JPH04502798A - リベットのような固定装置、組立方法及び得られた組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 リベットのような固定装置、組立方法及び得られた組立体 本発明は、航空学的技術分野に於ける材料、特に薄板の組立の為の固定装置、特 にリベットに関する。本発明は前記装置による取付は方法及び得られた組立体に 拡張される。本発明は、固定装置及び組立られる材料の間の圧縮応力の配分を改 善することを企図するものである。

航空学的技術分野に於ては、組立体は大なる力を受けるようになされていて、疲 労に対する耐久性（ｔｅｎｕｅ）が、固定装置及び組立られる材料の間を固定す る間に導入される圧縮応力の配分に直接関連していることを知っている。最も臨 界的な範囲は、固定装置の予め形成された頭部の近辺及びステム及び頭部の間の 接合部に位置する。現在解決されていない問題は、一方に於て、頭部及び組立ら れる材料の間の良好な気密性を保証する為の頭部の充分な半径方向の拡大と、他 方に於て、頭部／ステムの接合部の範囲に於ける頭部の充分な変形及び膨張及び これらの範囲にて大なる圧縮応力のレベルを得る為のステムの充分な変形及び膨 張を同時に達成して、満足な疲労に対する耐久性を保証する問題である。

この問題の解決を試みる為に、リベットの頭部に特別な形状を与えて、頭部が固 定される時にこれを圧潰して、組立られる薄板に向う材料のクリープを生ずるよ うになすことが提案されていたが、現在までに採用された解決方法は、リベット の頭部の前面の張出し部分に突出部又は膨らみ部分を附加して、これらの部分が 次に固定の際に圧潰されて平らな突部の場合よりも更に大なるクリープを生じさ せるようになすことより成っていた。就中子め設けられた形状は、頭部／ステム の接合部及びステムの近辺に於ける膨張を犠牲にして突部の半径方向の膨張を有 利に行わせるか、又は頭部の膨張を犠牲にしてステムに向ってクリープを反転さ せるようになす傾向を有していた。

このようにして、若干の固定装置は膨らんだ前面を設けられた頭部を有すること が予測されていて、（標準規格ダソール（口ａｓｓａｕｌｔ）シリーズ３，５０ ７．２及び、３．１９６８年；３．５０２．．１．１９９６年；航空機ＭＲＣＡ に対して定められている５、２．７１の標準規格Ｆｌ＾Ｔ１２８３０；米国特許 第４，０００，６８０号、第３，９２７，４５８号、第３．７４７．４６７号、 第３，７４８，９４８号）、又この膨らんだ頭部の圧潰はステムに向うクリープ を増大させ、頭部の圧縮応力を改善するのであるが、しかし、通常の圧潰力によ っては頭部の中央の材料の余剰部分はこの頭部の半径方向の膨張を減少させ、頭 部及び薄板の間の気密性を劣化させる傾向を有するのである。他の固定装置は、 余剰の材料、特にこの前面上の突部にある環状のドーム形状の部分が頭部の前面 の周囲に配置されることが予測される（米国特許第４，０５１，５９２号）。圧 潰される際に、この周囲の突部は、頭部の半径方向の膨れを有利に行わせて、薄 板内の頭部の良好な気密性を与えるが、このことは圧縮応力がステムに向う僅か に存在するクリープの劣化を与えて、交代的な応力を受ける場合に破壊の危険を 生ずるのである。

本発明は、固定装置及び組立られる材料の間の圧縮応力の配分を改善するように 改良された固定装置を提供することによって、前述の問題に満足な解決を与える ことを提案するものである。

その為に、本発明によって企図される固定装置は、組立られる材料の溝内に配置 される軸線方向のステム及びこのステムの端部に配置されて、固定される間に圧 潰によって変形されるようになされた頭部を含む型式になされていて、本発明に より、この装置は、頭部が軸線の廻りに伸長する環状溝を設けられた前面を有し 、この環状溝がステムの周面に整合する部分の近辺でこの前面上に大体位置決め され、頭部を中央部分及び周囲部分の２つの部分に境界するようになされて、圧 潰力によって別々に変形されるようになされていることを特徴とする。

「ステムの周面に整合する部分の近辺に大体位置決めされる溝」なる用語によっ て、前記溝が大体ステムの直径の１７３までの距離だけステムの外面から離隔す ることが出来ることが理解される。

