JP6517440B2 - 締付け実習装置、締付け実習方法、締付け実習プログラムおよび締付け実習システム - Google Patents

Description

本発明は、締付け工具によるボルトとナットの締付け処理を体感して習得させる実習技術に関する。

部品同士の締結に用いられるボルトとナットの締付け作業では、部品の材質や大きさ等による部品の強度や、ボルト、ナットの種類に応じた力の入れ具合が重要である。この力を入れすぎる場合には、部品の破損やボルトの破断等に繋がるおそれがあり、逆に、力が足りない場合、ボルトとナットの締結に緩みが生じるほか、部品の締結が解除されるなどの状態に陥るおそれがある。力の入れ具合は、作業者の経験値が影響する。

このようなボルトの締付け体感について、径の異なるネジ孔が形成された回動許容部が上下に配置され、この回動許容部間にロードセルを配置し、このロードセルを貫通させたボルトの締付けを行うことで、ボルトの軸力と工具に付加するトルク値との相関関係を体感できるものがある（たとえば、特許文献１）。

特開２０１５− ９０３５９号公報

ところで、ボルトとナットの締付け作業では、工具を介して付加されるトルク値が把握できれば最適な締付けが実現できるものではなく、ボルトやナットの表面状態の違いを把握することも重要である。表面状態が異なることでボルトに作用する軸力、すなわちボルトとナットの締結力に差が生じる。この表面状態は、たとえばボルトとナットの接触面に対する摩擦抵抗の違いなどである。部品間に摩擦が生じる場合、その接触面には、潤滑材を塗布したり、またはボルトおよびナットを抵抗の少ない材質のものにしたり、抵抗を減らすコーティングを施すなどの処理が採用されるが、その機能や効果は一律ではない。このような表面状態の違いを考慮して締付けを行わなければ、適切な締付け状態とならず、ボルト・ナットの締結機能を十分に発揮できないという課題がある。

また、フランジなどの締結対象部材を介在させた実機での締付け体験では、締結対象部材の厚さや材質などの影響を受けるため、ボルトとナットの表面状態の違いに対する締付け状態の違いを体感し難いという課題がある。

そこで、本発明の目的は上記課題に鑑み、作業者のボルトとナットの締付け技術の向上を図ることにある。

また、本発明の他の目的は、ボルトとナットの表面状態による締付けへの影響を視覚化させることにある。

上記目的を達成するため、本発明の締付け実習装置の一側面によれば、ねじの表面状態が異なる複数のボルトと、締付け工具を用いたナットの締付けにより前記ボルトに生じる軸力を検出する軸力センサーと、前記軸力センサーからのセンサー出力を受け、前記ボルトの表面状態を含む識別情報と検出された軸力とを関係付けるとともに前記ボルト同士の軸力の大小を表す対比図形出力を生成する処理手段とを備える。

上記締付け実習装置において、さらに、前記処理手段に接続され、前記処理手段から受けた前記対比図形出力を表示する表示手段を備えてよい。

上記締付け実習装置において、複数の前記ボルトを一列に並べて配置させるとともに、前記ボルトおよび前記軸力センサーを内部に収納して支持する支持ケースを備え、前記処理手段は、前記支持ケースへの前記ボルトの配列に応じて、前記識別情報を配列した前記対比図形出力を生成してよい。

上記締付け実習装置において、配置された前記ボルトの前記識別情報を記憶する記憶部を備え、前記処理手段は、軸力の検出を契機に、前記記憶部から検出した前記ボルトの前記識別情報を読み出して、前記対比図形出力を生成してよい。

上記締付け実習装置において、前記識別情報には、前記ボルトの表面状態を示すトルク係数が含まれ、前記処理手段は、前記対比図形出力の軸力表示に対し前記トルク係数を関連付けて表示してよい。

上記締付け実習装置において、前記処理手段は、検出された前記軸力と前記ボルトの識別情報から締付けトルクを算出し、前記ボルト同士の前記締付けトルクの大小を示す情報を含む前記対比図形出力を生成してよい。

上記目的を達成するため、本発明の締付け実習方法の一側面によれば、ねじの表面状態が異なる複数のボルトに対して締付け工具を用いてナットを締付ける工程と、前記ナットの締付けにより前記ボルトに生じる軸力を軸力センサーで検出する工程と、前記軸力センサーのセンサー出力を取り込む工程と、前記ボルトの表面状態を含む識別情報とその軸力情報とを関係付けるとともに、前記ボルト同士の軸力の大小を表す対比図形出力を生成する工程とを含む。

上記目的を達成するため、本発明の締付け実習プログラムの一側面によれば、締付け実習装置のコンピュータに実行させる締付け実習プログラムであって、ねじの表面状態が異なる複数のボルトに対して締付け工具を用いて締付けられるナットの締付けにより前記ボルトに生じる軸力のセンサー出力を軸力センサーで取り込み、前記ボルトの表面状態を含む識別情報とその軸力とを関係付けるとともに、前記ボルト同士の軸力の大小を表す対比図形出力を生成する機能を前記コンピュータに実行させる。

上記締付け実習プログラムにおいて、検出された前記軸力と前記ボルトの識別情報から締付けトルクを算出し、前記ボルト同士の前記締付けトルクの大小を示す情報を含む前記対比図形出力を生成する機能を前記コンピュータに実行させてよい。

