JP7391938B2 - トルク係数サンプリング用の測定装置、及びトルク係数モデルの構築方法 - Google Patents

Description

本発明は、精密機器の組立分野に関し、具体的に、トルク係数サンプリング用の測定装置、及びトルク係数モデルの構築方法に関する。

航空、宇宙、軍事、医療などの分野で精密機器の精度や安定性に対する要求が増え続けるにつれて、精密機器の組立精度に対する要求も高まっている。

その中でも、以下のメリットがあることから、精密機器の組立にねじ部品が広く適用されている。
（１）ねじ係合により、十分な大きさの締結力を提供することができる。
（２）ねじ係合は、着脱に便利である。
（３）汎用の標準化設計があるので、大量生産が容易である。
（４）大量生産に対応可能なため、加工コストが低い。
（５）複雑な組立プロセスに頼る必要がないため、組立コストが低い。
（６）互換性がある。

ねじ部品によるねじ締結の品質は、製品の組立品質及び信頼性に直接影響する。経済的な観点から、ねじ部品のコストが高くないが、ねじ部品を使用した製品は通常高価である。品質の問題でねじ締結の不具合が発生すると、製品に及ぼす影響により、莫大な経済損失が引き起こされてしまう。

ねじ部品のボルトを例にすると、ボルトの締付力とは、締付トルクの作用により、ボルトと被締結物との間に生じるボルトの軸線方向の作用力である。精密機器の組立では、締付力が高すぎると、ボルトは、被締結物において応力集中を引き起こし、さらに被締結物の塑性変形を引き起こして、精密機器の精度に影響する。締付力が低すぎると、ボルトによる締結作用が無効になる恐れがある。また、低すぎる締付力は、振動環境でのボルトのゆるみ、被締結物の滑りにつながり、精密機器の精度に深刻な影響を及ぼすか、精密機器の損壊を引き起こす恐れがある。

そこで、精密機器にとっては、ねじ部品の締付力の制御が非常に重要である。

ねじ部品の締付力を制御するために、ねじ部品を締め付ける過程において、トルクを制御することにより、締付力の間接的な制御を実現してもよい。この間接的な制御は、以下の表現式に示すようなトルクと締付力との関係を参照すればよい。
Ｔ＝Ｋ×ｄ×Ｆ

ここで、Ｔはトルクであり、Ｋはトルク係数であり、ｄはねじ部品のねじ呼び径であり、Ｆはねじ部品の締付力である。

生産の実践において、上記の表現式におけるトルク係数Ｋは、通常、経験に基づいて定数に設定される。例えば、被締結物の、ねじ部品を支持する支持面が滑らかでなく、且つねじ部品と被締結物とのねじ係合に潤滑がない場合、トルク係数Ｋは、０．２に設定されてもよい。被締結物の、ねじ部品を支持する支持面が滑らかであり、且つねじ部品と被締結物とのねじ係合に潤滑がある場合、トルク係数Ｋは、０．１に設定されてもよい。

しかしながら、実際の締付過程において、トルク係数Ｋは、定数でない場合がある。支持面の滑らかさや粗さ、ねじ係合の潤滑程度、締付速度、締付工具、締付時の温度などの外部要因は、いずれもトルク係数Ｋに影響する。

このため、同様のねじ部品でも、トルク係数Ｋは、外部要因の変化によって異なる可能性がある。例えば、トルク係数Ｋは、外部要因の変化につれて、０．１～０．３の範囲、ひいてはもっと広い範囲内で変動する可能性がある。トルク係数Ｋの変動により、締付力に対する制御精度が必然的に低下し、実際の組立において、ねじ部品の締付力の離散性が大きくなる。

ここからわかるように、締付力の精密な制御が必要な精密機器について、如何に、外部要因も考慮した正確なトルク係数Ｋを得て、エンジニアリングの実践におけるねじ部品の締付力とトルクとのマッピング関係を正確に得るかが、従来技術において解決すべき技術的課題となっている。

これに鑑み、本発明の一実施例では、トルク係数サンプリング用の測定装置が提供されている。このトルク係数サンプリング用の測定装置は、任意の目標組立圧力の作用下での任意のモデルのねじ部品の測定をサポートして、異なる組立圧力条件での締付力とトルクとのマッピング関係を体現できるサンプリングデータを取得することができる。これらサンプリングデータは、組立圧力によるトルク係数への影響を研究するのに役立つ。

具体的には、該実施例におけるトルク係数サンプリング用の測定装置は、

圧力張力センサーを含む載置台と、

ハウジングと、前記ハウジング内に収容されたトルクテストモジュール及び圧力テストモジュールと、前記ハウジング外に装着されたビットとを含むねじり工具と、を含んでもよく、

