(57)【要約】【課題】ナットの締結トルクを管理する締結トルク管理システムにおいて、作業ミスを確実に検出することができ、且つ低コストなシステムとする。【解決手段】本発明の締結トルク管理システム１は、検査工程を流れる車両２に組み付けられた締結トルク検出ナット３と、締結トルク検出ナット３と通信してトルク値を読み取るトルク値読取装置４と、検査工程を流れる車両２の位置を読み取る車体位置読取装置５と、トルク値読取装置４と車体位置読取装置５で読み取られたデータを管理データとして記録する管理装置６とを備え、締結トルク検出ナット３において、外部からの締結トルクによってナット自体に生じた歪量をトルク値に変換して管理装置６に通信し、このトルク値を管理装置６において管理データとして記録するようにした。【選択図】      図１
2006346784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナットによって締結されている部位の締結トルクを管理する締結トルク管理システムであって、
外部からの締結トルクにより生じた歪量をトルク値に変換し、当該トルク値を外部に通信する締結トルク検出ナットと、
前記締結トルク検出ナットと通信し、前記トルク値を管理データとして記録する管理装置と、
を備えることを特徴とする締結トルク管理システム。
【請求項２】
前記管理装置は、前記管理データとして、少なくとも締結トルク検出ナットが組み付けられている位置とトルク値とを記録することを特徴とする請求項１に記載の締結トルク管理システム。
【請求項３】
前記管理装置は、前記トルク値に異常があるときには修正指示を出力することを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の締結トルク管理システム。
【請求項４】
ナットによって締結されている部位の締結トルクを管理する締結トルク管理方法であって、
外部からの締結トルクにより生じた歪量をトルク値に変換して出力する締結トルク検出ナットを用いて当該締結トルク検出ナットを締結したときのトルク値を検出し、
前記締結トルク検出ナットで検出したトルク値を管理装置に通信し、
前記管理装置では前記締結トルク検出ナットから受信したデータを管理データとして記録することを特徴とする締結トルク管理方法。
【請求項５】
前記管理データとして、少なくとも前記締結トルク検出ナットが組み付けられている位置とトルク値とを記録することを特徴とする請求項４に記載の締結トルク管理方法。
【請求項６】
前記管理装置は、前記トルク値に異常があるときには修正指示を出力することを特徴とする請求項４または５のいずれかに記載の締結トルク管理方法。
【請求項７】
締結トルクを検出して外部に送信する締結トルク検出ナットであって、
外部からの締結トルクによって生じた歪量を検出する歪検出手段と、
前記歪量に応じた出力電圧を出力するトルク測定手段と、
前記トルク測定手段からの出力電圧をトルク値に変換して外部に通信する通信手段と
を備えることを特徴とする締結トルク検出ナット。
【請求項８】
前記トルク測定手段はホイートストンブリッジ回路を備えることを特徴とする請求項７に記載の締結トルク検出ナット。
【請求項９】
前記歪検出手段は複数設置され、それぞれの歪検出手段は前記締結トルク検出ナットの対角線に配置されていることを特徴とする請求項７または８のいずれかに記載の締結トルク検出ナット。
【請求項１０】
前記トルク測定手段によって正常なトルク値が出力されたときにのみ前記通信手段を動作させるスイッチ手段を備えることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の締結トルク検出ナット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動車等の製造ラインにおけるナットの締結トルクを管理する締結トルク管理システムに係り、特に締め付けられたトルク値を検出して外部に送信する締結トルク検出ナットを用いて締結トルクを管理する締結トルク管理システム及びその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、自動車などの製造ラインにおいては、ボルトとナットによる締結部位の締結トルクを管理する方法として、トルクレンチを用いて指定トルクで締結されていることを確認し、確認した締結部位に対してペイントマーキングで確認済みを示すマーキングを行なっていた。さらに、検査工程ではペイントマークの有無を確認することにより、品質の確認を行なっていた。
