JP2010112422A - ボルト締結方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】円弧状又は円形に配置された多数のボルトボルト孔に軸方向の引張り力を付与したボルトを螺着させる作業を自動化して、低コストで作業時間の短縮を可能とする。
【解決手段】ボルト３に軸方向の引張り力を付与するボルトテンショナ２０を装着した腕１４を複数のボルト孔１ａ、２ａを結ぶ円弧の中心を回転中心ｈとして回転可能に配置するとともに、ボルトテンショナ２０を被締結体１、２に穿設された該ボルト孔のひとつに対向配置し、該ボルト孔にボルト３を一時的に仮螺合させた後、該ボルトにボルトテンショナ２０を固定し、該ボルトテンショナでボルト３に軸方向の引張り力を付与してボルトに伸びを与え、伸長したボルトを該ボルト孔にさらにねじ込むか、又は該ボルトに仮螺合されたナット６をさらにねじ込むことにより締付力を得るようにし、腕１４を回転させて前記手順でボルトテンショナ２０により複数の該ボルト孔に順々にボルト３を螺着させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、被締結体に円弧状又は円形に配置された複数のボルト孔に、軸方向の引張り力を付与し軸方向の伸びを与えた状態でボルトを螺着させるボルト締結方法及び装置に関し、多数のボルト孔のボルト締結作業を安価な装置で自動化にして、作業工数を低減可能にしたものである。

従来、ボルトの締付力を管理する場合、ボルトに螺合するナットの締め付けトルクを管理するトルク管理が行なわれていた。しかしながら、このようなトルク管理では、ボルト及びナットのねじ加工の精度、又はボルト、ナット若しくは被締結体の材質等によって摩擦係数が大きく変化するため、締付力を高精度に管理することが困難であった。

そこで、トルク管理方式に代えて、被締結体に穿設されたボルト孔に仮螺合させたボルトの先端側にボルトテンショナを用いて所要の軸力（軸方向の引張り力）を加えた後、ナットを該ボルトにねじ込んで被締結体の表面に当接させ、その後ボルトに対する軸力を解除する、いわゆる軸力管理によるボルト締結方法が多く採用されてきた。これによって、大きな締付力が得られるとともに、締付力の管理を容易に行なうことができる。

特許文献１（特開平３−１０３６１０号公報）及び特許文献２（特開平１１−１８３２８０号公報）には、前記軸力管理を採用したボルト締結装置が開示されている。特許文献１は、植え込みボルトを被締結体に螺着させる場合の例が図示され、特許文献２には頭部を有する六角ボルトを被締結体に螺着させる場合の例が図示されている。

特開平３−１０３６１０号公報 特開平１１−１８３２８０号公報

しかし、風力発電装置の風車部分でブレードのピッチ角を可変に支持する環状の軸受をロータヘッドに取り付ける部分や、大型クレーン車でクレーンを回動可能に支持する基盤部分等のように、多数の締結ボルトが円形に配置されている場合、前記軸力管理によりボルトテンショナを用いてボルト締結すると、ボルト１個々ごとに逐一ボルトテンショナを配置して締結作業を行なっていくため、多くの作業時間を要する。

かかる作業を短時間で行なおうとすると、ボルト孔の数に見合う複数のボルトテンショナを一度に配置して行なわざるを得ない。この場合、１個のボルトテンショナの価格が高価なため、ボルト締結設備が非常に高価となるという問題があった。

また、ロボットアームの先端にボルトテンショナを装着してボルト締結作業を行なおうとすると、ロボットアームに１個のボルトテンショナを装着した場合はボルトテンショナのボルト締結位置への位置決めは容易であるが、ロボットアームに複数のボルトテンショナを装着して複数のロボットアームで同時にボルト締結作業を行なう場合、各ボルトテンショナの位置決めが困難になるという問題があった。
また、風車発電装置のロータヘッドの場合、ボルト取付け位置に３ｍｍ以下の公差が発生するが、この公差によってボルトテンショナがボルトの位置に合わなくなり、ボルト締結作業ができなくなるという問題がある。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、被締結体に多数のボルト孔を円弧状又は円形に配置し、該ボルト孔に軸方向の引張り力を付与して伸びを与えたボルトを螺着させる場合に、このボルト締結作業を自動化して、低コストでかつ短時間でボルト締結を可能とすることを目的とする。
また、複数のボルトテンショナを用いてボルト締結作業を同時に行なう場合でも、個々のボルトテンショナの位置決めを容易にすることを目的とする。
また、ボルトの取付け位置に公差が生じても、この公差を吸収してボルト締結作業を可能にすることを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明のボルト締結方法は、
被締結体に円弧状に配置された複数のボルト孔に、軸方向の引張り力を付与した状態でボルトを螺着させるボルト締結方法において、
ボルトに軸方向の引張り力を付与するボルトテンショナを装着した腕を複数のボルト孔を結ぶ円弧の中心を回転中心として回転可能に配置するとともに、ボルトテンショナを被締結体に穿設されたボルト孔のひとつに対向配置し、
該ボルト孔にボルトを一時的に仮螺合させた後、該ボルトにボルトテンショナを固定し、該ボルトテンショナで該ボルトに軸方向の引張り力を付与してボルトに伸びを与え、
伸長したボルトをボルト孔にさらにねじ込むか、又は該ボルトに仮螺合されたナットをさらにねじ込むことにより締付力を得るようにした手順を行い、
前記腕を回転させて前記手順でボルトテンショナにより複数のボルト孔に順々にボルトを螺着させるようにしたものである。

本発明方法においては、ボルトテンショナを装着した腕を被締結体に対して複数のボルト孔を結ぶ円弧の中心を回転中心として回転可能に配置する。これによって、少なくとも円弧状又は円形に配置された多数のボルト孔に対して、ボルトテンショナを順々に対向配置させることが容易になる。本発明は、例えば、植え込みボルトや六角ボルト等に適用可能である。

