JP2010046709A

JP2010046709A - 接合構造体の製造方法及び接合構造体

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Publication number: JP2010046709A
Application number: JP2008215505A
Authority: JP
Inventors: Yoshitomo Kato; 良知加藤; Sadao Kokubo; 貞男小久保; Narihiro Kawada; 斉礼川田; Masahiro Miyazaki; 雅洋宮崎
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Resonac Holdings Corp
Priority date: 2008-08-25
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2010-03-04

Abstract

【課題】接合後に荷重が付加された場合の初期滑りを抑制し、接合強度の更なる向上を可能とした接合構造体の製造方法及び接合構造体を提供する。
【解決手段】管状体からなる第１の部材２を第２の部材３に設けられた筒状部４に挿通した状態で、第１の部材２の少なくとも筒状部４に挿通された部分を拡径させるエキスパンド加工を行い、第１の部材２と第２の部材３とを接合するのと同時に、第１の部材２と筒状部４との重合せ部分に接合部材５を打ち込むことによって、この重合せ部分の接合補強を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、管状体からなる第１の部材を第２の部材に設けられた筒状部に挿通した状態でエキスパンド加工により第１の部材と第２の部材とを接合一体化する接合構造体の製造方法及び接合構造体に関する。

従来より、パイプなどの管状体にフランジなどの板材を接合する場合には、溶接が用いられている。しかしながら、溶接で接合した場合は、溶接時に熱の影響を受けることによって母材組織が変質したり、歪みが生じたりすることがある。

特に、アルミニウム製のパイプは、鉄製のパイプよりも溶接が難しく、温度変化によるパイプ径の変化も鉄製のパイプに比べて遙かに大きい。具体的に、アルミニウム製のパイプを溶接した場合には、溶接部が冷めると、その部分が縮小して隣接する部分を引っ張るために、溶接による歪みが大きくなり、溶接完了後に高い残留応力が発生することになる。また、冷間加工によりパイプの機械的強度が増したとしても、溶接時に高温に曝された部分では、冷間加工で得られた強度が失われることになる。さらに、アルミニウム製のパイプに鉄製などの材質の異なった板材を溶接することは非常に困難とされている。

そこで、溶接を行わずにパイプに板材を接合する方法として、エキスパンド加工（拡管加工）を用いることが提案されている（例えば、特許文献１，２を参照。）。このエキスパンド加工では、パイプを板材に設けられた挿通孔に挿通した状態で、パイプの内部に周方向において分割された複数のセグメントからなる割型を配置した後に、各セグメントを拡径方向に押圧し、パイプの挿通孔に挿通された部分を拡径すると共に、この挿通部分を挟んだ両側の周囲を外側に膨出させる（かしめる）ことによって、パイプと板材とを接合一体化することができる。
特開２００７−２７５９３２号公報特開２００７−２９６５６９号公報

ところで、このようなエキスパンド加工により接合された接合構造体では、パイプの断面形状が円形状であった場合に、板材に対してパイプの周方向に荷重が加わると、この板材がパイプの周方向にずれ易いといった欠点がある。

そこで、エキスパンド加工により接合された接合構造体では、パイプの断面形状を多角形状とすることで、パイプの周方向に対する板材の接合強度を確保することが行われている。

しかしながら、このようなパイプの断面形状が多角形状である接合構造体では、パイプと板材の挿通孔との間に僅かな隙間があるために、接合完了後に接合部分に荷重が加わると、この接合部分に初期滑り（変形）を生じさせる可能性がある。したがって、このような荷重に対する変形量を考慮した場合、初期変形段階における接合強度を更に向上させる必要がある。

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、接合後に荷重が付加された場合の初期滑りを抑制し、接合強度の更なる向上を可能とした接合構造体の製造方法及び接合構造体を提供することを目的とする。

