JP5133885B2 - ゼロクリアランス型ボルト締結ジョイント - Google Patents

Description

本願は、一般にボルト締結ジョイントに関し、特にリングギヤを差動装置ケースに結合することに使用されるようなゼロクリアランス型ボルト締結ジョイントに関する。

ボルト締結ジョイントが使用されるべく試みられきた１つの応用は、リングギヤを差動装置ケースに結合することである。しかしながら、一般にボルト締結ジョイントは、差動装置ケースに関連したギヤの移動を防止することはできない。これは、ボルトをジョイントから後退させるギヤのスリップを防止するに十分なテンションをボルトが生成できないからである。

リングギヤを差動装置ケースに結合する１つの現在の方法は、差動装置ケース上の複数の貫通孔の円形パターンと、リングギヤ上の複数の雌ネジ付き孔との一致を利用する。このデザインは、製造プラントの孔位置許容能力に関する関心を増している。その結果、課題は、リングギヤに差動装置ケースを締結する手法であって、整合を許容し且つ多数のサイクルにわたってリングギヤが実質的な負荷を受ける間のギヤスリップを最小化する手法を開発することである。

本発明の実施形態の１つの目的は、例えばリングギヤを差動装置ケースに結合することに使用され得るゼロクリアランス型ボルト締結ジョイントを提供することにある。

本発明の実施形態のもう１つの目的は、リングギヤに差動装置ケースを締結する手法であって、整合を許容し且つ多数のサイクルにわたってリングギヤが実質的な負荷を受ける間のギヤスリップを最小化する手法として使用され得るゼロクリアランス型ボルト締結ジョイントを提供することにある。

簡単に、そして前述の目的の少なくとも１つに従って、本発明の実施形態は、ボルト締結ジョイントを提供する。このボルト締結ジョイントは、テーパ付き肩部を持つボルトを使用し、変形可能なスリーブを冷間形成して、“ゼロクリアランス嵌合”を与えることによって形成される。具体的には、複数のボルト締結ジョイントがリングギヤを差動装置ケースに結合することに使用されることが好ましい。ボルトが差動装置ケース及びリングギヤに挿入されるに従い、ボルトのテーパ付き肩部は、スリーブの外径が差動装置ケースの貫通孔の内壁に接触するまで、変形可能なスリーブを広げる。

この発明の構造及び動作の組織及び手法は、その更なる目的及び利点と共に、添付の図面に関連してなされる以下の説明を参照することによって、最も良く理解される。図面では、同様の参照番号は、同様の要素を識別する。

本発明は異なる形の実施形態に受け入れ可能であるが、その実施形態が図面に示され、ここで詳細に説明される。本説明は、発明の原理の例示として考えられるべきものであって、発明をここに図示され説明されたものに限定することを意図されたものではない、と理解されるべきである。

本発明は、ゼロクリアランス型ボルト締結ジョイントに向けられている。このボルト締結ジョイントは、例えばリングギヤに差動装置ケースを締結する手法であって、整合を許容し且つ多数のサイクルにわたってリングギヤが実質的な負荷を受ける間のギヤスリップを最小化する手法として使用され得る

図１及び２に示されているように、このボルト締結ジョイントは、好ましくは図７に示されるように６角形プロフィールを持つ頭部２２を有するボルト２０を備える。勿論、頭部２２は、６角形以外のプロフィールを持つこともできる。ボルト２０の逆端部３０に近いボルト２０のシャフト部分２８上には、ネジ部２６が設けられている。接着剤３２、例えばプリコート８０が、ボルト２０のネジ部２６の区間３４に塗布されることがある。塗布された接着剤３２は、以下で説明するように、指の作用力によって、リングギヤとの最初の係合後の１回転を開始できるようにする。図１〜４に示されているように、概ねボルト２０のネジ部２６と頭部２２との間に、テーパ付き肩部４４が設けられている。材料に関しては、ボルト２０は、例えばＥＳＳ−Ｍ１Ａ１７０−Ｂグレード８又は８．２によって形成される。以下で更に詳細に論じられるように、肩部４４は、その代わりに、丸み付けされた状態で設けられてもよく（図１６参照）、このことは、以下で後述される理由から実際に好ましいものである。

