JP5060162B2 - ねじ回し及びねじの締め付け方法 - Google Patents

Description

この発明はねじ頭にすりわりや十字穴、六角穴などのねじを回すための構造（リセス）のないねじであっても回すことができるねじ回し及びねじの締め付け方法に関する。

ねじは部材の接合手段として広く利用されており、ねじを締め付けるためには例えばねじ頭に形成されているすりわりや十字穴などのリセスに同じ形のねじ回しを差し込み、ねじ回しを回して締め付けトルクを与える手法が一般的である。
しかしながら、締め付けられたねじはそのねじ頭のリセスに合ったねじ回しがあれば緩めることも簡単にでき、このような特性はねじを締め付けた後に第三者によって緩められては困る場合において不適切であり、また緩めてはいけないねじを誤って緩めてしまうといったことが起きうる原因となっていた。
さらに、ねじを用いて接合された部材は、ねじ頭に存在するリセスによってその表面の美観が損なわれるといった問題もある。

一方、ねじ頭にリセスがなく、その頂面が単なる平面とされているようなねじを回すための手法が研究されており、例えば非特許文献１にはそのようなねじを回すためのねじ回しが記載されている。
この非特許文献１に記載されているねじ回しは超音波モータの原理を利用し、その振動子をねじ回しとするものであり、ねじ回しは互いに直交する方向にたわみ振動を発生させる２組の圧電素子がボルト締めされて振動子先端面に回転運動が発生する構成とされたランジュバン振動子によって構成されている。
そして、回転運動を行うランジュバン振動子の先端面をねじ頭に押し付けることでねじに回転力を与え、ねじを回すことができるものとなっている。
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講演論文集、日本機械学会、２００４年６月

しかるに、上述した非特許文献１に記載されている圧電ねじ回しは十分な締め付けトルクを実現するまでには至っておらず、またねじ締め速度の点においても十分な速度を得られていない。
この発明の目的はこのような状況に鑑み、ねじ頭にねじを回すためのリセスのないねじを高速かつ所要のトルクで締め付けることが可能なねじ回し及びねじの締め付け方法を提供することにある。

請求項１の発明によれば、ねじ頭にすりわりや十字穴などのリセスのないねじを回すねじ回しは、タービン軸と、そのタービン軸に取り付けられ、遠心式タービンを構成するように円盤上に複数の羽根が放射状に配列されてなる羽根車と、タービン軸及び羽根車を収容し、タービン軸を回転自在に支持するボディと、前記円盤と反対側において前記複数の羽根と連結一体化されたねじ押し付け部材と、ボディに形成された空気流路に接続されて空気を吸引するポンプとを備え、ボディには前記空気流路につながる空気の入口が羽根車の回りを囲むように形成され、ねじ押し付け部材にはその先端面のねじ頭と接する箇所に一端が開口し、他端が羽根車の中央に開口する貫通穴と、その貫通穴の内周面に一端が開口し、他端がねじ頭と接する箇所以外に開口する空気穴とが形成され、ねじ押し付け部材の前記羽根側の端面は、前記複数の羽根の位置する空間が羽根車の中心から外周側に向って漸次縮小されるように漏斗形とされており、ポンプを駆動することにより、ねじのねじ頭がねじ押し付け部材に負圧によって吸引固定されると共に、羽根車が回転してねじが回転される構造とされる。

