JP2020157409A - ドリルガイド治具 - Google Patents

Abstract

【課題】航空機の機体外板が平面や曲面、段差があるような個所でも、精密なテーパー穴を写し取ることができ、使い勝手に優れたドリルガイド治具を提供する。【解決手段】対象ボルト穴の位置を写し取るセットピン４０を備え、補強板１１に対し下穴をあけるためのガイドを行うブッシング４３を有し、下穴に対象ボルト穴と連通するテーパー穴を穿設するドリル体４５をガイドするドリルガイド治具１であって、機体外板７に配置される本体２と、セットピン４０，ブッシング４３，ドリル体４５を案内するガイド穴２０が貫通形成され、ガイド穴２０の軸線方向を対象ボルト穴の軸線方向と同方向となる任意方向の傾斜に自在として本体２に設けられる球状体３と、球状体３の傾斜角度を固定する締付部材４と、本体２の配置姿勢を調整し設定する脚状部材５と、本体２にスライド自在とされ、対象ボルト穴近傍の既設ボルト穴に本体２を固定する取付ボルト６と、を具備する。【選択図】 図１

Description

本発明は、航空機の機体外板の修理等に使用するドリルガイド治具に関する。

航空機の機体外板は、その材質により溶接固定ができないことから、外板同士の結合に締結部材としてボルトやリベットが用いられる。これら結合部材は、多数並列して用いられることから、機体外板には固定用の貫通孔が並列し、このことから締結状態での疲労劣化が起こった際に、貫通孔同士を結ぶ線状の亀裂が発生する虞があり、機体外板を大きく損傷させる虞が有る。このような線状の亀裂を機体外板に発生させないように、孔の形状をテーパー孔とし、締結部材をテーパーボルト及びテーパーナットを用いて構成している。この結合構造をテーパーロック・ファスナと称している。このテーパーロック・ファスナによれば、経年劣化や疲労劣化等によって機体外板に生じる亀裂が、ボルトの周辺のみにテーパー孔と同心円状にのみ発生し、機体外板を大きく損傷させることがない。そして、このような亀裂が発生した際に、機体外板のさらに外表面に補強板をあてがい、上記テーパーロック・ファスナ構造を構成させて修理を行っている。

一般に、ドリルによる穴あけ作業には、穿孔位置精度を保つために、下記特許文献のようなガイド治具が用いられている。そして、従来、上記のような機体外板の修理作業においては、これらガイド治具とは構成が異なる図２１に示すようなドリル孔ガイド治具１００が用いられていた。このガイド治具１００は、穿孔対象となる機体外板１０１と補強板１０２とに対して、単にドリルのガイドを行うのではなく、穿孔すべき穴の位置を他のボルト位置に対して正確な距離となるように、治具本体を固定ボルトで位置固定し、穿孔すべき穴位置を写し取れるようになっている。

図２１において１０３は治具本体、１０４はガイド穴、１０５は溝であり、本体１０３はガイド穴１０４及び溝１０５を有する。また、本体１０３を機体外板１０１に固定する固定ボルト１０６と機体外板１０１に対して水平を保持する調整ボルト１０７を具備している。

ガイド穴１０４にセット・ピン１０８を写し穴あけする部位の機体外板１０１に穿設されている対象既存穴１０９に差し込み、本体１０３を位置決めする（図２１（ａ））。これにより、対象既存穴１０９に対する垂直方向を保持する。固定ボルト１０６を溝１０５に通して周囲の既存穴１１０に挿入し、本体１０３を機体外板１０１に固定する。ここで周囲の既存穴１１０とは、機体外板１０１に既設の穴であり、この作業を行うために既存のファスナーボルト（図示せず）を外しておく。さらに、調整ボルト１０７を２本使用して機体外板１０１に対して本体１０３を水平に保持する。

ガイド穴１０４からセット・ピン１０８を抜き去り、このガイド穴１０４にブッシング１１１を差し込み固定し、同時に機体外板１０１に増設される補強板などの構造部材１０２を機体外板１０１に対して所定の固定治具等を用いて仮固定して、写し穴あけする構造部材１０２に小径なドリル１１３を用いて下穴１１２をあける（図２１（ｂ））。
次に、ブッシング１１１を取外して適当なりーマー１１４をマイクロ・ストッパ付きアダプタ・クーラント１１５に組み付け、ガイド穴１０４に差し込み、機体外板１０１の対象既存穴１０９を貫通して構造部材１０２にテーパー穴１１６を穴あけする（図２１（ｃ））。

このように、航空機に採用されているテーパーロック・ファスナは、小さめの精密テーパー穴に取付ける精密公差テーパー・ピンであり、ナットを使用して取付位置に固定する時の締まりばめによって継手部の疲労寿命を著しく増強する。機体外板に亀裂がある場合に構造部材１０２を追加して補強修理する際、対象既存穴１０９に連通するように、追加する構造部材１０２に精密なテーパー穴１１６を写し取るためにドリル・プレートと称す上記した治具１００が使用される。

実開昭５８−８０９号公報 実開昭６３−６０５０７号公報 特開２００７−２７６０１７号公報

上記ドリル・プレート１００によれば、航空機における機体外板１０１の亀裂修理時、図２１に示すように固定ボルト１０６でドリル・プレート本体１０３と機体外板１０１を固定して、写し穴をする構造部材１０２に精密なテーパー穴１１６を写し取ることができ、航空機の疲労寿命の増強及び修理限界を確保している。

