JPH08284919A - 中空管の結合構造および結合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 中空管同士の結合において、中心線がずれて
おり、互いに角度をなすような挿入を行なった場合にお
いても、中空管に割れを生じないようにした結合構造お
よび結合方法を提供することを目的とする。 ［構成］ 挿入側中空管１１の先端側の部分と被挿入側
中空管１２の先端側の部分をそれぞれ管の中心軸に対し
て鋭角に切断するようにしたものであって、鋭角に切断
されている挿入側中空管１１の挿入部１３を鋭角に切断
されている被挿入側中空管１２の内部に挿入して結合す
るようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は中空管の結合構造および
結合方法に係り、とくに挿入側中空管の先端部を被挿入
側中空管の内部に差込んで結合するようにした中空管の
結合構造および結合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の中空管をそれらの長さ方向に結合
する場合には、継手を用いたり、中空管の端部を加工
し、差込み式あるいはねじ込み式にして結合するように
している。中空管が炭素繊維強化複合材料から成る場合
には、このような中空管を結合する際に接着剤を使用し
た差込み式の結合が従来より用いられている。

【０００３】図７はこのような差込み式の結合構造を示
すものであって、挿入側中空管１と被挿入側中空管２と
を互いに長さ方向に結合する場合には、挿入側中空管１
の先端側の部分に被挿入側中空管２の内径に等しい外径
を有する挿入部３を予め形成しておき、この挿入部３を
被挿入側中空管２の内部に挿入するとともに、挿入部３
の外周面と被挿入側中空管２の内周面とを接着剤等を用
いて接合固定するようにしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図７に示すような中空
管１、２同士の差込み式の結合構造において、図８に示
すように差込み開始時に両側の中空管１、２の中心線が
一致していない場合には、差込みが困難になる場合があ
る。すなわち金属材料から成る挿入側中空管１と被挿入
側中空管２の場合には、両者の中心線が多少ずれていて
も、例えばそれらの交差角が３°以下の場合には、これ
らの中空管１、２が互いに変形するために、結合が可能
であった。

【０００５】ところがとくに炭素繊維強化プラスチック
材料等の伸度の低い材料を用いた中空管の場合には、差
込み時に両者の中心線がずれていると、中空管１、２の
壁面に割れを生じ易く、差込み式の結合構造を採用する
ことができなかった。

【０００６】一般に複数の中空管をその長さ方向に結合
する場合に、結合構造体の形状やあるいは結合部位にお
ける場所的制限等によって、挿入側中空管と被挿入側中
空管の中心線を全く完全に一致した状態で挿入すること
ができない場合があり、このような場合に、とくに炭素
繊維強化プラスチック材料の場合には、中空管の結合に
支障を生ずる問題があった。

【０００７】本発明はこのような問題点に鑑みてなされ
たものであって、中空管同士の差込み結合において、差
込み開始時には両者の中心線がある角度をなしており、
しかも差込み完了時には中心線が互いに一致するような
中空管同士の差込み結合を可能にするようにした中空管
の結合構造および結合方法を提供することを目的とす
る。とくに本発明は、炭素繊維強化プラスチック材料の
ような伸度の低い材料の中空管の差込み結合において、
差込み時に中空管に損傷を与えることなく、容易に中空
管の差込みを可能にする方法を提供することを目的とす
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、挿入側中空管
の先端部を被挿入側中空管の内部に差込んで結合するよ
うにした中空管の結合構造において、挿入側中空管の先
端部が管の中心軸に対して鋭角に切断されていることを
特徴とする中空管の結合構造に関するものである。

【０００９】挿入側中空管および被挿入側中空管は好ま
しくはともにストレート管から構成され、好ましくは挿
入側中空管および被挿入側中空管の先端部がそれぞれ中
心軸に対して同一角度の鋭角の平面で切断されるように
なされてよい。

【００１０】挿入側中空管と被挿入側中空管の結合構造
のより具体的な構成は、挿入側中空管の先端側の挿入部
の外径が被挿入側中空管の内径にほぼ等しく、挿入側中
空管の挿入部の根元側の大径部の外径が被挿入側中空管
の外径にほぼ等しく、挿入側中空管の挿入部と大径部と
の境界の段差部分がこの挿入側中空管の先端部がなす鋭
角の傾斜面とほぼ平行であってよい。

