JP2010513866A

JP2010513866A - ネジ端部上に配置されるナットを締め付けるための装置および方法、並びに、そのような装置のための組み付けワッシャおよびナット

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Publication number: JP2010513866A
Application number: JP2009541245A
Authority: JP
Inventors: ドラール，ニコ・アントニー; ファン・コルテンホフ，マテウス・テオドール・ヘンドリク・マリー
Original assignee: インダストリアル・ボルティング・テクノロジー・アンド・サプライ・グループ・ベスローテン・フェンノートシャップ
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2010-04-30
Also published as: WO2008072957A1; ZA200904811B; CN101589239A; US20100116101A1; US8156820B2; NL1033069C2; KR20090108031A; EP2094977A1; AU2007332275A1; CA2672189A1

Abstract

ボルト（２）またはボルトの端部に捩じ込まれるナット（１２）を締め付けるための装置（１０、２０、３０）および方法であって、ボルトの端部が、少なくとも第１の本体（３）を貫通して延びるとともに、第２の本体（４）の穴（５）に捩じ込まれ、あるいは、第２の本体を貫通して他のナット（１３）内へと延びる、装置（１０、２０、３０）および方法。装置は、ボルトヘッドまたはナットと協働する把持手段（７、１７）を有する。手段（８）は、ボルトヘッドまたは第１のナットにより第１の本体の表面に対して或いは第２のナットにより第２の本体の表面に対して軸方向で及ぼされる力を受けるセンサ手段（１８）によって生成される信号を処理するとともに、本体のうちの一方の表面に対して及ぼされる軸力を受けるボルトヘッドまたはナットが締め付けられるように装置を制御する。センサ手段は、ボルトヘッドまたは第１のナットと第１の本体との間或いは第２のナットと第２の本体との間のネジ穴の周囲の環状体（１６）内にある。

Description

本発明は、ネジ端部を有するボルトヘッドまたはネジ端部上に配置された第１のナットを締め付けるための装置であって、ネジ端部が、少なくとも第１の固定体の穴を貫通して延びるとともに、第２の固定体のネジ穴に捩じ込まれ、あるいは、第２の固定体の穴を貫通して延びるとともに、第２のナットに捩じ込まれ、該装置には、ボルトヘッド或いは第１または第２のナットと協働する把持手段が設けられている、装置に関する。

例えば液圧的に、空圧的に、または、電気的に駆動されるトルクレンチを使用してナットをネジ端部上に固定することは知られている。この場合、その内径がナットの外径に対応する回転可能なソケットがナット上にわたって配置され、また、ソケットは、ナットに対して及ぼされるトルクが所定値に達して、回転が停止されるまで回転される。

既知のトルクレンチは、トルクが非常に正確に調整された場合でも第１または第２の固定体の表面に対してナットによりネジ端部の軸方向で及ぼされる力の値が大きく分散するという欠点を有する。この原因は、所定の調整されたトルクで生じる軸力が、他の要因のうちで、ナットのネジ逃げ面とネジ端部との間およびナットの支持面とこのナットが接触する表面との間で生じる摩擦力に依存するからである。この摩擦力は、他の要因のうち、適用される潤滑のタイプ、協働するネジの寸法の許容誤差、生じる剪断力および曲げ力、協働する接触面の平行度合い、適用される材料の組成、および、問題になっている表面の状態によって決定される。第１のフランジを第２のフランジに対して結合するために、トルクレンチを使用して及ぼされるトルクに関して同じ設定値で、この第１のフランジの表面に固定される異なるナットにより軸方向に及ぼされる力が、最大で約４０％だけ異なる可能性があることは知られている。そのような違いは、フランジの意図される結合の信頼性および耐久性の観点からは望ましくない。

