(57)【要約】【課題】組立時および分解時にトルク印加から隔離される単純な留め具組立体を提供する。【解決手段】複合パネル１４を非複合支持体１２に取り付ける止め具は、ノッチ付き軸部２６を有する複合スタッド２２と、軸３８と周方向に延びるリブ５６とを有するカラー３６とを含む。組立時、リブ５６とノッチ２８は、互いに係合して、スタッドとカラーの間の軸方向移動を阻止する。一実施態様では、ばね６６が、ノッチと接触するようにリブを圧迫して、スタッドを引っ張るとともにパネルをその支持体に留め付ける。第２の実施態様では、カラー３６ａが雄ねじを有する。ナット７６が、雄ねじと係合して、スタッドを引っ張るとともにパネルをその支持体に留め付ける。ばね６６は、第２の実施態様では随意である。複合スタッドは、過剰なトルクに曝されると損傷を受けやすいので、いずれの実施態様も、組立・分解時にスタッドへのトルク移動を最小限にする形状構成を含む。【選択図】図１
2004100959.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　　パネルおよび支持体内の位置合わせされた開口部を通して突出するように形成されるとともに、頭部とこの頭部から軸方向に延びかつノッチを有する軸部とを有する、スタッドと、
　　軸を有し、この軸に実質的に垂直に位置しかつ周方向に延びるリブを含み、前記軸部に外接するカラーであって、前記リブが、前記ノッチと係合して前記スタッドとカラーの間の軸方向移動を阻止する、カラーと、
　　前記ノッチと接触するように前記リブを圧迫する、軸方向に作用するばねと、
　を備えることを特徴とする、パネルを支持体に取り付けるための留め具。
【請求項２】
　前記リブは、逆回転肩部を含むことを特徴とする請求項１記載の留め具。
【請求項３】
　前記逆回転肩部と前記スタッドとの係合が、前記スタッドと前記カラーの間の逆回転を阻止する支配的な要因であることを特徴とする請求項２記載の留め具。
【請求項４】
　前記スタッドの前記頭部は、前記パネルに隣接し、前記カラーは、前記支持体に隣接し、前記ばねは、前記カラーと前記支持体の軸方向中間にあることを特徴とする請求項１記載の留め具。
【請求項５】
　前記パネルと前記スタッドは、複合材料からそれぞれ作製されることを特徴とする請求項１記載の留め具。
【請求項６】
　前記カラーは、複合材料から作製されることを特徴とする請求項５記載の留め具。
【請求項７】
　前記カラーは、前記ノッチを前記リブと軸方向に位置合わせする止め面を含むことを特徴とする請求項１記載の留め具。
【請求項８】
　　孔が貫通した支持体と、
　　前記孔と位置合わせされた孔が貫通したパネルと、
　　前記孔の両方を通って突出するとともに、前記パネルに隣接する頭部とこの頭部から軸方向に延びかつノッチを有する軸部とを有する、スタッドと、
　　軸を有し、この軸に実質的に垂直に位置しかつ周方向に延びる内側リブを含み、前記支持体に隣接しかつ前記軸部に外接するカラーであって、前記リブが、前記ノッチと係合して前記スタッドとカラーの間の軸方向移動を阻止する、カラーと、
　　前記ノッチと接触するように前記リブを圧迫する、軸方向に作用するばねと、
　から成ることを特徴とするライナ組立体。
【請求項９】
　　パネルおよび支持体内の位置合わせされた開口部を通して突出するように形成されるとともに、頭部とこの頭部から軸方向に延びかつノッチを有する軸部とを有する、スタッドと、
　　軸を有し、周方向に延びる内側リブと雄ねじとを含み、前記軸部に外接するカラーであって、前記リブが、前記ノッチと係合して前記スタッドとカラーの間の軸方向移動を阻止する、カラーと、
　　前記カラーとねじ係合可能であるとともに、前記カラーおよび前記スタッドと協同して軸方向の留め付け力を前記パネルおよび前記支持体に及ぼす、ナットと、
　から成ることを特徴とする、パネルを支持体に取り付けるための留め具。
【請求項１０】
　前記カラーは、トルク中和器を含むことを特徴とする請求項９記載の留め具。
