CN112236267B - 紧固装置 - Google Patents

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Abstract

使在螺栓头部外周面上形成有外螺纹部的螺栓的紧固作业自动化。一种紧固装置，用于将螺栓紧固到被紧固体，在螺栓头部的侧面形成有螺栓头部外螺纹部，在螺栓头部的顶面形成有被卡合部，所述紧固装置的特征在于，包括：拉杆，具有与所述螺栓头部外螺纹部螺合的拉杆内螺纹部；钻头，以能够沿上下方向进退的方式配置在所述拉杆的内侧，并且具有与所述被卡合部卡合的卡合部，在所述被卡合部与所述卡合部卡合的状态下，使所述螺栓绕沿上下方向延伸的轴旋转；支承件，配置在沿周向包围所述拉杆的位置，所述支承件的下端部相比所述拉杆的下端部更向下方突出；传感器，用于检测作用于所述支承件的上下方向的压缩力；第一马达，用于使所述钻头绕所述轴旋转；以及第二马达，用于使所述拉杆绕沿上下方向延伸的轴旋转。

Description

紧固装置
技术领域
本发明涉及将螺栓紧固到被紧固体上的紧固装置。
背景技术
在以汽车为代表的许多机械构造物的组装或固定中使用螺栓螺母紧固体。在专利文献1中公开了在螺栓头部外周面上形成有外螺纹部的螺栓。
现有技术文献
专利文件
专利文献1：日本专利第6381840号
发明内容
发明所要解决的问题
本发明的目的在于使螺栓的紧固作业自动化。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，(1)本发明作为一个观点提供一种紧固装置，用于将螺栓紧固到被紧固体，在螺栓头部的侧面形成有螺栓头部外螺纹部，在螺栓头部的顶面形成有被卡合部，所述紧固装置的特征在于，包括：拉杆，具有与所述螺栓头部外螺纹部螺合的拉杆内螺纹部；钻头，以能够沿上下方向进退的方式配置在所述拉杆的内侧，并且具有与所述被卡合部卡合的卡合部，在所述被卡合部与所述卡合部卡合的状态下，使所述螺栓绕沿上下方向延伸的轴旋转；支承件，配置在沿周向包围所述拉杆的位置，所述支承件的下端部相比所述拉杆的下端部更向下方突出；传感器，用于检测作用于所述支承件的上下方向的压缩力；第一马达，用于使所述钻头绕所述轴旋转；以及第二马达，用于使所述拉杆绕沿上下方向延伸的轴旋转。
(2)根据上述(1)所述的紧固装置，其特征在于，在所述螺栓的轴部形成有螺栓轴外螺纹部，所述拉杆内螺纹部和所述螺栓轴外螺纹部的螺距彼此相同。
(3)根据上述(1)或(2)所述的紧固装置，其特征在于，在所述拉杆的内侧配置有筒状的保持器，在所述保持器的内部配置有磁铁、被所述磁铁吸附的所述钻头和对所述磁铁向下施力的弹簧。
(4)根据上述(1)至(3)中任一项所述的紧固装置，其特征在于，所述被卡合部是插入孔，所述卡合部是插入到所述插入孔中的所述钻头的下端部。
(5)本发明作为其他的观点提供一种紧固装置，用于将螺栓紧固到被紧固体，在设置于螺栓头部的上表面的凹部的内周面形成有螺栓头部内螺纹部，所述紧固装置的特征在于，包括：拉杆，具有与所述螺栓头部外螺纹部螺合的拉杆内螺纹部；驱动套头，配置在沿周向包围所述拉杆的位置，在所述驱动套头的下端部形成有用于从侧方把持所述螺栓头部的把持部；支承件，配置在沿周向包围所述驱动套头的位置，所述支承件的下端部相比所述驱动套头的下端部更向下方突出；传感器，用于检测作用于所述支承件的上下方向的压缩力；第一马达，用于使所述拉杆绕沿上下方向延伸的轴旋转；以及第二马达，用于使所述驱动套头绕沿上下方向延伸的轴旋转。
(6)根据上述(5)所述的紧固装置，其特征在于，在所述螺栓的轴部形成有螺栓轴外螺纹部，所述拉杆外螺纹部和所述螺栓轴外螺纹部的螺距彼此相同。
