JP2005256349A - 管状部材の接合方法及び管状部材の接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成により、接着剤を接着剤充填空間内に均一に充填できる管状部材の接合方法及び管状部材の接合構造を得る。
【解決手段】第１の環状部材１と第２の環状部材２との接合部に接着剤充填空間８を設け、第２の管状部材２の挿入端と第１の管状部材１の内径側に設けた係止部４との間に弾力性を有する多孔質部材７を挟持し、第１の管状部材１の端部と第２の管状部材２の外周面との隙間をシール材９によりシールしておき、接着剤充填空間８と連通する接着剤注入口６から接着剤を注入し接着剤充填空間８内の空気を多孔質部材７を通じて排出させて両管状部材を接合するようにした。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えばＣＦＲＰパイプのような管状部材を接合する場合の接合方法及び接合構造に関するものである。

従来、例えば衛星通信用アンテナのバックストラクチャや建築物等のトラス構造に使用する管材の材質は、鉄やアルミが主流であった。しかし、鉄やアルミでは、比重が大きいために軽量化しにくいこと、線膨張係数が大きいために外気の温度差による寸法変化が大きく精密機器に適さないこと、接合を溶接接合とすれば、溶接の熱変形により高精度を得ることが難しいこと等の理由から、近年では、例えば光学望遠鏡等のように高精度を要求される機器の構造物では、高精度化，軽量化，低熱変形等の要求に応えるため、軽量で剛性が有り線膨張係数が小さい材料、例えばＧＦＲＰ管やＣＦＲＰ管を使用した立体トラスやポール構造物が出現してきた。これらの材料の場合は、溶接ができないので接着により管材同士又は管材と継手を接合して組み立てられている。接着剤による接合では、強度確保のために接着剤を接合面に均一に塗布することが非常に重要である。

管状部材に接着剤を均一に塗布して接合強度を高める接合構造として、接合部に接着剤充填用の空間を設け接着剤を注入して接合する方法が古くから知られている。この技術をＧＦＲＰ管の接合に適用した例としては、例えば、管状の略中央部内周に環状突条を有する継手の両側から、端部近傍の外周に環状のシール材を有する２つのＧＦＲＰ管を挿入し、これらの各ＧＦＲＰ管の端部を継手内部の環状突条に圧接させると同時に各ＧＦＲＰ管のシール部を継ぎ手の両端部に圧接させ、継手と各ＧＦＲＰ管との間に環状の密閉空間を形成し、継手外周に上記の密閉空間に連通する注入口と排出口を設けて構成している。そして、注入口から接着剤を注入しながら排出口から密閉空間内の空気を抜き接着剤を充満させて固化させている（例えば、特許文献１参照）。
また、接着剤充填部に注入器を用いて半自動的に接着剤を注入する技術として、例えば、注入用パイプを注入部に固設し、予め接着剤を吸入した注入器のノズル部を注入用パイプに連通させ、注入器のプランジャの後部にゴム状帯の一端を係止し、他端を注入器の先端に係止して、ゴム状帯の弾力を利用して接着剤を圧入する方法が公開されている（例えば、特許文献２参照）。

特開平５−３４６１８９号公報（第２頁、図２） 特開昭５８−１２３９７１号公報（第１頁、第１図）

従来の管状部材の接合部は以上にように構成されていたので、接着剤を接合面に効率よく注入できるが、管径が大きくなると注入口から注入した接着剤は環状の密閉空間全体に充填さないうちに排出口から漏れてしまい、密閉空間内部に空気溜まりができ十分に接着剤が充満されないという問題があった。このため、密閉空間内に仕切を設けて注入口から排出口まで接着剤を導くような技術も知られているが、その場合でも管径が大きい場合にはやはり接着剤は最短距離を通るように流れるので空気溜まりを完全に無くするのは難しい。また、仕切により接着剤の流路は長くなるのでそれだけ作業時間がかかるという問題があった。
また、接着剤の注入に際し、上記のような注入器を使用する場合は、接着剤専用の注入器を用いているので、注入箇所が多くなれば多数の専用注入器を用意しなければならず、作業コストがかかるという問題があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになされたもので、簡単な構成により、接着剤を接着剤充填空間内に均一に充填できる管状部材の接合方法及び管状部材の接合構造を得ることを目的とする。

