JP2016517941A - 注入可能なキャップ - Google Patents

Abstract

本発明は、締結具（２〜４）の一方の端部の周りに封止した空洞（１２）を形成して、締結具（２〜４）に対する落雷が発生した場合にガス放出およびスパークの事象を封じ込めるためのキャップ（１００）を提案する。本発明は同様に、このようなキャップ（１００）を含む継手、ならびにこのようなキャップ（１００）を設置するための部品キットおよび方法をも提案する。本発明に係るキャップ（１００）は、締結具（２〜４）の一方の端部を封入するための空気空洞（１２）内への開口部を包囲する縁部（１８）で終結する環状ベース（１１）を有する内キャップ部材（１０）と；環状ベース（１１）から離れるように半径方向外向きに延在する環状スカートまたはフランジ（４０）を有する外キャップ部材（２０）であって、環状スカートまたはフランジ（４０）と環状ベース（１１）が互いの間に環状封止空洞（３４ａ〜ｃ）を画定している外キャップ部材と、を含む。キャップ（１００）は同様に、環状封止空洞（３４ａ〜ｃ）と流体連通状態にある外キャップ部材（２０）内の開口部（２２）を含む封止材料入口（４４）であって、開口部（２２）が封止材料注入装置（８０）と相互連結して封止材料入口（４４）から環状封止空洞（３４ａ〜ｃ）内への硬化性封止材料（８１）の流れを提供している、封止材料入口（４４）をも含んでいる。外キャップ部材は、第１のロック機構（９５、９６）を伴って形成された内表面を有し、内キャップ部材（１０）は、第１のロック機構（９５、９６）と共にスナップ継手を形成する第２のロック機構（９７）を伴って形成された外表面を有する。

Description

本発明は締結具の一方の端部の周りに封止した空洞を形成するためのキャップ、このようなキャップを含む継手、ならびにこのようなキャップを設置するための部品キットおよび方法に関する。

締結具の周りでのスパーク抑制を提供する公知の方法が、欧州特許第Ａ−０３３４０１１号に記載されている。
一定の体積のガスがキャップによって締結具の周りに封入されている。
ガスは、落雷過程で複合構造体と金属締結具との間に起こり得るアーク放電に対してスパーク抑制を提供する。

本発明の第１の態様は、締結具の一方の端部の周りに封止した空洞を形成するためのキャップにおいて、
締結具の一方の端部を封入するための空気空洞内への開口部を包囲する縁部で終結する環状ベースを有する内キャップ部材と；
環状スカートまたはフランジを有する外キャップ部材であって、環状スカートまたはフランジと環状ベースが互いの間に環状封止空洞を画定している外キャップ部材と；
環状封止空洞と流体連通状態にある外キャップ部材内の開口部を含む封止材料入口であって、開口部が封止材料注入装置と相互連結して封止材料入口から環状封止空洞内への硬化性封止材料の流れを提供している封止材料入口と、
を含むキャップを提供する。
外キャップ部材は、第１のロック機構を伴って形成された内表面を有し、内キャップ部材は、第１のロック機構と共にスナップ継手を形成する第２のロック機構を伴って形成された外表面を有する。

内キャップ部材および外キャップ部材は、スナップ継手により共に接合されており、このスナップ継手は、偶発的な分解を防止し、封止材料の注入および硬化中に外キャップ部材を所定の場所に保つ。

一実施形態において、第１のロック機構は、外キャップ部材の内表面内の環状突出部であり、第２のロック機構は、環状突出部を収容してスナップ継手を形成する内キャップ部材の外表面内の陥凹部である。

好ましくは、内キャップ部材は、外キャップ部材内のロック機構と共にそれぞれのスナップ継手を各々形成している複数のロック機構を伴って形成されている。
スナップ継手の間には複数の流路が具備されて、硬化性封止材料がスナップ継手間を環状封止空洞内へと流入できるようにしている。

任意には、内キャップ部材の外表面は、それぞれのスナップ継手を各々形成している複数の第２のロック機構を伴って形成されている。
一部の実施形態においては、複数の溝路が、内キャップ部材の外表面内に形成され、各溝路は、封止材料入口の開口部および環状封止空洞と流体連通状態にある。
溝路は外キャップ部材の内表面に当接する尾根部により分離されており、かつ複数の第２のロック機構の各々は、尾根部のそれぞれの中に形成されている。

第１のロック機構は、外キャップ部材の内表面の全周にわたり延在していてよい。
内キャップ部材の外表面が、それぞれのスナップ継手を各々形成している複数の第２のロック機構を伴って形成されている場合には、これらのスナップ継手は、外キャップ部材の内表面の全周にわたって延在する共通の第１のロック機構と共に形成されていてよい。

好ましくは第１および／または第２のロック機構は、例えば角度の付いた傾斜路および一コーナーで傾斜路と遭遇するアンダーカットを含む非対称のロック機構である。
典型的には、第１のロック機構のアンダーカットが第２のロック機構のアンダーカットと対合してスナップ継手を形成する。

内キャップ部材の環状ベースは典型的に、円筒形の外表面を有する。

内キャップは典型的に、ドーム形部分と、環状ベースとドーム形部分の間で内キャップの外径が減少する肩部とを含む。

肩部およびドーム形部分は典型的に、凹コーナーで遭遇する外表面を有し、かつ肩部および環状ベースは典型的に、凸コーナーで遭遇する外表面を有する。

第２のロック機構は、ドーム形部分の中に形成されていてよい。

内キャップ部材は、好ましくは、環状ベースから延在する実質的にドーム形の部分を含み、
外キャップ部材は、好ましくは環状スカートまたはフランジから延在する対応する実質的にドーム形の部分を含む。
外キャップ部材のドーム形状は、例えば組立て作業員が偶発的に打撃を与えたことなどによってキャップが損傷を受ける確率を削減し、応力の集中を最小限に抑える。
内キャップ部材のドーム形状は、空気空洞の体積を最小限に抑えることを可能にし、したがってキャップの全体的サイズおよび質量を最小化する。
こうして、ドーム形状は、所与の重量および空間範囲に対する空気空洞体積を最大化する。

