(57)【要約】      （修正有）【課題】固着要素が固着対象の構造体の厚さに対して適切な長さであるか同一のゲージでチェックできるようにする。【解決手段】少なくとも２つの固着要素１０１を含む固着装置に関し、各固着要素はヘッドとボディ部分と端部を含み、端部にはねじまたはスエージング溝が設けられ、端部の前面１０６は第１の軸１０２に平行でボトム１０８まで延びるキャビティを有する。前記固着要素は、成形された同一の平均外径および異なる最大グリップＧｍaxを有し、最大グリップはヘッドと、ボディ部分と端部の境界との間のボディ部分の長さに対応し、キャビティ１０７のボトム１０８とボディ部分と端部の境界との間の距離１０９は、すべての固着要素１０１に対して同一とする。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの固着要素（１０１，１２１）を含む１組の固着装置であって、各固着要素は第１の軸に沿って延び、構成要素として、
位置合わせされたヘッド（１０３）と平滑なボディ部分（１０４）と成形された端部（１０５）とを含み、
成形された端部は、ねじ部またはスエージング溝が設けられ、成形された端部の前面（１０６）は、第１の軸（１０２）に平行でボトム（１０８）まで延びるキャビティが開口し、
前記固着要素は、成形された同一の平均外径を有し、
前記固着要素は、異なる最大グリップ（Ｇｍax）を有し、最大グリップは、ヘッド（１０３）と、ボディ部分と成形された端部（１０５）の境界との間の第１の軸（１０２）に沿った平滑なボディ部分（１０４）の長さに対応し、
キャビティ（１０７）のボトム（１０８）と、ボディ部分と成形された端部の境界（１７０）との間の第１の軸（１０２）に沿った距離は、すべての固着要素（１０１，１２１）で同一であるように構成されることを特徴とする１組の固着装置。
【請求項２】
請求項１に記載の１組の固着装置において、前記固着装置は、ねじ加工またはスエージング加工された固着要素の端部に組付け可能な少なくとも１つの雌性要素（１１５）を、さらに含むことを特徴とする１組の固着装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の１組の固着装置において、前記固着装置は、固着要素の平滑なボディ部分（１０４）の外周面と嵌合するようになされた少なくとも１つのスリーブ（１１１）を、さらに含むことを特徴とする１組の固着装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の１組の固着装置において、平滑なボディ部分（１０４）は裁頭円錐形状であることを特徴とする１組の固着装置。
【請求項５】
請求項４に記載の１組の固着装置において、前記固着装置は、円筒状の外周面と裁頭円錐形状の内周面を有する少なくとも２つのスリーブ（１１１）をさらに含み、
各内周面は、固着要素の平滑なボディ部分（１０４）の外周面と補完的な関係であり、嵌合前のスリーブは、同一の外径と異なるテーパ率の内周面を有することを特徴とする１組の固着装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の１組の固着装置において、キャビティ（１０７）は、成形された端部（１０５）内の円筒状の内孔であることを特徴とする１組の固着装置。
【請求項７】
請求項６に記載の１組の固着装置において、キャビティ（１０７）の周辺縁部の形状は、外側に膨らんだ複数の突起が連続した曲線であることを特徴とする１組の固着装置。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の１組の固着装置において、キャビティ（１０７）は、成形された端部（１０５）の外側面上の凹部であることを特徴とする１組の固着装置。
【請求項９】
固着装置を取り付けるためのユニット（１００）であって、構成要素として、
第２の軸（１５１）に対して実質的に対称的な２つのブランチ（１５２，１５３）を備え、両ブランチは中央部分（１５４）により結合され、両ブランチの端部（１５５，１５６）は前記第２の軸と直交する平面と同一の平面上にある、実質的にＵ字形を有する少なくとも１つのチェックゲージ（１５０）と、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の少なくとも１組の固着装置とを含み、
前記ユニットは、その特徴として、
チェックゲージの中央部分は、固着要素（１０１，１２１）のキャビティ（１０７）内で摺動可能なロッド（１５７）と一体であり、前記ロッドは、Ｕ字形の両ブランチ（１５２，１５３）間に配置され、第２の軸と実質的に平行で、ロッドの一端（１５８）とブランチの両端（１５５，１５６）を通って延びる平面は、前記第２の軸に沿って測定されるチェック距離（１５９）だけ離れており、
チェック距離（１５９）は、キャビティ（１０７）のボトム（１０８）と、ボディ部分と成形された端部の境界（１７０）との間の第１の軸（１０２）に沿った距離（１０９´）より長いことを特徴とする固着要素を取り付けるためのユニット。
【請求項１０】
請求項９に記載のユニットにおいて、ロッド（１５７）の端部（１５８）は球形であることを特徴とするユニット。
【請求項１１】
請求項１０に記載のユニットにおいて、ロッド（１５７）は、ロッドの長さの少なくとも一部上に延びるロッドを誘導する高さにおいてキャビティ（１０７）の形状を補完する形状を有することを特徴とするユニット。
【請求項１２】
請求項１１に記載のユニットにおいて、ロッド（１５７）は、その組の一番長い固着要素（１０１，１２１）内のキャビティ（１０７）の最大の深さ（１１０）と等しいロッドを誘導する高さを有することを特徴とするユニット。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれか１項に記載のユニット（１００）に実施する固着要素の長さの選択をチェックする方法であって、
ユニットは、請求項２乃至８のいずれか１項に記載の１組の固着装置を具備し、
前記方法は、
ヘッド（１０３）および固着要素（１０１，１２１）のねじ端部（１０５）が構造体ユニット（１１４）の両側部に配置されるように、前記固着要素（１０１，１２１）を構造体ユニット（１１４）の内孔に挿入するステップと、
雌性要素（１１５）を成形された端部（１０５）に組付けて、構造体ユニットの表面（１１６）に対して雌性要素を締め付けるステップと、
チェックゲージ（１５０）のロッド（１５７）を成形された端部（１０５）のキャビティ（１０７）内に挿入するステップと、
チェックゲージの両ブランチの端部（１５５，１５６）が構造体ユニットの表面（１１６）と接触せず、ロッドの端部がキャビティ（１０７）のボトム（１０８）と接触する場合は、固着要素は長すぎであるステップから成ることを特徴とする固着要素の長さの選択をチェックする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一組の固着装置、固着要素を取り付けるためのユニットおよび固着要素の長さの選択をチェックする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、ねじ式固着要素の分野に特定の具体例がみられ、特に航空機業界で利用される。従来のねじ式固着装置は、ピンなどの固着要素を含み、前記ピンは、ヘッドと平滑なボディ部分とねじが刻設された端部から成る。固着装置はさらにナットなどの雌性要素を含み、ナットは内部にねじ山を有しておりピンのねじ部分と係合して締めつけることができる。固着装置はまたボディ部分が挿入されるブッシュまたはスリーブを備えることができる。
【０００３】
通常起こる問題は、予め内孔が開けられた任意の構造体に、固着装置が正確に取り付けられたという保証の問題である。固着装置の取り付け方法は、詳細には次のステップを含むことができる。
１.  例えばゲージを使用して固着対象の構造体の厚さを測定することでチェックを行い、ピンの取り付け前に適切な長さのピンを選ぶ。
２.  ピンを内孔に予め取り付け、ボディ部分（または固着装置がスリーブを備えている場合はスリーブ）が、固着対象の構造体から突出していることをチェックする。
３.  固着時に固着対象の構造体が圧縮されることがあるため、選択されたピンが構造体が圧縮された時の厚さと比較して長すぎないかチェックする。      
【０００４】
このステップにおいて、固着装置がスリーブを含む場合は、スリーブがナットのカウンタボアと接触しないことをチェックしなければならない。実際、任意のクリアランスなしにスリーブがピンのボディ部分と嵌合して固着される場合は、構造体の固着時にスリーブは少し長くなる。
【０００５】
この最後のチェックのステップのために、固着対象の構造体の外面の固着装置の両側に配置されるプレート状のチェックゲージがある。チェックゲージは、その中央に凹状または特定の形状を備える。このようなゲージが、図１a, １ｂ,  ２ａおよび２ｂに表されているが、これらについては後で説明する。
【０００６】
このようなチェックゲージにより、固着対象の構造体の厚さと比較して固着要素が長すぎないかを特に視覚的に検知することができる。これは構造体から突出したねじの長さが許容される最大の長さより短い状態であることをチェックすることで検知できる。
【０００７】
このチェックゲージは、ねじ端部の前面と構造体の表面との間の距離を測定する。しかし、ねじが回転法で作製された場合は、ねじ端部は長くなり、ねじ端部の前面に配置するチェックゲージは、平滑なボディ部分の長さの誤差とねじの長さの誤差を統合しなければならず、これはコントロール不能である。測定システムの総誤差は例えば+/-0.381ｍｍまでが許容範囲となる。
【０００８】
スリーブを有するねじ式固着装置の場合は、測定システムの不正確さを考慮し、スリーブが長くなる時に、スリーブがナットのカウンタボアと接触するのを防ぐために、カウンタボアは大きめである必要がある。測定が不正確であるほど、ナットのデザインは高さが高いものとなり、そのためナットの重量は増加せざるを得ない。しかし、航空機業界で利用するための装置では、重量の増加は回避されなければならない。
【０００９】
本出願と同じ出願人による仏国特許第２９４６７０７号では、１組の固着装置が開示されており、この１組の固着装置は、裁頭円錐形状およびスリーブから成る。この１組の固着装置は、嵌合による固着前は同一の直径であるため、スリーブは、同一外径の外周面と異なるテーパ率の内周面を有し、スリーブのテーパ率は固着対象の構造体の厚さにより決定されるようになされている。所与の直径に対し固着対象の構造体の厚さの範囲をカバーするために、ピンは４種類までのテーパ率、したがって４つの異なるねじの長さを有することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】仏国特許第２９４６７０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
通常のゲージを前述の特許文献１の固着装置に適用すると、直径毎に４つの異なるゲージが、例えば１３の直径に対して５２のゲージが必要になる。
しかし、作業者が数多くのゲージを取り扱うことには次のような問題がある。
・  チェックはナットの側で行われるにもかかわらず、ピンの長さは、表示がある場合、ピンヘッド上に記載されているため、オペレータが使用するゲージを選択することが難しい。
