JP3975299B2

JP3975299B2 - 締付トルク測定ユニット及びトルク表示締付機

Info

Publication number: JP3975299B2
Application number: JP2004201316A
Authority: JP
Inventors: 達夫平井; 泰▲湊▼ 金山
Original assignee: Maeda Metal Industries Ltd
Current assignee: Maeda Metal Industries Ltd
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2024-07-08
Also published as: TW200609501A; HK1085691A1; EP1614506B1; JP2006021272A; DE602005013612D1; CN1718373A; CA2511745A1; EP1614506A1; US7275450B2; TWI391643B; KR101185306B1; KR20060049924A; CA2511745C; CN1718373B; US20060005637A1

Description

本発明は、ボルト・ナットに対する締付トルクを測定するユニット及びトルク表示ができる締付機に関する。

従来のボルト・ナットの締付機の締付トルクの調整と確認は、締付機本体に具えたトルク調整ダイヤル(図２４の符号(10)参照)と、人手によるトルクレンチの追い締めによって行っている。
具体的には、先ずトルク調整ダイヤル(10)を所望の締付トルク値より少し低くなる様にセットしてボルト又はナット(以下、代表して「ナット」と呼ぶ)の締付けを行なう。
これは、図２２のＸ図に示す締付機の締付トルクと、Ｙ図に示す締付機の負荷電流が比例に近い関係にあることを利用して、トルク調整ダイヤル(10)によって目安となるトルク値を設定するものである。負荷電流が目標値に達すると締付機のモータは停止する。このときの実際の締付トルクは、締付機本体が内蔵する減速機のギア効率等によって調整ダイヤルでセットした値とは差が生じる。
そこで作業者が、トルク表示器付きトルクレンチによってナットを追い締めし、実際の締付トルクを確認する。
上記トルク調整ダイヤル(10)の操作、締付機によるナットの締付け、トルクレンチによる追い締めを何度か繰り返して、締付機の実際の締付トルクの値が所望のトルク値になる様にトルク調整ダイヤル(10)を設定する。
橋梁等、大型鉄骨構造物では、使用するナットは大型であり、手動でトルクレンチを締付け操作することは大きな労力の負担である。又、高所で足場が悪い等、トルクレンチを使用し難い作業環境であるから、安全面からも問題が多い。

そこで、図２４に示す如く、締付機本体(１)に取り付けて使用する締付トルク測定具(９)が提案されている。
これは、図２２のＸ図の締付トルクとＺ図に示す締付機の歪み量が、略比例関係にあることを利用するものである。
締付機本体(１)は、互いに逆方向に回転する第１出力軸(12)と第２出力軸(13)を同軸上に有しており、通常の締付作業を行うには、第１出力軸(12)に締付用ソケット(21)、第２出力軸(13)に反力受(22)を取り付け、ナットＮに締付用ソケット(21)を係合し、反力受(22)を該ナットＮ近傍の他のナット等の突出物(図示せず)に当てて締付けを行なう。
締付トルク測定具(９)は、締付機本体(１)の第１出力軸(12)と締付用ソケット(21)との間に連結して使用する。締付トルク測定具(９)は、中実軸部(91)の基端に締付機本体(１)の第１出力軸(12)の角軸部(12a)が嵌まる角穴(92)を有し、先端に締付用ソケット(21)の基端に嵌合する角軸(93)を有している。
締付トルク測定具(９)の中央軸部(91)の表面に歪ゲージ(47)を貼り付け、該軸部(91)の周囲に、回路基板、トルク表示部及びバッテリー(何れも図示せず)を具えている。

締付トルク測定具(９)をセットした締付機のトルク調整と確認は、先ず前記と同様にして、締付機本体(１)に具えたトルク調整ダイヤル(10)を、所望のトルク値よりも少し低くなる様に設定する。
締付機本体(１)の第２出力軸(13)に反力受(22)を取り付け、締付用ソケット(21)をナットＮに係合し、反力受(22)を該ナット近傍の突出物に当てて、ナットＮを締め付ける。
締付機のモータに流れる電流値が所定値に達するとモータが停止し、このときの締付トルク測定具(９)の軸部(91)の歪み量に応じた締付トルクが表示部に表示される。
上記トルク調整ダイヤル(10)の操作、ナットの締付けを何度か繰り返して、締付機の表示部に示される実際の締付トルクの値が所望のトルク値になる様に、トルク調整ダイヤル(10)を設定する。
この様に、表示部に示される実際の締付トルクの値を見てトルク調整ダイヤルの操作を行なうことで、所望のトルク値を設定できることから、作業者は、トルクレンチによる追い締めをして、締付トルクを測定する必要がない。
従って、トルクレンチによる追い締め作業の労力負担、危険性等の問題は一切解消される。

上記締付トルク測定具(９)は一軸式であって、反力受(22)は締付機本体(１)の第２出力軸(13)に取り付けなければならない。
締付機本体(１)の第１出力軸(12)に直接に締付用ソケット(21)を取り付ける場合は、反力受(22)の反力受アーム(20)は、締付用ソケット(21)の長さだけ、該ソケットの軸心に沿う方向に長くすればよい。
しかし、締付機本体(１)と締付用ソケット(21)との間に、締付トルク測定具(９)を介在させると、反力受アーム(20a)は、更に締付トルク測定具(９)の長さだけ長くしなけばならない。すると、締付け反力が作用する締付機本体(１)の第２出力軸(13)と、実際に締付け反力を受ける相手部材に当たる反力受アーム(20a)先端との距離が長くなる。この場合、反力受アーム(20a)に作用する反力は、アームを倒す様に大きく働く。従って、ナット締付けの際に、ナットの軸心の延長上で一直線上に揃うべき、締付機本体(１)、締付トルク測定具(９)、締付用ソケット(21)の軸心が安定せず、ナットの軸心に対して傾いた状態での締付トルク、即ち、正確ではないトルク値が表示されてしまう虞れがあった。
締付機本体(１)のトルク調整を終了すれば、締付トルク測定具(９)を外し、締付機本体(１)に直接に締付用ソケット(21)を接続して締付作業を行うことが一般的である。この場合、反力受(22)もアーム長さの短いものと交換せねばならない。更にアームの長さの違いによってトルクの伝達効率も変わる。即ち、締付トルク測定具(９)をセットした場合と、外した場合とでは、締付トルクの値に差が生じる。

