JP2017109263A - スパナのヘッド構造、スパナおよびヘッド構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ヘッドの硬度を上げすぎると、ヘッドが破断しやすくなる。また、ヘッドの硬度を下げすぎると、締付部材と接触する部分が摩耗してしまうことがある。
【解決手段】 スパナのヘッド構造（１００）は、ヘッド本体（１０）および補強部材（２１，２２）を有する。金属製のヘッド本体は、締付部材と接触する接触面（Ｓ）に沿って配置されたフランジ部（１２，１３）を備えており、少なくともフランジ部における接触面が所定の硬度を有する。補強部材は、フランジ部に沿って配置されており、接触面とは反対側のフランジ部の面（１２ａ，１３ａ）に固定されている。フランジ部の硬度を所定の硬度まで上げることにより、締付部材と接触する部分において、フランジ部の変形（陥没など）を抑制できる。また、フランジ部の全体が変形しようとしたとき、補強部材によって、フランジ部の変形を抑制でき、フランジ部から締付部材に対して適正な締め付け力を与えることができる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、スパナのヘッド構造と、このヘッド構造を備えたスパナと、ヘッド構造の製造方法に関する。

スパナは、ボルトやナットといった締付部材を締め付けるために用いられ、金属で形成されている。スパナを製造するときには、所定の形状に成形された成形品に対して熱硬化処理が行われる。この熱硬化処理によって、スパナに対して所定の硬度を与えている。

熱硬化処理を行えば、スパナの硬度を上げることができるが、スパナのヘッドの硬度を上げすぎると、ヘッドが破断しやすくなる。すなわち、ヘッドの全体の硬度を上げるほど、ヘッドの摩耗を抑制しやすくなるが、ヘッドの一部が締付部材からの負荷を受けて僅かに変形してしまうと、この変形部分を起点としてヘッドが破断しやすくなる。

一方、上述したヘッドの破断を抑制するために、ヘッドの硬度を下げてしまうと、ヘッドが変形しやすくなる。具体的には、ヘッドが締付部材から繰り返しの負荷を受けたとき、締付部材と接触する部分において、ヘッドが摩耗してしまうことがある。ヘッドの一部が摩耗してしまうと、ヘッドから締付部材に対して適正な締め付け力を与えることができなくなり、締付部材を締め付けることができなくなるおそれがある。

本願第１の発明は、締付部材と係合するスパナのヘッド構造であり、ヘッド本体および補強部材を有する。ヘッド本体は、金属で形成されており、締付部材と接触する接触面に沿って配置されたフランジ部を備えている。少なくともフランジ部における接触面は、所定の硬度を有する。補強部材は、フランジ部に沿って配置されており、接触面とは反対側のフランジ部の面に固定されている。

従来と同様に、ヘッド本体には熱硬化処理が行われるが、本願第１の発明によれば、ヘッド本体のフランジ部に熱硬化処理が行われることによって、フランジ部の硬度を所定の硬度まで向上させることができる。これにより、締付部材と接触する部分において、フランジ部の変形（陥没等）や摩耗を抑制することができる。また、フランジ部に沿って補強部材を配置することにより、フランジ部が締付部材からの負荷を受けてヘッドの口が広がる方向に変形しようとしても、このフランジ部の変形を補強部材によって抑制できる。これにより、フランジ部から締付部材に対して適正な締め付け力を与えることができる。

ヘッド本体には、補強部材を支持する支持部を配置することができる。これにより、支持部を用いて、補強部材を配置（固定）しやすくなる。フランジ部は、支持部から突出させることができる。ここで、支持部は、ヘッド本体の厚さ方向における中央に配置することができる。そして、フランジ部は、厚さ方向における支持部の両側にそれぞれ配置することができる。

