JP5885549B2 - 締付工具、締付位置管理システムおよび締付位置特定方法 - Google Patents

Description

本発明は、締付けを行ったボルト等の締結部材の位置を特定する技術に関する。

従来、ボルト等の締結部材を被締結体の予め決められた位置に締結する作業において、締め忘れを防ぐための機器や機構を備えた締付工具あるいは締付管理システムが知られている。

たとえば、締付けたボルトにマーキングするもの（特許文献１参照）や、締付けたボルトの数をカウントするものや、超音波発信器を用いて締付工具で締付けたボルトの位置を検出し、締付け作業をデータ管理するもの（特許文献２参照）がある。

特開2012-000709号公報 特開2005-121132号公報

しかし、ボルトにマーキングする方法の場合には、ボルトが締付けられたか否かをボルトを目視して確認しなければならない。また、ボルトの締め付けをデータ管理することはできない。

締付けたボルトの数をカウントする方法の場合には、同じボルトを複数回締付けた場合でも、その回数分の本数のボルトを締付けたことになってしまうという問題点がある。

超音波を用いて締付けたボルトを特定し、データ管理する方法の場合には、どのボルトを締付けたかをデータ管理できるが、超音波発信器と受信器との間に遮蔽物が存在すると、締付位置を検出しにくいという問題点がある。

本発明は、ボルト等の締結部材の締付位置を確実に特定し、締め忘れ防止などのために締付位置を管理可能な締付工具、締付位置管理システムおよび締付位置特定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る締付工具は、締結部材が被締結体に締付けられた締付位置を特定可能な締付工具であって、互いに直交する３軸方向における前記締付工具の加速度を検出する３軸加速度センサと、前記締付工具の回転運動を検出するジャイロセンサと、第１の締付位置から第２の締付位置への前記締付け工具の移動の際に前記３軸加速度センサから出力される信号に基づいて、前記第１の締付位置に対する前記第２の締付位置の位置関係を特定する演算処理を行う制御部と、を備え、前記制御部は、前記ジャイロセンサが前記締付工具の回転運動を検出しているときに前記３軸加速度センサから出力された信号を前記演算処理に用いないことを特徴とする。

締結部材の締付位置を確実に特定し、締め忘れ防止などのために締付位置を管理可能な締付工具を提供することができる。

締付位置管理システムのシステム構成図である。 トルクレンチが備える各種電子機器を示すブロック図である。 Ｘ軸廻りでトルクレンチを角度θだけ傾けた状態を示す図である。 トルクレンチの締付位置を検出する機能を示す機能ブロック図である。 所定の締付位置に締結部材であるボルトが締付けられた被締結体である。 トルクレンチにおいて締付け作業を行った場合の処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態の締付位置管理システムのシステム構成図である。締付管理システムは、締付工具であるトルクレンチ１と、締付位置情報を管理する管理装置であるＰＣ１００とを備える。また、図２は、トルクレンチ１が備える各種電子機器を示すブロック図である。

トルクレンチ１は、ボルト等の締結部材を被締結体（ボルト等が締結される対象物（ワーク））に対して、所定のトルクで締付けることができるトルク工具である。また、トルクレンチ１は、締結部材を締付けた位置を示す締付位置情報を、外部に無線通信により出力することができる。トルクレンチ１は、ヘッド部２と、柄部３と、グリップ部４と、ケース５と、ＣＰＵ６と、メモリ８と、アンテナ１０と、ストレインゲージ１２と、加速度センサ１４と、ジャイロセンサ１６と、地磁気センサ１８と、液晶表示部２０と、操作キー２２と、ブザー２４と、ＬＥＤ２６と、を備える。

ヘッド部２は、ボルト等の締結部材に嵌めるソケット（不図示）が装着される部分であり、トルクレンチ１による締付け動作の際に回転中心となる。ヘッド部２は、ソケットを取り付ける取付角２ａを有する。また、ヘッド部２の取付角軸２ａの反対側の面には、後述する加速度センサ１４と、ジャイロセンサ１６と、地磁気センサ１８とが配置される。ヘッド部２の後端側は、柄部３内に差し込まれ、不図示のトグル機構により柄部３と連結される。

柄部３は、トルクレンチ１によりボルト等の締付部材を締め付ける際に、使用者がグリップ４を介して締め付ける力を加える中空の部材である。柄部３は、上述のトグル機構を内部に備える。

ここで、トグル機構は、従来トルクレンチに用いられている周知の機構であり、締付けトルクが設定トルクに達すると作動するトルクリミッタの一種である。トグル機構は、ヘッド部２の柄部３の内部に延びる前作動体としての軸部と、柄部３内に配置され、トルクを調節するためのトルク値調節用ばねにより前方に向けて付勢される後作動体としてのバネ受け部材と、前作動体と後作動体との間を連結する連結ピンなどから構成される。

