JPS63500197A - 可変締め付け応力ファスナー - 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】 可変締め付は応力ファスナーと、工作物を相互に固着するためのその使用法 本発明は２部品ファスナー、特に可変締め付は応力を有する据え込み型ファスナ ー、およびその工作物固着のための応用法に関するものである。

一般に本発明の米国特許第３，９１５．０５３号、第２．５３１，０４８号およ び第４，４７２．０９６号に記載の型の２部品据え込み型ファスナーまたはロッ クボルトに関するものである。

多くの商業的用途において、２部品ねじ込みファスナーが使用され、これは２段 階または２段階以上で設置される。すなわち一般に、ファスナーをゆるく係合さ せて、組合わされる部材を相互に固着する。これは構造部材を最終的な所望の配 向に調節し、また／あるいは整列させるのに役立つ。次に、ファスナーを予選窓 された最終トルクまで締め付ける。ネジ型ファスナーに加えられるトルクに関す る従来からの問題点は、摩擦その他の要因、すなわちナツトと係合工作物面との 摩擦、係合ネジ山における摩擦などの故に、一般に得られる締め付は応力が予測 出来ない事である。しがし２部材据え込み型ファスナーはこのような摩擦の問題 を有せず、従って一様に予想可能な締め付は荷重を生じる事ができる。しかし、 従来の据え込み型ファスナーは第１段階においてネジ型ファスナーに見られる可 変的締め付けを実施する事ができず、最終的第２設置段階においてのみ完全な締 め付けを生じる事ができた。従来のネジ型据え込みファスナーおよび／またはク リンプ型ファスナーは余分の段階または複雑な工具を必要とする。例えばネジ付 きクリンプ型ファスナーは複雑な設置工具なしでは同程度のフレキシビリティを 与える事が出来ない。１例として米国特許第３．４２１，５６２号参照、このフ ァスナーは通常のネジ型ファスナーと類似の第１段階の可変クランプ荷重を生じ るが、最終設置段階は、トルクとクリンプの追加２段階を必要とし、またはこれ らの２段階を順次に実施する事のできる複雑な工具を必要とする。

本発明の目的は前記の問題を解決するにある。

従って、本発明は、選択的可変締め付は応力をもって工作物を相互に固着するフ ァスナーを含み、前記ファスナーは設置工具によって加えられる相対軸方向応力 によって最終的に設置され、前記ファスナーは、一端において拡大型ピンヘッド に終わる細長いシャンクを有するピン部材と、ネジ山を成す複数の螺旋ロックグ ループを含む前記シャンク上のロックグループ部と、前記のピンシャンク上に配 置され前記設置工具によって加えられる前記の相対軸方向応力の第１設定値に対 応して前記ロックグループ部の中に据え込まれる管状っばとを含み、前記管状つ ばは前記螺旋ロックグループを全体として動きばめする直径の孔を有し、また前 記管状っばは、前記孔の内側面に形成され前記螺旋ロックグループの前記ネジ山 とかみ合う有限メスネジを有し、このようにして前記管状つばは前記ロックグル ープ部上に圧着されて工作物を選択的に多少とも相互に締め付けまたは配置し、 前記の有限つばネジ山は、前記の設置工具によって前記ピンと前記管状つばとの 間に加えられる相対軸方向応力の第２設定値に対応して変形され前記螺旋ロック グループがら出るように選定された所定の強度を有し、前記第２設定値は前記第 １設定値より小とするファスナーを提供する。

また本発明は、選択的に可変の締め付は応力をもって工作物を相互に固着する方 法において、一端において拡大ピンヘッドに終わる細長いシャンクを有し、この シャンクは、つばネジ山を画成する複数の螺旋ロックグループを含むロックグル ープ部を有するようにしたピン部材を形成する段階と、管状つばを形成し、この 管状っばは前記の螺旋ロックグループを動きばめする直径の孔を有し、前記の管 状つげは前記孔の内側面に有限メスネジ山を有し、このメスネジ山が前記螺旋ロ ックグループによって画成された前記のっぽネジ山とかみ合い、また前記管状つ ばは、設置工具によって加えられる前記の相対的軸方向応力の第１予選定値に対 応して前記螺旋ロックグループの中に据え込まれるように形成される段階と、工 作物を選択的に多少とも相互に締め付けまたは配置するため、前記管状つばを前 記のロックグループ部の上にねじ込む段階と、設置工作物によって前記のピン部 材と前記の管状つばとの間に前記の第１予選定値よりより小なる第２予選定値の 相対軸方向応力を加える事によって前記の有限つばネジ山が変形して前記螺旋ロ ックグループから　ように選ばれた予選定強度を存する前記有限っはネジ山を形 成する段階と、前記のピン部材および前記の管状つばに対して前記の第２予選定 値と前記の第１予選定値の相対軸方向応力を実質的に順次に加えて、まず前記の 有限つばネジ山を変形させて前記螺旋ロックグループから出し、次に工作物を所 定の締め付は荷重のもとに相互に締め付け、最後に前記の管状つばを前記の螺旋 ロックグループの中に据え込む段階とを含む方法を提供する。

本発明の好ましい実施態様においては、ピン部材のロックグループ部は螺旋形オ スネジの形を有する。管状つげ、第１段階の締め付けに順応する所定の程度のか み合いメスネジを備える。しかしこのメスっはネジ山は、管状つばをその所望の 最終的位置にもたらして通常の設置工具によってピン部材に据え込みできる程度 の限られた周方向延長と剪断強さとを有する。故に、最終設置段階を実施するた め、通常の引っ張り工具を使用してピン部材と管状つばとの間に相対軸方向応力 を加える事ができる。このメスつばネジ山は、管状っばの変形とピンの螺旋ロッ クグループ中への据え込みに先立って一定レベルの相対軸方向応力に感応して剪 断または変形し、管状っばがピン上を自由に動き、このような有限メスっはネジ 山を有しない通常のつばと同様に配置荷重に感応するように選定される。この最 終段階では、工作物は据え込み型ファスナーと同様の効率で相互に締め付けられ る。