ねじ部品が、前記ビットによりねじられて、前記載置台に載置され且つ前記圧力張力センサーに接続されたねじ穴付きサンプルにねじ込まれると、前記圧力張力センサーから、前記ねじ部品と前記ねじ穴付きサンプルとの間の締付力が出力され、前記トルクテストモジュールから、前記ビットにより前記ねじ部品に生じたトルクが出力され、前記圧力テストモジュールから、前記ビットにより軸方向に沿って前記ねじ部品に生じた組立圧力が出力される。

任意選択的に、前記載置台は、前記圧力張力センサーが載置される基板と、圧力張力伝達部材を介して前記圧力張力センサーに接続された前記ねじ穴付きサンプルを、前記圧力張力センサーの上方に支持するサンプル保持部材と、支持部材により前記サンプル保持部材の上方に支持され、前記ねじ部品が載置され、前記ねじ部品のねじ軸部が貫通する貫通穴が開設されている支持天板と、をさらに含む。

任意選択的に、前記トルクテストモジュールは、トルクセンサーと、前記ハウジングに固定されており、前記トルクセンサーの軸方向の一端に接続された第１のトルク伝達部材と、前記トルクセンサーの軸方向の他端に接続されており、前記ビットと同軸に伝動連結された第２のトルク伝達部材と、を含む。

任意選択的に、前記第１のトルク伝達部材は、径方向に貫設された力伝達軸棒を介して、前記ハウジングに固定されている。

任意選択的に、前記ハウジングには、前記力伝達軸棒が挿入される規制穴が開設されており、前記力伝達軸棒の端部は、スリーブを介して、前記規制穴内に挿入される。

任意選択的に、前記第２のトルク伝達部材は、トルク出力軸と同軸に接続され、前記トルク出力軸の基部は、前記ハウジング内に収容された転がり軸受内に貫設されており、前記トルク出力軸の端部は、前記ハウジングの外に伸び、ビット取付スリーブに取り外し可能に接続されており、前記ビットは、前記ビット取付スリーブに同軸に装着されている。

任意選択的に、前記トルク出力軸は、径方向に貫設されたロックピン部材を介して、前記ビット取付スリーブに取り外し可能に接続されている。

任意選択的に、前記圧力テストモジュールは、前記ハウジングに固定された圧力センサーと、軸方向に前記圧力センサーと前記第１のトルク伝達部材との間に配置された推力軸受と、を含む。

任意選択的に、前記圧力センサーと前記推力軸受との間には、摩耗防止部材が配置されている。

また、測定装置により得られたサンプリングデータがトルク係数モデルのモデリングに利用されると、異なる組立圧力条件でのトルク係数の変化法則を得ることができる。この変化法則は、生産の実践を指導することに用いることができる。

具体的には、他の実施例では、トルク係数モデルの構築方法が提供されている。このトルク係数モデルの構築方法は、
設定された組立圧力を維持する条件で、ｎ個（ｎは自然数）のねじ部品のそれぞれを、前述した実施例に記載の測定装置がテストして出力した締付力及びトルクを受信するステップと、
ｎ個のねじ部品を測定装置がテストして出力した締付力及びトルクを利用して、各ねじ部品のテストで得られるトルク係数過程グラフをそれぞれ構築するステップと、
ｎ個のねじ部品のテストで得られるトルク係数過程グラフを利用して、目標締付力の理想的なトルク係数を決定し、決定された理想的なトルク係数を利用して、設定された組立圧力条件での目標締付力とトルクとの関係モデルを構築するステップと、含む。

上記実施例によれば、測定装置は、圧力張力センサーを利用して、ねじ穴付きサンプルとのねじ締結際にねじ部品が生じる締付力を測定するとともに、トルクセンサーを利用して、ねじ穴付きサンプルとのねじ締結際にねじ部品が受けるトルクを測定することができる。これにより、ねじ部品の締付力及びトルクのリアルタイム監視を実現することができ、さらに、リアルタイムで監視された締付力及びトルクを利用して、トルク係数モデルを構築し、締付力とトルクとのマッピング関係を正確に決定し、生産の実践を指導することができる。また、測定装置は、圧力センサーを利用して、ねじ部品に加えた組立圧力を監視して、リアルタイムで監視された締付力及びトルクを、設定された組立圧力に関連付けることもでき、組立圧力によるトルク係数への影響をさらに反映することができる。

上記実施例における測定装置は、垂直的な分布モードを採用して、ねじり工具の内部構成が重力の影響を受けることにより偏心することがないように保証し、測定の正確性を向上させる。

