(57)【要約】【解決手段】ネジファスナおよびワークピースの中の相補的なネジ穴と併用するための、特定の多角形断面を有する一体型の巻きワイヤからなるプリロードロッキングワイヤインサートであって、ファスナのネジ山をワークピース内の穴のネジ内壁に対抗して所定位置にロックする傾斜表面を提供するワイヤインサートが提供される。さらなる一実施形態は、特徴的なロッキング形態をなおも保持しつつ、向きに関係なくいずれの方向にもワイヤインサートを穴の中へとねじ込み可能にする。【選択図】５Ａ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ネジファスナ、およびワークピース内部にネジ切りされた相補的なネジ穴と組み合わせて用いられ、前記ネジファスナを前記穴の中へとロックする、プリロードロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
前記ファスナのネジ山のピッチおよび前記ネジ穴のネジ山のピッチと相補的なピッチを有する巻きワイヤを備え、前記インサートは、７角の多角形断面を有し、
前記インサートが前記穴の中へとねじ込まれるとき、前記ワイヤの２つの略収束端は、前記ワークピースの前記ネジ穴の内側ネジ山の山頂と谷底との間の上側側面および下側側面の両方に同時的にすべり接合し、半径方向に内向きに伸びる少なくとも２つの略収束端は、前記ネジファスナのネジ山と噛み合い式に相互作用し、前記内向き収束端は、前記ファスナ上の２つの隣り合うネジ山間の発散角度未満の収束角度を有するので、前記ファスナが前記穴の中へとねじ込まれる間、前記ファスナによって捻り力の閾値が満たされるまでは、前記インサートの下側内向き収束端と、前記ファスナの外側ネジ山の頂と谷との間の上側側面との間に小さな隙間が得られる一方で、前記ファスナ上の外側ネジ山の山頂と谷底との間の下側側面は、前記インサートの上側内向き収束端にすべり接合し、前記ファスナの挿入中における追加の捻り力は、前記ファスナに加えられる追加の捻り力により前記ファスナおよび前記インサートをそれ以上移動しなくなる位置まで、前記ファスナ上の前記外側ネジ山の山頂によって前記ファスナの前記下側内向き収束端を上昇させる、ワイヤインサート。
【請求項２】
請求項１に記載のプリロードロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
一方向性であり、前記ネジ穴の中への挿入のために、一端に近接した駆動ノッチを有するワイヤインサート。
【請求項３】
請求項１に記載のプリロードロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
双方向性であり、前記穴の中へといずれの方向にもねじ込み可能であるワイヤインサート。
【請求項４】
請求項３に記載のプリロード双方向性のロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
ステンレス鋼、インコネル、リン青銅、銅、またはチタンの少なくとも１つで形成されるワイヤインサート。
【請求項５】
請求項１に記載のプリロードロッキングヘリカルワイヤインサートであって、さらに、
少なくとも１つのロッキングコイルを備え、前記ロッキングコイルは、略六角形を有する１つの完全な前記インサートのらせんを含み、前記ファスナおよび前記ネジ穴に対する圧力点を増加させる、ワイヤインサート。
【請求項６】
請求項３に記載のプリロード双方向性のロッキングヘリカルワイヤインサートであって、さらに、
少なくとも１つのロッキングコイルを備え、前記ロッキングコイルは、略六角形を有する１つの完全な前記インサートのらせんを含み、前記ファスナおよび前記ネジ穴に対する圧力点を増加させる、ワイヤインサート。
【請求項７】
請求項６に記載のプリロード双方向性のロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
ステンレス鋼、インコネル、リン青銅、銅、またはチタンの少なくとも１つで形成されるワイヤインサート。
【請求項８】
請求項７に記載のプリロード双方向性のロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
前記ネジ穴の中へとねじ込み式にロックされるやいなや取り外し可能であるワイヤインサート。
【請求項９】
ネジファスナ、およびワークピース内部にネジ切りされた相補的なネジ穴と組み合わせて用いられ、前記ネジファスナを前記穴の中へとロックする、プリロードロッキングヘリカルワイヤインサートを製造する方法であって、
（ａ）ワイヤを提供するステップと、
（ｂ）前記ワイヤを、押し出し成形を通じて７角の多角形断面を有するワイヤに成形するステップと、
（ｃ）前記ワイヤを所定のピッチに巻くステップと、
を備える方法。
【請求項１０】
請求項８に記載のプリロードロッキングヘリカルワイヤインサートを製造する方法であって、さらに、
