(57)【要約】【課題】一旦締結したボルトを緩めることなく、ボルトの締付け軸力を推定することができるボルト締付け軸力推定装置を提供する。【解決手段】軸力推定装置１は、ボルトＢを締付けるための締付け手段２と、締付け手段２に取り付けられたトルク検出手段３および角度検出手段４と、情報処理手段５とを備えている。情報処理手段５は、締付けトルクを回転角度で積分することによって算出されるトルク積分値と、締付け軸力とを予め関連付けた軸力情報を記憶する記憶部６１と、トルク検出手段３にて検出された締付けトルクを、角度検出手段４にて検出された回転角度で積分することによって、トルク積分値を算出する算出部６４と、記憶部６１に記憶された軸力情報と、算出部６４にて算出されたトルク積分値とに基づいて、ボルトＢの締付け軸力を推定する推定部６５とを備えている。【選択図】図１
2013108883.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルトの締付け軸力を推定するボルト締付け軸力推定装置であって、
前記ボルトを締付けるための締付け手段と、前記締付け手段にて前記ボルトを締付ける際の締付けトルクを検出するトルク検出手段と、前記締付け手段にて前記ボルトを締付ける際の回転角度を検出する角度検出手段と、前記トルク検出手段にて検出された締付けトルクと、前記角度検出手段にて検出された回転角度とを取得し、これらの情報を処理する情報処理手段とを備え、
前記情報処理手段は、
前記締付けトルクを前記回転角度で積分することによって算出されるトルク積分値と、前記締付け軸力とを予め関連付けた軸力情報を記憶する記憶部と、
前記トルク検出手段にて検出された締付けトルクを、前記角度検出手段にて検出された回転角度で積分することによって、前記トルク積分値を算出する算出部と、
前記記憶部に記憶された軸力情報と、前記算出部にて算出されたトルク積分値とに基づいて、前記締付け軸力を推定する推定部と、
を備えることを特徴とするボルト締付け軸力推定装置。
【請求項２】
ボルトの締付け軸力を推定するボルト締付け軸力推定方法であって、
前記ボルトを締付ける際の締付けトルクを、前記ボルトを締付ける際の回転角度で積分することによって、トルク積分値を算出する算出ステップと、
前記トルク積分値および前記締付け軸力を予め関連付けた軸力情報と、前記算出ステップにて算出されたトルク積分値とに基づいて、前記締付け軸力を推定する推定ステップと、
を有することを特徴とするボルト締付け軸力推定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルト締付け軸力推定装置およびボルト締付け軸力推定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ボルトの締結状態を判断するために、ボルトの締付け軸力が用いられている。この締付け軸力は、締付けで伸びたボルトが反発して元に戻ろうとするボルトの引張力である。この締付け軸力を直接的に測定する手段がないため、ボルトの締付けトルクや、ボルトの緩めトルク等の値を測定し、これらの値から間接的に推定している。
【０００３】
具体的には、例えば、特許文献１に記載された発明では、まず、ボルトの締付けトルクと、ボルトの緩めトルクとを測定し、締付けトルクと、緩めトルクとの差分であるトルク差を算出する。次に、このトルク差と、予め入力されたボルトのねじピッチとを所定の軸力予測式に代入することによって、ボルトの締付け軸力を算出し、推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５６２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載された発明では、ボルトの締付け軸力を推定するには、ボルトの締付けトルクの他、ボルトの緩めトルクを測定しなければならない。
そのため、一旦締結したボルトを緩め、ボルトの緩めトルクを測定した後、再度、ボルトの締付けをしなければならないという技術的課題があった。
また、この再度のボルトの締付けを、前回のボルトの締付けトルクと同じに行わなければならず、前回のボルトの締付けトルクと異なる場合には、推定されたボルトの締付け軸力は、実際の軸力と異なったものとなる。
そのため、再度、ボルトの締付けを、前回のボルトの締付けトルクと同一のトルクで行わなければないという、作業上注意を有するという技術的課題があった。
