JPS6043218B2 - 被工作物の接合方法およびツ−リング - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は被工作物の接合方法およびツーリングに係り、
更に詳しくは比較的軟質の被工作物を比較的高強度の材
質よりなるリベットを用いて接合することを可能ならし
めたリベット型ファスナーｊシステムに関する。

従来、アルミニウムの航空機体のリベット締めはアルミ
ニウムあるいはモネルメタルのような比較的低強度の材
質よりなるリベットを用いて通常行なわれている。

やわらかいシートを高強度の材；質よりなるリベットを
用いてリベット締めするとリベットのアップセットヘッ
ド成形によつて穴が過度に拡張せしめられ裂傷せしめら
れる傾向があり、また、それによつて構造物がひどく変
形せしめられることもあるので高強度の材質（例えば２
，８１２．２８ないし７，０３０．７０ｋ９／Ｃ７ｌｆ
のせん断強さを有する材質）は臨界荷重が低く、重せん
断応力の継手をリベット締めする場合には通常は使用さ
れない。従つて、現在では、やわらかい材質のシートを
接合する場合にはリベットの代りにねじ付もしくはタッ
プ付のインタロック型の保持カラーを有する高強度の材
質よりなるピンが使用されている。締りばめはこの種の
継手の疲れ寿命を延長せしめるので、上述の如きピンは
アンダサイズの穴中に締めつけられる。ロスマン米国特
許ＮＯ．３，４２６，６４ｌにおいて開示されている最
近の発明は被工作物に対して悪影響を及ぼすことなく比
較的やわらかいアルミシート中に高強度の中実シャンク
リベットをアップセット成形することを可能ならしめて
いる。

これは特殊な成形カラーを用いて行なわれる。しかし、
このカラーは、ちようどピンとカラーの方式の場合のよ
うに、取付け際別々の取扱いを必要とし、それによつて
取付けのコストと作業の複雑さが実質上増大せしめられ
る欠陥があつた。本発明の第１の目的は、穴が形成され
ている構造物に対して悪影響を及ぼすことなくアップセ
ットヘッドを成形することができ、かつ、そのアップセ
ットヘッドは、プレ成形ヘッドと実質上変わらない程度
に構造用継ぎ手に作用する引張分離荷重に対して抵抗力
を有する、比較的高強度の材質よりなるリベットを提供
することである。

本発明の第２の目的は、アップセットヘッドが内部座屈
したり偏心して成形されるのを防止する手段を提供する
ことである。本発明の第３の目的は、取付けのコストと
作業の複雑さが実質上減少せしめられるように別々の．
取扱いを要するカラーあるいは他の複数の部品を使用す
ことを要しないファスナー方式を提供することである。

本発明の第４の目的は、構造物に必然的に接触する材質
がわずか１種であるファスナー方式を提・供し、それに
よつて継手におけるガルバニツク腐蝕の度合を最小限に
することである。

本発明の要旨とする所を次に述べる。

本発明のリベットファスナー方式は就中アルミニウムの
航空機シートあるいはスチフナの如き構造用部材を接合
することを意図したものである。

本発明のリベットアセンブリはリベットとコアピンより
なる。前記リベットは２，８１２．２８ないし７，０３
０．７０ｋ９ｗ／Ｃｌｔ台、好ましくは約６，３２７．
６３ないし７，０３０．７０ｋｇｗ／Ｃ７ｌｆの単位せ
ん断強度の高強材質よりなる。前記リベットはそのせん
断軸受長の主要部に対しては中実に形成されており、そ
の一端にはプレ成形されたヘッドを備え、その他ｌ端に
は管状のすえ込み可能な部分を備えたシャンクを有する
。前記管状のすえ込み可能な部分は前記シャンクの他端
に形成されている。前記すえ込み可能な部分の長さは所
望のアップセットヘッドを得るようあらかじめ定められ
た長さである。前記中実シャンクの部分は構造用部材の
併用厚さ（グリップ）に開連してあらかじめ定められた
長さに形成されている。前記管状のすえ込み可能な端部
は、リベットによつて接合された構造用部材が継手に作
用する軸方向引張力によつて分離しないように、該構造
用部材を前記他端のプレ成形されたヘッドと共に保持す
るヘッドを形成するようにすえ込まれる。中空の管が端
部に作用せしめられる力によつてすえ込まれアップセッ
トヘッドが形成されるので、穴の拡張し過ぎ、あるいは
ゆがみは何らおこらない。前記コアピンは前記管状のす
え込み可能な部分とシャンク端部とによつて画定された
凹所中にあらかじめ挿入され、前記管状のすえ込み可能
な部分がすえ込まれる間管状のすえ込み可能な部分を半
径方向に支え、管状のすえ込み可能な部分が内部座屈あ
るいは偏心して成形されるのを防止している。

取付け後は中央の適所に残留し、アップセットヘッドを
支え、構造用継手に作用する引張力に抗している。前記
リベットは被工作物と接触する唯一の構成部分であるの
で、一般に使用されているピンおよびカラー方式の２構
成部分と比較して、継手は電気腐蝕を受けにくい。

