JP2513754B2 - 複数の工作物に対する締付方法及びこれに使用するファスナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はファスナ、特にトルク制限タイプの雌ファス
ナまたはファスナに係わる。

［従来の技術］ 雄ねじ付きファスナと雌ねじ付きファスナから成る標
準的なねじ付きファスナシステムにおいて、雌ねじ付き
ファスナは雄ファスナの外側ねじと螺合する内側ねじを
有する。両ファスナの捻回面に工具が嵌合し、該工具が
両ファスナを締付け、多くの場合、ウォッシャ（通常ワ
ッシャとも呼ばれる）を介在させて両ファスナ間に単数
または複数の工作物を締めつける。ファスナと工作物と
の組合せを“ジョイント”と呼称する。雄ねじ付きファ
スナには種々の呼称があり、例えば、“スタッド”、
“ねじ”、“ボルト”、“ピン”などと各種の呼称で呼
ばれ、雌ねじ付きファスナはまた“ナット”または“カ
ラー”とも呼ばれている。工作物のことを“シート”ま
たは“構造素子”と呼ぶこともある。

ファスナには、その軸線に沿って引張荷重が、軸線に
対して半径方向に向かう剪断荷重が夫々作用する。ピン
及びカラーによってシートに緊締力が加えられるから、
常に引張荷重が存在する。この荷重を“クランプアッ
プ”または“プレロード”と呼ぶ。ファスナが２つ以上
のシートを接合し、シートの平面方向に荷重が作用する
と、一方のシートが他方のシート上を摺動しようとす
る。この剪断荷重に対してファスナが抵抗し、シートが
ファスナに対して剪断荷重を作用させる。剪断荷重は、
ファスナの軸線及び引張荷重と交差方向に作用する。フ
ァスナに周期的に荷重がかかると材質疲労による破損の
原因となる惧れがある。航空機用の材料にあっては、こ
の材質疲労による破損は、主として剪断荷重に起因する
のが普通である。

満足なジョイントを形成するには充分なクランプアッ
プまたはプレロードが絶対に必要である。クランプアッ
プ荷重に対する抗力が充分に作用しているファスナなら
ば、材質疲労による破損に抵抗することができる。プレ
ロードはまた、構造素子が材質疲労による破損に抵抗す
るのを助ける。従って、ジョイントが充分な対抗強度を
具えるためには、シートまたは構造素子に対してファス
ナがどの程度のクランプアップ荷重を作用させるべきか
を知らねばならない。クランプアップが充分なら、シー
トのスリップ及び摩耗が回避され、荷重シフト及びジョ
イント破損が防止される。

クランプアップ荷重は、トルクの作用下にピンに対し
て且つ工作物に向かって夫々螺合を進める際、螺合作用
が螺進を妨げるように抵抗するカラーの抵抗と互いに相
関関係におかれる。クランプ荷重の増大に伴なって、螺
合、螺進に対する抵抗も増大し、カラーを回転させるの
に必要なトルクも増大する。

カラーの捻回部破損によって締付けを終らせることに
より、所定のクランプアップ荷重を発生させるという事
実と知見が、既にファスナに応用されている。ジー．エ
ス．ウィング（G.S.Wing）の米国特許第2,940,495号に
開示の発明及びエドガーステンシル（Edgar Stencel）
の米国特許第4,260,005号に開示の発明は、２種類のこ
のようなファスナを示している。

前記ウィング（Wing）の特許発明は、航空機産業に広
く利用されているカラーを開示している。このカラー
は、脆い破断ネックを介して内側ねじ部と繋がっている
捻回部を有する。このカラーは、所要のクランプアップ
に相当する所定のトルクが加わると破断されるようにな
っている。ねじ部の円形部分は対応するピンの螺条と固
く螺合することによって、ねじロックの機能を果す。こ
の種のファスナの問題点は不要片、即ち、捻回部が生ず
ることにあり、この不要片をファスナ取付けゾーンから
除去しなければならないという問題がある。この種のフ
ァスナはまた、必要な機械加工量が多く、而も破断時ト
ルクの公差を小さくする為に、脆い破断ネックを極めて
厳しい公差で形成しなければならないから、そのコスト
が比較的高くなる。

