JP2010194620A - ボルト締付装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ネジ面の摩擦係数そのものを変更することなく、ボルト軸力の高軸力化を図る。
【解決手段】太陽歯車１３０は、自転しながら外輪歯車の回転中心を振動中心として直径上を振動する。このような太陽歯車１３０の動きによって、ソケットレンチ１５０は、ボルト１０を締め付ける際に、回転軸Ｌに直交する半径方向（ボルト座面１３Ａに平行）に振動（横荷重Ｆ）をボルト頭部１２に付与しつつ回転トルクを付与させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、ボルト締付装置に関する。

複数の被締結部品を締結させる方法の一つとして、ボルトを用いて各被締結部品を締結する方法が挙げられる。ボルトを用いて各被締結部品を締結する場合、特に、せん断外力が作用した際における被締結部品間のすべりを締結部品間の摩擦力によって防止又は抑制すべく各被締結部品を締結する場合、ボルトの締め付けによりもたらされるボルト軸線方向の軸力（以降、「ボルト軸力」と称す）を高くし、しかも安定させることが重要となる。

例えば、ボルトの締め付けによりもたらされたボルト軸力が低軸力の場合、各被締結部品間に十分な摩擦力がもたらされないので、被締結部品がせん断外力を受けた場合に被締結部品間にすべりが生じ、その結果、ボルトの弛みを引き起こす可能性が高いとされている。

よって、ボルトの締め付けによってもたらされるボルト軸力を安定させるために、ボルトの雄ネジ部と被締結部品の雌ネジ部との係合面（螺合面）であるネジ面（ネジ部）に、摩擦係数安定剤を付着させることが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。

特開平９−４０９９１号公報 特開２００２−３２３０２３号公報

しかしながら、特許文献１及び特許文献２に示されているような摩擦係数安定剤を使用することで、ボルト軸力の安定化を図る場合、ボルト軸力の高軸力化という点に課題が残されている。

すなわち、ボルトを用いて各被締結部品を締結する場合、ボルト締め付け後に容易にボルトが緩むことがないようにする必要があり、少なくともボルト締め付け後において、ネジが自立していなければならない、というネジの自立条件を満たす必要がある。

ここで、「ネジが自立している」との表現は、ボルトの雄ネジ部を、被締結部品の雌ネジ部に挿入した際に、雄ネジ部と雌ネジ部とが係合（螺合）する面（以降、「ネジ面」と称す）及び底面の摩擦係数が小さ過ぎて、ボルト頭部に回転トルクを付与した後、ボルトが戻り回転してしまうことがない状態を意図している。

そして、ネジが自立していない状態においては、ボルト頭部に回転トルクを付与してボルトの締め付けを行なっても、ボルト頭部への回転トルクの付与を解除した際に、ボルトの締め付けによってもたらされたボルト軸力により雄ネジ部と雌ネジ部とが相対的に回転移動してしまい、ボルト軸力が低下する。

よって、ボルト軸力の高軸力化を図るべく、潤滑剤などの摩擦係数の極めて小さな摩擦係数安定剤をネジ面に付着させ、ネジ面そのものの摩擦係数を低減させる場合、ボルト締め付け後の上述したネジの自立が問題となる。この問題を解消すべく、摩擦係数安定剤によるネジ面の摩擦係数の低下には、設計条件に応じて、ある一定の制限が課されることになる。したがって、摩擦係数安定剤の使用によるボルト軸力の高軸力化には、ある一定の制限が課せられることになる。

なお、ボルトを用いて各被締結部品を締結する場合、ボルトの締め付けの際にもたらされるボルト軸力が高ければ高いほど、より強固な各被締結部品の摩擦接合がもたらされることになる。

よって、せん断外力が作用した際における被締結部品間のすべりを、被締結部品間の摩擦力によって防止又は抑制すべく各被締結部品を締結する場合においては、ボルトを締め付ける際にもたらされるボルト軸力の高軸力化を図ることが重要である。したがって、ボルト締め付け後のネジの自立という点を考慮する必要がない手段を見出すことが重要な課題である。

本発明は、上記課題を解決すべく成されたもので、ボルトを締め付ける際にもたらされるボルト軸力の高軸力化を図るべく、ネジ面の摩擦係数そのものを変更することなくネジ面の摩擦係数を小さくしたのと同様の効果をもたらすことが可能なボルト締付装置を提供することが目的である。

