リベット穴のき裂抑制方法
【課題】リベット穴並びに皿形リベットを改良して、リベット穴からき裂が発生するのを極力抑制し、金属疲労による不安定破壊の発生を未然に防止する。
【解決手段】リベット穴等の角部を無くすべく、角部を全周に渡って凸曲面６ｒとする方法によって、応力集中を抑制し、締結穴の角部がき裂発生の起点となるのを抑制する。リベット穴の凸曲面６ｒの形成は、パンチング形成したり、ドリルや回転研磨器でも容易にできる。リベット３の製造は、内周が凸曲面６ｒの締結穴と同様な形状の金型を形成し、該金型の成型穴中に金属体を圧入して塑性成型する。リベット穴から万一き裂が発生した場合は、隣接する締結穴同士の間の最短経路以外の迂回ルートに１以上のき裂迂回穴を最短経路に対し反対側に開けることによって、き裂を迂回穴側に誘導することで応急処置できる。
【解決手段】リベット穴等の角部を無くすべく、角部を全周に渡って凸曲面６ｒとする方法によって、応力集中を抑制し、締結穴の角部がき裂発生の起点となるのを抑制する。リベット穴の凸曲面６ｒの形成は、パンチング形成したり、ドリルや回転研磨器でも容易にできる。リベット３の製造は、内周が凸曲面６ｒの締結穴と同様な形状の金型を形成し、該金型の成型穴中に金属体を圧入して塑性成型する。リベット穴から万一き裂が発生した場合は、隣接する締結穴同士の間の最短経路以外の迂回ルートに１以上のき裂迂回穴を最短経路に対し反対側に開けることによって、き裂を迂回穴側に誘導することで応急処置できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機などのようなリベット締結構造体の安全性を高めるべく、リベット穴と皿形リベットの形状を改良することによって、リベット穴からのき裂（裂け目）の発生を抑制することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
リベットやボルト、ネジ類による締結部から疲労き裂が発生したという報告事例が多数ある。リベットは航空機や橋梁、鉄骨構造体等の締結要素として多用されている。リベットを用いて板材や骨材を締結する場合には、締結のために多数のリベット穴を加工する必要があるが、そのリベット穴が構造体の強度低下の要因となっている。特に、航空機の場合は、機体に加工したリベット穴群から多数のき裂（マルチサイトクラック）が発生し、それらが一斉に進展して不安定破壊をもたらした例は新聞等でも報道されている。
【０００３】
リベット穴からの疲労き裂の発生は、構造物の破壊をもたらす恐れがあるので、そのき裂の発生の監視や検出技術は盛んに研究されている。また、発生したき裂の先端にストップホール加工を施し、き裂の進展を抑制する手法も提案されている。そして、航空機の機体等の構造物に加工したリベット穴群に発生した多数のき裂群が構造物の不安定破壊をもたらすメカニズムについても研究が進んでいる。しかしながら、リベット穴そのものからのき裂発生の抑制を目的とした研究や技術は非常に少ない。
【０００４】
リベット締結を施した構造体における破壊の原因は、静的な破壊はリベットそのものの破壊に起因することもある。しかし、繰返し負荷が作用する疲労による破壊の場合には、リベットではなく、それを用いて締結された板材等の破壊に起因することがほとんどである。そして、その破壊は、リベット穴を起点として発生した疲労き裂に起因している。
本発明は、このようなリベット穴からのき裂発生を抑制し、疲労寿命を延命させるには、リベット穴並びにリベットの形状を改良することが有効と判断し、特に、航空機の機体等に加工される皿形のリベット穴からのき裂発生の抑制に着目した。
【特許文献１】特開2007-69229
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１はボーイング社が用いている従来形の航空機用の皿形リベットによる締結状態を示す縦断面図であり、２枚の金属板１、２に開けたリベット穴に皿形リベット３を挿入し、加締めてある。３１が皿形リベット３の皿形ヘッド部、３２が加締め部である。
図２は、皿形リベット３を挿入し加締める前のリベット穴を示す縦断面図であり、上側の金属板１には、リベット形状に合わせて、皿形のリベット穴４を予め開けてある。この皿形のリベット穴４は、内径が一定の円筒状穴４１と、テーパ状に開いた皿穴４２との間に、鋭い角部４ｅが全周に渡ってできるが、応力集中が生じ易い突起形状である。この応力集中は、疲労き裂の発生を助長し、機体の疲労寿命を低下させる。また、リベット３外周の凹角部３３は、断面の急激な変化によって、応力集中が顕著に生じる。
【０００６】
一方、特許文献１によると、ボルト穴などのような直角の角部が疲労破壊の起点となり易いので、角部に衝撃塑性加工を加えてほぼ４５度に面取りすることによって、疲労強度を向上させることが提案されている。
しかしながら、この場合でも、角度が緩和されるというだけであって、リベット穴４における鋭い角部４ｅと同様なエッジは残ることになるので、確実な解決にはならない。
【０００７】
本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、リベット穴並びに皿形リベットを改良することによって、リベット穴からき裂が発生するのを極力抑制し、金属疲労による不安定破壊の発生を未然に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の技術的課題は次のような手段によって解決される。請求項１は、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴において、角部がき裂発生の起点となるのを抑制すべく、角部を全内周に渡って凸曲面とすることによって、角部を無くすことを特徴とする締結穴又はワッシャー穴のき裂抑制方法である。このように、リベット穴やワイヤー穴等の角部を無くすべく、角部を全内周に渡って凸曲面とする方法によって、応力集中を抑制し、締結穴やワッシャー穴の角部がき裂発生の起点となるのを抑制できる。
【０００９】
請求項２は、締結穴から万一き裂が発生した場合、き裂の発生した締結穴と隣接する締結穴同士の間の最短経路以外の迂回ルートに１以上のき裂迂回穴を各締結穴ごとに最短経路に対し反対側に開けることによって、き裂を迂回穴側に誘導することを特徴とする請求項１記載の締結穴き裂の応急処置法である。
このように、締結穴から万一き裂が発生した場合、き裂の発生した締結穴と隣接する締結穴同士の間の最短経路以外の迂回ルートに１以上のき裂迂回穴を開けると、発生したき裂が最短経路以外の迂回穴側に誘導されるため、き裂の進展による最終破壊を遅延させ、延命できる。また、このき裂迂回穴を、最短経路に対し反対側に、各連結穴ごとに開けることによって、隣接する連結穴から進展して来た迂回き裂同士が遭遇するのを避けることができ、疲労破壊の遅延効果は格段と大きくなる。
【００１０】
請求項３は、前記のき裂迂回穴に金属体を圧入することを特徴とする請求項２に記載の締結穴き裂の応急処置法である。このように、前記のき裂迂回穴に金属体を圧入することによって、圧縮の残留応力の効果による疲労強度向上が期待でき、き裂の進展をさらに遅延できる。
【００１１】
請求項４は、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴において、角部がき裂発生の起点となるのを抑制すべく、角部を全周に渡って凸曲面とすることによって、角部を無くしてあることを特徴とする締結穴又はワッシャー穴である。
