特許 5896179 位置誤差を補正する形状ロック接続、形状ロック接続のためのボルト、ナット、および調整リング

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5896179

(24)【登録日】2016年3月11日

(45)【発行日】2016年3月30日

(54)【発明の名称】位置誤差を補正する形状ロック接続、形状ロック接続のためのボルト、ナット、および調整リング

(51)【国際特許分類】

   F16B 5/02 20060101AFI20160317BHJP

   F16B 35/00 20060101ALI20160317BHJP

   F16B 43/00 20060101ALI20160317BHJP

   B60B 3/16 20060101ALN20160317BHJP

【ＦＩ】

   F16B5/02 A

   F16B35/00 K

   F16B43/00 Z

   !B60B3/16 D

【請求項の数】16

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-532080(P2013-532080)

(86)(22)【出願日】2011年10月7日

(65)【公表番号】特表2014-500444(P2014-500444A)

(43)【公表日】2014年1月9日

(86)【国際出願番号】EP2011005024

(87)【国際公開番号】WO2012045471

(87)【国際公開日】20120412

【審査請求日】2014年9月17日

(31)【優先権主張番号】102010038067.9

(32)【優先日】2010年10月8日

(33)【優先権主張国】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】513073496

【氏名又は名称】ウァイス，ウォルフガング

(74)【代理人】

【識別番号】100091683

【弁理士】

【氏名又は名称】▲吉▼川 俊雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179316

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 寛奈

(72)【発明者】

【氏名】ウァイス，ウォルフガング

【審査官】 塚原 一久

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第０２／０７５１７０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第５０５７１１１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 特開平０１−１８２６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 英国特許出願公告第００４００８８７（ＧＢ，Ａ）

【文献】 米国特許第６１９３３２０（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 米国特許第５７９７９１２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｂ ５／００− ５／１２

Ｆ１６Ｂ ２３／００−４３／０２

Ｂ６０Ｂ ３／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

位置誤差を補正する形状ロック接続であって、
互いに接続される第１の部品（１；２０１；３０１；４０１）および第２の部品（２；２０２；３０２；４０２）、
前記第１の部品（１；２０１；３０１；４０１）に配置された環状の第１の形状ロック要素（３０’；２３０’；３３０’；４３０’）、
前記第２の部品（２；２０２；３０２；４０２）に配置された環状の第２の形状ロック要素（２１；２２１；３２１；４２１’）、および
前記第１の形状ロック要素と前記第２の形状ロック要素の間に設けられる補正要素、を備え、
前記補正要素は調整リング（４；２０４；３０４；４０４）として形成されており、
前記第１および第２の形状ロック要素はその軸位置で固定され、前記補正要素とともに、前記第１の部品（１；２０１；３０１；４０１）と前記第２の部品（２；２０２；３０２；４０２）を相対して配置する形状ロック手段を形成しており、
前記第１の形状ロック要素は、前記第２の形状ロック要素に向いている側に球形セグメント状に湾曲した第１の面（３２；２３２；３３２；４３２）を備えており、前記第１の面（３２；２３２；３３２；４３２）の湾曲中心点（Ｍ１；Ｍ３）は前記第１の形状ロック要素の軸（Ｘ；Ｘ５）上にあり、
前記第２の形状ロック要素は、前記第１の形状ロック要素に向いている側に球形セグメント状に湾曲した第２の面（２２；２２２；３２２；４２２）を備えており、前記第２の面（２２；２２２；３２２；４２２）の湾曲中心点（Ｍ２）は前記第２の形状ロック要素の軸（Ｘ２；Ｘ６）上にあり、
前記調整リング（４；２０４；３０４；４０４）は、球形セグメント状に湾曲した第３の面（４０；２４０；３４０；４４０）および第４の面（４２；２４２；３４２；４４２）を備えており、前記第３および第４の面の湾曲はそれぞれ、対面している球形セグメント状に湾曲した前記第１の面、および第２の面に適合しており、
前記調整リング（４；２０４；３０４；４０４）の半径方向内側が、球形セグメント状に湾曲した前記第３の面（４０；２４０；３４０；４４０）であること、
前記調整リング（４；２０４；３０４；４０４）の半径方向外側が、球形セグメント状に湾曲した前記第４の面（４２；２４２；３４２；４４２）であること、
前記調整リング（４；２０４；３０４；４０４）の半径方向内側の球形セグメント状に湾曲した前記第３の面（４０；２４０；３４０；４４０）が環状の前記第１の形状ロック要素（３０’；２３０’；３３０’；４３０’）の球形セグメント状に湾曲した前記第１の面（３２；２３２；３３２；４３２）と接触すること、
前記調整リング（４；２０４；３０４；４０４）の半径方向外側の球形セグメント状に湾曲した前記第４の面（４２；２４２；３４２；４４２）が環状の前記第２の形状ロック要素（２１；２２１；３２１；４２１’）の球形セグメント状に湾曲した前記第２の面（２２；２２２；３２２；４２２）と接触していること、
前記調整リング（４；２０４；３０４；４０４）の半径方向内側の球形セグメント状に湾曲した前記第３の面（４０；２４０；３４０；４４０）と半径方向外側の球形セグメント状に湾曲した前記第４の面（４２；２４２；３４２；４４２）が半径方向において互いに逆の方向を向いた面であること、
半径方向内側の球形セグメント状に湾曲した前記第３の面（４０；２４０；３４０；４４０）の湾曲中心点（Ｍ１’）と半径方向外側の球形セグメント状に湾曲した前記第４の面（４２；２４２；３４２；４４２）の湾曲中心点（Ｍ２’）は軸方向において互いに離れており、半径方向内側の球形セグメント状に湾曲した前記第３の面（４０；２４０；３４０；４４０）の湾曲中心点（Ｍ１’）は半径方向外側の球形セグメント状に湾曲した前記第４の面（４２；２４２；３４２；４４２）の湾曲中心点（Ｍ２’）よりも前記調整リング（４；２０４；３０４；４０４）の近くにあること、および、
前記調整リング（４；２０４；３０４；４０４）が前記第１および第２の形状ロック要素（３０’；２３０’；３３０’；４３０’、２１；２２１；３２１；４２１’）の間でどの方向にも回転可能であることにより、前記第１の形状ロック要素（３０’；２３０’；３３０’；４３０’）の軸と前記第２の形状ロック要素（２１；２２１；３２１；４２１’）の軸が互いにずれた場合にも、球形セグメント状に湾曲した前記第３の面（４０；２４０；３４０；４４０）が前記第１の面（３２；２３２；３３２；４３２）と、および前記第４の面（４２；２４２；３４２；４４２）が前記第２の面（２２；２２２；３２２；４２２）と接したままであること、を特徴とする形状ロック接続。