しかしながら、上述したドリル・プレート１００は平面用に設計されたものであり、機体外板１０１が曲面または段差１０１ａを有する部分においては図２２，２３に示すようにシム１１７と言われる金属片を複数枚使用してドリル・プレート本体１０１の位置と姿勢決めをする必要がある。曲面または段差に応じたシム１１７をその都度作製することとなり、本体１０３の位置と姿勢を決めるまでに非常に多くの時間と手間を要するとともに、本体１０３と機体外板１０１に単に挟んだだけであるため安定が悪く、穴あけ作業の振動によりシム１１７が外れて本体１０３が動揺してしまう等、作業性が非常に煩雑なものとなる。

また、曲面部分では本体１０３と機体外板１０１に間隙が大きく発生し、セット・ピン１０８の長さが足らずに位置決めに多くの時間を費やすとともに、マイクロ・ストッパ付きアダプタ・クーラント１１５も平面用に設計されたものであるため、曲面部分ではリーマー１１４が設定通りに届かず、テーパー穴１１６の穴あけ作業で微妙な誤差を生じさせる可能性がある。

そこで本発明は、機体外板１０１の形状、すなわち機体外板１０１が平面であっても曲面であっても或いは段差があるような個所であっても、精密なテーパー穴を写し取ることができる、使い勝手に優れたドリルガイド治具を提供することを目的としており、特に機体曲面外板の亀裂修理にあっても、精密なテーパー穴を写し取ることができるドリルガイド治具を提供することにある。

次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明の請求項１記載のドリルガイド治具１は、航空機の機体外板７に対して既設のボルト穴を用い構造部材１１を新たに取付固定する際に、該既設のボルト穴を対象ボルト穴５０として該対象ボルト穴５０の位置を写し取るセットピン４０を備えるとともに、該位置にて前記構造部材１１に対し小径ドリル５２にて下穴５３をあけるためのガイドを行うブッシング４３を有し、前記下穴５３に前記対象ボルト穴５０と連通する新たなボルト穴５４を穿設するドリル体４５をガイドするドリルガイド治具１であって、
前記航空機の機体外板７に配置される本体２と、
前記セットピン４０またはブッシング４３またはドリル体４５を案内するガイド穴２０が貫通形成され、該ガイド穴２０の軸線方向を前記対象ボルト穴５０の軸線方向と同方向となる任意方向の傾斜に自在として前記本体２に設けられるとともに、前記ガイド穴２０が前記本体２の表裏で開口する球状体３と、
前記球状体３の傾斜角度を前記本体２に対して固定する締付部材４と、
前記本体２を前記機体外板７に対する配置姿勢を調整し設定する支持部材５と、
前記本体２に形成される真直な溝１３に沿ってスライド移動自在とされ、前記対象ボルト穴５０の近傍に穿設される前記機体外板７の既設ボルト穴５１に貫通し、前記本体２を前記機体外板７に固定する取付ボルト６と、
を具備することを特徴とする。

本発明の請求項２記載のドリルガイド治具は、請求項１記載のドリルガイド治具であって、
前記球状体３は、前記本体２に対して着脱自在であることを特徴とする。

本発明の請求項３記載のドリルガイド治具は、請求項１または２記載のドリルガイド治具であって、
前記支持部材５は、前記本体２の少なくとも四隅となる複数個所に設けられ、前記本体２と前記機体外板７との間隔距離をそれぞれ自在に調整できるように前記本体２に対して進退自在に設けられる脚状部材よりなることを特徴とする。

本発明の請求項４記載のドリルガイド治具は、請求項３記載のドリルガイド治具であって、
前記脚状部材５は、前記本体２に対してそれぞれ揺動自在とされることを特徴とする。

本発明の請求項５記載のドリルガイド治具は、請求項１〜４のいずれか１つに記載のドリルガイド治具であって、
前記取付ボルト６に螺着されるナット部３７を有し、前記機体外板７の裏面７ｂに位置して前記取付ボルト６の軸線に直交する方向に延出する略短冊板状の規制爪３８を備え、前記取付ボルト６の回転時に前記機体外板７の裏面７ｂにおけるいずれかの部材に前記規制爪３８が干渉して、前記ナット部３７の締結を促すナットプレート３１を具備することを特徴とする。

本発明の請求項６記載のドリルガイド治具は、請求項１〜５のいずれか１つに記載のドリルガイド治具であって、
前記取付ボルト６は、前記溝１３内をスライド移動自在な受け部材３４を貫通して前記本体２に取り付けられ、該受け部材３４は前記溝１３内において前記スライド方向に対し少なくとも直交する方向で揺動自在とされることを特徴とする。

本発明に係る請求項１記載のドリルガイド治具によれば、機体外板の形状が、平面であっても曲面であっても或いは段差があるような個所であっても、機体外板の対象ボルト穴の位置や角度などを、球状体，支持部材，取付ボルトによって、それぞれが任意方向の傾斜に自在とされていることで、構造部材に対して正確に写し取ることが可能となり、新たにテーパーロックファスナを構成させることが可能となる。
また、このドリルガイド治具によれば、機体外板に対して正確な位置で取り付けられ、その姿勢を保つことが可能であることから、機体外板の表面であっても裏面であっても目視が困難な状態とされても、穿孔すべき位置、角度を正確に設定し写し取ることが可能であることから、配置される構造部材に対して求めるボルト穴の穿孔を行うことが可能であり、機体外板の補修作業に煩雑さを無くし、作業者の熟練度を求めることなく確実な補修を完了することが可能となる。
これにより、精密さが求められるテーパーロックファスナを構成して機体外板の補修を行うことが可能となり、航空機としての亀裂修理が完了し、航空機の疲労寿命の増強、修理限界の確保となる。

本発明に係る請求項２記載のドリルガイド治具によれば、穿孔するボルト穴の各種サイズに対応するガイド穴を備えた球状体を用意することができ、それらを容易に交換し使用することが可能となる。

本発明に係る請求項３記載のドリルガイド治具によれば、各脚状部材がそれぞれに設定できることで、本体の姿勢を自在に設定でき、機体外板の各種形状に対する位置決めを確実に行うことが可能となる。

