JP2010091072A - 締結装置及び締結方法 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに連結される被締結部材の種類を選ばずに短時間で締結できると共に、熟練を要さず、作業者への負担も小さい締結装置及び締結方法を提供すること。
【解決手段】締結装置１は、複数の被締結部材２，３と、複数の被締結部材２，３に穿設された締結部材挿入穴２ａ，３ａに挿入される筒状の締結部材４と、締結部材４に形成された筒部４ａ内に挿入され、高圧液体を前記筒部４ａ内に吐出する吐出口５１ｂを外周面５１ａに有するマンドレルシール部５と、マンドレルシール部５に高圧液体を供給する高圧液体供給源６と、を備えて締結部材４によって複数の被締結部材２，３を締結させる。締結部材４は、吐出口５１ｂから吐出された高圧液体によって拡径されて外筒面４ｂが複数の被締結部材２，３の締結部材挿入穴２ａ，３ａの内壁面２ｂ，３ｂに押圧されて接合される。
【選択図】図２

Description

本発明は、液圧を利用して締結部材を拡径させることによって複数の被締結部材を連結させる締結装置及び締結方法に関する。

従来、複数の構造物からなる被締結部材を締結する場合は、一般に、リベットやボルト・ナットや溶接等による締結方法が用いられている。現在、現地での鋼構造物の架設や組立てには、高張力鋼材を使ったボルトの使用が一般的である。
そのほか、リベットやボルト・ナット以外で構造を連結するには、溶接が用いられる。溶接を用いることで、継手構造を単純化して、工数を減らすことができる。

前記リベットは、一般に、基端部に頭部を有する軸部状の部材からなり、片側若しくは両側を叩いて先端に頭部を形成して、複数の被締結部材を連結する締結部材である。そのリベットは、例えば、橋、ビル等の鋼構造物の建造物や、アルミニウム合金を使った航空機の機体の組立て等に用いられている。

航空機産業でリベットが多く用いられる理由としては、次のようなことが挙げられる。
（１） 溶接によって被締結部材を連結する場合には、熱による材料変化、溶接条件等によって溶接接合部の強度等にバラツキが生じる。航空機は、定期的に分解して検査し、再度組立てる必要があるため、全ての接合箇所に溶接を用いることが困難となっている。
（２） ボルト・ナットは、緩む可能性があり、また、全てをボルト・ナットにすると、膨大な数のトルク管理が必要であるため、あまり使用されない。
（３） リベットは、単価が安く、取り外しが容易である。
このような理由からリベットは、航空機産業に多く使用されている。

また、リベットには、マンドレルを有する取り付け工具によって片側から取り付けることが可能なブラインドリベットが知られている（特許文献１参照）。
特開平７−２１７６２３号公報

しかしながら、リベットは、軸部を被締結部材に穿設された貫通孔に挿入して、軸部の先端を押し潰して頭部を形成する必要がある。このため、リベットによる締結方法は、軸部の先端に頭部を成形する際に、労力と、その際に発生する騒音とが作業者の大きな負担になるという問題点があった。さらに、リベットの頭部を成形するリベット打ちは、熟練が必要であり、また、打ち付ける際に、激しい騒音が発生するという問題点があった。

また、通常のリベットでは、構造物を固定する際に、リベット頭部を指で押えながら反対側を叩いて頭部を形成しなければならない。このため、リベット打ちする際には、リベットを押える機構等を構造物に設けるか、或いは、リベットを保持する専用の治具等が必要であり、接合作業が煩雑になるという問題点があった。
また、特許文献１に記載のブラインドリベットは、通常のリベットと比較して、強度が乏しく、強度が要求されない箇所の締結にしか使用できないという問題点があった。

ボルト・ナットによる構造物の締結は、トルク管理が必要であり、構造物が大きくなると、それに伴ってボルトの数も多くなり、膨大な数のトルク管理が必要になるとともにコストアップになるという問題点があった。また、ボルト・ナットは前記したように、振動が発生する箇所に使用した場合に緩みが生じる可能性がある。

さらに、ボルト・ナットによって複数の被締結部材を締結させる締結装置は、前記同様に、ボルト・ナットを締め付ける際のトルクの管理が必要となるので、使用するボルト・ナットの数や種類が多くなると、それに伴ってトルク管理の負担も大きくなるという問題点があった。

溶接による構造物の接合は、次のような問題点がある。
（１） 溶接は、接合時に熱を発生するため、その熱の影響を受け易い部材には適用できない。
（２） 溶接される接合箇所には、局部的に加熱冷却されてひずみが発生する。
（３） 母材の性質が溶接した際の溶接熱によって変化する。
（４） 母材は、その性質の変化によって、構造物としての伸びや衝撃力等に対して劣化し、脆性破壊が発生することがある。
（５） 溶接した際に、溶接金属という新しい異質な材料が溶接箇所に部分的にできる。
（６） 巣等の溶接欠陥の検出は、非破壊検査等が必要であり、目視によって容易に発見できない。