他方、前記ステンシル（Stencel）の特許発明は、そ
の軸線周りの外側に、円周方向に間隔を置いた複数の突
出部を有し、この突出部が捻回面として而もトルク制限
手段と作用するカラーを開示している。捻回工具、即
ち、三角形ソケットは、突出部の側部と咬合してカラー
をピンに対して回動させる扁平面を具備している。所定
のクランプアップ荷重に達すると、突出部が半径方向に
圧縮されてカラー本体と同高となり、突出部はもはや取
付け工具と咬合できなくなるから、捻回及び締付けは停
止する。このステンシル（Stencel）の特許発明のカラ
ーは、突出部の圧縮に伴なってカラー材料が半径方向に
内方へ変形し、協働ピンのねじに圧接することでねじロ
ック効果を発生させるようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ ファスナ取付け用の衝撃式レンチは、上記操作を迅速
に行なうのに用いられる。前記ウィング（Wing）の特許
発明におけるファスナの破断ネック及びステンシル（St
encel）の特許発明におけるファスナの突出部は、極め
て小さい回転角度に亘って夫々破断及び変形が終るか
ら、衝撃式レンチを使用する場合、極めて迅速に達成さ
れる。この場合、カラーに急激な締付けトルクを加える
と、シートの弛緩で所要のプレロードがある程度失われ
る惧れがある。即ち、シートが弛緩すると、初期荷重の
作用が終った後もシートの変形が続くことになる。シー
トの弛緩は、総ての部品を緊締するのに２個以上のファ
スナを必要とする場合に起こるのが普通である。この変
形の結果、材料がクランプゾーンから移動するため単位
面積当りの荷重及び絶対荷重が低下してしまう。破断ネ
ックまたは突出部が夫々破断または変形するのは、トル
クが所要のプレロードに一致する瞬間であるが、荷重下
にシートが弛緩し、プレロードがある程度失われる惧れ
がある。この弛緩は時間に左右される現象であり、プレ
ロードの発生が緩やかであれば、弛緩及びプレロード損
失も軽減される。

同じカラーにおいてプレロードを均一に変化させるこ
とも望ましい。例えば、シートが圧縮に際して他のシー
トほど強くない場合、シートに作用する圧縮荷重を軽減
する必要がある。

用途によっては設計プレロード以上にプレロードを増
大させるか、または弛緩を補償するため２次捻回が必要
である。標準構成によるウィング（Wing）の特許発明や
ステンシル（Stencel）の特許発明でのカラーの場合、
２次捻回は不可能である。これらのカラーはまた、一旦
取付ければ、既に捻回部は存在しないから取外しが困難
であるという欠陥がある。

用途によっては、スペース上の制約から連続捻回が不
可能であるから、カラーの側方から、即ち、開口端レン
チで捻回を行なわねばならない。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、標準的なレンチ、即ち、６角ソケットで、
または一部に凸球面を具えているボールドライブソケッ
トで取付けまたは取外しできる雌ファスナを提供するも
のである。ボールドライブソケットで駆動する場合、ド
ライバーの１つまたは２つ以上のボールがカラー突出部
に溝を掘ることによって所定のプレロードに達すると突
出部が機能しなくなるようにした。ボールドライブソケ
ットはまた、突出部に作用してカラーを所定のプレロー
ドまで締付け、所要量の締付けが行なわれたことを示す
ブリンネルマークを残すようにもした。

１つの実施態様として、本発明の雌ファスナまたはフ
ァスナは内側ねじと、外面が円弧状を呈し、軸方向に延
びる複数の突出部を設けてある。この突出部は、球面状
に弯曲した捻回素子または６角ソケットやエンドレンチ
のような扁平面捻回工具が咬合する把持手段として作用
する。これら突出部間に形成されている複数のトラフ
（凹み）は、球面弯曲捻回素子が突出部の側部と当接す
ることができるようにしてある。

各突出部は、直線辺を有する想像上の規則的な幾何形
状、例れば、６角形内に位置する。この幾何形状の各辺
が隣接する２つの突出部の面と対応するから、各突出部
に扁平辺捻回工具を咬合させることができる。

特定の実施態様では、ファスナの軸線と同心関係にあ
る真円筒面がトラフ面を限定し、一定間隔でこのトラフ
面から半径方向の外方に向けて突出部を突出させてあ
る。突出部自体は、夫々の軸線がファスナの軸線と同心
関係にある第２円筒面上に位置するように、規則的パタ
ーンで配列され且つトラフ面を限定する円筒の半径より
も小さい半径をもって、互いに接触する円筒面により、
夫々の面を限定している。ファスナは好ましくは６個の
突出部を与える。更にまた、多くのファスナまたはカラ
ーに見られるように、雄ファスナの不完全なねじコンボ
リューションを嵌入させる皿穴を形成した基部を前記突
出部の下方に与えることが好ましい。

本発明の突出部を有するファスナは、扁平辺レンチを
利用してもボールドライブを利用しても捻回することが
できるようにしてある。ファスナは、捻回操作をもっ
て、逆捻回し、取外すことができる。ボールドライブで
駆動する場合、所要量だけ締付けると、ブリンネルマー
クまたは円周方向溝によってファスナに対する締めつけ
状態を指示する。

