JPH0748350Y2 - ボルト・ナットの締結用心出し装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この考案は、ボルト・ナットを締結する際にボルトの先
端部とナットのネジ穴とを心出し（軸心位置を合わせる
こと。調心ともいう）して、その締結をスムーズかつ確
実ならしめる装置に関する。

［従来の技術］ ボルト・ナットの締結は、その数が多い場合や作業環境
が悪い場合などに、機械を用いて自動的に行われること
がある。たとえば実開昭63-113523号公報には、トンネ
ル掘削工事におけるセグメント用ボルトなどに使用でき
る自動締結装置が開示されている。

こうした自動締結を行うとき、締結そのものはボルトま
たはナットを回転手段で回すことによりなされるが、そ
れに先だって、ボルトの先端部とナットのネジ穴とを心
出しする必要がある。軸心位置がずれていれば、回転さ
せても両者が螺合（ネジ結合）できなかったり、ネジ山
を損傷したりするからである。実は、こうした心出し作
業はボルト・ナットを手作業で締結するときにも必要な
ことで、作業者はその場合、たとえば手に持ったナット
の端面をボルトの先端部に当て、ナットを少し動かして
ネジ穴をボルトの先端部に合わせたうえでナット（また
はボルト）を回している。このようにナットを直接に手
に持つ場合は、なかば無意識のうちにも手先を動かして
心出しを行えるが、機械によって自動的に心出しするた
めには何らかの技術的な対応が必要で、従来は下記の条
件によっていた。すなわち、 イ）あらかじめボルトの先端部を尖らせるか、またはナ
ットのネジ穴端部を拡大して、そこにテーパ面を形成し
ておく方法：ボルトまたはナットについて半径方向に適
当量の軸心移動ができる状態であれば、この方法により
自動的に心出しがなされる。ボルトとナットとが、いず
れかのテーパ面で当接しさえすれば、あとはそのボルト
・ナットを近づけるだけでそのテーパ面に沿って軸心が
合わされるからである。

ロ）ナットを回転させる回転部材内に、軸心が半径方向
に平行移動できるようにナット用ソケットを取り付けた
装置：前記した広報に記載の手段であり、ソケットの軸
心移動のためにはオルダム継手などを介装する。この装
置によると、ボルト・ナット間の軸心のずれは同継手に
よって吸収される。

［考案が解決しようとする課題］ 上記イ）・ロ）の手段には、それぞれつぎの課題が存在
する。

まず、ボルトやナットをあらかじめ加工しておくイ）の
場合は、簡便な方法なので実施しやすいものの、ボルト
・ナットの数が多いときには、その加工費によって実施
上のコストが増大する。たとえば、先に書いたトンネル
掘削工事のセグメント用ボルトまたはそのナットにこの
方法を適用するときは、その数が多い点から、コストメ
リットについては多くを望めない。

一方、オルダム継手などを介してソケットを取り付けた
ロ）の装置に関しては、同継手をはじめ、ソケットの移
動を許容しつつそれを回転部材の中心に保持するための
スプリングなど、精度の高い部品を要して構造が複雑で
ある。

この考案の目的は、ボルト・ナットに何ら特殊な加工を
施す必要がなく、しかも装置自体の構造が簡単な、ボル
ト・ナットの締結用心出し装置を提供することである。

［課題を解決するための手段］ この考案の請求項１に記載の心出し装置は、相対回転せ
ぬようにナットを保持するソケットに対し、下記のａ）
およびｂ）を配備したものである。すなわち、 ａ）ピンで支持されてその回りに回動（一定範囲内での
往復回転。揺動）することにより当該ソケットにおける
ナットの挿脱経路内へ出没可能な複数の突片であって、
同経路内に突出するとき、保持されたナットのネジ穴に
向けてそれぞれの内側縁部が傾斜するもの。

ｂ）上記各突片の一部を押し、ナットがソケットに保持
されたとき突片を上記突出状態に保つととに、ナットが
上記経路を経てソケットと離脱するとき上記突片を退避
状態に保つべく、突出状態と退避状態との間にあるとき
の突片によって最も圧縮されるように配置されたスプリ
ング。

