JP7296663B2

JP7296663B2 - 締付機

Info

Publication number: JP7296663B2
Application number: JP2021559563A
Authority: JP
Inventors: 友介堀場
Original assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Current assignee: Sanyo Machine Works Ltd
Priority date: 2021-05-14
Filing date: 2021-05-14
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2041-05-14
Also published as: WO2022239229A1; EP4116037A1; CA3138053A1; US20230191571A1; CN115623865A; JPWO2022239229A1; EP4116037A4; US12000713B2

Description

本発明はトルクレンチやナットランナなどの締付機に係り、詳しくは、ボルトやナットに嵌合するソケット部の位置を検知可能な締付機に関する。

ボルトやナットを締結又は緩解する締付機としてのトルクレンチは、ボルトやナットに嵌合するソケット部と、当該ソケット部から直線状に延びた本体部（アーム部）を有する。作業者は本体部を手で支持し、ソケット部をボルトやナットに嵌合させて本体部を旋回することでボルトやナットの締結又は緩解を行う。

最近では、ポカヨケやトレーサビリティの観点から、ボルトやナットを締付けたときの締付トルク値をはじめ、目標締付トルク範囲値（下限値・上限値）、締付回数、締付年月日などを表示・記録することが可能なデジタルトルクレンチが普及しつつある（非特許文献１参照）。デジタルトルクレンチから無線又は有線でパソコン側に読出した締付トルク値等を表計算ソフトや専用アプリで管理することで、ボルトやナットの締付トルク適正化や締め忘れ防止、２度締め防止などの締付支援機能を提供することができる。

特開平０６－３３９８６７号公報特開平０７－０８０７７８号公報特許第６０７１１４６号公報

インターネットサイト「ハイブリッドトルクレンチＨＴＷシリーズ」（検索日：２０２１年４月３０日）：http://www.smartautomation.jp/cetop/htw/

ボルトやナットの締付トルク値等をパソコンソフトで管理することは周知である（特許文献１、２参照）。また、車体の組立ラインにおいて可動物体（動力レンチ１２）の位置（三次元位置）を検知可能な位置決めシステムも提案されている（特許文献３）。この位置決めシステムでは、通信モジュールによって動力レンチの位置を検知し、当該位置を、締結すべきボルトの位置及び当該ボルトに適用される締付けデータと比較することによって、各ボルトにおいて動力レンチが許容できる締結作業を行なっているかどうかを評価するようにしている。しかしながら、動力レンチの位置の検知精度が十分ではないため、誤作動のおそれがあった。

そこで本発明の目的は、ソケット部の位置を十分な検知精度で検知可能な締付機を提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明の締付機は、ボルトやナットに嵌合するソケット部を回転させて前記ボルトやナットを締結又は緩解する締付機であって、当該締付機は、測位手段からの測位信号を受信する移動受信部と、前記移動受信部を起点とする前記ソケット部の方向を検知する地磁気センサと、前記移動受信部が受信した測位信号と、締付機から離れた定位置で固定受信部が受信した測位信号を受信し、これら測位信号に基づいて前記移動受信部の三次元位置を補正し、当該補正結果と、前記地磁気センサによって検知した前記ソケット部の方向に基づいて、前記締付機のソケット部の三次元ソケット位置を演算する制御部と、を有することを特徴とする。

また本発明の締付機は、ボルトやナットに嵌合するソケット部を回転させて前記ボルトやナットを締結又は緩解する締付機であって、当該締付機は、前記ソケット部に連結された本体部の長手方向所定間隔で配設され、測位手段からの測位信号を受信する第１と第２の移動受信部と、当該第１と第２の移動受信部が受信した測位信号と、締付機から離れた定位置で固定受信部が受信した測位信号を受信し、これら測位信号に基づいて前記第１と第２の移動受信部の三次元位置を補正し、当該補正結果に基づいて前記締付機のソケット部の三次元ソケット位置を演算する制御部と、を有することを特徴とする。

本発明によれば締付機のソケット部の三次元ソケット位置を十分な検知精度で検知することができるので、締結又は緩解の対象であるボルトやナットの位置とその締付トルク値等を精度よく関連させて記録可能になる。

本発明の実施形態に係るトルクレンチを使用したボルト締付作業の概略図である。本発明の実施形態に係る第１のトルクレンチの概略図である。本発明の実施形態に係る第２のトルクレンチの概略図である。

