JP5901263B2

JP5901263B2 - 耐雷ファスナ

Info

Publication number: JP5901263B2
Application number: JP2011268655A
Authority: JP
Inventors: 幸平村上
Original assignee: Mitsubishi Aircraft Corp
Current assignee: Mitsubishi Aircraft Corp
Priority date: 2011-12-08
Filing date: 2011-12-08
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2031-12-08
Also published as: JP2013119335A

Description

本発明は、航空機の機体、特に翼に用いられる耐雷ファスナに関する。

航空機の機体を構成する翼は中空構造となっており、翼面パネルは、翼内部にある構造材にファスナ部材（留め具）によって固定されている。
ファスナ部材は、ピン状のファスナ本体を、翼および翼に取り付けられる部材及び翼の内部に存在する構造物同士の双方に形成された貫通孔に翼の外部側から挿入し、その先端部を翼の内部側から固定金具で固定することで、翼と部材とを締結する。

ところで、航空機においては、落雷対策を万全に期す必要がある。翼面パネルとファスナ部材が異なる材料で形成されている場合、落雷時に、翼面パネルとファスナ部材との間の電位差により、翼面パネルとファスナ部材の界面に沿った方向にアーク放電（スパーク）が発生する。翼の内部空間には燃料タンクが収められているため、この被雷時におけるアーク放電の発生を確実に抑える必要がある。

そこで、従来、図５に示すように、翼１の内部側において、翼面パネルに相当する第一の部材２および翼の内部に取り付けられる第二の部材３を貫通するファスナ部材４のファスナ本体４ａおよび固定金具４ｂから離間した状態にキャップ６が取り付けられ、ファスナ本体４ａおよび固定金具４ｂとの間に空気で満たされた空隙７を形成する構造が提案されていた（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、キャップ６をファスナ部材４に対して位置決めできる構造とはなっておらず、キャップ６の取付位置は作業者に依存する。このため、キャップ６の中心とファスナ部材４の中心とが大きくずれる可能性もある。空隙７においてファスナ部材４とキャップ６との間隙が小さい場所が生じると、キャップ６の機能（絶縁性）が低下する。最悪の場合、キャップ６がファスナ部材４に接触してしまった状態で取り付けられれば、キャップ６の機能そのものが大きく損なわれることもある。
また、キャップ６は、図５（ａ）に示すように、接着剤９で第二の部材３に取り付けられたり、図５（ｂ）に示すようにゴム（絶縁材料）１０で外周をカバーしているため、取付現場において、接着作業、ゴム１０の塗布作業が必要であり、作業の手間がかかる。航空機の翼１の内部は、言うまでもなく空間が狭く、奥まった位置において上記したような作業を行うのは作業性が非常に悪い。しかも、このようなファスナ部材４は、翼１の全体に数千〜数万箇所設けられるため、作業性の悪化はコスト上昇に直結する。
さらに、上記したような作業は、いわゆる手作業であり、作業者によって、施工品質にばらつきが出やすく、これは信頼性にも影響する。

そこで、本発明者らは、ファスナ部材の機体の内部側に突出した部分に係合部を形成し、キャップの内周面の中心部に、ファスナ部材の係合部に係合する被係合部を形成し、被係合部にファスナ部材の係合部を係合させる構成の技術を既に提案した（特願２００９−２７９６０１号）。

特開平２−７３９８号公報

しかしながら、上記したような技術においては、翼１の内周面に対し、ファスナ部材の軸線が直交するとは限らない。例えば、図６に示すように翼１の内周面側に取り付けられた第二の部材３がファスナ部材４の軸線に対して傾斜している場合等である。このような場合に、ファスナ部材４にキャップ６を係合させても、キャップ６の外周縁部６ａと第二の部材３との間に隙間が出来てしまい、十分な耐雷性能が確保できない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、十分な耐雷性能を確保することのできる耐雷ファスナを提供することを目的とする。

