(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所望の締付け負荷で複数の被加工物を固定するためのブラインド・ボルトであって、被加工物が、その内部に整合された開口を有しかつ接触可能な側の面とブラインド側の面とを有し、被加工物の接触可能な側の面から取付け具によって加えられた相対軸力によって取り付けられるように適合されブラインド・ボルトにおいて、
拡大ピン・ヘッドの一端で終わる細長いピン・シャンクを有するピン部材であって、前記ピン・ヘッドがその下側にスリーブ係合面を含み、前記スリーブ係合面と前記細長いピン・シャンクとの角度が８８〜９０°の間であるピン部材と、
前記ピン・シャンクを受容するように適合された概ね細長い管状スリーブであって、前記管状スリーブが、被加工物の整合している開口内に位置付けられるよう適合された第１のスリーブ・シャンク部と、前記ピン・ヘッドと前記第１のスリーブ・シャンク部の間の前記ピン・シャンク上に位置付けられて前記ピン・ヘッドの前記スリーブ係合面に係合するよう配置された第２のスリーブ・シャンク部とを含み、前記第２のスリーブ・シャンク部が所定の軸方向の長さの帯領域部を有し、前記帯領域部の硬さが第１のスリーブ・シャンク部の硬さ未満である、細長い管状スリーブと、
前記管状スリーブに動作可能に接続され、取付け具により係合されるように適合された係合構造を含む係合手段であって、それによって、前記ピン部材と前記係合手段の間に取付け具により相対軸力を加えて、第１の大きさの相対軸力で被加工物を一まとめに締め付けることができる係合手段を含み、
前記第２のスリーブ・シャンク部が、前記第１の大きさ未満の第２の大きさの相対軸力に応答して前記ピン・ヘッドと被加工物のブラインド側の面の間の前記帯領域で放射状に変形可能であり、それによって、ブラインド側の面に対して反作用を生じさせるための拡大バルブ付きブラインド・ヘッドが形成され、前記ブラインド・ヘッドと前記スリーブ係合面の間には事前に選択された長さでスリーブ・レッグ・セクションが延在し、
前記第１のスリーブ・シャンク部を通してかつ前記第１の大きさ未満であり前記第２の大きさよりも大きい第３の大きさの相対軸力に応答して、前記第２の大きさの相対軸力を前記第２のスリーブ・シャンク部に伝達するための負荷耐力手段であって、前記第１のスリーブ・シャンク部が、前記ピン・ヘッドとの軸方向負荷耐力関係から解除され、それによって、前記第１の大きさの相対軸力と被加工物に加えられた最終締付け負荷とが実質上前記ピン部材と前記ブラインド・ヘッドと前記係合手段の間にあるように、前記ブラインド・ヘッドがブラインド側の面と係合することになる負荷耐力手段を含み、
前記負荷耐力手段が、被加工物の接触可能な側の面で、整合している開口の概ね外側に位置付けられるように適合され、前記ピン・シャンク上には固定手段を含み、
前記係合手段が、前記固定手段と共に動作可能な係合構造を含み、それによって前記ピン部材と前記係合構造を一まとめに接続し、
前記スリーブ・レッグ・セクションが、相対軸力を加えたときに放射状に外側に向かって膨張し、前記事前に選択された長さの前記スリーブ・レッグ・セクションが、前記事前に選択された長さの前記スリーブ・レッグ・セクションを連続的に含むように前記スリーブ・レッグ・セクションが被加工物と前記ピン・ヘッドの間の前記ブラインド・ヘッドを通る剪断線の長さを増大させるのに十分膨張するようになされている、ブラインド・ボルト。
【請求項２】
前記負荷耐力手段が、被加工物の接触可能な側の面と負荷耐力関係にあるように適合された１つの面を有する負荷耐力部材を含む、請求項１に記載のブラインド・ボルト。
【請求項３】
前記固定手段が、螺旋状のねじ山の形により画定された前記ピン・シャンク上の固定溝を含み、前記係合構造が、前記固定溝にねじ係合するように適合された対合するねじ山の形を有し、それによって、前記ピン部材と前記係合手段の間の相対軸力が、前記ピン部材と前記係合構造の間に加えられた相対トルクによって提供される、請求項１に記載のブラインド・ボルト。
【請求項４】
前記固定手段が、螺旋状のねじ山の形により画定された前記ピン・シャンク上の固定溝を含み、前記係合構造が、前記固定溝にねじ係合するように適合された対合するねじ山の形を有するナット部材であり、それによって、前記ピン部材と前記ナット部材の間の相対軸力が、前記ピン部材と前記ナット部材の間に加えられた相対トルクによって提供され、前記ピン・シャンクが、取付け具が係合するように適合されたスプライン付き端部を有し、それによって前記ピン部材と前記ナット部材の間にトルクを加えることができ、前記スプライン付き端部が、スプライン・ルートから放射状に延びる隆起部によって画定された複数の軸方向に延びるポイント・スプラインを有し、複数の前記スプラインが前記端部の周りに四分円ごとに位置付けられた状態で、前記スプラインが概ね均一に円周方向に分布し、
前記螺旋状のねじ山の形が前記スプライン付き端部の端から端まで延び、前記スプラインの隆起部およびルートの大径および小径が前記ねじ付き部の前記螺旋状のねじ山の形の大径および小径と実質上同じでありかつ適合する状態にあり、それによって前記ナット部材を、その端から端までねじ込むことができる請求項１に記載のブラインド・ボルト。
【請求項５】
前記スリーブ係合面と前記細長いピン・シャンクとの角度が約８９°である請求項１に記載のブラインド・ボルト。
【請求項６】
前記帯領域部のセクションの硬さがＲC２８〜３５の間である請求項５に記載のブラインド・ボルト。
【請求項７】
前記第１のスリーブ・シャンク部の硬さがＲC４６〜４９の間である請求項６に記載のブラインド・ボルト。
【請求項８】
前記帯領域部のセクションの硬さがＲC２８〜３５の間である請求項１に記載のブラインド・ボルト。
【請求項９】
前記第１のスリーブ・シャンク部の硬さがＲC４６〜４９の間である請求項６に記載のブラインド・ボルト。
【請求項１０】
所望の締付け負荷で複数の被加工物を固定するためのブラインド・ボルトであって、被加工物が、その内部に整合された開口を有しかつ接触可能な側の面とブラインド側の面とを有し、被加工物の接触可能な側の面から取付け具によって加えられた相対軸力によって取り付けられるように適合されブラインド・ボルトにおいて、
拡大ピン・ヘッドの一端とねじ付き部を有する他端で終わる細長いピン・シャンクを有するピンであって、前記ピン・ヘッドがその下側にスリーブ係合面を含み、前記スリーブ係合面と前記細長いピン・シャンクとの角度が８８〜９０°の間であるピンと、
前記ピン・シャンクを受容するように適合された概ね細長い管状スリーブであって、前記管状スリーブが、被加工物の整合している開口内に位置付けられるよう適合された第１のスリーブ・シャンク部と、前記ピン・ヘッドと前記第１のスリーブ・シャンク部の間の前記ピン・シャンク上に位置付けられて前記ピン・ヘッドの前記スリーブ係合面に係合するよう配置された第２のスリーブ・シャンク部とを含み、前記第２のスリーブ・シャンク部が所定の軸方向の長さの帯領域部を有し、前記帯領域部の硬さが第１のスリーブ・シャンク部の硬さ未満である、細長い管状スリーブと、
前記ピン・シャンクの前記ねじ付き部に係合するための、かつ前記管状スリーブに動作可能に接続されて取付け具が係合するように適合されたねじ付きナットであって、第１の大きさの相対軸力で被加工物を一まとめに締め付けるため、前記ピンと前記ナットの間に取付け具によって相対軸力を加えることができるねじ付きナットを含み、
前記第２のスリーブ・シャンク部が、前記第１の大きさ未満の第２の大きさの相対軸力に応答して前記ピン・ヘッドと被加工物のブラインド側の面の間の前記帯領域で放射状に変形可能であり、それによって、ブラインド側の面に対して反作用を生じさせるための拡大バルブ付きブラインド・ヘッドが形成され、前記ブラインド・ヘッドと前記スリーブ係合面の間には事前に選択された長さでスリーブ・レッグ・セクションが延在し、
