締付状態検出装置および締付状態検出方法
【課題】トルクレンチを用いて螺合部の締付を行ったときの締付状態を検出することを目的とする。
【解決手段】本発明の締付状態検出装置４０は、トルクレンチを３０用いて螺合部を締め付けたときの締付状態を検出する締付状態検出装置４０であって、トルクレンチ３０により螺合部を螺回させたときにトルクレンチ３０に作用するトルクＴが設定された着座トルクＴｓから設定された設定トルクＴｆに達したときのトルクレンチ３０の差分角度θｄが設定された範囲内にあるか否かに基づいて締付状態が正常であるか否かを判定する判定部４３を備えている。これにより、締付状態が正常であるか否かの検出を行うことができるようになる。
【解決手段】本発明の締付状態検出装置４０は、トルクレンチを３０用いて螺合部を締め付けたときの締付状態を検出する締付状態検出装置４０であって、トルクレンチ３０により螺合部を螺回させたときにトルクレンチ３０に作用するトルクＴが設定された着座トルクＴｓから設定された設定トルクＴｆに達したときのトルクレンチ３０の差分角度θｄが設定された範囲内にあるか否かに基づいて締付状態が正常であるか否かを判定する判定部４３を備えている。これにより、締付状態が正常であるか否かの検出を行うことができるようになる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクレンチを用いて螺合部を締め付けたときの締付状態を検出する締付状態検出装置および締付状態検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
作業機は下部走行体に上部旋回体を設置して構成し、上部旋回体にはブームとアームとバケットとからなる掘削手段を備えるようにしている。この掘削手段を構成するブームとアームとバケットとを駆動する為に油圧シリンダが設けられており、このうちアームのシリンダ（アームシリンダ）はブームの上部位置に設けられる。
【０００３】
アームシリンダは２本の配管を接続して構成され、これらの配管はブームの表面に沿うようにして設けられる。また、配管は強度等の観点から金属パイプで形成される。ただし、ブームの俯抑動作時に曲げられることがあることから、この部位ではホースが用いられる。
【０００４】
よって、２本の配管は、曲がらない部位が金属パイプ（以下、パイプ）で、曲がる部位は、曲げ方向に可撓性を持たせるために可撓性のあるホースで形成する。そして、パイプとホースとの間はカップリング機構により連結する。パイプの先端にはネジ部を形成し、ホースの先端には口金を設けて、この口金にナット部を設ける。そして、ナット部にネジ部を螺合して所定の締付力を作用させることで、２本の配管の接続を行う。これにより、２つの配管を回転させることなく連結できるようになり、これが所謂ユニオン式の接続機構となる。
【０００５】
２本の配管（ホースとパイプ）の接続部から漏れを生じないようにしなければならない。このために、シール機能を持たせたリング状の弾性シール部材を挿嵌する。パイプの先端には弾性シール部材を嵌合するためのリング状のシール溝を形成しておき、当該シール溝に弾性シール部材を嵌合することにより挿嵌させる。シール溝に嵌合したときには、弾性シール部材はパイプの当接面（座面）から所定量突き出すようになっている。
【０００６】
この状態で、螺合部（ナット部とネジ部とをネジ締めにより螺合する部位）に締付力を作用させる。これにより、ネジ部の座面はナット部を設けた側の口金の端面（当接面）に押し付けられるようになり、弾性シール部材に撓みが生じる。そして、所定量押し込むように締付力を作用させることで、弾性シール部材によるシール機能が果たされるようになる。
【０００７】
螺合部の締付はトルクレンチを用いて行う。トルクレンチはナット部に係合するヘッド部と軸部と握り部とを有して構成しており、ヘッド部はソケット式やモンキー式等といった方式がある。ヘッド部をナット部に係合させた状態で回転させると、ナット部とネジ部との間に締付力が作用する。トルクレンチは、このときに作用するトルクの値を表示することが可能になっている。トルクの値を表示することが可能なトルクレンチとして特許文献１に開示されている技術がある。
【０００８】
この文献のトルクレンチはロードセルを有している。ロードセルは締め付けの際にヘッド部から力を受けることにより生じる歪みを検出する弾性体により構成されるセンサである。ロードセルにはブリッジ回路に構成した４つの歪ゲージを設けており、締め付けによる荷重が作用したときに歪ゲージの変形を検出して、電気信号に変換する。そして、この変換した電気信号を信号処理することで、トルク値をデジタル表示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１３７２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ネジ部とナット部とを螺合する螺合部に締付力を作用させるときに、適切なトルクがかかるように管理しなければならない。トルクが不足する場合には、配管の接続部に緩みが発生して気密漏れが生じる。甚だしい場合には、配管の接続部が分離する。一方、過剰なトルクが作用すると、ネジ部やナット部のねじ山が変形する等の損傷が生じる。よって、螺合部の締付を適切なトルクで行うように管理することで、トルク不足やトルク過多を生じないようにしている。
【００１１】
特許文献１のトルクレンチを用いることにより、トルクの値を認識することができ、適切なトルクになるまで螺合部に対して締付力を作用させることができる。ただし、トルクが所定の値（適切な値）であると認識されたとしても、依然として締付状態が正常でない場合を生じることがある
【００１２】
前述したように、シール溝に弾性シール部材を挿嵌して２本の配管を螺合により締め付けて接続している。このとき、シール溝に弾性シール部材が挿嵌されていない場合或いは挿嵌されていても不適正な位置に挿嵌されている場合がある。この場合には、トルクレンチのトルクが所定の値（適切な値）になったとしても、締付力が過剰或いは不足する。つまり、締付状態としては正常ではないものとなる。
【００１３】
そこで、本発明は、トルクレンチを用いて螺合部の締付を行ったときの締付状態を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上の課題を解決するため、本発明の締付状態検出装置は、トルクレンチを用いて螺合部を締め付けたときの締付状態を検出する締付状態検出装置であって、前記トルクレンチにより前記螺合部を螺回させたときに作用するトルクが設定された着座トルクから設定された設定トルクに達したときの前記トルクレンチの回転角度が設定された範囲内にあるか否かに基づいて前記締付状態が正常であるか否かを判定する判定部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
トルクレンチとしては、このトルクレンチに作用するトルクとトルクレンチの回転角度を検出できる手段とを備えた構成する。トルクレンチを用いて螺合部の締付を行うと、トルクレンチの回転初期では実質的にトルクが作用しないか、或いは僅かなトルクが作用した状態で回転をする。そして、実質的に締付が始まると、トルクが連続的に増大することになる。
【００１６】
この連続的にトルクが増大するようになったときに、それを着座トルクとし、着座トルクの発生後に適正な締付力が作用したときを設定トルクとする。設定トルクは、螺合部に緩みが生じず、しかも螺合部等が損傷するような過剰な締付力が作用しない状態である。判定部では着座トルクから設定トルクに至るまでにトルクレンチを回転させたときの回転角度が設定された範囲内であるか否かを判定している。これにより、トルクレンチの回転角度に基づいて締付状態が正常であるか否かを判定できる。
【００１７】