本発明の好ましい実施態様においては、管状っばがピン部材の螺旋ロックグルー プの中に据え込まれる。この螺旋ロックグループは、従来技術のロックグループ と異なり、好ましくは非常に浅く、シミュレーション流線形の底部を有するよう に構成される。前述のように、ロックグループは螺旋形であって、所望のネジ形 状を画成している。しかし浅いシミュレーション流線形グループは、同等のネジ 型ファスナーより永い疲れ寿命を有する。同時に、管状つば、据え込み中の螺旋 ロックグループのオーバフィル条件を成すのみならず、設置荷重と、引っ張り応 力を受ける螺旋ロックグループ断面の降伏強さとの相当部分に対応する値の保持 締め付は応力を生じるための所定の肉厚、従って素材量を有する。このように、 管状つばの肉厚は、保持締め付けを増進しピン部材の浅いグループからの管状っ は素材の跳ね返りを防止するに十分なタガ剛性を与えるように選定される。また 本発明のファスナーは、単にねじ込まれるネジ型ファスナーに必要なトルク（お よびこれに伴う摩擦）が存在しないので、ネジ型ファスナーに比して遥かに高い 締め付は荷重を生じる。

本発明の好ましい実施態様においては、低い引っ張り応力において係合グループ の断面に沿って破断する事のない比較的高強度のピン部材が使用される。すなわ ち、与えられたピン部材について、管状つばの長さを変動させる事により、従っ て引っ張り荷重を支持するピン部材と管状つばのショルダの数を変動させる事に より、設計引っ張り荷重値を簡単に増減する事ができる。引っ張り荷重によって ピン部材の断面に沿って破断の生じる係合ショルダの適当数の範囲内で、このよ うな選択的変動が行われる。

本発明の１実施態様においては、ピン部材に加えられる予荷重は、螺旋ロックグ ループにおいて降伏の生じる荷重より僅かに低い。管状つばは、この予荷重に耐 えるに適当な数のピンおよびつばのショルダの係合を生じるのに必要な長さより 僅かに長い。この場合、設計引っ張り荷重における破断は管状つばおよび／また はピン部材ショルダの断面の剪断として生じる。単に管状つばの長さを延長する 事により、係合ショルダの数が増大され、破断は螺旋ロックグループの断面にお いて、より高い引っ張り荷重で生じる。いずれの場合にも、締め付けられた継手 に対して強力な予荷重が保持される。

通常のネジ型ファスナーのネジまたはグループより遥かに浅い螺旋ロックグルー プの利点と共に前記の高い予荷重レベルを考慮すれば、疲れと応力保持の改良は 顕著である。螺旋形は環状よりも大なる断面形状を有するが故に、浅い螺旋形グ ループは浅い環状グループと比較して、ピンの引っ張り強さと疲れ寿命が若干高 いという追加的利点がある。逆に言えば、ネジ構造の有効断面積を僅かに減少さ せた場合に、螺旋形の浅いグループ構造と環状の浅いグループ構造とにおいて同 等の値が得られる。

このように本発明のファスナーは、疲れ特性を著しく改良するのみならず、非常 に高い締め付は荷重を生じる。

本発明の１実施態様において、ファスナーは、浅い螺旋ロックグループ構造の故 に直径に対して最大限のビン断面引っ張り強度に対応する引っ張り荷重担持能力 を持っている。

しかし同時に、独特のつばとピンの組合わせにより、１つの荷重において構造要 素を予組立てし、第２締め付は操作において高い最終的締め付は荷重のもとに、 急速にまた効果的にこれら要素を締め付ける事によって所望の可変締め付は荷重 を生じる事ができる。

ピン部材は最終的据え込み荷重の対して顕著な降伏を生じないような高強度のも のとする事ができる。浅いグループ構造の利用は、こりような降伏に抵抗する顕 著なファクタである。この浅いグループ構造は本発明のようにピンが螺旋構造を 有する場合に好ましい。つばが最終的に螺旋ロックグループの中に据え込まれる とき、補形のメスネジがつばの中に形成される。もしビンロックグループがつば の据え込み中に歪めば、このビングループはっばと共にねじ込みファスナーとし て有効に機能しないであろう。本発明の１実施態様による浅いグループを有する 高強度ビンの場合、このような歪みが防止される。

このようにしてネジ形状の一体性が保持され、据え込まれたつばが適当なスパナ 工具によって取りはずされる。

本発明の１実施態様においてはファスナーの最終的設置は通常の引っ張り型工具 によって実施されるが、他の実施態様においては切り枕型ファスナーを使用し、 最終的設置は絞り型工具によって実施される。

以下、本発明を図面に示す実施例について詳細に説明する。

第１図は本発明のファスナーを工作物と組合せ最終的設置前にファスナーに対し て工具の一部を当用した状態を示す一部破断縦断面図、第２図は最終的設定後の ファスナーを示す第１図と類似の図、第３図は別の形のロック部分を示す第１図 のビンの部分図、第４図は第１図のビンのビンヘッドと類似であるが平滑な外周 面を宵するビンヘッドの斜視図、第５図は平滑な外周面を有するブラジャ型ビン ヘッドの斜視図、第６図は第１図と第２図のっぽの一部破断斜視図、第７図は平 滑な外周面を有する第１図、第２図および第６図と類似のつばの一部破断斜視図 、第８図は第１図と第２図のピンの螺旋ロックグループの一部の拡大断面図、第 ９図は第１図のファスナーの切り枕型変形を示す第１図と類似の図、また第１０ 図は絞り型工具によって最終的に設定された第９図のファスナーを示す第９図と 類似の図である。

