JP6376008B2

JP6376008B2 - 固定具

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Description

本発明は、筒状の対象物を固定するための固定具に関する。

製造現場などでは、各種センサが用いられることになるが、このようなセンサは、製造装置などから生じる振動などに影響されないように、固定しておく必要がある。すなわち、予め設定した検出範囲や検出感度などがずれないように、固定しておくことが必要である。このようなセンサの一例として、光を照射するとともに、その光の反射光に基づいて、検出対象の有無や表面の状態などを検出する光電センサが知られている。この光電センサでは、光の照射および反射光の受光を行なうファイバヘッドが用いられる場合があり、このファイバヘッドを適切に固定する必要がある。なお、ファイバヘッドは、光電センサの本体から実際に光の照射および受光を行なうための部分までを光ファイバで構成した場合に、当該光ファイバの末端に接続される部材である。ファイバヘッドに関係する構成として、例えば、特開２０１２−０７８５３０号公報（特許文献１）には、光ファイバケーブルのプラグ部を保持するクランプ装置を開示する。

特開２０１２−０７８５３０号公報

上述の特開２０１２−０７８５３０号公報（特許文献１）に開示される構成においては、筐体に挿通孔が形成されており、この挿通孔（差込部）に光ファイバケーブルのプラグ部が差し込まれることで、光ファイバケーブルが固定される。

しかしながら、現実の光ファイバケーブルには、製造バラツキによる誤差（以下、「公差」とも称す。）が存在し、このような公差を考慮した場合には、挿通孔（差込部）の内径を大きめに作成する必要があり、適切な固定が難しい。

逆に、適切な固定を行なおうとすれば、内径を小さくせざるを得ず、その場合には、対象物を損傷させる可能性がある。

そのため、ある程度の公差を有する筒状の対象物であっても、当該対象物を損傷させることなく、かつ、適切に固定できる固定具が望まれている。

本発明のある局面に係る固定具は、筒状の対象物を固定する。固定具は、基部と、基部上に設けられた一対の保持部とを含む。保持部は、対象物と接触して対象物を挟持するための挟持部と、挟持部に対して基部が存在する側とは反対側に設けられ、一対の保持部の間隔を調整するための締結部材が貫通するための貫通孔が設けられたヘッド部とを含む。記締結部材により与えられる変形に対する挟持部の剛性が当該変形に対するヘッド部の剛性より小さくなるように、挟持部およびヘッド部は構成されている。対象物の軸方向に直交する面における、基部から保持部の端部までの距離は、対象物に規定されている公差に応じて定められており、締結部材による外力が与えられていないときの一対のヘッド部の間隔は、対象物に許容される応力に応じて定められている。

好ましくは、対象物の軸方向に直交する面において、挟持部の肉厚は、当該挟持部から延びるヘッド部の肉厚に比較して小さくなるように構成されている。

好ましくは、基部から保持部の端部までの距離は、対象物が配置された位置に生じるたわみ量が対象物の公差の１／２以上になるように定められる。

好ましくは、一対のヘッド部の間隔は、締結部材により一対のヘッド部の間を接触させるまでのたわみが生じた場合に、対象物に発生する応力が許容値に収まるように定められる。

好ましくは、挟持部は、対象物の外周面の形状に適合するように構成されている。
さらに好ましくは、対象物の断面形状は、円筒または多角形である。

さらに好ましくは、保持部は、挟持部と基部との間に設けられた延伸部をさらに含む。
好ましくは、貫通孔は、ヘッド部において、基部が存在する側とは反対側の端により近い位置に設けられている。

本実施の形態に係る固定具によれば、ある程度の公差を有する筒状の対象物であっても、当該対象物を損傷させることなく、かつ、適切に固定できる。

本発明の関連技術に係る固定具の例を示す模式図である。本実施の形態に係る固定具の各部の大きさを検討するための構造モデルを示す模式図である。本実施の形態に係る固定具の第１の構造例を示す模式図である。図３に示す固定具の一使用形態を示す模式図である。本実施の形態に係る固定具の第２の構造例を示す模式図である。図３に示す本実施の形態に係る固定具についてのシミュレーション結果の一例を示す図である。図５に示す本実施の形態に係る固定具についてのシミュレーション結果の一例を示す図である。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。

本実施の形態においては、筒状の対象物の一例として、光電センサなどに用いられる円筒状のファイバヘッドを取り上げて説明するが、ファイバヘッドに限定されることなく、各種の対象物に適用可能である。

