JP5099548B2

JP5099548B2 - 締結体構造

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Publication number: JP5099548B2
Application number: JP2007312827A
Authority: JP
Inventors: 一也吉田; 正洋中西
Original assignee: Tokai University Educational Systems
Current assignee: Tokai University Educational Systems
Priority date: 2007-12-03
Filing date: 2007-12-03
Publication date: 2012-12-19
Anticipated expiration: 2027-12-03
Also published as: EP2233758A1; CN101883929A; EP2233758A4; JP2009138779A; KR20100087407A; US20100272538A1; EP2233758B1; US8303222B2; WO2009072449A1

Description

本発明は、エアコン、洗濯機、冷蔵庫、テレビ、電池パック、簡易充電器等、その構成部品あるいは付属部品、あるいは、使用材料が再使用可能となるように解体容易な製品の製造に適用され、当該製品の解体に有効な形状記憶合金製ワッシャおよびネジを用いた締結体構造に関するものである。

一般に、ネジ止めされた製品を解体する場合、従来はそのネジをゆるめ、そしてネジを外す操作を手作業で行っていた。最近は、締結の際に形状記憶合金製のワッシャをネジと組み合わせて使用する、いわゆる容易な解体を実現させる技術開発が進み、その方法は部品のリサイクルユースおよび資源回収の面からも注目されている。

このような易解体技術は、例えば、特許文献１に記載されている。まず、ネジ締結体を製造するに際して、ネジに形状記憶合金製ワッシャを挿入し組み合わせた複合品を最初に準備する。そして、その形状記憶合金製ワッシャには、予め所定温度以上でネジの頭部外径よりも大きな内径形状になるように記憶させておき、部品の締結時にはネジの軸部に挿入できる程度の小内径に加工調整している。そのため、その複合品を用いて部品を締結して製品を製造し、使用後その製品を解体する際には、ワッシャを前記した所定温度以上に加熱すると、ワッシャ内径が記憶していた大きな直径へと復元するので、形状記憶合金製ワッシャがネジの頭部から飛び出し、製品を短時間内に解体させることができるものである。

一方、通常、ネジ止めするときは、部品が確実に締結できるように、大きな締結力（トルク）がネジに加えられる。その際、ワッシャをネジに組み合わせて使用し、かつ、そのネジの頭部軸側を、皿ネジ形状に加工していると、製品の解体時に、ワッシャがネジの頭部から抜け出て外れやすくなる。このようにネジの頭部が皿ネジ形状を有するネジは、ワッシャを外す際に好都合である。
特開２００５−１６７１３号公報

しかし、従来のネジでは、解体時を考慮した形状記憶合金製のワッシャと組み合わせて使用する場合には、以下に示すような問題点が存在する。
すわなち、従来のネジは、締結部品を締結する目的で雌ネジ部あるいは設置面に直接、捩じ込まれた場合、その頭部に皿ネジ形状が加工してあると、ネジの頭部がワッシャ内径に入り込むように回転して捩じ込まれることになる。そうすると、ネジが回転して捩じ込まれることにより、ワッシャ内径がネジの頭部外径よりも大きくなる方向に、ワッシャ腕部が拡がってしまい、締結目的を達成することが困難になってしまう。

本発明は前記した問題点に鑑み創案されたものであって、皿ネジ形状の頭部を有するネジと、形状記憶合金製ワッシャとを組合せて使用するネジ部材を用いて、締結部品を設置部に締結するときに、必要な締結力をかけても形状記憶合金製ワッシャの腕部が拡がり難くなり、かつ、解体するときには形状記憶合金製ワッシャを取り外すことが容易にできる締結体構造を提供することを課題とする。

すなわち、本発明に係る締結体構造は、設置部に設けられた雌ネジ部と対で使用される雄ネジ部の一端側に設けられた皿ネジ形状の頭部を有するネジと、このネジの雄ネジ部に対応した寸法で、かつ環状の一部が切り離された形状の形状記憶合金製ワッシャと、を備えるネジ部材を使用して、前記設置部に締結部品を締結する締結体構造であって、前記形状記憶合金製ワッシャは、その材料の形状復元温度以上では内径が前記ネジの頭部の外径よりも大きな復元形状となるように形成されており、前記締結部品は、ネジ用孔を有し、前記ネジ用孔が前記ネジの頭部より大きな直径で、かつ、前記形状記憶合金製ワッシャの外径より小さな直径に形成されており、前記形状記憶合金製ワッシャに当接する前記ネジの頭部下面に形成された傾斜面、または、前記ネジに当接する前記形状記憶合金製ワッシャのネジ当接面に、凹凸部が設けられており、前記凹凸部は、前記頭部の内径側から外径側に向かって、または、形状記憶合金製ワッシャの内径側から外径側に向かって、形成されたものである。