第１図と第２図に示すファスナー１０はビン部材１２と管状つば１４とを含む。

ピン部材１２は細長いシャンク１５を有し、このシャンク１５は、相互に固着さ れるべき一対の工作物１８．２０のそれぞれの穴１６．１７に挿通されている。

シャンク１５の一端の拡大突出へラド２２が工作物１８の１側面に係合している 。ヘッド２２に隣接してシャンク１５は真直部２４を有し、この真直部２４は整 列穴２６．２７の中に動きばめされる。

この真直部２４につづいて、連続的コイルネジ状の複数グループ２６によって画 成されたロックグループ部２５がある。移行部２８がロックグループ部２５を真 直部２４に平滑に連結している。

ブレークネック中グループ４０がロックグループ部２５と把持部または引っ張り 部４２との間に配置され、シャンク１５の最弱部を成している。引っ張り部４２ は複数の環状引っ張りグループ４４から成り、これらの環状引っ張りグループは シャンク１５およびロックグループ部２５に対して小径である。引っ張りグルー プ４４は、ファスナー１０を設定するための工具４８によって把持される。工具 ４８は一般的に業界公知のように構成され、従って簡略化のためその一部のみを 示す。簡単に述べれば、工具４８は引っ張りグループ４４においてピン部材１２ を把持するための複数のジョー５０を有する。ジョー５０は環状コレツク組立体 ５２の中に配置され、この組立体５２はアンビルハウシング５４の中に滑動自在 に支持され、このアジピルハウシング５４はその一端において据え込みアンビ、 ル部５６に終わっている。

管状つば１４は、拡大フランジ５９に終わる大体真っすぐなシャンク５７を有す る。ピン部材１２と管状つば１４との間に相対トルクを加えるため、ビンヘッド ２２とつげフランジ５９はそれぞれスパナまたは他の適当な工具による把持を容 易にするスパナフラットを具備する（第１図、第２図および第６図参照）。管状 つば１４はシャンク１５と動きばめする内径ＩＤの大体平滑な孔６１を有する。

孔６１のフランジ側末端にメスネジ山６３が形成され、螺旋形ロックグループ２ ６と補形的にかみ合う。下記の理由から、つばネジ山６３は有限であって、単一 の３６０”ネジとして形成される。管状つば１４は通常冷間形成され、従ってつ ばネジ山６３はこの冷間形成に際して管状つば１４の中に刻印されまたはその他 の方法で形成される。第６図に図示のように、つばネジ山６３は全体として内向 きのショルダ６９として形成され、このショルダ６９は管状つば１４のフランジ 側末端に端ぐりによ７て部分的に画成されている。ネジ６３またはショルダ６９ の幅はグループまたはネジ２６の幅と実質的に同等である。

操作に際して、まず工作物１８と２０が、つばネジ山６３とネジロックグループ ２６とのネジ係合によって相互に係合される。引っ張り部４２はつばネジ山６３ の内径より小なる最大径を存するので、つば１４はビン１２の上を移動させられ て、容易にロックグループ部２５に係合させられる。ビンヘッド２２とつばフラ ンジ５９上のスパナ面は所要の強さまたは程度の締め付けまでのトルク作用を容 易にする。前述のようにある種の用途においては、最終的設置に先立って対応構 造の適当な調整のために、工作物１８と２０を経度に締め付けまたは相互に緩く 保持する事が望ましい。その後、設置工具４８をファスナー１０に取り付け、ジ ョー組立体５０を介してピン１２とつば１４の間に相対軸方向応力を加え、その 際にジョー組立体５０は引っ張りグループ４２を把持し、またジョーの据え込み アンビル部５６がつば１４の外側末端に係合する。相対軸方向応力が増大する際 に、有限つばネジ山６３はつば１４をさらに軸方向にビン１２に対して移動させ るに十分な程度に剪断または変形する。

この状態において、ピン１２とつば１４は据え込み型ファスナーとして作用し、 工作物１８と２０はビン１２とつば１４との間において最初に加えられた相対軸 方向応力によって所定の予荷重まで相互に締め付けられ、さらに軸方向応力が増 大する従って、っば１４がロックグループ部２５の中に据え込まれる。軸方向応 力が増大し続けるさいに、ビン１２がブレークネック・グループ４０において破 断して、据え込み行程を終了する応力強度に達する（第２図）。次に工具４８を 作動させて、っはエゼクタ部材５８が前方に動かされて、据え込まれたっば１４ をアンビル５６から突き出し、このようにして設置を終了する。

据え込みアンビル部５６の据え込みキャビティの輪郭とつば１４の外側末端の輪 郭は、据え込み操作の初期において有限っはネジ山３６を剪断または変形させる に必要な低い相対軸方向応力の値においてロックグループ２６の中へのつば１４ の据え込みが生じないように設計されている事を注意しよう。

先に述べたように従来は、可変締め付は操作は、ネジ山を備えたファスナーによ って２段階または２段階以上のトルクによって実施されていた。このようなファ スナー全部が最終的に適当なトルクまで設定されたか否かを確認する点に問題が あった。このような確認を成すため、文字通り全てのファスナーあるいは実質的 に代表的な数のファスナーをそれぞれ適当なトルク表示装置によって検査しなけ ればならない。本発明によるファスナー１０は、ブレークネック・グループ４０ においてビンが破断した後にビンの尾部の存在しない事がファスナー１０の設定 された事の簡単な外視検査を成すので自己表示型である。

第８図において最もよく見られるように、本発明の１実施態様においては、螺旋 ロックグループ２６は浅い構造であって、近似的に流線形の基部形状を有する。

流線形輪郭は２つの相異なる直径間の緩和曲線を成し、本質的に応力集中を伴わ °ず、あるいは１の有効応力集中係数（Ｋｔ）を生じる。環状稜部またはショル ダ６０によって分離された螺旋ロックグループ２６は基部６２によって画成され 、この基部はその一端において前方移行部６４に接続し、他端において後方移行 部６６に接続している。基部６２は流線形に可能な限り近似するために、全体と して楕円形を成し、下記の式によって表される。

