JP4447558B2 - ネジ回し装置 - Google Patents

Description

本発明は、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、及びこれに対応するネジに関するものである。
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。

従来より、ネジは、部材の接合手段として広く利用されている。このようなネジを締めるための手段としては、従来から、ネジの頂部に、プラス（＋）形状の「十字穴」やマイナス（−）形状の「すり割り」等の雌型刻印を形成し、ここに対応するよう形成されたスクリュードライバ等のネジ回し装置の先端を嵌合させて回転することにより、ネジに対してネジを締付けるための回転トルクを与えるものが一般的である。

また、このような「十字穴」や「すり割り」を形成する手法の他に、ネジ頭の周側部の一部に鈎状の「ツメ」等といった特殊形状の刻印を形成し、このツメに、対応する先端形状をもつ特殊なネジ回しを当て嵌めることにより、ネジに締付けトルクを与えるものも知られている。

一方、高い回転トルクを発揮可能なアクチュエータとして、特に回転子の静止時において高静止トルクを得ることができる、例えば、以下に示す非特許文献１に開示された超音波モータが知られている。

Kentaro Nakamura, Minoru Kurosawa, Sadayuki Ueha, "Characteristics of a Hybrid Transducer-Type Ultrasonic Motor", IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. 38, No. 3, May 1991, p.188-193 川野洋、安藤英由樹，「圧電アクチュエータによる刻印なしねじ回しの開発」，ロボティクスメカトロニクス講演会'04講演予稿集，社団法人日本機械学会，２００４年６月．

しかしながら、ネジの締付けにはネジに大きなトルクを与える必要があり、ネジの締付けにおいて、例えば、手動あるいは電動等によりネジに対して所要のトルクを付与するようにしていた。また、締付けるネジの本数が多い場合や、ネジを締付ける部材が硬い場合等、非常に大きな労力が必要であり、あるいは、大きな電力等の負荷が必要であった。

また一方で、外装構造部材をネジ接合により構成した機械製品などにおいては、その表面に自ずとネジ頭の頂部が露出するため、当該ネジ頭の頂部に設けられた雌型刻印や周側部に設けられたツメなどの締付け手段により、その機械製品全体の美観が大きく損なわれてしまうなどの問題がある。

さらに、構造部材（被締結部材）に締め付けられたネジは、その締付け手段に対応した先端形状をもつネジ回し装置があれば、容易に緩めることが可能であるが、こうした特質は、一旦、正規の工程で締め付けられたネジが第三者によって緩められると不都合を生じる場合（例えば、ネジの緩め操作が行われていないことを製品保証の条件とする場合など）においては、極めて不適切である。

さらに、ネジ接合により構成した機械製品を長期に亙って使用すると、ネジが自然に緩んでしまうなどの問題もある。

このため、例えば、いたずら防止用途のネジとして、上記したような特殊形状の刻印を設けたネジも利用されている。しかし、刻印の形状によっては、ネジを用いて接合された部材表面の美観を大きく損ねるものとなり、また、その特殊刻印にあったネジ回しを持つ者がいた場合には、そのネジが緩められる可能性は依然として存在する。

こうした問題に応えるため、例えば、上記非特許文献２に開示された、ネジ頭に刻印を持たないネジを締結するための圧電ドライバ（ネジ回し装置）が提案されている。

しかしながら、圧電ドライバを単に刻印の無いネジの頂部に圧接させてネジを締結する場合には、十分な高締結力を得ることは困難な場合もあり、確実なネジの締結を行なうためにより高い締結力を得られることも要求されていた。

以上のような問題を解決するため、本願発明者は、ネジ回し装置の回転トルクの付与に、例えば、上記非特許文献１に開示された超音波モータの固定子として用いられる振動子を、ネジ回し装置の装置本体として用い、ネジ回し装置によってネジを回す際に、振動子を振動させて、機械振動と同じ超音波領域周波数の所定方向の機械振動を付与することで、ネジが螺合するネジ山とネジ穴との摩擦力の案内規制を利用して一方向回転トルクを発することを実験により見出し、任意の構造部材に形成されたネジ穴に対するネジの締付けあるいは緩める操作を行うためのネジ回しを創作するに至った。

また、本願発明者は、ネジ頭に雌型刻印等を具備しないネジに、例えば、上記非特許文献１に開示された超音波モータの固定子として用いられる、振動子からなる装置本体を振動させ、その結果、当該装置本体の振動端面に生じる軸回転運動をネジ頭に直接伝達することによって、任意の構造部材に形成されたネジ穴に対する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を創作するに至った。

さらに、本願発明者は、確実なネジの締結を行なうために十分な締結力が得られるネジを創作するに至った。

ここにおいて、本発明の解決すべき主要な目的は、次のとおりである。

即ち、本発明の第１の目的は、ネジの締付け操作を行う際に、ネジ回し装置からネジに回転とともに超音波振動に基づく所定方向の機械振動を伝達することで、ネジのネジ山とネジ穴との間で作用する摩擦力の案内規制により一方向回転トルクを発生させて、外力によりネジ回し装置に直接作用させる回転トルクを大幅に軽減することが可能なネジ回し装置を提供せんとするものである。

本発明の第２の目的は、振動子からなる装置本体に、互いに直交するピッチ方向とロール方向とのたわみ振動を励振する２種類の圧電素子群を設けることで、ネジに、ネジ回し装置にて励振する所定方向の機械振動に基づく所定の振動を伝達して所定の回転トルクを発生させることが可能なネジ回し装置を提供せんとするものである。

より具体的には、振動子からなる装置本体に積層されたピッチ方向たわみ振動圧電素子とロール方向たわみ振動圧電素子とに、互いに位相差を持たせたたわみ振動を励振させることで、ネジの回転方向あるいは回転速度を所望に制御可能とする。例えば、位相差を＋９０度とすれば、正回転方向に最大角速度で回転させることができ、また逆に位相差を−９０度とすれば、逆回転方向に最大角速度で回転させることができるようにする。

本発明の第３の目的は、ネジ頭に締付け手段を具備しないネジの締付け操作を行うことの可能なネジ回し装置及びネジを提供せんとするものである。

本発明の第４の目的は、第三者による緩め操作を防止することの可能なネジ回し装置及びネジを提供せんとするものである。

本発明の第５の目的は、経年変化に伴う緩みを自動的にメンテナンスすることの可能なネジ回し装置及びネジを提供せんとするものである。

本発明の第６の目的は、ネジ接合部材の美観を損ねずに、ネジ頭の頂端面と圧電アクチュエータの振動端面とを確実に圧接させて高い締付けトルクを得ることの可能なネジ回し装置及びネジを提供せんとするものである。

本発明の第７の目的は、ネジ締結後に、それまで抑止していたネジ頭と座金との間にて弾発力を解放し作用させて、一旦ネジ穴に締結された後に被締結部材との間で作用させる押圧力を高めて、座金が作用させる締結力を十分に利用することが可能なネジを提供せんとするものである。

本発明の第８の目的は、簡易な構成によりネジ穴が形成された被締結部材に対する押圧力として作用させる弾発力を発生させることが可能なネジを提供せんとするものである。

本発明の第９の目的は、弾発力抑止手段に接着剤を利用することで、弾発力発生手段を圧縮した状態のまま接着硬化する一方、ネジ締結後に容易に剥離されてその弾発力を自在に解放することが可能なネジを提供せんとするものである。

本発明の他の目的は、明細書、図面、特に、特許請求の範囲の各請求項の記載から、自ずと明らかになろう。

本発明に係るネジ回し装置においては、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、という特徴的手段を講じる。

さらに、具体的詳細に述べると、当該課題の解決では、本発明が次に列挙する上位概念から下位概念に亙る新規な特徴的構成手段を採用することにより、前記目的を達成するよう為される。

すなわち、本発明に係るネジ回し装置は、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記装置本体が、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記装置本体が、ランジュバン型振動子である、ことを特徴としている。

また、本発明に係るネジ回し装置は、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、前記装置本体が、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記振動伝達手段が、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記装置本体が、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記予圧発生手段が、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、ことを特徴としている。

また、本発明に係るネジ回し装置は、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、前記予圧発生手段が、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、ことを特徴としている。

また、本発明に係るネジ回し装置は、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記万力機構部材が、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記装置本体が、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記装置本体が、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、ことを特徴としている。

また、本発明に係るネジ回し装置は、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、前記装置本体が、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、前記振動伝達手段が、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記予圧発生手段固定材が、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記予圧発生手段が、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記予圧発生手段が、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記予圧発生手段固定材が、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、前記予圧発生手段が、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、ことを特徴としている。

更に、本発明に係るネジ回し装置は、前記装置本体が、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、ことを特徴としている。

