JP2008533394A

JP2008533394A - 締結具

Info

Publication number: JP2008533394A
Application number: JP2008500667A
Authority: JP
Inventors: レビン，ゴーラン; ボディン，ジャン−オロフ
Original assignee: ボルボラストバグナーアーベー
Priority date: 2005-03-08
Filing date: 2006-02-08
Publication date: 2008-08-21
Also published as: WO2006096108A1; BRPI0609183A2; EP1859174A1; EP1859174A4; US20080145184A1; SE0500531L; SE529054C2

Abstract

【課題】本発明の目的は、簡単で安価な手段により、結合された部品の間に生じるせん断荷重と引張／圧縮荷重の両方を吸収するように構成された締結具を利用可能とすることである。本発明は、機械部品（３７，３８）を一緒に結合するための締結具に関連し、かかる締結具は、装着部の包囲面（８）に組立孔が密着するように、締結具の組立中に回転動作での切削により組立孔の包囲面（４１，４２）から材料を除去するように構成された一体的切削エッジ（１５〜２０）を構成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、特許請求の範囲第１項の前段に記載の締結具に関連する。

異なる方向に高い応力を受ける機械部品は、以前より、一方ではリベットなどのせん断荷重吸収継手、他方ではねじ継手などの引張／圧縮荷重吸収継手という二種類の継手により結合される。従来のねじ継手は、ねじと継手の孔との間の間隙のため、せん断荷重吸収能力が制限される。この間隙は特殊工具により埋めることができ、特殊ねじ、いわゆる装着ボルトとのプレス嵌めが行われるように孔が精密加工される。この種類の継手は、高い組立コストを伴う。

ねじ継手とリベット継手との組合せは通常、継手がせん断荷重も吸収可能でなければならないので、例えば貨物自動車のシャシの組立に使用される。吸収されなければならないのが引張荷重のみである時には、ねじ継手のみが使用される。ねじ継手とリベット継手との組合せは不必要に広いスペースを占め、いくつかの異なる組立作業を必要とする。装着ボルトの取り付けは時間とコストを要し、したがって特に必要な場合のみに使用される。

本発明の目的は、組立孔の特殊加工を必要とせずに、一種類の継手で、せん断荷重吸収および引張／圧縮荷重吸収能力をともに備える締結具を提供することである。

上述した目的は、本発明による締結具によって達成され、その特徴は、特許請求の範囲第１項から理解できる。

以下、参考とされる添付図面に関連して本発明を実施例として説明する。

締結具の構造は図１から理解できる。締結具１は、図の実施例ではねじまたはボルトとして製作され、頭部２と装着部７と締結部３０とを構成する。

頭部２は本質的に、完成した継手において締結具の長手方向、つまり長手軸３の方向の力を吸収するように構成されている。この目的のため、環状で適切な平坦形状であり、長手軸に対して径方向の面に延在する接触面４が頭部２に設けられる。接触面４と反対向きであり、任意の適切な形状を与えられた包囲面５も頭部２に設けられる。

さらに発展させて、長手軸３を中心とする締結具の回転駆動のため、例えば六角キーソケットの形の内側嵌合部６を頭部の包囲面５に設けることができる。頭部の高さを低くすることが望ましい時には、内側嵌合部が好都合である。また、例えばナットランナーで締結具を駆動するため、六角ソケット用の嵌合手段の形などの外側嵌合部を備える頭部を設けることも可能である。嵌合部は、締結具の組み付けばかりでなく、締結具が取り外し可能でなければならない場合の当接部としても望ましい。

装着部７は、組立後、締結具が嵌着する孔に延出してここに密着するように構成される。この目的のため、孔の大きさに正確に適合した直径を持つ、本質的に円筒形の包囲面８が装着部に見られる。本発明によれば、包囲面全体に均一に分散され、装着部の円錐形テーパ部２７で一端部が開口し、締結具の長手軸３に沿って延在する溝９〜１４が装着部に設けられる。溝９〜１４は装着部７の長さの大部分にわたって延在し、締結具の組み付けにともなって放出される加工くずや塗料などの余分な材料を収容するためのものである。溝の設計は、除去される材料の量に適合している。溝の数も変更することができるが、好都合な数は３と８の間である。溝は、例えば低温膨径により、または圧延により締結具が製造される時に、適切な方法で形成される。