請求項２の発明では請求項１の発明において、ねじ押し付け部材のねじ頭と接する箇所が柔軟性を備えた高摩擦材で構成される。

請求項３の発明では請求項１の発明において、前記貫通穴の前記一端が放射状に配列された複数のスリットよりなるものとされる。

請求項４の発明では請求項１の発明において、ねじ押し付け部材の前記先端面側が空気よりも密度の大きい流体中に位置され、前記空気穴の前記他端は空気中に位置される。

請求項５の発明によれば、タービン軸と、そのタービン軸に取り付けられ、遠心式タービンを構成するように円盤上に複数の羽根が放射状に配列されてなる羽根車と、それらタービン軸及び羽根車を収容し、タービン軸を回転自在に支持するボディと、前記円盤と反対側において前記複数の羽根と連結一体化されたねじ押し付け部材と、ボディに形成された空気流路に接続されて空気を吸引するポンプとを備え、ボディには前記空気流路につながる空気の入口が羽根車の回りを囲むように形成され、ねじ押し付け部材にはその先端面のねじ頭と接する箇所に一端が開口し、他端が羽根車の中央に開口する貫通穴と、その貫通穴の内周面に一端が開口し、他端がねじ頭と接する箇所以外に開口する空気穴とが形成され、ねじ押し付け部材の前記羽根側の端面は、前記複数の羽根の位置する空間が羽根車の中心から外周側に向って漸次縮小されるように漏斗形とされているねじ回しを用い、ポンプを駆動してねじ押し付け部材の先端面をねじ頭に押し付けることにより、負圧によってねじ頭をねじ押し付け部材に吸引固定し、そのねじ頭を吸引したねじ押し付け部材がポンプの駆動により回転する羽根車と共に回転することにより、すりわりや十字穴などのねじ頭のリセスを使用することなく、ねじを回して締め付ける。

この発明によれば、ねじ頭にすりわりや十字穴などのねじを回すためのリセスのないねじを高速に回すことができ、かつ強い締め付けトルクで締め付けることができる。

この発明の実施形態を図面を参照して実施例により説明する。
図１はこの発明によるねじ回しの一実施例の構成を示したものであり、この例では略円柱状のボディ１１にタービン軸１２が回転自在に支持され、そのタービン軸１２に取り付けられている羽根車１３に、ねじ頭に押し付けられるねじ押し付け部材１４が取り付けられた構造となっている。

羽根車１３は円盤１３ａ上に複数の羽根１３ｂが放射状に配列されてなるもので、遠心式タービンを構成するものとされ、その円盤１３ａ側にタービン軸１２が配設されている。羽根車１３及びタービン軸１２はボディ１１に収容されており、羽根車１３はボディ１１に形成された凹部１５内に位置し、タービン軸１２はその凹部１５の底面に形成されている穴（めくら穴）１６内に位置されている。穴１６には一対のベアリング１７，１８が配置され、これらベアリング１７，１８によってタービン軸１２は回転自在に支持されている。なお、図１中、２１，２２はベアリング１７，１８を位置決めするリングを示す。

ねじ押し付け部材１４は円柱状の外形をなし、羽根車１３の円盤１３ａと反対側において複数の羽根１３ｂの先端（軸方向先端）に連結一体化されている。ねじ押し付け部材１４の先端面１４ａは平面とされ、これに対し、羽根１３ｂ側の他端面１４ｂは複数の羽根１３ｂの位置する空間が羽根車１３の中心から外周側に向って漸次縮小されるように、いわゆる漏斗形（朝顔形）をなすものとされている。

ねじ押し付け部材１４には一端が先端面１４ａに開口し、他端が他端面１４ｂにおいて羽根車１３の中央に開口する貫通穴２３が形成されており、さらに貫通穴２３の内周面に一端が開口し、他端が先端面１４ａに開口する一対の空気穴２４がこの例では互いに１８０°をなす位置に形成されている。なお、ねじ押し付け部材１４の先端面１４ａにはねじを回す際（締め付ける際）、図１に示したようにねじ２５のねじ頭２５ａが当接され、貫通穴２３はこのねじ頭２５ａと接する箇所に開口され、これに対し、一対の空気穴２４はねじ頭２５ａと接する箇所以外に開口されている。図１ではねじ２５はさら形状のねじ頭２５ａを有するものとして示している。

ボディ１１の内部には空気流路２６が略円筒形状をなすように形成されており、この空気流路２６につながる空気の入口２７が羽根車１３の回りを囲むようにボディ１１に形成されている。また、ボディ１１の側面にはポンプ接続口１１ａが設けられ、空気流路２６はこのポンプ接続口１１ａに至るように形成されている。なお、ポンプの図示は省略している。

