(57)【要約】プルタイプのスエージ型ファスナーであり、ピンと、該ピンのピンシャンクのロック部にスエージングされるカラーを含んでおり、マンドレルは、ピンシャンクの端部でプルキャビティに螺合可能、取付用ツールと取外し可能、プルキャビティと取外し可能であって、前記ツールによって把持されることができ、ピンとカラーとの間に相対的な軸方向の力が加えられて、カラーはロック部にスエージングされる。
2005535843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のワークピースを締結するためのツーピース型ファスナーと、該ファスナーを取り付けるためのツールを含む締結システムにおいて、前記ファスナーは、ピン部材と筒状カラーを含んでおり、前記カラーは、前記ツールによってピン部材とカラーの間に相対的な軸方向の力又はスエージング荷重が加えられたとき、その荷重に反応して、ピン部材のロック用溝の中にスエージングされ、予め定められた大きさのスエージング荷重に反応して、ワークピースに所定の大きさのクランプ荷重を付与することができる略真直なカラーシャンクを有しており、
前記ピン部材は、ワークピースどうしの整合された孔の中へ配備されることができる細長いピンシャンクを有しており、該ピンシャンクは、一方の端部がワークピースの一方の面の表面に係合可能な拡大ヘッドで終端し、他方の端部がワークピースの反対側の面を超えて延びる溝部で終端しており、該溝部は、複数の前記ロック用溝を有するロック部を含み、該ロック用溝は、周方向に延びるピン溝と、ピンクレストで終端するピン肩部とによって形成されており、前記ピン溝は、前記クレストの有効幅Ｗに関して有効幅Ｗｒを有しており、クレストとピン溝のピッチは、前記ピンシャンクの外側端部における第１のクレスト及びピン溝が最も長く、最後のクレスト及びピン溝が最も短く、ピン溝の各々は、全体的に滑らかな形状をもつ細長い底部を有しており、前記カラーシャンクがロック用溝の中へスエージングされることにより、ワークピースは締結されて締結ジョイントが形成され、スエージングされたときのカラーは、ピン溝及びピン肩部に係合する溝部と肩部を有しており、
前記ピンシャンクは、その外側端部にネジ付きプルキャビティを有しており、
前記ツールは、スエージング用キャビティが形成されたアンビル部材を有しており、前記スエージング用キャビティには、カラーシャンクと過剰な係合を行ない、前記シャンクをロック用溝の中に径方向内向きにスエージングするためのスエージング用有効のど部が形成され、前記プルキャビティのネジ部と螺合可能なネジ付き接続用ロッド部を有するマンドレルに接続して使用可能であり、前記アンビル部材とマンドレルからピンとカラーの間に相対的な軸方向の力が加えられることにより、カラーシャンクはロック用溝の中へスエージングされるようになし、前記接続用ロッド部は、スエージング終了後にピンシャンクから取り外すことができるように、前記プルキャビティとはネジを緩めて取外し可能であり、
ピン溝の幅Ｗｒは、前記ロック部に亘ってほぼ一様であり、クレストの幅Ｗは、ピンシャンクの外側端部で最も広く、内側端部に向けて段階的に小さくなっており、
クレストの幅Ｗは、プルキャビティと径方向の整合が行われる部分であり、スエージングの際、カラーシャンクからの圧縮荷重によって、プルキャビティのピンシャンクが破損しないように、プルキャビティの領域のピンシャンクに対して十分な強度がもたらされるように選択され、
前記カラーシャンクは、前記スエージング用有効のど部によって規定される利用可能な容積よりも一般的には大きい所定容積の材料を有し、スエージングされるべき前記ロック用溝に対面する部分を有しており、前記カラーシャンクの材料は、スエージング中は前記底部に完全に係合せず、それゆえスエージング後にロック用溝に完全に充填されておらず、前記カラーシャンクの長さは、所定の数のカラー肩部が、対応する数のピンクレストと係合するのに十分な長さであり、
前記カラーシャンクは、貫通孔を有しており、貫通孔の孔径は、ピンクレストのクレスト直径に関して、スエージング前に所定の隙間が設けられる大きさであり、これにより、スエージングの際の相対的な軸方向の力を小さくすることができる、締結システム。
【請求項２】
カラーシャンクは、内側部と外側部を有しており、外側部はプルキャビティの上に配置されるようになし、前記プルキャビティでのピンシャンクの変形を防止し、より小さなスエージング荷重でスエージングが行われるようにするために、前記外側部は、前記内側部よりも肉厚が薄く構成される請求項１の締結システム。
【請求項３】
溝の幅Ｗｒとクレストの幅Ｗは、カラーシャンクの外側部の薄肉の壁部と共に、過充填を少なくするように作用し、プルキャビティの外側端部での圧縮荷重が低減される請求項２の締結システム。
【請求項４】
過充填は、第１のクレスト及び溝部での約１％から、最後のクレスト及び溝部での約１５％まで変化する請求項３の締結システム。
【請求項５】
カラーシャンクは、第１の肉厚を有する内側部が、ピンシャンクの外側端部で前記クレストの最も長い幅Ｗに関して選択された肉厚の薄い外側部に繋がっており、プルキャビティでのピンシャンクの変形を防止するために、低スエージング荷重でスエージングが行われるようにしている請求項１の締結システム。
【請求項６】
カラーシャンクは、第１の肉厚の内側部と、肉厚の薄い外側部と、前記内側部と前記外側部の中間の肉厚を有し、内側部と外側部に接続された中間部とを有し、プルキャビティでのピンシャンクの変形を防止するために、低スエージング荷重でスエージングが行われるようにしている請求項１の締結システム。
【請求項７】
複数のワークピースを締結するためのツーピース型ファスナーと、該ファスナーを取り付けるためのツールを含む締結システムにおいて、前記ファスナーは、共通のピン部材と材料強度が異なる２以上の筒状カラーを含んでおり、前記カラーの各々は、前記ツールによってピン部材とカラーの間に軸方向に相対的な力又はスエージング荷重が加えられたとき、その荷重に反応して、ピン部材のロック用溝の中にスエージングされ、予め定められた大きさのスエージング荷重に反応して、ワークピースに所定の大きさのクランプ荷重を付与することができる略真直なカラーシャンクを有しており、
前記ピン部材は、ワークピースどうしの整合された孔の中へ配備されることができる細長いピンシャンクを有しており、該ピンシャンクは、一方の端部がワークピースの一方の面の表面に係合可能な拡大ヘッドで終端し、他方の端部がワークピースの反対側の面を超えて延びる溝部で終端しており、該溝部は、複数の前記ロック用溝を有するロック部を含み、該ロック用溝は、周方向に延びるピン溝と、ピンクレストで終端するピン肩部とによって形成されており、前記ピン溝は、前記クレストの有効幅Ｗに関して有効幅Ｗｒを有しており、クレストとピン溝のピッチは、前記ピンシャンクの外側端部における第１のクレスト及びピン溝が最も長く、最後のクレスト及びピン溝が最も短く、ピン溝の各々は、全体的に滑らかな形状の細長い底部を有しており、前記カラーシャンクがロック用溝の中へスエージングされることにより、ワークピースは締結されて締結ジョイントが形成され、スエージングされたときのカラーは、ピン溝及びピン肩部に係合する溝部と肩部を有しており、
前記ピンシャンクは、その外側端部にネジ付きプルキャビティを有しており、
前記ツールは、スエージング用キャビティが形成されたアンビル部材を有し、前記スエージング用キャビティには、カラーシャンクと過剰な係合を行ない、前記シャンクをロック用溝の中に径方向内向きにスエージングするためのスエージング用有効のど部が形成され、前記プルキャビティのネジ部と螺合可能なネジ付き接続用ロッド部を有するマンドレルに接続して使用可能であり、前記アンビル部材とマンドレルからピンとカラーの間に相対的な軸方向の力が加えられることにより、カラーシャンクはロック用溝の中へスエージングされるようになし、前記接続用ロッド部は、スエージング終了後にピンシャンクから取り外すことができるように、前記プルキャビティとはネジを緩めて取外し可能であり、
ピン溝の幅Ｗｒは、前記ロック部に亘ってほぼ一様であり、クレストの幅Ｗは、ピンシャンクの外側端部で最も広く、内側端部に向けて段階的に小さくなっており、
クレストの幅Ｗは、プルキャビティと径方向の整合が行われる部分であり、スエージングの際、カラーシャンクからの圧縮荷重によって、プルキャビティのピンシャンクが破損しないように、プルキャビティの領域のピンシャンクに対して十分な強度がもたらされるように選択され、
前記カラーシャンクは、前記スエージング用有効のど部によって規定される利用可能な容積よりも一般的には大きい所定容積の材料を有し、スエージングされるべき前記ロック用溝に対面する部分を有しており、前記カラーシャンクの材料は、スエージング中は前記底部に完全に係合せず、それゆえスエージング後にロック用溝に完全に充填されておらず、前記カラーシャンクの長さは、所定の数のカラー肩部が、対応する数のピンクレストと係合するのに十分な長さであり、
前記カラーシャンクは、貫通孔を有しており、貫通孔の孔径は、ピンクレストのクレスト直径に関して、スエージング前に所定の隙間が設けられる大きさであり、これにより、スエージングの際の相対的な軸方向の力を小さくすることができ、
前記ピンは、ワークピースから前記ファスナーへ加えられる引張荷重は、高引張荷重から低引張荷重へ変化することができる異なる荷重条件にてワークピースを締結することができる共通の構造を有しており、前記カラーのうちの第１のカラーは、高引張荷重作用に対して高強度材料から作られ、前記カラーのうちの第２のカラーは、低引張荷重作用に対して低強度材料から作られており、
前記ピン部材は、前記カラーのうちの第１のカラーよりも高強度の材料から作られ、前記クレストの幅Ｗは、高強度材料のカラーの場合、高引張荷重作用に対して選択される、締結システム。
【請求項８】
カラーシャンクは、内側部と外側部を有し、外側部はプルキャビティの上に配置されるようになし、前記プルキャビティでのピンシャンクの変形を防止し、より小さなスエージング荷重でスエージングが行われるようにするために、前記外側部は、前記内側部よりも肉厚が薄く構成される請求項７の締結システム。
【請求項９】
溝の幅Ｗｒとクレストの幅Ｗは、カラーシャンクの外側部の薄肉の壁部と共に、過充填を少なくするように作用し、プルキャビティの外側端部での圧縮荷重が低減される請求項８の締結システム。
【請求項１０】
