(57)【要約】波緩和形状を有するブッシング（５００）は、ポケット、容積、および／またはリザーバ（５２６）を生成する、皿穴表面または弓状表面等、独特の端部形状を含み、該ブッシングの放射状拡張の間に、長手方向に押し出される一定量の物質（６３０）を受け取る。該ブッシングのマンドレル出口側で、該押し出し物質は、放射状拡張マンドレルに先行して物質の伝搬波から蓄積され得る。該ブッシングの該マンドレル入口側で、該押し出し物質は、該ブッシングの該入口側にある非拘束端部表面近傍で、該拡張マンドレルの該放射状の力によって引き起こされてもよい。該ブッシングの該独特な端部形状もまた、該ブッシングの該端部表面に隆起部分を含み、該ブッシングの該放射状フランジを介して、ワークピースへ締結クランプ荷重を向け得る。
2009535577.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡張マンドレルを介した放射状拡張によって、ワークピースの開口部に取り付け可能な構造部材であって、
第１の端部と、該第１の端部の反対側にある第２の端部と、該第１の端部と該第２の端部との間に配置される周辺外側表面とを有する管状体であって、該管状体は、該第１の端部に第１の面と、該第２の端部に第２の面と、該第１の端部と該第２の端部との間に延在し、その間で長手方向に延在する通路を形成する内側表面とを有し、事前取り付け状態では、該管状体は、該長手方向に延在する通路の周囲および該通路に隣接する該第１の面に形成される第１の凹部を有し、該第１の凹部は、該ワークピースの開口部内に、該構造部材を取り付けるために、該長手方向に延在する通路を介して、該拡張マンドレルを通すことによって形成される第１の量の溢出物質を収容する大きさの容積を有する、管状体を備える、構造部材。
【請求項２】
前記事前取り付け状態では、前記管状体は、前記長手方向に延在する通路周辺および該通路に隣接する前記第２の面上に形成される第２の凹部を有し、該第２の凹部は、前記ワークピースの開口部内に、前記構造部材を取り付けるために、該長手方向に延在する通路を介して、前記拡張マンドレルを通すことによって形成される、第２の量の溢出物質を収容する大きさの容積を有する、請求項１に記載の構造部材。
【請求項３】
前記第１の凹部または前記第２の凹部のうちの一方の容積は、前記ワークピースの開口部へ、前記拡張マンドレルを入れることによって形成される入口量の溢出物質を収容する大きさであり、該第１の凹部または該第２の凹部のうちのもう一方の容積は、該ワークピースの開口部から、該拡張マンドレルを出すことによって形成される出口量の溢出物質を収容する大きさであり、該溢出物質の入口量は、該溢出物質の出口量と等しくない、請求項２に記載の構造部材。
【請求項４】
前記管状体の周辺外側表面から放射状に延在する放射状フランジであって、該放射状フランジは、該管状体の第１の端部または第２の端部のうちの一方に近接する、放射状フランジをさらに備える、請求項１に記載の構造部材。
【請求項５】
前記長手方向に延在する通路は、前記周辺外側表面と同心円状にある、請求項１に記載の構造部材。
【請求項６】
前記長手方向に延在する通路の長手方向軸に対して垂直にとられる前記周辺外側表面の断面は、略円形である、請求項５に記載の構造部材。
【請求項７】
前記長手方向に延在する通路の長手方向軸に対して垂直にとられる該長手方向に延在する通路の断面は、略円形である、請求項６に記載の構造部材。
【請求項８】
前記構造部材は、ライナ、軸受、ファスナ、シャンク、およびコンジットから成る群から選択される少なくとも１つを備える、請求項１に記載の構造部材。
【請求項９】
前記構造部材はリベットであり、
ナットケージの少なくとも一部を係合する大きさの放射状フランジをさらに備える、請求項１に記載の構造部材。
【請求項１０】
構造部材取り付け具であって、
その中に形成される開口部を有するワークピースと、
第１の端部と、該第１の端部の反対側にある第２の端部と、該第１の端部と該第２の端部との間に配置される周辺外側表面とを有する管状体であって、該管状体は、該第１の端部に第１の面と、該第２の端部に第２の面と、該第１の端部と該第２の端部との間に延在し、その間を長手方向に延在する通路を形成する内側表面とを有し、取り付け状態では、該周辺外側表面は、該ワークピースを変形して係合し、それと共に締まり嵌めを形成し、該ワークピースの開口部に該構造部材を取り付けるために、該長手方向に延在する通路に拡張マンドレルを通すことによって形成される第１の量の溢出物質は、該長手方向に延在する通路へ隣接し囲んでいる第１の凹部によって収容されることにより、該第１の量の溢出物質が、該管状体の第１の面を越えて外側に、または該内側表面から該長手方向に延在する通路内に内側に延在しない、管状体と
を備える、構造部材取り付け具。
【請求項１１】
前記取り付け状態では、前記ワークピースの開口部に、前記構造部材を取り付けるために、前記拡張マンドレルを前記長手方向に延在する通路に通すことによって形成される第２の量の溢出物質は、該長手方向に延在する通路へ隣接しおよび囲んでいる第２の凹部によって収容されることにより、該第２の量の溢出物質が、前記管状体の第２の面から外側に、または前記内側表面から長手方向に延在する通路内へ内側に延在しない、請求項１０に記載の構造部材取り付け具。
【請求項１２】
前記溢出物質の第１の量は、前記溢出物質の第２の量と等しくない、請求項１０に記載の構造部材取り付け具。
【請求項１３】
前記管状体の周辺外側表面から、放射状に延在する放射状フランジであって、前記第１の端部または前記第２の端部のうちの一方に近接する、フランジをさらに備える、請求項１０に記載の構造部材取り付け具。
【請求項１４】
前記長手方向に延在する通路は、前記周辺外側表面と同心円状にあり、該長手方向に延在する通路の長手方向軸に対して垂直にとられる該周辺外側表面の断面は、略円形であり、該長手方向に延在する通路の長手方向軸に対して垂直にとられる該長手方向に延在する通路の断面は、略円形である、請求項１０に記載の構造部材取り付け具。
【請求項１５】
構造部材をワークピース内へ放射状に拡張する方法であって、