請求項１に記載のボルト締付装置は、回転自在に設けられ、内歯が形成され外輪歯車と、前記外輪歯車の内側に回転自在に設けられ、外歯が形成された太陽歯車と、前記太陽歯車に回転軸と同軸上に一体的に設けられると共に複数の被締結部品を締結するボルトのボルト頭部が先端部に差し込まれ、前記太陽歯車と一体となって回転し、前記ボルト頭部を回転させて前記ボルトを締め込むボルト締付部と、前記外輪歯車と前記太陽歯車との間に回転自在に設けられ、前記外輪歯車と前記太陽歯車とに噛み合う外歯が形成され、前記太陽歯車を間に挟んで半径方向に対向して配置された一対の遊星歯車と、を有し、前記太陽歯車又は前記遊星歯車が非円形歯車とされ、非円形歯車とされた前記太陽歯車又は前記遊星歯車の歯車ピッチ曲線が、前記太陽歯車が自転しながら前記外輪歯車の回転中心を振動中心として前記外縁歯車の歯車ピッチ円の直径上を振動し、且つ、前記太陽歯車の振動周期が自転周期よりも短くなるように設定されている。

請求項１に記載のボルト締付装置では、太陽歯車は、自転しながら外輪歯車の回転中心を振動中心として外縁歯車の歯車ピッチ円の直径上を振動する。このような太陽歯車の動きによって、太陽歯車に一体的に設けられたボルト締付部でボルトを締め付ける際、回転軸方向と直交する半径方向の振動（横荷重）がボルト頭部に付与されつつ、ボルト頭部に回転トルクが付与され、ボルトが締め込まれる。

よって、ボルトを極めて僅かな角度ではあるが所定の角度を有して傾斜させつつボルトを締め込むことができる。この結果、ボルトを締め込む際にもたらされるネジ面及びボルト座面の面圧を所望の状態に偏らせることが可能となる。

このように、ボルトの締め込みの際にもたらされるネジ面及びボルト座面の面圧を意図的に偏らせることで、ボルトを締め込む際の実際のボルトの回転中心線をボルトの中心軸線からネジ面及びボルト座面の高面圧側方向へ移動させることができる。これにより、ボルトの締め付けに必要な締め付け回転トルクを低減しボルト軸部（ネジ部）に発生する捩じり応力を低減させ、ボルト軸部（ネジ部）の有する引っ張り許容応力を安定して発生し、その結果、ボルト軸力の高軸力化を図ることが可能となる。

ここで、互いに押し付けられた二つの物体（被締結部材とボルトとに相当）の平面の摩擦力には、「アモントン・クローンの摩擦の法則」に従い、最大摩擦力が存在すると考えられる。言い換えると、互いに押し付けられた二つの物体（被締結部材とボルトとに相当）の平面の摩擦力には最大摩擦力があり、その最大摩擦力で二つの物体を互いにすべらせると、すべり中に発生する荷重は最大摩擦力以上にはならない、というものである。

よって、逆に、二つの物体の接合面で一方の方向にすべりが発生している場合、一方の方向と異なる他方の方向に荷重を負荷すると、小さな荷重で他方の方向に移動が可能となる。

このような作用を被締結部材のネジによる締結に適用（応用）したのが本願発明である。すなわち、ボルト頭部に回転軸に直交する半径方向に振動（横荷重）を付与しながら（一方の方向にすべらせながら）、ボルトを回転軸回りに回転させて締め付けると（他方の方向にすべらせると）、ボルトを締め付ける締付トルクが小さくなる。つまり、小さな締め付けトルクで締付が可能となる。

そして、前述したように、本発明が適用されたボルト締付装置を用いると、回転軸と直交する半径方向に振動（横荷重）がボルト頭部に付与されつつ、ボルト頭部に回転トルクが付与され、ボルトが締め込まれる。

したがって、本発明が適用されたボルト締付装置を用いてボルトを締め付けると、小さな締め付けトルクでボルトを締め付けることが可能となる。すなわち、ネジ面の摩擦係数そのものを変更することなくネジ面の摩擦係数を小さくしたのと同様の効果がもたらされる。