本発明によれば、ネジに対して外力によりネジ回し装置に直接加えられた回転トルクを付与するとともに所定方向の機械振動を伝達することで、この外力によりネジ回し装置に直接加えられた回転トルクとは別途に、螺合したネジ山とネジ穴との接触面において作用する摩擦力の案内規制によりネジに、ネジ回し装置から伝達した所定方向の機械振動に基づく一方向回転トルクを発生させることが可能となり、ネジ回し装置に外力により直接作用させる回転トルクを従来と比較して大幅に軽減することが可能となり、ネジ締結時の労力あるいは電力等の負荷等の負担が緩和され、ネジから得られる締結力を向上させることができる。

また、装置本体の圧電素子に、ネジの螺入方向に対して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を採用することにより、この装置本体の振動端面上に少なくとも２方向のたわみ振動を組み合わせて励振させて、ネジに回転トルクを発生させることができる。より具体的には、振動子からなる装置本体に積層されたピッチ方向たわみ振動圧電素子とロール方向たわみ振動圧電素子とに、互いに位相差を持たせたたわみ振動を励振させることで、ネジの回転方向あるいは回転速度を所望に制御可能とできる。例えば、位相差を＋９０度とすれば、正回転方向に最大角速度で回転させることができ、また逆に位相差を−９０度とすれば、逆回転方向に最大角速度で回転させることができる。

更に、装置本体にランジュバン型振動子を採用することで、振動伝達手段を高出力で所定方向の機械振動することが可能となる。
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。

更に本発明によれば、装置本体が発生する超音波振動を利用することにより、ネジ頭に締付け手段を具備しないネジの締付け操作を高いトルクで確実に行うことが可能になり、これに伴い、例えば、外装構造部材をネジ接合により構成した機械製品などの表面の美観を大いに向上させることが可能となる。

更に、第三者によるネジの緩め操作を防止することや、経年変化に伴うネジの緩みを自動的にメンテナンスすることも可能となる。

更に本発明によれば、ネジ頭の頂端面と装置本体の振動端面とを確実に圧接するための十分強力な力を付与させて、ネジ頭に雌型刻印の無いネジに強い締付けトルクを作用させて締付けることができることから、ネジ頭の頂端面が円形平面要素のみからなる平坦面に形成されたネジを利用してネジ接合部材に対して確実にネジ締付け操作を行うことが可能である。

更に、ネジを締付け後に、ネジ側掛止部をペンチで切り取ったり、ヤスリがけ等によってネジ側掛止部の痕跡を消すことで、ネジ頭の頂端面を平面要素のみとすることも可能であり、ネジ接合により構成した機械製品などの表面の美観を大いに向上させることができ、さらに、一旦締付けられたネジを、第三者の手により容易に緩められてしまうことを防止することが可能である。

本発明に係るネジ回し装置の基本構成を概略的に示す側面図である。 本発明の第２の実施形態に係るネジ回し装置の要部構成をその使用態様と共に示す図であって、ネジ頭に形成された所定の雌型刻印について透過させて示す部分断面側面図である。 図２に示したネジ回し装置を図２中のネジの螺入方向に接近させてネジ回し装置とネジとを接触させた状態を示す図であって、雄型先端部と雌型刻印とを透過させて示す部分断面側面図である。 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る。 本発明の第３の実施形態に係るネジの全体形状を示す側面図である。 図４Ｂに示したネジのネジ頭の頂端面の形態を示す正面図である。 本発明の第３の実施形態に係るネジ回し装置の第１の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示す部分断面側面図である。 本発明の第３の実施形態に係るネジ回し装置の第２の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示す部分断面側面図である。 本発明の第３の実施形態に係るネジ回し装置の第３の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示す部分断面側面図である。 本発明の第３の実施形態に係るネジ回し装置の第４の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示す部分断面側面図である。 本発明の第３の実施形態に係るネジ回し装置の第５の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示す部分断面側面図である。 本発明の第３の実施形態に係るネジ回し装置の第６の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示す部分断面側面図である。 本発明の第４の実施形態に係るネジの全体形状を示す側面図である。 図１１Ａに示したネジのネジ頭の頂端面の形態を示す正面図である。 図１１Ａに示した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る。 本発明の第４の実施形態に係るネジ回し装置の第１の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示す部分断面側面図である。 図１２に示したネジ回し装置の予圧力の発生を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係るネジ回し装置の第２の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示す部分断面側面図である。 図１４に示したネジ回し装置の予圧力の発生を説明するための図である。 本発明の第４の実施形態に係るネジ回し装置の第３の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示す部分断面側面図である。 本発明の第４の実施形態に係るネジ回し装置の第４の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示す部分断面側面図である。 本発明の第５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る。 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る。 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。 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る。 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。 本発明の第５の実施形態に係るネジの第２の例において用いるバネ座金の概略構成を示す図であって、バネ座金の一部を透視させて示す正面図である。 図２０Ａに示したバネ座金の一部を透視させて示す側面図である。 図２０Ａ及び図２０Ｂに示したバネ座金を採用したネジ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る。 図２０Ｃに示したネジの締結力増強後を示す部分断面図である。

符号の説明

α，α２，α３，α４，α５，α６，α７，α８，α１１，α１２，α１３，α１４…ネジ回し装置
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

以下、本発明に係るネジ回し装置及びネジの実施の形態について、図面を用いて説明する。

［第１の実施形態］
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。

装置本体１は、２つの互いに直交する方向に対するたわみ振動を発生する複数の圧電素子３，４と、先端振動部材５及び後端振動部材６と、２つの央部振動部材７，７と、フランジ部材８とを積層して、これらをボルト（図示せず）で締め付けて構成されている。

複数の圧電素子３，４，…は、交流電源（図示せず）から所定の交流電圧が印加されることに伴い、先端振動部材５の振動端面１ａに接触する任意の物体（即ち、ネジ（図１においては図示せず））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ものである。

すなわち装置本体１は、所定の交流電圧の印加に伴い超音波モータの固定子が回転子に与える超音波領域の周波数の超音波振動を発生する複数の圧電素子３，４を積層し、これら圧電素子３，４にて発生した超音波振動に基づきその振動端面１ａ上に所定方向の機械振動を励振するよう構成される。すなわち装置本体１は、ネジに対して機械振動を伝達するための、振動子としての機能を担保しているものである。

これら圧電素子３，４は、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３と、このピッチ方向と直交する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４と、の２種類の圧電素子群３，４を有して構成されるとよい。

これにより、ネジ回し装置αはネジに対してピッチ方向のたわみ振動とロール方向のたわみ振動との２方向のたわみ振動を伝達することが可能となり、ネジ回し装置αは、超音波モータの固定子のようにしてネジに対してこの２方向のたわみ振動を伝達することで、ネジは、雄ネジ付シャフト１０１とネジ穴２０２との接触面にて作用する摩擦力により案内規制された所定の回転トルクを発生する。

さらに装置本体１は、ピッチ方向たわみ振動圧電素子３にて励振するピッチ方向のたわみ振動と、ロール方向たわみ振動圧電素子４にて励振する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交流電圧を印加可能に構成されることにより、ネジ回し装置αから伝達した所定方向の機械振動に基づきネジに案内発生される回転トルクの回転方向を所要の回転方向となるよう制御することが可能となる。

また、装置本体１は、高出力の機械振動を励振可能な、例えば、ボルト締めされたランジュバン型振動子とすることが好適である。
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。

なお、２つの央部振動部材７，７の中間に介在されているフランジ部材８は、超音波振動の節となって無振動領域を構成するものである。例えばこのように、圧電素子３，４が励振する振動の節等の振動の影響の少ない位置にて圧電素子３，４と一体にフランジ部材８が介層されて、例えば、装置本体１の振動がネジ以外に伝達しないよう中空懸架するよう構成されるとよい。

振動伝達手段２は、振動端面１ａ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、このネジに対して機械振動を伝達するためのものである。この振動伝達手段２としては、後述するように、締結するネジの形態によって、様々な形態が採用される。

このようなネジ回し装置αを用いることで、ネジの螺入に非常に大きな労力が必要である場合においても、ネジ回し装置αに対して直接作業者等が作用させる外力は非常に小さなものでよい。そのため、大きな電力等の負荷等を必要とすることなく、容易にネジを締結又は緩めることが可能となり、被締結部材が硬い場合や大きな締結力が必要な場合等にも好適である。

［第２の実施形態］
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。

このネジ回し装置α２は、ネジ頭に刻印された雌型刻印と嵌合する雄型先端部２１を、上記振動伝達手段２として備えた例である。
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。

図２は、本発明の第２の実施形態に係るネジ回し装置の要部構成をその使用態様と共に示す図であって、ネジ頭に形成された所定の雌型刻印について透過させて示す部分断面側面図である。

