JP4114908B2

JP4114908B2 - ブラインド締結具

Info

Publication number: JP4114908B2
Application number: JP2000588520A
Authority: JP
Inventors: デナム、キース
Original assignee: Avdel UK Ltd
Current assignee: Avdel UK Ltd
Priority date: 1998-12-17
Filing date: 1999-11-22
Publication date: 2008-07-09
Anticipated expiration: 2019-11-22
Also published as: CN1330746A; BR9916287A; US6537005B1; ATE280334T1; DE69921359T2; KR100732306B1; WO2000036309A1; ES2230918T3; EP1141560A1; AU1395200A; AU752826B2; CN1283930C; ZA200103614B; CA2351467A1; GB2344864A; DK1141560T3; MXPA01005668A; DE69921359D1; KR20010101191A; JP2002532661A

Description

【０００１】
【発明の分野】
本発明は、ブラインド締結具（blind fastener）、すなわち、加工物の一方側だけへの接近によって据え付けることができるブラインド締結具に関する。特に、本発明は、ピンと、スリーブと、取付部材とを含む形式のブラインド締結具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
留め合わせようとする２つ以上の部材を有する加工物に締結具を使用する場合、ピンおよびスリーブを加工物の開口に挿通して、それらの遠位端部分を加工物の裏側の遠位面すなわちブラインド面を越えて突出させる。スリーブに関するピンの引張力によってスリーブに軸方向圧縮を作用させると、スリーブの突出端部分が変形して、加工物のブラインド面と接触するブラインドヘッドになる。それから、加工物をブラインドヘッドと取付部材との間で圧縮し、次に取付部材をピンに固定することによって、加工部材が圧縮状態で留め合わされる。この圧縮の発生および保持が、最終的に得られる継手の強度に重要である。
【０００３】
締結具の様々な構成部材間に必要な機械的係合を生じるための他の可能な方法がある。ピンの遠位端部に半径方向突出頭部を設けて、この突出頭部がスリーブの端部と接触することによって、スリーブに圧縮力を加えるようにしたり、ピンの遠位端部をスリーブに螺着してもよい。取付部材は、据え込みによってピンの近接端部分に永久的に固定可能にしてもよいが、螺着によって取り外し可能に固定してもよい。
【０００４】
ブラインドヘッドを形成するためにスリーブに軸方向圧縮力を加えるには、スリーブを軸方向に圧縮するために、このスリーブの近接端部を支持することが必要であることは明らかである。しかし、据え付け段階の後半段階で、加工物が取付部材とブラインドヘッドとの間で圧縮される時、この圧縮力がスリーブによって全く支持されないようにすることが重要であり、そうでなければ、加工物に加えられる圧縮力が減少するであろう。これらの２つの構造要件は、直接的には結びつけられない。同時に、締結具は、できる限り大きいグリップ範囲を有する、すなわち、同一締結具が様々な合計厚さの加工物にうまく使用できることも望ましい。これも、締結具に構造的制約を課す。今まで使用されてきた１つの方法としては、取付部材とスリーブの近接端部との間に剪断部材を設けて、最初はブラインドヘッドを形成するためにスリーブに加えられる十分な軸方向圧縮力に耐えるが、取付部材とスリーブとの間に加えられる荷重が増加した時に破断するようにするものがある。１つのそのような締結具が、欧州特許出願公開第０７０５９８６Ａ号および対応の米国特許第５６０３５９２号に詳細に記載されている。しかし、締結具の構造が複雑であり、多数の部品を製造して組み立てなければならないことが、これらの明細書から明らかである。例えば、スリーブは、２個の部材からなり、個別の取付部材、取付固定部材および剪断部材がある。これらによって、締結具の製造コストは増加する。また、締結具の頭部組立体は、有効グリップ範囲および加工部材間に最初に存在すると思われる隙間の閉鎖の両方に対応するために、深くなければならない。
