JP4135985B2 - ブラインドリベットおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明はブラインドリベットに関する。ブラインドリベットは、一体にリベット止めすべき孔あき部材の一方側のみからアクセスすることにより挿入されかつ固定されるリベットである。
より詳しくは、本発明は、一端に予成形ラジアルヘッドを備えた管状シェルと、該管状シェルを通って延びかつシェルの後端部に隣接するステムヘッドを備えたステムとを有する自己塞栓（self plugging）ブラインドリベットに関する。使用に際し、リベットは、シェルヘッドが手前側の部材に接触しかつシェルの後端部が奥の部材から突出するまで、先ず、シェルの後端部をリベット止めすべき部材の孔に通すことにより挿入される。リベットを固定するには、シェルヘッドを衝合片により支持し、次に、ステムヘッドが衝合片に衝合してシェルを圧縮しかつシェルの軸線方向収縮およびシェルの少なくとも一部の半径方向拡大を引き起こすようにステムを引っ張ることによりブラインドヘッドを形成する。このブラインドヘッドが予成形ヘッドと協働して両部材を一体にクランプする。ステムヘッドに隣接するステムの少なくとも一部がシェル内に保持され、リベットが固定された後にシェルを塞栓する。ステムの残部（すなわち、ステムヘッドから遠い側の後端部）は、好ましくは、シェルヘッドからの突出を防止するためもぎ取られる。
このような自己塞栓ブラインドヘッドは良く知られておりかつ広く使用されている。実用上強く望まれることは、固定されたリベットが多くの優れた特徴例えば、広いグリップ範囲（同一リベットが、満足できるグリップ機能を発揮できる部材の全厚さ範囲）、優れたクレンチ特性（最初は分離されていた部材を一体に引き付ける能力）、優れた孔埋め性（リベット止めされる部材の孔を埋める能力）、高い剪断強度、優れたステム保持性、全グリップ範囲に亘る固定リベットの高い引張り強度を有し、かつ固定リベットの予成形ヘッドからステムの保持部分が全く突出しないこと等の特徴を呈することである。
これらの特徴として種々の設計上の特徴があるが、それらの幾つかは相互矛盾するものである。本発明の目的は、これらの特徴を満たすことができかつ簡単かつ容易に製造できるリベットを提供することにある。広いグリップ範囲を得るためには、リベットは、後方シートと接触している位置に、最小グリップで満足できるブラインドヘッドを形成すると共に、厚いシートでも正しく最大グリップまで満足できるブラインドヘッドを形成できなくてはならない。高い引張り強度を得るためには、優れたブラインドヘッドが重要である。優れたステム保持性はステムとシェルとの確実な相互ロックにより達成する必要があり、これにより、ステムが抜け落ちることおよび外観を損なうことを防止するだけでなく、継手に水密性を付与する補助をすることができる。孔埋めは、リベットのシャンクを比較的軟質の材料で形成することにより、リベットのシャンクの取付け中に短縮しかつ拡大して孔を埋めることができる。この効果は、優れたクレンチ特性にも寄与する。高い剪断強度を維持するには、固定リベットのステムの保持部分が、リベット止めされる部材内でかつ該部材の劈開部（cleavate）または接触平面を横切るように位置しなければならない。同時に、ステムの保持される部分が予成形シェルヘッドから突出しない場合には、リベットの全長は全グリップ範囲に亘って殆ど変化してはならない。
欧州特許EP-A-0398512には、一端に半径方向に拡大された予成形ヘッドを備えかつステムのヘッドに隣接する後端部に直径および硬度の大きな領域を備えた管状シェルシャンクを有する自己差込みブラインドリベットが開示されている。このリベットは、ステムおよび平円筒状シェルを、後端領域に拡大ボア径部分を有するダイ内で圧縮することにより形成され、これによりシェルが拡大ボア部分内で拡大され、加工硬化が生じる。使用に際し、ヘッドに隣接するシャンクの比較的軟質な領域が軸線方向圧縮力を受けて優先的に座屈し、かつブラインドヘッドを変形させてワーク部材を一体にクランプする。
