JP2010516960A - プリロードロッキングワイヤインサート - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ネジファスナおよびワークピースの中の相補的なネジ穴と併用するための、特定の多角形断面を有する一体型の巻きワイヤからなるプリロードロッキングワイヤインサートであって、ファスナのネジ山をワークピース内の穴のネジ内壁に対抗して所定位置にロックする傾斜表面を提供するワイヤインサートが提供される。さらなる一実施形態は、特徴的なロッキング形態をなおも保持しつつ、向きに関係なくいずれの方向にもワイヤインサートを穴の中へとねじ込み可能にする。
【選択図】5A
【選択図】5A
Description
本開示は、ファスナインサートに関するものであり、より具体的には、ステンレス鋼またはその他の金属合金などの硬化材料で形成され、ネジ切りされた穴の中で用いられる、プリロードロッキングインサートに関するものである。
本章の記述は、本開示に関する背景情報を提供するに過ぎず、従来技術を構成するものではない。ファスナアセンブリは、様々な形状、大きさ、設計、および材料で形成される。ファスナアセンブリの多くは、ボルト、ピン、またはネジなどのファスナを含むのみならず、ネジ切りされた穴の中に配置されるファスナインサートも含む。ネジファスナとの使用に役立つファスナインサートの一具体的タイプは、例えば、「Wire Coil Screw Thread Insert for Molded Material (成形材料のためのワイヤコイルネジインサート)」と題された米国特許第2,672,070号に記載されるような、らせん状に巻かれたワイヤインサートである。
概して、ネジ切りされたネジ山は、このようならせん状に巻かれたワイヤインサートの固有の強度ゆえに強化される。
これらのネジインサートの利用にかかわらず、米国特許第4,076,064号および第4,171,012号に記載されるように、特定のロッキングネジ構成を用いれば、ネジ切りされた穴の中におけるネジファスナの係合の追加のロッキング性能を向上させることが可能である。これらの従来技術のロッキングネジ設計は、より長い係合長さにわたっていっそう均一に負荷を分散させるため、傾斜したネジ形態を効果的に用いている。
従来技術は、広範囲に及ぶ様々なワイヤインサートの概念を開示しているが、いずれも、ファスナおよびネジ穴の強度の増大という効果を得るためにロッキングネジ形態を採用することについては教示も示唆もしていない。さらに、プリロードロッキングワイヤインサートの分野では、本明細書において開示されるワイヤインサートに対するロッキング能力をなおも保持しつつ、向きに関係なくいずれの方向にもインサートを挿入可能にすることが欠落している。
したがって、本発明の目的は、公知の自動ロッキング結合よりも信頼性の高い、新規でかつ改善された自動ロッキングネジ結合を提供することにある。
本発明の他の一実施形態のさらなる目的は、ネジ穴の中へと一方向に挿入されるように設計され、所定の係合長さにわたっていっそう均一に負荷を分散させる、プリロードロッキングワイヤインサートを提供することにある。
本発明の他の一実施形態のさらなる目的は、その内部でファスナをなおも固定可能でありつつ、向きに関係なくネジ穴の中へといずれの方向にも挿入可能である、プリロードロッキングワイヤインサートのさらなる一実施形態を提供することにある。
本発明のさらなる一目的は、挟み込みされた一連のコイルによって形成された低減された断面を有し、ネジ穴の中に配されたときにネジ穴内においてネジファスナのプリベリングトルク能力を可能にする、ヘリカルネジインサートを提供することにある。
本発明のさらなる一目的は、切削または類似の行為によって装着時にワークピースを損傷させることのないようにすることにある。
