JP2017083013A - 封止ナット - Google Patents

Abstract

【課題】封止ナットを提供すること。【解決手段】本発明は、ナット及び変形可能封止リングを備える封止ナットに関し、ナットは、環状体、座ぐり部を備える基部、及び基部内に作製したボアを備え、ボアは、第１の内側半径と第２の内側半径との間に延在する長さ部を有する環状背壁を備え、封止リングは、環状体、及び背壁に接して載置するのに適した端面を備え、端面は、内側半径と外側半径との間に延在する長さ部を有する。ボアの背壁の長さ部とリングの端面の長さ部との間の比率は、２０から４５％の間である。本発明は、飛行機構造体の組立てに使用することができる。【選択図】 図５

Description

本発明は、一般に、封止ナットに関し、詳細には、封止リングを備えるナットに関する。

封止ナットは、構造要素を組み立てるために航空産業で使用するものであり、この封止ナットに、ボルト、又は外ねじを有する同等の構成要素を挿入する。というのは、上記構造要素が流体及び蒸気に対し不浸透性である組立体を必要とするためである。

主にせん断応力、牽引応力又はこれら２つの組合せを受ける構造要素を組み立てなければならない場合、平滑な円筒又は円錐軸部分を有するボルトを使用し、このボルトは、ある厚さ範囲の組立て要素に上記軸部分を完全に通すことを可能にする長さ部を有する。軸部の長さ部は、最小厚さ（「最小グリップ」）から最大厚さ（「最大グリップ」）の間で変化する厚さの組立体を受け入れ、この差は、通常１．６ｍｍ（英国度量衡法で１／１６インチ）である。この厚さ範囲を英語で「ｇｒｉｐ ｃａｐａｃｉｔｙ（グリップ能力）」と呼ぶ。

したがって、使用するボルト軸部の円筒又は円錐部分は、ボルトを組み付けることができる最小厚さを有する要素にボルトを通す場合、上記範囲の長さだけ突出する。反対に、円筒又は円錐部分は、ボルトを組み付けることができる最大厚さを有する要素にボルトを通す場合、突出しない。

更に、せん断ボルトは、一般に、ねじ山の最大外径よりも大きい外径を有する軸部を備える。

したがって、構造要素を組み立てるには、せん断ボルト又は張力ボルトと共に、図１に示すナット１０を使用することが必要であり、このナットは、支承表面１４内に作製した空間１２を備え、支承表面１４は、締めるべき要素の１つの表面Ｓと接触することを目的とする。支承表面１４とナットの最初のねじ山との間に作製するこの空間は、慣習的に座ぐりと呼ばれ、様々な形状及び寸法を有することができる。上記に示す例では、座ぐり部は、最大１．６ｍｍのボルト軸部を受け入れることができ、このボルト軸部は、最小厚さを有する構造体から突出し得る。

いくつかのケースでは、これらのナットは封止ナットでもなければならない。そのようなナットを図２に示す。全体がＴｅｆｌｏｎ（登録商標）製である変形可能封止リング１６は、座ぐり部１２に作製したボア１８内に配置する。リング１６は、内ねじの直径及び平滑軸部の直径よりも大きい内径を有し、ボルトを邪魔しないようにする。リングは、締まりばめによりボア１８内に取り付け、搬送中、リングをナット内に保持することを保証するようにする。

封止リングは、全体がナットの支承表面から突出する円錐形状を有する。したがって、ナットを構造要素に対し押圧すると、封止リングは、座ぐり部の内部に向かって、かつボルトの軸部及び／又はねじ山に対し、軸部方向に圧縮すると同時に径方向に変形し、これにより封止結合部を形成する。

本出願人は、図３に示すボルト２０及び封止ナット１０を備える特定の組立て構成において、リング１６が、座ぐり部１２内で完全に変形するのではなく、ナットの支承表面１４と、締めるべき要素の表面Ｓとの間の空間２２内で部分的に変形することに気付いた。このことは、最小厚さを有する構造体にボルトを据え付け、構造体から突出する軸長さ部全体が座ぐり部内に位置する場合に生じる。

そのような変形は、ボルト／ナット組立体の機械的強度を大きく損なうため、完全になくさなければならない。実際には、ナットの支承表面と締めるべき要素の表面との間の潤滑材料の存在は、これらの表面の間の摩擦係数に影響を与える。摩擦係数が低減すると、ボルトの張力は、ボルトの許容可能閾値を超えて増大し、ボルトの破損を引き起こすおそれがある。