締結具の一端部上にキャップを位置づけした後に封止材料入口を介して封止材料を注入できることから、短い実用時間および硬化時間の間に封止材料を使用することが可能である。
封止材料は、塗布時に封止材料注入装置内で混合可能であり、こうして、材料をその可使時間中に、かつ硬化開始前に塗布することが保証される。
急速硬化封止材料には、安定した固着部を非常に迅速に提供するという利点がある。
すなわち、設置されたキャップは、短い時間枠内に組立て作業員による偶発的打撃あるいはそれに類するものに耐えることができるようになる。

環状封止空洞は、封止のための大きな接触部域を提供し、このことが今度は、比較的小さい設置面積の部域内でキャップと構造体の間に強く信頼性の高い固着部を提供する。
キャップと構造体の間の良好な封止は、空気空洞が、落雷過程でひき起こされるガス放出およびスパークを安全に封じ込めることができるような形で空気空洞内部に封止した空気体積を維持するためと同時に、空気空洞内への燃料の漏出を防止するためにも不可欠である。

本発明のキャップは同様に、硬化した封止部内部の空隙を防止し、清潔で一貫性ある塗布プロセスを提供する。
封止材料内の空隙は、封止部（固着ライン）の完全性を損ない、こうして空気空洞内への燃料の漏出を許容することから、このような空隙を防止することが極めて重要である。

環状封止空洞内部の封止材料は、構造体を貫通する締結具全体上にナットキャップが設置された時点で空気空洞を封止するという主要な機能を有するが、キャップを構造体に固着する機能も同様に有していてよい。
したがって、封止材料は、封止および固着材料を構成していてよい。
同様にして、環状封止空洞は、環状封止および固着空洞を構成していてよい。

封止材料入口の開口部は、好ましくは外キャップ部材の中心軸を中心にしている。
このような中心位置は、環状封止空洞の全周への均等な流れを保証する。
代替的には、一部の実施形態において、開口部を中心軸からオフセットして限定空間内でのキャップの設置を可能にしてもよい。
このような場合には、キャップ内に追加の制限機構または他の機構を内蔵させて、封止剤材料の流れが均等な封止部（固着ライン）を提供できるように保証することが必要であるかもしれない。

キャップはさらに、開口部からの硬化性封止材料を収容しそれを環状封止空洞に分配するように配置された貯槽を含んでいてよい。
貯槽は、開口部と軸方向に整列された（すなわちその真下に位置づけされた）無蓋のチャンバを含んでいてよい。
ひとたび封止材料が充填された時点で貯槽は、周縁部（すなわち上縁部）から溢流して全半径方向に均一な封止材料の流れを提供するように配置されてよい。

キャップは、内キャップ部材の外表面かまたは外キャップ部材の内表面のいずれかに形成された複数の溝路を含んでいてよく、各溝路は、封止材料入口の開口部および環状封止空洞と流体連通状態にある。

溝路は、内キャップ部材と外キャップ部材の間の間隙の一部のみにわたり延在する浅い溝路であってよく、間隙の残りの部分は連続した相互接合領域を提供する。
より好ましくは、溝路は、内キャップ部材の外表面内に形成され、外キャップ部材の内表面に当接する尾根部により分離されているか、あるいは、外キャップ部材の内表面内に形成され、外キャップ部材の外表面に当接する尾根部によって分離されているかのいずれかである。
こうしてこの場合、尾根部は、内キャップ部材と外キャップ部材の間の間隙を複数の溝路に分割し、封止材料が溝路の間を流動できないようにする。

典型的には、各溝路は、封止材料入口からの硬化性封止材料の流れを収容するように配置された溝路入口と、環状封止空洞内へと硬化性封止材料の流れを補給するように配置された出口とを有する。
溝路は、内キャップ部材の環状ベースの縁部までずっと通っていてよいが、より好ましくは、溝路の出口は、内キャップ部材の環状ベースの縁部から軸方向にセットバックされている。

内キャップ部材は、環状ベースをより小さい直径の外側寄り部分に接合する肩部を含み、溝路の出口は、肩部から軸方向にセットバックされているかまたは肩部に隣接していてよい。

内キャップ部材または外キャップ部材は、片側のみに溝路を伴って形成されてよいが、より好ましくは、内キャップ部材または外キャップ部材は波形形状を有している。
すなわち、溝路は、内キャップ部材の外表面内に形成され、複数の対応する溝路が、内キャップ部材の内表面内に形成されているか；あるいは溝路は外キャップ部材の内表面内に形成され、対応する複数の溝路が外キャップ部材の外表面内に形成されている。
このような波形形状を有する内キャップ部材または外キャップ部材を形成することで、大量の追加重量を結果としてもたらすことなく比較的幅狭の溝路を形成することが可能となる。

内キャップ部材または外キャップ部材は、典型的に、実質的に均一の壁厚で溝路を形成する側壁を有する。
こうして、キャップの重量は最小限に抑えられる。

各溝路は、それが環状封止空洞に向かって延在するにつれて増大する幅を有していてよい。
このことは、異なる溝路を通る別個の封止材料流が溝路から退出する時に合流するように促す。

各溝路は、それが環状封止空洞に向かって延在するにつれて減少する深さを有していてよい。

好ましくは、外キャップ部材の環状スカートまたはフランジは、縁部において終結し、環状スカートまたはフランジの縁部は内キャップ部材の環状ベースの縁部から軸方向にオフセットされている。
すなわち、締結具の端部が空気空洞の内部に封入され、かつ内キャップ部材の縁部が、締結具の貫通している構造体と当接している状態で、キャップが所定の位置にある場合、通常、環状スカートまたはフランジの縁部と構造体の間には間隙が存在することになる。
この間隙は、封止材料が環状封止空洞から流出して、キャップの周りに目に見える輪を形成し、こうして完全かつ均一な封止の視覚的標示を提供することができるようにする。
オフセットされた縁部は同様に、内キャップ部材の縁部近くにフィレット半径または段などの***領域を有する構造体に対しキャップを嵌合させることを可能にする。

