JP5645193B2 - 固定された締め具の検査工具及び検査方法 - Google Patents

Description

本発明は、締め付けられたネジ締め具を有する接合部が、第一の方法による降伏点より下のポイントか、又は、第二検査方法による降伏点を超えたポイントまで、正確に締め付けられているかを確認するためのネジ締め具検査方法に関する。また、本発明は、対応するネジ締め具検査工具に関する。

機械要素のネジ締め具結合は、実際には、機械要素に一つ又は複数の個々のネジ締め具によってもたらされるクランプ力を受けさせる。クランプ力の大きさは、ネジ締め具の寸法と、どの程度まで個々のネジ締め具を締め付けるかに依存し、典型的には、所定の締め付けトルクに到達すると、ネジ締め付け工具は止められる。

剛体の機械要素、例えば、鋼板を相互に締め付けるためにネジ締め具を用いることに関して、特有の問題がある。この問題の原因は、目標トルクに到達したためにスクリュードライバが停止した時に、相互に堅固に締め付けるべき機械要素に対して締め具が十分に締め付けられない場合があることにある。それどころか、締め付けられたネジ締め具の辺りで剛性板間に、その位置におけるそれらの間の接触が不足しているために、僅かな遊びが存在する。このような方法で締め付けられたネジ締め具は、変動負荷が、要素間の締め付け荷重を低減することよりもむしろ締め具にかかるので、疲労のために、それらが早い時期に壊れることがあり、問題である。

この問題を改善するために、金属板間に遊びを埋める楔要素を配置することが提案されている。しかし、この方法は、不正確で信頼ができず、また、面倒でもある。

公知のネジ締め付けシステムによる他の問題は、ネジ締め具の表面間に生じる摩擦が大幅に変化し、そのため、同じ停止トルクが、異なるネジ締め具間のクランプ力に大きな変動を与え得ることになることである。クランプ力は、典型的には３５％で変化するように実現されているので、あるネジ締め具は、典型的には、例えば、生産時に論理能力の最高で６０％までであるその能力のほんの一部までしか締め付けられない。これは、ネジ締め具が、所定のクランプ力に達するためには、大きな寸法である必要があることを意味する。

この問題の改善策として、ネジ締め具を降伏点（即ち、塑性変形が生じる点）を超えるポイントまで締め付けることが提案されている。これにより、ネジ締め具の能力を１００％まで利用できるという利点が達成される。また、クランプ力は、典型的には、ネジ締め具における材料の硬化によって変化するだけであり、変動も小さい。

ここで、降伏点を越えるポイントが達成されていることを検証することが問題になる。この目的のために、様々な方法が開発されており、ここでは、締付工具は、締付品質を保証するために測定ゲージを備えている。別の解決方法は、ネジ締め具を緩めた後にネジ締め具の永久伸びを測定することである。しかし、これは、結果が試験ネジの精度に依存するため間違った結果が出ることがある。また、この方法は、非常に面倒である。別の方法としては、超音波測定がある。

本発明の目的は、従来技術の問題点を少なくとも低減することができる方法及び装置を提供すること、及び、特別な訓練を受けていない作業者でも容易に使用することができ、かつ、ネジを緩めることなく高精度に締め付け済みのネジ締め具の簡単なクイック検査を行うために使用することができる方法及び装置を提供することである。

これらの目的は、特許請求の範囲の独立項における特徴的部分の特徴を通して本発明により達成される。

これにより、第一にネジ締め具が正確に締め付けられていること、及び、ジョイントを形成する金属板のような機械要素が相互に正確に堅固に締め付け固定されていること、第二に、ネジ締め具が降伏点を越えるポイントまで締め付けられていることが明確に検証され得る。

ネジ締め具は、変速装置を備えたモータによって、又は、作業者が手動で回転運動を加えるための十分な長さのハンドル部分を備えた工具によって、回転運動を伴う試験間隔Δφに供され得る。工具は、締め具を回転させる相対角度及び測定角度のための電気回路及び／又はソフトウェアを備えた処理ユニットを有する。