本発明は、封止ナットに関し、この封止ナットは、組立て構成に関わらず、組立体又は組立体構成要素の強度、能力又は構造完全性を低下させずに、封止リングがナットと構造体との間の空間内で変形しないようにするものである。

より具体的には、封止ナットは、ナット及び変形可能封止リングを備え、ナットは、回転軸方向に延在する環状体、座ぐり部を備える基部、及び基部内に作製したボアを備え、ボアは、第１の内側半径と第２の半径との間に延在する長さ部を有する環状背壁を備える。封止リングは、環状体、及び背壁に接して載置するのに適した端面を備え、端面は、内側半径と外側半径との間に延在する長さ部を有する。封止ナットは、ボアの背壁の長さ部とリングの端面の長さ部との間の比率が、２０から４５％の間であるようなものである。

そのような構成により、組立体の構成に関わらず、封止リングを座ぐり部の内側に向けて常に案内することが可能になり、座ぐり部を越えて変形することも、ボアから外れて変形することもない。

更に、本発明によるナットは、以下の特徴のうち１つ又は複数を有することができる：
−封止ナットは、ボアの背壁とナットの座ぐり部の壁との間に傾斜部を備えること、
−傾斜部は、回転角度に対し４５°から６０°の間の角度をなすこと、
−背壁及び端面は、相補形状を有すること、
−背壁及び端面のそれぞれは、回転軸に実質的に直交して配置する一部分を備えること、
−ボアの壁は、基部の内側に径方向に延在する溝を備え、及び、リングの外側壁は、溝 の形状と相補形である形状を有する突起部を備えること、
−リングは、ボアの内側半径よりも大きい外側半径を有すること、
−リングの外側半径とボアの内側半径との間の比率は、１．０１０から１．０１６の間であること、
−リングの体積は、ナットの利用可能体積と比較すると７０から８５％の間であり、上記利用可能体積は、ボルトをナット内に置いた後、ボルトが最大体積を取る場合、支承表面とナットの最初のねじ山との間の、ナット内部の最小中空体積であり、最初のねじ山は、基部に隣接して位置する内ねじの一端部にあること。

本発明は、本発明の実施形態の例を示す図面と組み合わせて以下の説明を読めば、より良好に理解されるであろう。

（既に説明した）座ぐり部を有する従来技術のナットの断面図である。 （既に説明した）従来技術の封止ナットの断面図である。 （既に説明した）従来技術のボルト及び封止ナットを備える組立体の部分断面図である。 本発明の一実施形態による封止ナットの側面図である。 図４の封止ナットの分解断面図である。 第２の実施形態による封止ナットの断面図である。 本発明の一実施形態によるボルト及び封止ナットを備える組立体の部分断面図である。 第３の実施形態による封止ナットの断面図である。

図４及び図５に示す封止ナット１００は、ナット１０１及び封止リング１３０を備える。ナット１０１は、上記ナットの回転軸Ａの方向で延在し、レンチ把持部１０２及び基部１０４を備える。レンチ把持部１０２は、ここでは六角形である。六角形の最大寸法よりも大きい外径を有する基部は、６つの面を備える切頭円錐形状上側表面１０６を有し、これらの面は、本出願人による仏国特許出願公開２９３７３８６号に記載の面のように、この切頭円錐形状表面１０６に対して陥没する。各陥没面は、六角形レンチ把持部の平坦表面と位置が合う。

より具体的には、図５は、基部１０４が、切頭円錐形状を有する表面と対向する支承表面１０８、並びに円筒壁１１２及び端壁１１４を有する座ぐり部１１０を備え、端壁１１４は、円筒壁１１２と内ねじ１１６の最初のねじ山とを連結することを示す。この例では、端壁１１４は、切頭円錐形状表面である。

ねじ山１１６は、ナットの内側表面上で、端壁１１４の端部と支承面１０８に対向するナットの上側端部１１８との間に延在する。

基部１０４は、座ぐり部１１０内に作製した円筒ボア１２０も備え、円筒ボア１２０は、支承表面１０８上に開口し、座ぐり部１１０の半径よりも大きい第１の内側半径Ｒ１を有する。ボア１２０は、円筒壁１２２及び平坦背壁１２４を備える。この例では、背壁は、軸Ａに実質的に直交する。実際には、角度は数度変化し得ることを意味する。

傾斜部１２６は、ボア１２０の背壁１２４を座ぐり部１１０の円筒壁１１２に連結する。

背壁１２４は、円筒壁１２２の第１の内側半径Ｒ１と第２の内側半径ｒ１との間に延在する環状表面Ａ１であり、環状表面Ａ１は、軸Ａと、傾斜部１２６が端壁１２４と交差する距離との間の距離によって画定する。