本発明は、締付機本体にトルク測定ユニットをセットしたときと、外したときの締付トルクの値に可及的に差を生じさせないトルク測定ユニット及びトルク表示締付機を明らかにするものである。

本発明は、夫々遊星歯車機構(１)を介してモータに連繋され互いに逆方向に回転可能な第１出力軸(12)と第２出力軸(13)を同軸上に具え、該両出力軸(12)(13)の内、何れか一方にボルト・ナットに係合可能な締付用ソケットを、他方に反力受を着脱可能に取付けでき、且つボルト・ナットの締付トルクが設定可能且つ設定トルクに達すると締付けを自動停止する締付機本体(１)に着脱可能に接続して用いられる締付トルクユニットであって、
締付トルク測定ユニット(４)は、締付機本体(１)の第１出力軸(12)に接続可能な内軸(31)と、第２出力軸(13)に接続可能な外軸(32)を有し、内軸(31)の先端には、締付用ソケット(21)と反力受(22)の内の何れか一方が、外軸(32)の先端には他方が設けられており、外軸(32)上に歪ゲージ(47)を設け、該歪ゲージの歪み量に対応する締付トルク量に変換する回路基板(７)、締付トルク量を表示する表示部(５)及びバッテリーＶを、締付トルク測定ユニット(４)自体に搭載している。

締付トルク測定ユニット(４)の表示部(５)に締付けトルクが表示されることから、トルク表示器付きトルクレンチで追い締めしてトルクを測定する作業は不要となる。
締付トルク測定ユニット(４)に反力受(22)を設けたから、締付機本体(１)に反力受(22)を取り付ける場合に比べて、反力受(22)の反力受アーム(20)の長さを短くできる。このため、締付け反力が反力受(22)を倒す様に働くことを抑えて、ナットの軸心の延長上に、締付機本体(１)、締付トルク測定ユニット(４)、締付用ソケット(21)の軸心を一直線上に揃えて、正しく締付トルクを測ることができる。
締付機本体(１)の締付トルクを正しく設定した後は、締付機本体(１)から締付トルク測定ユニット(４)を外して、締付機本体(１)に直接に締付用ソケット(21)と反力受(22)を取り付けできる。即ち、締付機を締付トルク測定ユニット(４)の分だけ軽量化して、締付け作業を行うことができる。

第１実施例(図１乃至図７)
図１、図２は、締付機本体(１)から締付トルク測定ユニット(４)を外し、更に、締付トルク測定ユニット(４)をユニット本体(３)とソケットユニット(２)とに分離した状態を示している。図３は、締付機本体(１)に締付トルク測定ユニット(４)をセットした状態を示している。
締付機本体(１)の先端には、内側に筒状の第１出力軸(12)、外側に筒状の第２出力軸(13)が同軸上に配備されている。第１出力軸(12)と第２出力軸(13)は、互いに逆方向に回転する様に遊星歯車減速機構(11)に連繋されている。
遊星歯車減速機構(11)は締付機本体(１)に内蔵したモータ(図示せず)によって作動する。
締付機本体(１)は、締付トルクを調整するトルク調整ダイヤル(図２４の符号(10)参照)を具えている。該ダイヤルは、モータに流れる電流値と締付トルクが比例に近い関係であることを利用して、締付トルクを調整するものである。
前記第１出力軸(12)の内面には、軸心に沿う方向に延びる凸条(15)と凹条(16)が、周方向に交互に形成されている。
第２出力軸(13)は第１出力軸(12)より少し外側まで延びており、先端縁に等間隔に複数の突片(17)を突設している。第２出力軸(13)の先端部には、締付トルク測定ユニット(４)に対する抜止めボルト(18)が螺合されている。

締付トルク測定ユニット(４)は、ユニット本体(３)とソケットユニット(２)とによって構成される。
通常の締付け作業では、ソケットユニット(２)を直接に締付機本体(１)に接続して使用する。
ソケットユニット(２)は、締付用ソケット(21)と反力受(22)とからなる。
反力受(22)は、先端側が拡大した筒部材(23)の拡大部外周に、筒部材(23)の軸心と直交して反力受アーム(20)を突設して形成される。
反力受(22)の筒部材(23)には、基端部に前記締付機本体(１)の抜止めボルト(18)の先端が侵入可能な周溝(29)が開設されている。
反力受(22)には周溝(29)より少し先端側に周壁(27)が形成され、該周壁(27)には、前記締付機本体(１)の第２出力軸(13)上の突片(17)が嵌合可能な切欠(28)が開設されている。
締付用ソケット(21)は、反力受(22)の筒部材(23)内に回転可能に収容された筒軸部(21a)の先端を拡大して、拡大部にナット係合穴(24)を形成している。
締付用ソケット(21)の筒軸部(21a)の基端は、反力受(22)の筒部材(23)から突出しており、突出部の外周面に締付用ソケット(21)の軸方向に伸びる凹条(26)と凸条(25)を、周方向に交互に形成している。該凹条(26)と凸条(25)は、前記締付機本体(１)の第１出力軸(12)内面の凸条(15)と凹条(16)に嵌合可能である。
反力受(22)の筒部材(23)先端の内面に施したスナップリング(22a)を外せば、反力受(22)に対して、締付用ソケット(21)を前方に抜き外しできる。従ってナット係合穴(24)のサイズの異なる締付用ソケットに交換可能である。

