(57)【要約】  工作物を構造物に接続するためのボールロック式ファスナ装置が開示されている。ファスナ装置は、伝統的なボールロックファスナと比較して、ロッキング機構の信頼性、再現性、および強度を向上させるように設計されたいくつかの特徴を含む。この特徴は、ロッキングボール（４３０）の形状、ロッキングボールと係合するリテーナハウジング（４５０）の形状、およびロッキングボールの展開および引き込みを制御する機構（４２０）を含む。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ファスナシステムにおいて、
第１の構造体に摺動自在に取り付けられ、前記第１の構造体内に完全に格納可能であり、前記第１の構造体から一定の距離だけ外側に展開可能な円筒形のピストンであって、前記ピストンは、前記ピストンの上端近傍の複数の半径方向の交差孔に開口する軸方向孔を含む、ピストンと、
内側端および外側端を有する複数のロッキングピルであって、前記ロッキングピルの１つは、前記ピストンの前記交差孔の各々内に摺動可能に配置され、前記ロッキングピルは、前記ピルが半径方向内側かつ全体的に前記ピストン内に位置する第１の位置から、前記ピルが半径方向外向きに展開されて外側端部が前記ピストンの外面を越えて延在する第２の位置まで移動するように構成された、ロッキングピルと、
リテーナ穴であって、前記ピストンを受けるために前記穴の開口部が前記第１の構造体の方向に向くように第２の構造体の下面に組み込まれ、内側リップ上のアンダーカット面を含む、リテーナ穴とを備え、
前記ファスナシステムは、前記第２の構造体を前記第１の構造体近傍に配置し、前記ピストンを前記第１の構造体から外向きに前記第２の構造体内の前記リテーナ穴内に展開し、前記ロッキングピルを前記第２の位置に半径方向外向きに展開し、前記ロッキングピルが前記第１の位置に引っ込めないとともに前記第２の構造体を前記第１の構造体に係止させるために前記ロッキングピルが前記リテーナ穴の前記アンダーカット面と接触するように前記ロッキングピルを前記第２の位置に機械的に押さえることを含む係止シーケンスにより、前記第２の構造体を前記第１の構造体に係止する、ファスナシステム。
【請求項２】
前記ロッキングピルを前記第２の位置に半径方向外向きに展開させるために、前記ピストン内の前記軸方向孔を介して空気圧が選択的に供給される、請求項１に記載のファスナシステム。
【請求項３】
前記ロッキングピルが、前記外側端の周囲にアンダーカットリップを有し、
前記リテーナキャビティは、内周にぐるりとアンダーカットロッキング隆起部を有し、前記ロッキング隆起部は、前記ロッキングピルの前記アンダーカットリップの輪郭形状に対応する輪郭形状を有し、
前記ピストンは、前記ロッキングピルが前記第２の位置に展開された後に前記ピストンを前記第１の構造の内側に戻す付勢力が付与されており、
前記ロッキングピルの前記アンダーカットリップが前記リテーナキャビティの前記ロッキング隆起部と係合して前記第２の構造を前記第１の構造にロックするとともに、前記ロッキングピルが前記第１の位置に引っ込まないように、前記ロッキングピルを前記第２の位置に保持する、請求項２に記載のファスナシステム。
【請求項４】
前記係止シーケンスは、前記ピストンの下端が皿ばねに接触するまで前記ピストンを上方に展開するために、前記第１の構造内のチャンバ内の前記空気圧を第１の閾値を超えるように増加させ、前記皿ばねを上方に撓ませるために、前記空気圧を第２の閾値を超えるように増加させ、前記ピストンの前記軸方向孔内に空気圧バルブを開き、前記ロッキングピルを半径方向外側に展開するために、前記空気圧を第３の閾値を超えるように増加させ、前記皿ばねを弛緩させるとともに前記ロッキングピルに前記リテーナキャビティの前記隆起部を把持させるために、前記圧力を第４の閾値より低くなるように低下させ、前記空気圧バルブを閉じるために、前記圧力を第５の閾値より低くなるようにさらに低下させ、前記圧力をゼロまでさらに低下させて係止を完了させる、請求項３に記載のファスナシステム。
【請求項５】
前記係止シーケンスに続いて、前記皿ばねは、部分的に撓んだままであり、クランププリロードによって前記ロッキングピルが前記第２の構造体を前記第１の構造体に対して引っ張るように前記ピストンに引張力を付与する、請求項４に記載のファスナシステム。
【請求項６】
前記複数のロッキングピルは、それぞれ内側端にマグネットを含む２つのロッキングピルであり、前記マグネットは、引力を付与するように半径方向内側に面する反対極性に配向され、前記引力は、前記ロッキングピルが前記空気圧によって外側に押し出されず、前記ロッキングピルが前記第２の位置に機械的に押さえられていないとき、前記ロッキングピルが前記第１の位置に引っ込む、請求項２に記載のファスナシステム。
【請求項７】
前記ピストンは、複数のピンであって、前記ピンの１つが前記ピストン内の前記交差孔のそれぞれに突出する、前記ピストンの前記上端に嵌合され、複数のピンを含み、
前記ロッキングピルはその上面にスロットを含み、前記ピンは前記スロット内に延び、前記ロッキングピルの前記第２の位置への展開移動は、前記ピンに接触する前記スロットの前記第１の端部によって制限され、前記ロッキングピルの前記第１の位置への引っ込み移動は、前記ピンに接触する前記スロットの第２の端部によって制限される、請求項２に記載のファスナシステム。
【請求項８】
スピンドルが前記ピストンの前記軸方向孔に設けられ、前記スピンドルは、前記スピンドルの大径部が前記ロッキングピルの前記内側端部に接触して機械的に力を加えて前記ロッキングピルを軸方向外側に前記第２の位置に展開させるロック位置まで軸方向に摺動可能であり、前記スピンドルは、前記スピンドルの小径部が前記ロッキングピルに近接しており、前記ロッキングピルが前記第１の位置まで半径方向内向きに自由に引き込まれるロック解除位置まで摺動可能である、請求項１に記載のファスナシステム。