(7)根据上述(5)或(6)所述的紧固装置，其特征在于，在所述拉杆的下端部形成有凸部，所述拉杆外螺纹部形成在该凸部的外周面。
发明效果
根据本发明的上述(1)的结构，能够使在螺栓头部外周面上形成有外螺纹部的螺栓的紧固作业自动化。另外，根据本发明的上述(5)的结构，能够使在螺栓头部顶面的凹部的内周面形成有螺栓头部内螺纹部的螺栓的紧固作业自动化。
附图说明
图1是紧固装置的截面图(第一实施方式)。
图2是被紧固体及螺栓的截面图(第一实施方式)。
图3是螺栓的立体图(第一实施方式)。
图4(a)是螺栓(变形例)的立体图。
图4(b)是被紧固体及螺栓(变形例)的截面图。
图5是第一实施方式的紧固装置的动作说明图(前半部分)。
图6是第一实施方式的紧固装置的动作说明图(后半部分)。
图7是表示螺栓的旋转角度与轴向力、拉伸力的关系的曲线图。
图8是紧固装置的截面图(第二实施方式)。
图9是螺栓的一部分的立体图(第二实施方式)。
图10是第二实施方式的紧固装置的动作说明图(前半部分)。
图11是第二实施方式的紧固装置的动作说明图(后半部分)。
具体实施方式
图1是表示紧固装置100的截面图。紧固装置100包括第一马达10、第二马达30和壳体50。第一马达10和第二马达30相互独立，由控制器5驱动控制。即，控制器5能够分别独立地控制第一马达10和第二马达30。控制器5例如可以使用CPU(central processing unit，中央处理单元)。
壳体50具备主体51和基座52，基座52的固定于主体51的下表面的上端形成为凹状。第一减速器11和第二减速器31容纳在主体51中。第一减速器11具备输出轴11a。输出轴11a形成为管状，在输出轴11a的管状部插入并固定有动力传递部件12。该动力传递部件12与输出轴11a一起进行旋转动作。动力传递部件12的下端部向输出轴11a的下方突出，该突出部分向沿上下方向延伸的管状的钻头保持器13的管内延伸并固定。因此，由输出轴11a得到的旋转输出经由动力传递部件12传递到钻头保持器13，能够使输出轴11a及钻头保持器13一体地旋转。
输出轴11a及钻头保持器13大致配置在同一轴上，可旋转地支承在轴承14上。在钻头保持器13的内部设置有磁铁13a，在该磁铁13a上吸附有用于使螺栓旋转的钻头13b。钻头13b向下方延伸，从钻头保持器13的下端部延伸。在上述的结构中，通过使钻头保持器13进行旋转动作，能够使钻头13b绕沿上下方向延伸的轴旋转。
这里，磁铁13a及钻头13b以能够沿上下方向滑动移动的方式收纳在钻头保持器13的管内，弹簧13c介于磁铁13a与动力传递部件12之间。弹簧13c沿钻头保持器13的内壁配置。当磁铁13a向接近动力传递部件12的方向滑动移动时，弹簧13c被向收缩方向加载。根据上述结构，能够以追随后述的螺栓70的方式使钻头13b在上下方向上动作。
这里，钻头13b由于螺栓旋转时施加的负荷而消耗。如本实施方式那样，通过将钻头13b吸附固定在磁铁13a上，能够在消耗时容易更换钻头13b。
第二马达30的旋转力经由第二减速器31、小齿轮32和空转齿轮33传递到拉杆15。即，形成于拉杆15的外周面的驱动齿轮151及空转齿轮33相互卡合，使第二马达30动作，由此能够使拉杆15绕沿上下方向延伸的轴旋转。
轴承34是为了在第二马达30进行旋转动作时承受施加在小齿轮32及空转齿轮33上的载荷而设置的。空转齿轮33由沿上下方向延伸的空转轴35旋转驱动。
拉杆15具有用于收容钻头保持器13及轴承14的张力收容部15a。在钻头保持器13与拉杆15之间形成有容许拉杆15的旋转动作的间隙。拉杆15由轴承16和推力轴承17可旋转地支承。