同図に示すように、本実施形態に係るネジ回し装置α２は、任意の被締結部材に形成されたネジ穴等に対して、ネジ頭に雌型刻印を有したネジβ１の締付け操作を行う際に、ネジβ１に締結又は緩めるための外力により直接ネジ回し装置α２に加えられたネジβ１の回転する方向の一方向の回転トルクの付与とともに超音波振動に基づく所定方向の機械振動を伝達するものであって、装置本体１と雄型先端部（振動伝達手段）２１とを具備して構成されている。

ここで、装置本体１は、所定の交流電圧の印加に伴い、超音波領域の周波数の超音波振動を発生する複数の圧電素子３，４を積層し、これら圧電素子３，４にて発生した超音波振動に基づきその振動端面１ａ上に所定方向の機械振動を励振するよう構成される。

一方、雄型先端部２１は、ネジβ１の雌型刻印１０３に嵌合可能に対応形成され装置本体１の振動端面１ａ上にて装置本体１と一体に固定されて、雌型刻印１０３と嵌合して接触したネジβ１に対して装置本体１が励振する所定方向の機械振動を伝達するよう構成される。

この圧電素子３，４は、ネジβ１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３と、このピッチ方向と直交する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４と、の２種類の圧電素子群３，４を有して構成されるとよい。

これにより、ネジ回し装置α２はネジβ１に対してピッチ方向のたわみ振動とロール方向のたわみ振動との２方向のたわみ振動を伝達することが可能となり、ネジ回し装置α２は、超音波モータの固定子のようにしてネジβ１に対してこの２方向のたわみ振動を伝達することで、ネジβ１は、雄ネジ付シャフト１０１とネジ穴２０２との接触面にて作用する摩擦力により案内規制された所定の回転トルクを発生する。なおこのときネジβ１は、超音波モータの固定子として機能するネジ回し装置α２に対して、超音波モータの回転子とみなすことができる。

さらに装置本体１は、ピッチ方向たわみ振動圧電素子３にて励振するピッチ方向のたわみ振動と、ロール方向たわみ振動圧電素子４にて励振する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交流電圧を印加可能に構成されることにより、ネジ回し装置α２から伝達した所定方向の機械振動に基づきネジβ１に案内発生される回転トルクの回転方向を所要の回転方向となるよう制御することが可能となる。

また、装置本体１は、高出力の機械振動を励振可能な、例えば、ボルト締めされたランジュバン型振動子とすることが好適である。
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。

なお、装置本体１は、例えば、圧電素子３，４が励振する振動の節等の振動の影響の少ない位置にて圧電素子３，４と一体にフランジ部材８が介層されて、例えば、装置本体１の振動がネジβ１以外に伝達しないよう中空懸架するよう構成されるとよい。

これにより、このフランジ部材８がネジ締付け操作を実施する作業者の手あるいは別途設置された装置等にて把持され、雄型先端部２１とネジβ１の雌型刻印１０３とが所要押し付けられて嵌合された後に、作業者等から直接ネジ回し装置α２に外力が加えられることによりネジβ１の所要の回転方向の回転トルクを作用させて、この外力による回転トルクをネジβ１に付与することができる。

次に、図３は、図２に示したネジ回し装置α２をネジβ１の螺入方向に接近させてネジ回し装置α２とネジβ１とを嵌合接触させた状態を示す図であり、雄型先端部２１と雌型刻印１０３とを透過させて示している。なお、図２から図３への変化はネジβ１の締結を説明するものの、これに限定されるものではなく、ネジβ１の所要の回転方向Ａ又はＢに対応させてネジ回し装置α２はネジβ１を緩める場合においても適用可能である。

同図に示すように、ネジ回し装置α２は、ネジ回し装置α２の雄型先端部２１とネジβ１の雌型刻印１２とが嵌合され接触した際に、ネジβ１に装置本体１にて励振する所定方向の機械振動を伝達可能に構成されて、このとき、ネジβ１は、雄ネジ付シャフト１０１のネジ穴２０２との螺合接触面において、伝達された所定方向の機械振動に基づき案内規制する摩擦力が作用し、この摩擦力に起因した回転トルクを発生する。

したがって、ネジ回し装置α２が外力により雄型先端部２１をネジβ１の雌型刻印１０３に押し付けられて所要方向Ａ又はＢの向きに回転されたときに、ネジβ１に作用する回転トルクは、作業者等によりネジ回し装置α２にフランジ部材８を介して直接加えられた外力によるＡ又はＢの向きの回転トルクと、ネジ回し装置α２の励振した所定方向の機械振動が伝達されてネジβ１の雄ネジ付シャフト１０１にて案内発生する回転トルクとである。

そのため、ネジ回し装置α２がネジβ１に対し、外力による回転トルクの付与とともに所定方向の機械振動を伝達するよう構成されたときには、ネジβ１にネジ回し装置α２から機械振動を伝達しないときと比較して、作業者等がネジ回し装置α２に直接外力により作用させる回転トルクは小さなものであってもネジβ１は伝達された所定方向の機械振動に基づき自ら案内規制された回転トルクを発生して容易に螺入し十分な締結力を得ることが可能となる。

ここで、ネジ回し装置α２が、ネジ回し装置α２のピッチ方向たわみ振動圧電素子３とロール方向たわみ振動圧電素子４とが励振する２方向のたわみ振動を、例えば、−９０度の位相差から＋９０度の位相差で励振するよう位相差を制御可能に構成されたときには、雄ネジ付シャフト１０１がネジ穴２０２と接触することでネジβ１がネジ回し装置α２から伝達された所定方向の機械振動に基づき発生する回転トルクの回転方向を任意方向に制御することが可能である。

なお、図２及び図３では、ネジ回し装置α２の雄型先端部２１をプラス（＋）形状として示して説明したものの、雄型先端部２１の形状は、ネジβ１のネジ頭２２と嵌合するよう形成されたものであればこれに限定されるものではなく、ネジβ１の雌型刻印１０３の形状に対応するマイナス（−）等の雄型先端部２１であってもよく、さらに、例えば、ネジβ１の雌型刻印１０３の複数の規定の形状に対応する異なる雄型先端形状をなす雄型先端部２１群を適宜交換可能に構成されても構わない。

また、ネジ回し装置α２は、ネジβ１としてタッピング、ビス、木ネジ等に適用するものであってもよく、ネジβ１の螺入に非常に大きな労力が必要である場合においても、ネジ回し装置α２に対して直接作業者等が作用させる外力は非常に小さなものでよく、大きな電力等の負荷等を必要とすることなく容易にネジβ１の締結又は緩めることが可能であり、構造部材２０１が硬い場合や大きな締結力が必要な場合等にも好適である。

以上、本発明の実施の形態につき、そのネジ回し装置の例を挙げて説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段にのみ限定されるものではなく、前述した効果を有する範囲内において、適宜、変更実施することが可能なものである。

［第３の実施形態］
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。

先ず、本実施形態に係るネジについて、図４Ａ〜図４Ｃに示す。
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。

まず、図４Ｂ及び図４Ｃに示すように、この例に係るネジβ２は、基本的に従来の皿ネジと同等な形態をなし、後記ネジ頭を一体冠する円筒軸の外周面に所定ピッチの螺旋状のネジ山を切削形成してなる雄ネジ付シャフト１１１と、この雄ネジ付シャフト１１１に連接された円筒状のネジ首１１２と、このネジ首１１２にさらに連接されて皿ネジの形態を得るためのネジ頭１１３とを有して構成される。

ここで、ネジ頭１１３の頂部（図４Ｃを参照）は、従来の「十字穴」や「すり割り」などの締付け手段を何ら具備しない、円形平面要素のみからなる頂端平坦面（頂端面）１１３ａを有して構成され、また、同ネジ頭１１３の周側部（図４Ｂを参照）も、従来の「ツメ」などの締付け手段を何ら具備しないテーパ外周面１１３ｂ（円錐状の円形曲面要素のみからなる周側部曲面）を有して構成される。

また、ネジβ２の先端部（雄ネジ付シャフト１１１の先端部）に位置するネジ先端１１４は、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａと対応した平面要素からなる平先の形態の先端平坦面１１４ａを有して構成される。

これに対し、図４Ａに示すように、ネジβ２を締め付ける対象となる構造部材（被締結部材）２０５は、その表面（図の右方）から背面にかけて貫通するネジ穴２０６の内周面に、ネジβ２におけるそれと同一ピッチの螺旋状のネジ山を切削形成してなる雌ネジ２０７と、ネジβ２の雄ネジ付シャフト１１１をネジ穴２０６の雌ネジ２０７に完全に螺合させたときに、当該ネジβ２のネジ頭１１３を収容するためのテーパ状の皿穴２０８と、構造部材２０５の厚さを基準としたときの相対長さが長いネジβ２の雄ネジ付シャフト１１１を、ネジ穴２０６の雌ネジ２０７に完全に螺合させたときに、当該ネジβ２のネジ先端１１４を構造部材２０５の背方に逃がして露出させるための背面開口２０９とを有して構成される。

