(57)【要約】本発明は頭部（１２）とネジ軸（１１）とを有した固定具（１０）を提供する。頭部は外側係合部（１３）を有して外側回転工具と係合し、内側係合部（１４）を備えたソケット部（１５）を有して棒タイプの回転工具と係合する。ソケット部は先端（１５a）が錐状に提供される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１端で頭部と連結する軸を含んだ固定具であって、該頭部は本固定具の外側で係合するタイプの回転手段と係合する外側係合部と、本固定具の内側で係合するタイプの回転手段と係合する内側係合部を提供する軸方向に延びるソケット部とを有しており、該ソケット部は先端が錐状であることを特徴とする固定具。
【請求項２】
ソケット部の深度は外側係合部の軸方向幅よりも深いことを特徴とする請求項１記載の固定具。
【請求項３】
内側係合部の軸方向幅は外側係合部の軸方向幅よりも１０％から６０％長いことを特徴とする請求項２記載の固定具。
【請求項４】
内側係合部の軸方向幅は外側係合部の軸方向幅よりも３０％長いことを特徴とする請求項２または３に記載の固定具。
【請求項５】
頭部は外側係合部と軸との間に補強肩部を含んでおり、ソケット部は軸方向で該肩部内に延びていることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の固定具。
【請求項６】
頭部は外側係合部と軸との間に補強肩部を含んでいることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の固定具。
【請求項７】
肩部の軸方向幅は頭部の軸方向幅の５％から５０％であることを特徴とする請求項６記載の固定具。
【請求項８】
肩部の軸方向幅は頭部の軸方向幅の３０％であることを特徴とする請求項６または７に記載の固定具。
【請求項９】
外側係合部は平面が多角形であり、肩部は該多角形の対角径と同一直径を有していることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の固定具。
【請求項１０】
軸の直径は肩部の直径の６６％程度であることを特徴とする請求項５から９のいずれかに記載の固定具。
【請求項１１】
外側係合部と内側係合部は同一多角形であり、それぞれの対応する側壁は互いに平行であることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の固定具。
【請求項１２】
外側係合部と内側係合部との間の最小壁厚は肩部の１０％から３５％であることを特徴とする請求項１１記載の固定具。
【請求項１３】
外側係合部と内側係合部との間の最小壁厚は肩部の２０％であることを特徴とする請求項１１または１２に記載の固定具。
【請求項１４】
ソケットの入口周縁部は斜形加工または丸形加工されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の固定具。
【請求項１５】
頭部の上周縁部は斜形加工または丸形加工されていることを特徴とする請求項１から１４のいずれかに記載の固定具。
【請求項１６】
軸と肩部との間の連結部はアール加工されていることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の固定具。
【請求項１７】
明細書及び図面で記載された固定具。
【請求項１８】
請求項１から１７のいずれかに記載の固定具の頭部をホット鍛造する鍛造工具であって、該頭部のソケット部を鍛造する中央突起部を提供する本体と、該突起部を囲むスカート部とを含んでおり、該突起部と該スカート部の内壁との間には前記頭部の外側係合部を鍛造する環状空孔部が提供されており、該環状空孔部から本工具の外部に通じる圧縮ガス放出用のガス抜きダクトがさらに提供されていることを特徴とする鍛造工具。
【請求項１９】
外側スカートは頭部の肩部をトリム処理するトリムダイスを含んでいることを特徴とする請求項１８記載の鍛造工具。
【請求項２０】
請求項１から１７のいずれかに記載の固定具の頭部をホット鍛造する鍛造工具であって、明細書及び図面に記された鍛造工具。
【請求項２１】
請求項１から１７のいずれかに記載の固定具を製造する方法であって、
所定長のビレットを提供するステップと、
該ビレットを加熱するステップと、
ヘッダーで該ビレットの１端を拡大処理するステップと、
請求項１８から２０のいずれかに記載の鍛造工具を提供するステップと、
