(57)【要約】  ねじ付き締結具の耐振動性を向上させる多点接触を提供し、それによってナイロンパッチなどの締結具コーティングの必要性を大幅に減少させる新しいねじ山輪郭が開示される。様々な実施形態において、ねじ付き締結具は、嵌合するねじ山の２点または３点に係合するように構成されたねじ付き部分を有してもよく、ねじ付き部分は、山頂部分、進み側フランク、少なくとも１つの谷底部分、及び追い側フランクによって画定されるねじ山を有し、それらの全てが法線軸に対してある角度で配向され得る。
2018526589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ねじ付き締結具であって、
第１の端部と、第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びるねじ付き部分と、を備え、
前記締結具が、前記締結具を通って前記第１の端部から前記第２の端部に延びる長手方向軸と、前記長手方向軸に垂直に延びる法線軸と、を有し、
前記ねじ付き部分が、順に、
前記長手方向軸に対して−５°〜＋２０°の角度で配向された山頂部分と、
前記法線軸に対して２０°〜４０°の角度で配向された進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して２２°〜３５°の角度で配向された谷底部分と、
前記法線軸に対して１５°〜２７°の角度で配向された追い側フランクと、によって画定されたねじ山を有する、ねじ付き締結具。
【請求項２】
ねじ付き締結具であって、
第１の端部と、第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びるねじ付き部分と、を備え、
前記締結具が、前記締結具を通って前記第１の端部から前記第２の端部に延びる長手方向軸と、前記長手方向軸に垂直に延びる法線軸と、を有し、
前記ねじ付き部分が、順に、
前記長手方向軸に対して−５°〜５°の角度で配向された山頂部分と、
前記法線軸に対して３０°〜４０°の角度で配向された進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して２２°〜３２°の角度で配向された谷底部分と、
前記法線軸に対して１７°〜２７°の角度で配向された追い側フランクと、によって画定されたねじ山を有する、ねじ付き締結具。
【請求項３】
前記ねじ山が、順に、
前記長手方向軸に対して−２．５°〜２．５°の角度で配向された前記山頂部分と、
前記法線軸に対して３２．５°〜３７．５°の角度で配向された前記進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して２４．５°〜２９．５°の角度で配向された前記谷底部分と、
前記法線軸に対して１９．５°〜２４．５°の角度で配向された追い側フランクと、によって画定される、請求項２に記載のねじ付き締結具。
【請求項４】
前記ねじ山が、順に、
前記長手方向軸に対して−１°〜１°の角度で配向された前記山頂部分と、
前記法線軸に対して３４°〜３６°の角度で配向された前記進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して２６°〜２８°の角度で配向された前記谷底部分と、
前記法線軸に対して２１°〜２３°の角度で配向された前記追い側フランクと、によって画定される、請求項２に記載のねじ付き締結具。
【請求項５】
前記ねじ山が、順に、
前記長手方向軸に対して約０°の角度で配向された前記山頂部分と、
前記法線軸に対して約３５°の角度で配向された前記進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して約２７°の角度で配向された前記谷底部分と、
前記法線軸に対して約２２°の角度で配向された前記追い側フランクと、によって画定される、請求項２に記載のねじ付き締結具。
【請求項６】
前記ねじ付き部分の前記山頂部分の大径が、前記第２の端部に隣接する前記ねじ付き部分の少なくとも最後の２回転にわたって約３０°先細になる、請求項２に記載のねじ付き締結具。
【請求項７】
前記ねじ付き部分がおねじ付きである、請求項２に記載のねじ付き締結具。
【請求項８】
前記ねじ付き部分がめねじ付きである、請求項２に記載のねじ付き締結具。
【請求項９】
前記第１の端部が、外部駆動表面を含む、請求項２に記載のねじ付き締結具。
【請求項１０】
前記第１の端部が、内部駆動表面を含む、請求項２に記載のねじ付き締結具。
【請求項１１】
前記第１の端部が、内部駆動表面を画定する前記ねじ付き締結具のシャンク内への凹部を含む、請求項２に記載のねじ付き締結具。
【請求項１２】
前記第１の端部が、複数の鋸歯を含む半径方向に延びる表面を含む、請求項２に記載のねじ付き締結具。
【請求項１３】
ねじ付き締結具であって、
第１の端部と、第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びるねじ付き部分と、を備え、
前記締結具が、前記締結具を通って前記第１の端部から前記第２の端部に延びる長手方向軸と、前記長手方向軸に垂直に延びる法線軸と、を有し、
