JPH10156742A - ボルトの締め付け力管理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 精度の高いボルトの締め付け力の管理を、ロ
ータリエンコーダを設けずにおこなえるボルトの締め付
け力管理装置の提供。 【解決手段】 トルクレンチ２０の先端部２１に設けた
軸４０と、ソケット２３に対し相対的回転可能に軸４０
に装着され、円弧部を有する扇形ギヤ４２と、トルクレ
ンチ２０に装着され、扇形ギヤ４２の歯に対向して配置
されるマイクロスイッチ３８と、このマイクロスイッチ
３８からパルス信号が出力されたとき、サンプルホール
ド部３２にホールドされた遅延トルクを偏差演算手段３
４に出力する出力制御部３３とを含み、ボルト３に螺合
するナット４にソケット２３を嵌着させ、扇形ギヤ４２
を静止させた状態でソケット２３を回すと、扇形ギヤ４
２はソケット２３との間で相対的に回転し、この扇形ギ
ヤ４２の歯に係合する都度マイクロスイッチ３８はから
上述のパルス信号が出力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被締結体を締結す
る際のボルトの締め付けトルクを検出するトルク検出手
段を備え、このトルク検出手段から出力される締め付け
トルクに応じてボルトの締め付け力が所望の値に至った
かどうか管理するボルトの締め付け力管理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、被締結体を締結する際のボルト
の締め付け力、すなわちボルトの軸力と、締め付けトル
ク曲線がよく一致することが知られており、トルク検出
手段を設けてボルトの締め付けトルクを検出し、この検
出された値に基づいてボルトの締め付け力を管理するこ
とが普通におこなわれている。

【０００３】本願出願人は、先に特願平６−１０７９７
２号として、「ねじ締め付け制御方法」を提案した。こ
の先行技術は、締め付けトルク曲線と、この締め付けト
ルク曲線に対応する遅延トルク曲線の差の変化を指標と
してボルトの締め付け力を管理する遅延トルク勾配法を
応用したもので、トルクレンチでナットを回してボルト
を締め付けた時のトルクをトルク検出手段で検出し続け
る一方で、このトルク検出手段で検出される締め付けト
ルクを所定時間サンプルホールド部でホールドさせ、シ
ーケンシャルタイマで設定される上述の所定時間ごと
に、サンプルホールド部から遅延トルクを出力させ、こ
の遅延トルクが出力された時点の現実の締め付けトルク
と当該遅延トルクとの偏差を求め、その偏差に応じてボ
ルトの締め付け力を管理するようにしたものである。

【０００４】図４は本願出願人が先に提案した上述の
「ねじ締め付け制御方法」を説明する図である。この図
４は縦軸に締め付けトルク（Ｔ）を取り、横軸にボルト
を締め付けるナットの回転角、すなわち締め付け回転角
（θｆ）を取ってある。同図４中、ＴＳはボルト締め付
け時に一般に得られるトルク特性曲線、すなわち締め付
けトルク曲線を示している。

【０００５】また、同図４中、Ｐ１，Ｐ２，……Ｐ８
は、管理対象のボルトに螺合するナットが所定回転角だ
け回されるごとに出力されるパルス信号を例示してお
り、Ｔａ，Ｔｂ，……Ｔｈは、パルス信号Ｐ１，Ｐ２，
……Ｐ８のそれぞれの出力時に検出される締め付けトル
クを示している。上述したトルク検出手段は、ナットの
所定回転角ごとに出力される上述のパルス信号Ｐ１，Ｐ
２等に相当するそれぞれの時点で締め付けトルクＴａ，
Ｔｂ等を演算により求めて出力するようになっている。
このようにしてトルク検出手段から出力されるトルク値
は、前述したようにその都度サンプルホールド部にも入
力され、このサンプルホールド部から出力されるものは
遅延トルクとなる。

【０００６】例えば、図４に示す場合は、パルス信号Ｐ
２に対応する締め付けトルクＴｂに関連する遅延トルク
は、前回出力されたパルス信号Ｐ１に対応する締め付け
トルクＴａであり、また、パルス信号Ｐ３に対応する締
め付けトルクＴｃに関連する遅延トルクは、前回出力さ
れたパルス信号Ｐ２に対応する締め付けトルクＴｂであ
る。そして、前述のように関連する締め付けトルクと遅
延トルクとから偏差が求められる。同図４中、Ａ，Ｂ，
……Ｇが偏差であり、例えば偏差Ａ＝Ｔｂ−Ｔａ、偏差
Ｂ＝Ｔｃ−Ｔｂとなる。他の偏差Ｃ……Ｇについても同
様である。これらの偏差Ａ，Ｂ，……Ｇの中の最も大き
い偏差が、ボルトの締め付けを停止させる限界値を決め
る最大偏差となる。今、仮に各偏差の演算、比較過程
で、偏差Ｂが最大偏差と判断されたものとする。

