(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雄ねじ部材と雌ねじ部材とを螺合させた状態で、それら両ねじ部材の一方である非回転ねじ部材の回転を防止し、それら両ねじ部材の他方である回転ねじ部材を回転させることにより、両ねじ部材を被締付物を間に挟んで締め付ける方法であって、
前記回転ねじ部材の座面が前記被締付物の座面に接触しない初期段階において、回転ねじ部材に第一軸方向力を加えつつその回転ねじ部材を回転させて回転抵抗トルクを検出し、少なくともその検出した初期段階の回転抵抗トルクである初期段階トルクと前記第一軸方向力とに基づいて締付終了条件を決定し、その締付終了条件が満たされたときに締付けを終了することを特徴とするねじ締付方法。
【請求項２】
雄ねじ部材と雌ねじ部材とを螺合させた状態で、それら両ねじ部材の一方である非回転ねじ部材の回転を防止し、それら両ねじ部材の他方である回転ねじ部材を回転させることにより、両ねじ部材を被締付物を間に挟んで締め付ける装置であって、
前記回転ねじ部材を回転させる回転駆動装置と、
その回転駆動装置による前記回転ねじ部材の回転中であって、かつ、その回転ねじ部材の座面が前記被締付物の座面に接触しない初期段階の少なくとも一時点に、その回転ねじ部材に第一軸方向力を付与する軸方向力付与装置と、
前記回転ねじ部材の回転抵抗トルクを検出するトルク検出装置と、
少なくとも、前記初期段階であって前記軸方向力付与装置により前記第一軸方向力が付与されている状態で前記トルク検出装置により検出された回転抵抗トルクである初期段階トルクと、前記第一軸方向力とに基づいて締付終了条件を決定する締付終了条件決定手段と、
その締付終了条件決定手段によって決定された締付終了条件が満たされた場合に、前記回転駆動装置の停止指令を発する停止指令手段と
を含むことを特徴とするねじ締付装置。
【請求項３】
前記軸方向力付与装置が、前記第一軸方向力を、前記回転ねじ部材の座面を前記被締付物の座面に接近させる向きに付与するものであることを特徴とする請求項２に記載のねじ締付装置。
【請求項４】
前記軸方向力付与装置が、前記回転ねじ部材の座面が前記被締付物の座面に接触し、かつ、両ねじ部材のねじ面が実質的に接触していない中間段階の少なくとも一時点において第二軸方向力を付与するものであり、前記トルク検出装置が、その少なくとも一時点における回転抵抗トルクである中間段階トルクを検出するものであり、前記
締付終了条件決定手段が、その中間段階トルクと前記第二軸方向力とにも基づいて前記締付終了条件を決定するものであることを特徴とする請求項３に記載のねじ締付装置。
【請求項５】
前記中間段階の少なくとも一時点を検出する中間段階検出手段を含み、その中間段階検出手段が、前記トルク検出装置により検出された回転抵抗トルクの前記初期段階から前記中間段階への移行時における急変を検出することにより中間段階の開始時点を検出する中間段階開始時点検出手段を含む請求項４に記載のねじ締付装置。
【請求項６】
前記中間段階の少なくとも一時点を検出する中間段階検出手段を含み、その中間段階検出手段が、
前記トルク検出装置により時々刻々検出される前記回転抵抗トルクを記憶するトルク記憶手段と、
前記回転抵抗トルクが設定トルクに達した後、前記トルク記憶手段に記憶された回転抵抗トルクの群に基づいて前記中間段階の終了時点を決定する中間段階終了時点決定手段とを含む請求項４または５に記載のねじ締付装置。
【請求項７】
前記締付終了条件が、実際の回転抵抗トルクが、少なくとも前記初期段階トルクと前記第一軸方向力とに基づいて決まる目標締付トルクに等しくなることである請求項２ないし６のいずれかに記載のねじ締付装置。
【請求項８】
前記締付終了条件が、少なくとも前記初期段階トルクと前記第一軸方向力とに基づいて決まる始点トルクに実際の回転抵抗トルクが達した時点からの前記回転ねじ部材の回転角が、前記雄ねじ部材および前記被締付物の弾性係数と目標締付力とに基づいて決まる目標回転角に等しくなることである請求項２ないし６のいずれかに記載のねじ締付装置。
【請求項９】
前記締付終了条件決定手段が、前記トルク検出装置により検出された回転抵抗トルクと前記軸方向力付与装置により付与される軸方向力とに基づいて、前記両ねじ部材のねじ面間摩擦係数と、前記回転ねじ部材と前記被締付物との座面間摩擦係数との少なくとも一方を推定する摩擦係数推定手段を含み、その推定した摩擦係数に基づいて前記締付終了条件を決定するものである請求項２ないし８のいずれかに記載のねじ締付装置。
【請求項１０】
前記軸方向力付与装置により付与される軸方向力を検出する軸方向力検出装置を含み、かつ、前記摩擦係数推定手段が、その検出された軸方向力と、前記トルク検出装置により検出された回転抵抗トルクとに基づいて前記摩擦係数の少なくとも一方を推定するものである請求項９項に記載のねじ締付装置。
【請求項１１】
前記回転駆動装置が、
前記回転ねじ部材に相対回転不能に係合するレンチ部材と、
そのレンチ部材を回転させる回転駆動源と
を含み、前記軸方向力付与装置が、
少なくともねじの締付時には、前記両ねじ部材の軸方向において前記非回転ねじ部材と相対移動不能となる反力受部材と、
その反力受部材と前記レンチ部材との間に配設され、それら反力受部材とレンチ部材とを前記両ねじ部材の軸方向に相対移動させる軸方向駆動装置と
を含む請求項２ないし１０のいずれかに記載のねじ締付装置。
【請求項１２】
ケーシングと、そのケーシングに回転可能に保持されたレンチ部材と、そのレンチ部材を回転させる回転駆動源と、前記レンチ部材に軸方向力を付与する軸方向力付与装置とを含み、前記レンチ部材が、前記雄ねじ部材と雌ねじ部材とのうち回転させるべきねじ部材である回転ねじ部材に相対回転不能に係合させられてその回転ねじ部材を回転させることにより、両ねじ部材を被締付物を間に挟んで締め付けるとともに、前記回転ねじ部材の座面が前記被締付物の座面に接触しない初期段階の少なくとも一時点に、その回転ねじ部材に前記軸方向力付与装置により第一軸方向力を付与するねじ締付装置に取り付けて使用されるアタッチメントであって、
前記ケーシングに取り付けられる補助ケーシングと、
その補助ケーシングに回転可能に保持され、後端に前記レンチ部材に相対回転不能に係
合する接続部を、先端部に前記回転ねじ部材に相対回転不能に係合するレンチ部をそれぞれ備えた回転伝達部材と、
その回転伝達部材の捩じれトルクを検出するトルク検出装置と、
少なくともそのトルク検出装置に接続される制御装置であって、(a)少なくとも、前記
初期段階の前記軸方向力付与装置により前記第一軸方向力が付与されている時点に前記トルク検出装置により検出された捩じれトルクである初期段階トルクと、前記第一軸方向力とに基づいて締付終了条件を決定する締付終了条件決定手段と、(b)その締付終了条件決
定手段によって決定された締付終了条件が満たされた場合に、前記回転駆動装置の停止指令を発する停止指令手段とを備えたものと
を含むことを特徴とする締付トルク管理用アタッチメント。
【請求項１３】
雄ねじ部材と雌ねじ部材とを螺合させた状態で、それら両ねじ部材の一方である非回転ねじ部材の回転を防止し、それら両ねじ部材の他方である回転ねじ部材を回転させることにより、両ねじ部材を被締付物を間に挟んで締め付ける際に、締付トルクをコンピュータにより管理するための制御プログラムであって、
前記回転ねじ部材の座面が前記被締付物の座面に接触しない初期段階であって前記回転ねじ部材に第一軸方向力が付与されている状態における回転ねじ部材の回転抵抗トルクである初期段階トルクを検出する初期段階トルク検出工程と、
少なくともその初期段階トルク検出工程において検出された初期段階トルクと前記第一軸方向力とに基づいて締付終了条件を決定する締付終了条件決定工程と、
その締付終了条件決定工程において決定された締付終了条件が満たされたときに締付けの終了を指令する締付終了指令工程と
を含む締付トルク管理プログラムが、前記コンピュータにより読み取り可能に記録されたことを特徴とする記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、雄ねじ部材と雌ねじ部材とを螺合させた状態で、それら両ねじ部材の一方である非回転ねじ部材の回転を防止し、それら両ねじ部材の他方である回転ねじ部材を回転させることにより、両ねじ部材を被締付物を間に挟んで締め付ける方法および装置に関するものであり、特に、締付力の管理精度の向上に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
雄ねじ部材と雌ねじ部材とにより被締付物が締め付けられる場合、被締付物が複数の場合と単数の場合とがある。例えば、雌ねじ穴が形成された部材（これが雌ねじ部材である）に、被締付物の貫通穴を貫通させたボルト（これが雄ねじ部材である）が締め込まれることにより、被締付物が雌ねじ部材に締め付けられる場合には、被締付物は単数になることが多いが、頭付きのボルトとナットとをそれぞれ雄ねじ部材，雌ねじ部材として締付けが行われる場合には、被締付物は複数個となる。なお、植込みボルトが取り付けられた部材に、ナットにより被締付部材が締め付けられる場合には、植込みボルトが取り付けられた部材を雄ねじ部材と考えることとする。この場合には、被締付物が単数になることが多い。締付けに当たっては、雄ねじ部材が回転させられる場合と、雌ねじ部材が回転させられる場合とがあり、反対側のねじ部材は回転しないようにされることが必要である。本明細書においては、回転させられる側のねじ部材を回転ねじ部材、回転しないようにされる側のねじ部材を非回転ねじ部材と称することとする。
【０００３】
ねじ部材の締付け時には、本来は雄ねじ部材の軸力である締付力が管理されるべきであるが、締付力を検出することが困難であるため、通常はＪＩＳ  Ｂ  １０８３の「ねじの締付け通則」に規定されている「トルク法」，「回転角法」，「トルク勾配法」等によって管理されている。これらのうち、「トルク勾配法」による場合には、締付力の管理精度が、雌雄両ねじ部材のねじ面間の摩擦係数（ねじ面間摩擦係数と称する）や回転ねじ部材の座面と被締付物の座面との間の摩擦係数（座面間摩擦係数と称する）の影響を受けることはないが、「トルク法」と「回転角法」とによる場合にはそれら摩擦係数の影響を受ける。従来は、ねじ面間摩擦係数および座面間摩擦係数を予め測定しておき、それらを使用して締付力の管理が行われていたが、両摩擦係数はねじ面や座面の状況により左右される。ねじ面や座面の表面粗さおよび硬度や潤滑状況等の影響を受けるのであり、通常、これらは一定ではないため、締付力のばらつきが大きくなり、締付力管理の信頼性が十分とは言えなかった。
【０００４】
なお、ねじの締付時には、回転ねじ部材の座面と被締付物の座面との間にはスプリングワッシャと平ワッシャとの少なくとも一方が配設されるのが普通であり、回転ねじ部材の回転時には回転ねじ部材とワッシャとの間ですべりが生じるのが普通である。したがって、以下においては、ワッシャを被締付物の一部と見なし、ワッシャの座面を被締付物の座面と見なすこととし、ワッシャの存在は無視して説明する。さらに付言すれば、スプリングワッシャが回転ねじ部材と一体的に回転することもあり得、その場合にはスプリングワッシャの被締付物の座面と接触する座面を回転ねじ部材と見なすべきであることになるが、実用上は、その場合でも回転ねじ部材とワッシャとの間ですべっていると考えていても問題はない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題，課題解決手段，作用および効果】
