JP2022076253A - 締結検査兼用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】軸力検査の独立性を満足するとともに、検査処理の煩雑化を抑制する。【解決手段】被締結体に締結部材を締結する締結処理と、前記被締結体に締結された前記締結部材の軸力を検査する検査処理とが可能な機構を備えた締結検査兼用装置であって、前記締結処理及び前記検査処理の際に前記締結部材の締結力を検出可能な互いに独立した複数のセンサを有することを特徴とする締結検査兼用装置。【選択図】図１

Description

本発明は、締結部材を締結するとともに、締結した締結部材の軸力を検査する技術に関するものである。

自動車をはじめたとした多くの機械構造物の組み立てや固定にボルト、ナットなどの締
結体が用いられる。締結体の締め付け力が目標締め付け力より低いと、締結体に緩みが生
じやすくなり、締結体の疲労強度が低下する。そのため、締結体を目標締め付け力で精度
よく締結することが安全上重要である。

安全性を担保する技術として、締結体を締め付ける締め付け工程において締め付け力を
検出及び監視するとともに、締め付け後に所望の締め付け力が得られているかを確認する
ために軸力を検査する方法が知られている。

特許第６３８１８４０号公報

しかしながら、締め付け時の検出と検査時の検出とを締付装置に実装された一つのセンサで実施すると、検査の独立性が担保できない。また、締め付け後に締付装置とは異なる別の検査装置を用いて軸力を検査する方法では、検査処理が煩雑となる。

そこで、本願発明は、検査の独立性を満足するとともに、検査処理の煩雑化を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本願発明に係る締結検査兼用装置は、（１）被締結体に締結部材を締結する締結処理と、前記被締結体に締結された前記締結部材の軸力を検査する検査処理とが可能な機構を備えた締結検査兼用装置であって、前記締結処理及び前記検査処理の際に前記締結部材の締結力を検出可能な互いに独立した複数のセンサを有することを特徴とする。

（２）前記複数のセンサの個数は２であり、それぞれのセンサから出力される出力信号を受信するコントローラと、該締付検査兼用装置の故障を報知する報知部と、を有し、前記コントローラは、前記締結処理の際にセンサの出力差が所定値以上に拡大した場合に、前記報知部を介して故障を報知することを特徴とする上記（１）に記載の締付検査兼用装置。

（３）さらに、記憶部を有し、前記２個のセンサのうち一方は前記締結処理の際に締め付け力を監視するために用いられる第１のセンサであり、他方は前記検査処理の際に軸力を監視するために用いられる第２のセンサであり、前記記憶部には、予め前記締結処理時におけるセンサ出力と前記締結処理を行うための動力を生成するモータの回転角度との関係が関係情報として記憶されており、前記コントローラは、前記締結処理の際にセンサの出力差が所定値以上に拡大した場合において、前記第１のセンサの出力と前記回転角度との関係が前記関係情報から乖離している場合には前記第１のセンサが故障していると判別し、前記第１のセンサの出力と前記回転角度との関係が前記関係情報から乖離してない場合には前記第２のセンサが故障していると判別することを特徴とする上記（２）に記載の締付検査兼用装置。

（４）前記２個のセンサのうち一方は前記締結処理の際に締め付け力を監視するために用いられる第１のセンサであり、他方は前記検査処理の際に軸力を監視するために用いられる第２のセンサであり、前記コントローラは、前記締結処理の際にセンサの出力差が所定値以上に拡大した場合において、前記締結処理に要する時間が所定の締結時間を満足しない場合には、前記第１のセンサが故障していると判別し、前記所定の締結時間を満足している場合には、前記第２のセンサが故障していると判別することを特徴とする上記（２）に記載に締付検査兼用装置。

（５）前記複数のセンサの個数は２であり、それぞれのセンサから出力される出力信号を受信するコントローラと、該締付検査兼用装置の故障を報知する報知部と、を有し、前記コントローラは、前記検査処理の際にセンサの出力差が所定値以上に拡大した場合に、前記報知部を介して故障を報知することを特徴とする上記（１）に記載の締付検査兼用装置。

（６）さらに、記憶部を有し、前記２個のセンサのうち一方は前記締結処理の際に締め付け力を監視するために用いられる第１のセンサであり、他方は前記検査処理の際に軸力を監視するために用いられる第２のセンサであり、前記記憶部には、予め前記検査処理時におけるセンサ出力と前記検査処理を行うための動力を生成するモータの回転角度との関係が関係情報として記憶されており、前記コントローラは、前記検査処理の際にセンサの出力差が所定値以上に拡大した場合において、前記第２のセンサの出力と前記回転角度との関係が前記関係情報から乖離している場合には前記第２のセンサが故障していると判別し、前記第２のセンサの出力と前記回転角度との関係が前記関係情報から乖離していない場合には前記第１のセンサが故障していると判別することを特徴とする上記（５）に記載の締付検査兼用装置。

（７）前記２個のセンサのうち一方は前記締結処理の際に締め付け力を監視するために用いられる第１のセンサであり、他方は前記検査処理の際に軸力を監視するために用いられる第２のセンサであり、前記コントローラは、前記検査処理の際にセンサの出力差が所定値以上に拡大した場合において、前記検査処理に要する時間が所定の締結時間を満足しない場合には、前記第２のセンサが故障していると判別し、前記所定の締結時間を満足する場合には、前記第１のセンサが故障していると判別することを特徴とする上記（２）に記載に締付検査兼用装置。

（８）前記複数のセンサの個数は３以上であり、それぞれのセンサから出力される出力信号を受信するコントローラと、センサの故障を報知する報知部と、を有し、前記コントローラは、前記締結処理及び／又は前記検査処理の際に一つのセンサの出力と、残りのセンサの出力との出力差が所定値以上の場合に、前記報知部を介して故障を報知することを特徴とする上記（１）に記載の締結検査兼用装置。

本発明によれば、機構的に締め付け及び軸力検査双方が可能な締結検査兼用装置において、互いに異なる少なくとも二つのセンサを実装することにより、検査の独立性を満足しながら、検査処理の煩雑化を抑制することができる。

締結検査兼用装置の断面図である（第１実施形態）。 被締結体及びボルトの断面図である（第１実施形態）。 ボルトの斜視図である（第１実施形態）。 ボルト（変形例）の斜視図である。 被締結体及びボルト（変形例）の断面図である。 第１実施形態の締結検査兼用装置の締付時の動作説明図である（前半）。 第１実施形態の締結検査兼用装置の締付時の動作説明図である（後半）。 ボルトの回転角度と軸力，引張力との関係を示したグラフである。 締結検査兼用装置の検査時の動作説明図である（第１実施形態）。 締結検査兼用装置の断面図である（第２実施形態）。 （ａ）～（ｃ）は仮締め処理を示す図である。 （ｄ）（ｅ）は仮締め処理を示し、（ｆ）は引張力の付加処理を示す図である。 （ｇ）～（ｊ）は引張力Ｐを付加した状態でのナットの着座処理を示す図である。 （ｋ）は着座処理を示し、（ｌ）は最終締め付け処理を示し、（ｍ）（ｏ）は締結検査兼用装置の取り外し処理を示す図である。 ナットを着座した状態からドライブソケットと共にネジ込み方向に回転させた際の引張力とボルト・ナット締結体の締め付け力の関係を示す図である。 締め付け力が目標締め付け力となった状態からナットのみを緩めた場合の引張力と締め付け力の関係を示す図である。 締結検査兼用装置の検査時の動作説明図である（第２実施形態）。

図１は、締結検査兼用装置１００を示す断面図である。締結検査兼用装置１００は、第１モータ１０と、第２モータ３０と、ケース５０とを含む。第１モータ１０及び第２モータ３０は互いに独立しており、コントローラ５によって駆動制御される。すなわち、コントローラ５は、例えばメモリ内のプログラムを読み込んで第１モータ１０及び第２モータ３０をそれぞれ独立して制御することができる。コントローラ５には、例えば、ＣＰＵ（central processing unit）を用いることができる。