該構造部材を介して延在する長手方向に延在する通路の入口に、拡張マンドレルを位置付けることであって、該構造部材は、第１の端部と、該第１の端部の反対側にある第２の端部と、該第１の端部と該第２の端部との間に配置される周辺外側表面とを有し、該構造部材は、該第１の端部に第１の面と、該第２の端部に第２の面と、該第１の端部と第２の端部との間に延在して、該長手方向に延在する通路をその間に形成する内側表面とをさらに有する、ことと、
該拡張マンドレルを該長手方向に延在する通路に通し、該構造部材の少なくとも一部を、該ワークピースへ放射状に拡張することと、
該構造部材の物質の一部を、該構造部材の少なくとも１つの凹部へ、長手方向に移動させることであって、該凹部は、第１の量の溢出物質を収容する大きさの容積を有し、該凹部の容積は、該移動した物質のいずれかが、それぞれの面に対する望ましい距離を超えて延在することが許容されることなしに、該移動した物質を受け取るのに十分である、ことと
を含む、方法。
【請求項１６】
前記構造部材の物質の一部を、前記少なくとも１つの凹部へ長手方向に移動させることは、弓状表面によって画定されるポケットの形で、一定量の物質を該凹部へ移動させることを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記構造部材の物質の一部を、前記少なくとも１つの凹部へ長手方向に移動させることは、前記拡張マンドレルが前記長手方向に延在する通路を通過するより先に、物質の波を動かすことを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記構造部材の物質の一部を、前記少なくとも１つの凹部へ長手方向に移動させることは、前記拡張マンドレルが該構造部材に入る場所に近接する領域で、一定量の物質を恒久的に変形することを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
ワークピースの開口部内に固定されるように、構造部材を製造する方法であって、
外側表面および内側表面を形成することであって、該外側表面は、該内側表面から放射状にオフセットし、該構造部材の壁を形成する、ことと、
第１の端部と、該第１の端部の反対側に第２の端部とを形成することと、
該第１の端部に第１の面、および該第２の端部に第２の面を形成することであって、該内側表面は、該第１の端部と該第２の端部との間に延在し、その間に長手方向に延在する通路を形成する、ことと、
該第１の面または該第２の面のいずれかのうち少なくとも１つに凹部を形成することであって、該凹部は、該構造部材を該ワークピースの開口部内に固定する放射状拡張過程の間に、拡張マンドレルが該長手方向に延在する通路を通過するときに予測される第１の量の溢出物質を収容する大きさで容積を画定する、ことと
を含む、方法。
【請求項２０】
前記凹部を形成することは、該凹部を形成するように前記第１の面を機械加工することを含み、該凹部は、前記長手方向に延在する通路に隣接して設置される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記凹部を形成することは、該凹部を形成するように前記第２の面を機械加工することを含み、該凹部は、前記長手方向に延在する通路に隣接して設置される、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１の端部を形成することは放射状フランジを形成することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記凹部を形成することは、前記放射状フランジの少なくとも一部において機械加工して、該凹部の少なくとも一部を形成することを含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記凹部を形成することは、前記構造部材の第１の面または第２の面のいずれかのうちの少なくとも一方に、弓状表面を形成することを含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記凹部を形成することは、前記構造部材の第１の面または第２の面のいずれかのうちの少なくとも一方に、皿穴表面を形成することを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の参照）
本願は、米国特許法１１９条（ｅ）の下で、２００６年４月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／７９５，８８８号の利益を主張し、上記仮出願の内容の全ては、本明細書に参考として援用される。
【０００２】
（背景）
（開示の分野）
本開示は、概して、部材がワークピース内へ放射状に拡張されるとき、部材の端部において溢出する表面を減少し得る形状を有する、ブッシング等の構造部材に関する。
【背景技術】
【０００３】
（関連技術の説明）
放射状フランジ、ライナ、スリーブ、管、パイプ等を有するか、または有さない、中空の部材（例えば、ブッシング）であり得る従来の構造部材は、一般に種々の理由のため、ワークピースの開口部内に取り付けられる。例えば、ブッシングは、ワークピース内に取り付けられて、開口部の周囲の領域を強化および／または構造的に支持してもよい。加えて、ブッシングの放射状フランジは、ワッシャとして機能し、締結クランプ荷重をワークピースおよび／または構造接合部内に伝達し得る。
【０００４】
この章において、ブッシングと呼ぶ、構造部材を取り付ける一方法は、Ｆａｔｉｇｕｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，  Ｉｎｃ．によって開発されたＦＯＲＣＥＭＡＴＥ（登録商標）取り付け方法である。ＦＯＲＣＥＭＡＴＥ（登録商標）取り付け方法は、反復荷重サイクルを受ける、および／または疲労損傷を蓄積しやすい場合がある構成要素に特に適している。ＦＯＲＣＥＭＡＴＥ（登録商標）取り付け方法は、ブッシングがワークピースの開口部に置かれた後、取り付け工具を利用して、先細マンドレル（すなわち、拡張マンドレル）をブッシング内の通路に通す。先細マンドレルは、ブッシングを開口部内へ放射状に拡張し、制御されているが、焼嵌めまたは圧嵌め方法等、他の取り付け方法によって達成可能であり得るより、一貫して高い締まり嵌めを獲得する。加えて、ＦＯＲＣＥＭＡＴＥ（登録商標）取り付け方法は、有益な残留圧縮応力を、開口部を囲む構造物質へ誘導する場合もあり、それによって、構成要素、組み立て部、および／または取り付け部の疲労および損傷公差（例えば、亀裂成長）寿命を有利に延長することもできる。ＦＯＲＣＥＭＡＴＥ（登録商標）取り付け方法も、ＢＵＳＨＬＯＣ（登録商標）、ＦＯＲＣＥＴＥＣ（登録商標）、およびＦＬＥＸＭＡＴＥ（登録商標）方法のような、他の冷間加工方法、工具等も、特許文献１〜特許文献２１、米国特許出願第０９／６０３，８５７号、第１０／７２６，８０９号（特許文献２２）、第１０／６１９，２２６号（特許文献２３）、および第１０／６３３，２９４号（特許文献２４）に記載されている。
