JP2005513364A - シールを有するブラインドリベット - Google Patents

Abstract

端部開放型ブラインドリベット（２１０）は、実質的に管状のリベットが装着されたヘッドを有するマンドレル（２１８）を含み、該マンドレルと該リベットとの間に配置された流動性シーラント（２５０）を有し、該ブラインドリベットを取り付けることにより、該マンドレルのヘッド（２１６）と該リベットの内表面との間のシーラントを圧縮してその間にシールを形成する。

Description

発明の詳細な説明

（技術分野）
本発明は、２又はそれ以上のシート材料を互いに保持するために通常用いられるタイプの管状リベットに関する。より具体的には、本発明は、リベット本体の一端に第１のフランジを有し、ヘッドを有するマンドレルを利用して該リベット本体の他端を変形させ、該リベット本体のフランジと変形した端部との間のシート材料を圧縮するタイプの端部開放型ブラインドリベットに向けられている。

（背景技術）
端部開放型ブラインドリベットが、よく知られており、とりわけ、２又はそれ以上のシート材料を互いに保持するための従来の固定機構として、出願人の商標ＰＯＰ（Ｅｍｈａｒｔ社の登録商標）の下で販売されているリベットがよく知られている。このタイプのブラインドリベットは、シート材料の一方の面と係合するための一端寄りの大きなフランジを有する中空管状リベット本体を備え、それにより、該管状リベット本体の反対端が、前もって形成された穴を貫通する。リベットは、さらに、ヘッドを有するマンドレルを備え、該マンドレルは、該ヘッドが該リベットの反対端に係合した状態で、中空管状リベット本体を貫いて延びる。ブラインドリベットの取り付けの間、マンドレルのヘッドは、リベット本体の反対端を圧縮して該リベット本体のフランジ方向に変形させ、その間のシート材料を圧縮する。マンドレルは、マンドレルヘッドの領域に、十分な荷重が作用するとマンドレルを取り付けられたリベットから外れさせる所定の破断荷重を持つ弱められたシャンクをさらに備えることになる。このことは、手動で用いることが可能で、且つ、適当なリベット取付工具を用いて取り付けて２又はそれ以上のシート材料を互いに保持することが可能な、簡単かつ安価な締結手段を提供することになる。マンドレルヘッドは、リベットの中に引き込まれて、取り付けられたときにリベットを変形させるが、マンドレルヘッドと該リベットとの間のこうした係合には、気密性も防水性もないことが、一般的に理解される。マンドレルヘッドは、多くの場合、取り付けられたリベットの変形部分内部で自由に動き、時折、取り付けられたリベット内部で「がたつき」が見られる。

代わりに、ブラインドリベットが水密又は気密シールを生成することが必要とされる場所では、端部閉鎖型（すなわち、シールされた）ブラインドリベットが採用される。こうした端部閉鎖型ブラインドリベットは、端部開放型ブラインドリベットと同様なものであるが、マンドレルのヘッドが中空管状リベット本体の外部に配置されている代わりに、ヘッドを有するマンドレルが、リベット本体内に封入されるように円柱管状に形作られた密閉カップ内部に保持され、その結果、リベット本体が閉鎖端を有することになる。

しかしながら、端部閉鎖型ブラインドリベットの製造は、まず、大きなマンドレルヘッドがカップ状に形作られた予備形成品の中に収容され、その結果の半組立体が押し出されて、マンドレルをリベット本体内部に包むと同時にリベット本体のフランジを形成することにより、比較的に、より複雑で費用がかかるものとなる。このプロセスは、より費用がかかるだけでなく、マンドレル及び関連する製造工具の損傷を防ぐために、高度な工具精度及び製造技術も必要とする。製造されたこのタイプのブラインドリベットのさらなる欠点は、現在の製造機械で製作することができるリベット本体の長さ及び／又はマンドレルの長さには限界があり、仮に適当な機械が使用可能だとしても、その機械の費用に加えてそれに付随するプロセスの遅さが、その結果の端部閉鎖型リベットを極めて高価なものにするであろうということである。

