KR20150084684A - 블라인드 패스너를 위한 리벳, 관련 설치 공구, 및 리벳의 설치 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 블라인드 체결을 위한 리벳에 관한 것으로, 이 리벳은 스크류와 슬리브를 포함하고, 스크류는 취급 요소, 파괴 홈, 파괴 홈에 의해 취급 요소로부터 분리되는 헤드 및 나사부를 갖고, 슬리브는 칼라부 및 스크류의 나사부와 결합하도록 의도된 내부 나사부를 포함하는 관형 생크부를 갖는다. 취급 요소는 세팅 공구 내에서 리벳의 도입을 안내할 수 있는 제1 취급부와, 토크를 전달할 수 있는 제2 취급부를 포함하며, 두 개의 취급부들은 세팅 공구 내에서의 리벳의 축방향 이동을 제한할 수 있는 차단부에 의해 분리되어 있다.또한, 본 발명은 이런 리벳을 설치하기 위한 세팅 노우즈 및 세팅 방법에도 관련한다. 본 발명은 특히 항공기 구조체의 조립에 적용될 수 있다.

Description

블라인드 체결구용 리벳, 관련 세팅 공구 및 이런 리벳을 세팅하기 위한 방법 {RIVET FOR BLIND FASTENERS, ASSOCIATED SETTING TOOL AND METHOD FOR SETTING SUCH A RIVET}

본 발명은 블라인드 체결구, 즉, 일반적으로 "접근가능" 측부라 알려진 조립체의 일 측부에서만 조립 대상 구조체를 통해 설치되는 체결구에 관한 것이다. 이들 체결구는 예로서 항공기의 구조체를 조립하기 위해 사용된다.

특히, 본 발명은 스크류와 슬리브를 포함하고, 스크류는 취급 요소와, 인장 응력 하에 유지되고 비틀림 응력하에 파괴되도록 설계된 파괴 홈과, 파괴 홈에 의해 취급 요소로부터 분리되어 있는 헤드와, 평활한 생크부 및 나사부를 구비하고, 슬리브는 스크류 헤드를 수용할 수 있는 칼라부와 스크류의 나사부와 결합하도록 의도된 내부 나사부를 포함하는 관형 생크부를 포함하는 유형의 블라인드 체결구를 위한 리벳에 관한 것이다. 이러한 유형의 리벳은 예로서, EP 1　635　994 및 US 3,236,143으로부터 공지되어 있다. 또한, 본 발명은 이런 리벳의 설치를 위한 세팅 노우즈에 관한 것이다.

항공기의 생산 속도를 증가시키고, 조립 비용을 감소시키기 위해, 제조자는 노우즈 조립체가 장비된 로봇으로 조립 공정을 자동화하기를 추구한다. 복잡한 형상의 리벳을 파지하고 이를 어려움 없이 보어에 도입시킬 수 있는 인간 작업자와는 달리, 로봇은 구조체 내에 리벳을 도입하기 이전에 세팅 노우즈와 리벳의 축들이 엄격히 동축이 되는 경우에만 정확하게 체결구를 설치할 수 있다. 블라인드 체결구를 위한 공지된 리벳 및 공지된 세팅 노우즈는 이런 동축성을 달성할 수 없다. 세팅 노우즈에 리벳이 삽입될 때, 리벳의 단부는 세팅 노우즈의 축으로부터 현저한 각도 편차를 갖는다. 따라서, 로봇이 리벳이 대치하고 있는 보어구멍 내에 리벳을 도입하기를 시도할 때, 리벳의 단부가 구조체에 닿게 되고 보어구멍 내로 도입될 수 없다.

본 발명의 목적은 종래 기술 리벳의 단점을 해소하는 것이며, 특히, 설치의 로봇 자동화를 가능하게 하는 블라인드 리벳 및 세팅 공구를 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 리벳은 상술한 유형으로 이루어지며, 스크류의 취급 요소는 세팅 공구 내로의 리벳의 도입을 안내할 수 있는 제1 취급부와, 토크를 전달할 수 있는 제2 취급부를 포함하고, 이 두 취급부들은 세팅 공구 내에서의 리벳의 축방향 이동을 제한할 수 있는 차단부에 의해 분리되어 있다.

이런 리벳은 그 축이 세팅 노우즈의 축과 실질적으로 동축이 되도록 세팅 노우즈에 의해 파지 및 견고히 보유될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 장치는 바람직하게는 이하의 특징 중 적어도 하나를 갖는다:

- 차단부는 원통형이고, 둥글려진 부분(radiused portion)에 의해 각 취급부에 연결되고,

- 슬리브는 두 개의 용접된 요소들을 포함하고,

- 슬리브는 슬리브의 잔여부의 탄성 저항보다 작은 탄성 저항을 갖는 구근부(bulb) 형성을 위한 구역을 포함하고,

- 슬리브는 구근부 형성을 위한 구역과 칼라부 사이에서 슬리브의 관형 생크부의 외부 부분 상에 형성된 적어도 하나의 압축 홈을 포함하고,

- 토크는 스플라인, 다각형 면 또는 원통형 면에 의해 전달되고,

- 제1 취급부는 챔퍼부(chamfer)를 포함하고,

- 슬리브는 생크부의 외경보다 작은 외경을 갖는, 칼라부에 대향한 단부 부분을 포함한다.

또한, 본 발명은 블라인드 리벳의 설치를 위한 세팅 노우즈에 관한 것이다. 세팅 노우즈는 천공된 전방면을 갖는 원통형 본체와, 본체 내부에 배열된 관형 외피와, 외피 내부에 배열되어 내부 통로를 형성하는 입구 부재를 포함한다. 입구 부재는 상기 취급부들에 상보적인 형태를 갖는, 리벳의 취급 요소를 위한 두 개의 수용부를 포함하고, 이 수용부들 중 적어도 하나는 토크를 전달할 수 있다. 상기 수용부들은 중간 부분에 의해 축방향으로 분리되어 있고, 이 중간 부분은 내부 통로 내에서 반경방향으로 이동할 수 있고 리벳의 축방향 이동을 제한할 수 있는 적어도 하나의 요소를 포함한다. 이런 세팅 노우즈는 세팅 노우즈의 축과 동축으로 리벳을 견고히 보유할 수 있게 한다. 또한, 이는 리벳에 대한 높은 견인력의 인가 및 동일 리벳에 대한 회전 토크의 인가를 가능하게 한다.