ボルト２０に加えて、ボルト締結ジョイントは、図１〜４，８及び９に示されているように、スリーブ４６を備える。図８及び９に示されているように、スリーブ４６は、概ね円形で、貫通孔４８を有する。そのようなものとして、スリーブ４６は、内径５０及び外径５２を持つ。スリーブ４６の内径５０は、ボルト２０のシャフト部分２８の幅又は直径３６よりも小さいことが好ましい。そうであれば、ボルト２０が設置されるときに、即ち、リングギヤ４２に対しネジ式に係合されるときに、ボルト２０のテーパ付き肩部４４は、スリーブ４６を変形する。スリーブ４６の外径５２は、差動装置ケース５８に設けられた対応する開口又は貫通孔５６の直径５４よりも小さいことが好ましい。そうであれば、スリーブ４６は、差動装置ケース５８の貫通孔５６に挿入され得る。加えて、ボルト２０の頭部２２の直径６０は、差動装置ケース５８の貫通孔５６の直径５４よりも大きいことが好ましい。そのようなものとして、設置時に、ボルト２０の頭部２２は、図１，２及び４に示されているように、差動装置ケース５８に接して座する。スリーブ４６は、例えば、ＡＩＳＩ１０１０鋼によって形成される。

差動装置ケース５８に関して、図１０は、差動装置ケース５８の断面を示し、そこに設けられた開口又は貫通孔５６を描いている。図１１は、図１０の線１１−１１に沿う断面図である。リングギヤ４２に関して、図１２は、リングギヤの断面を示し、そこに設けられたねじ切りされた孔４０を描いている。図１３は、図１２の線１３−１３に沿う断面図である。

図３はボルト２０が設置される前のスリーブ４６の状態を示している。図示のように、スリーブ４６の形状は、図９に示されたものと一致する。ボルト２０の設置中に、ボルト２０の頭部２２は回転させられて、ボルト２０のネジ部２６をリングギヤ４２に設けられたねじ切りされた孔４０内に螺入させる。ネジ部２６が孔４０内に螺入するに従い、ボルト２０のテーパ付き肩部４４は、スリーブ４６を図４に示されているように（図１及び２も参照）冷間形成する。これによりスリーブ４６の外面６４を差動装置ケース５８の内壁６２に接触可能に係合させて、“ゼロクリアランス”嵌合を与える。図５は、設置中のスリーブの冷間形成によるボルト上の引っ張り負荷の、時間に対するグラフである。

リングギヤを差動装置ケースに十分に結合するために、複数のボルト締結ジョイントが使用されることが好ましい。図１は、剪断負荷を与える前のボルト締結ジョイントを示し、また図２は、剪断負荷を与えた後のボルト締結ジョイントを示し、差動装置ケース５８とリングギヤ４２との間の最大移動を示している。図示のように、差動装置ケース５８がリングギヤ４２及びボルト２０に対して横向きに移動する間に、ボルト２０及びスリーブ４６は、差動装置ケース５８とリングギヤ４２との間の相対移動に抵抗する。これにより、好ましくは差動装置ケース５８が多数のサイクルにわたって実質的な負荷を受ける時でさえも、ボルト２０がジョイントから後退する傾向を更に減少させる。図６は、リングギヤ上のトルク（ｌｂ−ｆｔ）の、リングギヤと差動装置ケース間の回転の角度（度）に対するグラフである。

図１４は、スリーブ４６（図１４では４６ａとして識別される）の好ましい実施形態を示している。この場合、保持形状、具体的にはスリーブ４６ａの外面６４ａ上で等しく離隔された３つの凹部６６ａと、内部リップ又は突起６７ａとが設けられている。この保持形状は、ボルト２０及びスリーブ４６ａが供給され、スリーブ４６ａがボルト２０上に保持されて、差動装置ケース及びリングギヤへの設置に備えるようにするものであり、これは好ましいものである。図１５は、図４の円を描いた部分の拡大詳細図を示す。

図１６は、本発明で使用するに好ましいボルト２０ａを示している。このボルト２０ａは、Ｒ状面又は丸み付けされた部分２１ａを有する。放射対称面２１ａの目的は、スリーブ４６に入るときに円滑な推移を与えること、並びにスリーブ４６を押し出すに要する負荷を低減することにある。

