(57)【要約】 【課題】  ネジ部を形成したシャンク部（端部）に凹部を有する固定部材、雄要素およびこの雄要素を含んだハンドリング工具とゲージであって大きな応力に耐えることができるものを提供する。【解決手段】  固定部材（１）はネジ部が形成された端部（６）を含み、端面には相補的な形状のチップが係合する凹部（１０）が形成され、また凹部（１０）は複数の突出部（Ｌ）が連続した曲線の外縁（１２）を含む。各突出部（Ｌ）の断面形状は３つの円弧を連続してなり、この３つの円弧は第１の半径（Ｒ１）を有する凸状第１円弧（１４）と、この第１円弧（１４）の両脇に配置された第２の半径（Ｒ２）を有する凹状第２円弧（１６）と、隣接する突出部（Ｌ）同士をつなぐ凸状第３円弧（１８、１８Ｕ）からなり、第３円弧の半径（Ｒ３、Ｒ３Ｕ）は第１の半径（Ｒ１）よりも大きい。本発明は更に凹部（１０）と相補的な起立した形状の雄要素（３４、５８）、更にはこの雄要素を含むハンドリング工具とテストゲージ（５０）にも適用される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対称軸（Ａ）に沿って伸びている固定部材（１）であって、この固定部材はネジ部が形成された端部（６）と、凹部（１０）を含む端面（８）とを備え、前記凹部（１０）は複数の突出部が連続した曲線からなる外縁（１２）を有し、前記各突出部（Ｌ）の断面形状は３つの円弧を連続してなり、この３つの円弧は第１の半径（Ｒ１）を有する凸状第１円弧（１４）と、この第１円弧（１４）の両脇に配置された第２の半径（Ｒ２）を有する凹状第２円弧（１６）と、隣接する突出部（Ｌ）同士をつなぐ凸状第３円弧（１８、１８Ｕ）からなり、第３円弧の半径（Ｒ３、Ｒ３Ｕ）は第１の半径（Ｒ１）よりも大きいことを特徴とする固定部材。
【請求項２】
請求項１に記載の固定部材において、前記凹部の外縁（１２）は対称軸（Ａ）を中心とする円（２２）に内接し、ネジ部が形成された端部（６）のネジ山ベースの直径（Ｄｆｉｌｅｔ）と前記内包円（２２）の直径（Ｄ１）の比が、約１．３２〜１．７２であることを特徴とする固定部材。
【請求項３】
請求項２に記載の固定部材において、前記凹部は中央に円筒状孔（２４、２４Ｕ）を備え、この円筒状孔の直径（Ｄ３、Ｄ３Ｕ）は前記第３の半径（Ｒ３、Ｒ３Ｕ）の２倍に等しく、前記円筒状孔の直径（Ｄ３、Ｄ３Ｕ）と内包円（２２）の直径（Ｄ１）の比が、約０．６３〜０．８８であることを特徴とする固定部材。
【請求項４】
請求項３に記載の固定部材において、前記第１の半径（Ｒ１）が以下の式で表されることを特徴とする固定部材。
Ｒ１＝１/２×（Ｄ１＋Ｄ３、Ｄ３Ｕ）×λ
Ｄ１は内包円（２２）の直径
Ｄ３、Ｄ３Ｕは円筒状孔（２４、２４Ｕ）の直径
λは約０．０６〜０．２６の範囲の係数
【請求項５】
請求項４に記載の固定部材において、前記第２の半径（Ｒ２）と第１の半径（Ｒ1）の比が、約０．６６〜１．０６であることを特徴とする固定部材。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の固定部材において、前記凹部（１０）の外縁（１２）は、３〜７個の突出部にて構成されることを特徴とする固定部材。
【請求項７】
凹部に挿入されることが可能な雄要素（３４、５８）であって、この雄要素は固定部材（１）と凹凸関係が逆になる相補的な起立形状をしており、複数の突出部が連続した曲線からなる外縁（３６）を有し、前記各突出部（Ｌ０）の断面形状は３つの円弧を連続してなり、この３つの円弧は第１の半径（Ｒ３８）を有する凸状第１円弧（３８）と、この第１円弧（３８）の両脇に配置された第２の半径（Ｒ４０）を有する凹状第２円弧（４０）と、隣接する突出部（Ｌ０）同士をつなぐ凸状第３円弧（４２）からなり、第３円弧の半径（Ｒ４２）は第１の半径（Ｒ３８）よりも大きいことを特徴とする雄要素。
【請求項８】
請求項７に記載の雄要素（３４、５８）において、この雄要素は前記第３円弧の半径（Ｒ４２）の２倍の長さに等しい直径（Ｄ４２）を有する中央円柱部（４６）を備え、この中央円柱部（４６）は突出部（Ｌ０）に接触する内包円（４４）の内側に位置し、この内包円（４４）は所定の直径（Ｄ４４）を有し、中央円柱部（４６）の直径（Ｄ４２）と内包円（４４）の直径（Ｄ４４）の比が、約０．６３〜０．８８であることを特徴とする雄要素。
【請求項９】
請求項８に記載の雄要素（３４、５８）において、前記第１の半径（Ｒ３８）が以下の式で表されることを特徴とする雄要素。
Ｒ３８＝１/２×（Ｄ４２＋Ｄ４４）×λ
Ｄ４４は内包円（４４）の直径
Ｄ４２は円柱部（４６）の直径
λは約０．０６〜０．２６の範囲の係数
【請求項１０】
請求項９に記載の雄要素において、前記第２の半径（Ｒ４０）と第１の半径（Ｒ３８）の比が、約０．６６〜１．０６であることを特徴とする雄要素。
【請求項１１】
請求項７乃至１０のいずれかに記載の雄要素（３４、５８）において、前記外縁は３〜７個の突出部からなることを特徴とする雄要素。
【請求項１２】
固定部材（１）に形成された凹部（１０）に挿入可能なチップ（３０）を備えたハンドリング工具において、前記チップ（３０）は請求項７乃至１１のいずれかに記載の雄要素（３４）を含んだ端部（３２）を有することを特徴とするハンドリング工具。
【請求項１３】
請求項１乃至６のいずれかに記載の固定部材（１）に形成された凹部（１０）の少なくとも１つの寸法を検査するテストゲージ（５０）であって、このテストゲージは少なくとも２つの端部（５４、５６）を備えた把持部を含み、前記第１端部（５４）には請求項７乃至１１のいずれかに記載の雄要素（５８）が取り付けられていることを特徴とするテストゲージ。
【請求項１４】
請求項１３に記載のテストゲージ（５０）において、前記他方の端部（５６）に断面円形の第２の雄要素（６０）が設けられ、この雄要素（６０）は前記凹部（１０）の第３の半径（Ｒ３）よりも大きいことを特徴とするテストゲージ。
【請求項１５】
請求項１３に記載のテストゲージ（５０）において、前記他方の端部（５６）に複数の突出部からなる第３の雄要素（６０’）が設けられ、各突出部の先端は検査対象の凹部（１０）の第１の半径（Ｒ１）よりも大きな径の凸状の円弧とされ、更に第３の雄要素（６０’）は凹部（１０）の内包円（２２）よりも大きな直径の円に内接していることを特徴とするテストゲージ。
【請求項１６】
請求項１３に記載のテストゲージ（５０）において、前記他方の端部（５６）に複数の突出部からなる第４の雄要素（６０”）が設けられ、各突出部の先端は検査対象の凹部（１０）の第１の半径（Ｒ１）よりも大きな径の凸状の円弧とされ、更に第４の雄要素（６０”）は凹部（１０）の内包円（２２）と等しいかそれ以下の直径の円に内接していることを特徴とするテストゲージ。
【請求項１７】
請求項１３乃至１６のいずれかに記載のテストゲージにおいて、凹部（１０）が適合か不適合かを示す表示の少なくとも１つを第１の端部（５４）または他方の端部（５６）の近くに設けていることを特徴とするテストゲージ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はねじ部が形成された端部を有する固定部材に関し、この一端面にはハンドリング工具やテストゲージと協働できる凹部を備えている。形状的に突出した雄要素は固定部材の凹部に挿入可能であり、ハンドリング工具やテストゲージはこのような雄要素を備える。
この種の固定部材は、組立体の一面にナットを用いて少なくとも２以上の部品を組み付けるようにしている。
【０００２】
本発明の１つの好ましい適用態様としては、航空産業が挙げられるが、本発明は他のいかなる分野でも用いることができ、特に部品の１つの面に近づきにくく組立て困難な場合に適用可能である。
【背景技術】
【０００３】
ヘッドおよびねじ部を形成した端部から成る固定部材に関する文献としてフランス特許第２８０９７８１号公報が知られている。この固定部材の端面には対応した形状のツールと協働するための複数の突出部を有する凹部が形成されている。
前記複数の突部を形成することで、有意な締め付けトルクが印加されることを可能にし、また固定部材を構成している金属にクラックが発生するのを回避する。特に凹部が金属の塑性変形によって得られた後にネジ山が転造によって成形される場合にクラックが発生するのを回避する。
【０００４】
上記先行技術の１つの実施例によれば、凹部の突出部は外側の円弧と２つの平らな側面によって画成され、従って隣接する２つの突出部は前記側面の内接円によって連結される。別の実施例では、凹部の突出部は外側円弧によって画成され、この外側円弧は大きな曲率半径の内側円弧を有している。
【０００５】
上記の固定部材は以下のようにして使用される。
固定部材は少なくとも２つの組み立てられる構造物に開口部が貫通し、この開口部の一方の側に固定部材の頭部を係止させ、開口部の他方の側からは固定部材のネジ部が突出し、このネジ部にナットが締め付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】フランス特許第２８０９７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１にあっては、ハンドリング工具は固定部材の凹部と相補的な形状のチップ（先端部）を有し、このチップを前記凹部に挿入し、構造物を組み立てる際に固定部材が動かないように維持する
この同じ工具は、ねじ付き端部に止めたナットを締付ける手段を備え、締め付けトルクを特定のレベルまで高めることで、構造物は順番に固定された状態を維持する。
このトルクは、ナットがロックナットであるとき、および／または応力が組立体の内部で増加するときにいっそう有意義である。
したがって、反応トルク（反対方向のトルク）が、ねじ付き端部の凹部と先端の間に発生し、この反応トルクにより、固定部材の凹部内にエンドピボットが形成される傾向がある。
【０００８】
凹部の補完的な突出部形状、凹部の特定の寸法および突出した形状のため、凹部の外縁エッジ周辺に位置する環状の領域に損傷を発生させずにナットを固定部材にうまく締め付けられるので、従来から周知の六角穴に対して上記先行技術の凹部は有利である。しかしながら、過剰な変形がないように固定部材を組立体に組み付けることができる最大のトルクは制限され、工具を締め付ける時または外す時に、上記の制限トルクを少しでも超えると、工具の先端に変形が生じる。