更に、ボルト締付装置は、太陽歯車（ボルト締付部）の振動周期が自転周期よりも短くなるように設定されている。よって、ボルト座面における横方向のすべり速度が大きくなり、消費される摩擦力が最大摩擦力に近づく。したがって、回転方向の摩擦抵抗（ねじ面の摩擦係数）がより小さくなり、その結果、締付トルクがより小さくなる。

なお、ボルトの締め付けが完了し、ボルト頭部に付与されていた回転トルクが解放された後は、ネジ面そのものの摩擦係数に応じてもたらされる摩擦力により雄ネジ部と雌ネジ部との係合を維持することができる。

また、太陽歯車又は遊星歯車を非円形歯車とし、太陽歯車が自転しながら振動するように、太陽歯車の歯車ピッチ曲線又は遊星歯車の歯車ピッチ曲線を設定することで、複雑な機構を用いることなく、回転軸と直交する半径方向の振動（横荷重）をボルト頭部に付与しつつ、ボルト頭部に回転トルクを付与してボルトを締め込む機構が実現される。

なお、ネジ面とは、ボルトのボルト軸部の周面に形成された雄ネジ部と、雄ネジ部に対応する例えば被締結部品に形成されたネジ穴の雌ネジ部と、が係合（螺合）する面を意図する。ボルト座面とは、被締結部品とボルト頭部とが係合（当接）する面を意図している。ボルト頭部と被締結部品との間に、例えば平座金やバネ座金など座金が配置される場合には、座金と被締結部品とが係合（当接）する面を意図する。

また、本太陽歯車は、前述したように自転しながら直径上を振動する。よって、正確には、一般的な遊星歯車機構における太陽歯車とは言えないが、本明細書においては、この歯車を太陽歯車と記す。

請求項１に記載のボルト締付装置によれば、ボルトを締め付ける際に、回転軸に直交する半径方向の振動（横荷重）をボルト頭部に付与しつつ、ボルト頭部に回転トルクを付与してボルトを締め込むことができ、その結果、ネジ面の摩擦係数そのものを変更することなく、ボルト軸力の高軸力化を図ることができる、という優れた効果を有する。

回転軸と直交する半径方向の横荷重がボルト頭部に付与されていない状態のボルトを示す断面図である。 回転軸と直交する半径方向の横荷重がボルト頭部に付与され、更にソケットにボルト頭部を回転させる回転トルクが付与された状態のボルトを示す断面図である。 回転軸に直交する半径方向の振動がボルト頭部に付与された状態を説明するための説明図である。 本発明に係る第一実施形態のボルト締付装置を模式的に示す斜め下側から見た斜視図である。 図４に示す第一実施形態のボルト締付装置を示す平面図である。 第一実施形態のボルト締付装置の遊星歯車機構部を構成する遊星歯車を示す平面図である。 本発明に係る第二実施形態のボルト締付装置を示す平面図である。 第二実施形体のボルト締付装置の遊星歯車機構部を構成する太陽歯車を示す平面図である。

先ず、本発明が適用されたボルト締付装置によるボルト締付方法の基本概念について、図１〜図３を用いて説明する。なお、図１及び図２では、縦断面が図示されているが、断面を示すハッチングは、見易くするため省略している。

図１に示すように、ボルト１０は、六角座付きボルトとされている。ボルト１０のボルト軸部１４の上端部には平面視において略六角形状のボルト頭部１２が設けられている。ボルト頭部１２の下部には、円板状の座金部１３が形成されており、この座金部１３の下面がボルト座面１３Ａとされる。また、ボルト軸部１４の周面には、雄ネジ部１６が形成されている。そして、このボルト１０によって、積層された板状の被締結部品８０と被締結部品９０とが締結されている。なお、ボルト軸部１４の軸心（回転軸Ｌ）はボルト座面１３Ａに直交するように構成されている。

図における上側の被締結部品８０には、図における上下方向に貫通孔８１が形成されている。また、図における下側の被締結部品９０には、図における上下方向に貫通したネジ穴８２が形成されている。このネジ穴８２の内周面には、ボルト１０のボルト軸部１４の雄ネジ部１６と係合（螺合）する雌ネジ部８４が形成されている。

