JP2014100754A - ボルト締付装置及びボルト締付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ボルト締付工程を合理化することが可能なボルト締付装置及びボルト締付方法を提供する。
【解決手段】ソケット３に設けられたノズル２２からエアを噴射することでねじ穴２４を洗浄する。これにより、ボルト締付工程とは別工程で行われていたねじ穴２４の洗浄工程をボルト締付工程に集約することが可能であり、ボルト締付工程を合理化することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ボルト締付装置及びボルト締付方法に関するもので、特に、ソケットにボルトが装着されるボルト締付装置及びボルトが装着されたソケットを回転させてボルトを締付ける方法に関する。

ソケットに装着されたボルトを規定トルクで締付けるボルト締付装置として、ナットランナが周知である（例えば、特許文献１参照）。ナットランナは、例えば、自動車製造ラインのエンジン組立工程で使用される。この場合、ボルトを締付ける直前に部品のねじ穴をエアブローによって清掃する必要がある。これは、ワークが搬送される過程でねじ穴に入り込んだ切粉等の異物を除去するためである。

特開２００８−１２６３５６号公報

前述したエアブローによるねじ穴の清掃は、作業者が各ねじ穴毎に行っていたので、作業効率が悪く工数が増大する要因になっていた。
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、ボルト締付工程を合理化することが可能なボルト締付装置及びボルト締付方法の提供を課題としてなされたものである。

上記課題を解決するために、本発明のボルト締付装置は、ボルトが装着されるソケットを備え、前記ソケットを回転させて対象となるねじ穴に前記ボルトを締付けるボルト締付装置であって、前記ソケットは、凹形に形成されて前記ボルトの頭部を保持するボルト装着部と、前記ボルト装着部の開口周縁に設けられて前記ねじ穴へ向けて流体を噴射するノズルと、流体供給源から圧送される流体を前記ノズルへ供給する流体回路と、を有することを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明のボルト締付方法は、請求項１または２に記載のボルト締付装置を使用するボルト締付方法であって、ソケットにボルトを装着するステップと、前記ソケットに設けられたノズルから流体を噴射して対象となるねじ穴を洗浄するステップと、前記ソケットを回転させて前記ねじ穴に前記ボルトを締付けるステップと、を含むことを特徴とする。

（発明の態様）
以下に、本願において特許請求が可能と認識されている発明（以下、請求可能発明と称する）の態様を例示し、例示された各態様について説明する。ここでは、各態様を、特許請求の範囲と同様に、項に区分すると共に各項に番号を付し、必要に応じて他の項の記載を引用する形式で記載する。これは、請求可能発明の理解を容易にするためであり、請求可能発明を構成する構成要素の組み合わせを、以下の各項に記載されたものに限定する趣旨ではない。つまり、請求可能発明は、各項に付随する記載、実施形態の記載等を参酌して解釈されるべきであり、その解釈に従う限りにおいて、各項の態様にさらに他の構成要素を付加した態様も、また、各項の態様から構成要素を削除した態様も、請求可能発明の一態様となり得る。
なお、以下の各項において、（１）、（３）、（５）項の各々が、特許請求の範囲に記載した請求項１、２、３の各々に相当する。