各ボルト孔でのボルト螺着操作は、まずボルト孔に人手等によりボルトを仮螺合させておき、該ボルトにボルトテンショナを固定する。この固定手段は、例えば、被締結ボルトが植え込みボルトである場合は、ボルトテンショナにメネジ部を設け、該メネジ部を植え込みボルトの頭部のオネジ部に螺合させるようにしてもよい。また、締結ボルトが六角ボルトのように頭部をもつボルトである場合は、特許文献２に開示されているように、チャック部材を用いてボルトテンショナをボルト頭部に係止固定させるようにしてもよい。

このように、ボルトにボルトテンショナを固定した状態で、ボルトテンショナでボルトに軸方向の引張り力を付与して該ボルトに伸びを与え、伸びた状態のボルトをボルト孔にさらにねじ込むか、又は該ボルトに仮螺合されたナットをさらにねじ込むことにより所望の締付力を得るようにする。別なボルトに対しては、腕を回転させながらボルトテンショナを複数のボルト孔に順々に対向配置させて、前記動作を繰り返すことにより、複数のボルト孔に順々にボルトを螺着させることができる。

本発明方法において、最低１個の腕を設け、この腕に１個のボルトテンショナを設置するだけでよい。しかしながら、前記腕を夫々ボルトテンショナを装着し回転中心で軸支され互いに異なる半径方向に延設された複数の腕で構成し、複数のボルトテンショナで複数のボルト孔に同時にボルトを螺着させるようにするとよい。これによって、１個のボルトテンショナでボルト締結する場合よりもさらに作業能率を向上させることができる。

また、本発明方法において、ボルトの伸び量を計測する手段を設け、ボルトに付与する引張り力とボルトの伸び量、又はボルト螺着後に引張り力を解除した際のボルトの縮み量からボルトの不良を検出するようにするとよい。これによって、ボルト締結作業中にボルトの不良を見出すことができる。

また、本発明のボルト締結装置は、前記本発明方法の実施に直接使用する装置であり、
被締結体に円弧状に配置された複数のボルト孔に、軸方向の引張り力を付与した状態でボルトを螺着させるボルト締結装置において、
複数のボルトを結ぶ円弧の中心を回転中心とするように被締結体に対して回転可能に配置された腕及び該腕を回転駆動する手段と、
該腕に前記ボルト孔に対向可能な位置に設けられ、ボルト孔に仮螺合されたボルトに係止固定される固定部、及びボルトに固定された固定部にボルトから離れる方向に荷重を付加する手段を備えたボルトテンショナと、
ボルトテンショナをボルトに接近させ該固定部をボルトに固定させる手段と、
ボルトテンショナを各ボルト孔に対向する位置に位置決めする手段と、を備え、
該ボルト孔に仮螺合したボルトにボルトテンショナで軸方向の引張り力を付与してボルトに伸びを与え、伸長したボルトをボルト孔にさらにねじ込むか、又は該ボルトに仮螺合されたナットをさらにねじ込むことにより締付力を得るようにし、
前記腕を回転させて該ボルトテンショナにより複数のボルト孔に順々にボルトを螺着させるように構成したものである。

本発明装置において、かかる構成により、前記腕を回転させてボルトテンショナを各ボルト孔に順々に対向配置させ、ボルト孔に仮螺合したボルトにボルトテンショナを固定させる。そして、ボルトテンショナでボルトに軸方向の引張り力を付与してボルトに伸びを与える。そして、伸長したボルトをボルト孔にさらにねじ込むか、又は該ボルトに仮螺合されたナットをさらにねじ込むことにより締付力を得るようにする。このため、円弧状又は円形に配置された多数のボルト孔に対するボルト締結作業を自動化することができ、締結作業の能率を大幅に向上させることができる。

本発明装置において、ボルトテンショナに前記固定部を回転させる手段を設け、固定部をボルトに固定した状態で該固定部を回転させることによりボルト孔にボルトを螺入可能に構成するとよい。ボルト孔へのボルトの仮螺合は作業員が行なってもよいが、ボルトを連続的に供給し送る装置、及びナットを連続的に供給してボルトに仮螺合する装置、ボルトテンショナの固定部を回転させる手段を設ければ、ボルトの仮螺合をボルトテンショナで行なうこともできる。即ち、該固定部にボルトを固定した状態で固定部を回転させることで、ボルトをボルト孔へ仮螺合させることができる。

該回転手段は、例えば、ボルトテンショナに固定部を回転させる電動モータを設けるとよい。また、ボルトに伸びを与えた後のボルトのねじ込み作業も該回転手段で固定部を回転させることで行なうことができる。

これによって、ボルト締結作業を略全面的に自動化することができる。なお、ボルトが植え込みボルトである場合、前記固定部が該植え込みボルトの頭部に形成されたオネジ部に螺合するメネジ部を備え、該オネジ部とメネジ部とを螺合させることにより、該固定部を植え込みボルトに固定させるように構成すれば、固定部への植え込みボルトの固定を容易に行なうことができる。

また、本発明装置において、前記腕をボルト孔を結ぶ円弧の直径上に配置され回転中心で軸支され両端にボルトテンショナを装着した１個以上の腕で構成するとよい。かかる固定部により、ｎ個の腕を設けることにより、２×ｎ個のボルトテンショナを作動させることができる。これによって、同時に２×ｎ個のボルトを締結することができ、作業能率が飛躍的に向上する。

また、本発明装置において、ボルトテンショナの位置決め手段を、前記回転中心に対して腕から相対角度を規制されて設けられ、該相対角度上の点から互いに接近又は離反可能でかつボルト締結位置に進退可能に設けられた一対の位置決めバーで構成し、該位置決めバーをボルト孔に螺着されたボルトの間に挿入しボルト側面に当接することにより、ボルトテンショナを締結対象となるボルト孔に位置決めするように構成するとよい。

かかる構成の位置決め手段を用いれば、複数の腕に夫々ボルトテンショナを装着して、複数のボルトテンショナで同時にボルト締結動作を行なう場合でも、位置決め手段と各ボルトテンショナの相対角度を予め規制しておくことにより、１個の位置決め手段で複数のボルトテンショナの位置決めを同時に行なうことができる。
また、電気的なセンサや複雑な制御装置を用いることなしに、簡単な構造の機械的な手段のみで、ボルトテンショナを締結対象となるボルト孔に位置決めすることが可能となる。

