JP6920055B2

JP6920055B2 - 片側締め具組立体並びにその設置方法及びシステム

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Publication number: JP6920055B2
Application number: JP2016247540A
Authority: JP
Inventors: ブレイク・アレクサンダー・シンプソン; マーク・エー・ウッズ; ジョン・イー・インマン
Original assignee: Boeing Co
Current assignee: Boeing Co
Priority date: 2016-03-10
Filing date: 2016-12-21
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2036-12-21
Also published as: JP2017161067A; CN107178548A; CN107178548B; GB2548245A; US10400808B2; US20170261023A1; GB201703733D0; GB2548245B

Description

本開示の分野は、概して、2つ以上の機械的構成要素間に設けられた結合手段に関し、より具体的には、片側締め具組立体及びその設置方法に関する。

少なくともいくつかの既知の締結システムは、締め具が1つに結合するように意図される組立体の両側からの締め具の操作を必要とする。このようないくつかのシステムでは、人間の作業者が組立体の両側に位置し、締め具のそれぞれの部分を操作して締め具を組立体に設置する。しかしながら、このようなシステムは、より高い人件費を招き、しばしば人間工学的な問題を引き起こす場合がある。かかる他のシステムでは、締め具の設置のために、ロボット機械が組立体の両側に位置する。しかしながら、このようなロボット機械は、複雑さが増すとともに、設備投資が必要となる場合がある。

少なくともいくつかの既知の締結システムは、片側締め具を組立体に設置する。しかしながら、このような既知のシステムは、組立体の裏側に大きな球状部を含む締め具を使用する。このような球状部は、僅かな機械的利益しかもたらさず、組立体に比較的大きな重量を加える。加えて、既知の締結システムは、空気力学的目的のために与えられた面一性要件をどうにか満たそうとしている。更にまた、少なくともいくつかの既知の締め具は、設計が複雑であり、したがって、締め具の製造及び設置が高コストになる。

一態様では、組立集成品の結合に使用する片側締め具組立体が提供される。締め具組立体は、外側円筒面と、外側面に対して第1の角度に向けられた内側テーパ面とを備えるスリーブを含む。内側テーパ面は、スリーブを貫通して延びる開口部を画定する。締め具組立体はまた、軸線に沿って延びるとともに開口部への挿入するためのコアを含む。コアは、片側締め具組立体の設置を完了するためにスリーブへのコアの挿入が組立集成品との締まり嵌めを形成するスリーブの径方向の拡張をもたらすように、スリーブ内側テーパ面との係合するためのされた、軸線に対して第2の角度に向けられた外側テーパ面を含む。

別の態様では、片側締め具組立体を組立集成品内に設置する方法が提供される。本方法は、片側締め具組立体のコアを片側締め具組立体のスリーブに画定された開口部に部分的に挿入するステップを含む。スリーブの内側テーパ面は、コアの対応する外側テーパ面を案内するように構成される。方法はまた、片側締め具組立体が設置されるべき組立集成品における位置を特定するステップと、その位置に組立集成品を貫通する孔を穿孔するステップとを含む。次いで、部分的に組み立てられた片側締め具組立体のスリーブが孔に挿入される。方法はまた、片側締め具組立体の設置を完了するためにスリーブが組立集成品との締まり嵌めを形成するように、コアをスリーブ開口部に打ち込むためにコアに軸方向力を加えるステップを含む。

更に別の態様では、締め具組立体を組立集成品に設置するための締め具設置システムが提供される。そのシステムは、外側円筒面と、スリーブを貫通して延びる開口部を画定する内側テーパ面とを含むスリーブを有する少なくとも1つの締め具組立体を含む。締め具組立体はまた、軸線に沿って延びるとともに開口部への挿入するためのコアを含む。コアは、スリーブの内側テーパ面との係合するための外側テーパ面を含む。システムはまた、少なくとも1つの締め具組立体を組立集成品に画定された孔に挿入するように構成されたエンドエフェクタと、エンドエフェクタに結合された締め具打込機とを含む。締め具打込機は、少なくとも1つの締め具組立体の設置を完了するために、コアに軸方向力を加えるように構成される。

これまで述べてきた特徴、機能、及び利点を、種々の実施形態において個別に達成することができ、又は更に他の実施形態において組み合わせてもよく、これら実施形態の更なる詳細については、以下の説明及び図面を参照して確認することができる。

図1は、スリーブとコアとを含む部分的に組み立てられた例示的な締め具組立体の斜視図である。図2は、組立集成品に部分的に挿入された締め具組立体の断面図である。図3は、組立集成品への設置が完了した後の締め具組立体の断面図である。図4は、組立集成品における穿孔位置に対して位置する例示的な締め具設置システムを図示する概略図である。図5は、組立集成品を貫通する孔を穿孔する図4の締め具設置システムを図示する概略図である。図6は、締め具組立体を孔に挿入するために利用される図8の締め具設置システムの締め具供給ヘッドを図示する概略図である。図7は、締め具組立体を孔に打ち込むために利用される図8の締め具設置システムの締め具打込機を図示する概略図である。図8は、説明される実施形態を利用する組立集成品内に片側締め具組立体を設置するための方法を図示するフローチャートである。図9は、航空機の生産及び保守点検方法のフロー図である。図10は、航空機のブロック図である。

