JP4614172B2 - 締結部品及び締結構造を有する機器 - Google Patents

Description

この発明は、締結部品及び締結構造を有する機器に係り、さらに詳しくは、加熱によって半径方向に収縮可能な形状記憶部材からなるワッシャーを用い、未締結時にワッシャーが脱落して外れるのを効果的に防止する締結部品及び締結構造を有する機器に関する。

従来、エアコン、洗濯機、冷蔵庫などの電化製品は、資源再利用及び環境問題への配慮から、リサイクルが積極的に行われるようになってきている。しかしながら、ねじなどの取り外しに時間が掛かり、十分に解体作業性の良いリサイクル処理が確立されていないのが実際の状況である。

例えば電化製品などの部品の締結にはボルトを使用しているものがあるが、従来例（特許文献１）には、それぞれ別素材から形成されたボルトと熱膨張率の差に起因する弛みを防止することができるねじ付属品としての弾性座金が開示されている。弾性座金は、形状回復終了温度が５℃〜１０℃になるような形状記憶合金からなり、切欠部により分離された一対の腕部が互い違いになるように形状記憶処理が施されている。

この弾性座金の使用に際しては、変態点より十分低い温度で平形形状に成形されたものを用い、変態温度以上にならないようにして、ボルトと被締結部材との間又はナットと被締結部材との間に密着状態に弾性座金を挟む。そして、締結作業が済み、締結部分が変態温度以上になると、弾性座金が記憶されていた元の形状に復元し、ボルトの軸方向に引張力が作用して、ねじ面の接触面圧力が高まり、ボルトの締結力が維持されるようになっている。

このように、従来例は、形状回復する弾性座金の変形量が熱膨張によるボルトの伸びを上回るように形成されているから、ボルトと弾性座金との熱膨張率の差に起因する弛みが防止され、締結力が維持されるようになっている。
特開昭６２−１１００１３号

しかしながら、従来の形状記憶合金などからなる締結部材やねじ付属品には、解決すべき以下の問題点がある。

従来例は、ボルトの締結力を高めるための座金を提供したものであり、電化製品などのプラスチックシャーシを確実に組み立てることができるものであるが、一方では、ボルトが強く締め付けられているため、ボルトを外すのが容易ではなく、解体作業性が良いものではないという問題がある。また、未締結時に座金が脱落して外れることがあり、締結作業に手数を要することがあるという問題がある。

この発明は、前記の実情に鑑み、作業性が良く確実に固定することができ、また、容易に分離、解体することができる締結部品及び締結構造を有する機器を提供することを目的としている。

前記課題を解決し、かつ目的を達成するために、この発明は、以下のように構成されている。

請求項１に記載の発明は、ねじ回転工具係合穴を備えた頭部と雄ねじ部の間で、前記雄ねじ部の外径より大きく、 前記頭部の外径より小径に形成された係止段部と、
前記ネジ回転工具係合穴の底部より下方になる前記係止段部の外周に前記係止段部より小径のワッシャー保持部とを有するボルトと、
加熱前の内径が前記頭部の直径より小さく、加熱によって半径方向に前記頭部の直径より拡張可能な形状記憶材からなるワッシャーとからなり、
前記ワッシャー保持部は、環状の凹みによって形成され、
前記環状の凹みは、下側と上側に曲面部を有し、
前記下側の曲面部の曲がりが大きく、前記上側の曲面部の曲がりが小さく設定され、
前記ワッシャーを前記ワッシャー保持部に嵌合し、
前記下側の曲面部で前記ワッシャーを保持し、
締結時に前記ワッシャーが軸方向の押圧力により前記頭部の座面に移動可能であり、
前記ワッシャーは、前記上側の曲面部で弾性変形して拡張しながら前記係止段部に導かれて拡張した状態で係止されることを特徴とする締結部品である。

請求項２に記載の発明は、
前記ボルトは、転造加工を施して前記雄ねじ部と共に、前記ワッシャー保持部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の締結部品である。

