JP7127778B2 - 器具取付用支柱 - Google Patents

Description

本発明は、地面に立設され、照明灯具などの各種器具が取り付けられる器具取付用支柱に関する。

かかる器具取付用支柱においては、上部に取り付けられた器具の重量や風などの影響により、特に地際部に位置する部材に繰り返しの応力が作用する。そこで従来一般的な器具取付用支柱は、地際部に位置する部材を補強した別部材（例えばベースプレートや柱脚金物）で構成し、この地際部に位置する別部材に支柱本体（鋼製部材）を溶接、機械接合などにより接合するようにしている（例えば特許文献１の[０００２]参照）。
しかし、溶接、機械接合などの従来一般的な接合法では、繰り返しの応力によって疲労し、溶接箇所に亀裂が生じたり、機械接合部が破壊する等、十分な接合強度が得られないことがある。また、地際部に位置する別部材には、補強のために三角形状等のリブプレートなどを設ける場合があり、その別部材の製作に手間がかかるという問題がある。

特開２００８－３１７１１号公報

本発明が解決しようとする課題は、地際部の強度を向上させることができると共に、別部材で構成する地際部に位置する部材と、支柱本体（鋼製部材）との接合強度を向上させることができる、器具取付用支柱を提供することにある。

本発明の一態様は、地面に立設される器具取付用支柱であって、鋳造により形成されたザラザラとした質感の鋳肌面を有する鋳鉄製部材と、前記鋳鉄製部材に摩擦圧接により接合された鋼製部材とを備える器具取付用支柱である。鋼製部材は、第１の厚みで円筒状に形成された第１の円筒状部を含み、鋳鉄製部材は、第１の厚みよりも大きい第２の厚みで円筒状に形成された第２の円筒状部を含む。第１の円筒状部は、第１の厚みに相当する第１の幅で環状に形成された第１の環状面と、摩擦圧接により生成されたバリにより第１の環状面と連なるように形成されたバリ面とを含み、第２の円筒状部は、第１の円筒状部に接合された接合面を含む。接合面は、第２の厚みに相当する第２の幅で環状に形成された第２の環状面であって、第１の環状面の全部とバリ面の少なくとも一部とに接合された第２の環状面を含む。そして、鋳鉄製部材が地際部に位置し、鋼製部材に器具が取り付けられる。

この器具取付用支柱によれば、地際部に位置する部材を、形状の自由度の高い鋳鉄製部材で構成しているため、過大な応力が発生する箇所の厚みを大きくしたり、大きなＲ形状を形成することにより、地際部の強度を向上させることができる。
また、鋳鉄製部材には鉄と黒鉛が存在し、この黒鉛は錆びず鉄分だけが腐食され、この黒鉛を含む腐食層は、黒鉛そのものの機械的な固定効果があるため剥がれにくくなり、腐食も進みにくくなり、結果的に腐食を防止する効果があり、鋼製部材よりも耐腐食性に優れている。したがって、鋳鉄製部材が地際部に位置することにより、地際部の強度を向上させることができる。
さらに、この器具取付用支柱によれば、鋳鉄製部材の円筒状部の厚みが、鋼製部材の円筒状部の厚みよりも大きく、鋳鉄製部材の環状面の面積が、鋼製部材の環状面の面積よりも大きいため、鋳鉄製部材の環状面を、鋼製部材の環状面だけでなく、それと連なるバリ面にも接合できる。このため、鋳鉄製部材と鋼製部材との接合面積を、鋼製部材の環状面の面積よりも大きくすることができる。したがって、地際部に位置する鋳鉄製部材と、器具が取り付けられる鋼製部材との接合強度を向上させることができる。

第２の円筒状部は、外周側の鋳肌面の一部を平滑にすることにより、摩擦圧接後に接合面に連なった状態で残存する外周側平滑面を含むことが好ましい。酸化物等の不純物を含む鋳肌面を除去した外周側平滑面が、接合面に連なった状態で残存しているため、接合面に不純物が混入している確率を低減できる。このため、外周側平滑面は、第２の円筒状部の周方向に連続的に形成されていることがさらに好ましい。鋳鉄製部材の円筒状部の外周側から、接合面に不純物が混入している確率をさらに低減できる。したがって、接合面に不純物が混入することに伴い接合が阻害され、接合強度が低下することを抑制できる。

