JPH10252721A - 部材同士の接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えばトラス材１の製作において、パイプ材
２の端部にスリーブ材３を軸線方向のみならず回転方向
においても強度的に強くしっかりと接合一体化すること
ができる接合方法の提供。 【解決手段】 スリーブ材３の円形嵌合部１０をパイプ
材２の端部内方に嵌合し、しかるのち、パイプ材２の端
部周壁を、塑性変形により、スリーブ材３の円形嵌合部
１０の環状溝１１内に突出させると共に、環状溝１１内
底面の凹凸１６と係合させ、パイプ材２とスリーブ材３
とを結合一体化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、アルミニ
ウム等の金属製のトラス構造におけるトラス材の製作な
どに用いられる部材同士の接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、体育施設や商業施設、文化施設
等の建築構造などにおいて採用されるトラス構造とし
て、図６に示されるように、トラス材（51）と、接続ね
じ孔（52a ）を有するグローブ（52）とをジョイントし
ていくことにより平面的あるいは立体的なトラス構造を
形成していく形式のものが知られている。

【０００３】このトラス構造において、トラス材（51）
は、ステンレス鋼からなる所定の長さの円形パイプ材
（53）と、該パイプ材（53）の端部に溶接（Ｗ）により
接合一体化された同じくステンレス鋼製のスリーブ材
（54）とを備えており、スリーブ材（54）の通孔（54a
）に、ボルト（55）が、その頭部をスリーブ材（54）
の内端面側に位置させ先端部を外方に突出させるように
通され、かつ、ボルト（55）の外方突出端部の外周部に
ワッパー（56）がピン（57）にてボルト（55）と一体回
転可能に取り付けられたものである。

【０００４】このトラス材（51）とグローブ（52）との
ジョイントは、ワッパー（56）よりも外方に突出するボ
ルト（55）の先端ねじ部を、ワッパー（56）を回転操作
してボルト（55）を回転させることにより、グローブ
（52）のねじ孔（52a ）と螺合させる、というようにし
て行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
上記のようなトラス材（51）において、パイプ材（53）
とスリーブ材（54）とを、上記のように溶接（Ｗ）によ
り接合一体化した構造では、溶接による熱影響で、母材
であるパイプ材（53）やスリーブ材（54）に強度の低下
を生じさせることがある。

【０００６】特に、軽量化のため、パイプ材（53）やス
リーブ材（54）としてアルミニウム材を用いたような場
合、とりわけ、強度の最大限確保のためＡ６０６１−Ｔ
６材などのアルミニウム熱処理合金材を用いたような場
合、溶接（例えばＴＩＧ、ＭＩＧ等）では、母材である
パイプ材（53）やスリーブ材（54）の強度低下が懸念さ
れる。

【０００７】本発明は、上記のような従来の問題点に鑑
み、パイプ材の端部にスリーブ材などの第２の部材を強
度的に強くしっかりと接合一体化することができる部材
同士の接合方法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題は、金属製パイ
プ材の端部に、第２の部材を接合する部材同士の接合方
法であって、前記第２部材として、パイプ材の端部内方
にしっくりと嵌合される円形嵌合部が備えられると共
に、該円形嵌合部の軸線方向中間部外周面に周方向に延
びる環状溝が設けられ、かつ、該環状溝内の底面が少な
くとも周方向において凹凸に形成されたものを用い、該
第２部材の円形嵌合部をパイプ材の端部内方に嵌合し、
しかるのち、パイプ材の端部周壁を、塑性変形により、
第２部材円形嵌合部の環状溝内に突出させると共に環状
溝内底面の凹凸と係合させ、パイプ材と第２部材とを結
合一体化することを特徴とする部材同士の接合方法によ
って解決される。

【０００９】即ち、上記接合方法では、金属製パイプ材
の端部に接合される第２部材として、パイプ材の端部内
方にしっくりと嵌合される円形嵌合部が備えられ、該円
形嵌合部の軸線方向中間部外周面に周方向に延びる環状
溝が設けられたものを用い、該第２部材の円形嵌合部を
パイプ材の端部内方に嵌合し、しかるのち、パイプ材の
端部周壁を、塑性変形により、第２部材の嵌合部の環状
溝内に突出させて、パイプ材と第２部材とを結合一体化
するものである。従って、接合部領域に溶接の場合のよ
うな熱影響による母材強度の低下がなく、強度的に強く
しっかりとした接合部が形成される。

