JP2010208197A

JP2010208197A - パイプの接合方法及びパイプの接合構造

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Publication number: JP2010208197A
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Inventors: Naoki Mizutsuki; 直樹水月
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Abstract

【課題】安価で容易に、かつ必要な強度を確保して確実にパイプ同士を接合するパイプの接合方法及びパイプの接合構造を提供する。
【解決手段】本パイプの接合方法は、端部外周面に内周面側に没する少なくとも一つの被嵌合部１ｂが設けられた第一のパイプ１の端部を熱可塑性樹脂からなる第二のパイプ２の端部に挿入する第一の工程と、挿入された第一のパイプ１の被嵌合部１ｂと対応する位置で、第二のパイプ２の外周面側に超音波を伝達させる伝達部材を押圧させることで、第二のパイプ２を超音波により軟化させて嵌合部２ｂとして内周面側に位置する被嵌合部１ｂに突出させ嵌合させる第二の工程とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、パイプ同士を接合するパイプの接合方法、及び、パイプの接合構造に関し、特に、一方のパイプが熱可塑性樹脂からなるものに関する。

従来から、パイプ同士を接合する方法及び構造については、様々なものが提案されている。具体的には、金属からなる第一のパイプと熱可塑性樹脂からなる第二のパイプとを接合させる方法に関するものであり、第一のパイプの外周面に第二のパイプを形成する樹脂と同系の樹脂からなる接着剤を塗布して第二のパイプに挿入し、挿入後に加熱、冷却を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法によれば、第一のパイプに第二のパイプと同系の樹脂からなる接着剤を塗布して加熱、冷却することで、第一のパイプと第二のパイプとを強固で気密性の高くして接合することができるものとされている。

また、他の例の構造としては、一方のパイプの外周面に環状の突起が設けられているとともに、他方のパイプの内周面に環状の窪みが設けられていて、他方に一方を挿入して窪みに突起を嵌合させた構造が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このような構造によれば、一方を他方に挿入するだけで、突起が窪みに嵌合して両者は接合された状態となり、容易に接合することができるとされている。

特開平５−２７１６２６号公報特表２０００−５０３７４９号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、第一のパイプの外周面と第二のパイプの内周面とを接着剤によって面接合するに過ぎず、軸方向の引き抜き、軸回りのねじれに対する強度が低くなってしまう問題があった。
一方、特許文献２の構造では、特許文献１の方法で接合されたものと比較して軸方向の引き抜きに対する強度を向上させることができるものの、必要な強度を得るためには、一方の突起と、他方の窪みとについて、ガタが生じないような寸法精度が要求されることとなり、製造コストが高くなってしまう問題があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、安価で容易に、かつ必要な強度を確保して確実にパイプ同士を接合するパイプの接合方法及びパイプの接合構造を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明は、端部外周面に内周面側に没する少なくとも一つの被嵌合部が設けられた第一のパイプの前記端部を熱可塑性樹脂からなる第二のパイプの端部に挿入する第一の工程と、挿入された前記第一のパイプの前記被嵌合部と対応する位置で、前記第二のパイプの外周面側に超音波を伝達させる伝達部材を押圧させることで、該第二のパイプを超音波により軟化させて嵌合部として内周面側に位置する前記被嵌合部に突出させ嵌合させる第二の工程とを備えることを特徴としている。

この発明に係るパイプの接合方法によれば、第一の工程として、第一のパイプの端部を第二のパイプの端部に挿入する。そして、第二の工程として、挿入された第一のパイプの端部に形成された被嵌合部と対応する位置で、第二のパイプの外周面側に超音波を伝達させる伝達部材を押圧させる。伝達部材から発せられた超音波は、外周面を介して第二のパイプの本体部分に伝達され、これにより第二のパイプには摩擦熱が発生することとなる。ここで、第二のパイプは熱可塑性樹脂で形成されている。このため、第二のパイプは摩擦熱により加熱軟化することになる。そして、伝達部材により押圧された部分は、嵌合部として内周面側に位置する第一のパイプの被嵌合部の内部に突出することになり、冷却硬化することで被嵌合部に嵌合した状態となる。このため、第一のパイプと第二のパイプとを、被嵌合部と嵌合部とによって確実に接合した状態とすることができる。ここで、上記のとおり、第一のパイプを第二のパイプに挿入した状態で伝達部材によって超音波を伝達させながら押圧するだけである。このため、第二のパイプの外周面に生じる凹凸を最小限として良好な状態としつつ、両者を容易に接合することが可能である。

