(57)【要約】【課題】ライナが目標の全長寸法となるように、シャフトの締め込みを管理することができるシャフトの組み付け方法を提供する。【解決手段】ライナ３の内部にシャフト１０を挿入し、シャフト１０の先端部１０ａを他方の口金２２に螺着させて、シャフト１０を仮締めする。シャフト１０の先端部１０ａの端面１０ｂが他方の口金２２に当接するまでシャフト１０を締め込むことにより、シャフト１０の基端側の押圧部１３で一方の口金２１が他方の口金２２に近づく方向に一方の口金２１を押圧しながら、ライナ３を圧縮変形させ、ライナ３の全長寸法を減少させる。シャフト１０の締め込みトルクが、目標トルク以上となり、かつ、締め込みトルクが、目標トルク以上の締め込み時間が、予め設定された設定時間となった際、シャフト１０の端面１０ｂが他方の口金２２に当接したと判断し、シャフト１０の締め込みを完了する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向の両端に一対の口金が取り付けられた樹脂製の高圧タンク用ライナに、シャフトを組み付けるシャフトの組み付け方法であって、
前記一対の口金のうち一方の口金の開口から前記ライナの内部にシャフトを挿入し、前記シャフトの先端部を他方の口金に螺着させる仮締め工程と、
前記シャフトの前記先端部の端面が前記他方の口金に当接するまで前記シャフトを締め込むことにより、前記シャフトの基端側の押圧部で前記一方の口金が前記他方の口金に近づく方向に前記一方の口金を押圧しながら、前記ライナを軸方向に沿って圧縮変形させ、前記ライナの全長寸法を減少させる締め込み工程を含み、
前記締め込み工程において、前記シャフトの締め込みトルクが目標トルク以上の状態で、前記シャフトを締め込む時間が予め設定された時間以上となった際に、前記シャフトの前記先端部の端面が前記他方の口金に当接したと判定し、前記シャフトの締め込みを完了することを特徴とするシャフトの組み付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャフトの組み付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、雄ネジなどが形成されたシャフトを、雌ネジが形成された部材に螺着させ、これを締め込む際には、シャフトの締め込みトルク（締め付けトルク）が管理される。このようなシャフトを締め込む方法として、たとえば、特許文献１には、シャフトの締め込みトルクと締め込み角度を検出し、締め込みトルクに対する締め込み角度微分値を算出し、この角度微分値がゼロになった際に、シャフトの締め込みの完了を判定している方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１３１３３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、軸方向の両端に一対の口金が取り付けられた樹脂製の高圧タンク用ライナにシャフトを組み付けて、ライナの全長寸法を調整することがある。このようなシャフトの組み付け方法では、まず、一方の口金の開口からライナの内部にシャフトを挿入し、シャフトの先端を他方の口金に螺着させ、シャフトの仮締めを行う。
【０００５】
次に、シャフトの先端部の端面が他方の口金に当接するまでシャフトを締め込むことにより、シャフトの基端側の押圧部で一方の口金が他方の口金に近づくようにライナを軸方向に沿って圧縮変形させる。これにより、ライナの全長寸法を目標の全長寸法まで減少させることができる。
【０００６】
そこで、たとえば、ライナにシャフトを組み付ける際に、特許文献１の方法を利用して、シャフトの締め込みトルクの角度微分値がゼロとなるタイミングで、シャフトの締め込みを完了してもよい。
【０００７】
しかしながら、この場合、樹脂製のライナにシャフトを組み込むと、ライナの圧縮方向の変形に反発するように、ライナに復元力が作用するため、シャフトの締め込みトルクが、単調増加せずに、全体的に増加しながら変動（増減）する。このような結果、シャフトの先端部の端面が他方の口金に当接する前に、締め込みトルクの角度微分値がゼロとなることがあり、ライナが目標の全長寸法まで減少していないにも拘わらず、締め込み完了と判定してしまうことが想定される。