・  ゲージの選択を誤ったために、適切に取り付けられた固着装置を取り付け直したり、さらに悪いことには、不適切に取付けられた固着装置を容認するリスクがある。
・  数多くのゲージを設計、製造することは、費用の増加につながる。
【００１２】
本発明の１つの目的は、これらの問題を解決し、ゲージの精度を改良することであり、これにより適切に取り付けられた固着装置を取り付け直すことをできるだけ少なくし、同時に不適切に取り付けられた固着装置をシステム的に不適切と判断するようにする。固着装置は、ピン（またはリベット）上で取り付けられる雌性要素（ナットまたはカラー）が構造体と接触し、かつ雌性要素が平滑なボディ部分と接触せず、あるいは固着装置がスリーブを備えるならば雌性要素がスリーブと接触しない場合に、適切に取り付けられたと言える。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的のために、本発明は少なくとも２つの固着要素を含む１組の固着装置に関する。固着要素の１つは、第１の軸にそって延び、ヘッドと平滑なボディ部分と成形された端部を含み、前記成形された端部にはねじ部またはスエージング溝が設けられ、前記成形された端部の前面は第１の軸と平行にボトムまで延びるキャビティを有する。固着要素の成形された端部は同一の平均外径を有し、この外径はねじ部の厚さの中央で、あるいはスエージング溝の深さの中央で測定される。固着要素は異なる最大グリップを有する。前記最大グリップは、第１の軸に沿った平滑なボディ部分の長さ（ヘッドと、平滑なボディ部分と成形された端部の境界との間の部分）に対応する。この１組の固着要素は、キャビティのボトムと、第１の軸に沿ったボディ部分と、成形された端部の境界の間との間の距離が、すべての固着要素で同一となるように構成される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、固着要素が固着対象の構造体の厚さに対して適切な長さであるかをチェックするために、この組のすべての要素に対して同一のチェックゲージを使用することができる。
【００１５】
好ましい方法では、この１組の固着装置は、さらに１つの雌性要素を含み、この雌性要素は、固着要素のねじ加工またはスエージング加工された端部に取り付け可能である。雌性要素としてはナットまたはスエージング・カラーが挙げられる。
【００１６】
本発明の好ましい態様によると、この１組の固着装置は、少なくとも２つの固着要素を含み、各要素は、ヘッドと成形された端部との間に構成される平滑なボディ部分を含み、各ボディ部分は裁頭円錐形状である。この１組の固着装置はさらに、少なくとも２つのスリーブを含み、スリーブは、円筒状の外周面と裁頭円錐形状の内周面を有する。各内周面は、固着要素の平滑なボディ部分の表面と補完的な関係であり、嵌合前のスリーブは、同一の外径と異なるテーパ率の内周面を有する。
【００１７】
この１組の固着装置は、仏国特許第２９４６７０７号に開示されたものと類似している。
【００１８】
固着要素の成形された端部の前面上で、キャビティの周辺縁部の形状は、外側に膨らんだ複数の突起が連続した曲線（multilobed continuous curved line）を含むことが好ましい。このような形状は、同出願人による仏国特許出願１０５９６７４号（French patent application n゜1059674）に詳細に説明されており、この形状により適切な道具を用いて重要な締付トルクを加えることができる。したがって、キャビティは、組付け道具とチェックゲージの２つと協働するという２つの機能を果たすことができる。
【００１９】
本発明はまた、本発明による１組の固着要素の成形された端部に配置されるキャビティと協働する雄性要素を備えるチェックゲージを提供する。キャビティの深さは、ねじ部の長さよりも正確にチェックできる。何故ならば、このキャビティは、ねじ部または溝の回転加工後に形成されたものであり、ねじ部または溝の精度より高い精度を有するコントロール可能な方法で作製されるからである。
【００２０】
本発明はまた、固着装置を取り付けるユニットに関し、このユニットは下記を含む。
・  実質的にＵ字形の少なくとも１つのチェックゲージであって、このチェックゲージは第２の軸に対して実質的に対称な２つのブランチを含み、この２つのブランチは中央部分で結合され，両方のブランチの端部は前記第２の軸と直交する平面と同じ平面上にある。
・  先に述べた請求項のなかの１つに係る少なくとも１組の固着装置。
【００２１】
また、このユニットは次のような特徴を有する。
・  ゲージの中央部分は、固着要素のキャビティ内で摺動可能なロッドと一体であり、前記ロッドは、Ｕ字形の両ブランチ間に配置され、第２の軸と実質的に平行で、ロッドの一端とブランチの両端を通って延びる平面は、前記第２の軸に沿って測定されるチェック距離だけ離れている。
・  チェック距離は、固着要素のキャビティのボトムと、第１の軸に沿ったボディ部分および成形された端部の境界との間の距離より長い。
【００２２】
このようなユニットにより、より正確にチェックゲージを設計できる。さらに、固着要素内に形成されたキャビティは、周知の装置と比較して、固着要素および雌性要素の質量を軽減させることができ、このことは航空機分野では特に有利である。
【００２３】
本発明はさらに、固着要素の長さの選択をチェックする方法に関し、上述のユニットに実施する。前記方法は下記のステップを含む。
・  前記要素のヘッドと成形された端部が前記構造体の両側部に配置されるように、固着要素を固着対象の構造体の内孔に挿入するステップ。
・  雌性要素を成形された端部に組付けて、構造体の表面に対して雌性要素を締め付けるステップ。
・  ロッドの端部をキャビティのボトムと接触させるために、チェックゲージのロッドを成形された端部内のキャビティに挿入するステップ。
・  チェックゲージの両ブランチの端部が構造体の表面と接触せず、ロッドの端部がキャビティのボトムと接触する場合は、この固着要素は長すぎと判断するステップ。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】（１ａ）及び（１ｂ）は、従来技術に係る構造体に取付ける固着要素の第１の長さの選択をチェックするユニットの断面図。
【図２】（２ａ）及び（２ｂ）は、従来技術に係る構造体に取付ける固着要素の第２の長さの選択をチェックするユニットの断面図。
【図３】従来技術に係る別の固着要素の側面図。
【図４】（４ａ）及び（４ｂ）は、本発明の一実施形態に係る１組の固着要素の断面図。
【図５】本発明の一実施形態に係る、固着要素の長さの選択をチェックするユニットの要素の断面図。
【図６】（６ａ）及び（６ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、傾斜のある構造体に取付ける固着要素の長さの選択をチェックするユニットの要素の断面図。
【図７】（７ａ）及び（７ｂ）は、本発明の一実施形態に係る、固着要素の長さの選択をチェックするユニットの要素の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明は、下記の説明を読み、添付の図面を検証することでより良く理解される。下記の説明および図面は、本発明の１つの態様であって、本発明を限定するものではない。
【００２６】
図１ａおよび１ｂは、従来技術に係る固着要素の長さの選択をチェックするためのユニットの断面図を示す。ユニット１０は、実質的に円筒状の固着要素１１を含み、前記固着要素１１は、ヘッド１２と平滑なボディ部分１３と成形された端部１４から成り、前記成形された端部はここではスエージング溝が設けられている。固着要素１１は、２つの構造体要素１５，１６で構成される構造体ユニットの内孔に配置される。前記構造体ユニットは、例えば航空機の一部である。
【００２７】
ヘッド１２は第１の構造体要素１５と接触し、端部１４は第２の構造体要素１６の近傍にある。スエージング・カラー１７は、成形された端部１４に組付けられて、構造体要素１５，１６と一体となる固着要素１１を形成する。
【００２８】
次に、固着対象の構造体の厚さと比較して、固着要素が短すぎないかあるいは長すぎないかをチェックするために、チェックゲージ１８が使用される。チェックゲージ１８は、第１の実質的にＵ字形の部分で構成され、軸２２に対して実質的に対称な２つのブランチを含む。両ブランチの端部２３，２４を通る回帰直線）Ｄは、軸２２と直交する。第１のＵ字形の部分は、固着要素が短すぎないかをチェックする。
【００２９】
チェックゲージ１８のＵ字形の部分は、両ブランチ２０，２１の間に配置され軸２２と実質的に同軸上にある中央ロッド２５をさらに備える。ロッドの端部２６を通る平面とブランチ２０，２１の端部２３，２４を通る平面は、距離２７だけ離れており、この距離２７は、軸２２に沿って測定され、仮想の固着対象の厚さに対する固着要素の突出部の最小限の高さとして選択されたものである。ロッド２５は、端部１４の前面２８と接触するように、スエージング・カラー１７内で摺動可能である。
【００３０】
図１ａでは、ロッド２５の端部２６は要素１１の前面２８と接触し、チェックゲージ１８のブランチの端部２３，２４は構造体要素１６と接触しない状態で示されている。端部１４は、このように距離２７より長く構造体要素１６から突出している。したがって、固着要素１１は、構造体要素１５，１６に適切に組付けられている。
【００３１】
図１ｂでは、これと反対に、チェックゲージ１８のブランチの端部２３，２４は構造体要素１６と接触し、ロッド２５の端部２６は固着要素１１の前面２８と接触していない。固着要素１１は、構造体要素１６から十分に突出していない。したがって、固着要素１１は、短すぎであり、構造体要素１５，１６に適切に組付けられていない。この場合、取り付けられた固着要素を取り外して、新しくそれより長い固着要素を取り付けることが望ましい。
【００３２】
チェックゲージ１８の他方の部分１９は、固着対象の構造体の厚さと比較して要素１１が長すぎないかをチェックするために使用される。この部分１９は、実質的にＵ字形の部分を備え、軸２２に対して実質的に対称な２つのブランチ２９，３０を備える。平坦な中央部分３１とブランチ２９，３０の端部３２，３３を通る平面は、距離３４だけ離れており、この距離３４は、軸２２に沿って測定され、仮想の固着対象物の厚さに対する固着要素の突出部の最大限の高さとして選択されたものである。
【００３３】
図２ａでは、チェックゲージ１８のブランチ２９，３０の端部３２，３３は構造体要素１６と接触し、平坦な中央部分３１は成形された端部１４と接触せずに示されている。この場合、固着要素の長さは適切である。
【００３４】
図２ｂでは、これと反対に、チェックゲージ１８のブランチ２９，３０の端部３２，３３は構造体要素１６と接触せず、平坦な中央部分３１は固着要素の成形された端部１４と接触して示されている。この場合、固着要素１１は長すぎであり、取り付けられた固着要素を取り外して、それより短い固着要素を取り付けなければならない。
【００３５】
図３は、軸５２に沿って延びる従来技術に係る別の固着要素５１の側面図を示す。固着要素５１は、軸５２に沿って位置合わせされた皿状ヘッド５３と裁頭円錐形状の平滑なボディ部分５４とねじ端部５５から成る。ねじ端部５５の前面５６にはキャビティ５７が開口している。このキャビティは実質的に円筒状をなし軸５２に平行に配置されている。このキャビティ５７により、ナットがねじ端部５５上に置かれている間、このねじ端部に適合する道具を用いて、ねじ端部を回転する際に、固着要素５１が動かないようにすることができる。
