JP2020128774A - Plate fastener joint structure and elastic body for plate fastener - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、皿頭を有するボルトやリベット等の皿ファスナ、および被締結部材を含む皿ファスナ継手構造と、皿ファスナ継手構造に用いられる弾性体とに関する。 The present invention relates to a dish fastener joint structure including a dish fastener such as a bolt and a rivet having a dish head, and a member to be fastened, and an elastic body used in the dish fastener joint structure.
逆円錐台状の皿頭を有する皿ボルトが種々の部材を締結するために用いられている。例えば、航空機の機体表面の空気抵抗を低減するため、機体の外皮(skin)に皿ボルトが用いられている。皿ボルトの皿頭のテーパ状の座面は、被締結部材に皿取り加工によりテーパ状に形成された受け面の内側に収められる。 Countersunk bolts with inverted frustoconical countersunk heads are used to fasten various members. For example, countersunk bolts are used on the skin of aircraft to reduce air resistance on the surface of the aircraft. The tapered seat surface of the countersunk head of the countersunk bolt is housed inside the receiving surface which is formed into a tapered shape on the member to be fastened by dishing.
特許文献1は、鋳造によるエクステリア部材を締結するための皿ボルト用テーパワッシャを開示する。特許文献1では、被締結部材の孔心のずれに対応するため、皿ボルトの軸部が挿入される孔よりも径が大きい孔に皿ボルトの皿頭を配置し、皿頭には、鍔部を有する円錐形のテーパワッシャを装着している。
この特許文献1では、被締結部材の円筒形の孔に皿頭の全体が配置されるため、皿頭はフリーの状態にある。テーパワッシャの鍔部は、鍔部よりも大きい被締結部材の凹部内に余裕をもって配置される。被締結部材に係合する鍔部と、他の被締結部材に係合するボルトの軸部とにより、被締結部材に締結力が作用する。
In
特許文献1の記載によれば、被締結部材の熱膨張が起こっても、皿ボルトに、被締結部材の貫通孔内で相対的な位置を変えるだけの余裕が与えられているから、皿ボルトは、無理な拘束に強いられて応力を集中させることなく、応力の負荷する方向へテーパワッシャの摺動と共に傾動する。
According to the description of
航空機等の輸送機をはじめ、種々の装置の部材に用いられているアルミニウム合金、あるいは炭素繊維等の強化繊維を含む繊維強化樹脂は、鉄や鋼等と比べると一般に強度が低い。
そのため、アルミニウム合金または繊維強化樹脂が用いられた被締結部材を皿ボルトにより締結する場合は、鉄や鋼等が用いられた被締結部材を皿ボルトにより締結する場合と同等の大きさの締結力を被締結部材に与えることが難しい。
そうすると、皿ボルトの軸方向の締結力に対して直交する方向の荷重により、皿ボルトの軸部と被締結部材の挿入孔の内周部との間に設定されているクリアランスの分だけ被締結部材が互いに滑る。孔心位置の公差に対応するため、また、皿ボルトの挿入や取り外しの作業を容易に行うために、皿ボルトの軸部と挿入孔の内周部との間にはクリアランスを設定することができる。
被締結部材の滑りに伴い、皿ボルトが挿入孔に対して傾き、軸部にせん断応力を発生させながら被締結部材に荷重を伝達する。さらに、ボルト皿頭の座面が突き当てられる被締結部材の受け面からの反力によって、皿頭に曲げ応力が生じる。
A fiber-reinforced resin containing a reinforcing fiber such as an aluminum alloy or carbon fiber, which is used as a member of various devices such as an aircraft or the like, is generally lower in strength than iron or steel.
Therefore, when fastening a fastened member made of aluminum alloy or fiber reinforced resin with flathead bolts, a fastening force equivalent to that of fastening a fastened member made of iron or steel with flathead bolts. Is difficult to give to the fastened member.
Then, due to the load in the direction orthogonal to the axial fastening force of the countersunk bolt, only the clearance set between the shaft portion of the countersunk bolt and the inner peripheral portion of the insertion hole of the fastened member is fastened. The parts slide on each other. To accommodate the tolerance of the hole center position and to facilitate the work of inserting and removing the countersunk bolt, a clearance should be set between the shaft of the countersunk bolt and the inner circumference of the insertion hole. it can.
With the slip of the member to be fastened, the countersunk bolt tilts with respect to the insertion hole, and the load is transmitted to the member to be fastened while generating shear stress in the shaft portion. Furthermore, a bending stress is generated in the countersunk head by the reaction force from the receiving surface of the member to be fastened against which the seat surface of the bolt head is abutted.
皿ボルトの皿頭の強度が被締結部材の強度よりも低い場合がある。その場合も、上記のように被締結部材にアルミニウム合金や繊維強化樹脂が用いられる場合と同様に、十分な締結力を被締結部材に与えることが難しい。そのため、軸部に対して直交する方向の荷重により被締結部材が互いに滑り、皿ボルトが挿入孔に対して傾き、受け面からの反力によりボルト皿頭に曲げ応力が生じる。 The strength of the countersunk head of the countersunk bolt may be lower than the strength of the member to be fastened. Also in that case, it is difficult to give a sufficient fastening force to the fastened member, as in the case where the fastened member is made of an aluminum alloy or a fiber reinforced resin as described above. Therefore, the tightened members slide with each other due to the load in the direction orthogonal to the shaft portion, the countersunk bolt tilts with respect to the insertion hole, and a bending stress is generated in the bolt countersunk head by the reaction force from the receiving surface.
特許文献1の皿ボルト継手構造とは異なり、テーパ状の座面が被締結部の受け面により拘束される皿ボルトに特有の事象として、図9に、皿ボルト8および被締結部材91,92の変形を誇張して示している。図9は応力解析例に基づく模式図である。
図9に示すように、被締結部材91,92の滑りおよび皿ボルト8の傾きに伴う受け面91Aからの反力により、皿頭81に曲げ応力が生じる。図9に示す湾曲した矢印は、皿ボルト8の傾きによって皿頭81が二点鎖線で示す形状から実線で示す形状に曲げ変形したことで生じる曲げ応力に関する曲げモーメントMを示している。図9に示す例では、特に皿頭81の首部81Aの曲げ応力が大きい。
特許文献1の構成によれば、被締結部材の滑りにより皿ボルトが傾く際に、皿頭が拘束されていないため皿頭の曲げ応力の増大を回避できる反面、軸部と直交する方向の荷重に対する接合強度には劣る。
Unlike the countersunk bolt joint structure of
As shown in FIG. 9, a bending stress is generated in the
According to the configuration of
以上より、本発明は、皿頭を有する皿ファスナにより締結された締結部材に滑りが生じるとしても、滑りに伴い発生する応力を低減して皿ファスナ継手構造の破損を防止することを目的とする。 In view of the above, the present invention has an object to prevent damage to the dish fastener joint structure by reducing the stress caused by the slip even if the fastening member fastened by the dish fastener having the dish head slips. ..
本発明の皿ファスナ継手構造は、軸部、および軸部から頂面に向かうにつれて径が拡大した逆円錐台状の皿頭を含む皿ファスナと、皿ファスナにより締結される複数の被締結部材と、皿頭の座面、および一の被締結部材に形成されて座面を受ける受け面の間に配置される弾性体と、を備える。
そして、本発明は、弾性体が、径方向内側の第1領域と、径方向外側の第2領域と、を含み、第1領域および第2領域のいずれも、皿ファスナ、および受け面が形成される被締結部材と比べて弾性体の肉厚方向の剛性が低く、第1領域に設定された肉厚方向への最大弾性変形量と比べて、第2領域に設定された肉厚方向への最大弾性変形量が大きいことを特徴とする。
The dish fastener joint structure of the present invention includes a dish fastener including a shaft portion and an inverted frustoconical dish head whose diameter increases from the shaft portion toward the top surface, and a plurality of fastened members fastened by the dish fastener. A seat surface of the countersunk head, and an elastic body which is formed between the one receiving member and a receiving surface which receives the seat surface.
