JP7108332B1 - Bolt clamp force sensor for bolt lock operation - Google Patents

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Abstract

【課題】ボルトロック操作用ボルトクランプ力センサーを提供する。【解決手段】螺旋状ボルト継手をロックする際に、クランプ力センサー内のトルクシャフトを駆動することで、その一端の螺旋機構が発生させる軸方向力、圧搾力感知モジュールに起因する歪み感知値、及びトルクシャフトの他端が駆動させるスリーブにより特定の仕様の螺旋状ボルト継手をロックすることで発生するクランプ力、及び事前に標準軸力計により検証して得られた両者間のパラメータ関係を、ロック過程でクランプ力を計算及び制御するための根拠とする。本発明の螺旋状ボルト継手のクランプ力センサーは各産業に適用可能である。各種トルク工具に被装して螺旋状ボルト継手のロック作業を行う場合、特定の仕様の螺旋状ボルト継手に対し、螺旋状ボルト継手に作用するクランプ力(clamping force)を制御するための精度を効果的に感知し、螺旋状ボルト継手(bolted joint)の品質を高めている。【選択図】図2A bolt clamping force sensor for bolt locking operation. When locking a helical bolted joint, driving a torque shaft in a clamping force sensor to generate an axial force generated by a helical mechanism at one end thereof, a strain sensing value caused by a squeezing force sensing module, and the clamping force generated by locking a helical bolt joint of a specific specification with a sleeve driven by the other end of the torque shaft, and the parameter relationship between the two obtained by verification in advance with a standard axial force meter, It is the basis for calculating and controlling the clamping force during the locking process. The clamping force sensor for helical bolted joints of the present invention is applicable to various industries. When performing locking work on a spiral bolted joint by mounting it on various torque tools, the precision for controlling the clamping force acting on the spiral bolted joint is required for a specific specification of the spiral bolted joint. It effectively senses and enhances the quality of the bolted joint. [Selection drawing] Fig. 2

Description

本発明は、ボルトロック操作用ボルトクランプ力センサーに関し、より詳しくは、ロック螺旋状ボルト継手の過程に適用し、螺旋状ボルト継手に作用するクランプ力を直接感知し、感知データを伝送する装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a bolt clamping force sensor for bolt locking operation, and more particularly to a device that applies to the process of locking spiral bolt joints, directly senses the clamping force acting on the spiral bolt joints, and transmits sensing data. .

トルクレンチによりボルトを締結する技術は各種製品の組み立て作業に広く応用されている。トルクを付勢することは一種の手段であり、その目的は全てボルトを締結することである。各ボルトを同じ緊締度(tightness)でロックするのが最も理想的ではあるが、同時に最も困難であり、特に高圧容器、エンジンシリンダー、或いは真空設備等ではそれが顕著である。ボルトのクランプ力を精密に制御してロック作業を行う等は業界では重要な議題であるが、但しロックのトルクを制御するのみで達成することは常に難しかった。 The technology of tightening bolts with a torque wrench is widely applied to the assembly work of various products. Applying torque is a kind of means, the purpose of which is all to tighten the bolt. Locking each bolt with the same tightness is the most ideal, but at the same time the most difficult, especially in high pressure vessels, engine cylinders, or vacuum installations. Precisely controlling the clamping force of bolts to achieve locking is an important topic in the industry, but has always been difficult to achieve by controlling locking torque alone.

従来のボルト締結過程では、わずか10%のトルクしかクランプ力に変換していなかった。ある流行した呼称では「541」規則と呼ばれ、ボルトのロック過程でボルトヘッドまたはナットと結合面との摩擦力を克服するために約50%のトルクを用い、ねじ山の摩擦力を克服するためには約40%のトルクの必要であるが、実際にボルトのクランプ力に変換可能なトルクは約10%しかなかった。最終的なクランプ力の大きさは螺旋状ボルト継手に関連する様々な要素の影響をさらに受け、例えば、ボルトと締結する部材の状況(材質の硬度、加工精度、表面粗度、油汚れ、錆付き具合、或いは傷等)及び使用するワッシャーの硬度の影響を受け、ボルトの事前の締結力を制御することが困難になった。学会やエンジニアの手引書ではトルク及びクランプ力の計算式及び計算パラメータに関するものも多いが、但しどれも正確な検証を得にくかった。締結力の制御を必要とする産業界では、現在に至るまで経済的に有効な方法が見つかっておらず、まして螺旋状ボルト継手に付勢するトルクを正しく理解し、螺旋状ボルト継手に大きなクランプ力を発生させ、それを有効的に制御するのはさらに困難であった。これは均一なクランプ力の制御を必要とする精密な組み立て作業にとって、品質上の潜在的なリスク及び不確定性が大きいことを意味している。 Conventional bolting processes convert only 10% of torque into clamping force. One popular designation is the "541" rule, which uses about 50% torque to overcome the frictional forces between the bolt head or nut and the mating surface during the bolt locking process, overcoming the frictional forces in the threads. Although about 40% of the torque is required for this purpose, only about 10% of the torque can actually be converted into the clamping force of the bolt. The magnitude of the final clamping force is further affected by various factors related to the helical bolt joint, such as the condition of the bolt and the member to be fastened (hardness of the material, processing accuracy, surface roughness, oil stains, rust It has become difficult to control the pre-fastening force of the bolt due to the influence of the degree of attachment, scratches, etc.) and the hardness of the washer to be used. Many academic societies and engineer's handbooks relate to calculation formulas and calculation parameters of torque and clamping force, but it was difficult to obtain accurate verification from any of them. To date, no economically effective method has been found in the industry that requires control of fastening force. Generating the force and effectively controlling it was even more difficult. This represents a large potential quality risk and uncertainty for precision assembly operations requiring uniform clamping force control.

また、今日に至るまで、業界では各種トルク制御器が普遍的に使用されており、デジタル表示型トルクレンチ、音声型トルクレンチ、或いは電動サーボ制御等のトルク工具によりロックのトルクを制御している。従来のトルク制御方式を利用し、例えば、同じトルクを付勢して同一の仕様のボルトをそれぞれ締結する場合、違いはねじ山の表面の状況が異なる点のみであり、例えば、ボルトが正常である、油汚れがある、錆付きがある、ねじ山に傷がある、或いはワッシャーの硬度が改変されているのみである等である。これはトルクの制御精度が全て5%以内であることを示しているが、但し実験によって測定された実際のクランプ力の値との差が最大50%近くに達していることが証明されている。 In addition, until today, various torque controllers have been universally used in the industry, and lock torque is controlled by torque tools such as digital display type torque wrenches, voice type torque wrenches, or electric servo control. . For example, when using the conventional torque control method to apply the same torque to fasten bolts of the same specification, the only difference is the surface condition of the thread. There are oil stains, rust, scratches on the thread, or only the hardness of the washer has been modified. This indicates that all torque control accuracies are within 5%, but it has been proven that the difference from the actual clamping force value measured by experiments reaches a maximum of nearly 50%. .

なお、現在ボルトの締結力を制御する最も精確な方法は、超音波感知技術を利用したボルトの張力検知器を使用するものであるが、これは製造及び施工コストが高く、普及しにくかった。また、ボルトのクランプ力を感知する感知ボルト(ボルトの軸心の適切な位置に変形感知素子を貼着し、そのクランプ力を検知する)も高価格であり、開口レンチによるロックにしか使用できないという制限があり、施工に不便であり、効率も低く、普及しにくかった。ボルトの締結力の制御及び検知ではボルト圧力トランスデューサー(Bolt Transducer)または圧縮センターホール型ロードセル(Center-hole type Compression Load Cell)をさらに使用するか、或いは圧電リングセンサー等の軸力感知装置により代替している。但し、実務上、以上のいくつかの方法では、製造コストの高さ及び使用上の利便性の低さ等が業界で普及が進まない主な要因となっていた。 At present, the most accurate method for controlling the tightening force of bolts is to use a bolt tension detector using ultrasonic sensing technology, but this has been difficult to spread due to high manufacturing and installation costs. In addition, the sensing bolt that senses the clamping force of the bolt (a deformation sensing element is attached to the appropriate position of the bolt axis to detect the clamping force) is also expensive and can only be used for locking with an open wrench. It was inconvenient for construction, low efficiency, and difficult to spread. In the control and detection of bolt tightening force, a bolt pressure transducer or a center-hole type compression load cell is additionally used, or an axial force sensing device such as a piezoelectric ring sensor is substituted. is doing. However, in practice, the high manufacturing cost and the low usability of some of the above methods have been the main factors that have hindered their widespread use in the industry.

そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的かつ効果的に課題を改善する本発明のボルトロック操作用ボルトクランプ力センサーの提案に至った。換言すれば、本発明は各種トルク工具の締結作業に適用し、螺旋状ボルト継手に付勢したトルクが発生させるクランプ力の大きさを即時取得し、且つ続いて有線またはワイヤレス方式により制御装置または表示装置に伝送して結果を表示し、記録するかデータをアップロードし、インダストリー4.0という産業の発展の趨勢に迎合している。本発明の螺旋状ボルト継手のクランプ力センサーは締結精度を効果的に向上し、使用コストが低いという利点及び操作の利便性を有し、産業上の有効利用を大きく促進させる。 Therefore, the inventors of the present invention believed that the above drawbacks could be improved, and as a result of intensive studies, they came up with the proposal of the bolt clamping force sensor for bolt lock operation of the present invention, which rationally and effectively solves the problems. In other words, the present invention can be applied to fastening work of various torque tools, immediately obtain the magnitude of the clamping force generated by the torque applied to the helical bolted joint, and then communicate with the controller or controller by wire or wireless method. Transmit to the display device to display the results, record or upload the data, complying with the industrial development trend of Industry 4.0. The clamping force sensor of the helical bolted joint of the present invention has the advantages of effectively improving the fastening accuracy, low cost of use and convenient operation, which greatly promotes the effective use in industry.

本発明は、このような従来の問題に鑑みてなされたものである。上記課題解決のため、本発明は、ボルトロック操作用ボルトクランプ力センサーを提供することを目的とする。つまり、螺旋状ボルト継手のロック中に螺旋状ボルト継手に作用するクランプ力を直接測定する装置は、従来の各種手動、空圧、または電動トルクレンチ(Torque Wrench)またはドライバー(Screwdriver)に付加するクランプ力センサー(Force Transducer)である。本発明に係るボルト締結作業用のクランプ力センサーは、トルク工具をクランプ力を直接制御可能なクランプ力レンチ(Force Wrench)或いはクランプ力ドライバー(Force Screwdriver)に変換する。ロック過程では、螺旋状ボルト継手に作用するクランプ力を即時検知する。これは螺旋状ボルト継手ロック技術の一大変革であり、ブレイクスルーであり、従来のロックトルク制御技術手段を覆すものであり、螺旋状ボルト継手の締結精度を高め、必要なクランプ力を達成させ、且つ高価で操作が不便な超音波及び軸力検知技術により螺旋状ボルト継手のクランプ力を制御する必要がない。本発明に係るボルト締結作業用のクランプ力センサーは螺旋状ボルト継手のロック技術を最高にまで高め、従来のトルク制御とは違って螺旋状ボルト継手のクランプ力を直接制御し、産業界に螺旋状ボルト継手ロックの最適な解決方法を提供する。 The present invention has been made in view of such conventional problems. In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a bolt clamping force sensor for bolt lock operation. In short, a device that directly measures the clamping force acting on a helical bolted joint during locking of the helical bolted joint can be added to any conventional manual, pneumatic, or electric Torque Wrench or Screwdriver. It is a clamp force sensor (Force Transducer). The clamping force sensor for bolting operations according to the present invention converts a torque tool into a clamping force wrench or force screwdriver with direct control of the clamping force. The locking process provides immediate sensing of the clamping force acting on the helical bolted joint. This is a major revolution in helical bolt joint locking technology, a breakthrough, and an overturn of conventional lock torque control technology means. Also, there is no need to control the clamping force of the helical bolted joint by ultrasonic and axial force sensing techniques, which are expensive and inconvenient to operate. The clamping force sensor for bolting work according to the present invention maximizes the locking technology of helical bolted joints, directly controls the clamping force of helical bolted joints unlike the conventional torque control, and is used in the industry. provide an optimal solution for locking bolted joints.

上記目的を達成するための主たる発明は、
一端はトルク工具受け部であり、トルク工具の出力端のサイズに適合し、他端には螺旋状ガイド溝を有しているネジ穴を形成し、ネジ穴の底部には力感知モジュールを収容し、且つトルクシャフトの対応する螺旋状ガイド溝に螺合しているセンサー本体と、
感知リング本体及び力感知素子を含み、感知リング本体の外縁にはリング溝を有し、力感知素子はリング溝底部に貼付し、感知リング本体の軸方向への歪み感知値(strain value)を感知し、且つ信号処理モジュールに電気的に連結している力感知モジュールと、
感知モジュールとトルクシャフトとの間に設置し、且つ力感知モジュールへの異物の進入を防止するためのシールリングを設置しているダストプラグと、
軸径の一端にはセンサー本体のネジ穴内に対応する複数の螺旋の螺旋状ガイド溝を有し、他端には特定の仕様の螺旋状ボルト継手をロックするようにスリーブの入力端のサイズに適合する駆動ヘッドを形成するトルクシャフトと、
回転時の摩擦抵抗力を減少させるようにセンサー本体の螺旋状ガイド溝とトルクシャフトの螺旋状ガイド溝との間に複数填入する鋼球と、
センサー本体内部または外側に設置し、且つ信号増幅器と、マイクロプロセッサと、電源回路ユニットと、信号伝送ユニットと、入出力モジュールと、ジャイロと、メモリユニットと、通信用アンテナと、警告ユニットとを有し、信号増幅器は力感知モジュールが接続線を介して信号処理モジュールに伝送した感知信号を増幅し、マイクロプロセッサにより事前補正パラメータを用いて演算することで対応するクランプ力値を取得し、電源回路ユニットは外部から供給する電源をパワーモジュールが必要とする電源に変換し、信号伝送ユニットはワイヤレスの例えばRadio Frequency、ブルートゥース(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)或いはZigBee(登録商標)或いは有線の例えばRS232、RS485、またはUART(汎用非同期送受信モジュール)を制御装置または表示装置に伝送し、入出力モジュールはUSB(Universal Serial Bus)であり、バッテリーの充電及びファームウェアを更新して使用するために用い、ジャイロはボルトクランプ力センサーの回転角度の変移を検知するために用い、メモリユニットは検証し取得したロックする各螺旋状ボルト継手及び力感知モジュールの歪み感知値を標準軸力計により検証することで取得したパラメータ関係を記憶し、警告ユニットはブザーまたはLED(Light Emitting Diode)ライトであり、信号の強弱、電源状態、または使用状態を表示する信号処理モジュールと、
充電可能なバッテリーであり、且つ信号処理モジュールに電気的に接続しているパワーモジュールと、
センサー本体にロックし、且つ保護スリーブにより信号処理モジュール及びパワーモジュールを予め被覆している固定台と、
ワイヤレス信号の伝送を阻害しない材質で製造し、信号処理モジュール及びパワーモジュールを保護するための保護スリーブと、
力感知モジュールの力感知素子及び信号処理モジュールに電気的に接続している接続線と、
センサー本体のネジ穴内で脱落しないようにスライドするようにトルクシャフトを支持している固定リングと、を備えていることを特徴とするボルトロック操作用ボルトクランプ力センサーである。
The main invention for achieving the above object is
One end is a torque tool receiving part, which conforms to the size of the output end of the torque tool, the other end forms a screw hole with a spiral guide groove, and the bottom of the screw hole accommodates the force sensing module and a sensor body screwed into a corresponding helical guide groove of the torque shaft;
It comprises a sensing ring body and a force sensing element, the sensing ring body has a ring groove on its outer edge, and the force sensing element is attached to the bottom of the ring groove to measure the strain value in the axial direction of the sensing ring body. a force sensing module sensing and electrically coupled to the signal processing module;
a dust plug installed between the sensing module and the torque shaft and having a seal ring to prevent foreign objects from entering the force sensing module;
One end of the shaft diameter has a plurality of helical spiral guide grooves corresponding to the threaded holes of the sensor body, and the other end is sized to the input end of the sleeve to lock a specific specification of helical bolted joint. a torque shaft forming a matching drive head;
a plurality of steel balls inserted between the helical guide groove of the sensor body and the helical guide groove of the torque shaft so as to reduce frictional resistance during rotation;
installed inside or outside the sensor body, and has a signal amplifier, a microprocessor, a power supply circuit unit, a signal transmission unit, an input/output module, a gyro, a memory unit, a communication antenna, and a warning unit; and the signal amplifier amplifies the sensing signal transmitted from the force sensing module to the signal processing module through the connection line, and the microprocessor calculates using the pre-correction parameter to obtain the corresponding clamping force value, and the power supply circuit The unit converts the power supplied from the outside into the power required by the power module, and the signal transmission unit is wireless such as Radio Frequency, Bluetooth (registered trademark), Wi-Fi (registered trademark) or ZigBee (registered trademark) or wired For example, RS232, RS485, or UART (universal asynchronous transmission/reception module) is transmitted to the control device or display device, and the input/output module is USB (Universal Serial Bus) for battery charging and firmware update. The gyro is used to detect the change in rotation angle of the bolt clamping force sensor, and the memory unit verifies and acquires the strain sensing value of each locking spiral bolt joint and force sensing module with a standard axial force meter. The warning unit is a buzzer or LED (Light Emitting Diode) light, and a signal processing module that displays signal strength, power status, or usage status,
a power module that is a rechargeable battery and is electrically connected to the signal processing module;
a fixture that locks onto the sensor body and pre-covers the signal processing module and power module with a protective sleeve;
a protective sleeve for protecting the signal processing module and the power module, which is manufactured from a material that does not interfere with the transmission of wireless signals;
a connection line electrically connecting the force sensing element of the force sensing module and the signal processing module;
and a fixing ring supporting the torque shaft so as to slide in the screw hole of the sensor body so as not to fall off.