上記実施例における測定装置のねじり工具は、ビットの取り換えを可能にするために、ビットの取り換えをサポートするビット取付スリーブを含んでもよい。これにより、異なる規格のねじ部品のテストをサポートすることができる。また、ビット取付スリーブは、ロックピン部材によって、取り外し可能な接続を実現し、ビット取付スリーブの取付に軸方向のずれが生じることを避ける。これにより、組立圧力のテスト結果が該軸方向のずれによる影響を受けることを回避し、組立圧力とトルクとのテスト結果の一致性を確保することができる。

上記実施例における測定装置のねじり工具は、カバープレートを取り換えることにより、手動モードと電動モードとの切り替えを実現することができる。手動モードでは、人工的な手触りを導入することにより、異なる人工的な手触りによる締付力への制御程度をさらに反映する。電動モードでは、設定可能なねじれ速度を導入することにより、構築されるトルク係数モデルが、異なる締付速度によるトルク係数への影響をさらに反映できるようにする。

本発明の一実施例におけるトルク係数サンプリング用の測定装置の例示的な構成の模式図である。 図１に示すような測定装置におけるねじり工具の内部構成の模式図である。 図１に示すような測定装置におけるねじり工具の外観の模式図である。 本発明の他の実施例におけるトルク係数モデルの構築方法の例示的なフローの模式図である。

本願の目的、構成、及びメリットをより明確にするために、以下、図面を参照しながら、実施例を挙げて、本発明をさらに詳しく説明する。

ねじ部品のトルク係数の研究について、下記の実施例は、特に、精密機器に適する小寸法のねじ部品、例えば、ねじの規格がＭ１～Ｍ６の範囲内にあるボルトに着目する。大型重荷に耐える車両用、船舶用のねじ部品と異なって、精密機器に適する小寸法のねじ部品は、加工品質に問題が生じやすい。例えば、形状の誤差、寸法の誤差、表面の粗さなどのパラメーターの離散性が大きいため、測定結果の離散性も大きくなる。また、小寸法のねじ部品は、摩擦面積が小さく、パッチ型のセンサーで正確な測定を実施することが難しい。

また、ねじ部品をねじる過程において加える組立圧力も、トルク係数に影響する重要なパラメーターであるが、これは、見落としがちなことである。そこで、組立圧力によるトルク係数への影響を具現して研究するために、下記の実施例では、特に組立圧力の測定が導入されている。

図１は、本発明の一実施例におけるトルク係数サンプリング用の測定装置の例示的な構成の模式図である。図１を参照されたい。該実施例において、トルク係数サンプリング用の測定装置は、載置台１０と、ねじり工具３０と、を含んでもよく、
該載置台１０は、圧力張力センサー１２を含み、該載置台１０には、ねじ穴付きサンプル１７が載置され、該載置台１０に載置されたねじ穴付きサンプル１７は、圧力張力センサー１２に接続され、

該ねじり工具３０は、ハウジング３１と、ハウジング３１内に収容されたトルクテストモジュール３２及び圧力テストモジュール３６と、ハウジング３１外に装着されたビット３５と、を含み、
ねじ部品２０が、ビット３５によりねじられて、ねじ穴付きサンプル１７にねじ込まれると、圧力張力センサー１２は、ねじ部品２０とねじ穴付きサンプル１７との間の締付力を出力でき、トルクテストモジュール３２は、ビット３５によりねじ部品２０に生じたトルクを出力でき、圧力テストモジュール３６は、ビット３５により軸方向に沿ってねじ部品２０に生じた組立圧力を出力できる。

上記構成によれば、測定装置は、圧力張力センサー１２を利用して、ねじ穴付きサンプル１７とのねじ締結際にねじ部品２０が生じる締付力を測定するとともに、トルクセンサー３２を利用して、ねじ穴付きサンプル１７とのねじ締結際にねじ部品２０が受けるトルクを測定することができる。これにより、ねじ部品２０の締付力及びトルクのリアルタイム監視を実現することができ、さらに、リアルタイムで監視された締付力及びトルクを利用して、トルク係数モデルを構築し、締付力とトルクとのマッピング関係を正確に決定し、生産の実践を指導することができる。また、測定装置は、圧力センサー３６を利用して、ねじ部品２０に加えた組立圧力を監視して、リアルタイムで監視された締付力及びトルクを、設定された組立圧力に関連付けることもでき、組立圧力によるトルク係数への影響をさらに反映することができる。