前記ねじ付き部分が、順に、
前記長手方向軸に対して１０°〜＋２０°の角度で配向された山頂部分と、
前記法線軸に対して２０°〜３０°の角度で配向された進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して２５°〜３５°の角度で配向された谷底部分と、
前記法線軸に対して１５°〜２５°の角度で配向された追い側フランクと、によって画定されたねじ山を有する、ねじ付き締結具。
【請求項１４】
前記ねじ山が、順に、
前記長手方向軸に対して１２．５°〜１７．５°の角度で配向された前記山頂部分と、
前記法線軸に対して２２．５°〜２７．５°の角度で配向された前記進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して２７．５°〜３２．５°の角度で配向された前記谷底部分と、
前記法線軸に対して１７．５°〜２２．５°の角度で配向された前記追い側フランクと、によって画定される、請求項１３に記載のねじ付き締結具。
【請求項１５】
前記ねじ山が、順に、
前記長手方向軸に対して１４°〜１６°の角度で配向された前記山頂部分と、
前記法線軸に対して２４°〜２６°の角度で配向された前記進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して２９°〜３１°の角度で配向された前記谷底部分と、
前記法線軸に対して１９°〜２１°の角度で配向された前記追い側フランクと、によって画定される、請求項１３に記載のねじ付き締結具。
【請求項１６】
前記ねじ山が、順に、
前記長手方向軸に対して約１５°の角度で配向された前記山頂部分と、
前記法線軸に対して約２５°の角度で配向された前記進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して約３０°の角度で配向された前記谷底部分と、
前記法線軸に対して約２０°の角度で配向された前記追い側フランクと、によって画定される、請求項１３に記載のねじ付き締結具。
【請求項１７】
前記ねじ付き部分の前記山頂部分の大径が、前記第２の端部に隣接する前記ねじ付き部分の少なくとも最後の２回転にわたって約３０°先細になる、請求項１３に記載のねじ付き締結具。
【請求項１８】
前記ねじ付き部分がおねじ付きである、請求項１３に記載のねじ付き締結具。
【請求項１９】
前記ねじ付き部分がめねじ付きである、請求項１３に記載のねじ付き締結具。
【請求項２０】
前記第１の端部が、外部駆動表面を含む、請求項１３に記載のねじ付き締結具。
【請求項２１】
前記第１の端部が、内部駆動表面を含む、請求項１３に記載のねじ付き締結具。
【請求項２２】
前記第１の端部が、内部駆動表面を画定する前記ねじ付き締結具のシャンク内への凹部を含む、請求項１３に記載のねじ付き締結具。
【請求項２３】
前記第１の端部が、複数の鋸歯を含む半径方向に延びる表面を含む、請求項１３に記載のねじ付き締結具。
【請求項２４】
ねじ付き締結具であって、
第１の端部と、第２の端部と、前記第１の端部と前記第２の端部との間に延びるシャンクと、を備え、
前記締結具が、前記締結具を通って前記第１の端部から前記第２の端部に延びる長手方向軸と、前記長手方向軸に垂直に延びる法線軸と、を有し、
前記ねじ付き部分が、順に、
前記長手方向軸に対して−５°〜５°の角度で配向された山頂部分と、
前記法線軸に対して２５°〜３５°の角度で配向された進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して−５°〜５°の角度で配向された第１の谷底部分と、
前記長手方向軸に対して３５°〜４５°の角度で配向された第２の谷底部分と、
前記法線軸に対して１９°〜２９°の角度で配向された追い側フランクと、によって画定されたねじ山を有する、ねじ付き締結具。
【請求項２５】
前記ねじ山が、順に、
前記長手方向軸に対して−２．５°〜２．５°の角度で配向された前記山頂部分と、
前記法線軸に対して２７．５°〜３２．５°の角度で配向された前記進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して−２．５°〜２．５°の角度で配向された前記第１の谷底部分と、
前記長手方向軸に対して４７．５°〜４２．５°の角度で配向された前記第２の谷底部分と、
前記法線軸に対して２１．５°〜２６．５°の角度で配向された前記追い側フランクと、によって画定される、請求項２４に記載のねじ付き締結具。
【請求項２６】
前記ねじ山が、順に、
前記長手方向軸に対して−１°〜１°の角度で配向された前記山頂部分と、
前記法線軸に対して２９°〜３１°の角度で配向された前記進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して−１°〜１°の角度で配向された前記第１の谷底部分と、
前記長手方向軸に対して３９°〜４１°の角度で配向された前記第２の谷底部分と、
前記法線軸に対して２３°〜２５°の角度で配向された前記追い側フランクと、によって画定される、請求項２４に記載のねじ付き締結具。
【請求項２７】