在拉杆15的下端部的内径面上形成有拉杆内螺纹部15a1。该拉杆内螺纹部15a1在螺栓拉伸时与形成在螺栓头部的螺栓外螺纹部螺合，后面详细叙述。
支承件18具有用于收容拉杆15的支承件收容部18a。支承件18的上端部与推力轴承17接触，支承件18的下端部比拉杆15的下端部更向下方延伸。因此，在紧固装置100整体朝向被紧固体H下降时，支承件18的下端部与被紧固体H抵接。在拉杆15与支承件18之间形成有容许拉杆15的旋转动作的间隙。
在支承件18的上端侧设置有传感器181。传感器181具备应变体181a和应变仪181b。应变体181a形成为中间部缩径的圆筒形状。应变仪181b安装在应变体181a的中间部。
在螺栓的拉伸处理时，应变体181a受到与从支承件18传递的拉伸力同等的上方向的力，在弹性变形区域内向压缩方向变形。应变仪181b根据应变体181a的应变改变电阻值，使向控制器5输出的输出电压变化。控制器5基于应变仪181b的输出电压的变化量来计算螺栓的螺纹部的拉伸力。传感器181不限于应变体181a和应变仪181b的组合，也可以使用能够检测螺栓的拉伸力的其他传感器。
接着，参照图2及图3，对由本实施方式的紧固装置100紧固的螺栓进行说明。图2是螺栓及被紧固体的截面图，图3是螺栓的立体图。螺栓70是带六角孔的螺栓，包括螺栓轴部71及螺栓头部72。在螺栓轴部71上形成有外螺纹。被紧固体H(换言之，工件)包括在上下方向上重合的被紧固体H1及H2，在这些被紧固体H1及H2上分别形成有螺栓孔H1a及H2a。
通过将螺栓70插入螺栓孔H1a、H2a，使螺母80与从被紧固体H(H2)的端面向下方突出的螺栓轴部71螺合，从而螺栓70紧固于被紧固体H。但是，本发明也能够适用于没有螺母80的仅有螺栓70的紧固体。在这种情况下，通过在螺栓孔H2a的周面上形成与螺栓轴部71的外螺纹部螺合的内螺纹部，能够将螺栓70紧固在被紧固体H上。
在螺栓头部72的顶面形成有六边形的插入孔72b(相当于被卡合部)。通过将钻头13b的下端部(相当于卡合部)插入该插入孔72b并使其旋转，能够将螺栓70紧固到被紧固体H上。在螺栓头部72的侧面沿周向不间断地连续形成有螺栓头部外螺纹部72a。在使拉杆内螺纹部15a1与该螺栓头部外螺纹部72a螺合的状态下，通过使拉杆15旋转，能够拉伸螺栓70。
这里，当将支承件18和被紧固体H的接触面积设为S1、将螺栓头部72和被紧固体H的接触面积设为S2时，优选接触面积S1和S2彼此相同。由于面压从螺栓头部72的座面及支承件18作用于被紧固体H，因此如果接触面积S1及S2相互不同(即，产生面压差)，则被紧固体H的变形量与实际的螺栓紧固时不同。另外，如果面压差变得过大，则支承件18有可能使被紧固体H变形而损伤，或者由于变形量不同而导致紧固精度降低。
在本实施方式中，将插入孔72b形成为六边形，但本发明不限于此，也可以是八边等其他多边形状。另外，本发明也能够适用于螺栓头部的形状为六边的六角螺栓。在该情况下，如图4(a)所示，可以在螺栓头部72'的顶面形成插入孔72b'，且在螺栓头部72'的侧面的弯曲部间歇地形成螺栓头部外螺纹部72a'。另外，螺栓头部外螺纹部72a(72a')不一定需要从螺栓头部72(72')的上端到下端的整体形成，只要能够确保使拉杆15旋转所需的螺合长度，也可以仅形成在从上端到下端的一部分上。
另外，在本实施方式中，通过将钻头13b插入形成在螺栓头部72上的插入孔72b中，使螺栓70旋转，但本发明不限于此，如图4(b)所示，也可以在螺栓头部72(72')上形成突起部72c(相当于被卡合部)，将该突起部72c插入形成在钻头13b下端部的未图示的凹部(相当于卡合部)，使螺栓70旋转。即，本发明能够广泛应用于在螺栓头部的侧面形成有螺栓头部外螺纹部、并且在螺栓头部形成有用于使钻头的卡合部卡合的被卡合部的螺栓。另外，本发明也能够适用于在螺栓头部形成有凸缘的带凸缘螺栓。
