JP4742319B2 - Tubular member joining structure and joining method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、立体構造物に使用する管状部材の接合構造及びその接合方法に関するものである。 The present invention relates to a joining structure of tubular members used for a three-dimensional structure and a joining method thereof.
電波望遠鏡等の設置環境に適用する大型の構造物では、高信頼性、軽量化及び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樹脂材料、例えばCFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastics)管などを使用した立体トラスやポール構造物が用いられる。これらの材料は、接着により管材同士又は管材と継手とを接合して組み立てられる。 In large structures applied to installation environments such as radio telescopes, resin materials such as CFRP (Carbon Fiber Reinforced) are lightweight, rigid, and have a low linear expansion coefficient in order to meet demands for high reliability, light weight, low thermal deformation, and the like. A three-dimensional truss or pole structure using a plastics tube or the like is used. These materials are assembled by bonding the pipe members or the pipe member and the joint by bonding.
例えば、特開2005−256349号公報図2(特許文献1参照)には、第1の管状部材1と第2の管状部材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、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ものが記載されており、当該特許出願人が考案している。
For example, in JP-A-2005-256349, FIG. 2 (see Patent Document 1), an
しかしながら、特許文献1の段落「0010」に記載のように、管継手としてインバー(鉄ニッケル合金)などの金属を用いる場合には、金属製パイプの内周面にCFRPなどの樹脂パイプを挿入して嵌合するが、CFRPの外周表面は、芯金(軸心)に設置される内周面とは異なり、成形時に生じる波打ち面(起伏)を有しており、CFRPの挿入領域の外周を機械加工による研磨を実施する工程を付加して外周面を均一にする必要があった。
However, as described in paragraph “0010” of
また、大型電波望遠鏡などに管状パイプを適用する場合には、パラボラアンテナを支持する多数のパイプ部分とパラボラアンテナの上部に設置する副鏡を支持するステイとは、異なるパイプ形状のものを使用し、ステイとしてCFRPを使用する場合には、CFRPの外周や肉厚が大きいものが好ましく、CFRPをインバー継手の内周に挿入する構造では、複数の種類のインバー継手を準備する必要があった。 Also, when using tubular pipes for large radio telescopes, etc., use pipes with different pipe shapes for the multiple pipe parts that support the parabolic antenna and the stays that support the secondary mirror installed above the parabolic antenna. When CFRP is used as the stay, it is preferable that the outer periphery and the thickness of the CFRP are large. In the structure in which the CFRP is inserted into the inner periphery of the invar joint, it is necessary to prepare a plurality of types of invar joints.
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、CFRPの外周面の機械加工による研磨を不用とし、継手となる金属パイプの種類を標準化すると共に接着剤充填空間を加工が容易な金属パイプ側に設け、接着剤のはみ出しが無い管状部材の接合構造及びその接合方法を得ることを目的とする。 This invention has been made to solve the above-mentioned problems, eliminates the need for polishing of the outer peripheral surface of the CFRP by machining, standardizes the type of metal pipe used as a joint, and processes the adhesive filling space. It aims at obtaining the joining structure of the tubular member which is provided in the metal pipe side which is easy, and does not protrude the adhesive agent, and its joining method.