上記欧州特許EP-A-0398512のリベットは、リベットを取り外すことを可能にする割りダイの使用を必要とする。割りダイは使用が複雑でありかつ摩耗を受ける。また、シャンクの主要部の直径が小さいため、孔埋めを行なうことが困難である。
これらの両問題に対する１つの可能性ある解決方法は、ヘッドの直ぐ下のステムシャンクに周方向溝が設けられたステムを使用し、かつステムおよび平円筒状シェルを一体ダイ内で軸線方向に圧縮することによりリベットを形成し、これによりシェルの材料を周方向溝内に押し込んで、硬度の増大した厚いシェル壁を形成することである。この構造のリベットは、英国特許GB 2233059 Bに開示されている。上記特許EP-A-0398512のリベットと同様に、このリベットも、使用時に、ヘッドに隣接するシャンクの比較的軟質な領域が軸線方向圧縮力を受けて優先的に座屈し、かつブラインドヘッドを変形させてワーク部材を一体にクランプする。
ステムヘッドの下に周方向溝を設けると、この箇所でのステムの強度が低下し、従ってこれに対応して、リベットが取り付けられたときにステムが破断する位置を定める破断首部（breakneck）の強度を低下させる必要がある。この効果は、ステムシャンク直径およびシェル壁の厚さの加工可能範囲を制限し、従ってリベットの性能を低下させる。
さらに、ステムのヘッドの下の溝を充填することを求められる軸方向の負荷によって、壊れるネック部も充填されることになり、配置中に、壊れるネックの中に強制的に充填された材料をはぎ取る必要が生じる。すなわち、壊れるネックの長さを最小にしなければ、リベットの機能が影響を受ける。
第一の側面にあっては、本発明は、間に隙間のある部材を互いに固定するための自動差し込みブラインド・リベットにおいて、該リベットは、一端に末端面をまた他端にあらかじめ成形されて径方向に広がるヘッドを有する管状シェル、および、該シェルを通って伸びまた該シェルの末端面に隣接するステムヘッドを有するステムを有し、該ステムヘッドに隣接する領域は、ステム軸の他の部分に比して直径が大きくまた複数の軸方向の凹部を有し、該シェルの対応する部分は、該ステムの軸方向の凹部を充填するように配置されて径方向の大きくされたヘッドに隣接する領域で該シェルの材料より硬くされ、それによって、使用時にシェルに軸方向の圧縮付加がかかるときには、該シェルが、あらかじめ成形されたヘッドから隔たった部材に隣接する領域で挫屈して前記部材と接触するブラインド・ヘッドを形成し、該間に隙間のある部材をクランプ締めするブラインド・リベッドを提供する。
好ましくは、該ステムの断面積および強度は、ステムヘッドに隣接する領域でステムの円筒状部分とほぼ等しい。該凹部の口の直径は、該凹部の間にあって該凹部を画定する平面部の周方向の幅の２５ないし７５％の間、好ましくは４５ないし５５％の間で変化し、例えば５０％である。本発明の第二の側面にあっては、一端にあらかじめ成形されて半径方向に広がるヘッドを有する管状シェル、およびヘッドおよび該ヘッドに隣接して複数の軸方向の凹部が形成されて直径が大きくされた領域を有する軸を有するリベットを組み立てる方法において、該方法は、該シェルを該シェルの外径にぴったり合う第一の部分をもつ中ぐりを有するダイの中に挿入して該シェルの末端が直径の大きい中ぐりの第二の部分内に突出するようにすること、該シェルのヘッドを当接部とともに支持すること、該リベットのシェルの中ぐりにぴったり合う第一の直径、該ステムのヘッドの下の大きくされた直径に等しい第二の直径、およびダイの大きいほうの直径に等しい第三の直径を有するポンチを挿入すること、該ポンチと該当接部の間に圧縮力を加えて、シェルの末端の中ぐりを該ステムのヘッドの下の大きくされた直径に等しくなるまで開くこと、および該シェルの末端を圧縮してその壁厚を大きくすること、該当接部および該ポンチを取り外すこと、ステムを挿入すること、および組み立てられたステムとシェルをダイから排出することからなる方法が提供される。組み立ての間、シェルの材料は、強制的にステムの縦方向の凹部内に入れられ、好ましくは組み立てられたリベットの末端に作業用の硬化した領域を生じさせる。