図１を続けて参照されたいが。該実施例において、載置台１０は、基板１１と、サンプル保持部材１３と、支持天板１６と、をさらに含んでもよい。

ここで、基板１１には、圧力張力センサー１２が載置されてもよい。サンプル保持部材１３は、ねじ穴付きサンプル１７を前記圧力張力センサー１２の上方に支持することができる。ねじ穴付きサンプル１７は、圧力張力伝達部材１４を介して圧力張力センサー１２に接続されてもよい。支持天板１６は、例えばスタッド、ねじなしシャフトなどの支持部材１５により、サンプル保持部材１３の上方に支持されてもよく、支持天板１６には、ねじ部品２０が載置されてもよい。ここで、支持天板１６には、ねじ部品２０のねじ軸部が貫通する貫通穴が開設されており、この貫通穴は、穴壁にねじ山のないねじなし穴であってもよい。

これにより、該実施例における測定装置は、載置台１０の基板１１と、サンプル保持部材１３と、支持天板１６とを利用して、それぞれ圧力張力センサー１２と、ねじ穴付きサンプル１７と、テスト対象のねじ部品２０とに対して、階層的に位置を規制して支持することができる。このように、圧力張力センサー１２と、ねじ穴付きサンプル１７と、テスト対象のねじ部品２０との偏心による測定結果への影響を減少ひいては解消し、測定の正確性を向上させることができる。

図２は、図１に示すような測定装置におけるねじり工具の内部構成の模式図である。図３は、図１に示すような測定装置におけるねじり工具の外観の模式図である。

図２を参照しながら、図３も参照されたい。該実施例では、測定装置のねじり工具３０がドライバーである場合を例にする。

該ねじり工具３０のハウジング３１は、メインシェル３１１と、セカンダリーシェル３１６と、を含んでもよい。ここで、メインシェル３１１の外円周面には、作業者がハウジング３１を回すことに便利なように、滑り止めゴムがコーティングされてもよい。メインシェル３１１は、一端の開口（下端の開口）に第１のフランジ３１２を有し、他端の開口（上端の開口）がカバープレート３１４によって覆われている。セカンダリーシェル３１６は、一端の開口（上端の開口）に第２のフランジ３１７を有し、他端の開口（下端の開口）にエンドキャップ３１８が装着されており、該エンドキャップ３１８には、軸穴３１９が開設されている。また、メインシェル３１１の第１のフランジ３１２と、セカンダリーシェル３１６の第２のフランジ３１７とを突き合わせて組み立てることにより、ハウジング３１を形成することができる。

トルクテストモジュール３２は、トルクセンサー３２０と、第１のトルク伝達部材３２１と、第２のトルク伝達部材３２４と、を含む。

トルクセンサー３２０は、ハウジング３１内に収容されており、例えば、図２に示すように、メインシェル３１１内に収容されており、メインシェル３１１と隙間嵌めとなっている。

第１のトルク伝達部材３２１は、ハウジング３１に固定されており、トルクセンサー３２０の軸方向の一端に接続されており、例えば、図２に示すように、メインシェル３１１に固定されており、トルクセンサー３２０の軸方向の上端に接続されている。

具体的に、図２において、第１のトルク伝達部材３２１は、径方向に貫設された力伝達軸棒３２２によって、ハウジング３１（例えば、メインシェル３１１）に固定されてもよい。これに応じて、ハウジング３１（例えば、メインシェル３１１）には、力伝達軸棒３２２が挿入される規制穴３１３が開設されてもよい。ここで、規制穴３１３は、軸方向に延びる長穴であってもよく、長穴の内面と力伝達軸棒の外円周面との間には、設定された隙間が空けられている。この場合、力伝達軸棒３２２の端部は、周設されたスリーブ３２３を介して、規制穴３１３内に挿入することができる。スリーブ３２３は、力伝達軸棒３２２によるメインシェル３１１の摩耗を減少させるためのものであり、その材質として、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ：Ｐｏｌｙ ｔｅｔｒａ Ｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）を選択してもよい。

第２のトルク伝達部材３２４は、軸方向において第１のトルク伝達部材３２１から離間するトルクセンサー３２０の他端に接続されて、ビット３５と同軸に伝動連結されてもよい。例えば、図２に示すように、トルクセンサー３２０の軸方向の下端に接続されている。

具体的には、図２において、第２のトルク伝達部材３２４は、トルク出力軸３２６と同軸接続されてもよい。該トルク出力軸３２６の基部は、ハウジング３１（例えば、セカンダリーシェル３１６）内に収容された転がり軸受３２７内に貫設されている。例えば、第２のトルク伝達部材３２４は、下端にボス３２５を有してもよく、トルク出力軸３２６は、上端面にボス３２５と嵌合する溝を有し、ボス３２５と溝との嵌合によって、第２のトルク伝達部材３２４とトルク出力軸３２６との同軸接続が実現できる。