【００１０】しかも、第２部材の円形嵌合部の軸線方向
中間部外周面に周方向に延ばして設けた環状溝内にパイ
プ材の端部周壁を塑性変形により突出させて結合一体化
するものであることにより、環状溝とパイプ端部周壁と
の係合により、特に、パイプ軸線方向における接合強度
が強いものになる。

【００１１】加えて、第２部材は、その円形嵌合部の環
状溝内の底面が少なくとも周方向において凹凸に形成さ
れており、パイプ材の端部周壁を、塑性変形により、こ
の環状溝内底面の凹凸と係合させて接合一体化するもの
としていることにより、パイプ軸線回りでの回転方向に
おけるパイプ材と第２部材との接合強度も強いものにな
る。

【００１２】また、環状溝底面の凹凸の形成をローレッ
ト加工により行うものとすることにより、環状溝底面に
凹凸が容易に形成される。

【００１３】更に、上記発明方法において、第２部材の
円形嵌合部の基端部に、半径線方向外方に突出する段面
が設けられ、該段面をパイプ材の端面に押し付けなが
ら、パイプ材の端部外周側からスピニング加工又は縮管
方向の電磁成形を施すことにより、パイプ材の端部周壁
を第２部材円形嵌合部の環状溝内方へと塑性変形させる
ものとするのがよい。これにより、スピニング加工や電
磁成形のためのパイプ材と第２部材との相対的位置関係
が所定の位置関係に固定されてパイプ材に対する第２部
材の位置決めが容易になる。しかも、パイプ材の端部に
は上記の押付け作用によって軸線方向の荷重が働き、そ
のため、第２部材円形嵌合部の環状溝内に突出されるパ
イプ材の端部周壁が薄肉化してしまうということがな
く、強度的に強くしっかりとした接合部が形成される。
更に、上記の押付け作用によって、パイプ材の端部周壁
が第２部材円形嵌合部の環状溝内に突出される際に、パ
イプの端面が第２部材円形嵌合部の段面から離間して隙
間ができてしまうというようなこともなく、両部材が外
観体裁良く接合一体化される。のみならず、スピニング
加工の場合は、パイプ材と第２部材とが、上記の押付け
作用による摩擦力で一体回転され、支障なくスピニング
加工を実施することができる。

【００１４】また、上記発明は、第２部材が、軸心部に
通孔を有するスリーブ材からなり、該スリーブ材の通孔
に、ボルトが、その頭部を円形嵌合部の内端面側に位置
させ、先端部をスリーブ材のもう一方の端部から突出さ
せて差し込まれているような場合に、有効性が発揮され
る。即ち、例えばトラス材の場合のように、ボルトをス
リーブ材に差し込んだ状態でスリーブ材とパイプ材とを
接合しなければならないような場合には、溶接ではボル
トに熱影響が及ぶ危険性があり、その強度低下が危惧さ
れる。しかし、本発明のように、溶接の場合のような熱
影響を及ぼさない接合方法の採用により、ボルトの強度
低下も防止される。

【００１５】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００１６】実施形態では、トラス構造におけるトラス
材に関し、図４に示されるように、これを構成するパイ
プ材（２）とスリーブ材（３）との接合に適用した場合
について説明する。即ち、スリーブ材（３）が本発明の
第２部材である。

【００１７】なお、トラス材（１）において、（４）は
ボルト、（５）はワッパー、（６）はピンである。
（７）はグローブで、（7a）…はそのねじ孔である。ト
ラス材（１）は、ワッパー（５）よりも外方に突出する
ボルト（４）の先端ねじ部（4a）を、ワッパー（５）を
回転操作してボルト（４）を回転させることにより、グ
ローブ（７）のねじ孔（7a）と螺合されて、グローブ
（７）とジョイントされる。

【００１８】パイプ材（２）は、アルミニウム材による
もので、本実施形態では強度確保のため、Ａ６０６１Ｔ
Ｅ−Ｔ６材などの熱処理合金が用いられている。また、
スリーブ材（３）もアルミニウム材によるもので、同じ
く強度確保のためＡ６０６１ＢＥ−Ｔ６材などの熱処理
合金が用いられている。これらパイプ材（２）とスリー
ブ材（３）は、接合前にあらかじめ、表面処理（アルマ
イト処理）しておく。接合は後述するようにパイプ材の
周壁を外力を付与して塑性変形させることにより行うか
ら、溶接の場合のように表面処理済みの外観を損なわせ
るということがなく、接合前の表面処理が可能である。
なお、アルミニウム材の採用はトラス構造の軽量化に資
する。

