JP2013541684A - ねじを作成するナット、ナット作成のためのブランク、並びに、ナットおよびボルトから形成されるねじ接続 - Google Patents

Abstract

形状結合および摩擦結合の、並びに取り外し可能な接続のための、特に円筒状のピンまたはボルトを有するコア穴（３）を備えている、ねじ接続のためのねじを作成するナット（１３）は、前記ピッチが周囲の方向に向かって前記ピッチが周囲の方向へ見て断面図において完全に形成されたピッチを有し、前記ピッチの完全に形成された前記断面の間に高さにおいて不完全に形成されたピッチを有する自由空間(１０，１１，１２)が存在するように形成されている。さらに、前記ナットの作成のためのブランク、および、そのようなナットおよびボルトから形成されるねじ接続も本発明の対象である。
【選択図】図５

Description

本発明は、ねじ接続のためのねじを作成するナットに関し、この際、特に円筒状のボルトまたはピンを用いた形状結合および摩擦結合する取り外し可能な接続のための、ピッチを備えたコア穴が備わっている。さらに、ナット作成のためのブランクまたは未加工物、および、そのようなナットとボルトから形成されるねじ接続も本発明の対象である。

通常のナットは複数のピッチが配置されたコア穴を有するため、ナットを、これに相応するピッチを有するボルトにねじ込むことができる。ナットは例えば部品をこのねじ接続に固定するために使用される。

ナットの自然な緩み防止の向上については独国実用新案広報第２９６ １４ ８３２Ｕ１号から、セルフカッティングねじまたはセルフタッピングねじを有するボルトが、好ましくはねじ山のないナットにねじを切るか、もしくはねじ山を成形すること、およびその逆が公知である。例えばナットのような対の部分が既にねじ山を備えている場合は、ボルトのセルフカッティングねじによってさら切り込んで加工される。セルフタッピングねじは、対の部分のねじ山がある場合はこれをさらに加工成形するか、または単に弾性的に変形させる。いずれの場合も、切断、成形、または弾性的な変形により、ねじの自然な緩み防止がなされる。

ボルトのピッチにコーティング材が塗布されている場合、そのようなナットの機能はコーティング材によって制限されるか、完全に失われることさえある。これは特に漬け込みによるコーティングの際に起こり、その工程に起因して、多くの場合片側に、ねじにコーティング材の残余物が特に大量に付着することが特徴的である。このため従来技術においては、コーティングされたボルトのねじを削るか、再度ねじ切りを行う必要がある。時には、精度の著しく高いナットの使用により改善を図ることもあるが、しかしながら、これに応じてより大量の残余物が発生することで摩耗が発生するか、または、ねじ山を有するボルトにナットを締める際に、制御されない大きなねじりモーメントが作用することになる。

本発明の解決すべき課題は、ねじの特別な特徴に基づき、相応する断面の平坦なボルトに完全に機能するねじを形成し、また既に存在するコーティング材が塗布されたねじであっても代替可能な労力をもって切削するための適正を有するナットを作成することである。

本発明に基づく、形状結合および摩擦結合の、並びに取り外し可能な接続のための、特に円筒状のピンまたはボルトを有するねじを作成するナットは、この際有効なピッチを有するコア穴が備えられており、またピッチがコア穴の周囲において周囲の方向に向かって配置されており、周囲の方向へ見て断面図において完全に形成されたピッチを有し、ピッチの完全に形成された断面の間に、高さにおいて不完全に形成されたピッチを有する自由空間が存在する。

完全に形成されたピッチは、先の尖った山頂、フランクおよび谷底から構成される。本発明の意味における不完全に形成されたピッチは谷底とフランクを有するが、これらは山頂を形成せず、平坦にされた領域へと推移する。この平坦にされた領域では、山頂と比較して、自由空間が生じる。

