JP2018185043A - 三点留め具 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性及び機能を維持しつつ、重量を減らすための留め具の改良。
【解決手段】標準的なトルク伝達工具と共に使用されるように構成されつつ、質量が低減された留め具を開示する。留め具は、トルク支持面の間に設けられている非トルク支持面を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、概して留め具に関し、より詳細には、工具からのトルクを留め具に伝達するための三点留め具に関する。

留め具は、様々な部品を互いに取り付けるために、多くの用途に用いられている。留め具は、通常、少なくとも１つのねじ部と、該ねじ部に取り付けられている１つ又は複数の支持面とを有している。各支持面は、留め具を締め付けるため又は緩めるために用いられるソケット又はレンチ等の工具からのトルクを受け止めるように設計されている。ナット等の従来の留め具は、雌ねじと、該雌ねじの周りに位置している六角形の６つの支持面とを有しているかもしれない。しかし、他の留め具は、ボルト及びねじ等の雄ねじを有しているかもしれない。

トルクをねじ付き留め具に加えるための工具の最も一般的な形状は、六角形又は六角形のような形状のソケットである。よって、多くの留め具が、六角形の形状を有している。六角形又は六角形のような形状のソケットを用いてトルクを留め具に加えると、６箇所において、つまり、六角形の留め具の各角部又はその近くにおいて、ソケットと留め具間の接触が形成される。一方、標準的なオープンエンドレンチは、２箇所において、つまり、六角形の留め具の対向する角部において、トルクを留め具に加える。このオープンエンドレンチを六角形の留め具と共に用いる一般的な使用法は、六角形の留め具のトルク支持面における強度を実証している。

増加し続けるエネルギー効率に関する世界的需要を満たすため、各自動車メーカーは、政府からの燃料効率を上げる要件を満たすべく、自動車の質量を減らす必要性を表明してきた。本発明者は、耐久性及び機能に関する最も高い工業規格値を維持しつつ、重量を減らすために、留め具の設計を改良することが可能であると考える。

一実施形態において、留め具は、ねじ部及び支持部を備えている。支持部は、工具からのトルクを受けて、トルクをねじ部に伝達するように設計された３つの支持面を含んでいる。各支持面は、その間に端部を有している２つの隣接する側面を含んでいる。また、支持部は、支持面同士の間に設けられている３つの非支持面をも含んでいる。

本発明は、以下の図面と説明を参照してより理解することができる。図中の部品は、必ずしも正確な縮尺率ではなく、本発明の原理を示すためのものであることが強調される。更に、図中において同様の参照番号は、異なる図面における対応する部品を示している。

第１の留め具の実施形態の上面図である。 第２の留め具の実施形態の上面図である。 第３の留め具の実施形態の上面図である。 第４の留め具の実施形態の上面図である。 第５の留め具の実施形態の上面図である。 第５の留め具の実施形態の側面図である。 第５の留め具の実施形態の側面図である。 第５の留め具の実施形態の立面図である。 第６の留め具の実施形態の断面図である。 第６の留め具の実施形態の立面図である。 第６の留め具の実施形態の上面図である。

標準的な六角形の留め具は、六角形の６つの角部でそれぞれ交差する６つの側面を有しており、該６つの側面同士の間に６つの端部が形成されているトルク支持面を含んでいる。各角部の角度は、約１２０度である。

図を参照すると、図１は、改良された留め具の一実施形態を示す。留め具１００は、ねじ部１０２を有している。ねじ部１０２は、留め具１００の軸方向の長さに沿って（図１の紙面奥方向に）延在している開口部を取り囲んでいてもよい。留め具１００は、ナット、又は雌ねじを有する他のいかなる留め具であってもよい。或いは、留め具１００は、ボルト、又は雄ねじを有する他のいかなる留め具（図示せず）であってもよい。ねじ部１０２は、点線で示す外径１０４を有する雌ねじを含んでいてもよい。