本発明は、以上の事情を背景として、締付力管理の信頼性を向上させることを課題としてなされたものである。
そして、本発明によって、下記各態様のねじ締付方法，ねじ締付装置，締付力管理用アタッチメント，締付力管理用記録媒体，摩擦係数関連量取得方法，摩擦係数関連量取得装置等が得られる。各態様は請求項と同様に、項に区分し、各項に番号を付し、必要に応じて他の項の番号を引用する形式で記載する。各項に記載の特徴の組合わせの可能性を明示するためである。
（１）雄ねじ部材と雌ねじ部材とを螺合させた状態で、それら両ねじ部材の一方である非回転ねじ部材の回転を防止し、それら両ねじ部材の他方である回転ねじ部材を回転させることにより、両ねじ部材を被締付物を間に挟んで締め付ける方法であって、
前記回転ねじ部材の座面が前記被締付物の座面に接触しない初期段階において、回転ねじ部材に第一軸方向力を加えつつその回転ねじ部材を回転させて回転抵抗トルクを検出し、少なくともその検出した初期段階の回転抵抗トルクである初期段階トルクと前記第一軸方向力とに基づいて締付終了条件を決定し、その締付終了条件が満たされたときに締付けを終了するねじ締付方法（請求項１）。
ここにおいて、「回転ねじ部材の座面」および「被締付物の座面」は、回転ねじ部材と被締付物とが直接接触する場合は文字通りそれらの座面であるが、両者の間にスプリングワッシャと平ワッシャとの少なくとも一方が配設される場合には、特に断らない限り、回転ねじ部材の回転時にすべりが生じる２つの座面（前述のように回転ねじ部材の座面とそれに接触するワッシャの座面であるのが普通である）がそれぞれ「回転ねじ部材の座面」および「被締付物の座面」であると見なすこととする。ただし、ワッシャ（スプリングワッシャは特に）はねじの緩みを防止することを主目的として配設されるものであるのに対し、本発明の方法によりねじの締付けが行われる場合には締付力が適正に管理されるため、ねじの緩みが発生しにくくなり、ワッシャの必要性が低下する。場合によってはワッシャを省略することも可能になる。
上記のようにして検出される初期段階トルクは、両ねじ部材のねじ面間摩擦係数の影響を受ける。両ねじ部材の呼び径（または有効径）およびリード角（またはピッチ）が同じで、回転ねじ部材に加えられる第一軸方向力が同じであれば、ねじ面間の摩擦係数が大きいほど初期段階トルクが大きくなるのである。そして、ねじ面間摩擦係数が大きいほど、同じ締付力を得るために必要な締付トルクが大きくなるため、トルク法で締付力を管理する場合には、初期段階トルクが大きいほど、目標締付トルク（締付を終了させるべき締付トルク）を大きく設定すれば、ねじ面間摩擦係数の影響を軽減することができる。また、回転角法で締付力を管理する場合には、回転角の計測起点となるスナグ点等の始点トルクを、初期段階トルクが大きいほど高く設定することによって、ねじ面間摩擦係数の影響を軽減することができる。なお、実験によれば、回転ねじ部材に加えられる第一軸方向力が大きいほど、ねじ面間摩擦係数の評価精度が向上する。特に、回転ねじ部材と被締付物との座面間にスプリングワッシャが配設される場合には、第一軸方向力がスプリングワッシャを密着状態にするに足る大きさであることが望ましい。
締付終了条件を決定するに当たっては、初期段階トルク自体をねじ面間摩擦係数に関連する摩擦係数関連量の一種として使用して締付終了条件を決定しても、初期段階トルクからねじ面間摩擦係数を推定し、その推定摩擦係数を使用して締付終了条件を決定してもよい。ねじ面間摩擦係数を評価すると言っても、必ずしもねじ面間摩擦係数自体を推定する必要はないのである。
（２）前記第一軸方向力が、前記回転ねじ部材の座面を被締付物の座面に接近させる向きの力である (1)項に記載のねじ締付方法。
回転ねじ部材に、その回転ねじ部材の座面を前記被締付物の座面から離間させる向きの第一軸方向力（引張力と称する）を加えつつ回転ねじ部材の回転抵抗トルクを検出しても、ねじ面間の摩擦係数を評価することはできるが、本態様におけるように、回転ねじ部材
の座面を被締付物の座面に接近させる向きの第一軸方向力（圧縮力と称する）を加えつつ回転ねじ部材の回転抵抗トルクを検出することが望ましい場合が多い。例えば、回転ねじ部材に圧縮力を加えるためには、ねじ締付装置のねじ係合部（レンチ部材と称する）を回転ねじ部材に当接させればよいため、レンチ部材として従来から使用されていたソケット，六角棒等をそのまま使用することができるのに対し、引張力を加えるためには、後に実施形態の項で説明するように、特殊な構造のレンチ部材を使用することが必要になる。また、レンチ部材の構造によっては、回転ねじ部材の形状を通常の形状とは異なる形状にすることが必要なる。さらに、圧縮力を加える場合には、次に説明するように、回転ねじ部材と被締付物との座面間摩擦係数も評価することができるが、引張力を加える場合にはこれを評価することができない。
（３）前記回転ねじ部材の座面が前記被締付物の座面に接触し、かつ、両ねじ部材のねじ面が実質的に接触していない中間段階においても前記回転抵抗トルクを検出し、その検出した中間段階トルクにも基づいて前記締付終了条件を決定する (2)項に記載のねじ締付方法。
本態様におけるように、ねじ面間摩擦係数に加えて座面間摩擦係数も評価し、締付終了条件の決定に加味すれば、締付力の管理精度を一層高めることができる。なお、初期段階において回転ねじ部材に加えられる第一軸方向力と、中間段階において加えられる第二軸方向力との大きさおよび向きは同じとすることが、軸方向力付与装置の構成を簡単にする上で望ましいが、不可欠ではない。軸方向力の大きさと向きとの少なくとも一方を初期段階と中間段階とで変えてもよいのである。初期段階では軸方向力を引張力として、その反力の非回転ねじ部材への伝達を容易にし、中間段階では後述の長さ変化装置による圧縮力とすることにより、反力をねじ締付装置自体に受けさせる態様がその一例である。
回転ねじ部材に軸方向力を加えるために、後述の種々の軸方向力付与装置を使用することができるが、手に持って使用するねじ締付装置によりねじの締付けを行う場合に、そのねじ締付装置の重量によって軸方向力を加えたり、作業者がねじ締付装置に軸方向の力を加えることによって回転ねじ部材に軸方向力を加えたりすることも可能である。同時点の軸方向力と回転抵抗トルクとを用いれば、支障なくねじ面や座面間の摩擦係数を評価することができ、必ずしも軸方向力を一定に保つ必要はないのである。
さらに、１回のねじ締付中に軸方向力を意識的に変化させてもよい。例えば、軸方向力を変化させつつ各大きさの軸方向力に対する回転抵抗トルクを検出し、複数組の軸方向力と回転抵抗トルクとの組合わせの各々についてねじ面や座面間の摩擦係数を評価し、それらの平均値を締付終了条件の決定に使用することができる。また、軸方向力の変化に応じて摩擦係数が変化する場合があり、この場合には、複数の軸方向力に対する摩擦係数関連量を取得し、それらに基づいて外挿法（補外法）あるいは内挿法（補間法）により、所望の軸方向力に対する摩擦係数関連量を取得することもできる。さらに、摩擦係数の評価後は軸方向力を解除あるいは軽減するなど、作業性等に対する考慮から軸方向力を変えることも可能である。
上記のように、軸方向力によって摩擦係数が変わる場合には、初期段階や中間段階に加えられる軸方向力が目標締付力に近いほど締付力の管理精度が向上することになるが、軸方向力の増大は装置の大形化や作業性低下につながることが多いため、両者を勘案して軸方向力を決めることが望ましい。
さらに付言すれば、回転ねじ部材の回転速度も必ずしも一定に保つ必要はない。例えば、初期段階や中間段階では（回転抵抗トルクを検出し得る時間が短い中間段階で特に）、回転速度を小さくして摩擦係数の評価を容易にしたり、逆に、最終段階で減速機の減速比を大きくして回転速度を小さくする代わりに大きな締付トルクが得られるようにしたりすることができる。
（４）前記締付終了条件が、実際の回転抵抗トルクが、少なくとも前記初期段階トルクに基づいて決まる目標締付トルクに等しくなることである (1)ないし (3)項のいずれか１つに記載のねじ締付方法。
本態様は前記「トルク法」による締付力の管理に相当する。
（５）前記締付終了条件が、前記初期段階トルクに基づいて決まる始点トルクに実際の回転抵抗トルクが達した時点からの前記回転ねじ部材の回転角が、前記雄ねじ部材および前記被締付物の弾性係数と目標締付力とに基づいて決まる目標回転角に等しくなることである (1)ないし (3)項のいずれか１つに記載のねじ締付方法。
本態様は前記「回転角法」による締付力の管理に相当する。ただし、上記始点トルクとしては、従来の「回転角法」におけるスナグ点に限定されず、回転ねじ部材と被締付物との座面同士と両ねじ部材のねじ面同士とが共に接触し、締付力が増大する最終段階と、前記中間段階との境界点である中間段階終了時点における回転抵抗トルクや、上記スナグ点よりやや高く設定した回転抵抗トルクを始点トルクとすることも可能である。
本態様のねじ締付方法による締付力の管理精度は始点トルクの設定精度によって大きく左右される。始点トルクは回転角と回転抵抗トルクとが比例関係にあることが確実である範囲の下限値に設定されることが望ましいのであるが、比例域の下限を正確に検出することは比較的困難である。そこで、まず、比例域にあることが保証される締付力の下限値（例えばねじ面同士および座面同士の接触状態が安定状態に到達することが確実な締付力）を決定し、その締付力の下限値と、ねじ面間摩擦係数関連量としての初期段階トルクと座面間摩擦係数関連量としての中間段階トルクとのうち少なくとも前者とに基づいて始点トルクを設定することにより、「回転角法」による締付力管理の精度を向上させようとするのが本態様のねじ締付方法なのである。
（６）前記回転ねじ部材に相対回転不能に係合するレンチ部材を回転可能に保持しているケーシングを、前記被締付物に、レンチ部材から回転ねじ部材への軸方向力の反力を伝達可能な状態で係合させて締付けを行う (1)ないし (5)項のいずれか１つに記載のねじ締付方法。
回転ねじ部材に加えられる軸方向力が引張力である場合には、ケーシングあるいはそれと一体的な部材を被締付物の表面に当接させるのみで、引張力の反力を被締付物を介して非回転ねじ部材に受けさせることができる。それに対し、回転ねじ部材に加えられる軸方向力が圧縮力である場合には、ケーシングあるいはそれと一体的な部材を被締付物に、ケーシングが被締付物から離間しないように係合させることが必要である。しかも、被締付物がケーシングと共にケーシングの側へ移動（これを被締付物の浮上がりと称する）してはならない。被締付物が浮き上がってしまえば、回転ねじ部材に十分な圧縮力を加えることができないからである。被締付物の重量が回転ねじ部材に加えるべき圧縮荷重より大きい場合には、被締付物の上方にケーシングを配置し、そのケーシングを被締付物に、その被締付物に対して相対的に上方へ移動不能に係合させれば、回転ねじ部材に十分な圧縮力を加えても被締付物が浮き上がることはない。しかし、被締付物が重量の小さいものである場合には、例えば、被締付物を次項におけるように仮に締め付けたり、専用の治具や別の重量物で押さえて浮き上がらないようにすることが必要になる。以上は、被締付物を下向きに締め付ける場合を想定して説明したが、上記のように被締付物を仮に締め付けたり、専用の治具で押さえたりすれば、被締付物を横方向に締め付けることもできる。