なお、本発明装置において、前記腕の回転駆動手段を、該腕に装着され被締結体に当接してガイドされるガイドローラと、該ガイドローラの回転駆動装置で構成するとよい。
かかる構成とすることにより、腕を被締結体に沿って正確に回転運動させることができる。そのため、ボルトテンショナを各ボルト孔に正確に対向配置することができる。

また、本発明装置において、腕にリング状支持部材を回動可能に設けると共に、該リング状支持部材の内側に前記ボルトテンショナを弾性体を介して微動可能に設け、
リング状支持部材に錘を取り付け、腕の任意の姿勢に対して該錘を常にリング状支持部材の下方領域に位置させることにより、該弾性体に対してリング状支持部材の荷重が常に同じ方向に加わるように構成するとよい。
前記構成によって、ボルトテンショナが弾性体を介して微動可能に取り付けられるため、ボルトの取付け位置に公差がある場合でも、この公差を吸収してボルトテンショナの固定部をボルト頭部の中心に位置合わせできる。そのため、ボルトテンショナの頭部を確実にボルト頭部に固定することが容易になる。

また、弾性体によるボルトテンショナの支持位置が変わると、弾性体に加わるボルトテンショナの自重の方向が異なり、ケースバイケースで弾性体には引張力、圧縮力又はせん断力等が加わることになる。これによって、ボルトテンショナの姿勢が変わり、ボルトの取付け公差を吸収できない場合がある。
これに対し、前記構成により、弾性体に対してリング状支持部材の荷重が常に同じ方向に加わるようにしたため、腕がどの位置にあっても、ボルトテンショナの姿勢が一定となる。これによって、ボルトの取付け公差を吸収して、ボルトに固定部を固定することができる。

また、ボルトテンショナの固定部にボルトテンショナ本体に対してガタをもたせるようにしても、ボルトの取付け公差を吸収できる。あるいはボルトテンショナの固定部に、ボルトの頭部に形成されたオネジ部に螺合するメネジ部を備えている場合には、該メネジ部開口にメネジ部を拡径する傾斜面を設けるようにしてもよい。これによっても、ボルトの取付け公差を吸収できる。

本発明方法によれば、ボルトに軸方向の引張り力を付与するボルトテンショナを装着した腕を複数のボルト孔を結ぶ円弧の中心を回転中心として回転可能に配置するとともに、ボルトテンショナを被締結体に穿設されたボルト孔のひとつに対向配置し、該ボルト孔にボルトを一時的に仮螺合させた後、該ボルトにボルトテンショナを固定し、該ボルトテンショナで該ボルトに軸方向の引張り力を付与してボルトに伸びを与え、伸長したボルトをボルト孔にさらにねじ込むか、又は該ボルトに仮螺合されたナットをさらにねじ込むことにより締付力を得るようにし、該腕を回転させて前記手順でボルトテンショナにより複数のボルト孔に順々にボルトを螺着させるようにしたことにより、円弧状又は円形に配置された複数のボルト孔に対するボルト締結作業において、ボルトテンショナを使用したボルト締付けを低コストで略自動化することができる。これによって、ボルト締結作業を安価な装置で実施できると共に、作業時間を飛躍的に短縮することができる。

また、本発明装置によれば、複数のボルトを結ぶ円弧の中心を回転中心とするように被締結体に対して回転可能に配置された腕及び該腕を回転駆動する手段と、該腕に前記ボルト孔に対向可能な位置に設けられ、ボルト孔に仮螺合されたボルトに係止固定される固定部、及びボルトに固定された固定部にボルトから離れる方向に荷重を付加する手段を備えたボルトテンショナと、ボルトテンショナをボルトに接近させ該固定部をボルトに固定させる手段と、ボルトテンショナを各ボルト孔に対向する位置に位置決めする手段と、を備え、該ボルト孔に仮螺合したボルトにボルトテンショナで軸方向の引張り力を付与してボルトに伸びを与え、伸長したボルトをボルト孔にさらにねじ込むか、又は該ボルトに仮螺合されたナットをさらにねじ込むことにより締付力を得るようにし、前記腕を回転させて該ボルトテンショナにより複数のボルト孔に順々にボルトを螺着させるように構成したことにより、円弧状又は円形に配置された複数のボルトに対して、ボルトテンショナを使用したボルト締付作業を低コストで自動化することができ、ボルト締結の作業時間を飛躍的に短縮することができる。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明をそれのみに限定する趣旨ではない。

（実施形態１）
本発明の第１実施形態を図１〜図５に基づいて説明する。本実施形態は、風力発電装置の風車部分で、ブレードを取り付けた軸受をロータヘッドにピッチ角を変更可能に取り付けるためのボルト締結作業に適用される。図１はロータヘッドの側面図、図２は図１中のＡ―Ａ方向矢視図（正面図）、図３は図１中のＣ部を拡大して示す説明図、図４はボルトテンショナの作動説明図、図５は図２中のＢ部拡大図である。

図１において、ロータヘッド１に対してリング状の形状をなす外輪２が植え込みボルト３によって固定される。ロータヘッド１及び外輪２が本実施形態における被締結体である。外輪２には多数のボルト孔２ａが全周に亘って穿設され、ボルト孔２ａの中心を結ぶ軌跡は円を描く。また、ロータヘッド１にもボルト孔２ａに相当する位置に多数のボルト孔１ａが全周に亘って穿設されている。

外輪２の内側にはリング状の形状をなす旋回輪４が挿入され、外輪２と旋回輪４との間には複数のべアリング５が、図５に示すように所定間隔をおいて全周に亘って介装されている。べアリング５によって、旋回輪４は、外輪２に対して、図２に示すように、矢印ｃ方向に回動可能となっている。旋回輪４には、ブレードを取り付けるためにボルト孔４ａが全周に亘って穿設され、図１の矢印ａ方向から図示しないブレードが取り付けられる。該ブレードは外輪２に対して回転可能な旋回輪４によってピッチ角を変更することができる。

なお、図２において、べアリング５が省略されていると共に、外輪２に設けられたボルト孔２ａ、植え込みボルト３及び後述するナット６の一部、及び旋回輪４に穿設されたボルト孔４ａの一部が省略されている。

