JP2004504547A - ねじ山交換方法と器具 - Google Patents

Abstract

本発明は、元のねじ穴を拡張し、物体内に新たに設けたねじ穴内に、ねじ山インサート１０をねじ込むことによって、物体内の損傷ねじ山を、同じねじ山に交換できる方法と器具に係わる。ねじ山インサートには、元のねじ穴と同じ雌ねじを有するねじ穴が形成される。ねじ山インサートは、該ねじ山インサートを固定保持するねじ山を使用することで、拡張された穴内に固定される。ねじ山インサートが拡張ねじ穴内にねじ込まれると、ねじ山インサートの頭部の下位に設けたポケット１１が、ポケット内への金属流れを生じさせ、もって、ねじ山インサートと物体との間に密封がなされる。

Description

【０００１】
（技術分野）
以下に記載する発明は、広い意味で言えば、物体内の損傷ねじ山を交換するための方法と装置に係わり、具体的に言うと、ねじ山を、恒久取付け式インサート（挿入部材）に交換する損傷ねじ山交換方法と装置に関するものであり、インサートは、該インサートと補修すべき物体との間の密封も行なう。
（背景技術）
物体内に切られている雌ねじが損傷した場合、損傷ねじをタップ（ねじ加工工具）で除去して補修できることもある。しかし、雌ねじが、タップによる損傷ねじの除去では機能を回復できないほど損傷した場合には、ねじ山を交換しなければならない。その場合、雌ねじの谷径よりも大きなドリルを用いて元のねじ山を削除し、その穴に、より大きな谷径の雌ねじが切られる。この方法によって、使用可能なねじ穴は得られるが、元のねじ穴とは異なる寸法の定着具が必要になる。定期的に分解、再組立てを要する組立体の場合、この方法では、異なるヘッド寸法の複数の工具が必要である。このことは、装置を再組立てする人にとって、少なくとも不便であり、厄介な作業になるだろう。
【０００２】
損傷したねじ山を原組立体のねじ山と同じねじ山に交換するには、損傷ねじ山を穴あけして削除し、元のねじ山をねじ山インサートで置換する必要があるが、ねじ山インサートは、より大きな、穴あけされたねじ穴にねじ込むことができ、かつ元のねじ山と同じ雌ねじを有しなければならない。このようなねじ込みインサートは入手可能だが、その雄ねじは、通常、在来型の螺旋構造である。在来型のねじ山インサートは、小ねじを取り外そうとすると、緩む傾向があり、また或る場合には、取付けねじを外そうとすると、ねじ山インサートが物体から外れることがあり、このため、分解工程が複雑になる。また、取付けねじを物体と密封係合しなければならない場合、従来型のねじ山インサートでは、通常、雄ねじ部分と物体壁部との間の密封がなされない。
【０００３】
下記先行技術は、出願人が承知する現状技術を反映しており、また、関連する先行技術を開示するという出願人の義務を履行するためでもある。しかしながら、以下で詳細を開示され、特に特許請求の範囲に記載された本発明を教示せず、また、本発明との関連を自明にするものでもないことを保証する。
特許番号：５４９９８９２、　発行日：１９９６年３月１９日
発明者：Ｒｅｅｄ
【０００４】
（発明の開示）
本発明の目的は、前記欠点のないねじ山インサートを得ることである。
本発明により、第一に、従来技術の前記欠点が克服され、ねじ山インサート外面の雄ねじ構造と、開成された穴内に形成される対応雌ねじとを利用して物体の穴内に締着されるねじ山インサートが得られる。ねじ山インサートは、上方へ傾斜するねじ山面を有しており、該ねじ山面は、物体の取り替え穴内にねじ山インサートをロック（錠止）する頭部（ヘッド）へ向かう上向きの角度を有する。これらのねじ山の効果は、インサートが締結されると、半径方向内方への締付け力が得られることであり、これは、インサートを受け入れる物体に対してインサートの別の部分で対向するねじ山の締付け反応によるものである。