このようにして、公知の技術の場合のように前面上の突部に過大な材料を設ける 代りに本発明は前記溝によって頭部を２つの部分に分割して、これらの部分が圧 潰作用を受ける時に夫々別個に変形され得るようになすのであって、中央部分が ステム及び頭部の間の接合部の範囲及びステム内に圧縮応力を発生させるクリー プの存在する部分になるのであるが、周囲部分は頭部の半径方向の膨れを生じさ せるようになされるのである。このようにして夫々の応用面に於て頭部の半径方 向の所望の膨張及びステム内に望まれるような圧縮応力を生じさせるのに必要な 中央部分のクリープを同時に得ることが出来るのである。

本発明によって企図される固定装置は、特に前述の頭部（予め形成されている頭 部）の圧潰がステムの反対端部に於ける第２の頭部の変形と同時に固定の瞬間に 行われるようなりヘットより成ることが出来る。それ自体は公知のように、この リベットは固定の際に側面に共役的な座くり孔を有する孔内に挿入される円筒形 の下縁を有する機械加工された（ｆｒａｉｓ６ｅ）　！１部を有するリベットに なすのが望ましい。

望ましい実施態様によれば、リベットの頭部は前面が２つの高さを有し、一方が 中央部分（溝に対して心的な側部にある）に対応し、他方が周囲部分（前記溝に 対して遠心的な側部にある）に対応するようになされるのである。これらの高さ は夫々圧潰作用の際に満足な作用を保証する為に適当な距離だけ組立られる材料 の面を通過するように設けられるのであるが、この圧潰作用は一方ではステム／ 頭部の接合部に向い、又ステムに向う中央部分のクリープ（中央部分に対応する 高さにて）及び他方では頭部の膨れ（周囲部分に対応する高さにて）を生じさせ るものである。特に軽合金の薄板の組立を確実にする軽合金のリベットの場合に は、中央部分の高さが周囲部分の高さに対して引込められて、圧潰作用が最初に 周囲部分に、この周囲部分に対して更に大なる量（ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）で生ず るようになされることが出来るのである。

本発明は、前述のようなりヘットによって材料を組立る方法に拡張される。この 方法は、前記材料に、座ぐり作業によって側面に開口する開口を形成された孔を 穿孔し、一方では前記孔の座ぐり孔内に位置する円筒形の下縁を有する頭部及び 他方では孔内に位置して頭部とは反対方向に伸長されるステムを含むリベットを 前記孔内に軸線方向に導入し、前記頭部を圧潰してリベットのステムとは反対の 端部に第２の頭部を形成させることより成る型式のものであるが、本発明による 方法は、−前記孔内に、頭部がステムの外面に整合する部分に位置する環状溝を 設けられた前面を有し、この頭部に夫々別個に変形させられるようになされる中 央部分及び周囲部分を境界するようになされたりヘットを導入し、 一前記頭部の前面に押圧力を与えることによって前記頭部を圧潰して、一方では 周囲部分に座ぐり孔内で膨張する周囲部分を、又他方ではステム及び頭部の間の 接合部及びステムの範囲に向って変形されて、これらの範囲に於て、組立られる 材料を圧縮させるようになす中央部分を形成するようになす、ことを特徴とする ものである。

更に、本発明はこの方法を実施することによって形成される組立体、特に航空学 的技術分野に於ける薄板の組立体に拡張されるが、この組立体は、頭部の高さ全 体にわたってリベット及び材料の間の圧縮応力が確実な値を保持するようにして 、リベットのステム及び頭部の間の接合部の範囲内で最大値を許容されるように なすリベット及び材料の間の圧縮応力の配分を特徴とするものである。

本発明の他の特徴、目的及び利点については、制限を与えない例として本発明に よるリベットの実施形態を示し、又このリヘ７）による組立方法を示し、得られ た組立体及び圧縮応力の配分を概略的に示す添付図面を参照した以下の説明によ って判るところであるが、本説明と一体的な部分をなすこれらの図面に於て、 一第１図は本発明によるリベットの軸線方向断面図であり、−第２閲は前記リベ ットによって組立られるように穿孔された薄板の断面図であり、 一第３図、第４図及び第５図は組立方法の夫々の作動位相を示す図面であり、 一第６図は得られた組立体の断面図であり、第７図は薄板及びリベットの間の圧 縮応力の線図である。