旋回輪４に本発明に係るボルト締結装置１０が取り付けられる。ボルト締結装置１０は、外輪２及び旋回輪４の中央に位置すると共にボルト孔２ａを結ぶ円軌跡の中心ｈに位置するように基部１１が設けられ、基部１１と一体の２本の固定腕１２ａ及び１２ｂが外輪２及び旋回輪４の半径方向に延設されている。固定腕１２ａ及び１２ｂの先端部は、ブレードを取り付けるためのボルト孔４ａにボルト１３で固定される。

図２に示すように、基部１１には回転腕１４が回転可能に取り付けられている。回転腕１４はボルト孔２ａを結ぶ円軌跡の直径上に配置され、基部１１に設けられた回転駆動装置１５によって基部１１を中心として回転駆動される。回転駆動装置１５は図示しない電動モータと該電動モータの出力を回転腕１４に伝達する伝達機構及び減速装置等からなる。回転腕１４の両端には夫々ボルトテンショナ２０が装着されている。ボルトテンショナ２０は、回転腕１４の回動によって順々にボルト孔２ａに対向可能な位置に配置されている。

図３に示すように、回転腕１４の先端には、回転腕１４に対して直角方向にフレーム１４ａが一体に取り付けられている。フレーム１４ａには、円筒形の防振ゴム１９を介して、フレーム１４ａと平行にフレーム１６が取り付けられている。このため、フレーム１６は、フレーム１４ａに対して揺動可能になっている。フレーム１６のボルトテンショナ２０に対向する面にはレール１６ａが固設されている。
ボルトテンショナ２０の本体ケース２１には、連結部材２２が固設され、連結部材２２の先端には、レール１６ａと対面して凹部２２ａが形成されている。凹部２２ａがレール１６ａに嵌合され、連結部材２２はレール１６ａ上を矢印ｂ方向に摺動可能に構成されている。

本体ケース２１の内部には、電動モータ２３が設けられ、電動モータ２３の出力軸２３ａは本体ケース２１の下方に配置された円筒形状の固定部材２４に接続されている。そのため、電動モータ２３によって固定部材２４を回転することができる。固定部材２４と一体となった下部小径部２４ａには、メネジが形成されたメネジ孔２４ｂが穿設され、メネジ孔２４ｂは植え込みボルト３の頭部に対面する位置に開口している。メネジ孔２４ｂが植え込みボルト３の頭部に形成されたオネジ部３ａに螺合することにより、植え込みボルト３に対して固定部材２４が固定される。メネジ孔２４ｂの開口部は、傾斜面２４ｃが形成されて、拡径されている。
また、固定部材２４は、本体ケース２１に対してガタがもうけられている。

固定部材２４の下方には、環状のベース２５が配置されている。ベース２５には連結部材３０及びレール１６ａに嵌合する凹部を有する摺動片２１ｂが一体に固設されている。フレーム１６の内部には、エアシリンダ１７が収納され、エアシリンダ１７のピストンロッド１７ａが接続部材１８を介して摺動片２１ｂに接続されている。これによって、ベース２５はエアシリンダ１７によって矢印ｂ方向に移動可能になっている。

図４に示すように、ベース２５の内部には、環状の油圧室２５ａが穿設され、油圧室２５ａには環状のピストン環２６が油圧室２５ａの液密状態を保ちながら摺動可能に挿入されている。油圧室２５ａは、ベース２５に形成された圧油路２５ｂを介して圧油管２７に接続され、圧油管２７は圧油供給タンク２８に接続されている。圧油管２７には油流量を調整する電磁弁２９が介装されている。

かかる構成により、圧油を油圧室２５ａに供給することにより、ピストン環２６を上方に押し上げ、ピストン環２６の上面に当接した固定部材２４を上方に押し上げることができる。これによって、固定部材２４に固定された植え込みボルト３に引張り力を付与し、植え込みボルト３に上方への伸びを与えることができる。

外輪２に穿設されたボルト孔２ａには、作業員により予め植え込みボルト３が仮螺合されると共に、植え込みボルト３にナット６が仮螺合されている。そして、ベース２５の先端側には環状のブリッジ３１が固設され、ブリッジ３１が植え込みボルト３及びナット６を囲むように配置される。ボルト締結作業時に、ブリッジ３１の下面は外輪２の上面に当接される。

ブリッジ３１の内部には空間３１ａが設けられ、空間３１ａにはナット６を回すための袋ナット３９が回動可能に収納されている。ベース２５には、袋ナット３９を含むナット回転機構３２が設けられている。ナット回転機構３２は、該袋ナット３９と、ベース２５に取り付けられた電動モータ３３と電動モータ３３の出力軸に接続された歯車３４とから構成されている。袋ナット３９の外周面には歯溝が形成され、歯車３４と袋ナット３９とが螺合し、歯車３４の回転を袋ナット３９に伝達する。袋ナット３９の内側断面は、六角形をなすナット６の外周と遊嵌する六角形をなしている。

連結部材３０には丸棒３０ａがフレーム１６に平行に固設されている。丸棒３０ａは、連結部材２２のフレームを貫通し、先端に係止板３０ｂが取り付けられている。そして、連結部材２２と係止板３０ｂ間で丸棒３０ａの周囲にコイルバネ３８が装着され、コイルバネ３８の両端は、係止板３０ｂと連結部材２２のフレームに係止している。
かかる構成により、エアシリンダ１７により駆動されてベース２５が外輪２の上面に接近すると、コイルバネ３８の弾性力により本体ケース２１もベース２５と共に、外輪２に接近し、ベース２５が外輪２から離れる方向に移動すると、本体ケース２１も外輪２から離れる方向に移動する。ただし、ベース２５と本体ケース２１間の間隔は可変となる。

ベース２５が外輪２の上面に接近した時、袋ナット３９がナット６に当り、そこで一旦停止する。これを検知して、電動モータ３３を作動させ、袋ナット３９を回す。袋ナット３９の内側断面がナット６に嵌合する位置に来た時、ナット６の外側に袋ナット３９が入り込んでベース２５が外輪２側に進む。そして、ベース２５の端面が外輪２の上面に当って、ベース２５が停止する。
このとき、コイルバネ３８の弾性力により、固定部材２４の下部小径部２４ａは、植え込みボルト３の頭部に押し当てられる。

