JP4447558B2 - ネジ回し装置 - Google Patents
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Description
本願は、2004年01月21日に出願された日本国特許出願第2004−013184号、2004年03月10日に出願された日本国特許出願第2004−067207号、2004年05年18日に出願された日本国特許出願第2004−147113号、及び2004年08月18日に出願された日本国特許出願第2004−237880号に対し優先権を主張し、それらの内容をここに援用する。
また一方、装置本体に、搭載する圧電素子に進行波型弾性屈曲波を発生可能な、進行波型超音波モータの固定子と同等の機能を担保させることも可能である。
β1,β2,β3,β4,β5…ネジ
1…装置本体
1a…振動端面
2…振動伝達手段
3…ピッチ方向たわみ振動圧電素子(圧電素子)
4…ロール方向たわみ振動圧電素子(圧電素子)
8…フランジ部材
10…装置本体
10a…振動端面
10b…後端面
10h…中孔
13,14…圧電素子
18…フランジ部材
18a…鍔部
21…雄型先端部(振動伝達手段)
22…摩擦材(振動伝達手段)
22a…ネジ接触面
23…摩擦材(振動伝達手段)
23a…ネジ接触面
30…永久磁石
40…万力機構部材
41…予圧伝達軸
42…ボールベアリング
43…調整ネジ
44…把手
50…第2の装置本体
51…圧電素子
52…先端振動部材
52a…振動端面
53…後端振動部材
54…央部振動部材
55…フランジ部材
60…第2の摩擦材
60a…ネジ接触面
70…レーザ測距装置
81…ネジ回し装置側フック
82…圧縮弾性体群
83…予圧発生手段固定材
84…圧電素子
85…フランジ部材
86…ワイヤ
87…ベアリング
87a…ピン軸
88…ストッパ
88a…爪部
89…ヒンジ
91…弾性体固定材
92…引張弾性体群
93…引張弾性体
94…万力機構部材
95…磁石
96…直動アクチュエータ
101…雄ネジ付シャフト
102…ネジ頭
103…雌型刻印
111…雄ネジ付シャフト
112…ネジ首
113…ネジ頭
113a…頂端平坦面(頂端面)
113b…テーパ外周面
114…ネジ先端
114a…先端平坦面
125…ネジ側掛止部
141…ネジ頭
141a…座面
141b…頂端面
142…ネジ山付シャフト
142a…首部
143…座金(フラットワッシャー)
144…弾発力発生手段(圧縮コイルバネ)
145…弾発力抑止手段(接着剤)
146…浸水防止手段(防水パッキン)
147…バネ座金
201…構造部材
202…ネジ穴
205,205a,205b…構造部材(被締結部材)
206…ネジ穴
207…雌ネジ
208…皿穴
209…背面開口
220…構造部材(被締結部材)
A,B…回転方向
LB…レーザ光線
先ず、本発明に係るネジ回し装置の基本形態について、第1の実施形態として、図1を用いて説明する。このネジ回し装置αは、任意の被締結部材に対応形成されたネジ穴に対して、ネジの締付け操作あるいは緩め操作を行うためのものであって、装置本体1と、この装置本体1と一体に固定されてネジと接触する振動伝達手段2と、を備えて構成されている。
また一方、装置本体1に、例えば、交流電圧の印加により圧電素子3,4上にて進行波型弾性屈曲波を発生し、当該進行波型弾性屈曲波に基づく所定方向の機械振動を振動伝達手段2に伝達する構成を採用して、耐磨耗性に優れたものとすることもできる。この場合、装置本体1は、進行波型超音波モータの固定子と同等の機能を担保する。
何れの構成を採用した場合においても、ネジに発生させる回転トルクの方向を、交流電圧の印加によって正逆両方向に切換え制御可能とすることができる。
