(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する樹脂材料を主たる要素として構成され、その外側に導電性を有する部材が積層された航空機の外板と、この外板の内側に位置する構造材とを結合するファスナであって、
頭部の一端面が、絶縁体層により覆われ、かつ、周囲の前記導電性を有する部材に対して絶縁されていることを特徴とするファスナ。
【請求項２】
前記絶縁体層が、絶縁破壊電圧の値で１００ｋＶ／ｍｍ以上を示す絶縁体であることを特徴とする請求項１に記載のファスナ。
【請求項３】
前記絶縁体が、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリイミドフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリフェニレンサルファイドフィルム、あるいは二軸延伸ポリプロピレンフィルムのいずれかからなることを特徴とする請求項２に記載のファスナ。
【請求項４】
前記絶縁体層が、接着剤を介して前記頭部に固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のファスナ。
【請求項５】
前記絶縁体層を、溶射または塗布焼成法により形成したことを特徴とする請求項１または２に記載のファスナ。
【請求項６】
導電性を有する樹脂材料を主たる要素として構成された外板と、この外板を内側から支持する構造材と、これら外板と構造材とを結合するファスナとを具備した航空機組立品であって、
前記ファスナが、請求項１ないし５のいずれか一項に記載したファスナであることを特徴とする航空機組立品。
【請求項７】
前記導電性を有する樹脂材料の外側表面に、導電性を有する部材が積層されていることを特徴とする請求項６に記載の航空機組立品。
【請求項８】
前記導電性を有する樹脂材料と、前記導電性を有する部材との間に、絶縁性を有する樹脂材料が積層されていることを特徴とする請求項６または７に記載の航空機組立品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、導電性を有する樹脂材料（例えば、CFRP（炭素繊維強化樹脂））を、航空機の外板として使用する際に用いられるファスナ、特に耐雷型のファスナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  導電性を有する樹脂材料を、航空機の外板として使用する際に用いられるファスナとしては、頭部および軸部の全体を絶縁性の材料で覆ったものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第４７６０４９３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  しかしながら、上記文献に開示されたファスナでは、頭部および軸部の全体を絶縁性の材料で覆う必要があり、そのため、容易かつ迅速にファスナを製造することができず、製造コストが高騰化してしまうといった問題点があった。  また、上記文献に開示されたファスナは絶縁部分が嵩張る構成となっているため、空力抵抗の少ないフラッシュサーフェス（Flush Surface）装備を考慮した場合に、強度設計面で厳しい要求のある航空機の機体外板や翼面には適用することができないといった問題点もあった。【０００５】  本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、厳しい強度が要求されるとともに、フラッシュサーフェス装備が考慮される箇所にも適用することができて、容易かつ迅速に製造することができ、製造コストの低減化を図ることができるファスナを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用した。  本発明に係るファスナは、導電性を有する樹脂材料を主たる要素として構成され、その外側に導電性を有する部材が積層された航空機の外板と、この外板の内側に位置する構造材とを結合するファスナであって、頭部の一端面が、絶縁体層により覆われ、かつ、周囲の前記導電性を有する部材に対して絶縁されている。  本発明に係るファスナによれば、絶縁体層が頭部の一端面のみに形成されている（施されている）ので、容易かつ迅速に製造することができ、製造コストの低減化を図ることができる。  