(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付けることによりボルト軸力を目標軸力に到達させるようにしたボルト締結方法であって、
着座後のボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付ける第１の締付工程と、
この第１の締付工程で締め付けたボルトを着座前の状態まで弛める弛め工程と、
この弛め工程で弛めた後のボルトの長さと前記第１の締付工程で締め付ける前のボルトの長さとの間の変化量を検出する変化量検出工程と、
この変化量検出工程で検出した変化量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する判定工程と、
この判定工程で前記変化量が所定の許容範囲内にあると判定したときは、当該ボルトを用いて、着座後のボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付ける第２の締付工程と、
前記判定工程で前記変化量が所定の許容範囲内にないと判定したときは、当該ボルトを用いての締付けを中止する中止工程と
を有することを特徴とするボルト締結方法。
【請求項２】
前記請求項１に記載のボルト締結方法であって、
前記第２の締付工程では、前記変化量検出工程で検出した変化量を減算補正したボルトの伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付けることを特徴とするボルト締結方法。
【請求項３】
前記請求項１又は２に記載のボルト締結方法であって、
前記中止工程は、
前記ボルトを別のボルトに取り替える取替工程と、
この取替工程で取り替えたボルトを用いて締付けを行う再締付工程と
を有することを特徴とするボルト締結方法。
【請求項４】
前記請求項３に記載のボルト締結方法であって、
前記再締付工程では、
前記第１の締付工程、前記弛め工程、前記変化量検出工程、前記判定工程、及び、前記第２の締付工程又は前記中止工程を実行することを特徴とするボルト締結方法。
【請求項５】
前記請求項１から４のいずれか１項に記載のボルト締結方法であって、
前記弛め工程で弛めた後のボルトの長さ及び前記第１の締付工程で締め付ける前のボルトの長さは、超音波を用いて検出することを特徴とするボルト締結方法。
【請求項６】
前記請求項１から５のいずれか１項に記載のボルト締結方法であって、
前記ボルトの軸力は、ボルトに負荷した荷重の減少量とボルトの縮み量とから設定された比例係数と、ボルトの伸び量とに基いて算出することを特徴とするボルト締結方法。
【請求項７】
ボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付けることによりボルト軸力を目標軸力に到達させるようにしたボルト締結装置であって、
着座後のボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付ける第１の締付手段と、
この第１の締付手段で締め付けたボルトを着座前の状態まで弛める弛め手段と、
この弛め手段で弛めた後のボルトの長さと前記第１の締付手段で締め付ける前のボルトの長さとの間の変化量を検出する変化量検出手段と、
この変化量検出手段で検出した変化量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する判定手段と、
この判定手段で前記変化量が所定の許容範囲内にあると判定したときは、当該ボルトを用いて、着座後のボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付ける第２の締付手段と、
前記判定手段で前記変化量が所定の許容範囲内にないと判定したときは、当該ボルトを用いての締付けを中止する中止手段と
を有することを特徴とするボルト締結装置。
【請求項８】
前記請求項７に記載のボルト締結装置であって、
前記第２の締付手段は、前記変化量検出手段で検出した変化量を減算補正したボルトの伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付けることを特徴とするボルト締結装置。
【請求項９】
前記請求項７又は８に記載のボルト締結装置であって、
前記中止手段は、
前記ボルトを別のボルトに取り替えるための信号を出力する取替信号出力手段と、
取り替えられたボルトを用いて締付けを行う再締付手段と
を有することを特徴とするボルト締結装置。
【請求項１０】
前記請求項９に記載のボルト締結装置であって、
前記再締付手段は、
前記第１の締付手段、前記弛め手段、前記変化量検出手段、前記判定手段、及び、前記第２の締付手段又は前記中止手段を動作させることを特徴とするボルト締結装置。
【請求項１１】
前記請求項７から１０のいずれか１項に記載のボルト締結装置であって、
前記弛め手段で弛めた後のボルトの長さ及び前記第１の締付手段で締め付ける前のボルトの長さを、超音波を用いて検出するボルト長さ検出手段を有することを特徴とするボルト締結装置。
【請求項１２】
前記請求項７から１１のいずれか１項に記載のボルト締結装置であって、
