高変形能チタン及びチタン合金による一体型締め具の調整方法及びその方法によって調整された締め具
【課題】締め具に関する技術には、少なくとも従来のツーピース締め具と同等の強度特性を提供しつつ、取付けをより単純化して短時間での取付けを可能にする一体型締め具のニーズが存在する。
【解決手段】締め具２００は冷間加工されたヘッドセクション２０４、冷間加工されたシャンクセクション２１２、及び前記冷間加工されたシャンクセクション２１２から前記締め具２００のテールエンド部分２１０まで延伸する延性シャンクセクション２１４を有する。
【解決手段】締め具２００は冷間加工されたヘッドセクション２０４、冷間加工されたシャンクセクション２１２、及び前記冷間加工されたシャンクセクション２１２から前記締め具２００のテールエンド部分２１０まで延伸する延性シャンクセクション２１４を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して締め具に関し、より具体的には、局所的に冷間加工されたセクションを有する一体型締め具を調整するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械的締め具は、構造組立品の２つ以上のコンポーネントを結合する際に広く使用されている。例えば、機械的締め具は、機体の構造コンポーネントの結合で広範囲にわたって使用されている。ツーピース締め具は、締め具での引張荷重が比較的大きくなる用途を含む種々の用途で使用されている。このようなツーピース締め具は、孔に挿入されるボルト又はピンと、ボルト又はピンの自由端に形成されるねじ山又はその他の機構に機械的に固定されるねじ込みナット又はスウェージカラーを含むことがある。構造物に対してナット又はカラーを締め付けることによって、構造組立品のコンポーネントを固定することができる。
【０００３】
ツーピース締め具は一般的に比較的高い締め付け能力及び耐引張荷重能力を提供するが、ツーピース締め具は総合的な有用性を損なう幾つかの欠点に悩まされている。例えば、ツーピース締め具システムを含むシステムの各コンポーネントを大量に製造、処理、及び保管する必要があるため、調達コストは比較的高くなる。加えて、構造物においてツーピース締め具の取付及び組立に要する時間は比較的長くなり、ツーピース締め具の種々のコンポーネントの構成には個別の特別な工具が必要となるため、製造コストが増大することがある。
【０００４】
さらに、各ツーピース締め具システムに関しては２個の別々のピースを扱うことが必要となるため、１つの機体に比較的大量の締め具（例えば、数万個）が取付けされることを考慮すると、総生産時間が増大して好ましくないことがある。しかも、ツーピース締め具は、ピン又はボルトの自由端に形成されるねじ山に十分に係合して、適切な締め付け能力及び耐引張荷重能力を提供するために、はめ込みナット又はカラーに要求されるサイズ又は長さのために、比較的重くなることがある。１つの機体に使用される締め具の容積は大きいため、締め具に関連する重量、コスト、及び時間のわずかな節約が、プログラム期間中に製造される任意の数の航空機全体では大きな節約となりうる。
【０００５】
以上のように、締め具に関する技術には、少なくとも従来のツーピース締め具と同等の強度特性を提供しつつ、取付けをより単純化して短時間で取付けできるようにするニーズが存在する。
【発明の概要】
【０００６】
ツーピース締め具に関連する上述のニーズは、一実施形態では、ヘッド及びシャフトあるいはヘッドから延伸しテールエンド部分で終わるシャンクを有する一体型締め具システムを提供する本発明によって解決され、軽減される。シャフト又はシャンクは、ヘッドに隣接するように配置される冷間加工されたシャンクセクション及び冷間加工されたシャンクセクションとテールエンド部分との間に延伸する延性シャンクセクションを含むことがある。
【０００７】
また、一体型締め具システムを形成する方法も開示されている。この方法は、対向する端部を有する未加工品を提供するステップを含むことがある。未加工品は成形金型のボアに挿入することができる。成形金型は拡張されたボア部分を有することがある。この方法は好ましくは、未加工品に付加的な軸圧縮力を印加し且つ未加工品のヘッドに冷間加工を適用するステップと、成形金型の拡張されたボア部分に対応する未加工品に拡張されたシャフト又はシャンク部分を形成するステップとを含むことができる。公称シャンク部分は拡張されたシャンク部分から延伸することができる。公称シャンク部分は、締め具の最終直径にほぼ等しい直径を有することができる。この方法はさらに、公称シャンク部分を最終縮小金型のボアに挿入するステップと、拡張されたシャンク部分に軸圧縮力を適用するステップを含む。この方法は、最終縮小金型のボアの中に拡張されたシャンク部分を挿入するステップと、未加工品が最終的な締め具の構成で形成されるように、拡張されたシャンク部分の断面積を減少させることによって冷間加工されたシャンクセクションを形成するステップを追加的に含むことができる。
【０００８】
本発明はまた、構造物を組み立てる方法も含む。この方法は、テールエンド部分で終わるヘッドとシャンクを有する一体型締め具（例えば、リベット）を提供するステップを含むことができる。ヘッドは冷間加工されたヘッドセクションを含むことができる。シャンクは、冷間加工されたシャンクセクション及び冷間加工されたシャンクセクションからテールエンド部分まで延伸する延性シャンクセクションを含むことがある。冷間加工されたヘッドセクションと冷間加工されたシャンクセクションは、延性シャンクセクションよりも高い強度を有することができる。この方法は、構造物の孔に締め具を取り付けるステップと延性シャンクセクションのテールエンド部分を据え込むステップを追加的に含むことができる。
【０００９】
本発明の一態様によれば、締め具は冷間加工されたヘッドセクション、冷間加工されたシャンクセクション、及び冷間加工されたシャンクセクションから締め具のテールエンド部分まで延伸する延性シャンクセクション、冷間加工されていない延性シャンクセクションを含む。有利には、冷間加工されたヘッドセクションと冷間加工されたシャンクセクションは、延性シャンク部分よりも高い強度を有している。有利には、延性シャンクセクションは、冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションよりも高い延性度を有している。有利には、締め具は、アルミニウム、アルミニウム合金のうちの少なくとも１つの材料組成を有する。有利には、締め具は、鉄、鉄合金のうちの少なくとも１つの材料組成を有する。有利には、締め具は、チタン、チタン合金のうちの少なくとも１つの材料組成を有する。有利には、締め具は、超微細粒材料組成を有する。有利には、冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションは、冷間加工プロセスで形成されている。有利には、締め具は、耐腐食性の硬化性有機被覆材で被覆されている。有利には、締め具は、皿頭構成及び丸頭構成のうちの少なくとも１つをさらに含む。
【００１０】
本発明の一態様によれば、締め具を形成する方法は、拡張されたボア部分を有する成形金型のボアに未加工品を挿入するステップ、未加工品に軸圧縮力を印加するステップ、冷間加工されたヘッドセクションと拡張されたボア部分に対応する未加工品上の拡張されたシャンク部分、そこから延伸する公称シャンク部分を有する拡張されたシャンク部分を形成するステップ、公称シャンク部分を最終縮小金型のボアに挿入するステップ、拡張されたシャンク部分に軸圧縮力を印加するステップ、拡張されたシャンク部分を最終縮小金型のボアの中に付勢するステップ、さらに拡張されたシャンク部分の断面積を減少させることによって冷間加工されたシャンクセクションを形成するステップを含む。有利には、拡張されたシャンク部分の断面積を減少させるステップは、拡張されたシャンク部分の断面積を約２〜５パーセントだけ減少させるステップを含む。有利には、未加工品を提供するステップは、チタン、及びチタン合金のうちの少なくとも１つの材料組成の未加工品を提供するステップを含む。有利には、この方法は、超微細粒材料組成を有する未加工品を提供するステップをさらに含む。有利には、この方法は、冷間加工されたシャンクセクションと冷間加工されたヘッドセクションの形成前に未加工品を焼きなましするステップ、及び冷間加工されたヘッドセクションと冷間加工されたシャンクセクションの形成後に締め具を焼きなましするステップのうち少なくとも１つをさらに含む。有利には、この方法は、締め具を耐腐食性の硬化性有機被覆材で被覆するステップをさらに含む。
【００１１】
本発明の一態様によれば、構造物を組み立てる方法は、テールエンド部分で終わるヘッド及びシャンクを有する締め具、冷間加工されたヘッドセクションを有するヘッド、冷間加工されたシャンクセクション及び冷間加工されたシャンクセクションからテールエンド部分まで延伸する延性シャンクセクションを含むシャンク、延性シャンクセクションよりも高い強度を有する冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションを提供するステップと、構造物の孔に締め具を取り付けるステップと、延性シャンクセクションのテールエンド部分を据え込むステップとを含む。有利には、締め具を提供するステップは、チタン、及びチタン合金のうちの少なくとも１つの材料組成の未加工品を提供するステップを含む。有利には、締め具を提供するステップは、超微細粒材料の締め具を提供するステップを含む。有利には、延性シャンクセクションは、冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションの延性度よりも高い延性度を有している。有利には、冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションは、冷間加工プロセスで形成されている。有利には、この方法は、耐腐食性の硬化性有機被覆材で被覆された締め具を提供するステップをさらに含む。有利には、締め具を取付けるステップは、航空機構造物に締め具を取付けるステップを含む。
【００１２】
既に説明した特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態で独立に実現することが可能であるか、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解されうる、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能である。
【００１３】
本発明のこれらの特徴及び他の特徴は、全体を通して同様の部品が同様の番号で示されている、以下の図面を参照することでより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】冷間加工されたヘッドセクション、冷間加工されたシャンクセクション、及び冷間加工されたシャンクセクションから締め具のテールエンド部分まで延伸する延性シャンクセクションを有する一体型締め具の実施形態の側面概略図である。
【図２】構造物に取付けられた皿頭せん断一体型締め具の側面概略図である。
【図３】構造物に取付けられた皿頭引張一体型締め具の側面概略図である。
【図４】構造物に取付けられた丸頭せん断一体型締め具の側面概略図である。
【図５】構造物に取付けられた丸頭引張一体型締め具の側面概略図である。
【図６】締め具のテールエンド部分の据え込み前に構造物に挿入した半管状の一体型締め具の側面概略図である。
【図７】締め具のテールエンド部分の据え込み後の半管状の一体型締め具の側面概略図である。
【図８】冷間加工されたヘッドセクション、冷間加工されたシャンクセクション、及び延性シャンクセクションを有する一体型締め具を構造物に取付ける方法に含まれることがある一又は複数の作業を図解するフロー図である。
【図９】構造物のコンポーネントを貫通する孔に締め具を取付ける前の、冷間加工されたヘッド及びシャンクセクションを有する一体型締め具の側面概略図である。
【図１０】孔に取付けられた一体型締め具と、孔の長さとほぼ同等の長さを有する冷間加工されたヘッド及びシャンクセクションを図解し、さらに取付け前又は据え込み前の状態で孔の外へ延伸する締め具のテールエンド部分で延性シャンクセクションを図解する側面概略図である。
【図１１】取付け前又は据え込み途中の状態で締め具を挟んで対向するように配設された工具とバッキングバーを有する一体型締め具の側面概略図である。
【図１２】構造物に取付けられた一体型締め具と、据え込み後の状態にある締め具のテールエンド部分を図解する側面概略図である。
【図１３】工具とバッキングバーが取り除かれ、構造物に取付けられた一体型締め具と、締め具の延性シャンクセクションを有する締め具の据え込み端部を図解する側面概略図である。
【図１４】冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションを有する一体型締め具を形成する方法に含まれることがある一又は複数の作業を図解するフロー図である。
【図１５】図１６〜２３の一連の作業で示されているように、冷間加工されたヘッド及びシャンクセクションを有する皿頭一体型締め具として形成されうる未加工品の斜視図である。
【図１６】皿穴及び皿頭の冷間加工に使用する成形ラムを有し、未加工品に拡張されたシャンク部分を形成する成形金型の側面概略図である。
【図１７】成形ラムによって未加工品に軸圧縮力を印加する前に、成形金型内に配置された未加工品の側面概略図である。
【図１８】軸圧縮力の印加後に成形金型に接触する成形ラムと、未加工品の冷間加工ヘッドセクション及び拡張されたシャンク部分を形成するための成形金型及び成形ラムの形状にほぼ対応する形状を仮定する未加工品の部分を図解する側面該略図である。
【図１９】軸圧縮力の印加の結果として形成される拡張されたシャンク部分を有する成形途中の未加工品の側面概略図である。
【図２０】未加工品上の拡張されたシャンク部分の冷間加工に使用される皿穴及び縮小ラムを有する最終縮小金型の側面概略図である。
【図２１】縮小ラムによって皿頭に軸圧縮力を印加する前に、最終縮小金型内に配置された成形途中の未加工品の側面概略図である。
【図２２】軸圧縮力の印加後に最終縮小金型に接触する縮小ラムと、皿頭一体型締め具の冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションを形成するため、拡張されたシャンク部分のサイズの縮小を示す側面概略図である。
【図２３】軸圧縮力の印加の結果として形成される冷間加工されたヘッドセ及びシャンクセクションを有する皿頭一体型締め具の最終構成の側面概略図である。
【図２４】図２５〜３２の一連の作業で示されているように、冷間加工されたヘッド及びシャンクセクションを有する丸頭一体型締め具として形成されうる未加工品の斜視図である。
【図２５】丸頭の冷間加工及び未加工品上の拡張されたシャンク部分の形成に使用される成形金型と成形ラムの側面概略図である。
【図２６】成形ラムによって未加工品に軸圧縮力を印加する前に、成形金型内に配置された未加工品の側面概略図である。
【図２７】軸圧縮力の印加後に成形金型に接触する成形ラムと、未加工品の冷間加工ヘッドセクション及び拡張されたシャンク部分を形成するための成形金型及び成形ラムの形状にほぼ対応する形状を仮定する未加工品の部分を図解する側面該略図である。
【図２８】軸圧縮力の印加の結果として形成される拡張されたシャンク部分を有する成形途中の未加工品の側面概略図である。
【図２９】成形途中の未加工品上の拡張されたシャンク部分の冷間加工に使用される最終縮小金型及び縮小ラムの側面概略図である。
【図３０】縮小ラムによって丸頭に軸圧縮力を印加する前に、最終縮小金型内に配置された成形途中の未加工品の側面概略図である。
【図３１】軸圧縮力の印加後に最終縮小金型に接触する縮小ラムと、丸頭一体型締め具の冷間加工されたシャンクセクションを形成するため、拡張されたシャンク部分のサイズの縮小を示す側面概略図である。
【図３２】軸圧縮力の印加の結果として形成される冷間加工されたヘッド及びシャンクセクションを有する丸頭一体型締め具の最終構成の側面概略図である。
【図３３】図２〜９で示されている手順と同様の一連の作業で示されているように、一体型締め具の最終構成の中で未加工品を形成している間に、未加工品の管状中空体を安定させるように実装することができる半管状の未加工品及び挿入工具の斜視図である。
【図３４】成形金型内に配置された半管状の未加工品及び未加工品の管状中空体の下に配置された挿入物の側面概略図である。
【図３５】成形金型内に配置された半管状の未加工品及び半管状未加工品に軸圧縮力を印加する前に管状中空体に実装された挿入物の側面概略図である。
【図３６】冷間加工されたヘッド及びシャンクセクションを有する一体型締め具を形成する方法に含まれることがあり、一又は複数の任意選択の熱処理ステップ及び一体型締め具への有機被覆の適用を含む一又は複数の作業を図解するフロー図である。
【００１５】
ここで本発明の好ましい種々の実施形態を示すことを目的とした図面を参照すると、図１には一体型締め具構成で形成された締め具２００の実施形態の概略図が示されている。一体型締め具２００（例えば、リベット）はヘッド２０３及びシャフト又はシャンク２０６を有する。シャンク２０６はヘッド２０３から延伸し、テールエンド部分２１０で終わる。ヘッド２０３は冷間加工されており、一体型締め具２００の冷間加工されたヘッドセクション２０４を含む。シャンク２０６は延性シャンクセクション２１４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２を有する。冷間加工されたシャンクセクション２１２はまた、冷間加工され、一体型締め具２００の冷間加工されたヘッドセクション２０４に隣接するように配置されることがある。延性シャンクセクション２１４は、冷間加工されたシャンクセクション２１２からシャンク２０６のテールエンド部分２１０まで延伸することがある。シャンク２０６は、シャンク２０６の長さに沿ってほぼ一定のシャンク径２０８で形成することができるが、シャンク２０６は成形途中ではシャンク２０６に沿った種々の位置で、２つ以上の異なる直径（図示せず）で形成されることがある。