これはリベットが僅少の材質系よりなり、それ故、継手
において流電気結合は僅かしかないためである。また、
コアピンをリベットシャンクの部分にあらかじめ組み込
むことができるので、取付けのコストと組み立ての複雑
さは本願発明の方式によれば、従来の２ピースファスナ
ー方式に比して実質上減少せしめられる。以下、図面を
参照して本発明の詳細な説明する。第１図は本発明に係
るさら頭型ファスナーをヘッドをすえ込むのに要するツ
ーリングと共に例示したものである。

前記ファスナーはすえ込み成形前の状態において図示さ
れている。前記ファスナーはリベット１とコアピン２と
よりなる。リベット１は中心軸３ａを有し、リベット１
の一方の端部４ａにプレ成形されたヘッド４を備え、リ
ベット１の他方の端部５ａに中空で管状のすえ込み可能
な部分５を備えた中実シャンク３を有する。すえ込み可
能な部分５は所望のアップセットを提供するようにあら
かじめ定められた長さｄの円筒状の内壁５ｂによつて境
界づけられた凹所を囲んでいる。管状のすえ込み可能な
部分５の容積はすえ込み可能な部分の長さと壁の厚さと
半径とによつて決まるものである。円筒外壁面５ｃは中
実シャンクとすえ込み可能な部分の外方の境界を形成し
ている。

コアピン２の直径６はコアピン２を凹所内に配設できる
大きさでなければならない。

好ましくはその直径は管状のすえ込み可能な部分の内径
７に略々等しくなければならず、また、その中にしつか
りと保持した状態ですえ込むことができる程度に充分に
大きくなければならない。しかし、コアピン２を凹所内
に他の方法でしつかりと固着することができるならばコ
アピン２の周囲のクリアランスは許容できる。ブレスば
めは簡単であり、かつ保持の信頼度が高いのでブレスば
めが好ましい。凹所内にコアピン２を保持する方法によ
つて、取付け処理のコストと複雑さを減少させることが
できる。コアピン２は凹所の底部５４と接触させる。リ
ベット１は好ましくは約２，８１２．２８ｋ９ｗ／ｃ！
ｉの単位せん断限界強さ以上の強度を有する材質よりな
るのが良い。

また、その材質は少なくとも１０％の伸びと少なくとも
３０％の面積の減少の延性値を有するものでなければな
らない。このような延性値はすえ込み成形中にアップセ
ットヘッドの割れを排除するために必要である。伸びの
好ましい範囲は１５〜２０％である。そして面積の減少
の好ましい範囲は約４０％から６０％である。リベット
１は構造用パネル９と１０に共通である穴８の中に取付
けられる。

すなわち、心合せされた穴が２枚のパネルに形成されて
いる。前記中実シャンク３の直径１１は取付けを容易に
するために穴の直径よりも幾分小さくしても良い。それ
らの直径間の関係については後で詳細に述べる。コアピ
ン２は単位圧縮耐力強度がリベットを形成している材質
の強度に（幾分少ないのも可として）実質上等しいかあ
るいはそれよりも強い材質によつて構成されてい？。コ
アピン２の厚さｔは、所望のアップセットヘッドを形成
するようにあらかじめ定められた管状のすえ込み可能な
部分の長さｄ以下でなければならない。また、コアピン
２の厚さｔは、内方のツールピースの表面２２がコアピ
ンの表面５２と接触するまで凹所の直径１４内に内側の
ツールピースの直径１２を密接させることによつて内側
のツールピースを受けて同軸的に該ツールピースを配置
させる部分ｈ１を提供する厚さでなければならない。図
示の前記ツーリングは本発明の一方法に係るファスナー
に対してすえ込み成形に要する荷重を提供するものであ
り、ここにおいて管状のすえ込み可能な端部が先ず成形
され、次いで、少なくともすえ込み成形の終端部で圧縮
力がコアピン２を通して中実シャンク３に作用せしめら
れ、アップセットヘッド成形を終えるまで中実シャンク
が膨張せしめられる。

後て開示するようにこの装置はなんらの圧縮力もコアピ
ンに作用しない他の組み立て技術にも適用できる。外側
のツールピース１５は内側のツールピース１３の外側に
はめ込まれており、管状のすえ込みノ可能な部分５をす
え込むために一方向に前方にスライドできるようになつ
ている。

外側のツールピース１５がスライドして環状のすえ込み
可能な部分がすえ込まれ環状に潰れた形状のアップセッ
トヘッドが形成される。この環状のすえ込み可能な７部
分を潰す過程で、中空の環状のすえ込み可能な端部はた
る状に外方に太くなり、そして折れ重なリアップセツト
ヘッドが形成される。これは第１１図に最も良く図示さ
れている。これは型鉄により成形ヘッドではなく、外径
ｘを有する潰された環状形状の構造になつている。内側
のツールピース１３は弾性体もしくはスプリング１７に
よつて肩１６に支えられ、その最初の位置に保持されて
いる。