【請求項2】

球形セグメント状に湾曲した前記第１の面（３２；２３２；３３２；４３２）と前記第４の面（４２；２４２；３４２；４４２）が凸状に湾曲しており、さらに
球形セグメント状に湾曲した前記第２の面（２２；２２２；３２２；４２２）と前記第３の面（４０；２４０；３４０；４４０）が凹状に湾曲していることを特徴とする、請求項１に記載の形状ロック接続。

【請求項3】

前記第１の形状ロック要素が前記第１の部品（４０１）の開口部にあり、さらに
前記第２の形状ロック要素が前記第２の部品（４０２）の開口部にあることを特徴とする、請求項１に記載の形状ロック接続。

【請求項4】

前記第１の形状ロック要素がボルト締結手段（３；２０３；３０３）に設けられ、前記ボルト締結手段（３；２０３；３０３）が前記第１の部品（１；２０１；３０１）と接続され、前記第１の部品（１；２０１；３０１）の軸位置に固定されており、前記第２の部品（２；２０２；３０２）の穴（２０；２２０；３２０）を貫通すること、
前記第２の形状ロック要素が前記第２の部品（２；２０２；３０２）の前記穴（２０；２２０；３２０）に設けられること、
前記第２の部品（２；２０２；３０２）が前記ボルト締結手段（３；２０３；３０３）と前記第１の部品（１；２０１；３０１）の間にはめ込まれていること、
前記ボルト締結手段（３；２０３；３０３）は、前記第１の部品（１；２０１；３０１）と反対側の端部で、かつ、前記第２の部品（２；２０２；３０２）に向いている面に、前記ボルト締結手段（３；２０３；３０３）の円周に沿って、球形セグメント状に湾曲した前記第１の面（３２；２３２；３３２）が備わった少なくとも１つの半径断面（３０；２３０；３３０）を有しており、前記第１の面（３２；２３２；３３２）の湾曲中心点（Ｍ１；Ｍ３）が前記ボルト締結手段（３；２０３；３０３）の軸（Ｘ；Ｘ_５）上にあること、
前記第２の部品（２；２０２；３０２）は穴（２０；２２０；３２０）の円周に沿って、前記ボルト締結手段（３；２０３；３０３）の球形セグメント状の断面（３０；２３０；３３０）に向いている面に球形セグメント状に湾曲した前記第２の面（２２；２２２；３２２）を備えており、前記第２の面（２２；２２２；３２２）の湾曲中心点（Ｍ２；Ｍ４）が穴（２０；２２０；３２０）の軸（Ｘ_２；Ｘ_６）上にあること、および
前記調整リング（４；２０４；３０４）が、前記第２の部品（２；２０２；３０２）と前記ボルト締結手段（３；２０３；３０３）の前記半径断面（３０；２３０；３３０）の間に設けられていること、を特徴とする、請求項１または２に記載の形状ロック接続。

【請求項5】

前記ボルト締結手段（３）がボルト（３１）で形成されており、前記ボルト（３１）が前記第１の部品（１）のねじ穴（１０）に締め込まれており、さらに、前記半径断面（３０）が前記ボルト（３１）のボルト頭部（３３）に形成されていることを特徴とする、請求項４に記載の形状ロック接続。

【請求項6】

前記ボルト締結手段（２０３）がボルト（２３１）で形成されており、前記ボルト（２３１）が前記第１の部品（２０１）の穴（２１０）を貫通しており、さらに前記第１の部品（２０１）に支えられているナット（２３７）に締め込まれていることを特徴とする、請求項４に記載の形状ロック接続。

【請求項7】

前記ボルト締結手段（３０３）が前記第１の部品と接続されているねじ付きボルト（３１０）と前記ねじ付きボルト（３１０）に締め込まれているナット（３５０）によって形成されており、このとき、前記半径断面（３３０）が前記ナット（３５０）に設けられていることを特徴とする、請求項４に記載の形状ロック接続。

【請求項8】

ホイール（３０２）をホイール受け（３０１）に固定するためのものであり、前記第１の部品が前記ホイール受け（３０１）で形成されており、前記第２の部品が前記ホイール（３０２）で形成されている請求項１〜７のうちいずれか一項に記載の形状ロック接続。

【請求項9】

前記形状ロック接続が前記ホイール（３０２）のセンタリングロック（３００）として形成されていることを特徴とする、請求項８に記載の形状ロック接続。

【請求項10】

前記ホイール受け（３０１）にねじ（３１１）を備えている中央のホイール固定ボルト（３１０）があり、さらに前記半径断面（３３０）が前記ホイール固定ボルト（３１０）にはめ込み可能なナット（３５０）に設けられていることを特徴とする、請求項７または８に記載の形状ロック接続。

【請求項11】

前記ホイール受け（３０１）が第１の環状のプロファイル加工（５）を備えており、前記ホイール（３０２）が第２の環状のプロファイル加工（６）を備えており、前記第１および前記第２の環状のプロファイル加工（５、６）が互いにかみ合っており、前記ホイール受け（３０１）に対して前記ホイール（３０２）が中心にあることを特徴とする、請求項８から１０のうちのいずれか一項に記載の形状ロック接続。