このように構成した締結体構造は、ネジの頭部の傾斜面または形状記憶合金製ワッシャのネジ当接面に形成した凹凸部により、ネジと形状記憶合金製ワッシャとが当接した状態でネジの頭部を捩じ込むと、ネジの頭部の回転する方向に対しては凹凸部が抵抗となって形状記憶合金製ワッシャがネジと供に回る（連れ回る、あるいは、共回る）状態になる。そのため、ネジが、形状記憶合金製ワッシャのワッシャ腕部を拡がらせるように形状記憶合金製ワッシャに対して捩じ込まれることがない。また、締結体構造は、解体時に所定温度以上に形状記憶合金製ワッシャを加熱することにより、ワッシャ腕部がネジの頭部外径より大きくなるように形状変化して、頭部に形成した凹凸部が邪魔することなくネジから形状記憶合金製ワッシャが取り外される。

また、前記締結体構造において、前記ネジは、頭部と雄ネジ部との間に、前記雄ネジ部の直径より大きく、かつ、前記頭部の直径より小さな段部を有する構成とした。
このように構成した締結体構造は、ネジの段部に形状記憶合金製ワッシャを係合させ、かつ、形状記憶合金製ワッシャが常にネジの軸部分に対して中央となる位置に位置決めされた状態で締結作業を進めることができる。

さらに、前記締結体構造において、前記凹凸部は、前記ネジの頭部下面または形状記憶合金製ワッシャの中央から周縁に向かって放射状に形成され、かつ、前記ネジの頭部下面または形状記憶合金製ワッシャの周方向に凹部および凸部が交互に連続している構成とした。
このように構成した締結体構造は、ネジが締め付けられたときに、凹凸部によりネジの頭部が形状記憶合金製ワッシャを押圧する状態となり、凹凸部が回転する方向に対して形状記憶合金製ワッシャの表面に引っかかり、形状記憶合金製ワッシャを供回りさせる状態となる。また、締結体構造は、解体時に形状記憶合金製ワッシャを所定温度以上に加熱させることでワッシャ腕部を拡がらせる場合、凹凸部が放射状に形成されていることからスムーズに形状記憶合金製ワッシャがネジから取り外される。

本発明に係る締結体構造は、ネジにおける頭部の傾斜面または形状記憶合金製ワッシャのネジ当接面に凹凸部を備えることで、解体時のことを考慮したネジの頭部の構成である皿ネジ形状の頭部および形状記憶合金製ワッシャを用いて、ドライバ等により大きなトルクがかけられても、形状記憶合金製ワッシャのワッシャ腕部を拡がらせることなく、ネジを締め付けることができる。そのため、締結体構造は、確実にかつ強固に締結部品を締結させることができると共に、解体時には加熱するだけで、形状記憶合金製ワッシャの腕部を拡がらせて締結部品を取り外し易くすることができる。したがって、製品の解体作業を容易にし、部品のリサイクルあるいは資源回収を図る上で都合がよい。

締結体構造は、ネジに段部を備えると、形状記憶合金製ワッシャをその段部に係合した状態で設置部と締結部品との締結作業を円滑に実施できるので、作業性および効率性に優れている。
締結体構造は、ネジの頭部下面の傾斜面に、例えば、型成形あるいは機械成形によりローレット加工を施して、凹凸部を形成している。そのため、締結体構造では、ネジの頭部の回転方向に対してその凹凸部が形状記憶合金製ワッシャに引っかかり、ネジと供回りをする状態となることから、ネジがワッシャ腕部を拡げさせることなく締結部品を締結できる。また、締結体構造は、解体時には、その凹凸部が形状記憶合金製ワッシャの離脱を邪魔することがないので解体作業を効率的に進めることが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、締結体構造の全体を模式的に示す分解斜視図、図２（ａ）、（ｂ）は締結体構造を示す断面図および解体状態を示す断面図、図３（ａ）、（ｂ）は、締結体構造に使用するモジュールネジの頭部に形成された凹凸部を模式的に示す底面図および側面図、図４（ａ）〜（ｇ）は、締結体構造の締結手順および分解手順を、一部を切り欠いて示す斜視図および側面図である。