かかる目的のもと、本発明の耐雷ファスナは、航空機の機体を構成する第一の部材に対し、機体の内部側で第二の部材を締結するための、導電性材料からなるファスナ部材と、機体の内部側に突出したファスナ部材を覆うように取り付けられる絶縁性材料からなるキャップと、絶縁性材料からなり、キャップの先端部に設けられてキャップと第二の部材との間を塞ぐシール部材と、を備え、シール部材は、ファスナ部材の軸線に直交した面に対する第二の部材の傾斜または湾曲に応じて変形または変位可能とされ、シール部材は、キャップの先端部に装着され、キャップよりも柔軟で可撓性を有した材料から形成されていることを特徴とする。
シール部材がキャップと第二の部材との間を塞ぐことで、この部分における耐雷性能を確保できる。シール部材は、変形または変位可能とされているので、ファスナ部材の軸線に対して第二の部材の表面が傾斜したり湾曲したりしていても、キャップと第二の部材との間を確実に塞ぐ。
シール部材は、キャップと第二の部材の間を塞ぐことができるのであれば、いかなる形状としても良いが、例えば、キャップ側から第二の部材に接近するに従い径が漸次拡大する形状を有したものとすることができる。さらに、シール部材は、キャップ側から第二の部材に接近するに従い厚さが漸次小さくなる形状を有したものとすることができる。

また、本発明の耐雷ファスナは、航空機の機体を構成する第一の部材に対し、機体の内部側で第二の部材を締結するための、導電性材料からなるファスナ部材と、機体の内部側に突出したファスナ部材を覆うように取り付けられる絶縁性材料からなるキャップと、絶縁性材料からなり、キャップの先端部に設けられてキャップと第二の部材との間を塞ぐシール部材と、を備え、シール部材は、ファスナ部材の軸線に直交した面に対する第二の部材の傾斜または湾曲に応じて変形または変位可能とされ、シール部材は、キャップ内に収容され、一部がキャップの先端部から外部に露出した漏斗状で、ファスナ部材の軸線に対する角度が変位可能とすることもできる。

このようなファスナ部材は、機体の内部側に突出した部分に係合部が形成され、キャップは、その内周面の中心部に、ファスナ部材の係合部に係合する被係合部が形成され、被係合部にファスナ部材の係合部が係合した状態で、被係合部以外の部分においてファスナ部材との間に間隙を隔てた状態で取り付けられる。このように、キャップに形成された被係合部にファスナ部材を係合させることで、キャップをファスナ部材に対して容易かつ確実に中心に位置決めして取り付けることができる。ここで、係合部および被係合部には、雄ねじと雌ねじ、凸状のボスとこれに対応する凹部等を適宜用いることができる。
また、キャップとファスナ部材との間隙に絶縁性のシーラント剤を充填するのも有効である。
なお、このような耐雷ファスナは、翼に限らず、航空機の機体においても適用可能である。

本発明によれば、シール部材がキャップと第二の部材との間を確実に塞ぐことで、第二の部材がファスナ部材の軸線に直交する面に対し、傾斜したり湾曲していたりしても、この部分における耐雷性能を確保できる。

本実施の形態における耐雷ファスナを示す断面図である。キャップの斜視図である。キャップの断面図である。キャップの他の例を示す断面図である。従来の耐雷ファスナの例を示す断面図である。キャップが第二の部材に密着しない場合を示す断面図である。

以下、添付図面に示す実施の形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
図１は、本実施の形態における耐雷ファスナ、キャップ、耐雷ファスナの取り付け方法を適用した航空機の機体を構成する翼の一部の断面図である。
この図１に示すように、翼２０は、その外殻が、例えば炭素繊維と樹脂との複合材料であるＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）や、アルミ合金等の金属材料からなる翼パネル（第一の部材）２１によって形成されている。翼２０の内部に設けられる、補強のための構造材や燃料タンク、各種の機器が、アルミ合金等の金属材料により形成されたスパー等の部材（第二の部材）２２を介して翼パネル２１に固定されている。そして、スパー等の部材２２は、ファスナ部材２４によって翼パネル２１に取り付けられている。

