KR100875884B1

KR100875884B1 - 볼트 조임방법 및 볼트 조임장치

Info

Publication number: KR100875884B1
Application number: KR1020077020057A
Authority: KR
Inventors: 야스오 후지오카; 가즈아키 사토; 야스노리 사쿠라바야시; 히로시 데라니시; 아츠오 다나카
Original assignee: 도요타 지도샤（주）
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2008-12-26
Also published as: AU2006250323B2; EP1884310B1; AU2006250323A1; US20090064828A1; CA2608330A1; US7836794B2; JP4386076B2; CN101146647B; CA2608330C; WO2006126742A1; KR20070094987A; CN101146647A; JPWO2006126742A1; BRPI0611033A2; EP1884310A1; EP1884310A4; RU2359812C1

Abstract

본 발명은 볼트를 조일 때에 초래되는 볼트 축력의 고축력화를 도모하도록 나사면의 마찰계수 그 자체를 변경하지 않고, 나사면의 마찰계수를 작게 한 것과 동일한 효과를 가져오는 것이 가능한 볼트 조임방법 및 그 볼트 조임방법을 실현하는 볼트 조임장치를 제공하는 것이다.

이를 위한 본 발명의 볼트 조임방법은, 볼트 머리부와, 수나사부를 구비하는 볼트 축부를 가지는 볼트를 이용하여 피체결체를 체결할 때의 볼트 조임방법에 있어서 상기 볼트를 조일 때에 초래되는 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하도록 상기 볼트 좌면에 평행한 가로하중을 상기 볼트 머리부에 부여한 상태에서 상기 수나사부를 회전시키는 회전 토오크를 상기 볼트 머리부에 부여하여 상기 볼트를 조이는 것을 특징으로 한다.

Description

볼트 조임방법 및 볼트 조임장치{BOLT TIGHTENING METHOD AND BOLT TIGHTENING DEVICE}

본 발명은, 볼트를 사용하여 각 피체결부품을 체결할 때의 볼트 조임방법 및 그 볼트 조임방법을 실현하는 볼트 조임장치에 관한 것으로, 특히 전단 외력이 피체결부품에 작용하였을 때에 있어서의 피체결부품 사이의 미끄러짐을 각 피체결부품 사이의 마찰접합에 의하여 방지하도록 각 피체결부품을 체결할 때에 적용되는 볼트 조임방법 및 그 볼트 조임방법을 실현하는 볼트 조임장치에 관한 것이다.

복수의 피체결부품을 서로 체결시키는 방법의 하나로, 볼트를 사용하여 각 피체결부품을 서로 체결하는 방법이 있다. 볼트를 사용하여 각 피체결부품을 서로 체결시키는 경우, 특히 전단 외력이 작용하였을 때에 있어서의 피체결부품 사이의 미끄러짐을 각 피체결부품 사이의 마찰접합에 의하여 방지하도록 볼트를 사용하여 각 피체결부품을 서로 체결시키는 경우, 볼트의 조임에 의하여 초래되는 볼트 축선방향의 힘(이하, 볼트 축력이라 부른다)을 높게 안정시키는 것이 중요하게 된다. 볼트의 조임에 의하여 초래된 볼트 축력이 작은 경우, 각 피체결부품 사이에 충분한 마찰접합이 초래되지 않아, 피체결부품이 전단 외력을 받은 경우에 피체결부품 사이에 미끄러짐이 생기고, 이것은 볼트의 회전에 느슨함을 야기하여, 결과적으로 예를 들면 부품의 탈락이나 피체결부품 사이의 맞댄면의 밀착불량에 의한 액체 누설 등의 문제를 초래할 가능성이 높다.

볼트의 조임에 의하여 초래되는 볼트 축력을 항상 안정시키도록 볼트의 나사부에 마찰계수 안정제를 부착시키는 것은 알려져 있다(일본국 특개평9-40991호 공보 참조). 일본국 특개평9-40991호 공보에서는, 마찰계수 안정제를 나사부품 등의 체결재에 부착시킴으로써, 그 나사부품의 체결시의 마찰계수를 안정화시키고, 또한 임의의 마찰계수값을 부여할 수 있어, 나사부품과 같은 체결재의 느슨함이나 파단 등의 문제점을 해소할 수 있는 것이 나타나 있다.

그러나 일본국 특개평9-40991호 공보에서 나타내고 있는 바와 같은 마찰계수 안정제를 사용함으로써 볼트 축력의 안정화를 도모하는 경우에서는, 볼트 축력의 고축력화라는 점에서 과제가 남겨져 있다고 생각한다.

볼트에 의하여 각 피체결부품을 서로 체결하는 경우, 볼트 조임 후에 있어서 용이하게 나사부가 느슨해지는 일이 없도록 할 필요가 있고, 적어도 볼트 조임 후에 있어서 나사부가 자립하고 있지 않으면 안된다는 조건을 만족할 필요가 있다고 생각한다.

여기서 "나사부가 자립하고 있다"라는 표현은, 볼트의 수나사부를, 암나사부에 연직방향에서 삽입하였을 때에, 수나사부와 암나사부가 걸어맞춰지는 면(이하, 나사면이라 부른다)의 마찰계수가 너무 작아 볼트 머리부에 회전 토오크를 부여하고 있지 않음에도 불구하고, 볼트의 스스로의 힘에 의해서만 볼트가 회전하는 바와 같은 일이 없는 상태를 의도하고 있다.

나사부가 자립하고 있지 않은 상태에서는 볼트 머리부에 회전 토오크를 부여하여 볼트의 조임을 행하여도, 볼트 머리부에의 회전 토오크의 부여를 해제하였을 때에, 볼트의 조임에 의하여 초래된 볼트 축력에 의하여 수나사부와 암나사부가 상대적으로 회전 이동하여 볼트 축력이 저하되는 것을 생각할 수 있다.

볼트 축력의 고축력화를 도모하도록 마찰계수가 아주 작은 마찰계수 안정제를 나사부에 부착시켜 나사면 그 자체의 마찰계수를 저감시키는 경우, 볼트 조임 후의 상기 설명한 나사부의 자립이 문제가 되고, 이 문제를 해소하도록 마찰계수 안정제에 의한 나사면의 마찰계수의 저감에는, 설계조건에 따라 어느 일정한 제한이 부과되게 되는 것을 생각할 수 있다. 따라서 마찰계수 안정제의 사용에 의한 볼트 축력의 고축력화에는 어느 일정한 제한이 부과되게 된다고 생각한다.

볼트를 사용하여 각 피체결부품을 서로 체결시키는 경우, 볼트 조임시에 초래되는 볼트 축력이 높으면 높을 수록, 더욱 강고한 각 피체결부품 사이의 마찰접합이 초래되게 된다.

따라서 전단 외력이 작용하였을 때에 있어서의 각 피체결부품 사이의 미끄러짐을 각 피체결부품 사이의 마찰접합에 의하여 방지하도록 볼트를 사용하여 각 피체결부품을 서로 체결시키는 경우에 있어서는, 볼트를 조일 때에 초래되는 볼트 축력의 고축력화를 도모하는 것이 가능한 수단으로서, 볼트 조임 후의 나사부의 자립이라는 점을 고려할 필요가 없는 수단을 찾아내는 것, 즉, 마찰계수 안정제를 사용한 경우에 초래될 수 있는 볼트 축력보다도 높은 볼트 축력을 초래하는 것이 가능한 수단을 찾아내는 것이 하나의 중요한 과제라고 생각한다.

본 발명은 상기한 과제를 감안하여 볼트를 조일 때에 초래되는 볼트 축력의 고축력화를 도모하도록, 나사면의 마찰계수 그 자체를 변경하지 않고 나사면의 마찰계수를 작게 한 것과 동일한 효과를 초래하는 것이 가능한 볼트 조임방법 및 그 볼트 조임방법을 실현하는 볼트 조임장치로서, 작업성이 좋고, 용이하게 실시 가능한 볼트 조임방법 및 그 볼트 조임방법을 실현하는 볼트 조임장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 볼트 머리부와, 수나사부를 구비하는 볼트 축부를 가지는 볼트를 사용하여 피체결체를 체결할 때의 볼트 조임방법에 있어서, 상기 볼트를 조일 때에 초래되는 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하도록 상기 볼트 좌면에 평행한 가로하중을 상기 볼트 머리부에 부여한 상태에서 상기 수나사부를 회전시키는 회전 토오크를 상기 볼트 머리부에 부여하여 상기 볼트를 조이는 것을 특징으로 하는 볼트 조임방법이 제공된다.

즉, 청구항 1의 발명에서는 볼트를 사용하여 피체결체를 체결할 때에 볼트 좌면에 평행한 가로하중을 볼트 머리부에 부여함으로써 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 치우치게 한 상태에서 볼트의 수나사부를 회전시키는 회전 토오크가 볼트 머리부에 부여되어 볼트는 조여진다.

볼트 좌면에 평행한 기설정된 가로하중을 볼트 머리부에 부여하면서 볼트 머리부에 회전 토오크를 부여하여 볼트를 조임으로써 볼트 축선을 볼트 좌면의 수선에 대하여 아주 약간의 각도이기는 하나, 기설정된 각도를 가지고 경사시키면서, 또 볼트 머리부를 볼트 좌면에 대하여 아주 약간의 각도이기는 하나, 기설정된 각도를 가지고 경사시키면서 볼트를 조일 수 있고, 따라서 볼트를 조일 때에 초래되는 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 원하는 상태로 치우치게 하는 것을 가능하게 한다.

볼트의 조임시에 초래되는 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 원하는 상태로 치우치게 함으로써 볼트를 조일 때의 실제 볼트의 회전 중심선을 볼트의 중심 축선으로부터 나사면 및 볼트 좌면의 고면압측 방향으로 이동시킬 수 있고, 이것에 의하여 볼트의 조임 회전 토오크를 저감하여 나사부에 발생하는 비틀림 응력을 저감시키고, 나사부가 가지는 인장 허용응력을 충분히 발휘시켜 항복이 발생하는 한계 볼트 축력을 높일 수 있어, 볼트 축력의 고축력화를 도모하는 것이 가능하게 된다.

