(57)【要約】本発明は、移行部２６により接続された大直径部分軸部２２と小直径部分軸部２８とを有する軸部２１を有する軽量ねじボルト型締結具１２である。ねじ山２９は、小直径部分軸部２２に転造され、逃げ区分３４で終わっている。逃げ区分３４では、ねじ山がその深さと幅とを漸減している。逃げ区分３４は、軸線方向の最小長さを有し、移行部２６に密に隣接し、軸線方向の最小逃げ域が形成されている。最小逃げ域を有するねじ山部を成形するための転造ダイス４６，４６′は、逃げねじ山に移行部２６と平行な端壁３５を設けるための、テーパ前端区分６４を有する部分うね５７を有している。
2004504944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルトブランクにねじ山を転造するためのねじ転造ダイスにおいて、
該転造ダイスが、前面と、概して横方向に延在する上面とを有するダイス部材を含み、前記前面には、前記上面に対して鋭角をなして長手方向に延在する複数の平行な間隔をおいたうねが設けられており、
前記ダイス部材が、転造開始のためボルトブランクを受容する入口端を前記前面の一方の側に有し、かつ転造後にボルトブランクを排出する出口端を前記前面の他方の側に有しており、
前記うねが、製造されるねじ山と相補的であり、各うねが、予め選択された幅と横方向の深さとを画定する上下のフランクを備え、複数の傾斜面が、前記上面から前記前面へ角度をなして延在し、複数の部分うねで終わっており、各部分うねが、ダイス入口端に最も近い外側前端から隣接の後続区分へ長手方向に延在する前縁区分を有しており、前記傾斜面が、前記前端から前記上面へ横方向に延在する壁部を形成し、前記前縁区分の前記前端が、前記ダイス部材の前記入口端から前記出口端へ向かって前記上面に漸近しており、
前記傾斜面のそれぞれが、前記前端区分から横方向に、かつまた前記前端区分と同一の広がりをもって、前記傾斜面の予め選択した部分にわたり延在する平らなテーパ部を含み、それによって、前記部分うねの上下フランクの幅が、前記後続区分のところの予め選択された全幅から、前記前端区分の前記外端のところでの縮小最小幅まで漸減し、前記部分うねの前記上下フランクの深さが、前記後続区分での予め選択された全深さから、前記前端区分の前記外端での縮小最小深さまで漸減し、前記前縁区分の前記上部フランクと、前記平らなテーパ部との交線が、前記前面を横切る事実上角度を有さない直線として延在しており、これにより、前記上下フランクの縮小幅および深さが、前記前端区分から前記後続区分での全幅および全深さへ比較的滑らかに移行する移行部が得られ、それにより前記ダイス部材の前記前端区分より成形されるねじ山に対する比較的ゆるやかな逃げが得られ、かつまた前記直線により、ボルトブランクの軸線に対して横方向に延在する逃げの端壁が得られる、ボルトブランクにねじ山を転造するねじ転造ダイス。
【請求項２】
前記ねじ転造ダイスが、予め選択されたピッチＰを有する完全ねじ山を成形するためのものであり、かつまた前記前端区分により、軸線方向に約１／４ピッチにわたり延在する逃げが得られる、請求項１に記載されたねじ転造ダイス。
【請求項３】
前記ねじ転造ダイスが、予め選択されたピッチＰとピッチ直径とを有する完全ねじ山を成形するためのものであり、かつ前記前端区分が、軸線方向には約１／４ピッチにわたって、また周方向には、ピッチ直径で完全に形成されたねじ山の円周の約１／３〜約１／２にわたって延在する逃げを形成する、請求項１に記載されたネジ転造ダイス。
【請求項４】
大直径から小直径への移行部により滑らかに結合された大直径軸部分と小直径軸部分とを有するボルトブランクにねじ山を転造するためのねじ転造ダイスにおいて、該ねじ転造ダイスが、
前面と、概して横方向に延在する上面とを有するダイス部材を含み、前記前面には、前記上面に対して鋭角で長手方向に延在する複数の間隔をおいて平行のうねが設けられており、
前記ダイス部材が、転造開始のためボルトブランクを受容する入口端を前記前面の一方の側に有し、かつ転造後にボルトブランクを排出する出口端を前記前面の他方の側に有しており、
前記うねが、製造されるネジ山と相補的であり、かつ各うねが、予め選択された幅と横方向の深さとを画定する上下のフランクを備え、複数の傾斜面が前記上面から前記前面へ角度をなして延在し、複数の部分うねで終わっており、各部分うねが、ダイス入口端に最も近い外側前端から隣接後続区分へ長手方向に延在する前縁区分を有し、前記傾斜面が、前記前端から前記上面へ横方向に延在する壁部を画定しており、前記前縁区分の前記前端が、前記ダイス部材の前記入口端から前記出口端へ向かって前記上面に漸近しており、
前記傾斜面のそれぞれが、前記傾斜面の予め選択された部分にわたって、前記前端区分から横方向に、かつまた前記前端区分と同一の広がりをもって延在する平らなテーパ部を含み、それによって、前記部分うねの上下フランクの幅が、徐々に、前記後続区分での予め選択された全幅から、前記前端区分の前記外端のところでの縮小最小幅まで漸減し、前記部分うねの前記上下フランクの深さが、前記後続区分での予め選択された全深さから、前記前端区分の前記外端での縮小最小深さまで漸減しており、
前記前縁区分の前記上部フランクと、前記平らなテーパ部との交線が、前記前面を横切る事実上角をなさない直線として延在し、これにより前記上下フランクの縮小された幅と深さのところに、前記前端区分から後続区分での全幅および全深さへの比較的滑らかな移行部が設けられ、それによって前記ダイス部材の前記前端区分により形成されるねじ山に対する比較的ゆるやかな逃げが得られ、かつまた前記直線により、ボルトブランクの軸線に対して横方向に延在する逃げの端壁が得られ、
前記うねと部分うねとを有するようにされた前記ダイス部材の前記前面が、小直径軸部分に係合し、前記前縁区分が移行部に直接隣接する小直径軸部分に係合することで、ねじ山の逃げが移行部に直接隣接する小直径軸部分の一区分に形成される、ねじ転造ダイス。
【請求項５】
前記ねじ転造ダイスが、予め選択されたピッチＰを有する完全なねじ山を形成するためのものであり、かつまた前記前端区分が、約１／４ピッチにわたり軸線方向に延在するねじ山の逃げを形成し、かつまた最終成形されたボルトの逃げ域が２／３ピッチ〜１．０ピッチ未満の値域で軸線方向に延在する、請求項４に記載されたねじ転造ダイス。
【請求項６】
前記ねじ転造ダイスが、予め選択されたピッチＰとピッチ直径とを有する完全なねじ山を形成するためのものであり、かつまた前記前端区分が、軸線方向には約１／４ピッチにわたって、また周方向には、ピッチ直径での完全に形成されたネジ山の円周の約１／３〜約１／２にわたって、延在する逃げを形成し、更に、最終的に形成されたボルトの逃げ区域が、軸線方向に２／３ピッチ〜１．０ピッチ未満の値域で軸線方向に延在する、請求項４に記載されたねじ転造ダイ。
【請求項７】
軽量締結具組立体用のねじボルト型締結具において、
該締結具が、一端に設けられた頭と該頭から突出する軸部とを有する部材を含み、
前記軸部が、第１軸部分、すなわち概して滑らかな円筒形で、大直径および予め定められた長さを有し、前記頭部に隣接する軸部分と、第２軸部分、すなわち前記大直径未満の基本直径を有する端区分を備えた軸部外端部の予め定められた長さの軸部分と、移行部とを含み、該移行部が、大直径の前記第１軸部分を前記第２軸部分の前記端区分の前記基本直径に相互接続するために、概して円弧状にテーパ付けされ、かつ軸線方向に予め定めた長さだけ延在し、直径が、前記第１軸部分の前記大直径から、前記第２軸部分の前記端区分の前記基本直径まで次第に先細にされており、
前記第２軸部分が、転造ねじ山を有し、完全に形成されたねじ山が、前記基本直径の概して前記第２軸部分に転造される全高の山頂と全深さの谷底とを有する概して一様な輪郭を有し、かつ予め選択されたピッチＰを有しており、
前記転造ねじ山が、前記第２軸部分の長さ以内で、輪郭形状が不一様な逃げねじ山を有する逃げ区分で終わっており、該逃げ区分のねじ山が、約１／４ピッチにわたり軸線方向に延在し、前記完全に形成されたねじ山より幅および深さを漸減しており、
前記逃げねじ山が、前記軸部の長手軸線に対して概して横方向に延在する端壁面を含み、また前記逃げねじ山が、前記端壁面と軸線方向で対向する壁面を有し、該壁面が、螺旋状に延在して、端セグメントのところで前記端壁面に漸近し、それによって、逃げねじ山が移行部まで深さと幅とを漸減し、該移行部が、前記端部分を、前記第２軸部分の前記端区分のところで前記基本直径に滑らかに接続させ、
前記端壁面が、前記移行部に軸線方向で直接に隣接配置されている、軽量締結具組立体用のねじボルト型締結具。
【請求項８】
前記移行部が約０．６ピッチの軸線方向長さを有している、請求項７に記載されたねじボルト型締結具。
【請求項９】
軽量締結具組立体用のねじボルト型締結具において、
該締結具が、一端に設けられた頭と、該頭から突出する軸部とを有する部材を含み、
前記軸部が、第１軸部分、すなわち概して滑らかな円筒形で、大直径および予め定められた長さを有し、前記頭部に隣接する軸部分と、第２軸部分、すなわち前記大直径未満の基本直径を有する端区分を備えた軸部外端部の予め定められた長さの軸部分と、移行部とを含み、該移行部が、大直径の前記第１軸部分を前記第２軸部分の前記端区分の前記基本直径に相互接続するために、概して円弧状にテーパ付けされ、かつ軸線方向に予め定めた長さだけ延在し、直径が、前記第１軸部分の前記大直径から、前記第２軸部分の前記端区分の前記基本直径まで次第に先細にされており、
前記第２軸部分が転造ねじ山を有し、完全に形成されたねじ山が、前記基本直径の概して前記第２軸部分に転造された全高の山頂と全深さの谷底とを有する概して一様な輪郭を有し、かつ予め選択されたピッチＰを有しており、
前記転造ねじ山が、前記第２軸部分の長さ以内で、ねじ山形の輪郭が不一様な逃げねじ山を有する逃げ区分で終わっており、該逃げねじ山が、軸線方向には約１／４ピッチにわたり、また周方向には、有効径で完全に形成された前記転造ねじ山の円周の約１／３〜１／２の値域未満にわたって延在し、それによって、前記逃げねじ山が、前記完全に形成されたねじ山より幅および深さを漸減させており、
