JP2012531319A - 固定用ねじの締め付け器具 - Google Patents

Abstract

固定用ねじの締め付け器具であって、軸線方向ボアを持つシャンクと、ボアの内部に位置しシャンクに接続されており、一部が固定用ねじの端面を超えて突出するか、端面と面一になるか、または端面よりも奥に配置されたゲージ・ピンと、一部が固定用ねじの端面を超えて突出するか、端面と面一になるか、または端面よりも奥に配置されたゲージ・ピンによって回転可能に支持され、固定用ねじに圧力が加えられていない状態では自在に回転することが可能な一方で、固定用ねじに既定の引張荷重が加えられた場合には回転が固定されるよう構成された指示部とを備えた種類の固定用ねじの締め付け器具を提供するものであり、 固定用ねじは、指示部に隣接するシャンクの端部と結合したヘッドか、あるいは指示部に隣接するシャンクの端部とねじ係合 が可能なナットを備えており、固定用ねじの締め付け器具は、器具内で回転可能に支持され、シャンクに結合されたヘッドまたはシャンクと係合可能なナットを受け入れるための受入部と、受入部を回転させるための装置と、 器具内で回転可能に支持され、使用時においては指示部に対して回転が固定される様に構成された係合部とを備えており、係合部の既定の回転抗力を検知するための装置が含まれることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は固定用ねじの締め付け器具に関するものである。具体的には本発明は、固定用ねじに加わる通常は引張応力である荷重を指示するための手段を含む、固定用ねじの締め付け器具に関するものである。

本装置は、軸線方向ボアを持つシャンクと、一部が固定用ねじの端面を超えて外側に突出する、ボアの内部に位置しシャンクと接続されるゲージ・ピンと、ゲージ・ピンの貫通部によって回転可能に支持され、固定用ねじに圧力が加えられていない状態では自在に回転することが可能な一方で固定用ねじに既定の引っ張り荷重が加えられた場合には固定用ねじの一部と接触することによって回転が固定される支持部とを備えた種類の固定用ねじを締め付けることを主な目的としている。固定用ねじは、指示部に隣接するシャンクの終端に結合されたヘッド（当該技術分野では「スクリュー」として知られる）か、または指示部に隣接するシャンクの終端にねじ係合可能なナット（当該技術分野では「スタッドとナットの組み合わせ」として知られる）を備えている。

ゲージ・ピンと指示部では一般的に、指示部と固定用ねじの端面との間に予め隙間が設けられており、固定用ねじに既定の引張荷重（既定の荷重が加わった固定用ねじの伸長による）が加わり、端面が指示部を十分に圧迫して、回転が（作業者の手などにより）防止された場合に隙間が閉まるように配置されている。

従来、電動工具を用いて固定用ねじの締め付けを行う際、固定用ねじが締まりすぎていないことを確認するため作業者は固定用ねじの締め付け作業中に頻繁に指示部を確認する必要があった。そのような頻度で手動で指示部を確認することにより、各取り付けねじを締めるのに要する時間が増加するという問題がある。加えて、固定用ねじの締め付けの際にねじが締まりすぎていることを作業者に示す手段が存在しないのが現状である。

そこで、本発明は上記の問題を解決する手段を提供することを目的としている。

即ち、本発明の第一の発明は、軸線方向ボアを持つシャンクと、ボアの内部に位置しシャンクに接続されるゲージ・ピンであり、一部が固定用ねじの端面を超えて突出するか、端面と面一になるか、または端面よりも奥に配置されたゲージ・ピンと、一部が固定用ねじの端面を超えて突出するか、端面と面一になるか、または端面よりも奥に配置されたゲージ・ピンによって回転可能に支持され、固定用ねじに圧力が加えられていない状態では自在に回転することが可能な一方で固定用ねじに既定の引張荷重が加えられた場合には固定用ねじの一部と接触することによって回転が固定されるよう構成された支持部とを備えた種類の固定用ねじの締め付け器具を提供するものであり、固定用ねじは、シャンクと結合されたヘッドか、あるいはシャンクとねじ係合が可能なナットを備えており、固定用ねじの締め付け器具は、器具内で回転可能に支持され、固定用ねじに結合されたヘッドまたはシャンクと係合可能なナットを受け入れるための受入部と、受入部を回転させるための装置と、器具内で回転可能に支持され、使用時においては指示部に対して回転が固定される様に構成された係合部とを備えており、係合部の既定の回転抗力を検知するための装置が含まれることを特徴とする。

本発明の更なる特徴は、続く請求項２から４６の範囲から明らかになるであろう。

以下、本発明 の実施例を単なる例示として添付図面を参照して説明する。

本発明の第一の実施形態の側面断面図である。 本発明の第二の実施形態の側面断面図である。

図１には、荷重指示固定用ねじ１０２の締め付け器具１０１の第一の実施形態が示されている。器具１０１は、固定用ねじ１０２（当該技術分野では一般的には「スクリュー」として知られる）によって重ね合わされて締め付けられる平面部１０５や１０６などの部を共に締め付けるために使用することができる。固定用ねじ１０２のヘッド１１１は平面部１０５の露出面に隣接する。ヘッド１１１は、平面部１０５に対してワッシャーを介して作用することも可能である。

