JP6220974B2 - ファスナ及びファスナ取付具 - Google Patents

Description

＜関連出願の相互参照＞
本願は、出願人による同時継続中の２０１４年１月３０日出願の米国仮特許出願第６１／９３３,５３７号「ファスナ及びファスナ取付具」に関連しており、その利益を主張する。当該出願は、引用を以て、本明細書の一部となる。

＜発明の分野＞
本発明は、締結システムに関しており、より詳細には、スエージ型ロックボルトファスナと、それに関連するファスナ取付具とを含む締結システムに関する。

一般的にロックボルトと呼ばれるツーピーススエージ型ファスナは、複数のワークピースを一緒に固定するために使われる。典型的には、スエージ型ファスナは、ロック溝を有するピン部材と、ファスナ取付具によってピン部材のロック溝にスエージングされるように構成されたスエージカラーとを含む。ファスナ取付具は、ファスナ取付け中にピン部材の引張部と係合するプーラーを有するノーズアセンブリを含む。

実施形態では、締結システムは、ピン部材を含むファスナと、前面を有するプーラーを有するファスナ取付具とを含んでいる。ピン部材は、ねじ部を有する細長いシャンク部と、ねじ部の一端に位置する停止肩部と、停止肩部から延びる引張部とを有している。停止肩部は、ねじ部の一端から長手方向に延びる内側環状壁と、シャンク部から斜め外側に延びる内面とを含んでいる。内側環状壁と内面は、環状受入領域を形成する。プーラーがピン部材の引張部と係合するとファスナ取付具の前面を受け入れるように、ファスナの受入領域は構成されている。

実施形態では、ピン部材の停止肩部の内面は、ピン部材の長手方向軸から横方向に計った第１の角度で延びる。実施形態では、ファスナ取付具のプーラーの前面には、プーラーの長手方向軸に対して横方向に計って第２の角度が付いている。実施形態では、第２の角度は、第１の角度とほぼ同一となるように選択される。実施形態では、第１の角度は、約１１度乃至約１７０度の範囲にある。実施形態では、第２の角度は、約１１０度乃至約１７０度の範囲にある。

実施形態では、ピン部材の引張部は少なくとも１つの引張溝を含み、ファスナ取付具のプーラーは、ピン部材の引張部の少なくとも１つの引張溝と係合するような大きさと形状にされた少なくとも１つの歯とを含む。実施形態では、ピン部材の引張部は複数の引張溝を含み、そして、ファスナ取付具のプーラーは、ピン部材の引張部の複数の引張溝と係合するような大きさと形状にされた複数の歯を含む。実施形態では、内側環状壁と停止肩部の内面とは、アール部（radiused portion）で互いに繋がれている。

実施形態では、締結システムは、ピン部材のねじ部にスエージングされるように構成されたカラーを更に含む。実施形態では、ピン部材の引張部は、停止肩部とピ ン部材の引張部との間に位置する破断溝（breakneck groove）を含み、引張部は、十分な軸力がピン部材に印加されると、破断溝にてピン部材のシャンク部から破断するように構成されている。

実施形態では、ファスナは、ピン部材を含んでおり、ピン部材は、ねじ部を有する細長いシャンク部と、ねじ部の一端に位置する停止肩部と、停止肩部から延びる引張部と、を有している。停止肩部は、ねじ部の一端から長手方向に延びる内側環状壁と、シャンク部から斜め外側に延びる内面とを含む。内側環状壁と内面は環状受入領域を形成し、環状受入領域は、ファスナ取付具のプーラーがピン部材の引張部と係合すると、ファスナ取付具のプーラーの前面を受け入れるように構成されている。

図１は、本発明の実施形態に基づいて構成されたファスナの側面図である。 図２は、図１にて表示された円形領域の拡大図である。 図３は、図２の断面図である。 図４は、ファスナ取付具による図１に図示したファスナの取付けを示す図である。 図５は、ファスナ取付具による図１に図示したファスナの取付けを示す図である。 図５Ａは、ファスナ取付具による図１に図示したファスナの取付けを示す図である。 図６は、ファスナ取付具による図１に図示したファスナの取付けを示す図である 図７は、ファスナ取付具による図１に図示したファスナの取付けを示す図である。

