(57)【要約】本発明は、実質的にフラットな２つの部材を組み付けるに際しての最適化された方法に関するものである。例えばリベットやボルトといった固定具を使用して実質的にフラットな２つの部材（１０，１２）を組み付けるに際し、まず最初に、伝達すべき力に関連した引っ張り応力と曲げ応力との間の少なくとも１つの比（Ｒ）を計算する。その後、角度（α）に沿った向きに、複数の固定具（１４）がなす端部ラインを配向させる。この場合、角度（α）の絶対値を、比（Ｒ）が１以上であるときには、１０．８ｌｎ（Ｒ）＋１６＜｜α｜＜１３．９ｌｎ（Ｒ）＋２８とするとともに、比（Ｒ）が１未満であるときには、１６°＜｜α｜＜２８°とする。角度（α）の絶対値を、９０°を超えないものとする。
2004515724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
実質的にフラットな２つの部材（１０，１２）を、これら両部材間にわたってかつこれら両部材がなす平面に沿った向きに所定の力を伝達し得るようにして、複数の固定具（１４）がなす少なくとも１つの端部ラインを使用して組み付けるための方法であって、
前記力に関連した引っ張り応力（σＴ ）と曲げ応力（σＦ ）との間の少なくとも１つの比（Ｒ）を計算し；
前記両部材（１０，１２）の中立線の方向に対してなす角度（α）に沿った向きに、前記複数の固定具（１４）がなす前記端部ラインを配向させ、この場合、前記角度（α）の絶対値を、αｍｉｎ ＜｜α｜＜αｍａｘ とし、ここで、前記比（Ｒ）が１以上であるときには、αｍｉｎ ＝１０．８ｌｎ（Ｒ）＋１６かつαｍａｘ ＝１３．９ｌｎ（Ｒ）＋２８とするとともに、前記比（Ｒ）が１未満であるときには、αｍｉｎ ＝１６かつαｍａｘ ＝２８とし；
前記角度（α）の絶対値が、９０°を超えないものとする；
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、
前記比（Ｒ）が最小値（Ｒｍｉｎ ）と最大値（Ｒｍａｘ ）との間において変動する場合には、絶対値がαｍｉｎ（Ｒｍａｘ）≦｜α｜≦αｍａｘ（Ｒｍｉｎ）であるような角度（α）に沿った向きに、前記複数の固定具（１４）がなす前記端部ラインを配向させることを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、
前記角度（α）の絶対値を、実質的に｛αｍｉｎ（Ｒｍａｘ）＋αｍａｘ（Ｒｍｉｎ）｝／２に等しい値とすることを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１記載の方法において、
前記比（Ｒ）がほぼ一定である場合には、絶対値がαｏｐｔ に実質的に等しいような角度（α）に沿った向きに、前記複数の固定具（１４）がなす前記端部ラインを配向させ、ここで、前記比（Ｒ）が１以上であるときには、αｏｐｔ ＝１１．６ｌｎ（Ｒ）＋２１とするとともに、前記比（Ｒ）が１未満であるときには、αｏｐｔ ＝２１とすることを特徴とする方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の方法において、
伝達される前記力が交番力であるときには、
前記複数の固定具（１４）がなす前記端部ラインを、前記両部材（１０，１２）の中立線の一方サイドにおいては、前記角度（α）に沿った向きとし、かつ、他方サイドにおいては、角度（−α）に沿った向きとすることを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法において、
前記２つの部材（１０，１２）を、前記角度（α）に沿った向きとされつつ前記複数の固定具（１４）によって形成された少なくとも２つの端部ラインを使用することによって、互いに直接的に組み付けることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法において、
前記２つの部材（１０，１２）を、１つの継目板（１６）を介することによって互いに組み付け、
この場合、前記両部材の各々を、前記角度（α）に沿った向きとされつつ前記複数の固定具（１４）によって形成された少なくとも２つの端部ラインを使用することによって、前記継目板に対して固定することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法において、
前記２つの部材（１０，１２）を、１つの継目板（１６）を介することによって互いに組み付け、
この場合、前記両部材の各々を、前記複数の固定具（１４）によって形成された少なくとも２つの端部ラインを使用することによって、前記継目板に対して固定し、
少なくとも、他方の部材から遠い方の端部ラインを、前記角度（α）に沿った向きとされたものとすることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項１〜５のいずれかに記載の方法において、