（１）ボルトが装着されるソケットを備え、ソケットを回転させて対象となるねじ穴にボルトを締付けるボルト締付装置であって、ソケットは、凹形に形成されてボルトの頭部を保持するボルト装着部と、ボルト装着部の開口周縁に設けられてねじ穴へ向けて流体を噴射するノズルと、流体供給源から圧送される流体をノズルへ供給する流体回路と、を有するボルト締付装置。
本項に記載のボルト締付装置によれば、ソケットにノズルを設けたことにより、ノズルから噴射される流体によって対象となるねじ穴を洗浄することができる。これにより、ボルトが締付けられる直前のタイミングでねじ穴に流体を噴射してねじ穴内の異物を除去する、延いては、ねじ穴の洗浄工程をボルト締付工程に組み込むことができる。その結果、作業者によって実施されていたエアブローによってねじ穴内の異物を除去する工程を省く（ボルト締付工程に集約する）ことが可能であり、ボルト締付工程を合理化することができる。
また、本項に記載のボルト締付装置では、ねじ穴に対して同軸上に位置決めされるソケットにノズルが設けられるので、ノズルから噴射された流体をねじ穴の軸線に沿ってねじ穴の底部へ向けて送り込むことが可能であり、ねじ穴内の異物を確実に除去することができる。さらに、機械加工工程でねじ穴が洗浄される従来技術では、洗浄工程とボルト締付工程との間を搬送する過程でワークのねじ穴に異物が入り込み、この異物がねじに噛み込むことでボルトの締付け不良が発生する虞があったが、本項に記載のボルト締付装置では、そのようなボルトの締付け不良を抑止することが可能であり、品質の向上に貢献することができる。また、ソケットがねじ穴に対して同軸上に位置決めされると同時にねじ穴内の異物が流体を噴射することにより除去されるので、流体の噴射に伴うボルト締付工程における工数の増加は皆無である。
なお、ノズルは、ボルト装着部の開口周縁に開口する穴、換言すると、ソケットの環形の端面に開口する穴とすることができる。この場合、ねじ穴内の異物の除去をより効率的に行うことができるように、ノズル（穴）の軸線をソケットの軸線（ねじ穴の軸線）に対して傾けて配置することができる。また、ソケットに複数個のノズルを設けることができる。さらに、穴の開口に銅パイプ等の筒体を装着してノズルとした場合、流体の噴射方向を調節することができる。
また、ノズルから噴射される流体は、例えば、エア、窒素ガス、アルゴンガス等の気体、あるいは、潤滑剤等の液体の中から適宜選択することができる。以下、選択可能な流体の一例としてエアを挙げて説明するが、ノズルから噴射される流体がエアに限定されるものではないことはもちろんである。

（２）駆動源としてのエアモータを備え、エアモータへ供給される一次側のエアを分岐させてエア回路へ供給する分岐通路を有する（１）のボルト締付装置。
本項に記載のボルト締付装置では、例えば、ボルト締付装置がエアモータを駆動源とするナットランナである場合、一次側から分岐させたエアがエアブロー用のエア回路へ供給されるように構成する。この場合、エア源を新規に確保する必要がないので、装置を安価に構成することが可能である。

（３）ソケットとスピンドルとを連結するロータリジョイントを備え、エア回路は、ソケットに形成されてノズルに接続される第１エア回路と、エア供給源から圧送されるエアをロータリジョイントを経由して第１エア回路へ供給する第２エア回路と、を有する（１）、（２）のボルト締付装置。
本項に記載のボルト締付装置によれば、エア源のエアを回転するソケットに設けられたノズルへ供給することができる。
ここで、ロータリジョイントの軸線回りに相対回転可能な２つのジョイント部材のうち、一方のジョイント部材を回転部（シャフト）、他方のジョイント部材を非回転部（スリーブ）と定義する。この場合、ソケットとスピンドルとをロータリジョイントの回転部によって連結する。そして、ロータリジョイントの非回転部へエア供給源のエアを供給する。このように構成することにより、エア源のエアを回転するソケットに形成された第１エア回路へ供給することができる。
なお、ソケットは、市販品にノズル及び第１エア回路を追加工して使用してもよいし、必要に応じて専用に製作してもよい。

（４）エア回路は、ソケットに形成されてノズルに接続される第１エア回路と、スピンドルに設けられて第１エア回路に接続されるエア供給路を有する（１）のボルト締付装置。
本項の態様において、例えば、ボルト締付装置がエアモータを駆動源とするナットランナであって、ナットランナのスピンドルにエアブロー用のエアを供給するためのエア供給路が設けられる場合、エアブロー用のエアをエア供給路から第１エア回路へ直接供給することができる。この場合、ロータリジョイント等のジョイントを必要としないことに加えて、エアブロー用の配管が外部に露出していないことから、（１）−（３）のボルト締付装置と比較して、ソケット周辺を省スペース化することができる。