このように、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴における角部を全周に渡って凸曲面とすることによって、応力集中が生じ易い突起形状を無くすと共に、断面が連続的に変化する曲面形状にしてあるので、角部がき裂発生の起点となる問題を低減できる。
【００１２】
請求項５は、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴の全周に渡って凸曲面を形成する方法であって、前記締結手段のヘッド部と軸部との間に形成した凹曲面と同等の形状を有するパンチを用いて締結穴又はワッシャー穴をパンチング形成することを特徴とする締結穴又はワッシャー穴の形成方法である。
このように、締結穴又はワッシャー穴の全周に渡って凸曲面を形成する際に、締結手段のヘッド部と軸部との間に形成した凹曲面と同等の形状を有するパンチで締結穴又はワッシャー穴をパンチング形成する方法によると、内周が凸曲面となった皿形リベット穴やワッシャー穴を瞬時に形成できる。
【００１３】
請求項６は、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴の全周に渡って凸曲面を形成するドリル又は回転研磨器であって、前記凸曲面と対応する領域が凹曲面になっていることを特徴とする締結穴又はワッシャー穴形成器である。
このように、締結穴又はワッシャー穴内周に凸曲面を形成するドリル又は回転研磨器において、凸曲面を形成する領域が、全周にわたって凹曲面になっているため、研削又は研磨によって、全周に渡って凸曲面を有する締結穴又はワッシャー穴を容易に形成できる。
【００１４】
請求項７は、角部を無くして、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴に挿入して締結するリベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段において、
前記締結穴又はワッシャー穴の凸曲面の部分と対応する部位を、締結穴又はワッシャー穴の凸曲面と同等の曲率の凹曲面としてなることを特徴とする締結手段である。
このように、締結手段において、締結穴又はワッシャー穴の凸曲面とした部分と対応する部位を、締結穴又はワッシャー穴の凸曲面と同等の曲率の凹曲面としてあるため、リベットやボルト、ネジ類を含む締結手段と凸曲面となった締結穴又はワッシャー穴とがぴったりと合致するため、締結の信頼性が向上するだけでなく、断面の急激な変化による応力集中も抑制できると共に、締結時の相互の衝撃塑性加工による疲労強度向上も期待できる。
【００１５】
請求項８は、角部を無くして、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴に挿入して締結するリベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を製造する際に、
前記のように凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴と同様な形状の金型を形成し、該金型の成型穴中に金属体を圧入して塑性成型することを特徴とする締結手段の製造方法である。
このように、角部を無くして、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴に挿入して締結するリベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を製造する際に、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴と同様な形状の金型を形成し、該金型の成型穴中に金属体を圧入して塑性成型する製法によると、形状変化が凹曲面によって連続的となった皿形リベットなどを瞬時に容易に製造できる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１のように、リベット穴等の締結穴やワッシャー穴の角部を無くすべく、角部を全内周に渡って凸曲面とする方法によると、応力集中を抑制して、締結穴やワッシャー穴の角部がき裂発生の起点となるのを抑制できる。
【００１７】
請求項２のように、締結穴から万一き裂が発生した場合、き裂の発生した締結穴と隣接する締結穴同士の間の最短経路以外の迂回ルートに１以上のき裂迂回穴を開けると、発生したき裂が最短経路以外の迂回穴側に誘導されるため、き裂の進展による最終破壊を遅延させ、延命できる。また、このき裂迂回穴を、最短経路に対し反対側に、各連結穴ごとに開けることによって、隣接する連結穴から進展して来た迂回き裂同士が遭遇するのを避けることができ、疲労破壊の遅延効果は格段と大きくなる。
【００１８】
請求項３のように、前記のき裂迂回穴に金属体を圧入することによって、圧縮の残留応力の効果による疲労強度向上が期待でき、き裂の進展をさらに遅延できる。
【００１９】
請求項４のように、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴における角部を全周に渡って凸曲面とすることによって、応力集中が生じ易い突起形状を無くすと共に、断面が連続的に変化する形状にしてあるので、角部がき裂発生の起点となる問題を低減できる。
【００２０】
請求項５のように、締結穴又はワッシャー穴の全周に渡って凸曲面を形成する際に、締結手段のヘッド部と軸部との間に形成した凹曲面と同等の形状を有するパンチで締結穴又はワッシャー穴をパンチング形成する方法によると、内周が凸曲面となった皿形リベット穴などの締結穴やワッシャー穴を瞬時に形成できる。
【００２１】
請求項６のように、締結穴やワッシャー穴内周に凸曲面を形成するドリル又は回転研磨器において、凸曲面を形成する領域が、全周にわたって凹曲面になっているため、研削又は研磨によって、全周に渡って凸曲面を有する締結穴又はワッシャー穴を容易に形成できる。
【００２２】
請求項７のように、締結手段において、締結穴又はワッシャー穴の凸曲面とした部分と対応する部位を、締結穴又はワッシャー穴の凸曲面と同等の曲率の凹曲面としてあるため、リベットやボルト、ネジ類を含む締結手段と凸曲面となった締結穴又はワッシャー穴とがぴったりと合致するため、締結の信頼性が向上するだけでなく、断面の急激な変化による応力集中も抑制できると共に、締結時の相互の衝撃塑性加工による疲労強度向上も期待できる。
【００２３】
請求項８のように、角部を無くして、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴に挿入して締結するリベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を製造する際に、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴と同様な形状の金型を形成し、該金型の成型穴中に金属体を圧入して塑性成型する製法によると、形状変化が凹曲面によって連続的となった皿形リベットなどの締結手段を瞬時に容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に本発明によるリベット穴のき裂抑制方法が実際上どのように具体化されるか実施形態を説明する。図３は、本発明によるリベット締結構造を示す縦断面図で、２枚の金属板１、２に開けたリベット穴に、本発明による凹曲面付きの皿形リベット５を挿入し、加締めてある。５１は皿形ヘッド部、５２は加締め部である。