過充填は、第１のクレスト及び溝部での約１％から、最後のクレスト及び溝部での約１５％まで変化する請求項９の締結システム。
【請求項１１】
カラーシャンクは、第１の肉厚を有する内側部が、ピンシャンクの外側端部で前記クレストの最も長い幅Ｗに関して選択された肉厚の薄い外側部に繋がっており、プルキャビティでのピンシャンクの変形を防止するために、低スエージング荷重でスエージングが行われるようにしている請求項７の締結システム。
【請求項１２】
カラーシャンクは、第１の肉厚の内側部と、肉厚の薄い外側部と、前記内側部と前記外側部の中間の肉厚を有し、内側部と外側部に接続された中間部とを有し、プルキャビティでのピンシャンクの変形を防止するために、低スエージング荷重でスエージングが行われるようにしている請求項７の締結システム。
【請求項１３】
ピンシャンクの外側端部は、第１のクレストから径方向内向きに傾斜したテーパ部で終端し、プルキャビティの外側端部のネジ部と径方向の位置が揃えられている請求項１の締結システム。
【請求項１４】
ピンシャンクの外側端部は、第１のクレストから径方向内向きに傾斜したテーパ部で終端し、プルキャビティの外側端部のネジ部と径方向の位置が揃えられており、前記テーパ部は、プルキャビティの外側端部の２つ乃至約４つの間のネジ部の間で、径方向の位置が揃えられている請求項１の締結システム。
【請求項１５】
ピンシャンクの外側端部は、第１のクレストから径方向内向きに傾斜したテーパ部で終端し、プルキャビティの外側端部のネジ部と径方向の位置が揃えられており、前記テーパ部は、軸方向の長さが、第１のクレストの幅Ｗよりも実質的に大きい請求項１の締結システム。
【請求項１６】
プルキャビティの内側端部は、前記プルキャビティのネジ部のクレスト直径と略同じ直径を有する略円弧状の表面で終端する請求項１の締結システム。
【請求項１７】
プルキャビティの内側端部は、前記プルキャビティのネジ部のクレスト直径と略同じ直径を有する略円弧状の表面で終端しており、前記マンドレルのネジ付き接続用ロッド部は、ネジ部の長さが。前記プルキャビティのネジ部の長さよりも長い請求項１の締結システム。
【請求項１８】
クレスト幅Ｗと溝幅Ｗｒの比Ｗ／Ｗｒは、第１のクレストと溝の約５０％から、最後のクレストと溝の約２５％まで段階的に変化する請求項１の締結システム。
【請求項１９】
プルキャビティのネジ部の底部は略平らな表面で終端しており、前記プルキャビティの圧縮強度を高めるために、底部の直径は最小化される請求項１の締結システム。
【請求項２０】
プルキャビティのネジ部のクレストは略平らな平面で終端し、これによってクレストの直径は大きくなり、接続用ロッド部の螺合するネジ部の底部の直径は大きくなるので、接続用ロッド部のネジ部の強度は最大化される請求項１の締結システム。
【請求項２１】
プルキャビティのネジ部の底部は、略平らな表面で終端し、前記プルキャビティの圧縮強度を高めるために、底部の直径は最小化され、プルキャビティのネジ部のクレストは略平らな平面で終端し、これによってクレストの直径は大きくなり、接続用ロッド部の螺合するネジ部の底部とクレストの直径は大きくなるので、プルキャビティ及び接続用ロッド部のネジ部の強度は最大化される請求項１の締結システム。
【請求項２２】
プルキャビティの内側端部は、前記プルキャビティのネジ部のクレスト直径と略同じ直径を有する略円弧状の表面で終端する請求項２１の締結システム。
【請求項２３】
プルキャビティのネジ部の底部は略平らな表面で終端しており、前記プルキャビティの圧縮強度を高めるために、底部の直径は最小化され、プルキャビティのネジ部のクレストは略平らな平面で終端し、これによってクレストの直径は大きくなり、接続用ロッド部の螺合するネジ部の底部の直径は大きくなり、プルキャビティのネジ部のクレストの平らな表面の幅は、底部の平らな表面の幅よりも約５０％大きく、接続用ロッド部の螺合するネジ部の底部及びクレストは、平らな表面を有し、プルキャビティのネジ部に適合する輪郭であり、これにより、プルキャビティ及び接続用ロッド部のネジ部の強度は最大化される請求項１の締結システム。
【請求項２４】
プルキャビティの内側端部は、前記プルキャビティのネジ部のクレスト直径と略同じ直径を有する略円弧状の表面で終端し、接続用ロッド部のネジ部の長さは、プルキャビティのネジ部の長さよりも長い請求項２１の締結システム。
【請求項２５】
複数のワークピースを締結するためのツーピース型ファスナーと、該ファスナーを取り付けるためのツールを含む締結システムにおいて、前記ファスナーは、ピン部材と筒状カラーを含んでおり、前記カラーは、前記ツールによってピン部材とカラーの間に相対的な軸方向の力又はスエージング荷重が加えられたとき、その荷重に反応して、ピン部材のロック用溝の中にスエージングされ、予め定められた大きさのスエージング荷重に反応して、ワークピースに所定の大きさのクランプ荷重を付与することができる略真直なカラーシャンクを有しており、
前記ピン部材は、ワークピースどうしの整合された孔の中へ配備されることができる細長いピンシャンクを有しており、該ピンシャンクは、一方の端部がワークピースの一方の面の表面に係合可能な拡大ヘッドで終端し、他方の端部がワークピースの反対側の面を超えて延びる溝部で終端しており、該溝部は、複数の前記ロック用溝を有するロック部を含み、該ロック用溝は、周方向に延びるピン溝と、ピンクレストで終端するピン肩部とによって形成されており、前記ピン溝の各々は、全体的に滑らかな形状の細長い底部を有しており、前記カラーシャンクがロック用溝の中へスエージングされることにより、ワークピースは締結されて締結ジョイントが形成され、スエージングされたときのカラーは、ピン溝及びピン肩部に係合する溝部と肩部を有しており、
前記ピンシャンクは、その外側端部にネジ付きプルキャビティを有しており、
前記ツールは、スエージング用キャビティが形成されたアンビル部材を有し、前記スエージング用キャビティには、カラーシャンクと過剰な係合を行ない、前記シャンクをロック用溝の中に径方向内向きにスエージングするためのスエージング用有効のど部が形成され、前記プルキャビティのネジ部と螺合可能なネジ付き接続用ロッド部を有するマンドレルに接続して使用可能であり、前記アンビル部材とマンドレルからピンとカラーの間に相対的な軸方向の力が加えられることにより、カラーシャンクはロック用溝の中へスエージングされるようになし、前記接続用ロッド部は、スエージング終了後にピンシャンクから取り外すことができるように、前記プルキャビティとはネジを緩めて取外し可能であり、
前記ピンクレストの幅は、プルキャビティと径方向の整合が行われる部分であり、スエージングの際、カラーシャンクからの圧縮荷重によって、プルキャビティのピンシャンクが破損しないように、プルキャビティの領域のピンシャンクに対して十分な強度がもたらされるように選択され、
前記カラーシャンクは、前記スエージング用有効のど部によって規定される利用可能な容積よりも一般的には大きい所定容積の材料を有し、スエージングされるべき前記ロック用溝に対面する部分を有しており、前記カラーシャンクの材料は、スエージング中は前記底部に完全に係合せず、それゆえスエージング後にロック用溝に完全に充填されておらず、前記カラーシャンクの長さは、所定の数のカラー肩部が、対応する数のピンクレストと係合するのに十分な長さであり、
プルキャビティのネジ部は、略平らの表面で終端する底部を有し、該底部の直径は、プルキャビティの圧縮強度を向上させるために最小にしており、プルキャビティのネジ部は、略平らな表面で終端するクレストを有し、該クレストの直径は大きくしており、プルキャビティのネジ部のクレストの平らな表面の幅は、底部の平らな表面の幅よりも約５０％長く、前記接続用ロッド部の螺合ネジ部の底部とクレストは、平らな表面を有し、プルキャビティのネジ部の底部とクレストに螺合する形状であり、プルキャビティのネジ部及び前記接続用ロッド部の強度は最大化されることができる、締結システム。
【請求項２６】
マンドレルは、相対的な軸方向の力を作用させるための取付用ツールによって取外し可能に把持されるプル溝部を有しており、前記ツールの作用により、前記カラーはロック用溝の中へスエージングされ、前記ツールから選択的に取外し可能である請求項１の締結システム。
【請求項２７】
マンドレルは、相対的な軸方向の力を作用させるための取付用ツールによって取外し可能に把持されるプル溝部を有しており、前記ツールの作用により、前記カラーはロック用溝の中へスエージングされ、前記ツールから選択的に取外し可能である請求項７の締結システム。
【請求項２８】
マンドレルは、相対的な軸方向の力を作用させるための取付用ツールによって取外し可能に把持されるプル溝部を有しており、前記ツールの作用により、前記カラーはロック用溝の中へスエージングされ、前記ツールから選択的に取外し可能である請求項２５の締結システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピンとカラーの間での相対的な軸方向の力に反応して、カラーがピンのロック用溝の中にスエージングされるプルタイプのスエージ型ファスナー(pull type swage fastners)に関する。
【０００２】
本発明は、プルタイプのスエージファスナーの締結システムに関し、ピンとカラーを具え、カラーは、ピンのシャンクに取外し可能に固定されたマンドレルで、ピンにスエージされることができ、ピンとカラーの間で、カラーをスエージングするのに必要な軸方向の引張力を加えるための取付ツール(installation tool)を用いて、締め付けられることができる。
【背景技術】
【０００３】
本発明は、ツーピースのスエージ型ファスナー又はロックボルトに関する。この種の締結具は、１９５０年１１月２１日発行の米国特許第２５３１０４８号(L. Huck)、１９６５年１１月２日発行の米国特許第３２１５０２４号(Brilmyer et al.)に記載されている。また、スエージ型ファスナーの他の例として、１９７５年１０月２８日発行の米国特許第３９１５０５３号(J. Ruhl)、１９８４年９月１８日発行の米国特許第４４７２０９６号(J. Ruhl & R. Dixon)、１９９２年２月２５日発行の米国特許第５０９０８５２号(R. Dixon)がある。
【０００４】
