JP6099580B2 - ボルト締結方法およびボルト締結装置 - Google Patents

Description

本発明は、被締結部材をボルトで締付けるボルト締結方法およびこの方法に用いられるボルト締結装置に関するものである。

ボルトで締結された被締結部材は、熱応力等が加わると、被締結部材のボルト頭部との接触面（ボルト座面と記す）が塑性変形し軸力が低下する。そこで、被締結部材の固定に必要な軸力に、低下する軸力を加えた締付け軸力でボルトにより締結する方法がある。
しかし、被締結部材に加える応力は、クリープ防止の点から、被締結部材と使用環境の温度によって決まる値以下である必要があり、この応力値とボルト座面の面積から、ボルト締付け軸力の上限が規定される。
すなわち、被締結部材の固定に必要な軸力に低下する軸力を加えた締付け軸力でボルトを締結する方法では、締付け軸力に上限があり、ボルト座面の塑性変形による軸力低下を抑制できない場合があるとの問題があった。

このような問題を解決する被締結部材のボルトによる締結方法は、まず、予備締結で、ボルトでの締付けにより被締結部材のボルト座面を塑性変形させる。次に、ボルトでの締付けを緩めた後に、本締結で、被締結部材の弾性変形内で再度被締結部材をボルトにより締付ける方法である（例えば特許文献１参照）。
また、まず、ボルト頭部と被締結部材との間に被締結部材より柔らかい座金が介装されたボルトに、その軸方向への荷重を加えて、座金を陥没させる。次に、ボルトにナットを取り付けて被締結部材を締付ける方法である（例えば特許文献２参照）。

特開２００９−７８３１４号公報（第５頁、第２図） 特開平８−２１４２６号公報（第３頁、第３図）

一般に、ボルトで被締結部材を締結する場合は、ボルト頭部と被締結部材との間に座金が装着される。
引用文献１に記載のボルトによる被締結部材の締結方法において、ボルト頭部と被締結部材との間に座金を設置すると、被締結部材の座金との接触面（座金接触面と記す）が塑性変形する。ボルトでの締付けを緩めた後の本締結では、ボルトを回転させるので、ボルトと座金の摩擦により、座金が移動する。
すなわち、座金が、被締結部材の予め塑性変形させた部分から逸脱し、被締結部材の新たな部分での塑性変形が生じ、締結したボルトの軸力低下が生じるとの問題があった。

引用文献２に記載のボルトによる被締結部材の締結方法は、ボルトに荷重を加えた状態で、ボルトにナットを取付ける方法である。
すなわち、被締結部材に形成した雌ねじに、ボルトを回転させて捩じ込むことが必要な、被締結部材のボルトによる締結には用いることができないとの問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、その目的は、ボルト胴部に座金が嵌められているボルトを、一方の被締結部材に形成された貫通孔に挿入するとともに、他方の被締結部材の雌ねじに捩じ込んで被締結部材を締結する場合に、ボルト頭部と被締結部材との間に装着している座金が、ボルトの回転により移動するのを防ぎ、被締結部材における座金との新たな接触面での塑性変形に起因する、ボルト軸力の低下を防止するボルト締結方法およびボルト締結装置を得ることである。

本発明に係るボルト締結方法は、
一方の被締結部材と他方の被締結部材とをボルトで締結するボルト締結方法であって、
上記一方の被締結部材のボルト孔に挿入されている上記ボルトにおけるボルト頭部に加圧力を付与して、上記ボルトのボルト胴部に嵌められた座金が接している一方の被締結部材の表面を塑性変形させて加工硬化させる加工硬化工程と、上記加圧力を解放する解放工程と、上記ボルト胴部を上記他方の被締結部材に形成された雌ねじ孔に捩じ込んで、予め決められている規定トルクで上記一方の被締結部材と上記他方の被締結部材とを締結する締結工程とを順番に行っており、
上記ボルト頭部に付与する加圧力を、上記規定トルクで発生するボルト軸力より大きくしており、
上記加工硬化工程において塑性変形させて加工硬化させた上記一方の被締結部材の表面に対する上記座金の位置を固定した状態で、上記解放工程および上記締結工程を行うものである。

