(57)【要約】【課題】なべねじなどのようにねじ頭の頂面が曲面で構成され、かつねじ頭にリセスがないねじであっても回すことができるねじ締結装置を提供する。【解決手段】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１０，２０がボルト締めされて振動子先端面６１に回転運動が発生する構造とされたランジュバン振動子によって構成され、先端面６１をねじ頭に押し付けることにより、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、ねじを回すことができるねじ締結装置において、先端面６１の、ねじ頭に押し付けられる位置にすり鉢状の穴６２を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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造とされたランジュバン振動子によって構成され、前記先端面をねじ頭に押し付けることにより、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、ねじを回すことができるねじ締結装置であって、
前記先端面の、前記ねじ頭に押し付けられる位置にすり鉢状の穴が設けられていることを特徴とするねじ締結装置。
【請求項２】
請求項１記載のねじ締結装置において、
前記すり鉢状の穴が複数設けられていることを特徴とするねじ締結装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載のねじ締結装置において、
前記すり鉢状の穴の表面に、放射状に凹凸が形成されていることを特徴とするねじ締結装置。
【請求項４】
請求項１乃至３記載のいずれかのねじ締結装置において、
前記ランジュバン振動子の先端に摩擦材が配置され、その摩擦材によって前記先端面が構成されていることを特徴とするねじ締結装置。
【請求項５】
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造とされたランジュバン振動子によって構成されたねじ締結装置を用いてねじを締結する方法であって、
前記先端面にはすり鉢状の穴が複数設けられており、それら穴をそれぞれねじ頭に押し付けることにより、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、複数のねじを同時に締結することを特徴とするねじの締結方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はねじ頭に設けられているすりわりや十字穴、六角穴などのねじを回すための構造（リセス）を使用することなく、ねじを回すことができ、つまりそのようなリセスのないねじであっても回すことができるねじ締結装置及び締結方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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（ねじ締結装置）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締結装置は超音波モータの原理を利用し、その振動子をねじ締結装置とするものであり、ねじ締結装置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造とされたランジュバン振動子によって構成されている。
【０００４】
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。
【非特許文献１】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
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、上述したねじ締結装置ではねじ頭に押し付けてねじ頭に回転運動を与えるランジュバン振動子の先端面は単なる平面とされているため、例えばさらねじや平ねじのようにねじ頭の頂面が平面となっているねじについてはねじを良好に回すことができるものの、なべねじや丸ねじのようにねじ頭の頂面が平面ではなく、曲面で構成されているようなねじについては良好に回すことができないものとなっていた。
この発明の目的はこの点に鑑み、なべねじのようにねじ頭の頂面が曲面で構成されており、かつねじ頭にすりわりや十字穴などのリセスがないねじであっても、ねじを良好に回すことができ、ねじを締め付けることができるねじ締結装置及び締結方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明によれば、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造とされたランジュバン振動子によって構成され、前記先端面をねじ頭に押し付けることにより、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、ねじを回すことができるねじ締結装置において、前記先端面の、ねじ頭に押し付けられる位置にすり鉢状の穴が設けられる。