このようなトグル機構を備えるトルクレンチ１により締結部材の締付を行うと、締め付けるトルクの上昇に伴ってヘッドに作用する反力により前作動体がトルク値調節用ばねを連結ピンを介して付勢し、連結ピンにより後作動体が後退する。さらに後作動体が後退すると、前作動体が連結ピンを介して揺動することで、前作動体と後作動体との剛体的な連結が解除される。その際に軽い衝撃やシグナル音が発生して、作業者は締付トルクが所定の設定トルク値に達したことを認識することができる。また、トグル機構の作動は、センサによって検出される。作動を検知するセンサは、本実施形態ではリミットスイッチ１３が用いられるが、ホール素子と磁石とを組み合わせたセンサなどでもよい。

グリップ部４は、締付部材を締め付ける際に使用者が握る部材である。図１においては、握りやすいように柄部３と別体のものを示したが、柄部３の後端に一体的に形成されてもよい。

グリップ部４の後端には、調整つまみ４ａが形成される。調整つまみ４ａは、回転させることでトグル機構のトルク値調節用ばねをバネ受け部材に対して押し付ける力を調整することができ、トグル機構が作動するトルク値を調整することができる。トグル機構が作動するトルク値は、表示部４ｂに表示される目盛で確認できる。

ケース５は、トルクレンチ１が備えるＣＰＵ６やアンテナ１０などの電子機器を収容する。また、ケース５の表面には、ストレインゲージ１２からの信号に基づいて算出される、締結部材を締付けるトルク値等を表示する液晶表示部２０が形成される。

ＣＰＵ６とメモリ８は、トルクレンチ１におけるさまざまな処理を制御する制御部（プロセッサ）である。

ＣＰＵ６は、メモリ８に記憶されている様々なプログラムを実行して、ストレインゲージ１２からの信号に基づいてトルク値を算出する処理や、算出したトルク値を液晶表示部２０に表示させる処理や、所定のトルク値に達したことを使用者に知らせるために、ＬＥＤ２６を点灯（あるいは点滅）させたり、ブザー２４を鳴らしたりする処理を行う。また、ＣＰＵ６は、締結部材を締付けた締付トルク値をアンテナ１０を介して無線通信により外部（本実施形態ではＰＣ１００）に出力する処理を制御することができる。

さらに、本実施形態のＣＰＵ６は、トルクレンチ１によって締付け作業を行った締付位置の検出処理を制御する。具体的には、ＣＰＵ６は、トルクレンチ１を移動させた場合に、加速度センサ１４と、ジャイロセンサ１６と、地磁気センサ１８と、から出力される信号に基づき、締付位置を特定し、その締付位置を示す締付位置情報を生成する。また、ＣＰＵ６は、締付位置情報をアンテナ１０を介して無線通信により外部に出力することもできる。締付位置の検出処理の詳細は後述する。

メモリ８は、様々な情報を記憶する記憶装置であり、ＣＰＵ６が制御する上述の各種処理の制御プログラムを格納する。本実施形態では、メモリ８は、トルクレンチ１の締付位置の検出処理に関するプログラムを格納する。また、メモリ８は、主記憶装置と補助記憶装置とから構成されてもよい。

なお、トルクレンチ１は、制御部としてＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）を備え、ＣＰＵ６がメモリ８に記憶されるプログラムを実行して実現される機能の一部又は全てがＡＳＩＣによって実現されてもよい。

アンテナ１０は、無線通信により締付位置情報や締付トルク値などの、締付け作業に関する情報を外部に出力する。また、ＰＣ１００からアンテナ１１０を介して送信される信号を受信することもできる。本実施形態ではアンテナ１０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）モジュールを介してＣＰＵ６と接続されており、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格で無線通信を行う。ただし、無線通信規格はＢｌｕｅｔｏｏｔｈに限定されず、他の規格でもよい。

ストレインゲージ１２は、ヘッド部２の前作動体である軸部（または、後作動体であるバネ受け部材）に配置され、締付け作業の際に配置された部材に生じる歪みを電気信号として検出する。ストレインゲージ１２からの電気信号は、アンプとＡ／Ｄコンバータを介してＣＰＵ６に入力される。ＣＰＵ６は、ストレインゲージ１２からの信号に基づき、トルクレンチ１によって締結部材を締付けているトルク値を算出することができる。