＜Ａ．関連技術＞
本実施の形態に係る固定具について説明する前に、本発明の関連技術について説明する。図１は、本発明の関連技術に係る固定具の例を示す模式図である。

図１（Ａ）には、一点止め固定具の一例である固定具２００を示す。固定具２００には、固定されるべき対象物２を貫通させるための孔部２０２が設けられている。対象物２は、その中心軸２１０に沿って孔部２０２に挿入される。孔部２０２によって形成される円周の一部は、切り欠かれてスリット２０４が形成されている。スリット２０４を介して互いに対向する面の略中心には、スリット２０４の間の間隔を狭めるための締結部材であるボルトを貫通させるための貫通孔２０６が設けられている。ボルトはその貫通方向２０８に沿って挿入され、そのボルトをナットとの間で締め付けることで、固定具２００全体に応力が発生する。この応力によって、孔部２０２の内径が小さくなることで、対象物２との接触力が増大し、対象物２が固定具２００に固定される。スリット２０４を挟んだ位置にある貫通孔２０６の両側からボルトとナットで締め付ける構成を採用してもよいし、一方の貫通孔２０６の内径にネジ溝を形成しておき、ボルトと嵌合するナットになっている構成を採用してもよい。

図１（Ｂ）は、複数点止め固定具の一例である固定具３００を示す。固定具３００は、上側部材３０２と下側部材３０４とからなり、２またはそれ以上のネジなどの締結部材を用いて締め付けることで、これらの部材間を接合する。上側部材３０２および下側部材３０４は、固定されるべき対象物２を貫通させるための孔部３０６が両者を接合した状態で形成されるように構成されている。対象物２は、その中心軸３１６に沿って孔部３０６に挿入される。

上側部材３０２および下側部材３０４を貫通する貫通孔３１２および３１４が形成されている。貫通孔３１２および３１４の内面には、ネジ溝が形成されている。貫通孔３１２および３１４の延伸方向である貫通方向３０８および３１０に沿って、それぞれネジが挿入されることで、上側部材３０２と下側部材３０４との間の間隔が狭められ、これによって対象物２との接触力が増大し、対象物２が固定具３００に固定される。

図１（Ａ）に示される一点止めの固定具２００、および図１（Ｂ）に示される複数点止めの固定具３００のいずれにおいても、締め付けトルクの管理が重要になってくる。すなわち、いずれの固定具においても、固定される対象物２に対して、締結部材による締め付けトルクに相当する応力がそのまま作用することになる。つまり、締結部材に与えられた締め付けトルクがそのまま対象物２に対する荷重となる。したがって、対象物２には、締結部材に対する締め付けトルク以上の剛性が要求される。対象物２に対に対して、その剛性を超える応力（締め付けトルク）を与えてしまうと、対象物２が破損するため、トルクレンチなどを用いた、締め付けトルクの管理が必要である。

一方で、対象物２の外径などには、製造バラツキによるある程度の誤差（公差）が存在する。仮に、締め付けトルクを管理したとしても、公差が大きければ、対象物２に対して課題な応力が生じることになる。また、図１（Ａ）に示される一点止めの固定具２００では、孔部２０２の内径は、スリット２０４の幅に応じた量しか変位できず、その変位量は相対的に小さいので、公差の小さな対象物２だけを固定することしかできない。また、複数点止めの固定具３００では、貫通孔３１２および３１４のそれぞれを貫通する締結部材に与える締め付けトルクを略同じにしておかなければ、対象物２に対する荷重がアンバランスになる。

以上のように、関連技術に係る固定具には、対象物２に対する過大な応力が生じる可能性、および、許容される公差の大きさについての制限といった課題が存在する。

例えば、ファイバヘッドは、その被覆を樹脂加工（典型的には、テフロン（登録商標）加工）されている場合があり、このような樹脂加工されたファイバヘッドの外径は、バラツキが大きい。例えば、図１（Ｂ）に示すような複数点止めの固定具３００を用いた場合には、外径が公差内の最大値となっている対象物２については、締め付け過ぎる（過大な応力が与えられる）という課題が生じ得、一方、外径が公差内の最小値となっている対象物２については、十分に締め付けることができない（固定できない）という課題が生じ得る。

本実施の形態に係る固定具は、上述のような関連技術における課題を克服し、ある程度の公差を有する筒状の対象物２であっても、対象物２を損傷させることなく、かつ、適切に固定することを目的とする。

