JP2012112523A - ネジ部を形成したシャンク部(端部)に凹部を形成した固定部材、この凹部に嵌り込む雄要素およびこの雄要素を含んだハンドリング工具並びに雄要素を含んだゲージ - Google Patents
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Abstract
【課題】 ネジ部を形成したシャンク部(端部)に凹部を有する固定部材、雄要素およびこの雄要素を含んだハンドリング工具とゲージであって大きな応力に耐えることができるものを提供する。
【解決手段】 固定部材(1)はネジ部が形成された端部(6)を含み、端面には相補的な形状のチップが係合する凹部(10)が形成され、また凹部(10)は複数の突出部(L)が連続した曲線の外縁(12)を含む。各突出部(L)の断面形状は3つの円弧を連続してなり、この3つの円弧は第1の半径(R1)を有する凸状第1円弧(14)と、この第1円弧(14)の両脇に配置された第2の半径(R2)を有する凹状第2円弧(16)と、隣接する突出部(L)同士をつなぐ凸状第3円弧(18、18U)からなり、第3円弧の半径(R3、R3U)は第1の半径(R1)よりも大きい。本発明は更に凹部(10)と相補的な起立した形状の雄要素(34、58)、更にはこの雄要素を含むハンドリング工具とテストゲージ(50)にも適用される。
【選択図】 図2
Description
この種の固定部材は、組立体の一面にナットを用いて少なくとも2以上の部品を組み付けるようにしている。
前記複数の突部を形成することで、有意な締め付けトルクが印加されることを可能にし、また固定部材を構成している金属にクラックが発生するのを回避する。特に凹部が金属の塑性変形によって得られた後にネジ山が転造によって成形される場合にクラックが発生するのを回避する。
固定部材は少なくとも2つの組み立てられる構造物に開口部が貫通し、この開口部の一方の側に固定部材の頭部を係止させ、開口部の他方の側からは固定部材のネジ部が突出し、このネジ部にナットが締め付けられる。
この同じ工具は、ねじ付き端部に止めたナットを締付ける手段を備え、締め付けトルクを特定のレベルまで高めることで、構造物は順番に固定された状態を維持する。
このトルクは、ナットがロックナットであるとき、および/または応力が組立体の内部で増加するときにいっそう有意義である。
したがって、反応トルク(反対方向のトルク)が、ねじ付き端部の凹部と先端の間に発生し、この反応トルクにより、固定部材の凹部内にエンドピボットが形成される傾向がある。
上記凹部の外縁エッジは複数の突出部が連続した曲線となっており、各突出部の断面は3つの円弧がつながった形状をしている。即ち、第1の半径を有する凸状の円弧の両脇に第2の半径を有する凹状の円弧が連続している。各突出部は隣接する突出部に凸状の第3の円弧を介して連続しており、第3の円弧の半径は前記第1の円弧よりも大きい。ここで、凸状とは凹部の中心を基準として径方向外側に膨らむ形状、凹状とは凹部の中心を基準として径方向外側に凹んだ形状をさす。
本発明によれば、雄要素は固定部材の補完的形状の凹部に挿入することができる。雄要素は複数の突出部が連続した曲線の外縁エッジから高くなった形状をしている。
各突出部の断面は3つの円弧がつながった形状をしている。即ち、第1の半径を有する凸状の第1円弧の両脇に第2の半径を有する凹状の第2円弧が連続している。各突出部は隣接する突出部に凸状の第3円弧を介して連続しており、第3円弧の半径は前記第1円弧よりも大きい。
また、本発明は雄要素を備えたハンドリング工具や雄要素を備えたテストゲージにも適用できる。
このシャンクは、円筒状または円錐状でもよい。
固定部材1はネジ部を形成された端部6を備えている。この端部6は前記積み重ねられた構造体の反対側の面から突出する。
より好ましくは、突出部Lの数は転造の際にクラックの発生を制限するため奇数にする。
−半径R1を有する凸状第1円弧14と、
−第1円弧14の両サイドに位置する半径R2を有する2つの凹状第2円弧16からなる。
各突出部Lは隣接する突出部Lと円18の一部をなす半径R3の凸状第3円弧を介して連続している。半径R3はR1よりも大きい。
端面方向から見た場合、凹部10の外縁12は半径D1の内包円22に全体が内接している。換言すれば、全ての突出部Lは内包円22の内側にある。
したがって、外縁12の全ての点は円筒状穴24、24Uを表す円と内包円22との間に画成されるリング形状スペース28の中に収まる。
第1の方法は切削加工または曲げ加工(エキスパンディング)であり、
−最初にドリルを用いて直径D3の孔を形成する。
−次に突出部Lを刳り抜くことができる複数の突出部を備えたパンチを用いて突出部を加工する。
この機械的な方法は、単純で速いが、各直径に合わせてパンチを調整しなければならない。
凹部10に応じて製造方法を選択する。ネジ部6を形成するのは凹部10を形成する前或いは後の何れでもよい。
いずれにしても、凹部10を収める円22が十分な大きさでない場合には端部に隆起が発生するおそれがある。
