JP4351718B2

JP4351718B2 - ボルト締付け装置及びボルト締付け方法

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Publication number: JP4351718B2
Application number: JP2007285668A
Authority: JP
Inventors: 晶洋吉川
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-01-23
Filing date: 2007-11-02
Publication date: 2009-10-28
Anticipated expiration: 2027-11-02
Also published as: CN101229636A; CN100584538C; US20080257115A1; JP2008200842A

Description

本発明は、平座金にボルトを通してボルトの頭に平座金が当たっている形態の座金付きボルトを、保持し、運搬し、回転させるボルト締付け技術の改良に関する。

ナットランナーと呼ばれるボルト締付け装置は、回転軸の先端にソケット部を備え、このソケット部に磁気吸着や真空吸着作用でボルトの頭を吸着して保持し、運搬し、被締付け材に締付ける装置である。

一方、被締付け材がアルミ合金や銅合金など、鉄鋼材料に比較して軟らかい材料であると、被締付け材が窪むことがあるため、座金を介在させることが望まれる。座金で面圧を減少させることができるからである。

また、ボルト穴が大きいためボルトの頭が陥没する虞があるときにも座金が用いられる。このように、多様な理由で、座金が併用される。座金には、平座金、ばね座金、菊座金、舌付き座金など多様の形態が実用化されているが、平板から打ち抜き形成した平座金が、大多数を占める。

被締付け材に、予め座金を載せておき、この座金にボルトを貫通させるようにすれば、従来のナットランナーでボルトを締付けることができる。しかし、座金を予めセットする工数が嵩む。また、ボルトを貫通させる際に、誤ってボルトの先端が座金に触れると、座金が脱落する。

これらの不便さを解消するために、平座金にボルトを通してボルトの頭に平座金が当たっている形態の座金付きボルトを、保持し、運搬し、回転させるボルト締付け装置が開発された（例えば、特許文献１参照。）。
特開平８−９９２８３号公報（図２、図３）

特許文献１を次図に基づいて説明する。
図９は従来のボルト締付け装置の原理を説明する図であり、（ａ）に示されるように、吸着ヘッド１０１に、空気通路１０２及び想像線で示されるボルト１０３の頭１０４を収納する凹部１０５が設けられ、更に、（ｂ）に示されるように、２個のギャップ部１０６、１０６が切り欠き形成されている。

（ａ）において、エアーコンプレッサー１０７を運転して、凹部１０５やギャップ部１０６、１０６の空気を、空気通路１０２を介して吸引する。空気通路１０２で、主としてボルトの頭１０４が吸着され、ギャップ部１０６、１０６で平座金１０８が吸着される。

しかし、凹部１０５やギャップ部１０６、１０６には、空気の他に、ゴミや金属粉などの異物が侵入し、これらの異物の一部が平座金１０８に付着して、締付け不良を引き起こすことがある。また、吸着性能を高めるには大量の空気を吸引する必要があり、空気の吸込み量に比例して、エアーコンプレッサー１０７の運転費用、すなわち電気代が嵩む。

本発明は、平座金にボルトを通してボルトの頭に平座金が当たっている形態の座金付きボルトを、保持し、運搬し、回転させるボルト締付け技術であって、異物を吸込む心配が無く、電気代を抑えることができ易くすることができるボルト締付け技術を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、平座金にボルトを通してボルトの頭に平座金が当たっている形態の座金付きボルトを、保持し、運搬し、回転させるボルト締付け装置であって、
このボルト締付け装置は、回転軸と、この回転軸を回転自在に支えるホルダと、前記回転軸の先端に設けられボルトの頭を収納するソケット部と、このソケット部に収納したボルトの頭と平座金との間に空気を吹付けるために前記ホルダに付設したエアブローノズルとを備えることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、エアブローノズルから吹出した空気を、ボルトの頭と平座金との間に流す。ボルトの頭と平座金との間は流路が狭いため、流速が増加する。ベルヌーイの定理によれば、動圧と静圧との総和は一定である。流速が増加した分だけ、圧力が下がる。圧力が下がると、ボルトの頭に平座金が接近し、平座金が脱落することはない。

請求項２に係る発明は、平座金の２面のうち、ボルトの頭に臨む面を第１面、残りの面を第２面と呼ぶときに、ソケット部に収納したボルト頭に密着させた平座金の第２面を基準として、エアブローノズルは第２面から突出しないようにホルダ寄りに設けたことを特徴とする。

