JPH11502011A - ねじ部品システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 システムのアッセンブリの結果として、部品内に発生する内力の分配を高めるための、工作物を締め付けることができる締結装置である。本締結装置は、実質上非三角形である輪郭を有して形成されるねじ山を持つ雄ねじ部材と、また実質上非三角形である輪郭を有して形成されるねじ山を持つ雌ねじ部材とを含む。組立てられた形状において、雌ねじ及び雄ねじ部材の実質上非三角形ねじ山面は接触面に沿ってかみ合う。これら固有のねじ山形状によって、実質上三角形の輪郭を有するねじ山を使用する比較されるシステムと比べて、より大きな軸方向の負荷に耐えることが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】 ねじ部品システム発明の背景 １．発明の分野 本発明は、雄ねじ及び雌ねじのかみ合いねじ装置構造における新規な考案に関 し、該かみ合いねじ装置構造は、雄ねじ及び雌ねじを含む部品内に生じる内力の 高められた分布を提供する。 より詳細には、本発明に関する内力は、例えばねじ部品技術を利用して接続さ れる２つもしくはそれより多数の部分を含む構造内において接触面の締め付け力 により生じる、軸力を適用させる結果として発生される。しかしながらこのよう な内力は、軸圧縮力の結果としても発生させることが可能である。 雄ねじ及び雌ねじ装置のかみ合いの新規なかつ創意のある本質を主題とする本 システムは、平坦な内径の案内孔の中に雄ねじを挿入し、雄ねじ部品と雌ねじが 形成される平坦な内径の孔を含む部品との間に逆回転をはたらかせることによる 、材料押しのけ技術を利用する、雌ねじを生じさせるシステムに特に適するが、 これに制限はされない。このような公称の軸方向力は、雌ねじが生じるであろう 平坦な内径の案内孔に関連して雄ねじが移動する方向である。２．従来技術の状態 一般に、雄ねじ及び雌ねじのねじ部品装置を有することの目的は、螺旋ねじ山 形状を使用して、雄ねじ及び雌ねじ要素の逆回転の中で引張り負荷を発生させる ことである。この引張り負荷は、構造物を形成するように、２つもしくはそれよ り多数の構成部品を一緒に締め付けるのに利用可能である力に変換することがで きる。 現在知られている割合のこのような雄ねじ及び雌ねじ締結装置システムは、こ のような部品が取り替えられもしくは作り変えられる場合に（1800年代中期のジ ョセフウィットワース）、アッセンブリの特徴が初期の目的を損なうことがない ように、雄ねじ部分もしくは雌ねじ部分のどちらかを似た寸法及び予め規定され た限界内で製造された部品により取り替えることが可能な標準化工程にしたがう 。 構成部分の交換が可能であるという要求を満足する、これらの同一システムは 、 構造上の及び安全臨界接続アッセンブリとして今日でもなお使用されている。 当初の標準化された考案が、それらが整合／接合に関するような基本的な理解 を生じかつ実証して以来、種々の寸法及び形状が紹介され、雄ねじ及び雌ねじ締 結装置システムが残っている。 今日共用して使用される雄ねじ及び雌ねじ締結装置システムは、ねじ山の外形 輪郭が実質上三角形であることを基本とし、そのねじ山において隣接するねじ山 の側面が直線上に並びかつねじの軸に対して所定の角度で並ぶことに注意するこ とが重要である。異なる大きさを有するねじの角度は、角度変化を作り出すため の選択された理由に依存する。 共通に使用される雄ねじ及び雌ねじ締結装置システムは、さらにねじ部分の円 形状の横断面に対する、ピッチラインと呼ばれる仮想の線の上方及び下方の比率 もしくは、単独有効直径を生ずる。 この仮想の線は、ねじ山の材料の厚みを隣接するねじ山間の隙間間隔と等しく する、ねじの軸から放射状の部分にある。 このような構造から、経験的な研究に基づいた理解が発達し、誘導された軸方 向にはたらく力の効果の下で雄ねじ及び雌ねじの接合強度を示して評価するベク トル図の使用が発達した。 ほとんどすべての実例において、誘導された負荷及び合成された接合ねじ強度 の発生及び分配は、実質的に所定のねじ山角を含む三角形の部分のねじ山に基づ く。 しかしながら、実質上三角形形状から外れたねじ山輪郭設計は、まれとはいえ 、ある一定の目的を成し遂げるように発展してきている。