スエージ型のファスナー(締結具)の代表的なものは、ピンとカラーを含んでおり、ピンシャンクはロック部にロック用溝を有している。プルタイプでは、ピンシャンクは、プル溝を有するプル部で終端する。プル溝は、カラーに係合可能なスエージ用アンビルを有する取付ツールのチャックジョー(chuck jaws)と噛合することによって把持され、これによって、ピンとカラーに対して相対的な軸方向の力が加えられ、予め選択されたクランプ力によりワークピースは締結される。相対的な軸方向の力が増し、アンビルがカラーの上を移動し、カラーがロック用溝の中にスエージングされる大きさに達すると、所定のクランプ力をもたらされ、締結が完了する。ここで、相対的な軸方向の力は、チャックジョーを介してピンに作用する引張荷重と、ツールのスエージアンビルを介してカラーに作用する圧縮荷重である。
【０００５】
プル型のスエージファスナーの場合、プル部は、一般的には、低強度の破断用溝により、ロック用溝部に繋がっている。前記破断用溝は、軸方向の力又は引張力が、予め設定された大きさに達すると破損するようになっており、その設定値は、カラーをスエージングするのに必要な力よりも大きい。プル部、つまりピンの後部がピンシャンクから切断され、スエージング完了後に廃棄される。これについては、上記特許を参照することができる。
【０００６】
また、切断可能なピン後部(severable pintail)にプル溝を有するピンを含むファスナーの場合、破断用溝は、スエージングのための高引張荷重に耐え得る十分な強度を有していなければならない。プル溝についても、取付ツールのチャックジョーと係合した歯からの作用による軸方向の相対的な引張荷重に耐え得る強度を有していなければならない。このため、プル部は、通常は、十分な強度を有する材料を使用して比較的大径に形成され、破断用溝に所定サイズと強度が付与されるようにし、また、プル溝(破断用溝ではなく)で破断することがないようにしている。航空機に適用されるファスナーは、一般的には、軽量で高強度材料から作製されるから、費用高となる。このように、切断可能なピン後部は、各ファスナーの全体コストに加えられる。プル式のスエージ型ファスナーに対して、幾つかのシステムが開発されており、取付ツールのネジ部材によって、ピンの外側及び内側で把持されるものがある。そのようなシステムは、例えば、１９９４年５月３１日発行の米国特許第５３１５７５５号(Fulbright et al.)及び２００１年５月２２日発行の米国特許第６２３３８０２号(Fulbright)に記載されている。
【発明の開示】
【０００７】
本発明では、取外し可能及び再使用可能なマンドレルは、ピンシャンクの端部のプルキャビティに螺合可能であり、取付ツールによって把持され、該ツールにより、軸方向に相対的な引張力が加えられて、スエージングが行われる。スエージングが終わると、マンドレルは、プルキャビティから螺合を解除して取り外され、再使用することができるので、ファスナーの全体コストは低減される。また、ピン後部が破断された残骸も残らない。
【０００８】
ファスナーが、ワークピースの孔の中へ締まり嵌めで取り付けられる使用例もある。ワークピースの全体厚さによっては、ピンを前記孔の中へ引き入れるための取付用ツールによる最初の締め付け作業を容易にするために、後部が若干長くて切断可能なピンを必要とするものもある。ここで、取外し可能で再使用可能なマンドレルは、使用者が負担する余分の費用をできるだけ少なく、そのような適用が可能な長さに作られることができる。
【０００９】
スエージ型ファスナーの場合、カラーは、ピンシャンクのロック用溝の中へ、径方向に押圧される。これは、ピン後部が分離可能(severable)な通常の構造体には全く問題を生じない。しかしながら、取外し可能なマンドレルを用いて、ロック用溝を有するピンシャンクの外側端部には、ネジ付きプルキャビティが形成され、該キャビティの中にマンドレルのネジ部が固定される。ピンシャンクのこの部分は、カラーがスエージングされたときの圧縮荷重に対する抵抗力が小さい。このため、ネジ付きプルキャビティにおいて、マンドレルのネジ部の変形及び／又は故障が起こる。対策として、ピンシャンクのその部分を単に長くすればよく、ネジ付き孔はカラーを通り過ぎて、スエージングされるカラーの部分と一致しない。しかしながら、締結されるファスナーは、ピン後部が分離可能な従来のファスナーよりも重量が増し、また、ピンのコスト高を招く。
【００１０】
本発明は独特の組合せを提供するもので、ピンシャンクのロック用溝部は、取外し可能なマンドレルが用いられ、分離可能なピン後部を有するピンシャンクのロック用溝部と実質的に同じ長さである。しかしながら、本発明では、ロック用溝部を、低スエージング荷重でカラーのスエージングが可能な独特の構造としており、ピンシャンクの外側端部での圧縮荷重に対する抵抗力が高められるので、カラーのスエージング中のネジ付きプルキャビティの変形が防止される。また、カラーはスエージング荷重を低減できるような構造に作られる。これは、ネジ付きプルキャビティが、マンドレルのプル部とプルキャビティのネジ部の強度が最大となるようにバランス良く形成され、また、圧縮荷重に対する抵抗力を高めるからである。また、本発明の一形態において、カラーシャンクの外側端部が、低荷重でも効果的にスエージングされるような独特のカラー構造であり、特にプルキャビティの領域でピンシャンクへの圧縮力が小さくなる。また、カラーシャンクの残部もまた、低荷重でスエージング可能なロック用溝と係合できるように作られている。また一方で、相手側の分離可能なピン後部に関して、スエージングされるファスナーの全体強度の低下をきたさない。また、前記構造は、ファスナーのサイズと重量が、分離可能なピン後部の既存形態のものと実質的に同じとなるように最適化される。構造が異なる低スエージング荷重型ファスナーの例が２００１年１２月４日に発行された米国特許第６３２５５８２号(Sadri et al.)及び前記'８０２特許に記載されている。
【００１１】
航空機用ファスナーは、金属製ワークピース及び、軽量複合材料から作られたワークピースを締結するのに用いられることは留意されるべきである。複合材料に適用する場合、ファスナーの構成要素の一部は、材料の局部的層間剥離を回避するために、付加された荷重が分配されるように特別な設計が施される。
【００１２】
また、ピンが分離可能なピン後部を有するプル型ファスナーの場合、破断用溝が破損するとき、ある大きさのノイズが発生し、作業者及び締結される構造体に何らかの衝撃荷重が作用する。これは、複合材料の場合、衝撃荷重があまり大きすぎると層間剥離が起こるため、深刻な問題である。これに対し、本発明のファスナーでは、分離可能なピン後部を有する場合でもこのようなことは全くない。
【００１３】
航空機用では、締結されるジョイントに様々な種類の荷重が作用し、その荷重に対して、スエージ型ファスナーが一般的に用いられる。これらの場合、直径が一定のピンが用いられる。しかしながら、作用する荷重の種類によっては、材料が異なり、強度特性が異なるカラーを用いることもできる。そのような荷重条件では、チタン又は合金スチールのよな高強度材料のカラーを使用することできるし、アルミニウムのような低強度材料のカラーを使用することもでき、同じ直径のピンは、カラーの材料に応じて、異なるロック用溝を有している。本発明は、独特のピン構造を提供するもので、材料強度の異なるカラーを用いて、共通構造のピンを、荷重の種類が異なる条件に適用することができる。なお、ピンのロック用溝部の構造は、１種類の材料のカラーに対して部分的に最適化されることもできるが、様々な荷重条件に使用可能であり、材料が異なるカラーと共に用いられることができる。
【００１４】
それゆえ、本発明の目的は、プル作業のために把持されることができ、取外し可能で再使用可能なマンドレルを用いるプル型スエージファスナーを提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、取外し可能マンドレルが、ピンシャンクの端部のネジ付きプルキャビティの中で螺合されるプルタイプのスエージ型ファスナーを提供することであり、ピンのロック用溝部の中に、カラーがスエージングされ、スエージング荷重、つまりスエージング中の圧縮応力の大きさを低減できる独特の構造である。
【００１６】
本発明のさらに他の目的は、ピンとカラーを有し、取外し可能なマンドレルを用いて、ピンとマンドレルとの間で連結構造を形成するようになし、低スエージ型カラーと独特のロック用溝構造を含むプルタイプスエージ型ファスナーであって、締結されるファスナーの全体サイズ、重量及び強度については、分離可能なピン後部を有するこの種ファスナーと同等であるスエージ型ファスナーを提供することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、ピンとカラーを有し、取外し可能なマンドレルを用いて、ピンとマンドレルとの間で連結構造を形成するようになし、ピンは独特のロック用溝部を有するプルタイプスエージ型ファスナーであって、異なる荷重条件に対して、強度が異なる材料のカラーを用いて、共通のサイズ及び構造を有するピンを用いることができるスエージ型ファスナーを提供することである。
【００１８】
本発明の全体的な目的は、ピンとカラーを有し、取外し及び再使用可能なマンドレルを用いて、ピンとマンドレルとの間で連結構造が形成されるプルタイプのスエージ型ファスナーを提供することである。
【００１９】
本発明のさらなる適用性については、以下の詳細な説明から明らかであろう。本発明の望ましい実施例を示す詳細な説明及び具体的実施例は、例示であって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。
【００２０】
望ましい実施例に関する以下の説明は、単なる例示であって、発明、その適用又は使用を限定するものではない。