【請求項９】
前記ロッキングピルは、円形の断面形状、前記内側端部と前記外側端部との間の円筒状中央部分、前記外側端部の丸みを帯びた形状、および前記内側端部の近位の肩部を有し、前記肩部は前記円筒状中央部分の直径を越え、
前記リテーナ穴は、内周にぐるりと接触面を有し、前記接触面は、前記ロッキングピルの前記外端の前記丸みを帯びた形状に対応する輪郭形状を有し、
前記ロッキングピルの前記外側端部は、前記ロッキングピルが前記スピンドルによって前記第２の位置に向かって外向きに押し出されたときに前記第２の構造体を前記第１の構造体にロックするために、前記リテーナ穴の前記接触面と係合し、前記リテーナ穴の前記接触面は、前記スピンドルが前記ロック解除位置にあるときに前記ロッキングピルを前記第１の位置に向かって内向きに押すとともに前記第２の構造体は前記第１の構造体から引き抜かれ、前記ロッキングピル上の前記肩部が前記ピストンの内壁と接触するとともに前記ロッキングピルが前記交差孔から外方に押し出されるのを防止する、請求項８に記載のファスナシステム。
【請求項１０】
前記ロッキングピルの前記外側端部の前記丸い形状が半球形状である、請求項９に記載のファスナシステム。
【請求項１１】
前記ロッキングピルの前記外側端部の前記丸い形状が楕円形である、請求項９に記載のファスナシステム。
【請求項１２】
前記第１の構造体は航空機であり、前記第２の構造体はアクセスパネルであり、前記航空機が運航可能なときに前記アクセスパネルを前記航空機に取り付けなければならず、前記アクセスパネルが検査または補修のために前記航空機から取り外し可能である、請求項１に記載のファスナシステム。
【請求項１３】
前記アクセスパネルを前記航空機に取り付けるために前記ファスナシステムの少なくとも３つが使用され、前記アクセスパネルは、前記アクセスパネルを隣接させて配置する前に前記航空機内への前記ピストンの完全な格納を必要とする湾曲部を有する、請求項１２に記載のファスナシステム。
【請求項１４】
ファスナシステムにおいて、
第１の構造体に摺動自在に取り付けられた円筒形ピストンであって、前記第１の構造体内に完全に格納可能であり、前記第１の構造体から一定の距離だけ外側に展開可能であり、前記ピストンの上端に近位な複数の半径方向の交差孔に開口されて空気圧を供給する軸方向孔を含む、円筒形ピストンと、
複数のロッキングピルであって、内側端部および外側端部を有し、前記ロッキングピルの１つは前記ピストンの前記交差孔の各々に摺動可能に配置され、前記ロッキングピルは、前記空気圧によって前記ピルが半径方向内側かつ全体的に前記ピストン内に位置する第１の位置から、前記ピルが半径方向外向きに展開されて前記外側端部が前記ピストンの外面を越えて延在する第２の位置に移動する、複数のロッキングピルと、
リテーナ穴であって、前記ピストンを受けるために前記穴の開口部が前記第１の構造体の方向に向くように第２の構造体の下面に取り付けられ、内側リップ上のアンダーカット面を含む、リテーナ穴とを備え、
前記ファスナシステムは、前記第２の構造体を前記第１の構造体近傍に配置し、前記ピストンの下端が皿ばねに接触するまで前記ピストンを上方に展開するために、前記第１の構造内のチャンバ内の前記空気圧を第１の閾値を超えるように増加させ、前記皿ばねを上方に撓ませるために、前記空気圧を第２の閾値を超えるように増加させ、前記ピストンの前記軸方向孔内に空気圧バルブを開き、前記ロッキングピルを半径方向外側に展開するために、前記空気圧を第３の閾値を超えるように増加させ、前記皿ばねを弛緩させるとともに前記ロッキングピルに前記リテーナキャビティの前記隆起部を把持させるために、前記圧力を第４の閾値より低くなるように低下させ、前記空気圧バルブを閉じるために、前記圧力を第５の閾値より低くなるようにさらに低下させ、前記圧力をゼロまでさらに低下させて係止を完了させることを含む係止シーケンスにより、前記第２の構造体を前記第１の構造体に係止する、ファスナシステム。
【請求項１５】
前記ロッキングピルが、前記外側端の周囲にアンダーカットリップを有し、
前記リテーナキャビティは、内周にぐるりとアンダーカットロッキング隆起部を有し、前記ロッキング隆起部は、前記ロッキングピルの前記アンダーカットリップの輪郭形状に対応する輪郭形状を有し、
前記ピストンは、前記ロッキングピルが前記第２の位置に展開された後に前記ピストンを前記第１の構造の内側に戻す付勢力が前記皿ばねにより付与されており、
前記ロッキングピルの前記アンダーカットリップが前記リテーナキャビティの前記ロッキング隆起部と係合して前記第２の構造を前記第１の構造にロックするとともに、前記ロッキングピルが前記第１の位置に引っ込まないように、前記ロッキングピルを前記第２の位置に保持する、請求項１４に記載のファスナシステム。
【請求項１６】
前記複数のロッキングピルは、それぞれ内側端にマグネットを含む２つのロッキングピルであり、前記マグネットは、引力を付与するように半径方向内側に面する反対極性に配向され、前記引力は、前記ロッキングピルが前記空気圧によって外側に押し出されず、前記ロッキングピルが前記第２の位置に機械的に押さえられていないとき、前記ロッキングピルが前記第１の位置に引っ込む、請求項１４に記載のファスナシステム。
【請求項１７】
前記ピストンは、複数のピンであって、前記ピンの１つが前記ピストン内の前記交差孔のそれぞれに突出する、前記ピストンの前記上端に嵌合され、複数のピンを含み、
前記ロッキングピルはその上面にスロットを含み、前記ピンは前記スロット内に延び、前記ロッキングピルの前記第２の位置への展開移動は、前記ピンに接触する前記スロットの前記第１の端部によって制限され、前記ロッキングピルの第１の位置への引っ込み移動は、前記ピンに接触する前記スロットの第２の端部によって制限される、請求項１４に記載のファスナシステム。