【０００３】
また、トルクレンチ本体を無線、あるいは有線式のネットワークに接続するとともに、このトルクレンチを用いて作業時の締結トルクを確認し、取得したデータを通信によってデータベースなどの記録装置に記録して作業点数（ワークごとの締結件数）と合わせて管理を行なう管理システムが知られている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開昭６２−１４０７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の管理システムでは、締結時のトラブル、例えば「かじり」が発生した場合には、正しくナットが締結されていないにもかかわらずトルクレンチからは正常なトルク値が出力されるため、こうした作業ミスを検出することができないという問題点があった。
【０００５】
また、このような作業ミスを検出するために、上述した従来の管理システムでは、正しく締結できているかを作業者が確認してペイントマーキングする作業が必要となっている。さらに、完成車検査では、このマーキングを確認することによって検査漏れなどをチェックし、品質を保証している。しかしながら、これらの作業や検査工程を実施する作業者のコストが製品の製造コストを上昇させてしまうことになる。
【０００６】
さらに、自動車などの製造ラインでは、上記検査以外に定期的に抜き取り検査を実施して品質確認を行なっているが、上述した従来の管理システムでは、抜き取り検査の際に再びトルクレンチを用いて締め付けを行い、確認する工程が必要となるので、検査工程が増加してコストが上昇してしまうという問題点があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明に係る締結トルク管理システムは、ナットによって締結されている部位の締結トルクを管理する締結トルク管理システムであって、  外部からの締結トルクにより生じた歪量をトルク値に変換し、当該トルク値を外部に通信する締結トルク検出ナットと、前記締結トルク検出ナットと通信し、前記トルク値を管理データとして記録する管理装置とを備えることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る締結トルク管理方法は、ナットによって締結されている部位の締結トルクを管理する締結トルク管理方法であって、外部からの締結トルクにより生じた歪量をトルク値に変換して出力する締結トルク検出ナットを用いて当該締結トルク検出ナットを締結したときのトルク値を検出し、前記締結トルク検出ナットで検出したトルク値を管理装置に通信し、前記管理装置では前記締結トルク検出ナットから受信したデータを管理データとして記録することを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明に係る締結トルク検出ナットは、締結トルクを検出して外部に送信する締結トルク検出ナットであって、外部からの締結トルクによって生じた歪量を検出する歪検出手段と、前記歪量に応じた出力電圧を出力するトルク測定手段と、前記トルク測定手段からの出力電圧をトルク値に変換して外部に通信する通信手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、締結トルク検出ナットを締結したときのトルク値をナット自体の歪量に基づいて検出するようにしたので、作業ミスによりナットが正しく締め込まれていない場合でも、これを確実に検出することができ、検査工程の信頼性を向上させることができる。
【００１１】
また、管理装置と締結トルク検出ナットとの間で通信することによって、すべてのナットについてトルク値を全数確認することができるので、完成車検査や抜き取り検査の際にペイントマーキングを確認したり、再びトルクレンチによる締め付けを行なったりする必要がなく、検査工程を省略し、人員を削減できることによってコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係わる締結トルク管理システム、締結トルク管理方法及び締結トルク検出ナットの一実施例を図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本実施例に係る締結トルク管理システムの構成を示すブロック図である。ここでは一例として自動車の製造ラインを例にして説明するが、自動車以外に機械などの製造ラインであってもよい。
【００１４】