【００１６】
本発明はリベットとの関連において一体型締め具２００について記述しているが、一体型締め具２００は、限定しないが、種々の構成の任意の１つで提供されるが、これはリベットの構成に限定されるものではない。さらに、締め具２００は一体型締め具２００としての使用に限定されていない。例えば、締め具２００及びこれに関連する成形ステップは、ツーピース締め具システムなどのマルチピース締め具システムに適用し実装することができる。
【００１７】
有利には、締め具２００の冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、以下でさらに詳しく説明するように、ヘッド２０３及びシャンク２０６の一部に適用することができる冷間加工プロセスによってもたらされる効果によって、延性シャンクセクション２１４よりも高い強度を有している。例えば、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、延性シャンクセクション２１４のせん断強度よりも高いせん断強度を有することができる。超微細粒のチタン又はチタン合金を有する締め具２００に関しては、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、少なくとも９５ｋｓｉの極限せん断強度、より好ましくは、少なくとも１００ｋｓｉの極限せん断強度を有することができる。締め具２００はまた、以下でさらに詳しく説明するように、ヘッドセクション２０４及びシャンクセクション２１２の冷間加工プロセスによって、従来の締め具に対して比較的高い耐引張荷重能力を有することができる。
【００１８】
有利には、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２の局所的な強度レベルの上昇が、締め具２００の熱処理を行うことなく実現可能である。冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２の比較的高い強度レベルはまた、以下で説明するように、１つには比較的小さな平均粒径を有する締め具材料によるものである。比較的小さな平均粒径は、冷凍粉砕、等角押出成形、又は他の粒径減少プロセスの使用により実現することができる。有利には、冷凍粉砕したチタン又はチタン合金材料などの締め具２００の縮小された粒径の使用により、従来のチタン又はチタン合金材料と比較して、強度の改善、成形性の改善、及び昇温安定性の向上が実現される。加えて、還元した超細粒材料などの比較的小さな粒径を有する材料によって提供される機械特性の改善は、その後の熱処理を必要とすることなく実現することができる。
【００１９】
本明細書に開示されている締め具２００の冷間加工の追加により、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２が得られる。冷凍粉砕された超細粒材料など、比較的小さな粒径材料によって提供された比較的高い材料特性を有する、冷間加工されたヘッドセクション２０４と冷間加工されたシャンクセクションとの組合せは、従来のツーピース締め具によって提供される張力及び締め付け能力と同等の張力及び締め付け能力を有する一体型締め具２００をもたらす。有利には、従来のツーピース締め具の代わりに単純な一体型締め具２００を使用できることにより、締め具取付け処理が単純化され、締め具取付けコストが低減される。加えて、本明細書で開示されている一体型締め具２００は、同程度の機械特性を有するツーピース締め具の重量よりも少ない重量（例えば、３０パーセント軽量）を有することができる。
【００２０】
延性シャンクセクション２１４は有利には、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２の延性度よりも高い延性度を有している。延性シャンクセクション２１４の高い延性度により、以下に説明するように、適切な変形又は締め具取付け時（例えば、リベット固定又は据え込み作業）の締め具２００のテールエンド部分２１０の据え込みを容易にすることができる。延性シャンクセクション２１４の高い延性度は、締め具２００が形成される未加工品１２の延性度とほぼ同程度であることがある。より具体的には、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２の延性度と比較して、延性シャンクセクション２１４の高い延性度は、締め具２００の冷間加工を冷間加工されたヘッドセクション２０４と冷間加工されたシャンクセクション２１２に局所的に限定し、シャンク２０６の残存部分（すなわち、延性シャンクセクション２１４）の冷間加工を回避したことに由来することがある。一実施形態では、延性シャンクセクション２１４は、不具合又は他の容認しがたい条件が発生することなく、締め具２００のテールエンド部分２１０の適切な変形を促進する延性度を有することができる。例えば、延性シャンクセクション２１４は、シャンク２０６の破砕又は不具合が発生することなく、締め具２００の縦軸に沿って少なくとも約１０パーセント伸長する延性値を有することができる。延性シャンクセクション２１４はまた、シャンク２０６の破砕又は不具合が発生することなく、少なくとも３０パーセントの断面積減少によって表わされる延性度を有することができる。
【００２１】
延性シャンクセクション２１４の比較的高い延性度は、締め具２００が形成される材料（すなわち、未加工品１２）の比較的小さい粒径に由来することがある。有利には、一実施形態で、締め具２００は比較的小さな平均粒径を有する超細粒材料から形成されうる。例えば、締め具２００は、約１０，０００ナノメートル（ｎｍ）未満（すなわち、約１０ミクロン未満）の平均粒径を有する材料から形成することができる。このような超細粒材料は、摩擦攪拌プロセス及び／又は等角押出成形（ＥＡＥ）、又は他のプロセスによって製造することができる。さらなる実施形態では、締め具２００は、約５００ナノメートル（ｎｍ）未満の平均粒径及び、より好ましくは、約３００ナノメートル未満の平均粒径を有する材料から形成することができる。例えば、材料は約１００ナノメートルから３００ナノメートルまでの平均粒径を有することがある。
【００２２】
しかしながら、締め具２００を形成する材料は、約１０，０００ナノメートル未満の平均粒径を有する材料に限定されないが、任意の粒径を有する材料から形成されうる。例えば、締め具２００は、約１００，０００ナノメートルを超える平均粒径を有すると記載される粗粒材料を有する材料で形成することができる。締め具２００はまた、約５０，０００〜７５，０００ナノメートルなど、約１００，０００ナノメートル未満の平均粒径を有する細粒として記載される材料で形成することもできる。
【００２３】
一実施形態では、未加工品用の材料は摩擦攪拌プロセスを使用して形成することができる。摩擦攪拌プロセスは、チタン又はチタン合金などの粗粒（例えば、１００，０００ｎｍを超える平均粒径）材料を使用することができる。粗粒金属材料は、攪拌チャンバ（図示せず）及び攪拌ツール（図示せず）を使用して処理することができる。粗粒材料の温度は、粗粒材料が攪拌チャンバを通過するにつれて上昇し、攪拌チャンバ内では攪拌ツールが材料を攪拌し、激しい機械的変形を利用して粒径を減少させ、材料の微細構造の同質性又は均一性を改善する。材料は攪拌チャンバから出るとすぐに固化し、超細粒微細構造を有する比較的同質性の高い材料になる。
【００２４】
代替的に、未加工品１２が形成される材料の粒径は、等角抽出成形（ＥＡＥ）プロセスによって減少させることが可能で、材料に力を加えて約９０度の屈曲を有する金型を通すことができる。等角抽出成形プロセスでは、材料に力を加えて９０度の屈曲に通して、材料の機械的な冷間加工を行うことができる。材料の機械的な冷間加工は、材料の平均粒径を減少させることができる。
【００２５】
材料の粒径は冷凍粉砕プロセスを使用して作り出すことも可能で、球形の磨砕機（図示せず）を使用して材料の微細構造の大きさを小さくすることができる。球形の磨砕機を使用して激しい機械的変形を加えることにより、材料を摩滅させて比較的微細な粒子粉体にすることができる。材料は液体水素又は液体窒素又は他の冷却媒体の中で摩滅させることができる。超微細な粒子粉体材料は、熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）プロセス又は他の固化プロセスで、固化することができる。このプロセスにより、超微細なサブミクロン粒子の微細構造を得ることができる。
【００２６】
例えば、チタン及び／又はチタン合金粉末は冷凍粉砕プロセスで製造することが可能で、チタン及び／又はチタン合金粉末はあらかじめ定められた量又はパーセンテージで他の合金要素と混合して、冷凍粉砕プロセスを施すことができる。既に述べたように、冷凍粉砕プロセスでは、金属合金粉末混合物は、液体窒素、アルゴン、水素の懸濁液が入ったステンレス鋼のボール又は他の環境を使用する磨砕機型のボールミルによって粉砕することができる。冷凍粉砕プロセス時に、粉末の冶金学的構造に極度の機械的変形を加えることによって、金属合金粉末混合物の化学組成は変化することがある。例えば、冷凍粉砕プロセス時に、冷凍粉砕プロセスの窒素、アルゴン、酸素、又は他のガス雰囲気の結果として、極めて微細な酸化物相や窒化物相が生成されることがある。微細な酸化物相や窒化物相は、得られるサブミクロンの超微細粒径物質の温度安定性を改善することがある。その際、冷凍粉砕プロセスを使用することによって、改善された高強度の安定した超微細な粒径粉体が製造される。チタン粉末は、熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）プロセス、セラコン法鍛造プロセス又は他の固化プロセスを使用することによって、同質性が高く超細粒微細構造を有するチタン又はチタン合金を提供することができる。
【００２７】
締め具２００を形成する材料はチタン及びチタン合金との関連において本明細書に記載されているが、締め具２００（すなわち、未加工品１２）の材料は、例えば、限定しないが、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス鋼などの鉄合金、及び他の種々の材料組成のうちの任意の１つを含む任意の材料組成で提供することができるが、これに限られるわけではない。このような材料構成は、好ましくは上述のように比較的平均粒径を有していてもよい。
【００２８】
さらに図１を参照して、締め具２００の冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、冷間加工プロセスで形成することが可能で、締め具２００の前記未加工品１２（図１５）は冷間加工されてもよい。一実施形態では、冷間加工プロセスは、冷間加工されたヘッドセクション２０４を形成し、同時に成形途中の未加工品１３（図１９）の拡張されたシャンク部分３２（図１９）を形成するため、未加工品１２を冷間加工するステップを含むことができる。冷間加工プロセスは、以下でさらに詳しく説明するように、締め具２００の冷間加工されたシャンクセクション２１２を形成するため、拡張されたシャンク部分３２の断面積を局所的に減少させるステップをさらに含むことがある。一実施形態では、拡張されたシャンク部分３２の断面積は、以下でさらに詳しく説明するように、約２〜５パーセントだけ減少させることができる。しかしながら、冷間加工プロセスは、拡張されたシャンク部分３２の断面積を約２パーセント未満だけ又は約５パーセント以上減少させるステップを含むことがある。一実施形態では、冷間加工プロセスは、拡張されたシャンク部分３２の断面積を約３．５パーセントだけ減少させるステップを含むことができる。その際、成形途中の未加工品１３（図１９）の拡張されたシャンク径３４は、締め具２００の最終シャンク径２０８のおおよその直径まで冷間加工で減少させることができる。
【００２９】
ヘッド２０３及びシャンク２０６（図１）の局所的な冷間加工により、結果的に得られる冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図１）で強度を局所的に高めることが実現可能で、一方、シャンク２０６の残存部分（すなわち、延性シャンクセクション２１４）は比較的高い延性度（すなわち、成形性）と締め具２００（図１）の取付け時の効率向上を促進する耐久性を保持している。例えば、シャンク２０６を局所的に冷間加工することにより、締め具２００の冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２内部又は隣接部のせん断強度及び引張強度は、延性シャンクセクション２１４（図１）の強度と比較して、局所的に高めることができる。逆に、局所的に冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２への冷間加工を限定することにより、シャンク２０６の延性シャンクセクション２１４（すなわち、シャンク２０６の残存部分）は、材料の粒径が比較的小さいことによる結果として、比較的高い延性度、成形性、及び耐久性を保持している。
【００３０】
有利には、図１に示すリベットなどの一体型締め具２００の構成に関しては、延性シャンクセクション２１４の延性度が高いため、伸長度の向上によるリベットのテールエンド部分２１０の操作性又は据え込みの改善を実現することによって、締め具２００の取付けが改善され、これによって締め具２００によって締め付けられる２つ以上のコンポーネント２５２、２５４（図２）の間での結合が有意に向上する。冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２の比較的高い強度は、有利には熱処理プロセスなしで実現可能であり、これによって締め具２００の製造コスト及び締め具２００の製造時間が有意に低減可能である。しかしながら、以下に説明するように、締め具２００の冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２を強化又は安定させるため、及び／又は冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２のせん断強度の向上などの締め具２００の機械特性をさらに改善するため、締め具２００の形成プロセスには一又は複数の熱処理が含まれることがある。
【００３１】
締め具２００（図１）の性能の付加的な改善は、締め具２００に耐腐食性有機被覆２０２（図１）を適用することによって実現することができる。被覆２０２は締め具２００の潤滑性を改善して、締め具２００の取付けに役立てることができる。被覆２０２による潤滑性の向上によって、締め具の湿式実装に伴う煩雑さ、時間及び費用を回避することができる。被覆２０２はまた、環境（例えば、湿気）腐食、電解腐食、及び／又は応力腐食に対して、締め具２００の腐食保護を高めることができる。一実施形態では、被覆２０２は、以下で説明する締め具２００の形成前、形成中、及び／又は形成後の任意の時点で、締め具２００に大して溶液で塗布することが可能な耐腐食性の硬化性有機被覆材を含むことができる。
【００３２】
一実施形態では、被覆２０２（図１）は、一又は複数の可塑剤と混合可能なフェノール樹脂を含むことができる。被覆２０２はまた、ポリテトラフルオロエチレンなどの有機成分を含んでいてもよい。アルミニウム粉及び／又はクロム酸ストロンチウムなどの無機添加剤が含まれていてもよい。このような被覆成分及び添加剤は、被覆２０２の塗布を容易にするため溶媒に溶けるものであってもよい。溶媒はエタノール、トルエン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、及び／又は他の溶媒を含んでいてもよい。一実施形態では、被覆２０２は、溶媒として約３０パーセント（質量百分率）のエタノール、約７パーセント（質量百分率）のトルエン、及び約４５パーセント（質量百分率）のメチルエチルケトン（ＭＥＫ）と、約２パーセント（質量百分率）のクロム酸ストロンチウム、約２パーセント（質量百分率）アルミニウム粉を有する溶液で提供することができる。被覆組成の残りの部分は被覆材としてフェノール樹脂と可塑剤を含むことがあり、比較的少量のポリテトラフルオロエチレンが含まれることもある。被覆２０２は、Ｈｉ‐Ｓｈｅａｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（本社：カリフォルニア州トーランス）のＬｉｓｉ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ部門からＨｉ−Ｋｏｔｅ（商標）１として市販されている。
【００３３】
以下で記載されるように、被覆２０２（図１）は、吹き付け、浸し塗り、はけ塗り、又は他の方法などの種々の方法のうちの任意の１つによって締め具２００（図１）に塗布され、時間に応じて種々の温度で硬化される。前述のように、被覆２０２（図１）は、締め具２００の取付け時の潤滑剤又は湿式封止剤の必要性を低減又は排除することができる。被覆２０２はまた、構造物２５０（図２）を締め具２００で密閉することもできる。加えて、被覆２０２は、構造物２５０への取付けに先立って、取付けられた締め具２００又は締め具２００のヘッド２０４にその後塗布されることがある塗料又は他の被覆の密着を高めることができる。
【００３４】
ここで図２〜７を参照すると、本明細書で開示されている冷間加工プロセスによって形成され、構造物２５０に取付け可能な締め具２００の多種多様な実施形態のいくつかが示されている。図２は、構造物２５０の第１コンポーネント２５２を第２コンポーネント２５４に締結するため構造物２５０に取付けられる皿頭せん断締め具２２０を図解したものである。皿頭せん断締め具２２０は、締め具２２０の延性シャンクセクション２２０ｂまで延伸する冷間加工されたヘッドセクション２２０ｄ及び冷間加工されたシャンクセクション２２０ａを有する。冷間加工されたヘッドセクション２２０ｄ及び冷間加工されたシャンクセクション２２０ａは、皿頭せん断締め具２２０のせん断強度を高める。皿頭せん断締め具２２０のテールエンド部分２２０ｃは、皿頭せん断締め具２２０の延性シャンクセクション２２０ｂに含まれる。皿頭せん断締め具２２０のテールエンド部分２２０ｃは、コンポーネント２５２、２５４のうちの１つの表面２５６に対して、適切に変形または据え込みされる。