請求項２の発明では請求項１の発明において、すり鉢状の穴が複数設けられる。
請求項３の発明では請求項１又は２の発明において、すり鉢状の穴の表面に、放射状に凹凸が形成される。
【０００７】
請求項４の発明では請求項１乃至３のいずれかの発明において、ランジュバン振動子の先端に摩擦材が配置され、その摩擦材によって前記先端面が構成される。
請求項５の発明によれば、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造とされたランジュバン振動子によって構成されたねじ締結装置を用いてねじを締結する方法において、前記先端面にはすり鉢状の穴が複数設けられており、それら穴をそれぞれねじ頭に押し付けることにより、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、複数のねじが同時に締結される。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、ランジュバン振動子によって構成され、振動子先端面が回転運動してその回転運動によりねじを回すことができるねじ締結装置において、ねじ頭に押し付けられる振動子先端面にすり鉢状の穴が設けられているため、ねじ頭の頂面が平面ではなく、曲面で構成されているようなねじであってもねじ頭のすりわりや十字穴といったリセスを使用することなく、ねじを良好に回すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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締結装置の一実施例の構成を示したものであり、図２はそれを各部に分解して示したものである。
ねじ締結装置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造とされたランジュバン振動子によって構成されている。図１中、１０は振動子の軸（中心軸）と直交する第１の方向（ピッチ方向）にたわみ振動を発生させる圧電素子を示し、２０は振動子の軸と直交し、かつ第１の方向と直交する第２の方向（ロール方向）にたわみ振動を発生させる圧電素子を示す。
【００１０】
これら圧電素子１０，２０は図２に示したような積層構造を有するものとされ、圧電素子１０はリング状をなす一対の圧電体１１，１２間にリング状をなす電極板１３が挟まれ、さらに圧電体１１，１２のそれぞれ外側面にリング状をなす電極板１４，１５が配置されて構成されている。圧電素子２０も同様の構成とされ、リング状をなす一対の圧電体２１，２２間にリング状をなす電極板２３が挟まれ、圧電体２１，２２のそれぞれ外側面にリング状をなす電極板２４，２５が配置されて構成されている。各電極板１３〜１５、２３〜２５には端子１３ａ〜１５ａ、２３ａ〜２５ａが一体にそれぞれ突出形成されている。なお、図１では電極板１３〜１５、２３〜２５の図示は省略している。
【００１１】
圧電体１１，１２及び２１，２２はそれぞれたわみ振動を発生するよう、半円弧状をなす圧電体が組み合わされて構成されており、図２に示したように半円弧状をなす圧電体の接合面は圧電素子１０の圧電体１１，１２と圧電素子２０の圧電体２１，２２とでは互いに直交する方向に位置されている。
フランジ付きボルト３０は図２に示したようにフランジ３１とその両側に突出する一対のボルト３２，３３とが一体形成されたもので、これらボルト３２，３３により圧電素子１０，２０がそれぞれボルト締め固定される。図２中、４１，４２及び４３，４４はそれぞれ圧電素子１０，２０を挟み込むリングを示す。リング４１及び４３にはボルト３２，３３と螺合するねじが形成されている。
【００１２】
圧電素子１０のボルト締めはボルト３２にリング４２、圧電素子１０を通し、リング４１をボルト３２に螺合して締め付けることによって行われ、同様に圧電素子２０のボルト締めはボルト３３にリング４４、圧電素子２０を通し、リング４３をボルト３３に螺合して締め付けることによって行われる。なお、ボルト３２と圧電素子１０（圧電体１１，１２、電極板１３〜１５）及びボルト３３と圧電素子２０（圧電体２１，２２、電極板２３〜２５）はそれぞれ接触しないように組み立てられる。
リング４１の端面にはこの例では円板状をなす摩擦材５１が配置され、この摩擦材５１によってランジュバン振動子の先端面が構成されている。摩擦材５１はリング４１にこの例では接着されて固定されている。
【００１３】
摩擦材５１の端面には、つまり摩擦材５１によって構成されているランジュバン振動子の先端面６１にはすり鉢状の穴６２が形成されている。すり鉢状の穴６２の表面にはこの例では放射状に凹凸６３が形成されており、凹凸６３はこの例ではギザギザ形状をなすものとされている。
上記のような構造において、摩擦材５１は例えばリン青銅板製とされる。また、フランジ付きボルト３０もこの例ではリン青銅製とされる。リング４１〜４４は金属製とされ、その構成材料には例えばアルミニウムが使用される。なお、リング４１〜４４は金属に限らず、セラミック製とすることもできる。