好ましくは、組み立てられたリベット内のシェルの外径は、ステムのヘッドの直径に等しくされる。そのためには、第一のダイの穴は、ステムのヘッドと同じ直径を有するものとしなければならない。ただし、実際にこのような構成とすることは容易ではない。したがって、リベットの組み立て前のステムのヘッドを第一のダイの穴よりもわずかに大きくし、組み立てられたものが排出されたときに、ステムのヘッドが第一の穴の直径したがってシェルの直径の大きさにされることが好ましい。
本発明のさらに他の一側面にあっては、ブラインド・リベットにおいて、ステムが、第一のステム部分およびピン後端部を有し、該第一のステム部分と該ピン後端部の間には壊れるネックが配設され、該第一のステム部分は、該壊れるネックのステムのヘッド側にあり、該第一のステム部分全体は、リベット内に保持されてステムのピン後端部より大きい直径を有し、したがって、リベットが配置されると、第一のステム部分の大きいほうの直径が配置用工具のノーズ内の穴を通ることができず、ピン後端部がリベットのヘッドでこわれるブラインド・リベットが提供される。
以下、添付の図面を参照して、例として本発明の実施形態を説明する。図面中、第１図は、組み立てる前のリベットのシェルを通る縦断面図である。
第２図は、組み立てる前のリベットのステムの側立面図である。
第３図は、ステムの他の形態の側立面図である。
第４図は、第２図および第３図のＡ−Ａ線に添った断面図である。
第５図は、組み立て工程の第一段階の開始前のリベットの本体を入れたダイを通る断面図である。
第６図は、第５図と同様であるが、組み立て工程の第一段階の完了した状態を示す図である。
第７図は、第６図と同様であるが、ステムがリベット内に挿入された状態を示す図である。
第８図は、組み立て工程が完了して組み立てられたリベットがダイから排出された状態を示す図である。
第９、１０、および１１図は、それぞれ、最大、平均、および最小の厚さのシートで第２図のステムを用いたリベットを示す断面図である。
第１２図は、第３図のステムを用いれば、該ステムが壊れてリベットのヘッドと同一面を形成することを説明した図である。
図１を参照して、シェル１７は、共心の円筒穴１２と、一端にある半径方向に拡大したヘッド１３を有する。シェルの後端部１６は平らであって、シェルの軸線に直交する。
図２に示すステムは、細長くほぼ円筒形である。ステムは、一端においてステムシャンク２５から離れる方向を向いた凸面２３及びステムシャンクの方向を向いた平らな環状面２４を有する。ステムヘッドの直径はシェル１１のボデイの直径より大きい。ステムヘッドにすぐ隣接してステムのシャンクが複数の軸線方向の凹部６を備える。これらの凹部は、成形方法（forming process）によって製造され、凹部からのステム材料は凹部の間にランド２８を形成し、この領域の断面と従って長さは実質上不変である。
図４は、代表的なステムの断面を示す。この例において、凹部２６の口部の幅は、ランド２８の円周方向の幅の半分である。
ステムヘッドからかなり離れて、リベットを入れる時にステムが破壊する位置を決定する破断首部を構成する溝２７がある。
ピン尾部２９の直径はステムシャンク２５の直径に等しい。
図３は、図２のステムの変形であって、リベットシェルに組み込まれてリベットをセットするとき、ステムは常にリベットシェルのヘッドによって一平面にそろえて破壊されるように配置される。この端部に対し、ピン尾部３０は、ステムシャンク２５より小さな直径を有し、首部はステムシャンク２５とピン尾部３０の結合位置に形成される。その他について図３のステムは図２のステムと同じである。