補強部材は、炭素繊維で形成することができる。この場合において、炭素繊維の長手方向がフランジ部に沿った方向となるように、炭素繊維を配置することができる。このように炭素繊維を配置することにより、フランジ部の変形力が伝達される補強部材に反発力を持たせることができ、ヘッドの口が広がる方向におけるフランジ部の変形を抑制しやすくなる。

本願第１の発明であるヘッド構造を用いてスパナを構成することができる。ここで、ヘッド構造は、スパナの本体と別体で構成されていてもよいし、スパナの本体と一体的に構成されていてもよい。

本願第２の発明は、上述した本願第１の発明であるヘッド構造を製造する方法であって、ヘッド本体に熱硬化処理を行うことにより、ヘッド本体の硬度を所定の硬度とすることを特徴とする。本願第３の発明は、上述した本願第１の発明であるヘッド構造を製造する方法であって、少なくともフランジ部における上記接触面に皮膜処理を行うことにより、所定の硬度を有する皮膜を形成することを特徴とする。

本実施形態であるスパナの正面図である。 本実施形態であるスパナの側面図である。 本実施形態であるヘッドの正面図である。 本実施形態であるヘッドの側面図である。 本実施形態であるヘッドの分解斜視図である。 炭素繊維ブロックの側面図である。 炭素繊維ブロックを補強部材として用いたときのヘッドの正面図である。 本実施形態の第１変形例であるヘッドの斜視図である。 本実施形態の第２変形例であるヘッドの側面図である。 本実施形態の第３変形例であるヘッドの側面図である。 第３変形例であるヘッドの正面図である。

本実施形態であるスパナについて説明する。図１は、スパナ１の正面図であり、図２は、図１に示す矢印Ｄ１の方向からスパナ１を見たときの側面図である。

スパナ１は、ボルトやナットといった締付部材（不図示）と係合するヘッド１００を有する。ヘッド１００は、ヘッドピン２１０によってスパナ本体２００の先端部２２０に固定されている。本実施形態では、ヘッド１００およびスパナ本体２００を別々の部材によって構成しているため、ヘッド１００を交換することができる。

スパナ本体２００の基端部２３０は、ゴムなどの弾性材料で形成されたグリップ３００によって覆われている。グリップ３００は、スパナ１を使用する使用者によって保持される。なお、スパナ本体２００の基端部２３０を弾性材料で覆わなくてもよい。この場合には、スパナ本体２００の基端部２３０が使用者によって保持される。

スパナ本体２００は中空構造を有しており、スパナ本体２００の内部には、所定のトルクを与えるために、トグルおよびスプリングを含むトルク設定機構（不図示）が収容されている。トルク設定機構としては、公知の機構を適宜採用することができる。このため、トルク設定機構の詳細な説明は省略する。ヘッド１００を締付部材に係合して、スパナ１を所定方向に回転させると、上述したトルク設定機構によって、所定のトルク値まで締付部材を締め付けることができる。ここで、締め付け時のトルクが所定のトルク値に到達すると、スパナ本体２００がヘッド１００に対して回動することになる。

本実施形態では、トルク設定機構をスパナ本体２００に収容しているが、トルク設定機構を省略することもできる。この場合には、トルク設定機構を収容するためのスペースが不要となり、スパナ本体２００を中空構造とする必要も無い。スパナ本体２００を中実構造としたときには、スパナ本体２００およびヘッド１００を一体的に構成することができる。

次に、ヘッド１００の構造について、図３〜図５を用いて説明する。図３は、ヘッド１００の正面図であり、図４は、図３に示す矢印Ｄ２の方向からヘッド１００を見たときの側面図である。図５は、ヘッド１００の分解斜視図である。

ヘッド１００は、ヘッド本体１０と、一対の補強部材２１，２２とを有する。補強部材２１，２２は、ヘッド本体１０に固定される。ヘッド本体１０に補強部材２１，２２を固定する方法としては、例えば、接着剤を用いることができる。また、ヘッド本体１０および補強部材２１，２２の一方にピンを設けるとともに、ヘッド本体１０および補強部材２１，２２の他方にピンと係合する溝を設けることができる。これにより、ピンを溝に挿入することにより、補強部材２１，２２をヘッド本体１０に固定することができる。なお、補強部材２１，２２をヘッド本体１０に固定できればよいため、この固定方法は適宜決めることができる。

