(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動源と、該回転駆動源からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与される主軸とを備え、該主軸の回転により、ネジの締付けを行うパルス式打撃締付工具であって、
前記ネジの締付トルクを検出する締付トルク検出手段と、
前記主軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、
ネジの締付けについての締付不良を判定する判定手段と、
ネジの締付けにおける所定の基準時からの経過時間を計測する経過時間計測手段と、を備え、
前記判定手段は、
前記締付トルク検出手段により検出される前記締付トルクの値、および前記回転角度検出手段により検出される前記回転角度の値のそれぞれについて、予め設定される所定の合格範囲に基づき、
前記回転角度検出手段により検出された前記回転角度の値がその前記合格範囲の上限値に達した時に、前記締付トルク検出手段により検出された前記締付トルクの値がその前記合格範囲の下限値よりも小さい場合、および前記締付トルク検出手段により検出された前記締付トルクの値がその前記合格範囲の上限値に達した時に、前記回転角度検出手段により検出された前記回転角度の値がその前記合格範囲の下限値よりも小さい場合を、前記締付不良として検知するとともに、
前記経過時間計測手段により計測される前記経過時間の値について、予め設定される所定の合格範囲に基づき、
前記経過時間計測手段により計測された前記経過時間の値がその前記合格範囲の上限値に達した時に、前記締付トルク検出手段により検出された前記締付トルクの値または前記回転角度検出手段により検出された前記回転角度の値がそれぞれの前記合格範囲の下限値よりも小さい場合、および前記締付トルク検出手段により検出された前記締付トルクの値または前記回転角度検出手段により検出された前記回転角度の値がそれぞれの前記合格範囲の上限値に達した時に、前記経過時間計測手段により計測された前記経過時間の値がその前記合格範囲の下限値よりも小さい場合を、前記締付不良として検知する、
ことを特徴とするパルス式打撃締付工具。
【請求項２】
前記判定手段は、
前記締付トルクの値について予め設定されるネジの締付けにおける初期基準値、および前記回転角度の値ならびに前記経過時間の値のそれぞれについて予め設定される最低基準値に基づき、
前記締付トルク検出手段により検出された前記締付トルクの値が前記初期基準値に達した時に、前記回転角度検出手段により検出された前記回転角度の値または前記経過時間計測手段により計測された前記経過時間の値がそれぞれの前記最低基準値よりも小さい場合を、前記締付不良として検知することを特徴とする請求項１に記載のパルス式打撃締付工具。
【請求項３】
回転駆動源と、該回転駆動源からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与される主軸とを備え、該主軸の回転により、ネジの締付けを行うパルス式打撃締付工具における締付不良検知方法であって、
前記ネジの締付トルクおよび前記主軸の回転角度を検出するとともに、ネジの締付けにおける所定の基準時からの経過時間を計測し、
検出する前記締付トルクの値、および前記回転角度の値のそれぞれについて、予め設定した所定の合格範囲に基づき、
検出した前記回転角度の値がその前記合格範囲の上限値に達した時に、検出した前記締付トルクの値がその前記合格範囲の下限値よりも小さい場合、および検出した前記締付トルクの値がその前記合格範囲の上限値に達した時に、検出した前記回転角度の値がその前記合格範囲の下限値よりも小さい場合を、締付不良として検知するとともに、
計測する前記経過時間の値について、予め設定した所定の合格範囲に基づき、
計測した前記経過時間の値がその前記合格範囲の上限値に達した時に、検出した前記締付トルクの値または検出した前記回転角度の値がそれぞれの前記合格範囲の下限値よりも小さい場合、および検出した前記締付トルクの値または検出した前記回転角度の値がそれぞれの前記合格範囲の上限値に達した時に、計測した前記経過時間の値がその前記合格範囲の下限値よりも小さい場合を、締付不良として検知する、
ことを特徴とするパルス式打撃締付工具における締付不良検知方法。
【請求項４】
前記締付トルクの値について予め設定したネジの締付けにおける初期基準値、および前記回転角度の値ならびに前記経過時間の値のそれぞれについて予め設定した最低基準値に基づき、
検出した前記締付トルクの値が前記初期基準値に達した時に、検出した前記回転角度の値または計測した前記経過時間の値がそれぞれの前記最低基準値よりも小さい場合を、締付不良として検知することを特徴とする請求項３に記載のパルス式打撃締付工具における締付不良検知方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス状のトルクが付与される主軸を備え、この主軸の回転により、ボルトやナット等のネジの締付けを行うパルス式打撃締付工具およびそれにおける締付不良検知方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボルトやナット等のネジの締付けに際し、パルス状のトルクが付与される主軸を備え、この主軸の回転により、ネジの締付けを行う手持ち式のツールとして構成されるトルクレンチ（いわゆる手持ち式パルスツール）が用いられている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３および特許文献４参照。）。
具体的には、上記のような手持ち式パルスツールは、その主軸に対して、エアモータや電動モータ等の回転駆動源と、この回転駆動源からの連続的な回転トルクをパルス状の打撃トルクに変換する打撃トルク発生装置とを備え、この打撃トルク発生装置からのパルス状のトルクが、主軸に付与される。そして、主軸が、その先端側がアタッチメントを介する等してネジに対して係合させられた状態で、前記のとおりパルス状のトルクが付与されながら回転させられることにより、ネジの締付けが行われる。
【０００３】
一方、ボルトやナット等のネジの締付けに際しては、ネジ締付けの品質管理、具体的には、ネジにより締結されるワークの不具合の有無、締付状態の良否、角度コントロール、軸力コントロール等において、ネジの締付角度を測定することが非常に重要である。
そこで、特許文献１には、手持ち式パルスツールにおいて、手ぶれやリバウンド等のノイズの影響を排除して、正確なネジの締付角度の測定を行うための技術が開示されている。具体的には、次のような技術が開示されている。すなわち、特許文献１に開示されている手持ち式パルスツールにおいては、締付トルクおよび主軸の回転角度が検出される。そして、検出された締付トルクの値が、予め設定された値（スナッグトルク）以上である間の主軸の回転角度が、主軸に付与されるパルス状の締付トルクにおいて積算され、その積算値が、ネジの締付角度として算出される。
【０００４】
しかし、従来の手持ち式パルスツールにおいては、締付トルクの精度は高めることができても、締付不良が発生した場合、ネジやネジにより締結されるワーク側の不良要因を検知することができない。
すなわち、従来の手持ち式パルスツールにおいては、検出した締付トルクの値が用いられたり、特許文献３に示されているような作動停止機構が備えられたりすること等により、ネジの締付けに際し、その締付トルクが予め設定された所定の値に達した時に、ツールの作動（エアモータ等の回転駆動源の作動）を自動停止させるための構成が備えられているものがある。このように、ネジの締付けに際し、締付トルクの値のみを基準にツールの作動を停止させる構成においては、締付不良が発生した場合であっても、締付トルクが予め設定された所定の値に達することでツールは停止し、締付トルクが予め設定された所定の値に達しない限りツールは停止しないこととなる。このような現象について、図７に示すグラフを用いて説明する。
【０００５】
図７は、ネジの締付けに際しての、主軸の回転角度の値（ｄｅｇ）と締付トルクの値（Ｎ・ｍ）との関係を示すグラフの例である。なお、主軸の回転角度の値については、ネジがワークの座面に対して接触したこと（ネジがワークに着座したこと）が、締付トルクの値から検出された時点での値が基準（０ｄｅｇ）である。
本例では、前記のとおりネジの締付けに際してツールの作動を自動停止させるために予め設定される締付トルクについての所定の値（以下「ターゲットトルク」という。）が、３０Ｎ・ｍに設定されている。