図１を参照すると、実施形態では、ファスナ１０は、ピン部材１２と、スエージカラー１４とを含んでおり、スエージカラー１４は、ピン部材１２に嵌まってスエージングされるような大きさ及び形状にされている。実施形態では、ピン部材１２は、ロックボルトである。実施形態では、ピン部材１２は、ヘッド１８の一端にて終端する細長いシャンク部１６を含む。実施形態では、シャンク部１６は、滑らかな円筒部１９と、複数のねじ山２２を有しており、ロック溝２４を伴ったねじ部２０と、複数の引張溝２８を有する引張部２６とを有する。実施形態では、引張溝２８は螺旋状の溝である。実施形態では、引張部２６は、少なくとも１つの引張溝２８を含む。別の実施形態では、引張部は、１つの引張溝２８を含む。実施形態では、引張部２６は、ねじ部２０と引張部２６の間に位置する環状の破断溝３０を含む。実施形態では、破断溝３０は、ピン部材１２の最も弱い所を規定しており、ピン部材１２に加えられた軸力、具体的には引張部２６に加えられた軸力に応答して破断するように構成されている。

図１乃至図３を参照すると、実施形態では、ピン部材１２のシャンク部１６は、停止肩部３２を含んでおり、停止肩部３２は、ねじ部２０の一方の端部３４に位置しており、引張部２６の破断溝３０に近接している。実施形態では、停止肩部３２は、シャンク部１６にて環状に形成されている。実施形態では、停止肩部３２は、内側環状壁３６と、シャンク部１６から外側に延びる内面３８とを含む。実施形態では、環状壁３６と内面３８は、それらの間に形成されたアール部４０で繋がれている。実施形態では、内壁３６、内面３８及びアール部４０は、環状受入領域４２を構成する。実施形態では、内側環状壁３６は、ねじ部２０の端部３４から長手方向に延びる。実施形態では、停止肩部３２の内面３８は、ピン部材１２の長手方向軸から横方向に計ったねじ山の挟角（included angle）Ａで斜めに延びる。実施形態では、ねじ山の角度Ａは約１２０度である。別の実施形態では、ねじ山の角度Ａは約１１０度である。別の実施形態では、ねじ山の角度Ａは約１００度である。別の実施形態では、ねじ山の角度Ａは約１３０度である。別の実施形態では、ねじ山の角度Ａは約１４０度である。別の実施形態では、ねじ山の角度Ａは約１５０度である。別の実施形態では、ねじ山の角度Ａは約１６０度である。別の実施形態では、ねじ山の角度Ａは約１７０度である。別の実施形態では、ねじ山の角度Ａは、約１１０度乃至約１７０度の範囲にある。実施形態では、アール部４０は曲率半径Ｒを伴っている。実施形態では、停止肩部３２は、その他の形状及び大きさで構成されてよく、停止肩部３２は、突出したリップやカールで構成されてよい。

実施形態では、ピン部材１２は、中炭素合金鋼から作られている。実施形態では、ピン部材１２は、グレード８の強度レベルのボルトである。他の実施形態では、ピン部材１２は、例えばグレード２、グレード５、グレード８、クラス８．８及びクラス１０．９といった当該技術分野で周知の任意の等級で特徴付けられてよい。他の実施形態では、ピン部材１２は、当該技術分野で周知の他の適切な材料で作られてよい。

図１に戻ると、実施形態では、スエージカラー１４は、管状のシャンク４４を含んでおり、シャンク４４は、第１の端部４６と、反対側にある第２の端部４８と、第１の端部４６にて円周方向に沿って広がるフランジ５０と、第１の端部４６から第２の端部４８に延びるボア（図示略）とを有する。実施形態では、シャンク４４の形状は、ほぼ一様な円筒である。他の実施形態では、スエージカラー１４は、Ｍｅｒｃｅｒらによる米国特許７，２９３，３３９号において開示及び説明されたカラーの特徴を備えてもよい。当該米国特許の全体は、参照により本明細書の一部となる。