前記２つの部材（１０，１２）を、２つの継目板（１６）を介することによって互いに組み付け、
この場合、前記両部材の各々を、前記複数の固定具（１４）によって形成された少なくとも２つの端部ラインを使用することによって、前記２つの継目板に対して固定し、
少なくとも、他方の部材から遠い方の端部ラインを、前記角度（α）に沿った向きとされたものとすることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の方法において、
前記両部材（１０，１２）の厚さを、組付領域において実質的に一定とすることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の方法において、
前記両部材（１０，１２）の厚さを、組付領域において、それぞれの端部に向かうにつれて薄くなるものとすることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばプレートや断片といったようなフラットなまたは実質的にフラットな２つの部材を、例えばボルトやリベット等といったような固定具によって組み付けるための方法に関するものである。
【０００２】
より詳細には、本発明は、２つの部材に関しての、一様であるか経時的に変動するかにかかわらず組付体ごとに相違するような所定の力に耐え得るとともに所定の力を伝達し得るように最適化された組付に関するものである。
【０００３】
本発明による方法は、金属材料であるか複合材料であるかにかかわらず実質的にフラットな複数の部材に関しての、例えばリベットやボルトといったような固定具を使用するようなすべての組付に適用することができる。
【０００４】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
航空機においては、ボルト組付やリベット組付は、最も多用されている組付手法である。乗客輸送用航空機や貨物輸送用航空機は、百万個以上のリベットと、３０万個近くのボルトと、を備えている。
【０００５】
このタイプの組付においては、固定は、力の伝達や、封止や、静電気電流の伝達や、雷の伝達、という機能を果たす。
【０００６】
したがって、ボルトやリベットを使用した組付構成は、航空機の全体構造の性能にとって、極めて重要である。構成が悪いと、寿命が制限されたり、耐荷重が制限されたり、することとなる。
【０００７】
現状では、リベットやボルトの配置は、何らの特定の方法論を使用することなく、各航空機製造業者の経験的慣例にしたがって行われている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の主題は、とりわけ、金属材料または複合材料からなるような実質的にフラットな２つの部材の組付方法である。本発明の目的は、組付のために使用する複数の固定具の配置を最適化し、寿命の最適化および寿命の制御を保証することである。
【０００９】
本発明においては、上記目的は、実質的にフラットな２つの部材を、これら両部材間にわたってかつこれら両部材がなす平面に沿った向きに所定の力を伝達し得るようにして、複数の固定具がなす少なくとも１つの端部ラインを使用して組み付けるための方法であって、伝達すべき力に関連した引っ張り応力（σＴ ）と曲げ応力（σＦ ）との間の少なくとも１つの比（Ｒ）を計算し；両部材の中立線（あるいは、中性ファイバ、ｎｅｕｔｒａｌ ｆｉｂｒｅ ）の方向に対してなす角度（α）に沿った向きに、複数の固定具がなす端部ラインを配向させ、この場合、角度（α）の絶対値を、比（Ｒ）が１以上であるときには、１０．８ｌｎ（Ｒ）＋１６＜｜α｜＜１３．９ｌｎ（Ｒ）＋２８とするとともに、比（Ｒ）が１未満であるときには、１６＜｜α｜＜２８°とし；角度（α）の絶対値を、９０°を超えないものとすることを特徴とする方法によって得られる。
【００１０】
本出願人は、固定具がなす第１ラインを上記範囲に属する角度（α）に沿って配置することによって、各固定具に発生する応力分布を良好なものとすることができこれにより疲労および静的耐性という観点から組付体の寿命を延命化させ得ることを、試験的数値計算により確認した。
【００１１】
本発明のある好ましい実施形態においては、比（Ｒ）が１以上であるときには絶対値が１１．６ｌｎ（Ｒ）＋２１に等しくまた比（Ｒ）が１未満であるときには絶対値が実質的に２０°であるような角度（α）に沿った向きに、複数の固定具がなす端部ラインを配向させる。
【００１２】
伝達される力が交番力であるときには、複数の固定具がなす端部ラインは、有利には、両部材の中立線の一方サイドにおいては、上記角度（α）に沿った向きとされ、かつ、他方サイドにおいては、角度（−α）に沿った向きとされる。この場合、前方側において最も遠い位置の固定具は、中立線上に位置する。