気密又は水密接合が要求される状況においては、多くの場合、端部閉鎖型リベットを用いることが望ましい。しかしながら、こうしたリベットが厚みのある加工物を固定するのに必要とされる場合、又は、該リベットが狭いくぼみ又はチャネル内に挿入される場合には、該リベット本体の長さ又はマンドレルの長さの制限のせいで問題が発生し、こうした用途での端部閉鎖型リベットの適用性を限定する可能性がある。奥行きのある狭いくぼみに取り付けられるブラインドリベット用の従来の取付工具は、該リベットを把持して取り付けるために、比較的長いマンドレルを必要とする。このように、現在の技術は、ブラインドリベットを奥行きのある狭いくぼみ又は厚みのある接合に適用して、水密又は気密シールを定常的に達成することができる能力を提供しない。

（発明の開示）
したがって、本発明の目的は、前述の問題を軽減し、端部開放型ブラインドリベットが、取り付けられたとき気密又は水密シールを提供できるようにすることである。
本発明によれば、マンドレルヘッドを持つマンドレルと該マンドレルに取り付けられたリベット本体とを備え、該マンドレルと該リベット本体との間に配置される流動性シーラントを有し、取り付けることにより該マンドレルのヘッドと該リベット本体の内表面との間のシーラントを圧縮してその間にシールを形成する、端部開放型ブラインドリベットが提供される。
好ましくは、流動性シーラントは、接着材料をからなり、これは、エポキシ樹脂であってもよいか、又は、代替的に、エポキシ樹脂を含んでもよく、通常は、熱硬化性マイクロカプセル型エポキシ樹脂からなる。好ましくは、エポキシ樹脂は、通常はマイクロカプセル形態である２剤からなるエポキシ樹脂システムか、又は、マイクロカプセル型エポキシ・アクリレート主剤システムからなる。

代替的に、シーラントは、圧縮力の存在下でマンドレルのヘッドまわりで流動することができる、プラスチック又はゴムなどの弾性流動性材料を含んでもよい。
マンドレルのシャンク又はマンドレルヘッド自体の少なくとも１つは、流動性シーラントにより包まれるのが好ましい。この好ましい実施形態においては、流動性シーラントは、マンドレルのシャンクを完全に取り囲むことになるか、及び／又は、マンドレルヘッドを完全に包むことになることが予想される。
ここで、本発明の好ましい実施形態を、添付の説明図面に関連して、単に例示の目的で述べる。

（発明を実施するための最良の形態）
ここで、図１を参照すると、従来の端部開放型ブラインドリベット１０は、実質的に中空の管状リベット本体１２及び関連するマンドレル１４を備える。マンドレルは、実質的に細長い円柱状金属ワイヤ（しかし、プラスチックリベットのための代替的な実施形態では、プラスチック・マンドレルを採用することができる）であり、その一端に及び同軸上に、該マンドレルワイヤと比べて大きい径を有するマンドレルヘッド１６が配置されている。マンドレル１４の本体１８とマンドレルヘッド１６との間に配置されているのは、この場合も該本体１８と同軸上にあるが該本体１８の径と比べて小さい径を有する、マンドレルシャンク２０である。このように、マンドレルシャンクは、図１に明瞭に見られるように、マンドレルの狭められたネック部分を提供する。

円柱状リベット本体１２は、マンドレル本体１８の径と実質的に等しい内径を有し、それにより、該マンドレル１８は、ヘッド１６が該リベット本体１２の端面２２と係合するまで該リベット本体１２を通して（図において矢印Ａで実質的に示される方向に）送り込むことが可能で、この所望の形状においては、該リベット本体１２の内表面と該マンドレル本体１８との間の摩擦係合によって保持される。マンドレルヘッド１６は、リベット本体の外径と比べて小さい径を有する。端面２２と反対側のリベット本体１２の第２端２４で、管状リベット本体は、その上に実質的に円柱状のフランジ２６を形成している。