【請求項１８】
ファスナシステムにおいて、
第１の構造体に摺動自在に取り付けられた円筒形ピストンであって、前記第１の構造体内に完全に格納可能であり、前記第１の構造体から一定の距離だけ外側に展開可能であり、前記ピストンの上端に近位な複数の半径方向の交差孔に開口された軸方向孔を含む、円筒形ピストンと、
複数のロッキングピルであって、内側端部および外側端部を有し、前記ロッキングピルの１つは前記ピストンの前記交差孔の各々に摺動可能に配置され、前記ロッキングピルは、前記空気圧によって前記ピルが半径方向内側かつ全体的に前記ピストン内に位置する第１の位置から、前記ピルが半径方向外向きに展開されて前記外側端部が前記ピストンの外面を越えて延在する第２の位置に移動するように構成され、前記ピル上の肩部は前記交差孔の直径を越えていることにより前記ピルが前記第２の位置を過ぎて展開するのを防止する、複数のロッキングピルと、
前記ピストンの前記軸方向孔に設けられたスピンドルであって、前記スピンドルは、前記スピンドルの大径部が前記ロッキングピルの前記内側端部に接触して機械的に力を加えて前記ロッキングピルを軸方向外側に前記第２の位置に展開させるロック位置まで軸方向に摺動可能であり、前記スピンドルは、前記スピンドルの小径部が前記ロッキングピルに近接しており、前記ロッキングピルが前記第１の位置まで半径方向内向きに自由に引き込まれるロック解除位置まで摺動可能である、スピンドルと、
リテーナ穴であって、前記ピストンを受けるために前記穴の開口部が前記第１の構造体の方向に向くように第２の構造体の下面に組み込まれ、内側リップ上のアンダーカット面を含む、リテーナ穴とを備え、
前記ファスナシステムは、前記第２の構造体を前記第１の構造体近傍に配置し、前記ピストンを前記第１の構造体から前記第２の構造体内の前記リテーナ穴内に第２の位置に外向きに展開し、前記ロッキングピルを半径方向外側に前記第２の位置に展開するために前記スピンドルを前記ロック位置に摺動させるとともに前記ロッキングピルが前記第１の位置に引っ込めないように前記ロッキングピルを前記第２の位置に機械的に押さえ、前記第２の構造体を前記第１の構造体に係止させるために前記ロッキングピルが前記リテーナ穴の前記アンダーカット面と接触することを含む係止シーケンスにより、前記第２の構造体を前記第１の構造体に係止する、ファスナシステム。
【請求項１９】
前記ロッキングピルは、円形の断面形状、前記内側端部と前記外側端部との間の円筒状中央部分、前記外側端部の丸みを帯びた形状、および前記内側端部の近位の肩部を有し、
前記リテーナ穴は、内周にぐるりと接触面を有し、前記接触面は、前記ロッキングピルの前記外端の前記丸みを帯びた形状に対応する輪郭形状を有し、
前記ロッキングピルの前記外側端部は、前記ロッキングピルが前記スピンドルによって前記第２の位置に向かって外向きに押し出されたときに前記第２の構造体を前記第１の構造体にロックするために、前記リテーナ穴の前記接触面と係合し、前記リテーナ穴の前記接触面は、前記スピンドルが前記ロック解除位置にあるときに前記ロッキングピルを前記第１の位置に向かって内向きに押すとともに前記第２の構造体は前記第１の構造体から引き抜かれ、前記ロッキングピル上の前記肩部が前記ピストンの内壁と接触するとともに前記ロッキングピルが前記交差孔から外方に押し出されるのを防止する、請求項１８に記載のファスナシステム。
【請求項２０】
前記ロッキングピルの前記外端の前記丸い形状が楕円形である、請求項１９に記載のファスナシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[０００１]  本発明は、一般に締結装置に関し、より具体的には、ロック装置の信頼性、繰り返し性、および強度を向上させるように設計された多数の特徴を含む、構造物に工作物を接続するための、ボールロック式締結装置に関し、この特徴は、ロッキングボールの形状、ロッキングボールと係合する保持ハウジングの形状、およびロッキングボールの展開および収縮を制御する機構を含む。
【背景技術】
【０００２】
[０００２]  航空、一般建設、エレクトロニクス、一般的な製造業を含む様々な産業では、さまざまな目的でファスナが使用されている。例えば、航空産業は、外側モールドライン（「ＯＭＬ」）の頻繁にアクセスされるパネルおよびドアを航空機の構造フレームに素早く、確実に、堅固に取り付けることが望ましいと考え得る。これらのＯＭＬのパネルおよびドアを取り付けるために使用される締結方法は、安全であり、望ましくないおよび／または偶発的な分離（例えば、飛行中）を回避することができるべきである。ある種の航空用途では、これらのＯＭＬパネルおよびドアを下から支えるファスナを使用することによって空力抵抗を減少させ、それによってパネルまたはドアのＯＭＬを通って突出または貫通を回避することが望ましい場合もある。この状況では、ファスナを構造梁と関連させ、作動時に、パネルの下から作動させてパネルをつかむまたは把持することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
[０００３]  パネルファスナは、ユーザーによる最初の作動または取り付けのために、特定のクランプアップ（ｃｌａｍｐ−ｕｐ）力に合わせて設計することができる。信頼性のあるサービスのために、航空などの特定の使用環境におけるパネルファスナは、エネルギを切る力がユーザーにより積極的に付与されるまで、エネルギを与える力をさらに付与することなく、最初のクランプアップ力を保持するように設計され得、選択的なパネルの取り外しを容易にする。
【０００４】
