JPH01502285A

JPH01502285A - 複合材料等から成る製作物を固定するための取付装置及び該取付装置用のねじ締結具

Info

Publication number: JPH01502285A
Application number: JP62502367A
Authority: JP
Inventors: ハード，レイモン・エル
Original assignee: ハック・マニュファクチャリング・カンパニー
Priority date: 1986-04-01
Filing date: 1987-03-30
Publication date: 1989-08-10
Also published as: EP0299976B1; ES2004279A6; WO1987005976A1; EP0299976A1; IL81917A0; IL81917A

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】

複合材料等から成る製作物を固定するための取付装置及び該取付装置用のねじ締結具１、発明の背景及び要約本発明は、複合材料から成る製作物等を固着する取り付はシステム、及び、かかる取り付はシステムにしまりばめするためのピン及びナツトを備える、ねじ式部品に関する。１９５０年１１月２１日付けにて、［締結装置コに対し、エル・シー・ハック（Ｌ、　Ｃ，Ｈｕｃｋ）に付与された米国特許第２．５３１゜０４５号、１９８０年１２月１６日付けにて、「釣り合った強度のロック溝を有するねじ部品」に対し、ジョン・エッチ・ルール（Ｊｏｈｎ、　Ｈ，Ｒｕｈｌ）に付与された欧州特許第３０．４４５号、及び１９８４年９月１８日付けにて、「最適なねじ部品構造システム及び方法」に対し、Ｊｏｈｎ、Ｈ，Ｒｕｈｌ及びリチャード・ディ・ディクソン（Ｒｉｃｈａｒｄ、　Ｄ、　Ｄｉｘｏｎ）に付与された米国特許第４．４７２．０９６号に記載されたような、ピン及びカラーを備える、止めボルト型式の据え込み型ねじ部品により、多数の構造体同士がねし止めされている。これらのねじ部品は、予め選択された希望のしまりばめ状態にて、製作物の穴に取り付けられることが多い。かかる構造体を修理する場合、既存のねじ部品の一部は、除去されることが多い。ねじ部品を除去し、修理後の構造体にねじ部品用の穴を設ける方法の場合、この穴の寸法は、当初の穴の寸法と比較して、僅かに大きなものとなる。最初に使用した径と同一径のピンを宵するねじ部品を使用して、修理後の構造体をねし止めすることが望ましい場合がある。これと同時に、交換ねじ部品は、製作物の穴に希望のしまりばめ状態に固着され得るものであることが望ましい。しかし、大きい径の穴に対応するためには、交換ねし部品のピンは、基準肉厚の薄いスリーブと共に使用することにより、ピンと大きい径の穴との間の差を補うと共に、希望のしまりばめ状態を提供することが可能である。しかし、本発明は、修理の分野への適用にのみ限定されないことを理解する必要がある。本発明において、ねじピンと、基準肉厚の薄いスリーブとを備えるねじ部品組立体は、ねじナツト部材と共に使用される。このスリーブは、僅かな隙間を伴って製作物の穴に嵌入され得るような寸法を備え、かつピンがスリーブを通って、その取り付は位置まで軸方向に動いたとき、該ピンにより、広げられて、希望のしまりばめ状態となる。本発明の１つの形態において、ナツト部材がピンと螺合することにより、ピンが軸方向に動くようにする。図面及び各種の実施例の説明から明らかであるように、必要とされるピンは、取り付けた後、余分な長さのねじ軸部を備えることとなる。この余分な長さ、及びその結果である余分な重量や突出部を解消するため、ねじ軸部には、比較的小さい曲げ力又は軸荷重により、余分なピンの軸部を切断することの出来る破断溝、又は、弱体部分が設けられている。本発明の別の形態によると、引っ張り型工具を使用して、ピンとスリーブ間に必要な軸力を加えることにより、これらを相対的に軸方向に動かして、ピンを軸方向に動かし、その結果、スリーブが広がるようにしである。本発明の各種何れの形態においても、最終的にピンの軸部にナツト部材を螺入することにより、連結を確実にすることが出来る。本発明のねじ部品及びその取り付は方法は、複合材等のような圧壊可能な材料にて構成された、製作物への適用に特に望ましい。さらに、該ねじ部品及びその取り付は方法は、又、隙間が狭く、従来型式の取り付は工具を使用することが出来ない場合への適用にも望ましい。故に、本発明の目的は、製作物の穴を利用して、該製作物を固着する、多数の部材から成るねじ部品と、及びかかる製作物の穴に対して、予め選択されたＬまりばめ状態を形成する、上記ねし部品の取り付は方法とを提供することである。本発明の別の目的は、該製作物の穴を利用して、該製作物を固着するねじ部品であって、取り付けた後、容易に切断することの出来る脆弱な軸部を有するピンと、スリーブと、及びナツトとを備える前記ねじ部品と、及び製作物の穴に対して、予め選択されたしまりばめ状態を形成する、上記ねじ部品の取り付は方法とを提供することである。本発明のさらに別の目的は、該製作物の穴を利用して、該製作物を固着するねじ部品であって、ねじピンと、スリーブと、及びねじナツトとを備え、該ピンが、上記スリーブ内に差し込み、製作物の穴に対し゛Ｃ１希望のしまりばめ状態を形成し得るようにした前記ねじ部品と、及び製作物の穴に対して、予め選択されたしまりばめ状態を形成する、上記ねじ部品の取り付は方法とを提供することである。本発明のさらに別の目的は、製作物の穴を利用して、複合材等のような圧壊可能な材料にて構成された製作物を固着する、多数の部材から成るねじ部品と、及びかかる製作物の穴に対して、予め選択されたＬまりばめ状態を形成する、上記ねじ部品の取り付は方法とを提供することである。本発明の別の目的は、該製作物の穴を利用して、該製作物を固着するねじ部品と、及びかかる穴の周囲の隙間が狭い場合、製作物の該穴に対して予め選択されたしまりばめ状態を形成する、上記ねし部品の取り付は方法とを提供することである。本発明の上記以外の他の目的、特徴、及び利点は、添付図に関する以下の説明、及び請求の範囲の記載から理解することが出来よう。４、