使用時には、端部開放型ブラインドリベット１０は、多くの場合、まずリベット本体１２の外径と実質的に等しいか又は同様の径を有する穴を両シート２８及び２９を通して穴開けすることにより、２枚のシート材料すなわちシート金属（２８及び２９）を互いに保持するのに用いられる。図１を見ると、リベット本体１２は、次に、該リベット本体及びマンドレルヘッドをシート２８及び２９に形成された穴を通して図１に示される位置まで通すことにより、右から左に挿入することが可能で、それにより、フランジ２６がシート２８と係合して挿入限界を定める。

従来のブラインドリベット取付工具が、次に、リベットを、変形した係合形状の中に実際に取り付けるのに使用される。この従来の取付工具（図１において意図的に点線３０を用いて図示されている）は、当業界でよく知られており、その機能を説明する以外には、ここで詳細に説明されない。取付工具は、フランジ２６の外表面と係合することになる外方スリーブ部材３０と、マンドレル本体１８に係合し、マンドレルを把持して引き込むジョー（図示せず）を有する。動作中は、内部クランプ機構が、マンドレル本体１８を矢印Ａ（図１）により示される方向に移動させる一方、スリーブ３０は、リベット１２のこうした移動を抑止する。このことが、マンドレルヘッドを方向Ａのリベット本体１２の内部へ効果的に引き込む一方、該リベット本体１２のフランジを、固定されるべきシート金属に押し付けて抑止する。このように、大径フランジとなるマンドレルヘッド１６は、リベット本体１２の端部２２をシート金属２９に押し付けて変形及び拡張させ、シート金属２８及び２９を、フランジ２６と該リベット本体１２の変形した端部２２１（この変形２２１は、図３において実質的に示される）との間に効果的にクランプすることが認識されるであろう。

さらに、マンドレルシャンク２０は、マンドレル本体１８と比べて小径なので、このことが、所定の荷重のもとで破断することになるマンドレルの弱められた部分を形成することになり、それが、該マンドレルを、変形したリベット本体１２内部に配置されたマンドレルヘッド１６を残してこの領域で折り、きれいな固定部材を残した状態で、該マンドレル本体１８を該リベット本体１２の外に離して除去することを可能にする。

実際には、リベット組立体１０のマンドレルは、取付工具の中に挿入され、その引き込みジョーが牽引荷重をマンドレル１８に作用させるにつれて、この荷重は、リベット本体１２に伝達してその軸線に沿って支えられる。取付荷重が増加するにつれてリベット本体は短くなり、加工物プレートは互いに引っ張られ、加工物の当初の穴の充填が生じる。しかしながら、引っ張り荷重が増加するにつれて、リベット本体１２の端部が支えられる荷重には限界がくることが明らかである。この限界に達すると、マンドレルのヘッド１６は、次に、リベット本体に入り、該リベット本体を拡張して変形させ、加工物の面付近に到達するまで該リベット本体内部に進行する。リベット本体を通しての該マンドレルの進行は停止するが、取付荷重は、マンドレルの所定の破断荷重に達するまで増加する。マンドレルは破断し、そうなったとき、マンドレルの残余部分、とりわけそのヘッド１６を緩める効果を有する、歪みエネルギーの開放が起こる。リベット本体の短縮及び該リベットのブラインド側での径方向の拡張による永続的な変形の際に行われる仕事のため、該リベット本体及び該リベット本体内部に留まるマンドレルヘッドの温度を上昇させる熱が発生するということも特徴である。

したがって、マンドレルヘッド１６は、リベット本体１２内に引き込まれ、リベットを変形させて取り付けるが、該リベット本体内での該マンドレルヘッドのこうした係合は、必ずしも該リベットを気密又は水密にするとは限らないことが、一般的に理解される。

