JP2018509299A

JP2018509299A - 締結要素、駆動工具および締結システム

Info

Publication number: JP2018509299A
Application number: JP2017542838A
Authority: JP
Inventors: ディーターマウアー、
Original assignee: エヨットゲーエムベーハーウントカンパニーカーゲー
Priority date: 2015-02-16
Filing date: 2016-02-03
Publication date: 2018-04-05
Also published as: WO2016131655A1; DE102015202776A1; EP3259093A1; CN107438493A; US20180036833A1

Abstract

本発明は、駆動構造を有するフランジを備える、コンポーネント（１２）に接続する締結要素（１０）であって、フランジに接続領域が一体に形成され、この接続領域の溶解を通じて、締結要素（１０）をコンポーネント（１２）に摩擦溶接により締結することができ、締結要素（１０）が、フランジの接続領域と反対側に配置されたシャフトを備える締結要素（１０）に関する。締結要素（１０）は、軸方向におけるシャフトと接続領域との間に誘導領域をさらに備え、この誘導領域が、接続領域の方向で拡大する円錐体に関連付けられた外面の少なくとも１つの部分である誘導面を備える。本発明は、誘導領域が、この誘導領域のシャフトに面する端部に平坦面を有し、この平坦面の径方向の範囲が、シャフトの直径よりも大きいことを特徴とする。

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載のシャフトを有する締結要素と、請求項１の前提部分に記載の締結要素を設定する駆動工具とに関する。

ＤＥ２０２００４０１４０７１Ｕ１は、コンポーネントへの取り付けのための接続領域を有するフランジを備えた、汎用的な締結要素に関する。
締結要素は、フランジの接続領域と反対の側に、シャフトをさらに備えている。
締結要素をコンポーネントに接続するために、シャフト領域上で摺動する管状の圧力部品を有する駆動工具により、フランジ面に軸方向力が適用される。
凹部を使用して締結要素が、回転方向で固定され、それによって、締結要素を駆動工具の回転によりコンポーネントに溶接することができる。

圧力部品は、ボルトの衝撃を伴わない回転を可能にし、それによって、ボルトは、シャフトの軸に位置するボルトの回転軸を中心にして円滑に回転する。

このような構成の欠点は、圧力部品の内径を、シャフトの直径にきわめて正確に適応させる必要があることである。
この構成では、円錐状テーパの形式をした挿入補助が、正確に嵌合するワークの搭載を簡素化する。
結果として、シャフトの直径ごとに、一致するツールが必要となる。
さらに、このような構成は、高い嵌合精度の要件に鑑みて、ごく僅かな材料剥離しか許容することができないため、摩耗を被る。

本発明の目的は、上述した欠点に対処することである。

この目的は、請求項１の前提部の特徴と組み合わされた、同請求項の特徴記載部の特徴により達成される。
本発明の有利な実施形態は、従属請求項で規定されている。

既知の態様において、コンポーネントに接続する締結要素は、駆動構造を有するフランジを備え、このフランジに接続領域が一体に成形され、接続領域の溶解を通じて、締結要素をコンポーネントに摩擦溶接により締結することができる。
締結要素は、フランジの接続領域と反対側に配置されたシャフトをさらに備えている。
締結要素は、軸方向におけるシャフトと接続領域との間に誘導領域をさらに備え、この誘導領域は、接続領域の方向で拡大する円錐体の外面の少なくとも一部を有する誘導面を備えている。

本発明は、誘導領域のシャフトに面する端部に軸圧力面を有し、この軸圧力面の径方向の範囲が、シャフトの直径よりも大きいことを特徴とする。
嵌合に必要な軸圧力を、平坦であり、且つ、シャフトに対して直交する端面を通じて伝えることができるため、誘導領域は、センタリング機能だけを実行すればよい。
これにより、駆動工具の摩耗が、著しく低減する。
さらに、不均一な回転運動が、回避される。

より詳細には、軸圧力面は、フランジまたはシャフトからオフセットした環状面となっている。
操作時に接触圧を伝えるとともにセンタリングを誘導する環状面および円錐状の凹部を有する圧力部品は、側方の誘導面に移行する環状面に係合することができる。
結果として、環状面内のほとんどの領域を、いかなるセンタリング機能とも関係なく、概ね自由に設計することができる。