この状態で、電動モータ２３を駆動することにより、下部小径部２４ａのメネジ孔２４ｂが植え込みボルト３の頭部に螺合する。そして、固定部材２４の下面がピストン環２６の上面に当った時点で電動モータ２３を停止させる。その後、油圧室２５ａに圧油を注入することにより、固定部材２４を上方に押し上げ、植え込みボルト３に引張力を加える。

次に、本実施形態のボルトテンショナ２０の位置決め機構４０を図５に基づいて説明する。図５において、位置決め機構４０は、外輪２に対面する側の回転腕１４の端面に装着されている。基部４１は、回転腕１４に固定されたエアシリンダ４２のピストンロッド４２ａに接続されて、矢印ｅ方向に往復動可能に構成されている。基部４１の両脇には一対の位置決めバー４３ａ及び４３ｂが取り付けられている。

基部４１の内部には図示しない電動モータが収納され、該電動モータの回転が図示しない伝達機構を介して位置決めバー４３ａ及び４３ｂに伝達される。この伝達機構により、位置決めバー４３ａ及び４３ｂは、これらの中間地点ｇからの両者の距離ｌａ及びｌｂが常に等しくなるように、矢印ｆ方向に往復動可能となっている。中間地点ｇは、回転腕１４の長手方向の中心線上に位置している。

位置決めバー４３ａ及び４３ｂは、回転腕１４の一方の先端に取り付けられており、一方、ボルトテンショナ２０は回転腕１４の両端に取り付けられている。そして、位置決めバー４３ａ及び４３ｂの中間地点ｇと２個のボルトテンショナ２０との位置関係は、回転腕１４の回転中心ｈに対して０°又は１８０°の相対角度をなすように規定されている。

また、図４において、ベース２５にはレーザ計測器３５が埋設されており、レーザ計測器３５で固定部材２４に取り付けられた計測バー３６との間隔ｄを計測することにより、引張り力を付与された植え込みボルト３の伸び量を検知する。

かかる本実施形態において、図１及び図２に示すようにボルト締結装置１０を旋回輪４に固定した状態でボルト締結装置１０を作動させる。まず、回転駆動装置１５を作動させて回転腕１４の両端に装着されたボルトテンショナ２０を夫々ボルト孔２ａのひとつに対向する位置に位置決めする必要がある。このとき、ボルト孔２ａには、作業員によって予め植え込みボルト３が仮螺合され、植え込みボルト３のオネジ部３ａにナット６が仮螺合されている。

ボルトテンショナ２０の位置決めは、図５に示すように、位置決め機構４０から一対の位置決めバー４３ａ及び４３ｂをボルト孔２ａに仮螺合された植え込みボルト３に向かって突出させる。例えば、図５中、植え込みボルト３_ｉをボルト締結作業の対象とする場合には、図５に示すように、一対の位置決めバー４３ａ及び４３ｂの中心位置に植え込みボルト３_ｉが置かれるように、位置決めバー４３ａ及び４３ｂを配置し、植え込みボルト３_ｉから等間隔の位置にある両側のボルト間に位置決めバー４３ａ及び４３ｂを挿入する。

次に、位置決めバー４３ａ及び４３ｂを互いに開く方向に移動させて外側の植え込みボルトに当接させる。この動作によって植え込みボルト３_ｉを一対の位置決めバー４３ａ及び４３ｂの中心（中間地点ｇ）に位置させることができる。これで自動的に２個のボルトテンショナ２０を植え込みボルト３_ｉ及び植え込みボルト３_ｉと１８０°の相対角度をなす植え込みボルト３に対向して配置させることができる。

このようにしてボルトテンショナ２０を位置決めした後、２個のボルトテンショナ２０を用いて２個の植え込みボルト３の締結作業を同時に行なうことができる。締結作業が終わったら、前記位置決め要領で隣の植え込みボルト３_ｉ＋１に順々にボルトテンショナ２０を位置決めさせればよい。

次に、コントローラ３７によりエアシリンダ１７を作動させて、ボルトテンショナ２０の固定部材２４を植え込みボルト３_ｉに接近させる。本体ケース２１はコイルバネ３８の弾性力でベース２５と一緒に前進する。そして、袋ナット３９の下面がナット６の上面に当ったことを検知して、電動モータ３３を作動させ、袋ナット３９を回動させる。袋ナット３９の内側断面がナット６の外形に合致した位置で、ベース２５が前方に進み、袋ナット３９の下面が外輪２の上面に当接する。

この状態で、固定部材２４の下部小径部２４ａのメネジ孔２４ｂの開口は、コイルバネ３８の弾性力により植え込みボルト３_ｉの頭部に押し付けられる。本体ケース２１を支持するフレーム１６は、フレーム１４ａに防振ゴム１９を介して微動可能に支持され、かつ固定部材２４は本体ケース２１に対してガタをもって取り付けられている。しかも、メネジ孔２４ｂの開口は傾斜面２４ｃをもって拡径されているので、植え込みボルト３の取付け位置に公差（最大３ｍｍ）があっても、その公差によるずれを吸収して、植え込みボルト３の頭部をメネジ孔２４ｂに一致させることができる。

そして、電動モータ２３を作動させて固定部材２４を回転させることにより、メネジ孔２４ｂを植え込みボルト３_ｉの頭部に形成されたオネジ部３ａに螺合させ、固定部材２４の下面がピストン環２６の上面に接した時点で電動モータ２３を止める。これによって、固定部材２４が植え込みボルト３_ｉに固定される。

次に、コントローラ３７により電磁弁２９を開き、圧油供給タンク２８から、圧油管２７及び圧油路２５ｂを介して油圧室２５ａに圧油を供給する。そして、油圧によってピストン環２６を植え込みボルト３_ｉから離れる方向に押し上げ、ピストン環２６によって固定部材２４が押し上げられる。このとき、油圧室２５ａに供給される圧油流量の調整は、コントローラ３７で電磁弁２９の開度を制御することにより行なう。
これによって、植え込みボルト３_ｉに軸方向の引張り力を付与し、植え込みボルト３_ｉに軸方向の伸びを与えることができる。