例えば、我々の以前の 米国特許5,061,135号は、留め具の直径に関しては角のある後縁斜面を有し、及 び凹状の丸みを帯びた輪郭の前縁斜面を有するねじ輪郭外形を含む留め具を開示 し、請求する。このねじ形状留め具の主たる目的は、ねじ山形状の角のある後縁 斜面に接するナット部材の面積を増加させるように、柔軟なプラスチックもしく は軽合金のような、ナット部材の中で、材料が滑らかに動くことを助長する力を 発生することである。この留め具がナット部材の中に送り込まれる際、角のある 後縁斜面及び丸みを帯びた前縁斜面との間で、隣接したねじ山形状に発生する偶 力及 びモーメントは、ナット部材の中で材料が好ましく滑らかに動く要因となる。雄 ねじ留め具の軸に垂直な線に関して、ねじの外形輪郭が相称的形状であるならば 、規定された方法においてナット部材が滑らかに動くことは達成されないであろ うことが、注意されなければならない。発明の目的及び概要 よって、雄ねじ及び雌ねじ接合を含み、かつ軸方向に引張り力もしくは圧縮力 の作用下で、実質上三角形であるような公知の輪郭形状を有するねじ接合以上に 、ねじ接合の強度を高める新規なねじ外形輪郭を有する、ねじ部品システムを提 供することが本発明の全般的な目的である。 概要としては、接合ねじ接触面に沿って抗する、雄ねじ部材に軸方向の負荷が 生じるアッセンブリ形状において、接合ねじ接触面に沿って雄ねじ部材の実質上 非三角形ねじ山によって接合するように、実質上非三角形の輪郭形状であるねじ 山をその上に有する雄ねじ部材及び実質上非三角形のねじ山形状であるねじ山を その中に有する雌ねじ部材を含む留め具システムから本発明はなる。本留め具シ ステムの接合ねじは、実質上三角形輪郭を有するねじ山を使用するシステムのね じ接合の強度に比べて大きな強度の軸方向の引張り及び圧縮負荷に耐え得る。図面の簡単な説明 新規であると考えられる本発明の留め具は、書き添えられるクレームに特に述 べられる。 本発明の構成及び操作の方法は、そのさらなる目的及び利点とともに、構成要 素に番号を付した添付の図面に関連する、以下の詳細な記述を参照することによ り最も良く理解されるであろう。添付の図面は： 図１は、本発明の雌ねじの具体例に対する基本的な設計の輪郭の略図である。 図２は、本発明の雄ねじの具体例に対する基本的な設計の輪郭の略図である。 図３は、本発明の留め具システムを組み込む、完成したアッセンブリの略図で ある。 図３Ａは、本発明の接合する雄ねじ及び雌ねじの状態の具体例を示す略図であ る。 図４は、タッピング雄ねじ留め具により形成された雌ねじにおける、接合雄ね じ及び雌ねじの状態を示す略図である。好適実施例の詳細な説明 本発明は異なる形状における実施が可能であることより、本発明の本質の例示 を考究して、本開示が理解される特別の実施例を図面に示し、そこで詳細に説明 する。しかしここに取り上げられ記述されるものに、本発明を制限することが意 図されるものではない。 図１を参照すると、本発明の教えるところにより構成される、雌ねじ12Iの基 本的な設計の輪郭が示されている。 雌ねじ12Iの輪郭は、輪郭12Iが仮想の中心線11について相称的であるように、 中心から半径10をもって生じる。 半径10の大きさ及び中心14の位置は、公知のもしくは傾向としての雄ねじの最 大の金属状態及び雌ねじの最小の金属状態間の関係に関連して表される。理解す るために、この関係はメートルねじシステムに関連し、このシステムでは雄ねじ の単独有効直径は、I.S.O.965/1に規定されるような、6gの位置及び公差に関連 する最大値に等しい位置に表される。高さは、示されるように、理論上の最大単 独有効直径15上に位置するような雄ねじの理論上のチップ高さを示す。メートル ねじの理論上のチップ幅は19により示される。外形線22は、結果的に生じる雄ね じの輪郭20である。 I.S.O.965/1に規定されるような、6Hにしたがう位置及び公差を有するメート ルねじシステムにしたがう、この雄ねじの輪郭22及び接合する雌ねじの輪郭の間 の理論上の関係は、外形線23によって表示される。この外形線23の形状は、I.S. O.965/1に規定されるような、6Hの平均及び6Hの最大の間にある大きさにしたが う大きさ25を有する単独有効直径16に基づく。このシステムは、雄ねじ22と雌ね じ23の双方の角のある輪郭との間に理論上の間隙24を生じる。 