JP6743058B2 - 軽量締結具設計 - Google Patents

Description

関連の出願の相互参照
本開示は、２０１５年２月２６日に出願された米国仮特許出願第６２／１２１，４６５号、および２０１５年１１月１２日に出願された米国実用出願連続番号第１４／９３９，１９０号の利益を主張し、ここにその全体が引用により援用される。

技術分野
本開示は、一般に、部品の固定において使用される新しい締結具設計に関し、特に、より少ない材料を使用し、より低価格で、効率的なトルク伝達ヘッド設計を提供する、部品の固定において使用される新しい締結具設計に関する。

発明の背景
一般的な種類の締結具の１つに、「六角頭」設計として知られる種類がある。図１は、参照番号１０で略示される、例示的な周知の「六角頭」締結具を示す。周知の通り、この種類の締結具１０は、駆動トルクを印加して締結具を処理対象物（図示せず）に挿入可能な六角形のヘッド１２を使用している。一般に、これらの締結具１０は、締結具の処理対象物への挿入を助けて固定するためのねじ山１４を備える。

従来の六角頭設計はそれらの意図された目的には有効だが、重量に関しては最適化されていないため、過剰設計されている。周知のように、通常の六角頭では、トルクの印加のために六角形の各部分の極めて小さな一部のみを使用可能である。より詳細には、周知のように、締結具の取付けにおいて、標準的な六角ソケットは、印加されたトルクを従来の六角頭の締結具に、締結具ヘッドの平らな部分上の６つの接点を通じて伝達する。これは、六角頭を駆動するために使用される工具が、同様に六角形の締結具ヘッドに係合するための容器を備えていることによる。この工具の内部六角形は、（頭合わせの間にヘッドを自由にすべらせるために）締結具の六角頭よりもわずかに大きな寸法を有し得るため、工具は、初期駆動の間に締結具の六角形に接触する前にわずかに回転可能である。

周知のように、厳しくなりつつあるＥＰＡ規制、詳細には、自動車産業におけるＣＡＦＥ規制を満たすために、ＯＥＭは、より軽量の自動車を求めて絶え間なく努力している。自動車がより軽量になると、燃費効率が向上し得る。より軽量の自動車の実現のために、ＯＥＭは、より軽量の部品を設計するように部品製造業者に常に促している。ほとんどの自動車は多数の締結具を使用するので、締結具の質量および／または重量の削減は、自動車の重量を大幅に節約し、その結果、燃費効率を改善する可能性を有している。

本開示の概要
したがって、本開示の態様は、先行技術の従来の六角頭締結具と比較して質量を削減した、改良された締結具設計を提供することである。

関連した態様は、先行技術の従来の六角頭締結具と比較して質量が少ない、自動車用途において使用される改良された締結具設計を提供することである。

本開示の別の態様は、先行技術の従来の六角頭締結具と比較してコストが削減された、改良された締結具設計を提供することである。

本開示のさらに別の態様は、効率的なトルク印加能力をもたらす、改良された締結具設計を提供することである。

本開示のさらに別の態様は、燃費効率の改善につながり得る、自動車用途のための改良された締結具設計を提供することである。

本開示の上述のおよび他の態様によると、改良された締結具設計が提供される。締結装置は、第１の端部と第１の端部から離れて配設された第２の端部とを有する軸部を備える。締結装置は、軸部の第２の端部に隣接して配設された頭部を備える。締結装置の頭部は、軸部の第２の端部に隣接する下部外周と、下部外周から離れて配設された上部外周と、下部外周と上部外周との間に延在する本体部とを備える。頭部は、標準的な六角形状ソケットに係合するように構成されている。頭部の下部外周は略六角形状を有し、上部外周は下部外周とは異なる形状を有する。

