、
   前記トルクレンチを載せるホルダ部と、
   該ホルダ部と通信可能に接続された上位コンピュータとを備え、
   前記ホルダ部には、載せられた前記トルクレンチから出力されるねじ締め完了本数を読み取って前記上位コンピュータに送信する通信手段を備えていることを特徴とするねじ締め本数管理装置。

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