本発明に係るボルト締結装置は、
一方の被締結部材と他方の被締結部材とをボルトで締結するボルト締結装置であって、
上記一方の被締結部材を支持する第１の支持部と、上記他方の被締結部材を支持する第２の支持部と、上記第１の支持部の上方の位置に上下方向に移動可能に設置されており、且つ下方の端部にドライバビット部が設けられているロッドと、上記第１の支持部の上方の位置に設置されており、且つボルト胴部に嵌められて上記一方の被締結部材の表面に接して配設されている座金を固定する座金固定手段と、上記ロッドを介してボルト頭部に加圧力を付与する加圧手段と、上記ロッドを介して上記ボルトを回転させる回転機構と、を備え、
上記座金固定手段が、上記ロッドの外周側で同心円状に且つ上下方向に移動可能に設置されているとともに、上記座金を先端部で掴んで固定する座金固定機構であり、
上記座金固定機構が、同心円状に配置されている外周側の座金固定ドローバと中間の座金固定テーパフランジと内周側の座金固定コレットとで形成されており、
上記加圧手段がパンチング機構であることを特徴とする。
また、本発明に係るボルト締結装置は、
一方の被締結部材と他方の被締結部材とをボルトで締結するボルト締結装置であって、
上記一方の被締結部材を支持する第１の支持部と、上記他方の被締結部材を支持する第２の支持部と、上記第１の支持部の上方の位置に上下方向に移動可能に設置されており、且つ下方の端部にドライバビット部が設けられているロッドと、上記第１の支持部の上方の位置に設置されており、且つボルト胴部に嵌められて上記一方の被締結部材の表面に接して配設されている座金を固定する座金固定手段と、上記ロッドを介してボルト頭部に加圧力を付与する加圧手段と、上記ロッドを介して上記ボルトを回転させる回転機構と、を備え、
上記座金固定手段が、上記ロッドの外周側で同心円状に且つ上下方向に移動可能に設置されているとともに、上記座金を先端部で掴んで固定する座金固定機構であり、
上記座金固定機構が、同心円状に配置されている外周側の座金固定ドローバと中間の座金固定テーパフランジと内周側の座金固定コレットとで形成されており、
上記回転機構が、上記加圧手段を兼ねていることを特徴とする。

本発明に係わるボルト締結方法は、上記のように構成されているため、ボルト頭部と被締結部材との間に装着している座金が、ボルトの回転により移動するのを防ぎ、被締結部材における座金との新たな接触面での塑性変形に起因する、ボルト軸力の低下を防止することができる。

本発明に係わるボルト締結装置は、上記のように構成されているため、ボルト頭部と被締結部材との間に装着している座金が、ボルトの回転により移動するのを防ぎ、被締結部材における座金との新たな接触面での塑性変形に起因する、ボルト軸力の低下を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置を示す斜視模式図である。 本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置にセットされる被締結部材を示す断面模式図（ａ）とこの断面模式図の点線で囲んだ部分の拡大図（ｂ）とである。 本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置において、ロッドがボルトと接触している状態を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置の座金固定機構の斜視模式図（ａ）とこの斜視模式図の破線部分の断面模式図模式図（ｂ）とである。 本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第２の工程を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第３の工程を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第４の工程を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第５の工程を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係わるボルト締結装置を示す斜視模式図である。 本発明の実施の形態２に係わるボルト締結装置において、座金固定機構が座金を固定している状態を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第２の工程を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第３の工程を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第４の工程を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態２に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第５の工程を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係わるボルト締結装置を示す断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第１の工程を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第２の工程を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係わるボルト締結装置の座金接着剤塗布機構が、座金の外周部に接着剤を塗布する状態を示す斜視模式図である。 本発明の実施の形態３に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第３の工程を説明する断面模式図である。 本発明の実施の形態３に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第４の工程を説明する断面模式図である。 加圧時間とボルト頭部に断続的に繰り返して付与する加圧力との関係を示す模式図（ａ）および加圧時間とボルト軸力との関係を示す模式図（ｂ）である。

以下、本発明に係るボルト締結方法およびボルト締結装置の実施形態について、図に基づいて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置を示す斜視模式図である。
図１は、本実施の形態のボルト締結装置１００にセットされている被締結部材も示している。そこで、まず、被締結部材について説明する。
図２は、本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置にセットされる被締結部材を示す断面模式図（ａ）とこの断面模式図の点線で囲んだ部分の拡大図（ｂ）とである。
図２に示すように、本実施の形態のボルト締結装置１００にセットされる被締結部材は、ブラケット１およびフレーム２とでなる一方の被締結部材と、逆側ブラケット３でなる他方の被締結部材とで形成されている。

ブラケット１とフレーム２とには、各々、上面から下面まで貫かれた貫通孔が形成されている。そして、ブラケット１とフレーム２とを重ねると、各貫通孔が連なりブラケット１の上面からフレーム２におけるブラケット１との接触面（第１接触面と記す）の反対側の面（第２接触面と記す）まで貫かれる貫通孔が形成され、この連なった貫通孔がボルト孔５となっている。本実施の形態では、第２の接触面がフレーム２の下面となっている。
ボルト孔５には、一方の被締結部材と他方の被締結部材とを締結して固定するボルト４におけるボルト胴部４ｂが挿入されている。
ボルト４におけるボルト頭部４ａとブラケット１との間には、ボルト胴部４ｂに嵌めた座金６が装着されている。

逆側ブラケット３におけるフレーム２の下面と接触する面には、フレーム２のボルト孔５と対向する位置に雌ねじ孔３ａが形成されている。
そして、ボルト４によるブラケット１およびフレーム２と逆側ブラケット３との固定は、ボルト胴部４ｂをボルト孔５に挿入するとともに、ボルト胴部４ｂに形成された雄ねじを、逆側ブラケット３に形成された雌ねじ孔３ａに捩じ込むことにより、行われる。

ボルト４と座金６とには、鉄やステンレス等の材料が用いられる。
ブラケット１と逆側ブラケット３とフレーム２とには、鉄やステンレス等より耐力が低いとともに、クリープ開始温度が低く運転環境においてクリープを生じ易い材料であるアルミ合金等が用いられる。そして、ブラケット１と逆側ブラケット３とフレーム２とに用いられるアルミ合金等は、鉄やステンレス等より線膨張係数が大きく、高温環境において熱応力を生じ易い。

