(57)【要約】【課題】貯蔵容器における継手は多数の漏れ経路を有し、漏れ経路は貯蔵されたガス又は液体が貯蔵容器から漏出する可能性を生じさせるので、低温タンクなどの貯蔵容器内の漏れ経路の数を低減することが望まれる。【解決手段】方法、複合継手、及び複合タンクが提示される。複合タンクは、湾曲壁と、複数の剪断取付具と、複数のボルトとを備える。湾曲壁は開口部を有する。複数の剪断取付具は、開口部の周囲の湾曲壁における複数の盲穴にねじ込まれる。複数のボルトは、複数の剪断取付具に係合して、湾曲壁にキャップを接合する。【選択図】図2
2018020760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口部を有する湾曲壁と、
前記開口部の周囲の前記湾曲壁における複数の盲穴にねじ込まれる複数の剪断取付具と、
キャップと前記湾曲壁との間に継手を形成するために、前記複数の剪断取付具に係合して前記湾曲壁に前記キャップを接合する複数のボルトと
を備える複合タンク。
【請求項２】
前記複数のボルトが、前記キャップにおける複数の穴を貫通して延伸する、請求項1に記載の複合タンク。
【請求項３】
前記複数の穴各々の内表面が前記複数の剪断取付具のそれぞれの剪断取付具の面に係合する、請求項2に記載の複合タンク。
【請求項４】
複数のワッシャーを更に備え、前記複数のボルトが前記複数のワッシャーを貫通して延伸し、且つ前記複数の穴各々の内表面が前記複数のワッシャーのそれぞれのワッシャーの面に係合する、請求項2又は3に記載の複合タンク。
【請求項５】
前記複数のワッシャーの各々が、セラミックマトリックス複合材料又はモノリシックセラミックである、請求項4に記載の複合タンク。
【請求項６】
第2の開口部を有する第2の湾曲壁と、
前記第2の開口部の周囲の前記第2の湾曲壁における第2の複数の盲穴にねじ込まれる第2の複数の剪断取付具と、
第2のキャップと前記第2の湾曲壁との間に第2の継手を形成するために、前記第2の複数の剪断取付具に係合して前記第2の湾曲壁に前記第2のキャップを接合する第2の複数のボルトと
を更に備える、請求項1から5のいずれか一項に記載の複合タンク。
【請求項７】
前記複数の盲穴がねじ切られている、請求項1〜6のいずれか一項に記載の複合タンク。
【請求項８】
前記複数の剪断取付具が、複数の中空剪断取付具である、請求項1から7のいずれか一項に記載の複合タンク。
【請求項９】
前記複数の盲穴の中心軸線が、互いに略平行であり、且つ前記キャップと前記湾曲壁との間の境界平面に対して略垂直である、請求項1から8のいずれか一項に記載の複合タンク。
【請求項１０】
複合壁における開口部の周囲の複数の盲穴に複数の剪断取付具をねじ込むステップと、
前記複合壁における前記開口部を覆うようにキャップを位置決めするステップと、
継手を形成するために前記複合壁における前記開口部を覆うように前記キャップを固定するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
前記複合壁における前記開口部を覆うように前記キャップを固定するステップが、
キャップに複数のボルトを挿通することと、
前記複数の剪断取付具に前記複数のボルトをねじ込むことと
を含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記複数の盲穴に前記複数の剪断取付具をねじ込む前に前記複数の剪断取付具又は前記複数の盲穴の少なくとも一方に接着剤を塗布するステップを更に含む、請求項10又は11に記載の方法。
【請求項１３】
前記複合壁における前記開口部の周囲の前記複数の盲穴を穿穴するステップを更に含む、請求項10から12のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記キャップが前記複合壁における前記開口部を覆うように固定されたときに複数の穴の壁が前記複数の剪断取付具に係合するように、前記キャップを貫通する前記複数の穴を精密加工するステップを更に含む、請求項10から13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】
本開示は、概して接合構成要素に関し、特に接合複合構成要素に関する。更に詳細には、本開示は、継手を形成するために複合壁における開口部を覆うようにキャップを固定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
ビークルでは、重量の増加によりビークルの燃料効率が低下する。宇宙船及び航空機では、ビークルの追加重量が、顧客、設備、又は他の物品のなどの潜在的なペイロードに置き換わる。
【０００３】
ビークルに関連する貯蔵容器は、低温タンクなどの、タンクを含み得る。燃料などの、低温流体は、ビークルに搭載された低温タンク内に貯蔵される。ビークルで使用される低温タンクの大きさ又は重量の少なくとも一方を減少させることは、ビークルのペイロードを増加させるのに望ましい場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