また、本発明に係るファスナによれば、頭部の一端面が、絶縁体層により覆われているので、仮に、航空機の外板を構成する導電性を有する部材（例えば、銅やGFRP（ガラス繊維硬化樹脂）等）に雷が直撃したとしても、この絶縁体層によってファスナ本体の方へ流れようとする雷撃電流を遮断することができる。  さらに、本発明に係るファスナが航空機の外板に組み込まれた（結合された）際、外板の表面に露出する（現れる）ファスナの露出面（すなわち、頭部の一端面）には、絶縁体層が形成されていることとなるので、ファスナへの雷の直撃を防止することができる。【０００７】  上記ファスナにおいて、前記絶縁体層が、絶縁破壊電圧の値で１００ｋＶ／ｍｍ以上を示す絶縁体であれば好適であり、特に、高い絶縁耐力を有する二軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム、ポリイミドフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）フィルム、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）フィルム、あるいは二軸延伸ポリプロピレンフィルムのいずれかからなるものであるとさらに好適である。  このようなファスナによれば、絶縁体層の厚みを大幅に低減させることができるので、ファスナ一つあたりの重量を大幅に低減させることができる。【０００８】  上記ファスナにおいて、前記絶縁体層が、接着剤を介して前記頭部に固定されているとさらに好適である。  このようなファスナによれば、絶縁体層が、接着剤（例えば、エポキシ系接着剤）を介して頭部に固定されることとなるので、容易かつ迅速にファスナを製造することができるとともに、製造コストの低減化を図ることができる。【０００９】  上記ファスナにおいて、前記絶縁体層が、溶射または塗布焼成法により形成されているとさらに好適である。  このようなファスナによれば、絶縁体層は、溶射または塗布焼成法により形成されることとなるので、容易かつ迅速にファスナを製造することができるとともに、製造コストの低減化を図ることができる。【００１０】  本発明に係る航空機組立品は、導電性を有する樹脂材料を主たる要素として構成された外板と、この外板を内側から支持する構造材と、これら外板と構造材とを結合するファスナとを具備した航空機組立品であって、前記ファスナが、上記ファスナのいずれかを備えたものである。  本発明に係る航空機組立品によれば、ファスナ本体の方へ流れようとする雷撃電流が、絶縁体層により遮断される（低減される）こととなるので、導電性を有する樹脂材料への雷撃電流の導入を防止する（低減させる）ことができ、雷撃電流により導電性を有する樹脂材料が損傷してしまうことを防止することができる。  また、ファスナ本体の方へは雷撃電流が流れないようになっているので、従来、構造材とファスナのカラーとの間に必要とされたDI（Dielectric Insulator：絶縁板）、およびファスナの雄ネジ部の先端部とファスナのカラーの全体を覆うように取り付けられていた（カラーから二次的に放電するストリーマを防止するために取り付けられていた）絶縁ゴム製のキャップをすべてなくすことができ、機体重量を大幅に低減させることができる。  なお、ここでいう樹脂材料には、CFRP（炭素繊維強化樹脂）等の繊維強化樹脂材料が含まれる。【００１１】  上記航空機組立品において、前記導電性を有する樹脂材料の外側表面に、導電性を有する部材が積層されているとさらに好適である。  このような航空機組立品によれば、仮に、航空機の外板を構成する導電性を有する部材に雷が直撃したとしても、雷撃電流が導電性を有する部材を流れていくこととなるので、ファスナ本体への雷撃電流の進入を防止する（低減させる）ことができる。  なお、ここでいう樹脂材料には、CFRP（炭素繊維強化樹脂）等の繊維強化樹脂材料が含まれる。【００１２】 上記航空機組立品において、前記導電性を有する樹脂材料と、前記導電性を有する部材との間に、絶縁性を有する樹脂材料が積層されているとさらに好適である。
【発明の効果】
【００１３】  本発明に係るファスナによれば、厳しい強度が要求されるとともに、フラッシュサーフェス装備が考慮される箇所にも適用することができて、容易かつ迅速に製造することができるとともに、製造コストの低減化を図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に係るファスナの一実施形態を示す図であって、当該ファスナにより外板と構造材とが結合された状態を示す航空機組立品の縦断面図である。
