(57)【要約】  本発明は、整列した貫通孔を有するワークピース（５０ａ、５０ｂ）を互いに取り付けるためのファスナ（１０）に関する。ファスナ（１０）は、シャンク部（１１）と、シャンク部（１１）の一端に設けられたヘッド部（１３）とを備える。シャンク部（１１）及び／又はヘッド部（１３）の直径は、ファスナ（１０）が整列した孔に小さな公差で装着可能となるように選択される。ファスナ（１０）はオーバサイズ構造（２０）を更に備える。このオーバサイズ構造（２０）は、シャンク部（１１）及び／又はヘッド部（１３）の少なくとも一部を拡大するために、シャンク部（１１）及び／又はヘッド部（１３）の少なくとも一部に強固に接着されて、オーバサイズ構造（２０）のないファスナ（１０）に要求される直径よりも大きな直径を持つ整列した孔（６０ａ、６０ｂ）にファスナ（１０）が装着可能となるようにする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整列した貫通孔を有する、ワークピース（５０ａ、５０ｂ）を互いに取り付けるためのファスナ（１０）、特に高強度ファスナであって、前記ファスナ（１０）は、
シャンク部（１１）と前記シャンク部（１１）の一端に設けられたヘッド部（１３）と
を備え、
前記シャンク部（１１）及び／又は前記ヘッド部（１３）の直径は、前記ファスナ（１０）が前記整列した孔に小さな公差で取り付け可能であるように選択され、
前記ファスナ（１０）はオーバサイズ構造（２０）を更に備え、
このオーバサイズ構造（２０）は、前記シャンク部（１１）及び／又は前記ヘッド部（１３）の少なくとも一部を拡大して、オーバサイズ構造（２０）のないファスナ（１０）に要求されるよりも大きな直径を持つ整列した孔（６０ａ、６０ｂ）に前記ファスナ（１０）を装着可能とするために、前記シャンク部（１１）及び／又は前記ヘッド部（１３）の少なくとも一部に強固に接着されることを特徴とする、ファスナ。
【請求項２】
前記オーバサイズ構造（２０）の厚さは、前記オーバサイズ構造（２０）なしの前記ファスナ（１０）に必要な前記整列した孔を再穿孔又は穿孔除去した結果による、前記整列した孔の増大した直径を補償するように選択される、請求項１に記載のファスナ（１０）。
【請求項３】
前記オーバサイズ構造（２０）は、前記シャンク部（１１）及び／又は前記ヘッド部（１３）の材料に化学的に適合する材料でできているか、前記オーバサイズ構造（２０）は、ブリネル硬度が少なくとも６０でかつ降伏強度が２０，０００ｐ．ｓ．ｉ（＝１３７９バール）超であるかの、少なくともいずれかである、請求項１又は請求項２に記載のファスナ（１０）。
【請求項４】
前記オーバサイズ構造（２０）は、前記シャンク部（１１）及び／又は前記ヘッド部（１３）の材料とは異なる材料でできている、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のファスナ（１０）。
【請求項５】
前記オーバサイズ構造（２０）は、前記シャンク部（１１）及び／又は前記ヘッド部（１３）の外面にコーティング、溶射又は他の方法で被覆された材料から成る、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のファスナ（１０）。
【請求項６】
前記オーバサイズ構造（２０）の材料は、前記シャンク部（１１）の構造の完全性を損なうことなく、コーティング堆積法によって、前記シャンク部（１１）及び／又はヘッド部（１３）の外面の少なくともいくつかの領域に被覆される、請求項１〜請求項５のいずれか一項、特に請求項５に記載のファスナ（１０）。
【請求項７】
前記オーバサイズ構造（２０）の材料は、ろう付けプロセス、冷ガスダイナミック溶射プロセス、フレーム溶射プロセス、アーク溶射プロセス、プラズマ溶射プロセス、ＨＶＯＦ溶射プロセス、爆発溶射プロセス、高出力インパルスマグネトロンスパッタリングプロセス、化学蒸着プロセス、気相コーティングプロセス及び／又は拡散浸透処理プロセスによって、前記シャンク部（１１）及び／又は前記ヘッド部（１３）の外面の少なくともいくつかの領域に被覆される、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のファスナ（１０）。
【請求項８】
前記オーバサイズ構造（２０）の材料は、前記シャンク部（１１）及び／又は前記ヘッド部（１３）の外面の少なくともいくつかの領域に、それ以前に存在した表面層をこれらの領域から除去するための物理的又は化学的分離プロセスを施した後に、これらの前記シャンク部（１１）及び／又は前記ヘッド部（１３）の外面の少なくともいくつかの領域に被覆される、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のファスナ（１０）。
【請求項９】
前記オーバサイズ構造（２０）は、前記シャンク部（１１）の基本直径に対応する内径と、前記シャンク部（１１）の前記基本直径より少なくとも０．１ｍｍ大きい外径を有するスリーブ形構造である、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のファスナ（１０）。
【請求項１０】
前記シャンク部（１１）は、ｎ×１／６４インチ（＝ｎ×０．３９６８７５ｍｍ）、ここでｎは１又は１の整数倍、である基本直径を有する、請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のファスナ（１０）。
【請求項１１】
