JP2008519227A - ねじ締め結合装置用ねじ - Google Patents

Abstract

本発明は、ねじ締め結合装置用ねじであって、ナットねじ（３０）を持つ第１の部分（３）が、ボルトねじ（２０）を持つ第２の部分（２）と結合可能である。これから出発して、既にその構造によって損傷の危険を著しく減少するねじ締め結合装置が提案される。これは、第１及び第２の部分（２，３）が、少なくともねじ山（１０，１１）の範囲に異なる強度を持ち、ねじ山（１０，１１）が、ねじ山（１０，１１）の間の凹所（２３，３４）の断面積（Ｑ_２，Ｑ_４）とは異なる断面積（Ｑ_１，Ｑ_３）を持っていることによって、達せられる。

Description

本発明は請求項１の上位概念に記載のねじ締め結合装置用ねじに関する。

このようなねじ締め結合装置に対して、いわゆるメートル法のＩＳＯ規格ねじが公知であり、広く普及されている。更にねじ締め結合装置は米国特許第５，２８２，７０７号明細書から公知である。

公知のねじでは、ボルトねじ及びナットねじに対して異なる強度の材料を使用すると、ねじ締め結合装置を強く締めすぎることにより、一層低い強度を持つ材料から製造されているねじ部分が損傷するという問題が生じる。このため、技術説明書において、前述した損傷を避けるため、ねじ締め結合装置に対していわゆる最大許容締付けモーメントを設けるのが普通である。しかし多くの場合例えば商用車両圧縮空気制動装置の空気乾燥機又は油濾過器のために、ねじ締め結合装置を手で締付け固定するのが普通であり、即ちそのために予め調節可能なトルクレンチは使用しない。しかし一般にねじ締め結合装置の他のすべての使用においても、例えばトルクレンチの誤った調節又はトルクレンチのうっかりした不使用による損傷を避けることが望ましい。

従って従来技術の基礎になっている課題は、その構造によって前述した損傷の危険を著しく少なくするねじ締め結合装置用ねじを提示することである。

この課題は、請求項１に示す発明によって解決される。本発明の展開及び有利な構成は従属請求項に示されている。

本発明は、例えばトルクレンチのような特別な補助手段なしに、また技術的警告なしに、ねじ締め結合装置を締めかつゆるめることができる、という利点を持っている。特に交換カートリッジシステムを使用する場合、ねじを損傷するおそれなしに、交換カートリッジを手で締付け固定することができる。

本発明の別の利点は、特に商用車両の空気乾燥機及び空気供給装置のために使用する場合、このような装置において空気乾燥機が圧縮段階から回生段階への切換えの際、周期的に変化する圧力の作用を受け、それがねじの適当な応力を生じることである。本発明によるねじ締め結合装置の使用により、このような場合にも、応力が周期的に変化し特に周期的に増大するような場合にも、ねじ締め結合装置の耐久限度が得られる。

貨物自動車の圧縮空気装置用空気乾燥機に本発明を使用する場合の別の利点は、例えば空気供給装置にあるこのような空気乾燥機カートリッジ用の例えばアルミニウム製の収容装置において、今まで普通であった鋼挿入体をなくすことができることである。これにより空気供給装置を一層簡単かつ安価に製造することができる。

本発明の有利な展開によれば、ねじ形状を非対称に形成でき、ボルトねじが一層大きい中実断面を持っている。その際ナットねじは比較的細くかつこの形状のため比較的弾性的な断面を持っている。

本発明の有利な展開によれば、低い強度で構成されるボルト及びナットのねじ部分の断面積の幾何学的に厚い構成の使用により、高い強度及び損傷に対する高い安全性が簡単に得られる。

それ以外の利点をあげながら、図面を使用して本発明が実施例により以下に説明される。

図において、互いに一致する部分に対して同じ符号が使用される。

図１には、装置８にねじで取付けられる交換カートリッジ１が示されている。交換カートリッジ１は、実施例では空気乾燥機カートリッジとして構成され、空気乾燥機カートリッジ用収容装置としても役立つ装置８は、例えば貨物自動車の圧縮空気装置用の空気供給装置として構成されている。装置８のうち、例として特に交換カートリッジ１への空気の供給及び排出のために設けられる種々の空気接続部５，６，７のみが、図１に示されている。交換カートリッジ１は、その内部に特に交換カートリッジ１に通される空気から湿気を吸収するのに役立つ乾燥剤充填物４を持っている。