また、請求項２に記載の心出し装置は、やはり相対回転
せぬようにナットを保持するソケットに対し、下記の
ａ）およびｂ）を配備したものである。すなわち、 ａ）ピンで支持されてその回りに回動（前記に同じ）す
ることにより当該ソケットにおけるナットの挿脱経路内
へ出没可能な複数の突片であって、保持されたナットの
前部（ボルトに近づける先の側）および後部（奥）とな
る位置に突起部を有し、前部の突起部が同経路内に突出
するとき、保持されたナットのネジ穴に向けて前方の内
側縁部が傾斜する一方、前部の突起部が同経路から退避
したとき後部の突起部が同経路内に突出しているもの。

ｂ）スプリングで押された球体とその一部が入り込む窪
みとを介して上記各突片の一部と係合し、ナットがソケ
ットに保持されたとき突片を上記前部の突起部が上記経
路内へ突出した状態に保つべく上記球体が窪みに入り込
むとともに、ナットが上記経路を経てソケットと離脱す
るとき上記突片を前部の突起部が退避し後部の突起部が
同経路内に突出した状態に保つべく上記球体が窪みに入
り込む機構。

［作用］ 本考案の請求項１および２の心出し装置において、まず
ソケット内にナットを挿入してａ）の突片（請求項２の
装置では前部の突起部。以下この作用欄では特に記さな
い限り同様）をナットの挿脱経路内に突出させると、上
記ｂ）のスプリングまたは機構によって、各突片はその
まま突出状態に保たれる。そのとき各突片の内側縁部
は、保持されたナットのネジ穴に向けて傾斜し、仮に各
縁部を面（仮想曲面）でつなぐと、ナットの前方にネジ
穴へ向けて漏斗を置いたのと似た状態になる。

したがって、ナットを保持したこのソケットと、締結し
ようとするボルトとを近づけると、上記突出状態になっ
た突片の内側縁部がボルトの先端部に当たり、同縁部の
傾斜に従ってソケットが導かれ、ナットのネジ穴位置が
ボルトの先端部に合うに到る（または、傾斜に従ってボ
ルトが案内され、ボルト先端部がナットのネジ穴に合わ
さる）。

こうしてボルト・ナットの心出しがなされたあとは、ソ
ケットを回すか、あるいはソケットを固定してボルトを
回すかすれば、両者の締結が完了する。保持したナット
とソケットとは相対回転しないので、このソケットをス
パナ（通常の手持ちスパナ、または自動締結用のスパ
ナ）の頭部として扱えるからである。

締結完了後、ボルト・ナットからソケットを遠ざける
（または後者から前者を遠ざける）と、前記の挿脱経路
を経てナットがソケットから離脱する。このとき、前記
ａ）の突片はナットで押されるとともにｂ）の機構によ
り同経路内から退避するので、上記の離脱がこの突片に
よって妨げられることはない。

考案の心出し装置では、こうしてソケットからナットを
離脱させたとき挿脱経路から退避した突片が、そのまま
退避状態に保たれるという特徴がある。そのため、次の
締結に使用する新たなナットをソケット内に挿入するの
が容易である。突片が、前記のように挿脱経路内に突出
した状態に保たれる一方でこのように退避状態にも保た
れる理由は、つぎのとおりである。

すなわち、まず請求項１の心出し装置の場合、ａ）の突
片はピンによって回動可能に支持されるとともにその一
部がｂ）のスプリングで押されるが、両者は、突片が上
記突出状態と退避状態との間にあるときにスプリングが
最も圧縮される関係にある。したがって、退避状態にあ
る突片を突出状態にするには途中でスプリングを一旦圧
縮してやる必要があり、何も操作しないのに突片が突出
状態に戻ってしまうことはないのである。なお、先に述
べたように突片が突出状態に保たれるのも、同様に、突
片を突出状態から退避状態にする途中でスプリングを一
旦圧縮する必要があることによる。