【００２５】
図４は、本発明による皿形リベット穴６を示す縦断面図で、凹曲面付き皿形リベット５を挿入して加締める前の状態である。上側の金属板１には、前記皿形リベット５の形状に合わせて、凸曲面６ｒ付きのリベット穴６を予め開けてある。この凸曲面６ｒ付きリベット穴６は、凹曲面付き皿形リベット５の軸部５３が挿入される軸穴61とテーバ状に開いた皿穴６２とが形成されている。したがって、図２の鋭い角部４ｅは存在せず、凸曲面６ｒとなっている。その結果、応力集中し易い角部形状４ｅが解消され、かつ断面の急激な変化に起因する応力集中も発生しないので、従来のような応力集中に起因するき裂の発生が抑制される。したがって、航空機の機体などの疲労寿命の低下を抑制し、延命が可能となる。
【００２６】
図４のように、皿形リベット穴６に凸曲面６ｒがついているため、図３の皿形リベット５も、皿形ヘッド部51と軸部53との間に、図１の凹角部３３は存在せず、丸みを帯びた凹曲面５Ｒになっている。その結果、皿形ヘッド部５１と軸部５３との間の断面形状すなわち直径が連続的に変化するので、皿形リベット５自体も、従来の凹角部３３による応力集中が緩和され、き裂の発生が抑制される。
【００２７】
図２のように角部４ｅの有るリベット穴４は、図５のように、ドリル刃部７１と軸部７２との間に角張った凹角部７３を有するドリル７を回転させて、切削加工される。これに対し、本発明の場合は、角張った凹角部７３に代わって、図６のように、断面すなわち直径が連続的に変化するような凹曲面８Ｒになっており、しかも刃部８１の領域に形成されている。したがって、このドリル８を回転させると、凹曲面８Ｒによって、図４のような凸曲面６ｒのついたリベット穴６が形成される。
なお、図６のドリル８と同様な凹曲面８Ｒを有する回転研磨器を使用すれば、図２のような皿形リベット穴４を加工した後に、その角部４ｅを研磨除去することで丸みを帯びた凸曲面６ｒに形成することができる。
【００２８】
このようなリベット穴加工用の工具を使用しないで、図７のように、アルミニウムなどの金属板１にパンチ９を用いてパンチング加工することで、瞬時に、凸曲面６ｒ付きの皿形リベット穴６を形成することもできる。この場合、パンチ９には、前記ドリル８における凹曲面８Ｒと同様な凹曲面９Ｒを有しているため、皿形リベット穴６における凸曲面６ｒも同時形成される。
なお、図２のような従来の角部４ｅつきのリベット穴４を形成した後に、図７のような凹曲面９Ｒつきのパンチ９を圧入すると、角部４ｅの部分だけが凹曲面９Ｒで加圧圧縮されて塑性変形し、凸曲面６ｒに変形される。その結果、機械的な衝撃塑性加工による疲労強度向上の効果も奏する。
【００２９】
次に、図３のように丸みを帯びた凹曲面５Ｒを有する皿形リベット５の製造方法を説明する。図８は金型の断面図で、図４に示す皿形リベット穴６と同様な形状になっている。金型１０に形成した軸穴１１と皿形のヘッド穴１２を形成してあり、両者の間に丸みを帯びた凸曲面１２ｒを形成してある。したがって、この金型穴に円柱状のリベット材を挿入し、加圧することによって、図９のように、皿形ヘッド部５１と軸部５３との間に丸みを帯びた凹曲面５Ｒを外周に有する皿形リベット５が瞬時に容易に成型できる。
【００３０】
この皿形リベット５を、図４のように凸曲面６ｒを内周に有するリベット穴６に打ち込んでリベット締結すると、リベット穴６に皿形リベット５を機械的に圧入して加締めることによって、互いに多少は衝撃塑性変形されることになるので、この際にも疲労強度が向上する。
しかしながら、リベット穴からのき裂発生を抑止する改善がなされても、限界以上の予期せぬ応力を受けたり、予想以上に金属疲労が進んだりして、き裂発生が避けられない場合もありうる。このように、万一き裂が発生したとしても、本発明によると、き裂破壊を遅らせる応急処置も可能である。
【００３１】
いま、図１０のように、隣接する皿形リベット穴６、６から、繰返し疲労によって自然とき裂１４、１５が発生したとすると、両者間の最短距離の経路をき裂１４、１５が延びてくる。そして、最終的に両き裂１４、１５がつながることで、破壊に到る。
本発明では、リベット穴６、６から万一き裂が発生した場合は、図１１のように、応急的に、最短経路以外の迂回ルートを設定して、１以上のき裂迂回穴１６、１７をそれぞれの皿形リベット穴６、６寄りに開ける手法も開発した。その穴１６、１７の加工の結果、最短経路にき裂は進展せずに、き裂迂回穴１６側に迂回してき裂２０のように進展する。あるいは、右側のリベット穴６側のように、き裂迂回穴１７で迂回き裂２１の進展が中断する。
【００３２】
このように、それぞれの皿形リベット穴６、６寄りにき裂迂回穴１６、１７を１個ずつ開けてもよいが、図１２のように、き裂迂回穴を１６・１８と１７・１９のように、２個以上開けてあると、より効果な場合がある。図示のように、き裂迂回穴１６・１８と１７・１９は、最短経路に対し互いに反対側に配置すると、迂回き裂２０、２１はそれぞれ反対側に迂回して誘導されるので、互いに遭遇するまでの時間が格段と遅延される。
リベット穴からき裂が発生した後に応急的に加工するき裂迂回穴１６・１８、１７・１９の配置条件は、隣接するリベット穴６、６間において、それぞれのリベット穴６、６から、対向方向に向けて５〜45度の範囲に配設するのが効果的である。５度以下では、最短経路の自然発生き裂と迂回き裂が接近しすぎて、わざわざ迂回き裂を誘導する意味が少ない。45度を越えると、き裂の誘導が困難になり、自然発生き裂が依然として最短経路方向に進展してしまう恐れがある。
き裂迂回穴１６・１８、１７・１９のサイズは、リベット穴６、６と同程度かそれ以下の直径が適しているようである。
【００３３】
このように、き裂迂回穴１６・１８と１７・１９を開けると、皿形リベット穴６、６を起点とする迂回き裂２０、２１は、最短ルートに進展しないで、リベット穴６→き裂迂回穴１６→１８→、またリベット穴６→き裂迂回穴１７→１９→のように、それぞれき裂迂回穴に誘導されて迂回方向に進展する。その結果、最短ルートで自然に進展するき裂に比べて、最終破壊に到るまでの時間を遅延させることができる。この場合、前記のき裂迂回穴１６・１８と１７・１９にピンなどの金属を圧入して詰めることで、塑性加工による疲労強度向上を図っておくと、き裂の進展をさらに遅らせることができる。
なお、このようにき裂を迂回させる手法は、凸曲面６ｒ付きの皿形リベット穴に限らず、通常のリベット穴やボルト穴、ネジ穴などにも適用可能である。
【００３４】
図１３は金属の圧入例で、（１）は、金属板に開けた真円の穴Ｈ中に断面が楕円状の大径ピンＰを打ち込んだ試料であり、真円穴Ｈは、楕円ピンＰの長円側が当接する部位11、11を加圧して押し広げる方向の負荷が作用し、引っ張りの残留応力が生じると共に塑性加工される。その結果、加工硬化によって強度が向上し、疲労寿命が延命される。
また、真円穴Ｈ周縁は、楕円ピンＰの短円側の領域12、12には、加圧力ｐ・ｐによって引っ張り方向の負荷が作用するので、圧縮方向の残留応力が残り、この残留応力によって、楕円ピンＰの長円方向の繰り返し荷重に対する疲労寿命が延命されるものと考えられる。
【００３５】
ところが、前記楕円ピンＰの長円部の円周方向の長さは極めて短いため、被加圧領域11・11も極めて狭く、その結果、短円側の引っ張り領域12・12に充分に引っ張り力が作用しない恐れがある。これに対し、図１３（２）の円弧状楕円ピンＰｃは、楕円ピンＰの長円部に代わって円弧になっているため、円弧部の全周にわたって、真円穴Ｈの内径の２〜５％増しというような大径になるので、円弧部の全周が被加圧部11・11と均一に圧接する。
