JP2776240B2 - ボルト自動締結装置 - Google Patents

ボルト自動締結装置

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JP2776240B2
JP2776240B2 JP6046580A JP4658094A JP2776240B2 JP 2776240 B2 JP2776240 B2 JP 2776240B2 JP 6046580 A JP6046580 A JP 6046580A JP 4658094 A JP4658094 A JP 4658094A JP 2776240 B2 JP2776240 B2 JP 2776240B2
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radial
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axis
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友章 佐藤
健一 村野
修一郎 野村
潤一 柴野
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Nippon Kokan Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばシ−ルド工法
におけるセグメントの組立作業等に使用するボルト自動
締結装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】シ−ルド工法はトンネル内径よりわずか
に大きい径を有するシ−ルドを地中に推進させながらセ
グメントを組立ててトンネルを構築していく工法であ
る。このシ−ルド工法において既設セグメントとエレク
タ装置により保持されて新たに設置されたセグメントと
を連結するために複数のボルト,ナットが使用されてい
る。既設セグメントと新たに設置されたセグメントを連
結する場合、各セグメント毎の形状のばらつきや、土圧
によるセグメントのたわみ等によりボルト穴位置にばら
つきが生じる。このため従来はボルト,ナットを人手に
よりセグメントに装着して締め付けていた。
【0003】しかしながら、エレクタ装置で保持したセ
グメントを所定位置にセットした状態でボルト,ナット
を装着して締め付ける作業は高所でかつ狭い場所におけ
る重筋作業のため安全上に問題があった。このような安
全上に問題がある作業を解消するためセグメントにボル
ト,ナットを自動的に締結する方法が、例えば特開昭63
−172911号公報や特開平2−140610号公報に開示されて
いる。
【0004】特開昭63−172911号公報に開示された方法
は、図12に示すように、ポテンショメ−タ101に対
して揺動自在に取付けられたステック102の先端に設
けたほぼ半球状の検出ヘッド103を使用してボルト穴
の中心位置を計測する方法である。この方法は所定位置
に保持した検出ヘッド103を締結する2組のセグメン
ト104a,104bのボルト穴105a,105bか
ら一定距離をおいてフランジに設けた位置検出穴106
a,106bに両側から挿入に、ステック102の揺動
量をポテンショメ−タ101で検出し、検出したステッ
ク102の揺動量から2組のセグメント104a,10
4bの位置検出穴106a,106bの中心位置を計測
する。この計測した各位置検出穴106a,106bの
中心位置のずれ量に応じて締結するボルトとナットの位
置を修正して締結している。
【0005】また、特開平2−140610号公報に開示され
た方法は、図13に示すように、エレクタ装置に装着し
たボルトナット締結装置の締結ハンド15先端に一定距
離Lをおいて設けた2組の位置検出器107a,107
bをセグメントの半径方向に移動して、図14に示すよ
うにセグメントに設けたボルト穴105上を通過させ、
位置検出器107a,107bが通過したボルト穴10
5の弦の長さAA,BBから締結ハンド15の中心とボ
ルト穴105の中心との位置ずれΔXを検出し、検出し
たずれ量ΔXに応じて締結ハンド15の位置を修正して
セグメントにボルト,ナットを締結している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにセグメン
トにボルト,ナットを自動的に締結する場合は、連結す
るセグメントのボルト穴の位置ずれを検出してからボル
ト,ナットを締結する必要がある。このためボルトナッ
ト締結装置のセグメントを挾んだ両側の把持装置にボル
ト穴の位置を検出する検出装置を設けるとともに、ボル
ト穴に合わせるために両側の把持装置を独立して上下方
向に移動する移動機構が必要になり、ボルトナット締結
装置の構造や制御が複雑になってしまった。また、ボル
ト穴の位置ずれの検出に時間がかかり、掘削作業全体が
停滞してしまう。
【0007】また、連結するセグメントのボルト穴の位
置を検出してボルト穴にボルトを挿入しても、図15に
示すように、セグメント104a,104bのボルト穴
105a,105bに挿入したボルト19はボルト穴1
05a,105bの断差により傾いてしまう。このため
ボルト19の軸心とナット20の軸心とに傾きが生じ、
ボルト19とナット20のねじの嵌合ができなくなって
しまう。したがって連結するセグメント104a,10
4bのボルト穴105a,105bの位置を正確に検出
してもボルト19にナット20を締め込むことは困難で
あった。
【0008】このボルト穴105a,105bに傾いて
挿入されたボルト19の姿勢を検出することは、カメラ
等の光学的手段等を使用することにより原理的には可能
であるが、検出装置が高価になってしまう。さらに多く
のボルト姿勢の検出に時間がかかり、セグメント全体の
組立時間が長くなってしまうため、現実にはボルト姿勢
を検出することは困難であった。
【0009】この発明は係る短所を解消するためになさ
れたものであり、簡単な構造で直接ボルトとナットを締
結することができるボルト自動締結装置を得ることを目
的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明に係るボルト自
動締結装置は、被締結部をボルト,ナットで締結固定す
るボルト自動締結装置において、ボルト頭部及びナット
の把持装置に駆動軸とラジアルジョイントとラジアル・
回転ジョイントと回転ジョイントとソケット及び先端部
につばが設けられた中心軸とを有し、駆動軸の前面とラ
ジアルジョイントの後面は軸心と直交する平面で形成さ
れ、軸心を通るキ−結合で連結され、ラジアルジョイン
トの前面とラジアル・回転ジョイントの後面は軸心と直
交する平面で形成され、駆動軸前面とラジアルジョイン
ト後面のキ−結合と直交する方向のキ−結合で連結さ
れ、ラジアル・回転ジョイントの前面と回転ジョイント
の後面は軸心と直交する方向に湾曲した円弧面で形成さ
れ、円弧面に沿ったキ−結合で連結され、回転ジョイン
トの前面とボルト頭部及びナットを把持する把持穴を有
するソケットの後面は回転ジョイントの後面の円弧面の
湾曲方向と直交する方向に湾曲した円弧面で形成され、
ラジアル・回転ジョイント前面と回転ジョイント後面の
キ−結合と直交する方向のキ−結合で連結され、ラジア
ルジョイントとラジアル・回転ジョイントと回転ジョイ
ントとソケットの軸心には中心軸の外径より大きな内径
のガイド穴を有し、中心軸はソケット側面の複数個所に
設けられ圧縮ばねにより中心側に押圧された位置決めロ
ッドで位置決めされ、圧縮ばねにより後方に付勢されて
ソケット,回転ジョイント,ラジアル・回転ジョイン
ト,ラジアルジョイント及び駆動軸を一体化しているこ
とを特徴とする。
【0011】上記駆動軸に取付けられたラチェットと、
該ラチェットとの噛み合いと噛み合いの解除を油圧シリ
ンダによる上下動により行うつめとを有するトルク保持
機構を備えることが好ましい。
【0012】上記被締結部がエレクタ装置に取付けられ
所定位置に設置されたシ−ルドセグメントと既設セグメ
ントであっても良い。
【0013】
【作用】この発明においては、把持装置で把持したボル
トを被締結部のボルト穴に挿入し、ボルト穴に挿入した
ボルトとナットの把持位置の水平方向と垂直方向のずれ
を把持装置の中心軸により一体化され平面ですべり接触
した駆動軸とラジアルジョイント及び平面ですべり接触
したラジアルジョイントとラジアル・回転ジョイントで
修正し、ボルトとナットの把持角度のずれを円弧面です
べり接触したラジアル・回転ジョイントと回転ジョイン
