JP2022551567A

JP2022551567A - ネジ山形成およびネジ山ロック固締具

Info

Publication number: JP2022551567A
Application number: JP2022518242A
Authority: JP
Inventors: ヘバート，エドムンド; ゴメス，ケネス，ジェイ; ボイヤー，デニス，オー; レイノルズ，ジョン，アール; バドヅィツェク，ボビー，エル
Original assignee: リサーチエンジニアリングアンドマニュファクチュアリングインコーポレーテッド
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2020-10-07
Publication date: 2022-12-12
Also published as: CA3155261A1; US20210108664A1; AU2020363401A1; MX2022004167A; US11125262B2; CN114531888A; TW202129165A; EP4042028A1; WO2021071873A1; BR112022004870A2; KR20220079552A

Abstract

ネジ山形成とネジ山ロックを組み合わせた固締具が開示される。固締具は３つの区域を含む。第１のネジ山区域は、増加する外径を有する第１のネジ山形成のネジ山形状を利用する。第２のネジ山区域は、第１のネジ山形成のネジ山形状を利用する第１の区域の端部から延びており、一定の直径が続いている。第３のネジ山区域は、固締具のシャフトの実質的に残りの部分に沿って続いているネジ山ロックのネジ山形状を利用する。【選択図】図１

Description

本発明は、ネジ切りした固締具に関する。

背景情報
従来のネジ切りした固締具（例えば、ネジ又はボルト）は、セルフタップ型のネジ山形成作用を有するように設計され得る。係るセルフタップ型固締具の一例は、Alan Pritchardによる、「High Performance Thread RollingScrew/Bolt For Use in An Unthreaded Nut Anchor」と題する米国特許第９４０４５２４号に説明されており、その内容は参照により、本明細書に組み込まれる。

他の従来の固締具は、例えば固締具とナット部材との間の機械的干渉により、達成され得るネジ山ロック（locking：固締、緩み止め、ロッキング）メカニズムを含むことができる。例示的なネジ山ロック固締具は、Alan Pritchardによる、「Fastener and Fastener Assembly」と題する米国特許第７７２２３０４号に説明されており、その内容は参照により、本明細書に組み込まれる。

従来技術の固締具の顕著な欠点は、それらがネジ山形成またはネジ山ロックの何れかに最適化されるが、双方に最適化されない点である。これにより、ユーザは、どの特徴が特定の用途に対してより重要であるかという決定を下し、それは、係る固締具の下位の最適な用途という結果になる場合がある。

概要
従来技術の欠点は、ネジ山形成およびネジ山ロックの双方に最適化された例示的な固締具を提供することにより克服される。固締具は、固締具のシャフトに沿って３つの区域へ区分された２つの別個のネジ山形状を含む。ネジ山形成のネジ山形状を利用する第１の区域は、固締具の入口点のすぐ近隣にある。第１の区域に沿って、ネジ山形状の外径は、第１の（例えば、２～５）ピッチに沿って増加する。第２の区域は、第１の区域から移行し、第１の区域と同じネジ山形成のネジ山形状を利用するが、一定のネジ山の外径を維持する。第２の区域は、第１の区域を越えて、例えば２～３ピッチにわたって延びている。ネジ山ロックのネジ山形状を利用する第３の区域も、一定の外径を維持する。

本発明の例示的な実施形態に従って、第１及び第２のネジ山形状は、機械的干渉の所望のレベル（即ち、ネジ山ロック）を達成するために互いに補い合うように選択され得る。更に、本発明を利用することにより、第２のネジ山形状（ネジ山ロック）は、第１のネジ山形状（ネジ山形成）により作成されたネジ山と協力するように最適化され得る。これは、最適化されたネジ山ロックメカニズムという結果になることができる。

