JP2020003010A

JP2020003010A - パイプ接合方法

Info

Publication number: JP2020003010A
Application number: JP2018123070A
Authority: JP
Inventors: 正人薮押; Masato Yabuoshi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2020-01-09

Abstract

【課題】電磁成形法を用いた場合において、パイプ部材の接合強度を全周にわたって高めることができるパイプ接合方法を提供する。【解決手段】Ｐ席パイプ１０ｐの接合箇所５０に接着剤４４を塗布した後、Ｐ席パイプ１０ｐをＤ席パイプ１０ｄに差し込んだ状態で、Ｐ席パイプ１０ｐの接合箇所５０を拡管させるための電磁力を付与する。Ｐ席パイプ１０ｐの接合箇所５０には、径方向外側に向かって突出する複数の突出部４２が周方向に沿って並設される。【選択図】図５

Description

本発明は、電磁成形法を用いてパイプ部材同士を接合するパイプ接合方法に関する。

例えば自動車分野において、パイプ部材同士を接合して自動車の骨格部品を製造する方法が知られている。

特許文献１には、小径部を有する第１のパイプ部材と、大径部を有する第２のパイプ部材を溶接等により接合してなるインストルメントパネルリインフォースメント構造（以下、「インパネＲ／Ｆ構造」ともいう）が開示されている。

特開２０１６−１２０８６６号公報

ところで、パイプ部材同士の接合手法として、上記した溶接法の他に、例えば、電磁力を利用した電磁成形法が用いられることがある。しかし、電磁成形法を用いた通常のパイプ接合方法では、パイプ部材同士の接合強度が充分でない場合が生じていた。

そこで、本明細書では、電磁成形法を用いた場合において、全周にわたってパイプ部材の接合強度を高めることができるパイプ接合方法を開示する。

本明細書が開示するパイプ接合方法は、端部のパイプ径が大径である第１のパイプ部材と、端部のパイプ径が小径である第２のパイプ部材を、電磁成形法を用いて接合する方法であって、前記第１のパイプ部材または前記第２のパイプ部材の接合箇所に、流動性を有する接着剤を塗布する工程と、前記接着剤の塗布後に前記第２のパイプ部材を前記第１のパイプ部材に差し込んだ状態で、前記第２のパイプ部材の接合箇所を拡管させるための電磁力を付与する工程と、を備え、前記第１のパイプ部材の接合箇所には、径方向内側に向かって突出する複数の突出部が周方向に沿って並設され、または、前記第２のパイプ部材の接合箇所には、径方向外側に向かって突出する複数の突出部が周方向に沿って並設される。

このように構成することで、第２のパイプ部材は、周方向に沿って並設される複数の突出部に案内されながら第１のパイプ部材に差し込まれる。つまり、突出部を設けない場合と比べてパイプ部材同士の接触面積を小さくすることで、第２のパイプ部材を差し込む途中において、接合箇所に塗布された接着剤の移動が抑制される。また、第２のパイプ部材が差し込まれた状態では、パイプ部材同士の離間距離が少なくとも突出部の高さの分だけ確保されるので、周方向にわたる隙間の偏りが抑制される。

その結果、パイプ部材同士の圧着力のみならず接着剤の接着力をさらに加えた接合が可能となり、しかも圧着力および接着力が周方向において均一化されやすくなる。これにより、電磁成形法を用いた場合において、全周にわたってパイプ部材の接合強度を高めることができる。

本明細書に開示するパイプ接合方法によれば、電磁成形法を用いた場合において、全周にわたってパイプ部材の接合強度を高めることができる。

左ハンドル車に対応するインパネＲ／Ｆ構造の一例を示す斜視図である。本体パイプの連結部周辺における拡大平面図である。図３（ａ）は、接合前におけるＰ席パイプの側面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の概略的なＡ−Ａ断面図である。図４（ａ）は、差込工程を模式的に示す図である。図４（ｂ）は、電磁成形工程を模式的に示す図である。差込工程および電磁成形工程の前後にわたるパイプ部材の状態遷移を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図１〜図５に従って説明する。なお、本明細書中における「軸方向」、「径方向」、「周方向」は、特記しない限り、パイプ部材の軸方向、径方向、周方向をそれぞれ意味する。

＜インパネＲ／Ｆ構造の構成＞
図１は、左ハンドル車に対応するインパネＲ／Ｆ構造の一例を示す斜視図である。以下、矢印Ｆｒの向きは車両の前方を、矢印Ｒｒの向きは車両の後方をそれぞれ示している。また、矢印Ｒｈの向きは車両の右方を、矢印Ｌｈの向きは車両の左方をそれぞれ示している。また、矢印Ｕｐの向きは車両の上方を、矢印Ｄｗの向きは車両の下方をそれぞれ示している。