接着，参照图5及图6的动作说明图，对紧固装置100的动作进行说明。这里，假定在初始状态(参照图5(a))下，螺栓70临时固定在被紧固体H上，螺栓头部72位于从被紧固体H的上表面离开的临时固定位置。另外，假定钻头13b插入螺栓头部72的插入孔72b中。另外，在没有特别说明的情况下，以下的控制由控制器5进行。
当使第一马达10动作时，第一减速器11、输出轴11a、动力传递部件12以及钻头保持器13旋转，保持在钻头保持器13上的钻头13b向箭头K1方向旋转。当钻头13b旋转时，螺栓70向下侧拧进。这里，紧固装置100被支承为允许其相对于支承部(未图示)因自重而下降，因此，在钻头13b旋转的同时，紧固装置100整体下降，其结果是，成为拉杆内螺纹部15a1及螺栓头部外螺纹部72a能够螺合的状态(参照图5(b))。
并且，当使螺栓70旋转，螺栓头部72落座于被紧固体H的上表面时，第一马达10受到的想要使第一马达10旋转的力急剧增大，反馈转矩急剧增大(参照图5(c))。控制器5根据第一马达10的反馈转矩检测螺栓70落座的情况，使第一马达10停止。然后，通过使第一马达10向箭头K2方向反向旋转，使螺栓头部72返回到与被紧固体H的上表面稍微分离的位置(参照图5(d))。
接着，使第一马达10停止，使第二马达30动作。当使第二马达30动作时，拉杆15一边向箭头K1方向旋转，一边使紧固装置100整体向下移动，拉杆内螺纹部15a1及螺栓头部外螺纹部72a相互螺合(参照图6(e))。另外，此时，钻头13b一边抵抗弹簧13c的弹性力，一边在钻头保持器13的内部向上滑动移动。
在使拉杆15进一步旋转的同时向下拧进时，通过支承件18的下端部与被紧固体H的上表面抵接，紧固装置100的下降动作停止。即使想要使拉杆15进一步向箭头K1方向旋转，由于支承件18与被紧固体H接触，所以也不能使拉杆15向下拧进。这里，由于螺栓70的旋转动作被插入到螺栓头部72的插入孔72b中的钻头13b禁止，因此在螺栓70上通过拉杆15作用有拉拔方向(即向上)的载荷。但是，由于支承件18与被紧固体H接触，因此即使使拉杆15旋转，也无法使螺栓70向拉拔方向移动。其结果是，在螺母80及支承件18上作用有拉伸力P(参照图6(f))。这里，由于支承件18的上端部与推力轴承17接触，所以支承件18被推力轴承17和被紧固体H压缩，该压缩力作为拉伸力P由传感器181检测。
这里，在将拉伸力P的目标值定义为目标拉伸力(例如10kN)时，为了防止第二马达30的过冲，优选随着拉伸力P接近目标拉伸力，使第二马达30减速，在达到目标拉伸力时使第二马达30停止(相当于第二步骤)。该目标拉伸力也是螺栓70的目标轴向力。
接着，在施加了拉伸力P的状态下，再次使第一马达10向箭头K1方向旋转，使螺栓头部72落座于被紧固体H(相当于第三步骤)。这里，优选形成在拉杆内螺纹部15a1及螺栓轴部71上的外螺纹的螺距彼此相同。假设在这些螺距不同的情况下，需要同时进行钻头13b的旋转控制(即，第一马达10的驱动控制)和拉杆15的旋转控制(即，第二马达30的驱动控制)，控制变得复杂。另一方面，如果螺距彼此相同，则仅使钻头13b旋转即可完成螺栓的紧固作业，因此不需要复杂的同步控制。
这里，当螺栓头部72与被紧固体H接触时，拉伸力P开始降低，相反螺栓70的轴向力F增大(参照图6(g)及图7)。始终监视作为拉伸力P的微分值的dP/dθ，当dP/dθ从不稳定的曲线(非直线区域)变化为直线时，使钻头13的旋转动作停止(相当于第四步骤)。另外，“dθ”对应于螺栓70的旋转角度。
