(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
締結具において、
複数のワークピースに整列した開口内に配置するのに適した細長いピンシャンクを有するピン部材であって、前記ピン部材の第１端部は、前記ワークピースの一方の側における表面に係合する頭部で終端し、第２端部は、前記ワークピースの反対側における、反対側表面を通り過ぎて延在する溝付部分で終端し、前記溝付部分は、周方向に延在しているピン溝と、そのピン溝に関連してピンクレストで終端するピン肩とで画成された複数のロック溝を有するロック部分を備えた、該ピン部材と、
前記ピン部材の第２端部から延びており、複数の引張り溝を備える実質的に真直ぐな引張り部分であって、前記ピン部材の前記ロック部分の外径より小さい外径を有する、該引張り部分と、
概ね真直ぐなカラーシャンクを備えるカラーであって、前記カラーシャンクは、前記ピン部材の前記引張り部分に加えられる相対的な軸線方向力に応じて前記ピン部材の前記ロック溝にスウェージするのに適し、これによって、所望の大きさのクランプ荷重をワークピースに加えるように構成され、前記カラーは、スウェージされるとき前記ピン溝およびピン肩と噛みあうカラー溝およびカラー肩を有する、該カラーと
を備え、
前記ピン部材および前記カラーは、前記カラーをスウェージングする際に、前記ピン部材の降伏が実質的に回避されるように、異なる大きさの最大剪断応力を有する構成とし、
前記ピン部材の前記ロック溝は、前記ピン溝、前記ピン肩および前記ロック溝の前記ピンクレストそれぞれに対する多くの半径により画成されるハイブリッドねじ山形状を有し、前記半径は、前記半径間で実質的に滑らかに移行するために様々な大きさのものが混ぜられていて、そのため、前記カラーがスウェージされるとき、連動して前記カラー溝及びカラー肩と前記ロック溝の補完的な噛合を促進し、また、前記カラーをスウェージするのに必要とされるスウェージ荷重を低減し、
前記ピン部材の前記引張り部分は、前記ピン部材の前記ロック部分の長さより短い長さを有し、前記ピン部材の第２端部からの前記引張り部分の突出長が比較的短くなるようにし、また、前記引張り部分は、前記締結具の据付の後で前記ピン部材の第２端部に残るように構成した、
締結具。
【請求項２】
前記ピン部材の前記引張り部分における引張り溝の全ては、同一直径を有するものとした、請求項１に記載される締結具。
【請求項３】
締結具において、
複数のワークピースに整列した開口内に配置するのに適した細長いピンシャンクを有するピン部材であって、前記ピン部材の第１端部は、前記ワークピースの一方の側における表面に係合する頭部で終端し、第２端部は、前記ワークピースの反対側における、反対側表面を通り過ぎて延在する溝付部分で終端し、前記溝付部分は、周方向に延在しているピン溝と、そのピン溝に関連してピンクレストで終端するピン肩とで画成された複数のロック溝を有するロック部分を備えた、該ピン部材と、
概ね真直ぐなカラーシャンクを備えるカラーであって、前記カラーシャンクは、前記ピン部材と前記カラーとの間に加わるスウェージ荷重に応じて前記ピン部材の前記ロック溝にスウェージするのに適し、このため、所望の大きさのクランプ荷重をワークピースに加えるように構成され、前記カラーは、スウェージされるとき前記ピン溝およびピン肩と連係動作するカラー溝およびカラー肩を有する、該カラーと
を備え、
前記ピン部材および前記カラーは、前記カラーをスウェージングする際に、前記ピン部材の降伏が実質的に回避されるように、異なる最大剪断応力を有する構成とし、
前記ピン部材の前記ロック溝は、前記ピン溝、前記ピン肩および前記ロック溝の前記ピンクレストそれぞれに対する多くの半径により画成されるハイブリッドねじ山形状を有し、前記半径は、前記半径間で実質的に滑らかに移行するために様々な大きさのものが混ぜられていて、そのため、前記カラーがスウェージされるとき、連動して前記カラー溝と前記ロック溝の補完的な噛合を促進し、また、前記カラーをスウェージするのに必要とされるスウェージ荷重を低減し、
各前記ロック溝がピッチ長さおよび深さを有し、このとき深さに対するピッチ長さの比率が約２．５から４である、
締結具。
【請求項４】
各ピン溝の前記クレストは、第１クレストおよび第２クレストを備え、前記第１クレストと第２クレストとの間の距離は、前記ロック溝のピッチを定め、前記半径は、第１，第２，第３，および第４半径を含み、そして、前記第２半径および前記第３半径は、前記ピン溝の底部分を定め、前記第１，第２，第３，および第４半径は、その間で前記のように実質的に滑らかに移行するように混ぜられる、請求項３に記載される締結具。
【請求項５】
前記混ぜられた半径によって定義されるハイブリッドねじ山形状は、環状ハイブリッドねじ山形状、螺旋ハイブリッドねじ山形状、および波型ハイブリッドねじ山形状からなる群から選ばれる、請求項４に記載される締結具。
【請求項６】
前記ピンおよび前記カラー間の剪断強さの比率は、約１．５から２．１の間である、請求項３に記載される締結具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、締結具、より詳しくは、複数部材構成のスウェージ型締結具、およびスウェージ工具を有する締結システムであって、低スウェージ荷重と高強度との最適なバランスを呈する締結システムに関するものである。また、本発明は、低スウェージ荷重の締結システムを用いた簡易据付方法に関するものでもある。
【背景技術】
【０００２】
多くの商業的利用場面においては、２部材構成の、ねじ切りやスウェージされた締結具、通称ロックボルトが、複数のワークピースを一緒に固定するために用いられている。参照例として、米国特許第２５３１０４８号、第３２１５０２４号、第３９１５０５３号、第４４７２０９６号、および第５０９０８５２号が挙げられる。これらの締結具の材料特性（非限定の例としては引張り強度および硬度）は、その締結具が使用される商業的利用場面によって変化する。締結具の多様な特性を区別するために、典型的には締結具はグレード（等級）で表記される。締結具のグレードはその強度の指標と成る。工業規格は、特定のグレードに適合するために締結具が必要とする強度を制定し、また個々の締結具の強度は、締結ボルトや締結ピンの材料の強度により決定される。例えば、１/２インチのグレード５の締結具は、呼び径１/２インチのワークピースの開口に使うための直径１/２インチのピンまたはボルトシャンク部分を有し、ＳＡＥ規格Ｊ４２９のグレード５、またはＡＳＴＭ規格Ａ−３２５に従えば、このようなグレード５の締結具は、１２０ＫＳＩ（キロポンド/平方インチ）の最小引張り強度を持っていなければならない。比較してみると、ＳＡＥ規格Ｊ４２９のグレード８、またはＡＳＴＭ規格Ａ−４９０においてグレード８の締結具に適合するためには、締結具は１５０ＫＳＩの最小引張り強度を持っていなければならない。グレード５締結具は、例えば鉄道（例えば鉄道列車）などの場面において頻繁に使用される。グレード８の締結具は通常、例えば、商用トラック産業においてトラック部品を固定するためなど、商用輸送場面において使用される。
【０００３】
通常、スウェージ型締結具はピンおよびカラーを有する。これらの締結具のほとんどは引張り型の変種でピンシャンクを備え、そのピンシャンクは、ロック溝を有するロック部分と、引張り溝を有する引張り部分とを備える。これらの引張り溝は、スウェージアンビルを備えた据付工具のチャックジョーの対応する歯に把持されるのに適する。このスウェージアンビルは、カラーと係合してピンとカラーとの間に相対軸力を与え、また、カラーの上に移動して、カラーをロック溝にスウェージする（絞り込む）のに適する。相対軸力は、チャックジョーに起因するピンへの引張荷重と、スウェージアンビルに起因するカラーへの圧縮荷重との組合せから成る。多くのスウェージ型締結具の引張り部分は、強度を低められた破断溝を介してロック溝付部分と連結される。この破断溝は、軸力または張力が事前に選択された（カラーをスウェージする際に必要な大きさよりも大きい）大きさに達すると破断するのに適して構成されている。したがって、引張り部分またはピン先は、スウェージング（絞り加工）が完了すると破断され、ピンシャンクから取り除かれる。他に、据付完了後にもピンに残る引張り部分を備えるスウェージ締結具もある。これに関しては、例えば米国特許第５３１５７５５号、第５５４８８８９号および第５６０４９６８号（これらはピンから切断されないねじ山引張り部分について開示している）を参照できる。つまり、これらの締結具は、例えば米国特許第５３１５７５５号の図１〜８から参照できるように、ピン先が無い。
【０００４】
比較的高強度（例えばグレード５以上）のスウェージ型締結具においてしばしば問題となるのは、カラーを完全にスウェージするのに、かなり大きい引張り荷重が必要とされることである。これは、据付工具の、特に引張り構造の早期磨耗や、ピンの引張り溝の剥離をもたらす。また、高いスウェージ荷重は、特に手動の据付工具が使用される場合には、概して設置プロセスを複雑なものとする。これらの欠点のいくつかを克服する試みとして、様々な据付工具の改変品が作られてきた。例えば、参照によって充分に記載しているかの如く本明細書中に組み込まれている米国特許第４２９９５１９号が開示する、エイコン形状のピン引張り部分と、これと相補対を形成する工具把持構造とは、工具の把持構造によって引張り部分の全ての引張り溝に噛合をもたらし、引張り溝の剥離に耐えるように構成されている。これに関しては、例えば、米国特許第４２９９５１９号の図１〜５を参照できる。他の工具は、必要なスウェージ力を加えるための補助として、単純に液圧式および/または空気圧式ピストンシリンダを組み込んでいる。これについては例えば米国特許第４５９７２６１３号および第４８７８３７２号を参照できる。しかしながら、これは工具を大きくかつ重くすることとなり、扱いが不便になったり接近性が制限されたりするので、結果として潜在的に、締結具を使用する際の精密な適用と、それによる最終的な据付品質とを危ういものとする。したがって、据付工具およびスウェージ型の締結システムのための方法には改善の余地がある。
【０００５】
スウェージ荷重が高くなる一番の原因は、壁が厚く、そのため特定の締結具グレード（例えば、グレード５やグレード８）の必須強度に到達するために、ロック溝を満たし過ぎるか過剰に充填するように構成されている締結具カラーを使用することにある。例として上記米国特許第５０９０８５２号（浅い溝および流線型の溝底形状を有する改良されたピンのねじ山形状を開示するもので、必須剪断強度を達成するために、そのカラーの管厚は厚く、このような浅い溝を過剰に充填するのに充分な材料を有する。）を参照できる。また、上記米国特許第５３１５７５５号、米国特許第５５４８８８９号、および米国特許第５６０４９６８号（浅いピン溝構造および、溝を過剰に充填するために少なくとも１６％の余剰材料を含む量を有するカラーシャンクを開示する）も参照できる。ロック溝の過剰な充填に関する問題は多い。上述の理想的でない過剰な高スウェージ荷重の、一番に起因するところだからである。したがって、スウェージ型締結具のデザインを改変することで、これらの欠点と、特に、極端な高スウェージ荷重を克服するために、いくつかの試みがなされてきた。
【０００６】