【０００８】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ライナが目標の全長寸法となるように、シャフトの締め込みを管理することができるシャフトの組み付け方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を鑑みて、本発明のシャフトの組み付け方法は、軸方向の両端に一対の口金が取り付けられた樹脂製の高圧タンク用ライナに、シャフトを組み付けるシャフトの組み付け方法であって、前記一対の口金のうち一方の口金の開口から前記ライナの内部にシャフトを挿入し、前記シャフトの先端部を他方の口金に螺着させる仮締め工程と、前記シャフトの前記先端部の端面が前記他方の口金に当接するまで前記シャフトを締め込むことにより、前記シャフトの基端側の押圧部で前記一方の口金が前記他方の口金に近づく方向に前記一方の口金を押圧しながら、前記ライナを軸方向に沿って圧縮変形させ、前記ライナの全長寸法を減少させる締め込み工程を含み、前記締め込み工程において、前記シャフトの締め込みトルクが目標トルク以上の状態で、前記シャフトを締め込む時間が予め設定された時間以上となった際に、前記シャフトの前記先端部の端面が前記他方の口金に当接したと判定し、前記シャフトの締め込みを完了することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、締め込み工程において、シャフトを締め込むと、シャフトの基端側の押圧部で、一方の口金を押圧し、ライナを軸方向に沿って圧縮変形させることができる。ここで、樹脂製のライナにシャフトを締め込むと、ライナの圧縮方向の変形に反発するように、ライナに復元力が作用するため、シャフトの締め込みトルクが、単調増加せずに、全体的に増加しながら変動（増減）する。
【００１１】
このような締め込みトルクの変動があったとしても、本発明では、シャフトの締め込みトルクが目標トルク以上の状態で、シャフトを締め込む時間が予め設定された時間以上となった際に、シャフトの締め込みを完了する。これにより、締め込みトルクのみを管理することで締め込み完了の誤判定をすることなく、シャフトの先端部の端面が他方の口金に当接するまでシャフトを締め込んだことを、正確に判定することができる。この結果、シャフトの締め込み途中で、シャフトの締め込みを完了することを防止し、ライナの全長寸法を目標の全長寸法まで、正確に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態に係るシャフトの組み付け方法を説明するための図であり、ライナへのシャフトの状態を示した模式的断面図である。
【図２】（ａ）は、他方の口金近傍の拡大断面図であり、（ｂ）は、一方の口金近傍の拡大断面図である。
【図３】図１に示すシャフトの組み付け方法を実施する組み付け装置の側面図である。
【図４】図１に示すシャフトの組み付け方法の各工程を示したフロー図である。
【図５】図１に示すシャフトの締め込み時間と、締め込みトルクとの関係を示したグラフである。
【図６】図１に示すシャフトの組み付け方法を実施する別の組み付け装置の側面図である。
【図７】図１に示すシャフトの組み付け方法を実施する図６とは異なる別の組み付け装置の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図１〜図７を参照して、本実施形態に係るシャフトの組み付け方法を説明する。
本実施形態に係るシャフトの組み付け方法は、図１に示すように、一対の口金２１、２２が取付けられた高圧タンク用の樹脂製のライナ３に、シャフト１０を組み付ける方法である。
【００１４】
ライナ３が用いられる高圧タンクは、車載用の燃料電池システムで燃料電池に燃料ガスとして水素ガスを貯蔵する燃料タンクである。図１に示すライナ３の外周面と口金２１、２２の一部の外周面を被覆するように、繊維強化樹脂を巻回して繊維強化樹脂層を形成することで、高圧タンクとされる。なお、高圧タンクは、燃料電池システム以外の任意の用途で使用されてもよく、水素ガスの他に、たとえば、ＣＮＧ（圧縮天然ガス）等の各種圧縮ガス、ＬＮＧ（液化天然ガス）、ＬＰＧ（液化石油ガス）等の各種液化ガス、その他の各種加圧物質の燃料ガスが充填されてもよい。
【００１５】