締結具が組み付けられる前に溝を被覆するなんらかの形のワックスなどが溝に充填されてもよい。これは、一方では使用前に異物が溝に詰まるのを防止するとともに、組み付けに関わる潤滑剤としても使用される。締結具が組み付けられる時には、ワックスを溶融させる摩擦熱がかなり大量に発生する。この潤滑により、包囲面８が組立孔へ引き寄せられて、加工後に、包囲面との間にプレス嵌めが見られる。締結具のワックス処理は、切削エッジを腐食から保護するのにも役立つ。

円筒形包囲面８の下に位置し、組立孔が包囲面に密着するように組立孔から材料を除去するための切削エッジ１５〜２０を備える円錐形テーパ部２７が装着部７に設けられる。各切削エッジ１５〜２０は、円錐形テーパ部２７の切削部２１〜２６に形成されている。切削部は包囲面８を始点とするため、切削エッジの最大直径は包囲面の直径に相当し、こうして加工された孔と包囲面８との間にプレス嵌めが設けられる。包囲面に対して円錐形テーパ部２７により形成される傾斜角２８は、締結具が組み付けられる孔に適切な切削角が形成されるように選択される。適当な傾斜角２８は１０から３０°の間であるが、一緒に結合される部品の寸法および材料に応じて、他の傾斜角も考えられる。所望であれば、高い耐性を得るため、包囲面８が研削されてもよい。

切削エッジについてさらに詳細に説明する。切削エッジ１６は、長手軸の方向とともに切削角２９を形成する。この角度は、０と６０°の間にあることが好ましい。切削部３１が締結具に向かって面取りされるように切削部は形作られている。例えば低温膨径により、または圧延により、締結具が製造される時に、切削部も適切な方法で形成される。これは、切削部の前部３２が締結具の包囲面の高さに位置して切削部の後部３３が溝１０の底面の高さに位置するため、締結具が組み付けられると切削エッジの後方に間隙が形成される、つまり、締結具が組み付けられる材料には切削エッジのみが接触してこれを加工することを意味する。切削エッジ１６は切削部の前部３２に存在する。すべての切削エッジが同時に形成されるように円錐部を研削することにより、切削エッジは非常に容易に製作される。切削エッジが用意されると、所望の硬度を示すように切削エッジを硬化すると好都合である。様々な方法で、例えばケース硬化によりまたはレーザー焼入れにより、硬化を行うことができる。切削エッジと締結具との間の切削部の前方エッジは、締結具が組み付けられる時に切削により除去される材料を収集する。除去された材料は次に溝１４〜２０へ送られる。

装着部７の下には、ナットなどの対向締結具への締結のための締結部３０が締結具１に設けられ、締結部３０はこの対向締結具とともにねじ止めされて装着部の直径よりも短い直径を持つため、装着部が密着する孔に締結部を導入することができる。図の例では、装着部７へ向かう面取り部３４が締結部３０にも設けられているため、円錐形テーパ部２７が明白である。

締結部３０には回転部３５も配置されている。回転部３５と締結部３０との間には破断表示４９が配置されている。図の実施例では、締結具の組立のために回転部３５が使用される。

図２は、回転部３５から見た締結具の端面図を示し、回転部とともに端面３６が最も内側の２本の円形ラインで表されている。これらから突出するのは、溝９〜１４の端部、つまり包囲面に均一に分散された開口部である。切削エッジ１５〜２０と、３１が示された切削部も見られる。

図３に図示されているのは、回転部を備えない締結具の三次元図である。例えば一実施例では、締結具は、各部品が８ｍｍ厚さである２個のビーム部品を貨物自動車シャシに組み付けるためのものである。適当な寸法を以下にあげる。例えば、包囲面の直径は１６ｍｍであり、１４〜１５ｍｍの組立孔への組み付けのためのものである。傾斜角２８は２０°であり、切削角２９は３０°である。締結具４８のねじ部もＭ１４ねじを有する。包囲面の長さは１６ｍｍである。切削エッジの間隙角は７°である。これらの測定値は、上述の組み付けのための締結具の例として挙げられたものに過ぎない。

切削により組立孔の包囲面から材料を除去できるようにするため、締結具、少なくとも切削エッジは、締結具が組み付けられる材料よりもかなり硬質でなければならない。そのため、締結具が組み付けられる材料よりも硬質である材料で締結具を製造すると好都合である。切削により材料を確実に除去できるようにするため、締結具の全体または切削エッジのみを硬化することも可能である。締結具の強度の調節は、組み付けられた締結具が吸収する荷重にも左右される。

