JP2012007732A - ねじ及びねじを識別するための方法 - Google Patents

ねじ及びねじを識別するための方法 Download PDF

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Abstract

【課題】トルクを自動的に設定する支援を行うよう識別可能にしたねじを得る。
【解決手段】ねじヘッド２の先端部４に対面する側の裏側８に、刻印パターン１０を設け、該裏側８を、少なくとも５つの等しい大きさのセクター１４に区分けしたねじ１であって、セクター１４のうち、少なくとも５分の３が刻印パターン１０と同一のパターンを有し、セクター１４の少なくとも１つには、前記刻印パターン１０とは異なるパターンを設ける、または刻印パターンを設けない構成とする。好適には、裏側８を最大１５の前記セクターに区分けし、また刻印パターンを、半径方向に延在する溝もしくはリブ１０、または環状円に沿って配列した突起もしくは窪みとして設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は、ねじ及びねじを識別するための方法に関する。
建設業界では、電動ドライバによりねじを締結する。電動ドライバには調節可能なトルククラッチを設け、ねじによる反作用トルクが設定した設定値を超えたとき、トルククラッチがねじ締結作業を中断する。従来は、作業者が多数の試行によって設定値を設定してきた。トルクの自動設定は、多数の異なるねじ及びねじ特性のため、限られた条件下でしか予測できない。ねじヘッドに目視可能なマーキングを施すことは、顧客側で受け入れられないことが多く、特にねじ締結後にねじヘッドを目視できる場合はこの傾向が顕著である。
本発明の課題は、トルクを自動的に識別することを支援するねじを得ることにある。
本発明によるねじは上記の課題を解決するものであり、ねじヘッドの先端部に対面する側の裏側に刻印パターンを設けた構成とする。ねじヘッドの裏側は、少なくとも５つの等しい大きさのセクターに区分けするようにし、これらセクターの５分の３は同一の刻印パターンを有し、少なくとも１つのセクターには異なる刻印パターンを設ける、または刻印パターンを設けない構成にする。セクター数は、好適には、５〜１５の範囲内の個数とする。
本発明によるねじの識別方法は以下のステップから成る。すなわち、回転するねじ領域に磁界を発生させるステップと、回転ねじに由来する磁界の変調を、高感度磁界センサによってねじヘッド領域で検出するステップと、検出した変調を、記憶装置に記憶し、かつねじに割り当てた変調パターンと比較するステップとである。
刻印パターンは、ねじヘッドの裏側に形成したマーキングのことである。ねじを回す際、刻印が磁化率による特有の変調を発生する。磁界センサは、例えば、磁界を発生させるための永久磁石およびセンサーコイルとともに、上記の変調を検出することができる。ねじの識別は、磁化率の変調による周波数スペクトルに基づいて行うことができる。刻印加工による同一のパターンを設けた、互いに回転対称的なセクターは、基本周波数の振幅に影響を及ぼす。基本周波数は、ねじを回す回転数およびセクターの数によって、事前に設定する。基本周波数の振幅に加えて、別の振幅がより低い周波数において発生する。これは刻印パターンの欠如、すなわち回転対称的ではないセクターに起因する。相対的に低い周波数は、整数による基本周波数の分数であり、この場合の分母はセクターの数で決まる。振幅および周波数の割合によって特有の事象が生じ、この事象は、ドライバの回転数、絶対的な磁界強度、センサ感度にほぼ影響を受けることがない。
２つのセクターにおける１個のパターンは、ねじをその軸線回りで回転し、位置が合致することにより、同一のものとして識別される。この目的のため、ねじを回さなくてはならない角度は３６０／Ｎ°の整数倍であり、この場合Ｎはセクターの数を表す。刻印パターンは、特に空間の磁化率に及ぼす影響が等しい場合に、同一のものとして認識される。この目的につき、磁化率は、ねじヘッドと同じ高さの位置で、ねじヘッドに対して半径方向に離間させた一定の角度位置で規定する。磁化できない板や構造物質、例えば合成樹脂は、影響を及ぼすことがない。
