(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の構成部品と、第２の構成部品と、前記第１の構成部品を前記第２の構成部品に締結するファスナ・アセンブリと、を備える構造アセンブリであって、
前記第１の構成部品は、第１の方向に相互に傾斜した少なくとも２つの領域によって形成される傾斜面を有し、
前記傾斜面は、前記第１の構成部品における前記第１の方向の構造的な厚さの変化を伴うものであり、
前記ファスナ・アセンブリは、前記傾斜面の輪郭に沿うように前記第１の構成部品の前記傾斜面に装着されて前記第１の方向に延在する弾性変形可能な材料のレセプタクル・ストリップと、前記レセプタクル・ストリップに装着された複数のファスナ・レセプタクルのそれぞれに挿入された、前記第１と第２の構成部品を貫通する複数のファスナと、を有する、
構造アセンブリ。
【請求項２】
前記第１の構成部品は、好ましくは炭素繊維強化ポリマである複合材料を含む、
請求項１に記載の構造アセンブリ。
【請求項３】
前記レセプタクル・ストリップは、石英ガラス材料を含む、
請求項１または請求項２に記載の構造アセンブリ。
【請求項４】
前記第１の構成部品は積層体であり、前記傾斜面はプライドロップにより形成される、請求項１から３のいずれか一項に記載の構造アセンブリ。
【請求項５】
前記レセプタクル・ストリップは、前記第１の構成部品に接着されている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の構造アセンブリ。
【請求項６】
前記レセプタクル・ストリップは、低粘着接着剤を用いて接着されている、
請求項５に記載の構造アセンブリ。
【請求項７】
前記ファスナ・レセプタクルは、前記レセプタクル・ストリップにリベット締めされている、
請求項１から６のいずれか一項に記載の構造アセンブリ。
【請求項８】
前記ファスナ・アセンブリは、取り外し可能なファスナを含む、
請求項１から７のいずれか一項に記載の構造アセンブリ。
【請求項９】
前記第１と第２の構成部品は、当接してオーバラップしており、かつ、それぞれの当接面を有し、前記第１の構成部品の前記当接面は、前記第１の構成部品の前記傾斜面とは反対側にある、
請求項１から８のいずれか一項に記載の構造アセンブリ。
【請求項１０】
前記第１と第２の構成部品の当接面は、略平面状である、
請求項９に記載の構造アセンブリ。
【請求項１１】
前記第１の構成部品は、前記ファスナ・アセンブリに隣接したジョグルを有する、
請求項９または請求項１０に記載の構造アセンブリ。
【請求項１２】
前記第１の構成部品および／または前記第２の構成部品は、パネルである、
請求項９から１１のいずれか一項に記載の構造アセンブリ。
【請求項１３】
前記第１の構成部品は、航空機の翼外板であり、前記第２の構成部品は、航空機の取り外し可能な翼パネルである、
請求項９から１２のいずれか一項に記載の構造アセンブリ。
【請求項１４】
第１の構成部品を第２の構成部品に締結する方法であって、該方法は、
第１の方向に相互に傾斜した少なくとも２つの領域によって形成される傾斜面を有する第１の構成部品であって、前記傾斜面は、該第１の構成部品における前記第１の方向の構造厚さの変化を伴うものである、第１の構成部品を準備し、
弾性変形可能な材料のレセプタクル・ストリップと、前記レセプタクル・ストリップに装着された複数のファスナ・レセプタクルと、を有するファスナ・アセンブリを準備し、
前記レセプタクル・ストリップを、前記第１の方向に延在するとともに前記傾斜面の輪郭に沿うようにして、前記第１の構成部品の前記傾斜面に装着し、
前記第１の構成部品を前記第２の構成部品に締結するように、ファスナを前記第１と第２の構成部品に貫通させてそれぞれの前記ファスナ・レセプタクルに差し込む、
第１の構成部品を第２の構成部品に締結する方法。
【請求項１５】
前記レセプタクル・ストリップは、接着剤で前記第１の構成部品に接着され、前記接着剤が硬化するまでの間、前記傾斜面に対して保持される、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記レセプタクル・ストリップと前記ファスナ・レセプタクルは、前記レセプタクル・ストリップに前記ファスナ・レセプタクルが予め取り付けられたサブアセンブリとして提供される、