또한, 바람직하게는, 본 발명에 따른 세팅 노우즈는 이하의 특성 중 적어도 하나를 갖는다:

- 토크는 홈, 다각형 면 또는 롤러 케이지에 의해 전달된다,

- 중간 부분은 반경방향 가동성 요소가 수용되는 적어도 하나의 하우징을 포함한다,

- 탄성 수단은 입구 부재의 내부를 향해 가동성 요소를 반경방향으로 압축한다,

- 입구 부재는 외피 내부에서 회전 및 축방향 이동가능하다.

또한, 본 발명은 본 발명에 따른 세팅 노우즈를 사용하여 본 발명에 따른 블라인드 리벳을 설치하는 방법에 관한 것으로, 이는 스크류의 취급 요소와 세팅 노우즈를 결합시키는 제1 단계와, 취급 요소를 축방향으로 견인하고 슬리브 상에 구근부를 형성하는 제2 단계와, 스크류를 슬리브 내로 나사결합하고 파괴 홈의 수준에서 스크류의 취급 요소를 파괴시키는 제3 단계를 포함한다. 스크류의 취급 요소와 세팅 노우즈를 결합시키는 단계 동안, 반경방향 가동성 요소는 세팅 노우즈 내에서 리벳의 축방향 이동을 제한한다.

본 발명에 따른 설치 방법의 다른 특성에 따르면, 구근부 형성, 스크류의 나사결합 및 취급 요소 파괴의 단계들 동안, 스크류의 취급부는 입구 부재의 수용부 내에 수용되고, 스크류의 차단부는 가동성 요소에 대해 안치되며, 입구 부재는 가동성 요소의 임의의 반경방향 이동을 방지하도록 외피 내에 수용된다.

본 발명의 다른 목적, 특징 및 장점은 도면과 연계하여 제공되는 본 발명의 예시적 실시예에 대한 설명으로부터 드러날 것이다.
도 1은 비설치 상태의 본 발명의 제1 실시예에 따른 리벳의 등각도이다.
도 2는 비설치 상태의 본 발명의 제1 실시예에 따른 리벳의 단면도이다.
도 3은 설치 상태의 본 발명의 제1 실시예에 따른 리벳의 단면도이다.
도 4는 두 개의 용접된 슬리브 요소로부터 형성된 슬리브를 포함하는, 비설치 상태의 본 발명의 제2 실시예에 따른 리벳의 도면이다.
도 5는 슬리브의 외부 부분에 형성된 홈을 포함하는 비설치 상태의 본 발명의 제3 실시예에 따른 리벳의 도면이다.
도 6은 다른 형태의 취급부를 포함하는 비설치 상태의 본 발명의 제4 실시예에 따른 리벳의 도면이다.
도 7a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 리벳을 위한 세팅 노우즈의 단면도이다.
도 7b는 제2 실시예에 따른 세팅 노우즈의 단면도이다.
도 7c는 도 7b의 세팅 노우즈에 사용되는 주연 스프링의 등각도이다.
도 7d는 도 7b의 축 7D-7D를 따른 단면이다.
도 8 내지 도 15는 리벳을 세팅하는 다양한 단계를 예시하는 도 1 내지 3의 리벳과 도7a의 세팅 공구의 단면도이다.
도면에 대한 이해를 촉진하기 위해, 본 발명의 이해에 필요한 요소만이 도시되어 있다. 동일 요소는 도면간에 동일 참조 부호를 갖는다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리벳(10)은 스크류(12)와 슬리브(14)를 포함한다. 스크류(12)는 리벳의 설치시 파괴되는 취급 요소(16), 파괴 홈(18), 카운터싱크 헤드(20), 평활한 원통형 생크부(22), 전이부(24) 및 나사부(26)를 포함한다. 전이부(24)는 원통형 생크부(22)가 나사부(26)에 연결될 수 있게 하고, 원통형 생크부(22)의 직경보다 작은 최대 직경을 갖는다. 전이부(24)는 여기서 굴곡된 형태로 도시되어 있지만, 원추형 형태를 취할 수 있다.

취급 요소(16)는 제1 취급부(28), 차단부(30) 및 제2 취급부(32)를 포함한다. 자유 단부에서, 제1 취급부(28)는 챔퍼부(34)를 가지며, 이는 세팅 노우즈 내의 취급 요소(16)의 중심설정 및 도입을 용이하게 한다. 본 예에서, 각 취급부(28, 32)는 24 스플라인(twenty-four spline)(36) 형태의 토크 전달 수단을 포함한다. 이들 스플라인은 각 취급부(28, 32)의 외주의 원통형 부분 위에 축방향으로 배열되고, 규칙적으로 분포되며, 서로 축방향으로 정렬되어 있다. 두 개의 취급부(28, 32)는 세팅 노우즈 내에 체결구를 중심설정하고 세팅 노우즈와 체결구 사이에서 토크를 전달하는 기능을 갖는다. 챔퍼부(34)와 연결된 제1 부분(28) 상에 많은 수의 스플라인을 사용하는 것은 자동식 결합을 돕는다.

이중 스플라인 시스템에 의해 달성되는 중심설정은 세팅 노우즈의 축과의 리벳(10)의 축의 조절을 가능하게 하고, 이는 조립 대상 구조체의 천공부 축에 대해 로봇에 의해 자체적으로 조절된다. 따라서, 이런 취급 요소(16)는 로봇이 구조체에 대한 간섭이나 손상 없이 천공부 내로 리벳(10)을 도입할 수 있게 한다. 이런 축방향 정렬이 없으면, 조립될 구조체의 천공부 내로의 로봇에 의한 리벳의 도입이 불가능하다.