＜Ｂ．基礎検討＞
図２は、本実施の形態に係る固定具の各部の大きさを検討するための構造モデルを示す模式図である。図２（Ａ）には、一点止め固定具（典型的には、図１（Ａ）に示す固定具２００）の構造を単純化した構造モデルを示す。図１（Ａ）に示す固定具２００に示すように、孔部２０２によって形成される円周の一部にスリット２０４（切り欠き部）が形成されており、貫通孔２０６にボルト（締結部材）を貫通させて締め付けることで、対象物２を固定する構成は、図２（Ａ）に示すような、単純な片持ち梁としてモデル化することができる。すなわち、対象物２に生じる応力は、片持ち梁のモデルにおける応力計算に従って算出できる。

まず、固定具に生じる全荷重Ｗは、規定の締め付けトルクでボルト（締結部材）を締結したときの力Ｐと一致する。すなわち、以下の（１）式が成立する。

Ｗ＝Ｐ …（１）
Ｂ面に沿った反力Ｒｂは、Ｂ面に沿ったせん断力Ｑｂと同じ大きさで、かつその作用方向が反対になる。また、Ｂ面に沿った反力Ｒｂは、規定の締め付けトルクでボルト（締結部材）を締結したときの力Ｐとも一致する。すなわち、以下の（２）式が成立する。

Ｒｂ＝−Ｑｂ＝Ｐ …（２）
図２（Ａ）に示される構造モデルでは、Ｂ面から距離ｘの位置に対象物２が配置されるとする。すると、対象物２が配置される位置（Ｂ面から距離ｘの位置）における曲げモーメントＭｘは、規定の締め付けトルクでボルト（締結部材）を締結したときの力ＰとＢ面からの距離ｘとの積に比例する。同様に、Ａ点における曲げモーメントＭａは、規定の締め付けトルクでボルト（締結部材）を締結したときの力Ｐと、Ｂ面とＡ点との間の距離ｂとの積に比例する。すなわち、以下の（３）式および（４）式が成立する。

Ｍｘ＝−Ｐ×ｘ …（３）
Ｍａ＝−Ｐ×ｌ …（４）
そして、Ｂ面から距離ｘの位置に生じる回転角θｘおよびたわみδｘ、ならびに、Ａ点に生じる回転角θＡおよびたわみδＡは、Ａ点における曲げモーメントＭａ（＝−Ｐ×ｌ）、ヤング率Ｅ、断面二次モーメントＩを用いて、梁のたわみ計算式に従って、以下の（５）式〜（８）式のように算出できる。

θＡ＝−（Ｐ×ｌ^２）／（２×Ｅ×Ｉ） …（５）
θｘ＝−（Ｐ×（ｌ^２−ｘ^２））／（２Ｅ×Ｉ） …（６）
δｘ＝（（Ｐ×ｌ^３）／（３×Ｅ×Ｉ））×（１−（３×ｘ／２×ｌ）＋（ｘ^３／２×ｌ^３） …（７）
δＡ＝（Ｐｌ^３）／（３×Ｅ×Ｉ） …（８）
Ｂ面から距離ｘの位置で対象物２が固定されるとすると、対象物２の公差とたわみδｘとの関係は、以下の２つの場合が存在する。

対象物２の公差≦２δｘ …（９）
対象物２の公差＞２δｘ …（１０）
（９）式が成立する場合には、たわみδｘは、対象物２の公差の全範囲を含むことになるので、対象物２は固定されることになる。これに対して、（１０）式が成立する場合には、対象物２の公差外にたわみδｘがあるため、対象物２が固定されないことになる。つまり、対象物２を固定するためには、（９）式が成立するように各部の大きさなどを設計する必要がある。

一方で、力Ｐにより点Ａがたわみ、点Ａ同士が接触すると、対象物２にはそれ以上の応力が生じない。すなわち、点Ａ間の間隔ａは、対象物２に生じる応力の最大値を規定する。より具体的には、以下の（１１）式に示す条件が必要になる。

２δＡ＝ａ …（１１）
上述の（９）式および（１１）式の両方を満足する長さｌおよび間隔ａを決定することで、対象物２に公差が存在する場合であっても、対象物２を十分に固定できるとともに、対象物２に対する固定トルクが必要以上に生じないような位置関係を決定できる。