上記のような構造において、ボディ１１は例えば樹脂製とされ、羽根車１３及びねじ押し付け部材１４も例えば樹脂製とされる。羽根車１３とねじ押し付け部材１４は一体成形してもよく、また別々に成形して接着等により連結固定してもよい。なお、羽根車１３は金属製としてもよい。タービン軸１２は金属製とされる。

この図１に示したねじ回しではポンプ接続口１１ａに接続したポンプ（図示せず）を駆動して空気を吸引すると、空気は矢印で示したように流れ、タービン軸１２に軸支されている羽根車１３はその中心に貫通穴２３から流入してくる空気によって回転し、この羽根車１３の回転と共にねじ押し付け部材１４が回転する。羽根車１３から放射状に排出される空気はボディ１１に設けられている空気の入口２７より空気流路２６に入り、空気流路２６を経由してポンプに吸い込まれる。この時、タービン（羽根車１３）を駆動する空気流は高速であるため、ねじ押し付け部材１４内の空気流路の圧力は大気圧に比べて低くなり、よってねじ押し付け部材１４の先端面１４ａの中央（貫通穴２３が形成されている箇所）をねじ頭２５ａに押し付けることにより、負圧によってねじ頭２５ａは図１に示したようにねじ押し付け部材１４に吸引固定され、ねじ２５はねじ押し付け部材１４と共に回転することになる。空気穴２４はねじ２５を吸引固定している間も空気が流れて羽根車１３が回転するように設けられている。

つまり、この例ではポンプを駆動し、タービンを回転させてねじを回すための回転力を得ると共に、その際の空気流によって発生する負圧を利用してねじ頭を吸引固定するものとなっており、これによりねじ頭にねじを回すためのリセスのないねじであっても所要の締め付けトルクで高速に締め付けることができるものとなっている。締め付けトルクは例えばポンプの性能に依存し、よってポンプを選定することにより所要の強い締め付けトルクを実現することができる。なお、羽根車１３と共に回転するねじ押し付け部材１４の羽根車１３側の端部はボディ１１に収容されており、この端部とボディ１１との間には気密性を確保すべく、図１に示したようにシーリング材２８が配置されている。

上述した例では一対の空気穴２４を設けているが、空気穴２４は１つでもよく、また３つ以上設けてもよい。また、空気穴２４の空気流入口となる開口はこの例ではねじ押し付け部材１４の先端面１４ａに位置されているが、先端面１４ａ以外の箇所に位置させてもよい。

図２は図１に示したねじ回しに対し、ねじ押し付け部材１４の先端面１４ａのねじ頭２５ａと接する箇所に、柔軟性を備えた高摩擦材３１を配置した例を示したものであり、高摩擦材３１はねじ押し付け部材１４の先端面１４ａに設けた凹部に位置されて例えば接着固定されている。
このような柔軟性を備えた高摩擦材３１を設けることにより、ねじ頭２５ａとの摩擦力が向上し、ねじ頭２５ａの吸着性を向上させることができる。高摩擦材３１としては例えばゴム材を用いることができる。

一方、図３はねじ押し付け部材１４において先端面１４ａのねじ頭と接する箇所に開口する貫通穴２３の形状を変えた例を示したものであり、この例では貫通穴２３の端部（一端）は放射状に配列された複数のスリット２３ａよりなるものとされている。
貫通穴２３の一端をこのように放射状に配列された複数スリット２３ａとすることにより、ねじ頭２５ａの吸着性を向上させることができる。なお、図３Ｂにはねじ頭２５ａの径（大きさ）を二点鎖線で示している。

図４はねじ押し付け部材１４の先端面１４ａ側を空気よりも密度の大きい流体中に位置させることにより、ねじ頭２５ａをねじ押し付け部材１４に押し付ける力を強くすることができるようにしたものであり、ねじ締め時にこのような構成を採用することもできる。図４では液体３３中にねじ押し付け部材１４の先端面１４ａ側が位置されている。液体３３には例えば機械油を用いることができ、また水を用いることもできる。なお、この場合、図４に示したように空気穴２４は空気中に開口するように形成される。