本明細書で説明する実施形態は、片側締め具組立体を組立集成品内に設置することを容易にする。締め具組立体は、部分的に予め組み立てられるとともに組立集成品に穿孔された皿孔に挿入されるスリーブ及びコアを含む。挿入後、ロボット又は技術者は、スリーブを孔内で径方向に拡張させるために、コアをスリーブに打ち込む。コアは、スリーブの表面及びコアの表面が組立集成品の表面と実質的に面一となるまで打ち込まれる。コアがそのように打ち込まれたときに、コアは、締め具組立体を構造内に保持するのに役立つように、組立集成品との締まり嵌めを形成するために且つ組立集成品の内側面に球状部を形成するために、スリーブの内側部分を径方向外方に押しやる。

本明細書で説明するように、締め具設置システムは、組立集成品との締まり嵌めを形成するように、締め具組立体のスリーブの内孔を拡張させる。このような孔の拡張は、疲労関連継手にとって重要であるとともに、テーパ形状と、コア（より剪断強度が高く且つより延性が低い材料）及びスリーブ（より剪断強度が低く且つより延性が高い材料）の材料選択とにより可能とされる。加えて、本明細書で説明する締め具設置システムは、締め具組立体の設置毎にコアが同じ位置に押し当てられるように各コアに同様の軸方向力が加えられるので、面一性制御の向上を可能にする。

図1は、スリーブ302とコア304とを含む部分的に組み立てられた片側締め具組立体300の斜視図である。図2は、表面404を有する表層402と、裏面408を有する裏層406とを含む組立集成品400に軸線301に沿って部分的に挿入された締め具組立体300の断面図である。図3は、組立集成品400の面404と408との間に画定された開口部410内への設置が完了した後の締め具組立体300の断面図である。組立集成品400が2つの層402及び406のみを含むものとして示されているが、組立集成品400は、所望により任意の数の層を含む。

例示的な実施形態において、スリーブ302は、第1の端面308を有する第1の端部306と、第2の端面312を有する対向する第2の端部310とを含む。端面308及び312は、端面308と312との間にスリーブ長さL1を画定する。スリーブ302の第1の端部306は、第1の端面308から第2の端面312に向かって延びるヘッド部分314を含む。例示的な実施態様において、ヘッド部分314は、組立集成品400の表層402の表面404に形成された皿孔412内に収まるような大きさとされる。より具体的には、ヘッド部分314は、（図2及び図3に示すように）締め具組立体300が組立集成品400内に設置されたときに第1の端面308と表面404が互いに実質的に面一となるように皿孔412内に収まるような対応する大きさ及び形状とされる。

例示的な実施態様において、スリーブ302はまた、ヘッド部分314から第2の端面312に延びる外側円筒面316と、第1の端面308から第2の端面312に向かって延びる内側テーパ面318とを含む。内側テーパ面318は、スリーブ302を貫通して延びる開口部320を少なくとも部分的に画定する。内側テーパ面318は、軸線301に対して約0．0度〜約10．0度の範囲内の第1の角度αに向けられる。より具体的には、内側テーパ面318は、約0．0度〜約5．0度の範囲内の第1の角度αに向けられる。より更に具体的には、内側テーパ面318は、軸線301に対して約1．0度〜約2．0度の範囲内の第1の角度αに向けられる。例示的な実施態様において、スリーブ302はまた、第2の端部310に第2の内側テーパ面322を含む。第2のテーパ面322は、以下に更に詳細に説明するように、コア304が開口部320に挿入されたときに、コア304が第2のテーパ面322に接触してスリーブの第2の端部310の一部分を径方向外方に拡張させるように、軸線301に対して第1の角度αよりも大きな第2の角度βに向けられる。一実施形態において、第2のテーパ面322は、第1の端面308と実質的に平行である。代替的に、第1の内側テーパ面318は、内側テーパ面318がスリーブ302の全長L1に対して一定のテーパ角度αを画定するように、第1の端面308から第2の端面312に延びる。このような構成では、スリーブ302が第2のテーパ面322を含まないが、それにもかかわらず、コア304がスリーブの第2の端部310の一部分を径方向外方に拡張させる。

以下で説明するように、このような径方向の拡張は、締め具組立体300を開口部410内に係止し且つ層402と406とを相互に結合するのを容易にする。より具体的には、スリーブの第2の端面312が裏層の裏面408を越えて延びる実施態様において、そのような径方向の拡張は、締め具組立体300の設置が完了したときに、裏面408に球状部を形成することを容易にする。しかしながら、いくつかの実施態様において、第2のスリーブ端面312は、球状部が形成されないように、裏面408と実質的に面一である。