本発明の実施形態の上記の利点および更なる利点は、添付図面に関連して理解されることができ、添付図面において、同様の参照符号は、同じ又は機能的に同じ要素を示す。

本発明の例示的な実施形態による、例示的な固締具の側面図である。本発明の例示的な実施形態による、長軸に沿って見られた例示的な固締具の頭部の図である。本発明の例示的な実施形態による、長軸に沿って見られた例示的な固締具の例示的な入口点の図である。本発明の例示的な実施形態による、例示的な固締具の入口点端部の拡大図である。本発明の例示的な実施形態による、固締具の形成に使用するための例示的なブランク（素材片）の例図である。本発明の例示的な実施形態による、例示的なネジ山形状の断面図である。本発明の例示的な実施形態による、例示的なネジ山形状の断面図である。本発明の例示的な実施形態による、例示的なネジ山形状の断面図である。本発明の例示的な実施形態による、ナット部材のネジ山と固締具のネジ山との間の干渉を示す断面図である。本発明の例示的な実施形態による、ナット部材のネジ山と固締具のネジ山との間の干渉を示す断面図である。本発明の例示的な実施形態による、ナット部材のネジ山と固締具のネジ山との間の干渉を示す断面図である。本発明の例示的な実施形態による、例示的な固締具のネジ切りしたナット部材への挿入を示す断面図である。本発明の例示的な実施形態による、固締具のネジ切りしたナット部材への挿入を示す断面図である。本発明の例示的な実施形態による、固締具のネジ切りしたナット部材への挿入を示す断面図である。本発明の例示的な実施形態による、固締具のネジ切りしたナット部材への挿入を示す断面図である。本発明の例示的な実施形態による、固締具のネジ切りされていないナット部材への挿入を示す断面図である。本発明の例示的な実施形態による、固締具のネジ切りされていないナット部材への挿入を示す断面図である。本発明の例示的な実施形態による、固締具のネジ切りされていないナット部材への挿入を示す断面図である。本発明の例示的な実施形態による、固締具のネジ切りされていないナット部材への挿入を示す断面図である。

例示的な実施形態の詳細な説明
図１Ａは、本発明の例示的な実施形態による、例示的なネジ山形成およびネジ山ロック固締具１００の断面図である。固締具１００は、入口点１０５及び頭部１１０を含み、シャフト１１５がそれらの間に延びている。実例として、入口点１０５は、実質的に平坦な端部を有するように示される。しかしながら、留意されるべきは、本発明の代替の実施形態において、固締具１００は、丸みを帯びている、先端が尖っているなどの入口点１０５を有する場合がある。そのため、実質的に平坦である入口点１０５の記述は、単なる例示として解釈されるべきである。頭部１１０は、挿入用の駆動装置と共に使用するための六角形の形状を有するように例示的に示されている。頭部１１０は、ナット部材（図示せず）への固締具の挿入のために固締具にトルクを作用させるように、ドライバ（例えば、レンチ（スパナ）など）が頭部１１０に係合することを可能にするためにシャフト１１５の同じ軸において或る量の長さ１２０にわたって延びている。頭部１１０は、固締具が完全に挿入された際に、ナット部材（図示せず）と同一平面で当接するように設計された実質的に平坦な底部１２５を含む。当業者により理解されるように、頭部１１０は、所望の駆動装置に基づいた複数の異なる形状を有することができる。従って、六角形の形状を有する頭部１１０の記述は、単なる例示として解釈されるべきである。

固締具１００の主体またはシャフト１１５は、例えば、第１の区域１３０、第２の区域１３５及び第３の区域１４０を含む、複数のネジ山区域を含む。実例として、３つの区域は、ひとたび固締具がナット部材へ挿入されたならば、ネジ山形成機能、並びにネジ山ロック機能の双方を行うように利用される。第１の区域１３０は、当該区域が固締具の入口点１０５から離れるように移動するにつれて直径が増加しながら、コア（心）から外側に角度をなす例示的な第１のネジ山形状の実例として約２～５ピッチの長さである。即ち、第１の区域１３０の外径は、入口点１０５において最も小さく、ネジ山がシャフト１１５に沿って頭部１１０の方へ移動するにつれて大きくなる。第２の区域１３５は実例として、第１の（ネジ山形成）ネジ山形状であるが、実質的に一定の外径を有する追加の１～３ピッチを含む。図１Ａに示されているように、第１のネジ山形状は実例として、実質的に６０°の角度をなして形成されたネジ山形状の横断面を含む。例示的な実施形態において、第１のネジ山形状は、上記で組み込まれた米国特許第９４０４５２４号で説明されたものを含むことができる。留意されるべきは、特定のネジ形成のネジ山形状が図示されて説明されるが、本発明の原理は、本発明の代替の実施形態において、任意のネジ山形成のネジ山形状を利用することができる。従って、本明細書で図示および説明される特定のネジ山形成のネジ山形状は、単なる例示として解釈されるべきである。