ファスナ部材２４は、ピン状のファスナ本体２５と、翼２０の内部側でファスナ本体２５に装着されるカラー２６と、平ワッシャ２８、スプリングワッシャ２９と、から構成される。なお、ファスナ本体２５とカラー２６に代えて、ボルトとナットを用いることもできる。
ファスナ本体２５およびカラー２６は、強度の面から一般に金属材料により形成される。ピン状をなしたファスナ本体２５は、先端部にネジ溝（係合部）２５ａが形成され、後端部は先端部側より拡径した拡径部２５ｂとされている。このファスナ本体２５は、翼パネル２１および部材２２を貫通して形成された孔２１ａ、２２ａに翼２０の外側から挿入され、後端部の拡径部２５ｂを孔２１ａの周囲面にワッシャ２７を介して突き当てた状態で、先端部を翼２０の内方に突出させる。なお、このワッシャ２７は必須の構成ではなく、省略することもできる。
カラー２６は、筒状で、その内周面にはファスナ本体２５のネジ溝２５ａに噛み合うネジ溝が形成されている。このカラー２６は、翼２０の内方に突出したファスナ本体２５のネジ溝２５ａにねじ込まれる。これによって、翼パネル２１と部材２２とは、ファスナ本体２５の拡径部２５ｂとカラー２６とによって挟み込まれ、部材２２が翼パネル２１に固定されている。
なお、この状態で、ファスナ本体２５の先端部２５ｃは、カラー２６よりも翼２０の内周側に突出し、さらに、ネジ溝２５ａの一定長をカラー２６から翼２０の内周側に露出させている。

さて、翼２０の内部空間側において、ファスナ部材２４には、キャップ３０が装着され、キャップ３０の内部に、絶縁性を有したシーラント剤３４が充填されている。このシーラント剤３４が、キャップ３０の内周面とファスナ本体２５およびカラー２６との間に介在することで、キャップ３０とファスナ部材２４との間の絶縁性がさらに高まる。

図２、図３に示すように、キャップ３０は、断面円形で、一端部３０ａ側のみが開口し、他端部３０ｂ側に向けてその内径および外径が漸次縮小する形状とされている。このキャップは、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド樹脂）、ポリイミド、ＰＥＥＫ（ポリエーテル・エーテル・ケトン樹脂）、ナイロン樹脂等の絶縁性を有した樹脂により形成するのが好ましい。

図３に示すように、キャップ３０の他端部３０ｂ側の内周面（以下、これを底面３１と称する）には、断面円形の有底状の穴（被係合部）３２が形成されており、この穴３２の内周面には、ファスナ本体２５のネジ溝２５ａに噛み合うネジ溝３２ａが形成されている。このキャップ３０は、穴３２にファスナ本体２５の先端部２５ｃが挿入されるようになっている。このとき、ファスナ本体２５のネジ溝２５ａにキャップ３０のネジ溝３２ａが噛み合うことで、キャップ３０がファスナ部材２４に対し、容易かつ確実に位置決め固定できるようになっている。

このようなキャップ３０は、キャップ３０をファスナ部材２４に装着したときに、平ワッシャ２８、ファスナ本体２５およびカラー２６との間に、予め定められた間隙が形成されるよう、内周面３６の内径が設定されている。

