(57)【要約】【課題】ボルトの締結量を適正値に設定して正確なボルト締結を行い得るようにする。【解決手段】ボルト締結手段６を使用したボルトの締結時に、ボルトの所定締結角度間隔毎に締結トルクを検出してボルトの締結トルクと締結角度との比からなるトルク勾配を第１，第２トルク勾配演算手段１４，１５において演算するとともに、各トルク勾配の演算値を積算して平均化した後、このトルク勾配の積算平均値に基づいて締結量制御手段１６によりボルトの締結量を制御するボルト締結方法及びその装置。【選択図】　図１
2004074307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルト締結手段を使用したボルトの締結時に、ボルトの所定締結角度間隔毎に締結トルクを検出してボルトの締結トルクと締結角度との比からなるトルク勾配を演算するとともに、各トルク勾配の演算値を積算して平均化した後、このトルク勾配の積算平均値に基づいてボルトの締結量を制御することを特徴とするボルト締結方法。
【請求項２】
軸受キャップと取付ボディとの間に軸孔を加工した後、この軸孔にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルを装着した状態で、上記取付ボディに軸受キャップをボルトより締結する際に、上記ボルトの締結によりクラッシュハイトを潰す段階で演算されるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配と、これに続く上記半割メタル及び軸受キャップの締結段階で演算されるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配との少なくとも一方を、上記トルク勾配の積分平均化により演算し、上記第２トルク勾配の演算値に基づいてボルト締結時の理論着座点を求めるとともに、上記第１，第２トルク勾配の演算値に基づいて両トルク勾配の変曲点を求め、この変曲点と上記第２トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求めた後、上記理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づいてボルトの締結量を制御することを特徴とする請求項１記載のボルト締結方法。
【請求項３】
ボルト締結手段を使用したボルト締結時の初期段階におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配と、これに続くボルト締結時におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配とが異なる場合において、上記ボルト締結の初期段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配を演算するとともに、この第１トルク勾配の締結領域から上記第２トルク勾配の締結領域に移行する過程でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる中間トルク勾配を演算し、この中間トルク勾配の演算値と上記第１トルク勾配の演算値とに基づいて第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点を求めるとともに、この変曲点と上記中間トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求め、かつ上記第２トルク勾配の締結領域に移行した後にボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配を演算し、この第２トルク勾配に基づいてボルト締結時の理論着座点を求めた後に、この理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づいてボルトの締結量を制御することを特徴とするボルト締結方法。
【請求項４】
軸受キャップと取付ボディとの間に軸孔を加工した後、この軸孔にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルを装着した状態で、上記取付ボディに軸受キャップをボルト止めして取り付ける際に、このボルトの締結によりクラッシュハイトを潰す段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配を演算した後、これに続く上記半割メタル及び軸受キャップの締結領域に移行する過程でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる中間トルク勾配を演算するとともに、上記半割メタル及び軸受キャップの締結領域に移行した段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配を演算することを特徴とする請求項３記載のボルト締結方法。
【請求項５】
軸受キャップを取付ボディにボルトにより締結した状態で、両者の間に軸孔を加工した後、上記取付ボディから軸受キャップを取り外して、上記軸孔にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルを装着した状態で、上記取付ボディに軸受キャップをボルト止めして取り付ける際に、上記軸孔の加工時におけるボルト締結量に基づいてボルトの初期締結量を設定することを特徴とする請求項２または４記載のボルト締結方法。
【請求項６】
ボルト締結手段を使用したボルトの締結時に、ボルトの所定締結角度間隔毎に締結トルクを検出してボルトの締結トルクと締結角度との比からなるトルク勾配を演算するとともに、各トルク勾配の演算値を積算して上記トルク勾配の平均値を演算するトルク勾配平均値演算手段と、このトルク勾配の積算平均値に基づいてボルトの締結量を制御する締結量制御手段とを備えたことを特徴とするボルト締結装置。
【請求項７】
軸受キャップと取付ボディとの間に軸孔を加工した後、この軸孔にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルを装着した状態で、上記取付ボディに軸受キャップをボルト止めして取り付ける際に、このボルトの締結によりクラッシュハイトを潰す段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配を演算する第１トルク勾配演算手段と、上記半割メタル及び軸受キャップの締結段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配を演算する第２トルク勾配演算手段と、この第２トルク勾配の演算値に基づいてボルト締結時の理論着座点を求めるとともに、上記第１，第２トルク勾配の演算値に基づいて両トルク勾配の変曲点を求め、この変曲点と上記第２トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求めた後、上記理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づいてボルトの締結量を制御する締結量制御手段とを備え、上記第１トルク勾配演算手段及び第２トルク勾配演算手段の少なくとも一方を上記トルク勾配平均値演算手段により構成したことを特徴とする請求項６記載のボルト締結装置。
【請求項８】
ボルト締結手段を使用したボルト締結時の初期段階におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配と、これに続くボルト締結時におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配とが異なる場合において、上記ボルト締結の初期段階におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配を求める第１トルク勾配演算手段と、この第１トルク勾配の締結領域から上記第２トルク勾配の締結領域に移行する過程でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる中間トルク勾配を求める中間トルク勾配演算手段と、上記第２トルク勾配の締結領域に移行した段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配を演算する第２トルク勾配演算手段と、上記第１トルク勾配の演算値と中間トルク勾配の演算値とに基づいて両トルク勾配の変曲点を求め、この変曲点と上記中間トルク勾配とに基づいてボルトの初期締結量に対する増締量を求めるとともに、上記第２トルク勾配に基づいてボルト締結時の理論着座点を求め、この理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づいてボルトの締結量を制御する締結量制御手段とを備えたことを特徴とするボルト締結装置。
