JPS61144415A - ２部材留め金具およびこの留め金具による複数個の工作物の固定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 本発明は２部材留め金具に係り、特に疲れ、引張強さお
よび保持クランプまたは予荷重特性を有するすえ込み加
工型式の留め金具に関する。

本発明は２部材すえ込み加工型式の留め金具または米国
特許第３，９１５，０５３号、同第２．５３１．０４８
号および第 ４．４７２．０９６号に説明された型式の止めボルトに
関する。

〔従来の技術〕

多くの商標上の適用では、２部材ねじつき留め金具が使
用され、そして特定の強さレベルの等級指標で指示され
る。例えば、１／２−１３直径ＵＮＣ等級８ボルトは公
称１２．７ａａ直径の開口に使用されそして１インチ当
り１３山のねじ目の粗目ねじを有するボルトである。こ
の後者のねじつき留め金具は締結ジヨイントにおける最
小予選択引張荷重でピンねじの直径を横切る引張モード
で破損するように設計された標準ねじ形態を有する。

同様に、１／２−２０ＵＮＦ等級８ポルトはけ単形状の
１インチ当り２０山のねじ目の細目ねじを有する。同じ
線に沿って、等級５ボルトは等級８よりも低い強さ特性
を有し、そして等級９は一層高い強さ特性を有する。し
ばしば、ねじつき留め金具は締結ジヨイントの工作物に
可能な限り大ぎいクランプ荷重を与えるためにボルトが
引張で降伏する点までトルクが与えられる。しかしなが
ら、大きくの適用では、降伏は許容できないところであ
り、クランプ荷重は大いに減少されねばならない。どち
らの場合にも、ピンは付加されたトルクからのねじり応
力とボルトに付加された合成張力からの引張応力とを含
む組合ゼ応力を受けるので、実施され得るクランプ荷重
の大きさは、留め金具がすえ込み加工型式装置における
ようなトルクなしで据付けられ得るならばそれよりも小
さい。付加するに、トルク型式の留め金具は付加される
トルクから実施され得るクランプ荷重の吊を減じる摩擦
の固有問題を有する。

（発明の概要） 本発明では、２部材すえ込み加工型式の留め金具の概念
が提供され、所与の設計引張荷重を提供するように構成
されるとき、そのトルク付加ねじつき相対物に対して大
いに改良された疲れと保持予荷重特性を有する。

しかるに、本発明では、留め金具はピンと該ピンの止め
みぞ内にすえ込み加工されるようにしたカラーとを含む
。従来の止めみぞとは異なるピンの止めみぞは大変浅く
、そして模擬流線形状の根を有するように構成される。

浅いみぞと模擬流線形状は合成疲れ寿命に寄与し、この
合成疲れ寿命は匹敵するねじつき留め金具のそれよりも
極めて大きい。同時に、カラーは所定の壁厚みとそれに
伴う体積を備えて、すえ込み加工中の止めみぞの過充填
状態を提供するのみでなく、また据付荷重と止めみぞを
横切るピンの引張降伏強さの高い百分率である大きさを
有する保持クランプを提供する。このようにしてカラー
壁厚みは保持クランプを高めるようにかつ十分なフープ
剛性を与えるように選択されて、ピンの浅い止めみぞか
らカラー材料が弾性もどりして外れるのを阻止する。こ
の主題留め金具はまたねじつき装置に要求される付加ト
ルク（および合成摩擦）の不存在のためにねじつき相対
物で達成され得るものよりも大いに大きいクランプ荷重
を与える。

本発明では、設計破損荷重はピン止めみぞの肩部または
すえ込み加工されたカラーが形成する肩部のいずれかを
横切るせん断破損を与えることができ。言い換えれば、
比較的高い強さのピンが使用されて付加された引張荷重
の一層低い大きさで係合したみぞを横切って破損しない
。このようにして、所与のピンでは、有効設計引張荷重
の大きさはカラーの長さを変えることにより、およびこ
れに伴う引張荷重を支持しているピンとカラー肩部の数
を変えることにより、簡単に増加または減少され得る。

この選択変化は、係合肩部の適当な数が提供されてこれ
によって引張荷重のもとての破損がピンの直径を横切る
引張破損として生じるまで、生じることができる。

本発明の１つの形態では、ピンに加わる合成予荷重は降
伏がピン止めみぞで生じるその荷重より僅かに低い。カ
ラーはその予荷重を保持する適当な数のピンとカラー肩
部の係合を与えるのに必要なそれよりも僅かに長い。こ
の場合、設計引張荷重での破損はカラーおよび（または
）ピン肩部を横切るせん断であろう。カラーの長さを簡
単に増加させることによって、係合肩部の数は増加して
、このことによって破損はピン止めみぞを直径的に横切
る張力の一層高い引張荷重で生じる。いずれにしても、
結果はｎ結ジヨイント上の高い大きさの保持予荷重であ
る。事実、鉄材料の装置に対するこの保持予荷重は止め
みぞを横切る張力におけるピンの降伏強さの約８５％〜
約９５％である。

後者の大きさの保持クランプ荷重の同様の百分率は、留
め金具にトルクを加える時に付加されるねじり応力なら
びに他の要因のために、所望でない高い据付および残留
応力なしに注目されるねじつき装置によって容易に達成
できない。

