JP4921019B2 - 部材同士の接合方法 - Google Patents

Description

本発明は、断面多角形状の管状体からなる第１部材と、第２部材とを接合する部材同士の接合方法及び接合構造体に関する。

従来、パイプに他の部材を接合する方法として、例えば次の方法が知られている。

パイプを他の部材に設けられた挿通孔内に挿通するとともに、パイプの中空部内に周方向に複数個に分割された割り型を配置する。次いで、割り型の各型セグメントをパイプの半径方向外向きに移動させることにより、パイプの挿通孔内への挿通部分及びその軸方向両側近傍部分をエキスパンド加工（拡管加工）する。これにより、他の部材をパイプに接合する方法である（例えば特許文献１及び２参照）。なお、この接合方法はリッジロック方法とも呼ばれている。

なお、部材同士の接合方法ではないが、割り型を用いた円筒体のエキスパンド加工方法として、例えば特開２００２−２２４７４３号公報に記載された方法が知られている（特許文献３参照）。
特開平４−８８１８号公報（第２頁、第８図） 特開平１１−３６８５９号公報 特開２００２−２２４７４３号公報

而して、従来の接合方法により得られた接合構造体では、パイプの断面形状は円形状であったため、他の部材にパイプの周方向の荷重が加わった場合、他の部材がパイプの周方向にずれ動き易いという難点があった。

本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、パイプ等の管状体からなる第１部材に第２部材を強固に接合できる部材同士の接合方法、該接合方法により得られた部材同士の接合構造体、及び前記接合方法に用いられる接合装置を提供することにある。

本発明は以下の手段を提供する。

［１］ 中空部を有する管状体からなる第１部材を第２部材に設けられた挿通孔内に挿通するとともに、第１部材の中空部内に周方向に複数個に分割された割り型を配置し、
次いで、割り型の各型セグメントを第１部材の半径方向外向きに移動させることにより、第１部材の挿通孔内への挿通部分及びその軸方向両側近傍部分をエキスパンド加工し、第１部材と第２部材を接合する部材同士の接合方法において、
第１部材は、断面多角形状の管状体からなり、
第２部材の挿通孔は、第１部材の断面形状に対応した断面形状に形成されており、
割り型は、第１部材の各平坦壁部に対応する位置で分割されており、
第１部材の中空部内に配置された割り型の各型セグメントを第１部材の各角部に向かって第１部材の半径方向外向きに移動させることにより、エキスパンド加工を行うことを特徴とする部材同士の接合方法。

［２］ 割り型の外周面には、第１部材の挿通孔内への挿通部分の軸方向両側近傍部分を外側に局部的に膨出させる２個の凸部が設けられている前項１記載の部材同士の接合方法。

［３］ 第１部材の角部の断面形状は略円弧状に形成されている前項１又は２記載の部材同士の接合方法。

［４］ 第２部材の挿通孔の周縁部に、第１部材の軸方向に突出した座板部が一体に設けられており、
第２部材の座板部を第１部材の外周面に重合状態に配置し、且つ座板部の外面側に配置された規制部材により座板部が第１部材の外周面から捲り上がらないように座板部を規制した状態で、エキスパンド加工を行う前項１〜３のいずれかに記載の部材同士の接合方法。

［５］ 前項１〜４のいずれかに記載の部材同士の接合方法により得られた部材同士の接合構造体。

［６］ 中空部を有する管状体からなる第１部材が第２部材に設けられた挿通孔内に挿通された状態で、第１部材の挿通孔内への挿通部分及びその軸方向両側近傍部分がエキスパンド加工されて、第１部材と第２部材が接合された部材同士の接合構造体において、
第１部材は、断面多角形状の管状体からなり、
第２部材の挿通孔は、第１部材の断面形状に対応した断面形状に形成されており、
第１部材の少なくとも各角部がエキスパンド加工されていることを特徴とする部材同士の接合構造体。

［７］ 第１部材の挿通孔内への挿通部分の軸方向両側近傍部分が外側に局部的に膨出している前項６記載の部材同士の接合構造体。

［８］ 第１部材の角部の断面形状は略円弧状に形成されている前項６又は７記載の部材同士の接合構造体。

［９］ 第２部材の挿通孔の周縁部に、第１部材の軸方向に突出した座板部が一体に設けられており、
第２部材の座板部が第１部材の外周面に重合された状態で、座板部が第１部材の外周面から捲り上がらないように座板部を規制した環状の規制部材が座板部に外嵌状態に接合されている前項６〜８のいずれかに記載の部材同士の接合構造体。

