JP5154525B2 - ブラインドリベット - Google Patents

Description

本発明は、ブラインドリベットに関するものであり、一層詳しくは、締結後にマンドレル頭部がリベット本体から排出される頭部破断タイプのブラインドリベットに関するものである。

従来のブラインドリベットは、一端に拡径フランジを有する外側筒状シェルすなわち本体と、それに関連するマンドレルとを包含し、マンドレルは、筒状リベット本体を貫いて同軸に延びる円柱軸部を有し、この軸部が、一端に半径方向に拡径した頭部を有し、リベット本体の、拡径フランジとは反対側の端面（後端）と係合するようになっている。ブラインドリベットは、ワークピースに予め形成した穴に挿入され、フランジを穴の縁と係合させ、締結動作において係合状態に保持するようになっている。締結時に、マンドレル軸部を引っ張って、マンドレル頭部をフランジに向かって引っ張ることによってリベットの反対端（ワークピースの内側（作業者に見えない側すなわちブラインド側）に位置する）をフランジに向かって圧縮し、それによって、リベット本体の変形部分とフランジとの間でワークピースを圧縮するように挟持する。特許文献１〜４を参照されたい。

このタイプのブラインドリベットには、主として２つのタイプがある。１つのタイプの軸部破断タイプのブラインドリベットは、マンドレル頭部に依存するものであり、マンドレル頭部をリベット本体の後端に入れ、リベット本体を通して引っ張って内部に封入し、膨張したリベット本体がワークピースのブラインド側と係合したときにマンドレル頭部が抵抗を受け、マンドレル軸部にかかる荷重が大きく増大し、軸部を所定の脆弱領域のところで破断させ、その結果、マンドレル頭部がリベット本体内に保持され、ワークピースのブラインド側にリベット本体の膨張部分すなわち膨出部を形成し、それによって、この膨張領域とフランジの間でワークピースを圧縮するようになっている（特許文献１〜３）。

もう１つのタイプの、頭部破断タイプのブラインドリベットは、締結後には排出されるマンドレル頭部に依存するものである。このタイプのブラインドリベットにおいては、マンドレル頭部は、マンドレル軸部とマンドレル頭部の間に急激な断面の変化を有し、これが肩部を形成する。この肩部は、ブラインドリベットの後端に係合して大きな軸方向の力を加える。それによって、ワークピースのブランド側に向かってリベットの端を圧縮し、変形させて扁平な膨出部を形成し、膨出部とフランジの間でワークピースが再び圧縮される。ここで、軸部の脆弱領域が破断するが、マンドレル頭部がリベット本体内に引き込まれないので、変形したリベット本体と頭部の間の高い反応力により軸部が破断したときにマンドレル頭部はリベット本体から簡単に排出される（特許文献４、５）。

特開平７−１２１１２号公報 特開昭６３−１８０８号公報 実開平３−４８１０６号公報 特開昭５５−５６３７６号公報 特願２００２−１２７１１号（特開２００３−２１４４１４号）

しかしながら、これら両方の従来タイプのブラインドリベットでは、ブラインドリベットの特徴である部分、すなわち拡大した部分が、ワークピースのブラインド側（すなわち作業者に見えない側）に保持されて突起となり、この突起が、ワークピースのブラインド側で作業スペースを制限する可能性がある。これは、特に、コンピュータ産業で使用されるような小型キャビネット（筐体）を製造するのにブラインドリベットを使用する場合に関連があり、締結したブラインドリベットの内部突起が、このようなキャビネット内への構成要素の設置を邪魔する可能性がある。

