JP2004138224A - ねじ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、ねじ自体を容易に分離解体できるように、これにより、締結目的材の締結分離を容易迅速に行えるねじを提供する。
【解決手段】本発明は、ねじ頭部１ａとねじ芯部１ｂを有する第一のねじ部材１と、該ねじ芯部１ｂを覆いかつ表面にねじ切部２ａを形成した第二のねじ部材２とからなることを特徴としている。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばテレビ，冷蔵庫，エアコン若しくは洗濯機等の家電製品に使用されるものであり、特にリサイクル適用商品に使用されるねじに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、我が国においては、２００１年４月に家電リサイクル法が施行され、これを受けて、全国各地にリサイクル工場が建設され、廃家電製品の解体処理が行なわれている。
【０００３】
ところで、筐体・構造物等をなす部品の締結には、従来よりねじを使うことが一般的に行なわれる。
ねじは、これにより締結対象物を締結するときには一方向に回転させて締め付け、また、修理・サービスをするときには、他方向に回転させることにより外すことができる非常に便利な締結部品であるが、筐体・構造物の解体は手作業によるビス外しとなるため長時間を要しており、多大なコストが掛る一因となっている。
【０００４】
この間題に対し上記解体作業を容易に行う試みとして、形状記憶合金を用いたねじが、例えば特開平８−６１３４６号公報に開示されている。
特開平８−６１３４６号公報においては、例えば、ねじをＴｉ−Ｎｉ合金等の形状記憶合金で構成するとともに、ねじの形状記憶処理時の雄ネジ形成部の外径を、形成後の雄ネジ部が螺合する雌ネジ部の内径より小さく形成する。
【０００５】
そして、塑性変形により上記雌ネジ部に螺合する雄ネジ部を形成することで、解体容易なねじやボルト及びナットを提供することにより、解体時の労力，コスト等を低減させ、かつリサイクル化を容易になし得るようにするものである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−６１３４６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特開平８−６１３４６号公報においては、加熱することによりねじが形状記憶された形状に戻り、これにより締結が外れることを利用している。
この場合は、ねじの部材は１つ（雄ねじ）であり、雄ねじと雌ねじ（ナット）との間での形状記憶特性を用いた加熱分離を目的としていた。
【０００８】
ねじの山径と谷径の関係から、雄ねじが雌ねじ（ナット）から外れるのに必要な歪回復率を求めると約２０％前後となるが、Ｔｌ−Ｎｉ合金（歪回復率８％）を雄ねじと雌ねじに採用しても１６％（８％×２）にしかならず、分離が困難な状況にある。
【０００９】
そこで本発明は、ねじ自体を容易に分離解体できるようし、これにより、締結目的材の締結分離を容易迅速に行えるねじの提供を目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は次の構成を有する。
請求項１記載の発明は、ねじ頭部とねじ芯部とを連成した第一のねじ部材と、該ねじ芯部を被覆しかつ外表面にねじ切部を形成した第二のねじ部材とからなることを特徴としている。
【００１１】
請求項２記載の発明は、第二のねじ部材が、第一のねじ部材のねじ芯部に嵌合する筒形に形成されており、第一のねじ部材のねじ芯部外周面と、第二のねじ部材の内周面とに、第一のねじ部材と第二のねじ部材との相対的な回転を阻止する回転阻止部を形成している。
【００１２】
請求項３記載の発明は、第一のねじ部材を形状記憶材料で形成していることを特徴としている。
【００１３】
請求項４記載の発明は、第一のねじ部材のねじ芯部が、円柱形において形状記憶処理され、かつ、回転阻止部が塑性変形により形成されていることを特徴としている。
【００１４】
請求項５記載の発明は、第一のねじ部材の回転阻止部が、これのねじ芯部の外周面に形成した凹凸であり、この凹凸の溝深さを、形状記憶材料の歪回復による収縮寸法以下に設定したことを特徴としている。
【００１５】
請求項６記載の発明は、形状記憶材料は、Ｔｉ−Ｎｉ合金であることを特徴としている。
【００１６】
請求項７記載の発明は、第二のねじ部材を形状記憶材料で形成したことを特徴としている。
【００１７】