【０００７】なお、本願出願人は、上述の方法を提案す
る以前に、繰り返し実施したボルト締め付け試験のデー
タを見て、ボルト締め付け動作の開始時点から終了時点
の間の中間時点で最大偏差が存在すること、及びこの最
大偏差に比べて締め付けトルク曲線ＴＳの降伏点の近傍
の偏差が「小さな値」となる傾向があることに気が付い
た。その「小さな値」をボルトの締め付け力管理におい
て上述の限界値に相当するものとして採用した。すなわ
ち、上述の（小さな値）／（最大偏差）は、約〔１／
２〕，あるいは〔１／３〕程度となることから、上述し
た限界値を最大偏差の例えば〔１／３〕の値に設定する
ようにした。今の場合は、限界値＝偏差Ｂ×〔１／３〕
となる。最大偏差である偏差Ｂが求められた段階で、直
ちに限界値も上述の関係から演算され、この限界値が記
憶される。

【０００８】そして、このような限界値の演算以降に引
き続きおこなわれるナットの回転操作、すなわちパルス
信号Ｐ４，Ｐ５等の出力に対応する締め付けトルク、遅
延トルクの演算に基づく偏差Ｃ，Ｅ等の演算の都度、そ
の演算により求められた偏差と、上述のようにして記憶
された限界値とが比較される。例えば、偏差Ｆが、記憶
された限界値にほぼ等しくなったものとすると、その時
点でナットの回転、すなわち締め付け操作を停止させ
る。このように最大偏差に基づいて求められる限界値に
応じてボルトの締め付けを停止させることにより、ボル
トを降伏点の近傍域まで締め付けることができ、精度の
高い安定したボルトの締め付け力の管理を実現させるこ
とができる。

【０００９】その後、本願出願人は、上述したシーケン
シャルタイマに相当する機能を、より機械的な構造の安
定したもので実現させる研究を継続した。なお、上述の
提案した方法にあって、精度の高いボルトの締め付け力
の管理を実現させるためには、上述のようにして求める
偏差の個数は、例えば３０位は必要である。すなわち、
シーケンシャルタイマから３０回程度の基準信号を出力
させ、その基準信号が出力されるごとに偏差を求める演
算を実施させる必要がある。したがって、シーケンシャ
ルタイマに相当する機能を有する構造体も、３０回程度
の基準信号を出力し得るものである必要がある。

【００１０】このようなことから、公知の技術からみ
て、シーケンシャルタイマを設ける代わりにロータリエ
ンコーダを設け、このロータリエンコーダから基準信号
を出力させることが一応考えられる。図５は、公知のロ
ータリエンコーダを設けた場合に普通に考えられるボル
トの締め付け力管理装置の構成を示す図である。以下、
この図５の構成について説明する。

【００１１】同図５において、１はベース材、２はベー
ス材１に固定される被締結体、３は被締結体２をベース
材１に固定させるボルト、すなわち締め付け力の管理の
対象とされるボルトである。このボルト３は例えば、ベ
ース材１、被締結体２のそれぞれに形成された孔に挿入
されるようになっている。４はボルト３に螺合するナッ
トで、このナット４を回転させることによりボルト３の
締め付け動作がおこなわれる。

【００１２】５はボルト３に締め付け力を付与するトル
クレンチで、先端の下方部分には前述のナット４に嵌合
するソケット６を有し、先端の上方部分にはソケット６
の回転と同期して回転する可撓性の軸を内蔵するフレキ
シブルシャフト７を備えている。また、例えばトルクレ
ンチ５のアーム８部分には、ボルト３の締め付けトルク
を検出するトルク検出手段を構成するひずみゲージ９を
有し、末端部分にはトルクレンチ５を回す作業者が把持
可能な把持部１０が備えられる。

【００１３】１１は上述したシーケンシャルタイマに代
わるロータリエンコーダで、アースをとるために周囲の
壁等に接触するように配置され、フレキシブルシャフト
７の軸を介して伝えられるソケット６の回転が、所定角
度の回転となるごとに基準信号すなわちパルス信号を出
力する。１２は報知装置で、例えばロータリエンコーダ
１１から出力されるパルス信号と、ひずみゲージ９から
出力されるトルク信号とを入力し、所定の信号処理をお
こなう制御手段１３と、この制御手段１３から出力され
る信号に応じて締め付けトルクを表示する表示手段１４
と、制御手段１３から出力される信号に応じて締め付け
を停止させる警報を発する警報手段１５とを含む。

