CN112236262A - 螺栓与螺母的紧固方法及紧固装置 - Google Patents

螺栓与螺母的紧固方法及紧固装置 Download PDF

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Abstract

将基于螺栓与螺母的紧固力设定为目标紧固力。一种紧固被紧固物的螺栓与螺母的紧固方法，在对螺栓施加了螺栓的轴向上的规定的拉伸力的状态下，使螺母或螺栓旋转而对被紧固物施加紧固力。在螺栓的拉伸力随着紧固力的增加而降低时，关于螺栓的拉伸力的变化量相对于螺母或螺栓的旋转角的变化量的比率，在该比率的经时变化中发生了拐点的时刻以后，结束伴随螺母或螺栓的旋转而进行的紧固，并且解除施加给螺栓的拉伸力。

Description

螺栓与螺母的紧固方法及紧固装置
技术领域
本发明涉及一种能够以目标紧固力紧固螺栓与螺母的紧固方法及紧固装置。
背景技术
在专利文献1所记载的紧固管理方法中，经过3个紧固工序，将螺栓及螺母紧固在被紧固物上，由此将该紧固力设定为目标紧固力。
在第一紧固工序中，一边按压螺母的上表面，一边以规定的拉伸力拉伸从螺母突出的螺栓的前端部。规定的拉伸力是与上述目标紧固力相同的力。此时，螺栓的螺纹面在螺母的螺纹面中的与螺栓及螺母实际紧固被紧固物时的接触位置相反侧的接触位置接触。
在第二紧固工序中，在以规定的拉伸力拉伸螺栓的前端部的状态下，使螺母旋转而紧固。在此，紧固螺母，直到紧固力与规定的拉伸力相等。此时，螺栓的螺纹面及螺母的螺纹面由于螺栓及螺母的齿隙而成为相互不接触的状态。
在第三紧固工序中，使螺母进一步旋转而紧固。通过该螺母的紧固，紧固力和拉伸力从相互相等的状态变化为相互不同的状态，但在发生该变化时使螺母的旋转停止。在紧固力和拉伸力互不相同的状态下，紧固力上升，拉伸力降低。在螺母停止旋转之后，解除施加在螺栓上的拉伸力。
现有技术文件
专利文献
专利文献1：日本特许第4363661号
发明内容
根据本申请发明人等的研究得知，在将螺栓及螺母紧固于被紧固物时，关注该紧固结束的时刻时，发现了能够使螺栓及螺母的紧固力成为目标紧固力。关于结束紧固的时刻，在专利文献1中也有记载，但根据本申请发明人等的研究得知，即使在与专利文献1不同的时刻结束紧固，也能够使螺栓及螺母的紧固力成为目标紧固力。
用于解决问题的手段
本申请的第一发明是一种紧固被紧固物的螺栓与螺母的紧固方法。首先，在对螺栓施加了螺栓的轴向的规定拉伸力的状态下，使螺母或螺栓旋转而对被紧固物施加紧固力。在此，在螺栓的拉伸力随着紧固力的增加而降低时，关于螺栓的拉伸力的变化量相对于螺母或螺栓的旋转角的变化量的比率，在该比率的经时变化中发生了拐点的时刻以后，结束伴随螺母或螺栓的旋转而进行的紧固，并且解除施加给螺栓的拉伸力。
在比率的经时变化中，当比率大致恒定时，能够结束伴随螺母或螺栓的旋转而进行的紧固，并且解除施加给螺栓的拉伸力。能够使规定拉伸力与紧固被紧固物时的作为目标的紧固力相等。
本申请的第二发明是一种将螺栓与螺母紧固在被紧固物上的紧固装置，具有：第一传感器，检测施加于螺栓的轴向的拉伸力；第二传感器，检测螺母或螺栓的旋转角；以及控制器，控制螺栓及螺母的紧固。控制器进行如下控制：在对螺栓施加规定拉伸力的状态下，使螺母或螺栓旋转而对被紧固物施加紧固力时，螺栓的拉伸力随着紧固力的增加而降低，关于螺栓的拉伸力的变化量相对于螺母或螺栓的旋转角的变化量的比率，在该比率的经时变化中发生了拐点的时刻以后，结束伴随螺母或螺栓的旋转而进行的紧固。另外，在伴随螺母或螺栓的旋转而进行的紧固结束后，解除对螺栓施加的拉伸力。