一般的に、固定用ねじ１０２のような種類のねじは少なくとも部分的に凹んだシャンク１１０と、シャンク１１０内のゲージ・ピン１２０と、ゲージ・ピン１２０によって回転可能に支持される指示部１２２とを備えている。指示部１２２は固定用ねじ１０２に圧力が加えられていない状態では自在に回転することが可能だが、固定用ねじ１０２に既定の引張荷重が加えられた場合には回転が実質的に固定される。具体的には、固定用ねじ１０２はシャンク１１０とヘッド１１１とを備えており、ヘッド１１１からシャンク１１０の端部１１３に向かって延びる軸線方向ボア１１２が設けられている。固定用ねじ１０２には、軸線方向ボア１１２内に設置され、軸線方向ボア１１２内のねじ下部１２１によって軸線方向ボア１１２の下部１１５に向かってシャンク１１０と結合されたゲージ・ピン１２０が含まれている。ゲージ・ピン１２０の上部１２３の一部１２４はヘッド１１１の端面１１４を超えて外側に向かって突出する。突出部１２４は指示部１２２を回転可能に支持する。指示部１２２は、固定用ねじ１０２に圧力が加えられていない状態では自在に回転することが可能な一方、固定用ねじ１０２に既定の引張荷重が加えられた（つまり一旦必要荷重まで締め付けられた）場合には引張荷重により固定用ねじ１０２が伸長し端面１１４と接触することによって回転が防止されるよう構成されている。このため、指示部１２２により固定用ねじ１０２が十分に締められているかどうかを作業者に通達することができる。

器具１０１は駆動軸１３１を回転可能に支持するハウジング１３０を備えている。駆動軸１３１は、レバー・ラチェット機構１３３によって駆動軸１３１を回転させる油圧駆動シリンダ１３２により回転可能である。油圧ポンプ（図示されていない）から圧送される油圧作動油は管１６０を介して器具１０１に送られる。

駆動軸１３１の自在に動く下端１３８は、固定用ねじ１０２のヘッド１１１を受け入れるための受入部１３４を構成する。受入部１３４（当該技術分野では一般的には「ソケット」として知られる）は、ヘッド１１１の形に対応可能となるよう形成されている。一旦ヘッド１１１が挿入されると、ヘッド１１１および受入部１３４の回転は互いに固定される。ヘッド１１１には多様な形が存在するため、特定の固定用ねじ１０２に応じた適切な形状の受入部１３４を選択する必要があることは、当分野における技術者に理解されるであろう。図１から明らかになるように、受入機構の形状が異なっても互換性を確保するため、受入部１３４は駆動軸１３１の駆動要素１３６と取り外し可能に接続することができる。

また、器具１０１には、指示部１２２を受け入れるための、係合軸１４２の下端１４８によって回転可能かつ伸縮可能に支持される係合部１４０が含まれる。係合軸１４２は駆動軸１３１内の軸線方向の開口１３７と同軸かつ同心円をなし、開口１３７を通って延びている。係合部１４０は、下端１４８上の圧縮状態にある圧縮ばね１４３によって、軸線方向の開口１３７の一部からベアリング１４６内の凹み１４５までを介して受入部１３４内の凹み１３５から伸縮可能である。

係合部１４０には指示部１２２の形状に応じて形成された凹み１４１が設けられている。一旦凹み１４１内に指示部１２２が受け入れられると、指示部１２２および係合部１４０の回転は互いに固定される。指示部１２２には多様な形が存在するため、特定の固定用ねじ１０２に応じた適切な形状の係合部１４０を選択する必要があることは、当分野における技術者に理解されるであろう。このため、係合部の形状が異なっても互換性を確保するために、指示部１４０は係合軸１４２と取り外し可能に接続することができる。

係合軸１４２の上端１４９は、クラッチ１５０を介して駆動軸１３１の上端１３９に接続される。クラッチ１５０は好ましくはエンコーダ１７０のエンコーダシャフト１７１とも接続される電磁クラッチである。このように、駆動軸１３１および係合軸１４２は固定用ねじ１０２の締め付け時に共に回転する。

器具１０１には係合部１４０の既定の回転抗力を検知するための装置として、角度またはロータリーエンコーダ１７０が備えられている。エンコーダ１７０は、ニードルベアリング構造またはボールベアリング構造を持つトルク・リミッターや光伝達原理を含む従来の数種類の方法によって作動させることができる。エンコーダ１７０はハウジング１３０の上部に接続されており、駆動軸１３１と係合軸１４２との間の相対的な回転を検出し計測できるよう構成されている。相対的な回転は、係合部１４０の回転力がクラッチ１５０のベアリング機構１５２における既定の回転抗力を上回った場合に発生する。また角度エンコーダ１７０は、駆動軸１３１に対する係合軸１４２の回転角が既定値に達した際に駆動軸１３１の回転を停止させるための信号を、導線１７５を介して駆動軸１３１の回転を制御するコントローラに送信するよう構成されている。回転角は、係合軸１４２と駆動軸１３１との間の相対的な回転の実質的な中断として計測することが可能である。

器具１０１の動作は後述する通りである。固定用ねじ１０２の締め付けを開始するため、ヘッド１１１が受入部１３４に挿入されるよう器具１０１が配置される。図１では、受入部１３４はヘッド１１１と部分的にしか係合しておらず、指示部１２２が挿入されている係合部１４０におけるばね１４３の圧縮は比較的小幅なもの（第二の実施形態と比較した場合）であるように見えるかもしれない。器具１０１では、リミットまたは近接スイッチによりこの係合を検出し、音またはＬＥＤによる光を発することが可能である。こうした音または光により、器具１０１は固定用ねじ１０２と適切に係合しており、締め付けが開始可能であることを作業者に伝達することができる。

続いて、ラチェット機構１３３から管１６０を介して伝達される油圧により駆動軸１３１が回転し、クラッチ１５０を介して係合軸１４２が回転を開始する。駆動軸１３１の回転により固定用ねじ１０２が回転し、締め付けが行われる。係合軸１４２の回転により、係合部１４０および指示部１２２が回転する。