本発明のこれらのおよびその他の利点は、以下に提供される図面および本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。以下に提供される図面および本発明の詳細な説明では、ネジファスナおよび材料内の相補的なネジ穴と併用するためのプリロードロッキングワイヤインサートであって、特定の多角形断面を有する押し出し成形された一体型の巻きワイヤからなるプリロードロッキングワイヤインサートを説明している。ここで、ワイヤインサートは、雄型ファスナのネジ山を所定の材料内の穴のネジ内壁に対抗して所定位置にロックする傾斜表面を提供する。さらなる一実施形態では、特定の断面は、特徴的なロッキング形態をなおも保持しつつ、向きに関係なく穴の中へといずれの方向にもワイヤインサートをねじ込み可能にする。
これらの他の実施形態に詳述されるように、本発明は、ワイヤインサートの長さに沿って配置された、装着補助用ノッチおよび/または1つもしくは複数のプリベリングトルク形ロッキングコイルなどの特徴を含有することが可能である。これは、ネジ穴内においてファスナのさらなる固定を可能にする。
本明細書において提供される説明から、さらなる応用分野が明らかになる。説明および具体例は、例示のみを目的としていること、そして本開示の範囲を限定することを意図していないことを理解されるべきである。
本明細書において説明される図面は、例示のみを目的としており、いかなるかたちによる本開示の限定も意図していない。
以下の説明は、単に代表的な性質のものであり、本開示、応用、または使用を限定することを意図していない。図面全体を通して、対応する参照符号は、類似のまたは対応する部品および特徴を示していると理解されるべきである。
次に、図面を参照する。とりわけ、組み立て前の時点におけるプリロードロッキングワイヤインサート20、ネジファスナ10、および所定のワークピース14内の受け穴15を示された図1を参照する。その内部でロッキングインサートを用いることができる受け穴15は、任意のタイプの媒体内にあることが可能であるが、本明細書では、一般に、アルミニウム、チタン、またはそれらの合金鋼について議論される。受け穴15は、その内壁内に、ワイヤインサート20およびネジファスナのネジ軸12のピッチに対応する一連のネジ山16をくり抜かれてある。この図に例示され、なおかつ図11Aおよび図11Bにさらに詳しく図示されるように、ワイヤインサート20をファスナ10および穴15に対していずれの方向に向かせることも可能にする本発明の一実施形態が示されている。
図2に例示されるように、従来技術のワイヤインサート17は、一般に、ひし形で構成された対称的な断面を有する。これらのファスナは、ファスナをワークピース14に固定するのを補助することが可能であるが、本発明の特定の設計によって可能となる追加のロッキング特徴を提供することはできず、したがって、本発明によって達成される目的を実現することはできない。
図3および図4に示されるように、本発明の他の実施形態は、ワイヤインサート20の一端または両端に近接したノッチ22を含むことが可能である。このノッチは、雄型ネジファスナの装着に先立って、ワイヤインサートをワークピースの穴内に簡単に装着することを可能にする。一連のコイル24は、インサート20を用いる特定の応用に応じて任意の数で構成されてよく、これらのコイル24は、穴15内のネジ山16およびファスナ10上のネジ山12のピッチに対応した特定のインサート20ピッチを実現するために、連続的に旋回される。
次に、プリロードロッキングワイヤインサート20の断面を示された図5、図6、および図7をあわせて参照する。これらの図には、インサート20のロッキング能力を得られる特定の設計が示されている。巻きに先立つ時点では、インサートは、図6に示されるように、ロール押し出し成形プロセスによるワイヤの押し出しによって形成された略長方形の断面21である。ワイヤが押し出されると、今度は、ワイヤを巻くことによって、図7に示されるようなインサート20の特徴的最終断面が形成され、図5に例示された仕上がりが得られる。押し出し成形プロセスおよび巻きプロセスは、上側ネジ表面25と、下側ネジ表面26と、外径27と、下側ファスナ共動内面28と、上側ファスナ共動内面29とを含む、インサート20の特徴的断面を得る。
プリロードロッキングワイヤインサート20の特定の配置は、図8において、ワークピース14の穴15内の所定位置に示すことができる。穴15の内壁は、その内部にくり抜かれたまたは成形された複数のネジ山16を含む。各ネジ山16は、下側勾配付き表面19と、上側勾配付き表面18とを含む。穴15にインサート20が挿入されると、インサート20の各コイル24の上側ネジ表面25は、ネジ山16の上側勾配付き表面18と共動し、下側ネジ表面26は、下側勾配付き表面19と共動し、そうして、穴15内においてインサート20の止まり嵌めが形成される。