［１０］ 周方向に複数個に分割された割り型を備えており、
中空部を有する断面多角形状の管状体からなる第１部材を、第２部材に設けられ、第１部材の断面形状に対応した断面形状の挿通孔内に挿通した状態で、第１部材の中空部内に配置された割り型の各型セグメントを第１部材の半径方向外向きに移動させることにより、第１部材の挿通孔内への挿通部分及びその軸方向両側近傍部分をエキスパンド加工して、第１部材と第２部材を接合する接合装置であって、
割り型は、第１部材の各平坦壁部に対応する位置で分割されており、
割り型の各型セグメントは、第１部材の中空部内に割り型が配置された状態で第１部材の各角部に向かって第１部材の半径方向外向きに移動されるものであることを特徴とする接合装置。

［１１］ 割り型の外周面には、第１部材の挿通孔内への挿通部分の軸方向両側近傍部分を外側に局部的に膨出させる２個の凸部が設けられている前項１０記載の接合装置。

本発明は以下の効果を奏する。

なお本明細書では、第１部材に第２部材が接合された接合構造体において、第１部材の周方向の荷重に対する第２部材の接合強度を「ねじり強度」という。また、第１部材の軸方向の荷重に対する第２部材の接合強度を「抜け強度」という。

［１］の発明では、第１部材は断面多角形状の管状体からなり、第２部材の挿通孔は第１部材の断面形状に対応した断面形状に形成されていることから、第１部材が第２部材の挿通孔内に挿通された状態においてねじり強度が向上する。したがって、もし仮に第２部材に第１部材の周方向の荷重が加わった場合であっても、第２部材は第１部材の周方向にずれ動き難くなる。

さらに、第１部材の中空部内に配置された割り型の各型セグメントを第１部材の各角部に向かって第１部材の半径方向外向きに移動させることにより、エキスパンド加工を行うので、第１部材の各平坦壁部よりも第１部材の各角部の方が重点的にエキスパンド加工されて外側に大きく膨出される。そのため、ねじり強度が更に向上する。

［２］の発明では、割り型の外周面に、第１部材の挿通孔内への挿通部分の軸方向両側近傍部分を外側に局部的に膨出させる２個の凸部が設けられているので、この割り型を用いてエキスパンド加工を行うことにより、第１部材の挿通孔内への挿通部分の軸方向両側近傍部分が外側に局部的に且つ確実に膨出される。そのため、抜け強度が確実に向上する。したがって、もし仮に第２部材に第１部材の軸方向の荷重が加わった場合であっても、第２部材は第１部材の軸方向にずれ動き難くなる。

［３］の発明では、第１部材の角部の断面形状が略円弧状に形成されているので、第２部材に第１部材の周方向の荷重が加わった場合において、第１部材の角部に応力が集中するのを確実に防止できる。そのため、強度的信頼性が向上する。

［４］の発明では、第２部材の座板部を第１部材の外周面に重合状態に配置することにより、第２部材の第１部材との接触面積が増加するから、接合強度が更に向上する。さらに、第２部材の第１部材との接触面積の増加は、第２部材の肉厚を増大させることで行われるものではなく、第２部材の挿通孔の周縁部に座板部を設けることにより行われるので、接合構造体の軽量化を図ることができる。

さらに、座板部の外面側に配置された規制部材により第２部材の座板部が第１部材の外周面から捲り上がらないように座板部を規制した状態で、エキスパンド加工を行うことにより、座板部を第１部材の外周面に確実に面接触状態に当接させることができ、もって接合強度が確実に向上する。

［５］の発明では、高いねじり強度の接合構造体を提供できる。

［６］〜［９］の発明は、それぞれ［１］〜［４］の発明の効果と同じ効果を奏する。

［１０］及び［１１］の発明は、本発明に係る部材同士の接合方法に好適に用いられる接合装置を提供できる。

次に、本発明の好ましい幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。

図１〜図９は、本発明の第１実施形態に係る部材同士の接合方法及び接合装置を説明する図である。

図１及び図２において、（Ａ１）は、本第１実施形態に係る部材同士の接合方法により製造された接合構造体である。この接合構造体（Ａ１）は、第１部材（１）と第２部材（５）とが互いに接合されて構成されたものである。

第１部材（１）は、図３に示すように、中空部（３）を有する断面多角形状の管状体からなるものである。本実施形態では、第１部材（１）は断面四角形状の管状体からなり、詳述すると第１部材（１）の外周面の断面形状及び内周面（中空部（３））の断面形状はいずれも四角形状である。したがって、第１部材（１）は、周方向に並んだ４個の平坦壁部（１ａ）と、周方向に隣り合う２個の平坦壁部（１ａ）（１ａ）間に介在された角部（１ｂ）とを有しており、換言すると平坦壁部（１ａ）と角部（１ｂ）とが交互に周方向に並んで配置されたものである。また、第１部材（１）の角部（１ｂ）の断面形状は、所定の曲率半径の円弧状に形成されている。

