(57)【要約】【課題】ねじ部材の軸力と、締め付けトルクとの関係は、ねじ部材の周囲温度に対応して変化するため、周囲温度を考慮せずに、目標トルクで締め付けることにより軸力を管理する従来の方法では、ねじ部材の軸力は適切に管理できない。よって、周囲温度に対応して、締め付けトルクからねじ部材に発生している軸力を算出し、表示する軸力表示装置を提供することを目的とする。【解決手段】トルク信号を受信する第１受信手段と、温度信号を受信する第２受信手段と、締め付けトルクと、ねじ部材に発生する軸力との関係を、周囲温度に対応して表わされたテーブルが記憶されている記憶手段と、表示手段と、演算手段と、を含んで構成され、演算手段は、トルク信号と温度信号と記憶手段に記憶されたテーブルとを用いて、ねじ部材に発生している軸力を算出すると共に、該軸力を表示手段に表示する。【選択図】図１
2016190302.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ部材の締め付けトルクを測定するトルク測定手段からのトルク信号を受信する第１受信手段と、
周囲温度を測定する温度測定手段からの温度信号を受信する第２受信手段と、
締め付けトルクと、ねじ部材に発生する軸力との関係を、周囲温度に対応して表わした対応表が記憶されている記憶手段と、
表示手段と、
演算手段と、を含んで構成され、
前記演算手段は、前記トルク信号と、前記温度信号と、前記記憶手段に記憶された前記対応表とを用いて、前記ねじ部材に発生している軸力を算出すると共に、
該軸力を前記表示手段に表示することを特徴とする軸力表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の軸力表示装置と、前記トルク測定手段と、前記温度測定手段とが備えられている、
ことを特徴とするねじ部材締め付け工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸力表示装置、およびねじ部材締め付け工具に関する。さらに詳しくは、周囲温度に対応して算出されたねじ部材の軸力を表示する軸力表示装置、およびこの軸力表示装置が備えられたねじ部材締め付け工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
走行車両に対するホイールの固定や、クレーン車などの作業車両の旋回台の固定等は、トルクレンチ等の締め付け工具を用いたトルク法や角度法（回転角法）により適切に軸力が管理されている必要がある。例えば走行車両のホイールにおいて、この軸力が適切に管理されていない場合、例えば締め付けトルクが小さすぎて、生じる軸力が小さすぎる場合は、ホイールが固定されずに、走行車両の振動の原因となる。これをそのまま放置するとホイール自体が脱落する場合もある。締め付けトルクが大きすぎる場合も、ホイールを固定するボルト等が塑性変形を起こし、ねじ部材に生じる軸力が小さくなり、締め付けトルクが小さすぎる場合と同様、ホイールが固定されなくなる。
【０００３】
ホイールや旋回台などのねじ部材の締め付け対象物は、ねじ部材を構成するボルトの軸力により生じる摩擦力により固定され、ボルトの軸力は、主にトルクレンチを用いたトルク法によって管理されている。特許文献１には、ピークトルクや、締め付け角度を表示する表示装置を取り付けたトルクレンチが開示されている。
【０００４】
ここで、走行車両や作業車両は世界のいたるところで活用されており、暑いところでは砂漠の昼間に使用されたり、寒いところでは冬の高緯度帯で使用されたりしている。このような周囲温度の多様性に影響されることなく、走行車両のホイールや作業車両の旋回台などの固定は適切に行われる必要がある。上記の状況に対して本願の発明者は、ねじ部材の周囲温度に依存して、ねじ部材の軸力と、締め付けトルクとの間の関係が変化することを突き止めた。すなわちねじ部材の軸力と、ねじ部材の締め付けトルクとは、比例関係にあり、この比例定数がねじ部材の周囲温度により変化する。ねじ部材の一定の軸力を得るためには、周囲温度が高い場合は付加するトルクを小さくし、温度が低い場合は付加するトルクを高くする必要がある。