以上、ネジ例として、皿ネジの形態をなすネジ頭１１３を有するネジβ２を説明したが、同ネジ頭１１３は、円形平面要素のみからなる頂端平坦面１１３ａと、円形曲面要素のみからなる周側部曲面とを有して構成されれば、平ネジの形態（外周径が下から拡大するテーパ面要素を、外周径が均一の円柱曲面要素に変更した形態）であっても差し支えない。この場合、テーパ状の皿穴２０８に代えて、当該平ネジ形態のネジ頭１１３に合致する「平穴」を、構造部材２０５の対応箇所に形成すればよい（又は、無形成として省略してもよい）。

図５は、本実施形態に係るネジ回し装置の第１の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示している。

同図に示すように、このネジ回し装置α３は、以上に例示的に説明した被締結部材の一例としての構造部材２０５に対応形成されたネジ穴２０６に対するネジβ２の締付け操作を行うために、装置本体１と、上記振動伝達手段２としての摩擦材（振動伝達手段）２２とを有して構成されている。

即ち、装置本体１は、２つの互いに直交する方向に対するたわみ振動を発生する複数の圧電素子３，４と、先端振動部材５及び後端振動部材６と、２つの央部振動部材７，７とを積層して、これらをボルト（図示せず）で締め付けて構成され、それら複数の圧電素子３，４，…への交流電源（図示せず）からの交流電圧の印加に伴い、先端振動部材５の振動端面１ａに接触する任意の物体（即ち、ネジβ２）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ものである。これにより、装置本体１を、超音波モータにおける固定子と、またネジβ２を、超音波モータにおける回転子と、各々みなすことができる。
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。

一方、摩擦材２２は、装置本体１の先端振動部材５における振動端面１ａの表面に固着され、ネジβ２におけるネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａとの摩擦接触を図って超音波振動に伴う軸回転運動を当該ネジβ２に伝達するものである。この摩擦材２２の形状は、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａよりも若干大きい面積を有する平面円盤状（平面円環状を含む）をなし、その材質としては、所要の摩擦力及び硬度を有するリン青銅、石綿ゴム、その他これに類するものを適用することができる。特に、石綿ゴムは、上記超音波振動時の耐騒音性にも優れているため好適である。
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。

以上のように構成されたネジ回し装置α３を用いて、構造部材２０５のネジ穴２０６に対するネジβ２の締付け操作を行う場合、まず、そのネジ穴２０６に対し、当該ネジβ２を手操作である程度までねじ入れ（或いは、装置本体１の摩擦材２２にネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａを吸引圧接して予め取付けセットしたネジβ２のネジ先端１１４をネジ穴２０６に挿入し）、次いで、当該ネジβ２に右ネジ回りの軸回転運動を得る超音波振動を先端振動部材５上の摩擦材２２に発生させるための所要の交流電圧（９０度位相差駆動電圧）を、対応する複数の圧電素子１３，１４…に印加する。そして、この交流電圧印加状態において、摩擦材２２のネジ接触面２２ａをネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａに手操作で押圧する（図示の矢印の方向）。

すると、ネジβ２には、装置本体１から摩擦材２２を介しながら、その摩擦力に応じた右ネジ回りの軸回転運動が伝達されるようになり、この超音波振動に伴う軸回転運動と上記手操作による押圧力とにより、ネジβ２の雄ネジ付シャフト１１１がネジ穴２０６の雌ネジ２０７に次第に推進螺合していく。そして、そのネジ頭１１３が皿穴２０８に収容されて雄ネジ付シャフト１１１が雌ネジ２０７に完全に螺合したときに、所要の締付け操作が完了する。

なお、雄ネジ付シャフト１１１が雌ネジ２０７に螺合するときの回転抵抗（双方のネジ山同士の接触抵抗）は、上記手操作による押圧力に比例して高くなるが、超音波振動によって双方のネジ山同士に回転トルクが独自に発生しているので、ネジβ２に軸回転運動を生じさせることができる。すなわち本第１例によれば、所要のネジβ２の締付け操作を行うのに必要かつ十分なトルクを発生するネジ回し装置α３が得られるようになる。

図６は、本実施形態に係るネジ回し装置の第２の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示している。

同図に示すように、この第２の例に係るネジ回し装置α４は、第１例におけるそれと同様、装置本体１と、摩擦材２２とを有して構成され、さらに、この摩擦材２２のネジ接触面２２ａに対してネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａ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として、永久磁石３０を有して構成される。

即ち、永久磁石３０は、装置本体１の振動端面１ａを構成する先端振動部材５に埋設され、ネジβ２におけるネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａを摩擦材２２のネジ接触面２２ａに圧接させる向きに、当該ネジ頭１１３を吸引する磁力を発生するためのものである。他の構成要素については、第１例で説明したものと同一の機能及び形態を具備する。

但し、この第２例においては、第１例のように、先端振動部材５における振動端面１ａの表面に摩擦材２２を単に固着するのではなく、その摩擦材２２のネジ接触面２２ａが当該振動端面１ａの面内に位置するよう、当該摩擦材２２を先端振動部材５の表層領域に埋設して固着した形態を採用している。この摩擦材２２の固着形態の違いは、それ自身の機能上の違いをもたらすものではないが、この第２例の埋設固着形態によれば、例えば、その摩擦材２２が外的要因によって剥離するのを防止する効果を期待することができる。

以上のように構成されたネジ回し装置α４を用いて、構造部材２０５のネジ穴２０６に対するネジβ２の締付け操作を行う場合、第１例と同様に、まず、そのネジ穴２０６に対し、当該ネジβ２を手操作である程度までねじ入れ、次いで、当該ネジβ２に右ネジ回りの軸回転運動を得る超音波振動を先端振動部材５上の摩擦材２２に発生させるための所要の交流電圧を、対応する複数の圧電素子１３，１４…に印加する。そして、この交流電圧印加状態において、摩擦材２２のネジ接触面２２ａをネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａに手操作で押圧する（図示の矢印の方向）。

このとき、先端振動部材５に埋設された永久磁石３０は、ネジβ２におけるネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａを摩擦材２２のネジ接触面２２ａに圧接させる向きに、当該ネジ頭１１３を吸引するよう機能する。これにより、摩擦材２２のネジ接触面２２ａとネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａとの間の摩擦力が高められ、こうした摩擦力の増大によってネジβ２の回転トルクはより増大され、ネジβ２をより短時間で的確に回転させることができる。

この結果、雄ネジ付シャフト１１１が雌ネジ２０７に螺合するときの回転抵抗は、上記手操作による押圧力が大きい場合でも可及的低く抑えられるようになり、加えて、ネジβ２に軸回転運動を生じさせる超音波振動がその回転抵抗を打ち消すように作用するため、本第２例によれば、所要のネジβ２の締付け操作を行うのに十分な高トルクを発生するネジ回し装置α４が得られるようになる。

なお、特に図示はしないが、所要の予圧発生手段としては、上述した永久磁石３０に代えて、例えば、摩擦材２２を環状形成した中央部に吸込口を臨ませて、ネジ頭１１３を吸引する吸着力を発生するため装置本体１内を通した「吸引管」などを採用することも可能である。

図７は、本実施形態に係るネジ回し装置の第３の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示している。

同図に示すように、この第３例に係るネジ回し装置α５は、第１例におけるそれと同様、装置本体１と、摩擦材２２（第２例における埋設固着形態）とを有して構成され、さらに、この摩擦材２２のネジ接触面２２ａに対してネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａ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として、万力機構部材４０を有して構成される。

即ち、万力機構部材４０は、装置本体１の無振動領域をなすフランジ部１５に片持ち固着して設置され、ネジβ２が、ネジ穴２０６への螺合の過程で構造部材（本例では２つの構造部材２０５ａ，２０５ｂ）の背面からネジ先端１１４を露出させる相対長さを有し、かつ、当該ネジ先端１１４が、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａと対応した平面要素からなる先端平坦面１１４ａを有する場合に、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａを摩擦材２２のネジ接触面２２ａに圧接させる向きに、構造部材２０５ｂの背面から露出した状態のネジ先端１１４の先端平坦面１１４ａを押圧する機械力（予圧）を発生するものである。

さらに、この万力機構部材４０は、自身が発生した機械力によりネジ先端１１４の先端平坦面１１４ａを予圧伝達軸４１で突合せ押圧しつつ、装置本体１から摩擦材２２を介して当該ネジβ２に伝達される軸回転運動を軸受支承するボールベアリング４２を有して構成される。なお、上記機械力の調整は、図示の調整ネジ４３を把手４４で回動させて、ボールベアリング４２に回転自在に嵌持突出された上記予圧伝達軸４１の相対位置（図の左右方向）を変化させることにより行われる。