【請求項12】

前記第１の環状のプロファイル加工（５）と前記第２の環状のプロファイル加工（６）がハースカップリングとして形成されていることを特徴とする請求項１１に記載の形状ロック接続。

【請求項13】

請求項５，６，８、または１１のうちいずれか一項に記載の形状ロック接続のためのボルトであって、前記ボルトの頭部（３３；２３３）の、前記ボルト（３１；２３１）のねじ部（３５；２３６）に向いている面に球形セグメント状で凸に湾曲した面（３２；２３２）を備えており、前記湾曲した面の湾曲中心点（Ｍ１）が前記ボルト（３１；２３１）の軸（Ｘ）上にあることを特徴とするボルト。

【請求項14】

請求項７から１２に記載の形状ロック接続のためのナットであって、前記ナット（３５０）が、少なくとも１つの軸端に球形セグメント状で凸に湾曲した面（３３２）を備えており、前記湾曲した面の湾曲中心点（Ｍ３）が前記ナット（３５０）の軸（Ｘ_５）上にあることを特徴とするナット。

【請求項15】

請求項１から１２のうちいずれか一項に記載の形状ロック接続のための調整リングであって、前記調整リング（４；２０４；３０４；４０４）がそれぞれ１つの球形セグメント状に湾曲した面（４０、４２；２４０、２４２；３４０、３４２；４４０、４４２）を備えており、そのそれぞれの湾曲中心点（Ｍ１’、Ｍ２’）が前記調整リングの軸（Ｘ_３）上にあることを特徴とする調整リング。

【請求項16】

請求項１５に記載の調整リングであって、球形セグメント状に湾曲した２つの面のうちの１つの面（４０；２４０；３４０；４４０）が凹面であり、球形セグメント状に湾曲した２つの面のうちのもう１つの面（４２；２４２；３４２；４４２）が凸面であることを特徴とする調整リング。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、請求項１の上位概念に記載の、位置誤差、特に軸のずれおよび／または軸の偏角を補正する形状ロック接続に関する。さらに、このような形状ロック接続のボルト、ナットおよび補正要素に関する。

【背景技術】

【0002】

２つの部品を互いに接続し、接続軸に対して半径方向力を遊びなしに吸収することのできる形状ロック接続は、互いに接続される部品において、それぞれの形状ロック要素の軸が、正確にかつ公差なく合致する必要がある。２つの部品を互いに固定するために、それぞれ半径方向力の遊びのない吸収を保証する２つ以上の形状ロック接続が設けられている場合、形状ロック要素の製造時には調整誤差に至る可能性のある公差がつねに生じることから、通常、形状の過剰決定が発生する。このような形状の過剰決定は望ましくないため、回避する必要がある。
参考文献、Ｓｙｍｏｎｄｓ，Ｐａｔ、“Ｗｈｙ ｌｏｏｓｅ ｗｈｅｅｌｓ ｄｒｉｖｅ ｕｓ ｎｕｔｓ”、ＲＡＣＥ ＴＥＣＨ ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ，ｖｏｌ．１７，ｉｓｓｕｅ７（２０１０年５月）では、ホイール接続時にホイールとホイール固定の軸のずれの問題点について記載されている。

【0003】

種類に応じた形状ロック接続の例を図１に示す。

【0004】

図１には、互いに接続される第１および第２の部品１、２を示しており、これらの部品は、センタリングコーン２２’の付いた穴２０（第２の形状ロック要素）に差し込まれ、第１の部品１にある締め付け穴１０にねじ込まれたセンタリングコーン９’の付いたボルト９（第１の形状ロック要素）を介して互いに接続されている。例えばセンタリングボルトとして形成され、そのセンタリングコーン９’で穴２０のセンタリングコーン２２’に接しているボルト９は、２つの部品１、２がボルト９の軸方向において、またボルト９の半径方向においても、遊びなしに相対して配置されることを確実にしている。もしも２つの部品１、２がさらにもう１つ別の位置で形状ロック手段によって互いに接続され、しかもその形状ロック手段が、同様にボルトの軸に対して半径方向に働く力を吸収することができるとしたら、第１の部品１にある締め付け穴１０の軸Ｘ_１と第２の部品２にある穴２０の軸Ｘ_２が同一であるとすれば、２つの部品１、２の間の接続全体が形状的に固定されるだろう。しかし、製造上の公差があるため、実際には通常こういうことはない。図１の例では、２つの軸Ｘ_１とＸ_２は、距離Δｘで互いにずれている。

【0005】

例えばねじ穴として形成された第１の部品１の穴１０にねじ込まれるボルトを用いて、接続される第１の部品１と第２の部品２の間に第２の接続を設けることは可能であるものの、このとき、ボルト頭部は図１の第２の部品２の右の外側で自身を支えるため、確かにこのようなボルト接続は第１の部品１および第２の部品２をボルトの軸方向にのみ固定するが、軸Ｘ_１に対して半径方向に働く力を吸収することはできない。このような接続は、軸のずれやわずかな軸の偏角を補正することができるものの、半径方向力の吸収には適していない。

【0006】

図１に例示する、ねじ付きボルト９を用いた２つの部品１、２の相対する第１の固定は、他の方法でも（例えばリベットを用いて）実現することができる。

【0007】

２つの部品が、ハースカップリングとして形成される環状のセレーションにより接続される例を、図８および９に示し、図の説明で解説する。ホイール、例えば車両ホイールを、セレーションを用いてホイールキャリアにセンタリングし、センタリングロックによりこれをホイールキャリアに固定する方法については、ＥＰ ０ ９２８ ２４９ Ｂ１に開示されている。もっとも、ここで開示されているボルト接続では、半径方向の支持力を、ナットを介して吸収することができない。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

したがって、本発明の課題は、接続される２つの部品を形状ロック要素の軸方向に固定する際に、全体の構成において形状の過剰決定が生じることなく、半径方向に発生する力を２箇所以上で吸収することができる形状ロック接続を提示することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この課題は、請求項１の特徴を有する形状ロック接続によって解決される。