第２の円筒状部は、内周側の鋳肌面の一部を平滑にすることにより、摩擦圧接後に接合面に連なった状態で残存する内周側平滑面を含むことが好ましい。鋳肌面を除去した内周側平滑面が、接合面に連なった状態で残存しているため、接合面に不純物が混入している確率を低減できる。このため、内周側平滑面は、第２の円筒状部の周方向に連続的に形成されていることがさらに好ましい。鋳鉄製部材の円筒状部の内周側から、接合面に不純物が混入している確率をさらに低減できる。

バリ面は、第１の円筒状部の外周側に環状に形成された外周側環状バリ面と、第１の円筒状部の内周側に環状に形成された内周側環状バリ面とを含み、第２の環状面は、第１の環状面の全部と、外周側環状バリ面の少なくとも一部と、内周側環状バリ面の少なくとも一部とに接合されていることが好ましい。鋳鉄製部材の環状面は、鋼製部材の片側（外周側および内周側の一方）の環状バリ面に接合されていてもよいが、両側（外周側および内周側の両方）の環状バリ面に接合されることにより、鋳鉄製部材と鋼製部材との接合面積を増大させ、接合強度をさらに向上させることができる。

地際部の強度を向上させることができると共に、別部材で構成する地際部に位置する部材（鋳鉄製部材）と、支柱本体（鋼製部材）との接合強度を向上させることができる、器具取付用支柱を提供できる。

本発明の実施形態である器具取付用支柱の全体構成を示す概念図。 器具取付用支柱の要部を示す斜視図。 器具取付用支柱の要部を示す断面図（図２のIII－III線断面図）。 器具取付用支柱の要部を示す端面図（図３のIV－IV線端面図）。 鋳鉄製部材と鋼製部材とを摩擦圧接により接合する前の様子を示す斜視図。 鋳鉄製部材と鋼製部材とを摩擦圧接により接合する前の様子を示す断面図（図５のVI－VI線断面図）。 鋳鉄製部材と鋼製部材とを摩擦圧接により接合する様子を示す断面図。 鋳鉄製部材と鋼製部材とを摩擦圧接により接合した後の様子を示す斜視図。

図１に、本発明の実施形態である器具取付用支柱１の全体構成を概念的に示している。器具取付用支柱１は地面ＧＬに立設されており、鋳鉄製部材２０と、鋳鉄製部材２０に摩擦圧接により接合された鋼製部材１０とを備えている。そして、鋳鉄製部材２０が地面ＧＬと接する地際部９０に位置し、鋼製部材１０に器具として照明灯具１００が取り付けられている。すなわち、この実施形態の器具取付用支柱１は、照明灯具取付用支柱である。なお、鋼製部材１０に取り付ける器具は照明灯具１００には限定されず、例えば交通信号灯器（信号機）、標識板、案内板、サイン板、監視カメラ、電線支持具、架線支持具、防災無線機などの各種器具を取り付けることができる。

図２に、器具取付用支柱１の要部を斜視図により示している。図３に、器具取付用支柱１の要部を断面図（図２のIII－III線断面図）により示している。図４に、器具取付用支柱１の要部を端面図（図３のIV－IV線端面図）により示している。なお、図２～４では、器具取付用支柱１を横に倒した状態で示している。以下の図面においても同様である。

図３および図４に示すように、器具取付用支柱１は、支柱本体である管状の鋼製部材１０と、鋼製部材１０に摩擦圧接により接合された鋳鉄製部材２０とを含む。鋼製部材１０は、第１の厚みｔ１で円筒状に形成された第１の円筒状部１１を含む。鋳鉄製部材２０は、地中に設置されるベース部２１と、第１の厚みｔ１よりも大きい第２の厚みｔ２で円筒状に形成された第２の円筒状部２２とを含み、ベース部２１と円筒状部２２とが鋳造により一体成形されることにより形成されている。

