JPH08174348A - ボルト締結装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ボルト送りに必要なストロークを減少させ、
装置の小形化を図ると同時にボルト送りと回転の同調を
必要としないことにより装置の簡便化を図る。 【構成】 ボルト１１の頭部１１ｂは、ボルトソケット
１４内に収納される。ボルトソケット１４の軸直角断面
形状は、頭部１１ｂの外周輪郭形状に適合して形成され
る。頭部１１ｂを収納した状態で、磁石によって保持さ
れる。（１）は締込み前、（２）は送り完了時、（３）
は締込み完了時を示す。（２）に示すように、オネジ部
１１ａの先端が固定部材１２のメネジ部１２ａに押し込
まれて締め込みが開始されると、アクチュエータ１８は
これ以上ボルト１１を送る必要はなく、ランナ１６によ
る回転駆動とともに、ボルト１１はメネジ部１２ａ内に
締め込まれていく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、予めメネジが形成され
ている構造物にボルトを締め込むボルト締結装置、特に
締め込みストークが比較的長く、狭隘な場所で任意の方
向にボルト締め込みが可能なボルト締結装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、予めメネジが形成されている構造
物、たとえばシールド工法でトンネルのライニングに用
いる斜めインサートボルト式セグメントなどの締結装置
として図１０に示すような装置が考えられている。ボル
ト１には、軸線方向の一端にオネジ部１ａ、他端に頭部
１ｂが形成されている。このようなボルト１を、固定部
材２に対して被締結部材３を固定するためにボルト締結
装置１が用いられている。図１０（１）はボルトの締め
込み前の状態、図１０（２）はボルト締め込み後の状態
をそれぞれ示す。ボルト１の頭部１ｂは、ボルトソケッ
ト４によって保持され、継手５を介してランナ６によっ
て回転駆動される。また継手５およびランナ６は、ホル
ダ７を介してアクチュエータ８により、ボルト１の軸線
方向と平行にガイド９に沿って送られる。

【０００３】アクチュエータ８およびガイド９は、ボル
ト１をＥＳ１だけ送ることができる。ボルト送りの必要
ストロークＥＳ１は、図１１（１）に示すように、首下
長さＬとボルトの先端クリアランスＣとの和である。首
下長さＬの部分が、図１１（２）に示すように、固定部
材２のメネジ部２ａと被締結部材３の挿通孔３ａ内に締
め込まれる。ランナ６の構成は、たとえば特開平６１−
７１９２９号公報などに開示されている自動締結装置に
おけるナットランナなどと同様である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１０に示すような従
来からのボルト締結装置では、アクチュエータ８やガイ
ド９が、ボルトの首下長さＬよりも長いボルト送りの必
要ストロークＥＳ１に対応して形成されている必要があ
る。このため、アクチュエータ８やガイド９の長さもボ
ルト送りの必要ストロークＥＳ１に対応して必要とな
り、ボルト長さが長い場合、ボルト締結装置全体が大形
化する。また、このとき長いボルトを頭部でのみ保持す
るので、ボルトの先端が締め込み方向からずれやすい。
さらに、シールド工法で用いるセグメント組立用のエレ
クタ装置などにおいては、ボルトの締め込み方向とし
て、下方を含む多様な方向に対応する必要がある。しか
しながら、従来のボルト締結装置では、ボルトの方向が
任意の向きでワッシャが必要な場合にワッシャの保持が
困難となる。その他、ランナ６の回転速度がアクチュエ
ータ８の送り速度に比べて早すぎると、ボルトがボルト
ソケットからはずれてしまうおそれがあり、逆にアクチ
ュエータ８の送り速度がランナ６の回転速度に比べて早
すぎる場合、ボルトがメネジに噛み込むおそれがある。
そこで、従来の締結機においては、回転速度と送り速度
を同調させる複雑な仕組みや制御を必要としていた。