ユニット本体(３)は筒状内軸(31)と、該内軸(31)を回転可能に同軸に収容した筒状外軸(32)を有している。
内軸(31)の基端は外軸(32)の基端から突出しており、突出部外周面に軸方向に延びる凹条(36)と凸条(35)を周方向に交互に形成している。該凹条(36)と凸条(35)は、前記締付機本体(１)の第１出力軸(12)内面の凸条(15)と凹条(16)に嵌合可能である。

外軸(32)の基端外周に、前記締付機本体(１)の抜止めボルト(18)の先端が嵌まる周溝(38)が開設され、該周溝(38)より先端側の肉厚部には、締付機本体(１)の第２出力軸(13)上の突片(17)が嵌合する切欠(37)が開設されている。
外軸(32)の先端は、前記反力受(22)の筒部材(23)の基端に嵌合する大きさに形成され、先端部には、該筒部材(23)上の周溝(29)に嵌まる抜止めボルト(30)が螺合され、先端縁には、筒部材(23)上の切欠(28)に嵌合する突片(39)が周方向に等間隔に突設されている。
外軸(32)には、両端側に２つの周壁(32e)(32f)が突設され、一方の周壁(32e)は他方の周壁(32f)よりも外径が小さく壁の肉厚が大である。小径の周壁(32e)の周面には、後記する筒状ケース(49)の抜止めを図る穴(32c)が開設され、大径の周壁(32f)には、周壁を貫通し周方向に等間隔に４つのビス孔(32g)が開設されている。

周壁(32e)(32f)間の中央部にて、外軸(32)表面に歪ゲージ(47)が貼り付けられる。
実施例では、Ｘ字状を呈する歪ゲージ(47)が外軸(32)の周方向に等間隔に４箇所に貼り付けられる。
歪ゲージ(47)は、外軸(32)を一周する保護層(48)で覆われている。
周壁(32e)(32f)間にて、外軸(32)には同形状の２つのブロック(41)(41)が、外軸(32)を挟んで対向配備される。
ブロック(41)の内面は外軸(32)に沿う円弧状に形成され、外面は、前記外軸(32)上の２つの周壁(32e)(32f)の内、大径の周壁(32f)の外径よりも少し小径の円弧面に形成されている。
ブロック(41)の内面には、前記保護層(48)との干渉を避ける溝部(41a)が開設されている。
ブロック(41)の外周には、周溝(42)及び該周溝(42)を横切って軸方向に伸びるＷ字状凹部(43)が形成されている。
周溝(42)は前記各歪ゲージ(47)と後記する回路基板(７)(71)を繋ぐ配線(図示せず)を通す通路となる。
各Ｗ字状凹部(43)には、バッテリーＶを収納するケース(44)が取り付けられる。
各ブロック(41)(41)の端面には、前記外軸(32)上の大径周壁(32f)の４つのビス孔(32g)に対応してネジ穴(41b)が開設され、各ブロック(41)(41)は、夫々２本のビス(40b)で周壁(32f)に固定されている。

ブロック(41)(41)の互いに対向する両端面間に、２つの回路基板(７)(71)が配備される。
両回路基板(７)(71)は、ブロック(41)(41)の対向する端面に開設された溝(45)(45)に、基板の端縁を嵌め込んで支持されている。
一方の回路基板(７)上には、前記歪ゲージ(47)の歪み量に応じた締付トルク値を表示する表示部(５)及び、回路基板(７)(71)への通電用押し釦スイッチ(６)を配備している。

実施例の表示部(５)は４桁表示であり、各桁表示面(51)は、縦４本、横３本の点灯バー(52)(52a)によって『０』〜『９』の数字を表わすことができ、各桁表示面の右下には、『．(ドット)』を点灯表示するドット部(53)が設けられている。点灯バー(52)(52a)毎及びドット部(53)毎に、個別にＬＥＤ(図示せず)が配備されている。

上記外軸(32)に２つの周壁(32e)(32f)に跨って筒状ケース(49)が被せられ、該ケースの周壁の一端に貫通螺合したビス(40)の先端無ネジ部(40a)を前記小径周壁(32e)上の係合穴(32c)に嵌めている。周壁(32e)には、ビス(40)のネジ推力は作用していない。
ケース(49)には、前記回路基板(７)上の表示部(５)及び押し釦スイッチ(６)に対応して窓部(49a)が開設されており、ケース(49)の外側から押し釦スイッチ(６)の操作が可能である。
前記外軸(32)上の４箇所の歪ゲージ(47)は、回路基板(７)上でブリッジ回路(図示せず)を構成し、歪ゲージ(47)が貼り付けられた外軸(32)の４箇所の平均的な歪み量に対応する締付トルク値が表示部(５)に表示される。

然して、図３に示す様に、ユニット本体(３)の内軸(31)及び外軸(32)に、ソケットユニット(２)の締付用ソケット(21)と反力受(22)を接続して、締付トルク測定ユニット(４)を構成する。
締付トルク測定ユニット(４)の内軸(31)基端を締付機本体(１)の出力軸(12)に嵌合し、該ユニット(４)の外軸(32)基端を締付機本体(１)の筒状反力受軸(13)に挿入して、反力受軸(13)上の突片(17)を、外軸(32)上の切欠(37)に嵌め込む。
上記の様にして、締付トルク測定ユニット(４)をセットした締付機のトルク調整と確認は、先ず、締付機本体(１)に具えたトルク調整ダイヤル(10)を、所望のトルクよりも少し低くなる様に設定する。
締付トルク測定ユニット(４)の押し釦(６)を押して、回路基板(７)に通電する。
締付用ソケット(21)をナットに係合し、反力受(22)を該ナット近傍の突出物に当てて、ナットＮを締め付ける。
締付機のモータに流れる電流値が所定値に達するとモータが停止し、このときの締付トルク測定ユニット(４)の外軸(32)の歪みを４箇所の歪ゲージ(47)が検出し、平均値が締付トルクとして表示部(５)に表示される。
反力受(22)は、締付機本体(１)に締付トルク測定ユニット(４)をセットする場合でも、外した場合でも、同じものが使用でき、従来の様に、アーム長さの異なる２種類の反力受(22)を準備する必要はない。