請求項１４または請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記傾斜面に取り付けられる前の、最初の前記レセプタクル・ストリップは、略平面状である、
請求項１４から１６のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構造アセンブリに関し、より具体的には、第１の構成部品を第２の構成部品に締結するためのファスナ・アセンブリに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
取り外し可能なパネルを、複数のファスナを用いて航空機構造体に装着することが知られている。皿頭ファスナが、しばしばアンカーナット（ファスナ・レセプタクル）と組み合わせて用いられる。アンカーナットは航空機構造体の内面に装着され、それぞれの皿頭ファスナはパネルおよび航空機構造体を貫通して、皿頭ファスナの頭はパネルの空気力学的外表面と略同一平面とされる。
【０００３】
部品点数を削減するために、複数のアンカーナットを平面型レセプタクル・ストリップ上に配置されたサブアセンブリとして提供することが知られており、これを、例えばリベット締めにより、航空機構造体に装着することができる。従来の金属製の航空機構造体では、航空機構造体にリベット締めされた金属製のレセプタクル・ストリップを用いることは、一般に問題はない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
航空機構造体における複合材料の利用が拡大するように移行するのに伴って、金属製のレセプタクル・ストリップの使用において、いくつかの欠点が確認されている。特に、局部荷重要件により良く適合するために、積層複合構造にわたって（プライドロップにより）厚さを変化させることが望ましい場合があり、その結果、従来の金属構造では一般に見られない傾斜が構造体の内表面に生じる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様により、構造アセンブリを提供し、これは、傾斜面を有する第１の構成部品と、第１の構成部品を第２の構成部品に締結するためのファスナ・アセンブリと、を備え、ファスナ・アセンブリは、傾斜面の輪郭に沿うように第１の構成部品の傾斜面に装着される弾性変形可能な材料のレセプタクル・ストリップと、個々のファスナを受けるためにレセプタクル・ストリップに装着された複数のファスナ・レセプタクルと、を有する。
【０００６】
本発明のさらなる態様により、第１の構成部品を第２の構成部品に締結する方法を提供する。本方法は、傾斜面を有する第１の構成部品を準備することと、弾性変形可能な材料のレセプタクル・ストリップと該レセプタクル・ストリップに装着された複数のファスナ・レセプタクルとを有するファスナ・アセンブリを準備することと、レセプタクル・ストリップを、傾斜面の輪郭に沿うようにして第１の構成部品の傾斜面に装着することと、第１の構成部品を第２の構成部品に締結するようにファスナを第１と第２の構成部品に貫通させてそれぞれのファスナ・レセプタクルに差し込むことと、を含む。
【０００７】
本発明は、弾性変形可能な材料のレセプタクル・ストリップを、様々に異なる構成部品の多様な輪郭に適合するように構成されたストック部品として供給することができるという点で、効果的である。これにより、部品点数、組立時間およびコストが削減される。
【０００８】
第１の構成部品は、好ましくは炭素繊維強化ポリマである複合材料を含むことができる。レセプタクル・ストリップは、石英ガラス材料を含むことができる。石英ガラスは、炭素繊維強化ポリマ材料と、それらが類似の熱的および類似の剛性の材料特性であることから、良く適合する。レセプタクル・ストリップ材料としてガラスを利用することにより、従来の金属材料と比較して、重量が削減され、また、システムからの静電気放電や落雷に関連した電磁問題も軽減される。
【０００９】
代替的に、第１の構成部品は、金属材料を含むことができ、さらに／または、レセプタクル・ストリップは、ゴムもしくは他のエラストマ材料を含むことができる。
【００１０】