【０００５】本発明の目的は、ボルトに必要なストロー
クを小さくし、装置の小形化を図り、かつボルトの回転
速度と送り速度の複雑な同調を必要としない簡便なボル
ト締結装置を提供することである。また締付方向が任意
の角度であってもワッシャを確実に取付け、締め込み方
向へのずれが少なくなるボルト締結装置を提供すること
である。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、予めメネジが
形成されている構造物にボルトを締め込むボルト締結装
置において、ボルトの締め込みストローク分の長さ以上
軸線方向に延び、内周側の軸直角断面形状がボルトの頭
部外周輪郭形状に適合する筒状のボルト収納手段と、ボ
ルト収納手段にボルトの頭部を収納する状態で、ボルト
を保持するボルト保持手段と、ボルト収納手段内にボル
トを保持した状態で、ボルトを締結すべきメネジにボル
ト先端を送り込むボルト送り手段と、ボルトを保持した
ボルト収納手段を、軸線まわりに回転駆動するボルト締
付手段とを含むことを特徴とするボルト締結装置であ
る。また本発明は、前記ボルト収納手段の先端部に、ボ
ルト収納手段内にボルトを保持した状態でワッシャを保
持するワッシャ保持手段を設けることを特徴とする。ま
た本発明は、前記ボルト収納手段の先端側に、ボルト収
納手段内にボルトを保持した状態でボルトをその軸線が
ボルト収納手段の軸線と一致するように支持するボルト
支持手段を設けることを特徴とする。

【０００７】

【作用】本発明に従えば、ボルトの頭部をボルト収納手
段に収納してボルト保持手段によって保持し、ボルト送
り手段によってボルトの先端を締結すべきメネジに送り
込む。ボルト締付手段によってボルト収納手段を軸線ま
わりに回転駆動すると、ボルトはメネジ内に締め込まれ
ていき、ボルトの頭部はボルトの収納手段内周に案内さ
れ、先端部側に出てくる。このような締め込み過程で
は、ボルト収納手段を送る必要はないので、ボルト送り
の必要ストロークを減少させることができる上に、かつ
ボルトの回転速度と送り速度を同調させる必要性はなく
なる。

【０００８】また本発明に従えば、ボルト収納手段内に
ボルトを保持した状態で、ボルト収納手段の先端部にワ
ッシャを保持する。ボルトが締め込まれてボルトの頭部
がボルト収納手段の先端部側に出てくると、ボルトの頭
部によってワッシャはボルト収納手段の先端部から取外
され、ボルトの頭部とともに締付部分の表面に押し付け
られる。

【０００９】また本発明に従えば、ボルト収納手段内に
ボルトを保持した状態で、ボルト収納手段の先端側にボ
ルトをその軸線がボルト収納手段の軸線と一致するよう
に支持するボルト支持手段を設ける。長いボルトであっ
ても、ボルトの頭部と首下の一部で支持するので、軸芯
の締付方向からのずれは少なくなり、精度のよい締付け
を任意の角度で行うことができる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の構成を示す。図
１（１）は締め込み前の状態、図１（２）は締め込み途
中で送り完了時の状態、図１（３）は締め込み完了時の
状態をそれぞれ示す。ボルト１１のオネジ部１１ａは、
固定部材１２のメネジ部１２ａに、被締結部材１３の挿
通孔１３ａを介して締め込まれる。このときのボルト送
りストロークはＥＳ２である。ボルト１１の頭部１１ｂ
は、ボルト収納手段であるボルトソケット１４内に収納
される。ボルトソケット１４は、締め込みに必要なスト
ロークＥＳ２以上の長さだけ軸線方向に延びるような筒
状に形成され、内周側の軸直角断面形状はボルトの頭部
１１ｂの外周輪郭形状に適合するように形成されてい
る。

【００１１】ボルトソケット１４は、継手１５を介して
ランナ１６によって回転駆動される。また継手１５およ
びランナ１６は、ホルダ１７を介してアクチュエータ１
８によってボルト１１の軸線方向に平行に送られる。ア
クチュエータ１８による送りの際には、ガイド１９によ
って案内される。アクチュエータ１８およびガイド１９
の最大ストロークも、送りストロークＥＳ２に対応して
いる。