請求項1に係わる管状部材の接合構造は、第1管状部材と第2管状部材とを嵌合させ、接着剤を用いて接合する管状部材の接合構造において、樹脂成形され、芯金にて引き抜かれた均一な内周面を有する第1管状部材と、この第1管状部材の内周より外周が大きい金属で構成した第2管状部材と、この第2管状部材の端部から管軸に沿って所定の長さに亘って外周面を切り欠き第1管状部材と第2管状部材との嵌合領域であって第2管状部材の挿入終端側に設けた管軸方向の移動を係止する係止部と、前記嵌合領域の第2管状部材の外周面を切り欠いて部分的に設けられた第1管状部材の内周面と接する接着剤充填空間を形成する窪み部と、第2管状部材の管軸側の端部に粘着され、第1管状部材の内周より大きく相似状の弾力性を有する多孔質部材と、前記接着剤充填空間に対応する第1管状部材の前記嵌合領域に設けられた穴部と、前記接着剤充填空間に充填された接着剤とを備え、第1管状部材を前記係止部で定着するとともに第1管状部材の内周面と前記多孔質部材の管軸方向の外周面とを圧着したものである。
Junction structure of the tubular member according to
請求項2に係わる管状部材の接合構造は、複数の管状部材と継手状の管状部材とを嵌合させ、接着剤を用いて接合する管状部材の接合構造において、樹脂成形され、芯金にて引き抜かれた均一な内周面を有する第1管状部材と、この第1管状部材の内周より外周が大きい金属で構成した両端が開口された第2管状部材と、この第2管状部材の一端側の端部から管軸に沿って所定の長さに亘って外周面を切り欠き第1管状部材と第2管状部材との第1嵌合領域であって第2管状部材の第1挿入終端側に設けた管軸方向移動を係止する第1係止部と、前記第1嵌合領域の第2管状部材の一端側外周面を切り欠いて部分的に設けられた第1管状部材の内周面と接する第1接着剤充填空間を形成する第1窪み部と、第2管状部材の管軸側の前記一端側の端部に粘着され、第1管状部材の内周より大きく相似状の弾力性を有する第1多孔質部材と、前記第1接着剤充填空間に対応する第1管状部材の前記第1嵌合領域に設けられた第1穴部と、前記第1接着剤充填空間に充填された接着剤と、外周が第1管状部材よりも大きく内周が第1管状部材と等しい樹脂で成形され、芯金にて引き抜かれた均一な内周面を有する第3管状部材と、第2管状部材の他端側の端部から管軸に沿って所定の長さに亘って外周面を切り欠き第3管状部材と第2管状部材との第2嵌合領域であって第2管状部材の第2挿入終端側に設けた管軸方向移動を係止する第2係止部と、前記第2嵌合領域の第2管状部材の他端側外周面を切り欠いて部分的に設けられた第3管状部材の内周面と接する第2接着剤充填空間を形成する第2窪み部と、第2管状部材の管軸側の前記他端側の端部に粘着され、第3管状部材の内周より大きく相似状の弾力性を有する第2多孔質部材と、前記第2接着剤充填空間に対応する第3管状部材の前記第2嵌合領域に設けられた第2穴部と、前記第2接着剤充填空間に充填された接着剤とを備え、第1管状部材を前記第1係止部で定着するとともに第1管状部材の内周面と前記第1多孔質部材の管軸方向の外周面とを圧着し、第3管状部材を前記第2係止部で定着するとともに第3管状部材の内周面と前記第2多孔質部材の管軸方向の外周面とを圧着したものである。
The tubular member joining structure according to
請求項3に係わる管状部材の接合方法は、第1管状部材と第2管状部材とを嵌合させ、接着剤を用いて接合する管状部材の接合方法において、樹脂成形され、芯金にて引き抜かれた均一な内周面を有する第1管状部材に挿入する外周が第1管状部材の内周より大きい金属で構成した第2管状部材の端部から管軸に沿って所定の長さに亘って外周面を切り欠き第1管状部材と第2管状部材との嵌合領域を設けると共に第2管状部材の挿入終端側に管軸方向の移動を係止する係止部を設ける切削工程と、前記嵌合領域の第2管状部材の外周面を切り欠いて部分的に第1管状部材の内周面と接する接着剤充填空間を形成する窪み部を設ける研削工程と、第1管状部材の内周より大きく相似状の弾力性を有する多孔質部材を第2管状部材の管軸側の端部に粘着させる貼り付け工程と、前記接着剤充填空間に対応する第1管状部材の前記嵌合領域に穴部を設ける穴あけ加工工程と、第1管状部材と第2管状部材とを前記係止部で定着するとともに第1管状部材の内周面と前記多孔質部材の管軸方向の外周面とを圧着する挿入工程と、第1の管状部材の端部と第2管状部材の前記係止部との隙間をシール材によりシールする封止工程と、前記第1管状部材の穴部から接着剤充填空間内へ接着剤を注入し前記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第1管状部材と第2管状部材とを接合する接着剤注入工程とを備えたものである。
Method for joining tubular member according to