このナットでは、コーティング材によって限定されたもはや存在しない、コーティングされた組み立て部品におけるねじ部分を切削することができ、これによって例えば再度のねじ切り等追加のコストを要する作業プロセスや、またはコーティング前にねじ部分をカバーする労力を要する作業を省略することができる。

さらにこの種類のナットでは、非鉄金属やスチールのような異なる素材により作成されたボルトに、ゲージに従った、かつ完全な耐久性を有するねじを削りくずを発生させずに形成することができ、この際原則としてメートルねじが作成されるものとする。

有効なピッチにおいて、コア穴の中で、その谷底がねじ外径Ｄｎ上にあり、かつその山頂がねじ内径Ｄ１上にあり、またピッチが少なくとも部分的にコア穴がねじ内径Ｄ１からねじ外径Ｄｎの方向に向かって拡張する自由空間を有すると好ましく、この際自由空間はねじ外径Ｄｎに対して一定の間隔をおいて外円の直径Ｄａで終わっている。

この間隔によって自由空間の領域においても、作成すべきねじの山頂が平坦にされ校正されることによってボルトでのねじの形成に作用することが可能となる。

ピッチがねじ外径Ｄｎとねじ内径Ｄ１の間にあるねじ有効径Ｄ２を有し、外円の直径Ｄａがねじ外径Ｄｎより小さく、少なくともねじ有効径Ｄ２と同じ大きさであると有利である。

この構成により、自由空間の形成においてある程度妥協がなされる。

さらに自由空間は半径Ｒｖの円弧として形成されてもよく、半径Ｒｖはねじ内径Ｄ１の３５％より小さく、特にねじ内径Ｄ１の２５％より小さく形成されてもよく、この際自由空間はコア穴の中心に対してねじ内径Ｄ１の最大７５％分間隔をおいた中心を有する。

ねじ外径Ｄｎに対する間隔が保たれている限り、円弧の代わりに別の形状が選択されてもよい。

自由空間のねじ内径Ｄ１への移行が１２０°から１８０°未満の角度で、特に１５０°から１８０°未満の角度でなされると有利である。

ピッチにおける自由空間の割合が２０％から７５％である場合、一方では十分なねじの有効性について、他方では変形された素材の十分な回避可能性について留意される。

本発明の他の対象はナットとボルトを含むねじ接続であり、この際ボルトの直径ｄ２はねじ内径Ｄ１より大きく、ナットの外円の直径Ｄａより小さく、特に、ねじ有効径Ｄ２と同じ大きさである。

ナットの外円の直径Ｄａがボルトの直径ｄ２より大きいと有利である。

このように生じたねじ接続では高い保持力効果が備わっており、これはセルフタッピングねじの場合のように変形の際に素材の弾性の反発によって引き起こされ、こうして例えば振動等による接続の自然な解消に対抗する。

本発明のさらに別の対象はねじを作成するナットの作成のためのブランクに関し、この際作成すべきナットはねじ内径Ｄ１とねじ外径Ｄｎを有するねじを備え、ここでブランクは作成すべきねじ内径Ｄ１より小さい内接円の直径Ｄｉを有するコア穴を有し、コア穴は内接円の直径Ｄｉからコア穴を拡張する自由空間を有し、この際自由空間は作成すべきねじ外径Ｄｎに対して一定の間隔をおいて外円の直径Ｄａで終わっている。

この種のブランクから本発明に基づくナットをねじ切りによって作成することができる。

ブランクに存在する自由空間が互いに隣接することも可能ではあるが、自由空間が互いに間隔をおいていると有利である。

本発明の方法を以下では図を用いて説明する。

従来技術に基づくピッチを有する作成すべきねじを備えたナットのための未加工物を示す。 半径Ｒｉを有する内径Ｄｉを有するコア穴が開けられた図１の未加工物を示す。 コア穴の形状に第一の変更を施した図２の未加工物を示す。 コア穴の形状に別の変更を施した図３の未加工物を示す。 図４の未加工物の詳細図Ｘを示す。 図４の未加工物の詳細図Ｙを示す。 作成された本発明に基づくナットのコア穴の形状に別の変更を施した図４の未加工物を示す。 導入傾斜と完全に形成された先の尖った山頂を有する図５の切断面Ｉ−Ｉを示す。 ボルトの山頂の校正のための図５の切断面ＩＩ−ＩＩ「ナットの残余部分」を示す。