留め具１００は、トルク支持部１０６を含んでいてもよい。トルク支持部１０６は、留め具１００の軸方向の全長に亘って延在していてもよいし、留め具１００の軸方向の長さの一部に沿って延在していてもよい。支持部１０６は、ソケット又はレンチ等の工具からのトルクを受け止めて、トルクをねじ部１０２に伝達するように設計されていてもよい３つのトルク支持面１０８、１１０、１１２を含んでいてもよい。

各トルク支持面１０８、１１０、１１２は、その間に端部１１４、１１６、１１８をそれぞれ有している２つのトルク支持側面を含んでいてもよい。トルク支持面１０８は、その間に端部１１４を有しているトルク支持側面１０８ａ及び１０８ｂを含んでいてもよい。トルク支持面１１０は、その間に端部１１６を有しているトルク支持側面１１０ａ及び１１０ｂを含んでいてもよい。トルク支持面１１２は、間に端部１１８を有しているトルク支持側面１１２ａ及び１１２ｂを含んでいてもよい。各トルク支持側面１０８ａ、１０８ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１１２ａ、１１２ｂの高さは、軸方向における支持部１０６の高さであってもよい。各トルク支持側面１０８ａ、１０８ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１１２ａ、１１２ｂは、工具が留め具１００を締め付けているか緩めているかによって、ソケット又はレンチ等の工具からのトルクを受け止めて、トルクをねじ部１０２に伝達するように設計されていてもよい。例えば、工具が留め具１００を締め付けている場合は、トルク支持側面１０８ａ、１１０ａ、１１２ａは、工具からのトルクを受け止めて、該トルクをねじ部１０２に伝達してもよい。一方、工具が留め具１００を緩めている場合は、トルク支持側面１０８ｂ、１１０ｂ、１１２ｂは、工具からのトルクを受け止めて、該トルクをねじ部１０２に伝達してもよい。留め具１００が締め付けられているとき又は緩められているときにトルクを受け止めて伝達するトルク支持側面は、ねじ部１０２内のねじ山の向きによって切り替えてもよい。

端部１１４、１１６、１１８は、支持部１０６の軸方向の全長に亘って延在していてもよい。端部１１４、１１６、１１８は、対応するトルク支持側面１０８ａ、１０８ｂ、１１０ａ、１１０ｂ、１１２ａ、１１２ｂの幅がそれぞれ同じになるように、トルク支持面１０８、１１０、１１２の中間点に位置していてもよい。例えば、トルク支持側面１０８ａ及び１０８ｂの幅は同じであってもよい。或いは、トルク支持側面のいずれか又は全ての幅は、他のトルク支持側面のいずれか又は全ての幅と異なっていてもよい。

留め具１００は、６角ソケット又は１２点ソケット等の標準的なソケット工具によって駆動される設計及び形状であってもよい。よって、トルク支持側面がそれぞれ交差する端部１１４、１１６、１１８における角度は、標準的な６角ソケットの角度と一致するように、およそ１２０度であってもよい。加えて、端部１１４、１１６、１１８は、標準的な６角ソケットに一致するように、留め具１００の縦軸周りに等間隔で設けられていてもよい。

また、支持部１０６は、３つの非トルク支持面１２０、１２２、１２４をも含んでいてもよい。非トルク支持面１２０、１２２、１２４は、工具からのトルクを受け止めて、ねじ部１０２に伝達することを目的としないでもよい。しかしながら、それを目的としなかったとしても、非トルク支持面１２０、１２２、１２４は、付随的に工具からのトルクを受け止めて、ねじ部１０２に伝達してもよい。

非トルク支持面１２０、１２２、１２４は、トルク支持面１０８、１１０、１１２同士が互いに隣接しないように、トルク支持面１０８、１１０、１１２の間、且つそれらと隣接した位置に設けられていてもよい。非トルク支持面１２０、１２２、１２４は平坦であってもよい。非トルク支持面１２０、１２２、１２４は、支持部１０６の軸方向の全長に亘って延在していてもよい。