前記ねじ山が、順に、
前記長手方向軸に対して約０°の角度で配向された前記山頂部分と、
前記法線軸に対して約３０°の角度で配向された前記進み側フランクと、
前記長手方向軸に対して約０°の角度で配向された前記第１の谷底部分と、
前記長手方向軸に対して約４０°の角度で配向された前記第２の谷底部分と、
前記法線軸に対して約２４°の角度で配向された前記追い側フランクと、によって画定される、請求項２４に記載のねじ付き締結具。
【請求項２８】
前記ねじ付き部分の前記山頂部分の大径が、前記第２の端部に隣接する前記ねじ付き部分の少なくとも最後の２回転にわたって約３０°で先細になる、請求項２４に記載のねじ付き締結具。
【請求項２９】
前記ねじ付き部分がおねじ付きである、請求項２４に記載のねじ付き締結具。
【請求項３０】
前記ねじ付き部分がめねじ付きである、請求項２４に記載のねじ付き締結具。
【請求項３１】
前記第１の端部が、外部駆動表面を含む、請求項２４に記載のねじ付き締結具。
【請求項３２】
前記第１の端部が、内部駆動表面を含む、請求項２４に記載のねじ付き締結具。
【請求項３３】
前記第１の端部が、内部駆動表面を画定する前記ねじ付き締結具のシャンク内への凹部を含む、請求項２４に記載のねじ付き締結具。
【請求項３４】
前記第１の端部が、複数の鋸歯を含む半径方向に延びる表面を含む、請求項２４に記載のねじ付き締結具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この国際出願は、２０１５年７月３１日に出願された米国仮出願第６２／１９９，４１６号の優先権を主張する。
背景及び概要
【０００２】
本発明は、一般に、任意のサイズのねじ付き締結具に関し、より詳細には、耐振動性ねじ付き締結具に関する。
【０００３】
ねじ釘などのねじ付き締結具は、多くの用途において、１つの構成要素または部品を他の構成要素または部品に接続するために使用される。多くのねじ釘は、１つの構成要素の一部を通して取り付けられ、第２の構成要素にねじ込まれて、構成要素を互いにクランプする。締結具のねじ山と係合するために構成要素に形成されたブラインドまたは貫通孔のような、ねじ付き締結具を保持するための多くの構成要素形状及び構成が考えられている。ブラインドまたは貫通孔はエンボスに設けてもよく、または構成材料の厚さに設けてもよい。しばしば、ブラインドまたは貫通孔は、ねじ付き締結具と嵌合するようにねじが付いている。
【０００４】
自動車、電子及び消費者製品を含む多くの用途では、振動及び他の使用中の負荷によって所望のクランプ力を維持するねじ付き締結具が必要である。従来の締結具に共通する問題は、振動の下で緩むことを含んでいた。他の従来の締結具は、設置中に容易に剥がれすぎて、クランピングの低減と組み立て不良の早期化をもたらした。ある種の従来の締結具は、特にエンボス部において、構成要素を弱くし、早期の組み立て不良を引き起こす可能性がある、設置中に孔の周りに過度の半径方向応力を生成させる。
【０００５】
ねじ止め接着剤、ねじ潤滑剤、防振コーティング、及びナイロンまたは同様の材料のパッチなどの従来の締結具のいくつかの不具合を補うために締結具コーティングが開発されている。しかしながら、締結具コーティングは、追加の材料コスト及び施工コストを必要とし、締結具サイズが小さくなるにつれて適用が困難になる。先行技術のこれら及び他の欠点を克服するねじ付き締結具が必要とされている。
【０００６】
我々は、多点接触を提供する新しいねじ山輪郭が、ねじ付き締結具の耐振動性を改善し、それによってナイロンパッチなどの締結具コーティングの必要性を大幅に低減し、排除することが分かった。
【０００７】
したがって、開示されているのは、耐振動性が改善されたねじ付き締結具である。ねじ付き締結具は、第１の端部、第２の端部、及び第１の端部と第２の端部との間に延びるねじ付き部分を含む。ねじ付き締結具はまた、締結具を通って第１の端部から第２の端部まで延びる長手方向軸と、長手方向軸に垂直に延びる法線軸とを有する。
【０００８】
様々な実施形態では、ねじ付きファスタ（ｆａｓｔｅｒ）は、嵌合するねじ山の２点または３点に係合するように構成されたねじ付き部分を有し、ねじ付き部分は、順に、長手方向軸に対して１０°〜２０°の角度で配向された山頂部分と、法線軸に対して２０°〜３０°の角度で配向された進み側フランクと、長手方向軸に対して２５°〜３５°の角度で配向された谷底部分と、法線軸に対して１５°〜２５°角度で配向された追い側フランクと、によって画定されたねじ山を有する。
【０００９】
一実施形態では、ねじ付き締結具は、嵌合するねじ山の３点に係合するように構成されたねじ付き部分を有し、ねじ付き部分は、順に、長手方向軸に対して−５°〜５°の角度で配向された山頂部分と、法線軸に対して３０°〜４０°の角度で配向された進み側フランクと、長手方向軸に対して２２°〜３２°の角度で配向された谷底部分と、法線軸に対して１７°〜２７°角度で配向された追い側フランクと、によって画定されたねじ山を有する。一実施形態では、ねじ山は、順に、長手方向軸に対して約０°の角度で配向された山頂部分と、法線軸に対して約３５°の角度で配向された進み側フランクと、長手方向軸に対して約２７°の角度で配向された谷底部分と、法線軸に対して約２２°の角度で配向された追い側フランクと、によって画定される。さらに他の実施形態では、山頂部分、進み側フランク、谷底部分、及び追い側フランクは、先に指摘した角度から＋／−１°または＋／−２．５°に配向されてもよい。