ここに、（ｘ、ｙ）は基部湾曲面上の１点の座標である。

実際上、この楕円形は、移行部６４と移行部６６からの２つの流線形輪郭をシミ ュレートしている。前記のほか、ロックグループ２６は下記によって定義される 。

１、　Ｐは順次の螺旋ロックグループ２６間のピッチ、２、　Ｐ／Ｘはショルダ ６０の幅であって、Ｘは、ビンショルダ６０または据え込みされた管状つば１４ の中に生じたショルダを横断する有効剪断面において引っ張り応力のもとに剪断 折損が生じるように、管状つば１４の素材とビン部材１２の素材の極限剪断力を 釣り合わせるように選定される。

３、　ｈは螺旋ロックグループ２６の深さ、４、　Ｄ「は螺旋ロックグループ２ ６の有効底部直径、５、Ｄｕはピンショルダ６０の稜部直径（またはネジビン部 材１２の稜部によって限定される直径）、６、Ｄａは底部６２の楕円形輪郭を画 成する楕円の大径、 ７、Ｄｂは底部６２の楕円形輪郭を画成する楕円の小径、 ８、Ｄｂ／２は大径の半分、または小径Ｄｂに沿って底部６２から大径Ｄａまで の距離、 ９、　Ｌは、それぞれ前方移行部６４および後方移行部６６と、底部６２を画成 する楕円部分との接点の間の軸方向距離、また １０、　Ｗは、小径Ｄｂに沿って、底部６２から、軸方向長さしによって限定さ れる軸方向線までの放射方向距離である。

本発令の１実施態様において、前方移行部分６４はピン部材１２の軸線に対して 垂直の面と４０″に配置され、これに対して後方移行部分６６はこれより急な角 度２０″に配置されている。前方移行部分６４の角度は管状つば１４の素材の据 え込み流れを容易にするのに対して、急な角度の後方移行部分６６は据え込みさ れた管状つば１４の素材に対して支持効果を与える。この支持効果は、管状つば １４が据え込み中に細長くなるに従って工作物１８と２０の締め付けを容易にす る。移行部分６４と６６は楕円形底部６２と接線を成すので、輪郭中の平滑な移 行が生じる。楕円形底部６２は、楕円形の大径Ｄａより小なる軸方向幅りと、小 径Ｄｂ／２より小なる放射方向幅Ｗを有する。底部６２は、それぞれ楕円形の大 径Ｄａと小径Ｄｂより常に小なる長さしと幅Ｗとを有する。しかし、一般に前記 の傾斜角度を有する本質的に直線状の移行部分６４．６６との平滑な移行を保証 するため、幅Ｗが小径寸法Ｄｂ／２の約８０％すなわちＤｂの４０％以下でない 事が好ましい。

第１図と第２図のファスナー構造の場合、グループ２６の深さｈは、この深さｈ とピン部材１２の稜部径Ｄｕとの所望の最小限比率を成すように選定される。グ ループ深さｈの主要条件は、これが実際上、据え込み後に管状つば１４の素材を 受けて保持するに十分に深い事である。約０．０４　ｘ　Ｄｕまたはこれ以下の グループ深さｈが望ましい、すなわち（ｈ／Ｄｕ）ｘｌｏ２＝Ｄｕを有するビン について底部直径Ｄｒが最大と成る。

これにより、与えられた素材のビン部材１２はほとんど最大の引っ張り強さを有 することになる。なぜかならば、一般に引っ張り折損は底部直径Ｄｒに沿って生 じ、この直径Ｄｒが最大に成されて稜部直径Ｄｕより僅かに小だからである。ま た最大限の底部直径Ｄｒは疲れ限度を改良する。実際にはグループ２６は螺旋形 であるから、引っ張り折損は底部直径Ｄｒと稜部直径Ｄｕの間の一種の平均直径 Ｄｍに沿って生じることになる。このようにし。

て、所定直径のビンについて、通常のネジビンよりも引っ張り強さと疲れ限度を 増大する。同時に、浅いグループ２６はその底部６２においてシミュレーション 流線形または楕円形の使用を可能とし７、その結果、応力集中係数Ｋｔを大幅に 低下させる。またその結果、対応の通常ネジを有するファスナーよりも疲れ限度 の増大をもたらす。

浅いグループ構造の場合、管状っば】４が螺旋ロックグループ２６の中に据え込 まれた時にこの螺旋ロックグループ２６を充填するために必要な量以上の素材量 をこの管状つば１４に与える事が好ましい。

本発明の１実施態様においては、管状っば１４の素材量は“オーババッキングを 生じるように選定される。

すなわち、据え込みアンビル部５６の据え込みキャビティのスロート３６（第１ 図）とビン部材１２の対向部分とによって限定される据え込みエンベロープ内部 においてグループ２６が通常受ける事のできるより実質的に多量の素材を管状つ ば１４に与える。現在の系においては、少なくとも約１６％の余分量のっぽ素材 を与えるのが好ましい事が発見された。浅い螺旋ロックグループ２６の場合、こ の１６％以上のっぽ素材余分量は必要でない。

なぜかならば、つば素材の放射方向内向き運動の量が深い構造の従来技術のロッ クグループはどに大でないからである。前ｇ己の“オーバフィル゛または“オー ババッキングの％は、スロート３６の有効据え込み部分の特定長さに対して下記 の式によって決定される。

−オーバフィル％ ここに、 Ｄａはアンビル５６のスロート３６の直径；ＤＣは据え込み前のつば１４の外径 ； ＩＤは据え込み前のっば１４の内径； Ｄｒｎは螺旋ロックグループ２６の平均直径；はスロート３６の据え込み部分で ある。

