(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の機体を構成する金属製の第一の部材に対し、前記機体の内部側で金属製の第二の部材を締結するため、前記第一の部材に形成された第一の孔と前記第二の部材に形成された第二の孔とを前記第一の部材側から貫通させて設けられるファスナ本体と、
前記第二の部材側に突出した前記ファスナ本体に装着される締結部材と、
前記ファスナ本体において前記第二の孔に対向する部分と前記第二の孔との間に、絶縁性材料からなり全周方向に連続するよう形成された絶縁部と、
を備えることを特徴とする耐雷ファスナ。
【請求項２】
前記第一の部材と前記第二の部材との間には、絶縁性のプライマー層が介在していることを特徴とする請求項１に記載の耐雷ファスナ。
【請求項３】
前記第一の部材はアルミ合金製であることを特徴とする請求項１または２に記載の耐雷ファスナ。
【請求項４】
前記第二の部材はアルミ合金製であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の耐雷ファスナ。
【請求項５】
前記絶縁部は、前記ファスナ本体において、前記第二の孔に対向する部分に形成された絶縁材料からなる絶縁コート膜であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の耐雷ファスナ。
【請求項６】
前記絶縁部は、前記ファスナ本体において、前記第二の孔に対向する部分に設けられた、絶縁材料からなる筒状の絶縁カラー材であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の耐雷ファスナ。
【請求項７】
前記ファスナ本体において前記第二の孔に対向する部分と、前記第二の孔との間に隙間が形成され、前記隙間が前記絶縁部であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の耐雷ファスナ。
【請求項８】
前記ファスナ本体において前記第二の孔に対向する部分の径が、当該ファスナ本体において前記第一の孔に対向する部分の径よりも小さく形成されることで、前記ファスナ本体において前記第二の孔に対向する部分と前記第二の孔との間に前記隙間が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の耐雷ファスナ。
【請求項９】
前記絶縁部は、前記ファスナ本体において前記第一の孔に対向する部分と前記第一の孔との間には形成されていないことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の耐雷ファスナ。
【請求項１０】
航空機の機体を構成する金属製の第一の部材に対し、前記機体の内部側で第二の部材を締結するため、前記第一の部材に形成された第一の孔と前記第二の部材に形成された第二の孔とを前記第一の部材側から貫通させて設けられるファスナ本体と、
前記第二の部材側に突出した前記ファスナ本体に装着される締結部材と、
前記ファスナ本体において前記第二の孔に対向する部分と前記第二の孔との間に、絶縁性材料からなり全周方向に連続するよう形成された絶縁部と、
を備え、
前記ファスナ本体において前記第二の孔に対向する部分と、前記第二の孔との間に隙間が形成され、前記隙間が前記絶縁部であり、
前記ファスナ本体において前記第二の孔に対向する部分の径が、当該ファスナ本体において前記第一の孔に対向する部分の径よりも小さく形成されることで、前記ファスナ本体において前記第二の孔に対向する部分と前記第二の孔との間に前記隙間が形成されていることを特徴とする耐雷ファスナ。
【請求項１１】
航空機の機体を構成する金属製の第一の部材に対し、前記機体の内部側で第二の部材を締結するため、前記第一の部材に形成された第一の孔と前記第二の部材に形成された第二の孔とを前記第一の部材側から貫通させて設けられるファスナ本体と、
前記第二の部材側に突出した前記ファスナ本体に装着される締結部材と、
前記ファスナ本体において前記第二の孔に対向する部分と前記第二の孔との間に、絶縁性材料からなり全周方向に連続するよう形成された絶縁部と、
を備え、