例えば、参照により充分に記載しているかの如く本明細書中に組み込まれている米国特許第６２３３８０２号および第６４９７０２４号は、２部材構成のスウェージ型締結具のための締結システムであって、幅が広く浅いロック溝のねじ山形状を有し、そのため従来の同等グレードのスウェージ型締結具に比べ、より低いスウェージ荷重において締結具を据付可能でありながら、据付されれば、基本的に同じ物理的特性（例えば、引張り強度やクランプ荷重）を保持する締結システムを開示する。スウェージ荷重が低いことで、小型かつ軽量の据付工具を有利に使用することができる。このシステムは、ピン先のある締結具にでも、ピン先の無い締結具にでも適用可能である。破断されない、ねじ山を有する引張り部分を備えた引張り型スウェージ締結具は、上記米国特許第５３１５７５５号に記載されているように、破断溝を破断させるための力を別途必要とすることがないから、引張り部分でのより少ないねじ山の係合の助けになるとされている。このような構成を用いることで、（１）引張り工具の螺合ねじを持つシンブル（金属環）またはナット部材の噛みあうねじ山に加わる応力が少なくなるので、工具の耐用期間が長くなり、（２）把持されるべき引張り溝の数が減るので、これらを把持するのに必要なピンの突出部分が短くて済むため、より短く、安価なピンを使用でき、（３）最終据付に必要とされる適用荷重が小さいため、据付工具を小型に、それゆえ軽量かつ安価に構成できる、とされている。このシステムは、内側駆動部の使用も促進する。例えば米国特許第５３１５７５５号の図１７および図１８（ピンシャンクの端部内のねじ穴の引張り溝と噛合可能な、ねじを有する引張ロッドまたはスピンドルを備える内側駆動構造を図示する）を参照できる。参照により充分に記載しているかの如く本明細書中に組み込まれている米国特許第５３１５７５５号、第５５４８８８９号、および第５６０４９６８号に詳述されるように、このような内側駆動部を使用することで、外側駆動部に比べ、突出部分を小さくすることが可能となる。外側駆動部を使用すると、代わりに、締結具の最終的な噛合いおよび外観がより有効なものとなる。
【０００７】
しかしながら、上記米国特許第６４９７０２４号に開示されているように、前述の利点を達成するためには、ねじ山形状（例えばロック溝構造）を、幅が広く浅い形態に変える必要があった。ねじ山形状を改変するのは、スウェージ荷重を減少するための選択肢として実行可能ではあるが、前述の第６４９７０２４号に開示されているねじ山は、大きく変化したもので、有意に大きいピッチと複数の異なる半径を必要とし、半径間で比較的急変し、（例えばある半径から他の半径に）不連続に移行するものである。このため、開示されたねじ山形状を有するピンを生産するのは、困難かつコストが嵩む。さらに、ねじ山形状の半径間での不連続な移行は、締結具がスウェージされる際に、カラー溝によるねじ山形状の相補的係合を最大化するのを妨げる。このため、ピンロック溝のためのねじ山形状にも、さらに改善の余地がある。
【０００８】
加えて、米国特許第６２３３８０２号および第６４９７０２４号に開示された型のカラーにおいては、硬度が高すぎるとスウェージ荷重が極端に高くなり、硬度が低すぎると強度が不充分となるため、その許容硬度はかなり狭い範囲に限定される。特により高グレードの締結具（例えばグレード５以上）は、産業界における引張り強度の要求に適合するために、ボルトおよびカラーの両方の硬度の増強が要求されるので、このように許容硬度がかなり狭い範囲に限定される構成は問題である。したがって、従来のカラーは、スウェージできる程に柔らかく、改変されたねじ山形状と両立し得え、かつ業界のグレード基準に適合する強度を備えるために、熱処理に晒されなければならない。これは、締結具の製造をさらに高コストで複雑なものとする。例えば、応力除去および焼入れ・焼戻しを含む、２つのこのような熱処理方法を考えると、応力除去によって安定して所望の硬度を得る、というのはとても達成困難であり、また、焼入れ・焼戻しは、高価であり、しかもカラーの表面を浸炭または脱炭すること無しに完成させるのは、とても困難である。これら両方の方法において時間およびコストがかかり、例えば、さらに炉運転のコストも必要とする。
【０００９】
このような経緯から、高強度かつ低スウェージ荷重の締結システムであって、数ある特質のなかでも、上記の米国特許第４２９９５１９号、第５３１５７５５号、第６２３３８０２号、および第６４９７０２４号に開示された低スウェージ締結具の利点を全て備えながら、時間およびコストがかかる、カラーの熱処理を必要としない締結システムが供給されると非常に望ましい。
【００１０】
このように、高強度かつ低スウェージ荷重の締結システムには技術的改善の余地がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の一つの目的は、低スウェージ荷重と高強度との最適なバランスを呈するスウェージ型締結具を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の目的は、熱処理（例、焼入れ・焼戻し、応力除去）を必要としない、鍛造し放し（ヘディングしたまま）のカラーを使用した締結具を提供することにある。
【００１３】
本発明の他の目的は、強度を保ちながらも、壁厚が小さく、このため軽量で、かつ低スウェージ荷重の高強度カラーを提供することにある。
【００１４】
本発明のさらに他の目的は、所望の締結具グレード（例えば、グレード５やグレード８）に適合するに充分な物理的特性（例えば、硬度や強度）を有する鍛造し放しカラーを提供することにある。
【００１５】
本発明の他の目的は、既存の締結具およびそのねじ山形状と一緒に使用でき、所望のグレード（非限定例としての、グレード５やグレード８）の必須強度を呈するカラーを提供することにある。
【００１６】
本発明の他の目的は、締結具をセットするのに必要なスウェージ荷重を低減し、それによって据付工具の部品（非限定例としての、スウェージアンビル（絞り金敷）、シンブル（金属環）およびハーフシェル）の磨耗を減らし、工具耐用期間を延ばすことにある。
【００１７】
本発明のまた別の目的は、締結具カラーにおいて、高価な熱処理工程（例えば、応力除去や焼入れ・焼戻し）を省略できる締結具を提供することにある。
【００１８】
本発明のさらに別の目的は、ピン先を備える締結具およびピン先の無い締結具を非限定的かつ明示的に含む、カラーを後付け可能な、新しい、または既存の品目の一部である、様々な形態のスウェージ型締結具と一緒に使用可能なカラーを提供することにある。
【００１９】
本発明の他の目的は、締結具ピンのロック溝を過剰に充填しないことよって、カラーの強度レベルを維持または改善しながらスウェージ荷重を低減するために、カラーの硬度を増すことにある。
【００２０】
本発明のさらに他の目的は、従来の浅いまたは波形のねじ山形状において経験された欠点を克服するようにデザインされた、改良された締結具ロック溝のねじ山形状を提供することにある。
【００２１】
本発明の他の目的は、スウェージ荷重を低減するように構成される一方、比較的製造が簡単で、そのため経済的な、ロック溝のねじ山形状を提供することにある。
【００２２】
本発明のまた別の目的は、数ある利点の中でも、引張り溝と把持構造との係合を改善することによる利点をいくつか提供する補完的な引張り溝および工具の把持構造物形状を提供することにあり、例えば、ピンの引張り部分の直径を縮小し、シンブルの断面を拡大することで、引張りねじ山の厚さおよび強度を増し、ピンの引張り部分の突出部分長さを最小限に抑えることで、把持構造（例、シンブル）の耐用期間を延ばす。
【００２３】
したがって、本発明の主な目的は、改良された、高強度のスウェージ型締結具とその締結具のための鍛造し放しカラーとを提供することにあり、これらは、既存の工具によって低いスウェージ荷重で設置でき、所望の締結具グレードにおいて最適な材料特性（例えば、硬度や強度）を呈するものである。また本発明の主な目的は、鍛造し放しカラー、改良されたピン引張り部分と据付工具形状、および優れた締結具ねじ山形状の少なくとも１つを備えた低スウェージ荷重の締結システムを提供することにある。
【００２４】
これらの目的および他の目的は、低スウェージ荷重の締結システムおよび方法を提供する本発明によって実現される。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の一実施形態において、このシステムの締結具は、ロック溝の過剰な充填を避けるのに適した、高硬度で壁厚の薄いカラーを有する。このカラーは、同等グレードの既知の締結具と比較して非常に経済的に生産でき、容易にスウェージできる。これは、本発明のカラーが鍛造し放しで使用されるので、コストのかかる熱処理（例えば、焼入れ・焼戻しや応力除去）を必要としないからである。また、このカラーは、ピンロック溝のねじ山形状の改変も必要としない。それゆえ、このカラーは、多様なロック溝ねじ山形状を有する既存のピンおよび据付工具と一緒に容易に使用可能であり、また、その壁が薄いためにスウェージ荷重が低減したことで、据付工具の耐用期間が延び、および/または、据付工具がより軽くなってその扱いがより簡単になる。本発明の締結具およびそのためのカラーは、グレード５およびグレード８の工業締結具規格を満たすのに充分な、驚くべき予想外の高強度性能を呈しながらも、前述の効果の全てを呈する。
【００２６】
したがって、この低スウェージ荷重の締結システムは、複数のワークピースを互いに固定するよう構成されたスウェージ型締結具のためのものである。このスウェージ型締結具は、ワークピースの整列した開口内に配置するのに適した細長いピンシャンクを有するピン部材を備える。このピン部材の一端部は、複数のワークピースのうち一方の側の表面に係合するのに適した拡大頭部において終端し、他端部は、複数のワークピースのうち反対の側の、反対側の表面を通り過ぎて延在するのに適した溝付部分で終端する。このピンの溝付部分は、円周方向に延在するピン溝とそれに関連してピンクレスト（ピン頂部）で終端するピン肩とにより画成された複数のロック溝を有するロック部分を備えている。
【００２７】
この締結具は、ピン先の有る締結具およびピン先の無い締結具からなる群から選択されることができる。また、この締結具のピンの溝付部分はピン先を有さずに雌ねじ付ねじ穴を備えても良く、この場合に据付工具は、締結具をスウェージする間、このねじ穴に螺合するよう構成された内側駆動部を備える。
【００２８】
本発明の他の実施形態において、この低スウェージ荷重の締結システムはピンを備え、このピンは、そのピンの第２端部から伸びる、複数の引張り溝を備えた、実質的に真直ぐな引張り部分を有する。この引張り部分の外径は、そのピンのロック部分の外径より小さい。これに関連した据付工具は、上記引張り部分の引張り溝と補完的に噛合するための引張り部分を備えたコレットを有する。このピンの端部から引張り部分が突出する長さは比較的短い。このため、その引張り部分はスウェージ後もピンに残すか、またはそれを切り落とすか、ピンに任意に設けられる破断溝での破断によって取り除くことができる。その引張り部分の直径が小さいことで、据付工具はより厚く強くなる。また、その引張り部分が真直ぐなことで、据付工具による優れた係合が可能になる。
【００２９】
据付工具の引張り部分の第１歯の直径は、その工具の他の歯よりも大きくても良く、このことで、工具の耐用期間が延びる。この工具は、比較的小さいスウェージ荷重を備えることで、さらに改善され、スウェージ荷重もさらに低減できる。
【００３０】
