(57)【要約】【課題】ねじコンポーネントとワッシャとを備えるファスナアセンブリを提供する。【解決手段】ナットの一方向への回転中に、ねじコンポーネントによってワッシャに及ぼされる締付け負荷が増加と減少とを交互に繰り返すように、ねじコンポーネントとワッシャとの間の支持面がそれぞれ、螺旋状傾斜面セグメントを含む。【選択図】図1
2017089891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファスナアセンブリであって、
共通の軸上に組み付けられたトルク付与部材と締付け部材とを備え、
前記トルク付与部材は、前記軸の周りに形成されたねじ山と、一端部において前記軸の周りに延在する環状支持面とを備え、
前記締付け部材は、一端部において前記軸の周りに形成され、前記トルク付与部材支持面に面する環状支持面を備え、
前記トルク付与部材の前記環状支持面は、複数の螺旋状傾斜面セグメントを含み、前記トルク付与部材面セグメントは、前記ねじ山のピッチよりも大きい第一のピッチを含み、前記トルク付与部材面セグメントは、前記ねじ山に対して反対方向に傾斜した第二のピッチを含み、
前記締付け部材の前記環状支持面は複数の螺旋状傾斜面セグメントを含み、前記締付け部材面セグメントは、前記ねじ山の前記ピッチよりも大きい第三のピッチを含み、前記締付け部材面セグメントは、前記ねじ山に対して反対方向に傾斜した第四のピッチを含む、ファスナアセンブリ。
【請求項２】
前記トルク付与部材は、第一の一連の螺旋状傾斜面セグメントを備え、前記第一の一連の前記トルク付与部材面セグメントは前記第一のピッチを有し、
前記締付け部材は、第二の一連の螺旋状傾斜面セグメントを備え、前記第二の一連の前記締付け部材面セグメントは前記第三のピッチを有する、請求項1に記載のファスナアセンブリ。
【請求項３】
前記トルク付与部材及び前記締付け部材の前記螺旋状傾斜面セグメントの形状は、全体的に相補的である、請求項1に記載のファスナアセンブリ。
【請求項４】
前記第一のピッチ及び前記第三のピッチは、前記ねじ山の前記ピッチと同じ方向に傾斜する、請求項1に記載のファスナアセンブリ。
【請求項５】
前記第二のピッチ及び前記第四のピッチは、前記ねじ山の前記ピッチとは異なる、請求項1に記載のファスナアセンブリ。
【請求項６】
前記第三のピッチは前記第一のピッチに等しく、前記第四のピッチは前記第二のピッチに等しい、請求項1に記載のファスナアセンブリ。
【請求項７】
前記トルク付与部材及び前記締付け部材のうちの少なくとも一方の前記面セグメントは、波状の支持面を形成する、請求項1に記載のファスナアセンブリ。
【請求項８】
前記トルク付与部材がボルト上で回転すると、前記トルク付与部材は前記締付け部材に締付け負荷を及ぼし、
前記トルク付与部材及び前記締付け部材の前記螺旋状傾斜面セグメントは、前記第一のピッチを有する前記螺旋状傾斜面セグメントと前記第三のピッチを有する前記螺旋状傾斜面セグメントが接触しているとき、前記締付け負荷が減少するような寸法を有する、請求項1に記載のファスナアセンブリ。
【請求項９】
前記トルク付与部材がボルト上で回転すると、前記トルク付与部材は前記締付け部材に締付け負荷を及ぼし、
前記トルク付与部材及び前記締付け部材の前記螺旋状傾斜面セグメントは、前記第二のピッチを有する前記螺旋状傾斜面セグメントと前記第四のピッチを有する前記螺旋状傾斜面セグメントが接触しているとき、前記締付け負荷が増加するような寸法を有する、請求項1に記載のファスナアセンブリ。
【請求項１０】
前記トルク付与部材がボルト上で回転すると、前記トルク付与部材は前記締付け部材に締付け負荷を及ぼし、
前記トルク付与部材及び前記締付け部材の前記螺旋状傾斜面セグメントは、前記トルク付与部材のボルト上での回転中に、前記締付け負荷が増加と減少とを交互に繰り返すような寸法を有する、請求項1に記載のファスナアセンブリ。
【請求項１１】
前記第一のピッチ及び前記第二のピッチを横断するために必要なトルク角は、前記第二のピッチ及び前記第四のピッチを横断するために必要なトルク角よりも小さい、請求項1に記載のファスナアセンブリ。
【請求項１２】
前記第一のピッチと前記第三のピッチとの間の接触が、前記ファスナの緩みに抵抗する、請求項1に記載のファスナアセンブリ。
【請求項１３】
ファスナアセンブリであって、
共通の軸上に組み付けられたトルク付与部材と締付け部材とを備え、
前記トルク付与部材は、
所定のピッチを有し、前記軸の周りに配置されるねじ山と、
一端部において前記軸の周りに延在する環状支持面と、を備え、
前記締付け部材は、一端部において前記軸の周りに延在し、前記トルク付与部材支持面に面する環状支持面を備え、