また、例えば液圧ジャッキシステムを使用してナットをネジ端部上に固定することも知られている。この場合、ジャッキシステムは、及ぼされる張力が所定値に達するまでネジ端部を引っ張るために使用され、所定値に達した後、ナットが固定用の本体の表面上に対して手動で或いは機械的に締め付けられ、その後、ジャッキシステムによって及ぼされる張力がゼロまで減少される。ここで、及ぼされる最大の張力が、締め付けられたナットによってロックされるネジ端部へ一体的に伝えられないことは知られている。張力が伝えられる程度は、他の要因のうち、ネジ端部の長さと直径との間の比率、ネジ端部の第１の固定体の表面に対する垂直度合い、オペレータの操作方法、場合により適用されるガスケット、協働するネジ間で生じる摩擦、および、問題となっている接触面の粗さ及び汚染によって決定される。この第１のフランジを第２のフランジに対して結合するために、同じ設定軸方向バイアスで第１のフランジの表面上に固定される異なるナットによって軸方向に及ぼされる力が、最大で約５０％だけ異なる可能性があることは知られている。そのような違いは、フランジの意図される結合の信頼性および耐久性の観点からは望ましくない。

本発明の目的は、ネジ端部を有するボルトヘッドまたはネジ端部上に配置されたナットを、このボルトヘッドまたはナットによってネジ端部の軸方向に及ぼされる設定値の力をもって、高い精度で締め付けることができる装置を提供することである。

更なる目的は、標準的なワッシャを備えていてもよく或いは備えていなくてもよい異なるタイプのボルトおよびナットを用いる用途に適したそのような装置を提供することである。

この装置のために必要とされる動力を、任意の通常の形式で、例えば液圧的、空圧的、あるいは、電気的な形式で供給できなければならない。

これらの目的は、序文で述べられたタイプの装置であって、本発明にしたがって、ボルトヘッドまたは第１のナットにより第１の固定体の表面に対して、或いは第２のナットにより第２の固定体の表面に対してネジ端部の軸方向で及ぼされる力を受けるセンサ手段によって生成される信号を処理するため、および、ボルトヘッドまたは第１のナットにより第１の固定体の表面に対して、或いは第２のナットにより第２の固定体の表面に対してネジ端部の軸方向で及ぼされる力を受けるボルトヘッド、第１のナットまたは第２のナットが締め付けられるような態様で装置を制御するために処理制御手段が設けられ、センサ手段が、ボルトヘッド、または第１のナットと第１の固定体との間、或いは第２のナットと第２の固定体との間で、ネジ端部の周囲に配置される環状体内に収容される装置を用いて達成される。該装置を用いて他の利点も得られる。

本発明に係る装置により、ボルトまたはナットを軸力制御された態様で直接に締め付けることが可能となり、これは、トルク制御された態様で、或いはジャッキを使用してオペレータによる介入を伴って軸力制御された態様で間接的に動作する前述した既知の装置とは対照的である。

センサ手段によって生成される信号は、ケーブルを使用するそれ自体知られた態様で処理制御手段へと送信することができる。

本発明に係る装置の好ましい実施形態では、センサ手段によって生成される信号の処理制御手段への無線送信のために送信手段が設けられる。

これらの送信手段は、例えば、Ｘ線信号または光信号、特に赤外線信号を送受信するようになっている。

センサ手段は、例えば磁気弾性材料の膜によって形成され、欧州特許公報ＥＰ０８１４３２８から知られるように、ピックアップコイルによって取り囲まれて、環状ホルダ内に収容される。

簡単な実施形態では、センサ手段がワッシャ内に収容され、ワッシャの内径がネジ端部の直径に対応する。

他の実施形態では、センサ手段が、ナットまたはリングの外周面上、例えば外周溝内に収容され、ナットまたはリングのネジがネジ端部のネジと協働する。

それに続く実施形態では、センサ手段が組み付けワッシャの環状部内に収容され、組み付けワッシャは、ナットをこのワッシャ上に配置されるように締め付けるようになっている。

そのようなワッシャは、例えば、ネジセグメントとリングとから組み付けられ、リングには、把持手段に対応する把持輪郭が設けられ、また、ネジセグメントは、圧入によってリング内に収容されるとともに、ネジ端部の雄ネジと協働する雌ネジを備える。

その目的に適した把持手段を使用すると、そのようなワッシャは、通常のナットと組み合わせて、このナットを締め付ける目的に特に適している。

更なる他の実施形態では、センサ手段が組み付けナットの環状部内に収容され、組み付けナットは、ネジ端部に対して及ぼされるトルクがない場合にネジ端部の軸方向でこのナットを締め付けるようになっている。