留め具１００は、留め具１００と同じ用途のために設計された同様のサイズを有する標準的な留め具と比べると、質量を低減することができる。留め具１００の質量を低減できるのは、標準的な留め具に設けられているトルク支持角部の代わりに、非トルク支持面１２０、１２２、１２４があるためである。例えば、Ｍ１２×１．７５（ねじピッチ）×１９．０ｍｍ（対辺距離）×１２．０ｍｍ（高さ）の標準的な６角ナットに対する留め具１００の質量の減少量は、９〜１１％、好ましくは、約１１％±０．５％である。この質量の減少量は、グラム換算すると１８．３〜１６．９グラムである。

図２は、改良された留め具の他の実施形態を示す。留め具２００は、留め具１００と同じ構成及び部品を有していてもよい。留め具２００は、端部２１４、２１６、２１８において１２０度とは異なる角度を有していてもよいが、留め具２００もまた、６角ソケット又は１２点ソケット等の標準的なソケット工具によって駆動されてもよい。例えば、留め具２００の端部２１４、２１６、２１８における角度は、１２６〜１３０度であってもよい。

留め具２００の端部２１４、２１６、２１８における角度が、留め具１００の角度と比べて大きいのは、図２の点線内の空間に示すように、端部２１４、２１６、２１８と隣接しているトルク支持側面２０８ａ、２０８ｂ、２１０ａ、２１０ｂ、２１２ａ、２１２ｂが有する凹部領域２０８ａ＿ｒ、２０８ｂ＿ｒ、２１０ａ＿ｒ、２１０ｂ＿ｒ、２１２ａ＿ｒ、２１２ｂ＿ｒのためであるかもしれない。トルク支持側面の凹部領域２０８ａ＿ｒ、２０８ｂ＿ｒ、２１０ａ＿ｒ、２１０ｂ＿ｒ、２１２ａ＿ｒ、２１２ｂ＿ｒは、トルク支持側面２０８ａ、２０８ｂ、２１０ａ、２１０ｂ、２１２ａ、２１２ｂの残りの部分により画成される仮想面よりも内側に設けられている。凹状支持面、及び端部２１４、２１６、２１８における増大した角度は、留め具１００と比べて、端部２１４、２１６、２１８におけるトルク支持面２０８、２１０、２１２の変形を低減することができる。これは、標準的なソケット工具とトルク支持側面の凹部領域２０８ａ＿ｒ、２０８ｂ＿ｒ、２１０ａ＿ｒ、２１０ｂ＿ｒ、２１２ａ＿ｒ、２１２ｂ＿ｒの間の初期接触は、留め具１００との初期接触の領域よりもかなり大きな初期接触の領域と概して平行な面に沿って起こるためである。その結果、加えられたトルクにより生成される初期圧力は減少し、それにより、留め具２００の変形を低減することができる。凹状支持面、及び端部２１４、２１６、２１８における増大した角度は、開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第８，４９１，２４７号に記載されている。

図３は、改良された留め具の他の実施形態を示す。留め具３００は、留め具１００及び２００と同じ構成及び部品を有していてもよい。留め具３００は、留め具１００及び２００と比べて、変形したトルク支持面３０８、３１０、３１２及び変形した非トルク支持面３２０、３２２、３２４を含んでいてもよい。また、留め具３００も、６角ソケット又は１２点ソケット等の標準的なソケット工具によって駆動されてもよい。留め具３００において、トルク支持面３０８、３１０、３１２及び非トルク支持面３２０、３２２、３２４は、留め具３００の質量を低減するために、湾曲して、互いに対して滑らかな輪郭を形成していてもよい。図３に示すように、非トルク支持面３２０、３２２、３２４と隣接するトルク支持面３０８、３１０、３１２は、サイズが低減されているために、図１のような尖った角部の代わりに、非トルク支持面３２０、３２２、３２４に対する滑らかな移行部がある。同様に、非トルク支持面３２０、３２２、３２４も、湾曲しており、トルク支持面３０８、３１０、３１２に対して滑らかに移行している。

