JP5662527B2 - ブラインドリベット - Google Patents

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Description

本発明は、一般に、リベットに関し、より具体的には、ブラインドリベット組立体に関する。
ブラインドリベットを、マンドレルと組み合わせることが知られている。例えば、1997年11月25日にLuhmに付与された「締結用ファスナ」と題された特許文献1、「リベット及びリベット留めにおける及びこれに関連した改良」と題された特許文献2、「引き抜き型ブラインドリベット組立体」と題された特許文献3を参照されたい。しかしながら、これらのリベットは、リベット取り付け後、工作物の外面から外向きに延びるものである。これは、場所を取りすぎるという不都合があり、組み立ての際に障害になりやすく又は破損しやすい。最近になって、破断型マンドレルを使用したフラッシュ型ブラインドリベットが採用されるようになっている。
米国特許第5,689,873号 英国特許第286,471号 英国特許第2,150,661号
これらの構造により当該産業は大幅に改良されたが、さらなる改良が望まれる。
本発明によると、ブラインドリベット組立体が提供される。本発明の別の態様においては、ブラインドリベットには、1つ又はそれ以上の工作物の皿穴内に受けられる端部があり、マンドレル頭部が、マンドレルステムから破断されずにリベットを通って完全に引き抜かれる。本発明のさらに別の態様は、外向きにテーパ状になったショルダ上に配置された1つ又はそれ以上のリブを有するマンドレルを含む。リベットの作製方法及び取り付け方法も提供される。
本発明のブラインドリベットは、本発明のブラインドリベットの端部が工作物外面と同一平面上にあるか又は同一平面より低くなるので、従来のブラインドリベットよりも有利である。このことにより、梱包容積がより小さくて済むため、締結された部品の内部梱包密度が改善され、本発明を用いなければ突出することになるリベットヘッド及びフランジが引っ掛かったりすることが少なくなる。さらに、本発明のブラインドリベットは、破断型マンドレルヘッドを採用するものではない。従って、取り付け後に破断したヘッドの位置を確認する必要がなく、また、破断型ヘッドに緩みを生じてガタツキや電気回路の短絡を引き起こすこともなくなることから、組み立てがより安価であり、品質が高くなる。引き抜き型マンドレルは、破断ヘッド型マンドレルと比べて必要とされる取付荷重が少なく、従って取付工具の寿命が改善され、日常保守の間隔が長くなり、生産性を向上させる。さらに本発明のブラインドリベットは、有利なことに、工作物の一方の側のみから取り付けられる。ブラインドリベット及びマンドレルの寸法関係及び形状は、例えば、適切な軸方向の圧縮長を可能にし、皿ぐりされた工作物に取り付けられたブラインドリベットの横方向に拡張したサイズが穴の充填を可能にすることにより、一貫性のある形で締結性能を最大にするという点で、有利である。本発明のさらなる利点及び特徴が、添付図面と併せて、以下の説明及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。
リベット取り付け前の、本発明のブラインドリベット組立体の好ましい実施形態を示す部分的に分解した斜視図である。 リベット取り付け前の、ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態において用いられる工作物を示す、図1の線2−2に沿って取られた断面図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態において用いられるブラインドリベット及びマンドレルのリベット取り付け前の状態を示す側面図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態において用いられるブラインドリベットをリベット取り付け前の状態で示す、図1の線2−2に沿って取られた断面図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態において用いられるマンドレルのリベット取り付け前の状態を示す側面図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す、図5の線6−6に沿って取られた断面図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す、図5の線7−7に沿って取られた断面図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す部分斜視図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す部分側面図である。 ブラインドリベット組立体の第1の代替的な実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す、部分側面図である。 ブラインドリベット組立体の第2の代替的な実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す部分側面図である。 ブラインドリベット組立体の第3の代替的な実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す部分側面図である。 