請求項３に係る発明では、平座金にボルトを通してボルトの頭に平座金が当たっている形態の座金付きボルトを、保持し、運搬し、回転させるボルト締付け装置であって、
このボルト締付け装置は、回転軸と、この回転軸を回転自在に支えるホルダと、このホルダの外周に軸方向に移動自在に嵌められる中空状のスライダと、前記回転軸の先端に設けられるソケット部と、このソケット部に収納したボルトの頭と平座金との間に空気を吹付けるために前記スライダに取付けたエアブローノズルとを備え、
前記スライダは、前記エアブローノズルに障害物が接触したとき、前記ホルダの外周を後方へ摺動するように構成したことを特徴とする。

請求項４に係る発明は、ボルトの頭に平座金が当たっている形態の座金付きボルトをボルト締付け装置に備えたソケット部に装着させる工程と、前記ソケット部を支える回転軸を回転させる工程と、前記ソケット部に収納したボルトの頭と平座金との間にボルト締付け装置に備えたエアブローノズルから空気を吹付けるエア吹付け工程と、被締付け材にボルトを締付ける工程とからなることを特徴とする。

請求項１に係る発明では、エアブローノズルから吹出した空気を、ボルトの頭と平座金との間に流すだけである。吹出した空気は、クリーニング作用を発揮するため、平座金やボルトの頭に異物が付着する心配はない。また、エアブローノズルから吹出した空気は少量で済ませることができ、コンプレッサーでの電気代を節約することができる。

請求項２に係る発明では、エアブローノズルは第２面から突出しないようにホルダ寄りに設けたので、エアブローノズルが被締付け材に接触する心配はない。この結果、ボルトを十分に被締付け材に締付けることができる。

請求項３に係る発明では、スライダは、エアブローノズルに障害物が接触したとき、ホルダの外周を後方へ摺動するように構成したので、ソケット部をエアブローノズルよりも突出させることができる。これにより、被締付け材に設けられたねじ穴周りに突起部等の障害物がある場合でも、ボルトを十分に締付けることができる。
加えて、請求項３に係る発明では、エアブローノズルから吹出した空気を、ボルトの頭と平座金との間に流す。ボルトの頭と平座金との間は流路が狭いため、流速が増加する。ベルヌーイの定理によれば、動圧と静圧との総和は一定である。流速が増加した分だけ、圧力が下がる。圧力が下がると、ボルトの頭に平座金が接近し、平座金が脱落することはない。
さらに、請求項３に係る発明では、エアブローノズルから吹出した空気を、ボルトの頭と平座金との間に流すだけである。吹出した空気は、クリーニング作用を発揮するため、平座金やボルトの頭に異物が付着する心配はない。また、エアブローノズルから吹出した空気は少量で済ませることができ、コンプレッサーでの電気代を節約することができる。

請求項４に係る発明では、エア吹付け工程で、ボルトの頭と平座金との間にエアブローノズルから空気を吹付けるようにしたので、吹出した空気は、クリーニング作用を発揮する。そのため、平座金やボルトの頭に異物が付着する心配はない。また、エアブローノズルから吹出した空気は少量で済ませることができ、コンプレッサーでの電気代を節約することができる。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、請求項１に係る説明は主として図１で説明し、請求項２に係る説明は主として図４で説明し、請求項３に係る説明は主として図７で説明し、請求項４に係る説明は主として図６で説明する。また、図面は符号の向きに見るものとする。

図１は本発明に係るボルト締付け装置の外観図であり、ボルト締付け装置１０は、回転軸１１と、この回転軸１１を回転自在に支えるホルダ１２と、回転軸１１の先端に設けられボルトの頭を収納するソケット部１３と、ホルダ１２に付設したエア供給管１４と、このエア供給管１４の先端に設けたエアブローノズル１５とを備えることを特徴とする。

エア供給管１４は、鋼管、銅管、アルミ管などの金属製管が好適である。そして、このようなエア供給管１４に、チューブ継手３６を介して、フレキシブルチューブ３７を接続する。そして、フレキシブルチューブ３７はチューブクランプ１６でホルダ１２に固定する。

また、１８はベアリングを介して回転軸１１に取付けた回転スリーブであり、この回転スリーブ１８に設けたクランプ部１９でエア供給管１４を支える。
さらに、ホルダ１２の先端に廻り止め部材１７を設け、この廻り止め部材１７でエア供給管１４の図面手前や奥へ移動することを制限する。廻り止め部材１７は例えば二股フォーク形状にすることで、エア供給管１４が図面左右へ移動することは制限しない。