図５は、ダイ４０の中に置かれるリベットシェル１７を示す。ダイ４０は、リベットシェルの外径にぴったり嵌る小さな穴４１を有し、シベットシェルの尾部１８はより少し大きい穴４２に突出する。リベット１３のヘッドは、リベットヘッドにぴったりと一致し、中央穴４４を有する部材４３によって支持される。パンチ４５がダイの大きな穴４２に挿入され、パンチの最小直径４６がリベットシェルの穴１２に入ってぴったり嵌合する。パンチ４５は、ステムヘッドの下方のステムの主要な直径とほぼ等しい直径を有する部分４７を支持している。パンチの最大直径４８は、ダイのより大きい穴にぴったり嵌合する。
図６は、組立の第一段階の完了を示す。パンチ４５は支持部材４３の方向に付勢される。パンチ４５の中間直径４７は、それを拡大するリベットの尾部１８に入り、ステム２６のヘッド下の主要な直径に合致させ、次に、リベットシェルの尾部１８は押し込まれて拡大部４９を形成するダイ４２の拡大直径部を充填する。
組立の第二段階は、パンチ４５が引き抜かれ、部材４３が引き込まれ、形成されたリベットシェル１７と一緒のダイ４０が、第２段階（図７）に移動される。ここで、ステム２１が３１挿入される。ダイ４０は今部材５０によって支持されている。拡大したリベット後端部４９を縦の凹部２６に据え込む工程においてリベット４８をダイの外へ押し出す圧縮力がパンチ５１を介して加えられる。さらに、ステムヘッド２２は完成した組立体の正確な直径５８に寸法合わせされる。
リベット４９の後端部を長手方向凹部２６に据え込むことは、かかる凹部のすぐ近くにおけるリベットの後端部を強化し、加工硬化するだけでなく、リベットの頭部又はヘッドに向かう或る距離リベットシャンクを加工硬化し、この加工硬化の程度は、拡大後端部と長手方向凹部の相対的な容量又は容積に応じている、というのは、拡大後端部の余分な材料は押出されて凹部に隣接するリベットシャンクの一部を形成するからである。
図９は最大の厚みのシート５２に取り付けられたリベットを示し、図１０は中間又は中位の厚みのシート５３に取り付けられたリベットを示し、図１１は最小の厚みのシート５４に取り付けられたリベットを示す。リベットは、夫々の穴５５、５６、５７に挿入され、適当な引っ張り工具で取り付けられ、この工具は、ヘッドに衝合する環状アンビルと、リベットステムの突出部分を把持する把持ジョーとを有する。取付工具を操作してアンビルに対してジョーを引っ込める。かかる取付工具はめくらリベット留めの分野で周知である。
最大厚のシートに取り付けられたリベット６０（図９）はバルブ又は球状部６１がシート５２の背面に隣接してどのように生ずるかを示すが、リベットの後端部は実質的に変形されない。かくして、ステム６２の保持された部分はシェルに係止されたままである。
図１０及び図１１は、シャンクの連続的な加工硬化により、どのように球状体が常時背面シート（シート背面）に隣接して生ずるかを示す。
ステム６２は、リベットのヘッドに対してぴったり同じ位置で切れない又は折れないけれども、この態様が極端ではないことに留意すべきである。図１２は、図３のステムを利用するリベット用のリベット取付工具を示す。ここでは、取付工具の頭部部品又はノーズ部品６３のボア６４が、ピン後端部又はピンの後端部３０に密に嵌まり、ステムシャンク２５よりも小さい。破断首部３１は、ステムシャンク２５がノーズ６３に常時接触して全てのシートの厚さにおいて面一切断を得ることができるようにするのに十分な強度のものである。リベットの機能は図９、図１０及び図１１の機能と同じである。

Claims (10)

1. 孔あき部材を一緒に固定する自己塞栓ブラインドリベットであって、
   一端側に設けられた後端面（１６）と他端側に設けられた径方向に拡大された予備成形ヘッド（１３）とを有する筒状シェル（１１）と、
   該シェル内に延びるステムであって前記シェル（１１）の後端面（１６）に隣接するステムヘッド（２２）を有するステムとを備え、
   前記ステムヘッドに隣接する領域は、ステムシャンクの他の部分より径が大きく、且つ、複数の軸線方向凹部（２６）を備えており、