【0010】

このために、形状ロック接続は、互いに接続される第１の部品と第２の部品を備え、また、本発明の特徴として、第１の部品に配置された第１の環状の形状ロック要素；第２の部品に配置された第２の環状の形状ロック要素、および第１の形状ロック要素と第２の形状ロック要素の間にある補正要素を備えている。このとき、形状ロック要素はその軸位置に固定され、補正要素とともに、第１の部品と第２の部品を相対して配置する１つの形状ロック手段を形成している。第１の形状ロック要素は、その第２の形状ロック要素に向いている面に、球形セグメント状に湾曲した第１の面を備えており、その湾曲中心点が第１の形状ロック要素の軸上にある。第２の形状ロック要素はその第１の形状ロック要素に向いている面に、球形セグメント状に湾曲した第２の面を備えており、その湾曲中心点が第２の形状ロック要素の軸上にあり、さらに補正要素は、軸方向において互いから離れている面にそれぞれ球形セグメント状に湾曲した第３の面と第４の面を備え、それぞれの湾曲面は、それに対置している球形セグメント状に湾曲した第１の面または第２の面に適合している。

【0011】

本発明による形状ロック要素の形態および本発明によって形成される補正要素により、２つの形状ロック要素の間の位置偏差を構造設定の範囲内で補正すことができるようになる。このとき、位置偏差は、図１に示した軸のずれのような軸の平行ずれであることもあれば、この２つの軸の偏角であることもあり、ともに補正することが可能である。

【0012】

本発明による形状ロック接続では、互いに接続される２つの部品とその接続要素の間における形状の過剰決定を回避し、同時に、２つの部品を２箇所以上で、共通の接平面に対して平行方向に遊びなしに位置合わせすることが保証されるようにする。

【0013】

好ましくは、球形セグメント状に湾曲した第１および第４の面が凸状に湾曲し、球形セグメント状に湾曲した第２および第３の面が凹状に湾曲している。

【0014】

本発明の１つの実施形態では、第１の部品の開口部に第１の形状ロック要素と、第２の部品の開口部に第２の形状ロック要素を設けることができる。この際、形状ロックは２つの開口部に差し込まれた補正要素のみで作られ、このとき、２つの部品を接続するために、本発明により形成される複数の形状ロック接続を設けることができる。

【0015】

好ましくは、補正要素が調整リングとして形成される。

【0016】

本発明のその他の実施形態では、第１の形状ロック要素が１つのボルト締結手段に設けられ、このとき、このボルト締結手段が第１の部品と接続され、これらの軸位置で固定されて、第２の部品の穴を貫通し、さらに第２の形状ロック要素が第２の部品の穴に設けられ、このとき、第２の部品はボルト締結手段と第１の部品の間で締め付けられている。ボルト締結手段には、第２の部品に向いている面の第１の部品とは反対側の端部に、円周に沿って少なくとも１つの半径断面がある。この半径断面は、第２の部品に向いている面に、球形セグメント状に湾曲した第１の面が備わっており、その湾曲中心点がボルト締結手段の軸上にある。第２の部品は、穴の円周に沿って、ボルト締結手段の半径断面に向いている面に、球形セグメント状に湾曲した第２の面が備わっており、その湾曲中心点が穴の軸上にあり、さらに、調整リングとして形成された補正要素が、第２の部品とボルト締結手段の半径断面の間に設けられている。

【0017】

本発明による、ボルト接続として形成された形状ロック接続のその他の好ましい実施形態では、このボルト締結手段はボルトで形成され、このとき、このボルトは第１の部品のねじ穴に締め込まれ、さらに半径断面がボルトのボルト頭部に形成されている。

【0018】

これの代替方法として、このボルト締結手段は、第１の部品の穴を貫通し、第１の部品で自身を支えるナットに締め込まれているボルトで形成することができる。

【0019】

このボルト締結手段は、第１の部品と接続されたねじ付きボルトとこれに締め込まれるナットで形成することもでき、このとき、半径断面はナット上に設けられる。

【0020】

このボルト締結手段がボルトまたはナットとして形成される場合、調整リングは取り外し不可能だが、ボルト上またはナット上で可動可能なように取り付けることができる。

【0021】

本発明による形状ロック接続の望ましい適用は、特にこの固定がホイールのセンタリングロックによって形成される場合の、ホイールをホイール受けに固定する適用である。このとき、第１の部品はホイール受けで、第２の部品はホイールで形成される。ホイールをホイール受けに固定するためのこの適用は、センタリングロックとしてだけでなく、ホイールが、例えばセンタリングするホイールボルトまたはホイールナットといった大半のセンタリングボルト締結手段によってホイール受けに固定可能な場合にも実現可能である。そのつど自身でセンタリングするこのボルト締結手段が本発明による形状ロック接続として形成されていれば、ホイール固定における形状の過剰決定が回避される。

【0022】

有利には、この適用のその他の実施形態が、ホイールのセンタリングロックであり、このとき、例えばホイール受けが、ねじの付いた中央のホイール固定ボルトを有し、さらにこのとき、半径断面が、例えばホイール固定ボルトに締め込まれるナット上に設けられている。

【0023】

望ましくは、ホイール受けが第１の環状のプロファイル加工、好ましくは例えばハースカップリングのようなセレーションを備え、さらにホイールが第２の環状のプロファイル加工、好ましくは例えばハースカップリングのようなセレーションを備えており、このとき、第１および第２の環状のプロファイル加工または刻み目が互いにかみ合い、ホイールがホイール受けに対して中心にきている。ホイール受けとホイールの間の接続のこの実施形態において、ホイールボルトまたはホイールナットがホイール受けとは反対側のホイールの面にある従来のボルト接続をセンタリングロックとして設けると、このボルト接続により、軸力のみがボルト接続の軸方向に伝達されることになる。このとき、ホイールとボルト接続の間の半径方向の支持力は支えられない。この出願人の試みでは、このようにホイール受けに固定されたホイールに動力が作用し、この動力によってホイール上のボルト接続位置において振動運動が発生する可能性があり、これにより、ねじ接続に開きトルクがかかることでボルト接続に緩みトルクがかかり、その結果ボルト接続が緩む可能性があることが明らかとなった。この緩みトルクの半径方向力を支えるために、ホイールのボルト接続部分においても、ホイールとホイール受けの間に遊びのない接続を設けることは有意義かもしれない。しかし、このような接続では、製造上の公差が回避できないため、ホイール受けへのホイールの固定において形状の過剰決定が生じるであろう。