以下、本発明の実施形態に係る締付機としての第１のトルクレンチ１１０と第２のトルクレンチ１２０を図面を参照して説明する。図１は、トルクレンチ１１０、１２０を使用してボルトＢの締付作業を行っている状態を示している。トルクレンチ１１０、１２０は図２Ａ、図２Ｂのようにグリップ部１１１、１２１、本体部１１２、１２２、ヘッド部４０、ソケット部４１を有する。

（●第１のトルクレンチ）
図２Ａの第１のトルクレンチ１１０は、横方向に延びた本体部１１２の基端側に移動受信部２０を有する。この移動受信部２０は測位手段としての測位衛星（ＧＮＳＳ衛星Ｓａ）からの測位信号（ＧＮＳＳ信号）を受信するためのもので、本体部１１２の先端のヘッド部４０ないしソケット部４１までの距離が所定長さｌに設定されている。

一方、グリップ部１１１の中には地磁気センサ３０が内蔵されている。この地磁気センサ３０は３軸地磁気センサであって、移動受信部２０を起点とするヘッド部４０ないしソケット部４１の方向を検知することができる。当該「方向」はここでは方位と仰俯角を含む。

３軸地磁気センサ３０は、詳しくはＭＲ（magneto-resistive）素子、ＭＩ（magneto-impedance）素子又はホール素子を用いるもの等を利用することができる。また、３軸地磁気センサ３０の検知結果を補正するために、加速度センサ（重力センサ）や角速度センサ（ジャイロセンサ）をグリップ部１１１の中に追加で内蔵してもよい。

これら加速度センサと角速度センサは、いずれか一方のみを内蔵してもよいし、両方とも内蔵してもよい。加速度センサは、いわゆる静電容量検出方式、ピエゾ抵抗方式、熱検知方式等を採用することができ、測定の方式は特に限定されない。同様に、角速度センサは、圧電振動子やシリコン振動子を用いるいわゆる振動方式等を利用することができる。

また、移動受信部２０とグリップ部１１１の中間位置に表示部１０が配設されている。この表示部１０は後述する制御部１１を内蔵し、制御部１１の作用で表示部１０に締付トルク値等を表示することができるようになっている。

（●第２のトルクレンチ）
図２Ｂの第２のトルクレンチ１２０は、本体部１２２の基端側に第１の移動受信部２０を有し、先端側に第２の移動受信部２１を有する。第１と第２の移動受信部２０、２１はＧＮＳＳ衛星からのＧＮＳＳ信号を受信するためのもので、移動受信部２０、２１の間隔ｌ₁は本体部１２２の長手方向に沿って一定長さに設定されている。また、第２の移動受信部２１からヘッド部４０ないしソケット部４１までの距離は、本体部１２２の長手方向延長線上の所定長さｌ₂に設定されている。

（●三次元ソケット位置の演算）
図１において、作業者が支持するトルクレンチ１１０、１２０の移動受信部２０から距離ｄで離れた固定位置に、ＧＮＳＳ衛星ＳａからのＧＮＳＳ信号を受信する固定受信部２２が配設されている。この固定受信部２２はパソコン等で構成される計算機５０と接続され、計算機５０によってトルクレンチ１１０、１２０のソケット部４１の位置を記録する。固定受信部２２と計算機５０で基準局３が構成される。

固定受信部２２で受信されたＧＮＳＳ信号は、図２Ａの第１のトルクレンチ１１０の制御部１１に送られる。制御部１１は、固定受信部２２と移動受信部２０の双方のＧＮＳＳ信号に基づいて移動受信部２０の三次元位置を補正する。

そして、図２Ａの第１のトルクレンチ１１０では、前記補正結果と、地磁気センサ３０によって検知した移動受信部２０を起点とするソケット部４１の方向に基づいて、第１のトルクレンチ１１０のソケット部４１の三次元ソケット位置が制御部１１によって演算される。演算された三次元ソケット位置は表示部１０に表示されるほか、無線ＬＡＮ等により計算機５０に送信される。

一方、図２Ｂの第２のトルクレンチ１２０でも、前述と同様に固定受信部２２で受信されたＧＮＳＳ信号は図２Ｂの第２のトルクレンチ１２０の制御部１１に送られる。制御部１１は、固定受信部２２と第１、第２の移動受信部２０、２１の双方のＧＮＳＳ信号に基づいて、移動受信部２０、２１の三次元位置をそれぞれ補正する。

そして、前記補正結果に基づいて、トルクレンチ１１０、１２０のソケット部４１の三次元ソケット位置が制御部１１によって演算される。演算された三次元ソケット位置は表示部１０に表示されるほか、無線ＬＡＮにより計算機５０に送信される。