その結果、被加圧部11・11の領域が広くなり、塑性変形する領域も広くなるので、結果的に、引っ張り領域12・12にも確実に引っ張り力が伝わり、広い領域に渡って確実に残留圧縮応力が発生する。
なお、楕円ピンＰや円弧状楕円ピンＰｃに代えて、外径が真円穴Ｈの２〜５％増しの真円の大径ピンを圧入することも可能だが、強度アップの効果は小さい。圧入したピンは抜いてもよいし、小径のピンを挿入してから加締めることによって楕円ピン状や円弧状楕円ピン状、大径真円状に変形させてもよい。
【００３６】
以上の実施形態では、皿形リベット穴を例示したが、他の各種形状の締結穴にも適用できることは言うまでもない。
また、皿形リベットに限らず、皿形のネジ類や他の種のリベット、ボルト、ネジなどの他の種の締結手段にも適用できる。皿形状以外の場合は、リベット、ボルト、ネジ等の頭部と軸部間の直角凹部と、当該直角凹部と対応する軸部挿入穴の直角凸部に本発明を適用することになる。
【００３７】
さらに、複数の板材を重ねてリベットなどで締結する際の締結穴６に限らず、図１４のように、ワッシャーＷに凸曲面６ｒを形成することもできる。
図４のように被締結板１自体の締結穴６に凸曲面６ｒを加工形成するのは作業性が悪いが、ワッシャーＷの穴の凸角部を凸曲面に加工するのは容易であり、また図７のように、パンチ９でパンチング加工すれば、凸曲面６ｒ付きのワッシャーＷを量産することも容易である。
一方、ワッシャーＷの凸曲面６ｒとぴったり重なる形状の凹曲面５Ｒを有すリベット５のヘッド部形状は、皿形でなく丸形５１ｃであり、このように各種のヘッド部形状を採用できる。
【００３８】
リベット５に代えて、鎖線で示すようにボルトを用いる場合、ボルトの頭部Ｂと軸部５３との間が、通常の９０度の凹角部に代えて凹曲面５Ｒとなっているので、リベット５の凹曲面５Ｒと同じ原理で、ボルトの断面の急激な変化による応力集中を抑制して、ボルトの破損も抑制できると共に、締結時の相互の衝撃塑性加工による疲労強度向上も可能となる。
なお、本発明による作用効果は、試作品による実験の結果でも確認されている。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴やワッシャーにおいて、角部がき裂発生の起点となるのを抑制すべく、凸曲面とすることによって角部を無くすと共に、皿形リベットなどの締結手段自体の凹角部を無くして、断面変形が連続的な凹曲面とすることによって、締結穴やワッシャーからき裂が発生するのを抑制し、金属疲労による不安定破壊の発生を抑止することが可能となり、締結手段自体の強度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の航空機用の皿形リベットによる締結状態を示す縦断面図である。
【図２】皿形リベットを挿入し加締める前のリベット穴を示す縦断面図である。
【図３】本発明によるリベット締結構造を示す縦断面図である。
【図４】本発明による丸み皿形リベット穴を示す縦断面図である。
【図５】従来のリベット穴加工用のドリルを示す側面図である。
【図６】丸み皿形リベット穴を加工するための本発明による丸みドリルの側面図である。
【図７】丸み皿形リベット穴を加工するための本発明によるパンチを示す縦断面図である。
【図８】本発明によるリベット製造金型の縦断面図である。
【図９】図８のリベット製造金型で製造される皿形リベットの側面図と平面図である。
【図１０】隣接する皿形リベット穴からき裂が発生し進展する挙動を示す平面図である。
【図１１】隣接する皿形リベット穴間の最短ルート以外の迂回ルートにそれぞれ１個のき裂迂回穴を開けてある実施形態である。
【図１２】隣接する皿形リベット穴間にき裂迂回穴を２個以上開けてある実施形態である。
【図１３】き裂迂回穴に金属を圧入した例で、（１）は楕円ピンを打ち込んだ例、（２）は円弧状楕円ピンを打ち込んだ例である。
【図１４】ワッシャーに凸曲面を形成した実施形態である。
【符号の説明】
【００４１】
１・２ 金属板
３ 皿形リベット
３１ 皿形ヘッド部
３２ 加締め部
３３ 凹角部
４ 皿形のリベット穴
４１ 円筒状穴
４２ テーパ状の皿穴
４ｅ 凸角部
５ 凹曲面つきの皿形リベット
５１ 皿形ヘッド部
５２ 加締め部
５３ 軸部
５Ｒ 凹曲面
６ 皿形リベット穴
６１ 軸穴
６２ テーパ状の皿穴
６ｒ 凸曲面
７ 従来のドリル
７３ 凹角部
８ 本発明のドリル
８Ｒ 凹曲面
９ パンチ
９Ｒ 凹曲面
１０ 金型
１１ 軸穴
１２ 皿状ヘッド穴
１２ｒ 凸曲面
１４・１５ 最短経路の自然き裂
１６・１８、１７・１９ き裂迂回穴
２０・２１ 迂回き裂
Ｐ 楕円状の大径ピン
Ｐｃ 円弧状楕円ピン
Ｈ 真円穴
Ｗ ワッシャー
Ｂ ボルト頭部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、航空機などのようなリベット締結構造体の安全性を高めるべく、リベット穴と皿形リベットの形状を改良することによって、リベット穴からのき裂（裂け目）の発生を抑制することを目的とする。
【背景技術】
【０００２】
リベットやボルト、ネジ類による締結部から疲労き裂が発生したという報告事例が多数ある。リベットは航空機や橋梁、鉄骨構造体等の締結要素として多用されている。リベットを用いて板材や骨材を締結する場合には、締結のために多数のリベット穴を加工する必要があるが、そのリベット穴が構造体の強度低下の要因となっている。特に、航空機の場合は、機体に加工したリベット穴群から多数のき裂（マルチサイトクラック）が発生し、それらが一斉に進展して不安定破壊をもたらした例は新聞等でも報道されている。
【０００３】
リベット穴からの疲労き裂の発生は、構造物の破壊をもたらす恐れがあるので、そのき裂の発生の監視や検出技術は盛んに研究されている。また、発生したき裂の先端にストップホール加工を施し、き裂の進展を抑制する手法も提案されている。そして、航空機の機体等の構造物に加工したリベット穴群に発生した多数のき裂群が構造物の不安定破壊をもたらすメカニズムについても研究が進んでいる。しかしながら、リベット穴そのものからのき裂発生の抑制を目的とした研究や技術は非常に少ない。
【０００４】
リベット締結を施した構造体における破壊の原因は、静的な破壊はリベットそのものの破壊に起因することもある。しかし、繰返し負荷が作用する疲労による破壊の場合には、リベットではなく、それを用いて締結された板材等の破壊に起因することがほとんどである。そして、その破壊は、リベット穴を起点として発生した疲労き裂に起因している。
本発明は、このようなリベット穴からのき裂発生を抑制し、疲労寿命を延命させるには、リベット穴並びにリベットの形状を改良することが有効と判断し、特に、航空機の機体等に加工される皿形のリベット穴からのき裂発生の抑制に着目した。
【特許文献１】特開2007-69229
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１はボーイング社が用いている従来形の航空機用の皿形リベットによる締結状態を示す縦断面図であり、２枚の金属板１、２に開けたリベット穴に皿形リベット３を挿入し、加締めてある。３１が皿形リベット３の皿形ヘッド部、３２が加締め部である。