図１乃至図５を参照すると、プル型スエージファスナー(10)(図５参照)を示しており、ピン部材(12)と筒状カラー(14)を含んでいる。ピン部材(12)は、細長いシャンク(15)を有しており、該シャンクは、締結されるべき一対のワークピース(18)(20)の整合した開口又は孔(16)(17)の中を通すことができる。図１及び図５を参照すると、シャンク(15)の一方の端部の拡大したヘッド(22)は、ワークピース(18)の後部側の表面(23)に当接する。ピンシャンク(15)は、ヘッド(22)に隣接して、真直で滑らかな円柱状シャンク部(24)があり、該シャンク(24)は、整合した孔(bores)(16)(17)の中に収容されることができる。なお、孔(16)(17)は、真直なシャンク部(24)に対して、所望の締まり嵌め(interference fit)又はすきま嵌め(clearance fit)ができるように作られることができることは理解されるべきである。真直なシャンク部(24)に続いてロック用シャンク部(25)があり、該ロック用シャンク部は、クレスト又は肩部(38)で分離された複数の環状ロック用溝(26)を有している。説明上、図面の中で、クレストは、符号(38a)〜(38g)で示している。環状テーパ状の移行部(28)により、ロック用シャンク部(25)は真直なシャンク部と滑らかに接続される。ネジ付きプルキャビティ(29)は、ロック用シャンク部(25)の外側端部に設けられる。どの使用例においても、ロック用溝(26)を有するクレスト又は肩部(38)は、孔(16)(17)と隙間を形成するために、クレスト直径Ｄｕは、真直なシャンク部(24)の直径Ｄｓよりも小さい。
【００２１】
図２を参照すると、取外し可能なマンドレル(30)は、複数の環状プル溝(34)を有するプルシャンク部(32)を含んでいる。マンドレル(30)の一方の端部には、縮径したネジ付きの接続用ロッド部(36)が配備され、滑らかな環状ランド部(39)によってプルシャンク部(32)に繋がっている。接続用ロッド部(36)は、複数の螺旋ネジ(37)が、ネジ付きプルキャビティ(29)と螺合可能であり、取外し可能なマンドレル(30)がピンシャンク(15)と接続される。取外し可能なマンドレル(30)のプル溝(34)は、破断可能なピン後部における従来のプル溝と略同様な構造であり、従来の構造と略同じ取付ツールによって把持され、ファスナー(10)をセットするために用いられることができる。
【００２２】
図３乃至図５を参照すると、カラー(14)は、フランジ型であり、拡径したフランジ(40)を含み、円筒形シャンク(42)と、直径ＩＤの略一様な貫通孔(44)を有している。カラーのシャンク(42)は円筒形で段部を有しており、該段部の作用については後で説明する。内側のシャンク部(46)は、外径ＯＤで、肉厚(wall thickness)ｔは略一様である。端部側シャンク(48)の外表面は、径方向内向きの段部が形成され、肉厚ｔ'は薄くなっており、カラーのシャンク(42)の外表面は、外径が僅かに小さいＯＤ'である。なお、外径ＯＤからＯＤ'への移行部は、角度Ａで傾斜したテーパ状の移行部(51)である。傾斜Ａの大きさは、取付ツールのスエージング用アンビルが、薄肉の端部側シャンク部(48)のスエージングされた係合部から厚肉の内側シャンク部(46)へ移動する際、キャビティの中を移動し易いように選択される。
【００２３】
フランジ付きカラー(14)は、ピンシャンク(15)の上に配置されるようになっている。ワークピース(18)(20)が共に引っ張られると、カラーのシャンク(42)が、ロック用溝(26)及びクレスト(38)の対向する部分と径方向に整合する。これについては、図５に示されている。同時に、フランジ(40)はワークピース(20)の外表面(52)に当接する。
【００２４】
前述したように、ファスナー(10)のようなファスナーは、一般的に、複合材料から作られたワークピース(18)(20)のようなワークピースを締結するのに用いられる。ここで、外側ワークピースの表面(52)に接触するカラーのフランジ(40)の面積と、内側ワークピースの表面(23)と接触するピンヘッド(22)の面積は、複合材料から作られたワークピース(18)(20)の接触表面の層割れ(delamination)を防止するために、作用した荷重が十分に分配されるように選択される。しかしながら、本発明の特徴は、金属ワークピースの締結にも等しく適用され、ピンヘッド(22)とは異なるピンヘッドを使用し、ダブルエンド型カラーで、フランジ(40)のようなフランジのないものを用いることができる。しかしながら、このカラーは、その他の点では、図３及び図４に示す構造並びに図７及び図８に示す構造と同様である。ダブルエンド型カラーの一例は、図９に示されており、これについては後で説明する。
【００２５】
ワークピース(18)(20)の合計厚さｔａは、ファスナー(10)が締め付けるべき最大の範囲を規定する。しかしながら、ファスナー(10)は、ワークピース(18)(20)の最小合計厚さｔａ'から最大合計厚さｔａまでグリップできる範囲(grip range)に亘って適用されることができる。これについては、図５に示されている。ファスナー(10)の取付けに際し、取外し可能なマンドレル(30)が取り付けられたピン部材(12)が、ワークピース(18)(20)の孔(16)(17)の中へ挿入される。カラー(14)はマンドレル(30)の上から、ロック用溝(26)に沿ってピンシャンク(15)の上に配置される。
【００２６】
滑らかなシャンク部(24)とワークピースの孔(16)(17)の間で締まり嵌めされる使用例では、取外し可能なマンドレル(30)のプルシャンク部(32)は、少なくとも一部分が外側ワークピースの表面(52)を過ぎるところまでくるように構成される。マンドレル(30)のプルシャンク部(32)は、取付ツールで把持されるのに十分な長さとなるように設定される。ピンシャンク(15)は、滑らかなシャンク部(24)が孔(16)(17)の中を移動し、ピンヘッド(22)がワークピース(18)の後部側表面(23)と接触するまで引き寄せられる。次に取付ツールが取り除かれ、カラー(14)がマンドレル(30)の上に配置され、ロック用シャンク部(25)のロック用溝(26)に沿ってピンシャンク(15)に配置される。次に、取付ツールが再びファスナー(10)に用いられ、取り付けられたマンドレル(30)は、ツールの顎部で把持され、軸方向に相対的な力が加えられ、カラーシャンク(42)がロック用溝(26)の中へスエージングされる。なお、締まり嵌めは、複合材料よりも金属材料から作られたワークピース(18)(20)に対して主として適用される。また、このような場合、図９のカラーのようなダブルエンド型カラーが用いられる可能性が最も高い。
【００２７】
本発明のマンドレル(30)の一形態において、長さの異なるマンドレル(30)は異なる条件に有用である。例えば、図５に示されるように、締まり嵌め条件でない場合、マンドレル(30)は最小長さから作られる。締まり嵌め条件の場合、２本の長いマンドレル(30)が作られる。第１の長さのマンドレル(30)は、締まり嵌め条件で使用され、ワークピース(18)(20)の合計厚さ例えばｔａは、最小合計厚さから中間範囲の合計厚さまでの異なる適用の実質的範囲に亘って変動する。長さがより長い第２のマンドレル(30)は、中間範囲の厚さから最大範囲の厚さの締まり嵌め条件に用いられる。これは、使用の効率と便宜を向上させ、システム全体に経済性をもたらす。なお、厚さ範囲に対する上記の変動は、特定のファスナー(10)がグリップできる範囲、つまりｔａ〜ｔａ'から独立しており、またその範囲よりも大きいことは理解されるべきである。それゆえ、ピン(12)の真直なシャンク部(24)は、合計厚さの前記変化に対応できるように変えることができる。
【００２８】
ツール使用に際しては、チャックジョーを把持しながら引張力でプル溝(34)に係合させ、スエージング用アンビルをカラーシャンク(42)の外端部のエンドシャンク部(48)に圧縮力で係合させることにより、ピン(12)とカラー(14)の間に、軸方向に相対的な力が加えられる。
【００２９】
図５ａに、スエージング用アンビル(43)の全体を示しており、該アンビルは、アーチ状に形成された環状スエージング部を有するスエージング用キャビティ(45)を含んでおり、スエージングの際、カラーシャンク(42)に過剰に接触する(overengage)ように、のど部(47)が形成されている。のど部(47)の直径Ｄａは、エンドシャンク部(48)の直径ＯＤ'よりも小さい。エンドシャンク部(48)は、スエージング用キャビティ(45)のアーチ状のど部(47)と共に、ロック用溝(26)の中へスエージング又はスナビング(snubbing)の開始を妨げる(hold-off)ために所定の大きさの抵抗力をもたらすので、ワークピース(18)(20)は、当初は、予め選択されたクランプ荷重の下で共に引き寄せられる。抵抗力の大きさは、従来のプル型ファスナーの場合よりも幾分小さいが、それでも、初期抵抗力の荷重は、スナビングが起こることなく、ワークピース(18)と(20)の隙間を閉じることができる大きさである。軸方向の相対的な力が大きくなるにつれて、スエージング用キャビティ(45)ののど部(47)は軸方向に移動し、薄肉部ｔ'のエンドシャンク部(48)が径方向に押圧され、厚さｔの内側シャンク部(46)と径方向が過剰に接触する。これにより、カラーのシャンク(42)は、ピン(12)のロック用溝(26)の中へ径方向内向きにスエージングされる。スエージングの完了後、ツールをさらに移動させると、ツールのカラーエジェクタ部材は軸方向前方に移動させられ、スエージングされたカラー(14)のシャンク(42)の外側端部(48)に当接し、前記端部は、アンビル(43)のキャビティ(45)からエジェクトされる。このようにして取付作業が終了する。同時に、マンドレル(30)は、自己排出型(self-ejecting)取付用ツールから解放される。このようなツールは当該分野で広く知られており、例えば、１９９６年５月２８日発行の米国特許第５５１９９２６号(Rosier)に記載されている。マンドレル(30)は、ネジ付きプルキャビティ(29)からネジ付き接続用ロッド部(36)を緩めるだけで、ピン(12)から容易に取り外される。なお、マンドレル(30)は、プルシャンク部(32)の反対側端部に、六角形状の把持部(54)を有している。ロッド部(36)とプルキャビティ(29)の螺合を解除する場合、この把持部(54)により、ツールの把持を容易に行なうことができる。なお、把持部(54)の形状は、他の不規則形状でもよいことは理解されるべきである。
【００３０】