但し、図２（Ａ）に示す構造モデルは、図１（Ａ）に示す固定具２００に対応するものであり、固定可能な対象物２に許容される公差を大きくできないという課題がある。すなわち、対象物２の公差を小さくすると、公差のバラツキが大きな対象物２を固定できなくなる。

そこで、本実施の形態に係る固定具では、対象物２と接触する部分が、よりたわみやすいように設計することで、許容される公差の範囲を拡大する。より具体的には、対象物２を固定する部分の断面二次モーメントを小さくすることにより、より多くのたわみを発生させ、それによって、変形し易くなるようにする。

例えば、図２（Ｂ）に示されるような構造モデルを採用することで、対象物２と接触する部分をよりたわませやすくできる。図２（Ｂ）に示されるように、梁の部分の肉厚を１／２にすることで、図２（Ａ）の構造モデルに比較して、Ｂ面から距離ｘの位置に生じるたわみδｘは、８倍になるので、許容可能な対象物２の公差の範囲は８倍に拡大できる。

一方で、梁の全体を均一に薄くすること最良の解決手法ではなく、対象物２を固定する部分のみを柔軟な状態にしつつ、それ以外の部分はあまり変形しないような形状が好ましい。そのため、後述の図３および図５に例示されるように、本実施の形態に係る固定具では、対象物２を固定する部分をたわみ易くするようにその肉厚を薄くするとともに、それ以外の部分については、変形し難いように肉厚を大きくしている。

すなわち、本実施の形態に係る固定具は、その表面が樹脂加工された円筒状のファイバヘッドといった、外径に生じるバラツキが相対的に大きな対象物２を適切に固定することを目的としており、対象物２を挟み込む部分に生じるたわみ量を増大させるとともに、対象物２に与えられる応力が集中しないような構成を採用する。このようなたわみやすい構成として、（１）一対の梁の部分が規定されるスリットの長さを対象物２に生じ得る公差に応じて設定するとともに、（２）梁の部分の肉厚を他の部分より小さくするという手法を採用する。

以下、本実施の形態に係る固定具の具体的な構造例について説明する。
＜Ｃ．本実施の形態に係る固定具の構造例＞
本実施の形態に係る固定具は、筒状の対象物を固定するために用いられる。対象物の断面形状は、円筒に限定されることなく、多角形（例えば、四角形、六角形、八角形など）であってもよいし、直線と曲線とを組み合わせた形状であってもよい。

また、本実施の形態に係る固定具は、典型的には、同一の金属で構成されている。耐腐食性や熱安定性などを考慮して、ステンレスや各種合金などで構成される。但し、使用環境、コスト、上述した条件の充足性などを考慮して、適切な材料を選択すればよい。非金属材料を採用してもよいし、複数の材質を組み合わせて構成してもよい。

（ｃ１：第１の構造例）
図３は、本実施の形態に係る固定具の第１の構造例を示す模式図である。図３（Ａ）は、固定具１００の右側斜視図を示し、図３（Ｂ）は、固定具１００の左側斜視図を示し、図３（Ｃ）は、固定具１００の平面断面図を示す。図４は、図３に示す固定具の一使用形態を示す模式図である。

図３（Ａ）〜図３（Ｃ）を参照して、固定具１００は、基部１０２と、基部１０２上に設けられた一対の保持部１１０，１２０とからなる。保持部１１０，１２０は、対象物２（不図示：図４参照）と接触して対象物２を挟持するための挟持部１１２，１２２と、挟持部１１２，１２２に対して基部１０２が存在する側とは反対側に設けられたヘッド部１１４，１２４とを含む。ヘッド部１１４，１２４には、一対の保持部１１０，１２０の間隔を調整するための締結部材（典型的には、ボルト・ナットやネジ）が貫通するための貫通孔１１８，１２８が設けられている。但し、貫通孔１１８，１２８の一方の内径にネジ溝を形成しておき、その一方をボルトと嵌合するナットとして構成してもよい。

一対の保持部１１０，１２０が対向することで、対象物２と接触する接合孔１０８が形成される。図３において、対象物２は、Ｚ軸方向に沿って接合孔１０８に挿入されることになる。また、締結部材は、Ｙ軸方向に沿って貫通孔１１８，１２８を貫通することになる。

ここで、図４を参照して、固定具１００は、装置や土台などに位置決めされており、さらに対象物２（この例では、ファイバヘッド）が固定具１００によって固定される。固定具１００による対象物２の固定は、締結部材４００（この例では、ネジ）によってヘッド部間を締め付けることで、対象物２に対する応力を発生させる。なお、図４に示される使用形態において、固定具１００は、ファイバヘッド固定具あるいはシャフトホルダと称さされる。

