专利摘要:
本発明の実施形態は、第1部材を第2部材に固定するためのファスナの公差補正を成し遂げるための装置と方法を含む。上記装置と上記方法は、第1部材の第1開口で受けられるユニタリインサートの使用を含む。上記ユニタリインサートは、機械的ファスナがスロットホールと第1部材の第1開口とを貫通するようにスロットホールを画定することができる。このとき上記機械的ファスナは第2部材へ取り付けることができる。上記公差補正は、第1部材についてスロットホールの向きを調整することによって達成される。
公开号:JP2011509387A
申请号:JP2010542287
申请日:2009-01-12
公开日:2011-03-24
发明作者:ケネス・ダブリュー・ケンドール
申请人:ジェネラル・ダイナミクス・ランド・システムズGeneral Dynamics Land Systems;
IPC主号:F16B5-00
专利说明:

[0001] 本発明の実施形態は、一般に、多様な物体を機械的に締める場合の開口公差寸法についての補正に関する。]
背景技術

[0002] ある物体を他の物体に固定するとき、製造時あるいは設計時の誤差は、干渉、ずれ及び/又は許容できない間隙をもたらす可能性がある。結果として、設計者は、一般に、物体の寸法を設計し仕様を定めるときの多少の公差を認める。この公差は、一般に、例えばASME Y14.5M-1994に明示されているように、幾何公差(GD&T)を通して物体に適用される。設計者と技術者は、厳格な寸法を定めることの利益と、厳格な寸法および公差とした製造物体の高コストとのバランスを頻繁にとる。これは、寸法と公差とが頻繁に混ざり合う結果となり、最も重要な寸法だけが厳格な寸法記入及び公差の必要条件と共に明記される。]
[0003] 図1は、物体10の部分の平面図と、直径Fを有する従来のファスナ110の横断面を概略的に示す。直径Fはfの公差を有する。ファスナ110は、直径Hを有する大きいスルーホール120すなわち貫通孔120を通過することによって上記物体10を固定する。直径Hはhの公差を有する。次の式(Eq)1Aは、位置公差又は図1に示される大きいスルーホール120によりもたらされる公差補正Tを決めるための式の要点を説明する。
Eq.1A T=((H−h)−(F+f))/2] 図1
[0004] しかしながら、もしHとFのサイズが公差hとfよりも著しく大きいならば、式1Aは、次の式のように簡易化することができる。
Eq.1B T=(H−F)/2]
[0005] 図1と式1Bを参照すると、位置公差Tは、スルーホール120の直径Hからファスナ110の直径Fを差し引くことによって決めることができる。この式1Bの解は、一般的には、位置公差Tを得るために2で割る。ファスナのパターンと式1Bを使用する場合、スルーホール120の直径Hを大きくすることは、ボルトパターン位置の誤差に対してより大きな許容をもたらす。また、スルーホール120の直径を小さくすることは、ボルトパターン位置の誤差に対してより小さい許容をもたらす。] 図1
[0006] ある物体を、複数のファスナを用いて別の物体に固定する場合、結果として得られるスルーホール及びファスナのパターンにより、スルーホールとファスナのパターンと周囲の配列(ジオメトリー)とに設定された制限が重なる、または結果的に制限が生じることがある。そして、それぞれの物体上のファスナパターンに幾何公差の適用が要求される。上記パターンの数が増える、または上記パターンが複雑さを増す場合、幾何公差は製造コストを跳ね上げることもあり得る。加えて、2つあるいはそれ以上の独立パターンを使用するとき、つまり、本来は組み合わせて使用することを意図されていない独立のパターンを使用する場合、またはおそらく異なった設計パラメーターに設計され寸法記入された独立のパターンを使用する場合、パターン間の寸法に対する信頼性のない制限を包含することがある。例えば、野外に駐留している軍用車に強化装甲またはパネルを取り付ける場合、同時に使用することが意図されていない、既存の関連のないファスナパターンの使用が必要となる場合がある。]
[0007] 厳格なまたは複雑な公差を補正するために、または2つの独立したパターンを組み合わせて使用する場合に、信頼性のない制限についての補正は、スルーホールの直径を大きくするといった、大きな主要部を用いることで達成される場合がある。しかしながら、大きな主要部(feature)は、多様な物体間の接合部分性能を低下させる結果となる。]