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、第１ｂ図及び第１ｃ図はピン、スリーブ及びナツトを備える、本発明の１形態によるねじ部品の取り付は順序を示す、一部の部品は断面図とした、平面図第１ａ図は予め組み合わせられ、かつ取り付は前の状態が図示されたナツト部材に接続するため、製作物の穴内に位置決めされたピン及びスリーブの図、第１ｂ図はナツト部材がピンに固着され、ピンが製作物の穴内にてスリーブから引き出された後のねじ部品の図、第１ｃ図はピン軸部の余分な部分が切断された後のねじ部品の図、第２ａ図、第２ｂ図、第２Ｃ図及び第２ｄ図は異なる取り付は方法にて取り付けられた、第１ａ図乃至第１ｃ図のねじ部品を示す、一部の部品は断面図とした平面図であり、その内、第２ａ図は予め組み合わせられ、脱着可能な取り付は工具として使用される動き自在のナツトに接続するため製作物の穴内に位置決めされたねじ部品のピン及びスリーブの図、第２ｂ図は動き目在のナツト工具により、製作物の穴内に取り付けられたピン及びスリーブの図、第２ｃ図は動き自在のナツト工具により、切断されたピンの軸部の余分な部分を示す図、第２ｄ図はねじ部品のナツト部材に最終的に取り付けられたピンの図、第３図は第１ａ図乃至第１Ｃ図、及び第２ａ図乃至第２ｄ図のねじ部品を取り付けるための、別形態の脱着可能な動き自在のナツト工具を示す、断面図、第４図は第２ａ図乃至第２ｄ図のねじ部品、及び動き自在のナツト工具の変形例を示す、第２ａ図と同様の平面図である。３、好適な実施例の説明第１ａ図乃至第１Ｃ図を参照すると、ピン１６と、拡張スリーブ１８と、及びナツト部材２０とを備え、製作物１２と１４Ａを締結するねじ部品１０が図示されている。このねし部品１０は、製作物１２及び１４が、複合材等のような圧壊可能な材料にて構成されているときに、特に有効である。複合材は、例えばグラファイト−エポキシ複合材構造体、アラミド繊維強化複合材構造体等とすることが出来る。かかる１つのアラミド繊維強化複合材構造体は、Ｅ、　１．ｄｕ　Ｐａｎｔ　ｄｅ　Ｎｅ５ｏｕｒｓ　＆　Ｃｏ、＋　Ｉｎｃ、が、ＫＥＶＬＡＲという商標名にて製造し、かつ販売しているものがある。。ピン１６は、膨大頭部２２に１端の端末がある、細長い軸部２１を備えている。この軸部２１は、膨大頭部２２に隣接する平滑な膨大軸部２４と、及びピン１６の他端のねじ部２６とを備えている。このねじ部２６には、環状の縮小径の破断溝２８を除いて、その全長に亙って、概ね均一にねじが形成されている。破断溝２８は、ピン１６の内、最も弱い部分であり、以下に説明する方法にて、希望の軸荷重又は曲げ荷重にて、破断され得るようにしである。ねじ部２６は、平滑な軸部２４よりも小さい最大径を有している。拡張スリーブ１８は、環状フランジ３２に端末のある概ね均一な管状部分３０を備えている。このスリーブ１８は、ねじ部２６に沿って容易に動くには、十分な大きさであるが、平滑なピンの軸部２４の径よりは小さい内径を有している。ピン１６に予め組み合わせた後、スリーブ１８は、２７のような箇所にて、ねじ部２６に部分的にクリンプ止めし、ピン１６とスリーブ１８同士を相互に保持することにより、取り扱いが容易であるようにする。スリーブ１８は、全体として、１９７４年９月１７日付けにて、ジョン・オー・キング・ジュニア（Ｊｏｈｎ、Ｏ，Ｋｉｎｇ＋ｊｒ、）に付与された米国特許第３．８３５．６６５号に記載された型式とすることが出来る。製作物１２及び１４には、それぞれ、上述のように、修理作業後、拡大させることの出来る整合穴３４及び３６が形成されている。予め拡張させた状態におけるスリーブの管状部分３０の外径、及び整合穴３４及び３６の外径は、第１ａ図に図示するように、これら整合穴３４．３６内に管状部分３０を位置決めしたときに、きちっと嵌まるように選択しである。製作物の整合穴３４．３６との希望のしまりばめ状態は、平滑なピンの軸部２４により、スリーブ１８が半径方向に広がったときに提供される。このようにして、スリーブ１８が、整合穴３４．３６の表面をピンの軸部から遮蔽することにより、ピンの軸部２４がスリーブ１８内に差し込まれ、半径方向に広げられて、整合穴３４．３６と希望のしまりばめ状態を提供するとき、複合材料の層間剥離を防止することが出来る。所定の長さの軸部２１を有するピン１６を備えるねし部品１０を選択して使用し、握り部の肉厚が最小値から最大値に亙る製作物１２．１４間士を相互にねじ止めすることが出来る。スリーブの管状部分３０が、握り部会体に亙って、整合穴３４．３６の表面を覆い、又は遮蔽するようにすることが望ましいため、最大合計厚み以下の肉厚を有する製作物の場合、管状部分３０は、製作物１２の外面３７を越えて突出することになる。この状態ブの管状部分３０の外径より僅かに大きい径の膨大さら穴３８が形成されており、この膨大さら穴３８の軸方向深さは、スリーブの管状部分３０の最大突出部分を受け入れるのに十分な寸法にしである。この膨大さら穴３８は、ナツト部材２０の概ね環状の膨大頭部４０に形成されている。この膨大頭部４０は、膨大フランジ４２に端末がある二この膨大フランジ４２は、製作物１２の外面３７の複合材料の局部的な剥離、又はその圧壊を防止するのに十分な荷重分布を提供し得るように予め選択された大きい支承面積を存している。ナツト部材２０にも、又、製作物１２の複合材料と適合し得る材料から成る面座金４４が設けられている。この座金４４は、比較的優れた潤滑特性を備えているため、上記材料の剥離を一層良く防止することが出来る。面座金４４の穴は、係合する製作物１２の穴３４の径に近似した径を有している。このため、面座金４１は、穴３４の周囲の表面を支持し、又、さらに、上述のように、ピンの軸部２４をスリーブ１８内に差し込み、スリーブを半径方向に広げたときの剥離を防止することが出来る。ナツト部材２０は、ピンの軸部２１のねじ部分２６に螺合し得るように、雌ねじが形成された縮小径部分４６を備えている。この縮小径部分４６は、レンチにより締め付は得るようにした、凹凸のある外面を備えている。