固定具１００が固定する対象物２としては、ファイバヘッドなどの円筒状の物体が想定されているので、接合孔１０８は、その円筒状の物体の外形に適合するように形成されている。すなわち、固定具１００の挟持部１１２，１２２は、対象物２の外周面の形状に適合するように構成されることが好ましい。なお、対象物の断面形状が円筒ではなく、多角形や直線と曲線とを組み合わせた形状である場合には、挟持部１１２，１２２は、その対象物２の形状に応じて形成される。図３および図４を参照して、固定具１００においては、締結部材４００により与えられる変形に対する挟持部１１２，１２２の剛性が当該変形に対するヘッド部１１４，１２４の剛性より小さくなるように、挟持部１１２，１２２およびヘッド部１１４，１２４は構成される。すなわち、締結部材４００による締め付けによって生じる応力が対象物２に集中しないように、ヘッド部１１４，１２４自体の変形は相対的に少なくなるように、かつ、挟持部１１２，１２２自体の変形は相対的に大きくなるように、設計される。

より具体的には、固定具１００では、対象物２の軸方向（Ｚ軸方向）に直交する面（ＸＹ平面）において、挟持部１１２，１２２の肉厚Ｄ１は、挟持部１１２，１２２からそれぞれ延びるヘッド部１１４，１２４の肉厚Ｄ２に比較して小さくなるように構成されている。この肉厚の違いによって、挟持部１１２，１２２の方が、ヘッド部１１４，１２４に比較してよりたわみやすい構造となっている。すなわち、挟持部１１２の肉厚を対応するヘッド部１１４の肉厚に比較して小さくし、かつ、挟持部１２２の肉厚を対応するヘッド部１２４の肉厚に比較して小さくすれば、たわみやすい構造を実現できる。但し、挟持部１１２，１２２の肉厚を互いに同じにする、すなわち一対の保持部１１０，１２０を対称的に配置することが好ましい。

一設計例として、接合孔１０８の内径がφ５．３ｍｍである場合において、挟持部１１２，１２２の肉厚Ｄ１は１．５ｍｍに設計され、ヘッド部１１４，１２４の肉厚Ｄ２は４．０５ｍｍに設計される。

また、固定具１００では、対象物２の軸方向（Ｚ軸方向）に直交する面（ＸＹ平面）における、基部１０２から保持部１１０，１２０の端部までの長さｌは、対象物２に規定されている公差に応じて定められる。図２を参照して説明したように、本実施の形態に係る固定具１００は、締結部材４００による外力によってたわみを生じることになるが、このたわみの量は、一対の梁、すなわち保持部１１０，１２０の長さに依存する。すなわち、基部１０２から保持部１１０，１２０の端部までの長さｌが長いほど、より多くのたわみが発生することになる。たわみ量は、固定可能な対象物２の断面径に影響を与えるので、対象物２に規定されている公差（設計公差や製造公差）を考慮して、長さｌを決定しておく必要がある。

より具体的には、上述した（９）式、すなわち「対象物２の公差≦２δｘ」（δｘ：基部１０２から距離ｘの位置に生じるたわみ）の関係が成立するように、設計する必要がある。言い換えれば、（９）式は「（１／２×対象物２の公差）≦δｘ」と等価であるので、基部１０２から保持部１１０，１２０の端部までの距離は、対象物２が配置された位置に生じるたわみ量が対象物２の公差の１／２以上になるように定められる。

また、固定具１００では、対象物２の軸方向（Ｚ軸方向）に直交する面（ＸＹ平面）における、締結部材４００による外力が与えられていないときの一対のヘッド部１１４，１２４の間隔ａは、対象物２に許容される応力に応じて定められている。すなわち、一対のヘッド部１１４，１２４の間隔ａは、締結部材４００により一対のヘッド部１１４，１２４の間を接触させることのできるたわみを生じさせたときに、対象物２に発生する応力が許容値に収まるように設計される。一設計例としては、上述した（１１）式、つまり「２δＡ＝ヘッド部１１４，１２４の間隔ａ」（δＡ：ヘッド部１１４，１２４の端部に生じるたわみ）の関係が成立した場合に対象物２に与えられる応力が、対象物２に許容される応力限度を超えないように設計する必要がある。