前記トルク付与部材の前記環状支持面は、第一の一連の螺旋状傾斜面セグメントと第二の一連の螺旋状傾斜面セグメントとを備え、前記第一の一連の前記トルク付与部材面セグメントは、前記ねじ山の前記所定のピッチよりも大きいピッチを有し、前記第二の一連の前記トルク付与部材面セグメントは、前記所定のピッチとは異なるピッチであって、反対の方向に傾斜するピッチを有し、
前記締付け部材の前記環状支持面は、第三の一連の螺旋状傾斜面セグメントと第四の一連の螺旋状傾斜面セグメントとを備え、前記第三の一連の前記締付け部材面セグメントは、前記ねじ山の前記所定のピッチよりも実質的に大きいピッチを有し、前記第四の一連の前記締付け部材面セグメントは、前記所定のピッチとは異なるピッチであって、反対の方向に傾斜するピッチを有する、ファスナアセンブリ。
【請求項１４】
前記トルク付与部材の前記環状支持面において、前記第一の一連の前記螺旋状傾斜面セグメントは、前記第二の一連の前記螺旋状傾斜面セグメントと交互に並び、
前記締付け部材の前記環状支持面において、前記第三の一連の前記螺旋状傾斜面セグメントは、前記第四の一連の前記螺旋状傾斜面セグメントと交互に並ぶ、請求項13に記載のファスナアセンブリ。
【請求項１５】
前記トルク付与部材支持面における前記第一及び第二の一連の螺旋状傾斜面セグメントの個数は互いに等しい、請求項13に記載のファスナアセンブリ。
【請求項１６】
前記締付け部材支持面における前記第三及び第四の一連の螺旋状傾斜面セグメントの個数は互いに等しい、請求項15に記載のファスナアセンブリ。
【請求項１７】
前記トルク付与部材のボルト上での回転中に、前記トルク付与部材の前記環状支持面は前記締付け部材の前記環状支持面に締付け負荷を及ぼし、
前記トルク付与部材の前記環状支持面及び前記締付け部材の前記環状支持面は、前記トルク付与部材のボルト上での回転中に、前記締付け負荷が増加と減少とを交互に繰り返すような形状を有する、請求項13に記載のファスナアセンブリ。
【請求項１８】
ファスナアセンブリであって、
ヘッド及びシャフトを有するボルトと、
前記シャフトに組み付けられたワッシャと、を備え、
前記ボルトは、前記シャフトの一部分の周りに形成されたねじ山を備え、
前記ヘッドは、前記ヘッドの下側に配置された複数の螺旋状傾斜面セグメントを備え、前記ヘッド面セグメントは、前記ねじ山のピッチよりも大きい第一のピッチを含み、前記ヘッド面セグメントは、前記ねじ山に対して反対方向に傾斜した第二のピッチを含み、
前記ワッシャは、前記ヘッドの下側に面する支持面を備え、前記ワッシャ支持面は、複数の螺旋状傾斜面セグメントを備え、前記ワッシャ面セグメントは、前記ねじ山の前記ピッチよりも大きい第三のピッチを含み、前記ワッシャ面セグメントは、前記ねじ山に対して反対方向に傾斜した第四のピッチを含む、ファスナアセンブリ。
【請求項１９】
前記ボルトがねじ部材内へと回転すると、前記ボルトは前記ワッシャに締付け負荷を及ぼし、
前記ボルト及び前記ワッシャの前記螺旋状傾斜面セグメントは、前記第一のピッチを有する前記螺旋状傾斜面セグメントと前記第三のピッチを有する前記螺旋状傾斜面セグメントが接触しているとき、前記締付け負荷が減少するような寸法を有し、
前記ボルト及び前記ワッシャの前記螺旋状傾斜面セグメントは、前記第二のピッチを有する前記螺旋状傾斜面セグメントと前記第四のピッチを有する前記螺旋状傾斜面セグメントが接触しているとき、前記締付け負荷が増加するような寸法を有する、請求項18に記載のファスナアセンブリ。
【請求項２０】
前記ボルトがねじ部材内へと回転すると、前記ボルトは前記ワッシャに締付け負荷を及ぼし、
前記ボルト及び前記ワッシャの前記螺旋状傾斜面セグメントは、前記ボルトの前記ねじ部材内への回転中に、前記締付け負荷が増加と減少とを交互に繰り返すような寸法を有する、請求項18に記載のファスナアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本実施形態は、一般には、ねじファスナに関し、より詳細には、漸増する張力又は締付け負荷、及び緩みに対する抵抗力を提供し得るねじファスナアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の緩み防止ねじファスナは、ファスナの用途において存在する緩みトルク力に対抗する特徴に頼っている。広く使われているトルク設計は、ファスナを緩める又は除去するために必要となるトルク力の量を増加させるための機械的手段をねじにおいて採用し、それによって前述の緩みトルク力に対抗している。この機械的手段は、歪んだねじ山、ねじ表面のいくらかの部分を覆う非金属被覆、又は追加的な可塑性部品などであり得、これらは全て緩みトルクに対抗する摩擦力を加えている。広く使われているトルクファスナは、再使用寿命が短く、再組み付けの際には取り外したファスナを新しいものと取り換えるということが典型的なサービスポリシーとなっている。このファスナの別の欠点は、支配的なトルクの変化が結合締付け負荷の追加的な変化をもたらすことである。