図２は、皿形リベット３を挿入し加締める前のリベット穴を示す縦断面図であり、上側の金属板１には、リベット形状に合わせて、皿形のリベット穴４を予め開けてある。この皿形のリベット穴４は、内径が一定の円筒状穴４１と、テーパ状に開いた皿穴４２との間に、鋭い角部４ｅが全周に渡ってできるが、応力集中が生じ易い突起形状である。この応力集中は、疲労き裂の発生を助長し、機体の疲労寿命を低下させる。また、リベット３外周の凹角部３３は、断面の急激な変化によって、応力集中が顕著に生じる。
【０００６】
一方、特許文献１によると、ボルト穴などのような直角の角部が疲労破壊の起点となり易いので、角部に衝撃塑性加工を加えてほぼ４５度に面取りすることによって、疲労強度を向上させることが提案されている。
しかしながら、この場合でも、角度が緩和されるというだけであって、リベット穴４における鋭い角部４ｅと同様なエッジは残ることになるので、確実な解決にはならない。
【０００７】
本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、リベット穴並びに皿形リベットを改良することによって、リベット穴からき裂が発生するのを極力抑制し、金属疲労による不安定破壊の発生を未然に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の技術的課題は次のような手段によって解決される。請求項１は、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴において、角部がき裂発生の起点となるのを抑制すべく、角部を全内周に渡って凸曲面とすることによって、角部を無くすことを特徴とする締結穴又はワッシャー穴のき裂抑制方法である。このように、リベット穴やワイヤー穴等の角部を無くすべく、角部を全内周に渡って凸曲面とする方法によって、応力集中を抑制し、締結穴やワッシャー穴の角部がき裂発生の起点となるのを抑制できる。
【０００９】
請求項２は、締結穴から万一き裂が発生した場合、き裂の発生した締結穴と隣接する締結穴同士の間の最短経路以外の迂回ルートに１以上のき裂迂回穴を各締結穴ごとに最短経路に対し反対側に開けることによって、き裂を迂回穴側に誘導することを特徴とする請求項１記載の締結穴き裂の応急処置法である。
このように、締結穴から万一き裂が発生した場合、き裂の発生した締結穴と隣接する締結穴同士の間の最短経路以外の迂回ルートに１以上のき裂迂回穴を開けると、発生したき裂が最短経路以外の迂回穴側に誘導されるため、き裂の進展による最終破壊を遅延させ、延命できる。また、このき裂迂回穴を、最短経路に対し反対側に、各連結穴ごとに開けることによって、隣接する連結穴から進展して来た迂回き裂同士が遭遇するのを避けることができ、疲労破壊の遅延効果は格段と大きくなる。
【００１０】
請求項３は、前記のき裂迂回穴に金属体を圧入することを特徴とする請求項２に記載の締結穴き裂の応急処置法である。このように、前記のき裂迂回穴に金属体を圧入することによって、圧縮の残留応力の効果による疲労強度向上が期待でき、き裂の進展をさらに遅延できる。
【００１１】
請求項４は、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴において、角部がき裂発生の起点となるのを抑制すべく、角部を全周に渡って凸曲面とすることによって、角部を無くしてあることを特徴とする締結穴又はワッシャー穴である。
このように、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴における角部を全周に渡って凸曲面とすることによって、応力集中が生じ易い突起形状を無くすと共に、断面が連続的に変化する曲面形状にしてあるので、角部がき裂発生の起点となる問題を低減できる。
【００１２】
請求項５は、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴の全周に渡って凸曲面を形成する方法であって、前記締結手段のヘッド部と軸部との間に形成した凹曲面と同等の形状を有するパンチを用いて締結穴又はワッシャー穴をパンチング形成することを特徴とする締結穴又はワッシャー穴の形成方法である。
このように、締結穴又はワッシャー穴の全周に渡って凸曲面を形成する際に、締結手段のヘッド部と軸部との間に形成した凹曲面と同等の形状を有するパンチで締結穴又はワッシャー穴をパンチング形成する方法によると、内周が凸曲面となった皿形リベット穴やワッシャー穴を瞬時に形成できる。
【００１３】
請求項６は、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴の全周に渡って凸曲面を形成するドリル又は回転研磨器であって、前記凸曲面と対応する領域が凹曲面になっていることを特徴とする締結穴又はワッシャー穴形成器である。
このように、締結穴又はワッシャー穴内周に凸曲面を形成するドリル又は回転研磨器において、凸曲面を形成する領域が、全周にわたって凹曲面になっているため、研削又は研磨によって、全周に渡って凸曲面を有する締結穴又はワッシャー穴を容易に形成できる。
【００１４】
請求項７は、角部を無くして、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴に挿入して締結するリベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段において、
前記締結穴又はワッシャー穴の凸曲面の部分と対応する部位を、締結穴又はワッシャー穴の凸曲面と同等の曲率の凹曲面としてなることを特徴とする締結手段である。
このように、締結手段において、締結穴又はワッシャー穴の凸曲面とした部分と対応する部位を、締結穴又はワッシャー穴の凸曲面と同等の曲率の凹曲面としてあるため、リベットやボルト、ネジ類を含む締結手段と凸曲面となった締結穴又はワッシャー穴とがぴったりと合致するため、締結の信頼性が向上するだけでなく、断面の急激な変化による応力集中も抑制できると共に、締結時の相互の衝撃塑性加工による疲労強度向上も期待できる。
【００１５】
請求項８は、角部を無くして、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴に挿入して締結するリベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を製造する際に、
前記のように凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴と同様な形状の金型を形成し、該金型の成型穴中に金属体を圧入して塑性成型することを特徴とする締結手段の製造方法である。
このように、角部を無くして、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴に挿入して締結するリベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を製造する際に、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴と同様な形状の金型を形成し、該金型の成型穴中に金属体を圧入して塑性成型する製法によると、形状変化が凹曲面によって連続的となった皿形リベットなどを瞬時に容易に製造できる。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１のように、リベット穴等の締結穴やワッシャー穴の角部を無くすべく、角部を全内周に渡って凸曲面とする方法によると、応力集中を抑制して、締結穴やワッシャー穴の角部がき裂発生の起点となるのを抑制できる。