ブラインドリベット組立体の第4の代替的な実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す部分側面図である。 ブラインドリベット組立体の第5の代替的な実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す部分側面図である。 ブラインドリベット組立体の第6の代替的な実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す部分側面図である。 ブラインドリベット組立体の第7の代替的な実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す部分側面図である。 ブラインドリベット組立体の第8の代替的な実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す部分側面図である。 ブラインドリベット組立体の第9の代替的な実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け前の状態で示す部分側面図である。 工作物を貫通するブラインドリベット組立体の好ましい実施形態をリベット取り付け前の状態で示す斜視図である。 取付工具を含むブラインドリベット組立体の好ましい実施形態をリベット取り付け前の状態で示す、図1の線2−2に沿って取られた部分断面図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態をリベット取り付け前の状態で示す、図1の線2−2に沿って取られた部分断面図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態をリベット取り付け前の状態で示す部分断面側面図である。 ブラインドリベット組立体の第1の代替的な実施形態をリベット取り付け後の状態で示す斜視図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態をリベット取り付け後の状態で、わずかに誇張して示す、ブラインド側端部の外観図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態において用いられるマンドレルをリベット取り付け後の状態で示す斜視図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態を、リベット取り付け後の状態で、取付工具とともに示す、図1の線2−2に沿って取られた断面図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態をリベット取り付け後の状態で示す、図1の線2−2に沿って取られた部分断面図である。 ブラインドリベット組立体の好ましい実施形態のリベット取り付け後の状態を一部断面で示す側面図である。 ブラインドリベット組立体の第10の代替的な実施形態をリベット取り付け前の状態で示す側面図である。 ブラインドリベット組立体の第10の代替的な実施形態をリベット取り付け前の状態で示す、図29の線30−30に沿って取られた断面図である。 ブラインドリベット組立体の第10の代替的な実施形態のリベット取り付け後の状態を一部断面で示す側面図である。 ブラインドリベット組立体の第11の代替的な実施形態をリベット取り付け前の状態で示す、図29の線30−30に沿って取られた断面図である。
本発明のブラインドリベット組立体31の好ましい実施形態を、図1−図3に示す。ブラインドリベット組立体31は、ブラインドリベット33、マンドレル35、及び工作物37を含む。工作物37は、電子コンピュータ、電子サーバ、又は他の同様な装置の部品用パネル、ボックス、キャビネット、若しくはハウジングであることが好ましい。工作物37は、工具側外面39及び反対側のブラインド側外面41を含み、これらの外面には、皿ぐりされた陥凹部43があり、これら陥凹部は、工作物境界面に位置する円柱穴45により接合される。各々の皿穴43は、ほぼ切頭円錐状であり、全体の角度αは、120°又は90°に等しいか、これらの角度の間であり、より好ましくは、全体で90°から110°までの間である。
図3及び図4は、ブラインドリベット33を最もよく示している。ブラインドリベット33は、本体51及び工具側フランジ53を含む。切頭円錐形外面55は、フランジ53の外側に沿ってテーパ状になっており、本体51の外面57は、円柱形状を有している。貫通ボア59が、ブラインドリベット33の工具側端面61とブラインド側端部すなわち末端部63との間に延びる。リベット取り付け前、端部61と63との間にかけて貫通ボア59の内径はほぼ一定である。フランジ53の外径βは、5.0mm又は5.4mmに等しいか、これらの間の寸法を有することが好ましく、一方、リベット本体51の外径φは、2.9mm又は3.08mmに等しいか、これらの間の寸法を有する。
図5乃至図9を参照すると、マンドレル35の好ましい実施形態は、軸方向に細長いステム81と、横方向に拡大したヘッド83とを含む。ステム81は、大部分が円柱形であるが、輸送時及び工具に送り込む時にリベットをマンドレル上に固定するのを助ける幾つかの陥凹部85及び隣接した突起部87が局所的に形成されている。面取り端部89及び延長部91が、ヘッド83とは反対側のステム81の端部に配置され、取付工具による位置合わせを助ける。