【０００６】
ネジの締付けに際し、正常なネジの締付けが行われた場合、主軸の回転角度（以下単に「回転角度」という。）の値の増加にともない、締付トルクの値も増加し、回転角度の値が所定の範囲内にある状態で、締付トルクの値がターゲットトルクに達することとなる。つまり、正常なネジの締付けが行われた場合、回転角度の値と締付トルクの値との関係において、締付トルクの値がターゲットトルクに達する際の回転角度の値の範囲がある程度定まり、その範囲において締付トルクの値がターゲットトルクに達することで、締付不良が発生することなく、ネジ締付けの品質について良品であることが確保される。
図７のグラフにおいて、回転角度の値について符号Ｄ１０１で示す角度範囲が、前記のとおりネジ締付けの品質について良品であることが確保される回転角度の値の角度範囲（以下「良品角度範囲Ｄ１０１」という。）である。本例では、良品角度範囲Ｄ１０１は、８０〜１３０ｄｅｇ程度の範囲となる。
【０００７】
したがって、図７のグラフにおいて、実線で示すグラフＡ１０１は、ネジの締付けが正常に行われた場合のグラフとなる。つまり、グラフＡ１０１を示すネジの締付けにおいては、回転角度の値が良品角度範囲Ｄ１０１内の値である状態で、締付トルクの値がターゲットトルク（直線Ｔ１０１参照）に達している。言い換えると、締付トルクの値がターゲットトルクに達した時点での回転角度の値が、良品角度範囲Ｄ１０１内の値となっている。
【０００８】
一方、図７のグラフにおいて、破線で示すグラフＡ１０２および一点鎖線で示すグラフＡ１０３は、ネジの締付けに際して締付不良が発生した場合のグラフとなる。すなわち、グラフＡ１０２を示すネジの締付けにおいては、締付トルクの値がターゲットトルクに達する前に、回転角度の値が良品角度範囲Ｄ１０１を超えている。また、グラフＡ１０３を示すネジの締付けにおいては、回転角度の値が良品角度範囲Ｄ１０１に達する前に、締付トルクの値がターゲットトルクに達している。このように、ネジの締付けに際して締付不良が発生した場合、締付トルクの値がターゲットトルクに達した時点での回転角度の値が、良品角度範囲Ｄ１０１外の値となる。
なお、グラフＡ１０２で示されるように、締付トルクの値がターゲットトルクに達する前に、回転角度の値が良品角度範囲Ｄ１０１を越える場合の締付不良の不良要因としては、ネジ山つぶれ等が考えられる。また、グラフＡ１０３で示されるように、回転角度の値が良品角度範囲Ｄ１０１に達する前に、締付トルクの値がターゲットトルクに達する場合の締付不良の不良要因としては、ネジの締付けに際して部材間に介装されるワッシャ等の欠品等が考えられる。
【０００９】
以上のように、従来の手持ち式パルスツールにおいては、ネジの締付けに際し、締付トルクの値のみを基準にツールの作動を停止させる構成が採用されていることから、締付不良が生じた場合であっても、締付トルクの値からはそれを検知することができず、ネジの締付けの品質について良品と不良品とを判別することができなかった。
【特許文献１】特開２００７−３００５６号公報
【特許文献２】実公平１−２９０１２号公報
【特許文献３】特開平６−３１２３８１号公報
【特許文献４】特開平１０−１５８４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、ネジの締付けに際し、締付不良が発生した場合、それを検知することが可能となり、締付精度の向上を図ることができ、ネジの締付についての品質の向上を図ることができるパルス式打撃締付工具およびそれにおける締付不良検知方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【００１２】
すなわち、請求項１においては、回転駆動源と、該回転駆動源からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与される主軸とを備え、該主軸の回転により、ネジの締付けを行うパルス式打撃締付工具であって、前記ネジの締付トルクを検出する締付トルク検出手段と、前記主軸の回転角度を検出する回転角度検出手段と、ネジの締付けについての締付不良を判定する判定手段と、ネジの締付けにおける所定の基準時からの経過時間を計測する経過時間計測手段と、を備え、前記判定手段は、前記締付トルク検出手段により検出される前記締付トルクの値、および前記回転角度検出手段により検出される前記回転角度の値のそれぞれについて、予め設定される所定の合格範囲に基づき、前記回転角度検出手段により検出された前記回転角度の値がその前記合格範囲の上限値に達した時に、前記締付トルク検出手段により検出された前記締付トルクの値がその前記合格範囲の下限値よりも小さい場合、および前記締付トルク検出手段により検出された前記締付トルクの値がその前記合格範囲の上限値に達した時に、前記回転角度検出手段により検出された前記回転角度の値がその前記合格範囲の下限値よりも小さい場合を、前記締付不良として検知するとともに、前記経過時間計測手段により計測される前記経過時間の値について、予め設定される所定の合格範囲に基づき、前記経過時間計測手段により計測された前記経過時間の値がその前記合格範囲の上限値に達した時に、前記締付トルク検出手段により検出された前記締付トルクの値または前記回転角度検出手段により検出された前記回転角度の値がそれぞれの前記合格範囲の下限値よりも小さい場合、および前記締付トルク検出手段により検出された前記締付トルクの値または前記回転角度検出手段により検出された前記回転角度の値がそれぞれの前記合格範囲の上限値に達した時に、前記経過時間計測手段により計測された前記経過時間の値がその前記合格範囲の下限値よりも小さい場合を、前記締付不良として検知するものである。
【００１３】
請求項２においては、請求項１に記載のパルス式打撃締付工具において、前記判定手段は、前記締付トルクの値について予め設定されるネジの締付けにおける初期基準値、および前記回転角度の値ならびに前記経過時間の値のそれぞれについて予め設定される最低基準値に基づき、前記締付トルク検出手段により検出された前記締付トルクの値が前記初期基準値に達した時に、前記回転角度検出手段により検出された前記回転角度の値または前記経過時間計測手段により計測された前記経過時間の値がそれぞれの前記最低基準値よりも小さい場合を、前記締付不良として検知するものである。
【００１４】
請求項３においては、回転駆動源と、該回転駆動源からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与される主軸とを備え、該主軸の回転により、ネジの締付けを行うパルス式打撃締付工具における締付不良検知方法であって、前記ネジの締付トルクおよび前記主軸の回転角度を検出するとともに、ネジの締付けにおける所定の基準時からの経過時間を計測し、検出する前記締付トルクの値、および前記回転角度の値のそれぞれについて、予め設定した所定の合格範囲に基づき、検出した前記回転角度の値がその前記合格範囲の上限値に達した時に、検出した前記締付トルクの値がその前記合格範囲の下限値よりも小さい場合、および検出した前記締付トルクの値がその前記合格範囲の上限値に達した時に、検出した前記回転角度の値がその前記合格範囲の下限値よりも小さい場合を、締付不良として検知するとともに、計測する前記経過時間の値について、予め設定した所定の合格範囲に基づき、計測した前記経過時間の値がその前記合格範囲の上限値に達した時に、検出した前記締付トルクの値または検出した前記回転角度の値がそれぞれの前記合格範囲の下限値よりも小さい場合、および検出した前記締付トルクの値または検出した前記回転角度の値がそれぞれの前記合格範囲の上限値に達した時に、計測した前記経過時間の値がその前記合格範囲の下限値よりも小さい場合を、締付不良として検知するものである。
【００１５】
請求項４においては、請求項３に記載のパルス式打撃締付工具における締付不良検知方法において、前記締付トルクの値について予め設定したネジの締付けにおける初期基準値、および前記回転角度の値ならびに前記経過時間の値のそれぞれについて予め設定した最低基準値に基づき、検出した前記締付トルクの値が前記初期基準値に達した時に、検出した前記回転角度の値または計測した前記経過時間の値がそれぞれの前記最低基準値よりも小さい場合を、締付不良として検知するものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、本発明によれば、ネジの締付けに際し、締付不良が発生した場合、それを検知することが可能となり、締付精度の向上を図ることができ、ネジの締付についての品質の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