【００１４】上述した制御手段１３は、例えばマイクロ
コンピュータで構成され、ひずみゲージ９から出力され
るトルク信号に基づいて、ボルト３の締め付けトルクを
演算し、その値を表示信号として表示手段１４に出力す
る表示信号出力手段を備えるほか、上述のようにして演
算された締め付けトルクを所定時間ホールドし、遅延ト
ルクとして出力するサンプルホールド部と、ロータリエ
ンコーダ１１からパルス信号が出力された時点の現実の
締め付けトルクと、パルス信号に応じてサンプルホール
ド部から出力される遅延トルクとの偏差を求める偏差演
算手段と、この偏差演算手段で求められた偏差と予め上
述の観点から設定される限界値とを比較し、偏差が限界
値にほぼ等しくなったとき、トルクレンチ５によるボル
ト３への締め付け力の付与を停止させる停止信号を警報
手段１５に出力する比較手段を備えるものである。

【００１５】このように仮にボルトの締め付け力管理装
置が構成されるものと考えると、その締め付け力管理
は、以下のようにおこなわれることになる。

【００１６】例えばベース材１上に被締結体２を載置
し、それぞれの孔にボルト３を挿入し、このボルト３に
ナット４を螺合させる。ナット４にトルクレンチ５のソ
ケット６を嵌合させ、操作者はトルクレンチ５の把持部
１０を把持してソケット６を回転させる。ソケット６を
回転させた際、抵抗力を感じはじめた時点がひずみゲー
ジ９により初期締め付けトルク（スナッグトルク）が検
出される時であり、ひずみゲージ９からのトルク信号が
制御手段１３に入力される。このトルク信号が制御手段
１３に入力されたときからボルト３の締め付け力の管理
が開始される。

【００１７】なお、ロータリエンコーダ１１からは、ナ
ット４が所定角度、例えば１°回転するごとに、パルス
信号が出力されるようになっている。

【００１８】上述のようにひずみゲージ９からトルク信
号が出力された際、制御手段１３の表示信号出力手段で
そのトルク信号に基づいて締め付けトルクが演算され、
その値が表示信号として表示手段１４に出力され、この
表示手段１４で表示される。またこのとき、上述のよう
にして演算された締め付けトルクが、次回のパルス信号
が制御手段１３に入力されるまで、サンプルホールド部
にホールドされる。そして、ナット４が１°回転し、ロ
ータリエンコーダ１１から基準信号が出力されたとき、
現実に演算されている締め付けトルク（現実の締め付け
トルク）と、サンプルホールド部から出力される、それ
までホールドされていた締め付けトルク、すなわち現実
の締め付けトルクよりも小さな値となる遅延トルク（前
回出力されたパルス信号に対応する締め付けトルク）と
が、制御手段１３の偏差演算手段に入力される。この偏
差演算手段では上述の現実の締め付けトルクと遅延トル
クとの偏差を求める演算を実施し、その偏差を制御手段
１３の比較手段に出力する。なお、この偏差演算手段で
は、各偏差の演算過程において各偏差のうちの最大偏差
を選択し、その最大偏差の例えば〔１／３〕に設定され
る限界値を求める演算もおこなう。この限界値も制御手
段１３の比較手段に出力される。この比較手段では、偏
差が限界値に等しくなったかどうか比較する処理が実施
される。ロータリエンコーダ１１からパルス信号が出力
されるごとに、すなわちナット４の回転角が１°増すご
とに、上述した処理がなされるが、偏差が限界値よりも
大きい間は、比較手段から警報手段１５に停止信号が出
力されることはない。

【００１９】そして、例えばロータリエンコーダ１１か
らパルス信号が３０回出力されたとき、すなわちスナッ
グトルクが検出された時点からナット４が３０°回転し
たとき、比較手段で偏差が限界値にほぼ等しくなったと
判別されたとすれば、その比較手段から警報手段１５に
停止信号が出力される。これにより、警報手段１５から
警報が発せられ、トルクレンチ５を操作している操作者
は、そのトルクレンチ５の回転操作を停止する。これに
より、ボルト３を所望の降伏点の近傍域まで締め付ける
ことができ、精度の高いボルト３の締め付け力の管理を
おこなうことができる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た図５に示すように公知のロータリエンコーダ１１を利
用してボルト３の締め付け力の管理を実施する場合、ロ
ータリエンコーダ１１の単価が比較的高いことから装置
費用が高くなる問題がある。特に、回転角１°ごとにパ
ルス信号を出力しなければならない図５に示すロータリ
エンコーダ１１では、例えば回転角１０°ごとにパルス
信号を出力するように設計されている一般的なロータリ
エンコーダに比べて高い性能を有することを要求される
ことから、その単価がさらに高くなり、これに伴って装
置費用がより高くなってしまう。