ケース５０は、ボディ５１と、ボディ５１の下面に固定される上端が凹状に形成されたベース５２とを備える。ボディ５１には、第１減速機１１及び第２減速機３１が収容されている。第１減速機１１は出力軸１１aを備えている。出力軸１１aは、管状に形成されており、出力軸１１aの管状部には動力伝達部品１２が差し込まれて、固定されている。この動力伝達部品１２は、出力軸１１aとともに回転動作する。動力伝達部品１２の下端部は、出力軸１１aの下方に向かって突出しており、この突出部分は上下方向に延びる管状のビットホルダー１３の管内に向かって延出して、固定されている。したがって、出力軸１１aで得られた回転出力は、動力伝達部品１２を介してビットホルダー１３に伝達され、出力軸１１a及びビットホルダー１３を一体的に回転させることができる。

出力軸１１a及びビットホルダー１３は略同軸上に配設されており、ベアリング１４に対して回転可能に支持されている。ビットホルター１３の内部には、磁石１３aが設けられており、この磁石１３aにはボルトを回転させるためのビット１３ｂが吸着されている。ビット１３ｂは、下方に向かって延びており、ビットホルダー１３の下端部から延出している。上述の構成において、ビットホルダー１３を回転動作させることにより、ビッド１３ｂを上下方向に延びる軸周りに回転させることができる。

ここで、磁石１３a及びビット１３ｂは、上下方向にスライド移動できるようにビットホルダー１３の管内に収められており、磁石１３aと動力伝達部品１２との間にはスプリング１３ｃが介在している。スプリング１３ｃは、ビッドホルダー１３の内壁に沿って配設されている。磁石１３aが動力伝達部品１２に接近する方向にスライド移動すると、スプリング１３ｃが縮み方向にチャージされる。上述の構成によれば、後述するボルト７０に追従するようにビッド１３ｂを上下方向に動作させることができる。

ビッド１３ｂは、ボルト回転時に加わる負荷によって消耗する。本実施形態のように、ビッド１３ｂを磁石１３aに吸着させて固定することにより、消耗時にビッド１３ｂを容易に交換することができる。

第１モータ１０には回転角センサＲＳ１が設けられており、この回転角センサＲＳ１はボルト７０の回転角を所定の周期で検出する。検出した回転角は、コントローラ５に送信される。第２モータ３０には回転角センサＲＳ２が設けられており、この回転角センサＲＳ２は後述するテンションロッド１５の回転角を所定の周期で検出する。検出した回転角は、コントローラ５に送信される。

第２モータ３０の回転力は、第２減速機３１、ピニオンギヤ３２及びアイドルギヤ３３を介して、テンションロッド１５に伝達される。すなわち、テンションロッド１５の外周面に形成された駆動ギア１５１及びアイドルギヤ３３が互いに係合しており、第２モータ３０を動作させることによって、テンションロッド１５を上下方向に延びる軸周りに回転させることができる。

ベアリング３４は、第２モータ３０が回転動作するときに、ピニオンギヤ３２及びアイドルギヤ３３に加わる荷重を受けるために設置されている。アイドルギヤ３３は、上下方向に延びるアイドルシャフト３５によって回転駆動される。

テンションロッド１５は、ビットホルダー１３及びベアリング１４を収めるためのテンション収容部１５aを有している。ビットホルダー１３及びテンションロッド１５の間には、テンションロッド１５の回転動作を許容する隙間が形成されている。テンションロッド１５は、ベアリング１６及びスラストベアリング１７により回転可能に支持されている。

テンションロッド１５の下端部における内径面には、テンションロッド雌ネジ部１５a１が形成されている。このテンションロッド雌ネジ部１５a１は、ボルトの引張時に、ボルト頭部に形成されたボルト雄ネジ部に螺合するが、詳細について後述する。

サポータ１８は、テンションロッド１５を収めるためのサポータ収容部１８aを有している。サポータ１８の上端部はスラストベアリング１７に接触しており、サポータ１８の下端部はテンションロッド１５の下端部よりも更に下方に延出している。したがって、締結検査兼用装置１００全体が被締結体Ｈに向かって下降した時、サポータ１８の下端部が被締結体Ｈに当接する。テンションロッド１５及びサポータ１８の間には、テンションロッド１５の回転動作を許容する隙間が形成されている。

サポータ１８には、互いに独立した二つのセンサ１８１及びセンサ１８２が設けられている。センサ１８１及びセンサ１８２は、軸方向に並ぶ位置に設けることができる。センサ１８１は、起歪体１８１ａと歪ゲージ１８１ｂとを備える。起歪体１８１ａは、軸方向において中間部が縮径した円筒形状に形成されている。歪ゲージ１８１ｂは、起歪体１８１ａの中間部に取り付けられている。センサ１８２は、起歪体１８２ａと歪ゲージ１８２ｂとを備える。起歪体１８２ａは、起歪体１８１ａと同様に構成することができる。

ただし、超歪体１８１a（超歪体１８２a）の異なる位置に二つの歪ゲージを貼り付けることによって、センサを構成してもよい。この場合、センサ１８２（センサ１８１）は省略することができる。

ボルトの引張処理の際に、起歪体１８１ａ（起歪体１８２ａ）は、サポータ１８から伝達される引張力と同等の上方向の力を受け、弾性変形域内で圧縮方向に歪む。歪ゲージ１８１ｂ（歪ゲージ１８２ｂ）は、起歪体１８１ａ（起歪体１８２ａ）の歪に応じて抵抗値を変化させ、コントローラ５に出力する出力電圧を変化させる。コントローラ５は、歪ゲージ１８１ｂ（歪ゲージ１８２ｂ）の出力電圧の変化量に基づいて、ボルトのネジ部の引張力を算出する。

コントローラ５は、センサ１８１及びセンサ１８２の出力をボルトの締結時及び軸力検査時に監視しており、これらのセンサの出力差が拡大したときに、いずれか一方のセンサが故障したものと判別することができる。すなわち、センサは互いに固有の誤差があるため、それぞれのセンサ出力は正常時において異なる。この正常時のセンサ出力の差分を誤差として記憶しておき、ボルトの締結時及び軸力検査時に検出されたセンサ出力の差分が当該誤差を超えて所定値以上大きくなった時に、いずれか一方のセンサが故障したものと判別することができる。所定値は、誤差に応じて異なるから、特に限定しない。なお、故障を判定する処理は、ボルトの締結時及び軸力検査時の双方で行ってもよいし、いずれか一方でおこなってもよい。

締結検査兼用装置１００には、報知部２０を実装することができる。報知部２０は、いずれか一方のセンサが故障している場合に、音声を出力したり、ランプを点灯させることによってユーザに故障を報知することができる。ただし、報知部２０による報知手段は、音声出力、ランプ点灯に限るものではなく、故障をユーザに報知することができる他の方法（例えば、ディスプレイに表示する方法）であってもよい。報知部２０の制御は、コントローラ５が行うことができる。

このように、互いに異なる二つのセンサ１８１及びセンサ１８２の出力の差分を監視することにより、センサ異常を早期に発見することができる。センサ異常の発見後に、締結検査兼用装置１００の使用を停止することにより、締結不良、或いは検査不良の大量発生を未然に防止することができる。

ここで、センサ１８１及びセンサ１８２のうち一方のセンサを締め付け時の軸力管理に用いるとともに、他方のセンサを軸力検査時の軸力管理に用いることができる。本実施形態では、センサ１８１を締め付け時における軸力管理センサ、センサ１８２を検査時における軸力管理センサとして用いるものとする。ただし、センサ１８２を締め付け時の軸力管理センサ、センサ１８１を検査時の軸力管理センサとして用いることもできる。

ここで、ボルトの締め付け時に上述の故障（センサ出力差の拡大）が検知された場合、回転角センサＲＳ１が検出した回転角に基づき、故障したセンサを特定することができる。この点について、具体的に説明する。ボルト７０が正常に締結されるまでのボルト７０の回転角とセンサ出力との関係を予め関係情報（以下、正常データともいう）として調べて記憶部５ａに記憶させておき、実際の締め付け時におけるセンサ出力（本実施形態では、センサ１８１の出力）と回転角との関係が正常データから乖離している場合には、締め付け時の管理センサ（本実施形態では、センサ１８１のことである）が故障しているものと判別し、実際の締め付け時におけるセンサ出力（本実施形態では、センサ１８１の出力）と回転角との関係が正常データから乖離していない場合には、検査時の管理センサ（本実施形態では、センサ１８２のことである）が故障しているものと判別することができる。

