JP7316219B2 - 留め付け方法及び留め付けシステム - Google Patents
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Description
本発明は、めくら穴が基板（被留め付け材）に形成され、留め付け要素がそのめくら穴に固定される、留め付け要素を基板に留め付ける方法埋め込み固定に関する。さらに、本発明は、基板とその基板に取り付けられた留め付け要素とを有する留め付けシステムに関する。
既知の留め付け方法及びシステムにおいて、留め付け要素のシャフトは、留め付け方向に向いた端面を有し、すなわち端面に隣接する周面との間に鈍角を形成する。端面の外形寸法はめくら穴直径より大きく、めくら穴に打ち込まれる際、シャフトは基板材料の一部を変位させ、周面で基板に溶着される。溶着は、留め付け要素の基板に対する保持力の向上に資する。
本発明の目的は、如何なるめくら穴深でも基板における留め付け要素の大きな保持力が保証される留め付け方法及び留め付けシステムを提供することである。
この目的は、一方では、第１の材料から成る留め付け要素を、基板材料から成る基板に留め付ける方法であって、深さ方向を規定し、めくら穴直径を有する、めくら穴を基板に形成する工程と、留め付け方向を規定し、実質的に留め付け方向に向いた端面と、この端面に直に隣接する周面と、を有するシャフトを備えた留め付け要素を用意する工程と、留め付け要素をめくら穴に埋め込み固定させるためにシャフトをめくら穴に打ち込む工程と、を備えた留め付け方法によって達成される。端面の外形寸法はめくら穴直径より大きく、めくら穴に打ち込まれる際、シャフトは基板材料の一部を深さ方向で変位させ、周面で基板に溶着される。周面は、留め付け方向に傾斜又は段差を有する。
他方では、この目的は、基板材料から成る基板と、留め付け方向を規定し、実質的に留め付け方向に向いた端面と、この端面に直に隣接する周面とを有するシャフトを備えた留め付け要素と、を備えた留め付けシステムであって、シャフトは基板に溶着され、周面は留め付け方向に傾斜又は段差を有する、ことを特徴とする留め付けシステムによって達成される。
本発明の優位性のある態様において、留め付け要素は、シャフトを備えめくら穴に埋め込み固定される埋め込み固定領域と、埋め込み固定後に基板から突出する、付属物を基板に接続するための接続領域とを有する。
優位性のある態様において、留め付け方向に垂直なシャフトの断面領域は、端面を始点に留め付け方向とは反対方向に沿って徐々に増加する外形寸法を有する。断面領域は円形で、外形寸法はその円の寸法を有することが好ましい。周面は、円錐台の形状であると特に好ましい。
優位性のある態様において、周面は、端面を始点として留め付け方向とは反対方向に、複数の異なる傾斜角を有する。
優位性のある態様において、留め付け方向に対する周面の傾斜角は、１°から６°である。この傾斜角は１．５°から５°であることが好ましく、２°から４°であれば特に好ましい。
優位性のある態様において、端面は、シャフトをめくら穴により容易に挿入するために、特定の周方向の引込み面取りをその縁に備える。この引込み面取りは、斜面を有することが好ましい。
優位性のある態様において、めくら穴直径は、深さ方向で一定である。
優位性のある態様において、めくら穴は基板に掘削される。めくら穴の深さＴは、止め具を有するドリルによって予め定められることが好ましい。さらに、めくら穴の深さＴは、深さ止めによって予め定められることが好ましい。
優位性のある態様において、めくら穴は、深さ方向にＴ＜１０ｍｍの深さＴを有する。この深さはＴ＜８ｍｍであることが好ましく、Ｔ＜６ｍｍであるとさらに好ましい。
優位性のある態様において、シャフトは直線状にめくら穴に打ち込まれる。このためにボルト打ち込み機（Bolzensetzgeraet）を使用することが好ましい。
優位性のある態様において、基板の表面と深さ方向の打ち込み角度は少なくとも８０°である。打ち込み角度は少なくとも８５°であると好ましく、９０°であると特に好ましい。
優位性のある態様において、第１の材料は金属又は合金から成る。第１の材料は金属又は合金から成ることが特に好ましい。
優位性のある態様において、基板材料は金属又は合金から成る。基板材料は金属又は合金から成ることが特に好ましい。
本発明について、以下で図面を参照しながら実施例に基づきより詳細に説明する。
図１は、基板材料から成る基板（被留め付け材）２０と、留め付け要素３０とを有する留め付けシステム１０を示す。留め付け要素３０は、埋め込み固定領域３１と、埋め込み固定後に基板から突き出す接続領域３２とを有する。埋め込み固定領域３１は留め付け要素３０を基板２０に埋め込み固定させるように機能し、接続領域３２は付属物（表示されていない）を留め付け要素３０に接続するように機能する。この目的のため、接続領域３２はねじ径ｄＧが、例えば、８ｍｍ又は１０ｍｍの雄ねじ３３を有する。逆に、埋め込み固定領域３１はより小さな外径を有し、留め付け要素３０は埋め込み固定領域３１と接続領域３２の間に止め肩３４を有する。埋め込み固定領域３１が基板２０に埋め込まれ固定されたとき、止め肩３４は、特に直接的又は場合により間接的にガスケット（表示されていない）により基板２０の表面２１に載置される。
