JP4524197B2 - 軸力検知締結工具、ボルト、ボルトの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車のサスペンション等のボルト・ナットの締結に供される軸力検知締結工具、ボルト、ボルトの製造方法に関する。
従来の軸力検知締結工具としては、例えば図6に示すようなものがある。
図6の締結工具は、測定用ソケット201がトルク・レンチ203に着脱自在に装着されたものである。測定用ソケット201は、ソケット本体205と、静止部材207とを備えている。ソケット本体105は、静止部材107に対し相対回転可能となっている。ソケット本体205には、ボルト嵌合穴209が設けられている。ボルト嵌合穴209は、ボルト211の頭部212に嵌合する構成となっている。ボルト嵌合穴209の奥側には、超音波センサ213が収容配置されている。
前記超音波センサ213は、永久磁石で形成された本体214に圧電素子115を取り付けたものである。圧電素子215は、前記ボルト頭部212に直接当接する構成となっている。圧電素子215にはリード線217が接続され、リード線217はスリップ・リング219の一方の端子に接続されている。スリップ・リング219の他方の端子には、前記静止部材207に支持された同軸ケーブル221が接続されている。
前記トルク・レンチ203は、駆動軸223とラチェット機構225とがベベル・ギヤ227,229の噛み合いによって回転連動する構成となっている。ラチェット機構225に連動するシャフト部231がソケット本体205の上端に嵌合し、ピン233によって結合されている。
ボルト締結に際し、前記ソケット本体205のボルト嵌合穴209をボルト211の頭部212に嵌合させると、頭部212が永久磁石の本体214に吸着され圧電素子215を頭部212上面に当接させることができる。
次いで、前記駆動軸223を回転駆動するとベベル・ギヤ227,229、ラチェット機構225を介してシャフト部231が回転駆動される。シャフト部231の回転によってソケット本体205が連動し、静止部材207に対して回転する。ソケット本体205の回転によって、ボルト211の頭部212が回転力を受けボルト211がブロック235に対し締め込まれ、被締結物237が締結される。
このとき、前記ボルト211による締結力は、ボルト211の軸力管理によって行われる。すなわち、コントローラの制御により圧電素子215から超音波を発信させると、ボルト211の先端で反射した反射波を圧電素子215が受信する。コントローラは、前記超音波を発信した時点から反射波を受信した時点までの経過時間を、超音波がボルト211をその軸心長さ方向に往復するために必要な往復時間として求め、この往復時間からボルト111の軸心長さを求める。そして、締め付けに伴うボルト211の軸心長さの伸び率を求め、さらにこの伸び率と比例関係にある軸力値を求め、この軸力値が設定値になったときに、ボルト211の締結を完了することができる。従って、ボルト211の軸力に応じた正確な締結を行うことができる。
しかしながら、上記の構造では、ボルト211をブロック135等に直接締結する場合に用いることはできるが、ボルト211にナットを締め込む作業では、ソケット本体205をナットに嵌合させて締め込んでもボルト211が共回りしてしまい、軸力検知締結工具を片手で持ち軸力を測定しながらナットを締め込む作業を行うことは全くできなくなる。
前記ボルト211にナットを締め込む作業において、前記ボルトが例えば植え込みボルトの様な場合にはボルトの供回りを起こさずにナットを締め込むことは可能である。しかしこの場合は、ナットを締め込む過程においてボルト先端と圧電素子215とが相対回転する構造となり、圧電素子215の破損を招きやすく、ボルト軸力を測定しながらナットを締め込む作業を行うことは結果的に困難であった。
また、ボルトにナットを締め込むと、ナットに対してボルト先端が締め込みに応じて突出するため、図6のように、ソケット本体205に超音波センサ213を固定的に設けたものではボルト先端の超音波センサ213側への突出に対応することができない。
さらに、永久磁石で形成された本体214に圧電素子215を固定的に取り付けているため、本体214がボルト211の頭部212に当接する面と圧電素子215がボルト211の頭部212に当接する面とを正確に面合わせしないと本体214は頭部212に正確に当接するが圧電素子215は正確に当接することができなくなる恐れがあり、本体214と圧電素子215との組付けが極めて煩雑且つ困難なものになる恐れがある。
また、ソケット本体205に対し超音波センサ213が固定的に取り付けられているため、圧電素子215とコントローラ側との信号伝達を相対回転するソケット本体205及び静止部材207間で行わなければならず、リード線217と同軸ケーブル221とをスリップ・リング219で接続する構造となり、構造が複雑になると共にスリップ・リング219での耐久性が低いという問題がある。
加えて、静止部材207がソケット本体205とトルク・レンチ203との間に存在しているため、例えば車両の組み立て工程において、サスペンションスラットとナックルアームとの締結等、奥まった箇所のナットの締め込みを行う場合に、ソケット本体205を奥まった箇所に挿入しようとしても静止部材207の存在によってそれほど奧まで挿入することができず、作業が困難となるか限界を招く恐れがある。
特開2000−74764号公報
解決しようとする問題点は、ボルトに対しナットを締結しながらボルト軸力を正確に測定するには難点があり、且つ構造が複雑で、耐久性、作業性に限界を招く等の点である。
本発明は、工具本体に回転可能に支持されると共にナット嵌合部がナットに嵌合して軸回り回によりボルトに対しナットを締め込むソケット本体と、前記工具本体側に設けられ前記ソケット本体を回転駆動する駆動手段と、前記工具本体に対して回転不能に軸方向に可動支持され前記ソケット本体内に同心状に配置されると共にボルト先端の係合部を係止部により周り止め係止するインナー・ソケットと、前記インナー・ソケットを前記ボルト側へ付勢するソケット付勢部材と、前記インナー・ソケット軸芯部のセンサ挿通穴に軸芯方向へ可動支持され前記ソケット本体の軸心方向に移動可能で前記ナット嵌合部側でボルト先端に当接して出入力した超音波を前記ボルトの軸力検出に用いるための超音波センサと、該超音波センサを前記ボルト先端に当接させるために付勢する付勢部材とを設けたことを特徴とする。