ヘッド本体１０は、金属で形成されており、支持部１１と、一対のフランジ部１２，１３と、基端部１４とを有する。支持部１１は、補強部材２１，２２を支持するために用いられ、基端部１４と接続されている。図４，５に示すように、支持部１１は、ヘッド１００の厚さ方向Ｄｔにおけるヘッド本体１０の中央に設けられている。

フランジ部１２，１３は、厚さ方向Ｄｔにおいて、支持部１１から突出している。具体的には、図４，５に示すように、フランジ部１２は、支持部１１から上方に向かって突出しており、フランジ部１３は、支持部１１から下方に向かって突出している。

ヘッド１００の口Ｏは、締付部材と接触する接触面Ｓを有しており、接触面Ｓは、支持部１１の一部と、フランジ部１２，１３とによって構成されている。フランジ部１２，１３は、所定の厚さＴ（図３，４参照）を有しており、ヘッド１００の口Ｏ（言い換えれば、接触面Ｓ）に沿って配置されている。

本実施形態では、各フランジ部１２，１３の全体を一定の厚さＴにしているが、これに限るものではない。具体的には、各フランジ部１２，１３を複数の領域に分けたときに、複数の領域において、厚さを異ならせることができる。また、フランジ部１２の厚さと、フランジ部１３の厚さとを異ならせることもできる。

ヘッド本体１０は金属で形成されているが、スパナ１を製造するときには、ヘッド本体１０に熱硬化処理が施される。熱硬化処理は、ヘッド本体１０の硬度を向上させるために行われ、熱硬化処理としては、例えば、焼き入れ処理や焼き戻し処理がある。

本実施形態では、ヘッド本体１０に設けられたフランジ部１２，１３に熱硬化処理を行うことによって、フランジ部１２，１３の硬度を十分に上げることができる。これにより、フランジ部１２，１３が締付部材からの負荷を受けたとき、締付部材と接触する部分において、フランジ部１２，１３の変形（例えば、陥没）や摩耗を抑制することができる。なお、フランジ部１２，１３の変形（例えば、陥没）や摩耗を抑制することを考慮して、フランジ部１２，１３の具体的な硬度（所定の硬度）を決めることができる。また、熱硬化処理の条件を適宜決めることにより、フランジ部１２，１３の硬度を所定の硬度とすることができる。

第１補強部材２１は、支持部１１の上面１１ａに配置される。第１補強部材２１の内側面２１ａは、フランジ部１２に沿って形成されており、フランジ部１２の外側面１２ａと接触する。第１補強部材２１の外側面２１ｂの一部は、支持部１１の外側面１１ｂに沿って形成されている。厚み方向Ｄｔにおける第１補強部材２１の寸法は、厚み方向Ｄｔにおけるフランジ部１２の寸法と等しくなっており、第１補強部材２１の上面２１ｃと、フランジ部１２の上端面１２ｂとは、同一平面内に位置する。

第２補強部材２２は、支持部１１の下面１１ｃに配置される。第２補強部材２２の内側面２２ａは、フランジ部１３に沿って形成されており、フランジ部１３の外側面１３ａと接触する。第２補強部材２２の外側面２２ｂの一部は、支持部１１の外側面１１ｂに沿って形成されている。厚み方向Ｄｔにおける第２補強部材２２の寸法は、厚み方向Ｄｔにおけるフランジ部１３の寸法と等しくなっており、第２補強部材２２の下面２２ｃと、フランジ部１３の下端面１３ｂとは、同一平面内に位置する。