そこで、本発明は、このような問題点を解決するために創案されたものであり、互いに連結される被締結部材の種類を選ばずに短時間で締結できると共に、熟練を要さず、作業者への負担も小さい締結装置及び締結方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に記載の締結装置の発明は、複数の被締結部材を、当該複数の被締結部材に穿設された締結部材挿入穴に挿入される筒状の締結部材を用いて締結させる締結装置であって、前記締結部材に形成された筒部内に挿入され、高圧液体を前記筒部内に吐出する吐出口を外周面に有するマンドレルシール部と、前記マンドレルシール部に前記高圧液体を供給する高圧液体供給源と、前記マンドレルシール部の前記吐出口の軸方向の両側にそれぞれ嵌合された環状のシール材と、を備え、前記締結部材を、前記吐出口から吐出された前記高圧液体によって拡径させ、当該締結部材の外筒面を前記複数の被締結部材の前記締結部材挿入穴の内壁面に押圧して前記被締結部材に圧接することより締結することを特徴とする。
ここで「高圧」とは、締結部材を拡径させて圧着成形するのに必要な圧力をいい、筒状の締結部材の厚さ、大きさ、形状、材質等によって相違するが、一般的には、数百気圧の圧力をいう。

かかる構成によれば、締結部材は、マンドレルシール部の吐出口から吐出された高圧液体によって拡径成形され、外筒面が複数の被締結部材の締結部材挿入穴の内壁面を押圧して被締結部材に接合する。このため被締結部材は、締結部材によって種類を選ばず異種素材同士あるいは同素材同士であっても短時間で締結される。また、締結部材は、前記吐出口から吐出される高圧液体の圧力を調整することによって、複数の被締結部材を連結するための最適な締結力を得ることができる。その結果、熟練度に拘らず安定した締結力を得ることができる。複数の被締結部材は、液圧で締結部材を拡径する際の圧力で締結するので、振動、騒音、熱等が発生することがない。そのため、被締結部材への影響がなく、作業者への負担も小さい。

請求項２に記載の締結装置の発明は、請求項１に記載の締結装置であって、前記マンドレルシール部は、前記吐出口に連通する高圧流路を有するマンドレル本体と、前記高圧液体供給源から前記高圧液体が注入される注入部と、前記吐出口から吐出された前記高圧液体を、前記マンドレル本体の前記外周面と前記複数の被締結部材の前記被締結部材挿入穴の内壁面と前記２つのシール材との間に封入するシール部と、を有することを特徴とする。

かかる構成によれば、高圧液体供給源から高圧液体が注入部に注入されると、高圧液体がマンドレル本体内の高圧流路を通って吐出口からマンドレル本体の外周面と複数の被締結部材の締結部材挿入穴の内壁面と２つのシール材との間のシール部内に吐出されて、シール部内が高圧状態になる。シール部内が高圧状態になると、締結部材は、筒部内が高圧液体に押圧されて拡径成形され、複数の被締結部材の締結部材挿入穴の内壁面を押圧し、外筒面が被締結部材の締結部材挿入穴の内壁面に圧着される。これにより、複数の被締結部材は、締結部材によって互いに連結される。

請求項３に記載の締結装置の発明は、請求項２に記載の締結装置であって、前記マンドレル本体の前記外周面には、前記吐出口の基端部側及び先端部側に、前記シール材がそれぞれ嵌入される環状溝が形成され、前記２つのシール材間の距離は、前記締結部材を前記複数の被締結部材に締結させる締結部分の軸方向の長さとすることを特徴とする。

かかる構成によれば、マンドレル本体の外周面に形成された吐出口の基端部側及び先端部側の環状溝に嵌入された２つのシール材間が高圧状態のシール部（密閉空間）となる。締結部材は、そのシール部内の高圧液体によって拡径成形される。このため、締結部材を複数の被締結部材に締結させる締結部分の軸方向の長さは、２つのシール材間の距離と略同じ長さとなり、２つのシール材間の距離によって決定されている。

請求項４に記載の締結装置の発明は、請求項３に記載の締結装置であって、前記２つの環状溝は、前記シール材が、前記高圧液体の圧力で前記マンドレル本体の軸方向に移動可能な大きさにそれぞれ形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、シール材に高圧液体の高圧力が負荷されるとシール材が押圧されて吐出口から遠ざかる軸方向の外側へ移動し、高圧液体が減圧されれば、シール部内の内部圧力が低下するので、元の位置に移動する。このため、締結部材が高圧液体によって拡径された後に、高圧液体を減圧状態にしてマンドレル本体を締結部材から抜き取る際は、シール材が締結部材に弱い力で接触しているため、マンドレル本体を容易に抜き取ることができる。