図１および図２（ａ）に示すように、締結体構造１は、モジュールネジ（ネジ）２と、形状記憶合金製ワッシャ３とから構成されるネジ部材４を、ネジ用孔１１を穿設した締結部品１０に挿通して、締結部品１０を設置部２０に締結するものである。なお、ここでいうモジュールネジ２は、一般的なネジのことを指し、皿ネジ加工を施した頭部２ａに続いて雄ネジ部２ｄを備えているものや、あるいは、皿ネジ加工を施した頭部２ａにシャンク（段部）２ｃを介して雄ネジ部２ｄを備えるものである。

締結体構造１において、モジュールネジ２と、形状記憶合金製ワッシャ３と、締結部品１０のネジ用孔１１と、設置部２０との関係は、図２（ａ）、（ｂ）に示す配置と寸法とになっている。すなわち、締結部品１０のネジ用孔１１の直径Ｄ２は、モジュールネジ２の頭部２ａの直径（外径）Ｄ１より大きく、形状記憶合金製ワッシャ３の外径Ｄ３より小さく形成されている。そして、形状記憶合金製ワッシャ３の内径は、常温締結時においてモジュールネジ２の頭部２ａの直径Ｄ１より小さくなるように形成されている。
また、設置部２０に形成された雌ネジ部２１は、モジュールネジ２の雄ネジ部２ｄが螺合自在になるように形成されている。なお、図２（ｂ）に示すように、形状記憶合金製ワッシャ３は、所定温度以上に加熱されると、ワッシャ内径がモジュールネジ２の頭部２ａの外径Ｄ１より大きくなるように予め記憶させてある。

図１および図２（ａ）に示すように、モジュールネジ２は、皿ネジ加工を施した頭部２ａと、この頭部２ａに連続して形成されたシャンク２ｃと、このシャンク２ｃに連続して形成された雄ネジ部２ｄとを備えている。

モジュールネジ２の頭部２ａは、後記する締結部品１０のネジ用孔１１の直径より小さい直径に形成されている。また、この頭部２ａには、その頭部下面に皿ネジ加工により形成された傾斜面２ｂが形成されており、傾斜角度（皿角）θは、広い締め付けトルク幅（例えば、雄ネジ径４ｍｍのネジ（Ｍ４）の場合、１．１〜１．３７[Ｎ．ｍ]）で部材を締結させると共に、解体時には形状記憶合金製ワッシャ３が容易に抜け出せるように設定されている。具体的には、頭部２ａの傾斜面の傾斜角度（皿角）θは、９０〜１７５度の範囲となるように設けられている。頭部２ａの傾斜面２ｂは、その傾斜角度θが前記の範囲内であると、形状記憶合金製ワッシャ３を介して所定の締付力をかけて締結状態にすることができる。また、解体時に、形状記憶合金製ワッシャ３が容易に取り外しやすくなる。したがって、頭部２ａは、その傾斜角度θを９０〜１７５度の範囲に設定している。なお、傾斜角度θは、１００〜１７０度であることがさらに望ましく、１１０〜１５０の範囲であることがより好ましい。

また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、モジュールネジ２の頭部２ａの傾斜面２ｂは、ここでは頭部２ａの頭部下面において全面となるように形成されている。そして、この傾斜面２ｂには、凹凸部５が設けられている。この凹凸部５は、頭部下面の周縁から中央（あるいは中央から周縁）に向かって放射状に一定幅で三角形状の凸部５ａおよび凹部５ｂが形成されている。なお、凹凸部５は、ここでは、凸部５ａおよび凹部５ｂが頭部下面の周方向に連続して形成している。そして、凹凸部５は、凸部５ａの頂部から凹部５ｂの底部までの高さ寸法ｈ１を、ここでは０．０５〜０．１５ｍｍの範囲で設定している。なお、凸部５ａの周方向の数は、特に限定されないが、１２〜４２山（特に好ましい範囲は２０〜３６山）の範囲として設定している。また、凸部５ａは、一定の高さで頭部下面の周縁から中央に向かって形成されている。このような頭部２ａの傾斜面２ｂに凹凸部５を形成したモジュールネジ２は、圧造成形によって製造することができる。

シャンク２ｃは、頭部２ａと雄ネジ部２ｄとの間に形成されており、雄ネジ部２ｄの直径より大きく、頭部２ａの直径より小さく形成されている。このシャンク２ｃは、モジュールネジ２を締付ける作業を行う場合に、形状記憶合金製ワッシャ３を挿通して形状記憶合金製ワッシャ３が抜け落ちないようにするためのものであると共に、モジュールネジ２の軸部分の中央に形状記憶合金製ワッシャ３が配置されるように位置決めするためのものである。なお、図示していないが、シャンク２ｃの下端に「つば」あるいは「爪」を設ける構成にすることで、形状記憶合金製ワッシャ３の仮取付けが容易になる。
雄ネジ部２ｄは、後記する設置部２０に設けた雌ネジ部２１と対として使用されるものである。この雄ネジ部２ｄは、その先端が尖がるように形成されている。