【００１７】
請求項２のように、締結穴から万一き裂が発生した場合、き裂の発生した締結穴と隣接する締結穴同士の間の最短経路以外の迂回ルートに１以上のき裂迂回穴を開けると、発生したき裂が最短経路以外の迂回穴側に誘導されるため、き裂の進展による最終破壊を遅延させ、延命できる。また、このき裂迂回穴を、最短経路に対し反対側に、各連結穴ごとに開けることによって、隣接する連結穴から進展して来た迂回き裂同士が遭遇するのを避けることができ、疲労破壊の遅延効果は格段と大きくなる。
【００１８】
請求項３のように、前記のき裂迂回穴に金属体を圧入することによって、圧縮の残留応力の効果による疲労強度向上が期待でき、き裂の進展をさらに遅延できる。
【００１９】
請求項４のように、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴における角部を全周に渡って凸曲面とすることによって、応力集中が生じ易い突起形状を無くすと共に、断面が連続的に変化する形状にしてあるので、角部がき裂発生の起点となる問題を低減できる。
【００２０】
請求項５のように、締結穴又はワッシャー穴の全周に渡って凸曲面を形成する際に、締結手段のヘッド部と軸部との間に形成した凹曲面と同等の形状を有するパンチで締結穴又はワッシャー穴をパンチング形成する方法によると、内周が凸曲面となった皿形リベット穴などの締結穴やワッシャー穴を瞬時に形成できる。
【００２１】
請求項６のように、締結穴やワッシャー穴内周に凸曲面を形成するドリル又は回転研磨器において、凸曲面を形成する領域が、全周にわたって凹曲面になっているため、研削又は研磨によって、全周に渡って凸曲面を有する締結穴又はワッシャー穴を容易に形成できる。
【００２２】
請求項７のように、締結手段において、締結穴又はワッシャー穴の凸曲面とした部分と対応する部位を、締結穴又はワッシャー穴の凸曲面と同等の曲率の凹曲面としてあるため、リベットやボルト、ネジ類を含む締結手段と凸曲面となった締結穴又はワッシャー穴とがぴったりと合致するため、締結の信頼性が向上するだけでなく、断面の急激な変化による応力集中も抑制できると共に、締結時の相互の衝撃塑性加工による疲労強度向上も期待できる。
【００２３】
請求項８のように、角部を無くして、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴に挿入して締結するリベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を製造する際に、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴と同様な形状の金型を形成し、該金型の成型穴中に金属体を圧入して塑性成型する製法によると、形状変化が凹曲面によって連続的となった皿形リベットなどの締結手段を瞬時に容易に製造できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
次に本発明によるリベット穴のき裂抑制方法が実際上どのように具体化されるか実施形態を説明する。図３は、本発明によるリベット締結構造を示す縦断面図で、２枚の金属板１、２に開けたリベット穴に、本発明による凹曲面付きの皿形リベット５を挿入し、加締めてある。５１は皿形ヘッド部、５２は加締め部である。
【００２５】
図４は、本発明による皿形リベット穴６を示す縦断面図で、凹曲面付き皿形リベット５を挿入して加締める前の状態である。上側の金属板１には、前記皿形リベット５の形状に合わせて、凸曲面６ｒ付きのリベット穴６を予め開けてある。この凸曲面６ｒ付きリベット穴６は、凹曲面付き皿形リベット５の軸部５３が挿入される軸穴61とテーバ状に開いた皿穴６２とが形成されている。したがって、図２の鋭い角部４ｅは存在せず、凸曲面６ｒとなっている。その結果、応力集中し易い角部形状４ｅが解消され、かつ断面の急激な変化に起因する応力集中も発生しないので、従来のような応力集中に起因するき裂の発生が抑制される。したがって、航空機の機体などの疲労寿命の低下を抑制し、延命が可能となる。
【００２６】
図４のように、皿形リベット穴６に凸曲面６ｒがついているため、図３の皿形リベット５も、皿形ヘッド部51と軸部53との間に、図１の凹角部３３は存在せず、丸みを帯びた凹曲面５Ｒになっている。その結果、皿形ヘッド部５１と軸部５３との間の断面形状すなわち直径が連続的に変化するので、皿形リベット５自体も、従来の凹角部３３による応力集中が緩和され、き裂の発生が抑制される。
【００２７】
図２のように角部４ｅの有るリベット穴４は、図５のように、ドリル刃部７１と軸部７２との間に角張った凹角部７３を有するドリル７を回転させて、切削加工される。これに対し、本発明の場合は、角張った凹角部７３に代わって、図６のように、断面すなわち直径が連続的に変化するような凹曲面８Ｒになっており、しかも刃部８１の領域に形成されている。したがって、このドリル８を回転させると、凹曲面８Ｒによって、図４のような凸曲面６ｒのついたリベット穴６が形成される。
なお、図６のドリル８と同様な凹曲面８Ｒを有する回転研磨器を使用すれば、図２のような皿形リベット穴４を加工した後に、その角部４ｅを研磨除去することで丸みを帯びた凸曲面６ｒに形成することができる。
【００２８】
このようなリベット穴加工用の工具を使用しないで、図７のように、アルミニウムなどの金属板１にパンチ９を用いてパンチング加工することで、瞬時に、凸曲面６ｒ付きの皿形リベット穴６を形成することもできる。この場合、パンチ９には、前記ドリル８における凹曲面８Ｒと同様な凹曲面９Ｒを有しているため、皿形リベット穴６における凸曲面６ｒも同時形成される。
なお、図２のような従来の角部４ｅつきのリベット穴４を形成した後に、図７のような凹曲面９Ｒつきのパンチ９を圧入すると、角部４ｅの部分だけが凹曲面９Ｒで加圧圧縮されて塑性変形し、凸曲面６ｒに変形される。その結果、機械的な衝撃塑性加工による疲労強度向上の効果も奏する。
【００２９】
次に、図３のように丸みを帯びた凹曲面５Ｒを有する皿形リベット５の製造方法を説明する。図８は金型の断面図で、図４に示す皿形リベット穴６と同様な形状になっている。金型１０に形成した軸穴１１と皿形のヘッド穴１２を形成してあり、両者の間に丸みを帯びた凸曲面１２ｒを形成してある。したがって、この金型穴に円柱状のリベット材を挿入し、加圧することによって、図９のように、皿形ヘッド部５１と軸部５３との間に丸みを帯びた凹曲面５Ｒを外周に有する皿形リベット５が瞬時に容易に成型できる。
【００３０】
この皿形リベット５を、図４のように凸曲面６ｒを内周に有するリベット穴６に打ち込んでリベット締結すると、リベット穴６に皿形リベット５を機械的に圧入して加締めることによって、互いに多少は衝撃塑性変形されることになるので、この際にも疲労強度が向上する。
しかしながら、リベット穴からのき裂発生を抑止する改善がなされても、限界以上の予期せぬ応力を受けたり、予想以上に金属疲労が進んだりして、き裂発生が避けられない場合もありうる。このように、万一き裂が発生したとしても、本発明によると、き裂破壊を遅らせる応急処置も可能である。
【００３１】