第二に、前記ねじ山インサートは、好ましくは所望の標準ねじ留め具を受け入れるようになされた雌ねじを有する。第三に、前記ねじ山インサートは、トルクを受ける各種形状にすることのできる駆動頭部（ドライブヘッド）を有するのが好ましい。例えば、駆動頭部は、レンチの小面が当たるように寸法づけられた多小面を有することができる。また、スロット（すり割り）付きねじ用ドライバーまたはその他の類似構造と相補的な形状のスロットを形成してもよい。そうすることにより、駆動頭部がトルクを受けると、ねじ山インサートは、その長手方向中心軸線を中心として回転する。ねじ山インサートは、駆動頭部の下方に頸部を有するのが好ましい。
【０００５】
ねじ山インサートには、頸部と最上位ねじ山の上面との間にポケットが設けられている。ねじ山インサートを、あけられた穴の雌ねじに完全にねじ込むと、物体側ねじ山の金属が変形せしめられてポケット内に押し込まれ、インサートと物体の壁部との間に緊密な密封部分（シール）が形成される。
（産業上の利用可能性）
本発明の、産業上の利用可能性は、以下の発明目的に関する説明によって明らかになされるだろう。
かくして、本発明の主目的は、締着時に、ねじ山インサートと物体壁部との間に緊密な密封部分が形成されるようなねじ山インサートを得ることである。
本発明の別の目的は、単数または複数の物体の組立てや分解に、異なる寸法複数の締着具を必要とする煩雑さを避けるために、未損傷の元のねじ山と同じねじ山を有するねじ山インサートを提供することである。
【０００６】
本発明の更に別の目的は、分解時に弛む傾向をなくすねじ山インサートを得ることである。
本発明の更に別の目的は、雄ねじを設けることによって、分解時に弛む傾向をなくすねじ山インサートを提供することであり、その場合の雄ねじは、ねじ山インサートの駆動頭部へ向かってねじ山面が角度をなして上方へ傾斜するとともに、物体の取り換え穴内にねじ山インサートを確実に錠止（ロック）する。
本発明の更に別の目的は、頸部と最上位ねじ山の上面との間にポケットが形成されたねじ山インサートを提供することであり、その場合、ねじ山インサートの締着時には、対応ねじ山を形成している物体の金属がポケット内に流入し、それによってインサートと物体の壁部との間に密封が作られる。
【０００７】
本発明の更に別の目的は、雄ねじと雌ねじとを有するねじ山インサートを提供することである。
本発明の更に別の目的は、一般に入手可能なトルク付加器具によって駆動できる駆動頭部を有するねじ山インサートを提供することである。
本発明の更に別の目的は、雄ねじ（外表面ねじ）によって、ねじ山インサートがねじ穴から外れないようにしたねじ山インサートを提供することである。
本発明の更に別の目的は、相補形状になされたねじ穴内に有限長さ範囲だけねじ込まれるように設計されたねじ山インサートを提供することである。
本発明の更に別の目的は、雄ねじ（外表面ねじ）の山同士が互いに僅かな間隔を置いて存在するとともに、耐久性のあるねじ山であるという条件の下で、谷底とねじ山の頂との間におけるねじ山の厚さが極小厚さに維持されたねじ山インサートを提供することである。
本発明の更に別の目的は、簡単かつ安価に製造でき、しかも耐久性ある構造を有するねじ山インサートを得ることにある。
【０００８】
第１の観点によれば、本発明の特徴は、ねじ山インサートと、該ねじ込みインサートが挿入される物体との間を密封する方法を提供することであり、この方法は、穴をあける段階と、穴の頂部を、ねじ山インサートの形状に適合するように切削する段階と、前記穴内に、適合するねじをねじ切りする段階と、前記穴内にねじ山インサートを着座するまでねじ込む段階と、金属流れを生じさせるために、ねじ山インサートを更に前記穴内にねじ込む段階とを含む。