Further, in the present invention, the elastic body includes a first region on the inner side in the radial direction and a second region on the outer side in the radial direction, and the dish fastener and the receiving surface are formed in both the first region and the second region. The rigidity of the elastic body in the thickness direction is lower than that of the fastened member, and compared with the maximum elastic deformation amount in the thickness direction set in the first region, in the thickness direction set in the second region. Is characterized by a large maximum amount of elastic deformation.
「ファスナ」は、ボルトやリベット等、複数の部材間の締結に用いられる部材を包含する。「皿ファスナ」は、逆円錐台状の皿頭を含むファスナを意味するものとする。 "Fastener" includes members used for fastening between a plurality of members such as bolts and rivets. "Dish fastener" shall mean a fastener that includes an inverted frustoconical dish head.
本発明の皿ファスナの継手構造において、皿ファスナは、被締結部材に対する着脱が可能なボルトであることが好ましい。 In the joint structure of the dish fastener of the present invention, it is preferable that the dish fastener is a bolt that can be attached to and detached from a member to be fastened.
本発明の皿ファスナの継手構造において、皿ファスナが挿入される被締結部材の挿入孔の軸線に対して座面がなす角度をθ1、軸線に対して受け面がなす角度をθ2、とすると、θ1<θ2であることが好ましい。 In the joint structure of the dish fastener of the present invention, when the angle formed by the seat surface with respect to the axis of the insertion hole of the fastening member into which the dish fastener is inserted is θ1 and the angle formed by the receiving surface with respect to the axis is θ2, It is preferable that θ1<θ2.
本発明の皿ファスナの継手構造において、無負荷の状態における第1領域の肉厚をt1、無負荷の状態における第2領域の肉厚をt2、とすると、t1<t2であることが好ましい。 In the joint structure of the dish fastener according to the present invention, when the wall thickness of the first region in the unloaded state is t1 and the wall thickness of the second region in the unloaded state is t2, it is preferable that t1<t2.
本発明の皿ファスナ継手構造において、第1領域の剛性をk1、第2領域の剛性をk2、とすると、k1>k2であることが好ましい。 In the dish fastener joint structure of the present invention, when the rigidity of the first region is k1 and the rigidity of the second region is k2, it is preferable that k1>k2.
本発明の皿ファスナの継手構造において、弾性体は、肉厚方向の剛性が異なる第1弾性部および第2弾性部を備え、第1弾性部の剛性kaに対して、第2弾性部の剛性kbが小さく、第1弾性部および第2弾性部の体積比率に基づいて、k1>k2であることが好ましい。 In the joint structure of the dish fastener of the present invention, the elastic body includes the first elastic portion and the second elastic portion having different rigidity in the thickness direction, and the rigidity of the second elastic portion is different from the rigidity ka of the first elastic portion. It is preferable that kb is small and k1>k2 based on the volume ratio of the first elastic portion and the second elastic portion.
本発明の皿ファスナ継手構造は、軸部と、軸部が挿入される被締結部材の挿入孔の内周部との間に配置され、軸部および被締結部材と比べて肉厚方向の剛性が低い第2の弾性体を備えることが好ましい。 The dish fastener joint structure of the present invention is arranged between the shaft portion and the inner peripheral portion of the insertion hole of the member to be fastened into which the shaft portion is inserted, and has rigidity in the thickness direction as compared with the shaft portion and the member to be fastened. It is preferable to provide a second elastic body having a low
本発明の皿ファスナの継手構造において、弾性体は、頂面を覆うカバー領域を含むことが好ましい。 In the joint structure of the dish fastener of the present invention, it is preferable that the elastic body includes a cover region that covers the top surface.
本発明の皿ファスナの継手構造において、被締結部材は、航空機の機体を構成する部材であることが好ましい。 In the joint structure of the dish fastener of the present invention, it is preferable that the member to be fastened is a member that constitutes a body of the aircraft.
また、本発明は、皿ファスナの皿頭の座面、および皿ファスナにより締結される複数の被締結部材の一つに形成されて座面を受ける受け面の間に配置される弾性体であって、径方向内側の第1領域と、径方向外側の第2領域と、を含み、第1領域および第2領域のいずれも、皿ファスナ、および受け面が形成される被締結部材と比べて肉厚方向の剛性が低く、第1領域に設定された肉厚方向への最大弾性変形量と比べて、第2領域に設定された肉厚方向への最大弾性変形量が大きいことを特徴とする。 Further, the present invention is an elastic body disposed between a seat surface of a dish head of a dish fastener and a receiving surface formed on one of a plurality of members to be fastened which are fastened by the dish fastener and receiving the seat surface. And a first region on the inner side in the radial direction and a second region on the outer side in the radial direction, both of the first region and the second region being compared with the fastening member on which the dish fastener and the receiving surface are formed. The rigidity in the thickness direction is low, and the maximum elastic deformation amount in the thickness direction set in the second region is larger than the maximum elastic deformation amount in the thickness region set in the first region. To do.
本発明の皿ファスナ継手構造および皿ファスナ用弾性体によれば、被締結部材の滑りが生じたとしても、滑りに伴う皿頭の傾きの変位が弾性体の弾性変形により吸収されることで皿頭の曲げ変形が緩和されるため、皿頭の首部等に発生する応力を低減することができる。したがって、皿ファスナ継手構造の疲労破壊等の破損を未然に防ぐことができる。 According to the dish fastener joint structure and the elastic body for a dish fastener of the present invention, even if slippage of the member to be fastened occurs, the displacement of the inclination of the dish head due to the slippage is absorbed by the elastic deformation of the elastic body, so that the dish Since the bending deformation of the head is alleviated, the stress generated in the neck of the dish head and the like can be reduced. Therefore, damage such as fatigue failure of the dish fastener joint structure can be prevented in advance.
以下、添付図面を参照しながら、本発明の一実施形態について説明する。
以下に説明する皿ファスナ継手構造1〜4のいずれも、後述するように、皿ボルト10の座面12Bと被締結部材21の受け面21Aとの間に配置される弾性体の構成要件に主要な特徴を有する。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
As will be described later, all of the dish fastener
〔共通の構成要素〕
まず、図1(a)および(b)に示す第1実施形態の皿ファスナ継手構造1を例に取り、本発明の全ての実施形態に共通する構成要素を説明する。
図1(a)および(b)に示すように、皿ファスナ継手構造1は、軸部11および逆円錐台状の皿頭12を有した皿ファスナとしての皿ボルト10と、皿ボルト10に設けられるナット18と、皿ボルト10およびナット18により締結される複数の被締結部材21,22と、弾性体30とを備えている。
[Common components]
First, taking the dish fastener
As shown in FIGS. 1( a) and 1 (b ), a dish fastener
本実施形態の皿ファスナ継手構造1は、航空機の機体を構成する部材に適用することができる。
その場合において、被締結部材21,22は、航空機の胴体や主翼等の部材である。こうした被締結部材21,22は、複数の皿ボルト10を用いて複数の箇所で締結されている。
例えば、被締結部材21は、主翼のスキンであり、被締結部材22は、スキンを裏側から支持するストリンガまたはリブである。あるいは、被締結部材21が胴体のスキンであり、被締結部材22がスキンを裏側から支持するフレームであってもよい。
同一の皿ボルト10により締結される被締結部材(21,22)の数は、2つに限らず、3つ以上であってもよい。
The dish fastener
In that case, the fastened
For example, the fastened
The number of members to be fastened (21, 22) fastened by the same
(被締結部材)
被締結部材21,22は、鉄や鋼等と比べて比強度の大きい材料、例えば、アルミニウム合金または繊維強化樹脂を用いて形成されることが好ましい。繊維強化樹脂は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維等の強化繊維からなる繊維基材と、繊維基材に含侵したマトリクス樹脂とを含む。
(Fastened member)
The members to be fastened 21 and 22 are preferably formed using a material having a larger specific strength than iron, steel, or the like, for example, an aluminum alloy or a fiber reinforced resin. The fiber reinforced resin includes a fiber base material made of reinforcing fibers such as carbon fiber, glass fiber, and aramid fiber, and a matrix resin impregnated in the fiber base material.