加速度センサ１４は、トルクレンチ１の加速度（正確には、ヘッド部２の加速度センサ１４が配置されている位置の加速度）を検出する。本実施形態の加速度センサ１４は、３軸加速度センサであり、互いに直交するＸＹＺの３軸方向の加速度を検出することができる。ここで、３軸方向とは、たとえば、図１に示すように、Ｚ軸が取付角軸２ａと同軸であり、Ｙ軸が柄部３が延びる方向であり、Ｘ軸が図１の紙面奥方向であり、以下、ジャイロセンサ１６と地磁気センサ１８の３軸方向も同様である。なお、３軸方向の原点は、実際には各センサの配置位置となる。ＣＰＵ６は、加速度センサ１４によって検出された３軸方向の加速度情報に基づき（加速度の２階積分により）加速度の計測を開始する基点位置から任意の位置に達するトルクレンチ１の移動後の位置を算出することができる。加速度センサ１４は、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術により作成されるものであることが好ましい。ＭＥＭＳデバイスであれば、小型でヘッド部２への配置が容易であるためである。加速度センサ１４の方式は、ピエゾ抵抗効果を利用したピエゾ抵抗型、静電容量の変化を利用した静電容量型、圧電効果を利用した圧電型のいずれでもよい。

ジャイロセンサ１６は、トルクレンチ１の角速度（同様に、正確にはヘッド部２のジャイロセンサ１６が配置されている位置の角速度）を検出する。ジャイロセンサ１６は、振動式、光学式、機械式などのジャイロセンサを用いることができるが、小型でヘッド部２への配置が容易であるので、ＭＥＭＳによる振動式ジャイロセンサが好ましい。ＣＰＵ６は、ジャイロセンサ１６からの信号に基づきトルクレンチ１のヘッド部２のたとえば、Ｘ軸廻りの回転運動の有無を判断し、加速度センサ１４からの信号に基づいて移動距離およびその移動方向を算出する演算処理を補正する。ここで、図３には、Ｘ軸廻りでトルクレンチ１を角度θだけ傾けた状態を示す。なお、ヘッド部２の回転運動は、締結部材の締付時のＺ軸廻りの回転のみならず、トルクレンチ１の使用時に生じるヘッド部２の姿勢の変化など様々な回転の動きを含む。たとえば、トルクレンチ１をＸ軸廻りに回転（回転角θ）させると、加速度センサ１４の検知軸Ｚが鉛直線Ｚ’に対して傾き、その分加速度センサ１４の位置がずれる。ここで、回転角θをジャイロセンサ１６によって検知することにより、加速度センサ１４の信号に基づく演算処理を補正することができる。また、トルクレンチ１を水平面内から垂直面内へ向きを変えて締付けを行う場合にも、ジャイロセンサ１６によってトルクレンチ１の姿勢の変化を検知して、加速度センサ１４による演算処理を補正することができる。

地磁気センサ１８は、地磁気を検出して方位を検出することができるセンサである。本実施形態の地磁気センサ１８は、互いに直交する３軸方向の地磁気を検出する３軸地磁気センサである。本実施形態ではその地磁気センサ１８の機能を利用して、トルクレンチ１の（ヘッド部２の）姿勢の変化を検出する。ＣＰＵ６は、地磁気センサ１８によってヘッド部２の姿勢が変化する動きが検出された場合に、加速度センサ１４からの信号に基づいて移動距離およびその移動方向を算出する演算処理を補正する。

なお、加速度センサ１４と、ジャイロセンサ１６と、地磁気センサ１８は、ヘッド部２ａの上面であって、トルクレンチ１の回転中心上（つまり、取付角軸２ａと同軸上）に積層して配置される。トルクレンチ１により締結部材を締付けた場合、トルクレンチ１の回転中心の位置が、締付けられた締結部材の位置と一致するからであり、回転中心上に積層して配置されることで正確に締付位置を特定できる。なお、加速度センサ１４、ジャイロセンサ１６、地磁気センサ１８を配置する順番は図１に示す順番（つまり、ヘッド部２表面側から加速度センサ１４、ジャイロセンサ１６、地磁気センサ１８の順）に限定されないが、地磁気センサ１８は被締結体など鉄系金属の影響を受けやすいので、地磁気センサ１８はトルクレンチ１のヘッド部２から一番離れた箇所に配置することが好ましい。

また、本実施形態においては、位置情報検出用のセンサとして、加速度センサ１４と、ジャイロセンサ１６と、地磁気センサ１８の３つのセンサを備えるものとして説明したが、これに限られない。トルクレンチ１は、位置情報検出用のセンサとして、少なくとも、加速度センサ１４と、ジャイロセンサ１６と、を備えればよい。加速度センサ１４と、ジャイロセンサ１６とを備えれば、十分に正確に締付位置を特定することができる。ただし、地磁気センサ１８も備えることでさらに正確に締付位置を特定できるので、たとえば締結部材同士の距離が非常に近い場合など、より高い精度で位置を識別する必要がある場合には、地磁気センサ１８も備えることが好ましい。