【０００９】
第２の観点によれば、本発明の特徴は、ねじ山インサートと、該ねじ山インサートがねじ込まれる物体との間に密封を作るねじ山インサートを提供することである。ねじ山インサートは、駆動頭部から先端まで中心軸線に沿って延在するねじ付き軸部を有する。該ねじ付き軸部のねじ山の少なくとも１つが、該軸部の外径を規定するねじ山の頂と、該軸部の谷径を規定する谷底と、該谷底の底縁からねじ山の頂の上縁まで延在する上面とを含み、該上面が、ねじ山の頂へ向かって、ねじ付き軸部の中心軸線と直角である基準平面に対してゼロ度を超える角度で延在する部分を有する。また、ねじ山インサートは、ねじ付き軸部の最上位ねじ山と駆動頭部の下部との間にあるポケットを含む。
【００１０】
第３の観点によれば、本発明の特徴は、ねじ山インサートの最上位ねじ山と駆動頭部の下位にある頸部との間にポケット部分を設けることであり、最上位ねじ山と頸部とは、これらを通る共通中心軸線の方向で間隔を置いて存在し、頸部は、直径ｄ_１の外側円筒面によって形成されている。ポケット部分は、複数の表面によって画成され、該複数の表面が、逃げ面と、内側円筒面と、最上位ねじ山の共通中心軸線に対して或る角度をなす上面とを含み、前記逃げ面が、直径ｄ_１を有する頸部と鋭角をなして交差するとともに、直径ｄ_２を有する内側円筒面と前記鋭角をなして交差し、その際、直径ｄ_１が直径ｄ_２よりも大きく、内側円筒面が、ねじ山インサートの前記共通中心軸線に対して互いに平行かつ同心である。
【００１１】
前記目的、および、その他の目的は、添付図面を見ながら行う以下の説明によって明らかになるだろう。
本発明を示すために、１２の図面を選んだ。これらの図面と以下の説明は、特許請求の範囲に記載した本発明を当業者が実施する上で十分であろう。
【００１２】
（発明を実施する最良の態様）
各図面を通じて、類似部分に類似符号を付しており、本発明の好適例には、符号１０を付している。
図１に、一好適例であるねじ山インサート１０を示す。ねじ山インサート１０は、物体１２内に完全に組付けられた状態にあり、物体の穴内の損傷ねじ山３２（図４）に代わるものである。物体１２は、第２の部材を組付けるための、または、別の器具を取着するためのねじ穴を必要とする、どのような器具であってもよい。穴１８（図５）が、ドリル３４を用いて物体１２内にあけられ、穴１８の壁に、対応する雌ねじ１９（図７）が形成される。
【００１３】
ねじ山インサート１０は、その頂面２１が物体１２の上面と実質的に整合するまで、物体のねじ穴内にねじ込まれる。頂面２１が物体１２から突出する場合には、そのままの状態にしておくか、または、整合するまで研磨される。図２に見られるように、直径ｄ_１を有する外側円筒面として付形された頸部１３によって、ポケット１１が画成されている。逃げ面１５は、先端１７において、角度デルタ（Δ）で頸部１３と交差している。先端１７は、物体の材料に押し込みによって変形を生じさせる作用面である。実際には、先端１７が、穴１８の最上位のねじ山２６を再成形して、固定リング２６に変形させる。逃げ面１５は、直径ｄ_２を有する内側円筒面１９と交差する。逃げ面１５と円筒面１９のなす角度βは、好ましくは鋭角であり、８０°が好ましい。直径ｄ_１が直径ｄ_２よりも大きい点に留意されたい。頸部１３と内側円筒面１９とは、平行かつ同心的である。最上位のねじ山面６８は、角度イプシロン（ε）（好ましくは９０°）で内側円筒面２９と交差する。鋭角Δ、逃げ面１５、内側円筒面２９、および、ねじ山面６８によって形成されたポケット１１により、穴１８の最上位のねじ山２６を形成する金属が流れるように強制される。この金属の流れは、ねじ山インサートの最上位ねじ山で、密封固定リング２６を形成している。密封固定リング２６は、物体１２とねじ山インサート１０の間で永久液密結合部を形成する。
