JPH10288209A

JPH10288209A - トラス材の製造方法

Info

Publication number: JPH10288209A
Application number: JP9762697A
Authority: JP
Inventors: Haruo Arima; 治雄有馬
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Showa Aluminum Can Corp
Priority date: 1997-04-15
Filing date: 1997-04-15
Publication date: 1998-10-27
Anticipated expiration: 2017-04-15
Also published as: JP3652833B2

Abstract

(57)【要約】【課題】パイプ材の端部にスリーブ材が強度的に強く
しっかりと接合一体化されたトラス材を提供する。【解決手段】金属製パイプ材２の端部に金属製スリー
ブ材３が接合されるとともに、ボルト４先端部がスリー
ブ材３から外方突出状態に備えられたトラス材１の製造
方法である。パイプ材２とスリーブ材３との接合を摩擦
撹拌接合によって行う。スリーブ材３は、軸方向の先端
側が厚肉にパイプ材２との接合側が薄肉に形成されると
ともに、厚肉部３１と薄肉部３２との連接部３３の内面
が断面円弧状に形成されてなるものとするのが良い。

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用いられるトラス材の製
造方法に関する。

【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８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、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−Ｔ６
材等のアルミニウム熱処理合金材を用いたような場合、
例えばＭＩＧ、ＴＩＧ等の溶融溶接では、母材であるパ
イプ材（53）やスリーブ材（54）が溶融時の温度上昇に
より強度低下を招き溶接効率が低下するという問題があ
った。

【０００７】この発明は、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が強度的に強くしっ
かりと接合一体化されたトラス材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
プ材の端部に金属製スリーブ材が接合されるとともに、
ボルト先端部が前記金属製スリーブ材から外方突出状態
に備えられたトラス材の製造方法であって、前記金属製
パイプ材と金属製スリーブ材との接合を摩擦撹拌接合に
よって行うことを特徴とするトラス材の製造方法によっ
て解決される。

【０００９】即ち、上記トラス材は、パイプ材とスリー
ブ材の接合を摩擦撹拌接合によって行うものであり、こ
の摩擦撹拌接合は、接合部で発生する摩擦熱と圧力によ
って金属素材を塑性流動させて接合する固相接合であ
り、従来のＭＩＧ、ＴＩＧ等の溶融溶接とは異なって接
合部の温度上昇が少なく、従って接合部の強度低下が抑
制される。また、溶加材を用いないから接合部に余盛が
なく、ビード仕上げが不要である。

【００１０】上記において、スリーブ材は、軸方向の先
端側が厚肉部にパイプとの接合側が薄肉部に形成される
とともに、厚肉部と薄肉部との連接部の内面が断面円弧
状に形成されてなる場合には、摩擦撹拌接合に際して薄
肉部に外方から加わる圧力に対し、薄肉部の曲げ強度が
大きくなり、薄肉部の折損等の不具合がなくなる。

【００１１】

【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。

【００１２】図１に示されるトラス材（１）において、
（２）は断面円形のパイプ材、（３）は断面円形のスリ
ーブ材、（４）はボルトである。スリーブ材（３）はパ
イプ材（２）の端部にボルト（４）を保持させるもので
ある。また、（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。また、（８）はパイプ材
（２）とスリーブ材（３）とが接合された接合部であ
る。

【００１３】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）をしておく。接合は後述するようにパイプ材
（２）とスリーブ材（３）とを固相接合である摩擦撹拌
接合によって行うから、溶融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。

【００１４】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。また、図
２に拡大して示すように、スリーブ材（３）における軸
方向の先端側が厚肉にパイプ材（２）との接合側が薄肉
に形成されるとともに、厚肉部（３１）と薄肉部（３
２）との連接部（３３）内面が断面円弧状に形成されて
なる。

【００１５】トラス材（１）の製作は、まず、図２及び
図３に示されるように、ボルト（４）を、スリーブ材
（３）の通孔（９）にパイプ材（２）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。ボルト（４）やワッパー（５）等の取付作業を
パイプ材（２）とスリーブ材（３）とを接合に先立って
行うのは、接合後にボルト（４）、ワッパー（５）等の
取付けを行うことは実際上困難だからである。なお、ボ
ルト（４）は通常のナットにて止めてもよい。

