(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既に被締結体に締結されている締結ねじを、前記ねじの回転角度を角度検出センサにより検出できるトルクレンチにより増し締めしながら前記角度検出センサからの回転角度とトルク値をメモリに記憶し、前記メモリに記憶されている前記回転角度データ中で回転開始を示すデータを前記締結ねじの回転開始時とし、前記締結ねじの回転開始から所定の回転角度に達する間における前記メモリに記憶した回転角度及びトルク値のデータに基づき、前記回転角度の増加に対する増し締めトルク値の上昇割合が安定する領域における各回転角度に対する各トルク値を示す比例直線勾配特性線を演算し、前記比例直線勾配特性線において、前記締結ねじの回転開始時の回転角度より求められるトルク値を前記締結ねじの実際の締結トルク値としたことを特徴とするねじ締結トルクの測定方法。
【請求項２】
既に被締結体に締結されている締結ねじを増し締めすることで、前記締結ねじの実際の締結トルク値を測定するトルクレンチであって、
前記締結ねじに係合するソケットを取り付けたヘッド部を軸支する柄部と、
前記柄部の回動を前記締結ねじの回転として検出する角度検出センサと、
前記柄部を回動することにより前記締結ねじに作用するトルクを検出するトルク検出部と、
前記締結ねじを増し締めしながら前記角度検出センサ及び前記トルク検出部で検出したデータを記憶するメモリと、
前記メモリに記憶されたデータに基づいて前記締結ねじの実際の締結トルク値を演算し、表示部に表示させる制御器と、
を有し、
前記制御器は、前記メモリに記憶されている前記回転角度データ中で回転開始を示すデータを前記締結ねじの回転開始時とし、前記締結ねじの回転開始から所定の回転角度に達する間における前記メモリに記憶した回転角度及びトルク値のデータに基づき、前記回転角度の増加に対する増し締めトルク値の上昇割合が安定する領域における各回転角度に対する各トルク値を示す比例直線勾配特性線を演算し、前記比例直線勾配特性線において、前記締結ねじの回転開始時の回転角度より求められるトルク値を前記締結ねじの実際の締結トルク値としたことを特徴とするトルクレンチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、既に締結されている締結ねじの締結トルク（実際の締結トルク値）を測定する締結トルク値の測定方法に係り、特にその実際の締結トルク値の測定が、ワーク特性、作業者の熟練度、個人差等により影響されることがなく精度良く安定して測定することができるねじ締結トルクの測定方法およびトルクレンチに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
数本から数十本の締結ねじ（ボルト・ナットを含む）を用いて締結する、例えばエンジンシリンダヘッドの組立作業あるいはホイールベースの車軸への取付作業等の締結作業時においては、そのエンジンシリンダヘッド、ホイールベース（以下これらを被締結体と称す）に対して締付られる多数本の締結ねじのそれぞれが所望（所定）の締結力で均一に締付けられることが必要条件である。ところが特に一つの被締結体に対して多数本の締結ねじを用いて締結を行なう締結作業では、各締結ねじにおける締結力のバラツキが生じ易く、それが原因で被締結体の片締めや締結不良を起させることになる。
【０００３】
そこで多数本の締結ねじを用いて被締結体への締結を行なった後、それらの各締結ねじが被締結体に対して所定の締結力で締付けられているか否かの確認作業が必要であり、このために従来では、例えば角度法を用いる目盛付きトルクレンチを用いて被締結体に既に締結されている各締結ねじに対し増し締め手法を用いて増し締め力を作用させ、このときのトルクレンチの動作角度に対するトルク値を目盛から読み取って、各締結ねじの実際の締結トルク値として確認しているものであった。
【０００４】
