(57)【要約】【課題】トルクレンチが傾いた状態でねじ部に対する締め付け作業が行われても、ねじ部に作用する実際の締め付け力を正確に測定できるようにする。【解決手段】トルクレンチ２０は軸部２２の先端に締め付けヘッド２１を設けたものであり、締め付けヘッド２１にはナット１２と係合する係合部２４が設けられており、この係合部２４には、トルクレンチ２０のナット１２の軸線Ａに対する傾きを検出するために、円弧状部２４ｂに軸線Ａ方向に３個の距離センサ２５を配列して設けて、それらの距離差から傾き角検出部２７でトルクレンチ２０の傾きを検出して、ナット１２に対する実際のトルクを検出し、予め設定されている規定トルク値をトルク補正回路３０により補正して、補正規定トルク値を演算により求める。【選択図】図８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ部を螺回させるように係合される締め付けヘッドと、この締め付けヘッドに回転力を作用させる軸部とからなり、前記締め付けヘッドに作用するトルクを測定すると共に、前記ねじ部に実際に作用させるべき規定トルク値が設定されるトルクレンチであって、
前記締め付けヘッドに装着され、前記ねじ部の外面に対向して、このねじ部の軸線方向に所定の間隔だけ離間した位置に設けられ、前記外面までの距離を測定する少なくとも２個の距離センサと、
前記各距離センサからの検出信号に基づいて前記ねじ部の軸線に対する前記締め付けヘッドの傾き角度を演算する傾き角演算手段と、
前記傾き角演算手段による演算結果に基づいて前記規定トルク値を補正するトルク値補正手段と
を備える構成としたことを特徴とするトルクレンチ。
【請求項２】
前記締め付けヘッドが係合するねじ部は六角部を有するものであり、前記距離センサは２個または３個を組として、前記六角部の異なる面に２以上対向するように配置する構成としたことを特徴とする請求項１記載のトルクレンチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ねじ締め用の工具としての機能と、締め付けトルクを測定する機能とを有するトルクレンチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ねじの締め付けを行うための工具としてはレンチが一般に用いられるが、ねじに緩みがなく、しかもねじ山等に損傷、ダメージといったものを生じさせないように、適正な締め付けを行うために、締め付けトルクを測定する機能を併せ有するトルクレンチが用いられる。そして、予め規定のトルク値を設定しておき、測定したトルクがこの設定した規定トルクに達したときに、それを作業者に認識させるように構成する。これによって、過不足のないトルクを作用させて、高精度なねじ締め作業を行うことができる。ここで、トルクレンチはハンド式、油圧式、電動式といったものが用いられるが、いずれのタイプのトルクレンチについても、同様のことが言える。
【０００３】
また、ねじの締め付けを行うヘッド部の構成としては、ラチェット式、スパナ式、モンキー式等様々なものがあり、トルク測定の方式としては、歪みセンサを用いたものや、ロードセルを用いたもの等がある。
【０００４】
トルクレンチとして、特許文献１に開示されているものが従来から知られている。この公知のトルクレンチは、締め付け部に起歪体を連結して設け、締め付け部により作用する締め付け力を起歪体の歪み量として検出する歪みセンサとを備え、この歪みセンサからの信号に基づいてトルクを演算し、このトルク演算部により測定したトルク値と、予め設定したトルク値とを比較し、測定トルク値が設定トルク値になると、それを表示し、またブザーやランプ等でその旨を作業者に報知する構成としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２８９５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、トルクレンチにより測定されるトルク値は、その締め付け部に作用する回転時に作用するトルクであり、ねじが締め付けられる際におけるねじに作用した実際の締め付け力ではない。トルクレンチはねじ部を回転させることによって、ねじに対して軸線方向の推進力を生じさせるものであるが、締め付け力の測定を正確に行うには、トルクレンチによりねじ部を回転させた時に、ねじが軸線方向に進む力が作用し、それ以外の方向に力が及ばないようにしなければならない。このためには、トルクレンチをねじ部の軸線と直交する方向に配置する必要がある。しかしながら、特にハンド式のトルクレンチの場合に、操作力の軽減を図る等の観点から、長尺の軸部を用いることになり、ねじ部の周囲にトルクレンチの回転に対する干渉物等が存在しており、このトルクレンチをねじ部の軸線と直交する方向に延在させた状態で締め付けられない場合がある。このような状況下では、トルクレンチの規定トルク値が得られても、ねじ部が適正な状態まで締め付けられないことになる。