ト及び円弧面ですべり接触した回転ジョイントとソケッ
トで修正する。
【0014】また、駆動軸に取付けられたラチェット
と、油圧シリンダによる上下動によりラチェットと噛み
合ったり、噛み合いを解除するつめにより、ボルトとナ
ットを締め付けるときに、ボルト又はナットを把持した
一方の把持装置の回転を押え、ボルトとナットを確実に
締め付ける。
【0015】また、各ジョイントがすべり接触し高トル
クを有するから、被締結部がエレクタ装置に取付けられ
所定位置に設置されたシ−ルドセグメントと既設セグメ
ントのように大型のものであっても確実に締結する。
【0016】
【実施例】図1,図2はこの発明の一実施例のボルト自
動締結装置のボルト頭部及びナットの把持装置を示し、
図1は正面断面図、図2は一部を裁断して示した平面図
である。図に示すように、把持装置1は駆動軸2とラジ
アルジョイント3とラジアル・回転ジョイント4と回転
ジョイント5及びソケット6が先端部につば71を有す
る中心軸7により一体化され剛体構造になっている。
【0017】駆動軸2は、図3の説明図に示すように、
前端部のフランジ21の前面が軸心と直交する平面で形
成され、軸心であるY軸方向と直交する水平方向のX軸
方向又は垂直方向のZ軸方向に沿って一定幅のキ−溝2
2が軸心を通って設けられている。駆動軸2前面の平面
には長手方向がキ−溝22に沿って凹んだばね受け溝2
3が上下に設けられている。この駆動軸2の後端部には
回転機構との連結部24が設けられ、フランジ21と連
結部24の間に保持部25が設けられている。駆動軸2
の軸心には中心軸7と嵌合する保持穴26が設けられ、
保持穴26の後端部にばね受け座27を有する。
【0018】ラジアルジョイント3は後面31と前面3
2が軸心と直交する平面で形成され、後面31には、図
3に示すように、駆動軸2のキ−溝22と嵌合するキ−
33を有し、前面32には後面31のキ−33と直交す
る方向に設けられたキ−溝34を有する。このラジアル
ジョイント3の軸心には中心軸7の外径より一定長さだ
け大きな内径のガイド穴35を有する。そして後面31
の平面には駆動軸2のばね受け溝23と対応する位置に
凹んだばね受け溝36が設けられ、前面32の平面には
長手方向がキ−溝34に沿って凹んだばね受け溝37が
上下に設けられている。このラジアルジョイント3の後
面に設けられたばね受け溝36と駆動軸2の前面に設け
たばね受け溝23には位置決めばね38が収納されてい
る。
【0019】ラジアル・回転ジョイント4は後面が軸心
と直交する平面で形成され、ラジアルジョイント3のキ
−溝34と嵌合するキ−41を有し、前面は軸心と直交
する水平方向又は垂直方向に湾曲した円弧面42で形成
され、軸心と直交し円弧面42に沿ったキ−溝43を有
する。このラジアル・回転ジョイント4の軸心にはラジ
アルジョイント3のガイド穴35と同じ内径のガイド穴
44を有する。そして後面の平面にはラジアルジョイン
ト3の前面32に設けられたばね受け溝37と対応する
位置に凹んだばね受け溝45が設けられている。このば
ね受け溝45とラジアルジョイント3の前面32に設け
られたばね受け溝37には位置決めばね46が収納され
ている。
【0020】回転ジョイント5は後面がラジアル・回転
ジョイント4の前面の円弧面に倣う円弧面51で形成さ
れ、前面は後面の円弧面51の湾曲方向と直交する方向
に湾曲した円弧面52で形成されている。後面の円弧面
51にはラジアル・回転ジョイント4前面のキ−溝43
に嵌合するキ−53を有し、前面には軸心と直交し円弧
面52に沿ったキ−溝54を有する。軸心にはラジアル
・回転ジョイント4のガイド穴44と同じ内径のガイド
穴55を有する。
【0021】ソケット6は後面が回転ジョイント5の前
面の円弧面52に倣う円弧面61で形成され、回転ジョ
イント5前面のキ−溝54に嵌合するキ−62を有す
る。前面にはボルト頭部及びナットを把持する把持穴6
3を有し、把持穴63の後部にはボルト逃げ部64と中
心軸7の外径より大きく中心軸のつば71より小さな径
のガイド穴65を有する。そして後部側面の3個所又は
4個所に圧縮ばね66で中心軸7側に押圧された位置決
めロッド67を有する。
【0022】中心軸7はソケット6,回転ジョイント
5,ラジアル・回転ジョイント4,ラジアルジョイント