該転がり軸受３２７は、内輪がトルク出力軸３２６の外円周面に接触し、外輪がセカンダリーシェル３１６の内円周面に接触して、トルク出力軸３２６とセカンダリーシェル３１６との相対回動を実現し、即ち、トルク出力軸３２６とセカンダリーシェル３１６との回動分離を実現する。また、転がり軸受３２７は、内輪の上端がトルク出力軸３２６のリングフランジに当接して、外輪の下端がエンドキャップ３１８のリングボスに当接することにより、転がり軸受３２７の軸方向の位置決めを実現する。例えば、転がり軸受３２７として、アンギュラコンタクト玉軸受を選択してもよい。

また、図２において、トルク出力軸３２６の端部は、エンドキャップ３１８の軸穴３１９を通して、ハウジング３１の外へ伸び、ビット取付スリーブ３３と取り外し可能に接続されている。例えば、トルク出力軸３２６とビット取付スリーブ３３とは、径方向に貫設されたロックピン部材３４によって、取り外し可能に接続されてもよい。

これに応じて、ビット３５は、ビット取付スリーブ３３に同軸に装着されてもよい。例えば、ビット３５は外六角形の差込棒を有してよく、ビット取付スリーブ３３は内六角形の差込穴を有してよい。外六角形と内六角形との嵌合によって、ビット３５とビット取付スリーブ３３とが同軸に伝動連結される。

ねじり工具３０は、ビット３５の取り換えをサポートするビット取付スリーブ３３を含むので、ビットの取り換えが可能になり、異なる規格のねじ部品２０のテストをサポートすることができる。また、ビット取付スリーブ３３は、ロックピン部材３４によって、取り外し可能な接続を実現し、ロックピン部材３４の軸方向における位置規制によって、ビット取付スリーブ３３の取付に軸方向のずれが生じることを避けることができる。これにより、組立圧力のテスト結果が該軸方向のずれによる影響を受けることを回避し、組立圧力とトルクとのテスト結果の一致性を確保することができる。

これにより、ハウジング３１が把持される際に受ける外力は、力伝達軸棒３２２を介して第１のトルク伝達部材３２１に伝達された後、第１のトルク伝達部材３２１から、トルクセンサー３２０、第２のトルク伝達部材３２４、トルク出力軸３２６、ビット取付スリーブ３３の順に伝達されて、ビット３５を回動させ、ねじ部品２０のねじりを実現することができる。また、ビット３５がねじ部品２０をねじる際に受ける反作用トルクは、逆方向にトルクセンサー３２０へ伝達できるので、トルクセンサー３２０によって、反作用トルクと同値のねじりトルクを測定することができる。

圧力テストモジュール３６は、圧力センサー３６０と、推力軸受３６２と、を含んでもよい。

圧力センサー３６０は、ハウジング３１に固定されており、例えば、図２に示すように、トルクテストモジュール３２のビット３５から離間する側に配置されており、ハウジング３１のカバープレート３１４の下面の収容溝３１５内に固定されている。推力軸受３６２は、軸方向に沿って、圧力センサー３６０と第１のトルク伝達部材３２１との間に配置されてもよく、圧力センサー３６０と第１のトルク伝達部材３２１との回動分離を実現するためのものである。また、圧力センサー３６０と推力軸受３６２との間には、摩耗防止部材３６１が配置されてもよい。

これにより、ビット３５がねじ部品２０をねじる際に受ける反作用の軸方向力は、ビット取付スリーブ３３、トルク出力軸３２６、第２のトルク伝達部材３２４、トルクセンサー３２０、第１のトルク伝達部材３２１、及び推力軸受３６２を順に経て、逆方向に圧力センサー３６０へ伝達できるので、圧力センサー３６０によって、反作用の軸方向力と同値の組立圧力を測定することができる。

また、上記実施例において、測定装置のねじり工具３０のカバープレート３１４の外面は、滑らかなものとされ、ねじり工具３０を手動で駆動する場合の快適さも考慮されている。また、カバープレート３１４は、駆動用コネクタを有する他のカバープレートに取り換えてもよく、該駆動用コネクタは、動力装置に伝動連結されて、ねじり工具３０の自動駆動を実現することができる。即ち、カバープレート３１４を取り換えることにより、手動モードと電動モードとの切り替えを実現することができる。ここで、手動モードでは、人工的な手触りを導入することにより、異なる人工的な手触りによる締付力への制御程度をさらに反映することができる。電動モードでは、設定可能なねじれ速度を導入することにより、構築されるトルク係数モデルが、異なる締付速度によるトルク係数への影響をさらに反映できるようにする。