この発明に係わる管状部材の接合方法は、第１の管状部材の内周側に第２の管状部材を挿入して所定の長さの嵌合部を形成し、接着剤を用いて接合する管状部材の接合方法において、第１の管状部材の内周に第２の管状部材の軸方向の移動を係止する係止部を設け、嵌合部の第１の管状部材の内周面又は第２の管状部材の外周面に環状凹部を設けて接着剤充填空間を形成し、第１の管状部材に接着剤充填空間に連通する接着剤注入口を設け、第２の管状部材の挿入端と係止部との間に弾力性を有する多孔質部材を挟持し、第１の管状部材の端部と第２の管状部材の外周面との隙間をシール材によりシールしておき、接着剤注入口から接着剤充填空間内へ接着剤を注入し多孔質部材から接着剤充填空間内の空気を排出させながら接着剤を充填して両管状部材を接合するようにしたものである。
またこの発明に係わる管状部材の接合構造は、第１の管状部材の内周側に第２の管状部材を挿入して所定の長さの嵌合部を形成し、接着剤を用いて接合する管状部材の接合構造において、第１の管状部材の内周に第２の管状部材の軸方向の移動を係止する係止部を設け、嵌合部の第１の管状部材の内周面又は第２の管状部材の外周面に環状凹部を設けて接着剤充填空間を形成し、第１の管状部材に接着剤充填空間に連通する接着剤注入口を設け、第２の管状部材の挿入端と係止部との間に弾力性を有する多孔質部材を挟持し、第１の管状部材の端部と第２の管状部材の外周面との隙間をシール材によりシールし、接着剤充填空間内へ接着剤を充填して両管状部材を接合したものである。

この発明の管状部材の接合方法によれば、第１の環状部材と第２の環状部材との接合部に接着剤充填空間を設け、その外部側はシール部材でシールし、内部側は弾力性を有する多孔質部材を挟持して設け、接着剤注入口から接着剤を注入し多孔質部材から接着剤充填空間内の空気を排出させながら接着剤を充填するようにしたので、接着剤充填空間内に接着剤を均一に充填することができる。
また、この発明の管状部材の接続構造によれば、第１の環状部材と第２の環状部材との接合部に接着剤充填空間を設け、その外部側はシール部材でシールし、内部側は弾力性を有する多孔質部材を挟持して設け、接着剤充填空間内に接着剤を充填して接合したので、接着剤が均一に充填され、確実に接着されて所定の強度を確保できる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による環状部材の接合方法の接合前の状態を示す断面図、図２は接合した状態を示す断面図である。図１において、第１の管状部材１は、内径を第２の管状部材の外径より小さい内径とし、端部の入り口側から奥側に向けて、第２の管状部材２がはまり合う内径で所定長さの嵌合内径部３を設けている。嵌合内径部３の奥側の段付部が、第２の管状部材２を挿入したときの軸方向の係止部４となる。また、嵌合内径部３には後述の接着剤充填空間を形成するための環状凹部５を設けている。更に、環状凹部５の入り口側には外部と連通させて接着剤注入口６を設けている。
第２の管状部材２は、先端部に弾力性を有する多孔質部材７を、例えば両面テープで貼り付けている。なお、多孔質部材７を第２の管状部材２の先端部に貼り付けているのは組立の作業性のためであり、必ずしも接着させておく必要はない。また、上記の係止部４は段付き加工によって形成する以外に、例えば第１の管状部材の内周に環状突起を設けて形成しても良い。

管状部材１，２の材質は特に限定するものではないが、例えばＧＦＲＰやＣＦＲＰ等である。パイプ同士の接合でも良く、一方の管状部材が管継手の場合でもよい。その場合は、第１と第２の管状部材のどちらを管継手としても良いが、第１の管状部材を管継手とすれば加工が管継手側だけとなるので作業性の点から好ましい。なお、管継手とした場合の材質は通常は金属が適しており、特に精密機器を支持する構造物に適用するような場合は、例えばスーパーインバー等を使用する。また、多孔質部材７は、硬質のものより柔らかいものの方が効果的で、簡単に入手できるものでは例えば通常に市販されているスポンジでよい。
管状部材の大きさは、例えば、１０ｍを越えるような大型の精密機器の支持構造物等に使用する場合、外径１００ｍｍ、厚さ５ｍｍ程度になり、その場合の両管状部材のはめあい隙間は０．１ｍｍ、環状凹部５の深さは０．２〜０．５ｍｍ程度である。