【図２】本発明に係るファスナの他の実施形態を示す要部拡大断面図である。
【図３】本発明に係るファスナの別の実施形態を示す図であって、当該ファスナにより外板と構造材とが結合された状態を示す航空機組立品の縦断面図である。
【図４】本発明に係るファスナを適用することができる航空機の外板を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  以下、本発明による耐雷型のファスナ（Fastener）の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。  図１に示すように、本実施形態による耐雷型のファスナ（以下、「ファスナ」という）１は、円柱形状の軸部（シャンク：Shank）２、および軸部２の一端側に設けられ、軸部２から遠ざかるにつれて拡径する略円錐台形状の頭部（フラッシュ・ヘッド：Flush Head）３を有するファスナ本体４と、頭部３の一端面（図１において上側の端面）を覆うように配置された絶縁体層５とを主たる要素として構成されたものである。
【００１６】  ファスナ本体４は、軸部２と頭部３とが一体に形成されたものであり、例えば、チタン（Ti-6Al-4V：アニール材）やインコネル等の合金を用いて作製されている。  軸部２の他端部（図１において下側の端部）には、後述するカラー（ナット）の雌ネジ部と螺合する雄ネジ部２ａが形成されている。  頭部３は、その外径Ｄ１が軸部２の外径Ｄ２の例えば２倍程度以上の寸法となるように形成されている。
【００１７】  絶縁体層５は、その外径が頭部３の外径Ｄ１と同じ（若しくは略同じ）寸法となるように形成された円盤状の部材であり、例えば、GFRP（ガラス繊維硬化樹脂）を用いて作製されている。絶縁体層５は、その板厚が、例えば、１．０mmとされており、MIL-STD-1757A Zone１の雷撃試験電圧（約４０kV）に対しても十分な絶縁耐力を有するように構成されている。絶縁体層５としてGFRPを使用した場合、GFRPの絶縁耐力は安全サイドで見積っても４０ｋＶ／ｍｍであるから、板厚１．０mmでMIL-STD-1757A Zone１の雷撃試験電圧（約４０kV）を受けたとしても十分な絶縁耐力を有することとなる。
【００１８】  以上説明したファスナ１は、以下の手順で製造される。（１）硬化する前（プリプレグ状態）のガラス布を積層して、エポキシ樹脂を用いて含浸させた後、加熱硬化させて絶縁体層５を製作する。（２）軸部２の他端部に雄ネジ部２ａが形成されたファスナ本体４を準備し、頭部３の一端面（表面）に投射材粒子（例えば、金属、セラミックス、ガラス等の硬質粒子で、平均粒径が２００μｍ以下のもの（より好ましくは１０μｍ以上１００μｍ以下のもの））を投射して、頭部３の表面を粗面化させるための前処理を行う（このような処理は一般に「ショットブラスト」とも呼ばれる）。  なお、ショットブラストの代わりに、サンドペーパー等を用いて頭部３の表面を粗面化させることもできる。（３）頭部３の一端面上に接着剤（エポキシ系接着剤（例えば、Hysol−Dexter社製のエポキシ系接着剤EA9396））を塗布した後、その上に絶縁体層５を載せ、接着剤を硬化させることにより絶縁体層５を頭部３に固定する。
【００１９】  このようにして製造されたファスナ１は、例えば、図１に示すような航空機の外板１０と、構造材（例えば、リブ、ストリンガ等）１１とを結合するのに用いられる。なお、ファスナ１により外板１０と構造材１１とが結合されて航空機組立品（例えば、主翼組立品、尾翼組立品、胴体組立品等）Ａとなる。  外板１０は、主として導電性（アルミニウムの1/100〜1/1000程度の導電性）を有する樹脂材料（例えば、CFRP（炭素繊維強化樹脂）であって、以下、「CFRP」という）１２からなり、その表面（組み立て後、外側に位置する面）全体および裏面（組み立て後、内側に位置する面）全体には、絶縁性を有する樹脂材料（例えば、GFRP（ガラス繊維硬化樹脂）であって、以下、「GFRP」という）１３，１４が積層されている。  また、CFRP１２の表面側に位置するGFRP１３の表面（組み立て後、外側に位置する面）には、その全体が導電性を有するメッシュ状（若しくは板状）の部材（例えば、銅であって、以下、「導電性メッシュ」という）１５が積層されている。