なお、上記レンチ部材なる用語は、回転ねじ部材に直接係合するソケットや六角棒等狭義のレンチ部材のみならず、インパクトレンチ等ねじ締付装置の角ドライブ等を備えた出力軸をも包含する広義の用語として使用する。レンチ部材をねじ締付装置の出力部材と言い換えることも可能であり、その場合、出力部材が先端に六角穴を備えたソケット部や六角棒部を備えた出力軸であり、直接回転ねじ部材の六角頭部や六角穴に係合する場合は、その出力軸は狭義でのレンチ部材と言い得る。それに対し、出力部材が先端に角ドライブ部等ソケット等の取付部を有するのみの出力軸である場合には、ソケット等を介して間接的に回転ねじ部材に係合し得るのみであって、狭義でのレンチ部材とは言い難い。しかし、回転ねじ部材への間接的な係合も係合であると考えれば、出力軸自体を広義のレンチ部材と考えることができ、また、出力軸にソケット等が取り付けられたものを１つの部材と考えれば、それら出力軸とソケット等とが組み合わされた部材は狭義のレンチ部材と言い得る。
（７）前記被締付物が、前記両ねじ部材の複数対によって締め付けられるものであり、そ
れら複数対のねじ部材のうちの少なくとも１対により仮に被締付物を締め付け、その被締付物に、前記回転ねじ部材に相対回転不能に係合するレンチ部材を回転可能に保持しているケーシングを、レンチ部材から回転ねじ部材への軸方向力の反力を伝達可能な状態で係合させて、前記複数対のねじ部材のうちの少なくとも１対を (2)ないし (5)項のいずれか１つの方法で締め付けた後、前記仮に締め付けておいた両ねじ部材の締付けを一旦緩め、
(2)ないし (5)項のいずれか１つの方法で締め付け直すねじ締付方法。
この方法によれば、専用の治具を使用することなく、軽量の被締付物を下向きは勿論、横方向にも上向きにも締め付けることができる。一般に、被締付物は複数対のねじ部材で締め付けられるため、本態様の締付方法は殆どの場合に採用することができる。なお、１個の部材に複数の雌ねじ穴が形成されている場合には、その１個の部材は複数個の雌ねじ部材が一体的に構成されたものと考えることとする。
（８）雄ねじ部材と雌ねじ部材とを螺合させた状態で、それら両ねじ部材の一方である非回転ねじ部材の回転を防止し、それら両ねじ部材の他方である回転ねじ部材を回転させることにより、両ねじ部材を被締付物を間に挟んで締め付ける装置であって、
前記回転ねじ部材を回転させる回転駆動装置と、
その回転駆動装置による前記回転ねじ部材の回転中であって、かつ、その回転ねじ部材の座面が前記被締付物の座面に接触しない初期段階の少なくとも一時点に、その回転ねじ部材に第一軸方向力を付与する軸方向力付与装置と、
前記回転ねじ部材の回転抵抗トルクを検出するトルク検出装置と、
少なくとも、前記初期段階であって前記軸方向力付与装置により前記第一軸方向力が付与されている状態で前記トルク検出装置により検出された回転抵抗トルクである初期段階トルクと、前記第一軸方向力とに基づいて締付終了条件を決定する締付終了条件決定手段と、
その締付終了条件決定手段によって決定された締付終了条件が満たされた場合に、前記回転駆動装置の停止指令を発する停止指令手段と
を含むことを特徴とするねじ締付装置（請求項２）。
本態様の装置によれば、前記 (1)項に記載のねじ締付方法を実施することができる。軸方向力付与装置は、初期段階を通じて第一軸方向力を加え続けるものでも、離散的に１回以上加えるものでもよい。トルク検出装置は１回のみ回転抵抗トルクを検出するものとすることも可能であるが、複数回検出するものとすれば、信頼性の高い回転抵抗トルクを取得することができる。また、停止指令手段により発せられた停止指令に基づいて、回転駆動装置を自動で停止させる自動停止手段を設ければ、締付力が目標締付力に達したとき締付けが自動的に終了させられるようにすることができて理想的であるが、不可欠ではなく、例えば、停止指令に基づいて鳴動するブザー等の報知器を設け、報知器の報知に応じて作業者が回転駆動装置を停止させるようにすることも可能である。
（９）前記軸方向力付与装置が、前記第一軸方向力を、前記回転ねじ部材の座面を前記被締付物の座面に接近させる向きに付与するものである (8)項に記載のねじ締付装置（請求項３）。
（１０）前記軸方向力付与装置が、前記回転ねじ部材の座面が前記被締付物の座面に接触し、かつ、両ねじ部材のねじ面が実質的に接触していない中間段階の少なくとも一時点において第二軸方向力を付与するものであり、前記トルク検出装置が、その少なくとも一時点における回転抵抗トルクである中間段階トルクを検出するものであり、前記締付終了条件決定手段が、その中間段階トルクと前記第二軸方向力とにも基づいて前記締付終了条件を決定するものである (9)項に記載のねじ締付装置（請求項４）。
（１１）前記締付終了条件が、実際の回転抵抗トルクが、前記初期段階トルクに基づいて決まる目標締付トルクに等しくなることである (8)ないし(10)項のいずれか１つに記載のねじ締付装置（請求項７）。
（１２）前記締付終了条件が、前記初期段階トルクに基づいて決まる始点トルクに実際の回転抵抗トルクが達した時点からの前記回転ねじ部材の回転角が、前記雄ねじ部材および前記被締付物の弾性係数と目標締付力とに基づいて決まる目標回転角に等しくなることで
ある (8)ないし(10)項のいずれか１つに記載のねじ締付装置（請求項８）。
（１３）前記中間段階の少なくとも一時点を検出する中間段階検出手段を含む(10)ないし(12)項のいずれか１つに記載のねじ締付装置。
（１４）前記中間段階検出手段が、前記トルク検出装置により検出された前記回転抵抗トルクに基づいて前記中間段階の少なくとも一時点を検出するものである(13)項に記載のねじ締付装置。
初期段階と中間段階とでは回転抵抗トルクが異なるのが普通であるため、回転抵抗トルクに基づいて中間段階を検出することができる。例えば、両段階の境界では回転抵抗トルクが急変するため、次項におけるように、その急変に基づいて中間段階の開始時点を検出することができる。ただし、回転抵抗トルクに基づくことは不可欠ではなく、例えば、後に実施形態の項で説明するように、回転ねじ部材の座面が被締付物の座面に当接した瞬間、レンチ部材に対する反力が変動する（回転速度が大きい場合や、スプリングワッシャが使用されない場合特に）ため、この変動に基づいて中間段階の開始時点を検出することができる。
（１５）前記中間段階検出手段が、前記初期段階から前記中間段階への移行時における前記回転抵抗トルクの急変を検出することにより中間段階の開始時点を検出する中間段階開始時点検出手段を含む(14)項に記載のねじ締付装置（請求項５）。
（１６）前記中間段階検出手段が、
前記トルク検出装置により時々刻々検出される前記回転抵抗トルクを記憶するトルク記憶手段と、
前記回転抵抗トルクが設定トルクに達した後、前記トルク記憶手段に記憶された回転抵抗トルクの群に基づいて前記中間段階の終了時点を決定する中間段階終了時点決定手段とを含む(14)項または(15)項のいずれか１つに記載のねじ締付装置（請求項６）。
中間段階から最終段階への移行時には、回転抵抗トルクの変化が、初期段階から中間段階への移行時に比較して緩やかであるため、中間段階から前記最終段階への移行時を回転抵抗トルクに基づいてリアルタイムで検出することは不可能ではないが、精度よく検出することは難しい。それに対し、時々刻々の回転抵抗トルクをトルク記憶手段に記憶させておき、後にそれら回転抵抗トルクの群に基づいて、中間段階から最終段階への移行時点、すなわち中間段階終了時点を特定することは容易である。ただし、締付力が目標締付力に達する前に、それに対応する目標締付トルク（「トルク法」の場合）あるいは目標回転角（「回転角法」の場合）が決定されていることが必要であるため、中間段階終了時点はできる限り早期に決定されることが望ましい。したがって、上記設定トルクは、中間段階から最終段階への移行を特定し得る範囲で、できる限り小さな値に設定されることが望ましい。中間段階終了時点決定手段は、例えば、回転角に対する回転抵抗トルクの変化勾配を時間の経過方向とは逆向きに調べた場合に、変化勾配が始めて設定勾配（例えば０）以下となる時点を中間段階終了時点に決定するものとしたり、回転抵抗トルクが極小値となる時点を中間段階終了時点に決定するものしたり、中間段階終了時点から時間的にそれぞれ正負両方向に隔たり、それぞれ中間段階と最終段階とに属することが明らかな複数個ずつの回転抵抗トルクにより規定される２本の直線が交差する時点を中間段階終了時点に決定するものとしたりすることができる。
（１７）前記締付終了条件決定手段が、前記トルク検出装置により検出された回転抵抗トルクと前記軸方向力付与装置により付与される軸方向力とに基づいて、前記両ねじ部材のねじ面間摩擦係数と、前記回転ねじ部材と前記被締付物との座面間摩擦係数との少なくとも一方を推定する摩擦係数推定手段を含み、その推定した摩擦係数に基づいて前記締付終了条件を決定するものである (8)ないし(16)項のいずれか１つに記載のねじ締付装置（請求項９）。
（１８）前記軸方向力付与装置により付与される軸方向力を検出する軸方向力検出装置を含み、かつ、前記摩擦係数推定手段が、その検出された軸方向力と、前記トルク検出装置により検出された回転抵抗トルクとに基づいて前記摩擦係数の少なくとも一方を推定するものである(17)項に記載のねじ締付装置（請求項１０）。
軸方向力付与装置により付与される軸方向力が予め定められた一定値であれば、軸方向力検出装置は省略できるが、軸方向力検出装置を設ければ、同時点に検出された軸方向力と回転抵抗トルクとに基づいて摩擦係数を推定することができるため、軸方向力を一定に保つ必要がなくなり、締付作業の自由度が増す効果が得られる。なお、軸方向力付与装置により付与される軸方向力が予め定められた一定値である場合でも、軸方向力検出装置を設ければ摩擦係数の推定精度が向上する効果が得られる。
（１９）前記回転駆動装置が、前記回転ねじ部材に相対回転不能に係合するレンチ部材と、そのレンチ部材を回転させる回転駆動源とを含む (8)ないし(18)項のいずれか１つに記載のねじ締付装置。
（２０）前記軸方向力付与装置が、
少なくともねじの締付時には、前記両ねじ部材の軸方向において前記非回転ねじ部材と相対移動不能となる反力受部材と、
その反力受部材と前記レンチ部材との間に配設され、それら反力受部材とレンチ部材とを前記両ねじ部材の軸方向に相対移動させる軸方向駆動装置と
を含む(19)項に記載のねじ締付装置（請求項１１）。
反力受部材の代表的なものは次項に記載の反力伝達部材であるが、例えば、ねじ部材が締め付けられるべき対象物が床上に設置された支持台に支持される一方、反力受部材が支持台とは別体の支持フレームや天井に固定され、あるいは後に実施形態の項で説明するように油圧シリンダ等の昇降装置を介して支持されている場合には、反力受部材は必ずしも次項に記載の態様で非回転ねじ部材と被締付物とのいずれか一方に係合させる必要はない。
（２１）前記反力受部材が、前記非回転ねじ部材と前記被締付物とのいずれか一方に、前記レンチ部材により前記回転ねじ部材に加えられる前記軸方向力の反力を伝達可能に係合する反力伝達部材を含む(20)項に記載のねじ部材締付装置。
（２２）前記反力伝達部材が、前記非回転ねじ部材と前記被締付物とのいずれか一方に機械的に係合する機械的係合部を備える(21)項に記載のねじ締付装置。
機械的係合部としては、後に実施形態の項で説明するコレットチャックや、キャリパの非回転ねじ部材への当接部等が採用可能である。
（２３）前記反力伝達部材が、前記非回転ねじ部材と前記被締付物とのいずれか一方に負圧により吸着する負圧吸着部を備える(21)項に記載のねじ締付装置。
本態様と次項に記載の態様とによれば、非締付物や非回転ねじ部材の平坦な表面にでも反力伝達部材を離間不能に係合させることができる。