１回の操作で固定具の頭部を鍛造するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２２】
トリムダイスで頭部の肩部をトリム処理するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
ガス抜きダクトでダイス内のガス圧を放出させるステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項２１または２２に記載の方法。
【請求項２４】
鍛造された固定具の熱処理ステップをさらに含んでおり、頭部を均質急冷することを特徴とする請求項２１から２３のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
鍛造された固定具の焼戻しステップをさらに含んでおり、該固定具の頭部を加熱器で均質に熱サイクル処理することを特徴とする請求項２１から２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
請求項１から１７のいずれかに記載の固定具を製造する方法であって、明細書及び図面に記された方法。
【請求項２７】
請求項１から１７のいずれかに記載の固定具を製造する方法であって、
所定長のビレットを提供するステップと、
ヘッダーで該ビレットの１端を拡大処理するステップと、
鍛造処理で内側係合部を有したソケット部を提供するステップと、
鍛造処理で外側係合部と補強肩部とを提供するステップと、
を含んでいることを特徴とする方法。
【請求項２８】
トリムダイスによって頭部の肩部を所定径にトリム処理するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項２７記載の方法。
【請求項２９】
明細書及び図面に記された請求項２７記載の固定具製造方法。
【請求項３０】
鍛造された固定具を熱処理するステップをさらに含んでおり、頭部を均質急冷することを特徴とする請求項１から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項３１】
請求項１から１７のいずれかに記載の固定具を熱処理する請求項３０記載の方法であって、該固定具の頭部を均質熱処理するように熱サイクル処理するステップをさらに含んでいることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項１から１７のいずれかに記載の固定具の熱処理方法であって、明細書及び図面に記された方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固定具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のボルト形態のネジ式固定具は、従来式のソケット型ネジ締具やスパナー等のネジ締具が使用できる六角形のネジ頭部を有しているか、あるいは従来式の六角棒状ネジ締具であるアレンキー等が使用できるようなネジ孔を有していた。そのような従来式ボルトはネジ頭部が変形したりネジ孔が潰れると利用できなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
よって、本発明の１目的は従来式ボルトよりも優れた新規なネジ式固定具の提供である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明も固定具は１端で頭部に接続するネジ軸を含んでいる。頭部は保持タイプの回転締具と係合する外側係合部と、棒タイプの回転締具と係合する内側係合部を提供するソケット部とを有している。好適には、ソケット部の深度はネジ軸方向で外側係合部よりも長く延びる。好適には、内側係合部は外側係合部の軸方向幅よりも１０％から６０％、好適には３０％程度長い。
【０００５】
本発明によれば、ソケット部は先端が錐形状となっている。好適には、そのような錐形状領域は固定具頭部の肩部上部を越えて延びる。このような形態の固定具では深い凹部が提供可能であり、内側係合部は強力な締めトルクを固定具に伝達させる。
【０００６】
本発明によれば、固定具は外側係合部とネジ軸との間に補強肩部を含んでいる。
【０００７】
本発明によれば、肩部の軸方向幅は頭部全長の５％から５０％であり、好適には３０％である。肩部はボルト（固定具）締付け作業時及び緩め作業時に頭部とネジ軸との間で発生する引張力及び捻力に対して頭部を充分に補強することが発見されている。
【０００８】
本発明によれば、外側係合部は多角形であり、好適には六角形であり、肩部は多角形の対角線と同一径である。そのようにすると、ネジ軸の径は肩部の直径の６６％程度になる。