請求項５に記載の締結装置の発明は、請求項３または請求項４に記載の締結装置であって、前記複数の被締結部材の前記締結部分には、溝または凸部が形成されていることを特徴とする。

かかる構成によれば、複数の被締結部材の締結部分は、溝または凸部が形成されていることにより、締結部材が、高圧液体によって押圧されて塑性変形して拡径されると、締結部材の外筒面が溝または凸部に食い込む。このため、締結部材と複数の被締結部材とは、互いにしっかりと締結されて、締結部材が複数の被締結部材から脱落することがない。

請求項６に記載の締結方法の発明は、複数の被締結部材に穿設された締結部材挿入穴に挿入される筒状の締結部材によって前記複数の被締結部材を締結させる締結方法であって、前記複数の被締結部材の前記締結部材挿入穴に前記締結部材を挿入し、前記締結部材の前記筒部を、高圧液体供給源から供給された高圧液体によって拡径させて、当該締結部材の外筒面を、前記複数の被締結部材の前記締結部材挿入穴の内壁面に押圧させることによって締結させて、前記複数の被締結部材を連結させることを特徴とする。

かかる構成によれば、締結部材の筒部が、高圧液体供給源から供給された高圧液体によって拡径成形されて、締結部材の外筒面を、複数の被締結部材の締結部材挿入穴の内壁面に押圧させることによって、複数の被締結部材を連結させることができる。

請求項７に記載の締結方法の発明は、複数の被締結部材に形成された締結部材挿入穴に挿入される筒状の締結部材の外筒面を、当該締結部材の筒部内に挿入されたマンドレルシール部から吐出される高圧液体供給源からの高圧液体で拡径させて、前記複数の被締結部材の前記締結部材挿入穴の内壁面に押圧させることにより前記複数の被締結部材を締結させる締結方法であって、前記複数の被締結部材のうちの前記マンドレルシール部の先端部側に配置される被締結部材のみ、前記締結部材挿入穴が有底に形成され、それ以外の前記マンドレルシール部の基端側に配置される被締結部材は、前記締結部材挿入穴が貫通されて形成され、前記締結部材の筒部を、前記マンドレルシール部の基端側の前記被締結部材の前記締結部材挿入穴に挿通し、さらに、前記マンドレルシール部の先端側の前記被締結部材の前記締結部材挿入穴に挿入させて、前記貫通された締結部材挿入穴を有する前記被締結部材と、前記有底の締結部材挿入穴を有する前記被締結部材とを連結させることを特徴とする。

かかる構成によれば、複数の被締結部材のうちのマンドレルシール部の先端部側に配置される被締結部材は、締結部材挿入穴が有底に形成されていても、被締結部材の締結部材挿入穴が貫通孔からなる被締結部材の場合と同様に、締結部材の筒部が高圧液体によって拡径され、締結部材の外筒面と被締結部材の内壁面が圧着される。このため、複数の被締結部材は、締結部材に強固に連結される。

本発明に係る締結装置及び締結方法によれば、互いに連結される被締結部材の種類を選ばずに短時間で締結できると共に、熟練を要さず、振動、騒音、熱等が発生することがなく、作業者への負担も小さくすることができる。

以下、図１〜図３を参照して本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法を説明する。図１は、本発明の実施形態に係る締結装置の使用状態を示す斜視図である。図２は、本発明の実施形態に係る締結装置を示す図であり、マンドレルシール部によって締結部材を複数の被締結部材に締結させたときの状態を示す要部拡大断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る締結装置のシール材の動きを示す要部拡大断面図であり、（ａ）はマンドレルシール部を締結部材内に挿入させたときの状態を示す図、（ｂ）はマンドレルシール部に高圧液体を圧入させたときの状態を示す図、（ｃ）は締結部材を被締結部材に締結させ終わったときの状態を示す図である。

≪締結装置の構成≫
図２に示すように、締結装置１は、複数の被締結部材２，３の締結部材挿入穴２ａ，３ａに挿入させた締結部材４の内筒面４ｃ内のシール部５４（図３（ｂ）参照）内に高圧な液圧を封入することによって、締結部材４を内面側から押圧して拡径成形させて、複数の被締結部材２，３に圧接させて両者を連結させる装置である。図１に示すように、締結装置１は、複数の被締結部材２，３と、筒状のリベットからなる締結部材４と、高圧液体を吐出する吐出口５１ｂを有するマンドレルシール部５と、このマンドレルシール部５に高圧液を注入するときの注入操作を行う注入装置７と、この注入装置７に供給する高圧液体を生成するための高圧液体供給源６と、この高圧液体供給源６で生成された高圧液体を注入装置７に送るための高圧配管８と、を備えて構成されている。
なお、この締結装置１で使用される高圧液体は、例えば、水であり、その他に油等の液体であってもよい。加工部の清浄性から清水が望ましいが、シール性の高いタービン油やその他液体も目的に応じ使用できる。