なお、油圧室２５ａに供給した圧油の圧力を検知して、植え込みボルト３_ｉに付与した引張り力を検知するとともに、レーザ計測器３５によって植え込みボルト３_ｉの伸び量を検知する。該引張力と植え込みボルト３_ｉの伸び量とから、植え込みボルト３_ｉの不良を検知することができる。あるいは、引張力を解除した時のボルトの縮み量から、ボルトの不良を検出してもよい。

植え込みボルト３_ｉに伸びを与えることにより、ナット６の下面と外輪２の表面との間に隙間が生じる。次に、コントローラ３７によりナット回転機構３２の電動モータ３３を作動させ、歯車３４を回転させることにより、ナット６を回転させる。これによって、ナット６を植え込みボルト３_ｉにねじ込み、ナット６と外輪２との隙間をなくす。

このようにして、植え込みボルト３_ｉのねじ込み作業を終了すると、固定部材２４を逆回転させてメネジ部２４ｂと植え込みボルト３_ｉのオネジ部３ａとの螺合を外す。メネジ部２４ｂと植え込みボルト３_ｉのオネジ部３ａとが外れたら、エアシリンダ１７を作動させて、ベース２５を外輪２の上面から遠ざける。ベース２５を外輪２から遠ざける方向に移動させると、コイルバネ３８の弾性力により、本体ケース２１も同じ方向に移動する。こうして、ボルトテンショナ２０を植え込みボルト３_ｉから引き離す。次に、同じ手順で隣の植え込みボルト３_ｉ＋１から順々にねじ込み作業を行なう。

本実施形態によれば、円周上に多数配置された植え込みボルト３の締結作業を略自動化できるので、作業時間を大幅に短縮することができる。しかも、２本の固定腕１２ａ及び１２ｂと１個の回転腕１４からなる簡易な装置であるため、安価な設備費でボルトの自動締結が可能となる。
また、円形に配置されたボルトを結ぶ円形の軌跡の直径上に回転腕１４を配置し、２個のボルトテンショナ２０で同時に締結作業を行なうので、さらに作業時間を短縮することができる。

また、前記位置決め機構４０でボルトテンショナ２０を各植え込みボルト３に位置決めするようにしているので、電気的なセンサや複雑な制御装置を用いることなしに、簡単な構造の機械的な手段のみで、ボルトテンショナ２０を締結対象となるボルト孔に位置決めすることができる。

さらに、本体ケース２１を支持するフレーム１６は、フレーム１４ａに防振ゴム１９を介して微動可能に支持され、かつ固定部材２４は本体ケース２１に対してガタをもって取り付けられ、しかも、メネジ孔２４ｂの開口は傾斜面２４ｃをもって拡径されているので、植え込みボルト３の取付け位置に公差があっても、その公差による植え込みボルト３の頭部とメネジ孔２４ｂの開口とのずれを吸収して、植え込みボルト３の頭部をメネジ孔２４ｂに一致させることができる。

なお、予め、ボルト孔２ａに植え込みボルト３を仮螺合する場合に、固定部材２４のメネジ孔２４ｂに植え込みボルト３のオネジ部３ａを螺合させておき、この状態で、植え込みボルト３をボルト孔２ａに位置決めし、固定部材２４を電動モータ２３で回転させて、仮螺合させるようにしてもよい。

（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図６に基づいて説明する。図６において、本実施形態のボルト締結装置５０は、２本の回転腕５１ａ及び５１ｂを回転中心ｈを通るように基部１１に固定したものである。回転腕５１ａ及び５１ｂは、互いに直交するように配置され、その両端にボルトテンショナ２０が装着されている。また、回転腕５１ａ及び５１ｂの両端には、外輪２の端面に接するようにガイドローラ５３が装着されている。そして、回転腕５１ａ及び５１ｂの両端付近の内部には、ガイドローラ５３を回転駆動する回転駆動装置５４が収納されている。

その他の構成は前記第１実施形態と同一であり、同一の部材又は機器には前記第１実施形態と同一符号を付している。本実施形態は、４個のボルトテンショナ２０で同時にボルト締結作業を行なうので、作業時間を大幅に短縮することができる。しかも、２本の回転腕５１ａ及び５１ｂのみを設けているので、設備費を低く押えることができる。

さらに、回転腕５１ａ及び５１ｂの両端でガイドローラ５３を外輪２の端面に当接させ、ガイドローラ５３の回転により回転腕５１ａ及び５１ｂを回転させるようにしているので、回転腕５１ａ及び５１ｂの移動を円滑に行なうことができる。しかも、回転腕５１ａ及び５１ｂを回転駆動する装置５４を基部１１に設ける代わりに、回転腕５１ａ及び５１ｂの両端付近に設けているので、回転腕５１ａ及び５１ｂの回転動作を確実かつ正確に行なうことができる。

（実施形態３）
次に、本発明の第３実施形態を図７及び図８に基づいて説明する。本実施形態は、前記第１又は第２実施形態と同様に、風力発電装置のブレード軸受をロータヘッドに取り付ける際のボルト締結作業である。

図７及び図８において、本実施形態に係るボルト締結装置６０は、２個の直線状の回転腕６１及び６２と、これら回転腕の裏側に配置された固定腕６３とから構成されている。回転腕６１及び６２は、回転軸６４を介して相対位置が互いに直交する方向に連結されている。また、回転腕６１及び６２は、固定腕６３に対して、回転軸６４を中心に回動可能になっている。回転腕６１の一端には、搬送用ブラケット６５が固設され、搬送用ブラケット６５にはフック６６が固着されている。

回転腕６１の他端には、前記第１実施形態と同一構成の位置決め機構４０が取り付けられ、回転腕６２の両端には、夫々第１実施形態と同一構成のボルトテンショナ２０が取り付けられている。ボルト締結装置６０は、回転腕６１、６２及び固定腕６３が一体に連結されたまま、フック６６に図示しないクレーンのフックを掛けて吊り下げられる。そして、旋回輪４に穿設されたボルト孔４ａにボルト１３によって固定腕６３の両端を固定する。

