JPS63502920A - 複数の工作物に対する締付方法及びこれに使用するファスナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 水発明はファスナ、特にトルク制限タイプの雌ファスナまたはナツトに係わる。

雄ねじ付きファスナと雌ねじ付きファスナから成る標準的なねじ付きファスナシ ステムにおいて、雌ねじ付きファスナは雄ファスナの外側ねじと螺合する内側ね じを有する。両ファスナの捻回面に工具が嵌合し、該工具が両ファスナを締付け 、多くの場合、ウオッシャを介在させて両ファスナ間に単数または複数の工作物 をクランプする。ファスナと工作物との組合せを“ジヨイント”と呼称する。雄 ねじ付きファスナには種々の呼称があり、“スタッド”、“ねじ”、“ボルト” 、“ビン”などと呼ばれ、雌ねじ付きフンスナは“ナツト”または“カラー”と 呼ばれる。工作物を“シート”または“構造素子”と呼ぶことがある。

ファスナにはその軸線に沿って引張荷重が、軸線に対して半径方向に剪断荷重が それぞれ作用する。ビン及びカラーによってシートに緊締力が加えられるから、 常に引張荷重が存在する。この荷重を“クランプアップ”または“プレロード” と呼ぶ。ファスナが２つ以上のシートを接合し、シートの平面方向に荷重が作用 すると、一方のシートが他方のシート上を摺動しようとする。この剪断荷重に対 してファスナが抵抗し、シートがファスナに対して剪断荷重を作用させる。剪断 荷重はファスナの軸線及び引張荷重と交差方向に作用する。ファスナに周期的に 荷重がかかると疲れ破損の原因となるおそれがある。航空機の疲れ破損は主とし て剪断荷重に起因するのが普通である。

満足なジヨイントを形成するには充分なりランプアップまたはプレロードが絶対 に必要である。クランプアップ荷重に対する抗力が充分に作用しているファスナ ならば疲れ破損に抵抗することができる。プレロードはまた、構造素子が疲れ破 損に抵抗するのを助ける。従って、ジヨイントが充分な疲れ強度を具えるには構 造に対してファスナがどの程度のクランプアップ荷重を作用させるべきかを知ら ねばならない。クランプアップが充分なら、シートのスリップ及び摩耗が回避さ れ、？ｒＪ重シフト及びジヨイント破損が防止される。

クランプアップ荷重はトルクの作用下にビンに対してかつ工作物に向ってそれぞ れ螺合し、螺進しないように抵抗するカラーの抵抗と相関関係にある。クランプ 荷重の増大に伴なって、螺合、螺進に対する抵抗も増大し、カラーを回転させる のに必要なトルクも増大する。

この事実はカラーの捻回部破損によって締付けを終らせることにより所定のクラ ンプアップ荷重を発生させるのに既にファスナに応用されている。Ｇ、Ｓ、Ｗｉ ｎｇ米国特許第２，９４０，４９５号及びＥ　ｄｇａｒ　Ｓ　ｔｅｎｃｅｌ米国 特許第４．２６０，００５号は２種類のこのようなファスナを開示している。

Ｗｉｎｇ特許は航空機産業に広く利用されているカラーを開示している。このカ ラーは脆い破断ネックを介して内側ねじ部とつながっている捻回部を有する。こ のカラーは所要のクランプアップに相当する所定のトルクが加わると破断される 。ねじ部の円形部分は対応のビンの螺条と固く螺合することによってねじロック の機能を果す。

この種のファスナの問題点は不要片、即ち、捻回部が生ずることにあり、この不 要片をファスナ取付はゾーンから除去しなければならない。この種のファスナは また、必要な機械加工量が多く、しかも破断時トルクの公差を小さくするため脆 い破断ネックを極めてきびしい公差で形成しなければならないから、そのコスト が比較的高くなる。

３　ｔｅｎｃｅｌ特許はその軸線周り外側に円周方向に間隔を置いて複数の突出 部を有し、この突出部が捻回面としてかつトルク制限手段と作用するカラーを開 示している。

捻回工具、即ち、三角形ソケットは突出部の側部と咬合してカラーをビンに対し て回動させる扁平面を具備する。

所定のクランプアップ荷重に達すると、突出部が半径方向に圧縮されてカラ一本 体と同高となり、突出部はもはや取付は工具と咬合できなくなるから、捻回及び 締付けは停止する。５ｔｅｎｃｅｌ特許のカラーは突出部の圧縮に伴なってカラ ー材料が半径方向に内方へ変形し、協働ビンのねじに圧接することでねじロック 効果を発生させる。