【００１９】スリーブ材（３）は、その軸心部に、ボル
ト（４）を通す通孔（９）が備えられている。図１に示
されるように、スリーブ材（３）の軸線方向における一
方の側は、パイプ材（２）の端部内方にしっくりと嵌合
される円形嵌合部（10）に形成されている。この円形嵌
合部（10）の軸線方向中間部外周面には、周方向に延び
る断面方形状の環状溝（11）が１つ形成されている。そ
して、この環状溝（11）内の底面は周方向に向けて凹凸
（16）に形成されている。本実施形態では、この凹凸
（16）は、環状溝（11）内の底面の全周にわたって周方
向に間隔的に列設された、軸線方向に指向する多数の筋
状の溝（16a ）…からなる。この凹凸（16）は、環状溝
（11）の底面にローレット加工を施すことによって容易
に形成し得る。更に、スリーブ材（３）の軸線方向にお
けるもう一方の側は、円形嵌合部（10）よりも径大に形
成され、両者間に、円形嵌合部（10）側に面して半径線
方向外方に突出する段面（12）が形成されている。

【００２０】パイプ材（２）とスリーブ材（３）との接
合は、パイプ材（２）の端部周壁を、スリーブ材（３）
の円形嵌合部（10）の環状溝（11）内に塑性変形により
突出させることによって行う。本実施形態では、パイプ
材（２）の端部周壁を上記のように塑性変形させる方法
として、スピニング加工法と電磁成形法とを示す。

【００２１】スピニング加工法の場合は次のようにす
る。即ち、まず、図２（イ）に示されるように、スリー
ブ材とパイプ材（２）とを接合する前に、あらかじめ、
ボルト（４）を、スリーブ材（３）の通孔（９）に円形
嵌合部（10）側の端部から通し、スリーブ材（３）のも
う一方の端部から突出するボルト（４）の先端側にワッ
パー（５）をピン（６）にて止める。パイプ材（２）と
スリーブ材（３）とを接合一体化したのちにボルト
（４）、ワッパー（５）等の取付けを行うことの実際上
の困難性に鑑みたものである。なお、ボルト（４）は通
常のナットにて止めてもよい。

【００２２】次いで、図２（ロ）に示されるように、こ
のスリーブ材（３）の円形嵌合部（10）をパイプ材
（２）の端部内方に嵌合する。スリーブ材（３）の段面
（12）とパイプ材（２）の端面との当接により、スリー
ブ材（３）はパイプ材（２）に対し適正な位置に容易に
位置決めされる。

【００２３】しかるのち、スリーブ材（３）の段面（1
2）をパイプ材（２）の端面に押し付けながら、図２
（ハ）に示されるように、パイプ材（２）を回転させ
る。押付けによる摩擦力で、スリーブ材（３）も、パイ
プ材（２）と一体となって回転される。

【００２４】そして、この押付けながらの回転を維持し
ながら、同図２（ハ）に示されるように、円形嵌合部
（10）の環状溝（11）に対応する位置において、側方よ
り、へら（13）あるいはロールを押し当てスピニング加
工を実施していき、それにより、パイプ材（２）の端部
周壁を、スリーブ材円形嵌合部（10）の環状溝（11）内
へと塑性変形させて突出させていき、更に、環状溝（1
1）内の底面の凹凸（16）に押し付けて該凹凸（16）と
係合させる。これにより、パイプ材（２）とスリーブ材
（３）とが結合一体化される。スリーブ材（３）の円形
嵌合部の環状溝（11）とパイプ材（２）の端部周壁の塑
性凹陥部（14）との係合により、パイプ軸線方向におけ
る接合強度が強いものになる。特に、環状溝（11）を横
断面方形状に形成しているから、接合強度をより一層強
いものにすることができる。しかも、スリーブ材（３）
の円形嵌合部の環状溝（11）の底面の凹凸（16）とパイ
プ材（２）の端部周壁の塑性凹陥部（14）との係合によ
り、パイプ軸線回りでの回転方向における接合強度も非
常に強いものになる。また、環状溝（11）内へのパイプ
材 （２）の端部周壁の塑性変形過程で、該端部周壁
は、図２（ハ）に示されるように、上記の押付けにより
軸線方向の圧縮力が作用しているため、環状溝（11）内
へと入り込もうとして、薄肉化してしまうことはない
し、また、上記の押付けにより、パイプ材（２）の端面
がスリーブ材（３）の円形嵌合部（10）の段面（12）か
ら離間して隙間ができてしまうというようなこともなく
外観体裁良く接合一体化される。以上により、接合部領
域に溶接の場合のような熱影響による母材強度の低下を
生じさせることがなく、軸線方向にも回転方向にも強度
的に強くしっかりとした接合部が形成される。また、こ
の接合によってボルト（４）の強度を熱影響によって低
下させることもない。