雌ねじ23の単独有効直径16もしくは雄ねじ22の単独有効直径15において測定す る場合、20により示される、雌ねじ輪郭及び雄ねじ輪郭の肉厚は、ねじ軸方向ピ ッチの大きさの半分に等しくかつ一定である。 この関係から、雄ねじ22に関して基準位置25、及び雌ねじ23に関して基準位置 26が生じる。 半径10は、各々角のついた輪郭面22が24に等しい外面からの高さにおいて弦長 18を形成するように、基準25及び26を通過して生じる。半径10は、本発明に関し て最小値となるように考えられる。主なねじの直径（内側の）は、高さ17より低 いもしくは内側とならない面取りを行う、27で示されるような面取りをすること が可能である。中心14は、半径10に関連した位置であり、120度に等しい従来公 知のメートルねじシステムの場合の表された角度と共に基準点25及び26に関連し た位置である。 上記のように、本発明による雌ねじの輪郭は外形線12Iに含まれる1:Sである。 このような記述のように雌ねじの割合を維持することにより、この雌ねじを現 存する方式及び形式の計測装置に使用することが可能である。 図２を参照すると、本発明の教えるところにより構成される、雄ねじ12Eの基 本的な設計の輪郭が示されている。 図２には、雌ねじ12Iの基本的な輪郭もまた示され、これは、雄ねじを含む部 材を通して軸方向に加わる負荷33がはたらく時、雌ねじ12I及び雄ねじ12Eの輪郭 間の接触面32が半径10の最高の割合を提供するように接触する、好ましい状熊と 認識することが可能である。 本発明による雄ねじ輪郭12Eの単独有効直径の位置に描かれる、仮想の基準線3 1は、雌ねじ23の理論上の単独有効直径16の、34で示される量だけ内側に理論上 位置する。高さ34の値は、図１に示すように雌ねじの単独有効直径16と雄ねじ22 の単独有効直径15の間の距離の半分に実質上等しい。 雄ねじ12Eに関連するような半径10は、雌ねじ12Iに関連する半径と実質上等し い。半径の中心点14は、雄ねじ及び雌ねじ両方に対して同じ関係の位置にある。 しかしながら、単独有効直径16及び単独有効直径31の間の変位34は、接触面32 において接触するように半径10の最高の割合を維持する目的で、角度ａが半径10 及び変位34に対して（ｂによって示されるように）増加することを必要とする。 雌ねじに関連する雄ねじの割合におけるこの必要とされる相違は、圧力面32に 沿うねじ接触の状態に対して準備され、従来公知の割合の接合ねじ輪郭に発生す る限度内である許容限度内が維持される。これは、留め具の雄ねじが雌ねじを独 立に作り出す場合及び雄ねじ及び雌ねじの双方と部品が留め具システムを準備す る場合に明瞭な利点を提供する。 図３は、工作物42が圧縮状態を保持されるところで本発明が使用される留め具 システムを図示する。図３Ａを参照すると、図３にある接合ねじ状態の拡大概略 図が示される。軸方向力33の作用下、接合ねじ接触面32に沿うこの力に抗する力 が発生する。 丸みを帯びた輪郭形状である接触面32を有することにより確実になる利益の１ つは、35により示される接触領域が、36により示される実質上三角形である接合 ねじ輪郭により生じる接触領域よりも増加することである。 この表面領域の増加は、単位面積当たりの力であり、軸方向の力33に抵抗する 力を与える効果的な抑止として必要とされる圧力を減少させる。 圧力下の接合ねじのこの半径輪郭は、実質上三角形である輪郭である場合より も、ねじが抜け落ちることをより効果的に防ぐ。 雄ねじの輪郭の構造は、大きさの点で等しい半径10を維持するように見なされ る。 しかしながら、構造の新規な方法によると、輪郭の対向面を生じる半径の中心 は14から14Aへと移動すると見なされる。 図４を参照すると、接合する雌ねじ及び雄ねじが示され、そこでは雌ねじの半 径10はタッピングを要因として作られ、また基本的な割合は雄ねじ部材の寸法に したがう。 本質的に、雄ねじの割合は、本発明の教えによる雌ねじの寸法に適合させられ る寸法にしたがって作られる。 このような状況において、40において接触する半径の係合長さは、図３の35に より示される長さよりも長く、さらに接合ねじ構造内で抑止するのに必要とされ る圧力を減少させる。 本発明の教えによるねじ輪郭を有する雄ねじ留め具の構造は、小裂片の断面も しくは雄ねじ又はボルトのアッセンブリ中の雌ねじの有効な形状のために有効で あるとみなされる部分20である他の模様の断面とすることができる。 