【００２１】また、ロータリエンコーダ１１はアースを
とるために周囲の壁等に接触させる動作が必要になるこ
とから、このボルト３の締め付け力の管理を実施する作
業が煩雑になりやすい。

【００２２】本発明は、上記した従来技術における実情
に鑑みてなされたもので、その目的は、ボルトを所望の
降伏点の近傍域まで締め付ける精度の高いボルトの締め
付け力の管理を、ロータリエンコーダを設けることなく
おこなうことができるボルトの締め付け力管理装置を提
供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１に係る発明は、被締結体を締結す
るボルトに螺合するナットに嵌着されるソケットを有
し、上記ボルトに締め付け力を付与するトルクレンチ
と、このトルクレンチに設けられ、上記被締結体を締結
する際の上記ボルトの締め付けトルクを検出するトルク
検出手段と、このトルク検出手段で検出される締め付け
トルクを一旦ホールドするサンプルホールド部を有し、
このサンプルホールド部にホールドされた上記締め付け
トルクを遅延トルクとして出力する遅延出力手段と、上
記トルク検出手段で検出された締め付けトルクと上記遅
延出力手段から出力された遅延トルクとの偏差を求める
偏差演算手段と、この偏差演算手段で求められた上記偏
差と、所定の限界値とを比較し、上記偏差が上記限界値
にほぼ等しくなったとき、上記トルクレンチによる上記
ボルトに対する締め付け力の付与を停止させる信号を出
力する比較手段とを備えたボルトの締め付け力管理装置
において、上記遅延出力手段が、上記ソケットの中心軸
と同軸に位置するように上記トルクレンチの先端部に設
けられた軸と、上記ソケットの回転に相応して相対的に
回転可能に上記軸に装着され、外周縁に円弧部を有する
回転体と、上記トルクレンチに装着され、上記回転体の
上記円弧部の上記ソケットに対する相対的な所定の回転
角ごとに基準信号を出力する信号出力手段と、この信号
出力手段から上記基準信号が出力されたとき、上記サン
プルホールド部にホールドされた遅延トルクを上記偏差
演算手段に出力する制御をおこなう出力制御部とを含む
構成にしてある。

【００２４】このように構成した請求項１に係る発明で
は、管理対象のボルトに螺合するナットにトルクレンチ
のソケットを嵌着させ、回転体を係止させた状態でトル
クレンチすなわちソケットを回すと、回転体はソケット
との間で相対的に回転する。また、ソケットに装着され
た信号出力手段から、回転体の相対的な所定の回転角ご
とに基準信号を出力させることができる。回転体の円弧
部に例えば３０の信号検出単位を設定すれば１信号検出
単位ごとに基準信号が出力され、合計で所望の回数、す
なわちこの場合は３０回の基準信号を出力させることが
できる。

【００２５】なお仮に請求項２，３に係る発明における
ように、回転体をギヤ、例えば扇形ギヤに構成すれば、
その１つの歯を信号検出単位に設定すればよく、この場
合には、信号出力手段を扇形ギヤの１つの歯を検出する
スイッチにすればよい。

【００２６】また、例えば請求項４，５に係る発明にお
けるように、回転体を板状体、例えば基本形状が扇形か
ら成るものに形成すれば、その円弧部の外周縁に沿うよ
うに所定寸法ごとに信号検出単位を設定すればよく、こ
の場合には信号出力手段を、円弧部の外周縁の所定寸法
に設定された信号検出単位の検出ごとに基準信号を出力
するものとすればよい。例えば、信号検出単位を磁性体
の小片とし、信号出力手段をこれらの磁性体の小片を検
出する磁気センサとしてもよく、信号検出単位を板状体
を貫通する孔とし、信号出力手段をこれらの孔に対向可
能な光センサとしてもよい。このような組み合わせは種
々のものが考えられる。

【００２７】また、上述した請求項１に係る発明におい
て、上述した信号出力手段から基準信号が出力されたと
き、サンプルホールド部に一旦ホールドされていた遅延
トルクが出力制御部から偏差演算手段に出力される。こ
のとき同時に、トルク検出手段で検出される現実の締め
付けトルクも偏差演算手段に出力される。偏差演算手段
では、現実の締め付けトルクと遅延トルクとの偏差を求
める演算をおこない、求めた偏差を比較手段に出力す
る。比較手段は、求めた偏差と、最大偏差よりも小さい
所定の限界値、すなわち降伏点の近傍域において生ずる
偏差に相当する限界値とを比較し、上述の求めた偏差が
限界値にほぼ等しくなったとき、トルクレンチによるボ
ルトへの締め付け力の付与を停止させる信号を出力す
る。これに応じてトルクレンチの操作を停止させればよ
い。