파괴 홈(18)은 설치시 소정 견인 응력을 지탱하고 소정 비틀림 응력 하에 파괴될 수 있는 스크류(12)의 최소 직경을 갖도록 치수설정된다.

차단부(30)는 평활한 원통형 중간 부분과 두 개의 오목한 둥글려진 부분(30A, 30B)을 포함하며, 이 두 개의 오목한 둥글려진 부분은 각각 취급부(28, 32)에 연결된다. 차단부(30)의 평활한 원통형 부분의 직경은 취급부(28, 32)의 직경보다 작지만, 파괴 홈(18)의 최소 직경보다는 크다. 따라서, 차단부 단면은 파괴 홈의 단면보다 크다. 둥글려진 부분(30A, 30B)은 축방향으로 세팅 공구 내에서의 취급 요소의 정지를 보증하여 설치 동안 상기 리벳의 임의의 축방향 이동을 차단한다.

평활한 생크부(22)의 길이는 최소 두께와 최소 두께 사이에서 변하는 조립될 구조체의 두께 범위의 함수로서 선택된다.

스크류(12)는 슬리브(14) 내에 유극을 갖는 상태로 삽입되고, 슬리브(14)는 관형 생크부(42)와 스크류의 카운터싱크 헤드(20)를 수용할 수 있는 확장된 칼라부(40)를 포함한다. 구조체 내에 리벳(10)을 설치하기 이전에, 관형부(42)의 외부 표면은 원통형이고, 칼라부(40)에 대향한 그 단부에서 감소된 외경의 원통형 부분(44)을 구비함으로써 보어 내로의 리벳(10)의 삽입을 용이하게 한다. 이러한 더 얇은 부분(44)은 선택적인 것이며, 슬리브는 관형부(42)의 전체 길이에 걸쳐 일정한 외경을 가질 수 있다.

관형 생크부(42)는 평활한 원통형 내부면(46)과, 칼라부(40)에 대향한 슬리브(14)의 단부에 배열된 나사형 내부면(48)을 가진다. 스크류(12)의 나사부와 슬리브(14)의 내부 나사부는 상보적이다. 이들은 예로서 항공 체결구를 위해 일반적으로 사용되는 표준 AS8879에 준한 나사부이다.

슬리브(14)의 전체 길이는 별개의 기능을 수행하는 세 개의 연속적인 인접한 구역으로 분할된다. 클램핑 구역이라 지칭되는 제1 구역(G)은 칼라부(40)와, 조립될 구조체의 최소 두께에 대응하는 평활한 내부면(46)을 갖는 관형 생크부(42)의 일부를 포함한다.

제2 변형 구역(U)은 평활한 내부면(46)을 갖는 관형 생크부(42)의 잔여부에 걸쳐 연장한다. 이 구역(U)은 리벳(10)이 설치되지 않을 때 스크류의 평활한 생크부(22)의 잔여부분과, 전이 구역(24)과, 나사부(26)를 덮는다. 슬리브의 이 구역(U)은 조립될 구조체의 막힌 측부에 안치될 구근부를 형성하기 위해 변형되도록 의도된다. 구근부의 형성을 촉진하기 위해, 이 구역(U)은 예로서, 유도 가열 기계에 의해 환형 형태로 어닐링되거나, 슬리브의 평활한 내부면(46)의 일부에 걸쳐 견부(미도시)를 가져서 이 구역의 길이에 걸쳐 슬리브의 두께가 감소된다.

슬리브의 제3 구역(L)은 관형 생크부(42)의 전체 나사부에 걸쳐 연장한다. 그 기능은 슬리브와 스크류의 단부 사이의 임의의 병진 이동을 방지하고 슬리브 내로 스크류가 나사결합될 수 있게 하는 것이다. 리벳이 설치될 때, 이 구역(L)은 스크류(12)의 나사부(26)의 단부 부분과 접촉한다.

도 3은 조립될 두 개의 구조체(50, 52) 내에 설치된 도 1 및 도 2의 리벳(10)을 도시한다. 취급 요소(16)는 파괴 홈(18)의 수준에서 파괴되어 있고, 그래서, 슬리브의 칼라부(40)와 스크류의 헤드(20)만이 남아 있으며, 이들은 함께 리벳의 헤드를 형성하고 구조체(50)의 접근가능한 면(54)에 미리 형성된 카운터싱크부 내에 매설된다. 슬리브(14)의 제1 구역(G)은 구조체(50, 52) 내에 완전히 매설되어 있다. 슬리브의 제2 구역(U)은 변형되고, 구근부(58)를 포함하며, 그 일 면은 접근가능한 측부(54)에 대향한 구조체(52)의 막힌 측부(56)와 접촉한다. 리벳 헤드(20, 40)와 구근부(58) 사이에 부여된 긴장이 조립된 구조체(50, 52)를 유지한다. 슬리브의 제3 구역(L)은 설치된 상태에서 전이 부분(24)에 인접한 스크류의 나사부(26)의 일부를 덮는다.

스크류는 예로서, 윤활층으로 코팅된 티타늄 합금 Ti6Al4V로 형성되고, 슬리브는 예로서, 비활성화 강 A286로 형성된다. 제2 어닐링된 구역(U)에서, 강도는 600 MPa 정도인 반면, 제1 구역(G)과 제3 구역(L)의 강도는 1200 MPa 정도이다.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 리벳(10A)의 도면이다. 도 4에서, 도 1 내지 도 3의 요소들과 동일한 요소들은 동일한 참조번호를 가지고, 다른 요소들은 동일한 참조번호에 문자 A가 추가되어 있다. 도 4의 리벳과 도 1 내지 도 3의 리벳 사이의 유일한 차이점은 슬리브(14A)에 있으며, 이 슬리브는 제2 실시예에서 함께 용접된 두 개의 요소(14A' 및 14A")로 형성된다.