前記逃げねじ山が、前記軸部の長手軸線に対して概して横方向に延在する端壁面を含み、また前記逃げねじ山が、前記端壁面と軸線方向で対向側の壁面を有し、該壁面が、螺旋状に延在して、端部分で前記端壁面に漸近し、それによって、逃げねじ山が、移行部まで深さと幅とを漸減し、該移行部が、前記端部分を、前記第２軸部分の前記端区分のところで前記基本直径に滑らかに接続させ、
前記端壁面が、前記移行部に軸線方向で直接に隣接配置されている、軽量締結具組立体用のねじボルト型締結具。
【請求項１０】
前記移行部が約０．６ピッチの軸線方向長さを有している、請求項９に記載されたねじボルト型締結具。
【請求項１１】
予め選択された最小全厚から最大全厚まで全厚が異なる工作物を締結するための軽量締結具立体であって、最大全厚の工作物の外面が最大掴み平面をなし、締結具組立体が、外面と掴み平面と超えたところの、工作物外側に位置するようにされたねじ山を備えた軸部を有するボルト型締結具を含み、該ねじ山が、概して一様な輪郭を有し、かつ不一様な輪郭を有する逃げねじ山で終わっており、逃げ域が、最大掴み平面から、完全形成されたねじ山を有するボルト軸部上の逃げねじ山の開始位置までの軸線方向距離である形式のものにおいて、
前記ねじボルト型締結具が、一端に設けられた頭部と、該頭部から突出する軸部とを有しており、
前記軸部が、第１軸部分、すなわち概して滑らかな円筒形で、大直径および予め定められた長さを有し、前記頭部に隣接する軸部分と、第２軸部分、すなわち前記大直径未満の基本直径を有する端区分を備えた軸部外端部の予め定められた長さの軸部分と、移行部とを含み、該移行部が、大直径の前記第１軸部分を前記第２軸部分の前記端区分の前記基本直径に相互接続するために、概して円弧状にテーパ付けされ、かつ軸線方向に予め定めた長さだけ延在し、直径が、前記第１軸部分の前記大直径から、前記第２軸部分の前記端区分の前記基本直径まで次第に先細にされており、
前記第２軸部分が転造ねじ山を有し、完全に形成されたねじ山が、前記基本直径の前記第２軸部分に転造された全高の山頂と全深さの谷底とを有する概して一様な輪郭を有し、かつ予め選択されたピッチＰを有しており、
前記転造ねじ山が、前記第２軸部分の長さ以内で、ねじ山形状の輪郭が不一様な逃げねじ山を有する逃げ区分で終わっており、前記逃げねじ山が、軸線方向に約１／４ピッチにわたり延在し、また前記逃げねじ山が、前記完全に形成されたねじ山から幅および深さを漸減しており、
前記逃げねじ山が、前記軸部の長手軸線に対して概して横方向に延在する端壁面を含み、また前記逃げねじ山が、前記端壁面と軸線方向で対向する壁面を有し、該壁面が、螺旋状に延在して、端部分のところで前記端壁面に漸近し、それによって逃げねじ山が、移行部まで深さと幅とを漸減し、該移行部が、前記端部分を、前記第２軸部分の前記端区分のところで前記基本直径に滑らかに接続させ、
前記端壁面が、前記移行部に軸線方向で直接に隣接配置されており、
前記ボルト型締結具が最大全厚の工作物に組付けられる場合に、前記第２軸部分が前記最大掴み平面を通り越したところまで延在し、かつ前記ボルト型締結具が、約２／３ピッチ〜１．０ピッチ未満の値域の最小逃げ域を有している、ねじボルト型締結具。
【請求項１２】
前記移行部が約０．６ピッチの軸線方向長さを有している、請求項１１に記載されたねじボルト型締結具。
【請求項１３】
予め選択した最小全厚から最大全厚まで全厚が異なる工作物を締結するための軽量締結具組立体であって、最大全厚の工作物の外面が最大掴み平面を画定し、締結具組立体が、工作物外側の、外面と掴み平面とを通り越したところに位置するようにされたねじ山を備えた軸部を有するボルト型締結具を含み、該ねじ山が、概して一様な輪郭を有し、かつ不一様な輪郭を有する逃げねじ山で終わっており、かつまた逃げ域が、最大掴み平面から、完全形成されたねじ山を有するボルト軸部上の逃げねじ山開始位置までの軸線方向距離である形式のものにおいて、
前記軽量締結具組立体用の前記ねじボルト型締結具が、一端に設けられた頭と、該頭から突出する軸部とを有し、
前記軸部が、第１軸部分、すなわち概して滑らかな円筒形で、大直径および予め定められた長さを有し、前記頭部に隣接する軸部分と、第２軸部分、すなわち前記大直径未満の基本直径を有する端区分を備えた軸部外端部の予め定められた長さの軸部分と、移行部とを含み、該移行部が、大直径の前記第１軸部分を前記第２軸部分の前記端区分の前記基本直径に相互接続するために、概して円弧状にテーパ付けされ、かつ軸線方向に予め定めた長さだけ延在し、直径が、前記第１軸部分の前記大直径から、前記第２軸部分の前記端区分の前記基本直径まで次第に先細にされており、
前記第２軸部分が、転造ねじ山を有し、完全形成されたねじ山が、前記基本直径の前記第２軸部分に転造された全高の山頂と全深さの谷底とを有する概して一様な輪郭を有し、かつ予め選択されたピッチＰを有しており、
前記転造ねじ山が、前記第２軸部分の長さの範囲内で、ねじ山形の輪郭が不一様な逃げねじ山を有する逃げ区分で終わっており、該逃げねじ山が、軸線方向に約１／４ピッチにわたり延在し、かつ周方向には、その有効径のところで完全成形された前記転造ねじ山円周の約１／３〜１／２を超えない値域にわたり延在し、それにより前記逃げねじ山が、前記完全形成されたねじ山より幅および深さを漸減しており、
前記逃げねじ山が、前記軸部の長手軸線に対して概して横方向に延在する端壁面を含み、また前記逃げねじ山が、前記端壁面と軸線方向で対向する壁面を有し、該壁面が、螺旋状に延在して、端部分のところで前記端壁面に漸近し、それによって逃げねじ山が、移行部まで深さと幅とを漸減し、該移行部が、前記端部分を、前記第２軸部分の前記端区分のところで前記基本直径に滑らかに接続させ、
前記端壁面が、前記移行部に軸線方向で直接に隣接配置されており、
前記ボルト型締結具が最大全厚の工作物に組付けられる場合に、前記第２軸部分が前記最大掴み平面を越えたところに延在し、かつ前記ボルト型締結具が、約２／３〜１．０ピッチ未満の最小逃げ域を有している、ねじボルト型締結具。
【請求項１４】
前記移行部が約０．６ピッチの軸線方向長さを有している、請求項１３に記載されたねじボルト型締結具。
【請求項１５】
最小全厚から最大全厚まで全厚が異なる工作物を締結するための軽量ねじボルト型締結具を製造する方法であって、最大全厚が、ボルト型締結具の掴み長さであり、前記ボルト型締結具が、頭と頭から突出した軸部とを有し、該軸部が、前記頭に隣接する第１大直径の、ねじ山なしの第１軸部分を含み、該第１軸部分が、予め定めた第１長さを有し、前記頭と協働して前記ボルト型締結具の掴み長さを形成し、前記軸部が、より小さい第２直径と、前記軸部外端部に予め定めた第２長さとを有する第２軸部分を有し、該第２軸部分が、概してこの部分長さにわたり全寸法の事実上一定の幅および深さの山頂と谷底とを有する予め定めたピッチＰの転造ねじ山を有し、前記軸部が、更に前記第１と第２の軸部分を相互に結合する最小長さの移行軸部を有しており、前記ねじ山が、前記移行軸部分に隣接する、前記第２軸部分の逃げ区分で幅と深さが漸減している逃げねじ山に終わる形式のものにおいて、
前記方法が、前記ブランクの頭と該頭から延びる軸部とを得る段階を含み、前記ブランクの前記軸部が、前記第１直径および前記ブランクの前記頭に隣接する予め定めた第１長さの第１ブランク軸部分と、前記第１直径未満の第２ブランク直径および外端部に予め定められた第２長さを有する第２ブランク軸部分と、前記第１および第２のブランク軸部分を相互結合し、かつ予め定められた長さだけ軸線方向に延び、前記第１および第２のブランク軸部とは直径が異なる移行ブランク部分とを有しており、
また前記方法が、前記ねじ山が前記予め定められたピッチおよび前記第２ブランク軸部分の長さの大部分にわたり事実上一定の寸法を有するように、前記第２ブランク軸部分にねじ山を転造すると同時に、逃げねじ山を転造する段階を含み、該逃げねじ山が、前記移行ブランク部分に隣接する前記第２ブランク軸部分の前記ねじ山内側終端の前記逃げ区分で、幅および深さが漸減し、それにより前記逃げ区分で前記ねじ山が漸次終了しており、
前記逃げねじ山が、前記軸部の長手方向軸線に対し概して横方向に延在する端壁面を備えて形成され、前記端壁面と軸線方向で対向し螺旋状に延在して端部分で前記端壁面に漸近する壁面を備えて前記逃げねじ山が形成され、これにより、逃げねじ山が移行部へ向かって深さと幅とを漸減させ、該移行部が、前記端部分を、前記第２ブランク軸部部分の前記逃げ区分での前記第２ブランク直径に滑らかに適合させ、
前記逃げねじ山が約１／４ピッチにわたり軸線方向に延在するように形成される、軽量ねじボルト型締結具を製造する方法。
【請求項１６】
前記逃げねじ山が、その有効径のところで完全に形成されたねじ山円周の約１／３〜１／２未満にわたり周方向に延在するように形成される、請求項１５に記載された方法。
【請求項１７】
前記移行部が約０．６ピッチの軸線方向長さを有するように形成される、請求項１５に記載された方法。
【請求項１８】
前記逃げねじ山が、その有効径で完全に形成されたねじ山円周の約１／３〜１／２未満にわたり周方向に延在するように形成され、かつまた前記移行部が約０．６ピッチの軸線方向長さを有するように形成され、それにより前記ボルト型締結具の逃げ区分が、約２／３〜１．０ピッチ未満の値域で形成される、請求項１５に記載された方法。
【請求項１９】
軽量ねじボルト型締結具において、請求項１５に記載された方法によって製造される締結具。
【請求項２０】
軽量ねじボルト型締結具において、請求項１８に記載された方法によって製造される締結具。
【請求項２１】
軽量ねじボルト型締結具を前記逃げ区分の前記逃げねじ山を含む前記ねじ山を転造するねじ転造ダイスを用いて製造する方法において、
前記ねじ転造ダイスが、前面と概して横方向に延在する上面とを有するダイス部材を含み、前記前面には、前記上面に対し鋭角をなして長手方向に延在する複数の間隔を置いた平行なうねが設けられており、
前記ダイス部材が、前記前面の一方の側に、転造開始時にボルトブランクを受容する入口端を有し、前記前面の他方の側に、転造後、ボルトブランクを排出する出口端を有しており、