前記ワイヤを巻くステップの最中に、少なくとも１つの完全な前記ワイヤインサートのらせんを構成する前記ワイヤの所定の長さ内に複数の回り止めをコールドスタンピングし、少なくとも１つの略多角形の、ファスナプリベリングトルク形ロッキングコイルを形成するステップを備える方法。
【請求項１１】
請求項７に記載のプリロード双方向性のロッキングヘリカルワイヤインサートであって、
銀、カドミウム、または固体潤滑膜の少なくとも１つでコーティングされるワイヤインサート。
【請求項１２】
請求項１０に記載のプリロードロッキングヘリカルワイヤインサートを製造する方法であって、さらに、
前記ワイヤインサートを銀、カドミウム、または固体潤滑膜の少なくとも１つでコーティングするステップを備える方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ファスナインサートに関するものであり、より具体的には、ステンレス鋼またはその他の金属合金などの硬化材料で形成され、ネジ切りされた穴の中で用いられる、プリロードロッキングインサートに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本章の記述は、本開示に関する背景情報を提供するに過ぎず、従来技術を構成するものではない。ファスナアセンブリは、様々な形状、大きさ、設計、および材料で形成される。ファスナアセンブリの多くは、ボルト、ピン、またはネジなどのファスナを含むのみならず、ネジ切りされた穴の中に配置されるファスナインサートも含む。ネジファスナとの使用に役立つファスナインサートの一具体的タイプは、例えば、「Wire Coil Screw Thread Insert for Molded Material （成形材料のためのワイヤコイルネジインサート）」と題された米国特許第２，６７２，０７０号に記載されるような、らせん状に巻かれたワイヤインサートである。
【０００３】
概して、ネジ切りされたネジ山は、このようならせん状に巻かれたワイヤインサートの固有の強度ゆえに強化される。
【０００４】
これらのネジインサートの利用にかかわらず、米国特許第４，０７６，０６４号および第４，１７１，０１２号に記載されるように、特定のロッキングネジ構成を用いれば、ネジ切りされた穴の中におけるネジファスナの係合の追加のロッキング性能を向上させることが可能である。これらの従来技術のロッキングネジ設計は、より長い係合長さにわたっていっそう均一に負荷を分散させるため、傾斜したネジ形態を効果的に用いている。
【０００５】
従来技術は、広範囲に及ぶ様々なワイヤインサートの概念を開示しているが、いずれも、ファスナおよびネジ穴の強度の増大という効果を得るためにロッキングネジ形態を採用することについては教示も示唆もしていない。さらに、プリロードロッキングワイヤインサートの分野では、本明細書において開示されるワイヤインサートに対するロッキング能力をなおも保持しつつ、向きに関係なくいずれの方向にもインサートを挿入可能にすることが欠落している。
【発明の開示】
【０００６】
したがって、本発明の目的は、公知の自動ロッキング結合よりも信頼性の高い、新規でかつ改善された自動ロッキングネジ結合を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の一実施形態のさらなる目的は、ネジ穴の中へと一方向に挿入されるように設計され、所定の係合長さにわたっていっそう均一に負荷を分散させる、プリロードロッキングワイヤインサートを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の一実施形態のさらなる目的は、その内部でファスナをなおも固定可能でありつつ、向きに関係なくネジ穴の中へといずれの方向にも挿入可能である、プリロードロッキングワイヤインサートのさらなる一実施形態を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらなる一目的は、挟み込みされた一連のコイルによって形成された低減された断面を有し、ネジ穴の中に配されたときにネジ穴内においてネジファスナのプリベリングトルク能力を可能にする、ヘリカルネジインサートを提供することにある。
【００１０】
本発明のさらなる一目的は、切削または類似の行為によって装着時にワークピースを損傷させることのないようにすることにある。
【００１１】
本発明のこれらのおよびその他の利点は、以下に提供される図面および本発明の詳細な説明から明らかになるであろう。以下に提供される図面および本発明の詳細な説明では、ネジファスナおよび材料内の相補的なネジ穴と併用するためのプリロードロッキングワイヤインサートであって、特定の多角形断面を有する押し出し成形された一体型の巻きワイヤからなるプリロードロッキングワイヤインサートを説明している。ここで、ワイヤインサートは、雄型ファスナのネジ山を所定の材料内の穴のネジ内壁に対抗して所定位置にロックする傾斜表面を提供する。さらなる一実施形態では、特定の断面は、特徴的なロッキング形態をなおも保持しつつ、向きに関係なく穴の中へといずれの方向にもワイヤインサートをねじ込み可能にする。