また、前記判定部は、着座時の前記トルクの勾配である着座時トルク勾配が設定された勾配閾値よりも小さく、且つ前記着座トルクから前記設定トルクに達したときの前記トルクレンチの回転角度を差分角度として、この差分角度が設定された角度閾値よりも小さいときに前記締付状態が正常であり、それ以外は異常であると判定することを特徴とする。
【００１８】
着座時トルク勾配が勾配閾値以上となっているか、または差分角度が角度閾値以上となっているときには、締付状態が正常ではないことが検出され、それ以外の場合は締付状態が正常であることが検出される。従って、着座時トルク勾配が勾配閾値以上であることを検出した時点で警報を発生するように構成すると、その時点で締付状態の異常を検出して、締付作業を停止することができる。これにより、螺合部に過剰なトルクが作用して損傷することを未然に防止できる。前記の警報はアラーム等を鳴動させてもよいし、表示部に所定の情報を表示させて作業者に了知させるものであってもよい。
【００１９】
また、前記判定部は、前記着座時トルク勾配が前記勾配閾値以上のときには、前記螺合部に挿嵌される弾性シール部材がこの弾性シール部材を嵌合させるシール溝に挿嵌されていない異常であることを検出することを特徴とする。
【００２０】
着座時トルク勾配が勾配閾値以上となったときは、その時点で締付状態が異常であるだけでなく、少ない回転角度で急激にトルクが上昇していることを検出できる。これにより、その時点で、締付状態に異常を生じているということだけなく、シール溝に弾性シール部材が挿嵌されていないといった異常の種類までも特定することができる。
【００２１】
また、前記判定部は、前記着座時トルク勾配が前記閾値勾配よりも小さく、且つ前記差分角度が前記角度閾値以上であるときに前記弾性シール部材が前記シール溝に対して不適正な位置に挿嵌されている異常であることを検出することを特徴とする。
【００２２】
着座時トルク勾配が勾配閾値よりも小さい場合でも、差分角度が角度閾値以上であれば、締付状態が正常ではなく、異常であることを認識することができる。そして、着座トルクから設定トルクまで大きな回転角度となっているため、発生している異常はシール溝に対して弾性シール部材が不適正な位置に挿嵌されている異常であることまで特定することができる。
【００２３】
また、トルクレンチを用いて螺合部を締め付けたときの締付状態を検出する締付状態検出方法であって、前記トルクレンチに作用するトルクが設定された着座トルクから設定された設定トルクに達したときの前記トルクレンチの回転角度が設定された範囲内にあるか否かに基づいて前記締付状態が正常であるか否かを判定することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】油圧ショベルの全体構成図である。
【図２】ホースとパイプとを接続した状態を示す図である。
【図３】ホースとパイプとを接続する前の状態を示す図である。
【図４】ホースとパイプとの接続部位の断面図である。
【図５】締付状態検出装置の構成を示すブロック図である。
【図６】判定部の判定処理の内容を示す図である。
【図７】締付状態が正常であるときの角度とトルクおよび着座時トルク勾配との関係を示すグラフである。
【図８】弾性シール部材の挿嵌位置が不適正であるときの角度とトルクおよび着座時トルク勾配との関係を示すグラフである。
【図９】弾性シール部材が挿嵌されていないときの角度とトルクおよび着座時トルク勾配との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、トルクレンチを用いて作業機の２本の配管を螺合により締め付けて接続したときの螺合部の締付状態を検出している。勿論、２つの部材を螺合により締め付けて接続したときに、螺合部の締付状態を検出するものであれば任意のものに適用することができる。例えば、ナットにネジを螺合により締め付けたときの締付状態を検出するような場合に適用することができる。
【００２６】
図１は作業機として油圧ショベルを示している。この油圧ショベルは履帯式の下部走行体１に旋回装置２を介して上部旋回体３を設置して構成している。上部旋回体３にはオペレータが搭乗する運転室４が設けられており、また各種機械や器具等を収納した機械室建屋５が設けられている。
【００２７】
上部旋回体３には掘削手段１０としてのブーム１１とアーム１２とバケット１３とが設けられている。ブーム１１はブームシリンダ１１ａにより駆動され、アーム１２はアームシリンダ１２ａにより駆動され、バケット１３はバケットシリンダ１３ａにより駆動される。各シリンダ１１ａ、１２ａ、１３ａは油圧シリンダである。また、アーム１２の先端はリンク機構１４を介してバケット１３と接続されている。
【００２８】
ブームシリンダ１１ａおよびバケットシリンダ１３ａにはそれぞれ２本の配管１５を接続している。また、ブレーカ等の他のフロントアタッチメントを装着したときのために、さらに余分の配管を設けてもよい。これらの配管１５がブーム１１の表面に沿うようにして設けられる。
【００２９】
配管１５は強度等の観点から金属パイプ（以下、パイプ）で形成することが望ましいが、上部旋回体３のフレーム内を通ってブーム１１の背面までは、ブーム１１の俯抑動作時に曲げられることがあることから、少なくともこの部位では可撓性のあるホースを用いる。よって、ホースとパイプとはブーム１１の背面における下部位置で連結される。これらホースとパイプとにより配管１５が構成される。
【００３０】
ホース１６とパイプ１７とは螺合により接続を行う。図２はホース１６とパイプ１７とを螺合により接続した状態を示しており、図３は接続する前の状態を示している。ホース１６は配管１５を構成する一方側の配管となっており、パイプ１７は相手側の配管を構成している。パイプ１７は端部近傍位置でブーム１１に固定されており、ホース１６は固定しないままにパイプ１７に接続される。
【００３１】
ホース１６の端部には雌カップリング部材１８が連結して設けられ、パイプ１７の端部には雄カップリング部材１９が連結して設けられる。図３に示すように、雌カップリング部材１８は口金２０にナット部２１を連結して設けたものである。且つ、口金２０とナット部２１との間には、外径が口金２０よりも大きく、ナット部２１よりも小さい六角部２２が設けられている。この六角部２２はホース１６と一体的に構成されており、ナット部２１を回転するときに回り止めを行うために設けている。
【００３２】
雄カップリング部材１９はネジ部２３と六角部２４とを設けて構成している。この六角部２４はロック用のナットであり、パイプ１７に一体的に固定されている。ナット部２１をネジ部２３に螺合して締付を行った後に六角部２１に対してナット部２１を回り止めする。これにより、ネジ部２３にナット部２１が螺合され、２つの六角部２２、２４により回り止めされた状態で所定の締付力が作用される。従って、ホース１６とパイプ１７とが接続されて雌カップリング部材１８と雄カップリング部材１９とが接続される。ネジ部２３にナット部２１を螺合した部位を螺合部１５ａとする。
【００３３】
図４は螺合部１５ａの断面を示している。この図に示すように、ネジ部２３はナット部２１に螺合される。ネジ部２３の当接面（座面）２３ａにはリング状のシール溝２５を形成している。このシール溝２５にリング状の弾性シール部材２６を嵌合する。つまり、ネジ部２３をナット部２１に螺合するときには、ネジ部２３に弾性シール部材２６を挿嵌した状態で螺合を行う。
【００３４】
弾性シール部材２６の厚みはシール溝２５の深さよりも大きくしている。よって、シール溝２５に弾性シール部材２６を嵌合したときには、弾性シール部材２６は座面２３ａよりも突出した状態になる。この状態で、ネジ部２３をナット部２１に螺合して螺合部１５ａを形成する。
【００３５】