第１部材（１）は、塑性変形可能な材料からなり、例えば金属からなり、詳述するとアルミニウム又はアルミニウム合金からなる。ただし本発明では、第１部材（１）の材質はアルミニウム又はアルミニウム合金であることに限定されるものではなく、その他に、例えば、鉄、鋼、銅等の金属であっても良い。

第２部材（５）は、板状であり、詳述すると円板状である。さらに、第２部材（５）の中央部には、第１部材（１）が挿通される挿通孔（６）が設けられている。この挿通孔（６）は、第１部材（１）の断面形状に対応した断面形状に形成されており、即ち断面四角形状に形成されている。ここで、上述したように第１部材（１）の各角部（１ｂ）の断面形状は円弧状に形成されていることから、第２部材（５）の挿通孔（６）の各角部（７）の断面形状も第１部材（１）の各角部（１ｂ）の断面形状に対応して円弧状に形成されている。

第２部材（５）は、剛性を有するものであり、例えば金属からなり、詳述するとアルミニウム又はアルミニウム合金からなる。ただし本発明では、第２部材（５）の材質はアルミニウム又はアルミニウム合金であることに限定されるものではなく、その他に、例えば、鉄、鋼、銅等の金属であっても良いし、セラミックやプラスチックであっても良い。

第１部材（１）の長さは例えば５０〜２０００ｍｍの範囲内である。第１部材（１）の断面における各辺の長さは例えば２０〜１００ｍｍの範囲内である。第１部材（１）の各角部（１ｂ）の曲率半径は例えば５〜４５ｍｍの範囲内である。第１部材（１）の肉厚は例えば０．５〜５ｍｍの範囲内である。

ただし本発明では、第１部材（１）の各寸法は上記の範囲内であることに限定されるものではなく、使用目的や用途に応じて様々に設定されるものである。

第２部材（５）の直径は例えば３５〜３００ｍｍの範囲内である。第２部材（５）の挿通孔（６）の断面における各辺の長さは、第１部材（１）の断面における各辺の長さよりも例えば０．５〜５ｍｍ大きく設定されている。第２部材（５）の挿通孔（６）の各角部（７）の曲率半径は例えば５〜４５ｍｍの範囲内である。第２部材（５）の肉厚は例えば１〜５０ｍｍの範囲内である。

ただし本発明では、第２部材（５）の各寸法は上記の範囲内であることに限定されるものではなく、使用目的や用途に応じて様々に設定されるものである。

この接合構造体（Ａ１）では、図２に示すように、第１部材（１）が第２部材（５）の挿通孔（６）内に挿通された状態で、第１部材（１）の第２部材挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）と該挿通部分（２ａ）の軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）とがエキスパンド加工予定部としてエキスパンド加工（拡管加工）されることで、第１部材（１）と第２部材（５）が接合されている。

第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）は、外側に僅かに膨出している。さらに、第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）の軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）は、外側に断面円弧状に局部的に膨出しており、これら両部位（２ｂ）（２ｂ）間で第２部材（５）が挟まれた状態になっている。

第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）の軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）の膨出高さは例えば０．５〜１０ｍｍの範囲内であり、またこの部分（２ｂ）の幅は例えば３〜３０ｍｍの範囲内である。ただし本発明では、この部分（２ｂ）の膨出高さ及び幅は上記の範囲内であることに限定されるものではない。

この接合構造体（Ａ１）において、第２部材（５）は、例えば、他の部材に取り付けられるフランジとして用いられる。この場合、第２部材（５）には、通常、ボルト挿通孔等の締結具挿通孔（図示せず）が設けられることとなる。ただし本発明では、第２部材（５）はフランジとして用いられるものであることに限定されるものではなく、その他に、例えば、ブラケットやステイを有する部材であっても良い。

次に、第１部材（１）と第２部材（５）を接合する、本発明の第１実施形態に係る接合装置（１０）について、以下に説明する。

図４〜図６に示すように、この接合装置（１０）は、割り型（１１）とその駆動手段（１７）とを備えている。

割り型（１１）は、第１部材（１）の中空部（３）内に配置されるものであり、図６に示すように、第１部材（１）の中空部（３）の断面形状に対応した断面形状に形成されている。この割り型（１１）は、その中心部に設けられた後述する楔孔部（１４）を中心に周方向に複数個に分割されている。本実施形態では、図６に示すように、割り型（１１）の分割数は、第１部材（１）の平坦壁部（１ａ）の個数と同じく４個である。したがって、この割り型（１１）は、４個の型セグメント（１１ａ）が互いに組み合わされて構成されている。