【００２５】一方、電磁成形法の場合は次のようにす
る。即ち、図３（イ）に示されるようにボルト（４）や
ワッパー（５）の取り付けられたスリーブ材（３）の円
形嵌合部（10）を、図３（ロ）に示されるようにパイプ
材（２）の端部内方に嵌合し、しかるのち、図３（ハ）
に示されるようにスリーブ材（３）の段面（12）をパイ
プ材（２）の端面に押し付けながら、パイプ材（２）の
端部周壁に、その外周側から縮管方向の電磁成形を施
す。電磁成形は、同図３（ハ）に示されるように、縮管
用の電磁成形コイルを用い、このコイル内に、スリーブ
材（３）とパイプ材（２）との嵌合部を同芯状態に配置
すると共に、該嵌合部とコイルとの間に磁束集中器（1
5）を配置し、そして、コイルに瞬間大電流を印加する
ことにより行う。この瞬間大電流の印加により、磁束集
中器（15）とパイプ材（２）の端部周壁とが磁気反発を
起こし、この磁気反発力によって、パイプ材（２）の端
部周壁に縮管方向の力が作用する。この力を利用して、
パイプ材（２）の端部周壁を、スリーブ材円形嵌合部
（10）の環状溝（11）内へと塑性変形させて突出させて
いき、更に、環状溝（11）内の底面の凹凸（16）に押し
付けて該凹凸（16）と係合させ、パイプ材（２）とスリ
ーブ材（３）とを結合一体化する。以上により、接合部
領域に溶接の場合のような熱影響による母材強度の低下
を生じさせることなく、軸線方向にも回転方向にも強度
的に強くしっかりとした接合部を得ることができる。ま
た、パイプ材（２）の端部周壁の塑性凹陥部（14）が薄
肉化してしまうこともないし、パイプ材（２）の端面と
スリーブ材（３）の段面（12）とが離間してしまうこと
もない。

【００２６】以上に、本発明の実施形態を示したが、本
発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明思
想を逸脱しない範囲で各所の変更が可能である。例え
ば、パイプ材（２）の材質は、熱処理合金以外のアルミ
ニウム材や、その他ステンレス鋼等の各種金属材であっ
てもよい。また、スリーブ材（３）の材質も、熱処理合
金以外のアルミニウム材や、その他ステンレス鋼等の各
種金属材、あるいはセラミック材など各種材質のもので
あってもよい。また、スリーブ材（３）の円形嵌合部
（10）の環状溝（11）は、図５（ロ）に示されるような
断面半円弧状などの各種断面形状のものであってもよ
く、また、図５（イ）に示されるような２列配置などの
複数列配置に設けられていてもよい。また、環状溝（1
1）の底面は、少なくとも周方向において凹凸に形成さ
れたものであればよく、多数の小さなディンプル状の凹
凸が分散状態に形成されたものなど、各種態様の凹凸に
形成されたものであってよい。また、凹凸の形成は、ロ
ーレット加工に限られるものではなく、その他各種方法
によって行われてよい。また、パイプ材（２）の端部周
壁をスリーブ材（３）の環状溝（11）内へと塑性変形さ
せる方法として、スピニング加工法と電磁成形とを示し
たが、その他の方法によるものであってよい。また、上
記実施形態では、トラス材を構成するパイプ材（２）と
スリーブ材（３）との接合に適用した場合を示したが、
本発明の接合方法は、各種のパイプ材の端部に各種の第
２部材を接合する場合をも含めて広く適用されるもので
あることはいうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】上述の次第で、本発明の部材同士の接合
方法は、金属製パイプ材の端部に接合される第２部材と
して、パイプ材の端部内方にしっくりと嵌合される円形
嵌合部が備えられ、該円形嵌合部の軸線方向中間部外周
面に周方向に延びる環状溝が設けられたものを用い、該
第２部材の円形嵌合部をパイプ材の端部内方に嵌合し、
しかるのち、パイプ材の端部周壁を、塑性変形により、
第２部材の嵌合部の環状溝内に突出させて、パイプ材と
第２部材とを結合一体化するものであり、従って、接合
部領域に溶接の場合のような熱影響による母材強度の低
下を生じさせることがなく、強度的に強くしっかりとし
た接合部を形成することができる。

【００２８】しかも、第２部材の円形嵌合部の軸線方向
中間部外周面に周方向に延ばして設けた環状溝内にパイ
プ材の端部周壁を塑性変形により突出させて結合一体化
するものであるから、環状溝とパイプ端部周壁との係合
により、特に、パイプ軸線方向における接合強度を強い
ものにすることができる。

