JP4978088B2 - 鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法に関するものである。

従来、建築物や構造物に鉄筋コンクリートを施工する場合は、縦横に交差させた鉄筋をワイヤで結束した後にコンクリートを打設しているが、ワイヤによる鉄筋の結束は鉄筋結束機で行っている。この鉄筋結束機によるワイヤの結束は、ワイヤのねじ切れを防止しながら鉄筋を確実に結束を行なう必要があり、この為のワイヤのねじ切れ防止方法が本出願人から提案されている（例えば、特許文献１）。この鉄筋結束機はワイヤを把持するフックを回転駆動するモータが回転してからの駆動トルクを駆動電流により単位時間毎に計測し、その駆動トルクの変化率が増加から減少に切り替わった時点で上記捩り装置による捩じり締めを終了させるようにしたものである。
特許第３２２７６９３号公報

本発明が解決しようとする問題点は、駆動トルクの変化率が増加から減少に変るということはワイヤのねじりがピークに達していることになり、その時点でモータを止めてもイナーシャがあるため結束が進みワイヤがねじ切れてしまう問題があった。

本発明は、上記問題点を解決し、ワイヤの捩じりの状態を監視し、ワイヤのねじ切れが発生する以前に自動的に捩じり締めを終了し、ワイヤのねじ切れを起こすことなく結束を確実に行なうことができる鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法を提供することをその課題とする。

前記課題を解決するために本発明に係る鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法は、鉄筋をワイヤで結束する鉄筋結束機において、以下の要件を備えることを特徴とする。
（イ）上記鉄筋を結束するワイヤを把持するフックを回転駆動するモータの駆動トルクを駆動電流により計測し、その駆動トルクの変化率が、上記駆動電流の変化率がゼロになる直前の変化率を所定の変化率とし、この所定の変化率より小さくなった時点で上記捩り装置による捩じり締めを終了させること
（ロ）上記駆動トルクの変化率の監視を、ねじり開始からねじりが進行しトルクの変化率が大きくなったと判断される所定時間が経過し、又はねじりが進行しトルクの変化率が大きくなったと判断される駆動トルクが所定値以上になってから開始するかの何れか一方又は両方で計測を開始すること
（ハ）前記モータの駆動トルクの計測を単位時間毎に行なうとともに、該単位時間毎に計測したトルクと第１の所定回数前に計測したトルクとに基づいて駆動トルクの第１の変化率を監視し、上記第１の所定回数よりも少ない第２の所定回数前に計測したトルクとに基づいて駆動トルクの第２の変化率を監視して、第１の変化率が所定の変化率より小さくなった時点、又は第２の変化率がマイナスになった時点で前記捩り装置による捩じり締めを終了させること

請求項１の発明によれば、ワイヤによる鉄筋の結束を、ワイヤのネジ切れを起こすことなく確実に行なうことができる鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法を実現することができる。

また、比較的長い第1の時間間隔でトルクの第1の変化率を算出するとともに、この第１の時間間隔の終盤に設定した短い第２の時間間隔でトルクの第２の変化率を算出するようにしたので、第１の変化率と第２の変化率とで結束状況を監視して結束が充分になされた時点で結束を終了することができ、結束をより強くするとともにワイヤのネジ切れを起こすことのない鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法を実現することができる。

図１は本発明に係る、鉄筋結束機の一例の要部を示すもので、この鉄筋結束機はスプール７に巻装されたワイヤ１を前方に送り出すワイヤ送り装置２と、送り出されたワイヤ１をループ状に巻き回すガイドアーム３と、巻き回されたワイヤ１の一部を把持して捩じり締める捩り装置４と、元側のワイヤ１からワイヤループを分断する切断装置５とを備えているもので、ワイヤ送り装置２と捩り装置４と切断装置５とは結束機本体に設けられモータ６により作動するようになっている。

この鉄筋結束機は、メインスイッチ１４を入れておき、鉄筋ａの結束時にトリガレバー８を引き操作しトリガスイッチ１２をＯＮすることによりワイヤ送り装置２によりスプール７からワイヤ１が送り出され、ガイドアーム３によって鉄筋ａにループ状に巻き回した後、捩り装置４が作動し、ワイヤループ１ａの一部をフック９で掴んで捩じり回転することにより鉄筋ａを結束するとともに、切断装置５により元側のワイヤ１からワイヤループ１ａを切断して分断するようになっているものである。

