WO2006126742A1

WO2006126742A1 - ボルト締め付け方法およびボルト締め付け装置

Info

Publication number: WO2006126742A1
Application number: PCT/JP2006/311040
Authority: WO
Inventors: Yasuo Fujioka; Kazuaki Sato; Yasunori Sakurabayashi; Hiroshi Teranishi; Atsuo Tanaka
Original assignee: Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2006-11-30
Also published as: EP1884310B1; BRPI0611033A2; US20090064828A1; CA2608330C; CA2608330A1; AU2006250323A1; KR20070094987A; JPWO2006126742A1; JP4386076B2; US7836794B2; CN101146647B; EP1884310A1; KR100875884B1; CN101146647A; AU2006250323B2; EP1884310A4; RU2359812C1

Abstract

ボルトを締め付ける際にもたらされるボルト軸力の高軸力化を図るべく、ネジ面の摩擦係数そのものを変更することなく、ネジ面の摩擦係数を小さくしたのと同様の効果をもたらすことが可能なボルト締め付け方法および該ボルト締め付け方法を実現するボルト締め付け装置を提供すること。　本発明のボルト締め付け方法は、ボルト頭部と、雄ネジ部を備えるボルト軸部とを有するボルトを用いて、被締結体を締結する際のボルト締め付け方法において、前記ボルトを締め付ける際にもたらされるネジ面およびボルト座面の面圧を意図的に偏らせるべく前記ボルト座面に平行な横荷重を前記ボルト頭部に付与した状態で、前記雄ネジ部を回転させる回転トルクを前記ボルト頭部に付与して前記ボルトを締め込む、ことを特徴とする。

Description

ボルト締め付け方法およびボルト締め付け装置

技術分野

本発明は、ボルトを用いて各被締結部品を締結する際のボルト締め付け方法および該ボルト締め付け方法を実現するボルト締め付け明

装置に関し、特に、せん断外力が被締結部品に作用した際における被締結部品間のすべりを各被締結部品間の摩擦接合により防止すベく各被締結部品を締結する際に適用さ書れる、ボルト締め付け方法および該ボルト締め付け方法を実現するボルト締め付け装置に関する

背景技術

複数の被締結部品を相互に締結させる方法の一つに、ボルトを用いて各被締結部品を相互に締結する方法がある。ボルトを用いて各被締結部品を相互に締結させる場合、特に、せん断外力が作用した際における被締結部品間のすべりを各被締結部品間の摩擦接合により防止すべくボルトを用いて各被締結部品を相互に締結させる場合、ポルトの締め付けによりもたらされるボルト軸線方向の力（以下、ボルト軸力と称す）を高く安定させることが重要となる。ボルトの締め付けによりもたらされたボルト軸力が小さい場合、各被締結部品間に十分な摩擦接合がもたらされず、被締結部品がせん断外力を受けた場合に被締結部品間にすべりが生じ、このことは、ポルトの回転緩みを引き起こし、結果として、例えば、部品の脱落ゃ被締結部品間の合わせ面の密着不良による液体漏れなどの問題をもたらす可能性が高い。 . ボルトの締め付けによりもたらされるボルト軸力を常に安定させるべく、ボルトのネジ部に摩擦係数安定剤を付着させることは知られている（特開平 9 — 4 0 9 9 1号公報参照）。特開平 9 一 4 0 9 9 1号公報においては、摩擦係数安定剤をネジ部品等の締結材に付着させることにより、そのネジ部品の締結時の摩擦係数を安定化させ、尚かつ任意の摩擦係数値を付与することができ、ネジ部品のような締結材の緩みや破断等の問題点を解消できることが示されている。発明の開不

しかしながら、特開平 9 一 4 0 9 9 1 号公報において示されているような、摩擦係数安定剤を使用することでポル卜軸力の安定化を図る場合においては、ボルト軸力の高軸力化とい点において課題が残されていると考える。

ボル卜によ各被締結部品を相互に締結する場ボルト締め付け後において容易にネジ部が緩むことがないよう

する必要があり

、少なくとち、ボルト締め付け後において、ネジ部が自立していなければならないという条件を満たす必要があると考える。

ここで、 " ネジ部が自立している" という表現は、ボルトの雄ネジ部を、雌ネジ部に鉛直方向から挿入した際に、雄ネジ部と雌ネジ部とが係合する面（以下、ネジ面と称す）の摩擦係数が小さ過ぎて、ボルト頭部に回転トルクを付与していないにもかかわらず、ボル卜の自重のみによりボルトが回転してしまうようなことがない状態を意図している

ネジ部が自立していない状態においては、ボル卜頭部に回転トルクを付与しボル卜の締め付けを行っても、ボルト頭部への回転トルクの付与を解除した際に、ボルトの締め付けによりもたらされたボルト軸力により雄ネジ部と雌ネジ部が相対的に回転移動してしまい、ボルト軸力が低下しまうことが考えられる。

ポルト軸力の高軸力化を図るべく、摩擦係数の極めて小さな摩擦係数安定剤をネジ部に付着させネジ面そのものの摩擦係数を低減させる場合、ポルト締め付け後の上記の述べたネジ部の自立が問題となり、この問題を解消すべく、摩擦係数安定剤によるネジ面の摩擦係数の低減には、設計条件に応じて、ある一定の制限が課せられることになることが考えられる。よって、摩擦係数安定剤の使用による、ボルト軸力の高軸力化には、ある一定の制限が課せられることになると考える。

ボルトを用いて各被締結部品を相互に締結させる場合、ボルト締め付けの際にもたらされるポルト軸力が高ければ高いほど、より強固な各被締結部品間の摩擦接合がもたらされることとなる。

従って、せん断外力が作用した際における各被締結部品間のすべりを各被締結部品間の摩擦接合により防止すべくボルトを用いて各被締結部品を相互に締結させる場合においては、ボルトを締め付ける際にもたらされるポルト軸力の高軸力化を図ることが可能な手段であって、ボルト締め付け後のネジ部の自立という点を考慮する必要がない手段を見出すこと、つまり、摩擦係数安定剤を用いた場合にもたらされうるボルト軸力よりも高いボルト軸力をもたらすことが可能な手段を見出すことが一つの重要な課題であると考える。本発明は上記課題に鑑み、ポルトを締め付ける際にもたらされるボルト軸力の高軸力化を図るべく、ネジ面の摩擦係数そのものを変更することなくネジ面の摩擦係数を小さくしたのと同様の効果をもたらすことが可能なポルト締め付け方法および該ボルト締め付け方法を実現するポルト締め付け装置であって、作業性が良く容易に実施可能なボルト締め付け方法および該ボルト締め付け方を実現するボルト締め付け装置を、提供することを目的とする。

請求項 1 に記載の発明によれば、ポルト頭部と、雄ネジ部を備えるボルト軸部とを有するポルトを用いて、被締結体を締結する際のボル卜締め付け方法において、前記ボルトを締め付ける際にもたらされるネジ面およびボルト座面の面圧を意図的に偏らせるべく前記ボルト座面に平行な横荷重を前記ポル卜頭部に付与した状態で、前記雄ネジ部を回転させる回転トルクを前記ボルト頭部に付与して前記ボルトを締め込む、ことを特徴とするボルト締め付け方法、が提供される。

すなわち、請求項 1 の発明では、ポルトを用いて被締結体を締結する際に、ポルト座面に平行な横荷重をボルト頭部に付与することでネジ面およびボルト座面の面圧を偏らせた状態で、ボルトの雄ネジ部を回転させる回転トルクがポルト頭部に付与され、ボルトは締め込まれる。

ボルト座面に平行な所定の横荷重をボルト頭部に付与しつつ、ボルト頭部に回転トルクを付与してポルトを締め込むことにより、ボルト軸線をボルト座面の垂線に対して極めて僅かな角度ではあるが所定の角度を有して傾斜させつつ、また、ボルト頭部をボルト座面に対して極めて僅かな角度ではあるが所定の角度を有して傾斜させつつ、ボルトを締め込むことができ、よって、ポルトを締め込む際にもたらされるネジ面およびボルト座面の面圧を所望の状態に偏らせることを可能とする。

ボルトの締め込みの際にもたらされるネジ面およびボルト座面の面圧を意図的に所望の状態に偏らせることで、ボルトを締め込む際の実際のボルトの回転中心線をポルトの中心軸線からネジ面およびボルト座面の高面圧側方向へ移動させることができ、これにより、ボルトの締めけ回転トルクを低減しネジ部に発生する捩じり応力を低減させ、ネジ部の有する引っ張り許容応力を十分に発揮させて降伏の発生する限界ボルト軸カを高めることができ、ボルト軸力の高軸力化を図ることが可能となる