前記シャンク部（１１）は、１／３２インチ（＝０．７９ｍｍ）又は１／３２インチ（＝０．７９ｍｍ）の倍数、特に１／１６インチ（＝１．５９ｍｍ）の基本直径を有するか、又は前記シャンク部（１１）は、約０．５ｍｍ又は０．５ｍｍの倍数の基本直径を有する、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のファスナ（１０）。
【請求項１２】
前記ファスナ（１０）は、前記シャンク部（１１）の前記ヘッド部（１３）とは反対側の端部に設けられたねじ部（１２）を有するか、又は前記ファスナ（１０）は、一端が前記ヘッド部（１３）で終端し、かつロック溝付きの複数のねじを有するねじ部１２を含む、細長いシャンク部を有するピン部材を備える、請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のファスナ（１０）。
【請求項１３】
前記オーバサイズ構造（２０）は、前記ねじ部（１２）には被覆されていない、請求項１２に記載のファスナ（１０）。
【請求項１４】
前記オーバサイズ構造（２０）には、前記ファスナ（１０）の前記ヘッド部に隣接して嵌合し、また前記ファスナ（１０）の前記ヘッド部に強固に接着されるフレア部が設けられる、請求項１２又は請求項１３に記載の装置（１０）。
【請求項１５】
前記オーバサイズ構造（２０）の外面には、少なくとも部分的に溝が形成されている、請求項１〜請求項１４のいずれか一項に記載のファスナ（１０）。
【請求項１６】
ワークピース（５０ａ、５０ｂ）の孔に設置された元のファスナを交換するための修理アセンブリであって、前記修理アセンブリは、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載のファスナ（１０）を備え、
前記ファスナ（１０）の前記オーバサイズ構造（２０）の半径方向の厚さは、前記元のファスナに必要な前記孔の再穿孔又は穿孔除去の結果による、前記元のファスナに必要とされるよりも大きな直径を有する孔を補償するように選択される、修理アセンブリ。
【請求項１７】
前記元のファスナは、ｎ×１／６４インチ（＝ｎ×０．３９６８７５ｍｍ）、ここでｎは１又は１の整数倍、である基本直径を有する標準ファスナであるか、又は、前記元のファスナは、約０．５ｍｍ又は０．５ｍｍの倍数の基本直径を有する標準ファスナである、請求項１６に記載の修理アセンブリ。
【請求項１８】
オーバサイズ構造（２０）を有するファスナ（１０）であって、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載のファスナを製造する方法であって、
シャンク部（１１）と、前記シャンク部（１１）の一端のヘッド部（１３）とを有する標準ファスナ（Ｆ）を提供するステップと、
オーバサイズ構造（２０）を形成するなどして、前記シャンク部（１１）の少なくとも外面に追加的な材料を堆積させて前記シャンク部（１１）の直径を少なくとも部分的に増大させるステップと、
少なくとも前記オーバサイズ構造（２０）を所望により補足的に処理するステップと、
を含み、
前記追加的な材料は、前記追加的な材料が前記シャンク部（１１）に強固に接着されかつ前記シャンク部（１１）の構造的完全性が損なわれないように、前記シャンク部（１１）の前記外面に被覆される、方法。
【請求項１９】
前記追加的な材料は、所望により前記ヘッド部（１３）にも被覆され、かつ前記追加的な材料は、ろう付けプロセス、冷ガスダイナミック溶射プロセス、フレーム溶射プロセス、アーク溶射プロセス、プラズマ溶射プロセス、ＨＶＯＦ溶射プロセス、爆発溶射プロセス、高出力インパルスマグネトロンスパッタリングプロセス、化学蒸着プロセス、気相コーティングプロセス及び／又は拡散浸透処理プロセスの少なくとも１つによって、前記シャンク部（１１）及び／又は前記ヘッド部（１３）に被覆される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ワークピース（５０ａ、５０ｂ）の孔に装着された元のファスナを交換する方法であって、
前記元のファスナを取り外すステップと、
オーバサイズ構造（２０）を有する新規のファスナ（１０）であって、請求項１〜請求項１５のいずれか一項に記載のファスナのための適切な寸法の前記孔を加工するステップと、
前記加工された孔に、前記オーバサイズ構造（２０）を有する前記新規のファスナ（１０）を装着するステップと、
を含み、
前記新規のファスナの前記オーバサイズ構造（２０）は、前記元のファスナを取り外すプロセスによって影響された前記孔の前記直径のいかなる増大をも補償するように選択される、方法。
【請求項２１】
前記元のファスナは、前記元のファスナを穿孔除去することにより取り除かれる、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
標準ファスナは、ｎ×１／６４インチ（＝ｎ×０．３９６８７５ｍｍ）、ここでｎは１又は１の整数倍、である基本直径を有するか、又は前記標準ファスナは、約０．５ｍｍ又は０．５ｍｍの倍数の基本直径を有する、請求項２０又は請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にファスナに関し、具体的には整列した貫通孔を有するワークピースを互いに取り付けるための高強度ファスナ、より具体的には、シャンク部とそのシャンク部の一端に設けられたヘッド部とを備えるファスナに関する。ファスナはさらに、シャンク部及び／又はヘッド部の少なくとも一部に強固に接着されたオーバサイズ構造を備える。オーバサイズ構造は、ファスナのシャンク部の有効直径を増大させ、かつファスナがワークピースの貫通孔を通して所定位置にあるときにワークピースに支持接触する外径を有する。
