リベット

ソリッドリベットは、ハンマーやリベットガンで変形させる軸と頭部のみで構成されています。リベット圧縮工具や圧着工具でも、このタイプのリベットを変形させることができます。この工具は、フレームの深さに制限があるため、主に締結する材料の端に近いリベットに使用されます。リベット圧縮工具は2人必要なく、一般的にソリッドリベットを取り付ける最も確実な方法です。

ソリッドリベットは、信頼性と安全性が重視される用途で使用されます。ソリッドリベットの典型的な用途は、航空機の構造部品に見られます。現代の航空機のフレームを組み立てるには、何十万ものソリッドリベットが使用されます。このようなリベットには、丸頭（ユニバーサル）または100°皿頭があります。航空機用リベットの典型的な材料は、アルミニウム合金（2017、2024、2117、7050、5056、55000、V-65）、チタン、ニッケル基合金（例：モネル）です。一部のアルミニウム合金リベットは硬すぎてバック加工ができないため、バック加工前に固溶化処理（析出硬化）によって軟化させる必要があります。「アイスボックス」アルミニウム合金リベットは経年硬化するため、同様に焼きなましを行い、その後氷点下の温度で保管して（そのため「アイスボックス」という名前が付けられています）時効硬化プロセスを遅らせる必要があります。鋼製リベットは、橋梁、クレーン、建物の骨組みなどの静的構造物に見られる。

これらの締結具を取り付けるには、構造物の両側からアクセスできる必要があります。ソリッドリベットは、油圧式、空気圧式、または電磁式で駆動する締め付け工具、あるいは手持ちハンマーを使用して打ち込みます。片側からしかアクセスできない用途では、「ブラインド」リベットが必要です。

頑丈なリベットは、中世の甲冑、宝飾品、金属製装飾品の現代版の製作において、一部の職人によっても使用されている。

半管状リベット（管状リベットとも呼ばれる）は、先端に部分的な穴（頭部の反対側）がある点を除けば、ソリッドリベットに似ています。この穴の目的は、管状部分を外側に転がすことで、取り付けに必要な力を軽減することです。半管状リベットを取り付けるのに必要な力は、ソリッドリベットを取り付けるのに必要な力の約 1/4 です。管状リベットは、リベットの膨張が尾部のみで発生するため、ピボットポイント（動きが必要な接合部）に好まれることがあります。半管状リベットを取り付けるために使用される機器の種類は、試作ツールから完全自動化システムまで多岐にわたります。一般的な取り付けツール（価格の低い順から高い順）は、手動セット、手動スクイーザー、空気圧スクイーザー、キックプレス、インパクトリベッター、そして最後に PLC 制御ロボットです。最も一般的な機械はインパクトリベッターで、半管状リベットの最も一般的な用途は照明、ブレーキ、はしご、バインダー、HVACダクト、機械製品、電子機器です。直径は1/16インチ（1.6  mm）から3/8インチ（9.5  mm）まで（その他のサイズは非常に特殊とみなされます）、長さは最大8 インチ（203  mm）まであります。さまざまな材質とメッキが利用可能で、最も一般的なベース金属は鋼、真鍮、銅、ステンレス鋼、アルミニウムで、最も一般的なメッキは亜鉛、ニッケル、真鍮、錫です。管状リベットは通常、適切な組み立てを容易にするためにワックスが塗布されています。取り付けられた管状リベットは、片側に頭部があり、もう片側には折り返されて露出した浅い盲穴があります。

ブラインドリベットは、一般的に「ポップリベット」（POPは元の製造元のブランド名で、現在はスタンレー・ブラック・アンド・デッカーの子会社であるスタンレー・エンジニアード・ファスニングが所有）と呼ばれ、管状で、中央に釘のようなマンドレルが通っており、頭部付近に「くびれ」または弱くなった部分があります。リベットアセンブリは、接合する部品に開けられた穴に挿入され、専用の工具を使用してマンドレルをリベットに通します。マンドレルの頭部と工具の間の圧縮力により、管の直径が全長にわたって拡大し、穴のサイズが適切であれば、接合されるシートが固定されます。マンドレルの頭部は、リベットのブラインドエンドもドリル穴よりも大きな直径に拡大し、リベットの頭部とマンドレルの頭部の間の接合されたシートを圧縮します。所定の張力に達すると、マンドレルはくびれた部分で破断します。開口部のある管状リベットでは、マンドレルの頭部がリベットの拡張部分に埋め込まれたままになる場合とされない場合があり、後で緩む可能性があります。より高価な閉じた端部のある管状リベットは、マンドレルの周りに形成されるため、取り付け後もマンドレルの頭部は常にブラインドエンド内に保持されます。「ポップ」リベットは、部品または構造物の片側からしかアクセスできない状態で完全に取り付けることができます。^{[ 4 ]}