3及び駆動軸2の軸心を貫通して挿入され、駆動軸2の
ばね受け座27で保持された圧縮ばね72により後方に
付勢され、つば71がソケット6のガイド穴65の前面
に当り、駆動軸2,ラジアルジョイント3,ラジアル・
回転ジョイント4,回転ジョイント5及びソケット6を
一体化している。
【0023】上記のように構成された把持装置1を装着
したボルト自動締結装置は、図4の斜視図に示すよう
に、水平方向Xと鉛直方向Yに移動するエレクタ装置連
結部8のア−ム9の先端部に取り付けられたX−Y平面
と垂直なZ方向である管軸方向の移動機構部10と旋回
機構部11,締結用駆動部12,ア−ムスライド機構部
13及び1対の締結ハンド15を有する。1対の締結ハ
ンド15はそれぞれ単独でZ方向に移動できるようにな
っている。そして把持装置1は、図5の締結ハンドの正
面図に示すように、駆動軸2のフランジ21と連結部2
4の間の保持部25が軸受15aを介して締結ハンド1
5に回転自在に取付けられている。締結ハンド15の先
端部には、図6の側面図に示すように、チャック用シリ
ンダ16aと引張ばね16bにより開閉するボルト引出
用爪16が設けられている。そして駆動軸2の連結部2
4が歯車17を介して締結用駆動部12に連結されてい
る。また、駆動軸2の連結部24は一部が、図7の構成
図に示すように、四角状に形成され、この角部24aに
はラチェット18aと、圧縮ばね18dでラチェット1
8a側に付勢され油圧シリンダ18bで上下動するつめ
18cを有するトルク保持機構18が締結ハンド15の
後面に設けられている。
【0024】上記のように構成された把持装置1を使用
して既設セグメントとエレクタ装置により保持されて新
たに設置されたセグメントとを、図8に示すように、先
端部に案内部19aを有する長ボルト19とナット20
で連結するときの動作を図9のボルト挿入工程図と図1
0のボルト締結工程図を参照して説明する。
【0025】あらかじめ長ボルト19を一方のセグメン
トのボルト穴に挿入しておく。そしてエレクタ装置によ
り、新たに設置するセグメントを締結位置まで移送した
のちボルト挿入工程に入る。このボルト挿入工程に入る
と、まずナット側の把持装置1bにナット20を把持さ
せた状態で、図9(1)に示すように、締結ハンド15
を長ボルト19の引出位置まで降下させる。次ぎに、図
9(2)に示すように、締結ハンド15の先端部に設け
たボルト引出用爪16で長ボルト19のボルト軸を把持
し、締結ハンド15を水平方向に移動してセグメント1
04a,104bのボルト穴105a,105bに長ボ
ルト19を挿入する。その後、ボルト引出用爪16によ
る長ボルト19の把持を解除し、図9(3)に示すよう
に、締結ハンド15を上昇させて初期位置に復帰させ
る。締結ハンド15が初期位置に復帰したら、図9
(4)に示すように、再び締結ハンド15を下降させて
から、図9(5)に示すように、ボルト側の締結ハンド
15を長ボルト19側に移動して長ボルト19を完全に
ボルト穴105a,105bに押し込む。その後、図9
(6)に示すように、締結ハンド15を有る程度戻して
ボルト挿入工程を終了する。
【0026】ボルト挿入工程が終了するとボルト締結工
程に入る。ボルト締結工程ではボルト挿入工程が終了し
たら、図10(1)に示すように、ボルト側の把持装置
1aを低速で回転させながら、把持装置1aを装着した
締結ハンド15を長ボルト19の方に前進させる。締結
ハンド15が前進して把持装置1aのソケット6の前面
が長ボルト19のボルト頭に当ると、長ボルト19に位
置ずれや傾きが生じていても把持装置1aの平面ですべ
り接触した駆動軸2とラジアルジョイント3及び平面で
すべり接触したラジアルジョイント3とラジアル・回転
ジョイント4で位置ずれを修正し、円弧面ですべり接触
したラジアル・回転ジョイント4と回転ジョイント5及
び円弧面ですべり接触した回転ジョイント5とソケット
6で傾きを修正するから、図11の説明図に示すよう
に、ボルト頭を把持装置1aのソケット6で確実に把持
することができる。
【0027】この状態で、図10(2)に示すように、
ナット20を把持した把持装置1bを装着した締結ハン
ド15を長ボルト側に前進させる。把持装置1bが前進
し、把持したナット20が長ボルト19の案内部19の