図１ａに示されるように、プルキャビティ(29)には、螺旋状の複数のプルネジ(56)が設けられている。螺旋状のプルネジ(56)は、先端がカットされた径方向内部側のクレスト部(58)と、径方向外部側の溝又は底部(root)(60)が形成されている。クレスト部(58)と底部(60)は両方とも、略平らな平面で終端しており、クレスト部(58)の平らな表面の幅はＷｔｃであり、底部(60)の幅Ｗｔｒよりも広い。これは、クレスト部(58)に対して相対的により広い剪断面積をもたらして、接続用ロッド部(36)のネジ部と螺合できるようにするためである。同時に、底部(60)の径方向外側端部の平らな表面は、底部の直径が制限された形状になるため、カラーのシャンク(42)のスエージングからの圧縮力に抵抗する働きを有する。取外し可能なマンドレル(30)は、ピン(12)よりも強度が高い高強度鉄系材料から作られるので、ネジ部(37)の剪断面積は、内側のプルネジ(56)よりも少なくてすむ。また、クレスト(58)は先端が切り取られ、クレストの直径Ｄｔｃは大きくなるので、マンドレル(30)のロッド部(36)のネジ部の底部(64)の直径Ｄｍｒを大きくすることができる。これによって、ロッド部(36)とネジ部(37)の強度及び耐久性が向上する。本発明の一形態において、プル溝(56)のクレスト部(58)の径方向内側端部における幅Ｗｔｃは、底部(60)の径方向外側端部における幅Ｗｔｒよりも約５０％長かった。この構造により、キャビティ(29)は、クレスト部と溝の幅が同じ場合には、従来の構造のネジ部と比べて、フープ強度が向上する。また、ネジ部(56)は、ドリル加工でキャビティを形成した後、切削によって螺旋状に形成される。切削されたとき、クレスト(58)の径方向内側端部は相対的に平らであり、側面(flanks)は、径方向内向き及び互いに接近する方向にテーパを有している。これにより、クレスト部(58)の底部(60)の基部の幅が大きくなり、剪断強度は最大になり、スエージング中の応力集中は低減される。なお、プルキャビティ(29)の最も内側端部(62)は、略半球の円弧状に形成され、最小直径Ｄｔｃは、クレスト(58)の直径Ｄｔｃと略等しい。このような半球の円弧状形態により、全ての応力集中が低減される。
【００３１】
このように、プルキャビティ(29)のネジ部の軸方向深さについは、プルキャビティ(29)のネジ部(56)がロッド部(36)のネジ部(37)と十分に係合できるように選択される。なお、ロッド部(36)のネジ部(37)の軸方向の長さは、プルキャビティ(29)のネジ部(56)よりも僅かに長い。これにより、キャビティのネジ部(56)と完全に螺合される。ロッド部(36)のネジ部(37)は、プルキャビティ(29)及びネジ部(56)よりも実質的に高強度材料から作られているため、プルキャビティ(29)のネジ部(56)に過度に締めつけられて、円弧状の内側端部(62)に接触しても、ロッド部のネジ部(37)を損傷することはない。同時に、環状ランド部(39)はテーパ部(49)の外側端部と間隔が維持されるので、係合のための過度な力作用は回避される。ロッド部のネジ部(37)もまた、平坦なクレストと底部を有している。
【００３２】
図示の如く、カラーのスエージングの際、プルキャビティ(29)の圧縮荷重に対する抵抗が大きくなるように、ロック用溝(26)とクレスト(38)もまた、プルキャビティ(29)の螺旋状プル溝(56)との組合せが可能となるように作られる。ロック用溝溝(26)とクレスト(38)はまた、カラーのシャンク(42)のスエージング荷重を小さくして、プルキャビティ(29)への圧縮荷重を小さくするために、カラー(14)との組合せが可能となるように作られる。ロック用溝(26)の各々は、底部(68)を有している。ここで、ロック用溝(26)とそれに連繋されるクレスト(38)は、異なるピッチに形成され、最初の、つまり最も外側のロック用溝(26)の最大ピッチＰ１は、最後の、つまり最も内側のロック用溝(26)の最小ピッチＰ７まで段階的に小さくなるようにしている。中間のピッチＰ３におけるロック用溝(26)の１つが図１ｂに示されている。なお、底部(68)を有するロック用溝(26)の各々は、一様な形状で、全体の幅がＷｒである。この形状は、図１ｂに示されている。しかしながら、クレスト(38)の幅Ｗは変化するので、クレスト(38)については、別個に(38a)〜(38g)の番号を付してあり、幅Ｗについては、別個にＷａ〜Ｗｇの符号を付してある。クレスト(38a)の幅Ｗａが最大であり、クレスト(38g)の幅Ｗｇが最小であり、その結果、前記の如く、ピッチはＰ１からＰ７へ変化する。クレスト幅が変化するので、関連ロック用溝(26)のクレスト(38a)(38b)の剪断強度は、ロック用溝(26)のクレスト(38c)〜(38g)よりも大きくなる。なお、クレスト(38)は、径方向外側表面(radially outer surfaces)が略平らであり、幅Ｗは、別個にＷａ〜Ｗｇの符号を付している。クレスト(38)の有効剪断平面の領域は、図１ｂのＬｓ線に沿っており、径方向外側表面と溝部(68)の略中間点である。これは、ロック用溝(26)のピッチ径Ｄｐに概ね沿っている。しかしながら、クレストの幅Ｗａ〜Ｗｇは、径方向外側表面に示されている。なお、本発明の一形態において、クレスト(38a)の幅Ｗａは、クレスト(38g)の幅Ｗｇの略２倍である。ここで、クレスト(38a)(38b)の余分な幅が、プルキャビティ(29)の外側の開口端部でのスエージングにおいて、径方向の圧縮力に対して、より大きな抵抗をもたらす。これは、肉厚が均一なキャビティの開口端部は、圧縮強度が、内部側の部分よりも小さいので、意義のあることである。また、プルキャビティ(29)のネジ部(56)が螺旋状であるので、環状のロック用溝(26)及びクレスト(38)に対して、圧縮強度は略均一に分配される。
【００３３】
底部(68)は、均一に形成され、略円弧状であり、３種類の半径を有し、中央の底部径はＤｒである。前述の如く、クレスト(38)は円弧状であり、幅は、例えばＷａ、Ｗｂの如く異なっている。しかしながら、底部(68)とクレスト(38)は、角度ａ１の前方フランク(70)と一様に接続される。前方フランク(70)の角度ａ１は、後方フランク(72)の角度ａ２より実質的に小さいので、ロック用溝(26)は均一な構造である。角度ａ１が鋭いほど、スエージングにおけるカラー材料の流れ又は押出に反応して、クランプ荷重が増加する。一方、角度ａ２が浅いほど、スエージングにおけるカラー材料が前方に流れ易くなる。前述したように、クレスト(38)の有効剪断面はＬｓ線に沿って底部(68)の略中間部である。一方、スエージングされたカラー材の有効剪断面は、クレストの直径Ｄｕで、底部(68)の幅Ｗｒに概ね沿っている。
【００３４】
なお、ロック用溝(26)へスエージングされたカラー(14)の引張荷重抵抗(tensile load resistance)(ＳＬＣ)と、剪断時の最終破断に対するピンの肩部又はクレスト(38)の引張荷重抵抗(ＳＬＰ)は、次の式から求められる。
[１]  ロック用溝(26)におけるスエージングされたカラーの引張荷重抵抗
ＳＬＣ＝(Ｗｒ)(πＤｕ)Ｓｃ
但し、Ｗｒは、溝(26)の幅、つまりスエージングされたカラーの剪断面(図１ｂ)であり、Ｄｕは、クレスト(38a)〜(38g)の直径(図１)であり、Ｓｃは、カラー(14)の材料の剪断強度(ポンド／インチ2)である。
[２]  ピンのクレスト(38)の引張荷重抵抗
ＳＬＰ＝(Ｌｓ)(πＤｐ)Ｓｐ
但し、Ｌｓは、ピッチ線の長さで、クレスト(38a)〜(38g)の剪断面(図１ｂ)であり、Ｄｐは、ピッチ直径(図１ｂ)であり、Ｓｐは、ピン(12)の材料の剪断強度(ポンド／インチ2)である。
【００３５】
ロック用溝(26)の中でスエージングされたカラーの引張荷重抵抗は各溝について略等しいのに対し、ピンの肩部又はクレスト(38)の引張荷重抵抗は、クレストの幅Ｗａ〜Ｗｇで異なる。また、長さＬｓも、クレストの幅Ｗａ〜Ｗｇの各々に対して異なる。
【００３６】
前述したように、ピン(12)は、締結されるワークピースの合計肉厚範囲が最大厚さｔａから最小厚さｔａ'であるワークピース(18)(20)を締結するのに用いられる。図５に示されるように、最大厚さｔａの場合、カラー(14)のシャンク(42)は、ロック用シャンク部(25)の外側端部まで、それゆえ、プルキャビティ(29)の外側端部まで、実質的に延びている。壁の厚さが一様な孔について示されたように、外側端部のフープ強度は最も低く、それゆえ、径方向の圧縮力に対する抵抗は最も小さい。図１の実施例において、外側端部のフープ強度は、クレスト(38a)を最も大きな幅Ｗａとすることによって大きくなる。同時に、クレスト(38a)の軸方向の外側端部は、縮径溝型の端部にはしない。それゆえ、クレスト(38a)の外側端部表面(49)は、クレスト直径Ｄｕから縮径されて、径方向内向きに角度Ａのテーパが形成されている。ワークピースの合計厚さが最大のｔａの場合(図５参照)では、カラーのシャンク(42)の端部シャンク部(48)の外側端部が径方向内向きにスエージングされると、最初は、一部分だけが、テーパ状に傾斜した端部表面(49)の上にある。それゆえ、傾斜した端部表面(49)に対する径方向の圧縮力は最小であるので、キャビティ(29)の外側端部の変形は抑えられる。同時に、カラーのシャンク部(48)の外側端部での肉厚ｔ’は小さいので、傾斜した端部表面(49)及びクレスト(38a)(38b)において、並びにクレスト(38c)の一部において、径方向の圧縮力を小さくするのに寄与する。この係合関係は、ファスナーのグリップ範囲によっても幾分異なることは勿論である。なお、傾斜した端部表面(49)の軸方向長さｌは、プルキャビティ(29)が、ロック用溝(26)及びクレスト(38a)〜(38g)を共に範囲内に有するロック用溝部(25)の中に進入する程度に最小となるように選択される。同時に、端部表面(49)の傾斜は、スエージング中に、カラーの端部シャンク部(48)から作用する圧縮力を分配する作用を有する。しかしながら、テーパ状の表面にすると、変形も抑えられる。また、クレスト直径Ｄａでのクレスト(38a)のクレスト幅Ｗａの拡大部と比べて、ピン(12)の重量を減少させることが可能となる。
【００３７】
最大幅Ｗａのテーパ状表面(49)と第１クレスト(38a)は、プルキャビティ(29)の外側端部が、その端部で圧縮荷重に抵抗するように作用する。テーパ状表面(49)の長さｌと第１クレスト(38a)の幅Ｗａを合計した軸方向長さは、概ね、プルキャビティ(29)のプル溝(37)の最初の２つのネジピッチの上にある。これは、プルネジ部(37)のおよそ３分の１以上である。
【００３８】