本発明に係る請求項４記載のドリルガイド治具によれば、各脚状部材の揺動によって、さらに本体の姿勢の設定を微調整可能となる。

本発明に係る請求項５記載のドリルガイド治具によれば、取付ボルトの締結作業を取り付けボルトの頭部側の回転で行うことができ、従来ではナット側の回転規制を工具などを用いていたが、不要となり、作業性を大幅に向上することができる。

本発明に係る請求項６記載のドリルガイド治具によれば、取付ボルトが揺動することにより、既設ボルト穴の穿設状態に影響を受けず、機体外板に対して確実に本体の取り付けを行うことが可能となる。

本発明によるドリルガイド治具の実施形態を示す分解斜視図である。 同ドリルガイド治具の一部省略分解平面図である。 同ドリルガイド治具の一部省略分解正面図である。 同ドリルガイド治具の一部省略分解側面図である。 ドリル体の正面図を（ａ）に、側面図を（ｂ）に示した図である。 本発明のドリルガイド治具における球状体の揺動角度を表す側面図を（ａ）に、支持部材による本体の傾斜角度を表す側面図を（ｂ）に示した図である。 本発明のドリルガイド治具における支持部材による本体の傾斜角度を表す正面図である。 本発明のドリルガイド治具を用いた穿孔作業手順におけるセットピン挿着時を示す正面断面図を（ａ）に、球状体の位置の側断面図を（ｂ）に、取付ボルトの位置の側断面図を（ｃ）に示した図である。 ナットプレートの動作を示した底面図である。 同穿孔作業手順における下穴穿孔時を示す球状体の位置の側断面図を（ａ）に、正面断面図を（ｂ）に、同手順におけるドリル体での穿孔時を示す球状体の位置の側断面図を（ｃ）に、正面断面図を（ｄ）に示した図である。 本発明のドリルガイド治具を用いた穿孔作業手順における他の手順例を示すセットピン挿着時の正面断面図である。 同穿孔作業手順における下穴穿孔時を示す正面断面図である。 同手順におけるドリル体での穿孔時を示す正面断面図である。 テーパーロックファスナの構成を示す側断面図である。 本発明によるドリルガイド治具の他の実施形態を示す分解斜視図である。 同他の実施形態での穿孔作業手順におけるセットピン挿着時を示す正面断面図を（ａ）に、球状体の位置の側断面図を（ｂ）に、取付ボルトの位置の側断面図を（ｃ）に示した図である。 同穿孔作業手順における下穴穿孔時を示す球状体の位置の側断面図を（ａ）に、正面断面図を（ｂ）に、同手順におけるドリル体での穿孔時を示す球状体の位置の側断面図を（ｃ）に、正面断面図を（ｄ）に示した図である。 同穿孔作業手順における他の手順例を示す下穴穿孔時を示す球状体の位置の側断面図である。 同手順におけるドリル体での穿孔時を示す正面断面図である。 さらに他の実施形態を示すセットピン挿着時を示す側断面図である。 従来のドリル・プレートによる作業手順を（ａ）（ｂ）（ｃ）で示した一部断面側面図である。 従来のドリル・プレートの曲面における実施例を示した分解斜視図である。 従来のドリル・プレートの曲面における断面図である。

図１は本発明によるドリルガイド治具の実施形態を示す分解斜視図、図２は同ドリルガイド治具の分解平面図、図３は同分解正面図、図４は同分解側面図である。
ドリルガイド治具１は、略方形状の本体２と、この本体２に収容される球状体３と、球状体３を本体２に組み付ける締付部材４と、本体２の姿勢を支持する支持部材５と、本体２を機体外板７に固定する取付ボルト６と、で大略構成される。

このドリルガイド治具１を使用する対象は、例えば航空機（図示せず）とされ、この航空機の機体外板７に、既に螺着固定されているテーパーボルト８とテーパーナット９で構成されるテーパーロック・ファスナ１０（図１４参照）の位置に構造部材１１を取り付けるために用いる。なお、構造部材１１としては、本実施形態では機体外板７と同素材の補強板として説明する。
また、図１に示すように、本実施形態の説明において、ドリルガイド治具１の本体２の長手方向をＹ軸、本体２の幅方向をＸ軸、上下方向をＺ軸として説明する。

本体２は、厚みのある長方形板状の略方形ブロック状で、長手方向の一方の半部に収容穴１２が厚み方向となる上下方向に貫通して形成され、長手方向の他方の半部に長手方向に沿う溝１３が形成されている。
収容穴１２には、上面側内周面に雌ねじ部１４が形成されている。また下面側内周面には下方向に向けて窄まるテーパー面１５が形成されている。なお、この収容穴１２の雌ねじ部１４とテーパー面１５は、本体２自体に形成するよう製作されても良く、この雌ねじ部１４とテーパー面１５を有する筒状部材として本体２と別体に製作し、一体化して構成することとしても良い。
溝１３は、本体２の長手方向に沿って真直に形成されるとともに、本体２の厚み方向である上下方向に貫通して形成される。この溝１３は、図４に示すように、正面視で円形とされ、すなわち正面側から凹設される穴と直交して貫通形成されており、本体２の上下面においてはスリット状であり、溝１３内部においては筒状に拡幅形成される形状とされる。