例示的な実施態様において、コア304は、第1の端面324と、対向する第2の端面326と、第1の端面324と第2の端面326との間に延びる長さL2を有する外側テーパ面328とを含む。例示的な実施態様において、コア長さL2は、締め具組立体300が（図3に示すように）組立集成品400内に設置されたときに、第1の端面308と324及びまた第2の端面312と326がそれぞれ互いに実質的に面一となるように、スリーブ長さL1よりも小さいか又はスリーブ長さL1と実質的に同様である。そのようなものとして、コア304の端面324と組立集成品の表層402の表面404もまた、締め具組立体300が（図3に示すように）組立集成品400内に設置されたときに、互いに実質的に面一である。代替的に、コア長さL2は、スリーブ長さL1よりも長い。

本明細書で説明するように、コア304は、締め具組立体300の設置を完了するために且つ層402と404とを相互に結合するためにスリーブ開口部320に挿入されるような大きさ及び形状とされる。より具体的には、外側テーパ面328は、軸線301に対して、内側テーパ面318の角度αと実質的に同様であるか又は角度αよりも僅かに大きい第2の角度γに向けられる。例えば、外側テーパ面328はまた、テーパ面318と322が相補的なものとなるように軸線301に対して約0．0度〜約10．0度の範囲内の角度γに向けられる。より具体的には、外側テーパ面328は、約0．0度〜約5．0度の範囲内の第2の角度γに向けられる。より更に具体的には、外側テーパ面328は、軸線301に対して約1．0度〜約2．0度の範囲内の第2の角度γに向けられる。

例示的な実施態様において、コア304は、外側テーパ面328に沿った保持形状部330を含む。保持形状部330は、締め具組立体300の設置が完了したときにスリーブ302に対するコア304の動きが制限されるように、スリーブ302の内側テーパ面318に係合する。いくつかの実施態様において、スリーブ302は、コアの保持形状部330に係合する内側テーパ面318に形成された相補的な保持形状部（図示せず）を含む。例示的な実施態様において、保持形状部330は、外側テーパ面328から径方向外方に延びる複数の周方向突起を含む。代替的に、保持形状部330は、締め具組立体300の設置が完了した時点でスリーブ302に対するコア304の動きを制限することを容易にする任意の形状部を含む。

更にまた、例示的な実施態様において、スリーブ302及びコア304の少なくとも一方は、コーティング332を含む。より具体的には、コーティング332は、内側テーパ面318及び外側テーパ面328の少なくとも一方に塗布される。一実施態様において、コーティング332は、スリーブ302及びコア304を腐食から保護するために陽極酸化層を含む。別の実施態様において、コーティング332は、スリーブ302に対するコア304の動きを制限するための接着剤を含む。例えば、内側テーパ面318は第1の接着部分を含み、且つ外側テーパ面328は、スリーブ302とコア304とを相互に接着するように接触時に第1の接着部分と反応する第2の接着部分を含む。別の実施態様において、コーティング332は、内側テーパ面318と外側テーパ面328との間の摩擦を低減するとともにスリーブ302へのコア304の挿入を容易にする、内側テーパ面318及び外側テーパ面328の少なくとも一方に塗布された潤滑剤を含む。

例示的な実施態様において、スリーブ302は第1の材料から形成され、且つコア304は、第1の材料とは異なる第2の材料から形成される。スリーブ302は、アルミニウム、チタン、プラスチック、又はステンレス鋼のいずれかから形成される。より具体的には、スリーブ302は、以下に一覧表示する材料のいずれかから形成される。

代替的に、スリーブ302は、本明細書で説明するような締め具組立体300の動作を容易にする任意の材料から形成される。例示的な実施態様において、スリーブ302が形成される第1の材料は、約10キロポンド／平方インチ（KSI）〜約60KSIの範囲内の剪断強度を含む。更にまた、スリーブ302が形成される第1の材料は、約15％の伸び〜約50％の伸びの範囲内の延性を含む。

加えて、コア304は、スリーブ302が形成される第1の材料とは異なる、アルミニウム、チタン、プラスチック及びステンレス鋼のいずれかから形成される。より具体的には、コア304は、以下に一覧表示する材料のいずれかから形成される。

代替的に、コア304は、本明細書で説明するような締め具組立体300の動作を容易にする任意の材料から形成される。例示的な実施態様において、コア304が形成される第2の材料は、約40KSI〜約90KSIの範囲内の剪断強度を含む。更にまた、コア304が形成される第2の材料は、約8％の伸び〜約20％の伸びの範囲内の延性を含む。そのようなものとして、スリーブ302の第1の材料は、コア304の第2の材料よりも比較的軟質であり、したがって、以下に説明するように、スリーブ302がコア304を受け入れるために径方向に拡張することを可能にする。