ソケット１３がホルダ１２に対して軸方向に（図面左右方向に）可動である場合、エア供給管１４及びエアブローノズル１５は、ソケット１３と共に軸方向に移動し、この移動量はフレキシブルチューブ３７で吸収させる。
すなわち、ソケット１３は軸方向へスライドするにも拘わらず、エアブローノズル１５を所定の位置に臨ませることができるとともに、このエアブローノズル１５から所定の量のエアを安定して供給することができる。

図２は本発明のソケット部の断面図であり、ボルトの頭２１に鍔２２が一体形成されている鍔付きボルト２０を例に説明すると、ソケット部１３には、鍔２２を収納する鍔収納部２３と、ボルトの頭２１を収納するボルト頭収納部２４とが設けられ、このボルト頭収納部２４の奥に磁石２５が埋設されている。

図３は図２の３−３矢視図であり、エアブローノズル１５から金属製のステー２７を延ばし、このステー２７に座金検出センサ２８が取付けられている。この座金検出センサ２８は、投光素子と受光素子とを備え、投光素子から発射した赤外線又はレーザ線が座金に当たって、反射し、反射光が受光素子に到達したら、座金が有り、反射光が戻ってこなければ座金が無いと判定する「反射型光センサ」が好適である。しかし、その他の形式の非接触型部品検知センサであっても差し支えない。

図４は本発明のエアブローノズルの取付け要領図であり、平座金３０の２面のうち、ボルトの頭２１に臨む面を第１面３１、残りの面を第２面３２と呼ぶ。そして、ソケット部１３に収納したボルト頭２１に密着させた平座金３０の第２面３２を基準として、エアブローノズル１５は第２面３２から突出しないように、距離ｔだけホルダ（図１の符号１２）に寄せて配置する。座金検出センサ２８も同様である。

ボルト２０が炭素鋼製ボルトであれば、磁石２５で吸着されるため、ソケット部１３で保持させることができる。一方、平座金３０がアルミや銅やオーステナイト系ステンレスのような非吸磁性材料で構成された場合は、本発明で提案するエアブローノズル１５が役に立つ。

このエアブローノズルの作用を次に説明する。
図５は本発明のエアブローノズルの作用説明図であり、（ａ）に示されるように、エアブローノズル１５から空気を吹き出す。この空気３３はボルトの頭２１と平座金３０の第１面３１との間を流れる。この空気の流れは、（ｂ）に示されるように変化する。

（ｂ）において、ボルトの頭２１と平座金３０との間では、空気の流速がｖ１、圧力がｐ１であり、ボルトの頭２１から離れた所での空気の流速がｖ２、圧力がｐ２であるとする。

ベルヌーイ（ベルヌイ）の定理によれば、（ｐ／γ）＋（ｖ^２／２ｇ）＋ｈは一定である。γは空気の密度、ｇは重力である。第３項のｈは高さ（ポテンシャル）である。第１項の（ｐ／γ）と第２項の（ｖ^２／２ｇ）は共に第３項のｈと同じ次元（例えばｍｍやｃｍ）である。

（ｐ１／γ）＋（ｖ１^２／２ｇ）＋ｈ１＝（ｐ２／γ）＋（ｖ２^２／２ｇ）＋ｈ２となるが、ｈ１とｈ２は、ほぼ同一である。そのため、（ｐ１／γ）＋（ｖ１^２／２ｇ）＝（ｐ２／γ）＋（ｖ２^２／２ｇ）の関係式で検討する。

ｖ２＜ｖ１であるため、ｐ１＜ｐ２となる。ｐ２が大気圧に近似すれば、ｐ１は負圧になる。そのため、平座金３０はボルトの頭２１に接近する。しかし、極端に接近すると、ｖ１がゼロになって負圧が消滅する。すると、平座金３０はボルトの頭２１から離れる。すなわち、（ａ）に示した、ボルトの頭２１と平座金３０の間隔Ｇが一定になる。ボルト２０が水平、斜め、垂直であるかにより、間隔Ｇは若干変化するが、各々の姿勢においては一定になる。