留め具３００は、変形したトルク支持面３０８、３１０、３１２及び変形した非トルク支持面３２０、３２２、３２４を有するために、同様のサイズを有する標準的な留め具と比べると、質量を低減することができる。例えば、留め具３００の質量の減少量は、留め具３００と同じ用途のために設計された同様のサイズを有する標準的な留め具と比べて、約１７％であってもよい。トルク支持面３０８、３１０、３１２及び非トルク支持面３２０、３２２、３２４のサイズの減少量及び／又は曲率は、留め具３００の質量の減少量を増やす又は減らすために調整してもよい。

図４は、改良された留め具の他の実施形態を示す。留め具４００は、留め具１００、２００、及び３００と同じ構成及び部品を有していてもよい。留め具３００と同様に、留め具４００は、留め具１００及び２００と比べて、変形したトルク支持面４０８、４１０、４１２及び変形した非トルク支持面４２０、４２２、４２４を含んでいてもよい。また、留め具４００も、６角ソケット又は１２点ソケット等の標準的なソケット工具によって駆動されてもよい。留め具４００において、トルク支持面４０８、４１０、４１２及び非トルク支持面４２０、４２２、４２４は、留め具４００の質量を低減するために、互いに対して角度を成していてもよい。図４に示すように、非トルク支持面４２０、４２２、４２４と隣接するトルク支持面４０８、４１０、４１２は、サイズが低減されており、角度を有するために、図１のような尖った角部の代わりに、非トルク支持面４２０、４２２、４２４に対する滑らかな移行部がある。同様に、非トルク支持面４２０、４２２、４２４も、角度を有しており、トルク支持面４０８、４１０、４１２に対して滑らかに移行している。非トルク支持面４２０、４２２、４２４は、該非トルク支持面４２０、４２２、４２４の角度のために、端部４２６、４２８、４３０を有していてもよい。

留め具４００は、変形したトルク支持面４０８、４１０、４１２及び変形した非トルク支持面４２０、４２２、４２４を有するために、同様のサイズを有する標準的な留め具と比べると、質量を低減することができる。留め具４００の質量の減少量は、トルク支持面４０８、４１０、４１２及び非トルク支持面４２０、４２２、４２４の角度のために、留め具３００の質量の減少量よりも少ないかもしれない。トルク支持面４０８、４１０、４１２及び非トルク支持面４２０、４２２、４２４の角度は、留め具４００の質量の減少量を増やす又は減らすために調整してもよい。

図５Ａ〜Ｄは、改良された留め具の別の実施形態を示す。図５Ａ〜Ｄは、留め具５００のいくつかの異なる図を含む。図５Ａは、留め具５００の上面図である。図５Ｂ及び図５Ｃは、留め具５００の側面図である。図５Ｄは、留め具５００の立面図である。留め具５００は、留め具１００、２００、及び３００と同じ構成及び部品を有していてもよい。図５に示す寸法は、例示のためのものであり、留め具５００の用途の設計要件を満たすために調整してもよい。留め具５００は、図５Ａの点線で示す外径５０４を有する雌ねじを有しているねじ部５０２を含んでいてもよい。留め具５００は、ソケット又はレンチ等の工具からのトルクを受け止めて、トルクをねじ部５０２に伝達するように設計されていてもよい３つのトルク支持面５０８、５１０、５１２を有している支持部５０６を含んでいてもよい。留め具３００と同様に、留め具５００は、留め具１００及び２００と比べて、変形したトルク支持面５０８、５１０、５１２及び変形した非トルク支持面５２０、５２２、５２４を含んでいてもよい。