補強部材２１，２２は、スパナ１の使用時において、フランジ部１２，１３の変形を抑制するために用いられる。この点について、以下に説明する。

本実施形態において、フランジ部１２，１３が設けられた部分では、ヘッド本体１０および補強部材２１，２２が一体的に形成されたヘッド（従来のヘッド）と比べて、薄肉となっている。このため、スパナ１を使用したとき、フランジ部１２，１３は、締付部材からの負荷を受けることにより、ヘッド１００の口Ｏが広がる方向に変形することがある。フランジ部１２，１３の変形力は、補強部材２１，２２に伝達されるが、補強部材２１，２２をフランジ部１２，１３に沿って配置しておくことにより、補強部材２１，２２に反発力を持たせることができる。この反発力によって、フランジ部１２，１３の変形を抑制しやすくなる。

補強部材２１，２２の材料は、フランジ部１２，１３の変形を抑制することを考慮して、適宜選択することができる。例えば、補強部材２１，２２を金属又は炭素繊維で形成することができる。

補強部材２１，２２を炭素繊維で形成するとき、炭素繊維の長手方向がフランジ部１２，１３に沿った方向となるように、補強部材２１，２２を配置することができる。炭素繊維を用いて補強部材２１，２２を製造する方法（一例）について、以下に説明する。

まず、図６に示すように、炭素繊維で形成された複数のシート３１を積層することにより、炭素繊維ブロック３２を形成する。ここで、積層された複数のシート３１は、互いに固定される。また、炭素繊維の長手方向は、図６の左右方向となる。なお、炭素繊維で形成された１枚のシート３１を折り返すことにより、炭素繊維ブロック３２を形成することもできる。

次に、図７に示すように、炭素繊維ブロック３２をフランジ部１２，１３に沿って配置し、上述した補強部材２１，２２の形状に成形する。ここで、炭素繊維ブロック３２を構成する各シート３１は、フランジ部１２，１３に沿って配置され、フランジ部１２，１３に対して複数のシート３１が積層される。これにより、炭素繊維の長手方向がフランジ部１２，１３に沿った方向となるように、炭素繊維ブロック３２（補強部材２１，２２）が配置される。

上述したように、シート３１をフランジ部１２，１３に沿って配置すれば、ヘッド１００の口Ｏが広がる方向にフランジ部１２，１３が変形したときに、炭素繊維ブロック３２（補強部材２１，２２）に反発力を持たせることができる。この反発力によって、フランジ部１２，１３の変形を抑制しやすくなる。

ヘッド本体１０および補強部材２１，２２が一体的に形成されたヘッド（従来のヘッド）では、熱硬化処理によって、ヘッドの全体の硬度を上げることができる。しかし、ヘッドの全体の硬度を上げすぎると、ヘッドの一部が締付部材からの負荷を受けて僅かに変形したときに、この変形部分を起点としてヘッドが破断しやすくなってしまう。一方、ヘッドの破断を抑制するために、ヘッドの全体の硬度を下げてしまうと、ヘッドの一部、すなわち、締付部材からの負荷を受ける部分について、変形（例えば、陥没）や摩耗が発生しやすくなってしまう。

本実施形態では、上述したようにフランジ部１２，１３の全体の硬度を十分に上げることができるため、フランジ部１２，１３の一部が締付部材からの負荷を受けて変形（例えば、陥没）したり摩耗したりすることを抑制できる。一方、上述したように、フランジ部１２，１３が設けられた部分では、従来のヘッドと比べて薄肉になるため、ヘッド１００の口Ｏが広がる方向にフランジ部１２，１３が変形しやすくなる。そこで、本実施形態では、フランジ部１２，１３に沿って補強部材２１，２２を配置することにより、ヘッド１００の口Ｏが広がる方向におけるフランジ部１２，１３の変形を抑制している。これにより、フランジ部１２，１３から締付部材に対して適正な締め付け力を与えることができる。