実施例では、歪ゲージ(47)を貼り付けた外軸(32)と締付機本体(１)の接続、該外軸(32)とソケットユニット(２)の接続は、互いに軸方向に延びる凸条と凹条又は、突片(17)(39)と切欠(37)(28)の嵌合、即ち、互いに軸方向に延びる凸部と凹部の嵌合によるものである。このためナット締付け時に、外軸(32)は各歪ゲージ(47)を通過する周方向において、歪み量に大きな差は生じない。但し、抜止めボルト(18)(30)のネジ推力を外軸(32)に作用させると測定の信頼性を低下させるので、実施例では、外軸(32)の周方向に等間隔に４箇所配備した歪ゲージ(47)で歪み量を測定し、測定した歪みの平均値を表示して測定の信頼性を高める様にしたのである。
尚、外軸(32)への歪ゲージ(47)の取付けは、実施例の様に４箇所に限ることはなく、２、４、６箇所等２の倍数箇所であればよい。歪ゲージ(47)の数が多いほど、より精度の高い締付トルクの測定ができる。
作業者が支持して使用するボルト・ナット締付機の大きさに合わせた締付トルク測定ユニット(４)の外軸(32)の周長、及びボルト・ナットの締付トルクに必要な精度からすれば、歪みゲージの取付けは４箇所が望ましい。
歪みゲージを６箇所以上とするほどのトルク測定精度は必要としない。又、歪みゲージを２箇所とすることはトルク測定の信頼性に不安が残る。

上記の如く、締付トルク測定ユニット(４)の表示部(５)に締付トルクが表示されるから、従来の様に、トルク表示器付きトルクレンチで追い締めする作業は不要となる。
反力受アーム(20)は、締付用ソケット(21)に被さった反力受(22)の外周部分に、ナットと同じ位置から外側に突設されているから、反力受アーム(20)に作用する締付反力が、締付トルク測定ユニット(４)や締付機本体(１)を倒す様に作用することはない。従って、締付トルク測定ユニット(４)及び締付トルク測定ユニット(４)の軸心を、ナットの軸心に一致させてナットの締付けができ、可及的に正しい締付けトルク値を表示部(５)に表示させることができる。
上記締付機本体(１)のトルク調整ダイヤル(10)の操作、ナットの締付けを何度か繰り返して、締付トルク測定ユニット(４)の表示部(５)に示される実際の締付トルクの値が所望のトルク値になる様に、トルク調整ダイヤル(10)を設定すればよい。
反力受(22)は、締付機本体(１)に締付トルク測定ユニット(４)をセットする場合でも、外した場合でも、同じものが使用でき、従来の様に、アーム長さの異なる２種類の反力受(22)を準備する必要はない。

複数個のナットに対して上記作業を行い、トルク設定の信頼性を確認後、締付機本体(１)から締付トルク測定ユニット(４)を外し、該締付トルク測定ユニット(４)のソケットユニット(２)を直接に締付機本体(１)に連結する。即ち、ソケットユニット(２)の締付用ソケット(21)基端の凹条(26)と凸条(25)を、締付機本体(１)の第１出力軸(12)の凸条(15)と凹条(16)に嵌合し、反力受(22)の基端を第２出力軸(13)に嵌めて、反力受(22)上の切欠(28)に、第２出力軸(13)上の突片(17)を係合する。
上記の様に、締付機本体(１)に直接にソケットユニット(２)を連結すれば、締付トルク測定ユニット(４)のユニット本体(３)の重量を軽減して、ナットの締付作業を行うことができ、締付機本体(１)のトルク調整がなされているから、ナットを設定トルクで締め付けして、自動的に締付用ソケット(21)の回転は停止する。

実施例の締付トルク測定ユニット(４)のユニット本体(３)の内軸(31)は、筒状に形成されており重量を軽減でき、又、ナット締付において、ボルト余長(ナット頂面からボルト先端が臨出する)が発生しても、内軸(31)内に逃がすことができる。

第２実施例(図８乃至図１０)
図８、図９は、締付機本体(１)から締付トルク測定ユニット(４)を外し、更に、締付トルク測定ユニット(４)を、ユニット本体(３)、締付用ソケット(21)及び反力受(22)に分離した状態を示している。図１０は、締付機本体(１)に締付トルク測定ユニット(４)をセットした状態を示している。
締付機本体(１)は、前記第１実施例と同じである。
締付トルク測定ユニット(４)のユニット本体(３)は、内軸(31)と外軸(32)の夫々先端部が前記第１実施例と異なるが、他の部分は同じである。
ユニット本体(３)の外軸(32)の先端部は、短い多角形軸部(32a)、実施例では六角軸部が形成されている。
ユニット本体(３)の内軸(31)は先端側が閉塞して、上記外軸(32)の多角形軸部(32a)を回転可能に貫通し、先端に角軸(31a)を突設している。
締付用ソケット(21)は、先端にナット係合穴(24)、基端に角穴(2a)を同軸上に開設しており、角穴(2a)に前記前記ユニット本体(３)の内軸(31)先端の角軸(31a)が着脱可能に嵌まる。
反力受(22)は、リング部(22b)の外周に反力受アーム(20)を突設して形成されている。
該リング部(22b)は、上記ユニット本体(３)の外軸(32)の多角形軸部(32a)に一体回転可能に嵌合する。リング部(22b)には抜止め用のクランプボルト(22c)が貫通螺合されている。
反力受アーム(20)は、リング部(22b)から締付用ソケット(21)の先端まで延びて外側に略直角に屈曲している。
前記第１実施例に比べて、反力受(22)の反力受アーム(20)は、締付用ソケット(21)の軸心に沿う方向に、締付用ソケット(21)の長さ分だけ長く形成されている。従って、締付けの際に、締付用ソケット(21)、ユニット本体(３)及び締付機本体(１)の軸心が一直線に揃う安定性は低下する。しかし、図１７に示す従来例の様に、締付機本体(１)に接続した締付トルク測定具(９)よりも更に、締付機本体(１)の奥方に反力受(22)を取り付けることに比べると、反力受アーム(20)の締付用ソケット(21)の軸方向に沿う長さを短くでき、締付け時の安定性は、従来例よりも優れている。
締付機本体(１)からユニット本体(３)を外し、締付機本体(１)に前記第１実施例のソケットユニット(２)を直接に取り付けて、通常のナット締付作業を行なうことができる。