好適な一実施形態によれば、第１刻印パターンは、第２刻印パターンに対しねじの回転方向に隣接し、第３刻印パターンは、第２刻印パターンの回転方向とは逆方向に隣接する。第１刻印パターンと第２刻印パターンとの間における第１角度は、第２刻印パターンと第３刻印パターンとの間における第２角度とは異なる構成とする。第２角度は、第１角度に比して倍の大きさを有することができる。
好適な一実施形態によれば、刻印パターンのうち２個は、最小の角度で互いに離間し、かつ第１刻印パターンと同一の他の刻印パターンとを、最小の角度の整数倍で互いに離間させる。それぞれの刻印パターンの位置には、１個の刻印パターンを起点とし、ねじを最小の角度で回すことにより到達することができる。整数倍は、一例では、５〜１５の範囲内とする。
好適な一実施形態によれば、刻印パターンまたは刻印パターンの少なくとも一部分の、軸線に対する半径方向における間隔を、ねじヘッドにおける直径の６分の２よりも大きく構成する。ねじの識別には、主としてねじの端縁における刻印パターンが重要である。軸線近傍の内部領域では、他の目的のため、刻印パターンを付加的に設けることができる。付加的に設ける刻印パターンは、任意の回転対称になるよう配置する、または回転対称とせずに配置することができる。
好適な一実施形態によれば、刻印パターンは、半径方向に延在する溝またはリブとする。
以下、本発明を好適な実施形態および添付図面につき、詳述する。なお、図中、特に言及しない限り、構造または機能において対応する構成要素は同一の参照符号で示す。
本発明によるねじの縦断面図である。 図１に示すねじヘッドの裏側を示す説明図である。 代案としてのねじヘッドにおける裏側の説明図である。 代案としてのねじヘッドにおける裏側の説明図である。 電動ドライバの説明図である。
図１は、好適な構造を有するタッピングねじ１の縦断面図を示す。図２は、ねじ１をその下側から示す図である。ねじ１は軸線５に沿って、ねじヘッド２、ねじ山部３および先端部４を備える。先端部４は、例えば、薄鋼板などの金属製の加工材に孔を穿つため、１個または２個の切刃６を有する。切刃６により金属を機械加工で切削または変形させ、ねじ山部３に対応する孔を形成することができる。随意的に設けることができる中間ワッシャ７（弾性的な合成樹脂、例えばシリコーンで形成する）を、ねじヘッド２の裏側８に当接することができる。中間ワッシャ７は、孔を水密にするためのシール素子として使用することができる。
ねじヘッド２の金属製の裏側８における端縁９の近傍に、半径方向に延在しかつ軸線方向に対して外方に突出する、ほぼ同一の少なくとも４個のリブ（刻印パターン）１０を設ける。代案として、押し込みによってリブ１０をくぼみとして裏側８に設けることもできる。リブ１０は、好適には、ねじヘッド２と同一の材料、例えば鉄、鋼またはその他の硬磁性もしくは軟磁性の材料で形成する。例えば、ねじヘッド２の裏側８を打ち出し加工することによりリブ１０を形成することができる。隣接するリブ１０は、７２°の角度１１または１４４°の角度１２で、互いに軸線５周りに配置する。リブ１０間における角度の最大公約数は７２°である。リブ１０は、ねじ１を軸線５周りに、最大公約数の角度ずつ回すことにより、すべて同一位置に合致することができる。この場合、ねじ１を７２°の整数倍で回すことにより、裏側８はほぼ５つのセクター１４から成る回転対称性を有する。このことは、これらリブは、順次にリブのない位置１３にくることを意味する。ねじ１を整数倍で回した場合、４個あるリブ１０のうち３個は、他の１個のリブ１０位置に合致する。ただし、１個のリブ１０はリブのない位置１３の位置にくる。