ヘッド83は、ほぼ平坦なブラインド側端部すなわち末端部101と、ショルダ103とを含む。現在のところ好ましい実施形態のショルダ103は、一対の異なる角度をもった直線状のテーパ状面105及び107により定められる。テーパ状面105及び107は、互いに、かつ、ステム81と同軸である。4つのリブ111が、ショルダ103上に、該ショルダ103の周方向に等間隔で配置される。リブ111は、主として軸方向に向いた方向に細長いが、基本的にショルダ103と同様のオフセット角を有する。マンドレルヘッド83の外径Ωは、2.9mm又は3.5mmに等しいか、これらの間であることが好ましく、全体的なマンドレルショルダの設計上の角度Ψは、リベット取り付け前で、90°又は110°に等しいか、これらの間であることが好ましい。さらに、マンドレルヘッド83の軸方向厚さは、リベット取り付け前で、リップにおける、ショルダを含まない厚さが、0.35mm又は1.0mmに等しいか、これらの間であることが好ましい。穴に対する適切な充填及び軸方向の取り付け圧縮を達成するために、マンドレルヘッド83の外径Ωが、リベット本体51の外径Φよりも大きいことが好ましい。ブラインドリベット33及びマンドレル35はまた、SAE1006級鋼で作製されることが好ましい。
図10は、好ましい実施形態と同様に代替的な実施形態のマンドレル35aを示すものであるが、ショルダ103aは、直線状でテーパ状の切頭円錐面105a及び107aを含むが、リブがない。別の代替的な実施形態のマンドレル35bを、図11に示す。マンドレル35bは、図9のものと同様の直線状でテーパ状の切頭円錐面105b及び107bと、同じく図9のものと同様のリブ111bとを含むショルダ103bを有する。しかしながら、ショルダ103bの最外部とヘッド83bのリップ123との間に、内向きスペーシングすなわち段部121があり、これによりオーバーハング部がもたらされる。
さらに別の代替的な実施形態のマンドレル35cが、図12に示される。ショルダ103cは、リップ123cの段状スペーシング121cに加えて、単一の角度が付けられた切頭円錐テーパ部を有する。この例示的実施形態では、リブが用いられていない。ここで図13を参照すると、代替的な実施形態のマンドレル35dが、ショルダ103dにおいて弓形に湾曲したテーパ部、リブ111d、及び内向き階段状リップ123dを有する。図14の代替的な実施形態では、弓形にテーパ状になったショルダ103eがあり、リブはなく、リップ123eに対する内向きショルダスペーシングがある。図15は、リブ111fと組み合わせて弓形テーパ状ショルダ103fを用いるが、リップ123fに対するショルダ103fの内向きスペーシングはない。図16に見られるように、別の代替的な実施形態のマンドレル35gは、弓形テーパ状ショルダ103gを含んでいるが、リブはなく、またショルダ・リップ間の内向きスペーシング123gがない。
ここで図17を参照すると、代替的な実施形態のマンドレル35hが、本来の末端部101hより下方に陥凹された凹状曲面131を含む。これにより、リベット取り付けに際し、ヘッド83の横方向の圧縮及びすぼみ変形が促進される。図18は、リベット取り付けにおけるヘッド83iのすぼみ変形特性を変化させるように、末端部101iから外方に湾曲する凸面133を有するマンドレル35iを代替的に示す。
ここで図19−図22を参照し、リベット取付手順及び構成を説明する。リベット取付工具201は、ピストンロッド203と、ジョープッシャ205と、該プッシャ205を外方に付勢する圧縮ばね207と、1組のジョー209と、ジョーケース211と、外部バレル213と、ノーズピース215とを含む。マンドレル35及びリベット33は、取付工具201に挿入する前に、***部87(図5を参照されたい)による締まり嵌めで互いに事前に組み立てられている。その後、マンドレル35のステム81がノーズピース215に挿入され、ジョー209によって一時的に保持される。
次に、リベット工具が工作物37に隣接して配置され、ブラインドリベット及びマンドレルのブラインド側端部が工作物37の対応する穴を通して挿入され、工具側フランジ53が隣接する皿穴43内に完全に嵌まり、ブラインドリベット33の工具側端部が、工作物の工具側外面39と大体同一平面になるか、又はそれより低くなるようにする。リベット取り付け前には、リベット本体の外面と工作物の内径面との間にわずかな隙間があることに注目すべきである。
図20のリベット取り付け前の状態と図26のリベット取り付け後の状態とを比較すると、マンドレルのステムが、取付工具201のジョーの間に把持され、リベットのフランジがノーズピースに当接している。工具が作働されると、ピストンロッドがピストンアクチュエータにより後退させられ、ジョーケースの動作によりジョーを内向きに付勢する。取付工具は、約1500ニュートンの力を用いて、マンドレルをリベットを通して引き抜くが、この力は、破断ヘッド型マンドレルに必要な力より約500ニュートン少ない。マンドレルヘッドがリベット本体内に引き込まれるとき、ヘッドは潰れ、マンドレルヘッドを破断することなく、ブラインドリベットを通って完全に引き抜かれる。この段階で、ピストンへの電力供給が停止し、ピストンが待機位置に復帰してジョーが開き、その後使用済みのマンドレルは、取付工具の後部においてマンドレル回収ボトル内に吸引取り出しされ、廃棄される。次いで、取付工具は、次のリベット取付作業が可能な状態にされる。