【０００９】
好適には、外側係合部と内側係合部は同形多角形であり、それぞれの外側多角形及び内側多角形の辺は互いに平行である。
【００１０】
本発明によれば、内側係合部と外側係合部の間の最小壁厚は肩部の外径の１０％から３５％であり、好適には２０％である。
【００１１】
本発明はさらに頭部の周壁及びソケット入口と頭部上周縁を斜形処理または丸形処理している。好適にはネジ軸と肩部下部と結合部はアール仕上げされている。
【００１２】
本発明のさらに固定具の頭部の熱間鍛造処理用の鍛造具を提供する。この鍛造具は、ボルト頭部の中央ソケット部を鍛造する中央突起部と、ボルト頭部を鍛造する環状空孔部とを含んだ本体を有している。環状空孔部は中央突起部を囲む外側スカート部の内壁と中央突起との間に提供される。本体はさらに、鍛造中に環状空孔部から蓄積される圧縮ガスを鍛造具の外側に排出させるガス抜きダクトが含まれる。このような金型（ダイス）で頭部の外側係合形状と内側係合形状は必要な精度で同時に形成される。ガス抜きダクトは鍛造中の過剰ガス蓄積を防止する。本発明の外側スカートは、頭部に必要な直径に肩部を切断処理する周辺トリムダイスを含むことができる。
【００１３】
本発明は以下のステップを含んだ固定具（ボルト）の製造方法をも提供する：
所定長のビレットを提供するステップ；
ビレットを加熱するステップ；
ヘッダーによりビレットの１端を拡大成型するステップ；
前述の成型ダイスを提供するステップ；及び
１回の操作でボルトの頭部形状を鍛造するステップ。
【００１４】
本発明の方法はトリムダイスによる頭部の肩部のトリム処理ステップをも含むことができる。本発明の方法はガス抜きダクトで成型ダイスに蓄積されるガス圧を解放させるステップを含むこともできる。
【００１５】
本発明の方法は頭部形状部を急冷処理において比較的均一に冷却させる鍛造固定具の熱処理ステップを含むこともできる。この熱処理は急冷された固定具を焼き戻すステップを含むこともできる。
【００１６】
さらに、本発明は以下のステップを含んだ固定具製造方法も含む：
所定長のビレットを提供するステップ；
ヘッダーによりビレットの１端を拡大成型するステップ；
鍛造処理によって内側係合部を備えた錐形状部を形成するステップ；
鍛造によって外側係合部と補強用の肩部とを形成するステップ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
固定具１０は、１端の頭部部１２と、頭部１２に連続するネジ軸１１とを有している。頭部１２の外側係合部１３は外周壁に配置された複数の係合側面を有しており、平面図で多角形であり、好適には六角形である。頭部１２はさらに内側係合部１４を提供するソケット部１５を有している。内側係合部１４は多角形であり、好適には外側係合部１３と同じ六角形である。あるいは、内側係合部１４は対応する工具に係合する溝形状、キー溝形状等でもよい。
【００１８】
１好適実施例においては、内側係合部１４と外側係合部１３の側面は互いに平行である。このようにすると２平面間の厚みは最大となり、その結果、最大の捻れ抵抗強度が提供される。
【００１９】
好適には、内側係合部１４と外側係合部１３との間の最小壁厚は外側係合部１３の外径の１０％から３５％である。
【００２０】
ボルト１０の頭部１２はネジ軸１１と外側係合部１３の連結部で補強用肩部１６を含む。補強肩部１６は頭部１２の全長の５％から５０％の高さ（幅）であり、好適には３０％の幅である。補強肩部１６は頭部１２とネジ軸１１の連結部でボルト１０の荷重面１６aを提供し、ボルト１０の締付時及び緩め時にボルトのせん断あるいは変形を防止する。
【００２１】
肩部１６は好適にはソケット部を備えた筒状円形頭部を有した従来のネジと同一径を有している。この場合、ネジ軸１１の直径は肩部１６の直径の約６６％である。よって、本発明は特徴的な外側係合部１３のために頭部１２の提供に材料を大きく節約できる。従来品と較べて５％から１０％の材料節約が達成される。
【００２２】
ソケット部１５と内側係合部１４はネジ軸１１の方向で外側係合部１３の下縁を越えて延びる。好適には、内側係合部１４は外側係合部１３よりも１０％から６０％、好適には３０％程度長い。よってソケット部１５は補強肩部１６の領域内に延び入る（図２参照）。補強肩部１６は頭部１２に充分な捻れ耐久強度を提供し、ソケット部１５を長く提供させる。ソケット部１５の平均長は、充分なグリップ領域を締付け工具（図示せず）に利用可能とさせ、内側係合部１４を介してさらに大きなトルクを伝達させる程度とすることができる。