ところで、この鉄筋結束機には捩り装置４のモータ６のトルクを計測する計測手段１０と、計測手段の計測したトルクから結束終了のタイミングを判断し、モータ６を停止して結束を終了させる制御手段１１とが設けられている。

図２は鉄筋結束機のブロック図を示し、符号１０は計測手段、１１は制御手段、１２はトリガスイッチ、１３は電池パック、１４はメインスイッチ、１５は電池パックから供給される電圧を上記制御手段を作動させる電圧に変換するＤＣーＤＣコンバータを示す。

上記計測手段１０は、モータ６に直列に接続され、モータ６の駆動電流を計測するもので、駆動電流を計測することにより、モータ６のトルクの変化を監視することができる。この計測手段１０は抵抗素子で構成され、この抵抗素子の端子電圧から回路を流れる駆動電流を求めている。なお、計測手段１０は回路を流れる電流によって発生する磁束を測定して駆動電流を求めるホール素子型電流センサ等を使用してもよい。計測手段１０で計測した計測結果ｄは制御手段１１に入力される。

制御手段１１はマイクロプロセッサで構成され、内蔵したメモリに常駐している制御プログラムに基づいてモータ６のトルクの変化を監視するとともに、モータのステータコイルに印加する電圧を制御するスイッチング素子（例えば、パワートランジスタ）１６ａ〜１６ｄを駆動する駆動信号ｅ１〜ｅ４を制御しモータ６の回転速度・作動・停止を制御するように構成されている。

上記モータ６に流れる電流の変化を、上記制御手段１１はタイマ回路１７からのタイマ信号ｔに基づいて、単位時間Ｔ１が経過する毎に計測した駆動電流値と、過去（単位時間Ｔ１が数個）に遡って計測したときの駆動電流値とからトルクの変化率を監視するようになっている。

この制御手段１１は、ワイヤによる鉄筋の捩じり締めが進行するにしたがって捩じり締めが固くなることにより、ワイヤを捩じるためのモータ６のトルクが増大することを監視しているが、この監視は単位時間Ｔ１ごとに駆動電流値を計測するとともに以前計測した駆動電流値とからトルク（駆動電流値）の変化率を監視し、この変化率が所定の変化率より小さくなった時点で鉄筋の結束が充分になされたと判断し、モータ６の駆動信号ｅ１〜ｅ４を切り替えることにより、モータ６を停止するようになっている。

結束が充分になされたと判断する基準は、図３のモータの駆動電流特性曲線に示すように、ワイヤの捩じ切れが発生し始めると、特性曲線はなだらかになり、そのままモータ６を回転させてワイヤを捩じり続ければ、やがてワイヤがねじ切れてしまい、ワイヤがねじ切れると、モータ６の負荷がなくなり駆動電流が急激に減少するので、駆動電流の変化率がゼロになる直前の変化率を所定の変化率と設定すればよい。

なお、ユーザーによって鉄筋の結束が多少弱くてもワイヤのねじ切れが発生しないほうが良いと判断する場合と、複数のワイヤの中でねじ切れるものが出てきても鉄筋の結束が強いほうがよいと判断する場合とがあるので、この変化率を一概に決めることができない場合があるので、図示しない設定ダイヤルで変化率の大小を設定変更できるようにし、実際に作業前に試行してその結束状況から設定ダイヤルをまわして変化率を変更できるようにしてもよい。

上記鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法によれば、鉄筋交差部に巻き回されたワイヤループ１ａの一部をフック９で把持し、このフック９をモータ６を回転させて捩じり締めする際、モータ６のトルク（駆動電流）の変化率が所定の変化率より小さくなったタイミングを監視し、この時点でモータ６を停止させることによりワイヤを充分に捩じり締めた状態で結束を終了することができ、捩じり締めが確実に実行されるだけではなく、ワイヤがねじ切れる前に結束を終了することができる。

なお、トルクの変化率は鉄筋の太さやワイヤの本数により滑らかに変化するとは限らないため、同一の変化率Ｖが複数発生する可能性があり所定の変化率になったとしても結束が確実に行なわれていない場合があるので、変化率の監視を開始する時期を別途設定している。この監視開始の時期は、図３に示すように、ねじりが進行しトルクの変化率が大きくなったと判断される時間Ｔ、及びトルクＭａの何れか一方、又は両方の条件をクリアした時点から、監視を開始するようにしている。