≪被締結部材の構成≫
被締結部材２，３は、締結部材４によって互いに連結される少なくとも２つ以上の構造物であり、例えば、２枚のステンレス鋼やスチール等の金属製厚板部材のワークからなる。被締結部材２，３は、拡径した締結部材４を締め付けて、締結状態を維持することが可能な弾性を有する材料からなる。この被締結部材２，３には、内壁面２ｂ，３ｂを有する締結部材挿入穴２ａ，３ａがそれぞれ穿設されている。被締結部材２，３は、被締結部材２の内壁面２ｂと被締結部材３の内壁面３ｂとを同軸上に合致させて、締結部材挿入穴２ａ，３ａが連通する状態に重ねて配置されている。締結部材挿入穴２ａ，３ａは、円筒形状の締結部材４が挿入される円形の貫通孔からなり、例えば、ドリル等によって被締結部材２，３に穿設した孔である。

≪締結部材の構成≫
図２に示すように、締結部材４は、被締結部材２，３にそれぞれ穿設された締結部材挿入穴２ａ，３ａに挿入されて、被締結部材２と被締結部材３とを連結するための部材である。この締結部材４は、後記するマンドレル本体５１を通すことが可能なマンドレル挿入穴４ｅを有する筒状（管状）のリベットからなる。締結部材４は、例えば、アルミニウムや銅等の比較的軟質で塑性変形し易い金属によって形成されて、高圧液体によって拡径されて塑性変形した状態を維持できる材料からなる。締結部材４には、それぞれ後記する筒部４ａと、外筒面４ｂと、内筒面４ｃと、鍔部４ｄと、マンドレル挿入穴４ｅと、が形成されている。締結部材４は、吐出口５１ｂから吐出された高圧液体によって拡径されて、外筒面４ｂが、被締結部材２，３の締結部材挿入穴２ａ，３ａの内壁面２ｂ，３ｂに押圧されて圧接することにより締結される。

筒部４ａは、締結部材４によって被締結部材２と被締結部材３とを連結させる際に、被締結部材２，３の締結部材挿入穴２ａ，３ａ内に締結部材４が挿入される部位であり、円筒状に形成されている。
外筒面４ｂは、筒部４ａの外側の面であり、被締結部材２，３の内壁面２ｂ，３ｂに対向するように挿入配置される。この外筒面４ｂと前記内壁面２ｂ，３ｂとの間は、締結部材４が拡径成形できるように、適宜なクリアランスが設けられている。このため、締結部材４は、締結部材挿入穴２ａ，３ａ内に容易に挿入できるようになっている。
内筒面４ｃは、筒部４ａの内側の面であり、マンドレル本体５１の外周面５１ａが対向するように挿入配置される。この内筒面４ｃとマンドレル本体５１の外周面５１ａとの間は、マンドレル本体５１を締結部材４の内筒面４ｃ内に挿入できるように、僅かな隙間がある。
鍔部４ｄは、締結部材４の基端（一端）に形成されたフランジ状の頭部であり、締結部材４を被締結部材２，３の締結部材挿入穴２ａ，３ａに挿入して取り付けるときに、被締結部材２の開口縁に当接する部位である。
マンドレル挿入穴４ｅは、マンドレル本体５１が挿入される部位であり、円筒状の貫通孔からなる。

≪マンドレルシール部の構成≫
図２に示すように、マンドレルシール部５は、締結部材４のマンドレル挿入穴４ｅ内に高圧液体を送って締結部材４を拡径成形させて、被締結部材２と被締結部材３とを連結させるためのものである。このマンドレルシール部５は、締結部材４に形成された筒部４ａ内に挿入され、筒部４ａ内に高圧液体を吐出する吐出口５１ｂを外周面５１ａに有し、注入装置７のアタッチメントとしてこの注入装置７に装着される。マンドレルシール部５は、それぞれ後記するマンドレル本体５１と、注入部５２と、高圧流路５３と、シール部５４と、シール材５５，５６と、から主に構成されている。なお、マンドレルシール部５は、マンドレル本体５１の大きさを用途に合わせたものに適宜に交換することが可能である。

＜マンドレル本体の構成＞
マンドレル本体５１は、締結部材４のマンドレル挿入穴４ｅに挿入される部位であり、丸棒形状に形成されている。マンドレル本体５１は、高圧流路５３と、吐出口５１ｂと、環状溝５１ｃ，５１ｄと、シール部５４と、シール材５５，５６とを有している。マンドレル本体５１の外周面５１ａには、中央部に吐出口５１ｂが形成され、その吐出口５１ｂの基端部側及び先端部側に適宜な間隔を介して環状溝５１ｃ，５１ｄが形成されている。