例示的な実施態様において、図2に示すように、スリーブ302の開口部320は、組立集成品400内への締め具組立体300の設置完了前に直径D1を第1のスリーブ端部306の近傍に及び直径D2を第2のスリーブ端部310の近傍に含む。同様に、外側円筒面316は、締め具組立体300の設置完了前に開口部410へのスリーブ302の挿入を容易にするために、開口部410の一定の直径D4よりも僅かに小さい一定の直径D3を画定する。更にまた、コア304は、締め具組立体300の設置完了前に第1の端部306におけるスリーブ開口部320の直径D1よりも僅かに大きい直径D5を第1の端面324の近傍に含む。同様に、コア304は、第2の端部310におけるスリーブ開口部320の第2の直径D2よりも僅かに大きい直径D6を第2の端面326の近傍に含む。

設置時には、図3に示すように、コア304をスリーブ開口部320に打ち込むために、コア端面324に軸方向力が加えられる。スリーブ302とコア304との間の材料の違いのため、より硬質材料のコア304は、締め具組立体300が開口部410に圧縮力を加えて締まり嵌めにより組立集成品400に結合されるように、より軟質材料のスリーブ302を径方向に拡張させるのを容易にする。そのようなものとして、締め具組立体300の設置が完了した後に、第1のスリーブ端部306の近傍のスリーブ302の開口部320は、端面324におけるコア304の直径D5と実質的に等しい直径を含む。より具体的には、ここで開口部320の直径D1が設置後の直径D5と実質的に等しくなるように、開口部320の組立前の直径D1がコア304により拡張されている。同様に、締め具組立体300の設置が完了した後に、第2のスリーブ端部310の近傍のスリーブ302の開口部320は、コア304の直径D6と実質的に等しい直径D6を含む。そのようなものとして、コア304は、各々の直径が対応する軸方向位置において実質的に等しくなるようにスリーブの径方向の拡張をもたらす。

更にまた、締め具組立体300が組立集成品400の裏面408を越えて延びる実施形態において、スリーブ302へのコア304の挿入は、スリーブ302の一部分が裏面408に重なるように開口部410の直径D4よりも大きい直径D7にスリーブ302を拡張させる。そのようなものとして、スリーブ302は、層404と406とを相互に固定するために締め具組立体300を組立集成品400に結合することを容易にする球状部334を形成する。更にまた、図2及び図3に示すように、スリーブ302とコア304のどちらも、裏面408からアクセス可能な、ねじ部分又は他の保持若しくは結合形状部を含まない。本明細書で説明するように、締め具組立体300は、裏面408から締め具組立体を操作する又はこれにアクセスする必要なしに組立集成品400の同じ側から設置されて打ち込まれる純然たる片側締め具である。

ここで図4〜図7に移ると、締め具組立体300を組立集成品400に結合するためのプロセスが更に説明されている。上述したように、締め具組立体300（図4には図示せず）は、表層402と裏層406との取り付けを行うために利用される。例示的な実施態様では、締め具組立体300を含む、締め具設置システム500が、設置を完了するために利用される。システム500は、エンドエフェクタ502と、複数の締め具組立体300を収容するように構成された、エンドエフェクタ502に結合されたホッパ504とを含む。図4に示すように、エンドエフェクタ502は、例えば、エンドエフェクタ502内に少なくとも部分的に位置する視覚システムを使用して、片側締め具組立体300が設置されるべき組立集成品400における位置を表す基準点を特定する。いくつかの実施態様において、締め具設置システム500は、表層404及び裏層406を相互に押し付けるように動作し、且つ基準点に対して参照される穿孔位置に移動するようにプログラムされる。

図5に示すように、締め具設置システム500は、ドリルビット506を組み込んだエンドエフェクタモジュール502を表層404及び裏層406に向けて延ばし、表層404及び裏層406を貫通する孔410の穿孔を開始する。更にまた、締め具設置システム500はまた、締め具組立体300の設置完了時に、スリーブ302の端面308及びコア304の端面324がそれぞれ組立集成品400の表面404と実質的に面一となるように、皿孔412を形成するように動作させる。

図6は、締め具設置システム500のドリルビット506が、孔410から取り外されており、締め具組立体300を孔410に挿入するために、締め具供給ヘッド508に置き換えられていることを図示している。一実施態様において、締め具組立体300は、（図4に示すように）ホッパ504内に収容される前にコア304がスリーブ302に部分的に挿入されて部分的に予め組み立てられる。そのようなものとして、締め具供給ヘッド508は、スリーブ302及びコア304の一方に係合し、且つ締め具組立体300全体を開口部410に挿入する。他の実施態様において、締め具供給ヘッド508、又は締め具設置システム500の別の構成要素は、コア304をスリーブ302に部分的に挿入する。より具体的には、締め具システム500は、コア304をスリーブ302に挿入し、且つ部分的に組み立てられた締め具組立体300をホッパ504内に収容する。代替的に、ホッパ504は、スリーブ302、コア304、及び部分的に組み立てられた締め具組立体300を別々に収容する仕切り板（図示せず）を含む。