【０００３】
いくつかの設計は、ファスナの締付け面における特徴を採用している。これらの特徴は、典型的には、本質的に方向性を有し、対向する締付けられる面内に「喰い込む(bite)」又は「埋め込まれる(dig)」ような「歯」であることを特徴とし得、それによってファスナを緩めるために必要とされるトルク力を上昇させる。このファスナの欠点は、対になる面に取り外しによって傷が生じることである。
【０００４】
他の設計は、雄ねじファスナに穴を掘り、菊ナットを使用することを必要とするが、これは対向する平坦部の各対を横断するスロットを有し、スロットを雄ファスナの穴と整列させて、緩みを防止するための楔ピンを取り付けることが必要となる。この種類の設計の主な欠点はコストである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した種類のファスナの多くの欠点を取り除いたいくつかの設計は、自動車のホイールを締める用途など、雄ファスナを緊張及び緩和させる振動又は周期的な負荷を受けるような用途に対して効果的に働く。しかしながら、締付けられた結合面の使用が、自動車のホイールの主軸など、ファスナの軸の周りでのアセンブリの回転を伴う場合は、回転の開始時及び停止時に慣性によって発生する緩みトルクが、このような設計が有用性を提供することを妨げる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、ファスナアセンブリは、共通の軸上に組み付けられたトルク付与部材と締付け部材とを備え、トルク付与部材は、軸の周りに形成されたねじ山と、一端部において軸の周りに延在する環状支持面とを備え、締付け部材は、一端部において軸の周りに形成され、トルク付与部材支持面に面する環状支持面を備え、トルク付与部材の環状支持面は、複数の螺旋状傾斜面セグメントを含み、面セグメントは、ねじ山のピッチよりも大きい第一のピッチを含み、面セグメントは、ねじ山に対して反対方向に傾斜した第二のピッチを含み、締付け部材の環状支持面は複数の螺旋状傾斜面セグメントを含み、面セグメントは、ねじ山のピッチよりも大きい第三のピッチを含み、面セグメントは、ねじ山に対して反対方向に傾斜した第四のピッチを含む。
【０００７】
別の実施形態において、ファスナアセンブリは、共通の軸上に組み付けられたトルク付与部材と締付け部材とを備え、トルク付与部材は、所定のピッチを有し、軸の周りに配置されるねじ山と、一端部において軸の周りに延在する環状支持面と、を備え、締付け部材は、一端部において軸の周りに延在し、トルク付与部材支持面に面する環状支持面を備え、トルク付与部材の環状支持面は、第一の一連の螺旋状傾斜面セグメントと第二の一連の螺旋状傾斜面セグメントとを備え、第一の一連の面セグメントは、ねじ山の所定のピッチよりも大きいピッチを有し、第二の一連の面セグメントは、所定のピッチとは異なるピッチであって、反対の方向に傾斜するピッチを有し、締付け部材の環状支持面は、第三の一連の螺旋状傾斜面セグメントと第四の一連の螺旋状傾斜面セグメントとを備え、第三の一連の面セグメントは、ねじ山の所定のピッチよりも実質的に大きいピッチを有し、第四の一連の面セグメントは、所定のピッチとは異なるピッチであって、反対の方向に傾斜するピッチを有する。
【０００８】
別の実施形態において、ファスナアセンブリは、ヘッド及びシャフトを有するボルトと、シャフトに組み付けられたワッシャと、を備え、ボルトは、シャフトの一部分の周りに形成されたねじ山を備え、ヘッドは、ヘッドの下側に配置された複数の螺旋状傾斜面セグメントを備え、面セグメントは、ねじ山のピッチよりも大きい第一のピッチを含み、面セグメントは、ねじ山に対して反対方向に傾斜した第二のピッチを含み、ワッシャはヘッドの下側に面する支持面を備え、ワッシャ支持面は、複数の螺旋状傾斜面セグメントを備え、面セグメントは、ねじ山のピッチよりも大きい第三のピッチを含み、面セグメントは、ねじ山に対して反対方向に傾斜した第四のピッチを含む。
【０００９】
本発明の他のシステム、方法、特徴及び利点は、下記の図面及び詳細な説明を精査することにより当業者には明らかであり、又は、明らかになるであろう。そのような追加的なシステム、方法、特徴及び利点の全ては、この説明に含まれ、本発明の範囲内にあり、以下の特許請求の範囲によって保護されるものと意図される。