そのような組み付けナットは、例えば、外側ナットと、内側ナットと、ワッシャとから組み付けられ、外側ナットには、把持手段に対応する把持輪郭と、内側ナットの雄ネジと協働する雌ネジとが設けられ、内側ナットには、さらに、外側端部に、内側ナットを回転させないようにロックする目的のロック要素を内部に挿入するための内側外周輪郭が設けられるとともに、他の外側端部に、ネジ端部に対応する雌ネジが設けられ、また、ワッシャの内側軸方向外周輪郭に対応する外側外周輪郭が軸方向に設けられる。外部トルクを及ぼすことによって正しい方向に外側ナットを回転させると同時に、内側ナットを回転しないようにロックすると、内側ナットがワッシャに対して軸方向に移動すると同時に、内側ナットに結合されたネジ端部がワッシャおよび外側ナットに対して軸方向に移動する。

そのような組み付けナットは、困難な状態で、例えば高温で、極めて高い力で、あるいは、ナットのアクセスが制限された状態で使用するのに特に適している。

さらに、本発明は、ネジ端部を有する少なくとも２つのボルトヘッドまたはネジ端部上に配置された２つの第１のナットを同時に締め付けるための方法であって、ネジ端部が、少なくとも第１の固定体の穴を通して延びるとともに、第２の固定体のネジ穴に捩じ込まれ、あるいは、第２の固定体の穴を通して延びるとともに、それぞれの第２のナットに捩じ込まれる（螺入される）方法において、ボルトヘッドまたはナットのそれぞれに関して前述した装置の締め付けのために同時に用いることを特徴とする方法に関する。

以下、図面を参照して、典型的な実施形態に基づいて本発明を説明する。

第１の用途における本発明に係る装置の第１の実施形態の非常に簡略化された概略図を示している。第２の用途における本発明に係る装置の第２の実施形態の非常に簡略化された概略図を示している。第３の用途における本発明に係る装置の第３の実施形態の非常に簡略化された概略図を示している。図４ａは、本発明に係る装置と組み合わせて用いるセンサを有するナットの第１の例の軸方向断面図、図４ｂはその平面図を示している。図５ａは、本発明に係る装置と組み合わせて用いるセンサを有するナットの第２の例の軸方向断面図、図５ｂはその平面図を示している。図６ａは、本発明に係る装置と組み合わせて用いるセンサを有する組み付けワッシャの軸方向断面図、図６ｂはその平面図を示している。本発明に係る装置と組み合わせて用いるセンサを有する組み付けナットの第１の例の軸方向断面図を示している。図８ａは、本発明に係る装置と組み合わせて用いるセンサを有する組み付けナットの第２の例の軸方向断面図、図８ｂはその平面図を示している。

図中、対応する構成要素が同じ参照符号を用いて示される。

図１は、第１の固定体３を止まりネジ穴５が形成される第２の固定体４に対して固定するべく固定ボルトヘッド２を有するネジ端部１を締め付けるために適用される第１の工具１０を示している。ボルトヘッド２はワッシャ６上に載置し、ワッシャ６内には軸力センサ（図示せず）が受けられる。工具１０は、ボルトヘッド２の内側輪郭または外側輪郭に対応する回転可能な輪郭（図示せず）を備えるドライブヘッド７と、処理制御ユニット８とから構成される。ワッシャ６内のセンサはケーブル９を介して処理制御ユニット８に接続され、処理制御ユニット８はケーブル１１を介してドライブヘッド７に接続される（または、ある場合には、エアホース或いは液圧ホースに接続される）。