本発明の軸力検知締結工具は、ソケット本体の軸心方向に移動可能でナット嵌合部側でボルト先端に当接して出入力した超音波を前記ボルトの軸力検出に用いるための超音波センサと、該超音波センサを前記ボルト先端へ向けて付勢する付勢部材を設けたため、ソケット本体の軸回り回転によりボルトに対しナットを締め込むとき、超音波センサとボルトとが相対回転せず、超音波センサの破損を抑制し、耐久性を向上させることができる。
前記超音波センサは、付勢手段の付勢力によりボルトの先端に正確に弾接することができ、正確な軸力検知を行わせることができる。
前記ナットの締め込みに際し、ボルト先端がナットに対し超音波センサ側に相対的に突出しても、超音波センサが付勢部材の付勢力に抗して工具本体側に後退することができ、軸力検知を行いながらボルトに対してナットを無理なく締め込むことができる。
前記超音波センサは、工具本体側に支持されているため、工具本体側から超音波センサに対し配線をスリップ・リングを介すことなく直接的に行うことができ、耐久性を向上させることができる。
前記工具本体側とソケット本体側との間に他の静止部材が介在することがないため、ナットが狭い空間の奥まった箇所に位置している場合でも、工具本体を持つことによってソケット本体先端側を狭い箇所に挿入し、そのナット嵌合部にナットを嵌合させて容易に締結作業及び軸力検知を行わせることができ、作業性を大幅に向上させることができる。
前記工具本体に対して回転不能に支持され前記ソケット本体に同心状に配置されると共にボルト先端の係合部を係止部により周り止め係止するインナー・ソケットを設け、前記超音波センサを前記インナー・ソケットに軸心方向に可動支持した場合には、工具本体側に対してインナー・ソケットを介しボルトの回り止めを行いながら駆動手段によってソケット本体を回転駆動することで、ボルトの回り止めを行いながらボルトに対しナットを容易に締め込むことができる。
前記付勢部材を、前記超音波センサ及びインナー・ソケット間に介設した場合は、インナー・ソケットに対し超音波センサを付勢部材を介して支持する状態となり、インナー・ソケットに対する超音波センサの動きを確保することができ、インナー・ソケットの係止部に係止したボルトの先端に超音波センサを正確に弾接させることができ、正確な軸力検知を行わせることができる。
前記付勢部材を、前記インナー・ソケットに固定した蓋部材と前記超音波センサに固定されインナー・ソケット内で摺動ガイドされるスライダとの間に介設した場合は、超音波センサをスライダによりインナー・ソケットに対して確実に摺動ガイドし、インナー・ソケットの係止部に係止したボルトの先端に超音波センサを正確に弾接させることができ、正確な軸力検知を行わせることができる。
前記インナー・ソケットに、外側面から前記係止部へ貫通する支持孔を設け、前記支持孔に、係合体を支持し、前記係合体の先端を前記係止部から退避させ同外端をインナー・ソケットの外側面に突出保持する弾性体を設け、前記インナー・ソケットの先端に可動支持され前記インナー・ソケットに対し付勢力に抗して押し込められ前記係合体の外端に係合して該係合体を弾性体の付勢力に抗して係止部側へ押し込め係合体の先端を係止部内へ突出させて前記ボルトの係合部側部に係合させる可動部を設けた場合は、可動部がナットに当接して押し込められると係合体が押し込められて該係合体の先端をボルトの係合部側部に係合させることができる。このため、インナー・ソケットをボルトに対して正確に位置決めることができ、インナー・ソケットの係止部に係止したボルトの先端に超音波センサを正確に弾接させることができ、正確な軸力検知を行わせることができる。
前記インナー・ソケットが、前記工具本体側に対して軸心方向に可動支持され、該インナー・ソケットを前記ボルト側へ向けて付勢するソケット付勢部材を設けた場合は、ナットの締め込みに応じて、ナットに対しボルト先端がインナー・ソケット側へ突出してもインナー・ソケットがソケット付勢部材の付勢力に抗して移動することができるため、インナー・ソケットの係止部によるボルト先端の係合部の回り止め係止状態とソケット本体のナット嵌合部に対するナットの嵌合状態とを正確に維持しながら、締結作業及び軸力検知を行うことができる。
前記インナー・ソケットが前記工具本体側にスプライン嵌合している場合は、前記インナー・ソケットの移動をより正確に行わせることができる。
前記インナー・ソケットの係止部及び前記ボルト先端の係合部がセレーションで形成されている場合は、インナー・ソケットに対するボルト先端の係止動作を容易に行わせることができると共に、インナー・ソケットによるボルト先端の回り止めをより正確に行わせることができる。
前記駆動手段が電動モータにより回転駆動される駆動軸と、該駆動軸と前記ソケット本体とに設けられ、噛み合いにより前記駆動軸の回転を前記ソケット本体に伝達するベベル・ギヤ機構とからなる場合は、電動モータの回転駆動によって駆動軸、ベベル・ギヤ機構を介し、ソケット本体を確実に回転駆動することができ、ボルトの軸回りを防止しながらナットを容易に締め込み、且つ、軸力検知を容易に行わせることができる。
本発明のボルトは、前記軸力検知締結工具で締結するボルトであって、前記ボルトの先端に、該ボルトの軸線に対しほぼ直交して前記超音波センサを当接させる先端側基準面を設け、該先端側基準面の外周囲に、前記超音波センサの前記先端側基準面に対する当接を位置決める傾斜面を設けるため、付勢部材によって付勢された超音波センサをボルト先端の先端側基準面に正確に当接させることができると共に、この当接状態で先端側基準面周囲の傾斜面によって、超音波センサの軸心に直交する方向への位置ずれを抑制することができ、軸力検知をより正確に行わせることができる。