D1=Dfilet/y
この係数は、いかなるどのような製造方法を選択してもねじ付き端部6の直径Dfiletが増加しないことを保証する。このことは、直径Dfiletが固定部材1に設定される許容度限度の範囲内で残ることを保証する。
D3=δ×D1またはD3U=δ×D1
δは約0.63〜0.88の間の係数である。
この係数δは、凹部10の内壁と工具の外壁の間に必要なトルクを伝導するのに十分な接触面を保証する。係数が小さくなるほど接触面積は大きくなる。第3円弧18,18Uの半径R3、R3UはD3、D3uから計算される。
R1=1/2×(D1+D3)×λ
λは約0.06〜0.26の間の係数である。この係数λは、突出部Lの表面積が凹部の表面積に比例して得られることを可能にする。また突出部が小さすぎたり大きすぎたりすることがないことを保証する。突出部が小さすぎると突出部の外縁に大きな負荷がかかり、突出部が大きすぎると凹部にハンドリング工具が挿入された際に変形のリスクが生じる。
Kは約0.66〜1.06の間の係数である。この係数Kは、凹部10とハンドリング工具の先端との間に最適な接触面を形成するように半径R1とR2とを関連付ける。
この特徴により、工具が固定部材の凹部10に挿入され固定部材が回転しないようにした状態で、端部6に形成されたネジ部にナットを締め付ける間、大きなトルクがシステム内で発生することが許容される。
これらの値を遵守することで、突出部の内壁に十分な面積を確保でき、凹部内の工具の先端が反応トルクによってずれないようにすることができる。表面積が最大化されることで許容できるトルクのレベルも最大化され、凹部が変形するリスクは最小化される。
この種の雄要素は、自動または手動工具の先端に取り付けられるチップの先端部として若しくはレンチなどの手動工具の先端部として形成される。
即ち、
−第1の半径R38を有する凸状の第1円弧38
−第2の半径R40を有する凹状の第2円弧40、第2円弧40は第1円弧38の両脇に位置している。
各突出部L0は隣接する突出部L0に第3の半径R42を有する凸状の第3円弧42を介して連結している。この第3の半径R42は第1の半径R38よりも大きい。
このような形状とすることで、チップ30の端部32は中央の円柱部46を備える。この円柱部46の直径D42は第3の半径R42の2倍に等しい。円柱部46の直径D42は従来の工具の中央部の断面の直径と比べて大きい。この特徴により、固定部材1の端部6のネジ部にナットを締め付けている間に、固定部材が回転しないようにチップ30を凹部10に挿入した際の大きなトルクをパスすることができる。同じシャンク径を有する従来の固定部材についても同様である。
D42=δ×D44
δは前記凹部10で用いた係数と同じで、約0.63〜0.88の値である。
第3の半径R42は中央の円柱部46の直径D42を2で割ることで直接計算される。
即ち、
R38=1/2×(D42+D44)×λ
λは前記凹部10で用いた係数と同じで、約0.06〜0.26の値である。
即ち、
R40=K×R38
Kは前記凹部10で用いた係数と同じで、約0.66〜1.06の値である。
図6は要素を組み付けた状態での応力のシミュレーションを示し、ハンドリング工具に取り付けられるチップ30をシステム内に組み込み、本発明の一実施例に係る端部32を同じく本発明の一実施例に係る凹部10内に挿入している。端部32の直径は1インチ(12.70mm)、発生する反応トルクは2.66N.m.である。
また図示しない別の実施例では、ゲージのボディをいくつかの端部(例えば十字または星)から成る形状とすることができる。
−第1の半径を有する凸状の第1円弧
−第1円弧の両脇に配置され第2の半径を有する凹状の第2円弧
各突出部は隣接する突出部と凸状をなす第3円弧でつながっており、この第3円弧の半径は第1円弧の半径よりも大きい。
もし、雄要素58が凹部10に入らない場合には固定部材1は不適合として廃棄される。
これらの半径の中心は1つの円周上に置かれ、第4の雄要素60”が内接する円の直径は凹部10の内包円22の直径D1と等しいか小さくなっている。そこで、この第4の雄要素60”はナットを締めるときに固定部材1を維持するためにも用いるチップ30の第1半径に対して凹部10の第1半径R1が大きすぎないことをチェックする。
Claims (17)
- 対称軸(A)に沿って伸びている固定部材(1)であって、この固定部材はネジ部が形成された端部(6)と、凹部(10)を含む端面(8)とを備え、前記凹部(10)は複数の突出部が連続した曲線からなる外縁(12)を有し、前記各突出部(L)の断面形状は3つの円弧を連続してなり、この3つの円弧は第1の半径(R1)を有する凸状第1円弧(14)と、この第1円弧(14)の両脇に配置された第2の半径(R2)を有する凹状第2円弧(16)と、隣接する突出部(L)同士をつなぐ凸状第3円弧(18、18U)からなり、第3円弧の半径(R3、R3U)は第1の半径(R1)よりも大きいことを特徴とする固定部材。