また、本体２には、後述する支持部材５を取り付けるための貫通穴１６が、四隅のそれぞれと、長手方向中間部に一対の計６個、本実施形態では穿設されている。これら貫通穴１６は、それぞれ本体２の上下方向に貫通して設けられており、図２に示すように、本体２の長手方向に直交する方向に長い長穴とされる。各貫通穴１６は、本体２の端面から穿孔形成される挿入穴１７と直交して連通される。本実施形態では、挿入穴１７は本体２の長手方向と同方向であり溝１３と平行とされ、中間部の一対の貫通穴１６と一方の隅部の各貫通穴１６とは同じ挿入穴１７と連通形成される。これら挿入穴１７には支持部材５を支持するナット軸１８が挿着される。さらに、挿入穴１７と貫通穴１６とが連通する個所における本体２の側面には、螺着穴１９が穿設され、これら挿入穴１７と貫通穴１６とに連通している。

球状体３は、略球形の部材であり、少なくとも上半部と下半部の表面が球面に形成される。球状体３は、上下で平行とされ開口し、中心を通り上下に貫通するガイド穴２０が穿設されている。球状体３は、本体２の収容穴１２内に収容され、ガイド穴２０の上下の開口部分が本体２の収容穴１２の上下に表出するようになり、収容穴１２内のテーパー面１５上で所望の方向に傾動自在、すなわちガイド穴２０の軸線方向をＸ−Ｙ軸方向となる２次元方向にフレキシブルに変更可能となっている。ガイド穴２０は、後述するセットピン４０、ブッシング４３、ドリル体４５の各外径に合わせた内径に形成されている。なお、この球状体３は、ガイド穴２０の内径寸法が異なる複数種で複数用意されることとしてもよく、セットピン４０やブッシング４３、ドリル本体４５の組合せでの外径の違いで交換可能としても良く、後述する締結部材４を取り外すことで本体２の収容部１２に対して着脱自在とされる。

締付部材４は、短尺な筒状の部材とされ、上半部の外周面にはローレットが形成され、作業者が保持しやすくなっており、また、下半部には雄ねじ部２１が形成されている。雄ねじ部２１は、本体２の収容穴１２内に形成されている雌ねじ部１４に螺着可能とされる。締付部材４の内周面には、下向きに大径となるテーパー面２２が形成され、本体２のテーパー面１４と対向する。締付部材４は本体２の収容穴１２に球状体３を収容した状態で雌ねじ部１４に螺着され、螺着状態を緩めた状態では、球状体３を上下に位置するテーパー面１５，２２間で回動自在、傾動自在に保持する。締結部材４の螺着状態を締めた際には、上下テーパー面１５，２２で挟持し、球状体３の動きを固定し、組み付け状態とする。この組み付け状態においては、締結部材４の開口部分２４の内側に球状体３のガイド穴２０が位置することになる。
なお、この締結部材４は、ローレットによって作業者の手指にて容易に回転させることが可能であるが、図２に示すように、締結部材４の上面には等間隔に係止穴２３が凹設され、ここに専用レンチなどの工具（図示せず）を用いて締結作業を行うことで、確実に締結部材４を本体２に螺着固定でき、球状体３をぐらつかせることなく、その向き、角度を保持できるようになっている。

支持部材５は、所定長さのボルト状の部材よりなり、頭部には六角頭部或いは六角穴付頭部などを有し、本実施形態では、本体２を上下で貫通する脚状部材とされる。本実施形態では、この脚状部材５は４本で構成され、本体２の貫通穴１６に内設されるナット軸１８に中途が螺着された状態で貫通する。脚状部材５の先端２６は、本体２の下面から突出して機体外板７に当接し、各脚状部材５が本体２を機体外板７から浮かせるようになる。各脚状部材５はナット軸１８に対する螺着状態で本体２からの突出長さを設定でき、本体２の上面に当接するナット部材２７とで二重ナットを構成し、その突出長さを固定することができる。

ナット軸１８には、上記した螺着穴１９に螺着固定される固定ビス２８が当接し、この固定ビス２８の締めつけによってナット軸１８の回転が規制される。すなわち、ナット軸１８を螺着状態で貫通する脚状部材５は、ナット軸１８が本体２の挿入穴１７内で回転が可能となり、その回転範囲は貫通穴１６の長さで規制される。これにより脚状部材５は、貫通穴１６の範囲でナット軸１８を中心に揺動自在とされ、かつナット軸１８に対する螺着長さで本体２下面からの突出長さを設定でき、固定ビス２８の締結によって、脚状部材５の揺動角度は固定されるようになっている。この４本の脚状部材５によって、本体２の姿勢を自由に設定、及び微調整できることになる。

取付ボルト６は、本実施形態では２本１組で構成され、上述したテーパーボルト８の小径側外径よりも細径に形成されるやや長尺なボルト部材をボルト本体２９とし、ねじ部の先端側に挿嵌されるフランジ付筒体３０と、ねじ部３６に螺着されるナットプレート３１を具備する。ボルト本体２９の頭部３２は六角頭部に形成され、ボルト本体２９中途部は軸状部３３、先端にはねじ部３６が形成される。軸状部３３には、受け部材３４が貫通挿着され、この受け部材３４は、本体２の溝１３内に配設されている。

受け部材３４は、円柱状の部材よりなり、本体２の溝１３内の穴状部分に挿着されて、溝１３内で、その長手方向にスライド移動自在となっているとともに、溝１３内において回転可能となっている。この受け部材３４には、その軸線方向に直交する方向で貫通穴３５が形成されており、この貫通穴３５に取付ボルト６が貫通している。この貫通した取付ボルト６は受け部材３４に取り付けられた状態で、本体２の溝１３における上下に延出することになり、そして、溝１３内にてその長手方向に沿ってスライド移動自在とされるとともに、受け部材３４が溝１３内で回転することにより本体２の長手方向に直交する方向（Ｘ軸方向）で取付ボルト６を揺動自在としている。

フランジ付筒体３０は、機体外板７に穿設されている後述するボルト穴（既設ボルト穴５１）に容易に挿着可能な外径、或いはこのボルト穴の内径形状に近似した外径に形成される筒部と、この筒部の一端に形成されるフランジ部よりなる。このフランジ付筒体３０は、後述するが、既存のボルト穴に対する損傷防止となる。