【０００７】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、トルクレンチが傾いた状態で締め付け作業が行われても、ねじ部に作用する実際の締め付け力を正確に測定できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するために、本発明は、ねじ部を螺回させるように係合される締め付けヘッドと、この締め付けヘッドに回転力を作用させる軸部とからなり、前記締め付けヘッドに作用するトルクを測定すると共に、前記ねじ部に実際に作用させるべき規定トルク値が設定されるトルクレンチであって、前記締め付けヘッドに装着され、前記ねじ部の外面に対向して、このねじ部の軸線方向に所定の間隔だけ離間した位置に設けられ、前記外面までの距離を測定する少なくとも２個の距離センサと、前記各距離センサからの検出信号に基づいて前記ねじ部の軸線に対する前記締め付けヘッドの傾き角度を演算する傾き角演算手段と、前記傾き角演算手段による演算結果に基づいて前記規定トルク値を補正するトルク値補正手段とを備える構成としたことをその特徴とするものである。
【０００９】
トルクレンチにおける締め付けヘッドが係合するねじ部の外形は、円形等の曲面形状であっても良いが、外形が角形、特に六角形状のものが一般的である。六角形状のねじ部を締め付ける場合に、締め付けヘッドはねじ部の平行な方向に向く２つの面と係合することになる。このために、これら各面に隣接し、傾斜している２面が締め付けヘッドの内面と対面する。従って、距離センサをこれら２面に対向するように設けると、締め付けヘッドの傾きをより正確に測定できる。そして、距離センサはねじ部の軸線方向に所定の間隔だけ離間した位置、つまり締め付けヘッドの厚み方向に複数個配列する。配列される距離センサの数は最低限２個とするが、３個乃至それ以上の数設けることもできる。
【００１０】
ここで、トルクレンチの傾きは、ねじ部に係合させたときに、このねじ部におけるねじの進み方向であるねじ部の軸線に」対して、前方または後方に傾倒している状態をいうものであり、傾き角はこの軸線と直交する方向に対するものである。
【００１１】
トルクレンチによりねじ部に作用させる締め付け力が、このトルクレンチの傾きにより規定トルク値を補正した締め付けトルクが作用すると、その状態でトルクレンチの負荷がそれ以上ねじ部に作用しないようにする必要があり、従って作業者に報知しなければならない。この報知の方法は格別限定されないが、ブザー等の警報音とするのが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
トルクレンチが傾いた状態で締め付け作業が行われても、ねじ部に作用する実際の締め付け力を正確に測定できて、ねじ部の締め付け力に過不足が生じるのを防止乃至抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】ねじが締め付けられる配管接続部の一例として、ホースとパイプとの接続部を示す正面図である。
【図２】図１のホースとパイプとを分離した状態の正面図である。
【図３】本発明の実施の一形態を示すトルクレンチの正面図である。
【図４】図３の右側面図である。
【図５】トルクレンチの締め付けヘッドと配管接続のためのナットとの係合部を示す要部拡大構成説明図である。
【図６】トルクレンチを傾けてねじの締め付けを行っている状態を示す作用説明図である。
【図７】図６の状態でトルクレンチを操作したときに、ねじ部に作用する力を示す説明図である。
【図８】トルクレンチの傾き検出を行っている状態を示す説明図である。
【図９】トルクレンチの傾け角と規定トルクの補正値との関係を示す線図である。
【図１０】規定トルク値の補正機構の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。まず、図１及び図２にトルクレンチを用いて接続される配管接続部の一構成例を示す。配管接続部は、曲げ方向に可撓性のあるホース１を所定の位置に固定的に設けた硬質のパイプ２に着脱可能に接続するものである。この配管接続のために、ホース１の先端には口金３が連結されており、パイプ２の端部は接続口部４となっている。なお、図１はホース１とパイプ２とを分離した状態が示され、図２は接続状態が示されている。
【００１５】
ホース１の先端に設けた口金３は、口金本体１０とナット１１とから構成され、口金本体１０にはナット１１を締め付ける際に口金本体１０が回転しないように保持するための固定用ナット部１２が形成されている。ナット１１は口金本体１０に対して回転自在であり、しかもこの口金本体１０と連結状態に保持される袋ナットである。また、パイプ２における接続口部４は、外周面にねじ溝１３を形成した部位であり、この接続口部４にはロックナット１４が螺合されている。
【００１６】
ナット１１の締め付けはトルクレンチ２０を用いて行われる。トルクレンチ２０は、例えば図３及び図４に示したように、締め付けヘッド２１に軸部２２を連設したものから構成され、軸部２２の先端は握り部２３となったものである。なお、トルクレンチはこれに限定されるものではない。トルクレンチ２０は、ねじ締め用の工具として機能するものであり、しかも締め付けトルクを測定する機能も併せ有するものである。そして、測定された現在の締め付けトルクの値と、締め付け時に目標とする規定トルク値とが表示されるようになっており、このために軸部２２にはトルク表示部２３が形成されている。