一方、請求項２の心出し装置の場合、ａ）の突片は前部
・後部に突起部を有し、ピンにて回動可能に支持される
とともに、スプリングで押された球体およびそれ用の窪
みを有するｂ）の機構と係合している。そして上記の退
避状態、すなわち前部の突起部がナットの挿脱経路から
退避した状態で、当該球体が窪みに入り込むことによ
り、突片はその退避状態から自由には回動しなくなる。
そのため、次にソケット内にナットを挿入するまで、突
片は退避状態に保たれるわけである。ナットがソケット
から出たその状態では、前部の突起部が退避している一
方で後部の突起部は挿脱経路内に突出しているため、同
経路を通して新たなナットをソケット内に挿入すると
き、突片は後部の突起部においてナットから押され、ピ
ンの回りに回動して突出状態（前部の突起部が挿脱経路
内に突出した状態）にまで変位したうえ、前記同様に球
体・窪み間の係合（入り込み）によってその状態に保た
れる。したがって、この請求項２の装置では、ソケット
内にナットが挿入されると突片が自ずと突出状態になっ
てその状態に保たれる一方、締結が終わってナットが取
り出されると突片は自ずと退避状態になり、次のナット
が挿入されるまでその状態に保たれることとなる。

［実施例］ この考案の第１実施例として、心出し装置10の詳細図を
第１図に示し、その心出し装置10を利用したボルト・ナ
ット自動締結装置の概要図を第２図に示す。第１図
（ａ）は装置10がナットＡを保持した状態の断面図、同
図（ｂ）は締結後に装置10がナットＡから離れる状態の
断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のｃ−ｃ線における矢
視図である。

第１図に示すように心出し装置10は、ナットＡを保持す
る六角穴11aのあるソケット11のほか、ソケット11に放
射状に取り付けられた３個（６個にしてもよい）の突片
12と、その突片12を支持し動かすための機構を有してい
る。すなわちソケット11に対し、突片12が支持ピン13を
介して切欠口11e内で回動自在に取り付けられ、その突
片12とソケット11の鍔部11dとの間に、リング14および
圧縮されたコイルスプリング15が介装されている。突片
12がピン13の回りに回動するとき、先端の突起部12aは
ソケット11の内側に出没することになるが、その位置
は、六角穴11aの前方（同図（ａ）の左方）、すなわち
ナットＡを挿脱（挿入および離脱）する経路にあたる。
また突片12には、その突起部12aが同図（ａ）のように
上記経路内に突出するときナットＡのネジ穴に向けてテ
ーパ上に傾斜（ただしメネジの谷径より内側には入らな
い）する内側縁部12bと、ソケット11の外に突出する外
側端部12cも形成されている。なお、第１図において符
号11c（同図（ｃ））は、ソケット11と一体に形成され
た支持ピン13用取付けブラケット、符号11b（同図
（ａ））は、ナットＡを通ったボルトＢの先端部の突出
スペースである。

スプリング15の作用に基づき、突片12は、外側端部12c
がリング14で前方に押されて通常（ソケット11の六角穴
11a内にナットＡを保持したときを含む）は第１図
（ａ）および（ｃ）の状態に保たれる一方、ボルトＢに
締結されたナットＡからソケット11を取り外す際にはピ
ン13の回りに回動し、同図（ｂ）のように突起部12aが
上記経路外へ退避した状態になる。スプリング15は、図
より明らかなように、突片12の突起部12aが同図（ａ）
のように経路内へ突出した状態と同図（ｂ）のように退
避した状態との中間の段階において、突片12の後部にあ
る角の部分で最も圧縮され短くなる。突片12は、当然な
がら、圧縮されたスプリング15からそれが伸びようとす
る向きに力を受けるので、同図（ａ）のように突出状態
にあるとき、および同図（ｂ）のように退避状態にある
ときに、他の力を受けぬ限りはそれぞれの状態を維持す
ることになる。同図（ａ）・（ｃ）に示したように、ナ
ットＡを装着した状態でソケット11をボルトＢに近づけ
ると、突片12の傾斜した内側縁部12bがボルトＢの先端
部に触れながらソケット11が案内されるので、おのずと
ナットＡのネジ穴がボルトＢの先端部に合わさって、ボ
ルトＢに対するナットＡの心出しがなされる。なお、同
図（ａ）のように突出した突起部12aには、未締結のナ
ットＡをソケット11から脱落させない作用もある。

