JP4980351B2 - 航空機外板の窓切欠への挿入用窓部材 - Google Patents

Description

本出願は、２００５年８月８日提出の独国特許出願第１０ ２００５ ０３７ ８２７．７号及び２００５年１２月８日提出の独国特許出願第１０ ２００５ ０５８ ７４９．６号の出願日の利益を請求し、これらの出願の開示内容をここに参照により援用する。

本発明は、航空機外板の窓切欠に挿入するための窓部材に関し、窓パッケージ及び押付フレームを収容するための窓枠を有する。

旅客機用の窓部材の周知例は、かなり複雑な構成である。特に、窓パッケージを収容するための窓枠は、傾斜したウェブをもった、複雑で基本的にはＴ字状の断面領域を備えており、該断面領域は通常、その幾何学的形状が複雑であるため、鍛造プロセスにおいて一体物で製造され、例えばアルミニウムで形成される。更に、既知の窓枠の使用は、機体エアフレームの外板において２つ以上の空気力学的な干渉縁部をもたらし、その結果、空気抵抗やドラッグ（抗力）が増加する。更には、押付フレームを用いて窓パッケージを窓枠に取り付けるには、いわゆるアイボルトが必要であり、これらのアイボルトは、追加的な生産工程において窓枠にリベット留めされ、該アイボルトの配置については、生産工程に起因してその配列が不均等になることが不可避であり、後続の、押付フレームを用いた窓枠の取付を難しくする。更に、窓枠の複雑な幾何学的形状は、前記窓枠を、繊維強化した複合材料から形成し難くする。

特に、本発明の目的は、上述した不利益を殆ど回避できる航空機用の窓部材を実現することである。

この目的は、請求項１の特徴を有する窓部材によって達成できる。

窓枠は、窓の切欠領域における外板の内側部分に取り付けられ、特に外板にリベットで留めることができ、押付フレームを取り付けるために、１つ以上の押付フレーム取付具が、窓枠及び外板に接続され、特に窓枠及び外板にリベット留めされる。そして、窓枠は簡単な幾何学的断面形状、特に、基本的にＬ字又は矩形の幾何学的断面形状をもつため、本発明の窓部材、特に窓枠の構造設計が簡単になる。

以前から知られている解決策と比較すると、窓の切欠のサイズが同じ場合に、本発明による窓枠では、窓面積を更に大きくすることができるが、これは、窓枠が窓の切欠に全く突出しないか、あるいは極僅かに突出するだけであり、従ってその面積が減少するからである。

更に、Ｌ字状又は矩形状をした幾何学的断面形状をもつ、窓枠の単純化された形状によって、必要であれば繊維強化された複合材料を用いて、窓部材全体を経済的に生産できる。更に、本発明による窓部材によって材料試験が簡素化され、これまで知られている解決策による窓部材に比べて重量低減がもたらされる。そして、窓パッケージの窓シール部の設計が単純化され、これは、より小さなシール縁しか要らなくなるからである。同様に、窓部材の取付が容易になり、その理由は、取付作業中に、窓パッケージ又は押付フレームの取付にこれまで必要とされたアイボルトを位置合わせする必要がなく、つまり、押付フレームを窓パッケージの固定位置へとスライドできるようにするために、アイボルトを垂直状態にする必要がないからである。本発明によれば、押付フレーム取付具のネジ付ステーボルトは常に、窓枠に対して垂直に配置されるので、窓枠へと窓パッケージに張力をかけるための押付フレームを、ネジ付ステーボルトを超える煩わしさを伴わずに配置し、例えば、ネジ付ナットによって取り付けることができる。最終的に、本発明による窓部材では、１つの空気力学的な干渉縁部だけが航空機の外板に存在することになり、その結果、流体抵抗やドラッグが減少する。

押付フレーム取付具の領域において、この押付フレーム取付具は窓枠とともに外板にしっかりと接続され、特にリベットで鋲着される。この窓枠、又は押付フレーム取付具は、好ましくは互いにオフセットをもつ周方向の少なくとも２列で、航空機の外板に鋲着されて、いずれの場合にもリベットは、窓の切欠の縁領域において互いに均等に離間している。