【００３６】
固着要素５１は、最大グリップＧｍａｘを有し、Ｇｍａｘは、固着要素５１が組付けることができる構造体の厚さに対応する。この最大グリップは、ヘッド５３が配置される固着要素５１の端部と、ボディ部分５４とねじ端部５５の境界６１との間の長さで表される。Ｇｍａｘの長さは、軸５２に沿って測定され、ヘッド５３が皿状ではなく隆起したヘッドである場合は、隆起したヘッドの長さはＧｍａｘの測定の際に計算に入れない。
【００３７】
平滑なボディ部分５４とねじ端部５５との間の接合部は、図３に拡大されて詳細に示されている。境界６１は、移行領域の始まりと一致し、移行領域は、２つの半径Ｒ１およびＲ２を介して、平滑なボディ部分５４をねじ部５５の第１のねじ部Ｆに連結する。固着要素５１は、製造会社によって規定されるグリップ範囲Ｐを有する。最小グリップＧｍｉnは、固着要素が組付けることのできる構造体の最小の厚さに対応し、最大グリップＧｍａｘからグリップ範囲Ｐを引くことで求められる。
【００３８】
キャビティ５７のボトム５８は、軸５２に沿って測定され、境界６１から距離５９において配置される。キャビティ５７は、そのボトム５８と前面５６との間で測定される深さ６０を有する。固着要素の外径または長さが異なっても、同じタイプの固着要素では、キャビティ５７の深さ６０はすべて同一である。
【００３９】
図４ａおよび４ｂは、構造体に取付られた本発明の実施形態に係る１組の固着要素の図を示す。
【００４０】
さらに詳細には、図４ａおよび４ｂは、それぞれ、同じ固着装置の組に属する２つの固着要素１０１、１０２を示す。各要素１０１，１０２は、軸１０２に沿って延び、軸１０２に沿って位置合わせされた隆起したヘッド１０３と平滑なボディ部分１０４と成形された端部１０５から成る。図４に示された例では、端部１０５の成形部はねじである。
端部１０５の平均外径は、同じ組のすべての固着要素で同一であり、この外径は、ねじの厚さの中央で測定される。さらに、平滑なボディ部分１０４は、裁頭円錐形状の外周面を有する。成形された端部１０５の前面１０６は、キャビティ１０７に通じる開口を有する。前記キャビティ１０７は、実質的に円筒状で、成形された端部１０５内で軸１０２に対して平行に配置される。
【００４１】
固着要素１０１は、最大グリップＧｍａｘを有する。Ｇｍａｘの値は、軸１０２に沿って測定され、ヘッド１０３からねじ端部１０５の境界１７０までの平滑なボディ部分１０４の長さに対応する。ヘッド１０３が隆起したヘッドである場合は、隆起したヘッドの長さはＧｍａｘの測定の際に計算に入れない。
【００４２】
固着要素１０１はまた、最小グリップＧｍｉｎおよびグリップ範囲Ｐを有する。最小グリップは、固着要素１０１が組付けることができる構造体の最小の厚さに対応する。ねじ部１０５に雌性要素を締付けた後、構造体の厚さがＧｍｉｎより小さい場合は、固着要素１０１は前記構造体に対して長すぎる。
【００４３】
Ｇｍｉｎの値は、固着要素（１０１，１０２）の加工特性（a mechanical characteristics）に応じて、製造会社により決定される。グリップ範囲Ｐは、ＧｍａｘとＧｍｉｎとの差異に対応する。  
【００４４】
「最大グリップ平面Ｐｍａx」は、軸１０２と直交し、平滑なボディ部分１０４とねじ端部１０５の境界１７０を通る平面を示す。「最小グリップ平面Ｐｍｉｎ」は、最大グリップ平面に平行で、最大クリップ平面とヘッド１０３との間に配置される平面を示し、両平面ＰｍａｘおよびＰｍｉｎは、互いから距離Ｐだけ離れており、距離Ｐは、軸１０２に沿って測定され、グリップ範囲Ｐに対応する。
【００４５】
キャビティ１０７のボトム１０８は、最大グリップ平面Ｐｍａｘから距離１０９‘において、かつ最小グリップ平面Ｐｍｉnから距離１０９において配置される。距離１０９’と１０９の差は、固着要素１０１のグリップ範囲Ｐである。キャビティ１０７は、ボトム１０８と前面１０６との間で測定された深さ１１０を有する。
【００４６】
固着要素１０１は、スリーブ１１１をさらに含む固着装置の一部である。スリーブ１１１は、固着対象の構造体要素１１２，１１３の内孔に配置されることが意図される。これらの構造体要素は、特に航空機の構造体要素であり得る。
【００４７】
固着要素１０１は、ヘッド１０３とねじ端部１０５が構造体要素１１２，１１３で形成される構造体ユニット１１４の両側部に見えるように、スリーブ１１１に挿入される。次に、ナット１１５がねじ端部１０５にねじ留めされ、ユニット１１４の表面１１６に対して締め付けられる。
【００４８】
図４ａおよび４ｂでは、固着要素１０１，１２１は、側面図で示され、スリーブ１１１、ナット１１５および構造体ユニット１１４は、断面図で示される。
【００４９】
航空機の機械抵抗に必要な要求を満たすために、ナットの取り付け後に、ナットが適切に取付られたことをチェックすることが望まれる。また、固着要素が固着対象物の厚さと比較して長すぎないか、換言すれば、固着対象物の厚さが選択した固着要素の最小グリップＧｍｉnより小さくないかをチェックすべきである。実際、固着対象の構造体と比較して固着要素が長すぎると、適切な取り付けができない。何故なら、ナット１１５がユニット１１４の表面１１６と接触していないからであり、あるいは、スリーブ１１１の端部がナットのカウンタボアと接触してしまうからである。
【００５０】
図４ｂは、固着要素１０１と同じ組に属する固着要素１２１を示す。固着要素１０１の上述の説明は、固着要素１２１にも当てはまる。
【００５１】
固着要素１０１，１２１は、ヘッド１０３とねじ端部の前面１０６との間の長さ、並びにＧｍａｘおよびＧｍｉｎの長さが異なる。これにより、異なる厚さを有する構造体ユニット１１４を組付けることができる。
【００５２】
ただし、（Ｇｍａｘ−Ｇｍｉｎ）で求められるグリップ範囲Ｐは、同じ組のすべての構成要素（１０１，１２１）で同じである。
【００５３】
さらに、固着要素１０１，１２１のスリーブ１１１は、同一の外径１２２および異なるテーパ率の内周面を有する。スリーブ１１１のテーパ率は、固着対象の構造物の厚さによって決定される。「テーパ率」は、詳細には、図４aおよび４ｂの断面図において、スリーブ１１１の外周面と内周面によって形成される角度を意味する。
【００５４】
固着要素１０１，１２１はまた、ヘッド１０３と前面１０６との距離に従って異なるねじの長さ１２３を有する。所与の直径１２２に対して、同じ組に属する固着要素１０１，１２１は、固着対象の構造物の厚さ１１４の範囲をカバーするために、最大４種類のテーパ率を有することができる。この組の固着要素は、これにより４種類のねじの長さ１２３を有する。
【００５５】
その結果、要求に適合する固着要素として、固着要素１０１，１２１は、表面１１６に対して、前面１０６から突出した部分の長さが異なる。
【００５６】
しかし、前述のように、固着要素の取り付け時に、その固着要素の長さの選択が適切であることをチェックするために同じチェックゲージが使用できることが、同じ組の要素全体にとって好ましい。
【００５７】
そこで、同一の平均外径のねじ端部１０５を有するその組のすべての固着要素（１０１,１２１）で、１つだけのチェックゲージを使用するために、各固着要素１０１，１２１には、キャビティ１０７が設けられる。キャビティの深さ１１０は、固着要素１０１，１０２がどのような長さであっても、ボトム１０８が、固着要素の最小グリップ平面Ｐminから一定の距離１０９に配置されるように算出される。
【００５８】
固着要素のグリップ範囲Ｐは、同じ組のすべての固着要素で同一であり、ボトム１０８はその組のすべての固着要素で同一の最大グリップ平面Ｐmaxから距離１０９´において配置される。距離１０９´は、距離１０９からグリップ範囲Ｐを引いたものに等しい。
【００５９】
このように、異なるねじの長さ１２３を有する同じ組の固着要素（１０１，１２１）は、異なる深さ１１０のキャビティ１０７を有する。ヘッド１０３の下部からボトム１０８までの距離（G min+１０９）は、デジタルボールゲージなどの通常の手段で、非常に正確にチェックすることができる。
【００６０】
本発明は、例えばリベットやブラインドリベットなどのスリーブ１１１と協働するあるいは協働しない、円筒状のボディ部分１０４を有する固着要素にも適用する。
【００６１】
本発明の１つの変形例によると、キャビティは、成形された端部１０５の外側面上で軸１０２に対して平行に構成された凹形であることも可能である。キャビティはまた、前面１０６からボトム１０８に距離１１０延び、前記した距離１１０との違いは、ボトム１０８が成形された端部１０５で締付られるナットあるいはスエージングカラーより上部にあるように選択されるという違いがある。
【００６２】
図５は、前述の固着要素１０１およびチェックゲージ１５０を含むユニット１００の図を示す。固着要素１０１は、ナット１１５およびスリーブ１１１を含む固着装置の一部であり、前記装置は断面図で示され、チェックゲージ１５０は、側面図で示されている。
【００６３】
固着要素１０１を含む固着装置は、構造体ユニット１１４に取り付けられる。チェックゲージ１５０の機能は、特に固着装置の取り付け中のユニット１１４が圧縮されることを考慮して、ナット１１５がねじ留めされた後の固着要素１０１の長さの選択をチェックすることである。
【００６４】
ユニット１１４が圧縮された状態は、キャビティ１０７のボトム１０８と固着要素１０１の最小グリップ平面Ｐｍｉｎとの間の距離に対してチェックされる。
【００６５】
チェックゲージ１５０は、好ましくは、軸１５１またはこの軸を通る平面に対して対称である。チェックゲージ１５０は、実質的にＵ字形で、実質的に軸１５１に対して対称であり、中央部１５４により結合された２つのブランチ１５２，１５３を含む。両ブランチの端部１５５，１５６は、軸１５１と直交する平面と同一平面上にある。
【００６６】
チェックゲージ１５０の中央部１５４は、ロッド１５７と一体で、ロッド１５７は、両ブランチ１５２，１５３を含む正中面を通るように、両ブランチ１５２，１５３の間に配置される。ロッド１５７は、実質的に軸１５１と同軸上に延びる。ロッド１５７は、固着要素１０１のキャビティ１０７内で摺動でき、ロッドの端部１５８が前記キャビティのボトム１０８と接触できるような寸法となされている。
【００６７】
ロッド１５７の端部１５８は、錐体、点、球体またはプレートなどの異なる形状を有することができる。好ましい方法では、キャビティ１０７のボトム１０８は、円錐形で、ロッドの端部１５８は球状であり、前記球状の端部は、キャビティのボトム１０８の円錐形と接触するようになされている。
【００６８】
ロッドの端部１５８を通る軸１５１と直交する平面と、ブランチ１５２，１５３の端部１５５，１５６を通る軸１５１と直交する平面は、軸１５１に沿って測定されたチェック距離１５９だけ離れている。チェック距離１５９は、固着要素１０１のキャビティ１０７のボトム１０８と、固着要素１０１，１２１の最小グリップ平面Ｐｍｉｎとの間の許容最大距離１０９に対応する。
【００６９】
図５に示された例にあるように、キャビティが成形された端部１０５内の凹形である場合、チェックゲージは軸１５１に対して対称である。１つの変形例によると、キャビティが成形された端部１０５の外側面上の凹形であるならば、ロッド１５７はブランチ１５２の方にまたはブランチ１５３の方にシフトされてもよい。別の変形例によると、チェックゲージが、互いに平行な外面を有する平坦な要素に取り付けられる固着装置をチェックするためだけに使用されるならば、チェックゲージのブランチは１つだけでもよい。