固定用ねじが一旦十分に締め付けられると、指示部１２２の回転は端面１１４との摩擦係合により固定され、これにより固定用ねじ１０２に対する指示部１２２そして受入部１４０の回転が実質的に防止される。しかし、駆動軸１３１は係合軸１４２に対して回転し続ける。これにより係合軸１４２の角回転が行われる。回転角はクラッチ１５０を介して角度エンコーダ１７０により検出される。一旦既定の回転に達すると、クラッチ１５０が空転を始めることにより係合軸１４２および駆動軸１３１の係合が解除される。エンコーダ１７０は導線１７５とスイッチ１７２を介して、駆動軸１３１の回転を減速、停止または減速して停止させるための信号をコントローラに送信する。これにより、固定用ねじ１０２の締め付け中に締め過ぎていないことを確認するため作業者が指示部１２２を頻繁に調べることなく、固定用ねじ１０２を既定の引張荷重まで適切に締め付けることが可能となる。そこで、器具１０１は、締め付け作業中に係合軸１４２と駆動軸１３１との間の相対的な回転が実質的に停止したことを検出し、それに対応する自動締め付け動作を実現する。

実際の使用においては、既定の引張荷重に実質的に達した際にラチェット機構１３３により減速、停止または減速して停止が行われる。受入部１３４および係合部１４０は別々の軸である、駆動軸１３１および係合軸１４２によってそれぞれ支持されている。角度エンコーダ１７０を用いることも可能な検出装置により、駆動軸１３１と係合軸１４２における既定の回転角およびねじれ荷重のどちらかを検出することにより既定の抗力を決定する。検出装置はさらに、駆動軸１３１と係合軸１４２との間の相対的な回転の停止を基に既定の抗力を検出することも可能である。

ラチェット機構１３３は油圧で作動するが、空気圧、電気または手動で作動させることも可能である。係合部１４０は、受入部１３４内の開口１３７を通って延びている係合軸１４２の下端１４８によって支持される。さらに器具１０１では、係合部１４０および受入部１３４は共通軸を中心として相互に依存しつつ同方向に回転可能である。受入部１３４に対する係合部１４０の回転はクラッチ１５０を介して固定されている。クラッチ１５０は実質的に既定の引張荷重における実質的に既定の抗力で滑るように構成されている。

図２は、第二の実施形態である、荷重指示固定用ねじ１０２の締め付け器具２０１を示す。器具２０１の構成部品は図1の器具１０１と実質的に共通している。参照番号に１００が加えられていること以外は同一の参照番号が使用される。コントローラ(図示されていない）によって、作業者は少なくとも本発明の第一の実施形態の器具１０１と第二の実施形態の器具２０１の中から選択することができる。

器具２０１は、固定用ねじ２０２（当該技術分野では一般的に「スタッドとナットの組み合わせ」として知られる）によって重ね合わされて締め付けられる平面部２０５や２０６などの部を共に締め付けるために使用することができる。固定用ねじ２０２の第一のナット２１１は平面部２０５の露出面に隣接する。固定用ねじ２０２の第二のナット２１６は平面部２０６の露出面に隣接する。ナット２１１と２１６は、平面部２０５および２０６に対してワッシャーを介して作用することが可能である。

一般的に、固定用ねじ２０２の種類のねじは少なくとも部分的に凹んだスタッド２１０と、スタッド２１０内のゲージ・ピン２２０と、ゲージ・ピン２２０によって回転可能に支持される指示部２２２とを備えている。指示部２２２は固定用ねじ２０２に圧力が加えられていない状態では自在に回転することが可能だが、固定用ねじ２０２に既定の引張荷重が加えられた場合には回転が実質的に固定される。

具体的には、スタッド２１０の端面２１７からスタッド２１０の端部２１８の方向に向かって延びる軸線方向ボア２１２が設けられている。ゲージ・ピン２２０は軸線方向ボア２１２内に配置されており、軸線方向ボア２１２内のねじ下部２２１によってスタッド２１０と（軸線方向ボア２１２の下部２１５に向かって）結合されている。ゲージ・ピン２２０の上部２２３の一部２２４は端面２１７を超えて外側に向かって突出している。突出部２２４は指示部２２２を回転可能に支持する。指示部２２２は、スタッド２１０に圧力が加わっていない状態では自在に回転できるよう構成されている。スタッド２１０に既定の引張荷重が加わっている（つまり一旦ナット２１１が必要荷重まで締め付けられた）場合、スタッド２１０が伸長して端面２１７と接触することにより指示部２２２の回転が固定される。このため、指示部２２２は固定用ねじ２０２が十分に締められているかどうかを作業者に通達することができる。

係合軸２４２の上端２４９は、クラッチ２８０を介してハウジング２３０の上端に接続される。エンコーダ２８２にも接続されるクラッチ２８０は好ましくは電磁クラッチである。このように、駆動軸２１３は係合軸２４２と接続されない。代わりに、固定用ねじ２０２の締め付け時において係合軸２４２は駆動軸２１３の回転に対して自在に動くことができる。

エンコーダ２８２は、ニードルベアリング構造またはボールベアリング構造を持つトルク・リミッターや光伝達原理を含む数種類かの従来の方法によって作動させることができる。エンコーダー２８２はハウジング２３０の上部に接続されており、駆動軸２３１と係合軸２４２との間の相対的な回転を検出し計測できるよう構成されている。相対的な回転は、係合部２４０の回転力がクラッチ２８０のベアリング機構１５２の既定の回転抗力を上回った場合に発生する。また角度エンコーダー２８２は、駆動軸２３１に対する係合軸２４２の回転角が既定値に達した際に駆動軸２３１の回転を停止させるため、導線２７５を介して駆動軸２３１の回転を制御するコントローラに信号を送信するよう構成されている。回転角は、係合軸２４２と駆動軸２３１との間の相対的な回転の実質的な開始として計測することが可能である。

器具２０１の動作は後述する通りである。固定用ねじ２０２の締め付けを開始するため、第二のナット２１１が受入部２３４に挿入されるよう器具２０１が配置される。上記の状態において、係合部２４０には指示部２２２が挿入され、ばね２４３は第一の実施形態の器具１０１よりも比較的圧縮された状態となる。

駆動軸２３１には器具１０１と同様に回転が与えられ、ナット２１１を回転させることによりスタッド２１０を締め付け伸長させる。係合軸２４２、係合部２４０および指示部２２２は動きが比較的少ない。