図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、吐出口５１ｂは、マンドレル本体５１内の高圧流路５３から送られた高圧液体がマンドレル本体５１外に吐出される開口である。
図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、環状溝５１ｃ，５１ｄは、環状のシール材５５，５６がそれぞれ嵌入される溝である。環状溝５１ｃ，５１ｄは、深さが、シール材５５，５６の太さ（直径）より浅く形成され、軸方向の長さが、シール材５５，５６の太さ（直径）より長く形成されている。このため、環状溝５１ｃ，５１ｄに嵌合されたシール材５５，５６は、高圧液体の圧力で上下方向（矢印ａ，ｂ，ｃ方向）に動くことが可能になっている。

＜注入部の構成＞
図２に示すように、注入部５２は、マンドレルシール部５を注入装置７に装着して、高圧液体供給源６から供給された高圧液体が注入される部位であり、この注入部５２の端面からマンドレル本体５１の中央部に向けて高圧流路５３が形成されている。注入部５２は、マンドレル本体５１の基端側にステンレス鋼等によって一体形成されている（図１参照）。注入部５２は、後記する高圧流路５３と、この高圧流路５３から直交する方向に形成された横穴５２ａと、注入装置７の装着部７ｂに取り付けられる連結部５２ｂと、を備え、略円筒状に形成されている（図１参照）。

＜高圧流路の構成＞
高圧流路５３は、マンドレルシール部５に供給された高圧液体が流動する流路であり、マンドレルシール部５内に形成されている。高圧流路５３は、一端が注入部５２の基端側の端面に形成され、他端の吐出口５１ｂがマンドレル本体５１の外周面５１ａの中央部分に形成されている。

＜シール部の構成＞
図３（ｂ）に示すように、シール部５４は、マンドレル本体５１の外周面５１ａと、締結部材４の内筒面４ｃと、マンドレル本体５１と締結部材４とに圧接した状態に配置されるシール材５５，５６と、によって形成された密閉空間である。そのシール部５４の密閉空間に、吐出口５１ｂから吐出された高圧液体を封入することにより高圧状態が形成されるようになっている。

＜シール材の構成＞
シール材５５，５６は、締結部材４が被締結部材２，３の締結部材挿入穴２ａ，３ａ内に挿入されたときに、内壁面２ｂ，３ｂに弾性的に押圧された状態に当接して、シール材５５，５６間に密閉空間を形成するための部材である。そのシール材５５，５６間の密閉空間に高圧流路５３から高圧液体が供給されると、密閉空間は、高圧液体を封入して高圧状態の高圧室を形成して、高圧液体が締結部材４を拡径させて塑性変形させるようになっている。そのシール材５５，５６は、例えば、円環状に形成されて弾性を有するゴム製のＯリングからなる。

図３（ｂ）に示すように、前記締結部材４を被締結部材２，３に圧着させて締結させる締結部分Ｔの軸方向の長さＬは、２つのシール材５５，５６間の距離Ｓ２（シール部５４の軸方向長さ）と略同じ長さであり、シール材５５，５６間の距離Ｓ２によって決定されている。つまり、シール材５５，５６間の距離Ｓ２を長くすれば、締結部材４が被締結部材２，３の内壁面２ｂ，３ｂに圧着する締結部分Ｔの軸方向の長さＬも長くなって、安定して強固に締結されるようになっている。

≪高圧液体供給源及び高圧配管の構成≫
図１に示すように、高圧液体供給源６は、マンドレルシール部５に高圧液体を生成して供給するための供給源である。高圧液体供給源６は、例えば、水や油等の液体を油圧ポンプを利用して高圧液体にするポンプ装置等からなる。
高圧配管８は、高圧液体供給源６で生成された高圧液体を注入装置７に送るための配管であり、一端が高圧液体供給源６に接続され、他端が注入装置７に接続されたチューブからなる。

≪注入装置の構成≫
図１に示すように、注入装置７は、マンドレルシール部５及び高圧配管８が装着されて、不図示のスイッチボタンを操作することで、高圧配管８から送られてきた高圧液体をマンドレルシール部５に送る操作を行う装置である。注入装置７には、作業者が手で持つためのハンドル部７ａが形成されている。なお、ハンドル部７ａは、大きな締結部材４に使用する場合、両手式のものからなり、小さな締結部材４に使用する場合、片手式のものでもよい。

［作用］
次に、図１〜図３を参照しながら本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の作用を、板厚が約１０ｍｍの２枚の金属製板材からなる被締結部材２，３をアルミニウム製の締結部材４によって、約１５０ＭＰａの水圧で２秒間保持して接合する場合を例に挙げて、説明する。

まず、図２に示すように、連結する被締結部材２，３の締結部材挿入穴２ａ，３ａを合致させる。その締結部材挿入穴２ａ，３ａに締結部材４を挿入する。次に、締結部材４のマンドレル挿入穴４ｅにマンドレル本体５１を挿入し、注入装置７のスイッチボタンを操作して、高圧液体供給源６から供給される高圧液体をマンドレルシール部５に注入する。