例として第１図に示された本発明によるリベットは、アルミニウム合金によって 作られ、それ自体アルミニウム合金によって作られている薄板の組立を行うよう になされている。

このリベットは、軸線方向に伸長する円筒形のステムｌ及びこのステムの端部に 配置される更に大きい直径の頭部２を含んでいる。このリベットは、内部にステ ムｌが配置される円筒形の孔３及び内部に頭部２が配置される座ぐり孔４を側面 に含む組立られる薄板（第２図）内に設けられた前記孔内に導入されるようにな されている。

このリベットの円筒形のステム１は、孔３の直径−ｄ、−よりも小さい直径−ｄ 、−を有してステム及び孔の間に最大限０゜１ｍｍに等しい遊隙を形成するよう になっている。ステム１の長さは、このステムが頭部２とは反対方向に薄板を通 過して突出するように調節されている。

この頭部２は円筒形の下縁２ａ及び円錐形部分２ｂを含んでいるが、この円錐形 の角度は通常のように１２０°　（頂角）に等しくなされることが出来る。

孔の座ぐり孔４は前記円錐形部分２ｂを受入れる為に同様の円錐角度を有し、座 ぐり孔４ａによって薄板の面に開放されている。

頭部の円筒形の下縁２ａは孔の座ぐり孔４ａの直径−Ｄｔ−よりも小さい直径− Ｄ、−を有し、頭部及び座くり孔の間に最人眼０．５ｍ＋＊に等しい遊隙を形成 するようになっている。

更に、リベットの頭部の前面には環状溝５が設けられ、この溝は殆どステムｌの 外面に整合する部分に形成されている。この例に於ては、この溝の内側の角部５ ａは、ｄ、＝ｄ、±０．３ｄ、のような直径−ｄｌ−の円周上に位置している。

この溝５は半円形断面の底部５ｂ及び前面に向って僅かに反対の勾配で開放され ている側面５ｃを有するが、「僅かに勾配」なる用語によって３°程度に極めて 近い開放角度が理解されるのである。

溝５の幅−ｅ−は重要な値ではなく、実際上大体０．０８　ｄ　、乃至０．１２ ｄ、の範囲で設けられるのである。

溝５は、その底部５ｂ及び頭部２の基部の間に、より小さい厚さＺ、の領域を規 定していて、この厚さは軸線方向に向って位置する頭部の中央部分２Ｃ及び他方 の側に位置する周囲部分２Ｐを境界している。頭部の高さ−ｈ−に加えられる溝 の深さ−ｐ−は頭部の圧潰押圧力の作用によって中央部分２Ｃ及び周囲部分２Ｐ の変形が互いにに無関係（又は少ししか関連がないようにして）になされるよう に調節されるのである。アルミニウム軽合金のりベントの例に於ては、この比ｐ ／ｈは０．１乃至０．５、特に０．３程度になされることが出来る。

頭部２の前面は中央部分２Ｃが平らであるのに加えて、これの高さが周囲部分２ Ｐの高さに比較して引込められているが、この周囲部分は接合部２Ｐ、の面取り 部によって平らな部分２Ｐ、に接合される上昇傾斜部２Ｐ、を含むように前記平 らな部分に対して膨らまされている型式のものである。

引込められた中央部分２０及び周囲部分２Ｐ（斜面にされた）の間の高さの差Δ はこの例では０．０５＋ｎ＋乃至０．２＋ｓ−の範囲である。更に（第２図及び 第３図に於て）、中央部分２Ｃは薄板の面から距離Δ、だけ、又周囲部分の高さ が距離Δ２だけ、０．２１　≦Δ２　≦０．４＋ｕｇ　及び　０．０５ｍ−≦Δ ２−Δ１　＝Δ≦０．２＋ｌＩＩの関係で突出するように設けられているのであ る。

例として以下の値、即ちΔ、　＝０．２＋ｇｎ　、Δ２　＝０．４１１１１が、 ６゜５１１Ｍ程度の直径−Ｄ、、−の頭部を有する４１程度の直径−ｄｌ−のア ルミニウム合金（２０１７又は２１１７）のリベットに対して良好な結果を与え るのである。

前述のリベットの固定方法が第３図、第４図及び第５図に示されているが、この 方法はりヘットを薄板の孔内に導入して、ステム１が孔の機械加工面３を通過し て頭部２とは反対側のステム１の端部が薄板から突出し、又この頭部２が孔の座 ぐり孔４内に位置するようになす（第３図）ことより成っている。