この低スウェージ荷重の締結システムのさらに他の実施形態において、締結具ピンのねじ山形状は、複数の異なる半径を有することで画成し、それぞれの半径間でねじ山形状が実質的に滑らかに移行するものとしても良い。こうすることにより、カラーがスウェージされるときのその溝への嵌合が改善される。この種のねじ山形状においては、ねじ山転造に使用されるねじ転造ダイスが複雑になることが無い。
【００３１】
この明細書で開示する発明の他の態様としては、複数のワークピースを互いに固定するよう構成されたスウェージ型締結具のための低スウェージ荷重の締結システムがある。このスウェージ型締結具は、ワークピースの整列した開口内に配置するのに適した細長いピンシャンクを有するピン部材を備える。このピン部材の一端部は、複数のワークピースの一方の側の表面に係合するのに適した拡大頭部において終端し、他端部は、複数のワークピースの反対の側の、反対側の表面を通り過ぎて延在するのに適した溝付部分で終端する。
【００３２】
この溝付部分は、円周方向に延在するピン溝と、それに関連してピンクレスト（ピン頂部）で終端するピン肩とにより画成された複数のロック溝を有するロック部分を備えている。
【００３３】
据付工具は、スウェージキャビティを有するアンビル（金敷）部材を備える。また、鍛造し放しカラーも備え、このカラーは、据付工具によってピン部材と鍛造し放しカラーとの間に加えられる相対軸力またはスウェージ荷重に応じて前記ピン部材の前記ロック溝にスウェージされるのに適する概ね真直ぐなカラーシャンクを備える。
【００３４】
互いに固定されるワークピースに加えられる所望の大きさのクランプ荷重が、締結されるジョイントを定める。前記据付工具のスウェージキャビティは、前記カラーシャンクに係合してこれを半径方向内方にスウェージする（絞り込む）ように構成される。鍛造し放しカラーは、スウェージされると前記ピン溝およびピン肩と噛みあうカラー溝およびカラー肩を有する。ピン部材および前記鍛造し放しカラーは、前記ピン部材に前記カラーをスウェージする際に前記ピン部材の降伏が実質的に回避されるように、異なる大きさの最大剪断応力を有する互いに異なる材料から成る。
【００３５】
コレットは、前記コレットからの突出部分を有し、これによりコレットの引張り部分の長さがカラー方向に延び、このためアンビルとの接触領域が増える
【００３６】
鍛造し放しカラーは熱処理を必要とせず、前記鍛造し放しカラーの概ね真直ぐなカラーシャンクの壁厚は比較的薄いため、前記鍛造し放しカラーに必要なスウェージ荷重が低減する。
【００３７】
前記突出部分は、コレットの先端ねじ山の前方に隣接する環状平担面を形成し、その平担面の前方には環状前方傾斜面があり、さらに第２の平担面および、コレットの外径との交線まで戻る傾斜平担面がある。
【００３８】
ピンの引張り部の端部は、溝の底と一致する直径位置までは細くされず、これにより端部の引張りクレスト（頂部）の剪断強度を高める。
【００３９】
さらに異なる態様において、引張り部の最終引張りクレストは、コレットの最終歯の拡大した引張り部半径に合致する輪郭を有する。
【００４０】
前述の低スウェージ荷重構造の全ては、個々に使用されても、またはいかなる適切な組合せにもおいて使用されても良い。上述の低スウェージ荷重システムを用いた、複数のワークピースを互いに固定するためのスウェージ型締結具と方法も開示される。
【００４１】
本発明の包括的な理解は、以下の本発明の好適な実施形態の説明を添付図面と併せて読むことによって得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】除去可能なピン先を備えるピンを有するスウェージ型締結具に使用される場合の、本発明の実施形態に従った、低スウェージ荷重の締結システムおよびそのための据え込み鍛造し放しカラーの断面図である。
【図２】ピン先の無いスウェージ型締結具に使用される場合の、図１に示す低スウェージ荷重の締結システムおよびそのための据え込み鍛造し放しカラーの断面図である。
【図３】ピン先の無いスウェージ型締結具に使用される場合の、本発明の他の実施形態における、図１に示す低スウェージ荷重の締結システムおよびそのための据え込み鍛造し放しカラーの断面図である。
【図４】従来技術におけるスウェージ型締結具のためのカラーの平面図である。
【図５】本発明の実施形態に従って、減少した壁厚を有する、図１〜３に示す据え込み鍛造し放しカラーであって、本発明の実施形態に従い、管厚が小さいカラーの等角斜視図である。
【図６Ａ】波形のロック溝ねじ山形状の横断見本図である。
【図６Ｂ】深いロック溝ねじ山形状の横断見本図である。
【図６Ｃ】ハイブリッドロック溝ねじ山形状の横断見本図である。
【図７】本発明の実施形態に従った、改良された締結具ピン引張り部分および据付工具の形状の断面図である。
【図８】図７に示す据付工具のためのコレットの端部の断面図である。
【図９】図７に示すアンビル部材の断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に従った、改良された締結具ピン引張り部分および据付工具形状の断面図である。
【図１１】図１０に示す据付工具のための上記異なるコレットの端部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
本明細書で用いられる、上側、下側、前方、後方などの方向性のある表現は、図示される要素の配置に関するもので、請求の範囲を限定するものではない。
【００４４】
本明細書にて用いられる用語”複数"とは、単数または単数より多い（例えば、複数の）ことを指す。
【００４５】
本明細書に記載の用語「鍛造し放し（as-headed）」とは、熱処理（例えば、焼入れ・焼戻しや応力除去）によって硬度を変えるのでなく、例えば冷間鍛造加工によってひずみ硬化されたカラーのことを指す。本発明のカラーは、熱処理が不必要でありながら、高強度（例えば、グレード５または８の強度）を呈するものである。
【００４６】
本明細書にて用いられる表現「低スウェージ荷重の」とは、本発明の締結システムの特徴（例えば、鍛造し放しカラー、小径ピン先引張り部分、修正されたねじ山形状）により、同様のグレードの従来の締結具と比較して所要スウェージ荷重が低減していることを説明する、比較を目的として使用される表現である。このような低いまたは低減されたスウェージ荷重の代表的な例は、本明細書の表および対応する開示において数値で表されている。
【００４７】
同様に、本明細書において用いられる表現「縮小された壁厚」とは、同様のグレードの従来の締結具のカラーと比較して、本発明のカラーの壁厚がより薄い構造であることを説明する、比較を目的として使用される表現である。例えば、例示的カラーの壁厚は薄くなっており、材料の量も少なく、そのため多くの公知の締結具と違い、ロック溝を過剰に充填しない構造となっている。
【００４８】
本明細書にて用いられる用語「引張り部分」とは、締結具ピンの例示的なピン引張り部分、およびこれに係合する、据付工具の補完的な引張り部分を指す。本明細書で後述されるように、例示的な引張り部分の形状は、実質的に真直ぐで、小径で、両側が平行な引張り部分を備え、これは、例えば、本明細書に組み込まれる米国特許第４，２９９，５１９号の、テーパー状のエイコン形状の引張り部分およびこれを補完する用具の部分と比べて、ピンのロック溝付部分の端部から突出する長さが短い。
【００４９】
本明細書にて用いられる表現「ねじ山形状」とは、本発明の例示的な、改良されたピンロック溝のねじ山形状を指す。他の新しい特徴のなかでもこのねじ山形状は、ある意味では様々なねじ山形状の一定の特徴のハイブリッドであるという点において、この新しいねじ山形状はハイブリッドである。しかしながらこの例示的なハイブリッドねじ山形状を発展させ、これに関連して寄与可能なその利点を達成するために、様々なテストと実験が必要とされた点は理解されるであろう。
【００５０】
本発明の実施例における締結具は、ある特定のサイズ、つまり呼び径に関して規定されているが、そのコンセプトは、様々なサイズ（例えば、直径や長さ）の締結具に容易に及ばせることができる。
【００５１】
図１〜３、および図７に示すように、本発明は、例えば本明細書に援用する上記米国特許第６４９７０２４号に説明される締結具のような、複数部品（例えば、ピンおよびカラー）からなるスウェージ型締結具に関する。図１〜３、６Ｂ、６Ｃ、および７において、同等の締結具部品は、各図において同じ番号が付けられ、ただし区別のためのアルファベット、「ａ」（図２），「ｂ」（図３），「ｃ」（図６Ｂ），および「ｄ」（図６Ｃおよび図７）を含み、他に特記されることが無ければ、実質的に同じであると考えられる。例示的な低スウェージ荷重の締結システム５０および鍛造し放しカラー１４の第一の特徴は、図１，２，３，６Ｂ，６Ｃおよび７のそれぞれにおいて、締結具１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄのそれぞれに使用した状態で示されている。
【００５２】
図１は本発明の、ピン先４１を持つピン部材１２と、鍛造し放しの低スウェージ荷重カラー１４とを備えた締結具１０を示す。ピン部材１２は細長のシャンク１５を有し、このシャンク１５は、一対の、相互に固定されるべきワークピース１８，２０の整列した開口または孔１６および１７をそれぞれ通って延在する。シャンク１５の一方の端部で広く隆起した頭部２２は、ワークピース１８の背面２３に係合する。シャンク１５は、頭部２２に隣接して、真直ぐで滑らかな円筒形のシャンク部分２４を有し、このシャンク部分２４は、一直線上に整列した孔１６および１７にすき間ばめで受容されるのに適している。ただし、据付条件によっては、真っ直ぐなシャンク部分２４のサイズは、孔１６および１７の一方または両方に対するぎりぎりの許容誤差での嵌合または締まりばめをもたらすように決定できる点は理解されるであろう。真っ直ぐなシャンク部分２４には、周方向に延在する環状ロック溝２６を複数有するロックシャンク部分２５が隣接して一体に続く。
【００５３】
図１に示す締結具１０は、先述のように、真っ直ぐな環状ランド４２と、これに続く複数の環状の引張り溝４４とを有するピン先または引張りシャンク部分４１を備える。谷径の小さい破断溝４０は、ロック部分２５と引張り部分４１の環状のランド４２との間に位置し、ここがピンシャンク１５の最も弱い断面となる。これらランド４２および引張り溝４４を備える引張り部分４１の直径Ｄａは、ロック部分２５のロック溝２６のクレスト７１の直径Ｄｂと比較して小さい。また、直径Ｄｂは、真っ直ぐなシャンク部分２４の直径と等しい。ただし、孔１６および１７に対し図示しないがぎりぎりの許容誤差での嵌合やわずかな締まりばめとなる適用形態においては、ロック溝２６のクレスト７１の直径は、真っ直ぐなシャンク部分２４の直径よりも小さい（図示せず）ということは理解されるであろう。引張り溝４４は、上記米国特許第６４９７０２４号に示されかつ記載された方法で締結具１０を設置する際に使用される据付工具１００によって把持されるのに適している。
【００５４】