これにより、本発明のクランプ力センサーにトルクを付勢すると、クランプ力センサー内のトルクシャフトが駆動し、その一端にある螺旋状ガイド溝がセンサー本体のネジ穴内の螺旋状ガイド溝に沿って回転しながら前進することで発生させる軸方向力、ネジ穴の底部にある力感知モジュールを圧縮することで発生させる歪み感知値、トルクシャフトの他端が駆動させるスリーブ、特定の仕様の螺旋状ボルト継手をロックすることにより発生するクランプ力、及び事前に標準軸力計により検証することで取得した両者間のパラメータ関係を、ロック過程中にクランプ力を計算し制御するための根拠とする。前記螺旋状ボルト継手の特定の仕様とは、ロックするボルトのサイズ、ねじピッチの大きさ、表面の状況(例えば、サイズの加工精度、粗度、或いは潤滑度)、及び使用するワッシャーの硬度等を指す。このパラメータ関係により、操作者は本発明のクランプ力センサーを使用して制御装置または表示装置とペアリングした後、締結する螺旋状ボルト継手の仕様(ボルトの強度区分、ねじピッチ、有効径等)、ワッシャーの硬度、及び希望するロックの目標クランプ力を入力する。その後、トルクを付勢して本発明のクランプ力センサーを駆動し、ロック過程では、信号処理モジュールが受信した力感知モジュールの歪み感知値及び事前に前記螺旋状ボルト継手に対して検証を行ったパラメータ関係に基づいて、対応するクランプ力値を即時演算し、同時に有線またはワイヤレス方式で制御装置または表示装置に伝送する。ロックが目標クランプ力に達すると、制御装置はトルク工具の動力源を即時切断するか、表示装置が音声或いはライトにより作業員にトルクの付勢を停止するように掲示し、螺旋状ボルト継手のクランプ力を検知し制御するための根拠とする。 As a result, when torque is applied to the clamping force sensor of the present invention, the torque shaft in the clamping force sensor is driven, and the spiral guide groove at one end rotates along the spiral guide groove in the screw hole of the sensor body. Axial force generated by moving forward while moving forward, strain sensing value generated by compressing the force sensing module at the bottom of the screw hole, sleeve driven by the other end of the torque shaft, helical bolt joint with specific specifications The clamping force generated by locking and the parameter relationship between the two obtained by verification in advance with a standard axial force meter are used as the basis for calculating and controlling the clamping force during the locking process. The specific specifications of the helical bolted joint include the size of the bolt to be locked, the size of the thread pitch, the surface condition (for example, size processing accuracy, roughness, or lubrication), and the hardness of the washer to be used. point to With this parameter relationship, the operator uses the clamp force sensor of the present invention to pair with the control device or display device, and then the specifications of the spiral bolt joint to be tightened (bolt strength class, thread pitch, effective diameter, etc.) , washer hardness, and desired lock target clamping force. Then, the torque is applied to drive the clamping force sensor of the present invention, and in the locking process, the strain sensing value of the force sensing module received by the signal processing module and the helical bolt joint are verified in advance. Based on the parameter relationship, the corresponding clamping force value is calculated on the fly and simultaneously transmitted to the controller or display device by wire or wirelessly. When the lock reaches the target clamping force, the control device immediately cuts off the power source of the torque tool, or the display device indicates to the operator by voice or light to stop applying the torque, and the helical bolt joint It is the basis for sensing and controlling the clamping force.

本発明の他の特徴については、本明細書及び添付図面の記載により明らかにする。 Other features of the present invention will become apparent from the description of the specification and accompanying drawings.

本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーの組み合わせ断面概略図である。FIG. 2 is a combined cross-sectional schematic view of a bolt clamp force sensor according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーを模式的に示した展開図である。1 is an exploded view schematically showing a bolt clamping force sensor according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーの組み合わせ外観概略図である。1 is a schematic external view of a combined bolt clamp force sensor according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーの応用概略図(一)である。1 is an application schematic diagram (1) of a bolt clamping force sensor according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーの応用概略図(二)である。FIG. 2 is an application schematic diagram (2) of the bolt clamping force sensor according to an embodiment of the present invention; 図4Bの展開概略図である。Figure 4B is an exploded schematic view of Figure 4B; 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーを示すリード角概略図(一)である。FIG. 1 is a schematic lead angle diagram (1) showing a bolt clamping force sensor according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーを示すリード角概略図(二)である。FIG. 2 is a schematic view (2) of a lead angle showing a bolt clamping force sensor according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーが螺旋状ボルト継手を締める組み合わせ断面概略図である。FIG. 4 is a combined cross-sectional schematic view of a bolt clamping force sensor tightening a helical bolted joint according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーが螺旋状ボルト継手を締める組み合わせ外観概略図である。FIG. 4 is a schematic external view of a combination of a bolt clamping force sensor tightening a helical bolted joint according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーに関連するクランプ力と推力の計算の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of clamping force and thrust calculations associated with a bolt clamping force sensor according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーのパラメーター検証構造の部分概略図である。FIG. 4 is a partial schematic diagram of a bolt clamp force sensor parameter verification structure according to an embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーのパラメーター検証構造の全体概略図である。1 is a general schematic diagram of a parameter verification structure for a bolt clamp force sensor according to an embodiment of the present invention; FIG. 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーに適用される各種トルク工具の概略図である。FIG. 4 is a schematic diagram of various torque tools applied to the bolt clamping force sensor according to one embodiment of the present invention; 本発明の一実施形態に係るボルトクランプ力センサーの応用操作システム図である。FIG. 4 is an application operating system diagram of a bolt clamp force sensor according to an embodiment of the present invention;

本発明における好適な実施の形態について、添付図面を参照して説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を限定するものではない。また、以下に説明される構成の全てが、本発明の必須要件であるとは限らない。 Preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the embodiments described below do not limit the content of the present invention described in the claims. Moreover, not all the configurations described below are essential requirements of the present invention.