前記うねが、製造されるねじ山と相補的であり、各うねが、予め選択された幅と横方向深さとを画定する上下フランクを有しており、前記上面からは、複数の傾斜面が角度をなして前記前面まで延び、複数の部分うねで終わっていて、各部分うねが、入口端に最も近い外側前端から隣接後続区分まで長手方向に延在する前縁区分を有しており、前記傾斜面が、前記前端から横方向に前記上面へ延在する壁部を画定しており、前記前縁区分の前記前端が、前記ダイ部材の前記入口端から前記出口端まで前記上面に漸近しており、前記傾斜面のそれぞれが、前記前端区分から横方向に、かつまた前記前端区分と同一の広がりで、前記傾斜面の予め選択された部分にわたり延在するテーパ付けされた平らな部分を含み、これにより、前記部分うねの上下フランクの幅が、前記後続区分での予め選択された全幅から、前記前端区分の前記外端での縮小最小幅まで漸減し、前記部分うねの前記上下フランクの深さが、前記後続区分での予め選択された全深さから、前記前端区分の前記外端での縮小最小深さまで漸減しており、前記平らな部分との前記前縁区分の前記上部フランクの交線が、前記前面を横切って事実上角をなさずに直線として延在し、これにより前記前端区分での前記上下フランクの縮小された幅および深さから、前記後続区分での全幅および全深さへの比較的滑らかな移行部が得られ、これによって前記ダイ部材の前記前端区分により製造されるねじ山に対し比較的ゆるやかな逃げが得られ、かつまた前記直線により、ボルトブランクの軸線に対し横方向に延在する逃げの端壁面が得られる、軽量ねじボルト型締結具を製造する方法。
【請求項２２】
ねじボルト型締結具および噛み合うねじナットを含む軽量ねじ締結具組立体において、前記ボルト型締結具が、
一方の端部の頭と、該頭から突出する軸部とを有する部材を含んでおり、
前記軸部が、第１軸部分、すなわち概して滑らかな円筒形で、大直径および予め定められた長さを有し、前記頭部に隣接する軸部分と、第２軸部分、すなわち前記大直径未満の基本直径を有する端区分を備えた軸部外端部の予め定められた長さの軸部分と、移行部とを含み、該移行部が、大直径の前記第１軸部分を前記第２軸部分の前記端区分の前記基本直径に相互接続するために、概して円弧状にテーパ付けされ、かつ軸線方向に予め定めた長さだけ延在し、直径が、前記第１軸部分の前記大直径から、前記第２軸部分の前記端区分の前記基本直径まで次第に先細にされており、
前記第２軸部分が、転造されたねじ山を有し、かつ完全に形成されたねじ山が、概して前記基本直径により形成される全高の山頂と全深さの谷底とを有する概して一様な輪郭を有しており、
前記転造されたねじ山が、前記第２軸部分の長さ範囲内で、輪郭形状が不一様なねじ山形を有する逃げ区分で終わっており、該逃げ区分が、有効径にて完全に形成された前記転造ねじ山の円周の約１／２未満にわたり延在し、それにより前記完全に形成されたねじ山から幅および深さが漸減する逃げねじ山が得られ、
前記逃げねじ山が、前記ボルトの長手軸線に対して概して横方向に延在する端壁面を含み、また前記逃げねじ山が、前記端壁面と軸線方向で対向する壁面を有し、該壁面が、螺旋状に延在して、漸次、端部分で前記端壁面に接近し、それにより逃げねじ山が円弧状の移行部まで深さと幅とを漸減し、該移行部が、前記端部分を、前記第２軸部分の前記端区分のところで前記基本直径に滑らかに適合させ、
前記軸部の前記移行部が前記ねじ山の１ピッチ未満の軸線方向長さを有し、
前記ナットが貫通穴を有し、該貫通穴が一端にねじ穴を有し、該ねじ穴が他端の、拡大された端ぐり穴に接続されており、
前記ねじ穴部分が、前記ボルト軸部の前記第２軸部分に完全形成された前記ねじ山と噛み合い可能な完全形成されたナットねじ部を有する第１部分を備え、
前記ねじ穴部分が、不完全に形成されたナット食い付きねじ山を有する前記端ぐりで終わる食い付きねじ山を備えた第２区分を有し、ナット食い付き部ねじ山では、縮径部が前記端ぐりのところで端部に向かって漸次に拡径されており、前記ナット食い付き部が、約０．５ピッチにわたり延在し、かつ前記ボルト逃げねじ山が、干渉なしに前記ナット食い付きねじ山に事実上重なり得る形状である、軽量ねじ締結具組立体。
【請求項２３】
前記端ぐり端部の前記ナット食い付きねじ山が小直径であり、これにより前記ナットを前記ボルト型締結具にねじ付けることができ、前記端部の前記ナット食い付きねじ山が、前記ボルト逃げねじ山端部をわずかに越えたところで前記第２軸部分に隙間をもって重なる、請求項２２に記載された軽量締結具組立体。
【請求項２４】
予め選択された最小全厚から最大全厚まで全厚が異なる工作物を締結するための軽量締結具組立体であって、最大全厚の工作物の外面が最大掴み平面を画定し、締結具組立体が、ねじボルト型締結具と対応ねじナットとを含み、該ねじボルト型締結具が、外面と掴み平面とから突出して工作物外側に位置するようにされたねじ山付きの軸部を有し、該ねじ山が、概して一様な輪郭を有し、かつ不一様な輪郭を有する逃げねじ山で終わっており、逃げ域が、最大掴み平面から、逃げねじ山の開始する、完全ねじ山のボルト軸部上の位置までの軸線方向の距離である形式のものにおいて、
前記ねじボルト型締結具が、一端に設けられた頭と、該頭から突出する軸部とを有しており、
前記軸部が、第１軸部分、すなわち概して滑らかな円筒形で、大直径および予め定められた長さを有し、前記頭部に隣接する軸部分と、第２軸部分、すなわち前記大直径未満の基本直径を有する端区分を備えた軸部外端部の予め定められた長さの軸部分と、移行部とを含み、該移行部が、大直径の前記第１軸部分を前記第２軸部分の前記端区分の前記基本直径に相互接続するために、概して円弧状にテーパ付けされ、かつ軸線方向に予め定めた長さだけ延在し、直径が、前記第１軸部分の前記大直径から、前記第２軸部分の前記端区分の前記基本直径まで次第に先細にされており、
前記第２軸部分が、転造ねじ山を有し、完全ねじ山が、概して前記基本直径に基づいて形成される全高の山頂および全深さの谷底とを有する概して一様な輪郭を有し、
前記転造ねじ山が、前記第２軸部分の長さの範囲内で、不一様な輪郭のねじ山形を有する逃げ区分で終わっており、該逃げ区分が、完全な前記転造ねじ山の円周の約１／３ピッチ未満にわたり、その有効径で延在し、それにより、前記完全に成形されたねじ山から幅および深さが漸減する逃げねじ山が得られ、
前記ナットが貫通穴を有し、該貫通穴が一端にねじ穴を有し、該ねじ穴が他端の拡大端ぐりに接続されており、
前記ねじ穴部分が、前記ボルト軸部の前記第２軸部分に前記完全ねじ山と噛み合い可能な完全形成されたナットねじ山を有する第１区分を備え、
前記ねじ穴部分が、不完全に形成されたナット食い付きねじ山を有する前記端ぐりで終わる食い付きねじ山を備えた第２区分を有し、ナット食い付きねじ山では、小直径が前記端ぐりのところで端部に向かって漸次に拡径されており、前記ナット食い付き部が、約０．５ピッチにわたり延在し、かつ前記ボルト逃げねじ山が、干渉なしに前記ナット食い付きねじ山に事実上重なることが可能な形状であり、
前記ボルト型締結具が最大全厚の工作物の組み立て使用される場合、前記第２軸部と前記移行部の少なくとも一部とが、前記最大掴み平面を越えて延在し、前記ボルト型締結具が、約２／３ピッチ〜１．０ピッチ未満の値域の最小逃げ域を有しており、
前記移行部と前記第１軸部分の区分が、最小全厚の前記工作物の外面から、最大全厚と最小全厚との差に等しい長さだけ突出し、前記ナットの前記端ぐりが、突出部分を干渉なしに受容する寸法および深さであり、かつまた前記逃げねじ山と重なり合う関係の前記食い付きねじ山を有している、軽量締結具組立体。
【請求項２５】
前記端ぐりの端部の前記ナット食い付きねじ山が小直径を有し、これにより前記ナット前記ボルト型締結具にねじ付けることができ、前記端部の前記ナット食い付きねじ山が、隙間をもって前記逃げねじ山の端部から僅かに越えて前記第２軸部に重なる、請求項２４に記載された軽量締結具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の概略の背景）
本発明は、ピンまたはボルトとナット部材とを含む軽量ねじ締結具、それも航空宇宙分野の用途に特に有用な種類の締結具と、ピンまたはボルトに最適ねじ山形を転造するためのダイスとに関するものである。
航空宇宙産業では、ねじボルトおよびナット等の多数の締結具、ロックボルト、リベットその他の据え込み締結具が、航空機の製造に使用されている。これらの締結具は、航空機の総重量に有意量を寄与することがある。したがって、締結具の重量を低減する一方、更に、必要な強度その他の所要締結特性を得ることが望ましい。
【０００２】
航空宇宙分野の用途では、その種のねじ締結具の或るものは、ボルト頭から延在する大直径の滑らかな円筒形軸部分と、ねじ山を有する反対側端部の小直径軸部分とを有するボルトまたはピンを含んでいる。概してテーパ付きの、および／または円弧状の移行部により、大直径の円筒形軸部分が、ねじ山を有する小直径軸部分に接続されている。小直径軸部分のねじ山は、通常、転造により成形される。滑らかな大直径軸部分は、一緒に締結される複数工作物の穴内に位置するようにされ、かつまたせん断強さを最大化するため、かつまた特定用途により要求される別の目的のため、意図的に滑らかにされるか、または一様な円筒形である。小直径軸部分のねじ山は、始めに工作物の穴に容易に貫入できるように、通常、大直径軸部分未満の直径の山頂を有するように形成されている。このことは、特に、大直径軸部分が、工作物の穴と締まりばめ、または極めて密な公差の遊びばめが得られるように寸法づけされている場合に妥当する。これらの締結具は、また噛み合うねじ山形を有するボルト部分にねじ締結されるようにされたナット部材を含んでいる。
【０００３】
「ピン」および「ボルト」という用語が、航空宇宙分野用の締結具の領域では、ねじ締結具に対して交換可能に使用されており、したがって、ここで該用語の一方を使用した場合には、他方をも含むものとする。ボルトに転造されたねじ山は、機械加工または研削されたねじ山と比較して優れた耐疲労性を有すると思われる。ボルトねじ山の転造は、ねじ締結具技術では、概して周知の処置である。従来式のねじ転造ダイスは、一様なねじ山を形成するために、ダイス面の大部分にわたり一様なねじ成形うねおよび溝を有している。ダイスの外縁は、しかし、鋭いそぎ端を無くして、耐摩耗性を改善し、かつダイス寿命を延長するために、従来はいくぶん面取りおよび／または丸み付けされてきた。この面取りおよび／または丸みの結果、ねじ山が転造される小直径ブランク部分に、逃げ区分を有するねじ山が形成される。この逃げ区分では、ねじ山の谷底深さと山頂高さとが、ねじ山の終わりに向かって減少する。この逃げ区分の軸線方向長さは、通常、全深さの谷底と全高の山頂とを有する完全形成された隣接ねじ山の谷底中心から、逃げ区分端部の谷底中心までで計測される。