このことにより、巻き始めは曲線がなだらかでねじりが進行してトルクが大きくなると曲線の変化が大きくなり、結束が進むと再びなだらかになるので、同じ変化率Ａが初期にも発生するが、この変化率Ａのみを見て結束を終了することがなくなるし、トルクが所定値Ｍａ以上になってからの変化率Ａをみて結束を終了させれば、ワイヤの捩じり締めが不完全な状態で結束が終了するようなことはなくなる。

次に、上記した鉄筋結束機のワイヤねじ切れ防止方法を、図４のフローチャート図及び、図６（ｂ）のタイムチャート図に基づいて説明する。

トリガボタンを引き操作して、モータを回転させ、トルクを単位時間毎に計測するとともに、回転開始からの経過時間を監視する（ステップＳＴ１）。トルクが所定値Ｍａを越えたか、所定時間を経過したかを判断し（ステップＳＴ２）、設定した閾値を越えていれば、ステップＳＴ３に進んでトルクの変化率の監視を始める。

トルクは単位時間Ｔ１（例えば、１０ｍｓ）毎に計測し、計測した現在のトルクＭ（ｎ）とｘ個（例えば、５個で経過時間Ｔ２が５０ｍｓ）前のトルクＭ（ｎ−ｘ）とからトルクの変化率Ａｄを算出する（ステップＳＴ４）。ステップＳＴ５で、変化率Ａｄを判断し、その変化率Ａｄが所定の変化率Ａｅより小さければ、捩りが充分なされたと判断して、モータを止めて捩りを停止する（ステップＳＴ７）。

算出した変化率Ａｄが設定した変化率Ａｅより大きければ、捩りが不足していると判断し、ステップＳＴ６で、カウンタをカウントアップして、ステップＳＴ３に戻り、次の単位時間Ｔ１の経過後のトルクＭ（ｎ）を測定し、ステップＳＴ４で再びトルクの変化率Ａｄを算出して、トルクの変化率Ａｄが所定の変化率Ａｅと同じか、小さくなるまで、ステップＳＴ３〜ＳＴ６を繰り返す。

上述のねじ切れ防止方法は、トルクを計測する時間を単位時間Ｔ１（例えば、１０ｍｓ）を順次シフトして、その単位時間Ｔ１毎に計測したトルクと、単位時間Ｔ１がｘ個（例えば、５個で経過時間Ｔ２が５０ｍｓ）前のトルクとを参照してトルクの変化率を算出するようにしたものである。

つまり、経過時間Ｔ２（例えば、５０ｍｓ）におけるトルクの変化率を算出する際に、この経過時間Ｔ２を単位時間Ｔ１（例えば、１０ｍｓ）ずつシフトしながら経過時間Ｔ２におけるトルクの変化率を算出するようにしたもので、図６（ａ）に示すように、単純に経過時間Ｔ２（５０ｍｓ）経過ごとにトルクの変化率を計測していると、次の計測までにワイヤがねじ切れてしまう恐れがあるが、経過時間Ｔ２を少しずつシフトしながら変化率を監視することにより、ワイヤの捩じり切れが発生する前に所定の変化率を認識することができる。しかも、経過時間を単位時間に対し大きく設定することにより、トルクの変化のノイズを無視することができるとともに、次にトルクの変化率を計測するまでの時間帯にネジ切れを捕捉するタイミングを失うことも回避することができるようにしたものである。なお、上述の単位時間Ｔ１は１０ｍｓに限定されるものではなく２ｍｓや３ｍｓ等、任意に設定すればよく、経過時間Ｔ２も単位時間Ｔ１の５倍に限定されるものではなく、任意に設定すればよい。

そして、上述の捻じ切れ防止方法では、経過時間におけるトルクの変化率を、単位時間シフトしながら算出していたが、経過時間ごとの変化率と、経過時間内における短時間の変化率との２つの変化率を監視して捻じ切れを防止する方法について、図５のフローチャート図及び、図６（ｃ）のタイムチャート図に基づいて説明する。

トリガボタンを引き操作して、モータを回転させ、トルクを単位時間毎に計測するとともに、回転開始からの経過時間を監視する（ステップＳＴ１１）。トルクの閾値が所定値Ｍａを越えたか、所定時間を経過したかを判断し（ステップＳＴ１２）、閾値と所定時間とが経過すれば、トルクの変化率の監視を始める（ステップＳＴ１３）。