以下、図1~10を参照しながら、本発明をさらに詳しく説明する。まず、図1乃至図3、図6Aと図6B、図7A乃至図7C、図8Aと図8Bを参照すれば、本発明のクランプ力センサー1はセンサー本体11と、力感知モジュール16と、ダストプラグ15と、トルクシャフト13と、鋼球14と、信号処理モジュール20と、パワーモジュール21と、クッション12と、固定台181、182と、保護スリーブ191、192と、固定リング17と、を備えている。センサー本体11の一端はトルク工具の出力端のサイズに適合させるためのトルク工具受け部111であり、センサー本体11の他端はトルクシャフト13の螺旋状ガイド溝132に螺合するために螺旋状ガイド溝1121を有するネジ穴112として縫製している。力感知モジュール16はセンサー本体11のネジ穴112の底部に設置し、力感知モジュール16は感知リング本体161及び力感知素子162を有し、感知リング本体161の外縁にはリング溝163を有している。力感知素子162はリング溝163の底部に貼付し、感知リング本体161が軸方向に受力することで発生する歪み感知値を測定すると共に変形感知信号を発生させ、且つ力感知素子162は信号処理モジュール20に電気的に接続している。感知リング本体161は機構により固定することで感知リング本体161が回転したり脱落するのを防止している。また、力感知モジュール16は歪みゲージまたは圧電等の軸方向力を感知可能な各種感知素子で製造している。ダストプラグ15は力感知モジュール16とトルクシャフト13との間に設置し、且つ力感知モジュール16への異物の進入を防ぐシールリング151を有している。トルクシャフト13の一端はその軸径に沿って形成している螺旋状ガイド溝132であり、センサー本体11の螺旋状ガイド溝1121との間に複数の鋼球14を填入し、トルクシャフト13がトルクを受けた際に、センサー本体11のネジ穴112内にある螺旋状ガイド溝1121に沿って軸方向にスライドする過程において、回転時の摩擦抵抗力を効果的に低下させる。発生した軸方向の推力はダストプラグ15の端面及び力感知モジュール16の端面に作用する。トルクシャフト13の他端の出力端131はスリーブ10(図8B参照)の入力端に適合するサイズに形成し、トルクシャフト13とセンサー本体11とを組み合わせた後、固定リング17によりセンサー本体11のネジ穴112の出口端にあるリング溝内に固定し、トルクシャフト13をセンサー本体11のネジ穴112内で脱落しないようにスライドさせる。固定台181、182はクッション12を使用してセンサー本体11のクッションソケット113にロックし、信号処理モジュール20及びパワーモジュール21を収容している。信号処理モジュール20はマイクロプロセッサと、信号増幅器と、ペアリングキースイッチと、電源回路ユニットと、信号伝送ユニットと、ジャイロと、メモリユニットと、入出力モジュールと、通信用アンテナと、警告ユニットとを有し、且つ力感知素子162に電気的に接続している。信号処理モジュール20の信号増幅器は力感知素子162から伝送された感知信号を受信して増幅すると共にデジタル信号に変換し、マイクロプロセッサにより事前に検証したパラメータを演算することで対応するクランプ力値を算出し、入出力モジュール及び通信用アンテナにより制御装置または表示装置に伝送する。信号処理モジュール20は弾性材料で被覆し、固定台181に設置している。電源回路ユニットは外部から供給している電源をパワーモジュール21にとって必要な電源に変換する。ジャイロはセンサー本体11の回転角度の変移を検知し、メモリユニットは検証することで取得したロックする螺旋状ボルト継手8及び力感知モジュール16に対する歪み感知値を、標準軸力計9(図8B参照)により検証することで得られたクランプ力パラメータを記憶する。また、前記検証したパラメータは制御装置または表示装置のメモリユニットに保存し、操作人員が起動してペアリングした後にロックする螺旋状ボルト継手の仕様を入力して対応するパラメータを取得しやすくする。また、実測データが使用した螺旋状ボルト継手の仕様及びワッシャーと検証に使用したものとの違いにより差異を有する場合、プログラムにより修正する。パワーモジュール21は充電可能なバッテリーであり、弾性材料で被覆し、固定台182に設置し、且つ信号処理モジュール20に電気的に接続している。保護スリーブ191、192はワイヤレス信号の伝送を阻害しない材質で製造し、信号処理モジュール20及びパワーモジュール21を固定台に被覆し、信号処理モジュール20及びパワーモジュール21を保護している。信号伝送ユニットはワイヤレス通信モジュールの例えばRadio Frequency、ブルートゥース(登録商標)、Wi-Fi(登録商標)、ZigBee(登録商標)等であるか、或いは有線の例えばRS232、RS485、UART(汎用非同期送受信モジュール)等である。入出力モジュールはバッテリーの充電及びファームウェアの更新に使用するUSB(Universal Serial Bus)である。警告ユニットは信号の強弱、電源状態、使用状態等を表示するブザーまたはLED(Light Emitting Diode)ライトであり、接続線は力感知モジュール16の力感知素子162及び信号処理モジュール20に電気的に接続している。 The present invention will now be described in more detail with reference to FIGS. 1-10. 1 to 3, 6A and 6B, 7A to 7C, 8A and 8B, the clamping force sensor 1 of the present invention comprises a sensor body 11, a force sensing module 16 and dust. It comprises a plug 15, a torque shaft 13, a steel ball 14, a signal processing module 20, a power module 21, a cushion 12, fixing bases 181, 182, protective sleeves 191, 192, and a fixing ring 17. ing. One end of the sensor body 11 is a torque tool receiving portion 111 for matching the size of the output end of the torque tool, and the other end of the sensor body 11 is a helical guide groove 132 for screwing into the helical guide groove 132 of the torque shaft 13 . A threaded hole 112 having a guide groove 1121 is sewn. The force sensing module 16 is installed at the bottom of the screw hole 112 of the sensor body 11, the force sensing module 16 has a sensing ring body 161 and a force sensing element 162, and has a ring groove 163 on the outer edge of the sensing ring body 161. ing. The force sensing element 162 is attached to the bottom of the ring groove 163 to measure the strain sensing value generated by the axial force received by the sensing ring body 161 and generate a deformation sensing signal. It is electrically connected to the processing module 20 . The sensing ring body 161 is fixed by a mechanism to prevent the sensing ring body 161 from rotating or falling off. Also, the force sensing module 16 is manufactured with various sensing elements capable of sensing an axial force, such as a strain gauge or piezoelectric. The dust plug 15 is installed between the force sensing module 16 and the torque shaft 13 and has a sealing ring 151 that prevents foreign matter from entering the force sensing module 16 . One end of the torque shaft 13 is a helical guide groove 132 formed along its axial diameter. When subjected to torque, in the process of axially sliding along the spiral guide groove 1121 in the screw hole 112 of the sensor body 11, the frictional resistance during rotation is effectively reduced. The generated axial thrust acts on the end face of the dust plug 15 and the end face of the force sensing module 16 . The output end 131 at the other end of the torque shaft 13 is formed in a size suitable for the input end of the sleeve 10 (see FIG. 8B). It is fixed in the ring groove at the outlet end of the screw hole 112, and the torque shaft 13 is slid in the screw hole 112 of the sensor body 11 so as not to fall off. The fixed bases 181 , 182 lock into the cushion socket 113 of the sensor body 11 using the cushion 12 and accommodate the signal processing module 20 and the power module 21 . The signal processing module 20 includes a microprocessor, a signal amplifier, a pairing key switch, a power circuit unit, a signal transmission unit, a gyro, a memory unit, an input/output module, a communication antenna, and a warning unit. and electrically connected to the force sensing element 162 . The signal amplifier of the signal processing module 20 receives and amplifies the sensing signal transmitted from the force sensing element 162, converts it into a digital signal, and calculates the corresponding clamping force value by calculating the pre-verified parameters by the microprocessor. It is calculated and transmitted to a control device or a display device by an input/output module and a communication antenna. The signal processing module 20 is covered with an elastic material and installed on a fixed base 181 . The power supply circuit unit converts power supplied from the outside into power required for the power module 21 . The gyro detects the change in the rotation angle of the sensor body 11, and the memory unit verifies the strain sensing values for the locking spiral bolt joint 8 and the force sensing module 16, and outputs them to the standard axial force meter 9 (see FIG. 8B). ) and store the clamping force parameters obtained by verification. In addition, the verified parameters are stored in the memory unit of the control device or the display device, and the operating personnel can input the specifications of the spiral bolt joint to be locked after starting and pairing to facilitate the acquisition of the corresponding parameters. In addition, if there is a difference between the specifications of the spiral bolted joint used and the washer used in the verification, the measured data will be corrected by the program. The power module 21 is a rechargeable battery, covered with elastic material, installed on the fixed base 182 and electrically connected to the signal processing module 20 . The protective sleeves 191 and 192 are made of a material that does not interfere with the transmission of wireless signals, cover the signal processing module 20 and the power module 21 on the fixed base, and protect the signal processing module 20 and the power module 21 . The signal transmission unit can be a wireless communication module, such as Radio Frequency, Bluetooth, Wi-Fi, ZigBee, etc., or a wired one, such as RS232, RS485, UART (Universal Asynchronous Transceiver Module). ), etc. The input/output module is a USB (Universal Serial Bus) used for charging the battery and updating the firmware. The warning unit is a buzzer or LED (Light Emitting Diode) light that displays signal strength, power status, usage status, etc., and the connection line is electrically connected to the force sensing element 162 of the force sensing module 16 and the signal processing module 20. is doing.