図１は、ＤＩＮ３３６に基づき形成されたメートルねじのような、従来技術に基づくピッチを有する作成すべきねじを備えたナットのための未加工物１を示し、この際想定されるピッチが、ＩＳＯ規格に基づき基準直径寸法とも称される半径Ｒｎを有するねじ外径Ｄｎと、ＩＳＯ規格に基づき雌ねじのコア径とも称される半径Ｒ１を有するねじ内径Ｄ１との間にあり、これらは共通の中心２の周りに実線の円として示されている。直径Ｄｎ，Ｄ１には図に示されていない半径ＲｎおよびＲ１が割り当てられており、以降では半径と直径の名称は区別されず、場合に応じて本発明の説明においてより良いと考えられる名称が使用される。これは、以降の図における他の直径と半径にも当てはまる。

さらに、作成すべきナットのねじに関して半径Ｒ２を有する有効径Ｄ２を示す。この有効径はナットに取り付けるべきボルトまたはピンの測定において重要であり、図８との関係で説明する。

図２では図１のナットのための未加工物１を示し、この際半径Ｒｉを有する内径Ｄｉを有するコア穴３が、例えばドリル、パンチまたは変形により開けられている。コア穴３の半径Ｒｉを有する内径Ｄｉは作成すべき半径ＲＩを有するねじ内径Ｄ１よりも小さい。作成すべき半径Ｒｎを有するねじ外径Ｄｎと作成すべき半径ＲＩを有するねじ内径Ｄ１との間には、半径Ｒａを有する外径Ｄａが、本発明によるナットの形成において重要な意味を持つ中心２を有する鎖線の円として示されている。

図１および図８の半径Ｒ２を有する有効径Ｄ２は図に示されていないが、半径ＲＩを有するねじ内径Ｄ１と半径Ｒａを有する外径Ｄａとの間にある。

したがって、全体としてはＤｎ＞Ｄａ＞Ｄ２＞Ｄ１＞Ｄｉ、またこれに相応してＲｎ＞Ｒａ＞Ｒ２＞ＲＩ＞Ｒｉである。

図３には、コア穴３の中心２からある間隔をおいた半径Ｒｖおよび中心４を有する円形の切開という第一の変更を施したコア穴の形状を有する、図２の未加工物を示す。この変更は例えば、コア穴２を、フライス盤外周Ｒｖおよび図２の回転中心４を有するフライス盤により拡大することでなされている。

この際切開Ｒｖは半径ＲＩを有する内径Ｄｉよりも小さく、およそＲｉの半分であり、回転中心４は、切開が半径Ｒａを有する外径Ｄａまで及ぶように、かつ作成すべき半径Ｒｎを有するねじ外径Ｄｎまでまだ間隔を有するように、中心２からの間隔を有している。ここで既に、切開Ｒｖの領域において、作成すべき半径Ｒ１を有するねじ内径Ｄ１が下回っていることが分かる。

切込みの作成についても別の方法を取ってもよく、特にコア穴を変形によって作成してもよい。この際、変形用工具の適切な形状によって所望のコア穴を作成できる。このような変形は、ナットの作成に関する従来技術より基本的に公知である。

図４には、さらに切開を実行することによる、コア穴の形状に別の変更を施した図３の未加工物を示す。この際、回転中心５および６は同様に、ここでも切開が半径Ｒａを有する外径Ｄａまで及ぶように、かつ作成すべき半径Ｒｎを有するねじ外径Ｄｎまでまだ間隔を有するように、中心２からの間隔を有している。