駆動工具は、たとえば、締結要素を駆動するために提供され凹部がシャフトの直径よりも大きく、外寸が端面の範囲にほぼ対応する環状面を有する圧力部品を備えている。
加えて、圧力部品は、環状面が締結方向で円錐状に広がる円錐台の上面を形成することができる。
よって、そのような外面は、誘導領域の誘導面との接触領域を形成し、同時に環状面が軸圧力面を押圧する。

これにより、締結工程時に、回転する締結要素を確実にセンタリングして保持することができる。
締結要素の側方にある円錐状の誘導部が、誘導領域に存在することで、シャフトをいかなるセンタリング要件とも無関係に設計することができる。
これにより、凹部の直径よりも小さい多様なシャフト直径の締結要素を処理する場合であっても、単一の駆動工具のみを使用することが可能となる。
このニーズを満たすために、統一された誘導領域を提供することができる。

よって、シャフトとフランジとの間の誘導領域の構成が、特に有利な態様で実現され、駆動手段を有するフランジを、いかなるセンタリング要件とも無関係に設計することも可能となる。
このような構成では、誘導領域が、駆動手段内で径方向に広がり、より円滑な誘導が実現される。
さらに、この設計は、冷間成形による製造に適している。

上述した実施形態では、誘導領域をフランジからオフセットすることにより、圧力領域、誘導領域、および駆動領域を互いに分離させることができる。

さらに別の実施形態では、フランジが誘導領域を備えることができる。
つまり、誘導領域は、接続領域の方向で、円滑に、且つオフセットを伴わずに、駆動構造を有するフランジに移行する。

好ましい実施形態では、誘導面が、円錐体の完全な外周面である。
これは、特に回転対称な設計であり、よって、シャフト軸の周囲での不均衡が回避される。

誘導領域の円錐体は、締結要素の軸との間に３５°から６５°までの角度を形成することが好ましい。
この角度範囲により、回転時に特に良好なセンタリング効果を実現することができる。

詳細には、環状である圧力面の範囲は、この圧力面を介して、締結要素を設定するために必要な接触圧を駆動工具の圧力部品から締結要素に伝えることができるように選択される。

圧力面の範囲は、コンポーネントの材料および締結要素の材料に依存する。

シャフトに面する端面の範囲が、シャフトの直径よりも少なくとも１０％大きい場合、接触圧を伝えるのに十分な寸法を得ることができる。
これにより、十分な圧力面を締結要素に設けることができる。
たとえば、一般的な６ｍｍのシャフト直径の場合、少なくとも７ｍｍの端面直径が妥当である。

別の好ましい実施形態は、端面の外径が７ｍｍであり、シャフトの外径が６ｍｍ、５ｍｍ、または、４ｍｍである場合に得られる。
この誘導領域およびフランジの具体的な設計により、単一の駆動工具設計を使用して、駆動工具を変更することなく、多数の異なる標準のシャフト直径を確実に取り付けることができる。

より詳細には、シャフトは、ねじ切りされたタイプのシャフトであり、シャフトの直径はねじの外径に対応する。

端面は、シャフトの軸に対して垂直であり、設定工程時にセンタリングを大幅に向上させる回転対称に設計することが好ましい。

締結要素は、接触領域を定めるように設計された端部を有する接続領域を備えていることが好ましい。

特に有利な実施形態では、締結要素は、接触領域が端面に対して平行な平面であるように設計され、それら両方がシャフト軸に対して垂直であることが好ましい。
接触領域と端面とを平行な平面とすることで、締結要素を回転時に円滑に動かすことができる。

さらに、本発明は、コンポーネントに接続する締結要素を備える締結システムであって、締結要素が、駆動構造を有するフランジを備え、接続領域がフランジに一体に形成され、接続領域の溶解を通じて、締結要素をコンポーネントに摩擦溶接によって締結することができ、締結要素が、フランジの接続領域と反対の側に配置されたシャフトを有する締結システムに関する。
締結要素は、軸方向におけるシャフトと接続領域との間に誘導領域をさらに備え、この誘導領域は、接続領域の方向で広がる円錐体の外面の少なくとも一部である誘導面を備えている。