すなわち、周囲温度を考慮せずに、あらかじめ定められた目標トルクで締め付けることにより軸力を管理する従来の方法では、周囲温度が大きく変わると、ねじ部材の軸力は適切に管理できていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−９４３５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記事情に鑑み、ねじ部材による適正な結合を行うのに必要な軸力を表示する軸力表示装置、およびこの軸力表示装置が備えられた締め付け工具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】
第１発明の軸力表示装置は、ねじ部材の締め付けトルクを測定する測定手段からのトルク信号を受信する第１受信手段と、周囲温度を測定する温度測定手段からの温度信号を受信する第２受信手段と、締め付けトルクと、ねじ部材に発生する軸力との関係を、周囲温度に対応して表わした対応表が記憶されている記憶手段と、表示手段と、演算手段と、を含んで構成され、演算手段は、トルク信号と温度信号と記憶手段に記憶された対応表とを用いて、ねじ部材に発生している軸力を算出すると共に、該軸力を表示手段に表示することを特徴とする。
第２発明のねじ部材締め付け工具は、第１発明の軸力表示装置と、トルク測定手段と、温度測定手段とが備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
第１発明によれば、軸力表示装置の演算手段が、トルク信号と、温度信号と、記憶手段により記憶された対応表とを用いて、ねじ部材に作用している軸力を算出すると共に、該軸力を表示手段に表示することにより、ねじ部材により締め付け対象物を固定しようとする作業者が、周囲温度に対応して、締め付けトルク等から算出された軸力を確認しながら作業をすることができる。このため、ねじ部材の軸力を適切に管理できる。
第２発明によれば、ねじ部材締め付け工具には軸力表示装置と、トルク測定手段と、温度測定手段と、が備えられていることにより、ねじ部材締め付け工具の使用者は、周囲温度に対応して、締め付けトルク等から算出された軸力を、工具上の表示装置を見ながら作業をすることができるので、軸力の確認が容易になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係る軸力表示装置の機能ブロック図である。
【図２】ねじ部材の軸力と、締め付けトルクとの関係を示したグラフである。
【図３】本発明に係る軸力表示装置が備えられたねじ部材締め付け工具の正面図である。
【図４】図３のねじ部材締め付け工具の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に係る軸力表示装置４は、ねじ部材の締め付けトルクを測定するトルク測定手段７からのトルク信号を受信する第１受信手段１０と、周囲温度を測定する温度測定手段８からの温度信号を受信する第２受信手段１１と、締め付けトルクと、ねじ部材に発生する軸力との関係を、周囲温度に対応して表わした対応表が記憶されている記憶手段１２と、表示手段４ａと、演算手段９と、を含んで構成され、演算手段９は、トルク信号と、温度信号と、記憶手段に記憶された対応表とを用いて、ねじ部材に作用している軸力を算出すると共に、該軸力を表示手段４ａに表示する。
【００１１】
（本発明の技術原理）
軸力管理が必要なねじ部材については、ねじ部材の弾性域の上限近辺に目標軸力が定められ、それに基づいて締め付けトルクが定められている。これはねじ部材が数か月後または数年後に緩められ、締め付け対象物を交換等することを想定すると共に、ねじ部材による締め付けの能力が最大限に引き出されるようにするためである。この軸力管理が必要なねじ部材を用いた、締め付け対象物の固定は、トルクレンチ等の締め付け工具を用いた締め付け法により管理されることが多い。ねじに対する目標締め付けトルクは、個体間のばらつきを考慮し、ねじ部材の大きさと強度により算出された目標軸力に基づいて決定され、作業者はこの決定されたトルクによりトルクレンチを調整したうえで、ねじ部材により締め付け対象物を締め付ける。ここで「ＪＩＳ  Ｂ  １０８３  ５  ねじ締付けの基礎」に記載されている、ねじ部材の弾性域締め付けにおける締め付けトルクとねじ部材の軸力（締め付け力）との関係を示す。