カラー１４の据付（例えば、スウェージング）に必要とされる工具１００は、概して当業者の知る形で構成することができ、それゆえ、記載を簡潔にするため部分的にのみ図示する。概要としては、工具１００は、周方向に間隔おいた複数のジョー１０４を有するノーズアセンブリ１０２を備える。このジョー１０４は、引張りシャンク部分４１の引張り溝４４を把持するのに適する。ジョー１０４は、アンビルハウジング１０８内に摺動可能に支持された管状コレットアセンブリ１０６の内側に配置され、アンビルハウジング１０８の一端部は、スウェージキャビティ１１２を有するスウェージアンビル部分１１０で終端する。通常、ジョー１０４は、ジョー従動アセンブリ１１６（図１に部分的に示す）によって、円錐軌道１１４内で、半径方向に収束する図示の位置に向かって軸線方向前方へ弾性的に付勢されている。ただし、本明細書に考察されるように、図１〜３に関して示されかつ記述されているもの以外の、他の適当な据付形状（例えば図７〜９に示される小径ピン先引張り部分１７７を参照）および方法も、この例示的な低スウェージ荷重の締結システム５０から想起されると、好ましい。
【００５５】
図２および図３は、それぞれピン先の無い締結具１０ａ，１０ｂの２つの代表的例に使用される例示的なカラー１４を示す。さらにこれらの図は、例示的なカラー１４が、どのようにして既存の多種多様な据付工具と一緒に容易に使用できるのかを示す。例えば、図２は、雌ねじ付ねじ穴２０４および検出ロッド２０６を有する外側駆動部２０２を備える据付工具２００を示す。この据付工具２００は、米国特許第６４９７０２４号においても詳細が説明されており、この説明は本明細書に組み込まれているものとする。概略を述べると、外側駆動部２０２は、溝２６ａと噛みあい、相対軸力をスウェージアンビル２１０に駆動または働かせるので、スウェージアンビル２１０のスウェージキャビティ２１２内にカラー１４が受容され、ワークピース１８ａおよび２０ａが互いに固定されるようにスウェージアンビル２１０がカラー１４をスウェージする。
【００５６】
図３は、他の型のピン先の無い締結具１０ｂに使用される例示的なカラー１４を示す。ピンシャンク１５ｂは、雌ねじ付ねじ穴７７のねじ山に対応するねじ山３０４を有する駆動ロッド３０２を備えた内側駆動部３０６を有する据付工具３００と一緒に使用するのに適した雌ねじ付ねじ穴７７を備える。このような据付工具は、米国特許第６４９７０２４号にも記載されている。要約すると、据付工具３００の内側駆動部３０６は、ピンシャンク１５ｂの雌ねじ付ねじ穴７７に係合し、スウェージアンビル３１０をカラー１４に向かって引張るので、カラー１４は、スウェージキャビティ３１２内に受容されてスウェージされる。
【００５７】
したがって、本発明の、鍛造し放しの低スウェージ荷重カラー１４は、多種多様な締結具およびその締結具のための工具であって、ピン先の有る締結具およびピン先の無い締結具を含むものと共に使用可能であり、これらの締結具および工具は、図２，３に示されるとともに上記米国特許第６４９７０２４号に記載された発明との関係で記述された改良されたねじ山形状と比較して、より深く狭い溝またはより短いピッチの、従来の環状または螺旋状のロック溝ねじ山形状を有する。このことは、重要な進歩だと言える。なぜなら、以下に簡単に述べるように、米国特許第６４９７０２４号の締結具の構造では、必要スウェージ荷重が扱える程度の大きさにまで低減されるものの、そうするためには、ねじ山形状を大幅に変える必要があり、またカラーには、必要な材料特性（例えば、強度）を得るために、熱処理（例えば、焼入れ・焼戻しや応力除去）が施される。本発明のカラー１４は、上述の改変されたねじ山形状（例えば図２，３に示す）の締結具に適用できるにもかかわらず、狭くて深いロック溝を備えた従来のまたは標準的なねじ山形状を有する締結具にも容易に使用することができる。図７および図７Ａと、米国特許第６４９７０２４号に開示された発明とを参照されたい。本明細書で後述するように、例示的な鍛造し放しカラー１４は、本発明の例示的な締結システム５０の改良されたハイブリッドねじ山形状２６ｄ（図６）と一緒に容易に使用することもできる。
【００５８】
図４および図５は、既知の従来技術のカラー（例えば、１４′）を本発明の例示的カラー１４と比較して示している。カラー１４′は、円筒型のシャンク６１′および貫通孔６５′とともに任意の直径の拡大フランジ５９′を備える。カラーシャンク６１′は、壁厚ｔ′が略均一である、略均一な円筒形状をなしている。カラー１４′は、真直ぐなシャンク部分６９′を有し、その外側の端部は、半径方向外方に広がるシャンク部分６７′で終端する。このシャンク部分６７′もまた、略厚さｔ′のものである。
【００５９】
本発明の例示的なカラー１４（図１〜３，５，７）のように、スウェージされる以前には、カラー１４′はピンシャンク１５の外側に配置されるのに適しており（例えば図１を参照）、ワークピース１８，２０（図１）と一緒にまとめられ、カラーシャンク６１′がロック溝２６と半径方向に整列する（図１）。同時に、フランジ５９′は、ワークピース２０の外面７３と係合する。ワークピース１８および２０の厚さの合計ｔ１（図１）は、締結具（例えば、１０）の公称グリップを規定する。ただし、締結具１０は、最小合計厚さがｔ１よりも小さいワークピース（図示せず）から、最大合計厚さがｔ１よりも大きいワークピース（図示せず）までの、所定のグリップ範囲にわたって使用できることは理解されるであろう。
【００６０】
本明細書に参考として組み込まれる米国特許第６４９７０２４号で論じられているように、カラーシャンクをスウェージするのに必要とされる相対軸線方向荷重は、均一直径の真っ直ぐなカラー孔部分６９′と、ロック溝２６のクレスト７１（例えば図１を参照）との間の隙間を縮小することで最小となる。米国特許第６４９７０２４号の発明において、この半径方向の隙間は特に半径方向に縮小され、従来のロックボルトのそれの約半分ほどになっている。例えば米国特許第６４９７０２４号の図７を参照されたい（典型的なスウェージ型締結具のねじ山形状を示す）。最小化された内径ＩＤ′によってもたらされる小さい半径方向の隙間によって、外径ＯＤ′は所望のボリュームをもたらすのに必要な厚さｔ′のものに抑えることができる。かくして米国特許第６４９７０２４号で論じられるように、内径ＩＤ′および外径ＯＤ′は、カラーシャンク６１′の所望の壁厚ｔ′をもたらすように選択され、それによって、スウェージに必要なカラー材料の量と、所望のロック溝充填の量とがもたらされる一方で、スウェージ荷重の所望の低減がもたらされる。
【００６１】
ただし、米国特許第６４９７０２４号の図４Ａ，７Ａ，８Ａおよび９Ａに示され、その明細書において論じられているように、このような締結具およびそのためのカラー１４′は、ロック溝２６を備えるための改良されたねじ山形状を必要とし、その改良されたねじ山形状は、（米国特許第６４９７０２４号の図４Ａ，８Ａおよび９Ａに示される改良された溝構造を、図７に示す従来技術の締結具と比較して）幅が広く、概して浅い。加えて、その改良された締結具のねじ山形状は、上述の高いスウェージ荷重を克服するのに寄与するが、それはまた、必要な材料特性（例えば、強度）を維持するために、カラー１４′の高コストな熱処理を必要とする。
【００６２】
したがって、スウェージ型締結具の設計を改善しようとするこれまでの試みの視点においては、その類の締結具の技術分野において、低スウェージ荷重と高強度との最適なバランスを誇示する、経済的で高グレードの締結具を生み出すことは、良く知られた長い間の望みであった。上述の締結具が、実質的にスウェージ荷重を低減するという目的は果たす一方で、今までは高コストなカラー熱処理とねじ山形状の改善によってのみそれが叶えられていた。数ある方法のなかでも本発明の低スウェージ締結システム５０がこれらの欠点を克服するのは、多種多様な既存の締結具およびそのためのねじ山形状と一緒に容易に使用でき、また、鍛造し放しで使用できて熱処理を必要としないのに、高グレード（例、グレード５およびグレード８）の材料特性（非限定例として、強度）を呈する上述の改善されたカラー１４を設けることによる。このためカラー１４は、改善された独立した構成部品として、または代わりに例示的な締結システム５０の他の低スウェージの特長と組み合わせて、遡及的に既存の締結具と一緒に使用することができる。
【００６３】
図５は、例示的な鍛造し放しの低スウェージ荷重カラー１４を、それぞれ図１〜３，７の締結具１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄと一緒に使用されているものとして、より詳細な等角斜視図で示す。例示的に低減した、カラー１４の壁厚ｔ（例えば、図４に示すカラー１４′の厚さｔ′と比べて）を示すために、カラー１４の一部分は切り欠いてある。このように、同様のグレードの締結具に関しては、本発明のカラー１４の内径ＩＤは、図４に示すカラー１４′の内径ＩＤ′と同じように、ロック溝クレスト７１（図１）の外径Ｄｂと実質的に等しい。ただし、例示的カラー１４の外径ＯＤは、従来技術のカラー１４′の外径ＯＤ′よりも小さく、結果として例示的な、カラーシャンク６１の壁厚ｔが低減する。今まで以上に詳しく後述されるように、壁厚ｔが低減することで、ロック溝（図１〜３，６Ｂ，６Ｃおよび７にそれぞれ示す２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ）にスウェージされるべき材料の量が小さくなる。このことは、例示的カラー１４の硬度が増したことと相まって、ロック溝（例えば、２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ）を過剰に充填しない結果となり、これは多くの従来技術におけるカラーの設計と正反対である。また、カラーの内径ＩＤを低減することで、スウェージの際にカラーがロック溝に係合するために動く距離が少なくなる。クレストの外形からカラーまでの隙間が従来技術より少ないため、本発明のカラーをロック溝にスウェージングする際に費やされるスウェージ荷重は、より少ない。従来技術のロックボルトシステムにおいては、カラーとクレストの外径との間の隙間がより大きかったため、カラーが隙間の空気を通過してロック溝内にスウェージされるまでに、カラーにより多くのスウェージ荷重がかけられていた。ロック溝２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを過剰に充填しない低減した壁厚ｔおよび、カラーとロックボルトのクレストの外径との間の縮小された隙間は、例示的カラー１４をスウェージするのに必要な相対的な軸線方向荷重を低減する。
【００６４】
したがって、本発明は、スウェージ荷重の類似する到達点までの低下を、公知従来技術よりも、より経済的で改良された方法で完成させる。例示的カラー１４の壁厚ｔの、例えばカラー１４′の管厚ｔ′と比べた正確な差異や低減量は、問題となっているある締結具のサイズ（非限定例として、１/２インチ，５/８インチ，３/４インチ）に一部依存するものとして理解されるであろう。例えば、カラー壁厚の違いは、例えば同等のグレードの１/４インチ締結具のペアにおいてよりも、同等のグレードの３/４インチ締結具のペアにおいてより大きい傾向にある。本発明のカラーシャンク１６の厚さｔが減ったことの効果、および厚さｔの代表的な数値の例は、以下に記載される実施例においてさらに詳しく説明され、理解されるであろう。これらの実施例は、鍛造し放しの高強度カラー１４および締結具（例えば、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）において、カラーシャンク６１の壁厚ｔが薄くなったことの効果を評価することを目的として実施されたいくつかの実験の結果を示し考察するものである。また、以下に記載する実施例は、改良点をさらに示すものであり、本発明を限定するものではない。
【実施例１】
【００６５】
