JP6479248B1

JP6479248B1 - 締付装置

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Publication number: JP6479248B1
Application number: JP2018231251A
Authority: JP
Inventors: 智博緒方; 恭一小松; 聖司伊藤
Original assignee: Tohnichi Mfg Co Ltd
Current assignee: Tohnichi Mfg Co Ltd
Priority date: 2018-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2019-03-06
Anticipated expiration: 2038-12-11
Also published as: EP3785856A1; TW202021737A; EP3785856B1; WO2020121549A1; TWI693127B; CN112236266A; US20210146489A1; US11772213B2; JP2020093319A; CN112236266B; EP3785856A4

Abstract

【課題】本発明の目的は、目標締め付け力で締結体を精度よく締結でき、かつ自動化が容易なナットランナーを提供することである。
【解決手段】締付装置は、筒状であり、下端側の開口部で前記ナットを保持するドライブソケットと、有底の筒状であり、前記ドライブソケットの内側に配置され、底部に前記ボルトが通されるとともに、前記ドライブソケットが保持するナットの前記ネジ部の先端側への移動を前記底部によって規制するナットホルダーと、前記ナットホルダーの内側に配置され、下端面に、前記ネジ部における前記ナットよりも先端側が螺合するネジ穴があるテンションロッドと、前記引張力を検出するためのセンサと、前記テンションロッドを上下方向に延びる軸周りに回転させるための第１モータと、前記ドライブソケットを上下方向に延びる軸周りに回転させるための第２モータと、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、締付装置に関する。

自動車をはじめとした多くの機械構造物の組み立てや固定にボルト・ナット締結体（以下、締結体と記載）が用いられる。締結体の締め付け力が目標締め付け力より低いと、締結体に緩みが生じやすくなり、締結体の疲労強度が低下する。そのため、締結体を目標締め付け力で精度よく締結することが安全上重要である。

締結体の締め付けは、一般的にトルク法や回転角法で行われる。これらの方法は、締め付け力がばらつきやすく、目標締め付け力からのずれも＋−２０％〜５０％と大きくなりやすい。そのため、安全を考慮し、締結体は、大きな締め付け力を得やすい大きなサイズのもの、換言すると必要なサイズよりも大きなサイズのものが利用されやすい。このことが、被締結体における締結体の設置スペースの増大、ひいては被締結体の大型化や重量の増大につながっている。

そこで、本出願人は、締結体を目標締め付け力で精度よく締結できる特許文献１の締付装置を開発した。

特許第４３６３６６１号公報

特許文献１の装置は、ボルトのネジ部においてナットよりも先端側に雌ネジ部材を嵌め、ナットをナット押付け部材で上方から抑えながら、雌ネジ部材を締め付け方向に回転させる。該装置は、ネジ部にかかる引張力が目標締め付け力となるまで雌ネジ部材を回転させる。

続いて装置は、雌ネジ部材およびナットを同時に締め付け方向に回転させることで、引張力を維持しながらナットを締める。装置は、センサで検出されるネジ部の引張力に基づき、ボルトおよびナットによる締結体の締め付け力が目標締め付け力に到達したと判定すると、雌ネジ部材およびナットの回転を停止させる。これにより、装置は、締結体を目標締め付け力で精度よく締結できる。

上記装置では、モータの駆動力を遊星歯車機構およびクラッチを介して雌ネジ部材のみ、または雌ネジ部材およびナットに伝達する。しかし、装置では、駆動力の出力先の切り替えに、複数部材の着脱操作が必要である。部材の着脱操作を自動で行うためには複雑な機構が必要となるため、上記装置は、自動化の観点で改良の余地がある。