距離Ｎは寸法ｈ１に相対してあらかじめ定められている
。第２図に例示の如く、力Ｆ１はすえ込み可能なヘッド
端部とプレ成形されたヘッド端部に対してそれぞれツー
リング１８および１９によつて作用せしめられる。

プレ成形されたヘッドは好ましくはリベット軸の中心に
荷重を集中させるクラウン形のものが良い。このような
りラウン形は第８図示の突出されたヘッドにも適珀する
ことができる。弾性体１７を圧縮させてツーリング１８
を内側のツールピース１３の方へ前進させると同時にツ
ールピース１５を押進めることによつて環状のすえ込み
可能な端部５をすえ込みアップセットヘッド２０を形成
する。Ｈ２がＯになるとき、すなわち、ツールピース１
３の表面２３とツーリング１８の表面２４とが一致する
と、外側のツールピース１５の表面２１と内側のツール
ピース１３の表面２２とが、アップセット表面２５とコ
アピン表面５２の双方に対して同時に荷重をかけるよう
になる。すなわち、ヘッド成形操作工程の最終部分にお
いて、前記ツーリング１８，１９は中実シャンクを膨張
させる役目をするコアピンを通して中実シャンクに端部
荷重をかける。これは本願発明における随意の技術でシ
ャンク膨張操作はツーリングの適宜の修正もしくは調整
によつて削除することができる。コアピン２は高強度の
材質よりなるので、中実シャンク３を膨張させるための
コアピン２に負荷される荷重はコアピン２自体の過度の
寸法拡張を生ぜしめることなく、コアピン２を通して中
実シャンク３に直接つたえられる。

ツーリング１８に対して作用せしめられる力Ｆ１が増大
し続けるとリベット１のシャンク３が穴８を満たし、穴
８を拡張するように通常約０．００５０８から０．０２
５４ｃｍの概略の範囲の所望の締りばめが得られるまで
リベット１のシャンク３の直径が増大せしめられる。こ
こで締りばめとはすえ込み後の緩状態にあるリベット１
のシャンク３の直径１１と、リベットが穴の中に挿入さ
れる以前に存在した穴の直径８との間の干渉として定義
されるものである。第１図示の実施態様において、コア
ピン２はその軸方向に相対する両面に等しいすみ径２６
および２８を有しており、その径は凹所のすみ径２７と
実質上等しく、コアピンを凹所内に可逆的に装着し得る
ようになつている。

これはまた、アップセットヘッドの材質５３のフローが
すみ径２８を囲み込み、それによつてコアピンとアップ
セットヘッドとをインタロックすることを可能ならしめ
ている。コアピンの両端部の構造の同一性は必要ではな
い。

第９および１０図の実施態様から明らかな如く、テーパ
がコアピンの一端部のみに設けられても良い。そしてこ
のようなコアピンはその両端部が同一でないから、可逆
的ではない。コアピン２はヘッドのすえ込み成形中、管
状の”すえ込み可能な端部を横方向に補強しており、ヘ
ッドの座屈および偏心を防止している。

コアピンはまた、組み立てが完了した後、力Ｐによつて
アップセットヘッドを補強している。それらの力Ｐは回
転を防止し、そして引張分離力Ｆ２を受けてＳ方向にア
ップセットヘッドを生むことを防止している。かように
して支持されたアップセットヘッドはプレ成形されたヘ
ッドと実質上同程度に強く形成されている。また、コア
ピンはソリッドシャンクを膨張させるすえ込み荷重をソ
リツドシヤ″ンクに直接的に伝え、シャンクの直径を膨
張させその交果、構造用継手の疲労寿命を実質上延長さ
せる締りばめ取付けにする働らきをする。この膨張の特
色を利用することは随意である。リベットは該膨張がな
い場合でも実質的に有用である。コアピンは所定の長さ
のファスナーをパネルの厚さの変動の実質的な範囲Ｒ（
グリップレンジ）に対して使用することを可能ならしめ
る、重要な付加的機能を果している。グリップレンジは
第３図示の如く、最大グリップｇ１と最小グリップＧ２
との間の厚さの差として定義されるものである。通常商
取引上許容し得る、ファスナーが役目を果さなければな
らないグリップレンジＲは０．０７９３ｆ３ｃｍである
。