次に、上記実施形態において示したネジ回し装置の応用例について、本発明の第2の実施形態として、図2及び図3を用いて説明する。
なお、本実施形態においては、上記実施形態における構成要素と共通する構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
また一方、装置本体1に、例えば、交流電圧の印加により圧電素子3,4上にて進行波型弾性屈曲波を発生し、当該進行波型弾性屈曲波に基づく所定方向の機械振動を雄型先端部21に伝達する構成を採用して、耐磨耗性に優れたものとすることもできる。この場合、装置本体1は、進行波型超音波モータの固定子と同等の機能を担保する。
何れの構成を採用した場合においても、ネジβ1に発生させる回転トルクの方向を、交流電圧の印加によって正逆両方向に切換え制御可能とすることができる。
次に、上記実施形態において示したネジ回し装置の他の応用例、及びこれに対応するネジについて、本発明の第3の実施形態として、図4A〜図10を用いて説明する。本実施形態においては、ネジの一例と、この例に係るネジの締付け操作を行うためのネジ回し装置の第1例〜第6例を、順に挙げて説明する。
なお、本実施形態においては、上記各実施形態における構成要素と共通する構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
図4A〜図4Cは、本実施形態に係るネジ及び対応する構造部材の態様を示す図であり、このうち、図4Aは、本発明の第3の実施形態に係るネジを締め付ける被締結部材の一例としての構造部材の断面図であり、図4Bは、当該ネジの全体形状を示す断面図であり、図4Cは、当該ネジのネジ頭の頂端面の形態を示す正面図である。
なお、2つの央部振動部材7,7の中間には、超音波振動の節となって無振動領域を構成するフランジ部材8が介在されている。
なおここでは、ネジβ2に対応させるために、摩擦材22を平面円盤状としているが、用いるネジの形状如何によっては、必ずしもこれに限定されない。例えば、ネジ頭の頂端面が凸曲面形状を有するネジを用いる場合には、摩擦材22を、これに対応させた凹曲面形状とすることもできる。
次に、上記実施形態において示したネジ回し装置の更に他の応用例、及びこれに対応するネジについて、本発明の第4の実施形態として、図11A〜図17を用いて説明する。本実施形態においては、ネジの一例と、この例に係るネジの締付け操作を行うためのネジ回し装置の第1例〜第4例を、順に挙げて説明する。
なお、本実施形態においては、上記各実施形態における構成要素と共通する構成要素については、同一の符号を付して、その詳細な説明は省略することとする。
なおここでは、ネジβ3に対応させるために、摩擦材23を、平坦面を有する中孔円環状としているが、用いるネジの形状如何によっては、必ずしもこれに限定されない。例えば、ネジ頭の頂端面が凸曲面形状を有するネジを用いる場合には、摩擦材23を、これに対応させた凹曲面形状とすることもできる。
次に、上記実施形態において示したネジ回し装置に対応するネジの変形例について、本発明の第5の実施形態として、図18A〜図20Dを用いて説明する。本実施形態においては、上記実施形態において示したネジに、より高い締結力を得るための手段を付加した構成とされたネジの、第1例及び第2例を、順に挙げて詳細に説明する。
なお、本実施形態において好適に使用可能なネジ回し装置は、上記各実施形態において示したネジ回し装置であるため、本実施形態においては、ネジ回し装置に関する詳細な説明は省略することとする。