留め具１００と同様に、各トルク支持面５０８、５１０、５１２は、その間に端部５１４、５１６、５１８をそれぞれ有している２つのトルク支持側面を含んでいてもよい。留め具５００は、６角ソケット又は１２点ソケット等の標準的なソケット工具によって駆動される設計及び形状であってもよい。よって、トルク支持側面がそれぞれ交差する端部５１４、５１６、５１８における角度は、標準的な６角ソケットの角度と一致するように、およそ１２０度であってもよい。加えて、端部５１４、５１６、５１８は、標準的な６角ソケットに一致するように、留め具５００の縦軸周りに等間隔で設けられていてもよい。

留め具５００は、標準的な留め具に設けられているトルク支持角部の代わりに、非トルク支持面５２０、５２２、５２４を有しているために、同様のサイズを有する標準的な留め具と比べると、質量を低減することができる。例えば、Ｍ１２×１．７５（ねじピッチ）×１８．０ｍｍ（対辺距離）×１２．０ｍｍ（高さ）の標準的な６角ナットに対する留め具５００の質量の減少量は、約３６％である。この質量の減少量は、グラム換算すると１７．５〜１１．１グラムである。

図５Ｂは、留め具５００の軸方向の長さに沿って延在している開口部５３２を示す。図５Ｂは、点線で示す外径５０４を有する雌ねじを有しているねじ部５０２を示す。図５Ｂ及び図５Ｃは、留め具５００が、その用途によっては、座金又はホイール等の他の取り付け部品の表面に接触するように設計された当接面５３６を有する当接部５３４を含んでいてもよいことを示す。図５Ｄは、支持部５０６上の端部５１６、５１８を示す。

図６Ａ〜Ｃは、改良された留め具の他の実施形態を示す。留め具６００は、ナット６５０及びキャップ６５２を含んでいる。ナット６５０は、留め具１００、２００、及び３００と同じ構成及び部品を有していてもよい。ナット６５０は、図６Ａの点線で示す外径６０４を有する雌ねじを有しているねじ部６０２を含んでいてもよい。ナット６５０は、図６Ｃに示すように、ソケット又はレンチ等の工具からのトルクを受け止めて、トルクをねじ部６０２に伝達するように設計されていてもよい３つのトルク支持面６０８、６１０、６１２を有する支持部６０６を含んでいてもよい。また、ナット６５０は、３つの非トルク支持面６２０、６２２、６２４をも含んでいてもよい。非トルク支持面６２０、６２２、６２４は、トルク支持面６０８、６１０、６１２同士が互いに隣接しないように、トルク支持面６０８、６１０、６１２の間、且つそれらと隣接した位置に設けられていてもよい。留め具３００と同様に、ナット６５０は、留め具１００及び２００と比べて、変形したトルク支持面６０８、６１０、６１２及び変形した非トルク支持面６２０、６２２、６２４を含んでいてもよい。

キャップ６５２は、支持部６０６並びにトルク支持面６０８、６１０、６１２及び非トルク支持面６２０、６２２、６２４を含むナット６５０の上側部分を取り囲んでいてもよい。キャップ６５２は、ナット６５０の周りにきつく嵌まり込んでいてもよい。よって、キャップ６５２は、同様のトルク支持面及び非トルク支持面を含んでいてもよい。また、キャップ６５２は、ナット６５０の周りに圧着されていてもよい。キャップ６５２、及び該キャップ６５２のナット６５０への取り付けは、開示内容全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第１４／９７６，１９０号に記載されている。

留め具１００、２００、３００、４００、及び５００と同様に、留め具６００は、６角ソケット又は１２点ソケット等の標準的なソケット工具によって駆動されてもよい。留め具６００は、標準的な留め具に設けられているトルク支持角部の代わりに、非トルク支持面６２０、６２２、６２４を有しているために、同様のサイズを有する標準的な留め具と比べると、質量を低減することができる。

