特許 7145604 締まり嵌め締結具のためのテーパ状導入部

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-22

(45)【発行日】2022-10-03

(54)【発明の名称】締まり嵌め締結具のためのテーパ状導入部

(51)【国際特許分類】

   F16B 5/02 20060101AFI20220926BHJP

   F16B 35/00 20060101ALI20220926BHJP

   B64C 1/00 20060101ALI20220926BHJP

   B64F 5/10 20170101ALI20220926BHJP

【ＦＩ】

F16B5/02 U

F16B5/02 A

F16B35/00 Q

B64C1/00 A

B64F5/10

【請求項の数】 12

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2017223418

(22)【出願日】2017-11-21

(65)【公開番号】P2018136022

(43)【公開日】2018-08-30

【審査請求日】2020-11-04

(31)【優先権主張番号】15/437,234

(32)【優先日】2017-02-20

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】500520743

【氏名又は名称】ザ・ボーイング・カンパニー

【氏名又は名称原語表記】Ｔｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(74)【代理人】

【識別番号】100163522

【弁理士】

【氏名又は名称】黒田 晋平

(74)【代理人】

【識別番号】100154922

【弁理士】

【氏名又は名称】崔 允辰

(72)【発明者】

【氏名】ブレイク・エー・シンプソン

(72)【発明者】

【氏名】タニイ・シスコ

【審査官】鵜飼 博人

(56)【参考文献】

【文献】特表２００４－５０４９４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０７５８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００８－５１８１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／０１７８２６２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｂ ５／０２

Ｆ１６Ｂ ３５／００

Ｂ６４Ｃ １／００

Ｂ６４Ｆ ５／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の孔を有する第１の構造と第２の孔を有する第２の構造とを締結するための方法であって、前記第１の孔および前記第２の孔が、同じ直径を有しており、
前記第１の孔と前記第２の孔とを位置合わせして前記第１の構造および前記第２の構造を一緒に配置するステップと、
前記第１の構造（１８）の前記第１の孔（１９）の縁部（２１）が締結具（２）のテーパ状導入セクション（１４）に接触して、これを取り囲むまで、前記締結具（２）の噛合部分（８）を前記第１の孔に挿入するステップであって、前記テーパ状導入セクションが、前記噛合部分（８）に向かって徐々にテーパ状であり、２０度以下のテーパ角度を有しており、前記締結具（２）が、頭部（４）と、前記頭部（４）と前記テーパ状導入セクション（１４）とを接続する円柱形のシャンク（６）と、をさらに備え、前記シャンク（６）が、滑らかな外面を有し、前記第１の孔および前記第２の孔の直径よりも大きい直径を有し、前記締結具（２）が、アール状導入セクション（１６）をさらに備え、前記アール状導入セクション（１６）が、前記テーパ状導入セクション（１４）と交わり、前記噛合部分（８）に向かって湾曲しており、所定半径を有する円弧である第２の輪郭を有し、前記噛合部分（８）の最大直径が、前記アール状導入セクション（１６）の最小直径よりも小さい、ステップと、
前記第１の構造および前記第２の構造の前記位置合わせされた前記第１及び第２の孔に前記締結具（２）をさらに押し込んで、前記シャンク（６）を前記第１の孔の前記縁部（２１）に接触させ、前記第１の孔（１９）に押し通し、次に、前記締結具（２）の前記噛合部分（８）が前記第２の構造から突出するまで前記第２の孔に押し通すステップと、
噛合部品（３６、４２）を前記締結具（２）の前記噛合部分（８）に結合するステップと、
を含む方法。

【請求項2】

前記テーパ状導入セクション（１４）の外面が、直円錐の部分である、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記テーパ状導入セクション（１４）の最大直径が、前記シャンク（６）の直径に等しく、前記テーパ状導入セクション（１４）の最小直径が、前記第１の孔および前記第２の孔の直径よりも小さい、請求項１または２に記載の方法。

【請求項4】

前記第２の輪郭が、前記テーパ状導入セクション（１４）の最小径に等しい最大径を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

第１の孔を有する第１の構造要素と、前記第１の構造要素の前記第１の孔と位置合わせされた第２の孔を有する第２の構造要素と、前記第１の構造要素および前記第２の構造要素の前記第１の孔および前記第２の孔のそれぞれの少なくとも部分を前記第１の孔および前記第２の孔と接触した状態で占め、前記第２の構造要素を越えて延びる締結具（３４、４０）と、前記第２の構造要素に当接し、前記締結具（３４、４０）に結合された噛合部品（３６、４２）と、を備えるアセンブリであって、
前記締結具（３４、４０）が、
頭部（３８、４４）と、
前記頭部（３８、４４）から延在し、円筒形の滑らかな外面を備えるシャンク（６）と、
外部突出部を備える噛合部分（８）と、
前記シャンク（６）と前記噛合部分（８）との間に配置された移行部分（１０）と、
を備え、
前記移行部分（１０）が、シャンク／導入部交差部（２２）で前記シャンク（６）と交わるテーパ状導入セクション（１４）と、前記テーパ状導入セクション（１４）と交わるアール状導入セクション（１６）とを備え、
前記テーパ状導入セクション（１４）が、前記噛合部分（８）に向かう第１の軸方向に向かって徐々にテーパ状になっており、直線状でありかつ２０度以下のテーパ角度の第１の輪郭を有し、
前記アール状導入セクション（１６）が、前記第１の軸方向に向かって湾曲しており、所定半径を有する円弧である第２の輪郭を有し、
前記締結具（２）が、アール状導入セクション（１６）をさらに備え、前記アール状導入セクション（１６）が、前記テーパ状導入セクション（１４）と交わり、前記噛合部分（８）に向かって湾曲しており、所定半径を有する円弧である第２の輪郭を有し、前記噛合部分（８）の最大直径が、前記アール状導入セクション（１６）の最小直径よりも小さい、アセンブリ。