次に、本実施形態の変形例について説明する。以下に説明する変形例において、本実施形態で説明した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を用いている。以下に説明する変形例においても、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

図８に示すヘッド１００では、本実施形態（図３〜図５）で説明した支持部１１の一部を省略し、この省略した部分にも補強部材２１，２２を設けている。支持部１１は、フランジ部１２および基端部１４の間に位置する領域に設けられているだけである。そして、ヘッド１００の口Ｏの幅方向Ｄｗにおけるフランジ部１２の外側面１２ａには、支持部１１が設けられていない。

本実施形態では、厚さ方向Ｄｔにおける支持部１１の両側にフランジ部１２，１３を設けているが、これに限るものではない。すなわち、厚さ方向Ｄｔにおける支持部１１の位置や、厚さ方向Ｄｔにおけるフランジ部１２，１３の位置は、適宜決めることができる。

例えば、図９に示すように、厚さ方向Ｄｔにおけるヘッド本体１０の一端に支持部１１を設けるとともに、支持部１１から上方に向かって突出するフランジ部１２を設けることができる。ここで、支持部１１は、ヘッド本体１０の基端部１４と接続されている。補強部材２１は、支持部１１の上面１１ａに配置されている。また、補強部材２１は、フランジ部１２に沿って配置されており、補強部材２１の内側面２１ａは、フランジ部１２の外側面１２ａと接触している。

一方、図１０に示すように、厚さ方向Ｄｔにおけるヘッド本体１０の両端に支持部１１Ａ，１１Ｂを設けることができる。ここで、支持部１１Ａは、ヘッド本体１０の上端に設けられており、支持部１１Ｂは、ヘッド本体１０の下端に設けられている。そして、支持部１１Ａ，１１Ｂは、図１１に示すように、基端部１４と接続されている。なお、図１１は、図１０に示す矢印Ｄ３の方向からヘッド１００を見たときの正面図である。

フランジ部１２は、支持部１１Ｂから上方に向かって突出しており、フランジ部１３は、支持部１１Ａから下方に向かって突出している。図１１に示すように、フランジ部１２は、支持部１１Ａと接続されている。同様に、フランジ部１３は、支持部１１Ｂと接続されている。

第１補強部材２１は、支持部１１Ｂの上面１１ａに配置されている。また、第１補強部材２１は、フランジ部１２に沿って配置されており、第１補強部材２１の内側面２１ａは、フランジ部１２の外側面１２ａと接触している。第２補強部材２２は、支持部１１Ａの下面１１ｃに配置されている。また、第２補強部材２２は、フランジ部１３に沿って配置されており、第２補強部材２２の内側面２２ａは、フランジ部１３の外側面１３ａと接触している。

本実施形態および変形例では、ヘッド本体１０に設けられた支持部１１（１１Ａ，１１Ｂ）によって、補強部材２１，２２を支持しているが、これに限るものではない。すなわち、フランジ部１２，１３に対応した領域だけに補強部材２１，２２を配置し、補強部材２１，２２をフランジ部１２，１３に固定するだけでもよい。この場合には、補強部材２１，２２は、支持部１１によって支持されていないことになる。ここで、本実施形態および変形例のように、支持部１１によって補強部材２１，２２を支持することにより、補強部材２１，２２をヘッド本体１０に固定しやすくなる。

本実施形態では、ヘッド本体１０に熱硬化処理を行うことにより、フランジ部１２，１３の硬度を所定の硬度まで向上させているが、これに限るものではない。具体的には、フランジ部１２，１３の表面に皮膜処理を行うことにより、フランジ部１２，１３の表面に形成された皮膜の硬度を所定の硬度とすることができる。皮膜処理を行う場合には、皮膜を含むフランジ部１２，１３が、本発明におけるフランジ部に相当する。