第２図の自動締結装置は、心出し装置10によるこうした
心出し機能を利用して、トンネル掘削工事用セグメント
ボルトＢに対しナットＡを自動締結する装置である。図
において符号S1およびS2は、掘削孔の内面に装着され、
ボルトＢ・ナットＡの締結により組み付けられるセグメ
ントである。

この自動締結装置の全体的な構造はつぎの通りである。
上述の心出し装置10および一部改変した心出し装置10′
が、それぞれブーム21および22の先端部に向き合って配
備され、各ブーム21・22が、横フレーム23と一体の軌道
23aに対し摺動可能に組み付けられたうえフレーム23内
の油圧シリンダ（図示せず）に接続されている。そして
このフレーム23が、掘削機（図示せず）に配備された移
動アーム41の先端支持部42に、支軸43を介して取り付け
られている。後述するように心出し装置10・10′の軸心
の変位を可能とするために、フレーム23と支軸43との間
に変位吸収機構（図示せず）が配備されており、それに
より許容される変位に基づいて、フレーム23はアーム41
に対し多少の揺動および平行動ができる。

心出し装置10は第１図と同じもので、支持具17を介して
ブーム21の先に固定配備されているが、一方の心出し装
置10′は、ソケット11′の外側にピニオン19が設けられ
たうえ、内部に軸受（図示せず）をもつ支持具18を介し
てブーム22の先端部に回転可能に配備されている。ブー
ム22の基部にモータ31が取り付けられ、それを駆動源と
し動力伝達機構（図示せず）を介して、装置10′の側の
ソケット11′は回転する。そのほか、図示を省略したが
ブーム21の下部付近には、セグメントS2におけるボルト
収容孔ｕに事前に収容されていたボルトＢを締結のため
に引き出して挿通孔ｖに通す送出装置（ボルトＢを挟
み、回転して送り出す方式のもの）も配備されている。

以上の構造をもつこの自動締結装置は、下記のように操
作される。すなわち、 掘削孔内でのフレーム23の概略位置や向きをアーム
41の移動によって定め、心出し装置10・10′を備えるブ
ーム21・22の各先端部を、所定のセグメントS1・S2の凹
部t1・t2に入れる。なお、心出し装置10・10′の各ソケ
ット11・11′には、あらかじめナットＡを挿入し保持さ
せておく。

事前に収容孔ｕに入れられたボルトＢを、上記した
送出装置によって挿通孔ｖへ通す。

概ねボルトＢの軸線上にソケット11・11′の位置を
合わせたうえ、フレーム23内の油圧シリンダを作動させ
てブーム21・22ごと心出し装置10・10′を近づける。第
１図（ａ）・（ｃ）を用いて説明したとおり、これによ
ってボルトＢの先端部へナットＡのネジ穴が導かれるの
で、ボルトＢの両端において各ナットＡが正確に心出し
される。なおこの例では、半径方向への軸心の移動につ
いてボルトＢにはほとんど自由度がないことから、支軸
43・フレーム23間の前記変位吸収機構の作用でナットＡ
（つまりソケット11・11′）の軸心位置が変位する。

モータ31を駆動して、心出し装置10′のソケット1
1′を回す。一方のソケット11が固定されているので、
両端のナットＡがボルトＢに螺合され、やがて締結が完
了する。

フレーム23内の油圧シリンダを逆に作動させて、心
出し装置10・10′を離間させる。このとき、心出し装置
10・10′は第１図（ｂ）の状態になり、ナットＡからス
ムーズに離れる。

つぎに、この考案の技術的思想の一部を流用した参考的
な第２実施例を第３図に基づいて説明する。第３図
（ａ）は、心出し装置60の断面図、同図（ｂ）はその正
面図である。この心出し装置60は、極めて簡単な構造と
しながらもボルト・ナット間の心出し効果があるように
し、また突片の数を最小限にすることによりナットの挿
入時にそれを手などで退避させやすくしたものではある
が、突片が自然には退避状態に保たれることがない点
で、必ずしも十分なものとはいえない。