上記目的を達成するため、本発明の締付け実習システムの一側面によれば、ボルトに対するナットの締付けを実習する締付け実習システムであって、ねじの表面状態が異なる複数のボルトと、締付け工具を用いたナットの締付けにより前記ボルトに生じる軸力を検出する軸力センサーとを備える締付け実習部と、前記軸力センサーと接続され、センサー出力を受け、前記ボルトの表面状態を含む識別情報と検出された軸力とを関係付けるとともに前記ボルト同士の軸力の大小を表す対比図形出力を生成する処理手段と、前記処理手段と接続され、前記対比図形出力を表示するモニターとを備える。

本発明によれば、次のいずれかの効果が得られる。

(1) 表面状態が相違するボルトとナット同士の軸力の対比画像を表示することで、締付け力の相違を実習者に認識させることができる。

(2) ボルトとナットの表面状態の相違を対比することで、表面状態に応じた締付け作業の調整スキルを習得させることができる。

(3) ボルトおよびナットに対して適切な締付け力で締付けを行わせることができ、被締結部品の安全性を向上することができる。

(4) 表面状態に関する知識やその締付けスキルを習得させることで、締結部品や作業環境などの適用条件に応じたボルトやナットの選択性を広げることができる。

一実施の形態に係る締付け実習装置の構成例を示す図である。 締付け実習処理の一例を示すフローチャートである。 対比図形の一例を示す図である。 締付け実習システムの実施例を示す図である 実習部の構成例を示す部分断面図である。 実習部の上面側の構成を示す平面図である。 ロードセルの外観構成例を示す図である。 中板の構成例を示す図である。 ＰＣの構成例を示す図である。 データベースの一例を示す図である。 対比図形の一例を示す図である。 締付け実習処理の一例を示すフローチャートである。 対比図形の一例を示す図である。 締付け実習処理の一例を示すフローチャートである。

〔一実施の形態〕

図１は、一実施の形態に係る締付け実習装置の構成例を示している。図１に示す構成は一例であり、本願発明が斯かる構成に限定されない。

この締付け実習装置２は、手動による締付け作業によりボルト４とナット６の締付け処理を体感させるとともに、複数のボルト間でその締付け状態の相違を目視で把握させる装置の一例である。締付け実習装置２には、表面状態の異なる複数のボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎと、このボルトと同じ表面状態の複数のナット６−１、６−２、・・・６−Ｎを備えている。また、締付け実習装置２はセンサー１０−１、１０−２、・・・１０−Ｎや、情報処理部１２、モニター１４を備える。

ボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎおよびナット６−１、６−２、・・・６−Ｎは、たとえば表面状態の種類などによる識別情報が設定され、かかる識別情報によって特定される。この締付け実習装置２には、それぞれ異なる表面状態のボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎが設置され、それぞれの締付けを体感させるとともに、表面状態の違いを目視で確認可能にする。この表面状態は、たとえば機能を付与するためのメッキや塗料、樹脂などによる被膜（コーティング被膜）が形成されたものや、締付け前に潤滑油を塗布したもの、被膜などを施さない通常表面のもの、または、経年や使用環境により錆などが付着したものなどが含まれる。そして、同じ表面状態のボルトとナットを組み合せ、締付け工具８を用いた締付け実習が行われる。

各ボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎには、軸方向に生じる軸力Ｆを検出するセンサー１０−１、１０−２、・・・１０−Ｎが設置されている。この軸力Ｆは、ボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎに対するナット６−１、６−２、・・・６−Ｎの締付けにより生じる力であり、ナット６−１、６−２、・・・６−Ｎの締付けのトルクやその締付け量のほか、ボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎの表面状態の影響を受ける。そのため、ボルト４−１、４−２、・・・４―Ｎの表面状態の違いによるナット６−１、６−２、・・・６−Ｎの締付け方を調整する必要がある。締付け実習装置２では、この表面状態の違いについて、ナット６−１、６−２、・・・６−Ｎの締付け具合の体感と、その影響を目視により認識させるものである。

情報処理部１２は、本開示の処理手段の一例であり、センサー１０−１、１０−２・・・１０−Ｎの検出情報を取り込んで、ボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎ同士の締付け状態を対比する対比図形を生成する対比手段の一例である。この情報処理部１２は、センサー１０−１、１０−２・・・１０−Ｎからの軸力情報と、締付けを行ったボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎおよびナット６−１、６−２、・・・６−Ｎの識別情報とを関係付け、ボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎの軸力Ｆの対比図形の生成を行う。

モニター１４は、情報処理部１２で生成した対比図形を表示させる本開示の表示手段の一例である。

なお、モニター１４は、たとえば外部の情報処理手段からの信号を受けて表示するディスプレイ装置でもよく、または情報処理部１２と一体的に構成された情報処理装置の表示部であってもよい。

そのほか、ボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎには、ナット６−１、６−２、・・・６−Ｎの締付けによる軸方向への引張り力（軸力）がかかるように、たとえば図示しない被締結部材を設置してもよい。つまり、ナット６−１、６−２、・・・６−Ｎは締付けに対し、ボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎのネジ山に沿って回転移動するのではなく、被締結部材への締付けにより、ボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎが軸方向への引張られる軸力Ｆを受けるようにすればよい。この被締結部材は、たとえばナット６−１、６−２、・・・６−Ｎ同士の締付けトルクや締付け高さを一致させるため、同等の材質で同じ高さをもったものを用いればよい。

＜締付け実習処理＞

図２は、締付け実習処理の一例を示している。この締付け実習処理は、本開示の締付け実習処理方法または締付け実習処理プログラムの一例であり、その処理手順、処理内容に本発明が限定されない。