実施形態では、スエージカラー１４は、当該カラー１４の内面から延びる内部フィットアップタブ（fit-up tab）（図示略）を含む。実施形態では、フィットアップタブは、Ｄｉｘｏｎによる米国特許４，８６７，６２５号に示されたような一条ねじを含む。当該米国特許の全体は、参照により本明細書の一部となる。実施形態では、フィットアップタブは、スエージカラー１４のシャンク４４の第２の端部４８に近接配置される。別の実施形態では、フィットアップタブは、スエージカラー１４のシャンク４４の第１の端部４６に近接して配置される。フィットアップタブの目的及び機能については以下で説明する。別の実施形態では、スエージカラー１４は、フィットアップタブを含まなくともよい。

実施形態では、スエージカラー１４は、低炭素鋼で作られる。別の実施形態では、スエージカラー１４は、焼きなましされていない低炭素鋼で作られる。別の実施形態では、スエージカラー１４は、焼きなましされた低炭素鋼で作られる。別の実施形態では、スエージカラー１４は「ヘッディングされたまま（as-headed）」であり、Ｍｅｒｃｅｒらによる上記の米国特許７，２９３，３３９号に開示及び説明されているように熱処理を必要としない。米国特許の全体は、参照により本明細書の一部となる。本明細書において用いられる用語「ヘッディングされたまま」は、熱処理（例えば、クエンチや焼戻し、応力除去等）を用いて硬度を変えるのではなく、例えば冷間加工でひずみ硬化されたカラーを指す。

図４を参照すると、実施形態では、ファスナ１０は、複数のワークピース５２及び５４を一緒に固定するように構成されている。実施形態では、ピン部材１２のシャンク部１６は、ワークピース５２及び５４の孔に挿入されており、ヘッド部１８は、ワークピース５４の一方の面５６に当接し、シャンク部１６はワークピース５２の一方の面５８の外側に延びている。実施形態では、スエージカラー１４がピン部材１２のシャンク部１６に嵌められて、シャンク部１６は、カラー１４のボアに挿入される。実施形態では、フィットアップタブは、最初に、カラー１４をピン部材１２に保持するためにピン部材１２のねじ山２２と螺合する。実施形態では、スエージカラー１４は、当該カラー１４のフランジ５０がワークピース５２の一方の面５８に当接するまでピン部材１２に嵌めこまれる。

図４を参照すると、実施形態では、ファスナ取付具６０は、プーラー６２及びスエージアンビル６４を含む。実施形態では、プーラー６２は、複数の内歯６８及び複数の引張溝７０を有しており、ピン部材１２の引張部２６の引張溝２８を把持するような大きさと形状にされて構成されたチャックジョー（chuck jaws）６６を含む。実施形態では、プーラー６２の引張溝７０は、螺旋溝である。実施形態では、プーラー６２は、少なくとも１つの引張溝７０を含む。別の実施形態では、プーラー６２は１つの引張溝７０を含む。別の実施形態では、プーラー６２の引張溝７０は、タッピング（tapping）により形成される。実施形態では、プーラーのチャックジョー６６は、前面７２を含む。実施形態では、この前面は、プーラー６２の長手方向軸に対して横方向に計った角度Ｂを有する。実施形態では、角度Ｂは、ピン部材１２の停止肩部３２の内面３８の角度Ａと一致するように又はほぼ同じに選択されている。実施形態では、角度Ｂは約１２０度である。別の実施形態では、角度Ｂは約１１０度である。別の実施形態では、角度Ｂは約１００度である。別の実施形態では、角度Ｂは約１３０度である。別の実施形態では、角度Ｂは約１４０度である。別の実施形態では、角度Ｂは約１５０度である。別の実施形態では、角度Ｂは約１６０度である。別の実施形態では、角度Ｂは約１７０度である。別の実施形態では、角度Ｂは、約１１０度乃至約１７０度の範囲にある。