さらに、この割り型（１１）の分割位置について以下に詳述する。この割り型（１１）は、第１部材（１）の各角部（１ｂ）に対応する位置ではなく、第１部材（１）の各平坦壁部（１ａ）に対応する位置で分割されており、更に詳述すると、この割り型（１１）は、第１部材（１）の各平坦壁部（１ａ）の幅方向中間部に対応する位置で分割されている。

図４及び図５に示すように、割り型（１１）の外周面の軸方向中間部には、軸方向に互いに離間した２個の凸部（１２）（１２）が全周に亘って延びて設けられている。両凸部（１２）（１２）は、第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）の軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）を外側に局部的に断面円弧状に膨出させるものである。各凸部（１２）の断面形状は円弧状である。

さらに、割り型（１１）の両凸部（１２）（１２）間の部位（１３）の直径は、割り型（１１）の軸方向両端部の直径よりも大きく設定されている。この部位（１３）は、第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）を外側に局部的に膨出されるものである。

駆動手段（１７）は、第１部材（１）の中空部（３）内に配置された割り型（１１）の各型セグメント（１１ａ）を、第１部材（１）の各角部（１ｂ）に向かって第１部材（１）の半径方向外向きに移動させるものである（図９参照）。

この駆動手段（１７）はマンドレル（１８）を有している。このマンドレル（１８）の先端部には楔部（１８ａ）が形成されている。この楔部（１８ａ）は先細りの円錐状（又は円錐台状）に形成されている。また、このマンドレル（１８）の基端部には、該マンドレル（１８）を軸方向に移動させる駆動源（図示せず）が接続されている。この駆動源としては、油圧シリンダ等の流体圧シリンダが用いられる。なお本発明では、マンドレル（１８）の楔部（１８ａ）は円錐状ではなく角錐状（又は角錐台状）に形成されていても良い。

割り型（１１）の中心部には、マンドレル（１８）の楔部（１８ａ）に対応する上述したテーパ状の楔孔部（１４）が割り型（１１）の軸方向に貫通して設けられている。図６に示すように、この楔孔部（１４）の横断面形状は円形状である。そして、割り型（１１）は、上述したように、この楔孔部（１４）を中心に周方向に４個に分割されている。

次に、この接合装置（１０）を用いた第１部材（１）と第２部材（５）の接合方法について以下に説明する。

まず、図４〜図６に示すように、第１部材（１）を第２部材（５）の挿通孔（６）内に遊挿状態に挿通する。また、第１部材（１）の中空部（３）内における第２部材（５）に対応する位置に割り型（１１）を遊挿状態に挿入配置する。さらに、割り型（１１）の中心部の楔孔部（１４）内に駆動手段（１７）のマンドレル（１８）の楔部（１８ａ）を挿入配置する。

次いで、この状態で、図７〜図９に示すように、マンドレル（１８）の楔部（１８ａ）を第１部材（１）の軸方向に移動させることにより、割り型（１１）の各型セグメント（１１ａ）を第１部材（１）の各角部（１ｂ）に向かって第１部材（１）の半径方向外向きに移動させる（図９参照）。これにより、図７及び図８に示すように、第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）及びその軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）をエキスパンド加工（拡管加工）する。

このエキスパンド加工によって、第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）及びその軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）が外側に局部的に膨出するように塑性変形されて第２部材（５）の挿通孔（６）の周縁部に圧接されるとともに、第２部材（５）の挿通孔（６）が半径方向外向きに広がるように第２部材（５）が弾性変形される。さらに、このように第２部材（５）が弾性変形されることに伴い、第２部材（５）に弾性復元力が蓄積される。

次いで、マンドレル（１８）の楔部（１８ａ）を割り型（１１）の楔孔部（１４）内から抜出する。すると、第２部材（５）に蓄積された弾性復元力（スプリングバック力）により第２部材（５）が第１部材（１）の外周面に圧接固定される。これにより、第２部材（５）が第１部材（１）（詳述すると第１部材（１）の外周面）に接合される。

ここで、上述したように、割り型（１１）は、第１部材（１）の各平坦壁部（１ａ）の幅方向中間部に対応する位置で分割されており、エキスパンド加工時には、この割り型（１１）の各型セグメント（１１ａ）は第１部材（１）の各角部（１ｂ）に向かって移動されることから、このエキスパンド加工によって、第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）及びその軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）のうち、特に、挿通部分（２ａ）の各角部（１ｂ）と挿通部分（２ａ）の軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）の各角部（１ｂ）とが大きく且つ確実に外側に膨出する。この結果、第２部材（５）が第１部材（１）に非常に強固に接合される。

