JP2009144909A

JP2009144909A - 複合物の２ピース固定システムを使用してコンポーネントを固定する方法および装置

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Publication number: JP2009144909A
Application number: JP2008208884A
Authority: JP
Inventors: Steven G Keener; スティーブン・ジー．・キーナー
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2007-08-14
Filing date: 2008-08-14
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2028-08-14
Also published as: CA2638669C; EP2390514A1; US20090047100A1; ATE555313T1; US7966711B2; EP2390514B1; US8474759B2; EP2025954B1; EP2025954A1; JP5335317B2; ES2564799T3; ES2386659T3; CA2638669A1; US20100001137A1

Abstract

【課題】複合固定システムを使用して複合コンポーネントを相互に固定する方法及び装置。
【解決手段】部品を取付けるための方法および装置である。複合雄型固定コンポーネントは少なくとも第１の部品と第２の部品を通って配置される。複合雄型ファスナコンポーネントは好ましくはねじを有する部分を有する。複合雌型ファスナコンポーネントは雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分に隣接してそれを囲んで配置される。複合雌型ファスナコンポーネントの一部は複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲に流動させられ、そこに形成させられる。複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲に流動させられ、そこに形成された複合雌型ファスナコンポーネントの一部は再固化され再凝固され、それによって複合雌型ファスナコンポーネントは複合雄型ファスナコンポーネントに固定して取付けられ、したがって結合する部分を接合する。
【選択図】図８

Description

本発明は複合コンポーネントに関し、特に複合コンポーネントを製造するための方法および装置に関する。さらに本発明は複合固定システムを使用して複合コンポーネントを相互に固定する方法および装置に関する。

航空機の設計および製造において複合材料の割合を益々増加している。幾つかの航空機は５０％を超える複合材料から作られた主要構造を有している。複合材料は航空機の重量を減少するために航空機で使用されている。この減少された重量はペイロード容量と燃料効率を改良する。さらに、複合材料は航空機の種々のコンポーネントについての改良された腐食および耐疲労性を与えることもでき、それによって航空機の性能の全体的な改良に貢献する。

複合材料は２以上の類似しないコンポーネントを結合して本来の材料よりも強力な特性を有するコンポーネントを生成することにより作られた頑強で軽量の材料である。複合材料はまた典型的には非金属材料でもある。これらの例では、複合物は多相材料であり、相の分散と形状は１以上の特性を最適化するように制御されることができる。

１つの相は典型的には連続的であり、マトリックスと呼ばれている。マトリックスは典型的に他の相よりもコンプライアントであり、他の相よりも頑強である。このマトリックスは典型的に補強材を共に支持し結合し、補強材に対する環境的保護を与える。マトリックスは通常はせん断によって補強材の１ピースから他へ負荷を伝達し、複合物のせん断応力を伝送することができる。他の相はマトリックス内で分散され、しばしば繊維または微粒子である。これらの分散された相はしばしばマトリックスよりも堅牢で強力であり、複合物に高い堅牢性と強度特性を与えることができる。例えば複合物はファイバまたは樹脂を含むことができる。

複合物で見られることができるファイバは例えばグラファイト、ホウ素、高い伸張性のガラス、セラミック、およびポリエステル／ビニル−エステルと共に使用されるアラミド、エポキシ、セラミック、金属マトリックスを含んでいる。ファイバおよび樹脂は複合コンポーネントの硬化された材料またはプロダクトを形成するためにこれらの成分を硬化または加熱することにより結合されることができる。

航空機の製造では、種々の２ピースの金属固定システムは、全てのタイプの金属または非金属材料の航空機構造およびコンポーネントの組立てで長期間使用されている。典型的に金属の雄型ファスナコンポーネントは部品を共に保持するために結合する金属の雌型ファスナコンポーネントと共に設置される。金属の雄型ファスナコンポーネントは例えばねじを有するピンまたはロックボルトを含んでいる。金属の雌型結合コンポーネントはねじを有するカラー、ナットおよび／またはスエージカラーの形態を取ることができる。しかしながら金属コンポーネントの使用は航空機の重量を増加する。現在、金属ファスナを使用する非金属または複合航空機コンポーネントの機械的接合は産業標準では除外されている。

非金属の複合構造コンポーネントを相互に接合するための機械的なファスナアセンブリにおいて非金属複合材料または金属と非金属の両者の複合材料コンポーネントの混成を使用することは非常に限定されており、ほとんど存在しない。これらの使用の限定されている理由は例えばプラスティック変形のような材料特性による制限を含んでいる。変形の特徴または考察はロックボルトまたはねじ付きピンのような２ピースのシステムの結合カラーにおける変形性を含むことができる。低いせん断強度、電解腐食、限定された圧縮強度はファスナコンポーネントの複合材料の使用を限定している他の要因の例である。

航空機の構造における大きな相互硬化される複合構造の使用でさえも、機械的システムを使用する複合コンポーネントの接合は構造的コンポーネントの修理および／または交換の必要性が予測され、或いは避けられない場合には、特に航空機の領域では依然として望ましいものである。

結果として、製造業者は依然として自動化のレベル、組立ての容易さ、価格および重量の節約、およびその他の要因を増加するために固定技術の改良が求められている。それ故、航空機の性能を改良しながら重量を減少するために複合材料を使用する固定システムを改良することが有効である。