【０００６】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、一旦締結したボルトを緩めることなく、ボルトの締付け軸力を推定することができるボルト締付け軸力推定装置およびボルト締付け軸力推定方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記技術的課題を解決するためになされた本発明にかかるボルト締付け軸力推定装置は、ボルトの締付け軸力を推定するボルト締付け軸力推定装置であって、前記ボルトを締付けるための締付け手段と、前記締付け手段にて前記ボルトを締付ける際の締付けトルクを検出するトルク検出手段と、前記締付け手段にて前記ボルトを締付ける際の回転角度を検出する角度検出手段と、前記トルク検出手段にて検出された締付けトルクと、前記角度検出手段にて検出された回転角度とを取得し、これらの情報を処理する情報処理手段とを備え、前記情報処理手段は、前記締付けトルクを前記回転角度で積分することによって算出されるトルク積分値と、前記締付け軸力とを予め関連付けた軸力情報を記憶する記憶部と、前記トルク検出手段にて検出された締付けトルクを、前記角度検出手段にて検出された回転角度で積分することによって、前記トルク積分値を算出する算出部と、前記記憶部に記憶された軸力情報と、前記算出部にて算出されたトルク積分値とに基づいて、前記締付け軸力を推定する推定部と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
このようなボルト締付け軸力推定装置によれば、情報処理手段は、トルク検出手段にて検出された締付けトルクを、角度検出手段にて検出された回転角度で積分することによって、トルク積分値を算出し、このトルク積分値と、軸力情報とに基づいて、締付け軸力を推定している。ここで、軸力情報は、トルク積分値と、締付け軸力とを予め関連付けた情報である。
したがって、情報処理手段は、締付けトルクと、回転角度のみに基づいて、締付け軸力を推定することができるので、一旦締結したボルトを緩めることなく、ボルトの締付け軸力を推定することができる。また、一旦締結した前記ボルトを緩め、前回のボルトの締付けトルクと同一のトルクで、ボルトの締付けを再度行う必要がないため、作業を容易になすことができる。
【０００９】
上記技術的課題を解決するためになされた本発明にかかるボルト締付け軸力推定方法は、ボルトの締付け軸力を推定するボルト締付け軸力推定方法であって、前記ボルトを締付ける際の締付けトルクを、前記ボルトを締付ける際の回転角度で積分することによって、トルク積分値を算出する算出ステップと、  前記トルク積分値および前記締付け軸力を予め関連付けた軸力情報と、前記算出ステップにて算出されたトルク積分値とに基づいて、前記締付け軸力を推定する推定ステップと、を有することを特徴としている。
【００１０】
このようなボルト締付け軸力推定方法によれば、ボルトを締付ける際の締付けトルクを、ボルトを締付ける際の回転角度で積分することによって、トルク積分値を算出し、このトルク積分値と、軸力情報とに基づいて、締付け軸力を推定している。
したがって、締付けトルクと、回転角度のみに基づいて、締付け軸力を推定することができるので、一旦締結したボルトを緩めることなく、ボルトの締付け軸力を推定することができる。また、一旦締結した前記ボルトを緩め、前回のボルトの締付けトルクと同一のトルクで、ボルトの締付けを再度行う必要がないため、作業を容易になすことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、一旦締結したボルトを緩めることなく、ボルトの締付け軸力を推定することができるボルト締付け軸力推定装置およびボルト締付け軸力推定方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明にかかるボルト締付け軸力推定装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、締付けトルクと、回転角度との関係を示す図である。
【図３】図３は、トルク積分値と、締付け軸力との関係を示す図である。
【図４】図４は、本発明にかかるボルト締付け軸力推定方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明にかかるボルト締付け軸力推定装置およびボルト締付け軸力推定方法について、図面に基づいて説明する。
