JP6498215B2 - 固定方法 - Google Patents

Description

本発明は基礎要素に構造要素を固定する方法に関し、ここでは、基礎要素に有底穴が作り出され、該有底穴内に固定要素が固着され、該固定要素によって構造要素が保持される。

有底穴は通常ドリルによって作り出され、ドリルはその先端に切断刃を備えている。切断刃は有底穴の深さ方向に対し傾斜して配置され、深さ方向回りの回転によって有底穴に円錐形状の底を作り出す。有底穴の開口縁は斜面を有し、これにより、斜面と有底穴の底との間に力伝達面が形成される。該力伝達面は深さ方向に延び、例えば固定要素の自己タッピングねじは力伝達面にカウンタねじを切り出す。有底穴の底及び斜面は通常、固定要素と基礎要素との間で力の伝達に関して何ら寄与しない。

可能な最大の保持力を達成するため、穴開け作業は通常、十分な深さでもって実施され、これに対応する長い固定要素が使用される。所定の厚さを有し、貫通して穿かれるべきではないプレート形状の基礎要素にあっては有底穴の深さ、つまり、有底穴内に固着される固定要素の有効長さは制限される。

本発明の目的は固定方法を提供することにあり、ここでは、所定の有底穴の深さでもって、有底穴内で固定要素の相当な保持力が確保される。

該目的は基礎要素に構造要素を固定する方法によって達成され、該方法では前記基礎要素に深さ方向を規定し且つ面積Ａの力伝達面を有する有底穴が作り出され、該有底穴が深さ方向に１０ｍｍよりも浅い深さＴを有し、ここで、前記力伝達面が０°〜２０°までの円錐開き半角β及び平均直径ｄを備えた円錐台形状をなし、前記有底穴が６０°〜１８０°までの円錐開き角αを備えた円錐形状の底及びその開口縁にて深さ方向に０〜２ｍｍまでの傾斜深さＬで延びる傾面を有し、前記力伝達面Ａの前記平均直径ｄが最大の面公差ｋでは少なくとも、

であって、最大でも

となる。

ここで、ｋ＝０．３、特に、ｋ＝０．２、特にｋ＝０．１であり、前記方法にて、前記有底穴内に前記力伝達面を介して固定要素が固着され、前記構造要素が前記固定要素によって保持されている。

この場合、基礎要素は好ましくは金属又は合金からなる。有底穴の深さは好ましくは特にプレート形状又はウエファ形状の基礎要素の厚さよりも幾分だけ浅い。深さは好ましくは８ｍｍ、特に６ｍｍ、例えば４ｍｍよりも浅い。斜面の傾斜深さＬは好ましくは０〜０．５ｍｍ、特に好ましくは０〜０．２ｍｍ、例えば０．１ｍｍであり、ここで、０ｍｍの傾斜深さは、斜面が顕微鏡的なスケールでのみ存在することを意味する。

本発明の状況にて、円錐又は円錐台の円錐開き半角はその母線と有底穴の深さ方向を指す円錐の軸線との間の角度である。円錐開き角は円錐開き半角の２倍である。円錐開く角は好ましくは、力伝達面及び有底穴の底の両方のために、有底穴の底から有底穴の開口縁に向けて開いている。力伝達面の平均直径ｄは円錐台の２つの端の直径の算術平均である。０°の円錐開く半角βでは、力伝達面の形状は円錐台の特別な形状として円筒である。有底穴の底の円錐開き角αは好ましくは、８８°と１３８°との間、特に好ましくは９８°と１３８°との間、例えば１１８°である。

面公差ｋは、面損失として許容される可能な最大力伝達面の割合である。ｋ＝０．３の値は力伝達面が可能な最大力伝達面の最大で３０％減であることを意味する。好ましくは、ｋ＝０．２、特に好ましくはｋ＝０．１。ｋ＝０によれば、可能な最大力伝達面が平均直径ｄの上述の値にて達成される。

構造要素は好ましくは、有底穴内への固定要素の固着によって既に保持されている。
それ故、好適な実施形態によれば、固定要素は頭部を備え、該頭部によって構造要素は基礎要素上に保持される。同様に、構造要素は好ましくは、固定要素の固着の後でのみ固定される。それ故、好適な実施形態によれば、固定要素は別の負荷付与手段を備え、該負荷付与手段により、構造要素は固定要素に固定される。特に好ましくは、軸はその別の負荷付与手段を有する。