次に通常のリベット頭部成形器Ｂ及び小鉄床Ｔが頭部２の圧潰及びリベットのス テムの端部の第２の頭部６を形成するのを可能になすのである。頭部２の圧潰作 用は２つの位相で作動される。即ち１つの位相はリベット頭部成形器が頭部の周 囲部分２Ｐを圧潰するが、中央部分２Ｃには接触しないような予備的な圧潰の位 相である（第４図）。溝５によって中央部分２Ｃから離隔されている周囲部分は 矢印Ｆｇによって示されるような大体半径方向の膨張を行うのである。

次にリベット頭部成形器Ｂは中央部分２Ｃに当接してこの部分を同様に圧潰する が（第５図）、中央部分２Ｃが軸線方向−半径方向のクリープ（矢印Ｆ’ｆ）を 生じてステム及び頭部の間の接合部ｊの範囲の近辺及びステム内に膨張を生じさ せる間に周囲部分２Ｐの膨張が引続いて行われるのである。第２の頭部６がステ ムの他方の側部に同時に形成されるようになされるのである。

第６図は得られた組立体の断面図を示し、第７図は薄板及びリベットの間の半径 方向の圧縮応力σ。の配分を示している。

異なる現象によって圧縮応力が生ずる３つの範囲を区別することが出来るが、こ れらの範囲は圧縮応力が実質的に周囲部分２Ｐの膨張によって生ずる１つの領域 Ｘ＋　（頭部の下縁の近辺）と、圧縮応力が実質的に中央部分２Ｃのクリープ及 び中央部分２Ｃの膨張によって生じ、これらの応力がこれらの範囲内で最大値Ｍ を生ずるような１つの領域ｘ２と、第２の頭部を形成する際のステムの膨張によ って応力が実質的に生ずるような１つの領域Ｘ、である。