螺旋ロックグループ２６の浅い事により、ピン１２は高い据え込み圧縮荷重によ る引っ張りに際しての破断または実質的降伏すなわちネッキングダウンに抵抗す る程度に、管状つば１４の固さよりも固い事が望ましい。すなわち本発明の１実 施態様においてはピン１２は少なくとも約９５ＫＳＩの局限剪断強さを有するＡ ｌ５Ｉ４１４０合金網またはＡｌ５１１５４１炭素鋼で作る事ができよう。管状 つば１４は少なくとも約４５ＫＳＩの局限剪断強さを育するＡｌ５１１０３５炭 素鋼で作る事ができよう。一般に、約１．８：１〜約２．４８１の範囲で管状つ ば１４よりも大なる局限剪断強さを有するビン１２を使用する事が望ましい。故 にビン部材１２は所望の高い引っ張り予荷重と管状つば１４に対する据え込み荷 重とを実質的に降伏する事なく受け入れるに十分な固さを有する。また製造上の 見地から、浅い螺旋ロックグループ２６は従来の浅い螺旋ロックグループよりも 形成し易く、また実際上、ビン部材１２が硬化された後に形成する事ができる。

しかし、高度の締め（Ｎｌけ荷重をうるため、管状つば１４は十分に軸方向に引 き伸ばされるような肉厚、従って素材量を有しなければならない。同時に、据え 込まれたつばは、浅い螺旋ロックグループ２６からの顕著な跳ねかえりに抵抗す るだけの肉厚と強さを有する事が望ましい。また継手に対する設計引っ張り荷重 に達する際に管状つば１４が引っ張り荷重のもとに顕著な放射方向拡張抵抗して ピンショルダ６０とつげショルダが実質的に十分に係合しているように、管状つ ば１４の壁部が厚くなければならない。管状つば１４の壁部が十分な放射方向剛 性を生じなければ、管状つば１４は引っ張り荷重のもとに放射方向に拡張し、荷 重を受ける有効剪断面積を減少させる。その結果、ピンショルダ６０またはっは ショルダの先端において過早な剪断折損を生じる。

このように、つばの壁部の厚さは、伸びに対して浅い螺旋ロックグループ２６の 中への据え込みと流れを促進し、て所望の締め付は荷重を生じるに必要な素材量 を与えるように選定される。同時に、据え込み初期および次の引っ張り荷重段階 においてつばの壁部がグループ２６から顕茗に放射方向にはねかえる事を防止す るに十分な放射方向剛性またはフープ強さを与えるように、据え込み最終段階の つばの肉厚を選定する。また管状つば１４の素材量と据え込みキャビティ３６は 、管状つば１４の素材を螺旋ロックグループ２６の中へ移動させて良好な充填を 成すように選定される。約１６％のオーバフィルを成すように前記の管状つば］ ４とアンビルスロート部分の寸法を定める事により、満足な結果が得られた。こ の場合、１６％以下のオーバフィルは所望の高子荷重を与えず、また１６％以下 のオーバフィルは過度の荷重を生じてビン部材１２を降伏させる可能性がある。

前述の相対剪断強さをａする鉄素材のビン部材〕２および管状つば１４の場合、 下記の寸法関係、センチメートル（インチ）が満足できる事が発見された。

ピン　グループの　据え込み　据え込み　アンビル　ピンのロック稜部　深さ　 前の　前の　スロート　グループの直径　つばの　つばの　直径　平均直径公称 　Ｄｕ　ｈ　Ｄｃ　ＩＤ　Ｄａ　Ｄｍ直径 ピン１２のグループ２６によって画成されるショルダおよび据え込まれた管状つ ば１４のかみあいグループによって画成されるショルダが工作物１８と２０に対 する所定の最小限設計引っ張り荷重またはこれ以上の荷重に対して初期にまたは 同時に剪断折損するように、ピンの螺旋ロックグループ２６とショルダ６００幅 および据え込まれた管状つば１４の補形のグループおよびショルダがそれぞれピ ン部材１２と管状つば１４の素材の剪断強さに対して比例させられる。管状つば １４のグループによって画成されるショルダがピンの螺旋ロックグループ２６に よって画成されるショルダより先に折損するように設計する事が好ましい。すな わちピン部材１２のショルダは、管状つば１４のショルダの折損する引っ張り荷 重の約１１０％で剪断折損するように設計する。前記のようにグループを相互に つり合わせる事により、所定の引っ張り荷重に対してピンとつばの係合長さを最 小限に成す事ができる。もちろん十分なつば長さを与える事により、前記の剪断 強さ関係を保持しながらピンのロックグループ部２５の直径方向引っ張り折損を 生じる事ができる。

前記の比例強さを用いる事により、ピンの螺旋ロックグループ２６をショルダ６ ０に対して延長させる事ができ、これによって近似的な流線形底部をさらに有効 に使用する事ができる。同時に浅いグループ構造は底部６２とこれに接続した側 壁６４．６６との間の平滑な移行を可能とする。使用された楕円形輪郭が所望の 流線形に近似するとはいえ、他の類似の連続曲線を使用する事もできる。

前述の比例強さを使用するもう一つの利点は、有限つばネジ山６３の剪断強さを 最大限に成し１、トルク使用による予締め付けを比較的高い値と成し、また／あ るいはファスナー１０をその子締め付は状態において必要な荷重に抵抗させ設定 操作中に構造全体を保持する事が可能な事である。これは、有限つばネジ山６３ の幅が螺旋ロックグループ２６の幅と実質的に同等である事によって達成される 。このような最大強さのネジ山を構成する事により、多くの用途について単一の ３６０’ネジ山で十分である。このようにして、冷間鍛造によって有限つばネジ 山６３を形成し、別個の加工処理を必要とする追加の有限つばネジ山を形成する 必要はない。