本開示の他の態様は、添付の図面とともに以下の詳細な説明を検討すると容易に理解され得る。

先行技術に係る六角頭形状を有する締結装置の斜視図である。 本開示の一態様に係る締結装置の斜視図である。 図２の締結装置の上面図である。 図３の締結装置を線４−４に沿って見た断面図である。 本開示の別の態様に係る締結装置の斜視図である。 図５の締結装置の上面図である。 図６の締結装置を線７−７に沿って見た断面図である。 本開示の一態様に係る締結装置の頭部と六角ソケットとの間におけるトルクの伝達を示す模式図である。 本開示の一態様に係る締結装置を形成する方法を示す図である。 本開示の一態様に係る締結装置を形成する方法を示す図である。 本開示の一態様に係る締結装置を形成する方法を示す図である。 本開示の一態様に係る締結装置を形成する方法を示す図である。

本開示の詳細な説明
本開示は、対象物を互いに固定するための締結装置２０に関する。一態様によると、自動車産業では、開示された締結装置２０を使用して対象物を固定することが可能である。締結装置２０は、さまざまな他の産業で使用可能であることが理解されるであろう。また、締結装置２０を使用してさまざまな対象物を互いに固定できることも理解されるであろう。締結装置２０はボルトであり得るが、さまざまな他の好適な締結具として構成され得る。

一態様によると、および、図２〜図４を参照すると、締結装置２０は一般に、軸部２２と、フランジ部２４と、頭部２６とを備え得る。図示されるように、軸部２２は、第１の端部２８と第１の端部２８から離れて配設された第２の端部３０との間で、軸Ａに略沿って延在し得る。一態様によると、第１の端部２８は略平面な形状を有し得る。しかしながら、第１の端部２８は、丸みのある形状、先のとがった形状、または凹形状など、さまざまな異なる形状または構成を有し得ることが理解されるであろう。さらに別の態様によると、締結装置２０は、第１の端部２８と第２の端部３０との間の軸部２２の外面の周囲に形成された、らせん状のねじ山３２を備え得る。周知の通り、ねじ山は、処理対象物において締結装置を所定の位置に保持する際に役立ち得る。別の態様によると、軸部２２は、第２の端部３０に隣接する拡大肩部３４を備え得る。拡大肩部３４は、締結装置２０のためにせん断強度を強化し得る。また、拡大肩部３４は、対をなす部品を分離させるように働き得る。軸部２２はさまざまな異なる構成を有し得、具体的に図示または説明されていない他の特徴を有し得ることが理解されよう。

他の態様によると、フランジ部２４は円い形状の断面を有し得、軸部２２の第２の端部３０に、またはそれに隣接して配設することができる。フランジ部２４は、軸Ａに対して横方向の平面に沿った台地を呈し得る。フランジ部２４は、楕円形を含むさまざまな異なる形状を有し得る。

さらに別の態様によると、頭部２６は、フランジ部２４の上面３６から離れて軸方向に延在し得る。図示されるように、頭部２６は、略円形状の断面を有する凹部４０を備える頂面３８を有し得る。凹部４０は、軸部２２に向かって頂面３８内へ軸方向に延在し得る。凹部４０は、さまざまな異なる形状を有し得ることが理解されるであろう。一態様によると、頭部２６は、フランジ部２４と頂面３８との間に延在する本体部４２を備え得る。別の態様によると、頭部２６は略六角形状を有し得る。しかしながら、頭部２６はさまざまな異なる形状を有し得ることが理解されるであろう。さらに別の態様によると、本体部４２は、６つの下角部４４と、これらの下角部４４間に延在する６つの下縁端部４６とによって一般に画定され得る。一態様によると、本体部４２は、互いに間隔をあけて平行な関係にある下縁端部４６のうちの１つから離れて軸方向に延在する側壁４８の対も備え得る。一態様によると、側壁４８の各々は、上面３６で下角部４４の対と軸方向に並んだ上角部５０の対応する対において終端し得る。さらに別の態様によると、部分側面５２の対は、上角部５０の各々から離れて、かつ、側壁４８の対のうちの隣接する１つから離れて延在し得る。部分側面５２は、下角部４４のうちの１つで互いに向かって収束し、かつ合流し得る。部分側面５２は、湾曲してまたは線状に収束し得る。部分側面５２は、その間に面取り壁５４を画定し得、面取り壁５４は、１つのアーチ状の表面として構成されてもよい。しかしながら、面取り壁５４は、さまざまな異なる形状をとり得る。