【請求項１１】
　前記トルク中和器は、複数の面から成ることを特徴とする請求項１０記載の留め具。
【請求項１２】
　前記リブは、前記軸に実質的に垂直に位置することを特徴とする請求項９記載の留め具。
【請求項１３】
　前記リブは、逆回転肩部を含むことを特徴とする請求項９記載の留め具。
【請求項１４】
　前記スタッドの前記頭部は、前記パネルに隣接し、前記カラーは、前記支持体に隣接し、ばねが、前記カラーと前記支持体の軸方向中間にあることを特徴とする請求項９記載の留め具。
【請求項１５】
　前記パネルと前記スタッドは、複合材料からそれぞれ作製されることを特徴とする請求項９記載の留め具。
【請求項１６】
　前記カラーは、非複合材料から作製されることを特徴とする請求項１５記載の留め具。
【請求項１７】
　前記カラーは、前記ノッチを前記リブと軸方向に位置合わせする止め面を含むことを特徴とする請求項９記載の留め具。
【請求項１８】
　　孔が貫通した支持体と、
　　前記孔と位置合わせされた孔が貫通したパネルと、
　　前記孔の両方を通って突出するとともに、前記パネルに隣接する頭部とこの頭部から軸方向に延びかつノッチを有する軸部とを有する、スタッドと、
　　軸を有し、この軸に実質的に垂直に位置しかつ周方向に延びる内側リブ、雄ねじ、およびトルク中和器を含み、前記支持体に隣接しかつ前記軸部に外接するカラーであって、前記リブが、前記ノッチと係合して前記スタッドとカラーの間の軸方向移動を阻止する、カラーと、
　　前記カラーと前記支持体の軸方向中間にありかつ軸方向に作用するばねと、
　　前記カラーとねじ係合されるナットと、
　から成ることを特徴とするライナ組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、留め具（ｆａｓｔｅｎｅｒ）に関し、特に、複合パネル（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｐａｎｅｌ）を非複合支持体構造（ｎｏｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）に取り付けるための留め具組立体（ｆａｓｔｅｎｅｒ　ａｓｓｅｍｂｌｙ）に関する。
【０００２】
　（政府権益の陳述）
　本発明は、米国政府契約下になされたものであり、米国政府は、本発明について権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
　ガスタービンエンジンは、高温燃焼ガスに曝されるいくつかの構成要素を含む。これらの構成要素の中には、燃焼室、排気ノズル、アフタバーナライナが含まれる。これらの構成要素のそれぞれは、燃焼ガスをエンジンを通して導く気体経路の一部の境界となっている。これらの構成要素は、耐熱材料から構成するのが望ましい。セラミックマトリックス複合材（ｃｅｒａｍｉｃ　ｍａｔｒｉｘ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）（ＣＭＣ）は、必要な耐熱性を有すると知られている材料の一種である。ＣＭＣは、炭素または炭化ケイ素マトリックス中の炭素または炭化ケイ素繊維から成る材料を含む。しかしながら、複合材料それ自体は、ガスタービンエンジンに課せられている厳しい構造上の要求に耐えられないことがあり得る。従って、前述した構成要素は、非複合支持体構造と、それに取り付けられた耐熱複合パネルとから構成され得る。複合パネルは、金属支持体構造をその作動限界内に維持するように金属支持体構造を保護する。
【特許文献１】米国特許第６，０４２，３１５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，０４５，３１０号明細書
【特許文献３】米国特許第５，６２０，２９１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