この心出し装置60は、ナットA1を六角穴61a内に保持す
るソケット61に対して、カギ形状で幅広の突片62を２個
だけ取り付け、各先端の突起部62aがナットA1の挿脱経
路内に出没するようにしたものである。突片62は、ソケ
ット61のブラケット61cに対し支持ピン63を介して揺動
自在に枢支されており、その先端付近に、円錐面状の内
側縁部62bが形成され、後端部62cとソケット61の係止片
61dとの間に引張バネ64が装着されている。

バネ64により後端部62c（ピン63より内側）が引っ張ら
れているので、ソケット61内にナットA1を挿入したのち
（未挿入時も同じ）は、図のように、突片62の突起部62
aがソケット61の前端の切欠き61eから内側（ナットA1の
挿脱経路内）へ突出する。この状態では、内側縁部62
b）がナットA1のねじ穴に向けてテーパ状に傾斜するの
で、ソケット61をボルトB1に向けて前進させるだけで、
突片62の内側縁部62bとボルトB1との接触によりソケッ
ト61が案内されて、ナットA1がボルトB1に対し心出しさ
れる。

ボルトB1を回すか操作片68によりソケット61を回すかし
て締結を完了したのちは、ソケット61を後退させるだけ
で装置60がナットA1から離れる。ナットA1がソケット61
から抜け出される際、バネ64の力に抗して突片62の突起
部62aがソケット61の外方（図の上下。ナットA1の挿脱
経路外）へ退避するからである。

続いて第４図に、この考案の第３実施例を示す。同図
（ａ）は心出し装置70の縦断面図であり、上半分は心出
し中、下半分は心出しおよび締結の完了後の状態を表わ
す。そして同図（ｂ）は同図（ａ）のｂ−ｂ線における
断面図である。

この心出し装置70において、複数個の突片72は、ソケッ
ト71のブラケット71c上にピン73によって揺動可能に支
持されているが、ソケット71の六角穴71aを前後から挟
み得る二つの突起部72aおよび72cのほか、突起72aの前
方に円弧状の縁部72bを有し、またピン73の回りの２カ
所に窪み72d・72eをもつ。

同図（ａ）の上半分に示したようにナットA2をソケット
71の六角穴71aに装着したときは、突片72の縁部72bがナ
ットA2のネジ穴に向けて傾斜し、この縁部72bが心出し
のための案内をなす。したがって、やはりソケット71と
ボルトB2とを近づけるだけで、ボルトB2とナットA2との
心出しが行われる。なお、ソケット71のブラケット71c
からビス75とスプリング76とで内側へ押圧した球体74
が、一方の窪み72dに入り込んで突片72の揺動を止めて
いるので、突起部72aがナットA2の前方に突出した状態
が保たれ、ナットA2がソケット71から脱落することが防
止されている。

そして前記と同様にボルトB2を回すか操作片78によりソ
ケット71を回すかして締結を完了したのちは、ソケット
71を引くだけで装置70がナットA2から分離される。この
ときナットA2が突起部72aを前方へ押すので、突片72が
ピン73を中心に揺動し、上記球体74が他方の窪み72eに
入り込んだ同図（ａ）の下半分の状態で停止する。この
状態から引き続き、次に締結すべきナットをソケット71
内に挿入すると、奥の突起部72cがナットに押されて突
片72が揺動し、再び同図（ａ）の上半分に示した状態に
なる。

以上、この考案の心出し装置について三つの実施例を紹
介したが、考案の装置は、自動締結装置（第１実施例の
ようなセグメント用には限らない）だけでなく、手動締
結用のスパナの頭部などにも適用できる。たとえば第３
図や第４図に示した操作片（68または78）を手で持ち、
ソケット（61または71）内にナットを挿入したうえでそ
の装置（つまりスパナの頭部）をボルトの先端部に当接
させれば、容易に心出しがなされて、直ちに締結操作に
移れるのである。その場合、ソケットと操作片との間に
ラチェット機構を介装しておくと、より迅速に締結を行
える。