情報処理部１２は、締付け実習が行われるボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎの識別情報を取得する（Ｓ１）。情報処理部１２は、ボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎの選択を契機に識別情報を読込んでもよい。識別情報は、たとえば情報処理部１２の記憶部に予め記憶している図示しないデータベースから読み出されてもよく、または実習者やその管理者が入力手段を使用して入力してもよい。また、締付け実習装置２が外部機器との通信によって取り込んでもよい。

ナット６−１、６−２・・・６−Ｎが締付けられると（Ｓ２）、センサー１０−１、１０−２、・・・１０−Ｎの各センサー出力を取り込み、検出軸力を集積させる（Ｓ３）。

情報処理部１２は、取り込んだ識別情報および軸力Ｆを関係付けて図形化するとともに、各ボルト４−１、４−２、・・・４−Ｎの軸力を対比するための対比図形出力を生成する（Ｓ４）。

かかる対比図形出力が生成されると、その対比図形出力をたとえばモニター１４に表示させてもよく、またはそのデータを外部の情報処理装置などに通知してもよい。

＜対比図形について＞

図３は、対比図形の一例を示している。

図３に示す対比図形は、横軸にボルトを特定する識別情報を設定し、縦軸に検出した軸力Ｆを設定する。この識別情報は、たとえばボルト４−１、４−２、・・・４―Ｎに対し、締付けを行った順序に合せてボルトＡ、ボルトＢ、・・・ボルトＮを設定すればよい。この例では、締付け順序は、締付け実習装置２に配置した順序に合せて締付けを行い、ボルト４−１をボルトＡ、ボルト４−２をボルトＢ、・・・ボルト４−ＮをボルトＮとして表している。

このボルトＡ、ボルトＢは、たとえばボルト表面に、高潤滑で摩擦抵抗を軽減させる高機能なコーティングを施したものを利用した場合の検出結果を示している。またボルトＮは、たとえば通常の金属表面であり、特にコーティングや潤滑油などを塗布していないボルトの検出軸力を示している。そしてボルトＡの軸力ＦＡ、ボルトＢの軸力ＦＢは、高い値が検出されているのに対し、ボルトＮの軸力ＦＮは、軸力ＦＡ、ＦＢに対して低い値が検出されている。

このような軸力の相違は、ボルトとナットの締結力を表す。すなわち、検出軸力が大きいボルトＡ、ボルトＢを用いれば、より強い締結力が得られるのに対し、検出軸力が小さいボルトＮは、ボルトＡ、ボルトＢに比べて締結力が弱いことがわかる。そのため、ボルトＮを利用する場合には、ナットに対してより大きな力での締付けが必要なることがわかる。

また、別の観点から検討すれば、被締結部品に設定される締付け強度が小さい場合、摩擦抵抗が小さく、付加するトルクに対して締付け強度が得られ易いボルトＡ、Ｂを用いる方が、締付けの調整がし易い。逆に、締付け強度が得にくいボルトＮでは、大きなトルクを付加するため、締付けの調整がし難くなる。このような締付けの調整のし易さは、被締結部品の製品安全性や、品質のばらつきなどに影響を与えることになる。このように、締結に採用するボルトおよびナットの締付け特性を体感させることや、他のボルトやナットとの特性の違いを認識させることは重要であり、本発明によれば斯かる実習を実現できる。また、ボルトやナットの表面状態の違いによる締付け処理の影響を体感することで、締結する対象物の状態や使用環境を考慮してボルトやナットの選定が重要であることを認識させることができる。すなわち、たとえば錆などが付着した表面状態と、耐錆性または防錆性のコーティングの表面状態との締付け性の違いを体感させることで、締結の対象物の使用環境を意識したボルトおよびナットの選定の重要性を体感できる。

＜一実施の形態の効果＞

斯かる構成によれば、以下のような効果が得られる。

(1) ボルトおよびナットの表面状態が異なる場合の、ナットの締付けを体感できるとともに、この締付けにより発生する軸力の違いを対比画像で示すことで、斯かる締付け実習の体感を目視で認識させることができる。

(2) ボルトおよびナットの表面状態に応じた締付け作業の調整スキルを習得させることができる。

(3) 表面状態に合せた適切な締付けが行えることで、締結されるガスケットなどの被締結部品の締結機能が向上でき、被締結部品の安全性を高めることができる。

(4) 実習者に対し、被締結部品の種類や作業環境に基づくボルトやナットに対する締付けの軸力を認識させることで、設置条件に合わせた最適なボルトおよびナットの採用性を広げることができる。

(5) 実習者は、ボルトに対するナットの締付け処理の習熟を迅速化できるとともに、熟練者に対して、ナットの締付け作業の習熟度の向上またはその矯正を高めることができる。

〔実施例１〕

＜締付け実習システム２０＞

図４は、締付け実習システム２０の一例を示す図である。図４に示す構成は一例であり、本願発明が斯かる構成に限定されない。

この締付け実習システム２０は、たとえば図４に示すように、表面状態の異なる複数のボルト４−１、４−２、４−３、４−４と、このボルトに生じるひずみを検出するロードセル２４を備える実習部２２と、ひずみ測定器２６と、ＰＣ（Personal Computer ）２８とを備える。締付け実習システム２０では、表面状態が異なるボルト４−１、４−２、４−３、４−４へのナット６−１、６−２、６−３、６−４の締付けによる締付け状態を把握させる締付け実習を行う。