前述したように、ファスナー(10)の如きファスナーは、グリップできる範囲を最小厚さｔａ'から最大厚さｔａまで変化させることができるワークピース(18)(20)の如きワークピースを締結できるように設計されている。ファスナー用ピン(12)のサイズの品揃えをできるだけ少なくするために、グリップできる範囲は合理的な厚さであることが望ましいことは勿論である。ここで、そのグリップ範囲に対して、同じカラー(14)が用いられる。本発明では、ピン(12)は、実質的により大きなグリップ範囲にも使用可能なように設計されており、これは、例えば、従来の１/１６インチのグリップ範囲の約２倍である。このように、グリップ幅が最大の状態では、薄肉のカラー端部シャンク部(48)は、一部分が、ピンのロック用シャンク部(25)の傾斜した端部表面の上にあり、クレスト(38g)に隣接する最後の溝(26)を完全に充填しなくてもよい。
【００３９】
しかしながら、グリップ幅が最小の状態では、カラーの端部シャンク部(48)は、さらに内側にあるカラーの内側シャンク部(46)と共にさらに内側に位置し、プルキャビティ(29)との並びはより少なくなる。それゆえ、スエージングにおいて、カラーのシャンク(42)がより広いグリップ範囲に亘って受け入れることができるように、クレストＷａ〜Ｗｇの幅の変化を段階的に小さくすることができる。なお、最初の４つのクレスト(38a)〜(38d)は、プルキャビティ(29)への圧縮力に対する抵抗力をもたらすために、Ｗａ〜Ｗｄはより大きくしている。同時に、ＷａからＷｇまで幅を段階的に小さくすることにより、ロック用溝、シャンク部(25)の全体長さを最小に維持することができる。
【００４０】
前述したように、カラーのシャンク(42)は、段階的構造であり、肉厚は、内側シャンク部(46)のｔから、端部シャンク部(48)のｔ'まで薄くなっている。図５に示されるように、カラーの端部シャンク部(48)は、ピンシャンク(15)のロック用シャンク部(25)の外側端部にほぼ被さり、それゆえ、外側ロック用溝(26)の上、そして、幅Ｗａのクレスト(38a)及び幅Ｗｂのクレスト(38b)の上にある。なお、ロック用溝(26)の幅Ｗｒ、ひいてはロック用溝(26)の各々の容積は等しい。このように、肉厚ｔ及びｔ'を有するカラーのシャンク(42)の段階的構造は、キャビティ(29)の変形を妨げるために、ネジ付きプルキャビティ(29)の領域でロック用シャンク部(25)に対し、均衡のとれた径方向の圧縮力がもたらされるように選択される。カラーのシャンク(42)の段階的構造について、ロック用溝(26)及びクレスト(38)に対する位置関係は、ファスナー(10)がグリップできる範囲に亘って実質的に維持され、スエージング荷重は低減される。
【００４１】
同時に、後述するように、有効容積の少ないロック用溝(26)は適当に充填される。この理由は、クレスト幅Ｗａ及びＷｂの増加は、端部シャンク部(48)の薄肉部ｔ'で容積の少ない、スエージングされたカラー材料が前方に押し出されることによって部分的に補填されるからである。このように、カラーシャンク(42)は段階的構造であるので、プルキャビティ(29)の領域のロック用溝(26)には、幅Ｗａ〜Ｗｅのクレスト(38a)〜(38e)により、プルキャビティ(29)を過ぎたロック用溝(26)には、幅Ｗｆ〜Ｗｇのクレスト(38a)〜(38g)により、バランス良くカラーの材料充填が行われる。
【００４２】
プル式のスエージ型ファスナーは、締結部の荷重要件が異なる様々な用途に用いられる。使用されるファスナーの全体重量をできるだけ少なくするために、ファスナー(10)の如きファスナーには、ピン(12)の如きピンが配備され、該ピンは、ロック用シャンク部(25)のように、長さが異なるロック用シャンク部を有し、該シャンク部は、ロック用溝(26)の如き異なる数のロック用溝を有している。図示のピン(12)のロック用シャンク部(25)は、７つのロック用溝(26)を有しているが、同じ直径のピンの場合、ほぼ同じ形状で、ロック用溝の数は５〜８とすることができる。これら構造の各々について説明すると、ロック用シャンク部の外側端部は、ロック用シャンク部(25)と同じように構成され、最初の２つのロック用溝のクレストのピッチ比がクレスト(38a)(38b)と同じで、最後のロック用溝のクレストのクレストのピッチ比がクレスト(38g)と同じであり、表面(49)のように、テーパ状の傾斜した端部表面を有している。また、最後のクレストの幅は、例えばクレスト(38g)の幅Ｗｇのように、最も短い。中間部のクレストの幅は、段部の大きさは異なるが、底部の幅Ｗｒは同じである。
【００４３】
ロック用溝(26)の数が異なり、ロック用シャンク部(25)の長さが異なるピンの場合、適用されるカラー(14)は、シャンク(42)の長さが異なり、内側シャンク部(46)の長さ及び端部シャンク部(48)の長さも異なる。プルキャビティ(29)の如きプルキャビティの深さは、スエージングに必要とされる軸方向の相対的な力の大きさに応じて調節される。
【００４４】
本発明の一形態において、プルキャビティ(29)の中にあって、先端が切り取られた螺旋状プルネジ(56)と、接続用ロッド部(36)のネジ部は、両面のフランクは３０o／３０oで傾斜して互いに適合するようになっいる。
【００４５】
前述したように、ファスナー(10)の如きファスナーは、負荷が異なる用途に用いられ、カラー(14)の如きカラーは、強度が異なる材料が用いられ、システム全体の重量及び費用を最適化することができる。一方、ピン(12)の如きピンは、強度が均一な材料から作られ、カラー(14)の如きカラーは、チタン、スチール及びアルミニウム等のように強度が異なる様々な材料から選択することができる。なお、チタンとスチールのカラーは、強度が最も高く、アルミニウムのカラーは強度が最も低い。ピンについては、全ての場合において、使用するカラーよりも高強度の材料、例えばチタンから作られる。
【００４６】
製造コストを最適化し、最終ユーザー側での品揃えを簡素化するために、所定直径及び長さのロック用シャンク部(25)に用いられるピン(12)の如きピンは、ロック用溝(26)は一様な構造である。しかしながら、カラー(14)がチタンのような最大強度の材料から作られている場合、ロック用溝(26)の底部(68)の幅は、少なくとも一部は、スエージング荷重を最小にするために選択される。同時に、カラー(14)がチタンのような最大強度材料から作られる場合、最後のクレスト(38g)は、スエージング中に破損しないように十分な強度を有する材料から作られる。また、チタンのような最大強度材料から作られたカラー(14)をスエージングするとき、クレスト(38a)〜(38d)の幅Ｗａ〜Ｗｄは、圧縮力に抵抗するために、プルキャビティ(29)の領域に十分なフープ強度がもたらされるように選択される。
【００４７】
スエージ型ファスナーは、加えられる荷重条件が異なるワークピース(18)(20)の如きワークピースに対して用いられており、ファスナー(10)のようなものがある。これらの荷重条件は、引張、剪断及び引張／剪断に分類される。引張型とは、ファスナー(10)の軸方向に向けて、ワークピース(18)(20)を分離する方向に作用する力である。剪断型とは、ファスナー(10)の軸を横切り反対方向に向けて、ワークピース(18)(20)を分離する方向に作用する力である。剪断／引張型とは、引張型荷重と剪断型荷重を組み合わせたものである。これらのどの場合も、ファスナー(10)に対して引張荷重成分が作用し、ファスナー(10)は、係合したカラーとロック用溝の肩部が剪断されないように設計されている。引張荷重は、引張型の場合が最も大きく、剪断型の場合が最も小さく、剪断／引張型はその中間である。
【００４８】
スエージ型ファスナーの場合、これまで、ピンの方が、カラーよりも強度が大きくなるように作られていた。前述したように、これは、カラーをスエージング中、ピンが押圧荷重によって損なわれないようにするためである。その後、溝の幅は、クレストの幅よりも大きくなるように選択され、材料の違いによる剪断強度に合わせて幅寸法が変えられる。ファスナー(10)の如きファスナーは、荷重の引張成分に耐え得るように作られ、当接する肩部の剪断強度が、予想される引張荷重成分の約１１０％となるように作られる。また、ピン(12)とカラー(14)は、スエージングされたカラー(14)の肩部が、１１０％の引張荷重で最初に破損し、ピンのクレスト又は肩部(38)は、スエージングされたカラー(14)の肩部の引張破損荷重の１１０％で破損するように作られる。
【００４９】
従来の最適化されたスエージ型ファスナーの場合、溝とクレストの各々について、同じようにバランスがとられている。これに対し、本発明では、前述したように、クレスト(38a)〜(38g)と溝(26)は、プルキャビティ(29)の領域での圧縮力、及び特に前記領域でカラーシャンク(42)に作用する低スエージング荷重に耐えるように作られる。それゆえ、溝(26)は、一様な幅Ｗｒ及び形状から作られる。それゆえ、低スエージングに対応するための幅Ｗｒは、従来のスエージ型ファスナーの場合の幅よりも大きい。それゆえ、最初のクレスト(38a)の幅Ｗａを、従来のクレストよりも広くすることにより、プルキャビティはスエージングによる圧縮力に耐えることができ、より大きな溝幅Ｗｒとすることにより、剪断領域のバランスがとられる。これは、チタンのような最大強度材料から作られたカラー(14)に関するものであり、それでも、ピン(12)よりは強度が小さい。本発明の一形態において、最初のクレスト(38a)は、幅が剪断面Ｌｓを有するように構成され、引張力が、引張荷重の約１１５％で破損し、スエージングされたカラーの肩部は、隣接するロック用溝(26)の剪断面Ｗｒで破損する。しかしながら、幅Ｗｂ〜Ｗｇは、寸法が漸次小さくなる。幅Ｗｅ〜Ｗｇのクレスト(38a)〜(38e)の最後の２又は３のクレストは、隣接するロック用溝(26)の中のスエージングされたカラークレストと等しいか又は僅かに小さい引張荷重で破損する。最後のクレスト(38g)は、隣接するロック用溝(26)の中のスエージングされたクレストよりも幾分小さい引張荷重で破損する。しかしながら、全体構造としては、ピンの肩部又はクレスト(38a)〜(38g)は剪断強度を具備するから、一様なロック用溝(26)の中にスエージングされたカラーの肩部は、ピンのクレスト(38a)〜(38g)の前に剪断で破損する。最後のクレスト(38e)〜(38g)の剪断強度は、ロック用溝(26)の隣接するカラーの肩部よりも小さく、幾分撓むことができるので、引張荷重は、部分的には、それに続く(38a)〜(38d)によって耐えられる。これは、ある意味では、前述の'０５３特許における比例剛性(proportioned stiffness)の概念を利用している。負荷状況によっては、最後のピンのクレスト(38f)(38g)に隣接した、スエージングされたカラーシャンク(42)は、引張荷重に反応して、僅かに膨らむので、それに続くピンのクレスト(38a)〜(38e)に対して、より多くの引張荷重が伝達される。