【００３５】
図３は構造物２５０に取付けられた皿頭引張締め具２２２を図解したものである。皿頭引張締め具２２２の冷間加工されたヘッドセクション２２２ｄは、皿頭せん断締め具２２０の冷間加工されたヘッドセクション２２０ｄよりも大きなサイズを有する。皿頭引張締め具２２２の冷間加工されたヘッドセクション２２２ｄのより大きなサイズは、図２に示した皿頭せん断締め具２２０の冷間加工されたシャンクセクション２２０ａの長さと比較して、皿頭引張締め具２２２の冷間加工されたシャンクセクション２２２ａの長さを減少させる。しかしながら、冷間加工されたヘッドセクション２２２ｄの大きなサイズは、従来の締め具の耐引張荷重能力と比較して、締め具２２２の耐引張荷重能力を高めているが、これは、以下で説明するように、冷間加工されたヘッドセクション２２２ｄの形成プロセス時に、冷間加工されたヘッドセクション２２２ｄに付与される冷間加工によるものである。締め具２２２のテールエンド部分２２２ｃは、延性シャンクセクション２２２ｂを含み、取付け時に構造物２５０に対して据え込みされる。
【００３６】
図４〜５は丸頭締め具２２４を図解したものである。図４は構造物２５０に取付けられた丸頭せん断締め具２２６を図解したものである。冷間加工されたヘッドセクション２２６ｄならびに孔２５８の長さ２６０（図９）又は第１及び第２コンポーネント２５２、２５４の厚みとほぼ同等の長さを有する冷間加工されたシャンクセクション２２６ａを有し、締め具２２４の耐せん断荷重能力を最大化することができる、丸頭せん断締め具２２６が表示されている。締め具２２６の延性シャンクセクション２２６ｂは、コンポーネント２５２、２５４のうちの１つの表面２５６に対して据え込みされた状態で示されているテールエンド部分２２６ｃを含む。
【００３７】
図５は構造物２５０に取り付けられた丸頭引張締め具２２８を図解したもので、丸頭引張締め具２２８はまた、冷間加工されたヘッドセクション２２８ｄ及び構造物２５０の厚みとほぼ同等の長さを有する冷間加工されたシャンクセクション２２８ａを有する。図５の丸頭引張締め具２２８の冷間加工されたヘッドセクション２２８ｄは、図４の丸頭せん断締め具２２６の冷間加工されたヘッドセクション２２６ｄよりも大きく、これにより耐引張荷重能力が高まる結果となっている。締め具２２８の延性シャンクセクション２２８ｂはテールエンド部分２２８ｃを含み、コンポーネント２５２、２５４のうちの１つの表面２５６に対して据え込みされた状態で示されている。
【００３８】
図６〜７は構造物２５０に取付けられた半管状の締め具２３０を図解したものである。図６は半管状締め具２３０のテールエンド部分２３０ｃを据え込む前の半管状締め具２３０を図解したものである。冷間加工されたヘッドセクション２３０ｄならびに第１及び第２コンポーネント２５２、２５４の厚みとほぼ同等の長さを有する冷間加工されたシャンクセクション２３０ａを有する、半管状締め具２３０が表示されている。図７はテールエンド部分２３０ｃを据え込んだ後の半管状締め具２３０を図解したものである。半管状締め具２３０は概して、締め具２３０のテールエンド部分２３０ｃを据え込むのに要する力の量を低減するため、中空の管状空洞２３０ｄを有する。半管状の締め具２３０の延性シャンクセクション２３０ｂはテールエンド部分２３０ｃを含み、コンポーネント２５２、２５４のうちの１つの表面２５６に対して据え込みされた状態で示されている。有利には、締め具２３０の材料の粒径が比較的小さいことにより、比較的大きな粒径を有する従来の一体型締め具と対比して、テールエンド部分２３０ｃの据え込みに要する力の量が低減される。前述のよう、図２〜７は本明細書で開示されている冷間加工プロセスによって形成可能な締め具２００の多種多様な実施形態のいくつかを示している。
【００３９】
図９〜１３を追加参照しながら図８を参照すると、構造物２５０（図９）に締め具２００（図９）を取り付ける方法３００の実施形態を説明するフロー図が図８に示されており、ここで締め具２００は冷間加工されたヘッドセクション２０４（図９）及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図９）及び延性シャンクセクション２１４（図９）を有している。
【００４０】
図８の方法３００のステップ３０２は、締め具２００を提供するステップを含む。図９に示される実施形態では、締め具２００は上述のように皿頭締め具２２０を含む。構造物２５０は第１のコンポーネント２５２と第２のコンポーネント２５４を含む。第１のコンポーネント２５２は、皿頭締め具２２０に対して相補的に形成されうる皿穴２６２を有する。シャンク２０６は、冷間加工されたヘッドセクション２０４に隣接するように配置された冷間加工されたシャンクセクション２１２を含み、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２からテールエンド部分２１０まで延伸する延性シャンクセクション２１４をさらに含む。前述のように、冷間加工されたヘッドセクション２０４と冷間加工されたシャンクセクション２１２は、延性シャンクセクション２１４よりも高い強度を有していることがある。例えば、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、延性シャンクセクション２１４のせん断強度よりも高いせん断強度を有することができる。延性シャンクセクション２１４は、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２よりも高い延性度を有することができる。
【００４１】
図８の方法３００のステップ３０４は、図１０に示したように、構造物２５０で形成された孔２５８に締め具２００を取付けるステップを含むことがある。冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、構造物２５０に対してヘッドを着座したとき、孔２５８の長さ２６０（図９）とほぼ同等の長さを有することができる。このように、締め具２００の耐せん断荷重能力は最大化される。図１０はさらに、締め具２００のヘッドに対して配設されたリベットガンなどの工具２７２及び締め具２００のテールエンド部分２１０に対して配設されたバッキングバー２７０を図解している。テールエンド部分２１０は、工具２７２及びバッキングバー２７０によって締め具２００に据え込み力２７４を印加する前の据え込み前状態２６４で示されている。
【００４２】
図８の方法３００のステップ３０６は、締め具２００に据え込み力２７４を印加することによって、締め具２００のテールエンド部分２１０を据え込むステップを含むことがある。図１１を参照すると、据え込み力２７４はリベットガンによって提供される一連の衝撃によって印加することができる。図１１には据え込み途中の状態２６６が図解されているが、衝撃は、構造物２５０の表面２５６に対してテールエンド部分２１０の塑性変形を連続的に増大させるような大きさであることが好ましい。図１０〜１２は、リベットガンなどの工具２７２及びバッキングバー２７０によって実施されるテールエンド部分２１０の据え込みを図解しているが、テールエンド部分２１０の据え込みには、リベット圧縮工具、リベット圧接工具、又は他の手動又は自動の工具又は装置を含む任意の装置、又はプロセスが使用可能であるが、これらに限定されるわけではない。
【００４３】
図１２を参照すると、最終的な据え込み状態２６８に変形された締め具２００のテールエンド部分２１０が表示されている。有利には、延性シャンクセクション２１４の比較的高い延性度により、テールエンド部分２１０の据え込みに要する力の量は低減されるが、これは締め具２００の取付けに必要となる再加工の量又は時間の減少に対応する。図１３は締め具２００の最終的な取付けを示したもので、工具（例えば、リベットガン）及びバッキングバー２７０は取り除かれている。
【００４４】
図１５〜３２を追加参照しながら図１４を参照すると、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２及び延性シャンクセクション２１４を有する締め具２００を形成する方法４００の実施形態を説明するフロー図が図１４に示されている。冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、図１６、２０、２５、及び２９に示され、以下で説明される金型５０、５０ａ、１００、１００ａ及びラム８０、１３０を含みうるシステム１０を使用して形成することができる。締め具２００を形成する方法４００は、図１５〜２３に図解されている皿頭締め具２１８の形成との関連、及び図２４〜３２に図解されている丸頭締め具２２４の形成との関連において説明されている。
【００４５】
図１４の方法４００のステップ４０２は、図１５及び２４に示したように対向する第１及び第２の端部１４、１６を有する未加工品１２を提供するステップを含むことがある。未加工品１２は、ロッド又は一般的に細長い円筒形の部材として提供されることがある。概して立体１８の構成を有するように示されているが、未加工品１２は任意選択により、図３３に示し、以下でより詳細に説明するように、未加工品１２の中に少なくとも部分的に延伸する管状空洞２２を有する半管状の未加工品２０として提供されることがある。未加工品１２は概して、未加工品１２の長さに沿って延伸する一定の公称シャンク径３０（図１５）を有することができる。しかしながら、未加工品１２は、未加工品１２の長さに沿って変動するシャンク径２０８を有するように提供されることがある。
【００４６】
図１５及び２４の未加工品１２は、有利には既に説明したように比較的小さな粒径を有する材料で形成することができる。例えば、未加工品１２は、約１０，０００ナノメートル未満の平均粒径、又はより好ましくは、約１００〜３００ナノメートルなど約３００ナノメートル未満の平均粒径など、超細粒を有するチタン材料又はチタン合金材料で形成することができる。しかしながら、未加工品１２は、比較的粗い粒径（例えば、約１００，０００ナノメートル超）又は細粒径（例えば、約１０，０００ナノメートル未満）を有する材料で形成することができる。既に述べたように、材料はまた任意選択により、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレス鋼、及びチタン又はチタン合金材料などの任意の金属材料を含むことができるが、これらに限定されるわけではない。
【００４７】
図１６を参照すると、未加工品１２に皿頭締め具２１８（図１〜３）を形成するための皿頭３６を与えるように、システム１０の成形金型５０及び成形ラム８０を提供することができる。成形金型５０は、対向する第１及び第２の端部５２、５４を有することがある。図１６では、成形金型５０は、未加工品１２に対応する皿頭３６（図１９）を形成するための成形金型皿穴６０を有する成形金型空洞５８を含むことがある。図２５は、未加工品１２に丸頭３８（図２８）を形成するための成形金型５２ａ及び成形ラム８０を図解している。成形金型５０ａは、対向する第１及び第２の端部５２ａ、５４ａを有することがある。図２５に示すように、形成金型５０ａは成形金型空洞５８ａを含むことがあり、この空洞は、成形金型５０ａが丸頭締め具２２４（図４〜７）の形成に使用できるように皿穴６０を欠いていることがある。
【００４８】
図１６及び２５では、成形金型５０、５０ａ及び成形ラム８０は、未加工品１２の材料組成と互換性がある比較的強度の高い材料で形成してもよい。成形金型５０、５０ａは成形金型空洞５８、５８ａを有していてもよい。成形金型空洞５８、５８ａは、成形金型５０、５０ａに形成されるボア６２、６２ａを含んでいてもよい。ボア６２、６２ａは、拡張されたボア径７０、７０ａを有する拡張されたボア部分６８、６８ａまで移行しうる公称ボア径６６、６６ａを有する公称ボア部分６４、６４ａ（図１６及び２５）を含んでいてもよい。公称ボア部分６４、６４ａは、拡張されたボア皿穴７２、７２ａを介して拡張されたボア部分６８、６８ａまで移行することがある。
【００４９】
拡張されたボア部分６８、６８ａは公称ボア部分６４、６４ａと同心であってもよく、また成形金型５０、５０ａの１端部上に開いていてもよい。公称ボア部分６４、６４ａは、拡張されたボア部分６８、６８ａの端部に対向する成形金型５０、５０ａの端部に空けられることがある。しかしながら、公称ボア部分６４、６４ａは、成形金型５０、５０ａの内部で終わることもでき、必ずしも成形金型５０、５０ａの端部まで延伸する必要はない。成形金型５０、５０ａの公称ボア部分６４、６４ａは、未加工品１２（図１５）の公称シャンク径３０（図１５）に実質的に対応する、又はほぼ同等となりうる公称ボア径６６、６６ａを有することができる。未加工品１２の公称シャンク径３０は、冷間加工シャンクセクション２１２（図２３及び３２）及び延性シャンクセクション２１４（図２３及び３２）における締め具２００（図２３及び３２）の最終シャンク径２０８（図２３及び３２）とほぼ同等であってもよい。
【００５０】
図１６及び２５に示した成形ラム８０は、未加工品１２（図１７及び２６）の端部を受け止めるように構成されたラム空洞８２を有することができる。ラム空洞８２は図示するように凹面であってもよく、又はラム空洞８２は代替的な形状で提供されることがある。成形ラム８０は、成形金型５０、５０ａの合わせ面５６、５６ａに接触するように構成された面８４を有することがある。しかしながら、成形金型５０、５０ａ及び成形ラム８０には、合わせ面に代わる形状が提供されることがあり、互いに接触するように構成される面に限定されない。一実施形態では、成形金型５０、５０ａ及び成形ラム８０は、互いに接触することなく未加工品１２を形成するように構成されることがある。
【００５１】
図１４の方法４００のステップ４０４は、図１７及び２６に示すように成形金型５０、５０ａの公称ボア部分６４、６４ａ（図１７及び２６）に未加工品１２（図１７及び２６）を挿入するステップを含むことがある。ここに示した実施形態では、成形金型５０、５０ａはバッキング装置８８上で支持されることがある。未加工品１２は、未加工品１２が公称ボア部分６４、６４ａに挿入され、未加工品１２がバッキング装置８８（図１７及び２６）に接触するとき、未加工品１２が成形金型５０、５０ａの拡張されたボア部分６８、６８ａ（図１７及び２６）から突出するような長さを有していてもよい。
【００５２】
図１４の方法４００のステップ４０６は、図１７及び２６に示すように未加工品１２に軸圧縮力８６を印加するステップを含むことがある。成形ラム８０は、成形金型から突出する未加工品１２の一部に軸圧縮力８６を印加することができる。未加工品１２は、軸圧縮力８６を印加する間にバッキング装置８８によって支持することができる。
【００５３】
図１４の方法４００のステップ４０８は、成形ラム８０を成形金型５０、５０ａに接触させるステップ、並びに図１８及び２７に示すようにラム空洞８２と拡張されたボア部分６８、６８ａを未加工品１２の一部で実質的に満たすステップを含むことがある。その際、軸圧縮力８６（図１７）の印加によって、未加工品１２の一部が、ラム空洞８２と拡張されたボア部分６８、６８ａ（図１８）とを組み合わせた形状に実質的に対応する形状を想定できるようにすることができる。
【００５４】
図１４の方法４００のステップ４１０は、成形途中の未加工品１３に軸圧縮力８６（図１８及び２７）を適用することに対応して、図１９及び２８に示すように、成形途中の未加工品１３にヘッド４０及び拡張されたシャンク部分３２を形成するステップを含むことがある。その際、成形途中の未加工品１３は、拡張されたシャンク部分３２から延伸する公称シャンク部分２８を有する冷間加工されたヘッドセクション２０４に隣接して配置される拡張されたシャンク部分３２を含むことがある。既に示したように、公称シャンク部分２８は図１５に示す円筒形の未加工品１２の元の直径とほぼ同等であってもよい。
【００５５】
図２０及び２９を参照すると、成形途中の未加工品１３（図１９及び２８）を、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図２３及び３２）を有する締め具２００に成形するための最終縮小金型１００、１００ａ及び縮小ラム１３０が示されている。縮小ラム１３０（図２０）は対向する第１及び第２端部１０２、１０２ａ、１０４、１０４ａを有することがあり、且つ最終縮小金型１００、１００ａを経由して完全に又は部分的に延伸するボア１１２、１１２ａを有する最終縮小金型空洞１０８、１０８ａを含むことがある。成形ラム１３０は、最終縮小金型１００、１００ａの合わせ面１０６、１０６ａに接触するように構成された面１３４を有することがある。縮小ラム１３０は、成形ラム８０（図１６及び２５）のラム空洞８２（図１６及び２５）の形状を補完するように形成されることがあるラム空洞１３２を有することがある。縮小ラム１３０は成形途中の未加工品１３の端部を受け止めるように構成されることがある。最終縮小金型１００（図２０）は、成形金型５０（図１６）に形成される成形金型皿穴６０（図１６）に対応する最終縮小金型皿穴１１０（図２０）を含むことがある。図２０及び２９に示す最終縮小金型１００、１００ａの各々のボア１１２、１１２ａは、図１５及び２４に図解した未加工品１２の公称シャンク部分２８の公称シャンク径３０と実質的に同等のボア径１１４、１１４ａを含むことがある。図２０及び２９の縮小ラム１３０は、図１７及び２６に図解し既に説明した成形ラム８０と実質的に同等に構成されることがある。
【００５６】