これは例えばフライス盤外周Ｒｖを有するフライス盤によって、回転中心４に加えてさらに２つの回転中心５および６を中心として作成される。

図２のコア穴の領域７，８，９、作成すべき半径Ｒ１を有するねじ内径Ｄ１から半径Ｒｉを有する内径Ｄｉまで及ぶ領域が依然として存在することが分かる。図４の領域９の詳細図Ｙでは、図４Bにおいてそれぞれ半径ＲＩ，Ｒ１，ＲａおよびＲｎを有する異なる直径Ｄｉ，Ｄ１，ＤａおよびＤｎに関する位置が正確に見て取れ、ここでは、直径がコア穴３の内側から外側に向かって示されている。

さらに図４では、作成すべき半径Ｒ１を有するねじ内径Ｄ１に対して半径Ｒａを有する外径Ｄａまで及ぶ、コア穴の領域１０，１１，１２が存在することが見て取れ、ここで領域１０は既に図３において発生している。図４の領域１０の詳細図Ｘでは、図４Ａにおいてそれぞれ半径Ｒｉ，Ｒ１，ＲａおよびＲｎを有する異なる直径Ｄｉ，Ｄ１，ＤａおよびＤｎに関する位置が正確に見て取れ、ここでも、直径がコア穴３の内側から外側に向かって示されている。さらに、中心４および半径Ｒｖを有する切開を示し、これによって領域１０が作成されている。

自由空間１０−１２が互いに隣接していても、元のままの内接円の直径Ｄｉを有する空間が存在するようにこれらを形成することもできる。ここでの構成のための余地は非常に大きい。

図５にはコア穴の形状にさらなる変更を施した図４の未加工物が示されており、この変更はねじ切り機を用いたねじ切りの際に図４の全ての領域７，８，９を、半径Ｒｉを有する内径Ｄｉからこれから作成する半径Ｒ１を有するねじ内径Ｄ１まで縮小することによりなされ、こうして、これらの領域７，８，９に完全かつ先の尖ったピッチの山頂があるように形成される。これについては後の図７の切断面Ｉ−Ｉを参照されたい。さらに、ねじ切りの際に、半径Ｒｎを有するねじ外径Ｄｎが形成され、これに伴い本発明によるナット１３が作成された。

半径Ｒ１を有するねじ内径Ｄ１上に存在する領域７，８，９の間に、半径Ｒａを有する外径Ｄａに至る自由空間と見なされる領域１０，１１，１２が存在する。領域１０，１１，１２において自由空間がコア径Ｄ１に対して戻されたために、領域７，８，９は突出部と見なされるが、これらは実際にはコア径Ｄ１上に存在する従来技術によるねじの山頂に相応するものである。

さらに、領域１０の自由空間および図５のナット１３の領域７の突出部の詳細図を示す。コア穴３の中心２、これに対して自由空間の作成のために、直径Ｒｖを有する領域１０における半径Ｒａを有する外径Ｄａまで移動された中心４、および半径Ｒ１を有するねじ内径Ｄ１上に存在する領域７の突出部が見て取れる。領域７と領域１０の両方で、半径ＲＤを有するねじ外径Ｄｎまでねじが延びている。図２〜４の未加工物の半径Ｒｉを有する内径Ｄｉは、このように作成されたナットにおいては具象的な対応物を持たないが、ここでは単に図を完全なものにするために描かれている。

領域９の切開１０への移行箇所における角度は、ナットの素材内で測定して、およそ１７０°である。

図６には図５の領域９の切断面Ｉ−Ｉを示す。ここでナット１３はコア穴３に複数のピッチを備えるねじ１４を有し、ねじ１４はコア穴に向かう山頂１５、フランク１６，１７、および谷底１８から構成される。山頂１５は完全に形成されて先が尖っており、ＩＳＯ規格に基づき雌ねじのコア径とも称される半径Ｒ１を有するねじ内径Ｄ１上にある。谷底１８は、ＩＳＯ規格に基づき基準直径寸法とも称される半径Ｒｎを有するねじ外径Ｄｎ上にある。