図18Aは、本発明の第4の実施形態に係るネジの第1の例の概略構成を示す図であって、ネジの締結力増強前を示す部分断面側面図であり、図18Bは、図18Aに示したネジの使用形態を示す部分断面側面図であり、図18Cは、図18A及び図18Bに示したネジのネジ頭の頂端面を示す正面図である。一方、図19Aは、図18Aに示したネジの締結力増強後を示す部分断面側面図であり、図19Bは、図19Aに示したネジの使用形態を示す部分断面側面図である。
Claims (21)
- 任意の被締結部材に対応形成されたネジ穴に対してネジの締付け操作あるいは緩め操作を行うためのネジ回し装置であって、
所定の交流電圧の印加に伴い所定の超音波振動を発生する圧電素子、及び、前記超音波振動に基づき機械振動が励振される振動端面が設けられている装置本体と、
前記振動端面上にて前記装置本体と一体に固定され、前記ネジと接触することで該ネジに対して前記機械振動を伝達する振動伝達手段と、を具備し、
前記圧電素子は、
前記ネジの回転方向の回転軸をxyz直交座標系のz軸としたときに、y軸をピッチ軸とするピッチ方向のたわみ振動を励振するピッチ方向たわみ振動圧電素子と、
当該ピッチ軸と直交するx軸をロール軸とするロール方向のたわみ振動を励振するロール方向たわみ振動圧電素子と、の2種類の前記圧電素子群を有して構成される、
ことを特徴とするネジ回し装置。 - 前記装置本体は、
前記ピッチ方向たわみ振動圧電素子にて励振する前記ピッチ方向のたわみ振動と、前記ロール方向たわみ振動圧電素子にて励振する前記ロール方向のたわみ振動とが、それぞれ90度の位相差を有して振動するよう所定の前記交流電圧が印加可能に構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のネジ回し装置。 - 前記装置本体は、
ランジュバン型振動子である、
ことを特徴とする請求項2に記載のネジ回し装置。 - 任意の被締結部材に対応形成されたネジ穴に対してネジの締付け操作あるいは緩め操作を行うためのネジ回し装置であって、
所定の交流電圧の印加に伴い所定の超音波振動を発生する圧電素子、及び、前記超音波振動に基づき機械振動が励振される振動端面が設けられている装置本体と、
前記振動端面上にて前記装置本体と一体に固定され、前記ネジと接触することで該ネジに対して前記機械振動を伝達する振動伝達手段と、を具備し、
前記装置本体は、
前記交流電圧の印加により前記圧電素子上にて進行波型弾性屈曲波を発生し、前記振動伝達手段に当該進行波型弾性屈曲波に基づく所定方向の前記機械振動を伝達する、進行波型超音波モータの固定子としての機能を有する、
ことを特徴とするネジ回し装置。 - 前記振動伝達手段は、
前記ネジのネジ頭に形成された頂端面と面接触可能に対応形成されたネジ接触面を備えて、前記頂端面との摩擦接触を図って前記超音波振動に伴う前記機械振動を前記ネジに伝達する摩擦材を有して構成される、
ことを特徴とする請求項1に記載のネジ回し装置。 - 前記装置本体は、
前記摩擦材のネジ接触面に対して前記ネジ頭の前記頂端面を定常的に圧接させるための予圧を発生する予圧発生手段を併有して構成される、
ことを特徴とする請求項5に記載のネジ回し装置。 - 前記予圧発生手段は、
前記装置本体の前記振動端面を構成する先端振動部材に埋設され、
前記ネジ頭の前記頂端面を、前記摩擦材の裏面に添合して前記ネジ接触面に圧接させる向きに、当該ネジ頭を吸引する磁力を発生する永久磁石、又は前記摩擦材を環状形成した中央部に吸込口を臨ませて、前記ネジ頭を吸引する吸着力を発生するため前記装置本体内を通した吸引管である、
ことを特徴とする請求項6に記載のネジ回し装置。 - 任意の被締結部材に対応形成されたネジ穴に対してネジの締付け操作あるいは緩め操作を行うためのネジ回し装置であって、
所定の交流電圧の印加に伴い所定の超音波振動を発生する圧電素子、及び、前記超音波振動に基づき機械振動が励振される振動端面が設けられている装置本体と、