【０００２】
本発明は、必ずしもこれに限るものではないが、航空宇宙用構造物を主たる目標としている。そのような構造物においては、ファスナへのせん断方向荷重が特に一般的であって、公差の小さい孔に精密なファスナが使用されることが最も多い。本発明は、特に航空宇宙用構造物におけるファスナ装着に関する問題の解決を意図する。
【背景技術】
【０００３】
一般に、ビルディングや橋などの静止体か、陸上、海上、空又は宇宙で動作する移動物体などの可動体かを問わず、複雑な人工構造物は通常互いに取り付けられた多くの構成部品から作製されて複雑な構造を形成する。普通、ジョイントとして知られる取付け部の設計には、工学設計及び解析の特別の知識と技術が必要とされる。その業務の主要部分は、構造を相互に結合及び固定するためのファスナなどの、適切な構成部品を選択することである。
【０００４】
ジョイント設計の主目的及び第１の目標は、構造体の１つの部品から別の部品への荷重移動を容易にすることである。結合された構造体は、その本来の機能を果たすときに受け得る外部荷重及び内部荷重に耐えられなければならない。荷重は、持続性の静過重、又は可変の動荷重であり得る。機能する環境は、本質的に腐食性であって、ファスナと構造材料の材料特性及び完全性に影響する可能性がある。動作環境もまた温度変化を受け、ジョイント及びファスナの荷重支持特性に影響し得る。これらの全ての因子は、ジョイント設計及びファスナ選択において考慮されなければならない。
【０００５】
建築構造体及び移動物体への人類の最初の試み以来、多種のファスナが考案、開発され、成功裡に使用されてきた。しかしながら、絶えず進化する文明においては、明らかに継続的な改善が常に求められる。ほとんどのジョイント設計における１つの一般的な特徴は、通常ワークピースと呼ばれるジョイント部品に孔又は開口を形成して、一致する孔に適切なファスナを配置することで部品を相互に挿入及び取り付けることである。これらのファスナは、多くの異なる名前や用語で参照されるが、建築物、道具、車両及び現在の文明及び物理的生活の形態を構成するその他の重要な構造体を構築する上で、主要な貢献者である。
【０００６】
特に航空宇宙産業においては、ねじ付きのファスナを必要なトルクで固定し、かつ使用中に確実に固定され続けるようにするために様々な技術が用いられてきた。一例はブラインドファスナであり、これは普通２つ以上のワークピースにおいて、ワークピースの１つの下側（ブラインド側）の面に他の方法ではアクセス不可能な場合に、それらを相互固定するために使用される。そのようなファスナは、航空機及び宇宙船の組み立てに広く適用されている。これらの環境において遭遇する振動及び音響疲労のために、耐久力及び信頼性を有するファスナの形成が必要である。
【０００７】
ブラインドファスナは一般的に、ねじ、スリーブ、ナット及び駆動ナットから成る。一般的に、ねじは外側のねじ面を有し、それぞれに内面にねじ溝を持つスリーブ、ナット、及び駆動ナットをその上に配置することができる。ブラインドファスナは、互いに固定しようとするワークピースの整列した開口に挿入されて、装着後にスリーブとナットがシートを互いにクランプする。
【０００８】
一般的に、高負荷のかかる構造体において整列した貫通孔を有するワークピースを互いに取り付けるための高強度ファスナは、標準的なグレードを有する寸法で提供される。
【０００９】
整列した孔の直径は、その整列した孔に装着されるべきファスナの少なくともその部分の直径よりも、少しだけ大きくなければならない。しかしながら、整列した孔が不注意かつ不適切に準備されて、孔の直径とファスナ部分の直径との差が大きすぎる場合には、標準的なグレードの寸法を有するファスナを、もはや小さい公差で装着することは不可能である。
【００１０】
さらに実際に、これらの標準的なファスナの１つが、重要かつ高負荷構造のワークピースに、不注意かつ不適切に装着されたことが分かった場合には、これらのファスナをそこから取り除いて交換することが必要となる。
【００１１】
このような条件下では、ファスナが交換されようとするとき、ワークピースを貫通する整列孔は、不適切に装着されたファスナ又は腐食により生じる損傷のために、一段大きい標準寸法に再穿孔されなければならない。このために、その前にそこに装着されたファスナよりも明らかに大きな、標準ファスナを使用することが必要となる。
【００１２】
２つの標準寸法のファスナの中間にある、特別のオーバサイズファスナを使用してワークピースを互いに固定することも可能である。そのようなオーバサイズファスナはごく少量しか作製する必要がないので、航空宇宙産業のような非常に多数のファスナが利用されている場合には、製造、在庫、及びこれらのファスナが使用される作業領域への配布のコストは、極めて高くなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
したがって、本発明の目的は、要求があり次第、容易にオーバサイズに作製されるファスナを提供することである。本発明の別の目的は、そのようなオーバサイズファスナの対応する製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
ファスナに関しては、本発明の基礎をなす目的は、独立請求項１の主題によって解決され、方法に関しては、請求項１８及び請求項２０の主題によって解決される。本発明のファスナ及び本発明の方法の更なる展開は、個々の従属クレームで提供される。