図２は、第１の固定体３、例えば第１のフランジを、第２の固定体４、例えば第２のフランジに対して固定するべく、第１のナット１２を有するネジ端部１を締め付けるために適用される第２の工具２０を示している。この場合、ネジ端部１は、２つのフランジを貫通する穴を貫いて突出し、また、ネジ端部の底部側には第２のナット１３が捩じ込まれる。第１のナット１２はワッシャ６上に載置し、ワッシャ６内には軸力センサ（図示せず）が収容される。工具２０は、第１のナット１２の外周に対応する回転可能な内側輪郭（図示せず）を備えるドライブヘッド７と、処理制御ユニット８とから構成される。ワッシャ６内のセンサは、赤外線送信器１４を介して、処理制御ユニット８の受信器１５に接続され、また、処理制御ユニット８はケーブル１１を介してドライブヘッド７に接続される。

図３は、第１の固定体３、例えば第１のフランジを、第２の固定体４、例えば第２のフランジに対して固定するべく、第１のナット１２を有するネジ端部１を締め付けるために適用される第３の工具３０を示している。この場合、ネジ端部１は、２つのフランジを貫通する穴を貫いて突出し、また、ネジ端部の底部側には第２のナット１３が捩じ込まれる。第１のナット１２は組み付けワッシャ１６上に載置し、組み付けワッシャ１６内には軸力センサ１８（図４ａに示される）が収容される。ワッシャ１６は、ネジセグメント（図６ａに示される）と内側リングとから組み付けられる。この場合、内側リングには、補助工具１７の第１の内側輪郭に対応する把持輪郭が設けられ、また、ネジセグメントは、圧入によって内側リング内に収容されるとともに、ネジ端部１の雄ネジと協働する雌ネジを備える。補助工具１７には、第１のナット１２の外周に対応し且つドライブヘッド７によって回転させることができる第２の回転可能な内側輪郭が設けられる。工具３０は、ドライブヘッド７と、補助工具１７と、処理制御ユニット８とから構成される。ワッシャ１６内のセンサは、ＦＭ無線送信器１４を介して、処理制御ユニット８の受信器１５に接続され、また、処理制御ユニット８はケーブル１１を介してドライブヘッド７に接続される。

図４ａ、４ｂは、本発明に係る装置１０、２０、３０を使用してネジ端部１に固定され得るナット３７を示している（図４ａは図４ｂのａ−ａ線に沿う断面で示している）。この場合、センサ１８は弾性磁気材料の環状ストリップから形成され、センサ１８の周囲にはピックアップコイルが巻回され、また、センサ１８はナット３７の外周溝３６内に受けられる。

図５ａ、５ｂは、本発明に係る装置１０、２０、３０を使用してネジ端部１に固定され得る組み付けナット３８を示している（図５ａは図５ｂのａ−ａ線に沿う断面で示している）。この場合、センサ１８は、ナット３８の構成部品３９、４０間の外周チャンネル内に収容される。

図６ａ、６ｂは、図３に示される補助工具１７の内側把持輪郭に対応する把持輪郭２１を備える内側リング１９と、圧入によって内側リング１９内に受けられ且つネジ端部１の雄ネジと協働する雌ネジ２３を備えるネジセグメント２２とから形成される、センサ１８を有する図３のワッシャ１６を示している（図６ａは図６ｂのａ−ａ線に沿う断面で示している）。センサ１８は弾性磁気材料の環状ストリップから形成され、センサ１８の周囲にはピックアップコイルが巻回され、また、センサ１８は、内側リング１９と該内側リングの周囲に密接嵌合する外側リング２４との間に収容される。

図７は、内側ナット２９と外側ナット２６とから組み付けられる組み付けナット２５の軸方向断面を示し、外側ナット２６には、ドライブヘッドの把持輪郭に対応するギザギザ状の縁部２７と、内側ナット２９の雄ネジに対応する雌ネジ２８とが設けられる。この場合、内側ナット２９にも、その上端側に、内側ナット２９を回転しないようにロックする目的のロック要素を内部に挿入するための内側スプライン歯３１が設けられるとともに、その下端側に、ネジ端部に対応する締結用の雌ネジ３２が設けられ、また、部品３４、３５から形成されるワッシャの内側スプライン歯に対応する外側スプライン歯３３が設けられている。この場合、センサ１８が構成部品３４、３５間に封入される。外部トルクを及ぼすことによって正しい方向に外側ナット２６を回転させると同時に、内側ナット２９を回転しないようにロックすると、内側ナット２９がワッシャ３４、３５に対して軸方向に移動すると同時に、内側ナット２９に結合されたネジ端部が軸方向に移動する。この場合、接続のために工作物の表面に対してワッシャ３４、３５により軸方向に及ぼされる力は、センサ１８と該センサに結合される処理制御装置とを使用して非常に正確に決定することができる。

