JP2002542059A - スプライン凹部及び駆動工具を備えた締結具システム - Google Patents

スプライン凹部及び駆動工具を備えた締結具システム

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Abstract

(57)【要約】 改善された締結具システムは、ネジ部が設けられた螺刻されたピン（１２）と、工具（１６）とを含む。ピンは、工具を受容するために、ピンの螺刻された端部（３６）に凹部（３９）を含んでおり、ナット（１４）をピンに取り付ける際に回転に抗してピンを保持する。凹部は、凹部の周囲に延びる複数のスプライン（４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ、４０ｅ、４０ｆ）を含む。複数の嵌合相手のスプライン（２６）が、凹部の溝と係合するために、工具の端部に設けられている。スプラインは、ねじり性能を最大にし且つピンの剪断強度を工具の剪断強度と均衡させるような配向にされている。さらに、凹部のスプラインの端部と工具の小径部（２８）は、ねじり強度を増加させるために、対応する湾曲した表面（３１）を含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の分野 本発明は、大別して、締結具システムに関し、詳細には、締結具にナットを取
り付ける際に嵌合相手の工具を受容するためのスプライン駆動凹部を有したネジ
締結具を備える締結具システムに関する。
【０００２】 発明の背景 螺刻されてネジ山部が設けられた締結具、すなわちネジ締結具は、典型的には
ナットとボルトとからなる。ナットはボルトの雄ねじ（外ネジ）にネジ留めされ
る雌ネジ（内ネジ）を有している。ナット及び／又はボルト上のレンチを作用さ
せる表面は、締結具と単数又は複数の被加工物とを相互に堅く結合させるレンチ
を受容する。締結具は複数の被加工物を相互に留めて、被加工物の一方の側に位
置するナットと反対側に位置するボルトの頭部との間で圧縮係合による接合部を
形成する。
【０００３】 米国特許第４２６０００５号明細書は戻り止めナットを有した特殊なタイプの
ネジ締結具を記載しており、戻り止めナットは、概略三角形状又はΔ形状のソケ
ットを有したドライバを受容するために外側ローブ（外側突出部）を用い、協働
するピンにナットを締め付ける。本発明の理解のために必要となるこの特許の教
示内容はこの参照により本願と一体のものとされる。ナットは、ピンに沿って長
手方向に延びる複数の窪み又は溝を有したピンと共に使用されることが好ましい
。形成された接合部に予め定められた軸線方向荷重が発生すると、ローブが塑性
変形を起こし、ドライバはもはやナットを回転させることができなくなる。ロー
ブの変形により、半径方向内側に位置する材料がローブから協働するピンの溝内
に移動し、機械的なネジロックを生成させる。ネジロックは、材料がピンの溝内
にピン溝と交差するように変形することにより生じる。
【０００４】 ナットにトルクを作用させてピンに取り付けている間、前縁から回転に抗して
保持され得る締結具を提供することが有利となる多数の応用例が存在する。例え
ば、航空宇宙産業によく見られるように、ボルトの頭部に手を伸ばせないことが
好都合である又はボルトの頭部がレンチの使用の目的では恐らくは全く手を伸ば
せないようにする「隠し（ブラインド）」ボルト応用例に対する多数の要求が存
在する。これらの応用例のためには、多くの場合、保持ビット又は保持工具がド
ライバに設けられる。保持ビットは、ピンの螺刻された端部の凹部に係合して、
ドライバによるナットの取り付けを容易にさせる。ビットは静止したままである
ので、ドライバが回転してナットにトルクを作用させている間、回転に抗してピ
ンを保持する。米国特許第４５８３４８３号及び同第５０４４２２５号の明細書
は、締結具の迅速な取り付けのために開発された電動工具と共にこのようなビッ
ト又は工具を使用することを記載している。
【０００５】 一般に、ボルトの螺刻された端部には、対応する六角形状ビットを受容するた