注目することは、高い予荷重レベルが匹敵するねじつき
装置のねじまたはみぞよりもかなり浅い止めみその特長
に関連して考察される時、疲れおよび保持応力における
達成され得る改良は一層さらに意味がある。いくつかの
付加的な利得が環状でないら旋形状を止めみぞに与える
ことで確保され得る。ここでピンの引張強さと疲れ寿命
は、ら旋形状が一層大きい直径的止めみぞ寸法を与える
ので、いくぶん大きくなる。これは環状構造が使用され
る場合の最小根直径を横切って与えられるものよりも７
層大きい有効横断面積を生じる。

しかるに、本発明の留め金具は意味ある改良疲れ特性を
提供するのみならず、大変高いクランプ荷重、すなわち
ピンの降伏強さの約８５％〜９５％を提供する。本発明
の１つの形態では、留め金具は、浅いみぞつき構造のた
めにピン直径に対して最大大きさになるであろう止めみ
ぞを横切るピンの引張強さに至るまでの引張荷重担持容
量を提供できる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。

さて第１図と第２図を参照して、留め金具１０はピン部
材１２と管状カラー１４を含んで示される。ピン部材１
２は細長軸部１５を有し、この軸部１５が互いに締結固
定されるべき１対の工作物１８．２０のそれぞれの整合
された開口１６゜１７を貫通して延びる。軸部１５の１
端の拡大突出頭部２２は工作物１８の一側面と係合する
。頭部２２に隣接して、軸部１５は真直部分２４を有し
、この真直部分２４が僅かな隙間をもって整列開口１６
．１７内に収受されるようになる。真直部分２４に続い
て複数個の周辺に延びる環状止めみぞ２６がある。遷移
部分２８は止めみぞ２６と真直軸部２４とを滑らかに接
続する。

破断首部みぞ４０が止めみぞ２６に隣接して位置し、そ
して軸部１５上に最も弱い部分を形成する。真直なラン
ド部４２は破断首部みぞ４０と複数個の引張みぞ４４間
に位置する。軸部分２４と止めみぞ２６に対して、ラン
ド部４２は引張みぞ４４と同じように減少直径である。

引張みぞ４４は留め金具１０を設定するように操作する
工具４８でつかまれるようにされる。工具４８はほぼ当
該分野の専門家にとって周知である方法で構成されるこ
とができ、そしてこのために簡単化を目的として部分的
にのみ示した。簡単に言えば、工具４８は引張みぞ４４
においてピン１２をつかむようにした複数個のあご部５
０を有する。あご部５０は管状コレット組立体５２内に
位置し、管状コレット組立体５２は１＠がすえ込み加工
鉄床部分５６で終端する鉄床ハウジング５４内に摺動可
能に支持される。

対称形状の管状カラー１４は軸部１５上に位置づけられ
るようにされ、そして−緒に引張られる工作物１８．２
０と共に、止めみぞ２６のいくつかに半径方向整列され
る。注目されるべきは工作物１８と２０が留め金具１０
の公称つかみを形成する組合せ厚みを有することである
。しかしながら、留め金具１０は、最小全体厚みを有す
る工作物から最大全体厚みまでの範囲である所定のつか
み範囲上で採用され得る。留め金具１０に対する最小全
体厚みは第１図に線２１で示され、ここではカラー１４
は真直軸部分２４に最近接して位置する止めみぞ２６の
部分に整列され、そしてみぞ内にすえ込み加工される。

工具４８の操作で、相対軸方向力がピン１２とカラー１
４間に作用してカラー１４をピン１２の止めみぞ２６内
にすえ込み加工させることを生じる。すえ込み加工の完
了時に、軸部１５は第２図に示すように破断首部みぞ４
０で切断される。続いて更に工具４８を操作する時、カ
ラー放出部材５８が前方に押進められてすえ込み加工さ
れたカラー１４が鉄床５６から放出され、このようにし
て据付を完了する。

第３図は留め金具１０に対して最大全体工作物厚みを画
定する工作物１８ａと２０’ａを最大つかみ状態で据付
１プた留め金具１０を示す。注目すべきは、この最大つ
かみ状態においてはカラー１４は破断首部みぞ４０に最
近接する止めみぞ２６のみぞ内にすえ込み加工されるこ
とである。

第４図と第５図に最も良く明らかなように、止めみぞ２
６は浅い構造であり、そして密に近似した流線根形状を
有する。流線輪郭は本質的に応力集中のないまたは有効
応力集中係数（ｋｔ）が１である状態で２つの相異なる
直径間に遷移を与える。環状肩部６０で仕切られる止め
みぞ２６は根部分６２で画定されると考えられることが
でき、根部分６２は１端で先導遷移部分６４に、そして
他端で後縁遷移部分６６に接続する。可能な限り密に流
線形状に近似させるために、根部分６２はほぼだ円形状
にし、そして関係式 されることができる。ここでただしくＸ、Ｖ）は根面率
表面上の点に対する座標である。実際、だ円形状は、１
つは遷移部分６４からのそして他は遷移部分６６からの
２つの流線輪郭を模擬する。

前記に加えて、止めみぞ２６はさらに下記によって定義
される。寸なわら、 １、　　Ｐは連続した止めみぞ２６聞のピッチである。

２、　　Ｐ／Ｘは肩部６０の幅であって、ただしＸはカ
ラー１４の材料とピン１２の材料の極限ぜん断強さ間の
比例した強さを与えるように選択されて、引張荷重のも
とで、せん断破損がピン肩部６０またはスェージ加工さ
れたカラーの合成肩部のいずれかを横切る有効せん断平
面で生じ得るようにする。