液晶表示部２０は、ストレインゲージ１２からの電気信号に基づいて算出される締付トルク値を表示する。また、液晶表示部２０は、各種設定などを行う際にその設定画面を表示したり、さまざまな通知を表示する。

操作キー２２は、電源のオンオフや、各種設定などを行うための入力手段である。

ブザー２４と、ＬＥＤ２６は、使用者に対する報知手段である。ブザー２４は音で、ＬＥＤ２６は点滅や点灯などの発光により、それぞれ使用者に様々な状況を報知する。ブザー２４およびＬＥＤ２６は、たとえば、締付トルク値が予め設定されたトルク値に達したことを知らせたり、所定の本数の締結部材の締付作業が完了したことを知らせたりするために用いられる。

以上が、本実施形態のトルクレンチ１の構成である。なお、トルクレンチ１は、バッテリによって電力が供給される。また、ＰＣ１００との通信は、作業のしやすさなどから無線通信が好ましいが、有線通信であってもよい。

次に、ＰＣ１００の構成を説明する。ＰＣ１００は、トルクレンチ１から出力された締付位置情報を無線通信により取得し、取得した締付位置情報を管理する装置である。また、トルクレンチ１が締付位置情報と合せてその締付けられた締付部材の締付トルク値も送信する場合には、ＰＣ１００は、締付ルク値も管理する。さらに、ＰＣ１００は、たとえば、取得した締付位置情報に基づいて、締付けなければならない位置の締付部材が締付けられているか否かの判定を行ってもよいし、その判定結果をトルクレンチ１に出力してもよい。

ＰＣ１００は、ＣＰＵ１０２と、メモリ１０４と、補助記憶装置１０６と、アンテナ１１０などを備える。なお、ＰＣ１００は、締付位置情報などの締付け作業に関する情報を管理する管理プログラムを実行することによりデータ管理が可能な汎用のパーソナルコンピュータを用いることができるが、締付作業に関する情報の管理に専用の管理装置を用いてもよい。

まず、ＣＰＵ１０２とメモリ１０４は、ＰＣ１００におけるさまざまな処理を制御するプロセッサである。

ＣＰＵ１０２は、メモリ１０４に記憶されている様々なプログラムを実行して、締付位置情報などの情報をアンテナ１１０を介して受信する処理、受信した情報を管理する処理などの様々な処理を行う。また、ＣＰＵ１０２は、トルクレンチ１における情報処理の一部を行うことができ、たとえば締付位置情報を受信して、その情報に基づき締結部材の締付け作業が適正な位置において行われているか否かの判定処理を行ってもよいし、判定処理の結果をアンテナ１１０を介してトルクレンチ１に送信してもよい。

メモリ１０４は、様々な情報を記憶する記憶装置であり、ＣＰＵ１０２が制御する上述の各種処理の制御プログラムや、ＰＣ１００のＯＳなどを格納する。

補助記憶装置１０６は、締付位置情報などの締付け作業に関する情報を管理するデータベースを記憶する。その他、各種アプリケーションプログラムを記憶する。また、上述の制御プログラムを記憶してもよい。補助記憶装置１０６は、ハードディスクドライブやＳＳＤ（Solid State Drive）などである。

アンテナ１１０は、トルクレンチ１との間で無線通信により電波の送受信を行う。本実施形態では、アンテナ１１０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ規格で無線通信を行う。

以上が、本実施形態の管理装置であるＰＣ１００の構成である。

次に、本実施形態のトルクレンチ１が、締付位置を特定し、締付位置情報を生成する方法を説明する。図４は、トルクレンチ１の締付位置情報を生成する機能を示す機能ブロック図である。図４に示す機能は、ＣＰＵ６がメモリ８に記憶された締付位置の検出処理に関するプログラムを実行することにより実現される機能である。

トルクレンチ１は、締付本数設定部２００と、トルク値算出部２０２と、登録部２０４と、締付位置演算部２０６と、補正部２０８と、位置判定部２１０と、締付本数カウント部２１２と、通知制御部２１４と、送受信制御部２１６と、を備える。

締付本数設定部２００は、操作キー２２からの入力等に基づいて、締付け作業において一つの被締結体に対して締付ける必要のある締結部材の締付本数Ｎ_１を設定する。たとえば、締付本数Ｎ_１が１０本と入力された場合には、異なる位置の１０本の締結部材の締付作業が完了することで、１つの被締結体に対する締付け作業が完了する。

トルク値算出部２０２は、ストレインゲージ１２からの電気信号に基づいて、トルクレンチ１によって締結部材が締付けられているトルク値を算出する。また、トグル機構が作動してリミットスイッチ１３がＯＮになった場合に、リミットスイッチ１３が作動するまでに検出された最大のトルク値を、その締付け作業における締付トルク値として決定する。