【請求項6】

前記締結具（３４、４０）の前記シャンク（６）ならびに前記第１の構造要素および前記第２の構造要素が、互いに接触する、請求項５に記載のアセンブリ。

【請求項7】

前記第１の構造要素および前記第２の構造要素の一方が、複合構造（３０）であり、前記第１の構造要素および前記第２の構造要素の他方が、金属構造（３２）である、請求項５または６に記載のアセンブリ。

【請求項8】

前記噛合部品（３６、４２）が、前記締結具（３４、４０）の前記噛合部分（８）の前記外部突出部と相互係合する雌ネジを備える、請求項５から７のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【請求項9】

前記噛合部品（３６、４２）が、前記締結具（３４、４０）の前記噛合部分（８）の前記外部突出部と相互係合するかしめられたカラー（４２）を備える、請求項５から８のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【請求項10】

前記第１の輪郭が、前記締結具（３４、４０）の中心軸線（２６）と交差する平面内において、前記テーパ状導入セクション（１４）の外面の輪郭であり、前記第２の輪郭が、前記締結具（３４、４０）の前記中心軸線（２６）と交差する前記平面において、前記アール状導入セクション（１６）の外面である、請求項５から９のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【請求項11】

前記テーパ状導入セクション（１４）の最大直径が、前記シャンク（６）の直径に等しく、前記テーパ状導入セクション（１４）の外面が、直円錐の部分である、請求項５から１０のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【請求項12】

前記第２の輪郭が、前記テーパ状導入セクション（１４）の最小径に等しい最大径を有することを特徴とする請求項５から１１のいずれか１項に記載のアセンブリ。

【発明の詳細な説明】

【背景技術】

【0001】

本開示は、一般に、２つ以上の構造またはワークピース（これらの少なくとも一方は繊維強化プラスチックのような複合材料で作られている）を、それぞれの層の孔の中への締結具の高い締まり嵌めが達成されるように、互いに固定する締結具の使用に関する。特に、本開示は、ボルトまたはピンおよび噛合部品（例えば、ナットまたはカラー）を備えるが、締結具の周囲のスリーブを含まない締まり嵌め締結具アセンブリに関する。

【0002】

材料の複数の層を互いに締結するための通常の手法は、層をクランプし、孔を穿孔し、次に、ある種類の締結具を孔に挿入し、それによって層を互いに固定するというものである。締結具は、通常、層の受入孔に動き嵌めまたは隙間嵌め(net or clearance fit)で挿入される。多くの用途では、これで十分である。しかしながら、組み立てられた構造が周期的な負荷を受けるとき、その孔内の締結具の嵌合の緩みが、その孔内における締結具の連続的な動作をもたらす。これは、結果として、締結具または特定の孔に隣接する周囲の層の領域のいずれかのフレッティングおよび疲労の問題を引き起こし得る。

【0003】

上記の問題を解決するために、孔の中への締結具の高い締まり嵌めの利用が、組み立てられた構造の周期的な負荷によるこのフレッティングの大部分を効果的に防止することができることが知られている。高い締まり嵌めにより、動きを低減し、その結果、疲労性能を向上させるよりきつい接合部が形成される。多くの場合、大きく形成された締結具は、層の受入孔に直接入れられる。典型的には、何らかの潤滑剤が、締結具が孔に押し込まれる際の磨耗する傾向を低減するために、組立て前に締結具および孔に塗布される。他の場合には、動き嵌めまたは隙間嵌めでスリーブを孔に滑り込ませた後、締まり嵌め状態を作り出すために、潤滑剤の有無にかかわらず、大きく形成された締結具を入れて、スリーブを半径方向に拡大させる。

【0004】

現在、航空機製造における複合材翼構造の組立てに使用される締結具には、２つの主な解決策、すなわち、（１）スリーブ付きボルトシステムおよび（２）キャップシールを有する隙間嵌め締結具がある。スリーブ付きボルトシステムの使用は、以下の欠点、すなわち、（ａ）部品が複雑な取付方法を必要とすること、（ｂ）損傷を防ぐために部品を注意深く取り扱う必要があること、および（ｃ）システムが広範囲のインプロセス測定を必要とすること（この結果、組立時間が長くなる）を伴う。キャップシールを有する隙間嵌め締結具の使用は、以下の欠点、すなわち、（ａ）このシステムでは、時間の経過とともに接合部の撓みが大きくなり、疲労性能に影響を及ぼすこと、および（ｂ）シールキャップの適用に要する時間の量が組立時間を増加させることを伴う。さらに、金属製の航空機構造に使用される既存の締まり嵌めの解決策は、締結具を取り付ける際の取付力の負荷を低減するように最適化されないことがある。取付力の負荷が高いと、複合材料が亀裂を生じたり、過度に剥離したりする可能性がある。