【００１０】
別の実施形態では、ねじ付き締結具は、嵌合するねじ山の２点に係合するように構成されたねじ付き部分を有し、ねじ付き部分は、順に、長手方向軸に対して１０°〜２０°の角度で配向された山頂部分と、法線軸に対して２０°〜３０°の角度で配向された進み側フランクと、長手方向軸に対して２５°〜３５°の角度で配向された谷底部分と、法線軸に対して１５°〜２５°角度で配向された追い側フランクと、によって画定されたねじ山を有する。別の実施形態では、ねじ山は、順に、長手方向軸に対して約１５°の角度で配向された山頂部分と、法線軸に対して約２５°の角度で配向された進み側フランクと、長手方向軸に対して約３０°の角度で配向された谷底部分と、法線軸に対して約２０°角度で配向された追い側フランクと、によって画定される。さらに他の実施形態では、山頂部分、進み側フランク、谷底部分、及び追い側フランクは、先に指摘した角度から＋／−１°または＋／−２．５°に配向されてもよい。
【００１１】
別の実施形態では、ねじ付き締結具は、嵌合するねじ山の２点に係合するように構成されたねじ付き部分を有し、ねじ付き部分は、順に、長手方向軸に対して−５°〜５°の角度で配向された山頂部分と、法線軸に対して２５°〜３５°の角度で配向された進み側フランクと、長手方向軸に対して−５°〜５°の角度で配向された第１の谷底部分と、長手方向軸に対して３５°〜４５°の角度で配向された第２の谷底部分と、法線軸に対して２１°〜２９°角度で配向された追い側フランクと、によって画定されたねじ山を有する。別の実施形態では、ねじ山は、順に、長手方向軸に対して約０°の角度で配向された山頂部分と、法線軸に対して約３０°の角度で配向された進み側フランクと、長手方向軸に対して約０°の角度で配向された第１の谷底部分と、長手方向軸に対して約４０°の角度で配向された第２の谷底部分と、法線軸に対して約２４°角度で配向された追い側フランクと、によって画定される。さらに他の実施形態では、山頂部分、進み側フランク、谷底部分、及び追い側フランクは、先に指摘した角度から＋／−１°または＋／−２．５°に配向されてもよい。
【００１２】
いくつかの実施形態では、ねじ付き締結具の第２の端部は先細になっている。一実施形態では、ねじ付き部分の山頂部分の大径は、第２の端部に隣接するねじ付き部分の少なくとも最後の２回転にわたって約３０°で先細になる。
【００１３】
現在開示されているねじ付き締結具は、めねじ付きまたはおねじ付きであってもよい。さらに、ねじ付き締結具は、内部または外部駆動表面を含むことができる。一実施形態では、ねじ付き締結具は、内部駆動表面を画定するシャンク内への凹部を含む。さらに他の実施形態では、ねじ付き締結具は、複数の鋸歯を有する半径方向に延びる表面を含む。
【００１４】
以下の説明においてより詳細に説明される特定の実施形態が例示される添付の図面を参照する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ねじ付き締結具の斜視図である。
【図２】図１のねじ付き締結具の断面図である。
【図３】ねじ付き締結具の第１の実施形態のねじ付き部分の詳細図である。
【図４】構成要素に係合されたねじ付き締結具の第１の実施形態の詳細図である。
【図５】ねじ付き締結具のねじ付き部分の第２の実施形態の詳細図である。
【図６】構成要素に係合されたねじ付き締結具の第２の実施形態の詳細図である。
【図７】ねじ付き締結具のねじ付き部分の第３の実施形態の詳細図である。
【図８】構成要素に係合されたねじ付き締結具の第３の実施形態の詳細図である。
【図９】ねじ付き締結具の第１の実施形態の第２の端部部分の詳細図である。
【図１０】ねじ付き締結具の第２の実施形態の第２の端部部分の詳細図である。
【図１１】ねじ付き締結具の第３の実施形態の第２の端部部分の詳細図である。
【図１２】ねじ付き締結具及び比較締結具サンプルの実施形態の振動試験結果のグラフである。
【図１３】ねじ付き締結具及び比較締結具サンプルの実施形態の着座トルク試験結果のグラフである。
【図１４】ねじ付き締結具及び比較締結具サンプルの実施形態のトルク除去試験結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
ここで図１〜図１１を参照すると、ここに開示されたねじ付き締結具の実施形態が示されている。図１に示すように、ねじ付き締結具１００は、第１の端部１０２から第２の端部１０４に延びるねじ付き部分１０８を含む。代替的に、第２の端部１０４は、締結具の駆動方向Ｄに基づいて締結具の進み側端部と呼ばれてもよい。一実施形態では、ねじ付き締結具は、頭部１０６を有するねじ釘である。ねじ付き部分１０８は、頭部１０６から第２の端部１０４まで延びる細長いシャンクの周りに延びる螺旋状のねじ山によって画定される。以下にさらに説明するように、ねじ山は、少なくとも山頂部分、進み側フランク、谷底部分、及び追い側フランクによって画定される。ねじ山の構成は、ねじ付き締結具の長手方向軸及び／または法線軸を参照して画定されてもよい。長手方向軸は締結具を通って第１の端部から第２の端部まで延びているが、法線軸は長手方向軸に対して垂直に延びている。