さらにナット１３の上面および下面には、ボルトまたはピンへの取り付けを容易にするための導入傾斜１９，２０が備えられている。

図７には、図５の領域１０の切断面ＩＩ−ＩＩを示す。ねじ１４は複数のピッチを有し、コア穴に向かうこれらの山頂１５’は不完全かつ明らかに平坦に形成され、この際、それでもなお谷底１８に向かうフランク１６，１７が存在している。山頂１５’は半径ＲＡを有する外径Ｄａ上にある。谷底１８は、ＩＳＯ規格に基づき基準直径寸法とも称される半径Ｒｎを有するねじ外径Ｄｎ上にある。

半径Ｒ２を有する有効径Ｄ２は、ボルト２１の外径
ｄ２に相応する。ボルト２１は約６０°の角度Ａlphａの差し込み傾斜２２を有し、先端には、ねじ内径Ｄ１よりも小さい、半径rｓを有する最少の直径ｄｓを有する。純粋なねじ切りの際、このようにしてナットの直角な取り付けが容易になる。

さらにナット１３は両面に、または少なくとも締め付ける部品に対する面、すなわちナットの有効方向側の面に、相応する大きな角度の皿穴１９，２０、または、ナットの取り付けとこれに伴ってねじ切りも容易にするねじ導入部を有する。このため、適切な位置合わせによって形成されていないため必然的に両面にそのような皿穴１９，２０を有している、このタイプのナットでは、接続の十分な耐久性を確保するために相応してナットの高さを追加することを選択することができる。ピッチが全範囲に及ばず、ねじの有効でない部分を補うためにより多くのピッチが必要となるという理由からも、より高いナットであっても好ましい。

前述のナットは硬化性のスチールから作成されると好ましく、この際、使用目的に応じてナットの強度クラスを差別化しなければならない。従来の方式で硬化された炭素鋼を用いたＩＳＯ規格８９８−２に基づく強度クラスＦＫ１０は、Ｒｍ＜７００Ｎ／ｍｍ^２の強度を有する柔らかい素材のねじ形成に限定された適正を有する。例えば添加剤によってベイナイト鋼として硬化された炭素鋼による４３０−４７０ＨＶ１０の硬度を有する強度クラスＦＫ１４は、強度Ｒｍ＜１１００Ｎ／ｍｍ^２の強度を有するより高い強度の素材であっても、ねじ形成に特別な適性を有する。

ナットはブランクとしてねじの取り付け前に特別なコア穴の形状を有しており、これはナット本体へのねじの取り付け後、定義された空間を、作成されたねじの形状に残す。

このようにコア穴の横断面はクローバーの形になるが、他の形であってもよく、この際、周囲を囲む外円の直径Ｄａは名目上のねじ外径Ｄｎに隣接し、また内接円の直径Ｄｉは半径Ｒ１を有する名目上のねじ内径Ｄ１に隣接しているが、いずれの場合もこれらを下回っている。

ナット１３のボルト２１への
取り付けの際にねじ接続が生じる。

半径Ｒａを有する外円の直径Ｄａには、ナットの名目上の直径に応じて半径Ｒ２を有するボルトの外径ｄ２よりも多少大きい直径が選択され、これによって、一方では素材の注入のためにこれに応じた空間が形成され、他方では同時に形成すべきボルトねじの山頂に有効に作用する。これは特に、ナットの直径ＤａとＤｎとの間に残っている谷底のボルトねじに生じる山頂の平坦化と校正について当てはまる。