トルクは単位時間Ｔ１（例えば、１０ｍｓ）ごとに計測し、計測したトルクＭ（ｎ）と、単位時間がｘ個（例えば、５個で経過時間５０ｍｓ）前のトルクＭ（ｎ−ｘ）とから第１の経過時間Ｔ２を経過した時のトルクの変化率（第１の変化率）Ａｄ１を算出し（ステップＳＴ１４）、さらに、単位時間がｙ個（例えば、１個で経過時間１０ｍｓ）前のトルクＭ（ｎ−ｙ）とから第２の経過時間Ｔ３を経過した時のトルクの変化率（第２の変化率）Ａｄ２を算出し（ステップＳＴ１５）、ステップＳＴ１６で、第１の変化率Ａｄ１が、所定の変化率Ａｅより小さいか、第２の変化率Ａｄ２がマイナスになっていれば、モータを止めて捩りを停止する（ステップＳＴ１８）。

算出した第１の変化率Ａｄ１が設定した変化率Ａｅより大きいか、第２の変化率Ａｄ２がマイナスでなければ、捩りは未だ不完全と判断し、ステップＳＴ１７でカウンタをカウントアップして、ステップＳＴ１３に戻り、次の単位時間Ｔ１の経過後のトルクＭ（ｎ）を測定し、ステップＳＴ１４、１５で再びトルクの変化率を算出して、トルクの変化率が所定の変化率になるまで、ステップＳＴ１３〜ＳＴ１７を繰り返す。

上述の捻じ切れ防止方法は、トルクの変化率を、第１の経過時間Ｔ２における第１の変化率Ａｄ１と、第１の経過時間の終盤に設定した第１の経過時間Ｔ２よりも短い第２の経過時間Ｔ３における第２の変化率Ａｄ２との２つの変化率とで判断するようにしたもので、第１の変化率Ａｄ１が所定の変化率Ａｅより小さくなった時点、若しくは、第２の変化率Ａｄ２がマイナスになった時点で、モータを停止して捩りを停止するようにしたものである。

このことにより、ワイヤの捩じりがピークに達したことがわかるとともに、全てのワイヤがねじ切れる前にモータを止めることができるので、さらに結束を確実に行なうことができる鉄筋結束機を実現することができる。上述の鉄筋結束機では、トルクの変化率を経過時間で説明したが、時間でなく捩り角度でもよい。そうすることにより、バッテリーやモータの性能のばらつきの影響を受けない効果がある。

本発明に係るワイヤのねじ切れ防止方法を適用した鉄筋結束機の側面図 上記鉄筋結束機の電気的構成を説明するブロック図 モータの駆動電流の変化を示す駆動電流対時間の駆動電流特性図 ワイヤのねじ切れ防止方法を説明するフローチャート図 ワイヤのねじ切れ防止方法の他の例を説明するフローチャート図 （ａ）〜（ｃ）は単位時間と経過時間との関係を説明するタイムチャート図

１ ワイヤ
４ 捩り装置
６ モータ
１０ 計測手段
１１ 制御手段
Ａｄ 計測したトルクの変化率
Ａｅ 所定のトルクの変化率
Ｔ１ 単位時間
Ｔ２ 経過時間

Claims (1)

1. 鉄筋をワイヤで結束する鉄筋結束機において、以下の要件を備えることを特徴とする鉄筋結束機におけるワイヤのねじ切れ防止方法。
   （イ）上記鉄筋を結束するワイヤを把持するフックを回転駆動するモータの駆動トルクを駆動電流により計測し、その駆動トルクの変化率が、上記駆動電流の変化率がゼロになる直前の変化率を所定の変化率とし、この所定の変化率より小さくなった時点で上記捩り装置による捩じり締めを終了させること
   （ロ）上記駆動トルクの変化率の監視を、ねじり開始からねじりが進行しトルクの変化率が大きくなったと判断される所定時間が経過し、又はねじりが進行しトルクの変化率が大きくなったと判断される駆動トルクが所定値以上になってから開始するかの何れか一方又は両方で計測を開始すること
   （ハ）前記モータの駆動トルクの計測を単位時間毎に行なうとともに、該単位時間毎に計測したトルクと第１の所定回数前に計測したトルクとに基づいて駆動トルクの第１の変化率を監視し、上記第１の所定回数よりも少ない第２の所定回数前に計測したトルクとに基づいて駆動トルクの第２の変化率を監視して、第１の変化率が所定の変化率より小さくなった時点、又は第２の変化率がマイナスになった時点で前記捩り装置による捩じり締めを終了させること

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