【００１０】
以下の図面及び説明を参照することで、本発明はより理解され得る。図面中のコンポーネントは必ずしも尺度を正確なものとしておらず、代わりに、本発明の原理を示すにあたって強調がなされている。更には、図では、異なる図面すべてを通して、類似の参照番号は対応する部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第一のファスナアセンブリの上面図、側面断面図、及び底面図である。
【図２】図1の第一のファスナアセンブリとともに使用されるワッシャの上面図、側面断面図、及び底面図である。
【図３】図1の第一のファスナアセンブリとともに使用されるナットの上面図、側面断面図、及び底面図である。
【図４】ファスナアセンブリとともに使用される例示的なねじ山配置の説明図である。
【図５】ファスナアセンブリとともに使用される例示的なねじ山配置の説明図である。
【図６】ファスナアセンブリの適用中の、トルク角と締付け負荷との間の例示的な関係の説明図である。
【図７】第二のファスナアセンブリの上面図、側面断面図、及び底面図である。
【図８】第三のファスナアセンブリの上面図、側面断面図、及び底面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
ファスナアセンブリの一実施形態が図1に図示される。例示的なファスナアセンブリ100は、ナット105とワッシャ120とを備える。図1Aは、ファスナアセンブリ100の上面図を図示する。図1Bは、ファスナアセンブリ100の側面断面図を図示する。図1Cは、ファスナアセンブリ100の底面図を図示する。ファスナアセンブリ100は、車両のホイール主軸(不図示)に締められる主軸ナットとして採用され得る構成を有し得る。そのようなものとして、ファスナアセンブリ100は、六角形状ヘッド107と平坦なベース部122とを含み得る。六角形状ヘッド107は、ナット105に形成される。平坦なベース部122は、ワッシャ120に形成される。実施形態の用途に対する必要に応じて、ナット105の任意の他の形状のヘッドも使用され得る。実施形態の用途に対する必要に応じて、円錐台形など、ワッシャ120の任意の他の形状のベース部も使用され得る。
【００１３】
ナット105は、六角形状ヘッド107と環状フランジ111とを含むナット本体109を含む。ナット本体109は、従来のように、参照番号115の位置において内部にねじ山(不図示)が切られている。ねじ山115は、従来的に選択されたピッチXで、ナット本体109の内側の周りに螺旋状に延びる。
【００１４】
環状フランジ111は、全体として波状の環状底部支持面113を有する。図3Cに図示されるように、支持面113は、十六個の左螺旋状傾斜面セグメント113Lと十六個の右螺旋状傾斜面セグメント113Rとを規定するように分割される。左螺旋状傾斜面セグメント113L及び右螺旋状傾斜面セグメント113Rの個数は、実施形態の用途に対する必要に応じて、任意の値でよい。螺旋状傾斜面セグメントの個数が多いと、ナット105の回転当たりの締付け負荷及び張力の漸増がより小さくなり、緩みに対する抵抗力がより小さくなる。螺旋状傾斜面セグメントの個数が少ないと、ナット105の回転当たりの締付け負荷及び張力の漸増がより大きくなり、緩みに対する抵抗力がより大きくなる。螺旋状傾斜面セグメントの個数は、用途ごとに、ナット105の回転当たりの所望の締付け負荷及び張力の漸増並びに緩みに対する所望の抵抗力を実現するために選択され得る。
【００１５】
ワッシャ120は、平坦なベース部122と環状フランジ126とを含むワッシャ本体124を含む。ワッシャ本体124は、それを貫通するねじ山のない孔132を有する。環状フランジ126は、全体として波状の環状上部支持面128を有する。図2A及び図2Bに図示されるように、支持面128は、十六個の左螺旋状傾斜面セグメント128Lと十六個の右螺旋状傾斜面セグメント128Rとを規定するように分割される。左螺旋状傾斜面セグメント128L及び右螺旋状傾斜面セグメント128Rの個数は、実施形態の用途に対する必要に応じて、任意の値でよい。
【００１６】
ナット105の環状底部支持面113とワッシャ120の環状上部支持面128との接合面は、ワッシャ120のベース部122に対して角度を有してよい。この角度は、図1Bに図示されるように、約15度でよい。ナット105の環状底部支持面113とワッシャ120の環状上部支持面128との接合面の角度は、実施形態の用途に対する必要に応じて、約0度から約45度のまでの間の任意の値でよい。この角度は、締付けられる面(不図示)にワッシャ120を介して負荷を均等に分配するために変更され得る。ナット105の環状底部支持面113とワッシャ120の環状上部支持面128との接合面における摩擦力は、ナット105がワッシャ120に対して回転し得ることを保証するように変更され得る。