【００１２】
【数１】
2016190302.tif 000003
【００１３】
ここで、Ｔ：締め付けトルク、Ｔｔｈ：ねじ部トルク、Ｔｂ：座面トルク、Ｋ：トルク定数、Ｆ：軸力、ｄ：ねじの呼び径である。Ｔ：締め付けトルクはねじ部材を締め付ける作業者が付加させるトルクである。Ｔｔｈ：ねじ部トルクは、ねじ部材を締め付けるのに必要なトルクである。Ｔｂ：座面トルクは、ねじ部材が締め付けられる際に座面に発生するトルクである。そして、ねじ部トルクＴｔｈ、座面トルクＴｂは以下のように表される。
【００１４】
【数２】
2016190302.tif 000004
【数３】
2016190302.tif 000005
【００１５】
ここで、Ｐ：ねじのピッチ、μｔｈ：ねじ面の摩擦係数、ｄ２：ねじの有効径の基準寸法、μｂ：座面の摩擦係数、Ｄｂ：座面の摩擦に対する直径である。
そして数２と数３を数１に代入すると、トルク定数は以下のように表わされる。
【００１６】
【数４】
2016190302.tif 000006
【００１７】
本願の発明者は、ねじ部材が置かれている周囲温度により、ねじ部材への締め付けトルクと、そのねじ部材に発生する軸力との間の関係が変化していることを突き止めた。その結果を図２に示す。図２は、ねじ部材の軸力と締め付けトルクとの関係を、周囲温度を変更して示したグラフである。グラフの横軸はねじ部材に付加している締め付けトルク、縦軸はねじ部材に発生している軸力を示している。このグラフから、ねじ部材の締め付けトルクＴとねじ部材に発生する軸力Ｆとは、比例関係にあり、周囲温度によりこの比例関係の比例定数が変化する。すなわち、予定されたねじ部材の軸力を得るためには、周囲温度が通常の環境（例えば３０℃）よりも高い場合（例えば７０℃）は、締め付けトルクは小さい値となり、低い場合（例えば−１０℃）は、締め付けトルクは大きい値となる。これは、上記のＴｔｈのμｔｈが、周囲温度により変化することによりＴｔｈの値が変化し、その結果としてねじ部材の軸力と締め付けトルクとの関係が変化するためと考えられる。
【００１８】
よって、ねじ部材の適正軸力を得るためには、周囲温度が高い場合は付加するトルクを小さくし、温度が低い場合は付加するトルクを高くする必要がある。周囲温度を考慮せずに、所定の目標トルクで締め付けることにより軸力を管理する従来の方法では、周囲温度が大きく変わるとねじ部材の軸力を適切に管理できていなかった。
【００１９】
本発明の実施形態に係る軸力表示装置について図１に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る軸力表示装置４の機能ブロック図である。
【００２０】
本実施形態に係る軸力表示装置４は、ねじ部材の締め付けトルクを測定するトルク測定手段７からのトルク信号を受信する第１受信手段１０と、周囲温度を測定する温度測定手段８からの温度信号を受信する第２受信手段１１と、締め付けトルクと、ねじ部材に発生する軸力との関係を、周囲温度に対応して表わした対応表が記憶されている記憶手段１２と、表示手段４ａと、演算手段９と、を含んで構成されている。
【００２１】
本実施形態において、軸力表示装置４は、１つの筐体により構成されており、この筐体の一つの面に表示手段４ａが設けられている。表示手段４ａは、例えば液晶画面などあるが、特にこれに限定されるものではなく、軸力の数値を表示できるものであれば問題ない。本実施形態において軸力表示装置４は、ねじ部材に作用している軸力だけでなく、ねじ部材の大きさと強度等から算出された目標軸力、トルク測定手段７や温度測定手段８からの測定数値を表示する。第１受信手段１０、第２受信手段１１は軸力表示装置４の筐体に設けられたコネクタ等である。
【００２２】