一旦スタッド２１０がナット２１１によって十分に締め付けられると、端面２１７との摩擦係合によりスタッド２１０に対する指示部２２２の回転が固定される。その結果クラッチ２８０が滑り、駆動軸２３１および係合軸２４２が係合される。続いて、係合部２４０は係合軸２４２と共に回転を開始する。回転は角度および/またはロータリーエンコーダ２８２によって検出される。エンコーダ２８２は導線２７５とスイッチ２８４を介して、駆動軸２３１の回転を減速、停止または減速して停止させるための信号をコントローラに送信する。これにより、固定用ねじ２０２の締め付け中に、ねじを締め過ぎていないことを確認するため作業者が指示部２２２を頻繁に調べることなく、固定用ねじ２０２を既定の引張荷重まで適切に締め付けることが可能となる。そこで、器具２０１は、締め付け作業中に係合軸２４２と駆動軸２３１との間の相対的な回転が実質的に開始したことを検出し、それに対応する自動締め付け動作を実現する。

図１の器具１０１と比較すると、器具２０１は、実質的に既定の引張応力における係合部２４０の既定の回転抗力を検出するための検出装置である角度エンコーダ２８２を備えている。固定用ねじ２０２はスタッドとナットの組み合わせであるため、係合部２４０は更に実際の使用において、固定用ねじ２０２に対して自在に回転できるように構成されている。検出装置はさらに、駆動軸２３１と係合軸２４２との間の相対的な回転の開始を基に既定の抗力を検出することも可能である。係合部２４０および受入部２３４は実質的に既定の引張荷重に達するまで共通軸を中心として相互に独立しつつ同方向に回転可能である。受入部２３４に対する係合部２４０の回転はクラッチ２８０によって固定されない。クラッチ２８０は駆動軸２３１および係合軸２４２を実質的に既定の引張荷重において滑らせ、係合させるよう構成されている。

ここで注意すべきことは、器具２０１は固定用ねじ１０１を締め付けるために使用することも可能である、ということである。同様に、器具２０２を用いて固定用ねじ２０１を締め付けることも可能である。

本発明の器具の第三の実施形態（図示されていない）では、器具はモータ、電流検出手段および回転角検出手段を含むことも可能である。電動モータに流れる電流を検出するための電流検出手段（電流計など）と、係合軸と駆動軸との間の相対的な回転角を検出するための回転角検出手段（ロータリーエンコーダなど）を本発明の第三の実施形態に使用することが可能である。係合軸の上端は電磁クラッチとギアボックスを介して電動モータとロータリーエンコーダに接続されている。各部の電源は電力線によって供給される。

駆動軸は油圧によって回転する。それと同時かまたは直後に、係合軸そして係合部はモータにより低速で回転（駆動軸と同方向または逆方向）を始める。駆動軸の回転により固定用ねじが回転し、締め付けが行われる。モータによる係合軸の回転により、係合部および指示部が回転する。

一旦固定用ねじが十分に締め付けられると、固定用ねじとの摩擦係合により指示部の回転が固定され、固定用ねじに対する指示部の回転は実質的に固定される。これによって係合軸の回転が実質的に固定されることにより、モータの出力が増大する。増大したモータ出力によりねじれ荷重が発生するため電磁クラッチが滑り、従ってスイッチが反転する。電磁クラッチは、必要な引張荷重に相当する既定のねじれ荷重が固定用ねじ内に一旦加わると滑るよう較正されている。クラッチの滑りはロータリーエンコーダによって検出される。ロータリーエンコーダはラチェット機構およびモータに、駆動軸および係合軸の回転を減速、停止または減速して停止させるための信号をコントローラを通して送信する。これにより、固定用ねじの締め付け中に締め過ぎていないことを確認するため作業者が指示部を頻繁に調べることなく、固定用ねじを既定の引張荷重まで適切に締め付けることが可能である。そこで、本システムは、締め付け作業中の係合軸と駆動軸との間の相対的な回転が実質的に停止したことを検出し、それに対応する自動締め付け動作を実現する。

本発明で使用されている機械的なクラッチには、一対の対向するクラッチ板、および一方のクラッチ板を他方に圧接するための偏向手段（圧縮ばねなど）を使用することが可能である。係合軸に作用する回転角またはねじれ荷重が既定の抗力よりも弱い場合、クラッチ板は機械的に係合し、ラチェット機構からの油圧により駆動軸は回転を続ける。他方で、係合軸に作用する回転または荷重が既定の抵抗値と同一になるか、またはそれ以上となった場合、一方のクラッチ板が他方に対して空転することにより軸を駆動するための油圧が遮断される。ここで注意することは、偏向手段による圧力、または軸受手段は好ましくはクラッチ機構が作動する既定値に調整することが可能である。また、他の種類の機械クラッチあるいは電磁クラッチを本発明の他のシステムに使用することも可能である。

本発明の器具は、マイクロコンピュータを備えた制御ユニットによって制御することも可能である。マイクロコンピュータには単一のチップに統合されたＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびＩ／Ｏを含めることが可能である。マイクロコンピュータのＲＯＭには、ラチェット機構（器具１０１や２０１などの場合）を自動的に停止させるか、またはラチェット機構とモータ駆動（第三の実施形態におけるシステムなどの場合）を自動的に停止させるための制御プログラムが保存されている。制御ユニットはマイクロコンピュータに加えてメモリを含むことも可能である。メモリには、固定用ねじの指示部における抵抗値の設定範囲、クラッチの作動抵抗値の設定範囲、駆動軸に対する係合軸の相対的な回転角設定範囲（エンコーダ向け）、および/または指示部の抵抗値に相当する電流の設定範囲（モータ向け）を保存することが可能である。