図7は、締め具設置システム500の締め具供給ヘッド508が、エンドエフェクタ502から取り外されており、締め具組立体300を孔410に打ち込むために、締め具打込ヘッド510に置き換えられていることを図示している。代替的に、締め具供給ヘッド508はまた、締め具組立体300の設置を完了するために、打込機として動作し、締め具組立体300を孔410に打ち込む。例示的な実施態様において、締め具打込ヘッド510は、片側締め具組立体300の設置を完了するために、コア304の端面324に軸方向力を加え、コア304を軸線301に沿ってスリーブ開口部320に打ち込む。より具体的には、締め具打込ヘッド510は、スリーブ302の第1の端面308が組立集成品400の表面404と実質的に面一となるまで、且つコア304の第1の端面324がスリーブ302の第1の端面308及び組立集成品400の表面404と実質的に面一となるまで、軸方向力を加える。いくつかの実施態様において、締め具打込ヘッド510は、スリーブ302の第1の端面308が組立集成品400の表面404を越えて（その内側に）押し込まれるまで、且つコア304の第1の端面324がスリーブ302の第1の端面308及び組立集成品400の表面404の少なくとも1つを越えて（その内側に）押し込まれるまで、軸方向力を加える。いくつかの実施態様において、締め具打込ヘッド510は、コア304の第2の端面326がスリーブ302の第2の端面312と実質的に面一となるまで軸方向力を加える。全ての実施態様において、締め具打込ヘッド510は、コア304がスリーブ302に係合するとともにスリーブ302の少なくとも一部分を径方向に拡張させて締め具組立体300と組立集成品400との間に締まり嵌めをもたらすように、コア304に軸方向力を加える。

図8は、締め具設置システム500を使用して締め具組立体300を組立集成品400に設置するための上で説明した方法600を図示するフローチャートである。方法600は、片側締め具組立体300のコア304を片側締め具組立体300のスリーブ302に画定された開口部410に部分的に挿入するステップ602を含む。スリーブ302の内側テーパ面318は、コア304の対応する外側テーパ面328をスリーブ開口部320内に軸方向に案内する。

方法600はまた、片側締め具組立体300が設置されるべき組立集成品400における位置を特定するステップ604と、その位置に組立集成品400を貫通する孔410を穿孔するステップ606とを含む。上で説明したように、孔410は、締め具組立体300が設置されたときに少なくとも組立集成品の表面404とスリーブ端面308が実質的に面一となるように、指定の深さの皿孔形状に加工される。

方法600は更に、部分的に組み立てられた片側締め具組立体300のスリーブ302を孔410に挿入するステップ608と、コア304をスリーブ開口部320に打ち込んで、片側締め具組立体300の設置を完了するために、コア304に軸方向力を加えるステップ610とを含む。例示的な実施態様において、締め具設置システム500の締め具打込ヘッド510は、スリーブ302の第1の端面308が組立集成品400の表面404と実質的に面一となるまで、且つコア304の第1の端面324がスリーブ302の第1の端面308及び組立集成品400の表面404と実質的に面一となるまで、コア304に軸方向力を加える610。いくつかの実施態様において、締め具打込ヘッド510は、コア304の第2の端面326がスリーブ302の第2の端面312と実質的に面一となるまで軸方向力を加える610。

代替的な実施態様では、締め具組立体300を組立集成品400に打ち込むのに必要な軸方向力を加えるために、衝撃銃が使用される。より具体的には、衝撃銃は、コア304をスリーブ302に打ち込むために、ひいては、締め具組立体300を組立集成品400に打ち込むために、コア304に対する繰り返し衝撃を利用する。全ての実施態様において、コア304がスリーブ302に係合するとともにスリーブ302の少なくとも一部分を径方向に拡張させて締め具組立体300と組立集成品400との間に締まり嵌めをもたらすように、コア304に軸方向力をかける。

加えて、挿入するステップ602、特定するステップ604、穿孔するステップ606、挿入するステップ608、及び加えるステップ610の各々は、組立集成品400の同じ側から実施される。より具体的には、方法600の各ステップは、組立集成品400の裏面408から締め具組立体300を操作するか又は締め具組立体300にアクセスすることなしに、組立集成品400の同じ側（表面404）から実施される。

図面をより詳細に参照するに、本開示の実施形態を、図9に示すような航空機の製造及び保守点検方法100、並びに図10に示すような航空機200との関連で説明することができる。生産前の段階において、航空機の製造及び保守点検方法100は、航空機200の仕様及び設計102と、材料調達104とを含み得る。

生産段階では、航空機200の構成要素及び部分組立品の製造106並びにシステム統合108が行われる。その後、航空機200は、認証及び搬送110を経て就航112される。顧客による就航中に、航空機200には、（改良、再構成、改修なども含み得る）日常的な整備及び保守点検114が予定される。

航空機の製造及び保守点検方法100の各プロセスを、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータ（例えば、顧客）により実施又は実行してもよい。この説明の目的で、システムインテグレータは、例えば、非限定的に、任意の数の航空機製造業者及び主要システムの下請業者を含み得、第三者は、例えば、非限定的に、任意の数の納入業者、下請業者、及び供給業者を含み得、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス組織などであり得る。

