(57)【要約】ファスナアセンブリは、第１および第２端部を有しており、第１端部のボルトヘッド（３）と、第１径の平滑な円周表面を有する第１軸部分（４）と、第１軸部分と同軸で配置され、第１径よりも小さい第２径を有する第２軸部分（５）とからなるボルト（１）を含んでいる。第２軸部分（５）の少なくとも一部は外ねじとなっており、第１軸部分（４）はボルトヘッド（２）と第２軸部分（５）との間に配置されている。ナット（１２）は、第１および第２端部を有しており、ナットの第１端部から延びボルト（２）の第１軸部分（４）の一部を覆って取り付けるために第１径よりも大きな径の第１ボア（１５）と、第２端部の領域で、第２軸部分（５）のねじと螺合し、且つ、第１ボアと同軸で導通しているねじボア（１７）とからなる。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
航空機の構成部品の製造に使用されるスレーブボルトアセンブリであって、ボルトとナットを含み、
ボルトは、第１および第２端部を有しており、且つ、
第１端部に位置するボルトヘッドと、
ボルトヘッドに隣接して、構成部品の孔の壁面に係合して構成部品を位置合わせする第１径の平滑な円周表面を有する第１軸部分と、
第１軸部分と第２端部との間に第１軸部分と同軸で配置され、第１径よりも小さい第２径で、少なくとも一部が外ねじとなっている第２軸部分とからなり、
ナットは、第１および第２端部を有しており、且つ
ナットの第１端部から延び、ボルトの第１軸部分の一部を覆って取り付けるために前記ボルトの第１径よりも大きな径の第１ボアと、
第２端部の領域で、第２軸部分のねじと螺合し、且つ、前記第１ボアと同軸で導通しているねじボアとからなり、
前記第２軸部分とねじボアとの螺合は、ナットの第１端部とボルトヘッドとによって構成部品が締め付けられるように配置されているスレーブボルトアセンブリ。
【請求項２】
ボルトヘッドが、第１軸部分の一方端にある請求項１に記載のスレーブボルトアセンブリ。
【請求項３】
第２軸部分が、第１軸部分の端部からボルトの第２端部に延びている請求項１または２のスレーブボルトアセンブリ。
【請求項４】
ねじボアが、ナットの第２端部を通って延びている請求項１〜３のいずれかに記載のスレーブボルトアセンブリ。
【請求項５】
ナットの第１ボアの軸方向長さが、ねじボアよりも大きい請求項１〜４のいずれかに記載のスレーブボルトアセンブリ。
【請求項６】
ナットの第１ボアの周囲の第１端部にワッシャをさらに含む請求項１〜５のいずれかに記載のスレーブボルトアセンブリ。
【請求項７】
ワッシャは、ナットから分離して形成されており、ナットに結合されている請求項６に記載のスレーブボルトアセンブリ。
【請求項８】
ワッシャは、ナットの第１端部の端面を覆うように延びる前表面部と、前表面部の後方に延びる外側円周部と、外側円周部から内側に延びてナットに係合しワッシャを保持する保持部とが形成されている請求項７に記載のスレーブボルトアセンブリ。
【請求項９】
ナットの第１端部にフランジが形成されており、ワッシャがフランジを覆って結合している請求項６または７に記載のスレーブボルトアセンブリ。
【請求項１０】
ボルトヘッドが、截頭円錐台形状であり、さらボルトヘッドを形成している請求項１〜９のいずれかに記載のスレーブボルトアセンブリ。
【請求項１１】
ワッシャが、ボルトヘッドの後方表面を傾斜面からボルトの軸線に直角な面に変わるように配置されていることを含む請求項１０に記載のスレーブボルトアセンブリ。
【請求項１２】
ワッシャが、ボルトにスナップ嵌めされるものであり、第１軸部分とボルトヘッドとの分岐点の溝に嵌る内向きに突出する部分を含む請求項１１に記載のスレーブボルトアセンブリ。
【請求項１３】
航空機の構成部品の組み立て方法であって、
複数の部品の孔が位置合わせされた所望の関係に構成部品を保持し、
第１および第２端部を有しており、第１端部に位置するボルトヘッドと、第１径の平滑な円周表面を有する第１軸部分と、第１軸部分と同軸であり且つ第１径よりも小さい第２径の第２軸部分とからなり、前記第２軸部分の少なくとも一部が外ねじであり、前記第１軸部分がボルトヘッドと第２軸部分との間に配置されている、ボルトを準備し、
ボルトの第２端部を位置合わせした孔に挿入し、ボルトの第１軸部分を位置合わせした構成部品の孔の側壁に係合させ、
第１および第２端部を有しており、第１端部から延び第１軸部分の径よりも大きな径の第１ボアと、第２端部の領域で前記第１ボアと同軸で導通しているねじボアとを含む、ナットを準備し、