発明の要約

本発明の異なる有効な実施形態は部品を取付けるための方法および装置を提供する。１実施形態では、航空機の複合構造を組立てる方法が提供される。複合雄型ファスナコンポーネントは１対の航空機の部品を通って配置され、複合雄型ファスナコンポーネントはシャフトおよび機械的な固定構造を有している。複合雌型ファスナコンポーネントはシャフトの周囲の、シャフトのねじを有する部分に隣接して位置され、複合雄型ファスナコンポーネントは航空機の１対の部品を通って配置され、複合雌型ファスナコンポーネントはカーボンファイバおよび樹脂より構成され、円筒形の形状を有している。複合雌型ファスナコンポーネントの一部を溶融させ機械的な固定構造へ流動させるために熱および力が複合雌型ファスナコンポーネントに加えられる。溶融した複合雌型ファスナコンポーネントのカラーの一部が再固化するように熱および力が除去され、複合雌型ファスナコンポーネントは複合雄型ファスナコンポーネントに取付けられ、結合する１対の航空機の部品は機械的に相互に接合される。

別の有効な実施形態では、本発明の方法は部品の取付けに使用される。複合雄型ファスナコンポーネントが第１の部品と第２の部品を通って配置され、複合雄型ファスナコンポーネントは機械的な固定構造を有する。複合雌型ファスナコンポーネントがねじを有する部分に隣接して配置される。複合雌型ファスナコンポーネントの一部は複合雄型ファスナコンポーネントの機械的な固定構造の周囲に流動させられる。複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲に流れた複合雌型ファスナコンポーネントは固化され、それによって複合雌型ファスナコンポーネントは複合雄型ファスナコンポーネントに取付けられる。

さらに別の有効な実施形態では、複合航空機構造は第１の複合航空機部品と、第２の複合航空機部品と、複合雄型ファスナコンポーネントと、複合雌型ファスナコンポーネントとを具備している。複合雄型ファスナコンポーネントは第１の複合航空機部品および第２の複合航空機部品を通して配置され、複合雄型ファスナは機械的な固定構造を有する。複合雌型ファスナコンポーネントは、その複合雌型ファスナコンポーネントの一部を複合雄型ファスナコンポーネントの機械的な固定構造の周囲に流れさせ、複合雌型ファスナコンポーネントを複合雄型ファスナコンポーネントに接合するようにねじを有する部分周囲で再固化させるように、複合雌型ファスナコンポーネントを処理することにより複合雄型ファスナコンポーネントに取付けられる。

特徴、機能、利点は本発明の種々の実施形態で独立に実現されることができ、または更なる詳細が以下の説明および図面を参照して見られることができるさらに別の実施形態で組み合わせられてもよい。

本発明の優れた特徴である特性は特許請求の範囲に記載されている。しかしながら本発明自体および好ましい使用法、さらに別の目的および利点は添付図面と共に本発明の説明の有効な実施形態の以下の詳細な説明を参照することにより最良に理解されるであろう。
特に図面を参照すると、本発明の実施形態を図１に示されている航空機の製造およびサービス方法100と、図２に示されている航空機200について説明する。製造開始以前の期間に、図１の航空機製造およびサービス方法100は図２の航空機200の仕様および設計102と材料の調達104を含むことができる。製造期間中、コンポーネントおよびサブアセンブリの製造106と図２の航空機200のシステム統合108が行われる。その後、図２の航空機200は使用されるための認可および運送110を受けることができる。カスタマによる使用中、図２の航空機200はルーチンのメンテナンスおよび使用114をスケジュールされ、これは変更、再構成、一新、その他のメンテナンスまたはサービスを含むことができる。

航空機製造およびサービス方法100の各プロセスは、グリッド中の「Ｘ」から図１のフロー図の右方向に示されているシステムインテグレータ、第３パーティおよび／またはオペレータにより行われまたは実行されることができる。これらの例では、オペレータはカスタマであってもよい。この説明の目的に対して、システムインテグレータは限定なしに任意の数の航空機製造業者および主要なシステムの下請け業者を含むことができ、第３パーティは限定なしに任意の数の小売店、下請け業者、供給業者を含むことができ、オペレータは航空業者、リース会社、軍事エンティティ、サービス組織等を含むことができる。

図２に示されているように、図１の航空機製造およびサービス方法100により製造される航空機200は複数のシステム204と内部206を有する機体202を含むことができる。システム204の例としては１以上の推進系208、電気系210、水圧系212、環境系214、機体系216を含んでいる。

ここで実施される装置および方法は１以上の生産段階の期間と図１の航空機製造およびサービス方法で使用されることができる。例えばサブアセンブリ製造106で与えられるコンポーネントまたはサブアセンブリは航空機200が使用されている間に製造されるコンポーネントまたはサブアセンブリに類似する方法で作られ製造されることができる。また１以上の装置の実施形態、方法の実施例、またはその組合せが例えば航空機200の重量を減少することによってコンポーネントおよびサブアセンブリ製造106と図１のシステム統合108の生産段階の期間中に使用されることができる。例えば有効な実施形態における複合ファスナシステムは航空機200の組立て構造および他の複合コンポーネントで使用されることができる。これらの複合固定システムの使用は航空機200の動作性能全体を改良しながら重量を減少する。これらの付加的な重量を省くことは燃料の節約の増加と、航空機200のペイロード容量の増加を助けることができる。