請求項4に係わる管状部材の接合方法は、複数の管状部材と継手状の管状部材とを嵌合させ、接着剤を用いて接合する管状部材の接合方法において、樹脂成形され、芯金にて引き抜かれた均一な内周面を有する第1管状部材に挿入する外周が第1管状部材の内周より大きい金属で構成した両端が開口された第2管状部材の一端側の端部から管軸に沿って所定の長さに亘って外周面を切り欠き第1管状部材と第2管状部材との第1嵌合領域を設けると共に第2管状部材の第1挿入終端側に管軸方向の移動を係止する第1係止部を設ける第1切削工程と、前記第1嵌合領域の第2管状部材の一端側外周面を切り欠いて部分的に設けられた第1管状部材の内周面と接する第1接着剤充填空間を形成する第1窪み部を設ける第1研削工程と、第1管状部材の内周より大きく相似状の弾力性を有する第1多孔質部材を第2管状部材の管軸側の前記一端側の端部に粘着させる貼り付け工程と、前記第1接着剤充填空間に対応する第1管状部材の前記第1嵌合領域に穴部を設ける第1穴あけ加工工程と、第1管状部材と第2管状部材とを前記第1係止部で定着するとともに第1管状部材の内周面と前記第1多孔質部材の管軸方向の外周面とを圧着する第1挿入工程と、第1管状部材の端部と第2管状部材の前記第1係止部との隙間をシール材によりシールする第1封止工程と、前記第1管状部材の穴部から前記第1接着剤充填空間内へ接着剤を注入し前記第1多孔質部材から第1接着剤充填空間内の空気を排出させながら前記接着剤を充填して第1管状部材と第2管状部材の一端とを接合する接着剤注入工程と、外周が第1管状部材よりも大きく内周が第1管状部材と等しい樹脂で成形され、芯金にて引き抜かれた均一な内周面を有する第3管状部材に挿入する第2管状部材の他端側の端部から管軸に沿って所定の長さに亘って外周面を切り欠き第3管状部材と第2管状部材との第2嵌合領域を設けると共に第2管状部材の第2挿入終端側に管軸方向の移動を係止する第2係止部を設ける第2切削工程と、前記第2嵌合領域の第2管状部材の他端側外周面を切り欠いて部分的に設けられた第3管状部材の内周面と接する第2接着剤充填空間を形成する第2窪み部を設ける第2研削工程と、第3管状部材の内周より大きく相似状の弾力性を有する第2多孔質部材を第2管状部材の管軸側の前記他端側の端部に粘着させる第2貼り付け工程と、前記第2接着剤充填空間に対応する第3管状部材の前記第2嵌合領域に穴部を設ける第2穴あけ加工工程と、第3管状部材と第2管状部材とを前記第2係止部で定着するとともに第3管状部材の内周面と前記第2多孔質部材の管軸方向の外周面とを圧着する第2挿入工程と、第3管状部材の端部と第2管状部材の前記第2係止部との隙間をシール材によりシールする第2封止工程と、前記第3管状部材の穴部から前記第2接着剤充填空間内へ接着剤を注入し前記第2多孔質部材から前記第2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第3管状部材と第2管状部材の他端とを接合する第2接着剤注入工程とを備えたものである。
Method for joining tubular member according to
この発明に係る管状部材の接合構造及び接合方法によれば、樹脂成形され、芯金にて引き抜かれた均一な内周面を有する第1管状部材の内周面に挿入する金属で構成する第2管状部材の外周面に第1管状部材の内周より大きくした軸方向の移動を係止する係止部を設け、第1管状部材の内周面に第2管状部材を挿入するので第1管状部材の外周に波打ち面があっても嵌合が正確に行われるので、第1管状部材の外周面の研磨が不要であり、嵌合部の強度の信頼性が高くなるとともに製造工数や製作コストが安価な管状部材の接合が可能となるとともに第1管状部材の内周より大きめの弾力性のある多孔質部材を第2管状部材の管軸側の端部に貼り付けるので第1管状部材の内周面と多孔質部材の管軸方向の外周面とが圧着され第1管状部材の内周部壁面からの接着剤の飛散やはみ出しが防止できる。 According to the joining structure and joining method for tubular members according to the present invention, the first member is made of a metal that is resin-molded and inserted into the inner peripheral surface of the first tubular member having a uniform inner peripheral surface that is pulled out by a cored bar . Since the latching part which latches the movement of the axial direction made larger than the inner periphery of the 1st tubular member is provided in the outer peripheral surface of 2 tubular members, and the 2nd tubular member is inserted in the inner peripheral surface of the 1st tubular member, the 1st Since the fitting is performed accurately even if there is a corrugated surface on the outer