【００１７】
ワッシャ120のベース部122は、図1C及び図2Cに図示されるように、複数の隆起する鋸歯セグメント130、例えば、二十個の鋸歯セグメント130を含み得る。鋸歯セグメント130は、締付けられる面(不図示)内に喰い込むか又は埋め込まれ得る。鋸歯セグメント130は、ワッシャ120が締付けられる面に対して回転することを防止するために、ワッシャ120のベース部122と締付けられる面との間の摩擦力を増加し得る。鋸歯セグメント130は、ベース部122と締付けられる面との間に一様な摩擦力を提供するために、ベース部122上で均等に間隔を空けて配置され得る。鋸歯セグメント130の個数と間隔とは、ベース部122と締付けられる面との間の摩擦力を変化させるために調節され得る。ナット105がワッシャ120に対して回転することを許容しつつ、ワッシャ120が締付けられる面に対して回転しないようにするために、ワッシャ120のベース部122と締付けられる面との間の摩擦力は、ナット105の環状底部支持面113とワッシャ120の環状上部支持面128との接合面における摩擦力よりも大きくされ得る。したがって、ナット105にトルクが付与されると、ナット105は回転し得るが、ワッシャ120は静止したままである。
【００１８】
図2を参照すると、図2Aは、ワッシャ120の上面図を図示する。図2Bは、ワッシャ120の側面断面図を図示する。図2Cは、ワッシャ120の底面図を図示する。図2A及び図2Bは、支持面128の左螺旋状傾斜面セグメント128L及び右螺旋状傾斜面セグメント128Rを図示する。
【００１９】
各左螺旋状傾斜面セグメント128Lは、支持面128の回転経路の対応する角度、例えば約15度を占めてよい。各左螺旋状傾斜面セグメント128Lによって占められる支持面128の回転経路の量は、実施形態の用途による必要に応じて、任意の他の値でよい。各右螺旋状傾斜面セグメント128Rは、支持面128の回転経路の約7.5度を占めてよい。各右螺旋状傾斜面セグメント128Rによって占められる支持面128の回転経路の量は、実施形態の用途による必要に応じて、任意の他の値でよい。面セグメント128L及び128Rの全体量は、面128の360度の経路全体を占める。ワッシャ120の面セグメント128L及び128Rの総個数は、ナット105の面セグメント113L及び113Rの総個数に等しい。
【００２０】
各右面セグメント128Rは、ナット105のねじ山115の軸と同一の軸の周りに螺旋状に延在するように形成される。各面128Rは、螺旋状に、ねじ山115と同一方向に傾斜する。これらの右螺旋形状傾斜面128RそれぞれのピッチはYである。右螺旋形状傾斜面128RのピッチYは、ナット105のねじ山115のピッチXとは異なり、ピッチXよりも大きい。ピッチYがピッチXとは異なり、ピッチXよりも大きいことは、トルクが反時計回り方向に付与されたときなどに、ワッシャ120が緩みに抵抗することを可能にし得る。ファスナアセンブリ100を締付け及び緩ませる回転方向は、実施形態の用途に応じて変化し得る。
【００２１】
一方、各左面セグメント128Lは、右面セグメント128Rとは反対方向に傾斜する螺旋の面上に位置する。これらの左螺旋形状傾斜面128LそれぞれのピッチはZである。ピッチZは、各面セグメント128Lによって占められる15度をナット105が回転するとき、ナット105の各回転角度(トルク角)に対して所定の張力増加を提供するように選択される。
【００２２】
図3を参照すると、図3Aは、ナット105の上面図を図示する。図3Bは、ナット105の側面断面図を図示する。図3Cは、ナット105の底面図を図示する。図3Cは、支持面113の左螺旋状傾斜面セグメント113L及び右螺旋状傾斜面セグメント113Rを図示する。
【００２３】
各左螺旋状傾斜面セグメント113Lは、支持面113の回転経路の約15度を占めてよい。各左螺旋状傾斜面セグメント113Lによって占められる支持面113の回転経路の量は、実施形態の用途による必要に応じて、任意の他の値でよい。各右螺旋状傾斜面セグメント113Rは、支持面113の回転経路の約7.5度を占めてよい。各右螺旋状傾斜面セグメント113Rによって占められる支持面113の回転経路の量は、実施形態の用途による必要に応じて、任意の他の値でよい。面セグメント113L及び113Rの全体量は、面113の360度の経路全体を占める。ナット105の面セグメント113L及び113Rの総個数は、ワッシャ120の面セグメント128L及び128Rの総個数に等しい。