貯蔵容器における継手は、多数の漏れ経路を有する。漏れ経路は、貯蔵されたガス又は液体が貯蔵容器から漏出する可能性を生じさせる。結果として、低温タンクなどの、貯蔵容器内の漏れ経路の数を低減することが望ましい場合がある。それゆえ、上述した問題の少なくとも一部及び他の起こり得る問題を考慮した方法及び装置を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
例示的な一実施形態では、複合タンクが提示される。複合タンクは、湾曲壁と、複数の剪断取付具と、複数のボルトとを備える。湾曲壁は開口部を有する。複数の剪断取付具は、開口部の周囲の湾曲壁における複数の盲穴にねじ込まれる。
【０００６】
複数のボルトは、複数の剪断取付具に係合するように、湾曲壁にキャップを接合する。
【０００７】
例示的な一実施形態では、複合継手が提示される。複合継手は、複合壁と、極性キャップと、複数の剪断取付具と、複数のボルトとを備える。複合壁は極性開口部を有する。複数の剪断取付具は、極性開口部の縁部にねじ込まれる。複数のボルトは、極性キャップを貫通して延伸するとともに、複数の剪断取付具に係合する。
【０００８】
更に別の例示的な実施形態では、方法が提示される。複数の剪断取付具は、複合壁における開口部の周囲の複数の盲穴にねじ込まれる。キャップは、複合壁における開口部を覆うように位置決めされる。キャップは、継手を形成するために複合壁における開口部を覆うように固定される。
【０００９】
特徴及び機能は、本開示の種々の実施形態で個別に達成することができるか、又は更に他の実施形態で組み合わせてもよく、これらの実施形態の更なる詳細は、以下の説明及び図面を参照して確認することができる。
【００１０】
条項1．
極性開口部を有する複合壁と、極性キャップと、極性開口部の縁部にねじ込まれる複数の剪断取付具と、極性キャップを貫通して延伸するとともに、複数の剪断取付具に係合する複数のボルトとを備える複合継手。
【００１１】
条項2．
複数の剪断取付具が、複合壁における複数の盲穴にねじ込まれる、条項1に記載の複合継手。
【００１２】
条項3．
複数の剪断取付具と複合壁との間に接着剤を更に含む、条項1に記載の複合継手。
【００１３】
条項4．
複数のボルトと極性キャップとに係合する複数のワッシャーを更に備える、条項1に記載の複合継手。
【００１４】
条項5．
複数のワッシャーの各々が、極性キャップのそれぞれの穴の内表面に接触するフランジを備える、条項3に記載の複合継手。
【００１５】
条項6．
複数の剪断取付具の各々は、表面の直径及びフランジの直径が実質的に同じになるように極性キャップのそれぞれの穴の内表面に接触する表面を備える、条項5に記載の複合継手。
【００１６】
例示的な実施形態に特有であると考えられる新規の特徴は、添付の特許請求の範囲に明記される。しかしながら、例示的な実施形態、並びに、好ましい使用形態、更にその目的及び特徴は、添付の図面と併せて読むときに、本開示の例示的な実施形態の以下の詳細な説明を参照することにより、最も良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】例示的な実施形態による製造環境のブロック図である。
【図２】例示的な実施形態による複合継手の一部分の分解図である。
【図３】例示的な実施形態による複合継手の一部分の正面断面図である。
【図４】例示的な実施形態による複合継手の一部分の断面斜視図である。
【図５】例示的な実施形態による複合継手の断面斜視図である。
【図６】例示的な実施形態による多数の複合継手を備えた複合タンクの断面斜視図である。
【図７】例示的な実施形態による多数の複合継手を備えた複合タンクの斜視図である。
【図８】例示的な実施形態による複合継手を形成するための方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
異なる例示的な実施形態では、1つ又は複数の異なる考慮事項が認識され、考慮されている。例えば、例示的な実施形態では、航空機を軽量化するために航空機に使用される複合材料が認識され、考慮されている。このような軽量化により、ペイロード及び燃料効率などの性能特性が向上する。更に、複合材料により、航空機の種々の構成部品の長寿命化が図られる。
【００１９】
異なる例示的な実施形態では、複合材料が2つ以上の機能的な構成要素を組み合わせることにより作製される頑丈で軽量な材料であることが認識され、考慮されている。例えば、複合材料は、ポリマー樹脂マトリックス中に結合させた強化繊維を含み得る。繊維は一方向性繊維であってもよく、又は織布若しくは織物の形態をとってもよい。繊維と樹脂を配置し、硬化させて、複合材料を形成する。
【００２０】
したがって、異なる例示的な実施形態では、複合低温タンクを形成することが望ましい場合があることが認識され、考慮されている。なお更に、異なる例示的な実施形態では、複合低温タンクの漏れ経路の重量又は数の少なくとも一方を低減することが望ましい場合があることが認識され、考慮されている。異なる例示的な実施形態について低温タンクを参照して述べられているが、複合継手は、任意の望ましいタイプの複合タンクに適用可能であり得る。
【００２１】
異なる例示的な実施形態では更に、タンクの本体における穴を貫通して延伸する剪断ピンを従来のタンクが含み得ることが認識され、考慮されている。異なる例示的な実施形態では、タンクの本体におけるそれぞれの穴を貫通して延伸するこれらの剪断ピンの各々が漏れ経路を作り出すことが認識され、考慮されている。