また、上記のパイプの接合方法において、前記第二のパイプを、端部外周面に前記第一のパイプの前記被嵌合部と対応する少なくとも一つの凸部が形成されているものとし、前記第二の工程では、該凸部を前記伝達部材で押圧することで前記嵌合部を形成することがより好ましいとされている。

この発明に係るパイプの接合方法によれば、第二の工程では第二のパイプの外周面に形成された凸部に伝達部材を押圧し、超音波を伝達させることとなる。そして、第二のパイプは、超音波により摩擦熱が発生して加熱軟化し伝達部材によって押圧されることで、内周面側では突出して嵌合部が形成される一方、外周面側の凸部は、内周面側が突出して嵌合部が形成されるのに応じて外周面内に没することとなる。そして、伝達部材による押圧を該伝達部材が第二のパイプにおいて凸部周囲の外周面に当接するまで行えば、第一のパイプと第二のパイプとを確実に接合した状態としつつ、第二のパイプの外周面を凹凸の少ないより良好な状態とすることができる。

また、上記のパイプの接合方法において、前記第一のパイプの前記被嵌合部を、外周面から内周面まで貫通する貫通孔とし、前記第二の工程では、前記第一のパイプの内部に、少なくとも前記被嵌合部が形成された範囲で内周面と離間した状態で成形用治具を配置させた後に、前記第二のパイプに前記伝達部材を押圧させて、前記成形用治具上で変形するまで前記第二のパイプの一部を前記嵌合部として内周面側に突出させることがより好ましいとされている。

この発明に係るパイプの接合方法によれば、第二の工程では、第一のパイプの内部に成形用治具を配置させた状態で伝達部材から超音波を伝達させる。第二のパイプにおいて超音波によって加熱軟化することにより内周面側に突出した嵌合部は、貫通孔となる被嵌合部から第一のパイプの内周面側まで突出し、成形用治具と接触することとなる。そして、さらに伝達部材によって超音波を伝達させながら押圧すれば、嵌合部は、成形用治具でさらに内周面側に突出することが規制され、成形用治具上で側方に変形し、被嵌合部の幅よりも大きくなるように拡幅することとなる。このため、第二のパイプの嵌合部は、先端が被嵌合部に係合することとなり、接合強度をさらに向上させることができる。

また、本発明は、第一のパイプの端部を、熱可塑性樹脂からなる第二のパイプに挿入して互いを接合させたパイプの接合構造であって、前記第一のパイプの前記端部外周面に設けられ、内周面側に没する少なくとも一つの被嵌合部と、前記第二のパイプの一部が内周面側に突出して形成され、該被嵌合部に嵌合した嵌合部とを備えることを特徴としている。

この発明に係るパイプの接合構造によれば、第一のパイプの端部が第二のパイプに挿入された範囲において、第一のパイプの外周面に形成された被嵌合部に第二のパイプの嵌合部が嵌合していることで、両者を確実に接合した状態とすることができる。また、第二のパイプを変形させて内周面側に突出させることで嵌合部を形成し、被嵌合部に嵌合させるだけで良いので、容易に接合させることができる。

また、上記のパイプの接合構造において、前記嵌合部は、前記第二のパイプが超音波によって軟化して変形することで形成されていることがより好ましいとされている。

この発明に係るパイプの接合構造によれば、超音波によって加熱軟化して変形させていることで、接合作業を容易なものとすることができるとともに、第二のパイプの外周面を凹凸の少ない良好なものとすることができる。

また、上記のパイプの接合構造において、前記嵌合部は、超音波が与えられる前に前記第二のパイプの外周面側に突出した凸部に超音波を伝達させて内周面側に突出させたものであることがより好ましいとされている。

この発明に係るパイプの接合構造によれば、超音波によって加熱軟化して変形させて嵌合部を形成させる際に、外周面側に突出した凸部を軟化させるようにすることで、第二のパイプの外周面を凹凸の少ないより良好な状態とすることができる。

また、上記のパイプの接合構造において、前記被嵌合部は、前記第一のパイプの外周面側から内周面側まで貫通する貫通孔であり、前記嵌合部は、先端が前記第一のパイプの内周面側まで突出して該貫通孔の幅よりも大きく拡幅するように形成されていることがより好ましいとされている。