【００２４】
各右面セグメント113Rは、ねじ山115の軸と同一の軸の周りに螺旋状に延在するように形成される。各面113Rは、螺旋状に、ねじ山115と同一方向に傾斜する。これらの右螺旋形状傾斜面113RそれぞれのピッチはYである。右螺旋形状傾斜面113RのピッチYは、ねじ山115のピッチXとは異なり、ピッチXよりも大きい。ピッチYがピッチXとは異なり、ピッチXよりも大きいことは、トルクが反時計回り方向に付与されたときなどに、ナット105が緩みに抵抗することを可能にし得る。ファスナアセンブリ100を締付け及び緩ませる回転方向は、実施形態の用途に応じて変化し得る。右螺旋形状傾斜面113RのピッチYは、ワッシャ120の右螺旋形状傾斜面128RのピッチYと同一又は相補的であってよい。
【００２５】
一方、各左面セグメント113Lは、右面セグメント113Rとは反対方向に傾斜する螺旋の面上に位置する。これらの左螺旋形状傾斜面113LそれぞれのピッチはZである。ピッチZは、各面セグメント113Lによって占められる約15度をナット105が回転するとき、ナット105の各回転角度(トルク角)に対して所定の張力増加を提供するように選択される。左螺旋形状傾斜面113LのピッチZは、ワッシャ120の左螺旋形状傾斜面128LのピッチZと同一又は相補的であってよい。
【００２６】
図4は、ファスナアセンブリ100とともに使用される例示的なねじ山配置の説明図を示す。図4に記載されている値は例示的なものであり、実施形態の用途に基づいて変更されてよい。図4は、ファスナアセンブリ100の回転角に対するねじ山ランプ(ramp)440、左螺旋形状傾斜面ランプ442、及び右螺旋形状傾斜面ランプ444を図示する。左螺旋形状傾斜面ランプ442は、ナット105又はワッシャ120の左螺旋形状傾斜面113L又は128Lのいずれとともに使用されてもよい。右螺旋形状傾斜面ランプ444は、ナット105又はワッシャ120の右螺旋形状傾斜面113R又は128Rのいずれとともに使用されてもよい。ランプは、平坦な支持面446に相対的に図示され、平坦な支持面446は、ワッシャ120の平坦なベース部122と同一であってよい。
【００２７】
図4に図示されるように、左螺旋形状傾斜面ランプ442は、ねじ山ランプ440のピッチとは反対方向のピッチを有する。同様に図4に図示されるように、右螺旋形状傾斜面ランプ444は、ねじ山ランプ440と同一の方向のピッチを有するが、右螺旋形状傾斜面ランプ444のピッチはねじ山ランプ440とは異なり、それよりも大きい。図4において説明されるように、右螺旋形状傾斜面ランプ444は、7.5度の回転ごとに0.167mm上昇し、一方、ねじ山ランプ440は、22.5度の回転ごとに0.125mm上昇する。したがって、右螺旋形状傾斜面ランプ444は、ねじ山ランプ440よりも大きなピッチを有する。右螺旋形状傾斜面ランプ444のピッチの値とねじ山ランプ440のピッチの値との間の差は、反時計回り方向への回転の際に、ファスナアセンブリ100の緩みに対する抵抗力を提供する。差が大きいほど緩みに対する抵抗力は大きくなり、差が小さいほど緩みに対する抵抗力は小さくなる。
【００２８】
図5は、ファスナアセンブリ100とともに使用される別の例示的なねじ山配置の説明図を示す。図5に記載されている値は例示的なものであり、実施形態の用途に基づいて変更されてよい。図4と同様に、図5は、ファスナアセンブリ100の回転角に対するねじ山ランプ540、左螺旋形状傾斜面ランプ542、及び右螺旋形状傾斜面ランプ544を図示する。左螺旋形状傾斜面ランプ542は、ナット105又はワッシャ120の左螺旋形状傾斜面113L又は128Lのいずれとともに使用されてもよい。右螺旋形状傾斜面ランプ544は、ナット105又はワッシャ120の右螺旋形状傾斜面113R又は128Rのいずれとともに使用されてもよい。ランプは、平坦な支持面546に相対的に図示され、平坦な支持面546は、ワッシャ120の平坦なベース部122と同一であってよい。
【００２９】
図5は、左及び右螺旋形状傾斜面ランプのランプ高を除いては、図4と同様である。図4と図5を比較すると、左螺旋形状傾斜面ランプ542のランプ高は0.104mmである一方、左螺旋形状傾斜面ランプ442のランプ高は0.167mmであることが分かる。図5に示されるより小さな左ランプ高は、ナット105及びワッシャ120の左螺旋形状傾斜面113Lと128Lとの間の接合面が小さくなるため、ファスナアセンブリ100が、各漸増的な回転に対して、図4に示される左ランプ高よりも小さな回転力で締められ、締付け負荷を増加させることを可能とする。同様に、図5に示されるより小さな右ランプ高は、ナット105及びワッシャ120の右螺旋形状傾斜面113Rと128Rとの間の接合面が小さくなるため、ファスナアセンブリ100の各漸増的な回転に対して、図4に示される右ランプ高よりも小さな緩みに対する抵抗力を、ファスナアセンブリ100に提供する。