本発明のクランプ力センサー1を使用する前に、操作者は事前にクランプ力センサー1及びロックする螺旋状ボルト継手8を標準軸力計9にロックして検証を行い、力感知モジュール16の歪み感知値と前記特定の仕様の螺旋状ボルト継手との間のクランプ力のパラメータ関係を確立する必要がある。また、クランプ力の発生及び力感知モジュール16の歪み感知値は線形関係にあり、このため、クランプ力の制御がさらに容易で精確になる。また、ロックが必要な螺旋状ボルト継手に対する検証を行うための標準軸力計がない場合、または従来の習慣に従って目標トルクを定めてロックする場合、目標トルクに達するまでロックした際に表示されたクランプ力値を、後続の同様の仕様の螺旋状ボルト継手のクランプ力を制御するための参照目標値とすることにより、均一なクランプ力の制御という目的を達成する。 Before using the clamping force sensor 1 of the present invention, the operator must lock the clamping force sensor 1 and the locking helical bolt joint 8 to a standard axial force meter 9 in advance to verify the strain of the force sensing module 16. It is necessary to establish a clamping force parametric relationship between sensed values and said specific specification of helical bolted joint. Also, the generation of clamping force and the strain sensing value of the force sensing module 16 are in a linear relationship, which makes the control of the clamping force easier and more precise. In addition, if there is no standard axial force meter to verify a helical bolted joint that requires locking, or if locking is performed by setting a target torque according to conventional practice, it is displayed when locking until the target torque is reached. By taking the clamping force value as a reference target value for controlling the clamping force of subsequent helical bolted joints of similar specifications, the goal of uniform clamping force control is achieved.

本発明のクランプ力センサー1を使用してロック作業を行う場合、操作人員はクランプ力センサー1及び制御装置または表示装置をペアリングした後、締結する螺旋状ボルト継手8の仕様、目標とするクランプ力、及び制御精度等を入力し、トルク工具によりクランプ力センサー1にトルクを付勢して螺旋状ボルト継手8をロックする。ロック過程では、クランプ力センサー1のトルクシャフト13の一端はその螺旋状ガイド溝132及びセンサー本体11のネジ穴112の螺旋状ガイド溝1121が形成する螺旋機構により、ダストプラグ15に対して軸方向推力を発生させて力感知モジュール16の端面を圧搾し、力感知モジュール16に変形を生じさせ、同時に、トルクシャフト13の他端が螺旋状ボルト継手8をロックしてクランプ力を発生させる。クランプ力及び力感知モジュール16が発生させる歪み感知値及びロックする螺旋状ボルト継手8が一定のパラメータ関係を有している。信号処理モジュール20は事前に検証して取得した力感知モジュール16の歪み感知値及び前記特定の仕様の螺旋状ボルト継手8が対応するクランプ力のパラメータ関係に基づいて、続いて螺旋状ボルト継手8に作用するクランプ力を算出する。目標とするクランプ力に達した場合、トルク工具の制御装置は動力源を切断するか、または表示装置が音声或いはライトにより操作人員に掲示することで操作を停止させ、合否を判定する。付勢するトルクが消失した場合、トルクシャフト13は感知リング本体161及びダストプラグ15の剛性弾性回復力、及びトルクシャフト13の複数の螺旋設計が形成している大きなねじピッチ及び大きなリード角により、弾性回復抵抗力を最小にまで減少させ、トルクシャフト13を力を付勢していない状態に回復させ、力感知モジュール16の歪み感知値を0にする。 When performing locking work using the clamping force sensor 1 of the present invention, the operator pairs the clamping force sensor 1 and the control device or display device, then the specification of the spiral bolt joint 8 to be tightened, the target clamp A force, control accuracy, etc. are input, and torque is applied to the clamping force sensor 1 by a torque tool to lock the helical bolt joint 8 . In the locking process, one end of the torque shaft 13 of the clamping force sensor 1 is axially moved relative to the dust plug 15 by the spiral mechanism formed by the spiral guide groove 132 and the spiral guide groove 1121 of the screw hole 112 of the sensor body 11 . A thrust force is generated to squeeze the end face of the force sensing module 16, causing the force sensing module 16 to deform, while the other end of the torque shaft 13 locks the helical bolt joint 8 to generate a clamping force. The strain sensing value generated by the clamping force and force sensing module 16 and the locking helical bolt joint 8 have a certain parametric relationship. The signal processing module 20 then determines the helical bolt joint 8 based on the previously verified and obtained strain sensing value of the force sensing module 16 and the parameter relationship of the clamping force corresponding to the helical bolt joint 8 of the specific specification. Calculate the clamping force acting on When the target clamping force is reached, the control device of the torque tool cuts off the power source, or the display device stops the operation by displaying voice or light to the operator, and judges whether the operation is successful or not. When the urging torque disappears, the torque shaft 13 will have a high thread pitch and lead angle due to the rigid elastic recovery force of the sensing ring body 161 and the dust plug 15, and the multiple helical design of the torque shaft 13. The elastic recovery resistance force is reduced to a minimum, the torque shaft 13 is recovered to the unforced state, and the strain sensing value of the force sensing module 16 is set to zero.

さらに、本発明のクランプ力センサー1を空圧、電動、或いは油圧等の動力締結工具に使用する場合、目標クランプ力までロックする前に、工具の制御機制を利用して工具のロック速度を減速させ、間欠型タップに改変して目標クランプ力に達するまで徐々にロックする。これによりクランプ力の制御精度を効果的に向上している。 Furthermore, when the clamping force sensor 1 of the present invention is used in a power fastening tool such as a pneumatic, electric or hydraulic power fastening tool, the locking speed of the tool is reduced using the tool control mechanism before locking to the target clamping force. and then modified to an intermittent tap and gradually locked until the target clamping force is reached. This effectively improves the control accuracy of the clamping force.

続いて、図4Aと図4B、図5、図6Aと図6B、図8Aと図8Bを参照すれば、本発明のクランプ力センサー1は内蔵方式でステアリングギア23、24を有している伝動トルク工具に応用している。トルク工具のモーター減速機構の出力端はクランプ力センサー1のセンサー本体11のトルク工具受け部111に挿入する。クランプ力センサー1にトルクを付勢する場合、クランプ力センサー1のトルクシャフト13の出力端131はベアリング22を貫通してステアリングギア23に挿入し、噛合する他のステアリングギア24を連動する。ステアリングギア24の出力軸25は他のベアリング26を貫通していると共に固定リング27により固定し、出力軸25をスリーブ10に挿入して螺旋状ボルト継手8をロックする。螺旋状ボルト継手8はボルト81と、ワッシャー82と、被ロック部材84と、ナット83と、を備えている。図4A、図4B、及び図5の原理は図1乃至図3の原理と同じであり、これらは全てクランプ力センサー1にトルクを付勢する際に、同時にトルクシャフト13の両端にあるねじピッチが異なる螺旋機構を駆動させ、螺旋状ガイド溝132がセンサー本体11の螺旋状ガイド溝1121に沿って力感知モジュール16に対して発生させる軸方向推力FSWが発生させる歪み感知値、及び他端がロックした螺旋状ボルト継手8(図6Aと図6B参照)に対して発生させるクランプ力FB&Wは、標準軸力計9(図8Aと図8B参照)により事前に検証することで歪み感知値が対応する軸方向推力FSW及びクランプ力FB&Wのパラメータ関係を確立する。次いで、前記パラメータ関係を、螺旋状ボルト継手8のクランプ力を検知すると共に制御するための根拠とする。 4A and 4B, 5, 6A and 6B, 8A and 8B, the clamping force sensor 1 of the present invention has a steering gear 23, 24 in a self-contained manner. It is applied to torque tools. The output end of the torque tool motor reduction mechanism is inserted into the torque tool receiving part 111 of the sensor body 11 of the clamping force sensor 1 . When torque is applied to the clamping force sensor 1, the output end 131 of the torque shaft 13 of the clamping force sensor 1 passes through the bearing 22 and is inserted into the steering gear 23 to engage the other steering gear 24 that is engaged. The output shaft 25 of the steering gear 24 passes through another bearing 26 and is fixed by a fixing ring 27. The output shaft 25 is inserted into the sleeve 10 and the helical bolt joint 8 is locked. The spiral bolted joint 8 includes a bolt 81 , a washer 82 , a locked member 84 and a nut 83 . The principles of FIGS. 4A, 4B, and 5 are the same as those of FIGS. 1-3, all of which apply torque to the clamping force sensor 1 while simultaneously adjusting the thread pitch on both ends of the torque shaft 13. drive different spiral mechanisms, the axial thrust force F SW generated by the spiral guide groove 132 against the force sensing module 16 along the spiral guide groove 1121 of the sensor body 11 , and the strain sensing value generated by the other end The clamping force F B&W exerted on the locked helical bolted joint 8 (see FIGS. 6A and 6B) can be obtained by prior verification with a standard axial force meter 9 (see FIGS. 8A and 8B) to obtain the strain sensing establish the corresponding axial thrust F SW and clamping force F B&W parametric relationships. Said parameter relationships are then used as the basis for sensing and controlling the clamping force of the helical bolted joint 8 .