別の典型的な実施形態によれば、少なくとも１つの押付フレーム取付具が、窓パッケージに対する停止面を備える。こうして、窓パッケージは、取付中に窓枠内でガイドされ又は配置される。

更なる典型的な実施形態によれば、少なくとも１つの押付フレーム取付具が一体物で形成され、１つ以上の接続要素、特に１つ以上のネジ付ステーボルトを備え、少なくとも１つの接続要素が窓枠に対して基本的に垂直となるように配置される。

押付フレーム取付具についての一体成形の設計は第１に、周知の自動生産機械で同様に、簡単かつ経済的な製造を可能にする。接続要素については、好ましくは押付フレーム取付具上で垂直となるように配置されたネジ付ステーボルトの形状のものが存在し、これにより窓パッケージの取付が容易となり、その理由は、窓パッケージに張力をかけるために、対応してこれに配置されたドリル孔をもつ押付フレームを、更なる位置合わせ作業なしで、ネジ付ステーボルトにスライドできるからである。

本発明の別の実施形態によれば、いずれの場合においても、少なくとも１つの押付フレーム取付具が、２つ以上の接続要素、特に２つ以上のリベットを用いて窓枠及び外板に接続される。

こうして得られるリベット接続は、窓枠又は航空機外板に対する押付フレーム取付具について、傾き難い取付をもたらす。

本発明の更なる典型的な実施形態によれば、少なくとも２つの押付フレーム取付具が窓枠上に配置され、それらは互いにほぼ等距離で離間している。その結果、押付フレームを用いて、窓パッケージには窓枠に向けて均一な張力が静的に付与されることなる。窓部材の特定の実施形態では、６つの押付フレーム取付具が、窓枠の周方向に亘って、互いに等距離となるように離間して配置される。

窓部材の更なる典型的な実施形態によれば、窓パッケージが、内側の窓ガラス及び外側の窓ガラスを備え、内側の窓ガラスと外側の窓ガラスが接するか、又は窓シール部によって囲まれる。こうして、窓ガラスの領域における結露の形成が殆ど回避される。更に、窓部材の熱絶縁性が向上する。

別の実施形態は、窓シール部の外面に対してほぼ平行であって、窓枠に対して基本的に垂直に延びるように、少なくとも１つの押付フレーム取付具の停止面を提供する。これは、その取付中、窓パッケージの安全なガイドをもたらす。特定の実施形態によれば、窓シール部の外面と押付フレーム取付具の各停止面との間に隙間が殆どなく、これは取付及び動作の間、公差の均等化のオプションを提供するためである。

別の典型的な実施形態によれば、窓枠が、窓パッケージに対する周方向の支持面を備える。こうして、窓パッケージは、押付フレームを用いて張力をかける間、窓枠内で自ずと中心出しがなされる。

装置構成の更なる例示的実施形態については、追加した請求項に開示される。

以下では、本発明について同封図面を参照して更に詳細に説明する。

同一又は同様の構成要素は、全図で同じ参照符号によって特定される。図は正しい縮尺でなく、概略図を示す。

図１は、取付方向、つまり機体エアフレームの内側から見た、本発明による窓部材の平面図を示す。

窓部材１は特に窓枠２を含み、これは、航空機の機体エアフレームの外板４における窓の切欠３を囲んでいる。この窓枠２は、外板４の内側部分５に支えられる。窓部材１を完成させるために、窓パッケージ６は、窓枠２に受け入れられる。図示の実施形態では、窓枠２が複数の取付部材、例えばリベットを用いて航空機の外板４に接続され、図示上の明確化のため、リベット７乃至１３は、残り全てのリベットを代表的に示している。この構成では、リベット７乃至１３が、例えば互いに並行して延びる２列に配置され、これらの列のリベット７乃至１３はいずれの場合も、互いにほぼ等距離となるように窓枠２の周方向に沿って配置される。

リベット１１乃至１３を用いて、押付フレーム取付具１４は、窓枠２及び外板４に対して同時に接続される。窓枠２の周方向に亘って、合計５つの他の押付フレーム取付具（図示せず）が配置され、これらは、好ましくは等距離となるように互いに離間される。他の押付フレーム取付具は、押付フレーム取付具１４と同じ設計とされて、リベットにより窓枠２及び外板４に接続される。合計６つの押付フレーム取付具を備えた窓部材１について記載した実施形態の該取付具とは異なる方法で、２、３、４、５、又は７個、あるいはそれ以上の押付フレーム取付具を設けることも可能である。

