JP2006529021A - ブラインド締結具および該ブラインド締結具を据付ける方法 - Google Patents

Abstract

熱可塑性被加工物内に据付けるためのブラインド締結具（１１）であって、当該ブラインド締結具は、ほぼ平坦であるとともに非研磨でありドリル歯のない前端面（２１）を有し、当該ブラインド締結具の前端面が熱可塑性被加工物（２２）の近接面と接触状態に保持されるとともに熱および圧力が当該ブラインド締結具の前端により上記被加工物の接触領域に加えられると、当該ブラインド締結具が、熱可塑性被加工物内に穴を徐々に形成し、当該穴内に据付けられることができる、ブラインド締結具。

Description

本発明は、その態様のうち１つの態様では、ブラインド締結具に関し、その態様のうち別の態様では、かかるブラインド締結具を適した被加工物内に据付ける方法に関する。

用語「締結具」は、例えば、被加工物を形成する２つ以上の部材を合わせて固定するリベット、また、例えば、被加工物内に据付けられるとねじが係合して被加工物に別の部材を固定するようにすることができるねじ切りインサート（threaded insert）を含むものとして用いられる。かかるねじ切りインサートは同様に、被加工物を形成する２つ以上の部材を合わせて固定するようになっていてもよい。

「ブラインド」とは、被加工物の前側またはその近接側のみへの接触により被加工物内に据付けられることができる締結具を意味する。

かかる据付けに伴う別個の作業の数を少なくすることができることが有利であることは明らかである。かかる締結具のほとんどは、締結具が挿入される適切に予め形成された穴が被加工物内に設けられている（provision）必要がある。穴を自らドリル穿孔する締結具もあり、その締結具の前端には、締結具に適切な回転および軸方向の圧力を加えることにより適切な穴をドリル穿孔するドリル穿孔手段を提供する歯がある。しかしながら、かかる構成には、多数の実際上の不都合点がある。これらの不都合点は以下の通りである：
１．製造コストがさらにかかること、各締結具のドリル歯の点検が必要なこと、および製造後の取り扱いによる損傷がないことの点検が必要なこと、
２．初期位置を試みた際の被加工物面におけるコアドリルの横滑りまたは滑り、
３．被加工物への機械的な損傷（特に、被加工物が積層されている、すなわち２つ以上の部材から成る場合）、
４．穴に入る長さ部分の全体に沿った外側の断面が円形でなければならないこと、
５．ドリル穿孔作業により、被加工物からの残片、および不都合で危険の可能性もあるドリル穿孔されたスラグが生じること、
６．据付けられた締結具のドリル歯が被加工物のブラインド側に危険をもたらす可能性があること。

本発明は、これらの不都合点を克服する締結具およびかかる締結具を据付ける方法を提供することを目的とする。

したがって、本発明は、その態様のうちの１つの態様では、添付の特許請求の範囲の請求項１に記載されているブラインド締結具を提供する。

本発明はまた、添付の特許請求の範囲の請求項１０に記載されている熱可塑性被加工物内に穴を形成する方法を提供する。

本発明のさらなる特徴は、添付の特許請求の範囲の他の請求項に記載されている。

次に、本発明の具体的な実施形態を例として添付の図面を参照して説明する。

図１Ａ〜図１Ｄを参照すると、図１Ａは、ねじ切りインサート１１内の長手方向軸断面図である。図１Ｂは、線１Ｂ−１Ｂでの横断面図であり、図１Ｃは、線１Ｃ−１Ｃでの断面図である。インサートは、低炭素鋼から成り、この例では全長が２１．５ｍｍであり、二面幅寸法が９ｍｍである六角形本体を有し、Ｍ６雌ねじ１２を有する。インサートの一端には、半径方向に拡大した頭部１３があり、突起（lug）１４がその下側から突出している。

上記本体は、比較的薄肉のコラプシブル（collapsible）部１５を含み、Ｍ６ねじ１２を含む雌ねじ部１６がそれに続いている。初めは平行部１８となっており、続いて内側にテーパ状になった部分１９から成り、平坦端面２１を有するリム１７がねじ部１６の遠位端の先に突出している。リムの壁厚は、実施可能な程度に薄く、インサートの製造および取り扱いの際の要件が考慮されている。リムのテーパ状になった部分１９は、挿入軸線に対し３０°の角度（この例での挿入の場合の最適な角度であることが分かっている）にある。リム１７の軸方向の全体の長さは、用いられるべき熱可塑性被加工物の厚さにほぼ等しいか、またはそれを上回るものとすべきである。