【００２３】
本発明のソケット部１５の先端部１５aは錐状となっており、好適には約４５°でテーパ加工されている。そのような錐状端部またはテーパ端部はボルト（固定具）１０の頭部１２の捻れ耐久強度をさらに補強する。
【００２４】
本発明の頭部１２の周縁上部１３aは約４５°で削られており、ソケット部１５の入口周縁部１５bも約４５°で削られている。肩部１６とネジ軸１１の連結部１６bはアール加工されている。
【００２５】
ネジ軸１１にはネジ溝等の固定形態が提供され、ボルト１０を回転式に締付け及び緩ませる。
【００２６】
本発明はボルト１０の頭部１２を形成する鍛造工具またはダイス２０をも提供する。図４に示すダイス２０は、頭部１２にソケット部１５を形成させる中央突起部２１と、頭部１２の外側係合部１３を形成する中央突起部２１とは離れて提供された外側スカート部２２とを含んでいる。環状空孔部２３は外側スカート部２２と中央突起部２１との間に提供され、ガス抜きダクト２４は環状空孔部２３からダイス２０の外部に通じており、成型時の環状空孔部２３でのガス圧力の蓄積を防止する。ガス抜きダクト２４は１鍛造工程での頭部１２の正確な形成を助ける。外側係合部１３には図２で示すように多少の型抜角１７が提供される。スカート部２２は出口に向かって外側に多少広がり、鍛造ダイス２０からボルト１０を型抜きさせる。
【００２７】
本発明の型部１６は鍛造工程中またはその後にトリム処理される。そのようなトリム処理は頭部１０の鍛造時に行わうことができ、その場合、ダイス２０のスカート部２２は破線２５で示す周囲トリムブレードまで延びている。
【００２８】
鍛造ダイス２０の使用で環状空孔部２３内の圧縮ガスは鍛造工程中に放出される。よって、ボルト１０は次のように形成できる。
【００２９】
柱形ビレットは所定長に切断される。大きなボルトを製造する場合にはビレットは鍛造温度にまで加熱される。小さなボルトの場合にはコールド鍛造できる：
ヘッダー処理でビレットの１端を拡大加工する；
その後に、ボルト１０の頭部１２をダイス２０で形成する（１回の操作で可能）；
同時またはその後に肩部１６をトリムダイスでトリム処理する；
その後に、ネジ溝１８等を軸１１に提供する。
【００３０】
図５Ａから図５Ｄはコールド鍛造によるボルト１０の成型方法のステップを図示する。図５Ａで図示する所定長に切断された棒状ビレットはヘッダー操作でその１端３１において拡大加工される。図５Ｂに示す拡大端部３１は鍛造処理においてスタンプ処理され、ソケット部１５と内側係合部１４が成型される。この際に粗肩部３３が提供される。
【００３１】
図５Ｃで示す外側係合部１３は鍛造処理にて拡大肩部３４と共にスタンプ処理される。
【００３２】
図５Ｄでに示す肩部１６は所定の直径にトリム処理されたものである。
【００３３】
上述の処理中に、ボルト１０のネジ軸１１とネジ溝１８は従来式に提供される。
【００３４】
ボルト１０の熱処理は特に効果的である。なぜなら、ボルト１０の頭部１２はソケット部１５のために余剰厚を有していないからである。よって、熱処理中にボルト１０が急冷されると頭部１２の比較的に均一な冷却が行われる。また、焼戻しで比較的に均一な頭部１２の加熱が行われる。最後に、ボルト１０には必要に応じてショットブラスト処理が行われる。
【００３５】
本固定具に対するいくつかの試験結果を以下で示す。
試験Ｉ
試験サンプルは１２個のＭ３０ｘ１４０ｍｍグレード１２.９ボルトであった。頭部は六角形タイプであり、六角形の外周を有していた。
【００３６】
試験の目的はサンプルがＩＳＯ８９８-１：１９８８年基準（及び南アフリカ基準１７００-５-１、１９９６年）の「固定具：必要性能及び物理強度」に則し、ロックウェル硬度と耐荷重特性を有しているか否かを判定することであった。
試験結果
a)ロックウェル硬度
試験体Ａ  実値（３回計測の平均）４０.４  ３９〜４４
b)耐荷重
試験体Ｂと試験体Ｃ上に耐荷重５４４ｋＮが軸方向で１５秒間保持された後、手によってネジは緩めることができ、永久変形は発生しなかった。
試験II
複数の六角頭部ボルトがトルク試験された。ボルト頭部は六角タイプであり、六角形外周を有していた。ソケットタイプ締具及びアレンキーが使用された。トルクセッティングは次の通りであった。
【００３７】
(i)      １ｘＭ１６ボルト…必要トルクセッティング３８５Ｎｍ
(ii)     １ｘＭ２０ボルト…必要トルクセッティング７５０Ｎｍ