装置８に取付けるため、ナットねじ３０を備えた第１の部分３を持ち、この第１の部分３は、装置８に設けられてボルトねじ２０，２２を持つ第２の部分２にねじで取付けるために設けられている。ナットねじ３０及びボルトねじ２０，２２を持つ部分２，３は、図２〜５により以下に更に説明するねじ締め結合装置の構成部分である。この場合第１の部分２及び第２の部分３は、少なくともねじ山の範囲に、異なる強度及び異なる弾性係数Ｅ_１，Ｅ_２を持っている。破線９はボルトねじ２０，２２の縦軸線を示す。

図２には、ボルトねじ２０としての本発明によるねじの実施例が部分的に示されている。ボルトねじ２０は、それぞれ断面積Ｑ_１を有するねじ山１０を持っている。それぞれ２つのねじ山１０の間に、それぞれ断面積Ｑ_２を有する凹所２３がある。ねじはねじ山ピッチＰを持っている。

図３には、ナットねじ３０としての本発明によるねじの実施例が部分的に示されている。ナットねじ３０は、それぞれ断面積Ｑ_３を有するねじ山１１を持っている。それぞれ２つのねじ山１１の間に、それぞれ断面積Ｑ_４を有する凹所３４がある。ねじも同様にねじ山ピッチＰを持っている。

それぞれのねじ山１０，１１の断面積Ｑ_１，Ｑ_３は、図２及び３において、ねじ２０，３０の外側輪及び破線２１，３３により区画されている。

図４には、図２によるボルトねじ２０および図３によるナットねじ３０が一緒に示されている。従って以下図２〜４が参照される。

実施例では、ボルトねじ２０が、例えば鋼から製造できるナットねじ３０より一層低い強度を持つ材料例えばアルミニウムから製造されている。特に図２及び３からわかるように、一層低い強度を持つ材料から成るねじ山１０，１１の断面積Ｑ_１，Ｑ_３は、ねじ山１０，１１の間の凹所２３，３４の断面積Ｑ_２，Ｑ_４より大きい。

断面積Ｑ_１，Ｑ_３と断面積Ｑ_２，Ｑ_４との比は、そのつど必要に応じて規定される。本発明の有利な展開によれば、ボルトねじ２０のねじ山１０の断面積Ｑ_１とボルトねじ２０のねじ山１０の凹所２３の断面積Ｑ_２との比は、次の関係式（１）により示すように、ボルトねじ２０のねじ山１０の弾性係数Ｅ_１とナットねじ３０のねじ山１１の弾性係数Ｅ_２との比の逆数に少なくともほぼ等しく規定される。

当業者が知っているように、ねじ山又は凹所の断面積Ｑ_１，Ｑ_２，Ｑ_３，Ｑ_４はねじの強度に対する重要な影響量である。それ以外の影響量は、例えば断面係数、せん断強度、引張り強度、及びねじ山の形状特に半径である。

ナットねじ３０のねじ山１１は、ボルトねじ２０のねじ山１０の側面１４に対応する側面１２を持っている。側面１２に対向するナットねじ３０のねじ山１１の側面１３は、ボルトねじ２０のねじ山１０の側面１５に対応している。ねじ締め結合装置を締めると、側面１２は、１個所１６で側面１４に当接する。図４及び５に示すように、ねじ締め結合装置が締められえたこの状態で、ボルトねじ２０の縦軸線９がナットねじ３０の縦軸線とほぼ一致するので、この関係を簡単化するため、以下１つの縦軸線９のみが参照される。

縦軸線９との直交面に対して、側面１２は角ωを持ち、側面１３は角γを持ち、側面１４は角βを持ち、側面１５は角αを持っている。本発明の有利な展開によれば、側面１２，１３は異なる角ω，γを持ち、即ち次の関係式が成立する。
ω ≠ γ （２）