実施形態では、ファスナ取付具は、Ｍｅｒｃｅｒらによる前述の米国特許７，２９３，３３９号において開示及び説明された取付具の特徴を含んでよい。実施形態では、ファスナ取付具のスエージアンビルは、スエージカラー１４と係合してスエージカラー１４とピン部材１２の間に相対的軸力を加えて、スエージカラー１４に亘って移動し、ピン部材１２のロック溝２４にそれをスエージングするように構成されている。

図４を参照すると、実施形態では、ファスナ１０は、上記のようにワークピース５２及びワークピース５４に取り付けられている。実施形態では、プーラー６２のジョー６６は、ピン部材１２の引張部２６を通過して被さる（slip over）ために、間隔を開けて広がっており、開位置にある。図５及び図５Ａを参照すると、実施形態では、プーラー６２の歯６８及び引張溝７０は、ピン部材１２の引張部２６の引張溝２８と係合している。実施形態では、プーラー６２のジョー６６の前面７２は、ピン部材１２の停止肩部３２の内面３８に当たって止まっており、ピン部材１２の引張部２６とプーラー６２が適切に揃えられている。これらの輪郭に沿って、停止肩部３２は、ピン部材１２の引張部２６と係合するとプーラー６２を前方に移動させて、ピン部材１２の引張部２６の引張溝２８とプーラー６２の歯６８と揃えることを可能とする。プーラー６２に対するピン部材１２の回転方向に応じて、プーラー６２の歯６８がピン部材１２の引張溝２８に近づくと、プーラー６２は、ピン部材１２の停止肩部３２の受入領域４２へと移動し、或いは、停止肩部３２から離れて後方に移動するであろう。プーラー６２が前方へ移動する場合では、停止肩部３２のねじ山の夾角Ａは、プーラー６２と停止肩部３２の間の干渉を防止する。プーラー６２はその後、引張部２６との係合時において前方に押し進められると、内面３８に向かって下向き及び内向きにスライドする。プーラー６２が引張部２６と揃えられると、プーラー６２のジョーはその後、内向きに移動して閉位置に至り、引張部２６を締め付けて、ピン部材１２に軸力をもたらして、ワークピース５２及びワークピース５４の間の隙間を埋める。アンビル６４はそして、スエージカラー１４と係合してスエージングする。

図６を参照すると、カラー１４が十分にスエージングされると、プーラー６２は、引張部２６が破断溝３０にて外れるまで、ピン部材１２に軸力を与え続ける。それによって、余分な突出部が排除される。図７を参照すると、プーラー６２が戻って、アンビル６４はスエージカラー１４から外れる。引張部２６は、取付具６０から収集装置へと排出される。取り付けられたファスナ１０の破断された引張部２６によって、取付具６０がファスナ１０に適用されたことの視覚的な表示が存在することになる。

本明細書に記載の実施形態は単に例示的なものであること、そして、当業者は本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変更及び修正を行い得ること、それは理解されるべきである。全てのそのような変更及び修正は、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内に含まれることが意図されている。

Claims (22)