皮膜処理としては、例えば、めっき処理、溶射処理、コーティング処理がある。皮膜の材料としては、例えば、金属、金属化合物、セラミックスを用いることができる。皮膜処理は、少なくともフランジ部１２，１３のうち、締付部材と接触する面（接触面Ｓの一部）に対して行えばよい。例えば、フランジ部１２，１３のうち、締付部材と接触する面だけに皮膜処理を行ったり、フランジ部１２，１３の全体だけに皮膜処理を行ったり、ヘッド本体１０の全体に皮膜処理を行ったりすることができる。

フランジ部１２，１３の表面に、所定の硬度を有する皮膜を形成することにより、本実施形態と同様に、締付部材と接触する部分において、フランジ部１２，１３の変形（例えば、陥没）や摩耗を抑制することができる。ここで、フランジ部１２，１３の変形（例えば、陥没）や摩耗を抑制することを考慮して、皮膜の硬度や厚さを決めることができる。皮膜処理の条件を適宜決めることにより、皮膜の硬度を所定の硬度としたり、皮膜の厚さを所定の厚さとしたりすることができる。

一方、ヘッド本体１０にフランジ部１２，１３を設けただけでは、皮膜を有するフランジ部１２，１３が、締付部材からの負荷を受けることにより、ヘッド１００の口Ｏが広がる方向に変形することがある。本実施形態で説明したように、補強部材２１，２２をフランジ部１２，１３に沿って配置することにより、補強部材２１，２２に反発力を持たせることができ、フランジ部１２，１３の変形を抑制しやすくなる。これにより、フランジ部１２，１３から締付部材に対して適正な締め付け力を与えることができる。

１：スパナ、１００：ヘッド、２００：スパナ本体、３００：グリップ、
１０：ヘッド本体、１１：支持部、１２，１３：フランジ部、２１，２２：補強部材

Claims (7)

1. 締付部材と係合するスパナのヘッド構造であって、
   前記締付部材と接触する接触面に沿って配置されたフランジ部を備え、少なくとも前記フランジ部における前記接触面が所定の硬度を有する金属製のヘッド本体と、
   前記フランジ部に沿って配置され、前記接触面とは反対側の前記フランジ部の面に固定された補強部材と、
   を有することを特徴とするヘッド構造。
2. 前記ヘッド本体は、前記補強部材を支持する支持部を備えており、
   前記フランジ部は、前記支持部から突出していることを特徴とする請求項１に記載のヘッド構造。
3. 前記支持部は、前記ヘッド本体の厚さ方向における中央に配置されており、
   前記フランジ部は、前記厚さ方向における前記支持部の両側にそれぞれ配置されていることを特徴とする請求項２に記載のヘッド構造。
4. 前記補強部材が炭素繊維で形成されており、
   前記炭素繊維の長手方向が前記フランジ部に沿った方向となるように、前記炭素繊維が配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のヘッド構造。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載のヘッド構造を備えたことを特徴とするスパナ。
6. 締付部材と係合するスパナのヘッド構造の製造方法であって、
   前記ヘッド構造は、
   前記締付部材と接触する接触面に沿って配置されたフランジ部を備えた金属製のヘッド本体と、
   前記フランジ部に沿って配置され、前記接触面とは反対側の前記フランジ部の面に固定された補強部材と、を有しており、
   前記ヘッド本体に熱硬化処理を行うことにより、前記ヘッド本体の硬度を所定の硬度とすることを特徴とするヘッド構造の製造方法。
7. 締付部材と係合するスパナのヘッド構造の製造方法であって、
   前記ヘッド構造は、
   前記締付部材と接触する接触面に沿って配置されたフランジ部を備えた金属製のヘッド本体と、
   前記フランジ部に沿って配置され、前記接触面とは反対側の前記フランジ部の面に固定された補強部材と、を有しており、
   少なくとも前記フランジ部における前記接触面に皮膜処理を行うことにより、所定の硬度を有する皮膜を形成することを特徴とするヘッド構造の製造方法。

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