(57)【要約】【課題】挿入時には小さな力で足り、それでいて挿入後は大きな締結力を得ることができる接合方法を提供する。【解決手段】棒状の軸部２を有する接合部材１を、軸部２の外径とほぼ同寸法の内径で被締結部材３０に設けられた穴３１に挿入し、軸部２の外壁２ａと穴３１の内壁３２の摩擦力によって接合部材１と被締結部材３０とを締結する接合方法であって、接合部材１に超音波振動を付与しながら接合部材１の軸部２を被締結部材３０の穴３１に挿入し、挿入後に接合部材１への超音波振動の付与を停止する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
棒状の接合部を有する接合部材を、前記接合部の外径とほぼ同寸法の内径で被締結部材に設けられた穴に挿入し、前記接合部の外壁と前記穴の内壁の摩擦力によって前記接合部材と前記被締結部材とを締結する接合方法であって、
前記接合部材に超音波振動を付与しながら該接合部材の前記接合部を前記被締結部材の穴に挿入し、挿入後に前記接合部材への超音波振動の付与を停止することを特徴とする接合方法。
【請求項２】
前記接合部の一端に設けた無刻印の頭部を介して前記接合部材に超音波振動を付与することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、部材の接合方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ネジは部材の接合手段として広く利用されている。ネジを締めるための手段としては、ネジの頭部に、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、これに対応するように形成されたスクリュードライバー等のねじ回し装置の先端を嵌合させて回転することにより、ネジに対して締め付けるための回転トルクを与えるものが一般的である。
【０００３】
しかしながら、被締結部材に締め付けられたネジは、ネジの頭部に形成された刻印に対応した先端形状を持つねじ回し装置があれば簡単に緩めることが可能であり、そのような特性は、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。
【０００４】
このため、いたずら防止用とのネジとして、ネジの頭部に特殊な形状の刻印を形成したものも利用されているが、該ネジによって接合された部材表面にネジの頭部の頂面が露出するため、刻印形状によっては、接合された部材表面の美観を大きく損ねてしまう。また、その特殊形状の刻印に合うねじ回し装置を持つ者がいた場合には、ネジに対するいたずら防止効果はなくなってしまう。
このような問題に応えるために、ネジの頭部に刻印を備えていないネジを、圧電アクチュエータで締め込んでいく接合方法が提案されている（例えば、非特許文献１参照）。
【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、社団法人日本機械学会、２００４年６月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記圧電アクチュエータによって、頭部に刻印のないネジを締め込んで締結する場合には、十分に大きな締結力を得ることが困難なときもある。
そこで、この発明は、挿入時には小さな力で足り、それでいて挿入後は大きな締結力を得ることができる接合方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る接合方法では、上記課題を解決するために以下の手段を採用した。
請求項１に係る発明は、棒状の接合部を有する接合部材を、前記接合部の外径とほぼ同寸法の内径で被締結部材に設けられた穴に挿入し、前記接合部の外壁と前記穴の内壁の摩擦力によって前記接合部材と前記被締結部材とを締結する接合方法であって、前記接合部材に超音波振動を付与しながら該接合部材の前記接合部を前記被締結部材の穴に挿入し、挿入後に前記接合部材への超音波振動の付与を停止することを特徴とする接合方法である。
接合部材に超音波振動を付与することにより、穴の内壁（以下、穴内壁という）に対する接合部の外壁（以下、接合部外壁という）の摩擦係数を見かけ上小さくすることができ、その状態を維持している間は接合部材の接合部を被締結部材の穴に比較的に小さな力で容易に挿入することができる。そして、挿入後に接合部材への超音波振動の付与を停止することにより、穴内壁に対する接合部外壁の摩擦係数を本来の大きな摩擦係数に回復させることができる。その結果、大きな締結力で接合部材を被締結部材に締結することができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の発明において、前記接合部の一端に設けた無刻印の頭部を介して前記接合部材に超音波振動を付与することを特徴とする。
このように構成することにより、いたずら防止用の接合部材を被締結部材に比較的に小さな力で容易に挿入することができ、挿入後は大きな締結力で接合部材を被締結部材に締結することができる。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１に係る発明によれば、接合部材に超音波振動を付与することにより、接合部材の接合部を被締結部材の穴に比較的に小さな力で容易に挿入することができ、また、挿入後に接合部材への超音波振動の付与を停止することにより、大きな締結力で接合部材を被締結部材に締結することができる。
【０００９】
請求項２に係る発明によれば、いたずら防止用の接合部材を被締結部材に比較的に小さな力で容易に挿入することができ、挿入後は大きな締結力で接合部材を被締結部材に締結することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、この発明に係る接合方法の一実施の形態を図１および図２の図面を参照して説明する。
初めに、この実施の形態における接合方法に用いられる接合部材を図２を参照して説明する。
接合部材１は、いわゆる皿頭ネジに近似した形態をなし、断面円形の棒状をなす軸部（接合部）２の一端に略円錐形状の頭部３が一体的に連設されて構成されている。この接合部材１が皿頭ネジと大きく相違する点は、軸部２の外壁２ａが滑らかな円筒面で構成されている点と、頭部３の頂面３ａには刻印が施されておらず平坦面である点である。つまり、接合部材１は、ネジ部材ではなく、且つ、いたずら防止のため、頭部３が無刻印にされている。
【００１１】
次に、この実施の形態における接合方法に用いられる超音波振動装置１０を図１を参照して説明する。