なお、ボルト頭部１２の座金部１３の下面、すなわちボルト座面１３Ａが被締結部品８０と係合（当接）する面とされる。また、ボルト１０の雄ネジ部１６と被締結部品９０の雌ネジ部８４とが係合（螺合）する面がネジ面８６とされる。更に、被締結部品８０と被締結部品９０とが当接した面が（被締結部品間の）摩擦接合面９２とされる。

また、ボルト締付部としてのソケットレンチ１５０の先端部には、ボルト頭部１２と略同形状（本実施形態では六角形状）の断面形状とされた凹部１５２が形成されている（図４及び図５も参照）。そして、ソケットレンチ１５０の凹部１５２にボルト頭部１２が差し込まれると共に、ボルト頭部１２が差し込まれた状態でソケットレンチ１５０を回転させることで、回転トルクがボルト頭部１２に伝達されてボルト頭部１２が回転し、ボルト１０が締め込まれる。

図２は、回転軸Ｌと直交する半径方向の（ボルト座面１３Ａと平行な）横荷重Ｆがソケットレンチ１５０を介してボルト頭部１２に付与され、且つ、ソケットレンチ１５０にボルト頭部１２を回転させる回転トルクが付与されたボルト１０の状態を示す図である。

この図２に示されるように、回転軸Ｌと直交する半径方向の（ボルト座面１３Ａと平行な）横荷重Ｆがボルト頭部１２にソケットレンチ１５０を介して付与されると、ボルト軸線Ｇ２が被締結部品側の垂線Ｇ２に対して傾斜した状態とされ、且つボルト座面１３Ａが被締結部品８０に対して傾斜した状態とされる。言い換えると、ボルト１０全体が角度θ１、傾斜した状態とされる。なお、図２においては、傾斜の状態を明からにすべく、実際よりも大きく傾斜して図示されている。実際には、角度θ１は、例えば、０．０１°のような極めて僅かな角度である。

図２のような状態、すなわち、ボルト軸線Ｇ２が被締結部品側の垂線Ｇ１に対して僅かに傾斜された状態とされ、且つ、ボルト座面１３Ａが被締結部品８０に対して傾斜した状態で、ソケットレンチ１５０を介して回転トルクがボルト１０のボルト頭部１２に付与されると、ボルト座面１３Ａ及びネジ面８６の面圧が偏った状態で、ボルト１０が締め込まれることになる。

本出願人は、このように横荷重Ｆをボルト頭部１２に付与し、ボルト１０の締め込みの際にもたらされるボルト座面１３Ａ及びネジ面８６の面圧を偏らせた状態でボルト１０を締め込むことで、実際の回転中心線（「瞬間回転中心線」とも称す）を軸線Ｇ１からボルト座面１３Ａ及びネジ面８６の高面圧側方向へ移動させることができ、これにより、ボルト頭部１２に横荷重Ｆを付与しない場合と比較し、より少ない締め付けトルクでボルト１０の締め付けが可能とされると共に、より高いボルト軸力をもたらすことが可能であることを、有限要素法解析（ＦＥＡ）を用いて見出した。

ここで、「アモントン・クローンの摩擦の法則」により、摩擦力には最大摩擦力があり、すべり中に発生する荷重は最大摩擦力以上にはならない、ことが知られている。よって、一方の方向にすべらせながら、一方と異なる他方の方向に荷重を負荷すると、小さな荷重で他方の方向に移動が可能となる。

すなわち、ボルト１０と締結部材８０、９０との間の摩擦力には最大摩擦力があるので、図３に示すように、ボルト１０を回転軸Ｌに直交する半径方向に振動（往復）させながら（一方のＳ方向にすべらせながら）、ボルト１０を回転軸Ｌに回りに回転させると（一方の方向と異なる他方のＴ方向にすべらせると）、比較的に小さな荷重（回転トルク）でボルト１０を回転させることが可能となる（他方の方向Ｔに移動が可能となる）。すなわち、ボルト１０を締め付ける締付トルクが小さくなる（小さな締め付けトルクで締付が可能となる）。

そして、ボルト１０の振動速度（一方のＳ方向のすべり速度）を大きくすると、つまり、高い周波数で振動させると（横荷重Ｆの荷重方向を素早く反転させると）、回転方向（他方のＴ方向）との区別が明確になり、消費される摩擦力が最大摩擦力に近づく。したがって、回転方向の摩擦抵抗（ネジ面８６の摩擦係数）がより小さくなり、その結果、締付トルクがより小さくなる。なお、図３は判りやすくするために、実際より振幅を極端に大きく図示している。実際の振幅は僅かである。