リベットを用いる代わりに、窓枠２及び押付フレーム取付具１４及び残りの押付フレーム取付具はまた、例えば、接着性接合によって外板４の内側部分５に接続することもできる。

図２は、Ｂ方向（図１参照）から見た押付フレーム取付具１４を示す。

特に、押付フレーム取付具１４は、押付フレームに対する接続要素としてのネジ付ステーボルト１５、及び停止面１６を含む。この停止面１６は、窓枠２内で窓パッケージ６をガイドするために特に使用される。押付フレーム取付具１４は、一体物として設計することが好ましく、例えば、金属除去生産工程によって固形材料から製造できる。例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、チタン合金、鋼鉄、又は鋼鉄合金が、押付フレーム取付具１４用の材料として考えられる。あるいは、押付フレーム取付具１４は、例えば射出成形プロセス又は樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）プロセスにおいて、繊維強化プラスチックを用いて製造することもできる。端部領域１７において、ネジ付ステーボルト１５はネジ部１８を備え、これに対して適切な取付要素、例えばネジ付ナット等を適用できる。押付フレーム取付具１４は窓枠２の上に支持され、該窓枠は航空機の機体エアフレームの外板４の内側部分５に支持される。

他のリベット（図２には示さない）とは別に、リベット１１、１３は基本的に、押付フレーム取付具１４及び窓枠２を、航空機の機体エアフレームの外板４に対して確実に接続するために用いられる。

図３は、切断線Ａ−Ａに沿う窓部材１の横断面を示し、明確化のため、リベット１３を省略している。

窓枠２は、機体エアフレームの外板４の内側部分５に支持される。窓枠２又は押付フレーム取付具１４は、リベット１１と１２、そしてリベット１３（図示せず）を用いて機体エアフレームの外板４に接続される。窓枠２は、第１の側面部１９及び第２の側面部２０を有する、簡単で基本的にＬ字状をした幾何学的断面形状をもつ。第１の側面部１９は、航空機の外板４に対してほぼ垂直であり、これは特に、窓部材１の剛性を高めるために用いられる。更に、窓枠２は、窓パッケージ６を支持するとともに、その中心合わせを行うために、周方向の支持面２１を備える。このために、支持面２１は窓切欠３の方向に傾いており、すなわち、該支持面は設計上、円錐面状であるため、その結果、窓パッケージ６はそれ自身で中心合わせがなされる。

窓パッケージ６は、内側の窓ガラス２２と外側の窓ガラス２３を備え、これらは気密性シールを提供するために窓シール部２４によってとり囲まれる。更に、窓枠２に窓パッケージ６を取り付けるために、押付フレーム２５が設けられている。押付フレーム２５の第１部分２６はドリル孔２７を備え、この孔には、ネジ部１８を有するネジ付ステーボルト１５の端部領域１７が挿通される。取付要素としてのネジ付ナット２８を用いて、押付フレーム２５を、押付フレーム取付具１４に接続することができる。押付フレーム２５は、更に５つのドリル孔を備え、これらの孔には、残り５つの押付フレーム取付具のネジ付ステーボルトがそれらに応じて挿通されることで、押付フレーム２５には、別の５個のネジ付ナットによって押付フレーム２５と窓枠２との間で窓パッケージ６を固定するために、窓枠２に対して張力がかけられる。その結果、押付フレーム２５の第２部分２９は、窓枠２の第１の側面部１９によって支持される。押付フレーム取付具は、これらが互いにほぼ等距離で配置されるように、窓枠２の周方向に亘って配分することが好ましい。

押付フレームの第１部分２６及び第２部分２９は、図３に示す実施形態において高さ位置が合っていないが、両部分２６、２９について互いの位置を合わせることができる。この場合、窓枠２の第１の側面部１９の長さを短くする必要がある。