次に、本実施の形態のボルト締結装置１００について、詳細に説明する。
図３は、本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置において、ロッドがボルトと接触している状態を示す断面模式図である。
図１と図３とに示すように、本実施の形態のボルト締結装置１００は、一方の被締結部材を形成するフレーム２を支持する第１の支持部１２と、他方の被締結部材を形成する逆側ブラケット３を支持する第２の支持部１４と、ブラケット１を加圧するプレス部１１と、下方の端部にドライバビット部９が設けられているロッド８と、ボルト胴部４ｂに嵌められており且つ一方の被締結部材の表面に接して配設されている座金６を固定する座金固定手段とを備えている。

また、本実施の形態のボルト締結装置１００には、ロッド８を介して、ボルト頭部４ａに加圧力を付与する加圧手段（図示せず）と、ロッド８を介してボルト４を回転させる回転機構（図示せず）とを備えている。
本実施の形態では、加圧手段はパンチング機構であり、座金固定手段は先端部で座金を掴んで固定する座金固定機構１０である。
本実施の形態では、ロッド８と座金固定機構１０とは４セットであるが、これに限定されるものではない。

また、第１の支持部１２は、貫通孔位置を避けてフレーム２を載置する可動部１２ａと、可動部１２ａを保持する固定部１２ｂとで形成されている。
固定部１２ｂは、フレーム２が通過できるサイズの中空部と、フレーム２の側壁部でフレーム２を支持するクランプ部１２ｃとが設けられたブロック体である。すなわち、固定部１２ｂは、フレーム２を囲んでいる。
可動部１２ａは、フレーム２を載置する面と平行な方向に往復動可能にして、固定部１２ｂの内周側に設置されている。
また、可動部１２ａは、フレーム２の下面と接する。

また、第２の支持部１４は、第１の支持部１２の下方の位置に、上下方向に往復動可能にして設置されている。
そして、第２の支持部１４は、逆側ブラケット３を載置するとともに、逆側ブラケット３をフレーム２の下面に接触させる。
プレス部１１は、第１の支持部１２の上方の位置で、上下方向に往復動可能にして設置されている。
そして、プレス部１１は、第２の支持部１４により逆側ブラケット３をフレーム２に接触させた状態で、ブラケット１に荷重を加える。

ロッド８は、第１の支持部１２の上方の位置に、上下方向に往復動可能にして設置されており、下端のドライバビット部９は、ボルト頭部４ａに形成された回転伝達孔と嵌合する形状である。回転伝達孔としては、例えば六角孔が挙げられる。
座金固定機構１０は、ロッド８の外周側で同心円状に配設されているとともに、第１の支持部１２の上方の位置に、上下方向に往復動可能にして設置されている。

図４は、本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置の座金固定機構の斜視模式図（ａ）とこの斜視模式図の破線部分の断面模式図模式図（ｂ）とである。
図４には、座金固定機構１０で固定される座金６も示されている。
図４に示すように、座金固定機構１０は、外周側の座金固定ドローバ１０ａと中間の座金固定テーパフランジ１０ｂと内周側の座金固定コレット１０ｃとを、同心円状に配置して形成されている。
図示しないが、座金固定コレット１０ｃの内周側を、座金固定コレット１０ｃと接触することなしに、ロッド８が貫いて配設されている。

また、座金固定機構１０は、座金固定ドローバ１０ａを空気圧等の動力で、矢印Ｌで示す軸方向に移動させると、座金固定ドローバ１０ａのテーパ部を介して接触している座金固定テーパフランジ１０ｂが矢印Ｍで示す径方向に移動する。
そして、座金固定テーパフランジ１０ｂからの力を受け、座金固定コレット１０ｃも矢印Ｍで示す径方向に移動して、座金６を固定する。

本実施の形態のボルト締結装置１００によるボルト締結方法について説明する。
まず、図３を用いて本実施の形態のボルト締結方法における第１の工程を説明する。
図３には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。
図３に示すように、第１の工程は、ロッド８が、矢印Ｖ１で示すブラケット１の方向に移動して、ドライバビット部９をボルト頭部４ａに形成された回転伝達孔に挿入する。さらに、ボルト胴部４ｂをボルト孔５に挿入したボルト４を、ボルト頭部４ａが座金６と接するまで、移動する。

図５は、本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第２の工程を説明する断面模式図である。
図５には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。
図５に示すように、第２の工程は、まず、座金固定機構１０が、矢印Ｖ１で示すブラケット１の方向に移動して、ブラケット１と接している座金６を、回転および芯ずれがおこらないように固定する。

その後に、パンチング機構により、ロッド８を介してボルト頭部４ａに加圧力を付与して、ブラケット１の座金６との接触面（座金接触面と記す）７を、塑性変形して加工硬化する。
パンチング機構により付与される加圧力は、ブラケット１およびフレーム２と逆側ブラケット３とを締結するために、予め決められている規定トルクで生じるボルト軸力より大であれば良く、この軸力とボルト締結後の運転負荷で生じる力との和より大であれば、さらに良い。