【００１１】挿入側中空管と被挿入側中空管の内の少な
くとも一方が繊維強化複合材料から成る中空管の結合構
造に用いて好適である。とくに挿入側中空管と被挿入側
中空管の少なくとも一方が炭素繊維強化プラスチック材
料から成る場合により好適な中空管の結合構造になる。

【００１２】また方法の発明は、挿入側中空管の先端部
を被挿入側中空管の内部に差込んで結合するようにした
中空管の結合方法において、挿入側中空管の先端部を管
の中心軸に対して鋭角に切断し、鋭角に切断された挿入
側中空管の鋭角をなす先端部の鋭角がさらに小さくなる
ように挿入側中空管の軸線を被挿入側中空管の軸線と交
差させた状態で挿入側中空管の先端部を被挿入側中空管
の中に挿入して結合するようにした中空管の結合方法に
関するものである。

【００１３】

【作用】本発明によれば、先端部が鋭角に切断されてい
る挿入側中空管の先端部を被挿入側中空管の先端部に挿
入して結合する際に、差込み開始時には両者の中心線が
ある角度をなし、差込み完了時には中心線が一致するよ
うに結合されることになる。

【００１４】ともにストレート管から成る挿入側中空管
および被挿入側中空管の先端部をそれぞれ中心軸に対し
て同一角度の鋭角の平面で切断した構成によれば、差込
み開始時には両者の中心線がある角度をなし、差込み完
了時には中心線が一致するように両中空管が互いに差込
み結合される。

【００１５】挿入側中空管の先端側の挿入部の外径を被
挿入側中空管の内径にほぼ等しくするとともに、挿入側
中空管の挿入部の根元側の大径部の外径を被挿入側中空
管の外径にほぼ等しくし、挿入側中空管の挿入部と大径
部との境界の段部部分がこの挿入側中空管の先端部がな
す鋭角の傾斜面とほぼ平行にした構成によれば、挿入側
中空管と被挿入側中空管とは差込み開始時には両者の中
心軸がある角度をなして差込まれ、差込み完了時には両
者の中心線が互いに一致するように挿入側中空管の内部
に被挿入側中空管が挿入されて結合されることになる。

【００１６】挿入側中空管と被挿入側中空管の少なくと
も一方が繊維強化複合材料から成る場合には、少なくと
も一方が該材料から成る挿入側中空管と被挿入側中空管
とを中心線が交差するように差込み結合することが可能
になる。

【００１７】とくに挿入側中空管と被挿入側中空管の少
なくとも一方が炭素繊維強化プラスチック材料から成る
場合には、差込み開始時に両者の中心線がある角度をも
って差込み結合が行なわれることになる。

【００１８】方法の発明によれば、鋭角に切断された挿
入側中空管の鋭角をなす先端部の鋭角がさらに小さくな
るように挿入側中空管の軸線を被挿入側中空管の軸線と
交差させた状態で挿入側中空管の先端部を被挿入側中空
管の内部に挿入することにより、差込み開始時には両者
の中心線がある角度をなして差込み結合が行なわれるこ
とになる。

【００１９】

【実施例】実施例１ 図１〜図５によって本発明の第１の実施例を説明する。
本実施例はストレート管から成る挿入側中空管１１と被
挿入側中空管１２との結合に関するものである。挿入側
中空管１１は炭素繊維強化樹脂から成る中空管であっ
て、その先端側の部分には図１および図２に示すように
挿入部１３が一体に設けられている。挿入部１３はその
先端側の部分が傾斜面１４から構成されている。なおこ
こで傾斜面１４の傾斜角θは４５°に設定されている。
すなわち挿入部１３はその先端部が管の中心に対して鋭
角に切断された構造になっている。

【００２０】上記挿入部１３の根元側の部分が大径部１
５に構成されるとともに、この大径部１５と挿入部１３
との境界部分が段差部分１６から構成されている。なお
この段差部分１６もその傾斜面が４５°の傾斜面になっ
ており、上記挿入部１３の先端側の傾斜面１４と平行な
傾斜面になっている。

【００２１】これに対して被挿入側中空管１２は図３に
示すように中空になっており、しかもその先端側の部分
が傾斜面２１から構成されている。この傾斜面２１の傾
斜角も上記挿入側中空管１１の先端側の傾斜面１４と同
じ４５°の角度をなしている。