したがって、上述した問題を軽減する改良ブラインドリベットを提供することが本発明の目的である。

本発明によるブラインドリベットは、軸方向に延びる中空の筒状の本体と、該本体を貫いて同軸に延びる軸部を有するマンドレルとを備え、前記筒状本体の一端は後端として端面が形成され且つ他端には半径方向に拡径したフランジが予め形成されており、前記マンドレルは、前記本体の前記後端に隣接した拡大頭部を有し、前記マンドレルは、前記頭部の最大外径部分と前記軸部との間に延びる一様な円錐形肩部を有し、前記軸部には、前記円錐形肩部に直接隣接して脆弱領域が設けられている、ブラインドリベットであって、前記マンドレル頭部は、前記最大外径部分の外径が前記リベット本体の外径より大きいことを特徴とする。上記の構成によれば、円錐形肩部を筒状本体に形成する円錐形表面によって、マンドレル頭部がリベット本体に引き入れられるときに、リベット本体を圧縮するように作用する軸方向の力成分と、リベット本体の後端面をその軸線の外方へ円錐状に変形させるように作用する軸線に対して傾斜した力成分とを有する力が伝えられる。マンドレル頭部は、前記最大外径部分の外径が前記リベット本体の外径より大きいので、前記脆弱領域において破断したマンドレル頭部は、リベット本体の後端に入り込むことなく、容易にリベット本体から脱落する。

マンドレル頭部の上記外径は、筒状リベット本体の外径よりも４％〜９％大きいのが好ましい。この理由のために、リベットは、ワークピースを貫通して延びる予め形成した穴に挿入することを意図されており、この穴は、この最大頭部直径より大きい直径を持たなければならず、通常は、本体直径より１０％大きな直径を有するように設けられる。しかし、穴直径は、頭部直径に依存して、本体直径よりも９％〜１５％の範囲とすることができる。頭部のこの増大した直径が、締結時に頭部がリベット本体内に引き込まれる可能性を減少させる。

さらに、マンドレル頭部が、通常リベット本体と同軸で、少なくとも１ｍｍの軸方向長さを有する外側円筒状直径を有すると好ましい。この場合でも、締結操作中に円錐形に変形した本体がマンドレル頭部を取り囲む可能性を軽減し、さらに、締結操作中に加えられる大きな荷重の下に頭部がゆがむ（すなわち、「皿形状になる」）のを阻止できる。

また、リベット本体の軸方向長さが、このリベットのグリップ厚さよりも２５％〜５５％大きいのが好ましい。ここで、グリップ厚さとは、ブラインドリベットによって相互に結合される（複数の）ワークピースの総厚さ、すなわち挟持されて把持される全体厚さをいう。この予め定めたリベット本体長さにより、締結後に連結したワークピースのブランド側から過剰に突出する余分なリベット本体材料を生じさせることなく、適切なリベット結合部を形成すると共にワークピースに予め形成した穴に流入するに充分なリベット本体材料を確保できる。

さらに、本発明によれば、ブラインドリベットを使用して少なくとも２つのワークピースを相互に固定する方法が提供される。この方法は、前記少なくとも２つのワークピースの総厚さよりも２５％〜５５％大きい長さを有する本体を有する、既知の外径のブラインドリベットを選択すること、前記既知の外径よりも９％〜１５％大きい直径を有する穴を前記ワークピースに予め形成すること、前記リベット本体を前記穴に挿入すること、円錐形肩部を有するマンドレル頭部を用いて前記リベット本体に軸方向の締結力を加えることとを包含し、前記締結力は、前記リベット本体を前記穴内へ圧縮するように前記軸方向に加えられる第１の軸方向成分と、前記リベット本体を外方へ円錐形に変形させる第２の角度成分とを有する。さらに、穴を形成する段階において、穴のブラインド側（作業者に見えない側）に皿形領域を設け、リベット本体の円錐状変形が穴の皿形領域内へ行われ、ワークピースのブラインド側から実質的に突出させないようにするのが好ましい。

好ましくは、上記の方法は、上述したように、本発明によるブラインドリベットの選択、挿入を包含する。

ワークピースを通して挿入された、本発明によるブラインドリベットの部分横断面図である。 図１のリベットの締結したリベット本体の横断面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施例を、単に例示として、説明する。
図１を参照して、ここには、２つのワークピース１４、１６間に延びる予め形成された穴１２に挿入したが、締結されていないブラインドリベット組立体１０が示してある。リベット組立体１０は、拡径した皿形フランジ２０を有する中空筒状リベット本体１８を包含する。この皿形頭部は、リベット本体の軸線Ａに沿って内方にテーパーが付けてあり、穴１２の予め形成された皿形領域４４内にぴったりと納まる。