本実施形態では、ライナ３は、燃料ガスに対するガスバリア性を有する樹脂により形成されている。ライナ３を構成する樹脂としては、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロンポリアミド、またはエチレンビニルアルコール共重合体等の熱可塑性樹脂を挙げることができる。
【００１６】
ライナ３は、筒状の胴体部３１と、胴体部３１の両側に連続して形成された一対のドーム状の側端部３２、３３とを備えており、内部には、燃料ガスを貯蔵するための貯蔵空間３４が形成されている。具体的には、胴体部３１は、図１に示すライナ３の軸心Ｃに沿って、所定の長さを有して延在する円筒状の形状を有している。側端部３２、３３は、胴体部３１の両側に連続し、外側に湾曲するように膨出させた形状を有している。側端部３２、３３の頂部は開口しており、側端部３２、３３の開口には、それぞれ金属製の口金２１、２２が取り付けられている。
【００１７】
図２（ｂ）に示すように、一方の口金２１は、アルミニウムまたはその合金等の金属製であり、本体となる筒状部２１ａと、その外周に形成されたフランジ部２１ｂを備えている。一方の口金２１のフランジ部２１ｂは、一方の側端部３２の外面に押し当てられた状態で、接着されている。
【００１８】
筒状部２１ａには、貫通孔２１ｃが形成されており、貫通孔２１ｃには開口２１ｄが形成されている。貫通孔２１ｃは、ライナ３の貯蔵空間３４に連通している。高圧タンクとして使用する際には、一方の口金２１にはバルブ（図示せず）が取り付けられ、バルブ（図示せず）によって高圧タンク内の燃料ガスの放出および流入が行われる。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、他方の口金２２は、一方の口金２１と同様に、アルミニウムまたはその合金等の金属製であり、本体となる筒状部２２ａと、その外周に形成されたフランジ部２２ｂを備えている。他方の口金２２のフランジ部２２ｂは、他方の側端部３３の外面に押し当てられた状態で、接着されている。
【００２０】
筒状部２２ａは、その内部で閉塞されており、筒状部２２ａには、後述するシャフト１０が挿入される凹部２２ｃが形成されている。凹部２２ｃの側面には、シャフト１０に螺着する雌ねじが形成されており、凹部２２ｃには、底面２２ｄが形成されている。本実施形態では、この底面２２ｄに後述するシャフト１０の先端部１０ａの端面１０ｂが当接するまで、螺着したシャフト１０を他方の口金２２に締め込み、これによりライナ３が所定の全長寸法に調節される。なお、図１は、シャフト１０の締め込み途中であり、図１では、後述する、図３のナットランナ６および判定装置７等は省略している。
【００２１】
本実施形態で用いる、シャフト１０は、ライナ３の内部に挿入される棒状のシャフト本体１１と、基端側において、シャフト本体１１の端部（基端部）に取付けられた押圧部材１２と、を備えている。シャフト１０の先端部１０ａ（シャフト１０の先端側の側面）には、他方の口金２２の雌ネジに螺着する雄ネジが形成されている。シャフト１０の先端部１０ａには、シャフト１０の締め込み完了時に、他方の口金２２の底面２２ｄに当接する端面１０ｂが形成されている。本実施形態では、シャフト１０の端面１０ｂが当接すると、ライナ３が目標の全長寸法となるように、シャフト１０と他方の口金２２が設定されている。
【００２２】
押圧部材１２は、シャフト１０の基端側において、シャフト１０の先端部１０ａを他方の口金２２に締め込むことにより、一方の口金２１を他方の口金２２に向かって押圧する部材である。押圧部材１２には、取付け治具４０を介して、一方の口金２１を押圧する円板状の押圧部１３が形成されており、押圧部１３の押圧により、一対の口金２１、２２が取付けられたライナ３の全長寸法が調節される。
【００２３】
シャフト１０の組み付け方法を実施する際には、図３に示す組み付け装置２を用いる。組み付け装置２は、軸方向の両端に口金２１、２２が取付けられたライナ３を保持する基台５を備えており、基台５は、口金２１、２２をクランプする馬蹄状のクランプ機構５１、５２を備えている。クランプ機構５１、５２は、シャフト１０の締め込み時に、ライナ３が軸心Ｃの周りに回転しないように、口金２１、２２を把持する（クランプする）ものである。