［考案の効果］ この考案の請求項１・２の各心出し装置によれば、締結
すべきボルト・ナットに何ら特殊な加工を施すことな
く、確実かつスムーズに両者間の心出しができる。した
がって、たとえばトンネル掘削工事におけるセグメント
ボルトといった多数個のボルト（およびナット）につい
て、人手作業で心出しし難い環境で機械により自動締結
するに際し特に有効である。各装置は、高精度な部品を
使用せず構造も簡単であるため、装置コストが低いうえ
故障しにくい。また、各請求項の装置では、ソケットか
らナットを離脱させたとき挿脱経路から退避した突片
（またはその前部の突起部）がそのまま退避状態に保た
れるため、次の締結に使用する新たなナットをソケット
内に挿入しやすい。とくに請求項２の装置では、ソケッ
ト内へのナットの挿入・離脱に伴い、特別な操作をしな
くても突出状態・退避状態の切替えが行われるので、ナ
ットの挿入からボルト・ナット間の心出し・締結を含む
一連の作業の能率を向上させる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの考案の第１実施例に関するも
ので、第１図は心出し装置の詳細図、第２図はその心出
し装置を利用したセグメント用自動締結装置の概要図で
ある。なお、第１図（ａ）は心出し装置がナットを保持
した状態の断面図（正確には同図（ｃ）のａ−ａ線での
断面図）、同図（ｂ）は締結後に装置がナットから離れ
る状態の断面図、同図（ｃ）は同図（ａ）のｃ−ｃ線に
おける矢視図である。 第３図はこの考案の第２実施例に関するもので、同図
（ａ）は心出し装置の断面図（正確には同図（ｂ）のａ
−ａ断面図）、同図（ｂ）はその正面図である。 そして第４図はこの考案の第３実施例に関し、同図
（ａ）は心出し装置の縦断面図であり、図の上半分は心
出し中、下半分は心出しおよび締結の完了後の状態を表
わす。また同図（ｂ）は同図（ａ）のｂ−ｂ線における
断面図である。 10・60・70……心出し装置、11・61・71……ソケット、
12・62・72……突片、12b・62b・72b……内側縁部、Ａ
・A1・A2……ナット、Ｂ・B1・B2……ボルト。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ボルトの先端部とナットのネジ穴とを、締
   結前に心出しする装置であって、 相対回転せぬようにナットを保持するソケットに対し、 ａ）ピンで支持されてその回りに回動することにより当
   該ソケットにおけるナットの挿脱経路内へ出没可能な複
   数の突片であって、同経路内に突出するとき、保持され
   たナットのネジ穴に向けてそれぞれの内側縁部が傾斜す
   るもの、および ｂ）上記各突片の一部を押し、ナットがソケットに保持
   されたとき突片を上記突出状態に保つとともに、ナット
   が上記経路を経てソケットと離脱するとき上記突片を退
   避状態に保つべく、突出状態と退避状態との間にあると
   きの突片によって最も圧縮されるように配置されたスプ
   リング、 を配備したことを特徴とするボルト・ナットの締結用心
   出し装置。
2. 【請求項２】ボルトの先端部とナットのネジ穴とを、締
   結前に心出しする装置であって、 相対回転せぬようにナットを保持するソケットに対し、 ａ）ピンで支持されてその回りに回動することにより当
   該ソケットにおけるナットの挿脱経路内へ出没可能な複
   数の突片であって、保持されたナットの前部および後部
   となる位置に突起部を有し、前部の突起部が同経路内に
   突出するとき、保持されたナットのネジ穴に向けて前方
   の内側縁部が傾斜する一方、前部の突起部が同経路から
   退避したとき後部の突起部が同経路内に突出しているも
   の、および ｂ）スプリングで押された球体とその一部が入り込む窪
   みとを介して上記各突片の一部と係合し、ナットがソケ
   ットに保持されたとき突片を上記前部の突起部が上記経
   路内へ突出した状態に保つべく上記球体が窪みに入り込
   むとともに、ナットが上記経路を経てソケットと離脱す
   るとき上記突片を前部の突起部が退避し後部の突起部が
   同経路内に突出した状態に保つべく上記球体が窪みに入
   り込む機構、 を配備したことを特徴とするボルト・ナットの締結用心
   出し装置。