リベット本体１８の後端２２（フランジ２０と軸方向に反対側の端）は、リベット軸線Ａに対して直角に延びるほぼ平らな端面を有する。リベット本体長さＬは、２つのワークピース１４、１６の総奥行きＤより２５％〜５５％大きいように予め定めてある。この奥行きＤは、通常、ブラインドリベットのグリップ厚さ（締結後のリベットによって握持される材料の全体厚さ）と呼ばれる。本実施例においては、奥行きＬは、奥行きＤよりほぼ３０％大きい。ブラインドリベット１０では普通のように、さらに、マンドレル３０を備えており、このマンドレルは、リベット本体１８の後端２２と隣接して位置するそのブラインド端のところに拡大頭部３４を有する円柱形のマンドレル軸部３２を包含する。マンドレル軸部３２は、その軸方向長さに沿ってほぼ一様な横断面積となっており、その直径は、筒状リベット本体１８の内径にほぼ等しく、ぴったりと摩擦嵌合するようになっている。

マンドレル頭部３４は、少なくとも１ｍｍの軸方向長さをもって軸線Ａまわりに同軸に延びる円柱壁３６によって定められる最大外径を有する。マンドレル頭部のこの最小軸方向長さは、リベット締結操作中に大きな応力を受けたとき、特に、頭部の周面がリベット本体と係合してその変形（後述する）を行うときに、マンドレル頭部がゆがむ、すなわち、「皿状になる」可能性を低減するに適した強さを頭部に与えるのに必要である。

この壁３６の直径は、リベット本体の最大外径より大きくて、本体直径よりも少なくとも４％大きいが、９％以下である。

外壁３６とマンドレル軸部３２の間を延びる、マンドレル頭部３４の肩部３８は、軸方向に傾斜していて、ほぼ一様な円錐形表面を形成しており、この円錐形表面３８は、軸線Ａに対して、１００度の好ましい傾斜角を有する。この円錐形傾斜角は、許容操作パラメータ内に留まるように９１度〜１００度の範囲内にあってもよい。この角度範囲は、締結時にリベットの必要な変形を行うのに適切であるように決定されている。

マンドレル頭部３４の反対端もまた、軸線Ａまわりに円錐形表面を備え、ブラインドリベット組立体１０のための整列機構として作用する。それによって、傾斜表面３８が本体１８の穴に挿入されているときにブラインドリベット組立体を本体１８の穴と整列させる助けとなる。

マンドレル頭部３４の直径は、リベット本体の外径より少なくとも４％大きくて、締結操作中にこの頭部が本体に引き込まれるのを防ぐようになっていなければならない。これにより、締結後に頭部が排出されることを防ぐことができる。しかしながら、この直径は、リベット本体より９％大きくてはいけない。そうしないと、リベットを通すために大きすぎる穴をワークピースを貫いて形成しなければならず、締結中にこの穴を満たすのが困難になる（おそらくは、リベットが緩い状態で締結されたままになる）か、あるいは、穴直径がフランジの直径に近くなり、締結リベットの破損リスクが増大する。

さらに、マンドレル軸部３２は、円錐形表面３８に直接隣接して予め形成された脆弱領域４２を備えている。ブラインドリベットにとっては通常のことのように、脆弱領域４２は、軸部を四角に加工して軸部まわりに４つの平坦面を設け、頭部３４に直ぐ隣接して、主マンドレル軸部よりも細くなった、それ故、弱くなったほぼ四角形横断面の領域を設けて作った軸部の細くなった部分として形成される。あるいは、脆弱部分４２は、２つまたはそれ以上の直径方向に対向したくぼみで構成してもよいし、または、周方向溝で構成してもよい。ここで重要なのは、このような脆弱部分４２がマンドレル頭部に直ぐ隣接して存在するということである。