（２４）前記反力受部材が、前記非回転ねじ部材と前記被締付物とのいずれか一方に磁気力により吸着する磁気吸着部を備える(21)項に記載のねじ締付装置。
磁気吸着部を永久磁石を備えたものとすることも可能であるが、電磁石を備えるものとすれば、非回転ねじ部材や被締付物に対する吸着，離間の作業を容易に行うことができる。
（２５）前記軸方向力付与装置が、
前記レンチ部材と一体的に移動する部材全部の重量とほぼ等しい力でそれら部材全部を吊り上げる荷重バランサと、
その荷重バランサの作用を解除するバランサ解除装置と
を含む(19)項に記載のねじ締付装置。
常には、レンチ部材と一体的に移動する部材全部の重量と荷重バランサの作用力とが釣り合っており、作業者はレンチ部材を容易に移動させて回転ねじ部材に係合させることができる。その係合後、バランサ解除装置に荷重バランサの作用を解除させれば、レンチ部材と一体的に移動する部材全部の重量が回転ねじ部材に圧縮力として加えられる。レンチ部材と一体的に移動する部材全部の重量を大きくすれば、回転ねじ部材に大きな圧縮力を加えることができ、しかもその重量は常には荷重バランサによって受けられるため、作業性が損なわれることを回避できる。
（２６）前記軸方向力付与装置が、
当該ねじ締付装置の少なくとも一部と前記レンチ部材との間に設けられ、長さが変化可能である長さ変化装置と、
その長さ変化装置の長さを前記初期段階と前記中間段階との少なくとも一方において少なくとも１回変化させる長さ変化装置制御装置と
を含む(19)項に記載のねじ締付装置。
長さ変化装置の長さが変化させられれば、レンチ部材とねじ締付装置の少なくとも一部（慣性質量部と称する）とが互いに離間させられるが、レンチ部材は回転ねじ部材に係合させられているため移動不能であり、慣性質量部が移動させられる。その結果、この移動の加速度と慣性質量部の質量との積である慣性力が、軸方向力としてレンチ部材を介して回転ねじ部材に加えられる。長さ変化装置の長さが増大させられれば圧縮力が、減少させられれば引張力が回転ねじ部に加えられるのである。上記慣性力は、ねじ締付装置のレンチ部材と一体的に移動する部材全部の重量よりも大きくすることが容易であるため、ねじ締付装置を比較的軽いものとしつつ、大きな軸方向力を回転ねじ部材に加えることができる。なお、軸方向力を大きくするためには、慣性質量部の質量と加速度との少なくとも一方を大きくすればよいのであるが、ねじ面間や座面間の摩擦係数を精度良く評価するためには、慣性力がある程度の時間持続させられることが望ましく、加速度が比較的長い時間大きな値に維持されることが望ましい。しかし、これはそれほど容易なことではないため、慣性質量部の質量ができる限り大きくされることが望ましく、長さ変化装置ができる限りレンチ部材に近い位置に設けられ、ねじ締付装置のできる限り多くの部分が慣性質量部として機能するようにされることが望ましい。
（２７）回転駆動源が電動モータである(19)ないし(26)項のいずれか１つに記載のねじ締付装置。
（２８）前記トルク検出装置が、前記電動モータの電流に基づいて前記回転抵抗トルクを検出する電流依拠トルク検出装置を含む(27)項に記載のねじ締付装置。
（２９）回転駆動源がエアモータである(19)ないし(26)項のいずれか１つに記載のねじ締付装置。
（３０）前記回転駆動装置が、前記回転駆動源の回転を前記レンチ部材に伝達しつつそのレンチ部材に衝撃トルクを付与する衝撃トルク付与装置を含む(19)ないし(29)項のいずれか１つに記載のねじ締付装置。
一般に、レンチ部材が一定速度で回転させられる方がねじ面間や座面間の摩擦係数の評価精度が高くなるが、レンチ部材に衝撃トルクが付与され、レンチ部材の回転速度が変動する場合でも、摩擦係数と回転抵抗トルクとの間には一定の関係があり、回転抵抗トルクに基づいて摩擦係数を評価することは可能である。そして、ほぼ一定の締付トルクによるよりも、衝撃トルクによる方が容易に大きな締付力を実現することができる。ただし、初期段階と中間段階とにおける摩擦係数の評価精度を向上させる上からは、レンチ部材に衝撃トルクが加えられないようにすることが望ましく、また、衝撃トルクはそれの目的からして最終段階の後半において付与されれば十分であるから、衝撃トルク付与装置は、初期段階および中間段階には衝撃トルクを付与せず、最終段階に付与するものとすることが望ましい。
（３１）前記初期段階トルクに基づいて前記両ねじ部材の螺合異常を検出する螺合異常検出手段を含む (8)ないし(30)項のいずれか１つに記載のねじ締付装置。
両ねじ部材のねじ面間に異物が噛み込まれ、あるいは両ねじ部材のねじ面が正常に螺合されていない等の螺合異常か発生すれば、初期段階トルクが通常より大きくなる。したがって、例えば、ねじの呼び径やピッチ等のデータに基づいて初期段階トルクの許容範囲を設定する許容範囲設定手段と、初期段階トルクがその許容範囲から外れた場合には螺合異常と判定する螺合異常判定手段とを含む螺合異常検出手段を設ければ、螺合異常を早期に発見することができ、さらに、螺合異常判定手段の判定結果に応じて回転駆動装置を停止させる異常停止手段を設ければ、螺合異常の発生にもかかわらず無理に締付けが行われることを良好に回避することができる。
（３２）ケーシングと、そのケーシングに回転可能に保持されたレンチ部材と、そのレン
チ部材を回転させる回転駆動源と、前記レンチ部材に軸方向力を付与する軸方向力付与装置とを含み、前記レンチ部材が、前記雄ねじ部材と雌ねじ部材とのうち回転させるべきねじ部材である回転ねじ部材に相対回転不能に係合させられてその回転ねじ部材を回転させることにより、両ねじ部材を被締付物を間に挟んで締め付けるとともに、前記回転ねじ部材の座面が前記被締付物の座面に接触しない初期段階の少なくとも一時点に、その回転ねじ部材に前記軸方向力付与装置により第一軸方向力を付与するねじ締付装置に取り付けて使用されるアタッチメントであって、
前記ケーシングに取り付けられる補助ケーシングと、
その補助ケーシングに回転可能に保持され、後端に前記レンチ部材に相対回転不能に係合する接続部を、先端部に前記回転ねじ部材に相対回転不能に係合するレンチ部をそれぞれ備えた回転伝達部材と、
その回転伝達部材の捩じれトルクを検出するトルク検出装置と、
少なくともそのトルク検出装置に接続される制御装置であって、(a)少なくとも、前記
初期段階の前記軸方向力付与装置により前記第一軸方向力が付与されている時点に前記トルク検出装置により検出された捩じれトルクである初期段階トルクと、前記第一軸方向力とに基づいて締付終了条件を決定する締付終了条件決定手段と、(b)その締付終了条件決
定手段によって決定された締付終了条件が満たされた場合に、前記回転駆動装置の停止指令を発する停止指令手段とを備えたものと
を含むことを特徴とする締付トルク管理用アタッチメント（請求項１２）。
本態様のアタッチメントを通常のねじ締付装置に取り付ければ、本発明に係るねじ締付装置を得ることができる。
（３３）雄ねじ部材と雌ねじ部材とを螺合させた状態で、それら両ねじ部材の一方である非回転ねじ部材の回転を防止し、それら両ねじ部材の他方である回転ねじ部材を回転させることにより、両ねじ部材を被締付物を間に挟んで締め付ける際に、締付トルクをコンピュータにより管理するための制御プログラムであって、
前記回転ねじ部材の座面が前記被締付物の座面に接触しない初期段階であって前記回転ねじ部材に第一軸方向力が付与されている状態における回転ねじ部材の回転抵抗トルクである初期段階トルクを検出する初期段階トルク検出工程と、
少なくともその初期段階トルク検出工程において検出された初期段階トルクと前記第一軸方向力とに基づいて締付終了条件を決定する締付終了条件決定工程と、
その締付終了条件決定工程において決定された締付終了条件が満たされたときに締付けの終了を指令する締付終了指令工程と
を含む締付トルク管理プログラムが、前記コンピュータにより読み取り可能に記録されたことを特徴とする記録媒体（請求項１３）。
（３４）雄ねじ部材と雌ねじ部材とを螺合させた状態で、それら両ねじ部材の一方である非回転ねじ部材の回転を防止し、それら両ねじ部材の他方である回転ねじ部材を回転させることにより、両ねじ部材を被締付物を間に挟んで締め付ける際に、両ねじ部間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得する方法であって、
前記回転ねじ部材の座面が前記被締付物の座面に接触しない初期段階において、その回転ねじ部材に第一軸方向力を加えつつその回転ねじ部材を回転させて回転抵抗トルクを検出する工程を含む摩擦係数関連量取得方法。
本摩擦係数関連量取得方法の利用法の一例は、多数の回転ねじ部材の締付作業の最初に、本態様の方法で１個以上適数個の回転ねじ部材について摩擦係数関連量を取得し、その取得した摩擦係数関連量を使用して、従来の「トルク法」によりすべての回転ねじ部材の締付力の管理を行うことである。
（３５）雄ねじ部材と雌ねじ部材とを螺合させた状態で、それら両ねじ部材の一方である非回転ねじ部材の回転を防止し、それら両ねじ部材の他方である回転ねじ部材を回転させることにより、両ねじ部材を被締付物を間に挟んで締め付ける際に、両ねじ部間の摩擦係数に関連する摩擦係数関連量を取得する装置であって、
前記回転ねじ部材を回転させる回転駆動装置と、
その回転駆動装置による前記回転ねじ部材の回転中であって、かつ、その回転ねじ部材の座面が被締付物の座面に接触しない初期段階の少なくとも一時点に、その回転ねじ部材に第一軸方向力を付与する軸方向力付与装置と、
その軸方向力付与装置により第一軸方向力が付与されている状態における前記回転ねじ部材の回転抵抗トルクを検出するトルク検出装置と
を含む摩擦係数関連量取得装置。
（３６）雄ねじ部材と雌ねじ部材とを螺合させた状態で、それら両ねじ部材の一方である非回転ねじ部材の回転を防止し、それら両ねじ部材の他方である回転ねじ部材を回転させることにより、両ねじ部材を被締付物を間に挟んで締め付ける方法であって、
前記回転ねじ部材の座面が前記被締付部材の座面に接触し、かつ、両ねじ部材のねじ面が実質的に接触していない中間段階において、回転ねじ部材にその回転ねじ部材の座面を被締付物の座面に押し付ける向きでかつ設定値以上の第二軸方向力を加えつつその回転ねじ部材を回転させて回転抵抗トルクを計測し、その回転抵抗トルクの計測結果と前記第二軸方向力とに基づいてスナグ点の回転抵抗トルクであるスナグ点トルクを決定するスナグ点トルク決定工程と、
前記回転ねじ部材の回転抵抗トルクが前記スナグ点トルクに達してからの前記回転ねじ部材の回転角が、締付力が所望の大きさに到達するように決定されている回転角に到達したとき回転ねじ部材の回転を停止させる工程と
を含むねじ締付方法。