本発明は、以下の手段を提供する。
［１］管状体からなる第１の部材を第２の部材に設けられた筒状部に挿通した状態で、前記第１の部材の内部に周方向において分割された複数のセグメントからなる割型を配置した後に、各セグメントを拡径方向に押圧し、前記第１の部材の少なくとも前記筒状部に挿通された部分を拡径させるエキスパンド加工を行うことによって、前記第１の部材と前記第２の部材とを接合一体化する接合構造体の製造方法であって、
前記第１の部材と前記筒状部との重合せ部分に接合部材を打ち込むことによって当該部分を接合する工程を、前記エキスパンド加工と同じ工程中で行うことを特徴とする接合構造体の製造方法。
［２］前記エキスパンド加工において、前記パイプの前記筒状部に挿通された部分を挟んだ両側の周囲を外側に膨出させることを特徴とする前項［１］に記載の接合構造体の製造方法。
［３］前記筒状部の外周面に当接される第１の規制部材を配置し、前記各セグメントを拡径方向に押圧したときに、前記第１の規制部材に設けられた開口部を通して前記重合せ部分に前記接合部材を打ち込むことを特徴とする前項［１］又は［２］に記載の接合構造体の製造方法。
［４］前記筒状部の前記接合部材を打ち込む位置に貫通孔を設けることを特徴とする前項［１］〜［３］の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
［５］前記第１の部材の前記接合部材を打ち込む位置に貫通孔を設けることを特徴とする前項［１］〜［４］の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
［６］前記第１の規制部材と対向するセグメントの外周面に、前記重合せ部分を貫通した接合部材の先端部分、又は前記重合せ部分に打ち込まれた接合部材により押し出された部分と当接される凹部を設けることを特徴とする前項［３］〜［５］の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
［７］前記第１の規制部材の開口部を通して前記接合部材と当接される第２の規制部材を配置し、前記各セグメントを拡径方向に押圧したときに、前記第２の規制部材を縮径方向に押圧することによって、前記重合せ部分に前記接合部材を打ち込むことを特徴とする前項［３］〜［６］の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
［８］前記第２の規制部材に前記接合部材と当接される凹部を設けることを特徴とする前項［７］に記載の接合構造体の製造方法。
［９］前記第１の部材の断面形状が多角形状であり、且つ各角部の断面形状が略円弧状であり、
前記筒状部の内形が前記第１の部材の外形に対応した形状であり、
前記重合せ部分のうち各角部の間に位置する少なくとも１箇所又は２箇所以上の平坦部に前記接合部材を打ち込むことを特徴とする前項［１］〜［８］の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
［１０］前記接合部材がリベット又はピンであることを特徴とする前項［１］〜［９］の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
［１１］少なくとも前記第１の部材がアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする前項［１］〜［１０］の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
［１２］管状体からなる第１の部材と、
前記第１の部材が挿通される筒状部が設けられた第２の部材とを備え、
前記第１の部材の少なくとも前記筒状部に挿通された部分が拡径されることによって、前記第１の部材と前記第２の部材とが接合一体化されており、
なお且つ、前記第１の部材と前記筒状部との重合せ部分が接合部材を介して接合されていることを特徴とする接合構造体。
［１３］前記第１の部材の前記筒状部に挿通された部分を挟んだ両側の周囲が外側に膨出されることによって一対の膨出部が形成されていることを特徴とする前項［１１］に記載の接合構造体。
［１４］前記接合部材が、前記重合せ部分を貫通した状態、又は前記重合せ部分に一部が埋め込まれた状態で当該部分を接合していることを特徴とする前項［１２］又は［１３］に記載の接合構造体。
［１５］前記第１の部材の断面形状が多角形状であり、且つ各角部の断面形状が略円弧状であり、
前記筒状部の内形が前記第１の部材の外形に対応した形状であり、
前記重合せ部分のうち各角部の間に位置する少なくとも１箇所又は２箇所以上の平坦部に前記接合部材が打ち込まれてなることを特徴とする前項［１２］〜［１４］の何れか一項に記載の接合構造体。
［１６］前記接合部材がリベット又はピンであることを特徴とする前項［１２］〜［１５］の何れか一項に記載の接合構造体。
［１７］少なくとも前記第１の部材がアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする前項［１２］〜［１６］の何れか一項に記載の接合構造体。

以上のように、本発明に係る接合構造体の製造方法では、管状体からなる第１の部材を第２の部材に設けられた筒状部に挿通した状態で、第１の部材の内部に周方向において分割された複数のセグメントからなる割型を配置した後に、各セグメントを拡径方向に押圧し、第１の部材の少なくとも筒状部に挿通された部分を拡径させるエキスパンド加工を行い、このエキスパンド加工と同じ工程中で、第１の部材と筒状部との重合せ部分に接合部材を打ち込むことから、第１の部材と第２の部材とを接合するのと同時に重合せ部分の接合補強を行うことができる。

また、本発明に係る接合構造体では、第１の部材の少なくとも筒状部に挿通された部分が拡径されることによって、第１の部材と第２の部材とが接合一体化されており、なお且つ、第１の部材と筒状部との重合せ部分が接合部材を介して接合されていることから、この接合構造体に荷重が付加された場合の初期滑りを抑制し、接合構造体としての接合強度を飛躍的に向上させることが可能である。

以下、本発明を適用した接合構造体の製造方法及び接合構造体について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに必ずしも限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。

本実施形態では、例えば図１に示すような接合構造体１を製造する場合を例に挙げて説明するものとする。
この接合構造体１は、図１に示すように、第１の部材であるパイプ２を第２の部材であるフランジ３に設けられた筒状部４に挿通した状態で、これらパイプ２とフランジ３とを後述するエキスパンド加工（拡管加工）により接合一体化したものである。

このうち、パイプ２は、図１及び図２に示すように、中空孔２ａを有する一定厚みの管状体からなる。具体的に、パイプ２の軸方向と直交する方向の断面形状は、略四角形であり、軸方向に同一の断面形状を有している。また、パイプ２は、４つの角部２ｂと、各角部２ｂの間に４つの平坦部２ｃとを有して構成されている。さらに、各角部２ｂは、それぞれ同一の曲率半径を有して断面円弧状に形成されている。

パイプ２は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる。なお、パイプ２の材質については、これらに必ずしも限定されるものではなく、例えば、鉄や、鋼材、銅などの金属材料からなるものなど、後述するエキスパンド加工によりフランジ３を接合可能なものを用いることができる。また、パイプ２は、例えば押出成形により作製されたものであっても、その他の製造方法により作製されたものであってもよい。

また、パイプ２の断面形状については、上記の形状に必ずしも限定されるものではなく、その他の多角形状や、円形状、又はそれらの形状に類似した形状とすることが可能である。

なお、本例において、パイプ２の肉厚は０．５〜５ｍｍ程度であり、パイプ２の長さは５０〜２０００ｍｍ程度である。また、パイプ２の断面における各辺の長さは２０〜１００ｍｍ程度であり、各角部２ｂの曲率半径は５〜４５ｍｍ程度である。

