JP5797991B2 - ファスナ - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、ファスナに関する。

従来、２つの部材を１方向からの締め付けにより固定することが可能なネジ式のファスナが知られている（例えば非特許文献１参照）。このネジ式のファスナは、円柱状の胴体部の一方に鏃（やじり）形状の先端部を同軸上に設け、他方をグリップとしたものである。そして、ネジ式のファスナは、グリップを回転させると胴体部に収納されたネジが回転し、鏃形状の先端部が膨らむように構成されている。

従って、固定対象となるワークに予め設けられた孔にファスナの鏃形状の先端部を挿入し、グリップを回転させると鏃形状の先端部がワークの孔から抜けなくなる。このため、ファスナを一方向からワークに挿入して回転させるのみでファスナをワークに固定することができる。一方、ファスナのグリップを逆回転させれば先端部が元の太さに戻るため、ファスナの先端部をワークの孔から引き抜くことができる。

このような構造を有する従来のネジ式のファスナは、航空機の組立作業における部品の仮止めなどに利用されている。航空機の組立作業では、部品同士を一時的に固定したり、部品に一時的に治具を取り付けることが必要な場合がある。そこで、作業者は、回転ホルダを有する締緩工具でファスナのグリップを保持し、締緩工具を駆動させることによってファスナを固定対象となる部材に取り付けている。

ファスナを取り付けるための孔は、ハンドドリル等のハンドツールの他、自動穿孔機を用いて予め部材に設けることができる（例えば特許文献１参照）。

そして、ファスナにより部材が固定された状態で、作業者は必要な組立作業を行うことができる。作業が完了すると、作業者は、再び締緩工具でファスナのグリップを保持し、締緩工具を駆動させることによってファスナを部材から取り外すことができる。

特開２００５−１７７９５７号公報

Monogram Aerospace Fasteners、Temporary Fasteners Catalog、[ｏｎｌｉｎｅ]、[２０１１年８月２３日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.monogramaerospace.com/products/temporary_fasteners＞

上述のように、ファスナの部材への着脱は、従来、作業者による手作業によって行われている。このため、締緩工具等のハンドツールを用いた着脱作業を容易に行うことが可能なファスナの開発が望まれる。例えば、作業者がハンドツールを用いて手作業でファスナを部材に取り付ける場合には、より少ない動作でファスナを部材の孔に挿入できるようにすることが重要である。

加えて、ファスナの着脱の自動化が課題である。特に、ファスナを挿入するための孔を自動穿孔機によって加工する場合には、自動穿孔機によってファスナを自動的に取り付けることができるようにすることが望ましい。

しかしながら、従来のネジ式のファスナは、先端部をワークから引き抜くためにグリップを回転し続けると、ネジが外れてグリップが空転する。一方、自動穿孔機に備えられる回転ホルダは、主としてワンウェイクラッチ機構を有している。ワンウェイクラッチ機構は、一方の方向のみに回転力を伝達するクラッチ機構である。従って、回転トルクがグリップに負荷されている間はグリップが回転ホルダにより保持される。一方、グリップが空転すると、回転ホルダが緩んでグリップが落下する。

このため、ファスナの着脱を自動化するためには、ファスナのグリップが常に回転ホルダから外れないようにすることが必要となる。

そこで、本発明は、１方向からの取付け作業及び取外し作業によって、より効率的に対象物を固定及び解放することが可能なファスナを提供することを目的とする。

本発明の実施形態に係るファスナは、固定機構及びストッパを備える。固定機構は、挿入部を固定対象物に設けられた孔に挿入し、グリップを回転させて前記孔の内部及び外部における前記挿入部の太さを変えることによって前記挿入部を前記固定対象物に固定することが可能である。ストッパは、前記グリップの所定の回転位置において前記グリップの回転を止める。