前記第１のスリーブ・シャンク部を通して前記第２のスリーブ・シャンク部に前記第２の大きさの相対軸力を伝達するために、被加工物の接触可能な側で前記スリーブと前記ナットの間に位置決めされた剪断座金であって、前記第１の大きさ未満であり前記第２の大きさよりも大きい第３の大きさの相対軸力に応答して剪断しかつ前記第１のスリーブ・シャンク部を前記ピン・ヘッドとの軸方向負荷耐力関係から離脱させる壊れ易い剪断セクションを有し、それによって、前記第１の大きさの相対軸力と被加工物に加えられた最終の締付け負荷とが実質上前記ピン部材と前記ブラインド・ヘッドと前記ナットの間にあるように前記ブラインド・ヘッドがブラインド側の面に係合することになる剪断座金を含み、
前記スリーブ・レッグ・セクションが、相対軸力を加えたときに放射状に外側に向かって膨張し、前記事前に選択された長さの前記スリーブ・レッグ・セクションが、前記事前に選択された長さの前記スリーブ・レッグ・セクションを連続的に含むように前記スリーブ・レッグ・セクションが被加工物と前記ピン・ヘッドの間の前記ブラインド・ヘッドを通る剪断線の長さを増大させるのに十分膨張するようになされている、ブラインド・ボルト。
【請求項１１】
前記剪断座金が、被加工物の接触可能な側の面と負荷耐力関係にあるように適合された１つの面を含む請求項１０に記載のブラインド・ボルト。
【請求項１２】
前記ピンの前記ねじ付き部が螺旋状のねじ山の形により画定され、前記ナットが、前記ねじ付き部とねじ係合するように適合された対合するねじ山の形を有し、それによって、前記ピンと前記ナットの間の相対軸力が前記ピンと前記ナットの間に加えられたトルクによって提供される、請求項１０に記載のブラインド・ボルト。
【請求項１３】
前記ピン・シャンクが、取付け具が係合するように適合されたスプライン付き端部を含み、それによって前記ピンと前記ナットの間にトルクを加えることができ、前記スプライン付き端部が、スプライン・ルートから放射状に延びる隆起部によって画定された複数の軸方向に延びるポイント・スプラインを有し、複数の前記スプラインが前記端部の周りに四分円ごとに位置付けられた状態で、前記スプラインが概ね均一に円周方向に分布し、
前記ねじ付き部の前記螺旋状のねじ山の形が前記スプライン付き端部の端から端まで延び、前記スプラインの隆起部およびルートの大径および小径が前記ねじ付き部の前記螺旋状のねじ山の形の大径および小径と実質上同じでありかつ適合する状態にあり、それによって前記ナットを、その端から端までねじ込むことができる請求項１０に記載のブラインド・ボルト。
【請求項１４】
前記スリーブ係合面と前記細長いピン・シャンクとの角度が約８９°である請求項１３に記載のブラインド・ボルト。
【請求項１５】
前記帯領域のセグメントの硬さがＲC２８〜３５の間である請求項１４に記載のブラインド・ボルト。
【請求項１６】
前記第１のスリーブ・シャンク部の硬さがＲC４６〜４９の間である請求項１５に記載のブラインド・ボルト。
【請求項１７】
前記スリーブ係合面と前記細長いピン・シャンクとの角度が約８９°である請求項１０に記載のブラインド・ボルト。
【請求項１８】
前記帯領域のセグメントの硬さがＲC２８〜３５の間である請求項１７に記載のブラインド・ボルト。
【請求項１９】
前記第１のスリーブ・シャンク部の硬さがＲC４６〜４９の間である請求項１８に記載のブラインド・ボルト。
【請求項２０】
前記帯領域のセクションの硬さがＲC２８〜３５の間である請求項１０に記載のブラインド・ボルト。
【請求項２１】
前記第１のスリーブ・シャンク部の硬さがＲC４６〜４９の間である請求項２０に記載のブラインド・ボルト。
【請求項２２】
前記剪断座金から前記壊れ易い剪断セクションが剪断された後、前記壊れ易い剪断セクションを受容するために、前記ナットが前記剪断座金に隣接する座ぐりを含む、請求項１０に記載のブラインド・ボルト。
【請求項２３】
前記ナットの座ぐりが、ファスナのグリップ範囲に概ね等しい事前に選択された長さのブリップ・キャビティを画定する深さを有し、グリップ範囲が、単一のファスナが一まとめに固定することができる被加工物の最小全厚と最大全厚との差と定義されるものである、請求項２２に記載のブラインド・ボルト。
【請求項２４】
前記剪断座金の前記剪断セクションが、前記剪断座金の座ぐりによって形成された前記剪断座金の厚さが減じられた部分を含む、請求項１０に記載のブラインド・ボルト。
【請求項２５】
前記剪断座金の前記剪断セクションが、前記剪断座金の片面上にある少なくとも１つの円形の溝によって形成された前記剪断座金の厚さが減じられた部分を含む、請求項１０に記載のブラインド・ボルト。
【請求項２６】
前記剪断座金の前記剪断セクションが、前記剪断座金のそれぞれの面上にある少なくとも１つの円形の溝によって形成された前記剪断座金の厚さが減じられた部分を含む、請求項２５に記載のブラインド・ボルト。
【請求項２７】
前記スリーブ・レッグ・セクションの外径の、放射状に外側に向かう膨張が、１．５〜５．０％の間である請求項１０に記載のブラインド・ボルト。
【請求項２８】
前記スリーブ・レッグ・セクションの外径の、放射状に外側に向かう膨張が、１．８〜４．５％の間である請求項１０に記載のブラインド・ボルト。
【請求項２９】
前記ブラインド・ヘッド上の前記スリーブ・レッグ・セクションの長さが０．２２９〜０．３３０ｃｍ（０．０９０〜０．１３０インチ）の間である請求項２８に記載のブラインド・ボルト。
【請求項３０】
前記ブラインド・ヘッド上の形成後の前記スリーブ・レッグ・セクションの長さが０．２２９〜０．３３０ｃｍ（０．０９０〜０．１３０インチ）の間である請求項１０に記載のブラインド・ボルト。
【請求項３１】
所望の締付け負荷で複数の被加工物を固定するためのブラインド・ボルトであって、被加工物が、その内部に整合された開口を有しかつ接触可能な側の面とブラインド側の面とを有し、被加工物の接触可能な側の面から取付け具によって加えられた相対軸力によって取り付けられるように適合されブラインド・ボルトにおいて、
拡大ピン・ヘッドの一端で終わる細長いピン・シャンクを有するピン部材であって、前記ピン・ヘッドがその下側にスリーブ係合面を含み、前記スリーブ係合面と前記細長いピン・シャンクとの角度が８８〜９０°の間であるピン部材と、
前記ピン・シャンクを受容するように適合された概ね細長い管状スリーブであって、前記管状スリーブが、被加工物の整合している開口内に位置付けられるよう適合された第１のスリーブ・シャンク部と、前記ピン・ヘッドと前記第１のスリーブ・シャンク部の間の前記ピン・シャンク上に位置付けられてピン・ヘッドのスリーブ係合面に係合するよう配置された第２のスリーブ・シャンク部とを含み、第２のスリーブ・シャンク部が所定の軸方向の長さの帯領域部を持ったスリーブ・レッグ・セクションを有し、帯領域部の硬さが第１のスリーブ・シャンク部の硬さ未満である、細長い管状スリーブと、
前記管状スリーブに動作可能に接続され、取付け具により係合されるように適合された係合構造を含む係合手段であって、それによって、前記ピン部材と前記係合手段の間に取付け具により相対軸力を加えて、第１の大きさの相対軸力で被加工物を一まとめに締め付けることができる係合手段を含み、
前記第２のスリーブ・シャンク部が、前記第１の大きさ未満の第２の大きさの相対軸力に応答して前記ピン・ヘッドと被加工物のブラインド側の面の間の帯領域で放射状に変形可能であり、それによって、ブラインド側の面に対して反作用を生じさせるための拡大ブラインド・ヘッドが、予め選択された長さだけブラインド・ヘッドとスリーブ係合面との間に延びる前記スリーブ・レッグ・セクションのセグメントと共に形成され、
前記第１のスリーブ・シャンク部を通してかつ前記第１の大きさ未満であり前記第２の大きさよりも大きい第３の大きさの相対軸力に応答して、前記第２の大きさの相対軸力を前記第２のスリーブ・シャンク部に伝達するための負荷耐力手段であって、前記第１のスリーブ・シャンク部が、前記ピン・ヘッドとの軸方向負荷耐力関係から離脱し、それによって、前記第１の大きさの相対軸力と被加工物に加えられた最終締付け負荷とが実質上前記ピンと前記ブラインド・ヘッドと前記係合手段の間にあるように、前記ブラインド・ヘッドがブラインド側の面と係合することになる負荷耐力手段を含み、
前記負荷耐力手段が、被加工物の接触可能な側の面で、整合している開口の概ね外側に位置付けられるように適合され、前記ピン・シャンク上には固定手段を含み、
