JP2008275156A - ２つの金属部材をねじ結合する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いにねじ結合される金属部材のねじ結合作業を容易にし、かつねじ結合部自体を改善する。
【解決手段】ねじ結合エレメント４の近傍においては互いに間隔をおいて位置していて、その他の領域では互いに接触している相対的に弾性変形可能な２つの金属部材１，２を、ねじ結合する方法であって、両方の金属部材１，２をねじ結合する前に、少なくとも一方の金属部材１を変形させて、ねじ結合エレメント４の近傍における領域２，５を互いに接近させ、両方の金属部材１，２を互いにねじ結合させ、少なくとも一方の金属部材１の１つの領域５を、ねじ結合の後で、ねじ結合エレメント４によって変形させたままにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載された形式の、２つの金属部材をねじ結合する方法、すなわち、ねじ結合エレメントの近傍においては互いに間隔をおいて位置していて、その他の領域では互いに接触している相対的に弾性変形可能な２つの金属部材を、ねじ結合する方法に関する。

ヘッド部とスカート部との２部分からねじ結合されて成るピストンの構造では、ヘッド部とスカート部とを、弾性的に可撓性でかつ両部材のねじ結合時に変形する領域を介して、互いにねじ結合することが、しばしば見受けられる。このような場合には、その結合形式に基づいてねじ結合部に、このねじ結合部の強度にほとんど役立たない予負荷もしくは応力が加えられる。

ＤＥ１０２００５０６０５４８Ａ１に基づいて公知の、２つの部分から成っていてねじ結合されるピストンでは、ピストンのヘッド部は、ピストン頂部とは反対の側に、ピストン軸線に対して同軸的に配置されていて雄ねじ山を備えたピンを有している。スカート部はピストン頂部側において、弾性的に可撓性のカバー領域によって画成されていて、このカバー領域は真ん中に位置する開口を有しており、この開口には、ヘッド部とスカート部とのねじ結合時にピンが導入され、次いでこのピンにはナットが螺合される。この際にカバー領域は変形するので、ピンとナットとの間におけるねじ結合部には、ねじ結合部の強度を改善する予負荷もしくは応力が加えられる。

この公知のピストンにおける欠点としては次のことが挙げられる。すなわちこの場合、スカート部のカバー領域を変形させるために、大きなトルクがナットに加えられねばならない。そしてナットはカバー領域に接触しているので、このトルクは、ナットとカバー領域との間における相対運動時に生じる摩擦抵抗を克服するためにも働かなくてはならない。この摩擦抵抗は、ナットとカバー領域とを互いに接触させている接触領域の特性に関連しているので、接触領域の特性が不都合な場合、ひいてはナットとカバー領域との間における摩擦抵抗が極めて大きい場合には、ピストンのねじ結合時に生じるトルクは、不都合と見なされ、その結果機関運転時にねじ結合部が解離して、機関の故障を惹起するおそれがる。
ＤＥ１０２００５０６０５４８Ａ１

ゆえに本発明の課題は、上に述べた先行技術における欠点を排除すること、つまり互いにねじ結合される金属部材のねじ結合作業を容易にし、かつねじ結合部自体を改善することである。

この課題を解決するために本発明の方法では、ねじ結合エレメントの近傍においては互いに間隔をおいて位置していて、その他の領域では互いに接触している相対的に弾性変形可能な２つの金属部材を、ねじ結合する方法であって、両方の金属部材をねじ結合する前に、少なくとも一方の金属部材を変形させて、ねじ結合エレメントの近傍における領域を互いに接近させ、次いで両方の金属部材を互いにねじ結合させ、少なくとも一方の金属部材の１つの領域を、ねじ結合の後で、ねじ結合エレメントによって変形させたままにするようにした。