めの六角形状凹部が設けられている。しかしながら、既存の六角形状ビットは、
或る湿潤密封材応用例においてボルトを取り付ける際に使用されたとき、許容す
ることができない失敗率を経験してきた。これらの応用例では、多くの場合、密
封材が、ボルトの頭部を取り囲んでおり、ボルトと被加工物との間に存在してい
る。結果として、ピンにナットを取り付けるために必要とされるトルクの全ては
、ボルトの頭部と被加工物との間に通常存在する摩擦によって一部が吸収される
のではなく、ビットに直接的に伝達される。生じさせられた上述のトルクが六角
形状ビットの強度を超えると、ナットの取り付けは不可能となる。
【０００６】 この問題を解決する初期の試みは六角形状ビットの断面及び材料を変化させる
ことを含んでいた。しかしながら、これらの試みは、六角形状凹部に対する半径
方向の荷重のために、大部分が不成功となった。スプラインキー及びドライバは
公知であり、多くの用途で使用されてきた。標準的なスプライン凹部及びレンチ
締め工具は、締結具に関連して使用されるとき、締結具のスプライン（歯）をレ
ンチ工具によって剪断変形させる結果を生じさせる。トルクは工具の嵌合相手の
スプラインから凹部のスプラインへ伝達される。締結具を着座させた後、抵抗が
生じたときに、付加的なトルクを作用させることにより、スプラインが形成され
ているソケットの剪断変形を生じさせ得る。剪断変形が生じるのは、標準的なス
プライン設計によりレンチ駆動工具が通常は締結具の材料よりも強い材料から作
成されるからである。標準的な構成形態によれば、レンチ締め工具のスプライン
表面積が締結具ソケットのスプライン表面積のスプライン表面積よりも７．９％
〜３８．５％大きくなる結果となる。これが締結具ソケットよりも大きい剪断強
度を有した工具と結合されることにより、許容できない失敗率を生じさせる。
【０００７】 したがって、許容できない失敗を防止する締結具のためのスプライン駆動ソケ
ット／工具構成に対する必要性が存在する。
【０００８】 発明の要旨 したがって、本発明は、上述した従来技術の締結具システムに関して認められ
た不利点を最小にする改善された締結具システムを提供する。本発明による締結
具システムは、通常、ピンに対してナットを回転させるトルクをナットに作用さ
せるときに工具を受容するためにピンの螺刻された部分の端面に凹部を有した螺
刻されたピンを含んでいる。現時点で好ましい実施形態では、凹部は、端面まで
延びている新規に設計されたスプラインソケットを備えている。さらに、工具は
、ピンに対してナットを回転させるトルクをナットに作用させるときにピンが回
転することを防止するために工具が凹部に受容され得るように、凹部と対応する
ように構成された工具の少なくとも端部から延びる複数の嵌合相手のスプライン
を備えている。
【０００９】 ピンは、ピンの螺刻された部分を横切って軸線方向に延びている複数の縦溝を
含んでいることが好ましい。好ましくは、ナットは、少なくとも１つの軸線方向
に延びる外側ローブを含んでいる。結果として、ピンに対してナットを回転させ
るトルクをナットに作用させるときに、ローブから半径方向に内方へ位置する材
料の一部がピンの縦溝内に移動させられる。
【００１０】 現時点で好ましい実施形態では、凹部は、凹部の周囲に延びる６つのスプライ
ンを備えたスプライン凹部である。工具は、ピンに対してナットを回転させるト
ルクをナットに作用させる際に凹部と係合するために、６つのスプラインを備え
たシャフトとして形成され、これらスプラインは、シャフトの周囲に延びており
、凹部スプラインと協働する寸法になっている。工具は、締結具のピンがナット
の取り付けの際に回転することを防止させる。凹部及び工具の両方のスプライン
の幅及び剪断面積は、工具と凹部の両方に対するねじり荷重が等しくなるように
形成されている。この設計の利点は、航空宇宙産業用締結具において特に重要と
なる凹部の強度が顕著に増大させられることである。この結果は、スプラインの
幅を工具上においてよりもソケットにおいて大きくなるように形成することによ