この発明によるねじ回しの第１の実施例を説明するための図。 この発明によるねじ回しの第２の実施例を説明するための図。 この発明によるねじ回しの第３の実施例を説明するための図。 この発明によるねじ回しの第４の実施例を説明するための図。

Claims (5)

1. ねじ頭にすりわりや十字穴などのリセスのないねじを回すねじ回しであって、
   タービン軸と、
   そのタービン軸に取り付けられ、遠心式タービンを構成するように円盤上に複数の羽根が放射状に配列されてなる羽根車と、
   前記タービン軸及び羽根車を収容し、前記タービン軸を回転自在に支持するボディと、
   前記円盤と反対側において前記複数の羽根と連結一体化されたねじ押し付け部材と、
   前記ボディに形成された空気流路に接続されて空気を吸引するポンプとを備え、
   前記ボディには前記空気流路につながる空気の入口が前記羽根車の回りを囲むように形成され、
   前記ねじ押し付け部材にはその先端面のねじ頭と接する箇所に一端が開口し、他端が前記羽根車の中央に開口する貫通穴と、その貫通穴の内周面に一端が開口し、他端が前記ねじ頭と接する箇所以外に開口する空気穴とが形成され、
   前記ねじ押し付け部材の前記羽根側の端面は、前記複数の羽根の位置する空間が前記羽根車の中心から外周側に向って漸次縮小されるように漏斗形とされており、
   前記ポンプを駆動することにより、ねじのねじ頭が前記ねじ押し付け部材に負圧によって吸引固定されると共に、前記羽根車が回転してねじが回転される構造とされていることを特徴とするねじ回し。
2. 請求項１記載のねじ回しにおいて、
   前記ねじ押し付け部材の前記ねじ頭と接する箇所が柔軟性を備えた高摩擦材で構成されていることを特徴とするねじ回し。
3. 請求項１記載のねじ回しにおいて、
   前記貫通穴の前記一端が放射状に配列された複数のスリットよりなることを特徴とするねじ回し。
4. 請求項１記載のねじ回しにおいて、
   前記ねじ押し付け部材の前記先端面側が空気よりも密度の大きい流体中に位置され、前記空気穴の前記他端は空気中に位置されることを特徴とするねじ回し。
5. タービン軸と、そのタービン軸に取り付けられ、遠心式タービンを構成するように円盤上に複数の羽根が放射状に配列されてなる羽根車と、それらタービン軸及び羽根車を収容し、タービン軸を回転自在に支持するボディと、前記円盤と反対側において前記複数の羽根と連結一体化されたねじ押し付け部材と、前記ボディに形成された空気流路に接続されて空気を吸引するポンプとを備え、前記ボディには前記空気流路につながる空気の入口が前記羽根車の回りを囲むように形成され、前記ねじ押し付け部材にはその先端面のねじ頭と接する箇所に一端が開口し、他端が前記羽根車の中央に開口する貫通穴と、その貫通穴の内周面に一端が開口し、他端が前記ねじ頭と接する箇所以外に開口する空気穴とが形成され、前記ねじ押し付け部材の前記羽根側の端面は、前記複数の羽根の位置する空間が前記羽根車の中心から外周側に向って漸次縮小されるように漏斗形とされているねじ回しを用いてねじを締め付ける方法であって、
   前記ポンプを駆動して前記ねじ押し付け部材の先端面をねじ頭に押し付けることにより、負圧によってねじ頭をねじ押し付け部材に吸引固定し、
   そのねじ頭を吸引したねじ押し付け部材が前記ポンプの駆動により回転する前記羽根車と共に回転することにより、すりわりや十字穴などのねじ頭のリセスを使用することなく、ねじを回して締め付けることを特徴とするねじの締め付け方法。

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