基部１０２と挟持部１１２，１２２の一端とが一体的に構成されていてもよいが、図３に示す固定具１００においては、固定具１００のＸ方向をコンパクト化するために、基部１０２と挟持部１１２，１２２との間に、延伸部１１６，１２６が設けられている。すなわち、保持部１１０，１２０は、挟持部１１２，１２２と基部１０２との間に設けられた延伸部１１６，１２６をさらに含む。延伸部１１６，１２６の肉厚は、延伸部１１６，１２６にそれぞれつながる挟持部１１２，１２２の肉厚と略同一に設計されていることが好ましい。

延伸部１１６，１２６を設けることで、延伸部１１６，１２６の間に空隙１０６が形成される。空隙１０６によって、保持部１１０，１２０は、よりたわみ易くなる。つまり、保持部１１０，１２０がたわむための支点は、保持部１１０，１２０と基部１０２との境界部分であり、基部１０２から保持部１１０，１２０の端部までの長さｌを長くするほど、より多くのたわみを発生させることができる。つまり、延伸部１１６，１２６を設けることで、挟持部１１２，１２２の長さを変化させずとも、より多くのたわみを挟持部１１２，１２２に発生させることができる。

また、より多くのたわみを挟持部１１２，１２２に発生させるために、力点である、ヘッド部１１４，１２４に設けられた貫通孔１１８，１２８の位置を、基部１０２から可能な限り離すことが好ましい。すなわち、貫通孔１１８，１２８は、ヘッド部１１４，１２４において、基部１０２が存在する側とは反対側の端により近い位置に設けられることが好ましい。つまり、貫通孔１１８，１２８を可能な限り上側に形成することで、対象物２の許容される公差を拡大することができる。

以上のような構造を有する固定具１００によれば、比較的大きな公差を有する対象物２であっても、安定して固定することができるとともに、関連技術に開示される固定具のように、対象物２に対して過大な締め付けトルクを与えて破損させるような可能性を低減できる。

（ｃ２：第２の構造例）
上述の第１の構造例においては、対象物２の外周面の形状に適合するように構成されている接合孔１０８を有する固定具１００について例示したが、より簡素化した構成を採用してもよい。

図５は、本実施の形態に係る固定具の第２の構造例を示す模式図である。図５（Ａ）は、固定具１５０の右側斜視図を示し、図５（Ｂ）は、固定具１５０の左側斜視図を示し、図５（Ｃ）は、固定具１５０の平面断面図を示す。

図５（Ａ）〜図５（Ｃ）を参照して、固定具１５０は、基部１５２と、基部１５２上に設けられた一対の保持部１６０，１７０とからなる。保持部１６０，１７０は、対象物２（不図示）と接触して対象物２を挟持するための挟持部１６２，１７２と、挟持部１６２，１７２に対して基部１５２が存在する側とは反対側に設けられたヘッド部１６４，１７４とを含む。ヘッド部１６４，１７４には、一対の保持部１６０，１７０の間隔を調整するための締結部材（典型的には、ボルト・ナットやネジ）が貫通するための貫通孔１６８，１７８が設けられている。但し、貫通孔１６８，１７８の一方の内径にネジ溝を形成しておき、その一方をボルトと嵌合するナットとして構成してもよい。

一対の保持部１６０，１７０が対向することで、対象物２と接触する接合溝１５８が形成される。図５において、対象物２は、Ｚ軸方向に沿って接合溝１５８に挿入されることになる。また、締結部材は、Ｙ軸方向に沿って貫通孔１６８，１７８を貫通することになる。図５に示す固定具１５０においては、接合溝１５８の幅（Ｙ軸方向の空隙長さ）が相対的に小さいので、相対的に外径の小さな対象物２を固定することが想定されている。

固定具１５０においても、締結部材４００により与えられる変形に対する挟持部１６２，１７２の剛性が当該変形に対するヘッド部１６４，１７４の剛性より小さくなるように、挟持部１６２，１７２およびヘッド部１６４，１７４は構成される。すなわち、締結部材４００による締め付けによって生じる応力が対象物２に集中しないように、ヘッド部１６４，１７４自体の変形は相対的に少なくなるように、かつ、挟持部１６２，１７２自体の変形は相対的に大きくなるように、設計される。