【００３０】
図6は、ファスナアセンブリの適用中の、トルク角と締付け負荷の間の例示的な関係の説明図を示す。図6において、時計回り方向の回転は、トルク角の増加をもたらす。線650は、ファスナアセンブリ100の各回転角度に対する締付け負荷(張力)の増加を示し、ファスナアセンブリ100は、前述のように、左及び右螺旋状傾斜面セグメントを有する。線650は、ナット105及びワッシャ120の全ての左及び右螺旋状傾斜面セグメントが同時に相互作用したときの締付け負荷の増加を示す。破線652は、従来のファスナアセンブリの各回転角度に対する締付け負荷(張力)の増加を示す。線650の部分654は、ファスナアセンブリが時計回り方向に締められて左螺旋状傾斜面セグメントが相互作用したときの締付け負荷増加の量を示す。したがって、ファスナアセンブリ100の時計回り方向の回転は、左螺旋状傾斜面セグメント間の接触を係合させ、それが、ファスナアセンブリ100に挿入された雄ねじコンポーネントにおける張力を増加させる。図6は、部分654に対する締付け負荷増加の量は、破線652における同じ量のトルク角増加に対する締付け負荷の増加よりも大きいことを示す。
【００３１】
ファスナアセンブリ100の継続する時計回り方向の回転は、左螺旋状傾斜面セグメント間の接触から右螺旋状傾斜面セグメント間の接触へと遷移する。右螺旋状傾斜面が相互作用する間、締付け負荷は減少し、雄ねじコンポーネントにおける張力は減少する。線650の部分656は、ファスナアセンブリが時計回り方向に締められて右螺旋状傾斜面セグメントが相互作用したときの締付け負荷の変化を示す。図6は、右螺旋状傾斜面セグメントが相互作用したときに、締付け負荷が減少することを示す。締付け負荷の減少は、右螺旋状傾斜面セグメントのピッチがねじ山のピッチよりも大きいことによって起こる。ファスナアセンブリ100を時計回り方向に締めることは、右螺旋状傾斜面セグメントが相互作用したときにファスナにおける張力を減少させる。張力は、左螺旋状傾斜面セグメントが再び係合するまで、減少する。
【００３２】
張力又は締付け圧力の量は、ナット105が行う回転の回数と、螺旋状傾斜面セグメントのピッチとによって決定される。所望の締付け力は、部分の通過を計数することによって手動で達成され得、又はそれと同じことを行うようにコンピュータ駆動のトルクレンチをプログラムすることによって自動で達成され得る。
【００３３】
逆に、ファスナアセンブリ100を反時計回り方向に緩めることは、右螺旋状傾斜面セグメントが相互作用したときにファスナアセンブリ100における張力を増加させる。ファスナアセンブリ100が反時計回り方向に回転したときの張力の増加は、ファスナアセンブリ100の通常の使用時に発生し得る緩みトルクに対する抵抗力を提供する。
【００３４】
負荷の下でのファスナアセンブリ100の静止位置は、左及び右螺旋状傾斜面の両方が同時に接触したときである。静止位置658は、図6のグラフにおいて、例えば22.5度のトルク角など、線650の各局所的な最小点において示され得る。静止位置は、ファスナアセンブリ100に挿入されたボルトなどの雄ねじコンポーネントに付与される応力の量が最小になる位置であるので、ファスナアセンブリ100は、自動的に静止位置に到達する。したがって、ファスナアセンブリ100は、最も望ましい位置に自ら位置する。
【００３５】
ファスナアセンブリの別の実施形態が図7に示される。ファスナアセンブリ700は、ファスナアセンブリ100と同一の要素及び特徴のいくつか又は全てを含み得、したがって、それらはここでは繰り返し説明されない。図7Aは、ファスナアセンブリ700の上面図を図示する。図7Bは、ファスナアセンブリ700の側面断面図を図示する。図7Cは、ファスナアセンブリ700の底面図を図示する。ファスナアセンブリ700は、ナット705に回転可能に接続された拘束ワッシャ(captive washer)720を含み得る。ワッシャ720とナット705との間の接続は、ワッシャ720がナット705に保持される間、ワッシャ720とナット705との間での自由回転を許容し得る。ワッシャ720とナット705との間の接続は、下方に延在するナット705のフレア状部分770によって成され得、フレア状部分770は、図7Bに図示されるように、ワッシャ720の孔732に嵌り込む。ワッシャ720の孔732は、フレア770に適合するように、上部においてより狭くなり得る。ファスナアセンブリ700は、ワッシャ720及びナット705の左及び右螺旋状傾斜面の相互作用による、ファスナアセンブリ100と同一の緩みに対する抵抗力機能を含む。