【０００４】
したがって、型どおりの逃げ区分では、ねじ山が、完全ねじ山が成形されているボルトの先行ねじ山部分より低くなる。同じように、逃げ区分で引張り締め付け荷重を受けるフランクを含むねじ山の山頂は、完全には形成されない。同時に、ボルトと一緒に使用されるナット部材は、通常に形成された場合、従来式の食い付き区分を前端に有する対応ねじ山を備えている。食い付き区分では、ナットねじ山も完全には形成されず、小直径部が増す結果、食い付き区分のねじ山深さが減少する。このボルトねじ山の逃げ区分およびナットねじ山の食い付き区分の形状および範囲と、これら双方の有効噛み合いおよび／または重なりとが、ピンおよびナットの全長に影響し、同じように、双方の区分が寄与する全引張り強さの値にも影響する。
【０００５】
航空宇宙産業では、逃げ区分および食い付き区分の噛み合いによる、締結具の全引張り強さに対する寄与は、あるとしても、通常は極めて僅かなので、ボルトねじ山の逃げ区分の長さを制限することが目的となってきた。この目的に寄与するには、重なるさいに、干渉を有するようにすることが、ねじ山の逃げとナットの食い付きとのねじ山形に共通したことであり、それにより重なりは、後述するように、ボルトとナットが補償のための十分な長さを必要としなくなる。この点で、しかし、やはり望ましいことは、ナットのねじ山食い付きが、干渉なしにボルトねじ山の逃げとできるだけ多く重なり得ることである。同時に、また大直径から小直径への移行部の軸線方向長さを最小化することが望ましい。この最小化は、ボルトおよびナットの部材の全長を低減して、重量を低減することで達せられる。ボルトねじ山の逃げ区分と、移行部の隣接区分との組み合わせ軸線方向長さを、「逃げ域」と呼ぶ。これまで、逃げ域は、通常、約２．０Ｐの値域にあった。この場合、Ｐはねじ山のピッチである。これらのケースでは、ボルトの逃げ区分の軸線方向長さは、通常、約１．０Ｐ〜約１．５Ｐであった。同時に、ナットねじ山の従来の食い付き区分は、通常、約０．５Ｐの長さにわたり延在する。
【０００６】
実際、経済的には、単一の締結具を、全厚が異なる工作物を締結するのに使用するのが普通であり、その最大全厚は締結具の「掴み」または「最大掴み」と呼ばれ、最小全厚は「最小掴み」と呼ばれる。締結具のボルトが皿頭を有する場合には、「掴み」または「最大掴み」は、皿頭の外端から、一様な滑らかな軸部分の端部までか、または軽量ボルトまたはピンの最大掴みに合致する移行部の予め定めた箇所までを測定した値である。他のボルト頭形式、例えば突出した頭の場合、「掴み」または「最大掴み」は、円筒形の滑らかな軸部分の始端から、皿頭について述べた箇所と同じ箇所までが測定される。ボルトによって互いに締結される部材の最大厚さに対応する平面も、「最大掴み」または「最大掴み平面」と呼ぶことがある。同時に、締結される最小全厚に対応する平面は、「最小掴み」または「最小掴み平面」と呼ぶことがある。航空宇宙分野での用途の場合、掴み能力の適当な範囲を設け、かつ余剰重量を最小化するために、単一寸法の締結具の場合の「最大掴み」と「最小掴み」との差は、通常、１／１６インチ（０．１５８８ｃｍ）に制限される。例えば、単一寸法の締結具に対する工作物の全厚または最大厚が１／４インチ（０．６３５ｃｍ）の航空宇宙分野の用途の場合、この締結具の最小掴みは、最大掴みより１／１６インチ（０．１５８８ｃｍ）だけ小さい。
【０００７】
複数工作物の全厚が最大掴みとなる場合、移行部は、予め定めた個所から少なくとも部分的に工作物の外面を越えて延在または突出することになろう。複数工作物の全厚が、最大掴み未満の場合、滑らかな円筒形軸部分の外端と全移行部とが、工作物の外面を越えて延在または突出しよう。この種の航空宇宙分野用の締結具と共に使用するねじナットは、通常、ナットを貫通するねじ穴と同心的な、拡径された端ぐりを一端に有している。この端ぐりは、滑らかな軸部分の突出端部と移行部とを、最大掴みから最小掴みまでのあらゆる条件で、干渉なしに受容するように寸法づけされている。したがって、従来のねじナットの端ぐりの軸線方向長さまたは深さは、ボルトに完全に締結された場合、ナットの食い付き区分を含むナットのねじ部が、ボルトの逃げ区分内へ完全には延在しない程度にされている。この種の従来型締結具の場合に、食い付き区分を含むナットねじ部が逃げ区分内へ延びて、完全に逃げ区分と重なるとしたら、完全に形成されたナットねじ部と、大直径のボルト逃げねじ山の不完全に形成された浅い谷底との間に、ねじ山の干渉が生じ得よう。このことは、ある程度まで、０．５ピッチのナット食い付き部長さがボルトの逃げ区分未満であるためであり、かつまた完全に形成されたナットねじ山の輪郭が、ボルトねじ山の逃げ区分と整合しないか、または別様に適合可能であるためである。このような干渉は、締結される工作物の、ナットによる十分に緊密な固定を阻害したり、ボルトおよび／またはナットに望ましくない応力を発生させることになろう。見られるように、このことは、本発明による締結具により事実上改善された。この点で、注意すべき点は、ナットおよびボルトの完全に形成されたねじ山に共通することが、双方の各ねじ山形の間に、すなわち谷底と山頂との間に僅かな隙間を有するように製造されねばならない点である。この隙間により、食い付き区分と完全に形成された隣接ナットねじ山とを含むナットねじ部が、ボルトねじ山の逃げ区分内へ干渉なしに、更にいくぶん延在することが可能になる。
【０００８】
従来の航空宇宙分野用締結具のナット端ぐり深さは、ボルト最大掴みと最小掴みの差に、逃げ区分および他の寸法公差の変分に適応させるための約２．０ピッチが加えられた値である。これにより、この従来式の締結具では、ナットを最小掴みの工作物の締結に使用する場合、ナットのねじ山食い付き区分の軸線方向内端または開始点が、ボルトのねじ山逃げ区分の軸線方向外端または開始点にくることになる。ボルトのねじ山逃げ区分は、この例の場合、ボルトの円筒形軸部端に近接するボルト最大掴み平面、またはボルト最大掴み平面から約２．０ピッチの間隔のところに位置する。最大掴みを有する複数工作物の締結にナットを用いる場合、ナット食い付き区分の内端または開始点のねじ山は、ほぼ最大掴みと最小掴みの「差」の長さに、ボルトのねじ山逃げ区分の外端または開始点から約２．０ピッチを加えたところで終わる。
したがって、ボルトのねじ山逃げ域の長さが短縮されれば、ナットの端ぐりの長さも相応に短縮できよう。これにより、ナット全長の短縮が可能になり、またボルトも相応に短縮される結果となる。航空機には多数の締結具が使用されるので、ナットおよびボルトの長さを、別個にまたは一緒に短縮することによる航空機当たりの総重量の削減は、僅かな量であっても有意となり得よう。
【０００９】
ボルトのねじ山逃げ区分長さを削減する一手法は、大直径の滑らかな軸部分からの移行部と、ねじ山が転造される小直径軸部分との間の区分に逃げ溝を有するボルトブランクを形成することだった。この逃げ溝は、おおよそ、形成すべきねじ山の小直径まで形成される。その場合、この逃げ溝は、ねじ山転造前に切削され、次いで、切削加工によって生じた工具の痕跡を除去することで強度を増すためにロール掛けされる。次いで、ねじ山が転造され、それにより、溝内へ成形ねじ山の逃げ区分が延在することになる。この結果、転造ねじ山を有する従来の締結具の逃げ区分より短い実際のねじ山逃げ区分が得られる。この種のボルトおよびねじ山の形式は、概して、１９８４年１２月４日付けで「最小化された長さおよび重量を有するねじ締結具と製造方法」に対しハッター氏に発行された米国特許第４，４８５，５１０号および１９８０年９月１８日付けで発行された第４，９５７，４０１号に記載されている類のものである。しかし、溝の切削およびロール掛けに要する余計な加工段階は、逃げ溝なしで簡単に転造されたねじ山を有するボルトよりも、出費を増す結果となることは容易に理解できる。後者のボルトの場合、逃げ溝は、最大掴み平面から１．０ピッチ以内だが、完全な山頂を有する完全ねじ山は１．５ピッチ以内である。
【００１０】
これに対し、その後に開発された別の、軽量締結具用のボルト形式は、谷底と山頂とが完全に形成された僅か約１．０ピッチの有効逃げ域を備えた転造ねじ山を有している。この場合、逃げ区分のねじ山の谷底深さをテーパ付けする代わりに、最大掴み平面の１．０ピッチ以内に全深さのねじ山を形成する特殊なダイスが使用される。逃げ区分は、概して、大直径軸部分を小直径軸部分に接続する移行部に形成される。該小直径軸部分には、転造ねじ山が、完全に形成され、有効径での円周の１／４の最大長さを有し、通常は、１／４未満である。移行部でのねじ山谷底は、逃げの終わりのところを除いて、概して全深さを有し、逃げの終わりのところでは、その箇所での移行部の大直径へと急激に増大する。これによって、ナットおよびボルトの全長が、従来型の非軽量締結具から、約１．０ピッチだけ短縮できる。この型のボルトは、概して、「ねじ鍛造および締結具」に対しラス氏に１９８８年４月５日付けで交付された米国特許第４，７８５，５３７号に図示かつ記載されている。その場合、従来型のナットねじ山の食い付きは、大直径軸部分のボルトねじ山の最小の急な逃げには適合しない。この種の締結具の一市販形式では、逃げが、小直径軸部分に形成され、端部で著しく増大するが、いくぶん急激さは減じている。しかし、このような急激な逃げは、ナットの端ぐりと正常なナットねじ山の隙間とにより機能的に順応させることができ、それによって、従来型のナットねじ山食い付き部を有する同じナットが、逃げ溝を有する既述のボルトに使用するのと同じように、この場合にも使用できる。これにより、両方の構成のボルトを、互いに交換して１つの共通のナット部材と一緒に使用できる。
【００１１】