本発明の実施形態が図示され説明されてきたが、当業者は開示の精神及び範囲を逸脱することなしに、本発明の種々の変形を工夫することが想像される。

本発明の実施形態によるボルト締結ジョイントの断面図であり、剪断負荷を与える前の状態を示している。 図１と同様ではあるが、剪断負荷が加えられた後のボルト締結ジョイントを示し、差動装置ケースとリングギヤとの間の最大移動を示している。 ボルトの設置前のスリーブを示している。 ボルトの設置後のスリーブを示している。 設置中のスリーブの冷間形成によるボルト上の引っ張り負荷の、時間に対するグラフである。 リングギヤ上のトルク（ｌｂ−ｆｔ）の、リングギヤと差動装置ケース間の回転の角度（度）に対するグラフである。 ボルトの上面図である。 スリーブの上面図である。 図８の線９−９に沿うスリーブの側断面図である。 差動装置ケースの断面である。 図１０の線１１−１１に沿う断面図である。 リングギヤの断面である。 図１２の線１３−１３に沿う断面図である。 保持形状を有する代替実施形態を示す。 図１４の円を描いた部分の拡大詳細図である。 本発明で使用するに好ましいボルトを示している。

Claims (12)

1. 第１の構造体を第２の構造体に固定するためのボルト締結ジョイントを形成する方法であって、
   この方法は、
   頭部及びこの頭部から延びたシャフト部分を備えたボルトであって、前記シャフト部分が、ネジ部と、ボルトの頭部とネジ部との間に配設された非ネジ部とを備え、前記非ネジ部が、直径を持つ構成のボルトを与える工程と、
   第１の構造体内に配設されると共に貫通孔を有するスリーブであって、前記スリーブが、貫通孔によって規定される内径を持ち、前記スリーブの前記内径が、ボルトのシャフト部分の非ネジ部の直径よりも小さい構成のスリーブを与える工程と、
   第２の構造体内にネジ付き孔を与える工程と、
   ボルトのシャフト部分をスリーブの貫通孔を通して挿入する工程と、
   ボルトのシャフト部分のネジ部を第２の構造体のネジ付き孔に螺入すると同時にボルトのシャフト部分の非ネジ部によってスリーブを変形させる工程と、
   ボルトの頭部が第１の構造体に接触するまでボルトのシャフト部分のネジ部を第２の構造体のネジ付き孔に螺入し続けることにより、ボルト締結ジョイントを形成する工程と
   を備え、
   前記スリーブは、第１の構造体の開口内に配設され、前記開口は、ボルトの頭部の直径よりも小さいが、スリーブの外径よりも小さいものとすることを特徴とする方法。
2. ボルトのシャフト部分の少なくとも一部分上に接着剤を与える工程を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ボルトの頭部は、６角形プロフィールを持つものとすることを更に特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 非ネジ部は、テーパ付き部分であることを更に特徴とする請求項１に記載の方法。
5. テーパ付き部分は、Ｒ状面を持つものとすることを更に特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 第１の構造体は、差動装置ケースを備え、第２の構造体は、リングギヤを備えるものとすることを更に特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 第１の構造体を第２の構造体に固定するボルト締結ジョイントであって、このボルト締結ジョイントは、
   頭部及びこの頭部から延びたシャフト部分を備えたボルトであって、前記シャフト部分が、ネジ部と、ボルトの頭部とネジ部との間に配設された非ネジ部とを備え、前記非ネジ部が、直径を持つ構成のボルトと、
   第１の構造体内に配設されると共に貫通孔を有するスリーブであって、前記スリーブが、貫通孔によって規定される内径を持ち、前記スリーブの前記内径が、ボルトのシャフト部分の非ネジ部の直径よりも小さい構成のスリーブと、
   第２の構造体内のネジ付き孔とを備え、
   ボルトのシャフト部分の前記ネジ部は、第２の構造体のネジ付き孔に対しネジ式に係合され、ボルトのシャフト部分の前記非ネジ部は、スリーブに対し非ネジ式に係合され、ボルトの頭部が第１の構造体に接触されることにより、ボルト締結ジョイントを与えるものであり、
   前記スリーブは、第１の構造体の開口内に配設され、前記開口は、ボルトの頭部の直径よりも小さいが、スリーブの外径よりも小さいことを特徴とするボルト締結ジョイント。
8. ボルトのシャフト部分の少なくとも一部分上に接着剤を更に備えることを特徴とする請求項７に記載のボルト締結ジョイント。
9. ボルトの頭部は、６角形プロフィールを持つことを特徴とする請求項７に記載のボルト締結ジョイント。
10. 非ネジ部は、テーパ付き部分であることを特徴とする請求項７に記載のボルト締結ジョイント。
11. テーパ付き部分は、Ｒ状面を持つことを特徴とする請求項１０に記載のボルト締結ジョイント。
12. 第１の構造体は、差動装置ケースを備え、第２の構造体は、リングギヤを備えることを特徴とする請求項７に記載のボルト締結ジョイント。

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