【００２４】
さらに、組み付け装置２は、押圧部材１２に取付けられ、シャフト１０を軸心Ｃの周りに回転させて、シャフト１０を締め込むナットランナ６と、ナットランナ６による締め込みの完了を判定する判定装置７と、を備えている。
【００２５】
本実施形態では、ナットランナ６に取付けられたモータ（図示せず）の出力シャフト（図示せず）の回転により、シャフト１０が他方の口金２２に締め込まれる。さらに、ナットランナ６には、シャフト１０の締め込みトルクを測定するトルク測定センサ（図示せず）が、設けられており、トルク測定センサで測定された締め込みトルクは、判定装置７に入力されるように、判定装置７は、ナットランナ６に電気的に接続されている。
【００２６】
さらに、判定装置７は、演算装置（図示せず）と、記憶装置（図示せず）と、後述する締め込み時間を測定するタイマ（図示せず）を備えている。なお、演算装置は、後述の図４に示すシャフトの締め込みの完了を判定するプログラムを備えており、記憶装置には、予め設定された目標トルク、設定時間等が、記憶されている。
【００２７】
本実施形態では、このような組み付け装置２を用いて、シャフト１０をライナ３に組み付ける方法を、図４を参照しながら説明する。
【００２８】
まず、図４のステップＳ１に示すように、一対の口金２１、２２が取り付けられたライナ３を、基台５に設置する。この際、一方の口金２１をクランプ機構５１でクランプし、他方の口金２２をクランプ機構５２でクランプする。これにより、ライナ３は、後述するシャフト１０の締め込み時に、ライナ３の軸心Ｃの周りに回転しない。
【００２９】
次に、ステップＳ２に進み、一対の口金２１、２２のうち一方の口金２１の開口２１ｄからライナ３の内部にシャフト１０を挿入し、シャフト１０の先端部１０ａを他方の口金２２に螺着させる（仮締め工程）。この状態では、シャフト１０は、ライナ３に仮組み（仮締め）される。
【００３０】
ステップＳ２において、シャフト１０の先端部１０ａを他方の口金２２に螺着させた後、ステップＳ３〜ステップＳ６までの一連のステップにより、締め込み工程を行う。この一連のステップでは、シャフト１０の先端部１０ａの端面１０ｂが他方の口金２２の底面２２ｄに当接するまでシャフト１０を締め込む。これにより、シャフト１０の基端側の押圧部１３で一方の口金２１が他方の口金２２に近づく方向に一方の口金２１を押圧しながら、ライナ３を軸方向に沿って圧縮変形させ、ライナ３の全長寸法を減少させる。以下に、各ステップＳ３〜ステップＳ６までを説明する。
【００３１】
まず、ステップＳ３では、ナットランナ６でシャフト１０を締め込む。この際、図５に示すように、シャフト１０の締め込みトルクが増加する。ナットランナ６のトルク測定センサ（図示せず）で、この締め込みトルクを測定し、判定装置７に出力する。
【００３２】
次に、ステップＳ４に進み、判定装置７は、締め込みトルクが、目標トルクＴ以上であるかの判定を行う。ここで、締め込みトルクが、目標トルクＴ未満である場合には、ステップＳ３に戻り、ナットランナ６で引き続きシャフト１０の締め込みを行う。このように、締め込みトルクが、目標トルクＴ以上とならない場合、ステップＳ３を繰り返すことにより、シャフト１０の締め込みを継続して行う。なお、目標トルクＴは、予め設定されたトルクの値であり、この値で継続して締め込まれていれば、シャフト１０の締結に緩みがない状態で締結されるトルクである。
【００３３】
なお、樹脂製のライナ３にシャフト１０を締め込むと、ライナ３の圧縮方向の変形に反発するように、ライナ３に復元力が作用するため、図５に示すように、シャフト１０の締め込みトルクが、単調増加せずに、全体的に増加しながら増減を繰り返す。
【００３４】
次に、ステップＳ４において、締め込みトルクが、目標トルクＴ以上であると、判定装置７が判定した場合には、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、判定装置７は、目標トルクＴ以上で締め込む締め込み時間が、予め設定された設定時間Δｔ以上となったか判定を行う。なお、設定時間Δｔは、目標トルクＴ以上で締め込まれた後、シャフト１０の締結に緩みがない状態となる締め込み時間である。
【００３５】