鋼製部材１０の円筒状部１１は、中心軸１１ｃの方向（軸方向Ｘ）に延びた中空の円筒壁１４と、円筒壁１４の軸方向Ｘの一端（先端）に、軸方向Ｘの一方側Ｘ１を向くように形成された第１の変形面３５とを含む。変形面３５は、後述する第１の圧接面１５（図６参照）が摩擦圧接により変形したものであり、第１の厚みｔ１に相当する、すなわちｔ１と同距離の第１の幅ｗ１で円環状に形成された第１の環状面３１（図４に示す仮想的な点線Ｌ１およびＬ２に挟まれた領域）と、摩擦圧接により生成されたバリ３９により環状面３１の外周側および内周側に連なるように形成されたバリ面３２とを含む。

バリ面３２は、円筒状部１１の外周側に円環状に形成された外周側環状バリ面３２ａ（図４に示す仮想的な点線Ｌ１よりも外周側の領域）と、円筒状部１１の内周側に円環状に形成された内周側環状バリ面３２ｂ（図４に示す仮想的な点線Ｌ２よりも内周側の領域）とを含む。本実施形態のバリ３９は、尖ったバリ先端３９ｅが軸方向Ｘの他方側Ｘ２を向くように、すなわち圧接方向とは反対側を向くように反り返ったカール状部３９ｃを含む。なお、外周側環状バリ面３２ａは、バリ３９のカール状部３９ｃが除去（バリ取り加工）された形態となっている。

鋳鉄製部材２０の円筒状部２２は、中心軸２２ｃの方向（軸方向Ｙ）に延びた中空の円筒壁２４と、円筒壁２４の軸方向Ｙの一端（先端）に、軸方向Ｙの一方側Ｙ１を向くように形成された第２の変形面４５とを含む。変形面４５は、後述する第２の圧接面２５（図６参照）が摩擦圧接により変形したものであり、鋼製部材１０の円筒状部１１に接合された接合面４５ｊを含む。本実施形態では、変形面４５の全部が接合面４５ｊとなっているが、変形面４５の一部が接合面４５ｊとなっていてもよい。

接合面４５ｊは、第２の厚みｔ２に相当する、すなわちｔ２と同距離の第２の幅ｗ２で円環状に形成された第２の環状面４１を含む。環状面４１は、環状面３１の全部と、外周側環状バリ面３２ａの全部と、内周側環状バリ面３２ｂの一部とに接合されている（図４に示す仮想的な一点鎖線Ｌ３よりも外周側の領域に接合されている）。

この器具取付用支柱１によれば、鋳鉄製部材２０の円筒状部２２の厚みｔ２が、鋼製部材１０の円筒状部１１の厚みｔ１よりも大きく、鋳鉄製部材２０の環状面４１の面積が、鋼製部材１０の環状面３１の面積よりも大きい。したがって、鋳鉄製部材２０の環状面４１を、鋼製部材１０の環状面３１だけでなく、それに連なる外周側環状バリ面３２ａおよび内周側環状バリ面３２ｂにも接合できる。このため、鋳鉄製部材２０と鋼製部材１０との接合面４５ｊの面積（接合面積）を、鋼製部材１０の環状面３１の面積よりも大きくすることができる。したがって、鋳鉄製部材２０と鋼製部材１０との接合強度を向上させることができる。

図２および図３に示すように、鋳鉄製部材２０は、鋳造により表面全体を覆うように形成されたザラザラとした質感の鋳肌面２０ｓと、円筒状部２２の外周側の鋳肌面２０ｓの全部を平滑にすることにより、摩擦圧接後に接合面４５ｊに連なった（接した）状態で残存する外周側平滑面（第１の外周側平滑面）４６と、円筒状部２２の内周側の鋳肌面２０ｓの全部を平滑にすることにより、摩擦圧接後に接合面４５ｊに連なった（接した）状態で残存する内周側平滑面４７とを含む。鋳肌面２０ｓは、酸化物等の不純物が含まれる鋳肌（黒皮）を剥がすことなく、鋳造したまま（未加工のまま）のザラザラとした質感を残した面である。本実施形態では、外周側平滑面４６は、円筒状部２２の外周面２２ａに沿って円周方向に切れ目なく連続的に形成されており、内周側平滑面４７は、円筒状部２２の内周面２２ｂに沿って円周方向に切れ目なく連続的に形成されている。外周側平滑面４６と内周側平滑面４７とは、互いに第２の厚みｔ２に相当する距離を隔てて配置されている。