【００２０】  構造材１１は、例えば、アルミ合金やチタン材、またはCFRP（炭素繊維強化樹脂）からなり、GFRP１４の裏面（組み立て後、内側に位置する面）上の所定位置に配置されている。  GFRP１４の裏面上に構造材１１が配置された構造物の所定位置には、これら外板１０および構造物１１を板厚方向に貫通するとともに、ファスナ１を受け入れることができる凹所（穴）１６があけられている。そして、各凹所１６には、ファスナ１が収められており、構造材１１の裏面から内側に突出する雄ネジ部２ａには、例えば、チタンやインコネル等の合金を用いて作製されたカラー（ナット）１７が締結されている。
【００２１】  本実施形態によるファスナ１によれば、頭部３の一端面に、絶縁体層５が配置されているので、仮に、絶縁体層５に雷が直撃したとしてもファスナ本体４の方へ流れようとする雷撃電流を遮断することができる。  また、絶縁体層５が接着剤を介して頭部３に固定されており、容易かつ迅速にファスナ１を製造することができるので、製造コストの低減化を図ることができる。  さらに、頭部３の表面には、当該表面を粗面化させるための前処理が施されているので、絶縁体層５を頭部３に対して確実に（堅固に）固定することができるとともに、航空機運用中に、絶縁体層５が頭部３からピールオフする（剥がれ落ちる）ことを確実に防止することができるとともに、ファスナ１を常に良好な状態に保つことができる。
【００２２】  さらにまた、本実施形態によるファスナ１が、例えば、図１に示すような航空機の外板１０と、構造材（例えば、リブ、ストリンガ等）１１とを結合するのに用いられた場合には、ファスナ本体４の方へ流れようとする雷撃電流が、絶縁体層５により遮断される（低減される）こととなるので、CFRP１２への雷撃電流の導入を防止する（低減させる）ことができ、雷撃電流によりCFRP１２が損傷してしまうことを防止することができる。  さらにまた、本実施形態によるファスナ１によれば、ファスナ本体４の方へは雷撃電流が流れないようになっているので、従来、構造材１１とカラー１７との間にスパーク防止のために必要とされたDI（Dielectric Insulator：絶縁板）、および雄ネジ部２ａの先端部とカラー１７の全体を覆うように取り付けられていた（カラー１７から二次的に放電するストリーマを防止するために取り付けられていた）絶縁ゴム製のキャップをすべてなくすことができ、機体重量を大幅に低減させることができる。
【００２３】  なお、本発明は上述した実施形態のものに限定されるものではなく、GFRP複合材からなる絶縁体層５の代わりに、絶縁体層５として板厚１２５μｍのPET（例えば、東レ社製のルミナー）を採用することもできる。  このように、絶縁体層５としてPETを使用することにより、絶縁体層５の厚みを大幅に低減させることができるとともに、ファスナ一つあたりの重量を大幅に低減させることができる。  なお、GFRPの絶縁破壊電圧は約４０kV／mmであるのに対して、PET（二軸延伸ポリエチレンテレフタレート）の絶縁破壊電圧は約３００kV／mmである。  また、絶縁体層５として東レ社製のルミナーを使用する場合には、その厚みを１００μｍ、１２５μｍ、１８８μｍ、２１０μｍ、２５０μｍのいずれかとすることが好ましい。
【００２４】  さらに、GFRP複合材からなる絶縁体層５の代わりに、絶縁体層５として板厚１２５μｍのポリイミド（カプトン）を採用することもできる。  このように、絶縁体層５としてポリイミドを使用することにより、絶縁体層５の厚みを大幅に低減させることができるとともに、ファスナ一つあたりの重量を大幅に低減させることができる。  なお、GFRPの絶縁破壊電圧は約４０kV／mmであるのに対して、ポリイミドの絶縁破壊電圧は約３００kV／mmである。  また、このように絶縁体層５としてポリイミドを使用する場合には、上述したエポキシ系接着剤（例えば、Hysol−Dexter社製のエポキシ系接着剤EA9396）を用いる代わりに、ポリイミド層を用いて熱融着させることにより絶縁体層を頭部３に固定することもできる。