内キャップ部材および外キャップ部材は、別個の部品として形成され、組立て後に硬化した封止剤が任意にこれらを互いに固着する。
２つの部材を別個の部品として形成することによって、製造プロセスは著しく単純化される。
内キャップ部材および外キャップ部材は、好ましくはガラス充填ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）などの熱可塑性材料から射出成形により形成されてよい。
好適なガラス充填ＰＥＩは、４０体積％のガラス繊維を含むＵｌｔｅｍ^TM２４００である。

任意には、外キャップ部材は透明で、注入につれて封止材料を観察できるようになっている。

環状封止空洞は、環状ベースの縁部からの距離に伴ってその断面積が減少するように全体としてフレア形状を有していてよい。
こうして、キャップを固着させるべき構造体と接触状態にある封止材料の部域を、キャップの全体的直径を増大させることなく最大にすることが可能である。
したがって、環状スカートまたはフランジは、好ましくは、環状ベースから半径方向外向きに延在する。
代替的には、環状スカートまたはフランジは、環状ベースに対し直角に、この環状ベースから半径方向外向きに延在してよい。

環状スカートまたはフランジは、環状ベースから半径方向外向きにその全長に沿って延在してよい。
代替的には、環状スカートまたはフランジは、環状ベースに対して平行に延在する円筒形部分と、環状ベースから半径方向外向きに延在しかつ円筒形部分を外キャップ部材の外側寄り部分（ドーム状になっていてよい）に接合する肩部とを含んでいてよい。
肩部は、環状ベースから半径方向外向きに、環状ベースに対し鋭角を成して、あるいは環状ベースに対し直角に延在していてよい。

封止材料入口は、外キャップ部材内に突出部（例えばボス）を含んでいてよく、この突出部は開口部を含み、封止材料注入装置と相互連結するように配置されている。

キャップの環状部品（すなわち環状ベース、環状スカートまたはフランジおよび環状封止空洞は、全体として円形の横断形状を有していてよく、あるいは、六角形または正方形（例えば六角形または正方形の形状を有する締結具を封入するため）などの他の任意の閉鎖形状を有していてよい。

本発明の第２の態様は、
構造体と；
構造体を貫通する締結具と；
第１の態様に係るキャップであって、内キャップ部材の空気空洞が締結具の一端部を封入し、内キャップ部材の縁部が構造体と当接しているキャップと；
キャップの環状封止空洞を充填し、構造体と接触して空気空洞を封止する封止材料と、を含む、継手を提供している。

こうして、環状封止空洞内部の封止材料は、封止部（固着部）の厚みおよび封止部（固着部）の外側と空気空洞（内空洞）との間の漏出経路長を最大化するのに役立つ。

好ましい実施形態において、封止材料（または封止および固着材料）は、環状封止空洞を充填して、同時にキャップを構造体に固着させる。
キャップと構造体の間の固着部は、こうしてキャップ−封止剤材料の固着部および封止剤材料−構造体の固着部によって形成される。

第１の態様に係るキャップは、締結具の各端部を封入して、継手が構造体の両側から封止されるようになっていてよい。

構造体は好ましくは、航空機の構造的構成要素、より好ましくは航空機翼の構造的構成要素そして最も好ましくは燃料タンクの境界壁を形成する航空機翼の構造的構成要素である。
構造体は好ましくは、複合構造的構成要素を含み、締結具は金属締結具であってよい。
このような場合、締結具において落雷が発生する確率が極めて高い。
構造体は典型的に、締結具により共に接合される一対の構造部品を含む。
このような航空機の利用分野において、キャップの空気空洞は、落雷時に、内部で制御されたガス放出またはスパーク事象を安全に発生させることのできる１つのエアポケットを提供する。
封止材料は同様に、締結具の端部の周りに流体密な封止部をも提供し、こうして、締結具が貫通する構造体内の孔を通した燃料の漏出を防止する。

封止材料は、好ましくはエポキシ系接着剤、最も好ましくは、３Ｍ^TM製のＳｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ^TM７２５６Ｂ／Ａなどの二液型エポキシ系構造用接着剤を含む。
このようなエポキシ系材料は、通常、主要な（または唯一の）目的が接着剤として作用することである利用分野において使用されるが、本発明において、それは接着剤および封止剤の両方として作用する。
このような二液型接着剤は、典型的にカートリッジ形態（５０ｍｌ入りカートリッジが好ましい）で供給され、塗布時に注入ガンのノズル内で混合される。
エポキシ系接着剤は、自由流動性で、粘度が低く、室温で急速な硬化を示す。
二液型接着剤を塗布時に混合することにより、例えばわずか数分の可使時間などの非常に短い可使時間を有する接着剤を使用することが可能である。
このような接着剤は、締結具上へのキャップの組立ての前のおよび／または手作業による塗布を必要とする公知の封止キャップでは使用することができなかった。

封止材料用の好適な代替的材料は、二液型ポリスルフィド系封止剤またはシリコーン系封止剤などの封止剤材料である。
したがって、封止材料は典型的にはエラストマである。
好適なポリスルフィド系封止剤は、Ｃｈｅｍｅｔａｌｌ^TM製のＭＣ−２３８ＣｌａｓｓＡ／Ｂである。
二液型封止剤は、塗布ガンを介した塗布のためのカートリッジに入って供給され得、典型的にはガンのノズルを介した送出の前にカートリッジ内で混合される。
このような封止剤は典型的には、二液型接着剤よりもはるかに長い硬化時間を有する。
詳細には、偶発的打撃などに耐えることのできる頑強な封止部を達成するのに掛る時間は、エポキシ接着剤についてはおよそ１時間であるのに比べて１２時間以上になることもある。

内キャップ部材は締結具に当接してもしなくてもよい。
それが締結具と当接する場合には、内キャップ部材の内表面から突出する複数のリブを介して締結具と当接する。

締結具は構造体から突出していてもよいし、あるいは構造体内で皿穴に埋められていてもよい。

本発明の第３の態様は、
締結具の一方の端部の周りに封止された空洞を形成するための部品キットにおいて、
締結具の一方の端部を封入するための空気空洞内への開口部を包囲する縁部で終結する環状ベースを有する内キャップ部材と；
環状スカートまたはフランジを有する外キャップ部材と、；
硬化性封止材料の流れを環状封止空洞内に導くために封止材料入口と相互連結するように配置されたノズルを有する封止材料注入装置と、を含み、
外キャップ部材は、
環状スカートまたはフランジと環状ベースが互いの間に環状封止空洞を画定している状態で内キャップ部材上に嵌合されるように配置されており（そして任意には環状スカートまたはフランジは環状ベースから離れるように半径方向外向きに延在する）、さらに、
封止材料入口を含み、第１のロック機構を伴って形成された内表面を有し、
内キャップ部材は、外キャップ部材が内キャップ部材上に嵌合された時点で第１のロック機構と共にスナップ継手を形成するように配置された第２のロック機構を伴って形成された外表面を有している；
を含むキットを提供している。