　複合パネルを支持体構造に取り付けることは、かなりの技術的挑戦である。ナット・ボルト組立体などの機械的留め具は、これらによって損傷パネルを都合よく取り外せるので、パネルをその支持体に取り付けるには魅力的である。しかしながら、金属製機械的留め具は、高温燃焼ガスに曝される金属留め具のどのような部分も、複合パネルの利点を打ち消すことになるので、不十分である。その代わりに複合留め具が、使用され得るが、複合留め具は、ねじが存在することによりかなり脆弱化するので、ねじ付きの複合留め具は、パネルをその支持体に信頼性をもって取り付けることができない。従って、複合留め具組立体は、ねじの使用を避けるか、または、留め具の完全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）を保護するように（あるいは留め具が損なわれないように）ねじを用いるのが、望ましい。
【０００５】
　米国特許第６，０４２，３１５号および第６，０４５，３１０号は、複合パネル３０を非複合裏面構造３２に取り付けるという問題に独特の解決法を呈示している。開示された留め具組立体は、複合スタッド４０、金属製雄ねじ付きスリーブ９０、金属製ピン６５、ばねワッシャ７５、金属ナット９４、随意の非金属製スペーサ７３を含む。スタッドは、複合ライナ３０および金属裏面構造３２を通って延びている。ピン６５は、ねじ付きスリーブと裏面構造の間にワッシャを挟んだまま、ねじ付きスリーブをスタッドの先端に取り付ける。ナットは、組立体を完成させる。開示された留め具組立体の長所にもかかわらず、この組立体は、非常に多くの小さな部品に依拠するという短所を伴う。理想的条件下においてさえ、これらの部品の組立および分解は、かなり骨の折れるものとなり得る。さらに、留め具組立体の取り付けまたは取り外しは、スタッドにトルクを与える。複合スタッドは、良好な引張り強さを有するにもかかわらず、ねじれに曝されると、損傷を与える可能性のある層間剪断応力を受けやすいので、トルク印加は好ましくない。
【０００６】
　理想的には、複合パネルのための留め具組立体は、他の好ましい特性を有することにもなるであろう。例えば、パネルおよび支持体が、タービンエンジン構成要素の部材である場合は、留め具組立体のどの部分も、パネル表面を越えてエンジン気体経路内へ突出してはいけない。これは、留め具の突出部分が、望ましくない乱流を燃焼ガス内へ導き得るか、または、このガス内に存在するどのような破片または異物によっても容易に損傷を受け得るからである。また、ねじ付き部材の使用を避けることが有利である場合があり得る。
【０００７】
　必要とされるのは、複合パネルを非複合支持体に取り付けるための留め具組立体であり、特に、少数の部品に依拠し、組立時および分解時にねじれから隔離され、パネル表面と同一平面上になる、留め具組立体である。また、いくつかの用途では、ねじ付き部材の回避が有利になり得る。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
　従って、本発明の目的は、複合パネルと同一平面上になるとともに組立時および分解時にトルク印加から隔離される単純な留め具組立体で複合パネルを非複合支持体に取り付けることである。さらなる目的は、ねじ付き留め具が望ましくない用途のためのねじなし留め具組立体を提供することである。
【０００９】
　本発明に従うと、複合パネルを非複合支持体に取り付けるための留め具は、ノッチ付き軸部（ｎｏｔｃｈｅｄ　ｓｈａｎｋ）を有するスタッドと、周方向に延びるリブを有するカラー（ｃｏｌｌａｒ）とを含む。組立時は、リブとノッチは、互いに係合して、スタッドとカラーの間の軸方向移動を阻止する。一実施態様においては、ばねが、ノッチと接触するようにリブを圧迫して、スタッドを引っ張るとともにパネルをその支持体に留め付ける。第２の実施態様においては、ナットが、カラー上の雄ねじと係合して、スタッドを引っ張るとともにパネルをその支持体に留め付ける。いずれの実施態様も、スタッドにトルクを与えずに組立および分解できる。