【００１７】
次に図２を参照すると、ねじ付き締結具１００の断面が示されている。図示されているように、ねじ付き部分１０８は断面において反復する螺旋ねじ山を有する、細長いシャンクに沿って延び、隣接するねじ山は、ピッチの距離だけ軸方向に隔てられている。一実施形態では、締結具の頭部１０６は、締結具にトルクを伝達するための駆動部を受けるように構成された内部駆動表面１１０を含む。他の実施形態では、頭部は外部駆動表面を含むことができる。さらに他の実施形態では、ねじ付き締結具は、第１の端部がシャンク内に凹部を含み、シャンクの凹部が駆動表面を含むヘッドレスねじ釘であってもよい。
【００１８】
ねじ山の構成は、以前に利用可能な締結具と比較して改善された耐振動性を提供し、同時にパッチまたは他の防振手段の必要性を低減または排除する。また、図３〜図８は、改善された耐振動性を提供する図２のＤｅｔａｉｌ  Ａによって識別されるねじ山の実施形態を示す。図９〜図１１は、Ｄｅｔａｉｌ  Ｂによって識別される第２の端部の実施形態を示す。以下に説明するねじ山構造は、図１〜２に示すようなおねじ付きねじ釘の文脈で説明する。しかしながら、現在開示されているねじ付き締結具は、おねじ付き締結具（例えばねじ釘、ボルトなど）ならびにめねじ付き締結具（例えばナット）、ならびにめねじ付き及びおねじ付き締結具と嵌合する締結システムを含み、終結具の一方または両方が、この開示に従って構成される。一実施形態では、一方の締結構成要素は、本開示に従って構成されたねじ山を有し、嵌合する締結構成要素は、参照により本明細書に組み込まれた、ＩＳＯ６８、ＩＳＯ２６１、ＩＳＯ２６２、及びＡＳＭＥ／ＡＮＳＩ  Ｂ１を含む関連する標準によって規定されるような６０°対称ねじ山輪郭を有する。
【００１９】
ここで図３〜図８を参照すると、ねじ付き締結具の実施形態についてのねじ山の構成が示されている。ねじ山は、山頂部分、進み側フランク、谷底部分、及び追い側フランクを含む。山頂部分は、ねじ付き部分の大径を画定し、山頂部分と締結具の長手方向軸との間の角度（山頂角δとも呼ばれる）によって輪郭内に画定される。進み側フランクは、進み側端部に向かって傾斜しており、進み側角αとも呼ばれる、進み側フランクと法線軸（すなわち、締結具の長手方向軸に垂直な平面）との間の角度によって輪郭内に画定される。谷底部分は、ねじ付き部分の小径を画定し、谷底部分と締結具の長手方向軸との間の角度（谷底角ρとも呼ばれる）によって輪郭内に画定される。追い側フランクは、締結具の第１の端部（例えば頭部）に向かって傾斜しており、追い側フランクと法線軸との間の角度（すなわち、締結具の長手方向軸に垂直な平面）によって輪郭内に画定され、追い側角βとも呼ばれる。
【００２０】
ここで図３〜図４を参照すると、ねじ付き締結具の第１の実施形態のねじ山２００が示されている。山頂部分２０２は、締結具の長手方向軸に対して約−５°〜５°の山頂角δで配向されている。山頂角δはまた、約０°であってもよい。進み側フランク２０４は、締結具の法線軸に対して約２５°〜４５°の進み側角αで配向されている。進み側角αは、３０°〜４０°、３２°〜３８°、３４°〜３６°の範囲、または約３５°であってもよい。谷底部分２０６は、締結具の長手方向軸に対して約１７°〜３７°の谷底角ρで配向されている。谷底角ρは、２０°〜３４°、２２°〜３２°、２４°〜３０°、２６°〜２８°の範囲であってもよく、または約２７°である。追い側フランク２０８は、法線軸に対して約１２°〜３２°の追い側角βで配向されている。追い側角βは、１４°〜３０°、１６°〜２８°、１８°〜２６°、２０°〜２４°の範囲であってもよく、または約２２°である。
【００２１】
図４を参照すると、ねじ山２００は、ねじ付き締結具の耐振動性を向上させる嵌合するねじ山２１０との３点接触を提供する。説明のために、嵌合するねじ山２１０は、山頂部分２１２と、第１のフランク２１４と、谷底部分２１６と、第２のフランク２１８とを有する対称ねじ山によって示されている。第１のフランク２１４及び第２のフランク２１８は、法線軸に対して約６０°に配向され、一方、山頂部分２１２及び谷底部分２１６は、長手方向軸に対して約０°に配向されている。この構成は、市販のねじ釘及びナットで一般的である。
【００２２】
ねじ山２００が嵌合するねじ山２１０と嵌合するとき、ねじ山２００の構成は、図４に示すように３点の接触をもたらす。ねじ山２００の進み側フランク２０４は、第１の接触点２２０において、嵌合するねじ山２１０の山頂部分２１２に接触する。ねじ山２００の谷底部分２０６は、第２の接触点２２２において、嵌合するねじ山２１０の山頂部分２１２に接触する。ねじ山２００の山頂部分２０２は、第３の接触点２２４において、嵌合するねじ山２１０の第１のフランク２１４に接触する。明らかなように、ねじ山と嵌合するねじ山との間の接点の各々は、ねじ付き締結具の長さに沿って螺旋状に延び、安定性と耐振動性をさらに改善する。