【０００５】
従来のブッシングの取り付けは、ブッシングの少なくとも１つの端部近傍で、ある一定の量の押し出し物質、溢出物質（ｕｐｓｅｔ  ｍａｔｅｒｉａｌ）、および／または歪んだ物質を生成することで知られている。いくつかの場合、溢出物質の量は典型的には最小であり、かつそれに続く機械加工過程で取り除かれ、溢出物質を、ブッシングの対応する端部表面と実質的に同一平面にし得る（例えば、端部表面は、放射状フランジの露出した端部表面であり得るか、またはブッシングの非フランジ端部の露出した端部表面であり得る）。
【０００６】
従来のブッシングは、典型的には、非フランジ端部表面を、ワークピースの表面に対して、同一表面より上ではなく、同一表面より下から同一表面へ多少少なくなるように構成される。かかる同一表面より下の状況を達成するためには、いくつかの変形は、ワークピース厚公差、ブッシング製造長公差、および／または放射状拡張取り付け過程の間のブッシングの押し出しまたは成長等で考慮されるべきである。
【０００７】
翼組み立て部では、例えば、取り付けられたブッシングは、特定の同一平面要件に合致しなくてはならない。航空宇宙産業におけるかかる一要件では、ブッシングの非フランジ端部は、ワークピース表面から０から０．００８インチの範囲内で同一表面から同一表面より下にして、ワークピース内のブッシングの軸受領域を最大にしなくてはならない。ブッシングがワークピース表面に対し、同一表面より上または突出状況で取り付けられる場合、かかる状況により、突出ブッシング端部が、嵌め合い部品に接触および／または損傷してしまう場合がある。加えて、かかる同一表面より上のブッシング状況は、締結クランプ荷重の分配を、組み当てられた部材を介して不利に変更する場合がある。かかる変更された荷重経路は、典型的には望ましくはなく、かつ航空機が稼動した後、構造接合部の問題につながる可能性もある。
【０００８】
同一表面より上にある状況を補正するため、および／または溢出物質を除去するため、超過物質は機械加工で除去されてもよい（すなわち、研磨）。ワークピースが、チタン製取っ手、または硬化した表面処理鋼である場合、例えば、砥石車を利用してブッシングの超過または同一表面より上の部分を除去する際、ワークピースを損傷しないように、非常に注意されなくてはならない。ブッシングをワークピースと同一平面とする機械加工操作の型は、翼の外板または胴体外板等、単一構成要素内で何百回と行われてもよい。次々とこれにより、全組み立て部へ著しい時間および費用を加えるだけでなく、ほとんど完成していることもある全組み立て部に、損傷する危険を増加させる場合もある。
【０００９】
ブッシング押し出しの量は、ある一定の適用に有意に基づいて変化してもよい。例えば、いくつかの組み立て部は、厚い壁を有するブッシングの取り付けを要求する場合がある。壁の厚いブッシングを、ワークピース内へ放射状に拡張するには、典型的に大きなマンドレルに、引張力またはけん引力を必要とする。大きな力はしばしば、ブッシング物質のより大きな量を溢出する結果を引き起こし、また実質的に大きな押し出しの形成、またはブッシングの少なくとも１つの端部からの成長という結果を引き起こす場合もある。加えてまたは代わりに、例えば、成長の大部分がブッシングの内側表面に隣接する領域で発生するブッシングの非フランジ端部全に渡り、押し出しまたは成長は均一でなくともよい。
【００１０】
壁の厚いブッシングの１つの型のグリップ全長は、ブッシングの１つの端部に溢出物質が存在しない事前取り付け状態から、溢出物質が存在する取り付け後状態へ、±０．０２０インチの大きさで変化してもよいことが判明している。ブッシング成長のこの型は、ブッシングの取り付けの間、全ブッシング端部表面をワークピース表面に対して同一平面、または同一平面より下に維持するのを難しくする。
【００１１】
溢出物質は、先細マンドレルがブッシングを通過する際、ブッシングの少なくとも１つの端部から軸方向に押し出されるおよび／または移動する。一例では、ブッシングの内側表面領域に隣接する物質の波は、マンドレルの移動する方向に、長手方向に引き出されるか、または押される。別の例では、先細マンドレルの放射状の力により、物質の少なくとも少量がブッシングのマンドレル入口側から軸方向に押し出され、はみ出る。それゆえ、溢出物質は、ブッシングのフランジ側または反対側に発生し得る。ブッシングの特定の側にある溢出物質の量は、少なくとも部分的に、マンドレルの移動する方向と一致する。
【特許文献１】米国特許第３，５６６，６６２号明細書
【特許文献２】米国特許第３，８９２，１２１号明細書
【特許文献３】米国特許第４，１８７，７０８号明細書
【特許文献４】米国特許第４，４２３，６１９号明細書
【特許文献５】米国特許第４，４２５，７８０号明細書
【特許文献６】米国特許第４，４７１，６４３号明細書
【特許文献７】米国特許第４，５２４，６００号明細書
【特許文献８】米国特許第４，５５７，０３３号明細書
【特許文献９】米国特許第４，８０９，４２０号明細書
【特許文献１０】米国特許第４，８８５，８２９号明細書
【特許文献１１】米国特許第４，９３４，１７０号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，０８３，３６３号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，０９６，３４９号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，４０５，２２８号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，２４５，７４３号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，１０３，５４８号明細書