前記絶縁部は、前記ファスナ本体において前記第一の孔に対向する部分と前記第一の孔との間には形成されていないことを特徴とする耐雷ファスナ。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか１項に記載の耐雷ファスナを備えた航空機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機の機体、特に翼に用いられる耐雷ファスナに関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機の機体を構成する翼は中空構造となっており、翼表面を形成する翼面パネルは、翼内部にある構造材にファスナ部材（留め具）によって固定されている。
ファスナ部材は、ピン状のファスナ本体を、翼および翼に取り付けられる部材の双方に形成された貫通孔に翼の外部側から挿入し、その先端部を翼の内部側から固定金具で固定することで、翼と部材とを締結する。
【０００３】
ところで、航空機においては、落雷対策を万全に期す必要がある。翼面パネルとファスナ部材等との不連続面においては、構造端部が存在すること（端部効果）による電界集中により、絶縁破壊を生じ易い。当該絶縁破壊箇所を起点として進展するリーダと雷雲から進展するリーダが結合した際に数百ｋＡの雷電流が機体に流れる。
翼の内部空間には燃料タンクが収められているため、この被雷時においてファスナを介してタンク内に流れ込む電流によるアーク放電の発生を確実に抑える必要がある。
【０００４】
そこで、従来、図６に示すように、翼１の内部側において、翼面パネルに相当する第一の部材２および翼の内部に取り付けられる第二の部材３を貫通するファスナ部材４のファスナ本体４ａおよび固定金具４ｂから離間した状態にキャップ６が取り付けられ、ファスナ本体４ａおよび固定金具４ｂとの間に空気で満たされた空隙７を形成する構造が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、キャップ６をファスナ部材４に対して位置決めできる構造とはなっておらず、キャップ６の取付位置は作業者に依存する。このため、キャップ６の中心とファスナ部材４の中心とが大きくずれる可能性もある。空隙７においてファスナ部材４とキャップ６との間隙が小さい場所が生じると、キャップ６の機能（絶縁性）が低下する。最悪の場合、キャップ６がファスナ部材４に接触してしまった状態で取り付けられれば、キャップ６の機能そのものが大きく損なわれる可能性があるため、細心の注意と品質保証によりこのようなことが起きないよう管理する必要がある。
また、キャップ６は、図６（ａ）に示すように、接着剤９で第二の部材３に取り付けられたり、図６（ｂ）に示すようにゴム（絶縁材料）１０で外周をカバーしているため、取付現場において、接着作業、ゴム１０の塗布作業が必要であり、作業の手間がかかる。航空機の翼１の内部は、言うまでもなく空間が狭く、奥まった位置において上記したような作業を行うのは作業性が非常に悪い。しかも、このようなファスナ部材４は、翼１の全体に数千〜数万箇所設けられるため、作業性の悪化はコスト上昇に直結する。
さらに、上記したような作業は、いわゆる手作業であり、作業者によって、施工品質にばらつきが出る可能性があり、これは信頼性にも影響するので、これら作業の認定作業化（作業者が特定の技術レベルを保有することを実地テストなどにより確認し、認定を与える）等の管理が必要である。
【０００６】
そこで、本発明者らは、ファスナ部材の機体の内部側に突出した部分に係合部を形成し、キャップの内周面の中心部に、ファスナ部材の係合部に係合する被係合部を形成し、被係合部にファスナ部材の係合部を係合させる構成の技術を既に提案した（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平２−７３９８号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５４２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記したようなキャップを用いる場合においても、キャップの装着や、キャップ内へのシーラントの充填が必要であり、現場での作業の効率化、低コスト化という観点からすると、依然として改善の余地がある。