前述の特許に加えて、種々の形式のねじ山の逃げを有するボルトや、大直径の滑らかな円筒形軸部分と完全形成されたねじ部との間の長さに関する多くの特許が存在する。例えば、１９８９年６月２７日付けで「軽量締結具」に対してウィーラー氏ほかに交付された米国特許第４，８４２，４６６号を参照のこと。この場合、ボルトは、概して３角包絡面に包含される１．６〜２．０ピッチのねじ山逃げ域を有するように構成されている。ナットねじ山は、特に、整合する円錐形の食い付きを有するように構成される。また「軽量締結具」に対しウィーラー氏ほかに対し１９９０年４月１０日付けで交付された米国特許第４，９１５，５５９号も参照のこと。この締結具の場合、ボルトねじ山逃げ域が、１．５８〜１．８ピッチであり、凹状の曲線をたどっており、ナットねじ山が、特に、整合する凸状の湾曲した食い付きを有するように構成されている。加えて、「軽量締結具」に対しラス氏ほかに１９９１年８月１３日付けで交付された米国特許第５，０３９，２６５号を参照のこと。この締結具の場合、ボルトねじ山逃げ域は、１．４〜２．３ピッチであり、Ｓ字形曲線をたどり、凹部とナットねじ山山頂は、相応に切頭され、整合せしめられてる。これら後者の締結具の場合、従来型のねじ山食い付きを有するナットは不適であり、特別に適応せしめられた食い付きを有する異なるナット部材が必要とされると思われる。同じように、それらの異なるナット部材は、既述の切削溝または急激な逃げを有するボルトと一緒には、容易に使用できず、したがって、１つの設計のナット部材を使用せねばならない場合には、切削溝または急激な逃げを有するボルトは、前記の米国特許第４，８４２，４６６号、第４，９１５，５５９号、第５，０３９，２６５号のボルトと相互に交換して使用することはできない。
【００１２】
米国特許第５，７８８，４４１号は、転造ねじ山を有するねじボルトに関するものだが、該ねじボルトでは、逃げ区分のねじ山が螺旋状に延在し、ねじ山の深さが、ねじ山の全深さのところから、有効径での転造ねじ山円周の１／３以内のねじ山深さの無いところまで延在する。この場合には、しかし、既出の米国特許第５，０３９，２６５号の場合のように、ねじ山の逃げが、隔たった移行軸部分に形成されている。該移行軸部分は、一端の滑らかな大直径軸部分とも、他端の完全に形成されたねじ山を有する小直径軸部分とも、直径が異なっている。既出の米国特許第５，７８８，４４１号のねじボルトは、切削溝または急激な逃げを有するボルトと同じ種類のナット部材との使用に適応せしめられるように思われる。
【００１３】
本発明により得られるねじ締結具の場合には、ねじ山は、ボルトブランクの一様な小直径の軸部分に転造されている。同時に、独特なねじ山逃げ区分が、同じ小直径の軸部分にのみ形成され、かつ約１／４ピッチ未満にわたりねじ山逃げ区分の開始点から軸線方向に延在する最小限の全長を有している。これに関し、ねじ山逃げ区分は、ねじ山の１ピッチの周部の約１／３〜約１／２未満にわたり周方向に延在している。この場合、谷底深さと山頂高さとが、逃げ区域終端で比較的滑らかに円弧状に終わるまで漸減する。しかし、完全ねじ山と逃げねじ山とは、すべて、好ましくは、一様な小直径軸部分に形成されている。同時に逃げ区分は独特の構成を有し、この構成では、端壁が、平行に延在し、かつ概してテーパ状または円弧状の移行部に密に隣接配置されている。該移行部は、大直径の滑らかなピン軸部分を、小直径のねじ軸部分に接続している。加えて、本発明により、移行部の軸線方向長さを最小化できる。本発明による前記構成の締結具により、先に規定した逃げ域は、１．０ピッチ未満の最大掴み平面からの最大軸線方向距離のところに完全形成されたねじ山を有するように、最小化できる。制限された逃げ区分により形成される逃げ域が最小であり、移行部の軸線方向全長が短縮されることに加えて関連区分が円弧状テーパ移行部であることにより、最小の寸法および重量のボルトが得られる。逃げ区分が大幅に制限される一方、従来式のねじ山の食い付きと、深さが縮小された端ぐりとを有するナットの使用が容易に可能である。この結果、最小化された軸線方向全長と重量を有するボルトとナットとの締結具組立体が得られる。これによって、また本発明による締結具のボルトと、逃げ溝を有する既述のボルト、急激な逃げを有するボルト、隔たった移行部にテーパ付き逃げを有するボルトとの交換使用も、従来式の食い付きを有する共通のナット部材を介して可能となる。
【００１４】
本発明では、独特の構成の転造ダイスを使用して、この望ましい逃げを有するボルトまたはピンのねじ山を転造する。本発明のねじ転造ダイスでは、ダイスの上縁または外縁の部分うねが、複数の段階的な傾斜面に形成され、上側フランクは一端がテーパ付けされて、なだらかな逃げが得られ、概して急激な端壁として逃げが形成されることが避けられている。同時に、本発明のねじ転造ダイスの上部部分うねは、そぎ端にはなっていない。なぜなら、部分うねが、ねじ山内端を成形するダイス縁部で終わっているからである。むしろ上部部分うねの逃げ区分は、比較的短い距離にわたって延在し、内側フランクは、対向するダイスのうねの対向フランクと平行である。また、完全ねじ山が形成されるのと同じ小直径の軸部分に逃げを形成することにより、ダイス寿命は損なわれず、改善されると思われる。この点、先行技術による構成では、結果として重なり、ひだ、その他望ましくない特徴が発生するにもかかわらず、完全ねじ山が形成される直径部分とは異なる直径のボルトブランク部分へ逃げ区分が延在しているのは普通のことである。この望ましくない特徴は、逃げ区分が、完全ねじ山と同じ小直径部分に完全に形成される本発明では、最小化される。
【００１５】
したがって、本発明の目的は、軽量ねじ締結具、それも、最小限の長さと、最大掴み平面の１．０ピッチ以内で完全に形成されたねじ山の谷底および山頂とを有する独特ななだらかな逃げを備えたねじ山付き軸部分を有するボルトを含む締結具を得ることにある。
本発明の別の目的は、軽量締結具、それも、ボルトねじ山の逃げ区分が、約１／４ピッチ未満の軸線方向長さにわたり漸次に、かつまた有効径での円周の約１／３〜１／２ピッチ未満にわたり周方向に延在する締結具を得ることにある。
本発明の更に別の目的は、軽量ねじ締結具、それも、ボルトねじ山の逃げ区分が、制限された長さの独特の形状をを有し、かつ約０．５ピッチの従来式の食い付きを有する対応ねじ山を備えたナットと共に使用できる締結具を得ることにある。
本発明の更に別の目的は、ボルトを含む軽量ねじ締結具、それも、ねじ山の逃げが、完全ねじ山が形成されているのと同じ小直径軸部に完全に形成され、それにより重なり、ひだ、その他の望ましくない特徴が最小限にされた締結具を得ることにある。
【００１６】
本発明の目的は、軽量ねじ締結具、それも、ボルトが、最小長さの滑らかな移行部を介して小直径軸部分に接続された滑らかな大直径軸部分を有し、かつまたねじ山が短い独特の逃げ区分を含み、該逃げ区分が、事実上小直径軸部分にのみ形成されている締結具を得ることにある。
本発明の目的は、軽量ねじ締結具、それも、ボルトが、最小長さの滑らかな移行部を介して小直径軸部分に接続された滑らかな大直径軸部分を有し、かつまたねじ山が、短い独特の逃げ区分を含み、該逃げ区分が、事実上小直径軸部にのみ形成され、約１／４ピッチ未満の軸線方向長さにわたり延在し、約２／３ピッチから１．０ピッチ未満の最小軸線方向長さの逃げ域を得るために、移行部に密に隣接配置されている締結具を得ることにある。
本発明の目的は、軽量ねじ締結具、それも、ボルトが、最小長さの滑らかな移行部を介して、小直径軸部分に接続された滑らかな大直径軸部分を有し、かつまたねじ山が、短い独特の逃げ区分を含み、該逃げ区分が、事実上小直径軸部分にのみ形成され、約１／４ピッチ未満の軸線方向長さにわたり延在し、有効径での円周の約１／３〜約０．５の距離にわたり周方向に延在しており、かつまたボルトが、ボルトの逃げと概して整合および／または適合する輪郭の約０．５ピッチの従来式食い付きを有するナットと一緒に使用可能な締結具を得ることにある。
【００１７】
本発明の別の目的は、軽量ねじ締結具、それも、ボルトが、最小長さの滑らかな移行部を介して、小直径軸部分に接続された滑らかな大直径軸部分を有し、かつねじ山が、短い独特の逃げ区分を含み、該逃げ区分が、事実上小直径軸部分にのみ形成され、逃げ区分が平行に延在する端壁を有し、かつ移行部に密に隣接しており、それによって、逃げ域の軸線方向長さが最小化されている締結具を得ることにある。
本発明の更に別の目的は、既述のように、最小長さの独特のなだらかな逃げを有し、事実上一様な直径の共通の軸部分に形成された完全ねじ山とねじ山の逃げとを有するボルトの軸部分にねじ山を転造するための、独特な構成の転造ダイス得ることである。
本発明のこのほかの目的、特徴、利点は、以下で添付図面につき行う説明および特許請求の範囲の各項から明らかになろう。
【００１８】
（本発明の実施例の説明）
図１〜図５に示した軽量ねじ締結具１０は、ねじピンまたはねじボルト１２と、ねじカラーまたはナット部材１４とを含む組立体である。締結具１０は、予め定めた最大全厚から予め定めた最小全厚まで全厚が異なる複数工作物を一緒に締結するのに使用できる。図４には、締結具１０による最大全厚の工作物１６，１８の締結状態が、また図５には最小全厚の工作物１６′，１８′の締結状態が示されている。
図１および図２を見ると、ボルト２は、皿頭２０と軸部２１とを有している。ここで図示し説明するのは皿頭型のボルト１２だが、本発明は、他の頭形式、例えば突出した頭を有するボルトに対しても同様に適用可能である。軸部２１は、頭への接続部である丸みを付けた区分２４を有する一様な大直径の滑らかな円筒形軸部分２２を含んでいる。軸部２１は、また凸状に湾曲した比較的短いテーパ移行部２６を含み、該移行部により、大直径の滑らかな軸部２２が、ねじ山２９の形成された軸線方向外方の小直径部分軸部２８に接続されている。部分軸部２８は、その外端が面取り区分３１で終わっている。工作物１６，１８または１６′，１８′を一緒に締結する場合、軸部２１は、穴１７，１９または１７′，１９′内へ挿入され、皿頭２０は、対応する皿穴部分４８または４８′内にはめ込まれる。
【００１９】
図２を見ると、移行部２６は、概して大きい丸みの第１円弧状区分２５を含んでいる。該円弧状区分は、大直径部分軸部２２の隣接端部から半径方向内方へ、小さい丸みを有する第２の縮小円弧状区分２７へゆるやかに延在している。第２円弧状区分２７は、第１円弧状部分２５を、概して直線状のテーパ区分２３に滑らかに接続している。テーパ区分２３は、小直径部分軸部２８の原直径または非転造基礎直径を有する非ねじ山区分２８′に、従来式の丸みを介して接続されている。見られるように、移行部２６は、比較的大きい平均直径を有しているが、最小限の長さＬｔを有する結果、ボルト１２の重量が軽減される。
移行部２６により、大直径部分軸部２２から小直径部分軸部２８への滑らかで、なだらかな接続部が得られるのみでなく、第１円弧状区分２５の円弧状の表面が得られ、これによって、工作物の穴内へのボルト１２の挿入が、特に、公差が小さい場合や、工作物の穴、例えば穴１７，１９または１７′，１９′との締まりばめの場合に、容易になる。