また、回転角ではなく締め付け時間から故障したセンサを特定することもできる。すなわち、ボルト７０が正常に締結されるまでの時間（以下、正常締結時間ともいう）を予め調べておき、正常締結時間よりも早く締結作業を終了したり、正常締結時間を経過しても締結作業が完了しなかった場合に、締め付け時の管理センサ（本実施形態では、センサ１８１のことである）が故障していると判別することができる。一方、正常締結時間に締結作業が完了している場合には、検査時の管理センサ（本実施形態では、センサ１８２のことである）が故障していると判別することができる。なお、正常締結時間は、最小から最大まで幅を持った期間である。なお、正常締結時間は記憶部５ａに記憶させておくことができる。

また、検査時に上述の故障（センサ出力差の拡大）が検知された場合、回転角センサＲＳ２が検出した回転角に基づき、故障したセンサを特定することができる。この点について、具体的に説明する。ボルト７０の軸力検査が終わるまでの回転角とセンサ出力との関係を予め関係情報（以下、正常データともいう）として調べて記憶部５ａに記憶させておき、実際の軸力検査時におけるセンサ出力（本実施形態では、センサ１８２の出力）と回転角との関係が正常データから乖離している場合には、軸力検査時の管理センサ（本実施形態では、センサ１８２のことである）が故障しているものと判別し、実際の軸力検査時におけるセンサ出力（本実施形態では、センサ１８２の出力）と回転角との関係が正常データから乖離していない場合には、締め付け時の管理センサ（本実施形態では、センサ１８１のことである）が故障しているものと判別することができる。締め付け時と同様に検査時間に基づき故障したセンサを特定する方法を採用してもよい。

このように、ボルトの締め付け時と締結後の軸力検査時のセンサを別々に設けることにより、検査の独立性を担保することができる。すなわち、センサが一つのみの場合には、締め付け時の軸力測定と検査時の軸力測定とを同一のセンサを用いて行う必要があるため、検査の独立性を担保できない。本実施形態の構成によれば、センサを別々に設けることにより、検査の独立性を担保することができる。

（変形例１）
上述の実施形態では、センサの個数を２つとしたが、３つ以上としてもよい。これらのセンサは、軸方向に並べて配設することができる。例えば、互いに異なる３つのセンサ（センサ１８１、センサ１８２及びセンサ１８３）を用いて、軸力検出を行ってもよい。この場合、締め付け時の軸力測定センサと、検査時の軸力測定センサとをこれらのセンサ１８１～１８３の中から任意に選択することができる。締め付け時の軸力測定センサと、検査時の軸力測定センサとが互いに独立しているため、検査の独立性を担保することができる。また、これらのセンサ１８１～１８３のセンサ出力を監視しておき、いずれか一つのセンサ出力と残りの二つのセンサ出力との出力差が誤差の範囲を超えて所定値以上に拡大している場合には、センサ出力が乖離したセンサを故障したものと判別することができる。なお、この変形例１は、後述する第２実施形態にも適用可能である。

センサの個数を３つ以上とする場合、それぞれのセンサを超歪体及び歪ゲージによって構成することができる。また、一つの超歪体に３つ以上の歪ゲージを貼り付けることによって、互いに独立した３つ以上のセンサを実現してもよい。

次に、図２及び図３を参照しながら、本実施形態の締結検査兼用装置１００によって締結されるボルトについて説明する。図２はボルト及び被締結体の断面図であり、図３はボルトの斜視図である。ボルト７０は、六角穴付きボルトであり、ボルト軸部７１及びボルト頭部７２から構成されている。ボルト軸部７１には雄ネジが形成されている。被締結体Ｈ（言い換えると、ワーク）は、上下方向において重ね合わされた被締結体Ｈ１及びＨ２からなり、これらの被締結体Ｈ１及びＨ２には夫々ボルト孔Ｈ１ａ及びＨ２ａが形成されている。

ボルト７０をボルト孔Ｈ１ａ，Ｈ２ａに挿入し、被締結体Ｈ（Ｈ２）の端面から下方に突出したボルト軸部７１にナット８０を螺合させることにより、ボルト７０は被締結体Ｈに締結される。ただし、本願発明はナット８０のないボルト７０のみの締結体にも適用することができる。この場合、ボルト軸部７１の雄ネジ部と螺合する雌ネジ部をボルト穴Ｈ２ａの周面に形成することにより、ボルト７０を被締結体Ｈに締結することができる。

ボルト頭部７２の頂面には、六角形状の差し込み穴７２ｂ（被係合部に相当する）が形成されている。この差し込み穴７２ｂにビット１３ｂの下端部（係合部に相当する）を差し込み、回転させることにより、被締結体Ｈにボルト７０を締結することができる。ボルト頭部７２の側面にはボルト頭部雄ネジ部７２ａが周方向に途切れることなく連続的に形成されている。このボルト頭部雄ネジ部７２ａにテンションロッド雌ネジ部１５a１を螺合させた状態で、テンションロッド１５を回転させることにより、ボルト７０を引っ張ることができる。

ここで、サポータ１８及び被締結体Ｈの接触面積をＳ１と、ボルト頭部７２及び被締結体Ｈの接触面積をＳ２としたときに、接触面積Ｓ１及びＳ２は互いに同一であることが望ましい。被締結体Ｈには、ボルト頭部７２の座面及びサポータ１８から面圧が働くため、接触面積Ｓ１及びＳ２が互いに異なると（つまり、面圧差が生じると）、被締結体Ｈの変形量が実際のボルト締め付け時と異なってしまう。また、面圧差が過度に大きくなると、サポータ１８が被締結体Ｈを変形させて傷つけたり、変形量が相違することで締付け精度が低下する可能性がある。

本実施形態では、差し込み穴７２ｂを六角状に形成したが、本発明はこれに限るものではなく、八角等の他の多角形状であってもよい。また、ボルト頭部の形状が六角である六角ボルトにも本願発明は適用することができる。この場合、図４（ａ）に図示するように、ボルト頭部７２´の頂面に差し込み穴７２ｂ´を形成するとともに、ボルト頭部７２´の側面における曲部にボルト頭部雄ネジ部７２ａ´を間欠的に形成するとよい。また、ボルト頭部雄ネジ部７２ａ（７２ａ´）は、必ずしもボルト頭部７２（７２´）の上端から下端の全体に渡って形成する必要はなく、テンションロッド１５を回転させるために必要な螺合長さが確保できれば、上端から下端の一部にのみ形成されていてもよい。

また、本実施形態では、ボルト頭部７２に形成された差し込み穴７２ｂに、ビット１３ｂを差し込むことにより、ボルト７０を回転させたが、本発明はこれに限るものではなく、図４（ｂ）に図示するように、ボルト頭部７２（７２´）に突起部７２ｃ（被係合部に相当する）を形成し、この突起部７２ｃをビット１３ｂの下端部に形成された不図示の凹部（係合部に相当する）に差し込むことにより、ボルト７０を回転させてもよい。つまり、本願発明は、ボルト頭部の側面にボルト頭部雄ネジ部が形成され、かつ、ボルト頭部にビットの係合部を係合させるための被係合部が形成されたボルトに広く適用することができる。また、本願発明は、ボルト頭部にフランジが形成されたフランジ付きボルトにも適用できる。

次に、図５及び図６の動作説明図を参照しながら、ボルト締結時における締結検査兼用装置１００の動作について説明する。ここで、初期状態（図５（ａ）参照）において、ボルト７０は被締結体Ｈに仮止めされており、ボルト頭部７２は被締結体Ｈの上面から離隔した仮止め位置に位置しているものとする。また、ビット１３ｂは、ボルト頭部７２の差し込み穴７２ｂに差し込まれているものとする。なお、以下の制御は、特に断らない限り、コントローラ５が行うものとする。

第１モータ１０を作動させると、第１減速機１１、出力軸１１ａ、動力伝達部品１２及びビッドホルダー１３が回転し、ビッドホルダー１３に保持されたビット１３ｂが矢印Ｋ１方向に回転する。ビッド１３ｂが回転すると、ボルト７０が下側に向かって螺進する。ここで、締結検査兼用装置１００は、支持部（不図示）に対して自重によって下降することを許容するように支持されているため、ビッド１３ｂが回転しながら、締結検査兼用装置１００全体が下降し、その結果、テンションロッド雌ネジ部１５a１及びボルト頭部雄ネジ部７２ａが螺合可能な状態になる（図５（ｂ）参照）。