図１および図２（ａ）に示すように、形状記憶合金製ワッシャ３は、環状の一部に切り込みが形成され、その切り込みの左右となるワッシャ腕部が離間できる形状に形成されている。なお、形状記憶合金製ワッシャ３は、ここでは、ほぼＣ字形状に加工して形成されている。そして、形状記憶合金製ワッシャ３は、その材料の形状復元温度以上では、その内径が頭部２ａの外径よりも大きな復元状態となるように構成されている。そして、締結時には、後記する締結部品１０のネジ用孔１１の直径Ｄ２に対して、ワッシャ内径部が小さく、かつ、ワッシャ外径部が大きく形成されている。そして、形状記憶合金製ワッシャ３は、モジュールネジ２の頭部２ａの直径Ｄ１より、ワッシャ内径部が小さく、かつ、ワッシャ外径部が大きく、常温締結状態における最外径の直径がＤ３であり、ワッシャ内径部の直径がＤ１より小さくなる幅寸法を備えるように形成されている。この形状記憶合金製ワッシャ３は、ワッシャ腕部の位置が上下方向に互い違いとなるように形成してスプリング作用を発揮できるように形成されていてもよい。形状記憶合金製ワッシャ３は、常温ではマルテンサイト相を呈して容易に変形でき、変態温度（マルテンサイト変態温度）以上ではオーステナイト相を呈して記憶された形状に回復する性質を備えており、必要とする変態温度に応じて各種の金属の混合割合を調整した合金組成物が使用されている。

形状記憶合金製ワッシャ３に使用される好ましい形状記憶合金としては、Ｔｉ−Ｎｉ合金等が挙げられ、この合金中に含まれるＮｉ含有量は４９．５ａｔ％〜５１．０ａｔ％（原子パーセント）が好適である。また、このＴｉ−Ｎｉ合金に、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｏ等のいずれか一種以上を１０ａｔ％以下の量で含有させた合金であってもよく、例えば、Ｔｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金が挙げられる。さらに、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ−Ｍｎ−Ｔｉ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｍｎ、Ｃｕ−Ｚｎ等のＣｕ系合金であってもよい。その他に、Ａｕ−Ｃｄ、Ｉｎ−Ｔｉ、Ｆｅ−Ｐｔ等の合金も使用可能である。

形状記憶合金製ワッシャ３にＴｉ−Ｎｉ合金を使用するときには、変態温度以上の温度である４００〜５００℃（例えば４５０℃）で、内径がＤ１（図２参照）以上になるように形状記憶処理を行い（例えば、環状体に切り欠き［隙間］を形成したＣ字形状や弧状にする）、室温（常温）で締結時に必要なＤ１よりも小さな所定の内径形状に加圧加工する（例えば、切り欠き［隙間］を狭め内径がＤ１以下になるようなＣ字形状にする）。形状記憶合金製ワッシャ３は、例えば、マルテンサイト変態温度が７５〜１００℃である形状記憶合金の場合、この形状記憶合金を７５〜１００℃以上の温度に加熱すれば、記憶させた形状、つまり、図２（ｂ）に示すように、ワッシャ腕部間の距離を大きくして、頭部２ａの直径より大きなワッシャ内径へと復元する。

締結部品１０は、モジュールネジ２の頭部２ａ直径Ｄ１より大きく形成した直径Ｄ２のネジ用孔１１を備えている。ここで使用される締結部品１０は、金属で形成されたものや、合成樹脂で形成されたものであり、その表面に塗装、防錆等の表面処理がなされていても構わない。なお、締結部品１０は、ネジ用孔１１の周面に、形状記憶合金製ワッシャ３の下面に当接する孔周面１２を設定している。

設置部２０は、締結部品１０をモジュールネジ２により締結する部位または部品であり、モジュールネジ２の雄ネジ部２ｄに対応する雌ネジ部２１が形成されている。
雌ネジ部２１は、筒部材の内側にネジが形成されている構成や、あるいは、設置部２０の部材に雌ネジ部が直接形成されている構成である。この雌ネジ部２１は、図２では、モジュールネジ２の雄ネジ部２ｄの長さ寸法より長く形成されているが、その長さ寸法は雄ネジ部２ｄより短い場合や、あるいは、同等であっても構わない。なお、タッピングネジを使用する場合には、設置部２０には雌ネジ部２１を設けない構成となる。