先端部に接触する。このとき長ボルト19とナット20
の軸心が位置ずれしたり傾いていても、ナット20には
押込力が加えられおり、かつ把持装置1bの平面ですべ
り接触した駆動軸2とラジアルジョイント3及び平面で
すべり接触したラジアルジョイント3とラジアル・回転
ジョイント4でナット20を把持したソケット6を任意
の位置に移動させ、さらに円弧面ですべり接触したラジ
アル・回転ジョイント4と回転ジョイント5及び円弧面
ですべり接触した回転ジョイント5とソケット6でソケ
ット6の傾きを任意に可変するから、ナット20の位置
と傾きを長ボルト19の案内部19に倣って修正してナ
ット20を長ボルト19の案内部19aに挿入する。そ
の後、図10(3)に示すように、ナット20を把持し
ている把持装置1bをねじを締める方向に回転しながら
長ボルト19にナット20を締め込む。このナット20
を締め込むときに長ボルト19を把持している把持装置
1aはラチェット18aと油圧シリンダ18bで上下動
するつめ18cを有するトルクトルク保持機構18で保
持しているから、図7の矢印Aでで示すような締付力が
働いても回転しないで長ボルト19を保持している。し
たがってナット20を長ボルト19に確実に締め付ける
ことができる。そして、図10(4)に示すようにナッ
ト20を長ボルト19に確実に締め付けたら、把持装置
1a、1bをそれぞれ装着した締結ハンド15を後退さ
せて、締結ハンド15を初期位置に戻してボルト締結工
程を終了する。この把持装置1a、1bを後退して長ボ
ルト19とナット20の把持を解除すると、駆動軸2と
ラジアルジョイント3との間に設けた位置決めばね38
と、ラジアルジョイント3とラジアル・回転ジョイント
4の間に設けられた位置決めばね46により、位置合わ
せのために移動したラジアルジョイント3とラジアル・
回転ジョイント4を原点位置に戻す。
【0028】なお、上記実施例は把持装置1を駆動軸2
に連結された締結用駆動部12により回転して長ボルト
19とナット20を締め付ける場合について説明した
が、一方の把持装置1の駆動軸2の連結部24に取り付
けられたラチェット18aと噛み合うつめ18cを油圧
シリンダ18bで上下動させて、ラチェット18aを送
るようにしても長ボルト19とナット20を締め付ける
ことができる。
【0029】また、上記実施例は先端部に案内部19a
を有するボルト19を使用してナットを締め付ける場合
に付いて説明したが、ナットをボルト側に前進させると
きに、ナットを把持した把持装置1bを回転しながら前
進させることにより、普通のボルトを使用してもボルト
とナットの位置と軸心を一致させることができる。
【0030】
【発明の効果】この発明は以上説明したように、把持装
置で把持したボルトを被締結部のボルト穴に挿入し、ボ
ルト穴に挿入したボルトとナットの把持位置の水平方向
と垂直方向のずれを把持装置の中心軸により一体化され
平面ですべり接触した駆動軸とラジアルジョイント及び
平面ですべり接触したラジアルジョイントとラジアル・
回転ジョイントで修正し、ボルトとナットの把持角度の
ずれを円弧面ですべり接触したラジアル・回転ジョイン
トと回転ジョイント及び円弧面ですべり接触した回転ジ
ョイントとソケットで修正するようにしたから、被締結
部に挿入したボルトと締め込むナットの位置がずれてい
たり、ボルトの軸心とナットの軸心とが傾いていても、
自動的にボルトとナットの位置と軸心を一致させること
ができ、確実にボルトとナットを締め付けることができ
る。
【0031】また、ボルトとナットの位置と軸心を自動
的に一致させるから、ボルトを差し込む被締結部のボル
ト穴の位置ずれや、被締結部に差し込んだボルトの傾き
やをあらかじめ検知する必要がなく、ボルト自動締結装
置の構造を簡略化することができるとともに、被締結部
の連結作業時間を大幅に短縮することができる。
【0032】さらに、駆動軸に取付けられたラチェット
と、油圧シリンダによる上下動によりラチェットと噛み
合ったり、噛み合いを解除するつめにより、ボルトとナ
ットを締め付けるときに、ボルト又はナットを把持した
一方の把持装置の回転を押えることができ、ボルトとナ
ットを短時間で確実に締め付けることができる。
【0033】また、各ジョイントがすべり接触し高トル