硬化性封止材料とは別個にキャップを提供することにより、封止材料は、任意には静的混合ノズルを介して組立てられたキャップに対し直接塗布されることから、短い可使時間を有するタイプの急速硬化封止材料であり得る。
部品キットは、第２の態様の継手を形成して付随する恩恵を達成するために使用することができる。
キャップは、第１の態様に係るキャップを含んでいてよい。

注入装置は、手動式、電動式または圧縮空気駆動式であってよい。
注入装置は、定体積の封止材料を送出しそれにより制御され一貫性ある塗布プロセスを保証するように構成されていてよい。

硬化性封止材料は、キャップ内への注入前に注入装置のノズル内で２液が混合される二液型接着剤または封止剤材料であってよい。
代替的には、２液は、注入装置のノズルを介した送出の前に予備混合されてよい。
硬化性封止材料は、優れた流動特性を有するエポキシ系接着剤、最も好ましくは、３Ｍ^TM製のＳｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ^TM７２５６Ｈ／Ａなどの二液型エポキシ系接着剤を含む。
このような二液型接着剤は、注入装置内に装填可能なカートリッジ（５０ｍｌ入り以上のカートリッジが好ましい）の形で供給される。
接着剤の２液は、塗布時に注入ガンのノズル内で混合される。

エポキシ系接着剤は、自由流動性で、粘度が低く、室温で急速な硬化を示す。
塗布時に二液型接着剤を混合することにより、例えばわずか数分の可使時間などの非常に短い可使時間を有する接着剤を使用することが可能である。このような接着剤は、締結具上へのキャップの組立ての前のおよび／または手作業による塗布を必要とする公知の封止キャップでは使用することができなかった。

封止材料用の好適な代替的材料は、二液型ポリスルフィド系封止剤または二酸化マンガン系封止剤などの封止剤材料である。
好適なポリスルフィド系封止剤は、Ｎａｆｔｏｓｅａｌ^TM製のＭＣ−２３８ＣｌａｓｓＡ／Ｂである。
二液型封止剤は、上述の通り、送出前に塗布ガン内で混合可能であるが、典型的には、二液型接着剤よりもはるかに長い硬化時間を有する。
詳細には、偶発的打撃などに耐えることのできる頑強な封止部を達成するのに掛る時間は、エポキシ接着剤についてはおよそ１時間であるのに比べて１２時間以上のこともある。

本発明の第４の態様は、構造体を貫通する締結具の一方の端部の周りに封止した空洞を形成するためのキャップを設置する方法において、
キャップは、
締結具の一方の端部を封入するための空気空洞内への開口部を包囲する縁部で終結する環状ベースを有する内キャップ部材と；
任意には環状ベースから離れるように半径方向外向きに延在する環状スカートまたはフランジを有し、環状スカートまたはフランジと環状ベースが互いの間に環状封止空洞を画定している外キャップ部材と、
環状封止空洞と流体連通状態にある外キャップ部材内の開口部を含む封止材料入口と；
を含み、
外キャップ部材は、第１のロック機構を伴って形成された内表面を有し、
内キャップ部材は、第１のロック機構と共にスナップ継手を形成する第２のロック機構を伴って形成された外表面を有する；ようにされている、
方法であって、
内キャップ部材の空気空洞の内部に締結具が封入され、環状ベースの縁部が構造体と当接するような形で、キャップを締結具の一方の端部上に設置するステップと；
硬化性封止材料が構造体と接触するような形で、封止材料入口を介して環状封止空洞内に硬化性封止材料を注入するステップと；
硬化性封止材料を硬化させて空気空洞を封止するステップと、
を含む方法を提供している。
こうして、硬化した封止材料は、空気空洞の周りに連続したボイドレス封止部（接着部）を形成することができる。

硬化性封止材料の硬化ステップには同様に、構造体に対するキャップの接着ステップも含まれていてよい。

キャップは、第１の態様に係るキャップを含むことができ、方法は第２の態様に係る継手を結果としてもたらすことができる。
方法は、第３の態様に係る部品キットを使用することができる。

構造体は好ましくは、航空機の構造的構成要素、より好ましくは航空機翼の構造的構成要素そして最も好ましくは燃料タンクの境界壁を形成する航空機翼の構造的構成要素である。
構造体は好ましくは、複合構造的構成要素または複合および金属製の構造的構成要素のハイブリッドアセンブリを含み、締結具は金属締結具を含む。
このような場合、締結具においてまたは締結具を直近で包囲する部域内で落雷が発生する確率が極めて高い。
構造体は典型的に、締結具により共に接合される一対の構造部品を含む。
このような航空機の利用分野において、キャップの空気空洞は、落雷が発生した場合に起きるガス放出またはスパーク事象を内部で安全に封じ込める１つのエアポケットを提供する。
封止材料は同様に、締結具の端部の周りに流体密な封止部をも提供し、こうして、内部空気空洞内への燃料の漏出を防止する。

硬化性封止材料は好ましくは、第３の態様に関連して上述した通りのエポキシ系接着剤を含む。

本発明のさらなる態様は、第１の態様のキャップを組立てる方法において、内キャップ部材上に外キャップ部材を嵌合させるステップを含み、内キャップ部材と外キャップ部材は、外キャップ部材が内キャップ部材上に嵌合されるにつれて、嵌合方向に共に移動し、内キャップ部材は、第１のロック機構上にカム作用力を及ぼし、この力が第１のロック機構を嵌合方向から離れるように側方に移動させ、その後スナップ嵌合状態に戻して第２のロック機構と共にスナップ継手を形成させる、方法を提供する。