（５）（１）−（４）のボルト締付装置を使用するボルト締付方法であって、ソケットにボルトを装着するステップと、ソケットに設けられたノズルからエアを噴射して対象となるねじ穴を洗浄するステップと、ソケットを回転させてねじ穴にボルトを締付けるステップと、を含むボルト締付方法。
本項に記載のボルト締付方法によれば、ソケットに設けられたノズルからエアを噴射してねじ穴を洗浄するステップを含むので、ボルトが締付けられる直前のタイミングでねじ穴にエアを噴射してねじ穴内の異物を除去する、延いては、ねじ穴の洗浄工程をボルト締付工程に組み込むことができる。その結果、作業者によって実施されていたエアブローによってねじ穴内の異物を除去する工程を省く（ボルト締付工程に集約する）ことが可能であり、ボルト締付工程を合理化することができる。
また、本項に記載のボルト締付方法では、ねじ穴に対して同軸上に位置決めされるソケットに設けられたノズルからエアが噴射されるので、エアをねじ穴の軸線に沿ってねじ穴の底部へ向けて送り込むことができ、ねじ穴内の異物を確実に除去することが可能である。さらに、機械加工工程でねじ穴が洗浄される場合、洗浄工程とボルト締付工程との間を搬送する過程でワークのねじ穴に異物が入り込み、この異物がねじに噛み込むことでボルトの締付け不良が発生する虞があったが、本項に記載のボルト締付装置では、そのようなボルトの締付け不良を抑止することが可能であり、品質の向上に貢献することができる。また、ソケットがねじ穴に対して同軸上に位置決めされると同時にねじ穴内の異物が噴射されたエアによって除去されるので、エアの噴射に伴うボルト締付工程における工数の増加は皆無である。

本発明によれば、ボルト締付工程を合理化することが可能なボルト締付装置及びボルト締付方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態の要部の軸平面による断面図である。 本発明の第１実施形態の説明図であって、ボルトが装着されたソケットがねじ穴に対して同軸上に位置決めされた状態を示す図である。 図１に対応する本発明の第２実施形態の要部の軸平面による断面図である。 図１、図３に対応する本発明の第３実施形態の要部の軸平面による断面図である。 図１、図３、図４に対応する本発明の第４実施形態の要部の軸平面による断面図である。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１及び図２を参照して説明する。
ここでは、本発明が適用されたボルト締付装置としてナットランナ１を例示する。なお、ナットランナ１は、エアモータを駆動源としてスピンドル２に着脱可能に装着されたソケット３を回転させる周知のナットランナと基本構造が同一である。したがって、以下の説明において、明細書の記載を簡潔にすることを目的に、ナットランナ１の基本構造に関連する説明を省略する。また、便宜上、図における上方向（上側）を上方向（上側）並びに図における下方向（下側）を下方向（下側）と定義する。

図１に示されるように、ナットランナ１は、遊星歯車機構等の減速機構が収容された円筒形のハウジング４を有する。ハウジング４の下端部にはスプライン軸５が設けられており、このスプライン軸５には、ボルト締付時の反力を受けるためのステーの先端のボス部６に設けられたスプライン穴７が結合される。また、ナットランナ１は、スプライン軸５の端面中央から突出するスピンドル２を有する。周知のように、スピンドル２は、軸直角平面による断面が略正方形に形成されており、予め定められた側面には、ソケット３を連結させる時に利用される凹部が形成されている。

ソケット３は、ボルト９の頭部１０（図２参照）を保持するための凹形状のボルト装着部１１を有する。ボルト装着部１１はソケット３の下端部端面１２に開口して、これにより、ソケット３の下側部分は筒形状に形成される。ソケット３は、同軸上に配置されたロータリジョイント１３を介してスピンドル２に連結される。ロータリジョイント１３は、上端部にスピンドル２が結合されるとともに下端部にソケット３が結合されるシャフト１４と、シャフト１４に外挿されてシャフト１４に対して軸線回りに相対回転可能なスリーブ１５とを有する。