【００２５】  さらにまた、GFRP複合材からなる絶縁体層５の代わりに、絶縁体層５として板厚１２５μｍの二軸延伸ポリエチレンナフタレート（PEN）（例えば、テイジン社製のテオネックス）を採用することもできる。  このように、絶縁体層５としてPENを使用することにより、絶縁体層５の厚みを大幅に低減させることができるとともに、ファスナ一つあたりの重量を大幅に低減させることができる。  なお、GFRPの絶縁破壊電圧は約４０kV／mmであるのに対して、PEN（二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム）の絶縁破壊電圧は３００kV／mm〜４００kV／mmである。  また、絶縁体層５としてテイジン社製のテオネックスを使用する場合には、その厚みを７５μｍ、１００μｍ、１２５μｍ、１８８μｍ、２５０μｍのいずれかとすることが好ましい。
【００２６】  さらにまた、絶縁体層５を頭部３の表面に接着する（熱融着させる）代わりに、溶射（例えば、プラズマ溶射、アーク系溶射、あるいはHVOF溶射等）を用いて、頭部３の表面に絶縁体層５を形成させるようにすることもできる。  具体的には、頭部３の表面にアルミナ絶縁層を溶射することとなる。  なお、絶縁体層５はアルミナに限定されるものではなく、また、溶射によるコーティングは、存在する空孔のために絶縁性が劣ることから、シリコーン系やポリイミド系の溶液を含浸して封孔処理して絶縁性を向上させることができる。
【００２７】  さらにまた、絶縁体層５を頭部３の表面に接着する（熱融着させる）代わりに、塗布焼成法を用いて、頭部３の表面に絶縁体層５を形成させるようにすることもできる。  具体的には、ポリイミドのワニス（溶液）、例えば、宇部興産社製のポリイミドワニス（「U−ワニス」）を用いて、塗布／乾燥／焼成によりポリイミドを頭部３の表面にコーティングする。なお、ポリイミド層の厚みを増すためには、塗布／乾燥／焼成の工程を繰返し行えばよい。
【００２８】  さらにまた、図２に示すように、絶縁体層５の外径が、頭部３の外径Ｄ１よりも大きい（例えば、１．０ｍｍ大きい）寸法を有するものであればさらに好適である。  これにより、ファスナ本体４の方へ流れようとする雷撃電流が、絶縁体層５により遮断される（低減される）こととなるので、CFRP１２への雷撃電流の導入を防止する（低減させる）ことができ、雷撃電流によりCFRP１２が損傷してしまうことを防止することができる。
【００２９】  さらにまた、図２に示すように、頭部３の半径方向外側に位置する周縁部に、周方向に沿って第２の絶縁体層５ａが設けられているとさらに好適である。  これにより、落雷の２次的な放電による電流の流入を防止する（低減させる）ことができる。
【００３０】  さらにまた、軸部２を導電性のコンパウンドを用いてウェット・インストールすることもできる。これにより、軸部２とCFRP１２との接触をより確実なものとし、雷撃時（落雷時）のファスナ電位をより低く固定することができる。
【００３１】  さらにまた、図３に示すように、絶縁体層５の表面と導電性メッシュ１５の表面とが、略面一（あるいは面一）な状態となるように、絶縁体層５が形成されている（絶縁体層５の厚さが設定されている）とさらに好適である。  これにより、塗装後における外板１０の表面をより面一な状態とすることができて、空力抵抗をさらに低減させることができる。
【００３２】  さらにまた、本発明に係るファスナは、図１に示すような航空機の外板１０と、構造材（例えば、リブ、ストリンガ等）１１とを結合するためだけに用いられるものではなく、例えば、図４に示すような航空機の外板２０と、構造材１１とを結合するのにも用いることができる。  外板２０は、主として導電性（アルミニウムの1/100〜1/1000程度の導電性）を有する樹脂材料（例えば、CFRP（炭素繊維強化樹脂）であって、以下、「CFRP」という）１２からなり、その表面（組み立て後、外側に位置する面）全体には、導電性を有する部材（例えば、銅）２１が積層されており、その裏面（組み立て後、内側に位置する面）全体には、絶縁性を有する樹脂材料（例えば、GFRP（ガラス繊維硬化樹脂）であって、以下、「GFRP」という）１４が積層されている。  また、CFRP１２の表面側に位置する導電性を有する部材２１の表面全体には、絶縁性を有する樹脂材料（例えば、GFRP（ガラス繊維硬化樹脂））２２が積層されている。
【符号の説明】
【００３３】  １  ファスナ  ３  頭部  ５  絶縁体層１０  外板１１  構造材１２  CFRP（導電性を有する樹脂材料）１５  導電性メッシュ（導電性を有する部材）  Ａ  航空機組立品
【図１】
0004727727.tif 000002
【図２】
0004727727.tif 000003
【図３】
0004727727.tif 000004
【図４】
0004727727.tif 000005