第３実施例(図１１乃至１３)
図１１、図１２は、締付機本体(１)から締付トルク測定ユニット(４)を外し、更に、締付トルク測定ユニット(４)を、ユニット本体(３)、締付用ソケット(21)及び反力受(22)に分離した状態を示している。図１３は、締付機本体(１)に締付トルク測定ユニット(４)をセットした状態を示している。
ユニット本体(３)、締付用ソケット(21)及び反力受(22)の取付け関係は、前記第２実施例と同じである。
締付機本体(１)とユニット本体(３)との取り付け関係が、前記第１、第２実施例とは異なる。
締付機本体(１)の第２出力軸(13)は、先端部が多角形軸部(13a)に形成されている。締付機本体(１)の第１出力軸(12)は、先端側が閉塞して上記第２出力軸(13)の多角形軸部(13a)を回転可能に貫通し、先端に角軸(12a)を突設している。
ユニット本体(３)の外軸(32)の基端には、締付機本体(１)の第２出力軸(13)の多角形軸部(13a)が嵌合する係合穴(32b)が開設されている。係合穴(32b)の周壁には抜止め用クランプボルト(32d)が貫通螺合されている。
ユニット本体(３)の内軸(31)の基端には、締付機本体(１)の第１出力軸(12)先端の角軸(12a)が嵌合する角穴(31b)が形成されている。
締付機本体(１)の外軸(32)の多角形軸部(32a)に反力受(22)のリング部(22b)を一体回転可能に嵌め、締付用ソケット(21)の角穴(2a)に内軸(31)の角軸(12a)を嵌めて、通常のナット締付作業を行うことができる。

第４実施例(図１４乃至図１６)
図１４、図１５は、締付機本体(１)から締付トルク測定ユニット(４)を外した状態、図１６は、締付機本体(１)に締付トルク測定ユニット(４)をセットした状態を示している。
締付トルク測定ユニット(４)と締付機本体(１)の取り付け関係は、前記第１、第２実施例と同じである。
締付トルク測定ユニット(４)の内軸(31)には、先端部を拡大してナット係合穴(24)が形成されている。
外軸(32)の内面先端に、内軸(31)の抜止めを図るスナップリング(22e)が設けられている。内軸(31)は、ナット係合穴(24)のサイズ違いのものと交換可能である。
締付トルク測定ユニット(４)の外軸(32)の先端外周は、軸方向に延びる凸条と凹条が周方向に交互に並んでスプライン状に形成されている。
上記外軸(32)の先端に反力受(22)が取り付けられる。
反力受(22)は、上記外軸(32)の先端に嵌合するリング部(22b)に外向きに反力受アーム(20)を突設して形成されている。リング部(22b)の内面には外軸(32)の凸条と凹条に係合する凹条と凸条が形成され、反力受(22)と外軸(32)は一体回転する。
反力受(22)は、スナップリング(22d)を外して、外軸(32)から抜き出すことができる。
上記の如く、外軸(32)の先端外周のスプライン状の凹条と凸部に、反力受(22)の凸条と凹条を嵌合すれば、反力受アーム(20)で受けた反力を外軸(32)の全周に均等に作用させることができ、外軸(32)の歪に偏りを生じさせずに、歪ゲージ(47)によって可及的に正確に歪み量を検出できる。
上記第４実施例の場合、締付機本体(１)のトルク設定を終えて、通常の締付け作業を行う場合は、締付トルク測定ユニット(４)を外して、前記図１に示すソケットユニット(２)を締付機本体(１)にセットすればよい。

第５実施例(図１７乃至図１９)
図１７は、締付機本体(１)から締付トルク測定ユニット(４)を外した状態、図１８は、締付機本体(１)に締付トルク測定ユニット(４)をセットした状態を示している。
第５実施例は、図１８に示す如く、剪断用或いは反力受け用のチップＴを具えたボルトＢとナットＮを締め付ける締付機に実施するものである。
締付トルク測定ユニット(４)と締付機本体(１)の取付け関係及び締付トルク測定ユニット(４)自体は前記第１実施例と同じである。
ユニット本体(３)の先端に着脱可能に接続するソケットユニット(２)は、ナットに係合するナット係合ソケット(21b)と、該ソケット(21b)内に回転可能に配備されボルトチップＴに係合するボルトチップ係合ソケット(22b)とからなる。
ナット係合ソケット(21b)の基端部に前記締付機本体(１)の抜止めボルト(18)の先端或いは前記締付トルク測定ユニット(４)の抜止めボルト(30)が侵入可能な穴又は周溝等の凹部(29a)が開設されている。
ナット係合ソケット(21b)には上記凹部(29a)より少し先端側に周壁(27a)が形成され、該周壁(27a)には、締付機本体(１)の第２出力軸(13)上の突片(17)或いはユニット本体(３)の突片(39)が嵌合可能な切欠(28a)が開設されている。
ボルトチップ係合ソケット(22b)の基端外周面に軸方向に伸びる凹条(26a)と凸条(25a)を、周方向に交互に形成している。該凹条(26a)と凸条(25a)は、前記締付機本体(１)の第１出力軸(12)内面の凸条(15)と凹条(16)或いは前記ユニット本体(３)の内軸(31)先端の凸条(33)と凹条(34)に嵌合可能である。