登録部２０４は、トルクレンチ１の締付け作業が行われた位置を示す締付位置情報をメモリ８の所定の記憶領域に登録する。また、登録部２０４は、締付トルク値を締付位置情報と対応付けてメモリ８の所定の記憶領域に登録する。締付位置情報と締付トルク値とが対応付けられることで、その対応付けられた情報をデータベース化されれば、どの締結部材がいくつのトルク値で締付けられたのかをデータ管理できる。

締付位置演算部２０６は、加速度センサ１４からの信号に基づき、トルクレンチ１によって締付けが行われた締付位置を算出し、締付位置を示す締付位置情報を生成する。具体的には、締付位置演算部２０６は、締付けが完了した締結部材（第１の締結部材）から次に締付ける締結部材（第２の締結部材）にヘッド部２を移動させる際に加速度センサ１４によって検出される加速度データを２階積分し、移動した方向と距離を求める。算出された移動方向と移動距離から、前の締結部材に対する次の締結部材の位置関係が特定される。この際、締付本数設定部２００によって設定された締付本数分の締結部材のうち、１本目に締付を行った締結部材の締付位置をＸＹＺ座標空間における原点（０，０，０）（基準位置）とする。そして、移動先の締結部材とその直前に締付けた締結部材との相対的な位置関係から、各締結部材のＸＹＺ座標空間における座標を特定して、締付位置を特定する。

なお、任意の位置を基準位置として設定して、その基準位置を原点とする座標空間において締結部材の締付位置を特定することももちろん可能であるが、１本目の締結部材の締付位置を原点に設定することで基準位置の設定と１本目の締付部材の締付位置の特定とが一度にできるという効果が得られる。また、締付位置の演算処理回数も１回分少ないので、位置検出の誤差もより小さくなる。従って、作業効率および位置検出精度の観点から１本目の締付位置を原点とすることが好ましい。

補正部２０８は、加速度センサ１４からの信号に基づいて締付位置を演算する処理を補正する。具体的には、まずジャイロセンサ１６がヘッド部２が回転する動きを検出した場合に、補正部２０８は、ジャイロセンサ１６が回転を検出している期間における加速度センサ１４からの信号をキャンセルする補正処理を行う。つまり、回転が検出されている間は、加速度が検出されても、その加速度の信号を除外し、ヘッド部２が移動していないものとなるように処理する。これは、たとえば、ヘッド部２が移動しておらず、その場でヘッド部２の姿勢が変化して回転運動しているだけであっても、その回転運動によって加速度が検出されてしまい、移動しているものとして演算処理されてしまうためである。回転運動が検出されている間の加速度センサ１４からの信号がキャンセルされることで、移動している場合の加速度のみに基づき移動距離や方向が演算され、より正確に締付位置を特定することができる。

さらに補正部２０８は、トルクレンチ１が地磁気センサ１８を備える場合には、地磁気センサ１８からの信号に基づいて、締付位置演算部２０６の演算を補正する。具体的には、地磁気センサ１８は、地磁気に対する方位を検出できるのでヘッド部２の地磁気に対する向きの変化を検出できる。そのため、補正部２０８は、地磁気センサ１８によってヘッド部２の向きの変化が検出されている間における加速度センサ１４からの信号をキャンセルする補正処理を行う。

位置判定部２１０は、締付けられた締結部材の締付位置がそれまでに締付けられた締結部材の締付位置と重複しているか否かを判定する。具体的には、位置判定部２１０は、締付位置演算部２０６によって算出された締付位置と、それまでに締付けが完了している締結部材の締付位置とを比較して、同じ位置の締付部材が存在するか否かを判定する。なお、締付位置を示す締付位置情報は、メモリ８の所定の記憶領域に記憶されており、位置判定部２１０はメモリ８に格納されている締付位置情報に基づいて判定する。

締付本数カウント部２１２は、トルクレンチ１において締付けた締結部材の本数をカウントする。締付が完了する度に、締付けなければならない残本数Ｎを算出する。残本数Ｎは、締付本数設定部２００によって設定された締付本数Ｎ_１から適正に締付けられた締結部材の本数を差し引いた本数である。本実施形態では、締付位置演算部２０６によって締付けられた位置が特定されると、その位置が、それまでに締付けられた締結部材の位置と異なる位置であると位置判定部２１０によって判定された場合にのみ、締付本数カウント部２１２が残本数を１差し引く。そして、差し引いた結果残本数が０になれば、その被締結体の締付け作業は完了である。残本数が１以上であれば、残っている締結部材の締付け作業が続行される。