第３の区域１４０は、実例としてネジ山ロックのネジ形状である第２のネジ山形状を利用する。図１Ａに示されるように、例示的な第２のネジ山形状は、先端部で３０°の角度をなして形成されたネジ山まで移行するネジ山の根本（基部、底部）において６０°の角度をなして形成されたネジ山を含む。例示的なネジ山ロックのネジ山形状は、上記で組み込まれた米国特許第７７２２３０４号に記述されている。留意されるべきは、特定のネジ山ロックの形状が図示および説明されるが、本発明の原理は、本発明の代替の実施形態において任意のネジ山ロックのネジ山形状を利用することができる。従って、本明細書で図示および説明される特定のネジ山ロックのネジ山形状は、単なる例示として解釈されるべきである。

かくして、動作中、本発明の例示的な実施形態による固締具１００がナット部材へ挿入される場合、当該固締具が最初に挿入される際に、第１の区域のネジ山がナット部材に係合する。第１及び第２の区域のネジ山は、ネジ山を作成するようにナット部材を変形させる。ナット部材へ固締具を挿入することを続けると、第３の区域のネジ山が、新たに作成されたネジ山に係合して機械的干渉を引き起こし、それによりロックメカニズムが生じる。実例として、第２のネジ山形状は、第１のネジ山形状を補完するように選択される。本発明の代替の実施形態に従って、２つのネジ山形状は、ネジ山ロック形状（第２のネジ山形状）がネジ山形成の形状（第１のネジ山形状）によってナット部材に作成されたネジ山の寸法の演繹的知識でもって設計されるように選択され得る。固締具が、ネジ切りされていないナット部材に雌ネジを作成する際、ネジ山ロック形状のネジ山は、当該雌ネジとの最適化された性能のために構成され得る。変形物の例が、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ、図５Ａ、図５Ｂ及び図５Ｃに関連して後述される。

図１Ｂは、本発明の例示的な実施形態に従って、固締具の長軸に沿って見られた固締具１００の頭部１１０の例図である。上述されたように、六角形の形状を有する例示的な頭部の図示と記述は、単なる例示として解釈されるべきである。図１Ｃは、本発明の例示的な実施形態に従って、固締具の長軸に沿った入口点１０５からの固締具１００の図である。図１Ｃから理解され得るように、固締具のシャフト１１５は実例として、横断面において、複数（例えば、３つ）のローブを有するように形作られる。留意されるべきは、マルチローブ付きシャフトの使用は、単なる例示であり、本発明の原理は、実質的に円形であるシャフトを有する固締具と共に利用され得る。当業者により理解されるように、様々なタイプの固締具シャフトの横断面が、固締具の所望の特性を達成するために利用され得る。より具体的には、本発明の代替の実施形態に従って、３つより多いローブを有するシャフトが利用され得ることが特に企図される。更に、代替の実施形態において、シャフトは、変化する横断面を有することができる。例えば、シャフトは、入口点の近くで実質的に円形の横断面の領域を有するが、シャフトの長さに沿って非円形の横断面の領域に移行する場合がある。例示的な非円形の横断面の領域は、例えば３つのローブの横断面の領域である。しかしながら、本発明の代替の実施形態に従って、実質的に非円形の横断面の領域での他の形状が利用され得ることが、特に企図される。本発明の原理は、所望の機能性を達成するために広範囲の固締具シャフト１１５の横断面形状と共に利用され得る。

図２は、本発明の例示的な実施形態による、固締具１００の入口点端部の拡大図である。図２から看取され得るように、第１の区域１３０は、入口点１０５から移動するにつれて外径が増大している。第１の区域は、実例としてネジ山形成のネジ山形状である第１のネジ山形状を利用する。第２の区域１３５は、ネジ山形成のネジ山の使用を続行するが、増大するネジ山全径を有する第１の区域１３０と異なり、全径において実質的に一定である。次いで、第３の区域１４０は、固締具１００の残りの部分に関して、第２のネジ山形状（例えば、ネジ山ロックのネジ山形状）を利用する。