次に、発明の実施の形態を説明する。
まず、図１および図２を用いて、本発明に係るパルス式打撃締付工具の実施の一形態であるトルクレンチの構成について説明する。
図１に、本実施形態に係るトルクレンチの本体（以下「ツール本体１」とする。）を示す。ツール本体１は、ボルトやナット等のネジの締付けに際して用いられる手持ち式のツールとして構成される、いわゆる手持ち式パルスツールである。したがって、ツール本体１は、把持部２ａを有するハウジング２により外装されている。
【００１８】
図１に示すように、本実施形態のトルクレンチは、回転駆動源としてのエアモータ３と、このエアモータ３からの回転トルクが変換されたパルス状の打撃トルクが付与される主軸４とを備え、この主軸４の回転により、ネジの締付けを行う。つまり、本実施形態のトルクレンチは、エアモータ駆動式のトルクレンチとして構成される。
【００１９】
エアモータ３は、ハウジング２内に設けられる。エアモータ３は、高圧空気により回転トルクを発生させるロータ５を有する。ロータ５に対する高圧空気の供給および停止は、ハウジング２の把持部２ａに設けられる操作レバー６の操作を介して行われる。操作レバー６は、把持部２ａ内に設けられるメインバルブ７と連動している。メインバルブ７は、ロータ５に対する高圧空気の供給および停止を行う。つまり、操作レバー６の操作により、メインバルブ７が操作され、ロータ５に対する高圧空気の供給・停止が行われる。ここで、ロータ５に対する高圧空気は、ハウジング２の把持部２ａの端部に接続されるエアホース（図示略）等を介して、エアポンプ等のエア源から供給される。
なお、トルクレンチが備える回転駆動源は、本実施形態に限定されるものではない。つまり、本実施形態のトルクレンチは、その回転駆動源としてエアモータ３を備えるが、これに代えて、例えば電動モータが用いられてもよい。つまりこの場合、トルクレンチが、電動モータ駆動式のトルクレンチとして構成される。
【００２０】
主軸４は、ツール本体１における出力軸であり、その一端部（先端部）がハウジング２から突出した状態で、回転可能に支持される。この主軸４のハウジング２からの先端突出部が、アタッチメントを介する等してネジに対して係合する。つまり、ネジに対して係合した状態の主軸４が、回転させられることにより、ネジの締付けが行われる。
【００２１】
ハウジング２内におけるエアモータ３と主軸４との間には、油圧式の打撃トルク発生装置８が設けられる。
打撃トルク発生装置８は、エアモータ３からの連続的な回転トルクをパルス状の打撃トルクに変換する。すなわち、打撃トルク発生装置８は、エアモータ３のロータ５と連結され、ロータ５により発生させられる回転トルクをパルス状の打撃トルクに変換する。この打撃トルク発生装置８により変換された後のパルス状の打撃トルクが、主軸４に伝達される。これにより、主軸４に対してパルス状の打撃トルクが付与される。
打撃トルク発生装置８は、油圧が用いられる公知の構成により、エアモータ３からの連続的な回転トルクをパルス状の打撃トルクに変換する。油圧式の打撃トルク発生装置８は、概略的には次のような構成を有する。
【００２２】
すなわち、打撃トルク発生装置８は、ロータ５に連結されロータ５の回転によって回転する略筒状のライナーと、主軸４に対して主軸４の径方向外側に付勢された状態で同径方向に移動可能に設けられるベーン（羽根）とを有する。略筒状のライナーは、主軸４に対して同軸状態で設けられる。略筒状のライナーが有する内部空間に、主軸４が挿通された状態となる。ライナーの内部空間内、つまりライナーの内部空間内における主軸４よりも外側の空間（主軸４とライナーとの間の空間）内には、作動油が充填・密閉される。また、主軸４に対して設けられるベーンは、主軸４におけるライナーが位置する部分に設けられる。したがって、ベーンは、前記のとおり主軸４の径方向外側に付勢されているため、ライナーの内周面（内部空間を形成する面）に当接した状態となる。また、ライナーの内周面および主軸４の外周面のそれぞれの面には、所定の位置にシール面が形成される。ライナーの内周面のシール面と、主軸４の外周面のシール面およびベーンとは、ライナーと主軸４との相対的な回転により合致し、その合致した状態でライナーの内部空間を高圧室と低圧室とに区画する。
このような構成により、エアモータ３のロータ５の回転にともなってライナーが回転することにより、ライナーの内周面のシール面と、主軸４の外周面のシール面およびベーンとが合致するたび、ライナーの回転が作動油を介して主軸４に伝達される。
【００２３】
以上のようにして、エアモータ３からの連続的な回転トルクが、主軸４に対するパルス状の打撃トルクに変換される。打撃トルク発生装置８についての公知の構成としては、例えば、特許文献２、特許文献３、および特許文献４を参照することができる。
なお、本実施形態の打撃トルク発生装置８は、油圧式であるが、これに代えて、ロータ５の回転力により機械的に打撃力を発生させる機械式の打撃トルク発生装置が用いられてもよい。
【００２４】
また、本実施形態のトルクレンチは、そのツール本体１に、作動停止機構（図示略）を備える。作動停止機構は、トルクレンチによるネジの締付けに際し、その締付トルクが予め設定された所定の値（以下「ターゲットトルク」という。）に達した時に、ツール本体１の作動（エアモータ３の作動）を自動停止させるための構成である。
本実施形態においては、作動停止機構は、概略的には次のようにして構成される。
【００２５】
すなわち、作動停止機構は、前述したような打撃トルク発生装置８におけるライナーの内部空間と連通するシャットオフバルブを有する。シャットオフバルブは、閉動作することで、エアモータ３に対する高圧空気の供給を遮断する。また、作動停止機構においては、打撃トルク発生装置８においてライナーの回転にともない作動油が充填される内部空間に形成される高圧室について、予め所定の圧力が設定される。
【００２６】
そして、トルクレンチにおいては、ネジの締付けに際し、操作レバー６が操作されることにより、メインバルブ７が開かれる。メインバルブ７が開くことにより、エアモータ３に対して高圧空気が供給され、ロータ５が回転駆動する。これにより、打撃トルク発生装置８のライナーが回転し、主軸４に対してパルス状の打撃トルクが付与される。この際、打撃トルク発生装置８において形成される高圧室の圧力が、前記所定の圧力に達するまで、主軸４に対するパルス状の打撃トルクの付与（エアモータ３の作動（ロータ５の回転））にともなうネジの締付けが行われる。
つまり、ネジの締付けが進行すると、締付トルクが大きくなり、これにともなって打撃トルク発生装置８における高圧室の圧力も上昇する。そして、前記高圧室の圧力が前記所定の圧力に達すると、ライナーの内部空間における高圧側の作動油が、前記シャットオフバルブを閉動作させ、エアモータ３の作動（ロータ５の回転）が停止する。これにより、主軸４に対するパルス状の打撃トルクの付与が停止する。
【００２７】
以上のようにして、トルクレンチによるネジの締付けに際し、その締付トルクがターゲットトルクに達した時に、ツール本体１の作動（エアモータ３の作動）が自動停止する。
なお、作動停止機構の構成は、本実施形態に限定されるものではない。作動停止機構としては、他の公知の構成を採用することができる。作動停止機構についての公知の構成としては、例えば、特許文献３を参照することができる。
【００２８】
また、本実施形態のトルクレンチは、ネジの締付トルクを検出する締付トルク検出手段としてのトルクセンサ１０と、主軸４の回転角度を検出する回転角度検出手段としての角度センサ２０とを備える。
【００２９】
図１に示すように、本実施形態のトルクセンサ１０は、ハウジング２内に設けられ、主軸４の所定の部分を周回するように配設される励磁コイル１１と検出コイル１２とを有する磁歪式センサとして構成される。主軸４において、励磁コイル１１および検出コイル１２が配設される所定の部分には、主軸４の外周面に溝加工が施された溝加工部４ａが設けられる。