【００２３】
ねじ山２００と嵌合するねじ山２１０との間の多点接触は、振動によって引き起こされる運動を制限することによって、ねじ付き締結具の耐振動性を改善する。ねじ山の山頂部分を嵌合するねじ山で固定し、ねじ山の谷底部分を嵌合するねじ山で固定することにより、振動の結果としての駆動の可能性が大幅に低減される。対照的に、対称的な６０°の進み側及び追い側フランクを有する従来のねじ山は、山頂及び谷底の両方に著しい半径方向間隙を残してフランクに沿ってのみ嵌合するねじ山と接触する。その半径方向間隙は、以下の試験結果に示されるように、締結具の緩みをもたらす振動によって引き起こされる動きを可能にする。
【００２４】
ここで図５〜図６を参照すると、ねじ付き締結具の第２の実施形態のねじ山３００が示されている。山頂部分３０２は、締結具の長手方向軸に対して約５°〜２５°の山頂角δで配向されている。山頂角βは、７°〜２３°、９°〜２１°、１１°〜１９°、１３°〜１７°の範囲、または約１５°であってもよい。進み側フランク３０４は、締結具の法線軸に対して約１５°〜３５°の進み側角αで配向されている。進み側角αは、１７°〜３２°、１９°〜３０°、２１°〜２８°、２３°〜２６°の範囲であってもよく、または約２５°であってもよい。谷底部分３０６は、締結具の長手方向軸に対して約２０°〜４０°の谷底角ρで配向される。谷底角ρは、２２°〜３８°、２４°〜３６°、２６°〜３４°、２８°〜３２°の範囲であってもよく、または約３０°であってもよい。追い側フランク３０８は、法線軸に対して約１０°〜３０°の追い側角βで配向されている。追い側角βは、１２°〜２８°、１４°〜２６°、１６°〜２４°、１８°〜２２°の範囲であってもよく、または約２０°であってもよい。
【００２５】
図６を参照すると、ねじ山３００は、ねじ付き締結具の耐振動性を向上させる嵌合するねじ山３１０との２点接触を提供する。説明のために、嵌合するねじ山３１０は、山頂部分３１２と、第１のフランク３１４と、谷底部分３１６と、第２のフランク３１８とを有する対称ねじ山によって示されている。第１のフランク３１４及び第２のフランク３１８は、法線軸に対して約６０°に配向され、一方、山頂部分３１２及び谷底部分３１６は、長手方向軸に対して約０°に配向される。この構成は、市販のねじ釘及びナットで一般的である。
【００２６】
ねじ山３００が嵌合するねじ山３１０と嵌合するとき、ねじ山３００の構成は、図６に示すように２点の接触をもたらす。ねじ山３００の谷底部分３０６は、第１の接触点３２０において、嵌合するねじ山３１０の山頂部分３１２に接触する。ねじ山３００の山頂部分３０２は、第２の接触点３２２において、嵌合するねじ山３１０の第１のフランク３１４に接触する。
【００２７】
上述したように、ねじ山３００と嵌合するねじ山３１０との間の多点接触は、振動によって引き起こされる運動を制限することによって、ねじ付き締結具の耐振動性を改善する。ねじ山の山頂部分と谷底部分の両方を嵌合するねじ山で固定することにより、振動の結果としての移動の可能性は、下の試験結果に示すように大幅に減少する。
【００２８】
ここで図７〜図８を参照すると、ねじ付き締結具の第３の実施形態のねじ山４００が示されている。山頂部分４０２は、締結具の長手方向軸に対して約−５°〜５°の山頂角δで配向されている。山頂角δはまた、約０°であってもよい。進み側フランク４０４は、締結具の法線軸に対して約２０°〜４０°の進み側角αで配向されている。進み側角αは、２２°〜３８°、２４°〜３６°、２６°〜３４°、２８°〜３２°の範囲または約３０°であってもよい。ねじ山４００の谷底部分は、第１の谷底部分４０６と第２の谷底部分４０７とを含む。第１の谷底部分４０６は、締結具の長手方向軸に対して約０°の第１の谷底角ρ１で配向される。第２の谷底部分４０７は、締結具の長手方向軸に対して約３０°〜５０°の第２の谷底角ρ２で配向される。第２の谷底角ρ２は、３２°〜４８°、３４°〜４６°、３６°〜４４°、３８°〜４２°の範囲、または約４０°であってもよい。追い側フランク４０８は、法線軸に対して約１４°〜３４°の追い側角βで配向されている。追い側角βは、１６°〜３２°、１８°〜３０°、２０°〜２８°、２２°〜２６°の範囲であってもよく、または約２４°である。
【００２９】
図８を参照すると、先に説明した第２の実施形態と同様に、ねじ山４００は、ねじ付き締結具の耐振動性を向上させる嵌合するねじ山４１０との２点接触を提供する。説明のために、嵌合するねじ山４１０は、山頂部分４１２と、第１のフランク４１４と、谷底部分４１６と、第２のフランク４１８とを有する対称ねじ山によって示されている。第１のフランク４１４及び第２のフランク４１８は、法線軸に対して約６０°に配向され、一方、山頂部分４１２及び谷底部分４１６は、長手方向軸に対して約０°に配向される。この構成は、市販のねじ釘及びナットで一般的である。
【００３０】