또, 볼트의 조임이 완료하여, 볼트 머리부에 부여되어 있던 회전 토오크가 해방된 후는, 나사면 그 자체의 마찰계수에 따라 초래되는 마찰력에 의하여 수나사부와 암나사부의 걸어맞춤을 유지할 수 있다. 이에 의하여 볼트 축력의 고축력화를 도모하도록 마찰계수 안정제를 사용하는 경우에 문제가 되는 나사의 자립에 의한 고축력화의 제한을 받는 일은 없고, 마찰계수 안정제를 사용한 경우와 비교하여, 더욱 높은 볼트 축력을 초래하는 것이 가능해진다.

여기서, 나사면이란 볼트의 수나사부와 그 수나사부에 대응하는 암나사부가 걸어 맞춰지는 면을 의도한다. 볼트 좌면이란, 피체결체와 볼트 머리부가 걸어 맞춰지는 면을 의도하고 있고, 또 볼트 머리부와 피체결체의 사이에 예를 들면 평와셔나 스프링 와셔 등, 와셔가 배치되는 경우에는 그 와셔와 볼트 또는 그 와셔와 피체결체가 걸어 맞춰지는 면을 의도한다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 상기 수나사부와 걸어 맞춰지는 암나사부는, 상기 암나사부의 중심 축선이 상기 볼트 좌면의 수선에 대하여 경사져 설치되는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 볼트 조임방법이 제공된다.

즉, 청구항 2의 발명에서는 볼트의 수나사부와 걸어 맞춰지는 암나사부의 중심 축선을, 볼트 좌면의 수선에 대하여 기설정된 각도를 가지고 경사시켜 설치함으로써 볼트 축선을 볼트 좌면의 수선에 대하여 기설정된 각도를 가지고 경사시키면서, 또한 볼트 머리부를 좌면에 대하여 기설정된 각도를 가지고 경사시키면서 볼트를 조일 수 있다. 이에 의하여 볼트의 수나사부와 걸어 맞춰지는 암나사부의 중심 축선이 볼트 좌면의 수선에 평행하게 설치되는 경우와 비교하여, 더욱 작은 가로하중의 볼트 머리부에의 부여로, 볼트가 조여질 때에 초래되는 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 원하는 상태로 치우치게 하는 것을 가능하게 한다.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 상기 수나사부와 걸어 맞춰지는 암나사부의 중심 축선을 상기 볼트 좌면의 수선에 대하여 경사시키도록 상기 암나사부의 나사산의 일부에 입자가 부착되는 것을 특징으로 하는 청구항 2에 기재된 볼트 조임방법이 제공된다.

즉, 청구항 3의 발명에서는 볼트의 수나사부와 걸어 맞춰지는 암나사부의 나사산의 기설정된 부분에 입자를 부착시킴으로써, 상기 암나사부의 중심 축선을 볼트 좌면의 수선에 대하여 경사시킨다.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 상기 수나사부는 상기 수나사부의 중심 축선이 상기 볼트 머리부의 중심 축선에 대하여 경사져 형성되는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 볼트 조임방법이 제공된다.

즉, 청구항 4의 발명에서는, 볼트의 수나사부의 중심 축선을 볼트 머리부의 중심 축선에 대하여 기설정된 각도를 가지고 경사시켜 형성함으로써 볼트 머리부를 볼트 좌면에 대하여 기설정된 각도를 가지고 경사시키면서, 볼트를 조일 수 있다. 이에 의하여 볼트의 수나사부의 중심 축선과 볼트 머리부의 중심 축선이 일치하고 있는 볼트를 사용하는 경우와 비교하여, 더욱 작은 가로하중의 볼트 머리부에의 부여로 볼트가 조여질 때에 초래되는 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 원하는 상태로 치우치게 하는 것을 가능하게 한다.

청구항 5에 기재된 발명에 의하면, 상기 볼트 축부의 상기 가로하중에 대한 굽힘강성을 저감하도록, 상기 볼트 축부는 그 일부에 구멍부를 가지고 형성되는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 볼트 조임방법이 제공된다.

즉, 청구항 5의 발명에서는 볼트 축부에 적당한 구멍부를 설치함으로써, 볼트 좌면에 평행한 가로하중에 대한 볼트 축부의 굽힘강성을 저감할 수 있다. 이에 의하여 볼트 축부에 상기 구멍부가 없는 볼트를 사용하는 경우와 비교하여, 더욱 작은 가로하중의 볼트 머리부에의 부여로, 볼트가 조여질 때에 초래되는 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 원하는 상태로 치우치게 하는 것을 가능하게 한다.

청구항 6에 기재된 발명에 의하면, 상기 볼트 좌면에 평행하게 부여되는 상기 가로하중은, 상기 나사면 및 상기 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하면서, 또한 상기 볼트 머리부가 상기 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 상기 볼트를 조일 수 있도록 제어되는 것을 특징으로 하는 청구항 1에 기재된 볼트 조임방법이 제공된다.

즉, 청구항 6의 발명에서는 볼트를 조일 때에 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하면서, 또한 볼트 머리부가 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 볼트를 조이는 것을 가능하게 한다. 이에 의하여 예를 들면 가로하중이 과대하게 볼트 머리부에 부여되기 때문에, 볼트 축부가 피체결부재에 설치된 볼트구멍의 가장자리부에 강하게 가압되어, 볼트 축부와 볼트구멍의 가장자리부와의 접촉부의 각 표면상태 등에 기인하여 생각치 못한 큰 마찰이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또 볼트를 조일 때에 필요하게 되는 조임 회전 토오크를 더욱 저감시킬 수 있어, 볼트를 조일 때에 초래되는 볼트 축력의 더 한층의 고축력화를 도모하는 것이 가능해진다.

청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 볼트 머리부와, 수나사부를 구비하는 볼트 축부를 가지는 볼트를 사용하고, 피체결체를 체결할 때에 사용하는 볼트 조임장치에 있어서, 상기 수나사부를 회전시키는 회전 토오크를 상기 볼트 머리부에 부여하는 조임 회전 토오크 부여수단과, 상기 조임 회전 토오크 부여수단에 의하여 상기 수나사부가 회전될 때에 초래되는 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하도록 상기 볼트 좌면에 평행한 가로하중을 상기 볼트 머리부에 부여하는 가로하중 부여수단을 가지는 것을 특징으로 하는 볼트 조임장치가 제공된다.

즉, 청구항 7의 발명에서는 볼트의 수나사부를 회전시키는 회전 토오크를 볼트 머리부에 부여하는 조임 회전 토오크 부여수단과, 상기 조임 회전 토오크 부여수단에 의하여 볼트의 수나사부가 회전될 때에, 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하도록 볼트 좌면에 평행한 가로하중을 볼트 머리부에 부여하는 가로하중 부여수단을 볼트 조임장치가 가짐으로써 볼트를 사용하여 피체결체를 체결할 때에 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 치우치게 한 상태에서 볼트의 수나사부를 회전시키는 회전 토오크를 볼트 머리부에 부여하여 볼트를 조이는 것이 가능해진다. 이에 의하여 청구항 1에 관한 발명과 마찬가지로 나사의 조임시에 초래되는 나사면 및 좌면의 면압을 원하는 상태로 치우치게 할 수 있어, 볼트를 조일 때의 실제 볼트의 회전중심을 볼트축으로부터 나사면 및 볼트 좌면의 고면압측 방향으로 이동시킬 수 있다. 이것에 의하여 나사부에 발생하는 비틀림 응력을 저감시켜, 나사부가 가지는 인장 허용 응력을 충분히 발휘시켜 항복이 발생하는 한계 볼트 축력을 높일 수 있고, 볼트 축력의 고축력화를 도모하는 것이 가능해진다.

또, 청구항 1과 마찬가지로 볼트의 조임이 완료되어, 볼트 머리부에 부여되어 있던 회전 토오크가 해방된 후는, 나사면 그 자체의 마찰계수에 따라 초래되는 마찰력에 의하여 수나사부와 암나사부와의 걸어맞춤을 유지할 수 있어, 마찰계수 안정제를 사용한 경우와 비교하여 더욱 높은 볼트 축력을 가져오는 것이 가능하게 된다.

청구항 8에 기재된 발명에 의하면, 상기 가로하중 부여수단은, 상기 조임 회전 토오크 부여수단에 의하여 상기 볼트가 체결될 때의 상기 볼트 머리부의 상기 볼트 좌면에 대한 평행한 움직임을 검출하는 변위 검출수단과, 상기 변위 검출수단으로부터 검출된 상기 볼트 머리부의 상기 볼트 좌면에 대한 평행한 움직임에 의거하여 상기 가로하중을 제어하는 가로하중 제어수단을 가지고, 상기 볼트를 조일 때에 상기 나사면 및 상기 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하면서, 또한 상기 볼트 머리부가 상기 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 상기 볼트를 조일 수 있도록 상기 가로하중 제어수단에 의하여 상기 가로하중을 제어하는 것을 특징으로 하는 청구항 7에 기재된 볼트 조임장치가 제공된다.

즉, 청구항 8의 발명에서는 가로하중 부여수단이 변위 검출수단 및 가로하중 제어수단을 가짐으로써, 볼트를 조일 때에 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하면서, 또한 볼트 머리부가 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 볼트를 조이는 것을 가능하게 한다.

각 청구항에 기재된 발명에 의하면, 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 한 상태에서 볼트를 조이는 것이 가능하게 되어, 나사부의 마찰계수 그 자체를 변경하지 않고 볼트 축력의 고축력화가 실현된다는 공통의 효과를 가진다.

따라서, 각 청구항의 발명에 의하면 볼트 축력의 고축력화를 도모하도록 마찰계수 안정제를 사용하는 경우에 문제가 되는 나사의 자립에 의한 고축력화의 제한을 받는 일은 없고, 마찰계수 안정제를 사용한 경우와 비교하여, 더욱 높은 볼트 축력을 가져오는 것이 가능하게 된다.