最后，通过使第二马达30向与螺栓紧固时相反的方向旋转，使紧固装置100从被紧固体H退避，解除螺栓头部72及拉杆15的螺合状态(参照图6(h))。此时，由螺栓70产生的轴向力F表示接近目标拉伸力的值，因此能够得到高精度的轴向力F。
这里，如图7所示，在本实施方式中，当达到比目标轴向力F高的轴向力时，停止螺栓70的紧固动作，解除螺栓头部72和拉杆15的螺合状态。如果在螺栓70落座于被紧固体H后立即停止螺栓70的紧固动作，解除螺栓头部72及拉杆15的螺合状态，则轴向力会降低螺栓70或被紧固体H的弹性变形量。该降低量σ对应于dP/dθ从曲线变化为直线时的轴向力与目标轴向力F的差。但是，也可以预见到落座后轴向力降低，预先将拉伸力P设定为高降低量σ的值，在落座后立即停止螺栓70的紧固作业。在该情况下，如果解除螺栓头部72及拉杆15的螺合状态，则螺栓70的轴向力朝向目标轴向力F下降。
(第二实施方式)
图8是紧固装置200的截面图。图9是螺栓的一部分的立体图。螺栓90具备螺栓头部91及螺栓轴部92。在螺栓头部91的顶面形成有有底筒状的头部开口部91a(相当于凹部)，在该头部开口部91a的内周面上切割有头部内螺纹部91b。在螺栓轴部92上形成有外螺纹92a。螺栓90与后述的螺母93(参照图10及图11)一起紧固到被紧固体H上。被紧固体H与第一实施方式相同，因此省略说明。
紧固装置200包括第一马达210、第二马达220和壳体223。第一马达210和第二马达220相互独立，由控制器9驱动控制。即，控制器9能够分别独立地控制第一马达210和第二马达220。控制器9例如可以使用CPU(central processing unit，中央处理单元)。
壳体223具备主体223a和基座223b，基座223b的固定于主体223a的下表面的上端形成为凹状。第一减速器211和第二减速器221容纳在主体223a中。用于使螺栓90旋转的拉杆201从壳体223的下表面突出。在拉杆201的下端设置有圆柱状的圆柱突起部201a(相当于凸部)，在该圆柱突起部201a的外周面上切割有拉杆外螺纹部201b。
第一马达210的旋转力经由第一减速器211传递到拉杆201，拉杆201绕沿上下方向延伸的轴旋转。这里，通过在使拉杆201的拉杆外螺纹部201b和头部内螺纹部91b螺合的状态下使拉杆201旋转，能够紧固螺栓90。这里，紧固装置200被支承为其相对于支承部(未图示)容许由自重引起的下降。因此，当螺栓90朝向被紧固体H拧进时，紧固装置200整体与螺栓90一起下降。
第二马达220位于第一马达210的侧方，与位于第二马达220的正下方的第二减速器221连接。第二减速器221对从第二马达220输入的旋转进行减速并从输出轴229输出。输出轴229可旋转地支承在轴承222上。
第二马达220的旋转力经由第二减速器221、输出轴229、小齿轮227和空转齿轮228传递到驱动套头202。即，在驱动套头202的外周面形成的驱动齿轮316和空转齿轮228相互卡合，通过使第二马达220动作，能够使驱动套头202绕沿上下方向延伸的轴旋转。
轴承225是为了在第二马达30进行旋转动作时承受施加到小齿轮227及空转齿轮228上的载荷而设置的。空转齿轮228由沿上下方向延伸的空转轴226旋转驱动。
驱动套头202从壳体223的下表面突出。驱动套头202相对于上下一对轴承217a、217b、轴承312可旋转地被支承。挡圈216是为了防止上侧的轴承217a脱落而设置的。