在该比率的经时变化中，当该比率大致恒定时，控制器可结束伴随螺母或螺栓的旋转而进行的紧固。另外，能够使规定拉伸力与紧固被紧固物时的作为目标的紧固力相等。
根据本发明，能够将基于螺栓及螺母的紧固力设定为目标紧固力。
附图说明
图1是表示螺纹紧固体的构造和紧固螺栓及螺母的紧固装置的结构的图。
图2是表示第一工序中的螺纹紧固体的状态的图。
图3是表示第二工序中的螺纹紧固体的状态的图。
图4是表示第三工序中的螺纹紧固体的状态的图。
图5是表示第四工序中的螺纹紧固体的状态的图。
图6是表示在本实施方式中紧固力及拉伸力的经时变化和变化率dP/dθ的经时变化的图。
图7是表示使用双头螺栓的螺纹紧固体的构造的图。
图8是表示使用双头螺栓的螺纹紧固体的构造的图。
图9是表示在变形例中螺纹紧固体的构造和紧固螺栓及螺母的紧固装置的结构的图。
图10是表示在变形例中紧固力及拉伸力的经时变化和变化率dP/dθ的经时变化的图。
图11是表示现有技术中的紧固力及拉伸力的经时变化的图。
具体实施方式
在本实施方式的紧固方法中，在使用螺栓及螺母紧固被紧固物的螺纹紧固体中，一边对螺栓施加螺栓的轴向的规定拉伸力一边紧固螺母。然后，在后述的规定的时刻，结束螺母的紧固，解除对螺栓施加的拉伸力，由此将螺栓及螺母的紧固力设定为目标的紧固力。
(螺纹紧固体及紧固装置)
首先，使用图1对螺纹紧固体的构造和紧固螺栓及螺母的紧固装置的结构进行说明。在图1中，实线(直线)所示箭头表示机械连接，虚线(直线)所示的箭头表示电连接。
螺纹紧固体1具有螺栓2、螺母3及被紧固物4。被紧固物4是将第一被紧固物41和第二被紧固物42重叠而成的。在第一被紧固物41和第二被紧固物42上分别形成有供螺栓2的轴部21贯通的贯通孔41a、42a。第一被紧固物41和第二被紧固物42各自的形状和材质是任意的，可以适当确定。另外，在本实施方式中，被紧固物4由第一被紧固物41和第二被紧固物42构成，但不限于此。即，也可以通过重叠3个以上的被紧固物来构成被紧固物4。
螺栓2具有轴部21和头部22，轴部21具有形成有螺纹(外螺纹)的螺纹部21a和未形成螺纹的圆筒部21b。另外，也可以省略圆筒部21b，轴部21仅由螺纹部21a构成。螺栓2的头部22与第一被紧固物41的下表面接触。螺栓2的螺纹部21a的前端从第二被紧固物42的上表面向上方突出，螺母3的螺纹部(内螺纹)与该突出的螺纹部21a啮合。通过使螺母3与螺纹部21a啮合，利用螺母3及螺栓2的头部22对被紧固物4施加紧固力。
螺栓2的螺纹部21a的前端从螺母3的上表面3a向上方突出，在该突出的螺纹部21a上连接有拉杆5。拉杆5具有供螺纹部21a插入的凹部5a，在凹部5a的内周面形成有与螺纹部21a啮合的螺纹部。通过使拉杆5向一个方向旋转，螺纹部21a和凹部5a的螺纹部啮合，由此能够将螺纹部21a(即螺栓2)向上方拉伸。
作为用于使拉杆5旋转的动力源使用电机M1。例如，通过减速机构连接拉杆5和电机M1，能够将电机M1的动力传递到拉杆5。控制器C控制电机M1的驱动。另外，也可以代替电机M1，通过操作员的手动操作使拉杆5旋转。
在拉杆5的外周面的外侧配置有支架6，支架6的下端面6a与螺母3的上表面3a接触。当拉杆5向上拉动螺栓2时，支架6按压螺母3。在螺栓2的轴向上，在拉杆5与支架6之间配置有测力传感器7(相当于本发明的第一传感器)，测力传感器7用于检测按压螺母3而将螺栓2向上方拉伸时的力(拉伸力)P(kN)。由测力传感器7检测出的拉力P的信息被发送到控制器C。