リム１７についての考えられ得る代替的な横断面形状は、図１Ｄに示す。

次に図２Ａ〜図２Ｆを参照すると、熱可塑性被加工物２２内に穴を形成するために、雄ねじ加工されているとともにインサートの雌ねじ部１６のねじ１２と係合する端部２５を有する細長いマンドレル２４を備える工具２３にインサート１１が、取り付けられている。この工具は円筒体２６も備え、この円筒体を通ってマンドレル２４が延びて突出しており、この円筒体は、インサート頭部１３の端面と係合するアンビルを提供する平坦端面２７を有する。

締結具は、リムの端面２１が近接面（図２Ａ〜図２Ｆに示される上面）と接触するように被加工物２２の適所に提供されている（offered）。リムの端面２１により（後述する方法による）被加工物の接触領域に熱が加えられる。また、被加工物に向かって工具２３を押すことにより、接触領域に圧力が加えられる。

図２Ｂに示すように、被加工物２２を連続して局所的に軟化させることにより、リムの前部分１９を被加工物に挿入することができる。リムは、被加工物の厚みに徐々に貫入し、図２Ｃは、被加工物の下側の面を突き破ったリムを示す。リム１７は、被加工物材料のスラグ２８を切り抜いており、このスラグは、スラグが流下し、次いで固化することによってリム内に保持されて、端面２１から離れていくにつれて内径を増大させていく、リム内に設けられた孔の大径部を埋める。

図２Ｄは、穴２９（この穴はインサートにより形成されたものである）に完全に押し込まれたインサートを示す。インサート本体の頭部１３の下側の突起１４は、被加工物２２の上面を局所的に軟化して被加工物２２の上面に食い込んで（enter）おり、被加工物に対するインサート本体の回転に対しさらに抗するようになっている。

インサートを据付けるために、工具はマンドレル２４を軸方向に引き抜くように操作されるとともに、工具本体２６のアンビル端面２７に対し頭部１３を支持する。これにより、図２Ｅに示すように、インサート本体のコラプシブル部分１５が外側に折り込まれてフランジ３１を形成し、このフランジは、インサート頭部１３に対する反作用により被加工物にインサートを締め付け固定する。次いで、工具マンドレル２４が回転してインサートから緩み、工具が取り外され、図２Ｆに示すようにインサートを被加工物内に据付けた状態のままにする。

必要であれば、被加工物２２は、図２Ａにのみ示されている過大な（oversize)中空支持体３２による穴形成圧力下での可撓に抗して支持されることができる。

締結具は、１つの連続動作で、被加工物内に適した穴を形成し、その内部に据付けられることを理解されたい。穴からのスラグは、リム１７により保持されることにより、据付けられた締結具から落ちないようにされている。この例の締結具では、スラグは４００ニュートンの力に抗して保持され、これは、最終仕上げ製品の通常の使用の際に振動による緩みを防止するのに十分であるということが分かっている。しかしながら、過長なねじが通常の締め付けトルクによりねじ切りインサートに挿入される場合、スラグは放出されるが、妨げにはならない。

図３Ａ〜図３Ｄは、被加工物の接触領域に熱を発生させる種々の方法を示す。図３Ａは、工具本体２６の端面付近に埋め込まれた電気加熱器３３を示す。熱は、工具本体を介して、インサート本体に沿って、インサート本体のリムの接触領域に伝導される。図３Ｂは、インサートの下端を囲んだ、インサートを加熱する誘導加熱コイル３４を示す。図３Ｃは、工具本体２６に超音波振動を加え、それにより、インサートに沿って被加工物の接触領域に伝導する、超音波発生器３５を概略的に示す。図３Ｄは、対向する矢印（contra-arrows）３６で示すように、工具２３の適切な移動による、被加工物に対するインサートの低振幅回転振動を示す。インサートおよび被加工物間の摩擦により熱が発生する。