図10に示すように、航空機の製造及び保守点検方法100により生産された航空機200は、複数のシステム204と内部206と有する機体202を含み得る。システム204の例には、推進システム208、電気システム210、油圧システム212、及び環境システム214のうちの1つ又は複数が含まれる。この例では、任意の数の他のシステムを含めてもよい。航空宇宙産業の例が示されているが、本開示の原理を自動車産業などの他の産業に適用してもよい。

本明細書に具現化された装置及び方法を、航空機の製造及び保守点検方法100の任意の1つ又は複数の段階で利用してもよい。例えば、非限定的に、構成要素及び部分組立品の製造106に対応する構成要素又は部分組立品を、航空機200の就航中に生産される構成要素又は部分組立品と同様の方法で作製又は製造してもよい。

また、1つ若しくは複数の装置実施形態、方法実施形態、又はこれらの組み合わせを、例えば、非限定的に、航空機200の組立を大幅に効率化するか又は航空機200のコストを低減することにより、構成要素及び部分組立品の製造106並びにシステム統合108の段階で利用してもよい。同様に、装置実施形態、方法実施形態、又はこれらの組み合わせのうちの1つ又は複数を、航空機200の就航中に、例えば、非限定的に、整備及び保守点検114に利用してもよく、部品が互いに連結され且つ／又は嵌合されているかどうかを判定するために、システム統合108並びに／又は整備及び保守点検114の段階で使用してもよい。

異なる有利な実施形態の説明は、例示及び説明の目的で提示されたものであり、網羅的であること、又は開示した形の実施形態に限定されることを意図したものではない。多くの変更及び変形が当業者には明らかであろう。更に、異なる有利な実施形態が、他の有利な実施形態と比較して異なる利点をもたらしてもよい。選択された1つ又は複数の実施形態は、これら実施形態の原理及び実際の応用を最も良く解説するため、並びに、企図される特定の使用に適合するような種々の変更を伴う種々の実施形態に関する開示内容を当業者が理解できるようにするために、選ばれ且つ説明される。

本明細書で説明する実施形態は、片側締め具組立体を組立集成品内に設置することを容易にする。締め具組立体は、部分的に予め組み立てられるとともに組立集成品に穿孔された皿孔に挿入されるスリーブ及びコアを含む。挿入後、ロボット又は技術者は、スリーブを孔内で径方向に拡張させるために、コアをスリーブに打ち込む。コアは、スリーブの表面及びコアの表面が組立集成品の表面と実質的に面一となるまで打ち込まれる。コアがそのように打ち込まれたときに、コアは、締め具組立体を構造内に保持するために、スリーブが径方向外方に拡張し組立集成品の内側面との締まり嵌めを形成することを余儀なくさせる。いくつかの実施形態において、スリーブの内側部分は、径方向外方に拡張して、組立集成品の内側面に球状部を形成する。

本明細書で説明するように、締め具設置システムは、組立集成品との締まり嵌めを形成するように、締め具組立体のスリーブを拡張させる。このような孔の拡張は、疲労関連継手にとって重要であるとともに、テーパ形状と、コア（より剪断強度が高く且つより延性が低い材料）及びスリーブ（より剪断強度が低く且つより延性が高い材料）の材料選択とにより可能とされる。加えて、本明細書で説明する締め具設置システムは、締め具組立体の設置毎にコアが同じ位置に押し当てられるように各コアに同様の軸方向力が加えられるので、面一性制御の向上を可能にする。

本発明の種々の実施形態の具体的な特徴が示されている図面もあれば示されていない図面もあるが、これは単に便宜のためである。本発明の原理によれば、1つの図面の任意の特徴を、他の任意の図面の任意の特徴と組み合わせて、引用し且つ／又は特許請求してもよい。

更に、本開示は以下の条項による実施形態を含む。

条項1
組立集成品の結合に使用する片側締め具組立体であって、前記締め具組立体が、外側円筒面と、前記外側面に対して第1の角度に向けられた内側テーパ面であって、前記スリーブを貫通して延びる開口部を画定する前記内側テーパ面とを備える前記スリーブと、軸線に沿って延びるとともに開口部内への挿入するためのコアであって、前記スリーブへの前記コアの挿入が前記組立集成品との締まり嵌めを形成する前記スリーブの径方向の拡張をもたらすように、前記スリーブ内側テーパ面との係合するための前記軸線に対して第2の角度に向けられた外側テーパ面を備える前記コアとを備える、片側締め具組立体。

条項2
前記スリーブが第1の材料から形成され、且つ前記コアが、第1の材料とは異なる第2の材料から形成される、条項1に記載の締め具組立体。

条項3
第1の材料が、約15キロポンド／平方インチ（KSI）〜約50KSIの範囲内の剪断強度を含み、且つ第2の材料が、約8KSI〜約20KSIの範囲内の剪断強度を含む、条項2に記載の締め具組立体。