本態様は、中間段階において、回転ねじ部材を、回転ねじ部材と被締付物との座面を安定な接触状態に保つに必要でかつ十分な大きさの圧縮力を加えつつ回転させ、回転抵抗トルクを計測すれば、スナグ点を精度良く検出し得ることを利用して、「回転角法」による締付力の管理精度を向上させるものであり、ねじ面間摩擦係数や座面間摩擦係数を評価することによって締付力の管理精度を向上させる前記各態様とは基本的に技術思想を異にするものである。したがって、上記第二軸方向力の設定値は、回転ねじ部材と被締付物との座面の接触状態が安定状態に到達するのに必要かつ十分な大きさに設定される。例えば、回転ねじ部材と被締付物との座面間にスプリングワッシャが配設される場合にはそのスプリングワッシャを密着状態にするに必要でかつ十分な大きさに設定されるのである。また、回転ねじ部材と被締付物との座面間に平ワッシャが配設される場合には、回転ねじ部材の座面と平ワッシャの座面、平ワッシャの座面と被締付物の座面が、それぞれの座面に存在する可能性のある微小突起や座面間に噛み込まれる可能性のある異物が完全につぶれて、最終締付状態と実質的に同じ状態で接触するのに必要でかつ十分な大きさに設定される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの実施形態であるねじ締付装置および方法を図面に基づいて説明する。図１において、１０はねじ締付装置の本体フレームであり、支持台部１２が設けられるとともにブラケット１４が取り付けられている。ブラケット１４にはリニアガイド１６を介して昇降部材１８が取り付けられ、油圧シリンダ２０により昇降させられるようになっている。昇降部材１８には、減速機付き電動モータ（以下モータと略称する）２２と、検出器２４とが取り付けられている。検出器２４は、トルク検出部と圧縮力検出部とを備え、トルク検出部は、図２に示すように、モータ２２の回転軸に連結された検出軸３０を備え、その検出軸３０の表面には４個のストレンゲージ３２が２個ずつ＋４５度と−４５度傾斜させられて固定され、ブリッジ回路３４が形成されている。このブリッジ回路３４に２対のスリップリング３６により直流電源３８が接続されるとともに、別の２対のスリップリング４０により電圧検出回路４２に接続されている。検出軸３０に捩じりトルクが作用させられれば、その捩じりトルクに比例する電圧が電圧検出回路４２に現れる。圧縮力検出部は図示を省略するが、４個のストレンゲージのうち２個が検出軸３０の軸方向に平行に固定され、残る２個が周方向に平行に固定される点を除いて、トルク検出部と同様の構成を有する。なお、圧縮力は、油圧シリンダ２０の油圧を油圧検出器で検出することにより、演算で求めてもよい。検出軸３０の先端部にはレンチ部材の一種であるソケット４４が取り付けられている。油圧シリンダ２０の作動および作動力は、図３に示す電磁方向切換弁４６等の作動制御弁および電磁圧力制御弁４８等の作動力制御弁により制御される。
【０００７】
上記電磁方向切換弁４６，電磁圧力制御弁４８，モータ２２，検出器２４等は制御装置５０に接続されている。制御装置５０は、入力装置５２と、処理部としてのマイクロコンピュータ５４とを備えており、マイクロコンピュータ５４は、ドライバ５６，５７，５８を介して前記モータ２２，電磁方向切換弁４６，電磁圧力制御弁４８を制御するとともに、検出器２４のトルク検出部６０および圧縮力検出部６２から検出結果を読み込む。そのためにマイクロコンピュータ５４は、ＰＵ６６，ＲＯＭ６８，ＲＡＭ７０およびＩ／Ｏポート７２を備え、ＲＯＭ６８には図４に示す締付トルク制御プログラムを始めとする種々の制御プログラムが格納されている。ＰＵ６６はＲＡＭ７０を利用してこれら制御プログラムを実行し、自動で締付力の管理を行う。
【０００８】
本ねじ締付装置は、図１に示すように、支持台部１２に載置可能な第１部材７６と第２部材７８とをボルト８０等の回転ねじ部材で締め付けるに適したものである。図示の例では第１部材７６が非回転ねじ部材、第２部材７８が被締付物である。締付作業の開始に先立って、入力装置５２から、ボルト８０の目標締付力，ねじ呼び径，ねじピッチ，設定トルク等のデータが作業者やホストコンピュータにより入力され、ＲＡＭ７０に格納される。次に、支持台部１２上に第１部材７６と第２部材７８とが載置され、ボルト８０が第２部材７８のボルト穴を貫通して第１部材７６の雌ねじ穴に螺合される。以上で締付けの準備が完了し、ねじ締付装置の入力装置５２のスタートボタンが押されれば、ねじの締付けが自動で行われる。
【０００９】
まず、ステップ１（以下単にＳ１で表す。他のステップも同様とする）において、目標締付力Ｆ３がＲＡＭ７０から読み出され、Ｓ２において、ボルト８０に加えられるべき圧縮力Ｑが演算される。圧縮力Ｑは、摩擦係数の評価精度の観点からすれば、目標締付力Ｆ３に等しくすることが望ましいのであるが、圧縮力の増大は装置の大形化や作業性の低下につながり易いため、通常、圧縮力Ｑより小さくされる。圧縮力Ｑはねじ呼び径ｄが大きいほど大きくされることが望ましく、目標締付力Ｆ３もねじ呼び径ｄが大きいほど大きくなるため、本実施形態においては、圧縮力Ｑが目標締付力Ｆ３の３〜３０％の範囲から予め選定された値に対応する大きさとなるように演算される。続いて、Ｓ３において、圧縮力Ｑを０として締付けが開始される。具体的には、電磁圧力制御弁４８が油圧シリンダ２０に供給される油圧をごく小さい値に制御する状態とされた上で、電磁方向切換弁４６が油圧シリンダ２０を伸長させる位置に切り換えられるとともに、モータ２２が低速で回転させられるのである。それに伴ってソケット４４が低速で回転しつつ下降し、ボルト８０の頭部に相対回転不能に係合し、以後はボルト８０を回転させる。
【００１０】
予め定められた時間の経過後に、Ｓ４において、トルク検出部６０の出力信号が読み込まれ、Ｓ５において、回転抵抗トルクが実質的に０であるか否か、具体的には、微小な設定値以下であるか否かが判定され、判定結果がＮＯであれば、Ｓ６においてモータ２２の回転が停止させられ、Ｓ７において図示しないブザーが鳴動させられるなどして螺合異常が作業者に報知される。
【００１１】
一方、Ｓ５の判定結果がＹＥＳの場合には、Ｓ８において電磁圧力制御弁４８が制御され、Ｓ２において演算された圧縮力Ｑが油圧シリンダ２０により加えられる。この時点においては、ボルト８０は、図５に示すように、雄ねじ部８２は雌ねじ穴８４に螺合しているが、頭部８６の座面８８が非締付物としての第２部材７８の座面９０から離れており、図６に拡大して示すように、ねじ面９２，９４が互いに押し付けられている。この状態でＳ９，Ｓ１０が一定微小時間ごとに繰返し実施され、設定トルクＴｂに到達するまでの回転抵抗トルクＴがＲＡＭ７０のトルクメモリに格納される。
【００１２】
Ｓ９，１０が繰返し実施されている間に、ボルト８０の頭部８６の座面８８が、図７に示すように被締付物７８の座面９０に着座し、その後は、図８に示すように、ボルト８０のねじ面９２が雌ねじ穴８４のねじ面９４に実質的に接触しない状態となる。中間段階への移行が行われるのである。ここにおいて「実質的に接触しない状態」とは、「ボルト８０と雌ねじ穴８４の偏心等により一部において両ねじ面９２，９４が軽く接触することはあり得るが、初期段階におけるように互いに強く押し付けられることはない状態」という意味である。中間段階への移行後、さらにボルト８０が所定角度回転させられれば、図９，１０に示すように、ボルト８０のねじ面９２と雌ねじ穴８４のねじ面９４とが、前記初期段階におけるのとは反対側において接触する状態となる。最終段階への移行が行われるのである。以上のような段階の移行につれて、トルク検出部６０によって検出される回転抵抗トルクＴは、概ね図１１に示すように変化する。
【００１３】
回転抵抗トルクＴが設定トルクＴｂに到達したならば、Ｓ１１において初期段階トルクＴ１がＲＡＭ７０の初期段階トルクメモリに格納された後、Ｓ１２において中間段階トルクＴ２が決定されてＲＡＭ７０の中間段階トルクメモリに格納される。初期段階トルクＴ１は、初期段階にあるうちに取得された複数の回転抵抗トルクＴの平均値として求められる。また、中間段階トルクＴ２は、トルクメモリに格納されている複数の回転抵抗トルクＴの極小値として求められる。具体的には、回転抵抗トルクＴが設定トルクＴｂに到達した時点から逆上って、トルクメモリに格納されている複数の回転抵抗トルクＴの隣接するもの同士の差が演算され、差が始めて負になったときの回転抵抗トルクＴの組のいずれか一方が中間段階トルクとされるのである。
【００１４】
続いて、Ｓ１３において目標締付トルクＴ３の決定が行われる。この決定は以下の事実に基づいて、後述の（３）式の演算により行われる。
図５，６に示す初期段階においては、ねじ面９２，９４間の摩擦係数に比例する係数ξと、油圧シリンダ２０によってボルト８０の頭部に加えられる圧縮力Ｑとの積である摩擦トルクξ・Ｑが発生するが、同時に、ねじ面９２，９４の斜面の効果に基づいてボルト８０を締め込む向きの下記トルクＴｑも発生する。
Ｔｑ＝ζ・Ｑ
ただし、ζ＝（ｐ／２π）
したがって、ボルト８０を締込方向に回転させるに必要な締付トルクである初期段階トルクＴ１は次式で表される。
Ｔ１＝ξ・Ｑ−ζ・Ｑ・・・・（１）
【００１５】
また、図７，８に示す中間段階においては、座面８８，９０間の摩擦係数に比例する係数ηと、油圧シリンダ２０によってボルト８０の頭部に加えられる圧縮力Ｑとの積である摩擦トルクη・Ｑが発生し、これがボルト８０を締込方向に回転させるに必要な締付トルクである中間段階トルクＴ２と次式で表されるように釣り合うことになる。
Ｔ２＝η・Ｑ・・・・（２）
【００１６】
そして、図９，１０に示す最終段階においては、ボルト８０が第２部材７８を締め付ける締付力をＦとすれば、座面８８，９０間に作用する力はＦ＋Ｑであり、この力に基づいて座面８８，９０間に発生する摩擦トルクはη・（Ｆ＋Ｑ）となる。また、ねじ面９２，９４間の摩擦係数および斜面の効果と締付力Ｆとに基づいて発生する回転抵抗トルクはξ・Ｆ＋ζ・Ｆとなる。これら摩擦トルクη・（Ｆ＋Ｑ）および回転抵抗トルクξ・Ｆ＋ζ・Ｆが、ボルト８０を締付方向に回転させるのに必要な締付トルクＴであるから、
Ｔ＝η・（Ｆ＋Ｑ）＋ξ・Ｆ＋ζ・Ｆ・・・・（３）
【００１７】
上記（１）および（２）式から係数ξおよびηを演算することができ、（３）式の圧縮力Ｑは検出されるものであり、締付力ＦはＳ１で設定されており、係数ζはＳ１で設定されたねじピッチｐから演算できるため、（３）式から、所望の締付力Ｆ３を得るために必要な締付トルクＴ３を演算することができる。Ｓ１３においてはこの演算が行われるのである。それ以後、Ｓ１４とＳ１５とが繰返し実行され、回転抵抗トルクＴが目標締付トルクＴ３に到達することが待たれ、到達すればＳ１６においてモータ停止指令が発せられる。この指令に応じて、ドライバ５６がモータ２２を停止させるため、締付けが自動的に終了させられる。
【００１８】
このように、本実施形態においては、初期段階における回転抵抗トルクＴである初期段階トルクＴ１に基づいて、ねじ面９２，９４間の摩擦係数に関連するねじ面間摩擦係数関連量の一種である係数ξが取得され、中間段階における回転抵抗トルクＴである中間段階トルクＴ２に基づいて、座面８８，９０間の摩擦係数に関連する座面間摩擦係数関連量の一種である係数ηが取得される。そして、それら両係数ξ，ηに基づいて目標締付トルクＴ３が決定され、最終段階における回転抵抗トルクが目標締付トルクＴ３に等しくなったとき、締付けが自動的に終了させられる。そのため、例えば、油が付着しているか否か，面粗さの大小等により、ねじ面間摩擦係数および座面間摩擦係数が変化しても、その変化の影響を受けず、常にほぼ一定の締付力でボルト８０を締め付けることができる。
【００１９】
以上の説明から明らかなように、本実施形態においては、油圧シリンダ２０が軸方向力付与装置を構成し、モータ２２，ソケット４４等が回転駆動装置を構成し、検出器２４のトルク検出部６０がトルク検出装置を構成している。また、マイクロコンピュータ５４の、Ｓ１１〜Ｓ１３を実行する部分が締付終了条件決定手段を構成し、Ｓ１４〜Ｓ１６を実行する部分が停止指令手段を構成している。
【００２０】
本発明の別の実施形態として、中間段階トルクＴ２が、トルクメモリに格納されている複数の回転抵抗トルクの変化勾配に基づいて決定されるようにすることも可能である。この場合には、図４のフローチャートのＳ１２が図１２に示すＳ１２´に変更される。Ｓ１２´においては、トルクメモリに格納されている複数の回転抵抗トルクの隣接するもの同士の差が、回転抵抗トルクＴが設定トルクＴｂに到達した時点から逆上って順次演算され、その結果得られる複数の変化勾配が、始めて設定勾配以下となったとき、その時点の回転抵抗トルクＴが中間段階トルクＴ２とされる。