前記ボルトの頭部に、前記先端側基準面に対向して前記超音波を反射するための頭側基準面を形成した場合は、前記超音波センサにより発信された超音波を頭側基準面により正確に反射させることができ、軸力検知をより正確に行わせることができる。
本発明のボルトの製造方法は、前記軸力検知締結工具で締結するボルトであって、前記先端側基準面及び傾斜面を、前記ボルトの冷間鍛造のときに形成した場合は、先端側基準面及び傾斜面を容易に且つ正確に形成することができる。
前記頭側基準面を、前記冷間鍛造のときに形成した場合は、頭側基準面を容易且つ正確に形成することができる。
前記ボルト先端の係合部側部に、前記係合体の先端を係合させる周溝を形成した場合は、係合体の先端を周溝に係合させてインナー・ソケットをボルトに対してより正確に位置決めることができる。
ナットの締め込みを行いながらボルトの軸力を正確に測定することができ、且つ耐久性向上、作業性向上を図るという目的を、部品点数を増大せず簡単な構造で実現した。
図1は、本発明の実施例1に係る軸力検知締結工具の一部省略断面図、図2は、同要部拡大断面図である。図1,図2のように、軸力検知締結工具1は、工具本体3と、ソケット本体5と、インナー・ソケット7と、駆動手段9と、超音波センサ11とからなっている。
前記工具本体3は、中空のレバー部13と、中空のレバー・ヘッド15とが一体に形成されたものである。前記レバー部13は中空に形成され、作業者が片手で把持できるようになっている。レバー部13の図外の端部には、駆動手段を構成する、例えば後述の電動モータが取り付けられている。
前記レバー・ヘッド15は、その軸心がレバー部13の軸心に対して直交し、軸心部にインナー・ソケット支持筒16が着脱自在に設けられている。
前記レバー・ヘッド15には、支持筒取付穴14が設けられている。支持筒取付穴14には、キー溝20が設けられている。
前記インナー・ソケット支持筒16は、取付端22に雄ねじ部24とキー溝26とが設けられている。取付端22は、前記レバー・ヘッド15の支持筒取付穴14に挿入され、ナット28により固定されると共に、キー溝20,26に嵌合するキー60で回り止めがなされている。
前記インナー・ソケット支持筒16の先端側内周には、軸心方向に沿ったインナースプライン17が設けられている。インナー・ソケット支持筒16の奥側には、スプリング支持穴18が設けられている。スプリング支持穴18は、貫通孔30を介して前記取付端22外に連通している。
前記ソケット本体5は、前記工具本体3のレバー・ヘッド15に回転可能に支持されている。ソケット本体5は、回転連動部34とナット駆動部36とからなっている。
前記回転連動部34には、係合穴38が設けられている。係合穴38は、例えば断面六角穴で構成されている。前記ナット駆動部36には、係合端部40が設けられている。係合端部40は、前記係合穴38に対応して断面六角に形成されている。前記係合端部に隣接してナット駆動部36には、係合フランジ42が設けられている。前記回転連動部34の係合穴38に前記ナット駆動部36の係合端部40が嵌合し、回転連動部34に螺合するナット部材44により前記係合フランジ42が締結力を受け、回転連動部34にナット駆動部36が相対回転不能に締結結合されている。
前記ナット駆動部36の端部にナット55に嵌合させるためのナット嵌合部19が形成されている。ナット嵌合部19は、例えば六角ナットに対応して嵌合できるように、断面六角に形成されている。前記ナット嵌合部19の奧壁21には、断面円形のインナー・ソケット挿通穴23が設けられ、奥壁21に隣接して前記インナー・ソケット挿通穴23に連通する嵌合軸穴25が設けられている。嵌合軸穴25は、前記インナー・ソケット支持筒16の外周囲に嵌合し、ナット駆動部36は、インナー・ソケット支持筒16に対し相対回転可能となっている。
前記回転連動部34は、前記ナット駆動部36の嵌合軸穴25と同径の嵌合軸穴48を有し、該嵌合軸穴48が前記インナー・ソケット支持筒16の外周囲に嵌合し、回転連動部34は、インナー・ソケット支持筒16に対し相対回転可能となっている。回転連動部34は、外周側が前記レバー・ヘッド15に螺合するキャップ27に軸受31によって回転自在に支持されている。回転連動部34の内周側は、ニードル・ベアリング33によってインナー・ソケット支持筒16の取付端22側に回転自在に支持されている。前記回転連動部34の基部側の端部には、回転連動用のベベル・ギヤ29が設けられている。
前記インナー・ソケット7は、断面円形に形成され、前記ソケット本体5内に同心状に配置され、工具本体3側に対して回転不能に支持されていると共に、ボルト先端の回り止め用の係合部を係止する係止部としてインナー・セレーション37を有している。すなわち、インナー・ソケット7の先端には、前記係止部を構成する凹部35が設けられている。凹部35の内周面に、インナー・セレーション37が設けられている。
前記インナー・ソケット7の軸心部には、センサ挿通穴39が貫通形成されている。インナー・ソケット7は、前記インナー・ソケット挿通穴23から前記ナット嵌合部19内へ臨む構成となっている。インナー・ソケット7の基端部には、雄スプライン41が設けられている。雄スプライン41は、前記インナー・ソケット支持筒16のインナー・スプライン17にスプライン嵌合している。このスプライン嵌合により、インナー・ソケット5は、インナー・ソケット支持筒16に対し、回転不能、且つ、軸心方向へ相対移動可能となっている。
前記インナー・ソケット7の基端面には、ばね座嵌合穴52が設けられている。インナー・ソケット7の基端面とインナー・ソケット支持筒16の奧壁との間に、ソケット付勢部材としてソケットスプリング43が介設されている。
前記インナー・ソケット7のセンサ挿通穴39に、前記超音波センサ11が挿通され、軸心方向へ可動支持されている。すなわち、超音波センサ11は、インナー・ソケット7を介して工具本体3側に支持された構成となっている。超音波センサ11の先端は、インナー・ソケット7の凹部35内に臨んでいる。この超音波センサ11は、ボルト先端に当接した状態で超音波を出入力し、ボルトの軸力検出に用いるものである。
