JPH0819925B2 - 可変締め付け応力ファスナー - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は２部品ファスナー、特に可変締め付け応力を
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、ファスナーを予選定された最
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、すなわちナッ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け応
力が予測出来ない事である。しかし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け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ブを含
む前記シャンク上のロックグルーブ部と、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
グルーブ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ブ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ブの前記ネジ山
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ブ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ブから
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を提供す
る。

また本発明は、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、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
ブを含むロックグルーブ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、この管状つばは
前記の螺旋ロックグルーブ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ブによ
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
ルーブ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ブ部の上にね
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ブ
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、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
ーブから出し、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
ロックグルーブ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
ックグルーブ部は螺旋形オスネジの形を有する。管状つ
ば、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。しかしこのメスつばネジ山は、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、管状つばの変形とピンの螺
旋ロックグルーブ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、管状つ
ばがピン上を自由に動き、このような有限メスつばネジ
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、管状つばがピ
ン部材の螺旋ロックグルーブの中に据え込まれる。この
螺旋ロックグルーブは、従来技術のロックグルーブと異
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
クグルーブは螺旋形であって、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ブ
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
ブ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ブ断面の降伏強
さとの相当部分に対応する値の保持締め付け応力を生じ
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
の浅いグルーブからの管状つば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け
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ブ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、螺旋ロックグルーブ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ブの断面において、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ブより遥
かに浅い螺旋ロックグルーブ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、浅い螺旋形グルーブは浅い環状グルーブと比較し
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ブ構造と
環状の浅いグルーブ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、非常に高い締め付け荷重を生じ
る。本発明の１実施態様において、ファスナーは、浅い
螺旋ロックグルーブ構造の故に直径に対して最大限のピ
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
け操作において高い最終的締め付け荷重のもとに、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
の可変締め付け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
ルーブ構造の利用は、こりような降伏に抵抗する顕著な
ファクタである。この浅いグルーブ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ブ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。もしピンロックグ
ルーブがつばの据え込み中に歪めば、このピングルーブ
はつ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ブを
有する高強度ピンの場合、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株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図のピンの部分図、第４図は第１図の
ピンのピンヘッドと類似であるが平滑な外周面を有する
ピンヘッドの斜視図、第５図は平滑な外周面を有するブ
ラジャ型ピンヘッドの斜視図、第６図は第１図と第２図
のつばの一部破断斜視図、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
ルーブの一部の拡大断面図、第９図は第１図のファスナ
ーの切り株型変形を示す第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はピン部材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の一端の拡大突出ヘッド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
の複数グルーブ26によって画性されたロックグルーブ部
25がある。移行部28がロックグルーブ部25を真直部24に
平滑に連結している。

ブレークネック・グルーブ40がロックグルーブ部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
っ張りグルーブ44から成り、これらの環状引っ張りグル
ーブはシャンク15およびロックグルーブ部25に対して小
径である。引っ張りグルーブ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
ルーブ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は環状コレック組立体52の中
に配置され、この組立体52はアンビルハウジング54の中
に滑動自在に支持され、このアンビルハウジング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、ピンヘッド22とつばフラン
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
ルーブ26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
末端に端ぐりによって部分的に画成されている。ネジ63
またはショルダ69の幅はグルーブまたはネジ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
最大径を有するので、つば14はピン12の上を移動させら
れて、容易にロックグルーブ部25に係合させられる。ピ
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
ブ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をさらに軸方向にピン
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はピン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、つば14がロックグルーブ部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、
ピン12がブレークネック・グルーブ40において破断し
て、据え込み工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、つばエゼクタ部材58が
前方に動かされて、据え込まれたつば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
て有限つばネジ山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ブ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、可変締め付け操作は、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・グルーブ40においてピンが破断
した後にピ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、螺旋ロックグルーブ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ブ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、ロックグルーブ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ブ26間のピッチ、 2. P/Xはショルダ60の幅であって、Ｘは、ピンショル
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の素材とピン部
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ブ26の深さ、 4. Drは螺旋ロックグルーブ26の有効底部直径、 5. Duはピンショルダ60の稜部直径（またはネジピン部
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
Ｌ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Ｌ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Ｌ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、グルーブ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。グルーブ深さ
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ブ深さｈが望まし
い、すなわち（h/Du）x10²＝４。このように浅いグルー
ブの場合、所定の稜部直径Duを有するピンについて底部
直径Drが最大と成る。これにより、与えられた素材のピ
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。実際にはグルーブ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、所定直径のピンについて、通常のネジピンより
も引っ張り強さと疲れ限度を増大する。同時に、浅いグ
ルーブ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、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。

浅いグルーブ構造の場合、管状つば14が螺旋ロックグ
ルーブ26の中に据え込まれた時にこの螺旋ロックグルー
ブ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、管状つば14の素材量
は“オーバパッキング”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）とピン部材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
ブ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％の余分量のつば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ブ26の場合、この16％
以上のつば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
のロックグルーブほどに大でないからである。前記の
“オーバフィル”または“オーバパッキング”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。

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は据え込み前のつば14の内径； Dmは螺旋ロックグルーブ26の平均直径； はスロート36の据え込み部分である。