より具体的には、固定具１５０では、対象物２の軸方向（Ｚ軸方向）に直交する面（ＸＹ平面）において、挟持部１６２，１７２の肉厚Ｄ１は、挟持部１６２，１７２からそれぞれ延びるヘッド部１６４，１７４の肉厚Ｄ２に比較して小さくなるように構成されている。この肉厚の違いによって、挟持部１６２，１７２の方が、ヘッド部１６４，１７４に比較してよりたわみやすい構造となっている。すなわち、挟持部１６２の肉厚を対応するヘッド部１６４の肉厚に比較して小さくし、かつ、挟持部１７２の肉厚を対応するヘッド部１７４の肉厚に比較して小さくすれば、たわみやすい構造を実現できる。但し、挟持部１６２，１７２の肉厚を互いに同じにする、すなわち一対の保持部１６０，１７０を対称的に配置することが好ましい。

また、固定具１５０においても、対象物２の軸方向（Ｚ軸方向）に直交する面（ＸＹ平面）における、基部１５２から保持部１６０，１７０の端部までの長さｌは、対象物２に規定されている公差に応じて定められる。長さｌの決定手法については、固定具１００に関して説明した内容と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

また、固定具１５０においても、対象物２の軸方向（Ｚ軸方向）に直交する面（ＸＹ平面）における、締結部材４００による外力が与えられていないときの一対のヘッド部１６４，１７４の間隔ａは、対象物２に許容される応力に応じて定められている。すなわち、一対のヘッド部１６４，１７４の間隔ａは、締結部材４００により一対のヘッド部１６４，１７４の間を接触させることのできるたわみを生じさせたときに、対象物２に発生する応力が許容値に収まるように設計される。一対のヘッド部１６４，１７４の間隔ａの決定手法については、固定具１００に関して説明した内容と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

また、より多くのたわみを挟持部１６２，１７２に発生させるために、力点である、ヘッド部１６４，１７４に設けられた貫通孔１６８，１７８の位置を、基部１５２から可能な限り離すことが好ましい。すなわち、貫通孔１６８，１７８は、ヘッド部１６４，１７４において、基部１５２が存在する側とは反対側の端により近い位置に設けられることが好ましい。つまり、貫通孔１６８，１７８を可能な限り上側に形成することで、対象物２の許容される公差を拡大することができる。

以上のような構造を有する固定具１５０によれば、比較的大きな公差を有する対象物２であっても、安定して固定することができるとともに、関連技術に開示される固定具のように、対象物２に対して過大な締め付けトルクを与えて破損させるような可能性を低減できる。

（ｃ３：シミュレーション結果）
上述の図３および図５にそれぞれ示す固定具１００および固定具１５０について、それぞれの形状に基づくシミュレーションを行なった。図６は、図３に示す本実施の形態に係る固定具１００についてのシミュレーション結果の一例を示す図である。図７は、図５に示す本実施の形態に係る固定具１５０についてのシミュレーション結果の一例を示す図である。図６および図７に示すシミュレーションにおいては、対象物２が固定される位置を想定し、上部を締め付けたときに各部に生じる、応力および変位を算出した。図６（Ａ）および図７（Ａ）は応力分布を示し、図６（Ｂ）および図７（Ｂ）は変位分布を示す。

図６（Ａ）に示すシミュレーション結果によれば、図３に示す固定具１００では、対象物２と接触して、対象物２を固定する部分以外の部分により大きな応力が発生していることがわかる。また、図６（Ｂ）に示すシミュレーション結果によれば、対象物２と接触する上側部分に相対的に大きな変位が生じており、これによって、対象物２に生じる応力を緩和できているものと考えられる。

図３に示す固定具１００では、対象物２と保持部１１０，１２０との間は、一種の面接触となる。図６に示すシミュレーション結果においては、対象物２を固定している部分に生じた応力は、固定具内に生じた応力の最大値の約６２％に抑制されており、対象物２に対して過度に応力が与えられるという現象を回避できていることがわかる。

図７（Ａ）に示すシミュレーション結果によれば、図５に示す固定具１５０では、対象物２と接触して、対象物２を固定する部分以外の部分により大きな応力が発生していることがわかる。但し、図３に示す固定具１００に比較して、図５に示す固定具１５０では、対象物２との接触部分の面積が相対的に小さいので、対象物２との接触部分にやや大きな応力が発生している。また、図７（Ｂ）に示すシミュレーション結果によれば、対象物２と接触する上側部分に相対的に大きな変位が生じており、これによって、対象物２に生じる応力を緩和できているものと考えられる。