前記係合手段が、前記固定手段と共に動作可能な係合構造を含み、それによって前記ピン部材と前記係合構造を一まとめに接続し、
前記スリーブ・レッグ・セクションの前記予め選択された長さが被加工物と前記ピン・ヘッドの間のブラインド・ヘッドを通る剪断線の長さを増大させ、前記予め選択された長さを連続的に含むように、前記スリーブ・レッグ・セクションと共に十分な相対軸力を加えたときに、前記スリーブ・レッグ・セクションが前記帯領域部で放射状に外側に向かって膨張し、
前記帯領域部が、前記第２の大きさの相対軸力に応答し、放射状に外側に向かって折り重なるように適合されてバルブの形をした前記ブラインド・ヘッドを形成し、前記ブラインド・ヘッド上方の前記スリーブ・レッグ・セクションの前記セグメントの予め選択された長さが約０．２２９〜０．３３０ｃｍ（０．０９０〜０．１３０インチ）の間であるブラインド・ボルト。
【請求項３２】
第１のスリーブ・シャンク部の硬さがＲC４６〜４９の間であり、帯領域部の部分の硬さがＲC２８〜３５の間である請求項３１に記載のブラインド・ボルト。
【請求項３３】
前記ピンが、細長いピン・ヘッドの一端とねじ付き部を有する他端で終わる細長いピン・シャンクを有し、ピン・ヘッドが、その下側にスリーブ係合面を含み、スリーブ係合面と細長いピン・シャンクとの角度が約８８〜９０°の間であり、
ピンのねじ付き部に係合するための、かつ前記管状スリーブに動作可能に接続されて取付け具が係合するように適合されたねじ付きナットであって、それによって、第１の大きさの相対軸力で被加工物を一まとめに締め付けるため、前記ピンと前記ナットの間に取付け具によって相対軸力を加えることができ、
前記第１のスリーブ・シャンク部を通して前記第２のスリーブ・シャンク部に前記第２の大きさの相対軸力を伝達するために、被加工物の接触可能な側でスリーブとナットの間に位置決めされた剪断座金であって、前記第１の大きさ未満であり前記第２の大きさよりも大きい第３の大きさの相対軸力に応答して剪断しかつ第１のスリーブ・シャンク部を前記ピン・ヘッドとの軸方向負荷耐力関係から離脱させる壊れ易い剪断セクションを有し、それによって、前記第１の大きさの相対軸力と被加工物に加えられた最終の締付け負荷とが実質上前記ピンと前記ブラインド・ヘッドと前記ナットの間にあるように前記ブラインド・ヘッドがブラインド側の面に係合することになる剪断座金を含む、請求項３１に記載のブラインド・ボルト。
【請求項３４】
前記剪断座金が、被加工物の接触可能な側の面と負荷耐力関係にあるように適合された１つの面を含み、前記ナットが、剪断座金から壊れ易い剪断セクションが剪断された後に壊れ易い剪断セクションを受容するために、剪断座金に隣接する座ぐりを含む請求項３３に記載のブラインド・ボルト。
【請求項３５】
前記スリーブ・レッグ・セクションの前記帯領域部の放射状に外側に向かう膨張が、１．５〜５．０％の間である請求項３１に記載のブラインド・ボルト。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は、マルチピース・ファスナに関し、より詳細には、ねじ込みトルク・タイプまたはプル・タイプの高強度ブラインド・ボルトであって、かしめ構造を使用すると共に一まとめに固定された被加工物の最終締付け負荷を高くする、高強度ブラインド・ボルトに関する。このようなブラインド・ファスナは一般に有用であるが、箱形ばりやボックス・コラムなどの閉じたセクション、橋、およびその他同様のものを利用する構造体に特に有用と考えられ、被加工物の片側への接近可能性が妨げられ、またはその接近可能性が制限される適用例にさらに有用と考えられる。
【０００２】
（関連技術の説明）
本発明のファスナは、一般に、主スリーブ、膨張性スリーブ、およびピンを含むマルチピース・ブラインド・ボルト・ファスナにも関し、ピンを介して加えられた相対軸力に応答して、この膨張性スリーブが放射状に膨張してブラインド・ヘッドを形成する。この点について、本発明のブラインド・ボルトは、Ｈｉｇｈ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｂｌｉｎｄ  Ｂｏｌｔ  Ｗｉｔｈ  Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｈｉｇｈ  Ｃｌａｍｐ  Ｒａｎｇｅ  Ｏｖｅｒ  Ａｎ  Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｇｒｉｐ  Ｒａｎｇｅ（延長されたグリップ範囲全体を通して均一な高締付け範囲を有する高強度ブラインド・ボルト）に関して１９９７年２月１８日に発行された米国特許第５，６０３，５９２号（「第’５９２号特許」）、Ｈｉｇ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｂｌｉｎｄ  Ｂｏｌｔ（高強度ブラインド・ボルト）に関して１９９３年１月１２日に発行された第５，１７８，５０２号（第’５０２号特許）、およびＨｉｇｈ  Ｓｔｒｅｎｇｔｈ  Ｂｌｉｎｄ  Ｂｏｌｔ  Ｗｉｔｈ  Ｕｎｉｆｏｒｍ  Ｈｉｇｈ  Ｃｌａｍｐ  Ｏｖｅｒ  Ａｎ  Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  Ｇｒｉｐ  Ｒａｎｇｅ（延長されたグリップ範囲全体を通して均一な高締付け力を有する高強度ブラインド・ボルト）に関して１９９３年２５日に発行された第５，２１３，４６０号（第’４６０号特許）に関係し、そのそれぞれを本明細書に参照により組み込む。米国特許第５，６０３，５９２号には、引張力制御タイプのねじ式ナットおよびコア・ピン構造を利用したブラインド・ボルト構造が開示されている。ナット部材は、ピンのシャンクのねじ付き部分にねじ係合する。スプライン付き部分は、ピン・シャンクの末端部に位置付けられている。スプライン付き部分に係合するよう適合された中心ソケット部材と、ナットを把持するよう適合された外側レンチ部材とを有する取付け具を使用し、コア・ボルトまたはピンとナットとの間にトルクを加えて相対回転をもたらし、それによって、ナットをピンにねじ込んで所望の締結構造を実現する。ピン上に位置付けられている１対のスリーブ、すなわち膨張性スリーブと主スリーブは、協働し、加えられたトルクに応答してブラインド・ヘッドを形成する。
【０００３】
ナットとピンの間にトルクが加えられた結果、ナットは、初めにグリップ調整器を介して主スリーブに軸力を伝達する。同時に、ピンは拡大したヘッドを有し、膨張性スリーブに対し、反対方向の軸力を伝達する。トルク、および結果的に生じた軸力が増大するにつれ、膨張性スリーブは主スリーブに反動し、放射状に膨張してブラインド・ヘッドを形成する。ファスナの、延長されたグリップ範囲全体にわたり、均一な形状のブラインド・ヘッドが設けられる。
【０００４】
取付けのこの段階で、被加工物は、いかなる締付け負荷も、ピンを介してナットおよびグリップ調整器とブラインド・ヘッドの間にかけられていない。ブラインド・ヘッドをブラインド側の面に係合させるため、グリップ調整器には、キャビティに対してブロックするように連通している壊れ易い部材、抵抗部材、または剪断部材を設けられている。この壊れ易い構造、剪断構造、または抵抗構造は、事前に選択された大きさの相対軸力で破壊されるようになされており、それによって、もはやブロックされていないキャビティが接触可能になり、主スリーブは、膨張性スリーブとの負荷耐力関係から離れて、またはその関係から脱するように、軸方向に運動することができる。これによって、完全に形成されたブラインド・ヘッドは、膨張性スリーブとの負荷耐力係合から脱して実質上自由に移動した主スリーブから軸方向の制約を受けることなく、被加工物のブラインド側の面に接触することが可能になる。次に、被加工物は、新たなトルクを加えることによって一体となり、このとき結果的に生じる相対軸力は、ピンを通してブラインド・ヘッドとナットの間でのみ実質上作用する。被加工物を一まとめに締め付ける力は、コア・ボルトまたはピンのスプライン付きピンテール部が破壊されてピンから取れるような大きさのトルクに達するまで、増大し続ける。この破壊負荷が、被加工物に対する最終締付け負荷を決定する。