上記測定装置の測定プロセスには、潤滑条件と、被締結物の材質条件とがさらに導入されてもよく、以下のステップが含まれる（ねじモデルがＭ２である航空用ボルトを例にする）。

第１ステップで、ねじモデルがＭ２である１本の航空用ボルトをランダムに選択してテスト対象とする。

第２ステップで、潤滑条件及び２つの被締結物の材料を決定した後、ねじり工具３０によって該ボルトを締め付け、即ち、まず、ねじ穴付きサンプル１７を、サンプル保持部材により支持して、圧力張力センサー２０の上部の上方に取り付け、圧力張力伝達部材１４を介して圧力張力センサー２０と接続させた後、測定対象のボルト２０を、支持天板１６のねじなし穴に通して、ねじ穴付きサンプル１７のねじ穴と同軸に対向させ、その後、作業者は、ねじり工具３０を手で把持して、ビット３５を測定対象のボルト２０に接触させた後、ねじり工具３０のハウジング３１を押し下げて回転させ、力伝達軸棒３２２によって、トルクセンサー３２０、トルク出力軸３２６、ビット取付スリーブ３３、及びビット３５をハウジング３１に従って回動させ、ビット３５の回動によって、ボルト２０をねじ穴付きサンプル１７にねじ込み、さらに、ボルト２０を締め付けて、支持天板１６とねじ穴付きサンプル１７とを締結する。

第３ステップで、ボルト２０を締め付ける過程において、圧力センサー３６０によって、ボルト２０が受ける組立圧力を監視し、ボルト２０が受ける組立圧力が設定値Ｆｎに達するように、ねじり工具３０を押し下げ、トルクセンサー３２０によって、ボルト２０が受けるトルクを監視し、トルク又は締付力が設定値に達すると、ボルトの締め付けを完了し、圧力張力センサーによって、ボルト２０が受ける締付力を監視し、その後、トルクセンサー３２０、圧力張力センサー１２、及び圧力センサー３６０で測定されたデータを収集することにより、ボルト２０に対して、特定の組立圧力Ｆｎ、決定された潤滑条件、及び設定された被締結物の材料の条件でｎ回のテストを行って出力されたトルク及び締付力をそれぞれ取得し、そして、ｎ回のテストで出力された締付力及びトルクを利用して、該組立圧力Ｆｎの条件でのトルクと締付力との動的関係グラフを構築する。ここで、ｎは自然数であり、好ましくは、ｎが３より大きい。

第４ステップで、表現式Ｔ＝Ｋ×ｄ×Ｆ、第３ステップで得られた該ボルト２０の、組立圧力Ｆｎ、決定された潤滑条件、及び設定された被締結物の材料の条件でのトルクと締付力との動的関係グラフに基づいて、該ボルト２０の、組立圧力Ｆｎの条件でトルク係数が締付力に応じて変化するデータセット｛Ｋｉ｝を算出して、ボルトのトルク係数が締付力に応じて変化するデータセット｛Ｋｉ｝を得る。

第５ステップで、トルク係数が締付力に応じて変化するデータセット｛Ｋｉ｝に対して、ノイズ除去処理を行い、例えば、トルク係数が締付力に応じて変化するデータセット｛Ｋｉ｝における、ジャンプの傾向が変化の法則に違反するか、又はジャンプの幅が所定のしきい値を超える特異値を除去し、その後、トルク係数が締付力に応じて変化するデータセット｛Ｋｉ｝に対してノイズ除去処理を行った後に残る値を、該組立圧力Ｆｎ、決定された潤滑条件、及び設定された被締結物の材料の条件でのトルク係数過程グラフに当てはめる。

第６ステップで、第２ステップから第５ステップを繰り返して、異なる組立圧力、及び／又は異なる潤滑条件、及び／又は異なる被締結物の材質の条件で、単一のボルト２０の複数ロットの締め付けを完了し、複数のトルク係数過程グラフが含まれるグラフクラスターを構築する。

第７ステップで、複数ロットの締め付けによって測定されたトルク係数過程グラフのグラフクラスターを利用して、各トルク係数過程グラフにおいて目標締付力からマッピングされたトルク係数値マッピングセット｛Ｋ_ｍａｐ｝を選択し、目標締付力の、各トルク係数過程グラフにおけるトルク係数値マッピングセット｛Ｋ_ｍａｐ｝に対して、外れ値除外処理を行い、例えば、トルク係数値マッピングセット｛Ｋ_ｍａｐ｝における最大値及び最小値、並びに他とはかけ離れた外れ値を削除し、外れ値除外により選別されたトルク係数値マッピングセット｛Ｋ_ｍａｐ｝における残りの数値の平均値

