(57)【要約】【課題】信頼性の向上した締結装置を提供する。【解決手段】２以上の部品を互いに固定するための締結装置は、第１のねじ山を有する雄型締結具と、第２のねじ山を有する雌型締結具とを含むことができ、第１のねじ山及び第２のねじ山の一方は、ストレートねじ山であり、第１のねじ山及び第２のねじ山の他方は、テーパねじ山部分及びストレートねじ山部分を含むハイブリッドねじ山である。【選択図】図３
2017110807.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上の部品を互いに固定するための締結装置であって、締結装置は、
第１のねじ山（３０２）を有する雄型締結具（３００）と、
第２のねじ山（３０３）を有する雌型締結具（３０１）とを含み、
第１のねじ山（３０２）及び第２のねじ山（３０３）の一方は、ストレートねじ山であり、第１のねじ山及び第２のねじ山の他方は、テーパねじ山部分（３０７）及びストレートねじ山部分（３０５）を含むハイブリッドねじ山である、締結装置。
【請求項２】
請求項１に記載の締結装置であって、ハイブリッドねじ山の各々の始まりは、テーパねじ山部分（３０７）からストレートねじ山部分（３０５）まで連続している、締結装置。
【請求項３】
請求項１に記載の締結装置であって、雄型締結具（３００）及び雌型締結具（３０１）の一方のストレートねじ山は、雄型締結具（３００）と雌型締結具（３０１）とが係合する場合に、ストレートねじ山部分（３０５）より先にハイブリッドねじ山のテーパねじ山部分（３０７）と係合するように構成される、締結装置。
【請求項４】
請求項１に記載の締結装置であって、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％はテーパねじ山部分（３０７）であり、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％はストレートねじ山部分（３０５）である、締結装置。
【請求項５】
請求項１に記載の締結装置であって、ハイブリッドねじ山のねじ長の７５％はテーパねじ山部分（３０７）であり、ハイブリッドねじ山のねじ長の２５％はストレートねじ山部分（３０５）である、締結装置。
【請求項６】
請求項１に記載の締結装置であって、テーパねじ山部分（３０７）は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％より長く、或いはストレートねじ山部分（３０５）は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％より長い、締結装置。
【請求項７】
請求項１に記載の締結装置であって、テーパねじ山部分（３０７）は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％未満であり、或いはストレートねじ山部分（３０５）は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％未満である、締結装置。
【請求項８】
請求項１に記載の締結装置であって、第１のねじ山及び第２のねじ山の一方のストレートねじ山は、雄型締結具（３００）と雌型締結具（３０１）とが完全に係合される場合に、ハイブリッドねじ山のテーパねじ山部分（３０７）及びストレートねじ山部分（３０５）と係合する、締結装置。
【請求項９】
請求項１に記載の締結装置であって、雄型締結具（３００）はスタッド又はボルトであり、雌型締結具（３０１）はナットである、締結装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の締結装置であって、ハイブリッドねじ山のテーパねじ山部分（３０７）及びストレートねじ山部分（３０５）は、ユニファイ（標準）、ユニファイ（粗い）、ユニファイ（鋭いＶ）、メトリック、Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｗｈｉｔｗｏｒｔｈ、Ａｃｍｅ、バットレス、ナックル、正方形、及び修正された正方形のうちの１つを含むねじ山構成を有する、締結装置。
【請求項１１】
雄型締結具（３００）であって、
テーパねじ山部分（３０７）及びストレートねじ山部分（３０５）を含むハイブリッドねじ山を含む、雄型締結具。
【請求項１２】
請求項１１に記載の雄型締結具であって、ハイブリッドねじ山の各々の始まりは、テーパねじ山部分（３０７）からストレートねじ山部分（３０５）まで連続している、雄型締結具。
【請求項１３】
請求項１１に記載の雄型締結具であって、雄型締結具（３００）は、スタッド又はボルトである、雄型締結具。
【請求項１４】
雌型締結具（３０１）であって、
テーパねじ山部分（３０７）及びストレートねじ山部分（３０５）を含むハイブリッドねじ山を含む、雌型締結具。
【請求項１５】