図３に示されるような取り付けられたブラインドリベットは、除去されたマンドレルと、リベットの変形した端部２２１内部に拘束されたマンドレルヘッド２１６とを有し、該リベットの該変形した端部２２１は、その端部とシャンク２６との間に配置されるシート金属２８及び２９に圧縮力を作用して、確実な締結要素を形成する。しかしながら、この変形した形状において、マンドレルヘッドがリベット本体２１２の内部に維持されているにもかかわらず、該マンドレルヘッドの維持は、必ずしも気密又は水密シールを形成するとは限らず、かなり頻繁にこの変形した部分内部で該マンドレルヘッドが僅かに動く可能性があり、これにより、該マンドレルヘッドが取り付けられたリベット内部で動く際に「がたつき」が生じる可能性がある。このことは、特に、これらのタイプのリベットが、振動することが当たり前の自動車又は他の用途に用いられる場合には望ましくない。さらに、これらの締結が水密又は気密シールを提供することができないので、それらの用途は、こうした水密シールが必要とされない環境での用途に限定される。

図４ａ及び図４ｂは、代替的なタイプのブラインドリベット、とりわけ、図１に示された端部開放型ブラインドリベットに極めて類似する端部閉鎖型ブラインドリベット１１０を示す。端部閉鎖型ブラインドリベット１１０は、第１閉鎖端１２２と、その反対端に外部フランジ１２６とを有する、実質的に管状のリベット本体１１２を備える。このように、図４ａに見られるように、リベット本体１１２は、図１に示されるような中空の管状ではなく、実質的にカップ形状である。さらに、図４ａのブラインドリベット１１０は、ヘッド１１６及び関連するシャンク１２０を有するマンドレル１１４も備え、それにより、該ヘッド１１６は、リベット本体１１２の内部位置に維持される。図４ａに見ることができるように、マンドレル及びマンドレルヘッドは、この場合もまたリベットと同軸であり、該マンドレルヘッドは、リベット本体１１２の内径と比べて大きい径を有する。このことは、まず、カップ形状のリベットが、挿入されるマンドレルヘッド１１６の径と実質的に等しい内径を有するように形成されることによる、こうした端部閉鎖型ブラインドリベット１１０の製造プロセスにより達成される。挿入されたマンドレルを持つリベット全体は、次に、該リベットの径全体を実質的に減少させるために絞りダイを通過させられ、該リベットがこうした狭められたダイを通過するにつれて、こうしたリベットは長手方向に供給されて該ダイを通るので、リベット径の徐々の絞りが、マンドレルヘッドを図４ａに示される内部位置に押し込む役をする。このように、狭められたリベット本体１１２は、より大きな径を持つマンドレルヘッドを収容して作成される。
こうした製造技術は、よく知られており、さらに説明されることはないであろう。リベットの閉鎖端面１２２は、リベットの側壁と比べて実質的に薄いが、シール端ユニットを形成する役をする。

この端部閉鎖型ブラインドリベットは、端部開放型ブラインドリベットに関連して以前に説明された方法と同一の方法で利用され、そのため、取付工具は、この場合もまた、マンドレルが図４ａで見て左から右へ移動させられる際に、リベット本体１１２の移動を抑止する。このように、マンドレルヘッド１１６は、リベット本体１１２の遠方端を変形させるように該リベット本体１１２の絞られた内壁に係合し、それによって、この場合もまた、その間に保持された金属シートを圧縮する。このように、リベット１１２は、図４ｂに示される取付形状に変形され、該リベットが一旦取り付けられると、マンドレル本体１１８は、折り取られる。あるいは、マンドレルシャンク部分１２０は、マンドレル１１４から省略可能で、それにより、一旦該マンドレルが端部閉鎖型ブラインドリベットを取り付けるのに用いられると、マンドレル本体１１８は、取り付けられたリベット１１０から突出した位置に留まることも認識されるであろう。これは、こうしたリベットがプリント基板などに用いられる場合に、電気的接続を提供するための有用な目的に役立つ可能性がある。しかしながら、いずれのケースにおいても、リベット本体１１２の閉鎖端１２２は、取り付けられたリベット１１０の、気密及び水密締結を提供するシール端となることが明瞭に分かる。端部開放型ブラインドリベット１０のシャンク部分もまた、所望であれば、マンドレルが該リベット１０の取り付け後に所定の位置に残されるように、省略可能であることが認識されるであろう。