本発明の有利な展開によれば、角ωは角γより大きく、即ち次の関係式が成立する。
｜ω｜ ＞ ｜γ｜ （３）

本発明の有利な展開によれば、側面１４，１５は異なる角α，βを持ち、即ち次の関係式が成立する。
α ≠ β （４）

本発明の有利な展開によれば、角βは角αより大きく、即ち次の関係式が成立する。
｜β｜ ＞ ｜α｜ （５）

本発明の有利な展開によれば、ねじ締め結合装置を締める際、側面１２と側面１４との間に、ねじ山に沿って１個所１６で線接触が行われる。線接触は、メートル法のＩＳＯ規格ねじにおける面接触と比較して、ねじを形成する際僅かな形状誤差又は不可避な公差が、低い強度の材料からなるボルトねじ２０の個所１６の範囲における局部的な塑性変形により補償され、これにより荷重がすべてのねじ山に一層よく分布されるという、利点を持っている。

本発明の有利な展開によれば、角βは角ωより大きく、即ち次の関係式が成立する。
｜β｜ ＞ ｜ω｜ （６）

これは、側面１２，１４の接触がナットねじ３０のねじ山１１の外側に比較的離れている個所１６で行われる、という利点を持っている。これにより生じるてこ腕のため、この個所１６におけるねじ山１１の弾性が、この個所１６の弾性に比較して大きい。これにより次の利点が得られる。即ちねじを形成する際の僅かな形状誤差又は不可避な公差が、ナットねじ３０の弾性により補償され、従ってこのような形状誤差又は公差により高められるねじ山の荷重が、公知のねじ締め結合装置におけるより良好に、ねじ山１１全体に分布される。ねじ山１０に比較してねじ山１１の細い構成は、ナットねじ３０の弾性を更に改善し、それによりねじ山１１全体への荷重の前述した分布を助長する。

本発明の有利な展開によれば、ねじ締め結合装置を締める際互いに当接する側面１２，１４は、対向する側面１３，１５より大きい角ω，βを持ち、即ち関係式（３）及び（５）が成立する。

本発明の有利な展開によれば、ねじ山ピッチＰ及び側面直径として、規格化されない値も選ぶことができる。

本発明の有利な展開によれば、ナットねじ３０及び／又はボルトねじ２０は、少なくとも部分範囲で丸められた曲率半径Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５，Ｒ_６の断面輪郭を持っている。図４による実施例では、ボルトねじ２には、側面１４から縦軸線９に対して平行な範囲への移行範囲に、曲率半径Ｒ_１を持つ丸められた断面輪郭が設けられている。曲率半径Ｒ_１を持つこの丸められた断面輪郭は、有利に比較的小さい曲率即ち比較的大きい曲率半径Ｒ_１を持ち、これは次のような利点を持っている。即ちこの個所における切欠き効果が比較的小さく、従って例えばねじ締め結合装置を強く締めすぎる際、ねじ山の引裂きによりねじ山１０の損傷する危険を著しく少なくすることができる。縦軸線９に対して平行な範囲から側面１５への移行範囲に、ボルトねじ２は曲率半径Ｒ_６を有する断面輪郭を持っている。

ナットねじ３のねじ山１１は、側面１２，１３の相互移行部又は縦軸線９に対して平行に延びる範囲への移行部に、それぞれ曲率半径Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５を有する丸められた断面輪郭を持っている。本発明の有利な展開によれば、曲率半径Ｒ_１はナットねじ３０の曲率半径Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５，の各々より大きい。

本発明の有利な展開によれば、ねじ締め結合装置の軸線方向においてナットねじ３０とボルトねじ２０との間に、メートル法のＩＳＯ規格ねじと比較して大きい所定の軸線方向遊隙Ｓ_ａが設けられている。メートル法のＩＳＯ規格ねじでは、軸線方向遊隙は考慮されていないが、実際にはねじの製造の際製造公差のため生じる。有利な展開による所定の軸線方向遊隙Ｓ_ａにより、ねじ締め結合装置の堅い締付け又は食い込みを回避することができる。