以上のように構成されたネジ回し装置α５を用いて、構造部材２０５ａ，２０５ｂの各ネジ穴２０６に対するネジβ２の締付け操作を行う場合、まず、それら各ネジ穴２０６に対し、当該ネジβ２をネジ先端１１４が構造部材２０５ｂの背面から露出するまで手操作でねじ入れ、この状態で万力機構部材４０を操作することにより、図示のように、ネジβ２におけるネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａとネジ先端１１４の先端平坦面１１４ａとを、装置本体１と、ネジβ２及びネジ穴２０６を中に挟んで相対峙する予圧伝達軸４１とで挟持する。次いで、当該ネジβ２に右ネジ回りの軸回転運動を得る超音波振動を先端振動部材５上の摩擦材２２に発生させるための所要の交流電圧を、対応する複数の圧電素子１３，１４…に印加する。

このとき、万力機構部材４０は、ネジβ２におけるネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａを摩擦材２２のネジ接触面２２ａに圧接させる向きに、構造部材２０５ｂの背面から露出した状態のネジ先端１１４の先端平坦面１１４ａを一定の力で突合せ押圧するよう機能し、ボールベアリング４２は、装置本体１から摩擦材２２を介して当該ネジβ２に伝達される軸回転運動を円滑化するよう機能する。そして、これにより、摩擦材２２のネジ接触面２２ａとネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａとの間の摩擦力が高められた状態を保持しながら、ネジβ２の軸回転運動が円滑に行われ、そのときの摩擦力に応じた右ネジ回りの軸回転運動が確実にネジβ２に伝達される。

その際、装置本体１、ネジβ２、及び予圧伝達軸４１の各軸心は、一本の同軸心となるよう相互位置決めをされる。この結果、雄ネジ付シャフト１１１が雌ネジ２０７に螺合するときの回転抵抗は、極めて低く抑えられるようになり、加えて、ネジβ２に軸回転運動を生じさせる超音波振動がその回転抵抗を自ら打ち消すように作用するため、本第３例によれば、所要のネジβ２の締付け操作を行うのに十分な高トルクを発生するネジ回し装置α５が得られるようになる。

図８は、本実施形態に係るネジ回し装置の第４の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示している。

同図に示すように、この第４例に係るネジ回し装置α６は、第１例におけるそれと同様、装置本体１と、摩擦材２２（第２例における埋設固着形態）とを有して構成され、さらに、この摩擦材２２のネジ接触面２２ａに対してネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａ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として、第２の装置本体５０と、第２の摩擦材６０とを有して構成される。

即ち、第２の装置本体５０は、装置本体１と同様、２つの互いに直交する方向に対するたわみ振動を発生する複数の圧電素子５１，５１，…と、先端振動部材５２及び後端振動部材（図示せず）と、２つの央部振動部材５４，５４とを積層して、これらをボルト（図示せず）で締め付けて構成され、それら複数の圧電素子５１，５１，…への交流電源（図示せず）からの交流電圧の印加に伴い、先端振動部材５２の振動端面５２ａに接触する任意の物体（即ち、ネジβ２）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ものである。なお、２つの央部振動部材５４，５４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５５が介在される。

一方、第２の摩擦材６０は、摩擦材２２と同様な形態をなし、第２の装置本体５０の先端振動部材５２における振動端面５２ａの表層領域に埋設して固着されて、ネジβ２におけるネジ先端１１４の先端平坦面１１４ａとの摩擦接触を図って超音波振動に伴う軸回転運動を当該ネジβ２に伝達するものである。

ここで、第２の装置本体５０は、ネジβ２が、ネジ穴２０６への螺合貫通の過程で構造部材２０５ｂの背面からネジ先端１１４を露出させる相対長さを有し、かつ、当該ネジ先端１１４が、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａと対応した平面要素からなる先端平坦面１１４ａを有する場合に、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａを摩擦材２２のネジ接触面２２ａに圧接させる向きに、構造部材２０５ｂの背面から露出した状態のネジ先端１１４の先端平坦面１１４ａを第２の摩擦材６０を介して押圧可能に設置されたときに、装置本体１から摩擦材２２を介して当該ネジβ２に伝達される軸回転運動と、第２の摩擦材６０を介して当該ネジβ２に伝達される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。

以上のように構成されたネジ回し装置α６を用いて、構造部材２０５ａ，２０５ｂの各ネジ穴２０６に対するネジβ２の締付け操作を行う場合、まず、それら各ネジ穴２０６に対し、当該ネジβ２をネジ先端１１４が構造部材２０５ｂの背面から露出するまで手操作でねじ入れ、次いで、当該ネジβ２に右ネジ回りの軸回転運動を得る超音波振動を、装置本体１における先端振動部材５上の摩擦材２２と、第２の装置本体５０における先端振動部材５２上の第２の摩擦材６０とに発生させるための所要の交流電圧を、対応する複数の圧電素子１３，１４…，５１，５１，…に印加する。そして、この交流電圧印加状態において、第２の摩擦材６０のネジ接触面６０ａを、構造部材２０５ｂの背面から露出した状態のネジ先端１１４の先端平坦面１１４ａを手操作で押圧しながら（保持しながら）、摩擦材２２のネジ接触面２２ａをネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａに手操作で押圧する（図示の矢印の方向）。

このとき、第２の装置本体５０は、装置本体１との位置関係において、ネジβ２におけるネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａを摩擦材２２のネジ接触面２２ａに圧接させる向きに、構造部材２０５ｂの背面から露出した状態のネジ先端１１４の先端平坦面１１４ａを押圧可能に設置されたときに、装置本体１から摩擦材２２を介して当該ネジβ２に伝達される軸回転運動と、第２の摩擦材６０を介して当該ネジβ２に伝達される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。そして、これにより、摩擦材２２のネジ接触面２２ａとネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａとの間の摩擦力が高められた状態を保持しながら、ネジβ２の軸回転運動が第２の装置本体５０により助勢され、そのときの摩擦力に応じた右ネジ回りの軸回転運動が確実にネジβ２に伝達される。

この結果、雄ネジ付シャフト１１１が雌ネジ２０７に螺合するときの回転抵抗は、比較的低く抑えられるようになり、加えて、ネジβ２に軸回転運動を生じさせる超音波振動がその回転抵抗を打ち消すように作用するため、本第４例によれば、所要のネジβ２の締付け操作を行うのに必要かつ十分な高トルクを発生するネジ回し装置α６が得られるようになる。

図９は、本実施形態に係るネジ回し装置の第５の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示している。

同図に示すように、この第５例に係るネジ回し装置α７は、第３例における予圧伝達軸４１及びボールベアリング４２に代えて、第４例における第２の装置本体５０及び第２の摩擦材６０を採用して構成したものである。従って、この第５例に係るネジ回し装置α７の機能及び使用態様は、第３及び第４例における該当部分と等価である（詳細は該当部分を参照）。

図１０は、本実施形態に係るネジ回し装置の第６の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示している。

同図に示すように、この第６例に係るネジ回し装置α８は、第２例における装置本体１、摩擦材２２、及び永久磁石３０に加え、レーザ測距装置７０を有して構成される。また、この第６例に係るネジ回し装置α８は、構造部材（本例では構造部材２０５ａ）との位置関係において、各構造部材２０５ａ，２０５ｂの各ネジ穴２０６に対するネジβ２の締付け操作の完了後も、摩擦材２２のネジ接触面２２ａがネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａに恒久的に接触する態様に設置される。

ここで、レーザ測距装置７０は、装置本体１のフランジ部１５に設置されることにより、自身に設定された測距基準点と構造部材２０５ａとの間の距離をレーザ光線ＬＢにより定期的に測定するものであり、当該レーザ測距装置７０により測定された距離が所定値を上回ってネジβ２の緩みが検出されたときに、当該ネジβ２の締付け操作を行わせる超音波振動を発生させるための交流電圧の印加制御を、対応する複数の圧電素子１３，１４，…に対して自動的に発動指示するよう機能する。

以上の構成により、本第６例によれば、第三者によるネジβ２の緩め操作を防止し、かつ、経年変化に伴う当該ネジβ２の緩みを自動的にメンテナンスすることの可能なネジ回し装置α８が得られるようになる。

以上、本発明の実施の形態につき、そのネジの一例及びネジ回し装置の第１例〜第６例を挙げて説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段にのみ限定されるものではなく、前述した効果を有する範囲内において、適宜、変更実施することが可能なものである。