次に、図9および図10を参照する。これらの図は、ファスナをインサート20内の所定位置にロックするためにネジファスナ10を部分的に挿入した様子、および完全に挿入して締め付けた様子をそれぞれ示している。ワイヤインサート20が既に穴15内の所定位置にある状態で、ファスナ10は、インサート内にねじ込まれる。そうすると、ファスナ10のネジ山12の上側ネジ表面120は、図9に示されるように、インサートの上側ファスナ共動内面29とすべり係合する。ネジ山12の上側ネジ表面120と、インサートの下側ファスナ共動表面28との間には、小さな隙間34が残される。これは、ファスナ10が所定位置にロックされていないことを示しており、インサートへのファスナの挿入をゆるめることをさらに可能にする。図10に示されるように、ファスナ10が完全に挿入されると、今後は、ファスナヘッド11への追加のトルク付与が、ネジ山12の上側ネジ表面120からインサートの下側ファスナ共動表面28へと及ぼされる上向きの力によってファスナを所定位置にロックする。下側ファスナ共動表面28に対する上側ネジ表面120の傾斜の力は、インサート20を半径方向外向きに突き出す力を形成し、これは、インサート20をワークピース14の中の穴15のネジ山16内に摩擦によってロックする。
所定位置に完全にロックされたとき、ネジ山12の下側ネジ表面122とインサートの上側ファスナ共動表面29との間には、小さな隙間36が残される。この実施形態のワイヤインサート20は、その設計のロッキング特徴を保持しつつ、穴の中へといずれの向きに挿入することも可能であるので、ワイヤインサートの上側表面および下側表面を示した数字29,28は、穴の内側のネジ山16の表面およびファスナ10のネジ表面との相互作用との関連で逆転可能であることを、改めて述べておくべきである。
図5Aおよび図5Bには、標準的コイル24の間に少なくとも1つのプリベリングトルク形ロッキングコイル30を配置可能である本発明のさらなる一実施形態が示されている。これらのプリベリングトルク形ロッキングコイル30は、ワイヤインサートの押し出し成形後、巻きの最中または後に形成されるものであり、挟み込みされた一連の隅32を含んでいる。これらの隅の間には、略直線状のワイヤ部位が形成される。これらの直線状部位は、ファスナのネジ山12に対抗する追加の摩擦力を形成し、一方で、挟み込まれた隅32は、穴15の内壁に対抗する追加の摩擦力を形成する。こうして、概略を上述されたロッキング特徴と併せて、ワークピース14の穴15内におけるファスナ10とインサート20とのさらなる固定が達成される。
本発明のさらなる一実施形態では、ワイヤインサート20が、装着に先立って、銀、カドミウム、または固体潤滑膜を非限定的に含む、1つまたは複数の材料でコーティング可能であることに留意するべきである。
発明の説明は、単に代表的な性質のものであり、したがって、発明の要旨から逸脱しない変形形態は、本発明の範囲内であるとされる。このような変形形態は、本発明の趣旨および範囲からの逸脱であるとはみなされない。
Claims (12)
- ネジファスナ、およびワークピース内部にネジ切りされた相補的なネジ穴と組み合わせて用いられ、前記ネジファスナを前記穴の中へとロックする、プリロードロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
前記ファスナのネジ山のピッチおよび前記ネジ穴のネジ山のピッチと相補的なピッチを有する巻きワイヤを備え、前記インサートは、7角の多角形断面を有し、