(iii)    ２ｘＭ２４ボルト…必要トルクセッティング１２９０Ｎｍ
(iv)     ２ｘＭ３０ボルト（粗ネジ溝）…必要トルクセッティング２５８５Ｎｍ
(v)      ２ｘＭ３０ボルト（密ネジ溝）… 必要トルクセッティング２５８５Ｎｍ
方法１-トルクセッティング
試験前に各ボルトは計測され、トルク付加後に捻れ変形を確認する目的で各々のネジ軸に目盛線が提供された。適当なスリーブがナットとボルトの間で使用された。ボルトとナットは万力に搭載された。１０００Ｎｍ以下のトルクがトルクレンチで付加された。適当な試験用具で４つのＭ３０ボルトと２つのＭ２４ボルトが交互に１００ｋＮアムスラーユニバーサル試験機にかけられた。徐々に増加する荷重が所定のトルクが得られるまでアレンキーに付加された。それぞれのボルトは視覚的に検査され、変形がチェックされた。
方法２-トルクセッティング
続いてＭ３０ボルトとＭ２４ボルトが万力に搭載され、１０００Ｎmのトルクが５回付加された。同様に所定のトルクがＭ２０ボルトとＭ１６ボルトに５回付加された。
試験結果
視覚検査：変形なし
永久変形：なし
本発明のボルト（固定具）１０の優秀性は理解されよう。ボルト１０の頭部１２の双係合特性はボルトの回転に利用できる組合せ工具（図示せず）の使用を可能にすることも理解されよう。
【００３８】
さらに、利用の観点からも本発明のボルト１０は締付け時及び緩め時にて通常ボルトよりも頑丈である。さらに、ボルト１０の肩部１６は荷重支持面を提供して補強機能を提供する。頭部１２の双係合機能もそのサイズの種々な変更を可能にし、様々なタイプの係合工具の使用を可能にする。例えば、１係合面はメートル法仕様で提供され、他係合面は英国度量衡で提供されたものでも構わない。
【００３９】
製造面では本発明のボルトは材料を節約する。なぜなら、頭部１２は従来ボルトよりも使用材料が少ない。約５％から１０％の材料節約が可能である。本発明のボルトは鍛造工程によって容易に提供され、前述のように熱処理ができる。
【００４０】
本発明の範囲内で本発明の様々な変形が可能であることは理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は本発明の固定具（ボルト）の斜視図である。
【図２】図２は図１のボルトの縦断面図である。
【図３】図３は図１のボルトの上面図である。
【図４】図４は図１のボルトの頭部を形成する鍛造具の縦断面図である。
【図５Ａ】図５Ａ図１の固定具のコールド鍛造法ステップを示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは図１の固定具のコールド鍛造法ステップを示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは図１の固定具のコールド鍛造法ステップを示す。
【図５Ｄ】図５Ｄは図１の固定具のコールド鍛造法ステップを示す。
【国際公開パンフレット】
2004525314.tif 000003
2004525314.tif 000004
2004525314.tif 000005
2004525314.tif 000006
2004525314.tif 000007
2004525314.tif 000008
2004525314.tif 000009
2004525314.tif 000010
2004525314.tif 000011
2004525314.tif 000012
2004525314.tif 000013
2004525314.tif 000014
2004525314.tif 000015
2004525314.tif 000016
2004525314.tif 000017
2004525314.tif 000018
2004525314.tif 000019
2004525314.tif 000020
2004525314.tif 000021
2004525314.tif 000022
2004525314.tif 000023
2004525314.tif 000024
2004525314.tif 000025
2004525314.tif 000026
2004525314.tif 000027
2004525314.tif 000028
2004525314.tif 000029
2004525314.tif 000030
2004525314.tif 000031
【国際調査報告】
2004525314.tif 000032
2004525314.tif 000033
2004525314.tif 000034