図４によれば、ねじ締め結合装置は半径方向に遊隙Ｓ_ｒ１，Ｓ_ｒ２を持っている。

図５には、図３及び４について既に説明したナットねじ３０の装置８における使用を示し、この装置８は、ナットねじ３０を受入れるボルトねじとして、従来のメートル法のＩＳＯ規格ねじ２２を持っている。図５からわかるように、図３及び４によるナットねじ３０の構成は、ボルトねじとしてメートル法のＩＳＯ規格ねじと一致するという別の利点を持っている。交換カートリッジ１において本発明を使用すると、本発明によるナットねじ３０を備えた交換カートリッジ１を、本発明により構成されるボルトねじ２０及び従来のメートル法のＩＳＯ規格ボルトねじにねじ込むことができる、という利点が生じる。

メートル法のＩＳＯ規格ねじとして構成されるボルトねじ２２は、ねじ山１０の特に対称な側面１４，１５を持ち、即ち縦軸線９との直交面に対する側面１４の角δは、縦軸線９との直交面に対する反対側側面１５の角γと等しい。側面１４，１５の間に、メートル法のＩＳＯ規格ねじは丸められた断面輪郭Ｒ_７を持っている。

図５から更にわかるように、本発明の前述した利点の大部分は、ボルトねじ２２としてメートル法のＩＳＯ規格ねじに関連して保たれている。この場合個所１６において、側面１２と側面１４との前述した線接触が再び保証されている。

本発明の有利な展開によれば、次の値を選ぶことができる。
Ｑ_１／Ｑ_２ ＞ １．２
Ｑ_４／Ｑ_３ ＞ １．２
１．０ｍｍ〜３．０ｍｍの範囲にあるねじ山ピッチＰ
０°〜１０°の範囲にあるγ
２０°〜２９°の範囲にあるω
０°〜１０°の範囲にあるα
２１°〜３５°の範囲にあるβ
（それぞれ３６０°ピッチに関する度の表示）
０．１〜０．３の範囲にあるＲ_１／Ｐ
０．０７〜０．２７の範囲にあるＲ_２／Ｐ
０．０７〜０．１７の範囲にあるＲ_３／Ｐ
０．０７〜０．２の範囲にあるＲ_４／Ｐ
０．０７〜０．２の範囲にあるＲ_５／Ｐ
０．０３〜０．２の範囲にあるＲ_６／Ｐ
０．０１〜０．０７の範囲にあるＳ_ａ／Ｐ
０．０３〜０．１の範囲にあるＳ_ｒ１／Ｐ
０．０３〜０．１７の範囲にあるＳ_ｒ２／Ｐ
０．０３〜０．１の範囲にあるＳ_ｒ３／Ｐ
０．０３〜０．１７の範囲にあるＳ_ｒ４／Ｐ
（値はねじ山ピッチＰに規格化されている）

車両にある空気乾燥機カートリッジ及び空気供給装置を示す。 ボルトねじとしての本発明によるねじの実施例を示す。 ナットねじとしての本発明によるねじの実施例を示す。 前述したボルトねじをそれに属するナットねじと共に示す。 ナットねじとしての本発明によるねじの別の実施例を示す。

Claims (19)