図３は、本発明の例示的な実施形態による、固締具１００の形成に使用するための頭部付きブランク（素材片）３００の例図である。実例として、ブランク３００は、製造の難しさを軽減する単一の直径のブランクからなる。しかしながら、本発明の原理は、より精巧なブランクと共に利用され得ることが特に企図される。

図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、本発明の代替の実施形態において利用され得る、例示的なネジ山形状を示す。留意されるべきは、各ネジ山形状は、同じ横断面領域を有する。図４Ａは、図１に示されたような、例示的な６０°ネジ山形状の代表例である。図４Ｂは、例示的なアールの付いたネジ山形状の代表例である。図４Ｃは、６０°／３０°ネジ山形状を有する例示的な三角ネジ山形態の代表例である。留意されるべきは、本発明の代替の実施形態において、異なるネジ山形状が利用され得る。従って、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに示されたネジ山形状は単なる例示であることが特に企図される。

図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、本発明の例示的な実施形態による例示的な設計上の選択に従って、ナット部材と固締具の異なるネジ山形状を利用することにより得られることができる潜在的な機械的干渉の例示的な範囲を示す。様々な図は、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃに関連して上述されたネジ山形状の組み合わせを示す。図５Ａ、図５Ｂ、及び図５Ｃから看取され得るように、雌ネジと雄ネジの形状を変更することにより、機械的干渉の様々な程度が達成され得る。代替の実施形態において、ネジ山形状の様々な組み合わせを選択することにより、所望量の機械的干渉が達成され得る。

図６は、本発明の例示的な実施形態による、固締具１００のネジ切りしたナット部材６０５への挿入の断面図６００である。ネジ切りしたナット部材６０５は実例として、一組の予め形成されたネジ山６１０を含む。図６００は、固締具１００の端部１０５の、ネジ切りしたナット部材６０５への挿入の直前での固締具１００及びナット６０５である。切断面Ａ－Ａに沿った図は、固締具１００とネジ切りしたナット部材の例示的な横断面６１５を示す。

図７は、本発明の例示的な実施形態による、固締具１００のネジ切りしたナット部材６０５への挿入の断面図７００である。図７００において、固締具１００の第１の区域１３０及び第２の区域１３５は、ネジ切りしたナット部材６０５へ挿入されている。拡大図で看取され得るように、第１及び第２の区域のネジ山とネジ切りしたナット部材６０５の雌ネジ６１０との間には、空間が残されている。

図８は、本発明の例示的な実施形態による、固締具１００のネジ切りしたナット部材への挿入の断面図８００である。図８００において、第１の区域のネジ山１３０は、ネジ切りしたナット部材６０５をほぼ通り抜けているが、第２の区域のネジ山１３５は完全に、ナット部材６０５内に入っている。看取され得るように、第３の区域のネジ山１４０は、ナット部材内の箇所８０５において、先端食い込みを生じている。

図９は、本発明の例示的な実施形態による、固締具１００のネジ切りしたナット部材６０５への挿入の断面図９００である。図９００において、第１の区域のネジ山１３０及び第２の区域のネジ山１３５は、ナット部材６０５を完全に通り抜けており、各雌ネジ６０５に関して、第３の区域のネジ山１４０の先端食い込み箇所９０５が存在する。図９に示されたように固締具１００が挿入された状態で、先端食い込み箇所９０５は、機械的ロックメカニズムを発生させ、それにより、ネジ切りしたナット部材において固締具を固定するように作用する。

本発明の例示的な実施形態において、第１及び第２の区域のネジ山に関するネジ山形成のネジ山形状は、ネジ切りしたナット部材のネジ山の直径を僅かに大きくするよう設計される。このサイズ変更により、固締具は、サイズ変更されたネジ山と第３の区域のネジ山のネジ山ロックのネジ山との間で最適化された干渉が存在するように構成されることが可能になる。第１及び第２の区域のネジ山に関してネジ山形状およびサイズを選択することにより、第３の区域のネジ山との所望量の機械的干渉が達成され得る。しかしながら、留意されるべきは、本発明の代替の実施形態において、予め形成された雌ネジは、第１及び第２の区域のネジ山により、係合されない。従って、大きくされている雌ネジに関する記述は、単なる例示として解釈されるべきである。

