JP6526342B2 - 分離したねじスパイラル及び異なる部分フランク角を備えるねじ形成ボルト - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念によるねじ形成ボルト、特にねじ切りボルトに関する。そのようなボルトは、前方領域に基板の孔への導入のための先端を、後方領域にトルク伝達のための駆動部を、さらに、螺旋状の溝を、それぞれ備えるシャンクと、螺旋状の溝内に嵌め込まれるねじスパイラル（Gewindespirale）とを備えており、螺旋状の溝は、前方フランク及び当該前方フランクと対向する後方フランクを備えている。

特許文献１から、２つのねじセクションを備えるコンクリート用ボルトが知られている。第１の後方ねじセクションはシャンクと一体に形成されており、第２の前方ねじセクションは、シャンクの螺旋状の溝内に配置されたねじスパイラルによって形成されている。その際、２つのねじセクションは、関連する単一のねじを形成する。

特許文献２は、ねじを備えるシャンクと、シャンクのねじに少なくともセクションごとにねじ込まれるカッティングスプリング（Schneidfeder）と、を備えるコンクリート用ボルトを示している。カッティングスプリングは、例えば、しずく状の断面を有し得る。

特許文献３〜５は、コンクリートまたは石造建築において付属品の固定に用いられるボルトアンカーを開示しており、それらのボルトアンカーは、それぞれ外ねじを有するシャンクを備え、当該外ねじは、シャンクから分離したねじスパイラルによって形成されており、当該ねじスパイラルは、それぞれ異なる方法でシャンクに固定されている。

特許文献６は、中実の材料から成るシャンク部分と、当該シャンク部分に接続・付加された、輪郭付けされたメタルバンドを巻くことにより作られたねじ部分と、を含むボルトを記載している。

特許文献７は、ボルトを提案しており、押し延ばされたねじを備えるそのシャンクは、耐食性の金属から成っている。ボルトシャンクの前端領域には、ねじのライン上に位置する凹部が刻まれており、当該凹部には硬化された金属から成るインサートが嵌め込まれている。このインサートは、その外面に、複数の鋸歯を含み、ねじのライン上に位置するねじ切り構造（Schneidausbildung）を備えている。

分離したスパイラル配列を備える別の固定要素が、特許文献８〜１０から知られている。

特許文献１１は、ねじ込み方向において前方に位置する硬化された鋼から成るボルトセクションと、ねじ込み方向で見て後方に位置する耐食性の鋼から成るボルトセクションとを有するコンクリート用ボルトを開示している。

米国特許出願公開第２０１１／０１４２５６９号明細書 独国特許出願公開第１０２０１００６３６８２号明細書 独国特許出願公開第１０２００７０４２９７７号明細書 欧州特許第２１８５８２９号明細書 欧州特許出願公開第２３９０５１６号明細書 独国特許発明第１０２００８０１６８６６号明細書 欧州特許出願公開第１４９８６１８号明細書 米国特許第１１８１９７１号明細書 独国実用新案第８７１３７０８号明細書 米国特許出願公開第２００４／０２５８５０２号明細書 欧州特許出願公開第０９０５３８９号明細書

本発明の課題は、シャンクから分離したねじスパイラルを備え、容易に製造することができ、特に広範に使用することができ、特に信頼性が高く、特に良好な荷重値（Lastwert）を有するねじ形成ボルトを提示することである。

当該課題は、本発明に従って、請求項１の特徴を具えるボルトによって解決される。有利な実施形態は、従属請求項において提示される。

本発明によるボルトは、螺旋状の溝の前方フランクが、少なくとも一部において、螺旋状の溝の後方フランクとは異なる部分フランク角を有することを特徴とする。

本発明の根本思想は、シャンクから分離したねじスパイラルを収容するために設けられた螺旋状の溝が、断面において非対称に作製されている点に見て取ることができる。とりわけ、螺旋状の溝の対向する２つのフランクは、異なる部分フランク角で配置されている。ここで、当該部分フランク角は、通常、それぞれのフランクと、軸を含む断面におけるねじ軸に対する垂線との間の角と解釈され得る。本発明は、分離したねじスパイラルを備えるタイプのボルトにおいては、螺旋状の溝もしくはねじスパイラルのフランクが、シャンクにおける軸方向の荷重をねじスパイラルにおける径方向の力及び運動成分に変換することができるくさびギア（Keilgetriebe）を形成し得ることを認識した。本発明に従って、対応する部分フランク角を適切に変えることにより、ボルトに対して、少ないコストで、拡張（Nachspreize）を通じた地震適合性のような追加的な機能を与えることができる。