[0008] 以前の試みは、インサートへの2部品(two-piece)アプローチを利用している。米国特許No.5,141,357は、外側、内側両方の本体部材を使用するファスナインサートを開示する。米国特許No.4,309,123は、内部軸受け筒と外部軸受け筒からなる締結部材を開示する。両引例とも、複合的要素を有することの欠点に悩まされ、追加部品点数や複雑性が結果として生じている。さらに、2部品設計の使用は、追加的に公差についての検討、すなわち、ファスナとインサート間およびインサートと取り付け板間だけでなく、インサートの2部品間についても公差の検討を要する。その上、どのような2部品インサート構造でも、製造、出荷、設備、その他このような検討に関する追加のエンジニアリングコスト及び生産コストが生じる結果となる。]
[0009] 開口幾何公差(GD&T)を補正し、接合部分性能を維持する必要が現実に存在する。本発明の実施形態は公差補正のための装置および方法を含む。]
[0010] 好ましい一実施形態において、公差補正のための装置は、第1面、第2面、側面を有するユニタリ部材を包含することができる。ユニタリ部材と機械的ファスナは、第1部材を第2部材に固定するよう構成することができる。ユニタリ部材の側面と第2面は、第1部材における第1開口によって、少なくとも部分的に受けることができる。ユニタリ部材は、第1面から第2面へ貫通するスロットホールすなわちスロット状の穴を画定することができる。スロットホールは、機械的ファスナを受けるよう構成することができ、機械的ファスナが、スロットホールと第1開口とを貫通して、第2部材に固定されるようにできる。機械的ファスナの位置公差に対する補正を、第1部材に対するスロットホールの向きを調整することによって達成することができる。]
[0011] 別の好ましい実施形態において、公差補正のための方法は、第1部材に第1開口を形成することを含むことができる。上記方法は、第1部材の第1開口の中にユニタリインサートを設置することを含むことができる。上記方法は、ユニタリインサートの内部に形成されたスロットホールの中に機械的ファスナを差し込むことを含むことができる。上記方法は、第1部材に対するユニタリ部材のスロットホールの向きを調整することを含むことができる。上記方法はまた、第2部材に機械的ファスナを固定することを含むことができる。]
[0012] 別の好ましい実施形態において、公差補正のための装置は、第1部材と、第2部材と、機械的ファスナと、第1面、第2面、側面を有するユニタリインサートとを含むことができる。ユニタリ部材の側面と第2面とを、第1部材における第1開口によって、少なくとも部分的に受けることができる。ユニタリ部材は、第1面から第2面に貫通するスロットホールを画定することができる。スロットホールは、機械的ファスナを受けるよう構成されることができ、機械的ファスナが、スロットホールと第2部材に固定される第1開口とを貫通する。機械的ファスナの位置公差に対する補正を、第1部材に対するスロットホールの向きを調整することによって達成することができる。]
図面の簡単な説明

[0013] 図1は、直径Hの大形スルーホールの内部における直径Fからなる従来のファスナを示す平面図である。] 図1
[0014] 図2は、ラジアルインサートを示す等角図である。] 図2
[0015] 図3は、図2のラジアルインサートを示す平面図である。] 図2 図3
[0016] 図4は、図3におけるラジアルインサートのA−A断面を示す横断面図である。] 図3 図4
[0017] 図5は、図2のラジアルインサートに関して、可能性がある公差補正を概略的に示す図である。] 図2 図5
[0018] 図6は、6個の機械的ファスナのパターンに用いた4個のラジアルインサートの実施例を概略的に示す等角図である。] 図6
[0019] 図7は、6個の機械的ファスナのパターンに用いた4個のラジアルインサートの実施例を示す図6の平面図である。] 図6 図7
実施例

[0020] 一般に、本発明の実施形態は、改良された公差補正と、多様な物体を機械的に締め付けるための方法とを提供する。本発明の一の実施形態は、ラジアルインサートを含み、このラジアルインサートは、機械的ファスナとスルーホールを用いて多様な物体を機械的に接続するためのものである。ラジアルインサートの使用は、物体上のファスナおよび/またはスルーホール要素間で、信頼性のない制限について補正するために用いられることができる。ここで開示するラジアルインサートと方法は、幾何公差(GD&T)に関連して実行されることができる。しかし、このラジアルインサートは、特定のアプリケーションのための設計基準を満たす別の機械的に締められた物体に関連して実施されることもできる。]