螺旋ロックグルーブ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AISI4140合金網またはAIS
I1541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の局限剪断強さを有するAISI1035炭素鋼で
作る事ができよう。一般に、約1.8:1〜約2.4:1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ピン12を
使用する事が望ましい。故にピン部材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ブ26
は従来の浅い螺旋ロックグルーブよりも形成し易く、ま
た実際上、ピン部材12が硬化された後に形成する事がで
きる。

しかし、高度の締め付け荷重をうるため、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ブ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とつば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またはつば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
螺旋ロックグルーブ26の中への据え込みと流れを促進し
て所望の締め付け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ブ26から顕
著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
ックグルーブ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14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予荷重を与えず、また16％以下
のオーバフィルは過度の荷重を生じてピン部材12を降伏
させる可能性がある。前述の相対剪断強さを有する鉄素
材のピン部材12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12のグルーブ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のかみあいグルーブによって
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60の幅および据え込まれた管状つ
ば14の補形のグルーブ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のグルーブ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ブ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ブを相互につり合わ
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ブ部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
グルーブ26のショルダ60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。同時に浅いグルーブ構造は底部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、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をその予締め付け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
ルーブ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・グルーブ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とつばフランジ59のスパナ面に
対して適当な工具を当接させて、管状つば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、管状つば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
防止グルーブを追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ブ部25aの中に複数の軸方
向グルーブ67を有し、つば（管状つば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
ブ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2
2cを図示してある。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1
4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22cと、平滑フラ
ンジを有するつば14d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
旋ロックグルーブ26aの上に平滑型のつば14dを設置する
には、ピン部材12aの引っ張りグルーブ部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と管状つば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・グルーブ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
“e"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と杆状つば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16
e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、ロックグルーブ部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
ルーブ26eによって画成されている。移行部28eが螺旋ロ
ックグルーブ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に終わっている。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14e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ブ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ブ2
6e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とつばフランジ59e上のスパナ面によ
り、所望の締め付け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10eに当用
して、管状つば14eの外側末端に係合した据え込みアン
ビル部56eとピンヘッド22e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、
有限つばネジ山63eが管状つば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14e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と管状つば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、管状つば14
eが螺旋ロックグルーブ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
初期において有限つばネジ山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
ルーブ26eの中への管状つば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け
荷重を変動させる事ができ、しか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可能と
する独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、浅い螺旋形グルーブをピンに備える
事ができ、これにより、所望の高い締め付け荷重を有す
ると同時に、ピンのロックグルーブ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つばの離脱
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。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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ブを含む前記シャ
   ンク上のロックグルーブ部と、 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ブ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ブを全体として
   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
   旋ロックグルーブの前記ネジ山とかみ合う有限メスネジ
   山を有し、 このようにして、 前記管状つばは、工作物を多少とも相互に選択的に締め
   付けまたは位置決めをするように前記ロックグルーブ部
   上に圧着されることができ、 前記の有限つばネジ山は、前記ピンと前記管状つばとの
   間に前記設置工具によって加えられる相対軸方向応力の
   第２設定値に対応して前記ロックグルーブによって変形
   され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設定値より小さい大きさである、 ことを特徴とするファスナー装置。
2. 【請求項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、前記の有限つば
   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項に記載のフ
   ァスナー装置。
3. 【請求項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項に記載の
   ファスナー装置。
4. 【請求項４】前記の螺旋ロックグルーブはピンのロック
   グルーブ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ブに対し
   て相補的なロックグルーブ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ブ部とシ
   ョルダ部および前記つばのロックグルーブ部とショルダ
   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項のいずれかに記載のファスナー装
   置。
5. 【請求項５】前記の有限つばネジ山は有限ショルダ部に
   よって画成され、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ブ部の軸方向幅と実質的に等し
   い請求の範囲第４項に記載のファスナー装置。
6. 【請求項６】前記の螺旋ロックグルーブは複数の周方向
   に延在するピングルーブと対応のピンショルダとを含
   み、前記ピングルーブは浅く、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
   ブとショルダおよび前記管状つばの螺旋ロックグルーブ
   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項に記載のファスナー装置。
7. 【請求項７】前記のピングルーブは前記ピンショルダよ
   り実質的に幅広く、また前記のピングルーブは、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項に記載のファスナー装置。
8. 【請求項８】前記のピングルーブ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項に記載のファス
   ナー装置。
9. 【請求項９】前記の有限つばネジ山は有限グルーブ部と
   有限ショルダ部とによって画成され、前記有限グルーブ
   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
   グルーブの軸方向幅と実質同一である請求の範囲第６項
   に記載のファスナー装置。
10. 【請求項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ブ部と、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
    ックグルーブとの間に配置されたブレークネック・グル
    ーブとを含み、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ブとを動きばめする直径を有する請
    求の範囲第１項に記載のファスナー装置。
11. 【請求項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
    ーブ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項に
    記載のファスナー装置。
12. 【請求項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項に記載のファス
    ナー装置。
13. 【請求項１３】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
    ーブ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み、 前記のスパナ係合手段は前記の管状つばの上に第１スパ
    ナ係合面と前記のピン部材の引っ張り部の上に第２スパ
    ナ係合面を備え、前記の第１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てあり、前記の第２スパナ係合面
    と前記の引っ張り部とは前記ブレークネック・グルーブ
    における破断に際して除去される請求の範囲第10項に記
    載のファスナー。