図６は、本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第３の工程を説明する断面模式図である。
図６には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。
図６に示すように、第３の工程は、座金６が座金固定機構１０で固定された状態で、パンチング機構によりボルト頭部４ａに付与されている加圧力が解放される。

次に、第２の支持部１４が、矢印Ｖ２で示す第１の支持部方向に移動して、載置している逆側ブラケット３をフレーム２の下面に押付ける。この時、逆側ブラケット３がフレーム２の下面に押付けられる前に、可動部１２ａが矢印Ｈで示すフレーム２の径方向外側に移動する。
また、逆側ブラケット３の移動により、逆側ブラケット３の雌ねじ孔３ａと、ボルト胴部４ｂの先端とが接触して、さらに、ボルト４をボルト頭部４ａが座金６から離れる方向に移動する。この時、ボルト頭部４ａの回転伝達孔にドライバビット部９を挿入している状態で、ロッド８が、矢印Ｖ２で示すブラケット１から離れる方向に移動する。

図７は、本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第４の工程を説明する断面模式図である。
図７には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。
図７に示すように、第４の工程は、プレス部１１が、矢印Ｖ１で示すブラケット１の方向に移動して、ブラケット１に荷重を加えて、フレーム２とブラケット１との接触面およびフレーム２と逆側ブラケット３との接触面を密着させる。

次に、座金固定機構１０で座金６を固定した状態で、ロッド８が矢印Ｖ１で示すブラケット１の方向に移動するとともに、回転機構によりロッド８を介してボルト４を回転させて、ボルト胴部４ｂの雄ねじを逆側ブラケット３の雌ねじ孔３ａに捩じ込む。そして、予め決めてある規定トルクにより、ボルト４でブラケット１およびフレーム２と逆側ブラケット３とを締結する。
本実施の形態では、同時に４本のボルト４で締結しているが、別々に締結しても良い。

図８は、本発明の実施の形態１に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第５の工程を説明する断面模式図である。
図８には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。
図８に示すように、第５の工程は、座金固定機構１０が、座金６の固定を解放して、ロッド８とともに、矢印Ｖ２で示すブラケット１から離れる方向に移動する。この時、プレス部１１も、矢印Ｖ２で示すブラケット１から離れる方向に移動して、ブラケット１およびフレーム２と逆側ブラケット３との締結が完了する。
すなわち、本実施の形態のボルト締結法は、第１から第５の工程を順番に行うことにより、被締結部材をボルトで締結する。

本実施の形態のボルト締結装置１００を用いたボルト締結方法では、第２の工程から第４の工程までの間、座金固定機構１０で座金６を固定するようになっている。
それゆえ、締結時のボルト４の回転によりブラケット１を塑性変形させて加工硬化した部分から座金６がずれるのを、防止できる。
すなわち、一方の被締結部材と他方の被締結部材とをボルト４で締結する時の座金６の位置ずれがなくなるので、座金６が、予め形成された加工硬化部から逸脱して、一方の被締結部材であるブラケット１の塑性変形されていない部分と接触するのを防止できる。
それゆえ、一方の被締結部材と他方の被締結部材とをボルトで締結した後に、熱応力や慣性力等の運転負荷が加わっても、一方の被締結部材であるブラケット１の新たな部分での塑性変形がなく、なじみによりボルト軸力が低下するのを抑制できる。

また、本実施の形態のボルト締結装置１００を用いたボルト締結方法では、プレス部１１でブラケット１に荷重を加えて、フレーム２と、ブラケット１および逆側ブラケット３とを密着させている。
それゆえ、防水等の目的で、ブラケット１とフレーム２との間および逆側ブラケット３とフレーム２との間の少なくとも一方にＯリング等を設置しても、ブラケット１および逆側ブラケット３を、傾斜させること無しにボルト４で締結することができる。
本実施の形態では、４本のボルト４を同時に回転させて、ブラケット１およびフレーム２と逆側ブラケット３とを締結している。しかし、プレス部１１でブラケット１に荷重を加えているので、個別にボルト４を回転させて締結しても、一方の被締結部材であるブラケット１を傾けることなしに、締結できる。

また、本実施の形態のボルト締結装置１００は、上下方向に往復動可能な第２の支持部１４に逆側ブラケット３を載置するので、ボルト孔５から突出するボルト胴部４ｂと逆側ブラケット３との接触が回避できる。すなわち、パンチング機構によりロッド８を介してボルト頭部４ａに加圧力を付与する場合に、逆側ブラケット３が障害になるのを防止している。
また、本実施の形態のボルト締結装置１００では、ブラケット１およびフレーム２と、逆側ブラケット３とを、ボルトで締結する場合、ボルト４による締結軸力が、パンチング機構で一方の被締結部材であるブラケット１を塑性変形させる加圧力より小さくて良いので、締結された一方の被締結部材の座金接触面７の面圧を低く保つことができ、一方の被締結部材のクリープ開始温度を高くできる。