埋め込み固定領域３１は、留め付け方向４０を規定し、実質的にその留め付け方向４０に向いた、端面径ｄｓを有する端面６０と、その端面６０に直に隣接する周面７０とを有するシャフト５０を備える。留め付け方向４０に垂直なシャフト５０の断面領域は円形で、円の直径は端面６０を始点に留め付け方向４０とは反対方向に一定して増加し、従って周面７０は円錐台の形状を有する。この円錐台の円錐開口角度は６°であり、従って周面７０の留め付け方向４０に対する傾斜の角度は３°である。シャフト５０の断面領域の直径は、端面径ｄｓから最大シャフト径ｄｍａｘへと増加する。端面径ｄｓは、例えば、４．３ｍｍ、４．９ｍｍ、又は５．０ｍｍ、最大シャフト径ｄｍａｘは、例えば、５．２ｍｍ、５．４ｍｍ、又は５．８ｍｍ、シャフト長Ｌはそれぞれ、例えば、６．７ｍｍ又は７．５ｍｍである。
埋め込み固定領域３１と接続領域３２とは、鋼鉄等の金属又は合金のような溶着可能な第１の材料から一体的に形成される。基板材料も、鋼鉄等の金属又は合金のような溶着可能な材料を含む。基板２０は、特にその表面に塗布された被膜、例えば、腐食防止層を備え、この腐食防止層は鋼鉄等の金属又は合金のような溶着可能な材料をさらに含むことが好ましい。
留め付け要素３０を基板２０に留め付けるために、深さ方向９０を規定するめくら穴８０が基板２０に最初に掘削され、そのめくら穴８０は深さ方向９０に一定のめくら穴直径ｄＬと深さＴとを有する。めくら穴直径ｄＬ及び深さＴは、ステップドリルによって予め定められることが好ましい。深さＴは、例えば、６ｍｍで、めくら穴直径ｄＬは好ましくは少なくとも端面径ｄｓより０．１ｍｍ、特に好ましくは少なくとも端面径ｄｓより０．２ｍｍ小さく、例えば、端面径ｄｓより０．２ｍｍ、０．２５ｍｍ、又は０．３ｍｍ小さい。めくら穴直径ｄＬは端面径ｄｓの０．９８倍未満であると好ましく、端面径ｄｓの０．９６倍未満であると特に好ましい。その後、シャフト５０は直線的にめくら穴８０に、例えばボルト打ち込み機を使って打込まれる。基板２０の表面２１と深さ方向９０との打ち込み角度は９０°であり、留め付け方向４０は深さ方向９０と一致する。
めくら穴直径ｄＬが端面径ｄｓより小さいことにより、めくら穴８０に打ち込まれる際、シャフト５０は基板材料の一部を深さ方向９０で変位させる。結果として発生する熱により、削孔８０でシャフト５０は周面７０で基板２０に溶着される。留め付け方向４０に対する周面７０の傾きにより、めくら穴８０におけるシャフト５０のこの溶着及び／又は緊張が改善し、留め付け要素３０の基板２０に対する保持力は増加する。
基板に対する留め付け要素の保持力の大きな増加が見られるのは、留め付け方向に対する周面の傾斜角が１°を超える場合である。傾斜角が６°を超えると、基板材料の変位に必要なエネルギーが溶着の際に大きく増加する。そのため、例えば、通常の打ち込みエネルギーである８０ジュールで、留め付け方向に対する周面の傾斜角は、１°から６°であると効果的である。傾斜角は１．５°から５°であることが好ましく、２°から４°であれば特に好ましい。
端面６０は、シャフト５０のめくら穴８０への挿入を容易にするための周方向斜面として、その縁に引込み面取り６１を備える。引込み面取り６１の最小直径ｄｍｉｎは、めくら穴直径ｄＬより小さいと都合がよい。引込み面取り６１の円錐開口角度は６０°から１５０°までであることが好ましく、７５°から１３５°まで、例えば、９０°又は１２０°であれば特に好ましい。
図２は、留め付け要素２３０の部分図である。留め付け要素２３０は埋め込み固定領域２３１を備え、その埋め込み固定領域２３１は留め付け方向２４０を規定するシャフト２５０を有する。シャフト２５０は、実質的に留め付け方向２４０に向いた端面２６０と、端面２６０に直に隣接する周面２７０とを有する。周面２７０は複数の、特に正確には２つの円錐台の形状を有し、従って周面２７０は留め付け方向２４０で端面２６０を始点とする留め付け方向２４０とは反対方向に複数の異なる傾斜角を有する。これらの円錐台の開口角度は留め付け方向２４０とは反対方向に増加し、シャフト２５０は留め付け方向２４０とは反対方向により広がっている。因みに、留め付け要素２３０は、図１が示す留め付け要素３０とほぼ同じである。