この螺合により、ネジ部２３の座面２３ａは口金２０の当接面２７に近接していき、弾性シール部材２６（の面）が口金２０の当接面２７に当接（着座）する。そして、さらに螺合を行う。これにより、弾性シール部材２６は当接面２７に押し付けられて撓みが生じる。このため、ホース１６とパイプ１７との間の接続部位（螺合部１５ａ）にシール機能を持たせることができ、気密性が確保される。
【００３６】
螺合部１５ａの螺合にはトルクレンチを用いる。トルクレンチはナット部２１に係合するヘッド部と軸部と握り部とを有して構成される。ヘッド部としてはソケット式やモンキー式等のヘッド部を用いることができる。ヘッド部にナット部２１を係合した状態で回転させると、ナット部２１の締付が行われる。このトルクレンチは締付トルクを検出することができ、またトルクレンチの回転角度の検出も行うことが可能になっている。
【００３７】
図５はトルクレンチ３０および締付状態検出装置４０の構成を示している。トルクレンチ３０はトルク検出部３１と回転角度検出部３２とを備えている。トルク検出部３１はトルクレンチ３０のヘッド部がナット部２１を係合して回転したときに作用するトルク値をトルクＴとして検出する。回転角度検出部３２はトルクレンチ３０の回転角度θを検出する。回転角度θは所定の基準角度から回転した角度になる。トルクＴおよび回転角度θの情報は締付状態検出装置４０に出力される。
【００３８】
締付状態検出装置４０は演算部４１とメモリ４２と判定部４３と表示部４４とを有して構成している。演算部４１はトルク検出部３１からトルクＴを入力し、回転角度検出部３２から回転角度θを入力する。そして、回転角度θの変化量に対するトルクＴの変化量をトルク勾配Ｃとして演算する。
【００３９】
メモリ４２は演算部４１に入力されるトルクＴおよび回転角度θを記憶し、また演算部４１が演算したトルク勾配Ｃを記憶する。判定部４３はメモリ４２が記憶した値に基づいて、螺合部１５ａの締付状態が正常であるか、および異常である場合には異常の種類を判定する。表示部４４は判定部４３が判定した結果を表示する。締付状態検出装置４０はトルクレンチ３０の一部に設けてもよいし、トルクレンチ３０とは別個の装置として設けてもよい。
【００４０】
次に、締付状態検出装置４０を用いて螺合部１５ａの締付状態を検出する動作について説明する。トルクレンチ３０のヘッド部にナット部２１を係合して回転させる。これにより、ネジ部２３の座面２３ａはナット部２１の側の口金２０の当接面２７に近接していく。そして、弾性シール部材２６が当接面２７に当接する。
【００４１】
このときが着座状態であり、着座前ではトルクレンチ３０を回転させても実質的にトルクＴは作用しない。一方、弾性シール部材２６が当接面２７に当接した後に締付を行っていくと、弾性シール部材２６が撓められることになるため、作用するトルクＴは連続的に上昇していく。
【００４２】
判定部４３には着座時のトルクＴ（着座トルクＴｓ）が予め設定されている。この着座トルクＴｓは着座を検出するために設定された値になり、起点となるトルクになる。着座トルクＴｓは弾性シール部材２６が撓みはじめたときに発生するトルクＴとするが、弾性シール部材２６が当接面２７に接触したときのトルクＴとしてもよいし、弾性シール部材２６がある程度撓んだときのトルクＴとしてもよい。ただし、座面２３ａと当接面２７とが接触する前でなくてはならない。
【００４３】
トルクＴが着座トルクＴｓに達したことをトルク検出部３１が検出することにより、着座したことを検出する。そして、着座したときの回転角度を着座角度θｓとして検出する。この着座角度θｓはメモリ４２に記憶される。
【００４４】
演算部４１は回転角度θの変化量に対するトルクＴの変化量をトルク勾配Ｃとして演算する。つまり、トルク勾配Ｃは微分値（ｄＴ／ｄθ）になる。メモリ４２には着座時のトルク勾配Ｃが着座時トルク勾配Ｃｓとして記憶される。
【００４５】
そして、着座時からさらにトルクレンチ３０を回転させることにより、螺合部１５ａの締付が行われていくと共にトルク検出部３１が検出するトルクＴが上昇する。このときには、回転角度検出部３２が検出する回転角度θも変化している。演算部４１は随時トルクＴおよび回転角度θを入力しており、回転角度θごとにトルク勾配Ｃを検出している。そして、検出したトルク勾配Ｃをメモリ４２に記憶していく。
【００４６】
トルクレンチ３０のトルクＴには所定の締付トルクを設定トルクＴｆとして設けるようにしている。この設定トルクＴｆは螺合部１５ａに緩みを生じず、且つ螺合部１５ａのねじ山等が損傷するような過剰な締付力が作用しないようなトルクＴであり、予めトルクＴの終点トルクとして設定されている。よって、トルクＴが設定トルクＴｆに到達した時点でトルクレンチ３０による締付を終了する。この締付の終了のために、設定トルクＴｆに達した時点で、警報を発するようにすることができる。なお、設定トルクＴｆは任意の値に設定することができる。
【００４７】
この設定トルクＴｆに達したときにおける回転角度検出部３２が検出する回転角度θを終点角度θｆとしてメモリ４２に記憶させる。従って、メモリ４２には着座角度θｓ、終点角度θｆおよびトルク勾配Ｃが入力されて記憶される。このとき、メモリ４２には複数のトルク勾配Ｃが記憶されているが、着座時のトルク勾配Ｃを着座時トルク勾配Ｃｓとしてメモリ４２に記憶する。
【００４８】
一方、判定部４３にはパラメータとして所定の値が予め設定されている。前述したように、着座トルクＴｓおよび設定トルクＴｆはパラメータとして設定されている。また、着座角度θｓと終点角度θｆ（設定トルクＴｆに達したときの回転角度θ）との間の差分角度θｓｆ（＝θｆ−θｓ）を判定するための角度閾値θｔｒがパラメータとして設定される。さらに、着座時トルク勾配Ｃｓを判定するための勾配閾値Ｃｔｒがパラメータとして判定部４３に設定される。
【００４９】
以上のパラメータおよび入力を用いて、判定部４３は所定の判定処理を行う。判定部４３が行う判定処理の内容を図６に示す。まず、判定部４３にパラメータ（着座トルクＴｓ、設定トルクＴｆ、角度閾値θｔｒおよび勾配閾値Ｃｔｒ）の設定がされる（設定処理Ｓ１）。
【００５０】
そして、トルク検出部３１、回転角度検出部３２および演算部４１により着座角度θｓ、終点角度θｆおよび着座時トルク勾配Ｃｓが検出されて入力される（検出処理Ｓ２）。最初に、判定部４３は第１の判定処理Ｓ３を行う。この第１の判定処理Ｓ３は着座時トルク勾配Ｃｓが勾配閾値Ｃｔｒよりも小さいか否かを判定している。着座時トルク勾配Ｃｓが勾配閾値Ｃｔｒよりも小さい場合には、着座時に急激なトルクＴが作用していないことになる。よって、当該第１の判定処理Ｓ３をクリアして、第２の判定処理Ｓ４に進む。
【００５１】
第２の判定処理Ｓ４は差分角度θｓｆ（＝θｆ−θｓ）が角度閾値θｔｒよりも小さいか否かを判定している。この第２の判定処理Ｓ４では、シール溝２５における弾性シール部材２６の挿嵌位置が適正であるか不適正であるかを判定している。
【００５２】
差分角度θｓｆは着座角度θｓから終点角度θｆに至るまでのトルクレンチ３０の回転角度であり、つまり着座トルクＴｓから設定トルクＴｆに到達するまでの間に回転したトルクレンチ３０の角度になる。弾性シール部材２６の挿嵌位置が不適正な場合、つまりシール溝２５から弾性シール部材２６がはみ出している場合には、弾性シール部材２６が座面２３ａと当接面２７との間で噛み込んだ状態になる。
【００５３】
弾性シール部材２６は所定の弾性を有している。よって、弾性シール部材２６を噛み込んだ状態で螺合部１５ａを螺合して締付を行っていくと、回転角度θの変化量に対してトルクＴの変化量は小さくなる。つまり、トルクレンチ３０の回転角度θを大きくしても、トルクＴはそれほど上昇しない。
【００５４】
換言すれば、着座トルクＴｓから設定トルクＴｆに至るまでの間に回転した角度（差分角度θｓｆ）が大きくなる。角度閾値θｔｒはシール溝２５に適正に弾性シール部材２６が挿嵌されていたときにおける差分角度θｓｆの上限値を規定する閾値になっている。よって、差分角度θｓｆが角度閾値θｔｒよりも小さければ、シール溝２５における弾性シール部材２６の挿嵌位置は適正であることが認識される。