本発明の１形態において、ナツト部材２０は、一般的なトルク特性を備えるように形成されている。ねじ部品１０を取り付けるためには、このねじ部品ｌＯに予め組み合わせたピン１６及びスリーブ１８を、製作物の穴３４及び３６内にて組み合わせる。十分な長さのピンねじ部２６が、製作物１２の外面３７を越えて伸長し、ナツトねじ部４６が、ピンねじ部２６の一端における適当な数のねじ山に係合することが出来る。ナツト部材２０をピン１６に螺入していくと、平滑なピン軸部２４は、拡張スリーブ１８内に引き込まれ、このスリーブ１８を半径方向外方向に広げる。この広がりの程度は、スリーブの管状部分３０の肉厚及び製作物の穴３４．３６の径に対する平滑なピン軸部３０の肉厚をいかに選択するかにより決まる。ピンねじ部２６は、その全長に亙って、又、破断溝２８と交差するように、連続的に形成し、ナツト部材２０がピンねじ部２６と完全に螺合するようにする。このようにして、平滑なピン軸部２０が動いて、完全に拡張スリーブ１８内に入り、ピン頭部２２が、製作物の背面に対向するスリーブフランジ３２に係合するまで、ナツト部材２０をピン１６に螺入していく。この時点にて、ナツト部材２０を予め選択されたトルクにて締め付け、製作物１２及び１４間に希望の締め付は力が提供されるようにする。六角形、又はその他の不規則な形状の穴４８が、ピン軸部２１の自由端に形成されており、適当な工具を受け入れ、ナツト部材２０がピン１６に締め付けられるとき、このピン１６の回転を防止し得るようにしである。これ以外の他の回転防止構造体を採用することも可能であろう。ねじ部品１０が完全に締め付けられた状態にあるとき、破断溝２８は、ナツト部材２０の外端付近に位置決めされている。次いで、取り外し工具５ｏを破断溝２８を越えて伸長する、ねじ端部５２の上に位置決めする。比較的小さい軸力又は曲げ力を作用させると、ねじ端部分５２は、破断溝１８にて、ピン軸部２１がら切断されよう。これにより、ピン軸部２１の末端５４は、ナツト部材２０の外端と概ね平らな状態となる。この平らな切断状態をより確実にするため、ピン頭部２２がら破断溝２８に至るビン軸部５５の軸方向長さは、ナツト部材２０の高さ「ｈ」と、接続させようとする製作物１２及び１４の最大肉厚と、及びスリーブフランジ３２の肉厚との合計値に等しくなるように選択する。脆弱な端部分５２の軸方向長さは、概ね、ナツト部材２０のナツトねじ部４６の軸方向長さ「１」よりは長くなく、ナツトねじ部４６の軸方向長さ「１」の約１７２よりは短くないようにする。これと同時に、平滑なピン軸部２４の軸方向長さは、接続しようとする製作物１２及びｉ４の最大合計肉厚に概ね等しくなるようにする。上述のように、破断溝２８は、ピン１６の最も弱い部分である。しかし、この破断溝２８は、比較的小さい荷重にて破断し、ピンの脆弱な軸端部分５２を容易に除去し得るようにすることが望ましい。これと同時に、破断溝２８は、ピン１０を最初に拡張溝１８内に差し込み、平滑なビン軸部２４がスリーブＩ８を半径方向に広げたときに、ナツト部材２０から加えられる軸荷重を受け入れるのに十分な強度を備え、加工物の穴３４及び３６に対する望みのはまりばめを実現し得るようにする必要がある。本発明の１形態において、破断溝２８が破断する軸荷重は、ピンの軸部２４をスリーブ１８内に差し込み、製作物の穴３４及び３６内にて、望む通りに半径方向に広げるのに必要とされる最大軸荷重より約２０％以上大ききくないようにしである。この破断溝は、上述した種類の据え込み型ねし部品に通常採用されているものである。従来、かかる破断溝は、製作物同士を締め付けるための最終的な荷重より大きい軸荷重を受け得るように構成されていた。しかし、この場合、脆弱なねじ端部分５２に６−　伴う余分な長さは、ピン軸部２１を締め付けることのみを目的としており、このため、上述の方法にてスリーブ１８を広げることが出来る。このように、破断溝２８は、据え込み型ねじ部品に対する機能と異なる唯一の限定された機能のみを行う。このため、本発明の破断溝２８は、製作物１２及び１４に対する希望の最終的荷重、即ち、ナツト部材２０をピン１６に最終的に適用したときに加えられる締め付は荷重より著しく小さい強度を備えるように選択する。本発明の１実施形態において、破断溝２８の引っ張り破断荷重は、取り付けられたねじ部品の極限破断荷重の５０％にした。破断溝２８は、約５０％より大きくない引っ張り荷重を備え、ピンを引き込んだ後、この部分を容易に除去し得るようにすることが望ましい。このように、第１ａ図乃至第１Ｃ図に図示した方法により、ねじ部品１０が、複合製作物１２と１４の間に取り付けられた状態にて、製作物の穴３４及び３６とのしまりばめを実現することが出来る。上述したねじ構造により取り付けを行うため、このねじ部品ｌＯは、隙間が狭く、従来の引っ張り工具ではアクセスし得ないような箇所に使用することが出来る。複合材料から成る製作物１２及び１４に適用する本発明の１実施例において、ピン１６は、最小極限引っ張り強度が約１１２ｋｇ／ａｓ”　（１６０ＫＳＩ）　ノロＡｌ−４Ｖ　ｆ　９−１−　’７　ム合金にて製造した。スリーブ１８は、最小極限引っ張り強度が約５６ｋｇ／ｍ”　（８０ｌ５Ｉ）　１７）Ａ２８６耐食鋼ニテ製造した。ナツト部材２０は最小極限引っ張り強度が約１１２ｋｇ／ｍ’（１６０ＫＳＩ）のａｉｌ−Ｓ−５０００４３４０合金鋼にて製造した。呼び径約６．７ｍ　（１／４’）の穴３４及び３６を有する製作物１２及び１４の場合、ピン１６は、呼び径約６．７ｍｍ（１７４′）の平滑な軸部２４を備えるように選択した。スリーブ１８は呼び肉厚約０．２０ａｍ　（，００８’）を備え、製作物の穴３４及び３６に対して呼び約０．０８＋ｍ　（，００３’）のしまりばめを提供した。別個の脱着可能なレンチ工具を利用して、ピン１６をスリーブ１８内に差し込むことが望ましい。これは、第３図に示すような動き自在の工具５６を使用して行うことが出来る。ナツト工具５６は、ナツト部材２０と同様の形態を備え、さらに、ざら穴６０を有するナツト本体５８と、及び適当なレンチ工具により締め付は得るようにした凹凸のある外面を有する雌ねじ部６２とを備えることが出来る。