異なる有効な実施形態は機体コンポーネントまたは部品を相互に取付けるための方法および装置を提供する。特に異なる有効な実施形態は航空機のような製品の複合構造を組立てるために使用されることができる。複合雄型ファスナコンポーネントは少なくとも第１の部品と第２の部品を通過される。この複合雄型ファスナコンポーネントは好ましくはねじで結合された部分を有する。複合雌型ファスナコンポーネントは雄型ファスナコンポーネントのねじ結合された部分に隣接してそれを囲んで位置付けられる。

複合雌型固定コンポーネントの一部は複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲に流動させられ、またはそこに形成させられる。複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲に流動させられ、そこに形成された複合雌型ファスナコンポーネントの部分は再固化され再凝固され、それによって複合雌型ファスナコンポーネントは複合雄型ファスナコンポーネントに固定して取付けられる。複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲に流動させられ、そこに形成される複合雌型ファスナコンポーネントの部分の作用は好ましくは熱を加えることにより開始される。

複合雌型ファスナコンポーネントの一部を複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲に流動させ、そこに形成させるために複合雌型ファスナコンポーネントに熱が加えられる。この例では、複合雌型ファスナコンポーネントはその後冷却され、複合雌型ファスナコンポーネントを再固化させまたは再凝固させ、それによって複合雌型ファスナコンポーネントは複合雄型ファスナコンポーネントへ取付けられ、または固定される。

熱を複合雌型ファスナコンポーネントに与えることに加えて、複合雌型ファスナコンポーネントの一部を複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲に流動させ、そこに形成させるために複合雌型ファスナコンポーネントに対して圧力または力が与えられることが好ましい。このタイプのアセンブリプロセスは任意のタイプの部品またはコンポーネントを相互に固定して取付けるための製造、メンテナンス、または修理の任意の状態で使用されることができる。これらの例では、複合雄型ファスナコンポーネントと複合雌型ファスナコンポーネントを使用して共に取付けられまたは接合される部品またはコンポーネントは複合部品である。特にこれらはフレーム、補強材または翼の外装等のような航空機の構造の部品であってもよい。

次に図３を参照すると、部品を固定するためのシステムを示す図が有効な実施形態にしたがって示されている。この例では、ファスナアセンブリツール300は複合雌型ファスナコンポーネント302から複合雌型ファスナコンポーネントを捜し出し、複合雌型ファスナコンポーネント304から複合雌型ファスナコンポーネントを捜し出して、固定システム306を形成する。固定システム306は部品308を機械的に相互に取付け、または接合するプロセスの一部として結合する部品308に適用される。これらの例では、部品308は特定の構造にしたがって２以上の部品であってもよい。さらに部品308は航空機のような製品で使用される複合部品またはコンポーネントであってもよい。

固定システム306の複合雄型ファスナコンポーネント部分は部品308を通って配置される。固定システム306の複合雌型ファスナコンポーネントは好ましくは複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲およびそれに隣接して位置される。有効な実施形態では、固定システム306は結合部品308と共に置かれるとき、熱310および力312がファスナアセンブリツール300により複合雌型ファスナコンポーネントに与えられる。ファスナアセンブリツール300により加えられる熱および力は、複合雌型ファスナコンポーネントの一部を複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲に流動させ、そこに形成させる。その後、組立てられた固定システムである固定システム306は冷却を可能にされる。この冷却は複合雌型ファスナコンポーネントが複合雄型ファスナコンポーネントに固定され取り付けられる方法で複合雌型ファスナコンポーネントを再固化させ、再凝固させる。このようにして、部品308は機械的に相互に固定され接合される。

これらの例では、固定システム306中の複合雄型ファスナコンポーネントと複合雌型ファスナコンポーネントは異なった形態を取ってもよい。コンポーネントは機械的なロック構造を使用する。これらの例では、機械的な固定構造は雄型ファスナコンポーネントが雌型ファスナコンポーネントと共に接合または固定されることを可能にする構造である。機械的な固定構造は、例えば複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分または同心円の溝であるがそれに限定されない。複合雌型ファスナコンポーネントのねじを有する部分は同様に例えば機械的な固定構造である。多くの場合、複合雄型ファスナコンポーネントと複合雌型ファスナコンポーネントはこれらの構造を有するが、異なる有効な実施形態では必要とされない。

これらの例では、複合雄型ファスナコンポーネントはロックボルト、ねじ付きピン、またはシャフトの一部が同心円の溝またはねじを有する部分を有するシャフトを含んだ他の形態のコンポーネントであってもよい。複合雌型ファスナコンポーネントは例えば結合カラー、スエージカラーまたはねじ付きナットを含んだ種々の形態を取ることができる。幾つかのケースでは、複合雌型ファスナコンポーネントは機械的な固定構造を含まなくてもよく、複合雄型ファスナコンポーネントはそれを含んでいる。他の実施形態ではその逆も行われることができる。ねじ付きナットの形態であるとき、複合雌型ファスナコンポーネントは複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分と機械的に相互作用し結合するねじを有する部分も含んでいる。他の実施形態では、複合雌型ファスナコンポーネントは複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲に位置されることができる単に円筒形表面（外部、内部またはその両者）を有することができる。

ファスナアセンブリツール300はこの例では、種々の形態を取ることができる。例えばファスナアセンブリツール300は固定システム306が手作業により位置に置かれ結合部品308を通して配置されるハンドツールであってもよい。このタイプの例では、ファスナアセンブリツール300は複合雌型ファスナコンポーネント内で複合材料を再成形または再形成させる熱310および力312を与える。他の例では、ファスナアセンブリツール300は自動化またはロボットタイプのシステムであってもよく、その場合ファスナアセンブリツール300は結合部品308を相互に取付けるための固定システム306のような多数の固定システムを形成するために複合雄型ファスナコンポーネント302と複合雌型ファスナコンポーネント304のようなファスナコンポーネントを含んでいるか、それらの供給を捜し出す。