超音波振動装置１０は、２つの圧電素子群１３，１４を備えたランジュバン振動子からなる。詳述すると、超音波振動装置１０は、軸方向中央に配置されたフランジ１１と、フランジ１１の軸方向両側に配置された２つの中央振動部材１２，１２と、各中央振動部材１２に隣接して配置され、互いに直交する方向にたわみ振動を誘起する２組の圧電素子群１３，１４と、圧電素子群１３に隣接して配置された先端振動部材１５と、圧電素子群１４に隣接して配置された後端振動部材１６とを軸方向に積層して、図示しないボルトで締結し、先端振動部材１５の先端面に振動伝達部材１７を固定して構成されている。なお、圧電素子群１３，１４は複数の圧電素子を積層して構成されている。
圧電素子群１３，１４は、図示しない交流電源から所定の交流電圧を印加することにより、超音波振動を発生するものであり、振動伝達部材１７の先端面１７ａに部材を接触させると、該部材に超音波振動が伝達される。
【００１２】
なお、圧電素子群１３，１４は、超音波振動装置１０の軸方向（積層方向）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用圧電素子群１３と、この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用圧電素子群１４で構成することが可能である。
このように構成すると、超音波振動装置１０は、振動伝達部材１７の先端面１７ａに接触する部材に対して、ピッチ方向のたわみ振動とロール方向のたわみ振動の２方向のたわみ振動を伝達することが可能となる。
ただし、必ずしも直交する２方向のたわみ振動が必要なわけではなく、ピッチ方向あるいはロール方向のいずれか１方向のたわみ振動を励振する超音波振動装置１０で構成することも可能である。さらに、超音波振動装置１０で励振する振動は、たわみ振動に限るものではなく、伸縮振動、ねじり振動であってもよい。
【００１３】
なお、フランジ１１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り、このフランジ１１を中空懸架することにより、振動伝達部材１７の先端面１７ａに接触している部材以外に、超音波振動装置１０で発生した超音波振動を伝達しないようにすることが可能である。
【００１４】
次に、この発明に係る接合方法を、図１を参照して、前記超音波振動装置１０を用いて接合部材１を被締結部材３０の穴３１に接合する態様を例にして説明する。
被締結部材３０の穴３１は円筒状をなし、内壁３２は滑らかな表面に形成されており、その内径は接合部材１の軸部２の外径とほぼ同径であるが、僅かに軸部２の外径よりも小さく設定されていて、軸部２と穴３１は所謂中間ばめあるいは締まりばめの関係にある。
【００１５】
まず、接合部材１の軸部２を被締結部材３０の穴３１に対して同心状に配置し、軸部２の先端を穴３１の開口に突き当て、超音波振動装置１０の振動伝達部材１７の先端面１７ａを接合部材１の頭部３の頂面３ａに所定の大きさの圧力で当接する。
【００１６】
次に、超音波振動装置１０の圧電素子群１３，１４に所定の交流電圧を印加して、超音波振動を発生させる。すると、超音波振動装置１０で発生した超音波振動は、振動伝達部材１７の先端面１７ａを介して接合部材１の頭部３に伝達される。これに伴って、穴３１の内壁３２に対する軸部２の外壁２ａの摩擦係数が見かけ上小さくなり、接合部材１に超音波振動を付与しない場合に比較して十分に小さな軸推力で軸部２を穴３１に挿入することができる。そして、超音波振動装置１０による接合部材１への超音波振動の付与を、軸部２の全長が穴３１内に挿入されるまで保持する。これにより、接合部材１の軸部２の全長を穴３１に比較的に小さな押圧力（軸推力）で容易に挿入することができる。
【００１７】
そして、接合部材１の頭部３が穴３１の開口に突き当たったら、超音波振動装置１０の圧電素子群１３，１４への交流電圧の印加を停止し、接合部材１への超音波振動の付与を停止する。これにより、穴３１の内壁３２に対する軸部２の外壁２ａの摩擦係数を本来の大きな摩擦係数に回復させることができる。その結果、軸部２の外壁２ａと穴３１の内壁３２との間に生じる摩擦力が極めて大きくなり、大きな締結力で接合部材１を被締結部材３０に締結することができる。
【００１８】
このように、接合部材１に超音波振動を付与することによって、通常ではきつくて入らない穴３１に接合部材１の軸部２を小さな力で容易に挿入することができるようになり、挿入後に接合部材１への超音波振動の付与を停止することによって、大きな締結力を得ることができる。
【００１９】
特に、この実施の形態における接合部材１は、その頭部３の頂面３ａに刻印が施されていない「いたずら防止仕様」となっているが、このようないたずら防止用の接合部材１であっても、被締結部材３０に比較的に小さな力で容易に挿入することができ、挿入後は大きな締結力で接合部材１を被締結部材３０に締結することができる。
【００２０】
なお、接合部材１の軸部２の先端部分を穴３１の内径よりも小さい外径のテーパー状に形成しておくと、軸部２と穴３１の軸心を簡単に一致させることができるとともに、挿入初期において軸部２の先端を穴３１に挿入し易くすることができる。
この発明の接合方法で接合可能な接合部材は、前述した実施の形態における接合部材に限るものではなく、例えば、頭部に刻印を有する接合部材に対してもこの発明の接合方法を実施可能であり、頭部を有しない接合部材や、頭部が軸部より大きくない接合部材に対してもこの発明の接合方法を実施可能である。
さらに、前述した実施の形態では、軸部２の外壁２ａが滑らかな円筒面に形成された接合部材に対してこの発明を実施したが、軸部２の外壁に凹凸（例えば、ネジのように螺旋状の突起、あるいは、多数の環状の鍔など）を有する接合部材に対してこの発明の接合方法を実施することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明に係る接合方法の一実施の形態を説明するための図である。
【図２】接合部材の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００２２】
１  接合部材
２  軸部（接合部）
２ａ  外壁
３  頭部
３０  被締結部材
３１  穴
３２  内壁
【図１】
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【図２】
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