【００２２】
異なる例示的な実施形態ではまた、層間剥離と呼ばれる過程を経て複合材料が機能しなくなる場合があることが認識され、考慮されている。層間剥離とは、複合材料の層の分離である。層間剥離は、複合材料に対して加わる荷重により引き起こされ得る。
【００２３】
異なる例示的な実施形態では更に、複合材料技術者が複合積層体の比較的低い厚さ貫通方向の強度を認知していることが認識され、考慮されている。更に、典型的な複合材料技術者は、複合材料におけるねじ締め具に関する経験を有していないであろう。複合材料におけるねじ締め具は、典型的なものでも、業界標準のものでもない。よって、複合材料技術者は、ねじ締め具が低荷重で複合材料に層間剥離を生じさせることを予測し得る。したがって、異なる例示的な実施形態では、複合材料におけるねじ締め具が大きな荷重を確実に担うことができないことが従来予測されていたことが認識され、考慮されている。
【００２４】
異なる例示的な実施形態ではまた、締め具が業界全体の仕様を有することが認識され、考慮されている。粗さは締め具の仕様を表すものである。ねじ山の系列において、細目ねじ山、標準的なねじ山、若しくは粗いねじ山又は他の構成の選択肢が、有用である可能性のあるバリエーションとして提供されてもよい。粗い締め具は、系列の名称において「C」で表される場合がある。細目締め具は、系列の名称において「F」で表される場合がある。粗いねじ山は、標準的なねじ山よりも1インチ当たりのねじ山数が少ない。所与のねじ山径に関して、粗いねじ山では、ねじ山の根元における厚さが標準的なねじ山よりも大きくなる。異なる例示的な実施形態では、ねじ溝深さの増加により、マグネシウム又は複合材などの、軟質材料におけるより強固な継手が作製され得ることが認識され、考慮されている。
【００２５】
ここで図を参照するに、特に図1を参照するに、例示的な実施形態による製造環境のブロック図が描かれている。製造環境100は、複合タンク102を作製するために製造工程が実施される環境である。より具体的には、複合タンク102の複合継手104は、製造環境100において形成される。
【００２６】
複合継手104では、剪断力が引張力よりも大きい。複合継手104は、剪断力支配の継手と称されることもある。
【００２７】
複合継手104は複合タンク102の一部として描かれているが、いくつかの例示的な例では、複合継手104は、異なる構造の一部であってもよい。複合継手104は、剪断力支配の複合継手として任意の望ましい構造内に配置されてもよい。例えば、複合継手104は、固定式プラットフォーム又は移動式プラットフォームなどの、任意の望ましいタイプのプラットフォームの一部であってもよい。プラットフォームは、ドーム、屋根、ビークル、建造物、又は他の任意の望ましいタイプのプラットフォームの形態をとり得る。
【００２８】
描かれているように、複合タンク102は、複合本体106とキャップ108とを接合する複合継手104を含む。複合本体106とキャップ108との間の境界面109は、実質的に平面状である。複合本体106は、繊維112を含む複合材料110で作られる。描かれているように、複合本体106は軸線114を有する。軸線114は、複合本体106の回転軸線である。軸線114に接触する複合本体106の2つの位置は、複合本体106の「極」と称されることもある。複合本体106の「極」に関連する構成要素は、「極性」と称されることもある。例えば、キャップ108が複合本体106の「極性」に関連する場合には、キャップ108は、極性キャップ115と称されることもある。
【００２９】
複合本体106は、複合壁116により形成される。いくつかの例示的な例において、複合壁116は、湾曲しており、湾曲壁118と称されることもある。湾曲壁118は、任意の望ましい曲率を有し得る。例えば、湾曲壁118は、一定の曲率又は変化する曲率を有し得る。
【００３０】
複合壁116は、開口部120を有する。軸線114で表されるような、複合本体106の「極」の一方に開口部120が位置決めされた場合に、開口部120は、極性開口部122と称される。開口部120は、任意の望ましい大きさ又は形状を有し得る。いくつかの例示的な例において、開口部120は、実質的に円形である。
【００３１】
複数の盲穴124は、開口部120の縁部126に位置決めされる。複数の盲穴124は、開口部120の周囲の複合壁116にある。複数の盲穴124は、任意の望ましい大きさ及び形状を有する。いくつかの例示的な例において、複数の盲穴124は、平坦な底部を有する。いくつかの例示的な例において、複数の盲穴124は、ねじ山128を有する。複数の盲穴124がねじ山128を有する場合には、複数の盲穴124は、「ねじ付き」と称されることもある。
【００３２】
複数の盲穴124の中心軸線は、互に実質的に平行である。複数の盲穴124の中心軸線が実質的に平行でない場合には、キャップ108が複合本体106に適切に着座しない。更に、複数の盲穴124の中心軸線は、キャップ108と複合壁116との間の境界面109に実質的に垂直である。
【００３３】