請求項３に記載の発明は、締結部品と、この締結部品により締結される第１の構造体及び第２の構造体とからなる機器であって、
前記締結部品は、
ねじ回転工具係合穴を備えた頭部と雄ねじ部の間で、前記雄ねじ部の外径より大きく、前記頭部の外径より小径に形成された係止段部と、
前記ネジ回転工具係合穴の底部より下方になる前記係止段部の外周に前記係止段部より 小径のワッシャー保持部とを有するボルトと、
加熱前の内径が前記頭部の直径より小さく、加熱によって半径方向に前記頭部の直径より拡張可能な形状記憶材からなるワッシャーとからなり、
前記ワッシャー保持部は、環状の凹みによって形成され、
前記環状の凹みは、下側と上側に曲面部を有し、
前記下側の曲面部の曲がりが大きく、前記上側の曲面部の曲がりが小さく設定され、
前記ワッシャーを前記ワッシャー保持部に嵌合し、
前記下側の曲面部で前記ワッシャーを保持し、
締結時に前記ワッシャーが軸方向の押圧力により前記頭部の座面に移動可能であり、
前記ワッシャーは、前記上側の曲面部で弾性変形して拡張しながら前記係止段部に導かれて拡張した状態で係止され、
前記第１の構造体は、直径が前記頭部の直径よりも大きく、加熱前における前記ワッシャーの外径よりも小さな貫通孔を備え、
前記貫通孔に前記ボルトの軸部を前記第１の構造体側から挿通し、前記雄ねじ部を前記第２の構造体に螺着し、
締結時に前記ワッシャーが軸方向の押圧力により前記頭部の座面に移動して前記第１の構造体及び前記第２の構造体を締結することを特徴とする締結構造を有する機器である。

前記構成により、この発明は、以下のような効果を有する。
請求項１に記載の発明では、加熱前の内径がボルトの頭部の直径より小さく、加熱によって半径方向にボルトの頭部の直径より拡張可能な形状記憶材からなるワッシャーをボルトのワッシャー保持部に嵌合し、締結時にワッシャーが軸方向の押圧力により頭部の座面に移動可能であり、未締結時にはワッシャーが脱落して外れるのを効果的に防止することができ、作業性が良く確実に固定することができる。

請求項２に記載の発明では、ボルトに転造加工を施すことで、雄ねじ部と共に、ワッシャー保持部を形成するから、ボルトの加工を簡素化することができる。また、ボルトは、ワッシャー保持部がネジ回転工具係合穴の底部より下方に位置しているから、転造加工を施すことによっても、ネジ回転工具係合穴が変形することがなく、ボルトの加工精度が向上する。

請求項３に記載の発明では、加熱前の内径がボルトの頭部の直径より小さく、加熱によって半径方向にボルトの頭部の直径より拡張可能な形状記憶材からなるワッシャーをボルトのワッシャー保持部に嵌合し、締結時にワッシャーが軸方向の押圧力により頭部の座面に移動可能であり、未締結時にはワッシャーが脱落して外れるのを効果的に防止することができ、作業性が良く確実に固定することができる。また、第１の構造体及び第２の構造体の締結後に解体する場合には、熱によってワッシャーが半径方向にボルトの頭部の直径より拡張するからワッシャー、第１の構造体が第２の構造体から外れ、容易に分離、解体することができる。

以下、この発明の締結部品及び締結構造を有する機器の実施の形態について説明するが、この発明の実施の形態は、発明の最も好ましい形態を示すものであり、この発明はこれに限定されない。