ナットプレート３１は、ナット部３７と規制爪３８とで構成されている。ナット部３７は、取付ボルト６のねじ部３６に螺着される。規制爪３８は、略短冊板状に形成されており、ナット部３７が固定されているとともに、ナット部３７の軸線に直交する方向に延出している。本実施形態では、規制爪３８の剛性を保つようにリブ部分を有して構成される。

なお、本実施形態のドリルガイド治具１にて使用されるセットピン４０は、従来と同様の構成で、円柱状の挿着部４１と下端部に突設されるピン部４２とを具備し、好ましくは挿着部４１の上端側表面にはローレットを形成し、容易に且つ確りと把持できるように構成し、また、ピン部４２の直径や長さ、挿着部４１の外径について複数種あることから、挿着部４１上端に形成されるローレットの形成個所等を工夫し、それぞれに用意することとしてもよい。例えば、テーパーロックファスナ１０の構成組合せにおいて長さや外径でグループ分けが有ることから、そのグループに対応してローレットの形成数を変え、セットピン４０の目視及び触覚でピン部４２の形状区別を可能とすることができ、これにより選択の誤りを防ぐことができる。また、ブッシング４３についても、挿着支持部４４の外径をセットピン４０と同様に複数種備えられるものである。これら挿着部４１と挿着支持部４４の外径は、球状体３のガイド穴２０内径に合致するもので、このガイド穴２０に容易に挿入可能に形成されている。さらに、ドリル体４５は、リーマー４６とマイクロストッパ４７とで構成される点では従来と同様であるが、本実施形態においてはマイクロストッパ４７を替えている。リーマー４６は機体外板７に穿設されるテーパー穴（対象ボルト穴５０）に対応する穴（ボルト穴としてのテーパー穴）５４を穿設する穿孔工具部分である。マイクロストッパ４７は、上記ガイド穴２０に挿入され支持される外径の筒部と、この筒部先端から突出するリーマー４６の突出長さを設定する設定部を備えている。本実施形態においては、筒部先端の形状を単なる円形開口とせず、図５（ｂ）に示すように鋭角に切削形成し、図５（ａ）に示すように傾斜した円弧状の開口が先端で合わさるように形成され、先端当接部４９を２点とするように構成している。

このように構成されたドリルガイド治具１によれば、図６（ａ）に示すように、球状体３のガイド穴２０に挿着されるセットピン４０は、本体２に対して所定角度α内で自由に揺動でき、先端のピン部４２の向きをＸ−Ｙ軸方向の所望の方向にセット可能となる。
また、図６（ｂ）に示すように、脚状部材５の本体２に対する突出長さを変えることで、本体２自体を傾斜でき図示のように最大で所定角度β傾斜させることができ、これによりセットピン４０の傾斜角度をＸ軸方向にさらに増加、すなわちα＋βの角度に傾斜させることが可能となる。

さらに、図７に示すように、上記脚状部材５の本体２に対する突出長さにの変更については、それぞれに設定できることから、Ｙ軸方向で所定角度γにも傾斜角度を増加でき、すなわちＹ軸方向ではα＋γの角度に傾斜させることが可能となる。
これら球状体３と脚状部材５との組合せによって、セットピン４０の向きを自在なものとすることができ、すなわち、機体外板７に穿設されている対象ボルト穴５０の軸線方向に対応してセットピン４０の向きを設定可能となる。

次に、上記構成のドリルガイド治具１による作業手順である航空機の機体外板７に対する補修作業について説明する。
まず、機体外板７が平面である場合、且つ機体外板７の裏面７ｂに補強板１１を組み付ける例について説明する。
対象となる航空機の機体外板７におけるテーパーロックファスナ１０、すなわち劣化等によって周辺に亀裂等が発生している位置を特定、確認し、このテーパーロックファスナ１０を取り除き、対象ボルト穴５０を表出させる。
次に、対象ボルト穴５０を含む並列しているテーパーロックファスナ列における近傍に位置するテーパーロックファスナ１０を２本取り除き、既設ボルト穴５１として表出させる。この既設ボルト穴５１は、隣接して配置されるボルト穴でもよいが、好ましくは図９に示すように１つ間においた位置のボルト穴とする。

次に、治具本体２を機体外板７の表面７ａに配置し、取付ボルト６を溝１３内でスライド移動させて位置を合わせ、既設ボルト穴５１に挿通する。このとき、既設ボルト穴５１には、予めフランジ付筒体３０を既設ボルト穴５１に挿着しておく。また、各脚状部材５はまだ正確な突出長さとせず、また取付ボルト６についてもナットプレート３１を仮螺着状態とする。なお、この脚状部材５は、本体２における四隅の位置、すなわち本体２の長手方向（Ｙ軸方向）両端部分に配置する。

次に、図８に示すように、セットピン４０を球状体３のガイド穴２０に差し込む。このとき、球状体３は、締結部材４で締めつけられてない状態とし、球状体３はＸ−Ｙ軸方向に自由に回転自在とされる。そして、セットピン４０を揺動させ、ピン部４２が対象ボルト穴５０にスムーズに且つ奥まで進入する位置、角度を探す。

セットピン４０の位置及び角度が決定した後、締結部材４を専用レンチを用いて締め、球状体３の角度を固定する。また、２本の取付ボルト６についても締結する。このとき、取付ボルト６先端の機体外板７の裏面７ｂに位置するナットプレート３１が図９に示すように螺着操作に伴う回転に連動して、規制爪３８を回転させるが、この規制爪３８の先端が隣に位置するボルトまたはナット、或いは他の構造部材などに干渉して引っ掛かり、回転が規制されることとなる。そして、取付ボルト６の回転締め付け操作を助け、取付ボルト６の締結を促すことになる。