【００２８】本発明の請求項１に係る発明では、従来技
術のロータリエンコーダに相当するものを、トルクレン
チの先端部に設けられた軸と、外周縁に円弧部を有する
回転体と、トルクレンチに装着され、回転体の円弧部の
ソケットに対する相対的な所定の回転角ごとに基準信号
を出力する信号出力手段によって構成してある。上述し
た回転体は、構造の簡単な扇形ギヤ等のギヤとか、扇形
等の板状体で構成でき、単価を安くすることができる。
また、信号出力手段も接触型のマイクロスイッチとか、
非接触型の磁気センサや光センサ等で構成できる。した
がって、これも単価を比較的安くすることができる。

【００２９】すなわち、従来技術のロータリエンコーダ
に相当する機能を有する軸、回転体、信号出力手段の組
合わせで、ボルトを所望の降伏点の近傍域まで締め付け
ることができ、精度の高いボルトの締め付け力の管理を
おこなうことができるとともに、その単価を比較的安く
抑えることができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のボルトの締め付け
力管理装置の実施の形態を図に基づいて説明する。

【００３１】図１は本発明のボルトの締め付け力管理装
置の一実施形態を示す側面図、図２は図１に示す一実施
形態の平面図、図３は図１に示す一実施形態の電気系統
を示すブロック図である。

【００３２】図１に示す１はベース材、２はこのベース
材１に固定される被締結体、３は被締結体２をベース材
１に固定させるボルト、すなわち締め付け力の管理の対
象となるボルト、４はボルト３に螺合するナットであ
る。ボルト３は例えば、ベース材１、被締結体２のそれ
ぞれに形成された孔に挿入されるようになっており、ま
た、このボルト３に螺合させたナット４を回転させるこ
とにより、ボルト３の締め付け動作がおこなわれるよう
になっている。これらの部材については、前述した図５
に示すものと、例えば同等である。

【００３３】２０はトルクレンチで、先端部２１の下部
中央位置に下方に向かって突出する突起部２２を有し、
この突起部２２がナット４の頭部に嵌着されるソケット
２３の上部中央に形成した角穴に嵌入される。また、例
えば先端部２１の内部の突起部２２の延長上の部分にト
ルク検出手段を構成するひずみゲージ２４を配置してあ
る。また、トルクレンチ２０の中央部２５の上面側に
は、ひずみゲージ２４を介して検出される締め付けトル
クと、締め付け停止指令が出力されたときのトルク値の
双方を表示可能な表示装置２６を配置してあり、この表
示装置２６の下方に位置する中央部２５の内部には、ひ
ずみゲージ２４に配線接続される後述の制御装置２７を
収納してある。また、トルクレンチ２０の末端部は、ナ
ット４を回転させる操作者の手によって把持される把持
部２８を形成している。この把持部２８の上面には、制
御装置２７と配線接続されるランプ２９を配置してあ
る。また、把持部２８の内部には、制御装置２７に配線
接続されるブザー３０を収納してある。これらのランプ
２９とブザー３０は、トルクレンチ２０を回している操
作者に、その操作を停止するように警報を発する警報手
段を構成している。

【００３４】上述した制御装置２７は、例えばマイクロ
コンピュータで構成され、ひずみゲージ２４から出力さ
れる信号に基づいてトルク値、すなわち締め付けトルク
を演算するトルク演算部３１と、このトルク演算部３１
で求められた締め付けトルクを一旦ホールドするサンプ
ルホールド部３２と、サンプルホールド部３２に一旦ホ
ールドされた締め付けトルク、すなわち遅延トルクを順
次出力する制御をおこなう出力制御部３３と、この出力
制御部３３から出力される遅延トルクを入力し、この遅
延トルクが入力されたときに現実にトルク演算部３１で
演算されている締め付けトルクも同時に入力し、締め付
けトルクと遅延トルクとの偏差を求めるとともに、各偏
差のうちの最大偏差を選択し、その最大偏差に例えば
〔１／３〕を乗じて限界値を求める演算をおこなう偏差
演算手段３４と、この偏差演算手段３４で求められた限
界値を入力して所定の限界値として記憶するとともに、
偏差演算手段３４から出力される偏差と上述の所定の限
界値とを比較し、偏差が限界値にほぼ等しくなったと
き、トルクレンチ２０によるボルト３への締め付け力の
付与を停止させる信号を前述したランプ２９とブザー３
０に出力し、そのときの締め付けトルクを表示させる信
号を前述した表示装置２６に出力させる比較手段３５を
備えている。