本実施例の締結トルク管理システム１は、検査工程を流れる車両２に組み付けられた締結トルク検出ナット３と、締結トルク検出ナット３と通信してトルク値を読み取るトルク値読取装置４と、検査工程を流れる車両２の位置を読み取る車体位置読取装置５と、トルク値読取装置４と車体位置読取装置５で読み取られたデータ（ナットの位置、トルク値）を管理データとして記録する管理装置６とを備えて構成されている。
【００１５】
締結トルク検出ナット３は、外部から締結トルクが加えられたときに生じる歪量をトルク値に変換し、このトルク値を外部に通信する機能を備えたナットである。
【００１６】
トルク値読取装置４は、検査工程を流れる車両２を挟むように両側に設置され、車両２に組み付けられた締結トルク検出ナット３との間で無線通信を行なって締結したときのトルク値を読み取っている。そして、読み取られたトルク値は管理装置６に出力される。
【００１７】
ここで、締結したときのトルク値とは、締結トルク検出ナット３に記憶されている、予め設定された規定トルク値を指すが、後述するように、歪量に基づいて換算した締結トルク値であってもよい。
【００１８】
車体位置読取装置５は、検査工程を流れてくる車両２の位置を読み取るエンコーダなどの装置であって、読み取った車体位置は管理装置６に出力される。
【００１９】
管理装置６は、トルク値読取装置４で読み取られたトルク値と、車体位置読取装置５で読み取られた車体位置とを取得し、取得した車体位置に基づいて締結トルク検出ナット３の位置（検査ポイント）を特定する。そして、締結トルク検出ナット３の位置とトルク値とを対応付けて管理データとして記録する。こうして１車両分の測定と記録が終了すると、管理データに異常があるかどうかを判定し、異常がある場合には修正指示を出力する。
【００２０】
この管理装置６は、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含むマイクロコンピュータにより構成されている。
【００２１】
次に、締結トルク検出ナット３の構造を図２（ａ）、（ｂ）に基づいて説明する。図２（ａ）は締結トルク検出ナット３の平面図、図２（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００２２】
締結トルク検出ナット３は、外部から加えられた締結トルクによって生じた歪量を検出する歪センサ（歪検出手段）２１Ａ、２１Ｂと、歪センサ２１Ａ、２１Ｂで検出された歪量に応じた出力電圧を出力するトルク測定回路（トルク測定手段）２２と、トルク測定回路２２からの出力電圧に基づいて規定トルク値を出力し（または出力せず）、この規定トルク値を外部に通信する無線式通信回路（通信手段）２３とを備えている。このように、締結トルク検出ナット３は、ナットの内部に歪センサ２１Ａ、２１Ｂとトルク測定回路２２と、無線式通信回路（ＲＦＩＤ）２３とを組み込んだ構造になっている。
【００２３】
歪センサ２１Ａ、２１Ｂは、フィルム状に形成されており、内部に特殊合金箔が規定の抵抗値としてパターン配線されている。この歪センサ２１Ａ、２１Ｂは、ナットを締結したときにナット底面が締結面に押圧されることにより生じる歪量を抵抗値の変化として出力している。なお、ここでは、厚みの薄いものを選択しているが、ナットの内部に納まるものであれば、その他の形状であってもよい。また、図２（ａ）に示すように、歪センサ２１Ａ、２１Ｂはそれぞれナットの対角線上に配置されている。このような配置とすることによって、かじり等の締め込みミスが無い状態でナットが正しく締め付けられていることをトルク測定回路２２で正確に検出することが可能になる。
【００２４】
トルク測定回路２２は、歪センサ２１Ａ、２１Ｂで検出した抵抗変化をホイートストンブリッジ回路の出力電圧として出力する。
【００２５】
無線式通信回路（ＲＦＩＤ）２３は、トルク測定回路２２で使用される電源を外部からの電磁誘導によって供給するとともに、トルク測定回路２２から所定の電圧が出力されたときに外部と通信を行い、予め記録されている規定トルク値を出力する。
【００２６】
次に、締結トルク検出ナット３の回路構成を図３に基づいて説明する。図３は締結トルク検出ナット３の回路構成図である。
【００２７】