本発明の実施形態に係るファスナによれば、１方向からの取付け作業によって、より効率的に対象物を固定することができる。

本発明の実施形態に係るファスナの斜視図。 図１に示すファスナの縦断面図。 図１に示すファスナを締緩用のハンドツールで保持した例を示す図。 図１に示すファスナを自動締緩装置で保持した例を示す図。 図１に示すファスナを対象物に固定した状態の一例を示す縦断面図。

本発明の実施形態に係るファスナについて添付図面を参照して説明する。

図１は本発明の実施形態に係るファスナの斜視図であり、図２は図１に示すファスナの縦断面図である。

ファスナ１は、予め貫通孔を設けた複数の固定対象物を、一方向からの取付け作業及び取外し作業によって互いに着脱可能に固定することが可能な締結具である。或いは、孔を設けた単一の固定対象物にファスナ１を一方向からの取付け作業及び取外し作業によって着脱可能に固定することができる。このような機能を有するファスナ１は、固定対象物に設けられた孔に挿入して固定するための固定機構２を有する。この固定機構２は、胴体部３、可動体４、固定板５及び筒状グリップ６を備えている。

固定機構２の胴体部３は、両端が開口している円筒形状を有する。胴体部３の内面には、軸方向の段差が２段設けられる。換言すれば、胴体部３には、段差によって次第に内径が小さくなり、かつ３つの内径を有する段差付きの貫通孔が設けられる。

胴体部３の内径が大きい側の一端には、円筒形状を有する筒状グリップ６の一部が挿入される。筒状グリップ６の外径は、胴体部３の中央における内径よりも大きく、胴体部３の端部の最も大きい内径よりも小さい。このため、筒状グリップ６を、胴体部３の内部において回転させることが可能である。また、筒状グリップ６の一端は、胴体部３の内部に形成される段差面に接触する。この結果、筒状グリップ６の他端は、胴体部３から突出し、突出した筒状グリップ６の他端に回転トルクを負荷することができる。また、筒状グリップ６の内面には、締緩用の雌ネジ６Ａのネジ溝が同軸状に設けられる。

固定機構２の可動体４は、棒状の細長い形状を有しており、挿入部７及び移動用ネジ部８を有する。挿入部７の先端は鏃形状を有する。一方、挿入部７の先端から離れた部分は、胴体部３の筒状グリップ６が挿入されていない側の最も小さい内径よりも小さい直径を有する円柱状の外形となっている。また、挿入部７の先端における鏃形状部も胴体部３の最も小さい内径よりも小さい直径を有する

また、挿入部７には、軸方向を長さ方向とする貫通した割溝９が設けられる。挿入部７の貫通した割溝９は、挿入部７の先端に近づくにつれて幅が狭くなる一方、先端から一定の距離だけ離れた部分では幅が一定となる形状を有する。従って、挿入部７は、先端付近を除き、外側が円柱の一部の面を形成し、内側が平面を形成する２枚の板状部材を並べた形状となる。

可動体４の移動用ネジ部８には、締緩用のネジ溝が設けられる。具体的には、移動用ネジ部８は、挿入部７よりも太く、かつ胴体部３の中央における内径よりも小さい太さの雄ネジである。また、移動用ネジ部８の雄ネジは、筒状グリップ６内に形成された雌ネジ６Ａと互いに締め合うことができるサイズとされている。

更に、移動用ネジ部８の挿入部７とは逆側の端部には、ストッパ８Ａが設けられる。ストッパ８Ａは、移動用ネジ部８に締められる筒状グリップ６の雌ネジ６Ａの回転を止める機能を有している。図２は、ストッパ８Ａとして移動用ネジ部８のネジ山よりも大きい直径を有する円板形状の部材を移動用ネジ部８の端部に接合した例を示している。

但し、筒状グリップ６の雌ネジ６Ａの回転を止める機能を有していれば、ストッパ８Ａの構造を任意の構造にすることができる。例えば、移動用ネジ部８のネジ溝加工を途中まで施すのみでも、筒状グリップ６の雌ネジ６Ａの回転を止めるストッパ８Ａを移動用ネジ部８の端部に形成することができる。この場合には、ストッパ８Ａは可動体４の一部となる。