以上のように、上述したボルト１０の締め付け方法によれば、具体的には、回転軸Ｌと直交する半径方向の（ボルト座面１３Ａと平行な）振動（横荷重Ｆ）をボルト頭部１２に付与しつつ、ボルト１０を回転させて締め込むことにより、ネジ面８６の摩擦係数を小さくしたのと同じ効果を奏する、すなわち、ボルト１０を締め込む際のボルト軸力の高軸力化を実現する効果を有する。

また、ボルト１０の締め付けが完了し、ボルト頭部１２にソケットレンチ１５０によって付与されていた縮め付け回転トルクが解放された後は、ネジ面８６そのものの摩擦係数に応じてもたらされる摩擦力により雄ネジ部１６と、被締結部品９０のネジ穴８２の雌ネジ部８４と、の係合（螺合）を維持することができる。

この高いボルト軸力は、各被締結部品８０、９０間の摩擦接合面９２に強固な摩擦接合をもたらし、この強固な摩擦接合により、せん断外力が作用した際における名被締結部８０、９０間のすべりを、より万全に防止又は抑制することができる。よって、各被締結部品８０、９０間のすべりを回避しボルト１０（ネジ面８６）の緩みを、より万全に防止又は抑制することが可能となる。

なお、このような方法でボルト１０の締め付けが完了した際、ボルト座面１３Ａと被締結部品８０との間には、極めて僅かではあるが隙間が残存する可能性がある。しかしながら、ボルト締め付け完了時に残存する隙間は、ボルト頭部１２に付与されていた回転トルクを解放する際に、あるいは、せん断外力が被締結部品８０、９０に作用した際に、ボルト１０自体がバランスを取るように移動し、実質的になくなることが想定され、例えば、メガネのヒンジ部等のような頻繁にボルトに回転トルクが作用するような締結部への適応を除いては、ボルト軸力に対する当該隙間の影響は無視できるものと考える。

また、ボルト締め付けの際、雄ネジ部１６（ボルト軸部１４）は、対応する雌ネジ部８４（ネジ穴８２）に対して傾斜して挿入されることになる。よって、その傾斜の度合いによっては、ネジ噛みが問題となる可能性がある。しかし、その場合には、ボルト締め付け後の「ネジの自立」が問題とならない範囲で、ネジ面８６に摩擦係数安定剤を付着させることにより、ネジ噛みを緩和することが可能とされる。

つぎに、本発明が適用された、すなわち、回転軸Ｌに直交する半径方向（ボルト座面１３Ａに平行）に振動（横荷重Ｆ）をボルト頭部１２に付与しながら、ボルト頭部１２に回転トルクを付与して、ボルト１０を回転させて締め付けるボルト締付装置の第一実施形態について、図４と図５を用いて説明する。

なお、図４は本実施形態のボルト締付装置１００を模式的に示す斜め下側から見た斜視図である。図５は、図４に示すボルト締付装置１００を模式的に示す平面図である。図６は、図５に示す遊星歯車機構部１１０を構成する遊星歯車１４０を模式的に示す平面図である。

図４と図５とに示すように、本発明に係る第一実施形態のボルト締付装置１００は、外輪歯車１２０、太陽歯車（擬似太陽歯車）１３０、二つの遊星歯車１４０が主要な構成部品とされた遊星歯車機構部１１０を有している。

遊星歯車機構部１１０は、内歯が形成された外輪歯車１２０の中に外歯が形成された太陽歯車１３０と二つの遊星歯車１４０とが回転自在に設けられている。二つの遊星歯車１４０は、外輪歯車１２０と太陽歯車１３０との間に回転自在に設けられると共に外輪歯車１２０と太陽歯車１３０とに外歯が噛み合されている。また、二つの遊星歯車１４０は、太陽歯車１３０を間に挟んで半径方向に対向して配置されている。