たとえば、図５に示すように、時刻ｔ１において、締め込みトルクは、目標トルクＴ以上となるが、この時刻ｔ１からの締め込み時間Δｔ１が、設定時間Δｔより短い。このように、締め込み時間Δｔが、設定時間Δｔよりも短い場合には、ステップＳ３に戻り、ナットランナ６で引き続きシャフト１０の締め込みを行う。
【００３６】
そして、ステップＳ４において、締め付けトルクが、目標トルクＴ以上となった場合であっても、ステップＳ５において、締め込み時間が、設定時間Δｔよりも短い場合には、ステップＳ３を繰り返すことにより、シャフト１０の締め込みを継続して行う。
【００３７】
次に、時刻ｔ２において、判定装置７が、締め込みトルクが、目標トルク以上の状態で、シャフト１０の締め込み時間Δｔ２（時刻ｔ２から時刻ｔ３までの時間）が、設定時間Δｔ以上となる。この場合には、ステップＳ６に進み、判定装置７は、シャフト１０の先端部１０ａの端面１０ｂが他方の口金２２の底面２２ｄに当接したと判定し、シャフト１０の締め込みを完了する。
【００３８】
次に、ステップＳ７に進み、クランプ機構５１による一方の口金２１のクランプを解除し、クランプ機構５２による他方の口金２２のクランプを解除する。これにより、ライナ３を基台５から取り外し、ステップＳ８において、シャフト１０が組み付けられたライナ３を搬送する。
【００３９】
本実施形態によれば、ステップＳ３により、シャフト１０を締め込むと、シャフト１０の基端側の押圧部１３で、一方の口金２１を押圧し、ライナ３を長手方向に沿って圧縮変形させることができる。ここで、上述したように、樹脂製のライナ３にシャフト１０を組み付けると、ライナ３の圧縮方向の変形に反発するように、ライナ３に復元力が作用する。このため、シャフト１０の締め込みトルクが、単調増加せずに、全体的に増加しながら変動（増減）する（図５参照）。
【００４０】
このような締め込みトルクの変動があったとしても、本実施形態では、ステップＳ５において説明したように、目標トルクＴ以上の状態で、予め設定された設定時間以上、シャフト１０を締め込む。
【００４１】
これにより、締め込みトルクのみでシャフト１０の締め込みの完了を判断する場合に比べて、締め込み完了の誤判定をする（例えば、図５の時刻ｔ１で締め込み完了と誤判定する）ことがない。このような結果、シャフト１０の先端部１０ａの端面１０ｂが他方の口金２２に当接するまでシャフト１０を締め込んだことを、正確に判定することができる。以上のことから、シャフト１０の締め込み途中で、シャフト１０の締め込みを完了することを防止し、ライナ３の全長寸法を目標の全長寸法まで、正確に調整することができる。
【００４２】
本実施形態では、図３に示すように、ナットランナ６により、シャフト１０を締め込み、ナットランナ６に設けられたトルク測定センサにより、締め込みトルクを測定し、判定装置７で、シャフト１０の締め込み状態を判定した。しかしながら、たとえば、図６に示すように、トルクレンチ８により、ナットランナ６の代わりにシャフト１０を手作業で締め込み、トルクレンチ８に設けられたトルク測定センサ（図示せず）により締め込みトルクを測定し、判定装置７で、シャフト１０の締め込み状態を判定してもよい。
【００４３】
この他にも、たとえば、図７に示すように、クランプ機構５２に、トルク測定センサ（図示せず）を設け、モータなどの締め込み装置（図示せず）から、ソケット９を介して、トルク測定センサにより、シャフト１０に伝達される締め込みトルクを測定し、判定装置７で、シャフト１０の締め込み状態を判定してもよい。これにより、締め込み装置側の装置の簡素化を図ることができる。
【００４４】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
【符号の説明】
【００４５】
３：ライナ、１０：シャフト、１０ａ：先端部、１０ｂ：端面
【図１】
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【図２】
2020075315.tif 000004
【図３】
2020075315.tif 000005
【図４】
2020075315.tif 000006
【図５】
2020075315.tif 000007
【図６】
2020075315.tif 000008
【図７】
2020075315.tif 000009