実習部２２は、ボルトに対するナットの締付け作業を体感させる装置の一例であって、筐体内部にロードセル２４およびボルト４−１、４−２、４−３、４−４の大部分が収納されている。また実習部２２の天井側には、ボルト４−１、４−２、４−３、４−４の一端側の螺子部を露出させ、斯かる露出部分にナット６−１、６−２、６−３、６−４が螺合されている。

ひずみ測定器２６は、ロードセル２４と接続され、ロードセル２４が検出したボルトの軸部のひずみ検出信号の増幅や、増幅されたひずみ検出信号をコンピュータで読み取り可能なデータに変換する手段の一例である。このひずみ測定器２６で測定されたひずみが軸力Ｆを表す。

ＰＣ２８は、本開示の情報処理部１２の一例であり、ひずみ測定器２６から軸力Ｆ（ひずみデータ）を取り込んで、ボルト４−１、４−２、４−３、４−４の対比画像を生成する。このＰＣ２８は、たとえばノート型のパソコンであって、情報処理機能やキーボードなどの操作入力部を備える本体部３０と、対比画像などを表示するモニター３２を備える。

なお、ＰＣ２８は、検出した軸力Ｆについて、ボルトの識別情報との関連付けやボルト同士の対比画像の生成が行えるコンピュータであればどのようなものでもよく、ノート型ＰＣに限られない。ＰＣ２８は、たとえば本体とモニターが別構成となったものでもよく、逆に、モニターと本体部とが一体となった携帯端末装置などであってもよい。

＜実習部２２について＞

図５は、実習部の構成例を示す部分断面図である。

実習部２２は、外装筐体の内部にボルト４−１、４−２、４−３、４−４と各ボルトに設置するロードセル２４とを収納する収納部４０が形成される。この収納部４０は、本開示の支持ケースの一例であり、ボルト４−１、４−２、４−３、４−４と各ロードセル２４とを一列に配置させるとともに、これらが収納部４０内で変移、または外部への離脱を防止するように支持している。収納部４０には、内部にボルト４−１、４−２、４−３、４−４とロードセル２４を所定の高さに載置する中板４２が設置されており、実習部２２を設置する床などの平行度や凹凸などの影響を与えない構成となっている。また収納部４０の天井側には、ロードセル２４の上面部を覆う高さに天板４４が設置されている。この天板４４には、ネジ軸側を上面に向けて配置されたボルト４−１、４−２、４−３、４−４の先端を突出させるための開口部５２（図６）が形成されている。ボルト４−１、４−２、４−３、４−４のネジ軸部は、天板４４から突出する部分に対し、ナット６−１、６−２、６−３、６−４の締付けが行える長さに設定すればよい。

そのほか実習部２２は、側面側の一部にロードセル２４のケーブル４８を挿通する開口部４６が形成される。また、筐体の底部側には、中板４２を所定高さに維持するための脚部５０が左右両端側に形成される。この脚部５０には、たとえば図示しない底板部材や測定装置などに固定するためのネジ孔が形成されてもよい。実習部２２を固定することで、実習者による締付け作業がし易くなるとともに、ナットの締付け時に余計な振動や揺動、または締付け方向のばらつきを減少させることができ、ボルトのひずみ検出のばらつきが生じ難くなる。

実習部２２の天板４４に形成される開口部５２は、たとえば図６に示すように、開口幅Ｗ１がナット６−１、６−２、６−３、６−４の対角寸法Ｗ２よりも広く形成されている。つまり、ナットの締付け実習では、締付け工具８を使ってナット６−１、６−２、６−３、６−４を開口部５２内まで侵入させ、そのロードセル２４の上面部側にナットの端面を接触させて締付ける。従って、天板４４は、ナット４−１、４−２、４−３、４−４の縦方向の幅よりも薄く形成するか、または開口部５２の幅Ｗ１を締付け工具８が挿入可能な大きさに設定すればよい。

また、天板４４は、ロードセル２４の上面側に接触して、収納部４０内での変移や収納部４０からの離脱を防止している。この天板４４は、たとえば四隅に設置されたネジによって筐体側面部または脚部５０に固定されている。そして、天板４４は、実習を行うボルト４−１、４−２、４−３、４−４やロードセル２４の設置や交換を行うために、必要に応じて取り外し可能に設置されている。

なお、ロードセル２４の設置位置を固定するために、天板４４には、たとえば図示しない支持片などを形成し、ロードセル２４の側面側に接触させるようにしてもよい。

＜ロードセル２４について＞

図７に示すロードセル２４は、たとえば筒状に形成されており、曲面側の外装筐体５４と、上面および底面側の面部５５を備える。また中央部分には、被測定物を貫通させるための貫通孔５６が形成されるとともに、その貫通孔５６に沿って面部５５の内部周縁に所定幅で形成された接触部５８を備える。

貫通孔５６は、既述のように、被測定物であるボルト４−１、４−２、４−３、４−４を貫通させることで、そのネジ軸の周面を覆う。貫通孔５６の開口幅Ｗ３は、たとえば内部でボルトを変位させない寸法にすればよく、ボルト４−１、４−２、４−３、４−４の呼び径と同等またはそれよりも僅かに大きく設定されている。

接触部５８は、たとえば貫通孔５６に沿って配置された円筒形状の起歪体であって、図示しない部分にひずみゲージを備えている。この接触部５８は、ボルトに締め込まれたナット６−１、６−２、６−３、６−４によって上面側が押圧されることで変形する。この変形（ひずみ）を内部のひずみゲージが検出することで、その変形量に応じた電圧値を出力する。斯かる接触部５８のひずみは、被締結部材を介してボルトとナットを締付けたときに、ボルトに生じるひずみと同等であり、このひずみゲージの電圧値からボルトに作用する軸力Ｆを測定する。

