JP2010019422A - ブラインド締結具を据付ける方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ブラインド締結具を適した被加工物内に据付ける方法を提供する。
【解決手段】内部にブラインド締結具11を据付けるために、ドリル穿孔なしに熱可塑性被加工物22内に穴を形成する方法であって、熱可塑性被加工物22の近接面をブラインド締結具11の前端21と接触させること、およびブラインド締結具11の前端21により熱可塑性被加工物22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、ブラインド締結具11は、熱可塑性被加工物22内に穴を徐々に形成し、その後穴内に連続的に据付けられることができる。
【選択図】図2A
【解決手段】内部にブラインド締結具11を据付けるために、ドリル穿孔なしに熱可塑性被加工物22内に穴を形成する方法であって、熱可塑性被加工物22の近接面をブラインド締結具11の前端21と接触させること、およびブラインド締結具11の前端21により熱可塑性被加工物22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、ブラインド締結具11は、熱可塑性被加工物22内に穴を徐々に形成し、その後穴内に連続的に据付けられることができる。
【選択図】図2A
Description
本発明は、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。
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を据付ける方法を提供することを目的とする。
本発明は、添付の特許請求の範囲の請求項1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。
Claims (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。 - 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1に記載の方法。
- 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2に記載の方法。
- 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1に記載の方法。
- 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1に記載の方法。
- 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5に記載の方法。
- 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5に記載の方法。
- 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1に記載の方法。
- 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1〜8のいずれか一項に記載の方法。
- 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9に記載の方法である、被加工物内に穴を形成する方法。
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