図５〜図７は、本開示の別の態様に係る締結装置１００を示す。締結装置１００は、一般に、軸部１０２と、フランジ部１０４と、頭部１０６とを備え得る。図示されるように、軸部１０２は、第１の端部１０８と第１の端部１０８から離れて配設された第２の端部１１０との間で、軸Ａに略沿って延在し得る。一態様によると、第１の端部１０８は、略平面形状を有し得る。しかしながら、第１の端部１０８は、丸みのある形状、先のとがった形状、または凹形状など、さまざまな異なる形状または構成を有し得ることが理解されるであろう。さらに別の態様によると、締結装置１００は、第１の端部１０８と第２の端部１１０との間の軸部１０２の外面の周囲に形成されたらせん状のねじ山１１２を備え得る。別の態様によると、軸部１０２は、第２の端部１１０に隣接する拡大肩部１１４を備え得る。拡大肩部１１４は、締結装置１００のためにせん断強度を強化し得、また、部品をある程度距離を隔てて固定された状態に保つよう作用し得る。軸部１０２はさまざまな異なる構成を有し得、具体的に図示または説明されていない他の特徴を有し得ることが理解されるであろう。

他の態様によると、フランジ部１０４は円形状の断面を有し得、軸部１０２の第２の端部１１０に、またはそれに隣接して配設することができる。フランジ部１０４は、軸Ａに対して横方向の平面に沿った台地を呈し得る。フランジ部１０４は、楕円形を含むさまざまな異なる形状を有し得る。

さらに別の態様によると、頭部１０６は、フランジ部１０４の上面１１６から離れて軸方向に延在し得る。図示されるように、頭部１０６は、略円形状の断面を有する凹部１２０を備える頂面１１８を有し得る。凹部１２０は、軸部１０２に向かって頂面１１８内へ軸方向に延在し得る。凹部１２０は、さまざまな異なる形状を有し得ることが理解されるであろう。一態様によると、頭部１０６は、フランジ部１０４と頂面１１８との間に延在する本体部１２２を備え得る。別の態様によると、頭部１０６は略六角形状を有し得る。しかしながら、頭部１０６はさまざまな異なる形状を有し得ることが理解されるであろう。さらに別の態様によると、本体部１２２は、６つの下角部１２４と、これらの下角部１２４間に延在する６つの下縁端部１２６とによって一般に画定され得る。一態様によると、本体部１２２は、互いに間隔をあけて平行な関係にある下縁端部１２６のうちの１つから離れて軸方向に延在する側壁１２８の対を備え得る。一態様によると、側壁１２８の各々は、上面１１６で下角部１２４の対と軸方向に並んだ上角部１３０の対において終端し得る。さらに別の態様によると、部分側面１３２の対は、上角部１３０の各々に隣接する遠位端１３４から離れて延在し得、下角部１２４のうちの１つで互いに向かって収束し、かつ合流し得る。上角部１３０に対する遠位端１３４の位置は、当然異なっていてもよい。部分側面１３２は、湾曲してまたは線状に収束し得る。部分側面１３２は、その間に面取り壁１３８を画定し得る。一態様によると、面取り壁１３８の対は、対象処理物を締めている、および、緩めている間の締結装置２０の構造的な一体性を維持しつつ、遠位端１３４の対から略Ｖ形状の基部の下角部１２４のうちの１つまで延在して締結装置２０の質量を減らし得る。面取り壁１３８は、図示されるようにアーチ状または湾曲状でもよい。しかしながら、面取り壁１３８はさまざまな異なる形状をとり得る。

下角部１２４および下縁端部１２６によって画定される本体部１２２の下部外周は六角形を画定し得る一方で、上角部１３０および上縁端面によって画定される上部外周は異なる形状を画定し得ることが理解されるであろう。下部外周は、上部外周よりも大きな寸法を有し得、重量を大幅に削減することが可能である。