接触部５８の形成幅Ｗ４は、たとえばナットが接触可能な幅であればよく、ナットの対角距離Ｗ２と同等に設定すればよい。

＜中板４２について＞

図８に示す中板４２には、たとえばボルトの設置位置に開口部６０が形成されている。この開口部６０は、たとえばボルト４−１、４−２、４−３、４−４の頭部６２−１、６２−２、６２−３、６２−４を嵌合させ、ネジ軸部を上方向に突出させる。また開口部６０は、頭部６２−１、６２−２、６２−３、６２−４を嵌合させることで、ナットの締付け作業に対してボルトが回動するのを制止するとともに、ボルトの離脱を防止するように六角形状に形成されている。開口部６０の形成間隔は、少なくともロードセル２４の幅よりも広く設定するとともに、隣接するボルトに対してナットの締付け作業がし易いように設定すればよい。

中板４２には、たとえばそれぞれの開口部６０の形成位置に合せて、２つずつの貫通孔６３が形成されている。この貫通孔６３は、図示しない支持部品を設置するための孔であり、この支持部品をロードセル２４の外装部分に接触させることで、ロードセル２４を固定支持することができる。なお、支持部品は、たとえばロードセル２４の外装筐体に係合可能な軸部品またはネジ部品であってもよい。

＜ＰＣ２８＞

図９は、ＰＣの構成例を示している。ＰＣ２８には、ボルト４−１、４−２、４−３、４−４の識別情報や検出された軸力Ｆを格納する機能、これらの情報を関連付けて対比図形を生成する機能などを備える。

ＰＣ２８には、たとえばプロセッサ６４、記憶部６６、入力操作部６８、通信部７０、入出力部（Ｉ／Ｏ）７２を備える。

プロセッサ６４は、記憶部６６にあるＯＳ（Operating System）や締付け実習プログラムなどを実行するための演算処理を行う。この演算処理では、ひずみ測定器２６からの軸力情報の取得や、入力されたボルトやナットの識別情報の読み出し、さらに、対比図形の生成処理などが含まれる。

記憶部６６はＯＳや、締付け実習プログラム、識別情報、軸力情報などの記憶に用いられ、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ(Random Access Memory)が備えられる。この記憶部６６には記憶内容を保持可能なハードディスクや半導体メモリなどの記憶装置を用いればよい。この記憶部６６には、入力された識別情報や検出した軸力情報などを管理するためのデータベース（ＤＢ）７４が形成されている。

入力操作部６８は情報の入力などに用いられる操作手段の一例であり、たとえばキーボードやマウスなどが用いられる。

通信部７０は、プロセッサ６４により制御され、無線によるひずみ測定器２６との接続や、図示しない外部機器との無線接続、インターネット接続に用いられる。

Ｉ／Ｏ７２はプロセッサ６４により制御されて制御情報の入出力に用いられ、ひずみ測定器２６やモニター３２と接続する。

＜データベース７４＞

図１０は、データベースの構成例を示している。

ＰＣ２８の記憶部６６には、たとえば図１０に示すように、締付け実習に用いられるボルトの識別情報、検出された軸力情報などを格納するデータベース７４が形成される。このデータベース７４には、たとえば識別情報７６として、ボルト名、表面状態を示すコーティング情報、使用年数情報、トルク係数、寸法などが登録される。この識別情報７６は、たとえば締付け実習を行う際に、実習者や管理者が入力してもよく、または予め設定された情報を読み出してもよい。

また、データベース７４には、たとえば実習情報７８として、検出した軸力値、算出したトルク値などを格納してもよい。

そのほか、ＰＣ２８の記憶部６６には、たとえば締付け実習を受ける作業者の情報や管理者の情報を含む作業者データベースを備えてもよい。この作業者データベースには、たとえば締付け実習を行ったＩＤ（IDentification）情報や社名情報、作業者名情報、日時やボルトの種類、回数などを記憶するとともに、既述のデータベース４との関連付けを行ってもよい。この作業者データベースは、たとえば実機に用いるボルトやナットの選定を行う際に、締付けの経験が有るか否かを示す情報として利用してもよい。

図１１は、検出軸力に基づいて生成された対比図形の一例を示している。図１１に示すグラフ形状や数値は一例であり、斯かる内容に限定しない。

図１１に示す対比図形は、既述のように、横軸にボルトの識別情報を示し、縦軸に検出軸力Ｆを示している。この実施例では、締付け軸力に対する表面状態の影響を対比するために、ナット６−１、６−２、６−３、６−４の締付けトルク値が所定の範囲内になるように設定して締付け実習を行った場合である。対比図形には、斯かる締付けトルクの情報も含まれている。また、各ボルトの識別情報として、たとえば各軸力グラフ表示の近くに表面状態を示すトルク係数情報を表示する。

対比図形に示すボルトの軸力Ｆの検出値は、たとえば締付け実習を行った順序に従って配列してもよく、または実習部２２に配置したボルト４−１、４−２、４−３、４−４の配列に合せて結果を表示してもよい。