【０００５】
【発明の概要】
本発明は、簡単かつ小型の構造の締結具を提供できることを目的としている。
【０００６】
本発明は、その１つの態様では、特許請求の範囲の請求項１に記載されているブラインド締結具を提供する。本発明のさらなる特徴は、請求項２乃至請求項６に記載されている。本発明は、請求項７および請求項８に記載されているリベット継手の形成方法を含む。本発明はまた、請求項９に記載されているリベット継手を含む。
【０００７】
次に、添付の図面を参照しながら、例示として本発明の特定の実施形態を説明する。
【０００８】
ピン、スリーブおよび取付部材は、総て、円形の対称性（circular symmetry）を有する。
【０００９】
ピン１１（図１）は、中炭素鋼製であり、細長い円筒形の軸部１２を含み、軸部の一端部に一体状の半径方向拡大頭部１３を備え、この拡大頭部によってピンがスリーブの一端部に係合する。ピンの軸部は、拡大頭部１３付近に平滑部分１４を有し、それに続いて締付溝部分１５が、さらにピンの最も脆弱な部分である破断ネック１６が設けられている。この破断ネックの次に、別の平滑部分１７が設けられ、それに続いて引張り溝部分１８（説明の便宜上、一部破断して示す）が設けられており、これらの溝部分は、締結具用据付け工具のジョーと噛み合う。そのような形のピンは、ピンおよびカラー形式の締結具の構造および実際の場で周知であり、例えば、登録商標「ＡＶＤＥＬＯＫ」を付けて市販されているものがある。
【００１０】
スリーブ２１（図２）は、ほぼ円筒形であって、低炭素鋼製である。それは、ピンの軸部１２に滑りながら嵌合できるような均一直径の貫通内孔２２と、均一外径の円筒形の軸部２３とを有する。スリーブの軸部は、一端部（尾部端部）に平坦な端面２４を、他端部（頭部端部）には一体成形された半径方向拡大頭部２５を有する。スリーブの拡大頭部は、平坦な環状の頭部下側面２７を有するフランジ２６を含む。拡大頭部のフランジ２６には、半径方向突出フランジ形状の脆弱部分２８が一体成形されており、この脆弱部分２８は、半径方向に頭部下側面２７を越えて突出し、また、頭部下側面２７から軸方向に間隔を置いて配置されている。図２に示されているように、拡大頭部のフランジおよび脆弱フランジは、共通の平坦な上面２９を有するが、脆弱フランジ２８は、拡大頭部のフランジ２６より肉薄であり、それによって、それらの下側面の間に上記の軸方向間隔が形成されており、拡大頭部のフランジ２６の下部分の外周面３１が設けられている。
【００１１】
スリーブの軸部は、軟化部分１９を中心にした半径方向拡張可能部分を含み、本例では、図２に示されているように、軟化部分１９は、スリーブ２１の軸部の長さのほぼ半分の位置から、スリーブの拡大頭部２６からスリーブの尾部端部２４に向かう行程の約３／４の位置まで軸方向に延在している。本例では、この軟化部分１９は、バンド焼き鈍し（band annealing）によってスリーブのその他の部分より柔軟になっている。
【００１２】
取付部材（図３）は、低炭素鋼製のカラー３２の形をしている。それは、ピンの軸部１２を締まりばめする貫通内孔３３を有する。ＡＶＤＥＬＯＫ（登録商標）形式の締結具のカラーと同様に、カラーの上部分の周縁部に、傾斜面が設けられており、下端部には、半径方向突出フランジ３５が設けられている。底面３６は平坦であるが、二段窪み部３７が設けられているので、環状になっている。二段窪み部３７は、カラーの軸線を中心にほぼ円形であり、外側窪み部３８と、この外側窪み部３８より小径の内側窪み部３９とを含む。外側窪み部は、スリーブの脆弱フランジ２８を嵌め込むのに適した直径および深さであり、内側窪み部３９を取り囲む環状底面４１を有する。この内側窪み部は、スリーブの拡大頭部の外周面３１を嵌め込むのに適した直径を有し、２つの窪み部の合計軸方向深さは、スリーブの拡大頭部２５の合計軸方向厚さより相当に大きい。
【００１３】
図４に示されているようにして、ピン、スリーブおよびカラーを組み合わせることによって締結具が形成される。スリーブを、スリーブの端面２４がピンの拡大頭部１３の環状面に当接するようにして、ピンの軸部１２に組み付け、次にカラー３２を、環状底面４１がスリーブの頭部の上面２９の、脆弱フランジ２８の半径方向突出環状上面に当接するようにして、ピンの軸部に組み付ける。ピンの平滑部分１７は、カラー３２の上面から突出する。取り扱い処理中に締結具が分解しないように、カラーをピンの軸部に締まりばめすることによって、カラーをその位置でピンに一時的に固定する。