【請求項９】
軸受キャップを取付ボディにボルト止めした状態で、軸受キャップと取付ボディとの間に軸孔を加工した後、上記軸受キャップを取付ボディから取り外すとともに、上記軸孔にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルを装着した状態で、上記取付ボディに軸受キャップをボルト止めして取り付ける際に、このボルトの締結によりクラッシュハイトを潰す段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配を第１トルク勾配演算手段により求めるとともに、これに続く上記半割メタル及び軸受キャップの締結領域に移行する過程でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる中間トルク勾配を中間トルク勾配演算手段により求め、かつ上記半割メタル及び軸受キャップの締結領域に移行した段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配を第２トルク勾配演算手段により求めることを特徴とする請求項８記載のボルト締結装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボルト締結手段を使用したボルト締結方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば特開平２−４１８３０号公報に示されるように、エンジンの構成部品であるクランク軸を支持する軸受キャップを、シリンダボディ等からなる取付ボディに組み付ける軸受キャップの組み付け方法において、取付ボディと軸受キャップとをボルト締結して両者の間に軸孔を加工して形成し、次いで取付ボディから軸受キャップを取り外した後に、上記軸孔にクラッシュハイトを有するとともに、軸孔の周面に沿って円環を構成する一対の半割メタルを装着した状態で、上記半割メタルのクラッシュハイトを潰す過程におけるボルトの締結トルクと締結角度との相関を表す一次関数を得るための第１の締結工程と、この第１の締結工程に連続して、上記半割メタル及び軸受キャップの両方を締結する過程における締結トルクと締結角度との相関を表す一次関数を得るための第２の締結工程と、予め行った上記第１，第２工程で得られた２つの一次関数からボルトの増締量を算定し、この増締量を軸孔加工時の締結量に加算した全締結量で軸受キャップ取付ボディに止め付ける第３の締結工程とを一連に連続して行うことにより、上記クランク軸と半割メタルとの間に適正なクリアランスを維持しつつ、上記軸孔の真円度を確保できるようにすることが行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報に示されるように、半割メタルのクラッシュハイトを潰す第１工程で求められたボルトの締結トルクと締結角度との相関を表す一次関数と、上記半割メタル及び軸受キャップの両方を締結する第２工程で求められた一次関数とからボルトの増締量を算定するように構成された軸受キャップの組付方法によれば、上記両関数が正確な一次関数となり、図１７に示すように、上記ボルトの締結トルクＴと締結角度θとの比からなる第１，第２トルク勾配α，βがそれぞれ線形になる場合には、上記第１工程における第１トルク勾配αと、第２工程における第２トルク勾配βとの変曲点Ｘを正確に求めることができるとともに、この変曲点Ｘの座標と、上記第２トルク勾配βとに基づき、ボルト締結時の理論着座点θｏと、上記クラッシュハイトを潰すのに要したボルトの軸力に対応したボルトの増締量θｍを正確に求めることができる。
【０００４】
したがって、上記ボルト締結時の理論着座点θｏと、上記軸孔の加工時におけるボルトの締結量に対応した初期締結量に上記増締量θｍを加算してなる最終締結量とに基づいてボルトの締結量を制御することにより、上記軸孔の加工時におけるボルトの締結力と、同じ締結力を上記軸受キャップの取付時に作用させることができ、これによって上記クランク軸と半割メタルとの間における軸受クリアランスを適正値に設定することが可能であるとともに、半割メタルが装着された軸孔の真円度を確保することが可能である。
【０００５】
しかし、実際のボルト締結現場において実測される上記第１トルク勾配及び第２トルク勾配は非線形になる傾向があり、例えば、図６に示すように、ボルト締結の初期段階における第１トルク勾配αの締結領域から、これに続く第２トルク勾配βの締結領域に移行する際に、トルク勾配が徐々に変化するような場合に、上記第１トルク勾配αと第２トルク勾配βとの変曲点の近傍に設定された締結トルクＴ３，Ｔ４の間において第２トルク勾配βを求めるとともに、この勾配βを有する直線ｂに基づいて上記ボルト締結時の理論着座点θｂを演算すると、この理論着座点θｂの演算値と、本来の理論着座点θｏ′との間に、上記トルク勾配の変化に対応した演算誤差が生じることが避けられない。このため、上記理論着座点θｂの演算値に基づくボルトの締結制御を実行すると、ボルト締結力の過不足が発生して、上記軸受のクリアランスを適正値に設定することができなくなる等の問題がある。
【０００６】
また、図７に示すように、半割メタルのクラッシュハイトを潰す過程で第１トルク勾配αが曲線的に変化するような特性を有している場合に、ボルトの締結トルクＴが所定値となる時点における第１トルク勾配αを求めるとともに、この第１トルク勾配αを有する直線ｃと、第２トルク勾配βを有する直線ｂとに基づいて上記第１トルク勾配αと第２トルク勾配βの交点Ｘｃを演算すると、この交点Ｘｃの演算値と、本来の交点Ｘ′との間に、上記特性に対応した演算誤差が生じることが避けられない。このため、上記交点Ｘｃの座標に基づいて上記クラッシュハイトを潰すのに要したボルトの締結量に対応したボルトの増締量θｃを演算すると、ボルトの増締量θｃが過大な値となって必要以上に大きなボルト締結力が付与される等の問題がある。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑み、ボルトの締結量を適正値に設定して正確なボルト締結を行うことができるボルト締結方法及びその装置を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、ボルト締結手段を使用したボルトの締結時に、ボルトの所定締結角度間隔毎に締結トルクを検出してボルトの締結トルクと締結角度との比からなるトルク勾配を演算するとともに、各トルク勾配の演算値を積算して平均化した後、このトルク勾配の積算平均値に基づいてボルトの締結量を制御するものである。
【０００９】
この構成によれば、ボルトの締結角度が変化するのに対応して上記トルク勾配が非線形的に変動する場合においても、このトルク勾配の変動の影響を受けることなく、上記ボルトの締結量の制御が適正に実行されることになる。
【００１０】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載のボルト締結方法において、軸受キャップと取付ボディとの間に軸孔を加工した後、この軸孔にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルを装着した状態で、上記取付ボディに軸受キャップをボルトより締結する際に、上記ボルトの締結によりクラッシュハイトを潰す段階で演算されるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配と、これに続く上記半割メタル及び軸受キャップの締結段階で演算されるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配との少なくとも一方を、上記トルク勾配の積分平均化により演算し、上記第２トルク勾配の演算値に基づいてボルト締結時の理論着座点を求めるとともに、上記第１，第２トルク勾配の演算値に基づいて両トルク勾配の変曲点を求め、この変曲点と上記第２トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求めた後、上記理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づいてボルトの締結量を制御するものである。