また、キャップ３０の内周面３６は、一端部３０ａ側が、その内径が一定とされたストレート部３６ａとされ、さらに、ストレート部３６ａから穴３２に向けて、その内径が漸次縮小するテーパ部３６ｂが形成されている。
このようにして、キャップ３０の内周面３６は、ストレート部３６ａから角部３６ｃ、テーパ部３６ｂ、テーパ部３６ｂと穴３２とが隣接する部分の角部３６ｄへと、スムーズに連続する面とされている。これにより、キャップ３０内にシーラント剤３４を充填する際に、シーラント剤３４に空気を巻き込んだり、内周面３６（特に角部３６ｃ、３６ｄ等）においてシーラント剤３４に空隙ができたりするのを防ぐようになっている。

また、キャップ３０の一端部３０ａには、リング状のシール部材５０が設けられている。シール部材５０の一端側の固定端部５０ａは、内周面に周方向に連続する突条５１が形成され、キャップ３０の外周面に周方向に連続して形成された嵌合溝５２と噛み合うようになっている。
シール部材５０は、他端側の先端部５０ｂに行くに従い、その外径が漸次拡大するとともに、その厚さが漸次縮小するよう形成されている。
このようなシール部材５０は、ポリサルファイド等の材料から形成され、可撓性、弾力性を有している。

さて、翼パネル２１および部材２２を締結するファスナ部材２４に、キャップ３０を装着するときには、キャップ３０の内部に、未硬化のシーラント剤３４を充填しておく。そして、翼２０の内部空間において、内方に向けて突出した各ファスナ部材２４のファスナ本体２５に、キャップ３０を押し付ける。
このとき、キャップ３０内に充填されたシーラント剤３４が、キャップ３０の一端部３０ａの開口部から溢れ出てくる。キャップ３０内の全域にシーラント剤３４が均等に行き渡るよう、シーラント剤３４がキャップ３０の全周から溢れ出るのが好ましい。
ファスナ本体２５に、キャップ３０を押し付けていくと、キャップ３０の内部には穴３２が形成されているので、ファスナ部材２４をキャップ３０の中心に確実かつ容易に位置決めできる。これにより、キャップ３０とファスナ部材２４とがずれて、キャップ３０とファスナ部材２４との間の間隙が場所によって狭くなることもなく、ファスナ部材２４がキャップ３０に直接接触してしまうことも防止できる。

キャップ３０のファスナ部材２４への位置決めを容易に行うため、穴３２の周縁部を、その内径が穴３２の奥側に向けて漸次縮小するテーパ面とすることも有効である。

キャップ３０の穴３２をファスナ本体２５に押し付けた後は、キャップ３０を回転させてファスナ本体２５にねじ込んでいく。
このとき、穴３２内にシーラント剤３４が充填されていると、穴３２にファスナ本体２５の先端部２５ｃが挿入される。さらにキャップ３０のねじ込みにともなってファスナ本体２５が穴３２内に侵入してくると、穴３２内のシーラント剤３４の行き場がなく、シーラント剤３４の圧力が高まってファスナ本体２５の先端部を穴３２の所定の深さまで挿入できないこともある。
そこで、キャップ３０の穴３２の内周面には、少なくとも一箇所、穴３２の中心軸方向に沿って延びる溝３３を形成するのが好ましい。図３の例では、２本の溝３３が穴３２に形成されている。もちろん、溝３３を３本以上形成することも可能である。
このように、穴３２に溝３３を形成しておくことで、穴３２にファスナ本体２５の先端部が挿入されてくると、これに伴い、穴３２内の余剰のシーラント剤は、溝３３を通して穴３２から押し出されるようになっている。これにより、穴３２内のシーラント剤３４に空隙が残存するのを防ぐとともに、穴３２へのファスナ本体２５の挿入、つまりファスナ部材２４へのキャップ３０の取り付けを容易に行うことができる。