前記超音波センサ11の中間部には、ばね座54が一体的に設けられている。ばね座54は、前記ばね座嵌合穴52に摺動可能に嵌合している。ばね座54と前記インナー・ソケット支持筒16のスプリング支持穴18との間に、付勢部材としてセンサ・スプリング45が介設されている。センサ・スプリング45によって、超音波センサ11がボルト53側へ向けて付勢される構成となっている。
前記超音波センサ11の配線であるリード線46は、前記センサ・スプリング45の内側を通って、スプリング支持穴18側に延設され、スプリング支持穴18から貫通孔30に取り付けられたグロメット50を貫通してレバー・ヘッド15外部に引き出され、軸力演算用の図外のコントローラに接続されている。リード線46は、レバー部13外面に複数箇所で固定バンド56により支持されている。
前記駆動手段9は、駆動軸47と、ベベル・ギヤ機構49と電動モータとからなっている。駆動軸47は、前記工具本体3のレバー部13内に沿って配置され、ニードル・ベアリング58等によりレバー部13に回転可能に支持されている。駆動軸47は、前記電動モータにより回転駆動される構成となっている。
前記ベベル・ギヤ機構49は、駆動軸47と前記ソケット本体5との間に設けられ、噛み合いにより駆動軸47の回転をソケット本体5に伝達するものである。ベベル・ギヤ機構49は、前記ソケット本体5のベベル・ギヤ29と、駆動軸47の端部に設けられたベベル・ギヤ51とからなり、ベベル・ギヤ29,51相互が噛み合っている。
前記軸力検知締結工具1は、前記ナット28の締結を外すと共に、レバー・ヘッド15に対するキャップ27の螺合を外すことで、インナー・ソケット支持筒16、
ソケット本体5、及びインナー・ソケット7をユニットとして着脱することができる。従って、ソケット本体5及びインナー・ソケット7等の修理、点検、交換等を容易に行わせることができる。
このような軸力検知締結工具1は、図3のようにして用いられる。
図3は、締結操作を示し、(a)は軸力検知締結工具装着前、(b)は同装着後締結開始時、(c)は締結完了時の説明図である。図3は、例えばボルト53、ナット55によってサスペンション・ストラットのボス部及びナックル・アーム等の締結対象57の締結を行う構成を示している。
前記ボルト53は、一端に頭部61を有し、雄ねじ部63側の先端に回り止め用の係合部としてセレーションで形成されたピンテール65が設けられている。ナット55は、雄ねじ部63に螺合している。この状態で、ナット55をボルト53に締め込むには、図3(a)の状態から図3(b)のように締結具1を装着配置し、ソケット本体5のナット嵌合部19にナット55を嵌合させる。このとき、インナー・ソケット7の凹部35がピンテール65にセレーション係合する。同時に、超音波センサ11の先端がボルト53の先端面に当接する。
図3(b)の装着状態で工具本体3側の電動モータを適宜回転させる。同時にコントローラの指令により超音波センサ11から超音波を発信させる。
前記電動モータの駆動によって駆動軸47が回転駆動され、この回転駆動によってベベル・ギヤ51,29を介し、ソケット本体5が回転駆動される。このときインナー・ソケット7は、工具本体3側のインナー・ソケット支持筒16に回転不能に支持されているため、インナー・ソケット7が静止し、その回りでソケット本体5のみが回転する。
前記ソケット本体5の回転により、ナット嵌合部19を介しナット55が回転してボルト53に締め込まれる。このときボルト53は、ピンテール65がインナー・ソケット7の凹部35にセレーション係合することによって、工具本体3側に対し回り止めが行われる。従って、ソケット本体5の回転駆動によって、ボルト53の回り止めを行いながら、ナット55を確実に締め込むことができる。
このナット55の締め込みに際し、ナット55に対しピンテール65側がインナー・ソケット7側へ締め込みに応じて突出することになる。このときは、ソケット・スプリング43の付勢力に抗してインナー・ソケット7が後退すると共に、センサ・スプリング45の付勢力に抗して超音波センサ11が後退する。従って、インナー・ソケット7がピンテール65に対してセレーション係合を確実に維持することができ、ボルト53の回り止めを確実に維持することができる。また、超音波センサ11の先端がボルト53の先端面に当接する状態を確実に維持することができる。
前記超音波センサ11が発信した超音波は、ボルト53の頭部61端面で反射し、該反射波が超音波センサ11によって受信される。この超音波の発信、受信により、コントローラは、超音波を発信させた時点から反射波を受信した時点までの経過時間を超音波がボルト53をその軸心長さ方向に往復するために必要な往復時間として求め、この往復時間からボルト53の軸心長さを求める。
そして、ナット55の締め付けに伴うボルト53の軸心長さの伸び率を求め、この伸び率と比例関係にある軸力値を求めて、ディスプレイ等に出力する。作業者は、ディスプレイに表示された軸力値を見ることによって、表示された軸力値が設定値に達したとき、電動モータの回転を停止させる。或いは、コントローラの制御により予め設定した軸力値で電動モータを自動停止させる。この停止により、図3(c)のようにサスペンション・ストラットのボス部とナックル・アームとの間の締結等、締結対象57のボルト53、ナット55による締結を設定された軸力によって正確に行わせることができる。
以上、本発明実施例1の軸力検知締結工具1は、工具本体3側に支持され前記ソケット本体5の軸心方向に移動可能で該ソケット本体5内に臨みボルト53先端に当接し出入力した超音波を前記ボルト53の軸力検出に用いるための超音波センサ11と、該超音波センサ11を前記ボルト53先端へ向けて付勢するセンサ・スプリング45を設けたため、ソケット本体5の軸回り回転によりボルト53に対しナット55を締め込むとき、超音波センサ11とボルト53とが相対回転せず、超音波センサ11の破損を抑制し、耐久性を向上させることができる。
前記超音波センサ11は、センサ・スプリング45の付勢力によりボルト53の先端に正確に弾接することができ、正確な軸力検知を行わせることができる。