［第４の実施形態］
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。

図１１Ａ〜図１１Ｃ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１１Ａは、当該ネジの全体形状を示す正面図、図１１Ｂは、当該ネジのネジ頭の頂端面の形態を示す図、図１１Ｃは、当該ネジを締め付ける対象物である構造部材の断面図である。

まず、図１１Ａ及び図１１Ｂに示すように、このネジβ３は、上記第３の実施形態におけるネジβ２に、ネジ側掛止部１２５を設けた構成とされている。すなわち、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａ（図１１Ｂを参照）は、従来の「十字穴」や「すり割り」などのドライバ先端と対応嵌合する雌型刻印等の締付け手段を具備しない円形平坦面であって、この頂端平坦面１１３ａに突出されたネジ側掛止部１２５を有して構成されている。ここで、ネジ側掛止部１２５は、後述するネジ回し装置の具備するネジ回し装置側フックと掛合可能であればよく、図示したコ字状に限定されず、鉤状等であっても構わない。

また、ネジ側掛止部１２５は、ネジβ３の締め付け完了後に、例えば、ペンチ等により容易に切断可能に構成されるとよく、この場合、さらにヤスリがけ等によって、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａからネジ側掛止部１２５の痕跡を完全に消すことが可能となるようにするとよい。

一方、図１１Ｃに示すように、ネジβ３の締め付ける対象となる被締結部材の一例としての構造部材２０５は、その表面（図の右方）から背面にかけて、内周面にネジβ３の雄ネジ付シャフト１１１と対応させて同一ピッチの螺旋状のネジ山を切削形成してなるネジ穴２０６を有して構成される。なお、ここでは、ネジβ３を構造部材２０５のネジ穴２０６に螺合させたときに、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａが完全に収容される形状のネジ穴２０６を示すものの、ネジ穴２０６の形状は所要であって構わない。

以上、ネジの例として、その頂端平坦面１１３ａにネジ側掛止部１２５を具備した皿ネジの形態をなすネジ頭１１３を有するネジβ３を説明したが、同ネジ頭１１３は、円形平坦面にネジ側掛止部１２５を有して構成されれば、平ネジの形態（外周径が下から拡大するテーパ面要素を、外周径が均一の円柱曲面要素に変更した形態）であっても差し支えない。

図１２は、本実施形態に係るネジ回し装置の第１の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示している。

同図に示すように、この第１例に係るネジ回し装置α１１は、以上に例示的に説明した構造部材２０５に対応形成されたネジ穴２０６に対するネジβ３の締付け操作を行うために、中孔１０ｈが形成されて円筒をなす装置本体１０と、ネジ回し装置側フック８１と、ネジ回し装置側フック８１を引張り、装置本体１０の振動端面１０ａとネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａ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して、例えば、圧縮弾性体群８２，８２，…と、この予圧発生手段を固定する予圧発生手段固定材８３と、を有して構成される。

装置本体１０は、上記装置本体１の変形例であって、２つの互いに直交する方向に対するたわみ振動を発生する複数の圧電素子１３，１４，…と、先端振動部材１５及び後端振動部材１６と、２つの央部振動部材１７，１７と、フランジ部材１８とを積層して、これらをボルト（図示せず）で締め付けて構成されている。中孔１０ｈが形成されている。

即ち、装置本体１０は、中孔を有して環形状を複数の圧電素子１３，１４，…と、例えば、複数の圧電素子１３，１４，…が励振する振動の無振動領域にて圧電素子１３，１４，…よりも外周に鍔部１８ａを突出し、その筒形状の外周面にて圧電素子１３，１４，…ともども一体に固定して、その位置を固定するためのフランジ部材１８とを一体積層し、複数の圧電素子１３，１４，…への交流電圧の印加に伴い、その振動端面１０ａに接触するネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａ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ものである。

なお、これら圧電素子１３，１４，…、先端振動部材１５、後端振動部材１６、央部振動部材１７及びフランジ部材１８といった各構成要素には、一体となって装置本体１０を構成した際に中孔１０ｈが形成されるように、各々に中孔が形成されている。この点を除けば、これら構成要素は、上記第２の実施形態における圧電素子３，４、先端振動部材５、後端振動部材６、央部振動部材７及びフランジ部材８の各々と、同様の構成を有している。

ここで、装置本体１０の励振する振動は、例えば、二つの互いに直交する方向でたわみ振動をする二種類の圧電素子１３，１４，…をボルト締めしたランジュバン振動子により振動させるようにするとよく、それぞれの圧電素子１３，１４，…を機械的に９０度の位相差で振動させることにより、装置本体１０の振動端面１０ａにネジβ３を締める方向、あるいは緩める方向の回転運動を発生することができる。

一方、ネジ回し装置側フック８１は、装置本体１０の中孔１０ｈ内に挿通されたワイヤ８６先端に接続されて、ネジ側掛止部１２５と互いに掛合可能に構成されればよい。

他方、予圧発生手段固定材８３は、装置本体１０の振動端面１０ａと対極にある後端面１０ｂのさらに後方近傍に臨んでフランジ部材１８と相対峙するとともに圧縮弾性体群８２，８２，…を取付けるものであり、さらに、予圧発生手段固定材８３の中央に、例えば、ネジβ３の軸回転運動の回転方向の回転を空転可能にワイヤ８６を軸支するベアリング８７を介在させて構成されるようにしても構わない。

ここで、ベアリング８７は、例えば、ベアリング８７に空転自在に支承されるピン軸８７ａの端と、ネジβ３の軸回転運動に伴って回転するワイヤ８６の端とを連結して構成される一方、転動体等を介することでピン軸８７ａの回転に依存しない外輪にて予圧発生手段固定材８３と固着するようにするとよく、ワイヤ８６はベアリング８７によりネジβ３の軸回転運動方向の回転を空転可能に軸支されることから、ネジβ３の回転は予圧発生手段固定材８３及び装置本体１０には伝達されず、これにより、ネジβ３の回転のネジ回し装置α１１に対して発生する回転抵抗を最小限に抑えることができる。

また、本第１例において予圧発生手段として採用した圧縮弾性体群８２，８２，…は、フランジ部材１８の鍔部１８ａ対称部位と、この鍔部１８ａに対向する予圧発生手段固定材８３部位との間に亙り装置本体１０を中に置いて並行張架されて、フランジ部材１８と予圧発生手段固定材８３とに圧縮弾性力を付勢することで、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａと装置本体１０の振動端面１０ａとに圧接習性を常時付与するものである。

さらに、ネジ回し装置α１１は、フランジ部材１８の鍔部１８ａとこの鍔部１８ａと対向する予圧発生手段固定材８３部位とに亙り、その相互の間隔を所定の間隔に固定可能なストッパ８８を有して構成されてもよく、ストッパ８８の一端がヒンジ８９を介して、例えば、フランジ部材１８側に開閉自在に蝶着される一方、他端爪部８８ａが臨んだ予圧発生手段固定材８３外縁に係脱自在に構成される。

よって、ストッパ８８を、係止状態におけるネジ側掛止部１２５に対して振動端面１０ａ中孔から突出したネジ回し装置側フック８１の掛脱時には、圧縮弾性体群８２，８２，…にて発生した予圧力に抗して、例えば、予圧発生手段固定材８３側にて嵌められて、フランジ部材１８の鍔部１８ａと予圧発生手段固定材８３とを所定の間隔にて固定することで、装置本体１０の振動端面１０ａとネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａとを離間させ、ワイヤ８６にかかる張力を減少させて、この装置本体１０の振動端面１０ａとネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａとに付与する予圧力を解除するようにする。

また、ネジ回し装置α１１は、装置本体１０の振動端面１０ａ表面に固着され、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａとの摩擦接触を図って超音波振動に伴う軸回転運動をネジβ３に伝達する中孔円環状の、高い摩擦力が作用するネジ接触面２３ａが形成された摩擦材２３を有するようにしてもよい。これにより、装置本体１０の振動端面１０ａとネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａとの接触面に高い摩擦力を作用させて、ネジβ３にさらに高い締付けトルクを付与することも可能である。
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、図１３は、図１２に示したネジ回し装置α１１の予圧力の発生を説明するための図である。

同図に示すように、係止されたストッパ８８が、例えば、爪部８８ａが予圧発生手段固定材８３から外されたときには、ネジ回し装置α１１は、圧縮弾性体群８２，８２，…の圧縮弾性力により、予圧発生手段固定材８３が図示する矢印の方向に押し出されて、圧縮弾性体群８２，８２，…の両端に固着されたフランジ部材１８の鍔部１８ａと予圧発生手段固定材８３との間隔が離間する。