本発明のいずれかの態様に関連して以上または以下で論述されている任意のまたは所望される特徴のいずれかを、個別にまたは任意の組合せの形で、他のいずれかの態様に応用することが可能である。

本発明の実施形態について、ここで以下の添付図面を参照しながら説明する。
本発明の第１の実施形態に係るナットキャップの平面図である。 ラインＤ−Ｄに沿って切り取った図１のナットキャップの断面図である。 ラインＦ−Ｆに沿って切り取った図１のナットキャップの断面図である。 ノズルにより注入中の封止材料を示す図１のナットキャップの断面図である。 図１のキャップの内キャップ部材の等角図である。 図６のラインＡ−Ａに沿って切り取った図４の内キャップ部材の断面図である。 図４の内キャップ部材の平面図である。 図８中のラインＢ−Ｂに沿って切り取った図８の外キャップ部材の断面図である。 図９の外キャップ部材の平面図である。 図１のキャップの外キャップ部材の等角図である。 本発明の第２の実施形態に係るナットキャップの内キャップ部材の等角図である。 図１０の内キャップ部材の下面図である。 本発明の第２の実施形態に係るナットキャップの外キャップ部材の等角図である。 図１２の外キャップ部材の断面図である。 構造体と遭遇する設置状態にある本発明の第２の実施形態のナットキャップの一部分の拡大断面図である。 内キャップ部材内の環状スナップ溝のための代替的構造体を示す本発明の第２の実施形態のナットキャップの一部分の拡大断面図である。 非対称のロック機構を伴う代替的スナップ継手を示す、本発明の第２の実施形態のナットキャップの一部分の拡大断面図である。

図１〜図３は、本発明の第１の実施形態に係る注入可能なナットキャップ１００を示す。
ナットキャップは、内キャップ部材１０（図４〜図６に図示）と外キャップ部材２０（図７〜９に図示）を含む。
内キャップ部材および外キャップ部材１０、２０は、ガラス充填ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）などの熱可塑性材料から射出成形される。
好適なガラス充填ＰＥＩは、４０体積％のガラス繊維を含むＵｌｔｅｍ^TM２４００である。
内キャップ部材および外キャップ部材は代替的には、成形、積層造形プロセスまたは他の任意の好適なプロセスによって製造されてよい。

内キャップ部材１０は、この実施形態では複合航空機構造的構成要素５０であるもののハイブリッド複合金属構成要素であってよい、構造的要素から突出する締結具の末端部を封入する対応するドーム形の内部空気空洞１２を伴う、概して薄い壁を有するドーム形部材である。

図４〜図６を参照すると、内キャップ部材１０は概して環状ベース１１とドーム形部分１５とで構成されている。
ベース１１は、円筒形外表面を伴う円筒形部分１３を有する。
円錐台形肩部１４は、肩部から頂点まで延在するドーム形部分１５に対して円筒形部分１３を接合している。
内キャップの外径は肩部１４において減少し、したがって、ドーム形部分１５は環状ベース１３よりも小さい外径を有する。
肩部１４およびドーム形部分１５の外表面は、凹コーナー２５（図４に付番されている）において遭遇し、肩部１４と環状ベース１３の外表面は凸コーナー２６で遭遇している。

図２および図３の設置状態において、円筒形部分１３の露出された内側縁部１８は構造的要素５０と当接して、締結具の末端部を空気空洞１２の内部に完全に密封する。
締結具は、ボルト２上に螺入されるナット３、および座金４を含む。
ベースの円筒形部分１３は、内キャップ部材１０と締結具との間の機械的連結を提供するための機械的ロック機構を有する。
この例において、座金４はナット３と比べて小さい直径を有し、このためナットの張出し部分は、円筒形部分１３の内表面から突出する３つのスナップ突出フック１９と対合するようになっている。
これらのフック１９は、注入につれての封止剤材料の圧力によりキャップが構造体５０から強制的に離されるのを防いでいる。
内キャップ部材は同様に、図２に示されているナット３の側面を把持する３つの軸方向に延在するリブ１７を有している。

図７〜図９を参照すると、外キャップ部材２０は同様に、概して薄い壁を有するドーム形部材であり、内キャップ部材１０上に嵌合するように整形されている。
外キャップ部材２０は概して、環状スカート４０とより小さい直径のドーム形外側寄り部分４３とで構成されている。
環状スカート４０は、円筒形部分４１、肩部４２そしてその自由縁部のフレア形唇状部２６を有する。
ドーム形外側寄り部分４３の頂点にあるテーパー付きボス４４には、開口部２２も含まれている。
ボス４４の外径は、図３ａに示されている通り、封止材料注入ガンのノズル８０内に収容されるようにサイズが決定される。
ボス４４の上にノズル８０を取付けること（逆ではなく）は、封止剤材料の流れを制限せずキャップ内への封止剤の流れの指向性をより低くする結果となるため、好ましい。
任意には、ノズルは、バイヨネット式取付け具またはそれに類するものを介して、ボスと相互連結してよい。

内キャップ部材は、実質的に均一の壁厚を伴う側壁を有する。
側壁には波形が付けられて、内キャップ部材の外表面内に６つの外向きの尾根部５１および溝路または溝彫り５０を、そして内キャップ部材の内表面内に同数の対応する内向き尾根部５２および溝路５３を形成する。
尾根部５１は、図２に示されている通り、外キャップ部材のドーム形部材４３の内表面と当接して、封止材料が溝路５０の間を流動できないようにしている。

ドーム形外側寄り部分４３と肩部４２の間で、外キャップ部材２０は同様に、その外表面内でキャップ２０が外向きに膨らんでいるその周囲に起伏を伴って形成され、その内表面内で環状陥凹部９１を伴って形成されている。
起伏９０が肩部４２と遭遇する場所では、外キャップ部材２０の内表面は同様に、その周囲を通る環状ビードを伴って形成されている。
環状ビードは、傾斜路９５および、コーナーにおいて傾斜路に遭遇するアンダーカット９６を有する。