さらに、ボルト７０を回転させ、ボルト頭部７２が被締結体Ｈの上面に着座すると、第１モータ１０が受ける第１モータ１０を回転させようとする力が急激に増大し、帰還トルクが急激に増大する（図５（ｃ）参照）。コントローラ５は、第１モータ１０の帰還トルクからボルト７０が着座したことを検知して、第１モータ１０を停止する。その後、第１モータ１０を矢印Ｋ２方向に逆回転させることにより、ボルト頭部７２を被締結体Ｈの上面から僅かに離隔した位置に戻す（図５（ｄ）参照）。

次に、第１モータ１０を停止して、第２モータ３０を作動させる。第２モータ３０を作動させると、テンションロッド１５が矢印Ｋ１方向に回転しながら、締結検査兼用装置１００全体が下向きに移動して、テンションロッド雌ネジ部１５a１及びボルト頭部雄ネジ部７２ａが互いに螺合する（図６（ｅ）参照）。なお、この際、ビット１３ｂは、スプリング１３ｃの弾性力に抗しながら、ビットホルダー１３の内部を上向きにスライド移動する。

テンションロッド１５をさらに回転させながら下向きに螺進させると、サポータ１８の下端部が被締結体Ｈの上面に当接することにより締結検査兼用装置１００の下降動作が停止する。テンションロッド１５をさらに矢印Ｋ１方向に回転させようとしても、サポータ１８が被締結体Ｈに接触しているため、テンションロッド１５を下向きに螺進させることができない。ここで、ボルト頭部７２の差し込み穴７２ｂに差し込まれたビット１３ｂによってボルト７０の回転動作は禁止されているため、ボルト７０にはテンションロッド１５によって引き抜き方向（つまり、上向き）の荷重が働く。

しかしながら、サポータ１８が被締結体Ｈに接触しているため、テンションロッド１５を回転させても引き抜き方向にボルト７０を移動させることができない。その結果、ナット８０及びサポータ１８に引張力Ｐが働く（図６（ｆ）参照）。ここで、サポータ１８の上端部は、スラストベアリング１７に接しているため、スラストベアリング１７及び被締結体Ｈによってサポータ１８は圧縮され、この圧縮力が引張力Ｐとしてセンサ１８１により検出される。

この際、センサ１８１及びセンサ１８２の出力差が誤差の範囲を超えている場合、コントローラ５はいずれか一方のセンサが故障しているものと判別することができる。故障したセンサの特定は、上述した通り回転角センサＲ１により検出された回転角等を用いることができるが、詳細については説明を繰り返さない。

ここで、引張力Ｐの目標値を目標引張力（例えば、１０ｋＮ）と定義したとき、第２モータ３０のオーバーシュートを防止するために、引張力Ｐが目標引張力に近づくにしたがって、第２モータ３０を減速し、目標引張力に到達した時に第２モータ３０を停止させる（第２ステップに相当する）ことが望ましい。この目標引張力は、ボルト７０の目標軸力でもある。

次に、引張力Ｐを付加した状態で、再び第１モータ１０を矢印Ｋ１方向に回転させて、ボルト頭部７２を被締結体Ｈに着座させる（第３ステップに相当する）。ここで、テンションロッド雌ネジ部１５a１及びボルト軸部７１に形成された雄ネジは、互いにネジピッチが同一であることが望ましい。仮に、これらのネジピッチが異なる場合、ビット１３ｂの回転制御（つまり、第１モータ１０の駆動制御）とテンションロッド１５の回転制御（つまり、第２モータ３０の駆動制御）とを同時に行う必要があり、制御が煩雑となる。一方、ネジピッチが互いに同一であれば、ビット１３ｂのみを回転させるだけで、ボルトの締結作業が完了するため、煩雑な同期制御が不要となる。

ここで、ボルト頭部７２が被締結体Ｈに接触すると、引張力Ｐが低下し始め、逆にボルト７０の軸力Ｆが増大する（図６（ｇ）及び図７参照）。引張力Ｐの微分値であるｄＰ／ｄθを常時監視しておき、ｄＰ／ｄθが不安定な曲線（非直線領域）から直線に変化し時にビット１３の回転動作を停止させる（第４ステップに相当する）。なお、「ｄθ」はボルト７０の回転角度に対応している。

最後に、第２モータ３０をボルト締結時とは反対方向に回転させることにより、締結検査兼用装置１００を被締結体Ｈから退避させ、ボルト頭部７２及びテンションロッド１５の螺合状態を解除する（図６（ｈ）参照）。この時、ボルト７０によって発生している軸力Ｆは目標引張力に近い値を示すため、精度の高い軸力Ｆを得ることができる。

ここで、図７に示すように、本実施形態では、目標軸力Ｆよりも高い軸力に到達した時にボルト７０の締め付け動作を停止して、ボルト頭部７２及びテンションロッド１５の螺合状態を解除している。ボルト７０が被締結体Ｈに着座した直後にボルト７０の締め付け動作を停止して、ボルト頭部７２及びテンションロッド１５の螺合状態を解除すると、ボルト７０や被締結体Ｈの弾性変形分だけ軸力が低下する。この低下分σは、ｄＰ／ｄθが曲線から直線に変化した時の軸力と目標軸力Ｆとの差分に対応している。ただし、着座後に軸力が低下することを見越して、予め引張力Ｐを低下分σだけ高い値に設定しておき、着座した直後にボルト７０の締め付け作業を停止してもよい。この場合、ボルト頭部７２及びテンションロッド１５の螺合状態を解除すると、ボルト７０の軸力が目標軸力Ｆに向かって降下する。

次に、締結検査兼用装置１００の検査時の動作について説明する。図８（a）は、締結検査兼用装置１００による軸力検出前の状態を図示している。締結検査兼用装置１００をボルト７０の軸力検出を行う位置にセットして、第２モータ３０を作動させる。第２モータ３０を作動させることにより、図８（ｂ）に図示するように、テンションロッド１５が矢印Ｋ１方向に回転しながら、締結検査兼用装置１００全体が下向きに移動して、テンションロッド雌ネジ部１５a１及びボルト頭部雄ネジ部７２ａが互いに螺合する。なお、この際、ビット１３ｂは、スプリング１３ｃの弾性力に抗しながら、ビットホルダー１３の内部を上向きにスライド移動する。

テンションロッド１５をさらに回転させながら下向きに螺進させると、サポータ１８の下端部が被締結体Ｈの上面に当接することにより締結検査兼用装置１００の下降動作が停止する。テンションロッド１５をさらに矢印Ｋ１方向に回転させようとしても、サポータ１８が被締結体Ｈに接触しているため、テンションロッド１５を下向きに螺進させることができない。ここで、ボルト頭部７２の差し込み穴７２ｂに差し込まれたビット１３ｂによってボルト７０の回転動作は禁止されているため、ボルト７０にはテンションロッド１５によって引き抜き方向（つまり、上向き）の荷重が働く。

しかしながら、サポータ１８が被締結体Ｈに接触しているため、テンションロッド１５を回転させても引き抜き方向にボルト７０を移動させることができない。その結果、ナット８０及びサポータ１８に引張力Ｐが働く（図８（ｃ）参照）。テンションロッド１５をさらに回転させると、引張力Ｐが締め付け軸力に向かって上昇するとともに、ボルト７０の頭部が伸びる。そして、引張力Ｐが締め付け軸力よりも大きくなると、ボルト７０全体が伸びる。

コントローラ５は、引張力Ｐと回転角度（伸び量）との関係を常時監視しており、“引張力Ｐ＜締め付け軸力”から“引張力Ｐ＞締め付け軸力”に力関係が変化したときに、前記関係の勾配が変化するため、締め付け軸力を判定することができる。なお、回転角度は、回転角センサＲＳ２の検出結果に基づきコントローラ５が算出する。ここで、サポータ１８の上端部は、スラストベアリング１７に接しているため、スラストベアリング１７及び被締結体Ｈによってサポータ１８は圧縮され、この圧縮力が引張力Ｐとしてセンサ１８１及びセンサ１８２により検出される。この際、センサ１８１及びセンサ１８２の出力差が誤差の範囲を超えて所定値以上に拡大した場合、コントローラ５はいずれか一方のセンサが故障しているものと判別することができる。また、上述したように、回転角に基づき、故障したセンサを特定することができる。