実験１の目的は、ＨＳ５ＣＦ−Ｒ１２寸法で作られたカラーを鍛造し放しで使用しても、グレード８の基準を満たすか否かを判定することであった。ＨＳ５ＣＦ−Ｒ１２締着具は、市販のグレード５のスウェージ型締結具であって、テキサス州ウェーコに所在のハック・インターナショナル社によって製造されるものである。
【００６６】
この実験１は、焼入れおよび焼戻しされた一般的なグレード８のカラーの外径（ＯＤ）、硬度、スウェージ荷重、張力、および予荷重のテストを含むもので、このグレード８のカラーは、グレード５の鍛造し放しカラーとの比較においてテストされた。結果は、下の表１において定量化されている。
【００６７】
【表１】
0005602205.tif 000002
【００６８】
表１に示すように、カラー「Ａ」および「Ｂ」の双方において、そのスウェージ荷重は、現行の一般的なＨＳ８ＣＦ−Ｒ１２カラーより１８％低く、また、双方が、産業基準としてグレード５が要求する張力および予荷重の必要条件を満たす。実験１は、鍛造し放しカラーであるカラー「Ａ」が、カラー「Ｂ」に勝る異なる２つの効果を有することを明らかにした。
１）カラー「Ａ」は、熱処理作業（例えば、焼入れ・焼戻しや応力除去）を必要とせず、したがって、カラーを洗浄または脱炭する追加ステップを経験せず、
また、２）カラー「Ａ」は、カラー「Ｂ」よりも、業界仕様書の最小値よりも予荷重の余裕が特に高い。
【００６９】
カラー「Ａ」は、現行の一般的なグレード５のカラーと同等な実際の高い張力および予荷重を完全には有していなかったにもかかわらず、そのスウェージ荷重は、顕著に（１８％）低かった。このように、このテストは、本発明による、外径ＯＤが小さくそのため壁厚も薄い鍛造し放しカラーは、最適な材料特性を呈するとともに、経済的に、スウェージ荷重の低減（１８％）を達成することができることを裏付けた。
【実施例２】
【００７０】
実験２は、据付工具の耐用期間を改善するとともにグレード８のカラーを作るコストを削減するための経済的な方法を開発したいという願望に起因した。具体的には、この実験の目的は、より薄い壁の鍛造し放しカラーが、一般的な、焼入れ・焼戻ししたカラーと同じ張力および予荷重を維持して、スナッブ荷重を増やし、スウェージ荷重を減らすことができるかどうかを判定することであった。スナッブ荷重とは、カラー１４がピンロック溝２６、２６a、２６b、２６c、２６dに最初に係合するときの荷重である。この係合位置以降は、カラー１４はピン１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ上に重ねられているので、シート（例えば、ワークピース１８，２０；１８ａ，２０ａ；１８ｂ，２０ｂ；１８ｃ，２０ｃ）の隙間引き抜きは制限される。もし、スナッブ後に隙間が残る場合は、カラーの伸長が、ピン１２、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを引き伸ばすかわりに隙間を減少させることになるので、クランピングは減少する。
【００７１】
同じ作業手順および原料（張力５０ＫＳＩ）のＨＳＣＦ−Ｒ２０カラーを４つの群に分けた。ＨＳＣＦ−Ｒ２０カラーは、市販のカラーであって、テキサス州ウェーコに所在のハック・インターナショナル社によって製造されるものである。
【００７２】
グループ１は対照群であり、一般的方法（例えば、焼入れ・焼戻し）で処理された。カラー外径ＯＤは、２５．６３ｍｍ（１．００９インチ）であった。グループ２は鍛造し放しで、カラー外径ＯＤは２５．４０ｍｍ（１．０００インチ）まで小さくされた。グループ３は鍛造し放しで、カラー外径ＯＤは２５．２７ｍｍ（０．９９５インチ）まで小さくされた。グループ４は鍛造し放しで、カラー外径ＯＤは２５．１４ｍｍ（０．９９０インチ）まで小さくされた。
【００７３】
全てのカラーは、同じ表層品質および潤滑性を有するために、ショットブラストで仕上げられ、ワックスをかけられた。さらに、同じ据付工具および同じテスト計測器であったので、同じピンの作業手順が全ての試験において使用された。３つのテストは、スナッブ荷重、スウェージ荷重、予荷重および張力の各カテゴリを各グループにそれぞれ割り当てて行われた。報告を単純化するために、テストの平均値だけが本願明細書の表２において報告されている。
【００７４】
【表２】
0005602205.tif 000003
【００７５】
一般的なカラーに関するカラー外径ＯＤの公差範囲は、２５．７０ｍｍ（１．０１２インチ）から２５．５５ｍｍ（１．００６インチ）である。鍛造し放しカラーに同じ公差範囲を使用すると、許容カラー外形ＯＤの範囲は、約２５．４３ｍｍ（１．００１）インチから２５．２７ｍｍ（０．９９５インチ）となる。表２に表すように、表２の外径ＯＤの値は、約２５．１４ｍｍ（０．９９０インチ）から２５．６３ｍｍ（１．００９インチ）までにおよび、またこれらの値は最小値および最大値として見なすことができる。したがって、２５．４０ｍｍ（１．０００インチ）および２５．２７ｍｍ（０．９９５インチ）の平均値は、２５．６３ｍｍ（１．００９インチ）の公称値と直接比較することができる。
【００７６】
表２に定量化した結果が表すように、鍛造し放しカラーは、一般的な、焼入れ・焼戻ししたカラーに勝る利点として以下の点を提示する。
１．力学的値の向上スナッブ（隙間引き抜き）荷重は約４４％大きく、スウェージ荷重は約１１％低く、また、引張り強度および予荷重は約５％増加する。予荷重は、双方の型のカラーにおいて業界規格最小値より約７％大きいが、鍛造し放しカラーを使用すると、引張り強度は規格最小値の約３％上から、規格の約９％上まで改善される。鍛造し放しカラーは据付工具圧も約１０％〜２０％減少し、結果として工具摩耗が減少して、より利用しやすい小さい工具、および軽い工具となるのは、非常に重要な効果である。
２．品質の向上
カラーが焼入れ・焼戻しされないと、硬化層および脱炭の問題はなくなる。さらに、鍛造し放しカラーの硬度範囲は約１０Ｒｂに収まるので、硬度の一貫性は同じままである。また、硬度がグレード規格の最小値であるＲｂ６８に接近する場合、焼入れ・焼戻しされたカラーのいくつかは、張力必要条件を満たさないこともあり得る。これは、硬度が増した例示的な鍛造し放しカラーでは問題とはならない。
３．コスト削減
熱処理およびこれに関連するブラスト洗浄のステップを省くことで、鍛造し放しカラーの製造コストは削減される。さらに、カラー原材料のコストは、カラーを製造するために一般に使用される焼きなましされたＡＩＳＩ１０１０鋼ワイヤを、その焼きなましされたＡＩＳＩ１０１０鋼ワイヤと実質的に同程度加工硬化されるため例示的な鍛造し放しカラーの製造に使用され得る熱間圧延ＡＩＳＩ１００６ワイヤに置き換えることで、削減可能である。鍛造し放しカラーは、焼きなましされない、または焼なましされた低炭素鋼から作っても良い。これもまた、焼なまされず、そのためより安価である。
４．リードタイム削減
熱処理およびこれに関連する検査を省くことで、典型的にカラーの製造に必要とされる時間のうち、約２〜３日ほどを削減することができる。
【００７７】
したがって、実験２の結果は、本発明における鍛造し放しカラーを使用する利点をさらに裏付けた。さらに、実験１と併せて見ると、本発明の締結具およびそのためのカラーの、据付工具部品（例えば、アンビルやシンブル）の磨耗を減らし、工具耐用期間を延ばす能力は明らかになる。例示的鍛造し放しカラーはより硬いため、アンビルの磨耗は増加することが予想されたが、本発明によって発見されたことには、アンビルの磨耗は、例示的カラー１４の外径ＯＤを小さくし、それにより壁厚ｔを減らすことで、実際には顕著には変化せず、また、シンブルは、必要とされる工具圧を減らしたことで、耐用期間が延びた。
【実施例３】
【００７８】
実験１および実験２の結果に関して、実験３はさらにカラーの壁厚を減らす一方カラーの硬度を増すことの効果をテストし、高強度と低スウェージ荷重の最適なバランスを見出そうとした。隙間引き抜きは、結合に最適なクランプよりも低い結果をもたらす。ただし、実験２が明示するように、カラーの硬度を増すことで、カラーを据付するために必要なスウェージ力も増す。また、カラーの壁厚を減らすことで、スウェージ力は、スナッブ（隙間引き抜き）荷重に比べて不釣合いに低下する。したがって、先行する２つの実験の発見を組合せ、本実験は、張力および予荷重は変えずに維持し、スナッブ荷重を増やす一方スウェージ荷重を低減させることで据付工具の耐用期間を延ばすために、カラー硬度の増加とカラー壁厚の減少とのバランスを取ることで、従来の締結具設計の制限を克服することを目的とした。本実験は、また、将来的に予想される新しいカラーへの切替えを、可能な限り単純なかつコスト効率の良いものとするために、前述のことを、一般的なピンまたは据付工具を変更することなく達成することも目的とする。
【００７９】
一貫性のため、テスト中、カラーの作業手順は同じものが使われた。カラーの壁厚は、カラー外径ＯＤを０．２５４ｍｍ（０．０１０インチ）ずつ機械加工で減らしていった。スナッブ荷重、スウェージ荷重、放出負荷、予荷重、および引張り強度は、最適な壁厚を求めて詳しく調べられた。カラーの硬度を顕著に増す最も一貫した方法は、実施例１および実施例２から学んだように、カラーを鍛造し放しとしておくことで、これにより、硬度は正味で約２０〜２５Ｒｂポイント増加する。一旦、最適なカラー壁厚が判定されると、本明細書において米国特許第６４９７０２４号と関連して既に説明した型のピンを、一般的なピンと比べるために、同じテストがなされた。米国特許第６４９７０２４号と関連した型のピンは、一般的なピンと同じ硬度およびピン破断まで熱処理がなされた。これは、ロック溝の形状の効果を判定するために行われた。全てのテストは、生産テスト装置によって、一般的なテストの手続きを用いてなされた。
【００８０】
テスト間で顕著な偏差が無かったので、報告を単純化するために、各条件について、３つのテストの平均値のみを報告する。表３は、例示的な壁厚の小さいカラーを、一般的なねじ山形状と一緒に使用した時の結果を示すものである。
【００８１】
【表３】
0005602205.tif 000004
【００８２】
表３から計算し得るように、外径ＯＤが２４．７７ｍｍ（０．９７５インチ）の鍛造し放しカラーが、計算すると、現在の一般的なカラーと、クランプ力および張力の値が等しく、しかしスナッブ荷重は約５４％増え、スウェージ荷重が約６％減る。この結果は、本発明における締結具の特質と、鍛造し放しの、壁厚が薄い、低スウェージ荷重のカラーの特質とをさらに裏付けるものである。
【００８３】
このグループの一般的なロック溝（例えば、米国特許第６４９７０２４号の図７および図７Ａに言及して議論された型のもの）のスナッブ、クランプ、及び張力のデータは、表３の最初のグループのデータの正当性を立証する。スウェージ荷重は、予想されたよりも約５８９．７ｋｇ（１，３００ポンド）低く、またはオリジナルで６％減少した代わりに約１２％減少した。ロック溝のねじ山形状に由来する値に顕著な差は無かった。硬くて壁厚の薄い鍛造し放しカラーと組合わされた改良ハイブリッドロック溝のスウェージ荷重は、一般的な螺旋状のロック溝ねじ山形状および焼入れ・焼戻しされたカラーにおけるスウェージ荷重に比べ、顕著に（約４０％）減少した。
【００８４】