제1 슬리브(14A')는 확장된 칼라부(40A')와 클램핑될 구조체의 최소 두께에 대응하는 스크류의 평활한 생크부(22)를 덮을 수 있는 평활한 내부면의 관형부(42A')를 포함한다. 제1 슬리브 요소(14A')의 전체 길이는 도 1 내지 도 3에 관련하여 설명된 리벳의 슬리브(14)의 제1 구역과 실질적으로 동일한 길이(G)를 갖는다. 슬리브 요소(14A')는 예로서 1200 MPa 의 강도를 갖는 가공 경화 및 시효 경화 강 A286으로 형성된다.

제2 슬리브 요소(14A")는 나머지 평활한 생크부(22), 전이부(24) 및 스크류의 나사부(26)의 대부분을 덮기에 충분한 길이의 관형 부분(42A")을 포함한다. 이 제2 요소는 도 1 내지 도 3과 연계하여 설명된 리벳(10)의 슬리브(14)의 제2 구역(U) 및 제3 구역(L)의 길이의 합과 같은 길이를 갖는다. 상술한 바와 동일한 방식으로, 제2 슬리브 요소(14A")는 국지적으로 어닐링되거나 제2 구역(L)에 걸쳐 박화됨으로써 구근부의 형성을 가능하게 하는 더 낮은 강도를 갖게 된다. 이 슬리브 요소(14A")는 예로서, 최대 600 MPa의 강도를 갖는 어닐링된 스테인레스 스틸로 이루어진다. 다른 재료 또는 처리가 사용될 수 있다.

두 개의 슬리브 요소(14A', 14A")는 예로서, 레이저, 전자 비임 또는 마찰에 의한 용접에 의해 용접된다.

두 개의 슬리브 요소를 사용하는 장점은 예로서, 비용을 현저히 증가시키지 않으면서 기계가공될 내부 길이 및 관련된 긴밀한 공차 획득의 어려움을 감소시킴으로써 슬리브(14A)의 제조를 용이하게 한다는 것이다. 두 번째 장점은 동일한 길이의 많은 수의 제2 요소(14A")의 산업적 규모의, 그리고, 따라서, 낮은 비용의 생산을 가능하게 하고, 이들을 길이가 다르지만 동일한 직경의 제1 요소(14A')에 용접함으로서 클램핑 대상 구조체의 다양한 두께들에 대한 적응을 가능하게 한다는 점이다.

도 5는 본 발명의 제3 실시예에 다른 리벳(10B)의 도면이다. 도 5에서, 도 1 내지 도 3의 요소와 동일한 요소는 동일한 참조번호를 가지며, 다른 요소는 동일한 참조 번호에 문자 B가 추가되어 있다. 도 5의 리벳과 이전 도면의 리벳 사이의 유일한 차이점은 슬리브(14B)가 구근부 형성을 위한 제2 구역(U)과 확장된 칼라부(40B) 사이에서 제1 구역(G)에 배열된 슬리브(14B)의 평활한 관형 부분(42B)의 외부 표면에 형성된 두 개의 환형 홈(146, 148)을 포함한다는 것이다.

구조체의 보어의 내부벽과 접촉하는 슬리브의 구역 위에 배열되어 있기 때문에, 환형 홈(146, 148)은 견인력이 스크류에 인가될 때 구근부를 형성하도록 구조체와 슬리브(14B) 사이에서 압축된다. 따라서, 압축시, 홈은 다양한 두께가 소정 길이의 리벳(10B)에 의해 클램핑될 수 있기 때문에, 구근부의 치수 및 형상의 변동을 보상할 수 있게 한다. 특히, 홈은 클램핑되는 두께에 무관하게 체결구의 전체 클램핑 범위에 걸쳐, 구조체의 막힌 면과 계통적으로 접촉하는 만족스러운 직경의 단일 구근부의 형성을 가능하게 한다. 홈의 수, 그 형상 및 깊이는 구역(G)의 길이, 슬리브의 두께 및 그 외경의 함수로서 제1 구역(G)의 길이에 걸쳐 변할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 리벳(10C)의 도면이다. 본 실시예에서, 취급 요소(16C)의 제1 부분(28C)은 원통체이고, 리벳(10)의 챔퍼부(34)와 동일한 기능을 갖는 챔퍼부(34C)를 포함한다. 제2 취급부(32C)는 그 주연에 걸쳐 분포된 다각형 면들(36C)을 포함한다. 본 예에서, 제1 취급부(28C)는 세팅 공구 내에서 취급 요소를 중심설정 및 안내하는 기능을 가지고, 제2 취급부(32C)는 세팅 공구와 리벳(10C) 사이에서 토크를 전달하는 기능을 갖는다. 제1 취급부(28C)의 직경은 여기서 제2 취급부(32C)의 최대 직경과 같거나 그보다 작다. 특히, 세팅 공구와 제2 취급부 사이의 접촉 표면의 증가에 기인한 리벳 단부의 각도 편향을 감소시키도록 축방향의 제1 취급부(28C)의 길이는 제2 취급부(32C)의 길이보다 크다. 도 12에 도시된 이러한 구성은 1도 정도의 양호한 정확도로 세팅 노우즈와 리벳의 축들의 정렬을 가능하게 한다. 차단부(30C)는 리벳(10)의 차단부와 동일하며, 세팅 공구 내에서의 리벳(10C)의 병진의 정지부로서 동일한 기능을 수행한다. 슬리브(14C)는 칼라부에 대한 대향 단부에서, 보어 구멍 내의 리벳의 삽입을 촉진하고 세팅 노우즈의 축과 리벳(10C)의 축(A) 사이의 미소한 각도 유극을 흡수하는 챔퍼부(44C)를 포함한다.