在支架6的外周面的外侧配置有驱动套管(Drive socket)8，驱动套管8的下端部与螺母3的外侧面卡合。通过使驱动套管8向一个方向旋转，能够使螺母3旋转而使螺母3向紧固被紧固物4的方向(下方)移动。另外，通过使驱动套管8向另一方向旋转，能够使螺母3旋转而使螺母3向不紧固被紧固物4的方向(上方)移动。
作为用于使驱动套管8旋转的动力源使用电机M2。例如，可以通过减速机构连接驱动套管8和电机M2，将电机M2的动力传递到驱动套管8。在电机M2上设有旋转角传感器RS(相当于本发明的第二传感器)，旋转角传感器RS用于以规定的周期检测螺母3的旋转角θ(deg)，由旋转角传感器RS检测出的旋转角θ的信息被发送到控制器C。控制器C控制电机M2的驱动。
(紧固方法)
接着，对将螺栓2及螺母3紧固于被紧固物4的方法进行说明。该紧固方法具有第一工序、第二工序、第三工序及第四工序，通过该紧固方法，能够将螺栓2及螺母3的紧固力F设定为成为目标的紧固力(以下称为目标紧固力)Ftag。
在第一工序中，在螺母3从第二被紧固物42的上表面离开的状态下，支架6的下端面6a一边按压螺母3的上表面3a一边使拉杆5旋转，由此将螺栓2向上方拉伸。在此，在图2中，用箭头(直线)表示作用于螺栓2及螺母3的力。图2所示箭头方向表示力所作用的方向。
拉伸力Ps可以是与通过螺栓2及螺母3紧固被紧固物4时目标紧固力Ftag相同的力。控制器C能够基于测力传感器7的输出掌握拉伸力P，控制拉杆5的旋转，以使拉伸力P成为拉伸力Ps(目标紧固力Ftag)。
在拉伸力P达到拉伸力Ps(目标紧固力Ftag)时，螺纹部21a的螺纹牙与螺母3的螺纹牙的接触状态成为图2的放大图所示的状态。在该状态下，螺纹部21a的螺纹牙上表面与螺母3的螺纹牙下表面接触，成为与通过螺栓2及螺母3实际紧固被紧固物4时的状态(后述的图4的放大图所示的状态)相反的状态。在螺纹部21a的螺纹牙及螺母3的螺纹牙不接触的部分，产生与螺栓2的轴向的距离D相应的齿隙。
在第二工序中，一边将施加于螺栓2的拉伸力P维持为拉伸力Ps，一边利用驱动套管8使螺母3旋转而进行紧固。在此，在图3中，用箭头(直线)表示作用于螺栓2、螺母3及被紧固物4的力。图3所示箭头方向表示力所作用的方向。
在图1所示的结构中，若仅使驱动套管8旋转，则螺母3向离开支架6的下端面6a的方向(下方)移动，拉伸力P比拉伸力Ps低。因此，通过使拉杆5旋转以使支架6追随伴随螺母3的紧固而产生的螺母3的向下方的移动，能够一边将拉伸力P维持为拉伸力Ps，一边使螺母3旋转而进行紧固。具体而言，只要使拉杆5及驱动套筒8的旋转同步即可。
螺母3与第二被紧固物42的上表面接触后，通过螺母3的旋转进行紧固，螺栓2及螺母3的紧固力F上升。而且，当螺纹部21a的螺纹牙与螺母3的螺纹牙的接触状态成为图3的放大图所示的状态时，拉伸力P急剧上升。在图3的放大图所示的状态下，通过螺栓2及螺母3的齿隙(图2所示的距离D)，螺纹部21a的螺纹牙与螺母3的螺纹牙分离。
通过判别拉伸力P急剧上升的情况，能够完成第二工序。具体而言，基于以下说明的变化率dP/dθ，能够判别拉伸力P急剧上升的情况。
变化率dP/dθ(kN/deg)是指拉伸力P的变化量dP(kN)相对于螺母3的旋转角θ的变化量dθ(deg)的比率。换言之，变化率dP/dθ是在分别以旋转角θ及拉伸力P为坐标轴的坐标系中，拉伸力P相对于旋转角θ的举动的微分值。如以下说明的那样，若算出变化量dθ及变化量dP，则能够算出变化率dP/dθ。