【０００５】
この構造は、広いグリップ範囲を提供することができ、この広いグリップ範囲全体にわたって均一な構造の高強度ブラインド・ヘッドが形成される。均一な構造のブラインド・ヘッドは、このグリップ範囲全体にわたって同じブラインド側突起を有する。さらに、このブラインド・ボルト構成によれば、高強度材料を使用して高強度ファスナが得られると同時に大きい均一な締付け力を実現することができる構造が提供される。
【０００６】
しかし、このファスナは２つのスリーブを動作させることが必要である。膨張性バルブ・スリーブは比較的軟性の鋼で作製され、低負荷でバルブ状にすることができ、また、ピンのヘッドの周りに形成することもできる。主スリーブは硬化鋼で作製され、パンチとして働いて剪断部材を剪断することができる。
【０００７】
第’５９２号特許は、一片型スリーブを使用できることを開示しているが（第１０欄、第４０〜４２行参照）、そのような実施形態については述べていない。同様に第’４６０号特許は、一片型スリーブを使用できることを開示しているが（第１６欄、第１３〜１５行参照）、そのような実施形態については述べていない。このため、２つのスリーブには異なる用件が与えられるので（主スリーブは、剪断部材を剪断するために硬質でなければならず、膨張性スリーブは、ブラインド・ヘッドをバルブ状にして形成するのに十分軟質でなければならない）、両特許は、硬さがそれぞれ異なる別々の鋼から主スリーブおよび膨張性スリーブを製造することを開示している。第’５９２号特許も第’４６０号特許も、取って代わることが可能な２つのタイプのスリーブの要件全てを満たす一片型スリーブを、１つのタイプの鋼からどのように作製するか開示していない。
【０００８】
（発明の概要）
本発明は、第’５９２号特許に開示されているファスナの設計を改善したものである。ブラインド・ファスナは、拡大されたヘッド部と、シャンク部と、グリップ部とを備えたピンを有する。拡大されたヘッド部と、壊れ易い部材およびナットの間には、単一のスリーブが設けられている。たった１つのスリーブのみ利用しているので、この単一のスリーブは、バルブ形成後に壊れ易い部材を穿孔しかつ被加工物の締付けを可能にするのに十分な強度および硬さを依然として有する状態で、所望のパラメータのもとで適切にバルブ状になる部分を有するように最適化される。
【０００９】
好ましい実施形態で、ファスナは、そのファスナ全径がより小さくかつその構成要素がより少ないにも関わらず、第’５９２号特許に開示されているファスナの強度特性と同じかまたはそれよりも高い強度特性を有するように設計されている。第’５９２号特許のファスナに比べ、本発明のファスナに使用される構成要素の数はより少ないので、ファスナの製造およびアセンブリのコストが削減される。
【００１０】
本発明の一形態で、単一のスリーブは、断面が概ね均一な、概ね真っ直ぐな管状構成のものであり、すなわちその長さに沿って断面にはいかなる著しい変化もないものであり、ブラインド・ヘッドは、カラム負荷により、被加工物のブラインド側を超えて位置付けられた膨張性スリーブの一部をバルブ状にすることによって形成される。事前に選択された位置でのブラインド・ヘッドの形成は、膨張性スリーブの環状帯をアニールすることによって容易にされる。バルブ付きブラインド・ヘッドは拡大された座面を備え、したがって、被加工物の開口がファスナの有効径よりもかなり大きい適用例に特に有用である。
【００１１】
本発明の特徴をねじ部品に関して示すが、米国特許第５，２１３，４６０号から、これらの特徴のいくつかをプル・タイプおよびかしめタイプのファスナに適用できることが理解される。同時に、本発明の特徴は、主スリーブ部材のテーパ状ノーズ部による膨張性スリーブの放射状の膨張によって形成されたブラインド・ヘッドを有するファスナに利用することができ、米国特許第５，１７８，５０２号および第５，２１３，４６０号を参照されたい。
【００１２】
したがって、本発明の高強度ブラインド・ボルトは、ＡＳＴＭ  Ａ３２５や日本Ｆ８Ｔ仕様（Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｆ８Ｔ  ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓ）を満たすような、高強度ボルトを利用する適用例での使用に容易に適合可能である。ブラインド溶接、ナット・プレート、およびその他の複雑な構成の締結システムが、接合部の裏側に接触することができない箱形ばりなどの構造要素に使用される場合も、本発明を使用することが望ましい。この点について、本発明のブラインド・ファスナは、強度および耐久性が高い他に締付け負荷も高くすることできることが著しく重要なビルディングや橋などの建設に、特に適している。
【００１３】
やがてわかるであろうが、グリップ調整器は比較的簡単な構成のものでよく、高強度材料で作製することができ、それによって、壊れ易い抵抗または剪断部分の強度を高レベルに設定することができる。この点に関し、この比較的簡単な構成により、壊れ易い抵抗部分を剪断する負荷は、ブラインド・ヘッドの形成を保証するのに十分高いレベルに設定することが容易可能になり、かつブレークネックの最終締付けおよび破壊の最終トルク負荷に達する前に破壊されるよう十分低いレベルに容易に設定することが可能になる。
【００１４】
したがって、本発明の一目的は、高強度材料の使用を容易にすることにより広いグリップ範囲を有する高強度ファスナが得られる、独自のブラインド・ボルト構成を提供することである。
【００１５】
本発明の別の目的は、広いグリップ範囲を提供するための独自のグリップ調整器を含むブラインド・ボルト構成を提供することである。
【００１６】
本発明の別の一般的な目的は、広いグリップ範囲全体にわたって均一な所望の構成を有する高強度ブラインド・ヘッドを形成する構造の、独自の高強度ブラインド・ボルトを提供することである。
【００１７】
本発明の別の一般的な目的は、高い最終締付け負荷をもたらす独自の高強度ブラインド・ボルトを提供することである。
【００１８】
本発明の別の一般的な目的は、引張力制御タイプのねじ式構造を利用し、かつ広いグリップ範囲全体にわたって概ね均一な最終締付け負荷を提供する、独自の高強度ブラインド・ボルトを提供することである。
【００１９】
本発明の別の一般的な目的は、既知の設計よりも少ない構成要素を有する独自の高強度ブラインド・ボルトを提供することである。
【００２０】
本発明の別の一般的な目的は、全径が縮小されて既知の設計に等しいかまたはそれよりも優れている強度特性をもたらす独自の高強度ブラインド・ボルトを提供することである。
【００２１】
前述およびその他の目的、特色、特徴、および利点、ならびに構造の関連要素の操作方法および機能と、部品の組合せ、および製造の節約手段は、本明細書の一部を形成しかつ同様の参照符号が様々な図中で対応する部品を示している添付図面と併せて解釈することにより、以下の詳細な記述および上述の特許請求の範囲から明らかにされよう。
【００２２】
（発明の詳細な説明）
図１からわかるように、ブラインド・ファスナ１０は、コア・ボルトまたはピン１２と、環状ナット１４と、膨張性管状スリーブ１６と、剪断座金１８を含む。ピン１２は、ボア内への挿入を容易にするために、スリーブ係合面２１およびテーパ状外縁２３を有する拡大ヘッド２０を有する。ピン１２は、滑らかなシャンク部２４、ネジ付き部２６、ブレークネック溝２８、および取付け具で把持するための（図２ａ参照）ピンテール・グリップ部３０を有する細長いシャンク２２も有する。ブレークネック溝２８は、縮小された断面積を有し、取付けサイクルの終わりに所定のトルク負荷で破壊されるように設計されている。ピンテール・グリップ部３０は、複数の軸方向に延びるスプライン３２を含んでおり、本発明の一形態では、概ね従来通りの１２のスプライン構造を含んでいる。グリップ部３０は、その表面に重なるように、ねじ付き部２６と同じサイズのねじ山も含んでおり、ナット１４がピン１２にねじ込まれるにつれて係合するようになされている。
【００２３】