【００１５】
したがって、本発明は特にファスナに関し、特に整列した貫通孔を有するワークピースを相互に取り付けるための高強度ファスナに関する。このファスナは、シャンク部とオーバサイズ構造とを備え、このオーバサイズ構造がシャンク部の少なくとも一部に強固に接着される。
【００１６】
ファスナのシャンク部は所定の基本直径を有してもよい。ただし、本開示のいくつかの態様によると、ファスナのシャンク部は、例えばテーパのついたシャンク部の場合のように、一定の直径を持たない。
【００１７】
好ましくは、オーバサイズ構造は、負荷荷重をファスナのシャンク部からワークピースへ伝達するように適合された、剛性で比較的硬くて強い材料でできている。
【００１８】
また、オーバサイズ構造の直径は、外径公差が±０．００６μｍ（＝±０．０００２５インチ）の程度の小さい公差であることが好ましい。
【００１９】
別の必須の特徴は、オーバサイズ構造が、シート端部とファスナ端部との距離関係を大幅に縮小する大きさの孔を必要としないことである。したがって、ファスナの基本直径に例えば１／６４インチのオーバサイズで、構造の完全性を損なうことなく修理を遂行することができる。別の考慮すべきことは、孔同士の間の材料が大幅には減らないことである。これらの要件は、高負荷構造の締結を成功させるためにすべて必要不可欠である。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ファスナのオーバサイズ構造は、ファスナの少なくともシャンク部の周りに設けられたスリーブ形構造を備える。オーバサイズ構造は、好ましくはワークピース同士を貫通して延在するファスナの少なくともシャンク部の周りに設けられることが好ましい。
【００２１】
オーバサイズ構造は、ファスナのシャンク部の外面に強固に接着され、ファスナのシャンク部及び／又はヘッド部を特定の（所定の）程度にオーバサイズするように選択された厚さを有する。オーバサイズの程度、すなわちオーバサイズ構造の厚さは、ワークピースの整列孔の再穿孔された直径に依存して選択され、ファスナがワークピースを支持接触可能であって、接合部の負荷担持能力が、特にせん断力が低減しないように選択可能である。
【００２２】
好ましくは（ただしこれに限らないが）、オーバサイズ構造は、ファスナの少なくともシャンク部を形成する材料と同一材料で作られる。
【００２３】
本発明の一態様によれば、オーバサイズ構造は、シャンク部の外面に、コーティング、溶射又は他の方法で被覆された材料から成る。具体的には、オーバサイズ構造の材料は、可能な限り僅かしかシャンク部の構造完全性を損なわないように、シャンク部の外面の少なくともいくつかの領域に被覆される。この目的のために、オーバサイズ構造の材料は、例えば、ろう付けプロセス、コーティング堆積法、冷ガスダイナミック溶射プロセス、フレーム溶射プロセス、アーク溶射プロセス、プラズマ溶射プロセス、ＨＶＯＦ溶射プロセス、爆発溶射プロセス、高出力インパルスマグネトロンスパッタリングプロセス、化学蒸着プロセス、気相コーティングプロセス及び／又は拡散浸透処理プロセスによって、シャンク部の外面に被覆される。
【００２４】
本明細書に開示のいくつかの実施形態では、ファスナのシャンク部は、シャンク部の外面の少なくともいくつかの領域にオーバサイズ構造を被覆する前に、表面層、例えば（もしあれば）コーティングをシャンク部から除去するために、物理的又は化学的分離プロセスが施される。
【００２５】
シャンク部の外面の少なくともいくつかの領域にオーバサイズ構造の材料が被覆された後、ファスナは最終外径に正確に嵌まるための再加工が施されてもよい。例えば、研削、研磨、及び／又はサンディングプロセスが、オーバサイズ構造で被覆されたファスナに施されてもよい。それに加えて、又はそれに代わって、ファスナはその後焼結プロセスで収縮されてもよい。また、必要又は所望があれば、ファスナはオーバサイズ構造とともに再被覆されてもよい。
【００２６】
これらの全ての堆積方法又はプロセスは、オーバサイズ構造の形成中に、ファスナのシャンク部の構造完全性を、あるとしても最小にしか損なわないことを特徴とする。したがって、認定ファスナ、すなわち例えばＡＳＴＭのファスナ規格などの特定のファスナ規格を満たすファスナのシャンク部にオーバサイズ構造を接着するとき、オーバサイズファスナはいまだにファスナ規格を満たしており、オーバサイズファスナの材料、寸法、機械的及び金属学的特性を新たに特定、テスト及び評価することは、実際的な意味を持たなくなる。
【００２７】
本発明の他の目的、特徴および利点は、添付の図面に関連して記述される以下の詳細な説明から明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のファスナの例示的実施形態の側面図である。
【図２】図１に示す本発明の実施形態の、装着された状態の長手方向断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
複数のワークピースを互いに固定し、そのようなワークピース５０ａ、５０ｂの整列した孔６０ａ、６０ｂに配置されるように適合されたファスナ１０が開示される。例示的実施形態では、ファスナ１０はシャンク部１１を画定する、ピン又はボルト部材を含むことができる。
【００３０】
図には示されていないが、ファスナ１０は更にナットを含むことができる。他の実施形態では、ファスナ１０は、ナットの代わりに、カラー、特にスエージカラーを含んでもよい。さらに、ファスナ１０はまたスリーブ部材（これも図には示されていない）を備えてもよい。
