JP4255231B2 - ブラインドリベット - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブラインドリベットに関し、更に詳細には、筒状シェルとそのシェルを通って延びるマンドレルとを備えるブラインドリベットに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ブラインドリベットの１つの特定の形式は、マルチグリップ（多段かしめ）リベットとして知られている。この形式の典型的なリベットは、長さ方向に沿って間隔をあけて設けられた円周方向の溝を有する外側筒状シェルと、一端に半径方向に拡大した頭部を有し前記シェルを貫通して延びるマンドレルとを備える。また、通常、シェルは、被締結部品の１つの面に対して作用する、半径方向に延びる頭部を有する。リベットを締結するために、マンドレルは、シェルの頭部を支持したまま、シェルに対して長手方向に引っ張られ、マンドレルの拡大頭部を筒状のシェルの反対側の端面を押圧する。これにより、筒状シェルの円周方向の溝は、長手方向に潰れて、被締結部品を互いに締結し、最終的には、溝の間のシェル部は半径方向に膨出して特徴的な“重ねパン”形状、又は“重ねパンの組”を形成する。従って、リベットは、被締結部品を互いに把持し、リベットが通る被加工物の穴を閉塞する。
【０００３】
リベットのシェルに円周方向の溝を有する前述の形式の公知のマルチグリップリベットの例は、欧州特許出願公開ＥＰ−Ａ−０６７７６６６号公報（Ａｖｄｅｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）に示されている。ＥＰ−Ａ−０６７７６６６号のリベットは、２つの長手方向に間隔をあけて設けた縮小された直径の領域がある輪郭付けされた外部形状を有する筒状のシェルを備える。縮小された直径領域は、マンドレルをシェル中に挿入した後に、かしめ作業（即ち、半径方向内側へ移動するダイを利用して）、又はロール成形作業によって、シェルを内側へ変形させることによって形成される。
【０００４】
米国特許第５４９６１４０号明細書は、別の公知のブラインドリベットを説明している。これは外側筒状シェルと、そこを貫通して延びるマンドレルとを備える。この場合、外側シェルは、１組又は２組の凹部が設けられ、各々の凹部セットは、円周方向に、互いに間隔をあけて、ほぼ同一の長手位置に配列される。凹部の底部は、リベットシェルの円筒全周に対する割線を形成する。
【０００５】
ブラインドリベットは、過大寸法の穴での作業、又は種々のグリップ厚さでの作業を必要とする場合が多い。多くの公知のブラインドリベットはそのような条件において旨く機能し、マルチグリップの性質である“重ねパン”形状の変形によって、過大寸法の穴、及び種々のグリップ厚さに適合することも可能であり、このことは、シェルにおける円周方向の溝又は凹部を適切に配置することによって達成される。しかし、特に、極度のグリップ厚さ、又は過大寸法の穴において作業を行う場合、溝又は凹部の深さは重要であり、溝が深すぎるとリベット本体に亀裂又は割れを引き起こす場合がある一方で、溝が浅すぎるとマンドレル頭部がマンドレル本体内に引き込まれる又は貫通してしまうことを阻止するための充分な抵抗力を提供できない場合がある。これらの問題点は、締結される被加工物の材料が柔らかい場合（マンドレルの頭部が貫通するのを阻止するには、リベットシェルの溝が深くなっている必要があるので）、又は脆い場合（リベットは、締結時に、特に、マンドレル頭部がリベット本体内に引き込まれる場合、亀裂又は割れを促す傾向にあるので）、及び／又は、リベットの表面が、優れた耐摩耗性又は耐腐蝕性をもたらすために時として施す、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の低摩擦材料で被覆する場合に悪化する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
リベットシェルの亀裂又は割れは、締結不良又は少なくとも非常に弱い締結に終わるので望ましくない。マンドレルの頭部がリベットシェル内へ引き込まれるか、又はリベットシェルを貫通してしまうことも望ましくない。マンドレル頭部がリベットシェルに引き込まれると、溝の間でリベットシェルの半径方向への膨出が発生し、結果として被締結部品の材料に割れが発生する。マンドレル頭部がリベットシェルに完全に貫通する場合は、マンドレル頭部の軸部分がフランジから外に突出するので潜在的に危険な状態になる。
【０００７】
従来技術のブラインドリベットは、過大寸法の穴及び種々のグリップ厚さに対して機能を果たすが、柔らかい又は脆い材料を被締結部品として使用することにより状況が悪化する場合、又はリベット自身が低表面摩擦の被覆を備える場合は確実に機能しないことが分かっている。