油圧ポンプスイッチ、リミットまたは近接スイッチ、第一および第二のクラッチ動作検出スイッチ、および第一および第二の回転角検出センサーをマイクロコンピュータに接続し、信号を入力することが可能である。電源は、電源回路ユニットを介してマイクロコンピュータに接続される。電源からの電力は、電源回路ユニットによりマイクロコンピュータ向けの電力に変換され、マイクロコンピュータに供給される。

第三の実施形態では、電源はおそらくモータ駆動半導体スイッチによってモータに接続され、モータを駆動するための電流を供給する。ここで注意すべきことは、モータにはＤＣモータを、半導体スイッチには電源からの直流を三相電流に変換するためマイクロコンピュータによるＰＷＭ制御を用いることが可能である、ということである。半導体スイッチは電源検出ユニットを介して電源に接続することが可能である。電流検出ユニットは、半導体スイッチを介してモータに流れる電流を検出する。電流検出ユニットによって検出された電流値がマイクロコンピュータに入力される。一旦既定のねじれ荷重および電流値に達すると、駆動軸および係合軸の回転を減速、停止または減速して停止させるための信号をロータリーエンコーダがコントローラを介してモータに送信される。

ここで注意すべきことは作業管理者は、固定用ねじの指示部における抵抗値の設定範囲、クラッチの作動抵抗値の設定範囲、駆動軸に対する係合軸の相対的な回転角設定範囲（エンコーダ向け）、および/または指示部の抵抗値に相当する電流の設定範囲（モータ向け）を設定し、メモリ内に保存することが可能である、ということである。上記の指示値は、本発明の器具にケーブルを介してまたはワイヤレスで接続される外部入力機器（パーソナルコンピュータなど）を操作することにより、自動締め付け作業に応じて設定し保存することが可能である。また上記の指示値は、システムのテストを行い、締め付け作業の際にテスト結果の値をそれぞれ保存することによって決定することも可能である。続いて、保存された指示値の平均値や設定範囲などの統計的に処理された値を設定しメモリに保存することが可能である。

第三の実施形態に関して述べると、固定用ねじが既定の引張荷重に達している、および/または荷重を保持しているかどうかを決定するための、本発明のテスト手段/器具（図示されていない）には、器具内で回転可能に支持され、実際の使用において指示部に対して回転が固定されるよう構成された係合部と、係合部の回転を開始させるための装置と、および係合部における既定の回転抗力を検出するための装置とを含めることが可能である。

テスト器具には本発明の締め付け器具よりも部品点数が少ない独立型の器具を用いることが可能なことは、理解されるべきである。あるいは、テスト器具は本発明の締め付け器具の独立または一体化した一部とすることも可能である。テスト器具が締め付け器具に一体化している場合、作業者は締め付け作業を行うか、またはテストを実施するかどうかを選択することが可能である。

締め付け、テストおよび管理を行うための手段/器具を用いた、締め付け作業の管理、テスト、および固定用ねじの操作を管理するための管理器具/システムを使用することも可能である。例えば、管理システムには互いに通信可能に接続された締め付け器具、テスト器具および管理器具（パーソナルコンピュータなど）を含めることが可能である。あるいは、管理システムには締め付け、テストおよび管理のための器具を複数含めることも可能である。管理システムには、既定の指示値に達したかどうかを決定するための手段/器具（マイクロコンピュータ、マイクロプロセッサーなど）を含めることも可能である。また、管理システムには作業管理情報をメモリに保存するための手段を含めることもできる。指示値に達したことを決定手段が決定すると、締め付け、テストおよび管理のための器具における通信手段により決定結果が送信される。締め付け作業においては、管理システムは続いて、固定用ねじの回転を減速、停止または減速して停止させるための信号を送信することが可能である。テスト作業においては、管理システムは続いて、固定用ねじの締め付け、または再締め付けを行うよう締め付け器具に信号を送信することが可能である。管理システムのメモリには、締め付け、テストおよび管理のための器具における通信手段によって送信された決定結果が保存される。固定用ねじの締め付け、複数の固定用ねじの同時締め付け、固定用ねじのテスト、複数の固定用ねじの同時テスト、固定用ねじの締め付基準の決定、一定の作業期間における締め付けおよびテスト作業のデータの保存、および締め付け器具とテスト器具の部品の摩耗度の決定を含む複数の管理作業を実行することが可能であるのは理解されるべきである。

複数の固定用ねじを同時に締め付けるための締め付け器具には、反応アダプタおよび/または反応ハブによって互いに係合および/または取り付けられた、それぞれ駆動軸を持つ複数の締め付け器具を含めることが可能である。反応アダプタは、締め付け器具と係合した際に駆動軸を中心として回転可能な第一の応力伝達要素、および第一の応力伝達要素と係合した際に少なくとも第一の要素の末端部に沿って伸縮が可能な第二の応力伝達要素を含む。第二の締め付け器具と係合した際、第二の要素は第二の締め付け器具の駆動軸を中心として回転可能となる。ここで注意することは、第一および第二の両要素はそれぞれの締め付け器具の駆動軸から実質的に垂直に延びる、ということである。反応アダプタによって２台の締め付け器具を同時に使用することが可能となる。一方、反応ハブによって３台以上の締め付け器具を同時に使用して3個以上の固定用ねじを締め付けることが可能になる。

本発明の締め付け器具は、固定用ねじの引張荷重が既定値に達したことを示す、回転可能な指示部材を備えた様々な異なる種類の荷重指示固定用ねじに用いることができるのは理解されるべきである。それらの固定用ねじは、米国特許第4,525,114号（欧州特許第0049537号に相当）および米国特許第5,222,849号（欧州特許第0626043号に相当）に例示されており、それらの全体が本明細書に参考として組み込まれる。これらの例には、ねじ、スタッド、ボルト、スタッドおよびナットの組み合わせ、およびボルトとナットの組み合わせが含まれる。回転可能な指示部と共に使用可能な固定用ねじの他の形状および構成は当技術分野でよく知られており、それらには凹みを持つ２つ以上の異なる形状および構成のボアを備えた固定用ねじと、スレッド、接着剤、圧着および他の手段によってシャンクに固定されたゲージ・ピンと、シャンクの上部、下部および中間部に固定されたゲージ・ピンと、およびキャップ、ディスク、カップ、ツール係合手段、脚、肉抜き穴および他の回転可能構造を含む、一部が固定用ねじの終端面を超えて突出するか、終端面と面一になるか、または終端面よりも奥に配置された指示部とが含まれる。