【００２１】
また、初期段階トルクＴ１および中間段階トルクＴ２が図１３に示すフローチャートで表されるプログラムの実行によって決定されるようにすることも可能である。図１３において、Ｓ１〜Ｓ８およびＳ１３〜Ｓ１６は図４における対応する各ステップと同じであり、Ｓ２１〜Ｓ２３が異なっている。Ｓ２１およびＳ２２が繰返し実行されて、回転抵抗トルクＴの急変が現れることが待たれる。例えば、相前後する二つの回転抵抗トルクＴの差が予め定められている設定トルク差を超えることが待たれるのである。そして、急変が発生したならば、Ｓ２３において、急変前後の２つの回転抵抗トルクＴがそれぞれ初期段階トルクＴ１および中間段階トルクＴ２に決定され、初期段階トルクメモリおよび中間段階トルクメモリに格納される。
【００２２】
さらに、初期段階トルクＴ１および中間段階トルクＴ２が図１４に示すフローチャートで表されるプログラムの実行によって決定されるようにすることも可能である。図１４のフローチャートにおいてはＳ３１〜Ｓ３８が一定微小時間ごとに繰返し実行されることにより初期段階トルクＴ１および中間段階トルクＴ２が決定される。まず、Ｓ３１において回転抵抗トルクＴが読み込まれてトルクメモリに格納され、Ｓ３２においてフラグがＯＮにされているか否かが判定される。このフラグは初期段階トルクＴ１の決定後にＳ３５でＯＮにされるものであり、当初はＯＦＦであるため、Ｓ３３において回転抵抗トルクＴの急変が発生したか否かが判定される。例えば、前記Ｓ２２と同様に、相前後する二つの回転抵抗トルクＴの差が予め定められている設定トルク差を超えたか否かが判定されるのである。判定の結果がＮＯであればプログラムの実行はＳ３１に戻されるが、ＹＥＳであれば、初期段階の終了時点あるいは中間段階の開始時点であるとして、Ｓ３４において、それまでにトルクメモリに格納されている複数の回転抵抗トルクＴのうち、初期段階の終了時点に最も近い設定個数の回転抵抗トルクＴの平均値が初期段階トルクＴ１に決定される。その後はＳ３２の判定がＹＥＳとなるため、Ｓ３３〜Ｓ３５がバイパスされ、Ｓ３６，Ｓ３８，Ｓ３１，Ｓ３２が繰返し実行されて、回転抵抗トルクの勾配が設定トルク勾配以上になることが待たれ、設定トルク勾配以上になれば、中間段階の終了時点あるいは最終段階の開始時点であるとして、Ｓ３７において中間段階の終了時点に最も近い設定個数の回転抵抗トルクＴの平均値が中間段階トルクＴ２に決定される。次に、回転抵抗トルクＴが設定トルクＴｂに到達すれば、図４のＳ１３以降が実行される。本実施形態においては、回転抵抗トルクが急変することと、回転抵抗トルク勾配が設定トルク勾配以上になることとが、それぞれ、中間段階の開始時点および終了時点の決定に用いられ、初期段階トルクＴ１と中間段階トルクＴ２とが、それぞれ初期段階および中間段階に属することが明らかな設定個数ずつの回転抵抗トルクＴに基づいて決定されるため、信頼性の高い初期段階トルクＴ１および中間段階トルクＴ２が取得される。
【００２３】
本発明の別の実施形態を図１５に示す。本実施形態は、エンジンのシリンダブロック１００にシリンダヘッド１０２を複数本のボルト１０４により締め付ける場合のように、大形の被締付物の締付けに適したものである。シリンダブロック１００とシリンダヘッド１０２とは図示のように重ねられ、シリンダヘッド１０２のボルト穴を貫通してボルト１０４がシリンダブロック１００の雌ねじ穴にある程度螺合された状態で、コンベヤ１０６により、締付けステーションへ搬送されて来る。締付けステーションの上方には、複数のねじ締付装置主体部１１０を保持した昇降フレーム１１２が配置され、油圧シリンダ１１４等の昇降装置を介して天井または位置固定の支持フレームに支持されている。勿論、昇降フレーム１１２はガイドにより昇降を案内されることが望ましい。ねじ締付装置主体部１１０の各々は図１に示したねじ締付装置の主体部と類似のものであるが、前記リニアガイド１６が昇降フレーム１１２に取り付けられ、前記油圧シリンダ２０がダイヤフラム式の流体圧アクチュエータ１１６にそれぞれ変更されている点において異なっている。流体圧アクチュエータを作動させるための作動流体は液体でも気体でもよいが、前者によれば流体圧アクチュエータを小形化し得る。シリンダブロック１００およびシリンダヘッド１０２が締付けステーションへ搬送されたならば、それまで上昇位置に保たれていた昇降フレーム１１２が油圧シリンダ１１４により下降位置へ下ろされる。この状態では、各ねじ締付装置主体部１１０のソケット１１８はボルト１０４の頭部に近接するのみで、係合はしない。続いて、流体圧アクチュエータ１１６が低い圧力で作動させられ、各ソケット１１８が各ボルト１０４の頭部に係合させられる。この後の各ねじ締付装置主体部１１０の作動は図１のねじ締付装置と同様であるため、説明を省略する。
【００２４】
別の実施形態を図１６に示す。本実施形態は、大形の第１部材１２２に大形の第２部材１２４をボルト１２６により締め付ける場合に適している。ねじ締付装置主体部１３０は、図１のねじ締付装置の主体部と同様に、モータ２２と検出器２４とを備え、モータ２２の嵌合部１３２が、キャリパ１３４の嵌合部１３６にスプライン，キー等により相対回転不能かつ軸方向に相対移動可能に嵌合されている。キャリパ１３４にはブラケット１３８を介してエアシリンダ１４０が取りつけられており、モータ２２，検出器２４等をキャリパ１３４に対して軸方向に相対移動させる。エアシリンダ１４０またはキャリパ１３４にアイボルト１４２等のつり下げ部材が取り付けられ、上方に配設された図示しない荷重バランサにより吊り下げ可能とされている。締付けに当たっては、キャリパ１３４の係合部１４４が第１部材１２２の裏側に当接可能な状態で、エアシリンダ１４０が作動させられ、ソケット１４５からボルト１２６に圧縮力が加えられるとともに、その反力がブラケット１３８，キャリパ１３４等を介して第１部材１２２に伝達される。これにより、ボルト１２６に所望の大きさの圧縮力を加えることができる。ねじ締付装置主体部１３０の作動は図１のねじ締付装置と同様であるため、説明を省略する。
【００２５】
さらに別の実施形態を図１７に示す。本実施形態は、軸方向力付与装置を、前記モータ２２，検出器２４等の重量によってボルト，ナット等の回転ねじ部材に圧縮力を加えるものとしたものである。本軸方向力付与装置は、モータ２２等をつり下げるエア式の荷重バランサ１４６と、その作用を解除する作用解除装置の一種としての電磁方向切換弁１４８とを含んでいる。モータ２２により回転させられるソケット等のレンチ部材がボルトに係合させられるまでは、電磁方向切換弁１４８が、荷重バランサ１４６の圧力室１５０をエア源１５２に連通させて、荷重バランサ１４６を作用状態に保ち、モータ等の重量が作業者に負担をかけないようにしているが、レンチ部材のボルトへの係合後、圧力室１５０を大気に連通させる状態に切り換えられ、モータ２２等の重量がボルトに圧縮力として加えられるようにする。
【００２６】
前記図１６に示したねじ締付装置は、非回転ねじ部材に機械的に係合する機械的係合部として、キャリパ１３４の係合部１４４を備えたものであるが、さらに別の機械的係合部を備えたねじ締付装置を図１８に示す。この機械的係合部は被締付物に係合するものである。本ねじ締付装置は、図１のねじ締付装置と同様にモータ２２と検出器２４とを備えたものであるが、それの出力軸１６０は先端にレンチ部として六角棒部１６２を備えている。モータ２２と検出器２４とはケーシング１６４に、軸方向に相対移動可能かつ相対回転不能に収容されている。ケーシング１６４とモータ２２との間には流体圧シリンダ１６５が配設され、ケーシング１６４に対してモータ２２，検出器２４，出力軸１６０等を相対的に進退させ得るようになっている。ケーシング１６４の先端部は小径部１６６とされており、ここにリング状をなす第１シリンダ１６８が嵌合されて固定されるとともに、その第１シリンダ１６８内にリング状の第１ピストン１７０が配設され、第１シリンダ１６８の内周面と上記小径部１６６の外周面とにそれぞれ液密かつ摺動可能に嵌合されている。その結果、第１シリンダ１６８内の空間が２つの圧力室１７２，１７４に区切られている。第１ピストン１７０と一体的にリング状の第２シリンダ１７６が形成され、この第２シリンダ１７６にリング状の第２ピストン１７８が液密かつ摺動可能に嵌合されている。その結果、第２シリンダ内の空間が２つの圧力室１８０，１８２に区切られている。第２シリンダ１７６の先端にはコレット１８４が固定され、第２ピストン１７８には円筒状のテーパ部材１８６が固定され、テーパ部材１８６がコレット１８４の内側に嵌合されている。コレット１８４は、内周面の一部がテーパ部材１８６の外周テーパ面１８８に対応する内周テーパ面１９０とされるとともに、先端から途中まで形成された複数の軸方向に平行なすり割り溝により先端部が複数の部分に割られている。したがって、テーパ部材１８６がコレット１８４に対して相対的に先端側へ移動させられれば、コレット１８４の先端部の直径が増大させられる。その先端部の外周面には係合突起１９２が形成されている。
【００２７】
常には、圧力室１７２，１８２に圧力流体（作動油，圧縮空気等）が供給されて第１ピストン１７０が前進端位置に保たれる一方、第２ピストン１７８が後退端位置に保たれている。この状態で、コレット１８４の先端部が、被締付物２００に形成されたざぐり穴２０２の内周面と、ボルト１９８の頭部との間に挿入される。続いて、圧力室１８０に圧力流体が供給されて第２ピストン１７８が前進させられ、テーパ部材１８６によりコレット１８４の直径が増大させられる。それにより、係合突起１９２がざぐり穴２０２の内周面に食い込み、コレット１８４，第２シリンダ１７６，第１ピストン１７０，第１シリンダ１６８等を介して、ケーシング１６４が被締付物２００に係合させられる。コレット１８４，テーパ部材１８６およびそれらを駆動する２つの流体圧シリンダにより、機械的係合部が構成されているのである。この機械的係合部の係合を可能にするために、ざぐり穴２０２は従来のざぐり穴よりやや大径にされることが必要である。なお、ざぐり穴２０２の内周面に、係合突起１９２と係合する円環状の係合溝を形成すれば、係合を一層確実にすることができる。上記係合後に、モータ２２が回転させられつつ、流体圧シリンダ１６５によりモータ２２，検出器２４および出力軸１６０がケーシング１６４に対して前進させられ、六角棒部１６２がボルト１９８の六角穴に係合させられる。
【００２８】
この状態で、流体圧シリンダ１６５の作動力が増大させられれば、六角棒１６２によりボルト１９８に圧縮力が加えられ、その反力はケーシング１６４，コレット１８４等を介して被締付物２００に伝達される。この際、六角棒１６２によりボルト１９８に加えられるべき圧縮力に比較して被締付物２００の重量が十分大きければ、被締付物２００が非回転ねじ部材である雌ねじ部材２０４から浮き上がることはない。それに対し、重量が小さければ、被締付物２００が雌ねじ部材から浮き上がってしまい、六角棒１６２によりボルト１９８に十分な圧縮力を加えることができない。その場合には、被締付物２００を雌ねじ部材２０４に締め付けるための複数本のボルト１９８のうちの一部のもの（被締付物２００が小さければ１本で十分であり、大きければ複数本とすることが望ましい）を、本発明に従わない通常の方法で仮に締付け、その状態で、残りのボルト１９８を本発明の方法で締め付ければよい。最後に、仮に締め付けておいたボルト１９８を一旦緩め、本発明の方法で締め付け直せば、被締付物２００の雌ねじ部材２０４への締付け作業が終了する。