ここで、図１は、本発明にかかるボルト締付け軸力推定装置の概略構成を示すブロック図、図２は締付けトルクと回転角度との関係を示す図、図３はトルク積分値と、締付け軸力との関係を示す図、図４は本発明にかかるボルト締付け軸力推定方法のフローチャート図である。
【００１４】
このボルト締付け軸力推定装置（以下、単に「軸力推定装置」という）１は、図１に示すように、ボルトＢの締付け軸力を推定する装置である。
この軸力推定装置１は、前記ボルトＢを締付けるための締付け手段（例えば、モンキーレンチ）２と、前記締付け手段２に取り付けられたトルク検出手段３および角度検出手段４と、前記トルク検出手段３および前記角度検出手段４に信号線Ｓを介して接続された情報処理手段５とを備えている。
なお、前記締付け手段２は、前記ボルトＢを締付けることができるものであればよく、その具体的な構成について特に限定されるものではない。例えば、前記締付け手段２は、電動式のものであってもよく、手動式のものであってもよい。
【００１５】
前記トルク検出手段３は、前記締付け手段２にて前記ボルトＢを締付ける際の締付けトルクを検出するセンサである。このトルク検出手段３は、検出した締付けトルクの値を示す電気信号を、前記信号線Ｓを介して前記情報処理手段５に送信する。
前記角度検出手段４は、前記締付け手段２にて前記ボルトＢを締付ける際の回転角度を検出するセンサである。この角度検出手段４は、検出した回転角度の値を示す電気信号を、前記信号線Ｓを介して前記情報処理手段５に送信する。
【００１６】
前記トルク検出手段３としては、歪式トルクセンサーを用いることができる。
また、前記角度検出手段４としては、レゾルバ、ロータリーエンコーダ等を用いることができる。尚、トルク検出手段３及び角度検出手段４として、上記手段を示したが、「締め付けトルク」および「回転角度」を検出し、これらの値を示す電気信号を、前記信号線Ｓを介して前記情報処理手段５に送信することができるものであればよく、その具体的な構成について特に限定されるものではない。
【００１７】
前記情報処理手段５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、メモリなどによって構成され、所定のプログラムに従って情報処理を実行するコンピュータである。この情報処理手段５は、前記トルク検出手段３にて検出された締付けトルクと、前記角度検出手段４にて検出された回転角度とを取得し、これらの情報を処理する本体部６と、前記本体部６にて処理された情報を表示する液晶ディスプレイなどによって構成された表示部７とを備えている。
【００１８】
前記本体部６は、情報処理に用いられる情報を記憶する記憶部６１と、送受信部６２と、数値化処理部６３と、算出部６４と、推定部６５とを備えている。
前記送受信部６２は、外部機器との間でデータの送受信を行う。具体的には、前記トルク検出手段３および前記角度検出手段４から送信された電気信号の受信や、前記本体部６にて処理された情報を前記表示部７に表示するための電気信号の送信などを行う。
前記数値化処理部６３は、前記トルク検出手段３および前記角度検出手段４から送信され、前記送受信部６２にて受信された電気信号を数値化する。すなわち、前記トルク検出手段３にて検出された締付けトルクと、前記角度検出手段４にて検出された回転角度とを数値化する。
【００１９】
前記算出部６４は、前記数値化処理部６３にて数値化された締付けトルクを、前記数値化処理部６３にて数値化された回転角度で積分することによって、トルク積分値を算出する。
前記推定部６５は、前記記憶部６１に記憶された軸力情報と、前記算出部６４にて算出されたトルク積分値とに基づいて、前記ボルトＢの締付け軸力を推定する。
【００２０】
ここで、前記記憶部６１に記憶された軸力情報は、締付けトルクを回転角度で積分することによって算出されるトルク積分値と、締付け軸力とを予め関連付けた情報である。
この軸力情報は、例えば、前記ボルトＢと、対象物との間に潤滑油を塗布して摩擦力を変化させて、トルク積分値と、締付け軸力とを予め測定しておくことによって生成することができる。
なお、軸力情報を生成する際には、締付け軸力は、例えば、前述した特許文献１に記載された発明を用いることによって推定してもよく、前記ボルトＢと、対象物との間にロードセルなどのセンサを挟み込むことによって測定してもよい。