【００１１】
この構成によれば、上記ボルトの締結によりクラッシュハイトを潰す段階における第１トルク勾配及び半割メタル及び軸受キャップの締結段階における第２トルク勾配が曲線的に変化する場合、または第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点の近傍においてトルク勾配が徐々に変化するような場合においても、上記第２トルク勾配の演算値に基づいてボルト締結時の理論着座点を正確に求めることができ、あるいは上記第１，第２トルク勾配の演算値に基づいて両トルク勾配の変曲点を正確に求め、この変曲点と上記第２トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求めることが可能となる。このため、上記ボルト締結時の理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づき、半割メタル及び軸受キャップの取付時におけるボルトの締結量の制御が適正に実行されることになる。
【００１２】
請求項３に係る発明は、ボルト締結手段を使用したボルト締結時の初期段階におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配と、これに続くボルト締結時におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配とが異なる場合において、上記ボルト締結の初期段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配を演算するとともに、この第１トルク勾配の締結領域から上記第２トルク勾配の締結領域に移行する過程でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる中間トルク勾配を演算し、この中間トルク勾配の演算値と上記第１トルク勾配の演算値とに基づいて第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点を求めるとともに、この変曲点と上記中間トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求め、かつ上記第２トルク勾配の締結領域に移行した後にボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配を演算し、この第２トルク勾配に基づいてボルト締結時の理論着座点を求めた後に、この理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づいてボルトの締結量を制御するものである。
【００１３】
この構成によれば、上記第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点の近傍においてトルク勾配が徐々に変化するような場合においても、上記第２トルク勾配の演算値に基づいてボルト締結時の理論着座点を正確に求めることができるとともに、上記第１トルク勾配の演算値及び中間トルク勾配の演算値に基づいて第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点を正確に求め、この変曲点と中間トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求めることができ、上記理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づくボルトの締結量の制御が適正に実行されることになる。
【００１４】
請求項４に係る発明は、上記請求項３記載のボルト締結方法において、軸受キャップと取付ボディとの間に軸孔を加工した後、この軸孔にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルを装着した状態で、上記取付ボディに軸受キャップをボルト止めして取り付ける際に、このボルトの締結によりクラッシュハイトを潰す段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配を演算した後、これに続く上記半割メタル及び軸受キャップの締結領域に移行する過程でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる中間トルク勾配を演算するとともに、上記半割メタル及び軸受キャップの締結領域に移行した後に、ボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配を演算するものである。
【００１５】
この構成によれば、上記クラッシュハイトを潰す段階における第１トルク勾配と、これに続く半割メタル及び軸受キャップの締結領域における第２トルク勾配との変曲点の近傍においてトルク勾配が徐々に変化するような場合においても、上記第２トルク勾配の演算値に基づいてボルト締結時の理論着座点を正確に求めることができるとともに、上記第１トルク勾配の演算値と中間トルク勾配の演算値に基づいて第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点を正確に求め、この変曲点と中間トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求めることが可能となる。このため、上記理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づき、半割メタル及び軸受キャップの取付時におけるボルトの締結量の制御が適正に実行されることになる。
【００１６】
請求項５に係る発明は、上記請求項２または４記載のボルト締結方法において、軸受キャップを取付ボディにボルトにより締結した状態で、両者の間に軸孔を加工した後、上記取付ボディから軸受キャップを取り外して、上記軸孔にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルを装着した状態で、上記取付ボディに軸受キャップをボルト止めして取り付ける際に、上記軸孔の加工時におけるボルト締結量に基づいてボルトの初期締結量を設定するものである。
【００１７】
この構成によれば、上記軸孔にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルを装着した状態で、上記取付ボディに軸受キャップをボルト止めして取り付ける際に、上記ボルトの初期締結量に増締量を加算して最終締結量を求めることにより、上記軸孔の加工時と同一の締め付け力で上記軸受キャップ及び半割メタルの取付が行われることになる。
【００１８】
請求項６に係る発明は、ボルト締結手段を使用したボルトの締結時に、ボルトの所定締結角度間隔毎に締結トルクを検出してボルトの締結トルクと締結角度との比からなるトルク勾配を演算するとともに、各トルク勾配の演算値を積算して上記トルク勾配の平均値を演算するトルク勾配平均値演算手段と、このトルク勾配の積算平均値に基づいてボルトの締結量を制御する締結量制御手段とを備えたものである。
【００１９】
この構成によれば、ボルトの締結角度が変化するのに対応して上記トルク勾配が非線形的に変動する場合においても、このトルク勾配の変動の影響を受けることなく、上記ボルトの締結量の制御が適正に実行されることになる。
【００２０】
請求項７に係る発明は、上記請求項６記載のボルト締結装置において、軸受キャップと取付ボディとの間に軸孔を加工した後、この軸孔にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルを装着した状態で、上記取付ボディに軸受キャップをボルト止めして取り付ける際に、このボルトの締結によりクラッシュハイトを潰す段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配を演算する第１トルク勾配演算手段と、上記半割メタル及び軸受キャップの締結段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配を演算する第２トルク勾配演算手段と、この第２トルク勾配の演算値に基づいてボルト締結時の理論着座点を求めるとともに、上記第１，第２トルク勾配の演算値に基づいて両トルク勾配の変曲点を求め、この変曲点と上記第２トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求めた後、上記理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づいてボルトの締結量を制御する締結量制御手段とを備え、上記第１トルク勾配演算手段及び第２トルク勾配演算手段の少なくとも一方を上記トルク勾配平均値演算手段により構成したものである。