要約すると、本実験は、鍛造し放しカラーを使用することで硬度を一貫して高めることができ、また、このように硬度がより高くなることでフープ強度が増すので、カラー壁厚を減少させることができるということを裏付けた。カラー外径ＯＤを２４．７７ｍｍ（０．９７５インチ）まで減少させると、予荷重や張力の実際の値には変化がないが、隙間引き抜きが約５０％増加し、スウェージが約１０％低減する。硬度が約２０Ｒｂポイント増すことで、算出されるカラーの耐磨耗性は約４０％増し、また、鍛造し放しカラーをスウェージするに際して、ピンやスウェージアンビルの変形は必要無い。このように、本発明の締結システム５０の締結具およびそれ用のカラーが、最適化された物理的特性、低スウェージ荷重、および経済性を呈するだけでなく、そのカラー１４は、本発明の改良ハイブリッドねじ山形状２６ｄ（図６ｃ）だけでなく、多種多様な既存の締結具ピンおよびそれらのねじ山形状と一緒に容易に使用することができる。
【００８５】
ピン１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ（図１〜３，６Ｂ，６Ｃおよび７）は、圧縮力のあるスウェージ荷重によって、押し潰されたり、または過剰な引張り降伏や局部絞りが起きたりしないように抵抗するのに充分に、カラー１４の硬度と比較して硬いことが望ましい。このため、本発明の一実施形態において、例えばグレード５型締結具において、ピン１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、ＡＩＳＩ１０３８鋼、ＡＩＳＩ１５４１鋼、または同じグレードの硬度が約Ｒｃ２４〜３５で、最大引張り強度が最低１２０ＫＳＩである他の同等の材料から作られても良い。典型的には、この種の締結具のための従来のカラー（例１４′）は、約Ｒｂ６５〜８５の間の硬度で、最低約６０ＫＳＩの最大引張り強度に熱処理される必要のある、ＡＩＳＩ１０１０炭素鋼で作られていた。
【００８６】
ただし、上記において論じたように、例示的カラー１４は、例えばＡＩＳＩ１００６鋼、または他の適切な、焼きなましされた、または焼きなましされていない低炭素鋼材料から作られる。ＡＩＳＩ１００６鋼は焼なましされていない。焼きなましされていない鋼ワイヤ、通称「グリーンワイヤ」は、より安価で、このため例示的カラー１４の製造をさらに経済的にする。ピン１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄは、カラー１４に加わる所望の高引張予荷重およびスウェージ荷重の双方を、実質的に降伏することなく受入れるのに充分な硬度を有する。さらに、例えば米国特許第６４９７０２４号で論じたカラーのようなカラー１４は、水溶性のポリエチレンワックスや、セチルアルコールのような従来の潤滑剤によってコーティングすることができる。また、カラー１４は亜鉛メッキすることができる。これは、スウェージ荷重を所望の低いレベルに維持し、スウェージキャビティ１１２，２１２，３１２，４１２の磨耗を最小限に抑えるのに役立つ。それゆえ、実施例１〜３に示すように、カラー１４のシャンク６１（図５）は、充分な壁厚ｔと、それゆえ充分な体積を備えており、充分なカラー材料が軸線方向に細長くなるように動き、しかし同時にそれが、ピン肩６０（図１）およびスウェージ中に形成されるカラー肩が、ジョイントにかかる引張荷重が設計引張荷重に到達する際に実質的に充分に嵌合された状態を維持するのに充分な強度を有するようにする。その際、例示的カラーシャンク６１が必要とする壁厚ｔ（図５）は、直径の大きい締結具では若干増え、直径の小さい締結具では若干減り、また、本発明で発見された利点を呈するのに充分に薄く、サイズおよびグレードが等しい既知の従来技術のカラーよりも薄い。さらに表４は、従来の焼入れ・焼戻しのカラー１４′と本発明鍛造し放しカラー１４とを、従来のグレード５およびグレード８の締結
具１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ、および例示的低スウェージ荷重の締結システム５０の改良されたグレード５およびグレード８の締結具１０ｃ，１０ｄ（図６および７）と一緒に使用した場合の比較において、カラー１４の改良点を要約するものである。３つの異なる公称締結具サイズ、１２．７０ｍｍ（１/２インチ），１５．８８ｍｍ（５/８インチ）および６．３５０ｍｍ（１/４インチ）についての様々なカラー寸法が示されている。前者２つの型の締結具に関しては、まず既存の焼入れ・焼戻しされたカラー１４′のカラー寸法を示し、本発明の鍛造し放しカラー１４の値は、右に字下げして示す。グレード５およびグレード８の締結具に関して示される鍛造し放しカラーバルブのみが、"次世代"と呼ばれる。これらの締結具は、本明細書で論じられる、本発明の例示的なハイブリッドねじ山形状１２６（図６Ｃ）を使用している。
【００８７】
【表４】
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【００８８】
図４に示すように、本発明の鍛造し放しカラーにおいて、鍛造し放しカラーの内径ＩＤに対する外径ＯＤの比率は概略、（i）１５．８８ｍｍ（５/８インチ）、グレード５の従来締結具では１．４９１、（ii）１５．８８ｍｍ（５/８インチ）、グレード８の従来締結具では１．５４０、（iii）１５．８８ｍｍ（５/８インチ）、グレード５の次世代締結具では１．４８１、（IV）１５．８８ｍｍ（５/８インチ）、グレード８の次世代締結具では１．５０２、であった。本発明のカラーにおける、内径に対する外径の比率の適当な範囲は、約１．４７〜１．５５、またはこの範囲内の特定の範囲である可能性が高い。範囲についての付加的な例示的実施形態は、定義を単純にするために記載しない。従来技術の焼入れ・焼戻しのカラーにおいては、カラーの内径に対する外径の比率は概略、（i）１５．８８ｍｍ（５/８インチ）、グレード５の締結具では１．５０９、（ii）１５．８８ｍｍ（５/８インチ）、グレード８の締結具では１．５５７であった。
【００８９】
スウェージ荷重が低減すると、据付工具（例えば、それぞれ図１〜３における１００，２００，３００；図７〜９の据付工具４００も参照のこと）のサイズも小さくすることができるので、結果として、従来の据付工具の重量と比べて最大４０％の重量削減となる。例えば上記米国特許第６４９７０２４号（その明細書の図７の工具１４８と比べて工具重量の削減について説明している）を参照のこと。
【００９０】
本発明のカラー１４を一緒に使い得る多くの締結具（例、１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ）が、サイズおよび/または長さの減少した引張り部分および/またはピン先を有しているという事実からみると、据付の準備として最初にワークピースに予備組付けする際に、ピンおよびカラーを一緒に把持するための構造を提供することは望ましいであろう。このため、カラーは、可撓性のある予備組付けタブ９０（図５）を任意に備えても良い。例えば、米国特許第４，８１３，８３４号を参照のこと。任意の組付けタブ９０を使用する場合、その構造および実施は、参照によって充分に記載しているかの如く本明細書中に組み込まれている上記米国特許第’８３４号に開示されるものとほぼ同じである。簡潔には、予備組付けタブ９０は、カラー１４の皿孔部分５５内に位置し、周方向へ限定的な長さを有している。予備組付けタブ９０は、上記米国特許第’８３４号に述べられるように、好適には可撓性のある構造とし、このため例えばポリエチレンなどのプラスチック材料から作られても良い。タブ９０は、溝２６，２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄなどのロック溝内に位置するのに充分な距離だけ半径方向内方に延在する。このようにして一旦一つのロック溝内に位置すると、カラー１４は、これと共働するピン１２，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄ上に保持される。タブ９０は、フランジ５９に整列したポイントにある皿孔部分５５内に位置する。任意のタブ９０は、カラー１４の、ピン上への移動と、タブ９０の、ロック溝クレスト上での位置割出しとを促進する。タブ９０は代りに、カラー１４の反対側の端部に位置しても良いということは理解されるであろう。また、カラーは任意のタブ９０を使用しなくても良いということも理解されるであろう。
【００９１】
また、カラー１４の一つ以上の部分は、本明細書に図と共に記載されるものと異なる構成であっても良いということも理解されるであろう。例えば、カラーはフランジが無くてもよく（図示せず）、または、より小さいサイズのフランジ（図示せず）を有しているか、および/または、カラーは皿孔部分５５を備えていなくとも良い。さらに、カラー１４は任意に、この種の皿孔部分を、カラーの反対側の端部に備えても良い（図示せず）。また、米国特許第４，８６７，６２５号で論じているように、任意の組付けタブ（例えば、９０）は、カラー１４および共働するピンをワークピースに予備組付けした状態に保持することに加え、ワークピースのいくらかの最初のクランプが得られる程度に事前に選択された、よりしっかりした限定的なねじ山（図示せず）を備えていても良い。例えば、米国特許第’６２５号（限定的雌ねじ山に関する開示について参照により充分に記載しているかの如く本明細書中に組み込まれている）を参照のこと。
【００９２】
本発明の低スウェージ荷重の締結システム５０がスウェージ荷重を低減するもう一つの手段が図６Ｃに示され、特に、図６Ｃと、図６Ａおよび６６３との比較において示される。具体的には、図６Ｃに示すように、ハイブリッドねじ山形状２６ｄは、ピン１２ｄのロック溝２６ｄのために備えられ、それぞれ図６Ａおよび６Ｂの実施例の、波形ロック溝２６ｂおよび深いロック溝２６ｃのような既知のねじ山形状を改善する。図６Ｃの例示的ねじ山形状は、多くの混合さられた半径を含む、複数の特徴の独自の融合によって規定され、これは、クレスト２８ｄ，３０ｄとロック溝２６ｄの底との間の実質的に滑らかな移行をもたらす。より詳しくは、第１クレスト２８ｄは第１半径Ｒ１を、また第２クレスト３０ｄは第４半径Ｒ４を有し、そして２つの中間半径Ｒ２，Ｒ３は、溝２６ｄの底または谷１３２を規定すると同時に、第１半径Ｒ１と第４半径Ｒ４とを滑らかに相互接続する。このようにして、ハイブリッドねじ山形状２６ｄ（図６Ｃ）は、図６Ａおよび６Ｂのそれぞれにおける浅いねじ山形状と深いねじ山形状２６ｂ，２６ｃとの比較的滑らかでない急な移行を改善する。具体的には、図６Ａの比較的浅い波形２６ｂは、もっとたくさんの半径を必要とし、半径間は比較的不連続に移行し、図６Ｂの深いロック溝ねじ山形状２６ｃでは、半径間は比較的鋭く、混ざらずに移行する。さらに、図に示されるように、図６Ａの波形２６ｂは、広いピッチ３６ｂと比較的浅い深さ３８ｂとを有し、これに対し図６Ｂの深いねじ山形状２６ｃは、比較的狭いピッチ３６ｃとずっと大きい深さ３８ｃとを有する。
【００９３】
継続して参照する図６Ａおよび６Ｂに関してそれぞれ理解されるであろうように、比較的浅い波形２６ｂは、カラー１４がスウェージされる際に過剰に充填する傾向にあり、既に論じたように、このことでスウェージ荷重は不利に増える。これに対して、図示するように、図６Ｂの深いねじ山形状２６ｃにおける急な移行は、カラー１４がスウェージされる際に、ピン１２ｃのロック溝２６ｃとカラー１４との間で起こる嵌合の量が所望の量より少ないという逆の効果を有する傾向にある。
【００９４】