かかる構成を有するトルクセンサ１０において、励磁コイル１１によって磁界が形成され、主軸４の溝加工部４ａを介する透磁率変化が、トルクの大きさに関係する（比例する）検出コイル１２からの出力電圧の変化として検出される。つまり、磁歪式センサとして構成されるトルクセンサ１０においては、主軸４の透磁率変化にともなう検出コイル１２からの出力電圧の変化が換算されることにより、主軸４が伝達するトルク（締付トルク）が検出される。トルクセンサ１０による検出信号（電圧信号）は、ハウジング２内に配され把持部２ａの端部から導出されるケーブル１４を介してコントローラ５０（図２参照）に送信される。
なお、トルクセンサ１０の構成は、本実施形態に限定されるものではない。トルクセンサ１０としては、例えば歪ゲージ式センサ等の各種トルクセンサを採用することができる。
【００３０】
同じく図１に示すように、本実施形態の角度センサ２０は、ハウジング２内に設けられ、主軸４の所定の部分に設けられるロータ鉄心２１と、このロータ鉄心２１の周回するように設けられるステータ鉄心２２と、このステータ鉄心２２に巻着されるステータコイル２３とを有する磁気式センサとして構成される。
かかる構成を有する角度センサ２０において、主軸４の回転にともなってステータコイル２３が励磁されると、ステータコイル２３に出力電圧が誘起される。このステータコイル２３の出力電圧は、主軸４の回転角度によって変化するため、ステータコイル２３の出力電圧が検出される。つまり、磁気式センサとして構成される角度センサ２０においては、主軸４の回転にともなうステータコイル２３からの出力電圧が換算されることにより、主軸４の回転角度が検出される。角度センサ２０による検出信号（電圧信号）は、ハウジング２に沿って配され把持部２ａの端部から導出されるケーブル２４を介してコントローラ５０（図２参照）に送信される。
なお、角度センサ２０の構成は、本実施形態に限定されるものではない。角度センサ２０としては、例えば光学式センサ等の各種角度センサを採用することができる。
【００３１】
また、図２に示すように、本実施形態のトルクレンチは、制御装置としてのコントローラ５０を備える。コントローラ５０は、制御部５１と、表示部５２とを備える。
【００３２】
制御部５１は、ツール本体１の動作を制御する。制御部５１は、実体的には、種々のプログラム等を格納する格納部、これらのプログラム等を展開する展開部、これらのプログラム等に従って所定の演算を行う演算部、演算部による演算結果などを保管する保管部、締付トルクや主軸４の回転角度等について予め設定される値を記憶する記憶部等を有する。前記格納部に格納されるプログラム等には、後述する締付不良検知プログラムが含まれる。制御部５１としては、具体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成や、ワンチップのＬＳＩ等からなる構成が用いられる。
なお、本実施形態の制御部５１は、専用品であるが、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等が格納されたものでも代替可能である。また、本実施形態のトルクレンチにおいては、制御部５１が、ツール本体１とは別体のコントローラ５０に内蔵される構成であるが、これに限定されるものではない。つまり、本実施形態における制御部５１が、ツール本体１のハウジング２に内装される等、ツール本体１側に設けられる構成であってもよい。
【００３３】
制御部５１には、ツール本体１に設けられるトルクセンサ１０および角度センサ２０が接続される。すなわち、トルクセンサ１０は、前記のとおりハウジング２から導出されるケーブル１４を介してコントローラ５０の制御部５１に接続され、角度センサ２０は、同じくハウジング２から導出されるケーブル２４を介してコントローラ５０の制御部５１に接続される。そして、トルクセンサ１０および角度センサ２０による検出信号は、各ケーブル１４・２４を介して、それぞれ制御部５１に送信される。これにより、制御部５１は、トルクセンサ１０からの検出信号および角度センサ２０からの検出信号を取得し、この検出信号に基づいて、締付トルクの値および主軸４の回転角度の値を測定する。つまりは、トルクセンサ１０により、締付トルクの値が、角度センサ２０により、主軸４の回転角度の値が、それぞれ検出される。
【００３４】
表示部５２は、例えばグラフ等で示されるトルクセンサ１０により検出された締付トルクの値と角度センサ２０により検出された主軸４の回転角度の値との関係や、ネジの締付けに際しての締付不良の検知結果等を表示する。
なお、本実施形態の表示部５２は、専用品であるが、市販のモニターや液晶ディスプレイ等でも代替可能である。
【００３５】
以上の構成を備える本実施形態のトルクレンチの制御について説明する。以下に説明するトルクレンチの制御は、トルクレンチによるネジの締付けに際し、締付不良を検知するためのものである。
【００３６】
本実施形態のトルクレンチは、その制御に際し、コントローラ５０の制御部５１において判定部５３を備える。判定部５３は、本発明に係る判定手段の実施の一形態であり、ネジの締付けについての締付不良を判定する。実体的には、制御部５１が、その格納部に格納された締付不良検知プログラムに従って所定の演算等を行うことにより、判定部５３としての機能を果たす。
【００３７】
本実施形態のトルクレンチにおける締付不良の検知に際しては、トルクセンサ１０により検出されるネジの締付トルク（以下単に「締付トルク」という。）の値と、角度センサ２０により検出される主軸４の回転角度（以下単に「回転角度」という。）の値とが用いられる。そして、回転角度の値と締付トルクの値との関係を示すグラフが、そのグラフが示される座標平面における所定の合格領域に入るか否かにより、ネジの締付けにおける締付不良の判定が行われる。つまり、回転角度の値と締付トルクの値との関係を示すグラフが所定の合格領域に入らない場合が、締付不良として検知される。
以下、具体的に説明する。
【００３８】
本実施形態のトルクレンチの制御に際し、判定部５３は、トルクセンサ１０により検出される締付トルクの値、および角度センサ２０により検出される回転角度の値のそれぞれについて、予め設定される所定の合格範囲に基づき、ネジの締付けに際しての締付不良を検知する。つまり、トルクセンサ１０により検出される締付トルクの値、および角度センサ２０により検出される回転角度の値のそれぞれの合格範囲に基づく判定ロジックが、コントローラ５０（制御部５１）において予め組み込まれ、その判定ロジックに従って、判定部５３により、ネジの締付けに際しての締付不良が検知される。
【００３９】
締付トルクの値および回転角度の値のそれぞれについて予め設定される所定の合格範囲は、締付不良が発生することなく正常なネジの締付けが行われた場合の前記各値に基づいて定められる。
すなわち、ネジの締付けに際し、正常なネジの締付けが行われた場合、回転角度の値の増加にともない、締付トルクの値も増加し、回転角度の値が所定の範囲内にある状態で、締付トルクの値がターゲットトルクに達することとなる。つまり、正常なネジの締付けが行われた場合、回転角度の値と締付トルクの値との関係において、締付トルクの値がターゲットトルクに達する際の回転角度の値の範囲がある程度定まり、その範囲において締付トルクの値がターゲットトルクに達することで、締付不良が発生することなく、ネジ締付けの品質について良品であることが確保される。
【００４０】
そこで、締付トルクの値および回転角度の値のそれぞれについての合格範囲は、正常なネジの締付けが行われた場合の、回転角度の値と締付トルクの値との関係に基づいて予め設定される。締付トルクの値および回転角度の値のそれぞれについての合格範囲の設定は、制御部５１において予め行われる。
このような締付トルクの値および回転角度の値のそれぞれについての合格範囲の設定について、図３に示すグラフを用いて説明する。なお、以下の説明では、トルクセンサ１０により検出される締付トルクの値について予め設定される所定の合格範囲を「トルク値合格範囲」とし、角度センサ２０により検出される回転角度の値について予め設定される所定の合格範囲を「角度値合格範囲」とする。
【００４１】
図３は、ネジの締付けに際しての、回転角度の値（ｄｅｇ）と締付トルクの値（Ｎ・ｍ）との関係を示すグラフである。
図３のグラフにおいて、実線で示すグラフＡ１１は、ネジの締付けが正常に行われた場合に対応するグラフの一例である。つまり、グラフＡ１１は、正常なネジの締付けが行われた場合の、回転角度の値と締付トルクの値との関係の一例を示す。この正常なネジの締付けが行われた場合に対応するグラフＡ１１に基づいて、トルク値合格範囲および角度値合格範囲が設定される場合の一例について説明する。
【００４２】