도 7a는 세팅 공구 상에 사용될 수 있으면서 상술한 리벳(10, 10A 또는 10B)의 삽입에 적합한 세팅 노우즈(60)의 단면도이다. 세팅 노우즈(60)는 구조체의 접근가능한 측부와 접촉하도록 의도된 전방면(64)을 갖는 중공 원통형 본체(62)를 포함한다. 전방면(64)은 그 중심에 스크류(12)의 헤드(20)와 취급 요소(16)의 통과를 허용하기에 충분한 직경의 개구(66)가 천공되어 있다. 원통형 본체(62)는 그 내부에 중공, 원통형, 고정 외피(68)를 수용한다. 외피(68)는 전방면(64)에 근접한 본체(62)의 전방 단부에서 내부 환형 공간(E)을 제공하도록 본체(62) 내에 배열된다.

입구 부재(70)는 외피(68) 내측에 배열되고, 외피(68) 내부에서 축방향 및 회전 방향으로 이동할 수 있다. 입구 부재(70)는 입구 부재의 전체 길이에 걸쳐 축방향으로 연장하는 통로(72)를 형성하는 내부 벽(70A)을 포함한다. 입구 부재(70)는 전방 단부(74)를 포함하고, 그 외부 절두원추형 표면은 본체의 개구(66) 내에 수용된다. 통로(72)의 전방 단부를 형성하는 전방 단부(74)의 내부면은 스크류의 취급부(28, 32)의 스플라인(36)에 상보적인 구동 표면(80)을 갖는 제1 수용부(76)를 포함한다. 입구 부재(70)는 제1 수용부(76)로부터 거리를 두고 축방향으로 배열된, 통로(72) 내의 제2 수용부(78)를 포함한다. 또한, 제2 수용부(78)도 스크류의 제1 취급부(28)의 스플라인(36)에 상보적인 구동 표면(80)을 포함한다. 본 예에서, 구동 표면(80)은 입구 부재의 벽(70A)의 내부면에 형성된 24 축방향 스플라인으로 구성된다. 스플라인은 입구 부재(70)의 전방 단부로부터 대향 후방 단부까지 연속적이다. 이들은 벽(70A)의 내부면에 걸쳐 규칙적으로 분포되고, 스크류의 취급 요소의 스플라인(36)의 수 및 배열에 대응한다. 세팅 노우즈의 스플라인의 반경방향 치수는 입구 부재와 스크류 사이의 축방향으로의 병진 이동을 가능하게 하는 미소한 유극 이내에서 스크류의 스플라인의 반경방향 치수에 대응한다.

두 개의 수용부(76, 78)는 중간 부분(82)에 의해 분리되어 있고, 이 중간 부분에는 입구 부재(70)의 벽의 전체 폭을 통해 4개의 하우징(84)이 방사상으로 형성되어 통로(72) 내로 개방되어 있다. 반경방향 가동성 요소(86)가 각 하우징(84) 내에 배열된다. 가동성 요소(86)는 통상적으로 고경도 강으로 이루어진다. 이들은 스크류의 취급 요소(16)의 차단부(30)에 상보적인 원환체 형태의 내부면(88)과 외피(68) 내에서 활주할 수 있는 외부 원통형면(90)을 포함한다. 탄성 수단(미도시)이 입구 부재의 외부면과 가동성 요소의 외부면 상에 형성된 홈(92) 내에 환형 형태로 배열된다. 탄성 요소는 가동성 요소를 내부 통로(72) 내에서 입구 부재(70)의 내부를 향해 반경방향으로 압축하는 경향이 있다. 가동성 요소는 이들이 취하는 반경방향 위치에 따라서 중간 부분(82)의 내경의 변동을 가능하게 한다. 휴지 위치 또는 제로 간격 위치에서, 가동성 요소(86)는 통로(72) 내로 개방된다. 이때, 중간 부분(82)의 내경은 수용부(76, 78)의 최소 직경보다 작다. 이 내경은 스크류(16)의 차단부(30)의 원통형 부분의 외경에 대응한다. 최대 간격 위치에서, 가동성 요소는 하우징(84) 내부에서 입구 부재(70)의 외측을 향해 가압되고, 그래서, 중간 부분의 내경은 수용부(76, 78)의 최대 직경과 적어도 동일하다.

제2 수용부(78)와 그 후방 단부(96) 사이의 내부 벽(70A)은 평활하고, 파괴 이후 취급 요소(16)의 제거를 가능하게 하도록 수용부(76, 78)의 최대 직경과 적어도 동일한 직경을 갖는다.

일반적으로, 제1 수용부(76) 위에서, 세팅 노우즈는 스크류(12)의 취급부(28, 32)를 수용하기에 적합한 형태를 갖는 표면을 포함하며, 그 이유는 이들 두 부분이 세팅 공구의 제1 부분(76) 내부로 미끄러지기 때문이다. 제2 수용부(78) 위에서, 세팅 노우즈(60)는 이 수용부 내에 완전히 수용되는 스크류의 취급 요소(16)의 제1 부분(28)에 상보적인 형태를 갖는 표면을 포함한다.

도 7b는 본체(62C), 절두원추형 외피(68C) 및 원통형 입구 부재(70C)를 포함하는, 리벳(10C)을 설치하기에 적합한 세팅 노우즈(60C)를 도시한다. 노우즈(60C)는 리벳(10C)의 제2 취급부(34C)의 12 스플라인과 대등한 12 스플라인을 갖는 제1 수용부(76C)를 포함한다. 또한, 노우즈는 리벳(10C)의 제1 취급부(28C)의 외경과 동일한(소정 유극 이내의) 내경을 갖는 평활한 원통형 내부 표면을 구비한 제2 수용부(78C)를 포함한다. 본 예에서, 가동성 요소(86C)는 홈을 갖지 않는 원통형 외부면(90C)을 구비하고, 본체(62C)의 내부면과 외피(68C)의 외부면 사이에서 연장하는 탄성 수단(98)에 의해 제 위치에 보유된다.