図６Ｃを参照することとし、例示的ハイブリッドねじ山形状２６ｄを図６Ａおよび６Ｂのねじ山形状２６ｂおよび２６ｃと比較すると、ハイブリッドねじ山形状は、幾分か中庸的なピッチ３６ｄおよび深さ３８ｄを有するということは理解されるであろう。これは、上述の混合された半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４との組合せで、滑らかで混合されたねじ山形状２６ｄを供給し、したがって、カラー１４がスウェージされる際に、カラー溝６２とロック溝２６ｄとの補完的な噛合い嵌合を促進し、これによりスウェージ荷重を低減する。例示的ねじ山形状１２６の利点は、さらに下表５の値から認めることができる。表５は、図６Ａ，６Ｂおよび６Ｃに関して記載された３つの異なる、グレード８で１５．８８ｍｍ（５/８インチ）の締結具であって、それぞれ異なるねじ山形状２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを備えたピン１２ｂ，１２ｃ，１２ｄを有する締結具の値の非限定的比較例を要約したものである。
【００９５】
【表５】
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【００９６】
表５に記載した深いロック溝ねじ山形状は、図２に表した雌ねじ穴２０４の剥離に関連した問題を減らすように開発されたものである。ロック溝２６ｃの深さを増すことは、雌ねじ穴２０４の損害を減らすのに有効であることが判明した。その後、深いロック溝２６ｃは、図７に示す型の引張り型構造１７７には必要ないことが判明した。表５に記載したハイブリッドロック溝ねじ山形状は、図７に示す型の引張り構造１７７に使用するために開発された。
【００９７】
図示されるように、ハイブリッドロック溝ねじ山形状２６ｄ（図６Ｃ）は、波形および深いロック溝ねじ山形状２６ｂ，２６ｃとそれぞれ比較して比較的中庸的な深さ３８ｄおよびピッチ３６ｄを有し、その一方で、図６Ｂの深いロック溝２６ｃと概略同等の低スウェージ荷重を維持することを含む前述の利点の全てを達成する。また、さらにスウェージ荷重を減らすために、例示的ハイブリッドねじ山形状２６ｄは、上述の鍛造し放カラー１４と組み合わせて使用してもよいということは理解されるであろう。例えば、図６Ｃおよび表５の１５．８８ｍｍ（５/８インチ）でグレード８の締結具に関しては、上述の鍛造し放しカラー１４と一緒に図６ｃの例示的ハイブリッドねじ山形状２６ｄを使用する場合、波形ロック溝を使用する場合に比べてスウェージ荷重は約１１％減少すると予想することができる。また、図６Ｃおよび表５の１５．８８ｍｍ（５/８インチ）でグレード８の締結具に関しては、上述の鍛造し放しカラー１４と一緒に図６ｃの例示的ハイブリッドねじ山形状２６ｄを使用する場合、螺旋形ロック溝を使用する場合に比べてスウェージ荷重は約４０％減少すると予想することができる。
【００９８】
本発明の鍛造し放しカラーにおいて、ピンとカラーとの間の剪断強さの比率は概略、（i）グレード８締着具においては１．８、（ii）グレード５締着具においては１．６であることが分かった。本発明のピンとカラーとの間の剪断強さの比率の適切な範囲は、約１．５〜２．１、またはこの範囲内の他の何らかの範囲となるであろう。その範囲の付加的な例示的実施形態は、定義を単純化するために、記載しない。従来技術の焼入れ・焼戻ししたカラーにおける、ピンとカラーとの間の剪断強さの比率は概略（i）グレード８締着具においては２．５、（ii）グレード５締着具においては２．２であることが分かった。
【００９９】
また、本発明の鍛造し放しカラーにおいて、ロック溝は典型的に（i）グレード８締着具において、深いロック溝２６ｃのねじ山形状においては約４０％、そして螺旋ロック溝２６ｄのねじ山形状においては約６０％、また（ii）グレード５締着具において、深いロック溝２６ｃのねじ山形状においては約３０％、そして螺旋ロック溝２６ｃのねじ山形状においては約５０％、充填されることが分かった。より深いロック溝を過剰以下の充填状態で使用することは、ピンに施されてロック溝の凹部に蓄積する塗装仕上げをピンが伴うという見地からは望ましいということが分かっている。
【０１００】
また、ロック溝の深さに対するピッチ長さの典型的比率は、深いロック溝ねじ山形状においては約２．８であり、ハイブリッドロック溝ねじ山形状においては約３．６であることも分かっている。ロック溝の深さに対するピッチ長さの典型的比率の適切な範囲は、約２．５〜４．０、またはこの範囲内の他の何らかの範囲であろう。従来技術の波形ロック溝において、ロック溝の深さに対するピッチ長の典型的比率は約４．８であった。
【０１０１】
図７，８および９は、本発明における、スウェージ荷重を低下させ、それによって据付工具の耐用期間を延ばす構造をさらに示す。既に論じたハイブリッドねじ山形状２６ｄおよび鍛造し放しカラー１４の様に、以下の低スウェージ荷重構造もまた、独立して使用しても、または上述のハイブリッドねじ山形状２６ｄ（図６Ｃ）および鍛造し放しカラー１４（図１〜３，５，６Ａ，６Ｂおよび６Ｃ）の一方または両方とのいかなる適切な組合せにおいて使用しても良い。
【０１０２】
図７は、２つのワークピース１８ｄ、２０ｄを互いに固定するための締着具１０ｄおよび据付工具４００を示し、ここで締着具は、ピン１２ｄの第２の端部１９に、実質的に真直ぐで比較的短い引張り部分１７９を備える引張り構造１７７を有する。加えて、本発明の方法に従い、典型的な低スウェージ荷重システム５０を使用して締着具１０ｄを据付するための４つの順次的な工程を示す。
【０１０３】
ピン１２ｄの引張り部分１７９の長さ１８３は比較的短く、そのためピン１２ｄの第２の端部１９からの延在または突出距離は短い。実際、例示的引張り部分の突出長さ１８３は、参照により本明細書に含まれる米国特許第４，２９９，５１９号のエイコン形状の引張り部分（例えば、図１〜５を参照）と違って短いため、本発明の引張り部分１７９は据付後に切断されることを目的としていない。ただし、引張り部分１７９の切断は、ピン１２ｄの破断溝の使用や、本発明の他の実施形態の切断工具（図示せず）によって引張り部分１７９を切り落とすことなどによって想定可能である。これは、破断溝（例えば、図１の破断溝４０を参照）の突然の破断に起因するとされている、据付工具４００の衝撃荷重を有利に排除する。それはまた、ピン先破片およびピン破断騒音もなくす。米国特許第４２９９５１９号のエイコン形状の引張り部分の好適な実施形態は、これらの不都合をこうむる。より詳しくは、例えば、１５．８８ｍｍ（５/８インチ）、グレード８の締結具１０ｄにおいて、例示的引張り部分１７９は、約２．５４ｍｍ（０．１０インチ）か、または米国特許第４２９９５１９号のエイコン形状の引張り部分よりも少なく突出する。同様に、米国特許第４２９９５１９号のエイコン形状の引張り部分と違って、例示的引張り部分１７９は実質的に真直ぐ伸び、その全ての引張り溝１８１が実質的に等しい直径ＤＢを有し、この直径ＤＢは、図示するようにピン１２ｄのロック部分２５ｄの外径Ｄａよりも小さい。後述するように、例示的引張り部分１７９の真直ぐな、より小さい直径ＤＢの構成は、据付工具４００によるより良い係合を促進し、工具の耐用期間を延ばす。またこれは、例えば米国特許第４２９９５１９号の、引張り部分の各溝が異なる直径を有する先細エイコン形状の構成よりも製造するのが顕著に容易である。
【０１０４】
また、本発明の締結システム５０の他の改良点も、図７，８および９に示す。具体的には、締着具１０ｄを据付するための典型的な据付工具４００は、前述のとおり、ピン（例えば、ピン１２ｄ）の引張り部分１７９の溝１８１と補完的に噛合するように構成された複数の歯４０８を有する引張り部４０４を有するコレット４０２と、カラー１４をスウェージするためのスウェージキャビティ４１２を有するアンビル部材４１０と、を備える。例示的引張り部分１７９が径ＤＢが小さく概して真直ぐな構成であることで、コレット４０２（図７および８）の断面厚さＴ（図７および８）を増加させることができる。具体的には、厚さＴは、ピンロック部分２５ｃおよび引張り部分１７９のそれぞれの直径Ｄａ′およびＤＢの差分いっぱいまで増加させることができる。これは据付工具４００をより強くし、それにより耐用期間を長くする。例示的小径引張り部分１７９においてはまた、結果として、引張り部分１７９を製造するのに必要とされる材料が、例えば、図２の締結具１０ａの引張り部分およびロック部分２５ａと比べて少なくなる。これによって代わりに、例示的ピン引張り部分１７９の引張り溝１８１および、これに対応する据付工具引張り部分４０４の歯４０８に、より大きい厚さを持たせることができ、それにより引張り溝１８１の剥離および擦り剥けを減らすことができる。引張り溝の剥離および擦り剥けは、この種の技術分野において長年知られた欠点である。米国特許第４２９９５１９号の先細エイコン設計のねじ山の最初のいくつかは径が小さく、そのため強度および剥離抵抗が減るので、剥離および擦り剥けを受けやすい可能性がある。
【０１０５】
前述のように、図７はまた、本発明の例示的低スウェージ荷重締結システム５０を使用した一般的な据付方法を示す。具体的には、図示するように、作業の際、一旦ピン１２ｄを、整列した開口１６ｄ，１７ｄを通してワークピース１８ｄ，２Oｄに挿入したら、カラー１４をピン１２ｄの第２の端部上に取付ける。前述のように、カラーは、上述の例示的鍛造し放しカラー１４であっても良いし、そうでなくとも良い。次いで、ピン１２ｄの引張り部分１７９に、据付工具４００のコレット４０２を係合させる。例示的コレットは、開口位置（図７の一番上の図）まで広がり、締付け位置または閉口位置（図７の上から二番目の図）まで収縮する割りグリッパコレット４０２であり、ここでコレット引張り部分４０４の歯４０８は、引張り部分１７９の引張り溝１８１と補完的に実質的に完全に噛合する。次いで据付工具４００は駆動されて、コレット４０２がピン１２ｄおよびカラー１４をアンビル４１０のスウェージキャビティ４１２内に引き込むためにコレット４０２をスウェージアンビル４１０内に引き込んでコレット４０２の引張り部分４０４を閉じ、その結果、半径方向内側にスウェージ荷重をかけて、カラー１４をピンロック溝２６ｄ内へとスウェージ（絞り加工）する。検出ロッド４０６は、ピン１２ｄが完全に引っ張られた時を検出することで、スウェージ操作が完了した時を検知し、これに応じて、コレット４０２を離脱させ、引張り部分１７９を開放し、カラー１４をアンビル４１０から排出して、据付工具４００を停止させる。このようにして、例示的据付システム５０および据付方法は、ピン先の無い据付の全ての利点を達成することで、締結具の据付を飛躍的に改善し、簡易なものにしながら、シンブル（金属環）上に必然的に発生する高摩耗の回転といった、関連する欠点を回避し、そのシンブルは、長寿命のコレット４０２によって置き換えられる。このことで、独立コレット、解放排出装置、独立ジョー、そしてフォロアとばねなどの、据付工具の他の複数の独立部品が省略可能となり、これらは基本的に１つの部品すなわち、例示的割りグリッパコレット４０２によって置き換えることができる。このようにして、本発明は、据付のサイクル時間、費用、および係合のための既知の回転の複雑さを減らし、より速く、軽く、静かで、動く部品の少ない据付工具を提供し、顕著なコスト削減を実現する。
【０１０６】
本明細書に図とともに記載したものと異なる他の据付方法と構造も使用できるということは理解されるであろう。例えば、前述のとおり、切断可能なピン引張り部分（図示せず）や内側駆動の引張り構造（図示せず）を本発明の範囲を出ることなく使用できると考えられる。また、引張り部分１７９は、環状の引張り溝１８１を有するものとして示されているが、もしも対応する改良が据付工具になされれば、他のねじ山形状（非限定の例として、螺旋状のねじ山）も、使用できるということは理解されるであろう。