フランジ３は、その中心部にパイプ２を挿通させる挿通孔３ａを有した一定厚みの板材からなる。フランジ３の外形形状については、特に限定されないものの、本実施形態では平面視で略四角形状を為しており、なお且つ４つの角部が同一曲率半径を有して円弧状に形成されている。

筒状部４は、挿通孔３ａに連続する挿通孔４ａを有して軸方向の一方側に突出して設けられている。また、筒状部４の内形（挿通孔３ａ，４ａ）は、パイプ２の外形に対応した形状を有している。すなわち、筒状部４の軸方向と直交する方向の断面形状は、パイプ２の断面形状と相似形を為すと共に、パイプ２の外形よりも僅かに小さい略四角形である。また、筒状部４は、４つの角部４ｂと、各角部４ｂの間に４つの平坦部４ｃとを有して構成されている。さらに、各角部４ｂは、それぞれ同一の曲率半径を有して円弧状に形成されている。なお、この筒状部４は、フランジ３をプレス曲げ加工することにより形成することができる。

フランジ３は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金からなる。なお、フランジ３の材質については、これらに必ずしも限定されるものではなく、例えば、鉄や、鋼材、銅などの金属材料からなるものなど、後述するエキスパンド加工によりパイプ２と接合可能なものを用いることができる。特に、本発明では、溶接を行わずにパイプ２にフランジ３を接合することが可能であり、パイプ２とは異なる材質のものを用いることが可能である。また、フランジ３は、プレス加工により作製することができるが、押出加工やダイカストにより作製されたものであっても、その他の製造方法により作製されたものであってもよい。

なお、本例において、フランジ３の肉厚は、２〜５ｍｍ程度であり、フランジ３の各辺の長さは３０〜１５０ｍｍ程度である。また、筒状部４の長さ（突出量）は、５〜２０ｍｍ程度であり、各角部４ｂの曲率半径は、５．１〜４７ｍｍ程度である。また、挿通孔３ａ，４ａの各辺の長さ及び角部の曲率半径は、パイプ２の断面における各辺の長さ及び曲率半径よりも０．１〜１ｍｍ程度大きく設定されている。

この接合構造体１では、図１及び図３に示すように、パイプ２の筒状部４に挿通された部分が拡径されている。また、この挿通部分を挟んだ両側の周囲が外側に膨出されることによって一対の膨出部２ｄが形成されている。そして、これら一対の膨出部２ｄがフランジ３の筒状部４を挟み込むようにしてパイプ２とフランジ３とが接合されている。なお、本例において、パイプ２に形成された一対の膨出部２ｄの高さは１〜５ｍｍ程度であり、膨出部２ｄの幅は５〜２０ｍｍ程度である。

ここで、パイプ２とフランジ３とを接合一体化する際には、上述したパイプ２の筒状部４に挿通された部分を拡径すると共に、この挿通部分を挟んだ両側の周囲を外側に膨出させるエキスパンド加工（拡管加工）が行われる。

具体的に、このエキスパンド加工では、図４及び図５に示すように、パイプ２をフランジ３の筒状部４に挿通した状態で、このパイプ２の内部に、周方向において分割された複数のセグメント５０からなる割型５１と、これら複数に分割されたセグメント５０の中心部を貫くマンドレル５２とを配置する。

割型５１は、例えば工具鋼や超硬合金などからなり、複数に分割されたセグメント５０の中心部には、マンドレル５２を挿通させる楔孔５３が軸方向に貫通して設けられている。この楔孔５３は、軸方向の一端側から他端側に向かって漸次縮径された断面円形状のテーパー孔である。複数のセグメント５０は、パイプ２の４つの角部２ｂと４つの平坦部２ｃに対応して、楔孔５３を中心に周方向に均等な角度（４５゜）で８つのセグメント５０に分割されている。

割型５１を構成するセグメント５０の外周面には、上記一対の膨出部２ｄを形成するための一対の凸部５４が設けられている。これら一対の凸部５４は、各セグメント５０の周方向に略円弧状に突出されて形成されている。また、各セグメント５０の一対の凸部５４の間５０ａは、パイプ２の筒状部４に挿通された部分を拡径するため、これらセグメント５０により構成される割型５１の直径より大きく設定されている。

マンドレル５２は、例えば工具鋼や超硬合金などからなり、その先端に割型５１の楔孔５３に挿通される楔部５２ａを有している。この楔部５２ａは、楔孔５３に対応した形状を有している。すなわち、楔部５２ａは、その断面形状が円形であり、先端部に向かって漸次縮径されたテーパー形状を有している。

なお、楔孔５３及び楔部５２ａの断面形状は、上述した円形に限らず、例えば、四角形等の多角形状であってもよく、また、パイプ２の断面と相似した形状などであってもよい。また、マンドレル５２の基端部には、図示を省略するものの、このマンドレル５２を軸方向に移動操作するための油圧シリンダ等が設けられている。

また、このエキスパンド加工では、上述したパイプ２の筒状部４に挿通された部分の外側に、筒状部４の外周面に当接される規制部材５５を配置する。この規制部材５５は、例えば工具鋼や超硬合金などのエキスパンド加工時に加わる荷重によって変形しない程度の強度を有した材料からなる。規制部材５５は、その中心部にフランジ３の筒状部４を挿通させる挿通孔５５ａを有している。また、規制部材５５は、筒状部４の長さ（突出量）に対して例えば０．８〜１．２倍程度の厚みを有している。