図８ａ、８ｂは、外側ナット２６と、内側ナット２９と、ワッシャ３４、３５とから組み付けられる組み付けナット４１を示している（図８ａは図８ｂのａ−ａ線に沿う断面で示している）。この場合、外側ナット２６には、ドライブヘッド７と協働するスプライン歯２７と、内側ナット２９の雄ネジと協働する雌ネジ２８とが設けられる。この場合、ワッシャ３４、３５およびワッシャに結合される内側ナット２９を回転しないようにロックするために、ワッシャ３４、３５には、その周囲にロック要素を配置するための外側スプライン歯３３と、内側ナット２９の外周の一部の外側スプライン歯３３と協働する内側スプライン歯３３とが設けられる。ワッシャ３４、３５の構成部品３４、３５間にはセンサ１８が封入される。外部トルクを及ぼすことによって正しい方向に外側ナット２６を回転させると同時に、内側ナット２９を回転しないようにロックすると、内側ナット２９がワッシャ３４、３５に対して軸方向に移動すると同時に、内側ナット２９に結合されたネジ端部が軸方向に移動する。この場合、接続のために工作物の表面に対してワッシャ３４、３５により軸方向に及ぼされる力は、センサ１８と該センサに結合される処理制御装置とを使用して非常に正確に決定することができる。