また、ボル卜の締め付けが完了し、ボルト頭部に付与されていた回転トルクが解放された後は、ネン面そのものの摩擦係数に応じてもたらされる摩擦力により雄ネジ部と雌ネジ部との係合を維持するとができる。これにより、ボル卜軸力の高軸力化を図るべく摩擦係数安定剤を使用する場合に問題となるネジの自立による高軸力化の制限を受けることはなく、摩擦係数安定剤を使用した場合と比較して、より高いポルト軸力をもたらすことが可能となる。

こで、ネジ面とは、ポルトの雄ネジ部と該雄ネジ部に対応する雌ネジ部とが係合する面を意図する。ボルト座面とは、被締結体とボルト頭部とが係合する面を意図しており、また、ボルト頭部と被締結体との間に、例えば平座金やパネ座金など座金が配置される場合には、該座金とポルトあるいは該座金と被締結体とが係合する面を意図する。

請求項 2 に記載の発明によれば、前記雄ネジ部と係合する雌ネジ部は、該雌ネジ部の中、軸線力 Ηϋ ήホリレ卜座面の垂線に対して傾斜して配設される、ことを特徴とする請求項 1 に記載のボルト締め付け方法、が提供される

すなわち、請求項 2の発明では、ボル卜の雄ネジ部と係合する雌ネジ部の中心軸線を、ポル座面の垂線に対して所定の角度を有して傾斜させて配設することで、ボルト軸線をボルト座面の垂線に対して所定の角度を有して傾斜させつつ、また、ボル卜頭部を座面に対して所定の角度を有して傾斜させつつ、ボル卜を締め込むことができる。これにより、ボル hの雄ネジ部と係合する雌ネジ部の中心軸線がボルト座面の垂線に平行に配設される場合と比較して、より小さな横荷重のボルト頭部への付与で、ボルトの締め込む際にもたらされるネジ面およびボルト座面の面圧を所望の状態に偏らせる： i とを可能とする。

請求項 3 に記載の発明によれば、前記雄ネジ部と係合する雌ネジ部の中心軸線を前記ボルト座面の垂線に対して傾斜させるベく、前記 H ネジ部のネジ山の一部に粒子が付着される、ことを特徴とする請求項 2 に記載のボルト締め付け方法、が提供される。

すなわち、請求項 3の発明では、ボルトの雄ネジ部と係合する雌ネジ部のネジ山の所定の部分に粒子を付着させることで、該雌ネジ部の中心軸線をボルト座面の垂線に対して傾斜させる。

請求項 4 に記載の発明によれば、前記雄ネジ部は、該雄ネジ部の中心軸線が前記ボルト頭部の中心軸線に対して傾斜して形成される、ことを特徴とする請求項 1 に記載のボルト締め付け方法、が提供される。

すなわち、請求項 4の発明では、ポルトの雄ネジ部の中心軸線をボルト頭部の中心軸線に対して所定の角度を有して傾斜させて形成することで、ボル卜頭部をポルト座面に対して所定の角度を有して傾斜させつつ、ボルトを締め込むことができる。これにより、ボル卜の雄ネジ部の中心軸線とボルト頭部の中心軸線とがー致しているボルトを使用する場合と比較して、より小さな横荷重のポルト頭部への付与で、ポルトの締め込む際にもたらされるネジ面およびボルト座面の面圧を所望の状態に偏らせることを可能とする。

請求項 5 に記載の発明によれば、前記ポルト軸部の前記横荷重に対する曲げ剛性を低減すべく、前記ボルト軸部は、その一部に穴部を有して形成される、ことを特徴とする請求項 1 に記載のポルト締め付け方法、が提供される。

すなわち、求項 5の発明では、ボルト軸部に適当な穴部を設けることで、ボルト座面に平行な横荷重に対するポルト軸部の曲げ耐性を低減することができる。これにより、ボルト軸部に当該穴部がないボルトを使用する場合と比較して、より小さな横荷重のボルト頭部への付与で、ボルトの締め込む際にもたらされるネジ面およびボルト座面の面圧を所望の状態に偏らせることを可能とする。

請求項 6 に記載の発明によれば、前記ボルト座面に平行に付与される前記横荷重は、前記ネジ面および前記ボルト座面の面圧を意図的に偏らせつつ、且つ、前記ポルト頭部が前記ボルト座面に対して平行に摺動している状態で前記ボルトを締め込むことができるように制御される、ことを特徴とする請求項 1 に記載のボル卜締め付け方法が提供される。

すなわち、請求項 6 の発明では、ポルトを締め込む際に、ネジ面およびボル卜座面の面圧を意図的に偏らせつつ、且つ、ボル卜頭部がボル卜座面に対して平行に摺動している状能、で、ボルトを締め込むことを可能とする。これにより、例えば、荷重が過大にボル卜頭部に付与されるが故に、ボルト軸部が被締結部材に設けられたポルト穴の縁部に強く押し付けられ、ポル卜軸部とボル卜穴の縁部との接触部の各表面状態などに起因して思わぬ大きな摩擦が生じることを防止することができる。また、ボルトを締め込む際に必要となる締め付け回転トルクを、より低減させることができ、ボルトを締め込む際にもたらされるポルト軸力の更なる高軸力化を図ることが可能となる。

請求項 7 に記載の発明によれば、ボルト頭部と、雄ネジ部を備えるボル卜軸部とを有するポルトを用いて、被締結体を締結する際に使用するボルト締め付け装置において、前記雄ネジ部を回転させる回転トルクを前記ポルト頭部に付与する締め付け回転トルク付与手段と、前記締め付け回転トルク付与手段により前記雄ネジ部が回転される際に、もたらされるネジ面およびボルト座面の面圧を意図的に偏らせるべく、前記ポルト座面に平行な横荷重を前記ボルト頭部に付与する横荷重付与手段と、を有する、ことを特徴とするボルト締め付け装置、が提供される。

すなわち、請求項 7 の発明では、ボルトの雄ネジ部を回転させる回転トルクをボルト頭部に付与する締め付け回転トルク付与手段と、該締め付け回転トルク付与手段によりボルトの雄ネジ部が回転される際に、ネジ面およびボルト座面の面圧を意図的に偏らせるべくボルト座面に平行な横荷重をボルト頭部に付与する横荷重付与手段と、をボルト締め付け装置が有することで、ボル卜を用いて被締結体を締結する際に、ネジ面およびポルト座面の面圧を偏らせた状態で、ポルトの雄ネジ部を回転させる回転トルクをボルト頭部に付与して、ボルトを締め込むことが可能となる。これにより、請求項 1 に係る発明と同様に、ネジの締め込みの際にもたらされるネジ面および座面の面圧を所望の状態に偏らせることができ、ボルトを締め込む際の実際のボルトの回転中心をポルト軸からネジ面およびボルト座面の高面圧側方向へ移動させることができる。これにより、ネジ部に発生する捩じり応力を低減させ、ネジ部の有する引っ張り許容応力を十分に発揮させて降伏の発生する限界ボルト軸力を高めることができ、ポルト軸力の高軸力化を図ることが可能となる。

また、請求項 1 と同様に、ポルトの締め付けが完了し、ボルト頭部に付与されていた回転トルクが解放された後は、ネジ面そのものの摩擦係数に応じてもたらされる摩擦力により雄ネジ部と雌ネジ部との係合を維持することができ、摩擦係数安定剤を使用した場合と比較して、より高いボルト軸力をもたらすことが可能となる。

請求項 8 に記載の発明によれば、前記横荷重付与手段は、前記締め付け回転トルク付与手段により前記ポルトが締付けられる際の、前記ボルト頭部の前記ボルト座面に対する平行な動きを検出する変位検出手段と、該変位検出手段から検出された、前記ボルト頭部の前記ボルト座面に対する平行な動きに基づいて、前記横荷重を制御する横荷重制御手段とを有し、' 前記ポルトを締めこむ際に前記ネジ面および前記ボルト座面の面圧を意図的に偏らせつつ、且つ、前記ボルト頭部が前記ポルト座面に対して平行に摺動している状態で前記ボルトを締め込むことができるように、前記横荷重制御手段により前記横荷重を制御する、ことを特徴とする請求項 7 に記載のボルト締め付け装置が提供される。

すなわち、請求項 8 の発明では、横荷重付与手段が変位検出手段および横荷重制御手段を有することにより、ポルトを締め込む際に、ネジ面およびボルト座面の面圧を意図的に偏らせつつ、且つ、ボルト頭部がボルト座面に対して平行に摺動している状態で、ボルトを締め込むことを可能とする。

各請求項の記載の発明によれば、ネジ面およびボルト座面の面圧を意図的に偏らせた状態で、ポルトを締め込むことが可能とされ、ネジ部の摩擦係数そのものを変更することなく、ボルト軸力の高軸力化が実現されるという、共通の効果を奏する。

従って、各請求項の発明によれば、ボルト軸力の高軸力化を図るベく摩擦係数安定剤を使用する場合に問題となるネジの自立による高軸力化の制限を受けることはなく、摩擦係数安定剤を使用した場合と比較して、より高いポルト軸力をもたらすことが可能となる。図面の簡単な明