いま、図１０のように、隣接する皿形リベット穴６、６から、繰返し疲労によって自然とき裂１４、１５が発生したとすると、両者間の最短距離の経路をき裂１４、１５が延びてくる。そして、最終的に両き裂１４、１５がつながることで、破壊に到る。
本発明では、リベット穴６、６から万一き裂が発生した場合は、図１１のように、応急的に、最短経路以外の迂回ルートを設定して、１以上のき裂迂回穴１６、１７をそれぞれの皿形リベット穴６、６寄りに開ける手法も開発した。その穴１６、１７の加工の結果、最短経路にき裂は進展せずに、き裂迂回穴１６側に迂回してき裂２０のように進展する。あるいは、右側のリベット穴６側のように、き裂迂回穴１７で迂回き裂２１の進展が中断する。
【００３２】
このように、それぞれの皿形リベット穴６、６寄りにき裂迂回穴１６、１７を１個ずつ開けてもよいが、図１２のように、き裂迂回穴を１６・１８と１７・１９のように、２個以上開けてあると、より効果な場合がある。図示のように、き裂迂回穴１６・１８と１７・１９は、最短経路に対し互いに反対側に配置すると、迂回き裂２０、２１はそれぞれ反対側に迂回して誘導されるので、互いに遭遇するまでの時間が格段と遅延される。
リベット穴からき裂が発生した後に応急的に加工するき裂迂回穴１６・１８、１７・１９の配置条件は、隣接するリベット穴６、６間において、それぞれのリベット穴６、６から、対向方向に向けて５〜45度の範囲に配設するのが効果的である。５度以下では、最短経路の自然発生き裂と迂回き裂が接近しすぎて、わざわざ迂回き裂を誘導する意味が少ない。45度を越えると、き裂の誘導が困難になり、自然発生き裂が依然として最短経路方向に進展してしまう恐れがある。
き裂迂回穴１６・１８、１７・１９のサイズは、リベット穴６、６と同程度かそれ以下の直径が適しているようである。
【００３３】
このように、き裂迂回穴１６・１８と１７・１９を開けると、皿形リベット穴６、６を起点とする迂回き裂２０、２１は、最短ルートに進展しないで、リベット穴６→き裂迂回穴１６→１８→、またリベット穴６→き裂迂回穴１７→１９→のように、それぞれき裂迂回穴に誘導されて迂回方向に進展する。その結果、最短ルートで自然に進展するき裂に比べて、最終破壊に到るまでの時間を遅延させることができる。この場合、前記のき裂迂回穴１６・１８と１７・１９にピンなどの金属を圧入して詰めることで、塑性加工による疲労強度向上を図っておくと、き裂の進展をさらに遅らせることができる。
なお、このようにき裂を迂回させる手法は、凸曲面６ｒ付きの皿形リベット穴に限らず、通常のリベット穴やボルト穴、ネジ穴などにも適用可能である。
【００３４】
図１３は金属の圧入例で、（１）は、金属板に開けた真円の穴Ｈ中に断面が楕円状の大径ピンＰを打ち込んだ試料であり、真円穴Ｈは、楕円ピンＰの長円側が当接する部位11、11を加圧して押し広げる方向の負荷が作用し、引っ張りの残留応力が生じると共に塑性加工される。その結果、加工硬化によって強度が向上し、疲労寿命が延命される。
また、真円穴Ｈ周縁は、楕円ピンＰの短円側の領域12、12には、加圧力ｐ・ｐによって引っ張り方向の負荷が作用するので、圧縮方向の残留応力が残り、この残留応力によって、楕円ピンＰの長円方向の繰り返し荷重に対する疲労寿命が延命されるものと考えられる。
【００３５】
ところが、前記楕円ピンＰの長円部の円周方向の長さは極めて短いため、被加圧領域11・11も極めて狭く、その結果、短円側の引っ張り領域12・12に充分に引っ張り力が作用しない恐れがある。これに対し、図１３（２）の円弧状楕円ピンＰｃは、楕円ピンＰの長円部に代わって円弧になっているため、円弧部の全周にわたって、真円穴Ｈの内径の２〜５％増しというような大径になるので、円弧部の全周が被加圧部11・11と均一に圧接する。
その結果、被加圧部11・11の領域が広くなり、塑性変形する領域も広くなるので、結果的に、引っ張り領域12・12にも確実に引っ張り力が伝わり、広い領域に渡って確実に残留圧縮応力が発生する。
なお、楕円ピンＰや円弧状楕円ピンＰｃに代えて、外径が真円穴Ｈの２〜５％増しの真円の大径ピンを圧入することも可能だが、強度アップの効果は小さい。圧入したピンは抜いてもよいし、小径のピンを挿入してから加締めることによって楕円ピン状や円弧状楕円ピン状、大径真円状に変形させてもよい。
【００３６】
以上の実施形態では、皿形リベット穴を例示したが、他の各種形状の締結穴にも適用できることは言うまでもない。
また、皿形リベットに限らず、皿形のネジ類や他の種のリベット、ボルト、ネジなどの他の種の締結手段にも適用できる。皿形状以外の場合は、リベット、ボルト、ネジ等の頭部と軸部間の直角凹部と、当該直角凹部と対応する軸部挿入穴の直角凸部に本発明を適用することになる。
【００３７】
さらに、複数の板材を重ねてリベットなどで締結する際の締結穴６に限らず、図１４のように、ワッシャーＷに凸曲面６ｒを形成することもできる。
図４のように被締結板１自体の締結穴６に凸曲面６ｒを加工形成するのは作業性が悪いが、ワッシャーＷの穴の凸角部を凸曲面に加工するのは容易であり、また図７のように、パンチ９でパンチング加工すれば、凸曲面６ｒ付きのワッシャーＷを量産することも容易である。
一方、ワッシャーＷの凸曲面６ｒとぴったり重なる形状の凹曲面５Ｒを有すリベット５のヘッド部形状は、皿形でなく丸形５１ｃであり、このように各種のヘッド部形状を採用できる。
【００３８】
リベット５に代えて、鎖線で示すようにボルトを用いる場合、ボルトの頭部Ｂと軸部５３との間が、通常の９０度の凹角部に代えて凹曲面５Ｒとなっているので、リベット５の凹曲面５Ｒと同じ原理で、ボルトの断面の急激な変化による応力集中を抑制して、ボルトの破損も抑制できると共に、締結時の相互の衝撃塑性加工による疲労強度向上も可能となる。
なお、本発明による作用効果は、試作品による実験の結果でも確認されている。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴やワッシャーにおいて、角部がき裂発生の起点となるのを抑制すべく、凸曲面とすることによって角部を無くすと共に、皿形リベットなどの締結手段自体の凹角部を無くして、断面変形が連続的な凹曲面とすることによって、締結穴やワッシャーからき裂が発生するのを抑制し、金属疲労による不安定破壊の発生を抑止することが可能となり、締結手段自体の強度も向上する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】従来の航空機用の皿形リベットによる締結状態を示す縦断面図である。
【図２】皿形リベットを挿入し加締める前のリベット穴を示す縦断面図である。
【図３】本発明によるリベット締結構造を示す縦断面図である。
【図４】本発明による丸み皿形リベット穴を示す縦断面図である。
【図５】従来のリベット穴加工用のドリルを示す側面図である。
【図６】丸み皿形リベット穴を加工するための本発明による丸みドリルの側面図である。
【図７】丸み皿形リベット穴を加工するための本発明によるパンチを示す縦断面図である。
【図８】本発明によるリベット製造金型の縦断面図である。
【図９】図８のリベット製造金型で製造される皿形リベットの側面図と平面図である。
【図１０】隣接する皿形リベット穴からき裂が発生し進展する挙動を示す平面図である。
【図１１】隣接する皿形リベット穴間の最短ルート以外の迂回ルートにそれぞれ１個のき裂迂回穴を開けてある実施形態である。
【図１２】隣接する皿形リベット穴間にき裂迂回穴を２個以上開けてある実施形態である。
【図１３】き裂迂回穴に金属を圧入した例で、（１）は楕円ピンを打ち込んだ例、（２）は円弧状楕円ピンを打ち込んだ例である。