（第２実施形態）
（締結検査兼用装置３１０の構成）
図９は、締結検査兼用装置３１０を示す断面図である。締結検査兼用装置３１０は、ボルト・ナット締結体３０１の締結を目標締め付け力で精度良く、かつ自動で行うとともに、締め付け後の軸力を検出する機能を有している。この点については、第１実施形態の締結検査兼用装置と同様である。

ボルト・ナット締結体３０１は、被締結体３１３の孔に通されるボルト３１１と、ボルト３１１のネジ部に螺合するナット３１２とを備える。ナット３１２は、被締結体３１３をボルト３１１の頭部と共に締結する。ボルト３１１は、スタッドボルトであってもよい。スタッドボルトの一方の端部には、被締結体３１３に当接する雌ネジ部材が螺合し、他方の端部にはナット３１２が螺合すればよい。以下、締結検査兼用装置３１０の構成を説明した後、締結検査兼用装置３１０によるボルト・ナット締結体３０１の締結処理等について説明する。

締結検査兼用装置３１０のケース３０４は、ボディ３４１と、ボディ３４１の下面に固定される凹状のベース３４２とを備える。ケース３０４の下面からは、ナット３１２を回転させるためのドライブソケット３３１が突出する。

ドライブソケット３３１は、円筒状で軸周りに回転可能に保持されるとともに、軸方向には固定される。ドライブソケット３３１の下端側の開口部は、ナット３１２を保持可能な六角や十二角の形状になっている。ドライブソケット３３１は、該開口部にナット３１２が嵌められて第２モータ３３２に駆動されることにより、ナット３１２を回転させる。

ドライブソケット３３１の上部は、ベース３４２内にあり、径方向に拡開する拡開部５１１となっている。拡開部５１１は、内側にベアリング５１２を収納する。拡開部５１１は、ベアリング５１３，５１４によって上下に挟まれる。これにより、ドライブソケット３３１が軸方向に固定される。該ベアリング５１３，５１４は、ドライブソケット３３１を軸周りに回転可能に保持する。上側のベアリング５１３は、止め輪５１５に抜け止めされる。拡開部５１１の外周には、第２モータ３３２から駆動力が伝達される歯車部５１６が設けられている。

第２モータ３３２は、ボディ３４１の上部において、ドライブソケット３３１と径方向にずれた位置に取り付けられる。第２モータ３３２は、後述する第１モータ３２２の側方にある。

減速機３３３は、ボディ３４１において第２モータ３３２の直下に取り付けられる。減速機３３３は、第２モータ３３２から入力される回転を減速して出力軸５３１から出力する。減速機３３３は、例えば２段の遊星歯車機構であり、上下段の内歯車がボディ３４１内に固定される。第２モータ３３２の出力は、減速機３３３の上段の太陽歯車、上段の一対の遊星歯車、上段の遊星キャリア、上段の遊星キャリアの出力軸上にある下段の太陽歯車、下段の一対の遊星歯車を介して下段の遊星キャリアに伝達され、下段の遊星キャリアの出力軸５３１から出力される。第２モータ３３２の出力軸、上段の遊星キャリアの出力軸、下段の遊星キャリアの出力軸５３１は同軸上である。

出力軸５３１において、ベース３４２内に配置される部位にピニオンギヤ３３４が設けられる。ベース３４２内において、ピニオンギヤ３３４とドライブソケット３３１の歯車部５１６の間には、アイドルギヤ３３５が回転可能に設けられる。第２モータ３３２の出力は、減速機３３３、減速機３３３のピニオンギヤ３３４、アイドルギヤ３３５を経て、ドライブソケット３３１の歯車部５１６に伝達され、ドライブソケット３３１を回転させる。出力軸５３１においてピニオンギヤ３３４の上側および下側の部位はそれぞれ、ベアリング５４１，５４２に保持される。上側のベアリング５４２は止め輪５４３に抜け止めされる。

ナットホルダー３２３は、有底の円筒状である。ナットホルダー３２３は、ドライブソケット３３１の内側に嵌められ、ドライブソケット３３１に軸周りに回転可能に保持される。ナットホルダー３２３の上部はベアリング５１２に保持される。ナットホルダー３２３の上端の拡開するフランジ４３１は、拡開部５１１に支持されるとともに、上面がスラストベアリング４３２を介して後述するセンサ３２４ｂに抑えられる。

ナットホルダー３２３は、軸方向において、底部４３３がドライブソケット３３１の下端から離間した設定位置に設けられる。底部４３３の中央には、ボルト３１１が通る円孔４３４がある。ナットホルダー３２３は、ボルト３１１のネジ部に引張力をかける引張処理の際に、底部４３３によってナット３１２の上方（ボルト３１１のネジ部の先端側）への移動を規制する。

テンションロッド３２１は、長手状で外形が円柱状である。テンションロッド３２１は、ナットホルダー３２３の内側に嵌められ軸周りに回転可能である。テンションロッド３２１は、第１モータ３２２の出力が入力される減速機３２５の出力軸であり、軸方向において固定される。

テンションロッド３２１、ナットホルダー３２３、ドライブソケット３３１は同軸上に設けられる。テンションロッド３２１の下端面の中心には、ネジ穴４１１がある。ネジ穴４１１には、ボルト３１１のネジ部が嵌められる。テンションロッド３２１は、ボルト３１１のネジ部において、ナット３１２よりも先端側に嵌められる。

第１モータ３２２は、ボディ３４１の上部に配設されるとともに、テンションロッド３２１と同軸上となる位置に取り付けられる。

減速機３２５は、第１モータ３２２から入力される回転を減速してテンションロッド３２１から出力する。減速機３２５には、例えば減速機３３３と同様の２段の遊星歯車機構を用いることができる。第１モータ３２２の出力軸およびテンションロッド３２１は同一軸上となる。

テンションロッド３２１を、ボルト３１１に嵌められた状態で一方向に回転させると、ボルト３１１に上方向の力（軸方向先端側に向かう力）がかかる。本実施形態では、この一方向をネジ込み方向と呼び、ネジ込み方向と反対方向を緩み方向と呼ぶことがある。引張処理の際には、ナットホルダー３２３によってナット３１２を抑えながらテンションロッド３２１をネジ込み方向に回転させる。これにより、ボルト３１１に上方向の力がかかり、ボルト３１１のネジ部に引張力をかけることができる。

テンションロッド３２１の径方向外側、かつ減速機３２５とナットホルダー３２３との間には、軸方向に並ぶセンサ３２４a及びセンサ３２４ｂが設けられている。なお、これらのセンサ３２４a及びセンサ３２４ｂがボルト３１１のネジ部にかかる引張力を検出するために設けられている点は、言うまでもない。センサ３２４aは減速機３２５側に配置され、センサ３２４ｂはナットホルダー３２３側に配置されている。センサ３２４aは、起歪体４４２aと歪ゲージ４４３aとを備える。センサ３２４ｂは、起歪体４４２ｂと歪ゲージ４４３ｂとを備える。起歪体４４２a、４４２ｂの構成は、第１実施形態の起歪体１８１aと同様であるから、詳細な説明を省略する。歪ゲージ４４３a、４４３ｂの構成は、第１実施形態の歪ゲージ１８１ｂと同様であるから詳細な説明を省略する。ただし、起歪体４４２a（起歪体４４２ｂ）の異なる位置に二つの歪ゲージを貼り付けることによって、センサを構成してもよい。この場合、センサ３２４ｂ（センサ３２４ａ）は省略することができる。

引張処理の際に、起歪体４４２a（起歪体４４２ｂ）は、引張力と同等の上方向の力をナットホルダー３２３から受け、弾性変形域内で圧縮方向に歪む。歪ゲージ４４３a（歪ゲージ４４３ｂ）は、起歪体４４２a（起歪体４４２ｂ）の歪に応じて抵抗値を変化させ、コントローラ３０９への出力電圧を変化させる。コントローラ３０９は、歪ゲージ４４３の出力電圧の変化量に基づいて、ボルト３１１のネジ部の引張力を算出する。なお、センサ３２４a，３２４ｂの上下に設けられたスラストベアリング４４１，４３２は、センサに、ナットホルダー３２３からの上方向の力以外の不要な外乱が伝達されることを抑制する。

コントローラ３０９は、第１モータ３２２および第２モータ３３２をそれぞれ独立して制御し、後述するボルト・ナット締結体３０１の締結処理等を行う。コントローラ３０９は、例えばＣＰＵ（central processing unit）がメモリ内のプログラムを読み込んで実行することにより締結処理を行う。コントローラ３０９は、第１モータ３２２および第２モータ３３２の回転位置、および第２モータ３３２の出力トルクである帰還トルクを検出する。