【００２９】
以上説明した機械的係合部に代えて、図１９に示す磁気吸着部２１０を採用することも可能である。磁気吸着部２１０は、上記ケーシング１６４の先端部に電磁石２１４を設けたものである。電磁石２１４は、鉄心２１６にコイル２１８を巻き付けたもので、コイル２１８に電流を供給すれば磁化し、電流を絶てば消磁するため、ケーシング１６４を被締付物２００に係合させたり離脱させたりする作業を容易に行い得る。なお、図示の電磁石２１４は円環状のものであるが、複数の独立した電磁石をケーシング１６４に固定して磁気吸着部とすることも可能である。また、図１９のねじ締付装置においては、前記検出器２４が、トルク検出器２２０と軸方向力検出器２２２とに分離されている。本実施形態のねじ締付装置は、ボルト１９８に圧縮力を与えてねじ面間摩擦係数や座面間摩擦係数を評価するためのものであるが、ボルトの頭部とレンチ部材とを、例えば、図２７，２８に示すような特殊な頭部とレンチ部材とに変えることにより、ボルト１９８に引張力を与えてねじ面間摩擦係数や座面間摩擦係数を評価するための装置としても使用可能である。
【００３０】
上記磁気吸着部２１０を、図２０に示すように、負圧吸着部２２８に変えることも可能である。負圧吸着部２２８は、ケーシング１６４に固定の複数のカップ状の吸着部本体２３０と、その各開口部に取り付けられた吸盤２３２等のシール部材とを備えており、吸着部本体２３０の内部空間が電磁方向切換弁２３４等の負圧制御装置を経て負圧源２３６に接続されている。負圧吸着部２２８は、電磁方向切換弁２３４の制御により、吸着する作用状態と吸着しない非作用状態とに容易に切り換えることができる。なお、本負圧吸着部２２８も前記磁気吸着部２１０も、被締付物２００が小さい場合には、直接雌ねじ部材２０４に吸着させてもよい。また、被締付物２００に貫通穴や切欠を設け、それらを通して磁気吸着部２１０や負圧吸着部２２８を直接雌ねじ部材２０４に吸着させてもよい。
【００３１】
以上の実施形態はすべて、最初から本発明に係るねじ締付装置として構成されたものであったが、図２１に示すように、通常のねじ締付装置としてのインパクトレンチ２４０に、アタッチメント２４２を取り付けて本発明に係るねじ締付装置とすることも可能である。インパクトレンチ２４０は公知のものであるので詳細な説明は省略するが、給気部２４４  ，モータ部２４６および打撃部２４８を備え、給気部２４４の操作部材２５０により制御される圧縮空気により、ベーンモータ等のエアモータから成るモータ部２４６が作動し、出力軸２５２が回転させられるとともに、打撃部２４８により出力軸２５２に回転方向の打撃が加えられるものである。このインパクトレンチ２４０のケーシング２５４に、補助ケーシングとしてのアタッチメントケーシング２５６が取り付けられている。アタッチメントケーシング２５６内には、図１に示したのと同様な検出器２４が設けられており、検出器２４の検出軸２５８の後端の接続部２６０が、出力軸２５２先端の係合部としての角ドライブ２６２と、相対回転不能かつ圧縮力伝達可能に係合させられている。検出軸２５８の先端部は角ドライブ２６４とされており、ここにソケットや六角棒を取り付けて、回転ねじ部材を回転させることができる。検出器２４には図示は省略するが図１のねじ締付装置と同様な制御装置が接続されており、検出された回転抵抗トルクが目標締付トルクと等しくなったとき、ブザー等の報知器により作業者に報知される。この報知に応じて作業者が操作部材２５０を解放すれば、モータ部２４６が停止する。なお、給気部２４４に接続されるエア供給通路に電磁開閉弁等の制御弁を設けて、回転抵抗トルクが目標締付トルクと等しくなったときエア供給通路が遮断され、締付けが自動的に終了させられるようにすることも可能である。
【００３２】
上記ねじ締付装置はインパクトレンチを利用して構成されていたが、打撃部を有しないねじ締付装置に上記アタッチメント２４２を取り付けても本発明に係るねじ締付装置を得ることができる。逆に、前記各実施形態におけるモータ２２をエアモータに変更することも可能であり、さらに打撃部を設けてインパクトレンチとすることも可能である。また、モータ２２と出力軸との間に打撃部を設けてインパクトレンチとすることも可能である。ただし、初期段階，中間段階においては打撃部が作用しないようにすることが、ねじ面間摩擦係数および座面間摩擦係数の評価精度を高める上で望ましい。
【００３３】
図２２にさらに別の実施形態を示す。このねじ締付装置は、モータ部２７０に減速機２７２および検出器２４が取り付けられるとともに、検出器２４の検出軸２７４とレンチ部材２７６との間に、長さ変化装置２７８が設けられたものである。長さ変化装置２７８は、アクチュエータ部２８０と変位拡大部２８２とを備えている。アクチュエータ部２８０は積層圧電素子２８４を主体とするものであり、この積層圧電素子２８４は、出力軸２７４の一端に形成された大径の支持部２８６と変位拡大部２８２の大径ピストン２８８とに挟まれている。支持部２８６にはシリンダ２９０が固定され、これに大径ピストン２８８が液密かつ摺動可能に嵌合されている。変位拡大部２８２は、上記大径ピストン２８８およびシリンダ２９０と共に小径ピストン２９２を備えており、これらに囲まれた閉空間２９３に作動液が充満させられている。そのため、積層圧電素子２８４の伸長により大径ピストン２８８がシリンダ２９０に対して前進させられると、その前進距離より大きな距離だけ小径ピストン２９２が前進させられる。変位拡大部２８２は液圧式なのである。なお、小径ピストン２９２と一体的にボールスプライン軸２９４が、また、シリンダ２９０と一体的にボールスプライン穴部２９６が設けられており、これらボールスプライン軸２９４とボールスプライン穴部２９６とが複数のボール２９８を介してバックラッシュなしで係合することにより、小径ピストン２９２のシリンダ２９０に対する相対回転が良好に防止されている。
【００３４】
レンチ部材２７６が回転ねじ部材に係合させられた状態で、積層圧電素子２８４に電圧が印加されると、積層圧電素子２８４が伸長して大径ピストン２８８をシリンダ２９０に対して相対的に前進させ、小径ピストン２９４がそれより大きな距離前進させられる。長さ変化装置２７８の支持部２８６からボールスプライン軸２９４までの長さが伸びるのである。この際、レンチ部材２７６は回転ねじ部材に係合させられているため前進不能であり、代わりにモータ部２７０，減速機２７２，検出器２４等から成る慣性質量部が後退させられる。その結果、慣性質量部の質量と加速度との積に相当する慣性力がレンチ部材２７６に加えられることとなる。本実施形態においては、慣性質量部と長さ変化装置２７８とにより軸方向力付与装置が構成されているのである。
【００３５】
上記積層圧電素子２８４が、初期段階と中間段階とにおいて、短い周期で繰返し伸長させられるようにし、その伸長と同期して検出器２４によって回転抵抗トルクが検出されるようにすれば、ねじ面同士や座面同士を慣性質量部の重量より大きな力で押し付けた状態で、ねじ面間摩擦係数や座面間摩擦係数を評価することができる。したがって、ねじ締付装置を軽量化して作業性を向上させつつ、ねじ面間摩擦係数や座面間摩擦係数の評価精度を向上させることができる。
【００３６】
積層圧電素子２８４が初期段階と中間段階とにおいて１回ずつ伸長させられるようにすることも可能である。初期段階は時間的に長いため、初期段階に１回積層圧電素子２８４が伸長させられるようにすることは容易である。しかし、中間段階は短いため、中間段階に積層圧電素子２８４が１回伸長させられるようにするためには、中間段階に移行したことを検出し、その検出に応じて積層圧電素子２８４を１回伸長させることが必要である。この検出は例えば次のようにして行うことができる。長さ変化装置２７８が作動しない状態でも、回転ねじ部材には慣性質量部の重量は加えられているため、座面同士が当接することによる回転抵抗トルクの急変は、検出器２４のトルク検出部の出力信号の急変から検出することができる。また、回転ねじ部材の座面が被締付物の座面に当接した瞬間、回転ねじ部材の軸方向移動、すなわち慣性質量部の軸方向移動が急に停止させられるため、長さ変化装置２７８に加えられる圧縮力が増大する。この増大を積層圧電素子２８４により検出することによって中間段階への移行を検出することができる。積層圧電素子２８４の一部の圧電素子を圧縮力検出専用の素子にするか、あるいは積層圧電素子２８４全体を通常は圧縮力検出用の素子として機能させ、圧縮力の増大を検出させるのである。そして、中間段階への移行が検出された後、積層圧電素子２８４に電圧を印加して伸長させ、慣性質量部の慣性力により回転ねじ部材への圧縮力を一時的に増大させ、その時点における回転抵抗トルクの検出値に基づいて座面間摩擦係数を評価すれば、評価精度を高めることができる。なお、上記のように、積層圧電素子２８４の一部の素子あるいは積層圧電素子２８４全体を圧縮力検出手段として利用することができるため、検出器２４の軸方向力検出部を省略することも可能である。
【００３７】
長さ変化装置の別の実施形態を図２３に示す。この長さ変化装置３００は、油圧シリンダ３０１を主体とするもので、シリンダ３０２とピストン３０３とにより形成された油圧室を備えている。シリンダ３０２とピストン３０３とはそれぞれスラスト軸受３０４を介してモータ軸３０５と出力軸３０６とに相対回転可能に受けられており、モータ軸３０５の回転は歯車機構３０７により出力軸３０６に伝達される。モータ軸３０５と出力軸３０６との間の軸方向力の伝達はスラスト軸受３０４と油圧シリンダ３０１とを介して行われ、回転トルクの伝達は歯車機構３０７を介して行われる。歯車機構３０７は、モータ軸３０５と出力軸３０６との軸方向の相対移動を許容しつつ回転トルクを伝達する回転伝達装置を構成しているのである。ねじの締付時には、レンチ部材により回転ねじ部材に加えられる反力により出力軸３０６がモータ軸３０５側へ押され、油圧シリンダ３０１は最も収縮した状態にある。長さ変化装置３００が最も短い状態にあるのである。そして、長さ変化装置３００を伸長させる必要が生じた場合には、制御弁としての電磁方向切換弁３０８に一定微小時間の間電流が供給され、図示しない外部油圧源から一定量の作動油が供給され、油圧シリンダ３０１の伸長により長さ変化装置３００が一定量伸長させられる。続いて、電磁方向切換弁３０８への電流の遮断により油圧シリンダ３０１からの作動油の流出が許容され、長さ変化装置３００の長さが元の長さに復帰させられる。
【００３８】
以上の各実施形態においては、締付力の管理が「トルク法」によって行われるようになっていたが、「回転角法」によって行われるようにすることも可能である。例えば、図１に示したねじ締付装置のモータ２２に、図２４に示すようにエンコーダ３０９を付加し、図２５のフローチャートで表されるプログラムにより締付力の管理を行うのである。Ｓ２３までは図１３のフローチャートと同じである。初期段階トルクＴ１および中間段階トルクＴ２の決定後、Ｓ４１において始点トルクＴｓが決定される。始点トルクＴｓは前記（３）式に、係数ξ，η，ζと始点軸力Ｆｓとを代入して演算される。始点軸力Ｆｓは例えば目標締付力Ｆ３に一定比率を掛けた値とされるが、その一定比率は３〜３０％の範囲、望ましくは５〜１５％の範囲から選定される。そして、Ｓ４２，Ｓ４３において回転抵抗トルクＴが始点トルクＴｓに到達することが待たれ、到達すればＳ４４において次式により目標回転角θ３、すなわち始点トルクＴｓを作用させた点を起点とした回転ねじ部材の回転角θ３が決定される。