を利用して、該組立圧力Ｆｎ、決定された潤滑条件、及び設定された被締結物の材料の条件での目標締付力とトルクとの関係モデル

を構築する。

図４は、本発明の他の実施例におけるトルク係数モデルの構築方法の例示的なフローの模式図である。図４を参照されたい。該実施例において、トルク係数モデルの構築方法は、以下のステップを含んでもよい。
Ｓ４１０で、設定された組立圧力を維持する条件で、ｎ個のねじ部品のそれぞれを測定装置がテストして出力した締付力及びトルクを受信する。ここで、ｎは自然数であり、好ましくは、ｎが３より大きい。
Ｓ４２０で、ｎ個のねじ部品を測定装置がテストして出力した締付力及びトルクを利用して、各ねじ部品のテストで得られるトルク係数過程グラフをそれぞれ構築する。ここで、トルク係数過程グラフは、トルク係数が締付力に応じて変化するデータセット｛Ｋｉ｝から得られ、該データセット｛Ｋｉ｝における各数値は、Ｔ＝Ｋ×ｄ×Ｆを満足し、ｉは１以上、且つｎ以下であり、ｄは該モデルのねじ部品の呼び径である。

ここで、本ステップにおいて、さらに、トルク係数が締付力に応じて変化するデータセット｛Ｋｉ｝に対して、ノイズ除去処理を行ってもよい。

Ｓ４３０で、ｎ個のねじ部品のテストで得られるトルク係数過程グラフを利用して、目標締付力の理想的なトルク係数を決定し、決定された理想的なトルク係数を利用して、設定された組立圧力条件での目標締付力とトルクとの関係モデルを構築する。

例えば、本ステップにおいて、まず、各トルク係数過程グラフにおいて目標締付力からマッピングされたトルク係数値マッピングセット｛Ｋ_ｍａｐ｝を決定し、その後、目標締付力の、各トルク係数過程グラフにおけるトルク係数値マッピングセット｛Ｋ＿Ｍａｐ｝に対して、外れ値除外処理を行い、例えば、トルク係数値マッピングセット｛Ｋ_ｍａｐ｝における最大値及び最小値、並びに他とはかけ離れた外れ値を削除し、外れ値除外により選別されたトルク係数値マッピングセット｛Ｋ_ｍａｐ｝における残りの数値の平均値

を理想的なトルク係数として、設定された組立圧力条件での目標締付力とトルクとの関係モデル

を構築してもよい。

ここまで、組立圧力の１つの特定値に対する測定過程が終了する。また、上記測定過程において、締付速度、潤滑条件、及び被締結物の材料も同時に設定してもよい。即ち、組立圧力、潤滑条件、及び被締結物の材質が含まれる多次元の条件で、対応するトルク係数モデルを構築することにより、構築されたトルク係数モデルは、異なる潤滑条件及び被締結物の材料によるトルク係数への影響をさらに反映することができる。

上記は、本発明の好ましい実施例にすぎず、本発明を限定するものではない。本発明の精神および原則内で行われる種々の修正、均等置換え、改善などは全て本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

１０ 載置台
１１ 基板
１２ 圧力張力センサー
１３ サンプル保持部材
１４ 圧力張力伝達部材
１５ 支持部材
１６ 支持天板
１７ ねじ穴付きサンプル
２０ ねじ部品
３０ ねじり工具
３１ ハウジング
３１１ メインシェル
３１２ 第１のフランジ
３１３ 規制穴
３１４ カバープレート
３１５ 収容溝
３１６ セカンダリーシェル
３１７ 第２のフランジ
３１８ エンドキャップ
３１９ 軸穴
３２ トルクテストモジュール
３２０ トルクセンサー
３２１ 第１のトルク伝達部材
３２２ 力伝達軸棒
３２３ スリーブ
３２４ 第２のトルク伝達部材
３２５ ボス
３２６ トルク出力軸
３２７ 転がり軸受
３３ ビット取付スリーブ
３４ ロックピン部材
３５ ビット
３６ 圧力テストモジュール
３６０ 圧力センサー
３６１ 摩耗防止部材
３６２ 推力軸受

Claims (8)