本発明の目的は、自動化が容易な締付装置を提供することである。

上記課題を解決するために、本願発明は、（１）被締結体に通されたボルトのネジ部において、前記被締結体を前記ボルトの頭部と共に締結するナットよりも先端側に引張力をかけた状態で、前記被締結体に対する締め付け力の大きさが前記引張力の大きさと同様になるように前記ナットを締結する締付装置であって、筒状であり、下端側の開口部で前記ナットを保持するドライブソケットと、有底の筒状であり、前記ドライブソケットの内側に配置され、底部に前記ボルトが通されるとともに、前記ドライブソケットが保持するナットの前記ネジ部の先端側への移動を前記底部によって規制するナットホルダーと、前記ナットホルダーの内側に配置され、下端面に、前記ネジ部における前記ナットよりも先端側が螺合するネジ穴があるテンションロッドと、前記引張力を検出するためのセンサと、前記テンションロッドを上下方向に延びる軸周りに回転させるための第１モータと、前記ドライブソケットを上下方向に延びる軸周りに回転させるための第２モータと、を備えることを特徴とする締付装置。

（２）前記第１モータ、前記テンションロッド、前記ナットホルダー、前記ドライブソケットは同軸状に配置され、前記第２モータは、前記第１モータの側方にあり、前記ドライブソケットの外周部には、前記第２モータからの駆動力が伝達される歯車部があることを特徴とする上記（１）に記載の締付装置。

本発明によれば、自動化が容易な締付装置を提供することができる。

締付装置を示す断面図である。（Ａ）〜（Ｃ）は仮締め処理を示す図である。（Ｄ）（Ｅ）は仮締め処理を示し、（Ｆ）は引張力の付加処理を示す図である。（Ｇ）〜（Ｊ）は引張力Ｐを付加した状態でのナットの着座処理を示す図である。（Ｋ）は、着座処理を示し、（Ｌ）は最終締め付け処理を示し、（Ｍ）（Ｏ）は締付装置の取り外し処理を示す図である。ナットを着座した状態からドライブソケットと共にネジ込み方向に回転させた際の引張力とボルト・ナット締結体の締め付け力の関係を示す図である。締め付け力が目標締め付け力となった状態からナットのみ締めた場合の引張力と締め付け力の関係を示す図である。

（締付装置１０の構成）
図１は、締付装置１０を示す断面図である。本明細書における上下左右は、図１の上下左右を指す。

締付装置１０は、ボルト・ナット締結体１の締結を目標締め付け力で精度良く、かつ自動で行う。ボルト・ナット締結体１は、被締結体１３の孔に通されるボルト１１と、ボルト１１のネジ部に螺合するナット１２とを備える。ナット１２は、被締結体１３をボルト１１の頭部と共に締結する。ボルト１１は、スタッドボルトであってもよい。スタッドボルトの一方の端部には、被締結体１３に当接する雌ネジ部材が螺合し、他方の端部にはナット１２が螺合すればよい。以下、締付装置１０の構成を説明した後、締付装置１０によるボルト・ナット締結体１の締結処理について説明する。

締付装置１０のケース４は、ボディ４１と、ボディ４１の下面に固定される凹状のベース４２とを備える。ケース４の下面からは、ナット１２を回転させるためのドライブソケット３１が突出する。

ドライブソケット３１は、円筒状で軸周りに回転可能に保持されるとともに、軸方向には固定される。ドライブソケット３１の下端側の開口部は、ナット１２を保持可能な六角や十二角の形状になっている。ドライブソケット３１は、該開口部にナット１２が嵌められて第２モータ３２に駆動されることにより、ナット１２を回転させる。

ドライブソケット３１の上部は、ベース４２内にあり、径方向に拡開する拡開部３１１となっている。拡開部３１１は、内側にベアリング３１２を収納する。拡開部３１１は、ベアリング３１３，３１４によって上下に挟まれる。これにより、ドライブソケット３１が軸方向に固定される。該ベアリング３１３，３１４は、ドライブソケット３１を軸周りに回転可能に保持する。上側のベアリング３１３は、止め輪３１５に抜け止めされる。拡開部３１１の外周には、第２モータ３２から駆動力が伝達される歯車部３１６がある。