図１に示すインパネＲ／Ｆ構造は、車両幅方向に延設される本体パイプ１０と、この本体パイプ１０にそれぞれ取り付けられたステアリングサポート１２、カウルトゥブレース１４、フロアブレース１６ｄ，１６ｐ、およびサイドブラケット１８を含んで構成される。ここで、インストルメントパネルの図示は省略されている。

ステアリングサポート１２は、ステアリングブラケット２０を介してステアリングコラム２２を支持する部材である。ステアリングコラム２２の後端には、ステアリングホイール２４が取り付けられる。

カウルトゥブレース１４は、車両前後方向に延設される補強部材である。具体的には、カウルトゥブレース１４は、車両前方から後方に向かって、上方から下方に傾斜するように配置される。これにより、車両前後方向において、本体パイプ１０は、カウルトゥブレース１４を介して、カウルパネル２６に対して支持される。

フロアブレース１６ｄ，１６ｐは、車両上下方向に延設される補強部材である。具体的には、フロアブレース１６ｄ，１６ｐは、車両下方から上方に向かって、車両後方から車両前方に傾斜するように配置される。運転席側に設けられるＤ席フロアブレース１６ｄの下端は、フロアトンネル２８の車両幅方向左側に支持固定される。また、助手席側に設けられるＰ席フロアブレース１６ｐの下端は、フロアトンネル２８の車両幅方向右側に支持固定される。

この実施形態では、Ｄ席フロアブレース１６ｄは、カウルトゥブレース１４に固定される。これにより、車両上下方向において、本体パイプ１０は、カウルトゥブレース１４およびＤ席フロアブレース１６ｄを介して、フロアトンネル２８に対して支持される。

サイドブラケット１８は、本体パイプ１０の両端部に１つずつ設けられる。これにより、車両左右方向において、本体パイプ１０は、左右のサイドブラケット１８を介して、左右のフロントピラー３０に対して支持される。

＜本体パイプ１０の構成＞
図２は、本体パイプ１０の連結部３２周辺における拡大平面図である。本体パイプ１０は、運転席側に配置されるＤ席パイプ１０ｄと、助手席側に配置されるＰ席パイプ１０ｐを接合して構成される筒状部材である。Ｄ席パイプ１０ｄおよびＰ席パイプ１０ｐは、金属を含む導電性材料からなり、例えば、アルミニウム板材を曲げ加工した、いわゆる板巻きパイプからなる。Ｄ席パイプ１０ｄは、Ｐ席パイプ１０ｐよりもパイプ径が大きくなるように構成されるとともに、Ｐ席パイプ１０ｐよりも剛性が高められている。

＜パイプ接合方法の説明＞
続いて、本体パイプ１０の製造工程に含まれるパイプ接合方法について、図３〜図５を参照しながら説明する。この実施形態では、端部のパイプ径が大径であるＤ席パイプ１０ｄ（第１のパイプ部材）と、端部のパイプ径が小径であるＰ席パイプ１０ｐ（第２のパイプ部材）を、電磁成形法を用いて接合する。

図３（ａ）は、接合前におけるＰ席パイプ１０ｐの側面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の概略的なＡ−Ａ断面図である。なお、図示の便宜上、図３（ｂ）および後述する図５の断面図において、Ｐ席パイプ１０ｐの先端部（徐々に拡径する部位）を省略している。

Ｐ席パイプ１０ｐは、筒状部４０と、筒状部４０の先端側に設けられた８つの突出部４２と、を備える。略半円柱状の突出部４２は、軸方向に延びるとともに径方向外側に向かって突出している。本図の例では、８つの突出部４２が、周方向に沿って等角度間隔（４５度間隔）で配置されている。この突出部４２の形状、個数または配置は、適宜変更されてもよい。例えば、複数のドット状突出部が、軸方向に沿って一列に配置されてもよいし、軸方向から見て円状、楕円状または螺旋状に配置されてもよい。

なお、複数の突出部４２は、Ｐ席パイプ１０ｐの端部外周面に代えて、Ｄ席パイプ１０ｄの端部内周面に設けられてもよい。この場合、各々の突出部４２は、Ｐ席パイプ１０ｐに対向する位置に、径方向内側に向かって突出するように形成される。