【００７０】
チェック距離１５９は、チェックゲージ１５０の製造時に非常に正確な方法で調整可能である。例えば、球状の端部１５８がチェックゲージの中央部１５４に組み付けられ、次にブランチ１５２，１５３が、詳細には、研削によって、修正すなわち調整されて、端部１５５，１５６がロッド１５７の球状の端部１５８から所望の距離１５９にあるようにする。
【００７１】
図６ａは、構造体ユニット１１４が互いに平行でない表面を有する場合の、本発明の別の実施形態を示す。さらに詳細には、図６ａは、前述のように、固着装置の取り付けをチェックするために使用されるチェックゲージ１５０の側面図を示し、固着要素１０１内に円筒状の内孔を有するキャビティ１０７を含む。固着要素１０１は、互いに平行でない表面を有する構造体ユニット１１４に取り付けられる。さらに詳細には、雌性要素１１５と接触する表面１１６は、固着要素１０１の軸と直交しない。図６ｂは、図６ａに対応する断面図である。図６ａおよび６ｂにおいて、雌性要素のナット１１５は、自動調芯ナットである。
【００７２】
中央ロッド１５７をキャビティ１０７内に正しく誘導するために、ロッドは十分な誘導の高さを通して、例えば０．００１ｍｍと０．００３ｍｍとの間であるクリアランスを除けば、円筒状のキャビティ１０７の内径と同一の直径１６０を有しなければならない。この高さは、例えば、この組の一番長い固着要素（１０１，１２１）内のキャビティ１０７の最大の深さ１１０に等しい。このように、中央ロッドは、キャビティ１０７内で傾斜可能なクリアランスを有しない。中央ロッドのキャビティ内の傾斜は測定の誤差につながる可能性がある。
【００７３】
一般的に、中央ロッド１５７は、最小のクリアランスでキャビティ１０７内に誘導されるよう、キャビティ１０７の形状を補完する形状を有しなければならない。したがって、キャビティ１０７が成形された端部１０５の外側面上の溝の形状であれば、中央ロッド１５７はこの溝の形状を補完する形状を有する必要がある。
【００７４】
ユニット１００などのユニットに実施する、固着装置を取り付ける方法は、例えば次のようなステップから成る。
【００７５】
・  ステップ１：ヘッド１０３および固着要素（１０１，１２１）のねじ端部１０５が構造体ユニット１１４の両側部に配置されるように、前記固着要素（１０１，１２１）を構造体ユニット１１４の内孔に挿入するステップ。作業者は、スリーブ１１１が、あるいは固着要素がスリーブを有しない場合は平滑なボディ部分１０４が、構造体ユニット１１４から突出していることを視覚的にチェックする。次に作業者は、固着対象の構造体の厚さが選択された固着要素（１０１，１２１）の最大グリップＧｍａｘを越えていないかを視覚的にチェックする。スリーブ１１１または平滑なボディ部分１０４が内孔から突出していなければ、この固着要素は短すぎであり、オペレータは別の長い要素を選択しなければならない。
【００７６】
・  ステップ２：ナット１１５をねじ端部１０５に組付けて、構造体ユニット１１４の表面１１６に対してナットを締め付けるステップ。本発明は、端部１０５上にスエージング溝を有する固着要素にも適用し、このときナット１１５はスエージング・カラーに置き換えられる。
【００７７】
ステップ３：チェックゲージ１５０のロッド１５７をねじ端部１０５のキャビティ１０７内に挿入するステップ。このステップにより、固着対象の構造体が締め付けられた時に、構造体の厚さが、圧縮されずかつ固着要素１０１，１２１の最小グリップＧｍｉnより小さくないことをチェックできる。このステップで、作業者が選択した固着要素が長すぎないことをチェックできる。
【００７８】
図７ａは、固着要素１０１の取り付けの１例を示し、この例は、ステップ３において、チェックゲージ１５０のブランチ１５２，１５３の端部１５５，１５６が表面１１６と接触し、一方ロッドの端部１５８とボトム１０８との間にクリアランス１１７が存在するかゼロである状態を示す。
【００７９】
この場合、ユニット１１４の全体の厚さは、固着要素１０１の最小グリップＧｍｉnより大きい。換言すれば、最小グリップ平面Ｐｍｉｎは、ユニット１１４を貫通し、固着要素１０１は、長すぎずに適切に取付られている。
【００８０】
図７ｂは、固着要素１０１の取り付けの１例を示し、この例は前述の例と反対に、ステップ３において、チェックゲージ１５０のブランチ１５２，１５３の端部１５５，１５６が表面１１６と接触せず、一方ロッドの端部１５８がキャビティのボトム１０８と接触した状態を示し、ユニット１１４の全体の厚さは、固着要素１０１の最小グリップＧｍｉnより小さい。構造体ユニット１１４の全体の厚さと最小グリップＧｍｉｎとの間の長さの差は、チェックゲージ１５０と構造体ユニット１１４との間のクリアランス１１９によって視覚的に特定される。実際、ロッド１５７がキャビティ１０７のボトム１０８に接触すると、チェックゲージのブランチの端部１５５，１５６は、平面Ｐｍｉnを通る。クリアランス１１９が存在すると、固着要素１０１は長すぎであり、取り外してそれより短い固着要素を取り付けることが望ましい。
【００８１】
チェックゲージ１５０の２つの端部のうちの１つだけが構造体と接触する場合は、チェックゲージは不適切に配置されている。これは、図６ａおよび６ｂに示されるように、固着対象の構造体に勾配が設けられている場合に起こり得る。作業者は、このときチェックゲージ１５０を中央ロッド１５７の軸１５１を中心に回転させて、両方のブランチの端部１５５，１５６のどちらか一方が構造体と接触するか、あるいは端部１５５，１５６の両方が構造体と接触しないようにしなければならない。固着要素は適切に取り付けられたか不適切に取り付けられたかのどちらかであるから、これら両方のケースが同時に起こることはない。
【００８２】
チェックゲージ１５０のブランチ１５２，１５３上に「ＴＯＵＣＨ−ＧＯ」または「ＮＯ  ＴＯＵＣＨ−ＮＯ  ＧＯ」のような表示をすることが望ましく、これによりステップ３において、決定すべき結果を作業者に示唆することができる。
【符号の説明】
【００８３】
１０、１００…ユニット、１１、５１、１０１、１２１…固着要素、１２、５３、１０３…ヘッド、１３、５４,１０４…ボディ部分、１４、５５、１０５…成形された端部、１５、１６、１１２,１１３…構造体要素、１８、１５０…チェックゲージ、
２２、５２、１０２、１５１…軸、２３、２４、３２、３３、１５５、１５６…ブランチの端部、２０、２１、２９、３０、１５２、１５３…ブランチ、２５、１５７…ロッド、２６、１５８…ロッドの端部、２７、３４、５９、１０９、１０９´、１７…スエージング・カラー、２８、５６、１０６…端部の前面、１９…チェックゲージの他方の部分、３１、１５４…チェックゲージの中央部分、５７、１０７…キャビティ、６１、１７０…ボディ部分とねじ端部の境界、５８、１０８…キャビティのボトム、６０、１１０…キャビティの深さ、１１１…スリーブ、１１５…ナット、１１４…構造体ユニット、１１６…構造体ユニットの表面、１２２…スリーブの外径、１２３…ねじの長さ
Ｒ１、Ｒ２…半径
Ｐ…グリップ範囲
Ｇｍｉｎ…最小グリップ
Ｇｍａｘ…最大グリップ
Ｐｍｉｎ…最小グリップ平面
Ｐｍａｘ…最大グリップ平面
【図１ａ】
2012163207.tif 000003
【図１ｂ】
2012163207.tif 000004
【図２ａ】
2012163207.tif 000005
【図２ｂ】
2012163207.tif 000006
【図３】
2012163207.tif 000007
【図４ａ】
2012163207.tif 000008
【図４ｂ】
2012163207.tif 000009
【図５】
2012163207.tif 000010
【図６ａ】
2012163207.tif 000011
【図６ｂ】
2012163207.tif 000012
【図７ａ】
2012163207.tif 000013
【図７ｂ】
2012163207.tif 000014
【外国語明細書】
FAMILY OF FASTENING ELEMENTS, CHECK GAUGES AND METHOD FOR CONTROLLING THE CHOICE OF THE LENGTH OF A FASTENING ELEMENT
The invention refers to a family of fastening devices, as well as a method for installing such a device while checking the choice of the length thereof.
The invention finds a particular application in the field of threaded fastening elements, notably used in the aircraft industry. A traditional threaded fastening device includes a fastening element, such as a pin, said pin comprising a head, a smooth body and a threaded end portion. The fastening device includes moreover a female element, such as a nut, having an internal screw thread able to be tightened on the thread of the pin. The fastening device can also comprise a bush or sleeve, in which the smooth part of the body is inserted.
A difficulty which usually arises is the guarantee to have correctly installed the fastening device on any previously bored structure assembly. A method for installing the fastening device can particularly include the following steps of:
1. choosing the pin with a suitable length before the installation: the
checking being performed for example by means of a gauge for
measuring the thickness of the structure to be tightened,
2. pre-installing the pin into the bore, while checking that the body (or
the sleeve, if the fastening device comprises one) protrudes from the
structures to be assembled,
3. checking that the selected pin is not too long compared to the