前記ボルトの軸力を、ボルトに負荷した荷重の減少量とボルトの縮み量とから設定された比例係数と、ボルトの伸び量とに基いて算出するボルト軸力算出手段を有することを特徴とするボルト締結装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ボルト締結方法及びその装置に関し、詳しくは、ボルトの締付けに伴い増大するボルトの伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付けることによりボルトの軸力を目標軸力に到達させるようにしたボルト締結方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボルトによる部材の締結をボルトの締付トルクで管理するトルク法やボルトの締付角度で管理する角度法に加えて、ボルトの締付けに伴いボルトに発生する伸び量で管理する測伸法が知られている。この測伸法は、例えばボルト頭部からボルト先端部に向けてボルト内部に超音波パルス信号を送信し、ボルト先端部で反射した反射パルス信号をボルト頭部で受信するまでの時間に基いて、ボルトの長さひいてはボルトの締付けに伴い増大するボルトの伸び量を検出する工程を含んでいる。そして、検出したボルト伸び量が所定の目標伸び量に到達するまでボルトの締付けを続行することにより、ボルト伸び量と比例関係にあるボルト軸力を所定の目標軸力に到達させようとするものである。
【０００３】
この測伸法によれば、トルク法や角度法に比べて、より直接的にボルト軸力を目標軸力に近づけることができるから、より高い精度で締結構造体の締結品質を維持確保することが可能となる。
【０００４】
なお、測伸法に関する技術の１つとして、例えば特許文献１には、締結済みのボルト長とその後の完全緩み状態のボルト長との差に基いて締結済み時のボルト軸力を算出する技術が記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１１４１８２（段落００３４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この測伸法においては、例えば、周辺温度の上昇に起因してボルトが膨張し、その分の伸び量がボルト伸び量に加わったような場合や、ボルトの個体差から強度が相対的に小さいボルトを締付中にボルトが塑性伸びを起こしたような場合、あるいは、ボルトの個体差から転位が相違するボルトを締付中に伸び量と軸力との比例係数が変動したような場合であっても、ボルト伸び量が目標伸び量に到達すればボルト軸力が目標軸力に到達したと判断して締付けを完了するから、ボルト軸力が目標軸力に到達していない締結力不足の締結構造体が生産される可能性がある。
【０００７】
本発明は、ボルト軸力をボルト伸び量で管理する測伸法における前記不具合に対処するもので、たとえ締付け以外の要因でボルトに伸びが発生したり、ボルトが塑性伸びを起こしたり、伸び量と軸力との比例係数が変動しても、目標軸力を精度よく安定して達成し、ボルト軸力が目標軸力に到達していない締結力不足の締結構造体の生産を未然に回避することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明では次のような手段を用いる。なお、以下の手段の開示において、後述する発明の実施形態で相当するステップを参考までに付記した。
【０００９】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、ボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付けることによりボルト軸力を目標軸力に到達させるようにしたボルト締結方法であって、着座後のボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付ける第１の締付工程（ステップＳ２〜Ｓ６）と、この第１の締付工程で締め付けたボルトを着座前の状態まで弛める弛め工程（ステップＳ７〜Ｓ１０）と、この弛め工程で弛めた後のボルトの長さと前記第１の締付工程で締め付ける前のボルトの長さとの間の変化量を検出する変化量検出工程（ステップＳ１２）と、この変化量検出工程で検出した変化量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する判定工程（ステップＳ１３）と、この判定工程で前記変化量が所定の許容範囲内にあると判定したときは、当該ボルトを用いて、着座後のボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付ける第２の締付工程（ステップＳ１６〜Ｓ２０）と、前記判定工程で前記変化量が所定の許容範囲内にないと判定したときは、当該ボルトを用いての締付けを中止する中止工程（ステップＳ２２〜Ｓ２３）とを有することを特徴とする。
【００１０】
次に、本願の請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のボルト締結方法であって、前記第２の締付工程では、前記変化量検出工程で検出した変化量を減算補正（ステップＳ１８）したボルトの伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付けることを特徴とする。
【００１１】
次に、本願の請求項３に記載の発明は、前記請求項１又は２に記載のボルト締結方法であって、前記中止工程は、前記ボルトを別のボルトに取り替える取替工程（ステップＳ２３）と、この取替工程で取り替えたボルトを用いて締付けを行う再締付工程（ステップＳ２）とを有することを特徴とする。
【００１２】
次に、本願の請求項４に記載の発明は、前記請求項３に記載のボルト締結方法であって、前記再締付工程（ステップＳ２）では、前記第１の締付工程（ステップＳ２〜Ｓ６）、前記弛め工程（ステップＳ７〜Ｓ１０）、前記変化量検出工程（ステップＳ１２）、前記判定工程（ステップＳ１３）、及び、前記第２の締付工程（ステップＳ１６〜Ｓ２０）又は前記中止工程（ステップＳ２２〜Ｓ２３）を実行することを特徴とする。
【００１３】
次に、本願の請求項５に記載の発明は、前記請求項１から４のいずれか１項に記載のボルト締結方法であって、前記弛め工程で弛めた後のボルトの長さ及び前記第１の締付工程で締め付ける前のボルトの長さは、超音波を用いて検出することを特徴とする。
【００１４】