０．６あｄの直径のファスナーの場合、グリップレンジ
の範囲はそのシャンクの直径の８分の１でなければなら
ない。

このグリップレンジＲは第３図に略々相対的な寸法で示
されており、最大グリップｇ１と最小グリップ臣との差
がグリップレンジＲであり、Ｌはファスナーの長さを表
わしている。本発明においては、小さなサイズ（シャン
クの直径にして約３２分の５およびそれ以下）の場合を
除けば、達し得るグリップレンジは少なくとも０．１５
８乃ｄであり、公式に許容されるとみなされる値の約２
倍である。前記小さなサイズの場合には、グリップレン
ジは少なくとも０．０７９３Ｂａｎである。シートの厚
さは製造の許容誤差内で変化するものであるので、所定
長さのファスナーは増分すなわちグリップ変化の実質的
範囲の用途に対して満足に適用し得なければならない。
また、テーパ付シートが時々使用されるがその場合該シ
ートはリベットパターンの長さ方向に沿つてグリップを
当然異ならせている。そして、実際上工作物の厚さのど
の微少な変化にも適応させるように異なつたファスナー
長さを用いることができないことは明白である。凹所の
底部５４は最大グリップ状態のパネル後面３１よりも距
離Ｒだけ下であり、かつ、最小グリップ状態の表面３２
よりも上に位置せしめられている。換言すればグリップ
変化がなく適正に取付ける場合においては、底部５４は
工作物の後面あるいはそれ以下に位置せしめられ、決し
てそれ以上の所に位置せしめられることはないであろう
。アップセットヘッドをクラックさせることなく表面３
２上に底をつけさせるために、管状のすえ込み可能な材
質のみが表面３２上に突出し、中実シャンクの材質は突
出しないことが必要である。グリップレンジの範囲内の
種々のグリップにおいて同一のリベットが形成される場
合において、アップセットヘッドの形状は許される限界
内で幾分変化するであろう。

何故ならば、所定体積を有し、すえ込み前の長さＨ３を
有する管状のすえ込み可能な部分が表面３２上に突出す
るのてあるが、それが個々のグリップによつて変化する
からである。しかし、有用なアップセットヘッドは設定
されたグリップレンジの範囲内のどのグリップにおいて
も得ることができる。受容し得るヘッドとしての第１の
基準は比合（第１１図を参照のこと）すなわち、成形さ
れたアップセットヘッドの外径と中実シャンクの外径と
の比は少なくとも約１．３程度に大きくなければならな
いことである。コアピンは中空端部リベットを広範囲の
グリップ変化に関わりなく適用し得るようにし、それと
共にシャンクを膨張させる機能を提供する重要な構成部
分である。前述の如きコアピンの機能は本発明の重要な
特色を構成しており、本発明を従来のシングルピース中
空端部リベットと識別するのにかくべからざる部分であ
る。

これは従来のリベットについて論じられている以下の記
述の図面から明らかになるであろう。第４図は従来のヘ
ッドすえ込み用ツーリング３４および３５と共に図示し
た従来の中空端部リベット２３を表わしたもので、中心
線を境として上はすえ込み前を、下はすえ込み後を表わ
している。

ｄは必要なアツプャツトヘツドの体積を得るための凹所
の深さを表わしている。コアピンの支持体がなければ、
中空端部５″の座屈あるいは偏心成形が点線で示すよう
に容易におきてしまう。中心線より下に図示したように
、仮りにヘッド３６が満足にすえ込まれたにしても、そ
れは内から支持されておらず、軸方向の力Ｆ２を受けて
内側に座屈し、Ｓの方向に容易にまがつてしまう。また
、力Ｆ１はシャンクを膨張させるようには伝えられない
。第５図は従来の中空端部リベット３３を表わしたもの
で、中心線を境として上はすえ込み前を、下はすえ込み
後を表わしている。

厚さゐはすえ込み後ツールの表面３７がリベットの表面
３８と接触し、リベットシャンクを膨張させ得るように
選定されたものである。凹所の表面３９はアップセット
ヘッド４０の厚さに等しい量民だけ表面３１よりも上に
ある。中空部分が中実シャンクの延長部分、距離頃以上
にわたつて押圧されると、点線４１で図示したようにア
ップセットヘッドの割れが容易に生じてしまう。また、
すえ込み中、中空シャンク端部の座屈を防止する内部の
支持体はなａい。第６図は従来の中空端部リベット３３
を表わしたもので、中心線を境として上はすえ込み前を
、下はすえ込み後を表わしている。

修正されたアツプセツトヘツドツーリング４２は長さ民
のノーズ門部分４３を有し、それはヘッドをすえ込んだ
後、表面４４に接触し、シャンクを膨張させる働らきを
する。すえ込み中、中空端部のほんの部分的な支持がな
されるがここにおいてもまた、アップセットヘッドは内
的に支持されておらず、Ｓの方向）から軸方向の張力Ｆ
２を受けて容易にまがつてしまう。第７図は本発明の他
の態様を例示したもので、中心線を境として上はすえ込
み前を、下はすえ込み後を表わしている。

コアピン４５の環状のみぞ４６はすえ込まれた中空端部
の表面４７をインタロックする手段を提供している。中
空端部の材質はみぞ内に入り込み、ロックを形成する。
第８図はすえ込み前の状態の突出ヘッド４９を有する、
本発明のファスナーの突出型リベットヘッド４８を例示
したものである，この型のものは第１図示のさらに頭型
ファスナーと同様に働らく。

第９〜１１図は違うコアピン６０と共に用いられた第１
図示のリベット１を表わしている。

このコアピンはその長さの部分に対しては円筒状の外表
面６１を有し、残りの部分に対してはテーパ部分６２を
有する。このテーパ部分は底部５４から離れて対向して
いる。円状の接触面６３にて終つている。円筒表面６１
は、その中に保持されるように凹所の内側にぴつたりと
はめ込まれる。接触面６４がコアピンの他端に形成され
ており、凹所の底部５４に接するように意図されている
。第９図および１１図示の種々の寸法表示に関しては後
述する。寸法線６５は底部５４の軸方向の位置を示して
いる。