マンドレルは一方向のみでリベット内に送り込まれなければならないので、組立中にマンドレルヘッド１１４を端部閉鎖型ブラインドリベット１１０のリベット本体１１２内に挿入する必要性のために、採用することができる該マンドレルの長さには、高い製造公差及び制約が要求されることになる。図１の端部開放型ブラインドリベット１０を比較すると、マンドレルヘッド１６が最終的な組立済み位置においてリベット本体自体に係合するまでブラインドリベット１０を通して送り込まれるマンドレル本体１８の長さには、制限がないことが認識される。端部閉鎖型ブラインドリベットのための既知の製造技術及び装置は、採用することができるマンドレル長を制限し、したがって、取付工具が「より短い」マンドレルを把持することが不可能な、奥行きのある狭い通路で使用することができないこのタイプのリベットの潜在的な用途を制限する。

ここで図２を参照すると、本発明による端部開放型ブライドリベット２１０が示される。このブラインドリベット２１０は、ブラインドリベット１０として図１に示されるものと実質的に同一であり、それにより、該リベット１０と該リベット２１０との間で見いだされる同一の特徴についての同様の参照数字が、ここでは、同様の部分であることを確認するために接頭番号「２」を含めて図２に関連して用いられることになる。このように、図２に示される端部開放型ブラインドリベットと図１に示されるリベットとの間の唯一の差は、マンドレルヘッド２１６とマンドレルシャンク２２０の両方を包む流動性シーラント材料２５０（黒で示される）を含むことであることが認識される。好ましい実施形態においては、この流動性シーラントは、接着性の材料又は製品からなり、とりわけ、熱硬化させることができる（通常はマイクロカプセル形態である２剤からなるエポキシ樹脂システムか、又は、マイクロカプセル型エポキシ・アクリレート主剤システムなどの）マイクロカプセル型エポキシ樹脂である。商業的に入手可能なマイクロカプセル型エポキシ樹脂の例は、取引名称Ｓｃｏｔｃｈｇｒｉｐ２３５３として販売されている。しかしながら、こうしたエポキシ樹脂は、よく知られており、接着剤製造業者から容易に入手可能である。代替的な形態の流動性媒質、とりわけ、商業的に入手可能な接着材料、又は、代替的には、プラスチック若しくはゴムなどの流動性の弾性材料を、本発明におけるシーラントとして採用してもよいことも認識されるであろう。

端部開放型ブラインドリベット２１０を取り付ける際、マンドレルは、この場合もまた、図１の矢印Ａの方向に移動して、マンドレルヘッドをリベット本体２１２の端部２２２に押し付けて圧縮し、そのため、以前に説明した方法で、及び、ここで図３に示されるように、リベットを変形させる。マンドレルヘッド２１６がリベット本体２１２の端部領域２２２内に引き込まれるにつれて、シーラント材料２５０はまた、該リベット本体２１２と該マンドレルヘッド２１６との間で圧縮されてその周囲に流れ、リベットと該マンドレルヘッドとの間のいかなる間隙又は空間も占有して、その間に実質的に一様なシールを形成することが認識されるであろう。具体的には、ヘッドをリベット本体２１２内に引き込むことにより発生する圧力が、２剤システム内部のマイクロカプセルを破裂させ、樹脂を活性化する触媒を供給させる。リベット本体内に引き込まれるマンドレルの圧力で、活性化された樹脂シーラントが強制的に流され、該マンドレルと該リベット本体との間の空洞を満たし、該リベットの取付端でその間の接着接合をさらに生じさせる。樹脂主剤システムは、次に、硬化させられるが、実際には、リベット本体の変形時に発生させられる熱のために、この硬化作用は加速され、リベット２１０を通しての水及び気体の進入を防止するのに必要となる適当なシールを提供する。