旋转角传感器RS以规定的周期检测旋转角θ，因此变化量dθ基于在上次的检测时刻检测出的旋转角θp和在本次的检测时刻检测出的旋转角θc来计算。即，变化量dθ是从旋转角θc减去旋转角θp而得到的值。由于测力传感器7以规定的周期检测拉伸力P，因此变化量dP基于在上次的检测时刻检测出的拉伸力Pp和在本次的检测时刻检测出的拉伸力Pc来计算。即，变化量dP是从拉伸力Pc减去拉伸力Pp而得到的值。
为了判别拉伸力P急剧上升，只要判别变化率dP/dθ高于规定的变化率dP/dθ_th即可。规定的变化率dP/dθ_th可以考虑螺纹紧固体1的具体构造或材质而预先决定，例如可以设为0.15(kN/deg)。
在第三工序中，通过使螺母3从第二工序结束的状态(图3的放大图所示的状态)进一步向紧固方向旋转，使螺栓2及螺母3成为原来的紧固状态。在此，不使拉杆5旋转，而仅使驱动套管8旋转。在图4中，用箭头(直线)表示作用于螺栓2、螺母3及被紧固物4的力。图4所示箭头方向表示力所作用的方向。
在图4所示的状态下，螺纹部21a的螺纹牙下表面与螺母3的螺纹牙上表面接触，成为通过螺栓2及螺母3实际紧固被紧固物4时的状态。在后述的时刻，通过使螺母3的旋转停止，完成第三工序。
在第三工序中，基于上述变化率dP/dθ来决定使螺母3的旋转停止的时刻。在第三工序中，当伴随螺母3的旋转而进行紧固时，紧固力F上升的同时，拉伸力P降低紧固力F上升的量。此时，由于上述拉伸力Pc小于拉伸力Pp，因此变化量dP(dP＝Pc-Pp)为负值。另外，由于变化量dθ为正值，因此变化率dP/dθ为负值。
作为上述变化率dP/dθ的举动(经时变化)，变化率dP/dθ持续降低后，变化率dP/dθ难以变动。具体而言，由于螺栓2的螺纹牙及螺母3的螺纹牙的弹性变形，变化率dP/dθ急剧降低，随着接近弹性极限，变化率dP/dθ难以变动。因此，在变化率dP/dθ的举动中存在拐点。在分别以变化率dP/dθ及时间为坐标轴的坐标系中，该拐点位于变化率dP/dθ持续降低的时间段与变化率dP/dθ难以变动的时间段的边界。
在本实施方式中，在变化率dP/dθ的举动中，在发生拐点的时刻以后，使螺母3的旋转停止。具体而言，控制器C如上述那样一边计算变化率dP/dθ，一边在变化率dP/dθ的举动中确定发生拐点的时刻。并且，控制器C在拐点发生的时刻以后，通过使电机M2的驱动停止，使螺母3的旋转停止。
使螺母3的旋转停止的时刻可以是发生拐点的时刻，也可以是发生拐点的时刻之后的时刻。作为发生拐点的时刻之后的时刻，可以适当地决定，例如，可以是从发生拐点的时刻起经过了预先决定的规定时间的时刻。但是，若在发生拐点后使螺母3过度旋转，则螺栓2的螺纹牙及螺母3的螺纹牙发生塑性变形，因此可考虑这一点来决定上述规定时间的上限。
在变化率dP/dθ的举动中，作为确定拐点发生的方法，例如，在变化率dP/dθ降低后，判别为变化率dP/dθ在规定时间内大致恒定时，可确定在变化率dP/dθ的举动中发生了拐点。在此，旋转角传感器RS和测力传感器7的输出中有时包含噪声，由于该噪声，有时变化率dP/dθ稍微变动(增减)。考虑到这一点，通过对变化率dP/dθ进行公知的平滑化处理(所谓的舍入处理)，能够在除去上述噪声的影响的基础上，判别变化率dP/dθ是否恒定。另一方面，预先决定允许由上述噪声引起的变化率dP/dθ变动(增减)的范围(允许范围)，在该允许范围内，在变化率dP/dθ持续变动(增减)的情况下，可判别为变化率dP/dθ恒定。