【００３１】
例示的実施形態において、ワークピース５０ａ、５０ｂは複数の材料で形成可能であり、材料としては、複合材料、金属材料又は複合／金属構造、あるいはこれらの任意の組み合わせを含み得る。具体的な実施形態では、ワークピース５０ａ、５０ｂは、チタン、アルミニウム、グラファイト複合物、又はこれらの任意の組み合わせで構築されてもよい。
【００３２】
具体的に図１を参照すると、本発明の例示的実施形態は従来型の標準ファスナＦで構成され、ここではヘッド部１３、シャンク部１１及びワークピースを互いに固定するためのねじ付きの端部１２を有するピンとして示されている。ワークピース５０ａ、５０ｂは、そこを貫通する、所定の直径を有する整列した孔６０ａ、６０ｂを有する。孔６０ａ、６０ｂは、標準ファスナＦのシャンク部１１に対して通常作製されるものより少し寸法が大きくなっている。
【００３３】
例えば、孔６０ａ、６０ｂのオーバサイズ量は標準の寸法差の１／２であってもよい。小径のファスナの場合、標準的な寸法差は例えば１／３２インチ単位であり、大径のファスナの場合、標準的な寸法差は例えば１／１６インチ単位であってもよい。他の実施形態では、標準的な寸法差は、例えば０．５ｍｍ単位であってもよい。ただし、これらの値は明らかに限定的なものではなく、他の値を選択することが可能である。
【００３４】
別の実施例では、標準ファスナＦのシャンク部１１の直径が９．５２ｍｍであり、その一方でワークピース５０ａ、５０ｂが、直径約９．９０ｍｍの整列した貫通孔６０ａ、６０ｂを有してもよい。
【００３５】
さらに別の実施例では、標準ファスナＦのシャンク部１１が、約１５．８５０ｍｍ、１９．０５０ｍｍ、２２．２２０ｍｍ又は２５．３７５ｍｍの直径を有し、その一方でワークピース５０ａ、５０ｂが、標準ファスナＦのシャンク部１１のそれぞれの直径よりも約０．３９６ｍｍ大きい直径を持つ、整列した貫通孔６０ａ、６０ｂを有してもよい。
【００３６】
図１に示す標準ファスナＦは、一定直径のシャンク部を有する、露出されたヘッドのタイプであるが、他のタイプのファスナを使用可能であることは理解されたい。
【００３７】
本発明に利用される従来型の標準ファスナＦのタイプ及び／又は寸法に拘わらず、標準ファスナＦには、従来型の標準ファスナＦのシャンク部１１及び／又はヘッド部１３の少なくとも一部に強固に接着され、かつ好ましくは従来型の標準ファスナＦの少なくともシャンク部１１全体に強固に接着された、オーバサイズ構造２０が設けられる。本明細書に開示のオーバサイズ構造２０は、標準ファスナＦのシャンク部１１の有効直径を拡大して、オーバサイズファスナ接合部を作る役目をする。
【００３８】
本明細書に開示のいくつかの実施形態では、標準ファスナＦのシャンク部１１は、オーバサイズ構造２０を被覆する前に、（機械加工された）シャンク部１１の外面の少なくともいくつかの領域において、物理的又は化学的分離プロセスが施される。これに関しては、オーバサイズ構造２０が被覆される前に、全てのコーティング、外面層又は堆積物が、シャンク部１１から除去されてよい。
【００３９】
シャンク部１１の外面の少なくともいくつかの領域にオーバサイズ構造の材料が被覆された後、被覆されたオーバサイズ構造２２を有するファスナは正確に嵌合する最終外形に再加工が施されてもよい。例えば、研削、研磨、及び／又はサンディング処理が、オーバサイズ構造を被覆されたファスナに施されてもよい。それに加えて、又はそれに代わって、ファスナはその後焼結プロセスで収縮されてもよい。また必要又は所望があれば、ファスナはオーバサイズ構造２２とともに再被覆されてもよい。
【００４０】
具体的には、オーバサイズ構造２０は、シャンク部１１の外面にコーティング、溶射又は他の方法で被覆された材料から成る。言い換えれば、オーバサイズ構造２０の材料は具体的には、標準のファスナＦのシャンク部１１の外面の少なくともいくつかの領域に、シャンク部１１の構造完全性を損なうことなく、あるいはシャンク部１１の構造完全性に少なくとも最小の影響しか与えないで、コーティング堆積法によって被覆される。
【００４１】
この目的のために、オーバサイズ構造２０の材料は、例えば、ろう付けプロセス、コーティング堆積法、冷ガスダイナミック溶射プロセス、フレーム溶射プロセス、アーク溶射プロセス、プラズマ溶射プロセス、ＨＶＯＦ溶射プロセス、爆発溶射プロセス、高出力インパルスマグネトロンスパッタリングプロセス、化学蒸着プロセス、気相コーティングプロセス及び／又は拡散浸透処理プロセスによって、シャンク部１１及び／又はヘッド部１３の外面に被覆されてもよい。
【００４２】
好ましくは、オーバサイズ構造２０の材料は、標準ファスナＦのシャンク部１１の材料と同一、又は少なくとも化学的に類似するように選択される。
【００４３】
これらの全ての堆積方法又はプロセスは、オーバサイズ構造２０の形成中に、標準ファスナＦのシャンク部１１の構造完全性を、あるとしても最小にしか損なわないことを特徴とする。
【００４４】
さらに、オーバサイズ構造２０の材料がワークピース５０ａ、５０ｂと化学的に適合する場合、ファスナとワークピース５０ａ、５０ｂの間の腐食性化学反応が防止される。
【００４５】
航空宇宙産業における構造のように、特に高負荷がかかる構造においては、ワークピース５０ａ、５０ｂを貫通する隣接する孔６０ａ、６０ｂ同士の間隔及び自由端距離は非常に重要で、次に大きい標準ファスナＦを使用することは、基本設計に許容される安全幅を超えることがある。他方、オーバサイズ構造２０の直径が小さい場合には、それを使用して、この安全幅を超えない範囲で標準ファスナを拡大することが可能である。