一般的にはそうした固定用ねじには、シャンク、固定用ねじの締め付け時におけるシャンクの伸長を計測するための測定手段、およびシャンクに結合されたヘッドまたはシャンクとねじ係合が可能なナットが含まれる。更に具体的にはそうした固定用ねじは、少なくとも部分的に凹んだシャンクと、シャンク内のゲージ・ピンと、ゲージ・ピンによって回転可能に支持される指示部とを備えている。指示部は固定用ねじに圧力が加えられていない状態では自在に回転することが可能だが、固定用ねじ/シャンクに既定の引張荷重/伸長が加えられた場合には回転が実質的に固定される。更に、そうした固定用ねじには、シャンクの他方の端面に向かって端面から完全に、あるいは部分的に延びる軸線方向ボアと、実質的にボア内に位置し、シャンクに結合され、一方の終端面を超えて突出するか、終端面と面一になるか、または終端面よりも奥に配置されたゲージ・ピンと、および固定用ねじに圧力が加えられていない場合はゲージ・ピンのみと接触し、固定用ねじ/シャンクに既定の締め付け荷重/伸長が加えられている場合はゲージ・ピンおよび固定用ねじまたは器具の一部と接触する指示部とが含まれる。

ここで注意すべき事は、作業者が選択した固定用ねじの特徴の組み合わせに応じて適切な形状の係合部を選択する必要がある、ということである。係合部には、シャンク無しで、またはシャンク有りの状態、あるいはシャンク内にて指示部が挿入される場合がある。例えば、作業者はヘッドに凹みを設けたねじ、凹み内のボア、凹み底面と面一にあるゲージ・ピン、あるいはマイナスドライバーを使用するゲージ・ピンを選択する可能性がある。上記の場合、係合部にはカップ構造ではなく、マイナスドライバーのものを用いる。

本発明のシステムは、アルミニウム、鉄、他の金属、合金、および/または非金属を含む他の合金など、適した材料であればどの材料を用いても製造することが可能であることは理解されるべきである。

本発明のシステムは、固定用ねじ、締め付け器具、テスト器具および管理器具を含めることが可能であることは理解されるべきである。

一般的には締め付け器具は、シャンクと係合可能なナットに接続されたヘッドを、またはシャンクと係合可能なナットを受け入れるための手段と、受入手段を回転させるための手段と、器具を計測手段の一部と係合させるための手段と、およびシャンクの引張荷重/伸長が既定値に達したことを検出するための手段とを備えることができる。更に具体的には前述のような固定用ねじの締め付け器具は、締め付けねじの一部を受け入れるための、器具内で回転可能に支持された受入部と、受入部を回転させるための装置と、器具内で回転可能に支持され、使用時においては指示部に対する回転が固定された係合部と、および係合部の既定の回転抗力を検出するための検出装置とを備えることができる。受入部を回転させるための装置は、実質的に既定の引張荷重/伸長における実質的に既定の抗力において、減速、停止または減速して停止する。受入部を回転させるための装置には、空気圧、電気、油圧または手動による駆動のいずれかを用いることができる。

受入部および係合部を別々の軸によって支持することが可能であり、検出装置は角回転、ねじれ荷重、軸の相対的動作の開始、停止または開始と停止を検出することにより、既定の抗力/引張荷重/伸長を計ることができる。受入部および係合部は共通軸を中心として相互に独立または依存しつつ同方向または逆方向に回転可能とすることができる。受入部および係合部が相互に独立して回転可能な場合、係合部を回転させるためのモータなどの装置が器具に装備される場合がある。受入部に対する係合部の回転はクラッチ１５０を介して固定されているか、または自在に回転可能である。クラッチは実質的に既定の引張荷重/伸長における実質的に既定の抗力で滑るように構成されている。係合部は、受入部の開口を通って延びる軸の端部によって支持することが可能である。

固定用ねじを管理するための器具は、固定用ねじを締め付けるための手段と、固定用ねじをテストするための手段と、締め付けおよびテスト手段および/または固定用ねじを管理するための手段とを含むことが可能である。締め付け、テストおよび管理のための手段は、相互に通信するための手段を備えることが可能である。締め付け手段には、既定の指示値を検出するための手段を含めることも可能である。さらに管理手段には、既定の指示値に達したかどうかを検出するための手段と、作業管理情報をメモリに保存する手段とを含めることが可能である。

本発明の締め付け器具を用いて自動的に固定用ねじを締め付ける手段の一例には、次の手順が含まれる。まず、固定用ねじに締め付け用具が取り付けられる。次に、締め付け器具が固定用ねじに取り付けられる。固定用ねじの指示部は締め付け器具の係合部と係合する。そして、締め付け器具によって固定用ねじに回転が与えられる。検出装置によって、実質的に既定の引張荷重/伸長における、係合部の既定の回転抗力が検出される。その際、締め付け器具は締め付け回転を減速、停止または減速して停止させる。

本発明のテスト器具を用いて自動的に固定用ねじをテストする手段の一例には、次の手順が含まれる。固定用ねじの指示部はテスト器具の係合部と係合する。次に、係合部を回転させる装置が起動する。検出装置によって、実質的に既定の引張荷重/伸長における、係合部の既定の回転抗力が検出される。その際、テスト器具は係合部の締め付け回転を減速、停止または減速して停止させる。

本明細書および請求項において使用された、“からなる”、“構成されている”の用語、およびそれらの他の表現には、記述された機能、手順あるいは整数が含まれるものとする。それらの用語および表現は他の機能、手順あるいは構成要素の存在を排除するよう解釈されるものではないことは明らかである。