次に、一方の被締結部材であるブラケット１およびフレーム２と、他方の被締結部材である逆側ブラケット３とを、本実施の形態のボルト締結装置１００を用い、上記ボルト締結方法で締結した場合（Ａ）と、一方の被締結部材であるブラケット１を塑性変形処理することなしにボルト締結した場合（Ｂ）とについて、下記（１）式で示す、運転負荷をかけた後の被締結部材のボルト軸力保持率Ｒ（％）を例示する。
Ｒ（％）＝（運転負荷後の軸力）×１００／（運転負荷前の軸力）・・・（１）

第１例は、ブラケット１の座金接触面７の表面粗さがＲｚ３.２の被締結部材のものであり、（Ａ）の場合は、Ｒ＝９４％を維持しており、（Ｂ）の場合はＲ＝８４％に低下している。
第２例は、ブラケット１の座金接触面７の表面粗さがＲｚ２７の被締結部材のものであり、（Ａ）の場合はＲ＝９６（％）を維持しており、（Ｂ）の場合はＲ＝７９（％）に低下している。
第３例は、ブラケット１の座金接触面７の表面粗さがＲｚ１２５の被締結部材のものであり、（Ａ）の場合はＲ＝９７（％）を維持しており、（Ｂ）の場合はＲ＝７５（％）に低下している。

第１例から第３例で明らかなように、塑性変形処理をしていない被締結部材では、運転負荷をかけた後では、ボルト軸力がかなり低下する。特に、座金接触面７の表面粗さが粗いものほど低下率が大きくなった。
これに対して、本実施の形態のボルト締結装置１００を用い、本実施の形態のボルト締結法で締結した被締結部材は、運転負荷をかけた後においても、ボルト軸力の低下がほとんどない。特に、表面粗さが粗いものほど、ボルト軸力の低下が少なかった。
すなわち、本実施の形態のボルト締結装置、および、この装置を用いた本実施の形態のボルト締結法は、ボルト締結後に熱応力や慣性負荷等の運転負荷が作用しても、被締結部材を締結しているボルトの軸力低下を防止することができる。

実施の形態２．
本実施の形態のボルト締結装置２００について説明する。
図９は、本発明の実施の形態２に係わるボルト締結装置を示す斜視模式図である。
図１０は、本発明の実施の形態２に係わるボルト締結装置において、座金固定機構が座金を固定している状態を示す断面模式図である。
図９と図１０とに示すように、本実施の形態のボルト締結装置２００は、一方の被締結部材を形成するフレーム２を支持する第１の支持部２２が、クランップ部２２ｃを設けた固定部のみであり、他方の被締結部材を形成する逆側ブラケット３を支持する第２の支持部２４が、第１の支持部２２の中空部の位置で固定されており、回転機構が加圧手段も兼ねている以外、実施の形態１のボルト締結装置１００と同様である。

図９と図１０とには、ブラケット１とブラケット１の下面と接するフレーム２とで形成されている一方の被締結部材と、逆側ブラケット３の他方の被締結部材と、両被締結部材を締結して固定するボルト４と、ボルト胴部４ｂに嵌められており且つボルト頭部４ａとブラケット１との間に装着されている座金６と、が示されている。

次に、本実施の形態のボルト締結装置２００によるボルト締結方法について説明する。
まず、図１０を用いて本実施の形態のボルト締結方法における第１の工程を説明する。
図１０に示すように、第１の工程は、ロッド８が矢印Ｖ１で示すブラケット１の方向に移動して、ドライバビット部９をボルト頭部４ａに形成された回転伝達孔に挿入する。同時に、座金固定機構１０が、矢印Ｖ１で示すブラケット１の方向に移動して、座金６を固定する。

図１１は、本発明の実施の形態２に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第２の工程を説明する断面模式図である。
図１１には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。
図１１に示すように、第２の工程は、回転機構によりロッド８を介してボルト４を回転して、ボルト胴部４ｂの雄ねじを逆側ブラケット３の雌ねじ孔３ａに捩じ込む。
すると、ロッド８とともにボルト４が矢印Ｖ１で示す方向に移動して、ボルト頭部４ａが座金６と接する。

図１２は、本発明の実施の形態２に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第３の工程を説明する断面模式図である。
図１２には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。
図１２に示すように、第３の工程は、プレス部１１が、矢印Ｖ１で示すブラケット１の方向に移動して、ブラケット１に荷重を加えて、フレーム２とブラケット１との接触面およびフレーム２と逆側ブラケット３との接触面を密着させる。

その後、回転機構によりロッド８を介してボルト４を、矢印Ｖ１で示す方向に送られるように回転して、逆側ブラケット３に形成された雌ねじ孔３ａにボルト胴部４ｂを、さらに捩じ込む。そして、ボルト胴部４ｂを捩じ込んだ時に発生するボルト軸力により、ボルト頭部４ａに付与される加圧力で座金６を加圧して、ブラケット１の座金接触面７を塑性変形させて加工硬化する。
このボルト軸力は、ブラケット１およびフレーム２と逆側ブラケット３とを締結するために予め決めてある規定トルクより大きなトルクで発生するボルト軸力である。

図１３は、本発明の実施の形態２に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第４の工程を説明する断面模式図である。
図１３には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。
図１３に示すように、第４の工程は、回転機構によりロッド８を介してボルト４を、矢印Ｖ２で示す方向に送られるように逆回転させて、ボルト軸力によりボルト頭部４ａに付与された加圧力を解放する。