この発明に係るパイプの接合構造によれば、第二のパイプにおいて第一のパイプの被嵌合部に嵌合した嵌合部の先端が拡幅されるように形成されているので、先端が貫通孔である被嵌合部に係合することとなり、接合強度をさらに向上させることができる。

本発明のパイプの接合方法によれば、第一のパイプの被嵌合部に第二のパイプを超音波によって加熱軟化させて突出させるだけであるので、安価で容易に互いを接合することができるとともに、被嵌合部に嵌合部が嵌合することで必要な強度を確保して接合した状態を確実なものとすることができる。
また、本発明のパイプの接合構造によれば、第一のパイプの被嵌合部に第二のパイプの嵌合部が嵌合されていることで、必要な強度を確保して確実に接合することができるとともに、第二のパイプが熱可塑性樹脂であることで、嵌合部を容易に形成して接合することができ、確実に接合された状態を安価で実現することができる。

本発明の第１の実施形態のパイプの接合構造を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態のパイプの接合構造を示す側方視した断面図である。本発明の第１の実施形態のパイプの接合構造を示す正面視した断面図である。本発明の第１の実施形態のパイプの接合方法において、準備工程を示す説明図である。本発明の第１の実施形態のパイプの接合方法において、第一の工程を示す説明図である。本発明の第１の実施形態のパイプの接合方法において、第二の工程を示す説明図である。本発明の第１の実施形態のパイプの接合方法において、第二の工程を示す説明図である。本発明の第１の実施形態のパイプの接合方法において、第二の工程を示す説明図である。本発明の第１の実施形態の第１の変形例のパイプの接合構造を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態の第１の変形例のパイプの接合構造において、接合前の状態を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態の第２の変形例のパイプの接合構造を示す斜視図である。本発明の第１の実施形態の第２の変形例のパイプの接合構造において、接合前の状態を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態のパイプの接合構造を示す側方視した断面図である。本発明の第２の実施形態のパイプの接合構造を示す正面視した断面図である。本発明の第２の実施形態のパイプの接合構造において、嵌合部の詳細を示す拡大した断面図である。本発明の第２の実施形態のパイプの接合方法において、第二の工程を示す説明図である。本発明の第２の実施形態のパイプの接合方法において、第二の工程を示す説明図である。本発明の第２の実施形態のパイプの接合方法の第二の工程において使用させる成形用治具の一例を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態のパイプの接合方法の第二の工程において使用させる成形用治具の他の例を示す斜視図である。本発明の第２の実施形態のパイプの接合方法において、他の例の成形用治具を使用した場合の第二の工程を示す説明図である。本発明の第２の実施形態のパイプの接合方法において、他の例の成形用治具を使用した場合の第二の工程を示す説明図である。

（第１の実施形態）
本発明に係る第１の実施形態について、図１から図８を参照して説明する。図１から図３は、本発明の接合構造によって接合された第一のパイプと第二のパイプとを示している。図１から図３に示すように、本実施形態の接続構造１０は、第一のパイプ１と、第二のパイプ２とを接合させるものである。第一のパイプ１は、断面略円形で、端部１ａが第二のパイプ２に挿入され接続されるものであり、その端部１ａには被嵌合部となる貫通孔１ｂが形成されている。貫通孔１ｂは、本実施形態においては二つ、対向する位置に設けられている。各貫通孔１ｂは、略矩形に形成されている。

また、第二のパイプ２は、断面略円形で、第一のパイプ１が挿入された端部２ａにおいて内周面に突出する嵌合部２ｂが形成されている。嵌合部２ｂは、第一のパイプ１の貫通孔１ｂと対応して設けられており、すなわち二つ対向して設けられている。そして、第一のパイプ１と第二のパイプ２とが接合された状態において、嵌合部２ｂはそれぞれ対応する貫通孔１ｂに嵌合されており、すなわち互いに嵌合する第一のパイプ１の貫通孔１ｂと、第二のパイプ２の嵌合部２ｂとによって接合構造１０が構成されている。ここで、第二のパイプ２は、後述するように超音波によって加熱軟化して嵌合部２ｂが形成されるものであり、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体）やポリエチレンなどの熱可塑性樹脂からなるものである。一方、第一のパイプ１の材質としては、金属の他、樹脂やセラミック等、様々のものが選択可能である。ただし、後述するように第二のパイプ２を加熱軟化させて互いに接合することから、第一のパイプ１の材質は、第二のパイプ２を形成する熱可塑性樹脂よりも高融点、高硬度であることが望ましい。