도 7c는 도 7b에서 볼 수 있는 주연 스프링(98)의 등각도이다. 스프링(98)은 원형 단부(100)를 포함하고, 그 내경은 외피(68C)의 외부면 상에 유극 없이 배치된다. 규칙적으로 분포된 6개 가요성 아암(102)이 단부(100)로부터 연장한다. 각 가요성 아암은 원형 단부에 대향한 단부에서 60도의 각도 표면에 걸친 원호부에서 단부 부분(104)에서 종결된다. 휴지 위치에서, 6개 단부 부분(104)의 조립체는 중간 부분(82C)의 외경보다 작은 내경의 원형 단부를 형성한다. 본 예에서, 스프링(98)은 각 원호 부분(104)이 가동성 요소(86C)와 중간 부분(82C) 상에 안치되는 부분을 갖도록 외피(68C) 상에 장착된다(도 7d). 따라서, 가동성 요소(86C)가 반경방향으로 외측을 향해 이동할 때, 단지 각 단부 부분(104)의 일부만이 반경방향 힘을 받는다. 이런 스프링(98)은 열처리되고 경화된 강으로 이루어지며, 고무의 탄성 부분보다 현저히 더 강하고, 정비를 필요로 하지 않고 많은 수의 설치 사이클을 수행한다. 이러한 스프링은 하나 이상의 권선을 갖는 스프링과는 대조적으로 타원형이 되지 않으며, 매우 제한된 환형 공간에서 가동성 요소(86) 상에 압축력을 작용할 수 있다.

구조체(S)에서 도 1 내지 도 3에 관하여 설명된 리벳(10)을 설치하는 방법은 도 8 내지 도 15에 예시되어 있다. 간결성의 이유로, 단지 하나의 구조체(S)가 도시되어 있지만, 이 구조체는 다수의 조립 대상 구조적 하위 요소로 구성된다는 것을 이해하여야 한다.

또한, 후술된 설치 방법은 상술한 리벳(10A, 10B 또는 10C)를 설치하는 것과 정확히 동일하다.

비설치 상태에서, 리벳(10)은 예로서 용기(P) 내에 배열되고, 상술한 세팅 노우즈(60)를 구비하는 로봇에 의해 파지된다. 도 8에 예시된 바와 같이, 세팅 노우즈(60)는 스크류의 취급 요소(16)의 방향으로(화살표 F₁) 그와 접촉할 때까지 전진된다. 취급 요소의 챔퍼부(34)에 의해 파지되면, 제1 취급부(28)의 스플라인(36)은 세팅 노우즈(60)의 제1 수용부(76)의 스플라인(80) 내로 축방향으로 침입한다. 세팅 노우즈가 용기에 접근하고 리벳의 취급 요소(16)가 입구 부재(70) 내로 전진됨에 따라 챔퍼부(34)는 외측을 향해 반경방향으로 가동성 요소(86)를 추진한다.

가동성 요소들 사이의 간격은 제1 취급부(28)가 도 9에 예시된 바와 같이 세팅 노우즈의 두 개의 수용부(76, 78) 사이에 배열될 때 최대가 된다.

제1 취급부(28)가 공구의 제2 수용부(78) 내에 진입할 때(도 10), 가동성 요소는 홈(92) 내에 수용된 탄성 링의 영향 하에 리벳(10)의 차단부(30)와 접촉하도록 내측을 향해 반경방향으로 복귀된다. 그 후, 스크류의 취급 요소(16)는 세팅 노우즈(60) 내에 완전히 수용된다. 이 위치에서, 제1 취급부(28)는 세팅 노우즈의 제2 수용부(78) 내에 삽입되고, 차단부(30)는 가동성 요소의 내부면(88)에 의해 보유되며, 제2 취급부(32)는 세팅 노우즈의 제1 수용부(76) 내에 삽입된다. 입구 부재(70)는 그 후 역방향 추진되고, 그래서, 가동성 요소는 둥글려진 부분(30A)에 대해 안치된다. 외피(68)가 본체(62)의 내부에서 움직일 수 없기 때문에, 가동성 요소의 원통형 외부면(90)은 외피(68) 내로 점진적으로 활주된다. 가동성 요소(86)는 그 후 반경방향으로 더 이상 이동할 수 없게 된다(도 10 및 도 11). 견인력에 의해, 가동성 요소의 행정은 차단부의 둥글려진 부분(30A)에 의해 제한된다.

스크류의 취급 요소(16)는 입구 부재 내에서 회전이 차단되며, 그 이유는 토크를 전달할 수 있는 수용부와 스크류의 취급 요소의 상보적 표면의 결합 때문이며, 또한, 병진도 차단되며, 그 이유는 스크류의 차단부와 가동성 요소의 결합 때문이다.

세팅 공구 내에서의 리벳 운동의 차단과 연계된 중심설정은 리벳의 단부(44)에 최소 각도 유극을 갖는 상태의 지지를 보증하며, 그래서, 리벳 축은 세팅 노우즈의 축과 실질적으로 동축이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 리벳(10)의 축과 입구 부재(70)의 축은 수도 미만의 각도 유극으로 일치하거나 실질적으로 일치한다. 로봇은 그 후 구조체(S) 내에 형성된 보어에 대면하도록 이동할 수 있고, 예로서, 광학적 인식에 의해 자체적으로 정렬된다. 따라서, 리벳(10)은 보어의 축과 실질적으로 정렬된다.

그 후, 리벳(10)이 로봇에 의해 접근 측부로부터 보어를 통해 배치되고, 체결구 단부에서의 감소된 직경(44)(또는 리벳(10C)을 위한 챔퍼부(44C))는 보어 내에서 리벳을 중심설정 및 안내하는 것을 돕는다. 여기서, 보어는 스크류의 헤드(20) 및 슬리브(40)의 칼라부를 포함하는, 리벳의 헤드를 수용할 수 있는 카운터싱킹을 포함한다. 리벳 헤드가 카운터싱킹과 접촉할 때, 나사 단부(26)는 막힌 측부에서 구조체로부터 돌출한다. 도 12에 도시된 위치에서, 스크류의 취급 요소(16)는 취급 노우즈(60) 내에 완전히 수용되고, 전방면(64)은 구조체(S)의 접근 측면과 슬리브의 칼라부(40)에 대해 안치된다.