次に接合方法について説明する。図１の状態から第２の管状部材２を第１の管状部材１の嵌合内径部３に挿入して押圧していくと、図２に示すように、多孔質部材７が第２の管状部材２の先端と係止部４との間で押しつぶされて挟持され嵌合状態となる。このとき、第１の管状部材１に設けた環状凹部５と第２管状部材２の外周面との間に接着剤充填空間８が形成される。この状態で、第１の管状部材１の端部と第２の管状部材２の外周面との微少隙間をシール材９によってシールする。次に、接着剤注入口６から所定量の接着剤の注入を開始する。

注入動作により、接着剤に押されて接着剤充填空間７内部の空気は両管状部材１，２の隙間を通り逃げようとする。入り口側はシール材９でシールされているので、奥側の隙間から多孔質部材７の内部を通って矢印のように第１に管状部材１の内部側に排出される。注入した接着剤は接着剤充填空間８内を奥側へ流れて行き、先ず近道にある多孔質部材７へ到達しその内部へと侵入して行く。すると、その部分の多孔質部材７の通気性が殆ど無くなって抵抗が増えてくるので、まだ接着剤が到達していない多孔質部材７の側へ向かって接着剤が広がって行く。つまり、多孔質部材７は、図のように押圧されて気泡部分が詰まっているので空気は排出するが接着剤は殆ど排出させないように働く。そして、最初は全周に有った空気流通孔は接着剤が到達したところから塞がれていき、最終的に全周の空気流通孔が塞がれる。このようにして、接着剤は接着剤充填空間８の全面にほぼ均一になるように充填される。多孔質部材７へ到達した接着剤は、少しはその内部を通り第１の管状部材１の内部側に漏れてくるが、係止部４に挟まれて内側にはみ出している多孔質部材７の比較的大きな気泡内に吸収保持されて内側に垂れるのを防止できる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、第１の環状部材と第２の環状部材との接合部に接着剤充填空間を設け、その外部側はシール部材でシールし、内部側は弾力性を有する多孔質部材を挟持して、接着剤注入口から接着剤を注入し多孔質部材から接着剤充填空間内の空気を排出させながら接着剤を充填するようにしたので、接着剤充填空間内に接着剤を均一に充填することができる。従って、両管状部材を確実に接着して所定の強度を確保でき、また、接着むらによるねじれや歪みが発生するのを抑制できるので、特に、精度と強度を要する精密機器のトラス構造に適用して効果を上げることができる。更に、接着剤が外部に漏れることがないので、接合部を汚すことが無く、清掃の手間が掛からない。

なお、図１及び図２では、接着剤充填空間用の環状凹部５を第１の管状部材１の内周面に設けた場合を示したが、第２の管状部材２の嵌合部の外周面に設けても同様の効果を得ることができる。

実施の形態２．
図３は実施の形態２による管状部材の接合方法の接着剤注入器の各部品を示す斜視図であり、図４はそれらを組み合わせた接着剤注入器の正面図である。管状部材の接合方法において、二つの管状部材を嵌合させるまでは、実施の形態１で説明した図１及び図２と同様なので説明は省略する。本実施の形態では、実施の形態１の図２において接着剤注入口６から接着剤を注入するときに、接着剤注入器を用いることを特徴とするものである。以下この接着剤注入器について説明する。