在第四工序中，解除螺栓2的拉伸力Ps。然后，将拉杆6从螺栓2的轴部21拆下，并且将驱动套管8从螺母3拆下。在图5中，用箭头(直线)表示作用于螺栓2、螺母3及被紧固物4的力。图5所示箭头方向表示力所作用的方向。在图5所示的状态下，螺纹部21a的螺纹牙下表面与螺母3的螺纹牙上表面接触，成为通过螺栓2及螺母3实际紧固被紧固物4时的状态。
在第四工序中，拉伸力P降低而成为0(kN)，并且紧固力F成为目标紧固力Ftag。由此，完成第四工序、即螺栓2及螺母3的紧固方法。
图6表示紧固力F及拉伸力P的经时变化和变化率dP/dθ的经时变化。在图6中，横轴是进行上述第一工序、第二工序、第三工序及第四工序的时间(ms)。在此，第一工序、第二工序、第三工序及第四工序中不包含的时间段是停止动作的时间段。图5左侧的纵轴是力(紧固力F或拉伸力P)(kN)，图5右侧的纵轴是变化率dP/dθ(kN/deg)。为了便于变化率dP/dθ的运算，仅在第二工序及第三工序中示出变化率dP/dθ的举动。
图6所示的紧固力F是在被紧固物4中装入测力传感器(未图示)并由该测力传感器检测出的值。在将螺栓2及螺母3实际紧固在被紧固物4上时，不设置测力传感器，不测量紧固力F。拉伸力P是由测力传感器7检测出的值，变化率dP/dθ是基于拉伸力P和由旋转角传感器RS检测出的旋转角θ计算出的值。
如图6所示，在第一工序中，拉伸力P上升到拉伸力Ps(目标紧固力Ftag)。此时，由于螺母3从第二被紧固物42的上表面离开，因此紧固力F保持为0(kN)。在第二工序中，一边将拉伸力P维持为拉伸力Ps(目标紧固力Ftag)，一边使螺母3旋转而进行紧固。随之，紧固力F上升。并且，在拉伸力P急剧上升时，即螺栓2的螺纹牙及螺母3的螺纹牙发生弹性变形时，结束基于螺母3的旋转而进行的紧固。
在第三工序中，紧固力F上升的同时拉伸力P降低。另外，在变化率dP/dθ的举动中，变化率dP/dθ为负值，发生拐点。在判别为发生了该拐点时，使螺母3的旋转停止。在第四工序中，通过解除螺栓2的拉伸力P，拉伸力P降低而成为0(kN)。另外，若解除螺栓2的拉伸力P，则在紧固力F降低后，成为目标紧固力Ftag。在此，在解除螺栓2的拉伸力P之后，通过弹性变形的螺栓2的螺纹牙及螺母3的螺纹牙复原，紧固力F降低。
如上所述，在本实施方式中，关注变化率dP/dθ时，在变化率dP/dθ的举动中，在发生拐点的时刻以后，通过使螺母3的旋转停止而解除拉伸力P，能够将紧固力F设定为目标紧固力Ftag。
另外，在本实施方式中，使支架6的下端面6a与螺母3的上表面3a接触，但不限于此，只要能够按压螺母3，可以是任意结构。例如，也可以在支架6和螺母3之间夹设其他部件来按压螺母3。
在本实施方式中，使用具有头部22的螺栓2，但也可以代替该螺栓2，使用例如图7或图8所示的双头螺栓2A。图7和图8所示的双头螺栓2A具有两个螺纹部21a1、21a2和形成在两个螺纹部21a1、21a2间的圆筒部21b。另外，在双头螺栓2A中，也可以省略圆筒部21b。在图7和图8中，对与使用图1说明的部件相同的部件标注相同的附图标记。
在图7所示的结构中，使螺母3A、3B分别与形成在双头螺栓2A的两端的螺纹部21a1、21a2啮合，能够利用两个螺母3A、3B夹持被紧固物4。在图8所示的结构中，能够使螺母3A与形成于双头螺栓2A的一端的螺纹部21a1啮合，并且使形成于双头螺栓的另一端的螺纹部21a2与形成于被紧固物4的贯通孔(相当于贯通孔41a)的螺纹部4a啮合。