鋳鉄製部材２０は、さらに、接続部２１の外周側の鋳肌面２０ｓのうち、接合対象である鋼製部材１０の側に近接した一部を平滑にすることにより、第１の外周側平滑面４６に隣接して配置された外周側平滑面（第２の外周側平滑面）４８を含む。外周側平滑面４８は、鋳鉄製部材２０の軸方向Ｙの他方側Ｙ２の先端に位置する接続部２１の端面２１ｅよりも、軸方向Ｙの一方側Ｙ１の先端に位置する円筒状部２２の変形面４５に近接した位置に配置されている。本実施形態の外周側平滑面４８は、中心軸２２ｃに対して真円状に形成されている。

この器具取付用支柱１によれば、鋳鉄製部材２０の円筒状部２２が、摩擦圧接後に接合面４５ｊに連なった（接した）状態で残存する外周側平滑面４６および内周側平滑面４７を含むため、鋳肌面２０ｓが接合面４５ｊに接触した状態となることを防止できる。このため、鋳肌面２０ｓに含まれる不純物が、当該鋳肌面２０ｓを介して接合面４５ｊに混入していることはない。したがって、接合面４５ｊに不純物が混入することに伴い接合が阻害され、接合強度が低下することを確実に防止できる。

さらに、この器具取付用支柱１によれば、外周側平滑面４６が接合面４５ｊに接しているため、鋳鉄製部材２０の外周側平滑面４６と鋼製部材１０の外周面１１ａとが接合面４５ｊを介して連なっている。鋼製部材１０の外周面１１ａは光沢のある平滑面１１ａであるため、接合面４５ｊは、美観（美感）が共通または類似する平滑面４６および平滑面１１ａにより挟まれる。したがって、接合面４５ｊを目立ちにくくすることにより、ユーザーに接合面４５ｊが視認（認識）されにくい異種材料接合体である器具取付用支柱１を提供できる。また、外周側平滑面４８が外周側平滑面４６に隣接配置されているため、美観の統一感を一層向上できる。

図５～図８に、鋳鉄製部材２０と鋼製部材１０とを摩擦圧接により接合する例を示している。図５は、鋳鉄製部材２０と鋼製部材１０とを摩擦圧接により接合する前の様子を示す斜視図、図６は、鋳鉄製部材２０と鋼製部材１０とを摩擦圧接により接合する前の様子を示す断面図（図５のVI－VI線断面図）、図７は、鋳鉄製部材２０と鋼製部材１０とを摩擦圧接により接合する様子を示す断面図、図８は、鋳鉄製部材２０と鋼製部材１０とを摩擦圧接により接合した後の様子を示す断面図である。

図５および図６に示すように、鋼製部材１０の円筒状部１１は、円筒壁１４の軸方向Ｘの一端に、第１の厚みｔ１に相当する第１の幅ｗ１で円環状に形成された第１の圧接面１５を含む。鋳鉄製部材２０の円筒状部２２は、円筒壁２４の軸方向Ｙの一端に、第２の厚みｔ２に相当する第２の幅ｗ２で円環状に形成された第２の圧接面２５を含む。

図６に示すように、鋼製部材１０は、外周面１１ａがチャック装置５０により把持され、鋳鉄製部材２０は、外周側平滑面（第２の外周側平滑面）４８がチャック装置６０により把持される。これにより、鋼製部材１０と鋳鉄製部材２０とは、圧接面１５と圧接面２５とが互いに向かい合うように、同軸上に（中心軸１１ｃと中心軸２２ｃとが一致するように）配置される。