【0005】

取付力の負荷を低減し、前の段落で確認した欠点の１つ以上に対処する、複合材料の取付けのための改善された締まり嵌め締結具を提供することが望ましい。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

以下で詳細に開示される主題は、２つ以上の構造を互いに取り付けるための締まり嵌め締結具に関する。各締まり嵌め締結具は、シャンクと噛合部分との間にテーパ状導入セクションを有する、外部突出部を有する締結具を備える。以下で詳細に開示される実施形態では、テーパは直線状であり、したがって、テーパ状導入セクションの外面は、直円錐の部分である。この直線的にテーパ状の導入構造は、締まり嵌め孔における取付力を低減し、その結果、接合部の疲労寿命を延ばし、気密性を高め、電磁気の影響を受けにくくする。直線的にテーパ状の導入構造は、ボルトが、締結される構造に押し込まれるときに材料を徐々に圧縮するのを助けることによって上記を達成する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

少なくとも一部の実施形態によれば、締まり嵌め締結具は、シャンクと、外部突出部を有する噛合部分との間に配置された移行部分を有する締結具を備え、移行部分は、シャンク／導入部交差部でシャンクと交わるテーパ状導入セクションと、テーパ状導入セクションと交わるアール状導入セクションと、を備える。テーパ状導入セクションは、噛合部分に向かう第１の軸方向に向かって徐々にテーパ状になっており、直線状であり２０度以下のテーパ角度の第１の輪郭を有し、アール状導入セクションは、第１の軸方向に向かって急に湾曲しており、所定半径を有する円弧である第２の輪郭を有する。

【0008】

本明細書で使用される場合、「外部突出部」という用語は、少なくとも以下の種類、すなわち、（１）雄ネジおよび（２）外部環状リングを包含するように広義に解釈されるべきである。例示のために、以下では、雄ネジを有する締結具の例について説明する。しかしながら、本明細書に開示され、特許請求される概念は、外部環状リングを有する締まり嵌め締結具にも適用される。したがって、以下で詳細に開示される主題は、以下の態様のうちの１つ以上によって特徴付けられ得る。

【0009】

以下で詳細に開示される主題の一態様は、第１の孔を有する第１の構造と、第２の孔を有する第２の構造とを締結するための方法であって、第１の孔および第２の孔が、同じ直径を有し、第１の孔と第２の孔とを位置合わせして第１の構造および第２の構造を一緒に配置するステップと、第１の構造の孔の縁部が、２０度以下のテーパ角度を有する、噛合部分に向かって徐々にテーパ状の、締結具のテーパ状導入セクションに接触して、これを取り囲むまで、締結具の噛合部分を第１の構造の孔に挿入するステップであって、締結具が、頭部、および頭部とテーパ状導入セクションとを接続する円柱形のシャンクをさらに備え、シャンクが、孔の直径よりも大きい直径を有するステップと、位置合わせされた第１の孔および第２の孔に締結具をさらに押し込んで、シャンクを第１の孔の縁部に接触させ、第１の孔に押し通し、次に、締結具の噛合部分が第２の構造から突出するまで第２の孔に押し通すステップと、噛合部品を締結具の噛合部分に結合するステップとを含む方法である。一実施形態によれば、テーパ状導入セクションの外面は、直円錐の部分であり、テーパ状導入セクションの最大直径は、シャンクの直径に等しく、テーパ状導入セクションの最小直径は、第１の孔および第２の孔の直径よりも小さい。一実施形態によれば、締結具は、アール状導入セクションをさらに備え、アール状導入セクションは、テーパ状導入セクションと交わり、噛合部分に向かって急に湾曲しており、所定半径を有する円弧である第２の輪郭を有し、噛合部分の最大直径は、アール状導入セクションの最小直径よりも小さい。

【0010】

本明細書で開示される主題の別の態様は、第１の孔を有する第１の構造と、第２の孔を有する第２の構造とを締結するための方法であって、第１の孔および第２の孔が、同じ孔直径を有し、第１の孔と第２の孔とを位置合わせして第１の構造および第２の構造を一緒に配置するステップと、第１の構造の第１の孔の縁部が締結具のテーパ状導入セクションに接触して、これを取り囲むまで、締結具の噛合部分を第１の孔に挿入するステップであって、テーパ状導入セクションが、噛合部分に向かって徐々にテーパ状であり、締結具が、頭部と、頭部とテーパ状導入セクションとを接続する円柱形のシャンクと、をさらに備え、シャンクが、孔直径よりも大きいシャンク直径を有し、シャンクと第１の孔との間の締め代量(amount of interference)が、０．００４インチ以下であるステップと、第１の構造および第２の構造の位置合わせされた孔に締結具をさらに押し込んで、シャンクを第１の孔の縁部に接触させ、第１の孔に押し通し、次に、締結具の噛合部分が第２の構造から突出するまで第２の孔に押し通すステップと、噛合部品を締結具の噛合部分に結合するステップと、を含む方法である。

【0011】

本明細書で開示される主題のさらなる態様は、締結具と該締結具に結合された噛合部品とを備える締結具アセンブリであって、締結具が、頭部と、頭部から延在するシャンクであって、円筒形の外面を備え、６／３２から１６／３２インチの範囲のシャンク直径を有するシャンクと、外部突出部を備える噛合部分と、シャンクと噛合部分との間に配置された移行部分と、を備え、移行部分が、シャンク／導入部交差部でシャンクと交わるテーパ状導入セクションと、テーパ状導入セクションと交わるアール状導入セクションと、を備える締結具アセンブリである。第１の態様などでは、テーパ状導入セクションは、噛合部分に向かう第１の軸方向に向かって徐々にテーパ状になっており、直線状の第１の輪郭、０．０６２から０．０９２インチの範囲のテーパ長さ、および２０度以下のテーパ角度を有し、アール状導入セクションは、第１の軸方向に向かって急に湾曲しており、所定半径を有する円弧である第２の輪郭を有する。