すなわち、空気がボルトの頭２１と平座金３０との間を通過するため、ここに異物が侵入する心配はない。仮に異物が有ったとしても空気によりクリーニング作用で除去される。

また、図４において、エアブローノズル１５及び座金検出センサ２８が第２面３２から突出していない。想像線で示す被締付け材３４にボルト２０をねじ込むときや貫通させるときに、第２面３２を何の障害もなく、被締付け材３４に当てることができる。
次に、ボルト締付け装置１０を用いて行うボルト締付け方法を以下に説明する。

図６は本発明のボルト締付け装置を用いて行うボルト締付け方法のフロー図であり、ステップ（以下ＳＴと記す。）０１において、ボルトをソケット部に装着させる。具体的には、図２にて、ソケット部１３のボルト頭収納部２４及び鍔収納部２３に鍔付きボルト２０のボルトの頭２１及び鍔２２を嵌める。

ＳＴ０２において、回転軸を回転させる。具体的には、図１にて、ソケット部１３に鍔付きボルト（図２の符号２０）を嵌めた状態で、回転軸１１を矢印の方向に回転させる。

ＳＴ０３において、ボルトの頭と平座金との間に空気を吹付ける。具体的には、図５（ａ）のようにエアブローノズル１５からボルトの頭２１と平座金３０の第１面３１との間に空気を吹付ける。

ＳＴ０４において、被締付け材にボルトを締付ける。具体的には、図４にて、ソケット部１３をボルト締付方向に回転させることにより、被締付け材３４に鍔付きボルト２０を締付ける。

上記ボルト締付け方法では、エア吹付け工程で、ボルトの頭（図５の符号２１）と平座金（図５の符号３０）との間にエアブローノズル（図５の符号１５）から空気を吹付けるようにしたので、吹出した空気は、クリーニング作用を発揮する。そのため、平座金やボルトの頭に異物が付着する心配はない。また、エアブローノズルから吹出した空気は少量で済ませることができ、コンプレッサーでの電気代を節約することができる。

これまでに説明したボルト締付け装置１０では、エアブローノズルをホルダに付設させた。ところで、機械や構造物ではねじ穴の周りに突起部等の障害物が形成されていることが多く、このようなねじ穴にボルトを締付けるには、ソケット部がエアブローノズルよりも突出していることが必要となる。次に、エアブローノズルに障害物が接触したとき、エアブローノズルを後方へ移動させることができる実施例を以下に説明する。

図７は本発明に係る別のボルト締付け装置の断面図であり、図１と共通の構造については符号を流用して説明を省略する。

ボルト締付け装置４０は、回転軸１１と、ホルダ１２と、このホルダ１２の外周に軸方向に移動自在に嵌められる中空状のスライダ４１と、このスライダ４１の前方（図右）への移動を制止するためにホルダ１２の先端部に取り付けられるストッパ部材４２と、スライダ４１の後端面に密着させた座金４３とホルダ１２の後部に設けた座面４４との間に設けられホルダ１２の外周に嵌められている圧縮コイルばね４５と、ソケット部１３と、スライダ４１に取付けられストッパ部材４２に設けたスライド部材４６で摺動自在に支えられているエア供給管４７と、このエア供給管４７の先端に取り付けられているエアブローノズル４８とを備える。

４９はチューブ継手、５１はフレキシブルチューブ、５２はストッパ部材押さえねじ、５３はスライド部材押さえである。

回転軸１１、ホルダ１２、ソケット部１３が静止状態にあるとして、エアブローノズル４８の先端面に白抜き矢印で示した水平荷重が加えられると、エアブローノズル４８とエア供給管４７とスライダ４１は後方（図左）へ移動し、例えば二点鎖線で示した位置で止まる。このとき、圧縮コイルばね４５は、伸びた状態から縮んだ状態になる。

また、上記状態から白抜き矢印で示した水平荷重を取り去ると、エアブローノズル４８とエア供給管４７とスライダ４１は、圧縮コイルばね４５の弾性作用によって実線で示した位置に戻る。

すなわち、ボルト締付け装置４０では、スライダ４１は、エアブローノズル４８に障害物が接触したことによる水平荷重が作用するとき、ホルダ１２の外周を後方（図左）へ摺動するように構成した。
次にボルト締付け装置４０の作用を説明する。

図８は図７の作用説明図であり、障害物は突起部を例にして説明する。
（ａ）にて、ねじ穴５４及び突起部５５を備えた被締付け材５６に、鍔付きボルト２０を装着し回転軸１１を回転させた状態のボルト締付け装置４０を臨ませ、ボルト締付け装置４０を矢印（１）のように前進させる。