【特許文献１７】米国特許第５，１２７，２５４号明細書
【特許文献１８】米国特許第５，３０５，６２７号明細書
【特許文献１９】米国特許第５，３４１，５５９号明細書
【特許文献２０】米国特許第５，３８０，１３６号明細書
【特許文献２１】米国特許第５，４３３，１００号明細書
【特許文献２２】米国特許第７，１００，２６４号明細書
【特許文献２３】米国特許第７，０２４，９０８号明細書
【特許文献２４】米国特許出願公開第２００５／００２５６０１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
結果として、従来のブッシングは、ある一定の質および／または空気力学的要件または仕様に、的確に繰り返し合致しなくてもよい。前述に基づき、ワークピース内へ放射状に拡張する際、従来のブッシングの前述した欠点のうちの少なくともいくつかを克服するように構成される、ブッシングまたは似た構成要素を有することが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
少なくとも一実施形態は、概して、ブッシングの放射状拡張の間、長手方向方向に押し出される物質の量を受け取るため、皿穴細部、カウンタボア、または２つの特徴の組み合わせ等、独特な端部形状を有するブッシングに関する。ブッシングのマンドレル出口側では、押出物質は、放射状拡張マンドレルに先行して、物質の伝搬波から蓄積されてもよい。ブッシングのマンドレル入口側では、押出物質は、ブッシングの入口側にある非拘束の端部表面近傍の、拡張マンドレルの放射状の力によって生じてもよい。ブッシングの独特の端部形状もまた、ブッシングの端部表面上の隆起部分を含み、締結クランプ荷重を、ブッシングの放射状フランジを介して、ワークピース内に向けてもよい。
【００１４】
一側面では、拡張マンドレルを介した放射状拡張によって、ワークピースの開口部に取り付け可能な構造部材は、第１の端部と、第１の端部の反対側にある第２の端部と、第１の端部と第２の端部との間に配置される周辺外側表面とを有する管状体を含み、管状体は、第１の端部に第１の面と、第２の端部に第２の面と、および第１の端部と第２の端部との間に延在し、その間を長手方向に延在する通路を形成する内側表面とを有し、事前取り付け状態では、管状体は、長手方向に延在する通路の周囲およびそこに隣接する第１の面に形成される第１の凹部を有し、第１の凹部は、ワークピースの開口部内に、構造部材を取り付けるために、長手方向に延在する通路を貫通して拡張マンドレルを通すことによって形成される溢出物質の第１の量を収容する大きさの容積を有する。
【００１５】
別の側面では、構造部材取り付け具は、その中に形成される開口部を有するワークピースと、および第１の端部と、第１の端部の反対側にある第２の端部と、第１の端部と第２の端部との間に配置される周辺外側表面とを有する管状体とを含み、管状体は、第１の端部に第１の面と、第２の端部に第２の面と、第１の端部と第２の端部との間に延在し、その間を長手方向に延在する通路を形成する内側表面とを有し、取り付け状態では、周辺外側表面は、ワークピースを変形して係合し、それと共に締まり嵌めを形成し、溢出物質の第１の量が、管状体の第１の面から外側に、または内側表面から長手方向に延在する通路内へ内側に延在しないように、構造部材をワークピースの開口部に取り付けるために、長手方向に延在する通路に拡張マンドレルを通すことによって形成される溢出物質の第１の量は、長手方向に延在する通路に隣接し囲んでいる第１の凹部によって収容される。
【００１６】
その上別の側面では、構造部材をワークピース内へ放射状に拡張する方法は、構造部材を貫通して延在する長手方向に延在する通路の入口に、拡張マンドレルを位置付けるステップであって、構造部材は、第１の端部と、第１の端部の反対側に第２の端部と、第１の端部と第２の端部との間に配置される周辺外側表面とを有し、構造部材は、第１の端部に第１の面と、第２の端部に第２の面と、第１の端部と第２の端部との間に延在し、その間を長手方向に延在する通路を形成する内側表面とをさらに有する、ステップと、拡張マンドレルを、構造部材の第１の面から第２の面へ、長手方向に延在する通路に通し、構造部材の少なくとも一部分を、ワークピース内へ放射状に拡張するステップと、および構造部材の物質の一部を、溢出物質の第１の量を収容する大きさの容積を有する、少なくとも１つの凹部へ長手方向に移動させるステップとを含み、凹部の容積は、移動した物質のいずれかが、それぞれの面に対する望ましい距離を超えて延在することが許容されることなく、移動した物質を受け取るのに十分である。
【００１７】
その上さらに別の側面では、ワークピースの開口部内に固定されるように、構造部材を製造する方法であって、方法は、外側表面および内側表面を形成するステップであって、外側表面は、内側表面から放射状にオフセットし、構造部材の壁を形成する、ステップと、第１の端部の反対側に、第１の端部および第２の端部とを形成するステップと、第１の端部に第１の面、および第２の端部に第２の面を形成するステップであって、内側表面は、第１の端部と第２の端部との間に延在し、その間に長手方向に延在する通路を形成する、ステップと、第１の面または第２の面のいずれかのうち少なくとも一方の内に、凹部を形成するステップと、を含み、構造部材をワークピースの開口部内に固定する、放射状拡張過程の間に、拡張マンドレルが、長手方向に延在する通路を通過する際、凹部は、予測される溢出物質の第１の量を収容する大きさでの容積を画定する。
【００１８】