またキャップも、万が一脱落することも考えると、信頼性の面でも改善の余地があると言えるため、上記の通り細心の注意と品質保証、認定作業化などによりこのようなことが起きないよう管理する必要がある。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、より低コストで十分な耐雷性能を確保することができ、現場作業の効率化、信頼性の向上を図ることのできる耐雷ファスナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる目的のもとになされた本発明の耐雷ファスナは、航空機の機体を構成する金属製の第一の部材に対し、機体の内部側で金属製の第二の部材を締結するため、第一の部材に形成された第一の孔と第二の部材に形成された第二の孔とを第一の部材側から貫通させて設けられるファスナ本体と、第二の部材側に突出したファスナ本体に装着される締結部材と、ファスナ本体において第二の孔に対向する部分と第二の孔との間に、絶縁性材料からなり全周方向に連続するよう形成された絶縁部と、を備えることを特徴とする。
このように、ファスナ本体において第二の孔に対向する部分と第二の孔との間に絶縁部を設けると、ファスナ本体と第一の部材との間の電気抵抗よりも、ファスナ本体と第二の部材との間の電気抵抗が大きくなる。これにより、第一の部材に落雷した場合、雷による電流は、第一の部材に沿って多く流れる。
第一の部材と第二の部材との間には、絶縁性のプライマー層が介在していることが好ましい。
第一の部材は、例えばアルミ合金から形成することができる。
同様に、第二の部材も、アルミ合金等の金属材料から形成することができる。
上記した絶縁部は、ファスナ本体において第一の孔に対向する部分と第一の孔との間には形成しないことが好ましい。雷による電流を、第一の部材に沿って多く流れるようにするためである。
【００１０】
ここで、絶縁部は、ファスナ本体において、第二の孔に対向する部分に形成された絶縁材料からなる絶縁コート膜とすることができる。
また、絶縁部は、ファスナ本体において、第二の孔に対向する部分に設けられた、絶縁材料からなる筒状の絶縁カラー材とすることもできる。
さらに、ファスナ本体において第二の孔に対向する部分と第二の孔との間に隙間が形成され、この隙間を絶縁部とすることもできる。これには、ファスナ本体において第二の孔に対向する部分の径が、当該ファスナ本体において第一の孔に対向する部分の径よりも小さく形成されることで、ファスナ本体において第二の孔に対向する部分と第二の孔との間に、前記の隙間が形成された構成とすることもできる。
本発明は、上記した耐雷ファスナを備えた航空機も提供する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、ファスナ本体において第二の孔に対向する部分と第二の孔との間に絶縁部を設けると、ファスナ本体と第一の部材との間の電気抵抗よりも、ファスナ本体と第二の部材との間の電気抵抗が大きくなる。これにより、落雷した場合、雷による電流は、第一の部材に沿って多く流れる。その結果、第二の部材側に流れる電流を少なくして、ファスナ本体と第二の部材側でアーク放電を生じにくくすることができる。
このような絶縁部は、ファスナ本体や、第一の部材、第二の部材等に形成することができ、ファスナ部材を装着する現場において特に作業を行う必要がないため、より低コストで十分な耐雷性能を確保することができ、現場作業の効率化、信頼性の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施の形態における耐雷ファスナを示す断面図である。
【図２】図１に示した耐雷ファスナにおける耐雷性能の評価結果を示す図である。
【図３】耐雷ファスナの応用例を示す断面図である。
【図４】耐雷ファスナの他の応用例を示す断面図である。
【図５】耐雷ファスナのさらに他の応用例を示す断面図である。
【図６】従来の耐雷ファスナを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施形態における耐雷ファスナを適用した航空機の機体を構成する翼の一部の断面図である。
この図１に示すように、翼２０は、その外殻が、例えばアルミ合金等の金属材料からなる翼パネル（第一の部材）２１によって形成されている。翼２０の内部に設けられる、補強のための構造材や燃料タンク、各種の機器が、アルミ合金等の金属材料により形成されたステー等の構造部材（第二の部材）２２を介して翼パネル２１に固定されている。そして、ステー等の構造部材２２は、ファスナ部材２４によって翼パネル２１に取り付けられている。
【００１４】
ファスナ部材２４は、ピン状のファスナ本体２５と、翼２０の内部側でファスナ本体２５に装着されるカラー（締結部材）２６と、絶縁材料からなるワッシャ２７と、から構成される。
ファスナ本体２５およびカラー２６は、強度の面から一般に、チタン合金等の金属材料により形成される。