【００２１】
この構成によれば、上記ボルトの締結によりクラッシュハイトを潰す段階における第１トルク勾配及び半割メタル及び軸受キャップの締結段階における第２トルク勾配が曲線的に変化する場合、または第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点の近傍においてトルク勾配が徐々に変化するような場合においても、上記第２トルク勾配の演算値に基づいてボルト締結時の理論着座点を正確に求めることができ、あるいは上記第１，第２トルク勾配の演算値に基づいて両トルク勾配の変曲点を正確に求め、この変曲点と上記第２トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求めることが可能となる。このため、上記理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づき、半割メタル及び軸受キャップの取付時におけるボルトの締結量の制御が適正に実行されることになる。
【００２２】
請求項８に係る発明は、ボルト締結手段を使用したボルト締結時の初期段階におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配と、これに続くボルト締結時におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配とが異なる場合において、上記ボルト締結の初期段階におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配を求める第１トルク勾配演算手段と、この第１トルク勾配の締結領域から上記第２トルク勾配の締結領域に移行する過程でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる中間トルク勾配を求める中間トルク勾配演算手段と、上記第２トルク勾配の締結領域に移行した段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配を演算する第２トルク勾配演算手段と、上記第１トルク勾配の演算値と中間トルク勾配の演算値とに基づいて両トルク勾配の変曲点を求め、この変曲点と上記中間トルク勾配とに基づいてボルトの初期締結量に対する増締量を求めるとともに、上記第２トルク勾配に基づいてボルト締結時の理論着座点を求め、この理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づいてボルトの締結量を制御する締結量制御手段とを備えたものである。
【００２３】
この構成によれば、上記第１トルク勾配と第２トルク勾配の変曲点との近傍においてトルク勾配が徐々に変化するような場合においても、上記第２トルク勾配の演算値に基づいてボルト締結時の理論着座点を正確に求めることができるとともに、上記第１トルク勾配の演算値と中間トルク勾配の演算値とに基づいて第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点を正確に求め、この変曲点と上記中間トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求めることができ、上記理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づくボルトの締結量の制御が適正に実行されることになる。
【００２４】
請求項９に係る発明は、上記請求項８記載のボルト締結装置において、軸受キャップを取付ボディにボルト止めした状態で、軸受キャップと取付ボディとの間に軸孔を加工した後、上記軸受キャップを取付ボディから取り外すとともに、上記軸孔にクラッシュハイトを有する一対の半割メタルを装着した状態で、上記取付ボディに軸受キャップをボルト止めして取り付ける際に、このボルトの締結によりクラッシュハイトを潰す段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配を第１トルク勾配演算手段により求めるとともに、これに続く上記半割メタル及び軸受キャップの締結領域に移行する過程でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる中間トルク勾配を中間トルク勾配演算手段により求め、かつ上記半割メタル及び軸受キャップの締結領域に移行した段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配を第２トルク勾配演算手段により求めるものである。
【００２５】
この構成によれば、上記クラッシュハイトを潰す段階における第１トルク勾配と、これに続く半割メタル及び軸受キャップの締結領域における第２トルク勾配との変曲点の近傍においてトルク勾配が徐々に変化するような場合においても、上記第２トルク勾配の演算値に基づいてボルト締結時の理論着座点を正確に求めることができるとともに、上記第１トルク勾配の演算値と中間トルク勾配の演算値に基づいて第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点を正確に求め、この変曲点と中間トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求めることが可能となる。このため、上記理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づき、半割メタル及び軸受キャップの取付時におけるボルトの締結量の制御が適正に実行されることになる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は本発明に係るボルト締結装置の実施形態を示している。このボルト締結装置には、ボルトの頭部に係合されるソケット１と、このソケット１によってボルトに付与されるトルクを調節するトルクトランスデューサ２と、上記ソケット１によって締め付けられるボルトの締結トルクを検出する締結トルク検出器３と、上記ソケット１を回転駆動する駆動モータ４と、この駆動モータ４の回転角度を検出することによりボルトの締結角度を測定する角度エンコーダ５とを備えたナットランナからなるボルト締結手段６が設けられている。
【００２７】
また、上記ボルト締結装置には、ボルトの弾性域内における所定の第１〜第４締結トルクを設定する第１〜第４締結トルク設定器７ａ〜７ｄと、各締結トルク設定器７ａ〜７ｄによって設定された締結トルクの第１〜第４設定値と上記締結トルク検出器３によって検出されたボルトの締結トルクとを比較して各トルクの一致信号を出力する第１〜第４コンパレータ８ａ〜８ｄと、各コンパレータ８ａ〜８ｄから出力される一致信号に対応した制御信号をＣＰＵ９に出力する第１〜第４アナログゲート１０ａ〜１０ｄと、各アナログゲート１０ａ〜１０ｄから制御信号が出力された時点における上記角度エンコーダ５の検出角度を測定するための制御信号をＣＰＵ９に入力する第１〜第４角度ゲート１１ａ〜１１ｄと、ＣＰＵ９から出力される制御信号に応じて上記駆動モータ４を制御するサーボアンプ１２と、後述する第１，第２トルク勾配の演算時に、演算角度ステップおよび演算角度レンジを設定する第１，第２演算角度設定器１３ａ，１３ｂとが設けられている。
【００２８】
上記ＣＰＵ９には、第１，第２締結トルク設定器７ａ，７ｂにより設定された締結トルクの第１，第２設定値の間における第１トルク勾配を演算する第１トルク勾配演算手段１４と、第３，第４締結トルク設定器７ｃ，７ｄにより設定された締結トルクの第３，第４設定値の間における第２トルク勾配を演算する第２トルク勾配演算手段１５と、この第２トルク勾配の演算値に基づいてボルト締結時の理論着座点を求めるとともに、上記第１，第２トルク勾配の演算値に基づいて両トルク勾配の変曲点を求め、この変曲点と上記第２トルク勾配とに基づいてボルト２５の増締量を求めた後、上記理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づいてボルトの締結量を制御する締結量制御手段１６とが設けられている。
【００２９】