また、この取付ボルト６の締結作業に続けて脚状部材５の本体２からの突出、すなわち螺着操作と、脚状部材５の突出方向、すなわちＸ軸方向の揺動操作にて、本体２の姿勢を微調整して決定させる。なお、この脚状部材５の突出の操作により、取付ボルト６の螺着状態から、本体２を浮上方向（Ｚ軸方向）、すなわち機体外板７から本体２を離間させる方向に移動させ、このことから取付ボルト６を介する機体外板７と本体２との突っ張り状態を発生させ、取付ボルト６に対する本体２のぐらつきを防ぐ。

各脚状部材５の突出状態及びＸ軸方向の傾斜等が決定したら、対応する固定ビス２８をそれぞれ螺着させ、ナット軸１８を固定する。また、ナット部材２７にて脚状部材５の螺着状態を固定する。そして、本体２と球状体３との固定状態を再確認する。これにより球状体３の軸線方向が対象ボルト穴５０の軸線方向と合致することとなる。各部の固定が決定した後、セットピン４０を球状体３から取り外す。

次に、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、機体外板７の裏面７ｂに補強板１１をあてがう。補強板１１は、他の既設ボルト穴を用いたり、その他の工具等を用いることで、容易に位置ズレや脱落などを起こさないように機体外板７に対して仮固定状態とする。そして、球状体３のガイド穴２０にブッシング４３を差し込む。

次に、ブッシング４３を保持し、ブッシング４３のガイド穴４３ａより下穴用ドリル５２を挿入し、補強板１１に下穴５３を穿設する。下穴５３は、セットピン４０による軸線方向が設定されており、対象ボルト穴５０の軸線方向と同方向の小径な穴となる。
下穴５３の穿設を終えたら、ブッシング４３を取り外す。

次に、図１０（ｃ），（ｄ）に示すように、ドリル体４５を球状体３のガイド穴２０に挿入する。
そして、切削油を使用して、マイクロストッパ４７による停止位置までドリリング作業を行い、補強板１１に対するドリル穴であるテーパー穴５４の穿孔を行う。
なお、ドリル体４５による作業については、好ましくは、上記補強板１１への穿孔作業前に、予め補強材１１と同素材の試験片にて穿孔のテストを行い、リーマー４６による穴形成、マイクロストッパ４７による穿孔深さ等が正常に行われるか確認を行うと良い。

穿孔作業完了後、ドリル体４５を取り外し、脚状部材５、取付ボルト６の各螺着状態を緩め、ドリルガイド治具１を機体外板７から撤収する。
これにより、対象ボルト穴５０に連通するテーパー穴５４が補強板１１に写し取られて穿設され、ここに新たにテーパーボルト８Ａ、テーパーナット９Ａが締結固定される（図１４参照）。なお、補強板１１による厚みが増えたことで、テーパーボルト８Ａの長さは変更となり、また、ボルト先端の外径も変更となりナット内径も変更となって新たなテーパーナット９Ａにて締結となる。

上述した作業手順では、補強板１１の取付位置を、機体外板７の裏面７ｂとした例を説明したが、次に、補強板１１の取付位置を機体外板７の表面７ａとする例についての作業手順を説明する。なお、機体外板７の裏面７ｂとは、航空機としての内部側の面であり表面７ａは航空機としての外表面となる。

補強板１１を機体外板７の表面７ａに配置させる際には、図１１に示すように、脚状部材５の位置を、前述の手順とは替え、本体２における四隅でなはく、本体２の長手方向（Ｙ軸方向）の一端側である球状体３が配置される側の端部に位置する脚状部材５を取り外し、本体２の中央部分に位置する貫通穴１６内のナット軸１８に螺着させる。すなわち、図１１に示すように、溝１３の両端の位置に脚状部材５がそれぞれ配置され、そこから片持ち状に球状体３側が延出するようになる。

このように各脚状部材５を配置して、上記した手順と同様に、各取付ボルト６による機体外板７への取り付け、各脚状部材５の螺着、球状体３の締結固定が、セットピン４０を用いることで行われ、球状体３の軸線方向が対象ボルト穴５０の軸線方向と合致することとなる。各部の固定が決定した後、セットピン４０を球状体３から取り外す。

次に、図１２に示すように、機体外板７の表面７ａに補強板１１をあてがう。この作業手順においては、脚状部材５が本体２の片側に寄せられていることから、球状体３の直下に、側方から補強板１１を進入させることができ、治具本体２と機体外板７との間に間隙が得られることになり配置可能となる。補強板１１については、前述の作業手順と同様に、機体外板７に対して、他の既設ボルト穴を用いたり、その他の工具等を用いることで、容易に位置ズレや脱落などを起こさないように仮固定状態とする。そして、球状体３のガイド穴２０にブッシング４３を差し込む。

次に、ブッシング４３を保持し、ブッシング４３のガイド穴４３ａより下穴用ドリル５２を挿入し、補強板１１に下穴５３を穿設する。下穴５３は、セットピン４０による軸線方向が設定されていることから、基準の穴である対象ボルト穴５０が目視不可能であるが対象ボルト穴５０の軸線方向と同方向の小径な穴を穿設可能となる（図１２参照）。
下穴５３の穿設を終えたら、ブッシング４３を取り外す。

次に、図１３に示すように、ドリル体４５を球状体３のガイド穴２０に挿入する。
そして、切削油を使用して、マイクロストッパ４７による停止位置までドリリング作業を行い、補強板１１に対するテーパー穴５４の穿孔を行う。