なお、この規制部材５５は、挿通孔５５ａにフランジ３の筒状部４を挿通させる構成に限らず、周方向において複数のセグメントに分割された構成としてよい。この場合、上述したパイプ２の筒状部４に挿通された部分の外側から、これらセグメントを組み合わせて筒状部４の周囲に規制部材５５を配置することができる。また、規制部材５５は、筒状部４の外周面に全周に亘って当接される構成に限らず、その外周面の一部に当接される構成であってもよい。また、このような規制部材５５は、上述したパイプ２の筒状部４に挿通された部分に限らず、エキスパンド加工時に拡径される部分を規制するため、任意の位置に配置することが可能である。

そして、この図４及び図５に示す状態から、エキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とを接合する際は、図６及び図７に示すように、マンドレル５２を軸方向の一端側から他端側に向かって移動操作し、割型５１の楔孔５３に挿通された状態の楔部５２ａを縮径側に押し込むことによって、割型５１を構成する各セグメント５０を拡径方向に押圧する。

これにより、各セグメント５０が拡径方向に押し拡げられて、これら各セグメント５０がパイプ２を拡径方向に押圧することになる。このとき、各セグメント５０に設けられた一対の凸部５４が、パイプ２の筒状部４に挿通された部分を挟んだ両側の周囲を押圧し、この部分を弾性変形させながら外側に向かって略円弧状に膨出させる。また、一対の凸部５４の間がパイプ２の筒状部４に挿通された部分を押圧し、この部分を弾性変形させながら規制部材５５に筒状部４の外周面が当接されて各セグメント５０の移動が規制されるまでこの部分を拡径させる。

各セグメント５０の拡径方向の移動が規制された後は、マンドレル５２を軸方向の他端側から一端側に向かって移動操作し、割型５１の楔孔５３に押し込まれた状態の楔部５２ａを拡径側に引き抜くことによって、各セグメント５０によるパイプ２への押圧を解除する。このとき、フランジ３の筒状部４は、弾性復元力（スプリングバック）により縮径しながらパイプ２の外周面に密着した状態となる。また、パイプ２に形成された一対の膨出部２ｄが、このパイプ２の筒状部４に挿通された部分を両側から挟み込む（かしめる）ことになる。そして、得られた接合構造体１から規制部材５５を取り外す。

以上のような手順によりエキスパンド加工を行うことによって、パイプ２とフランジ３とを接合一体化した接合構造体１を得ることができる。

なお、上記エキスパンド加工では、割型５１の楔孔５３に挿通された状態の楔部５２ａを縮径側に押し込む動作によって、各セグメント５０を拡径方向に押圧する構成となっているが、楔部５２ａを先端部に向かって漸次拡径された逆テーパー形状とし、割型５１の楔孔５３に挿通された状態の楔部５２ａを縮径側に引き抜く動作によって各セグメント５０を拡径方向に押圧する構成としてもよい。

ところで、本発明を適用した接合構造体１では、図１及び図３に示すように、上述したエキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とが接合一体化されると共に、パイプ２と筒状部４との重合せ部分が接合部材５を介して接合されている。この接合部材５には、後述するリベットやピンなどが用いられている。接合部材５の材質については、パイプ２やフランジ３よりも硬い材料で、なお且つ割型５１や規制部材５５よりも軟らかい材料からなることが好ましい。この場合、接合部材５は、アルミニウム又はアルミニウム合金からなるものであっても、それ以外の金属材料からなるものであってもよい。

本発明を適用した接合構造体１では、このような重合せ部分の接合補強を行うことで、この接合構造体１に荷重が付加された場合の初期滑りを抑制し、接合構造体としての接合強度を飛躍的に向上させることが可能である。

一方、本発明を適用した接合構造体の製造方法は、パイプ２と筒状部４との重合せ部分に接合部材５を打ち込むことによって、この重合せ部分を接合する工程を、上述したエキスパンド加工と同じ工程中で行うことを特徴とする。これにより、本発明では、上述したエキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とを接合するのと同時に、この重合せ部分の接合補強を行うことが可能である。

以下、第１〜第４の実施形態により本発明を適用した接合構造体の製造方法及び接合構造体を例示しながら本発明を具体的に説明するものとする。なお、以下の第１〜第４の実施形態では、上記接合構造体１及び上記エキスパンド加工と同等な部分については、その詳細な説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

（第１の実施形態）
先ず、第１の実施形態では、図８に示すように、上記接合部材５としてリベット５Ａを用いており、このリベット５Ａは、頭部５ａと軸部５ｂとを有している。また、上記フランジ３の筒状部４には、リベット５Ａの軸部５ｂを貫通させる貫通孔１０が設けられている。この貫通孔１０は、筒状部４を形成する各平坦部４ｃの略中央部に位置して設けられている。上記パイプ２には、筒状部４の各貫通孔１０に連続してリベット５Ａの軸部５ｂを貫通させる貫通孔１１が設けられている。それ以外は、上記接合構造体１とほぼ同様の構成である。

そして、上記エキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とを接合する際は、パイプ２をフランジ３の筒状部４に挿通した状態で、このパイプ２の内部に、周方向において分割された８つのセグメント５０からなる割型５１と、これら複数に分割されたセグメント５０の中心部を貫くマンドレル５２とを配置する。

