JP4978088B2 - 鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法 - Google Patents

鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法 Download PDF

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Description

本発明は、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駆動トルクを駆動電流により単位時間毎に計測し、その駆動トルクの変化率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、駆動トルクの変化率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、ワイヤの捩じりの状態を監視し、ワイヤのねじ切れが発生する以前に自動的に捩じり締めを終了し、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駆動トルクを駆動電流により計測し、その駆動トルクの変化率が、上記駆動電流の変化率がゼロになる直前の変化率を所定の変化率とし、この所定の変化率より小さくな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こと
(ロ)上記駆動トルクの変化率の監視を、ねじり開始からねじりが進行しトルクの変化率が大きくなったと判断される所定時間が経過し、又はねじりが進行しトルクの変化率が大きくなったと判断される駆動トルクが所定値以上になってから開始するかの何れか一方又は両方で計測を開始すること
(ハ)前記モータの駆動トルクの計測を単位時間毎に行なうとともに、該単位時間毎に計測したトルクと第1の所定回数前に計測したトルクとに基づいて駆動トルクの第1の変化率を監視し、上記第1の所定回数よりも少ない第2の所定回数前に計測したトルクとに基づいて駆動トルクの第2の変化率を監視して、第1の変化率が所定の変化率より小さくなった時点、又は第2の変化率がマイナスになった時点で前記捩り装置による捩じり締めを終了させること
請求項1の発明によれば、ワイヤによる鉄筋の結束を、ワイヤのネジ切れを起こすことなく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実現することができる。
また、比較的長い第1の時間間隔でトルクの第1の変化率を算出するとともに、この第1の時間間隔の終盤に設定した短い第2の時間間隔でトルクの第2の変化率を算出するようにしたので、第1の変化率と第2の変化率とで結束状況を監視して結束が充分になされた時点で結束を終了することができ、結束をより強くするとともにワイヤのネジ切れを起こすことのない鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法を実現することができる。
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のトルクを計測する計測手段10と、計測手段の計測した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T1が経過する毎に計測した駆動電流値と、過去(単位時間T1が数個)に遡って計測したときの駆動電流値とからトルクの変化率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T1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トルク(駆動電流値)の変化率を監視し、この変化率が所定の変化率より小さくなった時点で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を切り替えることにより、モータ6を停止するようになっている。
結束が充分になされたと判断する基準は、図3のモータの駆動電流特性曲線に示すように、ワイヤの捩じ切れが発生し始めると、特性曲線はなだらかになり、そのままモータ6を回転させてワイヤを捩じり続ければ、やがてワイヤがねじ切れてしまい、ワイヤがねじ切れると、モータ6の負荷がなくなり駆動電流が急激に減少するので、駆動電流の変化率がゼロになる直前の変化率を所定の変化率と設定すればよい。
なお、ユーザーによって鉄筋の結束が多少弱くてもワイヤのねじ切れが発生しないほうが良いと判断する場合と、複数のワイヤの中でねじ切れるものが出てきても鉄筋の結束が強いほうがよいと判断する場合とがあるので、この変化率を一概に決めることができない場合があるので、図示しない設定ダイヤルで変化率の大小を設定変更できるようにし、実際に作業前に試行してその結束状況から設定ダイヤルをまわして変化率を変更できるようにしてもよい。
上記鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法によれば、鉄筋交差部に巻き回されたワイヤループ1aの一部をフック9で把持し、このフック9をモータ6を回転させて捩じり締めする際、モータ6のトルク(駆動電流)の変化率が所定の変化率より小さくなったタイミングを監視し、この時点でモータ6を停止させることによりワイヤを充分に捩じり締めた状態で結束を終了することができ、捩じり締めが確実に実行されるだけではなく、ワイヤがねじ切れる前に結束を終了することができる。
なお、トルクの変化率は鉄筋の太さやワイヤの本数により滑らかに変化するとは限らないため、同一の変化率Vが複数発生する可能性があり所定の変化率になったとしても結束が確実に行なわれていない場合があるので、変化率の監視を開始する時期を別途設定している。この監視開始の時期は、図3に示すように、ねじりが進行しトルクの変化率が大きくなったと判断される時間T、及びトルクMaの何れか一方、又は両方の条件をクリアした時点から、監視を開始するようにしている。
このことにより、巻き始めは曲線がなだらかでねじりが進行してトルクが大きくなると曲線の変化が大きくなり、結束が進むと再びなだらかになるので、同じ変化率Aが初期にも発生するが、この変化率Aのみを見て結束を終了することがなくなるし、トルクが所定値Ma以上になってからの変化率Aをみて結束を終了させれば、ワイヤの捩じり締めが不完全な状態で結束が終了するようなことはなくなる。
次に、上記した鉄筋結束機のワイヤねじ切れ防止方法を、図4のフローチャート図及び、図6(b)のタイム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、トルクを単位時間毎に計測するとともに、回転開始からの経過時間を監視する(ステップST1)。トルクが所定値Maを越えたか、所定時間を経過したかを判断し(ステップST2)、設定した閾値を越えていれば、ステップST3に進んでトルクの変化率の監視を始める。
