JP2011513681A - 改良されたナット及びボルト - Google Patents
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Abstract
【選択図】図1
Description
本願は、米国特許法第111(a)条に基づく出願であり、2009年1月6日に出願された同時係属の米国仮特許出願第61/142,828号、発明の名称「改良されたナット及びボルト」及び、2009年6月9日に出願された同時係属の米国仮特許出願第61/185,373号、発明の名称「改良されたナット及びボルト」の優先権を主張し、これらの内容は引用を以て本願に組み込まれるものとする。
本発明は、締結機構(fastening system)に関し、より具体的には、ナットと高疲労強度ボルトを有する耐振動性締結機構に関する。
従来のナット及びボルトは使い易いが、いずれも激しい振動負荷の下で緩みが生じやすい。その上、ボルトのネジは応力集中を生じることがあるが、高スパイク荷重に耐え得る高疲労強度を具備していない。それゆえ、振動による緩みに耐え、高スパイク荷重に耐え得る高疲労強度を有し、従来の取付工具を用いて迅速に着脱できるナット及びボルト締結機構が要請されている。
締結機構は、第1材料から作られた高疲労強度ボルトと、該ボルトの第1材料よりも軟質の第2材料から作られたナットとを含んでいる。一実施例において、締結機構はボルトとナットの硬度比が約4:3以上である。ボルトは外側ボルトネジを含み、ナットは予めネジ山が形成された内側ナットネジを含んでおり、該内側ナットネジは外側ボルトネジに対合して螺合される。一実施例において、締結機構は、ナットネジ及びボルトネジの独特な形状と、ナット及びボルトの硬度差との組合せにより、耐振動性特性を具備する。一実施例において、締結機構は、有用なナット及びボルトを提供するもので、疲労強度及び耐振動性が改良されたロックボルトを有している。従来のトルク工具で回転させながら締め付けると、ナットネジのフランクは対向するボルトのフランクに対合する。ナットとボルトのフランクが完全に対合すると、ボルトネジのクレストは、軟軟質ナットネジの対応する支持用フランク(bearing flank)に入り込む。前記ボルトネジクレストが入り込むと同時に、軟質ナットネジのクレスト(crests)は径方向内向きに流れて、対応するボルトネジの谷底円弧半径(root radii)の中に進入する。これにより、ナットとボルトが完全に接触し、ナットのボルト長手方向軸に対する横方向の移動が制限される。結果として、締結機構は良好な耐振動性を有する。締付け中、本発明の締結機構は標準のナット及びボルトと同様なクランプを発生するが、クランプエネルギーの一部を同時に利用して固有の耐振動性を生じる点で異なる。
図1及び図2を参照すると、締結機構(10)は、ボルト(12)と、該ボルト(12)に螺合するナット(14)とを含んでおり、二つのワークピース、ジョイント等(図示せず)を互いに締結するのに用いられる。一実施例において、ボルト(12)は第1材料から作られた高疲労強度ボルトであり、ナット(14)は、ボルト(12)の第1材料よりも軟質の第2材料から作られる。ボルト(12)及びナット(14)を作るのに用いられる材料は、後でより詳細に説明する。
<ナット>
ナット内径(minor diameter):0.581±.001"
ナット谷径(major diameter):0.637±.001"
円弧半径は全て接し交わっている。
<ボルト>
ボルト谷径(minor diameter):0.568"
ボルト外径(major diameter):0.622±.002"
円弧半径は全て接し交わっている。
[1]締結機構(10)を、ユンカー試験機の上端にナット(14)が見える状態で試験機内に組み込んだ。
[2]ユンカー試験機に電圧を加えて、試験クランプ荷重をニコレット(Nicolet)のオシロスコープで監視した。
[3]試験は、5分経過するか又は締結具が破損するかどちらか最初に起こった方で中止した。
<ボルト>
ボルト谷径:0.568 ref.