第１モータ３２２には回転角センサＲＳ１が設けられており、この回転角センサＲＳ１はテンションロッド３２１の回転角を所定の周期で検出する。検出した回転角は、コントローラ３０９に送信される。第２モータ３３２には回転角センサＲＳ２が設けられており、この回転角センサＲＳ２はナット３１２の回転角を所定の周期で検出する。検出した回転角は、コントローラ３０９に送信される。

コントローラ３０９は、センサ３２４a及びセンサ３２４ｂの出力をナットの締結時及び締結後の軸力検査時に監視しており、これらのセンサの出力差が拡大したときに、いずれか一方のセンサが故障したものと判別することができる。すなわち、センサは互いに固有の誤差があるため、それぞれのセンサ出力は正常時において異なる。この正常時のセンサ出力の差分を誤差として記憶しておき、ボルトの締結時及び軸力検査時に検出されたセンサ出力の差分が当該誤差を超えて所定値以上大きくなった時に、いずれか一方のセンサが故障したものと判別することができる。

締結検査兼用装置３１０には、報知部３０８を実装することができる点は、第１実施形態と同様である。

このように、互いに異なる二つのセンサ３２４a及びセンサ３２４ｂの出力の差分を監視することにより、センサ異常を早期に発見することができる。センサ異常の発見後に、締結検査兼用装置３１０の使用を停止することにより、締結不良、或いは検査不良の大量発生を未然に防止することができる。

ここで、センサ３２４a及びセンサ３２４ｂのうち一方のセンサを締め付け時の軸力管理に用いるとともに、他方のセンサを軸力検査時の軸力管理に用いることができる。本実施形態では、センサ３２４aを締め付け時における軸力管理センサ、センサ３２４ｂを検査時における軸力管理センサとして用いるものとする。ただし、センサ３２４ｂを締め付け時の軸力管理センサ、センサ３２４ａを検査時の軸力管理センサとして用いることもできる。

ここで、ナットの締め付け時に上述の故障（センサ出力差の拡大）が検知された場合、回転角センサＲＳ２が検出した回転角に基づき、故障したセンサを特定することができる。この点について、具体的に説明する。ナット３１２が正常に締結されるまでのナット３１２の回転角とセンサ出力との関係を予め関係情報（以下、正常データともいう）として調べて記憶部３０９ａに記憶させておき、実際の締め付け時におけるセンサ出力（本実施形態では、センサ３２４ａの出力）と回転角との関係が正常データから乖離している場合には、締め付け時の管理センサ（本実施形態では、センサ３２４ａのことである）が故障しているものと判別し、実際の締め付け時におけるセンサ出力（本実施形態では、センサ３２４ａの出力）と回転角との関係が正常データから乖離していない場合には、検査時の管理センサ（本実施形態では、センサ３２４ｂのことである）が故障しているものと判別することができる。

また、回転角ではなく締め付け時間から故障したセンサを特定することもできる。すなわち、ナット３１２が正常に締結されるまでの時間（以下、正常締結時間ともいう）を予め調べておき、正常締結時間よりも早く締結作業を終了したり、正常締結時間を経過しても締結作業が完了しなかった場合に、締め付け時の管理センサ（本実施形態では、センサ３２４ａのことである）が故障していると判別することができる。一方、正常締結時間に締結作業が完了している場合には、検査時の管理センサ（本実施形態では、センサ３２４ｂのことである）が故障していると判別することができる。なお、正常締結時間は、最小から最大まで幅を持った期間である。なお、正常締結時間は、記憶部３０９ａに記憶させておくことができる。

ここで、軸力の検査時に上述の故障（センサ出力差の拡大）が検知された場合、回転角センサＲＳ１が検出した回転角に基づき、故障したセンサを特定することができる。この点について、具体的に説明する。ボルト３１１の軸力検査が終わるまでの回転角とセンサ出力との関係を予め関係情報（以下、正常データともいう）として調べて記憶部３０９ａに記憶させておき、実際の軸力検査時におけるセンサ出力（本実施形態では、センサ３２４ｂの出力）と回転角との関係が正常データから乖離している場合には、軸力検査時の管理センサ（本実施形態では、センサ３２４ｂのことである）が故障しているものと判別し、実際の軸力検査時におけるセンサ出力（本実施形態では、センサ３２４ｂの出力）と回転角との関係が正常データから乖離していない場合には、締め付け時の管理センサ（本実施形態では、センサ３２４ａ）が故障しているものと判別することができる。なお、締め付け時と同様に検査時間に基づき故障したセンサを特定する方法を採用してもよい。

このように、ナットの締め付け時と軸力検査時のセンサを別々に設けることにより、検査の独立性を担保することができる。すなわち、センサが一つのみの場合には、締め付け時の軸力測定と検査時の軸力測定とを同一のセンサを用いて行う必要があるため、検査の独立性を担保できない。本実施形態の構成によれば、センサを別々に設けることにより、検査の独立性を担保することができる。

（締結処理の説明）
以下、締結検査兼用装置３１０によるボルト・ナット締結体３０１の締結処理を説明する。

まず、図１０（ａ）に示すように、ドライブソケット３３１に嵌められたナット３１２がユーザ等によりボルト３１１の先端に被せられた状態とされる。この状態で、コントローラ３０９は、不図示の入力装置にてユーザから締結処理の実行指示を受け付ける。

（仮締め処理）
コントローラ３０９は、最初に、ナット３１２の仮締め処理を行う。コントローラ３０９は、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、第１モータ３２２および第２モータ３３２を同時に駆動する。これにより、コントローラ３０９は、ドライブソケット３３１およびテンションロッド３２１をネジ込み方向に同じ回転数だけ回転させ、同期制御することができる。ナット３１２とテンションロッド３２１の雌ネジ部分のピッチは等しいので、ドライブソケット３３１およびテンションロッド３２１を同期制御することで、ドライブソケット３３１およびナット３１２を同時に同量だけ、ボルト３１１に螺合させることができる。

図１０（ｃ）に示すようにナット３１２が着座すると、第２モータ３３２が受ける該第２モータ３３２を回転させようとする力が急激に増大し、帰還トルクが急激に増大する。コントローラ３０９は、第２モータ３３２の帰還トルクからナット３１２の着座を判定すると、第１モータ３２２および第２モータ３３２の駆動を停止する。

ナット３１２の着座により発生するボルト３１１の引張方向の軸力を解除するため、コントローラ３０９は、図１１（ｄ）に示すように、第２モータ３３２のみを駆動する。コントローラ３０９は、第２モータ３３２を逆方向に駆動し、ドライブソケット３３１を緩み方向に回転させる。これにより、ナット３１２は、上方に移動し、図１１（ｅ）に示すように、被締結体３１３から離れ、ナットホルダー３２３の底部４３３に当接する。第２モータ３３２の駆動量は、設定量とする。

（引張力Ｐの付加処理）
続いて、コントローラ３０９は、ボルト３１１のネジ部への引張力Ｐの付加処理（第１ステップ）を行う。コントローラ３０９は、図１１（ｆ）に示すように、ナット３１２が被締結体３１３から浮いた状態で、第１モータ３２２のみを駆動し、テンションロッド３２１をネジ込み方向に回転させる。これにより、ボルト３１１に上向きの力が作用する。ここで、ナットホルダー３２３によってナット３１２の上方への移動が規制され、ひいてはナット３１２によりボルト３１１の上方への移動が規制される。

図１１（ｆ）の拡大図に示すように、ボルト３１１は、ネジ山がナット３１２のネジ山に抑えられ、上方への移動が規制される。そのため、ボルト３１１のネジ部に作用する上向きの力は、該ボルト３１１のネジ部に引張力Ｐとして作用する。また、ボルト３１１のネジ山の上方への移動を規制するナット３１２のネジ山は、ボルト３１１のネジ山間において下側に位置付けられる。そのため、ナット３１２のネジ山の上面とボルト３１１のネジ山の下面との間にバックラッシュが生じる。