一方、図２に示すようにストッパ８Ａと移動用ネジ部８とを一体化せずに、別の部材とする場合には、溶接等の任意の接合方法でストッパ８Ａを移動用ネジ部８に固定することができる。ストッパ８Ａと移動用ネジ部８とを別の部材とする場合には、ネジ固定機能に適した材料でストッパ８Ａを構成することができる。ストッパ８Ａ用の材料として汎用性の高い材料としては、Ｓ４５Ｃ等の炭素鋼が挙げられるが、他の金属やセラミックス等の任意の材料を用いることができる。

そしてこのような構造を有する可動体４は、移動用ネジ部８側が筒状グリップ６側となる向きで、筒状グリップ６及び胴体部３の内部に挿入される。このため、可動体４の移動用ネジ部８と筒状グリップ６の雌ネジ６Ａとが互いに締め合わされる。一方、可動体４の挿入部７は胴体部３から突出する。

但し、可動体４の移動用ネジ部８は胴体部３に対して回転しないように胴体部３の内部に配置される。移動用ネジ部８の胴体部３に対する回転の抑止方法は任意であるが、例えば胴体部３の内面にキー溝を設ける一方、移動用ネジ部８にキー溝に勘合するキーを設ける方法によって移動用ネジ部８の胴体部３に対する回転を抑止することができる。

また、移動用ネジ部８の端部には、ストッパ８Ａが設けられているため、移動用ネジ部８には常に筒状グリップ６の雌ネジ６Ａが締め合わされている状態となる。逆に、移動用ネジ部８側からみると、筒状グリップ６の雌ネジ６Ａの存在範囲は、移動用ネジ部８のネジ山の範囲となる。これは、筒状グリップ６とともに雌ネジ６Ａが回転し、雌ネジ６Ａが相対的に移動用ネジ部８の挿入部７と逆側の端部にまで到達すると、雌ネジ６Ａがストッパ８Ａに接触するためである。

一方、可動体４の割溝９には、板状の固定板５が挿入される。固定板５は可動体４の割溝９内において長手方向の所定のマージンが生じるように、割溝９の長さに応じた長さを有する。また、割溝９の深さ方向に対応する固定板５の幅は、固定板５が可動体４からはみ出ない程度の幅とされる。可動体４は、固定板５を挟んだ状態で固定板５の外側を滑ることができるように構成される。

一方、固定板５は胴体部３に固定される。固定板５の胴体部３に対する固定方法は任意であるが、例えば、胴体部３の内部に配置される固定板５の部分を、割溝９の深さ方向に設けた連結部材で胴体部３と連結することによって固定板５を胴体部３に固定することができる。従って、可動体４を固定板５及び胴体部３に対して長手方向に移動させることができる。

また、胴体部３に固定された固定板５は、移動用ネジ部８の回転を抑止する効果も有する。従って、キー溝とキーの勘合のような移動用ネジ部８の胴体部３に対する他の回転抑止機構を省略してもよい。

このような構造を有する固定機構２は、ネジを利用して挿入部７の太さを変える機能を有している。具体的には、挿入部７の太さを筒状グリップ６の回転量に応じた太さとすることができる。このため、挿入部７を単一又は複数の固定対象物に予め設けられた孔に挿入し、筒状グリップ６を回転させて挿入部７の太さを変えることによって挿入部７を固定対象物に固定することが可能である。

従って、固定機構２を構成要素とするファスナ１は、一方向からの締緩作業によって固定対象物への着脱が可能である。ファスナ１の締緩作業は、ファスナ１の締緩用のハンドツール又は自動締緩装置等の締緩工具で行うことができる。

図３は、図１に示すファスナ１を締緩用のハンドツールで保持した例を示す図である。

図３に示すように回転ホルダ１０を有するハンドツール１１でファスナ１の筒状グリップ６及び胴体部３の端部を保持し、作業者の手作業によってファスナ１の締緩作業を行うことができる。すなわち、ハンドツール１１を駆動させて筒状グリップ６を回転させることによってファスナ１の固定対象物への取付け及び取外しを行うことができる。一般的な回転ホルダ１０は、筒状グリップ６及び胴体部３の端部を、それぞれ一方の方向のみに回転力を伝達するワンウェイクラッチで保持する機構を有している。