続いて、図6Aと図6B、図7A乃至図7C、図6Aと図6Bを参照すれば、トルクシャフト13の螺旋状ガイド溝132及びセンサー本体11のネジ穴112内にある螺旋状ガイド溝1121がねじ山の46mmの有効径、50mmのねじピッチ、5である螺旋数を形成し、且つ算出したリード角は59.97°であり、トルクシャフト13の他端が締結する螺旋状ボルト継手8はM20であり、ねじピッチは2mmであり、単一の螺旋のリード角は2.03°である。図7A乃至図7Cに示されるように、500Nmのトルクがクランプ力センサー1に作用し、トルクシャフト13がM20の螺旋状ボルト継手8を締結して188,496Nのクランプ力FB&Wを発生させると同時に、他端の5の螺旋数の螺旋状ガイド溝132がセンサー本体11のネジ穴112内にある螺旋状ガイド溝1121に沿ってダストプラグ15及び力感知モジュール16に対して発生させる軸方向推力FSWは11,938Nである。また、628.32Nの軸方向推力FSWがダストプラグ15及び感知リング本体161を圧縮して発生させる変形は、全てダストプラグ15及び感知リング本体161の降伏強度範囲内に設計されている。以上のトルクにより推力を計算する際に採用する効率ηは全て推定値であり、力感知モジュールの変形値及び標準軸力計9により測定した螺旋状ボルト継手8に作用するクランプ力の両者の換算パラメータの実際の検証には影響しない。且つ、図6Aと図6Bに示されるように、トルクシャフト13の螺旋状ガイド溝132のリード角は59.97°に設計し、その摩擦角より大きい(本発明の例では、センサー本体11の螺旋状ガイド溝1121及びトルクシャフト13の螺旋状ガイド溝132は5である螺旋数を形成し、ねじピッチを増加させ、リード角を大きくし、力感知モジュール16に作用する軸方向力を効果的に低下させている。螺旋状ガイド溝内には複数の鋼球14及び潤滑油を填入し、ボールねじの設計と同様に、螺旋機構の摩擦抵抗力を最低まで減らしている。摩擦係数fを0.1として計算し、f=0.1=tan(θ)とし、θ=5.7度を算出する。前記螺旋の当量摩擦角が5.7度に等しく、すなわち、セルフロック角が5.7度に等しい)。よって、トルクシャフト13のリード角が摩擦角5.7度よりもずっと大きく、トルクが解除された場合、ダストプラグ15及び力感知モジュール16の両者の剛性弾性回復力により、トルクシャフト13を簡単に反転させて緩めることができ、力感知モジュール16の感知値を0にする。 Next, referring to FIGS. 6A and 6B, FIGS. 7A to 7C, FIGS. 6A and 6B, the spiral guide groove 132 of the torque shaft 13 and the spiral guide groove 1121 in the screw hole 112 of the sensor body 11 forms a thread with an effective diameter of 46 mm, a thread pitch of 50 mm, a spiral number of 5, and a calculated lead angle of 59.97°. , the thread pitch is 2mm, and the single helix lead angle is 2.03°. As shown in FIGS. 7A-7C, a torque of 500 Nm is applied to the clamping force sensor 1, causing the torque shaft 13 to tighten the M20 helical bolted joint 8 and generate a clamping force F B&W of 188,496 N. , the spiral guide groove 132 of 5 spirals at the other end generates an axial thrust F against the dust plug 15 and the force sensing module 16 along the spiral guide groove 1121 in the screw hole 112 of the sensor body 11 . SW is 11,938N. In addition, the deformation caused by compressing the dust plug 15 and the sensing ring main body 161 by the 628.32 N axial thrust force F SW is all designed within the yield strength range of the dust plug 15 and the sensing ring main body 161 . Efficiency η used when calculating the thrust from the above torque is an estimated value, and conversion of both the deformation value of the force sensing module and the clamping force acting on the spiral bolt joint 8 measured by the standard axial force meter 9 It does not affect the actual validation of the parameters. In addition, as shown in FIGS. 6A and 6B, the lead angle of the spiral guide groove 132 of the torque shaft 13 is designed to be 59.97°, which is larger than the friction angle (in the example of the present invention, the helical The guide groove 1121 and the spiral guide groove 132 of the torque shaft 13 form a spiral number of 5, which increases the thread pitch, increases the lead angle, and effectively reduces the axial force acting on the force sensing module 16. A plurality of steel balls 14 and lubricating oil are filled in the spiral guide groove to reduce the frictional resistance of the spiral mechanism to the minimum, similar to the design of the ball screw, with a friction coefficient f of 0.1. and set f = 0.1 = tan(θ) to calculate θ = 5.7 degrees, the equivalent friction angle of the helix is equal to 5.7 degrees, ie the self-locking angle is equal to 5.7 degrees). Therefore, when the lead angle of the torque shaft 13 is much larger than the friction angle of 5.7 degrees and the torque is released, the rigid elastic restoring force of both the dust plug 15 and the force sensing module 16 will easily cause the torque shaft 13 to reverse. can be loosened by pressing the force sensing module 16 to zero.

図8Aと図8Bに示されるように、パラメータ検証に関連する構造を設置し、トルク工具により本発明のクランプ力センサー1にトルクを付勢し、スリーブ10を加えることで、特定の仕様のボルト81及びワッシャー82(螺旋状ボルト継手8)が標準軸力計9の軸孔を貫通し、テスト台90に螺合した後、ナット83によりロックする。検証を行う場合、クランプ力センサー1の力感知モジュール16が螺旋機構が発生させる軸方向推力を受けて発生させる歪み感知値は、信号処理モジュール20により増幅処理を行ってデジタル感知信号とした後、信号伝送ユニットにより制御装置または表示装置に伝送する。ロックされる螺旋状ボルト継手8が標準軸力計9により測定したクランプ力も制御装置または表示装置に同期で伝送し、クランプ力及び歪み感知値のパラメータ関係を確立する。また、螺旋状ボルト継手8のボルト81、ワッシャー82、ナット83等の仕様を改変した場合、パラメータの検証を再度実行する。 As shown in FIGS. 8A and 8B, by installing the structure associated with parameter verification, applying torque to the clamping force sensor 1 of the present invention with a torque tool, and adding a sleeve 10, bolts of a particular specification 81 and washer 82 (helical bolt joint 8) are passed through the shaft hole of the standard axial force meter 9, screwed into the test table 90, and then locked with a nut 83. For verification, the strain sensing value generated by the force sensing module 16 of the clamping force sensor 1 upon receiving the axial thrust generated by the helical mechanism is amplified by the signal processing module 20 into a digital sensing signal. A signal transmission unit transmits to a control device or a display device. The locked helical bolted joint 8 also synchronously transmits the clamping force measured by the standard axial force meter 9 to a controller or display to establish a parametric relationship between the clamping force and the strain sensed value. Further, when the specifications of the bolt 81, washer 82, nut 83, etc. of the spiral bolted joint 8 are changed, parameter verification is performed again.