図８を参照すると、および、一態様によると、締結装置１００を挿入する（締める）、または取り外す（緩める）間、容器１６０を有するソケット１５０を、締結装置１００の頭部１０６の上に配設し得る。別の態様によると、ソケット容器１６０は、頭部１０６の六角形状に概ね対応する六角形状を有し得る。しかしながら、ソケット容器１６０は、頭部１０６の上で挿入されるように、それよりもわずかに大きく形成され得る。動作中は、締結装置１００を締める、または緩めるよう、ソケット容器１６０と頭部１０６との間に合計４つの接点が存在する態様で、ソケット容器１６０は、側壁１２８と上角部１３０に隣接する部分側面１３２との組み合わせに係合し得る。一態様によると、開示されたヘッド設計により、ボルト性能を損なうことなく、締結具頭部１０６の平坦な表面に沿った４つの別々の接点１５２、１５４、１５６、１５８によって、ソケット１５０から締結具へ印加モーメントを伝達可能である。一態様によると、面取り壁１３８の形状、および２つの対向する従来の六角形の角部の位置に対応する場所で互いに対向する場所は、以下で論じるように、頭部１０６の形状を冷間形成する際に役立ち得る。

図９Ａ〜図９Ｄは、本開示の一態様に係る締結装置１００を形成する方法を模式的に示す図である。一態様によると、締結装置１００は、冷間形成シーケンスによって形成され得る。しかしながら、さまざまな他の好適な形成プロセスを用いることが可能であることが理解されよう。従来の六角頭締結具を形成するための従来のプロセスと異なる例示的な冷間形成プロセスによると、ワイヤブランク２００が最初に設けられる。図９Ａに模式的に示すように、ワイヤブランク２００を、参照番号２０２で略示すように、最終的に締結具がさらに別の処理に適切な量になるように切断してもよい。さまざまな切断プロセスを用いることが可能であることが理解されるであろう。この態様によると、図９Ｂに模式的に示すように、円錐アプセット２０４をブランク２００に形成し得、これは、ブランク２００の直径を大きくするよう働くことが可能である。

図９Ｃに示すように、所望の形状を有する頭部１０６を形成可能である。一態様によると、頭部１０６は、従来の六角頭設計と異なる形状を有し得る。具体的に、パンチ側ダイを構成して、ここで図示および説明される例示的な態様のうちの１つに一致した頭部アプセット加工２０６を提供することが可能である。より具体的に、パンチ側ダイは、４つの接点を有する六角頭設計を有する幾何学形状を有する頭部アプセットを提供するよう構成可能である。図９Ｄに示す態様によると、軸部１０２はその後押し出し成型を経て、参照番号２０８で略示すように、所望のサイズおよび形状の締結装置１００を形成し得る。

一態様によると、締結装置１００は、低炭素、ボロン、および合金鋼材料から形成され得るが、アルミニウムを含むさまざまな他の好適な材料も使用可能である。

ここで説明された実施形態の明細書および図面は、さまざまな実施形態の構造の一般的な理解をもたらすことを意図されたものである。明細書および図面は、ここで説明された構造を使用する装置またはシステムの構成要素および特徴または方法の全ての網羅的および包括的な説明に役立つことを意図されたものではない。本開示を考察すると、当業者にとって多くの他の実施形態が明らかとなろう。本開示の範囲から逸脱しない範囲で、構造的な代替、論理的な代替、または他の変更が可能となるように、他の実施形態を使用すること、および、他の実施形態を本開示から導き出すことが可能である。したがって、本開示は発明を制限するものではなく、例示的なものであるとみなされるべきである。

理解しやすいように、特定の特徴がここでは別々の実施形態の文脈で説明されているが、１つの実施形態にまとめられていてもよい。逆に、簡潔にするために、１つの実施形態の文脈で説明されたさまざまな特徴を、別々に設けても、または組み合わせてもよい。また、ある範囲において説明された値の言及は、その範囲内の全ての値を含む。