【００５５】
従って、この場合には、弾性シール部材２６が挿嵌され且つ適正な位置に挿嵌されていることが認識されている。これにより、螺合部１５ａの締付状態は正常であることが検出される（検出処理Ｓ５）。そして、締付状態が正常であること（異常がないこと：エラーコードなし）が表示部４４により表示される。
【００５６】
図７は締付状態が正常であると判定されたときの差分角度θｓｆ、トルクＴ、着座時トルク勾配Ｃｓを示している。図中において、横軸が角度になっており、２つの縦軸のうち１つがトルクＴ、もう１つが着座時トルク勾配Ｃｓを示している。この図に示すように、着座トルクＴｓ（θｓ）から設定トルクＴｆ（θｆ）に達するまでの差分角度θｓは角度閾値θｔｒよりも小さくなっており、且つ着座時トルク勾配Ｃｓは勾配閾値Ｃｔｒよりも小さくなっている。従って、この場合には、締付状態が正常であることが検出される。
【００５７】
一方、第２の判定処理Ｓ４をクリアしない場合、つまり図８に示すように差分角度θｓｆが角度閾値θｔｒ以上になっている場合には、弾性シール部材２６の挿嵌位置が不適正であることが検出される（検出処理Ｓ６）。よって、この場合には、判定部４３は締付状態が異常であると判定する。このとき、単に締付状態が異常であると判定するのではなく、弾性シール部材２６の挿嵌位置が不適正であることを検出している。つまり、異常の種類まで特定をしている。この異常に対応するコードをエラーコード１とする。
【００５８】
そして、表示部４４にエラーコード１を表示する。これにより、トルクレンチ３０を用いて締付を行っている作業者はエラーコード１を視認することで、螺合部１５ａの締付状態が異常であり、且つその異常が弾性シール部材２６の挿嵌位置が不適正であることを認識できる。
【００５９】
第１の判定処理Ｓ３をクリアしないと判定された場合には、弾性シール部材２６がシール溝２５に挿嵌されていないことを検出する（検出処理Ｓ７）。つまり、第１の判定処理Ｓ１において、図９に示すように、着座時トルク勾配Ｃｓが勾配閾値Ｃｔｒ以上となっており、着座時において急激なトルクＴが作用していることになる。着座時に急激なトルクＴが作用するのは、弾性シール部材２６がシール溝２５に挿嵌されていない場合である。
【００６０】
よって、第１の判定処理Ｓ３をクリアしない場合には、弾性シール部材２６が挿嵌されていないことが検出される。判定部４３はその旨を示すエラーコード２を発生させる。そして、表示部４４にエラーコード２を表示する。これにより、作業者は螺合部１５ａの締付状態が異常であり、且つ弾性シール部材２６が挿嵌されていない異常であることを認識できる。つまり、異常の種類が特定される。
【００６１】
よって、判定部４３は締付状態が正常であるか異常であるか、および異常であるときにはその異常の種類（エラーコード１〜２）を検出する。そして、これを表示部４４に表示することで、作業者は螺合部１５ａの締付状態の良否および異常の種類を認識することができる。つまり、異常を生じている場合には、異常の種類を特定するエラーコードを表示部４４に表示しているため、作業者は表示されたエラーコードに応じた対応を採ることができる。
【００６２】
異常の種類を示すエラーコードは表示部４４に表示されるが、これを音による認識をさせてもよい。例えば、正常であるか否かおよびエラーコードを音声で読み上げることや、エラーコードに応じた音を発生させるようにしてもよい。これにより、作業者は表示部４４を視認することなく、正常であるか否かおよび異常である場合にはその異常の種類を認識することができる。
【００６３】
ここで、締付状態が正常であるか否かの判定については、差分角度θｓｆに基づいて認識することができる。第２の判定処理Ｓ４では、差分角度θｓｆが角度閾値θｔｒよりも小さければ締付状態が正常であることを検出しているが、差分角度θｓｆが過剰に小さい場合も、やはり締付状態の異常を検出することができる。
【００６４】
つまり、差分角度θｓｆが少ない場合ということは、少ない回転角度θで着座トルクＴｓから終点トルクＴｆに達するということになる。つまり、少ない回転角度θでトルクＴが着座トルクＴｓから設定トルクｔｆにまで急上昇することになる。これは、主に前述した弾性シール部材２６が挿嵌されてない場合に生じることであるが、この場合もやはり締付状態の異常となる。
【００６５】
第１の判定処理Ｓ３では、着座トルク勾配Ｃｓと勾配閾値Ｃｔｒとを比較して弾性シール部材２６が挿嵌されていない場合を検出していたが、差分角度θｓｆが過剰に少ないことを検出することによっても認識することができる。この場合の差分角度θｓｆの下限値をθα（予め設定するパラメータ：弾性シール部材２６が挿嵌されていないことを検出するための差分角度θｓｆ）とすると、「θｓｆ＞θα」によって、弾性シール部材２６が挿嵌されているか否かを検出できる。
【００６６】
つまり、締付状態が異常であるか否かは、着座トルクＴｓから設定トルクＴｆに到達するまでの回転した回転角度θ（差分角度θｓｆ）が所定範囲内にあるか否かに基づいて判定することができる。つまり、「θα＜θｓｆ＜θｔｒ」に基づいて判定することができる。この条件を満たせば締付状態が正常であることが認識され、それ以外の場合は締付状態が異常であることが認識される。これにより、締付状態が正常であるか否かを差分角度θｓｆに基づいて判定することができるようになる。
【００６７】
以上のようにして、締付状態検出装置４０によりトルクレンチ３０の締付状態を検出することで、螺合部１５ａに適正な締付力が作用したことを認識している。そして、締付が適正でない場合においては、どのような異常が生じたかを検出できる。特に、弾性シール部材２６が装着されていないときには、ナット部２１に過剰な締付力が作用する前の段階でその異常を認識でき、螺合部１５ａに対して大きなダメージを与えるのを未然に防止できる。
【符号の説明】
【００６８】
２５ シール溝
２６ 弾性シール部材
３０ トルクレンチ
３１ トルク検出部
３２ 回転角度検出部
４０ 締付状態検出装置
４１ 演算部
４２ メモリ
４３ 判定部
４４ 表示部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トルクレンチを用いて螺合部を締め付けたときの締付状態を検出する締付状態検出装置および締付状態検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
作業機は下部走行体に上部旋回体を設置して構成し、上部旋回体にはブームとアームとバケットとからなる掘削手段を備えるようにしている。この掘削手段を構成するブームとアームとバケットとを駆動する為に油圧シリンダが設けられており、このうちアームのシリンダ（アームシリンダ）はブームの上部位置に設けられる。
【０００３】
アームシリンダは２本の配管を接続して構成され、これらの配管はブームの表面に沿うようにして設けられる。また、配管は強度等の観点から金属パイプで形成される。ただし、ブームの俯抑動作時に曲げられることがあることから、この部位ではホースが用いられる。
【０００４】
よって、２本の配管は、曲がらない部位が金属パイプ（以下、パイプ）で、曲がる部位は、曲げ方向に可撓性を持たせるために可撓性のあるホースで形成する。そして、パイプとホースとの間はカップリング機構により連結する。パイプの先端にはネジ部を形成し、ホースの先端には口金を設けて、この口金にナット部を設ける。そして、ナット部にネジ部を螺合して所定の締付力を作用させることで、２本の配管の接続を行う。これにより、２つの配管を回転させることなく連結できるようになり、これが所謂ユニオン式の接続機構となる。
【０００５】