つまり、目盛付きトルクレンチを用いて締結ねじの実際の締結トルク値を確認する従来法は、図４において、トルクレンチの回動角度と目盛に表示されるトルク値との特性図で示すように、締結トルク値Ｔ1 で締結されている（締結点Ａ）の締結ねじに対して増し締め手法で締結力を加え、そのトルクレンチが締結ねじと一体となって回動したことを感覚的に確認された時の増し締め点Ｂに対応する増し締め測定トルク値Ｔ2 をトルクレンチの目盛から読み取って、この増し締め測定トルク値Ｔ2 を基にして締結ねじの締付トルク値として測定確認しているものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところがこのような従来の締付トルク確認法では実際の締結トルク値Ｔ1 に対して増し締め測定トルク値Ｔ2 との間に測定値に差が生じる。また上記増し締め点Ｂにおける増し締め時の測定トルク値にはバラツキが生じる。例えば被締結体と締結ねじの座面間の密着性が高い場合には、図４の特性図において、増し締め点Ｂのトルク指標位置が高くなり、これが原因で増し締め測定トルク値Ｔ2 が高くなる。また被締結体と締結ねじの座面間に潤滑油、ワッシャ等が介在されていて、その被締結体と締結ねじ間の密着性が低い場合には増し締め点Ｂのトルク指標位置が低くなり、増し締め測定トルク値Ｔ2 が実際の締結トルク値Ｔ1 に接近する。さらには被測定者によるトルクレンチの回動速度のバラツキ、あるいは気温による被締結体と締結ボルトの熱膨張の度合等によっても、上記増し締め点Ｂのトルク指標位置が上下に変動し、これらの要因で増し締め時の測定トルク値Ｔ2 にもバラツキが生じるものであった。
【０００６】
従って、締結ねじのねじ締結値を確認するための従来の確認方法では、締結ねじが実際に締結されている締結トルク値Ｔ1と増し締め時の測定トルク値Ｔ2との間の測定値に差が生じており、しかもその増し締め時の測定トルク値Ｔ2も測定者の扱い方、締結の状況、測定環境等のバラツキにより変動（変化）する等のことから、正確なねじ締結値を確認することが不可能であった。
【０００７】
本発明はかかる従来の欠点に着目してなされたもので、被締結体に締結されている締結ねじへの締結力の追加作用時において生じる増し締め点Ｂにおける不安定かつ不正確な増し締め測定トルク値を締付トルク値として認識するのではなく、トルクレンチによる増し締めを進行させていく過程でそのトルクレンチの回動角度に対するトルク値の上昇が安定した領域のトルク勾配を求め、この勾配を基にして、締結ねじの実際の締結トルク値を算出することを目的とし、これによって被締結体に締結されている締結ねじの実際の締結トルク値をワーク特性、作業者の熟練度、個人差等により影響されることなく、高精度に測定することができるものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的を実現するねじ締結トルクの測定方法は、既に被締結体に締結されている締結ねじを、前記ねじの回転角度を角度検出センサにより検出できるトルクレンチにより増し締めしながら前記角度検出センサからの回転角度とトルク値をメモリに記憶し、前記メモリに記憶されている前記回転角度データ中で回転開始を示すデータを前記締結ねじの回転開始時とし、前記締結ねじの回転開始から所定の回転角度に達する間における前記メモリに記憶した回転角度及びトルク値のデータに基づき、前記回転角度の増加に対する増し締めトルク値の上昇割合が安定する領域における各回転角度に対する各トルク値を示す比例直線勾配特性線を演算し、前記比例直線勾配特性線において、前記締結ねじの回転開始時の回転角度より求められるトルク値を前記締結ねじの実際の締結トルク値としたことを特徴とする。
また、本発明の目的を実現するトルクレンチは、既に被締結体に締結されている締結ねじを増し締めすることで、前記締結ねじの実際の締結トルク値を測定するトルクレンチであって、前記締結ねじに係合するソケットを取り付けたヘッド部を軸支する柄部と、前記柄部の回動を前記締結ねじの回転として検出する角度検出センサと、前記柄部を回動することにより前記締結ねじに作用するトルクを検出するトルク検出部と、前記締結ねじを増し締めしながら前記角度検出センサ及び前記トルク検出部で検出したデータを記憶するメモリと、前記メモリに記憶されたデータに基づいて前記締結ねじの実際の締結トルク値を演算し、表示部に表示させる制御器と、を有し、前記制御器は、前記メモリに記憶されている前記回転角度データ中で回転開始を示すデータを前記締結ねじの回転開始時とし、前記締結ねじの回転開始から所定の回転角度に達する間における前記メモリに記憶した回転角度及びトルク値のデータに基づき、前記回転角度の増加に対する増し締めトルク値の上昇割合が安定する領域における各回転角度に対する各トルク値を示す比例直線勾配特性線を演算し、前記比例直線勾配特性線において、前記締結ねじの回転開始時の回転角度より求められるトルク値を前記締結ねじの実際の締結トルク値としたことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