   シェルの対応する部分は、前記ステムの軸線方向凹部（２６）を満たすように構成され、且つ、前記径方向拡大ヘッド（１３）に隣接する領域のシェル（１１）の材料より硬く、
   これによって、使用時に前記シェルが軸線方向に圧縮荷重を受けたとき、シェル（１１）が、前記予備成形ヘッドから遠い側の前記部材に隣接する領域で歪み前記孔あき部材を一緒に締つけるように前記部材と接触する盲ヘッドを形成する自己塞栓ブラインドリベット。
2. 前記ステムヘッドに隣接する領域での前記ステムの断面及び強度が、前記ステムの円筒状部分の断面及び強度と略等しい、請求の範囲第１項に記載のブラインドリベット。
3. 前記凹部（２６）の入口の距離が、前記凹部の間にあり該凹部を形成しているランド領域（２８）の円周方向の幅の２５％ないし７５％である、請求の範囲第１項または第２項に記載のブラインドリベット。
4. 前記凹部（２６）の入口の距離が、前記凹部の間にあり該凹部を形成しているランド領域（２８）の円周方向の幅の４５％ないし５５％である、請求の範囲第３項に記載のブラインドリベット。
5. 前記ステムが、第１のステム部分（２５）と、ピン尾部（３０）と、前記第１のステム部分（２５）と前記ピン尾部（３０）との間に設けられた破断ネック（３１）とを備え、前記第１のステム部分（２５）は前記分裂ネック（３１）の前記ステムヘッド側であり、前記第１のステム部分（２５）全体が、前記リベット内に保持され且つ前記ピン尾部（３０）より大きな直径であり、前記リベットが配置されたとき、前記第１のステム部分（２５）の大きな直径が、取付工具の頭部部品（６３）のボア（６４）を通過できず、ピン尾部（３０）がリベットヘッドで壊れる、請求の範囲第１項ないし第４項のいずれかに記載の盲リベット。
6. 一端側に設けられた径方向に拡大された予備成形ヘッド（１３）を有する筒状シェル（１１）と、
   ヘッド（２２）と、該ヘッド（２２）に隣接する複数の軸線方向の凹部（２６）が形成された大きな直径の領域を有するシャンク（２６）とを備えたリベットを組み立てる方法であって、
   ボアを有するダイ（４０）に前記シェル（１１）を挿入し、該ダイ（４０）の第１の部分（４１）は、前記シェル（１１）の外径にぴったり合い、前記シェル（１１）の後端（１６）が、より大きな直径を有する前記ボア（４０）の第２の部分（４２）内に突出しており、
   アバットメント（４３）で前記シェル（１１）のヘッド（１３）を支持し、
   リベットシェル（１１）のボア（１２）にぴったりと合う第１の直径（４６）と、前記ステムのヘッド（２２）の下の大きな直径と等しい第２の直径（４７）と、ダイ（４０）の大きなボア（４２）と等しい第３の直径（４８）とを有するを有するパンチ（４５）を挿入し、
   前記パンチ（４５）と前記アバットメント（４３）との間に圧縮力をかけて前記シェル（１１）の後端（１６）のボアの開いてステムのヘッド（２２）の下の大きな直径にして
   前記シェル（１１）の後端（１６）を圧縮してその壁厚を増大させ、
   前記アバットメント（４３）とパンチ（４５）とを取り除き、
   前記ステム（２１）を挿入し、
   組立てられたステムとシェルとをダイから取り出す、組立方法。
7. 組立中に、前記シェルの材料が、前記ステムの長手方向の凹部に押し込まれ、組み立てられたリベットの後端に硬い作用領域を作る、請求の範囲第６項に記載の方法。
8. 前記第１のダイボア（４１）が、前記ステムヘッド（２２）と同じ直径を有している、請求の範囲第６項または第７項に記載の方法。
9. 前記第１のダイボア（４１）が、前記ステムヘッド（２２）より僅かに大きな直径を有している、請求の範囲第６項または第７項に記載の方法。
10. リベット組立前には、前記ステムヘッド（２２）は、第１のダイボア（４２）より大きく、組立体が取り出されたときには、前記ステムヘッド（２２）は前記第１のボア（４１）の直径に寸法決めされる、請求の範囲第６項に記載の方法。

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