本発明による教えの有用性は、雌ねじ及び雄ねじの割合のそれぞれの形状をナ ット及びボルトのようなそれぞれの共通述語として規定される要素に関連付けら れる。 本概念を利用する一部の及び全てのアッセンブリ工程は、他の全ての要素が等 しい場合に、実質上三角形の形状をしたねじ山輪郭を有する構造のより多くの従 来のシステムよりも、軸方向に作用するより大きな力に抗する本発明の留め具シ ステムの能力を得ることができる。 本発明の特別な実施例が詳細に示され、記述されるのであり、この分野に熟知 したものにとっては、様々な解釈による、本発明から外れることなく解釈をより 広げる、本発明の変更もしくは改良は明白なことである。そのような変更及び改 良のあるものは、工学技術もしくは設計の日常の事柄及び研究の結果明らかとな る他の事柄である。 本発明のこのような範囲は、ここで規定された特別な実施例及び特別な構造に より制限されず、添付されるクレーム及びそれと等価のものにより規定されなけ ればならない。したがって、添付されるクレームの意図は、本発明の精神及び範 囲内にあるような変更及び改良のようなもの全てを含む。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，Ｓ Ｄ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＵ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＣＡ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＥＥ， ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＰ，ＫＲ，ＬＣ，Ｌ Ｋ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＲ， ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．雌ねじのねじ山輪郭が凹状の曲面を有することを表象し、かつ雄ねじのねじ 山輪郭が凸状の接合曲面を有することを表象する、接合雄ねじ及び雌ねじ部品シ ステムであって； 凹状雌ねじ曲面及び凸状雄ねじ曲面の大きさが実質的に等しく、雌ねじの凹状 面の曲率が半径形状であり、該半径が、一般に知られている割合の雄ねじの平坦 な輪郭面と一般に知られている割合の雌ねじの平坦な輪郭面との間に生じて位置 し、前記雄ねじは公知の最大金属状態であり、前記雌ねじは公知の最小金属状態 であり、さらに雄ねじ及び雌ねじ双方のねじ山の面取りが施され、しかし前記シ ステムが組み込まれた際に、前記雌ねじの面取り面が前記雄ねじの輪郭の先端と 衝突しないようにすることを確実とする面取りを含むことを特徴とするねじ部品 システム。 ２．前記雄ねじの負荷のかかる輪郭面の曲率の中心が同一の位置であり、かつ凹 状の雌ねじ輪郭に対して生じるのと同じ大きさの半径を有し、 反対側の負荷のかからない凸状のねじ輪郭面が負荷のかかる面と等しい大きさ の半径を有し、かつ曲率の中心を有し、該曲率の中心は前記雌ねじの単独有効直 径と前記雄ねじの単独有効直径の相違を適応させるように軸方向に変位し、 前記雄ねじの単独有効直径の位置における軸平面でねじの軸方向ピッチの半分 に等しい、一定のねじ山幅を維持し、 前記接合ねじ部品システムにはたらく軸方向に生じる引張り力及び圧縮力どち らも考慮に入れるこの特徴ある利点を有する、請求項１に記載のねじ部品システ ム。 ３．前記雌ねじの単独有効直径におけるねじ山の肉厚が、前記雄ねじの単独有効 直径におけるねじ山の肉厚に等しく、 前記雄ねじ及び雌ねじ双方の肉厚が、選択された前記単独有効直径において雄 ねじ及び雌ねじの軸方向ピッチの半分に等しい、請求項１又は２に記載のねじ部 品システム。 ４．前記雌ねじが材料を置き換える方法により形成されるように、前記雌ねじが 、部品の逆回転によって前記雄ねじを組み込むことにより、適切な寸法の平坦な 案 内孔によって生じる、請求項１に記載のねじ部品システム。 ５．前記接合ねじが、前記接合ねじの強度が軸方向に作用する力に対してより高 い破壊点を有するように、前記接合ねじの剪断領域が、システムの輪郭が実質上 三角形である、実質上等しい割合のシステムよりも増加していることにより特徴 づけられる、請求項１〜４の何れか１項に記載のねじ部品システム。 ６．