トルクは単位時間T1(例えば、10ms)毎に計測し、計測した現在のトルクM(n)とx個(例えば、5個で経過時間T2が50ms)前のトルクM(n−x)とからトルクの変化率Adを算出する(ステップST4)。ステップST5で、変化率Adを判断し、その変化率Adが所定の変化率Aeより小さければ、捩りが充分なされたと判断して、モータを止めて捩りを停止する(ステップST7)。
算出した変化率Adが設定した変化率Aeより大きければ、捩りが不足していると判断し、ステップST6で、カウンタをカウントアップして、ステップST3に戻り、次の単位時間T1の経過後のトルクM(n)を測定し、ステップST4で再びトルクの変化率Adを算出して、トルクの変化率Adが所定の変化率Aeと同じか、小さくなるまで、ステップST3〜ST6を繰り返す。
上述のねじ切れ防止方法は、トルクを計測する時間を単位時間T1(例えば、10ms)を順次シフトして、その単位時間T1毎に計測したトルクと、単位時間T1がx個(例えば、5個で経過時間T2が50ms)前のトルクとを参照してトルクの変化率を算出するようにしたものである。
つまり、経過時間T2(例えば、50ms)におけるトルクの変化率を算出する際に、この経過時間T2を単位時間T1(例えば、10ms)ずつシフトしながら経過時間T2におけるトルクの変化率を算出するようにしたもので、図6(a)に示すように、単純に経過時間T2(50ms)経過ごとにトルクの変化率を計測していると、次の計測までにワイヤがねじ切れてしまう恐れがあるが、経過時間T2を少しずつシフトしながら変化率を監視することにより、ワイヤの捩じり切れが発生する前に所定の変化率を認識することができる。しかも、経過時間を単位時間に対し大きく設定することにより、トルクの変化のノイズを無視することができるとともに、次にトルクの変化率を計測するまでの時間帯にネジ切れを捕捉するタイミングを失うことも回避することができるようにしたものである。なお、上述の単位時間T1は10msに限定されるものではなく2msや3ms等、任意に設定すればよく、経過時間T2も単位時間T1の5倍に限定されるものではなく、任意に設定すればよい。
そして、上述の捻じ切れ防止方法では、経過時間におけるトルクの変化率を、単位時間シフトしながら算出していたが、経過時間ごとの変化率と、経過時間内における短時間の変化率との2つの変化率を監視して捻じ切れを防止する方法について、図5のフローチャート図及び、図6(c)のタイム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、トルクを単位時間毎に計測するとともに、回転開始からの経過時間を監視する(ステップST11)。トルクの閾値が所定値Maを越えたか、所定時間を経過したかを判断し(ステップST12)、閾値と所定時間とが経過すれば、トルクの変化率の監視を始める(ステップST13)。
トルクは単位時間T1(例えば、10ms)ごとに計測し、計測したトルクM(n)と、単位時間がx個(例えば、5個で経過時間50ms)前のトルクM(n−x)とから第1の経過時間T2を経過した時のトルクの変化率(第1の変化率)Ad1を算出し(ステップST14)、さらに、単位時間がy個(例えば、1個で経過時間10ms)前のトルクM(n−y)とから第2の経過時間T3を経過した時のトルクの変化率(第2の変化率)Ad2を算出し(ステップST15)、ステップST16で、第1の変化率Ad1が、所定の変化率Aeより小さいか、第2の変化率Ad2がマイナスになっていれば、モータを止めて捩りを停止する(ステップST18)。
算出した第1の変化率Ad1が設定した変化率Aeより大きいか、第2の変化率Ad2がマイナスでなければ、捩りは未だ不完全と判断し、ステップST17でカウンタをカウントアップして、ステップST13に戻り、次の単位時間T1の経過後のトルクM(n)を測定し、ステップST14、15で再びトルクの変化率を算出して、トルクの変化率が所定の変化率になるまで、ステップST13〜ST17を繰り返す。
上述の捻じ切れ防止方法は、トルクの変化率を、第1の経過時間T2における第1の変化率Ad1と、第1の経過時間の終盤に設定した第1の経過時間T2よりも短い第2の経過時間T3における第2の変化率Ad2との2つの変化率とで判断するようにしたもので、第1の変化率Ad1が所定の変化率Aeより小さくなった時点、若しくは、第2の変化率Ad2がマイナスになった時点で、モータを停止して捩りを停止するようにしたものである。
このことにより、ワイヤの捩じりがピークに達したことがわかるとともに、全てのワイヤがねじ切れる前にモータを止めることができるので、さらに結束を確実に行なうことができる鉄筋結束機を実現することができる。上述の鉄筋結束機では、トルクの変化率を経過時間で説明したが、時間でなく捩り角度でもよい。そうすることにより、バッテリーやモータの性能のばらつきの影響を受けない効果がある。
本発明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 モータの駆動電流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 ワイヤのねじ切れ防止方法の他の例を説明するフローチャート図 (a)〜(c)は単位時間と経過時間との関係を説明するタイムチャート図
1 ワイヤ
4 捩り装置
6 モータ
10 計測手段
11 制御手段
Ad 計測したトルクの変化率
Ae 所定のトルクの変化率
T1 単位時間
T2 経過時間

Claims (1)

  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駆動トルクを駆動電流により計測し、その駆動トルクの変化率が、上記駆動電流の変化率がゼロになる直前の変化率を所定の変化率とし、この所定の変化率より小さくな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こと
    (ロ)上記駆動トルクの変化率の監視を、ねじり開始からねじりが進行しトルクの変化率が大きくなったと判断される所定時間が経過し、又はねじりが進行しトルクの変化率が大きくなったと判断される駆動トルクが所定値以上になってから開始するかの何れか一方又は両方で計測を開始すること
    (ハ)前記モータの駆動トルクの計測を単位時間毎に行なうとともに、該単位時間毎に計測したトルクと第1の所定回数前に計測したトルクとに基づいて駆動トルクの第1の変化率を監視し、上記第1の所定回数よりも少ない第2の所定回数前に計測したトルクとに基づいて駆動トルクの第2の変化率を監視して、第1の変化率が所定の変化率より小さくなった時点、又は第2の変化率がマイナスになった時点で前記捩り装置による捩じり締めを終了させること
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