【００４６】
図１をより具体的に参照すると、この実施形態に利用される標準ファスナＦは、露出ヘッド部１３を有する、一定直径のシャンクとなったファスナである。ファスナＦのシャンク部１１に接着されるオーバサイズ構造２０は、図２に示すワークピース５０ａ、５０ｂの貫通孔６０ａ、６０ｂに精密に嵌合するように設計されたスリーブ状の構造である。
【００４７】
ただし、本発明は、所定の基本直径のシャンク部１１を有するファスナＦに限定されるものではない。本開示のいくつかの態様によると、ファスナＦのシャンク部１１はむしろ、一定の直径を持たず、よくあるように例えばテーパのついたシャンク部を有する。
【００４８】
スリーブ状のオーバサイズ構造２０には、標準ファスナＦのシャンク部１１の少なくともいくつかの部分に強固に接着された内側面２１を有する管状の側壁が含まれる。側壁の外側面２２は一定の直径を有し、側壁は、標準ファスナＦのシャンク部１１の直径と、ワークピース５０ａ、５０ｂの再穿孔された孔６０ａ、６０ｂとの直径の差の半分の厚さを有する。
【００４９】
上で述べたように、好ましくはこの厚さは公称で０．００８インチ（＝０．２ｍｍ）以下であり、通常は標準ファスナ直径の５％以下である。実際に、この厚さは、０．００６インチ〜０．００９インチ（＝０．１５ｍｍ〜０．２９ｍｍ）の間を変化し得る。
【００５０】
オーバサイズ構造２０の長さは、通常ねじの切られた端部１２を覆わないように形成される。
【００５１】
図には示されていないが、標準ファスナＦのシャンク部１１に強固に接着されたオーバサイズ構造２０には、複数の溝が設けられてもよい。例えば、円周上に延在し、軸方向に離間した複数のＶ字型の溝が、オーバサイズ構造２０の側壁に設けられてもよい。
【００５２】
オーバサイズ構造２０は、普通のファスナＦのシャンク部１１に溝なしで被覆されて、後から溝が切られてもよい。
【００５３】
本明細書に開示のいくつかの実施形態によれば、オーバサイズ構造２０の溝は、装着されたときにシーラント又は接着剤のコーティングを閉じ込めて保持する、貯蔵器としての役目を果たすことができる。これにより、液体や気体がファスナ接合部を介して流れることが防止されるとともに、オーバサイズ構造２０をワークピース５０ａ、５０ｂへ接着する。
【００５４】
溝はオーバサイズ構造２０の側壁に配置されるので、標準ファスナＦの強度や剛性などの機械的性質は維持される。
【００５５】
ワークピース５０ａ、５０ｂに対して化学的に適合する材料からオーバサイズ構造２０が作製されるので、ワークピース５０ａ、５０ｂとの腐食反応もまた防止される。
【００５６】
標準ファスナのシャンク部１１の少なくとも一部に強固に接着されたオーバサイズ構造２０を有する標準ファスナＦが図２に示すように装着される。より詳細には、標準ファスナＦと、標準ファスナＦのシャンク部１１に強固に接着されたオーバサイズ構造２０とから成るアセンブリが、ワークピース５０ａ、５０ｂの整列した（オーバサイズの）孔６０ａ、６０ｂに貫通挿入される。
【００５７】
オーバサイズ孔６０ａ、６０ｂは、オーバサイズ構造２０の内径と外径の公差が±０．００１インチ（＝±０．０２５ｍｍ）程度に維持されるので、標準の、容易に入手可能なドリルとシーマー（ｓｅａｍｅｒ）とで作製可能である。
【００５８】
図に示す例示的実施形態による本発明のファスナ１０のピン部にナットをねじ込む前に、ファスナ１０を受ける貫通路を有するワッシャを、シャンク部１１のヘッドとは反対のワークピース５０ａ、５０ｂの側に配置してもよい。そうしてナットを取り付けて締めて、装着が完了する。
【００５９】
ファスナ１０を装着する前に、シーラント又は接着剤の層がオーバサイズ構造２０の外側に塗布されてもよいことにも留意されたい。オーバサイズ構造２０の外面に設けられた溝が、シーラントを閉じ込めて孔６０ａ、６０ｂの内側を完全に覆う役目を果たしてもよい。
【００６０】
オーバサイズ構造２０と共に、露出したヘッドと一定直径のシャンクを有するピンが示されているが、露出ヘッド又は平坦ヘッドを有する任意のファスナが共に使用され得ることを理解されたい。また、ファスナのシャンク部が一定直径である必要もない。
【００６１】
上記のことから、本発明の方法が、標準ファスナＦ、すなわち標準的な寸法を有するファスナの有効シャンク直径を、限定された固定の小さな公差分だけ精密に拡大して、高負荷用途向けのワークピース５０ａ、５０ｂの構造的接合を可能とする役目をすることがわかるであろう。この方法は、ワークピース５０ａ、５０ｂと支持接触するファスナのその部分を、限定された厚さのオーバサイズ構造２０で取り囲むこと、及び周りにオーバサイズ構造２０を有するファスナをワークピース５０ａ、５０ｂの整列した孔６０ａ、６０ｂに挿入して、通常の方法でファスナを締め付けることを含む。
【００６２】
具体的には、オーバサイズ構造２０は標準ファスナＦのシャンク部１１に強固に接着される。オーバサイズ構造２０の材料は好ましくはワークピース５０ａ、５０ｂに対して化学的に不活性であり、オーバサイズ構造２０とワークピース５０ａ、５０ｂの間に化学的な腐食反応がない様になっている。
【００６３】
オーバサイズ構造２０の壁には様々な厚さが使用可能であるが、いくつかの実施形態ではこれらの厚さは、ファスナＦの有効直径を全体として１／１２８〜１／６４インチ（＝０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ）増加させる、実質的に約０．００４インチ〜約０．００８インチ（＝約０．１ｍｍ〜約０．２ｍｍ）であることが望ましい。