[０００４]  上記のように、パネルを下から保持し、非係止（ｕｎｌａｔｃｈｅｄ）位置にあるときに支持構造体内に完全に格納可能なファスナを含む、パネルを下から保持するパネルファスナが開発されている。これらのパネルファスナは、ロッキングボールを分離するためのシャフトまたはスピンドルを備えたボールロック型ファスナと、空気圧駆動ファスナとを含む。しかしながら、ファスナのロック機構の信頼性、再現性および強度を改善する特徴を追加することにより、さらなる設計の最適化が依然として可能であり、ここに開示される。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
[０００５]  本発明の開示によれば、工作物を構造に接続するためのボールロック型締結装置が開示されている。締結装置は、伝統的なボールロックファスナと比較して、ロッキング機構の信頼性、再現性、および強度を改善するように設計された多くの特徴を含む。この特徴は、ロッキングボールの形状、ロッキングボールと係合する保持ハウジングの形状、ロッキングボールの展開および収縮を制御する機構を含む。
【０００６】
[０００６]  本発明のさらなる特徴は、添付の図面と併せて以下の説明および添付の特許請求の範囲から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】[０００７]  図１は、典型的なアクセスパネルが胴体から取り外されて示された航空機胴体の図である。
【図２】[０００８]  図２は、湾曲したアクセスパネルの断面図であり、支持構造体に収縮しない従来の底部把持ファスナの問題を示している。
【図３】[０００９]  図３は、ファスナがその支持構造内に完全に引っ込められている非係止状態のアクセスパネルファスナの断面図である。
【図４】[００１０]  図４は、図３に示されたタイプのファスナの断面図であり、ファスナは、ロッキング機構に縦長のロッキングピルを含む。
【図５】[００１１]  図５は、ロッキングピルの形状がはっきりと見える図４のファスナからのロッキングピルの１つを示す図である。
【図６】[００１２]  図６は、図３に示すタイプのファスナの上端部の断面図であり、ファスナは、保持ハウジング上の対応する隆起部またはリップと係合する形状を有するロッキングピルを含む。
【図７】[００１３]  図７は、図６のファスナの上端の断面図であり、ロッキングピルが外側に展開され、保持ハウジング上のリップと係合している、ロックされた構成である。
【図８】[００１４]  図８は、図６および図７のファスナからのロッキングピルのうちの１つを示す図であり、ロッキングピルは磁気による引っ込みを含み、ロッキングピルの上部にピン／スロットによる特徴を備え、作動による移動を制御する。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[００１５]  ボールロック装置の高度なロック設計に関する本発明の実施形態の以下の説明は、事実上単なる例示であり、決して本発明またはその適用または用途を限定するものではない。例えば、以下に説明するいくつかの実施形態は、航空機上のアクセスパネルの文脈で説明される。しかしながら、開示されたファスナの設計の特徴は、ボールロックファスナが必要とされる他の用途、例えば、自動車、軍用車両、機械、建造物など、での使用にも適している。
【０００９】
[００１６]  図１は、航空機１０の胴体及び尾部の一部の図であり、航空機１０の胴体から取り外されたアクセスパネル２０を示している。アクセスパネル２０は、胴体、翼、尾等のような、航空機１０のどこにでも配置することができる。アクセスパネル２０は、内部コンポーネントへのアクセスのために、最も一般的にはサービスまたは検査のために、取り外し可能であるように意図されている。パネル２０は、飛行負荷、振動等に耐える能力を含めて、航空機１０上の位置にしっかりと固定することができなければならない。
【００１０】
[００１７]  最小空力抵抗のためにパネル２０の完全にきれいな外面を維持するために、パネル２０を下から把持するファスナでパネル２０を航空機１０に固定することが望ましい。そのような底部把持ファスナの１つは、ファスナのボールロック構成要素を非係止するために、ファスナ位置の上に配置された強力な磁石を使用する。しかしながら、この設計では、内部に配置されたファスナ上に外部磁石を正確に配置する必要があり、達成が困難であり、複数の人で成し遂げる必要がある。別の下部把持ファスナは、パネル２０を航空機１０に磁気的に取り付けるだけであり、膨張可能な「インナーチューブ」は、磁気グリップを破壊し、パネル２０を取り外すために使用される。しかしながら、大きなパネルの場合、この設計は、大きくて面倒な内管を必要とする。さらに、インナーチューブが漏れを発生させるべきである場合、パネル２０を航空機１０から撤去することは非常に困難であり、両者に損傷を与える可能性がある。
【００１１】
[００１８]  別の公知のタイプのクイック解放ファスナは、ボールロック型ファスナである。一般的に、ボールロックはクイックリリースコンポーネントおよびファスナの操作に使用されている。ボールロック機構は、多くの応用分野において周知である。それらは、部分的に突出するロッキングボールまたは球を含む孔を使用することによって、２つの構成要素の解放および再取り付けを可能にする。このようなボールロック機構は、通常、バネ荷重ボール設計またはスピンドルを使用して、保持ボールを指定されたロッキング溝に係合させる／詰め込む。多くのボールロックファスナの設計は、強度と信頼性に欠点があることが知られており、外部アクセスパネルなどの重要な航空機用途には通常適していない。
【００１２】
[００１９]  他のタイプのアクセスパネルファスナも開発されているが、いずれも底部把握、単純作動、高信頼性、航空機１０へのパネル２０の内蔵クランププリロード、および支持構造内へのファスナの完全な格納可能性の所望の組み合わせをもたらさない。この最後の機能である、格納可能性、については、以下でさらに説明します。