[0021] 図2は、ラジアルインサート100の等角図を示しており、ラジアルインサート100は、中心軸に平行なスロットホール101すなわちスロット状の穴101を有する一つだけの円形ディスクからなる。また、ラジアルインサート100は、ユニタリ部材である。円形ディスクの外面は、締め付け荷重を付加するよう構成された形状を含めることができる。例としては、インサートの側面に、2つの機械的に締められた物体間の接合部分に向かって、既定テーパー102を形成することができる。テーパー102は、ファスナの位置がタイトにまたはルーズに制限されている場合に、ある物体を別の物体に機械的に固定する助けとなることができる。機械的ファスナのパターンを用いて2以上の物体を接続する場合、スロットホール101は、ラジアルインサートが大きくなった公差の重なり(large tolerance stack-up)を補正することを可能とする。また、スロットホール101は幅以上に長い長さを有することができ、あるいはちょうど卵形(楕円形)にスロットホール101を形成することができる。以下により詳細に論じるように、円形ディスクの外周の既定テーパーは、2つの締められた物体間に締め付け荷重を与えることができ、2つの物体の接合部分間の剪断力(shear)を増加した締め付け荷重に転換することができる。そして、事実上、2つの物体間の接合部分性能が向上する。] 図2
[0022] 図3と図4は、それぞれ、ラジアルインサート100の平面図と断面図(図3のA−A断面図)を示す。図に示すように、スロットホール101は、軸101aと軸101bとの間の距離によって定まるスロット長Lを有する。スロット軸101aは、ラジアルインサートの中心線を共有する。図3に示すように、軸101aと軸101bとの間のスロット長Lに沿って様々な位置に配置されたファスナを収容するために、スロットホール101の端部は円形または別の形状とすることができる。スロットホール101はまた、幅Wを有する。ラジアルインサートのサイズは、スロットホールの配置とサイズとを含めて、特定の実施設計パラメーターによって調整される場合もある。] 図3 図4
[0023] 図5は、図2のラジアルインサートに関連した、可能性がある公差補正を概略的に示す。図5に示すように、軸101aについての(ラジアルインサートの回転による)スロットホール101の回転は、軸101bによって定められる円103と、スロットホール101の物理的端部によって定められる円104とを作り出す。円103は、スロット長Lによって定められる半径を有する。ラジアルインサートを回転させ、スロットホール101の長さに沿ってファスナ110を動かすことによって、ファスナ110の軸110aは、円103上のどこでも、または、円103の中のどの位置でも置くことができる。例えば、図5に示すように、ファスナ110の軸110aがスロットホール101の軸101aと一直線になるように、ファスナ110をラジアルインサート100の中心に配置することができる。加えて、ファスナ110’として図5に示すように、ファスナを右手側上方に配置することができ、軸101a’はラジアルインサートの中心から離れて配置される。ラジアルインサートを回転させ、スロットホール101に沿ってファスナをスライドさせることによって、このファスナ110’の位置を簡単に実現することができる。] 図2 図5
[0024] このラジアルインサートを使用と、スロットホール101におけるファスナ110についての位置公差Tは、以下の式によって定義することができる。
Eq.2A T=(2(L−l)+(W−w)−(F+f))/2
Lは公差lを、Wは公差wを、そしてFは公差fを有する。]
[0025] しかし、L、W、Fのサイズが公差l、w、fよりもかなり大きいものであるならば、式2Aを、以下のように簡略化することができる。
Eq.2B T=(2L+W−F)/2]
[0026] 式1Bと式2Bを比較する場合、従来のアプローチが、(式1BのTが式2BのTと等しくなるように)式2Bにおける位置公差にマッチするためには、直径Hは2L+Wと等しくなければならない。結果として、Hは、同じ位置公差とするためにスロットホール101よりもかなり大きくならざるを得ない。ラジアルインサート100と同等の位置公差を提示するために十分な大きさのホール(穴)は、ホールの領域を覆うための大きい座金を必要とする。しかしながら、おそらく当業者が十分に理解するように、大きいホールは、所望のクランプ性能を得るために、ますます大きな直径と厚さの座金を必要とする。]