図面では、同一の参照番号は、類似の要素または行為を同定する。図面内の要素の大きさおよび関連位置は、必ずしも縮尺どおりに描かれていない。例えば、種々の要素および角度の形は、縮尺どおりに描かれておらず、これらの要素のうちのいくつかは、図面の読み易さを向上させるように、任意に拡大され位置付けられている。さらに、図示される要素の特定の形は、特定の要素の実際の形についていずれの情報を伝えることを目的としておらず、図面内での認識のし易さのためだけに選択されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下の説明では、特定の詳細が、種々の開示される実施形態の完全な理解を提供するために説明される。しかしながら、当業者は、実施形態がこれらの詳細なしで実施されてもよいことを理解するであろう。他の例では、冷間加工および／または構造部材を、ワークピース内の開口部への取り付けと関連する周知の構造ならびに方法は、開示される実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを避けるために、詳細に示されないか、または記載されない場合もある。構造部材は、ブッシング、スリーブ（分割スリーブを含む）、ライナ、シャンク、リベット、または他の類似の構成要素であり得る。ワークピースの開口部へ、構成要素を取り付ける過程により、ワークピースまたはワークピース内の残留圧縮応力の地帯（例えば、圧縮応力の環状地帯）の創造という結果がもたらされてもよく、またはもたらされなくてもよいことは理解される。
【００２０】
以下の説明では、簡潔さのため、ワークピースの冷間加工および／または放射状拡張について述べるものとする。本参照は、開示の範囲を制限するか、またはその他の方法で狭めることを目的としない。本説明の文脈では、冷間拡張の過程は、拡張が、疲労亀裂の成長を遅らせるためである場合でさえ、ワークピース内の開口部を囲む材料のうちの少なくともいくつかを放射状に拡張する、いずれの過程として幅広く解釈されるべきである。ワークピースの開口部を冷間拡張することにより、有益な圧縮残留応力を誘導してもよく、またはしなくてもよく、ワークピース内に疲労補強の利点を生成したり、またはしなかったりすることが、さらに理解される。
【００２１】
文脈上、別の意味に解する必要がある場合を除き、続く明細書および請求項を通して、用語「備える」、および「備え」および「備えている」等のその変形は、「を含むが、限定はされない」のような、定まっていない包括的意味で解釈されるべきである。
【００２２】
本願で提供される見出しは利便性のためであり、請求される発明の範囲または意味を解釈するものではない。
【００２３】
続く説明は、概して、構造接合部に悪影響を与え、および／または望ましくない取り付け状況を生成する場合がある部材の、望ましくない変形、溢出、または歪んだ領域を、減少、限定、あるいは実質的に排除する間、部材がワークピースの開口部内へ放射状に拡張することを許容する形状を有する、構造部材に関する。いくつかの実施形態では、構造部材は、ワークピースそれ自体でさえあってもよい。一例として、拡張マンドレルを壁の厚いブッシングに通し、壁の厚いブッシングをワークピース内へ放射状に拡張する過程により、ブッシングのマンドレル入口および出口側の両方近傍に、少なくともいくつかの量の変形（例えば、溢出、移動、および／または歪んだ物質）を結果としてもたらしてもよい。
【００２４】
マンドレルがブッシングの非フランジ端部からフランジ端部の方へ引き寄せられる、いくつかのブッシング取り付け部では、ブッシングの放射状フランジは、ワークピースから離れて移動し、または分離してもよく、それゆえ、ブッシングの放射状フランジとワークピースとの間に、望ましくないギャップを生成する。ブッシングとワークピースとの間のギャップは、取り付け部の性能を著しく減少し得る。
【００２５】
大きな応力は、ブッシング内で成長することができる。マンドレルがブッシングを通過する際、応力により、大量の残留ひずみエネルギを有する、ブッシング物質の塑性流動を引き起こす結果となり得る。マンドレルが溢出物質および放射状フランジの移動を貫通して出る際、残留ひずみエネルギを和らげることができる。ブッシングフランジは、それに続く着座操作において、ワークピースに対して再び着座してもよい。しかしながら、この着座操作は、単一構成要素に対して何百回も実行されなくてはならない場合があり、それによって、構成要素を製造する時間および費用を増加させることがある。
【００２６】
図１は、ワークピース１０２および従来の放射状事前拡張構造部材１０４を備える、放射状事前拡張取り付け具１００を示す。拡張マンドレル１０６は、構造部材１０４を通過し、構造部材１０４をワークピース１０２内へ放射状に拡張する。例えば、マンドレル１０６は、図示される実施形態では、構造部材１０４のフランジ側１１０から非フランジ側１１２へと向けられるマンドレル方向１０８に引き寄せられてもよい。
【００２７】
図２は、ワークピース２０２および放射状拡張構造部材２０４を備える、放射状拡張取り付け具２００を示す。マンドレル方向２０８に、構造部材２０４を通過するマンドレル（例えば、図１のマンドレル１０６）は、放射状拡張部材の外側表面２１４が、ワークピース２０２で堅固な締まり嵌めを形成するように、構造部材２０４を放射状に拡張する。内側表面２１６によって形成される通路２１８の内周囲は、マンドレルの通路によって拡大される。外側表面および内側表面２１４、２１６の間の壁の厚みは、マンドレルの通路によって減少されてもよい。加えて、放射状拡張構造部材２０４は、第１の表面２２０および正対する第２の表面２２２を含む。一実施形態では、放射状拡張構造部材２０４は、放射状フランジ２２４を含んでもよい。他の実施形態は、放射状フランジ２２４を省略してもよい。
【００２８】
内側表面２１６は拡張過程の間、軸方向に移動するのを許容される場合がある。軸の制約の欠如により、構造部材２０４の内側表面２１６に沿ってかつ隣接する物質のうちの少なくとも一部は、軸方向に変形することができる（例えば、恒久的な溢出または歪み）。図示する実施形態では、第１の溢出領域２２６が、構造部材２０４のマンドレル入口側２２８で観察可能である一方で、第２の溢出領域２３０が、マンドレル出口側２３２で観察可能である。
【００２９】