도 1은 볼트 좌면에 평행한 가로하중이 볼트 머리부에 부여되기 전의 볼트의 일 상태를 나타내는 도,

도 2는 도 1에 나타낸 상태로부터, 볼트 좌면에 평행한 가로하중이 볼트 머리부에 부여되고, 또한 소킷에 볼트 머리부를 회전시키는 회전 토오크가 부여되었을 때의 볼트의 상태를 나타내는 도,

도 3은 본 발명의 볼트의 조임방법을 실현하기 위한 제 1 실시형태를 나타내는 도,

도 4는 도 3에 나타낸 제 1 실시형태의 조임 회전 토오크 부여수단 및 가로하중 부여수단의 더욱 구체적인 일 실시형태를 나타내는 도,

도 5는 본 발명의 볼트의 조임방법을 실현하기 위한 제 2 실시형태에서의 암나사부를 나타내는 도,

도 6은 본 발명의 볼트의 조임방법을 실현하기 위한 제 3 실시형태에서의 암나사부를 나타내는 도,

도 7은 본 발명의 볼트의 조임방법을 실현하기 위한 제 4 실시형태에서의 수나사부를 나타내는 도,

도 8은 제 4 실시형태의 볼트와, 볼트 머리부에 부여하는 가로하중의 부여방향을 볼트의 회전과 동기시키는 것이 가능한 볼트 조임장치가 되는 회전 햄머의 조립도,

도 9는 도 8에서의 선 A-A 에서 잘라내진 회전 햄머장치의 단면도,

도 10은 본 발명의 볼트의 조임방법을 실현하기 위한 제 5 실시형태에서의 수나사부를 나타내는 도,

도 11은 본 발명의 볼트의 조임방법을 실현하기 위한 제 6 실시형태를 나타내는 도,

도 12는 도 11에 나타낸 본 발명에 관한 볼트 조임장치에서 실행되는 볼트 조임의 제어루틴의 일 실시형태를 나타내는 플로우차트,

도 13은 도 12에 나타내는 볼트 조임의 제어루틴이 실행되었을 때의 소킷의 볼트 좌면에 대한 평행한 움직임, 즉 변위의 시간추이의 일례를 나타내는 도면이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 볼트 2 : 볼트 머리부

3 : 볼트 축부 4 : 수나사부

5 : 피체결부품 6 : 암나사부

7 : 소킷 8 : 볼트 좌면

9 : 나사면 10 : 마찰걸어맞춤면

11 : 볼트 축선 12 : 볼트 좌면의 수선

21 : 조임 회전 토오크 부여수단 22 : 가로하중 부여수단

31 : 회전구동기 32 : 회전제어기

33 : 회전축 34 : 전자석장치

35 : 가로하중 제어부 36 : 반력 받이부

41 : 암나사부의 중심 축선 42 : 입자

50 : 포토 51 : 볼트 머리부

52 : 수나사부 53 : 수나사부의 중심 축선

54 : 포토 머리부의 중심 축선 61 : 회전 햄머장치

62 : 햄머 63 : 롤러베어링

64 : 스프링 65 : 소킷

66 : 홈부 67 : 회전축

70 : 볼트 71 : 볼트 머리부

72 : 볼트 축부 73 : 구멍부

131 : 회전구동기 132 : 회전제어기

133 : 회전축 134 : 전자석장치

135 : 가로하중 제어부 136 : 반력 받이부

137 : 변위 센서

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 몇가지 실시형태에 대하여 설명한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 볼트 조임방법의 기본개념에 대하여 설명한다.

도 1은 볼트 머리부에 볼트 좌면에 평행한 가로하중이 부여되기 전의 볼트의 일 상태를 나타내는 도면이다. 도 1에서 1은 볼트, 2는 볼트 머리부, 3은 볼트 축부, 4는 볼트 축부(3)에 설치된 수나사부, 5는 각 피체결부품, 6은 수나사부와 걸어 맞춰지는 암나사부, 7은 볼트 머리부(2)에 회전 토오크를 전달하는 소킷, 8은 볼트 머리부(2)와 피체결부품(5)이 걸어 맞춰지는 면이 되는 볼트 좌면, 9는 수나 사부(4)와 암나사부(6)가 걸어 맞춰지는 면이 되는 나사면, 10은 각 피체결부품 사이의 마찰접합면을 각각 나타낸다.

도 2는 도 1에 나타낸 상태로부터, 볼트 좌면(8)과 평행한 가로하중이 볼트 머리부(2)에 부여되고, 또한 소킷(7)에 볼트 머리부(2)를 회전시키는 회전 토오크가 부여되었을 때의 볼트의 상태를 나타내는 도면이다.

도 2에 나타내는 바와 같이 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중이 볼트 머리부(2)에 소킷(7)을 거쳐 부여되면, 볼트 축선(11)은 볼트 좌면의 수선(12)에 대하여 경사지고, 또 볼트 머리부(2)는 볼트 좌면(8)에 대하여 경사진 상태가 된다. 단, 도 2에서는 이들 경사의 상태를 분명하게 하도록 도시되어 있으나, 실제로는 이들 경사가 가지는 각도(θ1)는 예를 들면 0.01°와 같은 아주 약간의 각도이다.

이와 같은 상태, 즉, 볼트 축선(11)이 볼트 좌면의 수선(12)에 대하여 경사지고, 또 볼트 머리부(2)가 볼트 좌면(8)에 대하여 경사진 상태에서 소킷(7)을 거쳐 회전 토오크가 볼트 머리부(2)에 부여되면, 볼트 좌면(8) 및 나사면(9)의 면압이 치우친 상태에서 볼트가 조여지게 된다.

본 출원인은, 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중을 볼트 머리부(2)에 부여하여 볼트(1)를 조일 때에 초래되는 볼트 좌면(8) 및 나사면(9)의 면압을 치우치게 한 상태에서 볼트(1)을 조임으로써 볼트 좌면(8)과 나사면(9)의 면압의 치우침에 기인하여 실제 볼트의 회전 중심선(순간 회전 중심선이라고 한다)을 볼트 축선(11)으로부터 나사면(9) 및 볼트 좌면(8)의 고면압측 방향으로 이동시킬 수 있고, 이에 의 하여 볼트 머리부(2)에 가로하중을 부여하지 않은 경우와 비교하여, 더욱 적은 조임 토오크로 더욱 높은 볼트 축력을 가져오는 것이 가능한 것을 유한요소법해석(FEM)에 의하여 찾아내었다.

이것을 유도함에 있어서, 본 출원인은 먼저 볼트로 체결된 피체결부품에 전단형 하중을 부여한 경우의 볼트의 조임에 필요한 회전 토오크의 거동에 대한 검증을 유한요소법해석에 의하여 행하였다.

볼트로 체결된 피체결체에 전단형 하중을 부여하면 볼트가 용이하게 회전하는 현상, 즉 볼트의 회전 느슨함이 발생하는 경우가 있는 것은 알려져 있다. 그리고 이 현상은 볼트 축선 주위의 회전방향의 마찰계수의 저하에 기인하는 것이다 라는 설이 있다. 이 설에 의하면 나사면 및 볼트 좌면 모두 가로 미끄러짐이 존재하는 경우에는, 볼트 축선 주위의 회전방향의 마찰계수가 O.005∼0.02라는 아주 작은 값으로 저하하고, 이것이 볼트의 느슨한 회전을 초래한다고 설명하고 있다.

본 출원인은 볼트로 체결된 피체결체에 전단형 하중을 부여한 경우 및 부여하지 않은 경우에 상당하는 해석 모델로서, 볼트 좌면 및 나사면의 마찰계수에 대해서는 그 값이 0.005∼0.02라는 아주 작은 값이 아니라, 볼트 좌면 및 나사면이 원래 가지는 현실적인 마찰계수, 예를 들면 0.1 정도의 마찰계수를 유지하는 구속조건을 부여한 해석모델을 형성하고, 이 설의 검증을 행하였다.

그 결과, 피체결체에 전단형 하중이 부여됨으로써 볼트 좌면 및 나사 좌면의 면압에 치우침이 초래되어 있는 상태에서는 볼트 좌면 및 나사면의 마찰계수가 원래의 마찰계수로서 유지되어 있음에도 불구하고, 즉, 볼트 좌면 및 나사면의 마찰 계수가 0.005∼0.02라는 아주 작은 값이 되지 않아도, 볼트의 회전 중심선을 볼트 축선으로부터 고압면부측의 방향으로 이동시킴으로써 피체결체에 전단형 하중이 부여되어 있지 않은 경우와 비교하여 볼트를 회전시키는 데 필요한 토오크가 저하하는 것이 판명되었다.

이것으로부터 본 출원인은 볼트로 체결된 피체결체에 전단형 하중을 부여한 상태에서 볼트가 용이하게 회전하는 현상은, 볼트 축선 주위의 회전방향의 마찰계수가 저하하였기 때문이 아니라, 전단형 하중이 부여된 것에 의한 볼트 좌면 및 나사면의 면압의 치우침에 의하여 초래되는 것이고, 또 볼트 좌면 및 나사면의 면압이 치우침으로써 실제 볼트의 회전 중심선이 볼트 축선으로부터 볼트 좌면 및 나사면의 고면압부에 근접하는 방향으로 이동하고, 이것에 의하여 볼트를 회전시키는 데 필요한 토오크가 감소한다는 기본 개념을 유도하였다.

볼트 좌면 및 나사면의 면압이 치우침에 의하여 초래되는 실제 볼트의 회전 중심선은 이상적으로는 볼트 좌면의 고면압부와 나사면의 고면압부를 연결하는 직선이 되는 것을 생각할 수 있다. 왜냐하면 면압이 높은 부분은 이동하기 어렵고, 고면압부를 회전중심으로 하여 회전한다고 생각하는 것이 타당하기 때문이다. 그러나 볼트 좌면 및 나사면의 면압의 치우침은 일점에 집중하여 초래되는 것은 생각하기 어렵고, 어느 정도의 면적에 걸쳐 분포를 가지고 초래되는 것이 일반적이다. 따라서 볼트 좌면 및 나사면의 면압이 치우침에 의하여 초래되는 실제 볼트의 회전 중심선은 볼트 좌면의 고압면부에 가까운 부분과, 나사면의 고압면부에 가까운 부분을 연결하는 직선이 된다고 추고하는 것이 타당하다고 생각한다.