通知制御部２１４は、ブザー２４やＬＥＤ２６や液晶表示部２０によって、使用者に様々な通知を行わせる。たとえば、通知制御部２１４は、位置判定部２１０によって締付位置が重複していると判定された場合に、ブザー２４にエラー音を出させたり、ＬＥＤ２６を点滅させる等して、重複して締付されたことを通知する。また、残本数Ｎが０となり、締付が完了した場合に、通知制御部２１４はブザー２４などでその旨を通知する。そのほか、通知制御部２１４は、締付けているトルク値が設定トルク値に達したことを通知することもできる。

送受信制御部２１６は、アンテナ１０を介して無線通信により情報を出力したり、受信したりする処理を制御する。本実施形態では、設定された締付本数分の締付が完了した場合に、各締結部材の締付位置情報やその締付トルク値などの情報を送信する処理を制御する。

以上が、本実施形態のトルクレンチ１の機能ブロックである。なお、トルク値を測定する機能が必要がなければ、トルク値算出部２０２はなくてよい。

ここで、以上の機能により締付位置を特定する処理の具体例を図面に基づき説明する。図５は、Ａ〜Ｆの６箇所の締付位置に締結部材であるボルトが締付けられた被締結体である。なお、理解を容易にするために、図５の被締結体は、６つの締結部材の締付位置がＸＹ平面上に存在するものを例示して説明する。６つの締結部材のＺ座標は全て０である。

まず、使用者が１本目に締付け作業を開始した締結部材をＸＹ平面での原点（０，０）として設定する。図５ではボルトＡの締付位置が原点である。そして、Ａの締付位置で締付が完了した後、Ｂの位置の締結部材を締付けるためにトルクレンチ１をＢの位置に移動させた場合、加速度センサ１４によって加速度が検出される。締付位置演算部２０６は、加速度センサ１４からの信号に基づき移動距離や移動方向を演算する。さらにこのとき、補正部２０８によって締付位置演算部２０６における締付位置の演算処理が補正される。以上の処理によりＢの位置が正確に特定される。図５では、Ｂは、Ａの（０，０）の位置に対して、（１０，０）の位置であるとして示している。さらに、次にＢからＣの位置にトルクレンチ１を移動させた場合には、締付位置演算部２０６が、ＣがＢに対してどの方向にどれだけの距離離れているかを、加速度センサ１４による信号と補正部２０８からの補正処理によって求める。図５の場合は、ＣはＢに対してＸ軸方向に１０離れた位置にあることが演算により求められる。従って、締付位置演算部２０６によりＣの位置は（２０，０）として特定される。

さらに、たとえばＣの後、Ｃの左上のＥに移動して締付けた場合には、ＥはＣに対して、Ｘ軸方向に−１０、Ｙ軸方向に＋１０移動した位置にあるので、座標平面では（１０，１０）として特定される。以上のような方法で、Ａ〜Ｆの６箇所の締付位置がＸＹ（Ｚ）座標上で特定される。図５に示すように、特定された締付位置が全て異なる場合には、重複して締付が行われていないので、位置判定部２１０は、設定された締付本数分の締結部材が適正に締付けられたと判定する。

一方、たとえば、Ｂ（１０，０）の位置で締付けられた後、締付位置演算部２０６によって次の締付位置も（１０，０）であると算出された場合には、位置判定部２１０は締付位置が重複していると判定し、通知制御部２１４が適正に締付が行われていないことを使用者に通知する。

なお、加速度センサ１４は３軸加速度センサであるので、Ｚ軸方向の移動も検出することができる。従って、締付位置が同一平面上になくても、締付位置演算部２０６は締付位置を特定し、位置判定部２１０はＺ座標も含めて締付位置が重複しているか否かを判定することができる。

なお、上述の座標は実際の距離に対応する値であってもよいし、距離を適当な数値に換算した数値であってもよい。座標が実際のｃｍ単位での数値である場合には、たとえば上述の例であれば、Ｂ（１０，０）は、Ａ（０，０）からＸ軸方向に１０ｃｍ離れた位置となる。

次に、本実施形態の締付位置の検出処理の流れを説明する。図６は、本実施形態のトルクレンチ１において締付け作業を行った場合の処理の流れを示すフローチャートである。

まず、使用者が電源をＯＮにし（Ｓｔｅｐ１０１）、操作キー２２の入力に基づき締付本数設定部２００が締付本数Ｎ_１を設定し、メモリ８に登録する（Ｓｔｅｐ１０２）。上述の図５の例であれば、Ｎ_１＝６と設定される。

次に、使用者が１本目の締結部材の締付けを開始すると、トルク値算出部２０２がストレインゲージ１２からの入力信号に基づき、締付け作業中に締結部材が締付けられているトルク値を演算する（Ｓｔｅｐ１０３）。