【００２２】このような挿入側中空管１１と被挿入側中
空管１２とを結合する際に、図４に示すように、両者の
軸線を互いに一致させた状態で近接することにより、挿
入側中空管１１の先端側の挿入部１３を被挿入側中空管
１２の内径部分に挿入して結合することができるばかり
でなく、図５に示すように、２つの中空管１１、１２の
傾斜角を互いに交差させた状態で結合することを可能に
している。

【００２３】すなわち中空管１１、１２同士を互いに角
度αをもった状態で差込み結合する際に、挿入側中空管
１１および被挿入側中空管１２の先端が相手方に当って
干渉することがないように、両者の先端部が斜めに切断
されてそれぞれ傾斜面１４、２１になっている。このよ
うに結合される先端部が互いに傾斜面になっていること
がこの中空管の結合構造および結合方法の大きな特徴で
ある。

【００２４】結合の仕方は図５に示されており、中空管
１１の軸方向に対してθの角度で予め斜めに切断された
傾斜面１４を先端部に有する挿入部１３と、この挿入部
１３と大径部１５との間に同じ傾斜角度になっている段
差部分１６をもつ挿入側中空管１１および先端を同じ角
度に傾斜させた傾斜面２１に切断してある被挿入側中空
管１２は、両者の中心軸の交差角が差込み開始時にαの
状態で互いに差込まれる。差込み結合完了時は両者の中
心線は互いに一致するようになる。

【００２５】結合面、すなわち挿入部１３の外周面およ
び被挿入側中空管１２の内周面には差込み前に予め接着
剤が塗布されており、差込みを終了した後に加熱され、
これによって挿入側中空管１１の挿入部１３の外周面が
被挿入側中空管１２の内周面に接着結合される。なお接
着に寄与する挿入部１３の長さおよび傾斜角度θは中空
管の材料および差込み前の中心軸の交差角、必要とする
接合強度によって適宜決定されてよい。

【００２６】上記のような構造は、伸度の低い繊維強化
複合材料、とくに炭素繊維強化複合材料に好適である。

【表１】

【表２】 表１はこのような実施例の供試体の詳細を示し、表２は
このような供試体についての引張結合力および接着強度
を測定した結果を示している。これらの結果から明らか
なように、参考として示す従来の先端側が傾斜面になっ
ていない通常タイプとほぼ同等あるいはそれ以上の引張
結合力を有するとともに、接着強度においても従来のタ
イプと同等またはそれ以上の強度を示すことが明白にな
っている。

【００２７】実施例２ 次に第２の実施例を図６によって説明する。この実施例
は本発明を自転車のフレームに適用した例である。自転
車のフレームは３本のパイプ、すなわち上パイプ３１、
下パイプ３２、および縦パイプ３３をヘッドラグ３４、
シートラグ３５、およびハンガーラグ３６によって結合
した構造をなしている。

【００２８】ここで上パイプ３１とヘッドラグ３４との
接続部においては、ヘッドラグ３４側に先端が傾斜面に
なっている挿入部３７が設けられ、この挿入部３７を利
用してヘッドラグ３４と上パイプ３１とが結合されてい
る。同様に下パイプ３２とヘッドラグ３４との結合は、
ヘッドラグ３４に斜め下方に突出するように設けられて
おり、しかも先端部が傾斜面になっている挿入部３８を
用い、この挿入部３８を先端が傾斜面になっている下パ
イプ３２に挿入することによって結合されている。

【００２９】また上パイプ３１とシートラグ３５との結
合は、シートラグ３５に設けられている先端が傾斜面に
なっている挿入部３９を上パイプ３１の先端が傾斜面に
なっている部分の内側に挿入することによって結合され
ている。またハンガーラグ３６と下パイプ３２との結合
は、ハンガーラグ３６に設けられている斜め上方に向い
ておりかつ先端側が傾斜面になっている挿入部４０を下
パイプ３２の先端部に挿入することによって結合される
ようになっている。

【００３０】なお縦パイプ３３とシートラグ３５との結
合はシートラグ３５に設けられている傾斜面ではない垂
直な面から成る先端部を有する挿入部４４を縦パイプ３
３に挿入することによって達成されている。また縦パイ
プ３３とハンガーラグ３６との結合は、ハンガーラグ３
６に設けられている挿入部４５を縦パイプ３３の下端に
挿入することによって結合が行なわれるようになってい
る。