【００１３】
本発明による組付方法は、組付対象をなす複数の部材を互いに直接的に組み付ける場合にも、また、１つまたは２つの継目板を介して組み付ける場合にも、適用することができる。
【００１４】
前者の場合、２つの部材は、角度（α）に沿った向きとされつつ複数の固定具によって形成された少なくとも２つの端部ラインを使用することによって、互いに直接的に組み付けられる。
【００１５】
後者の場合、２つの部材は、１つの継目板を介することによって互いに組み付けられ、この場合、両部材の各々は、角度（α）に沿った向きとされつつ複数の固定具によって形成された少なくとも２つの端部ラインを使用することによって、継目板に対して固定される。有利には、すべての端部ラインが、角度（α）に沿った向きで配置される。変形例においては、少なくとも、他方の部材から遠い方の端部ラインが、角度（α）に沿った向きとされる。
【００１６】
第３の場合においては、２つの部材は、２つの継目板を介することによって互いに組み付けられ、この場合、両部材の各々は、複数の固定具によって形成された少なくとも２つの端部ラインを使用することによって、２つの継目板に対して固定され、少なくとも、他方の部材から遠い方の端部ラインが、角度（α）に沿った向きとされる。
【００１７】
本発明は、組付領域において実質的に一定の厚さとされた複数の部材に対しても、また、組付領域において端部に向けて厚さがテーパー状とされているような複数の部材に対しても、適用することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ、本発明を制限するものではなく単なる例示としてのいくつかの実施形態について、説明する。
【００１９】
図１に概略的に示すように、本発明は、通常的にはリベットやボルトといったような複数の固定具（１４）を使用した２つの部材（１０，１２）の組付に関するものである。組み付けられることとなる２つの部材（１０，１２）は、任意の実質的にフラットな部材とすることができる。『実質的にフラットな部材』という用語は、本明細書においては、フラットな形状またはフラットに近い形状を有した、例えばプレートや断片といったような任意の部材を意味している。
【００２０】
本発明による方法は、その後の使用時に平面に沿って力や所定負荷を受けることを意図した部材（１０，１２）の組付に関するものである。そのような力は、関心のある用途に応じて、様々なタイプのものとすることができる。特に、複数の部材に印加される力は、常に同一方向であるようなあるいは向きが交互に交番する（つまり、ある向きと他の向きとが交互に切り替わる）ような波動力とすることができる。交番力という特定の場合については、図４を参照して後述することとする。
【００２１】
複数の部材に対して印加される力にかかわらず、それぞれの場合に関して、複数の部材の中立線に沿って複数の部材間に印加され得る引っ張り力（Ｎ）（図１）に対応した引っ張り応力（σＴ ）と、複数の部材間に印加され得る曲げモーメント（ＭＦ ）（図１）に対応した曲げ応力（σＦ ）と、を決定することができる。
【００２２】
図１の上側における応力プロファイルによって示すように、組付側面の各々（図１における左側（Ｇ）の側面、および、右側（Ｄ）の側面）に発生する応力を、記号（σＧ ，σＤ ）によって表した場合、引っ張り応力（σＴ ）は、（σＧ ＋σＤ ）／２に等しく、曲げ応力（σＦ ）は、（σＧ −σＤ ）／２に等しい。
【００２３】
本発明においては、引っ張り応力（σＴ ）と曲げ応力（σＦ ）との間の比（Ｒ）を、計算によって決定する。大部分の応用においては、比（Ｒ）は、最小値（Ｒｍｉｎ ）と最大値（Ｒｍａｘ ）との間において変化する。しかしながら、場合によっては、比（Ｒ）は、実質的に一定値をとることもある。
【００２４】
このようにして決定された比（Ｒ）に基づき、複数の固定具（１４）がなす第１ラインと、組み付けられるべき部材（１０，１２）の中立線と、の間における角度（α）（図１）の値が、固定される。この目的のために、図２における曲線が使用される。これら曲線は、比（Ｒ）に関して、角度（α）の最大値（αｍａｘ ）と最小値（αｍｉｎ ）と最適値（αｏｐｔ ）とを示している。
【００２５】
比（Ｒ）が１以上であるときには、角度（α）の最大値は、図２における曲線（αｍａｘ ）に対応するものであって、αｍａｘ＝１３．９ｌｎ（Ｒ）＋２８ という関係式によって与えられる。同じ条件下において、角度（α）の最小値は、曲線（αｍｉｎ ）に対応するものであって、αｍｉｎ＝１０．８ｌｎ（Ｒ）＋１６ という関係式によって与えられる。最後に、なおも比（Ｒ）が１以上であるという条件下において、角度（α）の最適値は、図２における曲線（αｏｐｔ ）に対応するものであって、αｏｐｔ＝１１．６ｌｎ（Ｒ）＋２１ という関係式によって与えられる。