（ｂ）にて、エアブローノズル４８が突起部５５に接触し、スライダ４１が矢印（２）のように後退する。同時に、ソケット部１３が矢印（３）のように前進し、ねじ穴５４に鍔付きボルト２０をねじ込む。

（ｃ）にて、ねじ穴５４への鍔付きボルト２０の締付けが完了した。回転軸１１の回転を止め、矢印（４）のようにボルト締付け装置４０全体を後退させ、次に作業に移る。

ボルト締付け装置４０では、スライダ４１は、エアブローノズル４８に突起部５５が接触したとき、ホルダ１２の外周を後方へ摺動するように構成したので、ソケット部１３をエアブローノズル４８よりも突出させることができる。これにより、被締付け材５６に設けられたねじ穴５４周りに突起部等の障害物がある場合でも、鍔付きボルト２０を十分に締付けることができる。

尚、実施の形態では鍔付きボルトを例に説明したが、鍔なしの六角ボルトにも適用できる。但し、普通の六角ボルトの場合は、図２で説明した鍔収納部２３は無しにする。

また、請求項３に係る障害物は、実施の形態ではねじ穴周りの突起部を例に説明したが、ざぐり穴加工が施されたねじ穴の段差部にも適用できるため、一般の機械及び構造物に設けたねじ穴の周辺部に適用して差し支えない。

本発明は、平座金にボルトを通してボルトの頭に平座金が当たっている形態の座金付きボルトを、保持し、運搬し、回転させるボルト締付け装置に好適である。

本発明に係るボルト締付け装置の外観図である。本発明のソケット部の断面図である。図２の３−３矢視図である。本発明のエアブローノズルの取付け要領図である。本発明のエアブローノズルの作用説明図である。本発明のボルト締付け装置を用いて行うボルト締付け方法のフロー図である。本発明に係る別のボルト締付け装置の断面図である。図７の作用説明図である。従来のボルト締付け装置の原理を説明する図である。

符号の説明

１０、４０…ボルト締付け装置、１１…回転軸、１２…ホルダ、１３…ソケット部、１４、４７…エア供給管、１５、４８…エアブローノズル、２０…ボルト（鍔付きボルト）、２１…ボルトの頭、３０…平座金、３１…第１面、３２…第２面、３３…空気、３４、５６…被締付け材、４１…スライダ、５５…突起部（障害物）。

Claims

平座金にボルトを通してボルトの頭に平座金が当たっている形態の座金付きボルトを、保持し、運搬し、回転させるボルト締付け装置であって、
このボルト締付け装置は、回転軸と、この回転軸を回転自在に支えるホルダと、前記回転軸の先端に設けられボルトの頭を収納するソケット部と、このソケット部に収納したボルトの頭と平座金との間に空気を吹付けるために前記ホルダに付設したエアブローノズルとを備えることを特徴とするボルト締付け装置。
前記平座金の２面のうち、前記ボルトの頭に臨む面を第１面、残りの面を第２面と呼ぶときに、前記ソケット部に収納したボルト頭に密着させた平座金の前記第２面を基準として、前記エアブローノズルは前記第２面から突出しないように前記ホルダ寄りに設けたことを特徴とする請求項１記載のボルト締付け装置。
平座金にボルトを通してボルトの頭に平座金が当たっている形態の座金付きボルトを、保持し、運搬し、回転させるボルト締付け装置であって、
このボルト締付け装置は、回転軸と、この回転軸を回転自在に支えるホルダと、このホルダの外周に軸方向に移動自在に嵌められる中空状のスライダと、前記回転軸の先端に設けられるソケット部と、このソケット部に収納したボルトの頭と平座金との間に空気を吹付けるために前記スライダに取付けたエアブローノズルとを備え、
前記スライダは、前記エアブローノズルに障害物が接触したとき、前記ホルダの外周を後方へ摺動するように構成したことを特徴とするボルト締付け装置。
ボルトの頭に平座金が当たっている形態の座金付きボルトをボルト締付け装置に備えたソケット部に装着させる工程と、前記ソケット部を支える回転軸を回転させる工程と、前記ソケット部に収納したボルトの頭と平座金との間にボルト締付け装置に備えたエアブローノズルから空気を吹付けるエア吹付け工程と、被締付け材にボルトを締付ける工程とからなることを特徴とするボルト締付け方法。