前述の鋼材で構成されたファスナー１０の場合、設置後に工作物１８と２０に対 して保持される予荷重は好ましくは加えられた設置荷重の約８５％〜約９５％の 範囲にあり、また加えられた設置荷重はピン部材１２の降伏点に近似する。設置 荷重とは、ブレークネック・グループ４０においてピンを破断してファスナーを 設置する際に加えられる最大荷重である。鋼材の場合、ピン部材１２の降伏点は 、締め付けられた継手の最小設計極限荷重の約８０％である事を注意しよう。

ファスナー１０が設置されたとき、据え込まれた管状つば１４はその孔６１の中 に補形のメスネジを形成されている。そこでピンヘッド２２とっはフランジ５９ のスパナ面に対して適当な工具を当接させて、管状っば１４をねじり出す事によ りファスナー１０を除去する事ができる。同時に、管状つば１４に対して場合に よっては追加的トルクを加える事ができる。

状況によっては、管状っば１４のような据え込まれたつばが振動などによって緩 まないようにする事が望ましい場合がある。これは第３図に示すようにピンの中 に回転防止グループを付加する事によって確実に防止される。

すなわち、第３図の実施態様においては、ピン部材１２ａはネジを有するロック グループ部２５ａの中に複数の軸方向グループ６７を有し、っば（管状っば１４ など）がその上に据え込まれたときに、つばの素材がこの軸方向グループ６７の 中に流れ込んで、ピン部材１２ａと対応の据え込まれたつばとの間の相対運動を 防止する。ピン部材１２ａの他の部分はピン部材１２と同等であるから同一の部 分には同一の番号に“ａ”を付加して示した。

用途によっては、据え込まれたつばの離脱を防止する事が望ましい場合がある。

故に第４図と第５図は、それぞれピン部材１２ｂと１２ｃに対する２種のピンヘ ッド２２ｂと２２０を図示しである。第４図のピンヘッド２２ｂは、スパナ面を 除去して平滑な外側輪郭を有する事以外は第１図と第２図のピンヘッド２２と類 似である。

第５図のピンヘッドは、スパナ面を有しない平滑な外側輪郭を有する通常のブラ ジア型ヘッドである。他の全ての点においてピン部材１２ｂと１２ｃは第１図お よび第２図ピン部材１２と同等である。

第７図において示すつば１４ｄは、そのフランジ５９ｄが平滑でスパナ面を有し ない事以外は第１図および第２図管状つば１４と同形である。つば１４ｄの他の 部分は管状つば１４と同一の番号“ｄ″を付加して示した。

平滑ヘッド型のピンヘッド２２ｂおよび２２（と、平滑フランジを有するつば１ ４ｄと、回転防止ピン１２ａとの組合せを用いたファスナーは、その離脱を効果 的に防止される。しかし、平滑型のピンヘッド２２ｂまたは２２ｃを使用した螺 旋ロックグループ２６ａの上に平滑型のつば１４ｄを設置するには、ピン部材１ ２ａの引っ張りグループ部４２ａの上に複数のフラット６５を備え、また管状つ ば１４ｄのシャンク５７ｄの上にフラット６７を備え、ピン部材１２ａと管状っ ば１４ｄを適当な工具によって把持して組立体を相互にネジ込む事ができる。据 え込み作業が終了したとき、つばのフラット６７は最終的な平滑環状据え込み輪 郭に形成されており、またそこでフラット６５を有する引っ張り部分４２ａをブ レークネック−グループ４０ａにおいて破断する事によって除去する。このよう にして設定されたファスナーの他の部分は、フラットまたはその他の把持面を有 しない形状を有し、据え込まれたファスナーの離脱が防止される。

上述のファスナー１０は、通常の引っ張り型工具４８によって最終的に設置され る引っ張り型ファスナーである。しかし本発明の特色は、捻じり型工具によって 最終的に設置される切り株型ファスナーについても応用される。そこで切り株型 ファスナーを第９図と第１０図に示す。この場合第１図および第２図と同様の要 素は同一番号に“ｅｏを付加して示した。

第９図と第１０図に示した切り株片ファスナー１０ｅはピン部材１２ｅと杆状っ ば１４ｅとを含む。ピン部材１２ｅは細長いシャンク１５ｅを遊し、このシャン ク１５は、相互に固着されるべき一対の工作物１８ｅと２０ｅのそれぞれの整列 孔１６ｅと１７ｅの中に通されている。シャンク１５ｅの一端における拡大型ヘ ッド２２ｅが工作物１８ｅの片側面に係合している。ヘッド２２ｅに隣接して、 シャンク１５ｅは真直部２４ｅを有し、この真直部２４ｅは孔１６ｅと１７ｅの 中に動きばめされている。真直部２４ｅにつづいて、ロックグループ部２５ｅが あり、この部分は連続螺旋ネジ形の複数の螺旋ロックグループ２６ｅによって画 成されている。移行部２８ｅが螺旋ロックグループ２６ｅを真直部２４ｅと平滑 に接続している。

管状つば１４ｅは大体真っすぐなシャンク部５７ｅを有し、この部分は拡大フラ ンジ５９ｅに終わ７ている。

ピンヘッド２２ｅとつばフランジ５９ｅは共に、ピン部材１２ｅと管状つば１４ ｅとの間に相対トルクを生じるためスパナその他適当な工具によって把持するた めのスパナフラットを有する。管状つば１４ｅは螺旋ロックグループ２６ｅとか み合うために孔６１のフランジ側末端にメスネジ山６３ｅを形成されている。こ のネジ山６３ｅは有限であって、単一の３６０”回転ネジ山によって構成されて いる。