図４を参照すると、固定システムを示す図が有効な実施形態にしたがって示されている。この例では、固定システム400は図３の固定システム306のような固定システムの１例である。固定システム400は複合雄型ファスナコンポーネント402と、実質的に円筒形の形状を有する複合雌型ファスナコンポーネント404を含んでいる。複合雄型ファスナコンポーネント402はコンポーネント406と408中のチャンネルを通って複合雌型ファスナコンポーネント404内のチャンネルへ滑動する。この例では、固定システム400はコンポーネント406と408を相互に接合するために使用される。

次に図５を参照すると、複合雌型ファスナコンポーネントの断面図が有効な実施形態にしたがって示されている。この例では、複合雌型ファスナコンポーネント500は断面で見ると円筒形の形状を有する。複合雌型ファスナコンポーネント500は、複合雄型ファスナコンポーネントを受けることができるチャンネル504を形成している内部表面502を含んでいる。この例では内部表面502は実質的に平滑な表面である。

次に図６を参照すると、複合雌型ファスナコンポーネントの断面図が有効な実施形態にしたがって示されている。この例では、複合雌型ファスナコンポーネント600は、複合雄型ファスナコンポーネントを受けることができるチャンネル604を形成している内部表面602を含んでいる。この例では内部表面602はねじを有する部分である。

図７を参照すると、複合雄型ファスナコンポーネントの断面図が有効な実施形態にしたがって示されている。この例では、複合雄型ファスナコンポーネント700は、複合雌型ファスナコンポーネントのチャンネル中に位置させることができるねじを有する部分702を有する細長い部材を有する。この例では、複合雄型ファスナコンポーネント700のセクション704は異なる例示的な例として固定システムを使用して相互に接合される２以上の複合部品を通って延在することができる。

図８を参照すると、固定システムを使用して組立てられた構造の断面図が有効な実施形態にしたがって示されている。この例では、構造800は部品802と804を使用して組立てられた航空機の複合構造である。これらの部品は固定システム808を使用して相互に取付けられている。

これらの例では、固定システム808は複合雄型ファスナコンポーネント810と複合雌型ファスナコンポーネント812から構成されている。特に複合雄型ファスナコンポーネント810は好ましくはねじを有するピンであり、複合雌型ファスナコンポーネント812はスエージ（金属型板）または「フォーム」カラーである。図示のように、複合雄型ファスナコンポーネント810はねじを有する部分814を含んでいる。示されている例では、複合雄型ファスナコンポーネントはねじを有する部分を有する任意の細長いナンバーである。勿論、ねじを有する部分は細長いナンバーの一部のみまたは全体を含むことができる。複合雄型ファスナコンポーネント810は結合部品802と804を通って設けられたまたは穿孔された穴806を通して配置される。

複合雌型ファスナコンポーネント812は複合雄型ファスナコンポーネント810のねじを有する部分814を覆ってまたはそれを囲んで配置される内部表面816を含んでいる。複合雌型ファスナコンポーネント812のこの位置付けは複合雌型ファスナコンポーネント812が複合雄型ファスナコンポーネント810のねじを有する部分814またはそれを囲んで配置される態様の１例である。

この特定の有効な実施形態では、複合雌型ファスナコンポーネント812の少なくとも一部がねじを有する部分814周囲で流れて形成されるように、複合雌型ファスナコンポーネント812に対して熱および力が与えられる。特に複合雌型ファスナコンポーネント812の内部表面816に沿った複合材料はねじを有する部分814周囲で流れて形成される。勿論、内部表面816に沿って複合材料を再度溶融させ流動させて形成させることができる任意のプロセスが熱および／または力に加えてまたはそれらの代わりに使用されることができる。例えば電子ビームまたはレーザは複合雌型ファスナコンポーネント812の内部表面816を加熱し流動させて再形成させるために使用されることができる。

複合雌型ファスナコンポーネント812を複合雄型ファスナコンポーネント810に取付けまたは接続する方法で複合雌型ファスナコンポーネント812がねじを有する部分814を囲んで再固化または再凝固するように、複合雌型ファスナコンポーネント812は冷却を可能にされる。このタイプの取付けにより、部品802と804は機械的に相互に取付けられ接合される。

これらの例では、複合雌型ファスナコンポーネント812の材料は、複合雌型ファスナコンポーネント812が複合雄型ファスナコンポーネント810から除去または外されることを可能にする方法でねじを有する部分814周囲の複合雌型ファスナコンポーネント812の一部を後の時点で流動または形成させるようにこのコンポーネントが再度加熱または再度溶融されることができるように選択される。このようにして部品802と804は相互に分離され、分解されることができる。固定システム808のこのような除去または分解は特定の構造に応じて修理または交換するために必要とされる。勿論、硬化されると、複合雌型ファスナコンポーネント812は複合雄型ファスナコンポーネント810から除去されることができないように材料が選択されることができる。

これらの例では、異なるタイプの樹脂が複合雄型ファスナコンポーネントと複合雌型ファスナコンポーネントを形成する複合材料で使用されることができる。一方で、熱硬化性重合体樹脂が使用されることができ、これは加熱されると永久に硬くなり、再度加熱しても再度軟化しない。他方で、熱可塑性重合体樹脂が使用されることができ、これは溶融され、再度加熱するとき多数回再溶融されることができる。この後者のタイプの樹脂は異なる図面で示されている有効な実施形態で使用される。