３つの尾根部５１のベースにおいてドーム形部分１５の中にロック機構９７が形成され、これらのロック機構のうちの２つが図４に見られる。
各ロック機構９７は、図５に示されている通り、１つのコーナーにおいてアンダーカット９９と遭遇する角度の付いた傾斜路９８を含む。

キャップ１００は、キャップの軸７０と平行な嵌合方向で外キャップ部材上へ外キャップ部材２０を押し下げることによって組立てられる。
傾斜路９５は傾斜路９８と係合し、この傾斜路９８は傾斜路９５にカム作用力を加えて、環状ビード９５、９６がコーナーを通過してスナップ嵌合状態に戻り３つのスナップ継手を形成するまで、嵌合方向から離れるように側方に外キャップを変形させる。
組立てたキャップ内で、外キャップ内の環状ビード９５、９６は内キャップ内の３つのロック機構９７と対合して３つのスナップ継手を形成し、これらのスナップ継手が外キャップ部材２０を所定の場所にしっかりと固定する。
３つのスナップ継手のうちの１つが、図２の左側に示されている。

内キャップ部材１０と外キャップ部材２０の間の封止体積は３つの主要領域、すなわち貯槽３２；スカート４０とベース１１の間の環状封止体積（またはポケット）３４ａ〜３４ｃ；そして貯槽３２と環状封止体積３４ａ〜３４ｂとを相互連結する溝路５０を有する。

ノズル８０は、開口部２２を介して封止体積内に封止材料８１の連続流を送出する。
この実施形態においては、３Ｍ^TM製のＳｃｏｔｃｈ−Ｗｅｌｄ^TM７２５６Ｂ／Ａなどの二液型エポキシ系構造用接着剤が好ましい。
この接着剤は、カートリッジ形態（５０ｍｌ入りカートリッジが好ましい）で供給され、注入ガンによる塗布時にノズル８０内で混合される。
このようなエポキシ系接着剤は、自由流動性で、粘度が低く、室温で急速な硬化を示す。
好適な代替的材料は、Ｎａｆｔｏｓｅａｌ^TM製のＭＣ−２３８ＣｌａｓｓＡ／Ｂなどの二液型ポリスルフィド系封止剤である。

貯槽３２は、開口部２２の真下にあり、こうして開口部から直接封止材料を収容する。
タンク３２は、比較的低い流れ抵抗を提供することによって封止体積３４ａ〜ｃ内への封止材料の流れを改善するのに役立ち、同時に溝路５０内に均等均一な流れを提供するのにも役立つ。
ひとたび硬化した時点で、溝路５０内部の封止材料は、内キャップ部材１０と外キャップ部材２０を共に固着するのに役立ち、キャップ１００に対し構造的剛性を付加する。
環状封止体積は、図３に示された３つの部分、すなわち肩部１４、４２間の上部部分３４ａ；円筒形部分４１、１３の間の円筒形（またはわずかにフレア形の）中央部分３４ｂ、およびベース１１と唇状部２６の間の下部部分３４ｃを有する。

肩部４２は、キャップ軸７０に対して大きい鋭角を成してキャップの中心軸７０から離れるように半径方向外向きに延在しており、この鋭角は肩部１４の鋭角よりさらに大きい。
したがって、肩部４２の内表面は、小さい鋭角を成して肩部１４の外表面から離れるように半径方向に延在し、こうして、環状封止体積の上部部分３４ａは、開口部２２からの距離と共に増大する断面積を伴うフレア形状を有するようになっている。
環状封止体積の下部部分３４ｃは同様にフレア形唇状部２６のためフレア形状を有し、開口部２２からの距離に伴ってその断面積が増大するようになっている。
環状封止体積３４ａ〜ｃはその下部面において開放しており、封止材料が環状封止体積から外向きにそして構造用要素５０と接触するように流れることができるようになっている。

唇状部２６は、内キャップ部材１０のベース縁部１８から軸方向にオフセットされている。
この配置により、外キャップ部材２０は、締結具が傾斜路または半径（フィレット）などの構造的要素５０の機構に非常に近いところに位置設定された場合でもこのような機構と衝突しないことが保証されている。
このような潜在的衝突は、締結具の外縁部が５ｍｍの半径を有するフィレットの縁部からわずか１．６ｍｍしかないところに位置設定される可能性のある航空機構造体においては、珍しいことではない。
それは同様に、封止部が構造的要素５０内の小さな表面機構の偏向を吸収でき、ひとたび硬化した時点で一定の可撓性度を得るのに充分な厚みを有することも保証する。

図４を参照すると、各溝路５０は、封止材料入口から硬化性封止材料８１の流れを収容するように配置された入口６０、および環状封止体積の上部部分３４ａ内に硬化性封止材料の流れを補給するように配置された出口６１を有する。
溝路５０は、肩部１４で終結し、こうしてそれらの出口６１がベース１１の縁部１８から軸方向にセットバックされるようになっている。

設置の間、キャップ１００は最初に、締結具の末端部（または代替的には先端部）が空気空間１２内部に封入されている状態で、図２および図３に示された位置に設置される。
封止材料注入ガンのノズル８０を次に図３ａに示されている通りに取付けて、一時的封止部をその間に作り出す。
予備混合された封止材料８１が次にノズル８０から貯槽３２内に注入され、そこに集合する。
貯槽３２は、満杯になった時点で溢流し、溝路５０内への封止材料の均等に分布した流れをひき起こす。
溝路５０がひとたび充填されると、封止材料８１の圧力は、封止材料が溝路の出口６１を通って環状封止体積３４ａ〜ｃ内へと強制されるレベルにまで上昇する。
封止材料は、流出して構造体５０と接触するまで環状封止体積３４ａ〜ｃを完全に満たし、その時点でノズル８０からの封止材料の流れは停止させられる。

封止体積中への硬化性封止材料８１の注入後、ノズルは取外され、注入された封止材料は硬化するように放置される。
硬化時に、封止材料は、キャップ１００と構造体５０の間と同様、内キャップ部材と外キャップ部材１０、２０の間にも強い接着性固着部を提供する。
封止材料が上述の通りのエポキシ系接着剤である場合、それは、一時間ほどで実用強度（すなわち、組立て作業員による打撃などに耐えるのに充分な強度を提供するのに好適である程度）にまで硬化し得る。
これは、ポリスルフィドまたは二酸化マンガン系封止剤の場合の１２時間以上という実用強度硬化時間に対比される。

