JP5258751B2 - アラインメント装置およびその使用方法 - Google Patents
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Description
（関連出願の参照）
本願は、米国特許法１１９条（ｅ）の下で、２００６年４月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／７９６，１７１号の利益を主張し、上記仮出願の内容の全ては、本明細書に参考として援用される。
本願は、米国特許法１１９条（ｅ）の下で、２００６年４月２７日に出願された米国仮特許出願第６０／７９６，１７１号の利益を主張し、上記仮出願の内容の全ては、本明細書に参考として援用される。
（背景）
（開示の分野）
本開示は、概して、構造部材が放射状に拡張され、ワークピースに取り付けられる場合に、ブッシング等の構造部材を整列させるためのアラインメント装置に関する。
（開示の分野）
本開示は、概して、構造部材が放射状に拡張され、ワークピースに取り付けられる場合に、ブッシング等の構造部材を整列させるためのアラインメント装置に関する。
（関連技術の説明）
放射状フランジを有する従来のブッシング等の構造部材は、一般に種々の理由のため、ワークピースの開口部へ取り付けられる。例えば、ブッシングの本体は典型的には、開口部の周辺領域を強化し、または構造的に支持する。加えて、ブッシングの放射状フランジは、座金として作動して締結クランプ荷重をワークピースおよび／または構造物接合へ伝達し、ボルトに対する軸受表面を画定し、摩耗表面を画定する等を行ってもよい。
放射状フランジを有する従来のブッシング等の構造部材は、一般に種々の理由のため、ワークピースの開口部へ取り付けられる。例えば、ブッシングの本体は典型的には、開口部の周辺領域を強化し、または構造的に支持する。加えて、ブッシングの放射状フランジは、座金として作動して締結クランプ荷重をワークピースおよび／または構造物接合へ伝達し、ボルトに対する軸受表面を画定し、摩耗表面を画定する等を行ってもよい。
特に、荷重サイクルを経験するおよび／または疲労損傷を蓄積しやすい場合がある構成要素に、ブッシングを取り付けるための一方法は、Ｆａｔｉｇｕｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｉｎｃ．によって開発されたＦＯＲＣＥＭＡＴＥ（登録商標）取り付け方法である。ＦＯＲＣＥＭＡＴＥ（登録商標）取り付け方法は、取り付け工具で受け取られる拡張マンドレルを利用する。マンドレルは、ブッシングがワークピースの開口部に置かれた後、ブッシング内の通路を通過する。マンドレルは、ブッシングを開口部へ放射状に拡張し、制御されるが、焼嵌めまたはプレス嵌め方法等、他の取り付け方法によって達成可能であろう、一貫してより高い締まり嵌めを獲得する。加えて、ＦＯＲＣＥＭＡＴＥ（登録商標）取り付け方法は、有益な残留圧縮応力を、開口部を取り囲む構造材料へ誘導してもよく、それによって、構成要素、組立部、および／または取り付け部の疲労ならびに損傷許容性（すなわち、亀裂成長）寿命を有利に延長することができる。ＦＯＲＣＥＭＡＴＥ（登録商標）取り付け方法も、ＢＵＳＨＬＯＣ（登録商標）、ＦＯＲＣＥＴＥＣ（登録商標）、およびＦＬＥＸＭＡＴＥ（登録商標）方法のような、他の冷間加工方法、工具等も、特許文献１〜特許文献２１、米国特許出願第０９／６０３，８５７号、第１０／７２６，８０９号（特許文献２２）、第１０／６１９，２２６号（特許文献２３）、および第１０／６３３，２９４号（特許文献２４）に記載されている。構造部材をワークピースへ放射状に拡張するための他の技術は、大量の力で、構造部材を貫通して拡張マンドレルを移動させることができる、水圧または空圧作動取り付け工具を使用してもよい。
前述の取り付け技術および／または工具のうちの少なくともいくつかに関する１つの欠点は、取り付け工具の重さが、構造部材および／またはワークピース内の開口部に対する拡張マンドレルのアラインメントに、影響を与える場合があることである。加えて、構造部材を貫通してマンドレルを引くために、工具によって発生する力を引き出すマンドレルは、マンドレルの拡張部分が接触し、構造部材を実際に拡張し始めるまで、引張力に対して反応しない。ワークピースの開口部にミスアラインメントされる場合に、かかる最初の接触が起こる場合、そのときは２０，０００ポンド以上であり得る大きな引張力は、ミスアラインメントされた配向で、構造部材をワークピースの中へ放射状に拡張させる傾向がある。
結果として、ギャップが、構造部材の放射状フランジとワークピースの対応表面との間に発生する場合がある。ギャップは、ブッシングの放射状フランジの性能に悪影響を与え、締結クランプ荷重をワークピースへ伝達する場合がある。さらに、ギャップにより、構造部材が特定の噴流要件に合致し損ねる結果となることがある。したがって、ギャップは、事後取り付けの設置処理が、放射状フランジをワークピースに対して適切にすえるように、構造部材上で行われることを必要とする。ギャップが大きすぎる場合、取り付けられた構造部材は、開口部から除去され、別の構造部材で置き換えられなくてはならない場合があり、そのため、ワークピース内の開口部に再びドリルで穴を開け、特大化することが必要となることもある。加えてまたは代わりに、構造部材が放射状に拡大する間、ワークピースに誘導されることを目的としてもよい残留応力は、ワークピースの厚みに渡るいくつかの領域では、不均一、またはさらに非存在であることがある。
米国特許第３，５６６，６６２号明細書
米国特許第３，８９２，１２１号明細書
米国特許第４，１８７，７０８号明細書
米国特許第４，４２３，６１９号明細書
米国特許第４，４２５，７８０号明細書
米国特許第４，４７１，６４３号明細書
米国特許第４，５２４，６００号明細書
米国特許第４，５５７，０３３号明細書
米国特許第４，８０９，４２０号明細書
米国特許第４，８８５，８２９号明細書
米国特許第４，９３４，１７０号明細書
米国特許第５，０８３，３６３号明細書
米国特許第５，０９６，３４９号明細書
米国特許第５，４０５，２２８号明細書
米国特許第５，２４５，７４３号明細書
米国特許第５，１０３，５４８号明細書
米国特許第５，１２７，２５４号明細書
米国特許第５，３０５，６２７号明細書
米国特許第５，３４１，５５９号明細書
米国特許第５，３８０，１３６号明細書