環状表面Ａ１は、値
Ａ１＝（Ｒ１²−ｒ１²）・Πを有する。

２つの寸法では、背壁１２４は、半径の間の差（Ｒ１−ｒ１）によって画定した長さＬ１を有する。

ボア１２０は、封止リング１３０を受け入れることを意図する。傾斜部１２８は、ボアの開放外形部の周囲に作製し、リングの穴への挿入を案内するようにする。

リング１３０は、回転軸Ａを有し上側端面１３２を備える環状リングであり、上側端面１３２は、ボア１２０の背壁１２４に接して載置することを意図する。好ましくは、上側端面は、ナットの背壁１２４の形状と相補形である形状を有する少なくとも１つの表面を備える。図３に示す例では、上側端表面１３２は、完全に平坦であり、軸Ａに実質的に直交する。

封止リング１３０は、穴１３４を有し、図３に示す内側半径ｒ２の２倍に等しい穴１３４の直径は、ボルト軸部の直径よりも大きく、ナットにねじ留めするボルトのねじ山及び軸部を邪魔しないようにする。リングは、整備作業の間、規格直径を有するボルトではなく、特大ボルトと呼ぶより大きな直径を有するボルトを使用した場合、ボルト軸部と接触することができるが、リングの機能は、ボルトを係止すること及び／又はナットの拘束性を制限することではない。

上側端面１３２に対向する、封止リングの下側端面１３６は、切頭円錐形状を有し、穴１３４の壁は、ボアの円筒壁１２２と接触することを意図する外側壁１３８よりも軸部方向Ａに長い。

リング１３０の外側半径Ｒ２は、ボアの第１の内側半径Ｒ１よりも大きく、したがって、リングを力によってボアに挿入しなければならない。もたらされる締め代は、特にリングの搬送、保管、及びナットへの据付けの間、リングをボア内に維持可能にする。好ましくは、リングの外側半径Ｒ２とボアの半径Ｒ１との間の締め代比は、１．０１０から１．０１６の間である。ナットの規格直径−ねじ山の根元で測定した直径−が大きいほど、締め代比はより小さくなる。

また、リングの支承表面１３２は、外側半径Ｒ２と内側半径ｒ２との間に延在する環状表面Ａ２であり、値
Ａ２＝（Ｒ２²−ｒ２²）・Π
を有する。

２つの寸法では、リングの支承表面１３２は、半径の間の差（Ｒ２−ｒ２）によって画定した長さＬ２を有する。

リングのあらゆる不要な変形をなくすために、支承長さＬ１とＬ２との間の比率は、２０％よりも大きいかそれに等しく、４５％より少ないかそれに等しく、即ち、
２０％≦Ｌ１／Ｌ２≦４５％
である。

この比率は、軸Ａに実質的に直交する平面における、リング１３０の上側端面１３２とナット１０１の背壁１２４との間の接触長さ比を規定する。

リングとナットとの間の接触長さ比が２０％未満である場合、据付け中、リングが座ぐり部１１０内及び内ねじ１１６のねじ山内で変形し得る危険性があり、ナットへの挿入中、リングの変形は制御されない。リングの材料がねじ山内にあると、ボルトのねじ山とナットのねじ山との間の摩擦係数は、低減することになり、ボルト内の張力は、許容可能な限度を十分に上回る可能性があり、これによりボルトを破損させることがある。

リングとナットとの間の接触長さ比が４５％よりも大きいと、ナット１３０をボルトに据え付ける際、リング１３０がナットの支承表面１０８と構造体の表面との間の空間内で変形し得る危険性がある。接触表面間の摩擦係数の低減のために、ボルトの張力を制御できないという危険性もある。

以下の表１は、直径ごとの、本出願人が試験した様々な直径を有するナットの範囲に関する、支承長さＬ１とＬ２との間の比率の例を示す。

前述のように、傾斜部１２６は、ボア１２０の背壁１２４を座ぐり部１１０の円筒壁１１２に連結する。ここで、傾斜部１２６は、リングの材料を座ぐり部１１０の方に案内することを可能にする。傾斜部１２６は、基部から材料を除去しすぎることなく、座ぐり部内で利用可能な空間を増大させ、基部が圧縮を受ける際の基部の完全性を保証するようにする。

傾斜部１２６は、ナットの規格直径に応じて、回転軸Ａに対して測定した様々な角度αを有することができる。表２は、各ナット直径に対する傾斜部１２６の好ましい角度を示す。