図３に示すように、接着剤注入器の本体部分は一般に市販されているポリエチレン樹脂からなる汎用の注射器１０（但し針は不要）である。注射器１０は外筒１１とプランジャ１２とから成っている。外筒１１の先端側に装着する外筒ホルダ１３は、帯状板を外筒１１が填り込む幅でコの字型に折り曲げ、更にその両先端を外側に向けてコの字型に折り曲げて後述のゴム状帯の係止部１３ａを形成している。更に、中央には外筒１１のノズル部を貫通させる孔１３ｂを設けている。プランジャ１２側に装着するプランジャホルダ１４は、薄板をプランジャ１２の後端部が填り込む幅でコの字状に折り曲げ、折り曲げた両側にはストッパ挿入用のスリット１４ａを設けている。ストッパ１５は薄板をプランジャ１２より大きい幅でコの字状に折り曲げて形成し、取手１６を設けている。このストッパ１５の長さは、注入する接着剤の量に合わせて適宜製作する。この他に環状のゴム状帯１７を２個用意する。上記外筒ホルダ１３，プランジャホルダ１４，ストッパ１５の材料は、例えば加工の容易なアルミ板を使用する。ゴム状帯１７は市販の輪ゴムでよい。輪ゴムの数を変えることによって張力を調整できる。上記１０〜１７で接着剤注入器１８を構成している。

上記の各部品を組み合わせたのが図４である。接着剤を必要量注射器１０内に吸入し、外筒ホルダ１３とプランジャホルダ１４をセットし、プランジャホルダ１４のスリット１４ａと外筒１１の端部の指かけ部との間にストッパ１５を挿入する。この状態で外筒ホルダ１３の係止部１３ａとプランジャホルダ１４の端部にゴム状帯１７を掛け渡しす。

次に、接着剤注入作業について説明する。接着剤注入器１８のノズル部を管状部材の接合部分の接着剤注入口６に差し込み固定する。このとき、接着剤注入口６にねじ加工を施しておけば、注射器１０がポリエチレン樹脂製のためにノズル部がねじに食い込むので、注入時の反力で抜け落ちることがなく、また注入時に作業者が保持しておく必要がない。取り付けが完了後、ストッパ１５のつまみ１６を引っ張ってストッパ１５を引き抜くと、ストッパ１５の保持が解除されてゴム状帯１７の弾力によりプランジャ１２が外筒１１へ押し込まれ接着剤が接合部の接着剤注入空間８に徐々に注入される。

上述の接着剤注入器を適用して更に効率よく接着剤を注入する方法について説明する。管状部材の外径が大きくなってくると、注入に時間がかかり作業性が低下する。そこで、図５に示すように、接着剤注入口６を第１の管状部材１の周囲に複数個（図では２個）設けて、その全てに接着剤注入器１８を取り付ける。接着剤の注入に当たってはストッパ１５をほぼ同時に解除して複数箇所に一斉に注入を開始する。図６はこのときの接着剤の流れを説明する図で接着剤充填空間８を周方向に展開した説明図である。図のように接着剤は接着剤注入口６らか同時に多孔質部材７に向けて一斉に流れる。このため注入時間を大きく短縮することができる。

以上のように、本実施の形態の発明によれば、汎用の注射器と簡単な保持部材とストッパとゴム状部材とで構成した接着剤注入器を用いて接着剤を注入するようにしたので、専用の注入器を使用する場合に比べコストを低減することができる。また、接着剤注入器にストッパを設けたことにより複数箇所へ同時に接着剤を注入することができるので、注入作業時間が短縮でき、複数の接合箇所の接着剤が同時に硬化するため歪みが低減されて、接合部材の品質が向上する

また、接着剤注入口を第１の管状部材の外周方向に複数個設け、同時に接着剤注入器により接着剤を注入するようにしたので、注入時間が大きく短縮される。

なお、本実施の形態による発明は、大型の機器や構造物の管状部材の接合において効果が顕著である。例えば、１０ｍを越えるような構造物をＣＦＲＰ管で立体トラスに組む場合を考える。一度に全体を組み上げるのは難しいので、通常は数ｍ程度のブロックに分けて組み立てられる。その場合でも接合箇所は数十〜数百箇所となる。先ず治具を用いてブロックごとに構造物を完成に近い形状に仮組みしておき、トラス全体の寸法を調整した後、接合箇所の管継手の全ての接着剤注入口に接着剤注入器を取り付ける。次に、ほぼ同時に全接着剤注入器のストッパを解除すると全接合箇所が一斉に注入を開始し、ほぼ同時に短時間で接合を終えることができる。このため、接着剤の硬化時間の違いによる構造物の歪みを抑制することができるので、特に精密機器の構造物では効果が大きい。また、全体で数千箇所を越えるような接着剤注入部に専用注入器を使用すればそれなりの組立コストが掛かるが、本実施の形態の接着剤注入器は市販の安価な注射器をと簡単な部材だけで構成しているので、大幅なコスト低減を図ることができる。