３、　　ｈは止めみぞ２６の深さくまたはねじつきピン
のねじ深さ）である。

４、Ｄｕは引張荷重が加えられる止めみぞ２６（または
ねじつきピンのねじ）の有効根直径である。

５、　Ｄｕはピン肩部６０の頂上直径（またはねじつき
ピンの頂で画定される直径）である。

６、　Ｄｕは根部分６２のだ円状根輪郭を画定するだ円
の長袖である。

７、　Ｄｕは根部分６２のだ円状根輪郭を形成するだ円
の短軸である。

８、　　Ｄｕ／２は短軸の半分または短軸り、に沿った
根部分６２から長軸り、までの距離である。

９、　１は根部分６２を画定するだ内部分を備えた先導
遷移部分６４と後縁遷移部分６６のそれぞれの切線方向
切片間の軸方向距離である。

１０、　Ｗは短軸Ｄｂに沿った根部分６２から軸方向長
さしで画定される軸方向線までの半径方向距離である。

本発明の１つの形態において、先導遷移部分６４はピン
１２の軸線に対する横方向の平面と４０度の角度をなす
ようにされる一方、後縁遷移部分６６は２０度の急勾配
角度をなすようにされる。先導部分６４の角度はすえ込
み加工中のカラー１４の材料の流動を促進する一方、急
勾配角度の後縁部分６６はすえ込み加工されたカラー材
料を含有する控え壁効果を提供する。この控え壁効果は
すえ込み加工中にカラー１４が伸長する時の工作物１８
ａと２０８のクランプ作用を促進する。

遷移部分６４と６６はだ円状根部分６２を切線方向に切
片し、このことによって滑らかな遷移輪郭が提供される
。だ円状根部分６２は長軸直径り。

よりも小さい軸方向長さしと短軸寸法り、／２よりも小
さい半径方向幅Ｗを有する。根部分６２は常にそれぞれ
長軸Ｄ　と短軸り、よりも大きくない長さしと幅Ｗを有
する。しかしながら、はぼ注目される傾斜角度で本質的
に真直遷移部分６４と６６に滑らかな遷移を確実にする
ために、幅Ｗは短軸寸法り、／２の約８０％またはり、
の４０％よりも小さくないことが望まれる。

第１図から第３図の留め金具構造では、みぞのそれぞれ
の深さはピン１２の頂上直径り、に対する深さｈの所望
最小比を提供するように選択され得ることが見出された
。このことについては、みぞ深さｈの大きい基準は実際
問題としてすえ込み加工後にカラー１４の材料を収受か
つ保持できる十分に深いことである。みぞ深さｈは約０
．０４ＸＤｕまたはそれ以下であることが望まれる。こ
のような浅いみぞでは底の直径り、は所与頂上直径り、
を備えるピンに対しては最大にされる。このことは所与
材料のピン１２がほぼ最大有効引張強さを有するであろ
うことを提供する。何故ならば引張破損は、最大化され
た時に頂上直径Ｄ　よりもほんの僅か小さい根直径Ｄ　
を横切って生じるであろうからである。最大化した根直
径Ｄ　はまた改良された疲れ寿命を提供する。このよう
にして、所与直径のピンに対して、本発明はそのねじつ
ぎ相対物を越えた引張強ざと疲れ寿命に増加を生じさせ
る。同時に、浅いみぞ２６は底部分６２において模擬流
線またはだ円状形状の使用を許して意味深く減少した応
力集中係数ｋｔを生じさせる。再び、その結果は匹敵し
得る従来のねじつき留め金具を越えた疲れ寿命の増加で
ある。

引張強さの改良は第７図のグラフから最も良く明らかで
ある。しかるに、第７図はねじつき留め金具に較べた浅
い止めみぞ２６を有するピン１２の引張特性の優越性を
描くグラフ表示である。しかるに、第７図において“Ｙ
”軸は関係式ｐｔｕ／ＤｕＸＩＯ）である。ここでただ
しｐｔｕは止めみぞ２６またはねじつきピンならばねじ
つき部分を横切るピンの荷重（にり）における極限引張
強さである。第７図においてＸ″軸は関係式（ｈ／Ｄ　
　）Ｘ１０２である。第７図のグラフにおいて、等級８
ねじつきボルトと匹敵する等級８ピン１２の引張強さは
同じ、すなわち１６０ＫＳＩであると仮定された。匹敵
する等級８ピン１２は従来の等級８ボルトと同じ全体包
含を有するように提供され、このことによっていずれの
型式もほぼ同じ適合で同じ工作物開口内に交換可能にな
るであろう。第７図から明らかであるが、浅いみぞつき
ピン１２はそのねじつき相対物よりも引張でほぼ秀れて
いる。第７図の結果はピンと比較されるねじつきボルト
の物理幾何学を計算で知ることによって導き出される。

このようにして浅い止めみぞ２６を備えるピンは０．７
９α、０．９５αおよび１．２７ｃＩＲの頂上直径り、
を有し、これらのピン（よ約３．２と３．５間のｈ／Ｄ
ｕの拡大比と約１０．８と約１１間の対応する拡大ｐｔ
ｕ比を定義するみぞ深さｈを有する。第７図において、
１６０ＫＳ　Ｉ引張強さを有するピンまたはボルトに対
する基礎曲線はデータ点はランダムに選択して案内とし
てプロットした。