- 請求項1に記載の固定部材において、前記凹部の外縁(12)は対称軸(A)を中心とする円(22)に内接し、ネジ部が形成された端部(6)のネジ山ベースの直径(Dfilet)と前記内包円(22)の直径(D1)の比が、約1.32〜1.72であることを特徴とする固定部材。
- 請求項2に記載の固定部材において、前記凹部は中央に円筒状孔(24、24U)を備え、この円筒状孔の直径(D3、D3U)は前記第3の半径(R3、R3U)の2倍に等しく、前記円筒状孔の直径(D3、D3U)と内包円(22)の直径(D1)の比が、約0.63〜0.88であることを特徴とする固定部材。
- 請求項3に記載の固定部材において、前記第1の半径(R1)が以下の式で表されることを特徴とする固定部材。
R1=1/2×(D1+D3、D3U)×λ
D1は内包円(22)の直径
D3、D3Uは円筒状孔(24、24U)の直径
λは約0.06〜0.26の範囲の係数 - 請求項4に記載の固定部材において、前記第2の半径(R2)と第1の半径(R1)の比が、約0.66〜1.06であることを特徴とする固定部材。
- 請求項1乃至5のいずれかに記載の固定部材において、前記凹部(10)の外縁(12)は、3〜7個の突出部にて構成されることを特徴とする固定部材。
- 凹部に挿入されることが可能な雄要素(34、58)であって、この雄要素は固定部材(1)と凹凸関係が逆になる相補的な起立形状をしており、複数の突出部が連続した曲線からなる外縁(36)を有し、前記各突出部(L0)の断面形状は3つの円弧を連続してなり、この3つの円弧は第1の半径(R38)を有する凸状第1円弧(38)と、この第1円弧(38)の両脇に配置された第2の半径(R40)を有する凹状第2円弧(40)と、隣接する突出部(L0)同士をつなぐ凸状第3円弧(42)からなり、第3円弧の半径(R42)は第1の半径(R38)よりも大きいことを特徴とする雄要素。
- 請求項7に記載の雄要素(34、58)において、この雄要素は前記第3円弧の半径(R42)の2倍の長さに等しい直径(D42)を有する中央円柱部(46)を備え、この中央円柱部(46)は突出部(L0)に接触する内包円(44)の内側に位置し、この内包円(44)は所定の直径(D44)を有し、中央円柱部(46)の直径(D42)と内包円(44)の直径(D44)の比が、約0.63〜0.88であることを特徴とする雄要素。
- 請求項8に記載の雄要素(34、58)において、前記第1の半径(R38)が以下の式で表されることを特徴とする雄要素。
R38=1/2×(D42+D44)×λ
D44は内包円(44)の直径
D42は円柱部(46)の直径
λは約0.06〜0.26の範囲の係数 - 請求項9に記載の雄要素において、前記第2の半径(R40)と第1の半径(R38)の比が、約0.66〜1.06であることを特徴とする雄要素。
- 請求項7乃至10のいずれかに記載の雄要素(34、58)において、前記外縁は3〜7個の突出部からなることを特徴とする雄要素。
- 固定部材(1)に形成された凹部(10)に挿入可能なチップ(30)を備えたハンドリング工具において、前記チップ(30)は請求項7乃至11のいずれかに記載の雄要素(34)を含んだ端部(32)を有することを特徴とするハンドリング工具。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の固定部材(1)に形成された凹部(10)の少なくとも1つの寸法を検査するテストゲージ(50)であって、このテストゲージは少なくとも2つの端部(54、56)を備えた把持部を含み、前記第1端部(54)には請求項7乃至11のいずれかに記載の雄要素(58)が取り付けられていることを特徴とするテストゲージ。
- 請求項13に記載のテストゲージ(50)において、前記他方の端部(56)に断面円形の第2の雄要素(60)が設けられ、この雄要素(60)は前記凹部(10)の第3の半径(R3)よりも大きいことを特徴とするテストゲージ。
- 請求項13に記載のテストゲージ(50)において、前記他方の端部(56)に複数の突出部からなる第3の雄要素(60’)が設けられ、各突出部の先端は検査対象の凹部(10)の第1の半径(R1)よりも大きな径の凸状の円弧とされ、更に第3の雄要素(60’)は凹部(10)の内包円(22)よりも大きな直径の円に内接していることを特徴とするテストゲージ。
- 請求項13に記載のテストゲージ(50)において、前記他方の端部(56)に複数の突出部からなる第4の雄要素(60”)が設けられ、各突出部の先端は検査対象の凹部(10)の第1の半径(R1)よりも大きな径の凸状の円弧とされ、更に第4の雄要素(60”)は凹部(10)の内包円(22)と等しいかそれ以下の直径の円に内接していることを特徴とするテストゲージ。
- 請求項13乃至16のいずれかに記載のテストゲージにおいて、凹部(10)が適合か不適合かを示す表示の少なくとも1つを第1の端部(54)または他方の端部(56)の近くに設けていることを特徴とするテストゲージ。
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