本発明の以上に述べた事項その他の特徴、長所などは
以下の説明及び特許請求の範囲の記載、並びに添付した
図面から更に明らかになるであろう。

［実施例］ 第１図及び第２図は、本発明に従って製造されたファ
スナ10の好ましい実施態様を示す。一般に、ファスナ
は、捻回部12、基部14、及び過渡部16を有し、ファスナ
を貫通する軸孔18が螺条部20及び皿穴21を具備する。23
はファスナの軸線である。

捻回部12は、その全長に沿って長手方向に形成された
複数の捻回用突出部22を有する。各突出部22は、軸方向
に延びる弧状外面を有する。隣接する突出部22間に捻回
部の全長に沿って軸方向にトラフ26が形成されており、
トラフ26の外面は共通の真円筒上に位置する。

突出部22及びトラフ26の幾何的条件は、特に第２図か
ら明らかであろう。突出部22は、互いに接触する円筒壁
28の面によって限定される。これらの円筒壁28は、ファ
スナの軸線23と同心の円筒面32上に位置する互いに平行
な軸線30を有し、各軸線30は軸線23とも平行である。矢
印36は円筒面32の半径を示すものである。円筒壁28を含
む互いに隣れる円筒面32の相互の接触部を接触線38で示
した。従って、他の突出部22も総て、互いにファスナに
対して円筒壁28と同じ関係を有する円筒面によって限定
区分されている。

トラフ26は、軸線23と同心の軸線を有し且つ半径40を
有する真円筒の面と一致する。半径40は半径36よりも大
きく、従って、トラフ26は各円筒軸線30よりもファスナ
外側に近い円筒壁28と交差する。

隣接突出部間の接線42は、トラフ26の面よりも半径方
向に外側に位置する。接線42は、エンドレンチのような
扁平辺捻回工具が突出部と当接する捻回作用面の位置を
表わす。

突出部22の頂部には、第１図に示すように、ファスナ
への捻回工具挿入を容易にするための小さい面取り部分
44を形成してある。

第３図はファスナ10に捻回ソケット50を嵌合させた状
態を示す。このソケット50の各扁平面は、締付けの過程
では略接点52で各突出部22と当接し、緩める過程では、
各突出部22に関して反対側の接点54で各突出部22と当接
する。トラフ26はソケット50の捻回作用面よりも内側の
円筒上に位置する。

一部に凸球面を有するボールソケットで駆動する場
合、ボールは、トラフ26上を滑走して突出部22に当接す
る。適当なドライバーは、本願の親出願である米国特許
出願第06/702,811号（1985年２月15日）に開示されてい
る。第４図は、本発明のファスナと突出部22に溝60を掘
った円形ドライバーで形成されたジョイントを示す。こ
のジョイントは、ファスナ10、ボルト62、及び工作物6
4,66を含む。ジョイントには、ファスナ10のクランプア
ップ荷重により、シート64,66には、ボルト62のヘッド
により夫々作用する所定のプレロードを有する。このプ
レロードは、ボールドライバーのボールによる円周方向
圧縮に際して起こる、突出部22の材料変形と相関関係に
ある。

第５図は、ボールドライバーの作用下にある同様のジ
ョイントを示す。但し、ここでは溝60が掘られるのでは
なく、所定プレロードにおいてボールドライバーが突出
部にブリンネルマーク68を形成する。ブリンネルマーク
は突出部変形の開始を表わし、若し変形完了まで放置す
れば溝60が形成されることになる。然し、ブリンネルマ
ーク68は、所定プレロードと符号してこれを指示するこ
とができる。

ドライバーのボールのレース直径が比較的小さけれ
ば、溝60ではなくブリンネルマーク68を形成することが
できる。ドライバーのレース直径を適当に変えること
で、所定プレロードを変化させ得ることはいうまでもな
い。比較的レース直径の小さいドライブボールで、同じ
値までファスナに反復的にトルクを加えることができ、
その場合には溝が深くなる。これを繰返し行えばよい。
反復的にトルクを加える回数は、ドライブソケット次第
で決まる。必要に応じて繰返しトルフを加え、その都度
新しいブリンネルマーク68が追加されるようにすること
もできる。

ファスナ10に形成されるブリンネルマーク68または溝
60によって、点検者は、ファスナ10が所定量だけ締付け
られたことを知ることができる。

以上、好ましい実施例に関連して本発明を説明した
が、本発明の思想及び範囲は必ずしも以上の説明に制約
されるものではない。

図面の簡単な説明 第１図は本発明のファスナの好ましい実施態様を示す
立面図、第２図は第１図に図示したファスナの頂面図、
第３図は扁平辺捻回工具で捻回中の第１図に図示のファ
スナを示す頂面図、第４図はジョイントに組込まれ、突
出部に円周方向の溝が形成された状態で示した第１図に
図示のファスナを示す立面図、第５図はジョイントに組
込まれ、突出部にブリンネルマークが現われた状態で示
す第１図に図示のファスナを示す立面図である。