ファスナ取付は用の衝撃式レンチは上記操作を迅速に行う。Ｗｉｎｇ特許ファス ナの破断ネック及びＳ　ｔｅｎｃｅｌ特許ファスナの突出部は極めて小さい回転 角度に亘ってそれぞれ破断及び変形が終るから、衝撃式レンチを使用する場合、 極めて迅速に達成される。カラーに急激な締付はトルクを加えると、シートの弛 緩で所要のプレロードがある程度失われるおそれがある。即ち、シートが弛緩す ると、初期荷重の作用が終ったあともシートの変形が続くことになる。シート弛 緩はすべての部品を緊締するのに２個以上のファスナを必要とする場合に起こる のが普通である。この変形の結果、材料がクランプゾーンから移動するため単位 面積当りの荷重及び絶対荷重が低下する。破断ネックまたは突出部がそれぞれ破 断または変形するのはトルクが所要のプレロードに一致する瞬間であるが、荷重 下にシートが弛緩し、プレロードがある程度失われるおそれがある。この弛緩は 時間に左右される現象であり、プレロードの発生がゆるやかであれば、弛緩及び プレロード損失も軽減される。

同じカラーにおいてプレロードを均一に変化させることも望ましい。例えば、シ ートが圧縮に際して他のシートはど強くない場合、シートに作用する圧縮荷重を 軽減する必要がある。

用途によっては設計ブレ０−ド以上にプレロードを増大させるか、または弛緩を 補償するため２数比回が必要である。標準構成のＷｉｎｇ特許及び３　ｔｅｎｃ ｅｌ特許カラーの場合、２数比回は不可能である。これらのカラーはまた、いっ たん取付ければ、既に捻回部は存在しないから取外しが困難である。

用途によってはスペース上の制約から連続捻回が不可能であるから、カラーの側 方から、即ち、開口端レンチで捻回を行わねばならない。

ｌｉ灸１」 本発明は標準的なレンチ、即ち、６角ソケツトで、またはボールドライブソケッ トで取付けまたは取外しできる雌ファスナを提供する。ボールドライブソケット で駆動する場合、ドライバーの１つまたは２つ以上のボールがカラー突出部に溝 を掘ることによって所定のプレロードに達すると突出部が機能しなくなる。ボー ルドライブソケットはまた、突出部に作用してカラーを所定のプレ０−ドまで締 付け、所要量の締付けが行われたことを示すプリンネルマークを残す。

１つの実施態様として、本発明の雌ファスナまたはナツトは内側ねじと、外面が 弧状を呈し、軸方向に延びる複数の突出部を有する。この突出部は球面状に弯曲 した捻回素子または６角ソケツトやエンドレンチのような扁平面捻回工具が咬合 する把持手段として作用する。突出部間に形成されているトラフ（溝）は球面弯 曲捻回素子が突出部の側部と当接することを可能にする。

突出部は直線辺を有する想像上の規則的な幾何形状、即ち、６角形内に位置する 。この幾何形状の各辺が隣接する２つの突出部の面と対応するから、突出部に扁 平辺捻回工具を咬合させることができる。

特定の実施態様では、ナツトの軸線と同心関係にある真円筒面がトラフ面を限定 し、一定間隔でこのトラフ面から半径方向に外方へ突出部が突出している。突出 部自体はそれぞれの軸線がナツトの軸線と同心関係の第２円筒面上に位置するよ うに規則的パターンで配列されかつトラフ面を限定する円筒の半径よりも小さい 半径を有して互いに接触する円筒によってそれぞれの面を限定される。ナツトは 好ましくは６個の突出部を有する。さらにまた、多くのナツトまたはカラーに見 られるように、雄ファスナの不完全なねじコンボ′リュージョンを嵌入させるざ ら穴を形成した基部を突出部の下方に有することが好ましい。