留め具のいくつかの実施形態を説明してきたが、これらの留め具は限定されるものではなく、本開示の範囲を逸脱しない範囲で変更してもよいことが理解されるべきである。上記の各実施形態は、特定の構成のみに言及し、他の実施形態に関する全ての構成については具体的に言及していないかもしれないが、ある特定の構成についての言及がなされていない場合であっても、特に断りがない限り、上記の構成は互いに置換可能であることが理解されるべきである。また、上記の効果は、必ずしも留め具の効果のみに限定されるわけではなく、上記の効果の全てが、留め具の全ての実施形態を用いて達成されることが必ずしも予期されるわけではない。本開示の範囲は、添付の請求項により規定され、請求項の意味の範囲内における全ての装置及び方法は、その文字通りのもの又は同等のものが本開示の範囲に含まれる。

Claims (20)

1. ねじ部と、支持部とを備える留め具であって、
   前記支持部は、
   工具からのトルクを受けて、トルクを前記ねじ部に伝達するように設計された３つの支持面であって、各支持面が、その間に端部を有している２つの隣接する側面を含んでいる支持面と、
   ３つの非支持面とを備えており、
   前記非支持面の各々は、前記支持面同士の間に設けられている留め具。
2. 前記各支持面は、標準的なソケット工具からのトルクを受けて、トルクを前記ねじ部に伝達するように構成されている請求項１に記載の留め具。
3. 前記支持面の各端部は、前記非支持面のうちの１つと対向して設けられている請求項１に記載の留め具。
4. 前記各支持面の前記隣接する側面は、前記支持面の前記端部に対して対称的に設けられている請求項１に記載の留め具。
5. 前記各支持面の前記側面のうちの１つは、他の１つの支持面の他の１つの側面に対してのみ平行である請求項１に記載の留め具。
6. 前記支持面の平行な側面の間の距離は、工業規格で定められた寸法により規定される請求項５に記載の留め具。
7. 前記各支持面の前記側面は、平坦である請求項１に記載の留め具。
8. 前記各非支持面は、凸曲面を有している請求項１に記載の留め具。
9. 前記各支持面は、隣接する非支持面に対して滑らかな輪郭を形成している請求項１に記載の留め具。
10. 前記支持面の前記端部の各々は、前記留め具の縦軸周りに等間隔で設けられている請求項１に記載の留め具。
11. 前記支持面の各端部は、前記支持面の他の各端部から互いに１２０度離れている請求項１に記載の留め具。
12. 前記各支持面の前記２つの隣接する側面は、前記支持面の前記端部において１２０度の角度を成している請求項１に記載の留め具。
13. 前記各支持面の前記２つの隣接する側面は、前記支持面の前記端部において１２６〜１３０度の角度を成している請求項１に記載の留め具。
14. 前記支持面の各端部は、前記各支持面の中央に設けられている請求項１に記載の留め具。
15. 前記ねじ部は、雌ねじを備えている請求項１に記載の留め具。
16. 前記ねじ部は、雄ねじを備えている請求項１に記載の留め具。
17. 前記各支持面の前記側面の各々は、前記支持面の前記端部と隣接して設けられた凹状支持面を含んでいる請求項１に記載の留め具。
18. 前記支持部の周りに設けられたキャップを更に備え、
    前記キャップは、
    工具からのトルクを受けて、トルクを前記ねじ部に伝達するように設計された３つのキャップ支持面であって、各キャップ支持面が、その間にキャップ端部を有している２つの隣接するキャップ側面を含んでいるキャップ支持面と、
    ３つのキャップ非支持面とを有しており、
    前記キャップ非支持面の各々は、前記キャップ支持面同士の間に設けられており、
    前記キャップ支持面の各々は、前記支持面のうちの１つに重なって覆っており、
    前記キャップ非支持面の各々は、前記非支持面のうちの１つに重なって覆っている請求項１に記載の留め具。
19. 前記留め具はフランジ部を更に備え、
    前記キャップは、前記フランジ部の周りに押し込まれることにより、前記キャップが溶接されることなく前記支持部の上に保持されている請求項１８に記載の留め具。
20. 前記留め具は、該留め具と同じ用途のためにサイズ決めされた標準的な留め具よりも、質量が約１１パーセント低い請求項１に記載の留め具。