このうち、各セグメント５０の外周面には、筒状部４及びパイプ２の貫通孔１０，１１を貫通したリベット５Ａの軸部５ｂの先端と当接される凹部５０ｂが設けられている。また、このエキスパンド加工では、筒状部４の外周面に当接される第１の規制部材５５Ａを配置する。この第１の規制部材５５Ａは、周方向において分割された構成を有し、筒状部４及びパイプ２の貫通孔１０，１１に臨む位置には、それぞれリベット５Ａを貫通させる貫通孔（開口部）５５ｂが設けられている。さらに、この貫通孔５５ｂを通してリベット５Ａの頭部５ａと当接される第２の規制部材５５Ｂを配置する。この第２の規制部材５５Ｂは、貫通孔５５ｂに挿入されて軸方向に移動可能となっている。

そして、この図８に示す状態から、上記エキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とを接合する際は、図９に示すように、マンドレル５２を軸方向の一端側から他端側に向かって移動操作し、割型５１の楔孔５３に挿通された状態の楔部５２ａを縮径側に押し込むことによって、割型５１を構成する各セグメント５０を拡径方向に押圧する。

また、各セグメント５０がパイプ２を拡径方向に押圧したときに、第２の規制部材５５Ｂを縮径方向に押圧する。このとき、筒状部４及びパイプ２の貫通孔１０，１１を貫通したリベット５Ａの軸部５ｂの先端が、セグメント５０の凹部５０ｂと当接されることによって押し潰されると共に凹部５０ｂに対応した形状となる。これにより、パイプ２と筒状部４との重合せ部分にリベット５Ａを打ち込むことができ、このリベット５Ａが重合せ部分を貫通した状態で当該部分を接合することになる。

その後は、マンドレル５２を軸方向の他端側から一端側に向かって移動操作し、割型５１の楔孔５３に押し込まれた状態の楔部５２ａを拡径側に引き抜くことによって、各セグメント５０によるパイプ２への押圧を解除すると共に、第２の規制部材５５Ｂによる押圧を解除する。そして、得られた接合構造体１Ａから第１及び第２の規制部材５５Ａ，５５Ｂを取り外す。

以上のような手順によりエキスパンド加工を行うことによって、パイプ２とフランジ３とが接合一体化されると共に、パイプ２と筒状部４との重合せ部分がリベット５Ａを介して接合された接合構造体１Ａを得ることができる。

以上のように、この接合構造体１Ａの製造方法では、上記エキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とを接合するのと同時に、パイプ２と筒状部４との重合せ部分にリベット５Ａを打ち込むことによって、この重合せ部分の接合補強を行うことが可能である。

そして、この接合構造体１Ａでは、このような重合せ部分の接合補強を行うことで、荷重が付加された場合の初期滑りを抑制し、接合強度を飛躍的に向上させることが可能である。また、接合補強に伴う重量増加も最小限に抑えることが可能である。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態では、図１０に示すように、上記接合部材５としてリベット５Ｂを用いており、このリベット５Ａは、頭部５ａと軸部５ｂとを有して、この軸部５の先端が尖形となる形状を有している。また、上記フランジ３の筒状部４には、リベット５Ｂの軸部５ｂを貫通させる上記貫通孔１０が設けられている。それ以外は、上記接合構造体１とほぼ同様の構成である。

このうち、各セグメント５０の外周面には、上記凹部５０ｂが設けられている。また、このエキスパンド加工では、上記第１の規制部材５５Ａ及び上記第２の規制部材５５Ｂを配置する。

そして、この図１０に示す状態から、上記エキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とを接合する際は、図１１に示すように、マンドレル５２を軸方向の一端側から他端側に向かって移動操作し、割型５１の楔孔５３に挿通された状態の楔部５２ａを縮径側に押し込むことによって、割型５１を構成する各セグメント５０を拡径方向に押圧する。

また、各セグメント５０がパイプ２を拡径方向に押圧したときに、第２の規制部材５５Ｂを縮径方向に押圧する。このとき、筒状部４の貫通孔１０を通してリベット５Ｂの軸部５ｂの先端がパイプ２を貫通する。更に、この軸部５ｂの先端がセグメント５０の凹部５０ｂと当接されることによって押し潰されると共に凹部５０ｂに対応した形状となる。これにより、パイプ２と筒状部４との重合せ部分にリベット５Ｂを打ち込むことができ、このリベット５Ｂが重合せ部分を貫通した状態で当該部分を接合することになる。

その後は、マンドレル５２を軸方向の他端側から一端側に向かって移動操作し、割型５１の楔孔５３に押し込まれた状態の楔部５２ａを拡径側に引き抜くことによって、各セグメント５０によるパイプ２への押圧を解除すると共に、第２の規制部材５５Ｂによる押圧を解除する。そして、得られた接合構造体１Ｂから第１及び第２の規制部材５５Ａ，５５Ｂを取り外す。

以上のような手順によりエキスパンド加工を行うことによって、パイプ２とフランジ３とが接合一体化されると共に、パイプ２と筒状部４との重合せ部分がリベット５Ｂを介して接合された接合構造体１Ｂを得ることができる。

以上のように、この接合構造体１Ｂの製造方法では、上記エキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とを接合するのと同時に、パイプ２と筒状部４との重合せ部分にリベット５Ｂを打ち込むことによって、この重合せ部分の接合補強を行うことが可能である。