図３は、留め付け要素３３０の部分図である。留め付け要素３３０は埋め込み固定領域３３１を備え、その埋め込み固定領域３３１は留め付け方向３４０を規定するシャフト３５０を有する。シャフト３５０は、実質的に留め付け方向３４０に向いた端面３６０と、端面３６０に直に隣接する周面３７０とを有する。周面３７０は留め付け方向３４０で端面３６０を始点として、留め付け方向３４０とは反対方向に徐々に増加する傾斜角を有し、シャフト３５０は留め付け方向３４０とは反対方向にトランペット状に広がる。因みに、留め付け要素３３０は、図１が示す留め付け要素３０と実質的に同一である。
表示されていない実施例において、シャフトは留め付け方向とは反対方向に徐々に広がり、周面は留め付け方向に段差を有する。
本発明は、留め付け要素を基板に留め付ける方法に基づき記載した。記載された実施例の技術的特徴は、単一の留め付けシステム又は単一の方法において、互いに組み合わせることができる。本発明の方法が他の目的にも適していることは明記されるべきである。
Claims (15)
- 第１の材料から成る留め付け要素を基板材料から成る基板に留め付ける方法であって、
深さ方向を規定し、めくら穴直径を有するめくら穴を前記基板に形成する工程と、
留め付け方向を規定し、前記留め付け方向に向いた端面と前記端面に直に隣接する周面とを有するシャフトを有する留め付け要素を用意する工程と、
前記留め付け要素を前記めくら穴に埋め込み固定させるために前記シャフトを前記めくら穴に打ち込む工程と
を備え、
前記端面の外形寸法は前記めくら穴直径より大きく、前記めくら穴に打ち込まれる際、前記シャフトは前記基板材料の一部を前記深さ方向で変位させるとともに前記周面で前記基板に溶着され、
前記周面は前記留め付け方向に傾斜又は段差を有する、
ことを特徴とする方法。 - 前記シャフトを有する前記留め付け要素は、前記めくら穴に埋め込み固定される埋め込み固定領域と、埋め込み固定後に前記基板から突出する、付属物を前記基板に接続するための接続領域とを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
- 前記留め付け方向に垂直な前記シャフトの断面領域は、前記端面を始点に前記留め付け方向とは反対方向に沿って徐々に増加する外形寸法を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
- 前記シャフトの前記断面領域は円形である、ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
- 前記周面が円錐台の形状である、ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１つに記載の方法。
- 前記周面は、前記留め付け方向とは逆方向に前記端面を始点とする複数の異なる傾斜角を前記留め付け方向に有する、ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１つに記載の方法。
- 前記シャフトは直線的に前記めくら穴に、ボルト打ち込み機で打込まれる、ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか１つに記載の方法。
- 前記第１の材料及び／又は前記基板材料は金属又は合金から成る、ことを特徴とする請求項１乃至７の何れか１つに記載の方法。
- 基板材料から成る基板と、留め付け方向を規定し、取付け方向に向いた端面と、前記端面に直に隣接する周面と、を備えたシャフトを有する留め付け要素とを備えた留め付けシステムであって、前記留め付け要素は、前記基板のめくら穴に埋め込み固定され、前記端面の外形寸法は前記めくら穴直径より大きく、前記めくら穴に打ち込まれる際、前記シャフトは前記基板材料の一部を前記深さ方向で変位させるとともに前記周面で前記基板に溶着され、前記周面は前記留め付け方向に傾斜又は段差を有する、ことを特徴とする留め付けシステム。
- 前記留め付け要素は、前記シャフトを備えた埋め込み固定領域と、付属物を前記基板に接続するための、前記基板から突き出す接続領域とを有する、ことを特徴とする請求項９に記載の留め付けシステム。
- 前記留め付け方向に垂直な前記シャフトの断面領域は、前記端面を始点に前記留め付け方向とは反対方向に沿って徐々に増加する外形寸法を有する、ことを特徴とする請求項９又は１０に記載の留め付けシステム。
- 前記シャフトの前記断面領域は円形である、ことを特徴とする請求項１１に記載の留め付けシステム。
- 前記周面が円錐台の形状である、ことを特徴とする請求項９乃至１２の何れか１つに記載の留め付けシステム。
- 前記周面は、前記留め付け方向で前記端面を始点とする複数の異なる傾斜角を前記留め付け方向とは反対方向に有する、ことを特徴とする請求項９乃至１３の何れか１つに記載の留め付けシステム。
- 前記留め付け要素の材料及び／又は前記基板材料は金属又は合金から成る、ことを特徴とする請求項９乃至１４の何れか１つに記載の留め付けシステム。
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