ボルトはねじ形成ボルトであり、換言すれば、当該ボルト及び特にそのねじスパイラルは、基板の円柱状の孔の中にねじ込まれた際に、その逆ねじを自ら生成し得るように構成されている。基板は、特に無機質の建設材料、好ましくはコンクリートであることができ、換言すれば、ボルトは、好ましくはコンクリート用ボルトであり得る。ここで長手方向、径方向、及び／または、周方向を話題にする限り、それは特にシャンク及び／またはボルトの長手方向軸に関連し得る。方向の限定詞「前方の」及び「後方の」は、ここでは特に統一的に用いられ得るので、例えばシャンクの前方の領域は、螺旋状の溝の前方のフランクが螺旋状の溝の後方のフランクの前方に位置しているのと同じ方向において、シャンクの後方の領域の前方に位置している。方向の限定詞「前方の」及び「後方の」は、特にボルトの長手方向軸、即ちねじ込み方向に関連し得る。螺旋状の溝の２つのフランクの間には、例えば平坦な、凸状のまたは凹状のねじ底も存在し得る。

シャンクは、目的に合わせて金属材料から成る。追加的にあるいは代替的に、ねじスパイラルも金属材料から成っていてよい。とりわけ、ねじスパイラルとシャンクは、例えば負荷能力及び／または耐食性を考慮して有利であり得る異なる材料から成っていてよい。

駆動部は、例えば外側または内側の多角形を備え、とりわけボルトヘッドとして作製され得る。コンクリート用ボルトの先端は、規則的に材料を排除する必要がないので、当該先端は、好ましくは少なくとも近似的に平坦な前面として形成され得る。しかしながら、シャンクはその先端において、例えば先細りに終わっていてもよい。

目的に合わせて、螺旋状の溝の前方フランクの部分フランク角は、少なくとも２°または５°、好ましくは少なくとも１０°、螺旋状の溝の後方フランクの部分フランク角から異なっている。これによって、とりわけ大きな適用の多様性が生じ得る。

本発明の特に有利な構成は、螺旋状の溝の前方フランクが、少なくとも一部において、螺旋状の溝の後方フランクより大きな部分フランク角を有する点にある。これは特に、地震の状況のために設けられたボルトにおいて有利である。というのは、地震の場合には、ボルトが配置されている孔が、当該孔を通じて進展しつつある基板内の亀裂が開口することに起因し得る状況下において、拡大し得るからである。この場合、本発明の有利な構成においては、ねじスパイラルが、比較的平坦な前方フランク上をスライドし、径方向の膨張下において径方向外方へ移動し得る。それによって、ねじスパイラルと基板の間の形状結合は、亀裂の開口にもかかわらず維持され、その結果、特に高い残余負荷能力が得られる。これは、とりわけ、シャンクの負荷受容面が相応して減少することによる負荷能力の喪失が、比較的高い金属の耐圧縮性に起因して、通常は無視され得るからである。同時に、後方フランクの比較的急な傾斜の配置によって、ボルトを据え付ける際にシャンク内で発生する圧縮荷重が、ねじスパイラルを事前に径方向に拡大させることがなく、これにより、信頼性及び荷重値がさらに改善される。

ねじスパイラルは、間にねじ尖端が形成された２つの外側フランクを備えていてもよい。このねじ尖端は、据え付けの際に基板内に入り込み、アンダーカットを形成する。好ましくは、２つの外側フランクは異なる部分フランク角を有することができ、それによって、機能性、特に据え付け時の挙動がさらに改善され得る。

さらに、ねじスパイラルが、螺旋状の溝に沿って当該螺旋状の溝に嵌め込まれていると、目的にかなっている。これによって、ねじスパイラルのとりわけ効果的な径方向の膨張がもたらされる。例えば、ねじスパイラルは、シャンクの先端において、シャンクに軸方向に固定され得る。このために、例えば径方向に延びる保持溝をシャンクの先端に設けることができ、その中に、ねじスパイラルの対応する端部が嵌め込まれている。とりわけ、保持溝は、シャンクの断面全体を横断して延びていてよい。

本発明に従って、螺旋状の溝、したがってねじスパイラルには、適用部位に応じて異なるねじピッチが備えられている。

ねじスパイラルが無い状態の本発明によるボルトのシャンクの透視図である。 部分的に組み付けられたねじスパイラルを備える図１のボルトの、図１に対応する透視図である。 すぐに使用できる状態のねじスパイラルを備える図１のボルトの、図１に対応する透視図である。 図３に示された矩形の領域の軸を含む断面における図３のボルトの詳細図であり、追加的に、ボルトの先端及び駆動部が、方向を明確化するために極めて概略的に示されている。 図３のボルトの図４に対応する詳細図であり、当該ボルトは基板の孔にねじ込まれている。 図５に対応する詳細図であり、孔の壁は、例えば地震の際の亀裂の開口に起因して、ボルトのシャンクから図５の場合より少しだけ離れている。