これにより対比図形には、同様のトルクでナットを締付けたボルトＡ、ボルトＢ、ボルトＣ、ボルトＤの表面状態の相違が、締結の強度を示す軸力Ｆの違いとなって表される。

＜締付け処理＞

図１２は、締付け実習処理の実施例を示している。この締付け実習処理は本開示の締付け実習方法または締付け実習プログラムの一例である。

締付け実習処理では、実習者（作業者）や管理者が実習を行うボルト４−１、４−２、４−３、４−４とナット６−１、６−２、６−３、６−４を選定し（Ｓ１１）、実習部２２に設置する。ボルトおよびナットを選定すると、各ボルトおよびナットの識別情報をＰＣ２８に入力する（Ｓ１２）。識別情報の入力では、たとえばボルトやナットの本体部、またはボルトやナットの保管手段などに示された情報をキー入力するほか、バーコード情報などを読込ませてもよい。その他、予め実習を行う複数のボルトおよびナットの組み合せを設定しておき、その組み合せ情報に連動した識別情報をデータベース７４に記憶させてもよい。

実習準備として、ナットの締付けを行う工具が付加する操作力、すなわち締付けトルク値を設定する（Ｓ１３）。締付けトルク値は、たとえば実習に用いるボルトの呼び径に応じて値を設定すればよい。このトルク値は、たとえば締付けによりボルトを破壊しないように、呼び径の大小に応じて値を異ならせればよい。締付け実習では、たとえば締付けトルクを計測できる工具として、トルクレンチを用いればよいが、通常のスパナなどであってもよい。トルク値が計測できない工具を利用する場合には、たとえば具体的な締付けトルク値を設定するのではなく、締付け動作を設定してもよい。この締付け動作について、ねじの呼びに対するスパナに加える力（締付けトルク）は、たとえば目安として、「手首だけのちからをくわえる」、「ひじから先の力を加える」、「肩から先の力を加える」（「バルカーハンドブック 技術編」：平成２２年９月３０日改訂、日本バルカー工業株式会社発行、１１６頁）などの手法を利用して加えられてもよい。

設定された条件に基づいて締付け処理が行われると（Ｓ１４）、ＰＣ２８がセンサー出力を取り込む（Ｓ１５）。ＰＣ２８は、たとえば対比図形の生成準備として、検出された軸力Ｆの情報とそれを検出したセンサーであるロードセル２４の識別情報とを整合させる（Ｓ１６）。この整合処理によって、ＰＣ２８は、締付けた実習を行ったボルトの特定、その締付け順序、検出された軸力Ｆが関連づけられる。

ＰＣ２８は、ボルトおよびナットの識別情報を読み出し、この識別情報と検出した軸力Ｆとを関連づける（Ｓ１７）。この処理では、軸力Ｆの情報に対し、ボルトおよびナットのコーティングの種類やトルク係数の情報など、対比図形の生成に用いる情報の関連付けを行う。

この軸力Ｆの取り込みや識別情報との整合は、締付け実習が完了するまで行われる（Ｓ１８のＮＯ）。締付け実習が完了すると（Ｓ１８のＹＥＳ）、関連づけた情報を利用し、軸力の対比図形を生成し、モニター３２にその生成した対比図形を表示させる（Ｓ１９）。

対比図形は、軸力を取り込んだ順序で配置してもよく、または予め決められた順序で配置してもよい。また、対比図形生成処理は、全ての締付け実習が完了した後に行う場合に限られず、軸力Ｆの検出を契機にリアルタイムで図形を生成していき、その表示内容を更新させてもよい。

＜実施例１の効果＞

(1) ボルトおよびナットの表面状態が異なる場合のナットの締付けを体感できるとともに、この締付けにより発生する軸力の違いを対比画像で示すことで、斯かる締付け実習の体感を目視で認識させることができる。

(2) ボルトおよびナットの表面状態に応じた締付け作業の調整スキルを習得させることができる。

(3) 共通の締付けトルクで、連続的に複数のボルトの締付け実習を行うことで、表面状態による締付け状態の違いを体感できるとともに、検出軸力Ｆにより目視で締付け状態の違いを認識させることができる。

(4) 実習部２２は、筐体部の天板４４を着脱可能にするとともに、収納部内の中板４２に対しボルト４−１、４−２、４−３、４−４の頭部を係合させて支持させる構成とすることで、ボルト４−１、４−２、４−３、４−４の交換性を向上させている。

(5) 中板４２を筐体から着脱可能にすることで、呼び径の異なるボルトやナットへの交換が容易に行え、異なるサイズのボルトやナットへと交換出来るので、締付け実習装置の利便性が高められる。

(6) 実習部２２に脚部５０を設け、ボルトやロードセル２４を載置させる中板４２を実習部２２の設置面から離間させることで、締付け処理時に設置面の傾斜や振動などの影響を少なくすることができる。

(7) ロードセル２４を実習部２２の収納部４０に収納させ、ロードセル２４の上側の端部５５を天板４４との接触で支持させることで、ロードセル２４の変位を阻止できるとともに、締付け工具８などの接触による押圧や破損を防止できる。

〔実施例２〕

図１３は、実施例２に係る対比図形を示している。

図１３に示す対比図形では、検出した軸力Ｆに基づいて算出したトルク値を表示している。この実施例２では、たとえばボルトおよびナットの表面状態の違いによる締付け処理の影響を把握させるために、検出した軸力Ｆに対し、締付けに必要なトルクの算出処理を行う。軸力Ｆと締付けトルクＴとの関係は、以下の式が成り立つ。
Ｔ＝ｋＦｄ ・・・（１）
なお、ｋは表面状態を示すトルク係数、ｄはボルトの呼び径を表す。

締付け処理では、たとえばボルトＡ、ボルトＢ、ボルトＣ、ボルトＤで同じ締付け量とした場合の検出軸力Ｆからトルクを算出する。なお、締付け処理では、たとえば締付け回数をカウントし、全てのボルトで同じ回転数だけ締付けを行えば、ナットが通過するネジ山の数が一致し、同じ締付け量を実現することができる。このように締付け量を同じにした場合、ボルトに作用する軸力は同程度の値になる。