請求項１４に記載の雌型締結具であって、ハイブリッドねじ山の各々の始まりは、テーパねじ山部分（３０７）からストレートねじ山部分（３０５）まで連続している、雌型締結具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、ナット及びボルトもしくはスタッドを含むことができる締結装置のねじ山に関する。
【背景技術】
【０００２】
ねじ付き締結具技術は、従来から、ねじ付き締結具を固定するために２つのタイプのねじ山の一方を採用している。ねじ山の１つのタイプは、ストレートねじ山であって、図１Ａ〜図１Ｃの部分断面図に示されている。この装置は、雄型締結具１００、例えばスタッド又はボルトと、雌型締結具１０１、例えばナットとの係合を示す。雄型締結具１００は、ストレートねじ山の第１のねじ山１０２を有し、雌型締結具１０１は、ストレートねじ山の第２のねじ山１０３を有する。また、雄型締結具１００及び雌型締結具１０１のねじ山１０２、１０３の間には小さな隙間１１０がある。隙間１１０は、ねじ山の係合長さ全体に沿って一定であり、図１Ｂ及び図１Ｃで同じであるが、それは両方の締結具がストレートねじ山を有するからである。また、この隙間１１０は、図面では強調して示してあるが、当業者であれば、締結具が十分に小さい場合には、隙間１１０は、実際には肉眼で見えないことがあることを理解するであろう。ストレートねじのねじ山の有効径、外径、及び谷径は、締結具の長さに沿って変化しない。ストレートねじ山を有する締結具の底部ねじ山は、通常、荷重が最も高いねじ山である。この荷重分布は不利になる場合があるが、それは、底部ねじ山が破損した場合には締結具の接続全体が破損するおそれがあるからであり、雄型締結具の断面に加わる応力が、クラックが伝播するにつれて増大するからである。ねじ山形式の谷径及び外径は、ねじの係合中にこれらの位置において隙間がある（したがって、干渉がない）ようにサイズが設定される。雄型締結具のねじ山と雌型締結具のねじ山との接触及びその後の力伝達は、有効径で発生する。雌型締結具のねじ山は有効径を有し、それは組み立てを可能にするために雄ねじよりもわずかに大きくなっている。有効径の間の差は、ピッチ隙間として知られている。
【０００３】
ねじ山構成の別のタイプは、テーパねじ山であって、図２Ａ〜図２Ｄの部分断面図に示されている。この装置は、雄型締結具２００、例えばスタッド又はボルトと、雌型締結具２０１、例えばナットとの係合を示す。雄型締結具２００は、ストレートねじ山の第１のねじ山２０２を有し、雌型締結具２０１は、テーパねじ山の第２のねじ山２０３を有する。図示していないが、雄型締結具２００の第１のねじ山２０２がテーパねじ山を有し、雌型締結具２０１の第２のねじ山２０３がストレートねじ山を有する、逆もまた当該技術分野で公知である。また、雄型締結具２００及び雌型締結具２０１のねじ山２０２、２０３の間には小さな隙間２１０がある。隙間２１０は、図２Ｃでは図２Ｄに比べて大きくなっているが、それは、雌型締結具２０１のテーパねじ山２０３の変化する有効径によるものである。また、この隙間２１０は、図面では強調して示してあるが、当業者であれば、締結具が十分に小さい場合には、隙間２１０は、実際には肉眼で見えないことがあることを理解するであろう。テーパねじ山の輪郭は、締結具の長さに沿ってわずかに円錐形であり、すなわち、ねじ山の有効径、外径、及び谷径は、締結具の長さに比例し、かつ同じ割合で直線的に変化する。図２Ｂのナットの頂部のねじ山は、通常、最も荷重が高いねじ山であり、ナットの底部のねじ山はより少ない荷重を受ける。底部のねじ山はまた、通常、多くを受けることはなく、あったとしても、スタッド曲げによる応力の増加である。テーパねじ山構成の主な利点は、最も荷重が高いねじ山が頂部の位置にあるということであり、これによって、頂部のねじ山が破損した場合に、残りの（より低い）無傷のねじ山との荷重の分散及び共有が可能になる。テーパねじ山の不利な点は、組み立て中に摩損しやすいということであり、この結果、締結具が実効的に互いに冷間溶接されるので、分離することが難しくなるおそれがある。
【０００４】
底部のねじは、最初に係合されるねじ山界面を指すと理解することができ、分離した雄型締結具及び雌型締結具が組み立て中に共にねじ込まれる際に、底部のねじは、雄型締結具の重心に最も近くなり得る。頂部のねじは、最後に係合されるねじ山界面を指すと理解することができ、分離した雄型締結具及び雌型締結具が組み立て中に共にねじ込まれる際に、頂部のねじは、雄型締結具の重心に最も遠くなり得る。ねじ山界面は、嵌合した組立体のその局所的位置における雄型締結具のねじ山及び雌型締結具のねじ山によって形成された接触面を指すと理解することができる。
【０００５】
最も一般的なねじ山構成は、ユニファイ（標準、ＵＮ又はＡｍｅｒｉｃａｎ  Ｎａｔｉｏｎａｌ）であり、丸みを帯びた山及び谷を有する６０度の三角形の輪郭により特徴づけられる。ユニファイ（標準）ねじ山構成は、上述した従来技術又は以下に説明する本技術のねじ山構成に適用することができる。他のねじ山構成は、ユニファイ（粗い）、ユニファイ（鋭いＶ）、メトリック、Ｗｈｉｔｗｏｒｔｈ（すなわち、英国標準）、ＡＣＭＥ（パワーねじ）、バットレス、ナックル、正方形、及び修正された正方形を含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１４／０３４８５７７号明細書