在图7或图8所示的结构中，通过使用图1所示的支架6按压螺母3A，并且使用图1所示的拉杆5拉伸从螺母3A突出的螺纹部21a1，从而能够产生拉伸力P。另外，通过使用图1所示的驱动套管8，能够使螺母3A旋转而紧固。
另外，在图7及图8中，螺纹部21a1、21a2的外径(标称)相同，但螺纹部21a1、21a2的外径也可以不同。具体而言，能够使螺纹部21a1的外径大于螺纹部21a2的外径，或者使螺纹部21a1的外径小于螺纹部21a2的外径。
另一方面，只要能够对螺栓2施加拉伸力P，就能够应用本发明，对螺栓2施加拉伸力P的结构并不限定于图1所示的结构。
(变形例)
在本变形例的紧固方法中，在使用螺栓2及螺母3紧固被紧固物4的螺纹紧固体1中，一边对螺栓2施加螺栓2的轴向的规定拉伸力一边紧固螺栓2。然后，在后述的规定时刻，结束螺栓2的紧固，解除施加给螺栓2的拉伸力，由此将螺栓2及螺母3的紧固力F设定为目标紧固力Ftag。
以下，使用图9对向螺栓2施加拉伸力P的其他结构(变形例)进行说明。在图9中，实线(直线)所示箭头表示机械连接，虚线(直线)所示箭头表示电连接。在图9中，对于与在图1中说明的部件相同的部件，使用相同的符号。以下，主要说明与图1所示结构的不同点。
在螺栓2的头部22的上表面形成有钻头孔22a，钻头11的前端部与钻头孔22a卡合。通过使钻头11向一个方向旋转，能够使螺栓2向紧固被紧固物4的方向旋转。另外，通过使钻头11向另一方向旋转，能够使螺栓2向不紧固被紧固物4的方向旋转。
作为用于使钻头11旋转的动力源使用电机M2。例如，能够通过减速机构连接钻头11和电机M2，将电机M2的动力传递给钻头11。在电机M2上设有旋转角传感器RS，旋转角传感器RS用于以规定的周期检测螺栓2的旋转角θ，由旋转角传感器RS检测出的旋转角θ的信息被发送到控制器C。控制器C控制电机M2的驱动。
在钻头11的外周面的外侧配置有拉杆12，拉杆12的下端部能够与螺栓2的头部22卡合。具体而言，在头部22的外侧面形成有螺纹部，在拉杆12的下端部形成有与头部22的螺纹部啮合的螺纹部。通过使拉杆12向一个方向旋转，能够使螺栓2向紧固被紧固物4的方向旋转。另外，通过使拉杆12向另一方向旋转，能够使螺栓2向不紧固被紧固物4的方向旋转。
作为用于使拉杆12旋转的动力源使用电机M1。例如，能够通过减速机构连接拉杆12及电机M1，将电机M1的动力传递到拉杆12。控制器C控制电机M1的驱动。另外，也可以代替电机M1，通过操作员的手动操作使拉杆12旋转。
在拉杆12的外周面的外侧配置有止动件13，止动件13的下端部位于拉杆12的下端部的下方。在止动件13的上端部设有测力传感器7。测力传感器7用于检测作用在螺栓2上的拉伸力P，由测力传感器7检测出的拉伸力P的信息被发送到控制器C。
在螺栓2的轴向上，在测力传感器7与拉杆12之间配置有轴承14。如上所述，为了在使拉杆12旋转时不使测力传感器7及止动件13旋转，配置有轴承14。因此，测力传感器7及止动件13仅能够沿螺栓2的轴向移动。
在图9所示的结构中，在使止动件13的下端部与被紧固物4(第一被紧固物41)的上表面接触的状态下，若使拉杆12旋转，则能够对螺栓2施加拉伸力P。即，由于拉杆12与形成在螺栓2的头部22的外侧面的螺纹部啮合，因此通过使拉杆12旋转，能够将螺栓2的头部22向上方拉伸。在此，通过使止动件13的下端部与被紧固物4的上表面接触，能够确保向上方拉伸螺栓2的头部22时的反作用力。施加在螺栓2上的拉伸力P由测力传感器7检测。