【００１２】
これらの他の実施形態に詳述されるように、本発明は、ワイヤインサートの長さに沿って配置された、装着補助用ノッチおよび／または１つもしくは複数のプリベリングトルク形ロッキングコイルなどの特徴を含有することが可能である。これは、ネジ穴内においてファスナのさらなる固定を可能にする。
【００１３】
本明細書において提供される説明から、さらなる応用分野が明らかになる。説明および具体例は、例示のみを目的としていること、そして本開示の範囲を限定することを意図していないことを理解されるべきである。
【００１４】
本明細書において説明される図面は、例示のみを目的としており、いかなるかたちによる本開示の限定も意図していない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下の説明は、単に代表的な性質のものであり、本開示、応用、または使用を限定することを意図していない。図面全体を通して、対応する参照符号は、類似のまたは対応する部品および特徴を示していると理解されるべきである。
【００１６】
次に、図面を参照する。とりわけ、組み立て前の時点におけるプリロードロッキングワイヤインサート２０、ネジファスナ１０、および所定のワークピース１４内の受け穴１５を示された図１を参照する。その内部でロッキングインサートを用いることができる受け穴１５は、任意のタイプの媒体内にあることが可能であるが、本明細書では、一般に、アルミニウム、チタン、またはそれらの合金鋼について議論される。受け穴１５は、その内壁内に、ワイヤインサート２０およびネジファスナのネジ軸１２のピッチに対応する一連のネジ山１６をくり抜かれてある。この図に例示され、なおかつ図１１Ａおよび図１１Ｂにさらに詳しく図示されるように、ワイヤインサート２０をファスナ１０および穴１５に対していずれの方向に向かせることも可能にする本発明の一実施形態が示されている。
【００１７】
図２に例示されるように、従来技術のワイヤインサート１７は、一般に、ひし形で構成された対称的な断面を有する。これらのファスナは、ファスナをワークピース１４に固定するのを補助することが可能であるが、本発明の特定の設計によって可能となる追加のロッキング特徴を提供することはできず、したがって、本発明によって達成される目的を実現することはできない。
【００１８】
図３および図４に示されるように、本発明の他の実施形態は、ワイヤインサート２０の一端または両端に近接したノッチ２２を含むことが可能である。このノッチは、雄型ネジファスナの装着に先立って、ワイヤインサートをワークピースの穴内に簡単に装着することを可能にする。一連のコイル２４は、インサート２０を用いる特定の応用に応じて任意の数で構成されてよく、これらのコイル２４は、穴１５内のネジ山１６およびファスナ１０上のネジ山１２のピッチに対応した特定のインサート２０ピッチを実現するために、連続的に旋回される。
【００１９】
次に、プリロードロッキングワイヤインサート２０の断面を示された図５、図６、および図７をあわせて参照する。これらの図には、インサート２０のロッキング能力を得られる特定の設計が示されている。巻きに先立つ時点では、インサートは、図６に示されるように、ロール押し出し成形プロセスによるワイヤの押し出しによって形成された略長方形の断面２１である。ワイヤが押し出されると、今度は、ワイヤを巻くことによって、図７に示されるようなインサート２０の特徴的最終断面が形成され、図５に例示された仕上がりが得られる。押し出し成形プロセスおよび巻きプロセスは、上側ネジ表面２５と、下側ネジ表面２６と、外径２７と、下側ファスナ共動内面２８と、上側ファスナ共動内面２９とを含む、インサート２０の特徴的断面を得る。
【００２０】
プリロードロッキングワイヤインサート２０の特定の配置は、図８において、ワークピース１４の穴１５内の所定位置に示すことができる。穴１５の内壁は、その内部にくり抜かれたまたは成形された複数のネジ山１６を含む。各ネジ山１６は、下側勾配付き表面１９と、上側勾配付き表面１８とを含む。穴１５にインサート２０が挿入されると、インサート２０の各コイル２４の上側ネジ表面２５は、ネジ山１６の上側勾配付き表面１８と共動し、下側ネジ表面２６は、下側勾配付き表面１９と共動し、そうして、穴１５内においてインサート２０の止まり嵌めが形成される。
【００２１】