ここで、回転角度の値については、ネジがワークの座面に対して接触する（ネジがワークに着座する）ことによって生じるトルクの値に相当する値のトルク（以下「スタートトルク」という。）が発生した時点での値が基準（０ｄｅｇ）となる。つまり、締付トルクの値については、スタートトルク（符号ＳＴｏ参照）に達した時点での値が基準（０Ｎ・ｍ）となる。したがって、図３に示すグラフにおいて、回転角度の値が０ｄｅｇ以前の部分（細線部分）は、本実施形態のトルクレンチにおいて、操作レバー６がＯＮされてから締付トルクがスタートトルクに達するまでの状態（以下「フリーランの状態」という。）を示す。
【００４３】
図３に示すグラフにおいて、締付トルクの値についての値ＴｏＳは、ターゲットトルクを示す。トルク値合格範囲は、このターゲットトルクの値ＴｏＳを基準に設定される。つまりこの場合、トルク値合格範囲は、ターゲットトルクの値ＴｏＳを基準（中心値）とする締付トルクの値の所定の範囲Ｄ１として設定される。
また、角度値合格範囲は、正常なネジの締付けが行われた場合に対応するグラフＡ１１が、ターゲットトルクの値に達した時点での回転角度の値ＡＳを基準（中心値）とする回転角度の値の所定の範囲Ｄ２として設定される。
ここで、トルク値合格範囲Ｄ１についてのターゲットトルクの値ＴｏＳを基準とする所定の範囲、および角度値合格範囲Ｄ２についての回転角度の値ＡＳを基準とする所定の範囲は、例えば、正常なネジの締付けが行われた場合に対応する多数のグラフ（データ）についての誤差範囲等が考慮されて定められる。
【００４４】
このように、締付トルクの値および回転角度の値のそれぞれについて所定の範囲が設定されることにより、回転角度と締付トルクとの関係を示す座標平面において、両方の所定の範囲を満たす領域が画定される。すなわち、図３において斜線部分で示すように、回転角度と締付トルクとの関係を示す座標平面において、トルク値合格範囲Ｄ１および角度値合格範囲Ｄ２の両方の合格範囲を満たす領域Ｂ１が画定される。この両方の合格範囲を満たす領域Ｂ１が、前述した合格領域となる。つまり、本実施形態のトルクレンチの制御においては、ネジの締付けに際し、回転角度の値と締付トルクの値との関係を示すグラフが合格領域Ｂ１に入らない場合が、締付不良として検知される。
【００４５】
そこで、判定部５３は、ネジの締付けにおけるトルクレンチの制御に際し、トルク値合格範囲Ｄ１および角度値合格範囲Ｄ２に基づき、回転角度の値と締付トルクの値との関係において、次の二つの場合を締付不良として検知する。
すなわち、角度センサ２０により検出された回転角度の値（以下「検出角度値」という。）が角度値合格範囲Ｄ２の上限値に達した時に、トルクセンサ１０により検出された締付トルクの値（以下「検出トルク値」という。）がトルク値合格範囲Ｄ１の下限値よりも小さい場合、および検出トルク値がトルク値合格範囲Ｄ１の上限値に達した時に、検出角度値が角度値合格範囲Ｄ２の下限値よりも小さい場合である。
【００４６】
図３のグラフにおいて、破線で示すグラフＡ１２は、回転角度の値と締付トルクの値との関係における前記二つの場合（以下「角度−トルク関係における二つの場合」という。）のうち、前者の場合（以下「角度−トルク関係における前者の場合」ともいう。）に対応するグラフの一例である。つまり、グラフＡ１２を示すネジの締付けにおいては、検出角度値が角度値合格範囲Ｄ２の上限値ＡＰmaxに達した時点で、検出トルク値がトルク値合格範囲Ｄ１の下限値ＴｏＰminよりも小さくなっている。かかる場合、グラフＡ１２は、合格領域Ｂ１に入らないこととなる。つまりこの場合は、判定部５３によって締付不良として検知される。
【００４７】
また、図３のグラフにおいて、一点鎖線で示すグラフＡ１３は、角度−トルク関係における二つの場合のうち、後者の場合（以下「角度−トルク関係における後者の場合」ともいう。）に対応するグラフの一例である。つまり、グラフＡ１３を示すネジの締付けにおいては、検出トルク値がトルク値合格範囲Ｄ１の上限値ＴｏＰmaxに達した時点で、検出角度値が角度値合格範囲Ｄ２の下限値ＡＰminよりも小さくなっている。かかる場合、グラフＡ１３は、合格領域Ｂ１に入らないこととなる。つまりこの場合も、判定部５３によって締付不良として検知される。
【００４８】
このように、ネジの締付けに際し、角度−トルク関係における二つの場合が、回転角度の値と締付トルクの値との関係を示すグラフが合格領域Ｂ１に入らない場合となり、締付不良として検知される。
【００４９】
以上のように、本実施形態のトルクレンチにおいては、締付不良検知方法として、ネジの締付けに際し、締付トルクおよび回転角度を検出し、トルク値合格範囲Ｄ１および角度値合格範囲Ｄ２に基づき、検出角度値が角度値合格範囲Ｄ２の上限値ＡＰmaxに達した時に、検出トルク値がトルク値合格範囲Ｄ１の下限値ＴｏＰminよりも小さい場合、および検出トルク値がトルク値合格範囲の上限値ＴｏＰmaxに達した時に、検出角度値が角度値合格範囲Ｄ２の下限値ＡＰminよりも小さい場合を、締付不良として検知する。
【００５０】
このようにしてトルクレンチが制御されることにより、ネジの締付けに際し、締付不良が発生した場合、それを検知することが可能となり、締付精度の向上を図ることができ、ネジの締付についての品質の向上を図ることができる。
【００５１】
すなわち、ネジの締付けに際し、締付トルクの値のみに基づいてトルクレンチが制御される場合は、締付不良が生じた場合であっても、締付トルクの値からはそれを検知することができないこととなるが、前述したように締付トルクの値および回転角度の値に基づいてトルクレンチが制御されることにより、締付不良を検知することが可能となる。つまり、ネジの締付けに際しての回転角度の値と締付トルクの値との関係は、ネジの締付けが正常に行われた場合と締付不良が発生した場合とで挙動が異なるため、かかる関係に基づくことで、締付不良の検知が可能となる。
これにより、本実施形態のトルクレンチのような手持ち式パルスツールにおいても、ネジの締付けの品質について良品と不良品とを判別することができるとともに、高精度でトレーサブルなネジの締付けが可能となり、ネジによる締結部において締付不良を含むような不良製品の流出を防止することができる。
【００５２】
ところで、前述のようにして検知されるネジの締付けにおける締付不良については、複数の種類がある。そして締付不良は、その種類によって角度−トルク関係における二つの場合のうちのいずれかの場合に該当するということが言える。
そこで、ネジの締付けに際し、回転角度の値と締付トルクの値との関係において生じる各場合、つまり角度−トルク関係における前者の場合および角度−トルク関係における後者の場合のそれぞれの場合に対応する締付不良の種類についての具体例を、図４を用いて各種類についてのグラフを例示して説明する。
【００５３】
図４に示す各グラフは、回転角度の値と締付トルクの値との関係を示すグラフである。なお、回転角度の値については、スタートトルクが発生した時点での値が基準（０ｄｅｇ）となる。また、本例では、トルク値合格範囲は、３０Ｎ・ｍであるターゲットトルク（直線Ｔ１参照）を基準に±５Ｎ・ｍ程度、つまり２５〜３５Ｎ・ｍ程度として設定され、角度値合格範囲は、８０〜１３０ｄｅｇ程度として設定されており、これらの各範囲により、合格領域Ｂ１が画定される。
【００５４】
まず、角度−トルク関係における二つの場合のうち、前者の場合に発生し得る締付不良の種類の例として、ネジ山つぶれ、座面つぶれ、および斜め入りが挙げられる。
【００５５】
図４（ａ）には、締付不良として、ネジ山つぶれが発生した場合を示す。つまり、ネジの締付けに際し、ボルトやナット等におけるネジ部のネジ山がつぶれた場合である。
この場合、ネジがワークに着座することにより生じるわずかな大きさのトルク（またはそれに相当する大きさの、ネジの螺合により生じるトルク）が発生した時点が、回転角度の検出が開始される時点（回転角度の値が０ｄｅｇの時点）となる。そして、ネジの螺合により締付トルクの値が急上昇し、その後、回転角度の値が大きくなる（主軸４の回転が進む）にしたがい、締付トルクの大きさはほぼ横ばい状態となる。このように、締付不良としてネジ山つぶれが生じている場合、ネジの締付け（主軸４の回転）が行われても、締付トルクの値がほとんど上昇せず、回転角度の値が増加して回転角度オーバーの状態となる。つまり、検出角度値が角度値合格範囲の上限値に達した時に、検出トルク値がトルク値合格範囲の下限値よりも小さい状態となり、角度−トルク関係における前者の場合として、グラフは合格領域Ｂ１に入らないこととなる。
【００５６】