米国特許第５，４３３，１００号明細書
米国特許第７，１００，２６４号明細書
米国特許第７，０２４，９０８号明細書
米国特許出願公開第２００５／００２５６０１号明細書
前述に基づき、前述の欠点の少なくともいくつかを克服する一方で、構造部材をより予想通りに取り付けるように取り付け工具と使用されることができる、アラインメント装置を有するのが望ましいであろう。
少なくとも一実施形態は、概して、取り付け工具の標準のマンドレルと使用することができるアラインメント装置に関し、アラインメント装置は、ワークピースの開口部に対して、マンドレルと構造部材とを十分に同軸上に整列させるように作動する。一実施形態では、アラインメント装置は、円盤を貫通して延在する通路を有するナイロン円盤であり、通路は、マンドレルの拡張部分の長径よりわずかに小さい大きさである。マンドレルの拡張部分は円盤を放射状に拡張し、取り付け工具の先端部分は、構造部材の放射状フランジと堅固に接触するように付勢される。加えて、マンドレルの引張力は、アラインメント装置の接触表面を、ワークピースの背面に対して促す。アラインメント装置と取り付け工具との連携は、ワークピース内に構造部材を整列させる間、構造部材の放射状フランジを、ワークピースの前面に対して設置させるか、またはクランプするのに十分である。それゆえ、それに続く、ワークピース上へフランジを「設置」させる操作は、必ずしも必要ではない。
一側面では、アラインメント装置は、構造部材の放射状フランジをワークピースの第１の表面に対して設置させるために、取り付け工具のマンドレルと使用され、放射状フランジは構造部材の第１の端部に設置され、アラインメント装置は、外側表面と、アラインメント装置を貫通する開口部を形成する内側表面とを含み、内側表面は、マンドレルの拡張部分の長径より少なくともわずかに小さい大きさである内径を有し、接触表面は内側表面から外側表面へ実質的に延在し、接触表面は、構造部材の端部表面の少なくとも一部分と、ワークピースの第２の表面の少なくとも一部分とに当接するような大きさであり、ワークピースの第２の表面は、ワークピースの第１の表面と正対し、構造部材の端部表面は、放射状フランジを有する構造部材の第１の端部と正対する。
別の側面では、構造部材をワークピース内の開口部へ取り付けるための方法は、アラインメント装置を介して、マンドレルの拡張部分を引くことであって、アラインメント装置はワークピースの第１の表面に対して位置し、アラインメント装置はそこを貫通する開口部を形成する内側表面を有し、開口部は、マンドレルの拡張部分の長径より、少なくともわずかに小さい内径を有することと、マンドレルの拡張部分が、アラインメント装置の開口部を介して引っ張られる場合に、構造部材の放射状フランジを、ワークピースの第２の表面に対して堅固に設置させることであって、ワークピースの第２の表面は、ワークピースの第１の表面に正対することと、マンドレルの拡張部分が、アラインメント装置の開口部を介して引っ張られる場合に、構造部材をワークピースと整列させることと、構造部材を貫通してマンドレルの拡張部分を引き、構造部材を貫通する構造部材を放射状に拡張させ、ワークピースへ固定することとを含む。
さらに別の側面では、構造部材をワークピース内の開口部へ取り付ける方法は、アラインメント装置を貫通するマンドレルの第１の部分を移動させることであって、アラインメント装置はアラインメント装置を貫通する開口部を形成する内側表面を有し、開口部は、マンドレルの拡張部分の長径より少なくともわずかに少ない内径を有することと、構造部材がワークピースの開口部に設置される後、構造部材内に形成された通路を貫通する、マンドレルの第１の部分を移動させることと、マンドレルを取り付け工具内に係合することであって、工具はアラインメント装置からワークピースの反対側に設置されることと、構造部材の第１の端部に設置される放射状フランジの少なくとも一部分に対して、取り付け工具の先端部分に当接することと、取り付け工具を起動させ、マンドレルの拡張部分を、アラインメント装置の開口部を貫通する引くこととを含み、マンドレルの拡張部分をアラインメント装置内の開口部を貫通する引くために必要な力の量は、取り付け工具の先端部分によって反応し、先端部分は、構造部材の放射状フランジに対して圧力の量を適用し、放射状フランジをワークピースの第１の表面に対して堅固に設置させ、第１の表面はワークピースの反対側に設置される。
図面では、同一の参照数字は、類似の要素または行為を同定する。図面内の要素の大きさおよび関連位置は、必ずしも縮尺どおりに描かれていない。例えば、種々の要素および角度の形は、縮尺どおりに描かれておらず、これらの要素のうちのいくつかは、図面の読み易さを向上させるように、任意に拡大され位置付けられている。さらに、図示される要素の特定の形は、特定の要素の実際の形についていずれの情報を伝えることを目的としておらず、図面内での認識のし易さのためだけに選択されている。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
構造部材の放射状フランジを、ワークピースの第１の表面に対して設置させるために、取り付け工具のマンドレルとともに使用されるアラインメント装置であって、該放射状フランジは、該構造部材の第１の端部に設置され、該アラインメント装置は、
外側表面と、
該アラインメント装置を介して開口部を形成する内側表面であって、該マンドレルの拡張部分の長径より、少なくともわずかに小さいサイズの内径を有する、内側表面と、
該内側表面から該外側表面へ実質的に延在する接触表面であって、該接触表面は、該構造部材の端部表面の少なくとも一部と、該ワークピースの第２の表面の少なくとも一部とに当接する大きさであり、該ワークピースの第２の表面は、該ワークピースの該第１の表面と正対し、該構造部材の端部表面は、該放射状フランジを有する該構造部材の該第１の端部と正対する、接触表面と
を備える、アラインメント装置。
（項目２）
上記内側表面と該内側表面に隣接して設置される領域とを備える一定量の材料は、上記マンドレルの拡張部分の長径によって、放射状に拡張される場合に弾性がある、項目１に記載のアラインメント装置。
（項目３）
上記内側表面と該内側表面に隣接して設置される領域とを備える一定量の材料は、上記マンドレルの拡張部分の長径によって、放射状に拡張される場合に塑性的に変形可能である、項目１に記載のアラインメント装置。
（項目４）