締結システムは、上述したような締結要素を取り付ける駆動工具をさらに備え、この駆動工具は、回転運動を伝える駆動凹部を有し、締結システムは、部分的に中空であり締結要素に面する端部に円錐台形状の凹部を有する圧力部品を備え、この凹部が、駆動工具側の誘導面を成す。

本発明によると、圧力部品と軸圧力面とは、設定工程に必要な圧力を伝えるために相互に適応しており、駆動工具側の誘導面と締結要素側の誘導領域とは、圧力部品と平坦圧力面とを相互に当接させ、誘導領域と誘導面とを挿入された締結要素の偏位により相互に接触させることができる。

より詳細には、駆動工具の誘導面と締結要素の誘導面とは、同じ角度を有している。
駆動工具の軸圧力面とセンタリングして挿入された締結要素の軸圧力面とが互いに接触したとき、誘導面は、互いに平行でありわずかに離間している。
このわずかな空間は、１０μｍから１ｍｍまでであることが好ましい。

締結要素は、上述した設計であることが好ましい。

本発明の利点、特徴、および用途は、以下の説明、および添付の図面に示された実施形態より収集される。

明細書、特許請求の範囲、および図面を通じて、参照符号は、以下の説明に示されているように使用されている。

回転運動および軸方向力を通じてコンポーネントに接続する締結要素を示す図である。本発明に係る締結要素の別の実施形態を示す図である。図２の締結要素の断面図である。駆動工具に完全に受け取られた締結要素を示す図である。駆動手段の径方向外側に提供される圧力部品を備える駆動工具が提供される実施形態を示す図である。締結要素が駆動工具に受け取られる前の締結システムの断面図である。締結要素が駆動工具に受け取られた後の締結システムの断面図である。

図１は、回転運動と軸方向力Ｆとによりコンポーネント１２に接続することができる、本発明に係る締結要素１０を示す図である。
締結要素１０は、駆動工具から締結要素１０に回転運動を伝えるための駆動手段を有するフランジ１４を備えている。
駆動手段は、外側六角形の駆動部形式で設けられている。
シャフト１６の方向で、誘導領域１８がフランジ１４の後に存在する。
誘導領域１８は、円錐台形状であり、フランジ１４からオフセットしている。
円錐台は、シャフト１６に面する端部に、環状面を成す平坦面２０を有している。
摩擦溶接による接続に必要な接触圧が、平坦面２０から締結要素１０に伝えられる。
よって、締結要素１０とコンポーネント１２との間で、接続領域２２の溶解を通じて、摩擦による接続を実現することができる。
円錐状の誘導面２４は、締結工程時に、締結要素１０を駆動工具（図示せず）の誘導面とでセンタリングする役割を果たす。
これにより、締結要素１０を軸の周囲で均一に回転させることができ、摩擦溶接の工程時に締結要素１０を衝撃なしで動かすことができる。

次に、締結要素１０が駆動工具と連携する仕組みについて、図面を参照しながら説明する。

図２は、本発明に係る締結要素の別の実施形態である締結要素３０を示す。
この実施形態では、誘導領域３２が、フランジ３４に面一で移行する。
締結要素３０は、フランジ３４の一方側で接続領域３６を有し、接続領域３６と反対側でシャフト３８を有している。
駆動手段３５は、歯の形式で設けられている。
次に、本実施形態である締結要素３０について、図３ａおよび図３ｂを参照しながらさらに詳しく説明する。
必要な接触圧力は、平坦な環状の軸圧力面３７を通じて伝えられる。

図３ａは、図２の締結要素３０の断面図である。
締結要素３０は、フランジ３４に凹部として形成された駆動手段３５を有している。
回転運動を伝えるための駆動手段５２が、駆動工具５０に一体に形成されている。
駆動工具５０は、圧力部品５４をさらに有している。