而して、本第１実施形態の接合方法は次の利点がある。

第１部材（１）は断面四角形状の管状体からなり、第２部材（５）の挿通孔（６）は第１部材（１）の断面形状に対応した断面形状に形成されていることから、第１部材（１）が第２部材（５）の挿通孔（６）内に挿通された状態においてねじり強度が向上する。したがって、もし仮に第２部材（５）に第１部材（１）の周方向の荷重が加わった場合であっても、第２部材（５）は第１部材（１）の周方向にずれ動き難くなる。

さらに、第１部材（１）の中空部（３）内に配置された割り型（１１）の各型セグメント（１１ａ）を第１部材（１）の各角部（１ｂ）に向かって第１部材（１）の半径方向外向きに移動させることにより、エキスパンド加工を行うので、第１部材（１）の各平坦壁部（１ａ）よりも各角部（１ｂ）の方が重点的にエキスパンド加工されて外側に大きく膨出される。そのため、ねじり強度が更に高くなる。したがって、図９に示すように、もし仮に第１部材（１）の各平坦壁部（１ａ）と第２部材（５）との間に隙間（Ｋ）が生じた場合であっても、第１部材（１）の周方向の荷重に対して十分なねじり強度を確保できる。

また、割り型（１１）の外周面に、第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）の軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）を外側に局部的に膨出させる２個の凸部（１２）（１２）が設けられているので、この割り型（１１）を用いてエキスパンド加工を行うことにより、第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）の軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）が外側に局部的に且つ確実に膨出される。そのため、抜け強度が確実に向上する。したがって、もし仮に第２部材（５）に第１部材（１）の軸方向の荷重が加わった場合であっても、第２部材（５）は第１部材（１）の軸方向にずれ動き難くなる。

さらに、第１部材（１）の各角部（１ｂ）の断面形状が円弧状に形成されているので、第２部材（５）に第１部材（１）の周方向の荷重が加わった場合において、第１部材（１）の各角部（１ｂ）に応力が集中するのを確実に防止できる。そのため、強度的信頼性が向上する。

図１０及び図１１は、本発明の第２実施形態に係る接合構造体（Ａ２）を説明する図である。これらの図には、上記第１実施形態の接合構造体（Ａ１）の要素と同一の要素には同一の符号が付されている。本第２実施形態の接合構造体（Ａ２）の構造について、上記第１実施形態の接合構造体（Ａ１）とは異なる構成を中心に以下に説明する。

この接合構造体（Ａ２）では、図１１に示すように、第２部材（５）の挿通孔（６）の周縁部には、第１部材（１）の軸方向（即ち、第２部材（５）の厚さ方向）の片側に突出した略短角筒状（短角筒状）の座板部（８）が全周に亘って一体形成されている。この座板部（８）は、第２部材（５）の挿通孔（６）の周縁部が全周に亘って略短角筒状に屈曲されることにより形成されたものである。この座板部（８）は、第２部材（５）が第１部材（１）に接合された状態において第１部材（１）の外周面に重合されるものである。

第２部材（５）及び座板部（８）の肉厚は、互いに同じであり、例えば０．５〜１０ｍｍの範囲内である。また、座板部（８）の突出長さは例えば１〜５０ｍｍの範囲内である。ただし本発明では、第２部材（５）及び座板部（８）の各寸法は上記の範囲内であることに限定されるものではない。

（２０）は、環状の規制部材である。この規制部材（２０）は、第１部材（１）の外周面に重合された第２部材（５）の座板部（８）が第１部材（１）の外周面から捲り上がらないように座板部（８）を規制するものである。本実施形態では、この規制部材（２０）は角環状である。

規制部材（２０）は、剛性を有するものであり、例えば金属からなり、詳述するとアルミニウム又はアルミニウム合金からなる。ただし本発明では、規制部材（２０）の材質はアルミニウム又はアルミニウム合金であることに限定されるものではなく、その他に、例えば、鉄、鋼、銅等の金属であっても良いし、プラスチックであっても良い。

規制部材（２０）の中空部の断面における各辺の長さは、第２部材（５）の座板部（８）の断面における各辺の長さよりも例えば０．５〜５ｍｍ大きく設定されている。規制部材（２０）の幅（即ち、規制部材（２０）の第１部材（１）軸方向に沿う長さ）は、第２部材（５）の座板部（８）の突出長さに対して例えば０．５〜１倍の範囲内である。規制部材（２０）の肉厚は、エキスパンド加工時に規制部材（２０）に加わる荷重に耐え得る肉厚に設定されており、例えば１〜１０ｍｍの範囲内に設定されている。ただし本発明では、規制部材（２０）の各寸法は上記の範囲内であることに限定されるものではない。