ワッシャ２７は、例えば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ポリイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂）、ナイロン樹脂等の絶縁性を有した樹脂により形成するのが好ましい。
【００１５】
ピン状をなしたファスナ本体２５は、先端部にネジ溝２５ａが形成され、後端部は先端部側より拡径した頭部２５ｂとされている。このファスナ本体２５は、翼パネル２１および構造部材２２を貫通して形成された孔（第一の孔）２１ａ、孔（第二の孔）２２ａに翼２０の外側から挿入され、後端部の頭部２５ｂを孔２１ａの周囲面に突き当てた状態で、先端部を翼２０の内方に突出させる。
【００１６】
カラー２６は、筒状で、その内周面にはファスナ本体２５のネジ溝２５ａに噛み合うネジ溝が形成されている。このカラー２６は、翼２０の内方に突出したファスナ本体２５のネジ溝２５ａにねじ込まれる。これによって、翼パネル２１と構造部材２２とは、ファスナ本体２５の頭部２５ｂとカラー２６およびワッシャ２７とによって挟み込まれ、構造部材２２が翼パネル２１に固定されている。ここで、カラー２６は、ファスナ本体２５にねじ込んだ後の緩みを防止できるセルフロック式とするのが好ましい。
【００１７】
翼パネル２１と構造部材２２との間には、翼パネル２１および構造部材２２の少なくとも一方に塗布された絶縁性のプライマー層３０が介在している。
【００１８】
さて、本実施形態においては、ファスナ本体２５の軸部２５ｃの外周面において、構造部材２２に形成された孔２２ａの内周面に対向する領域に、絶縁性材料からなる絶縁コート膜（絶縁部）４０が形成されている。
このような絶縁コート膜４０は、例えば、アルミナを、焼付、溶射、スパッタ等の手法によりファスナ本体２５の軸部２５ｃの表面に成膜させることで形成することができる。
【００１９】
絶縁コート膜４０を形成することにより、構造部材２２とファスナ本体２５の軸部２５ｃとの間には、絶縁層が介在することになる。
すると、絶縁層が介在しない翼パネル２１とファスナ本体２５の間の電気抵抗Ｒ１に比較し、構造部材２２とファスナ本体２５との間の電気抵抗Ｒ２が著しく大きくなる。
【００２０】
例えばファスナ本体２５の頭部２５ｂに落雷した場合、雷による電流は、基本的には翼パネル２１の表層部２１ｂに沿って多く流れることが知られている。このときに、翼パネル２１とファスナ本体との間の電気抵抗Ｒ１を、構造部材２２とファスナ本体２５との間の電気抵抗Ｒ２よりも大幅に小さくしておくことで、電流は、より確実に翼パネル２１の面内方向に沿って流れる。
【００２１】
上述したようにして、ファスナ本体２５の軸部２５ｃにおいて、構造部材２２に対向する領域に絶縁コート膜４０を形成して、構造部材２２とファスナ本体２５の軸部２５ｃとの間に絶縁層を介在させることとにより、落雷時に電流をファスナ本体２５の頭部２５ｂ側の翼パネル２１に沿って多く流すようにすることができる。これにより、ファスナ本体２５の先端部側、つまり翼２０の内部側に電流が流れるのを抑え、翼２０の内部でアーク放電が生じるのを防ぐことができ、耐雷性能を高めることができる。
このとき、ファスナ本体２５の軸部２５ｃの表面に絶縁コート膜４０を形成するのみであるため、低コストで上記効果を得ることができる。また、絶縁コート膜４０は、ファスナ本体２５の製造工程で形成するものであり、翼２０の組立現場において、特段の作業を行う必要がなく、キャップを装着したりシーラントを充填・塗布するのに比較して、現場作業の効率化を図ることができる。さらに、取り付け後においては、絶縁コート膜４０が脱落することもないので、高い信頼性を得ることができる。
【００２２】
［実施例］
ここで、絶縁コート膜４０を形成した場合の効果について実証する解析計算を行ったのでそれについて説明する。
図１に示した構成において、厚さ４ｍｍのアルミ合金からなる翼パネル２１と、同じく厚さ４ｍｍのアルミ合金からなる構造部材２２とを、軸径６ｍｍのチタン合金からなるファスナ本体２５と、カラー２６とにより締結した。