まず、この発明の締結部品について説明する。図１は締結部品の側面図、図２は締結部品の分解斜視図、図３はワッシャーの平面図である。

この発明の締結部品１は、図１及び図２に示すように、ボルト２と、ワッシャー３とからなる。ボルト２は、頭部２aと雄ねじ部2bの間で、雄ねじ部2bの外径L1より大きく、頭部2aの外径L2より小径L3に形成された係止段部2cを有する。頭部２aには、ねじ回転工具係合穴２ｄを備え、図示しない締結時にねじ回転工具を、ねじ回転工具係合穴２ｄに係合して所定位置に移動させることができるようになっている。
ネジ回転工具係合穴２ｄには、底部２ｄ１が中心部に形成され、この底部２ｄ１より下方になる位置に係止段部２cがあり、この係止段部２cの外周には係止段部２ｃより小径L4のワッシャー保持部２eが形成されている。ワッシャー保持部２eは、環状の凹みによって形成され、ワッシャー３が入り込み保持されるようになっている。さらに、ワッシャー保持部２eの環状の凹みは、下側の曲面部２e1の曲がりが大きく、上側の曲面部２e２の曲がりが小さく、下側の曲面部２e1でワッシャー３を確実に保持でき、上側の曲面部２e２でワッシャー３を弾性変形して拡張しながら係止段部２cに円滑に導くことができるようになっている。

この実施の形態では、ボルト２に転造加工を施すことにより、雄ねじ部2bの外周囲に雄ネジを形成するとともに、ワッシャー保持部２eを形成している。このように、ボルト２に転造加工を施すことで、雄ねじ部２bと共に、ワッシャー保持部2eを形成することで、ボルト２の加工を簡素化することができる。また、ボルト２は、ワッシャー保持部２eがネジ回転工具係合穴2dの底部2d1より下方に位置しているから、転造加工を施すことによってワッシャー保持部2eを形成してもネジ回転工具係合穴2dが変形することがなく、ボルト2の加工精度が向上する。

ワッシャー３は、加熱前の内径L10が頭部２aの直径L2より小さく、加熱によって内径L10が半径方向に頭部2aの直径L2より拡張可能な形状記憶材からなる。このワッシャー３をワッシャー保持部２eに嵌合し、締結時にワッシャー３が軸方向の押圧力により上側の曲面部２e２でワッシャー３を弾性変形して拡張しながら係止段部２cに円滑に導き、さらに頭部２aの座面2a1に移動可能である。

このワッシャー３の厚さW1より、ボルト２の係止段部２cの軸方向の長さW2が長くなっており、締結時にワッシャー３がずれたりすることがなく確実にボルト２を支持することができるようになっている。このワッシャー３は、図３に示すように、一部3a,３bを切断して小さく開口し、軸方向に弾性を有するものが用いられるが、これらに限定されない。

この発明の締結部品１は、図２に示すように、ボルト２の雄ねじ部2bよりワッシャー３を挿入し、この挿入したワッシャー３は、内径L10が係止段部2cの下部２c1より小径であるから弾性変形して拡張してワッシャー保持部２eで係止する。つまり、加熱前は半径方向に収縮したワッシャー３は、ワッシャー保持部２eで係止されて係止段部２ｃに収容され、ワッシャー３がボルト２から外れてしまわないように保持される。

ワッシャー３に用いられる形状記憶部材としては、各種金属からなる形状記憶合金や、各種重合体からなる形状記憶樹脂が考えられる。形状記憶合金は、所定の相転移温度以上で成形された形状を当該相転移温度よりも低い温度において記憶している金属であり、加熱による記憶形状への復元作用を有している。具体的には、Ｔｉ−Ｎｉ（チタン−ニッケル）合金やＣｕ−Ｚｎ−Ａｌ（銅−亜鉛−アルミニウム）合金、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｆｅ（チタン−ニッケル−鉄）合金などの合金が形状記憶合金として用いられる。この様な形状記憶合金は、一般に、加熱による復元作用の他に、超弾性や高い振動吸収性、高耐食性を備えている。

形状記憶合金に所望の形状を記憶させるための熱処理において、その処理条件は合金組成及び用途によって異なっている。例えば、大気などの不活性ガスからなる雰囲気中や真空中において、４００〜８００℃の処理温度を保持しながら、５〜６０分間加熱される。ここでは、Ｔｉ−Ｎｉ合金からなる形状記憶合金が形状記憶部材として用いられるものとし、大気中で７５０℃の処理温度を保持しながら１０分間の加熱処理が行われる。