つぎに、締結体構造１の締結手順および分解手順を図４（ａ）〜（ｄ）を中心に、図２を適宜参照して説明する。
はじめに、図４（ａ）に示すように、設置部２０の雌ネジ部２１に合わせて、締結部品１０のネジ用孔１１を連通する配置状態にする。
そして、図４（ｂ）に示すように、モジュールネジ２に形状記憶合金製ワッシャ３が挿入し係合しているネジ部材４を用いて設置部２０に締結部品１０をネジ止めする。ネジ止めするときに、形状記憶合金製ワッシャ３が、モジュールネジ２のシャンク２ｃに係合している状態であると締結時の作業性が良好になる。

図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、モジュールネジ２は、手動あるいはロボットハンド等によりドライバＤｒで捩じ込まれる。このとき、雄ネジ径が４ｍｍ（Ｍ４）以下のモジュールネジ２によって締付ける場合、締結力（締付トルク）として、通常は０．９〜１．３７（Ｎ．ｍ）の範囲で行われ、好ましくは１．０〜１．２５（Ｎ．ｍ）、さらに好ましくは１．０〜１．２０（Ｎ．ｍ）の範囲となる場合が多い。

締結体構造１では、モジュールネジ２がドライバＤｒにより締められるときに、モジュールネジ２の頭部２ａの下面に形成されている凹凸部５が、形状記憶合金製ワッシャ３の当接する部分に係合した（引っ掛かった）状態となることで、モジュールネジ２と形状記憶合金製ワッシャ３とが供回りして、形状記憶合金製ワッシャ３が拡がろうとする力を、抑えようとする。つまり、モジュールネジ２の捩じ込まれるときの回転する力を形状記憶合金製ワッシャ３に与えないようにして、形状記憶合金製ワッシャ３のワッシャ腕部が拡がるのを防止している。そのため、締結体構造１では、モジュールネジ２と形状記憶合金製ワッシャ３とが凹凸部５により同時に回転して、形状記憶合金製ワッシャ３が締結部品１０の孔周面１２に押し付けられ、ワッシャ腕部が拡がることなくモジュールネジ２による強固な締結を実現することになる。

つぎに、部品を解体する場合、図４（ｅ）に示すように、部品を解体する作業時に、締結体構造１を形状記憶合金製ワッシャ３が備えるマルテンサイト変態温度より高い所定温度以上の環境に置く。例えば、熱風や過熱蒸気を形状記憶合金製ワッシャ３の近傍に、あるいは形状記憶合金製ワッシャ３に向けて吹きかけると、形状記憶合金製ワッシャ３が記憶していた形状に戻ろうとして、ワッシャ内径部がモジュールネジ２の頭部２ａの直径より大きくなるようにワッシャ腕部を拡げる状態となる。

そのため、図４（ｆ）に示すように、形状記憶合金製ワッシャ３は、モジュールネジ２の頭部２ａから外れる。
そして、図４（ｇ）に示すように、設置箇所全部の形状記憶合金製ワッシャ３（図では一つのみ記載）が外れることで、締結部品１０が設置部２０より外れる状態となり、設置部２０に対して締結部品１０が分離した状態となる。
あとは、モジュールネジ２を設置部２０からドライバＤｒ等により回転させて取り外すことで、モジュールネジ２、形状記憶合金製ワッシャ３、締結部品１０および設置部２０が分解状態となる。あるいは、設置部２０が合成樹脂製の場合には、モジュールネジ２が付いたままの設置部２０を機械粉砕し、その後にモジュールネジ２を粉砕物の中から回収してもよい。

以上説明したように、モジュールネジ２の頭部下面に形成した凹凸部５により、形状記憶合金製ワッシャ３のワッシャ腕部を拡がらせることなく、所望の締付けトルクで設置部２０に締結部品１０を締結できると共に、解体時に形状記憶合金製ワッシャ３をモジュールネジ２から離脱させて、締結部品１０の取り外しを容易にすることができる。

以上説明したように、締結体構造１は、モジュールネジ２の頭部下面となる傾斜面に凹凸部５を設けているので、締結するときにモジュールネジ２と形状記憶合金製ワッシャ３が供回りをして、ワッシャ腕部を拡がらせる力を形状記憶合金製ワッシャ３に与え難くなっている。したがって、高い締付けトルクを締結作業時に適用しても、解体時の解体性を確保した状態で締結することが可能となる。