上記アラインメント装置の内径は、上記構造部材の内径にほぼ等しい、項目１に記載のアラインメント装置。
（項目５）
上記アラインメント装置はナイロンから成る、項目１に記載のアラインメント装置。
（項目６）
上記内側表面に隣接する受容領域であって、上記アラインメント装置が上記構造部材から離間している間、該構造部材の接触表面が、上記ワークピースの第２の表面に当接するように、該ワークピースから突出する該構造部材の一部を受けるサイズである、受容領域をさらに備える、項目１に記載のアラインメント装置。
（項目７）
構造部材をフランジでワークピースに取り付けるための取り付けシステムであって、
取り付け工具に結合可能なマンドレルであって、該構造部材を放射状に拡張させるサイズの主要外周部分を有する、マンドレルと、
該マンドレルが該構造部材を放射状に拡張する場合に、該マンドレルを該構造部材と整列させるように構成されるアラインメント装置であって、該アラインメント装置は、
外側表面と、
該外側表面と正対する内側表面であって、該内側表面は該アラインメント装置を通る通路を形成し、該通路は該マンドレルの該主要外周部分の外周より小さい外周を有する、内側表面と、
該内側表面と該外側表面との間に位置する接触表面であって、該マンドレルが該構造部材を放射状に拡張し、該通路を介して延在する場合に、該内側表面が該マンドレルを該構造部材と整列させるように、該ワークピースに当接するように構成される、接触表面と
を備える、アラインメント装置と
を備える、取り付けシステム。
（項目８）
上記アラインメント装置は、上記マンドレルを上記ワークピースと整列させるように促すほど十分に剛性があるが、該アラインメント装置が該ワークピースを損傷せずに、該マンドレルの少なくとも主要外周部分が、上記通路を通過することが可能なほど十分に柔軟である、項目７に記載の取り付けシステム。
（項目９）
上記アラインメント装置は、上記内側表面と該内側表面に隣接して設置される領域とを備える一定量の材料を備え、該材料は、該材料が上記マンドレルの主要外周部分によって放射状に拡張される場合に、弾性的に変形される、項目７に記載の取り付けシステム。
（項目１０）
上記アラインメント装置は、上記内側表面と該内側表面に隣接して設置される領域とを備える一定量の材料を備え、該材料は、該材料が上記マンドレルの主要外周部分によって放射状に拡張される場合に、塑性的に変形される、項目７に記載の取り付けシステム。
（項目１１）
上記外側表面は、上記構造部材のフランジの外周より大きな外周を有する、項目７に記載の取り付けシステム。
（項目１２）
構造部材をワークピース内の開口部へ取り付ける方法であって、
アラインメント装置を介して、マンドレルの拡張部分を引くことであって、該アラインメント装置は該ワークピースの第１の表面に対して位置し、該アラインメント装置はそこを介する開口部を形成する内側表面を有し、該開口部は、該マンドレルの拡張部分の長径より少なくともわずかに小さい内径を有する、ことと、
該マンドレルの拡張部分が、該アラインメント装置の開口部を介して引かれる場合、該構造部材の放射状フランジを、該ワークピースの第２の表面に対して堅固に設置させることであって、該ワークピースの第２の表面は、該ワークピースの第１の表面と正対する、ことと、
該マンドレルの拡張部分が、該アラインメント装置の開口部を介して引かれる場合に、該構造部材を該ワークピースと整列させることと、
該マンドレルの拡張部分を、該構造部材を介して引き、該構造部材を放射状に拡張させ、該ワークピースに固定することと
を含む、方法。
（項目１３）
上記構造部材の放射状フランジを、上記ワークピースの第２の表面に対して堅固に設置させることは、該構造部材の長手方向軸を、該ワークピース内の開口部の長手方向軸と整列させることを含む、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
上記構造部材が上記ワークピース内に取り付けられた後、上記アラインメント装置は、上記マンドレルおよび該ワークピースから分離される、項目１２に記載の方法。
（項目１５）
上記マンドレルの拡張部分を、上記構造部材を介して引き、該構造部材を放射状に拡張させ、上記ワークピースに固定する前に、該ワークピースの第１の表面から外側へ延在する該構造部材の一部を、上記アラインメント装置の受容領域内に位置付けることを、さらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目１６）
構造部材をワークピース内の開口部に取り付ける方法であって、
アラインメント装置を介して、マンドレルの第１の部分を移動させることであって、該アラインメント装置は、該アラインメント装置を介する開口部を形成する内側表面を有し、該開口部は、該マンドレルの拡張部分の長径より、少なくともわずかに小さい内径を有する、ことと、
該構造部材が該ワークピースの該開口部に位置付けられた後、該構造部材内に形成される通路を介して該マンドレルの第１の部分を移動させることと、
該取り付け工具に該マンドレルを係合することであって、該工具は該アラインメント装置から該ワークピースの反対側に位置する、ことと、
該構造部材の第１の端部に位置する放射状フランジの少なくとも一部に対して、該取り付け工具の先端部分を当接することと、
該取り付け工具を起動し、該マンドレルの拡張部分を、該アラインメント装置内の該開口部を介して引くことであって、該マンドレルの拡張部分を、該アラインメント装置内の該開口部を介して引くために必要な一定量の力は、該取り付け工具の先端部分によって反応し、該先端部分は、該構造部材の該放射状フランジへ一定量の圧力を加え、該放射状フランジを、該ワークピースの第１の表面に対して堅固に設置させ、該第１の表面は、該ワークピースの該反対側に位置する、ことと
を含む、方法。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
構造部材の放射状フランジを、ワークピースの第１の表面に対して設置させるために、取り付け工具のマンドレルとともに使用されるアラインメント装置であって、該放射状フランジは、該構造部材の第１の端部に設置され、該アラインメント装置は、
外側表面と、
該アラインメント装置を介して開口部を形成する内側表面であって、該マンドレルの拡張部分の長径より、少なくともわずかに小さいサイズの内径を有する、内側表面と、