【００１０】
　本発明の留め具組立体の主要な利点は、その単純さと、スタッドにトルクを与えずに組立および分解されるその能力にある。別の利点は、全くのねじなし留め具組立体で、パネルを支持体に取り付ける選択の自由にある。
【００１１】
　これらと他の特徴、利点は、本発明を実施するための最良の形態についての以下の説明と添付の図面からより明らかとなるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
　図１、図２を参照すると、ライナ組立体１０が、非複合支持体構造１２と耐熱パネル１４から成る。ライナは、例えば、タービンエンジン内の燃焼室ライナ、排気ノズルライナ、またはアフタバーナライナを表す。ライナ組立体１０は、エンジン気体経路１６の境界となっている。高温の気体状燃焼生成物Ｐが、図示した方向に、気体経路を通って長手方向に流れる。非複合（通常は金属製）支持体が、構造フレームとして機能する。耐熱パネル（通常は複合材）が、支持体を燃焼ガスの強烈な熱から保護して、支持体をその作動限界内に維持する。その結果、エンジンは、全てが金属製のライナで可能であるよりかなり高い気体温度で作動できる。
【００１３】
　支持体とパネルは、パネルを貫通する傾斜した孔１８、支持体を貫通する孔２０などといった多数の開口部によってそれぞれ貫通される。開口部は、以下に説明するスタッドの長方形側面に対応する長方形側面を有する。
【００１４】
　パネルを支持体に取り付けるための留め具組立体は、米国特許第６，０４２，３１５号および第６，０４５，３１０号に示されたものに類似した複合スタッド２２を含む。スタッドは、頭部２４とこの頭部から軸方向に延びる軸部２６を含む。軸部の先端３２近くの一対のノッチ２８が、軸部の尾部３４を画定する。図２に最もよく示されるように、スタッドは、長方形側面を有する。
【００１５】
　さらに、図３、図４を参照すると、スタッドに外接するカラー３６が、軸３８、近位端４０、遠位端４２を有する。近位端は、スタッド軸部２６を受け入れるように実質的に開いている。遠位端は、床部４４によって大部分が閉じており、この床部は、確実な止め面として機能して、スタッドとのカラーの正確な軸方向位置合わせを容易にする。六角形の開口部または同様の切子面を有する（または多面の）開口部４６が、床部を貫通する。多面開口部は、図１〜図５のねじなし留め具組立体には必要ではないが、以下に説明するねじ付きの実施態様にとっては非常に望ましい。
【００１６】
　カラーの内部形状構成は、互いに距離ｄ1だけ偏位（ｏｆｆｓｅｔ）して案内スロット５２を画定する一対の位置合わせ面５０を含む。案内スロットは、スタッドの長方形側面に対応する長方形側面を有する。内部形状構成は、互いに距離ｄ2だけ偏位した一対の回転止め面５４も含む。例示したカラーでは、距離ｄ1と距離ｄ2は等しい。
【００１７】
　内側リブ５６が、カラーの内面に沿って周方向にそれぞれ延びる。各リブは、軸３８に実質的に垂直に、すなわち、カラーの近位端と遠位端における各面に実質的に平行に配置される。各リブは、回転止め面５４の１つと一体になる閉端（ｃｌｏｓｅｄ　ｅｎｄ）５８と、反対側の位置合わせ面５０から少なくとも距離ｄ1だけ離間した開端（ｏｐｅｎ　ｅｎｄ）６０とを有する。各リブは、その回転止め面近くで短縮（ｆｏｒｅｓｈｏｒｔｅｎ）して、凹部６２と逆回転肩部６４を画定する。
【００１８】