本变形例的紧固方法具有第一工序、第二工序以及第三工序，通过该紧固方法，能够将螺栓2以及螺母3的紧固力F设定为成为目标的紧固力(以下称为目标紧固力)Ftag。
在第一工序中，如上所述，使拉伸力P上升到拉伸力Ps(目标紧固力Ftag)。在此，由于止动件13的下端部与被紧固物4(第一被紧固物41)的上表面接触，因此拉伸力P的反作用力经由止动件13作用于被紧固物4。当拉伸力P达到拉伸力Ps时，螺纹部21a的螺纹牙与螺母3的螺纹牙的接触状态成为图9的放大图(A)所示的状态。在该状态下，螺纹部21a的螺纹牙上表面与螺母3的螺纹牙下表面接触，成为与通过螺栓2及螺母3实际紧固被紧固物4时的状态(后述的图9的放大图(C)所示的状态)相反的状态。在螺纹部21a的螺纹牙及螺母3的螺纹牙不接触的部分，产生与螺栓2的轴向上的距离D相应的齿隙。
在第二工序中，在将拉伸力P维持为拉伸力Ps(目标紧固力Ftag)的状态下，通过使钻头11旋转，使螺栓2向紧固被紧固物4的方向旋转。在通过钻头11使螺栓2旋转时，通过螺栓2的头部22与拉杆12的啮合，能够使螺栓2向紧固被紧固物4的方向移动。
在螺栓2的头部22与被紧固物4(第一被紧固物41)的上表面接触后，紧固力F上升，并且拉伸力P降低相当于紧固力F上升的量。由此，螺纹部21a的螺纹牙与螺母3的螺纹牙的接触状态经过图9的放大图(B)所示的状态，成为图9的放大图(C)所示的状态。在图9放大图(B)所示的状态下，通过螺栓2及螺母3的齿隙(图9的放大图(A)所示的距离D)，螺纹部21a的螺纹牙与螺母3的螺纹牙分离。在图9的放大图(C)所示的状态下，螺纹部21a的螺纹牙下表面与螺母3的螺纹牙上表面接触，成为通过螺栓2及螺母3实际紧固被紧固物4时的状态。
在第二工序中，当紧固力F上升的同时拉伸力P由于紧固力F的上升而降低时，变化率dP/dθ的举动(经时变化)发生拐点。因此，在发生该拐点的时刻以后，使螺栓2的旋转停止。
在第三工序中，解除由拉杆12及止动件13施加于螺栓2的拉伸力P。另外，将钻头11及拉杆12从螺栓2头部22拆下。由此，能够将紧固力F设定为目标紧固力Ftag。
图10表示变形例中紧固力F及拉伸力P的经时变化和变化率dP/dθ的经时变化。在图10中，横轴是进行上述第一工序、第二工序及第三工序的时间(ms)。在此，第一工序、第二工序及第三工序中不包含的时间段是停止动作的时间段。图10左侧的纵轴是力(紧固力F或拉伸力P)(kN)，图10右侧的纵轴是变化率dP/dθ(kN/deg)。为了便于变化率dP/dθ的运算，仅在第二工序中示出变化率dP/dθ的举动。
图10所示的紧固力F是在被紧固物4中装入测力传感器(未图示)并由该测力传感器检测出的值。在将螺栓2及螺母3实际紧固在被紧固物4上时，不设置测力传感器，不测量紧固力F。拉伸力P是由测力传感器7检测出的值，变化率dP/dθ是基于拉伸力P和由旋转角传感器RS检测出的旋转角θ计算出的值。
如图10所示，在第一工序中，拉伸力P上升到拉伸力Ps(目标紧固力Ftag)，并且紧固力F上升到目标紧固力Ftag。这里的紧固力F是从止动件13作用于被紧固物4的力。
在第二工序中，一边将拉伸力P维持为拉伸力Ps(目标紧固力Ftag)，一边利用钻头11使螺母3旋转而进行紧固。随着伴随螺母3的旋转而进行紧固，紧固力F上升，并且拉伸力P降低相当于紧固力F上升的量。这里的紧固力F是从螺栓2的头部22作用于被紧固物4的力。另外，通过螺栓2的螺纹牙及螺母3的螺纹牙弹性变形，拉伸力P降低。在变化率dP/dθ的举动中，变化率dP/dθ为负值，发生拐点。如上所述，在判别为发生了拐点时，使螺栓2的旋转停止，结束第二工序。