図9に示されるように、本発明のクランプ力センサー1を従来の各種トルク工具に応用し、クランプ力センサー1はトルク工具の出力端に付加しているか、トルク工具(図4Aと図4B、図5参照)に内蔵している。ロックする螺旋状ボルト継手に対して事前にパラメータの検証を行い、適切な制御装置または表示装置を組み合わせてペアリングして接続した後、クランプ力センサー1がスリーブを駆動して前記螺旋状ボルト継手をロックする過程において、前記螺旋状ボルト継手に作用しているクランプ力を即時測定し、全てのトルク工具がクランプ力を精確に制御可能となる。 As shown in FIG. 9, the clamping force sensor 1 of the present invention is applied to various conventional torque tools, and the clamping force sensor 1 is attached to the output end of the torque tool, (See Fig. 5). After verifying the parameters in advance for the helical bolt joint to be locked, and pairing and connecting an appropriate control device or display device, the clamping force sensor 1 drives the sleeve to drive the helical bolt joint. During the locking process, the clamping force acting on the helical bolted joint is immediately measured, allowing all torque tools to precisely control the clamping force.

図10に示されるように、本発明のクランプ力センサー1を図9または何れか1種類のトルク工具により駆動して螺旋状ボルト継手をロックする場合、制御装置または表示装置とペアリングした後、螺旋状ボルト継手の仕様及び目標クランプ力を入力する。ロック過程では、信号処理モジュールが続けて歪み感知値を演算して得られたクランプ力を有線またはワイヤレス方式でトルク工具の制御装置または表示装置に即時伝送する。目標とするクランプ力に達すると、合否を判定し、警告音声或いはライトにより掲示するか。或いは動力源を切断し、必要に応じて関連データを周辺のサーバーまたはクラウドデータベースにアップロードする。また、歪み感知値またはクランプ力が所定値を超過している場合、トルク工具の制御装置または表示装置が警告信号を発信すると共に記録する。 As shown in FIG. 10, when the clamping force sensor 1 of the present invention is driven by FIG. 9 or any one type of torque tool to lock a helical bolted joint, after pairing with a controller or display device, Enter the helical bolted joint specifications and target clamping force. In the locking process, the signal processing module continuously calculates the strain sensing value and immediately transmits the obtained clamping force to the control device or display device of the torque tool by wire or wireless method. When the target clamping force is reached, whether to judge pass/fail and display a warning sound or light. Or disconnect the power source and upload the relevant data to a nearby server or cloud database as needed. Also, if the strain sensing value or clamping force exceeds a predetermined value, the torque tool controller or display device will generate and record a warning signal.

従って、本明細書に開示された実施例は、本発明を限定するものではなく、説明するためのものであり、このような実施例によって本発明の思想と範囲が限定されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲により解釈すべきであり、それと同等の範囲内にある全ての技術は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈すべきである。 Accordingly, the embodiments disclosed herein are intended to be illustrative rather than limiting, and the spirit and scope of the invention is not limited by such embodiments. The scope of the present invention should be construed according to the scope of the claims, and all techniques that come within the scope of equivalents thereof should be considered within the scope of the present invention.

1 クランプ力センサー
11 センサー本体
111 トルク工具受け部
112 ネジ穴
1121 螺旋状ガイド溝
113 クッションソケット
12 クッション
13 トルクシャフト
131 出力端
132 螺旋状ガイド溝
14 鋼球
15 ダストプラグ
151 シールリング
16 力感知モジュール
161 感知リング本体
162 力感知素子
163 リング溝
17 固定リング
181 固定台
182 固定台
191 保護スリーブ
192 保護スリーブ
20 信号処理モジュール
21 パワーモジュール
22 ベアリング
23 ステアリングギア
24 ステアリングギア
25 出力軸
26 ベアリング
27 固定リング
8 螺旋状ボルト継手
81 ボルト
82 ワッシャー
83 ナット
84 被ロック部材
9 標準軸力計
10 スリーブ
90 テスト台
Reference Signs List 1 clamping force sensor 11 sensor body 111 torque tool receiving portion 112 screw hole 1121 spiral guide groove 113 cushion socket 12 cushion 13 torque shaft 131 output end 132 spiral guide groove 14 steel ball 15 dust plug 151 seal ring 16 force sensing module 161 Sensing ring body 162 force sensing element 163 ring groove 17 fixing ring 181 fixing base 182 fixing base 191 protective sleeve 192 protective sleeve 20 signal processing module 21 power module 22 bearing 23 steering gear 24 steering gear 25 output shaft 26 bearing 27 fixing ring 8 spiral shaped bolt joint 81 bolt 82 washer 83 nut 84 member to be locked 9 standard axial force gauge 10 sleeve 90 test stand

Claims (11)