ネジ付ステーボルト１５は、窓枠２の第２の側面部２０、又は機体エアフレームの外板４に対して基本的に垂直となるように整列配置される。本発明による窓部材１の取り付けの際、窓枠２は先ず、複数のリベットによって外板４に接続される。鋲着作業の間、これらの押付フレーム取付具は、同時期に同様にリベットで留められる。次いで、窓パッケージ６は、窓枠２の支持面２１上に配置されて、位置合わせされる。本構成では、窓パッケージ６の位置合わせが、基本的に押付フレーム取付具の停止面によってなされ、これらの停止面はほぼ垂直である。ネジ付ステーボルト（基本的には、垂直となるように常に整列配置される）のおかげで、取付プロセスを完了させるために、押付フレーム２５は、事前の位置合わせなしでネジ付ステーボルト１５上に配置でき、そして、押付フレーム２５と窓枠２との間で窓パッケージ６に張力をかけるために、前記押付フレーム２５は、ネジ付ナット２８によって簡単にしっかりとネジ留めを行える。このように、本発明による窓部材は、航空機、特に旅客機の機体エアフレームの外板４における窓の切欠３に、簡単で時間のかからない方法で取り付けることができる。

更にまた、少なくとも１つの通気ダクト３０が窓シール部２４に採用された。押付フレーム２５は、窓シール部２４及び窓枠２とともに、周方向の閉塞された空洞３１を形成しており、この空洞３１は、通気ダクト３０とともに、外側の窓ガラス２３の換気に用いられる。

最終的に空洞３１内で発生する凝縮水を排出するために、押付フレーム２５には、その最も低い部分に排水口（図示せず）を設けることができ、この排水口を通して凝縮水を排出できる。

更に図３では、１つの外部（空気力学的）干渉縁部３２が、外板４と外側の窓ガラス２３との間に生じるに過ぎず、本発明による窓部材が、航空機における機体エアフレームの外板の空気力学特性にマイナス効果を殆ど及ぼさないことを示している。

停止面１６又は残りの５つの停止面は基本的に、取付及び運用中、窓部材１内において、窓パッケージ６を包囲する窓シール部２４とともに窓パッケージ６をガイドし又は位置合わせするために用いられる。本構成では、停止面１６と窓シール部２４の外周面３３と間に隙間があり、これは、公差を均等化するというオプションを提供するためである。別の実施形態では、この間隔をゼロ値に低減できる。更に、押付フレーム取付具の支持面又は停止面１６と、窓パッケージ６の窓シール部２４との間に軽い圧入を与えるように設計できる。

図４は、本発明による窓部材の第２実施形態の断面を示す。

図３による実施形態の窓枠２の状況とは異なる方法で、窓枠３４はこの場合、基本的に矩形の幾何学的断面形状をもち、その結果、窓部材の製造がいっそう単純化される。窓枠３４に垂直の側面部がないので、得られる機械的剛性は、窓部材の第１実施形態に係る例の剛性よりも小さい。窓枠３４はこの場合も周方向の支持面３５を備え、この支持面は、窓パッケージ６の中心合わせのために、円錐面状の設計とされ、窓枠３４は機体エアフレームの外板４の内側部分５に支持される。押付フレーム取付具１４は、第１実施形態の例と同じ設計とされ、リベット１１乃至１３を用いて外板４に接続され、この点に関しては図３に関連して行った説明を参照されたい。

互いにオフセットした２つの基本的に平坦な部分２６、２９を有する第１実施形態の例（図３参照）とは異なる方法で、１つの押付フレーム３６は第１部分３７を備え、該部分は第２の湾曲部３８と結合される。ネジ付ナット２８を締めると、窓パッケージ６の窓シール部２４が、押付フレーム３６によって、支持面３５に抗して押圧され、よって窓枠３４には、きつくかつ気密に張力がかけられる。押付フレーム３６の第１部分３７が基本的に、窓シール部２４により支持されるのに対し、その第２部分３８は平坦な窓枠３４によって直接的に支持され、この窓枠は、円錐面状の支持面３５とは別に、矩形の幾何学的断面形状をもつ。

押付フレーム３６は、窓シール部２４及び窓枠３４とともに、この場合も空洞を形成し、これは通気ダクト３０に接続されて、窓部材における外側の窓ガラス２３又は内側の窓ガラス２２の換気に用いられる。