在第三工序中，解除螺栓2的拉伸力P。由此，拉伸力P降低而成为0(kN)。另外，若解除螺栓2的拉伸力P，则通过弹性变形的螺栓2的螺纹牙及螺母3的螺纹牙复原，紧固力F降低后，成为目标紧固力Ftag。
另一方面，图11表示在对图9所示的螺纹紧固体1进行与本发明不同的紧固方法时紧固力F及拉伸力P的经时变化。在图11中，横轴是进行上述第一工序、第二工序及第三工序的时间(ms)。在此，第一工序、第二工序及第三工序中不包含的时间段是停止动作的时间段。图11的纵轴是力(紧固力F或拉伸力P)(kN)。图11所示的紧固力F是在被紧固物4中装入测力传感器(未图示)并由该测力传感器检测出的值。拉伸力P是由测力传感器7检测出的值。
根据图11所示的紧固方法，在从紧固力F及拉伸力P相互相等的状态变化为紧固力F及拉伸力P相互不同的状态的时刻，换言之，在螺栓2的头部22与被紧固物4的上表面接触后拉伸力P降低了的时刻，使螺栓2的旋转停止。若这样使螺栓2的旋转停止，则在第三工序中，解除螺栓2的拉伸力P后的紧固力Fend比目标紧固力Ftag低。即，通过弹性变形的螺栓2的螺纹牙及螺母3的螺纹牙复原，紧固力Fend比目标紧固力Ftag低图11所示的差ΔF的量。
这样一来，即使是图9所示的结构，如在本实施方式中说明的那样，在变化率dP/dθ的举动中，在发生拐点的时刻以后，通过使螺栓2的旋转停止而解除拉伸力P，能够将紧固力F设定为目标紧固力Ftag。

Claims (6)

1.一种紧固被紧固物的螺栓与螺母的紧固方法，其特征在于，
在对所述螺栓施加了所述螺栓的轴向上的规定拉伸力的状态下，使所述螺母或所述螺栓旋转而对所述被紧固物施加紧固力，
在所述螺栓的拉伸力随着所述紧固力的增加而降低时，关于所述螺栓的拉伸力的变化量相对于所述螺母或所述螺栓的旋转角的变化量的比率，在该比率的经时变化中发生了拐点的时刻以后，结束伴随所述螺母或所述螺栓的旋转而进行的紧固，并且解除施加给所述螺栓的拉伸力。
2.根据权利要求1所述的紧固方法，其特征在于，
在所述比率的经时变化中，在所述比率大致恒定时，结束伴随所述螺母或所述螺栓的旋转而进行的紧固，并且解除施加给所述螺栓的拉伸力。
3.根据权利要求1或2所述的紧固方法，其特征在于，
所述规定拉伸力与紧固所述被紧固物时的作为目标的紧固力相等。
4.一种将螺栓与螺母紧固在被紧固物上的紧固装置，其特征在于，包括：
第一传感器，检测施加于所述螺栓的轴向的拉伸力；
第二传感器，检测所述螺母或所述螺栓的旋转角；以及
控制器，控制所述螺栓和所述螺母的紧固，
所述控制器进行如下控制：
在对所述螺栓施加了规定拉伸力的状态下，使所述螺母或所述螺栓旋转而对所述被紧固物施加紧固力时，
所述螺栓的拉伸力随着所述紧固力的增加而降低，关于所述螺栓的拉伸力的变化量相对于所述螺母或所述螺栓的旋转角的变化量的比率，在该比率的经时变化中发生了拐点的时刻以后，结束伴随所述螺母或所述螺栓的旋转而进行的紧固。
5.根据权利要求4所述的紧固装置，其特征在于，
在所述比率的经时变化中，在所述比率大致恒定时，所述控制器结束伴随所述螺母或所述螺栓的旋转而进行的紧固。
6.根据权利要求4或5所述紧固装置，其特征在于，
所述规定拉伸力与紧固所述被紧固物时的作为目标的紧固力相等。
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