第７図のグラフは頂上直径り、と毎センナメートル当り
のねじ目が０．７９−７．０８．０．９５−６．３０．
１．２７−５．１２．１．５９−４．３３．１．９１−
３．９４．２．２２−３．５４および２．５４−３．１
５である等級８ボルトを備える統一国家粗目（ＬＩＮＣ
）に対する結果をプロットした。グラフはまた頂上直径
り、と毎センナメートル当りのねじ目が０．９５−９．
４５．１．２７−７．８７．１．５９−７．０９．１．
９１−６．３０．２．２２−５．５１および２．５４−
４．７２である等級８ボルトを備える統一国家細目（Ｕ
ＮＦ）に対する結果もプロットした。これらのボルトは
粗目（ＵＮＣ）ねじつきボルトに対して約７．３と約１
０．２問および細目（ＵＮＦ）ねじつきボルトに対して
４．８と１０．２間のｈ／Ｄｕの拡大比を定義するねじ
深さｈを有する。しかしながら、結果は同一直径のピン
１２とねじつきポル１−のような比較できる寸法のピン
とボルトの比較で分析されるべきである。このようにし
て、０．９５ｓの頂上直径Ｄｕを備えるピン１２は１０
４））を有する一方、０．９５ｃＩＩＵＮＦ相対物は１
３７．９６であり、モしてＩＪＮｃ相対物は僅か１２０
．９０であった。同様に１．２７ｃｍの頂上直径り、を
備えるピン１２は１５６．４５の引張強さ特性を有する
一方、１．２７ｃａＵＮＦ相対物は１４２．２３であり
、そしてＬＩＮＣ相対物は僅か１２５．１６であった。

同様に０．７９ｃｉの頂上直径り、を備えるピン１２は
１５５．０３の引張強さ特性を有する一方、０．７９ｃ
ｉＵＮＦ相対物は１３０．８５であり、モしてｔＪＮｃ
相対物は僅か１１６．６３であった。このようにして約
４またはそれ以下の（（ｈ／Ｄ　　）ｘ１０２）の比を
有する浅いみぞ２６を備えるスェージ加工型式のピン１
２は匹敵するねじつき留め金具を越える引張強さ特性の
意味ある改良（すなわち１５０．７６以上の拡大ｐｔｕ
比）を提供する。

ピン１２の浅いみぞ２６と匹敵するねじつきボルトの疲
れ特性の比較は第８図と第９図のグラフに見られる。第
８図は０．９５０の頂上直径を有する等級８型式の留め
金具、すなわち浅いみぞ２６を備えた匹敵づ“る等級８
ピン１２と０．９５−９．４５ＬＩＮＦ、！＝０．９５
−６．３０ＬＩＮＣである標準等級８ボルト間の疲れ寿
命の比較を示す。

実施した試験は引張−引張疲れ試験である。データ点は
各点に対する３つの試験片の平均を示す。

ピンとボルトの両方のサンプルは約３３ＲＣ〜約３９Ｒ
である等級８範囲における３５Ｒｏの硬さを有する。試
験は“クランプされいない状態″で実施され、これはピ
ンとボルトがクランプ荷重なしまたは予荷重なしのちと
にあることを意味する。付加された荷重は選択された最
大荷重または応力と選択された荷車または応力の１０％
間から循環された。後者はグラフ上に指示Ｒ＝０．１で
示される。このようにして、匹敵するねじつき留め金具
の直径よりも大きいその根直径Ｄｒのために曲線はピン
１２のみぞ２６における増加した引張強さの要因を除去
する。それ故にこのデータは本質的に相異なるみぞ構造
体を比較する。このようにしてデータは第８図と第９図
に２つの相異なる方法でプロットされた。第８図におい
て、付加された荷重はピン１２のみぞ２６とＬＩＮＦお
よびＵＮＣ等級８ボルトのねじに等価応力を与えるよう
に選択された。第８図のデータは、等しい応力を試験片
のそれぞれに加えて、ピン１２の浅い止めみぞ２６が模
擬流線だ円状根形状と低い応力集中係数とから生じる意
味ある一層長い疲れ寿命を示したことを示す。

第８図は付加された実際の引張荷重のもとての疲れ寿命
の比較である。このデータは浅いみぞ２６のために一層
大きい根直径り、から生じる増加した引張強さの効果を
反映する。再び、ピン１２の浅いみぞつき構造は意味あ
る改良した疲れ寿命を示す。

ピン１２のようなピンの疲れ試験は、応力集中係数ｋｔ
を減少させかつみぞ２６に良好な応力分布を提供する模
擬流線輪郭の効用性を示して、浅い止めみぞ２６の１つ
の中心において、すなわちほぼ短軸Ｄｂに沿って破損を
生じた。

浅いみぞ構造では、カラー１４に体積を備えて止めみぞ
２６内にスェージ加工される時にみぞ２６を充填するの
に必要な体積以上の過剰体積を有するようにすることが
望まれる。

１つの実施例ではカラー１４の体積は゛オーババッキン
グを提供するように選択される。すなわち、カラー１４
の体積は鉄床５６のスェージ加工空洞ののど部３６とピ
ン１２の直面部分く第１図参照）で画定されるスェージ
加工包被内に通常受入れられ得るよりも一層大きい充填
みぞ２６用のカラー材料の体積を提供するように選択さ
れる。

等級８型式の留め金具に対する本発明の装置では、少な
くとも約１６％の過剰を有するカラー材料の体積を与え
ることが望ましいことが見出された。

浅いみぞ２６では、注目すべき１６％以上の過剰カラ一
体積は、カラー材料の半径方向内方運動の量が一層深い
構造の従来の止めみぞの場合と同じ大きさでなかったの
で、必要でない。注目される百分率「過充填または“°
オーババッキング”はのど部３６（第１図参照）の有効
スェージ加工部分の有限長さに対して関係式 でほぼ決定され得る。