【0024】

本発明はこの点を踏まえ、形状の過剰決定を回避するが、静的および動的な動作において生じるホイールの半径方向力をホイールキャリアのホイール固定ボルトを介しても支えることのできるようなホイールのセンタリングロックのためのボルト接続を作り出す。

【0025】

ボルト接続として形成された本発明による形状ロック接続のためのボルトの望ましい形態は、ボルト頭部が、そのボルトのねじ部に向いている面に凸状に湾曲した球形セグメント状の面を備えており、その湾曲中心点がボルトの軸上にあることを特徴とする。好ましくは、調整リングがボルト上で可動可能でありながら、取り外し不可能に配置されている。

【0026】

ボルト接続として形成された本発明による形状ロック接続のためのナットの望ましい形態は、ナットが、少なくとも１つの軸の端面に球形セグメント状に凸状に湾曲した面を備えており、その湾曲中心点がナットの軸上にあることを特徴とする。

【0027】

本発明によるボルト接続のためには、補正要素、特にシムワッシャーまたは調整リングの実施が望ましく、このとき、補正要素がその２つの軸端にそれぞれ球形セグメント状に湾曲した面を備えており、そのそれぞれの湾曲中心点が補正要素の軸上にある。この２つの湾曲中心点が一致すると、角度補正しか可能とならないが、これに対し、この２つの湾曲中心点が軸方向において互いから離れていれば、２つの軸の軸方向に平行なずれも補正することができる。
好ましくは、調整リングの２つの球形セグメント状に湾曲した面の１つが凹状であるのに対し、調整リングの２つの球形セグメント状に湾曲した面のもう１つが凸状である。

【図面の簡単な説明】

【0028】

以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。

【0029】

【図1】図１は、遊びなしに互いに接続している２つの部品を示す部分断面図である；

【図2】図２は、ボルト接続として、本発明による形状ロック接続の第１の変形例を示す部分断面図である；

【図3】図３は、軸のずれを補正する場合の図２に従ったボルト接続を示す部分断面図である；

【図4】図４は、軸の偏角を補正する場合の図２に従ったボルト接続を示す部分断面図である；

【図5】図５は、ボルト接続として、本発明による形状ロック接続の第２の変形例を示す部分断面図である；

【図6】図６は、軸のずれを補正する場合の図５に従った第２の変形例を示す部分断面図である；

【図7】図７は、形状ロック接続の調整リングの軸平面での縦断面である；

【図8】図８は、ホイールのセンタリングロックへの適用として、本発明の形状ロック接続の第３の変形例を示す部分断面図である；

【図9】図９は、軸のずれを補正する場合の図８に従った第３の変形例を示す部分断面図である；

【図10】図１０は、図８および図９に示す適用に従ったセレーションの図である；

【図11】図１１は、本発明による形状ロック接続の第４の変形例を示す部分断面図である；

【図12】図１２は、軸のずれを補正する場合の図１１に従った第４の変形例を示す部分断面図である；

【発明を実施するための形態】

【0030】

すでに最初に説明した図１には、下側に２つの穴１０、２０があり、このとき、穴２０は第１の部品１とは反対側の口部に円錐形で環状のセンタリング面２２’を備えている。これら２つの穴１０、２０では、２つの穴の軸Ｘ_１とＸ_２が、軸誤差として形成された距離Δｘの軸のずれで互いにずれている。

【0031】

以下、本発明による、これら２つの穴１０、２０を通るボルト接続としての形状ロック接続による２つの部品１、２の接続を、図２から図６に基づいて説明する。

【0032】

図２は、位置誤差（軸のずれおよび／または軸の偏角など）が生じていない状態で、ボルト３１として形成されたボルト締結手段３による２つの部品１、２の接続を示しており、すなわち、軸Ｘ_１とＸ_２が同一であり、ボルト締結手段３の軸Ｘと一致している。このボルト接続は、１つのねじ接続に限定されない；他の方法でも、例えばバヨネット接続またはリベット接続としても形成することができる。

【0033】

このボルト接続を示した実施形態では、穴１０は、ボルト３１が締め込まれるねじ穴として形成される。ボルト３１にはボルト頭部３３が備わっており、この頭部には、ねじ穴１０に締め込まれるねじ部３５に向いている面に、ねじ部３５に対して半径方向に突き出している部分３０がある。この半径断面３０は第１の形状ロック要素を形成し、そのために、球形セグメント状に凸状に湾曲した環状の面３２を備えている。

【0034】

球形セグメント状に湾曲した面３２の湾曲半径Ｒ１の中心点Ｍ１は、ボルト３１として形成されたボルト締結手段３の軸Ｘ上にある。図２の例には軸誤差がないため、ボルト３１の軸Ｘに相当するねじ穴１０の軸Ｘ_１および穴２０のＸ_２はともに一直線上に並んでいる。

【0035】

第２の部品２の穴２０の口部にある環状のセンタリング面は、第２の環状の形状ロック要素２１として形成され、そのために、凹状に湾曲した球形セグメント状の面２２を備えている。球形セグメント状に湾曲した面２２の湾曲半径Ｒ２の中心点Ｍ２は、穴２０の軸Ｘ_２上にある。従って、Ｍ１およびＭ２の中心点は、図２の例では一直線上にあるが、軸方向に互いに離れている。