既に締め付けられたネジ締め具に加えるトルクＴ及びその微分値ｄＴ／ｄφは、回転運動の試験間隔Δφの間、工具によって測定される。これは、両方法に対して共通の処理である。測定されたトルク値Ｔは、選択した試験方法に依存する様々な記憶値と比較される。

第一の検査方法によれば、トルク測定値Ｔは、例えば、締め付けられたネジ締め具に対する弾性変形範囲の中間域に対応するか、又は、検査すべきネジ締め具の予定トルクレベルに対応する記憶されたトルク値（Ｔ_{ｓｔａｒｔ}）と比較される。さらに、測定又は演算値ｄＴ／ｄφは、

締め付けられたネジ締め具に対する弾性変形範囲にある値ｄＴ／ｄφに関連し、かつ、その値に近い（好ましくは、その値より僅かに低い）少なくとも一つの記憶された値ｄＴ／ｄφと比較される。締め付けられたネジ締め具は、測定又は演算値ｄＴ／ｄφがＫ_Ｒと同じか、それより高ければ承認される。これにより、機械要素間に遊びを残して機械要素に関して不正確に締め付けられたネジ締め具は、そのようなネジ締め具に対するｄＴ／ｄφが、弾性変形範囲における標準値ｄＴ／ｄφより著しく低くなるので、承認されない。

第二の方法によれば、測定トルク値Ｔが、締め付けられたネジ締め具に対する前記弾性変形範囲の領域、好ましくは、上方領域に対応する少なくとも一つの記憶されたトルク値Ｔ_Ｅと比較され、かつ、測定又は演算ｄＴ／ｄφ値が、締め付けられたネジ締め具の下方弾性変形範囲に関連し、かつ、締め付けられた締め具に対する弾性変形範囲におけるｄＴ／ｄφ値ＫＥより明らかに低い少なくとも一つの記憶されたｄＴ／ｄφ値Ｋ_Ｐと比較される。締め付けられたネジ締め具は、測定値ＴがＴ_Ｅを超え、かつ、測定又は演算ｄＴ／ｄφ値がＫ_Ｐより低い場合に承認される。

本発明によるネジ締め具検査方法は、特別な検査工具を通して提供され得る。例えば、検査工具は、一般的な手動式レバーアーム締め付け工具と似た特徴を有するが、回転角φの関数として、ＴからｄＴ／ｄφを導く機能も有する。また、本発明によれば、検査方法は、ネジ締め付け検査モードを実行するための機能を有し、ネジ締め付け工具としての機能と締め付け検査工具としての機能との間で切り替えが可能な改良されたネジ締め付け工具でも実行され得る。

さらなる特徴及び利点は、特許請求の範囲の残りの部分から得られ、また、以下の詳細な説明から明らかになる。

図１ａ及び図１ｂは、異なる用途で、本発明によるネジ締め具検査工具を示す図である。 本発明の第一の方法に従って検査されるネジ締め具のための回転角の関数としてのトルクを表すグラフである。 本発明の第二の方法に従って検査されるネジ締め具のための回転角の関数としてのトルクを表すグラフである。 本発明の第二の方法に従って検査されるネジ締め具のための回転角の関数としてのｄＴ／ｄφを表すグラフである。 本発明の第一の方法に関するブロック図である。 本発明の第二の方法に関するブロック図である。

図１ａ及び図１ｂに示された工具には、レンチ手段を含む駆動ヘッド２が設けられている。レンチ手段は、工具１の本体に内蔵された変速機（図示せず）及びモータによって駆動される。別の方法として、工具１はモータ又は変速装置を含まなくてもよい。その場合、それは、もっぱら手動で動かされる。