このフランジ部材１８の鍔部１８ａと予圧発生手段固定材８３との間隔の離間に伴い予圧発生手段固定材８３とともに、ベアリング８７、ワイヤ８６、ネジ回し装置側フック８１はそれぞれ一体に、ネジβ３をネジ穴２０６に螺合する方向とは逆向きの、図示した矢印の方向に引っ張られる力が作用して、装置本体１０の振動端面１０ａとネジβ３の頂端平坦面１１３ａとを接触させることができる。

したがって、ストッパ８８による固定が解除されたときには、装置本体１０の振動端面１０ａの、例えば、摩擦材２３に定常的に圧接する十分な予圧力を発生させることにより、ネジβ３に、ネジ回し装置α１１の装置本体１０が励振する超音波振動による軸回転運動を伝達し締付けトルクを付与することができ、このようにして、ストッパ８８の係脱により、ネジβ３の挿着と締付けとを切り替えることが可能である。

このとき、ネジ回し装置α１１は、ネジβ３に対しネジ穴２０６に押圧する方向の機械力を発生させずに、ネジβ３とネジ回し装置α１１とを圧接して十分な締付けトルクを付与することができることから、ネジβ３の雄ネジ付シャフト１１１とネジ穴２０６との必要以上に押圧されることで発生する回転抵抗を発生することはない。

なお、ネジβ３の螺合が完了した際には、ストッパ８８にてフランジ部材１８と予圧発生手段固定材８３とを接近させた所定の間隔にて再度固定することで、発生した予圧力は解除されて、また予圧力は、圧縮弾性体群８２，８２，…に採用する弾性体の弾性定数や、事前に圧縮弾性体群８２，８２，…に与えておいた圧縮量によって所要の大きさに調整することができる。

図１４は、本実施形態に係るネジ回し装置の第２の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示している。

同図に示すように、この第２例に係るネジ回し装置α１２は、第１例におけるそれと同様、装置本体１０と、ネジ回し装置側フック８１と、予圧発生手段固定材８３とに加えて、弾性体固定材９１と、予圧発生手段として、例えば、引張弾性体群９２，９２，…を有して構成されて、他の構成要素については、第１例で説明したものと同一の機能及び形態を具備する。

即ち、弾性体固定材９１は、フランジ部材１８の鍔部１８ａ対極に両端を固着されて、少なくとも振動端面１０ａを外部に露出させた状態で装置本体１０を予圧発生手段固定材８３ともども内包したフレーム型で構成される。

一方、本第２例において予圧発生手段として採用した引張弾性体群９２，９２，…は、予圧発生手段固定材８３と、この予圧発生手段固定材８３の対称部位と対向する弾性体固定材９１部位との間に亙り並行張架されて、弾性体固定材９１と予圧発生手段固定材８３とに引張弾性力を付勢することで、ワイヤ８６を介しネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａと装置本体１０の振動端面１０ａとに圧接習性を付与するものである。

なお、本第２例に採用するストッパ８８は、前述の第１例と同様のものであり、例えば、一端が弾性体固定材９１とともにフランジ部材１８の鍔部１８ａと一体になるようヒンジ８９を介して開閉自在に蝶着される一方、他端爪部８８ａが臨んだ予圧発生手段固定材８３の外縁に係脱自在に構成されるとよい。

このとき、ストッパ８８は、係止状態におけるネジ側掛止部１２５に対して振動端面１０ａの中孔１０ｈから突出したネジ回し装置側フック８１の掛脱時には、引張弾性体群９２，９２，…は発生する予圧力に抗してフランジ部材１８と予圧発生手段固定材８３とを所定の間隔にて固定することにより、ワイヤ８６にかかる張力を解除して装置本体１０の振動端面１０ａとネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａとを圧接させる予圧力を解除することができる。

次に、図１５は、図１４に示したネジ回し装置α１２の予圧力の発生を説明するための図である。

同図に示すように、爪部８８ａが係止解脱されて、ストッパ８８が解除されたネジ回し装置α１２は、引張弾性体群９２，９２，…の引張弾性力により、予圧発生手段固定材８３が図示する矢印の方向に引っ張られて、引張弾性体群９２，９２，…のそれぞれの端子が固着した弾性体固定材９１と予圧発生手段固定材８３との間隔を接近させる。

よって、第１例と同様に、フランジ部材１８の鍔部１８ａと予圧発生手段固定材８３との間隔を離間させてワイヤ１５に張力を持たせて、ネジ回し装置側フック８１に、ネジβ３をネジ穴２０６に螺合する方向とは逆向きの、図示した矢印の方向に引き付ける力が作用して、装置本体１０の振動端面１０ａとネジβ３の頂端平坦面１１３ａとを接触させることができる。

したがって、ネジβ３の頂端平坦面１１３ａを、装置本体１０の摩擦材２３のネジ接触面２３ａに定常的に圧接するように予圧力を発生させ、ネジβ３に装置本体１０が励振する超音波振動による締付けトルクを付与することができる。

なお、ネジβ３の螺合が完了した際には、ストッパ８８にてフランジ部材１８と予圧発生手段固定材８３とを接近させた所定の間隔にて再度固定することにより、発生した予圧力は解除されて、また予圧力は、引張弾性体群９２，９２，…に採用する弾性体の弾性定数や、事前に与えておく伸張量によって所要の大きさに調整することができる。

図１６は、本実施形態に係るネジ回し装置の第３の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示している。

同図に示すように、この第３例に係るネジ回し装置α１３は、第１例及び第２例におけるそれと同様、装置本体１０と、ネジ回し装置側フック８１と、予圧発生手段固定材８３とに加えて、予圧発生手段として、ワイヤ８６と予圧発生手段固定材８３との間に介在張架された引張弾性体９３を有して構成されて、他の構成要素については、上記第１例及び第２例で説明したものと同一の機能及び形態を具備する。

即ち、引張弾性体９３は、ワイヤ８６と予圧発生手段固定材８３との間の、例えば、ワイヤ８６とベアリング８７との間に引張弾性力を付勢することで、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａと装置本体１０の振動端面１０ａとに圧接習性を付与するものである。

なお、本第３例では、第１例及び第２例にて説明したストッパ８８に代えて、フランジ部材１８の鍔部１８ａに対し先端を当接突合せし、この鍔部１８ａと対向する予圧発生手段固定材８３を螺貫した螺棒により相互間を離近押圧する万力機構部材９４と、さらに、引張弾性体９３等の予圧発生手段が発生する予圧力を補う磁石９５とを有するようにしても構わない。

即ち、万力機構部材９４は、ストッパ８８に代えて、引張弾性体９３の発生した予圧力に抗してこのフランジ部材１８の鍔部１８ａと予圧発生手段固定材８３とを任意の間隔に調整可能な螺回機械力を発生して、装置本体１０の振動端面１０ａとネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａとに所望の大きさの予圧力を発生させるよう調整可能とするものである。

一方、磁石９５は、装置本体１０の振動端面１０ａを構成する先端振動部材内に埋設されるとよく、ネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａを振動端面１０ａに圧接する向きにネジ頭１１３を引き寄せる磁力を発生する、例えば、永久磁石等である。

なお、ストッパ８８に代えた万力機構部材９４と、予圧発生手段が発生する予圧力を補う磁石９５とのそれぞれは、第１例あるいは第２例に適用されても構わず、また、磁石９５は、後述する第４例に適用されても構わない。

図１７は、本実施形態に係るネジ回し装置の第４の例を示す図であって、その要部構成をその使用態様と共に示している。

同図に示すように、この第４例に係るネジ回し装置α１４は、第１例、第２例及び第３例におけるそれと同様、装置本体１０と、ネジ回し装置側フック８１と、予圧発生手段固定材８３とに加えて、予圧発生手段として、例えば、ワイヤ８６に直線方向の所定の張力を発生可能な直動アクチュエータ９６を有して構成されて、他の構成要素については、第１例、第２例及び第３例で説明したものと同一の機能及び形態を具備する。

ここで、予圧発生手段固定材８３は、例えば、少なくとも装置本体１０の後部を内包するように、フランジ部材１８の鍔部１８ａ対称部位に両端を固定したコ字型フレーム形体であり、直動アクチュエータ９６を、装置本体１０の後端面１０ｂのさらに後方の装置本体１０の中孔円筒延長上の予圧発生手段固定材８３に設置している。

一方、直動アクチュエータ９６は、例えば、シリンダ等によりワイヤ８６に図中の左右直線方向に作用する所定の張力を発生させて、このワイヤ８６を図中の左右方向に連動させるものであり、さらに、例えば、ワイヤ８６と直動アクチュエータ９６との間にベアリング８７を介在させることにより、ネジβ３の軸回転運動は直動アクチュエータ９６に伝達されないようにすることもできる。

これにより、直動アクチュエータ９６によりワイヤ８６を所定の張力が作用するまで直動させて、装置本体１０の振動端面１０ａとネジ頭１１３の頂端平坦面１１３ａとを接触させて圧接することができ、所望の予圧力を発生させて、ネジβ３に装置本体１０の振動に基づく軸回転運動を行わせるための十分な締付けトルクを付与することができる。