또, 볼트 좌면 및 나사면의 면압이 치우침에 의하여 초래되는 실제 볼트의 회전 중심선이 볼트 좌면의 고압면부에 가까운 부분과 나사면의 고압면부에 가까운 부분을 연결되는 직선이 된다고 생각함으로써 실제 볼트의 회전 중심선은 볼트 축선으로부터 고면압부에 근접하는 방향으로 이동하여, 실제 볼트의 회전 중심선으로부터 고면압부까지의 최단거리가 짧아지고, 이에 의하여 볼트를 회전시키는 데 필요한 회전 토오크가 작아진다는 현상의 설명을 용이하게 유도할 수 있다. 가령, 실제의 볼트 회전 중심선이 고면압부로부터 멀어지는 방향으로 이동한다고 생각한 경우에는 볼트의 회전 중심 축선으로부터 고면압부까지의 최단거리는 길어지고, 볼트를 회전시키는 데 필요한 토오크는 증대하여 해석결과에 걸맞지 않게 된다.

다음에 본 출원인은 볼트 조임시의 볼트 축력의 고축력화를 도모하는 것을 목적으로 하여 본 기본개념을 볼트 조임방법에 적용할 수 있는지의 여부의 검증을 하도록 볼트 머리부(2)에 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중을 부여한 상태에서의 볼트 좌면(8) 및 나사면(9)의 면압 및 볼트(1)를 회전시키는 데 필요한 회전 토오크의 거동을 유한요소법해석에 의하여 검증을 행하였다.

이 검증에서는 볼트 머리부(2)에 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중을 부여한 경우 및 부여하지 않은 경우에 상당하는 해석모델이고, 볼트 좌면(8) 및 나사면(9)의 마찰계수에 대해서는 그 값이 0.005∼0.02라는 아주 작은 값이 아니고, 볼트 좌면(8) 및 나사면(9)이 원래 가지는 현실적인 마찰계수, 예를 들면 0.1 정도의 마찰계수를 유지하는 구속조건을 부여한 해석모델을 형성하여 검증을 행하였다.

그 결과, 볼트로 체결된 피체결체에 전단형 하중을 부여한 경우와 마찬가지 로 볼트 머리부(2)에 가로하중이 부여됨으로써 볼트 좌면(8) 및 나사 좌면(9)의 면압에 치우침이 초래되어 있는 상태에서는 볼트 좌면(8) 및 나사면(9)의 마찰계수가 원래의 마찰계수로서 유지되어 있음에도 불구하고, 즉 볼트 좌면(8) 및 나사면(9)의 마찰계수가 0.005∼0.02라는 아주 작은 값이 되지 않아도 볼트의 회전 중심선을 볼트 축선(11)으로부터 고압면부측 방향으로 이동시킴으로써 볼트 머리부(2)에 가로하중이 부여되어 있지 않은 경우와 비교하여 볼트(1)를 회전시키는 데 필요한 토오크가 저하하는 것이 판명되었다.

따라서 본 기본개념을 볼트 조임방법에 적용하는 것이 가능하고, 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중을 볼트 머리부(2)에 부여하여 볼트(1)의 조임시에 초래되는 볼트 좌면(8) 및 나사면(9)의 면압을 치우치게 한 상태에서 볼트(1)를 조임으로써 볼트 좌면(8)과 나사면(9)의 면압의 치우침으로 실제 볼트의 회전 중심선을 볼트 축선(11)으로부터 고면압측 방향으로 이동시킬 수 있고, 이에 의하여 볼트 머리부(2)에 가로하중을 부여하지 않은 경우와 비교하여, 더욱 작은 조임 회전 토오크로 볼트를 조이는 것이 가능함이 검증되었다고 생각한다.

다음에 볼트를 조일 때에 필요하게 되는 조임 회전 토오크를 감소시킴으로써, 볼트를 조일 때에 초래되는 볼트 축력의 고축력화를 도모하는 것이 가능하게 되는 것에 대하여 설명한다.

볼트를 조일 때, 볼트 축부에는 볼트의 조임 회전 토오크에 대응한 비틀림 응력(τ)과 볼트 축력에 대응한 인장응력(σ)이 작용한다. 이 조합 후의 등가응력 (σ_e)은 일반적으로 σ_e ² = (σ² + 3τ²)의 타원의 식으로 나타내고, 볼트재료의 항복점(σ_y)에 도달할 때까지 탄성변형으로서 처리한다.

따라서 볼트가 항복하는 한계 볼트 축력을 높이기 위해서는 볼트의 조임시에 발생하는 비틀림 응력(τ)을 감소시키면 좋게 된다. 볼트를 조일 때에 필요하게 되는 회전 토오크가 감소하는 것은, 볼트의 조임시에 발생하는 비틀림 응력(τ)을 감소시키게 되어, 볼트 축력에 대응한 인장응력(σ)의 허용범위가 넓어지고, 이것은 볼트가 항복하는 한계 볼트 축력을 높이게 되어, 볼트 머리부(2)에 가로하중을 부여하지 않은 경우와 비교하여, 더욱 높은 볼트 축력을 가져오는 것이 가능해진다.

이상과 같이 본 발명에서의 볼트의 조임방법에 의하면, 마찰계수 그 자체를 변경하는 것은 아니고, 조임방법을 바꾸어 구체적으로는 볼트 좌면(8) 및 나사면(9)의 면압에 치우침을 가지게 한 상태에서 볼트를 조임으로써 나사면(9)의 마찰계수를 작게 한 것과 동일한 효과를 가지는, 즉 볼트(1)를 조일 때의 볼트 축력의 고축력화를 실현하는 효과를 가진다.

또, 볼트(1)의 조임이 완료되고, 볼트 머리부(2)에 부여되어 있던 조임 회전 토오크가 해방된 후는, 나사면(9) 그 자체의 마찰계수에 따라 초래되는 마찰력에 의하여 수나사부와 암나사부의 걸어맞춤을 유지할 수 있다.

이에 의하여 볼트 축력의 고축력화를 도모하도록 마찰계수 안정제를 사용하는 경우에 문제가 되는 나사의 자립에 의한 고축력화의 제한을 받는 일은 없어, 마 찰계수 안정제를 사용한 경우와 비교하여, 더욱 높은 볼트 축력을 가져오는 것이 가능하게 된다.

더욱 높은 볼트 축력은, 각 피체결부품 사이의 마찰걸어맞춤면(10)에 강고한 마찰접합을 가져오고, 상기 강고한 마찰접합에 의하여 전단 외력이 작용하였을 때에 있어서의 각 피체결부품 사이의 미끄러짐을, 더욱 만전에 방지할 수 있으며, 따라서 각 피체결부품 사이의 미끄러짐을 회피하여 나사의 회전의 느슨함을 더욱 만전에 방지하는 것이 가능하게 된다.

또한 본 발명에 의한 볼트 조임방법에서는 볼트의 조임이 완료되었을 때에 볼트 머리부(2)와 볼트 좌면(8)의 사이에는 아주 약간이나, 간극이 잔존할 가능성이 있다. 그러나 이 볼트 조임 완료시에 잔존하는 간극은 볼트 머리부(2)에 부여되어 있던 회전 토오크를 해방할 때에, 또는 전단 외력이 피체결부품에 작용하였을 때에 그 때에 볼트 자체가 밸런스를 취하도록 이동하여 실질적으로 없어지는 것이 상정되고, 예를 들면 안경의 힌지부 등과 같은 빈번하게 볼트에 회전 토오크가 작용하는 체결부에의 적응을 제외하고는, 볼트 축력에 대한 상기 간극의 영향은 무시할 수 있는 것으로 생각한다.

또, 본 발명에 의한 볼트 조임방법에서는 볼트 조임시, 수나사부는 대응하는 암나사부에 대하여 경사져 삽입되게 되나, 그 경사의 정도에 따라서는 나사 물림이 문제가 될 가능성이 있다. 그 경우에는 볼트 조임 후의 나사의 자립이 문제가 되지 않는 범위에서 나사면에 마찰계수 안정제를 적용함으로써 나사 물림을 완화하는 것이 가능해진다.

다음에 이상과 같은 본 발명의 볼트의 조임방법의 기본개념을 적용한 몇가지 실시형태를 이하에 설명한다.

도 3은 본 발명의 볼트의 조임방법을 실현하기 위한 제 1 실시형태를 나타내고, 그 도면 중에서 21은 조임 회전 토오크 부여수단, 22는 가로하중 부여수단을 각각 나타낸다.

도 3에 나타내는 제 1 실시형태는, 본 발명의 볼트 조임방법을 실현하기 위한 가장 기본적인 구성이다. 볼트(1)는 통상 사용되고 있는 머리부착 볼트, 예를 들면 육각머리부착 볼트이고, 조임 회전 토오크 부여수단(21)은, 볼트 머리부(2)에 볼트 조임시에 필요하게 되는 조임 회전 토오크를 부여하는 역할을 하는 것으로, 가로하중 부여수단(22)은 조임 회전 토오크 부여수단(21)에 의하여 볼트(1)를 조일 때에, 소킷(7)을 거쳐 볼트 머리부(2)에 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중을 항상 일 방향으로 부여하는 역할을 하는 것이다.

조임 회전 토오크 부여수단(21) 및 가로하중 부여수단(22)을 가짐으로써 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중을 볼트 머리부(2)에 부여한 상태에서 수나사부(4)를 회전시키는 회전 토오크를 볼트 머리부(2)에 부여하여 볼트를 조이는 것이 가능해진다. 따라서 볼트 축선(11)을 볼트 좌면의 수선(12)에 대하여 아주 약간의 각도이기는 하나, 기설정된 각도를 가지고 경사시키면서, 또 볼트 머리부(2)를 볼트 좌면(8)에 대하여 아주 약간의 각도이기는 하나, 기설정된 각도를 가지고 경사시키면서 볼트(1)를 조일 수 있고, 볼트(1)를 조일 때에 초래되는 나사면(9) 및 볼트 좌면(8)의 면압을 원하는 상태에서 치우치게 하는 것이 가능해진다.