第２モータ３２は、ボディ４１の上部において、ドライブソケット３１と径方向にずれた位置に取り付けられる。第２モータ３２は、後述する第１モータ２２の側方にある。

減速機３３は、ボディ４１において第２モータ３２の直下に取り付けられる。減速機３３は、第２モータ３２から入力される回転を減速して出力軸３３１から出力する。減速機３３は、例えば２段の遊星歯車機構であり、上下段の内歯車がボディ４１内に固定される。第２モータ３２の出力は、減速機３３の上段の太陽歯車、上段の一対の遊星歯車、上段の遊星キャリア、上段の遊星キャリアの出力軸上にある下段の太陽歯車、下段の一対の遊星歯車を介して下段の遊星キャリアに伝達され、下段の遊星キャリアの出力軸３３１から出力される。第２モータ３２の出力軸、上段の遊星キャリアの出力軸、下段の遊星キャリアの出力軸３３１は同軸状である。本明細書において、各要素が同軸状とは、各要素の中心軸が一致することを意味する。

出力軸３３１において、ベース４２内に配置される部位にピニオンギヤ３４が設けられる。ベース４２内において、ピニオンギヤ３４とドライブソケット３１の歯車部３１６の間には、アイドルギヤ３５が回転可能に設けられる。第２モータ３２の出力は、減速機３３、減速機３３のピニオンギヤ３４、アイドルギヤ３５を経て、ドライブソケット３１の歯車部３１６に伝達され、ドライブソケット３１を回転させる。出力軸３３１においてピニオンギヤ３４の上側および下側の部位は、ベアリング３４１，３４２に保持される。上側のベアリング３４２は止め輪３４３に抜け止めされる。

ナットホルダー２３は、有底の円筒状である。ナットホルダー２３は、ドライブソケット３１の内側に嵌められ、ドライブソケット３１に軸周りに回転可能に保持される。ナットホルダー２３の上部はベアリング３１２に保持される。ナットホルダー２３の上端の拡開するフランジ２３１は、拡開部３１１に支持されるとともに、上面がスラストベアリング２３２を介してセンサ２４に抑えられる。

ナットホルダー２３は、軸方向において、底部２３３がドライブソケット３１の下端から離れる設定位置に設けられる。底部２３３の中央には、ボルト１１が通る円孔２３４がある。ナットホルダー２３は、ボルト１１のネジ部に引張力をかける引張処理の際に、底部２３３によってナット１２の上方（ボルト１１のネジ部の先端側）への移動を規制する。

テンションロッド２１は、長手状で外形が円柱状である。テンションロッド２１は、ナットホルダー２３の内側に嵌められ軸周りに回転可能である。テンションロッド２１は、第１モータ２２の出力が入力される減速機２５の出力軸であり、軸方向において固定される。

テンションロッド２１、ナットホルダー２３、ドライブソケット３１は同軸状に設けられる。テンションロッド２１の下端面の中心には、ネジ穴２１１がある。ネジ穴２１１には、ボルト１１のネジ部が嵌められる。テンションロッド２１は、ボルト１１のネジ部において、ナット１２よりも先端側に嵌められる。

第１モータ２２は、ボディ４１の上部においてテンションロッド２１と同軸状に取り付けられる。

減速機２５は、ボディ４１の直下に取り付けられる。減速機２５は、第１モータ２２から入力される回転を減速してテンションロッド２１から出力する。減速機２５は、例えば減速機３３と同様の２段の遊星歯車機構である。第１モータ２２の出力軸およびテンションロッド２１は同一軸状となる。

テンションロッド２１を、ボルト１１に嵌められた状態で一方向に回転させると、ボルト１１に上方向の力（軸方向先端側に向かう力）がかかる。本明細書では、該一方向をネジ込み方向と呼び、ネジ込み方向と反対方向を緩み方向と呼ぶことがある。引張処理の際には、ナットホルダー２３によってナット１２を抑えながらテンションロッド２１をネジ込み方向に回転させる。これにより、ボルト１１に上方向の力がかかり、ボルト１１のネジ部に引張力をかけることができる。