また、第一のパイプ１と第二のパイプ２との嵌め合いは、第一のパイプ１の外周面と第二のパイプ２の内周面との隙間を極力小さくすることが好ましく、例えば、互いに直径１０ｍｍ前後のパイプであれば、当該隙間が０．０５ｍｍ以下となるように、第一のパイプ１の外径と第二のパイプ２の内径とが設定されていることが好ましい。また、第二のパイプ２の内径に対して第一のパイプ１の外径を僅かに大きいものとし、第一のパイプ１または第二のパイプ２の少なくとも一方を弾性変形させるようにして圧入させるものとしても良い。このように圧入するような寸法関係とすることで、より強固な接合状態とすることができる。

次に、このような接合構造１０により第一のパイプ１と第二のパイプ２とを接合する手順について具体的に説明する。まず、図４に示すように、準備工程として、接合前の第一のパイプ１Ａと、第二のパイプ２Ａとを用意する。第一のパイプ１Ａには、第二のパイプ２Ａに挿入される端部１ａにおいて貫通孔１ｂが形成されている。また、第二のパイプ２Ａは、内周面２ｃが第一のパイプ１Ａを円滑に挿入可能に突出する部分の無い形状となっている一方、外周面２ｄには、挿入される第一のパイプ１Ａの貫通孔１ｂと対応する位置において外周面２ｄ側に突出する凸部２ｅが形成されている。凸部２ｅは、第一のパイプ１Ａの貫通孔１ｂと対応する形状を呈していて、すなわち、幅寸法を貫通孔１ｂと同程度とする略矩形に形成されていて、突出量は、後述する嵌合部２ｂの突出量と同程度となるように設定されている。

次に、第一の工程として、第一のパイプ１Ａと第二のパイプ２Ａとを互いに接合可能な位置関係となるように固定する。すなわち、図５に示すように、第一のパイプ１Ａ及び第二のパイプ２Ａをそれぞれ図示しない固定用治具に固定し、第一のパイプ１Ａの端部１ａを第二のパイプ２Ａの内部に挿入する。この際、第二のパイプ２Ａの内周面２ｃを突出する部分の無い形状としていることで、第二のパイプ２Ａに対して第一のパイプ１Ａを容易に挿入させることができる。そして、第一のパイプ１Ａと第二のパイプ２Ａとの軸方向及び周方向の位置を調整し、貫通孔１ｂと凸部２ｅとが軸方向及び周方向に略一致して、同軸上となるように設定する。

次に、第二の工程として、図６に示すように、貫通孔１ｂと対応する位置に設定された第二のパイプ２Ａの凸部２ｅに伝達部材となる超音波ホーン１５を当接させ、超音波を発生させながら凸部２ｅを径方向内周面側に向かって押圧する。ここで、超音波ホーン１５の当接させる端面１５ａの形状としては、第二のパイプ２の外周面２ｄの曲率半径と略等しい曲率半径を有する凹面に形成されていることが好ましい。

超音波ホーン１５から発せられた超音波は、凸部２ｅを介して第二のパイプ２Ａの本体部分に伝達され、これにより第二のパイプ２Ａには摩擦熱が発生することとなる。ここで、第二のパイプ２Ａは熱可塑性樹脂で形成されているとともに、第一のパイプ１Ａにおいて超音波ホーン１５と対向する位置には貫通孔１ｂが形成されている。このため、第二のパイプ２Ａは、伝達される超音波によって生じる摩擦熱によって加熱軟化し、超音波ホーン１５による押圧力によって径方向内周面側の貫通孔１ｂ内に嵌合部２ｂとして変形して突出し、被嵌合部となる貫通孔１ｂに嵌合することとなる。この際、超音波ホーン１５が当接されている凸部２ｅは、嵌合部２ｂの体積との関係から嵌合部２ｂが内周面側に突出するのに応じて、嵌合部２ｂとの体積が略一定となるようにして外周面内に没することとなる。そして、図７に示すように、超音波ホーン１５の端面１５ａが第二のパイプ２の外周面２ｄに当接したところで超音波の発振を停止させ、加熱軟化した樹脂を冷却固化させる。次に、図８に示すように、第一のパイプ１Ａ及び第二のパイプ２Ａを反転させて、反対側の凸部２ｅについても同様に超音波ホーン１５によって超音波を伝達させながら押圧することで、嵌合部２ｂを形成させる。これにより第一のパイプ１の被嵌合部である全ての貫通孔１ｂに第二のパイプ２の内周面側に突出した各嵌合部２ｂが嵌合することとなり、図１から図３に示すように、第一のパイプ１と第二のパイプ２とは、貫通孔１ｂと嵌合部２ｂとを備える接合構造１０によって確実に接合された状態となる。