1. トルク係数サンプリング用の測定装置であって、
   圧力張力センサー（１２）を含む載置台（１０）と、
   ハウジング（３１）と、前記ハウジング（３１）内に収容されたトルクテストモジュール（３２）及び圧力テストモジュール（３６）と、前記ハウジング（３１）外に装着されたビット（３５）とを含むねじり工具（３０）と、を含み、
   ねじ部品（２０）が、前記ビット（３５）によりねじられて、前記載置台（１０）に載置され且つ前記圧力張力センサー（１２）に接続されたねじ穴付きサンプル（１７）にねじ込まれると、前記圧力張力センサー（１２）から、前記ねじ部品（２０）と前記ねじ穴付きサンプル（１７）との間の締付力が出力され、前記トルクテストモジュール（３２）から、前記ビット（３５）により前記ねじ部品（２０）に生じたトルクが出力され、前記圧力テストモジュール（３６）から、前記ビット（３５）により軸方向に沿って前記ねじ部品（２０）に生じた組立圧力が出力され、
   前記トルクテストモジュール（３２）は、
   トルクセンサー（３２０）と、
   前記ハウジング（３１）に固定されており、前記トルクセンサー（３２０）の軸方向の一端に接続された第１のトルク伝達部材（３２１）と、
   前記トルクセンサー（３２０）の軸方向の他端に接続されており、前記ビット（３５）と同軸に伝動連結された第２のトルク伝達部材（３２４）と、を含み、
   前記圧力テストモジュール（３６）は、
   前記ハウジング（３１）に固定された圧力センサー（３６０）と、
   軸方向に前記圧力センサー（３６０）と前記第１のトルク伝達部材（３２１）との間に配置された推力軸受（３６２）と、を含む、
   ことを特徴とする測定装置。
2. 前記載置台（１０）は、
   前記圧力張力センサー（１２）が載置される基板（１１）と、
   圧力張力伝達部材（１４）を介して前記圧力張力センサー（１２）に接続された前記ねじ穴付きサンプル（１７）を、前記圧力張力センサー（１２）の上方に支持するサンプル保持部材（１３）と、
   支持部材（１５）により前記サンプル保持部材（１３）の上方に支持され、前記ねじ部品（２０）が載置され、前記ねじ部品（２０）のねじ軸部が貫通する貫通穴が開設されている支持天板（１６）と、をさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
3. 前記第１のトルク伝達部材（３２１）は、径方向に貫設された力伝達軸棒（３２２）を介して、前記ハウジング（３１）に固定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
4. 前記ハウジング（３１）には、前記力伝達軸棒（３２２）が挿入される規制穴（３１３）が開設されており、前記力伝達軸棒（３２２）の端部は、スリーブ（３２３）を介して、前記規制穴（３１３）内に挿入される、
   ことを特徴とする請求項３に記載の測定装置。
5. 前記第２のトルク伝達部材（３２４）は、トルク出力軸（３２６）と同軸に接続され、前記トルク出力軸（３２６）の基部は、前記ハウジング（３１）内に収容された転がり軸受（３２７）内に貫設されており、前記トルク出力軸（３２６）の端部は、前記ハウジング（３１）の外に伸び、ビット取付スリーブ（３３）に取り外し可能に接続されており、前記ビット（３５）は、前記ビット取付スリーブ（３３）に同軸に装着されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
6. 前記トルク出力軸（３２６）は、径方向に貫設されたロックピン部材（３４）を介して、前記ビット取付スリーブ（３３）に取り外し可能に接続されている、
   ことを特徴とする請求項５に記載の測定装置。
7. 前記圧力センサー（３６０）と前記推力軸受（３６２）との間には、摩耗防止部材（３６１）が配置されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
8. トルク係数モデルの構築方法であって、
   設定された組立圧力を維持する条件で、ｎ個（ｎは自然数）のねじ部品のそれぞれを、請求項１に記載の測定装置がテストして出力した締付力及びトルクを受信するステップと、
   ｎ個の前記ねじ部品を測定装置がテストして出力した締付力及びトルクを利用して、各前記ねじ部品の、前記設定された組立圧力の条件でのトルクと締付力との動的関係グラフをそれぞれ構築するステップと、
   前記動的関係グラフに基づいて、各前記ねじ部品の、前記設定された組立圧力の条件でトルク係数が締付力に応じて変化するデータセットを算出するステップと、
   前記データセットに対してノイズ除去処理を行った後に残る値を、各前記ねじ部品のテストで得られるトルク係数過程グラフに当てはめるステップと、
   ｎ個の前記ねじ部品のテストで得られるトルク係数過程グラフを利用して、各トルク係数過程グラフにおいて目標締付力からマッピングされたトルク係数値マッピングセットを選択し、外れ値除外により選別されたトルク係数値マッピングセットにおける残りの数値の平均値を目標締付力の理想的なトルク係数として決定し、決定された理想的なトルク係数を利用して、設定された組立圧力条件での目標締付力とトルクとの関係モデルを構築するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。

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