硬化した注入済み封止材料８１は同様に、空気空間１２を完全に封止するためにも役立つ。
したがって、空気空間１２内部に閉じ込められた空気は、落雷中にひき起こされるスパークおよびガス放出事象を封じ込めることのできる安全な環境を提供することができる。
空気空間１２内への燃料、水または他の汚染物質の進入も同様に防止される。

本発明の封止材料注入方法は、封止材料の均一に分布した被覆が達成されることから、封止体積３３ａ〜ｃ内部でのエアポケットの蓄積（すなわち空気の閉じ込め）を回避する。
このようなエアポケットは、無制御のスパークまたはガス放出事象向けの環境を提供すると同時に封止部を劣化させてその後締結具継手を通して燃料を漏出させるかもしれないことから、極めて望ましくない。

一連の溝路５０は、流れに対する低い抵抗を示し、したがって、封止材料は貯槽３２から環状封止体積３３ａ〜ｃ内へとより自由に流れることができる。
ひとたび硬化した時点で、溝路５０内部の封止材料８１は、内キャップ部材１０と外キャップ部材２０を合わせて固着させるのに役立ち、構造的剛性をキャップ１００に付加する。

図３を見ればわかるように、各溝路５０の深さは、流れ方向に漸進的に減少する。
図４および図６を見ればわかるように、各溝路５０の円周方向幅も同様に、溝路が流れ方向で環状封止体積に向かって延在するにつれて増大する。
このことは、溝路からの封止材料流が、溝路５０から退出し環状封止体積３４ａ〜３４ｃ内に進入するにつれて合流するように促す。

環状封止体積３４ａ〜３４ｃは、その下部面において開放しており、そのため、封止材料８１は、図３ａに示されているように、封止材料８１は封止体積から外向きにかつ構造用要素５０と接触した状態になるように流れることができるようになっている。
環状封止体積３４ａ〜ｃのフレア形状は、封止材料８１のための大きな接着部域を提供し、この部域は、ひとたび硬化した後、構造的要素５０に対しキャップ１００を封止するように作用する。
その上、この大きい接着部域は、構造的要素上の比較的小さい設置面積の内部で達成される。

図１０〜図１３は、本発明の第２の実施形態に係る注入可能なナットキャップを形成するための部品キットを示す。
キットは、内キャップ部材１１０と外キャップ部材１２０とを含む。
内キャップ部材１１０は概して、円筒形ベース部分１１３、およびベース部分１１３から平面的頂点１１７まで延在するドーム形部分１１６で構成されている。

外キャップ部材１２０は同様に、概して薄い壁を有するドーム形部材であり、内キャップ部材１１０上にぴったり収まるように整形されている。
外キャップ部材１２０は概して、環状フランジ１４０、円筒形ベース１４１およびドーム形外側寄り部分１４２で構成されている。
ドーム形外側寄り部分１４２は、封止材料注入ガン（図示せず）のノズルと相互連結するようにサイズが決定されている開口部１２２を含む。

内キャップ部材は、実質的に均一の壁厚を伴う側壁を有する。
内キャップ部材の外表面内には複数の外向きの尾根部１５１および溝路１５０が形成され、同数の対応する内向きの尾根部１５２および溝路１５３が、内キャップ部材の内表面内に形成されている。
尾根部１５１は、キャップが組立てられた時点で外キャップ部材１２０の内表面と当接し、こうして封止材料は溝路間を流動できないようになっている。

図１４ａに示されている通りに組立てられた時点で、小さい環状封止体積（またはポケット）１７０が、環状フランジ１４０の湾曲した半径と内キャップ部材のベース１１３の間に形成される。
図１０を参照すると、各溝路１５０は、封止材料入口からの硬化性封止材料の流れを収容するように配置された入口１６０と、環状封止体積１７０内に硬化性封止材料の流れを補給するように配置された出口１６１とを有する。
前述の実施形態とは異なり、溝路１５０はベース１１３の縁部１１４で終結する。
溝路１５０は、流れに対する低い抵抗を示すほぼ半円形の断面形状を有する。
各溝路１５０の深さおよび幅はその長さに沿って実質的に一定であり続ける。

外キャップ部材のベース１４１の内表面は、封止剤の硬化前にキャップ部材を合わせてしっかり固定するための内キャップ部材の外表面内の対応する陥凹部１８１内にスナップ式に収容される環状突出部１８０を伴って形成される。

図１４ａの例では、内キャップ部材は、陥凹部または溝１８１において減少した壁厚を有する。
図１４ｂは、壁厚が変わらないように内キャップ部材が起伏のある形状を有している環状スナップ溝１８１向けの代替的構造体を示している。

図１〜図９の第１の実施形態とは異なり、図１０〜図１４ｂの実施形態内のスナップロック機構１８０、１８１は、図１４ａおよび１４ｂに示されている通りの対称的な半円形断面形状を有する。
一変形実施形態においては、機構１８０、１８１は、傾斜路が一コーナーにおいてアンダーカットと遭遇している状態の図１〜９の実施形態における環状ビード９５、９６およびロック機構９７と類似の、図１４ｃに示されたかぎ状の非対称断面形状１８０ａ、１８１ａを伴って形成されていてよい。

上述の本発明の実施形態において、尾根部および溝路は、内キャップ部材内に形成され、外キャップ部材は平滑な外表面を有する。
このことは、外キャップ部材の平滑な外表面が汚れをひきつけず、キャップ上の水または液体の流れに対する影響が比較的少ない断面形状を有していることを理由として、好ましい。
しかしながら、一変形実施形態（図示せず）においては、内キャップ部材の代りに外キャップ部材に波形が付けられて尾根部および溝路を形成していてもよい。

本発明について以上で１つ以上の好ましい実施形態に関連して説明してきたが、添付のクレーム内に定義されている本発明の範囲から逸脱することなくさまざまな変更または修正を加えることができるということも認識される。

Claims (16)