図 1 は、ボルト座面に平行な横荷重がボルト頭部に付与される前のボルトの一状態を示す図である。

図 2 は、図 1'に示された状態から、ボルト座面に平行な横荷重がポルト頭部に付与され、さらにソケッ卜にボルト頭部を回転させる回転トルクが付与された際のボルトの状態を示す図である。

図 3 は、本発明のポルトの締め付け方法を実現するための第一の実施形態を示す図である。

図 4は、図 3 に示された第一の実施形態の締め付け回転トルク付与手段および横荷重付与手段の、より具体的な一実施形態を示す図である。

図 5は、本発明のポルトの締め付け方法を実現するための第二の実施形態における雌ネジ部を示す図である。

図 6は、本発明のボルトの締め付け方法を実現するための第三の実施形態における雌ネジ部を示す図である。

図 7 は、本発明のポルトの締め付け方法を実現するための第四の実施形態における雄ネジ部を示す図である。

図 8は、第四の実施形態のポルトと、ポルト頭部に付与する横荷重の付与方向をボルトの回転と同期させることが可能なボルト締め付け装置となる回転ハンマ一との組立図である。

図 9は、図 8中の線 A _ Aにおいて切り取られた回転ハンマー装置の断面図である。

図 1 0は、本発明のポル卜の締め付け方法を実現するための第五の実施形、における雄ネジ部を示す図である。

図 1 1 は、本発明のボル卜の締め付け方法を実現するための第六の実施形能を示す図である

図 1 2は、図 1 1 に示された本発明に係るボル卜締め付け装置において実行される、ボルト締め付けの制御ルーチンの一実施形態を示すフ□一チヤ一卜図であ

図 1 3は、図 1 2 に示されるポルト締め付けの制御ルーチンが実行された際の、ソケットのボルト座面に対しての平行な'動きすなわち変位の時間推移の一例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。

先ず、図 1 および図 2 を参照して本発明のボルト締め付け方法の基概念について説明する。

図 1 は、ボルト頭部にボルト座面に平行な横荷重が付与される前のボルトの一状態を示す図である。図 1 において、 1 はボルト、 2 はポルト頭部、 3 はポルト軸部、 4はポルト軸部 3 に設けられた雄ネジ部、 5は各被締結部品、 6 は雄ネジ部と係合する雌ネジ部、 7 はボルト頭部 2 に回転トルクを伝達するソケッ卜、 8 はボルト頭部 2 と被締結部品 5 とが係合する面となるポルト座面、 9 は雄ネジ部 4 と雌ネジ部 6 とが係合する面となるネジ面、 1 0 は各被締結部品間の摩擦接合面、をそれぞれ示す。

図 2 は、図 1 に示された状態から、ポルト座面 8 と平行な横荷重がポルト頭部 2 に付与され、さらにソケット 7 にポルト頭部 2 を回転させる回転トルクが付与された際のボルトの状態を示す図である図 2 に示されるように、ポルト座面 8 に平行な横荷重がボルト頭部 2 にソケット 7 を介して付与されると、ボル卜軸線 1 1 はボルト座面の垂線 1 2 に対して傾斜し、また、ポルト頭部 2 はボルト座面 8 に対して傾斜した状態とされる。但し、図 2 においては、これらの傾斜の状態を明らかにすべく図示されているが、実際には、これらの傾斜の有する角度 0 1 は、例えば 0 . 0 1 ° のような極めて僅かな角度である。

このような状態、すなわち、ボルト軸線 1 1 がボルト座面の垂線 1 2 に対して傾斜され、また、ポルト頭部 2がボル卜座面 8 に対して傾斜された状態で、ソケット 7 を介して回転トルクがボルト頭部 2 に付与されると、ボルト座面 8およびネジ面 9 の面圧が偏つた状態で、ポルトが締め込まれることになる。

本出願人は、ポルト座面 8 に平行な横荷重をボルト頭部 2 に付与し、ボルト 1 の締め込みの際にもたらされるボルト座面 8およびネジ面 9の面圧を偏らせた状態で、ボルト 1 を締め込むことで、ボルト座面 8 とネジ面 9 の面圧の偏りに起因して、実際のボルトの回転中心線（瞬間回転中心線とも称す）をボルト軸線 1 1 からネジ面 9 およびポルト座面 8 の高面圧側方向へ移動させることができ、これにより、ボルト頭部 2 に横荷重を付与しない場合と比較し、より少ない締め付けトルクで、より高いポルト軸力をもたらすことが可能であることを、有限要素法解析（ F E M ) により見出した。

このことを導くにあたり、本出願人は、先ず、ポルトで締結された被締結部品にせん断型荷重を付与した場合の、ポルトの締め込みに必要な回転トルクの挙動についての検証を有限要素法解析により行った。

ボルトで締結された被締結体にせん断型荷重を付与すると、ボル卜が容易に回転してしまう現象すなわちポルトの回転緩みが発生することがあることは知られている。そして、この現象はボルト軸線回りの回転方向の摩擦係数の低下に起因するものである、とする説がある。この説によれば、ネジ面およびポルト座面ともに横すベりが存在する場合には、ボルト軸線回りの回転方向の摩擦係数が 0 . 0 0 5 〜 0 . 0 2 といった極めて小さな値に低下し、このこと力、ポルトの緩み回転をもたらす、と説いている。

本出願人は、ボルトで締結された被締結体にせん断型荷重を付与した場合および付与しない場合に相当する解析モデルであって、ボルト座面およびネジ面の摩擦係数については、その値が 0 . 0 0 5 〜 0 . 0 2 といった極めて小さな値ではなく、ボルト座面およびネジ面が本来有する現実的な摩擦係数、例えば 0 . 1 程度の摩擦係数を維持するような拘束条件を付した解析モデルを形成し、この説の証を行った。

その結果、被締結体にせん断型荷重が付与されたことによりボルト座面およびネジ座面の面圧に偏りがもたされている状態では、ボルト座面およびネジ面の摩擦係数が本来の摩擦係数として維持されているにもかかわらず、すなわちボルト座面およびネジ面の摩擦係数が、 0 . 0 0 5 〜 0 . 0 2 といった極めて小さな値とされなくとも、ポルトの回転中心線をボルト軸線から高圧面部側の方向へ移動させることにより、被締結体にせん断型荷重が付与されていない場合と比較して、ボルトを回転させるのに必要なトルクが低下することが判明した。

このことから、本出願人は、ポルトで締結された被締結体にせん断型荷重を付与した状態でボルトが容易に回転してしまう現象は、ボルト軸線回りの回転方向の摩擦係数が低下したためではなく、せん断型荷重が付与されたことによるボルト座面およびネジ面の面圧の偏りによりもたらされるものであり、また、ボルト座面およびネジ面の面圧が偏ることにより、実際のポルトの回転中心線がボルト軸線からボルト座面およびネジ面の高面圧部に近づく方向へ移動し、これにより、ポルトを回転させるのに必要なトルクが減少する、との基本概念を導いた。

ポルト座面およびネジ面の面圧が偏ることによりもたらされる実際のボルトの回転中心線は、理想的にはポルト座面の高面圧部とネジ面の高面圧部とを結ぶ直線となることが考えられる。何故なら、面圧の高い部分は移動しづらく、高面圧部を回転中心として回転すると考えるのが妥当であるからである。しかしながら、ボルト座面およびネジ面の面圧の偏りは、一点に集中してもたらされることは考えづらく、ある程度の面積にわたり分布を有してもたらされることが一般的である。従って、ボルト座面およびネジ面の面圧が偏ることによりもたらされる実際のポルトの回転中心線はボル卜座面の高圧面部に近い部分と、ネジ面の高圧面部に近い部分とを結ぶ直線となる、と推考することが妥当であると考える

また、ボルト座面およびネジ面の面圧が偏るとによ Ό ちたらされる実際のボルトの回転中心線がボル卜座面の高圧面部に近い部分とネン面の高圧面部に近い部分とを結ぶ直線となると考えるとで際のポルトの回転中心線はボルト軸線から高面圧部に近づく方向へ移動し、実際のポルトの.回転中心線から高面圧部までの最短距離が短くなり、これにより、ポルトを回転させるのに必要な回転トルクが小さくなるという現象の説明を容易に導くとがでさる。仮に、実際のボルト回転中心線が高面圧部からかる方向へ移動すると考えた場合には、ボルトの回転中心軸線から高面圧部までの最短距離は長くなり、ポルトを回転させるのに必要なトルクは増大するはずであり、解析結果とそぐわないことになる