ゴム又はプラスチックなどの流動性媒質がシーラントとして用いられる場合もやはり、リベット本体２１２とマンドレル本体２１８及びマンドレルヘッド２１６との間の大きな圧縮力は、液体の流れと同様に、この弾性材料の実質的な流体の流れを生成することになる。

接着材料、とりわけエポキシ樹脂は、それらが凝固して適当なシールを形成するだけでなく、これらの接着材料の凝固が、マンドレルヘッドと変形したリベット本体２１２との間の付加的な接合を提供するのにも役立つので、この特定の発明においては我々にとって好ましいものである。

流動性シーラントを使用することのさらなる利点は、材料が、変形したリベット本体２１２内部に置かれたマンドレルヘッド２１６の周囲のいかなる空間又は空洞も占有するように流れるので、該マンドレルヘッド２１６は、取り付けられたリベット内部での移動又は運動を抑止され、それゆえ、がたつきを軽減することである。さらにその上、これらのタイプのエポキシ主剤システムの特徴は、広い温度範囲にわたって良好な封止及び接着特性を与え続けることであり、例えば上で挙げられたＳｃｏｔｃｈｇｒｉｐ２３５３のケースでは、その範囲は−６０と＋１５０°Ｃの間である。

ここに示される実施形態は、マンドレルシャンク２２０を有するマンドレル２１４を、流動性シーラントが該シャンクを囲むようにそのまわりに配置された状態で利用するが、マンドレルヘッドまわりに流れて該ヘッド２１６とリベット本体２１２との間のすべての空洞を充填するのに十分な流動性媒質を供給することで、該マンドレルヘッド２１６が流動性媒質に実質的に包まれるのであれば、該マンドレルシャンクは（以前に説明したように）省略可能であることが認識されるであろう。

流動性シーラントは、リベット本体２１２内へのマンドレルの挿入前に、該マンドレル自体のまわりに形成されることになる。しかしながら、シーラント自体は、特に、リベット本体が、端部領域２２２において該リベット本体の主な内径と比べて大きい内径を有し、リベットの取り付けの間、マンドレルヘッドによって係合され、かつ、圧縮されるシーラント材料の「井戸」を提供するときには、マンドレルの挿入前に該リベット本体２１２の内部に配置することができるものとしても提供される。こうした流動性媒質が、ブラインドリベットの取り付け後、実質的に凝固して、マンドレルヘッドとリベット本体との間に永久的なシールを形成できるのであれば、用いることができる接着剤又は流動性媒質のタイプには制限がないことも認識される。

従来の端部開放型ブラインドリベットの断面図である。 本発明による端部開放型ブラインドリベットの断面図である。 図２のブラインドリベットの取付形状の断面図である。 従来の端部閉鎖型ブラインドリベットの断面図である。 図４ａのブラインドリベットの取付形状の断面図である。

Claims (8)

1. マンドレルヘッドを持つマンドレルと該マンドレルに装着されたリベット本体とを含み、前記マンドレルと前記リベット本体との間に配置された流動性シーラントを有し、取り付けることにより前記マンドレルのヘッドと前記リベット本体の内表面との間の前記シーラントを圧縮してその間にシールを形成することを特徴とする、端部開放型ブラインドリベット。
2. 前記流動性シーラントが、接着剤からなることを特徴とする請求項１に記載のブラインドリベット。
3. 前記シーラントが、エポキシ樹脂からなることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のブラインドリベット。
4. 前記シーラントが、熱硬化性マイクロカプセル型エポキシ樹脂からなることを特徴とする請求項３に記載のブラインドリベット。
5. 前記エポキシ樹脂が、２剤からなるマイクロカプセル型エポキシ・アクリレート樹脂システムであることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のブラインドリベット。
6. 前記シーラントが、弾性材料であることを特徴とする請求項１に記載のブラインドリベット。
7. 前記マンドレルのシャンク又は前記マンドレルヘッドの少なくとも１つが、前記流動性シーラントにより包まれることを特徴とする前記請求項のいずれか１項に記載のブラインドリベット。
8. 実質的に、ここで添付図面に関連して述べられるブラインドリベット。

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