被締結部材21,22のうち、機体の外表面に配置される一の被締結部材21には、皿ボルト10の皿頭12の座面12Bを受ける受け面21Aが形成されている。受け面21Aの内側の開口の径は、皿頭12の高さに応じた深さのテーパ状のザグリ加工(皿取り加工)により、ボルト挿入孔20に向かうにつれて次第に縮小している。
受け面21Aには、弾性体30を介して座面12Bが押圧される。
A receiving
The
被締結部材21,22に亘り貫通したボルト挿入孔20に皿ボルト10の軸部11が挿入されると、皿ボルト10の皿頭12は、被締結部材21の表面21Bから窪んだ受け面21Aの内側に収められる。このとき、皿頭12は、被締結部材21の表面21Bから突出しない。そのため、機体の外表面に露出する部材の締結に皿ボルト10を使用することで、機体の空気抵抗を低減することができる。
When the
ボルト挿入孔20は、被締結部材21に形成された挿入孔201と、被締結部材22に形成された挿入孔202とからなる。このボルト挿入孔20の断面中心を通る軸線をAと称する。
ボルト挿入孔20の内周部と軸部11の外周部との間には、所定の寸法のクリアランスCが設定されている。クリアランスCの寸法は、皿ボルト10をボルト挿入孔20に挿入したりボルト挿入孔20から皿ボルト10を取り外したりする作業の容易性と、寸法や組立の公差による挿入孔201,202の断面中心の位置の公差を考慮して設定されている。
The
A clearance C having a predetermined dimension is set between the inner peripheral portion of the
クリアランスCが設定されているため、ボルト挿入孔20の内周部と軸部11の外周部との間には空隙24が存在する。被締結部材21,22は、外力の軸線Aに対して直交する方向に作用する成分である荷重F1(図3)により、被締結部材21,22間の摩擦力に抗して、空隙24の分だけ、滑りつつ相対的に変位する。
滑りを引き起こす荷重F1は、例えば機外と機内の圧力差により機体のスキンに作用する張力である。または、荷重F1は、例えば主翼に生じる空力的荷重により主翼が曲がり、主翼スキンに作用する張力である。
ボルト挿入孔20の内周部と軸部11の外周部との間は、空隙24であって、例えば鋼材から形成された筒体等、被締結部材21,22の滑りに抵抗する部材は配置されていない。
Since the clearance C is set, there is a
The load F1 that causes slippage is, for example, the tension that acts on the skin of the machine body due to the pressure difference between the outside and the inside of the machine. Alternatively, the load F1 is, for example, a tension that acts on the main wing skin due to the main wing bending due to an aerodynamic load generated on the main wing.
Between the inner peripheral portion of the
(皿ボルト)
さて、皿ボルト10は、雄ねじ11Aが形成された軸部11(shank)と、頂面12Aに向かうにつれて軸部11の径に対して径が次第に拡大した逆円錐台状の皿頭12(flush head)とを備えている。
皿ボルト10により被締結部材21,22が締結された状態において、皿ボルト10の軸線は、基本的にはボルト挿入孔20の軸線Aと一致している。
本実施形態の雄ねじ11Aは、軸部11における先端部11B側の所定範囲に亘り形成されているが、雄ねじ11Aが軸部11の全長に亘り形成されていてもよい。
(Counter bolt)
Now, the countersunk
In the state in which the tightened
The
皿頭12は、機体の外表面に位置する頂面12Aと、頂面12Aから軸部11までテーパ状に形成された座面12Bとを備えている。本実施形態の頂面12Aは、軸線Aと直交する面に沿って平坦に形成されている。頂面12Aが周りの表面21Bと面一であることが好ましい。
皿頭12には、締結時に工具が挿入される溝12D(recess)が頂面12Aから窪んで形成されている。
図1(b)や、図2、図3等において溝12Dの図示を省略する。
The countersunk
A
The illustration of the
皿ボルト10が、被締結部材21,22のボルト挿入孔20に挿入されると、受け面21Aに皿頭12の座面12Bが配置されて、軸部11の雄ねじ11Aが被締結部材22から機内側に突出する。軸部11の雄ねじ11Aに、ナット18の図示しない雌ねじを係合させると、図1(a)に白抜き矢印で示すように、皿ボルト10の軸線Aの方向に締結力F0が作用する。締結力F0により被締結部材21と被締結部材22とが締結される。
When the countersunk
なお、ナット18の端面18Aと被締結部材22の機内側の面22Aとの間に、図示しないワッシャを挟むことができる。このワッシャは、金属材料、樹脂材料、あるいはゴム材料等から構成することができる。
また、ナット18および軸部11の先端部11Bを覆う図示しないキャップを被締結部材22の機内側に設けることができる。
A washer (not shown) may be sandwiched between the
Further, a cap (not shown) that covers the
皿ボルト10は、被締結部材21,22の締結に必要な剛性に加え、必要に応じて耐食性、耐熱性、耐候性等を備えた適宜な材料から形成することができる。典型的には、鉄、ニッケル、チタン、これらの合金等の金属材料を用いて皿ボルト10を構成することができる。アルミニウム合金や繊維強化樹脂が用いられた被締結部材21,22の剛性に対して、皿ボルト10の剛性は一般に高いが、これに限られない。皿ボルト10に樹脂材料を用いることも許容される。
ナット18も、皿ボルト10と同様の材料を用いて構成することができる。
The countersunk
The
被締結部材21,22の剛性、および皿ボルト10やナット18の剛性を考慮した所定の締め付けトルクが皿ボルト10に与えられる。継手として確実に接合可能なトルクを与えることにより、座面12Bが受け面21Aに対して押圧され、ナット18が被締結部材22の機内側の面22Aに対して押圧されることで締結による接合強度が確保される。皿頭12およびナット18からの押圧による被締結部材21,22の変形を弾性域に留めることが可能なトルクを限度として、皿ボルト10に適切な締め付けトルクを与えることができる。
A predetermined tightening torque in consideration of the rigidity of the fastened
アルミニウム合金や繊維強化樹脂が用いられた被締結部材21,22の強度(面圧強度)が鉄等と比べて低いため、皿ボルト10により締結された被締結部材21,22間に、鉄等を用いる場合と比べて低い締結力F0しか与えることができない。それゆえ、アルミニウム合金や繊維強化樹脂が用いられた被締結部材21,22間の摩擦力は、鉄等が被締結部材に用いられた場合よりも低くなる。しかも、軸部11の外周部とボルト挿入孔20の内周部との間にはクリアランスCに相当する空隙24が存在している。そのため、例えば、振動や、空力荷重等による外的な荷重F1により被締結部材21,22が互いに滑り易い。
The strength (contact pressure strength) of the fastened
(弾性体)
次に、弾性体30について説明する。弾性体30は、ゴム等の弾性材料から環状に形成されて座面12Bと受け面21Aとの間に配置される部材である。弾性体30の外径も内径も、軸部11から頂面12Aに向かうにつれて次第に拡大している。
弾性体30のほぼ無負荷の状態が図2(a)および(b)に示されている。
(Elastic body)
Next, the
The substantially unloaded state of the
弾性体30は、後述するように皿頭12の曲げ変位を吸収して応力低減を図るため、皿ボルト10の皿頭12の座面12Bと被締結部材21の受け面21Aとの間のほぼ全域に亘り配置されることが好ましい。但し、これは必須ではなく、弾性体30が、皿頭12の首部12Cの近傍および頂面12Aの近傍の一方または両方において配置されないことも許容される。
The
弾性体30は、皿ボルト10および被締結部材21の両者に対して、少なくとも肉厚方向の剛性が低い。
弾性体30は、締結時に座面12Bと受け面21Aとの間に押圧されることで弾性変形する。加えて、弾性体30は、被締結部材21,22が互いに滑ることで皿ボルト10が傾くことによっても、座面12Bと受け面21Aとの間に押圧されて弾性変形する。
The
The
弾性体30により座面12Bと受け面21Aとの間が封止される。座面12Bと受け面21Aとの間が封止されることで、機体表面の隙間の存在による空気抵抗を低減することができる。
The