次に、本願の請求項６に記載の発明は、前記請求項１から５のいずれか１項に記載のボルト締結方法であって、前記ボルトの軸力は、ボルトに負荷した荷重の減少量とボルトの縮み量とから設定された比例係数と、ボルトの伸び量とに基いて算出することを特徴とする。
【００１５】
一方、本願の請求項７に記載の発明は、ボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付けることによりボルト軸力を目標軸力に到達させるようにしたボルト締結装置であって、着座後のボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付ける第１の締付手段（ステップＳ２〜Ｓ６）と、この第１の締付手段で締め付けたボルトを着座前の状態まで弛める弛め手段（ステップＳ７〜Ｓ１０）と、この弛め手段で弛めた後のボルトの長さと前記第１の締付手段で締め付ける前のボルトの長さとの間の変化量を検出する変化量検出手段（ステップＳ１２）と、この変化量検出手段で検出した変化量が所定の許容範囲内にあるか否かを判定する判定手段（ステップＳ１３）と、この判定手段で前記変化量が所定の許容範囲内にあると判定したときは、当該ボルトを用いて、着座後のボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付ける第２の締付手段（ステップＳ１６〜Ｓ２０）と、前記判定手段で前記変化量が所定の許容範囲内にないと判定したときは、当該ボルトを用いての締付けを中止する中止手段（ステップＳ２２〜Ｓ２３）とを有することを特徴とする。
【００１６】
次に、本願の請求項８に記載の発明は、前記請求項７に記載のボルト締結装置であって、前記第２の締付手段は、前記変化量検出手段で検出した変化量を減算補正（ステップＳ１８）したボルトの伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付けることを特徴とする。
【００１７】
次に、本願の請求項９に記載の発明は、前記請求項７又は８に記載のボルト締結装置であって、前記中止手段は、前記ボルトを別のボルトに取り替えるための信号を出力する取替信号出力手段（ステップＳ２３）と、取り替えられたボルトを用いて締付けを行う再締付手段（ステップＳ２）とを有することを特徴とする。
【００１８】
次に、本願の請求項１０に記載の発明は、前記請求項９に記載のボルト締結装置であって、前記再締付手段（ステップＳ２）は、前記第１の締付手段（ステップＳ２〜Ｓ６）、前記弛め手段（ステップＳ７〜Ｓ１０）、前記変化量検出手段（ステップＳ１２）、前記判定手段（ステップＳ１３）、及び、前記第２の締付手段（ステップＳ１６〜Ｓ２０）又は前記中止手段（ステップＳ２２〜Ｓ２３）を動作させることを特徴とする。
【００１９】
次に、本願の請求項１１に記載の発明は、前記請求項７から１０のいずれか１項に記載のボルト締結装置であって、前記弛め手段で弛めた後のボルトの長さ及び前記第１の締付手段で締め付ける前のボルトの長さを、超音波を用いて検出するボルト長さ検出手段を有することを特徴とする。
【００２０】
そして、本願の請求項１２に記載の発明は、前記請求項７から１１のいずれか１項に記載のボルト締結装置であって、前記ボルトの軸力を、ボルトに負荷した荷重の減少量とボルトの縮み量とから設定された比例係数と、ボルトの伸び量とに基いて算出するボルト軸力算出手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
まず、請求項１、請求項７に記載の発明によれば、ボルト伸び量が目標伸び量に到達するまでボルトを締め付けることによりボルト軸力を目標軸力に到達させる測伸法において、いったんボルト伸び量が目標伸び量に到達するまで締め付けたボルトを着座前の状態まで弛め、弛めた後のボルト長さと締付前のボルト長さとの間の変化量が所定の許容範囲内にある場合に限り、当該ボルトを用いて２回目の締付けを行い（使用可能判定）、一方、前記変化量が許容範囲内にない場合は、当該ボルトを用いて締付けを行うことは中止する（使用不能判定）ようにしたから、例えば膨張伸びのような締付け以外の要因による伸びが過度に発生したボルトや、過度に強度が不足するボルトや、過度に転位が相違するボルト等は使用が中止されることとなり、これにより、ボルト軸力が目標軸力に到達していない締結力不足の締結構造体の生産を未然に回避することが可能となる。
【００２２】
そして、前記ボルト長さの変化量が許容範囲内にあるボルトのみを用いて２回目の締付けを行うから、目標軸力を精度よく安定して達成することが可能となる。
【００２３】
その場合に、許容範囲内であるが多少強度が不足するボルトや多少転位が相違するボルトも２回目の締付けに用いられることとなるが、２回目の締付時にはボルトの弾性限界が高上し、また転位が抑制されるから、塑性伸びや比例係数の変動が低減された適正な締付けが最終的に実現することとなる。
【００２４】
次に、請求項２、請求項８に記載の発明によれば、前記２回目の締付けでは、ボルト伸び量から前記ボルト長さの変化量を減算補正するようにしたから、目標軸力をさらに精度よく安定して達成することが可能となる。
【００２５】
次に、請求項３、請求項９に記載の発明によれば、前記ボルト長さ変化量が許容範囲内にない場合は、別のボルトに取り替えて、測伸法による締付けが再度実行されることとなる。
【００２６】
次に、請求項４、請求項１０に記載の発明によれば、測伸法による締付けが再度実行されるときも、１回目の締付け、弛め、ボルト長さ変化量の検出、判定、及び、２回目の締付け又は締付中止が遂行されるから、この再締付時においても、締結力不足の締結構造体の生産が未然に回避され、目標軸力が精度よく安定して達成されることとなる。
【００２７】
次に、請求項５、請求項１１に記載の発明によれば、超音波を用いてボルト長さを検出するようにしたから、簡便で精度よく、そして締付中でもボルト長さを検出することが可能となる。