【００６４】
本明細書に開示の他の実施形態では、オーバサイズ構造２０の壁の厚さは、ファスナＦの有効直径を全体として０．３９６ｍｍ〜０．７９３ｍｍ増加させる、実質的に約０．１９８ｍｍ〜約０．３９７ｍｍであることが望ましい。
【００６５】
オーバサイズ構造２０は、様々なオーバサイズ構造２０とワークピース５０ａ、５０ｂの間の腐食化学反応を防止するために耐腐食材料で覆われてもよいことも理解される。また、オーバサイズ構造２０の外面に、他の任意の堆積層及び／又は追加の外面層、又はコーティングが施されてもよい。
【００６６】
本発明のファスナ１０、すなわちファスナのシャンク部１１の少なくとも一部に強固に接着されたオーバサイズ構造２０を有する標準寸法のファスナＦが修理に利用されるとき、古いファスナはワークピース５０ａ、５０ｂの整列した孔６０ａ、６０ｂから除去されて、整列した孔６０ａ、６０ｂが特定の量、例えば１／１２８インチ又は１／６４インチ（＝０．２ｍｍ〜０．４ｍｍ）だけ拡大される。
【００６７】
オーバサイズ構造２０は、標準寸法のファスナのシャンク部１１の少なくとも一部の周りに配置されて、そこに強固に接着される。オーバサイズ構造２０の壁厚は、整列した孔６０ａ、６０ｂが拡大された特定の量に応じて決定される。強固に接着されたオーバサイズ構造２０を有するファスナＦは次に、拡大された孔６０ａ、６０ｂに挿入されてそこで締結される。
【００６８】
同一サイズの標準ファスナＦを多数装着して、ワークピース５０ａ、５０ｂの少数の孔６０ａ、６０ｂのみが損傷した場合、損傷した孔６０ａ、６０ｂのみを拡大しなければならない。
【００６９】
本発明はさらに、オーバサイズ構造２０を有するファスナの製造方法に関する。この方法では、シャンク部１１と、そのシャンク部１１の一端にヘッド部１３とを有する標準ファスナＦが提供され、その標準ファスナＦのシャンク部１１及び／又はヘッド部の直径が、そのシャンク部１１の外面に追加的な材料を堆積させることにより、少なくとも部分的に増大される。具体的には、追加的な材料がシャンク部１１の外面及び／又はヘッド部１３の外面に被覆され、ファスナの構造完全性が全く損なわれないか、最小にしか損なわれないようにして、その追加的な材料がシャンク部１１及び／又はヘッド部１３に強固に接着される。
【００７０】
これは、例えば、ろう付けプロセス、冷ガスダイナミック溶射プロセス、フレーム溶射プロセス、アーク溶射プロセス、プラズマ溶射プロセス、ＨＶＯＦ溶射プロセス、爆発溶射プロセス、高出力インパルスマグネトロンスパッタリングプロセス、化学蒸着プロセス、気相コーティングプロセス及び／又は拡散浸透処理プロセス、の少なくとも１つによって達成される。
【００７１】
要約すると、本開示は以下の態様に関係する。
【００７２】
整列した貫通孔を有するワークピース５０ａ、５０ｂを互いに取り付けるためのファスナ１０、特に高強度ファスナであって、このファスナ１０が、シャンク部１１と、シャンク部１１の一端に設けられたヘッド部１３と、を備え、シャンク部１１及び／又はヘッド部１３の直径は、ファスナ１０が整列した孔に小さい公差で装着可能であるように選択され、このファスナ１０はオーバサイズ構造２０を更に備え、オーバサイズ構造２０は、シャンク部１１及び／又はヘッド部１３の少なくとも一部に強固に接着されて、シャンク部１１及び／又はヘッド部１３の少なくとも一部を拡大し、オーバサイズ構造２０のないファスナ１０に要求される直径よりも大きな直径を持つ整列した穴６０ａ、６０ｂにファスナ１０を装着可能とする。
【００７３】
本発明のファスナの実施形態によれば、オーバサイズ構造２０の厚さは、オーバサイズ構造２０なしのファスナ１０に必要な整列した穴を再穿孔又は穿孔除去した結果である、整列した穴の増大した直径を補償するように選択される。
【００７４】
本発明のファスナの実施形態によれば、オーバサイズ構造２０は、シャンク部１１及び／又はヘッド部１３の材料と化学的に適合する材料でできているか、オーバサイズ構造２０は、ブリネル硬度が少なくとも６０でかつ降伏強度が２０，０００ｐ．ｓ．ｉ（＝１３７９バール）超であるかの、少なくともいずれかである。
【００７５】
本発明のファスナの実施形態によれば、オーバサイズ構造２０は、シャンク部１１及び／又はヘッド部１３の材料とは異なる材料でできている。
【００７６】
本発明のファスナの実施形態によれば、オーバサイズ構造２０は、シャンク部１１及び／又はヘッド部１３の外面にコーティング、溶射又は他の方法で被覆された材料から成る。
【００７７】
本発明のファスナの実施形態によれば、オーバサイズ構造２０の材料は、シャンク部１１の構造の完全性を損なうことなく、コーティング堆積法によって、シャンク部１１及び／又はヘッド部１３の外面の少なくともいくつかの領域に被覆される。
【００７８】
本発明のファスナの実施形態によれば、オーバサイズ構造２０の材料は、ろう付けプロセス、冷ガスダイナミック溶射プロセス、フレーム溶射プロセス、アーク溶射プロセス、プラズマ溶射プロセス、ＨＶＯＦ溶射プロセス、爆発溶射プロセス、高出力インパルスマグネトロンスパッタリングプロセス、化学蒸着プロセス、気相コーティングプロセス及び／又は拡散浸透処理プロセスによって、シャンク部１１及び／又はヘッド部１３の外面の少なくともいくつかの領域に被覆される。
【００７９】
本発明のファスナの実施形態によれば、オーバサイズ構造２０の材料は、シャンク部１１及び／又はヘッド部１３の外面の少なくともいくつかの領域においてそれ以前に存在した表面層をこれらの領域から除去するための物理的又は化学的分離プロセスを施した後に、これらのシャンク部１１及び／又はヘッド部１３の外面の少なくともいくつかの領域に被覆される。