コントローラ３０９は、引張力Ｐをセンサ３２４ａで監視しながら引張力Ｐが目標締め付け力Ｆｃと等しい大きさになったと判定するまで第１モータ３２２を駆動する。この過程（引張力Ｐの付加処理）で、センサ３２４ａ及びセンサ３２４ｂの出力差が大きい場合には、いずれかのセンサが故障したものと判別することができる。また、回転角センサＲＳ２の出力等に基づき、故障したセンサを特定してもよい。この点については、説明を繰り返さない。コントローラ３０９は、引張力Ｐが目標締め付け力Ｆｃと等しい大きさになったと判定すると第１モータ３２２を停止する。この際、実際は、第１モータ３２２のオーバーシュートにより、引張力Ｐは目標締め付け力Ｆｃより大きい過大目標締め付け力Ｆｃ‘になる。例えば目標締め付け力Ｆｃが１０ｋＮの場合、第１モータ３２２は、引張力Ｐが過大目標締め付け力Ｆｃ‘である１１ｋＮとなる時点で停止する。

（引張力Ｐを付加した状態でのナット３１２の着座処理）
続いて、コントローラ３０９は、引張力Ｐを付加した状態でのナット３１２の着座処理（第２ステップ）を行う。まず、コントローラ３０９は、ボルト３１１のネジ部の引張力Ｐを目標締め付け力Ｆｃとするために、図１２（ｇ）に示すように、先に第２モータ３３２を駆動し、ドライブソケット３３１のみをネジ込み方向に回転させる。これにより、ナット３１２が下方に移動し、引張力Ｐが過大目標締め付け力Ｆｃ‘から低下する。

コントローラ３０９は、引張力Ｐが目標締め付け力Ｆｃまで低下すると、図１２（ｈ）に示すように、第１モータ３２２も駆動し、ドライブソケット３３１およびテンションロッド３２１を同期制御する。同期制御により、テンションロッド３２１およびナット３１２は、互いの距離を保ったまま被締結体３１３に近づいていく。そのため、この間、引張力Ｐは低下しない。

図１４は、ナット３１２を着座した状態からドライブソケット３３１と共にネジ込み方向に回転させた際の引張力Ｐと、ボルト・ナット締結体３０１の締め付け力Ｆの関係を示す図である。なお、コントローラ３０９は、引張力Ｐのみを検出し、締め付け力Ｆは検出しない。

ナット３１２の着座（図１２（ｉ））により締め付け力Ｆが生じ、ナット３１２の締め付け方向への回転とともに締め付け力Ｆが増大する。ナット３１２に対して下向きに作用する引張力Ｐ（ナットホルダー３１からの反力）に対し、ナット３１２に対して上向きに作用する締め付け力Ｆ（被締結体３１３からの反力）がある程度の大きさとなると、ナット３１２がボルト３１１に対して上方に移動を開始する。すなわち、図１２（ｊ）に示すように、ナット３１２のネジ山が上方に移動し始める。すると、テンションロッド３２１およびナット３１２の距離が短くなるため、引張力Ｐが急激に上昇し始める（図１４参照）。

コントローラ３０９は、該引張力Ｐの急激な上昇を検出し、検出される引張力から締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃと同様のナット３１２の着座状態になったと判定すると、図１３（ｋ）に示すように、第１モータ３２２および第２モータ３３２の駆動を停止する。この際、ナット３１２のネジ山は、該ネジ山を上下に挟むボルト３１１の各ネジ山から離れた位置に位置付けられる。また、本実施形態のように最終締付け処理を行う場合には、本判定は、締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃよりも僅かに小さくなる点で行われる。コントローラ３０９は、引張力Ｐの急激な上昇を、ｄＰ／ｄθが一定範囲に継続して収まることで検出してもよいし、ｄＰ／ｄθが設定値よりも大きくなることで検出してもよい。

以上のように、本処理では、引張力Ｐを目標締め付け力Ｆｃとした後、ナット３１２を締め付け、締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃ（引張力Ｐ）と同様になった時に締め付けを終了する。これにより、本実施形態では、ボルト・ナット締結体３０１を目標締め付け力Ｆｃで精度よく締結できる。

しかし、本処理終了後の状態でテンションロッド３２１をボルト３１１から外すと、ナット３１２に下向きに作用する引張力Ｐ（ナットホルダー３１からの反力）が無くなり、ナット３１２には上向きの締め付け力Ｆ（被締結体３１３からの反力）が作用する。ナット３１２のネジ山と、該ネジ山の上側にあるボルト３１１のネジ山との間には隙間があるため、締め付け力Ｆにより、該隙間分だけ、ナット３１２が上方に移動してしまう。そして、ナット３１２が上方に移動することにより、締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃと同様の状態から低下してしまう。

（最終締め付け処理）
そこで、コントローラ３０９は、ナット３１２のネジ山と、該ネジ山の上側にあるボルト３１１のネジ山との隙間を無くす最終締め付け処理を行う。コントローラ３０９は、図１３（ｌ）に示すように、第２モータ３３２のみを駆動し、ドライブソケット３３１のみをネジ込み方向に回転させ、ナット３１２を締める。

図１５は、締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃとなった状態からナット３１２のみ締めた場合の引張力Ｐと締め付け力Ｆの関係を示す図である。

ナット３１２のみを締めると、締め付け力Ｆが増大し、これによりナット３１２のネジ山がボルト３１１のネジ山に対して上方に移動する。ナット３１２のネジ山が上方に移動し、ボルト３１１のネジ山との隙間を埋めていく間は、引張力Ｐおよび締め付け力Ｆは、ほぼ一定に推移する。詳細には、ナット３１２が僅かではあるが締結されるために、締め付け力Ｆは僅かに増大する。また、ボルト３１１におけるテンションロッド３２１とナット３１２との距離が僅かではあるが伸びるために引張力Ｐは低下する。

ナット３１２のネジ山が上方に移動してボルト３１１のネジ山との隙間がなくなり、ボルト３１１のネジ山に密接すると、ナット３１２とボルト３１１のネジ山は弾性変形し始める。この弾性変形が開始する時点で締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃとなる。この状態とするために、前段のナット３１２の着座処理におけるテンションロッド３２１およびナット３１２の駆動停止の判定ポイントが設定されている。弾性変形が始まると、ナット３１２とテンションロッド３２１との距離が伸び始めることにより、引張力Ｐが急激に低下する。また、締め付け力Ｆが急激に上昇する。コントローラ３０９は、該引張力Ｐの急激な低下を検出し、第２モータ３３２の駆動を停止する。本処理により、締め付け力Ｆを略目標締め付け力Ｆｃに維持した状態で、ナット３１２のネジ山を、上側にあるボルト３１１のネジ山で抑えた状態にできる。

（締結検査兼用装置３１０の取り外し処理）
最後に、コントローラ３０９は、締結検査兼用装置３１０の取り外し処理を行う。図１３（ｍ）に示すように、コントローラ３０９は、第１モータ３２２のみを駆動する。コントローラ３０９は、第１モータ３２２を逆方向に駆動し、テンションロッド３２１を、ボルト３１１から外れるまで緩み方向に回転させる。これにより、ボルト３１１のネジ部にかかる引張力Ｐが解除される。

引張力Ｐの解除により、ナット３１２には、上向きの締め付け力Ｆ（被締結体３１３からの反力）がかかる。しかし、ナット３１２のネジ山がボルト３１１のネジ山によって上側から抑えられた状態なので、ナット３１２は上方に移動することがなく、締め付け力Ｆは、弾性変形により増大した分が無くなり、目標締め付け力Ｆｃに戻った状態で維持される。

従って、以上の締結処理により、締結検査兼用装置３１０は、自動でボルト・ナット締結体３０１を目標締め付け力Ｆｃで締結できる。その後、ユーザにより、図１３（ｏ）に示すように、締結検査兼用装置３１０がボルト３１１から外される。

（効果）
本発明では、ナットホルダー３２３でナット３１２を抑えながらテンションロッド３２１およびナット３１２の回転制御を行うことで、ボルト・ナット締結体３０１を目標締め付け力で精度よく締結できる。本発明では、センサ３２４にて検出される引張力Ｐを監視しながら、テンションロッド３２１およびナット３１２を回転させるための第１、第２モータ２２，３２を駆動制御することで、ボルト・ナット締結体３０１の締結処理を実行できる。従って、本発明は自動化が容易である。

本発明では、第１モータ３２２、テンションロッド３２１、ナットホルダー３２３、およびドライブソケット３３１が同軸上に配置されるので、締結検査兼用装置３１０をコンパクトにできる。