次に、図９および図１０を参照する。これらの図は、ファスナをインサート２０内の所定位置にロックするためにネジファスナ１０を部分的に挿入した様子、および完全に挿入して締め付けた様子をそれぞれ示している。ワイヤインサート２０が既に穴１５内の所定位置にある状態で、ファスナ１０は、インサート内にねじ込まれる。そうすると、ファスナ１０のネジ山１２の上側ネジ表面１２０は、図９に示されるように、インサートの上側ファスナ共動内面２９とすべり係合する。ネジ山１２の上側ネジ表面１２０と、インサートの下側ファスナ共動表面２８との間には、小さな隙間３４が残される。これは、ファスナ１０が所定位置にロックされていないことを示しており、インサートへのファスナの挿入をゆるめることをさらに可能にする。図１０に示されるように、ファスナ１０が完全に挿入されると、今後は、ファスナヘッド１１への追加のトルク付与が、ネジ山１２の上側ネジ表面１２０からインサートの下側ファスナ共動表面２８へと及ぼされる上向きの力によってファスナを所定位置にロックする。下側ファスナ共動表面２８に対する上側ネジ表面１２０の傾斜の力は、インサート２０を半径方向外向きに突き出す力を形成し、これは、インサート２０をワークピース１４の中の穴１５のネジ山１６内に摩擦によってロックする。
【００２２】
所定位置に完全にロックされたとき、ネジ山１２の下側ネジ表面１２２とインサートの上側ファスナ共動表面２９との間には、小さな隙間３６が残される。この実施形態のワイヤインサート２０は、その設計のロッキング特徴を保持しつつ、穴の中へといずれの向きに挿入することも可能であるので、ワイヤインサートの上側表面および下側表面を示した数字２９，２８は、穴の内側のネジ山１６の表面およびファスナ１０のネジ表面との相互作用との関連で逆転可能であることを、改めて述べておくべきである。
【００２３】
図５Ａおよび図５Ｂには、標準的コイル２４の間に少なくとも１つのプリベリングトルク形ロッキングコイル３０を配置可能である本発明のさらなる一実施形態が示されている。これらのプリベリングトルク形ロッキングコイル３０は、ワイヤインサートの押し出し成形後、巻きの最中または後に形成されるものであり、挟み込みされた一連の隅３２を含んでいる。これらの隅の間には、略直線状のワイヤ部位が形成される。これらの直線状部位は、ファスナのネジ山１２に対抗する追加の摩擦力を形成し、一方で、挟み込まれた隅３２は、穴１５の内壁に対抗する追加の摩擦力を形成する。こうして、概略を上述されたロッキング特徴と併せて、ワークピース１４の穴１５内におけるファスナ１０とインサート２０とのさらなる固定が達成される。
【００２４】
本発明のさらなる一実施形態では、ワイヤインサート２０が、装着に先立って、銀、カドミウム、または固体潤滑膜を非限定的に含む、１つまたは複数の材料でコーティング可能であることに留意するべきである。
【００２５】
発明の説明は、単に代表的な性質のものであり、したがって、発明の要旨から逸脱しない変形形態は、本発明の範囲内であるとされる。このような変形形態は、本発明の趣旨および範囲からの逸脱であるとはみなされない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ワイヤインサート、ネジファスナ、および受け穴の装着の向きを示した組み立て前の時点における斜視図である。
【図２】図１に類似した従来技術のワイヤインサート、ネジファスナ、および受け穴を示した組み立て後の時点における断面図である。
【図３】装着ノッチを具備したプリロードロッキングワイヤインサートを単体で示した斜視図である。
【図４】図３のロッキングワイヤインサートの底面図である。
【図５】事前装着式のロッキングワイヤインサートを単体で示した斜視図であり、ロッキング手段を提供するワイヤの断面が例示されている。
【図５Ａ】事前装着式のロッキングワイヤインサートを単体で示した斜視図であり、関連の複数のプリベリングトルク形ロッキングコイルを例示している。
【図５Ｂ】図５Ａのプリベリングトルク形ロッキングリング要素を上から見た図である。
【図６】巻きに先立つ時点における押し出し成形されたワイヤインサートの断面図である。
【図７】巻き後におけるワイヤインサートの断面図であり、ワイヤインサートのロッキング設計を得られている。
【図８】ワークピースの中のネジ穴内に配置されたプリロードロッキングワイヤインサートの部分断面図である。
【図９】ワークピースの中のネジ穴内に配置されたプリロードロッキングワイヤインサートを、締め付け前のネジファスナと併せて示した部分側断面図である。
【図１０】ワークピースの中のネジ穴内に配置されたプリロードロッキングワイヤインサートを、締め付けによって所定位置にロックされた後のネジファスナと併せて示した部分側断面図である。
【図１１Ａ】装着ノッチを具備した双方向性のプリロードロッキングワイヤインサートを単体で示した斜視図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの双方向性のロッキングワイヤインサートの側断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【国際調査報告】
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