膨張性管状スリーブ１６は、概ね均一な内径および外径を有する概ね均一な管状の形をしたものである。外径は、ピン・ヘッド２０の内径と実質上同じかまたはわずかに小さい。管状スリーブの内径は、管状スリーブがピン・シャンク２２の表面を滑動できるように、かつ管状スリーブ１６と滑らかなシャンク部２４との間に所望の公差が得られるように、選択される。管状スリーブ１６は、ピン・ヘッド２０の面２１に係合する端面３４と、剪断座金１８に係合する端面３６を含む。管状スリーブ１６は硬化鋼で構成されるが、ファスナ１０の取付けの際にスリーブ１６のバルブ形成が可能になるように、かつ容易になるように、アニールされた部分３５を含んでいる。
【００２４】
現在好ましい実施形態では、図１、９ａ、および９ｂに最も良く見られるように、剪断座金１８は、スリーブ１６の端面３６に係合する端面３９を有する座ぐり３８と、ピン１２が通過することが可能なスルー・ボア４０と、被加工物４６の露出面４４に係合する端面４２と、ナット１４の端面５０に係合する端面４８を含む。第２の被加工物５６は、ブラインド面５８と、被加工物４６のボア６２に整合したボア６０を有する。
【００２５】
ナット１４は、取付け具に係合する標準的な六角形状を有する外面５１を有し、剪断座金１８を剪断する際に管状スリーブ１６の端部を受容するのに十分大きい外径を有する座ぐり５２を含む。座ぐり５２の深さは、ファスナの有効グリップ範囲を画定するように選択される。ナット１４は、細長いシャンク２２のグリップ部３０およびねじ付き部２６がねじ込まれるように係合するねじ付きボア５４も含む。ナット１４には、代替の取付け具駆動機構に係合する代替の外形を、望む通りに設けることもできる。
【００２６】
剪断座金１８には、ピン１２、スリーブ１６、ナット１４の間の相対軸力から得られる座ぐり５２の周辺に対する事前選択された剪断負荷での破壊に適合するように剪断セクションを画定するため、座ぐり３８の下に、事前選択された厚さが設けられている。ピン１２、スリーブ１６、座ぐり３８、ナット１４のねじ付きボア５４は、その公差が比較的近い値であるので、構成要素は概ね同軸上に維持される。
【００２７】
ファスナ１０の使用中、スリーブ１６およびピン・シャンク２２は、それぞれ位置合わせされている被加工物５６および４６のボア６０および６２内にかつそれらのボア内を延びる状態で位置付けられるように適合され、このとき剪断座金１８の面４２は被加工物４６の面４４に係合する。この点に関し、面４２は、ファスナ１０の取付け負荷の所望の分布が被加工物４６の面４４に得られるように、かつファスナ１０の取付け後に動作負荷が被加工物４６および５６に生じるように、十分大きい有効負荷耐力面積を有する。さらに、剪断座金１８の反対側の負荷耐力面４８は、ナット１４の負荷耐力面５０に係合し、取付け負荷および動作負荷を吸収するように十分大きい有効負荷耐力面積を提供する。ピン・ヘッド２０およびスリーブ１６の外径は、位置合わせされたボア６０および６２内に所望のすきまばめでぴたりと嵌合するように選択される。
【００２８】
ファスナ１０は、ピン１２のねじ付き部２６に対するナット１４のねじ係合を介してピン１２とナット１４の間に加えられたトルクにより設定されるよう適合される。図２ａは、被加工物４６および５６に挿入されて取付け具７０により係合されたファスナ１０を示す。取付け具７０は、当技術分野で一般に知られている構成のものであり、したがって取付け具７０の一部のみ示し、その具体的な詳細は話を簡単にするために省略した。ナット１４の外面５１は、ナット１４の外形に対合して係合するように構成された取付け具７０の管状ソケット部材７２が打ち込まれて係合するようになされている。取付け具７０は、ピン１２のスプライン付きグリップ部３０を対合した状態で係合するように構成された、内部ソケット部材７４を含む。取付け具の一形態では、内部ソケット部材７４が、軸方向前方に弾力的に片寄り、グリップ部３０との十分な係合をもたらす。外部ソケット部材７２および内部ソケット部材７４は、互いに対して回転するように適合される。このため、ファスナ１０を取り付けるには、外部ソケット部材７２がナット１４に係合し、かつ内部ソケット部材７４がピン１２のグリップ部３０に係合するように、取付け具７０をファスナ１０の外側端部に装着する。取付け具を作動させると、外部ソケット部材７４が内部ソケット部材に対して回転し、それによってナット１４がピン１２のねじ付き分２６上にさらにねじ込まれる。
【００２９】
取付け具７０には、従来からの２つの変形例がある。第１のタイプでは、内部ソケット部材７４および外部ソケット部材７２がそれぞれ、ピンまたはナットを回転させるのに必要とされる相対トルクのみに依存して、取付け具に対して動くことができる。このタイプの取付け具では、取付けサイクルの初めにおいて、外部ソケット部材７２が静止したままの状態で内部ソケット部材７４を回転させることができ、したがってピン１２はこの静止しているナット１４に対して回転する。ファスナ１０の構成要素は、被加工物４６および５６に対してその負荷が増大する関係になるにつれて、外部ソケット部材およびナット１４が通常は回転するようになり、一方、内部ソケット部材７２は静止状態を保つようになる。
【００３０】
他のタイプの取付け具７０では、内部ソケット部材７４が取付け具に対して常に静止した状態に保たれ、外部ソケット部材７２のみがこの取付け具に対して回転する。したがって、そのような取付け具によってピン１２は常に静止状態に保たれ、ナット１４が回転する。
【００３１】
どちらの場合も、このような状態が生じると、ピン１２はナット１４に対して軸方向に移動する。同時に、内部ソケット部材７４に対する弾力的な軸方向のバイアスによって軸方向後方への移動が可能になり、取付け具７０に対するピン１２の追加の軸方向の移動に順応するようになる。このように、ピン１２とナット１４の間に取付け具７０によって加えられたトルクにより、ピン１２とスリーブ１６の間には相対軸力が生じる。
【００３２】
同時に、ピン１２がナット１４に対する相対回転運動を介して軸方向に移動し始めると、加えられた相対軸力がスリーブ１６にかかるカラム負荷を増大させ、アニールされた部分３５で放射状に外側に向かって膨張が生じ（またはバルブ状になり）、それによって、被加工物５６のブラインド側の面５８から間隔をおいた点でバルブ状にされた構成のブラインド・ヘッド８０が完全に画定される。図２ｂを参照されたい。現在好ましい実施形態では、このバルブは約５０，０００〜５３，０００ポンド（約２２．７〜２４トン）の軸力で形成される。相対軸力が増大すると、壊れ易い剪断座金１８は、スリーブ１６の下の座ぐりで剪断セクション８２全体にわたって破壊される。図２ｃを参照されたい。現在好ましい実施形態では、剪断座金は約５７，０００〜６１，０００ポンド（約２５．９〜２７．７トン）の軸力で破壊される。この破壊により、剪断セクション８２およびスリーブ１６はナット１４の座ぐり５２内に入り始め、バルブ状にされたブラインド・ヘッド８０の下のスリーブ１６の部分にかかる相当な軸負荷が全て除去される。剪断座金１８の剪断セクション８２は、剪断前にバルブ状にされたブラインド・ヘッド８０を実質上完全に形成するのに必要とされる大きさの相対軸力を受容できるよう、十分な強度のものになるように選択される。
【００３３】
ピン１２に対するナット１４の連続的な回転運動により、ピン１２およびスリーブ１６の軸運動が継続し、ブラインド・ヘッド８０が被加工物５６のブラインド面５８に接触するように移動して、所望の締付け力が得られるまでファスナ１０が被加工物４６および５６に対して装入される。所望の締付け力は、ブレークネック溝２８が破壊されるように設計された力によって決定され、それによって、さらなる取付け力が取付け具７０によってファスナ１０に加えられるのを制限する。締付け力を加えることによって、ブレークネック溝２８が破壊される前に、バルブ状のブラインド・ヘッド８０をわずかに膨張させ続けることもできる。図２ｄおよび２ｅを参照されたい。これらの図は、被加工物に取り付けられてブレークネック溝２８の破断点まで装入されたファスナ１０を示しており、現在好ましい実施形態では、約６６，０００〜７１，０００ポンド（約２９．９〜３２．２トン）の軸力が生じる。図２ｄは、一般に、図示されるファスナ１０が固定されるように設計された被加工物の最大厚さを示している。図２ｅは、一般に、図示されるファスナ１０が固定されるように設計された被加工物の最小厚さを示している。