【発明の概要】
【０００７】
本技術の一態様は、上述した公知のねじ山の欠点を克服するための、締結具のねじ山の改良に向けられている。
【０００８】
本技術の一態様は、２以上の部品を互いに固定するための締結装置に向けられている。締結装置は、第１のねじ山を有する雄型締結具と、第２のねじ山を有する雌型締結具とを含むことができ、第１のねじ山及び第２のねじ山の一方は、ストレートねじ山であり、第１のねじ山及び第２のねじ山の他方は、テーパねじ山部分及びストレートねじ山部分を含むハイブリッドねじ山である。
【０００９】
実施例では、（ａ）ハイブリッドねじ山の各々の始まりは、テーパねじ山部分からストレートねじ山部分まで連続していてもよく、（ｂ）雄型締結具及び雌型締結具の一方のストレートねじ山は、雄型締結具と雌型締結具とが係合する場合に、ストレートねじ山部分より先にハイブリッドねじ山のテーパねじ山部分と係合するように構成されてもよく、（ｃ）ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％はテーパねじ山部分であってもよく、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％はストレートねじ山部分であってもよく、（ｄ）ハイブリッドねじ山のねじ長の７５％はテーパねじ山部分であってもよく、ハイブリッドねじ山のねじ長の２５％はストレートねじ山部分であってもよく、（ｅ）テーパねじ山部分は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％より長くてもよく、或いはストレートねじ山部分は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％より長くてもよく、（ｆ）テーパねじ山部分は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％未満であってもよく、或いはストレートねじ山部分は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％未満であってもよく、（ｇ）第１のねじ山及び第２のねじ山の一方のストレートねじ山は、雄型締結具と雌型締結具とが完全に係合される場合に、ハイブリッドねじ山のテーパねじ山部分及びストレートねじ山部分と係合してもよく、（ｈ）ハイブリッドねじ山のテーパねじ山部分及びストレートねじ山部分は、ユニファイ（標準）、ユニファイ（粗い）、ユニファイ（鋭いＶ）、メトリック、Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｗｈｉｔｗｏｒｔｈ、Ａｃｍｅ、バットレス、ナックル、正方形、及び修正された正方形のうちの１つを含むねじ山構成を有してもよく、及び／又は（ｉ）雄型締結具はスタッド又はボルトであり、雌型締結具はナットである。
【００１０】
本技術の一態様は、雄型締結具に向けられている。雄型締結具は、テーパねじ山部分及びストレートねじ山部分を含むハイブリッドねじ山を含むことができる。
【００１１】
実施例では、（ａ）ハイブリッドねじ山の各々の始まりは、テーパねじ山部分からストレートねじ山部分まで連続していてもよく、（ｂ）ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％はテーパねじ山部分であってもよく、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％はストレートねじ山部分であってもよく、（ｃ）ハイブリッドねじ山のねじ長の７５％はテーパねじ山部分であってもよく、ハイブリッドねじ山のねじ長の２５％はストレートねじ山部分であってもよく、（ｄ）テーパねじ山部分は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％より長くてもよく、或いはストレートねじ山部分は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％より長くてもよく、（ｅ）テーパねじ山部分は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％未満であってもよく、或いはストレートねじ山部分は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％未満であってもよく、（ｆ）ハイブリッドねじ山のテーパねじ山部分及びストレートねじ山部分は、ユニファイ（標準）、ユニファイ（粗い）、ユニファイ（鋭いＶ）、メトリック、Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｗｈｉｔｗｏｒｔｈ、Ａｃｍｅ、バットレス、ナックル、正方形、及び修正された正方形のうちの１つを含むねじ山構成を有してもよく、及び／又は（ｇ）雄型締結具はスタッド又はボルトであってもよい。