一端はトルク工具受け部であり、トルク工具の出力端のサイズに適合し、他端には螺旋状ガイド溝を有しているを形成し、の底部には力感知モジュールを収容し、且つトルクシャフトの対応する螺旋状ガイド溝に螺合しているセンサー本体と、
感知リング本体及び力感知素子を含み、感知リング本体の外縁にはリング溝を有し、力感知素子はリング溝底部に貼付し、感知リング本体の軸方向への歪み感知値(strain value)を感知し、且つ信号処理モジュールに電気的に連結している力感知モジュールと、
感知モジュールとトルクシャフトとの間に設置し、且つ力感知モジュールへの異物の進入を防止するためのシールリングを設置しているダストプラグと、
軸径の一端にはセンサー本体の内に対応する複数の螺旋の螺旋状ガイド溝を有し、他端には特定の仕様のボルト継手をロックするようにスリーブの入力端のサイズに適合する駆動ヘッドを形成するトルクシャフトと、
回転時の摩擦抵抗力を減少させるようにセンサー本体の螺旋状ガイド溝とトルクシャフトの螺旋状ガイド溝との間に複数填入する鋼球と、
備えていること
を特徴とするボルトロック操作用ボルトクランプ力センサー。
one end is a torque tool receiving part, the other end forms a hole with a spiral guide groove, the bottom of the hole accommodates a force sensing module; and a sensor body screwed into a corresponding helical guide groove of the torque shaft;
It comprises a sensing ring body and a force sensing element, the sensing ring body has a ring groove on its outer edge, and the force sensing element is attached to the bottom of the ring groove to measure the strain value in the axial direction of the sensing ring body. a force sensing module sensing and electrically coupled to the signal processing module;
a dust plug installed between the force sensing module and the torque shaft and having a seal ring to prevent foreign objects from entering the force sensing module;
One end of the shaft diameter has a plurality of helical spiral guide grooves corresponding in the hole of the sensor body, and the other end is adapted to the size of the input end of the sleeve so as to lock the bolted joint of specific specifications. a torque shaft forming a drive head;
a plurality of steel balls inserted between the helical guide groove of the sensor body and the helical guide groove of the torque shaft so as to reduce frictional resistance during rotation;
A bolt clamp force sensor for bolt lock operation, characterized by comprising :
センサー本体内部または外側に設置し、且つ信号増幅器と、マイクロプロセッサと、電源回路ユニットと、信号伝送ユニットと、入出力モジュールと、ジャイロと、メモリユニットと、通信用アンテナと、警告ユニットとを有し、信号増幅器は力感知モジュールが接続線を介して信号処理モジュールに伝送した感知信号を増幅し、マイクロプロセッサにより事前補正パラメータを用いて演算することで対応するクランプ力値を取得し、電源回路ユニットは外部から供給する電源をパワーモジュールが必要とする電源に変換し、信号伝送ユニットはワイヤレス或いは有線によって制御装置または表示装置に伝送し、入出力モジュールはUSB(Universal Serial Bus)であり、バッテリーの充電及びファームウェアを更新して使用するために用い、ジャイロはボルトクランプ力センサーの回転角度の変移を検知するために用い、メモリユニットは検証し取得したロックする各ボルト継手及び力感知モジュールの歪み感知値を標準軸力計により検証することで取得したパラメータ関係を記憶し、警告ユニットはブザーまたはLED(Light Emitting Diode)ライトであり、信号の強弱、電源状態、または使用状態を表示する信号処理モジュールと、 installed inside or outside the sensor body, and has a signal amplifier, a microprocessor, a power circuit unit, a signal transmission unit, an input/output module, a gyro, a memory unit, a communication antenna, and a warning unit; and the signal amplifier amplifies the sensing signal transmitted from the force sensing module to the signal processing module through the connection line, and the microprocessor calculates using the pre-correction parameter to obtain the corresponding clamping force value, and the power supply circuit The unit converts the power supplied from the outside into the power required by the power module, the signal transmission unit transmits wirelessly or by wire to the control device or display device, the input/output module is a USB (Universal Serial Bus), and the battery The gyro is used to detect the change in the rotation angle of the bolt clamp force sensor, and the memory unit is used to verify and acquire the distortion of each bolt joint and force sensing module that locks. The parameter relationship obtained by verifying the sensing value with a standard axial force meter is stored, and the warning unit is a buzzer or LED (Light Emitting Diode) light. a module;
充電可能なバッテリーであり、且つ信号処理モジュールに電気的に接続しているパワーモジュールと、 a power module that is a rechargeable battery and is electrically connected to the signal processing module;
センサー本体にロックし、且つ保護スリーブにより信号処理モジュール及びパワーモジュールを予め被覆している固定台と、 a fixture that locks onto the sensor body and pre-covers the signal processing module and power module with a protective sleeve;
ワイヤレス信号の伝送を阻害しない材質で製造し、信号処理モジュール及びパワーモジュールを保護するための保護スリーブと、 a protective sleeve for protecting the signal processing module and the power module, manufactured from a material that does not interfere with wireless signal transmission;
力感知モジュールの力感知素子及び信号処理モジュールに電気的に接続している接続線と、 connection lines electrically connecting the force sensing elements of the force sensing module and the signal processing module;
センサー本体の穴内で脱落しないようにスライドするようにトルクシャフトを支持している固定リングと、を備えていること a retaining ring supporting the torque shaft so that it slides against falling out within the hole in the sensor body.
を特徴とする請求項1に記載のボルトロック操作用ボルトクランプ力センサー。 The bolt clamping force sensor for bolt locking operation according to claim 1, characterized by:
前記センサー本体の螺旋状ガイド溝及び前記トルクシャフトの螺旋状ガイド溝は同じ複数の巻き数の螺旋をそれぞれ有していると共にロックするボルト継手の螺旋方向と同じであること
を特徴とする請求項1に記載のボルトロック操作用ボルトクランプ力センサー。
The helical guide groove of the sensor body and the helical guide groove of the torque shaft each have the same number of spiral turns and are the same as the helical direction of the locking bolt joint . 2. A bolt clamping force sensor for bolt lock operation according to 1.
前記トルクシャフトの螺旋状ガイド溝のリード角は摩擦角より大きく、且つ前記ダストプラグ及び前記感知リング本体の軸方向で作用する前記トルクシャフトの推力は全て前記トルクシャフト、前記ダストプラグ、及び前記感知リング本体の降伏強度範囲内にあり、トルクが解除された場合、前記感知リング本体及び前記ダストプラグの弾性回復力により、トルクシャフトが螺旋状ガイド溝に沿って反転復位し、力感知モジュールの感知値を0にすること
を特徴とする請求項1に記載のボルトロック操作用ボルトクランプ力センサー。
The lead angle of the helical guide groove of the torque shaft is greater than the friction angle, and the thrust of the torque shaft acting in the axial direction of the dust plug and the sensing ring body is all caused by the torque shaft, the dust plug and the sensing. When the torque is released within the yield strength range of the ring body, the elastic recovery force of the sensing ring body and the dust plug causes the torque shaft to reverse and restore along the helical guide groove, so that the force sensing module senses 2. The bolt clamping force sensor for bolt locking operation according to claim 1, wherein the value is set to 0.
前記信号処理モジュールは前記歪み感知値を演算することで取得したクランプ力を、有線またはワイヤレス方式でトルク工具の制御装置または表示装置に伝送し、これによりボルト継手のクランプ力を制御し、前記歪み感知値または前記クランプ力が所定値を超過している場合、前記トルク工具の制御装置または表示装置が警告信号を発信すると共に記録すること
を特徴とする請求項に記載のボルトロック操作用ボルトクランプ力センサー。
The signal processing module transmits the clamping force obtained by calculating the strain sensing value to the control device or display device of the torque tool in a wired or wireless manner, thereby controlling the clamping force of the bolted joint and the strain 3. The bolt for bolt locking operation according to claim 2 , wherein when the sensing value or the clamping force exceeds a predetermined value, the control device or the display device of the torque tool outputs and records a warning signal. clamp force sensor.
前記力感知モジュールは軸方向力を感知するこ
を特徴とする請求項1に記載のボルトロック操作用ボルトクランプ力センサー。
The bolt clamping force sensor for bolt locking operation of claim 1, wherein the force sensing module senses an axial force.
前記トルクシャフトにトルクを付勢する過程において、同軸で回転する上下2つの螺旋機構により、下端で特定の仕様のボルト継手をロックすると同時に、他端の螺旋機構の圧迫力感知モジュールにより、事前に検証して確立したクランプ力換算パラメータに基づいて、当時ボルト継手に作用したクランプ力を信号処理モジュールにより演算して取得すること
を特徴とする請求項に記載のボルトロック操作用ボルトクランプ力センサー。
In the process of applying torque to the torque shaft, the upper and lower two spiral mechanisms rotating coaxially lock the bolt joint of a specific specification at the lower end, and at the same time, the pressure force sensing module of the spiral mechanism at the other end preliminarily The bolt clamping force sensor for bolt locking operation according to claim 2 , wherein the clamping force acting on the bolted joint at that time is calculated and acquired by the signal processing module based on the clamping force conversion parameter established by verification. .
マイクロプロセッサの演算に使用するパラメータは、ボルトクランプ力センサーにトルクを付勢して特定の仕様のボルト継手及び標準軸力計をロックする際に、前記ボルトクランプ力センサーの力感知モジュールの歪み感知値及び前記特定の仕様のボルト継手に作用するクランプ力により換算したパラメータを確立すると同時に、それを信号処理モジュールのメモリユニットまたはペアリングしている制御装置または表示装置に保存すること
を特徴とする請求項に記載のボルトロック操作用ボルトクランプ力センサー。
The parameters used in microprocessor calculations are the strain sensing of the force sensing module of the bolt clamping force sensor when torque is applied to the bolt clamping force sensor to lock a specific specification bolted joint and standard axial force gauge. values and parameters scaled by the clamping forces acting on bolted joints of said specific specification and simultaneously storing them in the memory unit of the signal processing module or in a paired control or display device. The bolt clamping force sensor for bolt locking operation according to claim 7 .
ボルト継手は何れか1項の内容が改変された場合、全てクランプ力の換算パラメータを再検証し、前記内容はボルトの仕様、ワッシャー、またはロックする物品であること
を特徴とする請求項7に記載のボルトロック操作用ボルトクランプ力センサー。
All bolted joints re-verify the clamping force conversion parameters if any one of the contents is modified, and the contents are bolt specifications, washers , or locking items. Bolt clamping force sensor for bolt locking operation as described.
前記信号処理モジュールは前記歪み感知値を演算することにより取得したクランプ力を有線またはワイヤレス方式によりトルク工具の制御装置または表示装置に伝送し、これによりボルトのクランプ力を制御し、前記歪み感知値またはクランプ力が所定値を超過している場合、前記制御装置または前記表示装置が警告信号を発信すると共に記録すること
を特徴とする請求項に記載のボルトロック操作用ボルトクランプ力センサー。
The signal processing module transmits the clamping force obtained by calculating the strain sensing value to a control device or display device of the torque tool by wire or wireless method, thereby controlling the clamping force of the bolt and the strain sensing value. 3. The bolt clamping force sensor for bolt locking operation according to claim 2 , wherein the controller or the display device issues and records a warning signal when the clamping force exceeds a predetermined value.
前記ボルトクランプ力センサーはトルク工具に外付けまたは内蔵し、これによりボルト継手に作用するクランプ力を直接検知するクランプ力レンチまたはクランプ力ドライバーに変換し、前記トルク工具は従来のトルクレンチまたはトルクドライバーであること
を特徴とする請求項1に記載のボルトロック操作用ボルトクランプ力センサー。
The bolt clamping force sensor is externally attached to or built into the torque tool, thereby converting it into a clamping force wrench or clamping force driver that directly senses the clamping force acting on the bolted joint , and the torque tool is a conventional torque wrench or torque screwdriver. The bolt clamping force sensor for bolt locking operation according to claim 1, characterized in that:
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