次に、図７に示すように、円筒状部２２を不図示の回転駆動ユニットにより中心軸２２ｃの周りに高速回転させた状態で、円筒状部１１を不図示の駆動ユニットにより円筒状部２２に向けて移動させ、圧接面１５を圧接面２５に押し付ける（押し当てる）際に発生する摩擦熱を利用して、円筒状部１１と円筒状部２２とを接合する。具体的には、円筒状部２２の回転速度、圧接面２５に対する圧接面１５の押圧力（ヒーティング圧力）、摩擦時間等のパラメータを制御することにより、圧接時の摩擦熱による接合部温度が鋳鉄製部材２０の融点以上で鋼製部材１０の融点以下となるように制御する。これにより、鋳鉄製部材２０の圧接面２５は、摩擦熱によりその殆どが溶融することで、飛散しながら消失（Ｙ方向の他方側Ｙ２に後退）し、鋼製部材１０の圧接面１５は、その殆どが溶融することなく、軟化しながらバリ３９を生成する（塑性変形する）。

適当なタイミングで円筒状部２２の回転と円筒状部１１の押圧（加圧）とをそれぞれ停止すると、図８に示すように、円筒状部２２の圧接面２５が変形面４５へと変形し、円筒状部１１の圧接面１５が変形面３５へと変形し、変形面４５と変形面３５とが接合される。本例では、変形面４５の全部が変形面３５に接合されており、変形面４５が接合面４５ｊとなっている。これにより、変形面４５の環状面４１と、変形面３５の環状面３１の全部、外周側環状バリ面３２ａの一部および内周側環状バリ面３２ｂの一部とが接合された接合体が得られ、必要に応じて、外周側のカール状部３９ｃをバリ取り加工することにより、図２および図３に示す器具取付用支柱１を提供できる。なお、上記は一例であり、摩擦圧接の方法はこれに限定されない。

本例では、鋳鉄製部材２０と鋼製部材１０との融点の違いを利用し、鋼製部材１０を溶融させず塑性変形させ、鋳鉄製部材２０に比べて鋼製部材１０のバリ３９を拡大生成させるとともに、予め、鋳鉄製部材２０の円筒状部２２の厚みｔ２を、鋼製部材１０の円筒状部１１の厚みｔ１よりも大きく設定している。これにより、少なくとも厚みｔ２に相当する幅ｗ２の環状面４１を、厚みｔ１に相当する幅ｗ１の環状面３１とその外側に生成されるバリ面３２とに接合できる。すなわち、バリ面３２を接合面４５ｊの一部として利用することで、接合面積を効率的に増大させている。したがって、鋼製部材１０の円筒状部１１の厚みｔ１を大きくすることなく、鋳鉄製部材２０の円筒状部２２の厚みｔ２だけを大きくすることにより、効率よく低コストに接合強度の向上を図ることができる。なお、円筒状部１１および円筒状部２２のサイズの一例は、円筒状部１１の厚みｔ１が５ｍｍ、円筒状部２２の厚みｔ２が７ｍｍであり、円筒状部２２と円筒状部１１との肉厚比（ｔ２／ｔ１）は１．４である。肉厚比は上記に限定されないが、摩擦圧接後の変形面４５と変形面３５との面積差に伴う接合部断面の急変等に起因する接合強度の低下を防止するためには、肉厚比は２．０以下であることが好ましく、１．８以下であることがさらに好ましく、１．６以下であることがさらに好ましい。

また、本例では、チャック装置６０により、ベース部２１の端面２１ｅよりも円筒状部２２の変形面４５の側に近接配置された外周側平滑面４８が把持されるため、回転振動に伴う円筒状部２２の軸ブレを抑制しやすい。したがって、圧接面１５が圧接面２５の外側にはみ出た（位置ずれした）状態で当たらないように、すなわち円環状の圧接面１５が円環状の圧接面２５の内側に確実に当たった状態で摩擦圧接をすることができる。さらに、チャック装置６０が真円状に形成された平滑面４８を把持するため、円筒状部２２の中心軸２２ｃと円筒状部１１の中心軸１１ｃとの軸合わせ（芯出し）を容易に精度よく行うことができる。したがって、環状面４１と、環状面３１の全部、外周側環状バリ面３２ａの一部および内周側環状バリ面３２ｂの一部とを確実に接合することができる。