って達成される。凹部（相対的に低い強度の材料から作成されている）における
スプライン幅を増加させることによって、剪断面積を増加させている。駆動工具
（相対的に高い強度の材料から作成されている）のスプラインの剪断面積は、ソ
ケットの剪断面積と強度的に極めて均衡するように減少させられる。工具はソケ
ットに必要以上の力を与えないので、最終的な結果はねじり性能において相当な
増加となる。
【００１１】 工具はさらに湾曲した小径部（又は内径部）を含むように設計された。典型的
には、スプラインを有したドライバであるスプラインドライバは機械加工された
平坦な表面を備えた小径部を含んでいたが、この平坦な表面は除去された材料の
ために大切なねじり強度の損失を生じさせるのである。 本発明のこれら及び他の特徴及び利点は添付の図面と共に検討したときに以下
の詳細な説明を参照することにより十分に理解されるであろう。
【００１２】 発明の詳細な説明 ここで、図１から図３を参照すると、本発明による締結具システム１０の現時
点で好ましい実施形態が全体として示されている。締結具システムは、ボルト又
はネジ山部が形成された螺刻されたピン１２と、ナット１４と、工具１６とから
なる締結具を含んでいる。ピン１２及びナット１４は共通の軸線を有している。
被加工物からなる一対の板材２０、２２が締結具によって相互に留められる。締
結具は板材を相互に留め、被加工物の一方側に位置するナット１４と反対側に位
置するピン１２の頭部３４との間に圧縮係合による接合部を形成する。筒状穴が
ナット１４を貫通しており、この穴を形成するナットの内側表面（不図示）は螺
刻されてネジ山が形成されている。ナット１４は軸線方向に延びている複数の外
側ローブ（突出部）１５を有していることが好ましい。これらローブ１５はその
１つが示されており、ナット上に一体的に形成されている。ナット１４の内側の
ネジ山部は螺刻されたピン１２を受容するように構成されている。
【００１３】 ピン１２は、頭部３４と反対側に、螺刻された部分３６を有している。螺刻さ
れている部分３６は、ピン１２のネジ山部を軸線方向に横切って延びている概略
凹状の湾曲を有した複数の縦溝３７を含んでいることが好ましい。ピンの螺刻さ
れた端部３６の端面４１は、ドライバ１８（図１に仮想線で示されている）によ
ってピンに対してナットを回転させるトルクをナットに作用させるときにピンの
回転を防止するための工具１６を受容する凹部３９を含んでいる。締結具の着座
の際に、ボルトの頭部とナットとの間に付与された軸線方向の荷重は予め定めら
れたレベルまで増加する。そして、形成された接合部に予め定められた軸線方向
荷重が生じると、ローブ１５がピンの縦溝３７内に塑性変形して、機械的なネジ
ロックを生成させる。
【００１４】 ナット上に設けられたローブの数に対するピン上に設けられた縦溝の数は、ロ
ーブのうちの少なくとも１つの材料の一部が縦溝の１つに進入して機械的なネジ
ロックを生じさせ得るようになっていることが好ましい。現時点の好ましい実施
形態では、５つの縦穴がピンに設けられ、３つのローブがナット上に設けられて
いる。
【００１５】 図２及び図３には、ピンがより詳細に示されている。ピン１２は、被加工物の
整列させられた穴３２に受容されているシャンク３０を含んでいる。シャンクの
一方の端部３６はナット１４のネジ山部を受容するために螺刻されてネジ山部が
形成されている。シャンクの他方の端部は頭部３４を有し、この頭部３４は、被
加工物の露出している表面に圧迫を加え、ナットと協働して被加工物上に軸線方
向の荷重を生じさせる。頭部は、任意に、レンチを作用させる表面を備えていな
いものが示されているが、六角形状頭又は皿頭のような他の従来のピン頭部を使
用することが可能である。 ピン１２の回転を防止するために、ピンの螺刻された端部３６の端面４１には
、工具１６を受容するための凹部３９が設けられており、工具１６は、ドライバ
が回転してナットにトルクを付与している間、ピンを静止状態に保持する。図２
及び図３に示されている実施形態では、凹部３９は凹部の周囲に等間隔で設けら