【００１３】
[００２０]  図２は、断面が航空機１０の胴体を通して切断されたかのような端面図でのアクセスパネル２０の図である。図２は、航空機１０、アクセスパネル２０、符号３０で示される航空機１０の支持構造部分、ファスナ４０、およびパネル２０内の凹部５０を示す。図２は、支持構造の中に引っ込まない従来の底部把持ファスナ４０に存在する制限を示す。
【００１４】
[００２１］  パネル２０の各コーナーの近くに１つずつ配置された４つのファスナ４０を使用するパネル２０の設計を考える。ファスナ４０のうちの２つは、図２に見られるが、ファスナ４０の他の２つは、図示された２つの直ぐ後ろに位置する。ファスナ４０の各々は、パネル２０の凹部５０の１つに挿入されなければならず、その後、ファスナ４０のボールロックまたは何らかの他の構造を作動させて、ファスナ４０を凹部５０にロックし、パネル２０を航空機１０に固定する。パネル２０が平坦であるか、またはほぼ平坦である場合、パネル２０を航空機１０に対して所定の位置に下げることが可能であり、同時にすべての凹部５０をファスナ４０に嵌め込むことが可能である。パネル２０が本質的に平坦である場合にのみ、ファスナ４０が支持構造３０内に引き込まれなくても、パネル２０を所定の位置へ下げることは可能である。
【００１５】
[００２２]  しかしながら、図２の場合のように、パネル２０が非常に湾曲している場合、ファスナ４０が支持構造３０内に引き込まれなければ、パネル２０を所定の位置に下げることができない。図２に示すように、機械技術の当業者によって容易に理解されるように、非格納式ファスナ４０は、凹部５０を取り囲む材料と干渉し、それによってパネル２０が所定の位置まで下がるのを防止する。大きく湾曲したアクセスパネル２０に対して、支持構造３０の中に完全に引き込まれるファスナ設計が必要とされ、アクセスパネル２０を所定の位置に自由に配置することができ、その後ファスナがパネル２０の中に延び、パネル２０に係止（ｌａｔｃｈ）される。
【００１６】
[００２３]  図３は、完全に引き込まれることが可能で、底部を把持されることが可能で、係止するおよび係止解除することの両方のための簡単で迅速な作動、高い信頼性および組み込まれたクランププリロードをもたらすファスナ１００の断面図である。図３は、装置が完全に引っ込められ且つ係止解除された第１の位置にあるファスナ１００を示す。図３のファスナ１００の設計および操作は、本出願の出願人に帰する２０１５年５月１５日に出願された「ＲＡＰＩＤ  ＰＡＮＥＬ  ＡＣＣＥＳＳ  ＦＡＳＴＥＮＥＲ  ＦＯＲ  ＨＩＧＨＬＹ  ＣＵＲＶＥＤ  ＰＡＮＥＬＳ」と題する米国特許出願第１４／７１３，２２５号に記載されているその全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【００１７】
[００２４]  「空気圧作動式」という用語は、ここでは、少なくとも１つの実施形態において、圧縮空気、窒素、または他の何らかのガスによって供給される空気による力を用いてファスナ１００が選択的に作動されることを示すために使用される。しかしながら、ファスナ１００の基本的な設計原理から逸脱することなく、液圧油、水、または特定の使用環境のための他の適切な流体を使用する液圧による力を使用することもできることを理解されたい。
【００１８】
[００２５]  ファスナ１００への言及は、以下、固定構造２００に取り付けられる構成要素、および取り外し可能なパネル３００に組み込まれる構成要素を含む、ファスナ組立体全体を示す。図１および図２と比較すると、固定構造２００は航空機１０および支持構造３０に対応し、着脱可能パネル３００はアクセスパネル２０に対応する。視覚的明快さのために、いくつかの要素番号は、様々な図から省略されてもよいが、特定の番号の付いた要素が存在するすべての図に類似して適用可能であると理解されるべきである。
【００１９】
[００２６]  「下方」および「上方」、「下」および「上」などの相対的な用語は、図３および同様の向きの図のそれぞれの底部および上部に向かう方向を指すためにここで使用される。ここでの記載を方向づけることを超えて、これらの方向に関連した用語の使用によって絶対的な方向が暗示または示唆されることはなく、当業者は、図に示すように空間に構成されていないファスナ１００に容易に方向付けなおすことができる。
【００２０】
[００２７]  ファスナ１００は、固定構造２００の一部である、上部ハウジング２１０および下部ハウジング２２０を含む。下部ハウジング２２０は皿ばね２３０をその周囲に固定する。ピストン組立体２４０は、皿ばね２３０の中央開口部を通って配置され、ピストン組立体２４０は、皿ばね２３０を通って上方ハウジング２１０の開口部を通って上下に摺動することができる。下部ハウジング２２０、皿ばね２３０、およびピストン組立体２４０の下には、チャンバ２６０がある。チャンバ２６０は、以下に詳細に説明するように、中を通って空気圧が選択的に供給される空気ライン２７０と流体連通している。
【００２１】
[００２８]  空気ライン２７０の空気圧は、少なくとも１つのポンプまたはコンプレッサ、タンクまたはプレナム、および少なくとも１つのバルブを含む空気供給システムによって供給されることが理解されるべきである。これらの要素は当業者には明らかであり、ファスナ１００の設計には関連しないので、空気圧供給システムの要素はいずれも図３以降に示されていない。ファスナ１００の複数のユニットが空気ライン２７０に結合されて、特定のアクセスパネル上で使用されるファスナ１００の全てが、空気圧の所定のシーケンスで同時に掛かり得るか、または解除され得ることも理解されたい。
【００２２】