条項4
前記内側テーパ面及び前記外側テーパ面の少なくとも一方がコーティングを含む、条項1に記載の締め具組立体。

条項5
前記第1の角度が、前記第2の角度と実質的に同様である、条項1に記載の締め具組立体。

条項6
前記スリーブは、組み立てられたときに前記ヘッドの端面が集成品の表面と実質的に面一となるように構成されるように集成品の表面に形成された皿孔への挿入するためのヘッドを備える、条項1に記載の締め具組立体。

条項7
前記コアが、組み立てられたときに前記スリーブヘッド端面及び集成品の表面と実質的に面一となる端面を備える、条項6に記載の締め具組立体。

条項8
前記スリーブが第1の長さを画定し、且つ前記コアが、第1の長さ以下の第2の長さを画定する、請求項1に記載の締め具組立体。

条項9
前記スリーブが第2の内側テーパ面を備え、前記コアは、前記外側円筒面の一部分が径方向外方に拡張されるように前記第2の内側テーパ面に係合するように構成される、条項1に記載の締め具組立体。

条項10
前記内側テーパ面及び前記外側テーパ面の少なくとも一方が、前記スリーブに対する前記コアの動きを制限する保持形状部を備える、請求項1に記載の締め具組立体。

条項11
片側締め具組立体を組立集成品内に設置する方法であって、前記方法が、片側締め具組立体のコアを片側締め具組立体のスリーブに画定された開口部に部分的に挿入するステップであって、スリーブの内側テーパ面がコアの対応する外側テーパ面を案内するように構成される、挿入するステップと、片側締め具組立体が設置されるべき組立集成品における位置を特定するステップと、位置に組立集成品を貫通する孔を穿孔するステップと、部分的に組み立てられた片側締め具組立体のスリーブを孔に挿入するステップと、コアをスリーブ開口部に打ち込んで、片側締め具組立体の設置を完了するために、コアに軸方向力を加えるステップとを含む、方法。

条項12
軸方向力を加えるステップは、スリーブのヘッドの端面が組立集成品の表面と実質的に面一となるまでコアに軸方向力を加えることを含む、条項11に記載の方法。

条項13
軸方向力を加えるステップは、コアの端面がスリーブの端面及び組立集成品の表面と実質的に面一となるまでコアに軸方向力を加えることを含む、条項12に記載の方法。

条項14
軸方向力を加えるステップは、コアの第1の端面がスリーブの第1の端面と実質的に面一となるまでコアに軸方向力を加えることを含む、条項11に記載の方法。

条項15
片側締め具組立体の設置が完了した後にスリーブのヘッドの端面が組立集成品の表面と実質的に面一となるように、孔を指定の深さの皿孔形状に加工するステップを更に備える、条項11に記載の方法。

条項16
軸方向力を加えるステップは、コアがスリーブに係合するとともにスリーブの一部分を径方向に並進させるようにコアに軸方向力を加えることを含む、条項11に記載の方法。

条項17
挿入するステップ、特定するステップ、穿孔するステップ、挿入するステップ、及び加えるステップが、組立集成品の同じ側から実施される、条項11に記載の方法。

条項18
締め具組立体を組立集成品に設置するための締め具設置システムであって、前記システムが、外側円筒面と、前記スリーブを貫通して延びる開口部を画定する内側テーパ面とを備えるスリーブと、軸線に沿って延びるとともに開口部への挿入するためのコアであって、前記内側テーパ面との係合するための外側テーパ面を備える前記コアとを備える少なくとも1つの締め具組立体と、前記少なくとも1つの締め具組立体を組立集成品に画定された孔に挿入するように構成されたエンドエフェクタと、前記エンドエフェクタに結合されるとともに、前記少なくとも1つの締め具組立体の設置を完了するために前記コアに軸方向力を加えるように構成された締め具打込機とを備える、締め具設置システム。

条項19
前記エンドエフェクタに結合されたホッパであって、複数の締め具組立体を収容するように構成された前記ホッパを更に備える、請求項18に記載の締め具設置システム。

条項20
前記エンドエフェクタに結合された締め具供給ヘッドであって、前記少なくとも1つの締め具組立体を組立集成品における孔に挿入するように構成された前記締め具供給ヘッドを更に備える、条項18に記載の締め具設置システム。

本明細書では、例を使用して、最良の形態を含む、種々の実施形態を開示し、任意の装置又はシステムの製造及び使用並びに任意の包含される方法の実施を含む、それらの実施形態を当業者が実践できるようにする。特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定義され、当業者が想到する他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが特許請求の範囲の文言と相違しない構造的要素を有する場合、又は、それらが特許請求の範囲の文言と本質的でない相違を有する均等な構造的要素を含む場合に、特許請求の範囲の範囲内に含まれるように意図されている。