しかしながらボルト２１の外径Ｒ２は同時にナット１３の半径Ｒｎを有する名目上のねじ外径Ｄｎより小さく、ねじの有効径Ｄ２の大きさの範囲内にある。

所望の使用目的によってコア穴の拡張の度合いを変化させてもよく、これによって、大きく拡張する場合はこれに応じてより大きな自由空間が生じ、自由空間での削りくずの収容の可能性に関して追加のピッチの切削が可能となる。拡張が少ない場合は有効なねじの割合が高まり、これによってねじ形成への適性が高まる。一般的に、有効なねじの割合に関して要求された状況に応じてナットの設計高さを適応させることができる。

ねじを使用目的に適応させるため、当然図に示した３つの切開よりも多いまたはこれより少ない切開であってもよい。

本発明によるナットは、ねじのないボルトまたはピンにも、また既に存在するコーティングされたねじにも取り付けることができ、ねじ切りまたは切削によってこれに必要なボルトにおけるねじの環境もしくは自由空間が形成される。

Claims (9)

1. 形状結合および摩擦結合の、並びに取り外し可能な接続のための、特に円筒状のピンまたはボルトを有するねじを作成するナットであって、この際有効なピッチを有するコア穴が備えられており、また前記ピッチが前記コア穴の周囲において周囲の方向に向かって配置されているナットであって、前記ピッチが周囲の方向へ見て断面図において完全に形成されたピッチを有し、前記ピッチの完全に形成された前記断面の間に高さにおいて不完全に形成されたピッチを有する自由空間が存在し、前記有効なピッチは前記コア穴の中で谷底がねじ外径Ｄｎ上にあり、かつ山頂がねじ内径Ｄ１上にあり、前記ピッチが少なくとも部分的に前記コア穴が前記ねじ内径Ｄ１から前記ねじ外径Ｄｎの方向に向かって拡張する自由空間を有し、この際前記自由空間は前記ねじ外径Ｄｎに対して一定の間隔をおいて外円の直径Ｄａで終わっていることを特徴とするナット。
2. 前記ピッチが前記ねじ外径Ｄｎと前記ねじ内径Ｄ１の間にあるねじ有効径Ｄ２を有し、前記外円の直径Ｄａが前記ねじ外径Ｄｎより小さく、少なくとも前記ねじ有効径Ｄ２と同じ大きさであることを特徴とする、請求項１に記載のナット。
3. 前記自由空間が半径Ｒｖの円弧として形成され、前記半径Ｒｖは前記ねじ内径Ｄ１の３５％より小さく、特に前記ねじ内径Ｄ１の２５％より小さく形成され、この際前記自由空間が前記コア穴の中心に対して前記ねじ内径Ｄ１の最大７５％分間隔をおいた中心を有することを特徴とする、請求項１または２に記載のナット。
4. 自由空間の前記ねじ内径Ｄ１への移行が１２０°から１８０°未満の角度でなされることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のナット。
5. 前記ピッチにおける前記自由空間の割合が２０％から７５％であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のナット。
6. 請求項２に記載の、および請求項３〜５のいずれか一項に記載のナットと、ボルトとを含むねじ接続であって、前記ボルトの前記直径ｄ２は前記ねじ内径Ｄ１より大きく、前記ナットの前記外円の直径Ｄａより小さく、特に前記ねじ有効径Ｄ２と同じ大きさであることを特徴とするねじ接続。
7. 前記ナットの前記外円の直径Ｄａが前記ボルトの前記直径ｄ２より大きいことを特徴とする請求項６に記載のねじ接続。
8. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のねじを作成するナットの作成のためのブランクであって、この際前記作成すべきナットはねじ内径Ｄ１とねじ外径Ｄｎを有するねじを備え、前記ブランクが前記作成すべきねじ内径Ｄ１より小さい内接円の直径Ｄｉを有するコア穴を有し、前記コア穴は前記内接円の直径Ｄｉから前記コア穴を拡張する自由空間を有し、この際前記自由空間は前記作成すべきねじ外径Ｄｎに対して一定の間隔をおいて外円の直径Ｄａで終わっていることを特徴とするブランク。
9. 前記自由空間が互いに間隔をおいていることを特徴とする、請求項８に記載のブランク。

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