[0027] 図6と図7は、それぞれ、6個の機械的ファスナのパターンに用いた4個のラジアルインサート100の実施例についての等角図と平面図を概略的に示す。ラジアルインサート100は、プレート130とパネル140との間に締め付け荷重を与える。一例として、プレート130には、装甲板や機械基盤または滑り板等、ボルトパターンを用いて固定されるように構成される要素が含まれる。同様に、パネル140には、乗り物の一部分その他のプレート130がボルト固定されるように構成された要素が含まれる。図6と図7において、パネル140は、スレッドホールパターンすなわちネジ穴パターンを含むことができ、図6と図7に示すように、このスレッドホールパターンは、ファスナ110を受けるために持ち上がったスレッドホール141を含む。プレート130は、2通りの位置決めホール132を有し、この2通りの位置決めホール132は、プレート130をパネル140に対して軸方向に拘束するが、回転を可能にする。プレート130は、1通りの位置決めスロットホール133を有し、このスロット133は、プレート130をパネル140に対して正しい位置(方向)に置き、ホール132回りのプレート130の回転を制限する。パネル140のスレッドホール141に対して、テーパードホール131をプレート130に設置することができる。ラジアルインサート100の既定テーパー102におよそ一致させるためにホール131と共に、既定テーパー131’を用いることができることは、理解されるはずである。ファスナ110と座金111を用いてラジアルインサート100とプレート130とをパネル140に固定すると、テーパー102はテーパー131’と相互に作用して、プレート130とパネル140との間に締め付け荷重を与える。] 図6 図7
[0028] 取り付けの間、ラジアルインサート100はテーパードホール131に設置され、スロットホール101がスレッドホール141に合うまで回転することができる。ラジアルインサート100の回転は、スロットホール101をランダムに径方向に向かせることになり、ラジアルインサートがテーパードホール131とスレッドホール141の開口公差位置を補正することができるようにする。]
[0029] ボルトやスクリューや他の知られた機械的ファスナ等の機械的ファスナ110を堅く締める場合、機械的ファスナ110は、ラジアルインサート100に締め付け荷重を加える。同様に、ラジアルインサート100は、プレート130のテーパー131’に締め付け荷重を加える。テーパー131’に加えられた締め付け荷重は、最終的に、パネル140に対してプレート130を拘束する。]
[0030] 軸101aに垂直な方向にプレート130が押しやられる場合には、ラジアルインサートの既定テーパー102とテーパードホール131の既定テーパーとを、ラジアルインサート100の既定テーパー102に対する反作用によって横方向の動きや力に反抗するよう構成することが考えられる。このような装置は、横方向の動きを機械的ファスナ110におけるさらに高い張力または締め付け力に変えるように構成することができる。したがって、ラジアルインサート100は、図6、7に示すように適用される場合、横方向の動きや力をプレート130とパネル140との間の高い締め付け力に変えることによってプレート130とパネル140との間の接合部分性能を向上することができる。] 図6
[0031] 一例として、図6、7に示されるラジアルインサートは、8分の7インチ(2.22cm)の幅にすることができる。このとき、上部の直径は2.9インチ(7.37cm)で、下部の直径は2.1インチ(5.33cm)であり、円形ディスクからなるラジアルインサート外周部のテーパーを効果的に定める。スロットホールは1.1インチ(2.79cm)の幅に、スロット長Lは0.3インチ(0.76cm)にすることができ、スロットホールの一の端部の位置は、上記円形ディスクの中心軸と整合している。] 図6
[0032] 図6、7に示すプレート130の例においては、テーパードホール131の直径は変化することが理解されるはずである。テーパー131’がテーパー102と共に機能し、あるいはおおよそテーパー102に一致する限りは、テーパードホール131の全直径はあまり重要ではない。図6、7におけるプレート130は既定のテーパー131’を含むけれども、テーパードホール131の直径がラジアルインサート100の最大直径よりも小さい限りは、どのようなテーパー131’もなしにテーパードホール131を構成することもできる。このような状況下において、ラジアルインサートのテーパー102は、なおも締め付け荷重を移動するために作用することができ、どのような横方向の動きや力でもプレート130とパネル140との間のさらに高い締め付け力に変えるために作用することができる。] 図6