クを有するから、被締結部がエレクタ装置に取付けられ
所定位置に設置されたシ−ルドセグメントと既設セグメ
ントのように大型のものであっても確実に締結すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例の把持装置を示す正面断面図
である。
【図2】上記実施例の一部を裁断して示した平面図であ
る。
【図3】駆動軸とラジアルジョイントを示す説明図であ
る。
【図4】ボルト自動締結装置を示す斜視図である。
【図5】締結ハンドの正面図である。
【図6】締結ハンドの側面図である。
【図7】締結ハンドのトルク保持機構を示す構成図であ
る。
【図8】ボルトとナットを示す正面断面図である。
【図9】ボルト挿入工程を示す工程図である。
【図10】ボルト締結工程を示す工程図である。
【図11】ボルト締結状態を示す説明図である。
【図12】従来のボルト穴中心位置の計測状態を示す断
面図である。
【図13】2組の位置検出器を有する従来の締結ハンド
の説明図である。
【図14】上記締結ハンドの位置ずれを検出する動作を
示す説明図である。
【図15】従来のボルト締結状態を示す説明図である。 〔図面の簡単な説明〕 1 把持装置 2 駆動軸 3 ラジアルジョイント 4 ラジアル・回転ジョイント 5 回転ジョイント 6 ソケット 7 中心軸 15 締結ハンド 18 トルク保持機構 18a ラチェット 18c つめ
フロントページの続き (72)発明者 柴野 潤一 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−140610(JP,A) 実開 平6−36728(JP,U) 実開 平6−24830(JP,U) 実開 平6−55383(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23P 19/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被締結部をボルト,ナットで締結固定す
    るボルト自動締結装置において、ボルト頭部及びナット
    の把持装置に駆動軸とラジアルジョイントとラジアル・
    回転ジョイントと回転ジョイントとソケット及び先端部
    につばが設けられた中心軸とを有し、 駆動軸の前面とラジアルジョイントの後面は軸心と直交
    する平面で形成され、軸心を通るキ−結合で連結され、 ラジアルジョイントの前面とラジアル・回転ジョイント
    の後面は軸心と直交する平面で形成され、駆動軸前面と
    ラジアルジョイント後面のキ−結合と直交する方向のキ
    −結合で連結され、 ラジアル・回転ジョイントの前面と回転ジョイントの後
    面は軸心と直交する方向に湾曲した円弧面で形成され、
    円弧面に沿ったキ−結合で連結され、 回転ジョイントの前面とボルト頭部及びナットを把持す
    る把持穴を有するソケットの後面は回転ジョイントの後
    面の円弧面の湾曲方向と直交する方向に湾曲した円弧面
    で形成され、ラジアル・回転ジョイント前面と回転ジョ
    イント後面のキ−結合と直交する方向のキ−結合で連結
    され、 ラジアルジョイントとラジアル・回転ジョイントと回転
    ジョイントとソケットの軸心には中心軸の外径より大き
    な内径のガイド穴を有し、 中心軸はソケット側面の複数個所に設けられ圧縮ばねに
    より中心側に押圧された位置決めロッドで位置決めさ
    れ、圧縮ばねにより後方に付勢されてソケット,回転ジ
    ョイント,ラジアル・回転ジョイント,ラジアルジョイ
    ント及び駆動軸を一体化していることを特徴とするボル
    ト自動締結装置。
  2. 【請求項2】 上記駆動軸に取付けられたラチェット
    と、該ラチェットとの噛み合いと噛み合いの解除を油圧
    シリンダによる上下動により行うつめとを有するトルク
    保持機構を備えた請求項1記載のボルト自動締結装置。
  3. 【請求項3】 被締結部がエレクタ装置に取付けられ所
    定位置に設置されたシ−ルドセグメントと既設セグメン
    トである請求項1又は2記載のボルト自動締結装置。
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