なお、締結体構造１に使用される凹凸部５の形状は、凸部５ａおよび凹部５ｂの形状が共に三角形状として頭部の周方向に一定幅で連続する構成として説明したが、例えば、図５〜図９に示す構成としても構わない。なお、図５〜図９においてすでに説明した構成は同じ符号を付して説明を省略する。
すなわち、図５（ａ）に示すように、台形状の凸部５ｃおよび凹部５ｄが頭部２ａの周方向に連続する構成とすることや、図５（ｂ）に示すように、三角形の頂点を垂直より所定角度斜めに立ち上げた形状となる鋸目状の凸部５ｅおよびその凸部５ｅの間となる凹部５ｆが頭部２ａの周方向に連続する構成であってもよい。このように、凸部５ｃ，５ｅには、エッジ（角部分）が形成されるような形状であれば構わない。さらに、凸部５ｅと凹部５ｆが異なる形状（例えば、凹部が平坦部）となっていても良い。

また、凹凸部５の同形状で形成される凸部５ａと凹部５ｂとの間隔は、図３に示すように等間隔であってもよいし、図６に示す構成であっても構わない。すなわち、図６（ａ）に示すように、凸部５ａと凹部５ｂとが平坦部７を介して一定間隔で形成されることや、あるいは、図６（ｂ）に示すように、凸部５ａを平坦部７で独立して形成し、かつ、凸部５ａと凹部５ｂとを連続させ平坦部７により間隔を開けるように構成しても構わない。このように凸部５ａおよび凹部５ｂの形状が同じ形状であるとした場合に、平坦部７を介して凸部５ａを独立して所定間隔ごとに形成することや、あるいは、凸部５ａと凹部５ｂとを平坦部７を介して所定間隔ごとに形成することや、それらの組み合わせとして形成することであっても構わない。なお、頭部２ａの内周側から外周側に向かって形成された凸部５ａは、所定角度以上で交差するようにバッテン形状に形成した場合、解体時に形状記憶合金製ワッシャ３がその交差した凸部（図示せず）に引っ掛かり取り外し難くなるので好ましくない。

さらに、凹凸部５の形成方向は、図３では、頭部２ａの中央から周縁に向かって、かつ、頭部２ａの周方向に連続して形成する構成として説明したが、図７に示すような構成であっても構わない。すなわち、図７（ａ）に示すように、頭部２ａの頭部下面に形成される凹凸部１５は、頭部２ａの中央から周縁に向かって所定傾斜角度に螺旋状に形成されることや、また、図７（ｂ）に示すように、凹凸部２５は、頭部２ａの中央から周縁に向かって放射状の凹部（あるいは凸部２５ａ）２５ｂと、この放射状の凹部（あるいは凸部２５ａ）２５ｂの左右に線対称で、その中央となる凹部２５ｂから周縁に向かうに従って離間する方向に所定角度で配置される凸部（あるいは凹部２５ｂ）２５ａを、頭部２ａの周方向に設ける構成であってもよい。このように凹凸部１５，２５の形成方向は、頭部２ａと供回りする方向で、かつ、解体時に形状記憶合金製ワッシャのワッシャ腕部が拡がる動作に対して結果的に邪魔にならない方向であれば構わない。

そして、凸部５ａおよび凹部５ｂの設置長さは、図３では、シャンク２ｃから頭部２ａの周縁まで連続して一定幅で設けられているが、図８に示すような構成であっても構わない。すなわち、図８（ａ）に示すように、形状記憶合金製ワッシャ３に当接する頭部下面に形成されるように、凸部３５ａを形成する構成としている。つまり、凸部３５ａは、頭部２ａのシャンク２ｃ側と頭部２ａの周縁側の間で、頭部２ａの中央から周縁に向かって放射状に形成する構成としてもよい。また、図８（ｂ）に示すように、凸部４５ａは、頭部２ａの下面でシャンク２ｃ側となる周方向の環状エリアと、周縁側の周方向となる環状エリアと、シャンク２ｃ側の環状エリアと周縁側の環状エリアとの間となる環状エリアの３つの環状エリアごとに配置されている。そして、凸部４５ａは、頭部２ａの周方向に対して螺旋状に配置した状態となるように構成しても構わない。なお、図８では、平坦部を凹部３５ｂ，４５ｂとしている。このように凸部３５ａ，４５ａおよび凹部３５ｂ，４５ｂの設置長さは、頭部２ａと供回りする方向で、かつ、解体時に形状記憶合金製ワッシャ３のワッシャ腕部が拡がる動作に対して結果的に邪魔にならない設置長さであれば構わない。