1. ねじ締め結合装置用ねじであって、ナットねじ（３０）を持つ第１の部分が、ボルトねじ（２０）を持つ第２の部分（２）と結合可能であり、第１及び第２の部分（２，３）が、少なくともねじ山（１０，１１）の範囲に異なる強度を持ち、ねじ山（１０，１１）が、ねじ山（１０，１１）の間の凹所（２３，３４）の断面積（Ｑ_２，Ｑ_４）とは異なる断面積（Ｑ_１，Ｑ_３）を持っている、ねじ。
2. ボルトねじ（２０）が一層低い強度の材料から製造されていることを特徴とする、請求項１に記載のねじ。
3. 一層低い強度を持つ材料から成るねじ山（１０，１１）の断面積（Ｑ_１，Ｑ_３）が、ねじ山（１０，１１）の間の凹所（２３，３４）の断面積（Ｑ_２，Ｑ_４）より大きいことを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のねじ。
4. 一層低い強度を持つ材料から成るねじ山（１０，１１）の断面積（Ｑ_１，Ｑ_３）とねじ山（１０，１１）の間の凹所（２３，３４）の断面積（Ｑ_２，Ｑ_４）との比が、１．２より大きいことを特徴とする、請求項３に記載のねじ。
5. 一層高い強度を持つ材料から成るねじ山（１０，１１）の間の凹所（２３，３４）の断面積（Ｑ_２，Ｑ_４）が、ねじ山（１０，１１）の断面積（Ｑ_１，Ｑ_３）より大きいことを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のねじ。
6. 一層高い強度を持つ材料から成るねじ山（１０，１１）の間の凹所（２３，３４）の断面積（Ｑ_２，Ｑ_４）とねじ山（１０，１１）の断面積（Ｑ_１，Ｑ_３）との比が、１．２より大きいことを特徴とする、請求項５に記載のねじ。
7. ボルトねじ（２０）のねじ山（１０）の断面積（Ｑ_１）とボルトねじ（２０）のねじ山（１０）の間の凹所（２３）の断面積（Ｑ_２）との比が、ボルトねじ（２０）のねじ山（１０）の弾性係数（Ｅ_１）とナットねじ（３０）のねじ山（１１）の弾性係数（Ｅ_２）との比の逆数値に等しいことを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のねじ。
8. ナットねじ（３０）のねじ山（１１）の対向する側面（１２，１３）が、ナットねじ（３０）の縦軸線（９）との直交面に対して異なる角（γ，ω）を持っていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のねじ。
9. ボルトねじ（２０）のねじ山（１０）の対向する側面（１４，１５）が、ボルトねじ（２０）の縦軸線との直交面に対して異なる角（α，β）を持っていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のねじ。
10. ねじ締め結合装置を締める際ボルトねじ（２０，２２）の側面（１４）に当接するナットねじ（３０）の側面（１２）がナットねじ（３０）の対向する側面（１３）より大きい角（ω）を、ナットねじ（３０）の縦軸線（９）との直交面に対して持っていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のねじ。
11. ねじ締め結合装置を締める際互いに当接するボルト及びナットのねじ（２０，３０）の側面（１２，１４）が、ボルト及びナットのねじ（２０，３０）の対向する側面（１３，１５）より大きい角（ω，β）を、ナットねじ（３０）の縦軸線（９）との直交面に対して持っていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のねじ。
12. ねじ締め結合装置を締める際ボルトねじ（２０，２２）の側面（１４）に当接するナットねじ（３０）の側面（１２）が、ボルトねじ（２０，２２）のナットねじ（３０）に当接する側面（１４）より小さい角（ω）を、ナットねじ（３０）の縦軸線（９）との直交面に対して持っていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のねじ。
13. ナットねじ（３０）及び／又はボルトねじ（２０）が、少なくとも部分範囲で丸められた断面輪郭（Ｒ_１，Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５，Ｒ_６）を持っていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のねじ。
14. ボルトねじ（２０，２２）が、ナットねじ（３０）の丸められた断面輪郭の曲率半径（Ｒ_２，Ｒ_３，Ｒ_４，Ｒ_５）の各々より大きい曲率半径（Ｒ_１，Ｒ_７）を有する少なくとも１つの丸められた断面輪郭を持っていることを特徴とする、請求項１３に記載のねじ。
15. ナットねじ（３０）とボルトねじ（２０）との間に、所定の軸線方向遊隙（Ｓ_ａ）が設けられていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のねじ。
16. ねじ締め結合装置を締める際互いに当接するボルト及びナットのねじ（２０，２２，３０）の側面（１２，１４）が、線接触していることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のねじ。
17. ボルトねじ（２０，２２）がアルミニウムから製造され、ナットねじ（３０）が鋼から製造されていることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のねじ。
18. 空気乾燥機カートリッジ（１）を収容する装置（８）が、空気乾燥機カートリッジ（１）をねじで取付けるため、先行する請求項の１つに記載のボルトねじ（２０）又はナットねじ（３０）を持っている、収容装置。
19. 請求項１８に記載の収容装置（８）にねじで取付け可能な、車両にある圧縮空気装置用空気乾燥機カートリッジ。

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