前記ナット55の締め込みに際し、ボルト53先端がナット11に対し超音波センサ11側に相対的に突出しても、超音波センサ11がセンサ・スプリング45の付勢力に抗して工具本体3側に後退することができ、軸力検知を行いながらボルト53に対してナット55を無理なく締め込むことができる。
前記超音波センサ11は、工具本体3側に支持されているため、工具本体3側から超音波センサ11に対しリード線46をスリップ・リングを介すことなく直接的に行うことができ、耐久性を向上させることができる。
前記工具本体3側とソケット本体5側との間に他の静止部材が介在することがないため、ナット55が狭い空間の奥まった箇所に位置している場合でも、工具本体3を持つことによってソケット本体5先端側を狭い箇所に挿入し、そのナット嵌合部19にナット55を嵌合させて容易に締結作業及び軸力検知を行わせることができ、作業性を大幅に向上させることができる。
前記工具本体3に対して回転不能に支持され前記ソケット本体5に同心状に配置される共にボルト53先端のピンテール65を凹部35のセレーション係合により回り止め係止するインナー・ソケット7を設け、前記超音波センサ11を前記インナー・ソケット7に軸心方向に可動支持したため、工具本体3側に対してインナー・ソケット7を介しボルトの回り止めを行いながら、駆動手段9によってソケット本体5を回転駆動することで、ボルト53に対しナット55を容易に締め込むことができる。
前記インナー・ソケット7が、前記工具本体3側に対して軸心方向に可動支持され、該インナー・ソケット7を前記ボルト53側へ向けて付勢するソケット・スプリング43を設けたため、ナット55の締め込みに応じて、ナット55に対しボルト53先端がインナー・ソケット7側へ突出してもインナー・ソケット7がソケット・スプリング43の付勢力に抗して移動することができる。このため、インナー・ソケット7のインナー・セレーション37によるボルト53先端のピンテール65の回り止め係止状態とソケット本体5のナット嵌合部19に対するナット55の嵌合状態とを正確に維持しながら、締結作業及び軸力検知を行うことができる。
前記インナー・ソケット7が前記工具本体3側にスプライン嵌合しているため、前記インナー・ソケット7の移動をより正確に行わせることができる。
前記インナー・ソケット7の凹部35及び前記ボルト53先端のピンテール65がセレーションで形成されているため、インナー・ソケット7に対するボルト53先端の係止動作を容易に行わせることができると共に、インナー・ソケット7によるボルト53先端の回り止めをより正確に行わせることができる。
前記駆動手段9が、電動モータにより回転駆動される駆動軸47と、該駆動軸47と前記ソケット本体5とに設けられ噛み合いにより前記駆動軸47の回転を前記ソケット本体5に伝達するベベル・ギヤ機構49とからなるため、電動モータの回転駆動によって駆動軸47、ベベル・ギヤ機構49を介し、ソケット本体5を確実に回転駆動することができ、ボルト53の軸回りを防止しながらナット55を容易に締め込み、且つ、軸力検知を容易に行わせることができる。
ここで、前記ボルト53の軸力検知に際し、超音波センサ11をボルト53の軸線に沿って正確に当接させ、且つ、発信した超音波をボルト53の頭部61側の端面で正確に反射させる必要がある。このため本実施例のボルト53は、例えば図4のように形成している。
図4は、ボルト53の中間部を省略した両端の要部拡大断面図であり、ボルト53のピンテール65側及び頭部61側を示している。図4のように、ボルト53にはピンテール65側先端に、先端側基準面69が設けられている。先端側基準面69は、ボルト53の軸線71を中心に円形に形成され、且つ、軸線71に直交して形成されている。
前記先端側基準面69の直径φAは、前記超音波センサ11の直径とほぼ同一か又は超音波センサ11の直径よりも大きく形成されている。先端側基準面69の外周囲に傾斜面73が設けられている。傾斜面73のボルト軸線71に対する傾斜角度は、θ1=30°程度に形成され、ボルト軸線71の回りに周回状に形成されている。傾斜面73により前記超音波センサ11が先端側基準面69に向かって移動するときに若干芯ずれをしていても、傾斜面73のガイド機能によって超音波センサ11の端面を先端側基準面69に正確に当接させることができる。この当接状態で、傾斜面73は超音波センサ11の先端側基準面69に対する当接を位置決めることができる。従って、超音波センサ11の先端側基準面69に対する正確な当接によって、正確な軸力検出を行うことができる。
前記ナット55の締結時においても、超音波センサ11は傾斜面73によって位置決めされ、周方向に位置ずれが起こるのを抑制できるため、ナット55の締め込み時においても、継続して正確な軸力検出を行うことができる。
前記頭部61には、前記先端側基準面69に対向して超音波を反射するための頭側基準面75が設けられている。頭側基準面75は、先端側基準面69と同様に軸線71を中心に円形に形成され、軸線71に直交して形成されている。
前記頭側基準面75の直径φBは、前記先端側基準面69よりも大きく形成されている。この頭側基準面75の大きさは、ボルト頭61の大きさに対応して拡大形成したもので、超音波の反射に寄与する面積をそれだけ増大して、より確実な軸力検出を行うことができる。頭側基準面75の周囲にも、傾斜面77が周回状に形成されている。
すなわち、前記軸力検知締結工具1で締結するボルト53であって、前記ボルト53の先端に、該ボルト53の軸線71に対しほぼ直交して前記超音波センサ11を当接させる先端側基準面69を設け、該先端側基準面69の外周囲に前記超音波センサ11の前記先端側基準面69に対する当接を位置決める傾斜面73を設けたため、センサ・スプリング45によって付勢された超音波センサ11をボルト53先端の先端側基準面69に正確に当接させることができると共に、この当接状態で先端側基準面69周囲の傾斜面73によって、超音波センサ11の軸心に直交する方向への位置ずれを抑制することができ、軸力検知をより正確に行わせることができる。
前記ボルト53の頭部61に、前記先端側基準面69に対向して前記超音波を反射するための頭側基準面75を形成したため、前記超音波センサ11により発信された超音波を頭側基準面75により正確に反射させることができ、軸力検知をより正確に行わせることができる。