次に、締付トルクが設定トルク値に達するとトグル機構が作動して、リミットスイッチ１３がＯＮとなったことがＣＰＵ６によって検出される（Ｓｔｅｐ１０４）。

リミットスイッチ１３がＯＮとなって１本目の締付が完了した後、使用者がトルクレンチ１を２本目の締結部材の締付位置に移動させると、締付位置演算部２０６が加速度センサ１４からの信号に基づき、２本目の締結部材の締付位置を演算して特定する（Ｓｔｅｐ１０５）。この際、ジャイロセンサ１６からの信号と、地磁気センサ１８を備える場合には地磁気センサ１８からの信号とに基づき、補正部２０８が締付位置演算部２０６による締付位置情報の演算処理を補正する。

次に、２本目の締結部材に対する締付けが開始されて、トルク値算出部２０２が同様にトルク値を演算する（Ｓｔｅｐ１０６）。

次に、締結部材の締付トルクが設定トルク値に達してリミットスイッチ１３がＯＮになったことがＣＰＵ６によって検出されると（Ｓｔｅｐ１０７）、登録部２０４は締付位置演算部２０６によってＳｔｅｐ１０５での処理で特定された締付位置をメモリ８の所定の記憶領域に登録する（Ｓｔｅｐ１０８）。なお、登録部２０４は、リミットスイッチ１３がＯＮになるまでに測定された最大のトルク値をその締結部材の締付けトルク値として、締付位置情報と対応付けてメモリ８に登録することができる。

次に、位置判定部２１０は、登録部２０４がＳｔｅｐ１０８において登録した締付位置が、それまでにメモリ８に登録されている他の締付位置情報の締付位置と重複しているか否かを判定する（Ｓｔｅｐ１０９）。

締付位置が重複していないと判定された場合には（Ｓｔｅｐ１０９のＮｏ）、締付本数カウント部２１２が、残本数Ｎから１を差し引く（Ｓｔｅｐ１１０）。締付が完了した締結部材が２本目の締結部材であれば、図５の例の場合、減算する前の残本数はＮ＝Ｎ_１＝６であるので、１減算することで、残本数Ｎ＝６−１＝５となる。

次に、締付本数カウント部２１２が、残本数Ｎが０であるか否かを判定する（Ｓｔｅｐ１１１）。残本数が０である場合には（Ｓｔｅｐ１１１のＹｅｓ）、その被締結体に対する締付作業が完了したことになるので、通知制御部２１４はブザー２４などに締付が完了した旨を通知させる（Ｓｔｅｐ１１２）。

一方、残本数Ｎが０ではない（つまり、１以上である）場合には（Ｓｔｅｐ１１１のＮｏ）、まだ締付け作業が続くので、Ｓｔｅｐ１０５に戻って処理を繰り返す。

また、締付位置が重複していると判定された場合には（Ｓｔｅｐ１０９のＹｅｓ）、通知制御部２１４が締付位置が重複している旨をブザー２４などによって通知させ（Ｓｔｅｐ１１３）、処理を終了する。

以上が、本実施形態のトルクレンチ１を用いて締付け作業が行われた場合の処理の流れである。なお、Ｓｔｅｐ１１１においてＹｅｓであった場合に、送受信制御部２１６が締付本数分の締付位置情報を無線通信によってＰＣ１００に送信してもよい。ＰＣ１００は、締付位置情報を受信した場合に、所定のデータベースに締付位置情報を登録することで、締付け作業の状況をデータベース化でき、締付け作業を簡単に管理できるようになる。締付位置情報と締付トルク値とが対応付けられている場合には、締付位置と締付トルク値とを対応付けてデータベース化できる。また、トルクレンチ１からＰＣ１００に締付位置情報を送信する処理は、１つの被締結体に対する締付け作業が完了する度に行う方法に限定されず、複数の被締結体への締付け作業が完了した際にまとめて送信されてもよい。

以上説明した本実施形態のトルクレンチ１およびトルクレンチ１を用いた締付位置管理システムによれば、締結部材が締付けられた締付位置を正確に特定することができる。締付位置が正確に特定されることで、同じ締結部材が重複して締付けられるなどの締付け作業の重複を確実に防ぐことができる。また、正確に特定された締付位置情報と締付トルクとが対応付けられて管理されれば、各締結部材の締付トルク値をいつでも確認することができる。