【０００９】
そこで、本願発明の目的の１つは、従来の固定部材よりも大きなトルクで組み付けることができるねじ固定部材を提供することである。また本発明は、前記凹部と補完的な形状（凹凸が逆になった形状）の雄要素に関し、この雄要素はトルク力を高める。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明はねじ部が形成された端部を有する固定部材に関し、この一端面には複数の突出部を持った形状の凹部が形成されている。鍛造、曲げ（エキスパンディング）、機械加工によって凹部を形成した後に転造によって端部にネジ部を形成してもクラックが生じないようにデザインされている。
【００１１】
またこの凹部は、特にネジ部の先端において、固定部材がくっつき（トラクション）や疲弊の影響をなくして十分な反応トルクをサポートすることを可能とする。
【００１２】
本発明によれば、この結果は対称軸に沿って伸びている固定部材によって得られる。固定部材はねじ付き端部と凹部を形成した端面を有する。
上記凹部の外縁エッジは複数の突出部が連続した曲線となっており、各突出部の断面は３つの円弧がつながった形状をしている。即ち、第１の半径を有する凸状の円弧の両脇に第２の半径を有する凹状の円弧が連続している。各突出部は隣接する突出部に凸状の第３の円弧を介して連続しており、第３の円弧の半径は前記第１の円弧よりも大きい。ここで、凸状とは凹部の中心を基準として径方向外側に膨らむ形状、凹状とは凹部の中心を基準として径方向外側に凹んだ形状をさす。
【００１３】
出願人が行った試験によれば、工具が凹部に嵌入されナットが固定部材の外側のネジ山に螺合するときに、ねじ付き端部において発生する応力は限られたもので且つ低レベルであることが証明された。したがって、同じ端部における変形のレベルも低い。
【００１４】
本発明は、ハンドリング工具やテストゲージに組み込むことができる雄要素にも関する。
本発明によれば、雄要素は固定部材の補完的形状の凹部に挿入することができる。雄要素は複数の突出部が連続した曲線の外縁エッジから高くなった形状をしている。
各突出部の断面は３つの円弧がつながった形状をしている。即ち、第１の半径を有する凸状の第１円弧の両脇に第２の半径を有する凹状の第２円弧が連続している。各突出部は隣接する突出部に凸状の第３円弧を介して連続しており、第３円弧の半径は前記第１円弧よりも大きい。
【００１５】
出願人が行った試験によれば、ハンドリング工具の端部に組み付けられるこの種の雄要素での応力が発達してもその反応トルクは限られたもので低レベルであることが証明された。
【００１６】
したがって、雄要素の外側の形状としては、ナットを固定することによってつくられる同じ反応トルクの下で、より小さいものが求められる。
また、本発明は雄要素を備えたハンドリング工具や雄要素を備えたテストゲージにも適用できる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る固定部材によれば、大きなトルクで組み付けても、塑性変形が起こりにくいため、従来よりも大きな力で複数の部材を組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
本発明およびその効果は以下の説明を読むことでよりよく理解される。尚、以下の説明と添付図面は発明を理解しやすくするためのものである。
【図１】本発明の一実施例に係る固定部材の斜視図であって、複数の突出部を有する凹部を備えている。
【図２】本発明の一実施例に係る固定部材の端面図であって、複数の突出部を有する凹部を備えた固定部材の端部にはネジ部が形成されている。
【図３】本発明の一実施例に係る固定部材のネジ部が形成された端部の拡大端面図。
【図４】本発明の一実施例に係るチップの側面図であって、複数の突出部からなる部分が飛び出している。
【図５】本発明の一実施例に係るチップの端面図であって、複数の突出部からなる部分を示している。
【図６】システム内で発生する応力を横断方向から見た概略図であって、このシステムは本発明の一実施例に係るハンドリング工具に取り付けられたチップが本発明の一実施例に係る凹部に挿入され、反応トルクを発生している。
【図７】システム内で発生する応力を横断方向から見た概略図であって、このシステムはハンドリング工具に取り付けられた六角チップが従来例の六角穴に挿入されて反応トルクを発生している。
【図８】システム内で発生する応力を横断方向から見た概略図であって、このシステムは従来のハンドリング工具に取り付けられた複数の突出部を有するチップが、従来の複数の突出部を有する凹部に挿入されて反応トルクを発生している。
【図９】本発明の一実施例に係る凹部に適用されるテスティングゲージの斜視図であり、一端には複数の突出部が設けられ、本発明の１実施例に係る雄要素が突出している。
【図１０】本発明の一実施例に係る複数の突出部が設けられた凹部の側面を点検するためのテストゲージの端面図。
【図１１】本発明の一実施例に係る複数の突出部が設けられた凹部の他の側面を点検するためのテストゲージの端面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
図１は本発明の一実施例に係る固定部材１を示す。この固定部材は複数の突出部を有する凹部を備えている。この固定部材を構成する金属は任意であるが、好ましくは、航空産業に適用するためチタン合金のような高弾性で低い塑性変形のものが好ましい。
【００２０】
固定部材１は対称軸Ａに沿って延び、組立てられる複数の構造体（不図示）の一面に載置するためのヘッド２を一端に設けており、更に、積み重ねられた構造体に形成された内孔を貫通するための実質的に滑らかなシャンク４を備えている。
このシャンクは、円筒状または円錐状でもよい。
固定部材１はネジ部を形成された端部６を備えている。この端部６は前記積み重ねられた構造体の反対側の面から突出する。
【００２１】
図１においては、図面を簡潔にするためネジ部は示していない。ネジ部が形成された端部の端面８には凹部１０が形成されている。この凹部１０は端部６の範囲内で所定の深さで形成され、この実施例にあっては底部を円錐形にしている。
【００２２】
図２は前記端面８に形成した凹部１０の断面を示す。凹部１０は外縁１２を有する。固定部材を端面側から見た状態で、前記外縁１２は複数の突出部が連続した線となる。
【００２３】
外縁１２は外縁に沿って均等に分配された５つの同一の突出部Ｌから成る。トルクが充分なレベルを超えるには、突出部の数は少なくとも３つあればよい。また、突出部の数は７つ以下が有利である。この数を超えると、製造の過程でネジ部の径に比例して端部６の好ましくない径の膨張を招く。
【００２４】
好ましくは、どの２つの突出部も径方向において正対しないように配置する。これによりねじ付き端部６の放射方向の変形を制限することができる。
より好ましくは、突出部Ｌの数は転造の際にクラックの発生を制限するため奇数にする。
【００２５】
各突出部Ｌの断面は３つの円弧が連続して形成されている。即ち、
−半径Ｒ１を有する凸状第１円弧１４と、
−第１円弧１４の両サイドに位置する半径Ｒ２を有する２つの凹状第２円弧１６からなる。
各突出部Ｌは隣接する突出部Ｌと円１８の一部をなす半径Ｒ３の凸状第３円弧を介して連続している。半径Ｒ３はＲ１よりも大きい。
【００２６】
図３に更に細かく説明するように、外縁１２をなぞっている実線は、本発明の第１実施例に従ってできる凹部１０を表す。半径Ｒ１を有する第１円弧と半径Ｒ２を有する第２円弧の接続点では接線が共通する。
【００２７】
第２実施例にあっては、凹部１０は前記とは別の半径Ｒ３Ｕの凸状第３円弧を有する。この円弧は円１８Ｕの一部である。図２と３において点線で示すように、半径Ｒ３Ｕは半径Ｒ３よりも若干（数ミクロン）小さいが依然として第１円弧と半径Ｒ１よりは大きい。
【００２８】
後の実施例では、第２円弧１６は若干長くなっている。これにより円１８Ｕの第３円弧と接点において接戦を共通するようになる。半径Ｒ1とＲ２、半径Ｒ２とＲ３Ｕは接点において接戦を共通する。
【００２９】
端面８は略円形の外周部２０を有する。この外周部２０の直径Ｄfiletはネジ部のベース部分、つまり、ネジ部が形成された端部６のネジの谷の部分の直径に相当する。
端面方向から見た場合、凹部１０の外縁１２は半径Ｄ１の内包円２２に全体が内接している。換言すれば、全ての突出部Ｌは内包円２２の内側にある。
【００３０】
凹部１０は中央に円筒状穴２４、２４Ｕを備えている。この円筒状穴２４、２４Ｕは半径がＲ３（またはＲ３Ｕ）若しくは直径がＤ３（またはＤ３Ｕ）である。
したがって、外縁１２の全ての点は円筒状穴２４、２４Ｕを表す円と内包円２２との間に画成されるリング形状スペース２８の中に収まる。
【００３１】
円２０、２４と２４、２４Ｕは共通の中心点Ｏを持つ、この中心点Ｏは凹部１０の中心点でもある。また理想的には、中心点Ｏは固定部材１の対称軸Ａ上に置かれる。
【００３２】
半径Ｒ１の凸状第１円弧１４の夫々は中心点Ｐを有する。そして全ての中心点Ｐは中心点Ｏを中心とした固有の円の上にあり、また固有の円は直径がリング形状２８の中に収まるように計算される。
【００３３】
２つの凹状円弧１６は夫々中心点Ｎを有する。そして全ての中心点Ｎは中心点Ｏを中心とした固有の円の上にあり、また固有の円は直径がリング形状２８の中に収まるように計算される。
【００３４】
凹部１０は幾つかの異なる方法によって作ることが可能である。
第１の方法は切削加工または曲げ加工（エキスパンディング）であり、
−最初にドリルを用いて直径Ｄ３の孔を形成する。
−次に突出部Ｌを刳り抜くことができる複数の突出部を備えたパンチを用いて突出部を加工する。
この機械的な方法は、単純で速いが、各直径に合わせてパンチを調整しなければならない。
【００３５】
第２の方法は機械加工を含む。この方法は素材を除去して突出部を有する凹部１０を形成するようにプログラムされた工作機械を用いて加工する。中心穴２４、２４Ｕの直径は第３円弧の半径Ｒ３、Ｒ３Ｕの２倍に等しい。この方法は前記第１の方法に比べ速くはないが同じ機械で複数の異なるサイズの凹部に適用できるので自由度が大きい。
【００３６】