【００１４】
雌ねじ１６は、好ましくは在来構造であり、損傷した元のねじ山と置き換えるために、ねじ山インサート１０の胴部分の中央部に形成されている。雌ねじ１６は、ねじ山インサート１０の長手方向軸線を中心として形成されるのが好ましい。この工程の複数段階を、以下、図３〜図７に関する議論と合わせて説明する。
図３には、ねじ山インサート１０の外側に設けた雄ねじ２０が拡大詳細図として示されている。この雄ねじは、螺旋状に形成され、外径６２を形成する山の頂６４と、谷の径６０を形成する谷底６６とを含む。雄ねじは、谷底６６の下縁６７から山の頂６４の上縁６９まで延びる上面６８を有する。雄ねじ２０は、また谷底６６の上縁７４から山の頂６４の下縁７６まで延びる下面７０を含む。上面６８と下面７０の両者が、ねじ山インサートの頂部側へ傾斜している。山の頂６４および谷底６６は、中心軸線６３から一定距離を有する。上面６８は、中心軸線６３に対して直角の基準平面６５とアルファ（α）の上面角度をなして、谷底６６から延在している。上面角度αは好ましくは２０°であるが、０°〜９０°の角度が可能である。下面７０は、山の頂６４でのねじ山厚が隣接する谷底と谷底との間のねじ山厚さよりも小さくなるように、下面角度ベータ（β）で谷底６６から頂６４まで延在している。したがって、ねじ山は、谷径６０に隣接する位置で、厚さが大きく、したがって強度が大きく、図１に示す密封を形成するために必要な荷重に耐えることができる。
【００１５】
以下、図４〜図９について、本発明の器具を使用する方法を詳説する。図４には、元のねじ穴に、符号３２で示す損傷ねじ山を有する物体１２が示されている。損傷ねじ穴を元のねじ山と等寸法のねじ山を有するねじ穴と交換するために、図５に示すドリル３４を用いて物体１２に、より大きい穴を新たにあける。この図では、ねじ穴は貫通穴である。工程の次の段階は、図６に示されている。この段階では、図１に示したねじ山インサート１０の駆動頭部形状に適合するように、穴１８の頂部がカッタ４２により付形される。カッタ４２の直径５０は、穴１８の直径に合致し、穴１８内にカッタ４２を定心するのに役立つ。切削面４４は、穴の上部直径３６を形成し、該上部直径は、ねじ山インサート１０のねじ込み頭外径に合致している。面４６は、穴内のストッパ面３８を形成する。カッタ４２の面４８は、穴の箇所４０を形成する。図７には、穴１８内に対応雌ねじ１９をねじ立てするのに使用するタップ５８が示されている。タップ５８は、穴１８内に対応雌ねじ１９を形成する。該雌ねじは、谷の径５６と内径５４とを有し、これらが、それぞれねじ山インサート１０の外径６２と谷の径６０とに対応する。
【００１６】
次に図８、図９、図１０には、ねじ山交換器具の組立て方法が示されている。穴１８は、既述のように形成され、ねじ山インサート１０の駆動頭部１４が、駆動頭部受容開口内に受容され、穴１８の雌ねじ１９には雄ねじ２０が受容される。図８には、ねじ山インサート１０が、上方に位置し、穴１８に定心されて示されている。図９には、ねじ山インサート１０が、穴１８内へ、先端１７が雌ねじ１９の最上位のねじ山１９’に接触するまでねじ込まれている。ねじ山インサート１０が、更に穴１８内へねじ込まれると、先端１７は、ねじ山１９’を変形させ、ねじ山インサート１０のポケット１１内への金属流れを生じさせる。ねじ山インサート１０を、更に穴１８内へねじ込むと、ねじ山インサート１０の頂面２１が、物体１２の上面２２と事実上整合する。ねじ山インサート１０が完全に穴１８内へねじ込まれると、図１および図２に示すように、最上部のねじ山１９’が変形されることで、シール２６が完全に形成される。ねじ込みインサート１０は、これにより恒久的に物体内に組付けられる。