締結トルク検出ナット３は、ＲＦＩＤチップ３１により電源回路が構成されており、工業用周波数（１３．５６ＭＨｚ）の電波を受信すると誘導電力を取り出してホイートストンブリッジ回路３２に入力電圧を供給する。ナットの対角線上に配置された歪センサ２１Ａ、２１Ｂは、図３に示すように、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３とともにホイートストンブリッジ回路３２の一辺に直列に接続されている。そして、外部から加えられた締結トルクによってナットに歪が生じると、歪センサ２１Ａ、２１Ｂの抵抗値が変化してホイートストンブリッジ回路３２の出力電圧が変化する。ここで、ナットが規定トルク以上で締め付けられている場合にのみ出力電圧は所定値以上となり、この所定値以上の出力電圧がホイートストンブリッジ回路３２から出力されたときにフォトカプラ３３がＯＮするように構成されている。ホイートストンブリッジ回路３２の一部とフォトカプラ３３はトルク測定回路２２を構成している。
【００２８】
ＲＦＩＤチップ３１はフォトカプラ３３がＯＮしたときにのみ外部と通信を行うように構成され、通信するときには予め設定されている規定トルク値を外部へ無線通信によって出力する。ＲＦＩＤチップ３１は無線式通信回路２３を構成している。
【００２９】
このように、本実施例におけるフォトカプラ３３は、トルク測定回路２２によって正常なトルク値が測定されたときにのみ無線通信回路２３を動作させるスイッチ手段として機能している。
【００３０】
したがって、正常なトルク値で締め付けられていないときには外部との通信が行われないため、締め込みミスやナットの緩みを確実に検出することができる。また、センサ不良の場合についても外部との通信が行われないため、これを検出することが可能になる。
【００３１】
このように、予め記録されている規定トルク値を出力するようにした場合は、検出されたトルク値が規定値に達しているかどうかを個々に判断する必要がないため、締め付けミスの有無を容易に検出することができる。
【００３２】
ただし、回路構成を変更することによって、規定トルク値ではなく締結トルク値を出力するようにしてもよい。すなわち、歪センサ２１Ａ、２１Ｂの抵抗値が変化したときに、その変化した出力電圧値をトルク値に換算し、このトルク値を締結トルク値としてＲＦＩＤチップ３１から出力する。この場合は、換算したトルク値が正常なトルク値であるか否かにかかわらず締結トルク値として出力することになる。
【００３３】
このように、規定トルク値の代わりに締結トルク値を出力するようにした場合は、ナット毎にトルク値を確認することができるので、トルク不足だけでなく、トルク過多についても検出することができる。
【００３４】
次に、本実施例の締結トルク管理システム１による締結トルク管理の処理手順を図４のフローチャートに基づいて説明する。
【００３５】
まず、車体位置読取装置５によって検査工程を流れてきた車両２が検出されると（ステップＳ１０１）、トルク値読取装置４によって工業用周波数の電波が送信される（ステップＳ１０２）。この電波を締結トルク検出ナット３のＲＦＩＤチップ３１が受信すると、誘導電力によってホイートストンブリッジ回路３２に電力が供給され、歪センサ２１Ａ、２１Ｂの抵抗値の変化に応じた電圧が出力される。そして、この出力電圧が所定値以上になるとフォトカプラ３３がＯＮし、これによってＲＦＩＤチップ３１は予め設定されている規定トルク値を外部へ無線通信によって出力する。この規定トルク値は、トルク値読取装置４で受信される（ステップＳ１０３）。受信した規定トルク値は、さらに管理装置６に出力され、管理データとして記録される。
【００３６】
このとき同時に、車体位置読取装置５が車両２の現在位置を読み取って管理装置６に出力する（ステップＳ１０４）。管理装置６は、この車両２の現在位置に基づいて締結トルク検出ナット３が組み付けられている位置を検出し、検査ポイントとして特定する（ステップＳ１０５）
このようにして、管理装置６が締結トルク検出ナット３の位置（検査ポイント）と規定トルク値とを取得すると、そのデータは管理データとして記録される（ステップＳ１０６）。
【００３７】
そして、管理装置６は１車両分の締結トルクの検出が終了したか否かを判定し（ステップＳ１０７）、終了していないときにはステップＳ１０２に戻って上述した処理を繰り返し行い、終了しているときには、続いて、未計測ポイントがあるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。ここで、未計測ポイントがある場合には、締め込みミスやナットの緩みなどによって通信が実施されなかった可能性があるため、作業者による手直しが実施される手直し工程に対して修正指示を出力する（ステップＳ１０９）。
【００３８】