特定の形式または開示される機能を実行するための手段、または開示される結果を達成するための方法あるいは手順に沿って表記された上述の説明、または続く請求項、または付随する図によって開示された本発明の特徴は、本発明の他の形態を実現するために必要に応じて、個別にあるいは組み合わせて使用され得る。

Claims (46)

1. 固定用ねじの締め付け器具であって、
   軸方向穴を持つシャンクと、
   穴の内部に位置し、シャンクに接続されており、一部が固定用ねじの端面から突出しているか、端面と同一平面か、それよりもへこんでいるゲージピンと、
   ゲージピンよりも突き出ているか、それと同一平面か、それよりもへこんでいる部分に回転可能で支えられ、ファスナーが応力を受けていない状態では自由に回転するが、ファスナーが前もって決められた引張り荷重を受ける場合に、回転に対して保持されるよう構成された指示部とを備え、
   回転可能に支持され、シャンクに結合されたヘッド、またはシャンクとかみ合うナットを受けるための受入部と、
   回転可能に支えられ、使用中に、指示部に対して回転が固定されるように構成された係合部と、
   係合部の回転効力を感知する装置とを含み、
   前記固定用ねじは、シャンクに結合されたヘッドを有するか、シャンクにねじでかみ合わせできるナットを有している、締め付け器具。
2. 受入部が心棒で支えられ、係合部が心棒で支えられ、受入部の心棒と係合部の心棒が同軸であり、係合部の既定の回転効力を検知するための装置が、受入部の心棒と係合部の心棒の間の相対運動の開始か停止、又は相対運動の開始と停止の両方を検知する、請求項１に記載の締め付け器具。
3. 係合部が心棒で支えられ、係合部の既定の回転効力を検知するための装置が前記心棒でねじれ角を検知する、請求項１に記載の締め付け器具。
4. 係合部が心棒で支えられ、係合部の既定の回転効力を検知するための装置が、前記心棒におけるねじり負荷を検知する、請求項１に記載の締め付け器具。
5. 前記係合部に既定の回転効力が加わった場合に滑るように構成されているクラッチを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の締め付け器具。
6. 前記係合部および前記受入部が共通軸を中心として互いに独立するか、依存して回転可能である、請求項１から５のいずれか一項に記載の締め付け器具。
7. 係合部および受入部が共通軸を中心として互いに独立して回転可能であるように係合部の回転を生じさせるための追加装置を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の締め付け器具。
8. 前記係合部と前記受入部が同方向か逆方向に回転可能である、請求項１から７のいずれか一項に記載の締め付け器具。
9. 前記係合部は前記受入部に対して回転がクラッチによって固定され、前記クラッチが既定の回転抗力が係合部に加わった際に滑るよう構成されている、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の締め付け器具。
10. 前記係合部が、シャンクなし、シャンク付き、又はシャンク内で前記指示部を受ける、請求項１から９のいずれか一項に記載の締め付け器具。
11. 前述の請求による装置であり、その点で、係合部が、受入部の内部に配置される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の締め付け器具。
12. 前記係合部が、前記受入部内の開口を通って延びている心棒の端部で支持される、請求項１から１１のいずれか一項に記載の締め付け器具。
13. 受入部の回転を生じさせるための装置が、空気圧、油圧、電気、又は手動のいずれかによって駆動される、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の締め付け器具。
14. 前記係合部に既定の回転効力が加わった場合に、受入部の回転を生じさせるための装置が、減速、停止、または減速して停止する、請求項１から１３のいずれか一項に記載の締め付け器具。
15. 固定用ねじを試験するための装置であって、
    軸方向穴を持つシャンクと、
    穴の中に位置し、シャンクに結合され、一部が固定用ねじの端面から突き出ているか、それと同一平面か、それよりもへこんでいるゲージピンと、
    ゲージピンの突き出ているか、それと同一平面か、それよりもへこんでいる部分に回転可能に支持され、応力を受けていない状態では自由に回転する一方で固定用ねじに既定の引張荷重が加えられた場合には、回転が固定されるよう構成された指示部を備え、
    回転可能に支えられ、使用時には、指示部に対して回転を固定されるように構成された係合部と、
    係合部の回転を生じさせる装置と、
    係合部の回転効力を検知する装置を含む、試験装置。
16. 前記係合部が心棒で支えられ、前記係合部の既定の回転効力検知するための前記装置が、上記の心棒と上記締め付け器具の一部の間で相対運動の停止を検知する、請求項１５に記載の試験装置。
17. 前記係合部は前記心棒で支えられ、前記係合部の既定の回転効力を検知するための前記装置が、前記心棒のねじれ角を検知する、請求項１５に記載の試験装置。
18. 前記係合部が前記心棒で支えられ、前記係合部の既定の回転効力を検知するための前記装置は、前記心棒でのねじり負荷を検知する、請求項１５に記載の試験装置。
19. 前記係合部に既定の回転効力が加わった場合に滑るように構成されたクラッチを含む、請求項１５、１６、１７または１８に記載の試験装置。
20. 前記係合部がクラッチによって受入れ部に対して回転が固定され、前記係合部に既定の回転効力が加わった場合に、前記クラッチがすべるように構成される、請求項１５、１６、１７、１８または１９に記載の試験装置。
21. 前記係合部が、シャンクなし、シャンク付き、又はシャンク内で前記指示部を受ける、請求項１５、１６、１７、１８、１９または２０に記載の試験装置。
22. 係合部に既定の回転効力が加わった場合に、係合部の回転を生じさせるための装置が、減速、停止、または減速して停止する、請求項１５、１６、１７、１８、１９、２０または２１に記載の試験装置。
23. シャンクと、固定用ねじを締めつけている間にシャンクの伸びを測定するための手段を備え、前記固定用ねじは、シャンクに結合されたヘッドか、またはシャンクとねじ係合可能なナットを有する、固定用ねじの締め付け器具であって、
    シャンクに結合されたヘッドを受けるか、シャンクとかみ合わせ可能なナットの受入手段と、受入手段の回転を生じるための手段と、測定手段の一部とかみ合わせるための手段と、シャンクが既定の伸長に達した場合に、検知するための手段を備えている、締め付け器具。