【００８０】
本発明のファスナの実施形態によれば、オーバサイズ構造２０は、シャンク部１１の基本直径に対応する内径と、シャンク部１１の基本直径より少なくとも０．１ｍｍ大きい外径を有する、スリーブ形構造である。
【００８１】
本発明のファスナの実施形態によれば、シャンク部１１は、１／３２インチ（＝０．７９ｍｍ）又は１／３２インチ（＝０．７９ｍｍ）の倍数、特に１／１６インチ（＝１．５９ｍｍ）の基本直径を有するか、又はシャンク部１１は、約０．５ｍｍ又は０．５ｍｍの倍数の基本直径を有する。
【００８２】
本発明のファスナの実施形態によれば、ファスナ１０はシャンク部１１のヘッド部１３とは反対側の端部に設けられたねじ部１２を有する。
【００８３】
本発明のファスナの実施形態によれば、ファスナ１０は、一端がヘッド部１３で終端し、かつロック溝付きの複数のねじを有するねじ部１２を含む、細長いシャンク部を有するピン部材を備える。本発明のファスナの実施形態によれば、オーバサイズ構造２０は、ねじ部１２には被覆されない。本発明のファスナの実施形態によれば、オーバサイズ構造２０には、ファスナ１０のヘッド部に隣接して嵌合し、またファスナ１０のヘッド部に強固に接着されるフレア部が設けられる。
【００８４】
本発明のファスナの実施形態によれば、オーバサイズ構造２０の外面には、少なくとも部分的に溝が形成される。
【００８５】
本開示はまた、ワークピース５０ａ、５０ｂの孔に装着された元のファスナを交換するための修理アセンブリに関する。そのファスナ修理アセンブリは、既に開示した実施形態の１つに記載のファスナ１０を備え、ファスナ１０のオーバサイズ構造２０の半径方向の厚さは、元のファスナに必要であった穴の再穿孔又は穿孔除去の結果である、元のファスナに必要とされるよりも大きな直径を有する孔を補償するように選択される。
【００８６】
本開示はまた、オーバサイズ構造２０を有するファスナ１０、特に既に開示した実施形態の１つによるファスナを製造する方法に関する。この方法は、シャンク部１１と、そのシャンク部１１の一端のヘッド部１３とを有する標準ファスナＦを提供するステップと、オーバサイズ構造２０を形成するなどして、少なくともシャンク部１１の外面に追加的な材料を堆積させてシャンク部１１の直径を少なくとも部分的に増大させるステップと、少なくともオーバサイズ構造２０を所望により補足的に処理するステップと、を含む。ここで、追加的な材料はシャンク部１１の外面に被覆されて、追加的な材料がシャンク部１１に強固に接着され、かつシャンク部１１の構造的完全性を損なわないようにされる。
【００８７】
本明細書に使用の「標準ファスナ」という表現は、一般的に、整列した貫通孔を有するワークピースを互いに取り付けるためのファスナ、特に高強度ファスナを指し、この標準ファスナは、標準的な寸法、特に標準的な寸法のシャンク部及び／又はヘッド部を有する。この標準ファスナは、基本的シャンクの公称寸法すなわちボルト直径がｎ×１／６４インチ（＝ｎ×０．３９６８７５ｍｍ）、ｎは１又は１の整数倍、であるか、又は、ＩＳＯメートル法により、基本シャンクの公称寸法すなわちボルト直径が、１．０ｍｍ＋ｎ×０．５ｍｍ、ｎは１又は１の整数倍、であるかのいずれかである。
【００８８】
標準ファスナに関しては、例えば、米国特許出願第２００６／００４６０８０（Ａ１）号明細書、米国特許出願第２０１６／００７６５７５（Ａ１）号明細書、米国特許出願第２００３／０２１９３２８（Ａ１）号明細書及び米国特許第３、４９４、２４３号明細書に記載されている。
【００８９】
本発明の方法の実施形態によれば、追加的な材料は、所望によりヘッド部１３にも被覆される。ここで追加的な材料は、ろう付けプロセス、冷ガスダイナミック溶射プロセス、フレーム溶射プロセス、アーク溶射プロセス、プラズマ溶射プロセス、ＨＶＯＦ溶射プロセス、爆発溶射プロセス、高出力インパルスマグネトロンスパッタリングプロセス、化学蒸着プロセス、気相コーティングプロセス及び／又は拡散浸透処理プロセスの少なくとも１つのプロセスによって、シャンク部１１及び／又はヘッド部１３に被覆される。
【００９０】
本開示は、ワークピース５０ａ、５０ｂの孔に装着された元のファスナを交換する方法に関する。この方法は、元のファスナを取り外すステップと、オーバサイズ構造２０を有する新規のファスナ１０、特に既に説明した実施形態の１つに記載のファスナを装着するための適切な寸法に孔を加工するステップと、加工された孔に、オーバサイズ構造２０を有する新規のファスナ１０を装着するステップと、を含む。ここで、新規ファスナのオーバサイズ構造２０は、元のファスナを取り外すプロセスによって影響された孔の直径のいかなる増大をも補償するように選択される。本発明の方法の実施形態によれば、元のファスナは、元のファスナを穿孔除去することにより取り除かれる。
【００９１】
上記の説明には多くの詳細が含まれるが、これらは本開示の範囲を制限するものとみなすべきではなく、むしろ本開示の実施形態の実例とみなされるべきである。本明細書に開示のファスナ及びその使用法は、開示される異なる種又は実施形態の任意の組み合わせを含む。
【図１】
2020518775.tif 000003
【図２】
2020518775.tif 000004
【国際調査報告】
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2020518775.tif 000006
2020518775.tif 000007