好適な実施形態は、有底穴がその底、力伝達面及び斜面からなっていることに特徴付けられる。好ましくは、有底穴内への固定要素の固着は力伝達面を介してのみ、好ましくは実際的な係合、摩擦係合及び／又は粘着性接着によってもたらされる。

好適な実施形態は、固定要素がカウンタ力伝達面を備えた軸を有し、該カウンタ力伝達面が有底穴内に固定要素を固着するために力伝達面と相互作用することに特徴付けられる。特に好ましくは、固定要素は例えば自己タッピングのための外側ねじを有する。好適な実施形態は、力伝達面が内側ねじを有することに特徴付けられる。特に好ましくは、内側ねじは固定要素の外側ねじに対して補完的である。

好適な実施形態は、固定要素が有底穴内に押圧、接着、溶接及び／又はねじ込まれていることに特徴付けられる。固定要素は好ましくは、金属、合金又はプラスチックからなり、好ましくは、ねじ、爪、リベット、ピン又はボルト、特に好ましくはねじ付きボルトとして形成されている。

好適な実施形態は、斜面と深さ方向との間の傾斜角が３０°と６０°との間にあることに特徴付けられる。特に好ましくは、傾斜角は４０°と５０°との間、例えば４５°である。更なる好意な実施形態は、基礎要素の面と深さ方向との間の打ち込み角が少なくとも８０°であることに特徴付けられる。特に好ましくは、打ち込み角は少なくとも８５°、例えば９０°である。

好適な実施形態によれば、有底穴は基礎要素内に穿かれている。特に好ましくは、弧のために特に電気的に作動される穿孔機が使用される。同様に、深さＴは好ましくは、止めビットの助けを借りて決定され、止めビットは特に好ましくは肩として形成されたドリル止めを有する。ドリルは、構造要素又は基礎要素の面にドリル止めが当接するまで構造要素及び／又は基礎要素内に打ち込まれる。ボア穴として形成される有底穴の深さは、止めビットの刃先からのドリル止めの距離と同様な大きさである。代替の実施形態によれば、深さＴは穿孔機における深さ止めの助けを借りて決定される。

或る実施形態によれば、平均直径は８ｍｍ、好ましくは７ｍｍ、特に好ましくは６ｍｍ以下である。この結果、幾つかの状況下では、有底穴は携帯型の穿孔機を使用し、比較的短時間で作り出し可能である。

好適な実施形態によれば、平均直径ｄは深さＴ以上、好ましくは、深さＴよりも大きい。

以下、図面を参照して実施形態を元に、本発明を詳細に説明する。

基礎要素に固定された固定要素を示す図である。 異なる有底穴の深さ毎に、平均直径に対する力伝達面の面積を示すグラフである。

図１にはプレート１００が示されており、本発明の範囲において、プレート１００は基礎要素を示す。好ましくは、プレート１００は金属、特にアルミニウム又は合金、特に鋼、又は、コンクリート、特に細胞質状のコンクリート、又は、プラスチック又は木材からなり、例えば船舶、掘削リグ又は工場建屋の壁又は床を形成するに好適する。プレート１００に構造要素１９０を固定するために、構造要素１９０及びプレート１００には貫通孔２００及び有底孔１１０がそれぞれ穿かれている。有底穴１１０は深さ方向１６０を規定し、底Ｔにて穴底１２０を有する。好ましくは、貫通孔２００及び有底穴１１０は順次穿かれる。図示しない例示的な実施形態では、貫通孔及び有底穴は、例えば、構造要素１９０を通じて基礎要素を穿つことにより、単一の穿孔過程にて作り出される。

有底穴の穴底１２０は円錐開き角α備えた円錐形状をなす。有底袋の穴底には深さ方向１６０とは逆向きに力伝達面２２０が隣接し、該力伝達面は面積Ａ及び平均直径ｄを有する。力伝達面２２０は円錐開き半角βを備えた円錐台形状をなす。力伝達面には深さ方向160とは逆向きに斜面２３０が隣接し、該斜面は有底穴１１０の開口縁から深さ方向１６０に傾斜深さＬまで延び、例えば４５°の傾斜角を有する。