上記第１トルク勾配演算手段１４は、ボルト締結時の初期段階に発生するボルトの締結トルクと締結角度との比からなるトルク勾配を演算するものであり、例えば図２に示すように、エンジンのシリンダボディ等からなる取付ボディ２０と、軸受キャップ２１との間に形成された軸孔２２に、上下一対の半割メタル２３とクランク軸２４とを装着した状態で、上記取付ボディ２０に軸受キャップ２１をボルト２５により締結して、上記半割メタル２３に設けられたクラッシュハイトを潰す際に、第１トルク勾配を演算により求めるように構成されている。
【００３０】
上記軸孔２２に取り付けられる半割メタル２３は、図３に示すように、軸孔２２の半周よりも周長がやや大きな値に設定されることにより、所定のクラッシュハイトＣＨが設けられているため、上記ボルト締結時の初期段階における締結力が上記クラッシュハイトＣＨを潰すのに費やされることになる。したがって、このクラッシュハイトＣＨを潰す際に生じる所定の締結トルクに対応した値に、上記締結トルクの第１，第２設定値が設定されるとともに、この間におけるボルト２５の締結トルクと締結角度との比が上記第１トルク勾配演算手段１４において演算されることにより、上記第１トルク勾配が求められるようになっている。
【００３１】
また、上記半割メタル２３のクラッシュハイトＣＨが潰された後、上記半割メタル２３と軸受キャップ２１との両方がボルト２５により締結される際に生じる所定の締結トルクに対応した値に、上記締結トルクの第３，第４設定値が設定されるとともに、この間におけるボルト２５の締結トルクと締結角度との比が上記第２トルク勾配演算手段１５において演算されることにより、上記第２トルク勾配が求められるようになっている。
【００３２】
すなわち、上記第１トルク勾配演算手段１４は、図４に示すように、ボルト２５の締結角度θをｘ軸とするとともに、締結トルクＴをｙ軸とするグラフにおいて、ボルト２５の締結トルクＴが第１設定値Ｔ１になった時点から第２設定値Ｔ２になるまでの間において、上記演算角度設定器１３ａにより設定された演算角度ステップ、例えば１°毎に上記締結トルク検出器３により検出された締結トルクと、上記ボルト２５の締結角度との比からなるトルク勾配を順次演算するとともに、下記式（１）に基づいて各トルク勾配の演算値を積算して平均化する積分平均勾配法より、上記締結トルクの第１設定値Ｔ１と第２設定値Ｔ３との間におけるトルク勾配の平均値からなる第１トルク勾配αを求めるトルク勾配平均値演算手段によって構成されている。
α＝（ΣＴｉ／θｉ）／（ｎ±Ｘ）　…（１）
【００３３】
上記式（１）において、Ｔｉはボルト２５の締結トルク、θｉは予め２°程度に設定された締結角度レンジ、ｎは上記トルク勾配の演算回数、Ｘはトルク勾配推定常数である。上記常数Ｘは、第１トルク勾配αが上昇傾向にある場合には、−１に設定され、第１トルク勾配αが減少傾向にある場合には、１に設定され、第１トルク勾配αに変化がないときまたは上昇と減少が繰り返される場合には、０に設定される。
【００３４】
また、上記第２トルク勾配演算手段１５は、ボルト２５の締結トルクＴが第３設定値Ｔ３になった時点から第４設定値Ｔ４になるまでの間において、上記第２締結トルク設定器１３ｂにより設定された演算角度ステップ、例えば１°毎に上記締結トルク検出器３により検出された締結トルクと、上記ボルト２５の締結角度との比からなるトルク勾配を順次演算するとともに、各トルク勾配の演算値を、上記第１トルク勾配αと同様に積算して平均化するトルク勾配平均値演算手段からなり、上記締結トルクの第３設定値Ｔ３と第４設定値Ｔ４との間におけるトルク勾配の平均値からなる第２トルク勾配βを求めるように構成されている。
【００３５】
上記締結量演算手段１６は、第２トルク勾配βを係数とした関数（Ｔ＝β・θ−θｏ）に基づいてボルト締結時の理論着座点θｏを求めるとともに、上記第１トルク勾配αを係数とした関数（Ｔ＝α・θ−θｏ）と、第２トルク勾配βを係数とした上記関数ｂに基づいて両トルク勾配α，βの変曲点Ｘを求め、この変曲点Ｘと上記第２トルク勾配βを係数とした関数とに基づいてボルト２５の増締量θｍを求めた後、上記理論着座点を起点として設定された初期締結量θｑと上記増締量θｍとに基づいてボルト２５の締結量を制御するように構成されている。
【００３６】
すなわち、図４に示すように、ボルト２５の締結トルクＴが第４設定値Ｔ４となった時点の座標（Ｔ４，θ４）を通るとともに、上記第２トルク勾配演算手段１５において演算された第２トルク勾配βに対応した勾配を有する直線ｂと、ｘ軸との交点における締結角度θｏが理論着座点として設定されるようになっている。また、ボルト２５の締結トルクＴが第１トルクＴ１となった時点の座標（Ｔ１，θ１）を通るとともに、上記第１トルク勾配演算手段１４において演算されたトルク勾配αに対応した勾配を有する直線ａと、上記直線ｂとの交点を、上記第１トルク勾配αと第２トルク勾配βとの交点Ｘとして設定し、上記理論着座点の締結角度θｏから上記交点ｘにおける締結角度θｘまでのクラッシュ成分角度θｍを増締量として設定する。そして、上記軸孔２２の加工時におけるボルト２５の締結量（締結角度）θｑを初期締結量として設定するとともに、この初期締結量θｑに上記増締量（クラッシュ成分角度）θｍを加算した値を最終締結量θｒとして設定し、上記理論着座点θｏを起点としてボルト２５の締結量を計測し、この締結量の計測値が上記最終締結量θｒとなった時点でボルト２５の締結を停止するようになっている。
【００３７】
次に、上記ボルト締結装置によりボルト２５を締結して半割メタル２３を軸孔２２に装着した状態で軸受キャップ２１を取付ボディ２０に取り付ける際に実行されるボルト締結方法を、図５に示すフローチャートに基づいて説明する。外部からサーボアンプ１２に入力されるナットランナスタート信号に応じて駆動モータ４が回転することによりボルト２５の締結が開始されると、上記第１設定器７ａにより第１締結トルクＴ１を設定する（ステップＳ１）。次いで、上記締結トルク検出手段３によって検出されたボルトの締結トルクＴと、上記締結トルクＴの第１設定値Ｔ１とを第１コンパレータ８ａにおいて比較し、両トルクＴ，Ｔ１が等しいか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００３８】
上記ステップＳ２でＹＥＳと判定された時点で、上記第１〜第４アナログゲート１０ａ〜１０ｄをＯＮ状態とし（ステップＳ３）、この時点の座標（Ｔ１，θ１）を求めた後、締結トルクの第２設定値Ｔ２を上記第１設定器７ｂにより設定する（ステップＳ４）。次いで、上記締結トルク検出手段３によって検出されたボルトの締結トルクＴと、上記第２設定Ｔ２とを第２コンパレータ８ｂにおいて比較し、両トルクＴ，Ｔ２が等しいか否かを判定する（ステップＳ５）。
【００３９】
上記ステップＳ５でＹＥＳと判定された時点で、上記第１アナログゲート１０ａをＯＦＦ状態とし（ステップＳ６）、この時点の座標（Ｔ２，θ２）を求めた後、上記第１演算角度設定器１３ａにより演算角度レンジおよび演算角度ステップを設定するとともに（ステップＳ７）、この演算角度レンジおよび演算角度ステップと上記座標（Ｔ１，θ１），（Ｔ２，θ２）とに基づき、上記積分平均勾配法により第１トルク勾配αを演算する（ステップＳ８）。
【００４０】
次いで、上記第３設定器７ｃにより締結トルクの第３設定値Ｔ３を設定するとともに（ステップＳ９）、上記締結トルク検出手段３によって検出されたボルトの締結トルクＴと、上記第３設定値Ｔ３とを第３コンパレータ８ｃにおいて比較し、両トルクＴ，Ｔ３が等しいか否かを判定する（ステップＳ１０）。
【００４１】
上記ステップＳ１０でＹＥＳと判定された時点で、上記第２アナログゲート１０ｂをＯＦＦ状態とし（ステップＳ１１）、この時点の座標（Ｔ３，θ３）を求めた後、上記第４設定器７ｄにより締結トルクの第４設定値Ｔ４を設定する（ステップＳ１２）。次いで、上記締結トルク検出手段３によって検出されたボルトの締結トルクＴと、上記第４設定値Ｔ４とを第４コンパレータ８ｄにおいて比較し、両トルクＴ，Ｔ４が等しいか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００４２】
上記ステップＳ１３でＹＥＳと判定された時点で、上記第３アナログゲート１０ｃをＯＦＦ状態とし（ステップＳ１４）、この時点の座標（Ｔ４，θ４）を求めた後、上記第２演算角度設定器１３ｂにより演算角度レンジおよび演算角度ステップを設定する（ステップＳ１５）。そして、上記演算角度レンジおよび演算角度ステップと上記座標（Ｔ３，θ３），（Ｔ４，θ４）とに基づき、上記積分平均勾配法により第２トルク勾配βを求めるとともに、第１，第２トルク勾配α，βを係数とした関数に基づいて理論着座点θｏと、クラッシュ成分角度θｍとを演算して、ボルト２５の最終締結量θｒをセットする（ステップＳ１６）。