【００２６】
比（Ｒ）が１よりも小さい場合には、角度（α）の最適値は、約２０°であり、この場合、最大値は、２８°であり、最小値は、１６°である。これらすべての値は、また、図２における曲線によって与えられる値に対応している。
【００２７】
比（Ｒ）が２つの値（Ｒｍｉｎ ，Ｒｍａｘ ）（図２に例示した数値例においては、Ｒｍｉｎ は５であり、Ｒｍａｘ は１５である）の間で変動するという、より一般的な場合には、角度（α）として選択される値は、αｍｉｎ（Ｒｍａｘ）≦α≦αｍａｘ（Ｒｍｉｎ）という関係を満たすものでなければならない。実用的には、角度（α）の値は、これら２つの限界値の実質的に中間値として選択される。すなわち、角度（α）は、実質的に｛αｍｉｎ（Ｒｍａｘ）＋αｍａｘ（Ｒｍｉｎ）｝／２に等しい値によって与えられる。
【００２８】
有利には、比（Ｒ）がほぼ一定である場合には、角度（α）は、比（Ｒ）のその値に対して曲線（αｏｐｔ ）によって与えられる値に実質的に対応する値とされる。
【００２９】
角度（α）に対して与えられる値が、決して９０°を超えることがないことに注意されたい。したがって、組付体によって伝達される力が単に引っ張り応力に関するものであるという極端な場合には、角度（α）は、好ましくは９０°とされ、この場合、最小値は８０°である。
【００３０】
角度（α）が最適値（αｏｐｔ ）として与えられるときには、その角度に沿った向きとされた複数の固定具がなす端部ラインは、これらラインをなす複数の固定具が同等であるように、最適に配置される。この場合には、最大負荷を負担している固定具（１４）によって生じる応力が、最小となる。したがって、この特徴点は、疲労寿命に関しての最適値をもたらす。この特徴点は、また、静的耐性を最適化する。この特性は、角度（α）の値が、角度（αｍａｘ ，αｍｉｎ ）によって規定された範囲内にある限りにおいては、有効である。
【００３１】
本発明においては、複数の固定具（１４）がなす端部ラインの設置は、組付体のタイプにかかわらず、適用される。
【００３２】
したがって、図３Ａは、組付対象をなす２つの部材（１０，１２）が継目板を使用することなく互いに直接的に固定されるという、単純な組付の場合を示している。
【００３３】
この場合、部材（１０，１２）の実質的にフラットな端部どうしは、複数の固定具（１４）がなす２つの端部ライン（ＬＥ１，ＬＥ２）によって互いに組み付けられるようにして、オーバーラップされる。図３Ａに例示しているように、組付体は、さらに、複数の中間固定具（１５）を備えている。このタイプの組付においては、端部ライン（ＬＥ１，ＬＥ２）は、本発明に従って決定された角度（α）に沿った向きとされている。また、複数の固定具（１４，１５）は、全体的に、部材（１０，１２）の中立線に対して平行な向きとされた所定数の列という形態へと、位置合わせ（位置揃え）されている。中間固定具（１５）の数および配列は、従来技術における規則に従って決定される。
【００３４】
図３Ｂは、継目板（１６）を介しての２つの部材（１０，１２）の組付に対しての、本発明の第１の応用を示している。
【００３５】
この場合、部材（１０，１２）の各々が、図３Ａに示す応用における部材（１０，１２）の連結態様と同等の態様によって、継目板（１６）に対して固定される。言い換えれば、部材（１０，１２）は、並置されており、継目板（１６）が、各部材の端部をカバーしている。そして、継目板（１６）は、複数の固定具（１４）がなす２つの端部ライン（ＬＥ１，ＬＥ２）によっておよび複数の中間固定具（１５）によって、両部材（１０，１２）のそれぞれの端部に対して固定される。先の場合と同様に、中間固定具（１５）の数および配列は、従来技術における規則を使用して従来的に決定される。
【００３６】
図３Ｃも、また、１枚の継目板（１６）を介しての２つの部材（１０，１２）の組付に関するものである。
【００３７】
先の場合と同様に、継目板（１６）は、複数の固定具（１４）がなす２つの端部ライン（ＬＥ１，ＬＥ２）によっておよび複数の中間固定具（１５）によって、両部材（１０，１２）のそれぞれに対して直接的に固定される。しかしながら、この場合には、他方の部材から遠い方の端部ラインをなす端部ライン（ＬＥ１）だけが、本発明に従った角度（α）に沿った向きとされているのみである。これに対し、他方の部材に近い方の端部ラインをなす端部ライン（ＬＥ２）は、両部材の中立線に対してほぼ９０°をなす角度に沿った向きとされている。
【００３８】
この場合には、継目板（１６）は、クラックの兆候に関して重要な領域であるライン（ＬＥ２）がなす領域においては、厚いものとする必要がある。
【００３９】