【００１７】
ここで、トルクレンチ２０の締め付けヘッド２１は、概略Ｕ字状の凹部からなる係合部２４を有するものであり、この係合部２４がねじ部を構成するナット１１に係合することになる。ここで、ナット１１の外形は概略正六角形となっており、図５に示したように、係合部２４を構成する相対向する鉛直壁部２４ａ，２４ａがこの六角形の相互に平行な２つの面に当接することになる。また、この平行な２つの面から一方側の頂点に向けた２つの斜辺と、他方側の頂点に向けた２つの斜辺とを有するものであるが、締め付けヘッド２１をナット１１に係合させたときには、一方側の組の斜辺が係合部２４の内部に位置することになる。
【００１８】
締め付けヘッド２１の係合部２４をナット１１に係合させた状態で、トルクレンチ２０の握り部２２ａを手で把持してねじ溝１３の周囲に回転操作を行うと、ナット１１は、それが螺合されているパイプ２の接続口部４のねじ溝１３に沿って移動する結果、接続口部４の端面に口金本体１０の端面が圧接される方向に向けて移動する。このナット１１と接続口部４との間の相対移動の方向は軸線Ａであり、トルクレンチ２０を回転させることにより締め付け動作が行われる。
【００１９】
以上のように、トルクレンチ２０によりナット１１の締め付けが行われるが、ナット１１の締め付けは、ホース１側の口金３における口金本体１０の端面と接続口部４の端面とを圧接させて、その間に介装されるシール部材（図示せず）を撓めるようにする。その結果、ホース１とパイプ２との間に気密が確保され、しかも外力の作用等によりホース１とパイプ２との連結部分が分離しないようにする。
【００２０】
ここで、口金本体１０に回転自在に設けたナット１１を設けることによって、ホース１をパイプ２に連結する際には、図６に示したように、口金３の口金本体１０に設けた固定用ナット部１２に固定用レンチ１８を係合させ、この状態でナット１１にトルクレンチ２０を係合させて、トルクレンチ２０の軸部２２を回転操作する。これによって、ホース１とパイプ２とを接続する操作時に、それらが共回りすることはない。
【００２１】
トルクレンチ２０によりナット１１を回転させるときに生じるトルクは、このトルクレンチ２０に内蔵させた歪みセンサ等により検出される。そして、ナット１１に作用するトルクが所定の設定値となったときに、ねじ締め作業が終了したことになる。ここで、トルクレンチ２０を軸線Ａと直交する方向に配置して締め付けを行うと、ナット１１に対して最大のトルクを作用させることができる。しかしながら、配管接続部の近傍に障害物Ｓがある等によって、図６に仮想線で示したように、トルクレンチ２０を接続口部４の軸線Ａと直交する方向に延在させることができず、軸線Ａの前後方向に向けて角度θ分だけ傾いた状態となっていることがある。
【００２２】
トルクレンチ２０が傾いたままでもナット１１の締め付けを行うことができる。しかしながら、ナット１１の直進方向への移動が阻害されることになり、その分だけ余分な締め付け力を作用させなければ、ナット１１に必要な締め付けトルクが得られない。即ち、図７に示したように、ナット１１の締め付け力は、軸線Ａと直交する方向Ｆ１に働いている時が最大のものとなる。ただし、トルクレンチに作用する締め付け力は、トルクレンチ２０が角度θだけ傾いていると、ナット１１に作用する力は斜め方向Ｆ２となって、ナット１１を回転させる方向への力の伝達が阻害される。その結果、トルクレンチ２０の測定トルク値としては、予め設定された規定トルクが作用しているにも拘わらず、実際の締め付け力は目標とするトルク値にΔＦだけ足りないという事態が発生する。
【００２３】
そこで、図８に示したように、トルクレンチ２０には、予め規定トルク値Ｔsetを設定しておく。この規定トルク値Ｔsetは、トルクレンチ２０が傾斜していないとき、つまりナット１１の軸線Ａと直交する方向に延在されている状態で締め付けを行った時における最終的に目標とする締め付け力が作用するためのトルク値である。従って、トルクレンチ２０の軸線Ａに対する傾きがあると、その角度θの大きさに応じて、ナット１１に作用するトルクの値Ｔrealは、規定トルク値Ｔsetより小さくなり、目標とする締め付け力を作用するのではなく、締め付け力が不足する状態で規定トルク値Ｔsetが生じたことになる。そこで、トルクレンチ２０が傾いた状態で締め付けを行っている際には、規定トルク値Ｔsetを目標とする締め付け力を発揮させるために、補正規定トルク値Ｔcomを目標とするように設定する。これによって、トルクレンチ２０によるねじの締め付け作業を高精度に行うことができ、締め付け力不足といった事態を生じることはない。
【００２４】