以上のような接合構造１０及びその接合方法によれば、第一のパイプ１を第二のパイプ２に挿入した状態で超音波ホーン１５によって超音波を伝達させながら押圧するだけである。このため、第二のパイプ２の外周面２ｄに生じる凹凸を最小限として良好な状態としつつ、両者を容易かつ確実に接合することが可能である。また、第二のパイプ２を押圧して嵌合部２ｂを形成するのに応じて外周面２ｄ側も変形することとなるが、第二のパイプ２の外周面２ｄに凸部２ｅを形成して該凸部２ｅを超音波ホーン１５によって押圧することで、凸部２ｅを没した体積に応じた分だけ内周面２ｃ側に嵌合部２ｂを形成することができる。このため、第一のパイプ１と第二のパイプ２とを確実に接合しつつ、第二のパイプ２の外周面２ｄを凹凸の少ないより良好な状態とすることができる。

ここで、熱ゴテで第二のパイプ２の外周面を溶融軟化させて嵌合部を形成させた場合を考えると、同様に内周面側に突出させるように変形させることが可能であるが、この場合最も高温となるのは熱ゴテが押圧される外周面であり、押圧部位には接合後も凹凸が残ってしまうこととなる。一方、超音波を与えて第二のパイプ２を加熱軟化させる本実施形態の接合方法では、上記のとおり、接合後における第二のパイプ２の外周面２ｄの凹凸を最小限とすることができる。特に、本実施形態では、超音波ホーン１５による押圧を端面１５ａが第二のパイプ２の外周面２ｄに当接するまでとし、さらに端面１５ａを外周面２ｄと曲率半径を略等しい凹面としていることで、接合後には端面１５ａの形状が転写されて、第二のパイプ２の外周面を一様なものとすることができ、凹凸を殆ど無い状態として外観を更に良好なものとすることができる。

なお、本実施形態においては、第一のパイプ１の貫通孔１ｂは略矩形を呈しており、第二のパイプ２の嵌合部２ｂ及び接合する前の第二のパイプ２Ａの凸部２ｅは、対応して略矩形を呈しているものとしたがこれに限るものでは無い。図９及び図１０は、この実施形態の第１の変形例を示している。図９に示すように、本変形例の第一のパイプ３と第二のパイプ４とを接合する接合構造１１にあっては、第一のパイプ３の被嵌合部である貫通孔３ａが楕円形状を呈し、第二のパイプ４の内周面側に突出する嵌合部４ａが嵌合している。また、この場合には、図１０に示すように、接合前の第二のパイプ４Ａにあっては、接合前の第一のパイプ３Ａの貫通孔３ａと対応する楕円形状の凸部４ｂが外周面に形成されていることが好ましい。

また、上記実施形態においては、断面略円形の第一のパイプと第二のパイプとを接合するものとしたが、これに限るものでは無く、様々な断面形状のパイプ同士を接合可能である。図１１及び図１２は、この実施形態の第２の変形例を示している。図１１及び図１２に示すように、この変形例の接合構造１２では、互いに断面略矩形の第一のパイプ５Ａ（５）と、第二のパイプ６Ａ（６）とを接合している。ここで、第一のパイプ５Ａ（５）の貫通孔５ａは、第二のパイプ６に挿入される端部５ｂにおいて、外周面の各４面に一つずつ設けられている。また、接合前の第二のパイプ６Ａには、凸部６ａが貫通孔５ａと対応して外周面の各４面に設けられていて、接合後にあっては、嵌合部６ｂが凸部６ａと対応して内周面の各４面に一つずつ設けられ、それぞれ貫通孔５ａに嵌合しており、これにより接合構造１２を構成して両者を確実に接合された状態としている。