ボルトの第１軸部分の一部を覆うようにしてナットの第１ボアを取り付け、ナットのねじボアをねじ軸部分に螺合して、ナットの第１端部とボルトヘッドによって構成部品を互いに締め付ける、各ステップからなる方法。
【請求項１４】
さらに、構成部品の所定の位置に孔を形成するステップを含む請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
構成部品にさらに孔をあけ、
ボルトからナットをはずし、
ボルトを位置合わせした孔から抜いて製品を分離させる、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
さらに孔をバリ取りし、
さらに、位置合わせした状態の構成部品の孔を再度結合させる請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
互いに結合されるべき構成部品の少なくとも一つは、複合材料である請求項１３〜１６のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファスナアセンブリと、構成部品を結合する方法に関する。さらに本発明は、特に航空機の構成部品の製造で使用されるスレーブボルトアセンブリ（slave bolt assembly）と航空機の構成部品を組み付ける方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
航空機構造の製造において、構成部品は一般に部分的にジグで組み付けられる。たとえば大型航空機用の翼の製造では、翼の外板パネル（wing skin panels）や、翼桁（spars）、リブ、その他大部分を含む翼の構成部品がジグで組み付けられる。このとき、ファスナ用の孔が所定の位置にあけられる。次いで、孔のうちの幾つかにスレーブボルトを挿入し、ドゥエル（dowels）を他の孔に挿入して翼アセンブリを互いに保持すると同時にさらに孔をあける。その後、ボルトを取り外して構成部品を解体し、例えば、最終的に再度組み付ける前に、実行されるべきバリ取りを可能にしている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スレーブボルトは構成部品を互いに締め付けるのであるが、ねじボルトが、構成部品の孔の径よりも実質的に小さく、孔の側面を傷つけることなく通ることが重要である。ドゥエルは、平坦な円周方向の表面を有しており、わずかにテーパ状の端部を有して孔の側壁に係合しており、それによって構成部品を位置合わせしている。このことは、二つに分離した構成部品が必要となり不便である。たとえば、特に自動送り出しシステムが望ましい場合だけでなく、構成部品の取り扱いをより複雑にすることが問題となる。
【０００４】
本発明の目的は、上述した問題を防止し、あるいは緩和することができるファスナアセンブリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、航空機の構成部品の製造に使用するためのスレーブボルトアセンブリを提供するもので、ボルトとナットを含み、
ボルトは、第１および第２端部を有しており、且つ
前記第１端部に位置するボルトヘッドと、
ボルトヘッドに隣接して、構成部品の孔の壁面に係合することによって構成部品を位置合わせする、第１径の平滑な円周表面を有する第１軸部分と、
第１軸部分と第２端部との間に第１軸部分と同軸で配置され、第１径よりも小さい第２径で、少なくとも一部が外ねじとなっている第２軸部分とからなり、
ナットは、第１および第２端部を有しており、且つ
ナットの第１端部から延び、ボルトの第１軸部分の一部を覆って取り付けるために第１径よりも大きな径の第１ボアと、
第２端部の領域で、第２軸部分のねじと螺合し、且つ、前記第１ボアと同軸で導通しているねじボアとからなり、
前記第２軸部分とねじボアとの螺合は、ナットの第１端部とボルトヘッドとによって構成部品が締め付けられるように、配置されている。
【０００６】
平滑な円周表面を有する第１軸部分と、ねじが形成された小さい径の第２軸部分とを有するスレーブボルトを準備することにより、単一で、締め付け（上述した従来の技術における通常のスレーブボルトによって成し遂げられる）と、位置合わせ（上述した従来の技術におけるドゥエルによって成し遂げられる）の両方機能するファスナアセンブリを提供することができる。このことは、すべての結合処理をより簡単なものにして、取り扱わなければならない部分の異なる種類の数を低減させる。
【０００７】