本発明の別の有利な方法は、請求項２以下に記載されている。

本発明の方法では、互いにねじ結合される金属部材もしくはピストン部分が、ねじ結合エレメントの近傍において弾性的に可撓性の領域を有しており、該領域が、ねじ結合の前に力を加えることによって変形され、ねじ結合の後ではねじ結合エレメントによって変形が維持されることによって、ねじ結合エレメントの操作が小さなトルクを加えることによって可能になる。さらに、弾性的に可撓性の領域の変形、ひいては、ねじ結合部に対して作用しかつねじ結合部に強度もしくは確実性を付与する予負荷もしくは応力は、加えられる力を適宜に選択することによって、予め正確に規定することができる。さらにまた、両方の部分もしくは部材の支承側に向けられたポジションは、そこにトルクを加える必要がないので、ねじ結合動作中に変化しない。

次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。

図１には、壁厚の異なった壁厚を有するプレート状の２つの金属部材１，２が示されており、両金属部材１，２は互いに接触している。壁厚の薄い金属部材１は、六角形ねじ３として形成されたねじ結合エレメント４の領域に、隆起部５を有しており、この領域において弾性変形可能である。六角形ねじ３は、両金属部材１，２において隆起部５の領域に設けられた孔６，７を貫いて案内されている。

押圧プランジャ９が、六角形ねじ３の頭８を取り囲んで隆起部５の領域において金属部材１と接触しており、そしてこの場合、六角形ねじ３の頭８と押圧プランジャ９の内壁との間には、ねじ頭８に適合するソケットレンチ（図示せず）のために十分な空間が残されている。

金属部材２は支持体１０に載っており、この支持体１０の上面は、金属部材１の隆起部５の両側において各１つの液圧装置１１，１２と結合されており、両液圧装置１１，１２は支持体１０とは反対の側において、ビームエレメント１３と結合されている。このビームエレメント１３は、押圧プランジャ９と結合されていて、かつビームエレメント１３と押圧プランジャ９との間における接触領域の内部に、孔１４を有しており、この孔１４の直径は、押圧プランジャ９の内径と同じである。

圧力下のオイルが液圧装置１１，１２の開口１５，１６に導入されると、液圧装置１１，１２内に配置されたピストン１７，１８は矢印１９，２０の方向で運動させられ、これによって押圧プランジャ９ひいては金属部材１に対して、隆起部５の領域において矢印２１，２２の方向で作用する力が加えられる。

図２に示されているように、これによって金属部材１は六角形ねじ３の領域においても金属部材２と接触させられる。両金属部材１，２を互いにねじ結合するために、金属部材１のこの変形状態において六角形ねじ３のボルト２３にはナット２４が螺合される。その後で、液圧装置１１，１２内におけるオイルの圧力は減じられ、この場合オイル圧は、ビームエレメント１３ひいては押圧プランジャ９を金属部材１１，１２から持ち上げることができ、かつ今や予負荷もしくはプレロード（Vorspannung）下で互いにねじ結合されている金属部材１，２を支持体１０から取り出すことができる程度に、減じられる。

本発明の利点、すなわち金属部材を互いにねじ結合することができ、その際にそのうちの少なくとも１つの金属部材が弾性変形可能であり、ねじ結合の前に外的な負荷を加えることによって弾性変形させられるようになっている本発明の利点としては、次のことが挙げられる。すなわち本発明のように構成されていると、弾性変形可能な金属部材が、ねじ結合時に生じるねじ込み力によって変形されねばならない場合に比べて、金属部材のねじ結合を極めて小さなトルクによって行うことができる、ということが挙げられる。さらに、弾性変形可能な金属部材は、ねじ結合部に対して予負荷を生ぜしめるので、これによってねじ結合部の強度もしくは安定度は、著しく改善される。

図３にはスカート部２５とヘッド部２６とから成る、内燃機関用のピストン２７が示されており、このピストン２７は鋼、鋳鉄又は軽金属から成っていることができる。ヘッド部２６はそのピストン頂部とは反対の側に、ピストン軸線３０に対して同軸的にかつ真ん中に設けられたねじ山付ピン２８を有している。スリーブ２９として形成されたねじ結合エレメント４′は、ねじ山付ピン２８のねじ山に適合する雌ねじ山を有しており、このねじ結合エレメント４′を用いて、ヘッド部２６とスカート部２５とが互いに結合されている。