圧力部品５４は、接触圧を締結要素３０に伝えるために使用される。
この目的のために、圧力部品５４は、円錐状の誘導面５８に移行する環状の軸圧力面５６を有している。
供給操作では、まず、締結要素３０が駆動手段３５により留められ、締結要素３０の誘導領域３２が圧力部品５４の一致する凹部に挿入される。
よって、環状の軸圧力面５６が、締結方向で、シャフトを囲む環状の面として形成された軸圧力面３７へ押し下げられる。
回転時に、締結要素３０は、誘導面３４および駆動工具５０の対応する円錐状の誘導面５８を通じてセンタリングされる。
これにより、高い接触圧に起因する摩耗を伴わずに、締結要素３０を円滑に動かすことが可能となる。
なぜなら、駆動工具５０の誘導面５８に接触圧が作用しないからである。

締結要素３０は、まず、駆動工具５０の駆動部により誘導され、次に、締結要素３０の軸圧力面３７が、圧力部品５４の環状の軸圧力面５６に接触する。

図３ｂは、駆動工具５０内に完全に収容された締結要素を示す図である。
締結要素３０の軸圧力面３７が圧力部品５４の軸圧力面５６に当接すると、駆動手段５２が締結要素３０の駆動手段３５から離間する。
これにより、締結要素３０が圧力部品５４によって均衡化および／またはセンタリングされるため、締結要素３０が駆動手段５２に詰まることが防止される。
これらの誘導面３４、５８は、十分な遊びを有するため、締結要素３０が、中央直立の姿勢になっていれば、軸方向力が、締結要素３０の誘導面３４に作用することはない。

締結要素３０の軸圧力面３７および駆動工具５０の軸圧力面５６は、摩擦連結工程に必要な軸方向力Ｆを容易に伝え、駆動工具５０の誘導面５８が、対応する誘導面３４と共に挿入時の安定した姿勢を保証する。

図４は、軸圧力面９０が駆動手段８４の径方向外側に設けられた実施形態を示す図である。
締結要素８０は、駆動手段８４を有するフランジ８６と接続領域８８との間に配置された誘導領域８２を有している。

この設計により、センタリング要素８２の環状の軸圧力面９０の径方向内側の全領域を、要素の安定化を考慮することなく、自由に設計することが可能となる。
結果として、そのような設計では、本事例の締結要素８０等の、予め搭載された要素を、ナット９２とともにコンポーネントに搭載することができ、それでも、円滑な動きを保証する安定した取り付けを行うことができる。

図５ａは、締結要素１０２と、この締結要素１０２を取り付けるための駆動工具１０４とを備える締結システム１００を示す図である。
既に説明したように、締結要素１０２は、駆動構造１０８を有するフランジ１０６を備えている。
接続領域１１０がフランジ１０６に一体に形成され、この接続領域１１０の溶解を通じて、締結要素１０２をその表面に接続することができる。
シャフト１１２と接続領域１１０との間に、締結要素１０２は、誘導面１１４を備える誘導領域を有している。
締結要素１０２は、軸圧力面１１６をさらに備えている。
この軸圧力面１１６は、駆動工具１０４の軸圧力面１１８と連携して、接触圧を駆動工具１０４から締結要素１０２に伝える。
締結要素１０２の誘導面１１４は、駆動工具１０４の誘導面１２０と平行に配置される。
駆動工具１０４の誘導面１２０は、円錐状の凹部として設計され、締結要素１０２の円錐状の誘導面１１４に対応するようになされている。

完全に挿入された締結要素１０２の断面図である図５ｂでわかるように、重なり合う軸圧力面１１６、１１８を通じて圧力が伝えられ、誘導面１２０、１１４の間にわずかな距離が残る。
この距離は、軸圧の伝達には影響を与えず、締結要素１０２の回転軸からの傾斜を狭い範囲内に抑える役割を果たす。
よって、特に確実かつ高品質な締結が実現される。