従って、トルクレンチ２０の傾き角を検出する。即ち、図９から明らかなように、トルクレンチ２０の係合部２４において、その鉛直壁部２４ａ，２４ａ間の部位は円弧形状部２４ｂとなっており（図５参照）、この円弧形状部２４ｂには、距離センサ２５が装着されている。距離センサ２５は、締め付けヘッド２０の厚さ方向に、つまりトルクレンチ２０をナット１１に係合させたときの軸線Ａの方向に向けて複数箇所、本実施の形態では３箇所設けたものを組として、これら距離センサ２５の組は２箇所設けられている。そして、それぞれ３個の距離センサ２５は締め付けヘッド２１の係合部２４における左右の鉛直壁部２４ａをナット１１の相互に平行な２つの面と係合させたときに、円弧状部２４ｂが対面する２つの斜辺に対面するようにして設けられている。
【００２５】
ここで、３箇所の距離センサ２５を２組設けているのは、距離測定をより正確に行うためのものである。距離測定は、例えば光学的測定手段を用いて行うことができ、この場合には、距離センサ２５はナット１１の表面から離間していなければならないが、ナット１１の１つの頂点の部位が円弧形状部２４ｂに当接しても、距離センサ２５の配設位置はナット１１の外面とは非接触状態に保持されることになる。
【００２６】
このように、ナット１１の軸線Ａ方向に位置を違えて３箇所（２箇所であっても良い）の距離センサ２５設けることによって、トルクレンチ２０のナット１１の軸線Ａに対する傾きの検出を行うことができる。即ち、図８に示したように、トルクレンチ２０の締め付けヘッド２１に３箇所設けられている距離センサを順に符号２５Ｌ，２５Ｍ，２５Ｒとしたときに、この締め付けヘッド２１を含むトルクレンチ２０が軸線Ａに対して角度θだけ傾いていると、距離センサ２５Ｌがナット１１の表面に最も近く、次いで距離センサ２５Ｍで、距離センサ２５Ｒは最も遠い位置となる。そこで、これらの距離差を演算することによって、傾き角θを演算することができる。
【００２７】
以上のようにして、トルクレンチ２０の傾き検出が行われるが、このトルクレンチ２０の傾きに応じて、規定トルク値Ｔsetを補正した補正規定トルク値Ｔcomを演算し、この補正規定トルク値Ｔcomを最終締め付けトルクとして設定している。規定トルク値Ｔsetとトルクレンチ２０の傾き角θとから補正規定トルク値Ｔcomを演算により求めるが、このために、図１０に示した規定トルク値の補正手段が設けられる。即ち、トルクレンチ２０の係合部２４に３個が組になった距離センサ２５からの信号は、距離演算部２６に入力されて、これら各距離センサ２５におけるナット１１の表面までの間の距離差に基づいて、傾き角検出部２７によりトルクレンチ２０の傾き角θを演算して、この傾き角θのデータがメモリ部２８に取り込まれ、これと共にトルクレンチ２０に内蔵している歪みセンサ等からなるトルク検出手段２９で測定したトルク値の検出信号もメモリ部２８に取り込まれる。さらに、メモリ部２８には規定トルク値Ｔsetに関するデータも記録されている。これらの各データはトルク値補正回路３０に取り込まれて、補正規定トルク値Ｔcomが演算される。
【００２８】
今、ナット１１に規定トルク値Ｔsetを作用させるとして、トルクレンチ２０の長さをＬであり、このトルクレンチ２０をナット１１の軸線Ａに対して直交する方向としたときに、力Ｆを作用させると規定トルク値Ｔsetとなるとすれば、Ｔset＝Ｆ×Ｌとなる。しかしながら、トルクレンチ２０が角度θだけ傾いていると、ナット１１に作用するトルクＴ１はＦ×Ｌcosθとなってしまう。従って、１／cosθを補正係数として乗じれば、Ｔ１＝Ｆ×（Ｔset×１／cosθ）×Ｌcosθ＝Ｆ×Ｌとなる。つまり、ナット１１に作用するトルクは、トルクレンチ２０が傾いた状態では、cosθ分だけ減少して小さくなるので、（１／cosθ）分だけトルクを大きくすることによって、つまり、図９において、トルクレンチ２０が傾いたことによりナット１１に対する締め付け方向として直接作用するトルクＴrealに補正係数１／cosθを乗じたＴcomとすることによって、ナット１１にはＴset分のトルクを作用させることができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  ホース                      ２  パイプ
３  口金                        ４  接続口部
１０  口金本体                  １１  ナット
２０  トルクレンチ              ２１  締め付けヘッド
２２  軸部                      ２２ａ  トルク表示部
２４  係合部                    ２４ａ  鉛直壁部
２４ｂ  円弧状部                ２５  距離センサ
２６  距離演算部                ２７  傾き角検出部
２８  メモリ部                  ２９  トルク検出手段
３０  トルク補正回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2012236264.tif 000009
【図８】
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【図９】
2012236264.tif 000011
【図１０】
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