【０００８】
更に、全てのリベットの性能、特に柔らかい又は脆い被加工物を締結する場合のリベットの性能、及び前述の又は他の被加工物に対する低摩擦の被覆がなされたリベットの性能は、従来技術の円周方向の溝又は割線形状の凹部ではなく、セットの半径方向の窪みを有するリベットシェルを提供することによって著しく改善できることが分かった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の第１の形態は、筒状シェルと、該シェルを貫通して延びるマンドレルとを備えるブラインドリベットを提供するものであり、
（ｉ）シェルは、一端部にリベット頭部を形成する外側へ延びるフランジを有し、リベット頭部から第１の距離においてシェルの表面外周に配列される第１の半径方向の窪みの組と、リベット頭部から第２の距離においてシェルの表面外周に配列される第２の半径方向の窪みの組とを備え、半径方向の窪みは、マンドレルの周りに配置した後にリベットシェルをかしめることで形成され、
リベット頭部から遠い側のシェルの端部は、リベットシェルのブラインド端部になっており、
（ｉｉ）マンドレルは、一端部において前記リベットシェルの前記ブラインド端部に当接する頭部と、該頭部から延びるステムとを有し、ステムは長さ方向の途中に脆弱点を有する。
【００１０】
本発明の別の形態は、本発明によるブラインドリベットを使用して、２つ又はそれ以上の被締結部品を相互に締結する方法を提供する。その方法は、（ａ）ブラインドリベットのマンドレルが被締結部品の実質的に位置合わせした開口を通って延びるように、ブラインドリベットを配置する段階と、（ｂ）マンドレル頭部がシェルのブラインド端部に当接し、窪み間のシェル部が半径方向へ膨出し、シェルの半径方向の窪みが潰れて、結果として、被締結部品が相互に把持されると共に、被締結部品の開口が実質的に閉塞されるように、マンドレルをシェルに対して軸方向に移動させる段階を含む。
【００１１】
また、本発明は、２つ又はそれ以上の被締結部品の実質的に位置合わせした開口内に配置され好適に締結される本発明によるブラインドリベットを提供する。
【００１２】
好ましい実施形態においては、ブラインドリベットは、リベット頭部から第３の距離においてステムの外周の周りに配置される第３の窪みの組を備える。３つの組の窪みが存在する場合、隣接する窪みの組の間の距離は、同一であってもよく、異なっていてもよい。各々の窪みの組は、隣接の窪みの組から少なくとも２ｍｍであることが好ましく、少なくとも３ｍｍであることがより好ましい。好ましい実施形態において、第１の窪みの組は、シェルのフランジから３ｍｍから５ｍｍの位置に配置され、第２の窪みの組は、シェルのフランジから６．５ｍｍから８．５ｍｍの位置に配置され、更に第３の窪みの組がある場合は、シェルのフランジから１２．５ｍｍから１４．５ｍｍの位置に配置される。
【００１３】
かしめにより半径方向の窪みを形成すると、各々のかしめを行った窪みの周りで加工硬化が生じる。好ましい実施形態において、窪み領域のリベットシェル硬度は、長手方向に間隔をあけて配置される隣接する窪みの組の間の中間部分のリベットシェル硬度に比べて、少なくとも２０％、好ましくは少なくとも３０％大きい。
【００１４】
本発明によるリベットは、柔らかくて成形が容易な材料を締結するのに使用する場合、例えば、自動車のマッドフラップ又はストーンガードに使用するといった柔らかくて成形が容易な種々の材料を締結する場合に特に有用である。本発明を利用して好都合に締結できる典型的な柔軟材料はゴム及びエラストマー系プラスチックを含む。
【００１５】
また、本発明によるリベットは、脆いプラスチック構成部品、例えば、自動車用のスピーカ構成部品で使用される脆いプラスチック構成部品を締結するのに特に有用である。本発明を利用して好都合に締結できる脆い材料は、ポリカーボネート及びスチレン系ポリマーを含む。
【００１６】
リベットシェル及びマンドレルに対して任意の適切な材料を使用できる。材料は同一であっても異なっていてもよい。適切な材料の例としては、アルミニウム合金のリベット本体とマンドレル、ステンレス鋼のリベット本体とマンドレル、鋼のリベット本体とマンドレル、及びこれらの材料の様々な組合せを挙げることができる。
【００１７】
リベットシェルの半径方向の窪みは、かしめ工程によって形成される。かしめ工程は好都合には半径方向のかしめ工程である。本発明の半径方向かしめ工程の特性によって、窪み深さの正確な制御が可能である。典型的には、窪み深さは、締結工程前では、０．２０ｍｍから０．２６ｍｍの範囲であり、好ましくは、約０．２３ｍｍであり、公差は、０．０３０ｍｍ未満、好ましくは、０．０２０ｍｍ未満、更に好ましいのは０．０１５ｍｍ未満である。通常、窪み深さは、締結工程前では、シェル厚さの１５％から３０％、好ましくは２０％から２５％である。