【００２０】
ボルト１２の全掴み長さ、つまり最大掴み長さＧＬは、皿頭２０の外面から、移行部２６の開始点を過ぎたところに位置する移行部上の予め定めた点までの距離である。移行部２６上の予め定めた点は、最大掴み平面ＧＰと合致し、工業的に許容可能な、ボルト１２の寸法に応じて異なるであろう値だけ、大直径部分軸部２２の端部を僅かに過ぎたところに位置している。これにより、図４の工作物１６，１８の場合のように、最大掴み条件での使用時には、締結具１０に対する最大掴み平面ＧＰが形成される。ねじ山付きの部分軸部２８は、図４の最大掴み条件の場合にも、最小掴み平面ＧＰ′を有する図５の最小掴み条件の場合にも、ナット部材１４のねじ山と十分に噛み合うことができる予め決められた長さを有している。最大掴み平面ＧＰは、工作物１８の外面４４と整合する一方、最小掴み平面ＧＰ′は、工作物１８′の外面４４′と整合している。締結具１０のボルト１２の掴み範囲は、この場合、最大掴み条件時の掴み長さＧＬ（図４参照）と、最小掴み条件時の掴み長さＧＬ′（図５参照）との差の範囲である。ねじ山２９のピッチＰは、有効径ＤＰでの完全ねじ山フランクから、次の完全ねじ山（図２参照）の対応フランク位置までの軸線方向距離である。従来式のねじ山形の場合、有効径ＤＰは、非ねじ山区分２８′で示されるような、ねじ山２９の転造前の小直径ボルト部分軸部２８の原直径または基礎直径とほぼ等しい。完全に形成された各ねじ山は、山頂３０と谷底３２とを有している。大直径部分軸部２２は、一様な直径ＤＳを有している。山頂３０は直径ＤＣを有し、他方、谷底３２は直径ＤＲを有している。ねじ山の山頂３０の直径ＤＣは、大直径部分軸部の直径ＤＳ未満であるのが普通である。したがって、大直径軸部分ＤＳと工作物の穴１７，１９（１７′，１９′）との間の公差が小さいか、または締まりばめが適用される場合、山頂３０の直径ＤＣが、これら工作物の穴１７，１９（１７′，１９′）に対し隙間を有することになろう。
【００２１】
軸部分２８のねじ山２９は、徐々に深さが減じる谷底３２′と、徐々に高さを減じる山頂３０′とを有する逃げ区分３４を備えている。この場合、ねじ山２９の逃げは、完全に形成された寸法から、端部分３６で終わる箇所まで徐々にテーパ付けされている。該端部分は、小直径または有効径ＤＰの原ブランクまで円弧状に延在している。本発明の一形式では、逃げ区分３４が、軸線方向には約１／４ピッチにわたり、また周方向には、有効径ＤＰのところで、完全に形成されたねじ山の円周の約１／３〜約１／２にわたり、延在している。このことは、移行部２６の端壁３５から逃げ区分３４の開始点までの逃げ区分３４の軸線方向長さＬｒが、約１／４ピッチまで事実上最小化されることを意味する（図２参照）。このことは、また約２／３〜最大１．０ピッチに対応する最大掴み平面ＧＰからの長手方向、つまり軸線方向の距離Ｌｔｒのところで、ねじ山２９は、その完全な寸法となることを意味している。図２から分かるように、距離Ｌｒ，Ｌｔｒは第１の完全に形成されたねじ山の中心から測定される。該ねじ山は、全深さの谷底３２と全高の山頂３０とを有し、完全にフランクが形成されており、長さＬｔｒは逃げ域を画設する。
【００２２】
既述のように、本発明では、ねじ山逃げ区分３４は、長さが短縮されている一方、なだらかである。図２Ａおよび図２Ｂに見られるように、逃げねじ山の深さは、全深さｄと隣接完全ねじ山の全幅Ｗとから漸次かつ不一様に減少し、テーパ付けされ、端部分３６のところで最小深さｄ１および最小幅Ｗ１にまで漸減する。端部分３６は、小さいがなだらかな多重丸み移行部Ｒで終わる。該移行部Ｒは、端部分に凹状の丸みを有する概して涙滴の形状を有し、該端部分の丸みが最終の凸状丸みに移行し、該凸状丸みが、前記凹状の丸みと、周囲の、小直径軸部分２８の非転造面区分２８′との間のかどを滑らかにしている（図２および図２Ｂ参照）。端部分３６の凹状の丸みの開始点から始まる円弧状の移行部Ｒは、半径方向外方へ小直径軸部分２８の非転造区分２８′の表面まで、または最小深さｄ１の有効径ＤＰまで延在している。したがって、逃げの谷底３２′の輪郭は滑らかである。すなわち、谷底は不一様に漸次、非連続的に減少し、端部分３６のところで急激に終わらず、滑らかに移行するなだらかな円弧状の移行部Ｒで終わっている。
【００２３】
ボルト１２のねじ山山頂３０は完全であり、フランクの作用面および全深さの谷底は、隣接する全深さの谷底の中心から最大掴み平面ＧＰまでの約２／３〜最大１．０ピッチの値域を超えるすべての距離で完全に形成されている。これによって、最小限の長さの逃げ域が画定され、ボルト１２の最大許容荷重および最小重量が保証される。この点で、注意すべき点は、完全ねじ山山頂３０が、前端の面取り区分３１には形成されていない点である。
見られるように、かつまたねじ転造ダイスおよび転造方法の説明において更に注目されるように、ねじ山２９と逃げ区分３４とは、完全に小直径軸部分３４に形成されている。したがって、逃げ区分３４のねじ山は、大直径軸部分２を小直径部分軸部２８、すなわち非転造部分２８′に適合させる別個の移行部２６内へは全く延在していない。この点、大小直径部分軸部を適合させるか、または逃げ溝内へ延在する移行部に、ねじ山の逃げが形成されている既述の他のいくつかのボルト構成とは異なっている。既出の米国特許第５，０３９，２６５号および第５，７８８，４４１号、並びに米国特許第４，４８５，５１０号および第４，９５７，４０１号参照。このことは、また説明対象の転造ダイス寿命の改善や、逃げ区分での重なり、ひだ、その他の望ましくない特徴の低減に役立つものと思われる。
【００２４】
本発明の構成では、移行部２６の軸線方向長さが、滑らかな大直径軸部分２２とねじ山付き小直径軸部分２８の区分２８′との間のなだらかな接続および適合に十分な最小限の長さを有している。逃げ区分３４は、端壁面３５を有するように形成され、該端壁が、螺旋状にではなく円形に、ボルト１２の中心軸線Ｘに対し横方向の線に沿って延在し、したがって、移行部２６の隣接端部と平行である。対向壁面３５′は、先行完全ねじ山の壁面に似た螺旋状の線に沿って延在し、かつ非螺旋状の円形端壁面３５に向かって螺旋状に漸近している。この様子は図２Ａで見ることができ、図２Ａでは、端壁面３５が、深さを減じながら、円形に直線状に延びる一方、対向壁面３５′が端壁面３５へ向かって螺旋状に漸近している。端壁面３５は、円形に移行部２６の隣接端部と平行に、逃げ区分３４の事実上全周長さにわたり延在する一方、螺旋状の対向壁面３５′が接近し、双方の壁面が円弧状の移行部Ｒに達する。該移行部Ｒでは、壁面３５，３５′が、僅かに互いの方へ曲がり、逃げの端部で交わって涙滴形状となる（図２、図２Ａ、図２Ｂ参照）。これによって、溝の全幅Ｗが逃げ区分３４の開始点から狭い縮小幅Ｗ１まで実質的に減少できることで、周方向および軸線方向の長さの最小化を容易にする一方、後述するナットねじ山の食い付きの輪郭との精密な適合が可能な全体の輪郭を有する逃げ区分３４が得られる。この点で、逃げねじ山３２′のフランクの、角度を有する輪郭が、逃げ区分３４の全体にわたって事実上等しいことが分かる。円形の非螺旋状の端壁面３５と螺旋状の対向壁面３５′とによる独特の逃げ輪郭を用いることによって逃げ区分３４の周方向および軸線方向長さを最小化することは、図２および図２Ａから容易に見て取ることができる。また、端壁面３５が、円弧状の移行部Ｒの中心から最小距離のところに配置されていることも分かる。
【００２５】
端壁面３５が、逃げ区分３４の円形の非螺旋状の長さ部分にわたり螺旋状に延在するとしたならば、逃げ区分３４の軸線方向長さは増大するだろうことは明らかである。その場合には、完全なねじ山が形成されるために、逃げ区分の周方向および軸線方向の長さは、事実上増大することになろう。その点、逃げ区分３４の円形非螺旋状端壁面３５では、逃げ区分３４を、移行部２６の内端から軸線方向の短い距離Ｌｏだけ間隔をおいて設けることができる。このことと、逃げ区分３４の軸線方向長さＬｒが短いこととにより、小直径ねじ山付き軸部分２８を最小限の長さにすることができる。同時に、既述のように、大直径移行部２６の長さと寸法も最小化される。これによって、移行部２６の長さＬｔと、長さＬｏと、逃げ区分３４の長さＬｒとの、最小化されるべき全長Ｌｔｒが得られる。これらの特徴の結果、ボルト１２の長さおよび重量が最小化される。見られるように、このことは、またボルト１２を、最小化された寸法および重量のナット部材１４と共に使用するのに役立つ。
【００２６】
図３に示された、概して通常のナット部材１４は、ねじ山３９を有するねじ穴３８と、ねじ穴３８の内端に、拡径されたボス部分４２内に設けられた拡径された端ぐり４０とを有している。ナット部材１４は、軸線方向外端の、例えば外面４１等の半径方向外方の面に不規則に形成されたレンチ面を有し、このレンチ面を従来型のレンチまたは工具で掴むことができる。
ナットねじ山３９は、概して、完全に形成された小直径４３と山頂４５とを有し、更に食い付き区分４７を有しており、該食い付き区分は、小直径が漸増する不完全ねじ山４９を有し、したがって拡径された小直径４３ａと低減された半径方向高さとを有している。この場合、ナット食い付き区分４７は、端ぐり４０の軸線方向内端からナットねじ山３９の完全に形成されたねじ山まで延在している。通常のねじ山形状を有するナット部材１４の一形式では、食い付き区分４７が、端ぐり４０の内端から約０．５ピッチの距離Ｌｒｉのところに位置する完全ねじ山３９の小直径部まで、ねじ穴３８内へ延在している（図３参照）。
端ぐり４０は、滑らかなボルト軸部分２２と移行部２６とを半径方向と軸線方向の隙間をもって受容するように寸法付けされている。工作物、例えば図５の工作物１６′，１８′が、最大掴み範囲ＧＬ未満である全厚を有する場合、大直径軸部分２２および移行部２６とは、工作物１８′の外面４４′から突出するが、ナット部材１４の端ぐり４０内に隙間をもってかん合できる。
【００２７】