寸法線６６および６７はそれぞれ最小および最大のグリ
ップ状態の各工作物の露出面、すなわち裏面６８（第１
１図参照）の位置を示している。他の寸法表示は図面か
ら明らかであろう。第１０および第１１図は工作物（対
象物）９および１０にコアピン６０でもつて取付けたリ
ベット１を表わしている。工作物９および１０の一部分
が第１１図に図示されているが、これからこのアセンブ
リが第３図示のように意図されたものであることが理解
されるであろう。第１１図のアップセットヘッド６９は
本発明に関して、アップセットヘッドが形成される状態
をより完全に示したものである。それはたる状折れの結
果図示の如き折れ重なり７０を生ぜしめ、外径Ｚのボタ
ン状ヘッドを提供することを表わしている。しかし、使
用される大きさによつては、すえ込みヘッド（すなわち
、たる状折れはなく圧縮によつて再成形された材質より
なる折れ曲げられていないヘッド）が、管状部分の長さ
、壁の厚さおよび直径によつて、第３図のとより厳密に
一致して成形されることが可能である。より短かく、そ
してより厚い壁の管状端部である程すえ込まれた端部を
形成しやすい。第１１図示のヘッドは必要な限定ではな
いけれども、それが本発明のすべての実施態様において
達成されるものであることを提起しておく。

ヘッドの外面７１がツールピース１５の成形面２１の表
面をなぞるようにアップセットヘッド６９において、メ
タルの再形成の如き、ある程度のすえ込みがあることが
観察されるであろう。アップセットヘッドの端部はコア
ピンのテーパ部分をだき込み、ヘッドが成形された後、
コアピンが脱落する・のを防止している。また、この保
持は今まで論じられてきた如き、相互補強を提供してい
る。後で論じられる理由から、内方のツールピース１３
は実質的なシャンクの膨張が望まれないときコアピンを
通して力が伝わるのを禁じている。また、実際上のコア
ピンとの接触は必要ではない。他の取付けのモードにお
いてはツールピース１３は少なくともシャンクを膨張さ
せるために、アップセットヘッドの形成工程の最終部分
においてコアピンと接触し、該コアピンを通して力を及
ぼすように゛長軸７３に沿つて軸方向に延長されていて
も良い。この場合は主として動きばめ取付けに対して使
用されている。内方のツールピース１３のテーパ９０（
第１１図示）は円筒部分９１と連接しているのが好まし
い。仮に何らの実質的なシャンクをすえ込む力がピース
１３によつて及ぼされるべきではない場合においても円
筒部分９１はリベットの軸に関連してツールを位置せし
めるようにリベットのすえ込み可能な部分の端部に配置
されている。テーパはコアピンに対して軸方向の力を加
えることなしにリベットが取付けられるときリベットの
端部との干渉を避けている。第１２図および１３図は他
の型のコアピンを表わしている。

第１２図には円筒外面７６、テーパ外面７７および第２
のより小径の円筒外面７８を有するコアピン７５が図示
されている。表面７６および７７の機能は第１１図示の
表面６１および６２の機能と同一である。附加的円筒面
７８はヘッドが成形されている間、管状のすえ込み可能
な部分の末端部が内方に動くとき末端部に対して附加的
なガイドを提供する働らきをする。テーパ部分７７は管
状のすえ込み可能な部分がつぶれるとき、もし支持され
ていないとした場合とるであろう通路に略々近接した部
分を示している。第１２図示のコアピンの大きさはその
端部の大きさによつて選択されている。図示の如く小さ
な円錐状の突部７９がコアピン７５の一端部に形成され
ている。

本発明の二三の実施態様において、リベットがリバース
エクストルージヨンあるいはヒツテイング技術によつて
形成される場合、凹所を作るために使用されるパンチは
小さな抜きこう配を有する場合がしばしばある。コアピ
ンが底部５４と全面にわたつて接触する必要はない。

しかし、もしも望むならばコアピン端部に底部の形状と
実質上同一な突部を設けても良い。第１３図はテーパ表
面８３を介して配置された１対の円筒表面８１および８
２を有する他の形状のコアピン８０をあられしている。

この構造と第１２図示の構造との差は単に２つの円筒表
面の軸方向長さの間の違いでしかない。しかしこれは、
もしもコアピンをリベット内によりかたく保持したいと
望まれる場合には、小さい円筒表面８２をだき込むよう
にテーパ付すえ込み可能な部分８４を成形することによ
つて行なうことができる。その結果形成さたジヨグル８
５がコアピンを保持する。上記リベット方式の基準と用
途を考えるにあたり、次の４つの基本モードにつき考え
て見よう。