【００１２】
本技術の態様は、雌型締結具に向けられている。雌型締結具は、テーパねじ山部分及びストレートねじ山部分を含むハイブリッドねじ山を含むことができる。
【００１３】
実施例では、（ａ）ハイブリッドねじ山の各々の始まりは、テーパねじ山部分からストレートねじ山部分まで連続していてもよく、（ｂ）ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％はテーパねじ山部分であってもよく、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％はストレートねじ山部分であってもよく、（ｃ）ハイブリッドねじ山のねじ長の７５％はテーパねじ山部分であってもよく、ハイブリッドねじ山のねじ長の２５％はストレートねじ山部分であってもよく、（ｄ）テーパねじ山部分は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％より長くてもよく、或いはストレートねじ山部分は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％より長くてもよく、（ｅ）テーパねじ山部分は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％未満であってもよく、或いはストレートねじ山部分は、ハイブリッドねじ山のねじ長の５０％未満であってもよく、（ｆ）ハイブリッドねじ山のテーパねじ山部分及びストレートねじ山部分は、ユニファイ（標準）、ユニファイ（粗い）、ユニファイ（鋭いＶ）、メトリック、Ｂｒｉｔｉｓｈ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｗｈｉｔｗｏｒｔｈ、Ａｃｍｅ、バットレス、ナックル、正方形、及び修正された正方形のうちの１つを含むねじ山構成を有してもよく、及び／又は（ｇ）雌型締結具はナットである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】雌型締結具がストレートねじ山を有する締結装置の部分断面図である。
【図１Ｂ】雌型締結具がストレートねじ山を有する締結装置の下側部分の詳細断面図である。
【図１Ｃ】雌型締結具がストレートねじ山を有する締結装置の上側部分の詳細断面図である。
【図２Ａ】雌型締結具がテーパねじ山を有する締結装置の断面図である。
【図２Ｂ】雌型締結具がテーパねじ山を有する締結装置の部分断面図である。
【図２Ｃ】雌型締結具がテーパねじ山を有する締結装置の下側部分の詳細断面図である。
【図２Ｄ】雌型締結具がテーパねじ山を有する締結装置の上側部分の詳細断面図である。
【図３】雌型締結具がテーパ及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する本技術の実施例による締結装置の部分断面図である。
【図４Ａ】雌型締結具がテーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する本技術の実施例による締結装置の別の部分断面図である。
【図４Ｂ】雌型締結具がテーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する本技術の実施例による締結装置の下側部分の詳細断面図である。
【図４Ｃ】雌型締結具がテーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する本技術の実施例による締結装置の上側部分の詳細断面図である。
【図４Ｄ】雌型締結具がテーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する締結装置の一部の詳細断面図であり、本技術の実施例によるテーパねじ山とストレートねじ山との間の遷移を示す。
【図５Ａ】雌型締結具がストレートねじ山を有する締結装置の部分断面図であり、雄型締結具が引張荷重を受けた場合の締結装置の剪断応力を示す。
【図５Ｂ】雌型締結具がテーパねじ山を有する締結装置の部分断面図であり、雄型締結具が引張荷重を受けた場合の締結装置の剪断応力を示す。
【図５Ｃ】雌型締結具が本技術の実施例によるテーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する締結装置の部分断面図であり、雄型締結具が引張荷重受けた場合の締結装置の剪断応力を示す。
【図６Ａ】締結装置の雌型締結具の上面図である。
【図６Ｂ】ストレートねじ山を有する締結装置の雌型締結具の断面図である。
【図６Ｃ】テーパねじ山を有する締結装置の雌型締結具の断面図である。