Claims

駆動構造を有するフランジ（１４、２４、３４、８６、１０６）を備える、コンポーネント（１２）に接続する締結要素（１０、３０、８０、１０２）であって、
前記フランジ（１４、２４、３４、８６、１０６）に接続領域（２２、３６、８８、１１０）が一体に形成され、
該接続領域（２２、３６、８８、１１０）の溶解を通じて前記締結要素（１０、３０、８０、１０２）を前記コンポーネント（１２）に摩擦溶接により締結することができ、
前記締結要素（１０、３０、８０、１０２）が、前記フランジ（１４、２４、３４、８６、１０６）の接続領域（２２、３６、８８、１１０）と反対側に配置されたシャフト（１６、３８）を備え、
前記締結要素（１０、３０、８０、１０２）が、軸方向における前記シャフト（１６、３８）と接続領域（２２、３６、８８、１１０）との間に誘導領域（１８、３２、８２）を備え、
該誘導領域（１８、３２、８２）が、前記接続領域（２２、３６、８８、１１０）の方向で拡大する円錐体の外面の少なくとも一部である誘導面（２４、３４、５８、１１４、１２０）を備え、前記誘導領域（１８、３２、８２）が、該誘導領域（１８、３２、８２）の前記シャフト（１６、３８）に面する端部に軸圧力面（３７、５６、９０、１１６、１１８）を有し、
該軸圧力面（３７、５６、９０、１１６、１１８）の径方向の範囲が、前記シャフト（１６、３８）の直径よりも大きいことを特徴とする、締結要素（１０、３０、８０、１０２）。
前記誘導領域（１８、３２、８２）が、前記シャフト（１６、３８）と前記フランジ（１４、２４、３４、８６、１０６）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の締結要素（１０、３０、８０、１０２）。
前記フランジ（１４、２４、３４、８６、１０６）が、前記誘導領域（１８、３２、８２）を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の締結要素（１０、３０、８０、１０２）。
前記誘導領域（１８、３２、８２）が、前記接続領域（２２、３６、８８、１１０）と前記フランジ（１４、２４、３４、８６、１０６）との間に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の締結要素（１０、３０、８０、１０２）。
前記誘導面（２４、３４、５８、１１４、１２０）が、前記円錐体の全周に形成されていることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の締結要素（１０、３０、８０、１０２）。
前記円錐体が、前記締結要素（１０、３０、８０、１０２）の軸との間に３５°超の角度、詳細には、３５°から６５°までの角度を形成することを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の締結要素（１０、３０、８０、１０２）。
平坦圧力面（２０）が、前記シャフト（１６、３８）の軸に対して垂直であることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の締結要素（１０、３０、８０、１０２）。
前記接続領域（２２、３６、８８、１１０）が、接触面を画定するように設計されていることを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の締結要素（１０、３０、８０、１０２）。
前記接触面が、前記軸圧力面（３７、５６、９０、１１６、１１８）に対して平行な平面であることを特徴とする、請求項８に記載の締結要素（１０、３０、８０、１０２）。
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の締結要素（１０、３０、８０、１０２）を締結する駆動工具であって、
前記駆動工具が、回転運動を伝える圧力部品を備え、
前記圧力部品が、部分的に中空であり、前記締結要素（１０、３０、８０、１０２）に面する端部に円錐台形状の凹部を有し、
該円錐台形状の凹部が、駆動工具側の誘導面を形成していることを特徴とする、駆動工具。
前記圧力部品が、前記円錐台形状の凹部の内側領域に環状の軸圧力面（３７、５６、９０、１１６、１１８）を有していることを特徴とする、請求項１０に記載の駆動工具。
請求項１の前提部に記載された締結要素（１０、３０、８０、１０２）と、請求項１０または請求項１１に記載された駆動工具とを備える締結システムであって、
前記圧力部品と前記軸圧力面（３７、５６、９０、１１６、１１８）とが、設定工程に必要な圧力が伝えられる態様で相互に適応しており、
前記駆動工具側の誘導面（２４、３４、５８、１１４、１２０）と締結要素（１０、３０、８０、１０２）側の誘導領域（１８、３２、８２）とが、前記圧力部品と平坦圧力面（２０）とを相互に当接させ、
前記誘導領域（１８、３２、８２）と前記誘導面（２４、３４、５８、１１４、１２０）とが、挿入された前記締結要素（１０、３０、８０、１０２）の偏位により相互に接触可能であることを特徴とする、締結システム。
前記締結要素（１０、３０、８０、１０２）が、請求項１の特徴記載部および／または請求項２から請求項９のいずれか一項に記載されている設計であることを特徴とする、請求項１２に記載の締結システム。