図１４は、本発明の実施の形態２に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第５の工程を説明する断面模式図である。
図１４には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。
図１４に示すように第５の工程は、再度、回転機構によりロッド８を介してボルト４を、矢印Ｖ１で示す方向に送られるように回転して、逆側ブラケット３に形成された雌ねじ孔３ａにボルト胴部４ｂを捩じ込む。そして、予め決めてある規定トルクにより、ボルト４でブラケット１およびフレーム２と逆側ブラケット３とを締結する。

図示しないが、第６の工程では、座金固定機構１０が、座金６の固定を解放して、ロッド８とともに、ブラケット１から離れる方向に移動する。この時、プレス部１１も、ブラケット１から離れる方向に移動して、ブラケット１およびフレーム２と逆側ブラケット３との締結が完了する。
すなわち、本実施の形態のボルト締結法は、第１から第６の工程を順番に行うことにより、被締結部材をボルトで締結する。

本実施の形態のボルト締結装置２００とボルト締結方法も、実施の形態１のボルト締結装置１００とボルト締結方法と同様な効果を奏する。
また、本実施の形態のボルト締結装置２００は、第１の支持部２２が可動部不要であり、第２の支持部２４が可動機構不要であり、回転機構が加圧手段も兼ねているので、装置構成が単純になり、装置コストを低減できる。
また、本実施の形態のボルト締結方法では、ブラケット表面を塑性変形するためにボルト頭部４ａに付与される加圧力が、回転機構でボルト胴部４ｂを他方の被締結部材である逆側ブラケット３の雌ねじ３ａに捩じ込んだ時のボルト軸力によるので、逆側ブラケット３が、ブラケット１の表面を塑性変形する時の障害にならない。

実施の形態３．
本実施の形態のボルト締結装置３００について説明する。
図１５は、本発明の実施の形態３に係わるボルト締結装置を示す断面模式図である。
図１５に示すように、本実施の形態のボルト締結装置３００は、座金固定手段として、座金固定機構に替えて、座金の６の周囲に接着剤を塗布する、座金接着剤塗布機構１５を用いている以外、実施の形態２のボルト締結装置２００と同様である。
そして、座金接着剤塗布機構１５は、設置されるブラケット１のボルト孔５の脇であって且つ第１の支持部２２の上方の位置に、ロッド８の回りを円運動可能にして設置されている。

図１５にも、ブラケット１とブラケット１の下面と接するフレーム２とで形成されている一方の被締結部材と、逆側ブラケット３の他方の被締結部材と、両被締結部材を締結して固定するボルト４と、ボルト胴部４ｂに嵌められており且つボルト頭部４ａとフレーム２との間に装着されている座金６と、が示されている。
本実施の形態のボルト締結装置３００は、締結に用いるボルト数と同数の座金接着剤塗布機構１５を備えているが、座金接着剤塗布機構１５を移動する機構を備えて、各座金６における接着剤塗布位置に移動できれば、ボルト数より少なくても良い。

次に、本実施の形態のボルト締結装置３００によるボルト締結方法について説明する。
図１６は、本発明の実施の形態３に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第１の工程を説明する断面模式図である。
図１６には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。

図１６に示すように、第１の工程は、プレス部１１が、矢印Ｖ１で示すブラケット１の方向に移動して、ブラケット１に荷重を加えて、フレーム２とブラケット１との接触面およびフレーム２と逆側ブラケット３との接触面を密着させる。
回転機構によりロッド８を介してボルト４を、矢印Ｖ１で示す方向に送られるように回転して、逆側ブラケット３に形成された雌ねじ孔３ａにボルト胴部４ｂを捩じ込む。そして、ボルト胴部４ｂを捩じ込んだ時に発生するボルト軸力により、ボルト頭部４ａに付与される加圧力で座金６を加圧して、ブラケット１の座金接触面７を塑性変形させて加工硬化する。
このボルト軸力は、ブラケット１およびフレーム２と逆側ブラケット３とを締結するために予め決めてある規定トルクより大きなトルクで発生するボルト軸力である。

図１７は、本発明の実施の形態３に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第２の工程を説明する断面模式図である。
図１７には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。
図１７に示すように、第２の工程は、座金接着剤塗布機構１５が、矢印Ｒで示す方向に回転しながら、ボルト頭部４ａに付与された加圧力でブラケット１に押し付けられている座金６の外周部に、接着剤１５ａを塗布するとともに、接着剤１５ａを硬化させて座金６をブラケット１の表面に固定する。

図１８は、本発明の実施の形態３に係わるボルト締結装置の座金接着剤塗布機構が、座金の外周部に接着剤を塗布する状態を示す斜視模式図である。
図１８に示すように、座金接着剤塗布機構１５は、ロッド８の周囲を廻りながら、接着剤１５ａを吐出することにより、座金６の外周部に接着剤を塗布する。