１シャンクの実質上の膨張なし。

初期のブレスばめ。２シャンクの実質上の膨張なし。

初期の正味のはめ合い、またはクリアランスはめ合い。
３シャンクの実質上の膨張。

初期のブレスば−め。４シャンクの実質上の膨張。

初期の正味のはめ合い、またはクリアランスはめ合い。
モード１および２においては締めしろを生み出すかある
いはすてに存在する締めしろを増大する一のに資するシ
ャンクの実質上の膨張は何らない。

このような構造は第１１図示のツーリングを用いて完成
されるものであり、その場合、外側のツールピース１５
のみがアップセットヘッドを形成するようにリベットに
作用を及ぼし、コアピンに対・しては中実シャンクの実
質上の膨張を生ぜしめる程充分な軸方向力は内側のツー
ルピースによつて何ら及ぼされない。勿論、直接的にコ
アピンに力は加えられないけれども、少なくとも幾らか
の力はシャンクへ伝えられるので例えツールによつてコ
アピンに直接的に及ぼされる縦方向圧縮力は何らないと
しても、力がヘッドをすえ込むために及ぼされる結果幾
らかのシャンクの膨張がおこるであろう。しかし、ヘッ
ドをすえ込むために使用される力によつて生ぜしめられ
る如きシャンクの膨張はさほど重要ではなく、ツーリン
グによつてコアピンに直接的に実質的なりを加えること
によつて生ぜしめられるシャンクの膨張に比して比較に
ノならない位小さい。モード３および４においては、中
実シャンクの実質上の膨張がある。

モード３においては、すえ込みリベットのシャンクと該
シャンクが取付けられねばならない穴の内壁面との間に
初期のブレス・ばめ（すなわち締めばめ）が既に形成さ
れている。モード４においては初期の正味のはめ合いも
しくはクリアランスはめ合いで始まつて、コアピンに及
ぼされる力によつて決まる量の干渉がおこる。シャンク
の膨張量は中実シャンクに加えられ”る力のレベルに殆
んどよることを観察して見よう。アップセットヘッドは
力がコアピンに及ぼされるときに実質上充分に形成され
る。膨張力はアップセットヘッドの形成の少なくとも終
末部分のときと同時にコアピンに及ぼされ、その結果、
シャンクが拡大せしめられ、幾分短かくせしめられるの
で外側のツールピースはそれに伴ない、堅密に締め付け
られた継手を生むようにアップセットヘッドを形成しつ
づける。第１表に記載された実施例において、リベット
とコアピンの大きさは根本的にモード１に関連している
。

構造をアップセットヘッドの形成に加えてシャンクの実
質上の膨張が望まれる使用法に適合させるために必要と
される如き小さな寸法修正をすることは当業者なら何ら
困難なく行なうことができる。上記４つのモードは重要
な便宜を提供する。モード１は自動ツーリングを用いて
容易に使用することができ、適当な大きさの穴を迅速に
ブレスばめすることができ、そしてシャンクの実質上の
膨張なしに適度の力でアップセットヘッドを形成するこ
とができる利点を有する。モード２は同様に役立つ。

リベットを穴の中に挿入するのが極めて容易であるので
、手動操作に対しては多分取扱いやすいであろう。しか
し、このモードは穴中のシャンクの最終の正味のはめ合
い、あるいはクリアランスはめ合いが許容し得る構造に
おいてのみ有用なるものである。このような取付けは沢
山ある。そしてこの実施態様におけるアップセットヘッ
ドの強度を考慮すれば、このモード実質的な応用は予想
され得る。モード４はリベットを被工作物の穴の中に容
易に挿入することができる正味のはめ合い、あるいはク
リアランスはめ合いで始めて、その後、シャンクの実質
上の膨張がおこり、その結果締めばめ継手となる。

モード１に対して必要とされる形成力は強いアップセッ
トヘッドを有する従来のアップセットリベットに対して
必要とされる形成力よりもかなり軽い。

例えば、モード１でもつてシャンクの直径に対するアッ
プセットヘッドの直径の比Ｚ／Ｄ＝１．３のアップセッ
トヘッドを形成するために、直径０．３９６８８ｃｆｎ
のチタン製リベットを組み付けるのに必要とされる圧縮
力は約２，７２１，５５ｋｇであることが見い出されて
いる。０．４７６２５，０．６３５，０．７９３７５お
よび０．９５２５ｃ７ｒ１のリベットに対する力はそれ
ぞれ３，６２８．７４，６，８０３．８９，９，９７９
．０３および１３，１５４．２ｋ９でなる。

前記のモードとそれらの使用法の分析はリベットの材質
の単位せん断強度が被工作物の材質の単位せん断強度よ
りも大きいことが有利である継手の場合においてこのリ
ベットを有効に使用することができることを示している
。