裏側８は、５つの等しい大きさのセクター１４に区分けする。この場合、等しい大きさとは、軸に対する内角がそれぞれ等しいことを意味する。すなわち、図示の例では７２°である。セクター１４の４つにリブ１０を配置し、その際、この４つのセクター１４におけるリブ１０の配置は等しくする。残る５つ目のセクター１４における位置１３にはリブを配置しないが、他のセクター１４の同じ位置にはリブ１０を配置する構成とする。
図３は、裏側８における他の好適な一実施形態を示す。この実施形態では、それぞれ対から成るリブ２０を計４個配置する。１対のリブ２０内におけるそれぞれのリブは、１０°の角度２１で配置する。各対はパターンを構成し、このパターンが連続して周方向に配置されるようにする。７２°の整数倍の角度２２でねじ１を回すことにより、１個の対はその他の対の位置に合致する。図示の実施形態では、７２°は０°〜３６０°の間で最大の角度である。少なくとも、リブ全体のうちの３対は、任意に選択した倍数によって、ねじを回す前に別の３対のリブが占めていた位置をとることになる。
ねじ１は、例えば、１°といったより小さな角度で付加的に回すこともできるため、７２゜、１４４゜といった適切な整数倍に達するまでねじ１を回し続けることにより、ねじ１を回す前にリブの対が占めていた位置を、別のリブの対が占めるように調整することができる。ただし、１〜７３の範囲における倍数の多くでは、リブの対が別のリブの対位置と完全に重なることはなく、部分的に重なるだけである。１０、８２、１５４といった整数倍では、リブ２０の半分のみが、ねじを回す前に別のリブ２０が占めていた位置に重なることになる。
ねじヘッド２の裏側８は、５つの等しい大きさのセクター２３に区分けすることができる。５つのセクター２３のうち４つでは、リブ２０による同一のパターンを設けるものとする。残る５つ目のセクター２３では、他の４つのセクター２３でリブ２０が配置するものの、その位置２４にリブを持たない。これにより、裏側８における５つのセクターの対称性をもたないこととなる。
図４は、裏側８における別の好適な一実施形態を示す。図示の実施形態では、環状の刻印パターン３０を、外側円３６内に配置する。外側円は、裏側８における直径３３の３分の２に相当する内径３２を有する。軸線３近傍における内側円内にリブ３５を配置することができる。リブ３５は種々の理由により配置することができ、例えば、裏側８を素地と噛み合わせるために配置する。図示の実施形態に特に重要な構成要素は、外側円３６における刻印パターン３０である。これら刻印パターン３０の角距離は、７２°の整数倍になるよう互いに配置する。刻印パターン３０がねじ１を７２°の角度で回す際に占める位置３７には、刻印パターンがないようにする。裏側８は、等しい大きさを有するセクター３８を有し、これらセクター３８には、外側円３６のみが含まれる。セクター３３のうち４つには同一の刻印パターン３０が存在するが、残る５つ目のセクター３３の位置３７には刻印パターンがない。
ドライバ、特に電動ドライバ４０は、ねじ１用の識別装置４１を有する。識別装置４１は、能動型磁界センサ４２を含み、この磁界センサ４２により、ねじヘッド２近傍の磁化率の変調を検出することができる。高感度磁界センサ素子４３を、軸線５に沿ってねじヘッド２と同じ高さ位置に配置する。センサ素子４３は、例えば、電動ドライバ４０におけるスリーブ状の深さストッパ４５の加工材側前方端部４４に配置することができる。磁界センサ４２の永久磁石４６によって、ねじヘッド２に透過する磁界を発生させることができる。センサ素子４３は、磁界の変調を検出するよう構成する。この磁界の変調は、円形の刻印パターン、およびこのパターンによる局所的な磁化率に対する影響、例えば鉄含有物質および非鉄含有物質(特に、空気および合成樹脂)による周期的な変動によって生ずる。
識別装置４１は、センサ素子４３からの信号を検出する。スペクトルアナライザ４７は、信号に含まれる周波数のうち大きな振幅を有するものを検出する。周波数スペクトルに関し、検出したねじ１の回転数よりも大きな周波数を減衰することもできる。周波数スペクトルはデータ記憶装置４８に記憶させたスペクトルと比較する。データ記憶装置４８には、各ねじのタイプを、それぞれのねじに特徴的なスペクトルとともに記憶する。