図１９は、本発明の実施の形態３に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第３の工程を説明する断面模式図である。
図１９には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。
図１９に示すように、第３の工程は、回転機構によりロッド８を介してボルト４を、矢印Ｖ２で示す方向に送られるように逆回転させて、ボルト軸力によりボルト頭部４ａに付与された加圧力を解放する。

図２０は、本発明の実施の形態３に係わるボルト締結装置を用いたボルト締結法における第４の工程を説明する断面模式図である。
図２０には、被締結部材、ボルト４および座金６も示している。
図２０に示すように、第４の工程は、再度、回転機構によりロッド８を介してボルト４を、矢印Ｖ１で示す方向に送られるように回転して、予め決めてある規定トルクにより、ブラケット１およびフレーム２と逆側ブラケット３とを締結する。
図示しないが、第５の工程では、ロッド８が、ブラケット１から離れる方向に移動する。この時、プレス部１１も、ブラケット１から離れる方向に移動して、ブラケット１およびフレーム２と逆側ブラケット３との締結が完了する。
すなわち、本実施の形態のボルト締結法は、第１から第５の工程を順番に行うことにより、被締結部材をボルトで締結する。

本実施の形態のボルト締結装置３００とボルト締結方法は、座金６のブラケット１の表面での固定を、座金固定機構１０に替えて接着剤１５ａで行っているが、実施の形態２の、ボルト締結装置２００およびボルト締結方法と同様な効果を奏する。
次に、一方の被締結部材であるブラケット１およびフレーム２と、他方の被締結部材である逆側ブラケット３とを、本実施の形態のボルト締結装置３００を用い、上記ボルト締結方法で締結した場合（Ａ）と、一方の被締結部材であるブラケット１を塑性変形処理することなしにボルト締結した場合（Ｂ）とについて、上記（１）式で示す運転負荷をかけた後の被締結部材のボルト軸力保持率Ｒ（％）を例示する。

第１例は、ブラケット１の座金接触面７の表面粗さがＲｚ３.２の被締結部材のものであり、（Ａ）の場合は、Ｒ＝８８％を維持しており、（Ｂ）の場合はＲ＝８４％に低下している。
第２例は、ブラケット１の座金接触面７の表面粗さがＲｚ２７の被締結部材のものであり、（Ａ）の場合はＲ＝９２（％）を維持しており、（Ｂ）の場合はＲ＝７９（％）に低下している。
第３例は、ブラケット１の座金接触面７の表面粗さがＲｚ１２５の被締結部材のものであり、（Ａ）の場合はＲ＝９０（％）を維持しており、（Ｂ）の場合はＲ＝７５（％）に低下している。

第１例から第３例で明らかなように、塑性変形処理をしていない被締結部材では、運転負荷をかけた後で、ボルト軸力がかなり低下する。
これに対して、本実施の形態のボルト締結装置３００を用いて、本実施の形態のボルト締結法で締結した被締結部材は、運転負荷をかけた後においても、ボルト軸力の低下が少なかった。
すなわち、本実施の形態のボルト締結装置３００、および、この装置を用いた本実施の形態のボルト締結法は、ボルト締結後に熱応力や慣性負荷等の運転負荷が作用しても、被締結部材を締結しているボルトの軸力低下を少なくできる。

実施の形態４．
本発明の実施の形態４に係るボルト締結法は、被締結部材の座金接触面７を塑性変形させるための、パンチング機構によるロッド８を介したボルト頭部４ａへの加圧力の付与を、継続して行うのではなく、断続的に繰り返して行う以外、実施の形態１のボルト締結法と同様である。
図２１は、加圧時間とボルト頭部に断続的に繰り返して付与する加圧力との関係を示す模式図（ａ）および加圧時間とボルト軸力との関係を示す模式図（ｂ）である。
図２１に示すように、ボルト頭部４ａに、断続的に繰り返して付与する加圧力の回数が１０回以上になると、塑性変形の進行が停止する。すなわち、継続的に加圧力を付与する場合より、塑性変形の進行が停止するまでの時間を短くできる。

実施の形態２および実施の形態３のボルト締結法の場合は、回転機構でのロッド８の順回転と逆回転とを繰り返すことにより、被締結部材の座金接触面７を塑性変形させるためのボルト頭部４ａへの加圧力の付与を、断続的に繰り返して行うことができ、同様な効果を奏する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

本発明のボルト締結装置およびボルト締結方法は、予め形成した被締結部材の塑性変形部から座金がずれることなしに、被締結部材をボルトで締結でき、ボルト締結後に熱応力や慣性負荷等の運転負荷が作用しても、被締結部材を締結しているボルトの軸力低下を抑制できるので、信頼性が要求されるモータ等の組み立てに用いられる。

１ ブラケット、２ フレーム、３ 逆側ブラケット、３ａ 雌ねじ孔、
４ ボルト、４ａ ボルト頭部、４ｂ ボルト胴部、５ ボルト孔、６ 座金、
７ 座金接触面、８ ロッド、９ ドライバビット部、１０ 座金固定機構、
１０ａ 座金固定ドローバ、１０ｂ 座金固定テーパフランジ、
１０ｃ 座金固定コレット、１１ プレス部、１２ 第１の支持部、
１２ａ 可動部、１２ｂ 固定部、１２ｃ クランプ部、１４ 第２の支持部、
１５ 座金接着剤塗布機構、１５ａ 接着剤、２２ 第１の支持部、
２２ｃ クランプ部、２４ 第２の支持部、１００，２００，３００ ボルト締結装置。