【００２８】
そして、請求項６、請求項１２に記載の発明によれば、ボルト伸び量からボルト軸力を算出する際に使用する比例係数を、ボルトへの荷重の増加量とボルト伸び量とから設定せずに、ボルトに負荷した荷重の減少量とボルト縮み量とから設定するようにしたから、たとえ比例係数設定時の被検査体毎に強度や転位が異なっていても、荷重の減少量とボルトの縮み量との関係を表す弾性勾配は安定することによって、伸び量の検出結果ひいては比例係数の設定結果の変動が少なくて済み、ボルト伸び量とボルト軸力との比例係数が精度よく設定されることとなる。以下、発明の最良の実施の形態を通して本発明をさらに詳しく説述する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本実施形態に係るボルト締結装置１のブロック構成図である。このボルト締結装置１は、主たる構成要素として、軸力測定装置２０、ナットランナ３０及びナットランナ駆動装置４０を有している。
【００３０】
軸力測定装置２０は、超音波パルス送受信部２２、データ記憶部２３、表示部２４及び制御部２１を備えている。
【００３１】
超音波パルス送受信部２２は、超音波センサ１２と接続され、該センサ１２からの超音波パルス信号の送信及び該センサ１２による超音波反射パルス信号の受信を行う。
【００３２】
データ記憶部２３は、ボルト１０の締付けに必要な各種データを予め記憶している。そのようなデータとしては、例えば、ボルト１０の初期長さＬ０、ボルト１０の伸び量δと軸力Ｆとの比例係数α（図２参照）、ボルト１０の目標伸び量δｆ、ボルト１０の目標軸力Ｆｆ、ボルト長さ変化量 ΔＬの許容範囲Ａ等が含まれる。
【００３３】
表示部２４は、ボルト１０の締付動作中、種々の情報を画面に表示して作業員に情報提供する。本実施形態において、表示部２４が表示する最も重要な情報の１つに、いま締め付けようとしているボルト１０が使用可能なものなのか使用不能なものなのかの判定結果に関する情報がある（図８のステップＳ１４、Ｓ２２参照）。
【００３４】
ナットランナ駆動装置４０は、ナットランナ３０の角度エンコーダ３１から出力されるボルト１０の角度信号と、ナットランナ３０のトルクセンサ３３から出力されるボルト１０の締付トルク信号又は逆駆動時の弛めトルク信号とを入力し、ナットランナ３０のモータ３２に駆動信号を出力する。
【００３５】
ナットランナ駆動装置４０と軸力測定装置２０の制御部２１とは、相互に情報交換が可能に接続されている。
【００３６】
被締結物１３，１３を締結するためにナットランナ３０で締め付けられるボルト１０の頭部にソケット１１が被せられ、このソケット１１にボルト１０の頭部に密着するように超音波センサ（ボルト長さ検出手段）１２が組み込まれている。超音波センサ１２は、ボルト１０の先端部に向けてボルト１０の内部に超音波パルス信号を送信し、ボルト１０の先端部で反射した反射パルス信号を受信する。そして、軸力測定装置２０の制御部２１は、その送信から受信までの時間に基きボルト１０の長さを検出し、ボルト１０の初期長さＬ０と比較して、ボルト１０の締付けに伴うボルト１０の伸び量δを検出する。
【００３７】
図２に示すように、ボルト１０の伸び量δとボルト１０の軸力Ｆとは比例関係にあり、ボルト１０の伸び量δが大きくなるほどボルト１０の軸力Ｆが大きくなる。そして、その比例係数αが予め実験的に設定されて、軸力測定装置２０のデータ記憶部２３に記憶されている。次に、図３〜図７を参照して、本実施形態における前記比例係数αの設定の仕方を説明する。
【００３８】
図３に示すように、被検査体であるボルト１０にナットを螺合して、引っ張り荷重Ｗを負荷させる。ある荷重Ｗを負荷させたときのボルト１０の長さＬ１（前述したように超音波センサ１２を用いて検出する）からボルト１０の初期長さＬ０を減じた値が伸び量δであり、前記荷重Ｗとこの伸び量δとの比率が比例係数αとなる。従来は、無負荷の初期状態（ボルト長さ＝Ｌ０）から荷重Ｗを増加させたときのボルト長さＬ１を検出して伸び量δを検出するのが通例であった。
【００３９】
しかし、この方法では、ボルト１０の初期長さＬ０が固定であるから、例えば図４に示すように、被検査体の強度の大小に起因して負荷時のボルト長さＬ１が大きく変動した場合に、伸び量δの検出結果（Ｌ１−Ｌ０）ひいては比例係数αの設定結果が大きく変動するという問題がある。
【００４０】
同様に、例えば図５に示すように、被検査体の転位の有無に起因して負荷時のボルト長さＬ１が大きく変動した場合にも、伸び量δの検出結果（Ｌ１−Ｌ０）ひいては比例係数αの設定結果が大きく変動するという問題がある。
【００４１】
そこで、本実施形態では、荷重Ｗを負荷した状態（ボルト長さ＝Ｌ１）から荷重Ｗを減少させて無負荷としたときのボルト長さＬ０を検出して、その縮み量から伸び量δを算出するようにした。これにより、被検査体毎に強度や転位が異なっていても、図６及び図７に示すように、荷重Ｗの減少量とボルト１０の縮み量との関係を表す弾性勾配は安定することから、伸び量δの検出結果（Ｌ１−Ｌ０）ひいては比例係数αの設定結果がそれほど変動せず、ボルト１０の伸び量δと軸力Ｆとの比例係数αを精度よく設定できることとなる。
【００４２】
本実施形態では、軸力測定装置２０の制御部２１が、前記のようにボルト１０に負荷した荷重Ｗの減少量とボルト１０の縮み量とから設定された比例係数αと、ボルト１０の伸び量δとに基いて、ボルト軸力Ｆを算出するので、特許請求の範囲でいう「ボルト軸力算出手段」に相当する。
【００４３】
次に、図８〜図９に示すフローチャートに従って、本実施形態に係るボルト締結方法を説明する。なお、図８〜図９に示すフローチャートは、軸力測定装置２０の制御部２１が行う具体的制御動作の１例を表している。
【００４４】