【0036】

第２の部品２の穴２０から球形セグメント状の面２２への移行部は、穴２０の直径が、第１の部品１に向いている穴２０の円筒形の部品２０’の移行部において、まずは小さくなるように形成され、それから球形セグメント状に湾曲した面２２に沿って大きくなるようにしている。このように、球形セグメント状に湾曲した面２２’の半径方向の内端の切り下げを形成し、これにより、球形セグメント状に湾曲した面２２において特に有利な圧力分散が実現される。

【0037】

調整リング４は、部品２の穴２０の口部において、ボルト３１の凸状に湾曲した面３２と凹状に湾曲した面２２の間に入れられる。そのために、調整リング４は、図７に示すように、その内径に球形セグメント状に凹状に湾曲したリング面４０を備えており、その湾曲はボルト３１の凸状に湾曲した面３２の湾曲に適合している。従って、調整リング４の凹状の面４０は、ボルト３１の凸状の面３２にぴったり接することが可能である。

【0038】

調整リング４は、その半径方向の外側に、球形セグメント状に凸状に湾曲した面４２を備えており、部品２の穴２０の口部において、凹状の面３２の湾曲に適合している。従って、調整リング４の凸状の面４２は、部品２の凹状の面２２にぴったり接することが可能である。

【0039】

図７の調整リング４の縦断面図で示すように、湾曲した面４０の湾曲の中心点Ｍ１’と湾曲した面４２の中心点Ｍ２’はともに調整リング４の軸Ｘ_３上、つまり調整リング４の同じ面にある。

【0040】

ボルト３１の凸状に湾曲した面３２と調整リング４の凹状の内面４０はそれぞれ球形セグメント状に形成されているので、調整リング４は、湾曲したそれぞれの面が互いに接したまま回して締めることができる。回して締めることにより調整リング４の位置に傾斜が生じるため、調整リングは、軸がずれている場合でも、部品２の面２２ともボルト３１の面３２とも接したままとなる。

【0041】

球形セグメント状に湾曲した面３２と４０の同一の湾曲半径Ｒ１とＲ１’は、球形セグメント状に湾曲した面２２と４２の同じく同一の湾曲半径Ｒ２とＲ２’より小さい。

【0042】

以下、図２に示した本発明によるボルト接続の変形例の位置誤差補正の機能方法を、図３を参照して説明する。

【0043】

図３では、部品２の穴２０の軸Ｘ_２が、ボルト３１の軸Ｘに相当する部品１のねじ穴１０の軸Ｘ_１に対して下側に平行にずれている。この軸のずれがあるため、ボルト３１の上側におけるボルト３１の外周と部品２の穴２０の内周の間の半径方向の距離ａ_１は、図３の説明図において、ボルト下側のこれに対応する半径方向の距離ａ_２より小さい。これにより、調整リング４は、ボルト３１をねじ穴１０に締め込むとき、図３の断面図において、矢印と記号Ｗ_１およびＷ_２で象徴的に表すように時計回りに回転させる。この回転の際、調整リング４の湾曲した面４０、４２は、それぞれ対置しているボルト３１の湾曲した面３２、または第２の部品２の面２２とつねに面接触している。

【0044】

従って、第２の部品２からボルト３１に対しその半径方向に作用する力Ｆは、調整リング４を介してボルト３１に、またそこから第１の部品１に伝わることができる。

【0045】

図４は、図２に従った本発明による形状ロック接続を示しているが、このときここで（誇張して図示している）、ボルト３１の軸Ｘと一致する部品１のねじ穴１０の軸Ｘ_１の軸の偏角が、部品２の穴２０の軸Ｘ_２について補正される。図４では、軸の偏角によってボルト３１の位置が傾斜しているにもかかわらず、ボルト３１の湾曲した面３２が調整リング４の湾曲した面４０に隙間なく接しているため、ボルト３１はその湾曲した面３２の部分で円周に沿って平面的に調整リングに接しており、その一方でこのリングは、凸状に湾曲した半径方向の外面４２が穴２０の凹状に湾曲した面２２に平面的に接しているため、ボルト３１はその円周全体に沿って調整リング４を介して間接的に第２の部品２と接触していることがわかる。

【0046】

同様に、軸の偏角がある場合、第２の部品２からボルト３１に対し半径方向に作用する力Ｆは、調整リング４を介してボルト３１に、またそこから第１の部品１に伝わることができる。

【0047】

図５および図６には、本発明の第２の実施形態を説明しており、これは基本的には、図２から図４に示した第１の実施形態に即している。ただしここでは、ボルト締結手段２０３を形成するボルト２３１に、自由端部にのみ外ねじ２３６が設けられている円筒軸２３５が備わっている。このとき、円筒軸２３５は、第２の部品２０２にある穴２２０を通って、第１の部品２０１にある、内ねじのない円筒形の穴として形成された穴２１０にはめ込まれている。ボルト２３１の外ねじ２３６が備わった自由端部にはナット２３７が締め込まれ、これは、第２の部品２０２とは反対側の第１の部品２０１の外面２０１’に当たっている。これにより、部品２０１と２０２は調整リング２０４を介して固定され、このときこのリングは、穴２２０の口部に形成された凹状の面２２２上でその凸状の面２４２で自身を支え（これによって、第２の形状ロック要素２２１が形成されている）、さらにこのとき、凸状のリング面２３２に対する調整リング２０４の凹状の面２４０は、第１の形状ロック要素２３０’を形成するボルト頭部２３３の半径断面２３０に接している。

【0048】

このとき、ボルト２３１は、構造的に、図２および図３に示した第１の実施例のボルト３１に相当する。

【0049】

この第２の実施形態では、図６に示すように、図３および図４の第１の実施形態に関連して示したのと同じように、軸のずれおよび／または軸の偏角が補正される。

【0050】

本発明による位置誤差を補正するボルト接続の第３の変形例は、図８および図９に、ホイール、例えば車両ホイール用のセンタリングロックの例で説明する。

【0051】

図８にはホイール３０２の部分断面図を示しており、このホイールは、ボルト締結手段３を形成している、以下に説明するセンタリングロック３００により、ホイール受け３０１に固定されている。