シャフト１４の上端部端面１６の中央には、スピンドル２を結合させるための凹部１７が設けられる。他方、シャフト１４の下端部端面１８の中央には、ソケット３を結合させるための凸部１９が設けられる。なお、シャフト１４の凹部１７は、ソケット３の上端部端面２０に開口する凹部２１（周知のソケットに設けられるスピンドルを結合させる部分）と同一形状に形成することができる。同様に、シャフト１４の凸部１９は、スピンドル２と同一形状に形成することができる。さらに、ナットランナ１は、スリーブ１５がステーのボス部６に対して軸線回りに回転するのを阻止する回り止め機構を有する。これにより、ナットランナ１は、エアモータの駆動によってスピンドル２を回転させることで、スリーブ１５は固定（軸線回りに回転しない）で、シャフト１４とソケット３とが軸線回りに一体で回転される構造になっている。

図１に示されるように、ナットランナ１は、ソケット３に設けられる２つのノズル２２と、ナットランナ１の一次側（エア供給源）を分岐させたエアをノズル２２へ供給するエア回路とを有する。ノズル２２は、前述したソケット３の下側の筒形状に形成された部分、すなわち、ソケット３の外周面２３とボルト装着部１１との間に形成されており、噴射口がソケット３の下端部端面１２（ボルト装着部１１の開口周縁）に開口される。また、ノズル２２は、エア（流体）が対象となるねじ穴２４（図２参照）の底部２５へ向けて噴射されるように、ナットランナ１の軸線に対して角度を持たせて配置される。なお、便宜上、ノズル２２へ向かう方向をエア回路における下流側、その反対方向をエア回路における上流側と定義する。

エア回路は、ソケット３に形成される第１エア回路２６と、第１エア回路２６へエアを供給するための第２エア回路２７とによって構成される。第１エア回路２６は、下流側端部がノズル２２に接続されるとともに上流側端部がソケット３の外周面２３に設けられた第１ポート２８に接続される２つの第１エア通路２９を含む。なお、第１実施形態では、市販のソケット３を流用することが可能であり、第１エア回路２６は、ソケット３に追加工することにより形成することができる。

第２エア回路２７は、第２エア通路３０、第３エア通路３１、第４エア通路３２及び第５エア通路３３を含む。第２エア通路３０は、上流側端部がナットランナ１の一次側のエア配管の分岐部に接続されるとともに、下流側端部がスリーブ１５の外周面３４に設けられた第２ポート３５に接続される。第３エア通路３１は、上流側端部が第２ポート３５に接続されるとともに、下流側端部がシャフト１４の外周面３６（スリーブ１５との接触面）に設けられた周方向へ延びる環形状の溝部３７に開口（連通）される。

第４エア通路３２は、上流側端部が溝部３７の底面に開口されるとともに、下流側端部がシャフト１４の外周面３６（スリーブ１５との非接触面）に設けられて溝部３７の下方に配置された第３ポート３８に接続される。そして、第５エア通路３３は、上流側端部が第３ポート３８に接続されるとともに、下流側端部がソケット３の第１ポート２８に接続されるチューブによって構成される。なお、溝部３７の上下方向両側には、溝部３７と外気との連通を阻止するためのＯリング等のシール部材が設けられる。

次に、図２を参照して第１実施形態のナットランナ１（ボルト締付装置）を使用したボルト締付方法を説明する。
（ボルト装着ステップ）
まず、ソケット３のボルト装着部１１でボルト９の頭部１０を保持するようにして、ソケット３にボルト９を装着する。なお、ボルト９は、作業者が直接装着する他、周知のボルト供給装置によって供給することができる。