まず、ステップＳ１で、各種数値を初期設定する。つまり、軸力測定装置２０のデータ記憶部２３に前述したようなボルト１０の初期長さＬ０等の各種データを登録したり、前回のボルト１０の締結動作で更新し使用した各種パラメータ等をリセットするのである。
【００４５】
次いで、ステップＳ２で、ナットランナ３０を駆動してボルト１０の締付けを開始し、ステップＳ３で、ボルト１０の伸び量δを検出する。この場合のボルト伸び量δは、超音波センサ１２により時々刻々検出されるボルト１０の長さから、データ記憶部２３に記憶されている初期長さＬ０を減算した値であり、基本的には、ボルト１０が着座した後に立ち上がり、締付けが進行するに伴い増大する。
【００４６】
次いで、ステップＳ４で、ボルト伸び量δが目標伸び量δｆに到達したか否かを判定する。到達しないうちは締付けを継続し、到達すればステップＳ５でボルト軸力Ｆが目標軸力Ｆｆに到達したと判定した後、ステップＳ６で締付けを停止する。
【００４７】
次いで、ステップＳ７で、ナットランナ３０を逆駆動してボルト１０の弛めを開始し、ステップＳ８で、超音波センサ１２により時々刻々ボルト長さを検出する。あるいは、ボルト長さに代えて、トルクセンサ３３により時々刻々弛めトルクを検出してもよい。
【００４８】
次いで、ステップＳ９で、ボルト長さ又は弛めトルクが安定したか否かを判定する。つまり、ボルト１０が着座しているうちは、ボルト１０に締付けによる伸びが発生しているから、弛めに伴いボルト１０が縮んで長さが変化していくが、弛めが進行して着座前の状態まで戻ると、ボルト１０は締付けから解除され、伸びがなくなって、それ以上ボルト長さは変化せず安定する。同様に、ボルト１０が着座しているうちは、ボルト１０に軸力が発生しているから、弛めに伴い弛めトルクが減少していくが、弛めが進行して着座前の状態まで戻ると、ボルト１０に軸力がなくなって、それ以上弛めトルクは変化せずほぼ零で安定する（図２参照）。以上により、ステップＳ９では、ボルト１０が着座前の状態まで弛められたか否かが判定される。
【００４９】
その結果、ボルト１０が着座前の状態まで弛められていないうちは弛めを継続し、ボルト１０が着座前の状態まで弛められればステップＳ１０で弛めを停止する。
【００５０】
次いで、ステップＳ１１で、ボルト長さを検出する。つまり、いま弛めた後のボルト１０の長さ（符号Ｌ２を付す）を検出するのである。
【００５１】
次いで、ステップＳ１２で、この弛め後のボルト長さＬ２と、締付け前のボルト長さ、つまりデータ記憶部２３に記憶されている初期長さＬ０との間の変化量 ΔＬ（＝Ｌ２−Ｌ０）を検出する。
【００５２】
次いで、ステップＳ１３で、いま求めたボルト長さ変化量 ΔＬが所定の許容範囲Ａ内にあるか否かを判定する。その結果、ボルト長さ変化量 ΔＬが前記許容範囲Ａ内にあると判定したときは、ステップＳ１４で、いったん締め付けた後いま弛めた当該ボルト１０が使用可能なものであると判定して、その旨の判定結果を表示部２４に表示し、ステップＳ１５で、締付続行信号をナットランナ駆動装置４０に出力する。
【００５３】
一方、ボルト長さ変化量 ΔＬが前記許容範囲Ａ内にないと判定したときは、ステップＳ２２で、いったん締め付けた後いま弛めた当該ボルト１０が使用不能なものであると判定して、その旨の判定結果を表示部２４に表示し、ステップＳ２３で、ボルト取替信号を図外の警報装置に出力する。その結果、作業者は、ソケット１１を外してボルト１０を別のボルトに取り替える。そして、軸力測定装置２０に対して所定の操作を行うことにより、ステップＳ２に戻り、いま取り替えた別のボルト１０を用いて締付けを再度実行する。
【００５４】
当該ボルト１０が使用可能なものであると判定したときは、ステップＳ１６で、締付けを再開する。つまり、２回目の締付けを行うのである。
【００５５】
次いで、ステップＳ１７で、ボルト１０の伸び量δを検出し、ステップＳ１８で、検出したボルト伸び量δを前記ボルト長さ変化量 ΔＬで減算補正する。つまり、ステップＳ１７で検出したボルト伸び量δから前記ボルト長さ変化量 ΔＬを減算した値をボルト伸び量δとするのである。
【００５６】
そして、ステップＳ１９で、このようにボルト長さ変化量 ΔＬを減算補正した後のボルト伸び量δが目標伸び量δｆに到達したか否かを判定する。到達しないうちは締付けを継続し、到達すればステップＳ２０でボルト軸力Ｆが目標軸力Ｆｆに到達したと判定した後、ステップＳ２１で締付けの完了を判定して、エンドとなる。
【００５７】
図１０は、例えば周辺温度の上昇に起因してボルト１０に膨張伸びが発生した場合におけるボルト長さＬないしボルト伸び量δとボルト軸力Ｆとの関係を示すグラフである。
【００５８】
理想の場合、図中実線で示したように、１回目の締付け（Ｓ２〜Ｓ６）前のボルト１０の初期長さは、データ記憶部２３に記憶されている通りの長さＬ０であり、締付けの進行に伴いボルト軸力Ｆは比例係数αライン上を移動して、ボルト伸び量δが目標伸び量δｆに到達した時点で目標軸力Ｆｆに到達する（ボルト長さはＬ１である）。
【００５９】
そして、弛め中（Ｓ７〜Ｓ１０）においてもボルト軸力Ｆは比例係数αライン上を戻り、ボルト１０が着座前の状態まで弛められた時点でボルト長さはＬ０に復帰する。つまり、弛め後のボルト長さは１回目の締付け前のボルト長さＬ０にほぼ一致する。
【００６０】
その結果、ボルト長さ変化量 ΔＬはほぼ零となり、ステップＳ１４で当該ボルト１０が使用可能判定されて、２回目の締付け（Ｓ１６〜Ｓ２０）に用いられることとなる。
【００６１】
これに対し、温度上昇でボルト１０に膨張伸びが発生したときは、図中点線で示したように、１回目の締付け前のボルト１０の初期長さが、データ記憶部２３に記憶されている初期長さＬ０より長くなっており、その分の伸び量が加わるので、ボルト伸び量δが目標伸び量δｆに到達しても、ボルト軸力Ｆは目標軸力Ｆｆに到達していない。その結果、目標軸力Ｆｆと実軸力Ｆｒとの間に明確な軸力誤差が生じる。
【００６２】