【００５０】
本発明の一形態において、ピン部材(12)はチタン合金６Ａｌ−４Ｖから作られ、溶体化処理が施されて、約９５ｋｓｉ以上の剪断強度が付与される。一方、取外し可能なマンドレル(30)は、合金スチールＶＡＳＣＯから作られ、熱処理されて硬度は約Ｒｃ５５〜５７であり、約２００ｋｓｉの剪断強度を有している。これにより、マンドレル(30)のロッド部(36)は、すぐれた耐摩耗性を具備し、連続使用が可能となり、前記プルキャビティ(29)での過剰締付け時の損傷が防止される。また、カラー(14)は、チタン合金３Ａｌ−２.５Ｖから作られ、熱処理されて、約６９ｋｓｉ以上の剪断強度を具備する。
【００５１】
これまで、カラー材料の容積は、ロック用溝の充填に必要な量より約１３％多くするように設定されていた。これは、スプリングバックの補填をするためであった。しかし、このようにしても、スエージング後、溝は完全に充填されない。前記'０９６特許は、約２０％の過充填を利用して、最適化されたシステムを提案した。その後、前記'８５２特許で独特な形状の比較的浅い溝が開発され、これもまた、約１６％の過充填によって最適化されたファスナーを提案した。しかしながら、これらの場合、ロック用溝は一様な構造であり、異なる材料から作られたカラーに対して最適化された形状が用いられている。しかしながら、ファスナー(10)の場合、特に、プルキャビティ(29)の領域でそのような過充填が行われると、プルキャビティ(29)への押圧荷重が過剰になる。本発明では、溝構造は一様であるが、プルキャビティ(29)へ作用する圧縮力に適応できるように、クレストを変えている。しかしながら、異なる材料、つまり異なる強度のカラーに適応するために、夫々の直径のピンに対して、共通の溝とクレスト形状に作製するようにしている。しかしながら、本発明の場合も、チタンや合金スチールのような高強度材料のカラー(14)に対しては、最適化を施すことが望ましい。クレスト(38a)〜(38g)の幅Ｗａ〜Ｗｇの変化に適応するために、ロック用シャンク部(25)の長さに亘って、異なる過充填要素が適用される。
【００５２】
一実施例において、カラーシャンク(42)の容積は、過充填されるように選択される。具体的には、溝(26)を充填するのに必要なカラーの材料量が、アンビル(43)のスエージング用キャビティ(45)ののど部(47)と、溝(26)及びクレスト(38)を含むロック用シャンク部(25)(図５参照)の対向部とによって構成されるスエージ被包体(swage envelope)の中に普通に受け入れられる量よりも実質的に多くなるように、カラーシャンク(42)の容積が設定される。本発明のシステムの一形態において、カラー材料の量は、後記するように、ロック用溝(26)の長さに亘って約１〜約１５％多くすることが望ましいことがわかった。過充満又は過充填の割合は、スエージング用のど部(47)(図５ａ参照)の有効スエージング部の有限長さに対して、次の関係式によって求められる。
【００５３】
【数１】
2005535843.tif 000003
【００５４】
前記式において、Ｄａはスエージング用アンビル(43)ののど部(47)の直径であり、ＯＤはカラー(14)の内側シャンク部(46)のスエージング前の外径であり、ＩＤはカラー(14)のスエージング前の内径であり、Ｄｍはクレスト(38)を有するロック用溝(26)の平均直径であり、ｄｌはスエージング用アンビル(43)ののど部(47)内部の有限長さである。
【００５５】
端部シャンク部(48)の肉厚ｔ'が薄くなっている領域では、上記関係式に、外径ＯＤ'が用いられる。また、クレスト(38a)〜(38g)の幅Ｗａ〜Ｗｇは変化するのに対し、ロック用溝(26)の幅Ｗｒは一定であり、平均直径Ｄｍは連続的に変化する。次の「代表的寸法表」を参照のこと。それゆえ、過充填の程度もまた変化する。
【００５６】
本発明の一形態において、前記材料のピン(12)とカラー(14)の代表的寸法は、次の表に示されるとおりである。
【００５７】
【表１】
2005535843.tif 000004
【００５８】
この実施例では、スエージング用キャビティ(45)ののど部(47)は、カラーシャンク(42)と共に、プルキャビティ(29)への圧縮力が小さく、小さい荷重でスエージング作用が行われるように構成される。それゆえ、クレスト(38a)〜(38c)の領域では、プルキャビティ(29)の外側の開口端部での過充填量は、クレスト(38a)で約１％、クレスト(38c)で約８％である。これに対し、クレスト(38d)〜(38g)の領域での過充填量は、クレスト(38d)で約９％、クレスト(38g)で約１５％である。クレスト(38a)〜(38c)の領域での過充填量が少ない理由の一部は、端部カラーシャンク部(48)の肉厚ｔ'が薄くなっていることによる。
【００５９】
カラーシャンク(42)の厚さを変えることができることも理解されるべきである。カラーが同じような強度のチタンや合金スチールから作られている場合、カラーシャンク(42)は略同じでよいが、アルミニウムから作られている場合、カラーシャンク(42)は幾分厚肉にする。低強度のアルミニウムの場合、共通ピン(12)のプルキャビティ(29)に対するスエージング及び圧縮荷重については、過剰にはならない。
【００６０】
前述した材料及び寸法の値は、本発明の一形態の例示であって、本発明は、上記以外の材料、寸法及び形状のファスナーにも適用することができる。
【００６１】
例えば、図６ａ及び図６ｂは、ピン(12)よりも大きな直径のピンに対するロック用シャンク部を示している。図７及び図８は、ロック用シャンク部を有し、特定の直径のピン及び特定の荷重条件で用いられるカラーを示している。以下の説明に記載される構造上の違いを除いて、図６ａ〜図８のピンとカラーは、図１、１ａ及び１ｂのピンと、図３及び４のカラーと同じである。それゆえ、以下の説明において、図６ａ、６ｂ、７及び８の実施例の同様な構成要素は、図１、１ａ、１ｂ、３及び４の同様な構成要素と同じ番号にプライム符号を付してある。また、特に記載されていない点については、実質的に同じ構造であると考えるべきである。
【００６２】
図６ａ及び図６ｂを参照すると、ピン(12')は、プルキャビティ(29')を含んでおり、該プルキャビティ(29')には、螺旋状の複数のプルネジ(56)が設けられている。螺旋状のプルネジ(56')は、先端がカットされた径方向内側のクレスト部(58')と、径方向外側の溝又は底部(60')が形成されている。プルキャビティ(29')の最も内側端部(62')は、略半球の円弧状に形成され、最小直径Ｄｔｃ'は、クレスト(58')の直径Ｄｔｃ'と略等しい。このような半球の円弧状形態により、全ての応力集中が低減される。
【００６３】
プルキャビティ(29')のネジ部の軸方向深さについは、キャビティ(29')の中に配置されたとき、マンドレル(30)の如く取外し可能なマンドレルのロッド部(36)の如き接続用ロッド部が、プルキャビティ(29')のネジ部(56')と十分に係合できるように選択される。
【００６４】
ロック用溝(26')とクレスト(38')は、異なるピッチに形成され、最初の、つまり最も外側のロック用溝(26')及びクレスト(38a')の最大ピッチＰ１'は、最後の、つまり最も内側のロック用溝(26')及びクレスト(38g')の最小ピッチＰ７'まで段階的に小さくなるようにしている。中間のピッチＰ３'は図６ｂに示されている。底部(68')を有するロック用溝(26')の各々は、一様な形状で、全体の幅がＷｒである。この形状は、図６ｂに示されている。クレスト(38a')〜(38g')の幅は変化し、クレスト(38a')の幅Ｗａ'が最大であり、クレスト(38g')の幅Ｗｇ'が最小である。ロック用溝(26')のクレスト(38a')(38b')の剪断強度は、ロック用溝(26')のクレスト(38c')〜(38g')よりも大きくなる。クレスト(38a')(38b')の余分な幅が、プルキャビティ(29')の外側の開口端部でのスエージングにおいて、径方向の圧縮力に対して、より大きな抵抗をもたらす。
【００６５】
底部(68')は、均一に形成され、略円弧状であり、複数の半径を有し、底部径はＤｒ'である。クレスト又は肩部(38')は、例えばＷａ'、Ｗｂ'等の如く異なる幅に形成される。しかしながら、底部(68')とクレスト(38')は、角度ａ１'の前方フランク(70')と一様に接続される。前方フランク(70')の角度ａ１'は、後方フランク(72')の角度ａ２'より実質的に小さい。
【００６６】
プルキャビティ(29')のフープ強度は、クレスト(38a')を最も大きな幅Ｗａ'とすることによって大きくなる。同時に、クレスト(38a')の軸方向の外側端部は、縮径溝型の端部にはしない。クレスト(38a')の外側端部表面(49')は、直径Ｄｕ'から縮径されて、径方向内向きに角度Ａ'のテーパが形成されている。グリップ幅が最大の状態では、カラーのシャンク(42')の端部シャンク部(48')の外側端部が径方向内向きにスエージングされると、最初は、一部分だけが、テーパ状に傾斜した端部表面(49')の上にある。それゆえ、キャビティ(29')の外側端部の変形は抑えられる。
【００６７】
カラー(14')は、カラーシャンク(42')が、カラー(14)のシャンク(42)とは異なる段部構造を有している。カラーシャンク(42')の複数の段部構造では、肉厚は、内側シャンク部(46')のｔから、中央部(50)で少し薄肉のｔ'となり、端部シャンク部(48')で最小厚さのｔ''となっている。ここで、カラー(14')の貫通孔(44')を有し、内側シャンク部(46')と中央部(50)に跨る内側端部に第１の孔部(44'a)がある。端部シャンク部(48')には、直径が第１の孔部よりも大きな第２の孔(44'b)がある。カラーシャンク(42')には、径方向内向きに段部を有する外側表面があり、中央部(50)での肉厚ｔ'は減じられている。なお、前記外側表面の縮径する移行部は、角度Ａ'で傾斜したテーパ状移行部(51')である。角度Ａ'の大きさは、スエージング時の係合が、端部シャンク部(48')及び中央部(50)から内側シャンク部(46')へ移る際に、取付用ツールのアンビル(43)のキャビティ(45)ののど部(47)が容易に移動できるように選択される。なお、スエージング用アンビル(43)は、より大きな直径のピン(12')とカラー(14')に適合し得るように変更を加えられることは勿論である。