【0052】

ホイール受け３０１は、図示されていないホイールキャリアに従来の方法で適切な玉軸受を用いて回転可能に取り付けられている。中央のホイール固定ボルト３１０は、ホイール受け３０１の軸Ｘ_５に対して中央かつ同軸に広がっている。ホイール固定ボルト３１０は、その自由端部に、第１の形状ロック要素３３０’を形成する半径断面３３０を持つ締め込み可能なナット３５０を受けるための外ねじ３１１を備えている。第２の形状ロック要素３２１は、ホイール３０２の中央のホイール固定ボルト３１０を受ける貫通穴３２０の口部周囲に形成され、球形セグメント状に凹状に湾曲した環状の面３２２を備えている。ナット３５０とホイール３０２の間には、図２から図４の実施例に示すような調整リング３０４が配置されている。

【0053】

調整リング３０４の形態は、図２から図４および図７に示した調整リング４の実施形態に即している。その結果、ホイール３０２は、図２から図４に示した第１の実施例の第２の部品２に相当する。ホイール３０２またはホイール３０２側に向いているナット３５０の環状連結部３３７に、対応する反対面３２２、３３２を備えている凸状および凹状の球形セグメント状の面３４２または３４０を持つ調整リング３０４の動作方式も、図９に図示するように、図２から図４と関連して説明した作用方式に一致している。このとき、球形セグメント状に湾曲した面３３２の湾曲半径Ｒ３の中心点Ｍ３は、ナット３５０の軸上にあり、この軸は、締め込まれた状態では基本的にホイール固定ボルト３１０の軸Ｘ_５に合致している。

【0054】

ホイール受け３０１は、ホイール３０２に向いている面で半径方向に大きくなり、そこで、ホイール受け３０１の軸Ｘ_５に対して垂直に延びている環状表面を形成している。必ずというわけではないが、示した実施例において、ホイール受け３０１と統合して形成されたホイール固定ボルト３１０は、この表面から軸方向に突き出ている。ホイール固定ボルト３１０を取り囲んでいるこの環状表面は、ホイール３０２に向いている面に、例えば、ホイール受け３０１の回転軸Ｘ_５に対して垂直に中心に配置されているセレーションの環状スプロケットを形成しているプロファイル加工５が形成されている。このセレーションは、例えばハースカップリングとして形成することができる。

【0055】

ホイール３０２には、ハブ部分にホイール受け３０１に向いている面に同じく環状のプロファイル加工６があり、これはホイール受け３０１のプロファイル加工５に適合しており、従って同様にセレーションとして、好ましくはハースカップリングとして形成することができる。２つのプロファイル加工５、６は、互いにかみ合うように形成されている。以下、図１０に関連してプロファイル加工５、６の形態を説明する。

【0056】

図１０には、プロファイル加工５、６として、ホイール３０２とホイール受け３０１に配置した、２つの対応するセレーションを透視図で例示している。ここでは、三角形の断面５１４、６１４によって刻み目が形成されており、その縦軸５１５、６１５が中心線または回転軸Ｘ_５で交差していることがはっきりとわかる。このとき、断面５１４、６１４のくさび角度αは、縦軸 ５１５、６１５に対して一定である。当然ながら、その他の断面形状も考えられる。

【0057】

プロファイル加工５のくさび面５１３とプロファイル加工６のくさび面６１３は、互いに平面で接するように形成されている。ホイールの３０２をホイール受け３０１にはめ合わせた状態のとき、プロファイル加工５、６は互いにかみ合っている。

【0058】

このとき、ホイールの３０２のプレストレスは、互いにかみ合ったプロファイル加工５、６を介してホイール受け３０１に伝達される、つまりプロファイル加工５、６のくさび面５１３、６１３、例えばセレーションによって吸収されるため、ホイール３０２は、くさび形のガイド面と支持面によって必然的に、３つの空間座標で表される位置、かつ回転軸Ｘ_５に関してホイール受け３０１と一直線上に配置され、固定される。

【0059】

互いにかみ合っている２つのプロファイル加工５、６を介して、矢印と記号Ｆ’で表されるホイール荷重も、双方向矢印と記号ＭＭで表されるブレーキトルクと駆動トルクも、ホイール受け３０１とホイール３０２の間に伝達される。

【0060】

ホイール３０２が、ホイール受け３０１の回転軸Ｘ_５に関して、互いにかみ合っているプロファイル加工５、６によって３つの空間座標に関して固定されているにもかかわらず、例えばホイール３０２の接触面で回転軸Ｘ_５に対して横に離れて平行に作用する横力Ｆ”によって引き起こされる傾斜トルクの作用によって、プロファイル加工５、６のくさび面５１３、６１３の互いの接触が離れてしまう可能性がある。本発明人は先行技術に関して、これによりプロファイル加工５、６部分の表面が摩耗してしまうだけでなく、ホイール３０２をホイール受け３０１に固定しているナット３５０が緩んでしまう可能性もあることに気付いた。これを回避するために、本発明は、互いにかみ合っているプロファイル加工５、６を介して力の支持に加え、ホイール受け３０１へのホイール３０２の固定において形状の過剰決定が生じることなく、センタリングロック３００のナット３５０の部分における半径方向力の支持も設けている。これは、図８および図９に示した調整リング３０４とホイールナット３５０の配置によって実現される。

【0061】

図９の説明図では、ホイール固定ボルト３１０の軸Ｘ_５と貫通穴３２０の軸Ｘ_６の間の軸のずれがホイールの３０２の中心にある。ホイールの３０２の凹状に湾曲した面３２２の湾曲半径Ｒ４の中心点Ｍ４はホイール軸Ｘ_６上にある。

【0062】

ホイール３０２は、互いにかみ合っているプロファイル加工５、６によって、ホイール受け３０１に関してすでに形状的に固定されていることから、調整リング３０４は（図３の実施例のように）、ナット３５０がホイール固定ボルト３１０にはめ込まれているときに、ホイール３０２、調整リング３０４およびナット３５０の間で形状ロックが生じるように、矢印と記号Ｖで示すように時計回りに回転する必要がある。