該内側表面から該外側表面へ実質的に延在する接触表面であって、該接触表面は、該構造部材の端部表面の少なくとも一部と、該ワークピースの第２の表面の少なくとも一部とに当接する大きさであり、該ワークピースの第２の表面は、該ワークピースの該第１の表面と正対し、該構造部材の端部表面は、該放射状フランジを有する該構造部材の該第１の端部と正対する、接触表面と
を備える、アラインメント装置。
（項目２）
上記内側表面と該内側表面に隣接して設置される領域とを備える一定量の材料は、上記マンドレルの拡張部分の長径によって、放射状に拡張される場合に弾性がある、項目１に記載のアラインメント装置。
（項目３）
上記内側表面と該内側表面に隣接して設置される領域とを備える一定量の材料は、上記マンドレルの拡張部分の長径によって、放射状に拡張される場合に塑性的に変形可能である、項目１に記載のアラインメント装置。
（項目４）
上記アラインメント装置の内径は、上記構造部材の内径にほぼ等しい、項目１に記載のアラインメント装置。
（項目５）
上記アラインメント装置はナイロンから成る、項目１に記載のアラインメント装置。
（項目６）
上記内側表面に隣接する受容領域であって、上記アラインメント装置が上記構造部材から離間している間、該構造部材の接触表面が、上記ワークピースの第２の表面に当接するように、該ワークピースから突出する該構造部材の一部を受けるサイズである、受容領域をさらに備える、項目１に記載のアラインメント装置。
（項目７）
構造部材をフランジでワークピースに取り付けるための取り付けシステムであって、
取り付け工具に結合可能なマンドレルであって、該構造部材を放射状に拡張させるサイズの主要外周部分を有する、マンドレルと、
該マンドレルが該構造部材を放射状に拡張する場合に、該マンドレルを該構造部材と整列させるように構成されるアラインメント装置であって、該アラインメント装置は、
外側表面と、
該外側表面と正対する内側表面であって、該内側表面は該アラインメント装置を通る通路を形成し、該通路は該マンドレルの該主要外周部分の外周より小さい外周を有する、内側表面と、
該内側表面と該外側表面との間に位置する接触表面であって、該マンドレルが該構造部材を放射状に拡張し、該通路を介して延在する場合に、該内側表面が該マンドレルを該構造部材と整列させるように、該ワークピースに当接するように構成される、接触表面と
を備える、アラインメント装置と
を備える、取り付けシステム。
（項目８）
上記アラインメント装置は、上記マンドレルを上記ワークピースと整列させるように促すほど十分に剛性があるが、該アラインメント装置が該ワークピースを損傷せずに、該マンドレルの少なくとも主要外周部分が、上記通路を通過することが可能なほど十分に柔軟である、項目７に記載の取り付けシステム。
（項目９）
上記アラインメント装置は、上記内側表面と該内側表面に隣接して設置される領域とを備える一定量の材料を備え、該材料は、該材料が上記マンドレルの主要外周部分によって放射状に拡張される場合に、弾性的に変形される、項目７に記載の取り付けシステム。
（項目１０）
上記アラインメント装置は、上記内側表面と該内側表面に隣接して設置される領域とを備える一定量の材料を備え、該材料は、該材料が上記マンドレルの主要外周部分によって放射状に拡張される場合に、塑性的に変形される、項目７に記載の取り付けシステム。
（項目１１）
上記外側表面は、上記構造部材のフランジの外周より大きな外周を有する、項目７に記載の取り付けシステム。
（項目１２）
構造部材をワークピース内の開口部へ取り付ける方法であって、
アラインメント装置を介して、マンドレルの拡張部分を引くことであって、該アラインメント装置は該ワークピースの第１の表面に対して位置し、該アラインメント装置はそこを介する開口部を形成する内側表面を有し、該開口部は、該マンドレルの拡張部分の長径より少なくともわずかに小さい内径を有する、ことと、
該マンドレルの拡張部分が、該アラインメント装置の開口部を介して引かれる場合、該構造部材の放射状フランジを、該ワークピースの第２の表面に対して堅固に設置させることであって、該ワークピースの第２の表面は、該ワークピースの第１の表面と正対する、ことと、
該マンドレルの拡張部分が、該アラインメント装置の開口部を介して引かれる場合に、該構造部材を該ワークピースと整列させることと、
該マンドレルの拡張部分を、該構造部材を介して引き、該構造部材を放射状に拡張させ、該ワークピースに固定することと
を含む、方法。
（項目１３）
上記構造部材の放射状フランジを、上記ワークピースの第２の表面に対して堅固に設置させることは、該構造部材の長手方向軸を、該ワークピース内の開口部の長手方向軸と整列させることを含む、項目１２に記載の方法。
（項目１４）
上記構造部材が上記ワークピース内に取り付けられた後、上記アラインメント装置は、上記マンドレルおよび該ワークピースから分離される、項目１２に記載の方法。
（項目１５）
上記マンドレルの拡張部分を、上記構造部材を介して引き、該構造部材を放射状に拡張させ、上記ワークピースに固定する前に、該ワークピースの第１の表面から外側へ延在する該構造部材の一部を、上記アラインメント装置の受容領域内に位置付けることを、さらに含む、項目１２に記載の方法。
（項目１６）
構造部材をワークピース内の開口部に取り付ける方法であって、
アラインメント装置を介して、マンドレルの第１の部分を移動させることであって、該アラインメント装置は、該アラインメント装置を介する開口部を形成する内側表面を有し、該開口部は、該マンドレルの拡張部分の長径より、少なくともわずかに小さい内径を有する、ことと、
該構造部材が該ワークピースの該開口部に位置付けられた後、該構造部材内に形成される通路を介して該マンドレルの第１の部分を移動させることと、
該取り付け工具に該マンドレルを係合することであって、該工具は該アラインメント装置から該ワークピースの反対側に位置する、ことと、
該構造部材の第１の端部に位置する放射状フランジの少なくとも一部に対して、該取り付け工具の先端部分を当接することと、
該取り付け工具を起動し、該マンドレルの拡張部分を、該アラインメント装置内の該開口部を介して引くことであって、該マンドレルの拡張部分を、該アラインメント装置内の該開口部を介して引くために必要な一定量の力は、該取り付け工具の先端部分によって反応し、該先端部分は、該構造部材の該放射状フランジへ一定量の圧力を加え、該放射状フランジを、該ワークピースの第１の表面に対して堅固に設置させ、該第１の表面は、該ワークピースの該反対側に位置する、ことと