図１４の方法４００のステップ４１２は、図２１及び３０に示したように最終縮小金型１００、１００ａのボア１１２、１１２ａに、成形途中の未加工品１３の公称シャンク部分２８を挿入するステップを含むことがある。最終縮小金型１００、１００ａは、バッキング装置１３８（図２２及び３１）上で支持されることがある。拡張されたシャンク部分３２は、最終縮小金型ボア１１２、１１２ａの直径１１４、１１４ａよりも大きくなることがある拡張されたシャンク径３４（図１９及び２８）を有することがある。拡張されたシャンク部分３２は、最終縮小金型１００、１００ａのボア１１２、１１２ａの上方に配置することができる。成形途中の未加工品１３は、以下で説明するように、最終縮小金型１００、１００ａのボア１１２、１１２ａへの拡張されたシャンク部分３２の挿入を容易にするため、公称シャンク部分２８と拡張されたシャンク部分３２との間に先が細くなった移行部分を含むことがある。
【００５７】
図１４の方法４００のステップ４１４は、図２２及び３１に示すように成形途中の未加工品１３に軸圧縮力１３６を印加するステップを含むことがある。図２２及び３１にそれぞれ示す最終金型１００、１００ａは、任意選択により、軸圧縮力１３６の印加時にバッキング装置８８（図２２及び３１）上で支持されることがある。縮小ラム１３０は、成形途中の未加工品１３のヘッド４０に軸圧縮力１３６を印加することができる。
【００５８】
図１４の方法４００のステップ４１６は、図２２及び３１に示すように最終縮小金型１００、１００ａのボア１１２、１１２ａに、拡張されたシャンク部分３２を挿入又は推し進めるステップを含むことがある。軸圧縮力１３６は、縮小ラム１３０が最終縮小金型１００、１００ａに接触するまで、成形途中の未加工品１３に印加することができる。
【００５９】
図１４の方法４００のステップ４１８は、拡張されたシャンク部分３２の断面積を図２２及び３１に示すように最終縮小金型ボア１１２、１１２ａの断面積まで縮小することによって、冷間加工されたシャンクセクション２１２を形成するステップを含むことがある。その際、この方法は、拡張されたシャンク部分３２に力を加えて最終縮小金型ボア１１２、１１２ａまで縮小するステップに対応して、成形途中の未加工品１３の拡張されたシャンク部分３２の直径を、最終縮小金型ボア１１２、１１２ａの直径１１４、１１４ａまで縮小するステップを含むことがある。このように、ステップ４１８は、図２２及び３１の成形途中の未加工品１３を、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図２３及び３２）及び延性シャンクセクション２１４（図２３及び３２）を有する締め具２００（図２３及び３２）に成形するステップを含むことがある。延性シャンクセクション２１４は、締め具２００の冷間加工されたシャンクセクション２１２からテールエンド部分２１０（図２３及び３２）まで延伸することがある。成形途中の未加工品１３は、図２３の皿頭締め具２１８に成形されることがある。代替的に、成形途中の未加工品１３は、図３２の丸頭締め具２００に成形されることがある。
【００６０】
図３３〜３５を参照すると、半管状未加工品２０を半管状締め具２００（図６）に成形するための準備ステップが示されている。図３３は、少なくとも未加工品１２の端部まで部分的に延伸する一般的に中空の管状空洞２２を有する半管状の未加工品２０を図解している。中空の管状空洞２２を補完するように形成されるシャフトを有する挿入工具２４は、半管状未加工品２０を安定させるために提供されることがある。挿入工具２４は、半管状未加工品２０を、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図６）を有する半管状締め具２００に成形する工程時のつぶれ又は変形から、半管状の未加工品２０の中空の管状空洞２２を安定させることができる。
【００６１】
図３４は、成形金型５０に取付けられた半管状未加工品２０、及び半管状未加工品２０の管状空洞２２の下に配置された挿入工具２４を示している。挿入工具２４は任意選択により、挿入工具２４から延伸するボス２６を含むことができる。ボス２６は挿入工具２４を取り扱うために提供されることがある。
【００６２】
図３５は、成形金型５０に取付けられた未加工品１２、及び未加工品１２に軸圧縮力８６を印加する前に管状空洞２２に取付けられた挿入工具２４を示している。半管状の未加工品２０（図３３）を、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図６）を有する半管状締め具２００（図６）に加工する際に、中空の管状空洞２２を安定化させるため未加工品１２への軸圧縮力８６の印加中に、挿入工具２４は機械的に位置を保つことができる。
【００６３】
次に図３６を参照すると、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図２３）を有する締め具２００（図２３）を形成するための方法５００のさらなる実施形態が示されている。方法５００は、未加工品１２（図１５）を締め具２００に成形するステップに関して上述の一又は複数のステップを含むことがあり、且つ締め具２００の性能及び強度特性を改善するための付加的なステップを含むことができる。
【００６４】
図３６の方法５００のステップ５０２は、所望の粒径を有する未加工品１２（図１５）を提供するステップを含むことがある。例えば、ステップ５０２は、既に述べたように大きめの粒径材料が使用されることがあるものの、約１０，０００ナノメートル未満の粒径を有する超細粒材料組成を有する未加工品１２を提供するステップを含むことがある。
【００６５】
図３６の方法５００のステップ５０４は、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び成形途中の未加工品１３（図１９）の拡張されたシャンク部分３２を形成するステップを含むことがあり、形成ステップ時に成形途中の未加工品１３を冷間加工するステップを含むことがある。冷間加工されたヘッドセクション２０４及び拡張されたシャンク部分３２の形成に加えて、ステップ５０４は、図１８及び２７に示すように成形プロセス中に行われた冷間加工によって、改善された引張強度などのように、冷間加工されたヘッドセクション２０４で強度を改善するステップを含むことがある。
【００６６】
図３６の方法５００のステップ５０６は、冷間加工したシャンクセクション２１２（図２２）を形成する前に、任意選択により成形途中の未加工品１３（図２１）を焼きなましするステップを含むことがある。焼きなましするステップは、成形途中の未加工品１３を事前に設定した温度まで加熱するステップ、及びその温度を事前に設定した時間だけ保持するステップを含むことがある。焼きなましは任意選択により、成形途中の未加工品１３の残留応力を低減又は取り除くため、及び／又は成形途中の未加工品１３の強度特性など、成形途中の未加工品１３の一又は複数の特性を改善するため、実施することができる。
【００６７】
図３６の方法５００のステップ５０８は、成形途中の未加工品１３の局所領域（例えば、拡張されたシャンク部分３２―図１９）冷間加工して、既に説明し図２３及び３２で図解したように冷間加工されたシャンクセクション２１２を有する締め具２００（図２３）に成形するステップを含む。一実施形態では、冷間加工プロセスは、拡張されたシャンク部分３２の断面積を減少させて、冷間加工したシャンクセクション２１２を形成するステップを含むことができる。有利には、冷間加工されたヘッドセクション２０４と冷間加工されたシャンクセクション２１２は、延性シャンクセクション２１４よりも高い強度を有していることがある。延性シャンクセクション２１４は、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２よりも高い延性度を有することができる。
【００６８】
図３６の方法５００のステップ５１０は、冷間加工されたヘッドセクション２０４（図２３）及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図２３）を締め具２００（図２３）に形成した後に、締め具２００を焼きなましする任意選択のステップを含むことがある。焼きなましステップは、冷間加工プロセス時に締め具２００に発生しうる残留応力を低減又は取り除くための手段として、締め具２００を事前に設定した高温まで加熱し、その温度を事前に設定した時間だけ保持することによって締め具２００を熱処理するステップをさらに含むことがある。焼きなましのステップはまた、締め具２００の機械特性を改善することがある。
【００６９】
図３６の方法５００のステップ５１２は、締め具２００（図２３）に耐腐食性被覆材２０２（図２３）を適用するステップを含むことがある。既に述べた一実施形態では、被覆２０２は耐腐食性の硬化性有機被覆材を含むことがある。被覆２０２は、吹き付け、はけ塗り、又は代替的な方法を使用して締め具２００に塗布することができる。被覆２０２材は、他の厚さの被覆２０２でも可能であるが、硬化後に約０．０００３〜０．０００５インチの厚さを有することが好ましい。
【００７０】
図３６の方法５００のステップ５１４は、事前に設定した硬化温度まで、被覆した締め具２００の環境温度を上昇させ、事前に設定した時間だけ保持することになどによって塗布した被覆材を硬化させるステップを含むことがある。被覆２０２の温度の上昇は、塗布した被覆材から溶媒の蒸発を引き起こすことができる。
【００７１】
図３６の方法５００のステップ５１６は、締め具２００の強度特性を高めるため、事前に設定した温度形態で事前に定められた時間だけ、締め具２００（図２３）を最終的に熱処理する任意選択のステップを含むことがある。一実施形態では、締め具２００の熱処理は、締め具２００を製造するための総時間及び総コストを低減するため被覆材の硬化と同時に実施することができる。ステップ５１６は、塗布した被覆材の硬化し、締め具２００を熱処理するステップ５１４と任意選択により結合してもよい。
【００７２】
図３６の方法５００のステップ５１８は、既に説明し図９〜１３で図解したように、構造物２５０に締め具２００（図２３）を取付けるステップを含むことがある。締め具２００は、冷間加工されたヘッドセクション２０４（図９）と構造物２５０（図９）の総厚みにほぼ等しい長さを有する冷間加工されたシャンクセクション２１２（図９）とを有する皿頭締め具２１８（図９）として形成することができる。代替的に、締め具２００は、構造物２５０（図９）の総厚みにほぼ等しい長さを有する冷間加工されたシャンクセクション２２６ａ（図４）を有する丸頭締め具２２４（図４）として形成することができる。丸頭締め具２２４は、締め具２２４の取付けによって形成される構造結合部に最大のせん断耐力を提供することができる。
【００７３】
図３６の方法５００のステップ５２０は、図１０〜１２の一連のステップで図解したように、構造物２５０に対して延性シャンクセクション２１４のテールエンド部分２１０を据え込みするステップを含むことがある。テールエンド部分２１０は、テールエンド部分２１０の据え込み時に、構造物２５０のコンポーネントに対して適切に変形させることができる。有利には、延性シャンクセクション２１４の延性度が高いため、締め具２００のテールエンド部分２１０の操作性又は据え込みの改善が実現され、これによって締め具の取付け品質及び締め具２００によって締結されるコンポーネントの締め付けが改善される結果となる。締め付けが改善されることによって、締め具２００の取付けによって形成される構造結合部の結合疲労及び引張強度を改善することができる。
【００７４】
冷間加工されたヘッド及びシャンクセクション２０４、２１２を有する締め具２００を形成するプロセスは、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２を形成するための一連の金型（すなわち、成形金型５０及び最終縮小金型１００）の使用に関連して既に説明されているが、他の方法も実装可能であるという点に注意すべきである。例えば、冷間加工されたヘッド及びシャンクセクション２０４、２１２は、押出、圧延、据え込み、又は所望のレベルの局所的な冷間加工を与える他の操作（例えば、断面積の２〜５パーセントの縮小）によって形成することができる。
【００７５】
上述の説明及び関連する図面に示した教示の利点を有するこのような発明に関連する当業者であれば、本明細書に記載した多数の変形例および他の実施形態が想起される。本明細書に記載した実施形態は、例示することを意図したものであって、限定的又は網羅的であることを意図していない。本明細書では特定の用語を使用しているが、単に一般的かつ説明のために使用したものであり、限定を目的とするものではない。
【符号の説明】
【００７６】
１０ システム
１２、１３ 未加工品
１４、１６ 端部
１８ 立体
２０ 半管状の未加工品
２２ 管状空洞
２４ 挿入工具
２６ ボス
２８ 公称シャンク部分
３０ 公称シャンク径
３２ シャンク部分
３４ シャンク径
３６ 皿頭
３８ 丸頭
４０ ヘッド
５０、５０ａ 成形金型
５２、５２ａ、５４、５４ａ 端部
５６、５６ａ 合わせ面
５８、５８ａ 成形金型空洞
６０ 成形金型皿穴
６２、６２ａ ボア
６４、６４ａ 公称ボア部分
６６、６６ａ 公称ボア径
６８、６８ａ 拡張されたボア部分
７０、７０ａ ボア径
７２、７２ａ ボア皿穴
８０ 成形ラム
８２ ラム空洞
８４ 面
８６ 軸圧縮力
８８ バッキング装置
１００、１００ａ 最終縮小金型
１０２、１０２ａ、１０４、１０４ａ 端部
１０６、１０６ａ 合わせ面
１０８、１０８ａ 最終縮小金型空洞
１１０ 最終縮小金型皿穴
１１２、１１２ａ ボア
１１４、１１４ａ ボア径
１３０ 縮小ラム
１３２ ラム空洞
１３４ 面
１３６ 軸圧縮力
１３８ バッキング装置
２００ 締め具
２０２ 耐腐食性被覆材
２０３ ヘッド
２０４ ヘッドセクション
２０６ シャンク
２０８ シャンク径
２１０ テールエンド部分
２１２ シャンクセクション
２１４ 延性シャンクセクション
２１８ 皿頭締め具
２２０ 皿頭せん断締め具
２２０ａ シャンクセクション
２２０ｂ 延性シャンクセクション
２２０ｃ テールエンド部分
２２０ｄ ヘッドセクション
２２２ 皿頭引張締め具
２２２ａ シャンクセクション
２２２ｂ 延性シャンクセクション
２２２ｃ テールエンド部分
２２２ｄ ヘッドセクション
２２４ 丸頭締め具
２２６ 丸頭せん断締め具
２２６ａ シャンクセクション
２２６ｂ 延性シャンクセクション
２２６ｃ テールエンド部分
２２６ｄ ヘッドセクション
２２８ 丸頭引張締め具
２２８ａ シャンクセクション
２２８ｂ 延性シャンクセクション
２２８ｃ テールエンド部分
２２８ｄ ヘッドセクション
２３０ 半管状締め具
２３０ａ シャンクセクション
２３０ｂ 延性シャンクセクション
２３０ｃ テールエンド部分
２３０ｄ ヘッドセクション
２５０ 構造物
２５２、２５４ コンポーネント
２５６ 表面
２５８ 孔
２６０ 孔の長さ
２６４ 据え込み前の状態
２６６ 据え込み途中の状態
２６８ 最終的な据え込み状態
２７０ バッキングバー
２７２ 工具
２７４ 据え込み力
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して締め具に関し、より具体的には、局所的に冷間加工されたセクションを有する一体型締め具を調整するシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械的締め具は、構造組立品の２つ以上のコンポーネントを結合する際に広く使用されている。例えば、機械的締め具は、機体の構造コンポーネントの結合で広範囲にわたって使用されている。ツーピース締め具は、締め具での引張荷重が比較的大きくなる用途を含む種々の用途で使用されている。このようなツーピース締め具は、孔に挿入されるボルト又はピンと、ボルト又はピンの自由端に形成されるねじ山又はその他の機構に機械的に固定されるねじ込みナット又はスウェージカラーを含むことがある。構造物に対してナット又はカラーを締め付けることによって、構造組立品のコンポーネントを固定することができる。
【０００３】
ツーピース締め具は一般的に比較的高い締め付け能力及び耐引張荷重能力を提供するが、ツーピース締め具は総合的な有用性を損なう幾つかの欠点に悩まされている。例えば、ツーピース締め具システムを含むシステムの各コンポーネントを大量に製造、処理、及び保管する必要があるため、調達コストは比較的高くなる。加えて、構造物においてツーピース締め具の取付及び組立に要する時間は比較的長くなり、ツーピース締め具の種々のコンポーネントの構成には個別の特別な工具が必要となるため、製造コストが増大することがある。
【０００４】
さらに、各ツーピース締め具システムに関しては２個の別々のピースを扱うことが必要となるため、１つの機体に比較的大量の締め具（例えば、数万個）が取付けされることを考慮すると、総生産時間が増大して好ましくないことがある。しかも、ツーピース締め具は、ピン又はボルトの自由端に形成されるねじ山に十分に係合して、適切な締め付け能力及び耐引張荷重能力を提供するために、はめ込みナット又はカラーに要求されるサイズ又は長さのために、比較的重くなることがある。１つの機体に使用される締め具の容積は大きいため、締め具に関連する重量、コスト、及び時間のわずかな節約が、プログラム期間中に製造される任意の数の航空機全体では大きな節約となりうる。
【０００５】
以上のように、締め具に関する技術には、少なくとも従来のツーピース締め具と同等の強度特性を提供しつつ、取付けをより単純化して短時間で取付けできるようにするニーズが存在する。
【発明の概要】
【０００６】
ツーピース締め具に関連する上述のニーズは、一実施形態では、ヘッド及びシャフトあるいはヘッドから延伸しテールエンド部分で終わるシャンクを有する一体型締め具システムを提供する本発明によって解決され、軽減される。シャフト又はシャンクは、ヘッドに隣接するように配置される冷間加工されたシャンクセクション及び冷間加工されたシャンクセクションとテールエンド部分との間に延伸する延性シャンクセクションを含むことがある。
【０００７】