【００４３】
また、ボルト２５の締結角度θが上記最終締結量θｒに対応した値となったか否かを判定し（ステップＳ１７）、ＹＥＳと判定された時点で、上記第４角度ゲート１０ｄをＯＦＦ状態としてボルト２５の締結制御を終了する。
【００４４】
上記のようにボルト締結手段６を使用したボルト２５の締結時に、ボルト２５の所定締結角度間隔毎に締結トルクＴを検出してボルト２５の締結トルクＴと締結角度θとの比からなる第１，第２トルク勾配α，βを演算するとともに、各トルク勾配α，βの演算値を積算して平均化した後、このトルク勾配α，βの積算平均値に基づいてボルト２５の締結量を制御するように構成したため、上記トルク勾配α，βが非線形となる場合においても、上記ボルト２５の締結量を適正に制御することができる。
【００４５】
すなわち、軸受キャップ２１と取付ボディ２０との間に軸孔２２を加工した後、この軸孔２２にクラッシュハイトＣＨを有する一対の半割メタル２３を装着した状態で、上記取付ボディ２０に軸受キャップ２１をボルト２５より締結する際に、上記ボルト２５の締結によりクラッシュハイトＨＣを潰した後に、上記半割メタル２３及び軸受キャップ２１を定着する段階で演算されるボルト２５の締結トルクＴと締結角度θとの比からなる第２トルク勾配βを、上記式（１）を用いた積分平均勾配法により演算するように構成したため、第１トルク勾配αとの第２トルク勾配βの変曲点の近傍において、トルク勾配が徐々に変化するような場合においても、上記変曲点の近傍に設定された第３，第４設定値Ｔ３，Ｔ４となった時点の間における第２トルク勾配βを適正に求め、この第２トルク勾配βを有する直線ｂに基づいてボルト締結時の理論着座点を演算することができる。
【００４６】
例えば、図６に示すように、ボルト締結の初期段階からトルク勾配が徐々に変化する場合において、上記半割メタル２３及び軸受キャップ２１の定着段階でボルト２５の締結トルクＴが第３設定値Ｔ３となる点と第４設定値Ｔ４となる間における第２トルク勾配βを演算する実験を行ったところ、上記第３，第４設定値Ｔ３，Ｔ４の座標点を通る直線ｂ′と、ｘ軸との交点に基づいて理論値着座点θｂを求める従来法によると、この理論着算点θｂにおける締結角度が２４°となり、本来求められるべき理論着座点θｏ′から４°のずれが生じた。これに対して上記積分平均勾配法により第２トルク勾配βを演算した場合には、理論着座点θｏが、２６°となり、本来求められるべき理論着座点θｏ′に対するずれが小さくなることが確認された。
【００４７】
また、図７に示すように、ボルト締結の初期段階からトルク勾配が曲線的に変化する場合において、上記半割メタル２３のクラッシュハイトＣＨを潰す過程でボルト２５の締結トルクＴが第１設定値Ｔ１となる点と第２設定値となる間における第１トルク勾配αを演算して上記両トルク勾配α，βの変曲点Ｘを求める実験を行ったところ、上記第１，第２設定値Ｔ１，Ｔ２の座標点を通る直線ｃに基づいて、上記両トルク勾配α，βの変曲点Ｘｃを求める従来法によると、この変曲点Ｘｃと、本来求められるべき交点Ｘ′との間に大きなずれが生じた。これに対して上記積分平均勾配法により、上記第２トルク勾配αを演算して両トルク勾配α，βの交点Ｘを求めた場合には、この交点Ｘと上記交点Ｘ′とのずれを小さくできることが確認された。
【００４８】
したがって、上記半割メタル２３及び軸受キャップ２１の締結段階で演算されるボルト２５の締結トルクＴと締結角度θとの比からなる第１トルク勾配αの演算を、上記トルク勾配の積分平均化により演算するとともに、上記第１，第２トルク勾配α，βの演算値に基づいて両トルク勾配α，βの変曲点Ｘを求め、この変曲点Ｘと、上記第２トルク勾配βを有する直線ｂとに基づいてボルト２５の増締量θｍを求めることができる。
【００４９】
このため、上記クラッシュハイトＣＨの大小に拘わらず、上記理論着座点θｏを起点としたボルト２５の締結制御を適正に実行し、半割メタル２３を軸孔２２に適正に圧着させた状態で上記軸受キャップ２１を取り付けることができ、上記ボルト２５の増締量θｍが過度に大きくなって必要以上に大きな力でボルト２５が締結されたり、上記ボルト２５の増締量θｍが小さすぎてボルト２５の締結力が不足したりする等の事態の発生を効果的に防止することができる。これによって上記クランク軸２４と半割メタル２３との間における軸受クリアランスを適正値に設定することが可能であるとともに、半割メタル２３が装着された軸孔２２の真円度を確保できるという利点がある。
【００５０】
なお、上記実施形態では、ボルト２５の締結によりクラッシュハイトＣＨを潰す段階における第１トルク勾配αと、これに続く上記半割メタ２３及び軸受キャップ２１の締結段階における第２トルク勾配βとの両方を、上記トルク勾配の積分平均化により演算するように構成した例について説明したが、上記両トルクα，βの何れか一方のみを、上記式（１）を用いた積分平均勾配法により演算するように構成してもよい。
【００５１】
また、図４に示すように、第１，第２トルク勾配α，βの変曲点Ｘと、第２トルク勾配βの傾きを有する直線ｂとに基づいてボルト２５の増締量θｍを演算した後、上記理論着座点θｏを起点として設定された初期締結量θｑと上記増締量θｍとに基づいてボルト２５の締結量を制御する場合において、上記増締量θｍの演算値と、予め所定値に設定された最小値及び最大値とを比較し、上記増締量θｍの演算値が最小値よりも小さい場合には、この最小値（例えば３０°）を増締量θｍとして設定し、また上記増締量θｍの演算値が最大値よりも大きい場合には、この最大値（例えば６０°）を増締量θｍとして設定するようにしてもよい。このように構成した場合には、上記増締量θｍが必要以上に小さくなってボルトの締結力が不足したり、上記増締量θｍが必要以上に大きくなってボルトの締結力が過大になったりするという事態の発生を簡単な構成で効果的に防止できるという利点がある。
【００５２】
図８は、本発明に係るボルト締結装置の別の実施形態を示している。このボルト締結装置は、図９に示すように、ボルト締結手段６を使用したボルト締結時の初期段階におけるボルト２５の締結トルクＴと締結角度θとの比からなる第１トルク勾配αと、これに続くボルト締結時におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配βとが異なる場合において、上記ボルト締結の初期段階におけるボルト２５の締結トルクＴと締結角度θとの比からなる第１トルク勾配αを求める第１トルク勾配演算手段１４と、上記第２トルク勾配βの締結領域に移行する過程でボルト２５の締結トルクＴと締結角度θとの比からなる中間トルク勾配βを求める中間トルク勾配演算手段１７と、上記第２トルク勾配βの締結領域に移行した段階で締結トルクＴの高い領域におけるボルト２５の締結トルクＴと締結角度θとの比からなる第２トルク勾配βを演算する第２トルク勾配演算手段１５と、上記第１トルク勾配αの演算値と中間トルク勾配γの演算値とに基づいて第１，第２トルク勾配α，βとの変曲点Ｘを求め、この変曲点Ｘと、上記中間トルク勾配γを有する直線ｃとに基づいてボルト２５の初期締結量に対する増締量θｍを求めるとともに、上記第２トルク勾配βに基づいてボルト締結時の理論着座点θｏを求め、この理論着座点θｏを起点として設定された初期締結量と上記増締量θｍとに基づいてボルト２５の締結量を制御する締結量制御手段１６とを備えている。
【００５３】
また、上記ボルト締結装置には、ボルトの弾性域内における所定の第１〜第６締結トルクＴ１〜Ｔ６を設定する第１〜第６締結トルク設定器７ａ〜７ｆと、各締結トルク設定器７ａ〜７ｆによって設定された締結トルクの第１〜第６設定値Ｔ１〜Ｔ６と上記締結トルク検出器３によって検出されたボルトの締結トルクＴとを比較して各トルクの一致信号を出力する第１〜第６コンパレータ８ａ〜８ｆと、各コンパレータ８ａ〜８ｆから出力される一致信号に対応した制御信号をＣＰＵ９に出力する第１〜第６アナログゲート１０ａ〜１０ｆと、各アナログゲート１０ａ〜１０ｆから制御信号が出力された時点における上記角度エンコーダ５の検出角度を測定するための制御信号をＣＰＵ９に入力する第１〜第６角度ゲート１１ａ〜１１ｆと、ＣＰＵ９から出力される制御信号に応じて上記駆動モータ４を制御するサーボアンプ１２とが設けられている。
【００５４】