ねじ山４００が嵌合するねじ山４１０と嵌合するとき、ねじ山４００の構成は、図８に示すように２点の接触をもたらす。ねじ山４００の第２の谷底部分４０７は、第１の接触点４２０において、嵌合するねじ山４１０の山頂部分４１２に接触する。ねじ山４００の山頂部分４０２は、第２の接触点４２２において、嵌合するねじ山４１０の第１のフランク４１４に接触する。
【００３１】
上述したように、ねじ山４００と嵌合するねじ山４１０との間の多点接触は、振動によって引き起こされる運動を制限することによって、ねじ付き締結具の耐振動性を改善する。ねじ山の山頂部分と谷底部分の両方を嵌合するねじ山で固定することにより、振動の結果としての駆動の可能性は、下の試験結果に示すように大幅に減少する。
【００３２】
図３〜図８を参照すると、本開示のねじ付き締結具用のねじ山の実施形態は、ねじ付き締結具の長手方向軸または法線軸に対する角度によって記載されている。「約Ｘ°」という句は、Ｘの設計値または指定値を意味することを意図しており、標準的な製造公差及び変動を考慮している。一例では、製造公差及び変動は＋／−０．５°以下であってもよい。様々な実施形態において、ねじ山構造の各々の部分を画定する角度は、＋／−１°、＋／−２．５°、＋／−５°だけ変化してもよいが、依然として改善された耐振動性を達成する。さらに、角度の変化は、ねじ山構造の全ての部分にわたって均一である必要はない。例えば、一実施形態では、進み側フランク及び追い側フランクは、上に例示した角度の＋／−１°以内に保持されているが、山頂部分及び谷底部分は、上に例示した角度から＋／−５°だけ変化してもよい。そのような全ての変形は、本開示の範囲内であると考えられる。さらに、「＋／−」ある値によって定義される範囲は、範囲の終点を含むものとする。例えば、「０°＋／−５°」は、−５°〜＋５°を意味する。
【００３３】
ここで図９〜図１１を参照すると、図３〜図８に示すねじ付き締結具の実施形態の第２の端部部分が示されている。いくつかの実施形態では、締結具の第２の端部に隣接するねじ付き部分の少なくとも最後の２回転にわたって、（ねじ山の山頂部分の最大径方向範囲によって画定される）大径が先細になる。ねじ付き穴へのねじ釘またはボルトの係合などのねじ付き締結具の係合を容易にするために、ねじ付き締結具の第２の端部を先細にすることができる。
【００３４】
図９を参照すると、ねじ付き締結具１００はねじ山２００を有する。第２の端部１０４に隣接して、山頂部分２０２，２０２'は、図示のように約３０°のテーパ角θで先細になっている。図１０を参照すると、ねじ付き締結具１００はねじ山３００を有する。第２の端部１０４に隣接して、山頂部分３０２，３０２'は、図示のように約３０°のテーパ角θで先細になっている。図１１を参照すると、ねじ付き締結具１００は、ねじ山４００を有する。第２の端部１０４に隣接して、山頂部分４０２，４０２'は、図示のように約３０°のテーパ角θで先細になっている。全ての実施形態において、テーパは、ねじ山の少なくとも最後の２回転にわたって延びていてもよい。いくつかの実施形態では、テーパ角θは１５°〜３０°であり、所望される場合、テーパはねじ山の３回転以上にわたって延びてもよい。テーパ角θは、０°〜６０°、５°〜５５°、１０°〜５０°、１５°〜４５°、２０°〜４０°、もしくは２５°〜３５°の範囲、または約３０°であってもよい。さらに他の実施形態では、ねじ山の山頂部分の最大直径は、締結具の大径よりも大きい半径（Ｒ）によって画定され、第２の端部から第２の端部に隣接する第１の山頂部分２０２'、３０２'、４０２'の１５°〜３０°の間の第１のテーパ角を画定し、第１のテーパ角θより小さい第２の端部から第１の山頂部分２０２'、３０２'、４０２'から第２の山頂部分２０２，３０２，４０２までの第２のテーパ角を画定する。
【００３５】
さらに他の実施形態では、ねじ付き締結具の第１の端部は半径方向に延びる表面を含む。一実施形態では、半径方向に延びる表面は、図２に示すような締結具の頭部の下面である。他の実施形態では、ねじ付き締結具は、ナット（または類似のめねじ付き構造）であり、半径方向に延びる表面は、構成要素と嵌合するように構成された締結具の上面である。各々の実施形態において、半径方向に延びる表面は、本開示のねじ付き締結具の耐振動性をさらに改善するように構成された複数の鋸歯を含むことができる。
【００３６】
現在開示されているねじ付き締結具は、低炭素鋼、合金鋼、アルミニウム、真ちゅう、または所望により他の材料から製造することができる。ねじ付き締結具は、プラスチック、真ちゅう、アルミニウム、木材、コンクリート、鋼、または他の構成要素材料で作られた部品を組み立てるための材料で作ることができる。
【００３７】
本開示の締結具の実験サンプルを製造し、市販の比較用締結具の選択品と比較して試験した。試験結果を図１２〜図１４に示し、下記に説明する。サンプルＡ〜Ｃは、本開示のねじ付き締結具の実施形態である。サンプルＡは、図３〜図４に示すように構成されたねじ山形状を有する締結具である。サンプルＢは、図５〜図６に示すように構成されたねじ山形状を有する締結具である。サンプルＣは、図７〜図８に示すねじ山形状を有する締結具である。
【００３８】