【００３５】そして特に、本実施形態では、従来のロー
タリエンコーダに相当する機能を有する構造体として、
図１に示すように、ソケット２３の中心軸３９と同軸に
位置するようにトルクレンチ２０の先端部２１に設けら
れた軸４０と、この軸４０に例えばベアリング４１を介
して回転自在に装着され、外周縁に円弧部を有するギヤ
等の回転体、例えば扇形ギヤ４２と、トルクレンチ２０
に固定した保持台３７に装着され、扇形ギヤ４２の円弧
部のソケット２３に対する相対的な所定の回転角ごとに
基準信号を出力する信号出力手段、例えば、扇形ギヤ４
２の１つの歯に係合する都度、パルス信号を出力するマ
イクロスイッチ３８とを備えている。このマイクロスイ
ッチ３８は、図３に示すように、制御装置２７の出力制
御部３３に接続してある。

【００３６】なお、上述した制御装置２７のサンプルホ
ールド部３２と出力制御部３３、及び上述した扇形ギヤ
４２と、マイクロスイッチ３８とによって、サンプルホ
ールド部３２にホールドされた締め付けトルクを順次、
すなわちマイクロスイッチ３８によって１つのパルス信
号が出力されたときに、遅延トルクとして偏差演算手段
３４に出力する遅延出力手段を構成させてある。

【００３７】このように構成した本実施形態にあって
は、以下のようにしてボルト３の締め付け力の管理をお
こなう。

【００３８】例えばベース材１に被締結体２を載置し、
これらのベース材１、被締結体２の孔のそれぞれにボル
ト３を挿入し、このボルト３にナット４を螺合させる。
ナット４にトルクレンチ２０のソケット２３の六角穴を
嵌合させ、操作者はトルクレンチ２０の把持部２８を把
持してソケット２３を回転させる。ソケット２３を回転
させた際、抵抗力を感じはじめた時点が前述したように
スナッグトルクが検出される時であり、ひずみゲージ２
４からトルク信号が出力されはじめる。このとき、例え
ば操作者は、扇形ギヤ４２の歯に軽く手を押圧し、この
扇形ギヤ４２がトルクレンチ２０と一体的に動かないよ
うに規制する。トルク信号は図３に示す制御装置２７の
トルク演算部３１に入力され、このトルク演算部３１で
ボルト３の締め付けトルクが求められる。このように求
められた締め付けトルクは、トルク演算部３１からサン
プルホールド部３２に出力されるとともに、表示装置２
６と偏差演算手段３４に出力される。表示装置２６で
は、入力された締め付けトルクに相当するトルク値を表
示する。

【００３９】また、上述のようにソケット２３を回転さ
せるためにトルクレンチ２０を操作すると、扇形ギヤ４
２が操作者の手によって押圧されていることから、つま
り静止保持されていることから、扇形ギヤ４２はソケッ
ト２３に対して相対的に回転する状態となる。

【００４０】この扇形ギヤ４２の相対的な回転に際し、
この扇形ギヤ４２の歯がマイクロスイッチ３８に係合す
る位置に至ると、マイクロスイッチ３８が作動し、パル
ス信号が図３の制御装置２７の出力制御部３３に出力さ
れる。すなわち、扇形ギヤ４２の歯のそれぞれがマイク
ロスイッチ３８に係合する都度、このマイクロスイッチ
３８から出力制御部３３にパルス信号が出力される。

【００４１】このようにして出力制御部３３にマイクロ
スイッチ３８からの或るパルス信号が入力されたとき、
出力制御部３３は、サンプルホールド部３２にそれまで
一旦ホールドされていた締め付けトルク、すなわち、前
回のパルス信号に対応する締め付けトルクを遅延トルク
として呼び出し、偏差演算手段３４に出力する制御をお
こなう。サンプルホールド部３２にあっては、出力制御
部３３による上述の遅延トルクの呼び出し動作の直後
に、また新たに、その時点のトルク演算部３１で求めら
れた締め付けトルクを入力し、次の偏差の演算まで遅延
トルクとしてホールドする。

【００４２】また、偏差演算手段３４は、出力制御部３
３からの遅延トルクを入力したとき、その時点のトルク
演算部３１から入力した締め付けトルク（現実の締め付
けトルク）から該当する遅延トルクを減算し、これによ
り偏差を求め、その偏差を比較手段３５に出力する。な
お、このような偏差を求める演算がおこなわれる間、こ
れらの偏差の最大値を最大偏差として選択し、例えばこ
の最大偏差に〔１／３〕を乗じて限界値を求める演算を
おこなう。このようにして求められる限界値も比較手段
３５に出力され、この比較手段３５に所定の限界値とし
て記憶される。また、上述のようにして偏差演算手段３
４で実施される偏差を求める演算は、マイクロスイッチ
３８からパルス信号が出力されるごとに、すなわち、ソ
ケット２３の回転に相応して扇形ギヤ４２の歯のそれぞ
れがマイクロスイッチ３８に係合する動作がおこなわれ
るごとにおこなわれる。