thickness when tightened, because the assembled structure could have
been squeezed at the time of the installation.
In this step, it must be checked that the sleeve does not come into contact with the counterbore of the nut if the fastening device includes such a sleeve. Indeed, in the case of an installation in interference with the body of the pin, i.e. without any clearance, the sleeve lengthens a little at the time of this installation into the structure.
For this last checking step, there are check gauges in the form of a plate resting on both sides of the fastening device on an external surface of the structure to be assembled. These gauges comprise in their middle a recess or a particular shape. Such a gauge is represented in Figures 1a, 1b, 2a and 2b, which will be described later.
Such a gauge notably enables to detect visually that the fastening element is not too long compared to the tightened thickness, by checking that the threaded length remains inferior to a tolerated maximum value of protrusion of the threaded length out of the structure.
This gauge measures a distance between a frontal surface of the threaded end and a surface of the structure. However, when the threads are made by means of a rolling method, the thread end lengthens. The check gauge which rests on the frontal face of a threaded end must then integrate the inaccuracy of the smooth body length and the inaccuracy of the threaded length, which is not very controllable. The total inaccuracy of the measuring system can reach for example +/-0.381 mm.
In the case of a threaded fastening device with a sleeve, the counterbore of the nut must be oversized in order to take into account the inaccuracy of the measuring system and to prevent the sleeve from coming into contact with the counterbore when it is lengthening. A greater inaccuracy of measurement thus imposes to design a higher and therefore heavier nut. However, an increase in weight is to be avoided for devices intended to be used in the aircraft industry.
In addition, the document FR2946707 in the name of the Applicant describes a family of fastening devices, comprising a truncated pin and a sleeve. This family is such that, for the same diameter before the assembly in interference, the sleeves have identical external diameters and different amounts of internal surface taper: the amount of taper for the sleeve depends on the thickness of the structure to be tightened. For a given diameter, the pins can have up to four amounts of taper to cover the thickness ranges for the structure to be tightened and thus have four different threaded lengths.
The use of a usual gauge such as described previously would thus impose to have four different gauges per diameter, that is for example fifty-two gauges for thirteen diameters.
However, putting too great a number of gauges at an operator’s disposal would generate the following problems:
・the operator would have difficulty in selecting which gauge to use because the pin length, when indicated, is marked on the pin head whereas checking is performed on the nut side;
・there is a risk in making a wrong choice for the gauge, and thus in rejecting fastening devices that are well installed, or which is worse, in accepting fastening devices that are badly installed;
・a very great number of gauges to be designed and manufactured, which increases the costs accordingly.
An object of the invention is to solve these problems, as well as to improve the precision of the gauge, in order to reject as fewer well-installed fastening devices as possible, while systematically rejecting badly-installed fastening devices. A fastening device is said to be well installed when the female element (nut or collar) installed on the pin (or the rivet) is in contact with the structure and when no contact occurs between the female element and the smooth body, or the sleeve if the fastening device includes one.
For this purpose, the invention refers to a family of fastening devices including at least two fastening elements, each one of said elements extending according to a first axis and including a head, a smooth body and a shaped end portion which are aligned, said shaping of the end portion consisting in providing a thread or swaging grooves, a frontal face of the shaped end portion having a cavity extending parallel to the first axis as far as a bottom. The fastening elements have shaped ends with identical average external diameters, said average diameters being measured in the middle of the thickness of a thread or of the depth of a swaging groove. The fastening elements having different maximum grip, said maximum grip corresponding to the length of the smooth body according to the first axis between the head and a limit between said body and the shaped end portion. The family is configured so that the distance according to the first axis between the bottom of the cavity and the limit between the body and the shaped end portion is identical for all the fastening elements.