を含む、方法。
以下の説明では、ある特定の詳細は、種々の開示される実施形態の完全な理解を提供するために説明される。しかしながら、当業者は、実施形態がこれらの詳細なしで実施されてもよいことを理解するであろう。他の例では、冷間加工および／あるいはブッシング、スリーブ、ライナ、または他の類似の構成要素を、ワークピース内の開口部への取り付けと関連するよく知られた構造ならびに方法は、開示される実施形態の説明を不必要に曖昧にすることを避けるために、詳細に示されないか、または記載されない場合もある。構成要素をワークピースの開口部へ取り付ける過程により、ワークピースまたはワークピース内の残留圧縮応力の環状領域の生成という結果がもたらされてもよく、またはもたらされなくてもよいことは理解される。
以下の説明では、簡潔さのため、ワークピースの冷間加工および／または放射状拡張について述べるものとする。本参照は、開示の範囲を制限するか、またはその他の方法で狭めることを目的としない。冷間拡張の過程は、拡張が、疲労亀裂の成長を遅らせるためである場合でさえ、ワークピース内の開口部を囲む材料のうちの少なくともいくつかを放射状に拡張する、いずれの過程として幅広く解釈されるべきである。ワークピースの開口部を冷間拡張することにより、有益な圧縮残留応力を誘導してもよく、またはしなくてもよく、ワークピース内に疲労補強の利点を生成してもよく、またはしなくてもよいことは、さらに理解される。
文脈上、別の意味に解する必要がある場合を除き、続く明細書および請求項を通して、用語「備える」、および「備え」および「備えている」等のその変形は、「を含むが、限定はされない」のような、定まっていない包括的意味で解釈されるべきである。
本願で提供される見出しは利便性のためであり、請求される発明の範囲または意味を解釈するものではない。
続く説明は、構造部材をワークピースへ放射状に拡張する前および／または間、構造部材をワークピース内の開口部と整列させるためのアラインメント装置に関する。構造部材は、ブッシング、スリーブ、ライナ、または他の構成要素であってもよいが、限定するものではない。
図１は、まさにワークピース１０４へ放射状に拡張されようとする、構造部材１０２を含む取り付け部１００を示す。拡張マンドレル１０６は、構造部材１０２内の開口部１０８を通過し、構造部材１０２を拡張することができる。マンドレル１０６は、取り付け工具１１２内に設置されるガイド部材１１０によって維持される。取り付け工具１１２は、非常に高い力（例えば、マンドレル１０６の長手方向軸の方向での軸力）で、開口部１０８を介してマンドレル１０６を引くか、または押し出すことができる。
ワークピース１０４内の構造部材１０２を、放射状に拡張する取り付け過程の間、拡張マンドレル１０６は、構造部材１０２と十分に同軸上にアラインメントされるべきであり、構造部材１０２は、順にワークピース１０４内の開口部１０８と同軸上にアラインメントされるべきである。この同軸アラインメントが達成されると、ワークピース１０４へ誘導される圧縮残留応力のより一様な分配を可能にし、構造部材１０２の放射状フランジ１０７のワークピース接触面１０５が、対応するワークピース表面１０９と堅固に接着して置かれる結果となる。
しかしながら、マンドレル１０６の拡張部分１１４が、構造部材１０２に入る直前、構造部材１０２は、ワークピース１０４内に的確にアラインメントされてもよいか、またはされなくてもよい。いくつかのパラメータは、事前取り付け構造部材１０２の外側周囲とワークピース１０４との間の離隔距離１１６の第１の量、取り付け工具１１２のガイド部材１１０とマンドレル１０６の第１の部分１２０との間の離隔距離１１８の第２の量等、ワークピース１０４に対して構造部材１０２のミスアラインメントを引き起こす場合がある。離隔距離１１６、１１８の第１および第２の量は、部分耐容のために発生する場合がある。随意に、ガイド部材１１０とマンドレル１０６の第１の部分１２０との間の、離隔距離１１８の第２の量は、取り付け工具１１２の繰り返し使用の後、生じるか、または増加してもよい。矢印１２２によって示される通り、離隔距離１１６、１１８は、マンドレル１０６および／または構造部材１０２の放射状の遊びまたは浮動のある一定量を許容してもよい。
さらに、多くの場合、構造部材１０２は、いずれの種類のアラインメントの補助もなく、１つの取り付け者または機械工のみによって支持される工具１１２で取り付けられるため、工具１１２の重さＷもまた、一定量のミスアラインメントに考慮してもよい。図１では、離隔距離１１６、１１８は、例示の目的のため誇張されており、取り付け工具１１２の多くの内部構成要素は、明確および簡潔にするため図示されていない。
図２は、ワークピース２０４へ放射状に拡張されている事後取り付け構造部材２０２を有する、別の取り付け部２００を示す。図示される構造部材２０２は、ワークピース２０４内の開口部２１０とミスアラインメントされる。構造部材２０２の通路２０７の長手方向軸２０６は、ワークピース２０４内の開口部２１０の中心線軸２０８に対してアラインメントされない。図示される通路２０７の長手方向軸２０６は、開口部２１０内の中心線軸２０８に対して角を成す。角度αは、長手方向軸２０６と中心線軸２０８との間に画定される。構造部材２０２のミスアラインメントは、構造部材２０２の放射状フランジ２１２と、ワークピース２０４の対応面２１４との間に、ギャップまたは空間２１１を作り出す。ギャップ２１１は、放射状フランジ２１２とワークピース２０４との間の望ましくない動きを許容することができ、その結果として、取り付け部２００の疲労性状に悪影響をもたらす場合がある。ギャップ２１１もまた、耐腐食性、荷重条件、応力（例えば、構造部材２０２およびワークピース２０４内の応力）、接地面積等に影響を及ぼすことができる。例えば、液体（例えば、水または化学薬品）は、ギャップ２１１を通過し、構造部材２０２とワークピース２０４との間に蓄積してもよい。液体は、構造部材２０２およびワークピース２０４の接点に、または近くに、望ましくない腐食を引き起こすことができる。
構造部材２０２の端部２１５は、ワークピース２０４の外側表面２１７から離間していてもよい。図示される図２の実施形態を含む、ある実施形態では、端部２１５は、外側表面２１７から内側へ離間している。ある実施形態では、端部２１５は、表面２１７を通過して外側へ延在する。端部２１５の表面２１９は、外側表面２１７と平行でなくともよく、従って、ワークピース２０４の内側表面２３１に沿って不均一に装荷する結果となってもよい。拡張マンドレルのミスアラインメントもまた、フランジ２１２の噴流および／または構造部材２０２の正対する端部２１５にも影響を及ぼす場合がある。