ナツト本体５８のざら穴６０は、膨大径の環状頭部６４に形成されており、この環状頭部６４には、製作物の平坦な係合面７０に端末のあるカップ状座金６８を有する軸受は座金組立体６６が、回転可能なように固定されている。軸受は組立体７２は、ナツト本体５８の頭部６４の端部と軸受は座金６８との間にて軸方向に位置決めされており、この間にて容易に相対的に回転し得るようにしである。ナツト部材２０の場合と同様、支持面７０の穴は、製作物１２の穴３４の径と近似した径を備え、ピン１６がスリーブ１８内に差し込まれたとき、層間剥離を防止するために望ましい支持手段を提供する。このようにして、ねじ部品１０のようなねじ部品を取り付ける場合には、ナツト工具５６をピンのねじ軸部２６の上に螺入する。座金の係合面７０は、製作物の表面３７に係合したとき、摩擦により回転しない一方、軸受は組立体７２は、ナツト本体５８の相対的な回転を容易にする。このようにして、ピン１６はスリーブ１８内に差し込まれ、製作物１２及び１４は、ナツト本体５８の回転により、表面３７を傷付けることなく、相互に緊密に引き寄せられる。ピン１６を拡張スリーブ１８内に完全に差し込んだならば、ナツト工具５６は容易に除去し、ナツト部材２０を適用することが出来る。ナツト部材２０の回転は、希望のトルク、従って、製作物１２と１４間の締め付は荷重を提供するのに十分な程度に制限する。これが実現されたならば、上述の方法にて、工具５０を介して、ねじ軸部の脆弱な端部５２を除去する。勿論、ナツト工具５６は、連続的に繰り返し使用することが出来る。本発明の別の形態が、第２ａ図乃至第２ｄ図に図示されている。この実施例の説明において、第１ａ図乃至第１ｄ図の構成要素と同様の構成要素は、同一の参照番号にａを付して表示する。簡略化を図るため、かかる同様の全ての構成要素について再度の説明は省略するが、かかる構成要素は第２ａ図乃至第２ｄ図に図示する。先ず、第２ａ図乃至第２ｄ図を参照すると、製作物１２ａ及び１４ａをねじ止めするためのねじ部品１０ａが図示されている。ねじ部品１０ａを取り付けるためには、このねじ部品１０ａに予め組み合わせたピン１６ａ及びスリーブ１８ａを製作物の穴３４ａ及び３６ａ内に組み合わせる。この場合にも、ピンのねじ部分２６ａの十分な長さが、製作物１２ａの外面３７ａを越えて伸長し、このため、第３図の動き自在のナツト工具の変形例により、適当な数のねじ山が、ピンねじ部２６ａの端部に係合することが出来る。このようにして、第２ａ図乃至第２ｃ図には、この変形例による動き自在の工具５６ａが図示されている。ナツト工具５６ａは、さら穴６０ａ及び雌ねじ部６２ａを有するナツト本体５８ａを備えている。この雌ねじ部６２ａは、適当なレンチ工具にて締め付けることの出来る凹凸のある外面を備えている。この場合、ナツト本体５８ａのさら穴６０ａは、以下に説明する目的のため、概ね細長い環状の膨大頭部６４ａに形成されている。製作物に係合し、かつ該加工物を支持する、平坦な面７０ａに端末のあるカップ状の座金６８ａを有する軸受は座金組立体６６ａが、頭部６４ａの端部に回転可能なように固定されている。軸受は組立体７２ａが、頭部６４ａの端部と軸受は座金６８８との間に軸方向に位置決めされており、この間における相対的な回転を容易にする。支持面７０ａは、上述の層間剥離を防止し得るように面７０と同様の形状にしである。この実施例において、ピン軸部の脆弱部分５２ａは、取り付はナツト工具５６ａにより加えられる軸方向荷重により切断される。しかし、これを可能にするためには、ナツト本体５８ａの雌ねじ部６２ａは、製作物の係合面３７ａから十分な距離を隔てた位置に配設し、破断溝２８ａのピンの頭部側のねじ軸部２６ａのねじ部と螺合しないようにしなければならない。かくて、膨大頭部６４ａが、形成されて、ナツトねじ部６２ａの開始部分を製作物の表面３７ａから距離ｒｄＪだけ間隔を隔てた位置に配設する。この場合、製作物１２ａ及び１４ａは、最少の全肉厚を有し、ナツトねじ部６２ａが、破断溝２８ａの反対側のねじに係合することはない。距離ｒｄＪは、ピンの軸部１６ａの長さ５５ａから製作物１２ａ及び１４ａの最少全肉厚を差し引いた値に等しくする。これを実現するためには、ピン軸部の脆弱部分５２ａの長さを長＜シ（第１ａ図乃至第１Ｃ図の脆弱部分５２の長さに６２８の長さ「１ａ」の少なくとも１／２を加えた値に等しくなるようにする。このようにして、ねじ部品１０ａのようなねじ部品を取り付ける場合には、ナツト工具５６ａをピンねし軸部２６ａの脆弱部分５２Ｈの上に螺入する。ピン１６ａは、スリーブ１８ａ内に引き込まれ、製作物１２ａ及び１４ａは、ナツト本体５８ａの回転により、相互に緊密に引き寄せらける。ピン１６ａが完全に拡張スリーブ１８ａ内に差し込まれたならば、破断溝２８ａに作用する軸荷重が、選択された破断荷重に達するまで、大きいトルクをナツト本体５８ａに加え続ける。これで、ナツト工具５６ａは、ねじ部品１０Ｈの他部分から分離されて、ナツト部材２０ａ（第１ａ図乃至第１Ｃ図のナツト部材２０と同様）を適用し、取り付けを完了することが出来る。切断された部分５２ａを単に除去するだけで、ナツト工具５６ａを再使用することが可能となる。上述のように、ナツト工具５６ａは、据え込み型ねじ部品が、据え込み動作を行うときに必要とされるより著しく小さい荷重にて、ねじ軸部分５２ａを切断し得るようにされている。１９６２年３月２０日付けにて、「トルク駆動のロックボルトねじ部品」に対し、エッチ・ジー・プリルマイヤー（Ｈ，Ｇ、　Ｂｒ１ｌｓｖｅｒ）に付与された米国特許第３゜０２５、７３０号を参照すること。第２ａ図乃至代２ｄ図のねじ部品及び装置の場合、軸部の脆弱部分５２ａのねじの形態は、ねじ軸部の他部分２６ａのねじ形態と適合する必要はなく、実際上、より粗に形成し、荷重がより容易に伝達されるようにすると共に、取り付は工程のの拡張段階において、ピン１６ａを引っ張るために要する時間を短縮し得るようにすることが出来る。これと同時に、取り付は工程の拡張段階において、比較的小さい軸荷重が加えられるため、使い捨て可能な脆弱部分５２ａの径は、小さくし、材料コストの削減を図ることが出来る。