２本の配管（ホースとパイプ）の接続部から漏れを生じないようにしなければならない。このために、シール機能を持たせたリング状の弾性シール部材を挿嵌する。パイプの先端には弾性シール部材を嵌合するためのリング状のシール溝を形成しておき、当該シール溝に弾性シール部材を嵌合することにより挿嵌させる。シール溝に嵌合したときには、弾性シール部材はパイプの当接面（座面）から所定量突き出すようになっている。
【０００６】
この状態で、螺合部（ナット部とネジ部とをネジ締めにより螺合する部位）に締付力を作用させる。これにより、ネジ部の座面はナット部を設けた側の口金の端面（当接面）に押し付けられるようになり、弾性シール部材に撓みが生じる。そして、所定量押し込むように締付力を作用させることで、弾性シール部材によるシール機能が果たされるようになる。
【０００７】
螺合部の締付はトルクレンチを用いて行う。トルクレンチはナット部に係合するヘッド部と軸部と握り部とを有して構成しており、ヘッド部はソケット式やモンキー式等といった方式がある。ヘッド部をナット部に係合させた状態で回転させると、ナット部とネジ部との間に締付力が作用する。トルクレンチは、このときに作用するトルクの値を表示することが可能になっている。トルクの値を表示することが可能なトルクレンチとして特許文献１に開示されている技術がある。
【０００８】
この文献のトルクレンチはロードセルを有している。ロードセルは締め付けの際にヘッド部から力を受けることにより生じる歪みを検出する弾性体により構成されるセンサである。ロードセルにはブリッジ回路に構成した４つの歪ゲージを設けており、締め付けによる荷重が作用したときに歪ゲージの変形を検出して、電気信号に変換する。そして、この変換した電気信号を信号処理することで、トルク値をデジタル表示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−１３７２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ネジ部とナット部とを螺合する螺合部に締付力を作用させるときに、適切なトルクがかかるように管理しなければならない。トルクが不足する場合には、配管の接続部に緩みが発生して気密漏れが生じる。甚だしい場合には、配管の接続部が分離する。一方、過剰なトルクが作用すると、ネジ部やナット部のねじ山が変形する等の損傷が生じる。よって、螺合部の締付を適切なトルクで行うように管理することで、トルク不足やトルク過多を生じないようにしている。
【００１１】
特許文献１のトルクレンチを用いることにより、トルクの値を認識することができ、適切なトルクになるまで螺合部に対して締付力を作用させることができる。ただし、トルクが所定の値（適切な値）であると認識されたとしても、依然として締付状態が正常でない場合を生じることがある
【００１２】
前述したように、シール溝に弾性シール部材を挿嵌して２本の配管を螺合により締め付けて接続している。このとき、シール溝に弾性シール部材が挿嵌されていない場合或いは挿嵌されていても不適正な位置に挿嵌されている場合がある。この場合には、トルクレンチのトルクが所定の値（適切な値）になったとしても、締付力が過剰或いは不足する。つまり、締付状態としては正常ではないものとなる。
【００１３】
そこで、本発明は、トルクレンチを用いて螺合部の締付を行ったときの締付状態を検出することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
以上の課題を解決するため、本発明の締付状態検出装置は、トルクレンチを用いて螺合部を締め付けたときの締付状態を検出する締付状態検出装置であって、前記トルクレンチにより前記螺合部を螺回させたときに作用するトルクが設定された着座トルクから設定された設定トルクに達したときの前記トルクレンチの回転角度が設定された範囲内にあるか否かに基づいて前記締付状態が正常であるか否かを判定する判定部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
トルクレンチとしては、このトルクレンチに作用するトルクとトルクレンチの回転角度を検出できる手段とを備えた構成する。トルクレンチを用いて螺合部の締付を行うと、トルクレンチの回転初期では実質的にトルクが作用しないか、或いは僅かなトルクが作用した状態で回転をする。そして、実質的に締付が始まると、トルクが連続的に増大することになる。
【００１６】
この連続的にトルクが増大するようになったときに、それを着座トルクとし、着座トルクの発生後に適正な締付力が作用したときを設定トルクとする。設定トルクは、螺合部に緩みが生じず、しかも螺合部等が損傷するような過剰な締付力が作用しない状態である。判定部では着座トルクから設定トルクに至るまでにトルクレンチを回転させたときの回転角度が設定された範囲内であるか否かを判定している。これにより、トルクレンチの回転角度に基づいて締付状態が正常であるか否かを判定できる。
【００１７】
また、前記判定部は、着座時の前記トルクの勾配である着座時トルク勾配が設定された勾配閾値よりも小さく、且つ前記着座トルクから前記設定トルクに達したときの前記トルクレンチの回転角度を差分角度として、この差分角度が設定された角度閾値よりも小さいときに前記締付状態が正常であり、それ以外は異常であると判定することを特徴とする。
【００１８】
着座時トルク勾配が勾配閾値以上となっているか、または差分角度が角度閾値以上となっているときには、締付状態が正常ではないことが検出され、それ以外の場合は締付状態が正常であることが検出される。従って、着座時トルク勾配が勾配閾値以上であることを検出した時点で警報を発生するように構成すると、その時点で締付状態の異常を検出して、締付作業を停止することができる。これにより、螺合部に過剰なトルクが作用して損傷することを未然に防止できる。前記の警報はアラーム等を鳴動させてもよいし、表示部に所定の情報を表示させて作業者に了知させるものであってもよい。
【００１９】
また、前記判定部は、前記着座時トルク勾配が前記勾配閾値以上のときには、前記螺合部に挿嵌される弾性シール部材がこの弾性シール部材を嵌合させるシール溝に挿嵌されていない異常であることを検出することを特徴とする。
【００２０】
着座時トルク勾配が勾配閾値以上となったときは、その時点で締付状態が異常であるだけでなく、少ない回転角度で急激にトルクが上昇していることを検出できる。これにより、その時点で、締付状態に異常を生じているということだけなく、シール溝に弾性シール部材が挿嵌されていないといった異常の種類までも特定することができる。
【００２１】
また、前記判定部は、前記着座時トルク勾配が前記閾値勾配よりも小さく、且つ前記差分角度が前記角度閾値以上であるときに前記弾性シール部材が前記シール溝に対して不適正な位置に挿嵌されている異常であることを検出することを特徴とする。
【００２２】
着座時トルク勾配が勾配閾値よりも小さい場合でも、差分角度が角度閾値以上であれば、締付状態が正常ではなく、異常であることを認識することができる。そして、着座トルクから設定トルクまで大きな回転角度となっているため、発生している異常はシール溝に対して弾性シール部材が不適正な位置に挿嵌されている異常であることまで特定することができる。
【００２３】
また、トルクレンチを用いて螺合部を締め付けたときの締付状態を検出する締付状態検出方法であって、前記トルクレンチに作用するトルクが設定された着座トルクから設定された設定トルクに達したときの前記トルクレンチの回転角度が設定された範囲内にあるか否かに基づいて前記締付状態が正常であるか否かを判定することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】油圧ショベルの全体構成図である。
【図２】ホースとパイプとを接続した状態を示す図である。