本発明のねじ締結トルク測定方法に用いるトルクレンチは、本願出願人が特願平９−２６８７９４号で既に出願を済ませている角度レンチ用角度基準構体を具備せしめたトルクレンチを使用して、上記測定を行なうことができる。敢えて上記角度基準構体を具備せしめるトルクレンチの概略構造を図１に基いて説明する。
【００１１】
１はプレセット型トルクレンチ（以下これを単に角度レンチと称す）であり、この角度レンチ１の柄部２の先端で軸支されるヘッド部３には、ラチェット軸４が支出されており、このラチェット軸４の先端には、被締結体５に締結される締結ねじ６に係合されるソケット７が嵌着されている。また上記レンチ柄部２の外側上面には、レンチ柄部２の内部に設けられているひずみゲージ等のトルク検出部８及び後述する角度検出センサからの出力を入力する制御回路９、表示部１０等を収納する制御器１１が取付けられている。
【００１２】
１２は上記ヘッド部３に取付けられている角度基準構体であって、この角度基準構体１２は、ソケット７による締結ねじ６の締結作業時において、その角度基準構体１２を被締結体５に回転不能に定着させることができる構成となっている。この構成は本発明の要旨ではなく、また特願平９−２６８７９４号明細書に明記してあるのでその具体的説明は省略する。
【００１３】
１３は角度基準構体１２とギヤ結合されている角度検出センサであって、この角度検出センサ１３は被締結体５に対する角度レンチ１の回動角度を検出することができる。上記制御回路９の構成は図２で示す回路構成となっている。上述のように角度基準構体１２は、ソケット７を締結ねじ６に嵌着すると被締結体５に回転不能に定着されるので、角度レンチ１が回動を開始する、すなわち締結ねじ６が回転を始めると、角度基準構体１２とギヤ結合されている角度検出センサ１３が回転することとなり、締結ねじ６の動き始め（回転開始）を検知することができることとなる。そして、角度レンチ１が回動するに従って角度レンチ１の回動角度、すなわち締結ねじ６の回転角度が角度検出センサ１３により出力されることになる。
【００１４】
次に上記構成である角度レンチ１を用いて、被締結体５に既に締結されている締結ねじ６の締結トルク値Ｔ1 の測定（確認）について図２及び図３を用いて説明する。
【００１５】
先ずは、その締結ねじ６の頭部に上記角度レンチ１のソケット７を嵌合させ、その角度レンチ１を締結ねじ６の増し締め方向へ回動し、締付け（増し締め）の開始を行なう。締結ねじ６は締結されているため、図４の破線Ｅで示すように、増し締め開始時（図４の横軸である角度軸と縦軸であるトルク軸との交点）から角度レンチ１を増し締め方向に回動すると、トルク検出部８からはトルク値が増加するものの締結ねじ６が動き始めていないため、角度検出センサ１３は角度レンチ１が回動したことを示す角度情報を出力してない（図３に示す締め付け開始からトルク検出までのステップ）。
図３において、角度レンチ１を増し締め方向にさらに大きな力で回動し、「Ｔ≧Ｔsng」の判断ステップで、現在のトルクが締結ねじ６を締結するために設定されたトルクであるスナグトルクに達したか或いは超えると、角度レンチ１の回動角度の検出を開始する。
図２において、トルク値は、トルク検出部８から発生する出力が増幅回路１４、アナログフィルタ１５及びＡ／Ｄコンバータ１６を順次経て演算回路１７に入力され、該演算回路１７でトルク値が演算される。