리벳(10)의 설치의 제1 단계는 구근부 형성으로 이루어진다. 이를 위해, 입구 부재(70)는 본체(62) 내부에서 구조체에 대향한 방향으로(화살표 F₂의 방향) 축방향 이동을 수행한다. 이 이동 동안, 가동성 요소(86)의 외부면(90)은 가동성 요소가 입구 부재(70) 내에 완전히 포획될 때까지 외피(68) 내에서 활주된다. 따라서, 스크류의 차단 홈(30)은 리벳의 축방향 운동을 제한하는 가동성 요소(86)에 의해 견고히 보유된다. 도 12에서, 입구 부재(70)는 스크류(12)의 취급 요소(16)를 당기고, 슬리브(14)의 칼라부(40)는 전방면(64)에 의해 구조체 내에 이동불가하게 보유된다.

입구 부재(70)는 축방향으로 계속 이동하여, 구근부(58)가 형성될 때까지 스크류의 나사부(26)와, 슬리브의 내부 나사부(48)를 구조체(S)의 막힌 측부를 향해 구동하며, 구근부의 일 면은 막힌 면에 대해 안치되게 된다(도 13). 그 후, 스크류(12)의 헤드(20)가 세팅 노우즈의 환형 공간(E)내에 수용된다.

제2 단계는 슬리브의 칼라부(40) 내로 스크류의 헤드(20)를 이동시키도록 슬리브(14) 내로 스크류(12)를 나사결합하는 것으로 이루어진다. 입구 부재(70)에 인가되는 견인력이 중단되고, 이제 구조체의 방향(도 14의 화살표 F₃)으로 자유롭게 병진 이동할 수 있는 입구 부재에 회전력이 인가된다. 도 14는 이러한 이동의 종료를 예시하며: 입구 부재(70)는 외피(68) 내의 그 초기 위치로 복귀되어 있고, 그래서, 가동성 요소(86)는 탄성 수단의 응력 한계 내에서 반경방향으로 다시 자유롭게 이동한다. 가동성 요소는 차단 구역의 제2 둥글려진 부분(30B)에 접하여 정지된다. 스크류의 헤드(20)는 슬리브의 칼라부(40) 내에 안치된다. 스크류의 나사부(26)는 슬리브(14)의 더 얇은 부분(44)으로부터 크게 돌출한다.

제3 단계는 스크류의 취급 요소(16)를 파괴함으로써 리벳의 설치를 마무리하는 것으로 이루어진다. 스크류의 헤드(20)가 슬리브의 칼라부(40) 내에 안치되고 나서, 입구 부재(70)는 계속 회전한다. 스크류의 두 개의 취급부(30, 32)를 통해 스크류에 토크가 전달된다. 파괴 홈(18)은 소정 토크 레벨을 초과하면 파괴되도록 설계된다. 이는 이 임계치가 도달되고 나면 파괴되고 헤드(20)가 구조체(S)의 접근가능한 표면과 일치되는 상태로 남겨두게 된다.

취급 요소(16)는 파괴 이후 세팅 노우즈의 전방 또는 후방을 통해 배출된다. 도 15는 구조체(S) 내에 설치된 리벳(10)과 파괴된 취급 요소(16) 및 세팅 노우즈(60)의 분해도를 도시한다.

세팅 노우즈(60)는 그 후 다음 파지될 리벳으로 이동하도록 후퇴된다. 설치 순서가 다시 시작된다.

본 발명에 다른 리벳 및 세팅 노우즈는 구조적으로 상술한 예에만 한정되는 것은 아니다. 예로서, 리벳 헤드는 카운터싱크형으로 이루어지는 대신 돌출할 수 있다. 토크를 전달할 수 있는 취급부 또는 취급부들(30, 32)은 12 스플라인, 다각형 면 또는 토크의 전달을 가능하게 하는 임의의 다른 수단을 포함할 수 있다. 또한, 이는 원형 단면으로 이루어질 수도 있다. 이 경우, 세팅 노우즈는 상보적 수용부에서 롤러 케이지 같은 토크 전달을 위한 원형 수단을 포함한다.

리벳은 상술한 다수의 실시예를 조합할 수 있다. 예로서, 슬리브(14)는 두 개의 용접된 슬리브 요소(14A', 14A")와 제1 요소(14A')의 외부면 상의 압축 홈(146, 148)을 포함할 수 있다. 변형으로서, 슬리브(14)는 단일 슬리브 요소와 그 외부 표면 상의 환형 홈을 포함할 수 있다.

차단부(30)는 이들이 세팅 공구 내에서의 리벳 이동을 차단할 수 있는 한, 다른 형태로 이루어질 수 있다. 예로서, 차단부는 인접한 취급부와 동일한 외경의 원통형이고 반경방향으로 활주되는 세팅 공구의 가동성 요소를 수용할 수 있는 연속적인 원형 또는 타원형 개구를 포함할 수 있다.

하우징(84) 및 가동성 요소(86)는 수 및 형상이 변할 수 있으며, 리벳의 차단부(30)의 형태에 상보적이다. 하우징은 세팅 노우즈(60) 내에 삽입시 스크류의 취급 요소(16) 둘레에서 가동성 요소(86)의 반경방향 이동을 허용하여야 한다. 예로서, 설명된 리벳(10, 10A, 10B 또는 10C)의 감소된 외경의 차단부를 지지할 수 있는 두 개의 분기부를 구비하는 포크 형태로 또는 개구를 통해 반경방향으로 활주되는 핀의 형태로, 단일 가동성 요소가 수용되는 단 하나의 하우징이 존재할 수 있다. 또한, 가동성 요소(86)는 볼 또는 원추형 형태의 요소로 대체될 수 있다.

내부 외피(68)는 구근부를 형성하기 위한 스크류의 견인시 반경 방향 가동성 요소(86)를 차단하기에 충분한 길이에 걸쳐 배열되는, 본체(62)의 내부면 상에 형성된 환형 견부로 대체될 수 있다.