ボルト締結装置６０を旋回輪４に固定した後、ボルト締結作業を行なう。即ち、回転腕６１及び６２を回転させ、位置決め機構４０によって、ボルトテンショナ２０を締結対象となる植込みボルト３に対向した位置に位置決めする。そして、外輪２に設けられたボルト孔に仮螺合した植込みボルト３に対してボルトテンショナ２０によって順々に引張り力を付与し、植込みボルト３に伸びを与えた後、ナット６をねじ込む。

位置決め機構４０が取り付けられた回転腕６１と、ボルトテンショナ２０が取り付けられた回転腕６２の両端とは、回転中心ｈに対して相対角度を９０°に規定されているので、位置決め機構４０の位置決めバー４３ａ及び４３ｂを植込みボルト３間で位置決めすることにより、ボルトテンショナ２０をボルト締結位置へ位置決めすることができる。

回転腕６１及び６２は固定腕６３に対して回転可能であり、位置決め機構４０を隣りの植込みボルト３に順々に位置決めしていくことによって、植込みボルト３の締結を順々に行なうことができる。回転腕６１にはカウンタウエイト６７が取り付けられているので、回転腕６１及び６２の回転を円滑に行なうことができ、ボルトテンショナ２０の位置決めが容易になる。

本実施形態によれば、ボルト締結装置６０は、回転腕１４の両端に設けられた２個のボルトテンショナ２０で同時にボルト締結作業を行なうことができるので、作業時間を短縮できる。また、直線形状の回転腕６１，６２及び固定腕６３を組み合わせた簡素な構成のボルト締結装置６０を用いているので、イニシャルコストを低減でき、組立てが容易である。また、回転腕６１に取り付けられたフック６６を介して吊り下げることにより、ボルト締結装置６０の旋回輪４への固定が容易になる。

また、回転腕６１の両端に設けられたボルトテンショナ２０と、回転腕６２の先端に設けられた位置決め機構４０とは、位置決め機構４０を真ん中に配置して互いに９０度ずつ位相をずらせた位置関係にあるので、位置決め機構４０による位置決めとボルトテンショナ２０によるボルト締結とを同時に並行して行なうことができ、作業時間を短縮できる。

（実施形態４）
次に、本発明の第４実施形態を図９及び図１０に基づいて説明する。本実施形態は、前記第１実施形態と風力発電装置の同一対象部分のボルト締結作業に適用されたものである。図９において、前記第１実施形態の図３と同一の部材又は機器には、図３と同一符号を付しており、これら同一部分の説明を省略する。本実施形態では、ボルトテンショナ２０及びベース２５を支持するフレーム１６を支持機構７０を介して回転腕１４に取り付けている。その他の構成は第１実施形態と同一である。以下、支持機構７０の構成を説明する。

ボルトテンショナ２０及びフレーム１６を取り囲むように一対のリング７１が互いに同心に配置され、リング７１間には連結部材７２が架設され、連結部材７２により２個のリング７１を結合している。ボルトテンショナ２０を支持するフレーム１６は、円筒形の防振ゴム１９を介して連結部材７２に接続され、フレーム１６は連結部材７２に対して微動可能に支持されている。フレーム１６が接続された位置の連結部材７２の背面には錘７３が固設されている。

リング７１の周囲に２枚の支持板７４が配置されている。支持板７４は、外形が略正方形をなし、中心部にリング７１の内径と同じような大きさの円形の空隙を有し、該空隙にボルトテンショナ２０及びフレーム１６が挿入されている。支持板７４は、支持板７４に固設された接続板７５を介して回転腕１４に接続されている。
２枚の支持板７４の内側には、ボルトテンショナ２０の周方向を４等分する４箇所の位置に、ローラ７６が回動可能に設けられ、該ローラ７６でリング７１を回動可能に支持している。

なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、植え込みボルト３の取付け公差に対する対策として、ボルトテンショナ２０の固定部材２４は、本体ケース２１に対してガタをもたせて取り付けてあり、かつ下部小径部２４ａのメネジ孔２４ｂの開口には傾斜面２４ｃをもうけて拡径してある。

旋回輪４は上下方向に配置されており、ボルトテンショナ２０は水平方向に配置されて、ボルト締結作業を行なう。そのため、図１０に示すように、ボルトテンショナ２０は、垂直面上の円軌跡ｊに沿って移動する。本実施形態では、ボルトテンショナ２０を支持するリング７１は、ローラ７６によって回動可能に支持されているため、回転腕１４がどのような位置にあっても、錘７３が常に防振ゴム１９の下側に位置する向きになる。そのため、防振ゴム１９には常に圧縮荷重ｋが加わり、引張力やせん断力は作用しない。

なお、錘７３が防振ゴム１９の下側に位置している状態で、ボルトテンショナ２０の左右方向に加わる力が均等になるように、ボルトテンショナ２０の左右方向の重量バランスを調整してある。

旋回輪４の植え込みボルト３の位置によって、防振ゴム１９に圧縮力、引張力又はせん断力等の異なる荷重が加わると、防振ゴム１９の支持形状が変わり、この場合、植え込みボルト３の組立て公差を吸収できないおそれがある。
これに対して、本実施形態では、防振ゴム１９には常に圧縮荷重ｋのみが加わるので、防振ゴム１９の支持形状は常に一定である。

そのため、植え込みボルト３に取付け公差がある場合でも、本実施形態では、前記の対策との相乗効果により、メネジ孔２４ｂを植え込みボルト３の頭部に確実に合致させ、確実にボルト締結作業を実施できる。

本発明によれば、円弧状又は円形に配置された多数のボルトをボルトテンショナを用いて引張り力を与えながら締結する際に、締結作業を自動化にして、低コストかつ短時間で締結作業を行なうことができる。

本発明の第１実施形態に係るボルト締結装置の側面図である。 図１中のＡ―Ａ方向矢視図（正面図）である。 図１中のＣ部を拡大して示す説明図である。 前記第１実施形態に係るボルトテンショナの作動説明図である。 図２中のＢ部拡大図である。 本発明の第２実施形態に係るボルト締結装置の正面図である。 本発明の第３実施形態に係るボルト締結装置の正面図である。 前記第３実施形態に係るボルト締結装置の側面図である。 本発明の第４実施形態に係るボルト締結装置の正面図である。 前記第４実施形態に係るボルト締結装置の挙動を示す説明図である。