要するに、端ぐり４０は、締結具１０のボルト部材１２の掴みと事実上等しい軸線方向深さＬｃ、すなわちＧＬ−ＧＬ′プラス約１．０ピッチにわたって延在し、これにより、移行部２６の、最大掴み平面から突出する区分とボルト１２の逃げ区分３４との組合わせ軸線方向長さＬｔｒと、ナット部材１４の食い付き区分４７の長さＬｒｉとが適合させられる。移行部２６の最小軸線方向長さＬｔと、逃げ区分３４の逃げねじ山の端壁面３５の狭い軸線方向間隔とにより、逃げ域の長さＬｔｒが最小化され、ナット部材１４の端ぐり４０の長さＬｃが短縮でき、その結果、ナット部材１４の重量が最小化される。その結果、言うまでもなく、最小化された総重量の締結具１０が得られる。見られるように、本発明によるボルト部材１２の独特の構成により、ボルト部材１２は、より小さい深さＬｃ、すなわち１．０ピッチ未満プラス掴みの端ぐり４０を有するナット部材１４と一緒に用いることができる。この点で、また既述のように、最小化されたボルト逃げ区分３４の独特の形状により、ナット食い付き区分４７のねじ山形が事実上完全に逃げ区分３４と重なることができる。理解すべき点は、効果的なトルクまたはロック式の構成を、ボルト１２とナット１４との間で得ることができる点である。例えば、ナット１４の軸線方向外端には、部分的に歪みを与えることができよう。それによって、その箇所のねじ穴３８に幾分楕円形状を与えて、ボルトねじ山２９とこれらと噛み合ったナットねじ山３９との間に干渉を生じさせて、振動によるゆるみを防止できよう。
図１および図２に示すように、本発明により製造された１つの寸法のピンまたはボルト１２の例は、１０−３２　ＵＮＪＦねじ締結具であり、該締結具は、ねじ山フランクの夾角Ａが６０°の形状を有するねじ山を備えている（図２参照）。完全に転造されたねじ山は、例えばＡＳ８８７９（ＭＩＬ−Ｓ−８８７９）等の適用可能な標準に従うものである。１０−３２　ＵＮＪＦねじ締結具は、公称３／１６インチ（０．４７６３ｃｍ）直径ＤＳを有するボルト１２であり、その場合、ねじ山２９は、０．０３１２５インチ（０．０７９４ｃｍ）のピッチＰを有している。
【００２８】
３／６インチ（０．４７６３ｃｍ）ボルト１２用のナット部材１４は、約０．０８４インチ（０．２１３４ｃｍ）の深さＬｃを有する例示の端ぐり４０を有している（０．０３１２５インチ（０．０７９４ｃｍ）プラス１／１６インチ（０．１５８８ｃｍ）マイナス約１／３ピッチの標準ねじ山遊び）。ナット食い付き区分４７は、０．５ピッチ、すなわち０．０１５６３インチ（０．０３９７ｃｍ）の長さＬｒｉにわたり、ナットねじ山３９内へ延在している。本発明の一形式では、大直径軸部分２２のボルト直径ＤＳが約３／１６（０．１９０）インチ（０．４７６４ｃｍ）のボルト部材１２の場合、完全形成されたねじ山は、有効径ＤＰが０．１６８５５インチ（０．４２８１ｃｍ）、完全山頂または大直径ＤＣが０．１８４０インチ（０．４６７３ｃｍ）、完全谷底または小直径ＤＲが０．１５１８インチ（０．３８５６ｃｍ）である。また有効径ＤＰからの谷底深さｄは０．０１６１インチ（６．０４０９ｃｍ）、有効径ＤＰでの隣接ねじ山の幅Ｗは０．０１５６３インチ（０．０３９７ｃｍ）である。有効径ＤＰでの円周の１／３〜１／２の周方向距離にわたって延在する逃げ区分３４では、前記深さと幅とが、端部分３６でのなだらかな、または円弧状の移行部Ｒで最小深さｄ１と最小幅Ｗ１の終端まで漸次不一様に減少し、該終端は、また非転造面区分２８′となだらかに、急激にではなく半径方向に適合せしめられる。この点で、端部分３６の円弧状移行部Ｒの終端での凹状の丸みにより、滑らかな半径方向適合が得られる。移行部２６の第１円弧状区分２５の丸みは０．０７５インチ（０．１９０５ｃｍ）であり、他方、より短い第２の円弧状区分２７の丸みは０．００６インチ（０．０１５３ｃｍ）である。同時に、移行部２６の軸線方向長さＬｔは、約０．０１８６インチ（０．０４７２ｃｍ）または約Ｏ．６ピッチであり、移行部２６に対して平行に延在する軸線方向内方の端壁面３５の隙間距離Ｌｏは、約０．００２３インチ（０．００５８ｃｍ）である。最大掴み平面ＧＰから移行部２６の端部までの距離Ｌｍは、０．０１４３インチ（０．０３６３ｃｍ）である。テーパ区分２３は、ボルト１２の軸線Ｘに対し横方向の線に対し比較的急角度Ａｔで延在している。これが、移行部２６の全長を最小化するのに役立っている。既述の例の３／１６インチ（０．４７６３ｃｍ）ボルト部材１２では、角度Ａｔは３０°である。しかし、許容可能な角度Ａｔは約２５°〜約３５°である。いくつかの例では、２５°〜５５°の角度Ａｔも利用できる。しかし、より大きい角度Ａｔでは、たいていの場合、移行部２６の軸線方向長さＬｔが幾分に長くなる結果となろう。後述するナット食い付き区分４７は除き、ナット部材１４のねじ山３９は、従来式にボルトねじ山２９に引掛かる。
【００２９】
望ましいことは、既述のように、ボス部分４２の長さを、ナット端ぐり４０の深さＬｃを浅くすることによって短縮し、それによってナット１４の全長を、ボルト１２の長さの短縮の結果として短縮できる。従来の航空宇宙分野用のナットは、端ぐり深さＬｃが１／１６インチ（０．１５８８ｃｍ）プラス２．０ピッチであったため、従来のボルトの逃げ域は、ナットが最小掴み状態で締結された場合、ナットには全く引掛からなかった。
本発明の一形式によれば、端ぐり４０の深さＬｃは、好ましくは１／１６インチ（０．１５８８ｃｍ）（すなわち最大掴みと最小掴みとの差）プラス約１．０ピッチマイナス約１／３ピッチの標準ねじ山隙間である。この実施例では、最小掴み状態でボルト１２に締結された場合、ナットねじ山３９の食い付き区分４７の外端が、最大掴み平面ＧＰから最小の間隔のところに位置する。
本発明の特徴は、最小掴み条件で、ナット１４がボルト１２に締結された場合、ナット食い付き区分４７の不完全ねじ山が、ボルト逃げ区分３４の不完全ねじ山に事実上重なり、引掛かることである。同時に、ナット１４の食い付き区分の不完全ねじ山小直径は、ボルト１２の逃げ区分の不完全ねじ山の谷底をクリアできる。このため、ボルト逃げねじ山のフランクの少なくとも一部が、ナット食い付き区分の不完全ねじ山のフランクに接触し、このことが、最小掴み条件で締結具１０の引張り強さに寄与する。
【００３０】
したがって、ナット１４は、最小掴みの工作物１６′，１８′に対して締結される場合、食い付き区分４７の不完全ナットねじ山がボルト逃げ区分３４の不完全ねじ山に引掛かることにより、ナット１４とボルト１２との組立体の引張り強さにも寄与する。しかし、更に重要な点は、本発明のボルト逃げ区分３４の独特な構成によって、ナットねじ山の食い付き区分４７との実質的な重なりが可能になる点である。既述のように、完全に形成されたボルトねじ山２９と、完全に形成されたナットねじ山３９とは、それらの各ねじ山形の間に、すなわち噛み合った場合の山頂と谷底との間に、僅かな隙間を有することが標準的な慣習である。このことに、逃げ区分３４の独特な形状と位置とが加わって、ナット食い付き区分４７の縮小ねじ山形４３ａが可能になり、最小掴み条件で小直径部分軸部２８の非ねじ山区分２８′に僅かに重なることになる（図５参照）。このことによって、また工作物１６′，１８の厚さに対してボルト１２およびナット１４の掴み能力を幾分増大させることができる。
小直径部分軸部２８上のねじ山２９は、図６に示すように、予め形成されたボルトブランク１２ａに転造によって形成される。ボルトブランク１２ａの説明では、完全に形成されたボルト１２上の類似の区域に対応するボルトブランク１２ａ上の区域は、同じ数字に文字「ａ」を付して示し、別様の説明がなければ、等しい構成を有しているものとする。
【００３１】
図６を見ると、ボルトブランク１２ａは、小直径部分軸部２８ａと、逃げ区分３４内のねじ山の逃げを含む、後述する転造による成形されるボルトねじ山２９とを別にすれば、ボルト１２と事実上等しいことが分かる。したがって、ボルトブランク１２ａは皿頭２０ａを含み、皿頭２０ａからは、丸み付け区分２４ａにより皿頭に接続された滑らかな円筒形大直径部分軸部２２ａを有する軸部２１ａが延びている。軸線方向外方の小直径部分軸部２８ａは、一様な主直径区分３３にわたり直径ＤＰａを有し、外端部の面取り区分３１ａで終わっている。面取り区分３１ａは、またテーパ付けされた面取り移行区分３７を介して一様な直径区分３３に接続されている。テーパ付けされた移行区分３７は、面取り区分３１ａの角度より小さい夾角を有することで、一様な主直径区分３３へのなだらかな移行がなされ、転造中のねじ山成形が容易になる。滑らかな大直径部分軸部２２ａは、短い移行部２６ａにより、軸線方向外方の小直径部分軸部２８ａに接続され、部分軸部２８ａには、ねじ山２９が形成される。部分軸部２８ａの区分３３の一様な直径ＤＰａは、完全に成形されたねじ山２９の有効径ＤＰにほぼ合致する（図２参照）。
【００３２】
ボルトブランク１２ａは、通常、金属の線材またはロッドに頭付けすることで形成され、目標幾何形状を得るには、必要とされる別の機械加工作業を含むことができる。
ボルトブランク１２ａの部分軸部２８上のねじ山は、図７〜図１０に示す１対の概して等しいねじ転造ダイス４６，４６′によって製造される。一方のダイス４６は固定配置され、他方のダイス４６′は可動である。ダイス４６，４６′は概して長方形かつ平形であるが、本発明の特徴を具体化するには、別の構成のダイス、例えば円筒形または丸形のダイスも使用できることを理解すべきである。ダイス４６，４６′は、外方の小直径部分軸部２８ａの一様な直径区分３３や、面取り移行区分３７への逃げねじ山を含むねじ山２９の転造、並びにブランク１２ａの面取り区分３１ａへの逃げねじ山の転造に使用される。
ねじ山２９は、ダイス４６，４６′の前面５４を横切って延在する複数のうね５６によって転造される。見られるように、逃げ区分３４のねじ山輪郭は、転造ダイス４６，４６′の一連の上部部分うね５７の上縁で転造された形状を補正することにより成形される。ダイス４６，４６′の上部部分うね５７の縁部は、既述のように、かつまた図２に示すように、逃げ区分３４のねじ山の輪郭と相補的な形状に形成されている。
【００３３】