図３に示す固定具１５０では、対象物２と保持部１６０，１７０との間は、一種の線接触となる。図７に示すシミュレーション結果においては、対象物２を固定している部分に生じた応力は、固定具内に生じた応力の最大値の約７５％に抑制されており、対象物２に対して過度に応力が与えられるという現象を回避できていることがわかる。但し、図６に示すシミュレーション結果に比較して、最大応力を基準とした、対象物２と接触する部分に生じた応力は相対的に大きくなっており、これは、対象物２に接触する部分の面積が減少したことに起因するものと考えられる。すなわち、例えば、円筒状の対象物２については、図３に示す固定具１５０を用いるのがより好ましいといえる。

以上のシミュレーション結果によれば、いずれの固定具についても、締め付けトルクが与えられる部分、すなわち形状変化させたい部分については十分に変形する一方で、対象物２と接触する部分、つまり形状変化させたくない部分については変形量が相対的に小さいことがわかる。

＜Ｄ．利点＞
本実施の形態に係る固定具を用いることで、ある程度の公差を有する筒状の対象物であっても、当該対象物を損傷させることなく、かつ、適切に固定できる。上述のような構造を採用することで、外径のバラツキが相対的に大きな筒状の対象物に対して、一点の締結部材で当該対象物を固定できる。すなわち、締結部材を締め付けることで、対象物の外周を固定する部分が変形することで対象物に接触して固定する一方で、締結部材に対して規定の締め付けトルクが与えられると、ヘッド部同士が接触し、対象物に過大な応力が発生しないようになっている。

上述のような構造を採用することで、締結部材に対して基準の締め付けトルク以上の力が加わっても、ヘッド部同士が接触して、対象物に必要以上の応力が与えられることを防止できる。対象物に与えられる応力を制限できるので、柔らかい対象物も適切に固定することができる。また、固定具のヘッド部に生じる変形量は、締結部材に対する締め付けトルクの大きさに比例するので、ヘッド部の間隔（スリット間隔）を適切に設計することで、トルクレンチなどの締め付けトルクの管理をする手間が省ける。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２対象物、１００，１５０，２００，３００固定具、１０２，１５２基部、１０６空隙、１０８接合孔、１１０，１２０，１６０，１７０保持部、１１２，１２２，１６２，１７２挟持部、１１４，１２４，１６４，１７４ヘッド部、１１６，１２６延伸部、１１８，１２８，１６８，１７８，２０６，３１２貫通孔、１５８接合溝、２０２，３０６孔部、２０４スリット、２０８，３０８貫通方向、２１０，３１６中心軸、３０２上側部材、３０４下側部材、４００締結部材。

Claims

筒状の対象物を固定するための固定具であって、
基部と、
前記基部上に設けられた一対の保持部とを備え、
前記保持部は、
前記対象物と接触して前記対象物を挟持するための挟持部と、
前記挟持部に対して前記基部が存在する側とは反対側に設けられ、前記一対の保持部の間隔を調整するための締結部材が貫通するための貫通孔が設けられたヘッド部とを含み、
前記締結部材により与えられる変形に対する前記挟持部の剛性が当該変形に対する前記ヘッド部の剛性より小さくなるように、前記挟持部および前記ヘッド部は構成されており、
前記対象物の軸方向に直交する面における、前記基部から前記保持部の端部までの距離は、前記対象物に規定されている公差に応じて定められており、前記締結部材による外力が与えられていないときの一対の前記ヘッド部の間隔は、前記対象物に許容される応力に応じて定められており、
前記対象物の軸方向に直交する面において、前記挟持部の肉厚は、当該挟持部から延びるヘッド部の肉厚に比較して小さくなるように構成されている、固定具。
前記基部から前記保持部の端部までの距離は、前記対象物が配置された位置に生じるたわみ量が前記対象物の公差の１／２以上になるように定められる、請求項１に記載の固定具。
一対の前記ヘッド部の間隔は、前記締結部材により前記一対のヘッド部の間を接触させるまでのたわみが生じた場合に、前記対象物に発生する応力が許容値に収まるように定められる、請求項１または２に記載の固定具。
前記挟持部は、前記対象物の外周面の形状に適合するように構成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固定具。
前記対象物の断面形状は、円筒または多角形である、請求項４に記載の固定具。
前記保持部は、前記挟持部と前記基部との間に設けられた延伸部をさらに含む、請求項４または５に記載の固定具。
前記貫通孔は、前記ヘッド部において、前記基部が存在する側とは反対側の端により近い位置に設けられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の固定具。