請求項８記載の発明は、第一のねじ部材のねじ芯部に対向する第二のねじ部材を円筒形において形状記憶処理していることを特徴としている。
【００１８】
請求項９記載の発明は、第二のねじ部材の回転阻止部が、これの内周面に形成した凹凸であり、この凹凸の溝深さを、形状記憶材料の歪回復による収縮寸法以下に設定したことを特徴としている。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、形状記憶材料が、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｔｉ，Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ等のＣｕ系合金、又はＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ等のＦｅ系合金であることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の第一の実施形態に係るねじＡの斜視図、図２は、そのねじの断面図、図３は図２に示すＩ−Ｉ線に沿う断面図、図４は、そのねじの分解図である。
【００２１】
第一の実施形態に係るねじＡは、第一のねじ部材１と、第二のねじ部材２とからなり、それらのうち、第一のねじ部材１を形状記憶材料によって形成し、かつ、第二のねじ部材２を非形状記憶材料によって形成している。
換言すると、第一の実施形態に係るねじＡは、第一のねじ部材１のみを形状記憶材料によって形成したものであり、それらの詳細は次のとおりである。
【００２２】
第一のねじ部材１は、ねじ頭部１ａと、円柱形のねじ芯部１ｂとを形状記憶材料によって連成してなるものであり、該ねじ芯部１ｂの外周面には、詳細を後述する第二のねじ部材２との相対的な回転を阻止する回転阻止部１ｃが形成されている。
ここで、第一，第二のねじ部材１，２の相対的な回転とは、第一のねじ部材１の中心軸Ｏ１を中心として、第二のねじ部材２が回転変位することである。
【００２３】
上記形状記憶材料としてはＴｉ−Ｎｉ合金が好適ではあるが、例えばＣｕ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｔｉ，Ｃｕ−ＡＬ−Ｍｎ等のＣｕ系合金、又はＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ等のＦｅ系合金を採用することができる。
【００２４】
上記ねじ芯部１ｂは、円柱形において形状記憶処理され、かつ、上記回転阻止部１ｃが塑性変形により形成されている。
ここで、形状記憶処理とは、例えば上記したＴｉ−Ｎｉ合金の場合、８００℃以上で組織の標準化を行った後で、室温において所定形状に加工し、その後、３５０〜５００℃での加熱処理を行うことを内容としている。
【００２５】
回転阻止部１ｃは、本実施形態においてはローレット模様の凹凸をねじ芯部１ｂの外周面に形成したものであるが、この他、例えばねじ芯部１ｂの中心軸Ｏ１に沿った凹凸をねじ芯部１ｂの外周面全域に所定の角度間隔で形成した構成や、当該外周面の一部のみに凹凸を形成した構成にしてもよい。
上記凹凸の溝深さは、形状記憶材料の歪回復による収縮寸法以下に設定している。
なお、上記ねじ芯部１ｂ外周面の一部のみに形成した凹凸には、凹部又は凸部の一方だけを１又は２以上形成したものを含んでいる。
【００２６】
第二のねじ部材２は、第一のねじ部材１のねじ芯部１ｂを被覆する長さと内径にした円筒形にして形成されており、これの外周面にはねじ切部２ａが、また、内周面には、第一のねじ部材１との相対的な回転を阻止する回転阻止部２ｂが形成されている。
【００２７】
回転阻止部２ｂは、本実施形態においてはローレット模様の凹凸を第二のねじ部材２の内周面に形成したものであるが、この他、例えば第二のねじ部材２の中心軸Ｏ２に沿った凹凸を内周面全域に所定の角度間隔で形成した構成や、当該内周面の一部のみに凹凸を形成した構成にしてもよい。
なお、上記ねじ芯部１ｂ外周面の一部のみに形成した凹凸には、凹部又は凸部の一方だけを１又は２以上形成したものを含んでいる。
【００２８】
本実施形態においては、上記した第一，第二のねじ部材１，２の各部の寸法を次のように設定している。
第二のねじ部材２のねじ切部２ａの山径をＤ、谷径をＤ１とし、かつ、Ｍ４ねじ（メートルねじ）に適用したとすると、山径Ｄ＝４ｍｍ、谷径Ｄ１＝３．２４２ｍｍとなる。
また、第一のねじ部材１のローレット模様の山径をｄ、谷径をｄ１とすると、山径ｄ＝２．１５ｍｍ，谷径ｄ１＝２．０５ｍｍとなる。