かかるねじ部品及び装置は、第４図に図示されており、この図にて、第２ａ図乃至第２ｄ図の実施例の構成要素と同様の構成要素は、同一の符号に「ｂ」を付して表示した。簡略化を図るため、かかる全ての同様の構成要素について、再度の説明は省略するが、第４図にも図示する。かくて、第４図において、ねじ部品１０ｂは、軸部の脆弱部分５２ｂの径を小さくし、しかも引っ張り動作を容易にするため、該軸部５２ｂのねじ山をより粗に形成した点を除き、第２ａ図乃至第２ｄ図のねじ部品１０ａと同〒である。同様に、ナツト工具５８ｂは、雌ねじ部６２ｂの径を小さくし、しかも軸部の脆弱部分５２ｂを受け入れ得るようなねじ形態にした点を除いて、ナツト工具５８ａと同一である。ピン１６ｂをスリーブ１８ｂ内に差し込み、軸部の脆弱部分５２ｂを切断した後、ナツト部材４６ａのようなナツト部材を適用し、取り付けを完了することが出来る。このようにして、斬新的なねじ部品及びその取り付は方法が提供され、ねじ部品は複合材料の穴にしまりばめの状態にて、取り付けることが出来る。開示された本発明の好適な実施例は、上述の目的を達成し得るように構成されていることが明らかである一方、本発明は、その適正な範囲及び公正な意味から逸脱することな（、応用、改変及び変更を加えることが出来るものであることが理解されるであろう。国際調査報告ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　−ｒＪ：　ＩＮＴＥＲＮＡＴＺＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨＲＥ？ＯＲＴ　ｔＪＮ−

Claims

【特許請求の範囲】

１．複合材料から成る複数の製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）の整合穴（３４、３６、３４ａ、３６ａ）内に、予め選択したしまりばめの状態に位置決めし得るようにされ、予め選択された最大値から予め選択された最小値に亙る各種の全肉厚を有する複数の製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）同士を固着するねじ部品（１０、１０ａ、１０ｂ）において、細長い軸部（２１）を有し、さらに、１端に膨大頭部（２２、２２ａ）を有するピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）であって、前記ピン頭部（２２、２２ａ）に隣接する拡大径の平滑な軸部（２４、２４ａ）を有し、さらに、前記平滑な軸部（２４、２４ａ）に隣接するねじ部、及び概ね前記ねじ部（２６）から前記ピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）の他端まで伸長する引っ張り部分（５２、５２ａ、５２ｂ）を有する前記ピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）と、前記ねじ部と、最大径が、前記軸部（２４、２４ａ）の径より小さい、前記引っ張り部分（５２、５２ａ、５２ｂ）との間に位置決めされることにより、前記引っ張り部分（５２、５２ａ、５２ｂ）が、前記軸部（２１）の自由端に脆弱部分（５２、５２ａ、５２ｂ）を画成するようにした破断溝（２８、２８ａ、２８ｂ）であって、前記ピン部材（１０、１０ａ、１０ｂ）の内、最も弱い部分であり、かつ予め選択された荷重にて破断され得るようにされた前記破断溝（２８、２８ａ、２８ｂ）と、１端に環状の膨大フランジ（３２、３２ａ）を設けた管状部分（３０、３０ａ）を有する基準肉厚の薄い拡張スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）であって、前記ピンねじ部及び前記引っ張り部分（５２、５２ａ、５２ｂ）の前記最大径よりは大きく、前記平滑な軸部（２４、２４ａ）よりは小さい内径を有する前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）と、１端にナットねじ部分（４６、６２）、その他端に膨大頭部（４０、４２、６４）を有するナット部材（２０、２０ａ、５６）であって、前記膨大頭部（４０、４２、６４）が、前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）の前記管状部分（３０）の外径より大きい径の膨大さら穴（３８、６０）を有し、前記さら穴（３８、６０）が、最小の全肉厚を有する製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）の場合、該製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）を越えて伸長する前記スリーブの管状部分（３０、３０ａ）の最大伸長部分と少なくとも等しい軸方向の深さを有すると共に、前記ナットねじ部（４６、６２）が、予め選択された軸方向長さ（１、１ａ）を有する一方、予め選択された全体的な軸方向高さ（ｈ、１ａ＋ｄ）を有する前記ナット部材（２０、２０ａ、５６）とを備え、前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）の前記管状部分（３０、３０ａ）が、製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）の概ねの最大全肉厚以下でない長さを有すると共に、前記ピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）を取り付けた状態にて、前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）を製作物の穴（３４、３６、３４ａ、３６ｂ）内に組み合わせることの出来る外径を有し、前記ピン部材（１６、１６ａ）が、製作物（１２、１４、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）の最大全肉厚と、前記ナット部材（２０、２