次に、本出願人は、ポルト締め付けの際のボル h軸力の高軸力化を図ることを目的として、本基本概念をボルト締め付け方法に適用し得るか否かの検証をすべく、ボルト頭部 2 にポルト座面 8 に平行な横荷重を付与した状態における、ボルト座面 8およびネジ面 9の面圧およびポルト 1 を回転させるのに必要な回転トルクの挙動を、有限要素法解析により検証を行った。

この検証においては、ボルト頭部 2 にボルト座面 8 に平行な横荷重を付与した場合および付与しない場合に相当する解析モデルであつて、ボルト座面 8およびネジ面 9 の摩擦係数については、その値が 0 . 0 0 5 0 . 0 2 といった極めて小さな値ではなく、ボルト座面 8およびネジ面 9が本来有する現実的な摩擦係数、例えば 0 . 1 程度の摩擦係数を維持するような拘束条件を付した解析モデルを形成し検証を行った。

その結果、ボルトで締結された被締結体にせん断型荷重を付与した場合と同様に、ボルト頭部 2 に横荷重が付与されたことによりボルト座面 8およびネジ座面 9 の面圧に偏りがもたされている状態では、ボルト座面 8およびネジ面 9の摩擦係数が本来の摩擦係数として維持されているにもかかわらず、すなわちボルト座面 8およびネジ面 9 の摩擦係数が、 0 . 0 0 5〜 0 . 0 2 といった極めて小さな値とされなくとも、ボルトの回転中心線をボルト軸線 1 1 から高圧面部側方向へ移動させることにより、ボルト頭部 2 に横荷重が付与されていない場合と比較して、ボルト 1 を回転させるのに必要な卜ルクが低下することが判明した。

従って、本基本概念をボルト締め付け方法に適用することが可能であり、ボルト座面 8 に平行な横荷重をポルト頭部 2 に付与し、ボルト 1 の締め込みの際にもたらされるボルト座面 8およびネジ面 9 の面圧を偏らせた状態で、ポルト 1 を締め込むことで、ボルト座面 8 とネジ面 9 の面圧の偏りで、実際のボルトの回転中心線をボルト軸線 1 1 から高面圧側方向へ移動させることができ、これにより、ボルト頭部 2 に横荷重を付与しない場合と比較し、より小さな締め付け回転トルクでボルトを締め込むことが可能であること力、検証されたと考える。

次に、ボルトを締め込む際に必要となる締め付け回転トルクを減少させることで、ポルトを締め込む際にもたらされるボルト軸力の高軸力化を図ることが可能となることについて説明する。

ボルト締め付け時、ボルト軸部にはボルトの締め付け回転トルクに対応した捩じり応力てと、ボルト軸力に対応した引っ張り応力 σ とが作用する。この組み合わせ後の等価応力 σ _eは、一般的に、 σ

2一 ( σ ² + 3 て ² ) の楕円の式で表され、ボル卜材料の降伏点 σ _νに達するまで弾性変形として扱える。

従つて、ボル卜が降伏する限界ボルト軸力を高めるためには、ボルトの締め付けの際に発生する捩じり応力てを減少させればよいとになる。ボル卜を締め込む際に必要となる回転トルクが減少することは、ボル卜の締め付けの際に発生する捩じり応力てを減少させるととなり、ボルト軸力に対応した引っ張り応力 σの許容範囲が広が Ό このことは、ボルトが降伏する限界ポルト軸力を高めるとになり、ボルト頭部 2 に横荷重を付与しない場合と比較し、よ Ό 高いボルト軸カをもたらすことが可能となる。

以上のように、本発明におけるボルトの締め付け方法によれば、摩擦係数そのものを変更するのではなく、締め付け方法を変えて、具体的には、ボルト座面 8およびネジ面 9 の面圧に偏りをもたせた状態でボルトを締め込むことにより、ネジ面 9 の摩擦係数を小さくしたのと同じ効果を奏する、すなわち、ボルト 1 を締め込む際のポルト軸力の高軸力化を実現する効果を奏する

また、ボル卜 1 の締め付けが完了し、ボル卜頭部 2 に付与されていた締め付け回転トルクが解放された後は、ネジ面 9そのものの摩擦係数に応じてもたらされる摩擦力により雄ネジ部と雌ネジ部との係合を維持することができる。

これにより、ボルト軸力の高軸力化を図るべく摩擦係数安定剤を使用する場合に問題となるネジの自立による高軸力化の制限を受けることはなく、摩擦係数安定剤を使用した場合と比較して、より高いポルト軸力をもたらすことが可能となる。

より高いボルト軸力は、各被締結部品間の摩擦係合面 1 0 に強固な摩擦接合をもたらし、該強固な摩擦接合により、せん断外力が作用した際における各被締結部品間のすべりを、よ Ό万全の防止することがでぎ、よづて、各被締結部品間のすべりを回避しネジの回転緩みを、より万全に防止することが可能となる o

尚、本発明によるポルト締め付け方法においては、ボルトの締め付けが完了した際に、ボルト頭部 2 とボルト座面 8 との間には、極めて僅かではあるが隙間が残存する可能性がある o しかしな力ら、このボルト締め付け完了時に残存する隙間は、ボルト頭部 2 に付与されていた回転 hルクを解放する際に、あるいは、せん断外力が被締結部 Π

PPに作用した際に、その際にボル卜自体がバランスを取るように移動し実質的になくなることが想定され、例えばメガネのヒンジ部等のような頻繁にボル卜に回転卜ルクが作用するような締結部への適応を除いては、ボルト軸力に対する当該隙間の影響は無視できるものと考える o

また、本発明によるボル卜締め付け方法においては、ボルト締め付けの際、雄ネン部は、対応する雌ネジ部に対して傾斜して挿入されることになるが、その傾斜の度合いによつてはネジ嚙みが問題と可能性がある。その場合には、ボルト締め付け後のネジの自立が問題とならない範囲でネジ面に摩擦係数安定剤を適用することにより、ネジ嚙みを緩和することが可能となる。

次に、以上のような本発明のポルトの締め付け方法の基本概念を適用した幾つかの実施形態を以下に説明する。

図 3 は、本発明のボルトの締め付け方法を実現するための第一の実施形態を示し、該図中において、 2 1 は締め付け回転トルク付与手段、 2 2 は横荷重付与手段、をそれぞれ示す。

図 3 に示される第一の実施形態は、本発明のボルト締め付け方法を実現するための、最も基本的な構成である。ボルト 1 は、通常使用されている頭付きボルト、例えば六角頭付きボルトであり、締め付け回転トルク付与手段 2 1 は、ボルト頭部 2 にポルト締め付けの際に必要となる締め付け回転トルクを付与する役割を果すものであり、横荷重付与手段 2 2 は、締め付け回転トルク付与手段 2 1 によりボルト 1 を締め付ける際に、ソケット 7 を介してボルト頭部 2 に、ボルト座面 8 に平行な横荷重を常に一方向に付与する役割を果すものである。

締め付け回転トルク付与手段 2 1および横荷重付与手段 2 2 を有することにより、ボルト座面 8 に平行な横荷重をボルト頭部 2 に付与した状態で、雄ネジ部 4 を回転させる回転トルクをポルト頭部 2 に付与して、ボルトを締め込むことが可能となる。よって、ポルト軸線 1 1 をポルト座面の垂線 1 2 に対して極めて僅かな角度ではあるが所定の角度を有して傾斜させつつ、また、ボルト頭部 2 をポルト座面 8 に対して極めて僅かな角度ではあるが所定の角度を有して傾斜させつつ、ボルト 1 を締め込むことができ、ボルト 1 を締め込む際にもたらされるネジ面 9およびボルト座面 8 の面圧を所望の状態に偏らせることが可能となる。

締め付け回転トルク付与手段 2 1 および横荷重付与手段 2 2の、より具体的な一実施形態を図 4に示す。図 4において、 3 1 は回転駆動機、 3 2は回転制御器、 3 3 は回転軸、 3 4は電磁石装置、 3 5 は横荷重制御部、 3 6 は反力受け部、をそれぞれ示す。

図 4 に示す実施形態においては、締め付け回転トルク付与手段 2 1 は、回転駆動機 3 1 、回転制御器 3 2および回転軸 3 3 を有する。回転駆動機 3 1 は、ポルト 1 を締め込む際に必要となる締め付け回転トルクを発生させる役割を果すものであり、電動式や圧縮空気式などの様々な形式の回転駆動機が使用されうる。回転制御器 3 2 は、回転駆動機 3 1 がもたらす締め付け回転トルクの大きさを制御する役割を果すものである。回転軸 3 3 は、回転駆動機 3 1 によりもたらされた締め付け回転トルクをソケット 7 に伝達する役割を果すものである。

締め付け回転トルク付与手段 2 1 力 S、回転駆動機 3 1 および回転軸 3 3 を有することで、ボルトを締め付け際に締め付け回転トルクを回転駆動機 3 1 から回転軸 3 3 を介してソケット 7 に伝達することが可能となり、また、回転制御器 3 2 を有することで、ソケット 7 に伝達される締め付け回転トルクの大きさの制御することができ、これにより、ポルト 1 を破損させるような過剰な締め付け回転トルクのソケット 7への伝達を防止することが可能となる。