このとき、ファスナ本体２５の構造部材２２に対向した部分に、アルミナなどの絶縁コートを施した場合を模擬して、ファスナ本体２５と構造部材２２との間の電気抵抗を１．０ＭΩとした場合（ケース１）。また、絶縁コートを形成しない場合を模擬して、ファスナ本体２５と構造部材２２との間の電気抵抗を無しとした（ファスナ本体２５と構造部材２１との間の電気抵抗とファスナ本体２５と構造部材２２との間の電気抵抗が等しい、ケース２）。また、絶縁コートとコート無しの中間として、比較のため、ファスナ本体２５と構造部材２２との間の電気抵抗を１ｍΩとした場合（ケース３）について解析計算を実施し、有効性を検証した。
【００２３】
ケース１、２、３のそれぞれにおいて、ファスナ本体２５の頭部２５ｂに、２００ｋＡの電流を、落雷時の電流を模して与え、そのときの電流変化を、ファスナ本体２５の部分において計測した。
【００２４】
その結果を図２に示す。
図２に示すように、ファスナ本体２５には、構造部材２２に対向した部分に絶縁コート膜４０を形成し、翼パネル２１とファスナ本体２５との間の電気抵抗Ｒ１を、構造部材２２とファスナ本体２５との間の電気抵抗Ｒ２よりも小さくしたケース１（Ｒ１＜＜Ｒ２）、およびケース３（Ｒ１＜Ｒ２）においては、電気抵抗Ｒ１と電気抵抗Ｒ２が等しいケース２（Ｒ１＝Ｒ２）に比較し、流れる電流量が大幅に小さくなっていることが確認された。特に、アルミナなどの絶縁コートを施した場合を模擬して、ファスナ本体２５と構造部材２２との間の電気抵抗を１．０ＭΩとしたケース１においては、電流量が特に小さい。
【００２５】
（応用例）
次に、本発明に掛かる耐雷ファスナの応用例を示す。
まず、図３に示すように、絶縁コート膜４０に代えて、絶縁材料から形成された絶縁カラー材（絶縁部）４１を、ファスナ本体２５の軸部２５ｃにおいて、構造部材２２の孔２２ａの内周面に対向した領域に設けても良い。
このような絶縁カラー材４１は、例えば、フェノール樹脂から形成することができ、筒状の絶縁カラー材４１を、ファスナ本体２５の軸部２５ｃと、構造部材２２の孔２２ａの内周面との間に介在させる。
【００２６】
また、図４に示すように、ファスナ本体２５の軸部２５ｃを、翼パネル２１の孔２１ａの内周面に対向した領域の外径Ｄ１よりも、構造部材２２の孔２２ａの内周面に対向した領域の外径Ｄ２が小さくなるようにしても良い。
これにより、構造部材２２の孔２２ａの内周面とファスナ本体２５の軸部２５ｃとの隙間（絶縁部）Ｃ１が、翼パネル２１の孔２１ａの内周面に対向した領域よりも大きくなる。これにより、この隙間Ｃ１に存在する空気により、構造部材２２とファスナ本体２５との間の電気抵抗Ｒ２を、翼パネル２１とファスナ本体２５との間の電気抵抗Ｒ１よりも大きくすることができ、上記と同様の作用効果が得られる。
【００２７】
さらに、図５に示すように、構造部材２２の孔２２ａの内径Ｄ３を、翼パネル２１の孔２１ａの内径Ｄ４よりも大きく形成しても良い。
これによっても、構造部材２２の孔２２ａの内周面とファスナ本体２５の軸部２５ｃとの隙間（絶縁部）Ｃ２が、翼パネル２１の孔２１ａの内周面に対向した領域よりも大きくなる。これにより、この隙間Ｃ２に存在する空気により、構造部材２２とファスナ本体２５との間の電気抵抗Ｒ２を、翼パネル２１とファスナ本体２５との間の電気抵抗Ｒ１よりも大きくすることができ、上記と同様の作用効果が得られる。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、翼パネル２１、構造部材２２、ファスナ本体２５やカラー２６について構成を示したが、その形状や材質は適宜変更することが可能である。また、翼２０に限らず、他の部分に用いるファスナ部材２４としても本発明は適用することが可能である。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、組み合わせたり、他の構成に適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２９】
２０…翼、２１…翼パネル（第一の部材）、２１ａ…孔（第一の孔）、２１ｂ…表層部、２２…構造部材（第二の部材）、２２ａ…孔（第二の孔）、２４…ファスナ部材、２５…ファスナ本体、２５ａ…ネジ溝、２５ｂ…頭部、２５ｃ…軸部、２６…カラー（締結部材）、３０…プライマー層、４０…絶縁コート膜（絶縁部）、４１…絶縁カラー材（絶縁部）、Ｃ１、Ｃ２…隙間（絶縁部）
【図１】
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【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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