凹状及び凸状のねじ山の表面接触領域が、同一の軸方向に作用する負荷が減 少する状態において応力を誘導するように、実質上三角形の輪郭を有する同じ寸 法のねじ部品システムの表面接触領域よりも増加している、請求項２〜４の何れ か１項に記載のねじ部品システム。 ７．実質上非三角形の輪郭形状を有するねじ山を持つ雄ねじ部材と、接合ねじ接 触面に沿って前記雄ねじ部材の実質上非三角形のねじ山と接合するように実質上 非三角形の輪郭形状を有するねじ山をもつ雌ねじ部材とを含むねじ部品システム であって、 組立てられた形状において、前記接合ねじ接触面に沿って抵抗する、前記雄ね じ部材内に軸方向の負荷が生じ； 前記ねじ部材システムの接合ねじが、実質上三角形の輪郭を有するねじ山を使 用するシステムの接合ねじよりも、一層大きな軸方向の負荷に耐えることが可能 であることを特徴とするねじ部品システム。 ８．前記雄ねじ部材上のねじ山と前記雌ねじ部材上のねじ山との双方が前縁及び 後縁のねじ山表面を含み、 前記雄ねじ部材上のねじ山の表面の少なくとも１つが凸状の丸みを帯びた輪郭 を含み、 前記雌ねじ部材上のねじ山の表面の少なくとも１つが凹状の丸みを帯びた輪郭 を含み、 前記接合ねじ接触面が前記雄ねじ及び前記雌ねじ部材の丸みを帯びたねじ表面 間に存在する軸方向の負荷に抵抗する、請求項７に記載のねじ部品システム。 ９．前記ねじ部品システムが、前記雄ねじの凸状の丸みを帯びたねじ山輪郭の接 線に対する法線を有し、 前記雄ねじの単独有効直径の半径位置にある前記接線がねじ山の角度に対して 張られ、該ねじ山の角度は、前記雌ねじの単独有効直径に関連する位置で、前記 雌ねじの凹状の丸みを帯びたねじ山輪郭の接線に対する法線を張るねじ山の角度 よりも大きく、それにより接合輪郭面において接触する面積を最大とし、それに より軸方向に発生する力から生じる単位面積当たりの負荷を減少させることを確 実とする、請求項８に記載のねじ部品システム。 １０．前記雄ねじ部材上に形成されるねじ山の前縁及び後縁面が一方に対して相 称的であり、前記雌ねじ部材内に形成されるねじ山の前縁及び後縁面が一方に対 して相称的であり、それによって軸方向に対する引張り及び圧縮の双方の負荷に 抗する均一かつ効果的なシステムを可能とする、請求項９に記載のねじ部品シス テム。 １１．前記雄ねじ部材が円弧状の断面領域を有する、請求項７に記載のねじ部品 システム。 １２．前記雄ねじ部材が非円弧状かつ小裂片状の断面領域を有する、請求項７に 記載のねじ部品システム。 １３．ねじ部品システムが組立てられる際に、前記雌ねじの面取り個所が前記雄 ねじと衝突しないように、前記雄ねじ部材上に形成されるねじ山及び前記雌ねじ 部材内に形成されるねじ山の双方が、各々のねじ山の峰の部分を面取りした輪郭 を含む、請求項８に記載のねじ部品システム。 １４．前記雌ねじ部材内に形成されるねじ山が、ねじ部品システムのアッセンブ リ中で前記雄ねじ部材上に形成されるねじ山によって形成される、請求項７に記 載のねじ部品システム。 １５．雄ねじ部品部材と雌ねじ部品部材とによる型締力を受ける１つ以上の工作 物を含むアッセンブリであって、 前記型締力が、前記ねじ部品部材内に引張り力を発生させ、前記ねじ部品部材 は、前記雄ねじ部品部材及び前記雌ねじ部品部材上の双方に生じる丸みを帯びた 接合ねじ山輪郭間でねじ山接触面形状に沿って抵抗することを特徴とするアッセ ンブリ。 １６．前記雄ねじ部品部材上で機能する丸みを帯びたねじ山輪郭が、実質上凸状 であり、前記雌ねじ部品部材上に形成される丸みを帯びたねじ山輪郭が、実質上 凹状である、請求項１５に記載のアッセンブリ。 １７．前記雄ねじ部品部材が小裂片状の断面領域を有する、請求項１５に記載の アッセンブリ。 １８．雄ねじ部品部材と雌ねじ部品部材とによる分離力を受ける１つ以上の工作 物を含むアッセンブリであって、 前記分離力が、前記ねじ部品部材内に圧縮負荷を発生させ、前記ねじ部品部材 は、前記雄ねじ部品部材及び前記雌ねじ部品部材上の双方に生じる丸みを帯びた 接合ねじ山輪郭間でねじ山接触面形状に沿って抵抗することを特徴とするアッセ ンブリ。 １９．前記雄ねじ部品部材上に形成される丸みを帯びたねじ山輪郭が、実質上凸 状であり、前記雌ねじ部品部材上に形成される丸みを帯びたねじ山輪郭が、実質 上凹状である、請求項１８に記載のアッセンブリ。 ２０．前記雄ねじ部品部材が円弧状の断面領域を有する、請求項１８に記載のア ッセンブリ。