また、一体型締め具システムを形成する方法も開示されている。この方法は、対向する端部を有する未加工品を提供するステップを含むことがある。未加工品は成形金型のボアに挿入することができる。成形金型は拡張されたボア部分を有することがある。この方法は好ましくは、未加工品に付加的な軸圧縮力を印加し且つ未加工品のヘッドに冷間加工を適用するステップと、成形金型の拡張されたボア部分に対応する未加工品に拡張されたシャフト又はシャンク部分を形成するステップとを含むことができる。公称シャンク部分は拡張されたシャンク部分から延伸することができる。公称シャンク部分は、締め具の最終直径にほぼ等しい直径を有することができる。この方法はさらに、公称シャンク部分を最終縮小金型のボアに挿入するステップと、拡張されたシャンク部分に軸圧縮力を適用するステップを含む。この方法は、最終縮小金型のボアの中に拡張されたシャンク部分を挿入するステップと、未加工品が最終的な締め具の構成で形成されるように、拡張されたシャンク部分の断面積を減少させることによって冷間加工されたシャンクセクションを形成するステップを追加的に含むことができる。
【０００８】
本発明はまた、構造物を組み立てる方法も含む。この方法は、テールエンド部分で終わるヘッドとシャンクを有する一体型締め具（例えば、リベット）を提供するステップを含むことができる。ヘッドは冷間加工されたヘッドセクションを含むことができる。シャンクは、冷間加工されたシャンクセクション及び冷間加工されたシャンクセクションからテールエンド部分まで延伸する延性シャンクセクションを含むことがある。冷間加工されたヘッドセクションと冷間加工されたシャンクセクションは、延性シャンクセクションよりも高い強度を有することができる。この方法は、構造物の孔に締め具を取り付けるステップと延性シャンクセクションのテールエンド部分を据え込むステップを追加的に含むことができる。
【０００９】
本発明の一態様によれば、締め具は冷間加工されたヘッドセクション、冷間加工されたシャンクセクション、及び冷間加工されたシャンクセクションから締め具のテールエンド部分まで延伸する延性シャンクセクション、冷間加工されていない延性シャンクセクションを含む。有利には、冷間加工されたヘッドセクションと冷間加工されたシャンクセクションは、延性シャンク部分よりも高い強度を有している。有利には、延性シャンクセクションは、冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションよりも高い延性度を有している。有利には、締め具は、アルミニウム、アルミニウム合金のうちの少なくとも１つの材料組成を有する。有利には、締め具は、鉄、鉄合金のうちの少なくとも１つの材料組成を有する。有利には、締め具は、チタン、チタン合金のうちの少なくとも１つの材料組成を有する。有利には、締め具は、超微細粒材料組成を有する。有利には、冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションは、冷間加工プロセスで形成されている。有利には、締め具は、耐腐食性の硬化性有機被覆材で被覆されている。有利には、締め具は、皿頭構成及び丸頭構成のうちの少なくとも１つをさらに含む。
【００１０】
本発明の一態様によれば、締め具を形成する方法は、拡張されたボア部分を有する成形金型のボアに未加工品を挿入するステップ、未加工品に軸圧縮力を印加するステップ、冷間加工されたヘッドセクションと拡張されたボア部分に対応する未加工品上の拡張されたシャンク部分、そこから延伸する公称シャンク部分を有する拡張されたシャンク部分を形成するステップ、公称シャンク部分を最終縮小金型のボアに挿入するステップ、拡張されたシャンク部分に軸圧縮力を印加するステップ、拡張されたシャンク部分を最終縮小金型のボアの中に付勢するステップ、さらに拡張されたシャンク部分の断面積を減少させることによって冷間加工されたシャンクセクションを形成するステップを含む。有利には、拡張されたシャンク部分の断面積を減少させるステップは、拡張されたシャンク部分の断面積を約２〜５パーセントだけ減少させるステップを含む。有利には、未加工品を提供するステップは、チタン、及びチタン合金のうちの少なくとも１つの材料組成の未加工品を提供するステップを含む。有利には、この方法は、超微細粒材料組成を有する未加工品を提供するステップをさらに含む。有利には、この方法は、冷間加工されたシャンクセクションと冷間加工されたヘッドセクションの形成前に未加工品を焼きなましするステップ、及び冷間加工されたヘッドセクションと冷間加工されたシャンクセクションの形成後に締め具を焼きなましするステップのうち少なくとも１つをさらに含む。有利には、この方法は、締め具を耐腐食性の硬化性有機被覆材で被覆するステップをさらに含む。
【００１１】
本発明の一態様によれば、構造物を組み立てる方法は、テールエンド部分で終わるヘッド及びシャンクを有する締め具、冷間加工されたヘッドセクションを有するヘッド、冷間加工されたシャンクセクション及び冷間加工されたシャンクセクションからテールエンド部分まで延伸する延性シャンクセクションを含むシャンク、延性シャンクセクションよりも高い強度を有する冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションを提供するステップと、構造物の孔に締め具を取り付けるステップと、延性シャンクセクションのテールエンド部分を据え込むステップとを含む。有利には、締め具を提供するステップは、チタン、及びチタン合金のうちの少なくとも１つの材料組成の未加工品を提供するステップを含む。有利には、締め具を提供するステップは、超微細粒材料の締め具を提供するステップを含む。有利には、延性シャンクセクションは、冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションの延性度よりも高い延性度を有している。有利には、冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションは、冷間加工プロセスで形成されている。有利には、この方法は、耐腐食性の硬化性有機被覆材で被覆された締め具を提供するステップをさらに含む。有利には、締め具を取付けるステップは、航空機構造物に締め具を取付けるステップを含む。
【００１２】
既に説明した特徴、機能及び利点は、本発明の様々な実施形態で独立に実現することが可能であるか、以下の説明及び図面を参照してさらなる詳細が理解されうる、さらに別の実施形態で組み合わせることが可能である。
【００１３】
本発明のこれらの特徴及び他の特徴は、全体を通して同様の部品が同様の番号で示されている、以下の図面を参照することでより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】冷間加工されたヘッドセクション、冷間加工されたシャンクセクション、及び冷間加工されたシャンクセクションから締め具のテールエンド部分まで延伸する延性シャンクセクションを有する一体型締め具の実施形態の側面概略図である。
【図２】構造物に取付けられた皿頭せん断一体型締め具の側面概略図である。
【図３】構造物に取付けられた皿頭引張一体型締め具の側面概略図である。
【図４】構造物に取付けられた丸頭せん断一体型締め具の側面概略図である。
【図５】構造物に取付けられた丸頭引張一体型締め具の側面概略図である。
【図６】締め具のテールエンド部分の据え込み前に構造物に挿入した半管状の一体型締め具の側面概略図である。
【図７】締め具のテールエンド部分の据え込み後の半管状の一体型締め具の側面概略図である。
【図８】冷間加工されたヘッドセクション、冷間加工されたシャンクセクション、及び延性シャンクセクションを有する一体型締め具を構造物に取付ける方法に含まれることがある一又は複数の作業を図解するフロー図である。
【図９】構造物のコンポーネントを貫通する孔に締め具を取付ける前の、冷間加工されたヘッド及びシャンクセクションを有する一体型締め具の側面概略図である。
【図１０】孔に取付けられた一体型締め具と、孔の長さとほぼ同等の長さを有する冷間加工されたヘッド及びシャンクセクションを図解し、さらに取付け前又は据え込み前の状態で孔の外へ延伸する締め具のテールエンド部分で延性シャンクセクションを図解する側面概略図である。
【図１１】取付け前又は据え込み途中の状態で締め具を挟んで対向するように配設された工具とバッキングバーを有する一体型締め具の側面概略図である。
【図１２】構造物に取付けられた一体型締め具と、据え込み後の状態にある締め具のテールエンド部分を図解する側面概略図である。
【図１３】工具とバッキングバーが取り除かれ、構造物に取付けられた一体型締め具と、締め具の延性シャンクセクションを有する締め具の据え込み端部を図解する側面概略図である。
【図１４】冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションを有する一体型締め具を形成する方法に含まれることがある一又は複数の作業を図解するフロー図である。
【図１５】図１６〜２３の一連の作業で示されているように、冷間加工されたヘッド及びシャンクセクションを有する皿頭一体型締め具として形成されうる未加工品の斜視図である。
【図１６】皿穴及び皿頭の冷間加工に使用する成形ラムを有し、未加工品に拡張されたシャンク部分を形成する成形金型の側面概略図である。
【図１７】成形ラムによって未加工品に軸圧縮力を印加する前に、成形金型内に配置された未加工品の側面概略図である。
【図１８】軸圧縮力の印加後に成形金型に接触する成形ラムと、未加工品の冷間加工ヘッドセクション及び拡張されたシャンク部分を形成するための成形金型及び成形ラムの形状にほぼ対応する形状を仮定する未加工品の部分を図解する側面該略図である。
【図１９】軸圧縮力の印加の結果として形成される拡張されたシャンク部分を有する成形途中の未加工品の側面概略図である。
【図２０】未加工品上の拡張されたシャンク部分の冷間加工に使用される皿穴及び縮小ラムを有する最終縮小金型の側面概略図である。
【図２１】縮小ラムによって皿頭に軸圧縮力を印加する前に、最終縮小金型内に配置された成形途中の未加工品の側面概略図である。
【図２２】軸圧縮力の印加後に最終縮小金型に接触する縮小ラムと、皿頭一体型締め具の冷間加工されたヘッドセクション及び冷間加工されたシャンクセクションを形成するため、拡張されたシャンク部分のサイズの縮小を示す側面概略図である。
【図２３】軸圧縮力の印加の結果として形成される冷間加工されたヘッドセ及びシャンクセクションを有する皿頭一体型締め具の最終構成の側面概略図である。
【図２４】図２５〜３２の一連の作業で示されているように、冷間加工されたヘッド及びシャンクセクションを有する丸頭一体型締め具として形成されうる未加工品の斜視図である。
【図２５】丸頭の冷間加工及び未加工品上の拡張されたシャンク部分の形成に使用される成形金型と成形ラムの側面概略図である。
【図２６】成形ラムによって未加工品に軸圧縮力を印加する前に、成形金型内に配置された未加工品の側面概略図である。
【図２７】軸圧縮力の印加後に成形金型に接触する成形ラムと、未加工品の冷間加工ヘッドセクション及び拡張されたシャンク部分を形成するための成形金型及び成形ラムの形状にほぼ対応する形状を仮定する未加工品の部分を図解する側面該略図である。
【図２８】軸圧縮力の印加の結果として形成される拡張されたシャンク部分を有する成形途中の未加工品の側面概略図である。
【図２９】成形途中の未加工品上の拡張されたシャンク部分の冷間加工に使用される最終縮小金型及び縮小ラムの側面概略図である。
【図３０】縮小ラムによって丸頭に軸圧縮力を印加する前に、最終縮小金型内に配置された成形途中の未加工品の側面概略図である。
【図３１】軸圧縮力の印加後に最終縮小金型に接触する縮小ラムと、丸頭一体型締め具の冷間加工されたシャンクセクションを形成するため、拡張されたシャンク部分のサイズの縮小を示す側面概略図である。
【図３２】軸圧縮力の印加の結果として形成される冷間加工されたヘッド及びシャンクセクションを有する丸頭一体型締め具の最終構成の側面概略図である。
【図３３】図２〜９で示されている手順と同様の一連の作業で示されているように、一体型締め具の最終構成の中で未加工品を形成している間に、未加工品の管状中空体を安定させるように実装することができる半管状の未加工品及び挿入工具の斜視図である。
【図３４】成形金型内に配置された半管状の未加工品及び未加工品の管状中空体の下に配置された挿入物の側面概略図である。
【図３５】成形金型内に配置された半管状の未加工品及び半管状未加工品に軸圧縮力を印加する前に管状中空体に実装された挿入物の側面概略図である。
【図３６】冷間加工されたヘッド及びシャンクセクションを有する一体型締め具を形成する方法に含まれることがあり、一又は複数の任意選択の熱処理ステップ及び一体型締め具への有機被覆の適用を含む一又は複数の作業を図解するフロー図である。
【００１５】
ここで本発明の好ましい種々の実施形態を示すことを目的とした図面を参照すると、図１には一体型締め具構成で形成された締め具２００の実施形態の概略図が示されている。一体型締め具２００（例えば、リベット）はヘッド２０３及びシャフト又はシャンク２０６を有する。シャンク２０６はヘッド２０３から延伸し、テールエンド部分２１０で終わる。ヘッド２０３は冷間加工されており、一体型締め具２００の冷間加工されたヘッドセクション２０４を含む。シャンク２０６は延性シャンクセクション２１４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２を有する。冷間加工されたシャンクセクション２１２はまた、冷間加工され、一体型締め具２００の冷間加工されたヘッドセクション２０４に隣接するように配置されることがある。延性シャンクセクション２１４は、冷間加工されたシャンクセクション２１２からシャンク２０６のテールエンド部分２１０まで延伸することがある。シャンク２０６は、シャンク２０６の長さに沿ってほぼ一定のシャンク径２０８で形成することができるが、シャンク２０６は成形途中ではシャンク２０６に沿った種々の位置で、２つ以上の異なる直径（図示せず）で形成されることがある。
【００１６】
本発明はリベットとの関連において一体型締め具２００について記述しているが、一体型締め具２００は、限定しないが、種々の構成の任意の１つで提供されるが、これはリベットの構成に限定されるものではない。さらに、締め具２００は一体型締め具２００としての使用に限定されていない。例えば、締め具２００及びこれに関連する成形ステップは、ツーピース締め具システムなどのマルチピース締め具システムに適用し実装することができる。
【００１７】
有利には、締め具２００の冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、以下でさらに詳しく説明するように、ヘッド２０３及びシャンク２０６の一部に適用することができる冷間加工プロセスによってもたらされる効果によって、延性シャンクセクション２１４よりも高い強度を有している。例えば、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、延性シャンクセクション２１４のせん断強度よりも高いせん断強度を有することができる。超微細粒のチタン又はチタン合金を有する締め具２００に関しては、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、少なくとも９５ｋｓｉの極限せん断強度、より好ましくは、少なくとも１００ｋｓｉの極限せん断強度を有することができる。締め具２００はまた、以下でさらに詳しく説明するように、ヘッドセクション２０４及びシャンクセクション２１２の冷間加工プロセスによって、従来の締め具に対して比較的高い耐引張荷重能力を有することができる。
【００１８】
有利には、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２の局所的な強度レベルの上昇が、締め具２００の熱処理を行うことなく実現可能である。冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２の比較的高い強度レベルはまた、以下で説明するように、１つには比較的小さな平均粒径を有する締め具材料によるものである。比較的小さな平均粒径は、冷凍粉砕、等角押出成形、又は他の粒径減少プロセスの使用により実現することができる。有利には、冷凍粉砕したチタン又はチタン合金材料などの締め具２００の縮小された粒径の使用により、従来のチタン又はチタン合金材料と比較して、強度の改善、成形性の改善、及び昇温安定性の向上が実現される。加えて、還元した超細粒材料などの比較的小さな粒径を有する材料によって提供される機械特性の改善は、その後の熱処理を必要とすることなく実現することができる。
【００１９】
本明細書に開示されている締め具２００の冷間加工の追加により、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２が得られる。冷凍粉砕された超細粒材料など、比較的小さな粒径材料によって提供された比較的高い材料特性を有する、冷間加工されたヘッドセクション２０４と冷間加工されたシャンクセクションとの組合せは、従来のツーピース締め具によって提供される張力及び締め付け能力と同等の張力及び締め付け能力を有する一体型締め具２００をもたらす。有利には、従来のツーピース締め具の代わりに単純な一体型締め具２００を使用できることにより、締め具取付け処理が単純化され、締め具取付けコストが低減される。加えて、本明細書で開示されている一体型締め具２００は、同程度の機械特性を有するツーピース締め具の重量よりも少ない重量（例えば、３０パーセント軽量）を有することができる。
【００２０】