【００２９】加えて、第２部材は、その円形嵌合部の環
状溝内の底面が少なくとも周方向において凹凸に形成さ
れており、パイプ材の端部周壁を、塑性変形により、こ
の環状溝内底面の凹凸と係合させて接合一体化するもの
としているから、パイプ軸線回りでの回転方向における
パイプ材と第２部材との接合強度も非常に強いものにす
ることができる。

【００３０】また、環状溝底面の凹凸の形成をローレッ
ト加工により行うものとすることにより、環状溝底面に
凹凸を容易に形成することができる。

【００３１】更に、上記発明方法において、第２部材の
円形嵌合部の基端部に、半径線方向外方に突出する段面
が設けられ、該段面をパイプ材の端面に押し付けなが
ら、パイプ材の端部外周側からスピニング加工又は縮管
方向の電磁成形を施すことにより、パイプ材の端部周壁
を第２部材円形嵌合部の環状溝内方へと塑性変形させる
ものとする場合には、スピニング加工や電磁成形に際し
て第２部材をパイプ材に容易に位置決めすることができ
る。しかも、第２部材円形嵌合部の環状溝内に突出され
るパイプ材の端部周壁の薄肉化を防止しえて、強度的に
強くより一層しっかりとした接合部を形成することがで
きる。更に、パイプ材の端面が第２部材円形嵌合部の段
面から離間して隙間ができてしまうというようなことも
なく、両部材を外観体裁良く接合一体化することができ
る。のみならず、スピニング加工の場合は、パイプ材と
第２部材とを一体回転させて、特殊治具など用いること
なく、支障なくスピニング加工を遂行することができ
る。

【００３２】また、上記発明において、第２部材が、軸
心部に通孔を有するスリーブ材からなり、該スリーブ材
の通孔に、ボルトが、その頭部を円形嵌合部の内端面側
に位置させ、先端部をスリーブ材のもう一方の端部から
突出させて差し込まれているものである場合は、接合に
よってこのボルトの強度を低下させることなく両部材を
接合一体化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パイプ材とスリーブ材とを分離状態にして示す
斜視図である。

【図２】図（イ）〜図（ハ）はスピニング加工による接
合方法を順次的に示す断面図である。

【図３】図（イ）〜図（ハ）は電磁成形法による接合方
法を順次的に示す断面図である。

【図４】得られたトラス材及びグローブの断面図であ
る。

【図５】図（イ）及び図（ロ）はそれぞれ環状溝の変形
例を示す斜視図である。

【図６】従来のトラス材及びグローブの断面図である。

【符号の説明】

２…パイプ材 ３…スリーブ材 １０…円形嵌合部 １１…環状溝 １４…塑性凹陥部 １６…凹凸

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製パイプ材の端部に、第２の部材を
   接合する部材同士の接合方法であって、 前記第２部材として、パイプ材の端部内方にしっくりと
   嵌合される円形嵌合部が備えられると共に、該円形嵌合
   部の軸線方向中間部外周面に周方向に延びる環状溝が設
   けられ、かつ、該環状溝内の底面が少なくとも周方向に
   おいて凹凸に形成されたものを用い、 該第２部材の円形嵌合部をパイプ材の端部内方に嵌合
   し、しかるのち、パイプ材の端部周壁を、塑性変形によ
   り、第２部材円形嵌合部の環状溝内に突出させると共に
   環状溝内底面の凹凸と係合させ、パイプ材と第２部材と
   を結合一体化することを特徴とする部材同士の接合方
   法。
2. 【請求項２】 前記環状溝底面の凹凸の形成をローレッ
   ト加工により行う請求項１に記載の部材同士の接合方
   法。
3. 【請求項３】 前記第２部材の円形嵌合部の基端部に、
   半径線方向外方に突出する段面が設けられ、 該段面をパイプ材の端面に押し付けながら、パイプ材の
   端部外周側からスピニング加工又は縮管方向の電磁成形
   を施すことにより、パイプ材の端部周壁を第２部材円形
   嵌合部の環状溝内方へと塑性変形させる請求項１に記載
   の部材同士の接合方法。
4. 【請求項４】 前記第２部材は、軸心部に通孔を有する
   スリーブ材からなり、該スリーブ材の通孔に、ボルト
   が、その頭部を円形嵌合部の内端面側に位置させ、先端
   部をスリーブ材のもう一方の端部から突出させて差し込
   まれている請求項１又は請求項２に記載の部材同士の接
   合方法。