また、上記実施形態及びその変形例では、第一のパイプの被嵌合部である貫通孔と、第二のパイプの嵌合部とは、複数組設けられているものとしたが、これに限るものでは無く、必要な接合強度を確保することができれば一組のみとしても良い。なお、接合強度を向上させる点から鑑みれば、できるだけ多数組の被嵌合部と嵌合部によって接合される構成の方が好ましい。また、第一のパイプには、被嵌合部として貫通孔が形成されているものとしたが、第二のパイプの内周面側に突出する嵌合部が嵌合可能なものであれば良く、例えば外周面上に形成された凹部など、外周面から内周面側へ没する形状であれば良い。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図１３から図１８は、本発明の第２の実施形態を示したものである。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図１３及び図１４に示すように、この実施形態の接合構造３０は、第一のパイプ２１と、第二のパイプ２２とを接合するものであって第二のパイプ２２に挿入された第一のパイプ２１の端部２１ａに形成された被嵌合部である貫通孔２１ｂと、第二のパイプ２２の内周面から突出して貫通孔２１ｂに嵌合された嵌合部２２ａとを有する。なお、第二のパイプ２２は、第１の実施形態同様、熱可塑性樹脂で形成されている。嵌合部２２ａは、先端２２ｂが貫通孔２１ｂよりも内周面側まで突出し、拡幅しており、貫通孔２１ｂの幅Ｂ１よりも大きい幅Ｂ２となっており、これにより係合された状態となっている。ここで、貫通孔２１ｂ、嵌合部２２ａの各寸法としては必要な接合強度によって適時変更可能である。一例として、直径１０ｍｍ、肉厚０．５ｍｍ程度のパイプ同士を接合する場合には、図１５に示すように、嵌合部２２ａの突出量Ｈが０．７５ｍｍ、先端部２２ｂの厚さｔが０．３ｍｍ、先端部２２ｂの張り出し部分の長さｂが０．３ｍｍ程度となる。

次に、この実施形態の接合構造３０による第一のパイプ２１と第二のパイプ２２とを接合する手順について説明する。まず、図１６及び図１７に示すように、準備工程として、接合前の第一のパイプ２１Ａと第二のパイプ２２Ａを用意し、第一の工程として第二のパイプ２２Ａに第一のパイプ２１Ａの端部２１ａを挿入する。接合前の第二のパイプ２２Ａは、第１の実施形態同様に、内周面が凹凸の無い状態となっているとともに、接合後の嵌合部２２ａと対応するように外周面に凸部２２ｃが形成されている。そして、次に、第二の工程として、第二のパイプ２２Ａの凸部２２ｃを超音波ホーン１５によって超音波を伝達させながら押圧する。ここで、予め第一のパイプ２１の内部に成形用治具１６を挿入しておく。図１６から図１８示すように、成形用治具１６は、第一のパイプ２１と対応した略円柱状の部材で、外径は、第一のパイプ２１の内径と略等しく設定されている。また、成形用治具１６の端部１６ａは、対向する２箇所においてＤカット処理が施され、平坦面１６ｂが形成されている。そして、成形用治具１６は、第一のパイプ２１において、平坦面１６ｂが貫通孔２１ｂと対向する位置に配置され、貫通孔２１ｂが形成された範囲で内周面と離間した状態となるように、軸方向及び周方向の位置を設定して固定しておく。

そして、成形用治具１６が固定された状態で超音波ホーン１５による押圧を行うことで、第二のパイプ２２において超音波ホーン１５によって押圧された部分は、外周面側において、凸部２２ｃが外周面内に没しつつ、内周面側において嵌合部２２ａとして径方向内周面側へ突出することとなる。そして、突出した嵌合部２２ａは、先端２２ｂが貫通孔２１ｂから第一のパイプ２１の内周面側へ突出し、内周面と離間した成形用治具１６の平坦面１６ｂに接触することとなり、内周面側にさらに突出することが規制される。このため、嵌合部２２ａの先端２２ｂは、平坦面１６ｂ上で側方に変形し、幅Ｂ２が貫通孔２１ｂの幅Ｂ１よりも大きくなるように拡幅することとなり、接合構造３０が構成されることとなる。

以上のようにして構築された接合構造３０では、径方向に作用する引き抜きに対して貫通孔１ｂと嵌合部２２ａとの間の摩擦力のみならず、先端２２ｂの係合によっても抵抗することができ、第一のパイプ２１と第二のパイプ２２とをより確実に接合された状態することができる。