Thus, it is possible to use an identical check gauge for all the elements of the family, in order to check that a fastening element has a length appropriate to the thickness of a structure to be assembled.
In a preferential way, the family of fastening devices includes moreover at least one female element able to be assembled on the shaped end portion of a fastening element by screwing or swaging. The female element can be a nut or a swaging collar.
According to a preferential embodiment of the invention, the family of fastening devices includes at least two fastening elements, each element including a smooth body arranged between the head and the shaped end portion, each one of said bodies being truncated, the family including moreover at least two sleeves having a cylindrical external surface and a truncated internal surface, each internal surface being complementary to a surface of a smooth body of a fastening element, the sleeves having before the interference identical external diameters and different amounts of internal surface taper.
This family of fastening devices is similar to the family described in the document FR2946707.
Preferentially, on the frontal face of the shaped end portion of the fastening elements, the cavity includes a peripheral edge in the form of a multilobed continuous curved line. Such a form, particularly described in the French patent application n° 1059674 in the name of the applicant, enables to apply an important tightening torque by means of a suitable tool. The cavity can thus have a double function of co-operation with an assembly tool and with a check gauge.
The invention also implements a check gauge comprising a male element which cooperates with the cavity located on the shaped end portion of a fastening element of a family according to the invention. It is possible to check the depth of this cavity in a much more precise way than the threaded length because this cavity is machined after rolling the threads or the grooves, and it is made in a controllable way with a precision much higher than that of the rolling the threads or grooves.
The invention also refers to a unit for installing a fastening device, including:
- at least one check gauge having substantially a U-shape, including two branches substantially symmetrical relative to a second axis and joined together by a central part, the ends of both branches being coplanar in a plane perpendicular to said second axis,
- at least one family of fastening devices according to one of the preceding claims.
The unit is characterized in that:
- the central part of the gauge is integral with a rod able to slide in the cavity of the fastening element, said rod being arranged between both branches of the U, substantially parallel to the second axis, one end of the rod and the plane extending through the ends of the branches being distant by a check distance measured according to said second axis,
- the check distance is higher than a distance according to the first axis between the bottom of the cavity of the fastening element and the limit between the body and the shaped end portion.
Such a unit allows a more precise design of the gauge. In addition, the cavity made in the fastening element makes it possible to reduce the mass of the latter and of the female element compared to the known devices, which is particularly advantageous in the aeronautical field.
The invention refers moreover to a method for checking the choice of the length of a fastening element, implementing a unit as described above, said method comprising the following steps of:
- inserting a fastening element into a bore in a structural unit, so that the head and the shaped end portion of said element are arranged on both sides of said structural unit,
- assembling the female element with the shaped end portion and tightening the female element against a surface of the structural unit,
- inserting the rod of the check gauge into the cavity in the shaped end portion, in order to put the end of the rod in contact with a bottom of the cavity,
- if the end of the rod is in contact with the bottom of the cavity without the ends of both branches of the gauge being able to be in contact with the surface of the structural unit, then the fastening element is too long.
The invention will be better understood when reading the following description and examining the annexed figures. Those are given as an indication and by no means as a limitation of the invention. The figures show:
- Figures 1a, 1b: sectional views of a unit according to the state of the art for the first checking of the choice of the length of a fastening element installed in a structure;
- Figures 2a, 2b: sectional views of a unit according to the state of the art for a second checking of the choice of the length of a fastening element installed in a structure;
- Figure 3: a side view of another fastening element according to the state of the art;
- Figures 4a, 4b: sectional views of fastening elements of a family of fastening elements according to an embodiment of the invention;
- Figure 5: a sectional view of elements of a unit for checking the choice of the length of a fastening element according to an embodiment of the invention;
- Figures 6a, 6b: sectional views of elements of a unit for checking the choice of the length of a fastening element installed in a sloped structure, according to an embodiment of the invention;
- Figures 7a, 7b: sectional views of elements of a unit for checking the choice of the length of a fastening element according to an embodiment of the invention.
Figures 1a and 1b show sectional views of a unit according to the state of the art for checking the choice of the length of a fastening element. The unit 10 includes a substantially cylindrical fastening element 11; said fastening element 11 comprising a head 12, a smooth body 13 and a shaped end portion 14, said shaping consisting here in providing swaging grooves. The fastening element 11 is placed in a bore of a structural unit composed of two structure elements 15, 16. Said structural unit is for example part of an aircraft.
The head 12 is in contact with a first element 15 and the end portion 14 is close to the second structure element 16. A swaging collar 17 is then assembled with the shaped end portion 14 to make the fastening element 11 integral with the structure elements 15, 16.
A check gauge 18 is then used in order to check that the fastening element is neither too short nor too long compared to the thickness of the assembled structure. For this purpose, the gauge 18 comprises a first substantially U-shaped part, including two branches 20, 21 substantially symmetrical relative to an axis 22. A straight regression line D passing through the ends 23, 24 of both branches is perpendicular to the axis 22. This first part checks that the fastening element is not too short.
The U-shaped part of the gauge 18 includes moreover a central rod 25 arranged between both branches 20, 21, substantially coaxially to the axis 22. A plane passing through an end 26 of the pin and a plane passing through the ends 23, 24 of the branches 20, 21 are distant by a distance 27 measured according to the axis 22, chosen as a minimal height of protrusion of the fastening element relative to a thickness of a theoretical assembled structure. The rod 25 is able to slide inside the ring 17 in order to come into contact with a frontal face 28 of the end portion 14.
In Figure 1a, it is shown that the end 26 of the rod 25 is in contact with the face 28 of the element 11, while the ends 23, 24 of the branches of the gauge 18 are not in contact with the structure element 16. The end portion 14 thus protrudes from the element 16 by a distance superior to the distance 27. The fastening element 11 is thus correctly assembled to the structure elements 15, 16.
In Figure 1b, on the contrary, the ends 23, 24 of the branches of the gauge 18 are in contact with the structure element 16 while the end 26 of the pin 25 is not in contact with the face 28 of the element 11. The fastening element 11 does not sufficiently protrude from the structure element 16. The fastening element 11 is thus not correctly assembled to the structure elements 15, 16 since it is too short. It is advisable to dismount the fastening element and to install a new fastening element which is longer.
Another part 19 of the gauge 18 is used to check that the element 11 is not too long compared to the thickness of the assembled structure. This part 19 includes a substantially U-shaped part, including two branches 29, 30 substantially symmetrical relative to the axis 22. A flat median part 31 connects both branches 29, 30. A plane passing through the flat median part 31 and a plane passing through the ends 32, 33 of the branches 29, 30 are distant by a distance 34 measured according to the axis 22, chosen as a maximum height of protrusion of the fastening element compared to a thickness of a theoretical assembled structure.
In Figure 2a, it is shown that the ends 32, 33 of the branches 29, 30 of the gauge 18 are in contact with the structure element 16 while the flat median part 31 is not in contact with the shaped end 14. The length of the fastening element is correct.
In Figure 2b, on the contrary, it is shown that the ends 32, 33 of the branches 29, 30 of the gauge 18 are not in contact with the structure element 16 while the flat median part 31 is in contact with the shaped end 14 of the fastening element. The fastening element 11 is too long and must be dismounted in order to install a shorter element.
Figure 3 shows a side view of another fastening element 51 according to the state of the art extending according to an axis 52. The element 51comprises a countersunk head 53, a truncated smooth body 54 and a threaded end portion 55, aligned according to the axis 52. The frontal face 56 of the threaded end portion 55 comprises a cavity 57, arranged parallel to the axis 52 and with a substantially cylindrical shape. This cavity 57 allows maintaining the element 51 immobile in rotation by means of an adapted tool, while a nut is placed on the threaded end portion 55.
The fastening element 51 has a maximum grip Gmax, which corresponds to the maximum thickness of a structure that said fastening element can assemble. This maximum grip is represented by the length comprised between the end of the element 51 where the head 53 is located and the limit 61 between the body 54 and the threaded end portion 55. The length Gmax is measured according to the axis 52. If the head 53 were a protuberant head and not a countersunk head, the length of said head would not be taken into account for measuring Gmax.
The junction area between the smooth body 54 and the threaded end portion 55 can be seen in the magnified detail in Figure 3. The limit 61 coincides with the beginning of a transition area, which connects the smooth body 54 to the first thread F of the threaded end portion 55 through two radii R1 and R2. The fastening element 51 has a grip range P, defined by the manufacturer. The minimum grip Gmin, which corresponds to the minimal thickness that a fastening element can assemble, is given by subtracting the grip range P from the maximum grip Gmax.
The bottom 58 of the cavity 57 is located at a distance 59, measured according to axis 52, from the limit 61. The cavity has a depth 60 measured between the bottom 58 of the cavity 57 and the frontal face 56. The depths 60 of the cavities 57 are identical for all the fastening elements of the same type, whatever the external diameter or the length of the element 51.