そして、キャップ３０の一端部３０ａに設けられたシール部材５０が部材２２に押し当てられるまでキャップ３０をねじ込んだら、キャップ３０のねじ込みを完了する。するとこの状態で、ファスナ本体２５に形成されたネジ溝２５ａとキャップ３０の穴３２のネジ溝３２ａとが噛み合うことで、キャップ３０がファスナ部材２４に確実に固定保持される。ここで、キャップ３０の一端部３０ａには、リング状のシール部材５０が設けられているので、部材２２の表面２２ａが、ファスナ本体２５の軸線に直交する面に対して傾斜している場合は、シール部材５０の先端部５０ｂが弾性変形して表面２２ａに倣うことで、ここに隙間が生じないようになっている。
また、充填したシーラント剤３４が硬化すれば、このシーラント剤３４も、キャップ３０のファスナ部材２４への固定効果を発揮する。
このようにしてキャップ３０が装着されたファスナ部材２４が耐雷ファスナである。

上述したようにして、キャップ３０に穴３２を形成し、この穴３２にネジ溝３２ａを形成しておくことで、ファスナ部材２４にキャップ３０を確実かつ容易に位置決めして取り付けることができ、取付後においてもキャップ３０の脱落を確実に防止できる。
また、キャップ３０をファスナ部材２４にねじ込んでしまえば、シーラント剤３４の硬化を待つ必要はなく、キャップ３０の取り付けを迅速に行うことができる。
これにより、絶縁性を確実に確保したうえで、作業性を向上させて製造コストを抑えるとともに、作業者によらず安定した品質で取り付けることができる。

そして、キャップ３０の一端部３０ａには、リング状のシール部材５０が設けられているので、部材２２の表面２２ａが、ファスナ本体２５の軸線に直交する面に対して傾斜している場合にも、隙間が生じることなくキャップ３０を取り付けることができる。これにより、十分な耐雷性能を確保することができる。

なお、上記実施形態で示したシール部材５０に代えて、他の構成を採用することもできる。
例えば、図４に示すように、シール部材６０として、先端部６０ａの外径ｒ１がキャップ３０の一端部３０ａの内径ｒ２よりも大きく、基端部６０ｂの外径ｒ３がキャップの一端部３０ａの内径ｒ２よりも小さく形成されたものを用いることができる。このようなシール部材６０は、基端部６０ｂから先端部６０ａに向けて、その外径が漸次増大する漏斗状の外形をなしている。シール部材６０の外周面６０ｃは、外方に向けて凸となる湾曲面で形成するのが好ましい。
また、シール部材６０の基端部６０ｂには開口部６１が形成されている。開口部６１は、その内径が、ファスナ本体２５の外径よりも大きな寸法に設定されている。

これにより、シール部材６０は、キャップ３０の内方にその大部分が収容され、先端部６０ａがキャップ３０の一端部３０ａから露出している。そして、キャップ３０の一端部３０ａに設けられたシール部材６０が部材２２に押し当てられるまでキャップ３０をねじ込んだら、キャップ３０のねじ込みを完了する。ここで、キャップ３０の一端部３０ａには、リング状のシール部材６０が設けられているので、部材２２の表面２２ａが、ファスナ本体２５の軸線に直交する面に対して傾斜している場合は、シール部材６０がキャップ３０の内部で変位して傾斜し、表面２２ａに倣うことで、ここに隙間が生じないようになっている。

なお、上記実施形態においては、ファスナ部材２４のファスナ本体２５の先端部に形成されたネジ溝２５ａにキャップ３０をねじ込むようにしたが、ファスナ部材２４において翼２０の内方に突出した部分にキャップ３０がねじ込まれるのであれば、他の異なる構成とすることが可能である。
さらには、ファスナ部材２４のファスナ本体２５の先端部に形成されたネジ溝２５ａにキャップ３０をねじ込む構成に限らず、キャップ３０をファスナ本体２５の先端部に嵌め合う構成とすることも可能である。その場合、例えば、ファスナ本体２５の先端部の外周面に、周方向に連続する溝または凸条を形成し、キャップ３０の穴３２に、ファスナ本体２５の溝に係合する凸状や突起、またはファスナ本体２５の凸状に係合する溝を形成し、キャップ３０をファスナ本体２５に嵌め合わせる構成とすることも可能である。