そして、この接合構造体１Ｂでは、このような重合せ部分の接合補強を行うことで、荷重が付加された場合の初期滑りを抑制し、接合強度を飛躍的に向上させることが可能である。また、接合補強に伴う重量増加も最小限に抑えることが可能である。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態では、図１２に示すように、上記接合部材５としてリベット５Ｃを用いており、このリベット５Ｃは、頭部５ｃと軸部５ｄとを有し、なお且つ軸部５ｄの中心に軸孔５ｅを有して、この軸孔５ｅの先端側が漸次拡径されたテーパー形状を有している。それ以外は、上記接合構造体１とほぼ同様の構成である。

このうち、各セグメント５０の外周面には、パイプ２と筒状部４との重合せ部分に打ち込まれたリベット５Ｃにより押し出された部分と当接される凹部５０ｃが設けられている。また、このエキスパンド加工では、上記第１の規制部材５５Ａ及び上記第２の規制部材５５Ｂを配置する。

そして、この図１２に示す状態から、上記エキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とを接合する際は、図１３に示すように、マンドレル５２を軸方向の一端側から他端側に向かって移動操作し、割型５１の楔孔５３に挿通された状態の楔部５２ａを縮径側に押し込むことによって、割型５１を構成する各セグメント５０を拡径方向に押圧する。

また、各セグメント５０がパイプ２を拡径方向に押圧したときに、第２の規制部材５５Ｂを縮径方向に押圧する。このとき、貫通孔５５ｂを通してリベット５Ｃの軸部５ｄの先端が筒状部４を貫通すると共に、この軸部５ｄの先端が押し拡げられてパイプ２に埋め込まれた状態となる。更に、リベット５Ｃにより押し出された部分がセグメント５０の凹部５０ｃと当接されることによって、この部分が凹部５０ｃに対応した形状となる。これにより、パイプ２と筒状部４との重合せ部分にリベット５Ｃを打ち込むことができ、このリベット５Ｃが重合せ部分に埋め込まれた状態で当該部分を接合することになる。

その後は、マンドレル５２を軸方向の他端側から一端側に向かって移動操作し、割型５１の楔孔５３に押し込まれた状態の楔部５２ａを拡径側に引き抜くことによって、各セグメント５０によるパイプ２への押圧を解除すると共に、第２の規制部材５５Ｂによる押圧を解除する。そして、得られた接合構造体１Ｃから第１及び第２の規制部材５５Ａ，５５Ｂを取り外す。

以上のような手順によりエキスパンド加工を行うことによって、パイプ２とフランジ３とが接合一体化されると共に、パイプ２と筒状部４との重合せ部分がリベット５Ｃを介して接合された接合構造体１Ｃを得ることができる。

以上のように、この接合構造体１Ｃの製造方法では、上記エキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とを接合するのと同時に、パイプ２と筒状部４との重合せ部分にリベット５Ｃを打ち込むことによって、この重合せ部分の接合補強を行うことが可能である。

そして、この接合構造体１Ｃでは、このような重合せ部分の接合補強を行うことで、荷重が付加された場合の初期滑りを抑制し、接合強度を飛躍的に向上させることが可能である。また、接合補強に伴う重量増加も最小限に抑えることが可能である。

（第４の実施形態）
次に、第４の実施形態では、図１４に示すように、上記接合部材５として中実ピン５Ｄを用いており、この中実ピン５Ｄは、円柱形状を有している。また、上記フランジ３の筒状部４には、上記貫通孔１０が設けられ、上記パイプ２には、上記貫通孔１１が設けられている。それ以外は、上記接合構造体１とほぼ同様の構成である。

このうち、各セグメント５０の外周面には、上記凹部５０ｂが設けられている。また、このエキスパンド加工では、上記第１の規制部材５５Ａ及び上記第２の規制部材５５Ｂを配置する。さらに、第２の規制部材５５Ｂには、中実ピン５Ｄと当接される凹部５５ｃが設けられている。

そして、この図１４に示す状態から、上記エキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とを接合する際は、図１５に示すように、マンドレル５２を軸方向の一端側から他端側に向かって移動操作し、割型５１の楔孔５３に挿通された状態の楔部５２ａを縮径側に押し込むことによって、割型５１を構成する各セグメント５０を拡径方向に押圧する。

また、各セグメント５０がパイプ２を拡径方向に押圧したときに、第２の規制部材５５Ｂを縮径方向に押圧する。このとき、筒状部４及びパイプ２の貫通孔１０，１１を貫通した中実ピン５Ｄの上端が第２の規制部材５５Ｂの凹部５５ｃと当接されることによって押し潰されると共に凹部５５ｃに対応した形状となる。また、中実ピン５Ｄの下端がセグメント５０の凹部５０ｂと当接されることによって押し潰されると共に凹部５０ｂに対応した形状となる。これにより、パイプ２と筒状部４との重合せ部分に中実ピン５Ｄを打ち込むことができ、この中実ピン５Ｄが重合せ部分を貫通した状態で当該部分を接合することになる。

その後は、マンドレル５２を軸方向の他端側から一端側に向かって移動操作し、割型５１の楔孔５３に押し込まれた状態の楔部５２ａを拡径側に引き抜くことによって、各セグメント５０によるパイプ２への押圧を解除すると共に、第２の規制部材５５Ｂによる押圧を解除する。そして、得られた接合構造体１Ｄから第１及び第２の規制部材５５Ａ，５５Ｂを取り外す。