座面12Bと受け面21Aとの間がより十分に封止されるように、ポリサルファイド系合成ゴム等からなるシーラントを用いることができる。シーラントは、流動性を有する状態で座面12Bや受け面21Aに塗布、あるいは座面12Bと受け面21Aとの間に充填され、固化することで、座面12Bと受け面21Aとの間を封止する。
A sealant made of polysulfide-based synthetic rubber or the like can be used so that the space between the
弾性体30は、径方向内側(軸部11側)の第1領域31と、径方向外側(頂面12A側)の第2領域32とを含む。
第1領域31の剛性と、第2領域32の剛性のいずれも、皿ボルト10および被締結部材21の両者に対して剛性が低い。ここでは、弾性体30の肉厚方向の剛性を比較している。
第1領域31および第2領域32は、想定される最大の締結力F0と、被締結部材21,22の滑りに伴い弾性体30を押圧する想定の最大荷重とが作用したとしても弾性域内で弾性変形し、弾性変形した状態から除荷により復元する。これを実現するための肉厚および剛性が第1領域31および第2領域32のそれぞれに確保されている。
The
Both the rigidity of the
The
第1領域31と第2領域32とのそれぞれには、肉厚および剛性に基づいて、弾性体30の肉厚方向の適切な弾性変形量が設定されている。
ここで、負荷が加えられていない無負荷時から、弾性限まで肉厚方向に最大限に弾性変形した時までの弾性変形量を「最大弾性変形量」と定義するものとする。
第1領域31の最大弾性変形量δ1と、第2領域32の最大弾性変形量δ2とは相違している。
In each of the
Here, the amount of elastic deformation from when no load is applied to when elastically deformed to the maximum in the thickness direction up to the elastic limit is defined as “maximum elastic deformation amount”.
The maximum elastic deformation amount δ1 of the
荷重F1が入力されることで被締結部材21,22が滑った際に、弾性体30の第1領域31および第2領域32の弾性変形により皿頭12の曲げ応力が低減される。
When the fastened
弾性体30は、皿ファスナ継手構造1を備える機械や装置に対応した使用条件等に応じて、ゴム材料をはじめとする適宜な材料を用いて構成することができる。
例えば、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリルブタジエンゴム、イソブチエンイソプレンゴム、エチレンプロピレンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム、ウレタンゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム等のゴム材料から、弾性体30に使用する材料を選定することができる。
The
For example, rubber material such as styrene butadiene rubber, isoprene rubber, butadiene rubber, chloroprene rubber, acrylonitrile butadiene rubber, isobutene isoprene rubber, ethylene propylene rubber, ethylene propylene diene rubber, urethane rubber, silicone rubber, fluororubber, etc. The material used for 30 can be selected.
弾性体30は、必ずしもゴム材料には限定されない。ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド等の樹脂系材料を弾性体30に用いることもできる。
The
被締結部材21,22および皿ボルト10の剛性と比べて低い剛性が得られる限りにおいて、金属材料を弾性体30に用いることもできる。例えば、皿ボルト10がチタン合金から構成され、被締結部材21がアルミニウム合金から構成されている場合は、アルミニウム合金と比べて縦弾性係数等の弾性率が小さい金属材料、例えば、マグネシウム、りん、錫、これらの合金等から弾性体30を構成することができる。
あるいは、中実の構造で考えると被締結部材21のアルミニウム合金と比べて弾性率が大きい金属材料であるとしても、当該金属材料からなる金網状、メッシュ状の素材を用いて弾性体30の形状に成形することにより、弾性体30に皿ボルト10および被締結部材21,22の両者よりも低い剛性を与えるようにしてもよい。
A metal material may be used for the
Alternatively, considering a solid structure, even if the
適用対象が航空機である場合は、耐候性や剛性等の必要な特性を備えたゴム材料を弾性体30に用いるとよい。例えば、シリコーンゴム、エチレンプロピレンジエンゴム等が好適である。
When the application target is an aircraft, a rubber material having necessary properties such as weather resistance and rigidity may be used for the
以下に述べるように、本発明の各実施形態では、弾性体30の第1、第2領域31,32にそれぞれ適切な最大弾性変形量を実現する方法が異なる。
As described below, the respective embodiments of the present invention differ in the method for realizing the appropriate maximum elastic deformation amounts in the first and
〔第1実施形態〕
図1〜図3に示す第1実施形態では、後述する第2実施形態および第3実施形態とは異なり、皿ボルト10の座面12Bのテーパの角度と、被締結部材21の受け面21Aのテーパの角度とが相違している。
座面12Bおよび受け面21Aのいずれも、軸部11側から頂面12Aに向かうにつれて径が拡大しているように傾斜しているが、傾斜の角度(θ1,θ2)が相違している。
つまり、図1(b)に示すように、座面12Bが軸線Aに対してなす角度をθ1、受け面21Aが軸線Aに対してなす角度をθ2とすると、θ1<θ2である。
[First Embodiment]
In the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3, unlike the second and third embodiments described later, the taper angle of the
Both the
That is, as shown in FIG. 1B, if the angle formed by the bearing
これに伴い、座面12Bと受け面21Aとの間の間隙の寸法が、径方向内側(軸部11側)と、径方向外側(頂面12A側)とでは相違することとなる。
そのため、第1実施形態では、弾性体30に負荷が加えられていない無負荷の状態において、径方向内側の第1領域31と径方向外側の第2領域32とに異なる肉厚を与えている。座面12Bと受け面21Aとの間に配置される弾性体30の肉厚は、径方向の内側から外側に向かうにつれて次第に増加している。このため、弾性体30の最大弾性変形量が、径方向の内側から外側に向かうにつれて増加している。
Along with this, the size of the gap between the
Therefore, in the first embodiment, in the unloaded state where no load is applied to the
以上より、図1(b)に示すように、第1領域31の肉厚をt1、第2領域32の肉厚をt2とすると、t1<t2である。無負荷時の肉厚t1,t2も、同じくt1<t2である。無負荷時の弾性体30の状態は、図2(a)および(b)に示す状態とほぼ同様である。
From the above, as shown in FIG. 1B, when the thickness of the
第1実施形態の弾性体30によれば、肉厚方向における第1領域31の剛性と第2領域32の剛性とが同一であっても、肉厚t1,t2の違いにより、第2領域32に得られる最大弾性変形量δ2が第1領域31に得られる最大弾性変形量δ1よりも大きい。
第1実施形態では、第1領域31および第2領域32を含む弾性体30の全体を単一の材料から構成することができる。
According to the
In the first embodiment, the entire
無負荷の状態において(図2(a)および(b)参照)、弾性体30の外周部30Aは、軸線Aに対して受け面21Aの角度θ2(図1(b))とほぼ同じ角度をなしている。弾性体30の内周部30Bは、軸線Aに対して座面12Bの角度θ1(図1(b))とほぼ同じ角度をなしている。