図24、図25、図27及び図28を参照すると、好ましい実施形態のブラインドリベット組立体が、取り付けられ、完全に締結された状態で示される。マンドレルヘッド83、及び、より具体的には、外向きにテーパ状になったショルダ103(図8及び図21を参照されたい)が、工作物37のブラインド側の隣接する皿穴43の中にブラインドリベット33のブラインド側端部63を外向きに拡げる。マンドレルヘッド83をさらに引き込むと、リベット本体が横方向に拡がり、工作物37の穴45(図2を参照されたい)を締まり嵌め状態で充填し、同時にマンドレルヘッドがすぼみ変形するが、マンドレルヘッドは83’で示すように一体のままであり、リベットから抜き取られる。皿穴及びリベットフランジの切頭円錐形状、リベット本体のブラインド側端部の外方に拡張したカップ形状、及び本明細書に記述される好ましい寸法関係により、ブラインドリベット33のさらなる望ましい軸方向の圧縮及び短縮がもたらされ、リベット接合部における工作物37を互いに締め付け、緊密に締結する。リベット取り付けに起因する貫通ボア59の拡張したカップ形状により、リベットの取り付け後、ブラインドリベット33のブラインド側端部63は、対応する工作物37のブラインド面41と同一平面に又は同一平面よりも低く(図示の通り)配置される。
さらに、リブ111(図8を参照されたい)は、リベット33の拡張された末端部63に喰い込んで細長い軸方向の溝221を形成するが、リベット本体33をそれほど著しく切り裂くことはない。これらのリブは、ブラインド側端部63を、溝221の間でさらに外方に拡張させ、これを扇形に拡げて、シャムロック状のパターンを形成する。これは又、マンドレル81をブラインドリベット33から完全に引き抜く際に、リブ111、ショルダ103及びリップ123(再び図8を参照されたい)が横方向に圧縮されて締め固められる前に、リベット本体の溝領域に、さらに集中した圧縮点が形成されるようにする。さらに、リブ及びショルダからなる構成は、リベット取り付けの際に、リベットのブラインド側端部63における薄くなった部分を引き延ばすように作用する。リベット取り付け後のマンドレル81の形状は図25に見ることができ、ここには、ヘッドが、横方向にすぼまり、軸方向に長くなるように変形した状態が示されている。
図23は、図10に示される代替的なマンドレル35aを用いてリベット33のブラインド側端部63を取り付けた状態を示す。この実施形態は、リブにより形成された溝やシャムロック状のパターンが形成されないことを除いて、その他の点で図27及び図28のものと類似している。
図29−図31を参照すると、本発明の別の代替的な実施形態のブラインドリベット組立体251が、マンドレル253、ブラインドリベット255、及び工作物257を用いるものとして示されている。マンドレル253は、本明細書でこれまでに開示されたマンドレルの実施形態と同様であり、任意的にリブを有するものとすることができるテーパ状ショルダを含む。しかしながら、ブラインドリベット251は、円柱状本体259と、弓形ドーム状すなわち鍋型頭部形状の工具側フランジ261を有する。一定寸法の貫通ボア263が、ブラインドリベット251全体を通って延びる。ブラインドリベット251及びマンドレル253は、アルミニウムで作られるが、鋼鉄としてもよい。さらに、工作物257は航空機パネルであるが、代替的に、他の部品としてもよい。リベット取り付けの際、取付工具は、リベット251を通してマンドレル253を完全に引き抜くので、リベット本体259のブラインド側端部が外方に変形されてカップ形状になるが、マンドレル253は軸方向には破断されることはない。これまで開示されたマンドレルの実施形態と同様に、マンドレル253のヘッドはすぼみ変形を生じるが、ステムから破断されることはない。
図32は、さらに別のブラインドリベット組立体の実施形態を示す。このブラインドリベット組立体281は、これまでに開示したものと同様のマンドレルを含む。ブラインドリベット283は、工具側フランジ289の外周部287から半径方向内向きに延びる一対の対向するスロット285を除いて、図29に示されるものと同様である。図29のものと同様に、フランジ289は、リベット本体に隣接した平坦な裏面を有した状態の弓形ドーム状である。
取り付けられたブラインドリベット283は、航空機工作物を一時的に互いに保持するために用いられ、その後工作物からドリルを用いて又は他の方法で除去される。スロット285は、他の場合にはリベットの除去の障害となるか又は部品の望ましくない汚染をもたらすことになる、リベットから出るカール状の削り屑を減らすのに役立つ。図29−図32の実施形態の両方において、有利なことに、引き抜き型・非破断型のマンドレルは、締結された部品又は工場において、従来のように破断されたマンドレルヘッドの位置を確認する必要性をなくすものである。しかしながら、図29−図32のブラインドリベットの実施形態は、本発明のフラッシュ型の実施形態の望ましい利点の多くを実現するものではないことを認識すべきである。