トルク測定手段７は、トルクレンチ等のねじ部材締め付け工具１内部に設けられている小型のデジタル式ダイヤルゲージであったり、ねじ部材の頭部にはめ込むソケットに設けられているストレインゲージであったりするが、これらに限定されるものではなく、ねじ部材の締め付けの際に発生するトルクを測定できるものであれば問題ない。
【００２３】
温度測定手段８は、本実施形態では、熱電対であるが、これに限定されるものではなく、サーミスタなど、温度を測定できるものであれば問題ない。
【００２４】
記憶手段１２は、軸力表示装置４の筐体内に設けられたＲＯＭ等であり、この記憶手段１２には、ねじ部材を締め付ける締め付けトルクと、この締め付けトルクによって発生する軸力との関係を表わした対応表が記憶されている。この対応表は、ねじ部材の大きさ、強度、そして周囲温度に対応して作成されたものである。周囲温度については、例えば数十℃刻みごとに、その中央の温度の場合の関係の対応表が作成されているものであっても問題ない。
【００２５】
演算手段９は、トルク信号と、温度信号と、記憶手段１２に記憶された対応表とを用いて、ねじ部材に現在発生している軸力を逐次算出する。本実施形態において、演算手段９は、ねじ部材の大きさ（Ｍ８、Ｍ１０等）、ねじ部材の材質（ＳＳ４００、ＳＵＳ等）、強度（１２．９、１０．９等）の情報を、作業者の入力により獲得する。また、演算手段９は、温度信号を温度測定手段８から獲得する。そして演算手段９は、ねじ部材の大きさや温度により、最も適した対応表を選択し、それに基づいて、数十ｍｓごとに、ねじ部材を締め付けている締め付けトルクのトルク信号を取り込み、このトルク信号からねじ部材に作用している軸力を算出する。
【００２６】
更に演算手段９は、算出された、ねじ部材に作用している軸力を、表示手段４ａに表示させる。このとき表示手段４ａには、目標軸力も合わせて表示するのが好ましい。目標軸力が表示されることで、作業者は、ねじ部材にどの程度トルクを付加するかを調整することができる。
【００２７】
軸力表示装置４の演算手段９が、トルク信号と、温度信号と、記憶手段１２により記憶された対応表とを用いて、ねじ部材に作用している軸力を算出すると共に、該軸力を表示手段４ａに表示することにより、ねじ部材により締め付け対象物を固定しようとする作業者が、周囲温度に対応して、締め付けトルク等から算出された軸力を確認しながら作業をすることができる。
【００２８】
つぎに、本発明の実施形態に係る軸力表示装置４が備えられたねじ部材締め付け工具１について、図面に基づき説明する。図３はねじ部材締め付け工具１の正面図、図４は図３のねじ部材締め付け工具１の機能ブロック図である。
【００２９】
本実施形態に係るねじ部材締め付け工具１は直読式トルクレンチである。ねじ部材締め付け工具１は、本体２と、ヘッド部３と、軸力表示装置４と、トルク測定手段７と、温度測定手段８と、を含んで構成されている。
【００３０】
本体２は、チューブ状の部材であり、先端側（図３に向かって左側）の開口部から挿入されたヘッド部３の尾部を内部に保持し、後端側（図３に向かって右側）に使用者が握る第１円筒部２ａが形成されている。第１円筒部２ａの、ヘッド部３側には第２円筒部２ｂが設けられており、第１円筒部２ａは第２円筒部２ｂに対して、本体２の軸心を中心に相対的に回転可能な構成であり、ねじ部材締め付け工具１の使用者は、第１円筒部２ａを回転させて、プリセットされるトルクを変更することができる。また、本体２には軸力表示装置４が固定されている。
【００３１】
ヘッド部３は、使用者が握る第１円筒部２ａから加えられる力を締付ける対象のねじに伝えて、ねじを締付ける。ヘッド部３内部には、ラチェット機構が備えられ、これにより右回りと左回りのいずれかの方向のみ締付けが可能となる。またヘッド部３には、図３の奥行き側に、様々な大きさ・形状のソケットが取り付けられる。
【００３２】
軸力表示装置４の表面には、ねじ部材締め付け工具１の使用者に演算手段９からの信号を変換して表示する、表示手段４ａである液晶表示部５と、演算手段９に対して信号を入力するための入力ボタン６とが設けられている。液晶表示部５には、ねじ部材の大きさと強度から算出された目標軸力や目標締め付けトルクが表示されると共に、トルク測定手段７からの測定数値、また温度測定手段８からの温度、そして演算手段９により算出されたねじ部材に発生している軸力などが表示される。