熱可塑性重合体樹脂は典型的に熱硬化性重合体樹脂よりも処理時間が短い。さらに、これらのタイプの複合材料は必要ならば繰り返し再度加熱され、再度形成されることができる。このタイプの特性は必要ならば固定システムが分離されることを可能にする。

使用されることのできる熱可塑性重合体樹脂材料の例は、例えば液晶重合体（ＬＣＰ）；ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＥＥ）、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、パーフルオロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン−パーフルオロメチルビニルエーテル（ＭＦＡ（商標名））を含めたフッ素プラスティック；ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ（商標名））、ポリアミド（例えばナイロン６／６、３０％のガラスファイバ）を含めたケトンベースの樹脂；ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）；ポリアミドイミド（ＰＡＩＳ）、ポリエチレン（ＰＥ）；ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリ（フェニレンテレフタレート）を含めたポリエステル熱可塑性物質、ポリスルホン（ＰＳＵ）；ポリ（フェニレンスルフィド）（ＰＰＳ）を含んでいるが、それらに限定はされない。

熱硬化性重合体樹脂は最初の硬化後に容易に再溶融または再流動しない樹脂である。さらに、このタイプの複合樹脂材料も特定の構成に応じて使用されることができる。熱硬化性重合体樹脂材料の例には例えばアリル重合体、アルキドポリエステル、ビスマレイミド（ＢＭＩ）、エポキシ、フェノール樹脂、ポリエステル、ポリウレタン（ＰＵＲ）、ポリウレア−ホルムアルデヒドが含まれているが、それらに限定されない。

勿論、任意のタイプの材料が種々の特性および所望の使用にしたがって用いられることができる。例示的な実施形態で使用されるタイプの熱可塑性重合体樹脂の１例はポリエーテルエーテルケトンである。このタイプの材料はＰＥＥＫ（商標名）重合体と呼ばれている。ＰＥＥＫは公有有限会社Victrexの商標名である。このタイプの複合材料は優秀な電気的特性および優秀なガンマ線に対する抵抗性と共に、極めて良好な化学抵抗性、磨耗に対する抵抗性、高温に対する抵抗性、水圧に対する抵抗性、低い煙および有毒ガスの耐炎性を提供する。

さらにこれらの例では、複合材料は短いファイバ補強複合体を使用する。短いファイバは約２０％乃至約２５％の容積％のファイバ含有量を有する複合物と考えられる。このタイプのファイバの使用は長いファイバ複合体で生じ得るファイバの方向付けおよび破損の問題を減少する。勿論、長いファイバで補強された複合体はファイバのタイプにしたがって使用されることができる。長いファイバ、これらの例では、約５０％乃至約６０％の含有量のガラス、アラミドまたはカーボンファイバを使用する複合物とが考えられる。複合固定システムで使用されることのできる材料の他の例は、これらの例ではガラス、炭素またはチタネートファイバであり、それらは熱硬化性重合体に合成されるか混合されることができる。これらのタイプのファイバは約３０％までのレベルで使用されることができる。これらのタイプのファイバの使用は応力による亀裂、切断に対する抵抗、寸法の安定性、クリープ、そり、加熱撓み、引張に対する強さ、屈曲係数を改良することができる。

複合固定システムで実行されることができる付加的な特徴はこれらの例では、複合ファスナコンポーネントを「前処理」または「プレコート（予備被覆）」することである。複合雄型ファスナコンポーネントと複合雌型ファスナコンポーネントは他の類似しない複合および金属材料でこれらのコンポーネントの適合性を改良するために有機物被覆で「前処理」または「プレコート」されることができる。この改良された適合性により、プレコートされた複合コンポーネントにより組立てられた構造は典型的に、複合物の剥離、水の侵入、コンポーネントの電気的連続性、コンポーネント間のアーク、複合電解腐食、燃料の堅牢さ、構造中のコンポーネントの伸び差による相対的な動作を可能にする表面の潤滑性に関する問題が減少することを示す。

図９を参照すると、部品の取付けまたは接続、或いは構造の組立てのためのプロセスのフローチャートが有効な実施形態にしたがって示されている。この例では、図９に示されているプロセスは図３のファスナアセンブリツール300を使用して行われることができる。

プロセスは部品の整列により開始する（動作900）。これらの例では、部品は機械的取付けのために相互に関して適切な位置に部品を配置することにより整列されることができる。複合雄型ファスナコンポーネントがチャンネルまたは穴を通過または挿入することを可能にするためのチャンネルまたは穴が部品を通して穿孔または形成されることができる。特定の構造に応じて、これらの部品は前もって穿孔され、或いは予め形成された穴またはチャンネルを有することができ、穴またはチャンネルは相互に整列されている。次に、複合雄型ファスナコンポーネントが整列された隣接する部品を通して配置される（動作902）。動作902は整列され隣接する部品を通過する穴またはチャンネルに対して複合雄型ファスナコンポーネントを通過させることにより行われる。

次に、複合雌型ファスナコンポーネントが複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分に隣接するかその部分の上に位置される（動作904）。複合雌型ファスナコンポーネントの内部表面または一部がねじを有する部分に隣接するように、複合雌型ファスナコンポーネントを位置させることにより、複合雌型ファスナコンポーネントは複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分に隣接してまたはその上に配置または位置される。