前記ボルト53は、冷間鍛造によって形成され、この冷間鍛造のときに、前記先端側基準面69及び傾斜面73、頭側基準面75及び傾斜面77を形成するボルトの製造方法を採っている。
図5は、冷間鍛造によるボルトの製造方法を実現する製造工程を示している。図5(a)は線材からカットした後のボルト基材を示し、図5(b)は第1工程、図5(c)は第2工程、図5(d)は第3工程、図5(e)は第4工程を示す説明図である。
図5(a)のように、線材からボルト基材79がカットされ、図5(b)の第1工程から図5(e)の第4工程までの冷間鍛造によって、前記ボルト53が形成される。
前記第1から第4工程はそれぞれ上型81,83,85,87、下型89,91,93,95を備えている。上型81,83,85,87は、それぞれの工程に応じたパンチ97,99,101,103を備え、下型89,91,93,95は、それぞれの工程に応じたダイス105,107,109,111を備えている。
図5(a)の工程では、線材を切断して基材79を形成する。
図5(b)の第1工程では、下型89に対する上型81の移動によって、前記素材79に対し第1工程の冷間鍛造を施し、第1工程の半成形品113を形成する。この半成形品113では、ボルト53の頭部61に対応した肥大部115と、ボルト基部に対応した拡径部117とが形成される。
図5(c)の第2の工程では、下型91に対する上型83の移動によって、前工程の半成型品113に対し第2工程の冷間鍛造を施し、第2の半成形品119を形成する。第2の半成形品119では、前記肥大部115に対する次の加工が行われて成形肥大部121が形成され、先端側に前記ピンテール65に対応した縮径部123が形成される。
図5(d)の第3の工程では、下型93に対する上型85の移動によって、前工程の半成型品119に対し第3工程の冷間鍛造を施し、第3の半成形品125を形成する。第3の半成形品125では、ボルト53の頭部61に対応し、完成後の頭部61よりも若干軸線方向に寸法が大きい多角部として六角部127が形成される。
図5(e)の第4の工程では、下型95に対する上型87の移動によって、前工程の半成型品125に対し第4工程の冷間鍛造を施し、第4の半成形品129を形成する。第4の半成形品129では、ピンテール65が形成されると共に、ピンテール65の先端に先端側基準面69及び傾斜面73が形成され、頭部61に頭側基準面75及び傾斜面77が形成される。
こうして形成された第4の半成形品129に対し、転造加工等により雄ねじが切られ、その後熱処理、メッキ工程等を経て前記ボルト53が完成する。
すなわち、前記軸力検知締結工具1で締結するボルト53であって前記先端側基準面69及び傾斜面73、前記頭側基準面75及び傾斜面77を前記ボルト53の冷間鍛造のときに形成したため、先端側基準面69及び傾斜面73、前記頭側基準面75及び傾斜面77を容易に且つ正確に形成することができる。
尚、上記実施例では、ボルト53に先端側基準面69、傾斜面73、頭側基準面75、傾斜面77を設ける構成にしたが、先端側基準面69、傾斜面73のみ設ける構成、あるいは双方とも設けない構成にすることも可能である。
前記インナー・ソケット7は、工具本体3側のインナー・ソケット支持筒16に対し、軸心方向に移動可能に支持したが、固定構造にすることも可能である。
上記実施例では、ボルト53にピンテール65を設け、軸力検知締結工具1のインナー・ソケット7にインナー・セレーション37を有する凹部35を設けたが、ボルト53が、例えばエンジンのシリンダー・ヘッドを締結するための植え込みボルト等であるときは、前記ピンテール65及びインナー・スプラインを有する凹部35を設ける必要が無く、これを省略した構成にすることもできる。この場合、インナー・ソケット7そのものを省略し、超音波センサ11を、インナー・ソケット支持筒16等の工具本体3側に直接可動支持させる構成にすることも可能である。
前記センサ・スプリング45をソケット・スプリング43をも付勢する弾発力とした場合は、ソケット・スプリング43を省略することもできる。
本発明の実施例の軸力検知締結工具1は、ナットに対するボルトの締め込み、締結ブロック等に対するボルトの締め込みに応用することができることは勿論である。
図6,図7は、本発明の実施例2に係り、図6は、軸力検知締結工具の要部断面図、図7は、要部の拡大断面図である。なお、基本的な構成は実施例1と同様であり、同一又は対応する構成部分には、同符号又は同符号にAを付して説明する。
本実施例の軸力締結工具1Aは、付勢部材であるクッション・ゴム45Aを、超音波センサ11及びインナー・ソケット7A間に介設した。具体的には、インナー・ソケット7Aに、ガイド孔131が設けられている。ガイド孔131の端部には、ストッパ133が設けられている。ストッパ133は、後述するスライダを受け止める。ストッパ133及び凹部35間の空間135は、インナー・ソケット7Aに設けられた孔137により外部に連通している。インナー・ソケット7Aの端面には、雌ねじ部139が設けられている。
前記雌ねじ部139には、蓋部材141が螺合して取り付けられている。蓋部材141には、座部143が設けられ、座部143には、超音波センサ11を遊嵌状態で貫通させる貫通孔145が設けられている。
前記超音波センサ11の外周面には、雄ねじ部147が設けられている。雄ねじ部147には、スライダ149が螺合して取り付けられている。スライダ149は、ロック・ナット151により、超音波センサ11に対する螺合位置が位置決められている。従って、スライダ149は、超音波センサ11に固定されインナー・ソケット7A内のガイド孔131に摺動ガイドされる構成となっている。スライダ149及びロックナット151の外周形状は、円形、六角等に形成することができ、ガイド孔131は、スライダ149を摺動ガイドできるように円形、六角等に形成されている。
前記クッション・ゴム45Aは、ロック・ナット151を介して蓋部材141の座部143とスライダ149との間に介設されている。
本実施例では、蓋部材141と前記インナー・ソケット支持筒16のスプリング支持穴18との間に、センサ・スプリングではなく、ソケット・スプリング43Aを介設している。