조임 회전 토오크 부여수단(21) 및 가로하중 부여수단(22)의 더욱 구체적인 일 실시형태를 도 4에 나타낸다. 도 4에서 31은 회전구동기, 32는 회전제어기, 33은 회전축, 34는 전자석장치, 35는 가로하중 제어부, 36은 반력 받이부를 각각 나타낸다.

도 4에 나타내는 실시형태에서는 조임 회전 토오크 부여수단(21)은 회전구동기(31), 회전제어기(32) 및 회전축(33)을 가진다. 회전구동기(31)는 볼트(1)를 조일 때에 필요하게 되는 조임 회전 토오크를 발생시키는 역할을 하는 것으로, 전동식이나 압축공기식 등의 여러가지 형식의 회전구동기가 사용될 수 있다. 회전제어기(32)는 회전구동기(31)가 초래하는 조임 회전 토오크의 크기를 제어하는 역할을 하는 것이다. 회전축(33)은 회전구동기(31)에 의하여 초래된 조임 회전 토오크를 소킷(7)에 전달하는 역할을 하는 것이다.

조임 회전 토오크 부여수단(21)이, 회전구동기(31) 및 회전축(33)을 가짐으로써 볼트를 조일 때에 조임 회전 토오크를 회전구동기(31)로부터 회전축(33)을 거쳐 소킷(7)에 전달하는 것이 가능해지고, 또 회전제어기(32)를 가짐으로써 소킷(7)에 전달되는 조임 회전 토오크의 크기를 제어할 수 있으며, 이에 의하여 볼트(1)를 파손시키는 바와 같은 지나친 조임 회전 토오크의 소킷(7)에의 전달을 방지하는 것이 가능해진다.

도 4에 나타내는 실시형태에서는 가로하중 부여수단(22)은 전자석장치(34), 가로하중 제어부(35) 및 반력 받이부(36)를 가진다. 전자석장치(34)는 소킷(7)에 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중을 항상 일 방향에 부여하여 소킷(7)을 볼트 좌 면(8)에 대하여 평행하게 강제적으로 이동시키는 역할을 하는 것이다. 가로하중 제어부(35)는 소킷(7)에 부여하는 전자석장치(34)에 의한 가로하중의 크기를 제어하는 역할을 하는 것이다. 반력 받이부(36)는 전자석장치(34)의 볼트 좌면(8)에 대한 상대적인 움직임을 방지하는 역할을 하는 것으로, 볼트를 조일 때에 전자석장치(34)가 피체결체에 가고정되도록 구성되는 경우는, 본 반력 받이부는 불필요하게 된다.

가로하중 부여수단(22)이, 전자석장치(34) 및 반력 받이부(36)를 가짐으로써 소킷(7)을 볼트 좌면(8)에 대하여 평행하게 강제적으로 이동시킬 수 있고, 따라서 볼트 축선(11)을 볼트 좌면의 수선(12)에 대하여 아주 약간의 각도이기는 하나 기설정된 각도를 가지고 경사시키는 것이 가능해지고, 또 볼트 머리부(2)를 볼트 좌면(8)에 대하여 아주 약간의 각도이기는 하나 기설정된 각도를 가지고 경사시키는 것이 가능해진다.

또, 가로하중 부여수단(22)이, 가로하중 제어부(35)를 가짐으로써 소킷(7)에 부여하는 가로하중의 크기나, 그 가로하중을 소킷(7)에 부여하는 시기를 제어할 수 있다. 볼트조임의 초기단계에서는 볼트(1)를 회전시키는 데 필요하게 되는 회전 토오크는 작고, 소킷(7)에 가로하중을 부여할 필요는 없다고 생각되며, 볼트조임의 최종단계에 근접함에 따라 볼트(1)를 회전시키는 데 필요하게 되는 회전 토오크는 서서히 커지도록 변화되고, 이 회전 토오크의 변화에 맞추어 소킷(7)에 부여하는 가로하중의 크기를 제어하는 것이 바람직하고, 가로하중 제어부(35)를 가짐으로써 이와 같은 제어가 가능하게 된다.

본 발명의 볼트의 조임방법을 실현하기 위한 제 2 실시형태는 특히 볼트(1)의 수나사부(4)와 걸어 맞춰지는 암나사부(6)의 구조를 특징으로 하는 것이고, 상기 제 2 실시형태에서의 암나사부(6)를 도 5에 나타낸다. 그 밖의 구성요소는 도 3에 나타내는 제 1 실시형태와 동일하고, 그 작용효과도 마찬가지이다.

도 5에 나타내는 제 2 실시형태에서의 암나사부(6)는, 상기 암나사부(6)의 중심선(41)이 볼트 좌면의 수선(12)에 대하여 각도(θ3)를 가지도록 설치된다. 이에 의하여 조임 회전 토오크 부여수단(21)에 의하여 볼트(1)를 조일 때에, 볼트 축선(11)을 볼트 좌면의 수선(12)에 대하여 각도(θ3)를 가지고 경사시키면서, 또 볼트 머리부(2)를 볼트 좌면(8)에 대해서도 각도를 가지고 경사시키면서 볼트(1)를 조일 수 있고, 따라서 볼트(1)의 수나사부(4)와 걸어 맞춰지는 암나사부(6)의 중심 축선(41)이 볼트 좌면의 수선(12)에 평행하게 설치되는 경우와 비교하여, 더욱 작은 가로하중의 볼트 머리부(2)에의 부여로, 볼트(1)가 조여질 때에 초래되는 나사면(9) 및 볼트 좌면(8)의 면압을 원하는 상태로 치우치게 하는 것이 가능해진다.

본 발명의 볼트의 조임방법을 실현하기 위한 제 3 실시형태는, 제 2 실시형태와 마찬가지로 특히 볼트(1)의 수나사부(4)와 걸어 맞춰지는 암나사부(6)의 구조를 특징으로 하는 것으로, 상기 제 3 실시형태에서의 암나사부(6)를 도 6에 나타낸다. 그 밖의 구성요소는 도 3에 나타내는 제 1 실시형태와 동일하고, 그 작용효과도 마찬가지이다.

도 6에 나타내는 제 3 실시형태에서의 암나사부(6)는 제 2 실시형태와 마찬가지로 수나사부(4)와 걸어 맞춰지는 암나사부(6)의 중심 축선(41)을 볼트 좌면의 수선(12)에 대하여 각도(θ4)를 가지게 하도록 상기 암나사부(6)의 나사산의 일부에, 적합하게는 나사부의 한쪽 반원주부에 입자가 부착하여 형성된다. 입자의 부착이 한쪽 반원주부에 부착되어 실시되는 경우, 볼트 조임시에 초래되는 나사면의 면압의 분포를 나사부의 원주의 절반의 부분을 고면압부로 하고, 나머지 절반의 부분을 저면압부로 하여 가져올 수 있다. 또 상기 입자는 볼트(1)를 조일 때에 나사면(9)에서의 고면압부를 원하는 장소에 가져오도록 암나사부(6)의 나사산의 적당한 장소에 부착되어도 좋다. 사용되는 입자는 암나사부(6)의 중심 축선(41)의 경사를 정밀도 좋게 실현하도록, 적합하게는 금속이나 고분자 등의 미립자가 사용되는 것이 바람직하다. 암나사부(6)의 중심 축선(41)이 볼트 좌면의 수선(12)에 대하여 각도(θ4)를 가짐으로써 초래되는 작용효과는 제 2 실시형태와 동일하다.

본 발명의 볼트 조임방법을 실현하기 위한 제 4 실시형태는, 특히 볼트의 구조를 특징으로 하는 것으로, 상기 제 4 실시형태에서의 볼트를 도 7에 나타낸다. 도 7에서는 50은 볼트, 51은 볼트 머리부, 52는 수나사부, 53은 볼트 머리부(51)의 중심 축선, 54는 수나사부(52)의 중심 축선을 각각 나타낸다.

도 7에 나타내는 바와 같이 제 4 실시형태에서의 수나사부(52)는, 상기 수나사부의 중심 축선(53)이 볼트 머리부의 중심 축선(54)에 대하여 각도(θ5)를 가지고 형성된다. 이에 의하여 조임 회전 토오크 부여수단에 의하여 볼트(50)를 조일 때에 볼트 머리부(51)를 볼트 좌면(8)에 대해서도 각도를 가지고 경사시키면서 볼트(50)를 조일 수 있고, 따라서 볼트 머리부의 중심 축선이 볼트 좌면의 수선에 평행하게 배치되는 경우와 비교하여 더욱 작은 가로하중의 볼트 머리부(51)에의 부여 로, 볼트(50)를 조일 때에 초래되는 나사면(9) 및 볼트 좌면(8)의 면압을 원하는 상태로 치우치게 하는 것이 가능해진다.

제 4 실시형태에서는 볼트 머리부의 중심 축선(54)이 수나사부의 중심 축선(53)에 대하여 경사져 있기 때문에, 제 1 실시형태로부터 제 3 실시형태와는 달리, 볼트(50)를 회전하여 조일 때에 볼트 머리부(51)와 볼트 좌면(8)의 걸어맞춤부분이 볼트(50)의 회전과 동시에 회전 이동한다. 그래서 볼트 머리부(51)와 볼트 좌면(8)과의 걸어맞춤부 방향으로 가로하중을 부여하도록 볼트 머리부(51)에 부여하는 가로하중의 부여방향을 볼트(50)의 회전과 동기시키는 것이 필요하게 된다. 이와 같은 가로하중의 부여를 실현할 수 있는 볼트 조임장치의 일 실시형태를, 도 8 및 도 9를 참조하여 이하에 설명한다.