　ここで図２、図５を参照すると、技術者は、スタッドの頭部が、傾斜した孔の中に嵌まり込むように、位置合わせした開口部１８、２０を通してスタッドを挿入することにより、パネル１４を支持体１２に組み付ける。図２に示すように、技術者は、次に、案内スロット５２をスタッドの長方形側面と位置合わせするようにカラーを配置する。技術者は、次に、スタッドの先端３２が、床部４４に接触するとともに、ばね６６が、支持体１２とカラーの近位端４０の間で圧迫されるまで、スタッドに沿ってカラーを移動させる。技術者は、次に、各リブ５６の開端が、スタッド内の対応するノッチに入るように、カラーをＲ方向に回転させる。技術者は、回転止め面５４がスタッドに接触するまで、カラーを回転させ続ける。技術者が、次に、カラーを放すと、ばね６０が、カラーを軸方向に移動させ、それによって、図１に示されるように、スタッド尾部３４が、凹部６２に入り、リブ５６が、各ノッチに接触する。パネルを支持体に取り付ける力は、リブとノッチの間の接触部６８を通して伝わる。ノッチとのリブの係合は、スタッドとカラーの間の軸方向移動を阻止する。図１に示すように、ばねが、カラーを軸方向に圧迫する限りは、スタッド尾部３４は、逆回転肩部６４と軸方向に位置合わせされたままになる。その結果、逆回転肩部は、カラーの逆回転を防止するようにスタッド尾部に接触できる。しかしながら、技術者は、カラーを軸方向に移動させてバネを再度圧縮し、次に、上述した組立順序を逆戻りすることにより、容易に留め具を取り外すことができる。完全に組み立てた状態では、力伝達接触部６８、ばね／カラー接触部７０、および、ばね／支持体接触部７２における摩擦が、カラーの逆回転に対するいくらかの抵抗力を与える。しかしながら、逆回転肩部とスタッド尾部との係合が、逆回転を阻止する支配的な要因である。
【００１９】
　リブ５６は、カラーの回転軸３８に垂直なので、カラーは、スタッド２２にかなりの損傷を与える可能性のあるどのようなトルクも与えずに、取り付けおよび取り外しできる。この有利な特性は、カラーの回転時にリブとノッチの間に軸方向の隙間を確保するようにノッチ高さｈNに対してリブ高さｈR（図５）を十分に小さくすることにより、向上できる。これは、円柱状軸部（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ　ｓｔｅｍ）から突出する「リブ」が、ばねで負荷されたねじなしナットの内側に形成された一対の傾斜路（ｒａｍｐ）に沿って進む、米国特許第５，６２０，２９１号に示された従来技術の構成とは異なる。リブと傾斜路の摩擦は、ナットの回転を阻止しており、このように回転を阻止する間に、軸部にトルクを与える。損傷を与える可能性のあるトルクは、リブが傾斜路に沿ってさらに進むにつれ増加し、ばねを漸進的に圧迫する。
【００２０】
　留め具組立体の上述した実施態様にはねじがないので、カラーは、金属で作製するよりは、軽量な複合材料から作製できる。これは、航空宇宙用の製品、構成要素などといった重量に影響されやすい用途では大きな利点となり得る。
【００２１】
　図６、図７は、ねじなしカラー３６の代わりに、雄ねじ付きカラー３６ａと、このカラーにねじ係合可能なナット７６とを特徴とする、本発明の第２の実施態様を例示する。カラー３６ａの床部４４は、図３、図４に示されるのと同様の多面開口部４６を含む。この多面は、以下に説明するようにトルク中和器（ｔｏｒｑｕｅ　ｎｅｕｔｒａｌｉｚｅｒ）（またはトルク打ち消し器）として機能する。
【００２２】
　本発明の留め具のねじ付き実施態様の組立順序は、順序の最後の段階がナット７６をカラーに取り付けることである以外は、ねじなし実施態様の組立順序によく似ている。ナット７６およびばね６６は、カラーおよびスタッドと協同して軸方向の留め付け力をパネル１４および支持体１２に及ぼす。代替として、ばねは、省くこともできる。しかしながら、高温に曝されるとき、金属支持体は、複合スタッドおよびパネルより大きな寸法変化を受けるので、ばねの存在は、望ましいものとなり得る。この異なる熱応答は、留め具に損傷を与え得る。ばねは、確実な接続を与えるのと同時にいくらかの隙間Ｃで熱膨張を吸収することにより、異なる熱応答に対処するのを助ける。
【００２３】