【図６Ｄ】本技術の実施例による、テーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する締結装置の雌型締結具の断面図であり、ねじ長の７５％がテーパねじ山であり、ねじ長の２５％がストレートねじ山である。
【図６Ｅ】本技術の実施例による、テーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する締結装置の雌型締結具の断面図であり、ねじ長の５０％がテーパねじ山であり、ねじ長の５０％がストレートねじ山である。
【図７Ａ】ストレートねじ山を有する締結装置の雄型締結具の側面図である。
【図７Ｂ】テーパねじ山を有する締結装置の雄型締結具の側面図である。
【図７Ｃ】本技術の実施例による、テーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する締結装置の雄型締結具の側面図であり、ねじ長の５０％がテーパねじ山であり、ねじ長の５０％がストレートねじ山である。
【図７Ｄ】本技術の実施例による、テーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する締結装置の雄型締結具の側面図であり、ねじ長の７５％がテーパねじ山であり、ねじ長の２５％がストレートねじ山である。
【図８】本技術の実施例による、テーパねじ山、ストレートねじ山、並びに、ねじ山の底部７５％（すなわち、ねじ山１〜１８）がテーパねじ山であり、ねじ山の頂部２５％（すなわち、ねじ山１９〜２４）がストレートねじ山である、テーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する締結装置の雌型締結具について、締結装置の雄型締結具に引張荷重がかかった場合の、個々のねじ山に加わる剪断力をすべての係合するねじ山の平均剪断力で割った値を比較する有限要素解析のグラフである。
【図９】本技術の実施例による、テーパねじ山、ストレートねじ山、並びにテーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する締結装置の雌型締結具について、締結装置の雄型締結具に引張荷重がかかった場合の、個々のねじ山のアイソクロナスクリープの材料応答を示すために、個々のねじ山に加わる剪断力をすべての係合するねじ山の平均剪断力で割った値を比較する有限要素解析のグラフである。
【図１０】締結装置の雄型締結具に異なる引張荷重がかかった場合の、テーパねじ山を有する締結装置の雌型締結具の個々のねじ山に加わる剪断応力の有限要素解析のグラフである。
【図１１】締結装置の雄型締結具に異なる引張荷重がかかった場合の、本技術の実施例によるテーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する締結装置の雌型締結具の個々のねじ山に加わる剪断応力の有限要素解析のグラフである。
【図１２】本技術の実施例による、テーパねじ山、ストレートねじ山、並びに、ねじ山の底部５０％（すなわち、ねじ山１〜１２）がテーパねじ山であり、ねじ山の頂部５０％（すなわち、ねじ山１３〜２４）がストレートねじ山である、テーパねじ山及びストレートねじ山のハイブリッドねじ山を有する締結装置の雌型締結具について、締結装置の雄型締結具に引張荷重がかかった場合の、個々のねじ山に加わる剪断力をすべての係合するねじ山の平均剪断力で割った値を比較する有限要素解析のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以上説明したように、締結具のための公知のねじ山構成（ストレート及びテーパ）は、それぞれ特定の欠点を有する。本技術の実施例は、これらの欠点を克服しようとするものであり、図３及び図４Ａ〜図４Ｄに示す。この装置は、雄型締結具３００、例えばスタッド又はボルトと、雌型締結具３０１、例えばナットとの係合を示す。雄型締結具３００はストレートねじ山の第１のねじ山３０２を有し、雌型締結具３０１は、ストレートねじ山部分３０５及びテーパねじ山部分３０７を有するハイブリッドねじ山である第２のねじ山３０３を有する。
【００１６】
また、雄型締結具３００及び雌型締結具３０１のねじ山３０２、３０３の間には小さな隙間３１０がある。図３では、隙間３１０は、テーパねじ山部分３０７のテーパの程度を高くして強調されており、このねじ山部分３０７にテーパが付けられており、テーパねじ山部分３０７のねじ山３０３が雄型締結具３００のねじ山３０２から離間し、それと係合しないことを示すように図面上で強調している。しかし、実際には、テーパねじ山部分３０７のねじ山３０３のテーパはそれほど大きくなく、図４Ａに示すように、締結具が係合した場合に、テーパねじ山部分３０７及びストレートねじ山部分３０５の両方において雄型締結具のねじ山３０２と雌型締結具３０１のねじ山３０３との間に少なくともある程度の係合があることを理解されたい。隙間３１０は、図４Ｂでは図４Ｃに比べて大きくなっているが、それは、雌型締結具３０１のテーパねじ山部分３０７のテーパねじ山３０３によるものである。