【００２９】
上記の第一のねじ部材１の加工は、図５，６に示す手順で行われる。図５（Ａ）は、形状記憶処理をしかつ塑性加工処理を施した様子の側面図、（Ｂ）は、ねじ芯部の端面図、図６（Ａ）は形状記憶処理及び塑性加工処理を施した様子の側面図、（Ｂ）は、ねじ芯部の端面図である。
【００３０】
図５に示すように、形状記憶処理を行ったねじ芯部１ｂの外径ｄ２＝２．０ｍｍとする。
これに、塑性加工処理を行って、ねじ芯部１ｂの外周面に、山径ｄ＝２．１５ｍｍ、ローレット模様の谷径ｄ１＝２．０５ｍｍのローレット模様を形成する。
【００３１】
このとき、形状記憶処理時のねじ芯部１ｂの外径ｄ２よりもローレット模様の谷径ｄ１が大きいため、第一のねじ部材１の長手方向を圧縮する方向での加工を行うことになる。
ねじ切部２ａの山の高さは（２．１５−２．０５）／２＝０．０５ｍｍとなる。
また、歪回復率は（２．１５−２．０）／２．０＝０．０７５、すなわち、７．５％となる。
Ｔｉ一Ｎｉ合金の場合、歪回復率は８％であり、それ以下の値になるため、実現可能な値である。
すなわち、第一のねじ部材１は、変態温度範囲の加熱がなされた場合、Ｔｉ−Ｎｉ合金の歪回復率８％が機能し、ｄ２＝２．０ｍｍの寸法に戻る。
第一のねじ部材１はｄ２＝２．０ｍｍの寸法となり、第二のねじ部材２のローレット型形状の谷径ｄ１寸法２．０５ｍｍ以下になるため、第二のねじ部材２からの分離が可能となる。
【００３２】
なお、第一のねじ部材１と第二のねじ部材２の嵌合は、焼き挟め、圧入等にて行なう。図７は、第一のねじ部材と第二のねじ部材とを圧入嵌合する時の様子を示す断面図である。
【００３３】
図７に示すように、圧入機３に第一のねじ部材１のねじ芯部１ｂと第二のねじ部材２とを、これらの中心軸Ｏ１，Ｏ２をほぼ一致させて装着し、矢印αで示すように、中心軸Ｏ１，Ｏ２方向に荷重をかけて第一のねじ部材１と第二のねじ部材２とを圧入嵌合させる。これにより、図１，２に示すねじＡを組み立てることができる。また、塑性加工は鍛造加工等によって行なう。
【００３４】
次に、上記した第一の実施形態に係るねじＡにより、第一の締結目的材４、第二の締結目的材５とを締結し、また、その解除を行う場合について、図８を参照して説明する。図８は、第一の実施形態に係るねじＡにより、第一の締結目的材４と第二の締結目的材５とを締結した様子を示す断面図である。
【００３５】
第一のねじ部材１のねじ頭１ａをドライバ等によって回転させることによって、第一のねじ部材１を第二の締結目的材５のねじ孔に螺入させる。これにより、第二のねじ部材２のねじ切部２ａが第二の締結目的材５に螺合し、これにより、ねじ頭１ａによって第一の締結目的材４が第二の締結目的材５に締結される。
【００３６】
この螺着状態は、第一のねじ部材１を、第二のねじ部材２から分離することにより、第一の締結目的材４を、第二の締結目的材５から分離可能な締結状態である。
【００３７】
この状態から、変態温度範囲の加熱を行うことにより、第一のねじ部材１と第二のねじ部材２との間にクリアランスが生じて、第一のねじ部材１が、第二のねじ部材２より容易に分離されるようになる。
これにより、ねじ頭１ａによる第一の締結目的材４の締結状態が解除され、その第一の締結目的材４と第二の締結目的材５との締結状態を解除できる。
【００３８】
第二の実施形態に係るねじＢについて、図９，１０を参照して説明する。図９は、第二の実施形態に係るねじＢの断面図、図１０（Ａ）は、そのねじＢの塑性加工前の端面図、（Ｂ）は、塑性加工後の端面図であり、また、図１１は、第２の実施形態に係るねじにおける回転阻止部の噛合い状態を示す部分端面図である。
【００３９】
第二の実施形態に係るねじＢは、上記第一の実施形態と同じく、第一のねじ部材１と、第二のねじ部材６とから構成されているものであるが、第一の実施形態とは、第二のねじ部材についても形状記憶材料で形成されている点が相違しているので、ここでは、第一の実施形態において説明した第一のねじ部材と同等のものについては同一の符号を付して説明を省略し、ここでは、第二のねじ部材について説明する。
【００４０】
第二のねじ部材６は、形状記憶材料によって、第一のねじ部材１の上記したねじ芯部１ｂを被覆する長さと内径にした円筒形に形成されており、これの外周面にはねじ切部６ａが、また、内周面には、第一のねじ部材１との相対的な回転を阻止する回転阻止部６ｂが形成されている。
【００４１】
回転阻止部６ｂは、上記第１の実施形態のものと同じく、ローレット模様の凹凸を第二のねじ部材６の内周面に形成したものであるが、この他、例えば第二のねじ部材６の中心軸Ｏ３に沿った凹凸を内周面全域に所定の角度間隔で形成した構成や、当該内周面の一部のみに凹凸を形成した構成にしてもよい。