【0012】

一部の実施形態によれば、締結具は、ボルトを備え、噛合部品は、ボルトの噛合部分の外部突出部と相互係合する雌ネジを有するナットを備える。他の実施形態によれば、締結具は、ピンを備え、噛合部品は、ピンの噛合部分の外部突出部と相互係合するカラーを備える。

【0013】

本明細書で開示される主題のさらに別の態様は、第１の孔を有する第１の構造要素と、第１の構造要素の第１の孔と位置合わせされた第２の孔を有する第２の構造要素と、周囲のスリーブなしに第１の構造要素および第２の構造要素の孔のそれぞれの少なくとも部分を占め、第２の構造要素を越えて延びる締結具と、第２の構造要素に当接し、締結具に結合された噛合部品とを備えるアセンブリであって、締結具が、頭部と、頭部から延在し、円筒形の外面を備えるシャンクと、外部突出部を備える噛合部分と、シャンクと噛合部分との間に配置された移行部分とを備え、移行部分が、シャンク／導入部交差部でシャンクと交わるテーパ状導入セクションと、テーパ状導入セクションと交わるアール状導入セクションとを備えるアセンブリである。テーパ状導入セクションは、噛合部分に向かう第１の軸方向に向かって徐々にテーパ状になっており、直線状の第１の輪郭および２０度以下のテーパ角度を有し、アール状導入セクションは、第１の軸方向に向かって急に湾曲しており、所定半径を有する円弧である第２の輪郭を有する。一部の実施形態によれば、第１の構造要素および第２の構造要素の一方は、複合材料で作られ、第１の構造要素および第２の構造要素の他方は、金属材料で作られる。他の実施形態によれば、どちらの構造要素も、複合材料で作られる。締結具ならびに第１の構造要素および第２の構造要素は、これらの間のスリーブなしに互いに接触する。

【0014】

２つ以上の構造を互いに取り付けるための改善された締まり嵌め締結具の他の態様は以下で開示される。

【0015】

前のセクションで述べた特徴、機能、および利点は、様々な実施形態において単独で達成されてもよいし、さらに他の実施形態において組み合わされてもよい。以下、上で説明した態様および他の態様を例示するために、図面を参照しながら様々な実施形態について説明する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】締まり嵌めボルトの部分断面図を示す図である。

【図2】一実施形態によるテーパ状導入セクションの形状を示す、図１に示されている破線の楕円Ａ内の締まり嵌めボルトの部分図を示す図である。

【図3】構造の締まり嵌め孔(interference hole)に押し込まれている最中の締まり嵌めボルトの部分断面図を示す図である。

【図4】代替実施形態による、スリーブなしの締まり嵌め締結具アセンブリによって保持された複合構造および金属構造を備えるアセンブリの部分断面図を示す図であり、この締結具アセンブリは、雄ネジを有するピンと、雄ネジと相互係合する雌ネジを有するカラーとを備える。

【図5】さらなる実施形態による、スリーブなしの締まり嵌め締結具アセンブリによって保持された複合構造および金属構造を備えるアセンブリの部分断面図を示す図であり、この締結具アセンブリは、雄ネジを有するピンと、雄ネジと相互係合するかしめられたカラーとを備える。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下では、異なる図面における同様の要素に同じ参照番号が付されている図面を参照する。

【0018】

次に、例示のために締まり嵌め締結具の様々な実施形態について詳細に説明する。以下に開示する詳細の少なくとも一部は、任意選択の特徴または態様に関し、これらは、一部の用途は、本明細書に添付の特許請求の範囲から逸脱することなく省略されてもよい。

【0019】

特に、以下では、２つの構造を互いに取り付けるための締まり嵌め締結具の例示的な実施形態についてある程度詳細に説明する。以下に挙げる例では、一方の構造は、金属材料（例えば、金属合金）で作られ、他方の構造は、複合材料（例えば、繊維強化プラスチック）で作られている。しかしながら、代替例では、どちらの構造も複合材料で作られていてもよいし、あるいは、どちらの構造も金属材料で作られていてもよい。さらに、本明細書で開示する概念は、３つ以上の構造の互いの取付けにも適用されることを理解されたい。

【0020】

図１は、締まり嵌めボルト２（以下、「ボルト２」）の部分断面図を示す図である。ボルト２は、構造の皿穴に埋められるように設計された頭部４と、頭部４から延在するシャンク６とを備える。頭部４は、ドリルセンターディンプル(drill center dimple)２８を有する。シャンク６は、円筒形の外面を備える。ボルト２は、ネジ部分８をさらに備え、ネジ部分８は、シャンク６とネジ部分８との間に配置された移行部分１０によってシャンク６に接続された雄ネジ８ａを備える。ネジ部分８は、六角形の凹部２０を有し、六角形の凹部２０には、噛合部品を雄ネジ８ａの周りで回転させる間にわたってボルト２を適所に保持するために、取付け時にアレンキーを挿入することができる。