対比図形では、たとえば横軸にボルトの識別情報を表示し、縦軸に算出したトルク値を表示している。この対比図形において、ボルトＡおよびボルトＢは、たとえば低摩擦の表面コーティングが施された場合、ボルトＣはたとえば潤滑油が塗布された場合、ボルトＤはコーティングを施さない場合の算出結果の一例を示している。このボルトＡ、ボルトＢのコーティングは、ボルトＣ、ボルトＤに対して、トルク係数が小さな値となっている。そして、同等な締付け量による軸力結果を考慮すると、表面状態の違いであるトルク係数の大小によって、ボルトＡ、ボルトＢを用いた場合の締付けトルクは小さな値となるのに対し、ボルトＣ、ボルトＤの締付けトルクが大きな値となる。

この対比図形の結果から、表面状態の違いにより、締付けに必要なトルク値に大きな差が生じることを実習させることができる。すなわち、トルク係数が小さい高性能なコーティングを施したボルトでは、少ない締付けトルクをかければ必要な締付けが行えるのに対し、トルク係数が大きな表面状態のボルトでは、大きな締付けトルクをかけなければ、必要な締付けが行えないことを表している。

なお、対比図形には、各ボルトの識別情報としてトルク係数情報を表示してもよく、また設定した軸力Ｆの値を表示してもよい。

＜実施例２の実習処理＞

図１４は、締付け実習処理の実施例を示している。

締付け実習では、ボルトおよびナットを選定し（Ｓ２１）、実習部２２に設置するとともに、そのボルトおよびナットの識別情報をＰＣ２８に入力する（Ｓ２２）。締付け処理の準備が完了すると、所定の締付け量として、ナットが設定位置にくるまで締付け処理を実施する（Ｓ２３）。ＰＣ２８は、締付けによって軸力Ｆのセンサー出力を取り込み（Ｓ２４）、データベース７４からトルク係数やボルトの呼び径を読み出して、締付けトルクを算出する（Ｓ２５）。そして、検出した軸力Ｆの値と算出したトルク値Ｔと、識別情報とを関係付ける（Ｓ２６）。

この軸力Ｆの検出と、トルク値Ｔの算出処理は、締付け処理が完了するまで繰り返す（Ｓ２７のＮＯ）。締付け処理が完了すると（Ｓ２７のＹＥＳ）、対比図形を生成してモニター３２に表示させる（Ｓ２８）。

なお、この実施例２では、たとえば締付け工具８としてトルクレンチを用いた場合、トルクレンチの検出トルク値をＰＣ２８に取り込み、この検出トルク値と算出したトルク値Ｔとの対比を行ってもよい。

＜実施例２の効果＞

検出した軸力を利用して締付けトルク値を算出し、ボルト同士で対比することで、ボルトの表面状態の違いに対応して、締付けを行う力加減を体感できるとともに、その対比結果を表示することで、その力加減を目視で認識させることができる。

〔変形例〕

以上説明した実施の形態および実施例について、変形例を以下に列挙する。

(1) 上記実施の形態または実施例では、コーティングの種類やトルク係数などのねじの表面状態を示す識別情報が把握されたボルトの締付け処理について示したが、これに限らない。ねじの表面状態が異なるボルトおよびナットを２種類以上選択し、その締付け作業の体感および検出軸力の対比を実習すればよい。斯かる構成によれば、表面状態が異なるナットの締付け技術を習得できるとともに、選択したボルトおよびナットの締付け状態の把握や表面状態による影響などを対比することができる。

(2）締付け実習では、温度条件を付加して締付け実習を行ってもよい。締付け実習装置２は、たとえば筐体内に加熱手段と温度検出手段を備え、ボルト４−１、４−２、・・４−Ｎを加熱し、所定の温度条件に対する軸力Ｆの検出を行ってもよい。また、締付け実習処理では、たとえば１または複数の温度条件を設定し、温度条件を加味してボルト間の軸力を対比してもよい。このように、加熱しながら締付け実習を行うことで、温度条件に応じた表面状態の変化も体感することができる。また、ボルト・ナットの選定において、コーティングの種類に対する熱の特性を考慮することの重要性も実習させることができる。

(3) 上記実施の形態および実施例では、軸力Ｆと識別情報とを関連付けた対比図形を示したがこれに限らない。対比図形には、たとえば複数のボルト間で、検出した軸力が十分な値か否かを示す評価情報の対比結果を表示してもよい。この対比図形では、たとえば検出した軸力Ｆの情報とともに、評価基準の情報、評価情報を含めばよい。ＰＣ２８は、たとえば記憶部６６に評価の閾値となる基準軸力を記憶しておき、対比図形の生成において検出軸力の評価をするとともに、その評価結果をグラフや文字、数値などによって表す評価情報を生成すればよい。そのほか、このＰＣ２８は、評価情報に加え、不足または過剰となった軸力値やそれに応じた締付けトルクの増加または減少を示唆するアドバイス情報などを表示させてもよい。

(4) 上記実施の形態では、ボルトとナットのみを締結させて軸力を検出する場合を示したが、これに限られない。本発明の締付け実習装置では、たとえば、締付けを行う実機に合せて、フランジやガスケットを介在させ、このフランジおよびガスケットをボルトとナットで締付け、斯かる状態のボルトの軸力を検出させてもよい。この場合、ボルトの軸力を検出するために、ロードセル２４以外のセンサーを用いればよい。斯かる構成によれば、作業者に対し、フランジやガスケットの材質や寸法などによる影響も合せてボルトの表面状態の相違による影響を体感させるとともに、対比図形による認識を与えることができる。