【００４２】
なお、上記ねじ芯部１ｂ外周面の一部のみに形成した凹凸には、凹部又は凸部の一方だけを１又は２以上形成したものを含んでいることは、前記した第１の実施形態と同様である。
【００４３】
形状記憶材料は、Ｃｕ合金（Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ）、Ｆｅ系合金（Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ）を採用している。
【００４４】
第二のねじ部材６の内径ｄ４は、ｄ４＝２．１５ｍｍとし、また、塑性加工処理により内周面をローレット模様の凹凸を加工形成する。この場合、塑性加工によって谷径ｄ５＝２．１５ｍｍ、山径ｄ６＝２．０５ｍｍにする。
【００４５】
第一のねじ部材１側は、第一の実施形態の場合と同様にして、円柱部の径ｄ２＝２．０５ｍｍにて形状記憶加工し、塑性加工で山径ｄ＝２．１５ｍｍ、谷径ｄ＝２．０５ｍｍのローレット型形状とする。
ここで、第二のねじ部材６の山径ｄ６、谷径ｄ５は、第一のねじ部材１の山径ｄ、谷径ｄ１にそれぞれ嵌合することになる。
【００４６】
第一のねじ部材１と第二のねじ部材６を加熱加工すると、第二のねじ部材６の内径ｄ４は２．１５ｍｍ、第一のねじ部材１のねじ芯部の径ｄ２＝２．０５ｍｍになる。
これにより、第一のねじ部材１と第二のねじ部材６との間にクリアランスβ（図１１参照）が生じて、それら第一のねじ部材１と第二のねじ部材６の分離が可能となる。なお、上記クリアランスが生じることは前述した第一の実施形態においても同様である。
【００４７】
第一のねじ部材１と第二のねじ部材６とともに形状記憶材料とするメリットは、歪回復率が（２．１５−２．０５）／２．０５＝０．０４９、即ち、要求される歪回復率が低くても機能させることができる。
【００４８】
結果として、Ｔｉ−Ｎｉ合金の変わりに、低コストのＣｕ合金（Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ）、Ｆｅ系合金（Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ）を採用することが可能となって、ねじＢを低コストで形成することができる。
【００４９】
なお、本発明は前述した実施形態に限るものではなく、次のような変形実施が可能である。
上述した第１の実施形態に係るねじでは、加熱後の寸法として、形状記憶寸法にて第一のねじ部材１と第二のねじ部材２のクリアランス分にてそれぞれの分離が可能となることで説明してきたが、実際には、第一のねじ部材１と第二のねじ部材２の山径・谷径が、加熱途上で相互間にクリアランスが生じた時に離脱が可能となり、この場合、結合が外れるのに必要な歪回復率は大幅に低減され、形状記憶材料の選択の範囲を広げることができる。
【００５０】
上記においては、第一のねじ部材のみを形状記憶材料で形成したねじと、第一，第二のねじ部材双方を形状記憶材料で形成したねじについて説明したが、第二のねじ部材のみを形状記憶材料で形成するようにしてもよい。
【００５１】
上記においては、回転阻止部を凹凸形成した例について説明したが、これに限るものではなく、例えばねじ芯部外周面と第二のねじ部材の内周面とを、互いに嵌合する多角形断面や楕円形断面にすることにより、それら第一，第二のねじ部材の相対的な回転を阻止するようにしてもよい。
【００５２】
上記においては、ねじとしてメートルねじ（Ｍねじ）を例として説明したが、これに限るものではなく、プラスチック成形品用のタッピングねじ、木ねじ等に応用できることは勿論である。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１〜１０記載の発明によれば、ねじを２つの部材で構成するとともに、少なくともその一方を形状記憶合金で構成し、それら２つの部材間で分離させることで、ねじ自体を容易に分離解体できるとともに、締結目的材の締結分離を容易迅速に行うことができる。
【００５４】
従って、いろいろな種類のねじに応用することができるとともに、加熱処理によって確実な締結分離を行える。
【００５５】
請求項１〜１０記載の発明で得られる上記共通の効果に加え、各請求項記載の発明によれば次の効果を得ることができる。
請求項４記載の発明によれば、第一のねじ部材のねじ芯部を円柱形において形状記憶処理し、かつ、回転阻止部を塑性変形により形成しているので、それらの加工を容易に行うことができる。