[0033] ラジアルインサートを別のファスナパターンや別の型のファスナと使用することができる。例えば、図6、7に示す持ち上がったスレッドホール141は、パネル140の中に持ち上がりのないシンプルなスレッドホールやシンプルなスルーホールを代わりに含めることができ、このスレッドホールやスルーホールは、通しボルトやスレッドナットすなわちねじナットが締め付け力を加えるために用いられることを可能にする。加えて、ファスナ110とスレッドホール141は次のように逆転することができる。インサート100の中を通って上方に伸びるようにスレッドファスナすなわちねじファスナをパネル140に溶接し、またはパネル140に他の方法で取り付けて、ナットまたは他のこのようなスレッドファスナで固定することができる。] 図6
[0034] ラジアルインサート100の側面は、代わりの構成を含むこともできると考えられる。例えば、インサートの側面は、ショルダー形またはステップ形(図示せず)を含むことができる。インサート100の最外端の直径を、ショルダーやステップがパネルの最上部の上にのるように、パネルのホールより大きく構成することができる。パネルのホールはインサートの側面のステップ形に一致させる必要はないけれども、もう1つの方法として、ホールおよび一致するステップ形を、パネルに形成して、ステップ形側面を有するラジアルインサート100がホールに挿入される場合に、インサートとパネルの最上部を同一平面状にすることができる。]
[0035] 加えて、図示はしないけれども、ファスナパターンのすべてのファスナが、ラジアルインサートを用いることもあり得る。例えば、図6、7に示すホール132、133は、ラジアルインサート100を用いることもできるようにホール131と置き換えることもできる。] 図6
[0036] 別の方法として、取り外し可能な部材(例えばプレート130)に代えて、常設の部材(例えばパネル140)にラジアルインサートが取り付けられるように、ラジアルインサート100の配置を反対にすることができる。この別の構成において、ラジアルインサート100はキャプチャナットで溶接リングの内側へ配置されることができ、上述のようにラジアルインサート100の役割を効果的に逆転させる。例として、装甲パネルを車両にボルトでとめる場合、ラジアルインサート100は、装甲パネルの一部の代わりに、車両の一部になるだろう。]
[0037] 具体的な実施形態に関して、ここに本発明を記載したが、様々な変化と改良が本発明の範囲から離れないで当業者によりなされる場合があると理解されるべきである。この変化と改良を網羅する本発明の実施形態が、添付の請求項の範囲に含まれることを意図する。]
权利要求:

請求項1
第1面、第2面、および側面を有し、機械的ファスナにより第1部材を第2部材に固定するユニタリ部材を備え、上記ユニタリ部材の上記側面と上記第2面は、上記第1部材における第1開口により、少なくとも部分的に受けられており、上記ユニタリ部材は、上記第1面から上記第2面に抜けるスロットホールを画定しており、上記スロットホールは、上記機械的ファスナを受けるよう構成されて、上記機械的ファスナが上記スロットホールと上記第1開口を通ることができ、上記第2部材に固定されるようになっており、上記機械的ファスナの位置公差についての補正は、上記第1部材に対する上記スロットホールの向きを調整することにより達成されることを特徴とする公差補正のための装置。
請求項2
請求項1に記載の公差補正のための装置において、上記ユニタリ部材の上記側面は、上記第1部材と上記第2部材との間に締め付け力を加えるように構成されることを特徴とする公差補正のための装置。
請求項3
請求項2に記載の公差補正のための装置において、上記ユニタリ部材の上記側面は、既定テーパーを有することを特徴とする公差補正のための装置。
請求項4
請求項3に記載の公差補正のための装置において、上記ユニタリ部材の上記側面の上記既定テーパーは、上記第1部材における第1開口のテーパーと一致することを特徴とする公差補正のための装置。
請求項5
請求項3に記載の公差補正のための装置において、上記ユニタリ部材は、上記第1部材と上記第2部材との間の剪断力を上記機械的ファスナのさらに高い張力に変換することを特徴とする公差補正のための装置。
請求項6
請求項1に記載の公差補正のための装置において、上記ユニタリ部材は、円錐台形状であることを特徴とする公差補正のための装置。
請求項7
請求項1に記載の公差補正のための装置において、上記スロットホールは、スロット長を規定しており、上記スロット長に沿った様々な位置で上記機械的ファスナを収容するようになっていることを特徴とする公差補正のための装置。
請求項8