角度θ2とは異なる傾斜角度を外周部30Aに与えたり、角度θ1とは異なる傾斜角度を内周部30Bに与えたりすることができる。内周部30Bの傾斜角度は、第1、第2領域31,32のうち特に第2領域32に与えたい肉厚に応じて適宜に定めることができる。
In the unloaded state (see FIGS. 2(a) and 2(b)), the outer
An inclination angle different from the angle θ2 can be given to the outer
締結前において、弾性体30を図2(a)に示すように皿ボルト10の皿頭12に装着することができる。皿ボルト10の軸部11の径や皿頭12の径に対して弾性体30の内周部の径を小さく設定することで、弾性体30の弾性力により、弾性体30を皿ボルト10に保持することができる。そうすると、皿ボルト10および弾性体30を一体に取り扱えるため締結作業が容易である。
Before fastening, the
弾性体30は必ずしも皿ボルト10に装着される必要はない。図2(b)に示すように、締結時に弾性体30を受け面21Aに配置し、弾性体30の内端30Cの内側の孔に、皿ボルト10の軸部11を通してもよい。
The
図2(a)または(b)に示す例では、無負荷の状態において、弾性体30の頂部30Dが皿頭12の頂面12Aおよび被締結部材21の表面21Bに対して低く設定されている。その例では、締結時に頂部30Dが座面12Bと受け面21Aとの間から押し上げられることで、弾性体30の頂部30Dが、皿頭12の頂面12Aと同様に、被締結部材21の表面21Bと面一に配置される。
但し、弾性体30の頂部30Dが必ずしも表面21Bと面一に配置される必要はない。頂部30Dが表面21Bよりも下方に位置していたとしても、例えばシーラントを頂部30Dに塗布することで、機体表面の平滑化を図ることができる。
In the example shown in FIG. 2A or 2B, the
However, the
図2(a)および(b)のいずれの状態を経るにしても、皿ボルト10をボルト挿入孔20に挿入し、皿ボルト10およびナット18の一方を他方に対して軸回りに回転させて、雄ねじ11Aとナット18の雌ねじとが係合することで、図1(a)および(b)に示すように被締結部材21,22が締結される。
締結時には、被締結部材21,22に対して皿ボルト10が軸部11の軸方向に変位することで、弾性体30が受け面21Aと座面12Bとの間に押圧されて弾性変形する。このとき弾性体30は、径方向内側から外側までの全体に亘り、肉厚方向に一定の変形量により弾性変形するとみなすことができる。皿ボルト10の締結力F0により、弾性体30が弾性変形した状態に維持される。
2(a) and 2(b), the countersunk
At the time of fastening, the countersunk
締結により弾性変形しても、第1領域31,32のそれぞれの弾性変形量は、最大弾性変形量には至らない。つまり、第1領域31および第2領域32は、さらに荷重が加えられることで肉厚方向に弾性変形可能である。
なお、弾性体30によって座面12Bと受け面21Aとの間を封止することが必要ない場合は、締結完了時に弾性体30が無負荷の状態であっても許容される。
Even if elastically deformed by fastening, the elastic deformation amount of each of the
If it is not necessary to seal between the
図3および図9を参照し、弾性体30による主な作用を説明する。以下に述べる作用は、第2実施形態以降の弾性体にも該当する。
図3に示すように、空力荷重等の外的な荷重F1により、軸部11の外周部とボルト挿入孔20の内周部との間の空隙24の分、被締結部材21,22が互いに滑る。それに伴い、皿ボルト10がボルト挿入孔20の軸線Aに対して傾く。
そうすると、軸部11にせん断応力を発生させながら荷重F1が軸部11から被締結部材21,22に伝達されるとともに、皿頭12の座面12Bが突き当てられる受け面21Aからの反力が生じる。このとき、受け面21Aからの反力によって皿頭12に生じる曲げ変形が、弾性体30の肉厚方向への弾性変形により緩和される。
Main actions of the
As shown in FIG. 3, due to an external load F1 such as an aerodynamic load, the fastened
Then, the load F1 is transmitted from the
図9に示すように、弾性体30が存在していない場合は、被締結部材91,92の滑りに伴い皿ボルト8が傾くことで、受け面91Aからの反力により皿頭81に曲げ変形が生じるとしても、本実施形態によれば、図3に示すように弾性体30により皿頭12の曲げ変形を緩和して応力を低減することができる。換言すれば、皿頭12が変形する代わりに弾性体30が弾性変形することで、皿頭12の曲げ応力が低減される。
As shown in FIG. 9, when the
図3に示す例では、軸線Aに対して皿頭12が図3の右側にシフトするように皿ボルト10が全体的に傾いており、曲げ変形していない皿頭12が弾性体30を介して受け面21Aに押し付けられている。そのため、図1(b)に示す状態から、図3の右側では弾性体30が圧縮され、図3の左側では弾性体30が伸長する。
In the example shown in FIG. 3, the countersunk
図9に、曲げ変形していない皿頭81の二点鎖線で示す形状と実線で示す形状とから理解されるように、本実施形態の皿頭12が曲げ変形するとしたならば、皿頭12の変位は、首部12Cから皿頭12の径方向外側へ向かうほど大きい。弾性体30の第1領域31および第2領域32のそれぞれの最大弾性変形量は、皿頭12の曲げ変位量の分布に対応している。つまり、皿頭12の曲げ変位量が相対的に大きい径方向外側の第2領域32における最大弾性変形量δ2が、径方向内側の第1領域31の最大弾性変形量δ1と比べて大きい。
As can be understood from FIG. 9 showing the shape of the
そのため、皿頭12において相対的に大きい径方向外側の曲げ変位が、第1領域31と比べてより大きい変形量を弾性域に残していた第2領域32の弾性変形により吸収されることとなる。そうすると、皿頭12の曲げ変形を弾性体30により第1領域31から第2領域32までの全体に亘り緩和することができる。その結果、皿頭12の曲げ応力を低減し、特に首部12Cへの応力の集中を避けることができる。
Therefore, the relatively large radial outward bending displacement of the countersunk
被締結部材21および皿ボルト10のそれぞれの剛性によっては、弾性体30が用いられていない場合で、被締結部材21,22の滑りに伴い皿ボルト10が傾いた際に、皿頭12が曲げ変形しないで、受け面21Aからの反力を上回る力で被締結部材21に押し付けられることがあり得る。そうした場合でも、弾性体30を受け面21Aと座面12Bとの間に介在させる。そうすることで、皿ボルト10が傾いた際に、受け面21Aに対して相対的に大きい皿頭12の径方向外側の変位が、弾性体30の第2領域32の弾性変形により吸収されるので、被締結部材21の応力を低減して受け面21Aの圧縮破壊を防ぐことができる。
Depending on the rigidity of each of the fastened
以上より、弾性体30を備えた皿ファスナ継手構造1によれば、弾性体30の径方向外側の第2領域32に、径方向内側の第1領域31の最大弾性変形量δ1と比べて大きな最大弾性変形量δ2設定されているため、被締結部材21,22の滑りと、それに伴う皿ボルト10の傾きが生じるとしても、皿ファスナ継手構造1に生じる応力を低減することができる。
仮に、本実施形態とは逆に、皿頭12の曲げ変位が小さい径方向内側の第1領域31に、第2領域32の最大弾性変形量よりも大きな最大弾性変形量が設定されていたとすれば、応力低減の効果は本実施形態と比べて小さい。
As described above, according to the dish fastener
Contrary to the present embodiment, it is assumed that the maximum elastic deformation amount larger than the maximum elastic deformation amount of the
以上で説明したように、本実施形態の皿ファスナ継手構造1によれば、弾性体30の作用により、皿ファスナ継手構造1に発生する応力を低減することができる。そのため、曲げ応力による皿ボルト10の破損や、皿頭12が突き当てられる被締結部材21の圧縮破壊を防いで、皿ファスナ継手構造1を健全な状態に維持することができる。
被締結部材21,22の滑りは、皿ファスナ継手構造1を備える装置等の振動や、航空機の場合で言えば飛行時の圧力変動に伴う繰り返しの荷重F1により生じうる。弾性体30の作用により、皿ファスナ継手構造1の疲労破壊を防ぐことができる。