そして、締結作業のとき、ボルト53先端の先端側基準面69に超音波センサ11が当接するとき、当接力により超音波センサ11が後退移動し、この後退移動の際にスライダ149が、ガイド孔131に摺動ガイドされる。超音波センサ11の後退移動は、クッション・ゴム45Aの付勢力に抗して行われる。
従って、超音波センサ11をボルト53先端の先端側基準面69に正確に当接させることができ、軸力検知をより正確に行わせることができる。
また、本実施例では、ロックナット151を緩めてスライダ149の螺合位置を調整することでクッション・ゴム149の初期付勢力を設定することができる。
図8,図9は、本発明の実施例3に係り、図8は、軸力検知締結工具の要部断面図、図9は、要部の拡大断面図である。なお、基本的な構成は実施例2と同様であり、同一又は対応する構成部分には、同符号又は同符号にBを付し或いは同符号のAをBに代えて説明する。
本実施例の軸力締結工具1Bは、付勢部材を、実施例2のクッション・ゴム45Aに代えてコイル・スプリング45Bとし、超音波センサ11の移動可能域を拡大した。
前記スライダ149Bとロック・ナット151Bとの位置関係を入れ替え、スライダ149Bにコイル・スプリング45Bを直接受けさせている。スライダ149Bには、スプリング収容凹部153が設けられ、このスプリング収容凹部153と蓋部材141の座部143との間に、コイル・スプリング45Bが介設されている。
従って、本実施例でも、実施例2とほぼ同様な作用効果を奏することができる。
また、本実施例では、超音波センサ11の後退移動ストロークを増大することができ、また、スライダ149Bの位置調整によるコイル・スプリング45Bの初期付勢力の調整範囲も拡大することができる。
図10,図11は、本発明の実施例4に係り、図10は、軸力検知締結工具の要部断面図、図11は、要部の拡大断面図である。なお、基本的な構成は実施例2と同様であり、同一又は対応する構成部分には、同符号又は同符号にCを付し或いは同符号のAをCに代えて説明する。
本実施例の軸力締結工具1Cは、インナー・ソケット7Cとボルト53Cとの位置決めを正確且つ容易に行わせるようにしたものである。
具体的には、インナー・ソケット7Cに、外側面から前記係止部へ貫通する段付き状の支持孔155が設けられている。支持孔155に、係合体として係合ピン157が移動可能に支持されている。支持孔155及び係合ピン157の組合せは、例えば周方向90°配置で4箇所に設けられている。支持孔155と係合ピン157との間には、弾性体としてゴム・ブッシュ159が介設され、係合ピン157の先端161を凹部35のインナー・セレーション37から退避させ同外端163をインナー・ソケット7Cの外側面に突出保持している。係合ピン157の先端161及び外端163は、球面状に形成されている。
前記インナー・ソケット7Cの先端には、可動部として可動キャップ165が支持されている。可動キャップ165の先端には、テーパー状の貫通孔167が設けられ、後端には、テーパー面169が設けられている。可動キャップ165とインナー・ソケット7Cとの間には、テーパー形状のコイル・スプリング171が介設されている。
また、本実施例で用いるボルト53Cには、ピンテール65Cに係合ピン157の先端161を係合させる周溝173が設けられている。
そして、締結作業時には、ボルト53Cが可動キャップ165の貫通孔167からインナー・セレーション37内へ嵌入する。この嵌入時に、可動キャップ165の先端面がナット55端面に当接し、インナー・ソケット7Cに対しコイル・スプリング171の付勢力に抗して押し込められる。この押し込めにより、テーパー面169が係合ピン157の外端163に係合し、外端163がテーパー面169により徐々に押し込められる。係合ピン157は、ゴム・ブッシュ159の付勢力に抗して支持孔155をインナー・セレーション37側へ移動する。
前記インナー・ソケット7Cのインナー・セレーション37が、ボルト53Cに係合し、超音波センサ11がボルト53C先端の先端側基準面に実施例2と同様に弾接したとき、係合ピン157の先端161がボルト53Cの周溝173に係合する。この係合により、インナー・ソケット7Cをボルト53Cに位置決めることができる。
このため、インナー・ソケット7Cをボルト53Cに対して正確に位置決めることができ、インナー・ソケット7Cのインナー・セレーション37に係止したボルト53Cの先端に超音波センサ11を正確に弾接させることができ、正確な軸力検知を行わせることができる。従って、軸力締結工具1Cを片手で操作しても軸力検知を的確且つ容易に行うことができる。
なお、インナー・ソケット7Cをボルト53Cから離脱移動させると、係合ピン157の先端161が周溝173からインナー・ソケット7C外方向への力を受ける。この力は係合ピン157を介して可動キャップ165のテーパー面169に伝達される。同時に可動キャップ165には、コイル・スプリング171の付勢力が働いている。これらの力により、可動キャップ165が移動してテーパー面169が係合ピン157の外端163から外れる。このため、係合ピン163は、インナー・ソケット7C外へ復帰移動し、且つゴム・ブッシュ159の付勢力により係合ピン157の先端161を凹部35のインナー・セレーション37から確実に退避させ同外端163をインナー・ソケット7Cの外側面に突出保持する。
本実施例では、軸力締結工具1Cを作業者がラフに扱ってもインナー・ソケット7Cをボルト53Cに対して正確に位置決めることができ、インナー・ソケット7Cのインナー・セレーション37に係止したボルト53Cの先端に超音波センサ11を正確に弾接させることができ、正確な軸力検知を行わせることができる。