図３は、構造部材の取り付けの前および／または間、マンドレルを整列させるのを補助することができるアラインメント装置３００を示す。例えば、マンドレル１０６が構造部材１０２内の開口部１０８を貫通して動く前に、アラインメント装置３００を、図１のマンドレル１０６に覆い被せることができる。一度マンドレル１０６およびアラインメント装置３００が組み立てられるとすぐに、マンドレル１０６は、取り付け工具１１２のガイド部材１１０によって係合されることができる。構造部材１０２を放射状に拡張し、取り付け過程を通じて適切なマンドレルアラインメントを確実にする前、間、および／または後、アラインメント装置３００は、マンドレル１０６上に固定して維持されることができる。
図示される図３のアラインメント装置３００は、外側周囲３０２、開口部３０６を形成する内側周囲３０４、およびワークピース４０４の第２の表面４０９（図４）に当接することができる第１の表面３０８を含む。開口部３０６は、マンドレルの拡張部分（例えば、図１のマンドレル１０６の拡張部分１１４）に沿って設置される長径部分より、小さい大きさである。ある実施形態では、アラインメント装置３００は円盤状であり、内側周囲３０４を変形できる弾性材料から作られる。例えば、アラインメント円盤３００は、マンドレル１０６の拡張部分１１４によって、放射状に拡張されることができる。アラインメント装置３００が再利用可能な場合、アラインメント円盤３００は、弾性的変形を実行することができる。一度マンドレル１０６がアラインメント円盤３００を介して引っ張られると、内側周囲３０４は、その後その元の構成に戻ることができる。そのようなものとして、アラインメント装置３００は、いずれの数の構造部材を取り付けるように繰り返し拡張および収縮することができる。
アラインメント円盤３００は、全体または部分的に、プラスチック、ポリマ、ゴム、エラストマ等から形成されることができる。ある実施形態では、アラインメント円盤３００は、ナイロンまたは類似の材料から形成される。アラインメント円盤３００を形成する材料の数および型は、マンドレル構成、望ましいクランプ力、取り付け耐容等、種々の取り付けパラメータに基づき選択されることができる。
図４は、構造部材４０２の適切な取り付けを容易にするために、拡張マンドレル４０８を位置付けることを補助することができるアラインメント装置４１２を示す。取り付け工具４１８およびアラインメント装置４１２は、ワークピース４０４内の開口部４１５に対して、構造部材４０２を位置付けるために連携する。
概して、アラインメント装置４１２は、上記の要素、またはマンドレルミスアラインメントに寄与する場合がある他の要素に起因する、拡張マンドレル４０８の望ましくないミスアラインメントを減少、制限、または実質的に除去するのを補助することができる。アラインメント装置４１２がワークピース４０４に対して引っ張られる場合に、アラインメント装置４１２は、拡張マンドレル４０８を望ましい位置となるように偏向する。例えば、図示されるアラインメント装置４１２は、拡張マンドレル４０８を、アラインメント装置４１２の中央平面とワークピース４０４の中央平面との両方に、ほぼ垂直に維持する。そのようなものとして、アラインメント装置４１２は、構造部材４０２の中の開口部４２３および／またはワークピース４０４の中の開口部４１５に対して、マンドレル４０８を同心位置へ付勢することができる。
図４および５は、まさにワークピース４０４へ放射状に拡張しようとする構造部材４０２を有する、取り付け部４００を示す。マンドレル４０８の拡張部分４０６は、第１にアラインメント装置４１２の中の開口部４１０を貫通して通過される。アラインメント装置４１２は、ワークピース４０４の第２の表面４０９に対して位置することができ、ワークピース４０４は、構造部材４０２の放射状フランジ４１４に当接する第１の表面４１１に正対している。したがって、ワークピース４０４は、放射状フランジ４１４とアラインメント装置４１２との間に挟まれている。
マンドレル４０８の拡張部分４０６が、アラインメント装置４１２の内側周囲４０７を放射状に拡張し始める場合に、アラインメント装置４１２は、ワークピース４０４の第２の表面４０９と堅固に接触するように引っ張られる。取り付け工具４１８の先端キャップ部分４１６は、放射状フランジ４１４を、ワークピース４０４の第１の表面４１１と堅固に接触させるように付勢することができる。マンドレル４０８が適切なアラインメントへと動かされる間、放射状フランジ４１４およびアラインメント装置４１２は、ワークピース４０４を圧縮することができる。
開口部４１０は、マンドレル４０８の少なくとも一部分より小さいことがあり得る。例えば、マンドレル４０８が開口部４１０を貫通して移動する場合に、開口部４１０を拡張するように、開口部４１０は、マンドレル４０８の長径より小さい直径を有することができる。ある実施形態では、内側周囲４０７およびアラインメント装置４１２の内側周囲４０７に隣接して設置される領域は、マンドレル４０８の長径によって放射状に拡張する場合に弾性がある。ある実施形態では、内側周囲４０７およびアラインメント装置４１２の内側周囲４０７に隣接して設置される領域は、マンドレルの拡張部分の長径によって放射状に拡張される場合に、塑性的に変形される。
アラインメント装置４１２によって提供される力の抵抗により、ワークピース４０４の第２の表面４０９に対して設置される場合に、工具４１８によって生成されるマンドレル引張力４２０が、構造部材４０２、ワークピース４０４、およびマンドレル４０８をそれぞれ整列させることを可能とし、したがって、関連技術の説明で論じた問題および／または欠点のうちのいくつかを克服する。例えば、アラインメント装置４１２は、ワークピース４０４と比較して何らかの柔らかい材料から成るため、アラインメント装置４１２は、ワークピース４０４を損傷することなく、ワークピース４０４に対して引っ張られることができる。フランジ４１４は、第１の表面４１１に平行して当接することができる。