【００３１】このようなフレームの結合は、まずシート
ラグ３５とハンガーラグ３６との間に縦パイプ３３を接
続する。そしてこの後にシートラグ３５に上パイプ３１
を接続するとともに、ハンガーラグ３６に下パイプ３２
を接続する。そして最後にヘッドラグ３４の挿入部３
７、３８をそれぞれ上パイプ３１と下パイプ３２の中に
挿入して接続を行なう。

【００３２】この場合に接続部４７、４８、４９、５０
において、挿入部３７、３８、３９、４０の先端側の傾
斜面の傾斜角がさらに小さくなるようにこれらの挿入部
３７、３８、３９、４０の軸線が上側のパイプ３１の軸
線あるいは下側のパイプ３２の軸線とそれぞれ所定の角
度をなして交差するようにして挿入が行なわれる。すな
わち接続部４７〜５０において、先端側が傾斜面になっ
ている挿入部３７〜４０を利用することにより、差込み
開始時には挿入側と被挿入側の中心線がある角度をな
し、差込み完了時には中心線が一致するように両者が互
いに差込み結合されることになる。従って結合時に上下
のパイプ３１、３２あるいは挿入部３７〜４０に不自然
な力が加わることなく円滑な組立てが可能になる。

【００３３】このように本実施例に係る自転車のフレー
ムにおいては、先立って縦パイプ３３により接続される
接続部５４、５５については、パイプ３３の内径部分と
ラグ３５、３６の挿入部４４、４５にそれぞれ接着剤を
塗布し、パイプ３３の両側にラグ３５、３６を結合す
る。このときにパイプ３３の中心線に対してラグ３５、
３６の挿入部４４、４５の中心線は角度を有していな
い。

【００３４】これに対して接続部４７、４８、４９、５
０の組立ては、ヘッドラグ３４とシートラグ３５とハン
ガーラグ３６とをパイプ３１、３２を介して結合する。
但し事前に総ての接続部４７〜５０の挿入部３７〜４０
の外周面に接着剤を塗布しておく。接続部４７、４８、
４９、５０においては、差込み開始時にそれぞれ対応す
るパイプとラグの挿入部との中心線を所定の角度、例え
ば約５°の角度に交差させておき、差込み完了時には中
心線が一致するように組立てる。このときの角度はフレ
ームサイズおよび接着長さ等により多少増減する。

【００３５】従ってこのような自転車のフレームの結合
構造および結合方法においては、とくに接続部４７、４
８、４９、５０にそれぞれ本発明が適用されることにな
る。これは組始めと組終りとで接続部４７〜５０の３角
形の角度が異なるフレーム構造体だからである。このよ
うに自転車のフレームに本発明による結合方式を適用し
たところ、結合時に部品が損傷を受けることなくフレー
ムの組立てが可能になっている。

【００３６】一般にそれぞれの中心線が角度をもつよう
な中空管同士の差込み結合を行なう場合には、特殊な組
立て用治具が必要になる。一般にこのような装置は複雑
な構造となり、高価である。とくに中空管の材質が繊維
強化樹脂から構成される場合には、何かの措置をとらな
ければ必ず割れを生ずる。ところが本発明による結合方
式を適用すれば、大きな問題を起すことなく角度つきの
差込み結合が可能になる。

【００３７】

【発明の効果】本発明によれば、挿入側中空管の先端部
が管の中心軸に対して鋭角に切断されている構造に関す
るものである。従って差込み開始時において挿入側中空
管と被挿入側中空管の中心角をある角度をなして挿入を
行なうことが可能になる。

【００３８】挿入側中空管および被挿入側中空管をとも
にストレート管から構成するとともに、挿入側中空管お
よび被挿入側中空管の先端部をそれぞれ中心軸に対して
同一の鋭角の平面で切断された構成によれば、挿入側中
空管と被挿入側中空管の中心線がある角度をなして差込
みを開始することができるばかりでなく、結合深さを円
周方向に沿って等しくすることが可能になる。

【００３９】挿入側中空管の先端側の挿入部の外径を被
挿入側中空管の内径にほぼ等しくし、挿入側中空管の挿
入部の根元側の大径部の外径を被挿入側中空管の外径に
ほぼ等しくし、挿入側中空管の挿入部と大径部との境界
の段差部分がこの挿入側中空管の先端部がなす鋭角の傾
斜面とほぼ平行にした構成によれば、挿入側中空管の先
端側の挿入部が被挿入側中空管の内径に嵌合されるとと
もに、結合を完了した状態においては挿入側中空管の大
径部と被挿入側中空管の外径とが同じ太さの外径を構成
することになる。