図 4に示す実施形態においては、横荷重付与手段 2 2 は、電磁石装置 3 4、横荷重制御部 3 5および反力受け部 3 6 を有する。電磁石装置 3 4は、ソケット 7 にボルト座面 8 に平行な横荷重を常に一方向に付与し、ソケット 7 をボルト座面 8 に対して平行に強制的に移動させる役割を果すものである。横荷重制御部 3 5 は、ソケット 7 に付与する電磁石装置 3 4 による横荷重の大きさを制御する役割を果すものである。反力受け部 3 6 は、電磁石装置 3 4のボルト座面 8 に対する相対的な動きを防止する役割を果すものであり、ボル卜を締め込む際に、電磁石装置 3 4が被締結体に仮固定されるように構成される場合は、本反力受け部は不要となる。

横荷重付与手段 2 2カ^ 電磁石装置 3 4および反力受け部 3 6 を有することにより、ソケット 7 をポルト座面 8 に対して平行に強制的に移動させることができ、よって、ボルト軸線 1 1 をボルト座面の垂線 1 2 に対して極めて僅かな角度ではあるが所定の角度を有して傾斜させることが可能となり、また、ボルト頭部 2 をボルト座面 8 に対して極めて僅かな角度ではあるが所定の角度を有して傾斜させることが可能となる。

また、横荷重付与手段 2 2力横荷重制御部 3 5 を有することで、ソケット 7 に付与する横荷重の大きさや、該横荷重をソケット 7 に付与する時期を制御することができる。ボル卜締め付けの初期段階においては、ボルト 1 を回転させるのに必要となる回転トルクは小さく、ソケット 7 に横荷重を付与する必要はないと考えられ、ボル卜締め付けの最終段階に近づくにつれて、ボルト 1 を回転させるのに必要となる回転トルクは徐々に大きくなるように変化し、この回転トルクの変化に合わせてソケット 7 に付与する横荷重の大きさを制御することが好ましく、横荷重制御部 3 5 を有することで、このような制御が可能どなる。

本発明のボルトの締め付け方法を実現するための第二の実施形態は、特に、ボルト 1 の雄ネジ部 4 と係合する雌ネジ部 6の構造を特徴とするのであり、当該第二の実施形態における雌ネジ部 6 を図 5 に示す。その他の構成要素は、図 3 に示す第一の実施形態と同様であり、その作用効果も同様である。

図 5 に示される第二の実施形態における雌ネジ部 6 は、該雌ネジ部 6の中心線 4 1 がボルト座面の垂線 1 2 に対して角度 0 3 を有するように配設される。これにより、締め付け回転トルク付与手段 2 1 によりボル卜 1 を締め込む際に、ボルト軸線 1 1 をポルト座面の垂線 1 2 に対して角度 0 3 を有して傾斜させつつ、また、ボルト頭部 2 をボルト座面 8 に対しても角度を有して傾斜させつつ、ボルト 1 を締め込むことができ、よって、ボルト 1 の雄ネジ部 4 と係合する雌ネジ部 6 の中心軸線 4 1 がボルト座面の垂線 1 2 に平行に配設される場合と比較して、より小さな横荷重のポルト頭部 2への付与で、ボルト 1 の締め込む際にもたらされるネジ面 9およびボルト座面 8の面圧を所望の状態に偏らせることが可能となる。

本発明のボルトの締め付け方法を実現するための第三の実施形態は、第二の実施形態と同様に、特に、ポルト 1 の雄ネジ部 4 と係合する雌ネジ部 6 の構造を特徴とするのであり、当該第三の実施形態における雌ネジ部 6 を図 6 に示す。その他の構成要素は、図 3 に示す第一の実施形態と同様であり、その作用効果も同様である。

図 6 に示される第三の実施形態における雌ネジ部 6 は、第二の実施形態と同様に、雄ネジ部 4 と係合する雌ネジ部 6の中心軸線 4 1 をルト座面の垂線 1 2 に対して角度 0 4 を有するようにすべく、該雌ネジ部 6 のネジ山の一部に、好適には、ネジ部の片側半円周部に粒子が付着されて形成される。粒子の付着が片側半円周部に付着されて実施される場合、ポルト締め付けの際にもたらされるネジ面の面圧の分布を、ネジ部の円周の半分の部分を高面圧部として、残りの半分の部分を低面圧部としてもたらすことができる。また、該粒子は、ポルト 1 を締め込む際にネジ面 9 における高面圧部を所望の場所にもたらすべく、雌ネジ部 6 のネジ山の適当な場所に付着されてもよい。使用される粒子は、雌ネジ部 6の中心軸線 4 1 の傾斜を精度よく実現すべく、好適には、金属や高分子などの微粒子が使用されることが望ましい。雌ネジ部 6 の中心軸線 4 1がボルト座面の垂線 1 2 に対して角度 0 4を有することによりもたらされる作用効果は、第二の実施形態と同様である。

本発明のポルト締め付け方法を実現するための第四の実施形態は、特に、ボルトの構造を特徴とするものであり、当該第四の実施形態におけるボルトを図 7 に示す。図 7 においては、 5 0はポルト、 5 1 はボルト頭部、 5 2 は雄ネジ部、 5 3 はボルト頭部 5 1 の中心軸線、 5 4は雄ネジ部 5 2の中心軸線、をそれぞれ示す。

図 7 に示されるように第四の実施形態における雄ネジ部 5 2 は、該雄ネジ部の中心軸線 5 3がボル卜頭部の中心軸線 5 4に対して角度 Θ 5 を有して形成される。これにより、締め付け回転トルク付与手段によりポルト 5 0 を締め込む際に、ポルト頭部 5 1 をボルト座面 8 に対しても角度を有して傾斜させつつ、ボルト 5 0 を締め込むことができ、よって、ボル卜頭部の中心軸線がボルト座面の垂線に平行に配設される場合と比較して、より小さな横荷重のボルト頭部 5 1 への付与で、ボルト 5 0 の締め込む際にもたらされるネジ面 9 およびボルト座面 8 の面圧を所望の状態に偏らせることが可能となる。

第四の実施形態においては、ボル卜頭部の中心軸線 5 4が雄ネジ部の中心軸線 5 3 に対して傾斜しているため、第一の実施形態から第三の実施形態とは異なり、ボルト 5 0 を回転して締め付ける際に、ボルト頭部 5 1 とボルト座面 8 との係合部分がボル卜 5 0 の回転とともに回転移動する。そこで、ボルト頭部 5 1 とボル卜座面 8 との係合部方向に横荷重を付与すべく、ボルト頭部 5 1 に付与する横荷重の付与方向をボルト 5 0 の回転と同期させることが必要となる。このような横荷重の付与を実現しうるボルト締め付け装置の一実施形態を、図 8および図 9 を参照して以下に説明する。

図 8 は、第四の実施形態のボルト 5 0 と、ボルト頭音 I； 5 1 に付与する横荷重の付与方向をボルト 5 0の回転と同期させることが可能なボルト締め付け装置となる回転ハンマー装置との組立図である。また、図 9は、図 8 中の線 A— Aにおいて切り取られた回転ハンマ一装置の断面図である。図 8および図 9 において、 6 1 は回転ハンマー装置、 6 2 はハンマー、 6 3 はローラベアリング、 6 4はスプリング、 6 5はソケット、 6 6は溝部、 6 7 は回転軸、をそれぞれ示す。

回転ハンマー装置 6 1 は、ハンマー 6 2 、ソケット 6 5および回転軸 6 7 を有し、また、ノヽンマ一 6 2 は、ローラベアリング 6 3およびスプリング 6 4 を有する。ソケット 6 5 は、ボルト 5 0 を締め込む際に必要となる回転トルクをボルト頭部 5 1 に付与する役割を果すものであり、該ソケット 6 5の外側面部には、後に説明する口一ラベアリング 6 3 と衝突係合する溝部 6 6が設けられている。八ンマ一 6 2 は、ポルト頭部 5 1 に、ソケット 6 5 を介して締め付け回転トルクを伝達すると同時に横荷重を付与する役割を果すものであり、スプリング 6 4 と □一ラベアリング 6 3 とを有する。回転軸

6 7 は、ソケッ卜 6 5の回転中心線を形成する役割を果すものであスプリング 6 4は、 □一ラベァリング 6 3 をソケット 6 5の方へ付勢する役割を果すのであり、その一端はハンマ一 6 2 に固定され、その他端はローラベァ U ング 6 3 に固定される。ローラべァリング 6 3 は、スプリング 6 4による付勢力によりソケッ卜 6 5の溝部 6 6 と衝突係合するとで、ソケッ卜 6 5 に、ボルト頭部 5 1 に付与する回転トルクと横荷重とを同時に付与する役割を果すものである。