続けて図５を参照すると、アラインメント装置４１２の接触表面４２４は構造部材４０２の端部表面４２６の少なくとも一部分と、ワークピース４０４の第２の表面４０９と当接する大きさである。端部表面４２６およびワークピース４０４の第２の表面４０９の両方は、アラインメント装置４１２の接触表面４２４に対して支え、構造部材４０２の適切な配向を確実にすることができる。ある実施形態では、構造部材４０２の端部表面４２６は、取り付けの間、接触表面４２４から離間することができる。かかる実施形態は端部表面４２６への損傷を減少、制限、または実質的に防止するのを補助することができる。マンドレル４０８が、拡張過程の間、開口部４１５と適切にアラインメントされるため、構造部材４０２の端部表面４２６は、望ましい位置および／または配向で取り付けられることができる。例えば、端部表面４２６は、ワークピース４０４の第２の表面４０９に対して、概して平行であり得る。端部表面４２６は、必要または望ましい場合、第２の表面４０９とほぼ同一平面であり得る。アラインメント装置４１２は、耐腐食性を向上するか、荷重条件を改善するか、作動中の応力を減少させるか、接地面積を増加させる等、幅広い種々の取り付けを達成するために使用されることができる。
アラインメント装置４１２は、図２の構造部材２０２のような、アラインメント装置の援助なく取り付ける構造部材に比べて、取り付けられる構造部材４０２のアラインメントを著しく向上することができる。ある非制限の実施形態では、アラインメント装置４１２は、開口部４１０の直径の少なくとも約１／４である、厚みＴを有することができる。ある実施形態では、厚みＴは、開口部４１０の直径にほぼ等しい。拡張マンドレル４０８とワークピース４０４との間の遊びの量に適応するために、厚みＴを増加または減少して、アラインメント装置４１２の剛性を増加または減少することができる。
図６は、図５のアラインメント装置４１２を利用する構造部材を取り付ける一方法の流れ図である。４３０では、マンドレル４０８の拡張部分４０６は、アラインメント装置４１２の中の開口部４１０へ挿入される。アラインメント装置４１２は、その後、ワークピース４０４に対して移動することができる。４３２では、マンドレル４０８の拡張部分４０６が、アラインメント装置４１２の開口部４１０を介して引っ張られる場合に、構造部材４０２の放射状フランジ４１４は、ワークピース４０４に対して設置する。アラインメント装置４１２が受容領域を含む場合（図９および１０と関連して論じる）、受容領域は、ワークピース４０４から突出する構造部材４１２のいずれの部分と整列させることができる。４３４では、拡張部分４０６が、アラインメント装置４１２の開口部４１０を介して引っ張られる場合に、構造部材４０２は、ワークピース４０４とアラインメントされる。４３６では、マンドレル４０８の拡張部分４０６は、構造部材４０２を介して移動し、構造部材４０２を放射状に拡張し、ワークピース４０４へ固定する。
図７は、鈍いかまたは丸い端部５０６、５０８を有するアラインメント装置５０２を示す。鈍い端部５０６、５０８は、使用者に快適な握りを提供する。加えて、鈍い端部５０６、５０８は、ワークピースの表面への損傷（例えば、傷、くぼみ等）の可能性を減少することができる。
図８は、取り付け過程の間にアラインメント装置５０２を係合する拡張マンドレル５２２を有する、取り付け工具５２０を示す。鈍端部５０６は、ワークピース５３２の表面５３０に沿って滑りマンドレル５２２に対して、アラインメント装置５０２の適切な放射状のアラインメントを容易にすることができる。マンドレル５２２が作動する間、アラインメント装置５０２の接触表面５４０は、マンドレルの動きの線（想像線５６０によって示す）にほぼ垂直であり得る。
図９は、構造部材６２０の少なくとも一部分を受け取る受容領域６１０を有するアラインメント装置６００を示す。図示される構造部材６２０は、ワークピース６３０から受容領域６１０へ突出する端部６２４を含む。アラインメント装置６００は、構造部材６２０への損傷を防止し、アラインメント装置６００の接触表面６３６がワークピース６３０に当接することを可能にするために、全体の取り付け過程を通じて構造部材６２０に接触しなくてもよい。構造部材６２０が放射状に拡張する間、アラインメント装置６００は、構造部材６２０が取り付けられる開口部６２８を囲むワークピース６３０の、表面６２２に対して引っ張られる。
受容領域６１０は、アラインメント装置６００を貫通して延在する開口部６５０を囲むことができ、隣接している。ある実施形態では、受容領域６１０は、陥凹、座ぐり、ポケット、または構造部材６２０とアラインメント装置６００との間の離隔距離の望ましい量を提供する他の特徴である。図示される受容領域６１０は、構造部材６２０の端部６２４を通過して、開口部６５０から外側へ放射状に延在する陥凹である。ある実施形態では、受容領域６１０は、逆円錐形か、部分的に球状か、階段状か、または構造部材６２０の構成に基づき選択される、いずれの他の適する構成である、表面６４３を有することができる。
構造部材の他の部分もまた、アラインメント装置の受容領域によって受け取られることができる。図１０は、ワークピース７２０の背面に位置する構造部材７１０のフランジ７００を示す。フランジ７００は、取り付け装置と接触する場合に、損傷を受けやすい場合があり得る。取り付け器は、受容領域７４０内にフランジ７００を位置付け、取り付けの間、フランジ７００を保護することができる。矢印７４２によって示すように、マンドレル７４０が軸上に引っ張られる場合に、フランジ７００およびアラインメント装置７３０の両方を、ワークピース７２０に対して引くことができる。したがって、アラインメント装置７３０は、容易に損傷するフランジ（例えば、薄いフランジ）で、構造部材７１０を取り付けるために使用されることができる。
アラインメント装置７３０もまた、受容領域７４０に正対する受容領域７５５を含む。アラインメント装置７３０の内側表面７５７は、受容領域７４０と７５５との間に延在する。受容領域７４０、７５５は、構造部材の異なる部分を受け取るために使用されることができる。例えば、受容領域７５５は、構造部材の端部（図９の受容領域６１０に類似）を受け取ることができる。取り付け器は、アラインメント装置７３０を使用して、構造部材を異なる配向および位置で取り付けることができる。