そして、弛め後のボルト長さは、データ記憶部２３に記憶されている初期長さＬ０より長いＬ２となり、明確なボルト長さ変化量 ΔＬが生じる。
【００６３】
しかし、そのボルト長さ変化量 ΔＬが所定範囲Ａに収まっていれば、ステップＳ１４で当該ボルト１０が使用可能判定されて、２回目の締付けに用いられる。ただし、ボルト長さ変化量 ΔＬが所定範囲Ａを超えて大きいときは、ステップＳ２２で当該ボルト１０が使用不能判定されて、その使用が中止されることとなる。
【００６４】
図１１は、膨張伸びにより明確な長さ変化量 ΔＬが生じたボルト１０を２回目の締付けに用いた場合におけるボルト長さＬないしボルト伸び量δとボルト軸力Ｆとの関係を示すグラフである。
【００６５】
この場合、２回目の締付け前のボルト１０の長さは、データ記憶部２３に記憶されている初期長さＬ０より長いＬ２である。そして、その差（Ｌ２−Ｌ０）がボルト長さ変化量 ΔＬである。
【００６６】
本実施形態では、ステップＳ１８において、ステップＳ１７で検出したボルト伸び量δを前記ボルト長さ変化量 ΔＬで減算補正するから、結局、目標伸び量δｆが、見かけ上、前記ボルト長さ変化量 ΔＬだけ大きくなるような作用が得られる。その結果、ボルト伸び量δが目標伸び量δｆに到達した時点で、実軸力Ｆｒが目標軸力Ｆｆにほぼ一致し、目標軸力Ｆｆが精度よく安定して達成されることとなる。
【００６７】
なお、図１０では、１回目の締付け前からボルト１０の初期長さがデータ記憶部２３に記憶されている初期長さＬ０より長くなっている場合を説明したが、これに限らず、例えば、１回目の締付け前のボルト１０の初期長さはデータ記憶部２３に記憶されている初期長さＬ０と同じであるが、１回目の締付中に温度変化（摩擦熱等）が起こってボルト１０に膨張伸びが発生した場合も同様である。
【００６８】
次に、図１２は、強度が相対的に小さいボルト１０が締付中に塑性伸びを起こした場合におけるボルト長さＬないしボルト伸び量δとボルト軸力Ｆとの関係を示すグラフである。
【００６９】
この場合、１回目の締付け前のボルト１０の初期長さは、データ記憶部２３に記憶されている通りの長さＬ０であるが、図中点線で示したように、締付けの進行に伴いボルト１０が塑性伸びを起こして、ボルト伸び量δが目標伸び量δｆに到達しても、ボルト軸力Ｆは目標軸力Ｆｆに到達していない。その結果、目標軸力Ｆｆと実軸力Ｆｒとの間に明確な軸力誤差が生じる（図４参照）。
【００７０】
そして、弛め後のボルト長さは、データ記憶部２３に記憶されている初期長さＬ０より長いＬ２となり、明確なボルト長さ変化量 ΔＬが生じる（図６参照）。
【００７１】
しかし、そのボルト長さ変化量 ΔＬが所定範囲Ａに収まっていれば、ステップＳ１４で当該ボルト１０が使用可能判定されて、２回目の締付けに用いられる。ただし、ボルト長さ変化量 ΔＬが所定範囲Ａを超えて大きいときは、ステップＳ２２で当該ボルト１０が使用不能判定されて、その使用が中止されることとなる。
【００７２】
図１３は、塑性伸びにより明確な長さ変化量 ΔＬが生じたボルト１０を２回目の締付けに用いた場合におけるボルト長さＬないしボルト伸び量δとボルト軸力Ｆとの関係を示すグラフである。
【００７３】
この場合、２回目の締付け前のボルト１０の長さは、データ記憶部２３に記憶されている初期長さＬ０より長いＬ２である。そして、その差（Ｌ２−Ｌ０）がボルト長さ変化量 ΔＬである。
【００７４】
本実施形態では、ステップＳ１８において、ステップＳ１７で検出したボルト伸び量δを前記ボルト長さ変化量 ΔＬで減算補正するから、結局、目標伸び量δｆが、見かけ上、前記ボルト長さ変化量 ΔＬだけ大きくなるような作用が得られる。その結果、ボルト伸び量δが目標伸び量δｆに到達した時点で、実軸力Ｆｒが目標軸力Ｆｆに接近し、目標軸力Ｆｆが精度よく安定して達成されることとなる。
【００７５】
しかも、２回目の締付時にはボルト１０の弾性限界が高上するから、塑性伸びが低減され、適正な締付けが最終的に実現することとなる。
【００７６】
次に、図１４は、転位が相違するボルト１０を締付中に伸び量と軸力との比例係数αが変動した場合におけるボルト長さＬないしボルト伸び量δとボルト軸力Ｆとの関係を示すグラフである。
【００７７】
この場合、１回目の締付け前のボルト１０の初期長さは、データ記憶部２３に記憶されている通りの長さＬ０であるが、図中点線で示したように、締付けの進行に伴い転位が起こって、比例係数αが小さくなり、ボルト伸び量δが目標伸び量δｆに到達しても、ボルト軸力Ｆは目標軸力Ｆｆに到達していない。その結果、目標軸力Ｆｆと実軸力Ｆｒとの間に明確な軸力誤差が生じる（図５参照）。
【００７８】
そして、弛め後のボルト長さは、データ記憶部２３に記憶されている初期長さＬ０より長いＬ２となり、明確なボルト長さ変化量 ΔＬが生じる（図７参照）。
【００７９】
しかし、そのボルト長さ変化量 ΔＬが所定範囲Ａに収まっていれば、ステップＳ１４で当該ボルト１０が使用可能判定されて、２回目の締付けに用いられる。ただし、ボルト長さ変化量 ΔＬが所定範囲Ａを超えて大きいときは、ステップＳ２２で当該ボルト１０が使用不能判定されて、その使用が中止されることとなる。
【００８０】
図１５は、転位の相違により明確な長さ変化量 ΔＬが生じたボルト１０を２回目の締付けに用いた場合におけるボルト長さＬないしボルト伸び量δとボルト軸力Ｆとの関係を示すグラフである。
【００８１】
この場合、２回目の締付け前のボルト１０の長さは、データ記憶部２３に記憶されている初期長さＬ０より長いＬ２である。そして、その差（Ｌ２−Ｌ０）がボルト長さ変化量 ΔＬである。
【００８２】
本実施形態では、ステップＳ１８において、ステップＳ１７で検出したボルト伸び量δを前記ボルト長さ変化量 ΔＬで減算補正するから、結局、目標伸び量δｆが、見かけ上、前記ボルト長さ変化量 ΔＬだけ大きくなるような作用が得られる。その結果、ボルト伸び量δが目標伸び量δｆに到達した時点で、実軸力Ｆｒが目標軸力Ｆｆに接近し、目標軸力Ｆｆが精度よく安定して達成されることとなる。