periphery of the tubular member, it is not necessary to polish the outer peripheral surface of the first tubular member, the reliability of the strength of the fitting portion is increased, and the manufacturing man-hours and production are increased. The tubular member can be joined at a low cost, and a flexible porous member larger than the inner periphery of the first tubular member is attached to the end of the second tubular member on the tube axis side, so the first tubular member the inner peripheral surface and a porous outer peripheral surface of the tube axis direction of the member and is crimped in the first tubular member Scattering and protrusion of the adhesive from the peripheral wall surface can be prevented.
また、第1管状部材の外周を大きくしても第2管状部材を共用できるので、強度を必要とする構造物に対して第1管状部材の外周を大きくして強度を高くすることが容易となり構造物の種類に応じて適切な強度や重量を確保した管状接合部材の組み込みが可能となる。 Further, since the second tubular member can be shared even if the outer periphery of the first tubular member is enlarged, it becomes easy to increase the strength by increasing the outer periphery of the first tubular member for a structure that requires strength. It is possible to incorporate a tubular joining member that ensures appropriate strength and weight according to the type of structure.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による管状部材の接合方法の接合前状態を示す断面図である。図1において、1はCFRPなどの樹脂合成繊維で成形加工された内周(A)が約90mm、外周(B)が約100mmの円形又は方形のパイプ(第1管状部材)、2はインバーなどの金属物で構成された内周(C)が約70mmの金属パイプ(第2管状部材)であり、第1管状部材の端部に挿入することによりその内周面で両管状部材は嵌合される。2aは第2管状部材2の挿入端近傍の外周面を第1管状部材の内周面と嵌合するために切り欠くとともにさらに中央部軸中心側に浅く切欠き領域を設けた窪み部、2bは第1管状部材1の端部と係止する第2管状部材の係止部、3は第1管状部材1の内周より少し大きい外周有する相似形状の貼り合わせ材を第2管状部材の端部に貼り付けたスポンジ状の弾性の多孔質部材、4は第1管状部材の端部近傍に設けられた貫通穴(穴部)である。
1 is a cross-sectional view showing a state before joining in a joining method for tubular members according to
図2は、この発明の実施の形態1による管状部材の接合状態を示す断面図である。図2において、5は第2管状部材2の窪み部2aと第1管状部材1の内周面で密閉空間が形成された係止部2bと第2管状部材2との端部間に位置する深さが0.2〜0.5mm程度の接着剤充填部(接着剤充填空間)である。なお、第2管状部材2に貼り付けた多孔質部材3は、第1管状部材1の内周面により押しつぶされ接着剤の飛散、はみ出しなどによる滲みや液漏れを防止する構造となっている。なお、図1及び図2において同一符号は同一又は相当部分を示す。
FIG. 2 is a sectional view showing a joined state of the tubular member according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 2, 5 is located between the end portions of the second