図４は、図１に示すファスナ１を自動締緩装置で保持した例を示す図である。

図４に示すように、回転ホルダ１０を有する自動締緩装置２０でファスナ１の筒状グリップ６及び胴体部３の端部を保持することもできる。そして、自動締緩装置２０を駆動させて筒状グリップ６を回転させることによってファスナ１の固定対象物への取付け及び取外しを行うことができる。この場合、自動締緩装置２０にドリル等の穿孔工具を取り付けることができれば、固定対象物への孔の加工及びファスナ１の締緩作業を自動で行うことができる。

図５は、図１に示すファスナ１を対象物に固定した状態の一例を示す縦断面図である。

図５に示すようにワークとなる第１の固定対象物３０及び第２の固定対象物３１を重ね合わせ、ファスナ１の取付け及び取外し側となる第２の固定対象物３１側に治具３２を配置することができる。更に、第１の固定対象物３０、第２の固定対象物３１及び治具３２を同軸状に貫通する孔を、ファスナ１の挿入部７の挿入用のガイド孔とすることができる。

そして、挿入部７を第１の固定対象物３０及び第２の固定対象物３１の孔に挿入した状態で、図３又は図４に示すような締緩器具の回転ホルダ１０で筒状グリップ６を回転させると、固定板５の挿入部７に対する相対移動によって挿入部７が太くなり、ファスナ１で第１の固定対象物３０、第２の固定対象物３１及び治具３２等の固定対象物を固定することができる。

具体的には、挿入部７を第１の固定対象物３０、第２の固定対象物３１及び治具３２の孔に挿入した状態で筒状グリップ６にネジの締付けに必要な程度の回転トルクを負荷すると、筒状グリップ６とともに内側の雌ネジ６Ａが回転する。このため、筒状グリップ６の雌ネジ６Ａの締付けによって可動体４の移動用ネジ部８が固定対象物から離れる側、つまり挿入部７の挿入方向と反対側に移動する。従って、移動用ネジ部８と一体となっている挿入部７も固定対象物から引き抜かれる方向に移動する。

一方、固定板５は胴体部３に固定されているため、固定板５は固定対象物との相対位置を保ちながら静止する。この結果、固定板５は挿入部７の尖端側における割溝９によって挟まれる。すなわち、筒状グリップ６の回転移動が可動体４の平行移動に変換され、可動体４は、筒状グリップ６の回転角度に応じた距離だけ固定対象物から離れる側に移動する。

ここで、挿入部７の割溝９は、挿入部７の尖端ほど幅が狭くなっているため、割溝９の端部が固定板５に接近する程、固定板５によって割溝９が押し広げられることになる。すなわち、筒状グリップ６に回転動力を与えると、挿入部７が撓んで太くなる。この結果、挿入部７の太さは第１の固定対象物３０及び第２の固定対象物３１の孔の直径程度となり、挿入部７は、第１の固定対象物３０、第２の固定対象物３１の孔内面を押し広げる方向に力を付加する。

更に、筒状グリップ６に回転動力を与えると、挿入部７の尖端における鏃部分の大きさが第１の固定対象物３０の孔の直径よりも大きくなる。そして、挿入部７は、鏃部分が拡張した状態で第１の固定対象物３０から引き抜かれる側に移動する。このため、挿入部７の鏃部分が第１の固定対象物３０の孔を通過することができず、孔の外部において第１の固定対象物３０の表面に接触する。一方、胴体部３は相対的に治具３２に接近し、最終的に治具３２に接触する。すなわち、胴体部３の縁が治具３２の孔の縁に押し当てられる。