ヘッド２には、ネジ締め具４のヘッドと係合するための係合ソケット３がある。さらに、工具１は、ハンドル部５及びハンドルグリップ６を有する。符号７は、測定したトルク、実行された回転角及び以下に説明するパラメータを表示することができるディスプレイを示している。図１ｂには、接触面２９を合わせるようにネジ締めされる要素が符号２７及び２８で示されている。

処理ユニット（ＣＰＵ）３０は工具１内に設けられており、該処理ユニット３０は、パラメータ測定し、測定値の処理し、かつ締め具及び適用物のための重要なＴ値及びＫ値を記憶するための回路及び／又はソフトウェアと、測定値と記憶値とを比較するための比較ユニットと、比較ユニットによる比較結果に関する信号を出力する出力ユニットとを有する。符号２０は、承認信号を出力する（例えば、グリーンの）ランプを示し、符号２１は、非承認信号を出力する（例えば、レッドの）ランプを示している。

図２には、回転角（φ）の関数としてのトルク（Ｔ）が示されている。典型的なネジ締め具に関しては、曲線は、締め具の弾性変形の領域に相当する相対的線形範囲に達する。このことは当業者には周知であるので、ここでは、さらに詳細には説明しない。このグラフは、ネジ締め具を試験間隔角Δφで回転させるために、ネジ締め具に増加トルクレベルが与えられていることを示している。ライン１８は、それより高ければネジ締め具が承認され、それより低ければネジ締め具が承認されない値に相当するｄＴ／ｄφ値Ｋ_Ｒを表している。曲線８は、承認ネジ締め具を表しており、ここでは、ｄＴ／ｄφ値はＫ_ａであり、値Ｋ_Ｒより高い。曲線８‘は、非承認ネジ締め具を表しており、ここでは、ｄＴ／ｄφ値はＫ_ｎａであり、値Ｋ_Ｒより低い。曲線８’によるネジ締め具に関しては、トルク成長が、主として、典型的に値Ｋ_Ｒより著しく低い値である、ネジ締め具によって締め付けられるべき要素の移動の下での変形に関連していることが言及され得る。

本発明によれば、ネジ締め具が正確に締め付けられているかを検証するために、図１ａ及び図１ｂにおける検査工具が、各締め具に適用され、締め具が回転し始めるまで引かれる。承認されるためには、回転の開始は、前の締め付けの間の所望の取付トルクＴ_{ｓｔａｒｔ}に関連するべきであり、例えば、特定の寸法のネジ締め具に対して６０Ｎｍであり得る。従って、ネジ締め具は、図２に示すように、角度Δφによる試験間隔で回転され、それにより、測定又は計算されたｄＴ／ｄφ値が、記憶されたｄＴ／ｄφ値Ｋ_Ｒと比較される。締め付けられたネジ締め具は、測定値Ｔが値Ｔ_{ｓｔａｒｔ}と同じか又はそれより高く、かつ、計算されたｄＴ／ｄφが値Ｋ_Ｒと同じか又はそれより高ければ承認される。追加条件としては、また、トルク値Ｔが、それを越えるとネジ締め具の安全性が脅かされる最大トルク値Ｔ_ｍａｘより低くなるように制御されることが好ましい。Δφは、試験間隔であり、かつ、ネジ締め具に対する確実な検査に到達するのに十分になるように測定される。その間隔は、予め決められた間隔であり得、典型的には、２〜１０°の間に入る。

値Ｋ_Ｒ及びＴ_{ｓｔａｒｔ}は、有利には、図１ａ及び図１ｂにおける工具１のＣＰＵに内蔵されたメモリに記憶され、検査方法の経過は、グラフ又は数字としてディスプレイ７上に示され得る。より簡単な変形例では、工具１には、例えば、ネジ締め具が承認されたか非承認かを示すためにグリーンライト又はレッドライトを表示するランプ２０及び２１のような表示ＬＥＤだけが設けられ得る。