図４Ａ〜図４Ｃは、上述したインサート例についての考えられ得る代替の外形を示す。本体部分３７の外側は断面が円筒形であり、コラプシブル部分１５の外側はスプライン溝３８で形成され、このスプライン溝は被加工物の穴の周りと係合して相対回転を防止するようになっている。コラシブル部が据付け時に外側に折り込まれると、図４Ｂおよび図４Ｃに示すようにスプライン溝は被加工物２２の下面とも係合する。

図５Ａ〜図５Ｅは、ブラインドリベットの形態の、代替的な形態の締結具を示す。リベット（図５Ａ）は、既存のＨＥＭＬＯＫ（登録商標）リベットとほぼ同様である。このリベットは、一端に拡大頭部４２を有する細長い管状シェル４１を備える。シェルの尾端に隣接した拡大ヘッド３９を有する細長いマンドレル４３を備える。マンドレルは適所に破断首部（breakneck）４４を有する。マンドレルヘッド３９は、前述したインサート内のリムと同様の突出リム１７を有する。

図５Ｂ〜図５Ｅは、このリベットを用いて熱可塑性被加工物４６に非熱可塑性被加工物４５を固定する様子を示す。被加工物４５には、リベット本体を受け入れる予め形成された穴４７が設けられる。熱可塑性被加工物４６内への穴の形成、および被加工物を合わせて固定するためのリベットの据付けは、インサートに関して上述したプロセスと同様である。

図６は、図５Ａに対応し、リム１７がリベットシェルの一部として提供され、マンドレルヘッド４８がリムの内側に受け入れられる、代替的な構成を示す。

頭部下の突起またはスプライン溝（締結具の頭部に隣接している）を上記例に記載の熱可塑性被加工物内に食い込ませることができることを保証するために、熱は、締結具が被加工物に貫入して穴を形成した後で十分な時間継続して加えられ得る。

締結具本体の外側の横断面が円形である場合、接触領域での摩擦熱を発生させる代替的な方法は、熱可塑性被加工物に対して締結具を連続的に回転させることによるものである。

本発明は、上述した例の詳細に限定されない。例えば、六角形状またはスプライン溝状の本体が被加工物内での締結具の回転に対し十分に抗する場合、頭部下の突起１４は省いてもよい。締結具の頭部の下側には、連続的な環状突起が設けられてもよく、上述した方法により据付けられると、環状突起は流体の浸入に対し障壁をもたらすよう熱可塑性被加工物の近接面に食い込む。

ねじ切りインサートの形態のブラインド締結具を示す図である。 ねじ切りインサートの形態のブラインド締結具を示す図である。 ねじ切りインサートの形態のブラインド締結具を示す図である。 ねじ切りインサートの形態のブラインド締結具を示す図である。 熱可塑性被加工物内への穴の形成およびその内部への据付けの際の連続段階のうちの一段階を示す図である。 熱可塑性被加工物内への穴の形成およびその内部への据付けの際の連続段階のうちの一段階を示す図である。 熱可塑性被加工物内への穴の形成およびその内部への据付けの際の連続段階のうちの一段階を示す図である。 熱可塑性被加工物内への穴の形成およびその内部への据付けの際の連続段階のうちの一段階を示す図である。 熱可塑性被加工物内への穴の形成およびその内部への据付けの際の連続段階のうちの一段階を示す図である。 熱可塑性被加工物内への穴の形成およびその内部へのインサートの据付けの際の連続段階のうちの一段階を示す図である。 代替的な発熱手段を示す図である。 代替的な発熱手段を示す図である。 代替的な発熱手段を示す図である。 代替的な発熱手段を示す図である。 代替的な形態のねじ切りインサートを示す図である。 代替的な形態のねじ切りインサートを示す図である。 代替的な形態のねじ切りインサートを示す図である。 ブラインドリベットの形態のブラインド締結具、および熱可塑性被加工物内への穴の形成ならびにその内部への据付けの際の連続段階のうちの一段階を示す図である。 ブラインドリベットの形態のブラインド締結具、および熱可塑性被加工物内への穴の形成ならびにその内部への据付けの際の連続段階のうちの一段階を示す図である。 ブラインドリベットの形態のブラインド締結具、および熱可塑性被加工物内への穴の形成ならびにその内部への据付けの際の連続段階のうちの一段階を示す図である。 ブラインドリベットの形態のブラインド締結具、および熱可塑性被加工物内への穴の形成ならびにその内部への据付けの際の連続段階のうちの一段階を示す図である。 ブラインドリベットの形態のブラインド締結具、および熱可塑性被加工物内への穴の形成ならびにその内部への据付けの際の連続段階のうちの一段階を示す図である。 代替的な形態のブラインドリベットを示す図である。