【００３６】
ファスナアセンブリの別の実施形態が図8に示される。図8Aは、ファスナアセンブリ800の上面図を図示する。図8Bは、ファスナアセンブリ800の側面断面図を図示する。図8Cは、ファスナアセンブリ800の底面図を図示する。ファスナアセンブリ800は、ファスナアセンブリ100におけるようなナットの代わりにボルト805を備える。ボルト805は、六角形状ヘッド807、ねじ山815、フランジ811、支持面813、左螺旋状傾斜面セグメント、及び右螺旋状傾斜面セグメントなど、ナット105と同一の要素及び特徴のいくつか又は全てを含み得る。ねじ山815は、ボルト805のシャフト872の一部分の外側の周りに、選択されたピッチXで、螺旋状に延在し得る。ファスナアセンブリ800は、ワッシャ820も備える。ワッシャ820は、ワッシャ120と同一の要素及び特徴のいくつか又は全てを含み得、したがって、それらはここでは繰り返し説明されない。ファスナアセンブリ800は、ワッシャ820及びボルト805の左及び右螺旋状傾斜面の相互作用による、ファスナアセンブリ100と同一の緩みに対する抵抗力機能を含む。
【００３７】
本開示において説明されたファスナアセンブリの実施形態は、ファスナアセンブリに挿入された雄ねじコンポーネントの回転など、締付けられた結合面がファスナの軸の周りを回転する用途に対して緩みトルクに対する抵抗力を提供することができる。このような用途において、回転の開始時及び停止時に慣性によって発生する緩みトルクは、右螺旋状傾斜面が相互作用したときに起こる張力増加によって相殺される。
【００３８】
本開示において説明されたファスナアセンブリの実施形態は、必須条件として螺旋状傾斜面を有するナット及びワッシャのみを必要とし、他のコンポーネントは必要とされないため、安価に製作及び使用されるファスナアセンブリを提供する。更に、ファスナアセンブリを適用又は除去するときに恒久的に損傷するコンポーネントがないため、説明されたファスナアセンブリは再使用可能である。更に、本質的に方向性を有し、締付け面内に喰い込む歯がないため、ファスナアセンブリは締付け面を損傷することがない。
【００３９】
本開示は、対になるベース部が平坦であるワッシャを有するナット、及びボルトの文脈で説明された。しかしながら、本開示は、例えばナット/ボルト及び円錐形のワッシャアセンブリなどの、広範なファスナアセンブリ構成にも適用され得ることを理解されたい。本発明は、その実施形態を参照して、細部にわたって図示され説明されたが、当業者は、添付の特許請求の範囲に規定される本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細において様々な変更がなされ得ることを理解されよう。
【符号の説明】
【００４０】
100  ファスナアセンブリ
105  ナット
107  六角形状ヘッド
109  ナット本体
111  環状フランジ
113  環状底部支持面
115  ねじ山
113L  左螺旋状傾斜面セグメント、左螺旋形状傾斜面
113R  右螺旋状傾斜面セグメント、右螺旋形状傾斜面
120  ワッシャ
122  平坦なベース部
124  ワッシャ本体
126  環状フランジ
128  環状上部支持面
128L  左螺旋状傾斜面セグメント、左螺旋形状傾斜面
128R  右螺旋状傾斜面セグメント、右螺旋形状傾斜面
130  鋸歯セグメント
132  孔
440  ねじ山ランプ
442  左螺旋状傾斜面ランプ
444  右螺旋状傾斜面ランプ
446  平坦な支持面
540  ねじ山ランプ
542  左螺旋状傾斜面ランプ
544  右螺旋状傾斜面ランプ
546  平坦な支持面
658  静止位置
700  ファスナアセンブリ
705  ナット
720  ワッシャ
732  孔
770  フレア状部分
800  ファスナアセンブリ
805  ボルト
807  六角形状ヘッド
811  フランジ
813  支持面
815  ねじ山
820  ワッシャ
872  シャフト
【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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【外国語明細書】
2017089891000001.pdf