一定の構成では、座ぐり部１１０は、図６に示すように完全に円錐形状とすることができ、座ぐり部の端壁１１４及び傾斜部１２６を組み合わせ、単一角度を有する単一壁にする。図６の例では、回転軸Ａに対する角度αは、６０°である。

本出願人は、多数の試験組立てを実行し、二次元における有限要素を使用して、これらの同じ組立体を模擬実験した。組立体はそれぞれ、最大許容軸部直径を有するボルト、最小厚さを有する構造体、最小許容体積の座ぐり部を有するナット、及びリングを備え、これらの全ての寸法は、最大許容誤差にある。

図３に示す従来技術の第１の組立体では、ナットは、７８から９６％の間の接触長さ比を有する従来技術のナットである。図７に示す第２の組立体では、ナットは、２０から４５％の間の接触長さ比を有する。ボルト２０は、同じ構造厚さを有する２つの組立体において同一のものである。

既に示したように、図３の組立体では、リング１６の材料は、座ぐり部１２内で完全に変形するのではなく、ナットの支承表面１４と、締めるべき要素の表面Ｓとの間の空間２２内で部分的に変形する。

図５のナットを備える図７の組立体では、リングの材料は、ナットと構造体との間の空間内で変形せず、且つ座ぐり部の壁とねじ軸部との間に空間はない。したがって、不浸透性はより良好であり、ボルトがＵＴＳ（最大引張り強さ）を超える危険性がなくなる。

好ましくは、リング１３０の材料の体積が形成するリング１３０の体積は、ナット１０１の利用可能体積と比較すると、７０から８５％の間の範囲内にある。ここで、当該利用可能体積は、ボルトをナット内に置いた後、ボルトが最大体積を取る場合、支承表面１０８と内ねじ１１６の最初のねじ山との間の、ナット１０１内部の最小中空体積である。慣習により、利用可能空間内のボルトの最大体積は、支承表面１０８と上記座ぐり部に隣接する端部上の内ねじ１１６の最初のねじ山との間の座ぐり部１１０の高さに、回転軸Ａに直交するボルト平滑軸部の断面の表面積を掛けたものとして計算される。７０％を下回ると、リングの体積は座ぐり部の体積に対して小さすぎ、ナットはもはや不浸透性ではあり得ない。８５％を上回ると、リングが座ぐり部から外れてねじ山の方に変形するか又は基部の下で変形し、据付け中、ナットの完全性を損ない得る危険性がある。

ナットは、好ましくはチタン合金製であり、リングは、ナットを軽量に保つために、例えばＰＴＦＥ製である（Ｄｕｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓによりブランド名Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）でも販売されている）。当然、ナット及びリングは、重量が主な基準ではなければ、別の材料から作製することもできる。

レンチ把持部は、内ねじの楕円変形部又は３点変形部等の係止手段を公知の様式で備え、この係止手段は、上側端部１１８付近のナットの外側表面上に作製する。ナットがチタン合金製である場合、係止は、好ましくは本出願人による仏国特許出願公開２９４７５９７号に記載の方法に従って実施することになる。

本発明は、上記の唯一の例に限定するものではない。したがって、ナットは、切頭円錐形状の上側表面に対して中空のない切頭円錐形状の基部を備えることができる。

ボア１２０の壁は、壁１２２とナット１０１の軸Ａとの間の角度βが２°から５°の間である円錐形であってもよく、支承表面１０８から背壁１２４に向かって開口し、特に低温におけるリング１３０のボア内での保持を改良するようにする（図８）。リング１３０自体は、外側壁１３８と軸Ａとの間で２°から５°の間の同じ角度βを有する。角度が５°を超えると、リングはもはや円錐ボア１２０に挿入することはできない。２°を下回ると、角度の差は、円筒壁に対するリングの保持を改良するのに十分ではない。また、リングの外側半径Ｒ２とボアの半径Ｒ１との間の締め代比は、１．０１０から１．０１６の間であり、上記半径は、背壁１２４及び上側端表面１３２のそれぞれから同じ軸方向距離に位置する。

傾斜部１２６以外の表面は、例えば曲線表面又は複数の曲線表面を使用することができ、ボアの端壁１２４と座ぐり部の円筒壁１１２とを連結するようにする。

同様に、座ぐり部の背壁は、円錐形であるか、又はボアの円筒壁からの円錐部分及び次に回転軸Ａに直交する一部分を備えることができる。これらの場合、背壁と接触するリングの端面はそれぞれ、円錐形であるか、又は背壁の部分と相補形である円錐部分及び回転軸に直交する一部分を備えることになる。長さ部Ｌ１及びＬ２の測定は、角度方向で実施しても、回転軸に実質的に直交する方向上で算定してもよい。２つの表面は回転軸に対して同じ角度を有するため、算定した２つの長さ部の比率は、角度方向で測定した長さ部の比率に等しいことになる。