【００１４】
やはり図４に示されているように、締結具は、スリーブ２１がすきまばめされる円筒形の開口４４を貫設した２つの構造金属パネル４２、４３を留め合わせるために使用される。本例では、パネル４２、４３が最初は隙間２０だけ離れており、締結具は、パネルを留め合わせる前にこの隙間を閉じる。パネル４２、４３および隙間２０によって形成される加工物の合計厚さを、スリーブの軸部２３の長さの半分より相当に大きくして、スリーブの拡大頭部の頭部下側面２７が加工物の近接面４５と接触した時、図１に示されているスリーブの軟化部分１９の近接端が加工物の遠位面４６より内側に入るようにする。
【００１５】
次に、スリーブ２１に対して引張りの漸増力をピン１１の突出部分に加えることによって、締結具が据え付けられる。これは、上記ピンおよびカラー形式の締結具の据付けに使用される、ＡＶＤＥＬ（登録商標）型番７２２の名前で市販されているものなどの標準的油圧作動式締結具用据付け工具によって行われる。
【００１６】
据付け工具は、カラー３２を据え込むのに適した形状の内部スロート４８を有する環状のアンビル４７（図５）を含む。据付け工具は、また、ピンの引張り溝部分１８に係合するジョー（図示せず）と、環状のアンビルに対して後退する漸増力をジョーに加える油圧ピストンおよびシリンダ装置（図示せず）とを含む。そのような据付け工具およびその使用方法は、ブラインド締結具を使用する人には周知であり、ここで詳細に説明する必要がない。
【００１７】
据付け工具をピンの突出部分まで嵌め込んで、図５に示されているように、アンビルのスロートの外端部をカラー３２の上部の傾斜面３４の周囲と接触させる。次に、据付け工具を作動させて、工具のジョーがピンの引張り溝部分１８に係合し、アンビル４７に対して引張りの漸増力をそれに加えるようにする。この反力がカラー３２を介して二段窪み部の環状底面４１に伝達され、この環状底面から脆弱部分２８の面を介してスリーブに伝達される。このため、カラーは、脆弱フランジ２８の面とピンの拡大頭部１３と接触している端面２４との間で軸方向に圧縮される。スリーブの軟化部分が外向きに膨らんで変形し、加工物の裏側の遠位面４６と接触したブラインドヘッドを徐々に形成する。ブラインドヘッドが徐々に形成されると、パネル４２、４３を押し合わせる圧縮力が後側のパネル４３の裏側の遠位面４６に加わり、それによって隙間２０が閉じる結果、パネルが最終的に互いに接触し、スリーブの拡大頭部２５とブラインドヘッドとの間で一緒に圧縮される。本例のブラインドヘッドの最終形状は、図５に参照符号４９で示されている。
【００１８】
脆弱フランジ２８は、ブラインドヘッド４９を完全に形成するために必要な力に耐えることができる強度を有するが、カラー３２に加わる力がさらに増加すると、脆弱フランジ２８がスリーブの拡大頭部２５の本体から剪断される。カラー３２は、ピンの軸部に沿って加工物の方へ押し下げられる。脆弱フランジ２８は、カラーの外側窪み部３８ほど厚くないので、図６に示されているように、カラーの底面３６が加工物の近接面４５と接触する。カラーの内側窪み部３９および外側窪み部３８の合計深さがスリーブの拡大頭部２５の厚さより大きいので、スリーブの拡大頭部の上方に隙間５１がある。このため、カラーによってスリーブの拡大頭部に軸方向荷重が加わる可能性は、全くない。従って、据付け工具によって加えられる力が増加し続けると、それが加える圧縮力の総てが、ブラインドヘッド４９およびカラーの底面３６間で加工物に加わるため、パネル４２、４３が互いに密着状に締め付けられる。
【００１９】
据付け工具によって加えられる力がさらに増加すると、アンビル４７がカラーの外側を覆うように押し下げられ、その結果として、アンビルのスロート４８がカラー３２を半径方向内向きにピンのロック溝部分１５内へ据え込む。アンビルは、その下側面がカラーの底部のフランジに接近した時に停止する。この位置が、図７に示されている。
【００２０】
据付け工具によって加えられる力がさらに増加すると、ピンが破断ネック１６の位置で破断して、破断したピンの切れ端はジョーによって引き抜かれ、図８に示されているように、破断面５２が残る。次に、据付け工具を取り外すと、図９に示されているように、据付け済みの締結具が残る。
【００２１】