以上のような手順によりエキスパンド加工を行うことによって、パイプ２とフランジ３とが接合一体化されると共に、パイプ２と筒状部４との重合せ部分が中実ピン５Ｄを介して接合された接合構造体１Ｄを得ることができる。

以上のように、この接合構造体１Ｄの製造方法では、上記エキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とを接合するのと同時に、パイプ２と筒状部４との重合せ部分にリベット５Ａを打ち込むことによって、この重合せ部分の接合補強を行うことが可能である。

そして、この接合構造体１Ｄでは、このような重合せ部分の接合補強を行うことで、荷重が付加された場合の初期滑りを抑制し、接合強度を飛躍的に向上させることが可能である。また、接合補強に伴う重量増加も最小限に抑えることが可能である。

なお、上記第４の実施形態では、第２の規制部材５５Ｂに中実ピン５Ｄと当接される凹部５５ｃが設けられた構成となっているが、この凹部５５ｃを省略した第２の規制部材５５Ｂを用いることも可能である。この場合も、中実ピン５Ｄの上端を第２の規制部材５５Ｂで押し潰すことにより、パイプ２と筒状部４との重合せ部分に中実ピン５Ｄを打ち込むことができる。

また、上記第４の実施形態では、上記凹部５０ｂを省略した割型５１のセグメント５０と、上記凹部５５ｃを省略した第２の規制部材５５Ｂを用いることも可能である。この場合、中実ピン５Ｄは、筒状部４及びパイプ２の貫通孔１０，１１内で押し潰されることにより膨張しながら、これら貫通孔１０，１１に埋め込まれた状態となる。したがって、この場合も中実ピン５Ｄによりパイプ２と筒状部４との重合せ部分を接合することができる。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記割型５１のセグメント５０に設けられた凹部５０ｂ，５０ｃや、上記第２の規制部材５５Ｂに設けられた凹部５５ｃの形状については、特に限定されるものではなく、例えば図１６（ａ）〜（ｄ）に示す凹部のように種々の形状とすることが可能である。

また、これら凹部の大きさについては、上記接合部材５（リベット５Ａ〜５Ｃ、中実ピン５Ｄ）の押し潰された部分が、筒状部４やパイプ２に形成される貫通孔１０，１１の内径に対して１．２〜２．５倍の最外径を有するように設定することが好ましい。

また、上記接合部材５は、上述したパイプ２と筒状部４との重合せ部分のうち、各平坦部２ｃ，４ｃの略中央部に配置した構成に限らず、この接合部材５の配置や数については適宜変更して実施することが可能である。例えば図１７に示すように、パイプ２と筒状部４との重合せ部分において複数の接合部材５を周方向に並べて配置することも可能である。さらに、上記接合部材５は、上述したパイプ２と筒状部４との重合せ部分のうち、４つの平坦部２ｃ，４ｃに配置された構成となっているが、これら４つの平坦部２ｃ，４ｃのうち少なくとも１箇所以上の平坦部２ｃ，４ｃに配置された構成とすればよい。

また、割型５１を構成するセグメント５０の分割数及びその分割位置についても、このような接合部材５の配置に合わせて適宜変更して実施することが可能である。

さらに、本発明では、例えば図１７に示すように、上述したエキスパンド加工によりパイプ２とフランジ３とを接合するのと同時に、パイプ２の外周面の一部に接合部材５を介して部品３０，３１を取り付けることが可能である。この場合も、パイプ２と筒状部４との重合せ部分に接合部材５を打ち込む場合と同様、上記エキスパンド加工と同じ工程中で、部品３０，３１とパイプ２との重合せ部分に接合部材５を打ち込むことが可能である。

なお、本発明を適用した接合構造体は、上記接合構造体１，１Ａ〜１Ｄのような第１の部材であるパイプ２を第２の部材であるフランジ３に設けられた筒状部４に挿通した状態で、これらパイプ２とフランジ３とを接合一体化した構成に限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。

具体的に、第１の部材については、その一部又は全体が管状体であればよい。一方、第２の部材については、第１の部材を挿通させる筒状部が設けられた構成であればよく、上記フランジ３以外にも、例えばブラケットやヒンジなどの形態とすることが可能である。また、このような第２の部材を第１の部材の軸方向に複数並べて取り付けた構成とすることが可能である。一方、第２の部材に設けられた複数の筒状部を介して複数の第１の部材が連結された構成とすることも可能である。また、エキスパンド加工では、第１の部材の少なくとも筒状部に挿通された部分を拡径させるようにすればよい。

また、上記接合構造体は、例えば、自動車のステアリングサポートビームや、ステアリングコラムホルダー、マフラー、フレーム、プロペラシャフト、サスペンションアーム、その他の自動車の部品など、又は、自動車以外の製品として、例えば配管材や、自転車の部品などに幅広く適用することが可能である。

