JP4686130B2 - 最適化されたロック用溝及びクレストを有するスエージ型ファスナー並びに該ファスナーの作製方法 - Google Patents
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Description
本発明の他の目的は、ロック用溝とクレストを具え、材質と強度の異なるカラーがロック用溝の中にスエージングされるように最適化されたスエージ型ファスナーを作製する方法であって、複数の作用に用いるために、様々な材料がファスナーに異なるクランプ及び引張荷重をファスナーにもたらすことができる。
式1は、ロック用溝(26)に対する剪断面積を規定している。
ΠDMAJORNGW = 剪断面積 (式1)
式1において、DMAJORは、クレスト(60)の外径であり、Nは、ファスナー(10)のグリップ範囲でスエージングされたカラー(14)が充填されるロック用溝の数であり、GWは、ロック用溝(26)の溝幅である。
また、次の式2は、ロック用溝(26)が制御することのできる引張荷重の大きさを規定する。
T×剪断面積 = 引張荷重 (式2)
式2において、Tは、カラー(14)の材料の剪断強度であり、剪断面積は、式1から得られる値である。
式3は、クレスト(60)の有効剪断面積を規定する。
ΠCDNC'W = 剪断面積 (式3)
式3において、CDは、クレスト(60)の有効直径であって、DMAJOR−Chに略等しく、Nは、ファスナー(10)のグリップ範囲でスエージングされたカラー(14)が充満するロック用溝の数であり、C'Wは、Chの略半分高さの位置での有効クレスト幅である。
また、次の式4は、クレスト(60)が制御することのできる引張荷重の大きさを規定する。
T×剪断面積 = 引張荷重 (式4)
式4において、Tは、ピン部材(12)の剪断強度であり、剪断面積は、式3から得られる値である。
或いはまた、ロック用溝(26)のGW及びクレスト(60)のC'Wの両方が、引張用のチタン系3Al-2.5V合金に最適化されている場合、ロック用溝(26)のGWは、ロック用溝(26)がアルミニウム系2024T4合金に対して最適化されたときのロック用溝(26)の幅の10%以下である。ロック用溝(26)とクレスト(60)は、同種類の作用に最適化されているので、ファスナー(10)のロック用溝(26)とクレスト(60)の構造の全体が最適化される。一方、ロック用溝(26)に異なるカラー材料(14)充満されたとき、ファスナー(10)は、複数の作用に対して十分なクランプ及び引張負荷並びに破損抵抗性をもたらすので、ロック用溝(26)及びクレスト(60)は、複数種類の作用に最適化される。
夫々の適用において、所定のクランプと引張荷重が得られるようにするため、カラー(14)の計算外径は試行錯誤によって修正され、ロック用溝(26)及びクレスト(60)の形状並びにスエージング用アンビル(56)ののど部(図1のDa)の直径は一定に維持される。材質が異なるカラー(14)の修正された外径は僅かな変化にとどまるので、当該カラーは、同一のアンビルキャビティを有するスエージング用アンビル(56)を用いて、剪断、剪断/引張、複合剪断、剪断/引張複合の作用を及ぼしてロック用溝(26)にスエージングされることができる。なお、引張及び複合引張用に適用する場合、同じ外径のカラー(14)はうまく機能することができなかった。それゆえ、引張及び複合引張用に適用する場合、外径がより大きなカラー(14)及び異なるスエージング用アンビルが用いられる。
<実施例1>
この実施例は、直径5/32インチのピンについて、最小剪断強度(ksi)と最小引張強度(lbs.)の大きさを示している。
剪断の例では、ロック用溝の個数は5個で使用数5個;カラー材料はアルミニウム2024;最小剪断強度37ksi;最小引張強度1400ポンドである。
剪断/引張の例では、ロック用溝の個数は5個で使用数5個;カラー材料はチタン系3Al-2.5V;最小剪断強度58ksi;最小引張強度1700ポンドである。
引張の例では、ロック用溝の個数は6個で使用数6個;カラー材料はチタン系3Al-2.5V;最小剪断強度58ksi;最小引張強度2300ポンドである。
この実施例1から明らかなように、剪断が作用する場合と引張が作用する場合の剪断強度の比は約64%であり、剪断が作用する場合と引張が作用する場合の引張強度の比は約61%である。
この実施例は、直径7/16インチのピンについて、最小剪断強度(ksi)と最小引張強度(lbs.)の大きさを示している。