本発明の突出部を有するファスナは扁平辺レンチを利用してもボールドライブを 利用しても捻回することができる。ファスナは捻回することにより逆捻回し、取 外すことができる。ボールドライブで駆動する場合、所要量だけ締付けられると 、ファスナはプリンネルマークまたは円周方向溝によってこれを指示する。

本発明の以上に述べた、及びその他の特徴、長所などは以下の説明、後記する請 求の範囲、及び図面からさらに明らかになるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は本発明ナツトの好ましい実施態様を示す立面図、 第２図は第１図図示ナツトの頂面図、 第３図は扁平辺捻回工具で捻回中の第１図図示のナツトを示す頂面図、 第４図はジヨイントに組込まれ、突出部に円周方向の溝が形成された状態で第１ 図図示のナツトを示す立面図、第５図はジヨイントに組込まれ、突出部にプリン ネルマークが現われた状態で第１図図示のナツトを示す立面図である。

ましい　施　の説明 第１図及び第２図は本発明に従って製造されたナツト１０の好ましい実施態様を 示す。一般に、ナツトは捻回部１２、基部１４、及び過渡部１６を有し、ナツト を貫通する軸孔１８が螺条部２０及びざら穴２１を具備する。２３はナツトの軸 線である。

捻回部はその全長に沿って長手方向に形成された複数の捻回用突出部２２を有す る。各突出部２２は軸方向に延びる弧状外面を有する。隣接する突出部２２間に 捻回部の全長に沿って軸方向にトラフ２６が形成されており、トラフ２６の外面 は共通の真円筒上に位置する。

突出部２２及びトラフ２６の幾何的条件は特に第２図から明らかであろう。突出 部２２は互いに接触する円筒２８の面によって限定される。これらの円筒２８は ナツトの軸線２３と同心の円筒３２上に位置する互いに平行な軸線３ｏを有し、 軸線３０は軸線２３とも平行である。矢印３６は円筒３２の半径である。円筒２ ８の接触線を３８で示した。他の突出部もすべて、互いにかつナツトに対して円 １５２８と同じ関係を有する円筒によって限定されている。

トラフ２６は軸線２３と同心の軸線を有しかつ半径４０を有する真円筒の面と一 致する。半径４０は半径３６よりも大きく、従って、トラフ２６は円筒軸線３０ よりもナツト外側に近い円筒２８と交差する。

隣接突出部間の接線４２はトラフ２６の面よりも半径方向に外側に位置する。接 線４２はエンドレンチのような扁平辺捻回工具が突出部と当接する捻回作用面の 位置を表わす。

突出部の頂部にはナツトへの捻回工具挿入を容易にするための小さい面取り部分 ４４を形成しである。

第３図はナツト１０に捻回ソケット５０を嵌合させた状態を示す。ソケットの扁 平面は締付けの過程ではほぼ接点５２で突出部と当接し、ゆるめの過程では接点 ５４で突出部と当接する。トラフ２６はソケットの捻回作用面よりも内側の円筒 上に位置する。

ボールソケットで駆動する場合、ボールはトラフ２６上を走行して突出部２２に 当接する。適当なドライバーは本願の親出願である米国特許出願筒０６／　７０ ２，８１１号（１９８５年２月１５日）に開示されている。第４図は本発明のナ ツトと突出部２２に溝６０を掘った円形ドライバーで形成されたジヨイントを示 す。このジヨイントはナツト、ボルト６２、及び工作物６４．６６を含む。ジヨ イントにはナツト１０のクランプアップ荷重により、シート６４．６６にはボル ト６２のヘッドによりそれぞれ作用する所定のプレロードを有する。このプレロ ードはドライバーのボールによる円周方向圧縮に際して起こる突出部材料の変形 と相関関係にある。

第５図はボールドライバーの作用下にある同様のジヨイントを示す。ただし、こ こでは溝６０が掘られるのではなく、所定プレロードにおいてドライバーが突出 部にプリンネルマーク６８を形成する。プリンネルマークは突出部変形の開始を 表わし、もし変形完了まで放置すれば溝６０が形成されることになる。しかし、 プリンネルマーク６８は所定プレ０−ドと符合してこれを指示することができる 。