図４，５は、２個の機械部品３７，３８の間の継手を通る断面として締結具の機能を示す。２個の機械部品は、相互に接続される自動車のビーム構造の２部品である。２個の部品の各々は、相互に対向配置される独自の貫通孔３９，４０を備える、つまり、これらの孔は同軸であり、装着部の直径４４より短いが円錐形テーパ部２７の最小直径を超える直径４３を持つように予め製作されるシリンダジャケットの形の凹状包囲面４１，４２が設けられる。直径４３は締結部３０の最大直径も超える。所望であれば、３個以上の部品を単一の締結具で結合することも可能である。典型的な組み付けでは、例えば貨物自動車フレームへ２本のビームを装着するため、複数の締結具が使用される。

上記の状況では、２個の部品３７，３８の間の継手を設けるため締結具の組立に関して以下が行われる。最初に、円錐部２７を備える装着部７が第１孔４０の周辺エッジ４６と接触するまで、一緒に組立孔を形成する同軸配置の孔３９，４０に締結具の締結部３０が導入される。この位置で、切削エッジ１５〜２０は周辺エッジ４６と接触する。次に締結具が長手軸の方向、より詳しくは矢印４７の方向に駆動される。この駆動は、矢印５２で示されているように回転式に実施されるため、切削エッジ１５〜２０は包囲面４１，４２の余分な材料を切除して、組立孔を包囲面８と同じ直径とし、それとともに締結具と組立孔との間にプレス嵌めが得られる。こうして継手は、引張荷重と同時にせん断荷重を吸収できる。

回転導入は二つの方法で実施できる。一実施例では、締結具の切削エッジが組立孔の包囲面から材料を除去するように、締結具は嵌合部６により回転を受ける。これは例えば、好都合な場合には比較的低速で締結具を回転させるナットランナーまたは他の回転工具により行われる。同時に、切削により組立孔の余分な材料を切削エッジが除去するように、締結具に圧力が印加され、その際に、締結具は孔を前進することができる。締結具が組立孔に完全に導入されると、つまり頭部の接触面４が機械部品３８と接触すると、従来方法でナット４５が取り付けられる。この組立方法では、締結具の回転部３５は不必要であり、したがって回転部を備えない締結具が使用される。

別の実施例では、締結具の回転部３５に組立工具５３が使用される。締結具が組立孔へ導入されてしまうと、最初に、クランプスリーブが機械部品３７と接触するように、クランプスリーブ４５が回転部および締結部へ通される。次に、長手軸の方向を中心に組立工具が締結具を回転させることができるように組立工具が回転部を確実にロックし、同時に引張モーメントが印加されると、切削により包囲面４１，４２から材料が除去されながら、締結具が組立孔の方へ引き寄せられる。

頭部の接触面４が機械部品３８と接触するように締結具が組立孔へ完全に導入されると、クランプスリーブ４５が締結部のねじ部４８へ冷間形成されるのと同時に締結具に予備張力が与えられるため、機械継手が設けられる。クランプスリーブは円形であっても、取り外し自在でなければならない場合には外側嵌合部、例えば六角形嵌合手段が設けられてもよい。クランプスリーブが形成されて準備が整うと、回転部が締結部から外されるように、つまり回転部が締結部から破断されるように、組立工具が回転部へさらに引張力を印加する。破損を制御するため、締結具は、回転部を締結部へ結合する破断表示４９を備える。継手の取り外しが必要ない場合には、締結部のねじ部４８の代わりに、漸増なく全周にわたって設けられた数本の溝を使用でき、つまり、クランプ後に回転させることによりクランプスリーブが取り外されることはない。同様の組立方法は、一般的なねじ継手についてすでに開示されており、例えばＨｕｃｋＦａｓｔｅｎｅｒｓｃｏｍｐａｎｙから供給されている。

締結具が組立孔に組み付けられると、装着部７は２個の機械部品３７，３８に延在し、こうして、孔３９，４０に延在する。このようにして装着部の包囲面８は、孔の包囲面４１，４２と接触する。締結具および締結に課せられる要件に応じて、包囲面８は両方の孔の包囲面と完全に接触するか、包囲面８は孔の一方の包囲面と部分的にのみ接触する、つまり包囲面８は組立孔全体には延在しない。しかし、包囲面８が両方の孔の包囲面と完全に接触するように切削エッジにより両方の孔の包囲面が完全に加工されると、好都合である。