【００２１】
ここで、まず、締付けトルクを回転角度で積分することによって算出されるトルク積分値と、締付け軸力との間に一定の関係があり、トルク積分値を求めることにより、締付け軸力を求められることについて説明する。
先ず、締付けトルクは、ボルトＢの軸力（締付け軸力）と、前記ボルトＢと対象物との間の摩擦力の和である。したがって、前記ボルトＢと対象物との間の摩擦力が異なると、同じ締付けトルクであっても、ボルトＢの軸力は異なる。
即ち、締付けトルクを回転角度で積分したトルク積分値も、前記ボルトＢと対象物との間の摩擦力の影響を受け、同一の締付けトルクであっても、摩擦力が大きければ、回転角度が小さく、ボルトＢの軸力（締付け軸力）は小さくなり、一方、摩擦力が小さく、回転角度が大きければ、ボルトＢの軸力（締付け軸力）が大きく、ボルトＢの軸力（締付け軸力）は大きくなる。
【００２２】
更に、上記関係について図２を参照して説明する。尚、図２は、横軸を回転角度とし、縦軸を締付けトルクとして、これらの測定結果をプロットしたグラフである。
例えば、前記トルク検出手段３にて検出される締付けトルクが、予め決めた特定の値（目標値：図２破線）となるように、前記締付け手段２を回転させるとともに、前記角度検出手段４にて前記締付け手段２の回転角度を所定の間隔で検出する。
その結果、ボルトと対象物との間の摩擦力が大きい場合には、図２（Ａ）に示すように、回転角度は小さくなり、トルク積分値（図２の斜線部の面積）は小さくなる。
一方、ボルトと対象物との間の摩擦力が小さい場合には、前記した予め決めた特定の値と同一の締付けトルク（目標値：図２破線）で前記締付け手段２を回転させても、図２（Ｂ）に示すように、回転角度は大きくなり、トルク積分値（図２の斜線部の面積）は大きくなる。
【００２３】
また、締付けトルクは、前記したようにボルトＢの軸力（締付け軸力）と、前記ボルトＢと対象物との間の摩擦力の和であるため、摩擦力が大きい場合（トルク積分値が小さい場合）には、ボルトＢの軸力（締付け軸力）は小さくなる。
一方、摩擦力が小さい場合（トルク積分値が大きい場合）には、ボルトＢの軸力（締付け軸力）は大きくなる。
このように、締付けトルクにおけるトルク積分値とボルトＢの軸力（締付け軸力）との間には一定の関係があり、トルク積分値を求めることにより、ボルトＢの軸力（締付け軸力）を推定することができる。
【００２４】
次に、軸力情報について図３に基づいて説明する。なお、図３は、横軸をトルク積分値とし、縦軸を締付け軸力として、これらの測定結果をプロットした図である。
この軸力情報は、予め測定され、記憶部６１に記憶される。
この軸力情報を求めるには、少なくとも摩擦条件が異なる環境下で、トルク積分値および締付け軸力を測定する。例えば、ロードセルにより締付け軸力を測定し、トルク検出手段３及び角度検出手段４からトルク積分値を求める。
図３のＸに示すように、前記ボルトＢと対象物との間に潤滑油を塗布しない環境下において、締付け軸力（ｋＮ）を測定し、トルク積分値を求めると、摩擦力が大きい場合には、トルク積分値および締付け軸力は小さくなる。
また、図３のＹに示すように、前記ボルトＢと、対象物との間に潤滑油を塗布した環境下で、同様にトルク積分値および締付け軸力を測定する。このように摩擦力が小さい場合には、トルク積分値および締付け軸力は大きくなる。
【００２５】
そして、トルク積分値の測定結果と、締付け軸力の測定結果とに基づいて、トルク積分値から締付け軸力を算出するための近似式（ｙ＝ａｘ＋ｂ）を導出し（図３参照）、この近似式を軸力情報として前記記憶部６１に記憶する。
前記推定部６５は、前記算出部６４にて算出されたトルク積分値を前記記憶部６１に記憶された近似式に代入することによって、前記ボルトＢの締付け軸力を算出し、推定する。
【００２６】
なお、軸力情報は、トルク積分値と、締付け軸力とを予め関連付けた情報であればよく、その具体的な構成について特に限定されるものではない。例えば、トルク積分値の測定結果と、締付け軸力の測定結果とに基づいて、ルックアップテーブルを生成し、このルックアップテーブルを軸力情報として前記記憶部６１に記憶してもよい。
【００２７】
次に、前記軸力推定装置１にて実行されるボルト締付け軸力推定方法について、図４を参照して説明する。