この結果、挿入部７と第１の固定対象物３０及び第２の固定対象物３１との摩擦力並びに胴体部３と挿入部７の鏃部分とで固定対象物を挟み込む力によって、ファスナ１は、第１の固定対象物３０、第２の固定対象物３１及び治具３２に固定される。換言すれば、第１の固定対象物３０、第２の固定対象物３１及び治具３２をファスナ１によって固定することができる。

そして、作業者は第１の固定対象物３０及び第２の固定対象物３１をワークとして必要な作業を行うことができる。例えば、ファスナ１を挿入した孔の他に治具３２に設けた穿孔用ガイド孔に従い、ドリル等の穿孔工具を用いて固定対象物への穿孔加工を行うことができる。

更に、作業が終了すると、筒状グリップ６を逆回転させることによって、ファスナ１を第１の固定対象物３０、第２の固定対象物３１及び治具３２の孔から引き抜くことができる。従って、ファスナ１は、第１の固定対象物３０及び第２の固定対象物３１の仮止め用に用いることができる。

具体的には、固定対象物に固定された状態におけるファスナ１の筒状グリップ６を、ファスナ１の固定時と逆方向に回転させると、筒状グリップ６内の雌ネジ６Ａの回転によって可動体４の移動用ネジ部８が軸方向に平行移動し、可動体４の挿入部７は固定対象物の孔への挿入方向に移動する。この結果、胴体部３に固定された固定板５は、挿入部７の割溝９内において挿入部７の尖端から離れた位置となる。

そうすると、挿入部７は、固定板５から付与された力から解放され、再び元の太さに戻る。すなわち、挿入部７の太さが固定対象物の孔の直径よりも小さくなる。これにより、挿入部７の鏃部分と胴体部３とによる固定対象物の挟み込みが解除される。そして、このため、挿入部７を固定対象物から引き抜くことによって、固定対象物の固定状態を解除することができる。

更に、筒状グリップ６をファスナ１の固定時と逆方向に回転し続けると、移動用ネジ部８が挿入部７の挿入方向に一層移動し、移動用ネジ部８の端部に設けられたストッパ８Ａが筒状グリップ６内の雌ネジ６Ａに押し付けられる。この結果、筒状グリップ６の所定の回転位置において雌ネジ６Ａとともに筒状グリップ６の回転が止められる。具体的には、挿入部７の最小の太さに対応する筒状グリップ６の回転位置において、筒状グリップ６の回転がストッパ８Ａにより静止される。換言すれば、ストッパ８Ａにより筒状グリップ６の回転の範囲が制限される。

従って、ファスナ１の挿入部７の太さが固定対象物の孔の直径よりも細くなり、挿入部７が固定対象物に固定されない状態となっても、ストッパ８Ａの作用により筒状グリップ６の回転が停止する。この結果、図３に示すハンドツール１１又は図４に示す自動締緩装置２０の回転ホルダ１０からは、筒状グリップ６に回転力が伝達され続ける。すなわち、ワンウェイクラッチ機構によって筒状グリップ６が回転ホルダ１０に強固に保持される。

このため、ファスナ１の着脱がハンドツール１１を用いた手作業である場合には、ハンドツール１１を固定対象物から離す方向に引けば、ハンドツール１１に保持されたファスナ１の挿入部７を固定対象物の孔から引き抜くことができる。

一方、ファスナ１が自動締緩装置２０に装着されている場合には、自動締緩装置２０に備えられる回転ホルダ１０の軸方向における移動制御によって、回転ホルダ１０に保持されたファスナ１の挿入部７を固定対象物の孔から自動的に引き抜くことができる。

つまり以上のような、ファスナ１は、筒状グリップ６に設けられるネジの回転を止めるためのストッパ８Ａを設けたものである。このため、ファスナ１は、挿入部７の太さが固定対象物の孔の直径よりも細くなり、挿入部７が固定対象物に固定されない状態となった後に、筒状グリップ６が空転することがない。