【００５６】
請求項５記載の発明によれば、第一のねじ部材の回転阻止部を、これのねじ芯部の外周面に形成した凹凸であり、この凹凸の溝深さを、形状記憶材料の歪回復による収縮寸法以下に設定しているので、回転阻止部を容易に形成することができる。
【００５７】
請求項７記載の発明によれば、第一のねじ部材と第二のねじ部材６の双方を形状記憶材料によって形成しているので、歪回復率が低くても機能させることができる。
【００５８】
請求項１０記載の発明によれば、形状記憶材料として、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｔｉ，Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ等のＣｕ系合金、又はＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ等のＦｅ系合金を採用しているので、コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るねじの斜視図である。
【図２】同上のねじの断面図である。
【図３】図２に示すＩ−Ｉ線に沿う断面図である。
【図４】同上のねじの分解図である。
【図５】（Ａ）は、形状記憶処理をしかつ塑性加工処理を施した様子の側面図、（Ｂ）は、ねじ芯部の端面図である。
【図６】（Ａ）は形状記憶処理及び塑性加工処理を施した様子の側面図、（Ｂ）は、ねじ芯部の端面図である。
【図７】第一のねじ部材と第二のねじ部材とを圧入嵌合する時の様子を示す断面図である。
【図８】第一の実施形態に係るねじにより、第一の締結目的材と第二の締結目的材とを締結した様子を示す断面図である。
【図９】第二の実施形態に係るねじの断面図である。
【図１０】（Ａ）は、そのねじＢの塑性加工前の端面図、（Ｂ）は、塑性加工後の端面図である。
【図１１】第２の実施形態のねじにおける回転阻止部の噛合い状態を示す部分端面図である。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ　　　ねじ
１　　　　　第一のねじ部材
１ａ　　　　ねじ頭部
１ｂ　　　　ねじ芯部
１ｃ，２ｂ　回転阻止部
２，６　　　第二のねじ部材
２ａ　　　　ねじ切部
４，５　　　締結目的材

Claims (10)

1. ねじ頭部とねじ芯部とを連成した第一のねじ部材と、該ねじ芯部を被覆しかつ外表面にねじ切部を形成した第二のねじ部材とからなることを特徴とするねじ。
2. 第二のねじ部材は、第一のねじ部材のねじ芯部に嵌合する筒形に形成されており、第一のねじ部材のねじ芯部外周面と、第二のねじ部材の内周面とに、第一のねじ部材と第二のねじ部材との相対的な回転を阻止する回転阻止部を形成していることを特徴とする請求項１記載のねじ。
3. 第一のねじ部材を形状記憶材料で形成したことを特徴とする請求項１又は２記載のねじ。
4. 第一のねじ部材のねじ芯部は、円柱形において形状記憶処理され、かつ、回転阻止部が塑性変形により形成されていることを特徴とする請求項３記載のねじ。
5. 第一のねじ部材の回転阻止部は、これのねじ芯部の外周面に形成した凹凸であり、この凹凸の溝深さを、形状記憶材料の歪回復による収縮寸法以下に設定したことを特徴とする請求項４記載のねじ。
6. 形状記憶材料は、Ｔｉ−Ｎｉ合金であることを特徴とする請求項３，４又は５記載のねじ。
7. 第二のねじ部材を形状記憶材料で形成したことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６記載のねじ。
8. 第一のねじ部材のねじ芯部に対向する第二のねじ部材を円筒形において形状記憶処理していることを特徴とする請求項７記載のねじ。
9. 第二のねじ部材の回転阻止部は、これの内周面に形成した凹凸であり、この凹凸の溝深さを、形状記憶材料の歪回復による収縮寸法以下に設定したことを特徴とする請求項７又は８記載のねじ。
10. 形状記憶材料は、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｔｉ，Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ等のＣｕ系合金、又はＦｅ−Ｍｎ−Ｓｉ等のＦｅ系合金であることを特徴とする請求項３，４，５，６，７，８又は９記載のねじ。

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