複合壁116にキャップ108を連結するために、複数の剪断取付具130は、複数の盲穴124にねじ込まれる。複数の剪断取付具130は、ねじ山132を有する。ねじ山132は、特大の粗いねじ山として説明することができる。構成要素におけるねじ山の粗さは、ねじ付き構成要素を受け入れる材料の柔軟性に基づいて選択される。ねじ山132の粗さは、複合材料110に基づいて選択される。複数の剪断取付具130は、中実であってもよい。重量を減らすために、複数の剪断取付具130は、中空内部を有し得る。これらの例示的な例において、複数の剪断取付具130は、複数の中空剪断取付具133と称されることもある。
【００３４】
複数の剪断取付具130の各々は、表面134とトルク締め形状部136とを含む。表面134は直径138を有する。複合継手104が担い得る荷重は、複数の剪断取付具130の表面134の大きさに影響される。表面134の大きさを調節することにより、継手強度を変化させる。表面134の高さ又は直径138の少なくとも一方を変更することにより表面134の大きさが変更される。継手強度は直径138を調節することにより得られるが、直径138は、キャップ108をより厚くし、その重量も増加させる。支持荷重は剪断平面から離れるにつれて減少する。その結果、直径138が小さいが高さの大きいものは、直径138が大きいが高さの短いものよりも重量効率が低い。
【００３５】
直径138は、複合本体106及びキャップ108の材料の支持荷重能力の影響を受ける。継手強度は、複合本体106及びキャップ108の材料の支持荷重能力に影響される。支持荷重能力がより低い場合には、継手強度を高めるために表面134の寸法を増加させてもよい。
【００３６】
表面134は、キャップ108における複数の穴140のそれぞれの穴の内表面に接触するように構成される。表面134は、複合継手104用の剪断伝達表面である。いくつかの例示的な例において、表面134は円筒状である。
【００３７】
トルク締め形状部136は、複数の剪断取付具130の各剪断取付具が複合壁116における複数の盲穴124にねじ込まれることを可能にする。トルク締め形状部136は、任意の望ましい形態をとる。いくつかの例示的な例において、トルク締め形状部136は、表面134の軸方向外側にある六角形状部である。トルク締め形状部136の他の例示的な例は、円筒状ボスにおける2つの平坦部、特大のねじ回し挿入口、ピンレンチを係合させることができるピン穴、又は他の任意の望ましいタイプの形状部などの、他のレンチ締め平坦部形状を含む。
【００３８】
接着剤142は、複数の盲穴124又は複数の剪断取付具130の少なくとも一方に塗布されてもよい。本明細書で使用する場合、列挙されたアイテムと共に使用するときの「〜のうちの少なくとも1つ」という表現は、列挙されたアイテムの1つ又は複数の異なる組み合わせを使用してもよいことと、列挙された各アイテムのうちの1つだけあればよいことを意味する。換言すれば、「〜のうちの少なくとも1つ」は、アイテムの任意の組み合わせ及び任意の数のアイテムを、列挙されたものから使用できるが、列挙された全てのアイテムが必要とされるわけではないことを意味する。アイテムは特定の対象物、物、又はカテゴリーであってもよい。
【００３９】
例えば、「アイテムA、アイテムB、又はアイテムCのうちの少なくとも1つ」は、非限定的に、「アイテムA」、「アイテムAとアイテムB」、又は「アイテムB」を含み得る。この例はまた、「アイテムAとアイテムBとアイテムC」、又は「アイテムBとアイテムC」を含み得る。当然ながら、これらのアイテムの任意の組み合わせが存在し得る。他の例において、「〜のうちの少なくとも1つ」は、例えば、非限定的に、「2個のアイテムA」、「1個のアイテムB」、及び「10個のアイテムC」、「4個のアイテムB及び7個のアイテムC」、又は他の好適な組み合わせであってもよい。
【００４０】
接着剤142は、複数の剪断取付具130が振動により複数の盲穴124から外れるのを防止してもよい。接着剤142は、任意の望ましい方法を使用して塗布されてもよい。いくつかの例示的な例において、接着剤142は、ねじ山128又はねじ山132の少なくとも一方に塗工されてもよい。接着剤142がねじ山128とねじ山132の両方に塗布される場合には、複数の剪断取付具130及び複合壁116との結合が増強される。接着剤142は、任意の望ましいタイプの接着剤の形態をとる。いくつかの例示的な例において、接着剤142は、エポキシ樹脂であってもよい。
【００４１】
キャップ108を複合壁116に連結するために、複数のボルト144は、複数の剪断取付具130に取り付けられる。複数のボルト144は、複数の穴140を貫通して延伸するとともに、複数の剪断取付具130にねじ込まれる。
【００４２】
複数のボルト144はまた、複数のワッシャー146を貫通して延伸する。複数のワッシャー146は、複数のボルト144の頭部とキャップ108との間に位置決めされる。描かれているように、複数のワッシャー146は、ワッシャー148、ベルビルワッシャー150、又はブリッジワッシャー152の少なくとも1つを含む。ベルビルワッシャー150は、キャップ108と複合壁116との間で引張力を維持するために使用されてもよい。より具体的には、ベルビルワッシャー150は、温度変化時に引張力を維持してもよい。