然して、図１８に示す様に、ユニット本体(３)の内軸(31)及び外軸(32)に、ソケットユニット(２)のナット係合ソケット(21b)とボルトチップ係合ソケット(22b)を接続して、締付トルク測定ユニット(４)を構成する。更に、締付トルク測定ユニット(４)を前記同様にして締付機本体(１)に接続する。
図１８中、符号(100)は、ユニット本体(３)の内軸(31)内面の凸部(31c)とボルトチップ係合ソケット(22b)との間に配備されボルトチップ係合ソケット(22b)を前方に付勢して、ナット係合ソケット(21b)の内周段部(21c)に当てる役割をなすバネである。
ボルトチップ係合ソケット(22b)にボルトチップＴを、ナット係合ソケット(21b)にナットＮを係合して、締付機を作動させる。
締付機本体(１)の第２出力軸(13)が回転すると、ユニット本体(３)の外軸(32)を介してソケットユニット(２)のナット係合ソケット(21b)も回転してナットＮを締め付ける。
締付反力は、締付機本体(１)の第１出力軸(12)、ユニット本体(３)の内軸(31)、ソケットユニット(２)のボルトチップ係合ソケット(22b)を介してボルトＢで受け止められる。
締付けの進行に伴って、ナットＮからのボルト軸部の臨出量は大きくなるが、ボルトチップ係合ソケット(22b)はバネ(100)に抗して後退するから、締付に支障はない。
ボルトチップＴを剪断するまでのトルクでボルト・ナットを締め付ける場合、ボルトチップＴに係合するボルトチップ係合ソケット(22b)が反力受となる。
ボルトチップＴを剪断する場合は、ナットＮに係合するナット係合ソケット(21b)が反力受となるのである。
図１９は、締付機本体(１)にソケットユニット(２)を直接に接続した状態を示している。締付トルク設定後の通常の締付作業は、図１９の状態で行なう。ボルトチップ係合ソケット(22b)を付勢するバネ(100)は、締付機本体(１)の遊星歯車支持枠(11a)等に当てる。

図２２は、前記した様に、ボルト締結時の締付機に発生するトルクと、締付機に対する歪み量(具体的には締付トルク測定ユニット(４)の測定ユニット本体(３)の外軸(32)に対する歪み量)と、締付機の負荷電流の関係を示している。締付機が起動し、ボルトの締付けが開始されると、徐々に締付機の発生するトルク(ボルトの締付トルク)が上昇し、それに比例して締付機の負荷電流も徐々に上昇する。
ボルトに一定のトルクが加わり、締付機への電流供給が自動停止されると、ボルトに加わったトルクはそのまま保持される(図２２の破線参照)が、締付機の発生トルク及び負荷電流は急激に低下する。従って、締付機に発生するトルクに比例するトルク測定ユニットの歪み量も急激に低下する。つまり、ボルトの締付け後は次のボルトの締付けが開始されるまで、歪み量を検出する必要は無い。
そこで出願人は、本発明において、締付トルク測定ユニット(４)が締付トルクをピークホールドした後は、歪センサーブリッジ回路への電源を遮断し、更に必要時のみに表示部(５)のＬＥＤに通電を行なって無駄な消費電流を無くし、締付トルク測定ユニット(４)にセットしたバッテリーＶの寿命を延ばすことを案出した。又、締付トルク測定ユニット(４)の回路基板(７)(71)上に構成された制御回路を１つの押し釦スイッチ(６)で操作可能とし、回路基板(７)上での押し釦スイッチ(６)の配置スペースを小さくすることを案出した。

通常、制御回路は電源スイッチとセット(リセット)スイッチの２つ以上の操作スイッチが必要である。又、ＣＰＵを搭載した制御回路の場合、ＣＰＵの電源を常時On(待機電力)にしておくか、電源をOnした後、セットスイッチを押さなければＣＰＵがセット(ブリッジ電源On＋オートゼロ(後述する))されたことを認識できない。ところが、回路基板(７)上に２つ以上のスイッチを実装すると、部品点数が増えると共に回路基板(７)の面積が大きくなってしまう。又、ＣＰＵ電源を常時Onさせておくと電池の消耗が大きくなってしまう。そこで、本実施例では、ＣＰＵの外部にハード的な自己保持回路を設け、押し釦スイッチ(６)をOnしている間に、ＣＰＵに電源を供給すると同時にＣＰＵより自己保持指令を出力し、スイッチがOffされても電源が供給し続ける様にした。又、それと同時に押し釦スイッチ(６)のOn／Off認識入力ポートを設け、押し釦スイッチ(６)がOnされる時このポートにスイッチOn信号が入力することにより、電源Onとセットの兼用を可能とした。
同じ押し釦スイッチ(６)で電源のOn／Offスイッチとセットスイッチを兼用させるため、それを区別する方法として、On時間(押し釦スイッチを押し続けている時間)の違いで行っている。実施例では電源Onは１秒間以上の長押しとし、セットは１秒間以内の短押し(ＣＰＵが認識可能な最短時間以上)とする。電源が自己保持によりOnしている間は、押し釦スイッチ(６)を短押しすることでセットとなる。又、電源OffはOn時間を３秒以上として自己保持回路が解除され、押し釦スイッチ(６)を離すと同時に全電源(ＣＰＵ電源も含む)を遮断する。
電源On時間を１秒、電源Off時間を３秒としたことで、押し釦スイッチ(６)の短押しによるセットと区別されるだけでなく、電源の誤作動によるOn又はOffが防止されるという効果も奏する。