ボルトの平滑な円周表面を覆うナットを準備することにより、本発明の実施の形態におけるスレーブボルトアセンブリは、ボルトのねじ部分が孔と接触することなく、構成部品を互いに締め付けることができる。ナットとボルトが互いにねじ込まれると、ナットの第１ボアは、ナットの第１端部（ボルトヘッドに沿って、締め付け動作をする）をボルトのねじ部分から軸方向に引き離す。ナットの第１端部は、組み付けるときに、ボルトの平滑な円周表面の部分と軸方向に位置合わせされ、これによって第２のねじ山を形成された軸部分が確実に孔を越える。
【０００８】
ボルトヘッドは、第１軸部分の一方の端部にあることが好ましい。第２軸部分は、第１軸部分の端部からボルトの第２端部に延びていることが好ましい。ボルトは、ボルトヘッドと、第１軸部分と、第２軸部分との３つのパーツからなることが好ましい。ボルトヘッドと第２軸部分は、アセンブリの締め付ける機能に利用されるのに対して、第１軸部分は位置合わせする機能に利用される。
【０００９】
ボルトヘッドは、外面の断面が非円形のものとすることができ、例えば断面が六角形とすることができる。ボルトの第１および／または第２端部は、非円形の、例えば断面が六角形のブラインドボアを形成することができ、ブラインドボアはボルトの第１および第２軸部分と同軸となっている。このように構成することで、ナットとボルトを締め付けおよび取り外すときに要求される相対的な回転を容易にする。
【００１０】
ナットの第２端部は、ナット内でねじボアがナットの第２端部を通って延びていることを除いては、閉塞していることが好ましい。したがって、ナットをボルトの第２軸部分全部にわたってねじ込むことが可能となっており、より広い範囲の厚さの製品にファスナアセンブリを採用することができることを許容している。
【００１１】
ナットの第１ボアは、プレーンなボアで、ねじボアよりも軸方向に長いことが好ましい。ねじボアの長さは、そのねじ山が充分な締め付け力に変換するのに充分であることが必要なだけであり、しかるに、第１ボアの長さは、ファスナアセンブリを採用することができる製品の厚さの範囲を決定することができ、それゆえ、より長くすることが好ましい。
【００１２】
アセンブリには、ナットの第１ボアの周囲の第１端部にワッシャをさらに含めることができる。ワッシャは、ナットの一部分に一体に形成することもできるが、ナットから分離して形成して、ナットに結合されていることが好ましい。ワッシャは、合成樹脂素材により作成することができ、例えばナイロンなど、ポリアミドとすることができる。
【００１３】
ワッシャは、ナットの第１端部の端面を覆うように延びる前表面部と、前表面部の後方に延びる外側円周部と、外側円周部から内側に延びてナットに係合しワッシャを保持する保持部とが形成されていることが好ましい。ワッシャは、弾性変形して、ナットの第１端部の端面を覆って嵌め込むものとすることができる。ナットの第１端部にはフランジを形成することができ、ワッシャはこのフランジを覆って嵌め込むことができる。
【００１４】
ボルトヘッドは、ほぼ截頭円錐台形状として、さらボルトヘッドを形成すことができる。このようなボルトヘッドは、特に座ぐり孔に係合するのに適しているのは勿論のことである。場合によっては、孔は座ぐりされてなくてもよい。そのため、ファスナアセンブリは、ボルトヘッドの後方面を截頭円錐台状の表面からボルトの軸に垂直な平面に変化するよう形成されたワッシャをさらに含むことができる。このようなワッシャを有するボルトヘッドは、非座ぐり孔に使用するのに適している。ワッシャは、合成樹脂素材により作成することができ、例えばナイロンなど、ポリアミドとすることができる。ワッシャは、たとえば、例えばスナップ嵌めなどでボルトに取り付けることができ、第１軸部分とボルトヘッドとの分岐点に形成された溝に嵌め込まれる内側に突出した部分を含むことができる。
【００１５】
第１軸部分の径は、公差が０．０５ｍｍよりも小さいことが好ましく、さらには公差が０．０２ｍｍよりも小さいことが好ましい。このように本発明の好ましい観点を考慮すると、同様の多様なファスナアセンブリが提供され、第１軸部分の現実的な径の変化は、０．１０ｍｍよりも小さく、好ましくは０．０４ｍｍよりも小さい。
【００１６】
ボルトとナットは、例えば鋼など、金属製とすることができる。
【００１７】
本発明はさらに、航空機の構成部品を組み立てる方法を提供するもので、方法は次のステップからなる。
複数の部品の孔が位置合わせされた所望の関係に構成部品を保持し、