ＣＦＲＰパイプやＧＦＲＰパイプのような管状部材の接合以外にも、樹脂パイプや金属パイプ全般の接合に適用できる。

この発明の実施の形態１による環状部材の接合方法の接合前の状態を示す断面図である。 この発明の実施の形態１による環状部材の接合方法の接合状態を示す断面図 である。 この発明の実施の形態２による管状部材の接合方法の接着剤注入器の各部品を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２による管状部材の接合方法の接着剤注入器の正面図である。 この発明の実施の形態２による管状部材の接合方法で、接着剤注入口を複数個設けた場合の断面図である。 図５の状態での接着剤の流れを説明する説明図である。

符号の説明

１ 第１の管状部材 ２ 第２の管状部材
４ 係止部 ５ 環状凹部
６ 接着剤注入口 ７ 多孔質部材
８ 接着剤注入空間 ９ シール材
１０ 注射器 １１ 外筒
１２ プランジャ １３ 外筒ホルダ
１４ プランジャホルダ １５ ストッパ
１７ ゴム状帯 １８ 接着剤注入器。

Claims (5)

1. 第１の管状部材の内周側に第２の管状部材を挿入して所定の長さの嵌合部を形成し、接着剤を用いて接合する管状部材の接合方法において、上記第１の管状部材の内周に上記第２の管状部材の軸方向の移動を係止する係止部を設け、上記嵌合部の上記第１の管状部材の内周面又は上記第２の管状部材の外周面に環状凹部を設けて接着剤充填空間を形成し、上記第１の管状部材に上記接着剤充填空間に連通する接着剤注入口を設け、上記第２の管状部材の挿入端と上記係止部との間に弾力性を有する多孔質部材を挟持し、上記第１の管状部材の端部と上記第２の管状部材の外周面との隙間をシール材によりシールしておき、上記接着剤注入口から上記接着剤充填空間内へ接着剤を注入し上記多孔質部材から上記接着剤充填空間内の空気を排出させながら上記接着剤を充填して上記両管状部材を接合することを特徴とする管状部材の接合方法。
2. 請求項１記載の管状部材の接合方法において、上記接着剤注入口から接着剤注入器により上記接着剤を注入することを特徴とする管状部材の接合方法。
3. 請求項２記載の管状部材の接合方法において、上記接着剤注入器は、注射器と、上記注射器の外筒のノズル側に設けた外筒ホルダと、上記注射器のプランジャ側に設けたプランジャホルダと、上記プランジャの上記外筒への挿入長を所定寸法に保持するストッパと、上記外筒ホルダと上記プランジャホルダ間に掛け渡したゴム状帯とで構成し、接着剤を充填した上記接着剤注入器を上記接着剤注入口にセットし、上記ストッパの保持を解除して上記ゴム状帯の弾力により上記接着剤を注入することを特徴とする管状部材の接合方法。
4. 請求項３記載の管状部材の接合方法において、上記接着剤注入口を上記第１の管状部材の外周方向に複数個設け、上記複数個の上記接着剤注入口の全てにセットした上記接着剤注入器により、ほぼ同時に注入作業を実施することを特徴とする管状部材の接合方法。
5. 第１の管状部材の内周側に第２の管状部材を挿入して所定の長さの嵌合部を形成し、接着剤を用いて接合する管状部材の接合構造において、上記第１の管状部材の内周に上記第２の管状部材の軸方向の移動を係止する係止部を設け、上記嵌合部の上記第１の管状部材の内周面又は上記第２の管状部材の外周面に環状凹部を設けて接着剤充填空間を形成し、上記第１の管状部材に上記接着剤充填空間に連通する接着剤注入口を設け、上記第２の管状部材の挿入端と上記係止部との間に弾力性を有する多孔質部材を挟持し、上記第１の管状部材の端部と上記第２の管状部材の外周面との隙間をシール材によりシールし、上記接着剤充填空間内へ接着剤を充填して上記両管状部材を接合したことを特徴とする管状部材の接合構造。

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