As described above, according to the dish fastener
The slippage of the fastened
弾性体30の第1領域31および第2領域32のそれぞれの肉厚t1,t2は、必ずしもt1<t2の関係にある必要はない。
但し、t1<t2の場合と同様に、第1領域31に設定された最大弾性変形量δ1と比べて第2領域32に設定された最大弾性変形量δ2が大きく、かつ、締結後に第1、第2領域31,32においてさらなる弾性変形が可能であることが要件である。
The wall thicknesses t1 and t2 of the
However, as in the case of t1<t2, the maximum elastic deformation amount δ2 set in the
〔弾性体の変形例〕
図4に示す弾性体35は、第1領域31および第2領域32に加え、皿頭12の頂面12Aを覆うカバー領域33を備えている。カバー領域33により頂面12Aが全域に亘り覆われている。この弾性体35の内端30Cの内側に皿頭12を挿入することで、弾性体35が皿頭12の周りに装着されている。弾性体35の装着された皿ボルト10に対してナット18を回転させることで、被締結部材21,22を締結することができる。カバー領域33の周りにはシーラントSを充填している。
なお、図1(a)に示すように工具挿入用の溝12Dが皿頭12に形成されている場合は、カバー領域33における溝12Dに対応する箇所を欠損させることにより、締結前に弾性体35を皿頭12に装着しつつ、溝12Dへの工具の挿入により締結作業を行うことができる。溝12Dに対応する欠損箇所にシーラント等を充填すると、頂面12Aが全域に亘り覆われる。
[Modification of elastic body]
The
When the
弾性体35は、典型的には絶縁性のゴム材料や樹脂材料を用いて構成される。絶縁性の弾性体35により皿頭12を覆うことで、導電性の皿頭12が被締結部材21の表面に露出するのを避けて、被雷時に皿ボルト10に過大な電流が流れることを防止することができる。特に、被締結部材21が、金属材料と比べると導電率が小さい繊維強化樹脂から形成されており、皿ボルト10に雷の電流が集中し易い場合に弾性体35を採用すると、シーラント等を用いる場合と比べ、皿ボルト10に安定して絶縁性を与えることができる。
The
弾性体35は、第1実施形態の弾性体30と同様に、第1領域31よりも第2領域32が厚肉に構成されているが、これに限られない。
第2実施形態以降における弾性体にカバー領域33を与えることもできる。
Like the
The cover region 33 may be provided to the elastic body in the second and subsequent embodiments.
〔第2実施形態〕
次に、図5を参照し、第2実施形態に係る皿ファスナ継手構造2を説明する。
以下、第1実施形態とは異なる事項を中心に説明する。第1実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付している。
皿ファスナ継手構造2は、受け面21Aと座面12Bとの間に配置される弾性体40を備えている。第2実施形態では、軸線Aに対する座面12Bの角度θ1と、軸線Aに対する受け面21Aの角度θ2とが同一である。なお、座面12Bや受け面21Aの寸法形状や組み付けの公差により角度θ1と角度θ2とが若干異なっていてもよい。
[Second Embodiment]
Next, with reference to FIG. 5, the dish fastener joint structure 2 according to the second embodiment will be described.
Hereinafter, items different from those of the first embodiment will be mainly described. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals.
The dish fastener joint structure 2 includes an
角度θ1と角度θ2とが同一であることにより、皿ボルト10により被締結部材21,22が締結された状態において受け面21Aと座面12Bとの間に挟まれる弾性体40の肉厚は一定である。そのため、図5に示される弾性体40の径方向内側の第1領域41の肉厚t1と径方向外側の第2領域42の肉厚t2とは同一である。無負荷時における第1領域41および第2領域42のそれぞれの肉厚t1,t2も、第1領域41および第2領域42に亘り一定であってよい。なお、弾性体40の寸法公差により、第1領域41の肉厚t1と第2領域42の肉厚t2とが若干異なっていてもよい。
Since the angle θ1 and the angle θ2 are the same, the thickness of the
第2実施形態の皿ファスナ継手構造2は、弾性体40の肉厚方向における第1領域41の剛性をk1、第2領域42の剛性をk2とすると、k1>k2であることを特徴とする。剛性k1,k2は、弾性体40の肉厚方向における皿ボルト10の剛性および被締結部材21の剛性のいずれと比較しても低い。
The dish fastener joint structure 2 of the second embodiment is characterized in that k1>k2, where k1 is the rigidity of the
第2実施形態では、弾性体40の肉厚が一定であっても、第1領域41の剛性k1に対して第2領域42の剛性k2が低いため、第1実施形態の弾性体30の第1、第2領域31,32と同様に、第1領域41の最大弾性変形量δ1に対して第2領域42の最大弾性変形量δ2が大きい。
In the second embodiment, even if the thickness of the
第1領域41および第2領域42はそれぞれ、上述したゴム材料や樹脂材料等から適宜に選定された材料を用いて成形することができる。弾性率が異なる材料のうち、相対的に弾性率が大きい一の材料を第1領域41に使用し、相対的に弾性率が小さい他の材料を第2領域42に使用することができる。
あるいは、第1領域41および第2領域42に同一の材料を使用しつつ、例えば、第1領域41を中実に形成し、第2領域42を中空やメッシュ状に形成することにより、k1>k2の要件を満足することができる。
Each of the
Alternatively, by using the same material for the
第1領域41および第2領域42は、別々に成形されて接合されることで一体化されていてもよいし、2つの材料を用いる射出成形である二色成形や、積層造形等により一体に成形されていてもよい。積層造形によれば、第1、第2領域41,42として、剛性の異なる構造(中実、メッシュ等)を容易に成形することができる。
なお、第1領域41と第2領域42とが必ずしも一体化されている必要はない。弾性体40は、分離した第1領域41と第2領域42とからなるものであってもよい。
The
The
第2実施形態においても、第1実施形態と同様に、弾性体40を受け面21Aと座面12Bとの間に介在させた状態で皿ボルト10およびナット18を係合させて被締結部材21,22を締結する。
そして、被締結部材21,22が締結された状態で弾性体40が第1実施形態の弾性体30と同様に機能することにより、皿ファスナ継手構造2に生じる応力を低減することができる。
Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the
The
なお、弾性体40が、第1領域41と、第2領域42と、これら第1、第2領域41,42の間の中間の領域とを備えていてもよい。この場合、中間領域の肉厚方向における剛性がk3であるとすると、k1>k3>k2、つまり各領域の剛性が径方向内側から外側に向けて段階的に低くなるように設定すればよい。
The
〔第3実施形態〕
次に、図6を参照し、第3実施形態に係る皿ファスナ継手構造3を説明する。
以下、第2実施形態と相違する事項を中心に説明する。第2実施形態と同様の構成には同じ符号を付している。
皿ファスナ継手構造3に備わる弾性体50は、第1弾性部50Aと、第2弾性部50Bとを含んでいる。第1弾性部50Aを灰色で示し、第2弾性部50Bを格子状のパターンで示している。
第1弾性部50Aの剛性kaおよび第2弾性部50Bの剛性kbは、皿ボルト10および被締結部材21のいずれに対しても小さい。
そして、弾性体50の肉厚方向に関し、第2弾性部50Bの剛性kbが、第1弾性部50Aの剛性kaと比べて小さい(ka>kb)。
[Third Embodiment]
Next, with reference to FIG. 6, the dish fastener
Hereinafter, items different from the second embodiment will be mainly described. The same components as those in the second embodiment are designated by the same reference numerals.