図５は、本発明による窓部材１の実施形態を更に示す。

図３、図４による窓部材１の窓枠２及び３４とは異なり、窓枠４０は、下方、つまり外方を向いた肥厚部４２を、窓パッケージ６に対する傾斜した（円錐面状の）支持面４１の下側に備える。窓枠４０の第１の側面部４３は、ほぼＬ字の幾何学的断面形状をもち、これは、図３による窓枠２の実施形態と同様に設計され、機体エアフレームの外板４に対して基本的に垂直となるように延びる。窓枠４０の第２の側面部４４については、該側面部４４が外板４の内側部分５に支持され、これは図３による窓枠２の実施形態における側面部よりも長くされることで、肥厚部４２を有する一方の端部領域４５が、窓の切欠３に向けてやや突出している。

その結果、僅かに減少した窓領域を有する窓パッケージ６を窓枠４０に収容でき、その理由は、肥厚部４２、つまり支持面４１を有する第２の側面部４４の端部領域４５が、窓の切欠３へと僅かに突出しているからである。本構成では、窓枠４０の肥厚部４２の肉厚部分４６の表面が、窓パッケージ６及び機体エアフレームの外板４とほぼ同一平面上となるように終わっている。２つの干渉縁部４７、４８とは別に、このことは、如何なる顕著な凹凸をも伴わずに、基本的に滑らかな外板４をもたらし、その結果、空気力学的に好ましくない乱流の発生が殆ど回避される。

特に、本実施形態の窓枠４０によって、航空機における機体エアフレームの外板４の塗装、コーティング等が容易となるが、これは通常、肉厚部分４６の表面には、工場で既にペイント層及び保護箔が設けられ、よって外板４の塗装を行う前に、窓パッケージ６のマスキングはもはや必要ないからである。

更に、肥厚部４２は、窓枠４０、延いては窓部材１全体の機械的性質、特にねじれ剛性を高める。

図３に関連する説明と同様に、窓パッケージ６はこの場合も押圧され、つまり押付フレーム２５、押付フレーム取付具１４、及びネジ付ナット（明確化のため図面には示さない）によって、窓枠４０に抗して押し付けられる。

窓枠４０自体は多数のリベットによって機体エアフレームの外板４にしっかりと接続されるが、リベット１１、１２だけを、図５の残るリベットの代表として示している。

別の実施形態（その詳細に示さない）では、窓枠が、図５に示す肥厚部４２を保ったままで、図４の窓枠３４の実施形態に対応した基本的に矩形の幾何学的断面形状をもつことができる。この場合、窓パッケージ６の取り付けは、押付フレームを用いて行われ、これは、図４に示す押付フレーム３６と同じ幾何学的断面形状を有する。

取付方向から見た窓部材の平面図である（機体エアフレームの内部）。 Ｂ方向から見た押付フレーム取付具を示す図である。 窓部材の第１実施形態を示す断面図である。 窓部材の第２実施形態を示す断面図である。 窓部材の第３実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１ 窓部材
２ 窓枠
３ 窓の切欠
４ 外板（機体フレーム）
５ 内側部分
６ 窓パッケージ
７ リベット
８ リベット
９ リベット
１０ リベット
１１ リベット
１２ リベット
１３ リベット
１４ 押付フレーム取付具
１５ ネジ付ステーボルト
１６ 停止面
１７ 端部領域
１８ ネジ部
１９ 第１の側面部（窓枠）
２０ 第２の側面部（窓枠）
２１ 支持面
２２ 内側の窓ガラス
２３ 外側の窓ガラス
２４ 窓シール
２５ 押付フレーム
２６ 第１部分（押付フレーム）
２７ ドリル孔
２８ ネジ付ナット
２９ 第２部分（押付フレーム）
３０ 通気ダクト
３１ 空洞
３２ 干渉縁部
３３ 外面（窓シール部）
３４ 窓枠
３５ 支持面
３６ 押付フレーム
３７ 第１の部分
３８ 第２の部分
３９ 空洞
４０ 窓枠
４１ 支持面
４２ 肥厚部
４３ 第１の側面部
４４ 第２の側面部
４５ 端部領域
４６ 肉厚部分の面
４７ 干渉縁部
４８ 干渉縁部

Claims (17)