テーパねじ山部分３０７とストレートねじ山部分３０５との間の遷移を図４Ｄに示す。図４Ｄでは、遷移全体にわたってねじ山３０３が事実上ストレートに見えることがあるが、それは、この位置での詳細図が、テーパねじ山部分３０７の外径、谷径、及び有効径が遷移領域ではストレートねじ山部分３０５の外径、谷径、及び有効径に近づくことを示しているからである。また、この隙間３１０は、図面では強調して示してあるが、当業者であれば、締結具が十分に小さい場合には、隙間３１０は、実際には肉眼で見えないことがあることを理解するであろう。図３はまた、雄型締結具３００に加えられた引張荷重ＦTを示す。また、ねじ山３０３の各々の始まりは、テーパねじ山部分３０７からストレートねじ山部分３０５まで連続していることを理解されたい。
【００１７】
図３及び図４Ａ〜図４Ｄの実施例は、雌型締結具３０１にテーパねじ山部分３０７及びストレートねじ山部分３０５を有するハイブリッドねじ山が設けられることを示しているが、別の実施例では、雄型締結具３００がハイブリッドねじ山を有してもよく、雌型締結具３０１がストレートねじ山を有することを理解されたい。当然のことながら、雌型ねじ山３０３がテーパねじ山部分３０７でストレートねじ山部分３０５に向かって狭くなる図３及び図４Ａ−４Ｄの実施例とは対照的に、この代替例では、雄型締結具のテーパねじ山部分３０７のテーパはストレートねじ山部分３０５に向かって広くなる。いずれの実施例においても、テーパねじ山部分３０７のねじ山は、ストレートねじ山部分３０５のねじ山より先に他方の締結具のストレートねじ山と係合することを理解されたい。また、一旦完全に係合すれば、ストレートねじ山は、テーパねじ山部分３０７及びストレートねじ山部分３０５の両方のねじ山と係合する。
【００１８】
図６Ａは、雌型締結具１０１、２０１、３０１の上面図であり、それは図６Ｂに示すようにストレートねじ山１０３、図６（ｃ）に示すようにテーパねじ山２０３、又は図６Ｄ、図６Ｅに示すハイブリッドねじ山３０３を有することができる。図６Ｂは、図６Ａの雌型締結具１０１の断面図であり、その長さに沿ってストレートねじ山１０３を有する。図６Ｃは、図６Ａの雌型締結具２０１の断面図であり、その長さに沿ってテーパねじ山２０３を有する。図６Ｄ及び図６Ｅは同様の断面図を示すが、しかし、これらの実施例の各々のねじ山３０３は、本技術によるテーパねじ山部分３０７及びストレートねじ山部分３０５を含むハイブリッドねじ山である。図６Ｄでは、テーパねじ山部分３０７は、ねじ山３０３のねじ長の７５％を占め、ストレートねじ山部分３０５は他の２５％を占める。図６Ｅでは、テーパねじ山部分３０７は、ねじ山３０３のねじ長の５０％を占め、ストレートねじ山部分３０５は他の５０％を占める。さらに別の実施例では、テーパねじ山部分３０７は、ハイブリッドねじ山３０３のねじ長の５０％より多く又はより少なく占めてもよいし、或いはストレートねじ山部分３０５は、ハイブリッドねじ山３０３のねじ長の５０％より多く又はより少なく占めてもよい。図６Ｃ〜図６Ｅに示すテーパねじ山は、肉眼で認識できるように誇張してテーパを示していることを理解されたい。しかし、実際には、雌型締結具２０１、３０１は小さくてもよく、及び／又はテーパ率は、実際には肉眼で見えないほど小さくてもよいことも理解されたい。
【００１９】
本技術のハイブリッドねじ山は、ナットなどの雌型締結具に適用される必要がないことを理解されたい。むしろ、さらに別の実施例では、雄型締結具は、ビーム、ポスト、プレートなどの、ハイブリッドねじ山が切られた部品に直接取り付けることができる。これは、雄型締結具をハイブリッドねじ山が切られた部品に直接固定することを可能にする。
【００２０】
図７Ａは、雄型締結具１００にストレートねじ山１０２が設けられた別の従来技術の例を示す。図７Ｂは、雄型締結具２００にテーパねじ山２０２が設けられた別の従来技術の例を示す。図７Ｃは、本技術の実施例によるハイブリッドねじ山３０２を有する雄型締結具３００を示す。雄型締結具３００のハイブリッドねじ山３０２は、テーパねじ山部分３０７及びストレートねじ山部分３０５を含む。この実施例で雄型締結具３００に接続される雌型締結具３０１は、ストレートねじ山３０３を有するが、それは、この実施例では雄型締結具３００がハイブリッドねじ山３０２を有するからであることを理解されたい。また、図７Ｃの実施例では、テーパねじ山部分３０７及びストレートねじ山部分３０５は、それぞれねじ山３０２のねじ長の５０％を占める。図７Ｄは、図７Ｃの雄型締結具３００の例示的な変形例を示し、テーパねじ山部分３０７はねじ山３０２のねじ長の７５％を占め、ストレートねじ山部分３０５はねじ山３０２のねじ長の２５％を占める。さらに別の実施例では、テーパねじ山部分３０７は、ハイブリッドねじ山３０３のねじ長の５０％より多く又はより少なく占めてもよいし、或いはストレートねじ山部分３０５は、ハイブリッドねじ山３０３のねじ長の５０％より多く又はより少なく占めてもよい。図７Ｂ〜図７Ｄに示すテーパねじ山は、肉眼で認識できるように誇張してテーパを示していることを理解されたい。しかし、実際には、雄型締結具２００、３００は小さくてもよく、及び／又はテーパ率は、実際には肉眼で見えないほど小さくてもよいことも理解されたい。