【００１２】図２は、送りストロークＥＳ２を決定する
ことについての考え方を示す。図２（１）に示すよう
に、送りストロークＥＳ２はボルトソケット１４の深さ
Ｄと併せて、ボルト１１の首下長さＬ、ボルトの先端ク
リアランスＣおよびボルトの頭部１１ｂの厚さＨの和に
等しくなる。この関係を次の第１式に示す。

【００１３】 ＥＳ２＋Ｄ＝Ｃ＋Ｌ＋Ｈ …（１） また図２（２）に示すように、送りストロークＥＳ２
は、ボルト１１のオネジ部１１ａの先端が固定部材１２
のメネジ部１２ａに達し、いくつかのねじ孔が噛み合う
ボルトの初期押し込み長さＰおよび被締結部材１３の厚
さの和だけあればよい。すなわち、被締結部材１３の厚
さをｔとすれば次の第２式が成り立つ。

【００１４】 Ｄ＋ｔ＋Ｐ＝Ｌ＋Ｈ …（２） 以上の第１式および第２式から次の第３式が成り立つ。

【００１５】 ＥＳ２＝ｔ＋Ｐ＋Ｃ …（３） この第３式から得られるＥＳ２を、従来の必要送りスト
ロークＥＳ１と比較した場合、初期の押し込みストロー
クＰがわずかでよいことと、ボルトの首下長さＬが被締
結部材の厚さｔよりも長くなることを考慮すると、一般
的には、 ｔ＋Ｐ＜Ｌ …（４） になると考えられ、必要送りストロークは、ＥＳ２＜Ｅ
Ｓ１となる。

【００１６】図３は、ボルトソケット１４内に収納した
ボルト１１の頭部１１ｂとワッシャ２０とを保持する構
成を示す。磁石２１はボルト１１の頭部１１ｂを吸着し
て保持し、磁石２２は、ボルトソケット１４の先端部で
ワッシャを保持する。ボルトの頭部１１ｂを保持する磁
石２１は、ボルトソケット１４の回転軸２３の先端に取
付けられる。ボルト１１のオネジ部１１ａがメネジ部に
締め込まれると、ボルト１１の頭部１１ｂは磁石２１か
ら外れ、ボルト１１はボルトソケット１４内を案内され
て先端部側に自動的に送られる。

【００１７】図４は、シールド工法におけるセグメント
３０を組立てる場合のボルトの締結状態を示す。このよ
うなボルト締結装置は、図５に示すようなシールド掘進
機のエレクタ装置３１のヘッダ３２に複数の締結装置３
３として備えられ、狭隘な場所で任意の方向にボルトの
締め込みが可能なことが要求される。またワッシャの取
付けも容易であることが好ましい。

【００１８】図６は、本発明の他の実施例によるボルト
１１の頭部１１ｂおよびワッシャ２０の保持装置を示
す。本実施例では、ラバー等の弾性部材４０，４１の弾
発力によって頭部１１ｂとワッシャ２０とを一時的に保
持する。ボルト１１のオネジ部１１ａがメネジ部に締め
込まれると、頭部１１ｂはラバー４０の弾発力に抗して
ラバー４０を弾性変形しながらボルトソケット１４内を
先端部側に送られる。

【００１９】図７は、ワッシャ２０の保持機構として、
ラバー４１の代わりにＯリング４２を設ける例を示す。

【００２０】図８は、ボルト１１の締め込みが進行し、
頭部１１ｂによってワッシャ２０が磁石２２によって保
持されている状態から離脱する様子を示す。ラバー４１
やＯリング４２による保持からの離脱も同様にして行わ
れる。

【００２１】このような磁石２１、ラバー４１およびＯ
リング４２によるワッシャ２０の保持は、単にワッシャ
を保持するばかりではなく、ボルト１１の芯出しにも起
用する。すなわちボルト１１は、頭部１１ｂが磁石２０
やラバー４０によって保持されているけれども、首下の
軸の中央部分付近もワッシャ２０を介して保持されるこ
とにより、軸線と締め込み方向とのずれを少なくするこ
とができる。

【００２２】また図９は、ワッシャ２０を用いないで、
ボルトソケット１４の先端に、ボルト１１の芯出しのた
めの板ばね５０を設ける構成を示す。図９（１）に示す
ようにして板ばね５０はボルト１１の軸線がボルトソケ
ット１４の軸線と一致するように支持し、図９（２）に
示すようにボルト１１の頭部１１ｂがボルトソケット１
４の先端から離脱する際には変形する。