センサ２４は、ボルト１１のネジ部にかかる引張力を検出するためのものである。センサ２４は、起歪体２４２と歪ゲージ２４３とを備える。起歪体２４２は、例えば金属製であり、中間部の肉厚が細くなった円筒状である。起歪体２４２は、テンションロッド２１の径方向外側、かつ減速機２５とナットホルダー２３との間に配置される。起歪体２４２の上部は、スラストベアリング２４１を介して減速機２５に抑えられる。起歪体２４２の下部は、スラストベアリング２３２を介してナットホルダー２３に支持される。歪ゲージ２４３は、起歪体２４２の中間部に取り付けられる。

引張処理の際に、起歪体２４２は、引張力と同等の上方向の力をナットホルダー２３から受け、弾性変形域内で圧縮方向に歪む。歪ゲージ２４３は、起歪体２４２の歪に応じて抵抗値を変化させ、コントローラ９への出力電圧を変化させる。コントローラ９は、歪ゲージ２４３の出力電圧の変化量に基づいて、ボルト１１のネジ部の引張力を算出する。なお、センサ２４の上下に設けられたスラストベアリング２４１，２３２は、センサ２４に、ナットホルダー２３からの上方向の力以外の不要な外乱が伝達されることを抑制する。センサ２４は、ボルト１１のネジ部の引張力の検出に利用できれば、適宜のものを利用できる。

コントローラ９は、第１モータ２２および第２モータ３２をそれぞれ独立して制御し、後述するボルト・ナット締結体１の締結処理等を行う。コントローラ９は、例えばＣＰＵ（central processing unit）がメモリ内のプログラムを読み込んで実行することにより締結処理を行う。コントローラ９は、第１モータ２２および第２モータ３２の回転位置、および第２モータ３２の出力トルクである帰還トルクを検出する。

第１モータ２２および第２モータ３２は、それぞれ例えば直流のＤＣ(Direct Current)サーボモータである。エンコーダにより第１モータ２２および第２モータ３２の回転位置および速度が検出され、コントローラ９に出力される。第１モータ２２および第２モータ３２に入力される電流値は、それぞれ電流センサに検出され、電流センサからコントローラ９に出力される。第１モータ２２および第２モータ３２に入力される各電流値は、第１モータ２２および第２モータ３２の各出力トルクと比例関係にあるので、以降、帰還トルクと記載する。第２モータ３２の帰還トルクは、後述の締結処理にて制御パラメータとして利用される。なお、第１モータ２２および第２モータ３２は、ＡＣ(Alternating Current)モータであってもよい。第１モータ２２および第２モータ３２の駆動制御に利用するパラメータを取得するためのセンサや回路は、適宜のものを利用できる。

コントローラ９は、不図示のディスプレイにて、ボルト・ナット締結体１の締結に係る各種の設定値等を表示する。コントローラ９は、ボタンやキー、タッチパネルである不図示の入力装置を介して、ユーザから設定値等の入力を受け付ける。コントローラ９は、外部の電源（コンセント）から電力が供給され、第１モータ２２や第２モータ３２等に電力を供給する。締付装置１０が、コントローラ９が組み込まれたコードレス式の場合には、締付装置１０にバッテリが設けられていてもよい。

（締結処理の説明）
以下、締付装置１０によるボルト・ナット締結体１の締結処理を説明する。

まず、図２（Ａ）に示すように、ドライブソケット３１に嵌められたナット１２がユーザ等によりボルト１１の先端に被せられた状態とされる。この状態で、コントローラ９は、不図示の入力装置にてユーザから締結処理の実行指示を受け付ける。

（仮締め処理）
コントローラ９は、最初に、ナット１２の仮締め処理を行う。コントローラ９は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、第１モータ２２および第２モータ３２を同時に駆動する。これにより、コントローラ９は、ドライブソケット３１およびテンションロッド２１をネジ込み方向に同回転数、回転させ、同期制御する。ナット１２とテンションロッド２１の雌ネジ部分のピッチは等しいので、ドライブソケット３１およびテンションロッド２１を同期制御することで、ドライブソケット３１およびナット１２を同時に同量、ボルト１１に螺合することができる。

図２（Ｃ）に示すようにナット１２が着座すると、第２モータ３２が受ける該第２モータ３２を回転させようとする力が急激に増大し、帰還トルクが急激に増大する。コントローラ９は、第２モータ３２の帰還トルクからナット１２の着座を判定すると、第１モータ２２および第２モータ３２の駆動を停止する。

ナット１２の着座により発生するボルト１１の引張方向の軸力を解除するため、コントローラ９は、図３（Ｄ）に示すように、第２モータ３２のみを駆動する。コントローラ９は、第２モータ３２を逆方向に駆動し、ドライブソケット３１を緩み方向に回転させる。これにより、ナット１２は、上方に移動し、図３（Ｅ）に示すように、被締結体１３から離れ、ナットホルダー２３の底部２３３に当接する。第２モータ３２の駆動量は、設定量とする。

（引張力Ｐの付加処理）
続いて、コントローラ９は、ボルト１１のネジ部への引張力Ｐの付加処理（第１ステップ）を行う。コントローラ９は、図３（Ｆ）に示すように、ナット１２が被締結体１３から浮いた状態で、第１モータ２２のみを駆動し、テンションロッド２１をネジ込み方向に回転させる。これにより、ボルト１１に上向きの力が作用する。ここで、ナットホルダー２３によってナット１２の上方への移動が規制され、ひいてはナット１２によりボルト１１の上方への移動が規制される。

図３（Ｆ）の拡大図に示すように、ボルト１１は、ネジ山がナット１２のネジ山に抑えられ、上方への移動が規制される。そのため、ボルト１１のネジ部に作用する上向きの力は、該ボルト１１のネジ部に引張力Ｐとして作用する。また、ボルト１１のネジ山の上方への移動を規制するナット１２のネジ山は、ボルト１１のネジ山間において下側に位置付けられる。そのため、ナット１２のネジ山の上面とボルト１１のネジ山の下面との間にバックラッシュが生じる。

コントローラ９は、引張力Ｐをセンサ２４で監視しながら引張力Ｐが目標締め付け力Ｆｃと等しい大きさになったと判定するまで第１モータ２２を駆動する。コントローラ９は、引張力Ｐが目標締め付け力Ｆｃと等しい大きさになったと判定すると第１モータ２２を停止する。この際、実際は、第１モータ２２のオーバーシュートにより、引張力Ｐは目標締め付け力Ｆｃより大きい過大目標締め付け力Ｆｃ‘になる。例えば目標締め付け力Ｆｃが１０ｋＮの場合、第１モータ２２は、引張力Ｐが過大目標締め付け力Ｆｃ‘である１１ｋＮとなる時点で停止する。

（引張力Ｐを付加した状態でのナット１２の着座処理）
続いて、コントローラ９は、引張力Ｐを付加した状態でのナット１２の着座処理（第２ステップ）を行う。まず、コントローラ９は、ボルト１１のネジ部の引張力Ｐを目標締め付け力Ｆｃとするために、図４（Ｇ）に示すように、先に第２モータ３２を駆動し、ドライブソケット３１のみをネジ込み方向に回転させる。これにより、ナット１２が下方に移動し、引張力Ｐが過大目標締め付け力Ｆｃ‘から低下する。

コントローラ９は、引張力Ｐが目標締め付け力Ｆｃまで低下すると、図４（Ｈ）に示すように、第１モータ２２も駆動し、ドライブソケット３１およびテンションロッド２１を同期制御する。同期制御により、テンションロッド２１およびナット１２は、互いの距離を保ったまま被締結体１３に近づいていく。そのため、この間、引張力Ｐは低下しない。

図６は、ナット１２を着座した状態からドライブソケット３１と共にネジ込み方向に回転させた際の引張力Ｐと、ボルト・ナット締結体１の締め付け力Ｆの関係を示す図である。なお、コントローラ９は、引張力Ｐのみを検出し、締め付け力Ｆは検出しない。

ナット１２の着座（図４（Ｉ））により締め付け力Ｆが生じ、ナット１２の締め付け方向への回転とともに締め付け力Ｆが増大する。ナット１２に対して下向きに作用する引張力Ｐ（ナットホルダー３１からの反力）に対し、ナット１２に対して上向きに作用する締め付け力Ｆ（被締結体１３からの反力）がある程度の大きさとなると、ナット１２がボルト１１に対して上方に移動しはじめる。すなわち、図４（Ｊ）に示すように、ナット１２のネジ山が上方に移動し始める。すると、テンションロッド２１およびナット１２の距離が短くなるため、引張力Ｐが急激に上昇し始める（図６参照）。