請求項7に記載の公差補正のための装置において、上記スロットホールの端部は、ユニタリインサートの中心軸と一直線になることを特徴とする公差補正のための装置。
請求項9
第1部材の第1開口内にユニタリインサートを設置し、上記ユニタリインサートの中に形成されたスロットホールに機械的ファスナを挿入し、上記第1部材に対して上記ユニタリインサートの上記スロットホールの向きを調整し、上記機械的ファスナを第2部材へ固定することを特徴とする公差補正の方法。
請求項10
請求項9に記載の公差補正の方法において、上記ユニタリインサートの側面は、既定テーパーを有することを特徴とする公差補正の方法。
請求項11
請求項9に記載の公差補正の方法において、上記側面の上記既定テーパーは、上記第1部材の上記第1開口のテーパーと一致することを特徴とする公差補正の方法。
請求項12
請求項9に記載の公差補正の方法において、上記側面の上記既定テーパーは、上記第1部材と上記第2部材との間に締め付け荷重を与えることを特徴とする公差補正の方法。
請求項13
請求項9に記載の公差補正の方法において、上記スロットホールの上記向きの調整は、上記ユニタリインサートが、上記第1部材に対して上記スロットホールの開口公差位置を補正することを可能とすることを特徴とする公差補正の方法。
請求項14
第1部材と、上記第1部材に固定されるよう構成される第2部材と、機械的ファスナと、第1面、第2面および側面を有するユニタリ部材とを備え、上記ユニタリ部材の上記側面と上記第2面は、上記第1部材における第1開口により、少なくとも部分的に受けられており、上記ユニタリ部材は、上記第1面から上記第2面に抜けるスロットホールを画定しており、上記スロットホールは、上記機械的ファスナを受けるよう構成されて、上記機械的ファスナが上記スロットホールと上記第1開口を通ることができ、上記第2部材に固定されるようになっており、上記機械的ファスナの位置公差についての補正は、上記第1部材に対する上記スロットホールの向きを調整することにより達成されることを特徴とする公差補正のための装置。
請求項15
請求項14に記載の公差補正のための装置において、上記ユニタリ部材の上記側面は、上記第1部材と上記第2部材との間に締め付け力を加えるよう構成されることを特徴とする公差補正のための装置。
請求項16
請求項15に記載の公差補正のための装置において、上記ユニタリ部材の上記側面は、既定テーパーを有することを特徴とする公差補正のための装置。
請求項17
請求項16に記載の公差補正のための装置において、上記ユニタリ部材の側面の上記既定テーパーは、上記第1部材における上記第1開口のテーパーと一致することを特徴とする公差補正のための装置。
請求項18
請求項16に記載の公差補正のための装置において、上記ユニタリ部材は、上記第1部材と上記第2部材との間の剪断力を上記機械的ファスナのさらに高い張力に変換することを特徴とする公差補正のための装置。
請求項19
請求項14に記載の公差補正のための装置において、上記ユニタリ部材は、円錐台形状であることを特徴とする公差補正のための装置。
請求項20
請求項14に記載の公差補正のための装置において、上記スロットホールは、スロット長を規定しており、上記スロット長に沿った様々な位置で上記機械的ファスナを収容するようになっていることを特徴とする公差補正のための装置。
請求項21
請求項20に記載の公差補正のための装置において、上記スロットホールの端部は、ユニタリ部材の中心軸と一直線になることを特徴とする公差補正のための装置。
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DE19653226C2|1999-08-26|Montageeinheit aus einem Montageteil und einem insbesondere als Schraube ausgebildeten Fixierteil
同族专利:
公开号 | 公开日
CA2711888A1|2009-07-16|
EP2245322A1|2010-11-03|
WO2009089069A1|2009-07-16|
US20090180831A1|2009-07-16|
EP2245322A4|2011-12-28|
AU2009204385A1|2009-07-16|
IL206942D0|2010-12-30|
引用文献:
公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
法律状态:
优先权:
申请号 | 申请日 | 专利标题
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