穿孔作業完了後、ドリル体４５を取り外し、脚状部材５、取付ボルト６の各螺着状態を緩め、ドリルガイド治具１を機体外板７から撤収する。
これにより、対象ボルト穴５０に連通するテーパー穴５４が補強板１１に写し取られて穿設され、ここに新たにテーパーボルト８Ｂ、テーパーナット９Ｂが締結固定される（図１４参照）。なお、補強板１１による厚みが増えたことで、テーパーボルト８Ｂの長さは変更となり、また、ボルト先端の外径が変更となる場合にはナット内径も変更となり新たなテーパーナット９Ａにて締結となる。

次に、図１５に示すように、機体外板７が湾曲面である場合の例について説明する。
機体外板７は、上述のような平面部分以外に曲面部分も有しており、この曲面においての補修もある。以下、曲面である機体外板７に対する補修作業手順について説明する。
図１５に示すように、ドリルガイド治具１は、上述したように、球状体３はＸ−Ｙ軸方向に傾斜自在とされる。また、各取付ボルト６は溝１３に沿ってＹ軸方向にスライド移動自在であり、且つＸ軸方向に揺動自在であり、各脚状部材５は本体２に対して機体外板７の方向に進退自在であり、且つＸ軸方向に揺動自在である。

図１６に示すように、上記平面の場合と同様に、まずセットピン４０の向きを決める。なお、曲面の場合、セットピン４０のピン部４２の長さが上記平面の場合よりもやや長く形成されているものを使用する。
セットピン４０の向きを決める際、図１６（ｂ），（ｃ）に示すように、各脚状部材５については、略ハ字状に先端側を広げ、本体２がぐらつかないように位置決めする。すなわち各脚状部材５を、ナット軸１８の挿入穴１７内における回転で傾斜させる。そして、各脚状部材５の角度や位置が決まったならば、固定ビス２８を螺着して、固定する。また、機体外板７の既設ボルト穴５１についても、その穿孔方向、すなわち軸線方向がそれぞれであることから、取付ボルト６の向きを受け部材３４の回転で軸線方向を傾斜させる。

次に、図１７（ａ），（ｂ）に示すように、機体外板７の裏面７ｂに補強板１１を配置する。この補強板１１は、機体外板７の裏面７ｂにおける曲率に合わせて既に湾曲成形されてた曲面板よりなる。
そして、ブッシング４３を装着し、下穴用ドリル５２にて補強板１１に下穴５３を穿孔形成する。

次に、図１７（ｃ），（ｄ）に示すように、ドリル体４５を用いて、補強板１１にテーパー穴５４を穿孔する。

同様に、機体外板７が曲面である場合に、補強板１１を機体外板７の表面７ａ側に設ける場合においても、平面での作業手順と同様、各脚上部材５の位置を設定し、図１８，１９に示すように下穴５３の穿孔、テーパー穴５４の穿孔が行われる。

このように、機体外板７が曲面であっても、本発明のドリルガイド治具１によれば、本体２を各脚状部材５、各取付ボルト６、そして球状体３のそれぞれがＸ−Ｙ軸方向で自在に傾斜設定でき、対象ボルト穴５０の軸線方向と同方向にテーパー穴５４を補強板１１に穿孔することが可能となる。
特に、機体外板７が曲面である場合に、本体２と機体外板７の表面との間隔距離が、平面である場合と異なってやや遠距離になるが、本発明のドリルガイド治具１によれば安定して機体外板７に設置でき、且つその姿勢を保持しており、対象ボルト穴５０に対する位置や向き，角度を確実に写し取ることができ、また球状体３を貫通するドリル体４５のマイクロストッパ４７の先端形状を円形ではなく２点の先端当接部４９を具備した構成としたことで、これら先端当接部４９を曲面における本体２から最も離れる凹み部分に位置させることができ、リーマー４６による穿孔が設定通りに行われることとなり、この穿孔によるテーパー穴５４の形成不良等を発生させない。

なお、上記した機体外板７が曲面であり、且つ段差５５を有する場合には、図２０に示すように、脚状部材５の本体２に対する突出長さを調整することで、本体２の姿勢を設定でき、すなわち、対象ボルト穴５０の穿設状態に対して確実に本体２の姿勢を各脚状部材５の突出長さ、傾斜角度で安定させ球状体３の向きを対応させることが可能となり、上述と同様に下穴５２の穿設、補強板１１に対するテーパー穴５４の穿設を行うことができる。

このように、本発明のドリルガイド治具１によれば、機体外板７の補修の際の補強板１１に対するテーパーロックファスナ１０を構成させる場合に、この補強板１１にテーパー穴５４を穿設する際、機体外板７の対象ボルト穴５０の位置や角度などを、球状体３，脚状部材（支持部材）５，取付ボルト６のそれぞれがＸ−Ｙ軸の任意方向の傾斜に自在とされていることで、補強板１１に対して正確に写し取ることが可能となり、新たにテーパーロックファスナを構成させることが可能となる。
また、このドリルガイド治具１によれば、機体外板７の表面７ａであっても裏面７ｂであっても補強板１１を配置できテーパー穴５４の穿設を行うことが可能であり、さらには機体外板７が平面や曲面、或いは段差がある状態であってもテーパー穴を正確に補強板へ写し取ることが可能であり、機体外板７の補修作業に煩雑さを無くし、作業者の熟練度を求めることなく確実な補修を完了することが可能となる。
これにより、精密さが求められるテーパーロックファスナを構成して機体外板７の補修が行われることになり、航空機としての亀裂修理が完了し、航空機の疲労寿命の増強、修理限界の確保となる。