第３の方法は鍛造を含む。この方法では突出部を有する凹部１０を１回の工程で形成できる形状をしたパンチで端面を打つ。
凹部１０に応じて製造方法を選択する。ネジ部６を形成するのは凹部１０を形成する前或いは後の何れでもよい。
いずれにしても、凹部１０を収める円２２が十分な大きさでない場合には端部に隆起が発生するおそれがある。
【００３７】
一実施例によれば、凹部１０を画成するための円２２の直径Ｄ１については、係数ｙとして約１．３２〜１．７２を掛けることで外周部２０の直径Ｄfiletに等しくなる。ここで、「約」とはマージンとして数％を許容するということである。
Ｄ１＝Ｄfilet／ｙ
この係数は、いかなるどのような製造方法を選択してもねじ付き端部６の直径Ｄfiletが増加しないことを保証する。このことは、直径Ｄfiletが固定部材１に設定される許容度限度の範囲内で残ることを保証する。
【００３８】
中央穴２４、２４Ｕの直径Ｄ３、Ｄ３ｕは以下の式に示すようにＤ１の分数として定義される。
Ｄ３＝δ×Ｄ１またはＤ３Ｕ＝δ×Ｄ１
δは約０．６３〜０．８８の間の係数である。
この係数δは、凹部１０の内壁と工具の外壁の間に必要なトルクを伝導するのに十分な接触面を保証する。係数が小さくなるほど接触面積は大きくなる。第３円弧１８,１８Ｕの半径Ｒ３、Ｒ３ＵはＤ３、Ｄ３ｕから計算される。
【００３９】
第１の円弧の半径Ｒ１は凹部１０の平均直径に従って定められる。すなわち直径Ｄ１と直径Ｄ３、Ｄ３Ｕの合計値の１/２を半径Ｒ１とする。
Ｒ１＝1/2×（Ｄ１＋Ｄ３）×λ
λは約０．０６〜０．２６の間の係数である。この係数λは、突出部Ｌの表面積が凹部の表面積に比例して得られることを可能にする。また突出部が小さすぎたり大きすぎたりすることがないことを保証する。突出部が小さすぎると突出部の外縁に大きな負荷がかかり、突出部が大きすぎると凹部にハンドリング工具が挿入された際に変形のリスクが生じる。
【００４０】
第２の円弧の半径Ｒ2は第１の円弧の半径Ｒ１の分数として表される。典型的には、Ｒ2＝Ｋ×Ｒ１
Ｋは約０．６６〜１．０６の間の係数である。この係数Ｋは、凹部１０とハンドリング工具の先端との間に最適な接触面を形成するように半径Ｒ１とＲ２とを関連付ける。
【００４１】
この特徴的な形状のため、凹部１０は、円筒状の中心穴２４、２４Ｕを有し、この中心穴の直径Ｄ３、Ｄ３ｕが従来の突出部を備えた凹部の中心穴の直径に比較して増大している。
この特徴により、工具が固定部材の凹部１０に挿入され固定部材が回転しないようにした状態で、端部６に形成されたネジ部にナットを締め付ける間、大きなトルクがシステム内で発生することが許容される。
【００４２】
円１６上の２本の凹状第２円弧は円１４上の第１円弧と円１８、１８Ｕ上の第３円弧は鋭角な接点が生じないようにつながっている。これらの凹状円弧はまた工具との圧接点を作り出し、これにより突出部Ｌ内における工具の保持力が向上する。
【００４３】
係数ｙ、δ及びＫは凹部１０を構成する突出部Ｌの数と固定部材の直径を決める際に考慮される。
これらの値を遵守することで、突出部の内壁に十分な面積を確保でき、凹部内の工具の先端が反応トルクによってずれないようにすることができる。表面積が最大化されることで許容できるトルクのレベルも最大化され、凹部が変形するリスクは最小化される。
【００４４】
本発明には前記したように凹部１０内に挿入可能な凸形状の雄要素も含まれている。
この種の雄要素は、自動または手動工具の先端に取り付けられるチップの先端部として若しくはレンチなどの手動工具の先端部として形成される。
【００４５】
図４はハンドリング工具のチップ３０を示す。このチップ３０は対称軸Ｂに沿って延び本発明の一実施例である雄要素からなる端部３２を備える。チップ３０の他方の端部３３は工具に連結される。端部３２は雄要素３４からなり、この雄要素３４は凸形状をなし、図５に示すように外縁３６を有し、その断面形状は複数の突出部が連続した曲線となっている。
【００４６】
好ましい一実施例としては、外縁３６は５つの等しい突出部Ｌ０からなり、これら突出部は外縁に沿って均等に配分されている。また、前記凹部１０の場合と同様に、突出部の数は３以上７以下とする。
【００４７】
雄要素３４は凹部１０の形状と相補的（凹部と凸部が逆）である。したがって、断面図で見て各突出部Ｌ０は連続した円弧から構成されている。
即ち、
−第１の半径Ｒ３８を有する凸状の第１円弧３８
−第２の半径Ｒ４０を有する凹状の第２円弧４０、第２円弧４０は第１円弧３８の両脇に位置している。
各突出部Ｌ０は隣接する突出部Ｌ０に第３の半径Ｒ４２を有する凸状の第３円弧４２を介して連結している。この第３の半径Ｒ４２は第１の半径Ｒ３８よりも大きい。
【００４８】
端面側から見ると、外縁３６は半径Ｄ４４の円４４内に全体が収まっている。
このような形状とすることで、チップ３０の端部３２は中央の円柱部４６を備える。この円柱部４６の直径Ｄ４２は第３の半径Ｒ４２の２倍に等しい。円柱部４６の直径Ｄ４２は従来の工具の中央部の断面の直径と比べて大きい。この特徴により、固定部材１の端部６のネジ部にナットを締め付けている間に、固定部材が回転しないようにチップ３０を凹部１０に挿入した際の大きなトルクをパスすることができる。同じシャンク径を有する従来の固定部材についても同様である。
【００４９】
雄要素３４としては、チップ３０が一段高くなった凹部１０に嵌入されるときに、図６に示すように、適切なクリアランスＪが雄要素３４の外壁と凹部１０の内壁の間に存在するのが好ましい。
【００５０】
クリアランスＪは、仮にシール剤やペイントが凹部１０内に存在する場合でも簡単にチップ３０を凹部１０に対して挿抜できるものを選定する。
【００５１】
外縁が収められる円４４の直径Ｄ４４は前記凹部１０の直径Ｄ１によって決められる。この凹部１０にはチップ３０が挿入されること、必要な製造許容度（公差）及びクリアランスＪが考慮される。
【００５２】
中央の円柱部４６の直径Ｄ４２は直径Ｄ４４を用い、以下の式で計算される。
Ｄ４２＝δ×Ｄ４４
δは前記凹部１０で用いた係数と同じで、約０．６３〜０．８８の値である。
第３の半径Ｒ４２は中央の円柱部４６の直径Ｄ４２を２で割ることで直接計算される。
【００５３】
第１の半径Ｒ３８は端部３２の平均径によって決められる。即ち、円４４の直径Ｄ４４と中央の円柱部４６の直径Ｄ４２を足して２で割ることで求められる。
即ち、
Ｒ３８＝1/2×（Ｄ４２＋Ｄ４４）×λ
λは前記凹部１０で用いた係数と同じで、約０．０６〜０．２６の値である。
【００５４】
第２の半径Ｒ４０は第１の半径Ｒ３８の分数として求められる。
即ち、
Ｒ４０＝Ｋ×Ｒ３８
Ｋは前記凹部１０で用いた係数と同じで、約０．６６〜１．０６の値である。
図６は要素を組み付けた状態での応力のシミュレーションを示し、ハンドリング工具に取り付けられるチップ３０をシステム内に組み込み、本発明の一実施例に係る端部３２を同じく本発明の一実施例に係る凹部１０内に挿入している。端部３２の直径は１インチ（１２．７０ｍｍ）、発生する反応トルクは２．６６Ｎ.ｍ.である。
【００５５】
ナットを端部６に締め付ける際の反作用としてチップの回転方向に応じて各突出部Ｌの一方の面で、凹部１０の円弧１６と端部３２の円弧４０とが接触するが、接触領域は限定されている。
【００５６】
これらのゾーンのうち矩形で囲まれたゾーンＺ１に着目すると、応力は明らかに限られている。この現象はねじ付き端部６および端部３２のうち、特にねじ付き端部では応力が外縁まで到達していない。
【００５７】
凹部１０にあっては第１円弧１４と第３円弧１８では応力は殆どゼロで、チップ３０の端部３２にあっては第１円弧３８と第３円弧４２での応力は小さい。第３円弧４２にあっては極めて小さい応力の２つのゾーンＺ２が非常に離れて存在する。
【００５８】
図７は、従来の６つのソケット表面を有する六角形の凹部１０’に六角形のチップ３０’を挿入して結合し、これにねじれモーメントを与えた場合に発生する応力を計算したものである。
【００５９】
応力のスケールは図６と同じであり、ネジ部の直径及び加えるトルクも同じである。凹部１０’とチップ３０’のゾーンＺ１’で特定される応力は、本発明の一実施例として示した凹部１０及びチップ３０で発生する応力に比べ明らかに高く範囲も広い。
【００６０】
図８は、従来の複数の突出部を備えた凹部１０”に複数の突出部を備えた先端３０”を挿入して結合し、これにねじれモーメントを与えた場合に発生する応力を計算したものである。
【００６１】
応力のスケールは図６及び図７と同じであり、ネジ部の直径及び加えるトルクも同じである。凹部１０”とチップ３０”のゾーンＺ１”で特定される応力は、本発明の一実施例として示した凹部１０及びチップ３０で発生する応力に比べ明らかに高く範囲も広い。
【００６２】
更に、隣接する突出部をつなぐ凸状円弧に形成される連結ゾーンＺ２”にも明確に応力が発生している。これら応力は本発明の端部３２に発生する応力と比べて明らかに高く範囲も広い。
【００６３】
このことは、本発明の雄要素３４を備えたチップ３０を凹部１０に挿入し所定のトルクを加えた場合、殆ど変形せず、チップ３０の破損は殆ど生じないと言える。固定部材１はこのチップ３０により更に強く締め付けられる。
【００６４】
凹部１０とチップ３０の凸状をなす第３の円弧１８,４２はチップ３０の外周に発生するストレス及び永久歪を低減する。
【００６５】
本発明に係る凹部１０は上記した形状的な特徴をもつため、同じ直径、同じトルク、同じ素材の従来の突出部を備えた凹部に対して塑性変形に至るトルクが２０％向上し、また従来の六角穴に対して塑性変形に至るトルクが６０％向上する。
【００６６】
本発明の一実施例によれば、本発明は凹部１０の整合性を点検するためのテストゲージ５０にも関する。前述したようにテストゲージ５０は雄要素の形をした端部を有する。
【００６７】
実際に、前述した製造方法のうちのどれかで凹部を製造した後に、当該凹部と制作図面との整合性をチェックすることが、固定部材１の品質管理において行われる。このためのテストゲージ５０は図９に示すように把持部５２を備え、全体が細長い形状で２つの対向する端部５４、５６を有する。第１端部５４には、前述した雄要素３４と同一の第１雄要素５８が設けられている。
また図示しない別の実施例では、ゲージのボディをいくつかの端部（例えば十字または星）から成る形状とすることができる。