前記振動端面上にて前記装置本体と一体に固定され、前記ネジと接触することで該ネジに対して前記機械振動を伝達する振動伝達手段と、を具備し、
前記振動伝達手段は、
前記ネジのネジ頭に形成された頂端面と面接触可能に対応形成されたネジ接触面を備えて、前記頂端面との摩擦接触を図って前記超音波振動に伴う前記機械振動を前記ネジに伝達する摩擦材を有して構成され、
前記装置本体は、
前記摩擦材のネジ接触面に対して前記ネジ頭の前記頂端面を定常的に圧接させるための予圧を発生する予圧発生手段を併有して構成され、
前記予圧発生手段は、
前記ネジが、前記ネジ穴への螺合貫通の過程で前記被締結部材の背面からネジ先端を露出させる相対長さを有し、かつ、当該ネジ先端が、前記ネジ頭の前記頂端面と対応した平面要素からなる先端平坦面を有する場合、
前記装置本体の無振動領域を基礎として設置され、前記ネジ頭の前記頂端面を前記摩擦材の前記ネジ接触面に圧接させる向きに、前記被締結部材の前記背面から露出した状態の前記ネジ先端の前記先端平坦面を突合せ押圧する機械力を発生する万力機構部材であり、
当該万力機構部材は、
自身が発生した前記機械力により前記ネジ先端の前記先端平坦面を突合せ押圧しつつ、前記装置本体から前記摩擦材を介して当該ネジに伝達される前記軸回転運動と一体連動自在に接合する予圧伝達軸と、
この予圧伝達軸を支承自在に嵌持軸受するボールベアリングと、を有して構成される、
ことを特徴とするネジ回し装置。 - 任意の被締結部材に対応形成されたネジ穴に対してネジの締付け操作あるいは緩め操作を行うためのネジ回し装置であって、
所定の交流電圧の印加に伴い所定の超音波振動を発生する圧電素子、及び、前記超音波振動に基づき機械振動が励振される振動端面が設けられている装置本体と、
前記振動端面上にて前記装置本体と一体に固定され、前記ネジと接触することで該ネジに対して前記機械振動を伝達する振動伝達手段と、を具備し、
前記振動伝達手段は、
前記ネジのネジ頭に形成された頂端面と面接触可能に対応形成されたネジ接触面を備えて、前記頂端面との摩擦接触を図って前記超音波振動に伴う前記機械振動を前記ネジに伝達する摩擦材を有して構成され、
前記装置本体は、
前記摩擦材のネジ接触面に対して前記ネジ頭の前記頂端面を定常的に圧接させるための予圧を発生する予圧発生手段を併有して構成され、
前記予圧発生手段は、
前記ネジが、前記ネジ穴への螺合貫通の過程で前記被締結部材の背面からネジ先端を露出させる相対長さを有し、かつ、当該ネジ先端が、前記ネジ頭の前記頂端面と対応した平面要素からなる先端平坦面を有する場合、
複数の圧電素子を積層して構成され、それら複数の圧電素子への交流電圧の印加に伴い、その振動端面に接触する前記ネジ先端の前記先端平坦面に軸回転運動を行わせることの可能な超音波振動を発生する第2の装置本体と、
この第2の装置本体の前記振動端面に固着され、前記ネジ先端の前記先端平坦面との摩擦接触を図って前記超音波振動に伴う前記軸回転運動を前記ネジに伝達する平面円盤状の第2の摩擦材と、を有して構成され、
前記第2の装置本体は、
前記ネジ及び前記ネジ穴を中に挟んで相対峙した前記装置本体との位置関係において、前記ネジ頭の前記頂端面を前記摩擦材の前記ネジ接触面に圧接させる向きに、前記被締結部材の前記背面から露出した状態の前記ネジ先端の前記先端平坦面を前記第2の摩擦材を介して突合せ押圧可能に設置されたときに、前記装置本体から前記摩擦材を介して当該ネジに伝達される前記軸回転運動と、前記第2の摩擦材を介して当該ネジに伝達される前記軸回転運動とが同軸回転をなすよう軸心合せ位置決めされる、
ことを特徴とするネジ回し装置。 - 前記万力機構部材は、
前記予圧伝達軸及び前記ボールベアリングに代えて、