【００３４】
ファスナが適応することができる被加工物の最大厚さから最小厚さまでの範囲は、剪断セクション８２の剪断の際に、その内部に剪断座金１８の剪断セクション８２およびスリーブ１６が入ることができる座ぐり５２の深さによって決定される。座ぐり５２の軸方向の深さは、図２ｂに示すように、ブラインド・ヘッド８０が完全に形成された後の、膨張性スリーブ１６のブラインド・ヘッド８０の自由端面８３から被加工物５６のブラインド側の面５８までの距離Ｌよりも大きくなるように選択される。距離Ｌは、一まとめに固定される被加工物の全体の厚さに応じて様々にすることができる。最小グリップ状態では、すなわち被加工物４６および５６の合計の厚さが最小である場合には、図２ｅに示すように距離Ｌがその最大になり、したがって座ぐり５２の深さをこの最大距離Ｌよりも少なくともわずかに大きくして、ファスナ１０のグリップ範囲内での全グリップ条件下でバルブ状ヘッド８０の自由端面８３がブラインド側の面５８に係合する前に、ブラインド・ヘッド８０の下のスリーブ１６の部分がピン１２との負荷耐力係合から確実に解除されるようにするべきである。これにより、バルブ状ヘッド８０の端面８３は、図２ｄおよび２ｅに示すように、被加工物５６のブラインド側の面５８と確実に自由に係合するようになる。したがって、ナット１４とピン１２の間のトルクから生じた十分な大きさの相対軸力が、ピン・ヘッド２０およびバルブ状ヘッド８０を介して実質上ナット１４、座金１８、ピン１２のみの間で被加工物４６および５６に加えられる。
【００３５】
ねじ付きピン・シャンク部２６に完全な最終係合状態で係合するナット１４のねじ山の数は、被加工物４６および５６を所望の高レベルで締め付けるのに十分であるように、かつ結果的に生じる接合部にかかる最大設計引張負荷に耐えられるよう十分であるように選択される。したがって、ナット１４のねじ付き部５４の長さは、完全なねじ係合の際に加えられるこれらの負荷に耐えられるように必要な数のねじ山を得るのに十分であるよう選択される（図２ｄ参照）。同時に、ねじ付きピン・シャンク部２６の長さは、取付け後の突出長さを最小限に抑えながら、ファスナ１０のグリップ範囲全体にわたってナット１４のねじ山との完全なねじ係合が得られるように選択される。このように、ファスナ１０の全長は、取付け状態および取外し状態の両方において最小限に抑えることができる。
【００３６】
取付けトルク負荷を最小限に抑えるため、したがってファスナ構成要素の適正な機能および一貫した適正なファスナの取付けを助けるため、二硫化モリブデンなどの高品質の焼付け乾燥被膜潤滑剤は、ファスナ１０の可動部品間の摩擦を低減させるのにピン１２および座金１８の面４８に望ましいことが見出された。特に、好ましくはないが、潤滑剤塗布プロセス中に座金１８の外面に潤滑剤を堆積させることもできる。あるいは、この追加の潤滑剤を面４８以外の全ての部分から除去することができる。Ｋａｌｇａｒｄ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＫａｌｇａｒｄ  ＦＡなどの二硫化モリブデン潤滑剤は、満足のいくものであることが見出され、リン酸塩皮膜処理後に塗布される。
【００３７】
ナット１４には耐食性電気亜鉛めっきが望ましく、ナット１４の面５０にはパラフィンなどのワックス・タイプの潤滑剤が好ましい。スリーブ１６には潤滑剤が塗布されておらず、かつ／または被覆されていない。剪断座金１８が剪断され、スリーム１６のバルブ状ヘッド８０が被加工物５６の面５８に移動すると、ピン１２に対してかつ静止座金１８に対するナット１４の回転によって、被加工物４６と５６の間に締付け負荷が生じる。
【００３８】
いくつかの適用例では、ピン１２、ナット１４、および座金１８に付着される被覆および／またはめっきの他、スリーブ１６に耐食性油を付着させることが望ましいと考えられる。耐食性油の１つのタイプは、Ａｍｒｅｐ，Ｉｎｃ．からＬＡＮＡＣＯＴＥという商標で販売されている油でよい。
【００３９】
ピン１２に対する面２１の角度の作用を図３〜６に示す。バルブ状にされるスリーブが比較的軟質である、２つのスリーブを利用した従来技術の設計では、面２１を、ピン１２の軸に直交する平面から１２°上方の角度に配置した。これは、軟質のバルブ状にされるスリーブ材料をピン・ヘッドの周りに案内して、チューリップ形状のバルブが形成されるように行った。しかし、本発明のファスナでは、スリーブをそのように「チューリップ形状にする」ことによってファスナ１０の強度が低下することが見出された。したがって、本発明のファスナの比較的硬質のスリーブが上方に移動してピン・ヘッド２０の周りに形成されないようにすることが望ましい。また、ピン・ヘッド２０の面２１の外周コーナが永久に変形しまたは剪断さえなされる場合、望ましくない締付け負荷の変動も生じる可能性があることが見出された。したがって、面２１の角度は、本発明のより硬質なスリーブと組み合せた場合により重要であり、前述の欠点が最小限に抑えられるように設計した。
【００４０】
好ましい角度は、図３ａに示すように、ピン１２の軸に直交する平面から１°下であることが見出された。換言すれば、これは、面２１と細長いシャンク２２との角度が８９℃である。この角度は、スリーブがヘッド２０上にずり上がるの傾向を妨げると共に、ピン・ヘッド２０の面２１の外周コーナの膨張または剪断を最小限に抑えることを示している。そのような角度を有するピン・ヘッドを備えた本発明の、予め取り付けられたファスナの断面の実際の写真を絵のように表した図を、図３ｂに示す。図３ｂから、スリーブはピン・ヘッド２０上にずり上がっておらず、面２１の外周コーナの膨張が非常にわずかなものであることがわかる。この実施形態は、多数のファスナ間の締付け負荷のばらつきが改善されることを示している。
【００４１】
図４ａは、面２１が、ピン１２の軸に直交する平面から５°下がった角度で設けられている実施形態を示す。しかし、そのような角度を持ったピン・ヘッドを有する予め取り付けられたファスナの断面の実際の写真を絵のように表した図４ｂからわかるように、この実施形態では、面２１の外周コーナに著しい永久的な変形が生じると共に、スリーブ１６自体にも外側方向に著しい永久的な変形が生じており、望ましくない締付け負荷のばらつきを引き起こすのに十分である。
【００４２】
図５ａは、面２１がピン１２の軸に直交する平面から５°上がった角度で設けられている実施形態を示す。しかし、そのような角度を持ったピン・ヘッドを有する予め取り付けられたファスナの断面の実際の写真を絵のように表した図５ｂからわかるように、この実施形態では、スリーブがピン・ヘッド２０上にずり上がり、それによって、ファスナの適正な締付けが生じるのを妨害する。
【００４３】
図６ａは、面２１がピン１２の軸に直交する平面から１２°下がった角度で設けられている実施形態を示す。しかし、そのような角度を持ったピン・ヘッドを有する予め取り付けられたファスナの断面の実際の写真を絵のように表した図１２ｂからわかるように、この実施形態では、面２１の外周コーナに激しい永久的な変形が生じまた剪断さえ引き起こされると共に、スリーブ１６自体にも外側方向に激しい永久的な変形が生じており、その結果、望ましくない締付け負荷のばらつきが生じる。この実施形態は、第’５９２号特許に開示されているピン・ヘッドの実施形態と同様である。
【００４４】
ファスナ１０の強度は、ブラインド・ゲッド８０の上であってピン・ヘッド１２の面２１の下にあるスリーブ１６の部分の高さに応じて変化することも見出された。図７ａと図７ｂを比べてわかるように、ブラインド・ヘッド８０の上にあるスリーブ１６のレッグ８４の高さＨは、スリーブ１６のアニールされたセクション３５の軸方向の配置によって変わる可能性がある。アニールされたセクション３５がスリーブ１６上により高く位置決めされている場合、ブラインド・ヘッド８０はスリーブのより高い位置に形成され、図７ａに見られるように、より短い高さＨを有するレッグ８４が設けられる。この高さＨは、帯領域２８の幅にも影響を受ける。一方、アニールされたセクション３５がスリーブ上により低く位置決めされている場合、ブラインド・ヘッド８０はスリーブ１６のより低い位置に形成され、より大きい高さＨを有するレッグ８４が設けられる。