０ａ、５６、５６ａ、５６ｂ）の前記予め選択された高さ（ｈ、１ａ＋ｄ）と及び前記スリーブフランジ（３２、３２ａ）の肉厚との概ねの合計寸法より長くない、前記ピン頭部（２２、２２ａ）から前記破断溝（２８、２８ａ、２８ｂ）に至る前記ピン軸部（２１）の部分（５５ａ）の長さを有し、前記ナット部材（２０、２０ａ、５６）の前記ナットねじ部（４６、６２）が、前記ねじ部上に係合し得るように形成されたねじを有し、前記引っ張り部分（５２、５２ａ、５２ｂ）が、締め付けられることにより、前記ピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）と前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）との間に相対的な軸方向引っ張り力を加え得るようにした溝状の形態を備え、前記破断溝（２８、２８ａ、２８ｂ）が、前記ピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）を前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）内まで完全に引き込むのに要する最大の軸荷重と少なくとも等しい軸方向の強度を備え、前記ピンの平滑な軸部（２４、２４ａ）が、前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）を製作物の穴（３４、３６、３４ａ、３６ａ）内に広げ、予め選択されたしまりはめ状態を提供するようにしたことを特徴とするねじ部品（１０、１０ａ、１０ｂ）。
２．前記引っ張り部分（５２ｂ）が、前記ピン（１０ｂ）の前記ねじ部の径より小さい径を有することを特徴とする請求の範囲第１項記載のねじ部品。
３．前記引っ張り部分（５２ｂ）が、前記ねじ部のねじより粗なねじを備えて形成されることを特徴とする請求の範囲第１及び２項のいずれかに記載のねじ部品。
４．前記ナット部材（２０、２０ａ、５６）が、前記膨大頭部（４０、４２、６４、６４ａ）にて支承・支持面（４４、７０）を備え、前記支承・支持面（４４、７０）が、製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）の内、係合した１つの製作物の穴（３４、３４ａ）の径に近似した径の穴を有することにより、前記ピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）が軸方向に動き、前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）が、半径方向に広がるとき、該製作物（１２、１２ａ、１２ｂ）の穴（３４、３４ａ）を包囲する表面が、層間剥離を防止し得るように支持されることを特徴とする請求の範囲第１項、第２項及び第３項のいずれかに記載のねじ部品。
５．前記ねじ部分及び引っ張り部分（５２、５２ａ）が、全体として、前記平滑な軸部（２４、２４ａ）から前記ピン部材（１６、１６ａ）の他端まで伸長するねじ部（２５）を画成し、前記ピンのねじ部（２７）が、その全長に亙って連続的にねじが形成され、よって、前記ナット部材（２０、２０ａ、５６）が、前記脆弱部分（５２、５２ａ）を経て、かつ前記破断溝（２８、２８ａ）と交差して、前記ビンのねじ部分（２６）上に螺入されると共に、前記破断溝（２８、２８ａ）のピン頭部側の前記ねじ部分（２６）の上記部分に螺入されるようにし、前記脆弱部分（５２、５２ａ）が、ねじにより締め付けられて、前記ピン部材（１６、１６ａ）と前記スリーブ（１８、１８ａ）との間に相対的な軸方向引っ張り力を加え得るようにしたねじ形態を備えることを特徴とする請求の範囲第１項及び第４項のいずれかに記載のねじ部品。
６．前記ナット部材（２０）が、前記ピン部材（１６）上にトルクを加え、前記ピン部材（１６）を前記スリーブ（１８）内に差し込み、前記半径方向への広がりを実現すると共に、連続的にトルクを加え、希望通りの最終的な締め付け荷重が加えられ得るようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項、第４項及び第５項のいずれかに記載のねじ部品。
７．前記破断溝（２８、２８ａ、２８ｂ）が、前記最大の軸荷重より約２０％以上大きくない、軸方向の強度を有し、よって、前記軸部（２１）の前記脆弱部分（５２、５２ａ、５２ｂ）が、最小の軸荷重により、前記軸部（２１）から切断され得るようにしたことを特徴とする請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載のねじ部品。
８．複合材料から成る複数の製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）の整合穴（３４、３６、３４ａ、３６ａ）内に、予め選択したしまりばめ状態に位置決めし得るようにされ、予め選択された最大値から予め選択された最小値に亙る各種の全肉厚を有する複数の製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）同士を固着するねじ部品（１０、１０ａ、１０ｂ）において、細長い軸部（２１）を有し、さらに、１端に膨大頭部（２２、２２ａ）を有するピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）であって、前記ピン頭部（２２、２２ａ）に隣接する拡大径の平滑な軸部（２４、２４ａ）を有し、さらに、前記平滑な軸部（２４、２４ａ）から概ね前記ピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）の他端まで伸長するねじ部（２６）を有する前記ピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）と、最大径が、前記平滑な軸部（２４、２４ａ）の径より小さい、前記ねじ部（２６）内に位置決めされ、前記ねじ部（２６）の自由端に脆弱部分（５２、５２ａ、５２ｂ）を画成するようにした弱体溝（２８、２８ａ、２８ｂ）であって、前記ピン部材（１０、１０ａ、１０ｂ）の内、最も弱い部分であり、かつ全体として小さい、予め選択された荷重にて破断し得るようにされた前記弱体溝（２８、２８ａ、２８ｂ）と、１端に環状の膨大フランジ（３２、３２ａ）を設けた管状部分（３０、３０ａ）を有する基準肉厚の薄い拡張スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）であって、前記ピンのねじ部（２６）の前記最大径よりは大きく、前記平滑な軸部（２４、２４ａ）の径よりは小さい内径を有する前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）と、１端にナットねじ部分（４６、６２）、その他端に膨大頭部（４０、４２、６４）を有するナット部材（２０、２０ａ、）であって、前記膨大頭部（４０、４２、６４）が、前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）の前記管状部分（３０、３０ａ）の外径より大きい径の膨大さら穴（３８、６０）を有し、前記さら穴（３８、６０）が、最小の全肉厚を有する製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）の場合、該製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）を越えて伸長する前記スリーブの管状部分（３０、３０ａ）の最大伸長部分と少なくとも等しい軸方向深さを有すると共に、前記ナットねじ部（４６、６２）が、予め選択された軸方向長さ（１、１ａ）を有する一方、前記ねじ部（２６）の前記脆弱部分（５２、５２ａ、５２ｂ）が、前記ナット部分（４６、６２）の軸方向長さの約１／２以下でない、軸方向長さを有し、前記ナット部材（２０、２０ａ）が、予め選択された全体的な軸方向高さ（ｈ、１ａ＋ｄ）を有する前記ナット部材（２０、２０ａ）と、前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）の前記管状部分（３０、３０ａ）が、製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）の概ねの最大全肉厚以下でない長さを有すると共に、前記ピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）を取り付けた状態にて、前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）を製作物の穴（３４、３６、３４ａ、３６ｂ）内に組み合わせることの出来る外径を有し、前記ピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）が、製作物（１２、１４、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）の最大全肉厚と、前記ナット部材（２０、２０ａ）の前記予め選択された高さ（ｈ、１ａ＋ｄ）と及び前記スリーブフランジの肉厚との概ねの合計寸法より長くない、前記ピン頭部（２２、２２ａ）から前記破断溝（２８、２８ａ、２８ｂ）に至る前記ピン軸部（２１）の前記部分（５５ａ）の長さを有し、前記ナット部材（２０、２０ａ）の前記ナットねじ部（４６、６２）が、前記破断溝（２８、２８ａ、２８ｂ）のピン頭部側の前記ねじ部（２６）上に係合し得るように形成されたねじを有し、前記脆弱部分（５２、５２ａ、５２ｂ）が、ねじにより締め付けられることにより、前記ピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）と前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）との間に相対的な軸方向引っ張り力を加え得るようにしたねじ形態を備え、前記破断溝（２８、２８ａ、２８ｂ）が、前記ピン部材（１６、１６ａ、１６ｂ）を前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）内まで完全に引き込むのに要する最大の軸荷重と少なくとも等しい軸方向強度を備え、前記ピンの平滑な軸部（２４、２４ａ）が、前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）を製作物の穴（３４、３６、３４ａ、３６ａ）内に広げ、予め選択されたしまりばめ状態を提供するようにし、さらに、前記破断溝（２８、２８ａ、２８ｂ）が、前記最大の軸荷重より約２０％以上大きくない、軸方向強度を有し、よって、前記軸部（２１）の前記脆弱部分（５２、５２ａ、５２ｂ）が、最小の軸荷重により、前記軸部（２１）から切断され得るようにしたことを特徴とするねじ部品（１０、１０ａ、１０ｂ）。
９．前記ナット部材（２０）が、前記ピン部材（１６）上にトルクを加え、前記ピン部材（１６）を前記スリーブ（１８）内に差し込み、前記半径方向への広がりを実現すると共に、連続的にトルクを加え、望む通りの最終的な締め付け荷重が加えられ得るようにしたことを特徴とする請求の範囲第８項に記載のねじ部品（１０）。
１０．１端にナットねじ部（６２、６２ａ、６２ｂ）、その他端に膨大頭部（６４、６４ａ）を有する工具ナット部材（５６、５６ａ、５６ｂ）により引っ張ることが出来得るようにした請求の範囲第８項に記載のねじ部品（１０、１０ａ、１０ｂ）において、前記膨大頭部（６４、６４ａ）が、前記スリーブ（１８、１８ａ、１８ｂ）の前記管状部分（３０、３０ａ）の外径より大きい径の膨大さら穴部分（６０、６０ａ）を有し、前記さら穴部分（６０、６０ａ）が、最小の全肉厚を有する製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）の場合、該製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）を越えて伸長する前記スリーブの管状部分（３０、３０ａ）の最大伸長部分と少なくとも等しい軸方向深さを有すると共に、前記ナットねじ部（６２、６２ａ、６２ｂ）が、予め選択された軸方向長さ（１ａ）を有する一方、最小全肉厚の製作物（１２、１４、１２ａ、１４ａ、１２ｂ、１４ｂ）の場合、膨大頭部（６４、６４ａ）が、製作物の外面（３７、３７ａ）から前記破断溝（２８、２８ａ、２８ｂ）に至る距離と少なくとも等しい所定の長さ（ｄ）を有し、ナットねじ部（６２、６２ａ、６２ｂ）が、前記破断溝（２８、２８ａ、２８ｂ）のピン頭部側における前記ねじ部の前記部分と係合するのを阻止し、前記ねじ部（２６）の前記脆弱部分（５２、５２ａ、５２ｂ）が、前記所定の長さ（ｄ）より長い軸方向長さを備えることを特徴とする前記工具ナット部材（５６、５６ａ、５６ｂ）により、引っ張ることが出来得るようにした請求の範囲第８項に記載のねじ部品（１０、１０ａ、１０ｂ）。