コントローラ９は、該引張力Ｐの急激な上昇を検出し、検出される引張力から締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃと同様のナット１２の着座状態になったと判定すると、図５（Ｋ）に示すように、第１モータ２２および第２モータ３２の駆動を停止する。この際、ナット１２のネジ山は、該ネジ山を上下に挟むボルト１１の各ネジ山から離れた位置に位置付けられる。また、本実施形態のように最終締付け処理を行う場合には、本判定は、締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃよりも僅かに小さくなる点で行われる。コントローラ９は、引張力Ｐの急激な上昇を、ｄＰ／ｄθが一定範囲に継続して収まることで検出してもよいし、ｄＰ／ｄθが設定値よりも大きくなることで検出してもよい。

以上のように、本処理では、引張力Ｐを目標締め付け力Ｆｃとした後、ナット１２を締め付け、締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃ（引張力Ｐ）と同様になった時に締め付けを終了する。これにより、本実施形態では、ボルト・ナット締結体１を目標締め付け力Ｆｃで精度よく締結できる。

しかし、本処理終了後の状態でテンションロッド２１をボルト１１から外すと、ナット１２に下向きに作用する引張力Ｐ（ナットホルダー３１からの反力）が無くなり、ナット１２には上向きの締め付け力Ｆ（被締結体１３からの反力）が作用する。ナット１２のネジ山と、該ネジ山の上側にあるボルト１１のネジ山との間には隙間があるため、締め付け力Ｆにより、該隙間分、ナット１２が上方に移動してしまう。そして、ナット１２が上方に移動することにより、締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃと同様の状態から低下してしまう。

（最終締め付け処理）
そこで、コントローラ９は、ナット１２のネジ山と、該ネジ山の上側にあるボルト１１のネジ山との隙間を無くす最終締め付け処理を行う。コントローラ９は、図５（Ｌ）に示すように、第２モータ３２のみを駆動し、ドライブソケット３１のみをネジ込み方向に回転させ、ナット１２を締める。

図７は、締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃとなった状態からナット１２のみ締めた場合の引張力Ｐと締め付け力Ｆの関係を示す図である。

ナット１２のみを締めると、締め付け力Ｆが増大し、これによりナット１２のネジ山がボルト１１のネジ山に対して上方に移動する。ナット１２のネジ山が上方に移動し、ボルト１１のネジ山との隙間を埋めていく間は、引張力Ｐおよび締め付け力Ｆは、ほぼ一定に推移する。詳細には、ナット１２が僅かではあるが締結されるために、締め付け力Ｆは僅かに増大する。また、ボルト１１におけるテンションロッド２１とナット１２との距離が僅かではあるが伸びるために引張力Ｐは低下する。

ナット１２のネジ山が上方に移動してボルト１１のネジ山との隙間がなくなり、ボルト１１のネジ山に密接すると、ナット１２とボルト１１のネジ山は弾性変形し始める。この弾性変形が開始する時点で締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃとなる。このようになるように、前段のナット１２の着座処理におけるテンションロッド２１およびナット１２の駆動停止の判定ポイントが設定されている。弾性変形が始まると、ナット１２とテンションロッド２１との距離が伸び始めることにより、引張力Ｐが急激に低下する。また、締め付け力Ｆが急激に上昇する。コントローラ９は、該引張力Ｐの急激な低下を検出し、第２モータ３２の駆動を停止する。本処理により、締め付け力Ｆを大略目標締め付け力Ｆｃに維持した状態で、ナット１２のネジ山を、上側にあるボルト１１のネジ山で抑えた状態にできる。