図４に示すように、被締結体に締結されている締結ねじへの締結力の追加作用時、すなわち締結ねじの回動初期時において生じる増し締め点Ｂにおける不安定かつ不正確な増し締め測定トルク値を締付トルク値として認識するのではなく、トルクレンチによる増し締めを進行させていく過程でそのトルクレンチの回動角度の増加分に対するトルク値の上昇分の割合（図３の（Ｔ１−Ｔ２）/（θ１−θ２））が安定したときのトルク勾配を検出し、前記トルク勾配の安定した領域における角度に対する各トルク値を示す比例直線勾配特性線（図４のＤ線）を算出し、この特性線Ｄに基づいて締結ねじが既に締結されていた時の締結トルク値（実際の締結トルク値）を算出する。なお、図３のＴ１、Ｔ２は、図４のＴ１、Ｔ２と一致するものではなく、トルク値の上昇分を示す。
すなわち、直線Ｄのトルク・角度に関する比例直線勾配特性線において、角度検出センサ１３が角度レンチ１の回動開始を検知した時点（締結ねじ６が回転を開始した時点でもある）である角度θ０におけるトルク値を締結ねじ６の実際の締結トルク値としている。
【００１６】
また、図２において、角度検出センサ１３による角度レンチ１の回動角度は、パルス整形回路１８で得られたパルス数により演算回路１７内で算出され、任意の角度θn毎のトルク値ＴnがＲＡＭ１９に順次記憶される。このようにして任意の角度θn毎のトルク値Ｔnが順次記憶されながら、その角度レンチの回動角度が設定された角度に達すると（θ＝θset）、警報回路２０が動作してブザー音又は／及び可視表示により警報（締め付け完了信号）が生じるので、角度レンチ１の回動操作を中止する。
【００１７】
これに次いで演算回路１７では、ＲＡＭ１９により記憶されていた任意の角度θn 毎のトルク値Ｔn を読み込み、かつ演算処理することで各角度に対する各トルク値を示す比例直線勾配特性線（図４におけるＤ線）を求める。なお、この比例直線勾配特性線は、上述のように、トルクレンチの回動角度に対するトルク値の上昇が安定した状態で求められている。
さらに、この比例直線勾配特性線Ｄにおいて、締結ねじの回転開始時（角度θ０位置）にさかのぼった位置、即ち角度θ0に対応するトルク値Ｔ0を求め、このトルク値Ｔ0を締結ねじ６の締結トルク値Ｔ1として表示回路２１を経て表示部１０で表示させるものである。
【００１８】
このようにして測定されたトルク値Ｔ0 を、既に被締結体５に締結されている締結ねじ６の実際の締結トルク値Ｔ1 として測定（推定）することができることで、従来例で述べたようにワーク特性測定者による作業手法、熟練度等のバラツキ、測定環境のバラツキ等により生じる測定トルク値の不安定要素が削除でき、既に締結されている締結ねじのトルク値を安定かつ正確に測定することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明のねじ締結トルク測定方法によれば、既に締結されている締結ねじに増し締め作用を付与し、このときの締結ねじの増し締め回動が安定した時のトルク勾配特性線を算出し、この勾配特性線を基にして、角度検出センサにより検出した締結ねじの回転開始時の回転角より、既に被締結体に締結されている締結ねじの実際の締結トルクを算出するものであるから、作業者の熟練度、ワーク等不安定要素が排除される精度の高い締結ねじの締結トルクが測定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に使用されるトルクレンチの説明図。
【図２】  図１に示すトルクレンチに組込まれている制御器のブロック図。
【図３】  本発明の締結トルク測定方法を示すフローチャート。
【図４】  トルクとトルクレンチの回動角度との関係を示す特性図。
【符号の説明】
１・・・角度レンチ
２・・・柄部
３・・・ヘッド部
４・・・ラチェット軸
５・・・被締結体
６・・・締結ねじ
７・・・ソケット
８・・・トルク検出部
９・・・制御回路
１０…表示部
１１・・・制御器
１２・・・角度基準構体
１３・・・角度検出センサ
１４・・・増幅回路
１５・・・アナログフィルタ
１６・・・Ａ／Ｄコンバータ
１７・・・演算回路
１８・・・パルス整形回路
１９・・・ＲＡＭ
２０・・・警報回路
２１・・・表示回路
【図１】
0004740430.tif 000002
【図２】
0004740430.tif 000003
【図３】
0004740430.tif 000004
【図４】
0004740430.tif 000005