本発明が、以下において、添付の図面に概略的に示された有利な実施例に基づいて詳細に説明される。その際、以下で示される実施例の個々の特徴は、本発明の枠内において、単独であるいは任意の組み合わせにおいて実現され得る。

本発明によるボルトの一実施例が、図面に示されている。特に図１〜３が示すように、ボルトは概ね円柱状のシャンク１０を備え、当該シャンク１０の前端には孔への導入のための先端１１が、前端の反対側にある後端領域には駆動部１２が、それぞれ設けられ、駆動部１２によってシャンク１０にトルクを伝達することができる。駆動部１２は、例えば内側または外側の多角形構造を備えている。本実施例において、駆動部１２は、外側の多角形構造を備える端部ボルトヘッドとして作製されている。シャンク１０の外被面には、シャンク１０の先端１１を起点とする螺旋状の溝２０が設けられている。

ボルトは、さらに、ねじスパイラル３０を備えている。このねじスパイラル３０は、螺旋状の溝２０と同一のピッチを有し、ボルトが完全に組み立てられた状態（図３参照）においては、螺旋状の溝２０の中に配置されている。ねじスパイラル３０は、基板内へボルトをねじ込む際に逆ねじを切り出す切り込みねじを形成する。

特に図１が示すように、シャンク１０の先端１１には、前面保持溝１９が設けられている。特に図２が示すように、ねじスパイラル３０は、その前端に屈曲した保持片３９を備えており、そこにおいて、ねじスパイラル３０は、純粋な螺旋形状から逸脱する。特に図３が示すように、完全に組み立てられたボルトにおいて、保持片３９は、保持溝１９内に嵌め込まれる。これによって、ねじスパイラル３０は、その前端において、シャンク１０の長手方向軸１００に関して軸方向に、シャンク１０に固定される。さもなければ、ねじスパイラル３０は、螺旋状の溝２０内で螺旋状の溝２０に沿って移動可能に配置されており、換言すれば、ねじスパイラル３０は、螺旋状の溝２０内で螺旋状に前後に移動することができる。

特に図４が示すように、螺旋状の溝２０は２つのフランク、即ち、ボルトの長手方向断面において前方の駆動部１２の方を向いた先端側フランク２１と、ボルトの長手方向断面において後方の先端１１の方を向いた駆動部側フランク２２と、を備え、当該フランク２２は前方のフランク２１と向かい合っている。前方フランク２１は部分フランク角α_ｆを有し、後方フランク２２は部分フランク角α_ｒを有する。本発明によれば、２つの部分フランク角は互いに異なっており、即ちα_ｆ≠α_ｒである。特に、前方フランク２１の部分フランク角α_ｆは、後方フランク２２の部分フランク角α_ｒより大きい、即ちα_ｆ＞α_ｒである。好ましくは、２つの部分フランク角は、少なくとも２°、少なくとも５°または少なくとも１０°異なっており、特にα_ｆ＞α_ｒ＋２°、α_ｆ＞α_ｒ＋５°またはα_ｆ＞α_ｒ＋１０°である。通常、それぞれの部分フランク角は、特にそれぞれのフランクと長手方向軸１００の垂線との間の角と解釈され得る。

シャンク１０の２つのフランク２１と２２の間には、図には示されていないが、長手方向断面において例えば平坦な、凸状のまたは凹状のねじ底も存在し得る。

ねじスパイラル３０は、螺旋状の溝２０の方を向いた、及び／又は、シャンク１０の長手方向軸１００の方を向いた２つの内側フランク３１及び３２、即ち、ボルトの長手方向断面において前方の尖端側のフランク３１と、ボルトの長手方向断面において後方の駆動部側のフランク３２とを備えている。このとき、ねじスパイラル３０の前方フランク３１は、螺旋状の溝２０の前方フランク２１に隣接し、特に、螺旋状の溝２０の前方フランク２１と少なくとも近似的に等しいフランク角を有する。ねじスパイラル３０の後方フランク３２は、螺旋状の溝２０の後方フランク２２に隣接し、特に、螺旋状の溝２０の後方フランク２２と少なくとも近似的に等しいフランク角を有する。