よつて、このリベットの材質は高強度よりなると言われ
ている。実際上、特に気圏装置においてはリベットの材
質の強度は約２，８１２．２８ｋｇ／ｄ以上の単位せん
断強度でなければならない。しかし、大半の装置におい
ては６，３２７．６３ないし７，０３０．７０ｋ９／Ｃ
ｌｔ台である。これらの強度は例えばアルミニウム構造
物において見いだされる強度以上である。適当な高強度
材質の例は次の通りである。 一．へ但し ・ベータＣは４％ＭＯ，８％■，６％Ｃｒ，３％ＡＩ，
４％Ｚｒｌ残りはＴｉの合金・ベータ■は１１．５％Ｍ
Ｏ，４．５％Ｓｎ，６％Ｚｒ残り はＴｉの合金・Ａ−
２８６は０．０８％Ｃ，ｌ．３５％Ｍｇ，Ｏ．５％Ｓｊ
，ｌ５％Ｃｒ，２６％Ｎｉ，ｌ．２５％ＭＯ，２．Ｏ％
Ｔｉ，Ｏ．２５％Ａｌ，Ｏ．３％Ｖ，残りはＦｅの合金
である。

勿論、他の材質がその代りに使用されても良く、上記は
単なる実施例であり、それに限定されるものではない。

コアピンはチタン合金よりなるリベットと共に使用でき
る適当な強度レベルに処理されたチタン合金６ＡＬ−４
Ｖよりなるのが良い。また、コアピンはスチール合金よ
りなるリベットと共に使用できる適当な強度レベルに処
理されたスチール合金Ａ−２８６よりなるのが良い。リ
ベットの材質に関連してコアピンの材質を選択する基準
はコアピンの材質は少なくとも実質上リベットの材質の
強度と同程度である圧縮耐力強度を有しなければならな
いことである。

第１表の寸法は第９図示のリベットに対して与えられて
いる。

このようなリベットの構成材質として示唆される材質は
リベットに対しては、約６，３２７．６３ｋｇｗ／Ｃｌ
ｔの単位せん断強度のチタン合金８−８−２−３を、コ
アピンに対しては、より高強度レベルに処理された多分
約７，０３０．７０ｋ９ｗ／Ｃｌｔの同じチタン合金で
ある。

第１表における寸法はαて表わされている。

ダ゜ツシユラインは０．０７９３８礪の倍数として表わ
される呼びリベットシャンク直径である。基準として種
々の比を用いる場合、次の範囲にわたつて適合すること
ができ、第１表にはその最適値が表わされている：Ｅ／
Ｄは約１．５以下であり、好ましくは約１．０ないし約
１．２Ｅ／Ｃは約１．７ないし約１．８ Ｃ／Ｄは約０．６ないし約０．７ Ｆ／Ｅは約０．４ないし約０．６ ７Ｆ／Ｄは約０．４５ないし約０．５５ 底部５４は通常アップセットヘッドが支えている被工作
物の表面から０．１９部ｄ以上下にあつてはならない。

ダツシユＮＯ．は工作物の寸法に応じた呼び名で、１１
３２インチ（０．０７９３８ｃ！ｎ）ずつ径が増大する
ことを示す。Ｃはリベット末端の孔の内径、Ｄはリベッ
トの外径を示す。コアピンはリベットアセンブリが取付
け前に取扱われるとき脱落しないように凹所内に正味は
め合いあるいは軽く締めばめされている。第１表および
第９図において、寸法Ｘは最大グリップラインからの距
離（すなわち被工作物の表面と凹所の底部間）であり、
寸法Ｙは最小グリップラインからの距離である。Ｅ／Ｄ
．．Ｅ／ＣおよびＣ／Ｄの比はリベットの機能に対して
重要である。

上記の如き比率にて作られていない本発明のリベットは
最適に機能せず、また度々全く機能しない。これらの比
率は使用されるリベットの材質如何によらない。これら
の比率はフルグリップレンジに対して許容し得るアップ
セットヘッドを形成するのに充分な体積の材質を提供す
ることに根本的に関連している。加えて、Ｅ／Ｄは約１
．５以下でなければならない。この寸法は適切なリベッ
トを得るのに非常に重要である。確立されている航空機
設計基準によれば、Ｚ／Ｄは少なくとも約１．３でなけ
ればならない。

少なくともこの比率を提供しないアップセットヘッドは
一般に航空機工業において許容されない。リベットの通
常のそして確立されているグリップは約０．５ＤからΦ
である。コアピンの軸長を決める基準はその実質部分が
アップセットヘッドの内径を支えそしてそれによつてア
ップセットヘッドの回転を防止する程充分にコアピンが
長くなければならないことである。

すなわち、それは軸方向の分離力に対する制止を減少す
るであろう内側への折れを防止している。コアピンの接
触面が最初凹所の底部と全面接触していることは最上の
プラクチスであるがこれは必らずしも必要な限定ではな
い。コアピンは実質上少なくともリベット材質と同程度
はそれ以上に強い材質よりなるので、コアピンをそれと
マッチしない底部表面に押圧するとき、最小接触面積に
対して加えられる圧力はリベット材質のひずみを生ぜし
め、そしてその結果、より大きな接触がリベットとコア
ピン間に発達することが見いだされるであろう。