[００２９]  ピストン組立体２４０は、ピストン本体２４２と、バルブ２４４と、磁気シート２４６とを含む。磁気シート２４６は、中央開口部２４８を含み、中央開口部２４８は、チャンバ２６０内にどのような空気圧が存在していても底部で開いている。ピストン本体２４２は、ピストン本体２４２の一端から他端まで延びる中央通路２５０を含む。バルブ２４４が磁気シート２４６から持ち上げられると、チャンバ２６０からの空気圧は、磁性座２４６の開口２４８を通って中央通路２５０に入る。ピストン組立体２４０はまた、複数の磁気ピル（ｐｉｌｌｓ）２５２を含み、その各々は、ロッキングドッグ２５４に結合される。ピル２５２およびドッグ２５４のそれぞれ２つが図に示されているが、より多くを使用することができる。ピル２５２およびドッグ２５４は、図３のピストン組立体２４０内に引っ込まれて示されているが、後述するように、掛けるために半径方向外側に展開される。磁気ピル２５２は、ピストン本体２４２の上端に嵌め込まれた頂部磁石２５６によって引っ込み位置に保持される。磁気ピル２５２は、互いの磁気引力によって引っ込み位置に保持され、上部磁石２５６は、引っ込められたときに、磁気ピル２５２をピストン本体２４２の中心に維持するように働く非磁性バンパーに置き換えることができる。
【００２３】
[００３０]  取外し可能なパネル３００は、係止シーケンス中にピストン本体２４２の上端がその中に移動する保持穴３１０を含む。リテーナ穴３１０は、ロッキングドッグ２５４の輪郭に対応するように設計された輪郭形状を有しており、ドッグ２５４がパネル３００上に引き下ろされることができ、この状態では、ドッグ２５４は、半径方向に引き込まれてアセンブリ２４０内に戻されることが防止される。この機能は、後の図に示され、以下に説明される。
【００２４】
[００３１]  以下の説明では、「正」の圧力は、静止圧力（例えば、平方インチ当たり約１４．７ポンド、または約１０１キロパスカルの大気圧であり、多くの使用環境において静止圧力になるが、静止圧力は幾分変動し得る、高度、周囲温度、および他の寄与因子に依存する）。以下に引用される特定の空気圧値は、記載のように動作することが実証された一実施形態の例示である。すべての圧力は、引用された値の妥当な範囲内にあると理解されるべきである（例えば、＋／−３４．５〜６９．０ｋＰａ（５〜１０ｐｓｉ））。
【００２５】
[００３２]  図３では、ファスナ１００は、完全に引っ込んだままの非係止位置で示されている。この時点では、チャンバ２６０内に空気圧はない（すなわち、周囲よりも高い正圧はない）。上述したように、ファスナ１００（特にピストン組立体２４０）がハウジング２１０，２２０内に完全に引っ込ませる能力は、取り外し可能なパネル３００が大きく湾曲しているものへの用途にとって重大である。図３に示すように、パネル３００は、上部ハウジング２１０上の所定の位置に配置されるが、パネル３００は、下にある固定構造２００に決して固定されていない。
【００２６】
[００３３]  図３に示す構成から、ファスナ１００は以下のような空気圧の係止シーケンスを適用することによって係止される。第１に、一連の増加する空気圧がチャンバ２６０内に供給され、ピストン組立体２４０を上方に展開させ、皿ばね２３０を上方に撓ませ、空気圧によってロッキングドッグ２５４を分離して外向きにリテーナ穴３１０内に移動させる。次に、空気圧が段階的に除去され、皿ばね２３０が部分的に弛緩され、延長されたロッキングドッグ２５４がリテーナ穴３１０のリップ（ｌｉｐ）に引っ掛かる。ファスナ１００は、空気圧を必要とせずにクランププリロードで完全に係止される。
【００２７】
[００３４]  上述の係止構造から、ファスナ１００は、以下のように空気圧の非係止シーケンスを適用することによって非係止にされる。第１に、皿ばね２３０を上方に撓ませるのには十分であるが、ピストン組立体２４０内の弁を開き、ロッキングドッグ２５４に分離圧力を加えるには不十分であるように、空気圧がチャンバ２６０に提供される。この段階で、ロッキングドッグ２５４は、リテーナ穴３１０のリップから解放され、ピストン組立体２４０の中に引き戻される。その後、空気圧が段階的に除去され、皿ばね２３０が緩み、ピストン組立体が固定構造２００内に下がって引き戻される。次に、チャンバ２６０内に空気圧はなくなって、ファスナ１００は完全に非係止にされ、格納される。
【００２８】
[００３５]  このタイプのファスナの動作は、以下に説明する本発明の設計上の特徴の文脈上の背景を提供するために理解されなければならないので、上述のファスナ１００の詳細な説明がもたらされる。特に、航空機のアクセスパネルまたは他の重要な用途に使用されるファスナの強度および信頼性を改善するために、ファスナ１００の上部の構成要素に多数の新しい設計特徴が組み込まれているが、同時に、ファスナの大きさおよび重さを減少させる。
【００２９】
[００３６]  図４は、ファスナ４００の断面図であり、一般に図３に示すファスナ１００のタイプのものであり、ファスナ４００は、ロッキング機構内の細長いロッキングピルを含む。典型的なロッキングボールファスナは、ピストンから外側に駆動されてロックされる構成要素と係合する丸いロッキングボールを使用する。しかしながら、丸いロッキングボールは、制限されたせん断強さ、およびロッキングを損なう荷重下の任意の軸について回転する能力を含むいくつかの固有の制限を受ける。
【００３０】
[００３７]  ファスナ４００は、リテーナ穴４５０内に上方に展開するピストン４１０を含む点で、図３のファスナ１００と概ね同様である。しかしながら、空気作動式ピルの代わりに、ピストン４１０は、その中に摺動可能に取り付けられたスピンドル４２０を含み、スピンドル４２０は、ピストン４１０内で軸方向に移動して、複数のロッキングピル４３０がスピンドル４２０が（図４のような）ロック位置に、またはロッキングピル４３０がピストン４１０の中に後退してリテーナ穴４５０を解放することができる位置に移動する。