第１および第２端部を有しており、第１端部に位置するボルトヘッドと、第１径の平滑な円周表面を有する第１軸部分と、第１軸部分と同軸であり且つ第１径よりも小さい第２径の第２軸部分とからなり、前記第２軸部分の少なくとも一部が外ねじであり、前記第１軸部分がボルトヘッドと第２軸部分との間に配置されている、ボルトを準備し、
ボルトの第２端部を位置合わせした孔に挿入し、ボルトの第１軸部分を位置合わせした構成部品の孔の側壁に係合させ、
第１および第２端部を有しており、第１端部から延び第１軸部分の径よりも大きな径の第１ボアと、第２端部の領域で前記第１ボアと同軸で導通しているねじボアとを含む、ナットを準備し、
ボルトの第１軸部分の一部を覆うようにしてナットの第１ボアを取り付け、ナットのねじボアをねじ軸部分に螺合して、ナットの第１端部とボルトヘッドによって構成部品を互いに締め付ける。
【００１８】
本発明の方法は、さらに構成部品の所定の位置に孔を形成するステップを含んでいる。たとえば、孔はドリルであけることにより形成することができる。
【００１９】
本発明は、たとえば、孔あけの間など、製品の一時的な組み立てに適している。したがって、本発明の方法はさらに、次のステップが含まれる。
ボルトからナットをはずし、
ボルトを位置合わせされた孔から抜いて製品を分離させる。
【００２０】
ナットをはずしてボルトを抜くに先立って、本発明の方法はさらに、構成部品に孔をさらにあけることを含む。さらにあけられた孔は、たとえば構成部品の最終的な組み立てのとき、たとえば翼などの完成した航空機の構成部品を形成するときなどに、ファスナを受けることができる。
【００２１】
さらに本発明の方法は、さらに位置合した状態の孔で構成部品を再度締め付けることからなる。構成部品は、たとえば航空機の構成部品の組み立てで、最終すなわち永久の締め付け用の適当なファスナを使用して再度締め付けされる。
【００２２】
たとえば最終的な組み立ての前など、構成部品の分解後は、構成部品の孔をバリ取りすることもできる。
【００２３】
本発明は特に航空機製造業に適切であり、互いに締め付ける製品は航空機の構成部品で、たとえば、ある製品が翼のパネルや他の製品ではリブなどである。
【００２４】
本発明は特に、複合材料あるいは少なくとも一つの製品が複合材料である場合に有効である。このような素材は、特に傷付きやすく損傷する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
最初に図１を参照すると、ボルト１とワッシャ２が示されている。ボルト１は、さらボルトヘッド３と、第１軸部分４と、第２軸部分５とからなる。軸部分４，５は、円形断面で、同軸である。第１軸部分４は、平滑な周面で、ねじが切られた第２軸部分５よりも大きな径を有している。アンダーカット６は、軸部分４と５の分岐点となり、アンダーカット７は、ヘッド３と第１軸部分４の分岐点となっている。
【００２６】
ブラインドボア８は、ボルトヘッドに形成されており、ブラインドボア９は、第２軸部分５に形成されている。各ブラインドボア８，９は、六角断面で、軸部分４，５と同軸である。このボア８，９は、ボルトを回転させる適当なツールに係合される凹部となっている。
【００２７】
ワッシャ２は、ナイロン製で、ほぼ環状で、内側に突出するリブを有しており、リブはアンダーカット７と係合してボルトヘッド３の隣にワッシャを保持するものである。図１に見られるように、ボルトヘッド３は、後方傾斜面を有するほぼ截頭円錐台（frusto-conical）形状で、ワッシャ２は、対応する傾斜面１０を有しており、ボルトヘッドの後方傾斜面に対して着座している。ワッシャ２はまた、傾斜面１０と反対側に平坦面１１が形成されている。ワッシャ２を嵌め込むことによって、さらボルトヘッドを有するワッシャ２を用いることなく、ボルト１がフラットヘッドボルトのように作用する。ワッシャ２を嵌め込むため、ワッシャの内側に突出するリブがアンダーカット７に入るまで、ボルトの軸に押し付ける。このように、ワッシャ２はボルトにスナップ嵌めされる。
【００２８】
ここで図２を参照すると、ナット１２とワッシャ１３が示されている。ナット１２は、円形断面のプレーンボア１５を有する前方部分１４と、円形断面のねじボア１７を有する後方部分１６とにより構成されている。ボア１５と１７は同軸であり、ボア１５は実質的にボア１７よりも長い。ナットの前側の端部において、前方部分１４は一体フランジ（integral flange）１８を有している。
【００２９】