また、図３では、凹凸部５の頭部２ａの中央から周縁に向かって形成される幅は、一定間隔として説明したが、図９に示すような構成であっても構わない。すなわち、図９に示すように、凹凸部５５は、断面三角形状の凸部５５ａと、平坦部となる凹部５５ｂとが交互に周方向に形成されている。そして、凸部５５ａは、シャンク２ｃ側から周縁に向かって幅寸法および高さ寸法が小さくなるように形成されている。また、ここでは、二つの凸部５５ａ，５５ａの間の平坦部を凹部５５ｂとしている。

以上、図５ないし図９を参照して説明したように、凹凸部の構成は、凸部と凹部とが内径側から外径側に向かって形成されると共に、周方向に沿って設置されている。そして、締結部品１０を高いトルク値で締結する際に、凸部のエッジ部分により形状記憶合金製ワッシャ３に係合して（ひっかかり）、モジュールネジをドライバ等により捩じ込むときに供回りする状態となって、確実に締結でき、かつ、解体時に形状記憶合金製ワッシャ３がモジュールネジ２から外れやすい状態であれば、その構成を限定するものではない。

また、図１〜図９の説明では、ネジ２の頭部２ａの傾斜面２ｂに凹凸部５を設ける構成として説明したが、頭部２ａに形成する代わりに、図１０に示すように、ネジ２の頭部２ａに当接する形状記憶合金製ワッシャ３のネジ当接面５１に形成した凹凸部５０としても構わない。形状記憶合金製ワッシャ３に凹凸部５０を設ける場合には、断面が三角形状の切込みをワッシャ周方向に放射状に形成して凹部５０ｂとし、その凹部５０ｂ、５０ｂの間を凸部５０ａとしている。
なお、ここでは、凹部５０ｂを形成することで、凸部５０ａを結果として形成したが、形状記憶合金製ワッシャ３のネジ当接面５１に凸部５０ａを突起として形成する構成（図示せず）としても構わない。そして、図５〜図９に示したように、凸部５０ａおよび凹部５０ｂは、その形状、設置間隔、設置幅、設置長さは、モジュールネジ２と供回りして締結部品１０を設置部２０に固定でき、かつ、解体時に、形状記憶合金製ワッシャ３が頭部２ａから離脱できる構成であれば、特に限定されるものではない。
さらに、ネジ２はその先端を先尖りとして説明したが、先端の形状は平坦あるいは曲面等の形状であってもよく、特に限定されるものではない。また、締結体構造１は、モジュールネジ２を使用する例として説明したが、タッピングネジであっても構わない。

つぎに、実施例を通して本発明を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
Ｓ４５Ｃ相当焼き入れ鋼で作成した、長さ８０×幅３０ｍｍ×厚み１０ｍｍの鋼板を用意し、その鋼板に、次のような穴を１０箇所等間隔に穿孔してテストピースとした。その鋼板の上部深さ４ｍｍの位置まで穴径φ７．０ｍｍのザグリを設け、その下部にＭ４．０の雌ネジを加工した。モジュールネジ２は、頭部２ａが６．５ｍｍで傾斜角度が２０度（皿角１４０度）の頭部下面に、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、凹凸部５をローレット加工により形成した。このときのモジュールネジ２の頭部下面の周方向における凸部５ａは、その数を３６山とし、その高さｈ１を０．１ｍｍとした。また、モジュールネジ２の段部（シャンク）の径は、５ｍｍとし、雄ネジ部長さ１０ｍｍとしたものを使用した。

そして、変態温度が８８℃のＴｉ−Ｎｉ合金を、通常の引き抜き加工によって線材へと成形し、その後、線材の上下を圧延機で圧延してワイヤーとした。さらに、その後プレス等により平面が１．８ｍｍで側面が１．２ｍｍの断面扁平なワイヤーとし、そのワイヤーを丸めてＣ字型に加工して、形状記憶合金製ワッシャ３とした。形成した形状記憶合金製ワッシャ３は、モジュールネジの段部（シャンク）に挿入して係合させた状態で、使用した。
そして、テストピースに１０ヶ所設けた各穴に形状記憶合金製ワッシャ３を係合した状態のモジュールネジ２を１．１Ｎ．ｍ（３０箇所）および１．３７Ｎ．ｍ（１０箇所）のトルク値で締め付け、締結状態を観察した。

その結果を表１に示す。表１に示すように、３０箇所および１０箇所のすべての位置で、ワッシャ腕部の拡がりが初期設定から０．３ｍｍ以下に収まり、確実な締結状態が実現した。したがって、モジュールネジの頭部下面に凹凸部５を形成すると、モジュールネジを強いトルクで締付けても、強固に締結することができた。