【００１６】次に、図４に示すように、パイプ材（２）
の端縁にスリーブ材（３）の薄肉部（３２）の端縁を突
き合わせる。そして、この状態で、突き合わせ部（１
０）に沿って摩擦撹拌接合を行う。

【００１７】摩擦撹拌接合は、図３及び図４に示すよう
に接合装置（２０）を用いて行う。接合装置（２０）
は、径大の円柱状回転子（２１）の端部軸線上に径小の
ピン状プローブ（２２）が突出して一体に設けられたも
のであり、回転子（２２）を高速回転させることにより
プローブ（２２）も高速回転させうるものとなされてい
る。なお、プローブ（２２）及び回転子（２１）は、パ
イプ材（２）やスリーブ材（３）よりも硬質でかつ接合
時に発生する摩擦熱に耐え得る耐熱材料によって形成さ
れている。

【００１８】而して、回転子（２１）を回転させること
によりこれと一体回転するプローブ（２２）を、パイプ
材（２）とスリーブ材（３）との突き合わせ部（１０）
またはその近傍に、これらパイプ材（２）等の半径線方
向外方から接触させて、その摩擦熱により接触部分を軟
化可塑化させ、さらにプローブ（２２）を押付けて該プ
ローブ（２２）をパイプ材（２）及びスリーブ材（３）
の厚さ方向内方に挿入していく。プローブ（２２）の挿
入状態で、回転子（２１）の平坦状肩部（２１ａ）はパ
イプ材（２）及びスリーブ材（３）の表面に圧接させ
る。肩部（２１ａ）の圧接により、接合開始時あるいは
接合途中の軟化部分の素材の飛散を防止しえて均一な接
合状態を実現し得るとともに、パイプ材（２）及びスリ
ーブ材（３）と肩部（２１ａ）との摺動による摩擦熱を
生ぜしめて、プローブ（２２）との接触部あるいはその
近傍の軟化を促進し、さらにパイプ材（２）及びスリー
ブ材（３）表面の凹凸形成を防止する。

【００１９】プローブ（２２）の挿入後、図５の矢印で
示すように、突き合わせ部（１０）に沿って周方向に回
転子（２１）及びプローブ（２２）を移動させる。プロ
ーブ（２２）及び回転子（２１）の回転により、プロー
ブ（２２）との接触部分周辺において、パイプ材（２）
及びスリーブ材（３）が摩擦熱によって軟化しかつ撹拌
される。プローブ（２２）の移動によって、軟化撹拌部
分がプローブ（２２）の進行圧力を受けてプローブ（２
２）の通過溝を埋めるようにプローブ（２２）の進行方
向後方へと回り込む態様で塑性流動したのち、摩擦熱を
急速に失って冷却個化される。

【００２０】こうして、突き合わせ部（１０）における
の素材の軟化、密着変形、撹拌、冷却固化がプローブ
（２２）の移動に伴って順次繰り返されていき、突き合
わせ部（１０）においてパイプ材（２）とスリーブ材
（３）とが相互に一体化され順次接合されていく。

【００２１】また、上記の摩擦撹拌接合中に、スリーブ
材（３）の薄肉部（３２）は、回転子（２１）の肩部
（２１ａ）が圧接されることにより、半径方向内方への
大きな押付け力を受けるが、図２のようにスリーブ材
（３）の先端側の厚肉部（３１）と接合部側の薄肉部
（３２）との連接部（３３）内面は断面円弧状に形成さ
れているから、この断面円弧状部によって曲げモーメン
トに対する応力集中が緩和され薄肉部（３２）の曲げ強
度が増大し、このため薄肉部（３２）の折損を防止でき
る。

【００２２】なお、薄肉部（３２）の軸方向の長さＬ
（図２に示す）は、少なくともプローブ（２２）の半径
以上に設定されている。これにより、プローブ（２２）
を突き合わせ部（１０）またはその近傍に挿入したとき
にプローブ（２２）の先端がパイプ材（２）及びスリー
ブ材（３）の薄肉部（３２）の肉厚をほぼ貫通し得るよ
うに構成されている。