図４（ｂ）には、締付不良として、座面つぶれが発生した場合を示す。つまり、ネジの締付けに際し、ワークに対するネジの接触する面となる座面が、ネジの締結によってつぶれた（窪んだ）場合である。
この場合、ネジがワークに着座することにより生じるわずかな大きさのトルクが発生した時点が、回転角度の検出が開始される時点（回転角度の値が０ｄｅｇの時点）となる。そして、ネジの螺合により締付トルクの値が急上昇し、その後、回転角度の値が大きくなる（主軸４の回転が進む）にしたがい、締付トルクの大きさが徐々に上昇する状態となる。このように、締付不良として座面つぶれが生じている場合、ネジの締付け（主軸４の回転）が行われても、締付トルクの値がわずかにしか上昇せず、回転角度の値が増加して回転角度オーバーの状態となる。つまりこの場合も、検出角度値が角度値合格範囲の上限値に達した時に、検出トルク値がトルク値合格範囲の下限値よりも小さい状態となり、角度
−トルク関係における前者の場合として、グラフは合格領域Ｂ１に入らないこととなる。
【００５７】
図４（ｃ）には、締付不良として、斜め入りが発生した場合を示す。つまり、ネジの締付けに際し、例えばボルト等の雄ネジ部が、ナットやネジ穴等の雌ネジ部に対して斜め方向に螺挿された場合である。
この場合、前述した座面つぶれの場合と略同様のグラフが示される。つまり、締付不良として斜め入りが生じている場合、ネジの締付け（主軸４の回転）が行われても、締付トルクの値がわずかにしか上昇せず、回転角度の値が増加して回転角度オーバーの状態となる。つまりこの場合も、検出角度値が角度値合格範囲の上限値に達した時に、検出トルク値がトルク値合格範囲の下限値よりも小さい状態となり、角度−トルク関係における前者の場合として、グラフは合格領域Ｂ１に入らないこととなる。
【００５８】
次に、角度−トルク関係における二つの場合のうち、後者の場合に発生し得る締付不良の種類の例として、ワッシャ欠が挙げられる。
【００５９】
図４（ｄ）には、締付不良として、ワッシャ欠が発生した場合を示す。つまり、ネジの締付けに際し、座面を安定させる場合等の理由から、ネジによる締結部における例えばボルトとワークとの間等にワッシャ（座金）等の介装部材が用いられる場合があり、その場合において、介装部材が欠落した場合である。
この場合、介装部材が欠落しているため、回転角度の検出が開始された時点（回転角度の値が０ｄｅｇの時点）から、締付トルクの値が上昇しないまま、わずかに回転角度の値が大きくなる（主軸４の回転が進む）。その後、ネジの螺合により締付トルクの値が急上昇する。これは、介装部材が欠落している分、ネジにより締結される部分の撓み量が少なくなるため、締付トルクの値が上昇するまでの回転角度（回転量）が小さくなることによる。このように、締付不良としてワッシャ欠が生じている場合、ネジの締付け（主軸４の回転）が行われることにより、締付トルクの値が急激に上昇し、回転角度の値が過小の状態となる。つまり、検出トルク値がトルク値合格範囲の上限値に達した時に、検出角度値が角度値合格範囲の下限値よりも小さい状態となり、角度−トルク関係における後者の場合として、グラフは合格領域Ｂ１に入らないこととなる。
【００６０】
以上のように、ネジの締付けにおいて締付不良が生じたとされる角度−トルク関係における二つの場合、つまり前述した回転角度の値と締付トルクの値との関係における前者の場合と後者の場合のいずれかであることにより、締付不良の種類のある程度の特定が可能となる
そこで、前述のようにして回転角度の値と締付トルクの値との関係から締付不良が検知されるに際し、角度−トルク関係における二つの場合のうちいずれの場合であるかを報知させること等により、発生した締付不良の種類を作業者等に対して認識させることができる。つまり、前述のように、回転角度の値と締付トルクの値との関係において、その関係を示すグラフが合格領域Ｂ１に入らない場合（角度−トルク関係における二つの場合）を締付不良が発生した場合とするという手法を用いることで、その各場合を締付不良の種類の特定に応用することが可能となる。このような点からも、前述したように、ネジの締付けに際し、回転角度の値と締付トルクの値との関係から締付不良を検知する手法は有用である。
【００６１】
また、本実施形態のトルクレンチにおいては、ネジの締付けにおける締付不良の検知に際し、締付トルクの値および回転角度の値に加え、経過時間の値が用いられる。
そこで、本実施形態のトルクレンチは、ネジの締付けにおける所定の基準時からの経過時間を計測する経過時間計測手段としてのタイマ５４を備える（図２参照）。
【００６２】
タイマ５４は、コントローラ５０において備えられる。タイマ５４は、制御部５１に接続される。そして、タイマ５４による計測信号は、制御部５１に送信される。これにより、制御部５１は、タイマ５４からの計測信号を取得し、この計測信号に基づいて、ネジの締付けにおける所定の基準時からの経過時間を計測する。つまりは、タイマ５４により、前記所定の基準時からの経過時間が計測される。
ここで、所定の基準時からの経過時間を計測するための構成や方法は特に限定されるものではなく、公知の構成を採用することができる。また、本実施形態のトルクレンチにおいては、タイマ５４が、ツール本体１とは別体のコントローラ５０に内蔵される構成であるが、これに限定されるものではない。つまり、タイマ５４が、ツール本体１のハウジング２に内装される等、ツール本体１側に設けられる構成であってもよい。
【００６３】
以下に説明する本実施形態のトルクレンチにおける締付不良の検知に際しては、トルクセンサ１０により検出される締付トルクの値と、角度センサ２０により検出される回転角度の値とのそれぞれとの関係において、タイマ５４により計測される経過時間の値が用いられる。つまり、タイマ５４により計測される経過時間の値とトルクセンサ１０により検出される締付トルクの値との関係、またはタイマ５４により計測される経過時間の値と角度センサ２０により計測される回転角度の値との関係が、それぞれ用いられる。そして、経過時間の値と締付トルクの値との関係を示すグラフ、または経過時間の値と回転角度の値との関係を示すグラフが、そのグラフが示される座標平面における所定の合格領域に入るか否かにより、ネジの締付けにおける締付不良の判定が行われる。つまり、経過時間の値と締付トルクの値との関係を示すグラフ、および経過時間の値と回転角度の値との関係を示すグラフが所定の合格領域に入らない場合が、締付不良として検知される。
以下、具体的に説明する。
【００６４】
まず、本実施形態のトルクレンチにおいて、経過時間の値と締付トルクの値との関係が用いられる場合の制御（以下「時間−トルク制御」という。）について説明する。
本実施形態のトルクレンチにおける時間−トルク制御に際し、判定部５３は、トルク値合格範囲Ｄ１、およびタイマ５４により計測される、ネジの締付けにおける所定の基準時からの経過時間の値について予め設定される合格範囲に基づき、ネジの締付けに際しての締付不良を検知する。つまり、トルクセンサ１０により検出される締付トルクの値、およびタイマ５４により計測される経過時間の値のそれぞれの合格範囲に基づく判定ロジックが、コントローラ５０（制御部５１）において組み込まれ、その判定ロジックに従って、判定部５３により、ネジの締付けに際しての締付不良が検知される。
【００６５】
経過時間の値について予め設定される所定の合格範囲は、締付不良が発生することなく正常なネジの締付けが行われた場合の値に基づいて定められる。
すなわち、ネジの締付けに際し、正常なネジの締付けが行われた場合、経過時間の値の増加にともない、締付トルクの値も増加し、経過時間の値が所定の範囲内にある状態で、締付トルクの値が、トルク値合格範囲Ｄ１内となることとなる。つまり、正常なネジの締付けが行われた場合、経過時間の値と締付トルクの値との関係において、締付トルクの値がターゲットトルクに達する際の経過時間の値の範囲がある程度定まり、その範囲において締付トルクの値がターゲットトルクに達することで、締付不良が発生することなく、ネジ締付けの品質について良品であることが確保される。
【００６６】
そこで、経過時間の値についての合格範囲は、正常なネジの締付けが行われた場合の、経過時間の値と締付トルクの値との関係に基づいて予め設定される。経過時間の値についての合格範囲の設定は、制御部５１において予め行われる。
このような経過時間の値についての合格範囲の設定について、図５に示すグラフを用いて説明する。なお、以下の説明では、タイマ５４により検出される経過時間の値について予め設定される所定の合格範囲を「時間値合格範囲」とする。