【００８３】
しかも、２回目の締付時にはボルト１０の転位が抑制されるから、比例係数αの変動が低減され、適正な締付けが最終的に実現することとなる。
【００８４】
次に、図１６は、強度が過度に小さいボルト１０が締付中に過大な塑性伸びを起こした場合におけるボルト長さＬないしボルト伸び量δとボルト軸力Ｆとの関係を示すグラフである。
【００８５】
この場合、図１２と比較して、ボルト１０の塑性伸びが過大であるから、目標伸び量δｆ到達時点における目標軸力Ｆｆと実軸力Ｆｒとの間の軸力誤差が増大し、その結果、弛め後のボルト長さＬ２がより長くなって、ボルト長さ変化量 ΔＬが所定範囲Ａを超えて大きくなり、ステップＳ２２で当該ボルト１０が使用不能判定されて、その使用が中止されることとなる。
【００８６】
以上のように、本実施形態においては、ボルト伸び量δが目標伸び量δｆに到達するまでボルト１０を締め付けることによりボルト軸力Ｆを目標軸力Ｆｆに到達させる測伸法において、いったんボルト伸び量δが目標伸び量δｆに到達するまで締め付けた（ステップＳ２〜Ｓ６）ボルト１０を着座前の状態まで弛め（ステップＳ７〜Ｓ１０）、弛めた後のボルト長さＬ２と締付前のボルト長さＬ０との間の変化量 ΔＬが所定の許容範囲Ａ内にある場合に限り（ステップＳ１３でＹＥＳ）、当該ボルト１０を用いて２回目の締付けを行い（ステップＳ１６〜Ｓ２０）、一方、前記変化量 ΔＬが許容範囲Ａ内にない場合は（ステップＳ１３でＮＯ）、当該ボルト１０を用いて締付けを行うことは中止する（ステップＳ２２〜Ｓ２３）ようにしたから、例えば膨張伸びのような締付け以外の要因による伸びが過度に発生したボルトや、過度に強度が不足するボルト（図１６参照）や、過度に転位が相違するボルト等は使用が中止されることとなり、これにより、ボルト軸力Ｆが目標軸力Ｆｆに到達していない締結力不足の締結構造体の生産を未然に回避することが可能となる。
【００８７】
そして、前記ボルト長さ変化量 ΔＬが許容範囲Ａ内にあるボルト１０（図１０、図１２、図１４参照）のみを用いて２回目の締付けを行うから、目標軸力Ｆｆを精度よく安定して達成することが可能となる（図１１、図１３、図１５参照）。
【００８８】
その場合に、許容範囲Ａ内であるが多少強度が不足するボルト（図１２参照）や多少転位が相違するボルト（図１４参照）も２回目の締付けに用いられることとなるが、２回目の締付時にはボルトの弾性限界が高上し（図１３参照）、また転位が抑制される（図１５参照）から、塑性伸びや比例係数αの変動が低減された適正な締付けが最終的に実現することとなる。
【００８９】
また、２回目の締付けでは、ボルト伸び量δから前記ボルト長さ変化量 ΔＬを減算補正する（ステップＳ１８）ようにしたから、目標軸力Ｆｆをさらに精度よく安定して達成することが可能となる（図１１、図１３、図１５の目標伸び量δｆの見かけ上の増大参照）。
【００９０】
また、ボルト長さ変化量 ΔＬが許容範囲Ａ内にない場合は、別のボルトに取り替えて、測伸法による締付けが再度実行されることとなる（ステップＳ２３からＳ２に戻る）。
【００９１】
また、測伸法による締付けが再度実行されるとき（ステップＳ２３からＳ２に戻ったとき）も、１回目の締付け（ステップＳ２〜Ｓ６）、弛め（ステップＳ７〜Ｓ１０）、ボルト長さ変化量 ΔＬの検出（ステップＳ１２）、判定（ステップＳ１３）、及び、２回目の締付け（ステップＳ１６〜Ｓ２０）又は締付中止（ステップＳ２２〜Ｓ２３）が遂行されるから、この再締付時においても、締結力不足の締結構造体の生産が未然に回避され、目標軸力が精度よく安定して達成されることとなる。
【００９２】
また、本実施形態では、超音波センサ１２で超音波を用いてボルト長さＬを検出するようにしたから、簡便で精度よく、そして締付中でもボルト長さＬを検出することが可能となる。
【００９３】
また、本実施形態では、ボルト伸び量δからボルト軸力Ｆを算出する際に使用する比例係数α（図２参照）を、ボルトへの荷重Ｗの増加量とボルト伸び量とから設定（図４、図５参照）せずに、ボルトに負荷した荷重Ｗの減少量とボルト縮み量とから設定（図６、図７参照）するようにしたから、たとえ比例係数α設定時の被検査体毎に強度や転位が異なっていても、荷重の減少量とボルトの縮み量との関係を表す弾性勾配は安定することによって、伸び量の検出結果ひいては比例係数αの設定結果の変動が少なくて済み、ボルト伸び量δとボルト軸力Ｆとの比例係数αが精度よく設定されることとなる。
【００９４】
ところで、超音波を利用してボルト長さＬを検出する場合は、超音波を送受信する超音波センサ１２とボルト頭部との間に音響インピーダンスの異なる空気層や異物等がわずかでも介在すると、超音波の送受信が阻害されて、精度のよいボルト長さＬの検出ができなくなる。また、ボルト頭部やボルト先端部にわずかな傷や平面度不良等があっても、超音波の送受信が阻害されて、やはりボルト長さＬを良好に検出できなくなる。このようなボルト長さＬの検出誤差は、伸び量δの検出誤差となり、実軸力Ｆｒをボルト毎にバラつかせる結果となって、締結力不足のものや締結力過多のものが混在することとなる。
【００９５】
そこで、例えば図１７（ａ），（ｂ）に示すように、超音波センサ１２が密着するべきボルト頭部１０ａから塵やゴミ等の微小な異物を除去するためのブラシ４０を具備したソケット１１を用いることが提案される。
【００９６】
異物除去ブラシ４０は、ボルト頭部１０ａが嵌合するソケット１１の凹部に仕込まれている。ブラシ本体４２はコイルバネ４４で基材４１に回動自在に接続されている。基材４１は台座４５を介してソケット１１の凹部壁面に固定され、コイルバネ４４はブラシ本体４２をソケット１１の凹部から外に突出させる方向に付勢している。付勢されたブラシ本体４２は台座４５に当接して位置決めされている。ブラシ本体４２には超音波センサ１２を挿通させるための穴４３が開いている。