その高圧液体は、マンドレル本体５１内の高圧流路５３から吐出口５１ｂを介してシール部５４内に封入される。このため、密閉空間を形成するシール部５４内が高圧室となり、このシール部５４に面している締結部材４の内筒面４ｃが高圧液体によって径方向の外側へ押圧されて拡径して塑性変形され、締結部材４の外筒面４ｂが被締結部材２，３の内壁面２ｂ，３ｂに圧着されて固定される。換言すると、締結部材４は、高圧液体の圧力で拡径した状態に塑性変形して変形が止まり、被締結部材２，３は、その締結部材４に押圧されて弾性変形して、元に戻ろうとする収縮力で締結部材４と被締結部材２，３とが互いに圧接した締結状態が維持される。

このとき、図３（ａ）に示す元の位置にあったシール材５５，５６は、シール部５４内に高圧液体が封入されて高圧状態になったことにより、高圧液体に押圧されて、環状溝５１ｃ，５１ｄ内を吐出口５１ｂから遠ざかる軸方向の外側（矢印ａ，ｂ方向）へ移動する。このため、シール材５５，５６間の距離Ｓ１が距離Ｓ２に長くなり、それに伴って締結部材４を被締結部材２，３に圧着させる締結部分Ｔの軸方向の長さＬも長くなる。

このようにして、増圧されたシール部５４（高圧室）内の高圧液体の液圧エネルギーにより、リベットである締結部材４は、拡径成形されて、ワークである被締結部材２，３の締結部材挿入穴２ａ，３ａの内壁面２ｂ，３ｂに、外筒面４ｂが圧接するようになる。換言すると、シール部５４内の高圧状態を約２秒間維持すると、締結部材４は、被締結部材２，３の内壁面２ｂ，３ｂに強く押し付けられ、塑性領域まで変形されて、締結部材４と被締結部材２，３との間のクリアランスが埋まり、被締結部材２，３に固着される。このように、締結装置１は、一瞬のうちに高圧液体をマンドレル本体５１に送って、瞬時に締結できるため、施行時間を大幅に短縮することができる。

注入装置７のスイッチボタンをＯＦＦ操作して高圧流路５３内及びシール部５４内の圧力を解除した後は、塑性変形した締結部材４と被締結部材２，３の弾性力との相互作用で、締結部材４と被締結部材２，３との間で接触残留応力が生じて強固に固着された状態が保持される。また、シール材５５，５６は、締結後、シール部５４内が減圧されることによって、環状溝５１ｃ，５１ｄ内を吐出口５１ｂに近付く方向側に移動して元の位置に戻る（図３（ｃ）参照）。
なお、高圧液体がシール部５４の内筒面４ｃを押圧するエネルギーは、均等に被締結部材２，３の内壁面２ｂ，３ｂに作用するため、締結部材４の外筒面４ｂが被締結部材２，３の内壁面２ｂ，３ｂに強固に接合される。

また、締結後、マンドレル本体５１は、締結部材４が拡径成形されて、締結部材４の内径が大きく拡張され、さらに、シール材５５，５６がその拡径成形された部位まで戻ることによって、摩擦抵抗が小さくなり、締結部材４のマンドレル挿入穴４ｅから容易に抜き取ることができる。
なお、締結部材４の径や被締結部材２，３の厚さがさらに厚いものを締結する場合には、高圧液体供給源６の液圧を調整すると共に、マンドレル本体５１の大きさを締結部材４の径に適合させるようにすれば、最適な接合力を得ることができる。

このように、締結装置１は、液圧を利用するファスニング方法を用いることにより、従来のリベット施行に必要であった施行反対面からのリベットの押え込みが不要になるため、リベットの締結作業を簡素化して、作業性を向上させることができる。
このため、締結部材４を被締結部材２，３に取り付けて被締結部材２，３を連結する回数が多くても、締結装置１は、常に安定した締結力を得ることができるため、作業者のスキルに左右されないリベット締結作業を得ることができる。

また、締結装置１は、静水圧で締結部材４を拡径するため、ボルト・ナットによる締結作業と比較して、トルク管理が不要となるので、その分だけ作業全体が簡素化される。そして、締結装置１は、締結作業中に、振動や騒音や熱を発生しないので、締結された箇所へ熱等の影響を与えることがなく、さらに、作業者の負担も軽減させることができる。

［第１変形例］
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内で種々の改造及び変更が可能であり、本発明はこれら改造及び変更された発明にも及ぶことは勿論である。図４は、本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の第１変形例を示す要部拡大断面図である。

前記実施形態で説明した締結部材４（図２参照）のマンドレル挿入穴４ｅは、図４に示す締結部材４Ａのように、有底のマンドレル挿入穴４Ａｅに形成しても、前記実施形態と同様に、締結部材４Ａを被締結部材２Ａ，３Ａに圧着させることができ、貫通孔でも盲孔でもどちらでも構わない。