延性シャンクセクション２１４は有利には、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２の延性度よりも高い延性度を有している。延性シャンクセクション２１４の高い延性度により、以下に説明するように、適切な変形又は締め具取付け時（例えば、リベット固定又は据え込み作業）の締め具２００のテールエンド部分２１０の据え込みを容易にすることができる。延性シャンクセクション２１４の高い延性度は、締め具２００が形成される未加工品１２の延性度とほぼ同程度であることがある。より具体的には、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２の延性度と比較して、延性シャンクセクション２１４の高い延性度は、締め具２００の冷間加工を冷間加工されたヘッドセクション２０４と冷間加工されたシャンクセクション２１２に局所的に限定し、シャンク２０６の残存部分（すなわち、延性シャンクセクション２１４）の冷間加工を回避したことに由来することがある。一実施形態では、延性シャンクセクション２１４は、不具合又は他の容認しがたい条件が発生することなく、締め具２００のテールエンド部分２１０の適切な変形を促進する延性度を有することができる。例えば、延性シャンクセクション２１４は、シャンク２０６の破砕又は不具合が発生することなく、締め具２００の縦軸に沿って少なくとも約１０パーセント伸長する延性値を有することができる。延性シャンクセクション２１４はまた、シャンク２０６の破砕又は不具合が発生することなく、少なくとも３０パーセントの断面積減少によって表わされる延性度を有することができる。
【００２１】
延性シャンクセクション２１４の比較的高い延性度は、締め具２００が形成される材料（すなわち、未加工品１２）の比較的小さい粒径に由来することがある。有利には、一実施形態で、締め具２００は比較的小さな平均粒径を有する超細粒材料から形成されうる。例えば、締め具２００は、約１０，０００ナノメートル（ｎｍ）未満（すなわち、約１０ミクロン未満）の平均粒径を有する材料から形成することができる。このような超細粒材料は、摩擦攪拌プロセス及び／又は等角押出成形（ＥＡＥ）、又は他のプロセスによって製造することができる。さらなる実施形態では、締め具２００は、約５００ナノメートル（ｎｍ）未満の平均粒径及び、より好ましくは、約３００ナノメートル未満の平均粒径を有する材料から形成することができる。例えば、材料は約１００ナノメートルから３００ナノメートルまでの平均粒径を有することがある。
【００２２】
しかしながら、締め具２００を形成する材料は、約１０，０００ナノメートル未満の平均粒径を有する材料に限定されないが、任意の粒径を有する材料から形成されうる。例えば、締め具２００は、約１００，０００ナノメートルを超える平均粒径を有すると記載される粗粒材料を有する材料で形成することができる。締め具２００はまた、約５０，０００〜７５，０００ナノメートルなど、約１００，０００ナノメートル未満の平均粒径を有する細粒として記載される材料で形成することもできる。
【００２３】
一実施形態では、未加工品用の材料は摩擦攪拌プロセスを使用して形成することができる。摩擦攪拌プロセスは、チタン又はチタン合金などの粗粒（例えば、１００，０００ｎｍを超える平均粒径）材料を使用することができる。粗粒金属材料は、攪拌チャンバ（図示せず）及び攪拌ツール（図示せず）を使用して処理することができる。粗粒材料の温度は、粗粒材料が攪拌チャンバを通過するにつれて上昇し、攪拌チャンバ内では攪拌ツールが材料を攪拌し、激しい機械的変形を利用して粒径を減少させ、材料の微細構造の同質性又は均一性を改善する。材料は攪拌チャンバから出るとすぐに固化し、超細粒微細構造を有する比較的同質性の高い材料になる。
【００２４】
代替的に、未加工品１２が形成される材料の粒径は、等角抽出成形（ＥＡＥ）プロセスによって減少させることが可能で、材料に力を加えて約９０度の屈曲を有する金型を通すことができる。等角抽出成形プロセスでは、材料に力を加えて９０度の屈曲に通して、材料の機械的な冷間加工を行うことができる。材料の機械的な冷間加工は、材料の平均粒径を減少させることができる。
【００２５】
材料の粒径は冷凍粉砕プロセスを使用して作り出すことも可能で、球形の磨砕機（図示せず）を使用して材料の微細構造の大きさを小さくすることができる。球形の磨砕機を使用して激しい機械的変形を加えることにより、材料を摩滅させて比較的微細な粒子粉体にすることができる。材料は液体水素又は液体窒素又は他の冷却媒体の中で摩滅させることができる。超微細な粒子粉体材料は、熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）プロセス又は他の固化プロセスで、固化することができる。このプロセスにより、超微細なサブミクロン粒子の微細構造を得ることができる。
【００２６】
例えば、チタン及び／又はチタン合金粉末は冷凍粉砕プロセスで製造することが可能で、チタン及び／又はチタン合金粉末はあらかじめ定められた量又はパーセンテージで他の合金要素と混合して、冷凍粉砕プロセスを施すことができる。既に述べたように、冷凍粉砕プロセスでは、金属合金粉末混合物は、液体窒素、アルゴン、水素の懸濁液が入ったステンレス鋼のボール又は他の環境を使用する磨砕機型のボールミルによって粉砕することができる。冷凍粉砕プロセス時に、粉末の冶金学的構造に極度の機械的変形を加えることによって、金属合金粉末混合物の化学組成は変化することがある。例えば、冷凍粉砕プロセス時に、冷凍粉砕プロセスの窒素、アルゴン、酸素、又は他のガス雰囲気の結果として、極めて微細な酸化物相や窒化物相が生成されることがある。微細な酸化物相や窒化物相は、得られるサブミクロンの超微細粒径物質の温度安定性を改善することがある。その際、冷凍粉砕プロセスを使用することによって、改善された高強度の安定した超微細な粒径粉体が製造される。チタン粉末は、熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）プロセス、セラコン法鍛造プロセス又は他の固化プロセスを使用することによって、同質性が高く超細粒微細構造を有するチタン又はチタン合金を提供することができる。
【００２７】
締め具２００を形成する材料はチタン及びチタン合金との関連において本明細書に記載されているが、締め具２００（すなわち、未加工品１２）の材料は、例えば、限定しないが、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス鋼などの鉄合金、及び他の種々の材料組成のうちの任意の１つを含む任意の材料組成で提供することができるが、これに限られるわけではない。このような材料構成は、好ましくは上述のように比較的平均粒径を有していてもよい。
【００２８】
さらに図１を参照して、締め具２００の冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、冷間加工プロセスで形成することが可能で、締め具２００の前記未加工品１２（図１５）は冷間加工されてもよい。一実施形態では、冷間加工プロセスは、冷間加工されたヘッドセクション２０４を形成し、同時に成形途中の未加工品１３（図１９）の拡張されたシャンク部分３２（図１９）を形成するため、未加工品１２を冷間加工するステップを含むことができる。冷間加工プロセスは、以下でさらに詳しく説明するように、締め具２００の冷間加工されたシャンクセクション２１２を形成するため、拡張されたシャンク部分３２の断面積を局所的に減少させるステップをさらに含むことがある。一実施形態では、拡張されたシャンク部分３２の断面積は、以下でさらに詳しく説明するように、約２〜５パーセントだけ減少させることができる。しかしながら、冷間加工プロセスは、拡張されたシャンク部分３２の断面積を約２パーセント未満だけ又は約５パーセント以上減少させるステップを含むことがある。一実施形態では、冷間加工プロセスは、拡張されたシャンク部分３２の断面積を約３．５パーセントだけ減少させるステップを含むことができる。その際、成形途中の未加工品１３（図１９）の拡張されたシャンク径３４は、締め具２００の最終シャンク径２０８のおおよその直径まで冷間加工で減少させることができる。
【００２９】
ヘッド２０３及びシャンク２０６（図１）の局所的な冷間加工により、結果的に得られる冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図１）で強度を局所的に高めることが実現可能で、一方、シャンク２０６の残存部分（すなわち、延性シャンクセクション２１４）は比較的高い延性度（すなわち、成形性）と締め具２００（図１）の取付け時の効率向上を促進する耐久性を保持している。例えば、シャンク２０６を局所的に冷間加工することにより、締め具２００の冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２内部又は隣接部のせん断強度及び引張強度は、延性シャンクセクション２１４（図１）の強度と比較して、局所的に高めることができる。逆に、局所的に冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２への冷間加工を限定することにより、シャンク２０６の延性シャンクセクション２１４（すなわち、シャンク２０６の残存部分）は、材料の粒径が比較的小さいことによる結果として、比較的高い延性度、成形性、及び耐久性を保持している。
【００３０】
有利には、図１に示すリベットなどの一体型締め具２００の構成に関しては、延性シャンクセクション２１４の延性度が高いため、伸長度の向上によるリベットのテールエンド部分２１０の操作性又は据え込みの改善を実現することによって、締め具２００の取付けが改善され、これによって締め具２００によって締め付けられる２つ以上のコンポーネント２５２、２５４（図２）の間での結合が有意に向上する。冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２の比較的高い強度は、有利には熱処理プロセスなしで実現可能であり、これによって締め具２００の製造コスト及び締め具２００の製造時間が有意に低減可能である。しかしながら、以下に説明するように、締め具２００の冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２を強化又は安定させるため、及び／又は冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２のせん断強度の向上などの締め具２００の機械特性をさらに改善するため、締め具２００の形成プロセスには一又は複数の熱処理が含まれることがある。
【００３１】
締め具２００（図１）の性能の付加的な改善は、締め具２００に耐腐食性有機被覆２０２（図１）を適用することによって実現することができる。被覆２０２は締め具２００の潤滑性を改善して、締め具２００の取付けに役立てることができる。被覆２０２による潤滑性の向上によって、締め具の湿式実装に伴う煩雑さ、時間及び費用を回避することができる。被覆２０２はまた、環境（例えば、湿気）腐食、電解腐食、及び／又は応力腐食に対して、締め具２００の腐食保護を高めることができる。一実施形態では、被覆２０２は、以下で説明する締め具２００の形成前、形成中、及び／又は形成後の任意の時点で、締め具２００に大して溶液で塗布することが可能な耐腐食性の硬化性有機被覆材を含むことができる。
【００３２】
一実施形態では、被覆２０２（図１）は、一又は複数の可塑剤と混合可能なフェノール樹脂を含むことができる。被覆２０２はまた、ポリテトラフルオロエチレンなどの有機成分を含んでいてもよい。アルミニウム粉及び／又はクロム酸ストロンチウムなどの無機添加剤が含まれていてもよい。このような被覆成分及び添加剤は、被覆２０２の塗布を容易にするため溶媒に溶けるものであってもよい。溶媒はエタノール、トルエン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）、及び／又は他の溶媒を含んでいてもよい。一実施形態では、被覆２０２は、溶媒として約３０パーセント（質量百分率）のエタノール、約７パーセント（質量百分率）のトルエン、及び約４５パーセント（質量百分率）のメチルエチルケトン（ＭＥＫ）と、約２パーセント（質量百分率）のクロム酸ストロンチウム、約２パーセント（質量百分率）アルミニウム粉を有する溶液で提供することができる。被覆組成の残りの部分は被覆材としてフェノール樹脂と可塑剤を含むことがあり、比較的少量のポリテトラフルオロエチレンが含まれることもある。被覆２０２は、Ｈｉ‐Ｓｈｅａｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ（本社：カリフォルニア州トーランス）のＬｉｓｉ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ部門からＨｉ−Ｋｏｔｅ（商標）１として市販されている。
【００３３】
以下で記載されるように、被覆２０２（図１）は、吹き付け、浸し塗り、はけ塗り、又は他の方法などの種々の方法のうちの任意の１つによって締め具２００（図１）に塗布され、時間に応じて種々の温度で硬化される。前述のように、被覆２０２（図１）は、締め具２００の取付け時の潤滑剤又は湿式封止剤の必要性を低減又は排除することができる。被覆２０２はまた、構造物２５０（図２）を締め具２００で密閉することもできる。加えて、被覆２０２は、構造物２５０への取付けに先立って、取付けられた締め具２００又は締め具２００のヘッド２０４にその後塗布されることがある塗料又は他の被覆の密着を高めることができる。
【００３４】
ここで図２〜７を参照すると、本明細書で開示されている冷間加工プロセスによって形成され、構造物２５０に取付け可能な締め具２００の多種多様な実施形態のいくつかが示されている。図２は、構造物２５０の第１コンポーネント２５２を第２コンポーネント２５４に締結するため構造物２５０に取付けられる皿頭せん断締め具２２０を図解したものである。皿頭せん断締め具２２０は、締め具２２０の延性シャンクセクション２２０ｂまで延伸する冷間加工されたヘッドセクション２２０ｄ及び冷間加工されたシャンクセクション２２０ａを有する。冷間加工されたヘッドセクション２２０ｄ及び冷間加工されたシャンクセクション２２０ａは、皿頭せん断締め具２２０のせん断強度を高める。皿頭せん断締め具２２０のテールエンド部分２２０ｃは、皿頭せん断締め具２２０の延性シャンクセクション２２０ｂに含まれる。皿頭せん断締め具２２０のテールエンド部分２２０ｃは、コンポーネント２５２、２５４のうちの１つの表面２５６に対して、適切に変形または据え込みされる。
【００３５】
図３は構造物２５０に取付けられた皿頭引張締め具２２２を図解したものである。皿頭引張締め具２２２の冷間加工されたヘッドセクション２２２ｄは、皿頭せん断締め具２２０の冷間加工されたヘッドセクション２２０ｄよりも大きなサイズを有する。皿頭引張締め具２２２の冷間加工されたヘッドセクション２２２ｄのより大きなサイズは、図２に示した皿頭せん断締め具２２０の冷間加工されたシャンクセクション２２０ａの長さと比較して、皿頭引張締め具２２２の冷間加工されたシャンクセクション２２２ａの長さを減少させる。しかしながら、冷間加工されたヘッドセクション２２２ｄの大きなサイズは、従来の締め具の耐引張荷重能力と比較して、締め具２２２の耐引張荷重能力を高めているが、これは、以下で説明するように、冷間加工されたヘッドセクション２２２ｄの形成プロセス時に、冷間加工されたヘッドセクション２２２ｄに付与される冷間加工によるものである。締め具２２２のテールエンド部分２２２ｃは、延性シャンクセクション２２２ｂを含み、取付け時に構造物２５０に対して据え込みされる。
【００３６】
図４〜５は丸頭締め具２２４を図解したものである。図４は構造物２５０に取付けられた丸頭せん断締め具２２６を図解したものである。冷間加工されたヘッドセクション２２６ｄならびに孔２５８の長さ２６０（図９）又は第１及び第２コンポーネント２５２、２５４の厚みとほぼ同等の長さを有する冷間加工されたシャンクセクション２２６ａを有し、締め具２２４の耐せん断荷重能力を最大化することができる、丸頭せん断締め具２２６が表示されている。締め具２２６の延性シャンクセクション２２６ｂは、コンポーネント２５２、２５４のうちの１つの表面２５６に対して据え込みされた状態で示されているテールエンド部分２２６ｃを含む。
【００３７】
図５は構造物２５０に取り付けられた丸頭引張締め具２２８を図解したもので、丸頭引張締め具２２８はまた、冷間加工されたヘッドセクション２２８ｄ及び構造物２５０の厚みとほぼ同等の長さを有する冷間加工されたシャンクセクション２２８ａを有する。図５の丸頭引張締め具２２８の冷間加工されたヘッドセクション２２８ｄは、図４の丸頭せん断締め具２２６の冷間加工されたヘッドセクション２２６ｄよりも大きく、これにより耐引張荷重能力が高まる結果となっている。締め具２２８の延性シャンクセクション２２８ｂはテールエンド部分２２８ｃを含み、コンポーネント２５２、２５４のうちの１つの表面２５６に対して据え込みされた状態で示されている。
【００３８】
図６〜７は構造物２５０に取付けられた半管状の締め具２３０を図解したものである。図６は半管状締め具２３０のテールエンド部分２３０ｃを据え込む前の半管状締め具２３０を図解したものである。冷間加工されたヘッドセクション２３０ｄならびに第１及び第２コンポーネント２５２、２５４の厚みとほぼ同等の長さを有する冷間加工されたシャンクセクション２３０ａを有する、半管状締め具２３０が表示されている。図７はテールエンド部分２３０ｃを据え込んだ後の半管状締め具２３０を図解したものである。半管状締め具２３０は概して、締め具２３０のテールエンド部分２３０ｃを据え込むのに要する力の量を低減するため、中空の管状空洞２３０ｄを有する。半管状の締め具２３０の延性シャンクセクション２３０ｂはテールエンド部分２３０ｃを含み、コンポーネント２５２、２５４のうちの１つの表面２５６に対して据え込みされた状態で示されている。有利には、締め具２３０の材料の粒径が比較的小さいことにより、比較的大きな粒径を有する従来の一体型締め具と対比して、テールエンド部分２３０ｃの据え込みに要する力の量が低減される。前述のよう、図２〜７は本明細書で開示されている冷間加工プロセスによって形成可能な締め具２００の多種多様な実施形態のいくつかを示している。
【００３９】