図3は、この発明の実施の形態1による管状部材の接合後の最終構造を示す断面図である。図3において6はエポキシ材などで構成され第1管状部材の端部と係止部2bとを接着するシール、7は接着剤充填部5に貫通穴(接着剤注入口)4から充填された接着剤である。なお、図1及び図2と同一符号は同一又は相当部分を示す。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the final structure after joining the tubular members according to
次に管状部材の接合方法と接合順序について図1〜図3を参考にして説明する。まず、切削工程で、図1に示すように第1管状部材1に挿入する外周が第1管状部材1の内周より大きい第2管状部材2の端部から管軸に沿って所定の長さに亘って切削加工し、外周面を切り欠き第1管状部材1と第2管状部材2との嵌合領域を設定し、第2管状部材2の挿入終端側に管軸方向の移動を係止する段付きの係止部2bを設ける。
Next, the joining method and joining order of the tubular members will be described with reference to FIGS. First, in the cutting step, as shown in FIG. 1, the outer circumference inserted into the first
次に研削工程で、嵌合領域の第2管状部材2の外周面を0.2mmから0.5mm程度薄く切り欠いて研削加工し、部分的凹部を形成し、第1管状部材1の内周面と接することで接着剤充填空間5を形成する窪み部2aを設ける。
Next, in the grinding process, the outer peripheral surface of the second
次に貼り付け工程で、第1管状部材1の内周より大きめのスポンジ状の多孔質部材3を第2管状部材2の管軸側の端部に接着剤や接着テープなどの粘着剤で貼り付ける。
Next, in the attaching step, a sponge-like
次に穴あけ加工工程で、接着剤充填空間5に対応する第1管状部材1の嵌合領域に貫通穴4を設ける。
Next, a through
次に挿入工程で、第1管状部材1と第2管状部材2とを係止部2bで定着するとともに第1管状部材1の内周面と多孔質部材3の管軸方向の外周面とを圧着する。すなわち、相対的に第1管状部材1を第2管状部材2の管軸方向に移動させ押圧していくと、図2に示すように、多孔質部材3の外周先端部は第1管状部材1の内周面に押しつぶされながら第2管状部材2の端部を通過し、第2管状部材2の係止部2bで係止される。係止部2bで係止されたことに伴い、第2管状部材2に設けた窪み部2aと第1管状部材1の内周面との間に接着剤充填部5が形成される。
Next, in the insertion step, the first
次に封止工程で、第1管状部材1の端部と第2管状部材2の係止部2bとの微小隙間を図3に示すようにシール材6によりシールする。
Next, in the sealing step, a minute gap between the end portion of the first
次に接着剤注入工程で、接着剤注入口となる第1管状部材1の穴部4から連通する接着剤充填空間内へ接着剤7を注入し多孔質部材3から接着剤充填空間内の空気を排出させながら接着剤7を充填して第1管状部材1と第2管状部材2とを接合する。
Next, in the adhesive injection step, the adhesive 7 is injected into the adhesive filling space communicating from the
以上から、本実施の形態1では外周に波打ち面などの起伏のあるCFRPパイプであってもCFRPパイプの嵌合面は内周面であるので、芯金にて引き抜かれた面であり、起伏が無く容易に挿入が可能となる。すなわち、第1の外周面の研磨が不要であり、嵌合部の強度の信頼性が高くなるとともに製造工数の削減や製作コストが安価な高品質の管状部材の接合が可能となる。 From the above, in the first embodiment, even if the CFRP pipe has an undulating surface such as a corrugated surface on the outer periphery, the fitting surface of the CFRP pipe is the inner peripheral surface. It can be easily inserted. That is, it is not necessary to polish the first outer peripheral surface, the reliability of the strength of the fitting portion is increased, and it is possible to join a high-quality tubular member with reduced manufacturing steps and low manufacturing costs.