図２０、図２１は、制御回路操作のフローチャートである。
スタートからステップ１で押し釦スイッチ(６)が押された否かを判断する。Noであれば、ステップ１の直前に戻る。Yesであればステップ２(Ｓ2)に移り回路基板(７)上のＣＰＵへ電源供給が開始される。
ＣＰＵへ電源供給が開始されるとステップ３(Ｓ3)に移って、押し釦スイッチ(６)を押している時間が１秒間以上が否かを判断する。Noであればステップ４(Ｓ4)に移って、ＣＰＵへの電源供給を終了し、ステップ１の直前に戻る。Yesであればステップ５(Ｓ5)に移ってＣＰＵ電源を自己保持し、ステップ６(Ｓ6)にて表示部(５)のＬＥＤに電源供給を開始する。
次にデータセット動作に移り、ステップ７(Ｓ7)で表示部(５)は１桁のみ“０”を表示し、他の桁は全てOffする。ステップ８(Ｓ8)で歪みゲージ(47)で組んだブリッジ回路とその信号を増幅するアナログ増幅回路に電源供給が開始される。僅かのタイムラグを経て、ステップ９(Ｓ9)にてトルク０(ゼロ)時に歪みゲージ(47)のブリッジ回路から出力される電圧のアナログ値をデジタル値に変換した値をメモリし、この分を差し引いた値をトルク値に換算して表示する「オートゼロ」が実行される。オートゼロ(Ｓ9)とは、トルク測定機器には一般的に付いているもので、温度等の外乱によりトルク０(ゼロ)時の歪ゲージ(47)のブリッジからの出力電圧の変動を自動的に補正する機能である。
次にステップ１０(Ｓ10)で、締付トルクが所望の締付トルクを越えたか否かを判断し、Noであればステップ10 (Ｓ10)の直前に戻り、Yesであれば、ステップ11(Ｓ11)トルク測定を行ない、表示部(５)には徐々に上昇する締付トルクが表示される。このトルク測定が開始されるレベルは締付機本体(１)の定格トルクの１０％ぐらいが適当であると思われるが、誤動作が防止できるなら、なるべく０(ゼロ)に近い方が良い。
次にステップ12(Ｓ12)でトルクピーク値を検出したか否かを判定し、Noであればステップ12(Ｓ12)の直前に戻り、Yesであればステップ13(Ｓ13)でブリッジ回路への電源供給を終了する。但し、表示部(５)は、ピーク値が表示された状態で保持される。
次にステップ15(Ｓ15)で押し釦スイッチ(６)が押されたか否かを判断し、Noであればステップ１５の直前に戻る。
ステップ15でYesであればステップ16(Ｓ16)に移って、押し釦スイッチ(６)を押している時間が３秒以上が否かを判断する。Noであればステップ７の直前に戻り、次のトルク測定に具える。
ステップ16(Ｓ16)でYesであれば、ステップ17(Ｓ17)で表示部(５)への電源供給を終了する。
次にステップ18(Ｓ18)でＣＰＵ電源の自己保持を終了し、ステップ19(Ｓ19)で押し釦スイッチ(６)の押圧が解除されたか否かを判断し、Noであれば、ステップ19の直前に戻り、YesであればステップＳ１の直前に戻る。
上記の如く、歪ゲージ(47)のブリッジに電源の供給を測定に必要な時だけに限って行なうことにより、バッテリーＶの消費を抑えると同時に、歪ゲージ(47)のブリッジに流す電流によるジュール熱も極力抑えることができる。更には、ＣＰＵ電源の自己保持されていない状態での押し釦スイッチ(６)の「１秒以上の押圧」にて、電源Onとオートゼロの兼用操作となる。
又、押し釦スイッチ(６)の「３秒未満の押圧」で、２回目以降のトルク測定のオートゼロとなり、ＣＰＵ電源の自己保持している状態での押し釦スイッチ(６)の「３秒以上の押圧」で電源Off操作となり、１つの押し釦スイッチ(６)により、３種類のスイッチ機能を有す。これにより、３つのスイッチを配備することに比べて、スイッチ配置面積を小さくでき、スイッチの押し間違いを防止できる。
上記では、押し釦スイッチ(６)の押し時間の判断基準を１秒と３秒としたが、これに限ることきはないのは勿論であり、操作する作業者が、短すぎたり、長すぎると感じない程度であれば、任意に設定できるのは勿論である。

上記各実施例は、締付機本体(１)にソケットユニット(２)を着脱可能に連結し、一旦締付トルクを設定すれば、締付機本体(１)からソケットユニット(２)を外すことを前提にしているが、ソケッユニット(２)を締付機本体に取り付けたまま、ボルト・ナットの締付け作業を行なうことができるのは勿論である。

次に、図２３に基づき締付機の出力軸に歪ゲージ(47)を設けたトルク表示締付機について説明する。
締付機の遊星歯車減速機構(11)の遊星歯車支持枠(11a)に第１出力軸(12)を突設し、遊星歯車減速機構(11)のインターナルギア(11b)に第２出力軸(13)を突設する。
第１出力軸(12)は、遊星歯車支持枠(11a)と一体ものでもよく、或いは遊星歯車支持枠(11a)とスプライン係合(12a)によって一体回転可能に連結してもよい。
又、第２出力軸(13)はインターナルギア(11b)と一体ものでもよく、或いはインターナルギア(11b)の先端縁に突設した複数の凸片(17)を第２出力軸(13)に開設して切欠(37)に嵌め込んで一体回転可能に連結してもよい。
第１出力軸(12)の先端にナット係合穴(24)を有する締付用ソケット(21)を形成し、第２出力軸(13)の先端に反力受(22)を設ける。
反力受(22)と第２出力軸(13)は一体ものでもよいが、実施例では組立の便宜上、及び損傷し易い反力受(22)の交換を考慮して、反力受(22)と第２出力軸(13)は別体とした。反力受(22)は、前記第４実施例の締付トルク測定ユニット(３)の外軸(32)と反力受(22)と同様の接続構造によって(段落番号「００２４」参照)、第２出力軸(13)に取り付けられている。
第２出力軸(13)上に、歪ゲージ(47)、回路基板(７)、表示部(５)、バッテリー(図示せず)が取り付けられる。これらの取付け構造は、前記締付トルク測定ユニットにおいて、外軸(32)に歪ゲージ(47)、回路基板(７)、表示部(５)、バッテリー(図示せず)を取り付ける構造と同じである。
インターナルギア(11b)と第２出力軸(13)の抜止めは、インターナルギア(11b)の先端部を、該ギアの軸芯に直交して貫通配備したピン(12b)を、第２出力軸(31)のインターナルギア(11b)先端への嵌合部(12c)の穴、周溝等の凹部(12d)に嵌めて行っている。
インターナルギア(11b)の先端部には、回路基板(７)等を覆う筒状ケース(44)の端部が前記ピン(12b)を隠す様に被さっており、該ピン(12b)が抜け外れることはない。
上記図２３に示すトルク表示締付機は、第１出力軸(12)が遊星歯車支持枠(11a)と一体ものでなく、第２出力軸(13)がインターナルギア(11b)と一体ものでなければ、前記図１４，図１５、図６に示す実施例と殆んど同じであるが、締付機本体(１)に締付トルク測定ユニット(４)を着脱可能に取り付けることが本発明の必須構成であるとの誤解を避けるため、敢えて図２３で説明を加えたのである。