この場合ピストン２７は半径方向で見てボス支持部２５′の内部に、つまりスカート部２５とヘッド部２６とがそこで互いに接触しているボス支持部２５′の内部に、冷却オイル室３１を有しており、この冷却オイル室３１は一方ではピストン頂部３２によって画成され、スカート側では、スカート部２５の弾性的に可撓性の壁領域３３によって画成され、この壁領域３３は半径方向内側において、ピストン軸線３０に対して同軸的に位置していて真ん中に配置された管状でかつピストン頂部に向かって方向付けられた一体成形部３４に、移行している。この一体成形部３４は、ねじ山付ピン２８の直径よりも大きな直径を備えた孔３５を真ん中に有しており、さらに、半径方向内側に向かって張り出したカラー３６を有しており、このカラー３６はスカート側にリング状の支持面３７を備えていて、この支持面３７にはスリーブ２９が接触している。

ピストン２７のスカート部２５とヘッド部２６とを互いにねじ結合するために、スカート部２５とヘッド部２６とは互いに接触させられ、この際にねじ山付ピン２８は孔３５を通して案内される。ピストン２７のスカート部２５とヘッド部２６との間におけるしっかりとした確実なねじ結合部を容易に得るために、ヘッド部２６は、該ヘッド部２６の燃焼室３８の形状に合わせられた支持体１０′の上に置かれ、その後で管状の押圧プランジャ９′を用いて、スカート部２５の壁領域３３に向かって矢印４０，４０′の方向で圧力が加えられ、これにより壁領域３３はピストン頂部３２に向かって変形される。ねじ結合エレメント４′に向けられた側にピン３９′を有しているねじエレメントであって、これらのピン３９′が該ピン３９′に対する相補形状を有していてスリーブ２９のスカート側に設けられた凹設部に、適合するようになっている特殊なねじエレメント３９を用いて、スリーブ２９はねじ山付ピン２８と螺合されるが、この螺合は、大きなトルクがスリーブ２９に加えられることなしに、ねじ山付ピン２８のピストン頂部側の端面が一体成形部３４のカラー３６のスカート側の支持面３７に接触するまで、行われる。次いでねじエレメント３９はスリーブ２９から引き抜かれ、押圧プランジャ９′はカラーから引き抜かれ、これによって壁領域３３には、押圧プランジャ９′によって生ぜしめられた変形がそのまま維持され、カラー３６の支持面３７を介して、予負荷が、ねじ山付ピン２８と螺合されたスリーブ２９に対して加えられ、この予負荷は螺合部もしくはねじ結合部に対して大きな強度を与える。

図４には、ヘッド部４１とスカート部４２とから成っていてねじ結合されたピストン４３が示されており、このピストン４３は、鋼、鋳鉄又は軽金属から成っていることができ、ヘッド部４１はねじエレメント４′′の近傍に弾性変形可能な頂部領域４４を有している。ボス支持部４５を介してヘッド部４１とスカート部４２とは互いに接触している。半径方向で見てピストン４３はボス支持部４５の内部に、ピストン軸線４６に対して同軸的に配置された内部の冷却室４７を有しており、この冷却室４７はピストン頂部側において、変形可能な頂部領域４４によって画成され、かつスカート側において、スカート部４２のピストン頂部側のカバー領域４８によって画成される。

カバー領域４８は真ん中に、ピストン軸線４６に対して同軸的に位置する貫通孔４９を有している。スカート側において頂部領域４４には、ピストン軸線４６に対して同軸的に配置されていて雌ねじ山を備えた盲孔５０が設けられている。六角形ねじ５１として形成されていて貫通孔４９を通して貫通案内可能で盲孔５０にねじ込み可能であるねじエレメント４′′を用いて、ピストン４３のヘッド部４１とスカート部４２とは互いにねじ結合可能である。