【００６８】
前記第１雄要素５８からなる突出部の断面形状は、３つの円弧を連続した形状である。即ち、
−第１の半径を有する凸状の第１円弧
−第１円弧の両脇に配置され第２の半径を有する凹状の第２円弧
各突出部は隣接する突出部と凸状をなす第３円弧でつながっており、この第３円弧の半径は第１円弧の半径よりも大きい。
【００６９】
雄要素５８は凹部１０に嵌入されるときには、起立した形状になるように設定することが好ましい。この起立した形状の雄要素５８の外壁と凹部１０の内壁の間に適切なクリアランスが存在する。しかしながら、このクリアランスは先端３０の雄要素３４のために選択されるクリアランスＪより小さい。
【００７０】
第１の雄要素５８の寸法（突出部の半径、中央円柱部の直径）は、クリアランスで最も近いレベルの雄要素３４と同様に定義される。したがって、寸法決定のルールについてはここでは繰り返さない。
【００７１】
この第１の雄要素５８は、凹部１０の外縁１２が制作図面によって定義される寸法より小さい半径があるか否かを確認する。
もし、雄要素５８が凹部１０に入らない場合には固定部材１は不適合として廃棄される。
【００７２】
雄要素５８が凹部１０に入った場合には、オペレータは所定の寸法が大きすぎないかをチェックする必要がある。このため、テストゲージ５０は第２端部５６を有する。この端部は例えば凹部１０の第３の半径Ｒ３より大きい半径の円形横断面を有する第２の雄要素６０を備える。この第２の雄要素６０は、中心円筒穴２４、２４ｕの直径が先端３０の中央円柱部４２の直径Ｄ４２に対して大きすぎないことをチェックする。このテストゲージ５０はナットを締めるときに固定部材１を維持するためにも用いる。
【００７３】
変形例として、図１０に示すように、３つの突出部からなる第３の雄要素６０’を端部５６に設けることができる。各突出部の頂点部分の断面は検査される凹部１０の第１半径Ｒ１よりも小さい半径を有する円弧によって形成されている。これらの半径の中心は１つの円周上に置かれ、第３の雄要素６０’が内接する円の直径が凹部１０の内包円２２の直径Ｄ１より大きくなる。そこで、この第３の雄要素６０’は凹部１０の内包円２２の直径Ｄ１が大きすぎないことをチェックする。
【００７４】
変形例として、図１１に示すように、３つの突出部からなる第４の雄要素６０”を端部５６に設けることができる。各突出部の頂点部分の断面は検査される凹部１０の第１半径Ｒ１よりも若干大きい半径を有する円弧によって形成されている。
これらの半径の中心は１つの円周上に置かれ、第４の雄要素６０”が内接する円の直径は凹部１０の内包円２２の直径Ｄ１と等しいか小さくなっている。そこで、この第４の雄要素６０”はナットを締めるときに固定部材１を維持するためにも用いるチップ３０の第１半径に対して凹部１０の第１半径Ｒ１が大きすぎないことをチェックする。
【００７５】
第３または第４の雄要素６０’、６０”からなる端部５６を凹部１０に出し入れしつつ連続してゲージを回転させることですべての突出部を検査する。そして、第３または第４の雄要素６０’、６０”が１回でも凹部１０に入ってしまった場合には不適合として廃棄する。
【００７６】
実際に、雄要素６０、６０’または６０”の寸法のうちの１つでも受け入れられる最大寸法より大きい場合、大きすぎるクリアランスがチップ３０の端部３２と凹部１０の間に存在することになり、接触面の大きさが許容される最大トルクを伝達できる大きさにならない。これは、凹部１０の突出部Ｌおよび／またはチップ３０の劣化に至る。
【００７７】
テストゲージのボディ５２には、点検される凹部１０のための少なくとも一つの不適合表示６２が具備されている。この表示は第２雄要素６０、第３雄要素６０’または第４雄要素６０”のいずれかと関連する第２端部５６の近くに設けられる。
【００７８】
視覚的な表示の一例としては「ＮＯ  ＧＯ」が示される。雄要素６０、６０’または６０”のいずれかが凹部１０に入る場合、この固定部材１が不適合の理由で廃棄されなければならないことをオペレータに知らせる。
【００７９】
テストゲージは、点検される凹部のための整合インジケータ６４をゲージ５０のボディ５２上の第１端部５４に近い箇所に備える。視覚的な表示の一例としては「ＧＯ」が示される。
【００８０】
整合または不適合インジケータとしては、オペレータが理解できる言葉で書かれた視覚インジケータの他に、適切なサイン、色分け或いは点字等の浮いた模様でもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１…固定部材、２…ヘッド、４…シャンク、６…ネジ部が形成された端部、８…端面、１０、１０’、１０”…凹部、１２…外縁、１４…凸状第１円弧、１６…凹状第２円弧、１８、１８Ｕ…凸状第３円弧、２０…外周部、２２…内包円、２４、２４Ｕ…円筒状孔、２８…リング形状領域、３０、３０’、３０”…チップ、３２、３３…チップの端部、３４…雄要素、３６…外縁、３８…凸状第１円弧、４０…凹状第２円弧、４２…凸状第３円弧、４４…内包円、５０…テストゲージ、５２…把持部、５４、５６…テストゲージの端部、５８…第１雄要素、６０…第２の雄要素、６０’…第３の雄要素、６０”…第４の雄要素、Ａ…固定部材の対称軸、Ｂ…チップの対称軸、Ｌ、Ｌ０…突出部、Ｒ１、Ｒ３８…第１円弧の半径、Ｒ２、Ｒ４０…第２円弧の半径、Ｒ３、Ｒ３Ｕ、Ｒ４２…第３円弧の半径、Ｄfilet…外周部の直径、Ｄ１…内包円の直径、Ｄ３、Ｄ３Ｕ…円筒状孔の直径、Ｐ…凸状第１円弧の中心点、Ｎ…凹状第２円弧の中心点、Ｄ４４…内包円の半径、Ｚ１、Ｚ２…ゾーン。
【図１】
2012112523.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
A FIXING MEMBER WITH A RECESS AT THE END OF ITS THREADED SHANK, A MALE ELEMENT, A HANDLING TOOL AND A GAUGE COMPRISING SUCH A MALE ELEMENT
TECHNICAL FIELD
The invention relates to a fixing member comprising a threaded end, one end face of which has a recess capable of cooperating with a handling tool or testing gauge, a male element, raised in shape, capable of being inserted into a recess of a fixing member, in addition to a handling tool and testing gauge comprising such a male element.
This type of fixing member is intended to be associated with a nut so as to assemble at least two parts from a single side of the assembly.
One preferred application of the invention can be found in the aeronautics industry. However, this invention may be used in any other industrial field, in particular in the event that access to one of the sides of the parts being assembled is difficult.
PRIOR ART
Document FR2809781 is known and relates to a fixing member comprising a head and a threaded end, an end face of which has a recess, multilobed in shape, intended to cooperate with a tool with a corresponding shape. The multilobed shape enables significant tightening torque to be applied and also avoids the formation of cracks in the metal making up the fixing member, in particular in the event that the thread is produced by rolling after the recess has been obtained by plastic deformation of the metal. According to one embodiment, the lobes of the recess are formed by an outer arc of a circle and by two flat lateral faces, the adjacent lobes therefore being connected by inner arcs of a circle tangent to the flat faces. According to another embodiment, the lobes of the recess are formed by an outer arc of a circle with two inner arcs of a circle with a larger curve radius.