本発明のブラインドリベット組立体の様々な実施形態を開示したが、他の構成も用い得ることを認識すべきである。例えば、本発明の幾つかの利点が達成されなくなるかも知れないが、リブを多くしたり、少なくしたりすることもできる。さらに、本発明の幾つかの利点が達成されなくなるかも知れないが、所望のリベット接合部における特定の特性に応じて、本明細書で開示されたマンドレル構成のいずれかを他の実施形態と組み合わせて、マッチするように構成することができる。さらに、本発明の幾つかの利点が達成されなくなるかも知れないが、マンドレルステムに別の陥凹部及び形状を用いることもできる。特定の寸法関係が好ましいが、本発明の幾つかの利点が達成されない場合があっても、他の寸法を用い得ることを認識すべきである。以下の特許請求の範囲は、本発明の真の精神内に含まれる、開示された実施形態からのこれらの及びあらゆる他の変更を含むことが意図されている。
31、251、281:ブラインドリベット組立体
33、255、283:ブラインドリベット
35、35a、35b、35c、35d、35g、35h、35i、253:マンドレル37、257:工作物
39:工具側外面
41:ブラインド側外面
43:皿穴
45:円柱穴
51、259:本体
53、261、289:工具側フランジ
59、263:貫通ボア
81:ステム
83、83’、83b、83i:マンドレルヘッド
101、101h、101i:末端部
103、103a、103c、103d、103e、103f、103g:ショルダ
105、105a、105b、107、107a、107b:切頭円錐面
111、111b、111d:リブ
123、123c、123d、123e、123f:リップ
121、121c:スペーシング
201:リベット取付工具
203:ピストンロッド
205:ジョープッシャ
207:圧縮ばね
209:ジョー
211:ジョーケース
213:外部バレル
215:ノーズピース
285:スロット

Claims (9)

  1. 工具側端部及びそれと反対側のブラインド側端部を含み、貫通ボアが設けられたブラインドリベットと、
    ステム及びヘッドを含むマンドレルと、
    を備え、
    前記ステムは、少なくともリベット取り付け前において前記リベットの前記貫通ボア内に配置された状態であり、
    前記マンドレルの前記ヘッドは、該ステムから該マンドレルヘッドのブラインド側端部まで横方向に拡大するショルダを含み、
    少なくとも一つのリブが、少なくともリベット取り付け前の状態において前記マンドレルショルダから突出するように形成されており、
    前記ステムとは反対側に位置する前記マンドレルヘッドの末端部は、リベット取り付けに際し横方向の圧縮によってすぼみ変形を生じ易くするように陥凹されており、前記マンドレルヘッドは、リベット取り付けに際して前記ブラインドリベットに軸方向の圧縮及び短縮をもたらすように構成され、
    前記リブは、リベット取り付けの際に前記ブラインドリベットの前記ブラインド側端部を前記リブにより破断することなく、該ブラインドリベットの前記ブラインド側端部に喰い込んで細長い軸方向の溝を形成するような構成である
    ことを特徴とするブラインドリベット装置。
  2. 前記リブは、リベット取り付けの際、少なくとも前記ブラインド側端部に隣接した前記リベットの前記ボア内に陥凹溝を生成することを特徴とする、請求項1に記載のリベット装置。
  3. 前記マンドレルショルダは、切頭円錐形のテーパ形状を有することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のリベット装置。
  4. 前記マンドレルショルダは、2つの異なる角度の切頭円錐形テーパ状面を含むことを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のリベット装置。
  5. 前記マンドレルショルダは、該マンドレルの側面から見たときに湾曲したテーパ形状を有することを特徴とする、請求項1又は請求項2に記載のリベット装置。
  6. 前記リベット及び前記マンドレルは、リベット取り付け前の状態において、
    前記マンドレルヘッドの外径が2.9mm又は3.5mmに等しいか、それらの間にあり、前記リベット本体の前記ブラインド側端部の外径が2.9mm又は3.08mmに等しいか、それらの間にある関係を有することを特徴とする、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載のリベット装置。
  7. 前記ショルダを含まない前記マンドレルヘッドの軸方向厚さは、リベット取り付け前の状態において0.35mm又は1.0mmと等しいか、それらの間にあり、該マンドレルショルダの設計上の角度は、リベット取り付け前に該ショルダの一方の側から他方に向けて計測されたときに90°又は110°と等しいか、それらの間にあることを特徴とする、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載のリベット装置。
  8. 前記ブラインドリベットは、前記工具側端部において横方向に拡大したフランジをさらに含むことを特徴とする、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のリベット装置。
  9. 前記ブラインドリベットは、前記工具側端部において横方向に拡大したフランジをさら含み、前記フランジは、該フランジの外周部から半径方向内方に延びるスロットを含むことを特徴とする、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載のリベット装置。
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