上記ボルト締結装置によりボルト２５を締結して半割メタル２３を軸孔２２に装着した状態で軸受キャップ２１を取付ボディに取り付ける際に実行されるボルト締結方法を、図１０に示すフローチャートに基づいて説明する。外部からサーボアンプ１２に入力されるナットランナスタート信号に応じて駆動モータ４が回転することによりボルト２５の締結が開始されると、上記第１設定器７ａにより第１締結トルクＴ１を設定する（ステップＳ２１）。次いで、上記締結トルク検出手段３によって検出されたボルトの締結トルクＴと、上記締結トルクの第１設定値Ｔ１とを第１コンパレータ８ａにおいて比較し、両トルクＴ，Ｔ１が等しいか否かを判定する（ステップＳ２２）。
【００５５】
上記ステップＳ２２でＹＥＳと判定された時点で、上記第１〜第６アナログゲート１０ａ〜１０ｆをＯＮ状態とし（ステップＳ２３）、この時点の座標（Ｔ１，θ１）を求めた後、締結トルクの第２設定値Ｔ２を上記第２設定器７ｂにより設定する（ステップＳ２４）。次いで、上記締結トルク検出手段３によって検出されたボルトの締結トルクＴと、上記第２設定Ｔ２とを第２コンパレータ８ｂにおいて比較し、両トルクＴ，Ｔ２が等しいか否かを判定する（ステップＳ２５）。
【００５６】
上記ステップＳ２５でＹＥＳと判定された時点で、上記第１アナログゲート１０ｂをＯＦＦ状態とし（ステップＳ２６）、この時点の座標（Ｔ２，θ２）を求めた後、上記座標（Ｔ１，θ１），（Ｔ２，θ２）を通る直線ａの勾配に基づいて第１トルク勾配αを演算する（ステップＳ２７）。
【００５７】
次いで、上記第３設定器７ｃにより締結トルクの第３設定値Ｔ３を設定するとともに（ステップＳ２８）、上記締結トルク検出手段３によって検出されたボルトの締結トルクＴと、上記第３設定値Ｔ３とを第３コンパレータ８ｃにおいて比較し、両トルクＴ，Ｔ３が等しいか否かを判定する（ステップＳ２９）。
【００５８】
上記ステップＳ２９でＹＥＳと判定された時点で、上記第２アナログゲート１０ｂをＯＦＦ状態とし（ステップＳ３０）、この時点の座標（Ｔ３，θ３）を求めた後、上記第４設定器７ｄにより締結トルクの第４設定値Ｔ４を設定する（ステップＳ２８）。次いで、上記締結トルク検出手段３によって検出されたボルトの締結トルクＴと、上記第４設定値Ｔ４とを第４コンパレータ８ｄにおいて比較し、両トルクＴ，Ｔ４が等しいか否かを判定する（ステップＳ３２）。
【００５９】
上記ステップＳ３２でＹＥＳと判定された時点で、上記第３アナログゲート１０ｃをＯＦＦ状態とし（ステップＳ３３）、この時点の座標（Ｔ４，θ４）を求めた後、上記座標（Ｔ３，θ３），（Ｔ４，θ４）とに基づき、中間トルク勾配γを求めるとともに、上記第１トルク勾配αを係数とした関数と中間トルク勾配βを係数とした関数に基づいてクラッシュ成分角度θｍを算出する（ステップＳ３４）。すなわち、図９に示すように、上記の座標（Ｔ１，θ１），（Ｔ２，θ２）を通る直線ａと、座標（Ｔ３，θ３），（Ｔ４，θ４）を通る直線ｃとの交点から上記両トルク勾配α，βの変曲点Ｘを求め、この変曲点Ｘを通る直線ｃと、ｘ軸との交点における締結角度θｂから上記交点の締結角度までの締結量θｍを、増締量（クラッシュ成分角度）として設定する。
【００６０】
次いで、上記第５設定器７ｅにより締結トルクの第５設定値Ｔ５を設定するとともに（ステップＳ３５）、上記締結トルク検出手段３によって検出されたボルトの締結トルクＴと、上記第５設定値Ｔ５とを第５コンパレータ８ｅにおいて比較し、両トルクＴ，Ｔ４が等しいか否かを判定する（ステップＳ３６）。
【００６１】
上記ステップＳ３６でＹＥＳと判定された時点で、上記第４アナログゲート１０ｄをＯＦＦ状態とし（ステップＳ３７）、この時点の座標（Ｔ５，θ５）を求めた後、上記第６設定器７ｆにより締結トルクの第６設定値Ｔ６を設定する（ステップＳ３８）。次いで、上記締結トルク検出手段３によって検出されたボルトの締結トルクＴと、上記第６設定値Ｔ６とを第６コンパレータ８ｆにおいて比較し、両トルクＴ，Ｔ６が等しいか否かを判定する（ステップＳ３９）。
【００６２】
上記ステップＳ３９でＹＥＳと判定された時点で、上記第５アナログゲート１０ｅをＯＦＦ状態とし（ステップＳ４０）、この時点の座標（Ｔ６，θ６）を求める。そして、上記第５角度ゲート１０ｅをＯＦＦ状態とした後、上記第２トルク勾配βを求めとともに、この第２トルク勾配βに基づいて理論着座点θｏを求め、この理論着座点θｏを起点として、ボルト２５の初期締結量と増締量θｍとの和からなる最終締結量θｒをセットした後（ステップＳ４１）、この最終締結量に基づくボルト２５の締結制御を実行する。すなわち、上記座標（Ｔ５，θ５），（Ｔ６，θ６）を通る直線ｂと、ｘ軸との交点の座標を理論着座点θｏとしてセットした後、この理論着座点θｏを起点として計測されたボルト２５の締結量θと、上記最終締結量θｒとが等しいか否かを判定し（ステップＳ４２）、ＹＥＳと判定された時点で、上記第６角度ゲート１０ｆをＯＦＦ状態として（ステップＳ４３）、ボルト２５の締結制御を終了する。
【００６３】
上記のようにボルト締結手段を使用したボルト締結時の初期段階におけるボルト２５の締結トルクＴと締結角度θとの比からなる第１トルク勾配αと、これに続くボルト締結時におけるボルト２５の締結トルクＴと締結角度θとの比からなる第２トルク勾配βとが異なる場合において、上記ボルト２５の締結の初期段階でボルト２５の締結トルクＴと締結角度θとの比からなる第１トルク勾配αを演算するとともに、上記第２トルク勾配βの締結領域に移行する過程でボルト２５の締結トルクＴと締結角度θとの比からなる中間トルク勾配γを演算し、この中間トルク勾配γの演算値と上記第１トルク勾配αの演算値とに基づいて上記第１トルク勾配αと第２トルク勾配βとの変曲点Ｘを求めるとともに、この変曲点Ｘと上記中間トルク勾配γとに基づいてボルトの増締量θｍを求め、かつ上記中間トルク勾配γの演算領域よりも締結トルクＴの高い領域で、ボルト２５の締結トルクＴと締結角度θとの比からなる第２トルク勾配βを演算し、この第２トルク勾配βに基づいてボルト締結時の理論着座点θｏを求めた後に、この理論着座点θｏを起点として設定された初期締結量θｑと上記増締量θｍとに基づいてボルト２５の締結量を制御するように構成した場合には、上記変曲点Ｘと中間トルク勾配βとに基づいてボルト２５の増締量θｍを正確に求めることができるとともに、上記第２トルク勾配βに基づいて理論着座点θｏを正確に求める。したがって、上記ボルト２５の締結制御時に、増締量θｍが必要以上に小さくなってボルト２５の締結力が不足したり、上記増締量θｍが必要以上に大きくなってボルト２５の締結力が過大になったりするという事態の発生を簡単な構成で効果的に防止することができる。
【００６４】
また、図１１に示すように、ボルト締結の初期段階で予め設定された第１設定値Ｔ１と、現時点における締結トルク検出値Ｔｎとの間における第１トルク勾配αｎを順次サンプリングし、この第１トルク勾配αｎのサンプリング値が予め設定された基準値となった時点における締結トルクＴｎに基づいて上記第１トルク勾配αと第２トルク勾配βとの交点Ｘを設定し、この交点の座標（Ｔｎ，θｘ）を通るとともに、傾きが第２トルク勾配βに対応した値に設定された直線ｂに基づいて上記理論着座点θｏを求め、かつ上記クラッシュ成分角度θｍに対応したボルト２５の増締量θｍを求めるように構成してもよい。なお、上記第１トルク勾配αｎのサンプリング値を、式（１）を用いた積分平均勾配法により演算するように構成してもよい。
【００６５】
また、図１２に示すように、ボルト締結の初期段階で予め設定された第１設定値Ｔ１から、現時点における締結トルクＴの検出値Ｔｎと、締結角度θの検出値θｎとを順次サンプリングし、このサンプリング座標（Ｔｎ，θｎ）が、第２トルク勾配βの関係式上の座標と交わる交点Ｘを求め、この交点の座標（Ｔｎ，θｘ）を通るとともに、傾きが第２トルク勾配βに対応した値に設定された直線ｂに基づいて、上記理論着座点θｏを求めた後、上記クラッシュ成分角度θｍに対応したボルト２５の増締量を求めるように構成してもよい。なお、上記図１１及び図１２に示す実施形態において、第２トルク勾配βを演算により求める構成に代えて、予め実験により求めた値を第２トルク勾配βとして設定するようにしてもよい。
【００６６】
さらに、上記実施形態では、軸受キャップ２１と取付ボディ２０とをボルト２５により締結した状態で、両者２０，２１の間に軸孔２２を加工した後、上記取付ボディ２０から軸受キャップ２１を取り外して、上記軸孔２３にクラッシュハイトＣＨを有する一対の半割メタル２３，２３を装着した状態で、上記取付ボディ２０に軸受キャップ２１をボルト止めして取り付ける際に、上記軸孔２２の加工時におけるボルト締結量（締結角度）に基づいて、上記ボルト２５の初期締結量θｑを設定するように構成したため、この初期締結量θｑに、上記増締量θｍを加算した値にボルト２５の最終締結量θｒを設定することにより、上記軸孔２２の加工時と同条件で上記半割メタル２３及び軸受キャップ２１の両方を取付ボディ２０に取り付けることができるという利点がある。