1. 窓パッケージ（６）及び押付フレーム（２５、３６）を収容するための窓枠（２、３４、４０）を有する、航空機外板（４）の窓切欠（３）への挿入用の窓部材（１）であって、
   前記窓枠（２、３４、４０）が、前記窓切欠（３）の領域における外板（４）の内側部分（５）に取り付けられ、
   前記押付フレーム（２５、３６）を取り付けるために、１つ以上の押付フレーム取付具（１４）が、前記窓枠（２、３４、４０）及び外板（４）に接続され、
   前記窓枠（２、３４、４０）が基本的にＬ字状又は矩形状の幾何学的断面形状を有し、
   １つの以上の前記押付フレーム取付具（１４）が、前記窓パッケージ（６）に対する停止面（１６）を有する、窓部材。
2. 前記窓枠（２、３４、４０）は、リベット留めにより、前記外板（４）の内側部分（５）に取り付けら、
   １つの以上の前記押付フレーム取付具（１４）は、リベット留めにより、前記窓枠（２、３４、４０）及び外板（４）に接続される、請求項１に記載の窓部材（１）。
3. １つの以上の前記押付フレーム取付具（１４）は、一体物で形成され、１つ以上の接続要素（１５）を備え、前記１つ以上の接続要素が、前記窓枠（２、３４、４０）に対して基本的に垂直に配置された、請求項１又は２に記載の窓部材（１）。
4. 前記１つ以上の接続要素（１５）は、１つ以上のネジ付ステーボルトである、請求項３に記載の窓部材（１）。
5. １つの以上の前記押付フレーム取付具（１４）は、いずれの場合も、２つ以上の接続要素（１１乃至１３）を用いて、前記窓枠（２、３４、４０）及び外板（４）に接続される、請求項１から４のいずれか１項に記載の窓部材（１）。
6. 前記２つ以上の接続要素（１１乃至１３）は、２つ以上のリベットである、請求項５に記載の窓部材（１）。
7. ２つの以上の前記押付フレーム取付具（１４）は、基本的に互いに等距離をもって離間して、前記窓枠（２、３４、４０）上に配置される、請求項１から６のいずれか１項に記載の窓部材（１）。
8. 前記窓パッケージ（６）は、内側の窓ガラス（２２）及び外側の窓ガラス（２３）を備え、前記内側の窓ガラス（２２）及び前記外側の窓ガラス（２３）が窓シール部（２４）によって囲まれた、請求項１から７のいずれか１項に記載の窓部材（１）。
9. １つ以上の前記押付フレーム取付具（１４）の停止面（１６）は、窓シール部（２４）の外面（３３）に対してほぼ平行であり、前記窓枠（２、３４、４０）に対して基本的に垂直に延びる、請求項１から８のいずれか１項に記載の窓部材（１）。
10. 前記窓枠（２、３４、４０）が、前記窓パッケージ（６）に対する周方向の支持面（２１、３５、４１）を備える、請求項１から９のいずれか１項に記載の窓部材（１）。
11. 支持面（２１、３５、４１）が円錐面状である、請求項１から１０のいずれか１項に記載の窓部材（１）。
12. 前記押付フレーム（２５、３６）が、少なくとも１つの接続要素を通すための１つ以上のリセス（２７）を備える、請求項１から１１のいずれか１項に記載の窓部材（１）。
13. 前記リセス（２７）はドリル孔である、請求項１２に記載の窓部材（１）。
14. 前記窓パッケージ（６）は、１つ以上の取付要素を用いて、前記押付フレーム（２５、３６）を介して前記窓枠（２、３４、４０）に張力をかけられ、前記取付要素が１つ以上の接続要素上に配置される、請求項１から１３のいずれか１項に記載の窓部材（１）。
15. 前記取付要素は、１つ以上のネジ付ナット（２８）を用いて、１つ以上の接続要素上に配置される、請求項１４に記載の窓部材（１）。
16. 前記窓枠（２、３４、４０）、押付フレーム（２５、３６）及び窓シール部（２４）が、前記窓パッケージ（６）の換気用の空洞（３１、３９）を形成する、請求項１から１５のいずれか１項に記載の窓部材（１）。
17. 窓シール部（２４）が、外側の窓ガラス（２３）の換気用の通気ダクト（３０）を少なくとも１つ備える、請求項１から１６のいずれか１項に記載の窓部材（１）。

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