　トルク中和器は、ナットの取り付け（または取り外し）の際に、損傷を与える可能性のあるねじれから複合スタッドを隔離する。技術者が、トルクを印加してナット７６を締めるとき、カラー上の回転止め面５４は、スタッドを回転させがちになるが、それにもかかわらず、長方形頭部２４が長方形の傾斜した孔１８に回転しないように嵌まり込むので、スタッドは、不動のままである。この影響を打ち消すために、技術者は、アレンレンチを多面開口部４６に挿入し、スタッドへのトルク伝達を中和するように逆トルクを印加する。トルク中和器は、開口部４６の境界を形成する複数の切子面として示されるが、他のトルク中和の形状構成を用いることもできる。例えば、カラーそれ自体が、ねじを越えて軸方向に延びる多面を外側に有することもでき、それによって、技術者は、逆トルクを印加するのに従来のレンチを使用できる。
【００２４】
　カラー３６ａは、ねじ付きなので、複合材料で作製されたカラーがねじにより脆弱化し得ることから、非複合材料で作製するのが推奨される。
【００２５】
　本発明の顕著な特徴を説明してきたので、ここで他の特徴をより良く理解できる。床部４４は、ノッチ２８とのリブ５６の正確な軸方向位置合わせを容易にする止め面として機能するばかりでなく、組立誤りを防止する形状構成として機能する。床部が存在しない場合は、技術者は、うっかりカラーの近位端４０ではなく遠位端４２が支持体に面した状態で、カラーをスタッドに嵌めることがあり得る。その結果、凹部および逆回転肩部は、スタッドの尾部に対して誤って配置されることになるが、誤りは、技術者には明白にはならないかもしれない。その結果、カラーは、逆回転を受けやすくなるであろうし、それによって、スタッドは、緩んでしまうことになり得るであろう。また、この組立誤りが、ねじ付き実施態様と共に生じてしまうと、ナットをカラーにねじ係合させる行為それ自体が、カラーを逆回転させる傾向になるであろう。
【００２６】
　ばね６６は、スタッドの頭部２４とパネル１４との間ではなくて、支持体１２とカラー３６または３６ａとの間に存在するので、ばねは、パネルと同一平面上になるように頭部を引っ張り、それによって、留め具組立体のどの部分もパネル表面を越えてエンジン気体経路内へ突出しない。その代わりに、留め具組立体の突出部分は、支持体パネルを越えて延びており、従って、ほとんどまたは全く重要ではない。
【００２７】
　ばねは、別個の部品として例示されているが、支持体またはカラーと一体の部品とすることもできる。
【００２８】
　本発明は、その詳細な実施態様に関して示し、説明してきたが、添付の特許請求の範囲に記載した発明から逸脱せずに形態および詳細についてさまざまな変更がなされ得ることは、当業者には理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施態様によるねじなし留め具組立体で支持体に取り付けられたパネルの側立面断面図である。
【図２】図１の留め具組立体を構成するスタッドとカラーを示す斜視図である。
【図３】図２のカラーの拡大斜視図である。
【図４】図３と同様の図であるが、人為的にカラーを分割して開いてその内部形状構成を露出させた図である。
【図５】組立体がほぼ完成された状態で留め具とカラーを示す図１のものと同様の図である。
【図６】図１のものと同様の図であるが、本発明の代替の実施態様を例示する図である。
【図７】図２のものと同様の図であるが、本発明の代替の実施態様を例示する図である。
【符号の説明】
【００３０】
　１０…ライナ組立体
　１２…支持体
　１４…パネル
　１８，２０…孔
　２２…スタッド
　２４…頭部
　２６…軸部
　２８…ノッチ
　３６，３６ａ…カラー
　３８…軸
　５６…リブ
　６４…逆回転肩部
　６６…ばね
　７６…ナット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004100959.tif 000006
【図５】
2004100959.tif 000007
【図６】
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【図７】
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