一定の状況では、カラー３２を据付け工具のアンビル４７によってピンの上に据え込んだ時、カラーの材料がスリーブの拡大頭部２５の方へ押し出されることが分かっている。図１０および図１１に示されている変更形は、そのように押し出される材料を収容するための空間を設けている。（図４に対応した）図１０に示されているように、スリーブの拡大頭部２５の上面２９に浅い円錐形窪み部５３が設けられ、カラーの底部の内側窪み部３９に浅い円錐形窪み部５４が設けられている。このため、（図９に対応した）図１１に示されているように、カラーから押し出された材料５５が収容される。
【００２２】
上述した例示に記載されている締結具は、部品数が少なく、従って製造および組み立てコストが低くなる点で、先行技術の欧州特許公開第０７０５９８６Ａ号に記載されているものより好都合である。さらに、従来型締結具は、最初、それのブラインドヘッドを加工物の裏側の遠位面から間隔を置いた位置に形成して、その後でスリーブを加工物内へ引き込むことによって、ブラインドヘッドを加工物の裏側の遠位面に係合させる。この場合、後退したスリーブの端部を収容するために、取付部材内に十分に長い空間を設ける必要がある。後退長さが増加すると、グリップ長さが減少する。本例の締結具では、ブラインドヘッドが加工物の裏側の遠位面と接触して形成されており、ブラインドヘッドの半径方向長さの増加によってグリップ長さの減少および加工部材間の初期隙間の閉鎖に対応する結果、締結具の全体長さを従来技術に較べて減少させることができる。
【００２３】
本発明は、上述した例示の詳細に制限されない。例えば、据付け工具の後退ジョー形式でピン１１をスリーブ２１内で引張る代わりに、欧州特許公開第０７０５９８６Ａ号に記載されているような回転ナット装置によって引き込むことができる。取付部材３２をピン１１に永久的に固定する必要はなく、例えば、やはり欧州特許公開第０７０５９８６Ａ号に記載されているような別体の回転ナット装置によって、それに取り外し可能に固定することもできる。取付部材自体をピンにねじ付けることによって、別体のナットをなくすこともできる。
【００２４】
脆弱部分が破断する荷重は、最初にスリーブの拡大頭部と一体化していた面積を選択することによって、例えば、脆弱部分２８の厚さを選択するか、脆弱部分２８の上面または下側面にスリーブの拡大頭部２５と同一直径の環状溝を設けることによって、制御することができる。
【００２５】
脆弱部分２８は、スリーブの拡大頭部２５と一体化している必要はなく、やはり欧州特許公開第０７０５９８６Ａ号に記載されているように、別体の環状部材として与えることもできるが、このことは部品数の減少という点であまり好都合ではないであろう。
【００２６】
上述した例示に記載されている締結具の使用に際して、ブラインドヘッドの形成は、ピンへの取付部材及びカラーの据え込みが行われる前に完了していれば、必ずしも脆弱部分の破断が生じる前に完成していなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピンの外側立面図である。
【図２】スリーブの軸方向断面図である。
【図３】取付部材の軸方向断面図である。
【図４】締結具を加工物内に設置する際の連続段階を示しており、加工物、スリーブ、取付部材および据付け工具のアンビルを断面図で、ピンを立面で示す図である。
【図５】締結具を加工物内に設置する際の連続段階を示しており、加工物、スリーブ、取付部材および据付け工具のアンビルを断面図で、ピンを立面で示す図である。
【図６】締結具を加工物内に設置する際の連続段階を示しており、加工物、スリーブ、取付部材および据付け工具のアンビルを断面図で、ピンを立面で示す図である。
【図７】締結具を加工物内に設置する際の連続段階を示しており、加工物、スリーブ、取付部材および据付け工具のアンビルを断面図で、ピンを立面で示す図である。
【図８】締結具を加工物内に設置する際の連続段階を示しており、加工物、スリーブ、取付部材および据付け工具のアンビルを断面図で、ピンを立面で示す図である。
【図９】締結具を加工物内に設置する際の連続段階を示しており、加工物、スリーブ、取付部材および据付け工具のアンビルを断面図で、ピンを立面で示す図である。
【図１０】僅かな変更を示す、図４に対応する図である。
【図１１】僅かな変更を示す、図９に対応する図である。

Claims

ピン（１１）と、スリーブ（２１）と、取付部材（３２）とを含み、加工物の開口に挿通されるブラインド締結具であって、
前記ピン（１１）は、前記スリーブ（２１）の内部に延在して、前記スリーブの第一端部（２４）または第一端部付近で前記スリーブに係合し、
前記スリーブの他端部は、半径方向拡大頭部（２５）を有しており、