【００４５】
図８ａおよび８ｂは、それぞれピン１２に取り付けられた図７ａおよび７ｂのスリーブ１６の拡大図である。図８ａと図８ｂを比べてわかるように、短いレッグ８４を有するスリーブ１６は、実際に、長いレッグ８４を有するスリーブ１６よりも長い剪断線を、ピン・ヘッド２０と被加工物５６（図示せず）の間にもたらす。これは、ファスナの取付けの際、剪断線がブラインド・ヘッド８０の長さとレッグ８４の長さの両方を含むように、レッグ８４でスリーブ１６がわずかに外側に膨張した結果である。図３ｂも参照されたい。
【００４６】
図７ｂおよび８ｂに示されるスリーブのレッグ８４の最上部の同様の膨張があり、したがってレッグ８４の最上部は剪断線に重なっている。しかし、膨張はレッグ８４の全長にわたって生じていないので、剪断線の長さはレッグ８４の長さを含むようにこの実施形態では増加せず、ブラインド・ヘッド８０の長さのみに沿って生じている。剪断線の長さは、図７ａおよび８ａに示すように、レッグの膨張が、剪断線がブラインド・ヘッド８０とレッグ８４の一部の両方に連続的に重なるようである場合にのみ、増加する。この重なりが、図７ｂおよび８ｂに示すように不連続である場合、剪断線の長さは増加しない。むしろ、ファスナの強度は、ブラインド・ヘッドを通る剪断線の長さのみに基づくことになる。したがって、図７ａおよび８ａの実施形態は、より長い剪断線から得られるより強力なファスナを提供し、かつ好ましい実施形態であり、一方、図７ｂおよび８ｂの実施形態は、第’５９２号および第’４６０号特許に見られるように、従来技術をより代表するものである。
【００４７】
高強度、高硬度の材料を使用することにより、ピン・ヘッド２０の内面２１と滑らかなシャンク部２４との接合部などでの応力集中を低減させることが望ましい。これは、接合部に丸みを与えることによって実現される。さらに、スリーブ１６の両端の内径に食いつき部が設けられ、スリーブが、丸みが与えられた接合部に切り込まないようにする。その他の接合部およびコーナにも同様に丸みを与え、面取りすることができる。
【００４８】
述べたように、応力集中を低減させる他、対合するねじ同士の間の応力集中を低減させることが望ましい。したがって、ねじ付きシャンク部のねじ山は、その深さが概ね浅くなるように、かつ概ね流線形の輪郭をしたルートを有するように、形成される。したがって一実施形態では、ねじ山は、Ｄｉｘｏｎに１９９２年２月２５日に発行された米国特許第５，０９０，８５２号の、溝の形状および概念を利用することができる。このルート構造により、ねじ山での応力集中も低減する。
【００４９】
第’８５２号Ｄｉｘｏｎ特許で述べたように、ねじ山は、概ね流線形をした浅い螺旋構造のものにすることができ、それによって、所望の締付け負荷の高い高強度継手構造を実現することができる。記述した浅いねじ構造では、ナット１４のねじに対して公差の小さいはめ合いであることが好ましい。本発明の一形態では、クラス３のねじ嵌合と同様の公差を利用した。
【００５０】
述べたように、本発明の高強度ファスナは、締結された接合部に高い最終締付け負荷をもたらすことが望ましい。この結果を実現するには、ブレークネック溝２８での最終ピン破壊負荷を含む高取付け負荷が、取付け具７０から必要とされる。しかし、これらの負荷はトルクによって加えられ、したがって一般に取付け具７０に吸収され、取付け具７０を取り扱う操作者に本質的に伝達されない。このため、ブレークネック溝２８でのピン破壊で生じる高負荷は、ファスナ１０にトルクを加えることによって、取付け具７０に実質上吸収される。取付け具７０に必要とされる取付け負荷の大きさは、前に論じたように選択的に潤滑にすることによって、実質上低下させることができ、その結果、取付け具７０の最終出力の回転速度を増大させることができ、それによって、取付けに必要とされる時間を著しく短縮することができるようになる。
【００５１】
剪断座金の代替の実施形態が、図１０ａ〜ｃに示されている。座ぐり３８を有する代わりに、図１０ａ〜ｃに示される代替の実施形態の座金は、両面４２および４８に、ボア４０と同心の、円形の溝９０を含む。各溝は、図１０ｃの拡大図に見られるように、断面が半円形であることが好ましい。溝は、Ｖ字形などの異なる形状であってもよく、互いに比べたときに異なる形状および深さを有するものでよい。２つの溝９０は、座金１８に対する応力上昇部として働いてそれらの間に壊れ易いセクションを生成し、このセクションが、ファスナの取付けの際に剪断されることになる。あるいは、座金の片面に単一の溝９０のみを設けることもできる。剪断座金が破壊され剪断される力は、座金の厚さ、座金を構成する材料、応力上昇部を形成する構造のサイズ、形状、および位置を変更することによって、望み通りに変えることができる。
【００５２】
開示されている種々の剪断座金の様々な特徴を、別法として、異なる組合せとなるよう組み合せて、代替の剪断座金の実施形態を生み出すこともできる。
【００５３】
ねじ付きファスナを用いる多くの適用例では、取付け後、ボルトからナットを外すことによってそのファスナの取外しができることが望ましく、あるいは場合によっては、ナットとボルトの間にさらにトルクを加えることによって、接合部をきつく締め直すことができることが望ましい。しかしある特定の適用例では、その取外しやきつく締め直すための初期離脱トルクが非常に高くなる可能性があり、取外しやきつく締め直すためにナット（ナッド１４など）にのみスパナを利用するときに、ナットとそれに関連付けられているピンまたはボルトの両方が一緒に回転して、ねじ筋を通して取り外すことまたはきつく締め直すことが不可能ではないとしても若干困難になる。図１１に示す本発明の代替の実施形態では、トルクを加えるためファスナを取り付けた後にピンとナットを別々に把持することを可能にするための構造が設けられ、それによって取外しまたはきつく締め直すことが容易になる。
【００５４】
図１１からわかるように、ねじ付き部２６は、グリップ部３０と同様の、ブレークネック溝２８の内側に向かう、二次スプライン付き／ねじ付き部２７を含む。したがって、最終的な取付けを行って、ブレークネック溝２８を破壊することによりスプライン付きピンテール部３０を取り外す際、ピン１２の自由端には二次スプライン付き部２７が残ることになる。このファスナの実施形態のその他の構成要素は、図１に示す実施形態と同様である。
【００５５】
二次スプライン付き部２７は、最大グリップ状態で溝付きソケット部材（取付け具７０の内部ソケット部材７４など）が適正に係合されるように、ナット１４の外端を通り過ぎて十分遠くまで延びるよう、十分な長さのものになるように選択される。ナット１４は、六角形のソケット部材（取付け具７０の六角形ソケット部材７２など）を介して係合させることもできる。したがってピン１２は、ピン１２とナット１４の間の取外しまたは締付けトルクを加えることができるように、ナット１４に対して保持される（これらの構成要素の回転は、上記論じたように、使用される取付け具のタイプに依存する）。ナット１４の外端を超える二次スプライン付き部２７の最小限の突出は、最大グリップ状態、すなわち被加工物４６および５６の合計の厚さがファスナ１０のグリップ範囲内の最大の状態で生じると考えられる。同時に、ナット１４の外端を超える二次スプライン付き部２７の最大限の突出は、最小グリップ状態、すなわち被加工物４６および５６の合計の厚さがファスナ１０のグリップ範囲内の最小の状態で生じると考えられる。突出は、できる限り短くなるように維持することが望ましい。これは、最大グリップ状態で取外しトルクに耐えられるように、対合するソケット部材との十分な係合をもたらすのに必要とされる二次スプライン付き部２７の長さを初めに決定することによって行われる。これをできる限り短く設定すると、最小グリップ状態での二次スプライン付き部２７の最大突出は、グリップ長と、最大グリップ状態に十分であると決定された事前に選択された突出長とを加えたものに等しい距離になると考えられる。