図３において、曲線１８‘は回転角（φ）の関数としてのトルク（Ｔ）を示している。典型的なネジ締め具に関しては、曲線は、締め具の弾性変形の領域に相当する相対的線形範囲に達する。曲線１８’の上側の領域では、降伏点に達し、その結果、ネジ締め具の塑性変形が生じる。このことは、当業者には周知であるので、ここでは、これ以上説明をしない。

トルク曲線の弾性領域の上の領域では、弾性領域の範囲内、好ましくは、それより上の領域内でもまだ安全であるポイントＴ_Ｅが特定される。塑性変形領域では、塑性領域の範囲内及び締め具に対する破壊荷重より下で、安全であるポイントＴ_Ｐが特定される。

図４では、曲線９は、φの関数としてのｄＴ／ｄφを示しており、このグラフには、曲線１８‘のポイントＴ_Ｅに対応する対応ポイントＫ_Ｅ及びポイントＴ_Ｐに対応する対応ポイントＫ_Ｐが特定されている。

典型的には、ポイントＴ_Ｅ、Ｔ_Ｐ及びＫ_Ｅは、関連する適用物における関連する締め具における試験に基づいて選択される。また、ポイントＴ_Ｅ、Ｔ_Ｐ及びＫ_Ｅは、類似の締め具及び類似の適用物に関する経験有効データに基づいて演算することもできる。

本発明によれば、ネジ締め具が正確に締め付けられているかを検証するために、図１ａ及び図１ｂにおける検査工具１が、各締め具に適用され、試験間隔角Δφで回され、一方で、測定トルク値Ｔが記憶されたトルク値Ｔ_Ｅと比較され、他方で、測定又は演算値ｄＴ／ｄφが、記憶されたｄＴ／ｄφ値、Ｋ_Ｐ及び好ましくはＫ_Ｅの一つと比較される（図３参照）。締め付けられたネジ締め具は、測定又は演算値ｄＴ／ｄφがＫ_Ｐより低く、かつ、測定値Ｔがトルク値Ｔ_Ｅを超えていれば承認される。

図３及び図４からも明らかなように、値Ｔ_Ｐ及びＫ_Ｐは回転角φ２に対応し、値Ｔ_Ｅ及びＫ_Ｅは回転角φ１に対応している。Δφは計算値であり、図３における塑性域の演算された開始点と、φ２の直ぐ後の領域の終点との間にある。Δφの典型的な値は、２〜２０°の範囲内にある。

値Ｋ_Ｐ、Ｋ_Ｅ、Ｔ_Ｐ、Ｔ_Ｅ及びＴ_ｍａｘは、有利には、図１ａ及び図１ｂにおける工具１のＣＰＵ３０に内蔵されたメモリに記憶され、検査方法の進行は、グラフや数字でディスプレイ７に表示され得る。より簡単な変形例では、工具１には、例えば、ネジ締め具が承認されているか非承認かを表示するグリーンライトやレッドライトを表示するランプ２０及び２１のような一つ又は複数の表示ＬＥＤのみが設けられ得る。

図５には、第一の方法によるシーケンスが示されている。
ポジション１０は、シーケンスの開始を示している。
ポジション１１は、工具を始動し、そのグリップヘッドを検査すべき締め具に適用することを示している。
ポジション１２は、既に締め付けられたネジに、あるトルクを加え、トルク値Ｔを測定し、その値を、所定のスタートトルクに対応する記憶されたトルク値Ｔ_{ｓｔａｒｔ}と比較することを示している。値Ｔ_{ｓｔａｒｔ}に達した時、シーケンスはポジション１３に進む。シーケンスがポジション１５に進んだ場合には、非承認信号が発せられ、シーケンスはポジション１６で終了する。ポジション１３において、ネジ締め具は試験間隔又は所定の角度Δφで回転させられ、ｄＴ／ｄφが測定又は演算され、記憶されたｄＴ／ｄφ値Ｋ_Ｒと比較される。測定又は計算値ｄＴ／ｄφが、Ｋ_Ｒより高くなければ、シーケンスはポジション１５に進み、ポジション１５において非承認信号が発せられ、その後、シーケンスはポジション１６で終了する。測定又は計算値ｄＴ／ｄφが、Ｋ_Ｒと等しいか、又はそれより高ければ、シーケンスはポジション１４に進み、承認信号を発し、その後ポジション１６で終了する。