図９〜１３を追加参照しながら図８を参照すると、構造物２５０（図９）に締め具２００（図９）を取り付ける方法３００の実施形態を説明するフロー図が図８に示されており、ここで締め具２００は冷間加工されたヘッドセクション２０４（図９）及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図９）及び延性シャンクセクション２１４（図９）を有している。
【００４０】
図８の方法３００のステップ３０２は、締め具２００を提供するステップを含む。図９に示される実施形態では、締め具２００は上述のように皿頭締め具２２０を含む。構造物２５０は第１のコンポーネント２５２と第２のコンポーネント２５４を含む。第１のコンポーネント２５２は、皿頭締め具２２０に対して相補的に形成されうる皿穴２６２を有する。シャンク２０６は、冷間加工されたヘッドセクション２０４に隣接するように配置された冷間加工されたシャンクセクション２１２を含み、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２からテールエンド部分２１０まで延伸する延性シャンクセクション２１４をさらに含む。前述のように、冷間加工されたヘッドセクション２０４と冷間加工されたシャンクセクション２１２は、延性シャンクセクション２１４よりも高い強度を有していることがある。例えば、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、延性シャンクセクション２１４のせん断強度よりも高いせん断強度を有することができる。延性シャンクセクション２１４は、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２よりも高い延性度を有することができる。
【００４１】
図８の方法３００のステップ３０４は、図１０に示したように、構造物２５０で形成された孔２５８に締め具２００を取付けるステップを含むことがある。冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、構造物２５０に対してヘッドを着座したとき、孔２５８の長さ２６０（図９）とほぼ同等の長さを有することができる。このように、締め具２００の耐せん断荷重能力は最大化される。図１０はさらに、締め具２００のヘッドに対して配設されたリベットガンなどの工具２７２及び締め具２００のテールエンド部分２１０に対して配設されたバッキングバー２７０を図解している。テールエンド部分２１０は、工具２７２及びバッキングバー２７０によって締め具２００に据え込み力２７４を印加する前の据え込み前状態２６４で示されている。
【００４２】
図８の方法３００のステップ３０６は、締め具２００に据え込み力２７４を印加することによって、締め具２００のテールエンド部分２１０を据え込むステップを含むことがある。図１１を参照すると、据え込み力２７４はリベットガンによって提供される一連の衝撃によって印加することができる。図１１には据え込み途中の状態２６６が図解されているが、衝撃は、構造物２５０の表面２５６に対してテールエンド部分２１０の塑性変形を連続的に増大させるような大きさであることが好ましい。図１０〜１２は、リベットガンなどの工具２７２及びバッキングバー２７０によって実施されるテールエンド部分２１０の据え込みを図解しているが、テールエンド部分２１０の据え込みには、リベット圧縮工具、リベット圧接工具、又は他の手動又は自動の工具又は装置を含む任意の装置、又はプロセスが使用可能であるが、これらに限定されるわけではない。
【００４３】
図１２を参照すると、最終的な据え込み状態２６８に変形された締め具２００のテールエンド部分２１０が表示されている。有利には、延性シャンクセクション２１４の比較的高い延性度により、テールエンド部分２１０の据え込みに要する力の量は低減されるが、これは締め具２００の取付けに必要となる再加工の量又は時間の減少に対応する。図１３は締め具２００の最終的な取付けを示したもので、工具（例えば、リベットガン）及びバッキングバー２７０は取り除かれている。
【００４４】
図１５〜３２を追加参照しながら図１４を参照すると、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２及び延性シャンクセクション２１４を有する締め具２００を形成する方法４００の実施形態を説明するフロー図が図１４に示されている。冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２は、図１６、２０、２５、及び２９に示され、以下で説明される金型５０、５０ａ、１００、１００ａ及びラム８０、１３０を含みうるシステム１０を使用して形成することができる。締め具２００を形成する方法４００は、図１５〜２３に図解されている皿頭締め具２１８の形成との関連、及び図２４〜３２に図解されている丸頭締め具２２４の形成との関連において説明されている。
【００４５】
図１４の方法４００のステップ４０２は、図１５及び２４に示したように対向する第１及び第２の端部１４、１６を有する未加工品１２を提供するステップを含むことがある。未加工品１２は、ロッド又は一般的に細長い円筒形の部材として提供されることがある。概して立体１８の構成を有するように示されているが、未加工品１２は任意選択により、図３３に示し、以下でより詳細に説明するように、未加工品１２の中に少なくとも部分的に延伸する管状空洞２２を有する半管状の未加工品２０として提供されることがある。未加工品１２は概して、未加工品１２の長さに沿って延伸する一定の公称シャンク径３０（図１５）を有することができる。しかしながら、未加工品１２は、未加工品１２の長さに沿って変動するシャンク径２０８を有するように提供されることがある。
【００４６】
図１５及び２４の未加工品１２は、有利には既に説明したように比較的小さな粒径を有する材料で形成することができる。例えば、未加工品１２は、約１０，０００ナノメートル未満の平均粒径、又はより好ましくは、約１００〜３００ナノメートルなど約３００ナノメートル未満の平均粒径など、超細粒を有するチタン材料又はチタン合金材料で形成することができる。しかしながら、未加工品１２は、比較的粗い粒径（例えば、約１００，０００ナノメートル超）又は細粒径（例えば、約１０，０００ナノメートル未満）を有する材料で形成することができる。既に述べたように、材料はまた任意選択により、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、ステンレス鋼、及びチタン又はチタン合金材料などの任意の金属材料を含むことができるが、これらに限定されるわけではない。
【００４７】
図１６を参照すると、未加工品１２に皿頭締め具２１８（図１〜３）を形成するための皿頭３６を与えるように、システム１０の成形金型５０及び成形ラム８０を提供することができる。成形金型５０は、対向する第１及び第２の端部５２、５４を有することがある。図１６では、成形金型５０は、未加工品１２に対応する皿頭３６（図１９）を形成するための成形金型皿穴６０を有する成形金型空洞５８を含むことがある。図２５は、未加工品１２に丸頭３８（図２８）を形成するための成形金型５２ａ及び成形ラム８０を図解している。成形金型５０ａは、対向する第１及び第２の端部５２ａ、５４ａを有することがある。図２５に示すように、形成金型５０ａは成形金型空洞５８ａを含むことがあり、この空洞は、成形金型５０ａが丸頭締め具２２４（図４〜７）の形成に使用できるように皿穴６０を欠いていることがある。
【００４８】
図１６及び２５では、成形金型５０、５０ａ及び成形ラム８０は、未加工品１２の材料組成と互換性がある比較的強度の高い材料で形成してもよい。成形金型５０、５０ａは成形金型空洞５８、５８ａを有していてもよい。成形金型空洞５８、５８ａは、成形金型５０、５０ａに形成されるボア６２、６２ａを含んでいてもよい。ボア６２、６２ａは、拡張されたボア径７０、７０ａを有する拡張されたボア部分６８、６８ａまで移行しうる公称ボア径６６、６６ａを有する公称ボア部分６４、６４ａ（図１６及び２５）を含んでいてもよい。公称ボア部分６４、６４ａは、拡張されたボア皿穴７２、７２ａを介して拡張されたボア部分６８、６８ａまで移行することがある。
【００４９】
拡張されたボア部分６８、６８ａは公称ボア部分６４、６４ａと同心であってもよく、また成形金型５０、５０ａの１端部上に開いていてもよい。公称ボア部分６４、６４ａは、拡張されたボア部分６８、６８ａの端部に対向する成形金型５０、５０ａの端部に空けられることがある。しかしながら、公称ボア部分６４、６４ａは、成形金型５０、５０ａの内部で終わることもでき、必ずしも成形金型５０、５０ａの端部まで延伸する必要はない。成形金型５０、５０ａの公称ボア部分６４、６４ａは、未加工品１２（図１５）の公称シャンク径３０（図１５）に実質的に対応する、又はほぼ同等となりうる公称ボア径６６、６６ａを有することができる。未加工品１２の公称シャンク径３０は、冷間加工シャンクセクション２１２（図２３及び３２）及び延性シャンクセクション２１４（図２３及び３２）における締め具２００（図２３及び３２）の最終シャンク径２０８（図２３及び３２）とほぼ同等であってもよい。
【００５０】
図１６及び２５に示した成形ラム８０は、未加工品１２（図１７及び２６）の端部を受け止めるように構成されたラム空洞８２を有することができる。ラム空洞８２は図示するように凹面であってもよく、又はラム空洞８２は代替的な形状で提供されることがある。成形ラム８０は、成形金型５０、５０ａの合わせ面５６、５６ａに接触するように構成された面８４を有することがある。しかしながら、成形金型５０、５０ａ及び成形ラム８０には、合わせ面に代わる形状が提供されることがあり、互いに接触するように構成される面に限定されない。一実施形態では、成形金型５０、５０ａ及び成形ラム８０は、互いに接触することなく未加工品１２を形成するように構成されることがある。
【００５１】
図１４の方法４００のステップ４０４は、図１７及び２６に示すように成形金型５０、５０ａの公称ボア部分６４、６４ａ（図１７及び２６）に未加工品１２（図１７及び２６）を挿入するステップを含むことがある。ここに示した実施形態では、成形金型５０、５０ａはバッキング装置８８上で支持されることがある。未加工品１２は、未加工品１２が公称ボア部分６４、６４ａに挿入され、未加工品１２がバッキング装置８８（図１７及び２６）に接触するとき、未加工品１２が成形金型５０、５０ａの拡張されたボア部分６８、６８ａ（図１７及び２６）から突出するような長さを有していてもよい。
【００５２】
図１４の方法４００のステップ４０６は、図１７及び２６に示すように未加工品１２に軸圧縮力８６を印加するステップを含むことがある。成形ラム８０は、成形金型から突出する未加工品１２の一部に軸圧縮力８６を印加することができる。未加工品１２は、軸圧縮力８６を印加する間にバッキング装置８８によって支持することができる。
【００５３】
図１４の方法４００のステップ４０８は、成形ラム８０を成形金型５０、５０ａに接触させるステップ、並びに図１８及び２７に示すようにラム空洞８２と拡張されたボア部分６８、６８ａを未加工品１２の一部で実質的に満たすステップを含むことがある。その際、軸圧縮力８６（図１７）の印加によって、未加工品１２の一部が、ラム空洞８２と拡張されたボア部分６８、６８ａ（図１８）とを組み合わせた形状に実質的に対応する形状を想定できるようにすることができる。
【００５４】
図１４の方法４００のステップ４１０は、成形途中の未加工品１３に軸圧縮力８６（図１８及び２７）を適用することに対応して、図１９及び２８に示すように、成形途中の未加工品１３にヘッド４０及び拡張されたシャンク部分３２を形成するステップを含むことがある。その際、成形途中の未加工品１３は、拡張されたシャンク部分３２から延伸する公称シャンク部分２８を有する冷間加工されたヘッドセクション２０４に隣接して配置される拡張されたシャンク部分３２を含むことがある。既に示したように、公称シャンク部分２８は図１５に示す円筒形の未加工品１２の元の直径とほぼ同等であってもよい。
【００５５】
図２０及び２９を参照すると、成形途中の未加工品１３（図１９及び２８）を、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図２３及び３２）を有する締め具２００に成形するための最終縮小金型１００、１００ａ及び縮小ラム１３０が示されている。縮小ラム１３０（図２０）は対向する第１及び第２端部１０２、１０２ａ、１０４、１０４ａを有することがあり、且つ最終縮小金型１００、１００ａを経由して完全に又は部分的に延伸するボア１１２、１１２ａを有する最終縮小金型空洞１０８、１０８ａを含むことがある。成形ラム１３０は、最終縮小金型１００、１００ａの合わせ面１０６、１０６ａに接触するように構成された面１３４を有することがある。縮小ラム１３０は、成形ラム８０（図１６及び２５）のラム空洞８２（図１６及び２５）の形状を補完するように形成されることがあるラム空洞１３２を有することがある。縮小ラム１３０は成形途中の未加工品１３の端部を受け止めるように構成されることがある。最終縮小金型１００（図２０）は、成形金型５０（図１６）に形成される成形金型皿穴６０（図１６）に対応する最終縮小金型皿穴１１０（図２０）を含むことがある。図２０及び２９に示す最終縮小金型１００、１００ａの各々のボア１１２、１１２ａは、図１５及び２４に図解した未加工品１２の公称シャンク部分２８の公称シャンク径３０と実質的に同等のボア径１１４、１１４ａを含むことがある。図２０及び２９の縮小ラム１３０は、図１７及び２６に図解し既に説明した成形ラム８０と実質的に同等に構成されることがある。
【００５６】
図１４の方法４００のステップ４１２は、図２１及び３０に示したように最終縮小金型１００、１００ａのボア１１２、１１２ａに、成形途中の未加工品１３の公称シャンク部分２８を挿入するステップを含むことがある。最終縮小金型１００、１００ａは、バッキング装置１３８（図２２及び３１）上で支持されることがある。拡張されたシャンク部分３２は、最終縮小金型ボア１１２、１１２ａの直径１１４、１１４ａよりも大きくなることがある拡張されたシャンク径３４（図１９及び２８）を有することがある。拡張されたシャンク部分３２は、最終縮小金型１００、１００ａのボア１１２、１１２ａの上方に配置することができる。成形途中の未加工品１３は、以下で説明するように、最終縮小金型１００、１００ａのボア１１２、１１２ａへの拡張されたシャンク部分３２の挿入を容易にするため、公称シャンク部分２８と拡張されたシャンク部分３２との間に先が細くなった移行部分を含むことがある。
【００５７】
図１４の方法４００のステップ４１４は、図２２及び３１に示すように成形途中の未加工品１３に軸圧縮力１３６を印加するステップを含むことがある。図２２及び３１にそれぞれ示す最終金型１００、１００ａは、任意選択により、軸圧縮力１３６の印加時にバッキング装置８８（図２２及び３１）上で支持されることがある。縮小ラム１３０は、成形途中の未加工品１３のヘッド４０に軸圧縮力１３６を印加することができる。
【００５８】
図１４の方法４００のステップ４１６は、図２２及び３１に示すように最終縮小金型１００、１００ａのボア１１２、１１２ａに、拡張されたシャンク部分３２を挿入又は推し進めるステップを含むことがある。軸圧縮力１３６は、縮小ラム１３０が最終縮小金型１００、１００ａに接触するまで、成形途中の未加工品１３に印加することができる。
【００５９】
図１４の方法４００のステップ４１８は、拡張されたシャンク部分３２の断面積を図２２及び３１に示すように最終縮小金型ボア１１２、１１２ａの断面積まで縮小することによって、冷間加工されたシャンクセクション２１２を形成するステップを含むことがある。その際、この方法は、拡張されたシャンク部分３２に力を加えて最終縮小金型ボア１１２、１１２ａまで縮小するステップに対応して、成形途中の未加工品１３の拡張されたシャンク部分３２の直径を、最終縮小金型ボア１１２、１１２ａの直径１１４、１１４ａまで縮小するステップを含むことがある。このように、ステップ４１８は、図２２及び３１の成形途中の未加工品１３を、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図２３及び３２）及び延性シャンクセクション２１４（図２３及び３２）を有する締め具２００（図２３及び３２）に成形するステップを含むことがある。延性シャンクセクション２１４は、締め具２００の冷間加工されたシャンクセクション２１２からテールエンド部分２１０（図２３及び３２）まで延伸することがある。成形途中の未加工品１３は、図２３の皿頭締め具２１８に成形されることがある。代替的に、成形途中の未加工品１３は、図３２の丸頭締め具２００に成形されることがある。
【００６０】
図３３〜３５を参照すると、半管状未加工品２０を半管状締め具２００（図６）に成形するための準備ステップが示されている。図３３は、少なくとも未加工品１２の端部まで部分的に延伸する一般的に中空の管状空洞２２を有する半管状の未加工品２０を図解している。中空の管状空洞２２を補完するように形成されるシャフトを有する挿入工具２４は、半管状未加工品２０を安定させるために提供されることがある。挿入工具２４は、半管状未加工品２０を、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図６）を有する半管状締め具２００に成形する工程時のつぶれ又は変形から、半管状の未加工品２０の中空の管状空洞２２を安定させることができる。
【００６１】
図３４は、成形金型５０に取付けられた半管状未加工品２０、及び半管状未加工品２０の管状空洞２２の下に配置された挿入工具２４を示している。挿入工具２４は任意選択により、挿入工具２４から延伸するボス２６を含むことができる。ボス２６は挿入工具２４を取り扱うために提供されることがある。
【００６２】