ワッシャ１３は、環状の前表面部１９と、前表面部１９の周囲から後方に延びる外側円周部２０と、外側円周部２０の後方端部から内側に延びるリップ状に形成された保持部２１とからなる。ワッシャはナイロン製であり、図２に示すようにナットのフランジ１８を覆うようにして嵌め込まれるように、弾性変形することができるようになっている。一度嵌め込むと、前表面１９はナットの前表面を覆うように延びて、ワッシャとして機能する。
【００３０】
図３は、図１と図２のファスナアセンブリを、図３では符号２５と２６の二つの構成部品を互いに留めるのに使用した状態を示したものである。構成部品は、たとえば翼パネルと航空機の翼のリブとからなるものとすることができる。構成部品２５と２６は所望の関係に保持されて、あけられた孔が位置合わせされており、ボルト１は、孔に対して図３に示された位置へ挿入されている。この実施の形態で述べたように、あけられた孔は、座ぐりされておらず、その代わりにワッシャ２を使用していることがわかるであろう。第１軸部分４は、孔の中に厳密に嵌め込まれており、図３に示すように、構成部品２５，２６を合わせた厚さを通って、他方の側に突き出て、さらに第２軸部分５が他方の側に突き出るのに充分な長さとなっている。ナット１２がボルト１にねじ込まれるときは、前方部分１４が最初にボルト１の突出した端部を超えて、次いで後方部分１６がボルトの第２軸部分５にねじ込まれる。ナットの前方部分１４のプレーンボア１５は、その径がボルトの第１軸部分４の径よりもわずかに大きく（たとえば０．５ｍｍ大きい）、したがって、ワッシャ１３の前表面１９が構成部品２６に対して隣接するまで、前方部分１４がボルト１に通されることが可能となっている。
【００３１】
ナット１２を一度締め付けると、ファスナアセンブリは、構成部品２５，２６を効果的に互いに締め付けた状態に維持し、構成部品の中に第１軸部分４が厳密に嵌め込まれていることによって、両構成部品２５，２６が位置合わせされた状態を維持する。同時に、第１軸部分４が平滑な周方向表面を有しているので、構成部品２５，２６の孔が損傷するリスクが少ない。
【００３２】
ファスナアセンブリによって構成部品２５，２６を互いに締め付けると、一般的な場合、他のファスナアセンブリでも同様であるが、多くの他の孔が構成部品２５，２６にあけられる。このとき、ファスナアセンブリは（そして他のいかなるアセンブリも）締め付けされず、ボルトが取り外されて最終的に組み付けられる前に構成部品２５，２６がばり取りされる。各ファスナアセンブリの締め付け、取り外しは手作業または自動で行うことができる。
【００３３】
ボルト１用に第１および第２軸部分４，５の長さを関連させることによって、また、ナットのボア１５の長さを関連させることによって、同じボルト１を構成部品の厚さの範囲を締め付けるのに使用することができる。その結果、単一のファスナアセンブリで一定の径のすべての孔への使用に適合することができる。もちろん、異なる径の孔には、異なるファスナアセンブリが必要とされる。便利なことに、ボルトヘッド３が異なるサイズの限定された数だけであるので、同じサイズのボルトヘッドが１つ以上の孔径に使用されるようになっている。これらの特徴は、自動送り出し装置によってボルトの取り扱いが容易となる。
【００３４】
特別な実施の形態を参照して本発明を述べると共に図示したが、ここに独自に示していない多くの異なる変化を本発明に加えることが当業者によって認められるであろう。上述した説明では、完全体や要素を述べたが、上述した説明では周知のように完全体や要素を述べたが、明らかなあるいは予見可能な同等物は、ここで定義されたもののように、本発明に組み入れられる。本発明の真の範囲を決定するためには特許請求の範囲を参照すべきであり、いかなる相当物も包含されるように解釈されるべきである。好ましく、有利で、利便な、あるいは同様のものとして記載された本発明の統一体や特徴が選択的であり、本発明の特許請求の範囲を制限するものではないことは、読者に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ファスナアセンブリのボルトとワッシャの断面図である。
【図２】ファスナアセンブリのナットとワッシャの断面図である。
【図３】二つの構成部品を互いに締め付けている状態のファスナアセンブリの断面図である。
【図１】
2009520165.tif 000003
【図２】
2009520165.tif 000004
【図３】
2009520165.tif 000005
【国際調査報告】
2009520165.tif 000006
2009520165.tif 000007