以下に、回転ハン一装置 6 1 の動作について図 9 を参照して説明する。

ノヽンマー 6 2がソケッ 6 o に対して回転されと、ローラべァリング 6 3 はハンマー 6 2 とちに回転しソケット 6 5の溝部 6 6 と遭遇する。その際、口一ラベァ U ング 6 3 は、スプリング 6 4の付勢力によりソケッ卜 6 5 の溝部 6 6 と衝突係合し、これにより、ソケッ卜 6 5 に、ボルト o 0 の締め付けに必要な回転トルクと、ソケッ卜 6 5 をボル卜座面 8 に対して平行に押圧する横荷重とを同時に付与することができる。

ボルト 5 0の締め付けに必要な回転トルクが低い、締め付け初期段階においては、ローラベアリング 6 3 とソケット 6 5の溝部 6 6 とが係合した状態で且つローラべアリングが溝部 6 6 にスプリング 6 4により押圧された状態で、ハンマー 6 2 とともにソケッ卜 6 5 が回転することで、ポルト頭部 5 1 に、締め付け回転トルクおよび横荷重が付与される。

そして、ボルト 5 0の締め付けに必要な回転トルクが高くなり一定の値以上になると、ローラベアリング 6 3 は、溝部 6 6 との係合が解除され、溝部 6 6 と再び遭遇するまで、ハンマー 6 2 とともにソケット 6 5 の外側面部上を摺動し、再び溝部 6 6 に遭遇すると、スプリング 6 4の付勢力によりソケット 6 5の溝部 6 6 と衝突係合し、これにより、ソケット 6 5 に、回転軸 6 7回りの回転トルクと、ソケット 6 5 をボルト座面 8 に対して平行に押圧する横荷重とを同時に付与することができる。この動作を繰り返し実行することで、ボルト 5 0 を完全に締め込むことができる。

以上のように、回転ハンマ一装置 6 1 を用いることで、ボルト頭部 5 1 に付与する横荷重の方向をボルト 5 0 の回転と同期させることができ、ボル卜 5 0の締め付けの際に、ボルト頭部 5 1 とボル卜座面 8 との係合面がボルトの回転とともに移動する第四の実施形態の場合においても、本発明のボルト締め付け方法の実現を可能にすることができる。

また、このような回転ハンマー装置 6 1 は、それ自体で大きな重量となることが推察され、ボルト頭部 2 に横荷重を付与することによる反力を回転ハンマー装置 6 1 自体の重量で受けることが可能であることが考えられ、よって、図 8 に示す本実施形態において、ボル卜を締め付ける際における回転ハンマー装置 6 1 のボルト座面 8 に対する相対的な動きを防止する反力受け部を構成要素として含めていない。しかしながら、回転ハンマー装置 6 1 自体の重量が軽量で、該反カ受け部が必要である場合には、その必要性に応じて該反力受け部が設けられることになる。

尚、第二の実施形態から第四の実施形態においては、外力による横荷重をボルト頭部に付与しなくとも、ポルトを締め込む際に、ボルト軸線をポルト座面の垂線に対して角度を有して傾斜させつつ、且つまたは、ボルト頭部をボルト座面に対して角度を有して傾斜させつつ、ボルトを締め込むことができる。しかしながら、外力による横荷重を付与しないでボルトを締め付ける場合、ボルト自体が、ボルトの締め込む際にもたらされるネジ面およびボルト座面の高面圧部と低面圧部とのバランスを取るような変形をともないながら、すなわち、面圧の偏りをなくすような変形をともないながら締め込まれる可能性が大きく、所望の領域に高面圧部をもたらしづらいことが考えられる。

このようなボルト自体の変形を防止するためには、ある程度の外力による横荷重を強制的にボルトの頭部に付与することが必要となると考える。よって、第二の実施形態から第四の実施形態のボルト締め付け方法においても、ボルトを締め付ける際に、外力による横荷重をポルト頭部に付与することを要件としている。但し、設計条件や締め付け環境条件によっては、第二の実施形態から第四の実施形態においては、外力による横荷重の付与することなく、所望の領域に高面圧部を容易にもたらすことが可能であることが考えられ、このような場合には、外力による横荷重のボルト頭部への付与の必要性がなくなり、本ボルト締め付け作業の容易化 · 効率化を図りうる。

本発明のボルト締め付け方法を実現するための第五の実施形態は特に、ボル卜の構造を特徴とするものであ Ό 、当該第五の実施形能におけるボル卜を図 1 0 に示す。図 1 0 においては、 7 0 はボル卜、 7 1 はボル卜頭部、 7 2 はボル卜軸部、 7 3 は穴部、をそれぞれ示す。

図 1 0 に示されるように第五の実施形態におけるボルト 7 0 のボル卜軸部 7 2 は、その ··_ .部に穴部 7 3 を有して形成される。該穴部

7 3 は、ボルト頭部 7 1 に付与される横荷重に対するポルト軸部 7

2の曲げ剛性を低下させる役割を果すもので、その形状や数量などは、設計仕様に依存して適当に決定される例えば、穴部 7 3は、ボルト軸部 7 2 を貫通するものでもよく、また、ボルト軸部 7 3 を貫通しないポルト軸部 7 3の側面上の設けられた凹み部のよ Όなものでもよい。

ポルト軸部 7 2が穴部 7 3 を有することで、ボル h軸部に穴部がない場合と比較して、ボルト頭部 7 1 に付与される横荷重に対して

、ポル卜軸部 7 2 は容易に曲げ変形されるよって、ボル卜軸部に穴部がないボル卜を使用する場合と比較して、より小さな横荷重のボル卜頭部 7 1への付与で、ポルト 7 0 の締め込む際にもたらされるネジ面およびボルト座面の面圧を所望の状態に偏らせることを可能となる。

以下に、本発明のボルト締め付け方法を実現するための第六の実施形態について説明する。本実施形態においては、ボルト座面に平行な横荷重をポルト頭部に付与する横荷重付与手段が、ボルト頭部のポルト座面に対する平行な動きを検出する変位検出手段と，該変位検出手段から検出されたボルト頭部のボルト座面に対する平行な動きに基づいて上記横荷重を制御する横荷重制御手段とを有することを特徴とする。

本発明のポルト締め付け方法においては、ボルトの締め付けの際、ボルト頭部にポルト座面に平行な横荷重を付与することで、より小さな締め付け回転トルクでポルトを締め込むことを可能とするものであるが、状況によっては、この効果が十分に得られないことが有りうることが考えられる。例えば、ポルト座面に平行な横荷重が過大にポルト頭部に付与されるが故に、ポルト軸部が被締結部材に設けられたボルト穴の縁部に強く押し付けられ、ボルト軸部とボルト穴の縁部との接触部の各表面状態などに起因して思わぬ大きな摩擦が生じる場合がある。このような状況において、ボルト座面に平行な横荷重をボルト頭部に付与しつつボルトを締め付けることは、より小さな締め付け回転トルクでボルトを締め込むことを可能とするという効果が十分に得られないことが考えられる。

このことに基づいて、第六の実施形態においては、横荷重付与手段が上記変位検出手段および上記横荷重制御手段を有することにより、ボルトを締め込む際に、ネジ面およびボル卜座面の面圧を意図的に偏らせた状態で、且つ、ポル卜頭部がボル卜座面に対して平行に摺動している状態で、ボルトを締め込むことを可能とする。ボル卜頭部がボルト座面に対して平行に摺動している状態においては、ボルト軸部が被締結部材に設けられたボルト穴の縁部に強く押し付けられていることはないものと考えられ、また、ボルトの締め付け回転トルクの低減を大きく阻害するような、ポルト軸部とボルト穴の縁部以外の他の箇所との接触もないものと考えられる。

よって、横荷重付与手段が上記変位検出手段および上記横荷重制御手段を有することにより、ポルトを締め込む際に、ネジ面およびポルト座面の面圧を意図的に偏らせた状態で、且つ、ボルト頭部がボルト座面に対して平行に摺動している状態で、ボルトを締め込むことを可能とする第六の実施形態によれば、例えば、ボルト座面に平行な横荷重が過大にボル卜頭部に付与されるが故に、ポルト軸部が被締結部材に設けられたボルト穴の縁部に強く押し付けられ、ポルト軸部とボルト穴の縁部との接触部の各表面状態などに起因して思わぬ大きな摩擦が生じることを防止することができる。

また、物体平面が並進力で直進滑りしている際においては、回転力を追加したときの該物体の回転方向の見掛けめ摩擦係数は非常に小さくなることが知られている。すなわち、物体が直進滑りしている際においては、物体が静止している際に該物体を回転させる場合と比較して、より小さな回転トルクで該物体を回転させることができることが知られている。