【0021】

図２は、図１に示されている破線の楕円Ａ内のボルト２の部分図を示す図である。ボルト２の図示されている部分は、ネジ部分８の始点を表す、不完全ネジ８ｂの部分を含む。この図は、一実施形態による移行部分１０の形状を示す。移行部分１０は、シャンク／導入部交差部２２（図２では真っすぐな垂直破線で示されている）でシャンク６と交わるテーパ状導入セクション１４と、テーパ状導入セクション１４と交わるアール状導入セクション１６とを備える。移行部分１０は、アール状導入セクション１６とネジ部分８との間に移行セクション２４をさらに備える。この移行セクション２４は、ボルト２の中心軸線２６の周りを巡る波形の湾曲部によって形作られた外面を有し、テーパ状導入セクション１４の最小直径Ｄよりも小さい直径を有する。さらに、ボルト２のネジ部分８は、最小直径Ｄよりも小さい最大直径を有する。

【0022】

テーパ状導入セクション１４は、ネジ部分８に向かう第１の軸方向に向かって徐々にテーパ状になっており、直線状の第１の輪郭を有する。アール状導入セクション１６は、第１の軸方向に向かって急に湾曲しており、所定半径を有する円弧である第２の輪郭を有する。

【0023】

誤解を避けるために、移行部分１０の第１の輪郭および第２の輪郭を以下のように規定する。第１の輪郭は、ボルト２の中心軸線２６と交差する平面において、テーパ状導入セクション１４の外面の輪郭である。第２の輪郭は、中心軸線２６と交差する平面において、アール状導入セクション１６の外面である。一実施形態によれば、中心軸線２６と交差する平面における、シャンク６の輪郭は、移行部分１０の第１の輪郭に接する。テーパ状導入セクション１４の直線的にテーパ状の導入構造は、締結される構造にボルト２を押し込むときに材料を徐々に圧縮するのを助ける。

【0024】

ボルト２の寸法は、互いに締結される構造の厚さおよびこれらの構造の位置合わせ孔の直径に応じて変更されることを理解されたい。様々な例によれば、テーパ状導入セクション１４のテーパ長さは、シャンク直径が６／３２から１６／３２インチの範囲のボルトまたはピンの場合、０．０６２インチから０．０９２インチの範囲内であってもよく、テーパ状導入セクション１４のテーパ角度は、２０度以下であってもよく、アール状導入セクション１６の半径ｒは、約０．０１インチであってもよい。テーパ状導入セクション１４の長さＬとシャンク直径Ｄとの関係は、Ｄ＝－０．４５７８＋１０．４４３Ｌの関数で表すことができる。

【0025】

第１の孔を有する第１の構造と、第１の孔と同じ直径を有する第２の孔を有する第２の構造とを締結するために、ボルト２のような雄ネジ付き締結具を使用することができる。一実施形態によれば、本方法は、以下のステップ、すなわち、第１の孔と第２の孔とを位置合わせして第１の構造および第２の構造を一緒に配置するステップと、第１の構造の孔の縁部がテーパ状導入セクション１４に接触して取り囲むまでボルト２のネジ部分８を第１の構造の孔に挿入するステップと、第１の構造および第２の構造の位置合わせされた孔にボルト２をさらに押し込んで、シャンク６を第１の構造の孔の縁部に接触させ、第１の構造の孔に押し通し、次に、ボルト２のネジ部分８が第２の構造から突出するまで第２の構造の孔に押し通すステップと、ボルト２のネジ部分８に噛合部品を結合するステップとを含む。先に説明したように、テーパ状導入セクション１４は、ネジ部分８に向かって徐々にテーパ状になっており、２０度以下のテーパ角度を有し、一方、シャンク６は、円柱形であり、第１の孔および第２の孔の直径よりも大きい直径を有する。一実施形態によれば、テーパ状導入セクション１４の外面は、直円錐の部分であり、テーパ状導入セクション１４の最大直径は、シャンク６の直径に等しく、テーパ状導入セクション１４の最小直径は、第１の孔および第２の孔の直径よりも小さい。

【0026】

取付け時、締結される構造の位置合わせされた孔にボルト２を打ち込むために、手動のリベットガンまたは自動システムを使用することができる。図３は、構造１８の締まり嵌め孔１９に押し込まれている最中のボルト２の一部を示す。ボルト２は、構造１８の孔１９の直径よりも大きい直径を有する円柱形のシャンク６（シャンク直径と孔の直径との差の２分の１を、以下では「締め代量」と呼ぶ）と、テーパ状導入セクション１４と、アール状導入セクション１６と、ネジ部分８（雄ネジは図３には図示せず）とを備える。テーパ状導入セクション１４の最大直径は、シャンク６の直径に等しく、テーパ状導入セクション１４の最小直径は、構造１８の孔１９の直径よりも小さい。孔１９は、ボルト２が締まり嵌め孔１９に押し込まれるにつれてテーパ状導入セクション１４に沿って摺動する縁部２１を有する。縁部２１は、アール状であってもよい締め代量（好ましくは０．００４インチを超えない）およびテーパ角度に応じて、孔１９の縁部２１は、ボルトの挿入時にテーパ長さの様々な割合でテーパ状導入セクション１４に沿って徐々に摺動される。テーパ状導入セクション１４の緩やかなテーパ角度は、力を約３００～５００ｌｂ程度低減し、その結果、構造１８の損傷の可能性を低減する。