れたスプライン４０ａ〜４０ｆを含んでいる。スプラインは、ピンにおいて任意
の適した手段によって形成されることができ、ピンの螺刻された端部の端面に機
械加工されることが好ましい。好ましくは、凹部３９は、全体が締結具の既存の
ピン長さ内に含まれており、ピンの螺刻された端部３６の端面４１から突出する
材料を付加する必要がないようになっている。さらに、凹部の深さは、最小量の
材料がピンの導入ネジ山域又は不完全なネジ山域から除去されるようになってい
ることが好ましい。例えば、２．２８６ｍｍ（０．０９０インチ）から２．４１
３ｍｍ（０．０９５インチ）の間の凹部深さが許容可能である。
【００１６】 本願でレンチソケットとも呼称されている凹部３９は、「スプライン駆動」と
して公知となっているレンチソケットと類似の幾何形状を有したスプライン４０
ａ〜４０ｆを含んでいる。凹部３９は、レンチ工具１６の剪断強度を締結具材料
の剪断強度と均衡させるために、大幅に改変されている。本発明のレンチソケッ
ト３９は、ねじり荷重が同等に極めて近いレベルとなるように、ソケット及びレ
ンチ工具の両方のスプライン幅及び剪断領域を含むように設計されている。この
設計は、特に締結具材料が低い強度を有しているときに、強度を増加させる。ス
プライン４０ａ〜４０ｆの他の新規な特徴は、スプラインの端部４２がレンチ工
具１６の湾曲小径部２８（図４参照）を収容するように湾曲していることである
。
【００１７】 締結具の着座の際には、凹部３９は工具１６を受容し、これと係合し、ドライ
バ１８によってナットにトルクが付与されたときにピン１２の回転を防止する。
工具１６は、締結具の迅速な取り付けのために電動工具に取り付けられてもよく
、手作業による締結具の取り付けの際に使用されてもよい。工具１６の１つの実
施形態が図１及び図４に示されている。工具は中実円柱シャフト２４を備え、複
数のスプライン２６がシャフトに沿って延びている。図４に最もよく示されてい
るように、等間隔に離間配置された６つのスプラインが、シャフトの長手方向軸
線２９と平行に、シャフトの周囲に設けられている。スプラインは全て同じ寸法
であることが好ましい。工具１６のスプライン２６が凹部３９の対応するスプラ
イン４０ａ〜４０ｆ内に受容される。ドライバによってナットにトルクが付与さ
れると、工具及び凹部の対応する構成形態が互いと係合して、ピンが回転するこ
とを防止する。現時点で好ましい実施形態では、工具１６は工具の前縁３３上に
傾斜端縁３１を含んでおり、工具の凹部３９への挿入を容易にさせている。工具
は図１において電動ドライバと共に示されているが、手持ち形態で工具を手作業
で使用することもできることは理解されるべきである。
【００１８】 駆動スプライン２６は、レンチソケットの剪断領域と強度的に極めて均衡する
ように剪断領域を減少させるように計算されている。駆動工具はソケットに必要
以上の力を与えることがないので、最終的な結果はねじり性能における大幅な増
加となる。さらに、工具１６の小径部２８は湾曲した表面を有している。従前の
スプライン駆動工具は平坦になった小径部を含んでおり、平坦な表面を形成する
ように材料が除去されていたので、大切なねじり強度の損失を引き起こしていた
。湾曲した小径部を有することによって、付加的な材料により工具のねじり強度
が増加させられている。対照的に、駆動工具のスプライン幅はソケットのスプラ
イン幅よりも小さくなる。これら設計変更の全てが締結具のねじり値を改善させ
た。レンチソケットの改善されたねじり能力とねじり性能の最大化は、強度がよ
り低い材料及び深さが最小のソケットにおいて使用されるときに特に重要となる
。
【００１９】 本願において記載された本発明の様々な改変及び変形は当業者にとって明らか
である。例えば、凹部は、螺刻された端部に設けられるのが好ましいが、他のタ
イプの設置手順に合わせて締結具の頭部に設けられることもできる。さらに、凹
部及びドライバを他のタイプの締結具のために使用することもできる。このよう
な理由で、特許請求の範囲に記載の範囲内で、具体的に説明された以外のように