Figures 4a and 4b show views of fastening elements of a family of fastening elements according to an embodiment of the invention, installed in a structural unit.
More particularly, Figures 4a and 4b show two fastening elements 101, 121 belonging to the same family of fastening devices, respectively. Each element 101, 121 extends according to an axis 102 and comprises a protuberant head 103, a smooth body 104 and a shaped end portion 105, aligned according to the axis 102. In the example represented in Figure 4a, the shaping of the end portion 105 is a thread. The average external diameter of the portion 105 is identical for all the elements of the family, said average diameter being measured in the middle of the thickness of a thread. In addition, the smooth body 104 has an external surface with a truncated shape. The frontal face 106 of the shaped end portion 105 includes an opening into a cavity 107. Said cavity 107, with a substantially cylindrical shape, is arranged parallel to the axis 102, inside the shaped end portion 105.
The fastening element 101 has a maximum grip Gmax. This value corresponds to the length of the smooth body 104, measured according to the axis 102, from the head 103 to a limit 170 with the threaded end portion 105. As the head 103 is protuberant, it is not taken into account for measuring Gmax.
The fastening element 101 also has a minimum grip Gmin and a grip range P. The minimum grip corresponds to the minimal thickness of a structure that the fastening element 101 can assemble. If the structure has a thickness lower than Gmin after tightening a female element on the threaded portion 105, then the element 101 is too long for said structure.
The value of Gmin is determined by the manufacturer of the fastening elements (101, 121), according to the mechanical characteristics of said elements. The grip range P corresponds to the difference between Gmax and
Gmin.
The expression “maximum grip plane Pmax” designates a plane perpendicular to the axis 102 and passing through the limit 170 between the smooth body 104 and the threaded end 105. The expression “minimal grip plane Pmin” designates a plane parallel to the maximum grip plane, located between said plane and the head 103, both planes Pmax and Pmin being distant from each other by a distance P measured according to the axis 102 and corresponding to the grip range.
The bottom 108 of the cavity 107 is located at a distance 109' from the maximum grip plane Pmax, and at a distance 109 from the minimal grip plane Pmin. The difference between the distances 109' and 109 is the grip range P of the fastening element 101. The cavity 107 has a depth 110 measured between the bottom 108 and the frontal face 106.
The element 101 is part of a fastening device which includes moreover a sleeve 111. The sleeve 111 has an external cylindrical surface and an internal truncated surface, complementary to the external surface of the body 104. The sleeve 111 is intended to be placed into a bore in structure elements 112, 113 to be assembled. They can be in particular structure elements of an aircraft.
The element 101 is intended to be inserted into the sleeve 111, so that the head 103 and the threaded end portion 105 are on both sides of the structural unit 114 formed by the structure elements 112, 113. A nut 115 is then screwed onto the threaded end 105 and tightened against a surface 116 of the unit 114.
In Figures 4a and 4b, the elements 101, 121 are represented in a side view; the sleeve 111, the nut 115 and the structural unit 114 are represented in a sectional view.
In order to fulfill the necessary requirements of mechanical resistance in aeronautics, it is advisable to check, after the installation of the nut, that the latter is suitably installed. It should also be checked that the fastening element is not too long compared to the tightened thickness, or in other words, it should be checked that the tightened thickness is not below this minimum grip Gmin of the selected fastening element. Indeed, too long a fastening element compared to the assembled structure is not correctly installed, either because the nut 115 is not in contact with the surface 116 of the unit 114, or because the end of the sleeve 111 comes into contact with the counterbore of the nut.
Figure 4b shows a fastening element 121 belonging to the same family as the element 101. The description above of the element 101 is applicable to the element 121.
The elements 101, 121 have different lengths between the head 103 and the frontal face 106 of the threaded end, as well as different lengths Gmax and Gmin. In this manner, they can assemble units 114 having different thicknesses.
However, the grip range P, corresponding to (Gmax - Gmin), is the same for all the elements (101, 121) of the same family.
In addition, the sleeves 111 of the elements 101, 121 have identical external diameters 122 and different amounts of internal surface taper. The amount of taper of the sleeve 111 depends on the structure thickness 114 to be tightened. “Amount of taper” means in particular an angle formed by an external surface and an internal surface of the sleeves 111, in the section plane in Figures 4a and 4b.
The elements 101, 121 also have different threaded lengths 123 according to the distance between the head 103 and the frontal face 106. For a given diameter 122, the elements of the type 101, 121 belonging to the same family can have up to four different amounts of taper in order to cover the ranges of the structure thickness 114 to be tightened. The family of elements has thus four different threaded lengths 123.
Consequently, for a fastening element in conformity with the requirements, the elements 101, 121 have different lengths of protrusion from the face 106, relative to the surface 116.
However, as indicated previously, it is preferable to be able to use the same check gauge for checking that the choice of the length of the fastening element remains correct when installed, for the totality of the elements of the same family.
Thus, in order to use only one check gauge for all the family of elements (101, 121) having threaded ends 105 with identical average external diameters, each element 101, 121 is provided with a cavity 107 whose depth 110 is calculated so that the bottom 108 is located at a constant distance 109 from the minimal grip plane Pmin of the fastening element, whatever the length of said element.
As the grip range P of a fastening element is identical for all the elements (101, 121) of the same family, the bottom 108 is also located at a distance 109' from the maximum grip plane Pmax, identical for all the elements of the family. The distance 109' is equal to the distance 109 minus the grip range P.
Thus, elements (101, 121) of the same family having different threaded heights 123 have cavities 107 with different depths 110. The distances from the lower part of the head 103 to the boring bottom 108 (distance Gmin + 109) can be checked very precisely by means of usual check tools, such as a digital ball gauge.
The invention also applies to fastening elements having a body 104 with a cylindrical shape, such elements being able to be associated or not with a sleeve 111, such as for example the rivets or blind rivets.
According to a variant of the invention, the cavity could be a recess arranged parallel to the axis 102 on the external lateral surface of the shaped end portion 105. The cavity also extends from the frontal face 106 over a distance 110 to a bottom 108, with the difference that said distance 110 is selected so that the bottom 108 is above the nut or the collar 115 tightened or swaged on the shaped end 105.
Figure 5 shows a view of a unit 100 including a fastening element 101 such as previously described and a check gauge 150. The element 101 is part of a fastening device including also a nut 115 and a sleeve 111, said device being represented in a sectional view. The gauge 150 is represented in a side view.
The fastening device including the element 101 is installed in a structural unit 114. The function of the gauge 150 is to check the choice of the length of the element 101 after screwing the nut 115, in particular according to the squeeze of the unit 114 during the installation of the fastening device.
The squeeze of the unit 114 is checked relative to the distance 109 between the bottom 108 of the cavity 107 and the minimal grip plane Pmin of
the element 101.
The gauge 150 is preferentially symmetrical to an axis 151 or a plane passing through said axis. The gauge 150 is substantially U-shaped, including two branches 152, 153 substantially parallel to the axis 151 and joined together by a central part 154. The ends 155, 156 of both branches are coplanar with a plane perpendicular to the axis 151.
The central part 154 of the gauge 150 is integral with a rod 157, arranged between both branches 152, 153 so that said rod 157 passes through a median plane containing both branches. The rod 157 extends substantially coaxially to the axis 151. The rod 157 is dimensioned so as to be able to slide in the cavity 107 in the fastening element 101, an end 158 of the rod being able to come into contact with a bottom 108 of said cavity.
The end 158 of the rod 157 can have different shapes, such as a cone, a point, a ball or a plate. In a preferential way, the bottom 108 of the cavity 107 has a conical shape and the end 158 of the pin is ball-shaped, said ball-shape being well adapted to come into contact with a boring cone.
The plane perpendicular to the axis 151 passing through the end 158 of the pin and the plane perpendicular to the axis 151 passing through the ends 155, 156 of the branches 152, 153 are distant by a check distance 159 measured according to the axis 151. The check distance 159 corresponds to a tolerated maximum of a distance 109 between the bottom 108 of the cavity 107 of the element 101 and the minimal grip plane Pmin of the elements 101, 121.
The gauge is symmetrical to the axis 151 when the cavity is a recess in the shaped end portion 105, as in the example represented in Figure 5. According to a variant, the rod 157 could be shifted towards a branch 152 or 153 if the cavity were a recess on an external lateral surface of the shaped end portion 105. According to another variant, the gauge could comprise only one branch if it were only used to check fastening devices installed in flat elements, having external surfaces parallel to each other.
The check distance 159 can be adjusted in a very precise way at the time of the manufacture of the gauge 150. For example, the ball-shaped end 158 is assembled on the central part 154 of the gauge, then the branches 152, 153 are rectified and adjusted, in particular by grinding, so that the ends 155, 156 are at the desired distance 159 from the end 158 of the rod 157.
Figure 6a shows another embodiment of the invention, when the structural unit 114 has surfaces which are not parallel to each other. More precisely, Figure 6a is a side view of a gauge 150 used to check the installation of a fastening device as described previously, including a cavity 107 having the shape of a cylindrical bore in a fastening element 101. The element 101 is installed in a structural unit 114 having surfaces which are not parallel to each other. More precisely, the surface 116 in contact with the female element 115 is not perpendicular to the axis of the element 101. Figure 6b is a sectional view corresponding to the view 6a. In both figures,  the female element 115 is a self-aligning nut.