（エアブローステップ）
ソケット３にボルト９が装着されると、ナットランナ１は対象となるねじ穴２４に対して同軸上に位置決めされる。この状態で、エア回路によって供給されるエアが、ノズル２２からねじ穴２４の底部２５へ向けて噴射される。これにより、ねじ穴２４内に切粉等の異物がある場合、この異物はエアブロー効果によってねじ穴２４外へ排出される。

（ボルト締付ステップ）
一方、ノズル２２からエアが噴射されると同時に、ソケット３を予め定められた回転速度で軸線回りに回転させる。そして、ナットランナ１を軸線に沿って下方向へ予め定められた送り速度で移動させて、ソケット３に装着されたボルト９をねじ穴２４に螺合させるとともに予め定められたトルクで締付ける。このように、第１実施形態では、エアブローステップは、ボルト締付ステップに並行して行われる。

第１実施形態では以下の効果を奏する。
第１実施形態によれば、ソケット３に設けられたノズル２２から噴射されるエアによってねじ穴２４が洗浄されるので、ボルト９が締付けられる直前のタイミングでねじ穴２４をエアブローしてねじ穴２４内の異物を除去する、延いては、ねじ穴２４の洗浄工程をボルト締付工程に組み込むことができる。
これにより、作業者によって実施されていたエアブローによってねじ穴２４内の異物を除去する工程を省く（ボルト締付工程に集約する）ことが可能であり、ボルト締付工程を合理化することができる。

また、第１実施形態では、ねじ穴２４に対して同軸上に位置決めされるソケット３に設けられたノズル２２からエアが噴射されるので、エアをねじ穴２４の軸線に沿ってねじ穴２４の底部２５へ向けて送り込むことが可能であり、ねじ穴２４内の異物を確実に除去することができる。さらに、ワークを搬送する過程でワークのねじ穴２４に入り込んだ異物に起因するボルト９の締付け不良を抑止することが可能であり、品質の向上に貢献することができる。

さらに、第１実施形態では、ナットランナ１の一次側から分岐させたエアがエアブロー用のエア回路へ供給されるので、エア源を新規に確保する必要がなく、装置を安価に構成することができる。

なお、第１実施形態は上記に限定されるものではなく、例えば、次のように構成することができる。
第１実施形態では、ボルト締付装置としてナットランナ１を例示したが、本発明は、例えば、インパクトレンチ等にも適用することができる。
第１実施形態では、ボルト締付装置としてエアモータを駆動源とするナットランナ１を例示したが、電動モータを駆動源とするナットランナにも適用することができる。この場合、エア回路へエアを供給するためのエア供給源を別途に確保する必要があるが、エア供給源を他の流体供給源とするが可能であり、窒素ガス、アルゴンガス等の気体、あるいは、潤滑剤等の液体の中から適宜選択した流体を、ノズルから噴射するようにボルト締付装置を構成することができる。
第１実施形態では、市販のソケットに第１エア回路２６を追加工してソケット３を得るようにしたが、専用のソケット３を製作してもよい
ノズル２２からねじ穴２４の底部２５へ向けてエアを噴射するエアブローのタイミングは適宜設定することができる。この場合、エアブローのタイミングを設定するため、ソレノイドバルブ等を含む周知のエア回路を適用することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図３を参照して説明する。
なお、前述した第１実施形態のナットランナ１の構成に相当する第２実施形態のナットランナ４１の要素には同一の名称及び符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

第２実施形態のナットランナ４１は、第５エア通路３３を持たない点で第１実施形態のナットランナ１と相違する。すなわち、ナットランナ４１では、ソケット３に設けられた第１エア通路２９が、ロータリジョイント１３のシャフト１４に設けられた第４エア通路３２に直接接続される。このため、ナットランナ４１では、第１エア通路２９の上流側端部がソケット３の上端部端面２０に開口されるとともに、第４エア通路３２の下流側端部が第１エア通路２９の上流側端部に整合させるようにしてシャフト１４の下端部端面１８に開口される。なお、第１エア通路２９と第４エア通路３２との接続部は、Ｏリング等のシール部材によってシールされる。