【0027】

ボルト２は、ネジ部分８が最後の構造から突出するまで、締結される構造の位置合わせされた締まり嵌め孔に押し込まれる。次に、噛合部品（図３には図示せず）が、指定の締付力でネジ部分８に配置される。場合により、噛合部品は、雌ネジを有する開口部と、レンチまたは同様の工具によって係合されるように設計された非円形の締め面(wrenching surface)（例えば、六角形の）とを有するナットの形態をとってもよい。しかしながら、種々のカラーおよびナットが、本明細書に開示されている締結具と互換性があることを理解されたい。図４および図５を参照して、適切なカラーの２つの例について以下で説明する。

【0028】

図４は、代替実施形態による、スリーブなしの締まり嵌め締結具アセンブリによって保持された複合構造３０および金属構造３２を備えるアセンブリの部分断面図を示す図である。締結具アセンブリは、雄ネジを有する締まり嵌めピン３４（以下、「ピン３４」）と、ピン３４の雄ネジと相互係合する雌ネジを有する残りのカラー部分３６ａとを備える。図４は、残りのカラー部分３６ａから分離される前は残りのカラー部分３６ａに接続されていたカラー締め要素３６ｂも示している。カラー締め要素３６ｂは、レンチまたは同様の工具によって係合されるように設計された非円形の締め面（例えば、六角形の）を有するが、残りのカラー部分３６ａは、締め面を有しておらず、その結果、カラーの重量は、ナットの重量に比べて低減されている。例えば、残りのカラー部分３６ａの外形は、円形であってもよい。残りのカラー部分３６ａおよびカラー締め要素３６ｂのこの最初の接合状態（すなわち、締め作業前の）が、図４の上側の中括弧によって示されているカラー３６を形成する。

【0029】

詳細には示していないが、図４に示されているピン３４は、図１に見られるボルト２の対応する構造と同様のシャンク６、ネジ部分８、および移行部分１０を備える。より具体的には、移行部分１０は、図２に示した形状および上記した寸法を有するテーパ状導入セクション１４およびアール状導入セクション１６を備える。図４は、突出する頭部３８を有するピン３４を示しているが、ピン３４は、代替例では皿穴に埋められる頭部（すなわち、皿頭）を有してもよい。

【0030】

図４に示した種類の締結具アセンブリを取り付ける手順は周知である。このような締結具アセンブリは、電動工具または手動工具を用いて、締結される構造の一方の側から１人で取り付けることができる。この手順は、校正されたトルクレンチおよびトルク検査を必要としない。カラー３６は、ピン３４のネジ部分８に螺合され、次に、各締結具に指定の予圧が生じるまで締め付けられる。カラー締め要素３６ｂは、図４に示すように、残りのカラー部分３６ａを残して、設計された予圧で破断する。トルクオフ時のカラー締め要素３６ｂの除去により、締結具アセンブリの重量が節約される。締結具アセンブリは、ロボットシステムを用いてピンを構造に挿入して打ち込み、別のロボットまたは人間によって構造の反対側からカラーを締め付けることで取り付けることもできる。

【0031】

図５は、さらなる実施形態による、スリーブなしの締まり嵌め締結具アセンブリによって保持された複合構造３０および金属構造３２を備えるアセンブリ（以下では「接合構造」と呼ぶ）の部分断面図を示す図である。この締結具アセンブリ（しばしばロックボルトと呼ばれる）は、雄ネジを有する締まり嵌めピン４０（以下、「ピン４０」）と、ピン４０の雄ネジと相互係合するかしめられたカラー４２とを備える。代替実施形態では、ピン４０は、雄ネジの代わりに外部環状リングを有してもよい。

【0032】

詳細には示していないが、図５に示されているピン４０は、図１に見られるボルト２の対応する構造と同様のシャンク６、ネジ部分８、および移行部分１０を備える。より具体的には、移行部分１０は、図２に示した形状および上述した寸法を有するテーパ状導入セクション１４およびアール状導入セクション１６を備える。図５は、皿穴に埋められる頭部（すなわち、皿頭）４４を有するピン４０を示しているが、ピン４０は、代替例では突出する頭部を有してもよい。

【0033】

図５に示すピン４０は、接合構造の一方の側に挿入され、かしめられていないカラー（図５には図示せず）は、接合構造の他方の側からピン４０に被せて配置される。接合構造の両側への接近が必要である。ロックボルトの取付工程の間に、かしめられていないカラー（隙間嵌め金属リングの形態の）は、ネジ部分８にロック溝を有するピン４０の周りで変形される。図５には示していないが、典型的なロックボルトの取付手順の最初に、ピン４０がピンテールに接続されることは周知である。次に、工具が、ピンテールに係合される。その後、ピン頭部４４が金属構造３２へ引っ張られ、かしめられていないカラーが複合構造３０に押し付けられて、複合構造３０および金属構造３２が引き合わされる。次に、工具の円錐形の空洞によってカラーが押し下げられ、これにより、カラーの直径が減少し、より硬いピン４０の溝にカラーの材料が徐々にかしめられ、その結果、かしめられたカラー４２が形成される。この過程でかしめに必要な力が増加したときに、ピンテール（図示せず）が破断すると、取付けは完了する。ピン４０とかしめられたカラー４２とが組み合わさって締結具アセンブリを形成する。