24. シャンクの測定手段が、軸方向穴の中に位置し、シャンクに結合され、一部がシャンクの端面から突き出ているか、それと同一平面か、それよりもへこんでいる、ゲージピンと、ゲージピンの突き出ているか、それと同一平面か、それよりもへこんでいる部分に回転可能に支えられた指示部とを備えており、指示部は、シャンクが応力を受けていない場合は、自由に回転する一方、シャンクが既定の伸長に達した場合には、指示部は回転が固定される、請求項２３に記載の器具。
25. 係合手段が、前記締め付け器具の中で回転可能に支えられ、使用時には、測定手段の一部に対して回転が固定される、請求項２３および２４に記載の器具。
26. 受入手段が心棒で支えられ、係合手段が心棒で支えられ、受入手段の心棒と係合手段の心棒が同軸であり、シャンクが既定の伸びに達した場合に検知するための手段は、受入手段の心棒と係合手段の心棒の間で、相対運動の開始か停止、または相対運動の開始と停止の両方のいずれかを感知する、請求項２３、２４および２５に記載の器具。
27. 前記係合手段が心棒で支えられ、前記シャンクが既定の伸びに達した場合に検知する前記検知手段は、前記心棒の角度のあるねじれを感知する、請求項２３、２４、２５および２６に記載の器具。
28. 前記係合手段が心棒で支えられ、前記シャンクが既定の伸長に達した場合に検知する検知手段は、前記心棒のねじれ負荷を検知する、請求項２３、２４、２５、２６および２７に記載の器具。
29. 前記シャンクが既定の伸長に達した場合に、クラッチがすべるように構成された手段を含む、請求項２３、２４、２５、２６、２７および２８に記載の器具。
30. 前記係合手段と受入手段が、共通軸を中心に互いに独立するか、または依存した状態で回転可能である、請求項２３、２４、２５、２６、２７、２８および２９に記載の器具。
31. 前記係合手段と受入手段が、共通軸を中心として互いに独立して回転可能となるようによう前記係合手段を回転させるための手段を含む、請求項２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９および３０に記載の器具。
32. 前記係合手段と受入手段が、同方向か、あるいは逆方向に回転可能である、請求項２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０および３１に記載の器具。
33. 前記の係合手段がクラッチ手段によって受入手段に対して回転が固定され、前記係合部に既定の回転効力が加わった場合に、上記のクラッチ手段がすべるように構成されている、請求項２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１および３２に記載の器具。
34. 前記の係合手段がシャンクなしか、シャンク付きか、シャンク内のいずれかで前記測定手段の一部を受ける、請求項２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２および３３に記載の器具。
35. 前記係合手段が受入手段の中に配置されている、請求項２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３および３４に記載の器具。
36. 前記係合手段が前記受入れ手段の中の開口を通って延びている心棒の先端で支持される、請求項２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５および３６に記載の器具。
37. 前記受入手段の回転手段が空気圧、油圧、電気、あるいは手動のいずれかによって駆動される、請求項２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５および３６に記載の器具。
38. 前記シャンクが既定の伸長に達した場合に、受入手段を回転させるための装置が減速、停止、あるいは減速して停止する、請求項２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、３０、３１、３２、３３、３４、３５、３６および３７に記載の器具。
39. 軸方向穴を持つシャンクと、
    軸の中に位置し、シャンクに結合され、一部が固定用ねじの端面から突き出ているか、それと同一平面か、それよりもへこんでいる、ゲージピンの部分と、
    ゲージピンの突き出ているか、それと同一平面か、それよりもへこんでいる部分に回転可能に支えられた指示部を備え、
    指示部は、シャンクが応力を受けていない場合は、自由に回転する一方、シャンクが既定の伸長に達した場合には、指示部が固定用ねじの一部との接触により、回転に対抗して保持されており、固定用ねじはシャンクに結合されたヘッド、またはその代わりに、シャンクとねじ係合可能なナットを有し、固定用ねじを締め付けるための手段および締め付け手段を管理する手段を備えている、固定用ねじを管理するための器具。
40. 前記の締め付け手段が、シャンクに結合されたヘッド、またはシャンクと係合可能なナットを受けるために、締め付け手段の中で回転可能に支えられた受入部と、前記受入部の回転を生じさせるための手段と、締め付け手段の中で回転可能に支えられ、使用時に、指示部に対して固定されるように構成されている前記係合部と、既定の指針値を検知するための手段と、前記締め付け器具と通信するための手段とを備える、請求項３９に記載の器具。
41. 前記管理手段が、締め付け手段と通信するための手段、既定の指針値に達したかどうかを決定するための手段、操作管理情報のメモリー保存のための手段を備える、請求項３９と４０に記載の器具。
42. 前記固定用ねじをテストするための手段、器具の中で回転可能に支えられ、使用時に、指示部に対して回転が固定されるように構成されている係合部、係合部の回転を生じさせるための手段、係合部の回転に対して既定の回転効力を検知感知するための装置、締め付け器具と通信するための手段を備える、請求項３９、４０および４１に記載の器具。
43. 添付図面を参照して説明した、および／または添付図面に図示された実際に固定用ねじを締め付けるための器具と同一の器具。
44. 添付図面を参照して説明した、および／または添付図面に図示される実際に固定用ねじをテストするための器具と同一の器具。
45. 添付図面を参照して説明した、および／または添付図面に図示される実際に固定用ねじを管理するための器具と同一の器具。
46. 添付図面を参照して説明した、および／または添付図面に図示される斬新な機能、又は斬新な機能の組み合わせ。

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