100 製造及び保守点検方法
102 仕様及び設計
104 材料調達
106 構成要素及び部分組立品の製造
108 システム統合
110 認証及び搬送
112 就航
114 整備及び保守点検
200 航空機
202 機体
204 システム
206 内部
208 推進システム
210 電気システム
212 油圧システム
214 環境システム
300 片側締め具組立体
301 軸線
302 スリーブ
304 コア
306 第1の端部
308 第1の端面
310 第2の端部
312 第2の端面
314 ヘッド部分
316 外側円筒面
318 内側テーパ面
320 開口部
322 第2の内側テーパ面
324 第1の端面
326 第2の端面
328 外側テーパ面
330 保持形状部
332 コーティング
334 球状部
400 組立集成品
402 表層
404 表面
406 裏層
408 裏面
410 開口部、孔
412 皿孔
500 締め具設置システム
502 エンドエフェクタ
504 ホッパ
506 ドリルビット
508 締め具供給ヘッド
510 締め具打込ヘッド
600 方法
D1 直径
D2 直径
D3 直径
D4 直径
D5 直径
D6 直径
L1 スリーブ長さ
L2 コア長さ
α 第1の角度
β 第2の角度

Claims

組立集成品の結合に使用する片側締め具組立体であって、前記締め具組立体が、
外側円筒面と、前記外側円筒面に対して第1の角度に向けられた内側テーパ面であって、スリーブを貫通して延びる開口部を画定する前記内側テーパ面とを備える前記スリーブと、
軸線に沿って延びるとともに前記開口部内への挿入するためのコアであって、前記スリーブへの前記コアの挿入が前記組立集成品との締まり嵌めを形成する前記スリーブの径方向の拡張をもたらすように、前記スリーブの内側テーパ面との係合するための前記軸線に対して第2の角度に向けられた外側テーパ面を備える前記コアと
を備え、
前記スリーブが第1の材料から形成され、且つ前記コアが、前記第1の材料とは異なる第2の材料から形成され、
前記第1の材料の剪断強度が前記第2の材料の剪断強度よりも低く、かつ、前記第1の材料の延性が前記第2の材料の延性よりも高い、片側締め具組立体。
前記第1の材料が、約10キロポンド／平方インチ（KSI）〜約60KSIの範囲内の剪断強度を含み、且つ前記第2の材料が、約40KSI〜約90KSIの範囲内の剪断強度を含む、請求項1に記載の締め具組立体。
前記第1の角度が、前記第2の角度と略同じである、請求項1または2に記載の締め具組立体。
前記コアが、組み立てられたときに前記スリーブのヘッド端面と略面一となる端面を備える、請求項1から3のいずれか一項に記載の締め具組立体。
前記スリーブが第2の内側テーパ面を備え、前記コアは、前記外側円筒面の一部分が径方向外方に拡張されるように前記第2の内側テーパ面に係合するように構成される、請求項1から4のいずれか一項に記載の締め具組立体。
請求項1から5のいずれか一項に記載の片側締め具組立体を組立集成品内に設置する方法であって、前記方法が、
前記片側締め具組立体のコアを前記片側締め具組立体のスリーブに画定された開口部に部分的に挿入するステップであって、前記スリーブの内側テーパ面が前記コアの対応する外側テーパ面を案内するように構成される、前記挿入するステップと、
前記片側締め具組立体が設置されるべき組立集成品における位置を特定するステップと、
前記位置に前記組立集成品を貫通する孔を穿孔するステップと、
前記部分的に組み立てられた片側締め具組立体の前記スリーブを前記孔に挿入するステップと、
前記コアを前記スリーブの開口部に打ち込んで、前記片側締め具組立体の設置を完了するために、前記コアに軸方向力を加えるステップであって、前記スリーブが第1の材料から形成され、且つ前記コアが、前記第1の材料とは異なる第2の材料から形成される、ステップと
を含む、方法。
軸方向力を加えるステップは、前記スリーブのヘッドの端面が前記組立集成品の表面と略面一となるまで前記コアに軸方向力を加えるステップを含む、請求項6に記載の方法。
軸方向力を加えるステップは、前記コアの端面が前記スリーブの前記端面及び前記組立集成品の前記表面と略面一となるまで前記コアに軸方向力を加えるステップを含む、請求項7に記載の方法。
軸方向力を加えるステップは、前記コアの第1の端面が前記スリーブの第1の端面と略面一となるまで前記コアに軸方向力を加えるステップを含む、請求項6から8のいずれか一項に記載の方法。
前記片側締め具組立体の設置が完了した後に前記スリーブのヘッドの端面が前記組立集成品の表面と略面一となるように、前記孔を指定の深さの皿孔形状に加工するステップを更に備える、請求項6から9のいずれか一項に記載の方法。
軸方向力を加えるステップは、前記コアが前記スリーブに係合するとともに前記スリーブの一部分を径方向に並進させるように前記コアに軸方向力を加えるステップを含む、請求項6から10のいずれか一項に記載の方法。
前記挿入するステップ、前記特定するステップ、前記穿孔するステップ、前記挿入するステップ、及び前記加えるステップが、前記組立集成品の同じ側から実施される、請求項6から11のいずれか一項に記載の方法。