ブラインドリベットが発明される以前は、リベットを取り付けるには通常、組み立て品の両側にアクセスする必要がありました。片側にリベットハンマー、もう片側にバッキングバーです。1916年、英国海軍予備役でエンジニアのハミルトン・ニール・ワイリーは、「管状リベットを閉じるための改良された手段」の特許を出願しました（1917年5月に特許が付与されました）。^{[ 5 ]} 1922年、ワイリーは英国の航空機メーカーであるアームストロング・ホイットワース社に入社し、金属構造技術のアドバイザーを務めました。ここで彼はリベット設計の開発を続け、1927年にはプルスルーマンドレルを組み込んだ特許を取得しました^{[ 6 ]。}この特許により、リベットをブラインドリベットとして使用できるようになりました。1928年までに、英国バーミンガムのジョージ・タッカー・アイレット社^{[ 7 ]}は、この設計に基づいた「カップ」リベットを製造しました。シスキン III 航空機の製造には、GKNマンドレルとリベット本体を別々に手作業で組み立ててから使用する必要がありました。Geo. Tucker 社は、Armstrong-Whitworth 社と共同で、マンドレルとリベットを一体化したユニットを製造するためにリベットの設計をさらに改良しました。^{[ 8 ]}この製品は後にアルミニウムで開発され、「POP」リベットとして商標登録されました。米国では、United Shoe Machinery Co. 社がこの設計を製造し、Carl Cherry やLou Huckなどの発明家がソリッドリベットを拡張するための他の技術を実験していました。

ブラインドリベットは、平頭、皿頭、改良型フラッシュヘッドがあり、標準直径は1/8、5/32、3/ 16インチ( 3.2、4.0、4.8 mm )です。ブラインドリベットは、軟質アルミニウム合金、鋼 (ステンレス鋼を含む)、銅、モネルで作られています。   

また、構造用ブラインドリベットは、せん断荷重と引張荷重を受けるように設計されています。 ^{[ 9 ]}

リベット本体は通常、次の3つの方法のいずれかを使用して製造されます。ワイヤー（最も一般的な方法）、チューブ（長い長さでよく使用されるが、通常はワイヤーほど強くない）、シート（最も一般的ではなく、一般的に最も弱い選択肢）。

高強度用途やプラスチック用途に適した、多種多様な特殊ブラインドリベットがあります。代表的な種類は以下のとおりです。

• トライフォールド：モリーボルトのように3つの等しい脚に分かれるリベット。通常、背面に広い接地面積が必要な軟質プラスチックに使用されます。自動車の内装やビニールフェンスなどに使用されます。
• 構造用リベット(a)：防水性と耐振動性が重要な接合部に使用される、機械的にロックされた「外部」構造用ブラインドリベット。一般的にトラックボディの製造または修理に使用されます。このリベットを取り付けるには、専用のノーズピースが必要です。
• 構造用リベット(b)：防水性と耐振動性が重要な箇所で使用される、機械的にロックされた「内部」構造用ブラインドリベット。一般的にトラックボディの製造または修理に使用される。

内部および外部ロック式構造ブラインドリベットは、他のタイプのブラインドリベットとは異なり、ロックされたマンドレルが脱落せず、防水性も確保されているため、航空機用途に使用できます。マンドレルが所定の位置にロックされているため、ソリッドリベットと同等以上のせん断荷重支持能力を持ち、最も高い応力がかかる航空機構造を除くすべての構造において、ソリッドリベットの代替として使用できます。

従来の組み立て工程では、作業員が工具の先端にリベットを手作業で取り付け、工具を作動させる必要がありました。しかし近年、組み立てコストと反復性障害の削減を目指し、自動リベット打ちシステムが普及しています。こうしたシステムの価格は、自動送り式空気圧システムで1,500米ドルから、完全ロボットシステムで50,000米ドルまで幅広くあります。

ロックマンドレルを使用した構造用ブラインドリベットは一般的ですが、マンドレルなしのリベットの強度は低下するものの予測可能な強度を設計強度として使用する「非構造用」ブラインドリベットを使用する航空機用途もあります。Zenith Aircraftの Chris Heintz が普及させた方法は、一般的な平頭（皿頭）リベットを特別に機械加工されたノーズピースに引き込み、丸頭リベットに成形し、アマチュア航空機製作で発生する穴サイズのばらつきの大部分を吸収します。これらのリベットを使用して設計された航空機は、マンドレルを取り外した状態で測定されたリベット強度値を使用します。^{[ 10 ]}

オスカーリベットは、外観や取り付け方法がブラインドリベットに似ていますが、中空の軸に沿って（通常3本の）切れ目があります。これらの切れ目により、マンドレルがリベットに引き込まれる際に軸が折り畳まれ、外側に広がります（トグルボルトのナットの翼のような形状）。この広がり（またはフランジ）によって広い支持面が形成され、リベットの抜け落ちを防ぎます。この設計は、背面へのアクセスが困難な高振動用途に最適です。