1. ピン部材を有するファスナであって、前記ピン部材は、ねじ部を有する細長いシャンク部と、前記ねじ部の一端に位置する停止肩部と、前記停止肩部から延びる引張部とを有しており、前記停止肩部は、前記ねじ部の一端から長手方向に延びる内側環状壁と、前記シャンク部から斜め外側に延びる内面とを含んでおり、前記内側環状壁と前記内面が環状受入領域を形成する、ファスナと、
   前面を有するプーラーを有するファスナ取付具と、
   を備えており、
   前記ファスナの前記受入領域は、前記プーラーが前記ピン部材の前記引張部と係合すると、前記ファスナ取付具の前面を受け入れるように構成されている、
   締結システム。
2. 前記ピン部材の前記停止肩部の内面は、前記ピン部材の長手方向軸から横方向に計った第１の角度で延びている、請求項１に記載の締結システム。
3. 前記ファスナ取付具の前記プーラーの前面は、前記プーラーの長手方向軸に対して横方向に計った第２の角度をなしている、請求項２に記載の締結システム。
4. 前記第２の角度は、前記第１の角度とほぼ同じであるように選択されている、請求項３に記載の締結システム。
5. 前記第１の角度は、約１１０度乃至約１７０度の範囲にある、請求項４に記載の締結システム。
6. 前記第２の角度は、約１１０度乃至約１７０度の範囲にある、請求項５に記載の締結システム。
7. 前記ピン部材の前記引張部は、少なくとも１つの引張溝を含み、前記ファスナ取付具の前記プーラーは、前記ピン部材の前記引張部の前記少なくとも１つの引張溝と係合するような大きさ及び形状にされた少なくとも１つの歯を含む、請求項４に記載の締結システム。
8. 前記ピン部材の前記引張部は複数の引張溝を含み、前記ファスナ取付具の前記プーラーは、前記ピン部材の前記引張部の前記複数の引張溝と係合するような大きさ及び形状にされた複数の歯を含む、請求項７に記載の締結システム。
9. 前記内側環状壁と前記停止肩部の内面とは、アール部を介して互いに繋がっている、請求項４に記載の締結システム。
10. 前記ピン部材の前記ねじ部にスエージングされるように構成されたカラーを更に含む、請求項４に記載の締結システム。
11. 前記ピン部材の前記引張部は、前記停止肩部と前記ピン部材の前記引張部との間に位置する破断溝を含み、前記引張部は、十分な軸力が前記ピン部材に加わると、前記破断溝にて前記ピン部材の前記シャンク部から破断するように構成されている、請求項４に記載の締結システム。
12. ピン部材を備えており、
    前記ピン部材は、ねじ部を有する細長いシャンク部と、前記ねじ部の一端に位置する停止肩部と、前記停止肩部から延びる引張部とを有し、
    前記停止肩部は、前記ねじ部の一端から長手方向に延びる内側環状壁と、前記シャンク部から斜め外側に延びる内面と含み、
    前記内側環状壁と前記内面は、ファスナ取付具のプーラーが前記ピン部材の前記引張部と係合すると前記ファスナ取付具の前記プーラーの前面を受け入れるように構成されている環状受入領域を形成する、ファスナ。
13. 前記ピン部材の前記停止肩部の内面は、前記ピン部材の長手方向軸から横方向に計った第１の角度で延びる、請求項１２に記載のファスナ。
14. 前記ファスナ取付具の前記プーラーの前面は、前記プーラーの長手方向軸に対して横方向に計った第２の角度をなしている、請求項１３に記載のファスナ。
15. 前記第２の角度は、前記第１の角度とほぼ同じになるように選択されている、請求項１４に記載のファスナ。
16. 前記第１の角度は、約１１０度乃至約１７０度の範囲にある、請求項１５に記載のファスナ。
17. 前記第２の角度は、約１１０度乃至約１７０度の範囲にある、請求項１６に記載のファスナ。
18. 前記ピン部材の前記引張部は少なくとも１つの引張溝を含み、前記ファスナ取付具の前記プーラーは、前記ピン部材の前記引張部の前記少なくとも１つの引張溝と係合するような大きさ及び形状にされた少なくとも１つの歯を含む、請求項１５に記載のファスナ。
19. 前記ピン部材の前記引張部は複数の引張溝を含み、前記ファスナ取付具の前記プーラーは、前記ピン部材の前記引張部の前記複数の引張溝と係合するような大きさ及び形状にされた複数の歯を含む、請求項１８に記載のファスナ。
20. 前記内側環状壁と前記停止肩部の内面とは、アール部を介して互いに繋がっている、請求項１５に記載のファスナ。
21. 前記ピン部材の前記ねじ部にスエージングされるように構成されたカラーを更に含む、請求項１５に記載のファスナ。
22. 前記ピン部材の前記引張部は、前記停止肩部と前記ピン部材の前記引張部の間に位置する破断溝を含み、前記引張部は、十分な軸力が前記ピン部材に加わると前記破断溝にて前記ピン部材の前記シャンク部から破断するように構成されている、請求項１５に記載のファスナ。

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