ここでただし、 Ｄｕは鉄床５６ののど部３６の直径であり、ＤＣはスェ
ージ加工前のカラー１４の外径であり、 ＩＤはスェージ加工前のカラー１４の内径であり、 Ｄｕは止めみぞ２６の平均直径であり、ｄｊはのど部３
６のスェージ加工部分内の有限長さであると考える。

止めみぞ２６の浅さのために、ピン１２はカラー１４の
硬さに対して十分に硬くて、引張における圧潰または実
質的な降伏に抗し、または高い圧縮スェージ加工荷重か
らの直径短縮に抗するようにすることが望まれる。しか
るに、本発明の１つの形態では、等級８型式の留め金具
に対して、ピン１２は少なくとも約９５ＫＳＩの極限せ
ん断強さを有するＡｌ５１４１４０合金鋼またはＡｌ５
１１５４１炭素鋼で製作される。カラー１４は少なくと
も約４５ＫＳＩの極限せん断強さを有するＡｌ５１１０
３５炭素鋼で製作される。

概してカラー１４の極限せん断強さに対するピン１２の
極限せん断強さの比が約１．８＋１〜２．４：１の範囲
である極限せん断強さのピン１２を使用することが望ま
れる。このようにして、ピン１２は十分な硬さを有して
所望の高い引張予荷重とカラー上のスェージ加工荷重の
両方を降伏なしに受は入れる。また注目されるべきは、
製造の観点から、浅いみぞ２６は従来の深い止めみぞよ
りも一層容易に成形され、そして、事実、ピンが硬化さ
れた復で成形され得る。

しかしながら、高いクランプ荷重を実現するためには、
カラー１４は十分な壁厚みを有せねばならず、かつカラ
ー材料が十分に軸方向に伸長して動くことを確実にする
体積を有せねばならない。

同時に、スェージ加工されたカラーが十分な壁厚みを有
し、かつ十分な強さを有して浅い止めみぞ２６からの意
味ある弾性戻りに抗するようにすることが望まれる。カ
ラー壁はまた引張荷重のもとて意味ある半径方向膨張に
抗するような十分な厚みを有するべきであってジヨイン
トに設計引張荷重が達する時にピン肩部６０とカラー肩
部がほぼ十分に係合したままになるようにするべきであ
る。

壁が十分な半径方向剛性を提供しないならば、カラ１−
１４は引張荷重のもとて半径方向に膨張して荷重を支え
る有効せん断平面を減少させる。その結果はピン肩部６
０またはカラー肩部の先端においでせん断早期破損であ
る。前述に参照した所望のせん断破損は十分な係合によ
り画定される有効せん断平面においてであって、そして
一層高い引張荷重で生じる。このことについては、カラ
ー１４の所要壁厚みはその直径ＤＣの関数として増加す
る。このようにして最終スェージ加工された壁厚みは少
なくとも最小設計引張荷重に抵抗できるように十分でな
ければならず、破損はピンまたはカラー肩部間の最大有
効せん断平面をほぼ横切るせん断または止めみぞを横切
る引張で生じるようにせねばならない。もちろん、カラ
ー壁は余りにも厚すぎるならばスェージ加工を妨害し、
そして過剰据付荷重を必要とする。

このようにして、カラー壁厚みは必要な材料が備えられ
て浅い止めみぞ２６内へのスェージ加工と伸長における
流動を促進され、所望のクランプ荷重を提供するように
選択される。同時に、最終スェージ加工におけるカラー
壁厚みはまた十分な半径方向剛性またはフープ強さを提
供するように選択されて、初期スェージ加工中と後続の
引張荷重のもとでのみぞ２６からの意味ある半径方向剛
性戻りに抵抗できるようにする。また、カラー１４とス
ェージ加工空洞３６の体積はみぞ２６内へカラー１４の
材料が動くように選択されて良好な充填を確実にするよ
うにする。はぼ１６％過充填を提供する前述の寸法と鉄
床のど部分で、満足できる結果が得られる。このことに
ついては１６％以下の意味ある過充填は所望の高い予荷
重を提供しない一方、１６％以上の意味ある過充填はピ
ン１２を降伏させる過剰据付荷重を生じる。前述に注目
された相対せん断強さを有する鉄材料のピン１２とカラ
ー１４に対しては下記の寸法関係が満足的であることが
見出された。すなわち、また望まれることは、ピンみぞ
２６とピン肩部６０およびスェージ加工されたカラー１
４の相補みぞと肩部の幅はピン１２とカラー１４の材料
のそれぞれのせん断強さに対して幅において比例されて
、ピン１２のピンみぞ２６が画定する肩部とスェージ加
工されたカラー１４の連結みぞが画定する肩部の両方は
工作物１８と２０に加わる予選択最小極限設計引張荷重
においてまたはそれ以上において初期または同時にせん
断破損になるようにする。好適には、設計はカラー１４
のみぞが画定する肩部がピン止めみぞ２６が画定する肩
部よりも先に破損するようにする。すなわらピン１２の
肩部はカラー１４の肩部が破損する引張荷重のほぼ１１
０％でせん断破損するようにする。注目されたようにみ
ぞを比例させることによって、ピンとカラーの係合長さ
は所与の引張荷重に対して最小にされ得る。

みぞ２６の構造の意味ある利益の１つは応力集中係数の
意味ある減少である。この利益は浅いみぞ深さと増加し
たみぞ幅の複合効果で実現されてピン１２とカラー１４
間に比例しだせん断強さを提供する。比例した強さの適
用は肩部２６にス・１してピンみぞ２６を伸長させて、
これによって近似した流線種形状の使用が一層効果的に
採用できる。