［第２変形例］
図５は、本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の第２変形例を示す要部拡大断面図である。前記実施形態で説明した被締結部材２，３（図２参照）は、締結部材挿入穴２ａ，３ａが穿設されてあればよく、それぞれが異形のものでも、異種素材でも、あるいは、同一素材同士であっても構わない。図５に示すように、例えば、被締結部材２Ｂ，３Ｂの材質は、特に限定されず、例えば、アルミニウム合金等の軽合金や鋼板、銅板等の金属以外に、カーボン繊維やガラス繊維を含んだ合成樹脂、エポキシガラス、あるいは強化プラスチック等の合成樹脂であっても構わない。
また、締結部材４Ｂは、図５に示すように、鍔部４ｄ（図２参照）がない金属製の管状のものや、チューブ形状のものでもよい。なお、金属製以外の被締結部材２Ｂ，３Ｂを連結させる場合には、高圧液体の圧力を適宜に調整する。

［第３変形例］
図６は、本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の第３変形例を示す要部拡大断面図である。さらに、締結部材４Ｃは、締結部分Ｔに、溝または凸部４Ｃａが形成されたものであっても構わない。このように、締結部材４Ｃは、締結部分Ｔに溝または凸部４Ｃａを形成すれば、溝または凸部４Ｃａが被締結部材（図示省略）に食い込むように圧接して動かないように強固に固定することができる。

［第４変形例］
図７は、本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の第４変形例を示す図であり、（ａ）は締結前の状態を示す要部拡大断面図、（ｂ）は締結後の状態を示す要部拡大断面図である。図８は、図７（ｂ）のＢ部の拡大図である。
また、図７（ａ）、（ｂ）及び図８に示すように、被締結部材２Ｄ，３Ｄは、締結部分Ｔに、溝２Ｄａ，３Ｄａが形成されたものであっても構わない。このように、被締結部材２Ｄ，３Ｄは、締結部分Ｔに溝２Ｄａ，３Ｄａを形成すれば、高圧液体によって締結部材４Ｄが締結された際に、締結部材４Ｄが溝２Ｄａ，３Ｄａ内に食い込むように突状部４Ｄａが形成されて、締結部材４Ｄと被締結部材２Ｄ，３Ｄとの締結力が向上されて、さらに、動かないようにしっかりと固定することができる。

［第５変形例］
図９は、本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の第５変形例を示す図であり、締結前の状態を示す要部拡大断面図である。図１０は、本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の第５変形例を示す図であり、締結後の状態を示す要部拡大断面図である。

また、図９及び図１０に示すように、被締結部材２Ｅと被締結部材３Ｅは、両者間に隙間Ｈを設けた状態で、締結部材４Ｅによって連結してもよい。このように、被締結部材２Ｅ，３Ｅ間に隙間Ｈがある場合には、高圧液体で締結部材４Ｅを拡径させると、締結部材４Ｅの隙間Ｈがある部分の外側が空間状態になっていて、被締結部材２Ｅ，３Ｅによって支持されていないため、外側方向へ大きく膨らんで膨出部４Ｅａが形成される。その膨出部４Ｅａは、外周方向へ環状に膨らんだ状態に形成されて、隙間Ｈに入り込む。このため、締結部材４Ｅは、膨出部４Ｅａが隙間Ｈに係止して軸方向へ移動することが抑制されて、しっかりと被締結部材２Ｅ，３Ｅに固定され、脱落することがない。

［その他の変形例］
前記実施形態では、締結装置１で使用される高圧液体を水の場合を例に挙げて説明したが、締結部材４が、径の小さな中空のリベットや、軟質材料からなるリベットからなる場合には、空気圧を使用したものであっても構わない。

なお、前記実施形態では、締結部材４として断面円形のものを使用した場合を説明したが、締結部材４の断面形状は、円形に限定されるものではない。例えば、締結部材４は、断面形状が四角形の角筒状のものであっても構わない。
また、複数の被締結部材２，３のうちのマンドレルシール部５の先端部側に配置される一方（先端側）の被締結部材３は、締結部材挿入穴３ａが有底に形成されていてもよい。

また、前記実施形態では、封入手段としてＯリングからなるシール材５５，５６をマンドレル本体５１に嵌入した場合を説明したが、これに限定されるものではない。シール材５５，５６は、シール性を有するものであればよく、例えば、パッキンや、断面が四角形のゴム製のチューブ状（円筒状）の部材等であっても構わない。
さらに、マンドレルシール部５は、作業者が手で持って作業する注入装置７に取り付けたものを例に挙げて説明したが、自動機械本体に設けて、モータ等によって往復移動するようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る締結装置の使用状態を示す斜視図である。 本発明の実施形態に係る締結装置を示す図であり、マンドレルシール部によって締結部材を複数の被締結部材に締結させたときの状態を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置のシール材の動きを示す要部拡大断面図であり、（ａ）はマンドレルシール部を締結部材内に挿入させたときの状態を示す図、（ｂ）はマンドレルシール部に高圧液体を圧入させたときの状態を示す図、（ｃ）は締結部材を被締結部材に締結させ終わったときの状態を示す図である。 本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の第１変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の第２変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の第３変形例を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の第４変形例を示す図であり、（ａ）は締結前の状態を示す要部拡大断面図、（ｂ）は、締結後の状態を示す要部拡大断面図である。 図７（ｂ）のＢ部の拡大図である。 本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の第５変形例を示す図であり、締結前の状態を示す要部拡大断面図である。 本発明の実施形態に係る締結装置及び締結方法の第５変形例を示す図であり、締結後の状態を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