1. 締結具の一方の端部の周りに封止した空洞を形成するためのキャップにおいて、
   締結具の一方の端部を封入するための空気空洞内への開口部を包囲する縁部で終結する環状ベースを有する内キャップ部材と；
   環状スカートまたはフランジを有する外キャップ部材であって、環状スカートまたはフランジと環状ベースが互いの間に環状封止空洞を画定している外キャップ部材と；
   環状封止空洞と流体連通状態にある外キャップ部材内の開口部を含む封止材料入口であって、開口部が封止材料注入装置と相互連結して封止材料入口から環状封止空洞内への硬化性封止材料の流れを提供している、封止材料入口と；
   を含み、
   外キャップ部材が、第１のロック機構を伴って形成された内表面を有し、内キャップ部材が、第１のロック機構と共にスナップ継手を形成する第２のロック機構を伴って形成された外表面を有する、
   ことを特徴とするキャップ。
2. 第１のロック機構が外キャップ部材の内表面内の環状突出部であり、
   第２のロック機構が、環状突出部を収容してスナップ継手を形成する内キャップ部材の外表面内の陥凹部である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のキャップ。
3. 内キャップ部材が、それぞれのスナップ継手を各々形成している複数のロック機構を伴って形成され、
   スナップ継手の間には複数の流路が具備されて、硬化性封止材料がスナップ継手間を環状封止空洞内へと流入できるようにされている、
   ことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載のキャップ。
4. 内キャップ部材の外表面が、それぞれのスナップ継手を各々形成している複数の第２のロック機構を伴って形成されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載のキャップ。
5. 内キャップ部材の外表面内に形成された複数の溝路をさらに含み、
   各溝路は、封止材料入口の開口部および環状封止空洞と流体連通状態にあり、
   溝路は外キャップ部材の内表面に当接する尾根部により分離されており、かつ
   複数の第２のロック機構の各々が、尾根部のそれぞれの中に形成されている、
   ことを特徴とする請求項４に記載のキャップ。
6. 第１のロック機構が外キャップ部材の内表面の全周にわたり延在している、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のキャップ。
7. 第１のロック機構が、角度の付いた傾斜路および一コーナーで傾斜路と遭遇するアンダーカットを含んでいる、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のキャップ。
8. 第２のロック機構が、角度の付いた傾斜路および一コーナーで傾斜路と遭遇するアンダーカットを含んでいる、
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のキャップ。
9. 第１のロック機構のアンダーカットが第２のロック機構のアンダーカットと対合してスナップ継手を形成する、
   ことを特徴とする請求項７および８に記載のキャップ。
10. 内キャップ部材の環状ベースが円筒形の外表面を有する、
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のキャップ。
11. 内キャップが、ドーム形部分と、環状ベースとドーム形部分の間で内キャップの外径が減少する肩部とを含み、
    肩部およびドーム形部分が、凹コーナーで遭遇する外表面を有し、かつ
    肩部および環状ベースが、凸コーナーで遭遇する外表面を有する、
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のキャップ。
12. 第２のロック機構（またはその各々）が、ドーム形部分の中に形成されている、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のキャップ。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載のキャップを組立てる方法において、
    内キャップ部材上に外キャップ部材を嵌合させるステップを含み、
    内キャップ部材と外キャップ部材は、外キャップ部材が内キャップ部材上に嵌合されるにつれて、嵌合方向に共に移動し、内キャップ部材は、第１のロック機構上にカム作用力を及ぼし、この力が第１のロック機構を嵌合方向から離れるように側方に移動させ、その後スナップ嵌合状態に戻して第２のロック機構と共にスナップ継手を形成させる、
    ことを特徴とする方法。
14. 構造体と；
    構造体を貫通する締結具と；
    請求項１〜１２のいずれかに記載のキャップであって、内キャップ部材の空気空洞が締結具の一端部を封入し、内キャップ部材の縁部が構造体と当接しているキャップと；
    キャップの環状封止空洞を充填し、構造体と接触して空気空洞を封止する封止材料と、
    を含む、
    ことを特徴とする継手。
15. 締結具の一方の端部の周りに封止された空洞を形成するための部品キットにおいて、
    締結具の一方の端部を封入するための空気空洞内への開口部を包囲する縁部で終結する環状ベースを有する内キャップ部材と、；
    環状スカートまたはフランジを有する外キャップ部材と、
    硬化性封止材料の流れを環状封止空洞内に導くために封止材料入口と相互連結するように配置されたノズルを有する封止材料注入装置と、
    を含み、
    外キャップ部材は、環状スカートまたはフランジと環状ベースが互いの間に環状封止空洞を画定している状態で内キャップ部材上に嵌合されるように配置されており、
    外キャップ部材は、さらに、封止材料入口を含み、第１のロック機構を伴って形成された内表面を有し、
    内キャップ部材が、外キャップ部材が内キャップ部材上に嵌合された時点で第１のロック機構と共にスナップ継手を形成するように配置された第２のロック機構を伴って形成された外表面を有している； ことを特徴とするキット。
16. 構造体を貫通する締結具の一方の端部の周りに封止した空洞を形成するためのキャップを設置する方法において、
    キャップが、
    締結具の一方の端部を封入するための空気空洞内への開口部を包囲する縁部で終結する環状ベースを有する内キャップ部材と；
    環状スカートまたはフランジを有する外キャップ部材であって、環状スカートまたはフランジと環状ベースが互いの間に環状封止空洞を画定している外キャップ部材と；
    環状封止空洞と流体連通状態にある外キャップ部材内の開口部を含む封止材料入口と；を具備し、
    外キャップ部材は、第１のロック機構を伴って形成された内表面を有し、
    内キャップ部材は、第１のロック機構と共にスナップ継手を形成する第２のロック機構を伴って形成された外表面を有する、ようにされている、
    方法であって、
    内キャップ部材の空気空洞の内部に締結具が封入され、環状ベースの縁部が構造体と当接するような形で、キャップを締結具の一方の端部上に設置するステップと；
    硬化性封止材料が構造体と接触するような形で、封止材料入口を介して環状封止空洞内に硬化性封止材料を注入するステップと；
    硬化性封止材料を硬化させて空気空洞を封止するステップと、
    を含む、
    ことを特徴とする方法。

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