図６には、第二の方法によるシーケンスが示されている。
ポジション１０’は、シーケンスの開始を示している。
ポジション１１’は、工具を始動し、そのグリップヘッドを検査すべき締め具に適用することを示している。
ポジション１２’は、必要なトルクレベルを測定しながら、工具を試験間隔又は所定の角度Δφで回転することを示している。
ポジション１３’では、測定又は演算値ｄＴ／ｄφが、一つの記憶された微分係数ｄＴ／ｄφと比較され、測定又は演算値がＫ_Ｐより低くない場合、シーケンスがポジション１５’に進められ、そこで非承認信号が発せられ、その後シーケンスはポジション１７’で終了する。測定又は演算値ｄＴ／ｄφがＫ_Ｐより低い場合、シーケンスはポジション１４’に進められ、そこで、測定トルク値Ｔが記憶されたトルク値Ｔ_Ｅと比較される。測定値Ｔが記憶されたトルク値Ｔ_Ｅを超えていない場合、シーケンスはポジション１５’に進められ、非承認信号が発せられた後、ポジション１７’で終了する。測定値Ｔが記憶されたトルク値Ｔ_Ｅを超えている場合、シーケンスは、承認信号を発するポジション１６’に進められ、その後、ポジション１７’で終了する。

本発明は、特許請求の範囲の範囲内で変更可能である。

工具は、以下の機能的なユニット、モータ又は単なる手動ハンドルであり得る締め付けられたネジ締め具に回転運動を与える装置を有する。トルクを測定する装置は、スクリュードライバの分野では公知の一般的なセンサであり得る。トルクの微分係数の値ｄＴ／ｄφを測定又は演算する装置は、アングルカウンタ及びトルクセンサからの信号を処理する電気回路であり得る。評価装置は、有利には、ＣＰＵ３０のソフトウェアとして実現される。第一及び第二の比較ユニットは、この技術分野では周知の簡単な論理構成要素である。

測定又は演算値ｄＴ／ｄφは、測定トルク及び回転角から微分係数を作り出すことによって簡単に得られる。これは、それ自体が、当業者の知識の中にある。

好ましくは、ネジ締め具の承認及び／又は非承認は、評価装置からの結果を表示する特有の可視又は可聴信号を発する工具によって分からされる。変形例として、結果は、工具のディスプレイ上に数字やグラフで簡単に見られ得る。

ＣＰＵは、工具の外に配置してもよく、その場合、有線又は無線で工具と通信され得る。

工具には、有利には、第二メモリが設けられ得、及び／又は、有利には、工具は、情報管理のために各締め具に対する承認及び非承認データを記憶する中央メモリ手段及び中央回路に接続可能であり得る。

本発明によるネジ締め具検査方法は、特別な検査工具によって提供され得る。例えば、検査工具は、一般的な手動式レバーアーム締め付け工具と似た特徴を有するが、回転角Δφの関数として、ＴからｄＴ／ｄφを導く機能も有する。また、工具には、好ましくは、作業者が検査方法を選択することを可能にするスイッチング手段が設けられ得る。また、本発明によれば、検査方法は、ネジ締め付け工具としての機能と締め具検査工具としての機能とが切り替え可能にされたネジ締め具検査モードを実行する改良型ネジ締め付け工具で実行され得る。

Claims (9)