その後、熱および力が複合雌型ファスナコンポーネントに加えられる（動作906）。この例では、ファスナアセンブリツールは約１００ポンド乃至３００ポンドの力が少なくとも１５乃至３０秒間加えられて、最低で約６００゜Ｆ乃至７００゜Ｆで加熱されることができる。これらのパラメータは１つの実施形態を示す目的で示されている。使用される温度、力、時間は他の実施形態で使用されている固定システムに応じて変化することができる。特別な構成に基づいて、熱だけが複合雌型ファスナコンポーネントに加えられることができる。動作906は複合雌型ファスナコンポーネントの一部を複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲で流動させ、またはそこに形成させることが意図されている。熱および力は複合雌型ファスナコンポーネントの一部をねじを有する部分の周囲で流動させまたはそこに形成させるために使用される技術として示されているが、他の機構が使用されてもよい。例えば電子ビームまたはレーザプロセスが複合雌型ファスナコンポーネントの一部を流動させまたは形成させるために使用されることができる。

次に、複合雌型ファスナコンポーネントはその後のプロセスの終了することによって冷却される（動作908）。この複合雌型ファスナコンポーネントの冷却は熱をこのコンポーネントに加えていた熱源を除去することにより行われることができる。他の例では、複合ファスナコンポーネントは実際に冷却システムによって冷却されてもよい。動作906および908は複合雌型ファスナコンポーネントを複合雄型ファスナコンポーネントに取付けさせまたは接合させる複合固定システムの硬化工程または処理の一部として行われる。

図１０を参照すると、固定システムのコンポーネントを事前処理するためのプロセスのフローチャートが有効な実施形態にしたがって示されている。図１０に示されているプロセスは機械的に部品を相互に取付けるか接合するために固定システムの使用前に複合固定システムのコンポーネントに適用されることができる。

このプロセスはファスナコンポーネントを清浄することにより開始する（動作1000）。この動作では、清浄処理は複合コンポーネントの表面からオイルまたはその他の汚染物質を除去するために行われることができる。オイルまたは他の汚染物質を除去することにより、ファスナへの被覆の機械的な結合力は増加されることができる。プロセスは被覆液1001をファスナコンポーネントに与える（動作1002）。被覆液は溶解状態の被覆材料である。動作1002で、被覆材料が好ましくは溶解状態で与えられ、それによってこれは容易に、均等にコンポーネントに与えられることができる。被覆材料の通常の機能はこの被覆材料が与えられる基礎材料を例えば通常の電気化学的腐食、電解腐食、応力腐食を含めた腐食の活動から保護することである。これらの例では被覆材料は主として有機物構成である配合であるが、最終的な被覆の特性を改良するための添加物を含んでもよい。１実施形態では被覆は最初にキャリア液体で溶解され、それによって基板に与えられることができる。

浸漬、噴霧、はけ塗り、または流動層方法のような任意の適切な被覆方法が使用されることができる。好ましい方法では、溶剤に解かされた被覆材料の溶液はコンポーネントの前駆物質に噴霧される。

典型的に噴霧可能な被覆液は、好ましくは、約３０重量％のエタノールと、約７重量％のトルエンと、溶剤としての約４５重量％のメチルエチルケトン（ＭＥＫ）、約２重量％のストロンチウムクローム化合物と、約２重量％のアルミニウム粉末と、フェノール樹脂および少なくとも１つの可塑剤と混合されているその他の物質を有する。少量のポリテトラフルオロエチレンが随意選択的に付加されることができる。このような製品はカリフォルニア州トランスのLisi Aerospace-Hi-Shear Corp.から名称Hi-Kote 1（商標名）で市販されている。この製品は製造業者により忠告されているように＋４２５度、＋／−２５度で１時間の標準的な上昇温度硬化処理を有する。Hi-Kote 1（商標名）被覆と他の類似の被覆は共に譲渡されている米国特許第5,614,037号、5,858,133号、5,922,472号、5,944,918号明細書に記載されており、その内容はこの明細書の明確な本文と矛盾しない程度で参考としてここで組み込まれている。

被覆材料は好ましくは均等に与えられるように溶液状態で与えられる。被覆材料は好ましくは主に有機物特性である配合であるが、最終的な被覆特性を改良するための添加物を含むこともできる。例を挙げて説明すると、テフロン（登録商標）（商標名）化合物が被覆の潤滑性を改良するために付加されることができ、これは挿入力の要求の減少、良好な穴の充填、シートの巻取りの改良を可能にする。別の例として、アルミニウム粉末の顔料が全体的な被覆材料の統合性を改良するために付加されることができる。被覆は基板上の種々の被覆方法を容易にするために最初にキャリア液体で溶解されることが望ましい。

１実施形態によれば、複合ファスナコンポーネントの外部表面は被覆を施す前に石鹸で洗浄され、乾燥（即ち脱脂）される。脱脂はファスナコンポーネントの外部表面上に存在し得るオイルまたは他の汚染物質を除去して複合表面を清浄する。脱脂はファスナコンポーネントの表面に対する被覆の機械的結合力を増加する。有効な実施形態における被覆は内部が密着し、約０．０００３インチ（０．０００７６２ｃｍ）乃至０．０００５インチ（０．００１２７ｃｍ）の好ましい厚さの範囲で均等に付着されるが、被覆は所望ならばその他の厚さでもよい。