【図３】ホースとパイプとを接続する前の状態を示す図である。
【図４】ホースとパイプとの接続部位の断面図である。
【図５】締付状態検出装置の構成を示すブロック図である。
【図６】判定部の判定処理の内容を示す図である。
【図７】締付状態が正常であるときの角度とトルクおよび着座時トルク勾配との関係を示すグラフである。
【図８】弾性シール部材の挿嵌位置が不適正であるときの角度とトルクおよび着座時トルク勾配との関係を示すグラフである。
【図９】弾性シール部材が挿嵌されていないときの角度とトルクおよび着座時トルク勾配との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態では、トルクレンチを用いて作業機の２本の配管を螺合により締め付けて接続したときの螺合部の締付状態を検出している。勿論、２つの部材を螺合により締め付けて接続したときに、螺合部の締付状態を検出するものであれば任意のものに適用することができる。例えば、ナットにネジを螺合により締め付けたときの締付状態を検出するような場合に適用することができる。
【００２６】
図１は作業機として油圧ショベルを示している。この油圧ショベルは履帯式の下部走行体１に旋回装置２を介して上部旋回体３を設置して構成している。上部旋回体３にはオペレータが搭乗する運転室４が設けられており、また各種機械や器具等を収納した機械室建屋５が設けられている。
【００２７】
上部旋回体３には掘削手段１０としてのブーム１１とアーム１２とバケット１３とが設けられている。ブーム１１はブームシリンダ１１ａにより駆動され、アーム１２はアームシリンダ１２ａにより駆動され、バケット１３はバケットシリンダ１３ａにより駆動される。各シリンダ１１ａ、１２ａ、１３ａは油圧シリンダである。また、アーム１２の先端はリンク機構１４を介してバケット１３と接続されている。
【００２８】
ブームシリンダ１１ａおよびバケットシリンダ１３ａにはそれぞれ２本の配管１５を接続している。また、ブレーカ等の他のフロントアタッチメントを装着したときのために、さらに余分の配管を設けてもよい。これらの配管１５がブーム１１の表面に沿うようにして設けられる。
【００２９】
配管１５は強度等の観点から金属パイプ（以下、パイプ）で形成することが望ましいが、上部旋回体３のフレーム内を通ってブーム１１の背面までは、ブーム１１の俯抑動作時に曲げられることがあることから、少なくともこの部位では可撓性のあるホースを用いる。よって、ホースとパイプとはブーム１１の背面における下部位置で連結される。これらホースとパイプとにより配管１５が構成される。
【００３０】
ホース１６とパイプ１７とは螺合により接続を行う。図２はホース１６とパイプ１７とを螺合により接続した状態を示しており、図３は接続する前の状態を示している。ホース１６は配管１５を構成する一方側の配管となっており、パイプ１７は相手側の配管を構成している。パイプ１７は端部近傍位置でブーム１１に固定されており、ホース１６は固定しないままにパイプ１７に接続される。
【００３１】
ホース１６の端部には雌カップリング部材１８が連結して設けられ、パイプ１７の端部には雄カップリング部材１９が連結して設けられる。図３に示すように、雌カップリング部材１８は口金２０にナット部２１を連結して設けたものである。且つ、口金２０とナット部２１との間には、外径が口金２０よりも大きく、ナット部２１よりも小さい六角部２２が設けられている。この六角部２２はホース１６と一体的に構成されており、ナット部２１を回転するときに回り止めを行うために設けている。
【００３２】
雄カップリング部材１９はネジ部２３と六角部２４とを設けて構成している。この六角部２４はロック用のナットであり、パイプ１７に一体的に固定されている。ナット部２１をネジ部２３に螺合して締付を行った後に六角部２１に対してナット部２１を回り止めする。これにより、ネジ部２３にナット部２１が螺合され、２つの六角部２２、２４により回り止めされた状態で所定の締付力が作用される。従って、ホース１６とパイプ１７とが接続されて雌カップリング部材１８と雄カップリング部材１９とが接続される。ネジ部２３にナット部２１を螺合した部位を螺合部１５ａとする。
【００３３】
図４は螺合部１５ａの断面を示している。この図に示すように、ネジ部２３はナット部２１に螺合される。ネジ部２３の当接面（座面）２３ａにはリング状のシール溝２５を形成している。このシール溝２５にリング状の弾性シール部材２６を嵌合する。つまり、ネジ部２３をナット部２１に螺合するときには、ネジ部２３に弾性シール部材２６を挿嵌した状態で螺合を行う。
【００３４】
弾性シール部材２６の厚みはシール溝２５の深さよりも大きくしている。よって、シール溝２５に弾性シール部材２６を嵌合したときには、弾性シール部材２６は座面２３ａよりも突出した状態になる。この状態で、ネジ部２３をナット部２１に螺合して螺合部１５ａを形成する。
【００３５】
この螺合により、ネジ部２３の座面２３ａは口金２０の当接面２７に近接していき、弾性シール部材２６（の面）が口金２０の当接面２７に当接（着座）する。そして、さらに螺合を行う。これにより、弾性シール部材２６は当接面２７に押し付けられて撓みが生じる。このため、ホース１６とパイプ１７との間の接続部位（螺合部１５ａ）にシール機能を持たせることができ、気密性が確保される。
【００３６】
螺合部１５ａの螺合にはトルクレンチを用いる。トルクレンチはナット部２１に係合するヘッド部と軸部と握り部とを有して構成される。ヘッド部としてはソケット式やモンキー式等のヘッド部を用いることができる。ヘッド部にナット部２１を係合した状態で回転させると、ナット部２１の締付が行われる。このトルクレンチは締付トルクを検出することができ、またトルクレンチの回転角度の検出も行うことが可能になっている。
【００３７】
図５はトルクレンチ３０および締付状態検出装置４０の構成を示している。トルクレンチ３０はトルク検出部３１と回転角度検出部３２とを備えている。トルク検出部３１はトルクレンチ３０のヘッド部がナット部２１を係合して回転したときに作用するトルク値をトルクＴとして検出する。回転角度検出部３２はトルクレンチ３０の回転角度θを検出する。回転角度θは所定の基準角度から回転した角度になる。トルクＴおよび回転角度θの情報は締付状態検出装置４０に出力される。
【００３８】
締付状態検出装置４０は演算部４１とメモリ４２と判定部４３と表示部４４とを有して構成している。演算部４１はトルク検出部３１からトルクＴを入力し、回転角度検出部３２から回転角度θを入力する。そして、回転角度θの変化量に対するトルクＴの変化量をトルク勾配Ｃとして演算する。
【００３９】
メモリ４２は演算部４１に入力されるトルクＴおよび回転角度θを記憶し、また演算部４１が演算したトルク勾配Ｃを記憶する。判定部４３はメモリ４２が記憶した値に基づいて、螺合部１５ａの締付状態が正常であるか、および異常である場合には異常の種類を判定する。表示部４４は判定部４３が判定した結果を表示する。締付状態検出装置４０はトルクレンチ３０の一部に設けてもよいし、トルクレンチ３０とは別個の装置として設けてもよい。
【００４０】
次に、締付状態検出装置４０を用いて螺合部１５ａの締付状態を検出する動作について説明する。トルクレンチ３０のヘッド部にナット部２１を係合して回転させる。これにより、ネジ部２３の座面２３ａはナット部２１の側の口金２０の当接面２７に近接していく。そして、弾性シール部材２６が当接面２７に当接する。
【００４１】
このときが着座状態であり、着座前ではトルクレンチ３０を回転させても実質的にトルクＴは作用しない。一方、弾性シール部材２６が当接面２７に当接した後に締付を行っていくと、弾性シール部材２６が撓められることになるため、作用するトルクＴは連続的に上昇していく。
【００４２】