ボルト外径:0.622±.002"
円弧半径は全て接し交わっている。
<ナット>
ナット内径:0.581±.001"
ナット谷径:0.637±.001"
円弧半径は全て接し交わっている。
Claims (21)
- ボルトとナットを具え、複数のワークピースどうしを固定する締結機構であって、
ボルトは、整合位置関係にあるワークピース孔の中に配置されるよう構成された細長いシャンクを有し、該シャンクは、一端部が拡大ヘッドで終端し、複数の外側ボルトネジを有するネジ部を含み、ボルトのボルトネジは複数のクレストと複数の谷底とによって画定され、複数のクレストの一つは支持用フランクにより、複数の谷底の対応する一つに結合され、ボルトは第1材料から作られており、
ナットは、複数のクレストと複数の谷底とによって画定された複数の内側ナットネジを有し、該ナットネジの複数のクレストの一つは、支持用フランクにより、ナットネジの複数の谷底の対応する一つに結合され、ナットネジはボルトネジと螺合するサイズ及び形状に作られ、ナットはボルトの第1材料より軟質の第2材料から作られており、
ナットネジがボルトのボルトネジに係合すると、ボルトネジの複数のクレストの各々は、ナットネジの複数の支持用フランクの対応する一つの中に入り、ナットネジの複数のクレストの各々は、変形して、ボルトネジの複数の谷底の対応する一つの中へ流れて、ナットネジとボルトネジとが完全に接触し、ボルト長手方向軸に対するナットの軸直角方向移動が制限される、締結機構。 - ボルトの第1材料は鋼であり、ナットの第2材料は鋼である、請求項1の締結機構。
- ボルトの第1材料は中炭素合金鋼である、請求項2の締結機構。
- ナットの第2材料は低炭素鋼である、請求項3の締結機構。
- ナットの第2材料は低炭素合金鋼である、請求項3の締結機構。
- ナットの第2材料は中炭素鋼である、請求項3の締結機構。
- ナットの第2材料は中炭素合金鋼である、請求項3の締結機構。
- ボルトの第1材料は中炭素鋼である、請求項2の締結機構。
- ボルトとナットの硬度比は約4:3である、請求項2の締結機構。
- ナットは、硬度範囲が約Rb75〜約Rb95である、請求項9の締結機構。
- ボルトは、硬度範囲が約Rc33〜約Rc39であるグレード8のボルトである、請求項9の締結機構。
- ボルトは、硬度範囲が約Rc33〜約Rc39であるクラス10.9のボルトである、請求項9の締結機構。
- ボルトは、硬度範囲が約Rc24〜約Rc34であるグレード5のボルトである、請求項9の締結機構。
- ボルトは、硬度範囲が約Rc24〜約Rc34であるクラス8.8のボルトである、請求項9の締結機構。
- ナットは、硬度範囲が約Rb53〜約Rb75である、請求項9の締結機構。
- ナットネジは一方向ネジを含み、ボルトネジは一方向ネジを含んでいる、請求項1の締結機構。
- ナットネジは双方向ネジを含み、ボルトネジは双方向ネジを含んでいる、請求項1載の締結機構。
- ナットネジは、約80°の狭角を含んでいる、請求項17の締結機構。
- ナットネジは、約50°の狭角を含んでいる、請求項17の締結機構。
- 締結機構はフリーランニング式締結機構である、請求項1の締結機構。
- ピン部材とナットを具え、複数のワークピースどうしを固定する締結機構であって、
ピン部材は、整合位置関係にあるワークピース孔の中に配置されるよう構成された細長いシャンクを有し、該シャンクは、一端部が拡大ヘッドで終端し、複数の外側ピンネジを有するネジ部を含み、ピン部材のピンネジは複数のクレストと複数の谷底とによって画定され、複数のクレストの一つは支持用フランクにより、複数の谷底の対応する一つに結合され、ピン部材は第1材料から作られており、
ナットは、複数のクレストと複数の谷底とによって画定された複数の内側ナットネジを有し、該ナットネジの複数のクレストの一つは、支持用フランクにより、ナットネジの複数の谷底の対応する一つに結合され、ナットネジはピンネジと螺合するサイズ及び形状に作られ、ナットはピン部材の第1材料より軟質の第2材料から作られており、
ナットネジがピン部材のピンネジに係合すると、ピンネジの複数のクレストの各々は、ナットネジの複数の支持用フランクの対応する一つの中に入り、ナットネジの複数のクレストの各々は、変形して、ピンネジの複数の谷底の対応する一つの中へ流れて、ナットネジとピンネジとが完全に接触し、ピン部材の長手方向軸に対するナットの軸直角方向移動が制限される、締結機構。
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