【0063】

ホイールの３０２をホイール受け３０１にこのように固定することで、静的および動的状態においてホイール３０２に作用する力の半径方向の分力を、互いにかみ合っているプロファイル加工５、６を介しても、また調整リング３０４とナット３５０を介しても、矢印と記号Ｆ_１とＦ_２で示すように、ホイール受け３０１に伝達することができる。これにより、従来のようにホイールの３０２の中心をねじで固定する際に、前述したように輪郭の歯が離れたり、それによって摩耗およびホイール固定の緩みが生じたりする原因となるトルクが、２つの互いにかみ合っているプロファイル加工５、６の接続にかからない。

【0064】

ホイール固定ボルト３１０の軸Ｘ_５と貫通穴３２０の軸Ｘ_６がある角度を成している軸の偏角も、図４の例のように補正される。

【0065】

位置誤差（軸のずれおよび／または軸の偏角など）を補正するための本発明による形状ロック接続のその他の適用を、図１１と図１２に示す。

【0066】

ここでは、２つの互いに接続される部品４０１と４０２が上下に配置されており、例えば重力Ｇや支持力Ｆ_Ｇのような外部の力が作用することで、互いに支えられている。その向かい合っている表面４０１’と４０２’は接している。実地では、第１の部品４０１は例えばブリッジで、第２の部品４０２はブリッジベアリングで形成されていることも可能である。

【0067】

第２の部品４０２は上側に環状の凹部４２０が備わっており、第１の部品４０１に向いている、第２の形状ロック要素４２１’を形成しているその凹部の口縁部には、横断面が球形セグメント状に湾曲した凹状の環状面４２２が備わっている。凹部４２０の底部には、止まり穴部分４２１が設けられている。止まり穴部分４２１の直径は、球形セグメント状に湾曲した凹状面４２２の半径方向の内縁４２２’より大きいため、止まり穴部分４２２は、図２から図４の例のように、逃げ溝を形成している半径方向の内縁４２２’の切り下げを形成している。

【0068】

第１の部品４０１は、貫通穴４１０を備えている。２つの部品４０１と４０２を相対して理想的に調整すると、図１１からわかるように、貫通穴４１０の軸Ｙ_１と環状凹部４２０の軸Ｙ_２が一致する。

【0069】

図７に示した補正要素４のように外側に形成され、それに相似する半径方向に外側に凸状に湾曲したリング面４４２と半径方向に内側に凹状に湾曲したリング面４４０を備えた環状の補正要素４０４を凹部４２０に入れる。この補正要素は凹部４２０にはめ込まれている。このとき、直径がより大きく凸状に湾曲した補正要素４０４のリング面４４２は、第２の部品４０２の凹部４２０の口部で球形セグメント状に湾曲した凹状面４２２に接している。

【0070】

貫通穴４１０に円筒形の挿入部４３０を正確にはめ込む。このとき、挿入部４３０は貫通穴４１０の半径方向には基本的に遊びがないが、軸方向（穴の軸Ｙ_１の方向）にはずれることが可能なように入れられている。貫通穴４１０は、第２の部品４０２とは反対側の端部に内ねじ部分４１１が備わっており、ここに締め付けねじ４１２が締め込まれている。締め付けねじ４１２で、挿入部４３０を補正要素４０４に向かって締め付けることができる。

【0071】

挿入部４３０は、第２の部品４０２に向いている下側に、環状の軸部４３１があり、これが第１の形状ロック要素４３０’を形成し、さらに第２の部品４０２に向いている部分に球形セグメント状に湾曲した凸状の面４３２が備わっており、これが環状の補正要素４０４にはまり込み、その凹状のリング面４４０に接するように形成されている。挿入部４３０が補正要素４０４に向かって締め付けられているとき、挿入部４３０の球形セグメント状に湾曲した凸状の面４３２は、補正要素４０４の半径方向に凹状の内側のリング面４４０に接している。

【0072】

以下、本発明による形状ロック接続のこの実施形態の機能方法を、図１２を参照して説明する。

【0073】

２つの部品１と２が横方向に互いにずれていると、第１の部品４０１の貫通穴４１０の軸Ｙ_１と、第２の部品４０２の環状の凹部４２０の軸Ｙ_２が一直線上に並ばず、図１２に示すように、横方向に互いにずれる。まず締め付けねじ４１２が緩むことで、挿入部４３０が軸Ｙ_１に沿ってずれる。このとき、挿入部４３０が締め付けねじ４１２によって補正要素４０４の方に動くと、補正要素４０４は、締め付けねじ４１２をさらに締めていくときに、軸Ｙ_１と軸Ｙ_２の間に軸のずれがあるため、補正要素４０４の球形セグメント状に湾曲した面４４０と挿入部４３０の球形セグメント状に湾曲した面４３２が互いに接するまで傾く。このとき、軸方向に互いに反対側にある補正要素４０４の表側周縁部は、一部が穴４１０と止まり穴部分４２１に形成された空洞に沈む。

【0074】

同様に互いに接している第２の部品４０２の球形セグメント状に湾曲した面４２２と補正要素４０４の面４４２とともに、貫通穴４１０において挿入部４３０が基本的に半径方向に遊びがなければ、第１の部品４０１と第２の部品４０２の間の形状ロック接続は、横力Ｆ_Ｑ、Ｆ_Ｑ’を介して伝達されることが可能である。

【0075】

本発明は上記実施例に限定されるものではなく、単に本発明の中心思想を一般的に説明しているにすぎない。本発明による装置は、保護範囲内で、むしろ上述した実施形態以外の装置であってもよい。このとき本装置は、特に請求項の個々の特徴に基づく組み合わせを持つという特徴がある。

【0076】

本請求項にある引用符、説明および図面は、単に本発明の理解を深めるためのものにすぎず、本発明の保護範囲を限定するものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】