１１．前記破断溝（２８、２８ａ、２８ｂ）が、前記最大の軸荷重より約２０％以上大きくない、軸方向強度を有し、よって、前記軸部（２１）の前記脆弱部分（５２、５２ａ、５２ｂ）が、最小の軸荷重により、前記軸部（２１）から切断され得るようにしたことを特徴とする請求の範囲第８項、第９項及び第１０項のいずれかに記載のねじ部品。
１２．整合穴内に、予め選択したしまりばめ状態に位置決めし得るようにされ、予め選択された最大値から予め選択された最小値に亙る各種の全肉厚を有する複数の製作物同士を固着するねじ部品により、複合材料から成る複数の製作物同士を固着するシステムであって、細長い軸茎部分を有し、さらに、１端に膨大頭部を有するピン部材と、前記ピンを包囲し、前記製作物としまりばめ状態に取り付ける間、ピンにより広げられ得るようにした基準肉厚の薄い拡張スリーブと、ナット部材と、１端に環状の膨大フランジを設けた管状部分を有する基準肉厚の薄い拡張スリーブであって、前記ピンねじ部の前記最大径よりは大きく、前記平滑な軸部の径よりは小さい内径を有する前記スリーブとを備え、前記ピン部材が、前記ピン頭部に隣接する拡大径の平滑な軸部と、概ね前記平滑な軸部から前記ピン部材の他端まで伸長するねじ部と、前記ねじ部内に位置決めされ、前記ねじ部の自由端に脆弱部分を画成する破断溝であって、前記ピン部材の内、最も弱い部分であり、かつ全体として小さい大きさの予め選択された荷重にて破断し得るようにされた前記破断溝とを備え、前記ピンねじ部が、前記平滑な軸部の径より小さい、最大の径を有し、前記スリーブの前記管状部分が、製作物の概ねの最大全肉厚以下でない長さを有すると共に、前記ピン部材を取り付けた状態にて、前記スリーブを製作物の穴内に組み合わせることの出来る外径を有し、前記ナット部材が、１端にナットねじ部、その他端に膨大頭部を有し、前記膨大頭部が、前記スリーブの前記管状部分の外径より大きい径の膨大さら穴を有し、前記膨大さら穴が、最小の全肉厚を有する製作物の場合、該製作物を越えて伸長する前記スリーブの管状部分の最大伸長部分と少なくとも等しい軸方向深さを有し、前記ナットねじ部が、予め選択された軸方向長さを有し、前記ねじ部の前記脆弱部分が、前記ナットねじ部の軸方向長さの約１／２以下でない、軸方向長さを有し、前記ナット部材が、予め選択された全体的な軸方向高さを有し、前記ピン部材が、製作物の最大全肉厚と、前記ナット部材の前記予め選択された高さと、及び前記スリーブフランジの肉厚との概ねの合計寸法より長くない、前記ピン頭部から前記破断溝に至る前記ピン軸部の前記部分の長さを有し、前記ピンねじ部が、その全長に亙って連続的にねじが形成され、よって、前記ナット部材が、前記ピンねじ部上に、かつ前記ピンの脆弱部分を経て、前記破断溝と交差し、前記破断溝のピン頭部側における前記ねじ部の前記部分上に螺入され、前記破断溝が、前記ピン部材を前記スリーブ内まで完全に引き入れるのに要する最大の軸荷重と少なくとも等しい軸方向強度を備え、前記ピンの平滑な軸部が、前記スリーブを製作物の穴内に広げ、予め選択されたしまりばめ状態を提供するようにしたことを特徴とする固着システム、及び、前記ピンと共に、前記スリーブを前記製作物の穴内に位置決めする段階と、１端にナットねじ部、その他端に膨大頭部を有する取り付け部材であって、前記膨大頭部が、前記スリーブの前記管状部分の外径より大きい径の膨大さら穴部分を有し、前記さら穴部分が、最小の全肉厚を有する製作物の場合、該製作物を越えて伸長する前記スリーブの管状部分の最大伸長部分と少なくとも等しい軸方向深さを有する、前記取り付け部材を前記ピンの前記軸部に適用する段階と、前記ピンのねじ部上の前記ナットねじ部を介して、前記取り付け部材にトルクを加え、前記膨大頭部が対向する１つの製作物に係合する状態にて、トルクを与え続けることにより、前記ピン部材の前記平滑な軸部を前記スリーブ内に引き入れ、前記被加工物の穴内にて、前記スリーブを広げ、予め選択されたしまりばめ状態にする段階と、前記ねじ部の前記脆弱部分を切断する段階とを備えることを特徴とする前記製作物の固着方法。
１３．前記取り付け部材が、前記ナット部材であり、前記ナット部材が、トルクを加えられて、前記ピン部材を引っ張り、前記スリーブを半径方向に広げた後、前記脆弱部分が、別々に切断されることを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のシステム。
１４．前記スリーブを軸方向に広げた後に限り、前記取り付け部材を前記脆弱部分に取り付け、トルクを加えて、前記脆弱部分を切断し、かつ前記ナット部材を前記破断溝のピン頭部側における前記ねじ部分の前記部分に適用し、トルクを加えて、製作物との間に希望の締め付け荷重が提供されるようにしたことを特徴とする請求の範囲第１２項に記載のシステム。
１５．前記破断溝が、前記最大の軸荷重の約２０％より大きくない、軸方向強度を備えることを特徴とする請求の範囲第１２項乃至第１４項のいずれかに記載のシステム。
１６．前記取り付け部材の前記膨大頭部が、係合した製作物の穴を密に包囲して、支持体を提供する支持面を有し、よって、前記ピン部材が軸方向に動くことにより、前記スリーブが半径方向に広がったときの層間剥離を防止し得るようにしたことを特徴とする請求の範囲第１５項に記載のシステム。