マンドレル頭部３４がリベット本体１８より大きい直径を有するので、ワークピースの予め形成された穴１２は、少なくとも最大マンドレル頭部直径のそれに等しい直径であり、通常、基本的には、本体の最大直径より１０％大きいように形成する（頭部の最大直径が本体の最大直径より９％までの大きさに限定されているため）。しかしながら、穴１２は、マンドレル頭部対リベット本体の正確な直径比に依存して、最大本体直径より９％〜１５％大きい直径を有するように形成してもよい。通常、本発明によるリベットを利用するブラインドリベット・システムは、既存の標準サイズのドリルビットで作った標準の穴サイズと互換性を持つ（すなわち、リベット本体直径は穴が１０％大きい直径となるように選ばれる）が、異なったサイズのリベットも製造し得る。しかしながら、このようなリベットと共に使用するのに適した直径の特殊な穴形成ツール（ドリルビット）が必要になる。

さらに、ワークピースの予め形成した穴１２は、リベット本体の皿形フランジ２０に対応する皿形領域４４を有するが、ワークピースのブラインド側領域２１（すなわち、作業者側と反対側すなわち締結ツールと反対の側の、内側）に、穴の周囲まわりに延びる円錐状皿形領域４６を形成する。

ブラインドリベット組立体１０を予め形成した穴１２に挿入すると、普通のブラインドリベット締結ツール（図示せず）を使用して締結することができる。この締結ツールは、ワークピース１６との強力な衝接によってリベット本体フランジ（または頭部）２０を保持するノーズ部分を包含すると共に、図１において矢印Ｆによって示す方向においてマンドレル軸部３２を締め付けて締結力Ｆを加える交換可能なジョー機構を有する。

締結力Ｆの付与によってマンドレル頭部３４を引き、リベット本体１８の後端部分２２の平坦な表面をマンドレル頭部３４と係合させ、マンドレル頭部の円錐形の肩部３８により、軸方向の第１の力成分を有する締結力を加え、この締結力が、リベットフランジ２０に向かってリベット本体１８を圧縮するように作用して、圧縮された（すなわち、長さの縮まった）リベット本体を半径方向に膨張させ、拡大された穴１２を満たす（この半径方向の膨張は、マンドレル軸部が本体１８を貫通した状態に維持されるので、外向きである）。円錐形肩部３８は、また、その円錐形表面に対して直角の第２の力成分を与え、この第２力成分は、リベット本体の後端２２を半径方向外方へ円錐状に変形させるように作用する。その結果、マンドレル頭部３４は、短くなったリベット本体に殆ど入らず、壁３６の軸方向長さ（およびリベット本体の制限長さ）により、マンドレル頭部３４を取り囲むように潜ることができない。むしろ、リベット本体１８の後端２２の若干量の材料が、リベットフランジ２０に向かって軸方向に部分的に変位し、この後端領域におけるリベット本体の残りの材料が、かなり薄くなった円錐形の外壁（図２）を形成し、この外壁が、穴１２の皿形領域４６に変位して、固着したワークピースの外方には突出しないように形成される。したがって、マンドレルの円錐形肩部３８と皿形領域４６の組み合わせは、リベット本体の後端をこのように円錐形に広げるように作用する。

方向Ｆにマンドレルを引き続けて変位させることで、ワークピース１４と係合したマンドレル頭部３４に加えられる抵抗力が増大し、これがマンドレル頭部のさらなる変位を防ぐ。締結力Ｆを引き続き加えると、通常のようにマンドレル軸部３２にかかる応力が増大し、その結果、マンドレル軸部３２が脆弱領域４２のところで破断する。こうして生じたマンドレル頭部３４とリベット本体１８との間の反力が、リベット本体からマンドレル頭部３４を排出させる。

こうして締結したブラインドリベットが、図２に示してあり、ここでは、圧縮軸方向長さＬ２は、グリップ厚さＤ（すなわちワークピースの挟持厚さ）にほぼ等しく、それによって、軸方向に変位したリベット本体材料が、本体１８の拡大した穴に圧潰され、この領域において増大した本体厚さ１８’を有するリベット本体を提供する。この拡大した穴は、予め形成された穴１２の皿形領域４６に形成されたほぼ円錐形のカップ状後端２２’を有する。このようにして、かなり剛性のリベット結合部が形成され、ワークピース１４のブラインド側においては表面からほとんど突出するものがない。