この接合構造体（Ａ２）では、第２部材（５）の座板部（８）が第１部材（１）の外周面に重合された状態で、第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）及びその軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）がエキスパンド加工されて、第２部材（５）が第１部材（１）に接合されている。さらに、規制部材（２０）が座板部（８）の外面に固定状態に取り付けられており、すなわち規制部材（２０）が座板部（８）に外嵌状態に接合されている。

本第２実施形態における第１部材（１）と第２部材（５）の接合方法について、上記第１実施形態の接合方法とは異なる点を中心に以下に説明する。

第１部材（１）を第２部材（５）の挿通孔（６）内に挿通するとともに、第２部材（５）の座板部（８）を第１部材（１）の外周面に重合状態に配置する。この状態では、第２部材（５）の座板部（８）と第１部材（１）との間には僅かに隙間が生じている。さらに、規制部材（２０）の中空部内に第２部材（５）の座板部（８）を挿通して、座板部（８）の外面側に該座板部（８）を包囲するように規制部材（２０）を配置する。この状態では、座板部（８）は、エキスパンド加工時に第１部材（１）の外周面から不本意に捲り上がらないように規制部材（２０）によって規制されている。また、座板部（８）と規制部材（２０）との間には僅かに隙間が生じている。次いで、第１部材（１）の中空部（３）内に割り型（１１）を挿入配置する。

次いで、この状態で、上記第１実施形態の接合方法と同様に、割り型（１１）の各型セグメント（１１ａ）を第１部材（１）の各角部（１ｂ）に向かって第１部材（１）の半径方向外向きに移動させ、これにより第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）及びその軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）をエキスパンド加工する。これにより、第２部材（５）が第１部材（１）に接合されるとともに、更に、規制部材（２０）が第２部材（５）の座板部（８）の外面に固定状態に取り付けられ、すなわち規制部材（２０）が第２部材（５）の座板部（８）に外嵌状態に接合される。このエキスパンド加工時には、規制部材（２０）によって第２部材（５）の座板部（８）が第１部材（１）の外周面から不本意に捲り上がらないように規制されている。

本第２実施形態の接合方法は次の利点がある。

第２部材（５）の座板部（８）を第１部材（１）の外周面に重合状態に配置することにより、第２部材（５）の第１部材（１）との接触面積が増加するから、接合強度が更に向上する。さらに、第２部材（５）の第１部材（１）との接触面積の増加は、第２部材（５）の肉厚を増大させることで行われるものではなく、第２部材（５）の挿通孔（６）の周縁部に座板部（８）を設けることにより行われるので、接合構造体（Ａ２）の軽量化を図ることができる。

さらに、規制部材（２０）によって第２部材（５）の座板部（８）が第１部材（１）の外周面から捲り上がらないように座板部（８）を規制した状態で、エキスパンド加工を行うことにより、座板部（８）を第１部材（１）の外周面に確実に面接触状態に当接させることができ、もって接合強度が確実に向上する。

図１２及び図１３は、本発明の第３実施形態に係る接合構造体（Ａ３）を説明する図である。これらの図には、上記第１及び第２実施形態の接合構造体（Ａ１）（Ａ２）の要素と同一の要素には同一の符号が付されている。

本第３実施形態の接合構造体（Ａ３）は、上記第２実施形態の接合構造体（Ａ２）における規制部材（２０）をエキスパンド加工後に取り除いたものである。

この接合構造体（Ａ３）では、規制部材（２０）が取り除かれているので、接合構造体（Ａ３）の更なる軽量化が図られている。

なお本発明では、規制部材（２０）は環状であって且つ周方向に複数個に分割されたものであっても良いし、あるいは環状でなくても良い。

以上で、本発明の幾つかの実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に示したものに限定されるものではない。

例えば、本発明では、第１部材（１）は、断面三角形状、五角形状、六角形状、七角形、八角形等の断面多角形状の管状体からなるものであっても良い。

また本発明では、第２部材（５）の形状は円板状であることに限定されるものではなく、その他に、例えば、角板状であっても良いし、筒状であっても良い。

また本発明では、第２部材（５）の挿通孔（６）の周面に、摩擦力を高めて接合強度を向上させるための溝（ローレット溝等）が形成されていても良いし、あるいは食い込み凸部や凹部が形成されていても良い。