【００１７】
図１１、図１２は、図１、図２の変形例を示す。この場合、ねじ山インサートの夾角Δは約７０°であるが、図１、図２の場合は８０°である。物体は、好ましくは５５°の夾角を有する作用面を含む。逃げ面１５’、面１９’、最上位のねじ山６８は、図８Ｂに示すように係合する。金属流れにより、極めて良好なシールが形成される。面１９’の直径ｄ’は、ねじ山の谷底６６よりも大であるのが好ましい。
さらに、以上に説明し、かつ特許請求の範囲に記載された本発明の範囲および公正な意味を逸脱することなく、多くの構成上の変形および修正が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】物体内にねじ込まれ、貫通ねじ穴を有する本発明ねじ山インサートの断面図。
【図２】ポケット部分の拡大詳細断面図。
【図３】ねじ山インサートの拡大詳細断面図。
【図４】損傷ねじ山を有する物体の断面図。
【図５】ねじ山インサートを用いる方法の第１段階を示す図。
【図６】ねじ山インサートを使用するために、物体内に穴を用意する第２段階を示す図。
【図７】ねじ山インサートを使用するために、物体内に穴を用意する第３段階を示す図。
【図８】ねじ山インサートを取付ける第１段階を示す図。
【図９】ねじ山インサートを取付ける第２段階を示す図。
【図１０】ねじ山インサートを取付ける最終段階を示す図。
【図１１】図１の変形例を示す図。
【図１２】図１の変形例を示す図。

Claims (3)

1. ねじ山インサートと、該ねじ山インサートが挿入される物体との間を密封する方法において、
   穴をあける段階と、
   前記穴の頂部を、前記ねじ山インサートの形状に適合するように切削する段階と、
   前記穴内に、適合するねじをねじ切りする段階と、
   前記穴内に前記ねじ山インサートを着座するまでねじ込む段階と、
   金属流れを生じさせるために、前記ねじ山インサートを更に前記穴内にねじ込む段階とを含む、ねじ山インサートと該ねじ山インサートが挿入される物体との間を密封する方法。
2. ねじ山インサートと該ねじ山インサートが挿入される物体との間でシールを形成する該ねじ山インサートにおいて、
   前記ねじ山インサートが、ねじ付き軸部を含み、該ねじ付き軸部が駆動頭部から先端まで中心軸線に沿って伸長しており、前記ねじ付き軸部のねじ山の少なくとも１つが、前記ねじ付き軸部の外径を規定するねじ山の頂と、前記ねじ付き軸部の谷径を規定する谷底と、該谷底の底縁から前記ねじ山の頂の上縁まで延在する上面とを有し、該上面が、前記ねじ山の頂へ向かって、前記ねじ付き軸部の前記中心軸線と直角である基準平面に対してゼロ度を超える角度で延在する部分を有しており、
   さらに、前記ねじ山インサートが、前記ねじ付き軸部の最上位ねじ山と前記駆動頭部の下部との間にあるポケットを有するねじ山インサート。
3. ねじ山インサートのポケット部分において、
   該ポケット部分が、前記ねじ山インサートの、最上位ねじ山と、駆動頭部の下に位置する頸部との間にあり、
   前記最上位ねじ山と前記頸部が、これらを通る共通中心軸線方向で間隔を置いて位置しており、前記頸部が、直径ｄ_１の外側円筒面によって形成され、
   前記ポケット部分が、複数の表面によって画成され、
   該複数の表面が、逃げ面と、前記内側円筒面と、前記最上位ねじ山の前記共通中心軸線に対して或る角度をなす上面とを含み、
   前記逃げ面が、前記直径ｄ_１を有する頸部と鋭角をなして交差するとともに、直径ｄ_２を有する内側円筒面と前記鋭角をなして交差し、その際、直径ｄ_１が直径ｄ_２よりも大きく、前記円筒面が、前記ねじ山インサートの前記共通中心軸線に対して互いに平行かつ同心である、ねじ山インサートのポケット部分。