Fa-Head

お花のデザインねじ「Fa-Head」は、2015年に自宅でねじをモデリングしている際に当時三才だった娘がやってきて「パパのねじはいつも可愛く無い!お花のねじがいい!」と言われてしまいモデリングした事がきっかけでした。お花のデザインがCADの練習に向いていた事と駆動部の研究に向く形状だった事からFa-Headの開発が始まっています。

CAD練習用のお花のねじテーマでしたが、デザインの知識もセンスも無いので最初の頃はネット上のイラストや画像からデザイン参照し、アライメント性を気にするようになってからは、自然観察をして実際の花々や葉のカタチ・・曲線や曲面を取り入れるよう心がけています。Fa-Headでは頭部アプセットから上面アーチへの接続は接円弧で構成していますが、実際の花々も同じように連続した線や面で構成され花弁の重さを上手に分散しています。

デザイン的にはイラストや自然から学びましたが冷圧工程設計者ですので、娘のために最初に描いたモデルから数百のモデルに至るまで全て頭の中で鍛造性を考えながら設計していました。
現在の形状のようにアプセット中心から放射状に段差を設けた設計は2019年くらいから取組み鍛造未経験の形状で、とても鍛造性が良さそうだったため技術的な興味から、練習用モデルから変わり、本業での可能性を探るため一度は試作してみたいと考えるようになっていました。
2020年にコロナ影響で本業が減速する中、ロックダウン等も有り設計を加速させ、最期にヒントを与えてくれた“桜の花”の影響も有り初期モデルから5年後に最終デザインが完成し、CAE解析上初めて完全なアライメント性を示したので、初めて「試作の価値有り」と判断しました。

特許出願になった作用は5月に初めて実施した試作品の締め付け破壊での抵抗感が特別だったので、CAE解析結果を再検証する中で新規性を発見し10月に出願され、翌年の2021年5月に権利化されています。

4月に解析した不思議な応力分布結果ですが「解析のブレ」程度にしか思わず、優れたアライメント性を示していた事から試作に進み、後にある程度作用をまとめ出願・権利化していますが、未だ全ての解明はしていません。

ですので、私がデザインし開発し発明したと言うより、小さな女の子が発案し、自然がデザインをモディファイし、本来自然界が持つ作用がねじに取り込まれたボルトになります。冷圧性や駆動性含め、私は総合プロデューサー的な立場だったと思います。

下記形状のように限られた範囲内ですが、多くの偶然が重なり自然の法則と出会い必然的に生まれたボルト形状がFa-Headとなります。

皆さんが知っている通常のボルト類とは違った特別な特性を持ち、既存生産設備で金型さえ有ればヘッダー→転造だけで生産出来るボルトとなっています。

アーチ構造にて、軸強度を上回る唯一の頭部形状がFa-Headです。

PAT . 6877798

Helico

雌ねじ口元での雄ねじの疲労を改善する雌ねじ螺旋構造「Helico」は、元々はねじを解析する際に口元で発生する特定の接触による強い応力が邪魔だったので除すための形状でした。
以前のねじモデルは精度が低かったので口元での接触はモデルやCADのせいだと考えあまり気にしていなかったので、解析する際には不要部と思い切取り形状として使用していました。モデリング手法をソリッドモデリングからサーフェスモデリングへ変更し厳密なネジモデルが描けるようになってからも特定の位置での接触を示していたので、CADから離れ思考と紙だけで検証した際に「雌ねじ螺旋には終わりが有り、連続した螺旋の雄ねじとは軸力が付加され軸線上に雄ねじが移動した場合は、雄ねじ山頂と雌ねじ谷底付近の一部が接触する」と結論しました。

もし上記の特定位置での接触が発生しなかったら、雌ねじ口元にて横応力により軸線を傾ける力も発生しないし、雄ねじ第一谷底の大きな開口も発生しないのでは?と考え、切取り形状を長く変更したのが「Helico」になります。その後、各山分散と更なる疲労改善のため切取り位置を口元から離した形状も考案しています。

Fa-Headは、お花型の頭部設計をしている際にたまたま作用を見つけていますが、Helicoは必然的なカタチなので最初に邪魔で除すカタチを与えた際は何も考えずモデリングしています。誰でも考えそうなアイデアですので出願する際の先行文献調査ではキーワード検索だけでは無くねじに関するFタームを全スクロールし徹底調査しています。

切取り形状、二つの螺旋面を交差し切り取るは必然ですが、その交線に表れる螺旋は新規性が有ります。

無知なだけかも知れませんが、三次元上にロート状の螺旋を設計する際は円錐を描き水平なアルキメディアンスクリューとの交線を用います。二つの螺旋面の交線にてロート状の螺旋をモデリング出来る事は思いもしなかったので、発明や発見で言えば出願した内容より下のモデルになります。

+10度と-10度の交差図形なので断面は20度となっていますが、実際のフランク面では5度~10度位の角度が理想的だと考えています。