【0034】

本明細書に開示されているボルトおよびピンは、好ましくは、チタン合金、アルミニウム合金、インコネル鋼、または耐食鋼のような金属合金で作られる。本明細書に開示されているカラーは、好ましくは、チタン合金、アルミニウム合金、または耐食鋼で作られる。ボルト、ピン、およびカラーは、好ましくはコーティングまたは部分的にコーティングされる。コーティングは、アルミニウム顔料コーティング、固体薄膜潤滑剤、金属めっき（カドミウムめっき、亜鉛ニッケルなど）の任意の組み合わせであってもよい。各コーティングは、上に塗布されるセチルアルコールのような追加の潤滑剤を有してもよい。

【0035】

本明細書に開示されている締まり嵌め締結具は、航空機の製造中の複合材翼構造の組立てに特に有用である。提案したシステムは、既存のシステムに勝る以下の利点を有する。

【0036】

本明細書に開示されている締まり嵌め締結具は、スリーブ要素を除去することによって、提案した締結具アセンブリが製造上の複雑さを低減し、部品コストを低減する点で、スリーブ付きボルトに勝る利点を有する。これらのボルトまたはピンを締まり嵌めで取り付けることにより、従来のスリーブ付きボルトの組立工程に比べて、組立時間が大幅に短縮される。

【0037】

本明細書に開示されている締まり嵌め締結具は、隙間嵌め締結具に比べて締まり嵌め締結具により疲労結果が改善される点で、キャップシールを有する隙間嵌め締結具の取付けに勝る利点を有する。これらの締結具は、航空機の最も疲労しやすい重要な領域に取り付けられる。現在、業界の締結具の半径は、複合材料への締まり嵌めを助ける導入部によって最適化されていない（これは、最適でない導入構造に起因して高い取付力を生じ得る）。本明細書で提案される導入構造は、締結具が孔に「つっかえる」こと、または取付中の構造の過度の損傷を防止するのに役立つ。このシステムはキャップシールを追加する必要がないため、組立時間が短縮される。

【0038】

さらに、本開示は、以下の付記項に係る実施形態を含む。

【0039】

付記項１．第１の孔を有する第１の構造と、第２の孔を有する第２の構造とを締結するための方法であって、第１の孔および第２の孔が、同じ直径を有し、第１の孔と第２の孔とを位置合わせして第１の構造および第２の構造を一緒に配置するステップと、第１の構造の第１の孔の縁部が、２０度以下のテーパ角度を有する、噛合部分に向かって徐々にテーパ状の、締結具のテーパ状導入セクションに接触して、これを取り囲むまで、締結具の噛合部分を第１の孔に挿入するステップであって、締結具が、頭部、および頭部とテーパ状導入セクションとを接続する円柱形のシャンクをさらに備え、シャンクが、第１の孔および第２の孔の直径よりも大きい直径を有するステップと、第１の構造および第２の構造の位置合わせされた孔に締結具をさらに押し込んで、シャンクを第１の孔の縁部に接触させ、第１の孔に押し通し、次に、締結具の噛合部分が第２の構造から突出するまで第２の孔に押し通すステップと、噛合部品を締結具の噛合部分に結合するステップとを含む方法。

【0040】

付記項２．テーパ状導入セクションの外面が、直円錐の部分である、付記項１に記載の方法。

【0041】

付記項３．テーパ状導入セクションの最大直径が、シャンクの直径に等しく、テーパ状導入セクションの最小直径が、第１の孔および第２の孔の直径よりも小さい、付記項１または２に記載の方法。

【0042】

付記項４．締結具が、アール状導入セクションをさらに備え、アール状導入セクションが、テーパ状導入セクションと交わり、噛合部分に向かって急に湾曲しており、所定半径を有する円弧である第２の輪郭を有する、付記項１から３のいずれか一項に記載の方法。

【0043】

付記項５．噛合部分の最大直径が、アール状導入セクションの最小直径よりも小さい、付記項４に記載の方法。

【0044】

付記項６．第１の孔を有する第１の構造と、第２の孔を有する第２の構造とを締結するための方法であって、第１の孔および第２の孔が、同じ孔直径を有し、
第１の孔と第２の孔とを位置合わせして第１の構造および第２の構造を一緒に配置するステップと、第１の構造の第１の孔の縁部が、噛合部分に向かって徐々にテーパ状の、締結具のテーパ状導入セクションに接触して、これを取り囲むまで、締結具の噛合部分を第１の孔に挿入するステップであって、締結具が、頭部、および頭部とテーパ状導入セクションとを接続する円柱形のシャンクをさらに備え、シャンクが、孔直径よりも大きいシャンク直径を有し、シャンクと第１の孔との間の締め代量が、０．００４インチ以下であるステップと、第１の構造および第２の構造の位置合わせされた孔に締結具をさらに押し込んで、シャンクを第１の孔の縁部に接触させ、第１の孔に押し通し、次に、締結具の噛合部分が第２の構造から突出するまで第２の孔に押し通すステップと、噛合部品を締結具の噛合部分に結合するステップと
を含む方法。

【0045】

付記項７．噛合部品が、最初はカラー締め要素に接続されているカラーであり、噛合部品を締結具の噛合部分に結合するステップが、カラーを噛合部分に螺合し、次に、カラー締め要素を破断させるのに十分な予圧が生じるまで締め付けることを含む、付記項６に記載の方法。