【００２３】また、図６に示すように、スリーブ材
（３）の薄肉部（３２）及びこの薄肉部（３２）と接合
されるパイプ材（２）の端部（２ａ）の肉厚を、パイプ
材（２）の長さ方向の中間部の肉厚よりも相対的に大き
く設定して、接合強度を高めるものとしても良い。

【００２４】図７はパイプ材（２）とスリーブ材（３）
との接合部の変形例を示すものである。この変形例で
は、スリーブ材（３）の薄肉部（３２）の端部外周面
に、パイプ材（２）の肉厚相当の深さの凹部（１１）を
設けて縮径部（１２）を形成し、この縮径部（１２）を
パイプ材（２）の端部に挿入して嵌め合わせ、この状態
で前記と同様に突き合わせ部（１０）や重ね合わせ部
（１３）またはそれらの近傍にプローブ（２２）を挿入
するとともに、突き合わせ部（１０）や重ね合わせ部
（１３）に沿って周方向にプローブ（２２）を移動させ
て摩擦撹拌接合を行ったものである。この実施形態で
は、パイプ材（２）の端部内面に縮径部（１２）が当接
状態に存在するから、この縮径部（１２）がパイプ材
（２）とスリーブ材（３）との位置決め用として機能す
るとともに摩擦撹拌接合時の裏当て材としても機能し、
より良好で強固な接合を実現できる。

【００２５】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、その
他各種材質のものであってよい。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であってもよい。

【００２６】

【発明の効果】上述の次第で、本発明のトラス材は、金
属製パイプ材と金属製スリーブとの接合を固相接合法で
ある摩擦撹拌接合によって行うことを特徴とするもので
あるから、ＭＩＧ、ＴＩＧ等の溶融溶接の場合と異なり
接合部は溶融しないから、熱影響による接合部の強度低
下を防止しえて接合強度に優れたトラス材を製造し得
る。かつ、強度低下を生じないから、溶融溶接の場合に
比べて接合部の肉厚を相対的に薄くできる効果もある。

【００２７】しかも、溶加材等の供給は不要であるから
接合部に余盛がなく、ビード仕上げをしなくても良好な
外観体裁を確保することができる。

【００２８】また、スリーブ材は、軸方向の先端側が厚
肉部にパイプ材との接合側が薄肉部に形成されるととも
に、厚肉部と薄肉部との連接部の内面が断面円弧状に形
成されてなる場合には、摩擦撹拌接合に際して薄肉部に
外方から加わる圧力に対し、薄肉部の曲げ強度を大きく
できるから、薄肉部の折損等の不具合を防止できるとと
もに、大きな押付け力を付与して摩擦撹拌接合を行うこ
とができるから益々良好な接合状態のトラス材を提供で
きる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る方法によって製造したトラス材
の一例を示す断面図である。

【図２】パイプ材とスリーブ材とを組み付けた状態の要
部の拡大断面図である。

【図３】パイプ材とスリーブ材とを摩擦撹拌接合する前
の状態を示す断面図である。

【図４】摩擦撹拌接合中の断面図である。

【図５】図３のＶ−Ｖ線断面図である。

【図６】他の実施形態を示すもので、パイプ材とスリー
ブ材とを組み付けた状態の要部の拡大断面図である。

【図７】さらに他の実施形態を示すもので、パイプ材と
スリーブ材とを組み付けた状態の要部の拡大断面図であ
る。

【図８】従来のトラス材によるトラス構造を示す平面図
である。

【符号の説明】

１…トラス材２…パイプ材３…スリーブ材４…ボルト３１…厚肉部３２…薄肉部３３…連接部１０…突き合わせ部２０…接合装置２１…回転子２１ａ…肩部２２…プローブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属製パイプ材の端部に金属製スリーブ
材が接合されるとともに、ボルト先端部が前記金属製ス
リーブ材から外方突出状態に備えられたトラス材の製造
方法であって、前記金属製パイプ材と金属製スリーブ材との接合を摩擦
撹拌接合によって行うことを特徴とするトラス材の製造
方法。
【請求項２】スリーブ材は、軸方向の先端側が厚肉に
パイプ材との接合側が薄肉に形成されるとともに、厚肉
部と薄肉部との連接部の内面が断面円弧状に形成されて
なる請求項１に記載のトラス材の製造方法。