一方、未計測ポイントがない場合には、検出したトルク値に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで、異常がある場合には手直し工程に対して修正指示を出力し（ステップＳ１１１）、異常がない場合には締結トルク管理の処理を終了する。
【００３９】
これ以後は、車両が連続して流れている場合には、再びステップＳ１０１に戻って締結トルク管理の処理をスタートさせる。
【００４０】
以上説明したように、本実施例の締結トルク管理システム１では、締結トルク検出ナット３により締結したときのトルク値をナット自体の歪量に基づいて検出するようにしたので、作業ミスによりナットが正しく締め込まれていない場合でも、これを確実に検出することができ、検査工程の信頼性を向上させることができる。また、管理装置６と締結トルク検出ナット３との間で通信を行うことによって、すべての締結トルク検出ナット３で測定されたトルク値をいつでも全数確認することができるため、完成車検査や抜き取り検査の際に、再度ペイントマーキングを確認したり、トルクレンチによる締め付けを行う必要がなく、検査工程を省略することができる。これによって、担当していた作業者を削減することができるので、コストを低減することができる。さらに、納車後の整備においても締結トルク管理システム１を整備工場に設置しておけば、走行後のナットの緩みや脱落をいつでも検出することが可能になる。
【００４１】
また、本実施例の締結トルク管理システム１では、管理装置６が管理データとして少なくとも、締結トルク検出ナット３が組み付けられている位置とトルク値とを記録するので、ナット毎にトルク値を全数管理することができ、検査工程の信頼性を向上させることができる。
【００４２】
さらに、本実施例の締結トルク管理システム１では、管理装置６がトルク値に異常があるときには修正指示を出力するので、作業ミスやナットの緩みによって正しく締めこまれていないナットを修正することが可能になる。
【００４３】
また、本実施例の締結トルク検出ナット３では、外部から加えられた締結トルクによって生じた歪量を検出する歪センサ２１Ａ、２１Ｂと、歪量をトルク値に変換するトルク測定回路２２と、トルク測定回路２２の測定結果に基づいて外部と通信する無線通信回路２３とを備えているので、トルク値を自ら測定して外部に送信することができ、これによってペイントマーキングを確認したり、トルクレンチによる締め付けを行なったりする必要がなくなり、ナットの締め込みミスや緩みを検出することができる。
【００４４】
さらに、本実施例の締結トルク検出ナット３では、トルク測定回路２２がホイートストンブリッジ回路で構成されているので、歪センサ２１Ａ、２１Ｂによる抵抗値の変化を精度良く検出することができ、これによってナットを締結したときのトルク値を正確に検出することができる。
【００４５】
また、本実施例の締結トルク検出ナット３では、歪センサ２１Ａ、２１Ｂをナットの対角線に配置しているので、かじり等の締め込みミスがない状態でナットが正しく締め付けられていることをトルク測定回路２２によって検出することが可能になる。
【００４６】
さらに、本実施例の締結トルク検出ナット３では、トルク測定回路２２から正常なトルク値が出力されたときにのみ無線通信回路２３を動作させるフォトカプラ３３を備えているので、正常なトルク値で締め付けられていないときには外部との通信が行われないため、締め込みミスやナットの緩みを確実に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施例１に係る締結トルク管理システムの構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）は締結トルク検出ナットの構造を示す図である。
【図３】締結トルク検出ナットの回路構成図である。
【図４】締結トルク管理システムによる締結トルク管理の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４８】
１  締結トルク管理システム
２  車両
３  締結トルク検出ナット
４  トルク値読取装置
５  車体位置読取装置
６  管理装置
２１Ａ、２１Ｂ  歪センサ（歪検出手段）
２２  トルク測定回路（トルク測定手段）
２３  無線式通信回路（通信手段）
３１  ＲＦＩＤチップ
３２  ホイートストンブリッジ回路
３３  フォトカプラ
【図１】
2006346784.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2006346784.tif 000006