１ 締結装置
２，２Ａ〜２Ｅ，３，３Ａ〜３Ｅ 被締結部材
２ａ，３ａ 締結部材挿入穴
２ｂ，３ｂ 内壁面
４，４Ａ〜４Ｅ 締結部材
４ａ 筒部
４ｂ 外筒面
４Ｃａ 溝または凸部
５ マンドレルシール部
６ 高圧液体供給源
５１ マンドレル本体
５１ａ 外周面
５１ｂ 吐出口
５１ｃ，５１ｄ 環状溝
５２ 注入部
５３ 高圧流路
５４ シール部
５５，５６ シール材
Ｌ 締結部分の軸方向の長さ
Ｔ 締結部分

Claims (7)

1. 複数の被締結部材を、当該複数の被締結部材に穿設された締結部材挿入穴に挿入される筒状の締結部材を用いて締結させる締結装置であって、
   前記締結部材に形成された筒部内に挿入され、高圧液体を前記筒部内に吐出する吐出口を外周面に有するマンドレルシール部と、
   前記マンドレルシール部に前記高圧液体を供給する高圧液体供給源と、
   前記マンドレルシール部の前記吐出口の軸方向の両側にそれぞれ嵌合された環状のシール材と、を備え、
   前記締結部材を、前記吐出口から吐出された前記高圧液体によって拡径させ、当該締結部材の外筒面を前記複数の被締結部材の前記締結部材挿入穴の内壁面に押圧して前記被締結部材に圧接することより締結することを特徴とする締結装置。
2. 前記マンドレルシール部は、前記吐出口に連通する高圧流路を有するマンドレル本体と、
   前記高圧液体供給源から前記高圧液体が注入される注入部と、
   前記吐出口から吐出された前記高圧液体を、前記マンドレル本体の前記外周面と前記複数の被締結部材の前記締結部材挿入穴の内壁面と前記２つのシール材との間に封入するシール部と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載の締結装置。
3. 前記マンドレル本体の前記外周面には、前記吐出口の基端部側及び先端部側に、前記シール材がそれぞれ嵌入される環状溝が形成され、
   前記２つのシール材間の距離は、前記締結部材を前記複数の被締結部材に締結させる締結部分の軸方向の長さとすることを特徴とする請求項２に記載の締結装置。
4. 前記２つの環状溝は、前記シール材が、前記高圧液体の圧力で前記マンドレル本体の軸方向に移動可能な大きさにそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項３に記載の締結装置。
5. 前記複数の被締結部材の前記締結部分には、溝または凸部が形成されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の締結装置。
6. 複数の被締結部材に穿設された締結部材挿入穴に挿入される筒状の締結部材によって前記複数の被締結部材を締結させる締結方法であって、
   前記複数の被締結部材の前記締結部材挿入穴に前記締結部材を挿入し、
   前記締結部材の前記筒部を、高圧液体供給源から供給された高圧液体によって拡径させて、
   当該締結部材の外筒面を、前記複数の被締結部材の前記締結部材挿入穴の内壁面に押圧させることによって締結させて、前記複数の被締結部材を連結させることを特徴とする締結方法。
7. 複数の被締結部材に形成された締結部材挿入穴に挿入される筒状の締結部材の外筒面を、当該締結部材の筒部内に挿入されたマンドレルシール部から吐出される高圧液体供給源からの高圧液体で拡径させて、前記複数の被締結部材の前記締結部材挿入穴の内壁面に押圧させることにより前記複数の被締結部材を締結させる締結方法であって、
   前記複数の被締結部材のうちの前記マンドレルシール部の先端部側に配置される被締結部材のみ、前記締結部材挿入穴が有底に形成され、それ以外の前記マンドレルシール部の基端側に配置される被締結部材は、前記締結部材挿入穴が貫通されて形成され、
   前記締結部材の筒部を、前記マンドレルシール部の基端側の前記被締結部材の前記締結部材挿入穴に挿通し、さらに、前記マンドレルシール部の先端側の前記被締結部材の前記締結部材挿入穴に挿入させて、
   前記貫通された締結部材挿入穴を有する前記被締結部材と、前記有底の締結部材挿入穴を有する前記被締結部材とを連結させることを特徴とする締結方法。
   

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