このボルト締付け軸力推定方法において、最も特徴ある点は、前記軸力推定装置１の使用者は、前記締付け手段２を回転させて前記ボルトＢを締結することによって、前記ボルトＢの締付け軸力を推定することができることにある。
【００２８】
まず、使用者によって、前記締付け手段２が回転すると、図４に示すように、前記トルク検出手段３は、検出した締付けトルクの値を示す電気信号を、前記信号線Ｓを介して前記情報処理手段５に送信し、前記角度検出手段４は、検出した回転角度の値を示す電気信号を、前記信号線Ｓを介して前記情報処理手段５に送信する（送信ステップ：Ｓ１）。
【００２９】
前記送信ステップＳ１において、前記トルク検出手段３および前記角度検出手段４から電気信号が送信されると、前記送受信部６２は、この電気信号を受信する。
そして、前記数値化処理部６３は、前記送受信部６２にて受信された電気信号に基づいて、前記トルク検出手段３にて検出された締付けトルクと、前記角度検出手段４にて検出された回転角度とを数値化し、これらを前記記憶部６１に記憶する（数値化ステップ：Ｓ２）。
【００３０】
次に、前記情報処理手段５は、前記トルク検出手段３にて検出された締付けトルクを所定の目標値と比較し、締付けトルクが所定の目標値以上であるか否かを判定する（判定ステップ：Ｓ３）。
そして、前記情報処理手段５は、締付けトルクが所定の目標値より小さいと判定した場合には、前記送信ステップＳ１および数値化ステップＳ２を所定の間隔で繰り返し実行する。
【００３１】
また、前記判定ステップＳ３において、締付けトルクが所定の目標値以上であると判定された場合には、前記算出部６４は、前記数値化処理部６３にて数値化された締付けトルクを、前記数値化処理部６３にて数値化された回転角度で積分することによって、トルク積分値を算出する（算出ステップ：Ｓ４）。
【００３２】
前記算出ステップＳ４において、トルク積分値が算出されると、前記推定部６５は、前記記憶部６１に記憶された軸力情報と、前記算出部６４にて算出されたトルク積分値とに基づいて、ボルトＢの締付け軸力を推定する（推定ステップ：Ｓ５）。
そして、前記推定ステップＳ５において、締付け軸力が推定されると、前記本体部６は、この締付け軸力を表示するための電気信号を前記表示部７に送信する。
【００３３】
このように、本発明にかかる締付け軸力推定装置１によれば、前記情報処理手段５は、前記トルク検出手段３にて検出された締付けトルクを、前記角度検出手段４にて検出された回転角度で積分することによって、トルク積分値を算出し、このトルク積分値と、軸力情報とに基づいて、締付け軸力を推定している。
したがって、前記情報処理手段５は、締付けトルクと、回転角度のみに基づいて、締付け軸力を推定することができるので、一旦締結した前記ボルトＢを緩めることなく、前記ボルトＢの締付け軸力を推定することができる。また、一旦締結した前記ボルトＢを緩め、前回のボルトの締付けトルクと同一のトルクで、ボルトの締付けを再度行う必要がないため、作業を容易に行うことができる。
【００３４】
また同様に、本発明にかかるボルト締付け軸力推定方法によれば、ボルトを締付ける際の締付けトルクを、ボルトを締付ける際の回転角度で積分することによって、トルク積分値を算出し、このトルク積分値と、軸力情報とに基づいて、締付け軸力を推定している。
したがって、締付けトルクと、回転角度のみに基づいて、締付け軸力を推定することができるので、一旦締結した前記ボルトＢを緩めることなく、前記ボルトＢの締付け軸力を推定することができる。また、一旦締結した前記ボルトＢを緩め、前回のボルトの締付けトルクと同一のトルクで、ボルトの締付けを再度行う必要がないため、作業を容易に行うことができる。
【符号の説明】
【００３５】
１    軸力推定装置
２    締付け手段
３    トルク検出手段
４    角度検出手段
５    情報処理手段
６    本体部
７    表示部
６１  記憶部
６２  送受信部
６３  数値化処理部
６４  算出部
６５  推定部
Ｂ    ボルト
Ｓ    信号線
Ｓ１  送信ステップ
Ｓ２  数値化ステップ
Ｓ３  判定ステップ
Ｓ４  算出ステップ
Ｓ５  推定ステップ
【図１】
2013108883.tif 000003
【図２】
2013108883.tif 000004
【図３】
2013108883.tif 000005
【図４】
2013108883.tif 000006