도 8은 제 4 실시형태의 볼트(50)와, 볼트 머리부(51)에 부여하는 가로하중의 부여방향을 볼트(50)의 회전과 동기시키는 것이 가능한 볼트 조임장치가 되는 회전 햄머장치의 조립도이다. 또 도 9는 도 8의 중앙선 A-A에서 잘라내진 회전 햄머장치의 단면도이다. 도 8 및 도 9에서 61은 회전 햄머장치, 62는 햄머, 63은 롤러베어링, 64는 스프링, 65은 소킷, 66은 홈부, 67은 회전축을 각각 나타낸다.

회전 햄머장치(61)는, 햄머(62), 소킷(65) 및 회전축(67)을 가지고, 또 햄머(62)는 롤러베어링(63) 및 스프링(64)을 가진다. 소킷(65)은 볼트(50)를 조일 때에 필요하게 되는 회전 토오크를 볼트 머리부(51)에 부여하는 역할을 하는 것으로, 상기 소킷(65)의 바깥쪽 면부에는 뒤에서 설명하는 롤러 베어링(63)과 충돌하여 걸어 맞춰지는 홈부(66)가 설치되어 있다. 햄머(62)는 볼트 머리부(51)에 소 킷(65)을 거쳐 조임 회전 토오크를 전달함과 동시에 가로하중을 부여하는 역할을 하는 것으로, 스프링(64)과 롤러베어링(63)을 가진다. 회전축(67)은 소킷(65)의 회전 중심선을 형성하는 역할을 하는 것이다.

스프링(64)은 롤러베어링(63)을 소킷(65)쪽으로 가압하는 역할을 하는 것으로, 그 한쪽 끝은 햄머(62)에 고정되고, 다른쪽 끝은 롤러베어링(63)에 고정된다. 롤러베어링(63)은, 스프링(64)에 의한 가세력에 의하여 소킷(65)의 홈부(66)와 충돌 걸어맞춰짐으로써, 소킷(65)에 볼트 머리부(51)에 부여하는 회전 토오크와 가로하중을 동시에 부여하는 역할을 하는 것이다.

이하에 회전 햄머장치(61)의 동작에 대하여 도 9를 참조하여 설명한다.

햄머(62)가 소킷(65)에 대하여 회전되면, 롤러베어링(63)은 햄머(62)와 함께 회전하여 소킷(65)의 홈부(66)와 조우한다. 그때 롤러베어링(63)은, 스프링(64)의 가세력에 의하여 소킷(65)의 홈부(66)와 충돌 걸어맞춰지고, 이에 의하여 소킷(65)에 볼트(50)의 조임에 필요한 회전 토오크와, 소킷(65)을 볼트 좌면(8)에 대하여 평행하게 가압하는 가로하중을 동시에 부여할 수 있다.

볼트(50)의 조임에 필요한 회전 토오크가 낮은, 조임 초기단계에서는 롤러베어링(63)과 소킷(65)의 홈부(66)가 걸어맞춰진 상태에서 또한 롤러베어링이 홈부(66)에 스프링(64)에 의하여 가압된 상태에서 햄머(62)와 함께 소킷(65)이 회전함으로써 볼트 머리부(51)에 조임 회전 토오크 및 가로하중이 부여된다.

그리고 볼트(50)의 조임에 필요한 회전 토오크가 높아져 일정 값 이상이 되면, 롤러베어링(63)은 홈부(66)와의 걸어맞춤이 해제되고, 홈부(66)와 다시 조우할 때까지 햄머(62)와 함께 소킷(65)의 바깥쪽면부 위를 슬라이딩하여 다시 홈부(66)와 조우하면 스프링(64)의 가세력에 의하여 소킷(65)의 홈부(66)와 충돌 걸어맞춰지고, 이에 의하여 소킷(65)에 회전축(67) 주위의 회전 토오크와, 소킷(65)을 볼트 좌면(8)에 대하여 평행하게 가압하는 가로하중을 동시에 부여할 수 있다. 이 동작을 반복하여 실행함으로써, 볼트(50)를 완전히 조일 수 있다.

이상과 같이 회전 햄머장치(61)를 사용함으로써, 볼트 머리부(51)에 부여하는 가로하중의 방향을 볼트(50)의 회전과 동기시킬 수 있어, 볼트(50)의 조임시에 볼트 머리부(51)와 볼트 좌면(8)과의 걸어맞춤면이 볼트의 회전과 동시에 이동하는 제 4 실시형태의 경우에서도, 본 발명의 볼트 조임방법의 실현을 가능하게 할 수 있다.

또, 이와 같은 회전 햄머장치(61)는 그것 자체로 큰 중량이 되는 것이 추찰되어, 볼트 머리부(2)에 가로하중을 부여함에 의한 반력을 회전 햄머장치(61) 자체의 중량으로 받는 것이 가능한 것을 생각할 수 있고, 따라서 도 8에 나타내는 본 실시형태에서 볼트를 조일 때에 있어서의 회전 햄머장치(61)의 볼트 좌면(8)에 대한 상대적인 움직임을 방지하는 반력 받이부를 구성요소로서 포함시키고 있지 않다. 그러나 회전 햄머장치(61) 자체의 중량이 경량이고, 그 반력 받이부가 필요한 경우에는, 그 필요성에 따라 상기 반력 받이부가 설치되게 된다.

또한 제 2 실시형태 내지 제 4 실시형태에서는 외력에 의한 가로하중을 볼트 머리부에 부여하지 않아도 볼트를 조일 때에 볼트 축선을 볼트 좌면의 수선에 대하여 각도를 가지고 경사시키면서, 또한/또는 볼트 머리부를 볼트 좌면에 대하여 각 도를 가지고 경사시키면서 볼트를 조일 수 있다. 그러나 외력에 의한 가로하중을 부여하지 않고, 볼트를 조이는 경우, 볼트 자체가 볼트가 조여질 때에 초래되는 나사면 및 볼트 좌면의 고면압부와 저면압부의 밸런스를 취하는 바와 같은 변형을 동반하면서, 즉, 면압의 치우침을 없애는 바와 같은 변형을 동반하면서 조여질 가능성이 커서 원하는 영역에 고면압부를 가져오기 어려운 것을 생각할 수 있다.

이와 같은 볼트 자체의 변형을 방지하기 위해서는 어느 정도의 외력에 의한 가로하중을 강제적으로 볼트의 머리부에 부여하는 것이 필요하게 된다고 생각한다. 따라서 제 2 실시형태 내지 제 4 실시형태의 볼트 조임방법에서도 볼트를 조일 때에 외력에 의한 가로하중을 볼트 머리부에 부여하는 것을 요건으로 하고 있다. 단, 설계조건이나 조임 환경조건에 따라서는 제 2 실시형태 내지 제 4 실시형태에서는 외력에 의한 가로하중을 부여하지 않고, 원하는 영역에 고면압부를 용이하게 가져오는 것이 가능한 것을 생각할 수 있고, 이와 같은 경우에는 외력에 의한 가로하중의 볼트 머리부에의 부여의 필요성이 없어져 본 볼트 조임작업의 용이화, 효율화를 도모할 수 있다.

본 발명의 볼트 조임방법을 실현하기 위한 제 5 실시형태는, 특히 볼트의 구조를 특징으로 하는 것이고, 상기 제 5 실시형태에서의 볼트를 도 10에 나타낸다. 도 10에서는 70은 볼트, 71은 볼트 머리부, 72는 볼트 축부, 73은 구멍부를 각각 나타낸다.

도 10에 나타내는 바와 같이 제 5 실시형태에서의 볼트(70)의 볼트 축부(72)는, 그 일부에 구멍부(73)를 가지고 형성된다. 그 구멍부(73)는 볼트 머리부(71) 에 부여되는 가로하중에 대한 볼트 축부(72)의 굽힘강성을 저하시키는 역할을 하는 것으로, 그 형상이나 수량 등은 설계사양에 의존하여 적당하게 결정된다. 예를 들면 구멍부(73)는 볼트 축부(72)를 관통하는 것이어도 좋고, 또 볼트 축부(73)를 관통하지 않는 볼트 축부(73)의 측면상의 설치된 오목부와 같은 것이어도 좋다.

볼트 축부(72)가 구멍부(73)를 가짐으로써 볼트 축부에 구멍부가 없는 경우와 비교하여 볼트 머리부(71)에 부여되는 가로하중에 대하여 볼트 축부(72)는 용이하게 굽힘 변형된다. 따라서 볼트 축부에 구멍부가 없는 볼트를 사용하는 경우와 비교하여 더욱 작은 가로하중의 볼트 머리부(71)에의 부여로, 볼트(70)를 조일 때에 초래되는 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 원하는 상태로 치우치게 하는 것을 가능하게 된다.

이하에 본 발명의 볼트 조임방법을 실현하기 위한 제 6 실시형태에 대하여 설명한다. 본 실시형태에서는 볼트 좌면에 평행한 가로하중을 볼트 머리부에 부여하는 가로하중 부여수단이, 볼트 머리부의 볼트 좌면에 대한 평행한 움직임을 검출하는 변위 검출수단과, 그 변위 검출수단으로부터 검출된 볼트 머리부의 볼트 좌면에 대한 평행한 움직임에 의거하여 상기 가로하중을 제어하는 가로하중 제어수단을 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 볼트 조임방법에서는 볼트의 조임시, 볼트 머리부에 볼트 좌면에 평행한 가로하중을 부여함으로써, 더욱 작은 조임 회전 토오크로 볼트를 조이는 것을 가능하게 하는 것이나, 상황에 따라서는 이 효과가 충분히 얻어지지 않는 경우가 있을 수 있는 것을 생각할 수 있다. 예를 들면 볼트 좌면에 평행한 가로하중이 과대하게 볼트 머리부에 부여되기 때문에, 볼트 축부가 피체결부재에 설치된 볼트구멍의 가장자리부에 강하게 가압되어 볼트 축부와 볼트구멍의 가장자리부의 접촉부의 각 표면상태 등에 기인하여 생각치 않은 큰 마찰이 생기는 경우가 있다. 이와 같은 상황에서 볼트 좌면에 평행한 가로하중을 볼트 머리부에 부여하면서 볼트를 조이는 것은 더욱 작은 조임 회전 토오크로 볼트를 조이는 것을 가능하게 한다는 효과가 충분히 얻어지지 않는 것을 생각할 수 있다.