図３Ｄは、２つの部材（１０，１２）の両面に対して配置される２枚の継目板（１６）を介して両部材（１０，１２）を組み付ける場合を示している。この場合、２枚の継目板（１６）は、両部材（１０，１２）の各端部に対して、互いに個別的に固定される。両部材は、図３Ｂや図３Ｃの場合のようにして、互いに並置される。図３Ｃの場合と同様に、両部材の各々に対しての継目板の固定は、複数の固定具がなす２つの端部ライン（ＬＥ１，ＬＥ２）によっておよび少なくとも１つの中間ライン（Ｌ１）によって行われているとともに、他方の部材から遠い方の端部ラインをなす端部ライン（ＬＥ１）だけが、本発明に従った角度（α）に沿った向きとされている。
【００４０】
２つの部材（１０，１２）が、２枚の継目板（１６）によって互いに組み付けられているという、図３Ｄの場合には、各継目板の厚さは、図３Ｂの場合に使用される１枚の継目板の厚さの、実質的に０．６倍である。
【００４１】
図３Ａ〜図３Ｄに示したように、両部材（１０，１２）の端部、および、使用される場合には継目板（１６）の端部は、有利には、複数の固定具（１４）がなす端部ライン（ＬＥ１，ＬＥ２）に対して平行にカットされる。この構成であると、両部材の重量を最小とすることができる。
【００４２】
図３Ａ〜図３Ｄにおいては、組付に使用した２つの部材（１０，１２）の端部は、組付領域の外側における部材厚さに対応した一様厚さとされている。しかしながら、本発明の範囲内において、他の構成を採用することもできる。つまり、部材（１０，１２）の端部は、また、各部材の端部に向かうにつれて、テーパー状をなすように規則的にまたは多段階的に薄くなるようにして、厚さが変化するものとすることもできる。
【００４３】
図４に概略的に示すように、また、上述したように、本発明は、また、組付体によって伝達しなければならない力が、交番力すなわち向きが交互に切り替わるような力であるという場合に対しても、適用される。このような交番力は、特に、曲げ力および／または引っ張り力とすることができる。この場合、複数の固定具（１４）によって形成される端部ラインは、両部材（１０，１２）の中立線の一方サイドにおいては、角度（α）に沿った向きとされており、両部材（１０，１２）の中立線の他方サイドにおいては、角度（−α）に沿った向きとされている。
【００４４】
本発明が、上記の実施形態に限定されるものでないことは、明らかである。本発明は、互いに同一の材料であろうがあるいは互いに異なる材料であろうが、また、金属材料であっても複合材料であっても、複数の部材に対して適用することができる。本発明は、また、実質的にフラットな複数の部材に対しても、また、実質的にフラットなコアを介して一体化されている複数の断片に対しても、適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による方法を使用した場合のリベットまたはボルトによる組付に関する図解をもたらす平面図である。
【図２】本発明に基づき、引っ張り応力（σＴ ）と曲げ応力（σＦ ）との間の比（Ｒ）に関しての、リベットまたはボルトがなす第１ラインと両部材の中立線とによって形成される角度（α）の変化を示すグラフである。
【図３】図３Ａ〜図３Ｄは、継目板を使用しない場合の組付、継目板を１枚使用する場合の組付、および、継目板を２枚使用する場合の組付、のそれぞれに関しての、本発明の適用を示す斜視図である。
【図４】図１と同様の平面図であって、組付体に対して印加される力が交番力であるという特定の場合を示している。
【符号の説明】
１０    実質的にフラットな部材
１２    実質的にフラットな部材
１４    固定具
１６    継目板
ＬＥ１  端部ライン
ＬＥ２  端部ライン
【国際公開パンフレット】
2004515724.tif 000003
2004515724.tif 000004
2004515724.tif 000005
2004515724.tif 000006
2004515724.tif 000007
2004515724.tif 000008
2004515724.tif 000009
2004515724.tif 000010
2004515724.tif 000011
2004515724.tif 000012
2004515724.tif 000013
2004515724.tif 000014
2004515724.tif 000015
2004515724.tif 000016
2004515724.tif 000017
2004515724.tif 000018
2004515724.tif 000019
2004515724.tif 000020
2004515724.tif 000021
2004515724.tif 000022
【国際調査報告】
2004515724.tif 000023
2004515724.tif 000024
2004515724.tif 000025
2004515724.tif 000026
2004515724.tif 000027
2004515724.tif 000028