さらに、適切な変形力を加えて上記した方法でリベット本体を圧縮し、円錐状に変形させることができるように、円錐形肩部の角度締結範囲が決定される。この円錐形表面の角度が１１０度より大きい場合、不充分な軸方向力が締結時に付与され、頭部がリベット本体に引き込まれるリスクがある。この角度が９０度未満の場合、リベットの後端の円錐状変形を行う角度力成分がなくなり、リベットが正しく締結されることなく、マンドレル頭部が排出されてしまう惧れがある。

この好ましい実施例においては、フランジ２０は皿形であり、その結果、このフランジ２０が締結後に外側のワークピース１６と面一に保持されるものとして示した。この特徴は、オプションであり、本発明が皿形頭部を使用しない普通のブラインドリベットを利用できることは了解されたい。

上述の所定範囲内で長さＬを与えることの重要性は、リベット本体の適切な変形で締結後に拡大した本体１８の穴を充満し、結合部に加わるいかなる引っ張り荷重にも抵抗するリベットの充分に頑丈な締結端を形成するに充分な材料を提供するが、本体１８の穴の皿形領域４６によって収容され得ず、ワークピースのブラインド側を越えて突出する可能性のある余剰なリベット本体材料を生じさせないことにある。

１０ ブラインドリベット組立体
１２ 予め形成した穴
１４ ワークピース
１６ ワークピース
１８ リベット本体
２０ 拡径した皿形フランジ
２２ 後端
３０ マンドレル
３２ マンドレル軸部
３４ 拡大した頭部
３６ 円筒形の外壁
３８ 肩部
４２ 脆弱領域
４４ 予め形成した皿形領域

Claims (4)

1. 軸方向に延びる中空筒状のリベット本体と、
   該リベット本体を貫いて同軸に延びる軸部を有するマンドレルと、
   を備え、
   前記リベット本体は、一端に半径方向に拡径したフランジが予め形成され、他端に後端面を有し、
   前記マンドレルは、前記リベット本体の前記後端面に隣接した方の端部に拡大された直径のマンドレル頭部を有し、
   前記マンドレルは、前記マンドレル頭部の最大外径部分と前記軸部との間に延びる一様な円錐形肩部を有し、
   前記軸部には、前記円錐形肩部に隣接して脆弱領域が設けられているブラインドリベットであって、
   前記脆弱領域は、前記マンドレル頭部に直ぐ隣接した位置に形成されており、
   前記マンドレル頭部は、前記最大外径部分の外径が前記リベット本体の外径より、該リベット本体の外径の４〜９％大きいことを特徴とするブラインドリベット。
2. 請求項１に記載のブラインドリベットであって、前記マンドレル頭部が、前記最大外径部分において、少なくとも１ｍｍの軸方向長さの円筒壁を有することを特徴とするブラインドリベット。
3. 請求項１又は２に記載のブラインドリベットであって、前記リベット本体の半径方向に拡径したフランジは、円錐状皿形のリベット頭部を構成することを特徴とするブラインドリベット。
4. 一端に円錐状皿形のフランジを有する軸方向に延びる中空筒状のリベット本体と、該リベット本体を貫いて同軸に延びる軸部を有し、前記リベット本体の他端に隣接する該軸部の端部には拡大された直径のマンドレル頭部が形成されたマンドレルとを備えるブラインドリベットを用いて結合されたリベット結合構造であって、
   外表面と内表面を有するワークピースを貫通して形成された穴に、前記外表面と前記内表面の各々において円錐状皿繰り領域が形成され、
   前記ワークピースの前記穴に挿入されて該ワークピースをリベット結合する前記リベット本体の前記フランジが、前記ワークピースの前記外表面に形成された前記穴の前記円錐状皿繰り領域に適合するように予め成形された円錐形状を有し、
   前記リベット本体は、該リベット本体の前記他端において、リベット結合に際して前記マンドレルを前記リベット本体から引き抜くときに、前記マンドレル頭部により該リベット本体の材料を前記内表面に形成された前記穴の前記円錐状皿繰り領域に適合するように塑性変形させることによって横方向に拡径させて、前記ワークピースの前記内表面とほぼ同一面になるように形成した円錐状皿形部分を有する、
   ことを特徴とするリベット結合構造。

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