ねじスパイラル３０は、さらに、螺旋状の溝２０とは逆方向を向いた、及び／又は、シャンク１０の長手方向軸１００とは逆方向を向いた２つの外側フランク３３及び３４、即ち、ボルトの長手方向断面において前方の先端側のフランク３３と、ボルトの長手方向断面において後方の駆動部側のフランク３４とを備えている。これら２つのフランク３３及び３４の間には、ボルトの切り込みねじのねじ尖端３８が形成されている。ねじスパイラル３０の前方フランク３３は部分フランク角δ_ｆを有し、後方フランク３４は部分フランク角δ_ｒを有する。図示された実施例において、これら２つの部分フランク角は互いに異なっており、即ちδ_ｆ≠δ_ｒである。特に、前方フランク３３の部分フランク角δ_ｆは、後方フランク３４の部分フランク角δ_ｒより大きい、即ちδ_ｆ＞δ_ｒであり、好ましくは、少なくとも５°または１０°大きく、δ_ｆ＞δ_ｒ＋５°またはδ_ｆ＞δ_ｒ＋１０°である。

図５は、基板９０の孔の中にねじ込まれた後のボルトの詳細を示している。ボルトはねじ形成ボルトであり、換言すれば、当該ボルト及び特にそのねじスパイラル３０は、基板９０の円柱状の孔の中にねじ込まれた際に、その逆ねじを自ら生成するように構成されている。基板９０は、特に無機質の建設材料、好ましくはコンクリートであることができ、換言すれば、ボルトは、好ましくはコンクリート用ボルトであり得る。

図６は、図５に対応する図を示しているが、図６によれば、図５に示されているものと比較して、孔の壁がボルトのシャンクから少しだけ離れている。図６の状況は、基板の孔を通じて進展する亀裂が開口し、それにより孔の直径が部分的に拡大した場合に、例えば地震の結果として生じ得る。ボルトのシャンク１０には、図６において矢印で示された張力Ｆ_ｚが作用するため、ねじスパイラル３０の前方フランク３１は、亀裂の開口の際、螺旋状の溝２０の前方フランク２１上を滑る。このとき、ねじスパイラル３０は、好ましくは可逆的に、長手方向軸１００に対して径方向外向きに移動し、基板９０と形状的な噛み合いを維持する。その結果、負荷能力は最大限維持され得る。螺旋状の溝２０の前方フランク２１の部分フランク角α_ｆが、ねじスパイラル３０の後方外側フランク３４の部分フランク角δ_ｒより大きく選択されていること（α_ｆ＞δ_ｒ）により、基板９０とねじスパイラル３０の接触面から、ねじスパイラル３０とシャンク１０の接触面へ、相対移動が適切に転移され得る。

Claims (6)

1. 前方領域に基板（９０）の孔への導入のための先端（１１）を、後方領域にトルク伝達のための駆動部（１２）を、さらに、螺旋状の溝（２０）を、それぞれ備えるシャンク（１０）と、前記螺旋状の溝（２０）内に嵌め込まれるねじスパイラル（３０）とを備え、前記螺旋状の溝（２０）は、前方フランク（２１）及び当該前方フランク（２０）と対向する後方フランク（２２）を備え、前記螺旋状の溝（２０）の前記前方フランク（２１）は、少なくとも一部において、前記螺旋状の溝（２０）の前記後方フランク（２２）とは異なる部分フランク角（α）を有することを特徴とするねじ形成ボルト。
2. 前記螺旋状の溝（２０）の前記前方フランク（２１）の前記部分フランク角（αｆ）は、少なくとも５°、好ましくは少なくとも１０°、前記螺旋状の溝（２０）の前記後方フランク（２２）の前記部分フランク角（αｒ）から異なっていることを特徴とする請求項１に記載のボルト。
3. 前記螺旋状の溝（２０）の前記前方フランク（２１）は、少なくとも一部において、前記螺旋状の溝（２０）の前記後方フランク（２２）より大きな部分フランク角（α）を有することを特徴とする請求項１または２に記載のボルト。
4. 前記ねじスパイラル（３０）は、間にねじ尖端（３８）が形成された２つの外側フランク（３３，３４）を備え、前記２つの外側フランク（３３，３４）は異なる部分フランク角を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のボルト。
5. 前記ねじスパイラル（３０）は、前記螺旋状の溝（２０）に沿って動き得るように、前記螺旋状の溝（２０）に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のボルト。
6. 前記ねじスパイラル（３０）は、前記シャンク（１０）の前記先端（１１）において、前記シャンク（１０）に軸方向に固定されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のボルト。

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