同時に、浅いみぞ構造は根６２と接続する側壁６４．６
６間に滑らかな遷移を与える。採用しただ円状輪郭は密
に所望の流線形状を近似するが、他の同様な連続曲線も
使用できる。

前述したように構成された留め金具１０では、鉄材料に
対して、据付後の工作物１８と２０上の保持予荷重は好
適にも付加された据付荷重の約８５％〜約９５％の間で
あり、そして付加された据付荷重は、注目されるように
、はぼピン１２の降伏点にある。据付荷重は破断首部み
ぞ４０におけるピン破断で密め金具を設置する留め金具
に付加される最大荷重である。注目されることは、鉄材
料に対して、ピン１２の降伏点は締結ジヨイントの最小
設計極限荷重のほぼ８０％である。

このようにして本発明の留め金具１０では、保持予荷重
の所望の高いレベルが締結ジヨイント上で確保され得る
。予荷重のこれらのレベルは、そこではねじつきピンま
たはボルトが据付時にねじりと引張の両荷重を受けるの
で、ねじつぎ留め金具によって容易に達成され得る。合
成組合せ応力は付加されることのできる引張クランプ荷
重の大きさを制限する。

前述に加えて、ピン１２はねじつき相対物を越える保持
応力の実質的な増加なしに一層高いクランプまたは予荷
重を提供してもよい。そこにはまたねじつき相対物に対
する模擬流線みぞ６２で意味ある応力集中の減少がある
。前述の全てはねじつき相対物に関して留め金具１０に
対して改良された応力腐食特性を提供するべきである。

第１図から第３図の実施例は引張型式の留め金具を示す
。しかしながら、本発明の特長は第６図に示すようなス
タンプ型式の留め金具にも適用できる。第６図の実施例
め説明では、第１図から第３図の実施例の同様の構成部
品に類似する構成部品には同一の参照番号を与えたが、
添字文字“ｂ″を付した。

さて第６図を参照して、留め金具１０ｋ）がピン部材１
２ｂと管状カラー１４ｂを含んで示される。

ピン部材１２ｂは細長軸部１５ｂを有し、該軸部１５ｂ
が一緒に固定される１対の工作物１８ｂおよび２０ｂの
それぞれの整列開口１６ｂおよび１７ｂを貫通して延び
る。軸部１５ｂの１端の拡大平頭部２２ｂは工作物１８
ｂの１側面に係合する。頭部２２ｂに隣接して、軸部１
５ｂは真直部分２４ｂを有し、該真直部分２４ｂは僅か
な隙間をもって孔１６ｂおよび１７ｂ内に収受される。

真直部分２４ｂに続いて複数個の周辺に延びるら旋状止
めみぞ２６ｂがある。遷移部分２８ｂは止めみぞ２６ｂ
を真直軸部２４ｂに滑らかに接続する。注目することは
、第１図から第３図の止めみぞ２６はほぼ環状形状であ
るが、第６図の止めみぞはら旋状であって検討されるべ
きある特長を提供する。

留め金具１０ｂは工具組立体４８ｂで設置される。工具
４８ｂは概して当該分野の専門家にとっては周知の方法
で構成されることができ、このために簡単化を目的とし
て部分的にのみ示した。簡単に言えば、工具４８ｂは１
端がスェージ加工鉱床部分５６ｂで終端する鉄床ハウジ
ング５４ｂとバッキング部材４９を含む。

対称形状の管状カラー１４ｂは軸部１５ｂ上に位置され
るようにされ、そして工作物１８ｂ。

２０ｂと一緒に動いて止めみぞ２６ｂのいくつかのみぞ
に半径方向に整列する。工具４８ｂの操作で、スェージ
加工鉄床部分５６ｂはカラー１４ｂに対して動いてバッ
キング部材４９がこれにより加えられる軸方向力に抵抗
し、合成される押す力が工作物１８ｂと２０ｂを一緒に
プレスする。この相対力が増加するにつれて、スェージ
加工鉄床ピストンがカラー１４ｂ上で動いてピン１２ｂ
の止めみぞ２６ｂ内にカラー１４ｂをスェージ加工させ
る。続いて、さらに工具４８ｂを操作する時、鉄床部分
５６．ｂがスェージ加工されたカラー１４ｂから離れる
ように動く。

注目されることは、第６図のスタンプ変形において、鉄
床部分５６ｂは止めみぞ２６ｂ内へのカラー１４ｂの同
じ所望のオーババッキングを提供して締結ジヨイント上
に所望の高い保持予荷重、すなわちピン１２ｂの降伏点
の８５％〜９５％を生じる。

浅いみぞ２６と従来のＵＮＦとＵＮＣ等級８ねじ間の比
較では、環状みぞ２６に対する有効根直径Ｄｒは簡単に
も同じみぞの直径的に対向置の側面間の半径方向距離に
なるであろう。しかしながら、等級８ねじつき留め金具
に対する有効根直径Ｄｒは根から直径的に対向する頂上
までの寸法であろう。これは、Ｄｒに対するねじつき寸
法がまた根から根までであるならば、有効であろうより
も一層大きい有効面積を画定する。しかしながら、みぞ
２６の浅いみぞ構造はさらにねじつき相対物を越えて有
効直径に全体的増加を提供する一方、同時に模擬流線根
輪郭の利益を与える。しかしながら、第６図の実施例は
浅い根を採用し、そして同時にら旋状形状であって、最
も深い点において１つのみぞはそのように深くない点に
直径的に対向置するようになり、このようにして有効直
径り、とこれに伴う面積は幾分一層大きくなってねじつ
き等級８相対物を越えたさらに一層改良された引張と疲
れを生じる。