第１の構成部品の傾斜面は、第１の構成部品にわたる構造的な厚さの変化を伴い得る。第１の構成部品は、積層体とすることができ、また、傾斜面は、プライドロップによって形成されることができる。
【００１１】
レセプタクル・ストリップは、第１の構成部品に接着されることができる。これは、第１と第２の構成部品が分解されたときであっても、ストリップが第１の構成部品に対して固定されたままであることを確保するのに役立つ。弾性変形可能なストリップは、接着剤が硬化／凝固する間、ストリップを第１の構成部品の輪郭に強制的に変形させるように、一時的に子ボルトで締結されることができる。低粘着接着剤が使用されてもよい。低粘着接着剤は、層の損傷を引き起こすことなく（必要であれば）ストリップを取り外すこともできるので、ストリップを積層複合部品に直接装着するために用いる場合は特に有効である。
【００１２】
ファスナ・レセプタクルは、レセプタクル・ストリップにリベット締めされることができる。
【００１３】
ファスナ・アセンブリは、取り外し可能なファスナを含むことができる。当該ファスナは、好ましくはクイックリリース・ファスナである。
【００１４】
構造アセンブリは、さらに、ファスナを第１と第２の構成部品に貫通させてそれぞれのファスナ・レセプタクルに差し込むことにより第１の構成部品に締結された第２の構成部品を備えることができる。
【００１５】
第１と第２の構成部品の当接面は、略平面状とすることができる。
【００１６】
第１の構成部品は、ファスナ・アセンブリに隣接したジョグルを有することができる。ジョグルは、傾斜面とは異なる方向の傾斜を含むことができ、これにより複合傾斜面を提供する。
【００１７】
第１の構成部品および／または第２の構成部品は、パネルとすることができる。一実施形態において、第１の構成部品は航空機の翼外板であり、第２の構成部品は航空機の取り外し可能な翼パネルである。
【００１８】
レセプタクル・ストリップとファスナ・レセプタクルは、レセプタクル・ストリップにファスナ・レセプタクルが予め取り付けられたサブアセンブリとして提供され得る。
【００１９】
レセプタクル・ストリップは、最初、すなわち傾斜面に取り付けられる前は、略平面状とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、航空機の翼の前桁の斜視図を示している。
【図２】図２は、図１の翼における翼外板と前縁パネルとの間の接合部の側断面図を示している（明確にするためにファスナ・アセンブリは取り除いた）。
【図３】図３は、翼外板の裏側の斜視図を示しており、内表面における翼長方向の傾斜と、翼弦方向のジョグルと、を示している。
【図４】図４は、図３の翼外板の端面図を示しており、内表面における翼長方向の傾斜を示している。
【図５】図５は、ファスナ・アセンブリが取り付けられた、図１の翼における翼外板と前縁パネルとの間の接合部の側断面図を示している。
【図６】図６は、取り付けられたファスナ・アセンブリの断面図の詳細を示している。
【図７】図７は、取り付けられたファスナ・アセンブリの裏側の平面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
航空機の翼の前桁が図１に示されている。桁は、ウェブ１０と、上フランジ１１と、下フランジ（図示せず）と、を有する。桁は、ウェブ１０がフランジ１１と交わるＲ部１０ａを有する。積層複合材の外板（スキン）１２が、上フランジ１１に装着され、桁の後部に広がって、翼ボックス（翼の一次構造要素）の上部境界を形成している。また、外板１２は、図１に示すように、桁の前方にわずかに突出している。
【００２２】
外板１２は、図１に示す外側１３と、図３に示す内側１４とを有する。外板１２は、比較的厚い端部から比較的薄いエッジへと徐々に先細りになる楔形に予め形成されたエッジプロテクタ２２と、好ましくは炭素繊維にエポキシ樹脂マトリクスを予め含浸させた複数の「プリプレグ」プライと、を含む。エッジプロテクタとプリプレグプライは、好ましくは同時硬化される。
【００２３】