驱动套头202形成为筒状，在驱动套头202的内侧收容有拉杆201。在驱动套头202的下端部形成有向径向内侧突出的螺栓头部把持部202a。螺栓头部把持部202a的内径面形成为与螺栓头部91的侧面对应的形状(即，在本实施方式中为六边形)。通过在将螺栓头部把持部202a嵌入螺栓头部91的状态下使驱动套头202旋转，能够使螺栓90相对于被紧固体H拧进。另外，即使在驱动套头202停止的状态下想要通过拉杆201使螺栓90旋转，由于螺栓头部91被螺栓头部把持部202a把持，因此无法使螺栓90旋转。
支承件203具有用于收容驱动套头202的支承件收容部203a。支承件203的上端部与轴承217b接触，支承件203的下端部比驱动套头202的下端部更向下方延伸。因此，当紧固装置200整体朝向被紧固体H下降时，支承件203的下端部与被紧固体H抵接。在驱动套头202与支承件203之间形成有允许驱动套头202进行旋转动作的间隙。
这里，当将支承件203和被紧固体H的接触面积设为S1、将螺栓头部91和被紧固体H的接触面积设为S2时，优选接触面积S1和S2彼此相同。由于面压从螺栓头部91的座面及支承件203作用于被紧固体H，因此如果接触面积S1及S2相互不同(即，产生面压差)，则被紧固体H的变形量与实际的螺栓紧固时不同。另外，如果面压差变得过大，则支承件203有可能使被紧固体H变形而损伤，或者由于变形量不同而导致紧固精度降低。
传感器21具备应变体213和应变仪214。应变体213形成为中间部缩径的圆筒形状。应变体213可以使用金属。应变体213配置在拉杆201的径向外侧，并且配置在减速器211与驱动套头202之间。应变体213的上部经由推力轴承212被减速器211抑制。应变体213的下部经由推力轴承215被支承在驱动套头202上。应变仪214安装在应变体213的中间部。但是，传感器21也可以设置在支承件203上。
在螺栓90的拉伸处理时，应变体213受到与从支承件203传递的拉伸力同等的上方向的力，在弹性变形区域内向压缩方向变形。应变仪214根据应变体213的应变使电阻值变化，使向控制器9输出的输出电压变化。控制器9基于应变仪214的输出电压的变化量来计算螺栓90的螺纹部的拉伸力。另外，设置在传感器21的上下的推力轴承212、215具有抑制从支承件203以外受到的外部干扰的力被传递到传感器21的功能。传感器21不限于应变体213和应变仪214的组合，也可以使用能够检测螺栓90的拉伸力的其他传感器。
接着，参照图10及图11的动作说明图，对紧固装置200的动作进行说明。这里，假定在初始状态(参照图10(a))下，螺栓90临时固定在被紧固体H上，螺栓头部91位于从被紧固体H的上表面离开的临时固定位置。另外，假定驱动套头202的螺栓头部把持部202a把持螺栓头部91的上端部。并且，假定拉杆201的圆柱突起部201a与螺栓头部91的头部内螺纹部91b的上端抵接。在没有特别说明的情况下，以下的控制由控制器9进行。
当使第二马达220动作时，第二减速器221、输出轴229、小齿轮227、空转齿轮228以及驱动齿轮316旋转，被驱动套头202的把持部202a把持的螺栓90向箭头K1方向(换言之，俯视为顺时针方向)旋转。当驱动套头202旋转时，螺栓90向下拧入。这里，紧固装置200被支承为相对于支承部(未图示)容许因自重而下降，因此在驱动套头202旋转的同时，紧固装置200整体下降。
并且，当利用驱动套头202使螺栓90向箭头K1方向旋转时，螺栓头部91落座于被紧固体H的上表面，第二马达220受到的想要使第二马达220旋转的力急剧增大，反馈转矩急剧上升。控制器9根据第二马达220的反馈转矩检测螺栓90落座的情况，使第二马达220停止。图10(b)表示刚刚使第二马达220停止后的状态。