アラインメント装置は、フランジ、従来のブッシング、スリーブ、ライナ等なしで、構造部材を取り付けるために使用されることができる。図１１は、フランジなしの真っ直ぐのブッシングの形をした構造部材８００を示す。取り付け工具８１０およびアラインメント装置８２４の先端キャップ８０２は、構造部材８００をワークピース８４０の開口部８３０内に保持することができる。構造部材８００の正対する端部８５０、８５２は、ワークピース８４０の第１の表面８６０および第２の表面８６２それぞれと概して平行であることができる。加えて、または代わりに、端部８５０、８５２の片方または両方は、それぞれの表面８６０、８６２と概して同一表面にあるか、離間していることができる。例えば、図１２は、ワークピース９１０から受容領域９１４（アラインメント装置９１６の座ぐりとして図示）へ外側に延在するねじ付き部９０４を有する、構造部材９００を図示している。
上記の種々の実施形態は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせることができる。本開示で言及した全ての上の米国特許、米国特許出願および公開と、米国特許第３，５６６，６６２号、第３，８９２，１２１号、第４，１８７，７０８号、第４，４２３，６１９号、第４，４２５，７８０号、第４，４７１，６４３号、第４，５２４，６００号、第４，５５７，０３３号、第４，８０９，４２０号、第４，８８５，８２９号、第４，９３４，１７０号、第５，０８３，３６３号、第５，０９６，３４９号、第５，４０５，２２８号、第５，２４５，７４３号、第５，１０３，５４８号、第５，１２７，２５４号、第５，３０５，６２７号、第５，３４１，５５９号、第５，３８０，１３６号、第５，４３３，１００号、ならびに米国特許出願第０９／６０３，８５７号、第１０／７２６，８０９（７，１００，２６４）号、第１０／６１９，２２６（７，０２４，９０８）号、および第１０／６３３，２９４（ＵＳ／２００５／００２５６０１）は、参考によって本願に援用される。必要な場合は、側面は修正され、種々の特許、出願、ならびに公開の装置、特徴、および概念を採用し、その上さらなる実施形態を提供することができる。
上記の記載に照らして、これらおよび他の変更を行うことができる。概して、続く請求項では、使用される用語は、明細書および請求項で開示される本発明を特定の実施形態に限定するように解釈されるべきではなく、ワークピースの開口部に取り付け可能であり、請求項に従い作動する、全ての型の構造部材を含むように解釈されるべきである。したがって、本発明は、開示によって制限されず、代わりにその範囲は続く請求項によって全体に確定されるものとする。
Claims (9)
- 構造部材の放射状フランジをワークピースの第１の表面に対して設置させるために、取り付け工具のマンドレルとともに使用されるアラインメント装置であって、該放射状フランジは、該構造部材の第１の端部に設置され、
該アラインメント装置は、該マンドレルによって実質的な量だけ放射状に拡張されたときに、非拡張状態から拡張状態に弾性変形する非金属材料を含む弾性本体を含み、
該弾性本体は、
外側表面と、
該アラインメント装置を介して開口部を形成する内側表面であって、該マンドレルの拡張部分の長径より、少なくともわずかに小さいサイズの内径を有する、内側表面と、
該内側表面から該外側表面へ実質的に延在する接触表面であって、該接触表面は、該構造部材の端部表面の少なくとも一部と、該ワークピースの第２の表面の少なくとも一部とに当接する大きさであり、該ワークピースの第２の表面は、該ワークピースの該第１の表面と正対し、該構造部材の端部表面は、該放射状フランジを有する該構造部材の該第１の端部と正対する、接触表面と
を含む、アラインメント装置。 - 前記内側表面と該内側表面に隣接して設置される領域とを含む一定量の材料は、前記マンドレルの拡張部分の長径によって、放射状に拡張される場合に弾性がある、請求項１に記載のアラインメント装置。
- 前記アラインメント装置の内径は、前記構造部材の内径にほぼ等しい、請求項１に記載のアラインメント装置。
- 前記アラインメント装置はナイロンから成る、請求項１に記載のアラインメント装置。
- 前記内側表面に隣接する受容領域であって、前記アラインメント装置が前記構造部材から離間している間、該構造部材の接触表面が、前記ワークピースの第２の表面に当接するように、該ワークピースから突出する該構造部材の一部を受けるサイズである、受容領域をさらに含む、請求項１に記載のアラインメント装置。
- １つの端部においてフランジを有する構造部材をワークピースに取り付けるための取り付けシステムであって、
取り付け工具に結合可能なマンドレルであって、該構造部材を放射状に拡張させるサイズの主要外周部分を有する、マンドレルと、
該マンドレルが該構造部材を放射状に拡張する場合に、該マンドレルを該構造部材と整列させるように構成されるアラインメント装置と
を含み、
該アラインメント装置は、該マンドレルによって実質的な量だけ放射状に拡張されたときに、非拡張状態から拡張状態に弾性変形する非金属材料を含む弾性本体を含み、
該弾性本体は、
外側表面と、
該外側表面と正対する内側表面であって、該内側表面は該アラインメント装置を通る通路を形成し、該通路は該マンドレルの該主要外周部分の外周より小さい外周を有する、内側表面と、
該内側表面と該外側表面との間に位置する接触表面であって、該接触表面は、該マンドレルが該構造部材を放射状に拡張し、該通路を介して延在する場合に、該内側表面が該マンドレルを該構造部材と整列させるように、該構造部材の端部表面の少なくとも一部分および該ワークピースの少なくとも一部分に当接するように構成されている、接触表面と
を含み、
該構造部材の該端部表面は、該フランジを有する該構造部材の該端部に正対している、取り付けシステム。 - 前記アラインメント装置は、前記マンドレルを前記ワークピースと整列させるように促すほど十分に剛性があるが、該アラインメント装置が該ワークピースを損傷せずに、該マンドレルの少なくとも主要外周部分が、前記通路を通過することが可能なほど十分に柔軟である、請求項６に記載の取り付けシステム。
- 前記アラインメント装置は、前記内側表面と該内側表面に隣接して設置される領域とを含む一定量の材料を含み、該材料は、該材料が前記マンドレルの主要外周部分によって放射状に拡張される場合に、弾性的に変形される、請求項６に記載の取り付けシステム。
- 前記外側表面は、前記構造部材のフランジの外周より大きな外周を有する、請求項６に記載の取り付けシステム。
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