Claims (15)

1. 스크류(12)와 슬리브(14, 14A)를 포함하는 리벳(10, 10A, 10B, 10C)으로서, 상기 스크류(12)는 취급 요소(16)와, 인장 응력하에 유지되고 비틀림 응력 하에 파괴되도록 설계된 파괴 홈(18)과, 파괴 홈에 의해 취급 요소로부터 분리되어 있는 헤드(20)와, 평활한 생크부(22) 및 나사부(26)를 구비하고, 상기 슬리브(14, 14A)는 헤드(20)를 수용할 수 있는 칼라부(40) 및 스크류의 나사부(26)와 결합하도록 의도된 내부 나사부(48)를 포함하는 관형 생크부(42, 42A, 42B)를 포함하는, 리벳(10, 10A, 10B, 10C)에 있어서,
   상기 스크류의 취급 요소(16)는 세팅 공구 내로의 리벳의 도입을 안내할 수 있는 제1 취급부(28, 28C)와, 토크를 전달할 수 있는 제2 취급부(28C, 32C)를 포함하고,
   상기 두 취급부들은 세팅 공구 내에서의 리벳의 축방향 운동을 제한할 수 있는 차단부(30)에 의해 분리되어 있는 것을 특징으로 하는 리벳(10, 10A, 10B, 10C).
   
2. 제1항에 있어서, 차단부는 원통형 중간 부분을 포함하고, 둥글려진 부분(30A, 30B)에 의해 각 취급부에 연결되는 리벳(10, 10A, 10B, 10C).
   
3. 제1항에 있어서, 슬리브(14A)는 두 개의 용접된 요소들(14A', 14A")을 포함하는 리벳(10A).
   
4. 제1항 또는 제3항에 있어서, 슬리브는 슬리브의 잔여부의 탄성 강도보다 작은 탄성 강도를 갖는 구근부 형성을 위한 구역(U)을 포함하는 리벳(10, 10A, 10B, 10C).
   
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 슬리브는 구근부(58) 형성을 위한 구역(U)과 칼라부(40) 사이에서 슬리브의 관형 생크부(42)의 외부 부분 상에 형성되는 적어도 하나의 압축 홈(146, 148)을 포함하는 리벳(10B).
   
6. 제1항에 있어서, 토크는 원통형 면 또는 다각형 면을 갖는 스플라인에 의해 전달되는 리벳(10, 10A, 10B, 10C).
   
7. 제1항에 있어서, 제1 취급부(28, 28C)는 챔퍼부(34, 34C)를 포함하는 리벳(10, 10A, 10B, 10C).
   
8. 제1항에 있어서, 슬리브는 생크부(42)의 외경보다 작은 외경을 갖는, 칼라부(40)에 대향한 단부 부분(44, 44C)을 포함하는 리벳(10, 10A, 10B, 10C).
   
9. 천공된 전방면(64)을 갖는 원통형 본체(62), 본체 내에 배열된 관형 외피(68) 및 외피 내부에 배열되고 내부 통로(72)를 형성하는 입구 부재(70)를 포함하는, 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 리벳(10, 10A, 10B, 10C)을 설치하기 위한 세팅 노우즈(60, 60C)에 있어서,
   입구 부재(70)는 상기 취급부(30)에 상보적인 형태를 갖는, 리벳의 취급 요소(16)를 위한 두 개의 수용부들(76, 78; 76C, 78C)을 포함하고, 적어도 하나의 수용부는 토크를 전달할 수 있으며, 상기 수용부들은 중간 부분(82)에 의해 축방향으로 분리되고, 상기 중간 부분은 내부 통로에서 반경방향으로 이동가능하면서 리벳의 축방향 이동을 제한할 수 있는 적어도 하나의 요소(86)를 포함하는 것을 특징으로 하는 세팅 노우즈(60, 60C).
   
10. 제9항에 있어서, 토크는 스플라인(90)에 의해, 다각형 면에 의해, 또는, 롤러 케이지에 의해 전달되는 세팅 노우즈(60).
    
11. 제9항에 있어서, 중간 부분(82)은 반경방향 가동성 요소(86)가 수용되는 적어도 하나의 하우징(84)을 포함하는 세팅 노우즈(60).
    
12. 제9항에 있어서, 탄성 수단(98)은 입구 부재의 내부를 향해 상기 가동성 요소(86)를 반경방향으로 압축하는 세팅 노우즈(60).
    
13. 제9항에 있어서, 입구 부재(70)는 외피(68) 내부에서 회전 및 축방향으로 이동가능한 세팅 노우즈(60).
    
14. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 리벳(10, 10A, 10B, 10C)을 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 세팅 노우즈(60, 60C)를 사용하여 설치하는 방법에 있어서,
    - 스크류의 취급 요소(16)와 세팅 노우즈를 결합시키는 단계와,
    - 취급 요소(16)를 축방향으로 견인하고 슬리브(14, 14A, 14B) 상에 구근부(58)를 형성하는 단계와,
    - 스크류(12)를 슬리브 내로 나사결합하고, 파괴 홈(18)의 수준에서 스크류의 취급 요소를 파괴시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하고,
    - 스크류의 취급 요소(16)와 세팅 노우즈를 결합시키는 단계 동안, 반경방향 가동성 요소(86)가 세팅 노우즈 내의 리벳의 축방향 운동을 제한하는 것을 특징으로 하는 설치 방법.
    
15. 제14항에 있어서, 구근부 형성, 스크류 나사결합 및 취급 요소 파괴의 단계들 동안, 스크류의 취급부(28, 32; 28C, 32C)는 입구 부재(70, 70C)의 수용부들 내에 수용되고, 스크류의 차단부(30)는 가동성 요소(86)에 대해 안치되며, 입구 부재(70, 70C)는 가동성 요소(86)의 임의의 반경방향 이동을 방지하도록 외피(68, 68C) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 설치 방법.
    

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