Such a fixing member is used in the following manner: it is placed in an opening made through at least two structures being assembled, with its head resting on one side of the structures being assembled. A nut is placed on the other side of the structures on the threaded end protruding from the opening. A handling tool, comprising a raised tip complementing the recess of the fixing member, inserts the tip into the recess so as to maintain the fixing member fixed in rotation in relation to the structures being assembled. This same tool, also comprising means for tightening a nut, screws the nut onto the threaded end maintained fixed in rotation by the tip of the tool, by developing a certain level of tightening torque. This torque is all the more significant when the nut is a lock nut and/or when the stress increases within the assembly. A reaction torque is therefore produced between the recess of the threaded end and the tip, which tends to make the end pivot within the recess of the fixing member. Thanks to the complementary multilobed shapes and to the specific dimensions of the recess and the raised shape, no damage appears in the ring-shaped region located around the peripheral edge of the recess and the nut is screwed onto the fixing member in a satisfactory manner.
Although this recess provides a significant improvement with regard to the hexagonal recesses well known in the prior art, the maximum torque at which the fixing member may be assembled onto the assembly without excessive deformation is limited. Any increase in torque beyond this limit causes deformations, in particular to the tips of the tightening or removing tool.
One purpose of the invention is therefore to provide a threaded fixing member capable of being assembled with more torque than that of the fixing members in the prior art. The invention also relates to a male element with a shape complementing that of the recess, which has improved torque strength.
DESCRIPTION OF THE INVENTION
The invention relates to a fixing member with a threaded end, one end face of which has a recess, multilobed in shape, designed to avoid the appearance of cracks in the threaded end in the event that the thread is produced by rolling after the recess has been obtained by forging, expanding or machining. This recess also enables the member to support a more significant level of reaction torque without affecting its traction or fatigue behaviour and in particular in the threaded end.
According to the invention, this result is obtained by means of a fixing member extending along an axis of symmetry, comprising a threaded end, one end face of which contains a recess. The recess comprises a peripheral edge in the form of a multilobed continuous curved line, the cross-sections of each lobe being defined by a continuous series of three arcs of a circle, i.e. a first convex arc of a circle with a first radius, on either side of which a second concave arc of a circle with a second radius are positioned. Each lobe is connected to the adjacent lobe via a third convex arc of a circle with a third radius larger than the first radius.
Tests performed by the applicant have demonstrated that the stresses that developed in the threaded end were confined and of a low level when a tool is inserted into the recess and when a nut is screwed onto the outer thread of the fixing member. The level of deformation of this same end is thus low.
The invention also relates to a male element that can be incorporated into a handling tool or a testing gauge.
According to the invention, the male element is capable of being inserted into a complementary recess of a fixing member. It has a raised shape comprising a peripheral edge in the form of a multilobed continuous curved line. The cross-sections of each lobe are defined by a continuous series of three arcs of a circle, i.e. a first convex arc of a circle with a first radius, on either side of which a second concave arc of a circle with a second radius are positioned. Each lobe is connected to the adjacent lobe via a third convex arc of a circle with a third radius larger than the first radius.
Tests performed by the applicant have demonstrated that the stresses that developed in such a male element assembled at the end of a handling tool and subject to reaction torque were also confined and of a low level. Therefore, the outer shape of the male element is solicited to a lesser degree under the same reaction torque created by the fixing of a nut.
The invention also relates to a handling tool comprising a male element according to the invention.
The invention also relates to a testing gauge comprising a male element according to the invention.
BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
The invention and its advantages will be better understood after reading the following description, which is provided for purposes of illustration only and with reference to the accompanying figures, wherein:
-      figure 1 is a perspective view of a fixing member with a multilobed recess according to one embodiment of the invention,
-      figure 2 is an end view of the threaded end of a fixing member with a multilobed recess according to one embodiment of the invention,
-      figure 3 is a close-up end view of a part of the threaded end of the fixing member with a multilobed recess according to one embodiment of the invention,
-      figure 4 is a side view of a tip according to one embodiment of the invention, with a multilobed raised shape,
-      figure 5 is an end view of an end of a tip according to one embodiment of the invention, with a multilobed raised shape,
-      figure 6 is a schematic representation of the stresses that developed within a system viewed from its transversal cross-section, said system comprising a tip according to one embodiment of the invention, assembled onto a handling tool, the tip being inserted into a recess according to one embodiment of the invention, and subject to reaction torque,
-      figure 7 is a schematic representation of the stresses that developed within a system viewed from its transversal cross-section, said system comprising a hexagonal tip assembled onto a handling tool and inserted into a hexagonal recess from the prior art, with the tip being subject to reaction torque,
-      figure 8 is a schematic representation of the stresses that developed within a system viewed from its transversal cross-section, said system comprising a multilobed tip from the prior art, assembled onto a handling tool and inserted into a multilobed recess from the prior art, with the tip being subject to reaction torque,
-      figure 9 is a perspective view of a testing gauge for a recess according to one embodiment of the invention, one end of which is equipped with a multilobed, raised male element according to one embodiment of the invention,
-      figure 10 is an end view of an end of a testing gauge intended to check a dimension of a multilobed recess according to one embodiment of the invention,
-      figure 11 is an end view of an end of a testing gauge intended to check another dimension of a multilobed recess according to one embodiment of the invention.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Figure 1 represents a fixing member 1 according to one embodiment of the invention. This member can be made from any metal, and preferably, for application in the aeronautics industry, from a metal with a high limit of elasticity and with low plastic deformation such as a titanium alloy.
The fixing member 1 extends along an axis of symmetry A and comprises a head 2 at one end, intended to rest on one side of a stack of structures being assembled, not represented, in addition to a substantially smooth shank 4, intended to cross a bore made in the stack of structures. This shank can be cylindrical or conical in shape. The fixing member 1 also comprises a threaded end 6 intended to protrude from the other end of the stack of structures. In figure 1, the thread is not represented for clarity purposes. The threaded end 6 has an end face 8 onto which a recess 10 is produced. The recess 10 extends within the threaded end 6 over a certain distance and in this example has a conical base.
Figure 2 represents a cross-section of the recess 10 on the end face 8. The recess 10 comprises a peripheral edge 12 which forms a continuous multilobed line when the fixing member is viewed from its end. The peripheral edge 12 comprises five identical lobes L, evenly distributed on the peripheral edge 12. Advantageously, the number of lobes is at least three, so as to pass a sufficient level of torque. Advantageously, the number of lobes is less than or equal to seven. Beyond this number, the method of manufacturing could generate the undesired radial expansion of the threaded end 6 according to the diameter of the thread.
Preferably, the lobes are positioned so that any two lobes are not diametrically opposed so as to limit the radial deformation of the threaded end 6. More preferably, the number of lobes is uneven so as to limit any cracks from appearing during thread rolling.
The cross-section of each lobe L is formed by a continuous series of three arcs of a circle, i.e.:
-      a first convex arc of a circle 14 with a first radius R1,
-      two second concave arcs of a circle 16 with a second radius R2, positioned either side of the first convex arc of a circle 14.
Each lobe L is connected to the adjacent lobe L via a third convex arc of a circle 18 with a third radius R3 larger than the first radius R1.
As represented more precisely in figure 3, the solid line tracing the peripheral edge 12 is that of a recess 10 produced according to a first embodiment of the invention. The radii R1 and R2 are tangent in their connection points. 
According to a second embodiment, the recess 10 has a third convex arc of a circle 18u with a third radius R3u, represented as a dotted line in figures 2 and 3, slightly smaller than R3 by several microns and therefore still larger than the first radius R1. In the latter example, the two arcs of a circle 16 are slightly longer so as to be tangent to the ends of the third arc of a circle 18u. The radii R1 and R2, and R2 and R3u are tangent in their connection points.
The end face 8 has an outer circumference 20 generally circular in shape, with a diameter Dfilet corresponding to the diameter of the thread base of the threading, i.e. to the diameter of the threaded end 6 at the bottom of the threads.
When viewed from its end, the peripheral edge 12 of the recess 10 is fully inscribed in a circle 22 of diameter D1. In other words, all of the peaks of lobes L are located on the circle 22.
The recess 10 has a central cylindrical hollow 24, 24u with a third radius R3, R3u or even with a diameter D3, D3u. 
Therefore, all of the points of the peripheral edge 12 are included within a ring-shaped space 28 defined by circles 24, 24u and 22.
Circles 20, 22 and 24, 24u have the same centre point O, the centre of the recess 10. This point O is ideally located on the axis of symmetry A of the fixing member 1.
The first convex arcs of a circle 14 with a radius R1 each have the centre point P. All of the points P are located on a unique circle with a centre O and with a diameter calculated so that this circle is located within the ring-shaped space 28.
The two concave arcs of a circle 16 each have a centre point N. All of the points N are located on a unique circle with a centre O and with a diameter calculated so that this circle is located within the ring-shaped space 28.
The recess 10 can be produced in several different ways.
A first method involves broaching or expanding, which consists in:
-      firstly boring the threaded end 6 to a diameter D3 using a drill
-      secondly broaching or expanding the multilobed shape using a punch with a multilobed raised shape capable of creating hollow lobes L.
This method of manufacture is simple and fast, however requires the adjustment of punches adapted to suit each diameter.
A second method involves machining. This consists in machining the recess 10 with a programmed machine tool that removes the material so as to obtain a multilobed recess, the central hollow 24, 24u of which has a diameter equal to twice the third radius R3, R3u. This method of manufacture is not as fast as the former, however is more flexible, as the same machine tool can be used to produce several different recess sizes.
A third method involves forging. This consists in hitting this end with a shaping punch so as to create the multilobed shape in a single step.
According to the method of manufacturing the selected recess 10, the thread 6 can be produced either before the formation of the recess 10 or afterwards.
In any event, there is a risk of bulging occurring in the end if the circle of inscription 22 for recess 10 is not dimensioned to avoid this effect.
According to one embodiment of the invention, the diameter D1 of the circle of inscription 22 for the recess 10 is defined as being equal to the result of the diameter of the thread base Dfilet over a coefficient γ of between approximately 1.32 and approximately 1.72. The term approximately in this instance and hereinafter in the description can be understood as meaning that a margin of several percent is acceptable.
D1 = Dfilet / γ
This coefficient guarantees that for whatever selected method of manufacture, the diameter Dfilet of the threaded end 6 will not increase. This therefore assures that the diameter Dfilet remains within the tolerance limits set for the fixing member 1.
The diameter D3, D3u of the central hollow 24, 24u is defined as being a fraction of D1, according to the formula:
D3 = δ x D1,
Or D3u = δ x D1,
δ being a coefficient of between approximately 0.63 and approximately 0.88.
This coefficient ensures that the contact surface between the inner walls of the recess 10 and the outer walls of the tool being inserted is sufficient to transmit the required torque. The smaller this coefficient, the larger the contact surface. From the D3, D3u calculation, the radius R3, R3u of the third convex arc 18, 18u is deduced.
The first radius R1 is defined according to the average diameter of the recess 10, i.e. according to the half-sum of the diameter D1 and the diameter D3, D3u.
This is equal to:
R1 = 1/2 x (D1 + D3) x λ,
λ being a coefficient of between approximately 0.06 and approximately 0.26.
This coefficient λ enables a lobe L to be obtained with a surface area relatively proportional to the surface area of the recess. It assures that the lobe is not too small, which would create too much stress in the peripheral zone of the lobe, nor too big, which would lead to deformation risks when a tip of a handling tool is inserted into the recess 10.
The second radius R2 is defined as being a fraction of the first radius R1. Typically,
R2 = K x R1,
K being a coefficient of between approximately 0.66 and approximately 1.06.
This coefficient K connects the radii R1 and R2 so as to ensure an optimal contact surface between the recess 10 and the tip of a handling tool.
Thanks to this specific geometry, the recess 10 has a central cylindrical hollow 24, 24u, the diameter D3, D3u of which is increased in relation to the diameter of the central hollow of the multilobed recesses from the prior art. This characteristic enables more reaction torque to be passed within the system when a tool is inserted into the recess 10 and maintains the fixing member 1 fixed in rotation during a tightening operation of a nut on a threaded end 6.
The two concave arcs of a circle 16 ensure a transition without an acute angle between the first arcs of a circle 14 and the third arcs of a circle 18, 18u. Their concave shape also creates a pressure point on the tool, thus improving the holding of the tool in the lobes L.