図１は、本発明を適用した接合構造体の一実施形態を示す斜視図である。図２は、図１に示す接合構造体の横断面図である。図３は、図１に示す接合構造体の側面図である。図４は、図１に示す接合構造体のエキスパンド加工前の状態を示す横断面図である。図５は、図１に示す接合構造体のエキスパンド加工前の状態を示す縦断面図である。図７は、図１に示す接合構造体のエキスパンド加工後の状態を示す横断面図である。図７は、図１に示す接合構造体のエキスパンド加工後の状態を示す縦断面図である。図８は、第１の実施形態として示す接合構造体のエキスパンド加工前の状態を示す縦断面図である。図９は、第１の実施形態として示す接合構造体のエキスパンド加工後の状態を示す縦断面図である。図１０は、第２の実施形態として示す接合構造体のエキスパンド加工前の状態を示す縦断面図である。図１１は、第２の実施形態として示す接合構造体のエキスパンド加工後の状態を示す縦断面図である。図１２は、第３の実施形態として示す接合構造体のエキスパンド加工前の状態を示す縦断面図である。図１３は、第３の実施形態として示す接合構造体のエキスパンド加工後の状態を示す縦断面図である。図１４は、第４の実施形態として示す接合構造体のエキスパンド加工前の状態を示す縦断面図である。図１５は、第４の実施形態として示す接合構造体のエキスパンド加工後の状態を示す縦断面図である。図１６は、凹部の断面形状の一例を示す断面図である。図１７は、本発明を適用した接合構造体の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ…接合構造体２…パイプ（第１の部材）３…フランジ（第２の部材）４…筒状部５…接合部材１０，１１…貫通孔５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…リベット５Ｄ…中実ピン５０…セグメント５０ｂ，５０ｃ…凹部５１…割型５２…マンドレル５５…規制部材５５Ａ…第１の規制部材５５Ｂ…第２の規制部材５５ｂ…貫通孔（開口部）５５ｃ…凹部

Claims

管状体からなる第１の部材を第２の部材に設けられた筒状部に挿通した状態で、前記第１の部材の内部に周方向において分割された複数のセグメントからなる割型を配置した後に、各セグメントを拡径方向に押圧し、前記第１の部材の少なくとも前記筒状部に挿通された部分を拡径させるエキスパンド加工を行うことによって、前記第１の部材と前記第２の部材とを接合一体化する接合構造体の製造方法であって、
前記第１の部材と前記筒状部との重合せ部分に接合部材を打ち込むことによって当該部分を接合する工程を、前記エキスパンド加工と同じ工程中で行うことを特徴とする接合構造体の製造方法。
前記エキスパンド加工において、前記パイプの前記筒状部に挿通された部分を挟んだ両側の周囲を外側に膨出させることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体の製造方法。
前記筒状部の外周面に当接される第１の規制部材を配置し、前記各セグメントを拡径方向に押圧したときに、前記第１の規制部材に設けられた開口部を通して前記重合せ部分に前記接合部材を打ち込むことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合構造体の製造方法。
前記筒状部の前記接合部材を打ち込む位置に貫通孔を設けることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
前記第１の部材の前記接合部材を打ち込む位置に貫通孔を設けることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
前記第１の規制部材と対向するセグメントの外周面に、前記重合せ部分を貫通した接合部材の先端部分、又は前記重合せ部分に打ち込まれた接合部材により押し出された部分と当接される凹部を設けることを特徴とする請求項３〜５の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
前記第１の規制部材の開口部を通して前記接合部材と当接される第２の規制部材を配置し、前記各セグメントを拡径方向に押圧したときに、前記第２の規制部材を縮径方向に押圧することによって、前記重合せ部分に前記接合部材を打ち込むことを特徴とする請求項３〜６の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
前記第２の規制部材に前記接合部材と当接される凹部を設けることを特徴とする請求項７に記載の接合構造体の製造方法。
前記第１の部材の断面形状が多角形状であり、且つ各角部の断面形状が略円弧状であり、
前記筒状部の内形が前記第１の部材の外形に対応した形状であり、
前記重合せ部分のうち各角部の間に位置する少なくとも１箇所又は２箇所以上の平坦部に前記接合部材を打ち込むことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
前記接合部材がリベット又はピンであることを特徴とする請求項１〜９の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
少なくとも前記第１の部材がアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の接合構造体の製造方法。
管状体からなる第１の部材と、
前記第１の部材が挿通される筒状部が設けられた第２の部材とを備え、
前記第１の部材の少なくとも前記筒状部に挿通された部分が拡径されることによって、前記第１の部材と前記第２の部材とが接合一体化されており、
なお且つ、前記第１の部材と前記筒状部との重合せ部分が接合部材を介して接合されていることを特徴とする接合構造体。
前記第１の部材の前記筒状部に挿通された部分を挟んだ両側の周囲が外側に膨出されることによって一対の膨出部が形成されていることを特徴とする請求項１２に記載の接合構造体。
前記接合部材が、前記重合せ部分を貫通した状態、又は前記重合せ部分に一部が埋め込まれた状態で当該部分を接合していることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の接合構造体。
前記第１の部材の断面形状が多角形状であり、且つ各角部の断面形状が略円弧状であり、
前記筒状部の内形が前記第１の部材の外形に対応した形状であり、
前記重合せ部分のうち各角部の間に位置する少なくとも１箇所又は２箇所以上の平坦部に前記接合部材が打ち込まれてなることを特徴とする請求項１２〜１４の何れか一項に記載の接合構造体。
前記接合部材がリベット又はピンであることを特徴とする請求項１２〜１５の何れか一項に記載の接合構造体。
少なくとも前記第１の部材がアルミニウム又はアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１２〜１６の何れか一項に記載の接合構造体。