図３は、内側表面２１６に沿いかつ隣接して設置され、マンドレル入口側２２８にさらに設置される、溢出領域２２６の詳細図を示す。第１の表面２２０が自由表面であり、および入口側２２８近傍のマンドレル１０６（図１）の放射状拡張力のため、ポアソンの影響が発生することから、第１の溢出領域２２６が形成されてもよい。ポアソンの影響は概して、弾性部材内における負荷応力の方向に対し垂直である横または横軸のひずみは、ゼロと等しくはないことを意味すると理解される。「Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、Ｆｅｒｄｉｎａｎｄ  Ｐ．  Ｂｅｅｒ  ａｎｄ  Ｅ．  Ｒｕｓｓｅｌｌ  Ｊｏｈｎｓｔｏｎ，  Ｊｒ．，  １９９１，  ｂｙ  ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，  Ｉｎｃ．図示する実施形態では、横軸のひずみが第１の溢出領域２２６を備える間、負荷応力は、マンドレル１０６からの放射状応力である。
【００３０】
図４は、内側表面２１６に沿いかつ隣接して設置され、部材２０４のマンドレル出口側２３２にさらに設置される、溢出領域２３０の詳細図を示す。概して、溢出領域２３０は、典型的には、マンドレル１０６によってけん引されるか、または引き寄せられる物質の波に起因するため、マンドレル出口側２３２の溢出領域２３０は、マンドレル入口側２２８の溢出領域２２６より大きいであろう。物質の波は、放射状拡張の間、拡張マンドレル１０６より先に伝播する。壁の厚いブッシングは、例えば、壁の薄いブッシングに比べ、より大きく、より拡張しおよび／またはより突出した第２の溢出領域２３０をより形成しやすいことが概して分かっている。マンドレルの力は、壁の厚いブッシングの拡張の間、壁の厚い構造部材２０４とワークピース２０２との間の、的確な締まり嵌めを確実にするため、比較的大きい傾向がある。
【００３１】
溢出領域２３０の形成と連動して、ポケット２３４は、構造部材２０４の端部表面２３５によって形成されてもよい。構造部材２０４は、部材がワークピース２０２の中に取り付けられる前に、同一表面より下のグリップ長と共に構成されることができ、その結果、図示する同一表面より下の端部表面２３５をもたらす。
【００３２】
図５は、図示される一実施形態による、第１のワークピース３０２、構造部材３０４、および第２のワークピース３３６を備える、取り付け具３００を示す。第２のワークピース３３６は、第１のワークピース３０２と同一表面で接触するはずであるが、第２の溢出領域３３０により、ワークピース３３６を、ギャップまたは空間３３８が第１のワークピース３０２から分離する。図示する実施形態では、マンドレル位相の方向は、矢印３３９によって示される。構造部材３０４のグリップ長は、溢出領域３３０が、ワークピース３０２の当接表面３４１に対して、同一表面より上にならないように短くなり得ることは理解される。しかしながら、構造部材３０４のグリップ長を短くすることは、構造部材３０４とワークピース３０２との間の軸受領域を不利に減少させる場合があり、それゆえ、さらに別の望ましくない状況につながる。
【００３３】
図６Ａは、構造部材３０４を貫通して挿入されるファスナ３４０と、第１のワークピース３０２と、および第２のワークピース３３６とをそれぞれさらに備える、図５の取り付け具３００を示す。ファスナ３４０のねじ付き端部３４１は、ねじ付きナット３４２を受け取る。随意に、ワッシャ３４４は、第２のワークピースの表面を保護するために、ナット３４２と第２のワークピース３３６との間に設置されてもよい。ファスナ３４０およびナット３４２の組み合わせが、下へ回転力を与えられる際、第１の溢出領域３２６により、取り付け具３００内のクランプ力を、荷重経路線３４８に略沿って前進させる（想像線にて示す）。ファスナのクランプ力が、放射状フランジ２２４（図２）、第１のワークピース３０２、および第２のワークピース３３６に沿って分配されるのは、構造接合部では、通常非常に有利である。図示する溢出領域３２６、３３０は、ファスナのクランプの間に、望ましくない荷重経路を生成する。
【００３４】
図６Ｂは、第１のワークピース４０２および第２のワークピース４３６にそれぞれ設置される、第１の構造部材４０４を貫通して挿入されるファスナ４４０と、および第２の構造部材４０５を備える、構造接合部４００を示す。ファスナ４４０のねじ付き端部４４１は、ナット４４２を受け取る。随意に、ワッシャ４４４は、ナット４４２と第２のワークピース４３６との間に位置してもよい。第１および第２の構造部材４０４、４０５が、方向４０７に引き寄せられる拡張マンドレルによって放射状に拡張する際、少なくとも１つの溢出領域４２６は、第１の構造部材４０４のフランジ側に形成される。加えて、図示する実施形態に示す通り、放射状拡張の過程からのひずみエネルギにより、フランジ４５１を、ワークピース４０２から離れるように動くようにさせることができる。
【００３５】
ファスナ４４０およびナット４４２の組み合わせが、下に回転力を与えられる際、第１の溢出領域４２６により、構造内のクランプ力は、荷重経路線４４８に略沿って前進させられ、それによって、せん断領域が点線４４９によって示される、放射状フランジ４５１と第１の構造部材４０４の本体４５３との間に、実質量のせん断応力を生成してもよい。ファスナクランプ力からの荷重経路線４４８を、放射状フランジ４１１を介して第１のワークピース４０２の中へ直接運び、領域４１５内のせん断応力を減少または制限することは、構造接合部では通常有利である。その結果として、溢出領域４２６は、さらなるフランジのギャップがあってもなくても、構造接合部４００を貫通する望ましくない荷重経路の原因となる場合がある。
【００３６】
図７は、事前放射状拡張状態の構造部材５００を示す。構造部材５００は、取り付けの間に形成された、変形物質の望ましくない突出を減少、制限、または実質的に排除するように構成されることができる。
【００３７】
図示する構造部材５００は、図示される一実施形態による、外側環状表面５０２と、構造部材５００を貫通して通路５０６を形成する内側表面５０４とを含む。加えて、構造部材５００は、第１の表面５０８、および第１の表面５０８の反対にある第２の表面５１０を含む。図示する実施形態では、第１の表面５０８は、構造部材５００の長手方向軸５１１に対して略垂直である。いくつかの実施形態では、放射状フランジ接触表面５０９は、長手方向軸５１１に対して略垂直であり、および表面５０８は、軸５１１に対して非垂直であってもよい。矢印５１３は、構造部材５００の放射状拡張の間、マンドレル１０６（図１）が、構造部材５００の通路５０６を介して移動することができる方向を表す。