軸力検知締結工具の要部断面図である(実施例1)。 要部の拡大断面図である(実施例1)。 締結操作を示し、(a)は軸力検知締結工具の装着前、(b)は軸力検知締結工具の装着後締結開始時、(c)は締結完了時の説明図である(実施例1)。 ボルトの中間部を省略した両端の拡大断面図である(実施例1)。 冷間鍛造によるボルトの製造方法を実現する製造工程を示し、(a)は線材からカットした後のボルト基材を示し、(b)は冷間鍛造の第1工程、(c)は同第2工程、(d)は同第3工程、(e)は同第4工程を示す説明図である(実施例1)。 軸力検知締結工具の要部断面図である(実施例2)。 要部の拡大断面図である(実施例2)。 軸力検知締結工具の要部断面図である(実施例3)。 要部の拡大断面図である(実施例3)。 軸力検知締結工具の要部断面図である(実施例4)。 要部の拡大断面図である(実施例4)。 軸力検知締結工具によりボルトを締結している状態を示す断面図である(従来例)。
符号の説明
1,1A,1B,1C 軸力検知締結工具
3 工具本体
5 ソケット本体
7,7A,7B,7C インナー・ソケット
9 駆動手段
11 超音波センサ
17 インナー・スプライン
19 ナット嵌合部
29 ベベル・ギヤ
35 凹部(係止部)
37 インナー・セレーション(係止部)
41 雄スプライン
43A,43B,43C ソケット・スプリング(ソケット付勢部材)
45 センサ・スプリング(付勢部材)
45A,45C クッション・ゴム(付勢部材)
45B コイル・スプリング(付勢部材)
46 リード線(配線)
47 駆動軸
49 ベベル・ギヤ機構
51 ベベル・ギヤ
53,53C ボルト
55 ナット
61 頭部
65,65C ピンテール(係合部)
69 先端側基準面
71 軸線
73 傾斜面
75 頭側基準面
141 蓋部材
149,149B スライダ
155 支持孔
157 係合ピン(係合体)
159 ゴム・ブッシュ(弾性体)
161 先端
163 外端
165 可動キャップ(可動部)
173 周溝

Claims (12)

  1. 工具本体に回転可能に支持されると共にナット嵌合部がナットに嵌合して軸回り回
    転によりボルトに対しナットを締め込むソケット本体と、
    前記工具本体側に設けられ前記ソケット本体を回転駆動する駆動手段と、
    前記工具本体に対して回転不能に軸方向に可動支持され前記ソケット本体内に同心状に配置されると共にボルト先端の係合部を係止部により周り止め係止するインナー・ソケットと、
    前記インナー・ソケットを前記ボルト側へ付勢するソケット付勢部材と、
    前記インナー・ソケット軸芯部のセンサ挿通穴に軸芯方向へ可動支持され前記ソケット本体の軸心方向に移動可能で前記ナット嵌合部側でボルト先端に当接して出入力した超音波を前記ボルトの軸力検出に用いるための超音波センサと、
    該超音波センサを前記ボルト先端に当接させるために付勢する付勢部材とを設けた
    ことを特徴とする軸力検知締結工具。
  2. 請求項1記載の軸力検知締結工具であって、
    前記付勢部材を、前記超音波センサ及びインナー・ソケット間に介設した
    ことを特徴とする軸力検知締結工具。
  3. 請求項2記載の軸力検知締結工具であって、
    前記付勢部材を、前記インナー・ソケットに固定した蓋部材と前記超音波センサに
    固定されインナー・ソケット内で摺動ガイドされるスライダとの間に介設した
    ことを特徴とする軸力検知締結工具。
  4. 請求項1〜3の何れかに記載の軸力検知締結工具であって、
    前記インナー・ソケットに、外側面から前記係止部へ貫通する支持孔を設け、
    前記支持孔に、係合体を支持し、
    前記係合体の先端を前記係止部から退避させ同外端をインナー・ソケットの外側
    面に突出保持する弾性体を設け、
    前記インナー・ソケットの先端に可動支持され前記インナー・ソケットに対し付勢力
    に抗して押し込められ前記係合体の外端に係合して該係合体を弾性体の付勢力に
    抗して係止部側へ押し込め係合体の先端を係止部内へ突出させて前記ボルトの係
    合部側部に係合させる可動部を設けた
    ことを特徴とする軸力検知締結工具。
  5. 請求項1〜4の何れかに記載の軸力検知締結工具であって、
    前記インナー・ソケットは、前記工具本体側にスプライン嵌合している
    ことを特徴とする軸力検知締結工具。
  6. 請求項1〜5の何れかに記載の軸力検知締結工具であって、
    前記インナー・ソケットの係止部及び前記ボルト先端の係合部は、セレーションで
    形成されている
    ことを特徴とする軸力検知締結工具。
  7. 請求項1〜6の何れかに記載の軸力検知締結工具であって、
    前記駆動手段は、電動モータにより回転駆動される駆動軸と、該駆動軸と前記ソケ
    ット本体とに設けられ噛み合いにより前記駆動軸の回転を前記ソケット本体に伝達す
    るベベルギヤ機構とからなる
    ことを特徴とする軸力検知締結工具。
  8. 請求項1〜7の何れかに記載の軸力検知締結工具で締結され前記ナットが螺合する雄ねじ部と、先端に前記係合部とを備えたボルトであって、
    前記ボルトの先端に、該ボルトの軸線に対してほぼ直交して前記超音波センサを当接させ前記係合部と同時に形成された先端側基準面を設け、
    該先端側基準面の外周囲に、前記超音波センサの前記先端側基準面に対する当接を位置決める傾斜面を設けた、
    ことを特徴とするボルト
  9. 請求項8記載のボルトであって、
    前記ボルトの頭に、前記係合部及び先端側基準面と同時に形成され前記先端側基準面に対向して前記超音波を反射するための頭側基準面を前記形成した
    ことを特徴とするボルト
  10. 請求項8記載のボルトであって、
    前記係合部と先端側基準面とを、冷間鍛造の時に同時に形成した
    ことを特徴とするボルトの製造方法。
  11. 請求項記載のボルトであって、
    前記係合部及び先端側基準面と頭側基準面とを、冷間鍛造の時に同時に形成した
    ことを特徴とするボルトの製造方法。
  12. 請求項8〜11の何れかに記載のボルトであって、
    前記ボルト先端の係合部側部に、前記係合体の先端を係合させる周溝を形成した
    ことを特徴とするボルトの製造方法。
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