【００４３】
シール154は、複合継手104を通る漏出を防止又は低減するために、キャップ108と複合壁116との間に位置決めされる。シール154は、機能するためには圧力がかからなければならない。したがって、シール154は、複合継手104からの漏れを防止するために締め付けられる。ブリッジワッシャー152は、シール154に締め付けを与える。ブリッジワッシャー152は、境界面109とは反対側のキャップ108の表面に接触する。更に、ブリッジワッシャー152は、直径158を有するフランジ156を含む。
【００４４】
直径158及び直径138は、実質的に同じである。フランジ156のそれぞれのフランジ及び表面134は両方とも、キャップ108を貫通して延伸する複数の穴140のそれぞれの穴の内表面に接触する。
【００４５】
ブリッジワッシャー152の大きさは、開口部120の大きさに影響される。開口部120の大きさが増加すると、ブリッジワッシャー152の大きさも増加する。ブリッジワッシャー152の大きさの増加により、ブリッジワッシャー152の重量も増加する。ブリッジワッシャー152の重量を減少させるために、ブリッジワッシャー152は、金属よりもむしろセラミックマトリックス複合材（CMC）又はモノリシックセラミックで形成されてもよい。更に、ブリッジワッシャー152を形成する材料の熱膨張係数が複合材料110の熱膨張係数に近いことが好ましい。複合材料110とセラミックマトリックス複合材（CMC）又はモノリシックセラミックとの熱膨張係数（CTE）の差は、複合材料110とアルミニウムとの熱膨張係数（CTE）の差よりも小さい。複合壁116とブリッジワッシャー152との熱膨張係数の差が小さいことは、複合継手104が温度変化にさらされるときに複合継手104の形状を安定させるのに望ましい。
【００４６】
複合継手104の引張荷重は、剪断荷重に比べて非常に小さい。引張継手は、複数のボルト144を使用して形成される。
【００４７】
従来、モノリシックセラミックは、比較的低い引張能力のため用途が限られていると考えられてきた。モノリシックセラミックの引張能力は、モノリシックセラミックの圧縮能力のほんの一部である。しかしながら、ブリッジワッシャー152の用途は、主として圧縮力を加える用途である。
【００４８】
描かれているように、複合タンク102は、開口部120を有する湾曲壁118と、開口部120の周囲の湾曲壁118における複数の盲穴124にねじ込まれる複数の剪断取付具130と、キャップ108と湾曲壁118との間に複合継手104を形成するために、複数の剪断取付具130に係合して湾曲壁118にキャップ108を接合する複数のボルト144とを含む。複数のボルト144は、キャップ108における複数の穴140を貫通して延伸する。複数の穴140各々の内表面は、複数の剪断取付具130のそれぞれの剪断取付具の面に係合する。この面は表面134である。
【００４９】
複合タンク102は、複数のワッシャー146を更に備え、複数のボルト144が複数のワッシャー146を貫通して延伸し、且つ複数の穴140の各々の内表面が複数のワッシャー146のそれぞれのワッシャーの面に係合する。この面は、フランジ156のそれぞれのフランジの少なくとも一部分である。
【００５０】
いくつかの実施例において、複数のワッシャー146の各々は、セラミックマトリックス複合材料又はモノリシックセラミックである。この例示的な例において、複数のワッシャー146は、ブリッジワッシャー152の形態をとる。このことは、ワッシャー148又はベルビルワッシャー150などの追加のワッシャーの使用を妨げない。
【００５１】
図1の複合継手104及び複合タンク102の図解は、例示的な実施形態が実装され得る方式に対する物理的又は構造的な制限を示唆することを意図していない。図示の構成要素に加えて又は代えて、他の構成要素を使用してもよい。いくつかの構成要素は不要である場合がある。また、ブロックは、いくつかの機能的な構成要素を図示するために提示されている。例示的な実施形態で実装される場合、これらのブロックの1つ又は複数を、組み合わせて、分割して、又は組み合わせ且つ分割して異なるブロックにしてもよい。
【００５２】
例えば、任意の望ましいタイプ又は数量のワッシャーが複合タンク102に存在してもよい。更に、第2の極性継手もまた、複合タンク102に存在してもよい。
【００５３】
ここで図2に移ると、例示的な実施形態による複合継手の一部分の分解図が描かれている。複合継手200は、図1の複合継手104の物理的な実施態様である。
【００５４】
複合継手200は、開口部206を有する複合壁204にキャップ202を接合する。複合継手200は、開口部206を有する複合壁204と、キャップ202と、剪断取付具208と、ボルト210とを含む。剪断取付具208は、複数の剪断取付具130のうちの1つの剪断取付具の1つの物理的な実施態様である。
【００５５】
複合壁204にキャップ202を接合するために、剪断取付具208は、開口部206の縁部212にねじ込まれる。より具体的には、剪断取付具208は、複合壁204における盲穴214にねじ込まれる。描かれているように、剪断取付具208は、複合壁204に係合するねじ山を有する。剪断取付具208のねじ山を特大の粗いねじ山として説明することができる。構成要素におけるねじ山の粗さは、ねじ付き構成要素を受け入れる材料の柔軟性に基づいて選択される。更に、描かれているように、盲穴214は、ねじ切りされている。