注目されることは、従来の等級８ボルトは１５０ＫＳ　
Ｉの最小極限引張強さと１３０ＫＳ　Ｉの最小極限降伏
強さを要求する。

このようにして、本発明の構造はそのねじつき相対物に
対して改良された引張と疲れの特性を有する留め金具を
提供する。同時に、この構造は締結ジヨイントに大変高
いレベルの保持予荷重を提供する。対称管状カラーは示
されたが、同じように７ランジつき基礎カラーも使用さ
れることができ、同様にピン１２にフランジつき頭部を
使用されることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はほぼ公称全体厚みの工作物に組立関連させた本
発明の留め金具のある部分は断面で示されかつ使方の部
分は破断して取り除いて示され、そして工具の１部分が
据付前に留め金具に適用されて示された縦断面図、第２
図は留め金具が設置された後の留め金具を示したＩＩ断
面図、第３図は最大全体厚みの工作物を固定する留め金
具を示しかつ工具のスェージ加工鉄床が係合した据付状
態で示した縦断面図、第４図はピンの止めみぞの第３図
における円形領域４の拡大して示した側面図、第５図は
第４図の止めみぞの１つの拡大して示した断面図、第６
図は止めみぞがら旋状であって留め金具が引張型式に代
ってスタンプ型式である第１図から第３図に類似する留
め金具の縦断面図、第７図は従来の等級８ねじつきボル
トと本発明による止めみぞを有する匹敵する等級８ピン
とに対して計棹され、記号ｈＳＤｕおよびＰｔｕはこの
第８図は従来の等級８ねじつきボルトと本発明による止
めみぞを右する匹敵する等級８ピンとの引張−引張荷重
のもとでの疲れ寿命を比較し、データは最大付加応ツノ
対応力循環の関係を示すようにプロットされたグラフ、
第９図は従来の等級８ねじつきボルトと本発明による止
めみぞを有する匹敵する等級８ピンに対する引張−引張
荷重のもとての付加荷重対荷重循環の関数として疲れ寿
命を表示するようにプロットした第８図の同じデータの
グラフである。 １０．１０ｂ・・・留め金具、１２，１２ｂ・・・ピン
部材、１４．１４ｂ・・・管状カラー、１５．１５ｂ・
ｉｌｌ　長Ｎ　ｉ、１６．１６ｂ、１７，１７ｂ・−・
ｒ＋ｉｏ、１８．１８ａ、２０．２０ａ・Ｉ作物、２２
゜２２ａ・・・拡大頭部、２４．２４ｂ・・・真直部分
、２６．２６ｂ・・・止めみぞ、２８．２８ｂ・・・遷
移部分、４０・・・破断首部みぞ、４２・・・真直平坦
部、４４・・・引張みぞ、４８，４８ｂ・・・工具、４
９・・・バッキング部材、５０・・・あご部、５２・・
・管状コレット組立体、５４．５４ｂ・・・鉄床ハウジ
ング、５６゜５６ｂ・・・スェージ加工鉄床部分、５８
・・・カラー放出部材、６０・・・環状肩部、６２・・
・根部分、６４・・・先導遷移部分、６６・・・後縁遷
移部分。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ピン部材とこのピン部材上にすえ込み加工されるよ
   うにした管状カラーとを含み、留め金具が留め金具の降
   伏強さに対して工作物上に所望の大きさの保持された予
   荷重を付与して合成される留め金具ジョイントが予選択
   された最小大きさの極限設計引張り強さを有するように
   し、前記留め金具が工作物内の整列した開口内に位置づ
   けられる細長軸部を有して一端が拡大頭部で終端し、他
   端が複数個の周辺に延びるピンみぞと関連ピン肩部を含
   むみぞつき部分で終端するピン部材を含み、前記管状カ
   ラーが前記ピンみぞ内にすえ込み加工されるようにされ
   て、これによって工作物が一緒に留められて締結ジョイ
   ントを構成するようにし、前記合成すえ込み加工カラー
   が前記ピンみぞと肩部を連結するカラーみぞと肩部を有
   する２部材留め金具において、前記ピンみぞは浅くそし
   て関係式（ｈ／Ｄ＿ｕ）×１０＾２で定義される半径方
   向深さを有し（ただしｈは前記半径方向深さ、Ｄ＿ｕは
   前記ピン肩部で定義されるような直径）、さらに前記深
   さｈは前記肩部直径Ｄ＿ｕに対して浅くなるように選択
   されて前記関係式が約４よりも大きくならないような結
   果を付与するようにし、前記ピン部材と前記カラーは相
   異なる大きさの極限せん断強さを有する相異なる材料製
   であり、前記ピン部材と前記カラーのせん断強さの比は
   すえ込み加工時の前記ピン部材の圧潰がほぼ避けられる
   ようにし、カラーに対する前記ピン部材の極限せん断強
   さの前記比が約１．８：１〜約２．４：１の範囲内であ
   り、前記ピンみぞと肩部および前記カラーみぞと肩部の
   軸方向幅は前記の相異なる材料の相対せん断強さに従っ
   て予選択され、これによって前記ピン肩部とすえ込み加
   工時に形成されたカラー肩部は前記ピン部材とカラー間
   に加えられる同じ引張荷重時にせん断破損されるように
   されることを特徴とする２部材留め金具。 ２、前記ピンみぞはほぼ前記ピン肩部よりも広幅であり
   、前記ピンみぞは模擬流線根輪郭を有することを特徴と
   する特許請求の範囲第１項に記載の２部材留め金具。 ３、前記模擬根輪郭がほぼ連続曲線で形成されることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の２部材留め金
   具。 ４、前記模擬流線根輪郭はほぼだ円の１部分で形成され
   、前記のだ円の部分は短軸に沿ってだ円の１／２よりも