複数の圧電素子を積層して構成され、それら複数の圧電素子への交流電圧の印加に伴い、その振動端面に接触する前記ネジ先端の前記先端平坦面に軸回転運動を行わせることの可能な超音波振動を発生する第2の装置本体と、
この第2の装置本体の前記振動端面に固着され、前記ネジ先端の前記先端平坦面との摩擦接触を図って前記超音波振動に伴う前記軸回転運動を前記ネジに伝達する平面円盤状の第2の摩擦材と、を有して構成され、
前記第2の装置本体は、
前記万力機構部材が発生した前記機械力により前記ネジ先端の前記先端平坦面を押圧する際、前記装置本体から前記摩擦材を介して当該ネジに伝達される前記軸回転運動と、前記第2の摩擦材を介して当該ネジに伝達される前記軸回転運動とが同軸回転をなすよう軸心合せ位置決めされる、
ことを特徴とする請求項8に記載のネジ回し装置。 - 前記装置本体は、
前記被締結部材との位置関係において、前記ネジ穴に対する前記ネジの前記締付け操作の完了後も、前記摩擦材の前記ネジ接触面が前記ネジ頭の前記頂端面に恒久的な接触状態を保持自在に位置決め設置される、
ことを特徴とする請求項5に記載のネジ回し装置。 - 前記装置本体は、
自身に設定された測距基準点と前記被締結部材との間の距離をレーザ光線により定期的に測定するレーザ測距装置を併有して構成され、
当該レーザ測距装置は、
測定された前記距離が所定値を上回って前記ネジの緩みが検出されたときに、当該ネジの前記締付け操作を行わせる前記超音波振動を発生させるための前記交流電圧の印加制御を、対応する前記複数の圧電素子に対して自動的に発動指示するよう構成される、
ことを特徴とする請求項11に記載のネジ回し装置。 - 任意の被締結部材に対応形成されたネジ穴に対してネジの締付け操作あるいは緩め操作を行うためのネジ回し装置であって、
所定の交流電圧の印加に伴い所定の超音波振動を発生する圧電素子、及び、前記超音波振動に基づき機械振動が励振される振動端面が設けられている装置本体と、
前記振動端面上にて前記装置本体と一体に固定され、前記ネジと接触することで該ネジに対して前記機械振動を伝達する振動伝達手段と、を具備し、
前記装置本体は、
中孔を有して環形状をなす複数の圧電素子と、当該複数の圧電素子が励振する振動の無振動領域にて当該圧電素子よりも外周に鍔部を突出してその位置を固定するための中孔を貫設したフランジ部材とを一体積層し、当該複数の圧電素子への交流電圧の印加に伴いその振動端面に接触する前記ネジ頭の前記頂端面に軸回転運動を伝達付与することの可能な超音波振動を発生する、中孔を有して円筒をなす構成とされ、
前記振動伝達手段は、
前記ネジのネジ頭に形成された頂端面と面接触可能に対応形成されたネジ接触面を備えて、前記頂端面との摩擦接触を図って前記超音波振動に伴う前記機械振動を前記ネジに伝達する摩擦材を有する構成とされるとともに、
前記装置本体の前記中孔内に挿通されたワイヤの先端に接続されて、前記ネジの前記頂端面に突設されたネジ側掛止部と掛合可能に構成されたネジ回し装置側フックと、
前記ワイヤを介して当該ネジ回し装置側フックを引張り、前記装置本体の前記振動端面と前記ネジ頭の前記頂端面とを定常的に圧接するための予圧力を発生する予圧発生手段と、
前記装置本体の前記振動端面と対極にある後端面のさらに後方近傍に臨んで前記フランジ部材と相対峙するとともに当該予圧発生手段を取付ける予圧発生手段固定材と、を有して構成される、
ことを特徴とするネジ回し装置。 - 前記予圧発生手段固定材は、
中央に設けたベアリングに空転自在に支承されるピン軸端と、前記ネジ回し装置側フックを介して伝達された前記ネジの前記軸回転運動に伴って回転する前記ワイヤ端とを連結して構成される、
ことを特徴とする請求項13に記載のネジ回し装置。 - 前記予圧発生手段は、