なお、比較例としては、頭部２ａの傾斜面２ｂに凹凸部５を形成しなかった以外は、前記実施例と同じ構成のネジを用いて締結テストを１０箇所において行った。その結果、いずれの箇所においてもモジュールネジを捩じ込んだときに形状記憶合金製ワッシャ３のワッシャ腕部が拡がり強固な締結状態を実現できなかった。

また、締結した形状記憶合金製ワッシャにドライヤにより１００℃の熱風を吹きつけ、形状記憶合金製ワッシャ３が頭部２ａより完全に離脱するかを確認した。なお、完全に離脱したものを「○」とし、また、完全に離脱しないでテストピースのネジ用孔とモジュールネジ２の間に落ち込み挟まったものを「△」とし、頭部２ａから離脱しなかったものを「×」とした。なお、表１において「△」は、５０％の合格率として評価した。
表１に示すように、ほとんどの形状記憶合金製ワッシャ３が加熱時に頭部２ａから離脱する状態になった。このように、モジュールネジ２の頭部下面に凹凸部５を形成することで、締結時には所定締付けトルクで締結でき、さらに、加熱時には形状記憶合金製ワッシャ３を頭部２ａから確実に離脱させることができる。
なお、前記した説明では、モジュールネジ２においてシャンク（段部）２ｃを設けた構成で説明したが、このシャンク２ｃがない状態のネジであっても構わない。

本発明に係る締結体構造を模式的に示す分解斜視図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る締結体構造の断面図および分解した状態を示す断面図である。（ａ）は、本発明に係る締結体構造に用いるモジュールネジの頭部下面を一部断面にして示す底面図、（ｂ）は本発明に係る締結体構造に用いるモジュールネジの頭部を切欠いて示す側面図である。（ａ）〜（ｇ）は、本発明に係る締結体構造の締結手順および分解手順について一部を切り欠いて示す側面図あるいは斜視図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る締結体構造の凹凸部の他の構成を模式的に示す模式図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る締結体構造の凹凸部の凸部あるいは凸部と凹部の設置間隔の他の構成を模式的に示す模式図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る締結体構造の凹凸部における形成方向を一部断面にして模式的に示す底面図である。（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る締結体構造の凹凸部における凸部の設置長さの他の構成を一部断面にして模式的に示す底面図である。本発明に係る締結体構造の凹凸部における凸部の設置幅についての他の構成を一部断面にして模式的に示す底面図である。締結体構造の他の構成を模式的に示す分解斜視図である。

符号の説明

１締結体構造
２モジュールネジ（ネジ）
２ａ頭部
２ｂ傾斜面
２ｃシャンク
２ｄ雄ネジ部
３形状記憶合金製ワッシャ
４ネジ部材
５凹凸部
５ａ凸部
５ｂ凹部
１０締結部品
１１ネジ用孔
１２孔周面
２０設置部
２１雌ネジ部

Claims

設置部に設けられた雌ネジ部と対で使用される雄ネジ部の一端側に設けられた皿ネジ形状の頭部を有するネジと、このネジの雄ネジ部に対応した寸法で、かつ環状の一部が切り離された形状の形状記憶合金製ワッシャと、を備えるネジ部材を使用して、前記設置部に締結部品を締結する締結体構造であって、
前記形状記憶合金製ワッシャは、その材料の形状復元温度以上では内径が前記ネジの頭部の外径よりも大きな復元形状となるように形成されており、
前記締結部品は、ネジ用孔を有し、前記ネジ用孔が前記ネジの頭部より大きな直径で、かつ、前記形状記憶合金製ワッシャの外径より小さな直径に形成されており、
前記形状記憶合金製ワッシャに当接する前記ネジの頭部下面に形成された傾斜面、または、前記ネジに当接する前記形状記憶合金製ワッシャのネジ当接面に、凹凸部が設けられており、
前記凹凸部は、前記ネジの頭部の内径側から外径側に向かって、または、形状記憶合金製ワッシャの内径側から外径側に向かって、形成されていることを特徴とする締結体構造。
前記ネジは、頭部と雄ネジ部との間に、前記雄ネジ部の直径より大きく、かつ、前記頭部の直径より小さな段部を有することを特徴とする請求項１に記載の締結体構造
前記凹凸部は、前記ネジの頭部下面または形状記憶合金製ワッシャの中央から周縁に向かって放射状に形成され、かつ、前記ネジの頭部下面または形状記憶合金製ワッシャの周方向に凹部および凸部が交互に連続していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の締結体構造。