判定部４３には着座時のトルクＴ（着座トルクＴｓ）が予め設定されている。この着座トルクＴｓは着座を検出するために設定された値になり、起点となるトルクになる。着座トルクＴｓは弾性シール部材２６が撓みはじめたときに発生するトルクＴとするが、弾性シール部材２６が当接面２７に接触したときのトルクＴとしてもよいし、弾性シール部材２６がある程度撓んだときのトルクＴとしてもよい。ただし、座面２３ａと当接面２７とが接触する前でなくてはならない。
【００４３】
トルクＴが着座トルクＴｓに達したことをトルク検出部３１が検出することにより、着座したことを検出する。そして、着座したときの回転角度を着座角度θｓとして検出する。この着座角度θｓはメモリ４２に記憶される。
【００４４】
演算部４１は回転角度θの変化量に対するトルクＴの変化量をトルク勾配Ｃとして演算する。つまり、トルク勾配Ｃは微分値（ｄＴ／ｄθ）になる。メモリ４２には着座時のトルク勾配Ｃが着座時トルク勾配Ｃｓとして記憶される。
【００４５】
そして、着座時からさらにトルクレンチ３０を回転させることにより、螺合部１５ａの締付が行われていくと共にトルク検出部３１が検出するトルクＴが上昇する。このときには、回転角度検出部３２が検出する回転角度θも変化している。演算部４１は随時トルクＴおよび回転角度θを入力しており、回転角度θごとにトルク勾配Ｃを検出している。そして、検出したトルク勾配Ｃをメモリ４２に記憶していく。
【００４６】
トルクレンチ３０のトルクＴには所定の締付トルクを設定トルクＴｆとして設けるようにしている。この設定トルクＴｆは螺合部１５ａに緩みを生じず、且つ螺合部１５ａのねじ山等が損傷するような過剰な締付力が作用しないようなトルクＴであり、予めトルクＴの終点トルクとして設定されている。よって、トルクＴが設定トルクＴｆに到達した時点でトルクレンチ３０による締付を終了する。この締付の終了のために、設定トルクＴｆに達した時点で、警報を発するようにすることができる。なお、設定トルクＴｆは任意の値に設定することができる。
【００４７】
この設定トルクＴｆに達したときにおける回転角度検出部３２が検出する回転角度θを終点角度θｆとしてメモリ４２に記憶させる。従って、メモリ４２には着座角度θｓ、終点角度θｆおよびトルク勾配Ｃが入力されて記憶される。このとき、メモリ４２には複数のトルク勾配Ｃが記憶されているが、着座時のトルク勾配Ｃを着座時トルク勾配Ｃｓとしてメモリ４２に記憶する。
【００４８】
一方、判定部４３にはパラメータとして所定の値が予め設定されている。前述したように、着座トルクＴｓおよび設定トルクＴｆはパラメータとして設定されている。また、着座角度θｓと終点角度θｆ（設定トルクＴｆに達したときの回転角度θ）との間の差分角度θｓｆ（＝θｆ−θｓ）を判定するための角度閾値θｔｒがパラメータとして設定される。さらに、着座時トルク勾配Ｃｓを判定するための勾配閾値Ｃｔｒがパラメータとして判定部４３に設定される。
【００４９】
以上のパラメータおよび入力を用いて、判定部４３は所定の判定処理を行う。判定部４３が行う判定処理の内容を図６に示す。まず、判定部４３にパラメータ（着座トルクＴｓ、設定トルクＴｆ、角度閾値θｔｒおよび勾配閾値Ｃｔｒ）の設定がされる（設定処理Ｓ１）。
【００５０】
そして、トルク検出部３１、回転角度検出部３２および演算部４１により着座角度θｓ、終点角度θｆおよび着座時トルク勾配Ｃｓが検出されて入力される（検出処理Ｓ２）。最初に、判定部４３は第１の判定処理Ｓ３を行う。この第１の判定処理Ｓ３は着座時トルク勾配Ｃｓが勾配閾値Ｃｔｒよりも小さいか否かを判定している。着座時トルク勾配Ｃｓが勾配閾値Ｃｔｒよりも小さい場合には、着座時に急激なトルクＴが作用していないことになる。よって、当該第１の判定処理Ｓ３をクリアして、第２の判定処理Ｓ４に進む。
【００５１】
第２の判定処理Ｓ４は差分角度θｓｆ（＝θｆ−θｓ）が角度閾値θｔｒよりも小さいか否かを判定している。この第２の判定処理Ｓ４では、シール溝２５における弾性シール部材２６の挿嵌位置が適正であるか不適正であるかを判定している。
【００５２】
差分角度θｓｆは着座角度θｓから終点角度θｆに至るまでのトルクレンチ３０の回転角度であり、つまり着座トルクＴｓから設定トルクＴｆに到達するまでの間に回転したトルクレンチ３０の角度になる。弾性シール部材２６の挿嵌位置が不適正な場合、つまりシール溝２５から弾性シール部材２６がはみ出している場合には、弾性シール部材２６が座面２３ａと当接面２７との間で噛み込んだ状態になる。
【００５３】
弾性シール部材２６は所定の弾性を有している。よって、弾性シール部材２６を噛み込んだ状態で螺合部１５ａを螺合して締付を行っていくと、回転角度θの変化量に対してトルクＴの変化量は小さくなる。つまり、トルクレンチ３０の回転角度θを大きくしても、トルクＴはそれほど上昇しない。
【００５４】
換言すれば、着座トルクＴｓから設定トルクＴｆに至るまでの間に回転した角度（差分角度θｓｆ）が大きくなる。角度閾値θｔｒはシール溝２５に適正に弾性シール部材２６が挿嵌されていたときにおける差分角度θｓｆの上限値を規定する閾値になっている。よって、差分角度θｓｆが角度閾値θｔｒよりも小さければ、シール溝２５における弾性シール部材２６の挿嵌位置は適正であることが認識される。
【００５５】
従って、この場合には、弾性シール部材２６が挿嵌され且つ適正な位置に挿嵌されていることが認識されている。これにより、螺合部１５ａの締付状態は正常であることが検出される（検出処理Ｓ５）。そして、締付状態が正常であること（異常がないこと：エラーコードなし）が表示部４４により表示される。
【００５６】
図７は締付状態が正常であると判定されたときの差分角度θｓｆ、トルクＴ、着座時トルク勾配Ｃｓを示している。図中において、横軸が角度になっており、２つの縦軸のうち１つがトルクＴ、もう１つが着座時トルク勾配Ｃｓを示している。この図に示すように、着座トルクＴｓ（θｓ）から設定トルクＴｆ（θｆ）に達するまでの差分角度θｓは角度閾値θｔｒよりも小さくなっており、且つ着座時トルク勾配Ｃｓは勾配閾値Ｃｔｒよりも小さくなっている。従って、この場合には、締付状態が正常であることが検出される。
【００５７】
一方、第２の判定処理Ｓ４をクリアしない場合、つまり図８に示すように差分角度θｓｆが角度閾値θｔｒ以上になっている場合には、弾性シール部材２６の挿嵌位置が不適正であることが検出される（検出処理Ｓ６）。よって、この場合には、判定部４３は締付状態が異常であると判定する。このとき、単に締付状態が異常であると判定するのではなく、弾性シール部材２６の挿嵌位置が不適正であることを検出している。つまり、異常の種類まで特定をしている。この異常に対応するコードをエラーコード１とする。
【００５８】
そして、表示部４４にエラーコード１を表示する。これにより、トルクレンチ３０を用いて締付を行っている作業者はエラーコード１を視認することで、螺合部１５ａの締付状態が異常であり、且つその異常が弾性シール部材２６の挿嵌位置が不適正であることを認識できる。
【００５９】
第１の判定処理Ｓ３をクリアしないと判定された場合には、弾性シール部材２６がシール溝２５に挿嵌されていないことを検出する（検出処理Ｓ７）。つまり、第１の判定処理Ｓ１において、図９に示すように、着座時トルク勾配Ｃｓが勾配閾値Ｃｔｒ以上となっており、着座時において急激なトルクＴが作用していることになる。着座時に急激なトルクＴが作用するのは、弾性シール部材２６がシール溝２５に挿嵌されていない場合である。
【００６０】
よって、第１の判定処理Ｓ３をクリアしない場合には、弾性シール部材２６が挿嵌されていないことが検出される。判定部４３はその旨を示すエラーコード２を発生させる。そして、表示部４４にエラーコード２を表示する。これにより、作業者は螺合部１５ａの締付状態が異常であり、且つ弾性シール部材２６が挿嵌されていない異常であることを認識できる。つまり、異常の種類が特定される。