【００１８】
典型的には、半径方向の窪みの各々の組は、２つから８つの別個の窪みを備える。各々の窪みの形状は、外側に向かって傾斜する端部、又は角度が付けられた側面を備える略環状であることが好ましい。この形状は、リベットシェルを、マンドレルを備えるしっかりした組立体にするのに役立つ。また、これは加工硬化をもたらす。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態は、例示を目的として図面を参照して以下に説明される。
図面を参照すると、図１は、本発明によるブラインドリベット２を示す。これは、中空の実質的に円筒形のシェル４と、シェルを貫通して延びる中実の実質的に円筒形のマンドレル６とを備える。シェルは、一端部にリベット頭部を形成する外側へ延びるフランジ８を有している。また、マンドレル６は、該マンドレルの端部に頭部１０を有し、シェル４の頭部８から遠方にあるシェルのブラインド端部に当接する。シェル４は、シェルフランジ８から４ｍｍの距離を置いて配置される第１のセットである４つの半径方向の窪み１２を備える。４つの窪みは、シェル４のフランジ８から４ｍｍの同一の長手方向の間隔で、シェル４の表面外周に均一の間隔をおいて配置される。また、シェルは、シェルフランジ８から７．５ｍｍの間隔で、シェルの表面外周に同様に均一の間隔をおいて配置される、第２のセットである４つの半径方向の窪み１４と、今度はシェルフランジ８から１３．７ｍｍの間隔で、同様にシェルの表面外周に均一の間隔をおいて配置される、第３のセットである４つの半径方向の窪み１６とを備える。各々のセットの半径方向の窪みは、マンドレル６をシェル４内に組み付けた後に、半径方向に適用されるかしめ工程によって形成される。かしめ工程の間、材料は、多少半径方向内側へ移動してマンドレル６に接触するが、大部分は長手方向へ移動する。半径方向かしめの深さは、好適に使用される機械制御のかしめ用ダイによって正確に制御できる。この半径方向かしめ工程は、従来技術のマルチグリップ（多段かしめ）リベットの製造で一般的に使用されている溝のロール成形法よりも更に正確な深さ制御を可能にする。溝のロール成形法は、リベット本体材料の硬度と、ロール成型機構における柔軟性とに影響される。同様に、ステンレス鋼及びＰＴＦＥ被覆されたアルミニウムのロール成形は更に困難であり、本発明のかしめ工程による窪みは、前記及び他の材料における高度の一貫性と正確さとを達成できることが分かっている。
【００２０】
図１のブラインドリベットは、中心線に沿って長手方向に切断して、金属組織学的に前処理して、微小硬度プロファイル（特性曲線：ｐｒｏｆｉｌｅ）を得る分析を行った。以下の表１は、シェルフランジ８から種々の距離にある、図１に印を付けた点 (a)から（ｇ）でのシェル４の硬度値を示す。表１に使用する表現ＭＨＶ０．５は、加えた押圧荷重５００ｇでの微小硬度値を意味する。
【００２１】
【表１】

【００２２】
表１から分かるように、リベットのシェル４の硬度値は、半径方向の窪みから離れた位置に比べて、各々の半径方向の窪みの組の近傍で非常に大きい。実際、半径方向の窪み近傍での硬度は、半径方向の窪みの組の間の長手方向位置における硬度よりも３０％以上大きい。この硬度の増大は、半径方向かしめ工程の結果としての局部的加工硬化によって生じると考えられる。
【００２３】
図２ａから図２ｅ、及び図３ａ及び図３ｂを参照すると、ブラインドリベット締結工程の一連の段階が示されている。図２ａは、締結工程前の位置を示す。図３ａは同じく締結工程前の縦断面図であり、マンドレル６が薄肉部１７によって与えられる所定の脆弱部を有していることを示す。これは、締結工程の前に、シェルのかしめによる窪み１４と１６との間の長手方向に配置される。図２ｂは、締結工程の初期段階を示す。マンドレルの頭部１０は、リベットシェル４に入り始め、マンドレル頭部１０とシェル４の第１の窪み１６との間の領域１８に局部的な大きな膨らみを引き起こす。半径方向の窪み１２、１４、１６近傍の加工硬化された材料は、この段階では、窪み領域のシェルの潰れを阻止する傾向にあるので、マンドレル頭部の移動によって、窪みの間の領域で材料の膨出が起きる。図２ｃにおいて、頭部１０は、更にシェル４中を移動し、シェルの領域１８は更に膨出する。図２ｄにおいて、マンドレルの頭部１０はほぼ完全にリベットシェル４中に入り込む。シェルフランジ８と第１の窪みの組１２との間の領域２０、及び第１の窪みの組１２と第２の窪みの組１４との間の領域２２におけるシェル４の半径方向の膨らみは、領域１８の更なる膨らみとは別に、この時点で発生している。