上記説明は、本発明を説明するためのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
例えば、実施例の締付用ソケット(21)は、先端にナット係合穴(24)を有しているが、これに限定されることはない。締付用ソケット(21)先端に、六角穴付きボルトの該六角穴に係合する六角軸を突設する等、相手ボルト・ナットに係合する穴又は多角形軸を具えていれば本発明に係る締付用ソケット(21)に含まれるのは勿論である。
又、実施例では、締付トルク測定ユニット(４)は、外軸(32)上に歪ゲージ(47)のみならず、回路基板(７)及び表示部(５)を設けたが、これに限定されることはなく、回路基板(７)及び表示部(５)は、締付機上の適所あるいは締付機から離れている適所に配備することができる。歪ゲージ(47)側と回路基板(７)、表示部(５)側を配線することが無理な場合、無線で信号伝達すればよい。

締付トルク測定ユニットの分解正面図である。同上の断面図である。締付機本体に締付トルク測定ユニットをセットした断面図である。ユニット本体の分解斜面図である。ユニット本体の断面図である。図５Ａ−Ａ線に沿う断面図である。回路基板上の表示部及び押し釦スイッチの断面図である。第２実施例の締付トルク測定ユニットの分解正面図である。同上の断面図である。締付機本体に締付トルク測定ユニットをセットした断面図である。第３実施例の締付トルク測定ユニットの分解正面図である。同上の断面図である。締付機本体に締付トルク測定ユニットを接続した断面図である。第４実施例の締付トルク測定ユニットを締付機本体から外した状態の正面図である。同上の断面図である。締付機本体に締付トルク測定ユニットをセットした状態の断面図である。第５実施例の締付トルク測定ユニットを締付機本体から外した状態の正面図である。同上の断面図である。締付機本体にソケットユニットを直接にセットした状態の断面図である。操作フローチャートの前半を示す図である。操作フローチャートの後半を示す図である。締付トルクと負荷電流と歪み量の関係を示す図である。他の実施例のトルク表示締付機の要部断面図である。従来例の締付トルク測定具の使用説明図である。

符号の説明

１締付機本体
12 第１出力軸
13 第２出力軸
２ソケットユニット
21 締付用ソケット
22 反力受
３ユニット本体
４締付トルク測定ユニット
５表示部
６押し釦スイッチ

Claims

夫々遊星歯車機構(１)を介してモータに連繋され互いに逆方向に回転可能な第１出力軸(12)と第２出力軸(13)を同軸上に具え、該両出力軸(12)(13)の内、何れか一方の軸にボルト・ナットに係合可能な締付用ソケットを、他方の軸に反力受を着脱可能に取付けでき、且つボルト・ナットの締付トルクが設定可能且つ設定トルクに達すると締付けを自動停止する締付機本体(１)に着脱可能に接続して用いられる締付トルク測定ユニットであって、
該締付トルク測定ユニット(４)は、締付機本体(１)の第１出力軸(12)に接続可能な内軸(31)と、第２出力軸(13)に接続可能な外軸(32)を有し、内軸(31)の先端には、締付用ソケット(21)と反力受(22)の内の何れか一方が、外軸(32)の先端には他方が設けられており、外軸(32)上に歪ゲージ(47)を設け、該歪ゲージの歪み量に対応する締付トルク量に変換する回路基板(７)、締付トルク量を表示する表示部(５)及びバッテリーＶを、締付トルク測定ユニット(４)自体に搭載している、締付トルク測定ユニット。
締付トルク測定ユニット(４)は内軸(31)と外軸(32)を含むユニット本体(３)に対して、ソケットユニット(２)を着脱可能に接続して構成され、ソケットユニット(２)は、筒部材(23)に反力受アーム(20)を突設して形成した反力受(22)と、該反力受(22)の筒部材(23)中に回転可能に嵌まった締付用ソケット(21)とによって構成されており、ソケットユニット(２)は、測定ユニット本体(３)から分離し締付機本体(１)へ直接に接続可能である、請求項１に記載の締付トルク測定ユニット。
締付トルク測定ユニット(４)は、外軸(32)に２つの周壁(32e)(32f)を設け、周壁(32e)(32f)間の外軸(32)に歪ゲージ(47)を貼り付けると共に、周壁(32e)(32f)間内に、ブロック(41)を収容して該ブロック(41)上に、表示部(５)、回路基板(７)、押し釦スイッチ(６)及びバッテリーＶを配備し、２つの周壁(32e)(32f)に跨って外軸(32)に嵌めた筒状ケース(49)によって、周壁(32e)(32f)間に配備した前記構成部品をカバーし、該筒状ケース(49)に設けた窓部(49a)に対応して表示部(５)と押し釦スイッチ(６)を位置させ、前記ブロック(41)の一端が外軸(32)上の一方の周壁(32f)に固定されている、請求項１又は２に記載の締付トルク測定ユニット。
歪ゲージ(47)は、外軸(32)の周方向に略等間隔に４箇所に設けられている、請求項１乃至３の何れかに記載の締付トルク測定ユニット。
請求項１乃至４の何れかの締付トルク測定ユニットを着脱可能に具えたボルト・ナット締付機。