なお、本実施形態においては、図４に示した機能は全てトルクレンチ１が備えるとして説明したがこれに限られない。トルクレンチ１の機能の一部をＰＣ１００が備えてもよい。図４の機能のうち、トルクレンチ１は、加速度センサ１４やジャイロセンサ１６や地磁気センサ１８からの信号を処理する機能（締付位置演算部２０６や補正部２０８）や、ストレインゲージ１２からの信号を処理する機能（トルク値算出部２０２）や、無線通信に必要な送受信制御部２１６などの機能を備えるだけでもよい。そして、残りの位置判定部２１０や締付本数カウント部２１２などの機能はＰＣ１００が備えてもよい。この場合は、必要な情報をトルクレンチ１からＰＣ１００に送信しておき、その情報に基づきＳｔｅｐ１０９やＳｔｅｐ１１１の処理をＰＣ１００が行えばよい。そしてＰＣ１００での判定結果を無線通信によりトルクレンチ１に送信し、トルクレンチ１の通知制御部２１４が判定結果に応じた通知処理を行えばよい。

さらに、トルクレンチ１は、通信を制御する送受信制御部２１６や通知制御部２１４などだけを備えて、加速度センサ１４などの各種センサからの信号処理は、全てＰＣ１００側で行われるようにしてもよい。締付位置の演算処理など処理負荷の大きい処理をＰＣ１００側で行えば、トルクレンチ１のバッテリ駆動時間を長くすることができる。

また、本実施形態では、締付工具としてトルクレンチを例示したが、締付工具としては所定のトルクでの締付が可能なトルク工具に限られず、ねじ部材を締付可能な締付工具であればどのような工具であっても本発明の適用が可能である。

本発明を特定の態様により詳細に説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱しないかぎり、様々な変更および改質がなされ得ることは、当業者には自明であろう。

１ トルクレンチ
２ ヘッド部
６ ＣＰＵ
８ メモリ
１０ アンテナ
１４ 加速度センサ
１６ ジャイロセンサ
１８ 地磁気センサ
１００ ＰＣ
１１０ アンテナ

Claims (9)

1. 締結部材が被締結体に締付けられた締付位置を特定可能な締付工具であって、
   互いに直交する３軸方向における前記締付工具の加速度を検出する３軸加速度センサと、
   前記締付工具の回転運動を検出するジャイロセンサと、
   第１の締付位置から第２の締付位置への前記締付工具の移動の際に前記３軸加速度センサから出力される信号に基づいて、前記第１の締付位置に対する前記第２の締付位置の位置関係を特定する演算処理を行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記ジャイロセンサが前記締付工具の回転運動を検出しているときに前記３軸加速度センサから出力された信号を前記演算処理に用いないことを特徴とする締付工具。
2. 前記３軸加速度センサと前記ジャイロセンサとは、前記締付工具により前記締結部材を締付ける際の回転の中心軸上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の締付工具。
3. 互いに直交する３軸方向の地磁気を検出する３軸地磁気センサをさらに備え、
   前記制御部は、前記締付工具の向きが変化したことにより前記３軸地磁気センサから出力される信号が変化しているときに前記３軸加速度センサから出力された信号を前記演算処理に用いないことを特徴とする請求項１又は２に記載の締付工具。
4. 前記制御部は、任意に設定される基準位置に対する前記第２の締付位置を、前記第１の締付位置に対する前記第２の締付位置の位置関係に基づき特定することを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の締付工具。
5. 前記制御部は、前記基準位置に対して特定された締付位置が、すでに前記基準位置に対して特定されている締付位置と重複しているか否かを判定することを特徴とする請求項４に記載の締付工具。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の締付工具と、
   前記締付工具において特定された締付位置を示す締付位置情報を前記締付工具から取得し、取得した前記締付位置情報を管理する管理装置と、
   を備えることを特徴とする締付位置管理システム。
7. 締結部材が被締結体に締付けられる締付位置を特定する締付位置特定方法であって、互いに直交する３軸方向における締付工具の加速度を検出する３軸加速度センサと、前記締付工具の回転運動を検出するジャイロセンサと、を備える締付工具を用いた締付位置特定方法であって、
   第１の締付位置から第２の締付位置への前記締付工具の移動の際に前記３軸加速度センサから出力される信号に基づいて、前記第１の締付位置に対する前記第２の締付位置の位置関係を特定し、
   前記ジャイロセンサが前記締付工具の回転運動を検出しているときに前記３軸加速度センサから出力された信号は、前記位置関係の特定に用いないことを特徴とする締付位置特定方法。
8. 任意に設定される基準位置に対する前記第２の締付位置を、前記第１の締付位置に対する前記第２の締付位置の位置関係に基づき特定することを特徴とする請求項７に記載の締付位置特定方法。
9. 前記基準位置に対して特定された締付位置が、すでに前記基準位置に対して特定されている締付位置と重複しているか否かを判定することを特徴とする請求項８に記載の締付位置特定方法。