固定ダイス４６と可動ダイス４６′とは事実上等しいので、固定ダイス４６のみを図７および図８に示し、該ダイス４６のみを詳細に説明することにする。通常、可動ダイス４６′は固定ダイス４６よりも長いと理解されたい。しかし、固定ダイス、例えばダイス４６は、通常、ボルトブランクの送入、送出を容易にするために、曲線状またはテーパ付きの入口端と出口端とを有している。この通常の構成は、簡単化するため図示はしない。固定ダイス４６は、前面５４に対し横方向の、長手方向に延在する平らで平行な上面５０と下面５２とを含んでいる。既述のように、ねじ山の成形に使用される一連の平行のうね５６が、前面５４に形成されている。しかし、ダイス４６の反対側の面にも、同じようにうね５６を形成することも任意である。うね５６の輪郭は、転造されるねじ山と相補的であるから、端面図で見ると、概してＶ字形である。標準的なやり方では、これらのうね５６は、通常、６０°の夾角Ａｄをなす上下のフランク５８，６０を有している（図９参照）。うね５６は、外方の部分軸部２８ａのブランク区分３３がダイス４６，４６′の間で転造される場合に、ねじ山のつる巻き線の成形に適するように、上面および下面５０，５２に対し長手方向に鋭角をなしている。
【００３４】
ダイス４６の上面５０と前面５４との間には、一連の段階的な傾斜面６２が設けられ、該傾斜面のそれぞれが、一連の上部ダイス部分うね５７の１つを含み、これら部分うねがダイスの前面５４の上部ダイス縁を形成している。
うねの端部６５は、ダイス４６の縦方向に間隔Ｌｂだけ離れて位置し、間隔Ｌｂは、有効径ＤＰで成形されるべきねじ山の円周とほぼ等しい。この値には、精密な周方向距離からのいくらかの変分が含まれている。例えば、チタン製の締結ピンを製造するダイス４６の場合の間隔Ｌｂは、ほぼπ×０．８×ねじ山有効径ＤＰ〜π×１．０×ねじ山有効径ＤＰの値域以内である。これは、実際問題として、精密に等しい位置で各端部６５をブランク１２ａに接触させることは不可能だからである。したがって、うね端部６５の高さを漸増させることにより、各後続うね端部６５は、先行うね端部６５がブランク１２ａに接触した位置を僅かに越えた位置でブランク１２ａに接触することが保証される。この漸進的な接触によりダイス４６，４６′の破損がある程度防止される。
【００３５】
したがって、複数の上部部分うね５７は、１個づつ順次に高さを増すように相互に間隔をおいて、転造が開始されるダイス入口端７０から、転造が終わり転造済みブランクが排出される反対側の出口端７２のところまで設けられている。図７および図８に示すように、ダイス出口端７２のところの上部部分うね５７は、先行部分うね５７の間隔ｄ４より、ダイスの上面５０に近い間隔ｄ３を有している。隣接する複数の上部部分うね５７は、ダイス４６の全長にわたり、等しい僅かな高さの差または間隔（ｄ４−ｄ３、同様にｄ２−ｄ１）を有している。
本発明のダイス４６，４６′の構成では、傾斜面６２，６２ｂ，６２ｃのそれぞれが、前面５４からテーパ区分６４に沿って後方へ延在する端壁６６を有している。傾斜面６２，６２ｂ，６２ｃと、それらの関連端壁６６と、円弧状端部６５を有する上部部分うね５７とは、ブランク１２ａが最初に送入されるダイス入口端７０から出口端７２へ向かって、互いに、かつまたダイスの下面５２から遠ざかる方向で順次に段階的に、または横方向に上方へ間隔をおいて配置されている。
【００３６】
前面５４の入口端７０と出口端７２のところの傾斜面６２ｂ，６２ｃは、従来式のねじ転造設備と共に使用される標準長さ以内で傾斜面６２をセンタリングする結果として、より短くされている。傾斜面６２，６２ｂ，６２ｃのそれぞれは、テーパ前端区分６４を備え、該区分が、これと交差する部分うね５７の上側フランク５８まで漸次延在している。見られるように、テーパ前端区分６４は、テーパ面の長手方向長さに沿って部分うね５７の幅と深さとを漸減し、外側前縁５７′を形成している。この漸減は、円弧状前端６５を有する部分うね５７の前縁５７′で終わっている。
これらの形成面６２の主区分または非テーパ区分６２′は、水平の上面５０に対し１５°の角度か、または１０°〜３０°の角度値域にあり、かつうね５６の長手方向角度に対し平行、または長手方向角度に沿って延びている。斜面６２のテーパ区分６４は、水平の上面５０に対し２５°の角度か、または１０°〜３０°の角度値域にあり、かつ上面５０と長手方向で平行である。
【００３７】
傾斜面６２のテーパ前端区分６４によって画定された上部部分うねの外側前縁５７′は、円弧状の端部６５を有し、該端部は、好ましくは凸状に丸みを有し、前縁５７′へ移行している。結果として、上部部分うね５７は、前縁５７′からテーパ前端区分６４に沿ってテーパ付き断面寸法を有することになり、該前縁が、それらの長手軸線の両側で対称的に、それらが終わる箇所に近い位置で完全断面寸法に移行する。したがって、上部部分うね５７による逃げは、テーパ前端区域６４の前端５７′によって形成される。これらのテーパ前端区分６４と前縁５７′とは、有効径ＤＰのところに形成されるねじ山の円周の約１／３にわたって延在する。
この点で、テーパ前端区分６４の前縁５７′は、形成されると、ダイスの前面５４から内方へ漸次一様に延在する。この結果、関連するフランク、例えばフランク５８，６０は、深さと幅とが漸減する。したがって、前縁５７′は、逃げねじ山では深さと幅とが漸減することにより逃げ区分３４を正確に反映している。関連する下側フランク６０の角状部分は、しかし、変えられないので、該下側フランクは、ダイスの前面５４に沿って角度を有しつつ、その下の対向上側フランク５８と平行に延在している。
【００３８】
傾斜面６２の円弧状端部６５から主区分６２′まで延在する上部部分うね５７のテーパ前端区分６４は、端壁６６から主区分６２′へ滑らかに延在し、主区分６２も、後方へ向かってダイス４６の上面５０へ延在している。この結果、傾斜面６２，６２ｂ，６２ｃが段階的に構成され、部分に分割され、各部分が、上部部分うね５７の１つのフランク５８に接続されている。端壁６６は、斜面６２および上部部分うね５７に対し後方および上方に延在し、上面５０に対し概して直角に上方へ延在する平面内に位置する。ダイス４６の一形式の場合、端壁６６は、隣接上部部分うね５７の１つの長手方向に延在する外端に対し６０°の角度Ａｂで延在している。しかし、角度Ａｂは、４５°〜７０°の値域で十分と思われる（図７および図８）。
【００３９】
ダイス４６の長手方向で、各上部部分うね５７は、有効径ＤＰで形成されるねじ山の円周より僅かに小さい長さＬｂだけ間隔をおいて設けられている。したがって、そこには、精密な完全長さの周方向距離からのいくらかの変分が含まれている。テーパ前端区分６４は、平らな上面５０と事実上平行な平らな面を形成している。したがって、この平らな面は、転造時のボルトブランク１２ａの軸線Ｘａに対し事実上横方向であり、したがって、移行部２６の端部と平行な横方向の線に沿って延在する壁部をなす端面３５を成形することになる。このように、テーパ前端区分６４に沿った上部部分うね５７の縁部５７′の輪郭は、逃げ区分３４の輪郭の鏡像、つまり逆となる。上部部分うね５７の各縁部５７′は、テーパ前端区分６４の一端のところに全幅Ｗを有し、全幅Ｗは、前端区分６４の円弧状の他端６５では幅Ｗ１に漸減している。同時に、この円弧状端部６５は、逃げ区分３４の端部分３６に、なだらかな円弧状移行部Ｒを成形する。
【００４０】
したがって、テーパ前端区分６４は、丸みＲを有する端部分３６までの全長にわたり幅が漸減する逃げ区分３４のねじ山の輪郭を完全に成形するものである。本発明のダイスは、従来式のダイス同様に操作され、可動ダイス４６′が固定ダイス４６に対して長手方向に移動する。ボルトブランク１２ａは、図１０に見られるように、ねじ山成形作業に先立って配置される。ボルトブランク１２ａは、ダイス４６，４６′の入口端７０に隣接配置され、その軸線Ｘａがダイス上面５０に対し直角に位置せしめられる。ブランク１２ａの小直径区分３３は、その移行部２６ａが上部部分うね５７の僅かに上方に位置するように、ダイス４６，４６′間に配置される。これにより、円弧状端部６５が移行部２６ａに接触しないことになる。このように、ダイス４６，４６′間へのブランク１２ａの始めの配置は、転造によるブランク１２ａの延伸に順応し、かつねじ山の逃げ区分３４が、確実にブランク小直径区分３３にのみ成形されるようにするためのものである。したがって、ダイス４６，４６′が起動された場合に成形されるボルトねじ山２９の逃げ区分３４は、上部部分うね５７のテーパ前端区分６４と円弧状端部６５とにより成形され、これにより、逃げ区分３４でのねじ山の、比較的短いが漸次的な終端が、既述のように、ブランクの小直径区分３３に完全に成形される。同時に、ボルトねじ山２９が、僅かだけ面取り区分３１ａ内で終わるねじ山の外方の逃げを有するテーパ移行区分３７に部分的に成形される。
以上に開示した本発明の好適実施例が、既述の目的を達成するために十分に考量されたものであることは明らかだろう。他方、本発明は、本発明の固有の範囲または適正な意味合い、並びに特許請求を逸脱することなしに、変更態様、変化形、改変が可能であることも理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明により製造されたねじボルトの縦断面図。
【図２】
図１の概して円２内の部分拡大図で、図１のボルトのねじ山逃げ区分を含むねじ山内端を示す図。
【図２Ａ】
逃げ区分のねじ山の輪郭を図２の概して２Ａ−２Ａ線および２Ａ′−２Ａ′線の間の一連の拡大断面図で、複数断面が、螺旋状または周方向にではなく、シミュレートされた直線に沿って平らな平面に重ねられ、逃げねじ山の深さと幅との漸減状況を示している。
【図２Ｂ】
図２の概して２Ｂ−２Ｂ線に沿って逃げの終端での端部分と円弧状移行部とを截断して示す拡大断面図。
【図３】
図１のボルトと共に使用するナット部材の長手方向断面図。
【図４】
最大全厚の工作物を一緒に締結するため、または最大掴みのために配置された図１〜図３のボルトおよびナットを含む締結具の側面図で、ナットを断面で示す図。
【図５】
図４と類似の図で、最小全厚の工作物の締結または最小掴みのために集成されたボルトとナットを示す図。
【図６】
転造によるねじ山成形前のボルトブランクの側面図。
【図７】
図６のボルトに図１および図２のボルトねじ山を転造するための、本発明による転造ダイスの前面図。
【図８】
図７のねじ転造ダイスの上縁の一部を示す部分拡大図。
【図９】
図７の概して矢印９−９の方向で転造ダイスの端部を見た部分拡大斜視図。
【図１０】
図７および図８の形式のねじ転造ダイスのねじ山転造作業位置に図６のボルトブランクを配置して示す斜視図。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004504944.tif 000058
【国際調査報告】
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