国際調査報告 国際調査報告 ＦＲＢ９００３７３ Ｓ＾　３００７３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．組立られる材料の孔内に位置するようになされた軸線方向のステム（１）と 、このステムの一端部に位置して、固定される間に圧潰によって変形される頭部 （２）とを含む型式の組立を行う為の固定装置に於て、前記頭部（２）が、この 頭部（２）の前面上でステム（１）の外面に大体整合する部分の近辺に位置し、 圧潰作用により夫々別個に変形されるようになされた一方が中央部分（２Ｃ）で 、他方が周囲部分（２Ｐ）であるような２つの部分を頭部内に境界するようにな されている環状溝（５）を設けられていることを特徴とする固定装置。 ２．前記環状溝（５）が前記頭部内に、前記溝の底部（５ｂ）及び前記頭部の基 部の間に厚さ（Ｚ■）よりも小さい厚さの範囲を規定し、夫々別個に変形される ようになされている前記２つの部分、即ち中央部分（２Ｃ）及び前記周囲部分（ ２Ｐ）が前記厚さ（Ｚ■）よりも小さい厚さの範囲の両側に位置するようになさ れていることを特徴とする請求の範囲第１項記載の固定機構。 ３．前記環状溝（５）が、その内側角部（５ａ）が、ｄｒを前記ステムの直径と してｄ１＝ｄｒ±０．３ｄｒであるような直径ｄ１の円周上に位置するように前 記頭部の前面に設けられていることを特徴とする請求の範囲第１項又は第２項の 何れか１項に記載の固定機構。 ４．側面に機械加工面を有する孔内に挿入されるようになされて、その孔の内部 にある前記頭部（２）が円筒形の平縁（２ａ）を有するような型式のリベットで ある請求の範囲第１項、第２項又は第３項の何れか１項に記載の固定機構。 ５．アルミニウム軽合金によって作られた請求の範囲第４項記載のリベットに於 て、前記頭部の高さ（ｈ）に対する前記溝（５）の深さ（ｐ）の比が０．１乃至 ０．５の範囲にあることを特徴とするリベット。 ６．前記頭部（２）の前面が２つの高さを有し、一方の高さが、周囲部分（２Ｐ ）に対応する他方の高さに対して引込められて位置する中央部分（２Ｃ）に対応 するようになされていることを特徴とする請求の範囲第４項又は第５項の何れか １項に記載のリベット。 ７．前記頭部の前面に於て、前記引込められている中央部分（２Ｃ）及び前記周 囲部分（２Ｐ）の間の高さの差（Δ）が大体０．０５ｍｍ請乃至０．２ｍｍの範 囲にあることを特徴とする請求の範囲第６項記載のリベット。 ８．前記頭部の周囲部分（２Ｐ）が平らな部分（２Ｐ１、２Ｐ２）を有する膨ら んだ部分を有する型式になされている請求の範囲第４項、第５項、第６項又は第 ７項の何れか１項に記載のリベット。 ９．前記溝（５）の幅−ｅ−が、ｄｒを前記ステムの直径として大体０．０８ｄ ｒ乃至０．１２ｄｒの間の範囲にあることを特徴とする請求の範囲第４項、第５ 項、第６項、第７項又は第８項の何れか１項に記載のリベット。 １０．前記頭部の溝（５）が大体半円形で、前記前面に向って僅かな勾配で開放 する側面（５ｃ）を有する断面形状の底部（５ｂ）を有する請求の範囲第４項乃 至第９項の何れか１項に記載のリベット。 １１．組立られる材料内に座ぐり孔（４ａ）によって側面に開放されている機械 加工孔（３）によって形成された孔を穿孔し、前記孔内に、一方では円筒形の平 縁（２ａ）を有して前記孔内に配置される頭部（２ｂ）を、他方では前記機械加 工孔内に位置して前記頭部とは反対側に突出する軸線方向のステム（１）を含む リベットを導入し、前記ステムの他端部に第２の頭部（６）を形成するようにし て前記頭部を圧潰することより成る材料の組立方法に於て、 −前記孔内に、前記頭部（２）が前記ステム（１）の外面に整合する部分に近接 して位置決めされる環状溝（５）を設けられて、前記頭部に夫々別個に変形され る中央部分（２Ｃ）及び周囲部分（２Ｐ）を境界するようになされているリベッ トを導入し、 −前記頭部を前記前面に対する押圧力によって圧潰して、一方では前記周囲部分 （２Ｐ）を前記座ぐり孔（４ａ）内で膨張させ、他方では前記中央部分（２Ｃ） を前記ステム及び前記頭部の間の接合部（Ｊ）の範囲に向い、又前記ステムに向 うように変形させて組立られる材料の範囲内に圧縮するようになす、ことを特徴 とする組立方法。 １２．前記材料の孔内にリベットを導入するに際し、前記リベットが、 −前記孔の前記機械加工面の直径−ｄｔ−よりも小さい直径−ｄｒ−のステム（ １）を有し、前記ステム及び前記機械加工面の間に最大限０．１ｍｍの遊隙を与 えるようになされていて、−又前記孔の座ぐり孔（４）の傾斜角度に対応する傾 斜角度になされて、前記孔の皿孔（４ａ）の直径−Ｄｔ−よりも小さい直径−Ｄ ｒ−の平縁を有する機械加工された頭部（２ｂ）を有して、前記頭部及び前記座 ぐり孔の間に最大限０．５ｍｍに等しい遊隙形成するようになされ、 −その際に前記頭部（２）の前面がその中央部分（２Ｃ）に、組立られる材料の 面から距離Δ１だけ突出する高さを有し、又前記周囲部分（２Ｐ）に、前記組立 られる面から距離Δ２だけ突出する高さを有し、その際０．２ｍｍ≦Δ２≦０． ４ｍｍ及び０．０５ｍｍ≦Δ２−Δ１＜０．２ｍｍの関係を有するようになされ ている、ことを特徴とする請求の範囲第１１項記載の組立方法。 １３．前記材料の孔内に、頭部の前面に環状溝（５）を有し、この環状溝が、そ の内側角部（５ａ）がｄｒが前記ステムの直径としてｄ１＝ｄｒ±０．１５ｄｒ であるような直径ｄ１の円周上に位置するように配置されていることを特徴とす る請求の範囲第１１項又は第１１項の何れか１項に記載の組立方法。 １４．請求の範囲第１１項、第１２項又は第１３項の何れか１項に記載の方法に よって製造される航空学的分野に於ける材料、特に薄板の組立体に於て、圧縮応 力が前記リベットのステム及び頭部の間の接合部（Ｊ）の範囲内で前記頭部の高 さ全体にわたって確実な値を保持するようにして最大値（Ｍ）を許容するように 前記リベット及び材料の間の圧縮応力の配分を行うようになされていることを特 徴とする組立体。