【００６１】
よって、判定部４３は締付状態が正常であるか異常であるか、および異常であるときにはその異常の種類（エラーコード１〜２）を検出する。そして、これを表示部４４に表示することで、作業者は螺合部１５ａの締付状態の良否および異常の種類を認識することができる。つまり、異常を生じている場合には、異常の種類を特定するエラーコードを表示部４４に表示しているため、作業者は表示されたエラーコードに応じた対応を採ることができる。
【００６２】
異常の種類を示すエラーコードは表示部４４に表示されるが、これを音による認識をさせてもよい。例えば、正常であるか否かおよびエラーコードを音声で読み上げることや、エラーコードに応じた音を発生させるようにしてもよい。これにより、作業者は表示部４４を視認することなく、正常であるか否かおよび異常である場合にはその異常の種類を認識することができる。
【００６３】
ここで、締付状態が正常であるか否かの判定については、差分角度θｓｆに基づいて認識することができる。第２の判定処理Ｓ４では、差分角度θｓｆが角度閾値θｔｒよりも小さければ締付状態が正常であることを検出しているが、差分角度θｓｆが過剰に小さい場合も、やはり締付状態の異常を検出することができる。
【００６４】
つまり、差分角度θｓｆが少ない場合ということは、少ない回転角度θで着座トルクＴｓから終点トルクＴｆに達するということになる。つまり、少ない回転角度θでトルクＴが着座トルクＴｓから設定トルクｔｆにまで急上昇することになる。これは、主に前述した弾性シール部材２６が挿嵌されてない場合に生じることであるが、この場合もやはり締付状態の異常となる。
【００６５】
第１の判定処理Ｓ３では、着座トルク勾配Ｃｓと勾配閾値Ｃｔｒとを比較して弾性シール部材２６が挿嵌されていない場合を検出していたが、差分角度θｓｆが過剰に少ないことを検出することによっても認識することができる。この場合の差分角度θｓｆの下限値をθα（予め設定するパラメータ：弾性シール部材２６が挿嵌されていないことを検出するための差分角度θｓｆ）とすると、「θｓｆ＞θα」によって、弾性シール部材２６が挿嵌されているか否かを検出できる。
【００６６】
つまり、締付状態が異常であるか否かは、着座トルクＴｓから設定トルクＴｆに到達するまでの回転した回転角度θ（差分角度θｓｆ）が所定範囲内にあるか否かに基づいて判定することができる。つまり、「θα＜θｓｆ＜θｔｒ」に基づいて判定することができる。この条件を満たせば締付状態が正常であることが認識され、それ以外の場合は締付状態が異常であることが認識される。これにより、締付状態が正常であるか否かを差分角度θｓｆに基づいて判定することができるようになる。
【００６７】
以上のようにして、締付状態検出装置４０によりトルクレンチ３０の締付状態を検出することで、螺合部１５ａに適正な締付力が作用したことを認識している。そして、締付が適正でない場合においては、どのような異常が生じたかを検出できる。特に、弾性シール部材２６が装着されていないときには、ナット部２１に過剰な締付力が作用する前の段階でその異常を認識でき、螺合部１５ａに対して大きなダメージを与えるのを未然に防止できる。
【符号の説明】
【００６８】
２５ シール溝
２６ 弾性シール部材
３０ トルクレンチ
３１ トルク検出部
３２ 回転角度検出部
４０ 締付状態検出装置
４１ 演算部
４２ メモリ
４３ 判定部
４４ 表示部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トルクレンチを用いて螺合部を締め付けたときの締付状態を検出する締付状態検出装置であって、
前記トルクレンチにより前記螺合部を螺回させたときに作用するトルクが設定された着座トルクから設定された設定トルクに達したときの前記トルクレンチの回転角度が設定された範囲内にあるか否かに基づいて前記締付状態が正常であるか否かを判定する判定部を備えたこと
を特徴とする締付状態検出装置。
【請求項２】
前記判定部は、
着座時の前記トルクの勾配である着座時トルク勾配が設定された勾配閾値よりも小さく、且つ前記着座トルクから前記設定トルクに達したときの前記トルクレンチの回転角度を差分角度として、この差分角度が設定された角度閾値よりも小さいときに前記締付状態が正常であり、それ以外は異常であると判定すること
を特徴とする請求項１記載の締付状態検出装置。
【請求項３】
前記判定部は、
前記着座時トルク勾配が前記勾配閾値以上のときには、前記螺合部に挿嵌される弾性シール部材がこの弾性シール部材を嵌合させるシール溝に挿嵌されていない異常であることを検出すること
を特徴とする請求項２記載の締付状態検出装置。
【請求項４】
前記判定部は、
前記着座時トルク勾配が前記閾値勾配よりも小さく、且つ前記差分角度が前記角度閾値以上であるときに前記弾性シール部材が前記シール溝に対して不適正な位置に挿嵌されている異常であることを検出すること
を特徴とする請求項３記載の締付状態検出装置。
【請求項５】
トルクレンチを用いて螺合部を締め付けたときの締付状態を検出する締付状態検出方法であって、
前記トルクレンチに作用するトルクが設定された着座トルクから設定された設定トルクに達したときの前記トルクレンチの回転角度が設定された範囲内にあるか否かに基づいて前記締付状態が正常であるか否かを判定すること
を特徴とする締付状態検出方法。
【請求項１】
トルクレンチを用いて螺合部を締め付けたときの締付状態を検出する締付状態検出装置であって、
前記トルクレンチにより前記螺合部を螺回させたときに作用するトルクが設定された着座トルクから設定された設定トルクに達したときの前記トルクレンチの回転角度が設定された範囲内にあるか否かに基づいて前記締付状態が正常であるか否かを判定する判定部を備えたこと
を特徴とする締付状態検出装置。
【請求項２】
前記判定部は、
着座時の前記トルクの勾配である着座時トルク勾配が設定された勾配閾値よりも小さく、且つ前記着座トルクから前記設定トルクに達したときの前記トルクレンチの回転角度を差分角度として、この差分角度が設定された角度閾値よりも小さいときに前記締付状態が正常であり、それ以外は異常であると判定すること
を特徴とする請求項１記載の締付状態検出装置。
【請求項３】
前記判定部は、
前記着座時トルク勾配が前記勾配閾値以上のときには、前記螺合部に挿嵌される弾性シール部材がこの弾性シール部材を嵌合させるシール溝に挿嵌されていない異常であることを検出すること
を特徴とする請求項２記載の締付状態検出装置。
【請求項４】
前記判定部は、
前記着座時トルク勾配が前記閾値勾配よりも小さく、且つ前記差分角度が前記角度閾値以上であるときに前記弾性シール部材が前記シール溝に対して不適正な位置に挿嵌されている異常であることを検出すること
を特徴とする請求項３記載の締付状態検出装置。
【請求項５】
トルクレンチを用いて螺合部を締め付けたときの締付状態を検出する締付状態検出方法であって、
前記トルクレンチに作用するトルクが設定された着座トルクから設定された設定トルクに達したときの前記トルクレンチの回転角度が設定された範囲内にあるか否かに基づいて前記締付状態が正常であるか否かを判定すること
を特徴とする締付状態検出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８１５（Ｐ２０１３−８１５Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３１８２８（Ｐ２０１１−１３１８２８）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（０００００５５２２）日立建機株式会社 (2,611)
【Ｆターム（参考）】
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