【００５６】
ボルト210は、キャップ202における穴216を貫通して延伸する。穴216は、キャップ202が複合壁204における開口部206を覆うように固定されたときに穴216の壁が剪断取付具208に係合するように精密加工される。ボルト210は、キャップ202と複合壁204との間に複合継手200を形成するために、剪断取付具208に係合して複合壁204にキャップ202を接合する。
【００５７】
複数のワッシャー218は、ボルト210の頭部とキャップ202との間に位置決めされる。描かれているように、複数のワッシャー218は、ワッシャー220と、ベルビルワッシャー222と、ブリッジワッシャー224とを含む。ベルビルワッシャー222は、組立体における引張力を維持するために存在する。より具体的には、ベルビルワッシャー222は、温度変化時に引張力を維持する。
【００５８】
ブリッジワッシャー224は、従来のブリッジワッシャーよりもかなり大きい。ブリッジワッシャー224は、「特大の」と称されることもある。ブリッジワッシャー224の大きさを増加させることにより、金属などの従来の材料ではブリッジワッシャー224の重量も増加する。ブリッジワッシャー224は、任意の望ましい材料で形成されてもよい。ブリッジワッシャー224用の材料は、密度、圧縮強度、熱膨張係数、又は他の任意の望ましい特徴のうちの少なくとも1つに基づいて選択されてもよい。いくつかの例示的な例において、ブリッジワッシャー224は、セラミックマトリックス複合材（CMC）又はモノリシックセラミックで形成される。組み立てられたときに、ブリッジワッシャー224は、シール226の縁部における締め付けを維持する。
【００５９】
シール226は、複合タンクからの漏洩を低減又は防止する。漏洩を防止するために、シール226は、複数のワッシャー218と剪断取付具208に係合するボルト210とによりもたらされる締め付け圧力によって複合壁204に対して保持される。
【００６０】
複合継手200の図228は、単一の接合組立体の図である。いくつかの例示的な実施例において、複合継手200は、複数の接合組立体を含む。これらの例示的な例において、剪断取付具208は、開口部206の縁部212にねじ込まれる複数の剪断取付具のうちの1つである。複数の剪断取付具は、開口部206の周囲の複合壁204における複数の盲穴にねじ込まれる。ボルト210は、キャップ202を貫通して延伸するとともに複数の剪断取付具に係合する複数のボルトのうちの1つである。複数の剪断取付具に係合する複数のボルトは、キャップ202と複合壁204との間に複合継手200を形成するために、複合壁204にキャップ202を接合する。
【００６１】
ここで図3に移ると、例示的な実施形態による複合継手の一部分の正面断面図が描かれている。図300は、図2の複合継手200の正面断面図である。より具体的には、図300は、方向3−3から見た図2の複合継手200の図である。
【００６２】
描かれているように、キャップ202を貫通して延伸する穴216の内表面301は、剪断取付具208の表面302に係合する。更に、穴216の内表面301は、ブリッジワッシャー224のフランジ304に係合する。結果として、剪断取付具208の直径306及びブリッジワッシャー224の直径308は、実質的に同じである。剪断力は、こうした剪断取付具208とキャップ202との連結により担われる。
【００６３】
ブリッジワッシャー224は、境界面310における漏れを防止するためにキャップ202と複合壁204との間でシール226を圧縮する。描かれているように、境界面310は実質的に平面状である。キャップ202が複合壁204に係合して複合継手200を形成するように、境界面310は、実質的に平面状であり、且つ剪断取付具208の中心軸線に垂直である。
【００６４】
ここで図4に移ると、例示的な実施形態による複合継手の一部分の断面斜視図が描かれている。図400は、図2の複合継手200の断面斜視図である。図400は、図2に示す方向から見た複合継手200の組立図である。図400から分かるように、トルク締め形状部402は、この例示的な例では六角形状部である。
【００６５】
ここで図5に移ると、例示的な実施形態による複合継手の断面斜視図が描かれている。いくつかの例示的な例において、図2に描かれているような、複合継手200は、図5の複合継手500の一部分である。例えば、図2の複合継手200は、図5のボックス2−2内の図であってもよい。
【００６６】
複合継手500は、極性開口部504を有する複合壁502と、極性キャップ506と、極性開口部504の縁部510にねじ込まれる複数の剪断取付具508と、極性キャップ506を貫通して延伸するとともに複数の剪断取付具508に係合する複数のボルト512とを備える。この例示的な例において、複数の剪断取付具508は、複合壁502における複数の盲穴514にねじ込まれる。接着剤は、複数の剪断取付具508のねじ山と複合壁502との間に存在する。接着剤は、複数の剪断取付具508のねじ山と複数の盲穴514の壁の少なくとも一方に塗布される。