【００６７】
なお、上記軸孔２２の加工時におけるボルト締結量に基づいてボルト２５の初期締結量θｑを設定する両トルク勾配α，βの変曲点Ｘを通る直線ｂに基づいて理論着座点θｏを求めるように構成された上記実施形態に代え、図１２の一点鎖線で示すように、上記交点Ｘから所定距離だけオフセットした点を通る直線ｂ′に基づいて理論着算点θｏ′を求めるようにしてもよく、さらに上記クラッシュ成分θｍに所定の係数ｋを掛け合わせることにより、上記増締量θｍ′を求めるようにしてもよい。
【００６８】
また、上記軸受キャップ２１を取付ボディ２０にボルト２５により締結した状態で、両者２０，２１の間に軸孔２２を加工した後、上記取付ボディ２０から軸受キャップ２１を取り外し、図１３に示すように、上記軸孔２２にクラッシュハイトＣＨを有する一対の半割メタル２３を装着した状態で、上記取付ボディ２０に軸受キャップ２１をボルト止めして取り付ける前に、ロードセル２６により所定の押付力Ｗを軸受キャップ２１に作用させて上記クラッシュハイトＣＨを潰した後、図１４に示すように、一定の押付力Ｗを軸受キャップ２１に作用させつつ、ボルト２１により軸受キャップ２１を取付ボディ２０に締結するように構成してもよい。
【００６９】
すなわち、ロードセル２６の押付力Ｗと、軸受キャップの変位量δとの間は、図１５に示すような関係があり、押付力Ｗにより上記クラッシュハイトＣＨが完全に潰れるまでは、比較的小さな押付力Ｗで軸受キャップの変位量δが大きく変化し、上記クラッシュハイトＣＨが完全に潰れた時点（Ｗ１，δ１）からは、上記押付量Ｗに対する変位量δの変化量が小さくなる。したがって、上記軸受キャップの変位量δに対する押付力Ｗの変化割合を順次計測し、この押付力Ｗの変化割合が急変した時点（Ｗ１，δ１）で、上記ロードセル２６の押付力Ｗの上昇を停止させて、上記押付力Ｗ１を維持しつつ、ボルト２５を締結して軸受キャップ２１を取付ボディ２０に取り付けるように構成することにより、上記クラッシュハイトＣＨが存在することによる締付トルクＴの変動を防止した状態で、上記ボルト２５の締結制御を容易かつ適正に行うことができる。
【００７０】
また、図１６に示すように、上記半割メタル２３のクラッシュハイトＣＨを、その大小に応じて予め複数種（ＣＨ１〜ＣＨ３）に分類し、このクラッシュハイトＣＨ１〜ＣＨ３に対応した増締量θｍ１〜θｍ３を、予め設定されたマップから読み出して設定するように構成してもよい。この構成によれば、上記クラッシュハイトＣＨに差があることに起因した締付トルクＴの変動を防止した状態で、ボルト２５の締結制御を容易かつ適正に行うことができるという利点がある。
【００７１】
なお、上記実施形態では、取付ボディ２０に軸受キャップ２１をボルト２５により締結するボルト締結方法及びその装置について説明したが、上記実施形態に限定されることなく、ボルト締結手段６を使用したボルト締結時の初期段階におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなるトルク勾配と、これに続くボルト締結時におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなるトルク勾配とが異なるような場合、例えば、座付きナットまたはばね座金等を使用したボルトの締結時等についても本発明を適用することができる。
【００７２】
また、上記実施形態では、ボルト２５の締結量をボルトの締結角度θに基づいて制御する角度法を使用した例について説明したが、これに限られず他の一般的な締結量の制御方法、例えばボルト２５の締結トルクＴおよび締結角度θに基づいて締結量を制御するトルク・角度法によるボルト締結方法についても、本発明を適用可能である。
【００７３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るボルト締結方法及びその装置は、ボルト締結手段を使用したボルトの締結時に、ボルトの所定締結角度間隔毎に締結トルクを検出してボルトの締結トルクと締結角度との比からなるトルク勾配を演算するとともに、各トルク勾配の演算値を積算して平均化した後、このトルク勾配の積算平均値に基づいてボルトの締結量を制御するように構成したため、上記トルク勾配が非線形となる場合においても、上記ボルトの締結量を適正に制御できるという利点がある。
【００７４】
また、本発明に係るボルト締結方法及びその装置は、ボルト締結手段を使用したボルト締結時の初期段階におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配と、これに続くボルト締結時におけるボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配とが異なる場合において、上記ボルト締結の初期段階でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第１トルク勾配を演算するとともに、この第１トルク勾配の締結領域から上記第２トルク勾配の締結領域に移行する過程でボルトの締結トルクと締結角度との比からなる中間トルク勾配を演算し、この中間トルク勾配の演算値と上記第１トルク勾配の演算値とに基づいて第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点を求めるとともに、この変曲点と上記中間トルク勾配とに基づいてボルトの増締量を求め、かつ上記第２トルク勾配の締結領域に移行した後にボルトの締結トルクと締結角度との比からなる第２トルク勾配を演算し、この第２トルク勾配に基づいてボルト締結時の理論着座点を求めた後に、この理論着座点を起点として設定された初期締結量と上記増締量とに基づいてボルトの締結量を制御するように構成したため、上記第１トルク勾配から第２トルク勾配にかけてトルクが徐々に変化する場合においても、上記ボルトの締結量を適正に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るボルト締結装置の実施形態を示す説明図である。
【図２】半割メタル及び軸受キャップの取付形態を示す説明図である。
【図３】半割メタルの設置状態を示す説明図である。
【図４】ボルトの締結角度と締結トルクとの対応関係を示すグラフである。
【図５】本発明に係るボルト締結方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図６】理論着座点の演算データを示すグラフおよび表である。
【図７】第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点及び増締量の演算データを示すグラフである。
【図８】本発明に係るボルト締結装置の別の実施形態を示す説明図である。
【図９】第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点及び増締量の演算データを示すグラフである。
【図１０】図８に示すボルト締結装置を使用したボルト締結方法の実施形態を示すフローチャートである。
【図１１】第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点及び増締量の演算データの別の例を示すグラフである。
【図１２】第１トルク勾配と第２トルク勾配との変曲点及び増締量の演算データのさらに別の例を示すグラフである。
【図１３】軸受キャップの取付方法の別の例を示す説明図である。
【図１４】上記軸受キャップの取付状態を示す説明図である。
【図１５】軸受キャップの変位量とロードセルの押付力との対応関係を示すグラフである。
【図１６】クラッシュハイトと増締量との対応関係を示すグラフである。
【図１７】従来技術による場合のボルト締結角度と締結トルクとの対応関係を示すグラフである。
【符号の説明】
６　ナットランナ（ボルト締結手段）
１４　第１トルク勾配演算手段
１５　第２トルク勾配演算手段
１６　締結量制御手段
１７　中間トルク勾配演算手段
２０　取付ボディ
２１　軸受キャップ
２２　軸孔
２３　半割メタル
２５　ボルト
ＣＨ　クラッシュハイト
θｏ　理論着座点
θｍ　増締量
θｑ　初期締結量
Ｘ　変曲点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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