その後、与えられた被覆を有するファスナコンポーネントは被覆を硬化するために熱処理され（動作1004）、その後プロセスは終了し、コンポーネントは使用の準備が整う。

硬化動作は被覆の接着および結合を改良するために有機物コンポーネント内の構造的変化、典型的には有機物分子の架橋結合を生成するために使用される。

随意選択的に、動作1004で硬化させる前に、被覆溶液中の大部分の溶剤は室温または僅かに上昇された温度で乾燥または「フラッシュ硬化」1003により与えられた状態の被覆から除去されることができ、それによって被覆されたアーティクルまたはコンポーネントは触れると乾燥した状態にされる。フラッシュ硬化または乾燥は約１乃至２分間約２００度で加熱することにより実現されることができ、大部分の溶剤の蒸発を達成し、被覆層を変更または損傷せずに被覆されたアーティクルまたはコンポーネントが処理されることを可能にする。

被覆は複合コンポーネントの表面では十分に硬化されず付着されることができないために、また被覆自体は設置またはその後のサービス期間中に腐食活動または機械的な損傷に対して抵抗する程度に十分に密着または架橋結合されないために、被覆されたコンポーネントは依然として乾燥またはフラッシュ硬化後の使用には適切ではない。

多数の硬化可能な有機物被覆材料が本発明のプロセスで利用可能であり動作可能である。特に、被覆材料はフェノール類、ポリアミド、ポリベノクサゾールのような芳香樹脂を有する任意の広範囲の硬化可能な有機物被覆材料であってもよい。樹脂は好ましくは１以上の可塑剤、ポリテトラフルオロエチレンのような他の有機物コンポーネント、アルミニウム粉末および／またはクロム酸ストロンチウムのような無機物の添加物、その他の腐食防止添加物と混合される。これらの被覆化合物は好ましくは所望される塗布の一貫性を与えるための量で存在する適切な溶剤中に溶解される。ポリアロマティック樹脂では、通常溶剤は有効にエタノール、トルエン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）の混合物である。

これらの実施例における被覆を十分に硬化するため、被覆は動作1004に記載されているように被覆材料の硬化温度よりも高温に加熱され維持される。この推奨された「フルアップ」または完全な硬化プロセスにより、硬化時間は使用される被覆材料と、選択された関連される硬化温度によって変化する。典型的な硬化温度は約＋２５０度乃至約＋４５０゜Ｆの範囲であり、典型的な硬化時間は約１時間乃至約４時間の範囲であるが、それぞれではなく、特に典型的な硬化時間は約１乃至約１．５時間で約＋４００度乃至約＋４５０度の範囲であるがそれに限定されない。用語「プレコートされた」または「プレコートする」はその最終的な使用で設置または組立てる前のファスナコンポーネントの被覆プロセスを指していることが理解されよう。

Hi-Kote 1（商標名）被覆の場合、例えば１乃至２分間の＋２００度のフラッシュ硬化温度または約１時間の＋４２５度の完全な硬化温度である。被覆の溶剤の大部分は１乃至２分間の＋２００度の僅かに上昇された温度における「フラッシュ硬化」乾燥プロセスにより除去される。フラッシュ硬化は被覆溶剤の揮発部分を揮発させ、完全に硬化する前に被覆されたファスナの処理を可能にする。

本発明の被覆は内部が密着し、約０．０００３インチ（０．０００７６２ｃｍ）乃至０．０００５インチ（０．００１２７ｃｍ）の好ましい厚さの範囲で均等に付着されるが、被覆は所望ならばその他の厚さでもよい。驚くべきことに、検査によってリベット型のファスナに付着され、その後硬化された被覆はアプセット期間中にプレコートされたリベット上に与えられる設置力に耐えることができることが説明されている。例えば本発明の１実施形態のプレコートされたファスナコンポーネントは航空機の主構造に適用するのに有用である必要とされる最終的な二倍のせん断強度の要求を満足させる。特に、この実施形態のファスナはリベットの突出するシャンクが設置期間中にそれらの最初の直径の約１．６倍の直径まで膨張しても、被覆の完全性に対して認知できるほどの衝撃を示さずに最小で３４，５００ｌｂｓ／ｉｎ^２の被覆されていないリベットの最終的なせん断強度要求を満たさなければならない。

二倍のせん断強度試験からの実際の試験結果は、プレコートされた複合リベットが実際に被覆されていない複合リベットにより設定された要求にしたがっていることを示していることは驚異的である。特に、最終的なせん断強度値は３４，９００ｌｂｓ／ｉｎ^２乃至４０，４００ｌｂｓ／ｉｎ^２の範囲であり、平均は３７，４００ｌｂｓ／ｉｎ^２であった。被覆の接着に関するスパリングまたは他の不適切な状況の形跡は、設置後のリベットのアプセットの検査時には明らかにならなかった。

種々の異なる有効な実施形態の説明は例示および説明の目的で提示され、説明した形態に本発明を限定することを意図しているものではない。多くの変形および変化は当業者に明白であろう。さらに、異なる有効な実施形態は他の有効な実施形態と比較して異なる利点を与えることができる。選択された実施形態は本発明の原理、実際の応用を最良に説明し、他の当業者が考慮される特定の使用に適するように種々の変形を有する種々の実施形態を理解することを可能にするために選択され説明された。