ドライバーのボールのレース直径が比較的小さければ、溝ではなくプリンネルマ ークを形成することができる。

ドライバーのレース直径を適当に変えることで所定プレロードを変化させ得るこ とはいうまでもない。比較的レース直径の小さいドライブボールで同じ値までナ ツトに反復的にトルクを加えることができ、その場合には溝が深くなる。これを 繰返し行えばよい。反復的にトルクを加える回数はドライブソケット次第で決ま る。必要に応じて繰返しトルクを加え、そのつと新しいプリンネルマークが追加 されるようにすることもできる。

ナツトに形成されるプリンネルマークまたは溝によって、点検者はナツトが所定 量だけ締付けられたことを知ることができる。

以上、好ましい実施例に関連して本発明を説明したが、本発明の思想及び範囲は 必ずしも以上の説明に制約されるものではない。

国際調査報告 ｋｔｌ＠１Ｍｌｉｍ−＾帥ｋａ１ｍｍ　Ｎ１．ＰＣＴ／υＳ　’８７１００７０ ８

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．捻回手段に改良を加えたファスナであって、ファスナ周面に沿って軸方向に 延び、それぞれが弧状弯曲を有し、ファスナ軸線と同心の、かつ直線辺を有する 想像上の規則的幾何形状によって限定されるパターンで配列された複数の突出部 を形成し、これらの突出部に標準的な扁平辺捻回工具を嵌合させることができる ように前記直線辺のそれぞれがこれと連携する隣接突出部対の面に対して接線関 係となるようにし、第１半径の球面据付け素子が当接すると突出部が円周方向に 圧縮変形して所定プレロードにおいて突出部に円周方向の溝が形成され、同じプ レロードにおいても比較的小さい半径の据付け素子が当接すると突出部にプリン ネルマークが形成されることと、 各突出部弧状面の半径方向寸法よりも小さく、隣接突出部対の面に対する接線か らファスナ軸線までの最短距離よりも小さい半径方向寸法を有するトラフを突出 部間に形成したこと を特徴とするファスナ。
2. ２．トラフがいずれもファスナ軸線と同心の軸線を有する真円筒上に位置する軸 方向面を有する請求の範囲第１項に記載のファスナ。
3. ３．各突出部の弧状面が真円筒面である請求の範囲第２項に記載のファスナ。
4. ４．突出部の弧状面が同一直径の、互いに接触する真円筒上に位置する請求の範 囲第１項に記載のファスナ。
5. ５．トラフがファスナ軸線と同心の円筒上に位置する請求の範囲第４項に記載の ファスナ。
6. ６．６個の突出部を形成した請求の範囲第４項に記載のファスナ。
7. ７．トラフがファスナ軸線と同心の円筒上に位置する請求の範囲第６項に記載の ファスナ。
8. ８．軸線、基部、基部に形成したさら穴、さら穴に開口する内側ねじ、基部に隣 接する過渡部、及び過渡部に隣接する捻回部を有するナットにおいて、（ａ）軸 方向に延び、円周方向に間隔を保つ複数の突出部を形成し、各突出部の外面が他 の突出部を限定する真円筒と同じ半径の、それぞれと連携の真円筒上に位置する と共に、各突出部を限定する真円筒が隣合う真円筒と接触し、すべての突出部限 定真円筒がナット軸線と同心の共通真円筒上にそれぞれの軸線を有するようにし たことと、 （ｂ）各隣接突出部対間にトラフを形成し、各トラフがナット軸線と同心の同一 真円筒上に位置し、トラフを限定する真円筒の半径がナット軸線から突出部面上 の点に至る半径方向距離よりも小さいが前記共通真円筒の半径よりも大きく、か つ隣接突出部対の面に対する接線とナット軸線を結ぶ最短距離よりも小さくなる ように設定したことと、 （ｃ）第１半径の球面弯曲据付け素子が突出部に所定のプレロードを作用させる と突出部が円周方向に欠損して突出部に円周方向の溝が形成され、比較的小さい 半径の据付け素子が同じ荷重で作用すると突出部にプリンネルマークが形成され るようにしたこと を特徴とするナット。
9. ９．６個の突出部を形成した請求の範囲第８項に記載のナット。