よって、ボルトを締め込む際に、ボルト座面に平行な横荷重がボルト頭部に付与されたことにより、ネジ面およびボルト座面の面圧の偏った状態がもたらされない状況下においても、横荷重付与手段が上記変位検出手段および上記横荷重制御手段を有することで、ボルト頭部がボルト座面に対して平行に摺動している状態でボルトを締め込むことを可能とする第六の実施形態によれば、ポルトを締め込む際に必要となる締め付け回転トルクを、ボルト頭部がボルト座面に対して平行に摺動していない状態でボルトを締め込む場合と比較して、より低減させることができ、ボルトを締め込む際にもたらされるボルト軸力の高軸力化を図ることが可能となる。

図 1 1 は、本発明のポルトの締め付け方法を実現するための第六の実施形態を示す図である。図 1 1 において、 1 3 1 は回転駆動機、 1 3 2 は回転制御器、 1 3 3 は回転軸、 1 3 4は電磁石装置、 1 3 5 は横荷重制御部、 1 3 6 は反力受け部、 1 3 7 は変位センサー、をそれぞれ示す。

図 1 1 に示す実施形態においては、ポルト頭部 2 にボルト締め付けの際に必要となる締め付け回転トルクを付与する役割を果す締め付け回転トルク付与手段は、回転駆動機 1 3 1 、回転制御器 1 3 2 および回転軸 1 3 3 を有する。回転駆動機 1 3 1 は、ボルト 1 を締め込む際に必要となる締め付け回転トルクを発生させる役割を果すものであり、電動式や圧縮空気式などの様々な形式の回転駆動機が使用されうる。回転制御器 1 3 2 は、回転駆動機 1 3 1 がもたらす締め付け回転トルクの大きさを制御する役割を果すものである。回転軸 1 3 3 は、回転駆動機 1 3 1 によりもたらされた締め付け回転トルクをソケット 7 に伝達する役割を果すものである。

締め付け回転トルク付与手段が、回転駆動機 1 3 1 および回転軸 1 3 3 を有することで、ボルトを締め付け際に締め付け回転トルクを回転駆動機 1 3 1 から回転軸 1 3 3 を介してソケット 7 に伝達することが可能となり、また、回転制御器 1 3 2 を有することで、ソケット 7 に伝達される締め付け回転トルクの大きさの制御することができ、これにより、ボルト 1 を破損させるような過剰な締め付け回転トルクのソケット 7への伝達を防止することが可能となる。

図 1 1 に示す実施形態においては、締め付け回転トルク付与手段によりボルト 1 を締め付ける際にソケッ卜 7 を介してボルト頭部 2 に、ボルト座面 8 に平行な横荷重を付与する役割を果す横荷重付与手段は、変位検出手段と横荷重制御手段と有する。

変位検出手段は、締め付け回転トルク付与手段によりボルト 1 が締付けられる際の、ポルト頭部 2 のボルト座面 8 に対する平行な動きを検出する役割を果すものである。本実施形態においては、変位検出手段は、ポルト 1 が締付けられる際のソケット 7 のボルト座面 8 に対する平行な動きの量すなわち変位量を検出する変位センサー 1 3 7 を有し、該変位センサ一 1 3 7から検出された情報、例えば変位量の変化状態等に基づいて、ボルト頭部 2のボルト座面 8 に対する平行な動きを検出するように構成される。

横荷重制御手段は、上記変位検出手段から検出されたボルト頭部 2 のボルト座面 8 に対する平行な動きに基づいて、ボルト頭部 2 に付与するボルト座面 8 に平行な横荷重を制御する役割を果すものである。本実施形態においては、横荷重制御手段は、電磁石装置 1 3 4、横荷重制御部 1 3 5および反力受け部 1 3 6 を有する。

電磁石装置 1 3 4は、ソケット 7 にボルト座面 8 に平行な横荷重を付与し、ソケット 7 をポルト座面 8 に対して平行に強制的に移動させる役割を果すものである。該電磁石装置 1 3 4は、任意の方向からソケット 7 に、ボルト座面 8 に平行な横荷重を付与できるように構成される。これにより、任意の方向からボルト頭部 2 に、ポル卜座面 8 に平行な横荷重を付与することが可能となる。

横荷重制御部 1 3 5 は、上記変位手段から検出されたポルト頭部 2のボルト座面 8 に対する平行な動きに基づいて、ソケット 7 に付与する電磁石装置 3 4による横荷重の大きさを制御する役割を果すものである。具体的には、横荷重制御部 1 3 5 は、ボルト 1 を締め込む際に、ネジ面 9およびボルト座面 8 の面圧を意図的に偏らせつつ、且つ、ボル卜頭部 2がボルト座面 8 に対して平行に摺動している状態でボルト 1 を締め込むことができるように、ソケッ卜 7 に付与する横荷重を制御する。

反力受け部 1 3 6 は、電磁石装置 1 3 4のボルト座面 8 に対する相対的な動きを防止する役割を果すものであり、本実施形態においては、ボルトを締め込む際に、電磁石装置 1 3 4が被締結体形状に合せて仮固定されるように構成される。

以下に、上記各構成要件を備える図 1 1 に示されたボルト締め付け装置において実行される、ボルト締め付けの制御ルーチンの一実施形態について説明する。図 1 2 は、図 1 1 に示された本発明に係るボルト締め付け装置において実行される、ポルト締め付けの制御ルーチンの一実施形態を示すフローチャート図である。

図 1 2 に示されるポルト締め付けの制御ルーチンにおいては、横荷重付与手段によりボルト頭部 2 に横荷重が付与され、変位センサ一 1 3 7からの検出情報に基づいてボルト頭部 2のポルト座面 8 に対する平行な動きの有無が検出され、該動きが有る状態にあるときに、ボルト頭部 2 に変位制御による横荷重が付与されつつ、ボルトの締め付けが実行される。また、ポルトの締め付け実行中に、ボルト頭部 2 のポルト座面 8 に対する平行な動きが無くなつたと判定された場合には、ボルト頭部 2 のボルト座面 8 に対する平行な動きをもたらすように、横荷重制御手段によりボル卜頭部 2 に対する横荷重の付与方向が変えられるように制御される。例えば、ボルト頭部

2 に付与される横荷重の方向が、現在まで付与されていた横荷重方向とまったく逆の方向とされるように制御される。これにより、ボルトを締め込む際に、ネジ面およびボルト座面の面圧を意図的に偏らせつつ、且つ、ポルト頭部がボルト座面に対して平行に摺動している状態で、ボルトを締め込むことが可能となる。以下に、図 1 2 に示される各ステップについて説明する。

ステップ 2 0 1 において、ボルト頭部 2がボルト座面 8 と接触するようにボルト頭部 2がポルト座面 8 に着座される。尚、ボルト頭部 2 とボルト座面 8 との間にワッシャー等が配置される場合には、該ワッシャー等にボルト頭部 ₂が接触されるようにボルト頭部 ₂が着座されることになる。ステップ 2 0 1 において、ボルト頭部 2がボルト座面 8 に着座されると、続くステップ 2 0 2 に進む。

ステップ 2 0 2 においては、横荷重付与手段によりボルト座面 8 に平行な横荷重がボルト頭部 2 に付与される。具体的には、横荷重付与手段により、ポルト座面 8 に平行な横荷重がソケット 7 に付与され、該横荷重がソケット 7 を介してボルト頭部 2 に伝達されることで、ボルト座面 8 に平行な横荷重がボルト頭部 2 に付与される。ステップ 2 0 2 において、ボルト頭部 2への横荷重の付与が開始されると、続くステップ 2 0 3 に進む。

ステップ 2 0 3 においては、変位センサー 1 3 7からの検出情報に基づいてポルト頭部 2 のボルト座面 8 に対する平行な動きの有無が検出され、該動きの開始が確認される。具体的には、変位センサ一 1 3 7 により、 m単位でのソケット 7 のボルト座面 8 に対する平行な動きの量すなわち変位量が検出され、この変位量の変化状態に基づいて、ポルト頭部 2 のポルト座面 8 に対する平行な動きが開始したこと、あるいは、該動きがあることが確認される。ここで、ボルト頭部 2 のポルト座面 8 に対する平行な動きがある状態とは、ボル卜頭部 2がボル卜座面 8 に対して接触しつつ平行に動いている状態、すなわち、ボルト頭部 2がボルト座面 8 に対して平行に摺動している状態に対応するものとする。ステップ 2 0 3 において、ボル卜頭部 2のポルト座面 8 に対する平行な動きが開始したことが確