이것에 의거하여 제 6 실시형태에서는 가로하중 부여수단이 상기 변위 검출수단 및 상기 가로하중 제어수단을 가짐으로써, 볼트를 조일 때에 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 한 상태에서, 또한 볼트 머리부가 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 볼트를 조이는 것을 가능하게 한다. 볼트 머리부가 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서는 볼트 축부가 피체결부재에 설치된 볼트구멍의 가장자리부에 강하게 가압되어 있는 일은 없는 것으로 생각되고, 또 볼트의 조임 회전 토오크의 저감을 크게 저해하는 바와 같은 볼트 축부와 볼트구멍의 가장자리부 이외의 다른 부분과의 접촉도 없는 것으로 생각된다.

따라서 가로하중 부여수단이 상기 변위 검출수단 및 상기 가로하중 제어수단을 가짐으로써, 볼트를 조일 때에 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 한 상태에서 또 볼트 머리부가 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 볼트를 조이는 것을 가능하게 하는 제 6 실시형태에 의하면, 예를 들면 볼트 좌면에 평행한 가로하중이 과대하게 볼트 머리부에 부여되기 때문에, 볼트 축부가 피체결부재에 설치된 볼트구멍의 가장자리부에 강하게 가압되고, 볼트 축부와 볼트구멍의 가장자리부의 접촉부의 각 표면상태 등에 기인하여 생각치 않은 큰 마찰이 생기는 것을 방지할 수 있다.

또 물체 평면이 병진력으로 직진하여 미끄러지고 있을 때에는 회전력을 추가하였을 때의 상기 물체의 회전방향의 외관상의 마찰계수는 매우 작아지는 것이 알려져 있다. 즉, 물체가 직진하여 미끄러지고 있을 때에는 물체가 정지하고 있을 때에 그 물체를 회전시키는 경우와 비교하여, 더욱 작은 회전 토오크로 상기 물체를 회전시킬 수 있는 것이 알려져 있다.

따라서, 볼트를 조일 때에 볼트 좌면에 평행한 가로하중이 볼트 머리부에 부여됨으로써, 나사면 및 볼트 좌면의 면압이 치우친 상태가 초래되지 않는 상황하에서도 가로하중 부여수단이 상기 변위 검출수단 및 상기 가로하중 제어수단을 가짐으로써 볼트 머리부가 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 볼트를 조이는 것을 가능하게 하는 제 6 실시형태에 의하면, 볼트를 조일 때에 필요하게 되는 조임 회전 토오크를, 볼트 머리부가 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있지 않은 상태에서 볼트를 조이는 경우와 비교하여 더욱 저감시킬 수 있어, 볼트를 조일 때에 초래되는 볼트 축력의 고축력화를 도모하는 것이 가능해진다.

도 11은 본 발명의 볼트의 조임방법을 실현하기 위한 제 6 실시형태를 나타내는 도면이다. 도 11에서 131은 회전구동기, 132는 회전제어기, 133은 회전축, 134는 전자석장치, 135는 가로하중 제어부, 136은 반력 받이부, 137은 변위 센서를 각각 나타낸다.

도 11에 나타내는 실시형태에서는 볼트 머리부(2)에 볼트 조임시에 필요하게 되는 조임 회전 토오크를 부여하는 역할을 하는 조임 회전 토오크 부여수단은, 회전구동기(131), 회전제어기(132) 및 회전축(133)을 가진다. 회전구동기(131)는, 볼트(1)를 조일 때에 필요하게 되는 조임 회전 토오크를 발생시키는 역할을 하는 것으로, 전동식이나 압축공기식 등의 여러가지 형식의 회전구동기가 사용될 수 있다. 회전제어기(132)는 회전구동기(131)가 가져오는 조임 회전 토오크의 크기를 제어하는 역할을 하는 것이다. 회전축(133)은, 회전구동기(131)에 의하여 초래된 조임 회전 토오크를 소킷(7)에 전달하는 역할을 하는 것이다.

조임 회전 토오크 부여수단이, 회전구동기(131) 및 회전축(133)을 가짐으로써 볼트를 조일 때에 조임 회전 토오크를 회전구동기(131)로부터 회전축(133)을 거쳐 소킷(7)에 전달하는 것이 가능해지고, 또 회전제어기(132)를 가짐으로써 소킷(7)에 전달되는 조임 회전 토오크의 크기를 제어할 수 있으며, 이에 의하여 볼트(1)를 파손시키는 바와 같은 지나친 조임 회전 토오크의 소킷(7)에의 전달을 방지하는 것이 가능하게 된다.

도 11에 나타내는 실시형태에서는 조임 회전 토오크 부여수단에 의하여 볼트(1)를 조일 때에 소킷(7)을 거쳐 볼트 머리부(2)에 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중을 부여하는 역할을 하는 가로하중 부여수단은 변위 검출수단과 가로하중 제어수단을 가진다.

변위 검출수단은, 조임 회전 토오크 부여수단에 의하여 볼트(1)가 체결될 때 의 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임을 검출하는 역할을 하는 것이다. 본 실시형태에서는 변위 검출수단은 볼트(1)가 조여질 때의 소킷(7)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임의 양, 즉 변위량을 검출하는 변위 센서(137)를 가지고, 상기 변위 센서(137)로부터 검출된 정보, 예를 들면 변위량의 변화상태 등에 의거하여 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임을 검출하도록 구성된다.

가로하중 제어수단은, 상기 변위 검출수단으로부터 검출된 볼트 머리부(2)의볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임에 의거하여 볼트 머리부(2)에 부여하는 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중을 제어하는 역할을 하는 것이다. 본 실시형태에서는 가로하중 제어수단은 전자석장치(134), 가로하중 제어부(135) 및 반력 받이부(136)를 가진다.

전자석장치(134)는 소킷(7)에 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중을 부여하여 소킷(7)을 볼트 좌면(8)에 대하여 평행하게 강제적으로 이동시키는 역할을 하는 것이다. 상기 전자석장치(134)는 임의의 방향에서 소킷(7)에 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중을 부여할 수 있게 구성된다. 이에 의하여 임의의 방향에서 볼트 머리부(2)에 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중을 부여하는 것이 가능해진다.

가로하중 제어부(135)는 상기 변위수단으로부터 검출된 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임에 의거하여 소킷(7)에 부여하는 전자석장치(34)에 의한 가로하중의 크기를 제어하는 역할을 하는 것이다. 구체적으로는 가로하중 제어부(135)는 볼트(1)를 조일 때에 나사면(9) 및 볼트 좌면(8)의 면압을 의도적으 로 치우치게 하면서, 또한 볼트 머리부(2)가 볼트 좌면(8)에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 볼트(1)을 조일 수 있도록 소킷(7)에 부여하는 가로하중을 제어한다.

반력 받이부(136)는, 전자석장치(134)의 볼트 좌면(8)에 대한 상대적인 움직임을 방지하는 역할을 하는 것으로, 본 실시형태에서는 볼트를 조일 때에 전자석장치(134)가 피체결체 형상에 맞추어 가고정되도록 구성된다.

이하에 상기 각 구성요건을 구비하는 도 11에 나타낸 볼트 조임장치에서 실행되는 볼트조임의 제어 루틴의 일 실시형태에 대하여 설명한다. 도 12는 도 11에 나타낸 본 발명에 관한 볼트 조임장치에서 실행되는 볼트조임의 제어 루틴의 일 실시형태를 나타내는 플로우차트도이다.

도 12에 나타내는 볼트 조임의 제어 루틴에서는 가로하중 부여수단에 의하여 볼트 머리부(2)에 가로하중이 부여되고, 변위 센서(137)로부터의 검출정보에 의거하여 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임의 유무가 검출되며, 그 움직임이 있는 상태에 있을 때에 볼트 머리부(2)에 변위제어에 의한 가로하중이 부여되면서 볼트의 조임이 실행된다. 또 볼트의 조임 실행 중에 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임이 없어졌다고 판정된 경우에는 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임도 가져오도록 가로하중 제어수단에 의하여 볼트 머리부(2)에 대한 가로하중의 부여방향이 바뀌어지도록 제어된다. 예를 들면 볼트 머리부(2)에 부여되는 가로하중의 방향이, 현재까지 부여되어 있던 가로하중방향과 완전히 반대의 방향이 되도록 제어된다. 이에 의하여 볼트를 조일 때에 나 사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하면서, 또 볼트 머리부가 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 볼트를 조이는 것이 가능해진다. 이하에 도 12에 나타내는 각 단계에 대하여 설명한다.

단계 201에서 볼트 머리부(2)가 볼트 좌면(8)과 접촉하도록 볼트 머리부(2)가 볼트 좌면(8)에 고정된다. 또한 볼트 머리부(2)와 볼트 좌면(8)과의 사이에 와셔 등이 배치되는 경우에는, 그 와셔 등에 볼트 머리부(2)가 접촉되도록 볼트 머리부(2)가 고정되게 된다. 단계 201에서 볼트 머리부(2)가 볼트 좌면(8)에 고정되면 계속되는 단계 202로 진행한다.

단계 202에서는, 가로하중 부여수단에 의하여 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중이 볼트 머리부(2)에 부여된다. 구체적으로는 가로하중 부여수단에 의하여 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중이 소킷(7)에 부여되고, 그 가로하중이 소킷(7)을 거쳐 볼트 머리부(2)에 전달됨으로써, 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중이 볼트 머리부(2)에 부여된다. 단계 202에서 볼트 머리부(2)에의 가로하중의 부여가 시작되면 계속되는 단계 203으로 진행한다.