有底穴１１０内には深さ方向１６０に固定要素がねじ込まれており、該固定要素は軸１５付きのねじ１３０として構成され、カウンタ力伝達手段を有する。該カウンタ力伝達手段は、力伝達面２２０に力を伝達するために、特に自己タンピングねじ１４０として形成されている。この場合、ねじ１４０は軸１０の端面１７０から深さ方向１６０とは逆向きに或る長さを超えて延び、有底穴１１０の深さＴよりも長い。図示しない実施形態では、固定要素は据え付けボルト又は拡開ボルトとして形成され、ここでは、カウンタ力伝達手段は軸の平滑又は粗い周面によって形成される。好ましくは、ねじ１４０及び軸１５０は本質的に平均直径ｄに等しい直径を備えた円筒形状に形成されている。図示しない例示的な実施形態では、ねじ及び／又は軸は円錐台形状に構成され、好ましくは開き角半角βに等しい開き半角を有する。

この場合、Ｄ＝８ｍｍ、Ｔ＝７．７ｍｍ、β＝９°、α＝１１８°、Ｌ＝１ｍｍ、ｄ＝８ｍｍである。他方、図示しない例示的な実施形態では、そのパラメータ値、つまり、Ｄ＝６ｍｍ、Ｔ＝５．７ｍｍ、β＝０°、α＝１１８°、Ｌ＝０ｍｍ、ｄ＝６ｍｍ、或いは、Ｄ＝４ｍｍ、Ｔ＝３．７ｍｍ、β＝０°、α＝１１８°、Ｌ＝０ｍｍ、ｄ＝５ｍｍである。

ねじ１４０の力伝達のため、有底穴１１０の総深さＴを可能な限り有効にするため、一方にて、深さＴは特別的に決定され、ここでは、有底穴１１０が例えば止めビット(stop bit)又は深さ止め付きの動力式穿孔機を用いて穿かれる、深さＴは基礎要素１００の厚さＤを僅かに下回り、好ましくは０．５ｍｍ、特に好ましくは０．２ｍｍ、或いは０．１ｍｍよりも僅かに下回る。他方、ねじ１３０の選択にて、ねじの長さは少なくとも深さＴと同じ程度に確保されるべきである。

ねじ１３０は頭部１８０を有し、該頭部１８０は深さ方向１６０とは反対側にて軸１５０に隣接し、深さ方向に向かう頭部１８０の下面はプレート１００上に構造要素１９０を押さえ付ける当接面２１０を形成する。プレート１００は、軸１５０の端面１７０とは反対側の面に深さ方向１６０に沿って軸線方向の遊隙Ｌを有し、該遊隙に沿いねじ１４０が延びている。構造要素１９０は当接面２１０とプレート１００との間に取付け部として締結され、これにより、プレート１００に固定されている。この場合、好ましくは、ねじ１３０の軸１５０は、端面１７０が有底穴の穴底１２０に接するか又はほぼ接するまで有底穴１１０内にねじ込まれる。このことは、基礎要素が深さ方向に僅かな厚さのみを有し、有底穴の利用可能な深さが制限されているときに特に有利となる。

頭部１８０は外側駆動部を有し、該外側駆動部は例えば６角外面として形成されている。頭部１８０を介してねじ１３０は、特に好ましくは、動力式ねじ込み工具、例えば、コードレスのスクリュードライバを介して有底穴１１０内に打ち込まれる。図示しない例示的な実施形態では、頭部は内側駆動部を有し、該内側駆動部は例えば、真っ直ぐなスリット、十字スリット、６角突出部(hexalobe)、６角内面又は４角内面として形成される。図示しない別の例示的な実施形態では、構造要素はねじ１３０ひいてはプレートに固定される。ここでは好ましくは、構造要素の鳩目、留め金又は止め輪がねじの頭部上に置かれるか(又は頭部に取り付けられる。

図示しない例示的な実施形態では、固定要素は構造要素を基礎要素、付加的又は代替的に頭部に固定するために別の負荷付与手段を有し、該負荷付与手段は頭部又は軸に配置され、特に深さ方向とは反対側に延びている。例えば、固定要素は別の負荷付与手段としてねじを備えたボルトとして形成され、ねじは特に規格化、例えばメートル又はインペリアル(imperial)ねじであり、これにより、構造要素は固定要素に螺合され、基礎要素にナットを介して固定される。図示しない別の例示的な実施形態の場合、ねじは中間要素を有し、該中間要素は軸を取り囲み且つ自身がシール要素、特にエラストマー要素及び／又は被覆要素を備える。好ましくは、深さ方向に向かう頭部の下面は、基礎要素に中間要素を押し付ける当接面を形成する。この後、中間要素は当接面と基礎要素との間に締結される。