【００３１】
[００３８]  図４に示すスピンドル４２０は、下端４２２に供給される空気圧によって作動するが、他の種類のスピンドル作動も可能である。さらに、スピンドル４２０は、フレア部４２４をピル４３０と接触しないように移動させ、ピル４３０をピストン４１０内に後退させるように、（図４に示す位置から）上方に作動するように設計されている。ここでも、スピンドル４２０の他の設計も可能である。
【００３２】
[００３９]  図５は、ロッキングピル４３０の形状がはっきりと見える、図４のファスナ４００からのロッキングピル４３０の１つを示す図である。以下の説明は、図４および／または図５で視認可能な特徴および要素を参照する。
【００３３】
[００４０]  ロッキングピル４３０は、同じ直径のシリンダによって接合された２つの半球体として説明することができる形状を有する。具体的には、ピル４３０は、概して半球形状の第１の端部４３２を含む。第１の端部４３２は、真の半球ではなく楕円形状にいくらか平らにされてもよい。第１の端部４３２は、リテーナ穴４５０の合わせ面４５２と係合するピル４３０の端部である。ピル４３０はまた、円筒形状である円筒状の中央部分４３４を含む。円筒形部分４３４は、展開および収縮の際のピル４３０の円滑な移動および完全な移動を提供する。ピル４３０は、図４に示されるように、半球形状または楕円形状、またはそれ以上の「平坦化された楕円形状」であり得る、第２の端部４３６をさらに含む。第２の端部４３６は、スピンドル４２０と接触するピル４３０の端部である。ロッキングピル４３０の形状は、従来の丸いロッキングボール形状に比べて２つの明確な利点をもたらす。
【００３４】
[００４１]  第１に、ロッキングピル４３０は、対応する丸いロッキングボールよりも大きなせん断強度と大きな接触面を有する。ピル４３０の強度係数の増加は、、図４に示されるように、第１の端部４３２の楕円形状の直径に対する高さの増加と、第１の端部４３２のすべてがピストン４１０の外側にあるようにピル４３０が展開できるという事実との両方による。対照的に、丸いロッキングボールは外部から杭打ちされなければならず、そうでなければ排出されないように押さえられなければならないため、従来の丸いロッキングボールの５０％以上がピストン壁の内側に必然的に残っていなければならない。ロッキングピル４３０のせん断強度および接触表面積は、航空機のアクセスパネルの場合のように、リテーナ穴４５０の分離荷重が大きい用途では重要であり得る。高荷重下では、伝統的な円形のロッキングボールは、せん断により変形または完全に破損することが知られており、したがって、リテーナ穴４５０およびそれに付随するパネルの意図しない解放を可能にする。細長いロッキングピル４３０の接触表面積およびせん断強度の増加は、従来の丸いロッキングボールのこの制限に対処する。
【００３５】
[００４２]  第２に、ロッキングピル４３０は、ピストン４１０の壁内のそれらの位置内で回転することができない。回転ができないことは、ロッキングピル４３０の特有の形状、特に半径方向におけるピル４３０の円滑な並進の展開および収縮を容易にするが、ピル４３０の垂直軸または円周軸回りの回転を防止する、円筒形の部分４３４を含むことによる。従来の丸いロッキングボールの回転が円形のロッキングボールをリテーナ穴４５０と係合して転動させることが知られているので、回転できないことは、ロッキングピル４３０を、所定の位置にロックされているはずのリテーナ穴４５０による分離荷重に耐えるのに一層有効にする。
【００３６】
[００４３]  また、ロッキングピル４３０は、ピストン４１０の内壁の凹部４１２に嵌合する肩部４３８を含む。肩部４３８は、ピストン４１０からのピル４３０の偶発的な放出を防ぐ正の機械的停止を提供する。皿頭の肩部の特徴は、信頼できない方法であることが判明した従来のロックボールステーキング（ｌｏｃｋ  ｂａｌｌ  ｓｔａｋｉｎｇ）の代替物として考えられ、しばしば孔の内部にピルの詰まりを引き起こし、上記の展開移動を制限する。細長い形状、円筒形部分４３４、および肩部４３８を含むロッキングピル４３０の特徴の組み合わせは、ファスナ４００が従来の丸いロッキングボールファスナより高い強度およびより良い信頼性を有する結果となる。
【００３７】
[００４４]  図６は、図３に示されたファスナ１００と同様のファスナ５００の上端部の断面図である。ファスナ５００は、ピストン５１０およびリテーナ穴５５０を含み、ピストン５１０は、機械的ピル作動のためのスピンドルまたはウェッジを含まない。ピストン５１０は、複数のロッキングピル５３０の内面に空気圧が（ファスナ作動の適切な段階で）提供される軸方向孔５１２を有する。ロッキングピル５３０は、ピストン５１０の交差孔５１４内で横方向に（半径方向外向きに展開し、半径方向内向きに引き込まれる）移動する。リテーナ穴５５０は、内側リップ上の隆起部５５２を含み、隆起部５５２は、ロッキングピル５３０のフレア端部の輪郭形状に対応する形状を有する。
【００３８】
[００４５]  従来のボールロッキングコンポーネントは、位置ずれの影響を受けやすく、ボールが完全に嵌合していないと容易に外れることができる。航空機産業において、これは望ましくない結果を引き起こし、それにより伝統的なボールロッキングファスナを使用に不適切である。対照的に、隆起部５５２およびピル５３０の嵌合形状は、滑りおよび振動に対して抵抗性を有し、自己センタリングおよび自己補強できる。隆起部５５２は、「くさび」または「スピンドル」を必要とせずにロック位置にロッキングピル５３０を確実に保持することを可能にし、それによりファスナの全体直径を減少させる。リテーナ穴５５０内の隆起部５５２は、上述したように、特定の空気シーケンスでピル５３０が係合し、ロックされることを可能にする。一旦ロックされると、隆起部５５２は、空気圧を必要とせずにロックされたファスナを保持する。