【００６７】
図５は、ネジの締付けに際しての、経過時間の値（ｍｓｅｃ）と締付トルクの値（Ｎ・ｍ）との関係を示すグラフである。
図５のグラフにおいて、実線で示すグラフＡ２１は、ネジの締付けが正常に行われた場合に対応するグラフの一例である。つまり、グラフＡ２１は、正常なネジの締付けが行われた場合の、経過時間の値と締付トルクの値との関係の一例を示す。この正常なネジの締付けが行われた場合に対応するグラフＡ２１に基づいて、時間値合格範囲が設定される場合の一例について説明する。
【００６８】
ここで、経過時間の値については、スタートトルク（符号ＳＴｏ参照）が発生した時点での値が基準（０ｍｓｅｃ）となる。したがって、本実施形態において、タイマ５４によって計測される経過時間についての、ネジの締付けにおける所定の基準時は、スタートトルクが発生した時点となる。また、図５に示すグラフにおいて、経過時間の値が０ｍｓｅｃ以前の部分（細線部分）は、本実施形態のトルクレンチにおけるフリーランの状態を示す。
【００６９】
図５に示すグラフにおいて、時間値合格範囲は、正常なネジの締付けが行われた場合に対応するグラフＡ２１が、ターゲットトルクの値に達した時点での経過時間の値ＴｉＳを基準（中心値）とする経過時間の値の所定の範囲Ｄ３として設定される。
ここで、時間値合格範囲Ｄ３についての経過時間の値ＴｉＳを基準とする所定の範囲は、例えば、正常なネジの締付けが行われた場合に対応する多数のグラフ（データ）についての誤差範囲等が考慮されて定められる。
【００７０】
このように、経過時間の値について所定の範囲が設定されることにより、経過時間と締付トルクとの関係を示す座標平面において、両方の所定の範囲を満たす領域が画定される。すなわち、図５において斜線部分で示すように、経過時間と締付トルクとの関係を示す座標平面において、トルク値合格範囲Ｄ１および時間値合格範囲Ｄ３の両方の合格範囲を満たす領域Ｂ２が画定される。この両方の合格範囲を満たす領域Ｂ２が、前述した合格領域となる。つまり、本実施形態のトルクレンチにおける時間−トルク制御においては、ネジの締付けに際し、経過時間の値と締付トルクの値との関係を示すグラフが合格領域Ｂ２に入らない場合が、締付不良として検知される。
【００７１】
そこで、判定部５３は、ネジの締付けにおけるトルクレンチの制御に際し、トルク値合格範囲Ｄ１および時間値合格範囲Ｄ３に基づき、経過時間の値と締付トルクの値との関係において、次の二つの場合を締付不良として検知する。
すなわち、タイマ５４により計測された経過時間の値（以下「計測時間値」という。）が時間値合格範囲Ｄ３の上限値に達した時に、検出トルク値がトルク値合格範囲Ｄ１の下限値よりも小さい場合、および検出トルク値がトルク値合格範囲Ｄ１の上限値に達した時に、計測時間値が時間値合格範囲Ｄ３の下限値よりも小さい場合である。
【００７２】
図５のグラフにおいて、破線で示すグラフＡ２２は、経過時間の値と締付トルクの値との関係における前記二つの場合（以下「時間−トルク関係における二つの場合」という。）のうち、前者の場合に対応するグラフの一例である。つまり、グラフＡ２２を示すネジの締付けにおいては、計測時間値が時間値合格範囲Ｄ３の上限値ＴｉＰmaxに達した時点で、検出トルク値がトルク値合格範囲Ｄ１の下限値ＴｏＰminよりも小さくなっている。かかる場合、グラフＡ２２は、合格領域Ｂ２に入らないこととなる。つまりこの場合は、判定部５３によって締付不良として検知される。
【００７３】
また、図５のグラフにおいて、一点鎖線で示すグラフＡ２３は、時間−トルク関係における二つの場合のうち、後者の場合に対応するグラフの一例である。つまり、グラフＡ２３を示すネジの締付けにおいては、検出トルク値がトルク値合格範囲Ｄ１の上限値ＴｏＰmaxに達した時点で、計測時間値が時間値合格範囲Ｄ３の下限値ＴｉＰminよりも小さくなっている。かかる場合、グラフＡ２３は、合格領域Ｂ２に入らないこととなる。つまりこの場合も、判定部５３によって締付不良として検知される。
【００７４】
このように、ネジの締付けに際し、時間−トルク関係における二つの場合が、経過時間の値と締付トルクの値との関係を示すグラフが合格領域Ｂ２に入らない場合となり、締付不良として検知される。
【００７５】
以上のように、本実施形態のトルクレンチにおいては、締付不良検知方法として、ネジの締付けに際し、ネジの締付けにおける所定の基準時（締付トルクの値がスタートトルクに達した時点）からの経過時間を計測し、時間値合格範囲Ｄ３に基づき、計測時間値が時間値合格範囲Ｄ３の上限値ＴｉＰmaxに達した時に、検出トルク値がトルク値合格範囲Ｄ１の下限値ＴｏＰminよりも小さい場合、および検出トルク値がトルク値合格範囲Ｄ１の上限値ＴｏＰmaxに達した時に、計測時間値が時間値合格範囲Ｄ３の下限値ＴｉＰminよりも小さい場合を、締付不良として検知する。
【００７６】
このように、経過時間の値および締付トルクの値に基づいてトルクレンチが制御されることにより、締付不良を検知することが可能となる。つまり、ネジの締付けに際しての経過時間の値と締付トルクの値との関係は、ネジの締付けが正常に行われた場合と締付不良が発生した場合とで挙動が異なるため、かかる関係に基づくことで、締付不良の検知が可能となる。
【００７７】
次に、本実施形態のトルクレンチにおいて、経過時間の値と回転角度の値との関係が用いられる場合の制御（以下「時間−角度制御」という。）について説明する。
本実施形態のトルクレンチにおける時間−角度制御に際し、判定部５３は、角度値合格範囲Ｄ２、および時間値合格範囲Ｄ３に基づき、ネジの締付けに際しての締付不良を検知する。つまり、角度センサ２０により検出される回転角度の値、およびタイマ５４により計測される経過時間の値のそれぞれの合格範囲に基づく判定ロジックが、コントローラ５０（制御部５１）において組み込まれ、その判定ロジックに従って、判定部５３により、ネジの締付けに際しての締付不良が検知される。
【００７８】
図６は、ネジの締付けに際しての、経過時間の値（ｍｓｅｃ）と回転角度の値（ｄｅｇ）との関係を示すグラフである。
図６のグラフにおいて、実線で示すグラフＡ３１は、ネジの締付けが正常に行われた場合に対応するグラフの一例である。つまり、グラフＡ３１は、正常なネジの締付けが行われた場合の、経過時間の値と回転角度の値との関係の一例を示す。
【００７９】
ここで、経過時間の値については、前述した時間−トルク制御の場合と同様に、スタートトルクが発生した時点での値が基準（０ｍｓｅｃ）となる。したがって、回転角度の値についても、スタートトルクが発生した時点での値が基準（０ｄｅｇ）となり、図６に示すグラフにおいて、経過時間の値が０ｍｓｅｃ以前の部分（細線部分）は、本実施形態のトルクレンチにおけるフリーランの状態を示す。
【００８０】
時間−角度制御においては、図６において斜線部分で示すように、経過時間と回転角度との関係を示す座標平面において、角度値合格範囲Ｄ２および時間値合格範囲Ｄ３の両方の合格範囲を満たす領域Ｂ３が画定される。この両方の合格範囲を満たす領域Ｂ３が、前述した合格領域となる。つまり、本実施形態のトルクレンチにおける時間−角度制御においては、ネジの締付けに際し、経過時間の値と回転角度の値との関係を示すグラフが合格領域Ｂ３に入らない場合が、締付不良として検知される。
【００８１】
そこで、判定部５３は、ネジの締付けにおけるトルクレンチの制御に際し、角度値合格範囲Ｄ２および時間値合格範囲Ｄ３に基づき、経過時間の値と回転角度の値との関係において、次の二つの場合を締付不良として検知する。
すなわち、計測時間値が時間値合格範囲Ｄ３の上限値に達した時に、検出角度値が角度値合格範囲Ｄ２の下限値よりも小さい場合、および検出角度値が角度値合格範囲Ｄ２の上限値に達した時に、計測時間値が時間値合格範囲Ｄ３の下限値よりも小さい場合である。
【００８２】
図６のグラフにおいて、破線で示すグラフＡ３２は、経過時間の値と回転角度の値との関係における前記二つの場合（以下「時間−角度関係における二つの場合」という。）のうち、前者の場合に対応するグラフの一例である。つまり、グラフＡ３２を示すネジの締付けにおいては、計測時間値が時間値合格範囲Ｄ３の上限値ＴｉＰmaxに達した時点で、検出角度値が角度値合格範囲Ｄ２の下限値ＡＰminよりも小さくなっている。かかる場合、グラフＡ３２は、合格領域Ｂ３に入らないこととなる。つまりこの場合は、判定部５３によって締付不良として検知される。
【００８３】