外板１２におけるプライの積層は、エッジプロテクタ２２に隣接した傾斜を有するＺ形のいわゆる「ジョグル」プロファイルを、翼弦方向（すなわち、航空機の胴体中心線と平行な方向）に形成している。ジョグルは積層の厚さ方向全体にわたっており、よって、積層のそれぞれの層はジョグルを形成するような形状とされて、それぞれのジョグルは、第１の部分と、第１の部分に略平行に層が広がる第２の部分と、第１と第２の部分の間で層が第１と第２の部分に対して角度をなして広がる傾斜と、を有する。
【００２４】
外板１２におけるプライの積層は、さらに、図３に最も良く示されているような、傾斜した内側１４を形成している。外板の外側１３の形状（「アウタ・モールドライン」もしくはＯＭＬとして知られる）は、外板成形のプロセスにおいて型として機能し、最終的に翼の空気力学的表面の一部を形成するので、正確に制御される。外板の内側１４の形状は、翼長方向（すなわち、航空機の胴体中心線に垂直な方向）におけるパネル厚さの変化に適応するように、傾斜している。
【００２５】
図３は、翼長方向の傾斜領域１４ａを、隣接する領域１４ｂと１４ｃとの間に有する、外板１２の内側１４を示している。傾斜領域１４ａは、外板１２を形成するプライの積層において厚さが変化する領域に対応しており、領域１４ｂと１４ｃは、外板１２における厚さが一定の領域に対応している。傾斜領域１４ａでは、例えばプライのドロップオフによって、外板におけるプライの積層の厚さが変化している。翼長方向の傾斜は、例えば特定の位置で外板の強度を変化させるために、外板にわたる構造的変化を与えている。
【００２６】
外板１２の内側１４の傾斜面は、相互に傾斜した少なくとも２つの領域によって特徴付けられる。外板の内側１４の傾斜領域１４ａは、隣接する領域１４ｂおよび１４ｃに対して傾斜している。この特定の例では、領域１４ｂ、１４ｃは、外板の厚さが一定の領域に対応しているので、外板の内側のこれらの領域はそれぞれ、外板１２の外側１３と略平行である。これに対し、領域１４ａは、外板の厚さが変化する領域に対応しているので、外板の外側に対しても傾斜している。外板の外側１３は、略平面状であり、所望の翼型に適合するような形状である。この特定の実施形態では、翼長方向の傾斜は、翼弦方向のジョグルを横切って、複合傾斜面を形成している。他の実施形態では、外板が、ジョグルを有しておらず、その場合、単純な翼長方向の傾斜が形成される。
【００２７】
図４は、外板１２の端部３４で後方を見た端面図を示しており、内側１４に翼長方向の傾斜を示している。
【００２８】
外板１２は、桁にボルト締めされた後に、図２の断面図に最も明確に示されているラップジョイントによって、前縁パネル１５に接合される。パネル１５は、類似の複合材料で形成されていてもよく、またはそうでなくてもよい。一例において、パネル１５は、主にサンドイッチコア構造を有する。
【００２９】
パネル１５の内側は、図２に示すように、外板１２の外側１３と部分的にオーバラップしている。エッジプロテクタ２２と、パネル１５および外板１２の外側は、一緒になって、図示のような気流にさらされる略連続的な空気力学的外表面を形成している。ファスナ・アセンブリ４０（図２には示してない）は、外板１２とパネル１５を接合するために、これらがオーバラップする位置で外板１２とパネル１５を貫通するように、ライン３１に沿って用いられる。点検または修理を目的として接合部が分解されることを可能とするために、ファスナ・アセンブリのファスナは取り外し可能である。ファスナ・アセンブリ４０について、詳細は後述する。
【００３０】
エッジプロテクタ２２は、ジョグルとパネル１５の後縁３０との間に配置されて、ジョグルの傾斜２６の下流側「頂上」において、（図２に示す方向に進む）気流によって運ばれる粒子による浸食からエッジ３２を保護する。エッジプロテクタ２２とパネル１５の後縁３０との間の間隙は、最終組立時にエアロフィラー（図示せず）を用いて塞がれる。
【００３１】
外板１２の内側では、ジョグルの傾斜の「頂上」３３は、できる限り桁１１の近くに配置されており、このため、ジョグルの傾斜は、桁のＲ部１０ａと部分的にオーバラップしている（この場合の上下は、図２に示す方向付けに関して定義される）。これによって、外板１２の端部３４を桁に比較的近接させて配置することが可能となる。
【００３２】
あるいは、エッジプロテクタは、外板１２ではなく、パネル１５に予め装着されていてもよい。これによって、一次構造に影響を与えることなく、破損または摩耗した場合に交換可能なアイテムが形成される。
【００３３】