ヘッド部４１とスカート部４２とを互いにねじ結合するために、ヘッド部４１とスカート部４２とは図４に示されているように互いにまとめられ、かつ両部材はピンボス７０を介して支持体１０に載せられる。次いで、図１及び図２に示されているように、液圧装置（図４には図示せず）を介して支持体１０と結合されているビームエレメント１３′を用いて、押圧プランジャ５３を介して、圧力がヘッド部４１の頂部領域４４に矢印５２，５２′の方向で加えられ、これによって頂部領域４４はカバー領域４８に向かって変形される。圧力が維持されている間に、六角形ねじ５１は、支持体１０における開口５４とスカート部４２のカバー領域４８における貫通孔４９とを通して案内され、盲孔５０にねじ込まれる。この際に六角形ねじ５１に対してはあまり大きなトルクが加えられることはない。次に、頂部領域４４に加えられた圧力が減じられ、ビームエレメント１３′及び押圧プランジャ５３はヘッド部４１から持ち上げられ、これによってピストン４３を支持体１０から取り出すことができる。圧力負荷によって生ぜしめられた、ヘッド部４１の頂部領域４４の変形は、そのまま維持され、ヘッド部４１とスカート部４２との間におけるねじ結合部に予負荷を加え、この予負荷もしくは応力は、ねじ結合部に大きな強度を与える。

図５には、ヘッド部５５とスカート部５６の２つの部分から成るねじ結合されたピストン５７が示されており、このピストン５７は鋼、鋳鉄又は軽金属から成っていることができ、このピストン５７ではヘッド部５５は弾性的に可撓性の頂部領域５８を有していて、かつスカート部５６は弾性的に可撓性のカバー領域５９を有している。ボス支持部６０の領域においてヘッド部５５とスカート部５６とは互いに接触している。半径方向で見てピストン５７はボス支持部６０の内部に、ピストン軸線６２に対して同軸的に配置された冷却室６１を有しており、この冷却室６１はピストン頂部側において頂部領域５８によって画成され、かつスカート側においてカバー領域５９によって画成される。

ピストン軸線６２に対して同軸的に、スカート部５６のカバー領域５９には、雌ねじ山を備えた貫通孔６３が設けられている。ヘッド部５５の頂部領域５８は、ピストン軸線６２に対して同軸的に貫通孔６４を有しており、この貫通孔６４はスカート側に、半径方向内側に向かって張り出したカラー６５を備えており、このカラー６５は、ピストン頂部側にリング状の支持面６６を有している。六角形ねじ６７として形成されたねじエレメント４′′′が設けられており、このねじエレメント４′′′は、貫通孔６３の雌ねじ山に適合する雄ねじ山を有していて、さらにピストン頂部側にきのこ形の一体成形部６８を有している。このねじエレメント４′′′を用いて、ヘッド部５５とスカート部５６とは互いにねじ結合可能であり、一体成形部６８はスカート側にリング状の支持面６９を有しており、この支持面６９はカラー６５の支持面６６に接触する。

ピストン５７のヘッド部５５とスカート部５６とは互いにねじ結合されるが、この場合始めにヘッド部５５とスカート部５６とは図５に示されているようにまとめられて、支持体１０の上に置かれ、この際にピストン頂部７１が支持体１０に接触する。次いでスカート部５６のピストン頂部とは反対の側に、管状の押圧プランジャ９′′が導入され、スカート部５６の弾性的に可撓性のカバー領域５９のピストン頂部とは反対の側に接触させられる。押圧プランジャ９′′には上側のビームエレメント７２が結合される。次に、下側のビームエレメント７３に結合された管状の押圧プランジャ９′′′が、支持体１０の開口５４を通して導入され、これにより押圧プランジャ９′′′の上端面は燃焼室７９の領域においてピストン頂部７１と接触し、ひいては弾性的に可撓性の頂部領域５８に接触する。