在使第二马达220停止后，使第二马达220向反方向动作，使驱动套头202向箭头K2方向(换言之，俯视为顺时针反方向)旋转。当使驱动套头202向箭头K2方向旋转时，螺栓90向上侧拧进，拉杆201、驱动套头202以及支承件203一体地向上侧移动。由此，螺栓头部91移动到从被紧固体H的上表面稍微离开的位置(换言之，拉杆驱动开始位置)。图10(c)表示螺栓90刚到达拉杆开始位置后的状态。
接着，停止第二马达220，使第一马达210动作。当使第一马达210动作时，拉杆201一边向箭头K1方向旋转，一边向螺栓头部91的头部开口部91a的底面拧进，并且驱动套头202及支承件203与拉杆201一起向被紧固体H下降。图11(d)表示拉杆201、驱动套头202及支承件203朝向被紧固体H下降途中的状态。另外，在从图10(c)的工序转移到图11(d)的工序的过程中，螺栓90的位置不变化。
当拉杆201进一步拧进时，支承件203的下端部与被紧固体H的上表面抵接，由此紧固装置200的下降动作停止。图11(e)表示支承件203刚与被紧固体H的上表面抵接后的状态。即使想要使拉杆201进一步向箭头K1方向旋转，由于支承件203与被紧固体H接触，所以也不能使拉杆201向下拧进。
这里，由于螺栓90的旋转动作被驱动套头202的把持部202a禁止，所以在螺栓90上通过拉杆201作用有拉拔方向(即向上)的载荷。但是，由于支承件203与被紧固体H接触，因此即使使拉杆201旋转，也无法使螺栓90向拉拔方向移动。其结果是，在螺母93及支承件203上作用拉伸力P(参照图11(e))。此时，夹在推力轴承212和支承件203之间的部件(应变体213等)被压缩，该压缩力作为拉伸力P由应变仪214检测。
这里，当将拉伸力P的目标值定义为目标拉伸力(例如10kN)时，为了防止第一马达210的过冲，优选随着拉伸力P接近目标拉伸力，使第一马达210减速，在达到目标拉伸力时使第一马达210停止。该目标拉伸力也是螺栓90的目标轴向力。
接着，在施加了拉伸力P的状态下，再次使第二马达220向箭头K1方向旋转，仅使拉杆201、驱动套头202、支承件203及螺栓90中的螺栓90向下拧进。换言之，螺栓90向从拉杆201拔出的方向移动。当螺栓90进一步向下拧进时，螺栓头部91落座在被紧固体H上。这里，头部内螺纹部91b及螺栓轴部92的外螺纹92a优选螺距彼此相同。假设在这些螺距不同的情况下，当实施图11(e)～图11(f)的工序时，需要同时进行拉杆201的旋转控制(即，第一马达210的驱动控制)和驱动套头202的旋转控制(即，第二马达220的驱动控制)，控制变得复杂。另一方面，如果螺距彼此相同，则仅使驱动套头202旋转即可完成螺栓90的紧固作业，因此不需要复杂的控制。
这里，当螺栓头部91与被紧固体H接触时，拉伸力P开始降低，相反螺栓90的轴向力F增大(参照图11(f)及图7)。始终监视作为拉伸力P的微分值的dP/dθ，当dP/dθ从不稳定的曲线(非直线区域)变化为直线时，使驱动套头202的旋转动作停止。另外，“dθ”对应于螺栓90的旋转角度。
最后，通过使第一马达210向与螺栓紧固时相反的方向旋转，使拉杆201退避到螺栓头部91的上方，并且解除驱动套头202和螺栓头部91的把持状态，将紧固装置200从螺栓90卸下。此时，由螺栓90产生的轴向力F表示接近目标拉伸力的值，因此能够得到高精度的轴向力F。
紧固装置100的其他使用例