【００４３】比較手段３５では、偏差演算手段３４から
偏差が出力されるごとに、該当する偏差が上述のように
して記憶される所定の限界値にほぼ等しくなったかどう
か比較する処理をおこなう。該当する偏差が限界値より
も大きい間は、比較手段３５からランプ２９、ブザー３
０に、これらを作動させる信号が出力されることはな
い。

【００４４】そして、例えばマイクロスイッチ３８から
パルス信号が３０回出力されたとき、比較手段３５で偏
差が限界値にほぼ等しくなったと判断されたとすれば、
この比較手段３５からランプ２９、ブザー３０、表示装
置２６に、トルクレンチ２０の操作すなわちボルト３の
締め付けを停止させる信号が出力される。これに伴い、
ランプ２９が点灯し、ブザー３０が鳴り、また、表示装
置２６に現実のトルク値とともに、締め付けを停止させ
る信号が出力されたときのトルク値が併せて表示され
る。これらに応じて、トルクレンチ２０を操作している
操作者は、そのトルクレンチ２０の回転操作を停止すれ
ばよい。これにより、ボルト３を所望の降伏点の近傍域
まで締め付けることができ、精度の高いボルト３の締め
付け力の管理をおこなうことができる。

【００４５】上述した本実施形態によれば、従来公知の
ロータリエンコーダに相当するものを、トルクレンチ２
０の先端部２１に設けられた軸４０と、外周縁に円弧部
を有する扇形ギヤ４２と、トルクレンチ２０に装着さ
れ、扇形ギヤ４２の円弧部のソケット２３に対する相対
的な所定の回転角ごとにパルス信号を出力するマイクロ
スイッチ３８とによって構成してあるが、上述した軸４
０及び扇形ギヤ４３は構造が簡単であり、製作費が安く
て済み、また、マイクロスイッチ３８も比較的安い単価
である。

【００４６】すなわち、従来技術のロータリエンコーダ
に相当する機能を有する軸４０、扇形ギヤ４２、マイク
ロスイッチ３８の組合わせで、ボルト３を所望の降伏点
の近傍域まで締め付けることができ、精度の高いボルト
の締め付け力の管理をおこなうことができ、しかも、ロ
ータリエンコーダに比べてその製作費を安くすることが
できる。

【００４７】なお、扇形ギヤ４２の歯数は、一義的に定
められものでなく、必要数設定すればよい。

【００４８】また、本実施形態では、操作者が扇形ギヤ
４２の歯に軽く手を押圧した状態でトルクレンチ２０を
回すだけで所望のボルト３の締め付け力の管理を実現で
き、公知のロータリエンコーダを設ける場合のように壁
等に接触させてアースをとる動作は必要でなく、このボ
ルト３の締め付け力の管理を簡単な作業で実施すること
ができる。

【００４９】さらに、本実施形態では、表示装置２６、
制御装置２７、ランプ２９、及びブザー３０をトルクレ
ンチ２０に装着させてあるので、全体の装置構成がコン
パクトであり、優れた可搬性を有する。

【００５０】なお、上記実施形態では、ボルト３の締め
付け力の管理を実施する際、操作者が扇形ギヤ４２に手
を押圧し、この扇形ギヤ４２を静止させた状態において
トルクレンチ２０を回すようにしてあるが、このように
操作者の手による扇形ギヤ４２の押圧操作に代えて、機
械的手段により扇形ギヤ４２を静止保持させる構成して
もよい。

【００５１】また、上記実施形態では、外周縁に円弧部
を有する回転体として扇形ギヤ４２を設けたが、この扇
形ギヤ４２に代えて例えば基本的形状が扇形から成る板
状体を設けた構成にしてもよい。この場合、円弧部の外
周縁に沿うように所定寸法ごとに信号検出単位を設定す
ればよい。そして、信号検出手段は、その信号検出単位
の検出ごとに基準信号を出力するものとすればよい。例
えば、板状体に設けられる信号検出単位を磁性体の小片
によって構成し、信号出力手段をこれらの磁性体の小片
を検出する磁気センサによって構成してもよく、信号検
出単位を板状体を貫通する孔によって構成し、信号出力
手段をこれらの孔に対向可能な光センサによって構成し
てもよい。このような信号検出単位と信号出力手段との
組み合わせは種々のものが考えられる。