また、図６のグラフにおいて、一点鎖線で示すグラフＡ３３は、時間−角度関係における二つの場合のうち、後者の場合に対応するグラフの一例である。つまり、グラフＡ３３を示すネジの締付けにおいては、検出角度値が角度値合格範囲Ｄ２の上限値ＡＰmaxに達した時点で、計測時間値が時間値合格範囲Ｄ３の下限値ＴｉＰminよりも小さくなっている。かかる場合、グラフＡ３３は、合格領域Ｂ３に入らないこととなる。つまりこの場合も、判定部５３によって締付不良として検知される。
【００８４】
このように、ネジの締付けに際し、時間−角度関係における二つの場合が、経過時間の値と回転角度の値との関係を示すグラフが合格領域Ｂ３に入らない場合となり、締付不良として検知される。
【００８５】
以上のように、本実施形態のトルクレンチにおいては、締付不良検知方法として、ネジの締付けに際し、ネジの締付けにおける所定の基準時（締付トルクの値がスタートトルクに達した時点）からの経過時間を計測し、時間値合格範囲Ｄ３に基づき、計測時間値が時間値合格範囲Ｄ３の上限値ＴｉＰmaxに達した時に、検出角度値が角度値合格範囲Ｄ２の下限値ＡＰminよりも小さい場合、および検出角度値が角度値合格範囲Ｄ２の上限値ＡＰmaxに達した時に、計測時間値が時間値合格範囲Ｄ３の下限値ＴｉＰminよりも小さい場合を、締付不良として検知する。
【００８６】
このように、経過時間の値および回転角度の値に基づいてトルクレンチが制御されることにより、締付不良を検知することが可能となる。つまり、ネジの締付けに際しての経過時間の値と回転角度の値との関係は、ネジの締付けが正常に行われた場合と締付不良が発生した場合とで挙動が異なるため、かかる関係に基づくことで、締付不良の検知が可能となる。
【００８７】
また、本実施形態のトルクレンチにおいては、操作レバー６がＯＮされてから締付トルクがスタートトルクに達するまでの状態、つまりフリーランの状態での検出角度値または計測時間値に基づいて、締付不良、特にネジの着座前の初期異常が検知される。
すなわち、ネジの締付けに際し、正常なネジの締付けが行われた場合、フリーランの状態における回転角度の値や経過時間の値の増加量（フリーランの状態が終了した時点での回転角度の値や経過時間の値）は、ある程度以上の大きさとなる。つまり、ネジの締付けに際し、一旦締付作業が終了したネジによる締結部に対して再度ネジの締付けを行うような、いわゆる二度締めが発生した場合、フリーランの状態における回転角度の値や経過時間の値の増加量が極端に小さくなる。したがって、フリーランの状態における回転角度の値の増加量または経過時間の値の増加量が、所定の値に満たない場合が検知されることで、前記のような二度締め等のネジの締付けにおける初期異常の検知が可能となる。
【００８８】
そこで、判定部５３は、締付トルクの値について、予め設定されるネジの締付けにおける初期基準値としてのスタートトルク、および回転角度の値ならびに経過時間の値のそれぞれについて、予め設定される最低基準値に基づき、検出トルク値がスタートトルクに達した時に、検出角度値または計測時間値がそれぞれの前記最低基準値よりも小さい場合を、締付不良として検知する。
なお、締付トルクの値についてのスタートトルク、および回転角度の値ならびに経過時間の値のそれぞれについての最低基準値の設定は、制御部５１において予め行われる。また、以下の説明では、回転角度の値についての最低基準値を「角度最低基準値」とし、経過時間の値についての最低基準値を「時間最低基準値」とする。また、本実施形態のトルクレンチにおいて、フリーランの状態に基づいて締付不良を検知する制御を「初期異常検知制御」とする。
【００８９】
まず、本実施形態のトルクレンチにおける初期異常検知制御において、回転角度の値が用いられる場合について、図３を用いて説明する。
この場合、判定部５３は、スタートトルク（符号ＳＴｏ参照、以下「スタートトルクＳＴｏ」とする。）および角度最低基準値Ａ０に基づき、検出トルク値がスタートトルクＳＴｏに達した時に、検出角度値が角度最低基準値Ａ０よりも小さい場合を、締付不良として検知する。
【００９０】
すなわち、図３に示すグラフにおいて、符号Ｏ１で示す点が、操作レバー６がＯＮされた時点となる。つまり、この操作レバー６のＯＮの時点から、締付トルクの値および回転角度の値の検出が開始される。以下の説明では、符号Ｏ１で示す、操作レバー６がＯＮされた時点を「開始点Ｏ１」とする。そして、ネジの締付けに際し、開始点Ｏ１から検出トルク値がスタートトルクＳＴｏに達するまでが、トルクレンチのフリーランの状態となる。
トルクレンチのフリーランの状態において、そのフリーランの状態での回転角度の値の増加量（符号ＦｒＡ参照）が、角度最低基準値Ａ０よりも小さい場合、つまりフリーランの状態が終了した時点（検出トルク値がスタートトルクＳＴｏに達した時点）での回転角度の値ＡSTが、角度最低基準値Ａ０よりも小さい場合が、締付不良として検知される。
【００９１】
したがって、図３に示すグラフは、フリーランの状態が終了した時点での回転角度の値ＡSTが、角度最低基準値Ａ０よりも小さくないため、本実施形態のトルクレンチにおける初期異常検知制御においては、締付不良として検知されない場合の例となる。
【００９２】
次に、本実施形態のトルクレンチにおける初期異常検知制御において、経過時間の値が用いられる場合について、図５を用いて説明する。
この場合、判定部５３は、スタートトルクＳＴｏおよび時間最低基準値Ｔｉ０に基づき、検出トルク値がスタートトルクＳＴｏに達した時に、計測時間値が時間最低基準値Ｔｉ０よりも小さい場合を、締付不良として検知する。
【００９３】
すなわち、図５に示すグラフにおいて、開始点Ｏ１から、締付トルクの値の検出および経過時間の値の計測が開始される。
トルクレンチのフリーランの状態において、そのフリーランの状態での経過時間の値の増加量（符号ＦｒＴｉ参照）が、時間最低基準値Ｔｉ０よりも小さい場合、つまりフリーランの状態が終了した時点（検出トルク値がスタートトルクＳＴｏに達した時点）での経過時間の値ＴｉSTが、時間最低基準値Ｔｉ０よりも小さい場合が、締付不良として検知される。
【００９４】
したがって、図５に示すグラフは、フリーランの状態が終了した時点での経過時間の値ＴｉSTが、時間最低基準値Ｔｉ０よりも小さくないため、本実施形態のトルクレンチにおける初期異常検知制御においては、締付不良として検知されない場合の例となる。
【００９５】
以上のように、本実施形態に係るトルクレンチの初期異常検知制御においては、ネジの締付けに際し、スタートトルクＳＴｏおよび角度最低基準値Ａ０ならびに時間最低基準値Ｔｉ０に基づき、検出トルク値がスタートトルクＳＴｏに達した時に、検出角度値または計測時間値がそれぞれの最低基準値（角度最低基準値Ａ０・時間最低基準値Ｔｉ０）よりも小さい場合を、締付不良として検知する。
【００９６】
このように、トルクレンチのフリーランの状態において、回転角度の値または経過時間の値に基づいて、初期異常検知制御を行うことにより、ネジの着座前の初期異常を締付不良として検知することが可能となる。すなわち、ネジの締付けに際し、締付不良として、例えば二度締め等のネジの着座前の初期異常が発生した場合、それを検知することが可能となる。これにより、締付精度の向上を図ることができ、ネジの締付についての品質の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の一実施形態に係るツール本体の構成を示す一部断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るトルクレンチの制御ブロック図。
【図３】回転角度と締付トルクとの関係を示すグラフを表す図。
【図４】締付不良の種類ごとの回転角度と締付トルクとの関係を示すグラフを表す図。
【図５】経過時間と締付トルクとの関係を示すグラフを表す図。
【図６】経過時間と回転角度との関係を示すグラフを表す図。
【図７】回転角度と締付トルクとの関係を示すグラフを表す図。
【符号の説明】
【００９８】
１    ツール本体
３    エアモータ（回転駆動源）
４    主軸
１０  トルクセンサ（締付トルク検出手段）
２０  角度センサ（回転角度検出手段）
５０  コントローラ
５１  制御部
５３  判定部（判定手段）
５４  タイマ（経過時間計測手段）
【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】
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