Claims (21)

1. 熱可塑性被加工物内に据付けるためのブラインド締結具であって、
   前記ブラインド締結具は、ほぼ平坦であるとともに非研磨でありドリル歯のない前端面を有し、
   前記ブラインド締結具の前端面が前記熱可塑性被加工物の近接面と接触状態に保持されるとともに、熱および圧力が前記ブラインド締結具の前記前端により前記被加工物の接触領域に加えられると、
   前記ブラインド締結具が、熱可塑性被加工物内に穴を徐々に形成し、前記穴内に据付けられることができるようにする、ブラインド締結具。
2. 前記ブラインド締結具の前記前端面は孔を囲み、
   前記孔は前記前端面により形成された前記被加工物材料のスラグを受け入れる、請求項１に記載のブラインド締結具。
3. 前記ブラインド締結具が前記被加工物に貫入した後、前記スラグが前記ブラインド締結具の前記前端から落ちないようにする手段を備える、請求項２に記載のブラインド締結具。
4. 前記ブラインド締結具の前記前端面は、前記孔を囲む前方に突出したリムの端面により提供される、請求項２に記載のブラインド締結具。
5. 前記リムは内側にすぼまっていることで前記リムの内側に前記スラグを保持しやすくなっている、請求項３または４に記載のブラインド締結具。
6. ねじ切りインサートの形態である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のブラインド締結具。
7. 前記ブラインド締結具が内部に据付けられるときに前記被加工物と係合する手段を備え、それによって、前記被加工物の前記穴内に据付けられた前記ブラインド締結具の回転に抗する請求項６に記載のブラインド締結具。
8. ブラインドリベットの形態である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のブラインド締結具。
9. 添付の図面を参照するとともに該図面に示される、実質的に前述したようなブラインド締結具。
10. 内部にブラインド締結具を据付けるために、ドリル穿孔なしに熱可塑性被加工物内に穴を形成する方法であって、
    前記被加工物の近接面を前記ブラインド締結具の前端と接触させること、および
    前記ブラインド締結具の前記前端により前記被加工物の接触領域に熱および圧力を加えることを含み、
    それにより、前記ブラインド締結具は、前記熱可塑性被加工物内に穴を徐々に形成し、その後前記穴内に連続的に据付けられることができる、方法。
11. 前記熱は、前記ブラインド締結具の外側で発生する、請求項１０に記載の方法。
12. 前記熱は、前記ブラインド締結具が係合される据付工具と関連した発熱器により発生する、請求項１１に記載の方法。
13. 前記熱は、前記ブラインド締結具の誘導加熱により発生する、請求項１０に記載の方法。
14. 前記熱は、前記ブラインド締結具の前記前端面および前記被加工物の前記接触領域間の摩擦により発生する、請求項１０に記載の方法。
15. 前記摩擦は、前記被加工物に対する前記ブラインド締結具の低振幅回転振動により生じる、請求項１４に記載の方法。
16. 前記摩擦は、前記被加工物に対する前記ブラインド締結具の連続回転により生じる、請求項１４に記載の方法。
17. 前記熱は、前記ブラインド締結具の超音波振動により生じる、請求項１０に記載の方法。
18. 前記のように形成された前記穴内に前記ブラインド締結具を据付ける後続ステップと組合せられる、請求項１０〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 熱によりブラインド締結具の好適な手段を前記熱可塑性被加工物と係合させるステップであって、それにより、前記被加工物の穴内に据付けられたブラインド締結具の回転に抗するようにする、係合させるステップを含む、請求項１８に記載の方法である、被加工物内に穴を形成する方法。
20. 添付の図面を参照するとともに該図面に示される、実質的に前述したように、内部にブラインド締結具を据付けるよう、ドリル穿孔することなく熱可塑性被加工物内に穴を形成する方法。
21. 添付の図面を参照するとともに該図面に示される、実質的に前述したように、内部にブラインド締結具を据付ける後続ステップと組み合わせられる、ドリル穿孔することなくブラインド締結具により熱可塑性被加工物内に穴を形成する方法。
    

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