打ち込み動作中には、切削による材料の除去は、孔３９，４０の包囲面４１，４２での切削により材料を除去する切削エッジ１５〜２０により実施される。こうして、切削エッジ１５〜２０は切削工具としても機能し、同時に材料削りくずは、溝９〜１４および／またはクランプスリーブ４５のスペース５０に収容される。スペース５０の大きさは、クランプスリーブ４５のねじなし部により決められる。このスペースは、切削により除去された材料を収集するのに使用できる。クランプスリーブ４５のねじなし部の長さも、締結具に付与される予備張力が得られるように調整される。

切削により実行される材料の除去により、孔の直径は広がり、円筒形の包囲面８全体にわたって装着部の孔直径４４に適合し、最終的な結果は、図５に見られるように、装着部と組立孔との間に間隙を持たない継手となり、こうして、矢印５１の方向のせん断力と矢印５４の方向の軸力の両方を吸収する能力を持つ継手が結果的に得られる。

本発明は、上に説明され、図面に示された実施例に限定されず、以下の特許請求項の範囲内で変形することができる。例えば、溝の断面形状のように、また切削エッジの設計のように、溝の範囲と傾斜を変えることができる。

本発明による締結具の側面図である。図１による締結具の端面図である。回転部のない締結具を示す。組立開始時の締結具を示す。最終組立状態の締結具を示す。

符号の説明

１締結具
２頭部
３長手軸の方向
４接触面
５頭部の停止面
６嵌合部
７装着部
８円筒形包囲面
９〜１４溝
１５〜２０切削エッジ
２１〜２６切削部
２７円錐形テーパ部
２８傾斜角
２９切削角
３０締結部
３１切削部
３２切削部前部
３３切削部後部
３４面取り部
３５回転部
３６端面
３７，３８機械部品
３９，４０貫通孔
４１，４２円筒形ジャケットの形の凹状包囲面
４３孔直径
４４装着部の直径
４５クランプスリーブ，ナット
４６周辺エッジ
４７組立方向
４８締結部のねじ部
４９破断表示
５０スペース
５１せん断力の方向
５２回転の方向
５３組立工具
５４軸力の方向

Claims

組立孔を形成する孔（３９，４０）に延在するように構成されるとともに、円筒形の包囲面（８）を有して前記組立孔の包囲面（４１，４２）と接触するように構成された装着部（７）と、前記組立孔の片側の接触面と接触するための接触面（４）を有する頭部（２）と、前記組立孔の直径より短い直径を有するとともに締結部品（４５）に締結されるように構成された締結部（３０）とを包含する、機械部品（３７，３８）を一緒に結合するための締結具であって、
前記装着部（７）が、締結具の締結前の状態で前記組立孔の直径（４３）よりも若干長い直径を有するとともに、締結具の組み付け中に、回転動作で切削することにより前記組立孔の包囲面（４１，４２）から材料を除去するように構成された切削エッジ（１５〜２０）を有するため、前記組立孔が前記装着部の前記包囲面（８）に密着することにより、結合された部品の間に生じるせん断荷重と引張／圧縮荷重の両方を吸収するように構成されることを特徴とする締結具。
前記締結具が、組立にともなって生じる切削により除去された材料を収容するための溝（９〜１４）も構成することを特徴とする請求項１に記載の締結具。
前記締結具が、組み付けにともなって締結具を回転させるために使用されるものである回転部（３５）も構成することを特徴とする請求項１または２に記載の締結具。
破断表示部（４９）が、前記回転部（３５）を前記締結部（３０）に接続することを特徴とする請求項３に記載の締結具。
前記頭部（２）が内側嵌合部（６）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の締結具。
前記頭部（２）が外側嵌合部（６）を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の締結具。
前記締結部が、ナットによる組立に適したねじ部（４８）を構成することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の締結具。
前記締結部が、漸増しない数本の溝を全周に備える部分（４８）を構成することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の締結具。
前記溝（９〜１４）に、潤滑媒体が充填されていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の締結具。
前記潤滑媒体が、組み付け中に発生する摩擦熱により溶融されるものであることを特徴とする請求項９に記載の締結具。
請求項１ないし１０のいずれかに記載の複数の締結具を構成する車両。