在上述实施方式中，当新紧固螺栓70(90)时使用了紧固装置100(200)，但本发明不限于此，也可以当再次紧固在轴向力检测工序中被判别为轴向力不足的现有的螺栓70(90)时使用紧固装置100(200)。例如，如果对凸缘形状的多轴工件(被紧固体)依次进行螺栓紧固，则有时初期紧固的螺栓的轴向力降低。在该情况下，在利用紧固装置100(200)进行螺栓紧固后，通过拉伸螺栓，能够检测螺栓的轴向力。另外，由于在日本专利第4028254号公报中记载了轴向力检测的理论，因此省略详细的说明。在轴向力检测的结果是判别为轴向力不足的情况下，通过利用紧固装置100(200)进行再次紧固，能够进行可靠性更高的轴向力管理。另外，也可以排列本实施方式的紧固装置100(200)(例如，排列成矩阵状)，同时进行多个螺栓70(90)的紧固作业。例如，即使在如发动机的气缸盖螺栓那样的多轴工件的情况下，也能够通过紧固装置100(200)同时紧固，产品整体的轴向力稳定，产品质量提高。
符号说明
59 控制器
10、210 第一马达
11、211 第一减速器
11a 输出轴
12 动力传递部件
13 钻头保持器
13a 磁铁
13b 钻头
13c 弹簧
14 轴承
15、201 拉杆
15a1 拉杆内螺纹部
18、203 支承件
30、220 第二马达
70 螺栓
71 螺栓轴部
72 螺栓头部
72a 螺栓头部外螺纹部
72b 插入孔
100 紧固装置
200 紧固装置

Claims (8)

1.一种紧固装置，用于将螺栓紧固到被紧固体，在螺栓头部的侧面形成有螺栓头部外螺纹部，在螺栓头部的顶面形成有被卡合部，所述紧固装置的特征在于，包括：
拉杆，具有与所述螺栓头部外螺纹部螺合的拉杆内螺纹部；
钻头，以能够沿上下方向进退的方式配置在所述拉杆的内侧，并且具有与所述被卡合部卡合的卡合部，在所述被卡合部与所述卡合部卡合的状态下，使所述螺栓绕沿上下方向延伸的轴旋转；
支承件，配置在沿周向包围所述拉杆的位置，所述支承件的下端部相比所述拉杆的下端部更向下方突出；
传感器，用于检测作用于所述支承件的上下方向的压缩力；
第一马达，用于使所述钻头绕所述轴旋转；以及
第二马达，用于使所述拉杆绕沿上下方向延伸的轴旋转。
2.根据权利要求1所述的紧固装置，其特征在于，
在所述螺栓的轴部形成有螺栓轴外螺纹部，
所述拉杆内螺纹部和所述螺栓轴外螺纹部的螺距彼此相同。
3.根据权利要求1或2所述的紧固装置，其特征在于，
在所述拉杆的内侧配置有筒状的保持器，
在所述保持器的内部配置有磁铁、被所述磁铁吸附的所述钻头和对所述磁铁向下施力的弹簧。
4.根据权利要求1或2所述的紧固装置，其特征在于，
所述被卡合部是插入孔，所述卡合部是插入到所述插入孔中的所述钻头的下端部。
5.根据权利要求3所述的紧固装置，其特征在于，
所述被卡合部是插入孔，所述卡合部是插入到所述插入孔中的所述钻头的下端部。
6.一种紧固装置，用于将螺栓紧固到被紧固体，在设置于螺栓头部的上表面的凹部的内周面形成有螺栓头部内螺纹部，所述紧固装置的特征在于，包括：
拉杆，具有与所述螺栓头部内螺纹部螺合的拉杆外螺纹部；
驱动套头，配置在沿周向包围所述拉杆的位置，在所述驱动套头的下端部形成有用于从侧方把持所述螺栓头部的把持部；
支承件，配置在沿周向包围所述驱动套头的位置，所述支承件的下端部相比所述驱动套头的下端部更向下方突出；
传感器，用于检测作用于所述支承件的上下方向的压缩力；
第一马达，用于使所述拉杆绕沿上下方向延伸的轴旋转；以及
第二马达，用于使所述驱动套头绕沿上下方向延伸的轴旋转。
7.根据权利要求6所述的紧固装置，其特征在于，
在所述螺栓的轴部形成有螺栓轴外螺纹部，
所述拉杆外螺纹部和所述螺栓轴外螺纹部的螺距彼此相同。
8.根据权利要求6或7所述的紧固装置，其特征在于，
在所述拉杆的下端部形成有凸部，
所述拉杆外螺纹部形成在该凸部的外周面。
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