第２の窪みの組１４と第３の窪みの組１６との間の領域２４は多少膨らんでいるが、これは他の領域１８、２０及び２２よりも少なく、その理由は、窪み１４と１６との間の長手方向間隔が、頭部１０と窪み１６との間隔、フランジ８と窪み１２との間隔、又は、窪み１２と１４との間隔に比べて大きいからである。また、この段階において、窪み１２、１４及び１６は、軸方向の潰れが始まっている。マンドレル頭部１０の入り込みの程度は、マンドレル頭部１０から最も近いかしめによる窪みの組の位置、即ち、第３の窪みの組１６の位置によって制限される。図２ｄに示す締結段階、及び図２ｅに示す最終的な締結段階においては、マンドレル頭部は完全に入り込むだけではなく、リベットシェル４内に固定される。この固定状態は、図３ｂの縦断面図を見るとよく分かり、各々の潰れた半径方向の窪み１２、１４及び１６の領域において、シェル４とマンドレル６との間でしっかりした接触が生じる。
【００２４】
また、この段階においては、リベットシェル４の下側部分２０が膨出しているので、その中に本形式のリベットが典型的に配置される、被締結部品の適用穴を閉塞できる。例えば、典型的な穴の直径は４ｍｍから６ｍｍの範囲である。
【００２５】
軸方向の潰れ量は、シェル４のフランジ８に関する最も下側の半径方向の窪みの組１２の位置によって制限される。これは締結できる板の最小値、即ち、リベットが締結できる最小限の板厚を与える。典型的に、この板厚はリベットの長さに応じて２ｍｍから１３．５ｍｍの範囲である。
【００２６】
図２ｅは、完全に締結された位置を示す。この時点では、かしめによる窪み１２、１４、１６は、完全に軸方向に潰れている。このことは図３ｂの断面図を見るとよく分かる。窪みが潰れることで、リベットシェル４の長手方向への潰れが事実上終わり、マンドレル６を所定位置にしっかり固定する。この段階において、マンドレル６の下側端部は、破断点１７で破断するが、マンドレルの頭部１０及びその頭部の下の脚部分は保持されて、リベットシェル４内に固定される。
【００２７】
図４ａは、図２ａの線Ｚ−Ｚに沿って切った断面図である。この図から各々セットになった半径方向の窪み１６の形状が分かる。各々の窪み１６は、角度が付けられた側面１９を有する略環状形状である。この形状は、リベットシェルを、マンドレルを備えるしっかりした組立体にするのに役立つ。同時にこれは、図１及び表１を参照して説明したように、局部的な加工硬化をもたらす。図４ａにおいて参照符号Ｒ１で示す、リベットシェルの脚の外側半径は、２．３８ｍｍであり、図４ａにおいて参照符号Ｒ２で示す、窪みの内側半径（即ち、シェルの中心から窪みの基部まで）は２．１５ｍｍである。従って、窪みの深さは０．２３ｍｍである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるブラインドリベットの縦断面図であり、リベットに沿った、ａからｇまでの種々の点での硬度を示す。
【図２ａ】ブラインドリベットの締結工程の連続的な段階における、図１のブラインドリベットの側面図である。
【図２ｂ】ブラインドリベットの締結工程の連続的な段階における、図１のブラインドリベットの側面図である。
【図２ｃ】ブラインドリベットの締結工程の連続的な段階における、図１のブラインドリベットの側面図である。
【図２ｄ】ブラインドリベットの締結工程の連続的な段階における、図１のブラインドリベットの側面図である。
【図２ｅ】ブラインドリベットの締結工程の連続的な段階における、図１のブラインドリベットの側面図である。
【図３ａ】図２ａの線Ｙ−Ｙに沿って切ったブラインドリベットの横断面図である。
【図３ｂ】図２ｅの線Ｙ−Ｙに沿って切ったブラインドリベットの横断面図である。
【図４ａ】図２ａの線Ｚ−Ｚに沿って切ったリベットの断面図である。
【符号の説明】
２ リベット
４ シェル
６ マンドレル
８ フランジ
１０ 頭部
１２ 第１の窪みの組
１４ 第２の窪みの組
１６ 第３の窪みの組
１７ 薄肉部
１８ 領域
１９ 角度付き側面
２０ 領域
２２ 領域
２４ 領域

Claims (14)

1. 筒状シェル（４）と、前記シェル（４）を貫通して延びるマンドレル（６）とを備え、
   （ｉ）前記シェル（４）は、一端部にリベット頭部を形成する外側へ延びるフランジ（８）を有し、前記リベット頭部から第１の距離において前記シェルの表面外周に配列される第１の半径方向の窪み（１２）の組と、前記リベット頭部から第２の距離において前記シェルの表面外周に配列される第２の半径方向の窪み（１４）の組とを備え、前記リベット頭部から遠い側の前記シェルの端部は、前記リベットシェルのブラインド端部になっており、