【００２１】
図５Ａ〜図５Ｃは、雄型締結具１００、２００、３００に引張荷重ＦTが加えられた場合の、ストレートねじ山（図５Ａ）、テーパねじ山（図５Ｂ）、及び本技術のハイブリッドねじ山構成（図５Ｃ）を有する締結装置の係合したねじ山が受ける剪断応力の比較を示す。この比較は、従来技術の欠点及び本技術の利点を示す。例えば、図５Ａでは、剪断応力の大きな集中が雌型締結具のねじ山１０３の最下部の近くにあることが示されている。換言すれば、この最下部のねじ山は剪断応力のかなりの割合を受け、したがって、より破損しやすく、次に締結具の分離及び接続の故障につながるおそれがある。図５Ｂは、雌型締結具２０１のねじ山２０３の最下部が、図５Ａのような剪断応力の高い集中を受けないことを示している。しかし、図５Ｂでは、雌型締結具２０１のねじ山２０３の最上部のねじ山が剪断応力の大部分を受ける。ねじ山２０３の最上部のねじ山の破損は、接続の完全な故障には至らない場合があるが、最上部の下にはいくつかのねじ山があるので、この増加した剪断応力は、摩損がねじ山２０２、２０３の間の界面の上方領域で発生する可能性があることを示している。
【００２２】
図５Ｃは、テーパねじ山部分３０７及びストレートねじ山部分３０５を含む、本技術のハイブリッドねじ山が、どの程度雌型締結具３０１のねじ山３０３の長さに沿って剪断応力のより均一な分布を受けるかを示す。したがって、図５Ｃの構成は、底部のねじ山が剪断応力の不均衡に高い集中を受けることがなく、それによって締結具間の接続の完全な故障をより良好に回避するという点で、ストレートねじ山技術に対する改良を示している。また、図５Ｃの構成は、頂部のねじ山が剪断応力の不均衡に高い集中を受けることがなく、それによってねじ山３０２、３０３の間の摩損をより良好に回避するという点で、テーパねじ山技術に対する改良を示している。
【００２３】
図８及び図９は、荷重を受ける雄型締結具、例えばスタッド又はボルトに接合された雌型締結具、例えばナットの、個々のねじ山に加わる剪断力をすべての係合するねじ山の平均剪断力で割った値を比較するチャートである。図９は、締結装置のアイソクロナスクリープの材料応答をさらに示す。各チャートは、ストレートねじ山を有する雌型締結具、テーパねじ山を有する雌型締結具、及び、ねじ山の底部７５％（すなわち、ねじ山１〜１８）がテーパであり、ねじ山の頂部２５％（すなわち、ねじ山１９〜２４）がストレートである、本技術のハイブリッドねじ山を有する雌型締結具の各々に対応するラインを有する。底部ねじ山は、締結装置を組み立てる際に最初に係合されるねじ山であり、頂部ねじ山が最後に係合されることを理解されたい。これらのチャートは、従来技術の種々の欠点及び本技術のハイブリッドねじ山の利点を示している。例えば、ストレートねじ山を有する雌型締結具の底部ねじ山が最大剪断応力を受けており、接続の故障につながるおそれがあることがわかる。また、テーパねじ山を有する雌型締結具では、雌型締結具の頂部ねじ山が剪断応力の不均衡に高い集中を受けており、摩損につながるおそれがある。有利なことに、また、ハイブリッドねじ山を有する雌型締結具は、雌型締結具のねじ長に沿って、特にねじ山１７から２４まで剪断応力のより均一な分布を受けており、摩損の危険性や接続の完全な故障の両方が低減されることがわかる。それゆえ、ボルト及びナットの材料が高温での長期暴露に起因してクリープした後であっても、ハイブリッドねじ山構成は、依然としてねじ山界面の間でより均一な剪断応力荷重を提供する。
【００２４】
図１０及び図１１は、対応する雄型締結具に異なる引張荷重がかかった場合に、テーパねじ山及び本発明によるハイブリッドねじ山を有する雌型締結具の個々のねじ山が受ける剪断応力をそれぞれ示すチャートである。図１０では、再び、テーパねじ山の頂部ねじ山が種々の荷重における剪断応力の最も大きな割合を受けており、摩損につながるおそれがあることがわかる。底部ねじ山は、締結装置を組み立てる際に最初に係合されるねじ山であり、頂部ねじ山が最後に係合されることを理解されたい。しかし、このチャートでは、荷重が最も高いレベルに達した場合には、底部ねじ山が実際に最も高い荷重がかかるねじ山になることに注目すべきである。したがって、図示する最も高い荷重レベルでは、摩損の危険性が依然として高いが、ここで、底部ねじ山が最大剪断応力を受けるので、接続の完全な故障の危険性も大幅に増大する。図１０は、より低い荷重レベルでは、頂部の少数のねじ山のみが剪断応力を受けることを示していることに注目すべきである。換言すれば、より低い荷重レベルでは、頂部ねじ山に集中する剪断応力の割合が不均衡に高く、それは締結具締め付け工程中の摩損の主な原因である。
【００２５】