太陽歯車１３０の中心部分には円形の孔１３２が形成されている。孔３２の円中心と太陽歯車１３０の回転中心とは、同一線上に配置されている。

この孔１３２には、円柱状のソケットレンチ１５０（図１、図２参照）が圧入されており、太陽歯車１３０とソケットレンチ１５０とは一体となって回転する。

前述したように、ソケットレンチ１５０の先端部には、ボルト１０のボルト頭部１２と略同形状（本実施形態では六角形状）の断面形状の凹部１５２が形成され、この凹部１５２にボルト頭部１２が差し込まれる（図１と図２を参照）。ソケットレンチ１５０の回転中心は、孔１４２の円中心と一致する。したがって、太陽歯車１３０の回転軸とソケットレンチ１５０の回転軸とは一致している。

また、図４に示すように、太陽歯車１３０からは締付回転軸１３６が延出されている。

外輪歯車１２０及び太陽歯車１３０は円形歯車とされている。言い換えると、外輪歯車１２０の歯車ピッチ円Ｐ１及び太陽歯車１３０の歯車ピッチ円Ｐ２（図４参照）は真円とされている。

これに対して、図４〜図６に示すように、二つの遊星歯車１４０は楕円形の非円形歯車とされている。つまり、遊星歯車１４０の歯車ピッチ曲線（歯車のかみあう位置を結んだ曲線）Ｐ３は楕円形とされている。なお、二つの遊星歯車１４０の楕円形の歯車ピッチ曲線Ｐ３の長軸Ｌ１の長さをａ、短軸Ｌ２の長さをｂとする。また、図５に示すように、太陽歯車１３０の歯車ピッチ円Ｐ１の直径をｃとし、外輪歯車１２０の歯車ピッチ円Ｐ１の直径をｄとする。そして、これらの関係をａ＋ｂ＋ｃ＝ｄとなるように設定する。

なお、外輪歯車１２０の歯車ピッチ円Ｐ１の中心をＱ１とし、Ｑ１を通る直径Ｔ上に、二つの遊星歯車１４０の中心（長軸Ｌ１と短軸Ｌ２の交点）Ｑ３、太陽歯車１３０の中心Ｑ２が配置されている。また、二つの遊星歯車１４０は、移動することなくその場で自転する。

つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。

ソケットレンチ１５０の凹部１５２にボルト頭部１２を差し込む（図１参照）。なお、このとき外輪歯車１２０は被締結部材８０に接触させると共に、外輪歯車１２０が移動しないように、図示しない固定手段によって固定する。

この状態で、図示しない駆動手段を用いて締付回転軸（ナットランナー）１３６を回転させることによって、太陽歯車１３０を自転（回転）させる。太陽歯車１３０の自転（回転）に伴い、遊星歯車１４０がその場で自転（回転）する。遊星歯車１４０の歯車ピッチ曲線Ｐ３は楕円形とされているので、太陽歯車１３０が外輪歯車１２０の直径上を振動する。つまり、太陽歯車１３０は、自転しながら外輪歯車の回転中心を振動中心として直径上を振動する。なお、太陽歯車１３０は、自転、一回転につき、［ｂ÷（ａ＋ｃ）÷２］回振動する。

このような太陽歯車１３０の動きによって、ソケットレンチ１５０は、ボルト１０を締め付ける際に、回転軸Ｌに直交する半径方向（ボルト座面１３Ａに平行）に振動（横荷重Ｆ）をボルト頭部１２に付与しつつ回転トルク（図３矢印Ｔ）を付与させることができる（図３参照）。

また、太陽歯車１３０は、自転一回につき、［ｂ÷（ａ＋ｃ）÷２］回振動する。よって、太陽歯車（ボルト締付部）の振動周期は、自転周期よりも短い。これにより、ボルト座面１３Ａにおける横方向のすべり速度が大きくなり、消費される摩擦力が最大摩擦力に近づく。したがって、回転方向の摩擦抵抗（ネジ面８６（図１参照）の摩擦係数）がより効果的に小さくなる。

したがって、小さな締め付けトルクでボルト１０を締め付けることが可能となる。すなわち、ネジ面８６の摩擦係数そのものを変更することなくネジ面８６の摩擦係数を小さくしたのと同様の効果がもたらされる。また、この結果、ボルト軸力の高軸力化が図られる。

そして、このようにして得られた高いボルト軸力は、各被締結部品８０、９０間の摩擦接合面９２に強固な摩擦接合をもたらし、この強固な摩擦接合により、せん断外力が作用した際における各被締結部８０、９０間のすべりを、より万全に防止又は抑制することができる。よって、各被締結部品８０、９０間のすべりを回避しボルト１０の緩みを、より万全に防止又は抑止することが可能となる。