1. 取付トルク（Ｔ）及び回転角当たりの実際のトルク成長（ｄＴ／ｄφ）特性に関する締め付け済みのネジ締め具の状態を検証するためのネジ締め具検査方法において、
   ・試験回転間隔（Δφ）で締め具に増し締めトルクを加え、
   ・前記試験回転間隔（Δφ）の間のトルクの大きさ（Ｔ）を測定し、
   ・前記試験回転間隔（Δφ）の間の占め具の回転運動（φ）を測定し、
   ・前記試験回転間隔（Δφ）に対する回転角当たりのトルク成長（ｄＴ／ｄφ）を演算し、
   ・前記試験回転間隔（Δφ）の間の演算した回転角当たりのトルク成長（ｄＴ／ｄφ）及びトルクの大きさ（Ｔ）を、所望の目標トルクレベルまで締め付けられた時の実際の締め具の特性をそれぞれ表す所定の基準値（Ｔ_{ｓｔａｒｔ}、Ｋ_Ｒ；Ｔ_Ｅ、Ｋ_Ｐ）と比較し、前記基準値（Ｔ_{ｓｔａｒｔ}、Ｋ_Ｒ；Ｔ_Ｅ、Ｋ_Ｐ）を考慮して締め具の状態を承認又は非承認すること
   を特徴とするネジ締め具検査方法。
2. 前記所定の基準値（Ｔ_{ｓｔａｒｔ}、Ｋ_Ｒ；Ｔ_Ｅ、Ｋ_Ｐ）が、前記トルクの大きさ（Ｔ）及び前記回転角当たりのトルク成長（ｄＴ／ｄφ）の承認間隔を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のネジ締め具の検査方法。
3. 前記試験間隔（Δφ）が２〜１０°の範囲の値を有する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のネジ締め具の検査方法。
4. ネジ締め具の状態の承認又は非承認の結果が、視覚的又は聴覚的な信号を発することで使用者に表示される
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のネジ締め具の検査方法。
5. 取付トルク（Ｔ）及び回転角当たりの実際のトルク成長（ｄＴ／ｄφ）特性に関する締め付け済みのネジ締め具の状態を検証するネジ締め具検査工具において、
   ・試験回転間隔（Δφ）で締め具に増し締めトルクを加える装置、
   ・前記試験回転間隔（Δφ）の間のトルクの大きさ（Ｔ）を測定する装置、
   ・前記試験回転間隔（Δφ）の間の占め具の回転運動（φ）を測定する装置、
   ・前記試験回転間隔（Δφ）に対する回転角当たりのトルク成長（ｄＴ／ｄφ）を演算する装置、及び
   ・前記試験回転間隔（Δφ）の間の演算した回転角当たりのトルク成長（ｄＴ／ｄφ）及びトルクの大きさ（Ｔ）を、所望の目標トルクレベルまで締め付けられた時の実際の締め具の特性をそれぞれ表す所定の基準値（Ｔ_{ｓｔａｒｔ}、Ｋ_Ｒ；Ｔ_Ｅ、Ｋ_Ｐ）と比較し、前記基準値（Ｔ_{ｓｔａｒｔ}、Ｋ_Ｒ；Ｔ_Ｅ、Ｋ_Ｐ）を考慮して締め具の状態を承認又は非承認する比較ユニット
   を備えていることを特徴とするネジ締具検査工具。
6. 前記所定の基準値（Ｔ_{ｓｔａｒｔ}、Ｋ_Ｒ；Ｔ_Ｅ、Ｋ_Ｐ）が、前記トルクの大きさ（Ｔ）及び前記回転角当たりのトルク成長（ｄＴ／ｄφ）の承認間隔を有する
   ことを特徴とする請求項５に記載のネジ締め具検査工具。
7. 前記試験間隔（Δφ）が２〜１０°の範囲の値を有する
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のネジ締め具検査工具。
8. ネジ締め具の承認及び／又は非承認が、比較ユニットからの結果を表示する可視又は可聴信号を発する部材によって表示される
   ことを特徴とする請求項５〜７の何れか一項に記載のネジ締め具検査工具。
9. 締め付けられたネジ締め具に回転運動を与えるモータ及び変速装置を備えている
   ことを特徴とする請求項５〜８の何れか一項に記載のネジ締め具検査工具。

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