以上のようにして得られた器具取付用支柱１は、図１に例示するように、鋳鉄製部材２０が地際部９０に位置するようにして、地面ＧＬに立設される。鋳鉄製部材２０は鋳造により製作されるため形状の自由度が高く、複雑な形状を簡単に得ることができる。また、鋳鉄製部材２０は、鋼製部材１０よりも耐腐食性に優れている。したがって、鋳鉄製部材２０を地際部に位置させるとともに、地際部に適した形状とすることにより、地際部の強度を向上させることができる。なお、鋳鉄製部材２０の形状は本実施形態には限定されず、さらなる強度向上のためにリブなどを設けた形状とすることもできる。

１ 器具取付用支柱、 ９０ 地際部、 １００ 器具（照明灯具）
１０ 鋼製部材（鋼管）、 １１ 第１の円筒状部、 １４ 円筒壁、 １５ 第１の圧接面
２０ 鋳鉄製部材、 ２０ｓ 鋳肌面、 ２１ ベース部、 ２２ 第２の円筒状部、 ２４ 円筒壁、 ２５ 第２の圧接面
３１ 第１の環状面、 ３２ バリ面、 ３２ａ 外周側環状バリ面、 ３２ｂ 内周側環状バリ面、 ３５ 第１の変形面、 ３９ バリ、 ３９ｃ カール状部
４１ 第２の環状面、 ４５ 第２の変形面、 ４５ｊ 接合面、 ４６ 第１の外周側平滑面、 ４７ 内周側平滑面、 ４８ 第２の外周側平滑面
５０、６０ チャック装置
ｔ１ 第１の厚み、 ｔ２ 第２の厚み、 ｗ１ 第１の幅、 ｗ２ 第２の幅

Claims (5)

1. 地面に立設される器具取付用支柱であって、
   鋳造により形成されたザラザラとした質感の鋳肌面を有する鋳鉄製部材と、前記鋳鉄製部材に摩擦圧接により接合された鋼製部材とを備え、
   前記鋼製部材は、第１の厚みで円筒状に形成された第１の円筒状部を含み、
   前記鋳鉄製部材は、前記第１の厚みよりも大きい第２の厚みで円筒状に形成された第２の円筒状部を含み、
   前記第１の円筒状部は、前記第１の厚みに相当する第１の幅で環状に形成された第１の環状面と、摩擦圧接により生成されたバリにより前記第１の環状面と連なるように形成されたバリ面とを含み、
   前記第２の円筒状部は、前記第１の円筒状部に接合された接合面と、外周側の前記鋳肌面の一部を平滑にすることにより、摩擦圧接後に前記接合面に連なった状態で残存する外周側平滑面とを含み、
   前記接合面は、前記第２の厚みに相当する第２の幅で環状に形成された第２の環状面であって、前記第１の環状面の全部と前記バリ面の少なくとも一部とに接合された第２の環状面を含み
   前記鋳鉄製部材が地際部に位置し、前記鋼製部材に器具が取り付けられる、器具取付用支柱。
2. 前記外周側平滑面は、前記第２の円筒状部の周方向に連続的に形成されている、請求項１に記載の器具取付用支柱。
3. 前記第２の円筒状部は、内周側の前記鋳肌面の一部を平滑にすることにより、摩擦圧接後に前記接合面に連なった状態で残存する内周側平滑面を含む、請求項１または２に記載の器具取付用支柱。
4. 前記内周側平滑面は、前記第２の円筒状部の周方向に連続的に形成されている、請求項３に記載の器具取付用支柱。
5. 前記バリ面は、前記第１の円筒状部の外周側に環状に形成された外周側環状バリ面と、前記第１の円筒状部の内周側に環状に形成された内周側環状バリ面とを含み、
   前記第２の環状面は、前記第１の環状面の全部と、前記外周側環状バリ面の少なくとも一部と、前記内周側環状バリ面の少なくとも一部とに接合されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の器具取付用支柱。

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