図２中、一例として種々の有底穴の深さＴでの平均直径ｄｍｍに対する力伝達面の面積Ａｍｍ^２がプロットされている。円錐開き角αは図示の全ての曲線にて１４１°であり、また、各々の傾斜深さＬはそれぞれ０ｍｍである。各有底穴の深さＴ毎に面積Ａが際立った最大値を有することが明らかとなり、ここでは、曲線２４０上に最大値が存在する。一例としてｋ＝０．２の面公差(surface tolerance)のための下側の限界線２５０及び上側の限界線２６０が同様に示され、これら限界線間にて、面積Ａは最大値に対して最大で約２０％だけ減少されている。容易に理解されるように、面積Ａには以下の関係式が適用される。


この結果、下式のとき、面積Ａは最大である。

少なくともねじ継ぎの場合、伝達可能な力が力伝達面の面積に対して比例することが推測される。

本発明は、基礎要素に構造要素の固定する装置の実施例及びその固定のための方法に関して記載されている。また、記載された個々の実施形態の特徴は、単一の固定装置つまり単一の製造方法内で任意にして一緒に組み合わせ可能である。そのため、また、本発明の方法は他の目的のためにも役立つことが指摘される。

Claims (20)

1. 基礎要素に構造要素を固定する方法であって、該方法にて、前記基礎要素に深さ方向を規定し且つ面積Ａの力伝達面を有する有底穴が作り出され、該有底穴が深さ方向に１０ｍｍよりも浅い深さＴを有し、ここで、前記力伝達面が０°〜２０°までの円錐開き半角β及び平均直径ｄを備えた円錐台形状をなし、前記有底穴が６０°〜１８０°までの円錐開き角αを備えた円錐形状の底及びその開口縁にて深さ方向に０〜２ｍｍまでの傾斜深さＬで延びる斜面を有し、前記力伝達面の前記平均直径ｄが最大の面公差ｋでは少なくとも、
   であって、最大では、
   となり、ここで、ｋが０．３以下であり、前記方法にて、前記有底穴内に前記力伝達面を介して固定要素が固着され、前記構造要素が前記固定要素によって保持されている、方法。
2. 前記基礎要素は金属又は合金からなる、請求項１に記載の方法。
3. 前記有底穴は前記深さ方向に８ｍｍよりも浅い、請求項１に記載の方法。
4. 前記円錐開き角αは、８８°〜１３８°の範囲にある、請求項１に記載の方法。
5. 前記傾斜深さLは、０〜０．５ｍｍである、請求項１に記載の方法。
6. ｋは０．２又は０．１である、請求項１に記載の方法。
7. 前記有底穴は、前記底、前記力伝達面及び前記斜面によって構成されている、請求項１〜６の何れかに記載の方法。
8. 前記固定要素は、前記有底穴内に前記力伝達面のみを介して固着されている、請求項１〜７の何れかに記載の方法。
9. 前記固定要素は自己タッピングの外側ねじを有する、請求項１〜８の何れかに記載の方法。
10. 前記力伝達面は、前記外側ねじに対して補完的な内側ねじを有する、請求項９に記載の方法。
11. 前記固定要素は前記有底穴内にて、押圧、接着、溶接、半田付け及び／又はねじ留めされている、請求項１〜６の何れかに記載の方法。
12. 前記斜面と前記深さ方向との間の傾斜角は３０°と６０°との間にある、請求項１〜１１の何れかに記載の方法。
13. 前記傾斜角は、４０°と５０°との間にある、請求項１２に記載の方法。
14. 前記基礎要素の面と深さ方向との間の打ち込み角は少なくとも８０°である、請求項１〜１３の何れかに記載の方法。
15. 前記打ち込み角は８５°又は９０°である、請求項１４に記載の方法。
16. 前記固定要素は、金属、合金又はプラスチックからなる、請求項１〜１５の何れかに記載の方法。
17. 前記有底穴は前記基礎要素内に穿たれている、請求項１〜１６の何れかに記載の方法。
18. 前記固定要素は、カウンタ力伝達面を有し、前記カウンタ力伝達面は前記有底穴内で固定要素を固着するために前記力伝達面と相互に作用する、請求項１〜１７の何れかに記載の方法。
19. 前記固定要素は、頭部を備えた軸を有する、請求項１８に記載の方法。
20. 前記平均直径ｄはさらに、前記深さＴ以上である、請求項１〜１９の何れかに記載の方法。