【0046】

付記項８．噛合部品が、カラーであり、噛合部品を締結具の噛合部分に結合するステップが、カラーをかしめることを含む、付記項６または７に記載の方法。

【0047】

付記項９．テーパ状導入セクションの外面が、直円錐の部分である、付記項６、７、または８に記載の方法。

【0048】

付記項１０．テーパ状導入セクションの最大直径が、シャンクの直径に等しく、テーパ状導入セクションの最小直径が、第１の孔および第２の孔の直径よりも小さい、付記項６から９のいずれか一項に記載の方法。

【0049】

付記項１１．締結具が、アール状導入セクションをさらに備え、アール状導入セクションが、テーパ状導入セクションと交わり、噛合部分に向かって急に湾曲しており、所定半径を有する円弧である第２の輪郭を有する、付記項６から１０のいずれか一項に記載の方法。

【0050】

付記項１２：噛合部分の最大直径が、アール状導入セクションの最小直径よりも小さい、付記項１１に記載の方法。

【0051】

付記項１３：第１の孔を有する第１の構造要素と、第１の構造要素の第１の孔と位置合わせされた第２の孔を有する第２の構造要素と、周囲のスリーブなしに第１の構造要素および第２の構造要素の第１の孔および第２の孔のそれぞれの少なくとも部分を占め、第２の構造要素を越えて延びる締結具と、第２の構造要素に当接し、締結具に結合された噛合部品とを備えるアセンブリであって、締結具が、頭部と、頭部から延在し、円筒形の外面を備えるシャンクと、外部突出部を備える噛合部分と、シャンクと噛合部分との間に配置された移行部分とを備え、移行部分が、シャンク／導入部交差部でシャンクと交わるテーパ状導入セクションと、テーパ状導入セクションと交わるアール状導入セクションとを備え、テーパ状導入セクションが、噛合部分に向かう第１の軸方向に向かって徐々にテーパ状になっており、直線状の第１の輪郭および２０度以下のテーパ角度を有し、アール状導入セクションが、第１の軸方向に向かって急に湾曲しており、所定半径を有する円弧である第２の輪郭を有するアセンブリ。

【0052】

付記項１４．締結具のシャンクならびに第１の構造要素および第２の構造要素が、これらの間のスリーブなしに互いに接触する、付記項１３に記載のアセンブリ。

【0053】

付記項１５．第１の構造要素および第２の構造要素の一方が、複合構造であり、第１の構造要素および第２の構造要素の他方が、金属構造である、付記項１３または１４に記載のアセンブリ。

【0054】

付記項１６．噛合部品が、締結具の噛合部分の外部突出部と相互係合する雌ネジを備える、付記項１３、１４、または１５に記載のアセンブリ。

【0055】

付記項１７．噛合部品が、締結具の噛合部分の外部突出部と相互係合するかしめられたカラーを備える、付記項１３から１６のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【0056】

付記項１８．第１の輪郭が、締結具の中心軸線と交差する平面内において、テーパ状導入セクションの外面の輪郭であり、第２の輪郭が、締結具の中心軸線と交差する平面において、アール状導入セクションの外面である、付記項１３から１７のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【0057】

付記項１９．テーパ状導入セクションの最大直径が、シャンクの直径に等しく、テーパ状導入セクションの外面が、直円錐の部分である、付記項１３から１８のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【0058】

付記項２０．噛合部分の最大直径が、アール状導入セクションの最小直径よりも小さい、付記項１３から１９のいずれか一項に記載のアセンブリ。

【0059】

２つの構造を互いに取り付けるための締まり嵌め締結具について、様々な実施形態を参照して説明したが、当業者ならば、以下に記載の特許請求の範囲から逸脱することなく、様々な変更を行うことができ、その要素を均等物で置き換えることができることを理解するであろう。さらに、特許請求の範囲から逸脱することなく、本明細書の教示を特定の状況に適合させるために多くの修正を行うことができる。

【0060】

特許請求の範囲で使用される場合、「外部突出部」という用語は、少なくとも以下の種類、すなわち、（１）雄ネジおよび（２）外部環状リングを包含するように広義に解釈されるべきである。特許請求の範囲で使用される場合、「噛合部品」というカテゴリは、雌ネジ付きナットおよびカラーおよびかしめされるカラーを含む。特許請求の範囲で使用される場合、「締結具アセンブリ」という用語は、少なくとも以下のそれぞれ、すなわち、（１）互いに結合されるボルトおよびナット、（２）互いに結合されるボルトおよびカラー、（３）互いに結合されるピンおよびカラー、および（４）互いに結合されるピンおよびナットとして読まれるように広義に解釈されるべきである。

【符号の説明】

【0061】

２ 締まり嵌めボルト，ボルト、４ 頭部、６ シャンク、８ ネジ部分、８ａ 雄ネジ、８ｂ 不完全ネジ、１０ 移行部分、１４ テーパ状導入セクション、１６ アール状導入セクション、１８ 構造、１９ 締まり嵌め孔、２０ 六角形の凹部、２１ 縁部、２２ シャンク／導入部交差部、２４ 移行セクション、２６ 中心軸線、２８ ドリルセンターディンプル、３０ 複合構造、３２ 金属構造、３４ 締まり嵌めピン、３６ カラー、３６ａ カラー部分、３６ｂ カラー締め要素、３８ 突出する頭部、４０ 締まり嵌めピン、４２ かしめられたカラー、４４ ピン頭部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】