このようにして、トルクレンチ１１０、１２０のソケット部４１の三次元ソケット位置が演算されるので、締結又は緩解の対象であるボルトやナットの位置とその締付トルク値等を関連させて計算機５０に記録することができる。

すなわち、締結又は緩解する複数のボルトやナットの三次元作業位置をトルクレンチ１１０、１２０に内蔵したフラッシュメモリなどの不揮発性メモリ（第１記憶部）に格納し、制御部１１が三次元作業位置を三次元ソケット位置と照合することで、ソケット部４１に嵌合したボルトやナットを、締結又は緩解の対象として識別することができる。

表示部１０に表示された規定トルク値と、締結を完了したボルトやナットの締結トルク値とを制御部１１によって比較し、締結トルク値の適否を判定し、締結トルク値の過不足がある場合は表示部１０に点滅表示をしたり、グリップ部１１１、１２１にバイブレーションを発生させたり、内蔵スピーカから警告音を発したりして作業者に注意喚起をすることができる。

また、締結を完了したボルトやナットの三次元作業完了位置をトルクレンチ１１０、１２０に内蔵したフラッシュメモリなどの不揮発性メモリ（第２記憶部）に格納し、制御部１１が三次元作業完了位置を三次元ソケット位置と照合することで、ボルトやナットの２度締めを防止することができる。すなわち、ボルトやナットの２度締めをしようとしたときに、当該２度締めの警告を表示部１０に点滅表示をしたり、グリップ部１１１、１２１にバイブレーションを発生させたり、内蔵スピーカから警告音を発したりして作業者に２度締めの注意喚起をすることができる。

また、本体部１１２、１２２の任意の箇所に制御部１１により作動する音発生器（スピーカ、ブザー等）を設け、当該音発生器から発報される断続音の間隔、大きさ（音圧）及び周波数の少なくとも２つによって、次に締結又は緩解するボルトやナットの三次元作業位置の方向と距離とを示唆するようにしてもよい。例えば、作業者がトルクレンチ１１０、１２０の本体部１１２、１２２を水平に保持した状態で左右方向にゆっくりと揺動させると、本体部１１２、１２２の先のヘッド部４０の方向が次に締結又は緩解するボルトやナットの方向に近づくと発報音の音圧が大きくなる。

そして当該ボルトやナットにヘッド部４０が近づくにつれて発報音の間隔が短くなり、ヘッド部４０が最接近すると発報音が連続音となる。このようにすることで、次に締結又は緩解するボルトやナットの三次元作業位置を作業者が容易に把握することができ、作業効率を高めることができる。また、表示部１０に表示する矢印と数字（メータ単位）とで、次に締結又は緩解するボルトやナットの三次元作業位置の方向と距離とを示すようにしてもよい。また、当該矢印と数字（メータ単位）による表示と前述した発報音とを併用してもよい。

同様に、本体部１１２、１２２の任意の箇所に制御部１１により作動する振動発生器（バイブレータ、振動モータ等）を設け、当該振動発生器から発生される断続振動の間隔、大きさ（振幅）及び周波数の少なくとも２つによって、次に締結又は緩解するボルトやナットの三次元作業位置の方向と距離とを示唆するようにしてもよい。例えば、作業者がトルクレンチ１１０、１２０の本体部１１２、１２２を水平に保持した状態で左右方向にゆっくりと揺動させると、本体部１１２、１２２の先のヘッド部４０の方向が次に締結又は緩解するボルトやナットの方向に近づくと振動発生器の振動が大きくなる。

そして当該ボルトやナットにヘッド部４０が近づくにつれて断続振動の間隔が短くなり、ヘッド部４０が最接近すると連続振動となる。このようにすることで、次に締結又は緩解するボルトやナットの三次元作業位置を作業者が容易に把握することができ、作業効率を高めることができる。また、次に締結又は緩解するボルトやナットの三次元作業位置の方向と距離とを示す矢印と数字（メータ単位）を表示部１０に表示しつつ、前述した断続振動を利用してもよい。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であり、例えば本発明はトルクレンチに限らずナットランナ（主にバッテリ内蔵型電動ナットランナ）や動力レンチにも適用することができる。また、測位手段としてはＧＮＳＳ衛星Ｓａの他、屋内の場合は複数の無線ＬＡＮアクセスポイント等を利用することも可能である。また、移動受信部２０、２１や地磁気センサ３０の配設位置は例示であって、図示する位置に限定されるものではなく、トルクレンチ１１０、１２０の長手方向任意の位置に配設可能である。