【００３９】
[００４６]  図７は、図６のファスナ５００の上端の断面図であり、ロック形態にあり、ロッキングピル５３０が外側に展開され、リテーナ穴５５０の内側リップ上の隆起部５５２と係合している。図７では、ロッキングピル５３０がリテーナ穴５５０の隆起部５５２とどのように係合しているのかが明確に示されており、両方とも、ピル５３０の意図しないピストン５１０への引き込みを防止し、リテーナ穴５５０の垂直荷重によってのみ補強され、リテーナ穴５５０のピル５３０に対する積極的なロックを生じる。
【００４０】
[００４７]  上述したファスナ５００および他のファスナの重要な特性は、あらゆる状況下でロッキングピル５３０の動きを制御する能力である。具体的には、リテーナ穴５５０が所定位置にないときにピル５３０が不用意に展開された場合、ロッキングピル５３０がピストン５１０から排出されないことが重要である。また、ピル５３０の一つががピストン５１０の壁から突出してリテーナ穴５５０と干渉するように、ピル５３０が偏心して引き込まれないことも重要である。
【００４１】
[００４８]  さらに、隆起部５５２のためにリテーナ穴５５０による内向きの付勢が可能ではないので、ファスナ５００が非係止されているときにピル５３０がそれ自体でピストン５１０に引き戻されないことが不可欠である。上述したように、ファスナ５００において、ロッキングピル５３０の展開は、機械的なスピンドルの代替としての空気圧によって達成される。この設計では、ロッキングピル５３０に他の特徴を追加して、あらゆる状況下でのピル５３０の信頼性の高い展開および引き込みを確実にすることができる。
【００４２】
[００４９]  図８は、図６および図７のファスナ５００のロッキングピル５３０のうちの１つを示す図であり、ロッキングピル５３０は磁気引き込み構造、およびロッキングピル５３０の上部には動作上の移動を制御するためのピン／スロット構造を含む。以下の説明は、図６,７および／または図８のうちの１つ以上で視認可能な要素を参照する。
【００４３】
[００５０]  １対のピン５１６がピストン５１０の頂部の固定位置に嵌合され、ピン５１６が交差穴５１４内に下方に突出する。また、ロッキングピル５３０の上面には、スロット形状のトラック５３２が設けられており、トラック５３２はピン５１６の上を前後に摺動して、ピル５３０の動作上の移動を制限する手段をもたらす。すなわち、トラック５３２は、ピン５１６との接触によりピル５３０の展開移動（ピストン５１０からの半径方向外側）およびピル５３０の引き込み移動（半径方向内側）の両方を制限するように設計された長さおよび位置を有する。このピン／スロット構造は、軌道５３２の第１の端部５３４がピン５１６に接触するときに、不注意によるピル展開の場合に交差穴５１４からピル５３０が排出されるのを防止する。ピン／スロット構造はまた、ピル５３０の各々がトラック５３２の第２の端部５３６がピン５１６に接触するまで引き込まれるので、ピル５３０の１つが依然としてピストン５１０から突出している中央からピル５３０が引き込まれるのを防止する。ピン／スロット構造は、穴の中で頻繁にピルが詰まる従来のロックボールステーキングに代わる別の方法として考えられていました。スロット形状のトラック５３２内に捕捉されたピン５１６は、自由な動きおよび任意の所望の移動量を維持しながら、ピルのより確実な保持を容易にする。
【００４４】
[００５１]  ピル５３０の後ろに配置された磁石５４０の使用によって、ロッキングピル５３０の積極的で確実な引き込みが実現されることができる。ロッキングピル５３０が隆起部５５２と係合されず、軸方向孔５１２に空気圧が供給されないとき、磁石５４０は、ピル５３０をピストン５１０内に引き戻させる。磁石５４０は、磁石５４０が互いに引き寄せられるように、ロッキングピル５３０内で配向されている。磁石５４０は、ネオジム−鉄−ホウ素などの「希土類」組成物を含む任意の適切な磁性材料で構成することができる。上述したように、ピン／スロット構造は、ピル５３０のそれぞれをその適切な位置に引き戻させ、それにより、中心から外れた引き戻し状態を防止する。隆起部５５２によってもたらされる自己係止保持ジオメトリと併せて、磁石引き込みおよびピン／スロット構造は、スピンドルがピル５３０を展開／引き込みさせる必要性を排除する。スピンドルは、伝統的なボールロックファスナの設計では本質的に誤動作しやすく、連続使用により弱くなり摩耗しやすく、全体的により大きな大きさのファスナを駆動させる要素であるため、スピンドルの除去は有益である。
【００４５】
[００５２]  上述のファスナシステムは、アクセスパネルや他の用途にそのようなファスナを使用する、航空機および他の乗り物または機械の製造業者に対して多くの利点をもたらす。これらの利点は、ロッキングボールの形状、ロッキングボールと係合する保持ハウジングの形状、およびロッキングボールの展開および引き込みを制御する機構を含む構造の効果により、ロッキング機構の信頼性、再現性、および強度の向上が含まれる。開示されたファスナシステムの革新的な特徴は、伝統的なボールロックファスナが適切でない用途で使用することができる小型化および高機能化されたファスナをもたらす。
【００４６】
[００５３]  前述の考察は、単に本発明の例示的な実施形態を開示し説明する。当業者であれば、そのような考察、および添付の図面および特許請求の範囲から、以下の特許請求の範囲に定義された本発明の精神および範囲から逸脱することなく、様々な変更、修正、および変形が可能であることは容易に理解されるであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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