有効な実施形態が実行されることができる航空機製造およびサービス方法の説明図。有効な実施形態が実行されることができる航空機の説明図。有効な実施形態による部品を固定するためのシステムを示す図。有効な実施形態による固定システムを示す図。有効な実施形態による複合雌型ファスナコンポーネントの断面図。有効な実施形態による複合雌型ファスナコンポーネントの断面図。有効な実施形態による複合雄型ファスナコンポーネントの断面図。有効な実施形態による固定システムを使用して組立てられた構造の断面図。有効な実施形態による部品を取付けまたは構造を組立てるためのプロセスのフローチャート。有効な実施形態による固定システムを事前処理するためのプロセスのフローチャート。

Claims

複合雄型ファスナコンポーネントを１対の航空機の部品を通して配置し、この複合雄型ファスナコンポーネントはシャフトおよび機械的な固定構造を有し、
複合雌型ファスナコンポーネントをシャフトの周囲に、シャフトのねじを有する部分に隣接して配置し、複合雄型ファスナコンポーネントは航空機の１対の部品を通って配置され、複合雌型ファスナコンポーネントはカーボンファイバおよび樹脂で構成され、円筒形の形状を有し、
複合雌型ファスナコンポーネントの一部を溶融させ機械的な固定構造へ流動させるように熱および力を複合雌型ファスナコンポーネントに加え、
溶融した複合雌型ファスナコンポーネントの一部が再固化するように熱および力を除去するステップを含んでおり、複合雌型ファスナコンポーネントは複合雄型ファスナコンポーネントに取付けられ、１対の結合する航空機の部品は機械的に相互に接合される航空機の複合構造の組立て方法。
複合雌型ファスナコンポーネントは外見が円筒形の形状を有し、複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分と機械的に相互結合するように設計されている複合雌型ファスナコンポーネントの内部のねじを有する部分を有している請求項１記載の方法。
樹脂は熱可塑性重合体樹脂または熱硬化性重合体樹脂の一つから選択される請求項１記載の方法。
さらに、材料の被覆を複合雄型および雌型ファスナコンポーネントに施し、
航空機の１対の部品を通って複合雄型ファスナコンポーネントを位置させる前に被覆を硬化するため複合雄型および雌型ファスナコンポーネントを熱処理するステップを含んでいる請求項１記載の方法。
第１の部品と第２の部品は複合部品である請求項１記載の方法。
複合部品は航空機の部品である請求項５記載の方法。
機械的固定構造はねじまたは同心円の溝の一つである請求項１記載の方法。
複合雄型ファスナコンポーネントを第１の部品と第２の部品を通して配置し、その複合雄型ファスナコンポーネントは機械的な固定構造を有し、
複合雌型ファスナコンポーネントを複合雄型ファスナコンポーネントの機械的な固定構造の周囲で流動状態にし、
複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分の周囲で流動状態にされた複合雌型ファスナコンポーネントの部分を固化するステップを含み、それによって複合雌型ファスナコンポーネントは複合雄型ファスナコンポーネントに取付けられる部品の取付け方法。
複合雌型ファスナコンポーネントを流動させるステップは、複合雌型ファスナコンポーネントの一部を複合雄型ファスナコンポーネントのねじ付けされた部分の周囲に流動させるための熱を与えるステップを含んでいる請求項８記載の方法。
固化ステップは、複合雌型ファスナコンポーネントを、複合雌型ファスナコンポーネントが複合雄型ファスナコンポーネントに取付けられるように複合雌型ファスナコンポーネントを固化させるために複合雌型ファスナコンポーネントを冷却するステップを含んでいる請求項８記載の方法。
冷却ステップは、複合雌型ファスナコンポーネントへの熱の供給を停止するステップを含んでいる請求項１０記載の方法。
複合雌型ファスナコンポーネントを流動させるステップは、さらに熱を複合雌型ファスナコンポーネントに与えながら複合雌型ファスナコンポーネントに圧力を加えるステップを含んでいる請求項９記載の方法。
複合雌型ファスナコンポーネントは、複合雄型ファスナコンポーネントのねじを有する部分と機械的に相互作用するように設計されている複合雌型ファスナコンポーネントの内部にねじを有する部分を有する請求項８記載の方法。
複合雌型ファスナコンポーネントは熱可塑性重合体樹脂または熱硬化性重合体樹脂の一つから選択される樹脂を含んでいる請求項８記載の方法。
第１の部品と第２の部品は複合部品である請求項８記載の方法。
複合部品は航空機の部品である請求項１５記載の方法。
複合部品はビークルの部品である請求項１５記載の方法。
機械的固定構造は１つのねじまたは同心円の溝である請求項８記載の方法。
第１の複合航空機部品と、
第２の複合航空機部品と、
第１の複合航空機部品および第２の複合航空機部品を通して配置され、機械的な固定構造を有する複合雄型ファスナコンポーネントと、
前記複合雄型ファスナコンポーネントに取付けられた複合雌型ファスナコンポーネントとを具備しており、
複合雌型ファスナコンポーネントはその一部を複合雄型ファスナコンポーネントの機械的な固定構造の周囲で流動状態にさせ、複合雌型ファスナコンポーネントを複合雄型ファスナコンポーネントに接合するようにねじを有する部分周囲で再固化させるように処理することにより複合雌型ファスナコンポーネントが複合雄型ファスナコンポーネントに取付けられている複合航空機構造。
第１の複合航空機部品と第２の複合航空機部品は航空機の翼の部品である請求項１９記載の複合航空機構造。
第１の複合航空機部品と第２の複合航空機部品は航空機の構造コンポーネントである請求項１９記載の複合航空機構造。