【００６７】
複合継手500は、複数のボルト512と極性キャップ506とに係合する複数のワッシャーを更に備える。1つの例示的な例において、複数のワッシャーは、複数のブリッジワッシャーの形態をとる。この例において、複数のワッシャーの各々は、極性キャップ506のそれぞれの穴に接触するフランジを備える。更に、複数の剪断取付具508の各々は、表面の直径及びフランジの直径が実質的に同じになるように極性キャップ506のそれぞれの穴に接触する表面を備える。
【００６８】
ここで図6に移ると、例示的な実施形態による多数の複合継手を備えた複合タンクの断面斜視図が描かれている。複合タンク600は、図1の複合タンク102の物理的な実施態様であってもよい。図2の複合継手200を複合タンク600において使用してもよい。図5の複合継手500は、複合タンク600の一部分であってもよい。例えば、複合継手500は、図6のボックス5−5内の図であってもよい。
【００６９】
複合タンク600は、軸線601と、複合本体602と、極性キャップ604と、極性キャップ606とを有する。極性キャップ604は、図1の複合継手104などの、複合継手を使用して複合本体602の湾曲壁608に連結される。極性キャップ606は、図1の複合継手104などの、複合継手を使用して複合本体602の湾曲壁610に連結される。いくつかの例示的な例において、極性キャップ604用の複合継手及び極性キャップ606用の複合継手は、実質的に同じである。
【００７０】
ここで図7に移ると、例示的な実施形態による多数の複合継手を備えた複合タンクの斜視図が描かれている。図700は、図6の複合タンク600の斜視図であり得る。描かれているように、極性キャップ604は、実質的に円形である。
【００７１】
図2〜図7に示す異なる構成要素を、図1の構成要素と組み合わせるか、図1の構成要素と共に使用するか、又はこれら2つの場合を組み合わせてもよい。加えて、図2〜図7の構成要素のいくつかは、図1にブロック形式で示す構成要素を物理的な構造としてどのように実装できるかについての例示的な例であり得る。
【００７２】
ここで図8に移ると、例示的な実施形態による複合継手を形成するための方法のフロー図が描かれている。図1の複合継手104、図2の複合継手200、又は図5の複合継手500などの、複合継手は、工程800を使用して作製してもよい。
【００７３】
工程800は、複合壁における開口部の周囲の複数の盲穴に複数の剪断取付具をねじ込む（作業802）。工程800は、複合壁における開口部を覆うようにキャップを位置決めする（作業804）。工程800は、継手を形成するために複合壁における開口部を覆うようにキャップを固定する（作業806）。その後、工程が終了する。いくつかの例示的な例において、複合壁における開口部を覆うようにキャップを固定するステップは、キャップに複数のボルトを挿通することと、複数の剪断取付具に複数のボルトをねじ込むこととを含む。
【００７４】
描かれた異なる実施形態におけるフロー図及びブロック図は、例示的な実施形態における装置及び方法のいくつかの可能な実施態様の構造、機能、及び動作を図示している。この点に関して、これらのフロー図又はブロック図における各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、及び／又は、動作若しくはステップの一部を表し得る。
【００７５】
例示的な実施形態のいくつかの代替的な実施態様において、ブロックに記した機能又は機能群は、図中に記した順序を逸脱して現れる場合がある。例えば、場合によって、連続して示す2つのブロックを実質的に同時に実行してもよく、又は、時として、これらのブロックを、関連する機能に応じて逆順で実施してもよい。また、フロー図又はブロック図における図示のブロック群の他に、他のブロック群を追加してもよい。
【００７６】
例えば、工程800は、複数の盲穴に複数の剪断取付具をねじ込む前に複数の剪断取付具又は複数の盲穴の少なくとも一方に接着剤を塗布するステップを更に含み得る。いくつかの例において、工程800は、複合壁における開口部の周囲に複数の盲穴を穿穴するステップを更に含む。いくつかの例において、工程800は、キャップが複合壁における開口部を覆うように固定されたときに複数の穴の壁が複数の剪断取付具に係合するように、キャップを貫通する複数の穴を精密加工するステップを更に含む。
【００７７】
例示的な実施形態は、複合壁に極性キャップを接合するための方法及び装置を提供する。複数の剪断取付具は、複数の盲穴にねじ込まれる。盲穴を利用した設置により、極性継手締め具におけるタンク壁の貫通が回避される。係合するねじ山をエポキシ樹脂でぬらした状態での剪断取付具の設置により、宇宙船又は航空機の飛行振動環境での剪断取付具の回転が防止されてもよい。
【００７８】
大径の中空剪断取付具は、ねじ引き抜き強度及び支圧強度の要件を満たすために同等の中実剪断ピンよりも軽量である。大きな係合径はまた、中実剪断ピンを通じて同じ荷重を担うために使用されるものよりも薄くて軽量の複合極性フランジ及びカバーによって引き抜き及び支圧強度要件が満たされることを可能にする。
【００７９】