図１及び図２に相応に、上側のビームエレメント７２と下側のビームエレメント７３とは、図５には示されていない液圧装置を介して互いに結合され、この液圧装置によって、上側のビームエレメント７２と下側のビームエレメント７３とには、矢印７４，７４′，７５，７５′の方向で圧力が加えられる。押圧プランジャ９′′，９′′′を介してこの圧力は、頂部領域５８及びカバー領域５９にさらに導かれるので、これにより両方の領域５８，５９は変形し、その際に互いに向かって移動させられる。下側のビームエレメント７３における真ん中の開口７６を介して、六角形孔付ねじ６７は、頂部領域５８における貫通孔６４を通して案内され、六角形孔７７に導入された六角ソケット７８を用いて、貫通孔６３における雌ねじ山とねじ結合され、この際に六角形孔付ねじ６７に対してあまり大きなトルクが加えられることはない。次いで、ビームエレメント７２，７３に加えられている圧力が減じられ、六角ソケット７８は六角形孔７７及び押圧プランジャ９′′から引き出され、押圧プランジャ９′′，９′′′はピストン５７から離され、そしてピストン５７は支持体１０から取り出される。六角形孔付ねじ６７によって生ぜしめられた、頂部領域５８及びカバー領域５９における変形は、そのまま維持され、これによってヘッド部５５とスカート部５６との間におけるねじ結合部には、該ねじ結合部に大きな強度もしくは弛みにくさを与える予負荷もしくは応力が生ぜしめられる。

互いにねじ結合され、互いの間に間隔を有する六角形ねじの近傍領域以外では、互いに接触しているプレート状の２つの金属部材を示す図である。 六角形ねじの領域において液圧装置によって、一方の金属部分に圧力が加えられ、この金属部分が変形されて、両金属部分が六角形ねじの領域においても互いに接触していて、その後で両金属部分が互いにねじ結合される、２つの金属部材を示す図である。 ヘッド部とスカート部との２部分から成るピストンであって、スカート部がねじ結合エレメントの近傍に弾性的に変形可能な領域を有していて、この領域が両ピストン部分のねじ結合の前に変形されるピストンを示す図である。 ヘッド部とスカート部との２部分から成るピストンであって、ヘッド部がねじ結合エレメントの近傍に弾性的に変形可能な領域を有していて、この領域が両ピストン部分のねじ結合の前に変形されるピストンを示す図である。 ヘッド部とスカート部との２部分から成るピストンであって、スカート部とヘッド部とがねじ結合エレメントの近傍にそれぞれ弾性的に変形可能な領域を有していて、この領域が両ピストン部分のねじ結合の前に変形されるピストンを示す図である。