別の変形形態では、ボアは、ボアの壁１２２内部に、−この壁が円筒であるか円錐形であるかにかかわらず−径方向に延在する溝を備えることができ、この溝はボアの半径Ｒ１よりも大きい半径を有する。リングは、突起部を備えることができ、突起部は、壁１３８の外側径方向に延在し、溝の形状及び寸法に相補形である、即ち、上記突起部を上記溝に挿入可能にする形状及び寸法を有する。溝／突起部組立体は、ナット内へのリングの保持を改良可能にする。この場合、溝及び突起部の更なる寸法は、長さ部Ｌ１及びＬ２の測定で考慮に入れない。溝及び突起部は、円形であるか、又はボア及びリングの周囲にのみ部分的に延在させることができる。

１００ 封止ナット
１０１ ナット
１０４ 基部
１０８ 支承表面
１１０ 座ぐり部
１１６ 内ねじ
１２０ 第２の座ぐり部
１２２ 壁
１２４ 環状背壁
１２６ 傾斜部
１３０ 封止リング
１３２ 上側端面
１３８ 外側壁

Claims (9)

1. ナット（１０１）及び変形可能封止リング（１３０）を備える封止ナット（１００）であって、前記ナットは、回転軸（Ａ）の方向に延在する環状体、座ぐり部（１１０）を備える基部（１０４）、及び前記基部内に作製した第２の座ぐり部（１２０）を備え、前記第２の座ぐり部（１２０）は、座ぐり部（１１０）、及び前記第２の座ぐり部（１２０）は、第１の内側半径（Ｒ１）と第２の内側半径（ｒ１）との間に延在する長さ部を有する環状背壁（１２４）を備え、前記封止リング（１３０）は、環状体、及び前記第２の座ぐり部の前記背壁（１２４）に接して載置するのに適した上側端面（１３２）を備え、前記上側端面は、内側半径（ｒ２）と外側半径（Ｒ２）との間に延在する長さ部を有する、前記封止ナット（１００）において、前記第２の座ぐり部の前記背壁（１２４）の前記長さ部（Ｌ１）と前記リングの前記上側端面（１３２）の前記長さ部（Ｌ２）との間の比率は、２０から４５％の間であることを特徴とする、封止ナット（１００）。
2. 前記ナット（１００）は、前記第２の座ぐり部の前記背壁（１２４）と前記ナットの前記座ぐり部（１１０）の壁との間に傾斜部（１２６）を備える、請求項１に記載の封止ナット。
3. 前記傾斜部（１２６）は、前記回転軸（Ａ）に対し４５°から６０°の間の角度（α）をなす、請求項２に記載の封止ナット。
4. 前記第２の座ぐり部の前記背壁（１２４）及び前記リングの上前記側端面（１３２）は、相補形状を有する、請求項１から３のうちいずれか一項に記載の封止ナット。
5. 前記背壁（１２４）及び前記上側端面（１３２）はそれぞれ、前記回転軸（Ａ）に実質的に直交して位置する一部分を備える、請求項４に記載の封止ナット。
6. 前記リング（１３０）は、前記ボアの第１の内側半径（Ｒ１）よりも大きい外側半径（Ｒ２）を有する、請求項１から５のうちいずれか一項に記載の封止ナット。
7. 前記リングの前記外側半径（Ｒ２）と前記第２の座ぐり部の前記第１の内側半径（Ｒ１）との間の比率は、１．０１０から１．０１６の間である、請求項６に記載の封止ナット。
8. 前記第２の座ぐり部（１２０）の壁（１２２）は、前記基部（１０４）内部に径方向に延在する溝を備え、前記リング（１３０）の外側壁（１３８）は、前記溝の形状と相補形である形状を有する突起部を備える、請求項１から７のうちいずれか一項に記載の封止ナット。
9. 前記リング（１３０）の体積は、前記ナット（１０１）の利用可能体積の７０から８５％までの間であり、前記利用可能体積は、ボルトを前記ナット内に置いた後、前記ボルトが最大体積を取る場合、支承表面（１０８）と前記ナットの最初のねじ山との間の、前記ナット内部の最小中空体積であり、前記最初のねじ山は、前記基部（１０４）に隣接して位置する内ねじ（１１６）の一端部にある、請求項１から８のうちいずれか一項に記載の封止ナット。

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