Claims (8)

1. 一方の被締結部材と他方の被締結部材とをボルトで締結するボルト締結方法であって、
   上記一方の被締結部材のボルト孔に挿入されている上記ボルトにおけるボルト頭部に加圧力を付与して、上記ボルトのボルト胴部に嵌められた座金が接している一方の被締結部材の表面を塑性変形させて加工硬化させる加工硬化工程と、上記加圧力を解放する解放工程と、上記ボルト胴部を上記他方の被締結部材に形成された雌ねじ孔に捩じ込んで、予め決められている規定トルクで上記一方の被締結部材と上記他方の被締結部材とを締結する締結工程とを順番に行っており、
   上記ボルト頭部に付与する加圧力を、上記規定トルクで発生するボルト軸力より大きくしており、
   上記加工硬化工程において塑性変形させて加工硬化させた上記一方の被締結部材の表面に対する上記座金の位置を固定した状態で、上記解放工程および上記締結工程を行うボルト締結方法。
2. 上記加工硬化工程における加圧力の付与が、パンチングで行われ、
   上記座金の固定が、先端部で上記座金を掴む座金固定機構で行われ、上記加工硬化工程から上記締結工程までの間、上記座金を上記一方の被締結部材の表面に接して固定していることを特徴とする請求項１に記載のボルト締結方法。
3. 上記加工硬化工程における加圧力の付与が、上記締結工程で予め決められている規定トルクより大きなトルクで上記ボルト胴部を上記他方の被締結部材に形成された雌ねじ孔に捩じ込んで発生させたボルト軸力で行われ、
   上記座金の固定が、先端部で上記座金を掴む座金固定機構で行われ、上記加工硬化工程から上記締結工程までの間、上記座金を上記一方の被締結部材の表面に接して固定していることを特徴とする請求項１に記載のボルト締結方法。
4. 上記加工硬化工程における加圧力の付与が、上記締結工程で予め決められている規定トルクより大きなトルクで上記ボルト胴部を上記他方の被締結部材に形成された雌ねじ孔に捩じ込んで発生させたボルト軸力で行われ、
   上記座金の固定が、上記加工硬化工程により塑性変形させて加工硬化させた上記一方の被締結部材の表面に対する上記座金の周囲に塗布した接着剤で行われ、上記解放工程から上記締結工程までの間、上記座金を上記一方の被締結部材の表面に接して固定していることを特徴とする請求項１に記載のボルト締結方法。
5. 上記加工硬化工程における加圧力の付与が、断続的に繰り返して行われることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のボルト締結方法。
6. 一方の被締結部材と他方の被締結部材とをボルトで締結するボルト締結装置であって、
   上記一方の被締結部材を支持する第１の支持部と、上記他方の被締結部材を支持する第２の支持部と、上記第１の支持部の上方の位置に上下方向に移動可能に設置されており、且つ下方の端部にドライバビット部が設けられているロッドと、上記第１の支持部の上方の位置に設置されており、且つボルト胴部に嵌められて上記一方の被締結部材の表面に接して配設されている座金を固定する座金固定手段と、上記ロッドを介してボルト頭部に加圧力を付与する加圧手段と、上記ロッドを介して上記ボルトを回転させる回転機構と、を備え、
   上記座金固定手段が、上記ロッドの外周側で同心円状に且つ上下方向に移動可能に設置されているとともに、上記座金を先端部で掴んで固定する座金固定機構であり、
   上記座金固定機構が、同心円状に配置されている外周側の座金固定ドローバと中間の座金固定テーパフランジと内周側の座金固定コレットとで形成されており、
   上記加圧手段がパンチング機構であることを特徴とするボルト締結装置。
7. 一方の被締結部材と他方の被締結部材とをボルトで締結するボルト締結装置であって、
   上記一方の被締結部材を支持する第１の支持部と、上記他方の被締結部材を支持する第２の支持部と、上記第１の支持部の上方の位置に上下方向に移動可能に設置されており、且つ下方の端部にドライバビット部が設けられているロッドと、上記第１の支持部の上方の位置に設置されており、且つボルト胴部に嵌められて上記一方の被締結部材の表面に接して配設されている座金を固定する座金固定手段と、上記ロッドを介してボルト頭部に加圧力を付与する加圧手段と、上記ロッドを介して上記ボルトを回転させる回転機構と、を備え、
   上記座金固定手段が、上記ロッドの外周側で同心円状に且つ上下方向に移動可能に設置されているとともに、上記座金を先端部で掴んで固定する座金固定機構であり、
   上記座金固定機構が、同心円状に配置されている外周側の座金固定ドローバと中間の座金固定テーパフランジと内周側の座金固定コレットとで形成されており、
   上記回転機構が、上記加圧手段を兼ねていることを特徴とするボルト締結装置。
8. 上記一方の被締結部材に荷重を加えるプレス部が、上記第１の支持部の上方の位置に、上下方向に移動可能に設置されていることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のボルト締結装置。

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