そして最後には２表面は全面接触する。それ故コアピン
上に第１２図示の如き突起を有することも可能である。
シャンクが拡大されねばならないとき、技術はアップセ
ットヘッドの主要部をセットし、それと同時にコアピン
へ圧力を加え中実シャンクを膨張せしめることを終える
ことである。形成される干渉の量は単に加えられる端部
負荷の関数である。これは第１図ないし第３図に図示さ
れている技術である。相当量のシャンク膨張が必要とさ
れないならば、第１１図示の技術が使用され、その場合
内側のツールはコアピンと接触しないように引き上げら
れ、外側のツールのみがリベットをセットするために加
えられる。しかし、管状の端部に相対的に外側のツール
部分の中心位置決めをする手段として内側のツール部分
を使用するとしばしば便利である。この場合ツールは内
側ツールが最初管状端部の最外側の部分によつてつつま
れているように修正されているが、しかし、しれは正し
いアップセット端部の形成を阻害しないようにつり合い
がとられて形成されている。図示した例はシャンクがせ
ん断軸受関係にある長さの主要部分に対しては中実に形
成されていることを示している。

これは突出ヘッドリベットを図示した第８図に最も明ら
かにされているが、しかしこのことはせん断荷重がヘッ
ドによつて実際上受けられるさら穴あるいはさら頭型リ
ベットにおいてもまた言えることである。以上、説明し
た如く、本発明龜よればリベットを高強度の材質より構
成することができ、高強度材質よりなるリベットを被工
作物を損傷することなしに比較的低強度の材質中に組み
付けることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はすえ込み成形前の状態にて図示したさら頭型フ
ァスナーをすえ込むためのツールを備えた本発明のさら
頭型ファスナー系の軸方向断面図。 第２図はすえ込み成形後の第１図示のファスナー系とツ
ールの断面図。第３図は厚さの異なるパネルの場合のす
え込み成形前後の第１図示のファスナーの断面図、第４
図はすえ込み成形の前後の従来の中空端リベットとその
すえ込み用ツールの断面図、第５図は中空端リベットと
そのすえ込み用ツールとを表わす他の断面図、第６図は
改良された従来のすえ込みツールを備えた中空端リベッ
トのすえ込み成形前後の断面図、第７図はすえ込み成形
前後にて表わ一した本発明のファスナー系を表わす他の
断面図、第８図は本発明に係る突出頭型ファスナー系の
断面図、第９図および第１０図はそれぞれ寸法表示して
図示した本発明の好ましい実施態様の軸方向断面図と右
端面図。第１１図はリベットを組み付けるツールを一諸
に備えた第９図示リベットの横方向断面図、第１２図示
は代りのコアピン構成の側面図、第１３図は他のコアピ
ンの実施態様を示す一部分軸方向断面図である。１・・
・・・・リベット、２・・・・・・コアピン、３ａ・・
・・・・中心軸、４・・・・・・ヘッド、５・・・・・
・管状のすえ込み可能な部分、３・・・・・・中実シャ
ンク、１０・・・・・内側のツールピース、１５・・・
・・・外側ツールピース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 接合せんとする両被工作物にリベット穴を開口し、
   両被工作物をそれぞれのリベット穴を一致させて重ね合
   わせ、ヘッドと中心軸と中実シャンクと該ヘッドと反対
   側の端部に形成された管状のすえ込み可能な部分とより
   なるリベットと、前擬管状のすえ込み可能な部分によつ
   て画定された凹所内に配置されたコアピンとよりなるツ
   ーピースリベツトアセンブリを前記リベット穴中に挿入
   し、前記管状のすえ込み可能な部分に軸方向の力を加え
   てすえ込みアップセットヘッドを形成せしめることを特
   徴とする被工作物の接合方法。 ２ 接合せんとする両被工作物にリベット穴を開口し、
   両被工作物をそれぞれのリベット穴を一致させて重ね合
   わせ、ヘッドと中心軸と中実シャンクと該ヘッドと反対
   側の端部に形成された管状のすえ込み可能な部分とより
   なるリベットと前記管状のすえ込み可能な部分によつて
   画定された凹所内に配置されたコアピンとよりなるツー
   ピースリベツトアセンブリを前記リベット穴中に挿入し
   、前記管状のすえ込み可能な部分に軸方向の力を加えて
   すえ込みアップセットヘッドを形成せしめると同時に少
   なくともすえ込み工程の最終部分においてコアピンに軸
   方向の力を加えて中実シャンクを膨張せしめることを特
   徴とする被工作物の接合方法。 ３ ヘッドと中心軸と中実シャンクと該ヘッドと反対側
   の端部に形成された管状のすえ込み可能な部分とよりな
   るリベットと、前記管状のすえ込み可能な部分によつて
   画定された凹所内に配置されたコアピンとよりなるツー
   ピースリベツトアセンブリの前記管状のすえ込み可能な
   部分をすえ込む取付け具であつて、前記すえ込み可能な
   部分に前方内方に圧縮力を及ぼす環状テーパ付面を有す
   る外側ツールピースと、前記ツールの中空部は嵌合し、
   かつ、前記すえ込み可能な部分の内側に嵌合し、前記ツ
   ールをリベットの中心に位置せしめている内側ツールピ
   ースと、ヘッド端部と外側ツールピースの端部に対し力
   を作用させる手段とよりなるツーリング。