【００９７】
このような構成により、ボルト頭部１０ａにソケット１１を被せる際、ブラシ本体４２の先端部がボルト頭部１０ａの上面を摺動して異物を払い除けながら、ブラシ本体４２はソケット１１の凹部内に折り畳まれ、ブラシ本体４２の穴４３を通過した超音波センサ１２が、異物が除去されたボルト頭部１０ａに良好に密着することとなる。
【００９８】
また、例えば図１８に示すように、超音波センサ１２が密着するべきボルト頭部１０ａから塵やゴミ等の微小な異物を除去するための圧縮エア通路５０を内蔵したソケット１１を用いることも提案される。エア通路５０には図外のエア供給源から圧縮エアがフレキシブルパイプ５１を介して送り込まれ、ボルト頭部１０ａにソケット１１を被せる際、図中矢印で示したように、エア通路５０の出口から噴出した圧縮エアがボルト頭部１０ａの上面から異物を吹き飛ばし、超音波センサ１２が、異物が除去されたボルト頭部１０ａに良好に密着することとなる。
【００９９】
図１７の異物除去ブラシ４０と、図１８の圧縮エア通路５０とを併用しても構わない。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
以上、具体例を挙げて詳しく説明したように、本発明は、ボルト軸力をボルト伸び量で管理する測伸法において、たとえ締付け以外の要因でボルトに伸びが発生したり、ボルトが塑性伸びを起こしたり、伸び量と軸力との比例係数が変動しても、目標軸力を精度よく安定して達成し、ボルト軸力が目標軸力に到達していない締結力不足の締結構造体の生産を未然に回避することが可能な技術であるから、ボルト締結方法及びその装置の技術分野において広範な産業上の利用可能性が期待される。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明の最良の実施形態に係るボルト締結装置のブロック構成図である。
【図２】ボルト伸び量と軸力との関係を示すグラフである。
【図３】ボルト伸び量と軸力との比例係数を予め実験的に設定する原理の説明図である。
【図４】ボルト強度が異なる場合のボルト伸び量と荷重増加量との関係を示すグラフである。
【図５】ボルト転位が異なる場合のボルト伸び量と荷重増加量との関係を示すグラフである。
【図６】ボルト強度が異なる場合のボルト縮み量と荷重減少量との関係を示すグラフである。
【図７】ボルト転位が異なる場合のボルト縮み量と荷重減少量との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の最良の実施形態に係るボルト締結方法の一部を示すフローチャートである。
【図９】前記ボルト締結方法の残部を示すフローチャートである。
【図１０】温度上昇でボルトに膨張伸びが発生した場合における前記ボルト締結方法の動作を示すグラフである。
【図１１】同作用を示すグラフである。
【図１２】強度小でボルトに塑性伸びが発生した場合における前記ボルト締結方法の動作を示すグラフである。
【図１３】同作用を示すグラフである。
【図１４】転位により比例係数が変動した場合における前記ボルト締結方法の動作を示すグラフである。
【図１５】同作用を示すグラフである。
【図１６】過度な強度不足でボルトに過大な塑性伸びが発生した場合における前記ボルト締結方法の動作を示すグラフである。
【図１７】（ａ）ボルト頭部の異物を除去するためのブラシを具備したソケットの拡大断面図、（ｂ）前記ブラシを矢印（ｂ）から見た拡大図である。
【図１８】ボルト頭部の異物を除去するための圧縮エア通路を内蔵したソケットの拡大断面図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１              ボルト締結装置
１０            ボルト
１２            超音波センサ
２０            軸力測定装置
２１            制御部
２３            データ記憶部
２４            表示部
３０            ナットランナ
３３            トルクセンサ
Ｓ２〜Ｓ６      第１の締付工程、第１の締付手段
Ｓ７〜Ｓ１０    弛め工程、弛め手段
Ｓ１２          変化量検出工程、変化量検出手段
Ｓ１３          判定工程、判定手段
Ｓ１６〜Ｓ２０  第２の締付工程、第２の締付手段
Ｓ２２〜Ｓ２３  中止工程、中止手段
Ｓ２３          取替工程、取替信号出力手段
Ｓ２            再締付工程、再締付手段
【図１】
0005163269.tif 000002
【図２】
0005163269.tif 000003
【図３】
0005163269.tif 000004
【図４】
0005163269.tif 000005
【図５】
0005163269.tif 000006
【図６】
0005163269.tif 000007
【図７】
0005163269.tif 000008
【図８】
0005163269.tif 000009
【図９】
0005163269.tif 000010
【図１０】
0005163269.tif 000011
【図１１】
0005163269.tif 000012
【図１２】
0005163269.tif 000013
【図１３】
0005163269.tif 000014
【図１４】
0005163269.tif 000015
【図１５】
0005163269.tif 000016
【図１６】
0005163269.tif 000017
【図１７】
0005163269.tif 000018
【図１８】
0005163269.tif 000019