市販の比較用締結具の選択をサンプルＤ〜Ｈとする。サンプルＤは、頭部部分の下側に鋸歯を有する市販の機械ねじ釘であり、ＤＴＦＬｏｃｋの商標で販売されている耐振動性ナットである。サンプルＥは、市販の防振パッチ、頭部部分の下側の鋸歯、及び標準ナットを有する市販の機械ねじ釘である。サンプルＦは、クラス１０の鋸歯を有するナットと嵌合する市販の機械ねじ釘である。サンプルＧは、鋸歯を有するナットと嵌合する別の市販の機械ねじ釘である。サンプルＨは、鋸歯なしのナットと嵌合する市販の機械ねじ釘である。
【００３９】
選択された締結具は、０．２５ｍｍの振幅及び１０Ｈｚの周波数で２５００サイクル実施された振動試験における振動の緩みについて試験された。図１２に示すように、本開示の締結具は、市販の比較締結具の各々よりも良好に機能した。図１２は、サイクル数がゼロから２５００に増加したときの振動試験結果のプロットを示す。各々の締結具は、３．０ＫＮの予荷重で取り付けられた。次に、締結具を上述の振幅及び周波数で振動試験を施し、結果を監視した。グラフに示すように、サイクル数が増加するにつれて、サンプル締結具の全てが振動のために緩んだ。しかしながら、本開示の締結具は、防振締結具サンプルＤを含む市販の締結具の全てを凌駕していた。以下の表１は、試験したサンプルの振動試験性能結果を示す。
【表１】
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【００４０】
上に示したように、サンプルＢは、サンプルＤと比較して、耐振動性が１０％以上向上して、試験において最良の性能を達成した。
【００４１】
改善された耐振動性に加えて、本開示の締結具は、他の利点の中でも優れた引き抜き強度、より均一な応力分布、より低い駆動トルク、及びより良好な駆動トルク対故障トルク性能を提供する。
【００４２】
図１３は着座トルクを示す図である。開示されたねじ付き締結具のサンプルは、選択された締結具サイズの平均寸法及び最大寸法の両方で調整された。比較のために、ナイロンパッチの有無にかかわらず、標準の機械ねじ釘を試験した。示されているように、本開示の締結具の各々のサンプルは、機械ねじ釘よりも優れていた。
【００４３】
図１４は、トルクオフ試験結果のチャートである。本開示のねじ付き締結具のサンプルは、選択された締結具サイズの平均寸法及び最大寸法の両方で調整された。比較のために、標準的な機械ねじ釘をナイロンパッチと共に試験した。示されているように、本開示の締結具の各々のサンプルは、機械ねじ釘よりも優れていた。
【００４４】
明細書及び特許請求の範囲において、以下の意味を有するいくつかの用語が参照される。単数形「ａ」、「ａｎ」及び「ｔｈｅ」は、文脈上他に明確に指示されない限り、複数の指示対象を含む。本明細書及び特許請求の範囲を通して使用される近似言語は、それが関連する基本機能に変化をもたらさずに許容可能な程度に変化し得る任意の定量的表現を修正するために適用され得る。したがって、「およそ（ａｂｏｕｔ）」または「約（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」などの用語によって修飾された値は、指定された正確な値に限定されない。いくつかの例では、近似言語は、値を測定するための機器の精度に対応し得る。さらに、特に明記しない限り、「第１の」、「第２の」などの用語の使用は、いかなる順序または重要性を示すものではなく、むしろ「第１の」、「第２の」などの用語は、他の要素から１つの要素を区別するため使用される。
【００４５】
本明細書で使用される場合、用語「あってもよい（ｍａｙ）」及び「あり得る（ｍａｙ  ｂｅ）」は、一連の状況内での発生の可能性、特定の性質、特性、または機能の所有を示し、かつ／または修飾された動詞に関連する能力、性能、または可能性のうちの１つ以上を表現することによって別の動詞を修飾することができる。したがって、「あってもよい（ｍａｙ）」及び「あり得る（ｍａｙ  ｂｅ）」の使用は、修飾された用語が、ある状況ではその修飾された用語が適切、可能、または好適ではない場合があることを考慮しつつ、示された容量、機能、または使用に明らかに適切であり、可能であり、または好適あることを示す。例えば、ある状況では、ある事象または容量が予想され得、他の状況ではその事象または容量は発生し得ず、この区別は、「あってもよい（ｍａｙ）」及び「あり得る（ｍａｙ  ｂｅ）」という用語によって捕捉される。
【００４６】
本発明は、例示的な実施形態を参照して記載されており、限定的な意味で解釈されることを意味するものではない。本明細書に記載の１つ以上の実施形態からの要素またはプロセスステップを、本明細書に記載の１つ以上の他の実施形態からの要素またはプロセスステップと組み合わせて使用することができ、本発明が、本明細書で提供された特定の実施形態ではなく、添付の特許請求の範囲に記載されたものにのみ限定されることが当業者には明らかとなるであろう。例示的な実施形態の様々な変更、ならびに本発明の追加の実施形態が、この説明を読むことにより当業者に明らかとなるであろう。
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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