次に、本発明の具体的な実施例を以下に説明する。ただし本発明は、この実施例に限定されるものではない。

＜実施例＞
図１〜図９に示した上記第１実施形態の接合方法に従って第１部材（１）と第２部材（５）を接合し、図１及び図２に示した接合構造体（Ａ１）を製造した。

使用した第１部材（１）の材質は、ＪＩＳ（日本工業規格）による合金番号Ａ６Ｎ０１−Ｔ５のアルミニウム合金である。また、第１部材（１）の長さは２００ｍｍ、断面寸法（外径）は７８×７８ｍｍ、角部（１ｂ）の曲率半径は２０ｍｍ、肉厚は２ｍｍである。

使用した第２部材（５）の材質は、第１部材（１）と同じである。また、第２部材（５）の直径は１３０ｍｍ、挿通孔（６）の断面寸法は８０×８０ｍｍ、角部（７）の曲率半径は２２ｍｍ、肉厚は１０ｍｍである。

また、接合構造体（Ａ１）において、第１部材（１）の挿通孔（６）内への挿通部分（２ａ）の軸方向両側近傍部分（２ｂ）（２ｂ）の膨出高さは３ｍｍ、その幅は１５ｍｍである。

＜比較例＞
第１部材（１）として断面円形状の管状体からなるものを用いたこと以外は、上記実施例と同様に第１部材（１）と第２部材（５）を接合した。

使用した第１部材（１）の材質は、上記実施例と同じである。また、第１部材（１）の長さは２００ｍｍ、外径は８５ｍｍ、肉厚は２ｍｍである。

使用した第２部材（５）の材質は、上記実施例と同じである。また、第２部材（５）の直径は１３０ｍｍ、肉厚は１０ｍｍである。また、第２部材（５）の挿通孔の断面形状は円形状であり、その直径は８９ｍｍである。

［ねじり強度の比較］
実施例の接合構造体（Ａ１）のねじり強度と、比較例の接合構造体のねじり強度とを比較した。なお、ねじり強度は次のように測定した。

第１部材（１）を固定しておき、第２部材（５）に第１部材（１）の周方向の荷重を加えることにより第２部材（５）が第１部材（１）の周方向に０．５°回転したときのトルクを、ねじり強度として測定した。

比較例の接合構造体では、ねじり強度は約３００Ｎｍであった。

一方、実施例の接合構造体（Ａ１）では、ねじり強度は約６５０Ｎｍであった。なお、参考例として、実施例の接合構造体（Ａ１）において第１部材（１）の所定部位（２ａ）（２ｂ）（２ｂ）をエキスパンド加工する前のものについて、ねじり強度を測定したところ、ねじり強度は約２５０Ｎｍであった。

以上の結果により、実施例の接合構造体（Ａ１）のねじり強度は、比較例の接合構造体のねじり強度よりも格段に高いことを確認し得た。

実施例の接合構造体（Ａ１）のねじり強度が格段に高い理由は次のとおりである。すなわち、断面多角形状の管状体からなる第１部材（１）が第２部材（５）における第１部材（１）の断面形状に対応した断面形状の挿通孔（６）内に挿通されることにより得られるねじり強度の向上と、第２部材（５）が第１部材（１）に接合されることにより得られるねじり強度の向上とが相乗的に作用したため、ねじり強度が格段に高くなったものである。

本発明は、例えば、自動車のステアリングサポートビーム、ステアリングコラムホルダ、マフラ、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、あるいは自動車以外の製品として、例えば配管材、自転車の部品に用いられる部材同士の接合方法及びそれに用いられる接合装置に利用可能である。

本発明の第１実施形態に係る接合構造体の側面図である。 同接合構造体の断面図である。 第１部材と第２部材の斜視図である。 第１部材の所定部位をエキスパンド加工する前の状態の半断面斜視図である。 第１部材の所定部位をエキスパンド加工する前の状態の断面図である。 図５中のＸ−Ｘ線断面図である。 第１部材の所定部位をエキスパンド加工した状態の半断面斜視図である。 第１部材の所定部位をエキスパンド加工した状態の断面図である。 図８中のＸ−Ｘ線断面図である。 本発明の第２実施形態に係る接合構造体の側面図である。 同接合構造体の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る接合構造体の側面図である。 同接合構造体の断面図である。

符号の説明

Ａ１、Ａ２、Ａ３…接合構造体
１…第１部材
１ａ…平坦壁部
１ｂ…角部
２ａ…挿通部分
２ｂ…挿通部分の近傍部分
３…中空部
５…第２部材
６…挿通孔
８…座板部
１０…接合装置
１１…割り型
１１ａ…型セグメント
１２…凸部
１４…楔孔部
１７…駆動手段
１８…マンドレル
１８ａ…楔部
２０…規制部材