１ ねじ
２ ねじヘッド
３ ねじ山部
４ 先端部
５ 軸線
６ 切刃
７ 中間ワッシャ
８ ねじヘッドの裏側
９ 端縁
１０ リブ（刻印パターン）
１１ 角度(７２°)
１２ 角度(１４４°)
１３ リブのない位置
１４ セクター
２０ リブ(対)
２１ 角度(リブの対内)
２２ 角度(７２°)
２３ セクター
２４ リブのない位置
４０ 電動ドライバ
４１ 識別装置
４２ 磁界センサ
４３ センサ素子
４４ 前方端部
４５ 深さストッパ
４６ 永久磁石
４７ スペクトルアナライザ
４８ データ記憶装置

Claims (10)

  1. ねじヘッド(２)の先端部(４)に対面する側の裏側(８)に、刻印パターン(１０,２０,３０)を設け、該裏側(８)を、少なくとも５つの等しい大きさのセクター(１４,２３,３８)に区分けした、ねじ(１)であって、
    前記セクター(１４，２３,３８)のうち、少なくとも５分の３が前記刻印パターン(１０,２０,３０)と同一のパターンを有し、前記セクター(１４，２３,３８)の少なくとも１つには、前記刻印パターン(１０,２０,３０)とは異なるパターンを設ける、または刻印パターンを設けない構成としたことを特徴とするねじ。
  2. 請求項１に記載のねじにおいて、前記裏側(８)を、最大１５の前記セクターに区分けしたことを特徴とするねじ。
  3. 請求項１または２に記載のねじにおいて、第１刻印パターン(１０)は、第２刻印パターン(１０)に対し前記ねじ(１)の回転方向に隣接し、第３刻印パターン(１０)は、前記第２刻印パターン(１０)に対して前記回転方向とは逆方向に隣接する前記ねじ(１)において、
    前記第１刻印パターン(１０)と前記第２刻印パターン(１０)との間における第１角度(１１)が、前記第２刻印パターン(１０)と前記第３刻印パターン(１０)との間における第２角度とは異なる構成としたことを特徴とするねじ。
  4. 請求項３に記載のねじにおいて、前記第２角度(１２)が、前記第１角度(１１)に比して倍の大きさを有する構成としたことを特徴とするねじ。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のねじにおいて、前記刻印パターンのうち２個が、最小の前記第１角度(１１)で互いに離間し、かつ前記第１刻印パターンと同一の他の刻印パターンとを、最小の前記第１角度(１１)の整数倍で互いに離間させたことを特徴とするねじ。
  6. 請求項５に記載のねじにおいて、前記刻印パターンが、それぞれ５個〜１５個の範囲内で、最小の前記第１角度(１１)によって互いに離間させたことを特徴とするねじ。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のねじにおいて、刻印パターン(３０)または前記刻印パターンの少なくとも一部分の、軸線(５)に対する半径方向における間隔を、前記ねじヘッド(８)における直径(３３)の６分の２よりも大きくしたことを特徴とするねじ。
  8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載のねじにおいて、前記刻印パターンを、半径方向に延在する溝またはリブとして設けたことを特徴とするねじ。
  9. ねじを識別するための方法であって、
    回転ねじの近傍に磁界を発生させるステップと、
    前記回転ねじによって生じる磁界変調を、高感度磁界センサによりねじヘッド近傍で検出するステップと、
    検出した前記磁界変調を、記憶装置に記憶し、かつ前記ねじに割り当てた変調パターンと比較するステップと
    を有することを特徴とするねじの識別方法。
  10. 請求項９に記載の識別方法において、さらに、前記ねじを回転させるステップを有することを特徴とするねじの識別方法。
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