ところで、キャップ３０は、作業者が工具を用いてねじ込んでもよいし、手でねじ込んでもよい。図２においては、キャップ３０を作業者が工具でねじ込むため、キャップ３０の他端部３０ｂの頭部３０ｃを、工具形状に対応した六角形状、六角穴形状等としているが、これを、工具を用いる場合にはその工具に応じた適宜形状することができる。また、手でねじ込む場合には、それに応じて回転させやすい適宜形状とすることができる。
さらに、上記した耐雷ファスナは、上記した以外の部位の締結部にも適用できるのは言うまでもない。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の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することが可能である。

２０…翼、２１…翼パネル（第一の部材）、２１ａ…孔、２２…部材（第二の部材）、２４…ファスナ部材、２５…ファスナ本体、２５ａ…ネジ溝（係合部）、２５ｂ…拡径部、２５ｃ…先端部、２６…カラー、３０…キャップ、３０ａ…一端部、３０ｂ…他端部、３０ｃ…頭部、３１…底面、３２…穴（被係合部）、３２ａ…ネジ溝、３３…溝、３４…シーラント剤、５０、６０…シール部材

Claims

航空機の機体を構成する第一の部材に対し、前記機体の内部側で第二の部材を締結するための、導電性材料からなるファスナ部材と、
前記機体の内部側に突出した前記ファスナ部材を覆うように取り付けられる絶縁性材料からなるキャップと、
絶縁性材料からなり、前記キャップの先端部に設けられて前記キャップと前記第二の部材との間を塞ぐシール部材と、を備え、
前記ファスナ部材は、前記機体の内部側に突出した部分に係合部が形成され、
前記キャップは、その内周面の中心部に、前記ファスナ部材の前記係合部に係合する被係合部が形成され、前記被係合部に前記ファスナ部材の前記係合部が係合した状態で、前記被係合部以外の部分において前記ファスナ部材との間に間隙を隔てた状態で取り付けられ、
前記シール部材は、前記ファスナ部材の軸線に直交した面に対する前記第二の部材の傾斜または湾曲に応じて変形または変位可能とされ、
前記シール部材は、前記キャップの先端部に装着され、前記キャップよりも柔軟で可撓性を有した材料から形成されていることを特徴とする耐雷ファスナ。
前記シール部材は、前記キャップ側から前記第二の部材に接近するに従い径が漸次拡大する形状を有していることを特徴とする請求項１に記載の耐雷ファスナ。
前記シール部材は、前記キャップ側から前記第二の部材に接近するに従い厚さが漸次小さくなる形状を有していることを特徴とする請求項２に記載の耐雷ファスナ。
航空機の機体を構成する第一の部材に対し、前記機体の内部側で第二の部材を締結するための、導電性材料からなるファスナ部材と、
前記機体の内部側に突出した前記ファスナ部材を覆うように取り付けられる絶縁性材料からなるキャップと、
絶縁性材料からなり、前記キャップの先端部に設けられて前記キャップと前記第二の部材との間を塞ぐシール部材と、を備え、
前記ファスナ部材は、前記機体の内部側に突出した部分に係合部が形成され、
前記キャップは、その内周面の中心部に、前記ファスナ部材の前記係合部に係合する被係合部が形成され、前記被係合部に前記ファスナ部材の前記係合部が係合した状態で、前記被係合部以外の部分において前記ファスナ部材との間に間隙を隔てた状態で取り付けられ、
前記シール部材は、前記ファスナ部材の軸線に直交した面に対する前記第二の部材の傾斜または湾曲に応じて変形または変位可能とされ、
前記シール部材は、前記キャップ内に収容され、一部が前記キャップの先端部から外部に露出した漏斗状で、前記ファスナ部材の軸線に対する角度が変位可能とされていることを特徴とする耐雷ファスナ。