(5) 本発明の締付け処理では、たとえばいずれかのボルトが破断するまでトルクを与え、いずれかのボルトが破断した時の軸力Ｆを対比してもよい。斯かる実習によれば、表面状態の相違による締付け易さや、表面状態に応じた締付け作業の重要性を体感させることができる。

以上説明したように、本発明の最も好ましい実施の形態などについて説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。

本発明によれば、表面状態の異なる複数のボルトに対し、その表面状態を示す識別情報と検出した締付けの軸力とを関係付け、そのボルト同士の軸力の大小を体感させるとともに、視覚によりその影響を認識させることができ、表面状態の相違によるボルトの選定、およびその締付けスキルの向上が図れる。

２ 締付け実習装置
４、４−１、４−２、・・・４−Ｎ ボルト
６、６−１、６−２、・・・６−Ｎ ナット
８ 締付け工具
１０ １０−１、１０−２、・・・１０−Ｎ センサー
１２ 情報処理部
１４、３２ モニター
２０ 締付け実習システム
２２ 実習部
２４ ロードセル
２６ ひずみ測定器
２８ ＰＣ
３０ 本体部
４０ 収納部
４２ 中板
４４ 天板
４６、５２、６０ 開口部
４８ ケーブル
５０ 脚部
５４ 外装筐体
５５ 面部
５６、６３ 貫通孔
５８ 接触部
６０ 開口部
６２ 頭部
６４ プロセッサ
６６ 記憶部
６８ 入力操作部
７０ 通信部
７２ 入出力部（Ｉ／Ｏ）
７４ データベースＤＢ
７６ 識別情報
７８ 実習情報

Claims (10)

1. ねじの表面状態が異なる複数のボルトと、
   締付け工具を用いたナットの締付けにより前記ボルトに生じる軸力を検出する軸力センサーと、
   前記軸力センサーからのセンサー出力を受け、前記ボルトの表面状態を含む識別情報と検出された軸力とを関係付けるとともに前記ボルト同士の軸力の大小を表す対比図形出力を生成する処理手段と、
   を備えることを特徴とする締付け実習装置。
2. さらに、前記処理手段に接続され、前記処理手段から受けた前記対比図形出力を表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の締付け実習装置。
3. 複数の前記ボルトを一列に並べて配置させるとともに、前記ボルトおよび前記軸力センサーを内部に収納して支持する支持ケースを備え、
   前記処理手段は、前記支持ケースへの前記ボルトの配列に応じて、前記識別情報を配列した前記対比図形出力を生成することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の締付け実習装置。
4. 配置された前記ボルトの前記識別情報を記憶する記憶部を備え、
   前記処理手段は、軸力の検出を契機に、前記記憶部から検出した前記ボルトの前記識別情報を読み出して、前記対比図形出力を生成することを特徴とする、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の締付け実習装置。
5. 前記識別情報には、前記ボルトの表面状態を示すトルク係数が含まれ、
   前記処理手段は、前記対比図形出力の軸力表示に対し前記トルク係数を関連付けて表示することを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の締付け実習装置。
6. 前記処理手段は、検出された前記軸力と前記ボルトの識別情報から締付けトルクを算出し、前記ボルト同士の前記締付けトルクの大小を示す情報を含む前記対比図形出力を生成することを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の締付け実習装置。
7. ねじの表面状態が異なる複数のボルトに対して締付け工具を用いてナットを締付ける工程と、
   前記ナットの締付けにより前記ボルトに生じる軸力を軸力センサーで検出する工程と、
   前記軸力センサーのセンサー出力を取り込む工程と、
   前記ボルトの表面状態を含む識別情報とその軸力情報とを関係付けるとともに、前記ボルト同士の軸力の大小を表す対比図形出力を生成する工程と、
   を含むことを特徴とする締付け実習方法。
8. 締付け実習装置のコンピュータに実行させる締付け実習プログラムであって、
   ねじの表面状態が異なる複数のボルトに対して締付け工具を用いて締付けられるナットの締付けにより前記ボルトに生じる軸力のセンサー出力を軸力センサーで取り込み、
   前記ボルトの表面状態を含む識別情報とその軸力とを関係付けるとともに、前記ボルト同士の軸力の大小を表す対比図形出力を生成する、
   機能を前記コンピュータに実行させることを特徴とする締付け実習プログラム。
9. 検出された前記軸力と前記ボルトの識別情報から締付けトルクを算出し、
   前記ボルト同士の前記締付けトルクの大小を示す情報を含む前記対比図形出力を生成する、
   機能を前記コンピュータに実行させることを特徴とする、請求項８に記載の締付け実習プログラム。
10. ボルトに対するナットの締付けを実習する締付け実習システムであって、
    ねじの表面状態が異なる複数のボルトと、締付け工具を用いたナットの締付けにより前記ボルトに生じる軸力を検出する軸力センサーとを備える締付け実習部と、
    前記軸力センサーと接続され、センサー出力を受け、前記ボルトの表面状態を含む識別情報と検出された軸力とを関係付けるとともに前記ボルト同士の軸力の大小を表す対比図形出力を生成する処理手段と、
    前記処理手段と接続され、前記対比図形出力を表示するモニターと、
    を備えることを特徴とする締付け実習システム。

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