前記フランジ部材の鍔部対称部位と当該鍔部に対向する前記予圧発生手段固定材部位との間に亙り前記装置本体を中に置いて並行張架されて、当該フランジ部材と当該予圧発生手段固定材とに圧縮弾性力を付勢することで、前記ネジ頭の前記頂端面と前記装置本体の前記振動端面とに圧接習性を常時付与する圧縮弾性体群である、
ことを特徴とする請求項13に記載のネジ回し装置。 - 前記ネジ回し装置は、
前記フランジ部材の前記鍔部対極に両端を固着されて、少なくとも前記振動端面を外部に露出させた状態で前記装置本体を前記予圧発生手段固定材ともども内包したフレーム型弾性体固定材を有し、
前記予圧発生手段は、
前記予圧発生手段固定材と当該予圧発生手段固定材の対称部位と対向する当該弾性体固定材部位との間に亙り並行張架されて、当該弾性体固定材と当該予圧発生手段固定材とに引張弾性力を付勢することで、前記ワイヤを介し前記ネジ頭の前記頂端面と前記装置本体の前記振動端面とに圧接習性を付与する引張弾性体群である、
ことを特徴とする請求項13に記載のネジ回し装置。 - 前記予圧発生手段は、
前記ワイヤと前記予圧発生手段固定材との間に介在張架されて、当該ワイヤと当該予圧発生手段固定材とに引張弾性力を付勢することで、前記ネジ頭の前記頂端面と前記装置本体の前記振動端面とに圧接習性を付与する引張弾性体である、
ことを特徴とする請求項13に記載のネジ回し装置。 - 前記ネジ回し装置は、
前記フランジ部材の前記鍔部と当該鍔部と対向する前記予圧発生手段固定材部位とに亙り、その一端がヒンジを介して開閉自在に蝶着される一方、他端爪部が臨んだ当該予圧発生手段固定材外縁に係脱自在に構成されて、当該係止状態における前記ネジ側掛止部に対して前記振動端面中孔から突出した前記ネジ回し装置側フックの掛脱時、前記予圧発生手段にて発生した前記予圧力に抗して前記フランジ部材の前記鍔部と前記予圧発生手段固定材との間隔を所定の間隔に固定することで前記装置本体の前記振動端面と前記ネジ頭の前記頂端面とを離間させて、当該装置本体の当該振動端面と当該ネジ頭の当該頂端面とに付与する前記予圧力を解除する一方、前記他端爪部の係止解脱時、前記予圧力を作用せしめ、前記間隔を前記所定の間隔以上に離間することで当該装置本体の当該振動端面と当該ネジ頭の当該頂端面とを接触させて、当該装置本体の当該振動端面と当該ネジ頭の当該頂端面とに前記予圧力を発生させるよう調整可能に構成されたストッパを有する、
ことを特徴とする請求項13に記載のネジ回し装置。 - 前記ネジ回し装置は、
前記フランジ部材の前記鍔部対称部位と、当該鍔部と対向する前記予圧発生手段固定材部位間に介設して相互を離近自在に突合せ押圧し、前記予圧発生手段の発生した前記予圧力に抗して当該フランジ部材の当該鍔部と当該予圧発生手段固定材とを任意の間隔に調整可能な機械力を発生することで、当該装置本体の当該振動端面と当該ネジ頭の当該頂端面とに所望の大きさの前記予圧力を発生させるよう調整可能に構成された万力機構部材を有する、
ことを特徴とする請求項13に記載のネジ回し装置。 - 前記予圧発生手段固定材は、
少なくとも前記装置本体の後部を内包するように、前記フランジ部材の前記鍔部対称部位に両端を固定したコ字型フレーム形体であり、
前記予圧発生手段は、
前記ワイヤを前記装置本体の前記後端面のさらに後方の当該装置本体の前記中孔円筒延長上の前記予圧発生手段固定材に設置された、前記ワイヤに直線方向の所定の張力を発生させる直動アクチュエータである、
ことを特徴とする請求項13に記載のネジ回し装置。 - 前記装置本体は、
当該装置本体の前記振動端面を構成する先端振動部材に埋設され、前記ネジ頭の前記頂端面を前記振動端面に圧接させる向きに当該ネジ頭を引寄せる磁力を発生する磁石を有する、
ことを特徴とする請求項13に記載のネジ回し装置。
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