To make sure that the central rod 157 is correctly guided in the cavity 107, the rod must have a diameter 160 identical to the cylindrical bore diameter of the cavity 107 - except for the clearance, for example between 0.01 mm and 0.03 mm - over a sufficient guiding height. This height is for example equal to the greatest depth 110 of the cavity 107 in the longest fastening element (101, 121) of the family. In this manner, the central rod does not have any sufficient clearance allowing it to tilt in the cavity 107. Such a tilting could lead to errors of measurement.
Generally, the central rod 157 must have a shape complementary to that of the cavity 107 so as to be guided in the latter with a minimum clearance. Thus, a cavity 107 having the shape of a groove on a lateral external surface of the shaped end portion 105 will require a central rod 157 having a shape complementary to that of the groove.
A method for installing a fastening device, implementing a unit such as the unit 100, comprises for example the following steps:
- Step 1: inserting a fastening element (101, 121) in a bore in a structural unit 114, so that the head 103 and the threaded end 105 of said element are arranged on both sides of said structural unit 114. The operator checks visually that the sleeve 111, or the smooth body 104 if the fastening element does not have a sleeve, protrudes from the structure 114. In this manner, he/she checks visually that the structure thickness to be assembled is not superior to the maximum grip Gmax of the selected fastening element (101, 121). If the sleeve 111 or the smooth body 104 does not protrude from the bore, the fastening element is too short and the operator must choose another longer element.
- Step 2: assembling the nut 115 with the threaded end portion 105 and tightening the nut against the surface 116 of the structural unit 114. The invention also applies to fastening elements having swaging grooves on the end 105, the nut 115 being then replaced by a swaging collar.
- Step 3: inserting the rod 157 of the check gauge 150 into the cavity 107 in the threaded end portion 105. This step allows checking that, when tightened, the structure thickness to be assembled is not squeezed and is not below the minimum grip Gmin of the fastening element 101, 121. This step thus enables to check that the operator did not choose too long a fastening element.
Figure 7a shows an example of installing the element 101 in which, at step 3, the ends 155, 156 of the branches 152, 153 of the gauge 150 come into contact with the surface 116 whereas a clearance 117, positive or null, exists between the end 158 of the rod and the bottom 108.
In this case, the total thickness of the unit 114 is superior to the minimum grip Gmin of the element 101. In other words, the minimal grip plane Pmin passes through the unit 114. The element 101 is not too long and is suitably installed.
On the contrary, Figure 7b shows an example of installing the element 101 in which, at step 3, the end 158 of the pin is in contact with the bottom 108 of the cavity without both ends 155, 156 of the branches of the gauge 150 being in contact with the surface 116. The total thickness of the unit 114 is inferior the minimum grip Gmin of the element. The difference in length between the total thickness of the unit 114 and the minimum grip Gmin is visually identified by the clearance 119 between the gauge 150 and the structural unit 114. Indeed, as the rod 157 comes against the bottom 108 of the cavity 107, the ends 155, 156 of the branches of the gauge pass through the plane Pmin. As the clearance 119 is positive, the element 101 is too long, it is advisable to dismount it and to install a shorter one.
If only one of the two ends of the gauge 150 comes into contact with the structure, then the gauge is badly positioned: that can happen if the structures to be assembled are provided with a slope, as in Figures 6a and 6b. The operator must then turn the gauge 150 around the axis 151 of the central rod 157 so that either the ends 155, 156 of both branches comes into contact with the structure 114, or none of them comes into contact with it. Both cases cannot happen simultaneously since the fastening element is either well installed or badly installed.
It is advantageous to envisage, on the gauge 150, inscriptions of the type TOUCH-GO or NO TOUCH-NO GO at the branches 152, 153, which give the operator an indication of the result to be determined at step 3.
1. Family of fastening devices including at least two fastening elements (101, 121), each one of said elements extending according to a first axis (102) and including a head (103), a smooth body (104) and a shaped end portion (105) which are aligned, said shaping of the end portion consisting in providing a thread or swaging grooves, a frontal face (106) of the shaped end portion (105) having a cavity (107) extending parallel to the first axis (102) as far as a bottom (108),
said fastening elements having shaped identical average external diameters,
the fastening elements having different maximum grips (Gmax), said maximum grip corresponding to the length of the smooth body (104) according to the first axis (102) between the head (103) and the limit (170) between said body and the shaped end portion (105),
the family being configured so that the distance (109’) according to the first axis (102) between the bottom (108) of the cavity (107) and the limit (170) between the body and the shaped end portion is identical for all the fastening elements (101, 121).
2. Family of fastening devices according to claim 1, including moreover at least one female element (115) able to be assembled onto a machined end of a fastening element by screwing or swaging.
3. Family of fastening devices according to claim 1 or claim 2, including moreover at least one sleeve (111) intended to fit around the smooth body (104) of a fastening element.
4. Family of fastening devices according to any one of the preceding claims, wherein the smooth body (104) is truncated.
5. Family of fastening devices according to claim 4, including moreover at least two sleeves (111) having a cylindrical external surface and a truncated internal surface, each internal surface being complementary to a surface of a smooth body (104) of a fastening element, the sleeves having before the interference identical external diameters and different amounts of internal surface taper.
6. Family of fastening devices according to any one of the preceding claims, wherein the cavity (107) is a cylindrical bore in the shaped end portion (105).
7. Family of fastening devices according to claim 6, wherein the cavity (107) has a peripheral edge in the form of multilobed continuous curved line. 
8. Family of fastening devices according to any one of claims 1 to 5, wherein the cavity (107) is a recess in the external surface on the shaped end portion(s) (105).
9. Unit (100) for installing a fastening device, including:
- at least one check gauge (150) having substantially a U-shape, including two branches (152, 153) substantially symmetrical relative to a second axis (151) and joined together by a central part (154), the ends (155, 156) of both branches being coplanar in a plane perpendicular to said second axis,
- at least one family of fastening devices according to one of the preceding claims,
the unit being characterized in that:
- the central part of the gauge is integral with a rod (157) able to slide in the cavity (107) of the fastening element (101, 121), said rod being arranged between both branches (152, 153) of the U, substantially parallel to the second axis (151), one end (158) of the rod and the plane extending through the ends (155, 156) of the branches being distant by a check distance (159) measured according to said second axis,
- the check distance (159) is higher than a distance (109’) according to the first axis (102) between the bottom (108) of the cavity (107) and the limit (170) between the body and the shaped end portion.
10. Unit according to claim 9, wherein the end (158) of the rod (157) is ball-shaped.
11. Unit according to claim 10, wherein the rod (157) has a shape (160) complementary to that of the cavity (107) over a guiding height extending over at least a part of the length of the pin.
12. Unit according to claim 11, wherein the rod (157) has a guiding height equal to the greatest depth (110) of the cavity (107) of longest the fastening element (101, 121) of the family.
13. Method for checking the choice of the length of a fastening element, implementing a unit (100) according to any one of the claims 9 to 12, comprising a family of fastening devices according to any one of the claims 2 a 8, said method comprising the following steps of:
- inserting a fastening element (101, 121) into a bore in a structural unit (114), so that the head (103) and the shaped end portion (105) of said element are arranged on both sides of said structural unit,
- assembling the female element (115) on the shaped end portion (105) and tightening the female element against a surface (116) of the structural unit,
- inserting the rod (157) of the check gauge (150) into the cavity (107) in the shaped end portion,
- if the end of the rod is in contact with the bottom (108) of the cavity without the ends (155, 156) of both branches of the gauge being able to be in contact with the surface (116) of the structural unit, then the fastening element is too long.
・  Abstract
The invention refers to a family of fastening devices including at least two fastening elements (101, 121), each one of said elements extending according to a first axis (102) and including a head (103), a smooth body (104) and a shaped end portion (105) which are aligned, said shaping of the end portion consisting in providing a thread or crimping grooves, a frontal face (106) of the shaped end portion (105) having a cavity (107) extending parallel to the first axis (102) as far as a bottom (108),
said fastening elements having shaped identical average external diameters,
the fastening elements having different maximum grips (Gmax), said maximum grip corresponding to the length of the smooth body (104) according to the first axis (102) between the head (103) and the limit (170) between said body and the shaped end portion (105),
the family being configured so that the distance (109’) according to the first axis (102) between the bottom (108) of the cavity (107) and the limit (170) between the body and the shaped end portion is identical for all the fastening elements (101, 121).
The invention refers moreover to a unit (100) including such a family of fastening devices and a check gauge (150), as well as a method for checking of the choice of the length of a fastening element (101, 121), by means of the check gauge (150).
・  Representative Drawing
Figure 5
【図１a】
2012163207.tif 000015
【図１ｂ】
2012163207.tif 000016
【図２a】
2012163207.tif 000017
【図２b】
2012163207.tif 000018
【図３】
2012163207.tif 000019
【図４a】
2012163207.tif 000020
【図４b】
2012163207.tif 000021
【図５】
2012163207.tif 000022
【図６a】
2012163207.tif 000023
【図６b】
2012163207.tif 000024
【図７a】
2012163207.tif 000025
【図７b】
2012163207.tif 000026