【図１４】ワッシャーに凸曲面を形成した実施形態である。
【符号の説明】
【００４１】
１・２ 金属板
３ 皿形リベット
３１ 皿形ヘッド部
３２ 加締め部
３３ 凹角部
４ 皿形のリベット穴
４１ 円筒状穴
４２ テーパ状の皿穴
４ｅ 凸角部
５ 凹曲面つきの皿形リベット
５１ 皿形ヘッド部
５２ 加締め部
５３ 軸部
５Ｒ 凹曲面
６ 皿形リベット穴
６１ 軸穴
６２ テーパ状の皿穴
６ｒ 凸曲面
７ 従来のドリル
７３ 凹角部
８ 本発明のドリル
８Ｒ 凹曲面
９ パンチ
９Ｒ 凹曲面
１０ 金型
１１ 軸穴
１２ 皿状ヘッド穴
１２ｒ 凸曲面
１４・１５ 最短経路の自然き裂
１６・１８、１７・１９ き裂迂回穴
２０・２１ 迂回き裂
Ｐ 楕円状の大径ピン
Ｐｃ 円弧状楕円ピン
Ｈ 真円穴
Ｗ ワッシャー
Ｂ ボルト頭部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャーにおいて、角部がき裂発生の起点となるのを抑制すべく、角部を全内周に渡って凸曲面とすることによって、角部を無くすことを特徴とする締結穴又はワッシャーのき裂抑制方法。
【請求項２】
締結穴から万一き裂が発生した場合、き裂の発生した締結穴と隣接する締結穴同士の間の最短経路以外の迂回ルートに１以上のき裂迂回穴を各締結穴ごとに最短経路に対し反対側に開けることによって、き裂を迂回穴側に誘導することを特徴とする請求項１記載の締結穴き裂の応急処置法。
【請求項３】
前記のき裂迂回穴に金属体を圧入することを特徴とする請求項２に記載の締結穴き裂の応急処置法。
【請求項４】
リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴において、角部がき裂発生の起点となるのを抑制すべく、角部を全周に渡って凸曲面とすることによって、角部を無くしてあることを特徴とする締結穴又はワッシャー穴。
【請求項５】
リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴の全周に渡って凸曲面を形成する方法であって、前記締結手段のヘッド部と軸部との間に形成した凹曲面と同等の形状を有するパンチを用いて締結穴又はワッシャー穴をパンチング形成することを特徴とする締結穴又はワッシャー穴の形成方法。
【請求項６】
リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャーの全周に渡って凸曲面を形成するドリル又は回転研磨器であって、前記凸曲面と対応する領域が、全周に渡って凹曲面になっていることを特徴とする締結穴又はワッシャー穴形成器。
【請求項７】
角部を無くして、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴に挿入して締結するリベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段において、
前記締結穴又はワッシャー穴の凸曲面の部分と対応する部位を、締結穴又はワッシャー穴の凸曲面と同等の曲率の凹曲面としてなることを特徴とする締結手段。
【請求項８】
角部を無くして、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴に挿入して締結するリベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を製造する際に、
前記のように凸曲面にしてなる締結穴又はワッシャー穴と同様な形状の金型を形成し、該金型の成型穴中に金属体を圧入して塑性成型することを特徴とする締結手段の製造方法。
【請求項１】
リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャーにおいて、角部がき裂発生の起点となるのを抑制すべく、角部を全内周に渡って凸曲面とすることによって、角部を無くすことを特徴とする締結穴又はワッシャーのき裂抑制方法。
【請求項２】
締結穴から万一き裂が発生した場合、き裂の発生した締結穴と隣接する締結穴同士の間の最短経路以外の迂回ルートに１以上のき裂迂回穴を各締結穴ごとに最短経路に対し反対側に開けることによって、き裂を迂回穴側に誘導することを特徴とする請求項１記載の締結穴き裂の応急処置法。
【請求項３】
前記のき裂迂回穴に金属体を圧入することを特徴とする請求項２に記載の締結穴き裂の応急処置法。
【請求項４】
リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴において、角部がき裂発生の起点となるのを抑制すべく、角部を全周に渡って凸曲面とすることによって、角部を無くしてあることを特徴とする締結穴又はワッシャー穴。
【請求項５】
リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャー穴の全周に渡って凸曲面を形成する方法であって、前記締結手段のヘッド部と軸部との間に形成した凹曲面と同等の形状を有するパンチを用いて締結穴又はワッシャー穴をパンチング形成することを特徴とする締結穴又はワッシャー穴の形成方法。
【請求項６】
リベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を挿入する締結穴又はワッシャーの全周に渡って凸曲面を形成するドリル又は回転研磨器であって、前記凸曲面と対応する領域が、全周に渡って凹曲面になっていることを特徴とする締結穴又はワッシャー穴形成器。
【請求項７】
角部を無くして、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴に挿入して締結するリベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段において、
前記締結穴又はワッシャー穴の凸曲面の部分と対応する部位を、締結穴又はワッシャー穴の凸曲面と同等の曲率の凹曲面としてなることを特徴とする締結手段。
【請求項８】
角部を無くして、凸曲面としてなる締結穴又はワッシャー穴に挿入して締結するリベット、ボルト又はネジ類を含む締結手段を製造する際に、
前記のように凸曲面にしてなる締結穴又はワッシャー穴と同様な形状の金型を形成し、該金型の成型穴中に金属体を圧入して塑性成型することを特徴とする締結手段の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−１１５３１４（Ｐ２００９−１１５３１４Ａ）
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６８０２６（Ｐ２００８−２６８０２６）
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（５０４１４５３０８）国立大学法人 琉球大学 (100)
【出願人】（５０７３４３８３３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月２８日（２００９．５．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【出願人】（５０４１４５３０８）国立大学法人 琉球大学 (100)
【出願人】（５０７３４３８３３）
【Ｆターム（参考）】
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