θ３＝（Ｆ３−Ｆｓ）／φ
Ｆｓ＝（Ｔｓ＋η・Ｑ）／（η＋ξ＋ζ）
φ＝（ｐ・Ｋｂ・Ｋｃ）／〔２π・（Ｋｂ＋Ｋｃ）〕
ただし、Ｋｂはボルト系の引張ばね定数、Ｋｃは被締付物系の引張ばね定数
その後、Ｓ４５において、エンコーダ３０９の出力信号に基づいてソケット４４の実際の回転角θを演算し、Ｓ４６において実際の回転角θが目標回転角θ３に到達したか否かの判定を行うことが繰返し実行され、実際の回転角θが目標回転角θ３に到達したときＳ４７においてモータ２２の停止指令が出される。なお、上記始点トルクＴｓを決定するための始点締付力Ｆｓは、本実施形態においては、従来の回転角法におけるスナグ点（回転角θと締付力Ｆとの関係を示すθ−Ｆ線図の直線部のうちでなるべく小さい値）とされる。
【００３９】
上記実施形態においては、ねじ面間摩擦係数関連量としての係数ξと座面間摩擦係数関連量としての係数ηとに基づいて始点トルクが決定されるようになっていたが、中間段階において、回転ねじ部材を、設定値以上の圧縮力を加えつつ回転させ、その回転中の回転抵抗トルクを計測すれば、回転抵抗トルクが増大し始める時点、すなわち中間段階と最終段階との境界を明瞭に検出することができることを利用して、始点トルクを決定することもできる。例えば、図２８に示すように、回転ねじ部材としてのボルト３２６と被締付物３２８との座面３３０，３３２間にスプリングワッシャ３３４が配設されている場合には、スプリングワッシャ３３４を平板状に押しつぶして、それの両座面３３６，３３８をそれぞれ座面３３０，３３２に密着させるに必要でかつ十分な圧縮力をボルト３２６に加えつつボルト３２６を回転させ、回転抵抗トルクＴを計測すれば、回転抵抗トルクＴは前記図１１に示すように変化する。そして、その回転抵抗トルクＴがほぼ一定の中間段階トルクＴ２に保たれている状態から増大する状態への変化が、上記ほどの大きな圧縮力を加えない従来に比較して急激に現れる。そのため、その回転抵抗トルクの増大開始点近傍の点（例えば、回転抵抗トルクが始めて設定トルク勾配を超える点、あるいはその時点より回転抵抗トルクが設定増分だけ増大した点等）であるスナグ点を精度良く決定することができ、「回転角法」による締付力管理の精度を向上させ得る。前記図１，図１５，図１６，図１８等に記載のねじ締付装置は、本実施形態のねじ締付方法を実施するためのねじ締付装置として使用することができる。
なお、初期段階から中間段階への移行時における回転抵抗トルクの急変も検出し、その急変後（あるいはその急変後の一定経過時間内）に回転抵抗トルクが増大した場合に、その時点が中間段階から最終段階への移行時点であるとすれば、一層確実にスナグ点を検出することができる。
【００４０】
以上の各実施形態においては、圧縮力を加えた状態で回転ねじ部材を回転させ、ねじ面間摩擦係数の評価が行われるようになっていたが、引張力を加えた状態で回転させ、ねじ面間摩擦係数の評価が行われるようにすることも可能である。例えば、図２６に示すように、ボルト３１０の頭部３１２に、頭部の頂面から軸方向に延びる軸方向溝３１４とその軸方向溝３１４の先端からボルト３１０の締込み時の回転方向下流側へ延びる周方向溝３１６とを有するＬ字形の係合切欠３１８を形成（軸対称に複数個形成することが望ましい）する一方、図２７に示すように、レンチ部材３２０に、軸方向溝３１４から進入して周方向溝３１６に係合可能な形状の係合部３２２を設け、係合部３２２を周方向溝３１６に係合させてボルト３１０に引張力と締付トルクとを加え得るようにする。そして、ねじ締付装置として、例えば図１９に示すように被締付物２００に当接する当接部（図１９の実施形態においては電磁石２１４）を備えたものを使用し、流体圧シリンダ１６５を収縮方向に作動させつつモータ２２をボルト３１０を締め付ける向きに回転させ、トルク検出器２２０により回転抵抗トルクを検出し、検出した回転抵抗トルクに基づいてねじ面間摩擦係数を評価するのである。
【００４１】
前記実施形態においては、軸方向力Ｑがほぼ０の状態で回転抵抗トルクＴを検出し、それがほぼ０でなければ、異物噛込み等の螺合異常が発生したと検出されるようになっていたが、軸方向力Ｑをほぼ０にすることなく螺合異常が検出されるようにすることも可能である。例えば、図２９に示すように、軸方向力ＱをＱｅ，Ｑｆ等複数の値に変化させて回転抵抗トルクＴｅ，Ｔｆ等を取得し、これら複数の回転抵抗トルクＴｅ，Ｔｆ等から外挿法により軸方向力Ｑが０のときの回転抵抗トルクＴｇを演算し、演算した回転抵抗トルクＴｇの絶対値が０を挟む比較的狭い設定領域内の値であれば、螺合異常がないと判定され、設定領域から外れていれば、螺合異常が生じていると判定されるようにするのである。螺合異常に起因する回転抵抗トルクは軸方向力Ｑの値の変化によっては変化せず、ほぼ一定の大きさであることが多いため、軸方向力Ｑｅ，Ｑｆに対応する回転抵抗トルクＴｅ´，Ｔｆ´によって規定される直線が、螺合異常がない場合の回転抵抗トルクＴｅ，Ｔｆによって規定される直線を上方へ平行移動させたものとなり、軸方向力Ｑが０のときの回転抵抗トルクＴｇ´が０を挟む設定領域から外れるため、螺合異常の発生を検出することができるのである。
【００４２】
以上の各実施形態においては、個々のねじ締付装置に専用のマイクロコンピュータが設けられていたが、複数のねじ締付装置の制御装置のコンピュータの部分を共用のパーソナルコンピュータやワークステーションで構成し、締付力が集中的に管理されるようにすることも可能である。また、マイクロコンピュータに代えて、同様な機能を果たす電気回路を採用することも可能である。
その他、当業者の知識に基づいて種々の変形，改良を施した態様で本発明を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるねじ締付装置を示す正面図である。
【図２】上記ねじ締付装置におけるトルク検出部を概念的に示す図である。
【図３】上記ねじ締付装置の制御装置を示すブロック図である。
【図４】上記制御装置の制御プログラムの一部を示すフローチャートである。
【図５】上記ねじ締付装置によるねじ締付けの初期段階を示す図である。
【図６】図５の一部を拡大して示す図である。
【図７】上記ねじ締付装置によるねじ締付けの中間段階を示す図である。
【図８】図７の一部を拡大して示す図である。
【図９】上記ねじ締付装置によるねじ締付けの最終段階を示す図である。
【図１０】図９の一部を拡大して示す図である。
【図１１】前記ねじ締付装置によるねじ締付時における回転抵抗トルクの変化を示すグラフである。
【図１２】本発明の別の実施形態であるねじ締付装置の制御プログラムのフローチャートのうち図４のフローチャートと異なる部分のみを示す図である。
【図１３】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置の制御プログラムの一部を示すフローチャートである。
【図１４】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置の制御プログラムのフローチャートのうち図１３のフローチャートと異なる部分のみを示す図である。
【図１５】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置を示す正面図（一部断面）である。
【図１６】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置を示す正面図（一部断面）である。
【図１７】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置の軸方向力付与装置のみを示す正面断面図である。
【図１８】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置を示す正面断面図である。
【図１９】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置を示す正面断面図である。
【図２０】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置を示す正面断面図である。
【図２１】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置を示す正面断面図である。
【図２２】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置を示す正面図（一部断面）である。
【図２３】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置における長さ変化装置を概念的に示す正面図（一部断面）である。
【図２４】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置を示す正面図である。
【図２５】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置の制御プログラムを示すフローチャートである。
【図２６】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置により締め付けられるボルトを示す正面図である。
【図２７】上記ボルトが締め付けられる状態を示す正面断面図である。
【図２８】本発明に係るねじ締付方法によって締め付けられるボルトとスプリングワッシャとを示す正面図である。
【図２９】本発明のさらに別の実施形態であるねじ締付装置による螺合異常の検出を説明するグラフである。
【符号の説明】
１０：本体フレーム    １２：支持台部    １６：リニアガイド    １８：昇降部材    ２０：油圧シリンダ    ２２：減速機付き電動モータ    ２４：検出器
５０：制御装置    ７６：第１部材    ７８：第２部材    ８０：ボルト
８８，９０：座面    ９２，９４：ねじ面    １１０：ねじ締付装置主体部
１１２：昇降フレーム    １１４：油圧シリンダ    １１６：流体圧アクチュエータ    １１８：ソケット    １３０：ねじ締付装置主体部    １３４：キャリパ    １４０：エアシリンダ    １４６：荷重バランサ    １４８：電磁方向切換弁    １５２：エア源    １６２：六角棒部    １６４：ケーシング    １６５：流体圧シリンダ    １８４：コレット    １８６：テーパ部材    １９２：係合突起    ２０２：ざぐり穴    ２１０：磁気吸着部    ２２８：負圧吸着部    ２４０：インパクトレンチ    ２４２：アタッチメント    ２５６：アタッチメントケーシング    ２５８：検出軸    ２６０：接続部    ２６２，２６４：角ドライブ    ２７０：モータ部    ２７２：減速機    ２７４：出力軸
２７６：レンチ部材    ２７８：長さ変化装置    ２８０：アクチュエータ部
２８２：変位拡大部    ２８４：積層圧電素子    ３０９：エンコーダ
３１８：係合切欠    ３２０：レンチ部材    ３２２：係合部
【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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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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