【００３８】
第２の表面５１０は、第１の領域５１２および第２の領域５１４を含む。内側表面５０４に放射状に隣接しおよび／またはその一部を含む、第１の領域５１２の一部分５１２ａは、第１の部材全長５１６によって、第１の表面５０８から長手方向に設置される。
【００３９】
第２の領域５１４は、第１の領域５１２から外側へ放射状に延在する。内側表面５０４から最も遠くに放射状に設置される、第２の領域５１４の一部分５１４ａは、第２の部材全長５１８によって、第１の表面５０８から長手方向に設置される。一実施形態では、第１の部材全長５１６は、第１の領域５１２および第２の領域５１４が、凹部５２０を形成するように、第２の部材全長５１８より小さい。
【００４０】
凹部５２０は、制限するものではないが、ポケット、皿穴、カウンタボア、面取り、テーパ等と概して呼ばれる。凹部５２０は、構造部材５００が、取り付けられる際（例えば、ワークピースの開口部内に放射状に拡張）、変形してもよい少なくとも一部の物質を受け取るような寸法である。凹部５２０は、構造部材５００の拡張マンドレル出口側５２８上に形成されることが予測されるマンドレル出口溢出物質５３０（図８）の、望ましい量を受け取る大きさの容積を画定する。いくつかの実施形態では、溢出物質５３０の実質的な一部は、凹部５２０内で受け取られる。凹部５２０は、溢出物質５３０の量が増加する際、より小さくなることができる。いくつかの実施形態では、図８に示す通り、溢出物質５３０は表面５２４を越えて延在しない。凹部５２０の深度５２２、断面領域および構成は、溢出物質５３０の量および場所に基づいて選択されることができる。表面５２４は、第１の表面５０８から最も遠くに設置された表面である。凹部５２０の外径は、外側表面５０２と一致する外周囲よりも小さい。表面５２４は、凹部５２０を囲む略平坦な表面であってもよい。実施形態により、表面５２４の大きさは、構造部材４００の壁の厚みの機能でもあり、他の設計パラメータでもあることができる。
【００４１】
図８は、拡張マンドレル１０６が、構造部材５００の通路５０６を通過し、構造部材５００をワークピース１０２内へ放射状に拡張した後、放射状拡張状態にある構造部材５００を示す。凹部５２０は、マンドレル出口溢出物質５３０を収容する。マンドレル出口溢出物質５３０は、構造部材５００の物質と同一物質であるが、明確さのため異なる平行線模様で示す。
【００４２】
構造部材５００は、表面５２７（弓状表面として図示）によって画定される入口凹部５２６をさらに含むことができる。表面５２７は、内側表面５０４と第１の表面５０８との間に延在する。入口凹部５２６は、拡張マンドレル１０６（図１）が開口部５０６に入り、構造部材５００を放射状に拡張し始める際に、形成されるマンドレル入口溢出物質５３２（図８）の選択された量を受け取ることができる。
【００４３】
図９は、事前放射状拡張にある構造部材６００を示す。構造部材６００は、外側表面６０２と、構造部材６００を貫通して通路６０６を形成する内側表面６０４とを含むことができる。加えて、構造部材６００は、放射状フランジ６０８、第１の表面６１０、および第２の表面６１２を含む。第１の表面６１０は、構造部材６００の長手方向軸６１１に対して略垂直である。矢印６１３は、構造部材６００が放射状に拡張する際、マンドレル１０６（図１）が通路６０６を通過する方向を表す。
【００４４】
第２の表面６１２は、第１の領域６１４および第２の領域６１６を含む。一部分の内側表面６０４に放射状に隣接しおよび／または含む、第１の領域６１４の一部分６１４ａは、第１の部材全長６１８によって、第１の表面６１０から長手方向に設置される。第２の領域６１６は、第１の領域６１４から外側へ放射状に延在する。第２の領域６１６の一部分６１６ａは、内側表面６０４から放射状に離間し、外側表面６０２より長手方向軸６１１から放射状に遠い。加えて、第２の領域６１６の一部分６１６ａは、第２の部材全長６２０によって、第１の表面６１０から長手方向に設置される。一実施形態では、第１の部材全長６１８は、第１の領域６１４および第２の領域６１６が凹部を形成するように、第２の部材全長６２０より小さい。
【００４５】
凹部６２２は、概して、制限するものではないが、皿穴、暫時先細、および／または弓状表面と称される場合がある。凹部６２２は、拡張マンドレル１０６が、放射状拡張過程の間に構造部材６００を出る際、変形する場合があるマンドレル出口溢出物質６３０（図１０）の、選択された量を受け取る寸法である。凹部６２２は、少なくとも第１の領域６１４の領域と組み合わせて、物質６３０が、表面６２６に隣接する部分６３４（図１０）を越えて延在することを許容せずに、構成部材６００の拡張マンドレル出口側に形成することを予測されるマンドレル出口溢出物質６３０（図１０）を受け取る大きさの容積を提供する深度６２４を含む。一実施形態では、表面６２６は、第１の表面６１０から最も遠くに長手方向方向に設置された平坦な表面であり、第１の表面６１０に略平行でもある。随意に、構造部材６００は、皿穴表面または弓状表面５２９に近接する、出口凹部６２８を含んでもよい。
【００４６】
図１０は、拡張マンドレル１０６が構造部材６００の開口部６０６を通過し、構造部材６００をワークピース１０２内へ放射状に拡張した後、放射状拡張状態にある構造部材６００を示す。凹部６２２は、マンドレル出口溢出物質６３０を収容する。マンドレル出口溢出物質６３０は、構造部材６００の物質と同一であるが、明確さのため異なる平行線模様で示されている。
【００４７】
いくつかの実施形態では、凹部６２２の容積は、マンドレル出口溢出物質６３０が、構造部材６００の一部分６３４を越えて延在するのを許容せずに、マンドレル出口溢出物質６３０を受け取るのに十分である。別の実施形態では、凹部６２２の容積は、物質６３０が、構造部材６００の一部分６３４まで延在し、および／または同一表面になることを許容せずに、マンドレル出口溢出物質６３０を受け取るのに十分である。図示する実施形態では、表面６２６は、部分６３４が、表面６１２および６２６に対して、第１の表面６１０から最も遠くに設置されるように、角度θによって第１の表面６１０に向かって角を成す。