図３５は、成形金型５０に取付けられた未加工品１２、及び未加工品１２に軸圧縮力８６を印加する前に管状空洞２２に取付けられた挿入工具２４を示している。半管状の未加工品２０（図３３）を、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図６）を有する半管状締め具２００（図６）に加工する際に、中空の管状空洞２２を安定化させるため未加工品１２への軸圧縮力８６の印加中に、挿入工具２４は機械的に位置を保つことができる。
【００６３】
次に図３６を参照すると、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図２３）を有する締め具２００（図２３）を形成するための方法５００のさらなる実施形態が示されている。方法５００は、未加工品１２（図１５）を締め具２００に成形するステップに関して上述の一又は複数のステップを含むことがあり、且つ締め具２００の性能及び強度特性を改善するための付加的なステップを含むことができる。
【００６４】
図３６の方法５００のステップ５０２は、所望の粒径を有する未加工品１２（図１５）を提供するステップを含むことがある。例えば、ステップ５０２は、既に述べたように大きめの粒径材料が使用されることがあるものの、約１０，０００ナノメートル未満の粒径を有する超細粒材料組成を有する未加工品１２を提供するステップを含むことがある。
【００６５】
図３６の方法５００のステップ５０４は、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び成形途中の未加工品１３（図１９）の拡張されたシャンク部分３２を形成するステップを含むことがあり、形成ステップ時に成形途中の未加工品１３を冷間加工するステップを含むことがある。冷間加工されたヘッドセクション２０４及び拡張されたシャンク部分３２の形成に加えて、ステップ５０４は、図１８及び２７に示すように成形プロセス中に行われた冷間加工によって、改善された引張強度などのように、冷間加工されたヘッドセクション２０４で強度を改善するステップを含むことがある。
【００６６】
図３６の方法５００のステップ５０６は、冷間加工したシャンクセクション２１２（図２２）を形成する前に、任意選択により成形途中の未加工品１３（図２１）を焼きなましするステップを含むことがある。焼きなましするステップは、成形途中の未加工品１３を事前に設定した温度まで加熱するステップ、及びその温度を事前に設定した時間だけ保持するステップを含むことがある。焼きなましは任意選択により、成形途中の未加工品１３の残留応力を低減又は取り除くため、及び／又は成形途中の未加工品１３の強度特性など、成形途中の未加工品１３の一又は複数の特性を改善するため、実施することができる。
【００６７】
図３６の方法５００のステップ５０８は、成形途中の未加工品１３の局所領域（例えば、拡張されたシャンク部分３２―図１９）冷間加工して、既に説明し図２３及び３２で図解したように冷間加工されたシャンクセクション２１２を有する締め具２００（図２３）に成形するステップを含む。一実施形態では、冷間加工プロセスは、拡張されたシャンク部分３２の断面積を減少させて、冷間加工したシャンクセクション２１２を形成するステップを含むことができる。有利には、冷間加工されたヘッドセクション２０４と冷間加工されたシャンクセクション２１２は、延性シャンクセクション２１４よりも高い強度を有していることがある。延性シャンクセクション２１４は、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２よりも高い延性度を有することができる。
【００６８】
図３６の方法５００のステップ５１０は、冷間加工されたヘッドセクション２０４（図２３）及び冷間加工されたシャンクセクション２１２（図２３）を締め具２００（図２３）に形成した後に、締め具２００を焼きなましする任意選択のステップを含むことがある。焼きなましステップは、冷間加工プロセス時に締め具２００に発生しうる残留応力を低減又は取り除くための手段として、締め具２００を事前に設定した高温まで加熱し、その温度を事前に設定した時間だけ保持することによって締め具２００を熱処理するステップをさらに含むことがある。焼きなましのステップはまた、締め具２００の機械特性を改善することがある。
【００６９】
図３６の方法５００のステップ５１２は、締め具２００（図２３）に耐腐食性被覆材２０２（図２３）を適用するステップを含むことがある。既に述べた一実施形態では、被覆２０２は耐腐食性の硬化性有機被覆材を含むことがある。被覆２０２は、吹き付け、はけ塗り、又は代替的な方法を使用して締め具２００に塗布することができる。被覆２０２材は、他の厚さの被覆２０２でも可能であるが、硬化後に約０．０００３〜０．０００５インチの厚さを有することが好ましい。
【００７０】
図３６の方法５００のステップ５１４は、事前に設定した硬化温度まで、被覆した締め具２００の環境温度を上昇させ、事前に設定した時間だけ保持することになどによって塗布した被覆材を硬化させるステップを含むことがある。被覆２０２の温度の上昇は、塗布した被覆材から溶媒の蒸発を引き起こすことができる。
【００７１】
図３６の方法５００のステップ５１６は、締め具２００の強度特性を高めるため、事前に設定した温度形態で事前に定められた時間だけ、締め具２００（図２３）を最終的に熱処理する任意選択のステップを含むことがある。一実施形態では、締め具２００の熱処理は、締め具２００を製造するための総時間及び総コストを低減するため被覆材の硬化と同時に実施することができる。ステップ５１６は、塗布した被覆材の硬化し、締め具２００を熱処理するステップ５１４と任意選択により結合してもよい。
【００７２】
図３６の方法５００のステップ５１８は、既に説明し図９〜１３で図解したように、構造物２５０に締め具２００（図２３）を取付けるステップを含むことがある。締め具２００は、冷間加工されたヘッドセクション２０４（図９）と構造物２５０（図９）の総厚みにほぼ等しい長さを有する冷間加工されたシャンクセクション２１２（図９）とを有する皿頭締め具２１８（図９）として形成することができる。代替的に、締め具２００は、構造物２５０（図９）の総厚みにほぼ等しい長さを有する冷間加工されたシャンクセクション２２６ａ（図４）を有する丸頭締め具２２４（図４）として形成することができる。丸頭締め具２２４は、締め具２２４の取付けによって形成される構造結合部に最大のせん断耐力を提供することができる。
【００７３】
図３６の方法５００のステップ５２０は、図１０〜１２の一連のステップで図解したように、構造物２５０に対して延性シャンクセクション２１４のテールエンド部分２１０を据え込みするステップを含むことがある。テールエンド部分２１０は、テールエンド部分２１０の据え込み時に、構造物２５０のコンポーネントに対して適切に変形させることができる。有利には、延性シャンクセクション２１４の延性度が高いため、締め具２００のテールエンド部分２１０の操作性又は据え込みの改善が実現され、これによって締め具の取付け品質及び締め具２００によって締結されるコンポーネントの締め付けが改善される結果となる。締め付けが改善されることによって、締め具２００の取付けによって形成される構造結合部の結合疲労及び引張強度を改善することができる。
【００７４】
冷間加工されたヘッド及びシャンクセクション２０４、２１２を有する締め具２００を形成するプロセスは、冷間加工されたヘッドセクション２０４及び冷間加工されたシャンクセクション２１２を形成するための一連の金型（すなわち、成形金型５０及び最終縮小金型１００）の使用に関連して既に説明されているが、他の方法も実装可能であるという点に注意すべきである。例えば、冷間加工されたヘッド及びシャンクセクション２０４、２１２は、押出、圧延、据え込み、又は所望のレベルの局所的な冷間加工を与える他の操作（例えば、断面積の２〜５パーセントの縮小）によって形成することができる。
【００７５】
上述の説明及び関連する図面に示した教示の利点を有するこのような発明に関連する当業者であれば、本明細書に記載した多数の変形例および他の実施形態が想起される。本明細書に記載した実施形態は、例示することを意図したものであって、限定的又は網羅的であることを意図していない。本明細書では特定の用語を使用しているが、単に一般的かつ説明のために使用したものであり、限定を目的とするものではない。
【符号の説明】
【００７６】
１０ システム
１２、１３ 未加工品
１４、１６ 端部
１８ 立体
２０ 半管状の未加工品
２２ 管状空洞
２４ 挿入工具
２６ ボス
２８ 公称シャンク部分
３０ 公称シャンク径
３２ シャンク部分
３４ シャンク径
３６ 皿頭
３８ 丸頭
４０ ヘッド
５０、５０ａ 成形金型
５２、５２ａ、５４、５４ａ 端部
５６、５６ａ 合わせ面
５８、５８ａ 成形金型空洞
６０ 成形金型皿穴
６２、６２ａ ボア
６４、６４ａ 公称ボア部分
６６、６６ａ 公称ボア径
６８、６８ａ 拡張されたボア部分
７０、７０ａ ボア径
７２、７２ａ ボア皿穴
８０ 成形ラム
８２ ラム空洞
８４ 面
８６ 軸圧縮力
８８ バッキング装置
１００、１００ａ 最終縮小金型
１０２、１０２ａ、１０４、１０４ａ 端部
１０６、１０６ａ 合わせ面
１０８、１０８ａ 最終縮小金型空洞
１１０ 最終縮小金型皿穴
１１２、１１２ａ ボア
１１４、１１４ａ ボア径
１３０ 縮小ラム
１３２ ラム空洞
１３４ 面
１３６ 軸圧縮力
１３８ バッキング装置
２００ 締め具
２０２ 耐腐食性被覆材
２０３ ヘッド
２０４ ヘッドセクション
２０６ シャンク
２０８ シャンク径
２１０ テールエンド部分
２１２ シャンクセクション
２１４ 延性シャンクセクション
２１８ 皿頭締め具
２２０ 皿頭せん断締め具
２２０ａ シャンクセクション
２２０ｂ 延性シャンクセクション
２２０ｃ テールエンド部分
２２０ｄ ヘッドセクション
２２２ 皿頭引張締め具
２２２ａ シャンクセクション
２２２ｂ 延性シャンクセクション
２２２ｃ テールエンド部分
２２２ｄ ヘッドセクション
２２４ 丸頭締め具
２２６ 丸頭せん断締め具
２２６ａ シャンクセクション
２２６ｂ 延性シャンクセクション
２２６ｃ テールエンド部分
２２６ｄ ヘッドセクション
２２８ 丸頭引張締め具
２２８ａ シャンクセクション
２２８ｂ 延性シャンクセクション
２２８ｃ テールエンド部分
２２８ｄ ヘッドセクション
２３０ 半管状締め具
２３０ａ シャンクセクション
２３０ｂ 延性シャンクセクション
２３０ｃ テールエンド部分
２３０ｄ ヘッドセクション
２５０ 構造物
２５２、２５４ コンポーネント
２５６ 表面
２５８ 孔
２６０ 孔の長さ
２６４ 据え込み前の状態
２６６ 据え込み途中の状態
２６８ 最終的な据え込み状態
２７０ バッキングバー
２７２ 工具
２７４ 据え込み力
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷間加工されたヘッドセクション（２０４）と、
冷間加工されたシャンクセクション（２１２）と、
前記冷間加工されたシャンクセクション（２１２）から前記締め具（２００）のテールエンド部分（２１０）まで延伸する延性シャンクセクション（２１４）であって、冷間加工されていない延性シャンクセクション（２１４）と
を含む締め具。
【請求項２】
前記冷間加工されたヘッドセクション（２０４）と前記冷間加工されたシャンクセクション（２１２）は、前記延性シャンクセクション（２１４）よりも高い強度を有している
請求項１に記載の締め具。
【請求項３】
前記延性シャンクセクション（２１４）は、冷間加工されたヘッドセクション（２０４）及び前記冷間加工されたシャンクセクション（２１２）よりも高い延性度を有している
請求項１又は２に記載の締め具。
【請求項４】
前記締め具（２００）は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、チタン、及びチタン合金のうちの少なくとも１つの材料組成を有する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の締め具。
【請求項５】
前記締め具（２００）は、超微細粒材料組成を有する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の締め具。
【請求項６】
構造物を組み立てる方法であって、
テールエンド部分（２１０）で終わるヘッド（２０３）及びシャンク（２０６）を有する締め具（２００）、冷間加工されたヘッドセクション（２０４）を有する前記ヘッド（２０３）、冷間加工されたシャンクセクション（２１２）及び前記冷間加工されたシャンクセクション（２１２）から前記テールエンド部分（２１０）まで延伸する延性シャンクセクション（２１４）を含む前記シャンク（２０６）、前記延性シャンクセクション（２１４）よりも高い強度を有する前記冷間加工されたヘッドセクション（２０４）及び前記冷間加工されたシャンクセクション（２１２）を提供するステップと、
前記構造物（２５０）の孔（２５８）に前記締め具（２００）を取り付けるステップと、
前記延性シャンクセクション（２１４）の前記テールエンド部分（２１０）を据え込むステップと
を含む方法。
【請求項７】
前記締め具を提供する前記ステップが、
チタン、及びチタン合金のうちの少なくとも１つの材料組成の前記締め具（２００）を提供するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記締め具を提供する前記ステップが、
超微細粒材料の前記締め具（２００）を提供するステップを含む、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記延性シャンクセクション（２１４）は、前記冷間加工されたヘッドセクション（２０４）及び前記冷間加工されたシャンクセクション（２１２）の延性度よりも高い延性度を有している
請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記締め具を取付ける前記ステップが、
航空機構造物の前記締め具を取付けるステップを含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１】
冷間加工されたヘッドセクション（２０４）と、
冷間加工されたシャンクセクション（２１２）と、
前記冷間加工されたシャンクセクション（２１２）から前記締め具（２００）のテールエンド部分（２１０）まで延伸する延性シャンクセクション（２１４）であって、冷間加工されていない延性シャンクセクション（２１４）と
を含む締め具。
【請求項２】
前記冷間加工されたヘッドセクション（２０４）と前記冷間加工されたシャンクセクション（２１２）は、前記延性シャンクセクション（２１４）よりも高い強度を有している
請求項１に記載の締め具。
【請求項３】
前記延性シャンクセクション（２１４）は、冷間加工されたヘッドセクション（２０４）及び前記冷間加工されたシャンクセクション（２１２）よりも高い延性度を有している
請求項１又は２に記載の締め具。
【請求項４】
前記締め具（２００）は、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、チタン、及びチタン合金のうちの少なくとも１つの材料組成を有する
請求項１〜３のいずれか一項に記載の締め具。
【請求項５】
前記締め具（２００）は、超微細粒材料組成を有する
請求項１〜４のいずれか一項に記載の締め具。
【請求項６】
構造物を組み立てる方法であって、
テールエンド部分（２１０）で終わるヘッド（２０３）及びシャンク（２０６）を有する締め具（２００）、冷間加工されたヘッドセクション（２０４）を有する前記ヘッド（２０３）、冷間加工されたシャンクセクション（２１２）及び前記冷間加工されたシャンクセクション（２１２）から前記テールエンド部分（２１０）まで延伸する延性シャンクセクション（２１４）を含む前記シャンク（２０６）、前記延性シャンクセクション（２１４）よりも高い強度を有する前記冷間加工されたヘッドセクション（２０４）及び前記冷間加工されたシャンクセクション（２１２）を提供するステップと、
前記構造物（２５０）の孔（２５８）に前記締め具（２００）を取り付けるステップと、
前記延性シャンクセクション（２１４）の前記テールエンド部分（２１０）を据え込むステップと
を含む方法。
【請求項７】
前記締め具を提供する前記ステップが、
チタン、及びチタン合金のうちの少なくとも１つの材料組成の前記締め具（２００）を提供するステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記締め具を提供する前記ステップが、
超微細粒材料の前記締め具（２００）を提供するステップを含む、請求項６又は７に記載の方法。
【請求項９】
前記延性シャンクセクション（２１４）は、前記冷間加工されたヘッドセクション（２０４）及び前記冷間加工されたシャンクセクション（２１２）の延性度よりも高い延性度を有している
請求項６〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記締め具を取付ける前記ステップが、
航空機構造物の前記締め具を取付けるステップを含む、請求項６〜９のいずれか一項に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【公開番号】特開２０１３−１０８６２４（Ｐ２０１３−１０８６２４Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１２−２５２２５１（Ｐ２０１２−２５２２５１）
【出願日】平成２４年１１月１６日（２０１２．１１．１６）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５２２５１（Ｐ２０１２−２５２２５１）
【出願日】平成２４年１１月１６日（２０１２．１１．１６）
【出願人】（５００５２０７４３）ザ・ボーイング・カンパニー (773)
【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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