¾ れると、続くステップ 2 0 4に進む。

ステツプ 2 0 4においては、変位制御による横荷重が横荷重制御手段によりポルト頭部 2 に付与されつつ、締め付け回転トルク付与手段によりボルトの締め付けが実行される。また、ボルトが締め付けられている際の横荷重の変化が監視される。ここで変位制御による横荷重とは、ボルト頭部 2のポルト座面 8 に対する単位時間当たりの平行な動きの量すなわち変位量が一定となるように制御される横荷重である。すなわち、ボルト頭部 2のポルト座面 8 に対する単位時間当たりの平行な動きの量すなわち変位量が一定となるように、横荷重制御手段により横荷重が制御される。本実施形態においては、ボルト頭部 2のボルト座面 8 に対する平行な動きの開始が確認されてからのポルト頭部 2 のポルト座面 8 に対する平行な動きは、ソケット 7 のボルト座面 8 に対する平行な動きに対応するものとして、変位検出センサー 1 3 7 より検出されたソケット 7 のボルト座面 8 に対する単位時間あたりの平行な動きの量が一定となるように、横荷重制御手段により横荷重が制御される。ボルトの締付けは、締め付け回転トルク付与手段により実行される。また、ボルトが締め付けられている際の横荷重の変化は、横荷重制御手段の横荷重制御器 1 3 5 により監視される。

ステップ 2 0 4 に続くステップ 2 0 5 においては、ステップ 2 0 4におけるボルトの締め付け実行中における、ポルト頭部 2のボルト座面 8 に対する平行な動きの停止の有無が判定される。ボルト頭部 2のボルト座面 8 に対する平行な動きの停止の有無の判定は、変位センサー 1 3 7から検出情報に基づいて変位検出手段により判定されてもよく、また、変位制御されている横荷重の急激な変化の有無により判定されてもよい。

ステップ 2 0 5 において、ボルトの締め付け実行中においてポルト頭部 2のボルト座面 8 に対する平行な動きの停止が確認されると、ステップ 2 0 6 に進み、横荷重制御手段によりボルト頭部 2 に対する横荷重の付与方向が変えられるように制御される。本実施形態においては、ボルト頭部 2 に付与される横荷重の方向が反転され、現在まで付与されていた横荷重方向とまったく逆の方向とされるように制御される。これにより、ポルトを締め込む際に、ネジ面およびボルト座面の面圧を意図的に偏らせつつ、且つ、ボルト頭部 2がポルト座面 8 に対して平行に摺動している状態で、ボルトを締め込むことが可能となる。

ステップ 2 0 5 において、ボルト頭部 2 のポルト座面 8 に対する平行な動きの停止が無いことが確認されると続くステップ 2 0 7 に進み、ボルトの締め付け回転トルクが所定値に達したか否かが、締め付け回転トルク付与手段の回転制御器 1 3 2 により判定される。ボルトの締め付け回転トルクが所定値に達したと判定されると、本制御ルーチンは終了される。

図 1 3 は、図 1 2 に示されるポルト締め付けの制御ルーチンが実行された際の、ソケット 7 のポルト座面 8 に対しての平行な動きすなわち変位の時間推移の一例を示す図である。図 1 3 に示される a領域は、ステップ 2 0 2 におけるソケット 7 の変位に対応する。ボルト頭部 2 にソケット 7が取り付けられ、ソケット 7 にボルト座面 8 に平行な横荷重が付与されると、まず、ボルト頭部と該ポルト頭部に係合するソケット 7 の係合面との隙間が無くなるまで、ソケット 7 はポルト頭部 2 に対して急激に動かされる。' そして、ボルト頭部 2 と該ボルト頭部 2 に係合するソケット 7 の係合面とが接触すると、ボルト頭部 2 のボルト座面 8 に対する平行な動きすなわち摺動が開始されまでの間、ソケット 7 のボルト座面に対する平行な動きは一時的に停滞する。

図 1 3 に示される b領域は、ステップ 2 0 3からステップ 2 0 4 に対応する。該 b領域においては、変位制御による横荷重が横荷重制御手段によりボルト頭部 2 に付与され、ポルト頭部 2がボルト座面 8 に対して平行に摺動されつつ、締め付け回転トルク付与手段によりボルトの締め付けが実行される。よって、ソケット 7 のポルト座面に対する平行な動きは、単位時間当たり一定に推移する。

図 1 3 に示される c領域は、ステップ 2 0 5 において、ポルト頭部 2 のボルト座面 8 に対する平行な動きの停止が確認された場合に対応する。この状況は、例えば、横荷重が過大にボルト頭部 2 に付与されるが故に、ボルト軸部が被締結部材に設けられたボルト穴の縁部に強く押し付けられ、ボルト頭部 2 のボルト座面 8 に対する平行な動きの停止したような場合が考えられる。

図 1 3 に示される d領域は、ステップ 2 0 6 に対応する。ポルトの締め付け実行中において、ボルト頭部 2のボルト座面 8 に対する平行な動きの停止が確認されると、ポルト頭部 2 に付与される横荷重の方向が反転され、現在まで付与されていた横荷重方向とまったく逆の方向とされるように制御される。よって、ソケット 7 のポルト座面 8 に対する平行な動きは、 b領域とは逆の動きとなる。以上、図 1 1 から図 1 3 を参照して説明された本発明のボルトの締め付け方法を実現するための第六の実施形態によれば、ボルトを締め込む際に、ネジ面およびポルト座面の面圧を意図的に偏らせつつ、且つ、ボルト頭部がボルト座面に対して平行に摺動している状態で、ボルトを締め込むことを可能とする。これにより、例えば、横荷重が過大にボルト頭部に付与されるが故に、ボルト軸部が被締結部材に設けられたボルト穴の縁部に強く押し付けられ、ボル卜軸部とボルト穴の縁部との接触部の各表面状態などに起因して思わぬ大きな摩擦が生じることを防止することができる。また、ボルトを締め込む際に必要となる締め付け回転トルクを、より低減させることができ、ポルトを締め込む際にもたらされるボルトの更なる高軸力化を図ることが可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . ボルト頭部と、雄ネジ部を備えるボルト軸部とを有するボルトを用いて、被締結体を締結する際のポルト締め付け方法において前記ポルトを締め付ける際にもたらされるネジ面およびボルト座面の面圧を意図的に偏らせるべく前記ボルト座面に平行な横荷重を前記ボルト頭部に付与した状態で、前記雄ネジ部を回転させる回転トルクを前記ボルト頭部に付与して前記ポルトを締め込む、

ことを特徴とするボルト締め付け方法。

2 . 前記雄ネジ部と係合する雌ネジ部は、該雌ネジ部の中心軸線が前記ポルト座面の垂線に対して傾斜して配設される、

とを特徴とする請求項 1 に記載のボル卜締め付け方法。

3 . 前記雄ネジ部と係合する雌ネジ部の中心軸線を前記ボル座面の垂線に対して傾斜させるベく、前記雌ネジ部のネジ山の一部に粒子が付着される、

とを特徴とする請求項 2 に記載のボル卜締め付け方法。

4 . 前記雄ネジ部は、該雄ネジ部の中心軸線が前記ボルト頭部の中心軸線に対して傾斜して形成される、

とを特徴とする請求項 1 に記載のボルト締め付け方法。

o . 前記ボルト軸部の前記横荷重に対する曲げ剛性を低減すベ < 記ボルト軸部は、その一部に穴部を有して形成される、とを特徴とする請求項 1 に記載のボルト締め付け方法。

6 . 前記ボルト座面に平行に付与される前記横荷重は、前記ネジ面および前記ボルト座面の面圧を意図的に偏らせつつ、且つ、前記ボルト頭部が前記ボルト座面に対して平行に摺動している状態で前記ボルトを締め込むことができるように制御される、ことを特徴とする請求項 1 に記載のボルト締め付け方法。

7 . ボルト頭部と、雄ネジ部を備えるボルト軸部とを有するボルトを用いて、被締結体を締結する際に使用するボルト締め付け装置において、

前記雄ネジ部を回転させる回転トルクを前記ボルト頭部に付与する締め付け回転トルク付与手段と、

前記締め付け回転トルク付与手段により前記雄ネジ部が回転される際に、もたらされるネジ面およびボルト座面の面圧を意図的に偏らせるべく、前記ポルト座面に平行な横荷重を前記ボルト頭部に付与する横荷重付与手段と、

を有する、ことを特徴とするボルト締め付け装置。

8 . 前記横荷重付与手段は、

前記締め付け回転トルク付与手段により前記ボルトが締付けられる際の、前記ボルト頭部の前記ボルト座面に対する平行な動きを検出する変位検出手段と、

該変位検出手段から検出された、前記ボルト頭部の前記ボルト座面に対する平行な動さにづレて、前記横荷重を制御する横荷重制御手段とを有し、

記ボルトを締めむ際に刖記ネジ面および前記ポルト座面の面圧を意図的に偏らせつつ且つ、前記ポルト頭部が前記ポルト座面に対して平行に摺動している状態で前記ボルトを締め込むことがでさるように、前記横荷重制御手段により前記横荷重を制御する、とを特徴とする求項 7 に記載のボルト締め付け装置。