利点、その他の長所、および問題の解決策を特定の実施形態について説明したが、利点、長所、または解決策をもたらし得る、またはそれらをより顕著にし得る利点の長所、問題の解決策、およびあらゆる特徴は、いずれかまたは全ての請求項の重要な、必須の、または本質的な特徴と解釈されるべきではない。

上記で開示された主題は、本発明を制限するものではなく例示的なものであるとみなされるべきであり、特許請求の範囲は、本発明の範囲に該当する全ての変形例、改善例、および他の実施形態を含むことが意図されている。したがって、法律によって認められる可能な最大限の範囲において、本発明の範囲は特許請求の範囲およびそれらの均等物の最も広く許容される解釈によって決定されるべきであり、上記の詳細な説明によって制限されるべきではない。

ほんのわずかな例示的な実施形態について説明を詳細に行なったが、当業者であれば、本開示の実施形態の新規性のある教示および利点から実質的に逸脱することなく、例示的な実施形態で可能な多くの変形例が可能であると容易に理解するであろう。したがって、全てのそのような変形例は特許請求の範囲で規定される本開示の実施形態の範囲内に含まれることが意図されている。特許請求の範囲では、ミーンズプラスファンクション節は列挙された機能を行なうとしてここで説明される構造を含むことが意図されており、構造的な均等物だけでなく均等な構造も含むと意図されている。

Claims (19)