10. １０．軸線を有し、軸方向に延ひかつそれぞれが弧状弯曲を有して前記軸線と同 心の、かつ直線辺を有する想像上の規則的幾何形状によって限定されるパターン で配列された複数の突出部を有し、これらの突出部に標準的な扁平辺捻回工貝を 嵌合させることができるように前記直線辺のそれぞれがこれと連携する隣接突出 部対の面に対して接線関係となるようにし、第１半径の球面弯曲据付け素子が当 接すると突出部が円周方向に圧縮変形して所定プレロードにおいて突出部に円周 方向の溝が形成され、同じプレロードにおいても比較的小さい半径の据付け素子 が当接すると突出部にプリンネルマークが形成されるようにし、各突出部弧状面 の半径方向寸法よりも小さく、隣接突出部対の面に対する接線から軸線までの最 短距離よりも小さい半径方向寸法を有するトラフを突出部間に形成したねじ付き ファスナの据付け方法であって、（ａ）少なくとも１つの球面弯曲据付け素子を 介して突出部の１つに円周方向圧縮力を加えることによりファスナをこれと協働 するファスナに所定プレロードまで締付けてジョイントを形成し、 （ｂ）突出部を円周方向に圧縮変形させることによって締付けを終らせる ことを特徴とするねじ付きファスナの据付け方法。
11. １１．据付け素子が突出部にプリンネルマークを形成することによって突出部の 圧縮変形が行われる請求の範囲第１０項に記載の方法。
12. １２．据付け素子が突出部に溝を掘ることによって突出部の圧縮変形が行われる 請求の範囲第１０項に記載の方法。
13. １３．最初の締付けに続いて、突出部に作用する標準的な扁平辺捻回工具でファ スナを再度締付ける請求の範囲第１１項に記載の方法。
14. １４．最初の締付けに続いて、突出部に作用する標準的な扁平辺捻回工具でファ スナを再度締付ける請求の範囲第１２項に記載の方法。
15. １５．軸線、基部、基部に形成したさら穴、さら穴に開口する内側ねじ、基部に 隣接する過渡部及び過渡部にに隣接する捻回部によってナットが構成され、前記 捻回部が軸方向に延びかつ円周方向に間隔を保つ複数の突出部を有し、各突出部 の外面が他の突出部を限定する真円筒と同じ半径の、それぞれと連携の真円筒上 に位置すると共に各突出部を限定する真円筒が隣合う真円筒と接触し、すべての 突出部限定真円筒がナット軸線と同心の共通真円筒上にそれぞれの軸線を有し、 各隣接突出部対間にトラフが形成され、各トラフがナット軸線と同心の同一真円 筒上に位置し、トラフを限定する真円筒の半径がナット軸線から突出部面上の点 に至る半径方向距離よりも小さいが前記共通真円筒の半径よりも大きく、かつ隣 接突出部対の面に対する接線とナット軸線を結ぶ最短距離よりも小さく、第１半 径の球面湾曲据付け素子が突出部に所定のプレロードを作用させると突出部が円 周方向に欠損して突出部に円周方向の溝が形成され、比較的小さい半径の据付け 素子が同じ荷重で作用すると突出部にプリンネルマークが形成されるようにした 前記ナットと、ねじ付き雄ファスナと、工作物とでジョイントを形成する方法で あって、 （ａ）少なくとも１つの球面弯曲据付け素子を介して突出部の少なくとも１つに 圧縮力を加えることによりナットを雄ファスナに所定プレロードまで締付けてジ ョイントを形成し、 （ｂ）球面弯曲据付け素子による円周方向圧縮で突出部を欠損させ、 （ｃ）円周方向圧縮による突出部の欠損と同時に締付けを終らせる ことを特徴とするジョイント形成方法。
16. １６．据付け素子が突出部にプリンネルマークを形成することで突出部が欠損す る請求の範囲第１５項に記載の方法。
17. １７．据付け素子が突出部に溝を穿つことで突出部が欠損し、締付けが終る請求 の範囲第１５項に記載の方法。
18. １８．最初の締付けに続いて、突出部に作用する標準的な扁平辺捻回工具でファ スナを再度締付ける請求の範囲第１６項に記載の方法。
19. １９．最初の締付けに続いて、突出部に作用する標準的な扁平辺捻回工具でファ スナを再度締付ける請求の範囲第１７項に記載の方法。