   大きくなく、そしてだ円の約４０％よりも小さくないこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項のい
   ずれかに記載の２部材留め金具。 ５、前記だ内部分は短軸に沿ってだ円の約 ８０％よりも小さくないことを特徴とする特許請求の範
   囲第４項に記載の２部材留め金具。 ６、前記カラーが前記ピンみぞ内にすえ込み加工される
   ようにされ、前記ピン部材が前記すえ込み加工後に保持
   されるようにされ、前記工作物上の保持予荷重が前記ピ
   ンみぞの降伏強さの約８５％〜約９５％であり、前記ピ
   ン部材は据付荷重からの引張における降伏なしにまたは
   圧縮すえ込み加工荷重から直径短縮されることなしにほ
   ぼ前記大きさの予荷重を与える十分な強さを有し、すえ
   込み加工後の前記カラーは十分な最終壁厚みを有して締
   結ジョイント上への前記最小極限設計引張荷重の適用に
   応じて前記ピンみぞから外れる前記合成カラー肩部の半
   径方向運動に抵抗できるようにし、最小極限設計引張荷
   重は前記留め金具が破損する時の最小大きさの引張荷重
   であり、前記カラーは対応する数の前記ピン肩部に係合
   する所定数の前記合成肩部を提供する十分な長さであっ
   て複合極限せん断強さを有するようにして、これによっ
   て前記カラーおよび（または）前記ピンが先ず前記カラ
   ーおよび（または）ピン肩部を横切つてせん断破損し、
   または前記ピン部材が先ず前記最小極限設計引張荷重時
   のまたはそれよりも大きい引張荷重に応じて前記のロッ
   クされたピンみぞを横切って引張破損するようにしたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項から第５項のいず
   れかに記載の２部材留め金具。 ７、前記ピン部材の降伏強さは締結ジョイントの極限設
   計引張強さの約８０％であることを特徴とする特許請求
   の範囲第６項に記載の２部材留め金具。 ８、前記ピン部材とカラーは鉄材料から作り、前記ピン
   部材と前記カラーはほぼ次の関係、すなわち ▲数式、化学式、表等があります▼ を有することを特徴とする特許請求の範囲第１項から第
   ７項のいずれかに記載の２部材留め金具。 ９、前記ピン部材は少なくとも約９５ＫＳＩの極限せん
   断強さを有する鉄材料で作ることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項から第８項のいずれかに記載の２部材留め
   金具。 １０、前記ピン部材材料が最小極限引張強さ１５０ＫＳ
   Ｉを有することを特徴とする特許請求の範囲第９項に記
   載の２部材留め金具。 １１、前記カラーが少なくとも約４５ＫＳＩの極限せん
   断強さを有することを特徴とする特許請求の範囲第９項
   または第１０項のいずれかに記載の２部材留め金具。 １２、工作物内の整列開口へのピンの軸部の挿入とピン
   みぞ内への管状カラーのすえ込み加工を含み、前記留め
   金具が工作物内の整列開口内に位置づけられる細長軸部
   を有して一端が拡大頭部で終端しそして他端が複数個の
   周辺に延びるピンみぞと関連ピン肩部を含むみぞつき部
   分で終端するピン部材を含み、前記管状カラーが前記ピ
   ンみぞ内にすえ込み加工されるようにされて、これによ
   って工作物が一緒に留められて締結ジョイントを構成す
   るようにし、そして前記合成すえ込み加工カラーが前記
   ピンみぞと肩部を連結するカラーみぞと肩部を有するよ
   うにした留め金具で複数個の工作物を一緒に固定する方
   法において、前記ピンみぞは浅くそして関係式（ｈ／Ｄ
   ＿ｕ）×１０で定義される半径方向深さを有し（ただし
   ｈは前記半径方向深さ、Ｄ＿ｕは前記ピン肩部で定義さ
   れるような直径）、前記深されは前記肩部直径Ｄ＿ｕに
   対して浅くなるように選択されて前記関係式が約４より
   も大きくならないような結果を付与するようにされ、前
   記ピン部材と前記カラーは相異なる大きさの極限せん断
   強さを有する相異なる材料であって、前記ピン部材と前
   記カラーのせん断強さの比はすえ込み加工時の前記ピン
   部材の圧潰がほぼ避けられるようにし、カラーに対する
   前記ピン部材の極限せん断強さの前記比が約１．８：１
   〜２．４：１の範囲内にあり、前記ピンみぞと肩部およ
   び前記カラーみぞと肩部の軸方向幅は前記の相異なる材
   料の相対せん断強さに従って予選択されて、これによっ
   て前記ピン肩部とすえ込み加工時に形成されるカラーの
   肩部が前記ピン部材とカラー間に加えられる同じ引張荷
   重でほぼせん断破損するようにされたことを特徴とする
   留め金具で複数個の工作物を一緒に固定する方法。 １３、前記カラーが有効のどすえ込み加工部分を有する
   スエージ加工鉄床によって前記ピンみぞ内にすえ込み加
   工され、前記カラーが、前記有効のどすえ込み加工部分
   と前記カラーが前記ピンみぞ内にすえ込み加工されるそ
   の前記ピンみぞの直面部分とによって形成される有効体
   積よりもほぼ少なくとも約１６％大きい所定体積の材料
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記
   載の留め金具で複数個の工作物を一緒に固定する方法。