（締付装置１０の取り外し処理）
最後に、コントローラ９は、締付装置１０の取り外し処理を行う。図５（Ｍ）に示すように、コントローラ９は、第１モータ２２のみを駆動する。コントローラ９は、第１モータ２２を逆方向に駆動し、テンションロッド２１を、ボルト１１から外れるまで緩み方向に回転させる。これにより、ボルト１１のネジ部にかかる引張力Ｐが解除される。

引張力Ｐの解除により、ナット１２には、上向きの締め付け力Ｆ（被締結体１３からの反力）がかかる。しかし、ナット１２のネジ山がボルト１１のネジ山によって上側から抑えられた状態なので、ナット１２は上方に移動することがなく、締め付け力Ｆは、弾性変形により増大した分が無くなり、目標締め付け力Ｆｃに戻った状態で維持される。

従って、以上の締結処理により、締付装置１０は、自動でボルト・ナット締結体１を目標締め付け力Ｆｃで締結できる。その後、ユーザにより、図５（Ｏ）に示すように、締付装置１０がボルト１１から外される。

（効果）
本発明では、ナットホルダー２３でナット１２を抑えながらテンションロッド２１およびナット１２の回転制御を行うことで、ボルト・ナット締結体１を目標締め付け力で精度よく締結できる。本発明では、センサ２４にて検出される引張力Ｐを監視しながら、テンションロッド２１およびナット１２を回転させるための第１、第２モータ２２，３２を駆動制御することで、ボルト・ナット締結体１の締結処理を実行できる。従って、本発明は自動化が容易である。

本発明では、第１モータ２２、テンションロッド２１、ナットホルダー２３、およびドライブソケット３１が同軸状に配置されるので、締付装置１０をコンパクトにできる。

本発明では、コントローラ１は、ボルト・ナット締結体１の締結処理として、ボルト１１のネジ部への引張力Ｐの付加処理（第１ステップ）を行う。該処理では、コントローラ１は、ナット１２が被締結体１３から浮いた状態で、引張力Ｐが目標締め付け力Ｆｃと等しい大きさになったと判定するまで、テンションロッド２１を、ボルト１１に対する締め付け方向に回転させる。また、コントローラ１は、締結処理として、ナット１２の着座処理（第２ステップ）を行う。該処理では、コントローラ１は、ボルト１１のネジ部に引張力Ｆｃをかけた状態で、検出される引張力Ｐから締め付け力Ｆが目標締め付け力Ｆｃと同様のナット１２の着座状態になったと判定するまで、テンションロッド２１およびナット１２を締め付け方向に回転させる。これにより、本発明では、ボルト・ナット締結体１を目標締め付け力Ｆｃと同様の大きさの締め付け力Ｆで締結することを、自動で行うことができる。

本発明では、コントローラ１は、引張力Ｐの付加処理（第１ステップ）において、引張力Ｐが目標締め付け力Ｆｃに達すると第１モータ２２の駆動を停止する。この際、第１モータ２２のオーバーシュートにより、引張力Ｐは、目標締め付け力Ｆｃより大きい過大目標締め付け力Ｆｃ‘となる。そこで、コントローラ１は、ナット１２の着座処理（第２ステップ）では、始めに、ナット１２のみを回転させ、引張力Ｐが目標締め付け力Ｆｃまで低下したと判定した時にテンションロッド２１も回転させ始める。これにより、本発明では、引張力Ｐの目標締め付け力Ｆｃへの補正、およびナット１２の着座・締結を連続して行うことができ、処理時間を短縮できる。

（変形例）
ナットホルダー２３の底部２３３は、ナット１２を上側から抑えることができ、かつボルト１１を通すことができればどのような形態でもよい。底部２３３は、例えばナットホルダー２３の下端の開口部の縁から中心軸近辺に向かって延びる複数の突起部を備えていてもよい。