また、接着剤注入動作により、接着剤7に押されて接着剤充填部5内部の空気は第1管状部材1及び第2管状部材2の接合された隙間を通り放散するが接着剤7は接着剤充填部5の全面にほぼ均一になるように充填される一方、多孔質部材3へ到達した接着剤7は、連続性のある多孔質部材3の比較的大きな気泡内に吸収保持されて管状部材の内側に垂れるのを防止する。
Further, by the adhesive injection operation, the air inside the
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2による管状部材の一方を継手とした場合の接合構造を説明する外観図である。図4において、8は金属バインダーなどに巻かれて設置されたホルダー、8aはホルダー8を固定する穴部、10はCFRPなどの樹脂成形パイプ、20はインバーなどで構成された金属継手であり、金属継手20は図1〜図3で説明した第2の管状部材2の少なくとも両端が開口されて嵌合部を有するものである。なお、図3と同一符号は同一又は相当部分を示す。
FIG. 4 is an external view for explaining a joint structure when one of the tubular members according to
次に管状部材と金属継手との接合方法について説明する。図5は山上などに設置される電波望遠鏡の外観図である。図5(a)は、パラボラ面上部構造を模式的に表現した電波望遠鏡反射鏡部の外観図であり、パラボラアンテナのパラボラ面、ステイ、支持構造物及びパラボラ面上部に設置した副鏡などからなる。図5(b)は、パラボラ面上のステイと接続する管状部材と金属継手模式図であり、図5(C)は、パラボラ面を支持する支持構造物に使用する管状部材と金属継手の模式図を示す。図5に示すように、パラボラ面を支持する多数の支持構造物に対して、ステイを支持する構造物は、副鏡やステイの自重、地震、風荷重の影響による強度強化を図る場合がある。対して図6に示すように金属継手20はCFRPパイプ10の内周面に挿入するのでCFRPパイプ10は肉厚を大きくし、図1に示す外周(B)よりさらに外周(D)の大きなものを使用する場合であっても支持構造物に使用する金属継手20は共通して利用できる。なお、図6において図4と同一符号は同一又は相当部分を示す。
Next, a method for joining the tubular member and the metal joint will be described. FIG. 5 is an external view of a radio telescope installed on a mountain top or the like. FIG. 5A is an external view of a radio telescope reflector that schematically represents the parabolic surface upper structure. From the parabolic surface of the parabolic antenna, the stay, the support structure, the submirror installed on the upper portion of the parabolic surface, and the like. Become. FIG. 5B is a schematic diagram of a tubular member and a metal joint connected to a stay on the parabola surface, and FIG. 5C is a schematic diagram of a tubular member and a metal joint used for a support structure that supports the parabola surface. The figure is shown. As shown in FIG. 5, the structure supporting the stay may increase the strength due to the influence of the secondary mirror and the weight of the stay, the earthquake, and the wind load with respect to the many support structures that support the parabolic surface. . On the other hand, as shown in FIG. 6, since the metal joint 20 is inserted into the inner peripheral surface of the
以上から、CFRPパイプなどの第1管状部材の外周を大きくしてもインバーなどで構成された金属継手などの第2管状部材を共用できるので、強度を必要とする構造物に対して第1管状部材の外周や肉厚を厚くして強度を大きくすることにより多様な強度の管状部材を接合した構造物に対する組み込みが可能となる。 From the above, since the second tubular member such as a metal joint made of invar or the like can be shared even if the outer periphery of the first tubular member such as a CFRP pipe is enlarged, the first tubular member is used for a structure requiring strength. Increasing the strength of the member by increasing the outer circumference and thickness of the member enables incorporation into a structure in which tubular members having various strengths are joined.
1・・第1管状部材(樹脂パイプ) 2・・第2管状部材(金属パイプ)
2a・・窪み部 2b・・係止部
3・・多孔質部材(スポンジ) 4・・穴部(貫通穴)
5・・接着剤充填部(接着剤充填空間) 6・・シール材 7・・接着剤
8・・ホルダー 8a・・ホルダーの穴部
10・・CFRPパイプ(第1管状部材)
20・・継手(第2管状部材)
1. First tubular member (resin pipe) 2. Second tubular member (metal pipe)
2a ··· depression 2b · · locking
5. ・ Adhesive filling part (adhesive filling space) 6. ・
10. ・ CFRP pipe (first tubular member)
20..Fitting (second tubular member)
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