なお、直動アクチュエータ９６は、ワイヤ８６を図中の左右方向に連動させて、ワイヤ８６に所定の張力を発生可能なものであれば、リニアモータ、油圧、水圧、空気圧等を利用したシリンダ、ソレノイド等に限定されるものではなく、回転アクチュエータのトルクを直線方向に変換したものであっても構わない。

以上、本発明の実施の形態につき、そのネジの一例及びネジ回し装置の第１例〜第４例を挙げて説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段にのみ限定されるものではなく、前述した効果を有する範囲内において、適宜、変更実施することが可能なものである。

［第５の実施形態］
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〜図１９Ｂは、本実施形態に係るネジの第１の例を示す構成図である。
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。

図１８Ａ及び図１９Ａに示すように、本第１例に係るネジβ４は、基本的に、ネジ頭１４１の座面１４１ａ中央に突立されたネジ山付シャフト１４２と、座金１４３と、弾発力発生手段１４４と、を具備して十分な締結力により締結できない場合であっても座金１４３の機能を利用可能にして十分な締結力を発揮するよう構成されている。さらに、このネジβ４に、弾発力抑止手段１４５を具備した場合には、一旦ネジ穴に締結された後に、それまで抑止していた構造部材（被締結部材）２２０との間で作用させる押圧力を解放可能に構成することができる。

ここで、このうち、座金１４３は、ネジ山付シャフト１４２に挿通されて、ネジβ４の構造部材２２０への締結時にネジ穴の周縁と十分な力を作用させて接触した場合に、このネジβ４の締結力を増強するよう構成された、例えば、ネジ山シャフト１４２より所要長だけ大きな径が形成された輪環形状のフラットワッシャー１４３等である。

一方、弾発力発生手段１４４は、図１９Ｂに示すように、このネジ頭１４１と座金１４３との間隔を押し広げる弾発力を作用させて座金１４３の構造部材２２０への押圧力を高めてネジβ４の締結力を発生するよう構成された、例えば、弾性部材で構成されて、ネジ山付シャフト１４２の首部１４２ａの端部を中心に螺旋状に周回しネジ頭１４１の座面と相対峙する座金１４３の端面間に介在させた圧縮コイルバネ１４４等を有して構成される。

他方、弾発力抑止手段１４５は、図１８Ａ及び図１８Ｂに示すように、ネジ頭１４１の座面１４１ａと相対峙する座金１４３端面とを弾発力発生手段１４４の弾発力に逆らい予め接近力を強制付与して弾発力発生手段１４４を圧縮した状態のまま所定間隔にて固定する一方、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、構造部材２２０のネジ穴への締結後に接近力付与を解除されたときには、弾発力発生手段１４４の弾発力を解放可能に構成されて、例えば、弾発力発生手段１４４に圧縮コイルバネ１４４が採用された場合には、圧縮コイルバネ１４４の弾発力に逆らい予め圧縮コイルバネ１４４の自然長よりも短くなるよう接近力を強制付与して所定間隔に固定する一方、この接近力付与を解除されたときには、圧縮コイルバネ１４４の弾発力を発揮可能に構成される。

ここで、弾発力抑止手段１４５は、例えば、ネジ頭１４１の座面１４１ａと相対峙する座金１４３端面とを所定間隔まで接近するよう弾発力発生手段１４４を圧縮したまま接着固定して硬化する一方、所定の処理が施されたときに接着固定を解いて弾発力発生手段１４４の弾発力を解放可能な接着剤１４５等が最適である。

弾発力抑止手段１４５に接着剤１４５を採用した場合には、例えば、所定温度の温水をかけるか、もしくは熱を加えることでその接着能力を失う特性を有したものが最適であり、この要求を満たすものとして、例えば、化研テック株式会社製造によるエポキシ系樹脂接着剤の「エコセパラ」（商品名）等がある。

弾発力抑止手段１４５にこの「エコセパラ」を採用した場合、「エコセパラ」では、例えば、１５ＭＰａの接着力を有するものであるから、この接着力を考慮してネジ頭１４１の直径を適切な大きさにすることで、ネジβ４に十分な締結力を発生させることができる。

また、薄層状に充填された「エコセパラ」等のように剥離後の弾発力抑止手段１４５が、弾発力発生手段１４４の弾発力発揮の妨げにならない場合等には、図１８Ａ、図１８Ｂ、図１９Ａ及び図１９Ｂに示すように、弾発力発生手段１４４の螺旋内部に至るまで一体に接着硬化するようにしても構わないが、弾発力抑止手段１４５は、弾発力発生手段１４４を中に通して接触を避けるように輪環状に充填硬化するようにしても構わない。

さらに、ネジβ４は、弾発力抑止手段１４５によるネジ頭１４１と座金１４３との接近力付与の解除に温水や所定の接着剤剥離液等の所定の解除手段が施用された際に、座金１４３直下のネジ山寄りの首部１４２ａの位置にネジ山付シャフト１４２とこの構造部材２２０に形成されたネジ穴との間隙を密閉してこの解除手段のネジ穴への浸水を防止する浸水防止手段１４６を環突するとよく、浸水防止手段１４６としては、例えば、合成ゴム等の各種合成樹脂素材からなるＯリング形状の防水パッキン１４６が最適である。

このように構成されたネジβ４は、図１８Ｂに示すように、構造部材２２０のネジ穴に根元まで一旦締結された後に、弾発力抑止手段１４５（接着剤１４５）に対して温水をかける等の所定の処理が施されることで、所定間隔に固定する接近力付与を解除し、それまで弾発力に逆らい予め圧縮された状態で弾発力を抑止されていた弾発力発生手段１４４（圧縮コイルバネ１４４）が伸長してネジ頭１４１をネジ穴から引っ張り出す方向の弾発力を作用させ、その押圧力が即ち締結力となる。

また、ネジβ４のネジ頭１４１の頂端面１４１ｂは、従来のネジ回し先端と対応する＋，−形状等の雌型刻印が形成されたものに限定されず、図１８Ｃに示すように、ネジ回し先端と対応嵌合する雌型刻印の無い平坦面に形成されることで、美観を損ねずいたずら防止効果のあるネジβ４とすることが可能であり、この場合、例えば、従来の圧電ドライバによる締結時の締結力不足を解消して、十分な締結力を作用させて締結することが可能である。

次に、図２０Ａ〜図２０Ｄは、本発明の第５の実施形態に係るネジの第２の例において用いるバネ座金の概略構成を示す図であって、バネ座金の一部を透視させて示す正面図であり、図２０Ｂは、図２０Ａに示したバネ座金の一部を透視させて示す側面図である。そして図２０Ｃは、図２０Ａ及び図２０Ｂに示したバネ座金を採用したネジ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２０Ｄは、図２０Ｃに示したネジの締結力増強後を示す部分断面図である。

なお、以下の本実施形態の説明で用いる図面には、図１８Ａ〜図１９Ｃにおいて示したものと同一又は同等な構成要素につき同一の符号を付するものとし、当該構成要素の詳細な説明については省略するものとする。

図２０Ａ及び図２０Ｂに示すように、第１例にて説明した座金１４３と弾発力発生手段１４４とは、バネ座金１４７（スプリングワッシャー）により一体形成することも可能であり、バネ座金１４７は、ネジ山付シャフト１４２に挿通されて締結時にネジ穴の周縁と接触し、弾発力抑止手段１４５による弾発力の抑止が解除されたときには、その弾性形状に基づき弾発力を作用させて構造部材２２０に十分な押圧力を作用させて接触するよう構成されて、例えば、十分な締結力により締結されない場合であってもネジ穴周縁と十分な力を作用させて接触して締結力を高めるという、座金１４３と弾発力発生手段１４４との機能を併せ持つ。

このとき、本実施形態例におけるネジβ５は、図２０Ｃ示すように、締結力増強前においては、弾発力抑止手段１４５により、バネ座金１４７の弾発力に逆らい予めバネ座金１４７をネジ頭１４１と一体に密着させて強制固定しておく一方、図２０Ｄに示すように、ネジ穴に締結後に密着が解除されたときには、相対峙するネジ頭１４１の座面１４１ａとネジ穴周縁との間でバネ座金１４７の弾発力を作用させる。

以上、本発明の実施の形態につき、その第１例と第２例とを順次挙げて説明したが、本発明は、必ずしも上述した手段にのみ限定されるものではなく、前述した効果を有する範囲内において、適宜、変更実施することが可能なものである。

本発明は、例えば任意の被締結部材同士を接合するネジの、締付け操作あるいは緩め操作を、好適に行い得るものである。

Claims (21)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。
20. 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。
21. 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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