符号の説明

１，２ 金属部材、 ２ 領域、 ３ 六角形ねじ、 ４，４′，４′′，４′′′ ねじ結合エレメント、 ５ 隆起部、領域、 ６，７ 孔、 ８ 六角形ねじ３の頭、ねじ頭、 ９，９′，９′′，９′′′ 押圧プランジャ、 １０，１０′ 支持体、 １１，１２ 液圧装置、 １３，１３′ ビームエレメント、 １４ 孔、 １５ 液圧装置１１における開口、 １６ 液圧装置１２における開口、 １７ 液圧装置１１のピストン、 １８ 液圧装置１２のピストン、 １９，２０，２１，２２ 矢印、 ２３ ボルト、 ２４ ナット、 ２５ スカート部、金属部材、 ２５′ ボス支持部、 ２６ ヘッド部、金属部材、 ２７ ピストン、 ２８ ねじ山付ピン、 ２９ スリーブ、 ３０ ピストン軸線、 ３１ 冷却オイル室、 ３２ ピストン頂部、領域、 ３３ 壁領域、領域、 ３４ 一体成形部、 ３５ 孔、 ３６ カラー、 ３７ 支持面、 ３８ 燃焼室、 ３９ ねじエレメント、 ４０，４０′ 矢印、 ４１ ヘッド部、金属部材、 ４２ スカート部、金属部材、 ４３ ピストン、 ４４ 頂部領域、領域、 ４５ ボス支持部、 ４６ ピストン軸線、 ４７ 冷却室、 ４８ カバー領域、領域、 ４９ 貫通孔、 ５０ 盲孔、 ５１ 六角形ねじ、 ５２，５２′ 矢印、 ５３ 押圧プランジャ、 ５４ 開口、 ５５ ヘッド部、金属部材、 ５６ スカート部、金属部材、 ５７ ピストン、 ５８ 頂部領域、領域、 ５９ カバー領域、領域、 ６０ ボス支持部、 ６１ 冷却室、 ６２ ピストン軸線、 ６３，６４ 貫通孔、 ６５ カラー、 ６６ 支持面、 ６７ 六角形孔付ねじ、 ６８ 一体成形部、 ６９ 支持面、 ７０ ピンボス、 ７１ ピストン頂部、 ７２ 上側のビームエレメント、 ７３ 下側のビームエレメント、 ７４，７４′，７５，７５′ 矢印、 ７６ 開口、 ７７ 六角形孔、 ７８ 六角ソケット、 ７９ 燃焼室

Claims (5)

1. ねじ結合エレメント（４，４′，４′′，４′′′）の近傍においては互いに間隔をおいて位置していて、その他の領域では互いに接触している相対的に弾性変形可能な２つの金属部材（１，２，２５，２６，４１，４２，５５，５６）を、ねじ結合する方法であって、
   両方の金属部材（１，２，２５，２６，４１，４２，５５，５６）をねじ結合する前に、少なくとも一方の金属部材（１，２５，４１，５５，５６）を変形させて、ねじ結合エレメント（４，４′，４′′，４′′′）の近傍における領域（２，５，３２，３３，４４，４８，５８，５９）を互いに接近させ、
   次いで両方の金属部材（１，２，２５，２６，４１，４２，５５，５６）を互いにねじ結合させ、
   少なくとも一方の金属部材（１，２５，４１，５５，５６）の１つの領域（５，３３，４４，５８，５９）を、ねじ結合の後で、ねじ結合エレメント（４，４′，４′′，４′′′）によって変形させたままにする
   ことを特徴とする、２つの金属部材をねじ結合する方法。
2. 互いにねじ結合される金属部材が、金属製のピストン（２７，４３，５７）のスカート部（２５，４２，５６）とヘッド部（２６，４１，５５）である、請求項１記載の方法。
3. スカート部（２５）が、弾性的に可撓性の壁領域（３３）を有しており、該壁領域（３３）を介してスカート部（２５）をヘッド部（２６）とねじ結合させ、かつこの壁領域（３３）を、該壁領域（３３）がヘッド部（２６）によって形成されたピストン頂部（３２）に接近するように、ねじ結合の前に変形させる、請求項２記載の方法。
4. ヘッド部（４１）が、弾性的に変形可能な頂部領域（４４）を有しており、該頂部領域（４４）を介してスカート部（４２）をヘッド部（４１）とねじ結合させ、かつこの頂部領域（４４）を、該頂部領域（４４）がスカート部（４２）によって形成されたカバー領域（４８）に接近するように、ねじ結合の前に変形させる、請求項２記載の方法。
5. ヘッド部（５５）が弾性的に可撓性の頂部領域（５８）を有し、かつスカート部（５６）が弾性的に可撓性のカバー領域（５９）を有しており、該ヘッド部（５５）とスカート部（５６）とを、頂部領域（５８）及びカバー領域（５９）を介して互いにねじ結合させ、頂部領域（５８）とカバー領域（５９）とを、該両領域（５８，５９）が互いに接近するように、ねじ結合の前に変形させる、請求項２記載の方法。

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