複合タンク壁に剪断取付具をねじ込むのを助けるために、剪断取付具のカバー側にはレンチ締め形状部が設けられる。剪断取付具のレンチ締め平坦部と、サンプ又はカバー内側の取付具の突出部内における引張ボルトの係合用のねじ山との組み合わせにより、改良された継手引張ボルトの直径をより小さくし且つこのボルトをより短くすることができ、より長く持続する締め付け荷重を伴う設計に必要とされるよりも軽い重量で隣接するシールを締め付けるのに必要な剛性を提供する。
【００８０】
継手設計は、従来的な継手設計に比べてより大径の穴をサンプ又はカバーに含む。結果として、シールグランド全体に締め付け圧力を分散させるために、引張ボルト頭部の下に、より厚く且つより大径のブリッジワッシャーが使用される。熱膨張係数（CTE）が低く低密度の、モノリシックセラミック、又はセラミックマトリックス複合材（CMC）をワッシャーに使用するために、ワッシャーにおける単一の圧縮荷重経路を利用することにより、より大きなワッシャーの重量の影響を低減することができる。ブリッジワッシャー材料のいくつかの例としては、限定されるものではないが、アルミナ、炭素／炭化ケイ素、又は炭化ケイ素／酸化アルミニウムが挙げられる。低い位置にあるブリッジワッシャーCTEは、対処されなければならない熱収縮の不整合の程度を低減し、予荷重の保持のために、他の場合に使用されるものよりも小さく且つ軽量のベルビルワッシャーの使用を可能にする。
【００８１】
例示的な例は、金属などの、他の材料で形成された継手よりも少数の漏れ経路、大きな極性開口部、又は低い継手重量の少なくとも1つを有する複合継手を提供する。更に、例示的な例は、両方の構成要素における穴を貫通して延伸する剪断ピンを利用する複合継手よりも少数の漏れ経路、大きな極性開口部、又は低い継手重量の少なくとも1つを有する複合継手を提供する。したがって、例示的な例において提供される複合継手を使用して航空機又は宇宙船におけるペイロードを増加させることができる。
【００８２】
従来、ねじ付き複合盲穴内のねじ付き取付具は信頼性が低いと信じられてきたが、マグネシウムに対する従来のインサートでの試験がそれに反論する証拠を提示している。直径約45インチのインサートが、高さ約3.25インチ×幅約3.75インチ×深さ約1.75インチの複合ブロックにおける皿穴にねじ込まれた。インサートの中心軸線は、複合材料の繊維に対して横断する方向であった。3つの試験片が作製された。引き抜き試験の間、試験片は各々、約5,000ポンドの力を超えても機能した状態のままであり、試験片のうちの2つが5,500ポンドを超える力に耐えた。
【００８３】
異なる例示的な実施形態の説明は、例示及び説明の目的で提示したものであり、網羅的であること、又は開示した形式の実施形態に限定されることを意図するものではない。多くの修正及び変形が当業者には明らかであろう。更に、異なる例示的な実施形態は、他の望ましい実施形態と比較して異なる特徴を提供してもよい。選択された1つ又は複数の実施形態は、それらの実施形態の原理及び実際の応用を最も良く解説するため、並びに、企図される特定の使用に適合するような種々の修正を伴う種々の実施形態に関する開示内容を当業者が理解できるようにするために、選択及び説明される。
【符号の説明】
【００８４】
100  製造環境
102  複合タンク
104  複合継手
106  複合本体
108  キャップ
109  境界面
110  複合材料
112  繊維
114  軸線
115  極性キャップ
116  複合壁
118  湾曲壁
120  開口部
122  極性開口部
124  盲穴
126  縁部
128  ねじ山
130  剪断取付具
132  ねじ山
134  表面
136  トルク締め形状部
138  直径
140  穴
142  接着剤
144  ボルト
146  ワッシャー
148  ワッシャー
150  ベルビルワッシャー
152  ブリッジワッシャー
154  シール
156  フランジ
158  直径
200  複合継手
202  キャップ
204  複合壁
206  開口部
208  剪断取付具
210  ボルト
212  縁部
214  盲穴
216  穴
218  ワッシャー
220  ワッシャー
220  ベルビルワッシャー
224  ブリッジワッシャー
226  シール
228  図
300  図
301  内表面
302  表面
304  フランジ
308  直径
310  境界面
400  図
402  トルク締め形状部
500  複合継手
502  複合壁
504  極性開口部
506  極性キャップ
508  剪断取付具
510  縁部
512  ボルト
514  盲穴
600  複合タンク
601  軸線
602  複合本体
604  極性キャップ
606  極性キャップ
608  湾曲壁
610  湾曲壁
700  図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2018020760.tif 000006
【図５】
2018020760.tif 000007
【図６】
2018020760.tif 000008
【図７】
2018020760.tif 000009
【図８】
2018020760.tif 000010
【外国語明細書】
2018020760000001.pdf