３：基準局
１０：表示部
１１：制御部
２０：移動受信部（第１の移動受信部）
２１：移動受信部（第２の移動受信部）
２２：固定受信部
３０：地磁気センサ
４０：ヘッド部
４１：ソケット部
５０：計算機
１１０：第１のトルクレンチ（締付機）
１２０：第２のトルクレンチ（締付機）
１１１、１２１：グリップ部
１１２、１２２：本体部
Ｂ：ボルト
Ｓａ：ＧＮＳＳ衛星（測位手段）

Claims

ボルトやナットに嵌合するソケット部を回転させて前記ボルトやナットを締結又は緩解する作業に使用する締付機であって、当該締付機は、
測位手段からの測位信号を受信する移動受信部と、
前記移動受信部を起点とする前記ソケット部の方向を検知する地磁気センサと、
前記移動受信部が受信した測位信号と、締付機から離れた定位置で固定受信部が受信した測位信号を受信し、これら測位信号に基づいて前記移動受信部の三次元位置を補正し、当該補正結果と、前記地磁気センサによって検知した前記ソケット部の方向に基づいて、前記締付機のソケット部の三次元位置である三次元ソケット位置を作業前又は作業時に演算する制御部と、
を有することを特徴とする締付機。
前記地磁気センサに加えて加速度センサと角速度センサの少なくとも一方を有し、当該加速度センサ又は角速度センサによって前記地磁気センサの検知結果を補正するようにしたことを特徴とする請求項１の締付機。
ボルトやナットに嵌合するソケット部を回転させて前記ボルトやナットを締結又は緩解する作業に使用する締付機であって、当該締付機は、
前記ソケット部に連結された本体部の長手方向所定間隔で配設され、測位手段からの測位信号を受信する第１と第２の移動受信部と、
当該第１と第２の移動受信部が受信した測位信号と、締付機から離れた定位置で固定受信部が受信した測位信号を受信し、これら測位信号に基づいて前記第１と第２の移動受信部の三次元位置を補正し、当該補正結果に基づいて前記締付機のソケット部の三次元位置である三次元ソケット位置を作業前又は作業時に演算する制御部と、
を有することを特徴とする締付機。
前記測位手段がＧＮＳＳ衛星であり、前記測位信号がＧＮＳＳ信号であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項の締付機。
締結又は緩解する複数の前記ボルトやナットの三次元作業位置を記憶可能な第１記憶部を有し、前記制御部が前記三次元作業位置を前記三次元ソケット位置と照合することで、前記ソケット部に嵌合した前記ボルトやナットを締結又は緩解の対象として識別可能にしたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項の締付機。
前記三次元作業位置を表示する表示部を有し、当該表示部に前記三次元作業位置の他に前記ボルトやナットの規定トルク値を表示可能にしたことを特徴とする請求項５の締付機。
前記制御部が、前記規定トルク値と、締結を完了した前記ボルトやナットの締結トルク値とを比較し、前記締結トルク値の適否を判定することを特徴とする請求項６の締付機。
前記表示部に前記判定の結果を表示可能にしたことを特徴とする請求項７の締付機。
前記表示部に、次に締結又は緩解する前記ボルトやナットの三次元作業位置を表示可能にしたことを特徴とする請求項６から８のいずれか１項の締付機。
前記表示部に、次に締結又は緩解する前記ボルトやナットの三次元作業位置の方向と距離とを、矢印と数字とで表示可能にしたことを特徴とする請求項６から９のいずれか１項の締付機。
前記制御部で制御される音発生器を備え、当該音発生器から発報される断続音の間隔、音圧及び周波数の少なくとも２つによって、次に締結又は緩解する前記ボルトやナットの三次元作業位置の方向と距離とを示唆するようにしたことを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項の締付機。
前記制御部で制御される振動発生器を備え、当該振動発生器から発生される断続振動の間隔、振幅及び周波数の少なくとも２つによって、次に締結又は緩解する前記ボルトやナットの三次元作業位置の方向と距離とを示唆するようにしたことを特徴とする請求項６から１０のいずれか１項の締付機。
締結を完了した前記ボルトやナットの三次元作業完了位置を記憶する第２記憶部を有し、前記制御部が前記三次元作業完了位置を前記三次元ソケット位置と照合することで、前記ボルトやナットの２度締めを前記表示部に表示可能にしたことを特徴とする請求項６から１２のいずれか１項の締付機。