【００５２】このように構成したものも構造が簡単で製
作費が安くて済み、前述した図１〜３に示した実施形態
とほぼ同じ作用効果が得られる。

【００５３】

【発明の効果】本発明の各請求項に係る発明は、以上の
構成にしてあることから、ボルトを所望の降伏点の近傍
域まで締め付ける精度の高いボルトの締め付け力の管理
を、ロータリエンコーダを設けることなく、すなわち、
トルクレンチの先端部に設けられた軸と、ソケットの回
転に相応して相対的に回転可能に軸に装着され、外周縁
に円弧部を有する回転体と、トルクレンチに装着され、
回転体の円弧部のソケットに対する相対的な所定の回転
角ごとに基準信号を出力する信号出力手段とにより実現
させることができ、上述した軸、回転体、及び信号出力
手段は比較的安い単価のものを採用することができ、し
たがって、ロータリエンコーダを設ける従来技術に比べ
て装置費用を安くすることができる。

【００５４】また、ロータリエンコーダを設ける場合に
おこなわれる、周囲の壁等にロータリエンコーダを接触
させてアースをとる動作を本発明の各請求項に係る発明
では必要としないので、このボルトの締め付け力の管理
を実施する作業を従来に比べて簡単にすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のボルトの締め付け力管理装置の一実施
形態を示す側面図である。

【図２】図１に示すの一実施形態の平面図である。

【図３】図１に示す一実施形態の電気系統を示すブロッ
ク図である。

【図４】本願出願人が先に提案した「ねじ締め付け制御
方法」を説明する図である。

【図５】従来技術から考えられるボルトの締め付け力管
理装置を示す図である。

【符号の説明】

１ ベース材 ２ 被締結体 ３ ボルト ４ ナット ２０ トルクレンチ ２１ 先端部 ２２ 突起部 ２３ ソケット ２４ ひずみゲージ ２５ 中央部 ２６ 表示装置 ２７ 制御装置 ２８ 把持部 ２９ ランプ ３０ ブザー ３１ トルク演算部（制御装置） ３２ サンプルホールド部（制御装置） ３３ 出力制御部（制御装置） ３４ 偏差演算手段（制御装置） ３５ 比較手段（制御装置） ３７ 保持台 ３８ マイクロスイッチ（信号出力手段） ３９ 中心軸 ４０ 軸 ４１ ベアリング ４２ 扇形ギヤ（回転体）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被締結体を締結するボルトに螺合するナ
   ットに嵌着されるソケットを有し、上記ボルトに締め付
   け力を付与するトルクレンチと、 このトルクレンチに設けられ、上記被締結体を締結する
   際の上記ボルトの締め付けトルクを検出するトルク検出
   手段と、 このトルク検出手段で検出される締め付けトルクを一旦
   ホールドするサンプルホールド部を有し、このサンプル
   ホールド部にホールドされた上記締め付けトルクを遅延
   トルクとして出力する遅延出力手段と、 上記トルク検出手段で検出された締め付けトルクと上記
   遅延出力手段から出力された遅延トルクとの偏差を求め
   る偏差演算手段と、 この偏差演算手段で求められた上記偏差と、所定の限界
   値とを比較し、上記偏差が上記限界値にほぼ等しくなっ
   たとき、上記トルクレンチによる上記ボルトへの締め付
   け力の付与を停止させる信号を出力する比較手段とを備
   えたボルトの締め付け力管理装置において、 上記遅延出力手段が、 上記ソケットの中心軸と同軸に位置するように上記トル
   クレンチの先端部に設けられた軸と、 上記ソケットの回転に相応して相対的に回転可能に上記
   軸に装着され、外周縁に円弧部を有する回転体と、 上記トルクレンチに装着され、上記回転体の上記円弧部
   の上記ソケットに対する相対的な所定の回転角ごとに基
   準信号を出力する信号出力手段と、 この信号出力手段から上記基準信号が出力されたとき、
   上記サンプルホールド部にホールドされた遅延トルクを
   上記偏差演算手段に出力する制御をおこなう出力制御部
   とを含むことを特徴とするボルトの締め付け力管理装
   置。
2. 【請求項２】 上記回転体がギヤから成り、上記信号出
   力手段が、上記ギヤの歯を検出し、その歯ごとに基準信
   号を出力するスイッチであることを特徴とする請求項１
   記載のボルトの締め付け力管理装置。
3. 【請求項３】 上記ギヤの基本形状を扇形に設定したこ
   とを特徴とする請求項２記載のボルトの締め付け力管理
   装置。
4. 【請求項４】 上記回転体が板状体から成り、上記信号
   出力手段が、上記板状体の外周縁の所定寸法の検出ごと
   に基準信号を出力するものであることを特徴とする請求
   項１記載のボルトの締め付け力管理装置。
5. 【請求項５】 上記板状体の基本形状を扇形に設定した
   ことを特徴とする請求項４記載のボルトの締め付け力管
   理装置。