符号の説明

１ ロータヘッド（被締結体）
１ａ、２ａ ボルト孔
２ 外輪（被締結体）
３ 植え込みボルト
６ ナット
６ａ オネジ部
１０、５０，６０ ボルト締結装置
１２ａ、１２ｂ、６３ 固定腕
１４、５１ａ、５１ｂ、６１，６２ 回転腕
１５、５４ 回転駆動装置
１７ エアシリンダ
１９ 防振ゴム（弾性体）
２４ 固定部材（ボルトテンショナ固定手段）
２４ｂ メネジ孔
２４ｃ 傾斜面
２６ ピストン環（荷重付加手段）
３５ レーザ計測器（ボルト伸び量計測手段）
４０ 位置決め機構
４３ａ、４３ｂ 一対の位置決めバー
５３ ガイドローラ
７１ リング（リング状支持部材）
７３ 錘
ｈ 回転中心
ｋ 圧縮荷重

Claims (13)

1. 被締結体に円弧状に配置された複数のボルト孔に、軸方向の引張り力を付与した状態でボルトを螺着させるボルト締結方法において、
   ボルトに軸方向の引張り力を付与するボルトテンショナを装着した腕を複数のボルト孔を結ぶ円弧の中心を回転中心として回転可能に配置するとともに、ボルトテンショナを被締結体に穿設されたボルト孔のひとつに対向配置し、
   該ボルト孔にボルトを一時的に仮螺合させた後、該ボルトにボルトテンショナを固定し、該ボルトテンショナで該ボルトに軸方向の引張り力を付与してボルトに伸びを与え、
   伸長したボルトをボルト孔にさらにねじ込むか、又は該ボルトに仮螺合されたナットをさらにねじ込むことにより締付力を得るようにした手順を行い、
   前記腕を回転させて前記手順でボルトテンショナにより複数のボルト孔に順々にボルトを螺着させるようにしたことを特徴とするボルト締結方法。
2. 前記腕を夫々ボルトテンショナを装着し回転中心で軸支され互いに異なる半径方向に延設された複数の腕で構成し、
   複数のボルトテンショナで複数のボルト孔に同時にボルトを螺着させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のボルト締結方法。
3. ボルトの伸び量を計測する手段を設け、ボルトに付与する引張り力とボルトの伸び量、又はボルト螺着後に引張り力を解除した際のボルトの縮み量からボルトの不良を検出するようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記載のボルト締結方法。
4. 被締結体が、風力発電装置の風車部分でブレードのピッチ角を可変に支持する環状の軸受と該軸受が取り付けられるロータヘッドであることを特徴とする請求項１に記載のボルト締結方法。
5. 被締結体に円弧状に配置された複数のボルト孔に、軸方向の引張り力を付与した状態でボルトを螺着させるボルト締結装置において、
   複数のボルトを結ぶ円弧の中心を回転中心とするように被締結体に対して回転可能に配置された腕及び該腕を回転駆動する手段と、
   該腕に前記ボルト孔に対向可能な位置に設けられ、ボルト孔に仮螺合されたボルトに係止固定される固定部、及びボルトに固定された固定部にボルトから離れる方向に荷重を付加する手段を備えたボルトテンショナと、
   ボルトテンショナをボルトに接近させ該固定部をボルトに固定させる手段と、
   ボルトテンショナを各ボルト孔に対向する位置に位置決めする手段と、を備え、
   該ボルト孔に仮螺合したボルトにボルトテンショナで軸方向の引張り力を付与してボルトに伸びを与え、伸長したボルトをボルト孔にさらにねじ込むか、又は該ボルトに仮螺合されたナットをさらにねじ込むことにより締付力を得るようにし、
   前記腕を回転させて該ボルトテンショナにより複数のボルト孔に順々にボルトを螺着させるように構成したことを特徴とするボルト締結装置。
6. ボルトテンショナに前記固定部を回転させる手段を設け、固定部をボルトに固定した状態で該固定部を回転させることによりボルト孔にボルトを螺入可能に構成したことを特徴とする請求項５に記載のボルト締結装置。
7. 前記ボルトが植え込みボルトであり、前記固定部が該植え込みボルトの頭部に形成されたオネジ部に螺合するメネジ部を備え、
   該オネジ部とメネジ部とを螺合させることにより、該固定部を植え込みボルトに固定させるように構成したことを特徴とする請求項６に記載のボルト締結装置。
8. 前記腕をボルト孔を結ぶ円弧の直径上に配置され回転中心で軸支され両端にボルトテンショナを装着した１個以上の腕で構成したことを特徴とする請求項５又は６に記載のボルト締結装置。
9. 前記位置決め手段を、前記回転中心に対して前記腕から相対角度を規制されて設けられ、該相対角度上の点から互いに接近又は離反可能でかつボルト締結位置に進退可能に設けられた一対の位置決めバーで構成し、
   該位置決めバーをボルト孔に螺着されたボルトの間に挿入しボルト側面に当接することにより、ボルトテンショナを締結対象となるボルト孔に位置決めするように構成したことを特徴とする請求項５に記載のボルト締結装置。
10. 前記腕の回転駆動手段を、該腕に装着され被締結体に当接してガイドされるガイドローラと、該ガイドローラの回転駆動装置で構成したことを特徴とする請求項５に記載のボルト締結装置。
11. 前記腕にリング状支持部材を回動可能に設けると共に、該リング状支持部材の内側に前記ボルトテンショナを弾性体を介して微動可能に設け、
    リング状支持部材に錘を取り付け、腕の任意の姿勢に対して該錘を常にリング状支持部材の下方領域に位置させることにより、該弾性体に対してリング状支持部材の荷重が常に同じ方向に加わるように構成したことを特徴とする請求項５又は７に記載のボルト締結装置。
12. 前記固定部にボルトテンショナ本体に対してガタをもたせたことを特徴とする請求項５又は１１に記載のボルト締結装置。
13. 前記固定部にボルトテンショナ本体に対してガタをもたせるか又は該固定部のメネジ部開口にメネジ部を拡径する傾斜面を設けたことを特徴とする請求項７又は１１に記載のボルト締結装置。

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