次に、図５〜７を参照して、ファスナ・アセンブリ４０について詳細に説明する。ファスナ・アセンブリは、外板１２の内側１４の傾斜面に装着される弾性変形可能な材料のレセプタクル・ストリップ４１を有する。レセプタクル・ストリップ４１は、傾斜面の輪郭に沿うように翼弦方向に延在する。
【００３４】
複数のファスナ・レセプタクル４２が、ストリップの長さに沿った間隔をおいて、レセプタクル・ストリップ４１に装着される。各ファスナ・レセプタクル４２は、個々のファスナ４３を受けるように構成されており、これにより、外板１２とパネル１５とがオーバラップする位置でライン３１に沿って貫通するファスナの列を提供する。点検または修理を目的としてパネル１５と外板１２との間の接合部を分解するために、ファスナ４３は、それらのそれぞれのファスナ・レセプタクル４２から取り外し可能に構成されている。
【００３５】
図６は、ファスナ・アセンブリ４０のファスナの１つを詳細に示している。ファスナ４３は、パネル１５の外表面と略同一平面に配置される皿頭４４を有する。分解しやすくするため、ファスナ４３は、クイックリリース・ファスナである。ファスナ・レセプタクル４２は、通常タイプのアンカーナットであり、取付フランジ４６と直立タレット４７とを有する。アンカーナットは、当業者に周知であるため、ここで詳細な説明は繰り返さない。ファスナ・レセプタクル４２は、外板１２に装着される前のレセプタクル・ストリップ４１に予め取り付けられる。本実施形態では、図７に示すように、ファスナ・レセプタクル４２はそれぞれ、リベット位置４５でレセプタクル・ストリップ４１にリベット締めされる。
【００３６】
レセプタクル・ストリップ４１は、およそ１〜２ｍｍの厚さを有し、石英ガラスを含んでいる。石英ガラスは、外板１２の炭素繊維強化ポリマ材料と類似の熱特性を有し、よって、これらの部品間の良好な熱的適合性が確保される。石英ガラス材料は、外板１２の内側１４の傾斜面の輪郭に適合するように、十分に弾性変形可能である。あるいは、レセプタクル・ストリップ４１は、例えばゴムなどの他の材料を含むことができる。ゴム製のレセプタクル・ストリップを用いることは、特にパネル１２に炭素繊維強化ポリマ以外の材料が使用される場合に、望ましいことがある。例えば、ゴム製のレセプタクル・ストリップは、金属製の外板とともに使用され得る。
【００３７】
積層複合材の外板１２の層を損傷することなく、レセプタクル・ストリップ４１が取り外されることを可能とするように、好ましくは低粘着接着剤４８によって、ガラス製のレセプタクル・ストリップ４１は炭素繊維強化ポリマの外板１２に接着される。
【００３８】
次に、ファスナ・アセンブリ４０を取り付ける方法について詳細に説明する。予め装着されたファスナ・レセプタクル４２を有するレセプタクル・ストリップ４１は、ファスナライン３１に沿って外板１２の内側１４に接着される。レセプタクル・ストリップ４１は、ストック部品として供給され、外板１２の幅に応じたサイズにカットされる。これにより、レセプタクル・ストリップ４１は、ファスナライン３１に沿って、外板１２の内側１４の傾斜および輪郭のすべてを横断する。レセプタクル・ストリップ４１を外板１２に接着するために用いられる接着剤が凝固または硬化するまで、レセプタクル・ストリップ４１は、軽い圧力で外板１２に対して保持される。ファスナ・レセプタクル４２と位置合わせされたファスナ孔が、パネル１５および外板１２に穿設され、皿頭ファスナ４３が、ファスナ孔に差し込まれて、ファスナ・レセプタクル４２に確実に受け入れられることで、ファスナ・アセンブリ４０が完成する。
【００３９】
本発明について、１つ以上の好ましい実施形態を参照して上記で説明したが、添付の請求項で規定される本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更または変形が実施され得ることは、理解されるであろう。
【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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【図７】
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