10…ファスナ、12…捻回部、14…基部、16…過渡部、
18…軸孔、20…螺状部、22…突出部、23…軸線、26…ト
ラフ、28…円筒壁

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ファスナ周面に沿って軸方向に延び、夫々
   が弧状曲面を有し、ファスナ軸線と同心で、且つ直線辺
   を有する想像上の正六角形によって限定されるパターン
   で配列され、標準的な捻回工具を嵌合させることができ
   るように、 前記直線辺の夫々がこれと連携する各隣接面に対して接
   線関係となる複数の突出部と、 各突出部の突出弧状面を連らねる円周の半径方向の寸法
   よりも小さく、隣接する突出部を連らねる面上の接線か
   らファスナ軸線までの最短距離よりも小さい半径方向寸
   法を有する突出部間のトラフとを有する 内側ねじ付きファスナをセットする方法を含み、 一部に凸球面を具えたファスナを締着する捻回工具を介
   して、 少くとも突出部の１つに円周方向の圧縮力を加えること
   により、ファスナを、所定プレロードまで締付けて工作
   物に対するジョイントを形成し、 一部に凸球面を具えた前記捻回工具を突出部の面に咬合
   させることにより、突出部の長さの一部だけが円周方向
   に圧縮変形したところで締付けを終了させる段階から成
   る ことを特徴とする複数の工作物に対する締付方法。
2. 【請求項２】一部に凸球面を具えた前記捻回工具によっ
   て、突出部にブリネルマークが形成されるか又は前記捻
   回工具が突出部に溝を形成したところで、突出部に対す
   る締付けを終了させることを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項に記載の複数の工作物に対する締付方法。
3. 【請求項３】前記突出部に作用する前記捻回工具によ
   り、最初の締付けに続いて、ファスナを再度締付けるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（１）又は第（２）項
   に記載の複数の工作物に対する締付方法。
4. 【請求項４】ファスナ周面に沿って軸方向に延び、夫々
   が弧状曲面を有し、ファスナ軸線と同心で、且つ直線辺
   を有する想像上の正六角形によって限定されるパターン
   で配列された複数の突出部を備えており、 これらの突出部に標準的な捻回工具を嵌合させることが
   できるように、而も該捻回工具の直線辺の夫々が、これ
   と連携する隣接突出部を連らねた面上で接線関係を保っ
   て咬合するようになされており、 各突出部弧状面の突出面を連らねる円周の半径方向の寸
   法よりも小さく、隣接する突出部を連らねた面上の接線
   からファスナ軸線までの最短距離よりも小さい半径方向
   寸法を有するトラフを各突出部間に形成してあり、 一部に凸球面を具えた捻回工具の半径部が当接すると、
   突出部が円周方向に圧縮変形して、所定プレロードにお
   いて金属部に隣接して突出部に円周方向の溝が形成さ
   れ、 同じプレロードにおいても、比較的小さい半径の凸球面
   を具えた前記捻工具回が当接すると、突出部にブリネル
   マークが形成される ことを特徴とする工作物に対し捻回固定される内側ねじ
   付きのファスナ。
5. 【請求項５】前記トラフが，何れもファスナ軸線と同心
   の軸線を有する真円筒上に位置する軸方向面を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（４）項に記載のファ
   スナ。
6. 【請求項６】前記各突出部の弧状面が、真円筒面であ
   り、総ての突出部弧状面の直径が等しいことを特徴とす
   る特許請求の範囲第（４）項又は第（５）項に記載のフ
   ァスナ。
7. 【請求項７】前記ファスナが、その基部に皿穴と、皿穴
   に開口する内側ねじと、基部に隣接する過渡部とを含
   み、 前記各突出部の外面が、他の突出部を限定する真円筒と
   同じ半径の各突出部自体の真円筒上に位置し、 総ての突出部を限定する真円筒の軸線が、ファスナ軸線
   と同心の共通真円筒上に位置し、 前記各トラフが、ファスナの軸線と同心の第２の真円筒
   面上に位置し、 前記トラフの限定された真円筒の半径が、 ファスナの軸線から突出部表面の如何なる点までの距離
   よりも小さいが共通真円筒の半径よりも大きく、 隣接する突出部を連らねる面上の接線から軸線までの最
   短距離よりも小さい ことを特徴とする特許請求の範囲第（４）項乃至第
   （６）項の何れか１項に記載のファスナ。