Claims

ネジ端部（１）を有するボルトヘッド（２）またはネジ端部（１）上に配置された第１のナット（１２）を締め付けるための装置（１０、２０、３０）であって、ネジ端部（１）は、少なくとも第１の固定体（３）の穴を通して延びるとともに、第２の固定体（４）のネジ穴（５）に捩じ込まれ、あるいは、第２の固定体（４）の穴を通して延びるとともに、第２のナット（１３）に捩じ込まれ、装置（１０、２０、３０）には、ボルトヘッド（２）または第１のナット（１２）または第２のナット（１３）と協働する把持手段（７、１７）が設けられる、装置（１０、２０、３０）において、前記ボルトヘッド（２）または前記第１のナットにより前記第１の固定体（３）の表面に対して或いは前記第２のナット（１３）により前記第２の固定体（４）の表面に対して前記ネジ端部（１）の軸方向で及ぼされる力に晒されるセンサ手段（１８）によって生成される信号を処理するため、および、前記ボルトヘッド（２）または前記第１のナット（１２）により前記第１の固定体（３）の表面に対して或いは前記第２のナット（１３）により前記第２の固定体（４）の表面に対して前記ネジ端部（１）の軸方向で及ぼされる力を受ける前記ボルトヘッド（２）、前記第１のナット（１２）または前記第２のナット（１３）が締め付けられるような態様で装置（１０、２０、３０）を制御するために処理制御手段（８）が設けられ、センサ手段（１８）は、前記ボルトヘッド（２）または前記第１のナット（１２）と前記第１の固定体（３）との間或いは前記第２のナット（１３）と前記第２の固定体（１３）との間で前記ネジ端部（１）の周囲に配置される環状体（１６、３３、３４）内に収容されることを特徴とする、装置（１０、２０、３０）。
前記センサ手段（１８）によって生成される信号の前記処理制御手段（８）への無線送信のために送信手段（１４、１５）が設けられることを特徴とする、請求項１に記載の装置（１０、２０）。
前記送信手段（１４、１５）が光信号または電気信号を送受信するようになっていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置（１０、２０）。
前記センサ手段（１８）がワッシャ（１６、３４、３５）内に収容され、ワッシャの内径が前記ネジ端部（１）の直径に対応することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１０、２０、３０）。
前記センサ手段（１８）が組み付けワッシャ（１６）の環状部内に収容され、組み付けワッシャ（１６）は、ナット（１２）をこのワッシャ（１６）上に配置されるように締め付けるようになっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（３０）。
前記センサ手段（１８）が組み付けナット（２５）の環状部内に収容され、組み付けナット（２５）は、前記ネジ端部（１）に対して及ぼされるトルクがない場合に前記ネジ端部（１）の軸方向でこのナット（２５）を締め付けるようになっていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１０、２０）。
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の装置（１０、２０、３０）を使用してネジ端部（１）に固定されるべきナット（３７）であって、センサ手段（１８）がナット（３７）の外周面上に配置されることを特徴とするナット（３７）。
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の装置（１０、２０、３０）を使用してネジ端部（１）に固定されるべき組み付けナット（３８）であって、前記センサ手段（１８）が前記ナット（３８）の構成部品（３９、４０）間に収容されることを特徴とする組み付けナット（３８）。
組み付けワッシャ（１６）であって、ネジ端部（１）に対して及ぼされるトルクがない場合にナット（１２）をこのワッシャ（１６）上に配置されるように前記ネジ端部（１）の軸方向で前記ネジ端部（１）に対して固定し、請求項５に記載の装置（３０）と組み合わせて用いるセンサ手段（１８）が設けられる、組み付けワッシャ（１６）。
ネジセグメント（２２）と、把持手段（１７）に対応する把持輪郭を備える内側リング（１９）とから組み付けられ、ネジセグメント（２２）は、圧入によって前記内側リング（１９）内に収容されるとともに、前記ネジ端部（１）の雄ネジと協働する雌ネジ（２３）を備えることを特徴とする、請求項９に記載のワッシャ（１６）。
組み付けナット（２５、４１）であって、ネジ端部（１）に対して及ぼされるトルクがない場合にこのナット（２５、４１）を前記ネジ端部（１）の軸方向でネジ端部（１）に対して締め付け、請求項６に記載の装置（１０、２０）と組み合わせて用いるセンサ手段（１８）が設けられる、組み付けナット（２５、４１）。
外側ナット（２６）と、内側ナット（２９）と、ワッシャ（３４、３５）とから組み付けられ、前記外側ナット（２６）には、把持手段（７）と協働する把持輪郭（２７）と、前記内側ナット（２９）の雄ネジと協働する雌ネジ（２８）とが設けられ、前記内側ナット（２９）には、外側端部に、前記内側ナット（２９）を回転させないようにロックする目的のロック要素を内部に挿入するための内側外周輪郭（３１）が設けられるとともに、他の外側端部に、前記ネジ端部（１）に対応する雌ネジ（３２）が設けられ、前記ワッシャ（３４、３５）の内側軸方向外周輪郭と協働する外側外周輪郭（３３）が軸方向に設けられることを特徴とする、請求項１１に記載のナット（２５）。
外側ナット（２６）と、内側ナット（２９）と、ワッシャ（３４、３５）とから組み付けられ、前記外側ナット（２６）には、把持手段（７）と協働する把持輪郭（２７）と、前記内側ナット（２９）の雄ネジと協働する雌ネジ（２８）とが設けられ、前記ワッシャ（３４、３５）には、前記ワッシャ（３４、３５）を回転させないようにロックする目的のロック要素をその周囲に配置するための外側外周輪郭（２９）が軸方向に設けられるとともに、前記内側リング（１９）の外周の一部の外側軸方向外周輪郭（３３）と協働する内側外周輪郭（３３）が軸方向に設けられることを特徴とする、請求項１１に記載のナット（４１）。
ネジ端部（１）を有する少なくとも２つのボルトヘッド（２）またはネジ端部（１）上に配置された２つの第１のナット（１２）を同時に締め付けるための方法であって、ネジ端部（１）は、少なくとも第１の固定体（３）の穴を通して延びるとともに、第２の固定体（４）のネジ穴（５）に捩じ込まれ、あるいは、第２の固定体（４）の穴を貫通して延びるとともに、それぞれの第２のナット（１３）に捩じ込まれる方法において、ボルトヘッドまたはナット（１２、１３）のそれぞれに関して請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載の装置（１０、２０、３０）を締め付けのために同時に用いることを特徴とする方法。