The
The rigidity ka of the first
In the thickness direction of the
第3実施形態では、第1弾性部50Aと第2弾性部50Bとの体積比率に基づいて、弾性体50の径方向内側の第1領域51と、弾性体50の径方向外側の第2領域52とのそれぞれの剛性k1,k2が相違している。
第1弾性部50Aと第2弾性部50Bとは、弾性体50の肉厚方向に対して交差した境界Bにより区分されており、弾性体50の径方向内側から外側に向かうにつれて第2弾性部50Bの占める体積比率が増加している。
In the third embodiment, the
The first
したがって、相対的に高い剛性kaである第1弾性部50Aが占める比率が大きい第1領域51の剛性k1と比べ、相対的に低い剛性kbである第2弾性部50Bが占める比率が大きい第2領域52の剛性k2は小さい(k1>k2)。この点において、第3実施形態は上述の第2実施形態と同様である。
但し、第3実施形態では、弾性体50の剛性が径方向内側から外側に向かうにつれて、k1からk2へと次第に低くなっている。これに伴い、弾性体50の最大弾性変形量が、径方向の内側から外側に向かうにつれて増加しているから、この点では、第3実施形態は第1実施形態と同様である。
Therefore, as compared with the rigidity k1 of the
However, in the third embodiment, the rigidity of the
第3実施形態の弾性体50も、被締結部材21,22が締結された状態で第1実施形態の弾性体30と同様に機能することにより、皿ファスナ継手構造3に生じる応力を低減することができる。
また、第2実施形態のように弾性体40の肉厚方向に沿って設定される第1、第2領域の境界と比べ、第3実施形態の境界Bは弾性体50の径方向全体に亘り広く延在しているため、第1弾性部50Aと第2弾性部50Bとが接合される場合に、接合面積を広く確保して接合強度をより十分に確保することができる。
The
Further, as compared with the boundary between the first and second regions set along the thickness direction of the
第1弾性部50Aと第2弾性部50Bとの境界Bは、図6に示す例には限らない。
第1弾性部50Aおよび第2弾性部50Bの体積比率に基づいて、第1領域51および第2領域52の剛性に関してk1>k2が成り立つ限りにおいて、第1弾性部50Aと第2弾性部50Bとの境界Bを適宜に定めることができる。
The boundary B between the first
Based on the volume ratio of the first
〔第4実施形態〕
図7に示す皿ファスナ継手構造4は、第1実施形態(図1)および第2実施形態(図5)のそれぞれの特徴を組み合わせることで構成されている。
すなわち、座面12Bおよび受け面21Aの角度θ1,θ2に関し、θ1<θ2であり、皿ファスナ継手構造4の弾性体60が備える第1領域61および第2領域62の肉厚方向の剛性k1,k2に関してはk1>k2である。
第1、第2実施形態の特徴の掛け合わせにより、第1領域61と第2領域62とのそれぞれの最大弾性変形量δ1,δ2の差を拡大することができるので、第2領域62に、上述した第2領域32,42に得られる最大弾性変形量よりも大きい最大弾性変形量を設定することが可能となる。
[Fourth Embodiment]
The dish fastener joint structure 4 shown in FIG. 7 is configured by combining the respective features of the first embodiment (FIG. 1) and the second embodiment (FIG. 5).
That is, with respect to the angles θ1 and θ2 of the
By combining the features of the first and second embodiments, it is possible to increase the difference between the maximum elastic deformation amounts δ1 and δ2 of the
図示を省略するが、第1実施形態(図1)と第3実施形態(図6)とを組み合わせることによっても、第4実施形態と同様の効果を得ることができる。 Although illustration is omitted, the same effect as that of the fourth embodiment can be obtained by combining the first embodiment (FIG. 1) and the third embodiment (FIG. 6).
複数の実施形態の特徴を組み合わせることにより、継手構造の応力に関する設計の自由度が拡大するため、種々の皿ボルトや荷重等の条件に対して最適な構成を実現することができる。 By combining the features of the plurality of embodiments, the degree of freedom in design regarding the stress of the joint structure is expanded, so that an optimum configuration can be realized for various conditions such as countersunk bolts and loads.
〔第5実施形態〕
図8(a)に示す皿ファスナ継手構造5Aは、座面12Bと受け面21Aとの間に配置される第1弾性体30に加えて、軸部11の外周部とボルト挿入孔20の内周部との間に配置される第2弾性体70を備えている。
第1弾性体30は、第1実施形態の弾性体30と同様である。
[Fifth Embodiment]
The dish fastener
The first
図8(b)に示す皿ファスナ継手構造5Bは、座面12Bと受け面21Aとの間に配置される第1弾性体40に加えて、軸部11の外周部とボルト挿入孔20の内周部との間に配置される第2弾性体70を備えている。
8B includes a first
以下、図8(a)および(b)に共通する第2弾性体70の構成および作用効果を説明する。
第2弾性体70は、第1実施形態の弾性体30と同様に、ゴム材料、樹脂材料、あるいは金属材料を用いて構成することができる。第2弾性体70の肉厚方向(軸部11の径方向)の剛性は、同方向における軸部11の剛性および被締結部材21,22の剛性と比べて低い。
Hereinafter, the configuration and the effect of the second
The second
第2弾性体70は、筒状の形態に成形することができる。この場合は、成形体である第2弾性体70を軸部11の周りに弾性力により装着することができる。成形体の第2弾性体70は、雄ねじ11Aの領域を避けつつ、軸部11の外周部の広い範囲に亘り配置されることが好ましい。第2弾性体70が装着された軸部11をボルト挿入孔20に挿入し、軸部11の雄ねじ11A(図1(a))にナット18を係合させることで、皿ボルト10により被締結部材21,22を締結することができる。
なお、軸部11とボルト挿入孔20の内周部との間にはクリアランスCが設定されているため、第2弾性体70を径方向に弾性変形させながら、クリアランスCが設定されていない場合と比べて容易に軸部11をボルト挿入孔20に挿入することができる。
The second
Since the clearance C is set between the
第2弾性体70は、締結前に必ずしも成形されていなくてもよい。例えば、第2弾性体70が、シーラントのように流動性を有した状態でボルト挿入孔20の内側に施工されて、ボルト挿入孔20の内側で固化したものであってもよい。流動性を有するシーラントがボルト挿入孔20の内周部に付着した状態で軸部11をボルト挿入孔20に挿入し、雄ねじ11Aとナット18を係合させることで、シーラントが軸部11の外周部とボルト挿入孔20の内周部との間に充填される。
The second
図3に示すように荷重F1により被締結部材21,22が互いに滑ると、第2弾性体70が径方向に弾性変形することで皿ボルト10の軸部11が弾性的に支持されるため、皿ボルト10の傾きの変位が緩和される。このとき、第2弾性体70により間接的に被締結部材21,22の滑りが抑制されることとなる。
第5実施形態によれば、被締結部材21,22の滑りが生じたとしても、第2弾性体70の弾性変形により皿ボルト10の傾きの変位が緩和されるので、軸部11の傾きに伴い座面12Bと受け面21Aとが押し合うことで生じる皿頭12の強制的な曲げ変形が緩和される。そのため、皿ファスナ継手構造5A,5Bに生じる応力を第1〜第4実施形態よりもさらに低減することができる。
As shown in FIG. 3, when the
According to the fifth embodiment, even if the fastened
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。 Other than the above, the configurations described in the above embodiments can be selected or changed to other configurations without departing from the gist of the present invention.