加熱によって形状記憶合金が相変態を開始し、記憶形状に復元する相転移温度（逆変態開始温度）は、合金を構成する金属元素の種類や組成割合などによって大きく異なっている。例えば、Ｔｉ−５０Ｎｉ合金の場合、７８℃となっている。ここで用いられるＴｉ−Ｎｉ合金では、およそ１００℃となっている。なお、ここでいう加熱による相変態とは、マルテンサイト相からオーステナイト相への変態のことである。

つまり、高温で形状を記憶させた形状記憶合金は、低温度、すなわち、逆変態開始温度よりも低い温度で記憶形状とは異なる形状に変形されても、当該逆変態開始温度よりも高い温度まで加熱することによって、記憶形状に復元させることができる。そこで、螺旋状の線材に予め形状を記憶させ、この線材から切り出した環状部材の径を狭めてワッシャー３とすれば、加熱によって半径方向に拡張するワッシャー３を得ることができる。

なお、上述した様な形状記憶合金を形状記憶部材として用いるのに代えて、形状記憶樹脂を用いても良い。形状記憶樹脂は、所定の相転移温度（ガラス転移温度）以上で成形された形状を当該相転移温度よりも低い温度において記憶している高分子ポリマーであり、加熱による記憶形状への復元作用を有している。具体的には、ポリウレタン系ポリマーを形状記憶部材として用いることができる。ワッシャー３に用いられる形状記憶部材としては、各種金属からなる形状記憶合金や、各種重合体からなる形状記憶樹脂が考えられる。

次に、締結部品と、この締結部品により締結される第１の構造体及び第２の構造体とからなる機器について説明する。図４は締結部品により締結した第１の構造体及び第２の構造体とからなる機器の断面図、図５は第１の構造体及び第２の構造体とからなる機器を締結部品により締結する前の状態を示す図、図６は第１の構造体及び第２の構造体とからなる機器を解体した状態を示す図である。

この実施の形態の機器２０は、締結部品１と、この締結部品１により締結される第１の構造体２１及び第２の構造体２２とからなる。

この実施の形態の締結部品１は、図１乃至図３に示すものが用いられ、同じ構成は同じ符号を付して詳細な説明を省略する。第１の構造体２１及び第２の構造体２２は、貫通孔21a、２２aを備えている。貫通孔21aの直径L３0は、ボルト２の頭部２aの直径L２よりも大きく、加熱前におけるワッシャー3の外径L２０よりも小さい。

この第１の構造体２１及び第２の構造体２２の締結は、図５に示すように、加熱前は半径方向に収縮したワッシャー３は、ワッシャー保持部２eで係止されて係止段部２ｃに収容され、ワッシャー３がボルト２から外れてしまわないように保持されている。このように、未締結時にはワッシャー３が脱落して外れるのを効果的に防止することができ、作業性良く確実に固定することができる。

この締結部品１のボルト２を第１の構造体側から貫通孔21aに挿通し、雄ねじ部2bを第２の構造体22の雌ねじ部２２aに螺着して締結する。この締結時には、ワッシャー３がワッシャー保持部２eから上側の曲面部２e２で弾性変形して拡張しながら係止段部２cに円滑に導かれ、さらに軸方向の押圧力により係止段部２cから頭部２aの座面2a1に移動し、頭部2aによりワッシャー3を介して第１の構造体21が押圧され、第１の構造体21及び第２の構造体22を確実に締結することができる。

また、第１の構造体21及び第２の構造体22の締結後に解体する場合には、図６に示すように、加熱によってワッシャー３の内径L10が半径方向に拡張し、頭部2aの直径L２より拡張することで、ボルト２の頭部２aからワッシャー3が外れ、さらに第１の構造体２１が外れ、容易にワッシャー3及び第１の構造体２１を第２の構造体２２から分離して解体することができる。