1. 第１の端部と、前記第１の端部から離れて配設された第２の端部とを有する軸部と、
   頭部とを備え、前記頭部は、前記軸部の前記第２の端部に隣接して配設されており、標準的な六角形状ソケットに係合するように構成された複数の表面を含み、前記軸部の前記第２の端部に隣接する下部外周と、前記下部外周から離れて配設された上部外周と、前記下部外周と前記上部外周との間に延在する本体部とを有し、
   前記下部外周は、６つの下角部と６つの下縁端部とを有する略六角形状を有し、
   前記上部外周は、前記下部外周と異なる形状を有し、
   前記複数の表面は、標準的な六角形状ソケットと４つの接点を有するように構成されており、
   前記複数の表面は、各々標準的な六角形状ソケットとの１つの接点として作用する、対向する側壁の対を備え、
   前記本体部は、前記対向する側壁の対のうちの１つの側壁から離れて延在する部分側面を含む、締結装置。
2. 前記本体部は、前記対向する側壁の対のうちの１つの側壁から離れて延在する第１の部分側面と、前記対向する側壁の対のうちの他方の側壁から離れて前記第１の部分側面に向けて延在する第２の部分側面とを含む第１の側を有し、
   前記第１の部分側面と前記第２の部分側面とは、第１の下角部で交わり、
   前記本体部の前記第１の側の前記第１の部分側面または前記第２の部分側面は、六角形状ソケットとの第３の接点として作用する、請求項１に記載の締結装置。
3. 前記本体部は第２の側を有し、前記第２の側は、前記第１の側に対向し、前記対向する側壁の対のうちの１つから離れて延在する第１の部分側面と、前記対向する側壁の対のうちの他方から離れて前記第１の部分側面に向けて延在する第２の部分側面とを備え、
   前記第１の部分側面と前記第２の部分側面とは、前記第１の下角部と反対側の第２の下角部で交わり、
   前記本体部の前記第２の側の前記第１の部分側面および前記第２の部分側面のうちの１つは、六角形状ソケットとの第４の接点として作用する、請求項２に記載の締結装置。
4. 前記第１の部分側面は、第１の上角部に隣接して始まる、前記第１の下角部までの第１の部分面縁端を有し、前記第２の部分側面は、第２の上角部に隣接して始まる、前記第１の下角部までの第２の部分面縁端を有する、請求項２に記載の締結装置。
5. 前記第１の部分面縁端および前記第２の部分面縁端は、各々略アーチ形状を有する、請求項４に記載の締結装置。
6. 前記第１の部分面縁端及び前記第２の部分面縁端は、それらの実質的に全ての長さにわたって間隔をあけて設けられており、それらの間に面取り面を画定し、
   前記面取り面は、前記第１の部分側面の第１の外面および前記第２の部分側面の第２の外面に対して凹部をなしている、請求項５に記載の締結装置。
7. 前記面取り面は略凹面形状を有している、請求項６に記載の締結装置。
8. 前記第１の部分面縁端は前記第１の上角部から始まり、前記第２の部分面縁端は前記第２の上角部から始まる、請求項４に記載の締結装置。
9. 前記締結装置はさらに、前記第１の上角部から離れて延在し、第１の遠位端で終端する第１の上部縁端を備え、前記第１の部分面縁端は前記第１の遠位端から始まり、前記締結装置はさらに、
   前記第２の上角部から離れて延在し、第２の遠位端で終端する第２の上部縁端を備え、前記第２の部分面縁端は前記第２の遠位端から始まる、請求項４に記載の締結装置。
10. 前記軸部はその外面の周囲に形成された１つ以上のねじ山を備える、請求項１に記載の締結装置。
11. 前記頭部と前記軸部との間に配設されたフランジ部をさらに備える、請求項１に記載の締結装置。
12. 前記フランジ部は略楕円形状を有している、請求項１１に記載の締結装置。
13. 第１の端部と、前記第１の端部から離れて配設された第２の端部とを有する軸部と、
    前記軸部の前記第２の端部に隣接して配設された頭部とを備える、２つの構造物を互いに固定するために自動車において使用されるように構成された締結装置であって、
    前記頭部は、標準的な六角形状ソケットに係合するように構成された本体部を有しており、前記本体部は、標準的な六角形状とは異なる形状を有し、前記標準的な六角形状ソケットに係合するための４つの別々の接点を含み、
    前記頭部は、６つの下角部と実質的に等しい長さの６つの下縁端部とを備える略六角形状の下部外周を備え、
    前記頭部は、前記下部外周とは異なる形状を有する上部外周をさらに備え、
    前記本体部は、前記本体部の対向する側に配設された対向する側壁の対と部分側面の対とを備える複数の接触係合面を備える、締結装置。
14. 前記下部外周は前記上部外周よりも長い、請求項１３に記載の締結装置。
15. 前記本体部の第１の対向側が、対向する側壁の対のうちの１つの側壁から離れて延在する第１の部分側面と、前記対向する側壁の対のうちの他方の側壁から離れて延在する第２の部分側面とを備え、
    前記本体部の前記第１の対向側の前記第１の部分側面と前記第２の部分側面とは、互いに向かって収束して第１の下角部で交わる、請求項１３に記載の締結装置。
16. 前記本体部の第２の対向側が、前記対向する側壁の対のうちの１つの側壁から離れて延在する第１の部分側面と、前記対向する側壁の対のうちの他方の側壁から離れて延在する第２の部分側面とを備え、
    前記本体部の前記第２の対向側の前記第１の部分側面と前記第２の部分側面とは、互いに向かって収束して第２の下角部で交わる、請求項１５に記載の締結装置。
17. 前記第１の部分側面と前記第２の部分側面とは、それらの間に、前記第１の部分側面および前記第２の部分側面に対して凹部をなしている第１の面取り面を画定する、請求項１３に記載の締結装置。
18. 金属締結具を冷間成形する方法であって、
    前記金属締結具が形成される材料からなるワイヤブランクを設けることと、
    前記金属締結具の全体積に対応する長さに前記ワイヤブランクの一部分を切断することと、
    第２の端部に隣接する前記ワイヤブランクにおいて円錐アプセットを形成することと、
    前記第２の端部に頭部アプセット加工を行なって、標準的な六角形状ソケットと４つの接点しか有さない頭部を形成することと、を備え、前記頭部は、本体部を有し、前記本体部は、対向する側壁の対と、前記対向する側壁の対のうちの１つの側壁から離れて延在する部分側面を含み、前記方法はさらに、
    前記ワイヤブランクに押し出し成型を行なって軸部を形成することを備える方法。
19. 前記締結具の金属は、低炭素、ボロン、および合金鋼材料またはアルミニウムからなる群から選択される、請求項１８に記載の方法。

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