走査に際して、有限ネジ山６３ｅと螺旋ロックグループ２６ｅとのかみ合によっ て工作物１８ｅと２０ｅが相互に接合される。ピンヘッド２２ｅとっはフランジ ５９ｅ上のスパナ面により、所望の締め付は強さまでトルクを加える事ができる 。次にねじ込み型設置工具４８ｅをファスナー１．　Ｏｅに当用して、管状っば １．４　ｅの外側末端に係合した据え込みアンビル部５６ｅとビンヘラＦ２２ｅ に係合した反力部材７０とによって、ピン部材１２ａと管状つば１４ｅとの間に 相対軸方向応力を加える。この相対軸方向応力が増大するに従って、有限っはネ ジ山６３ｅが管状っば１４ｅをピン部材１２ｅに対してさらに軸方向に移動させ る程度に剪断または変形される。この状態においてピン部材１２ｅと管状つば１ ４ｅは据え込み型ファスナーとして作用し、工作物１８ｅと２０ｅは最初にピン 部材１２ｅと管状っば１４ｅとの間に加えられた相対軸方向応力によって所定の 予荷重をもって相互に締め付けられ、次に軸方向応力が増大するに従って、管状 っば１４ｅが螺旋ロックグループ２５ｅの中に据え込まれて、据え込み工程を完 了する（第１０図）。

据え込みアンビル部５６ｅの据え込みキャビティの輪郭と、管状つば１４ｅの外 側末端の輪郭は、据え込み操作の初期において有限っはネジ山６３ｅを剪断し変 形するに必要な相対軸方向応力の低い値においては、螺旋ロックグループ２６ｅ の中への管状っば１４ｅの据え込みが生じないように構成されている事を注意し よう。

工具４８ｅは公知の型の構造であって、その据え込みアンビル部５６ｅと反力部 材７０は大体“Ｃ″型のハウジングの中に配置され、工具８４ｅが作動されると きに据え込みアンビル部５６ｅと反力部材７０が相互の方に移動させられて相対 軸方向応力を加え、その間のファスナーを締め付ける。

前記のように、本発明の特色は切り株型ファスナーについても引っ張り型ファス ナーについても利用する事ができる。

このようにして、接合される工作物に対する締め付は荷重を変動させる事ができ 、しがも最終的にピンとつばとの間の据え込み接合によって高度の締め付けを特 徴とする特のファスナーが提供されたのである。本発明の実施態様において、浅 い螺旋形グループをピンに備える事ができ、これにより、所望の高い締め付は荷 重を有すると同時に、ピンのロックグループ部のネジ山の一体性を保持する事に より、追加的締め付けまたはっばの離脱のためにトルクを加える事のできる高強 度構造が得られる。

国際調査報告 Ａｈ’ＮＥＸＴｏ＝ＨＥＩ）ＩＴＥＲ）ＩＡＴＩＯＮＡＬＳＥＡＲＣＨＲＥ？０ ＲＴＯＮｔＪＳ−Ａ−３２９５４０４Ｎｏｎｅ ＵＳ−Ａ−３３６７２２８Ｎｏｎｅ