第１工程において、Ｐ席パイプ１０ｐの接合箇所、ここでは突出部４２を含む端部外周面の領域に、流動性を有する接着剤４４（例えば、エポキシ樹脂系の液状接着剤）を塗布する。なお、Ｐ席パイプ１０ｐの端部外周面に代えて、Ｄ席パイプ１０ｄの接合箇所（端部内周面の領域）に塗布してもよい。また、Ｐ席パイプ１０ｐに代えて、突出部４２が設けられていないパイプ部材（つまり、Ｄ席パイプ１０ｄ）に塗布してもよい。

第２工程において、接着剤４４が塗布されたＰ席パイプ１０ｐをＤ席パイプ１０ｄに差し込む。これにより、図４（ａ）に示すように、Ｄ席パイプ１０ｄの端部内周面とＰ席パイプ１０ｐの端部外周面は、接着剤４４を挟んで対向した状態になる。

第３工程において、Ｐ席パイプ１０ｐをＤ席パイプ１０ｄに差し込んだ状態で、Ｐ席パイプ１０ｐの電磁成形を行う。この成形に先立ち、図４（ｂ）に示すように、Ｐ席パイプ１０ｐの内部に電磁コイル５２を挿入した後、パルス状の電流を電磁コイル５２に供給する。そうすると、Ｄ席パイプ１０ｄおよびＰ席パイプ１０ｐには誘導電流が発生する。この誘導電流の発生に伴って、Ｄ席パイプ１０ｄおよびＰ席パイプ１０ｐの径方向外側に電磁力（ローレンツ力）が付与される。なお、Ｄ席パイプ１０ｄは、押さえ冶具５４により外側から押さえ付けられているため、Ｄ席パイプ１０ｄの変形が抑制されるとともにＰ席パイプ１０ｐのみが拡管する。

この結果、Ｄ席パイプ１０ｄおよびＰ席パイプ１０ｐは、接合箇所５０にて圧着されるとともに、塗布された接着剤４４を介して接着される。以上のようにして、本体パイプ１０の接合が完了する。

図５は、差込工程および電磁成形工程の前後にわたるパイプ部材の状態遷移を示す図である。より詳しくは、図５（ａ）は差込工程の実行前の状態、図５（ｂ）は差込工程の実行後であって電磁成形工程の実行前の状態、図５（ｃ）は電磁成形工程の実行後の状態をそれぞれ示す。

図５（ａ）（ｂ）に示すように、複数の突出部４２を周方向に沿って並設することで、Ｐ席パイプ１０ｐは、複数の突出部４２に案内されながらＤ席パイプ１０ｄに差し込まれる。つまり、突出部４２を設けない場合と比べてパイプ部材同士の接触面積を小さくすることで、Ｐ席パイプ１０ｐを差し込む途中において、接合箇所５０に塗布された接着剤４４の移動（例えば、掻き取りや塗布厚の偏り）が抑制される。

また、図５（ｂ）に示すように、Ｐ席パイプ１０ｐがＤ席パイプ１０ｄに差し込まれた状態では、パイプ部材同士の離間距離が少なくとも突出部４２の高さの分だけ確保されるので、周方向にわたる隙間４６の偏りが抑制される。

その結果、図５（ｃ）に示すように、パイプ部材同士の圧着力のみならず接着剤４４の接着力をさらに加えた接合が可能となり、しかも圧着力および接着力が周方向において均一化されやすくなる。これにより、電磁成形法を用いた場合において、全周にわたってパイプ部材の接合強度を高めることができる。

なお、この発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、この発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できる。例えば、上記した実施形態においてインパネＲ／Ｆ構造に適用した例を説明したが、このパイプ接合方法は、様々な形状または用途のパイプ部材に適用してもよい。

１０本体パイプ、１０ｄＤ席パイプ（第１のパイプ部材）、１０ｐＰ席パイプ（第２のパイプ部材）、４２突出部、４４接着剤、５０接合箇所。

Claims

端部のパイプ径が大径である第１のパイプ部材と、端部のパイプ径が小径である第２のパイプ部材を、電磁成形法を用いて接合するパイプ接合方法であって、
前記第１のパイプ部材または前記第２のパイプ部材の接合箇所に、流動性を有する接着剤を塗布する工程と、
前記接着剤の塗布後に前記第２のパイプ部材を前記第１のパイプ部材に差し込んだ状態で、前記第２のパイプ部材の接合箇所を拡管させるための電磁力を付与する工程と、を備え、
前記第１のパイプ部材の接合箇所には、径方向内側に向かって突出する複数の突出部が周方向に沿って並設され、または、前記第２のパイプ部材の接合箇所には、径方向外側に向かって突出する複数の突出部が周方向に沿って並設されることを特徴とするパイプ接合方法。