なお、本発明のドリルガイド治具１によれば、その正確性から、上述したテーパー穴５４を用いるファスナ構造に限らず、他のあらゆるファスナー類、例えばテーパー穴を使用しないリベットや通常のボルト・ナットにも対応することが可能である。すなわち、上記したテーパーロック・ファスナ構造に限定されるものではなく、本発明のドリルガイド治具１は他のファスナ構造にも使用可能な汎用性があるものであって、構成させるファスナ構造に対応するセットピン及びドリル体を用意することで上記同様の効果を得ることができる。

また、上述した各実施形態において、構造部材を補強板１１として説明したが、板以外にアングル材などの構造体や、その他の形状の部材等に対しても本発明のドリルガイド治具１を用いることが可能であり、上記補強板１１に限定するものではない。
また、支持部材を脚状部材５として、本体２を上下で貫通するボルトで構成し、ナット軸１８にてＸ軸方向に揺動自在な構成とした例を示したが、ナット軸１８ではなく、球状体３のような構成として、すなわち自在継手のような構成としてボルトよりなる脚状部材５をＸ−Ｙ軸方向に自在に傾けられるよう構成してもよく、また、ボルトに限定することなく、その他の機械要素、例えばテコやカム、リンク機構など、本体２を支え、機体外板７に対して本体２の姿勢を保つものであれば上記ボルトの構成に限定されるものではない。

１…ドリルガイド治具
２…本体
３…球状体
４…締結部材
５…支持部材（脚状部材）
６…取付ボルト
７…機体外板
７ａ…表面
７ｂ…裏面
１１…構造部際（補強板）
１３…溝
２０…ガイド穴
３１…ナットプレート
３４…受け部材
３７…ナット部
３８…規制爪
４０…セットピン
４３…ブッシング
４５…ドリル体
５０…対象ボルト穴
５１…既設ボルト穴
５２…小径ドリル（下穴用ドリル）
５３…下穴
５４…ボルト穴（テーパー穴）

次に、上記の課題を解決するための手段を、実施の形態に対応する図面を参照して説明する。
本発明の請求項１記載のドリルガイド治具１は、航空機の機体外板７に対して既設のボルト穴を用い構造部材１１を新たに取付固定する際に、該既設のボルト穴を対象ボルト穴５０として該対象ボルト穴５０の位置を写し取るセットピン４０を備えるとともに、該位置にて前記構造部材１１に対し小径ドリル５２にて下穴５３をあけるためのガイドを行うブッシング４３を有し、前記下穴５３に前記対象ボルト穴５０と連通する新たなボルト穴５４を穿設するドリル体４５をガイドするドリルガイド治具１であって、
前記航空機の機体外板７に配置される本体２と、
前記セットピン４０またはブッシング４３またはドリル体４５を案内するガイド穴２０が貫通形成され、該ガイド穴２０の軸線方向を前記対象ボルト穴５０の軸線方向と同方向となる任意方向の傾斜に自在として前記本体２に設けられるとともに、前記ガイド穴２０が前記本体２の表裏で開口する球状体３と、
前記球状体３の傾斜角度を前記本体２に対して固定する締付部材４と、
前記本体２の前記機体外板７に対する配置姿勢を調整し設定する支持部材５と、
前記本体２に形成される真直な溝１３に沿ってスライド移動自在とされ、前記対象ボルト穴５０の近傍に穿設される前記機体外板７の既設ボルト穴５１に貫通し、前記本体２を前記機体外板７に固定する取付ボルト６と、
を具備することを特徴とする。

Claims (6)

1. 航空機の機体外板に対して既設のボルト穴を用い構造部材を新たに取付固定する際に、該既設のボルト穴を対象ボルト穴として該対象ボルト穴の位置を写し取るセットピンを備えるとともに、該位置にて前記構造部材に対し小径ドリルにて下穴をあけるためのガイドを行うブッシングを有し、前記下穴に前記対象ボルト穴と連通する新たなボルト穴を穿設するドリル体をガイドするドリルガイド治具であって、
   前記航空機の機体外板に配置される本体と、
   前記セットピンまたはブッシングまたはドリル体を案内するガイド穴が貫通形成され、該ガイド穴の軸線方向を前記対象ボルト穴の軸線方向と同方向となる任意方向の傾斜に自在として前記本体に設けられるとともに、前記ガイド穴が前記本体の表裏で開口する球状体と、
   前記球状体の傾斜角度を前記本体に対して固定する締付部材と、
   前記本体を前記機体外板に対する配置姿勢を調整し設定する支持部材と、
   前記本体に形成される真直な溝に沿ってスライド移動自在とされ、前記対象ボルト穴の近傍に穿設される前記機体外板の既設ボルト穴に貫通し、前記本体を前記機体外板に固定する取付ボルトと、
   を具備することを特徴とするドリルガイド治具。
2. 前記球状体は、前記本体に対して着脱自在であることを特徴とする請求項１記載のドリルガイド治具。
3. 前記支持部材は、前記本体の少なくとも四隅となる複数個所に設けられ、前記本体と前記機体外板との間隔距離をそれぞれ自在に調整できるように前記本体に対して進退自在に設けられる脚状部材よりなることを特徴とする請求項１または２記載のドリルガイド治具。
4. 前記脚状部材は、前記本体に対してそれぞれ揺動自在とされることを特徴とする請求項３記載のドリルガイド治具。
5. 前記取付ボルトに螺着されるナット部を有し、前記機体外板の裏面に位置して前記取付ボルトの軸線に直交する方向に延出する略短冊板状の規制爪を備え、前記取付ボルトの回転時に前記機体外板の裏面におけるいずれかの部材に前記規制爪が干渉して、前記ナット部の締結を促すナットプレートを具備することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のドリルガイド治具。
6. 前記取付ボルトは、前記溝内をスライド移動自在な受け部材を貫通して前記本体に取り付けられ、該受け部材は前記溝内において前記スライド方向に対し少なくとも直交する方向で揺動自在とされることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のドリルガイド治具。

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