（締付装置１００の他の使用例）
上述の実施形態では、ボルト・ナット締結体１を新規に締め付ける際に締付装置１０を使用したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば、軸力検出工程において軸力不足と判別された既存のボルト・ナット締結体１の再締め付けを行うときに用いることもできる。実施形態と同様、締付装置１０は、締結済みのボルト１１に目標締め付け力Ｆｃと同様の引張力をかけ、テンションロッド２１およびナット１２を締め付け方向に回転させて締め付け力Ｆを略目標締め付け力Ｆｃとした後、最終締め付け処理を行えばよい。例えば、フランジ形状の多軸ワーク（被締結体）に対して、順番にボルト締めを行うと、初期に締結したボルトの軸力が低下することがある。この場合、締付装置１０でボルト締めした後、ボルトを引っ張ることでボルトの軸力を検出することができる。なお、軸力検出の理論は、特許第４０２８２５４号公報に記載されているから、詳細な説明を省略する。軸力検出の結果、軸力不足と判別された場合には、締付装置１０による再締め付けを行うことにより、さらに信頼性の高い軸力管理が可能となる。また、本実施形態の締付装置１０を複数配列して（例えば、マトリクス状に配列して）、複数のボルト・ナット締結体１の締め付け作業を同時に行うこともできる。例えば、エンジンのシリンダーヘッドボルトのような多軸ワークの場合でも、締付装置１０による同時締付けが可能となり、製品全体の軸力が安定して、製品の品質が向上する。

前記実施形態および変形例は単なる例示であり、本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。前記実施形態および変形例の構造および方法は、追加でき、また代替の構成を得るために様々な方法で組み合わせることができる。本明細書に例示されたボルト・ナット締結体１の締結処理は、複数処理を含むところ、本明細書に開示されたものよりも多い、または少ない処理を含み得る。例えば、ある一処理の前に、同時にまたは後に特定の一処理を実行することは、本明細書の開示範囲内である。

本明細書に例示されたボルト・ナット締結体１の締結処理にて、ユーザが行う工程部分を機械に置き換えたものも本明細書の開示範囲内である。

前記実施形態では、ボルト・ナット締結体１の締結処理にて、ボルト１１に対してナット１２を略目標締付け力Ｆｃで締結した後、テンションロッド２１を外す。この際に締め付け力Ｆの目標締付け力Ｆｃへの調整および目標締付け力Ｆｃの維持のために、ナット１２のみを締める最終締め付け処理を行う。しかし、締付装置１０が、ボルト１１にテンションロッド２１を残したままとする構成の場合には、最終締め付け処理は不要にできる。この場合、テンションロッド２１は、雌ネジによりボルト１１に引張力を付加できる引張部材であればよく、キャップ状であってもよい。この場合、ナット１２の着座処理にて、締め付け力Ｆを目標締付け力Ｆｃにする。このような態様も、本明細書の開示範囲内である。

９コントローラ
１０締付装置
１１ボルト
１２ナット
１３被締結体
２１テンションロッド
２２第１モータ
２３ナットホルダー
３１ドライブソケット
３２第２モータ
２３４ネジ穴
３１６歯車部

Claims

被締結体に通されたボルトのネジ部において、前記被締結体を前記ボルトの頭部と共に締結するナットよりも先端側に引張力をかけた状態で、前記被締結体に対する締め付け力の大きさが前記引張力の大きさと同様になるように前記ナットを締結する締付装置であって、
筒状であり、下端側の開口部で前記ナットを保持するドライブソケットと、
有底の筒状であり、前記ドライブソケットの内側に配置され、底部に前記ボルトが通されるとともに、前記ドライブソケットが保持するナットの前記ネジ部の先端側への移動を前記底部によって規制するナットホルダーと、
前記ナットホルダーの内側に配置され、下端面に、前記ネジ部における前記ナットよりも先端側が螺合するネジ穴があるテンションロッドと、
前記引張力を検出するためのセンサと、
前記テンションロッドを上下方向に延びる軸周りに回転させるための第１モータと、
前記ドライブソケットを上下方向に延びる軸周りに回転させるための第２モータと、
を備えることを特徴とする締付装置。
前記第１モータ、前記テンションロッド、前記ナットホルダー、前記ドライブソケットは同軸状に配置され、
前記第２モータは、前記第１モータの側方にあり、
前記ドライブソケットの外周部には、前記第２モータからの駆動力が伝達される歯車部があることを特徴とする請求項１に記載の締付装置。