図１０は、本発明の例示的な実施形態による、固締具１００のネジ切りされていないナット部材１００５への挿入の断面図１０００である。図１０００において、固締具１００は、ネジ切りされていない開口または穴１０１０を有するナット部材１００５へまさに挿入されようとしている。

図１１は、本発明の例示的な実施形態による、固締具１００のネジ切りされていないナット部材１００５への挿入の断面図１１００である。図１１００は、第１及び第２の区域のネジ山がネジ切りされていないナット部材へ完全に挿入された時を示す。

図１２は、本発明の例示的な実施形態による、固締具１００のネジ切りされていないナット部材１００５への挿入の断面図１２００である。第３の区域のネジ山１４０はこの時点で、先に形成されたネジ山に入り込んでおり、箇所１２０５において先端食い込みを生じている。

図１３は、本発明の例示的な実施形態による、固締具１００のネジ切りされていないナット部材への挿入の断面図１３００である。図１３００において、第１及び第２の区域のネジ山は、ナット部材１００５を通り抜けており、第３の区域の複数のネジ山は、複数の先端食い込み箇所１３０５においてナット部材１００５に係合する。

図６～図９に関連して、上述されたように、本発明の例示的な実施形態において、第１及び第２の区域のネジ山は、第３の区域のネジ山との所望の機械的干渉を達成するように最適なサイズのネジ山を作成するような大きさになることができる。

留意されるべきは、本発明は、特定のネジ山形状に関連して説明されたが、本発明の原理は、様々なネジ山形成および／またはネジ山ロックのネジ山形状と共に利用され得る。そのため、本明細書に含まれる特定のネジ山形状に関する特定の記述は、単なる例示とみなされるべきである。更に、様々な区域においてネジ山ピッチの数に関する様々な記述が与えられているが、当業者により理解されるように、様々な区域におけるピッチの数は、意図された用途に応じて変化する場合がある。そのため、様々な区域における特定の数のピッチに関する記述は、例示として解釈されるべきである。

本説明は、本発明の様々な例示的な実施形態に関して書かれている。当業者により理解されるように、様々な変形が、本発明の思想または範囲から逸脱せずに本明細書で説明される実施形態に対して行われ得る。そのため、説明された実施形態は、単なる例示として解釈されるべきである。

Claims

固締具であって、
横断面形状を有し、第１の端部において入口点、及び第２の端部において頭部を有するシャフトを含み、
前記シャフトは、第１の区域および第２の区域において第１のネジ山形状を刻み込まれており、
前記第１の区域は、前記入口点から始まり、前記シャフトに沿って、ほぼ第１の所定数のネジ山ピッチにわたって延びており、
前記第２の区域は、ほぼ第２の所定数のネジ山ピッチにわたって延びており、
第３の区域が、前記第２の区域からの変り目から、前記シャフトの残りの部分の実質的な部分に沿って前記頭部の底部に向かって延びる第２のネジ山形状を有する、固締具。
前記第１のネジ山形状は、約６０°の角度を有する、請求項１に記載の固締具。
前記第１のネジ山形状は、ほぼアールの付いたネジ山形状を有する、請求項１に記載の固締具。
前記第１のネジ山形状は、ほぼ放物線のネジ山形状を有する、請求項１に記載の固締具。
前記横断面形状は、実質的に円形である、請求項１に記載の固締具。
前記横断面形状は、３つ又はそれより多いローブを有する、請求項１に記載の固締具。
前記シャフトの横断面形状は、実質的に円形の横断面から実質的に非円形の横断面まで移行する、請求項１に記載の固締具。
前記シャフトの横断面形状は、実質的に非円形の横断面から実質的に円形の横断面まで移行する、請求項１に記載の固締具。
ネジ山ピッチの前記第１の所定数は、３である、請求項１に記載の固締具。
ネジ山ピッチの前記第２の所定数は、６である、請求項１に記載の固締具。
前記第１のネジ山形状は、ネジ山形成のネジ山形状である、請求項１に記載の固締具。
前記第２のネジ山形状は、ネジ山ロックのネジ山形状である、請求項１に記載の固締具。
前記第１のネジ山形状は、前記第２のネジ山形状と係合するように最適化された雌ネジを作成するような大きさになっている、請求項１に記載の固締具。