【００４８】
表面６２６に第１の表面６１０に向かって角を成させ、かつマンドレル出口溢出物質６３０が、部分６３４を越えて延在できない１つの目的は、荷重経路６３８（例えば、締結クランプ荷重または他の負荷荷重用の荷重経路）が、放射状フランジ６０８を貫通し、ワークピース１０２内へ直接通じることを確実にするためである。
【００４９】
部分６３４は、荷重経路６３８が、放射状フランジ６０８の最も薄いか、または狭い部分を介して移動しないように、切り取り部６４０から外側へ放射状に設置されることができる。したがって、図示する通り、部分６３４は、フランジ６０８上に外側へ放射状に設置され、締結クランプ荷重に荷重をワークピース１０２内に広げるワッシャとして操作されてもよい、放射状フランジ６０８を介して反応できる。マンドレル出口溢出物質６３０が、部分６３４を越えて延在することを許容される場合、締結クランプ荷重は、ブッシング壁６４２を介して反応し、放射状フランジ６０８を介して、望まれないせん断荷重６４４を生成するであろう。さらに、別の皿穴表面６２８は、マンドレル入口溢出物質６３２を収容してもよい。
【００５０】
上記の種々の実施形態は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせることができる。本開示で言及した全ての上の米国特許、米国特許出願および公開と、米国特許第３，５６６，６６２号、第３，８９２，１２１号、第４，１８７，７０８号、第４，４２３，６１９号、第４，４２５，７８０号、第４，４７１，６４３号、第４，５２４，６００号、第４，５５７，０３３号、第４，８０９，４２０号、第４，８８５，８２９号、第４，９３４，１７０号、第５，０８３，３６３号、第５，０９６，３４９号、第５，４０５，２２８号、第５，２４５，７４３号、第５，１０３，５４８号、第５，１２７，２５４号、第５，３０５，６２７号、第５，３４１，５５９号、第５，３８０，１３６号、第５，４３３，１００号、ならびに米国特許出願第０９／６０３，８５７号、第１０／７２６，８０９（７，１００，２６４）号、第１０／６１９，２２６（７，０２４，９０８）号、および第１０／６３３，２９４（ＵＳ／２００５／００２５６０１）は、参考によって本願に援用される。必要な場合は、側面は修正され、種々の特許、出願、ならびに公開の装置、特徴、および概念を採用し、その上さらなる実施形態を提供することができる。
【００５１】
上記の記載に照らして、これらおよび他の変更を行うことができる。概して、続く請求項では、使用される用語は、明細書および請求項で開示される本発明を特定の実施形態に限定するように解釈されるべきではなく、ワークピースの開口部に取り付け可能であり、請求項に従い作動する、全ての型のブッシング、スリーブ、ライナ、および他の類似の構成要素を含むように解釈されるべきである。したがって、本発明は、開示によって制限されず、代わりにその範囲は添付の特許請求の範囲によって全体に確定されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】図１は、図示される一実施形態による、ワークピースの開口部内にある、従来の技術による構造部材の断面図であり、構造部材は、拡張マンドレルによって放射状に拡張されようとしている。
【図２】図２は、図示される一実施形態による、ワークピースの開口部内に放射状に拡張された後の、図１の従来の技術による構造部材の断面図であり、構造部材は、放射状拡張過程の間に形成された第１および第２の移動した物質部分を含む。
【図３】図３は、図示される一実施形態による、図２の第１の移動した物質部分の詳細な断面図であり、第１の移動した物質部分は、構造部材のマンドレル入口側に設置されている。
【図４】図４は、図示される一実施形態による、図２の第２の移動した物質部分の詳細な断面図であり、第２の移動した物質部分は、構造部材のマンドレル出口側に設置されている。
【図５】図５は、図示される一実施形態による、ワークピースのうちの１つに設置された、放射状に拡張した構造部材の移動した物質部分によって悪影響を受ける、２つのワークピースの従来の技術による取り付けの断面図である。
【図６Ａ】図６Ａは、図示される一実施形態による、ファスナを有し、２つのワークピースを共にクランプする、図５の従来の技術による取り付けを示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、図示される一実施形態による、ファスナを有し、２つのワークピースを共にクランプする、別の従来の技術による取り付けを示す。
【図７】図７は、図示される一実施形態による、第１の構造部材が、冷間拡張マンドレルと共に放射状に拡張する際、予測される移動した物質の量を収容することができる形状を有する、事前に放射状に拡張する状態にある、第１の構造部材の断面図である。
【図８】図８は、図示される一実施形態による、形状内で受け取られる移動した物質を示す、放射状に拡張した後の状態にある、図７の第１の構造部材の断面図である。
【図９】図９は、図示される一実施形態による、第２の構造部材が、冷間拡張マンドレルと共に放射状に拡張する際、予測される移動した物質の量を収容することができる形状を有する、事前に放射状に拡張する状態にある、第２の構造部材の断面図である。
【図１０】図１０は、図示される一実施形態による、形状内で受け取られる移動した物質を示している、放射状に拡張した後の状態にある、図９の第２の構造部材の断面図である。
【図１】
2009535577.tif 000003
【図２】
2009535577.tif 000004
【図３】
2009535577.tif 000005
【図４】
2009535577.tif 000006
【図５】
2009535577.tif 000007
【図６Ａ】
2009535577.tif 000008
【図６Ｂ】
2009535577.tif 000009
【図７】
2009535577.tif 000010
【図８】
2009535577.tif 000011
【図９】
2009535577.tif 000012
【図１０】
2009535577.tif 000013
【国際調査報告】
2009535577.tif 000014
2009535577.tif 000015