この発明は、加熱によって半径方向に収縮可能な形状記憶部材からなるワッシャーを用い、未締結時にワッシャーが脱落して外れるのを効果的に防止する締結部品及び締結構造を有する機器に適用でき、作業性が良く確実に固定することができ、また、容易に分離、解体することができる。

締結部品の断面図である。 締結部品の分解斜視図である。 ワッシャーの平面図である。 締結部品により締結した第１の構造体及び第２の構造体とからなる機器の断面図である。 第１の構造体及び第２の構造体とからなる機器を締結部品により締結する前の状態を示す図である。 第１の構造体及び第２の構造体とからなる機器を解体した状態を示す図である。

符号の説明

１ 締結部品
２ ボルト
２a 頭部
２b 雄ねじ部
２c 係止段部
２d ねじ回転工具係合穴
２e ワッシャー保持部
３ ワッシャー
２０ 機器
２１ 第１の構造体
２２ 第２の構造体

Claims (3)

1. ねじ回転工具係合穴を備えた頭部と雄ねじ部の間で、前記雄ねじ部の外径より大きく、 前記頭部の外径より小径に形成された係止段部と、
   前記ネジ回転工具係合穴の底部より下方になる前記係止段部の外周に前記係止段部より小径のワッシャー保持部とを有するボルトと、
   加熱前の内径が前記頭部の直径より小さく、加熱によって半径方向に前記頭部の直径より拡張可能な形状記憶材からなるワッシャーとからなり、
   前記ワッシャー保持部は、環状の凹みによって形成され、
   前記環状の凹みは、下側と上側に曲面部を有し、
   前記下側の曲面部の曲がりが大きく、前記上側の曲面部の曲がりが小さく設定され、
   前記ワッシャーを前記ワッシャー保持部に嵌合し、
   前記下側の曲面部で前記ワッシャーを保持し、
   締結時に前記ワッシャーが軸方向の押圧力により前記頭部の座面に移動可能であり、
   前記ワッシャーは、前記上側の曲面部で弾性変形して拡張しながら前記係止段部に導かれて拡張した状態で係止されることを特徴とする締結部品。
2. 前記ボルトは、転造加工を施して前記雄ねじ部と共に、前記ワッシャー保持部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の締結部品。
3. 締結部品と、この締結部品により締結される第１の構造体及び第２の構造体とからなる機器であって、
   前記締結部品は、
   ねじ回転工具係合穴を備えた頭部と雄ねじ部の間で、前記雄ねじ部の外径より大きく、 前記頭部の外径より小径に形成された係止段部と、
   前記ネジ回転工具係合穴の底部より下方になる前記係止段部の外周に前記係止段部より 小径のワッシャー保持部とを有するボルトと、
   加熱前の内径が前記頭部の直径より小さく、加熱によって半径方向に前記頭部の直径より拡張可能な形状記憶材からなるワッシャーとからなり、
   前記ワッシャー保持部は、環状の凹みによって形成され、
   前記環状の凹みは、下側と上側に曲面部を有し、
   前記下側の曲面部の曲がりが大きく、前記上側の曲面部の曲がりが小さく設定され、
   前記ワッシャーを前記ワッシャー保持部に嵌合し、
   前記下側の曲面部で前記ワッシャーを保持し、
   締結時に前記ワッシャーが軸方向の押圧力により前記頭部の座面に移動可能であり、
   前記ワッシャーは、前記上側の曲面部で弾性変形して拡張しながら前記係止段部に導かれて拡張した状態で係止され、
   前記第１の構造体は、直径が前記頭部の直径よりも大きく、加熱前における前記ワッシャーの外径よりも小さな貫通孔を備え、
   前記貫通孔に前記ボルトの軸部を前記第１の構造体側から挿通し、前記雄ねじ部を前記第２の構造体に螺着し、
   締結時に前記ワッシャーが軸方向の押圧力により前記頭部の座面に移動して前記第１の構造体及び前記第２の構造体を締結することを特徴とする締結構造を有する機器。