The ranges of coefficients γ, δ and K take into account the possible number of lobes of the recess 10 and the diameter of the fixing member 1. Compliance with these values enables the development of a large enough surface area of the inner walls of the lobes, to maintain the tip of the tool within the recess without the latter sliding under the reaction force. The surface area is maximised to enable the passage of a maximised level of torque. The deformation risks for the recess are also minimised.
The invention also relates to a male element with a raised shape, capable of being inserted into a recess 10 according to the invention, as previously described. Such a male element may make up an end of a tip assembled onto a nose of a motorised or manual handling tool, or make up an end of a manual handling tool such as a wrench.
Figure 4 represents a tip 30 of a handling tool, extending along an axis of symmetry B and comprising an end 32 of a male element according to one embodiment of the invention. The other end 33 of the tip is suitable for being assembled within the tool. The end 32 is a male element 34, raised in shape, with a peripheral edge 36, the cross-section of which, as represented in figure 5, is a multilobed continuous curved line. According to one preferred embodiment of the invention, the peripheral edge 36 comprises five identical lobes Lo, evenly distributed on the peripheral edge 36. Alternatively, the number of lobes is at least three and at most seven lobes so as to adapt to the shape of the recess 10.
As the male element 34 is complementary in shape to the recess 10, the cross-section of each lobe Lo is formed by a continuous series of three arcs of a circle, i.e.:
-      a first convex arc of a circle 38 with a first radius R38,
-      two second concave arcs of a circle 40 with a second radius R40, positioned either side of the first convex arc of a circle 38.
Each lobe Lo is connected to the adjacent lobe Lo via a third convex arc of a circle 42 with a third radius R42 larger than the first radius R31.
When viewed from its end, the peripheral edge 36 is fully inscribed in a circle 44 of diameter D44.
Thanks to this specific geometry, the end 32 of the tip 30 has, in particular, a central cylindrical section 46, the diameter D42 of which - equal to twice the third radius R42 - is increased in relation to the diameter of the central section of the tools from the prior art. This characteristic enables more reaction torque to be passed when the tip 30 is inserted into the recess 10 and maintains the fixing member 1 fixed in rotation during a tightening operation of a nut on the threaded end 6, for the same shank diameter of a fixing member from the prior art.
The male element 34 is preferably configured so that, when the tip 30 is inserted into the raised recess 10, a suitable clearance J exists - visible in figure 6 - between the outer walls of the male element 34 and the inner walls of the recess 10.
The clearance J is chosen so that the tip can be easily inserted and removed from the recess 10, even in the presence of additional material such as a sealant or paint.
The diameter D44 of the circle of inscription 44 is defined according to the diameter D1 of the recess 10 into which the tip 30 is intended to be inserted, taking into account the required manufacturing tolerances and clearance J.
The diameter D42 of the central cylindrical section 46 is calculated according to this diameter D44, using the formula:
D42 = δ x D44,
δ being the same coefficient as that used for the recess 10, of between approximately 0.63 and approximately 0.88. The third radius R42 is directly deduced by dividing the diameter D42 of the central cylindrical section 46 by two.
The first radius R38 is defined according to the average diameter of the end 32, i.e. according to the half-sum of the diameter D44 of the circle of inscription 44 and the diameter D42 of the central cylindrical section 46.
This is equal to:
R38 = 1/2 x (D42 + D44) x λ,
λ being the same coefficient as that used for the recess 10, of between approximately 0.06 and approximately 0.26.
The second radius R40 is defined as being a fraction of the first radius R38. Typically:
R40 = K x R38,
K being the same coefficient as that used for the recess 10, of between approximately 0.66 and approximately 1.06.
Figure 6 shows the stresses simulated by finished elements, developed within a system comprising a tip 30 born by or integrated into a handling tool, the end 32 of which according to one embodiment of the invention is inserted into a recess 10 according to one embodiment of the invention, with a diameter of half an inch or 12.70 mm, and subject to a reaction torque of 2.66 N.m.
The contact zones are limited to the two arcs of a circle 16 of the recess 10 and 40 of the end 32, on one side of each lobe L according to the direction of rotation of the tip in reaction to the tightening of a nut on the threaded end 6.
In one of these zones, identified in the figure by the rectangular zone Z1, the stresses can be clearly seen as confined, whether this is in the threaded end 6 or in the end 32. In particular, they do not reach the peripheral edge of the threaded end.
The stresses are almost zero in the first arcs of a circle 14 and third arcs of a circle 18 of the recess 10, and low in the first arcs of a circle 38 and third arcs of a circle 42 of the end 32. Two very localised and very low stress zones Z2 appear in the third arcs of a circle 42 of the end 32.
Figure 7 represents the stresses calculated per finished element generated within a hexagonal recess 10' with six socket faces from the prior art and within a hexagonal tip 30' inserted into the recess 10' and subject to torsional moment. The stress scale is the same as that in figure 6. For the same thread diameter and at constant torque, the stresses within the recess 10' and the tip 30' identified by the zone Z1' are clearly higher and more widespread than those generated within a multilobed recess 10 and within a tip 30 according to one embodiment of the invention.
Figure 8 represents the stresses calculated per finished element generated within a multilobed recess 10" from the prior art and within a multilobed tip 30" inserted into the recess 10" and subject to torsional moment. The stress scale is the same as that in figures 6 and 7. For the same thread diameter and at constant torque, the stresses within the recess 10" and the tip 30" identified by the zone Z1" are clearly higher and more widespread than those generated within a multilobed recess 10 and within a tip 30 according to one embodiment of the invention.
Moreover, stresses clearly appear within all connection zones Z2" in the form of a convex arc of a circle between the lobes. Their level and range are clearly higher than those of the stresses developed in an end 34 according to the invention.
This means that a tip 30 with a male element 34 according to the invention, inserted into a recess 10 and subject to torque, will undergo little deformation: breakage of the tip 30 will occur less often. More fixing members 1 can therefore be tightened with the same tip 30. Indeed, the concave shape of the third arcs of a circle 18, 42 of the recess 10 and tip 30 respectively, reduce the solicitations and permanent deformations occurring on the outer diameter of the tip 30.
Thanks to this specific shape, the recess 10 according to the invention enables the transmission, using the same diameter, same torque and same materials, of up to 20 % more torque compared to a multilobed recess from the prior art, and up to 60 % more torque compared to a hexagonal recess from the prior art, before undergoing plastic deformation.
The invention also relates to a testing gauge 50 for checking the conformity of a recess 10 according to one embodiment of the invention, as previously described, comprising an end in the shape of a male element as previously described.
Indeed, after manufacturing the recess according to one of the described methods, the conformity of the recess 10 with the manufacturing drawing is often checked during the quality control for the fixing member 1.
For this purpose, a testing gauge 50 as represented in figure 9 comprises a grippable body 52, with an overall elongated shape, with two opposite ends 54 and 56. A first end 54 comprises a first male element 58 identical to the male element 34 previously described. In an alternative embodiment not represented, the body of the gauge can have a shape comprising several ends, such as a cross or a star.
The cross-section of each raised lobe of the first male element 58 is therefore formed by a continuous series of three arcs of a circle, i.e.:
-      a first convex arc of a circle with a first radius,
-      two second concave arcs of a circle with a second radius, positioned either side of the first convex arc of a circle.
Each lobe is connected to the adjacent lobe via a third convex arc of a circle with a third radius larger than the first radius.
The raised form is preferably configured so that, when the male element 58 is inserted into the recess 10, a suitable clearance exists between the outer walls of the raised form and the inner walls of the recess 10. This clearance is however smaller than the clearance J selected for the male element 34 used for the tip 30.
The dimensions of the first male element 58 - lobe radii, diameters of the central cylindrical section - are defined in the same way as those of the male element 34, to the nearest level of clearance; the dimensioning rules will therefore not be repeated hereinafter.
This first male element 58 checks that the peripheral edge 12 of the recess 10 does not have any radius smaller than those defined by the manufacturing drawing. If the male element 58 does not enter into the recess 10, the fixing member 1 must therefore be discarded for reasons of non-conformity.
If the first male element 58 can be inserted into the recess 10, the operator must check that certain dimensions are not too large. For this purpose, the gauge 50 comprises, at a second end 56, a second male element 60 with a circular cross-section for example, and with a radius larger than the third radius R3 of the recess 10. This second male element 60 checks that the diameter of the central cylindrical hollow 24, 24u is not too large in relation to the diameter D42 of the central cylindrical section 42 of a tip 30, which will be used to maintain the fixing member 1 fixed when tightening the nut.
Alternatively, as represented in figure 10, the end 56 can be fitted with a third male element 60' comprising three lobes, the cross-section of each lobe peak being formed by a convex arc of a circle with a radius smaller than the first radius R1 of the recess 10 being checked. The centres of these radii are positioned on a circle so that the third male element 60' is inscribed in a circle with a diameter larger than the diameter D1 of the circle of inscription 22 of the recess 10. This element 60' checks that the diameter D1 of the recess 10 is not too large.