して本発明を実施することも可能であることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の締結具システムの組立分解斜視図である。
【図２】 図１の締結具の前方部分断面図である。
【図３】 図２のピンの螺刻された端部の端面図である。
【図４】 図１のビットの斜視図である。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１３年４月１２日（２００１．４．１２）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１１】 前記凹部のスプラインの端部と前記工具の小径部は対応す
る湾曲した表面を有している、請求項９に記載の締結具システム。
【手続補正書】
【提出日】平成１４年１月１５日（２００２．１．１５）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ナットと、 シャンクと、該シャンクの螺刻された部分と、前記シャンクの螺刻された部分
    の端面と、該端面の凹部とを有したピンと、を備える締結具であって、 前記凹部が該凹部の周囲に離間して配置された複数のスプラインを備え、該ス
    プラインが隣接するスプラインの間の空間よりも大きい幅を有しており、前記ナ
    ットは、前記ピンに対して前記ナットを回転させるトルクを作用させられるよう
    に構成されている締結具。
  2. 【請求項２】 前記スプラインが湾曲した端部表面を有している、請求項１
    に記載の締結具。
  3. 【請求項３】 ６つのスプラインが存在する、請求項１に記載の締結具。
  4. 【請求項４】 前記ナットが少なくとも１つの軸線方向に延びる外側ローブ
    を備えている、請求項１に記載の締結具。
  5. 【請求項５】 前記ピンが該ピンの前記螺刻された部分を横切って軸線方向
    に延びる複数の縦溝をさらに備える、請求項３に記載の締結具。
  6. 【請求項６】 シャフトと、 前記シャフトの周囲に延びる複数のスプラインと、 前記スプラインの間に設けられた湾曲した小径部と、を備えた締結具システム
    において使用されるための工具。
  7. 【請求項７】 ６つのスプラインが前記シャフト上に等間隔で離間して設け
    られている、請求項６に記載の工具。
  8. 【請求項８】 前記複数のスプラインの少なくとも１つが傾斜端縁を有した
    前縁表面をさらに備えている、請求項６に記載の工具。
  9. 【請求項９】 締結具の取り付けの際に増加したねじり能力を呈示するよう
    に特に構成された締結具システムであって、 シャフトと、該シャフトの周囲に延びる複数のスプラインとを含む工具と、 ナットと、 シャンクと、前記ナットを受容するための前記シャンクの螺刻された部分と、
    前記シャンクの前記螺刻された部分の端面と、該端面の凹部とを有したピンと、
    を備え、 前記凹部が該凹部の周囲に位置する複数のスプラインを含み、 前記凹部は、前記ピンに対して前記ナットを回転させるトルクを前記ナットに
    作用させるときに前記工具の前記スプラインを受容し、前記工具の剪断強度を前
    記ピンの剪断強度と均衡させるように構成されている締結具システム。
  10. 【請求項１０】 前記ピンが該ピンの前記螺刻された部分を横切って軸線方
    向に延びる複数の縦溝をさらに備える、請求項９に記載の締結具システム。
  11. 【請求項１１】 前記凹部のスプラインの端部と前記工具の小径部は対応す
    る湾曲した表面を有している、請求項９に記載の締結具システム。
JP2000613615A 1999-04-28 2000-04-25 締結具、締結具システム及び締結具システムにおいて使用されるための工具 Expired - Lifetime JP4094818B2 (ja)

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