【００２３】以上の各実施例は、トンネルのシールド掘
進機のエレクタ装置のボルト締結装置として示している
けれども、一般の構造物のボルト締結装置として同様に
本発明を実施することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、ボルトを
締め込む際に必要なストロークは、ボルト収納手段内で
頭部が保持されていた状態から頭部がボルト収納手段の
先端部に移動することによって発生されるので、ボルト
送り手段に必要なストロークを小さくし、ボルト締結装
置を小形化することができる上に、ボルトの回転と送り
を同調させる必要はなくなり、装置および制御を簡便な
ものとすることができる。

【００２５】また本発明によれば、ボルト収納手段の先
端部でワッシャを保持し、任意の締め込み方向に対して
安定にワッシャを供給することができる。また、ワッシ
ャによって、ボルト先端の締込み方向からのずれを低減
することができる。

【００２６】また本発明によれば、ボルトの締め込み方
向からのずれを少なくし、構造物にメネジにボルトの先
端を案内することが容易となり、締結の自動化も容易に
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成をおよび動作を示す簡
略化した断面図である。

【図２】図１の実施例で必要なボルト送りのストローク
についての考え方を示す部分的な断面図である。

【図３】図１の実施例でボルトおよびワッシャの保持の
ための構成を示す部分的な断面図である。

【図４】図１の実施例のボルト締結装置を、シールドト
ンネルのセグメントの締結に用いる状態を示す簡略化し
た断面図である。

【図５】図４のボルト締結装置を含むエレクタ装置の構
成を示す簡略化した断面図である。

【図６】本発明の他の実施例の構成を示す部分的な断面
図である。

【図７】本発明のさらに他の実施例の構成を示す部分断
面図である。

【図８】図３の実施例でワッシャがボルトの頭部によっ
て離脱される状態を示す部分的な断面図である。

【図９】本発明のさらに他の実施例の構成および動作を
示す部分的な断面図である。

【図１０】従来からのボルト締結装置の構成および動作
を示す簡略化した断面図である。

【図１１】図１０のボルト送りに必要なストロークにつ
いての考え方を示す部分的な断面図である。

【符号の説明】

１１ ボルト １１ａ オネジ部 １１ｂ 頭部 １２ 固定部材 １２ａ メネジ部 １３ 被締結部材 １４ ボルトソケット １５ 継手 １６ ランナ １７ ホルダ １８ アクチュエータ １９ ガイド ２０ ワッシャ ２１，２２ 磁石 ３０ セグメント ３０ａ メネジ部 ３１ エレクタ装置 ３２ ヘッダ ３３ 締結装置 ４０，４１ ラバー ４２ Ｏリング ５０ 板ばね

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予めメネジが形成されている構造物にボ
   ルトを締め込むボルト締結装置において、 ボルトの締め込みストローク分の長さ以上軸線方向に延
   び、内周側の軸直角断面形状がボルトの頭部外周輪郭形
   状に適合する筒状のボルト収納手段と、 ボルト収納手段にボルトの頭部を収納する状態で、ボル
   トを保持するボルト保持手段と、 ボルト収納手段内にボルトを保持した状態で、ボルトを
   締結すべきメネジにボルト先端を送り込むボルト送り手
   段と、 ボルトを保持したボルト収納手段を、軸線まわりに回転
   駆動するボルト締付手段とを含むことを特徴とするボル
   ト締結装置。
2. 【請求項２】 前記ボルト収納手段の先端部に、ボルト
   収納手段内にボルトを保持した状態でワッシャを保持す
   るワッシャ保持手段を設けることを特徴とする請求項１
   記載のボルト締結装置。
3. 【請求項３】 前記ボルト収納手段の先端側に、ボルト
   収納手段内にボルトを保持した状態でボルトをその軸線
   がボルト収納手段の軸線と一致するように支持するボル
   ト支持手段を設けることを特徴とする請求項１記載のボ
   ルト締結装置。