剪断の例では、ロック用溝の個数は5個で使用数5個;カラー材料はアルミニウム2024;最小剪断強度37ksi;最小引張強度9500ポンドである。
剪断/引張の例では、ロック用溝の個数は5個で使用数5個;カラー材料はチタン系3Al-2.5V;最小剪断強度58ksi;最小引張強度13100ポンドである。
引張の例では、ロック用溝の個数は6個で使用数6個;カラー材料はチタン系3Al-2.5V;最小剪断強度58ksi;最小引張強度19000ポンドである。
この実施例2から明らかなように、剪断が作用する場合と引張が作用する場合の剪断強度の比は約64%であり、剪断が作用する場合と引張が作用する場合の引張強度の比は、約50%である。
Pは、GW+CWに等しい。
RRはGWに等しい。
Chは4Iに等しい。
BRは、直径5/32〜1/2インチのピンの場合、0.005インチである。
本発明のファスナーは、さらに次の関係によって規定される。
直径3/8インチ、7/16インチ及び1/2インチのピン部材の場合、Chは、DS×0.03125である。
直径5/32インチ、3/16インチ、7/32インチ、1/4インチ及び5/16インチの場合、Chは、(DS×0.03125)+0.002である。
上記関係において、各々のアルファベット文字は、次の意味を表す。
P=ピッチ
GW=ロック用溝(26)の幅
CW=クレスト(60)の幅
I=谷底の水平接線と、基部(62)及び立下り部(66)の交点を通る水平線との間の距離
DS=ストレート部
BR=交点半径
Daはアンビル(56)ののど部(36)の直径である。
Dcはカラー(14)のスエージング前の外径である。
IDはカラー(14)のスエージング前の内径である。
Dmはロック用溝(26)の平均直径である。
dlはのど部(36)のスエージング部の中の有限長であるとみなされる。
Claims (7)
- 複数のワークピースを締結し、締結ジョイントを形成することができ、異なる負荷条件に対して適用可能なスエージ型ファスナーであって、該ファスナーは、
(a) 直径が異なる複数のピンの中から選択されるピンを具えており、各ピンは、ワークピースの整合された孔の中に収容される細長いシャンクを有しており、該シャンクは、一方の端部が拡大されたヘッド部で終端し、他方の端部が、周方向に延びる複数のロック用溝及びクレストを有する溝部で終端するものであり、
(b) 材質が異なる複数の筒状カラーの中から選択されるカラーを具えており、前記カラーは、異なる負荷条件に対して適用可能で、ロック用溝の中にスエージングされることにより、ワークピースが締結されて締結ジョイントを形成するようになし、前記カラーは、ピンのロック用溝及びクレストと相互連結する溝部と肩部を有し、ピンとは剪断強度が異なる材料から形成され、ピンとカラーの剪断強度の比は、異なる負荷条件に適用されたときに、ピンがスエージング中に破損しない比であり、複数のカラーの材質は、チタン合金、アルミニウム合金又はスチール合金の中から選択され、
前記ファスナーは、
(c) 前記選択されたピンの各々は、チタン合金、アルミニウム合金又はスチール合金の中から選択される何れのカラーとも組み合わせて用いられることができ、
前記選択されたピンの各々は、ロック用溝とクレストの形状が同じであり、
ピンのロック用溝の幅は、剪断作用を受けるアルミニウム合金のカラー又は引張作用を受けるチタン合金又はスチール合金のカラーに用いられる最大の幅であり、
ピンのクレストは、引張作用を受けるチタン合金又はスチール合金のカラーに用いられる最大の幅であり、
異なる負荷条件に適用されても、ファスナーは、十分なクランプ、引張荷重をもたらすことができることを特徴とする、スエージ型ファスナー。 - 材質がアルミニウム合金のカラーの剪断強度は、材質がチタン合金又はスチール合金のカラーの剪断強度の約64%である請求項1のファスナー。
- ロック用溝は、17%〜25%の範囲で過充填される請求項1のファスナー。
- ワークピースは、金属、複合材料、又はこれらの組合せから作られる請求項1のファスナー。
- 異なる材質の複数のカラーは、外径が略同じで、スエージング用アンビルのスエージング用キャビティが同一である締結用工具を用いて、ピンのロック用溝へスエージングされることができる構造である請求項1のファスナー。
- ファスナーは、肉厚の最大変化が1/8インチ以下のワークピースを締結する請求項1のファスナー。
- 請求項1乃至6の何れかに記載のファスナーを用いて複数のワークピースを締結し、締結ジョイントを形成する方法。
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