また、ボルト１０の締め付けが完了し、ソケットレンチ１５０がボルト頭部１２から外れボルト頭部１２に付与されていた回転トルクが解放された後は、ネジ面８６そのものの摩擦係数に応じてもたらされる摩擦力により雄ネジ部１６と、被締結部品９０のネジ穴８２の雌ネジ部８４と、の係合（螺合）を維持することができる（図１参照）。

また、この結果、本発明の適用に加え摩擦係数安定剤を併用することで、より高いボルト軸力をもたらすことが可能となる。

また、本実施形態のような遊星歯車機構部１１０を用いることで、回転軸Ｌに直交する半径方向の振動（横荷重Ｆ）をボルト頭部１２に付与しつつ、ボルト頭部１２に回転トルクを付与してボルトを締め込む機構が容易に実現される。

つぎに、本発明が適用されたボルト締付装置の第二実施形態について、図７と図８を用いて説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は週略する。図７は第二実施形態のボルト締付装置５００の要部である遊星歯車機構部５１０を模式的に示す平面図である。図８は遊星歯車機構部５１０を構成する太陽歯車５３０を示す平面図である。

図７に示すように、本発明に係る第二実施形態のボルト締付装置５００の遊星歯車機構部５１０は、外輪歯車１２０、太陽歯車（擬似太陽歯車）５３０、二つの遊星歯車５４０が主要な構成部品とされている。

内歯が形成された外輪歯車１２０の中に外歯が形成された略星型（花びら型）の太陽歯車５３０と二つの遊星歯車５４０とが回転自在に設けられている。

二つの遊星歯車５４０は、外輪歯車１２０と太陽歯車５３０との間に回転自在に設けられると共に外輪歯車１２０と太陽歯車５３０とに外歯が噛み合されている。また、二つの（一対の）遊星歯車５４０は、太陽歯車５３０を間に挟んで半径方向に対向して配置されている。

太陽歯車５３０の中心部分には円形の孔１３２が形成されている。孔１３２の円中心と太陽歯車５３０の回転中心とは、同一線上に配置されている。

この孔１３２には、円柱状のソケットレンチ１５０（図１、図２参照）が圧入されており、太陽歯車５３０とソケットレンチ１５０とは一体となって回転する。

外輪歯車１２０及び遊星歯車５４０は円形歯車とされている。言い換えると、外輪歯車１２０の歯車ピッチ円Ｐ１及び遊星歯車５４０の歯車ピッチ円Ｐ３３は真円とされている。

これに対して、図８に示すように、太陽歯車５３０は略星型の非円形歯車とされている。より詳しく説明すると、太陽歯車５３０の歯車ピッチ曲線Ｐ２２は五つの突起部５３２、５３４、５３６、５３８、５４０を有する略星型とされている。そして、略星型の各突起部５３２、５３４、５３６、５３８、５４０の頂点部５４２、５４４、５４６、５４８、５５０と突起部間の凹部状の底部５７２、５７４、５７６、５７８、５８０との間の長さ（距離）はｆとされ、中心Ｑ２を通る歯車ピッチ円曲線Ｐ２２の長さ（距離）は常に一定の長さｆとなっている。

また、図７に示すように、遊星歯車５４０の歯車ピッチ円Ｐ３３の直径をｇとし、外輪歯車１２０の歯車ピッチ円Ｐ１の直径をｄとする。そして、ｆ＋２ｇ＝ｄとなるように設定されている。

なお、外輪歯車１２０の歯車ピッチ円Ｐ１の中心をＱ１とし、Ｑ１を通る直径Ｔ上に、二つの遊星歯車５４０の中心Ｑ３３、太陽歯車５３０の中心Ｑ２２が配置されている。また、二つの遊星歯車５４０は、移動することなくその場で自転する。

つぎに、本実施形態の作用及び効果について説明する。

第一実施形体のボルト締付装置１００（図４〜図６参照）と同様に、第二実施形態のボルト締付装置５００も、太陽歯車５３０は、自転しながら外輪歯車１２０の回転中心Ｑ１を振動中心として直径上を振動する。