【００３３】
演算手段９は、入力ボタン６により使用者がねじ部材の大きさと強度、ねじピッチ等を入力すると、その入力データと、記憶手段１２に記憶されている対応表に基づき、弾性域内での上限近辺に目標軸力を算出する。この目標軸力になるようにねじ部材を締め付ける。
【００３４】
トルク測定手段７と温度測定手段８とは、本体２内部に設けられている。具体的な構成は、上記にあるものと同じである。
【００３５】
本実施形態に係るねじ部材締め付け工具１は、演算手段９が、ねじ部材に発生している軸力を算出し、この軸力を、表示手段である液晶表示部５に表示させる。
【００３６】
本実施形態のねじ部材締め付け工具１の使用方法について説明する。ねじ部材締め付け工具１の使用者は、ねじ部材のねじ部分にあるダストなどを除去したあと、ねじ部分にオイルを塗布する。オイルは、粘度の高いＡＴＦ（ＡＵＴＯＭＡＴＩＣ ＴＲＡＮＳＭＩＳＳＩＯＮ ＦＬＵＩＤ、自動変速機専用オイル、いわゆるトルコン）が望ましいが、オイルの銘柄等により、締め付けトルクに対して、ねじ部材に発生する軸力が異なることがあるので、注意が必要である。そして使用者は、入力ボタン６のうち電源の入り切りボタンを押して、ねじ部材締め付け工具１のシステムを立ち上げる。使用者は、ヘッド部３にねじ部材の大きさに対応したソケットを取り付け、ねじ部材の大きさと強度とを、入力ボタン６を用いて入力する。
【００３７】
演算手段９は、入力されたデータに基づいて、目標軸力を算出し、この値を、ヘッド部３側（図３の左側）の液晶表示部５に表示させる。使用者が、ねじ部材締め付け工具１を用いてねじ部材を締め付け始めると、温度測定手段８で測定された温度のデータと、記憶手段１２に記憶されている対応表に基づいて、演算手段９はねじ部材に発生している軸力を算出する。そして演算手段９は、この軸力の値を、ヘッド部３側（図３の左側）の液晶表示部５に表示させる。
【００３８】
使用者は、右側の液晶表示部５の表示を見ながら、左側の液晶表示部５に表示された目標軸力となるようにねじ部材締め付け工具１によりねじ部材を締め付ける。ねじ部材により締結される締め付け対象物が、走行車両のホイールである場合は、ねじ部材締め付け工具１の使用者は、あらかじめ定められた順序で、複数のねじ部材を締め付けて、ホイールを走行車両に固定する。
【００３９】
本実施形態では、表示手段４ａにねじ部材に発生している軸力を表示させる構成としたが、周囲温度に対応して補正された、目標トルクを表示することも可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１  ねじ部材締め付け工具
２  本体
２ａ  第１円筒部
２ｂ  第２円筒部
３  ヘッド部
４  軸力表示装置
４ａ  表示手段
５  液晶表示部
６  入力ボタン
７  トルク測定手段
８  温度測定手段
９  演算手段
１０  第１受信部
１１  第２受信部
１２  記憶手段
【図１】
2016190302.tif 000007
【図３】
2016190302.tif 000008
【図４】
2016190302.tif 000009
【図２】
2016190302.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年4月22日(2015.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３６】
本実施形態のねじ部材締め付け工具１の使用方法について説明する。ねじ部材締め付け工具１の使用者は、ねじ部材のねじ部分にあるダストなどを除去したあと、ねじ部分にオイルを塗布する。オイルの銘柄等により、締め付けトルクに対して、ねじ部材に発生する軸力が異なることがあるので、注意が必要である。そして使用者は、入力ボタン６のうち電源の入り切りボタンを押して、ねじ部材締め付け工具１のシステムを立ち上げる。使用者は、ヘッド部３にねじ部材の大きさに対応したソケットを取り付け、ねじ部材の大きさと強度とを、入力ボタン６を用いて入力する。