【０１０７】
例示的ピン引張り部分構造により得られる例示的据付工具４００の改良点はさらに、図８および９からも理解される。
【０１０８】
図８は、据付工具４００のための例示的割りグリッパコレット４０２の引張り部分４０４の一部を示す。引張り部分４０４は、係合端部４０５（図８の左方へ向く部分）、および複数の歯４０８を有する。図８の例において、引張り部分４０４は、４つの歯４０８を有する。係合端部４０５に隣接する第１の歯４０９は、第１の内径ＩＤ１を有する。他の歯４０８は、ＩＤ１より小さい第２の内径ＩＤ２を有する。第１の引張り歯４０９の内径ＩＤ１を広げることで、図示するように、本発明のコレット設計は、歯４０９の欠けに抵抗する。
【０１０９】
具体的には、例示的な第１の歯４０９の頂部（図８に仮想線で示される）は、その位置の内径ＩＤ１を広げるために取り除かれている。このことは代わりに、荷重の主要点を、この位置から、引張り部分４０４の奥の方（例えば図８では右の方）へと移動させ、それにより歯４０９の最も前方の谷径ｒに加わるモーメントが減り、結果としてコレット４０２の耐用期間を延ばす。より詳しくは、例えば、図８の実施例における第１の歯の高さｈを参照すると、歯の高さは約３０％低く、その結果として工具４００の耐用期間は飛躍的に延び、以前は前方の歯４０９が１４，０００サイクルで機能しなくなったのに対し、例示的引張り部分１７９（図７）を有するグレード５の締結具において、約５４４３ｋｇ（１２，０００ポンド）のスウェージ圧に対し約２４，０００サイクルまで据付サイクルが増えた。この飛躍的な改善は、前述のとおり、内径ＩＤ１を増やして前方の歯４０９のモーメント腕を短くしたことで、破損形態をコレット４０２の引張り部４０４のより頑丈な領域（例、左から４番目の歯４０８）へ移したことに起因する。この改善は上述の、コレット４０２の壁厚ｔを増すことにより得られた工具耐用期間の延長に加えられるものである。さらに、前述したように、これらの全ては例示的な単一部品の割りグリッパコレット４０２を使用することで得られ、このグリッパコレット４０２は、独立ジョー、独立排出装置、または独立フォロアとばねを必要とせずに拡張および締付けを行うのに適している。これは、例示的割りグリッパコレット４０２が少なくとも１個のスリット（図示せず）を有するからであり、このスリットは、グリッパコレット４０２が緩んだ、または広がった位置（図７の最上図）から、閉じられた、または締付けられた位置（図７の上から２番目の図）へと、アンビル４１０の内孔４２０（図９）に引き込まれることで締付けられるのを可能にし、このときアンビル４１０は、コレット引張り部分４０４を閉じるために半径方向内方への力を働かせる。ただし、例えば非限定例としての独立した締付け可能なジョー（図示せず）を有する、他の既知の、または適切な代替コレット設計（図示せず）を、例えばピン引張り部分１７９（図７）に係合して引張るのに使用できるということは理解されるであろう。
【０１１０】
図９は、例示的な低スウェージ荷重の締結システム５０の、さらに他の進歩を示している。
【０１１１】
具体的には、例示的スウェージアンビル４１０は、スウェージキャビティ４１２を有し、このスウェージキャビティ４１２は、図示するように、カラー１４（図７）、スウェージ陸部４１６および、内孔４２０との最初の嵌合わせを補助するための拡径入口部分４１４を有する。スウェージ陸部４１６は、第１の直径Ｄ１を有し、内孔４２０は、第１の直径Ｄ１より大きい第２の直径Ｄ２を有する。したがって、スウェージ陸部４１６の後方で広がる内孔直径Ｄ２は、カラー１４（図７）に生じる圧縮スウェージ荷重を解放する。これは、例示的スウェージ陸部４１６（図９の部分拡大図において最もよく示される）が比較的狭い（すなわち小さい）ことによって可能となる。このスウェージ陸部の狭い幅４１８は、スウェージアンビル４１０の全長Ｌにわたり実質的に連続的に単一の直径を有する場合と異なり、その狭い陸部から、内孔の直径Ｄ２に向かって広がるため、小さなスウェージ領域を画成する。例示的アンビル４１０の内孔４２０の拡大直径Ｄ２はまた、コレット４０２の、より厚く、それゆえより丈夫な壁厚Ｔ（図７および８）を収容するための空間を提供し、このことで工具耐用期間は更に延びる。さらに、本発明の改良型アンビル４１０の長さＬは、例えば図１のアンビル１１０に比べて短くても良い。したがって、本発明の低スウェージ荷重の締結システム５０は、工具の部品数を減らし、工具の重量を削減し、工具が必要とするスウェージ荷重を低減し、工具を製造するコストを削減し、工具の予想される耐用期間を延ばすことで、据付工具４００に多くの改善点をもたらした。
【０１１２】
特に図６Ａ，６Ｂおよび６Ｃを参照しながら、カラーとボルトとの相互作用を記載する。カラーが最初にボルトを予荷重に引っ張ろうとすると、カラーは充分強くないので、第１のボルトクレストはカラーを剪断し、空隙を形成し、ボルトクレストの前のカラー材料を巻き上げる。第２のボルトクレストにおいては、同じことが起こるが、その度合いは小さい。最終的には、充分なカラー材料がボルトに係合し、空隙および巻き上げは生じない。このことは、焼入れ・焼戻しされたカラーよりも硬い鍛造し放しカラーにおいては、剪断強度がより高いため、より早く生じる。より硬いカラーは、ボルトをより早く引っ張って、より大きい予荷重を発生させる。
【０１１３】
図１０は、本発明の一実施形態における、改良型締結具ピン引張り部分および据付工具形状の断面図であり、異なるコレットを用いて改良型ピン引張り部分を使用しながら締結具カラーをスウェージする際の４つの順次的な据付工程を示す。ここに示すシステムは、図７と同様である。図８と同様の図１１は、図１０の据付工具のための異なるコレットの端部の断面図である。
【０１１４】
図１０および１１は、複数のワークピースを互いに固定するように構成されたスウェージ型締結具のための低スウェージ荷重の締結システムを開示している。このスウェージ型締結具は、ワークピースの整列した開口内に配置するのに適した細長いピンシャンクを有する1本のピン部材を備える。ピン部材の一方の端部は、複数のワークピースの一方の表面に係合するのに適合した拡大頭部において終端し、他方の端部は、複数のワークピースの反対の側の、反対側の表面を通り過ぎて延在するのに適した溝付部分で終端する。
【０１１５】
この溝付部分は、周方向へ延在しているピン溝と、そのピン溝に関連してピンクレスト（ピン頂部）で終端するピン肩とで画成された複数のロック溝を有するロック部分を備えている。
【０１１６】
据付工具は、スウェージキャビティを有するアンビル部材４１０を備える。また鍛造し放しカラー１４は、概ね真直ぐなカラーシャンクを備え、このカラーシャンクは、据付工具によってピン部材と鍛造し放しカラーとの間に加えられる相対軸力またはスウェージ荷重に応じてピン部材の前記ロック溝にスウェージされるのに適している。
【０１１７】
互い固定されるワークピースに加えるクランプ荷重としてどの程度の大きさの荷重を所望するかによって、締結されるジョイントも定まる。前記据付工具のスウェージキャビティは、前記カラーシャンクに係合し、これを半径方向内方にスウェージするように構成されている。鍛造し放しカラーは、スウェージされると前記ピン溝およびピン肩と噛合するカラー溝およびピン肩を有する。前記ピン部材および前記鍛造し放しカラーは、前記ピン部材に前記カラーをスウェージングする際に前記ピン部材の降伏が実質的に回避されるように、異なる大きさの最大剪断応力を有する、異なる材料より成る。
【０１１８】
コレット６００は、前記コレットからの突出部分６０２を有し、このため引張り部分の長さ６０４がカラー１４方向へ延び、これによりアンビル４１０との接触領域が増えている。引張り部の長さを延ばすことで、アンビルとの接触領域が増し、それによって圧力および擦り剥けが減少する。また、これにより引張り部は、より小さいアンビル孔を通って戻る際の食付き角を持つことができる。
【０１１９】
鍛造し放しカラーは熱処理を必要とせず、鍛造し放しカラーの概ね真直ぐなカラーシャンクの壁厚は比較的薄いため、鍛造し放しカラーに必要なスウェージ荷重が低減する。
【０１２０】
突出部分６０２は、コレット６００の先端ねじ山６０８の前方に隣接する環状の平面６０６を形成する。そして、平面６０６の前方には環状の前方傾斜面６１０がある。また、第２の平面６１２および傾斜平坦面６１４があって、コレット６００の外径との交差領域６１６の線へと戻る。最後のボルトクレストの剪断強度は、ボルト端部の頭つきブランクの外径を小さくしないことで増している。
【０１２１】
引張り部６２０の端部６１８は、溝６２４の底６２２と一致する直径位置にまで細くされない。このことで、引張り部６２０の端部引張りクレスト６２６の剪断強度が増す。引張り歯は、ボルトねじ山を線６３６の位置で剪断する。
【０１２２】
引張り部の最終引張りクレスト６２６は、コレット６００の最終歯６２２の拡大した引張り部半径６３０に合致する輪郭６２８を有する。
【０１２３】
また、引張り部の短い第１の歯６３２は、その厚さ６３４を増すので、欠けが減少する。
【０１２４】
前述したように、本発明は、低スウェージ荷重の締結システムおよび方法を提供するものであって、鍛造し放しカラー、ハイブリッドロック溝ねじ山形状、改良されたピン引張り部、および、種々の据付工具改良点を含む、締結具および据付工具における多くの改良点を有し、これら全ての改良点は、独立してでも、また、何らかの適切な組合せにおいても、スウェージ荷重を低下させ、スウェージ型締結具の据付をより良いものとする。
【０１２５】
本発明の特定の実施例を詳細に説明してきたが、当業者はこれらの詳細についての様々な変形態様および変形例を、本開示の全体的な教示を考慮して開発し得るということは理解されるであろう。したがって、開示されている特定の構成は、単に例示であるだけで、本発明はこれに範囲を制限されることはなく、請求の範囲および、これと均等の範囲にわたり、充分な広がりを持つものである。
【符号の説明】
【０１２６】
１０ 締結具
１２ ピン部材
１４ 低スウェージ荷重カラー
１５ シャンク
１６，１７ 孔
１８，２０ ワークピース
２２ 頭部
２４ シャンク部分
２５ ロックシャンク部分
２６ ロック溝（ねじ山形状）
４０ 破断溝
４１ 引張りシャンク部分
４２ 環状ランド
４４ 引張り溝
５０ 締結システム
７１ クレスト
９０ タブ
１００，２００，３００，４００ 据付工具
１０２ ノーズアセンブリ
１０４ ジョー
１０６ 管状コレットアセンブリ
１０８ アンビルハウジング
１１０，２１０，３１０，４１０ スウェージアンビル部分
１１２，２１２，３１２，４１２ スウェージキャビティ
１１４ 円錐軌道
１１６ ジョー従動アセンブリ
１７９ ピン引張り部分
４０２，６００ コレット
４０４ コレット引張り部分
４０６ 検出ロッド
４０８ 歯
４１６ スウェージ陸部
６０６ 環状の平面
６１０ 前方傾斜面
６１２ 第２の平面
６１４ 傾斜平坦面
６１６ 交差領域
６１８ 端部
６２０ 引張り部
６２２ 底
６２４ 溝
６２６ 端部引張りクレスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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