【００１４】
上述したような構成を有するねじ締結装置では端子１３ａと１４ａ，１５ａ間及び端子２３ａと２４ａ，２５ａ間に交流電圧を印加し、圧電素子１０及び２０を９０°の位相差でたわみ振動させることにより、先端面６１に回転運動が発生し、この回転運動をねじ頭に伝達することによってねじを回すことができるものとなっている。
回転運動の伝達は先端面６１をねじ頭に押し付けることによって行われるが、この例ではすり鉢状の穴６２が先端面６１に形成されているため、この穴６２部分をねじ頭に押し付けることにより、例えばなべねじのようにねじ頭の頂面が曲面で構成されているねじであってもねじを良好に回すことができるものとなっている。
【００１５】
図３は図１に示したねじ締結装置によってねじが締め付けられる様子を示したものであり、図中、７０はなべねじを示し、８１，８２はなべねじ７０によって接合される部材を示す。
なべねじ７０のねじ頭７１は図３に示したようにランジュバン振動子よりなるねじ締結装置の先端面６１に形成されているすり鉢状の穴６２に収容され、このすり鉢状の穴６２の表面によって押し付け面が構成されることによってすりわりや十字穴などのリセスを使用することなく、なべねじ７０を良好に回すことができ、つまりなべねじ７０を締め付けることができるものとなっている。なお、なべねじ７０のねじ頭７１にはすりわりや十字穴などのリセスは形成されていない。
【００１６】
図４はすり鉢状の穴６２に凹凸６３がないねじ締結装置を示したものであり、すり鉢状の穴６２をこのように表面に凹凸６３のない穴とすることもできる。なお、摩擦力を大きくし、大きな締め付けトルクを得るためにはすり鉢状の穴６２の表面に凹凸６３を設けるのが好ましい。
一方、図５はねじ締結装置の先端面６１にすり鉢状の穴６２を２つ設けたものであり、図６はそれら２つのすり鉢状の穴６２がそれぞれなべねじ７０のねじ頭７１に押し付けられ、２つのなべねじ７０が同時に締結される様子を示したものである。
【００１７】
このように先端面６１にすり鉢状の穴６２を２つ設ければ、それら穴６２を使用して２つのねじを同時に締め付けることができる。すり鉢状の穴６２の数はこの例に限らず、用途に応じて適宜決定される。
上述した例では摩擦材５１をリング４１に接着固定しているが、例えば摩擦材５１にボルト３２と螺合するねじを設け、摩擦材５１をボルト３２にねじ止め固定するようにしてもよい。このように摩擦材５１をねじ止め固定する構造とすれば、ねじ（ねじ頭）の大きさに対応してすり鉢状の穴６２の大きさの異なる摩擦材５１に交換したい場合や複数のねじの配置に対応して複数のすり鉢状の穴６２の配置の異なる摩擦材５１に交換したい場合に、その交換作業を容易に行うことができる。
【００１８】
なお、摩擦材５１を用いることなく、すり鉢状の穴６２をリング４１に直接形成することも可能である。
以上説明したように、この発明によるねじ締結装置によれば、ランジュバン振動子よりなるねじ締結装置の回転運動する先端面６１にすり鉢状の穴６２を設けたことにより、なべねじのようにねじ頭の頂面が平面ではなく、曲面で構成されているようなねじであっても、摩擦力によって回転運動を良好にねじに伝達することができ、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、ねじを締め付けることが可能となる。
【００１９】
加えて、すり鉢状の穴６２の表面にギザギザ形状のような凹凸６３を形成すれば、ねじ頭とすり鉢状の穴６２との摩擦力を向上させることができ、より大きな締め付けトルクを得ることができる。
なお、締め付けるねじはなべねじや丸ねじのようなねじ頭の頂面が曲面で構成されているねじに限らず、例えば平ねじやさらねじのようなねじ頭の頂面が平面のねじであってもよく、また例えばねじ頭にリセスのあるねじであってもよい。例えば、平ねじを締め付ける場合、すり鉢状の穴６２の径は平ねじのねじ頭の径より大とされ、ねじ頭の外縁部がすり鉢状の穴６２の表面に接することになるが、このすり鉢状の穴６２の表面に凹凸６３が形成されていれば、大きな摩擦力を得ることができ、その点でねじ頭に押し付けられる先端面が単に平面とされている従来のねじ締結装置を用いる場合よりも、より高いトルクの伝達効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】Ａはこの発明によるねじ締結装置の第１の実施例を示す側面図、ＢはＡにおける摩擦材の正面図。
【図２】図１に示したねじ締結装置の分解斜視図。
【図３】図１に示したねじ締結装置によってねじが締め付けられる様子を示す図。
【図４】Ａはこの発明によるねじ締結装置の第２の実施例を示す側面図、ＢはＡにおける摩擦材の正面図。
【図５】Ａはこの発明によるねじ締結装置の第３の実施例を示す側面図、ＢはＡにおける摩擦材の正面図。
【図６】図５に示したねじ締結装置によってねじが締め付けられる様子を示す図。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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