本発明では、コントローラ１は、ボルト・ナット締結体３０１の締結処理として、ボルト３１１のネジ部への引張力Ｐの付加処理（第１ステップ）を行う。該処理では、コントローラ１は、ナット３１２が被締結体３１３から浮いた状態で、引張力Ｐが目標締め付け力Ｆｃと等しい大きさになったと判定するまで、テンションロッド３２１を、ボルト３１１に対する締め付け方向に回転させる。また、コントローラ１は、締結処理として、ナット３１２の着座処理（第２ステップ）を行う。該処理では、コントローラ１は、ボルト３１１のネジ部に引張力Ｆｃをかけた状態で、検出される引張力Ｐから締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃと同様のナット３１２の着座状態になったと判定するまで、テンションロッド３２１およびナット３１２を締め付け方向に回転させる。これにより、本発明では、ボルト・ナット締結体３０１を目標締め付け力Ｆｃと同様の大きさの締め付け力Ｆで締結することを、自動で行うことができる。

本発明では、コントローラ１は、引張力Ｐの付加処理（第１ステップ）において、引張力Ｐが目標締め付け力Ｆｃに達すると第１モータ３２２の駆動を停止する。この際、第１モータ３２２のオーバーシュートにより、引張力Ｐは、目標締め付け力Ｆｃより大きい過大目標締め付け力Ｆｃ‘となる。そこで、コントローラ１は、ナット３１２の着座処理（第２ステップ）では、始めに、ナット３１２のみを回転させ、引張力Ｐが目標締め付け力Ｆｃまで低下したと判定した時にテンションロッド３２１も回転させ始める。これにより、本発明では、引張力Ｐの目標締め付け力Ｆｃへの補正、およびナット３１２の着座・締結を連続して行うことができ、処理時間を短縮できる。

（変形例）
ナットホルダー３２３の底部４３３は、ナット３１２を上側から抑えることができ、かつボルト３１１を通すことができればどのような形態でもよい。底部４３３は、例えばナットホルダー３２３の下端の開口部の縁から中心軸近辺に向かって延びる複数の突起部を備えていてもよい。

（検査時の動作）
次に、締結検査兼用装置３１０の検査時の動作について説明する。まず、図１６（ａ）に図示するように、コントローラ３０９は、第１モータ３２２及び第２モータ３３２のうち第１モータ３２２だけを駆動して、テンションロッド３２１を矢印方向に回転させながら、下方に向かって螺進させる。すなわち、テンションロッド３２１のネジ穴４１１にボルト３１１のネジ部を螺合させながら、テンションロッド３２１を下方に向かって螺進させる。テンションロッド３２１をさらに螺進させると、ナットホルダー３２３がナット３１２の上面に着座し、帰還トルクが急激に増大する。コントローラ３０９は、第１モータ３２２の帰還トルクからナットホルダー３２３が着座したことを検知して、第１モータ３２２を停止する。

次に、図１６（ｂ）に図示するように、コントローラ３０９は、第１モータ３２２を更に同じ方向に駆動して、テンションロッド３２１に対して矢印方向に回転させる力を付与する。このとき、ナットホルダー３２３によってナット３１２が押さえつけられているため、ナットホルダー３２３に圧縮力が働き、ボルトの軸力を検出することができる。すなわち、図１３（ｋ）に示すように、ボルト３１１及びナット３１２のネジ山が互いに接触しなくなる位置まで駆動したときに検出されるセンサ３２４ｂの出力に基づき、ボルトの軸力を検出することができる。この際、センサ３２４ａ及びセンサ３２４ｂの出力差が誤差の範囲を超えて所定値以上となっている場合、コントローラ３０９はいずれか一方のセンサが故障しているものと判別することができるが、この点については上述しているので詳細な説明を省略する。

上述の検査によって、ボルト７０の軸力を確認することができる。なお、軸力検出の理論として、例えば特許第４０２８２５４号に記載された方法を用いることができる。

５ コントローラ
１０ 第１モータ
２０ 第２モータ
１００ 締結検査兼用装置

Claims (8)

1. 被締結体に締結部材を締結する締結処理と、前記被締結体に締結された前記締結部材の軸力を検査する検査処理とが可能な機構を備えた締結検査兼用装置であって、
   前記締結処理及び前記検査処理の際に前記締結部材の締結力を検出可能な互いに独立した複数のセンサを有することを特徴とする締結検査兼用装置。
2. 前記複数のセンサの個数は２であり、
   それぞれのセンサから出力される出力信号を受信するコントローラと、
   該締付検査兼用装置の故障を報知する報知部と、を有し、
   前記コントローラは、前記締結処理の際にセンサの出力差が所定値以上に拡大した場合に、前記報知部を介して故障を報知することを特徴とする請求項１に記載の締付検査兼用装置。
3. さらに、記憶部を有し、
   前記２個のセンサのうち一方は前記締結処理の際に締め付け力を監視するために用いられる第１のセンサであり、他方は前記検査処理の際に軸力を監視するために用いられる第２のセンサであり、
   前記記憶部には、予め前記締結処理時におけるセンサ出力と前記締結処理を行うための動力を生成するモータの回転角度との関係が関係情報として記憶されており、
   前記コントローラは、前記締結処理の際にセンサの出力差が所定値以上に拡大した場合において、前記第１のセンサの出力と前記回転角度との関係が前記関係情報から乖離している場合には前記第１のセンサが故障していると判別し、前記第１のセンサの出力と前記回転角度との関係が前記関係情報から乖離してない場合には前記第２のセンサが故障していると判別することを特徴とする請求項２に記載の締付検査兼用装置。
4. 前記２個のセンサのうち一方は前記締結処理の際に締め付け力を監視するために用いられる第１のセンサであり、他方は前記検査処理の際に軸力を監視するために用いられる第２のセンサであり、
   前記コントローラは、前記締結処理の際にセンサの出力差が所定値以上に拡大した場合において、前記締結処理に要する時間が所定の締結時間を満足しない場合には、前記第１のセンサが故障していると判別し、前記所定の締結時間を満足している場合には、前記第２のセンサが故障していると判別することを特徴とする請求項２に記載に締付検査兼用装置。
5. 前記複数のセンサの個数は２であり、
   それぞれのセンサから出力される出力信号を受信するコントローラと、
   該締付検査兼用装置の故障を報知する報知部と、を有し、
   前記コントローラは、前記検査処理の際にセンサの出力差が所定値以上に拡大した場合に、前記報知部を介して故障を報知することを特徴とする請求項１に記載の締付検査兼用装置。
6. さらに、記憶部を有し、
   前記２個のセンサのうち一方は前記締結処理の際に締め付け力を監視するために用いられる第１のセンサであり、他方は前記検査処理の際に軸力を監視するために用いられる第２のセンサであり、
   前記記憶部には、予め前記検査処理時におけるセンサ出力と前記検査処理を行うための動力を生成するモータの回転角度との関係が関係情報として記憶されており、
   前記コントローラは、前記検査処理の際にセンサの出力差が所定値以上に拡大した場合において、前記第２のセンサの出力と前記回転角度との関係が前記関係情報から乖離している場合には前記第２のセンサが故障していると判別し、前記第２のセンサの出力と前記回転角度との関係が前記関係情報から乖離していない場合には前記第１のセンサが故障していると判別することを特徴とする請求項５に記載の締付検査兼用装置。
7. 前記２個のセンサのうち一方は前記締結処理の際に締め付け力を監視するために用いられる第１のセンサであり、他方は前記検査処理の際に軸力を監視するために用いられる第２のセンサであり、
   前記コントローラは、前記検査処理の際にセンサの出力差が所定値以上に拡大した場合において、前記検査処理に要する時間が所定の締結時間を満足しない場合には、前記第２のセンサが故障していると判別し、前記所定の締結時間を満足する場合には、前記第１のセンサが故障していると判別することを特徴とする請求項２に記載に締付検査兼用装置。
8. 前記複数のセンサの個数は３以上であり、
   それぞれのセンサから出力される出力信号を受信するコントローラと、
   センサの故障を報知する報知部と、を有し、
   前記コントローラは、前記締結処理及び／又は前記検査処理の際に一つのセンサの出力と、残りのセンサの出力との出力差が所定値以上の場合に、前記報知部を介して故障を報知することを特徴とする請求項１に記載の締結検査兼用装置。
   
   

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