このような太陽歯車１３０の動きによって、ソケットレンチ１５０は、ボルト１０を締め付ける際に、回転軸Ｌに直交する半径方向（ボルト座面１３Ａに平行）に振動（横荷重Ｆ）をボルト頭部１２に付与しつつ回転トルク（図３の矢印Ｔ）を付与させることができる（図３参照）。

また、太陽歯車５３０は、自転一回転につき、５回振動する。よって、太陽歯車５３０の振動周期は、自転周期よりも短い。これにより、ボルト座面１３Ａにおける横方向のすべり速度が大きくなり、消費される摩擦力が最大摩擦力に近づく。したがって、回転方向の摩擦抵抗（ネジ面８６（図１参照）の摩擦係数）がより効果的に小さくなる。

したがって、小さな締め付けトルクでボルト１０を締め付けることが可能となる。すなわち、ネジ面８６の摩擦係数そのものを変更することなくネジ面８６の摩擦係数を小さくしたのと同様の効果がもたらされる。また、この結果、ボルト軸力の高軸力化が図られる。

なお、本実施形態において、太陽歯車５３０の歯車ピッチ曲線Ｐ２２は五つの突起部５３２、５３４、５３６、５３８、５４０を有する略星型とされていたが、これに限定されない。他の奇数個の突起部を有する略星型であってもよい。

なお、本発明は上記実施形態に限定されない。

上記実施形態では、ボルト１０は、頭部１２に座金部１３が形成された六角座付きボルトとされていたが、これに限定されない。ボルト頭部に座金部が形成されていない六角ボルトであってもよい。また、ボルト頭部と被締結部品との聞に、例えば平座金やバネ座金など座金が配置されてもよい。

また、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。

また、上記実施形態以外の構成の機構であってもよい。要は、太陽歯車又は遊星歯車が非円形歯車とされ、非円形歯車とされた太陽歯車又は遊星歯車の歯車ピッチ曲線が、太陽歯車が自転しながら外輪歯車の回転中心を振動中心として外縁歯車の歯車ピッチ円の直径上を振動し、且つ、太陽歯車の振動周期が自転周期よりも短くなるように設定されていればよい。

１０ ボルト
１２ ボルト頭部
１４ ボルト軸部
１６ 雄ネジ部
８０ 被締結部品
８２ ネジ穴
８４ 雌ネジ部
８６ ネジ面
９０ 被締結部品
１００ ボルト締付装置
１１０ 遊星歯車機構部
１２０ 外輪歯車
１３０ 太陽歯車
１４０ 遊星歯車
１５０ ソケットレンチ（ボルト締付部）
５００ ボルト締付装置
５１０ 遊星歯車機構部
５３０ 太陽歯車
５４０ 遊星歯車
Ｐ１ 歯車ピッチ円
Ｐ２ 歯車ピッチ円
Ｐ３ 歯車ピッチ曲線
Ｐ２２ 歯車ピッチ曲線
ｐ３３ 歯車ピッチ円
Ｑ１ 外輪歯車の中心
Ｑ２ 太陽歯車の中心
Ｑ３ 遊星歯車の中心
Ｑ２２ 太陽歯車の中心
Ｑ３３ 遊星歯車の中心

Claims (1)

1. 回転自在に設けられ、内歯が形成され外輪歯車と、
   前記外輪歯車の内側に回転自在に設けられ、外歯が形成された太陽歯車と、
   前記太陽歯車に回転軸と同軸上に一体的に設けられると共に複数の被締結部品を締結するボルトのボルト頭部が先端部に差し込まれ、前記太陽歯車と一体となって回転し、前記ボルト頭部を回転させて前記ボルトを締め込むボルト締付部と、
   前記外輪歯車と前記太陽歯車との間に回転自在に設けられ、前記外輪歯車と前記太陽歯車とに噛み合う外歯が形成され、前記太陽歯車を間に挟んで半径方向に対向して配置された一対の遊星歯車と、
   を有し、
   前記太陽歯車又は前記遊星歯車が非円形歯車とされ、
   非円形歯車とされた前記太陽歯車又は前記遊星歯車の歯車ピッチ曲線が、前記太陽歯車が自転しながら前記外輪歯車の回転中心を振動中心として前記外縁歯車の歯車ピッチ円の直径上を振動し、且つ、前記太陽歯車の振動周期が自転周期よりも短くなるように設定されたボルト締付装置。

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