オスカーリベットの一種であるオリンピックリベットは、アルミニウム製のマンドレルをリベットヘッドに引き込んで使用します。取り付け後、ヘッドとマンドレルを削り落とすことで、火鉢型のリベットによく似た外観になります。エアストリームトレーラーの修理において、オリジナルのリベットの外観を再現するために使用されます。

ドライブリベットは、ヘッドから短いマンドレルが突き出ているブラインドリベットの一種で、ハンマーで打ち込んで穴に挿入した端を広げます。穴をパネルに完全に開ける必要がないため、見た目が美しく、木製パネルをリベットで固定するのによく使われます。プラスチック、金属、その他の材料にも使用でき、ハンマーと、リベットをハンマーで打ち込む際にリベットの後ろに裏板（鋼鉄などの高密度材料）を置く以外に特別な設定工具は必要ありません。ドライブリベットは、他のほとんどのリベットよりも締め付け力が弱いです。ドライブリベットの別名であるドライブスクリューは、ブラインドホールにネームプレートを固定するのによく使われます。通常、穴の側面を掴む螺旋状のねじ山があります。^{[ 11 ]}

これらは拡張ボルトに似ていますが、張力が十分になると軸が表面下で折れる点が異なります。盲端は皿頭（面一）またはドーム型のいずれかになります。

航空機の製造や修理に広く使用された初期のブラインドリベットの一つに、チェリー摩擦ロックリベットがあります。当初、チェリー摩擦ロックリベットには、中空シャンクの引き抜きタイプとセルフプラグタイプの2種類がありました。引き抜きタイプは現在ではあまり一般的ではありませんが、セルフプラグタイプのチェリー摩擦ロックリベットは、軽飛行機の修理に今でも使用されています。

チェリー社製の摩擦ロックリベットは、ユニバーサルヘッドと100度皿頭の2種類のヘッド形状があります。また、通常は1/8インチ、5 / 32インチ、 3 / 16インチ（3.2mm、4.0mm、4.8mm ）の3種類の標準直径で供給されます。   

摩擦ロック式リベットは、同じサイズのソリッドシャンクリベットの代わりにはなりません。摩擦ロック式リベットをソリッドシャンクリベットの代わりに使う場合は、少なくとも直径が1サイズ大きいものを使用する必要があります。これは、摩擦ロック式リベットは、振動や損傷によって中心軸が抜け落ちると、強度が著しく低下するためです。

セルフピアスリベット接合（SPR）は、設計されたリベットを使用して2つ以上の材料を接合するプロセスです。^{[ 12 ]}ソリッドリベット、ブラインドリベット、セミチューブラーリベットとは異なり、セルフピアスリベットはドリル穴やパンチ穴を必要としません。^{[ 13 ]}

SPRは半管状に冷間鍛造され、ヘッドの反対側の端に部分的な穴が開いています。リベットの端部には面取りされた突起があり、接合する材料への貫通を容易にします。油圧式または電動式のサーボリベットセッターがリベットを材料に打ち込み、アップセットダイが押し出された下板材が流れるための空洞を形成します。SPRプロセスについては、こちらのSPRプロセスで説明されています。

セルフピアシングリベットは、上板材を完全に貫通しますが、下板材は部分的にしか貫通しません。リベットの末端が下板材を貫通しないため、水密性または気密性の高い接合部となります。アップセットダイの作用により、リベットの末端が広がり、下板材に嵌合して薄型のボタン状になります。

リベットは接合する材料よりも硬くなければなりません。^{[ 14 ]}材料の延性や硬度に応じて、さまざまなレベルの硬度に熱処理されます。リベットは接合する材料に応じてさまざまな直径と長さがあり、頭部の形状は皿頭またはパンヘッドのいずれかです。

リベットセッターの構成（油圧式、サーボ式、ストローク、ノーズとダイのギャップ、供給システムなど）によっては、サイクルタイムは最短1秒となる場合もあります。リベットは通常、テープからリベットセッターのノーズに供給され、連続生産のためにカセットまたはスプールの形で供給されます。

リベット接合システムは、用途の要件に応じて手動式または自動式を選択できます。いずれのシステムも、製品設計の柔軟性と製造プロセスへの統合の容易さにおいて非常に優れています。

SPRは、鋼鉄、アルミニウム、プラスチック、複合材、プレコートまたはプレペイントされた材料など、さまざまな異種材料を統合します。^{[ 15 ] [ 16 ]}利点としては、エネルギー需要が低いこと、熱、煙、火花、廃棄物がないこと、非常に再現性の高い品質などが挙げられます。

圧縮リベットは、衣類、アクセサリー、その他のアイテムの機能的または装飾的な目的で一般的に使用されます。オス型とメス型の2つの部品が、素材に開けられた穴を通して押し合わされます。ダブルキャップリベットは、両側に装飾的なキャップが付いています。シングルキャップリベットは、片側にのみキャップがあり、もう片側は目立たない穴になっています。カトラリーリベットは、ナイフの刃やその他の調理器具にハンドルを取り付けるためによく使用されます。