前記スリーブは一体部材であり、前記第一端部に近接した側に半径方向拡張可能部分を有し、
前記取付部材（３２）は、前記スリーブの前記頭部（２５）に隣接して、半径方向に前記頭部（２５）を越えて突出しており、前記ピン（１１）は、前記取付部材（３２）を越えて延出しており、
前記スリーブの前記頭部（２５）に、前記取付部材（３２）が当接する脆弱部分（２８）が設けられており、
前記スリーブ（２１）を加工物の開口に挿入し、前記スリーブ（２１）の前記拡張可能部分が該加工物のブラインド面すなわち遠位面を越える位置まで突出し、前記スリーブの前記頭部（２５）が前記加工物の近接面に当接し、また、前記取付部材（３２）が前記スリーブの前記頭部の前記脆弱部分（２８）に当接した状態にある時、前記取付部材（３２）は前記加工物の近接面から間隔を置いた位置にあり、
それにより、前記取付部材（３２）を越えて延出している前記ピン（１１）の部分に漸増引張り力を加え、該引張り力が前記取付部材（３２）によって支持されることによって、前記スリーブ（２１）の、前記頭部と前記ピン（１１）に係合する部分との間に軸方向圧縮力が加わる時、前記脆弱部分（２８）は最初、前記スリーブ（２１）の前記半径方向拡張可能部分を半径方向に拡張させて、前記加工物の遠位面に当接したブラインドヘッドを形成することができる力に耐えるが、その後、前記脆弱部分（２８）が破断し、それによって軸方向圧縮力が前記スリーブ（２１）から除去されて、前記取付部材（３２）が前記ピン（１１）に沿って前記加工物の近接面に当接する位置へ移動し、これによって、前記ブラインドヘッドおよび前記取付部材（３２）間で前記加工物に圧縮力を加えることができ、その後、前記取付部材を前記ピン（１１）に固定することができるようにしたブラインド締結具。
前記取付部材（３２）は、前記脆弱部分（２５）が破断した後に前記スリーブの前記頭部を受け取るための窪み部を有しており、該窪み部の軸方向長さは、前記スリーブの前記頭部の軸方向厚さより大きい請求項１記載のブラインド締結具。
前記脆弱部分（２８）は、前記スリーブの前記頭部（２５）の前記加工物との接触面（２７）から軸方向に間隔を置いた部分によって形成されている請求項１または２記載のブラインド締結具。
前記脆弱部分（２８）は、前記スリーブの前記頭部（２５）の前記加工物との接触部分（２７）より半径方向外側に延出した部分によって形成されている先行する請求項の内のいずれか１項記載のブラインド締結具。
前記脆弱部分（２８）は、前記スリーブの前記頭部（２５）と一体成形されている先行する請求項の内のいずれか１項記載のブラインド締結具。
前記取付部材は、変形して前記ピン（１１）に係合することによって、前記ピンに永久的に固定可能である先行する請求項の内のいずれか１項記載のブラインド締結具。
先行する請求項の内のいずれか１項記載のブラインド締結具によってリベット継手を形成する方法であって、
前記スリーブ（２１）および前記ピン（１１）を前記加工物の開口に挿入して、前記スリーブの前記拡張可能部分が前記加工物のブラインド面すなわち遠位面を越える位置まで突出し、前記スリーブの前記頭部が前記加工物の近接面（４５）に当接するようにし、前記取付部材（３７）が前記スリーブの前記頭部の前記脆弱部分（２８）に当接し、前記取付部材が前記加工物の近接面ず（４５）から間隔を置いた位置に配置されるようにする段階と、
前記取付部材を越えて延出している前記ピンの部分に漸増引張り力を加え、該引張り力が前記取付部材（３２）によって支持されることによって、前記スリーブ（２１）の、前記頭部（２５）と前記ピン（１１）に係合する部分との間に軸方向圧縮力を加えることによって、前記脆弱部分は最初、前記スリーブ（２１）の前記半径方向拡張可能部分を半径方向に拡張させて、前記加工物の遠位面に当接したブラインドヘッドを形成することができる力に耐えるが、その後、前記脆弱部分（２８）が破断し、それによって軸方向圧縮力が前記スリーブ（２１）から除去されて、前記取付部材（３２）が前記ピン（１１）に沿って前記加工物の近接面（４５）に当接する位置へ移動し、これによって、前記ブラインドヘッドおよび前記取付部材間で前記加工物に圧縮力を加えることができるようにする段階と、
その後、前記取付部材を前記ピンに固定する段階とを含む方法。
前記取付部材（３２）を前記ピンに固定する前記段階は、前記取付部材を変形して前記ピンに係合させることによって実施される請求項７記載の方法。
先行する請求項の内のいずれか１項に記載の締結具または方法によって形成されたリベット継手。