단계 203에서는 변위 센서(137)로부터의 검출정보에 의거하여 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임의 유무가 검출되고, 그 움직임의 개시가 확인된다. 구체적으로는 변위 센서(137)에 의하여 ㎛ 단위에서의 소킷(7)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임의 양, 즉 변위량이 검출되고, 이 변위량의 변화상태에 의거하여 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임이 개시한 것, 또는 그 움직임이 있는 것이 확인된다. 여기서 볼트 머리부(2)의 볼트 좌 면(8)에 대한 평행한 움직임이 있는 상태란, 볼트 머리부(2)가 볼트 좌면(8)에 대하여 접촉하면서 평행하게 움직이고 있는 상태, 즉, 볼트 머리부(2)가 볼트 좌면(8)에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에 대응하는 것으로 한다. 단계 203에서 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임이 개시된 것이 확인되면, 계속되는 단계 204로 진행한다.

단계 204에서는 변위 제어에 의한 가로하중이 가로하중 제어수단에 의하여 볼트 머리부(2)에 부여되면서, 조임 회전 토오크 부여수단에 의하여 볼트의 조임이 실행된다. 또 볼트가 조여지고 있을 때의 가로하중의 변화가 감시된다. 여기서 변위제어에 의한 가로하중이란, 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 단위시간당의 평행한 움직임의 양, 즉 변위량이 일정해지도록 제어되는 가로하중이다. 즉, 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 단위시간당의 평행한 움직임의 양, 즉 변위량이 일정해지도록 가로하중 제어수단에 의하여 가로하중이 제어된다. 본 실시형태에서는 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임의 개시가 확인되고 나서의 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임은, 소킷(7)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임에 대응하는 것으로 하고, 변위검출 센서(137)로부터 검출된 소킷(7)의 볼트 좌면(8)에 대한 단위시간당의 평행한 움직임의 양이 일정해지도록 가로하중 제어수단에 의하여 가로하중이 제어된다. 볼트의 조임은, 조임 회전 토오크 부여수단에 의하여 실행된다. 또 볼트가 조여지고 있을 때의 가로하중의 변화는, 가로하중 제어수단의 가로하중 제어기(135)에 의하여 감시된다.

단계 204에 계속되는 단계 205에서는, 단계 204에서의 볼트의 조임 실행 중 에서의 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임의 정지의 유무가 판정된다. 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임의 정지의 유무의 판정은, 변위 센서(137)로부터 검출정보에 의거하여 변위검출수단에 의하여 판정되어도 좋고, 또 변위제어되고 있는 가로하중의 급격한 변화의 유무에 의하여 판정되어도 좋다.

단계 205에서 볼트의 조임 실행 중에서 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임의 정지가 확인되면 단계 206으로 진행하고, 가로하중 제어수단에 의하여 볼트 머리부(2)에 대한 가로하중의 부여방향이 바뀌도록 제어된다. 본 실시형태에서는 볼트 머리부(2)에 부여되는 가로하중의 방향이 반전되어, 현재까지 부여되고 있던 가로하중 방향과 완전히 반대의 방향이 되도록 제어된다. 이에 의하여 볼트를 조일 때에 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하면서, 또 볼트 머리부(2)가 볼트 좌면(8)에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 볼트를 조이는 것이 가능해진다.

딘계 205에서, 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임의 정지가 없는 것이 확인되면 계속되는 단계 207로 진행하여 볼트의 조임 회전 토오크가 소정값에 도달하였는지의 여부가 조임 회전 토오크 부여수단의 회전제어기(132)에 의하여 판정된다. 볼트의 조임 회전 토오크가 소정값에 도달하였다고 판정되면 본 제어 루틴은 종료된다.

도 13은 도 12에 나타내는 볼트조임의 제어 루틴이 실행되었을 때의 소킷(7)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임, 즉 변위의 시간추이의 일례를 나타내는 도 면이다.

도 13에 나타내는 a 영역은 단계 202에서의 소킷(7)의 변위에 대응한다. 볼트 머리부(2)에 소킷(7)이 설치되고, 소킷(7)에 볼트 좌면(8)에 평행한 가로하중이 부여되면, 먼저 볼트 머리부와 그 볼트 머리부에 걸어 맞춰지는 소킷(7)의 걸어맞춤면과의 간극이 없어질 때까지 소킷(7)은 볼트 머리부(2)에 대하여 급격하게 움직여진다. 그리고 볼트 머리부(2)와 그 볼트 머리부(2)에 걸어 맞춰지는 소킷(7)의 걸어맞춤면이 접촉하면 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임, 즉 슬라이딩이 시작되기 까지의 사이에, 소킷(7)의 볼트 좌면에 대한 평행한 움직임은 일시적으로 정체된다.

도 13에 나타내는 b 영역은 단계 203 내지 단계 204에 대응한다. 상기 b 영역에서는 변위제어에 의한 가로하중이 가로하중 제어수단에 의하여 볼트 머리부(2)에 부여되고, 볼트 머리부(2)가 볼트 좌면(8)에 대하여 평행하게 슬라이딩되면서 조임 회전 토오크 부여수단에 의하여 볼트의 조임이 실행된다. 따라서 소킷(7)의 볼트 좌면에 대한 평행한 움직임은 단위시간당 일정하게 추이한다.

도 13에 나타내는 c 영역은, 단계 205에서 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임의 정지가 확인된 경우에 대응한다. 이 상황은 예를 들면 가로하중이 과대하게 볼트 머리부(2)에 부여되기 때문에, 볼트 축부가 피체결부재에 설치된 볼트구멍의 가장자리부에 강하게 가압되어, 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임이 정지한 경우를 생각할 수 있다.

도 13에 나타내는 d 영역은, 단계 206에 대응한다. 볼트의 조임실행 중에서 볼트 머리부(2)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임의 정지가 확인되면 볼트 머리부(2)에 부여되는 가로하중의 방향이 반전되어, 현재까지 부여되고 있던 가로하중 방향과 완전히 반대의 방향이 되도록 제어된다. 따라서 소킷(7)의 볼트 좌면(8)에 대한 평행한 움직임은, b 영역과는 반대의 움직임이 된다.

이상, 도 11 내지 도 13을 참조하여 설명한 본 발명의 볼트의 조임방법을 실현하기 위한 제 6 실시형태에 의하면, 볼트를 조일 때에 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하면서, 또한 볼트 머리부가 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 볼트를 조이는 것을 가능하게 한다. 이에 의하여 예를 들면 가로하중이 과대하게 볼트 머리부에 부여되기 때문에 볼트 축부가 피체결부재에 설치된 볼트구멍의 가장자리부에 강하게 가압되어 볼트 축부와 볼트구멍의 가장자리부와의 접촉부의 각 표면상태 등에 기인하여 생각치 못한 큰 마찰이 생기는 것을 방지할 수 있다. 또 볼트를 조일 때에 필요하게 되는 조임 회전 토오크를 더욱 저감시킬 수 있어, 볼트를 조일 때에 초래되는 볼트의 더 한층의 고축력화를 도모하는 것이 가능하게 된다.

Claims

볼트 머리부와, 수나사부를 구비하는 볼트 축부를 가지는 볼트를 사용하여 피체결체를 체결할 때의 볼트 조임방법에 있어서,

상기 볼트를 조일 때에 초래되는 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하도록 상기 볼트 좌면에 평행한 가로하중을 상기 볼트 머리부에 부여한 상태에서, 상기 수나사부를 회전시키는 회전 토오크를 상기 볼트 머리부에 부여하여 상기 볼트를 조이는 것을 특징으로 하는 볼트 조임방법.
제 1항에 있어서,

상기 수나사부와 걸어 맞춰지는 암나사부는, 상기 암나사부의 중심 축선이 상기 볼트 좌면의 수선에 대하여 경사져 설치되는 것을 특징으로 하는 볼트 조임방법.
제 2항에 있어서,

상기 수나사부와 걸어 맞춰지는 암나사부의 중심 축선을 상기 볼트 좌면의 수선에 대하여 경사시키도록, 상기 암나사부의 나사산의 일부에 입자가 부착되는 것을 특징으로 하는 볼트 조임방법.
제 1항에 있어서,

상기 수나사부는, 상기 수나사부의 중심 축선이 상기 볼트 머리부의 중심 축선에 대하여 경사져 형성되는 것을 특징으로 하는 볼트 조임방법.
제 1항에 있어서,

상기 볼트 축부의 상기 가로하중에 대한 굽힘강성을 저감하도록 상기 볼트 축부는, 그 일부에 구멍부를 가지고 형성되는 것을 특징으로 하는 볼트 조임방법.
제 1항에 있어서,

상기 볼트 좌면에 평행하게 부여되는 상기 가로하중은, 상기 나사면 및 상기 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하면서, 또한 상기 볼트 머리부가 상기 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 상기 볼트를 조일 수 있도록 제어되는 것을 특징으로 하는 볼트 조임방법.
볼트 머리부와, 수나사부를 구비하는 볼트 축부를 가지는 볼트를 사용하고, 피체결체를 체결할 때에 사용하는 볼트 조임장치에 있어서,

상기 수나사부를 회전시키는 회전 토오크를 상기 볼트 머리부에 부여하는 조임 회전 토오크 부여수단과,

상기 조임 회전 토오크 부여수단에 의하여 상기 수나사부가 회전될 때에 초래되는 나사면 및 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하도록 상기 볼트 좌면에 평행한 가로하중을 상기 볼트 머리부에 부여하는 가로하중 부여수단을 가지는 것을 특징으로 하는 볼트 조임장치.
제 7항에 있어서,

상기 가로하중 부여수단은,

상기 조임 회전 토오크 부여수단에 의하여 상기 볼트가 체결될 때의 상기 볼트 머리부의 상기 볼트 좌면에 대한 평행한 움직임을 검출하는 변위 검출수단과,

상기 변위 검출수단으로부터 검출된 상기 볼트 머리부의 상기 볼트 좌면에 대한 평행한 움직임에 의거하여 상기 가로하중을 제어하는 가로하중 제어수단을 가지고,

상기 볼트를 조일 때에 상기 나사면 및 상기 볼트 좌면의 면압을 의도적으로 치우치게 하면서, 또한 상기 볼트 머리부가 상기 볼트 좌면에 대하여 평행하게 슬라이딩하고 있는 상태에서 상기 볼트를 조일 수 있도록, 상기 가로하중 제어수단에 의하여 상기 가로하중을 제어하는 것을 특징으로 하는 볼트 조임장치.