Claims (14)

1. 中空部を有する管状体からなる第１部材を第２部材に設けられた挿通孔内に挿通するとともに、第１部材の中空部内に周方向に複数個に分割された割り型を配置し、
   次いで、割り型の各型セグメントを第１部材の半径方向外向きに移動させることにより、第１部材の挿通孔内への挿通部分及びその軸方向両側近傍部分をエキスパンド加工し、第１部材と第２部材を接合する部材同士の接合方法において、
   第１部材は、断面多角形状の管状体からなり、
   第２部材の挿通孔は、第１部材の断面形状に対応した断面形状に形成されており、
   割り型は、第１部材の各平坦壁部に対応する位置で分割されており、
   第１部材の中空部内に配置された割り型の各型セグメントを第１部材の各角部に向かって第１部材の半径方向外向きに移動させることにより、第１部材の各角部が各平坦壁部よりも大きく外側へ膨出されるようにエキスパンド加工を行うことを特徴とする部材同士の接合方法。
2. 割り型の分割数は、第１部材の平坦壁部の個数と同数である請求項１記載の部材同士の接合方法。
3. 割り型は、第１部材の各平坦壁部の幅方向中間部に対応する位置で分割されている請求項１又は２記載の部材同士の接合方法。
4. 割り型の外周面には、第１部材の挿通孔内への挿通部分の軸方向両側近傍部分を外側に局部的に膨出させる２個の凸部が設けられている請求項１〜３のいずれかに記載の部材同士の接合方法。
5. 第１部材の角部の断面形状は略円弧状に形成されている請求項１〜４のいずれかに記載の部材同士の接合方法。
6. 第２部材の挿通孔の周縁部に、第１部材の軸方向に突出した座板部が一体に設けられており、
   第２部材の座板部を第１部材の外周面に重合状態に配置し、且つ座板部の外面側に配置された規制部材により座板部が第１部材の外周面から捲り上がらないように座板部を規制した状態で、エキスパンド加工を行う請求項１〜５のいずれかに記載の部材同士の接合方法。
7. 中空部を有する管状体からなる第１部材が第２部材に設けられた挿通孔内に挿通された状態で、第１部材の挿通孔内への挿通部分及びその軸方向両側近傍部分がエキスパンド加工されて、第１部材と第２部材が接合された部材同士の接合構造体において、
   第１部材は、断面多角形状の管状体からなり、
   第２部材の挿通孔は、第１部材の断面形状に対応した断面形状に形成されており、
   第１部材の各角部が各平坦壁部よりも大きく外側へ膨出されていることを特徴とする部材同士の接合構造体。
8. 第１部材の挿通孔内への挿通部分の軸方向両側近傍部分が外側に局部的に膨出している請求項７記載の部材同士の接合構造体。
9. 第１部材の角部の断面形状は略円弧状に形成されている請求項７又は８記載の部材同士の接合構造体。
10. 第２部材の挿通孔の周縁部に、第１部材の軸方向に突出した座板部が一体に設けられており、
    第２部材の座板部が第１部材の外周面に重合された状態で、座板部が第１部材の外周面から捲り上がらないように座板部を規制した環状の規制部材が座板部に外嵌状態に接合されている請求項７〜９のいずれかに記載の部材同士の接合構造体。
11. 周方向に複数個に分割された割り型を備えており、
    中空部を有する断面多角形状の管状体からなる第１部材を、第２部材に設けられ、第１部材の断面形状に対応した断面形状の挿通孔内に挿通した状態で、第１部材の中空部内に配置された割り型の各型セグメントを第１部材の半径方向外向きに移動させることにより、第１部材の挿通孔内への挿通部分及びその軸方向両側近傍部分をエキスパンド加工して、第１部材と第２部材を接合する接合装置であって、
    割り型は、第１部材の各平坦壁部に対応する位置で分割されており、
    割り型の各型セグメントは、第１部材の中空部内に割り型が配置された状態で第１部材の各角部に向かって第１部材の半径方向外向きに移動されることにより、第１部材の各角部を各平坦壁部よりも大きく外側へ膨出させるものであることを特徴とする接合装置。
12. 割り型の分割数は、第１部材の平坦壁部の個数と同数である請求項１１記載の接合装置。
13. 割り型は、第１部材の各平坦壁部の幅方向中間部に対応する位置で分割されている請求項１１又は１２記載の接合装置。
14. 割り型の外周面には、第１部材の挿通孔内への挿通部分の軸方向両側近傍部分を外側に局部的に膨出させる２個の凸部が設けられている請求項１１〜１３のいずれかに記載の接合装置。

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