Alternatively, as represented in figure 11, the end 56 can be fitted with a fourth male element 60" comprising three lobes. The cross-section of each lobe peak is formed by a convex arc of a circle with a radius slightly larger than the first radius R1 of the recess 10 being checked. The centres of these radii are positioned on a circle so that the third male element 60" is inscribed in a circle with a diameter smaller than or equal to the diameter D1 of the circle of inscription 22 of the recess 10. This element 60" checks that the first radius R1 of the recess 10, is not too large in relation to the first radius of a tip 30, which will be used to maintain the fixing member 1 fixed when tightening the nut.
The end 56 comprising a third or a fourth male element 60', 60" is inserted then removed several times from the recess 10, by successively rotating the gauge, so as to check all lobes. If one of the male elements 60', 60" enters into the recess 10, the fixing member 1 must be discarded for reasons of non-conformity.
Indeed, if one of the dimensions of the male elements 60, 60' or 60" is larger than the maximum acceptable dimension, too much clearance exists between the end 32 of a tip 30 and the recess 10 and the contact surfaces will not be dimensioned to transmit the maximum torque permitted. This can lead to the deterioration of the lobes L of the recess 10 and/or of the tip 30.
The body 52 of the testing gauge comprises at least one non-conformity indicator 62 for the recess 10 being checked, located near to the second end 56, bearing one of the second, third or fourth male elements 60, 60' or 60". In the example illustrated, the visual statement "NO GO" is displayed, which informs the operator that if the male element 60, 60' or 60" enters into the recess 10, this fixing member 1 must be discarded for reasons of non-conformity.
The testing gauge can also comprise a conformity indicator 64 for the recess being checked, located on the body 52 of the gauge 50, near to the first end 54. In the example illustrated, the visual statement "GO" is displayed. Evidently, any other conformity or non-conformity indicator can be a visual indicator written in the operator's language or can be comprised from any other appropriate sign, colour or raised marking, such as braille.
6 - A fixing member (1) according to one of claims 1 to 5, characterised in that the peripheral edge (12) of the recess (10) comprises 3 to 7 lobes.
7 - A male element (34, 58) capable of being inserted into a recess, complementary in shape, of a fixing member (1), with a raised shape comprising a peripheral edge (36) in the form of a multilobed continuous curved line, characterised in that the cross-section of each lobe (Lo) is defined by a continuous series of three arcs of a circle, i.e. a first convex arc of a circle (38) with a first radius (R38), on either side of which a second concave arc of a circle (40) with a second radius (R40) are positioned, and in that each lobe (Lo) is connected to the adjacent lobe via a third convex arc of a circle (42) with a third radius (R42,) larger than the first radius (R31).
8 - A male element (34, 58) according to claim 7, characterised in that it comprises a central cylindrical section (46) with a diameter (D42) equal to twice the third radius (R42), and in that it is inscribed in a circle (44) tangent to the lobes (Lo) and with a predefined diameter (D44) so that the ratio between the diameter (D42) of the central cylindrical section and the predefined diameter (D44) of the circle of inscription (44) is between approximately 0.63 and approximately 0.88.
9 - A male element (34, 58) according to claim 8, characterised in that the first radius (R38) is defined by the formula:
R38 = 1/2 x (D42 + D44) x λ,
D44 being the predefined diameter of the circle of inscription (44),
D42 being the diameter of the central cylindrical hollow (46),
λ being a coefficient of between approximately 0.06 and approximately 0.26.
10 - A male element (34, 58) according to claim 9, characterised in that the ratio between the second radius (R40) and the first radius (R38) is between approximately 0.66 and approximately 1.06.
11 - A male element (34, 58) according to one of claims 7 to 10, characterised in that the peripheral edge of the raised form comprises 3 to 7 lobes.
12 - A handling tool comprising a tip (30) capable of being inserted into a recess (10) of a fixing member (1), characterised in that the tip (30) has an end (32) comprising a male element (34) according to one of claims 7 to 11.
13 - A testing gauge (50) capable of testing at least one dimension of a recess (10) of a fixing member (1) according to one of claims 1 to 6, characterised in that it comprises a grippable body with at least two ends (54, 56), and in that a first end (54) is fitted with a male element (58) according to one of claims 7 to 11.
14 - A testing gauge (50) according to claim 13, characterised in that it comprises a second male element at another end (56), with a circular cross-section (60) chosen so as to have a radius larger than the third radius (R3) of the recess (10).
15 - A testing gauge (50) according to claim 13, characterised in that it comprises a third multilobed male element (60') at another end (56), the cross-section of each lobe peak being formed by a convex arc of a circle with a radius larger than the first radius (R1) of the recess (10) being checked, the third male element (60') being inscribed in a circle with a larger diameter than the circle of inscription (22) of the recess (10).
16 - A testing gauge (50) according to claim 13, characterised in that it comprises a fourth multilobed male element (60") at another end (56), the cross-section of each lobe peak being formed by a convex arc of a circle with a radius smaller than the first radius (R1) of the recess (10) being checked, the fourth male element (60") being inscribed in a circle with the same diameter as the circle of inscription (22) of the recess (10).
17 - A testing gauge (50) according to one of claims 13 to 16, characterised in that it comprises at least one conformity or non-conformity indicator (64, 62) for the recess (10) being checked, positioned near to the first (54) or another end (56).
CLAIMS
1 -    A fixing member (1) extending along an axis of symmetry (A) comprising a threaded end (6), one end face (8) of which contains a recess (10), said recess (10) comprising a peripheral edge (12) in the form of a multilobed continuous curved line, characterised in that the cross-section of each lobe (L) is defined by a continuous series of three arcs of a circle, i.e. a first convex arc of a circle (14) with a first radius (R1), on either side of which a second concave arc of a circle (16) with a second radius (R2) are positioned, and in that each lobe (L) is connected to the adjacent lobe via a third convex arc of a circle (18, 18u) with a third radius (R3, R3u) larger than the first radius (R1).
2 - A fixing member (1) according to claim 1, characterised in that the peripheral edge (12) of the recess is inscribed in a circle (22) centred around the axis of symmetry (A) and in that the ratio between the diameter of the thread base (Dfilet) of the threaded end (6) and the diameter (D1) of the circle of inscription (22) is between approximately 1.32 and approximately 1.72.
3 - A fixing member (1) according to claim 2, characterised in that the recess comprises a central cylindrical hollow (24, 24u), the diameter (D3, D3u) of which is equal to twice the third radius (R3, R3u) and in that the ratio between the diameter (D3, D3u) of the central cylindrical hollow and the diameter (D1) of the circle of inscription (22) is between approximately 0.63 and approximately 0.88.
4 - A fixing member (1) according to claim 3, characterised in that the first radius (R1) is defined by the formula:
R1 = 1/2 x (D1 + D3, 3u) x λ,
D1 being the diameter of the circle of inscription (22).
D3, 3u being the diameter of the central cylindrical hollow (24, 24u),
λ being a coefficient between approximately 0.06 and approximately 0.26.
5 - A fixing member (1) according to claim 4, characterised in that the ratio between the second radius (R2) and the first radius (R1) is between approximately 0.66 and approximately 1.06.
ABSTRACT
A FIXING MEMBER WITH A RECESS AT THE END OF ITS THREADED SHANK, A MALE ELEMENT, A HANDLING TOOL AND A GAUGE COMPRISING SUCH A MALE ELEMENT
The invention relates to a fixing member (1) comprising a threaded end (6), one end face of which contains a recess (10) capable of housing a tip, complementary in shape, said recess (10) comprising a peripheral edge (12)  in the form of a multilobed continuous curved line. The cross-section of each lobe L is defined by a continuous series of three arcs of a circle, i.e. a first convex arc of a circle (14) with a first radius (R1), on either side of which a second concave arc of a circle (16) with a second radius (R2) are positioned. Each lobe is connected to the adjacent lobe via a third convex arc of a circle (18, 18u) with a third radius (R3, R3u) larger than the first radius (R1). The invention also relates to a male element (34, 58) with a raised shape complementing that of the recess (10), in addition to a handling tool and a testing gauge (50) comprising such a male element.
Abstract figure: Fig. 2
【図１】
2012112523.tif 000014
【図２】
2012112523.tif 000015
【図３】
2012112523.tif 000016
【図４】
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【図５】
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【図６】
2012112523.tif 000019
【図７】
2012112523.tif 000020
【図８】
2012112523.tif 000021
【図９】
2012112523.tif 000022
【図１０】
2012112523.tif 000023
【図１１】
2012112523.tif 000024