【００６８】
端部シャンク部(48')と中央シャンク部(50)は、キャビティ(29')の領域でロック用シャンク部(25')の外側端部、つまり、外側ロック用溝(26')の大きな幅Ｗａ'及びＷｂ'を有するクレスト(38a')(38b')にほぼ被さる。前述したように、各ロック用溝(26')の幅Ｗｒ'は等しく、ロック用溝(26')の容積は等しい。カラーシャンク(42')の肉厚がｔ、ｔ'、ｔ''となる段階的構造は、キャビティ(29')の変形を防止するために、ネジ付きプルキャビティ(29')の領域のロック用シャンク部(25')に対して、バランスのとれた径方向の圧縮力を作用させるためである。また、ロック用溝(26')に対するカラーシャンク(42')の段部構造の向きは、ファスナーの締め付けるべき範囲に亘って維持される。
【００６９】
カラーシャンク(42')の段部構造により、ロック用溝(26')のプルキャビティ(29')の領域及びロック用溝(26')のプルキャビティ(29')を過ぎた領域において、低いスエージング荷重により、カラーの充填が適切に行われる。
【００７０】
また、前述したように、図示のロック用シャンク部(25')は７つのロック用溝(26')を有しているが、同じ直径及び略同じ形状のピンに対して、５〜８のロック用溝を設けられることは共通である。これらの構造の各々について説明すると、ロック用シャンク部の外側端部は、ロック用シャンク部(25')と同じように構成され、最初の２つのロック用溝のクレストのピッチ比がクレスト(38a')(38b')と同じで、最後のロック用溝のクレストのクレストのピッチ比がクレスト(38g')と同じであり、表面(49')のように、テーパ状の傾斜した端部表面を有している。また、最後のクレストの幅は、例えばクレスト(38g')の幅Ｗｇ'のように、最も短い。中間部のクレストの幅は、段部の大きさは異なる。
【００７１】
ロック用溝(26')の数が異なり、ロック用シャンク部(25')の長さが異なるピンの場合、適用されるカラー(14')は、シャンク(42')の長さが異なり、内側シャンク部(46')、端部シャンク部(48')及び中央シャンク部(50)についても、長さが異なる。
【００７２】
前述したように、カラー(14')がチタンのような最大強度の材料から作られている場合、ロック用溝(26')の底部(68')の幅は、少なくとも一部は、スエージング荷重を最小にするために選択される。同時に、カラー(14')がチタンのような最大強度材料から作られる場合、最後のクレスト(38g')の幅Ｗｇ'は、スエージング中に破損しないように十分な強度を有するように選択される。このように、この構造は、スエージングを低荷重で行ない、製造コストを低減し、品揃えを簡素化するように最適化されており、しかも、材料が異なるカラー(14')を用いて、広範囲の荷重条件に対する性能を最適化することができる。
【００７３】
本発明のこの実施例において、前記材料のピン(12')とカラー(14')の代表的寸法は、次の表に示されるとおりである。
【００７４】
【表２】
2005535843.tif 000005
【００７５】
ピン(12')の傾斜した端部表面(49')の軸方向長さｌは、ピン(12)の傾斜した端部表面(49)の軸方向長さｌよりも、実質的に長い相対長さを有している。また、端部表面(49')の傾斜角度Ａｔ'は、表面(49)の角度Ａｔよりもかなり小さく、一般的には、ピンの直径毎に異なる。角度Ａｔ'は、プルキャビティ(29')を、ロック用溝(26')に関する所望位置に配置するために、余分な長さを設けるための長さｌ'の増加分に適合させるために設けられる。図１ａ及び図６ａに示されるように、プルキャビティ(29)はクレスト(38e)の中へ進入するのに対し、プルキャビティ(29')はクレスト(38d')とクレスト(38e')の間の中間位置にまで進入する。
【００７６】
ファスナー(10)のピン(12)と同様、テーパ面(49')と最大幅Ｗａ'の最初のクレスト(38e)は、プルキャビティ(29')の外側端部が圧縮荷重を受けたときに、これに耐える働きを有する。この場合、テーパ状表面(49')と第１クレスト(38a')の幅Ｗａ'の合計長さｌ'は、プルキャビティ(29')のプルネジ部(37')の最初の４つのネジピッチの上を、軸方向に延びている。
【００７７】
カラーシャンク(42')の端部シャンク部(48')では、厚さが、最小厚さｔ''である。ここで、厚さｔ''の端部シャンク部(48')は、クレスト(38a')に過剰係合(over-engage)し、厚さｔ'の中央シャンク部(50)は、クレスト(38b')(38c')(38d')を過剰係合する。上記の特徴は、より大きな直径のピン(12')に対して、より大きなスエージング荷重を作用させる場合に用いられる。このような変更は、サイズ及び荷重条件が異なる場合に行われることは勿論である。
【００７８】
また、ファスナー(10)のピン(12)とカラー(14)について記載した過充填の量は、ピン(12')とカラー(14')の場合も同様である。クレスト(38a')〜(38c')の領域で、プルキャビティ(29')の外側の開口端部での過充填量は、約１〜約８％であり、一方、クレスト(38d')〜(38g')の領域での過充填量は、約９％〜約１５％である。
また、ピン(12')に対し、マンドレル(30)のように取外し可能なマンドレルが用いられるが、直径が大きなピン(12')に適合するように変更が加えられている。
【００７９】
前述したように、ダブルエンド型ラーは、金属製のワークピースのような幾つかの用途に用いられ、一実施例が図９に示されている。なお、以下の説明において、図９のカラーの実施例中、図４及び図８と同様な要素及び部材については、同じ符号に１００を加えて示している。また、特に記載のないものは、実質的に同じ構造であると考えるべきである。
【００８０】
図９を参照すると、カラー(114)は、段部を有する対称構造のカラーシャンク(142)を示しており、肉厚は、中央部(150)で厚さｔであり、夫々の端部シャンク部(148)で最小厚さｔ'である。なお、カラー(114)の貫通孔(144)の直径は一定である。このように、端部シャンク部(148)と中央シャンク部(150)のどちらも、ロック用シャンク部(25)(25')のようなピンのロック用シャンク部の外側端部の上に位置する。肉厚がｔ及びｔ'のカラーシャンク(142)の段部構造は、キャビティ(29)(29')の変形を防止するために、ネジ付きプルキャビティ(29)(29')の領域における(25)(25')のようなロック用シャンク部に対し、バランスのとれた径方向の圧縮力が作用するように選択される。カラーシャンク(142)と端部シャンク部(148)が、例えば溝(26)(26')の如きロック用溝(クレスト(38a)〜(38c)の幅がＷａ〜Ｗｃ、クレスト(38a')〜(38c')の幅がＷａ'〜Ｗｃ')に関する方向性は、ファスナーの締め付けるべき範囲に亘って維持される。なお、端部シャンク部(148)は、角度Ａ"の傾きを有するテーパ状移行部(151)によって、中央部(150)に繋がっている。角度Ａ"の大きさは、キャビティ(45)の如きスエージング用キャビティののど部(47)の如きのど部の移動が容易に行なうことができるように選択される。フランジ(40)(40')のようなフランジの無いダブルエンド型カラー(114)は、カラー(114)によって係合されるワークピースが複合材料ではなく金属型構造であって、どちらの端部からでもロック用シャンク部(25)(25')に作用が及ぼされるワークピースを締結するのに最も適している。
【００８１】
このように、本発明の基本的概念に変更を加えることにより、ロック用シャンク部(25)(25')及びカラーシャンク(42)(42')に適用できることは理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】プルタイプのスエージ型ファスナーのピンの側面図であり、ネジ付きプルキャビティを示すために、ピンシャンクの外側端部のロック用シャンク部の一部を破断した図である。
【図１ａ】図１中、円１ａに示す部分で、ピンシャンクのロック用シャンク部とネジ付きプルキャビティの拡大図である。
【図１ｂ】図１ａ中、円１ｂに示す部分で、図１及び図１ａのピンのロック用シャンク部のロック用溝の拡大図である。
【図２】図１のピンのネジ付きキャビティに取外し可能に配備されたマンドレルの側面図である。
【図３】図１のピンのロック用シャンク部のロック用溝にスエージングされたカラーの一形態の端面図である。
【図４】図３の４−４線に沿うカラーの縦断面図である。
【図５】一対のワークピースに締結される前のファスナーの側部組立図であり、図１のピンに取外し可能に配備された図２のマンドレルと、ピンの適所に配置された図３及び図４のカラーと共に、それらの断面を示している。
【図５ａ】カラーを、ピンのロック用溝にスエージングするためのスエージング用アンビルの部分断面図である。
【図６ａ】図１のピンに対する図１ａと同様なロック用シャンク部の拡大図であり、ロック用シャンク部と、大径のピンに対するネジ付きプルキャビティを示している。
【図６ｂ】図１ｂと同様な図で、図６の円６ｂに示す部分であり、図６ａのピンのロック用シャンク部のロック用溝の拡大図である。
【図７】図６のピンのロック用シャンク部のロック用溝にスエージングされたカラーの他の形態の端面図である。
【図８】図７の８−８線に沿うカラーの縦断面図である。
【図９】図３及び図４のカラーの段部と同様な段部を両端に有するダブルエンド型カラーの縦断面図である。
【図１】
2005535843.tif 000006
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【図２】
2005535843.tif 000008
【図３】
2005535843.tif 000009
【図４】
2005535843.tif 000010
【図５】
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2005535843.tif 000012
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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