従って、ファスナ１を自動締緩装置２０の回転ホルダ１０に保持した状態で、自動的に固定対象物から引き抜くことができる。すなわち、自動締緩装置２０の回転ホルダ１０に、ワンウェイクラッチ機構以外の複雑な筒状グリップ６の着脱機能を設けることなく、簡易にファスナ１の着脱を行うことができる。換言すれば、標準的な回転ホルダ１０のワンウェイクラッチ機構を利用して、ファスナ１の着脱を行うことができる。このため、特に、自動穿孔機等の既存の設備をファスナ１の自動締緩装置２０としてそのまま利用することが可能となる。

更に、自動締緩装置２０に、回転ホルダ１０の回転状態を検知する機能を設ければ、自動締緩装置２０側において、ファスナ１の締付状態を判断することができる。従って、ファスナ１の締付状態の判定結果に応じてファスナ１を引き抜くタイミングを適切に制御することができる。或いは、予めファスナ１の着脱時間を計測し、回転ホルダ１０の軸方向における移動の時間制御によっても簡易にファスナ１を引き抜くタイミングを制御することが可能である。このため、作業者を介さずに、自動締緩装置２０のみで、ファスナ１の着脱を完結することができる。

一方、ハンドツール１１を用いた手作業の場合には、従来、ファスナが筒状グリップの空転によって回転ホルダ１０から脱落することを作業者が確認し、ハンドツール１１を固定対象物から引き離す動作と、ハンドツール１１から脱落した従来のファスナを固定対象物から引き抜く動作が必要であった。

これに対して、ファスナ１は、ハンドツール１１から脱落することがないため、ハンドツール１１を固定対象物から引き離す動作のみでファスナ１を固定対象物から引き抜くことができる。従って、ファスナ１の着脱に必要な作業者の動作を減らすことができる。加えて、グリップの空転ではなく、回転ホルダ１０の停止によってファスナ１の締付状態を判断することができる。従って、ファスナ１の着脱に必要な作業時間及び消費エネルギの低減にも繋がる。

このように、ファスナ１によれば、ハンドツール１１による手作業であるか自動締緩装置２０による自動作業であるかを問わず、１方向からの取付け作業及び取外し作業によって、より効率的に固定対象物を固定及び解放することが可能である。

以上、特定の実施形態について記載したが、記載された実施形態は一例に過ぎず、発明の範囲を限定するものではない。ここに記載された新規な方法及び装置は、様々な他の様式で具現化することができる。また、ここに記載された方法及び装置の様式において、発明の要旨から逸脱しない範囲で、種々の省略、置換及び変更を行うことができる。添付された請求の範囲及びその均等物は、発明の範囲及び要旨に包含されているものとして、そのような種々の様式及び変形例を含んでいる。

例えば、上述した実施形態では、ネジを利用して筒状グリップ６の回転量を可動体４の軸方向の移動量及び挿入部７の太さに変換するファスナ１を示したが、他のメカニズムにより筒状グリップ６の回転量を挿入部７の太さに変換するようにファスナ１を構成してもよい。その場合には、ファスナ１の構造に応じて筒状グリップ６の回転を所定の回転位置において止める機能を有するストッパがファスナ１に備えられる。

１ ファスナ
２ 固定機構
３ 胴体部
４ 可動体
５ 固定板
６ 筒状グリップ
６Ａ 雌ネジ
７ 挿入部
８ 移動用ネジ部
８Ａ ストッパ
９ 割溝
１０ 回転ホルダ
１１ ハンドツール
２０ 自動締緩装置
３０ 第１の固定対象物
３１ 第２の固定対象物
３２ 治具
ＡＸ 挿入方向

Claims (2)

1. 挿入部を固定対象物に設けられた孔に挿入し、グリップを回転させて前記孔の内部及び外部における前記挿入部の太さを変えることによって前記挿入部を前記固定対象物に固定することが可能な固定機構と、
   前記グリップの所定の回転位置において前記グリップの回転を止めるストッパと、
   を備えるファスナ。
2. 前記固定機構は、ネジを利用して前記挿入部の太さを変えるように構成され、前記ストッパは前記ネジの端部に設けられる請求項１記載のファスナ。

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