【００４０】挿入側中空管と被挿入側中空管の少なくと
も一方が繊維強化複合材料から成る場合には、このよう
な材料から成る挿入側中空管または被挿入側中空管の割
れが防止される。

【００４１】挿入側中空管と被挿入側中空管の少なくと
も一方が炭素繊維強化プラスチック材料から成る場合に
は、このような材料から成る挿入側中空管または被挿入
側中空管の割れが防止される。

【００４２】挿入側中空管の先端部を管の中心軸に対し
て鋭角に切断し、鋭角に切断された挿入側中空管の鋭角
をなす先端部の鋭角がさらに小さくなるように挿入側中
空管の軸線を被挿入側中空管の軸線と交差させた状態で
挿入側中空管の先端部を被挿入側中空管の中に挿入して
結合するようにした構成によれば、差込み開始時には挿
入側中空管と被挿入側中空管の中心線がある角度をなし
ており、差込み完了時には両者の中心線が一致するよう
な中空管同士の差込み結合が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】挿入側中空管の挿入側の先端部を示す斜視図で
ある。

【図２】挿入側中空管の一部を破断した正面図である。

【図３】被挿入側中空管の正面図である。

【図４】挿入側中空管と被挿入側中空管との接続動作を
示す正面図である。

【図５】中空管同士を互いに中心線がある角度をなして
接続する動作を示す正面図である。

【図６】自転車のフレームの結合を示す正面図である。

【図７】従来の中空管の結合構造を示す分解斜視図であ
る。

【図８】同角度をもって結合した動作を示す正面図であ
る。

【符号の説明】

１１ 挿入側中空管 １２ 被挿入側中空管 １３ 挿入部 １４ 傾斜面 １５ 大径部 １６ 段差部分 ２１ 傾斜面 ３１ 上パイプ ３２ 下パイプ ３３ 縦パイプ ３４ ヘッドラグ ３５ シートラグ ３６ ハンガーラグ ３７〜４０ 挿入部 ４４、４５ 挿入部 ４７〜５０ 接続部 ５４、５５ 接続部

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】挿入側中空管の先端部を被挿入側中空管の
   内部に差込んで結合するようにした中空管の結合構造に
   おいて、 前記挿入側中空管の先端部が管の中心軸に対して鋭角に
   切断されていることを特徴とする中空管の結合構造。
2. 【請求項２】前記挿入側中空管および前記被挿入側中空
   管がともにストレート管から構成され、前記挿入側中空
   管および前記被挿入側中空管の先端部がそれぞれ中心軸
   に対して同一角度の鋭角の平面で切断されていることを
   特徴とする請求項１に記載の中空管の結合構造。
3. 【請求項３】前記挿入側中空管の先端側の挿入部の外径
   が前記被挿入側中空管の内径にほぼ等しく、前記挿入側
   中空管の挿入部の根元部分の大径部の外径が前記被挿入
   側中空管の外径にほぼ等しく、前記挿入側中空管の前記
   挿入部と前記大径部との境界の段差部分がこの挿入側中
   空管の先端部がなす鋭角の傾斜面とほぼ平行であること
   を特徴とする請求項２に記載の中空管の結合構造。
4. 【請求項４】前記挿入側中空管と前記被挿入側中空管の
   少なくとも一方が繊維強化複合材料から成ることを特徴
   とする請求項１に記載の中空管の結合構造。
5. 【請求項５】前記挿入側中空管と前記被挿入側中空管の
   少なくとも一方が炭素繊維強化プラスチック材料から成
   ることを特徴とする請求項１に記載の中空管の結合構
   造。
6. 【請求項６】挿入側中空管の先端部を被挿入側中空管の
   内部に差込んで結合するようにした中空管の結合方法に
   おいて、 前記挿入側中空管の先端部を管の中心軸に対して鋭角に
   切断し、 前記鋭角に切断された前記挿入側中空管の前記鋭角をな
   す先端部の鋭角がさらに小さくなるように前記挿入側中
   空管の軸線を前記被挿入側中空管の軸線と交差させた状
   態で前記挿入側中空管の先端部を前記被挿入側中空管の
   中に挿入して結合するようにした中空管の結合方法。