前記インサートが前記穴の中へとねじ込まれるとき、前記ワイヤの2つの略収束端は、前記ワークピースの前記ネジ穴の内側ネジ山の山頂と谷底との間の上側側面および下側側面の両方に同時的にすべり接合し、半径方向に内向きに伸びる少なくとも2つの略収束端は、前記ネジファスナのネジ山と噛み合い式に相互作用し、前記内向き収束端は、前記ファスナ上の2つの隣り合うネジ山間の発散角度未満の収束角度を有するので、前記ファスナが前記穴の中へとねじ込まれる間、前記ファスナによって捻り力の閾値が満たされるまでは、前記インサートの下側内向き収束端と、前記ファスナの外側ネジ山の頂と谷との間の上側側面との間に小さな隙間が得られる一方で、前記ファスナ上の外側ネジ山の山頂と谷底との間の下側側面は、前記インサートの上側内向き収束端にすべり接合し、前記ファスナの挿入中における追加の捻り力は、前記ファスナに加えられる追加の捻り力により前記ファスナおよび前記インサートをそれ以上移動しなくなる位置まで、前記ファスナ上の前記外側ネジ山の山頂によって前記ファスナの前記下側内向き収束端を上昇させる、ワイヤインサート。 - 請求項1に記載のプリロードロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
一方向性であり、前記ネジ穴の中への挿入のために、一端に近接した駆動ノッチを有するワイヤインサート。 - 請求項1に記載のプリロードロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
双方向性であり、前記穴の中へといずれの方向にもねじ込み可能であるワイヤインサート。 - 請求項3に記載のプリロード双方向性のロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
ステンレス鋼、インコネル、リン青銅、銅、またはチタンの少なくとも1つで形成されるワイヤインサート。 - 請求項1に記載のプリロードロッキングヘリカルワイヤインサートであって、さらに、
少なくとも1つのロッキングコイルを備え、前記ロッキングコイルは、略六角形を有する1つの完全な前記インサートのらせんを含み、前記ファスナおよび前記ネジ穴に対する圧力点を増加させる、ワイヤインサート。 - 請求項3に記載のプリロード双方向性のロッキングヘリカルワイヤインサートであって、さらに、
少なくとも1つのロッキングコイルを備え、前記ロッキングコイルは、略六角形を有する1つの完全な前記インサートのらせんを含み、前記ファスナおよび前記ネジ穴に対する圧力点を増加させる、ワイヤインサート。 - 請求項6に記載のプリロード双方向性のロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
ステンレス鋼、インコネル、リン青銅、銅、またはチタンの少なくとも1つで形成されるワイヤインサート。 - 請求項7に記載のプリロード双方向性のロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
前記ネジ穴の中へとねじ込み式にロックされるやいなや取り外し可能であるワイヤインサート。 - ネジファスナ、およびワークピース内部にネジ切りされた相補的なネジ穴と組み合わせて用いられ、前記ネジファスナを前記穴の中へとロックする、プリロードロッキングヘリカルワイヤインサートを製造する方法であって、
(a)ワイヤを提供するステップと、
(b)前記ワイヤを、押し出し成形を通じて7角の多角形断面を有するワイヤに成形するステップと、
(c)前記ワイヤを所定のピッチに巻くステップと、
を備える方法。 - 請求項8に記載のプリロードロッキングヘリカルワイヤインサートを製造する方法であって、さらに、
前記ワイヤを巻くステップの最中に、少なくとも1つの完全な前記ワイヤインサートのらせんを構成する前記ワイヤの所定の長さ内に複数の回り止めをコールドスタンピングし、少なくとも1つの略多角形の、ファスナプリベリングトルク形ロッキングコイルを形成するステップを備える方法。 - 請求項7に記載のプリロード双方向性のロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
銀、カドミウム、または固体潤滑膜の少なくとも1つでコーティングされるワイヤインサート。 - 請求項10に記載のプリロードロッキングヘリカルワイヤインサートを製造する方法であって、さらに、
前記ワイヤインサートを銀、カドミウム、または固体潤滑膜の少なくとも1つでコーティングするステップを備える方法。
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