第２実施形態によれば、前述した第１実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、第２実施形態では、第１実施形態に対して、第５エア通路３３を省略することで構造を簡素化することができる。これにより、ソケット３周辺を省スペース化することが可能である。また、製造コストを削減することができるとともに組付け性を向上させることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図４を参照して説明する。
なお、前述した第１及び第２実施形態のナットランナ１及び４１の構成に相当する第３実施形態のナットランナ５１の要素には同一の名称及び符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

第３実施形態のナットランナ５１は、ソケット３とロータリジョイント１３のシャフト１４とを一体化させた点で第２実施形態のナットランナ４１と相違する。ナットランナ５１は、図４においてソケット３の左右両側に配置された各第１エア通路２９を連通させる第６エア通路５２を有しており、第４エア通路３２の下流側端部が第６エア通路５２にナットランナ５１の軸線上で接続される。なお、第３実施形態では、ソケット３を専用に製作する必要がある。

第３実施形態によれば、前述した第１及び第２実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、第３実施形態では、ソケット３とシャフト１４とが一体化されたことにより、第２実施形態に対して組付け性を向上させることができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図５を参照して説明する。
なお、前述した第１、第２、第３実施形態のナットランナ１、４１、５１の構成に相当する第４実施形態のナットランナ６１の要素には同一の名称及び符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。

第４実施形態のナットランナ６１は、周知のナットランナのように、ソケット３がロータリジョイントを介さずに、直接、スピンドル２に装着される。ナットランナ６１は、スピンドル２の軸線上にスピンドル２を貫通して設けられて下流側端部がスピンドル２の端面６２の中央に開口される第７エア通路６３を有する。また、第６エア通路５２は、第７エア通路６３の下流側端部に整合させるようにしてソケット３の凹部２１の底部中央に開口される。なお、第６エア通路５２と第７エア通路６３との接続部は、Ｏリング等のシール部材によってシールされる。また、第７エア通路６３は、ナットランナ６１の本体内部を通過して上流側端部が一次側のエア配管に接続される。

第４実施形態によれば、前述した第１乃至第３実施形態と同等の作用効果を得ることができる。また、第４実施形態では、第１乃至第３実施形態に対してロータリジョイント１３が省略されるため、ナットランナ６１の軸線方向の全長を短縮する（周知のナットランナと全長を同じにする）ことがことができる。

１ ナットランナ（ボルト締付装置）、３ ソケット、９ ボルト、１１ ボルト装着部、１２ 下端部端面（ボルト装着部の開口周縁）、２２ ノズル、２４ ねじ穴、２６ 第１エア回路、２７ 第２エア回路

Claims (3)

1. ボルトが装着されるソケットを備え、前記ソケットを回転させて対象となるねじ穴に前記ボルトを締付けるボルト締付装置であって、
   前記ソケットは、
   凹形に形成されて前記ボルトの頭部を保持するボルト装着部と、
   前記ボルト装着部の開口周縁に設けられて前記ねじ穴へ向けて流体を噴射するノズルと、
   流体供給源から圧送される流体を前記ノズルへ供給する流体回路と、
   を有することを特徴とするボルト締付装置。
2. 前記ソケットとスピンドルとを連結するロータリジョイントを備え、
   前記流体回路は、
   前記ソケットに形成されて前記ノズルに接続される第１流体回路と、
   前記流体供給源から圧送される流体を前記ロータリジョイントを経由して前記第１流体回路へ供給する第２流体回路と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載のボルト締付装置。
3. 請求項１または２に記載のボルト締付装置を使用するボルト締付方法であって、
   ソケットにボルトを装着するステップと、
   前記ソケットに設けられたノズルから流体を噴射して対象となるねじ穴を洗浄するステップと、
   前記ソケットを回転させて前記ねじ穴に前記ボルトを締付けるステップと、
   を含むことを特徴とするボルト締付方法。

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