【００５６】
本発明の好ましい実施形態では、ファスナ１０が以下の仕様を有するが、その所与の寸法はおよそのものであって、公差パラメータ内で変動し易い。ピン１２は４１４０鋼製であり、機械加工（または形成）後、Ｒ、３６〜３８に硬化される。ピン・ヘッド２０のヘッドは、直径２．７９９ｃｍ（１．１０２インチ）、長さ１．２０７ｃｍ（０．４７５インチ）であり、シャンク２２の全長は１６．２８９ｃｍ（６．４１３インチ）であり、滑らかなシャンク部２４は、直径２．２ｃｍ（０．８６６インチ）、長さ７．１１２ｃｍ（２．８０インチ）であり、ねじ付き部２６は外径２．２ｃｍ（０．８７６インチ）、長さ７．３６６ｃｍ（２．９インチ）であり、ブレークネック溝２８は、ルート径が１．５４９ｃｍ（０．６１０インチ）である。ねじ付き部２６は、グリップ部３０と同様に、小径が２．０７３ｃｍ（０．８１６インチ）、基準ねじ頂上部が０．１０９ｃｍ（０．０４２９インチ）、ピッチが０．３１８ｃｍ（０．１２５インチ）のねじ山を有し、このグリップ部３０は、外径が２．１５１ｃｍ（０．８４７インチ）である１２ポイント駆動スプラインも有するものである。
【００５７】
管状スリーブ１６は４１３０鋼製であり、加工後にＲC４６〜４９に硬化される。このスリーブは、外径２．７８９ｃｍ（１．０９８インチ）、内径２．２５３ｃｍ（０．８８７インチ）、長さ９．９７５ｃｍ（３．９２７インチ）である。アニールされた帯領域３５は、端面３４から約１．５２４ｃｍ（０．６００インチ）のところに中心が置かれ、図１２に示すように、その軸方向の幅全体にわたって典型的な硬さプロフィルを有する。この実施形態で、ブラインド・バルブは、取付け後の典型的な外径が４．１９１ｃｍ（１．６５０インチ）、高さが０．５９２ｃｍ（０．２３３インチ）になり、レッグ８４は、図７ａおよび８ａに関連して論じた利点をもたらすのに比較的短くなり、ファスナ取付け後のその典型的な長さは０．２２９〜０．３３０ｃｍ（０．０９０〜０１３０インチ）である。レッグ８４の外径は、典型的な場合、取り付けた後に初期外径に比べて０．５１〜１．２７ｃｍ（０．０２０〜０．５０インチ）だけ（または約１．８〜４．５％だけ）膨張する。この点に関し、膨張は１．５〜５．０％の間でよい。図７ａおよび８ａに示すように、レッグ８４を短く設計した場合、そのファスナは、一般に破損負荷が約８３，０００ポンド（約３７．６トン）である図７ｂおよび８ｂに示すファスナ設計に比べ、一般に９３，０００ポンド（約４２．２トン）を超える破損負荷を有することになる。したがって、レッグ８４を短く設計することによって、ファスナの破損負荷が著しく増大する。
【００５８】
あるいは、耐食性を得るためにスリーブを適切なステンレス鋼で作製することができる。好ましくはないが、帯領域セクション３５は、硬質スリーブ１６部分をアニールすることによってではなく、むしろ帯領域部３５に対してスリーブの他の部分を硬化することにより設けることができる。
【００５９】
剪断座金１８は４１４０鋼で作製され、機械加工（または形成）後、ＲC４１〜４４に硬化される。その厚さは０．５８４ｃｍ（０．２３インチ）、外径は４．６４８ｃｍ（１．８３インチ）であり、座ぐり３８の直径は２．８７０ｃｍ（１．１３０インチ）、スルー・ボア４０の直径は２．２２８ｃｍ（０．８８７インチ）であり、座ぐり３８の下の厚さ（すなわち剪断セクションの厚さ）は０．３６６（０．１４４インチ）である。
【００６０】
ナット１４は４１３０鋼から作製され、機械加工（または形成）後にＲC３６〜３８に硬化される。その対向する六角形の面同士の幅は約４．１１４ｃｍ（１．６２インチ）、全高は３．８１ｃｍ（１．５０インチ）であり、座ぐり５２の深さは１．３９７ｃｍ（０．５５インチ）、直径２．８５８ｃｍ（１．１２５インチ）であり、ねじ付きボア５４は、大径２．２７０ｃｍ（０．８９４インチ）、小径２．１２１ｃｍ（０．８３５インチ）のねじ山を有し、ピン１２のねじ付き部２６に適正に係合するよう構成されている。
【００６１】
ファスナのグリップ範囲は８ｍｍ±１ｍｍである。これは、ボアが通常３０ｍｍのドリル・ビットで空けられる従来の公称２７ｍｍの適用例での使用を目的とする。当然ながら、ファスナは、代替のサイズおよびグリップ範囲で設けることができる。
【００６２】
種々の実施形態の様々な特徴を入れ換えて、種々の実施形態を提供できることに留意されたい。図示される実施形態の他、同じ直径のファスナを種々のグリップ範囲で使用するには、実際に、ファスナの長さに必要とされる変化に順応するようにピンおよびスリーブを変化させるだけでよいことがわかる。この特徴により、ファスナの構成要素の製造および物品要件が簡単になる。
【００６３】
本発明を、現在のところ最も実用的で好ましい実施形態であると考えられる例に関して述べてきたが、別の修正例が可能であって開示された実施形態に限定するものではないことが理解され、また本出願は、一般に本発明の原理に従い、かつ本発明が関係する当技術分野で既知のまたは通例の実施に包含されるような、また前述の必要不可欠な特徴に適用することができると共に上述の請求項の精神および範囲に従うことができるような、本発明の開示からのそのような逸脱も含む、本発明のあらゆる変形例、用法、均等な配置構成、または適用例を包含することを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一まとめに固定される被加工物に組み付けられた関係にある、本発明のファスナの側面図であって、いくつかの部分が断面で示されている図である。
【図２】  ａ〜ｅは本発明のファスナの取付け順序を示す図であって、いくつかの部分が断面で示され、いくつかの部分が概略的に示されている図である。
【図３ａ】  本発明のファスナのピンの、一実施形態のヘッドを示す部分投影図である。
【図３ｂ】  スリーブをバルブ状にした後の、図３ａに示されるファスナの一部の実際の断面の写真を、絵のように表した図である。
【図４ａ】  本発明のファスナのピンの、代替の実施形態のヘッドを示す部分投影図である。
【図４ｂ】  スリーブをバルブ状にした後の、図４ａに示されるファスナの一部の実際の断面の写真を、絵のように表した図である。
【図５ａ】  本発明のファスナのピンの、代替の実施形態のヘッドを示す部分投影図である。
【図５ｂ】  スリーブが変形した後の、図５ａに示されるファスナの一部の実際の断面の写真を、絵のように表した図である。
【図６ａ】  本発明のファスナのピンの、代替の実施形態のヘッドを示す部分投影図である。
【図６ｂ】  スリーブをバルブ状にした後の、図６ａに示されるファスナの一部の実際の断面の写真を、絵のように表した図である。
【図７ａ】  本発明のファスナのスリーブの、一実施形態の断面図である。
【図７ｂ】  本発明のファスナのスリーブの、代替の実施形態の断面図である。
【図８ａ】  スリーブをバルブ状にした後の、図７ａのスリーブを利用した本発明のファスナの部分投影図である。
【図８ｂ】  スリーブをバルブ状にした後の、図７ｂのスリーブを利用した本発明のファスナの部分投影図である。
【図９ａ】  本発明のファスナの剪断座金の一実施形態を示す端面図である。
【図９ｂ】  図９ａに示される剪断座金の断面図である。
【図１０ａ】  本発明のファスナの剪断座金の、代替の実施形態を示す端面図である。
【図１０ｂ】  図１０ａに示される剪断座金の断面図である。
【図１０ｃ】  図１０ｂの円１０ｃ内に示されている、図１０ｂの部分の拡大図である。
【図１１】  一まとめに固定される被加工物に組み付けられた関係にある、本発明のファスナの代替の実施形態の、いくつかの部分が断面で示されている側面図である。
【図１２】  本発明のスリーブの、アニールされた帯領域に関する典型的な硬さプロフィルを示す図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１１】
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【図１２】
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