図１１は、本技術のハイブリッドねじ山がテーパねじ山に対してどの程度改善を表すかを示す。この実施例では、雌型締結具のねじ山の底部７５％（すなわち、ねじ山１〜１８）はテーパであり、雌型締結具のねじ山の頂部２５％（すなわち、ねじ山１９〜２４）はストレートである。底部ねじ山は、締結装置を組み立てる際に最初に係合されるねじ山であり、頂部ねじ山が最後に係合されることを理解されたい。ここで、剪断応力は、すべての荷重レベルで、多くの数のねじ山にわたって分布していることがわかる。例えば、図示するすべての荷重レベル、特に摩損の危険性が最も高い締結具の組み立ての開始時に経験されるより低いスタッド応力レベルでは、ねじ山１８〜２４はすべて、ほとんど等しい量の剪断応力を受けている。また、注目すべきは、最も高い２つの荷重レベルでは、ねじ山の底部部分が最も高いレベルの剪断応力を受けているが、それにもかかわらず、残りのねじ山は剪断応力のより均一な分布を維持しており、摩損及び／又は接続の完全な故障が少なくなる。
【００２６】
図１２は、対応する雄型締結具に荷重が加えられた場合の、ストレートねじ山、テーパねじ山、及び、ねじ山の底部５０％（すなわち、ねじ山１〜１２）がテーパであり、ねじ山の頂部５０％（すなわち、ねじ山１３〜２４）がストレートである、本技術の別の実施例によるハイブリッドねじ山を有する雌型締結具が受ける剪断応力の比較を示すチャートである。底部ねじ山は、締結装置を組み立てる際に最初に係合されるねじ山であり、頂部ねじ山が最後に係合されることを理解されたい。ストレートねじ山とテーパねじ山に関しては、個々のねじ山が受ける剪断応力は、ストレートねじ山の下部が不均衡に高い量の剪断応力を受けるという点、及びテーパねじ山の上部が不均衡に高い量の剪断応力を受けるという点で、上記の図８に示すものと同様である。ここで注目すべきは、テーパねじ山とストレートねじ山との割合が同じであるハイブリッドねじ山構成では、中間のねじ山が最も高い量の剪断応力を受けるということである。また注目すべきは、ねじ山の頂部及び底部に分布する剪断応力の割合が、ねじ長に沿ってより均一であるということである。実際、このチャートでは、ハイブリッドねじ山の実施例の最下部のねじ山は、完全にテーパが付けられたねじ山又は完全にストレートなねじ山よりも小さい剪断応力を受けている。この実施例のハイブリッドねじ山におけるより均一な剪断応力分布は、このような締結装置が摩損及び／又は接続の完全故障を受けにくいことを示している。
【００２７】
現在最も実際的で好ましい実施形態であると考えられるものに関して本発明を記載しているが、本発明は開示された実施形態に限定されるものではなく、逆に、添付した特許請求の範囲の趣旨及び範囲内に含まれる好ましい変更及び等価な構成を包含することを意図していることを理解すべきである。
【符号の説明】
【００２８】
１００，２００，３００  雄型締結具
１０１，２０１，３０１  雌型締結具
１０２，２０２，３０２  第１のねじ山
１０３，２０３，３０３  第２のねじ山
３０５  ストレートねじ山部分
３０７  テーパねじ山部分
１１０，２１０，３１０  隙間
【図１Ａ】
2017110807.tif 000003
【図１Ｂ】
2017110807.tif 000004
【図１Ｃ】
2017110807.tif 000005
【図２Ａ】
2017110807.tif 000006
【図２Ｂ】
2017110807.tif 000007
【図２Ｃ】
2017110807.tif 000008
【図２Ｄ】
2017110807.tif 000009
【図３】
2017110807.tif 000010
【図４Ａ】
2017110807.tif 000011
【図４Ｂ】
2017110807.tif 000012
【図４Ｃ】
2017110807.tif 000013
【図４Ｄ】
2017110807.tif 000014
【図５Ａ】
2017110807.tif 000015
【図５Ｂ】
2017110807.tif 000016
【図５Ｃ】
2017110807.tif 000017
【図６Ａ】
2017110807.tif 000018
【図６Ｂ】
2017110807.tif 000019
【図６Ｃ】
2017110807.tif 000020
【図６Ｄ】
2017110807.tif 000021
【図６Ｅ】
2017110807.tif 000022
【図７Ａ】
2017110807.tif 000023
【図７Ｂ】
2017110807.tif 000024
【図７Ｃ】
2017110807.tif 000025
【図７Ｄ】
2017110807.tif 000026
【図８】
2017110807.tif 000027
【図９】
2017110807.tif 000028
【図１０】
2017110807.tif 000029
【図１１】
2017110807.tif 000030
【図１２】
2017110807.tif 000031
【外国語明細書】
2017110807000001.pdf