皿ボルト10の皿頭12は、上記各実施形態のように平坦な頂面12Aを備えるものには限定されず、凸状に湾曲した頂面を備えるものであってもよい。
また、皿ボルト10は、被締結部材に形成された雌ねじに係合されるものであってもよい。この場合はナット18が必要ない。
The countersunk
Further, the
本発明における皿ファスナは、被締結部材21,22に対する着脱が可能な皿ボルト10には限定されず、皿頭12を有する円柱状または円筒状のリベットであってもよい。
こうした皿リベットを用いており、皿リベットの軸部と挿入孔の内周部との間の隙間の存在により被締結部材21,22の滑りが生じ得る場合にも、皿頭12の座面12Bと受け面21Aとの間に介在する弾性体(30等)の作用により、継手構造に生じる応力を低減することができる。
The dish fastener in the present invention is not limited to the
Even when such a plate rivet is used and the gap between the shaft part of the plate rivet and the inner peripheral part of the insertion hole may cause the fastened
1〜4,5A,5B 皿ファスナ継手構造
8 皿ボルト
10 皿ボルト
11 軸部
11A 雄ねじ
11B 先端部
12 皿頭
12A 頂面
12B 座面
12C 首部
12D 溝
18 ナット
18A 端面
20 ボルト挿入孔(挿入孔)
21 被締結部材
21A 受け面
21B 表面
22 被締結部材
22A 面
24 空隙
30,35,40,50,60 弾性体
30A 外周部
30B 内周部
30C 内端
30D 頂部
31,41,51,61 第1領域
32,42,52,62 第2領域
33 カバー領域
50A 第1弾性部
50B 第2弾性部
70 第2弾性体
81 皿頭
81A 首部
81B 座面
91,92 被締結部材
91A 受け面
201,202 挿入孔
A 軸線
B 境界
C クリアランス
F0 締結力
F1 荷重
M モーメント
k1,k2 剛性
ka,kb 剛性
S シーラント
t1,t2 肉厚
δ1,δ2 最大弾性変形量
θ1,θ2 角度
1-4, 5A, 5B Countersunk fastener
21 Fastened
Claims (10)
前記皿ファスナにより締結される複数の被締結部材と、
前記皿頭の座面、および一の前記被締結部材に形成されて前記座面を受ける受け面の間に配置される弾性体と、を備え、
前記弾性体は、径方向内側の第1領域と、径方向外側の第2領域と、を含み、
前記第1領域および前記第2領域のいずれも、前記皿ファスナ、および前記受け面が形成される前記被締結部材と比べて前記弾性体の肉厚方向の剛性が低く、
前記第1領域に設定された肉厚方向への最大弾性変形量と比べて、
前記第2領域に設定された肉厚方向への最大弾性変形量が大きい、
ことを特徴とする皿ファスナ継手構造。 A shaft fastener, and a dish fastener including an inverted frustoconical dish head whose diameter increases from the shaft portion toward the top surface,
A plurality of members to be fastened that are fastened by the dish fastener,
A seat surface of the countersunk head, and an elastic body that is formed between the one receiving member and a receiving surface that receives the seat surface,
The elastic body includes a first region on the radially inner side and a second region on the radially outer side,
In both the first region and the second region, the rigidity of the elastic body in the thickness direction is low as compared with the fastened member in which the dish fastener and the receiving surface are formed,
Compared with the maximum elastic deformation amount in the thickness direction set in the first region,
The maximum elastic deformation amount in the thickness direction set in the second region is large,
A dish fastener joint structure characterized in that
請求項1に記載の皿ファスナ継手構造。 The countersunk fastener is a bolt that can be attached to and detached from the member to be fastened,
The countersunk fastener joint structure according to claim 1.
前記軸線に対して前記受け面がなす角度をθ2、とすると、
θ1<θ2である、
請求項1または2に記載の皿ファスナ継手構造。 The angle formed by the seat surface with respect to the axis of the insertion hole of the member to be fastened into which the dish fastener is inserted is θ1,
If the angle formed by the receiving surface with respect to the axis is θ2,
θ1<θ2,
The countersunk fastener joint structure according to claim 1.
無負荷の状態における前記第2領域の肉厚をt2、とすると、
t1<t2である、
請求項3に記載の皿ファスナ継手構造。 The thickness of the first region in the unloaded state is t1,
If the thickness of the second region in the unloaded state is t2,
t1<t2,
The dish fastener joint structure according to claim 3.
前記第2領域の剛性をk2、とすると、
k1>k2である、
請求項1から4のいずれか一項に記載の皿ファスナ継手構造。 The rigidity of the first region is k1,
If the rigidity of the second region is k2,
k1>k2,
The countersunk fastener joint structure according to any one of claims 1 to 4.
前記第1弾性部の剛性kaに対して、前記第2弾性部の剛性kbが小さく、
前記第1弾性部および前記第2弾性部の体積比率に基づいて、k1>k2である、
請求項5に記載の皿ファスナ継手構造。 The elastic body includes a first elastic portion and a second elastic portion having different rigidity in the thickness direction,
The rigidity kb of the second elastic portion is smaller than the rigidity ka of the first elastic portion,
K1>k2 based on the volume ratio of the first elastic portion and the second elastic portion,
The countersunk fastener joint structure according to claim 5.
請求項1から6のいずれか一項に記載の皿ファスナ継手構造。 A second member that is disposed between the shaft portion and an inner peripheral portion of an insertion hole of the member to be fastened into which the shaft portion is inserted, and has a lower rigidity in a thickness direction than the shaft portion and the member to be fastened. Equipped with an elastic body,
The countersunk fastener joint structure according to any one of claims 1 to 6.
請求項1から7のいずれか一項に記載の皿ファスナ継手構造。 The elastic body includes a cover region covering the top surface,
The countersunk fastener joint structure according to any one of claims 1 to 7.
請求項1から8のいずれか一項に記載の皿ファスナ継手構造。 The member to be fastened is a member constituting a body of an aircraft,
The countersunk fastener joint structure according to any one of claims 1 to 8.
径方向内側の第1領域と、
径方向外側の第2領域と、を含み、
前記第1領域および前記第2領域のいずれも、前記皿ファスナ、および前記受け面が形成される前記被締結部材と比べて肉厚方向の剛性が低く、
前記第1領域に設定された肉厚方向への最大弾性変形量と比べて、
前記第2領域に設定された肉厚方向への最大弾性変形量が大きい、
ことを特徴とする皿ファスナ用弾性体。 An elastic body disposed between a receiving surface of a dish head of a dish fastener and a receiving surface formed on one of a plurality of members to be fastened to be fastened by the dish fastener and receiving the seat surface,
A first region radially inward,
A second region on the radially outer side,
In both the first region and the second region, the rigidity in the thickness direction is lower than that of the dish fastener and the member to be fastened in which the receiving surface is formed,
Compared with the maximum elastic deformation amount in the thickness direction set in the first region,
The maximum elastic deformation amount in the thickness direction set in the second region is large,
An elastic body for dish fasteners, which is characterized in that
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