   （ｉｉ）前記マンドレル（６）は、一端部において前記シェル（４）の前記ブラインド端部に当接する頭部（１０）と、前記頭部から延びるステムとを有し、前記ステムは長手方向の途中に脆弱点（１７）を有する、
   ブラインドリベットであって、
   前記半径方向の窪み（１２、１４）は、該窪み（１２、１４）の領域における前記リベットシェル（４）の硬度が、長手方向に間隔をあけて配置される隣接する窪みとの間の中間部分における前記リベットシェルの硬度より少なくとも２０％大きくなるように、前記リベットシェルを前記マンドレルの周りに配置した状態で前記リベットシェルをかしめることによって形成されたものである
   ことを特徴とするブラインドリベット。
2. 前記リベット頭部から第３の距離において前記シェル（４）の表面外周に配列される第３の半径方向の窪み（１６）の組を備え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. １つ又はそれ以上の前記窪み（１２、１４、１６）の深さは、リベット締結工程の前では、少なくとも０．２０ｍｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラインドリベット。
4. １つ又はそれ以上の前記窪み（１２、１４、１６）の深さは、前記リベット締結工程の前では、前記シェルの厚さの少なくとも２０から２５％であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のブラインドリベット。
5. 前記半径方向の窪み（１２、１４、１６）の各組は、２つないし８つの窪みを備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のブラインドリベット。
6. 隣接する窪み（１２、１４、１６）の組の間の長手方向の間隔は、少なくとも２ｍｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のブラインドリベット。
7. 前記半径方向の窪み（１２、１４、１６）は、外側へ傾斜する端部を備える環状であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のブラインドリベット。
8. 前記シェルの前記第１及び第２の窪みの組は、前記マンドレルの前記脆弱部よりも、それぞれ前記シェルフランジに近いが、該シェルフランジからは離れた位置にあることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のブラインドリベット。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のブラインドリベットを使用して、２つ又はそれ以上の被締結部品を相互に締結するための方法であって、
   （ａ）前記ブラインドリベット（２）の前記マンドレル（６）が前記被締結部品の実質的に位置合わせした開口を通って延びるように、前記ブラインドリベット（２）を配置する段階と、
   （ｂ）前記マンドレル頭部（１０）が前記シェル（４）の前記ブラインド端部に当接して、前記窪み（１２、１４、１６）の間の前記シェル部が半径方向へ膨出し、前記シェルの半径方向の前記窪みが潰れて、結果として、前記被締結部品が相互に把持されると共に、前記被締結部品の前記開口が実質的に閉塞されるように、前記マンドレルを前記シェルに対して軸方向に移動させる段階と、
   を含むことを特徴とする方法。
10. 前記１つ又はそれ以上の被締結部品の材料は、ゴム又はエラストマー系プラスチック等の柔らかい材料からなることを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記１つ又はそれ以上の被締結部品の材料は、ポリカーボネート又はスチレン系ポリマー等の脆い材料を含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. ２つ又はそれ以上の被締結部品の実質的に位置合わせした開口内に配置して好適に締結されている請求項１から８のいずれか１項に記載のブラインドリベットと被締結部品の組合せ。
13. 前記１つ又はそれ以上の被締結部品は、ゴム又はエラストマー系プラスチック等の柔らかい材料からなることを特徴とする請求項１２に記載のブラインドリベットと被締結部品の組合せ。
14. 前記１つ又はそれ以上の被締結部品は、ポリカーボネート又はスチレン系ポリマー等の、脆い材料からなることを特徴とする請求項１２に記載のブラインドリベットと被締結部品の組合せ。

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