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. １．選択的可変締め付け応力をもって工作物を相互に固着するファスナーを含み 、前記ファスナーは設置工具によって加えられる相対軸方向応力によって最終的 に設置され、前記ファスナーは、一端において拡大型ピンヘッドに終わる細長い シャンクを有するピン部材と、ネジ山を成す複数の螺旋ロックグループを含む前 記シャンク上のロックグループ部と、前記のピンシャンク上に配置され前記設置 工具によって加えられる前記の相対軸方向応力の第１設定値に対応して前記ロッ クグループ部の中に据え込まれる管状つばとを含み、前記管状つばは前記螺旋ロ ックグループを全体として動きばめする直径の孔を有し、また前記管状つばは、 前記孔の内側面に形成され前記螺旋ロックグループの前記ネジ山とかみ合う有限 メスネジを有し、このようにして前記管状つばは前記ロックグループ部上に圧着 されて工作物を選択的に多少とも相互に締め付けまたは配置し、前記の有限つば ネジ山は、前記の設置工具によって前記ピンと前記管状つばとの間に加えられる 相対軸方向応力の第２設定値に対応して変形され前記螺旋ロックグループから出 るように選定された所定の強度を有し、前記第２設定値は前記第１設定値より小 とするファスナー。
2. ２．前記の管状つばは、その一端に一方の工作物の対向面に係合するフランジを 有し、前記の有限っばネジ山は全体として前記つばフランジと放射方向に整列す るように形成されている請求の範囲第１項のファスナー。
3. ３．前記の有限つばネジ山は、周方向に約３６０°以下延在する請求の範囲第１ 項または第２項によるファスナー。
4. ４．前記の螺旋ロックグループはピンのロックグループ部とピンのショルダ部と によって画成され、前記つばは据え込み後に、前記螺旋ロックグループに対して 相補的なロックグループ部とショルダ部を前記つば孔の内側面に形成され、前記 ピンのロックグループ部とショルダ部および前記つばのロックグループ部とショ ルダ部の軸方向幅は、前記ピン部材と管状つばの素材の相対剪断力に対応して予 選定され、前記ピン部材１のショルダ部と前記管状つばのショルダ部が前記ピン 部材と前記管状つば部材との間に加えられる大体同一の引っ張り荷重において剪 断するように成された請求の範囲第１項、第２項または第３項のいずれかによる ファスナー。
5. ５．前記の有限つばネジ山は有限ロックグループ部と有限ショルダ部とによって 画成され、前記有限ロックグループ部の軸方向幅は前記ピン部材のショルダ部の 軸方向幅と実質的に等しく、また前記有限ショルダ部の軸方向幅は前記ピン部材 のロックグループ部の軸方向幅と実質的に等しい請求の範囲第４項のファスナー 。
6. ６．前記の螺旋ロックグループは複数の周方向に延在するピングループと対応の ピンショルダとを含み、前記ピングループは浅く、式（ｈ／Ｄｕ）×１０２によ って限定される放射方向深さを有し、ここにｈは前記の放射方向深さ、Ｄｕは前 記ピンショルダによって限定される直径であり、前記深さｈは前記式の約４以下 の値を生じるように前記ショルダ直径Ｄｕに対して浅く選定され、前記のピン部 材は前記の管状つばと異なる素材から成り、また異なる強度の最終剪断力を有し 、前記ピン部材と前記管状つばの剪断力比は、据え込みに際しての前記ピン部材 の圧潰が実質的に防止されるように選定され、前記ピン部材と前記管状つばの極 限剪断力比は約１．８乃至約２．４の範囲内にあり、前記ピン部材の螺旋ロック グループとショルダおよび前記管状つばの螺旋ロックグループとショルダの軸方 向幅は、前記相異なる素材の相対剪断力に対応して、前記ピン部材のショルダと 前記据え込みに際して形成された前記管状つばのショルダとが前記ピン部材と前 記管状つばの間に加えられる大体同一の引っ張り荷重において剪断するように予 選定される請求の範囲第１項、第２項または第３項のいずれかによるファスナー 。
7. ７．前記のピングループは前記のピンショルダより実質的に幅広く、また前記の ピングループは、連続曲線によって画成されたシミュレーション流線形基部輪郭 を有する請求の範囲第６項によるファスナー。
8. ８．前記のピングループは楕円形の一部によって画成され、前記楕円形部分の深 さは楕円形の小径の１／２の約８０％以上である請求の範囲第７項のファスナー 。
9. ９．前記の有限つばネジ山は有限グループ部と有限ショルダ部とによって画成さ れ、前記有限グループ部の軸方向幅は前記ピンショルダの軸方向幅と実質同一で あり、また前記有限ショルダ部の軸方向幅は前記ピングループの軸方向幅と実質 同一である請求の範囲第６項、第７項または第８項のいずれかによるファスナー 。
10. １０．前記のシャンクは前記ピンヘッドと反対側の末端に配置された引っ張り部 分と、前記拡大ピンヘッドに隣接配置された真直平滑なシャンク部と、前記真直 部に隣接配置された前記ロックグループ部と、前記ピンシャンクの最弱部を成し 前記引っ張り部と前記螺旋ロックグループとの間に配置されたブレークネック・ グループとを含み、前記管状つばの孔は前記引っ張り部と前記螺旋ロックグルー プとを動きばめする直径を有する請求の範囲第１項乃至第９項のいずれかによる ファスナー。
11. １１．工作物を選択的に多少とも相互に締め付けまたは配置するため、前記管状 つばを前記ロックグループ部に対して回転させるように前記管状つばと前記ピン 部材の上にスパナ係合手段を含む請求の範囲第１項乃至第１０項のいずれかによ るファスナー。
12. １２．前記のスパナ係合手段は前記の管状つばおよび前記のピン部材の少なくと も一方に備えられたスパナ係合面とし、前記のスパナ係合面は、前記のピン部材 の上に据え込まれる前記の管状つばの種類に対応して除去されるようにした請求 の範囲第１１項のファスナー。
13. １３．前記の第２スパナ係合面が前記の引っ張り部の上に取り付けられ、前記ブ レークネック・グループにおける破断に際して除去される請求の範囲第１０項、 または第１１項または第１２項によるファスナー。
14. １４．選択的に可変の締め付け応力をもって工作物を相互に固着する方法におい て、 ａ）一端において拡大ピンヘッドに終わる細長いシャンクを有し、このシャンク は、つばネジ山を画成する複数の螺旋ロックグループを含むロックグループ部を 有するようにしたピン部材を形成する段階と、ｂ）管状つばを形成し、この管状 つばは前記の螺旋ロックグループを動きばめする直径の孔を有し、前記の管状つ ばは前記孔の内側面に有限メスネジ山を有し、このメスネジ山が前記螺旋ロック グループによって画成された前記のつばネジ山とかみ合い、また前記管状つばは 、設置工具によって加えられる前記の相対的軸方向応力の第１予選定値に対応し て前記螺旋ロックグループの中に据え込まれるように形成される段階と、ｃ）工 作物を選択的に多少とも相互に締め付けまたは配置するため、前記管状つばを前 記のロックグループ部の上にねじ込む段階と、 ｄ）設置工作物によって前記のピン部材と前記の管状つばとの間に前記の第１予 選定値よりより小なる第２予選定値の相対軸方向応力を加える事によって前記の 有限つばネジ山が変形して前記螺旋ロックグループから出るように選ばれた予選 定強度を有する前記有限つばネジ山を形成する段階と、 ｅ）前記のピン部材および前記の管状つばに対して前記の第２予選定値と前記の 第１予選定値の相対軸方向応力を実質的に順次に加えて、まず前記の有限つばネ ジ山を変形させて前記螺旋ロックグループから出し、次に工作物を所定の締め付 け荷重のもとに相互に締め付け、最後に前記の管状つばを前記の螺旋ロッググル ープの中に据え込む段階とを含む方法。
15. １５．前記の有限つばネジ山は約３６０°以下の周方向延長を有する請求の範囲 第１４項の方法。
16. １６．前記の有限つばネジ山は冷間形成される請求の範囲第１４項または第１５ 項による方法。
17. １７．前記螺旋ロックグループはピングループとピンショルダとによって形成さ れ、前記ピン部材は前記管状つばと異なる極限剪断力を有する別個の素材によっ て形成され、前記ピン部材のグループとショルダおよび前記の有限つばネジ山の 軸方向幅は、それぞれの素材の相対剪断力に応じて、前記有限つばネジ山が前記 ピンショルダより低い引っ張り荷重で剪断するように選定される請求の範囲第１ ４項、第１５項または第１６項のいずれかによる方法。