なお、本実施形態の接合方法において、使用される成形用治具としては、上記のものに限られず、第一のパイプ２１に挿入され、貫通孔２１ｂが含まれる範囲において内周面と離間した状態で固定されるものであれば良い。図１９から図２１は、本実施形態の変形例を示している。図１９に示すように、この変形例で使用される成形用治具４０は、第一のパイプ２１Ａの内径と略等しい外径を有する略円柱状の部材で、縮径した先端部４０ａを有している。このため、第二の工程において、この成形用治具４０を先端部４０ａが貫通孔２１ａと対向するように第一のパイプ２１Ａに挿入して、超音波ホーン１５による押圧を行えば、形成される嵌合部２２ａの先端部２２ｂは、先端部４０ａの外周面において変形し、拡幅することとなり、同様に貫通孔２１ｂに係合することとなる。本変形例の場合、嵌合部２２ａの変形を略円柱状の先端部４０ａの外周面で行うことで、拡幅した先端部４０ａの径方向の厚さを全体的に略等しいものとすることができる。このため、嵌合部２２ａの先端部２２ｂによる係合をより確実なものとすることができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

１、３、５、２１第一のパイプ（接合後）
１Ａ、３Ａ、５Ａ、２１Ａ第一のパイプ（接合前）
１ｂ、３ａ、５ａ、２１ｂ貫通孔（被嵌合部）
２、４、６、２２第二のパイプ（接合後）
２Ａ、４Ａ、６Ａ、２２Ａ第二のパイプ（接合前）
２ｂ、４ａ、６ｂ、２２ａ嵌合部
２ｅ、４ｂ、６ａ凸部
１０、１１、１２、３０接合構造
１５超音波ホーン（伝達部材）
１６、４０成形用治具

Claims

端部外周面に内周面側に没する少なくとも一つの被嵌合部が設けられた第一のパイプの前記端部を熱可塑性樹脂からなる第二のパイプの端部に挿入する第一の工程と、
挿入された前記第一のパイプの前記被嵌合部と対応する位置で、前記第二のパイプの外周面側に超音波を伝達させる伝達部材を押圧させることで、該第二のパイプを超音波により軟化させて嵌合部として内周面側に位置する前記被嵌合部に突出させ嵌合させる第二の工程とを備えることを特徴とするパイプの接合方法。
請求項１に記載のパイプの接合方法において、
前記第二のパイプを、端部外周面に前記第一のパイプの前記被嵌合部と対応する少なくとも一つの凸部が形成されているものとし、
前記第二の工程では、該凸部を前記伝達部材で押圧することで前記嵌合部を形成することを特徴とするパイプの接合方法。
請求項１または請求項２に記載のパイプの接合方法において、
前記第一のパイプの前記被嵌合部を、外周面から内周面まで貫通する貫通孔とし、
前記第二の工程では、前記第一のパイプの内部に、少なくとも前記被嵌合部が形成された範囲で内周面と離間した状態で成形用治具を配置させた後に、前記第二のパイプに前記伝達部材を押圧させて、前記成形用治具上で変形するまで前記第二のパイプの一部を前記嵌合部として内周面側に突出させることを特徴とするパイプの接合方法。
第一のパイプの端部を、熱可塑性樹脂からなる第二のパイプに挿入して互いを接合させたパイプの接合構造であって、
前記第一のパイプの前記端部外周面に設けられ、内周面側に没する少なくとも一つの被嵌合部と、
前記第二のパイプの一部が内周面側に突出して形成され、該被嵌合部に嵌合した嵌合部とを備えることを特徴とするパイプの接合構造。
請求項４に記載のパイプの接合構造において、
前記嵌合部は、前記第二のパイプが超音波によって軟化して変形することで形成されていることを特徴とするパイプの接合構造。
請求項５に記載のパイプの接合構造において、
前記嵌合部は、超音波が与えられる前に前記第二のパイプの外周面側に突出した凸部に超音波を伝達させて内周面側に突出させたものであることを特徴とするパイプの接合構造。
請求項４から請求項６のいずれかに記載のパイプの接合構造において、
前記被嵌合部は、前記第一のパイプの外周面側から内周面側まで貫通する貫通孔であり、
前記嵌合部は、先端が前記第一のパイプの内周面側まで突出して該貫通孔の幅よりも大きく拡幅するように形成されていることを特徴とするパイプの接合構造。