JP7473615B2 - 管状部材の結合装置を用いた異材接合方法及び異材接合用補助部材付き管状部材の製造方法 - Google Patents
管状部材の結合装置を用いた異材接合方法及び異材接合用補助部材付き管状部材の製造方法 Download PDFInfo
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Description
また、特許文献3では、鋼製の壁の開口に筒状部材を挿入し、筒状部材の内部に配置された弾性体を軸方向に圧縮させて筒状部材を2段階で拡管して、筒状部材と壁とを接合している。
さらに、特許文献4では、ステンレスパイプとアルミ棒材とをレーザ溶接により、接合部を急冷凝固した状態を作り、鉄にアルミニウムが過飽和に固溶した過飽和固溶体相を含む組織として接合した技術が記載されている。
また、特許文献4に記載の接合方法の場合、十分な接合強度を得るためのレーザの溶接条件が厳しく、製品毎の条件設定が複雑であった。
(1) 管状の内側部材と、該内側部材の周囲に配置される管状の外側部材とを結合するための管状部材の結合装置であって、
前記内側部材の周囲に前記外側部材が配置される状態で、前記内側部材及び前記外側部材を保持するための基台と、
前記外側部材の周囲に、前記内側部材及び前記外側部材の径方向に移動可能に該基台に支持され、先端に突出部を有する複数の押圧部材と、
前記押圧部材の終端と当接して、前記押圧部材を径方向内側に加圧可能な加圧部材と、
前記押圧部材の移動方向と垂直な方向に、前記基台と前記加圧部材のいずれか一方を、他方に対して相対移動するように駆動する駆動機構と、を備え、
前記駆動機構によって前記基台と前記加圧部材のいずれか一方を駆動して、前記押圧部材を径方向内側に変位させることで、前記突出部によって前記外側部材の周壁の一部を径方向内側に膨出させて、前記内側部材と前記外側部材とをかしめ結合する、前記管状部材の結合装置を使用し、第1の材料からなる管状の第1の部材と、該第1の材料と異なる第2の材料からなる第2の部材とを接合してなる異材接合方法において、
前記第1の材料と異なる第3の材料からなる管状の補助部材と、前記第1の部材のいずれか一方の前記内側部材の複数の貫通穴が形成された部分の周囲に、前記補助部材と前記第1の部材のいずれか他方の前記外側部材を配置するように、前記内側部材と前記外側部材を前記基台にセットする工程と、
前記内側部材に形成された複数の貫通穴と対向する前記外側部材の周壁に向けて、前記押圧部材を径方向内側に変位させることで、前記外側部材の周壁の一部を径方向内側に膨出させて前記貫通穴に対して嵌入させ、前記内側部材と前記外側部材とをかしめ結合する工程と、
前記かしめ結合された前記内側部材と前記外側部材を前記基台から外す工程と、
前記補助部材と前記第2の部材とを溶接することで、前記補助部材を介して前記第1の部材と前記第2の部材とを接合する工程と、を有する、管状部材の結合装置を用いた異材接合方法。
(2) 前記内側部材が前記補助部材で、前記外側部材が前記第1の部材であり、
前記補助部材の軸方向端部には、前記第1の部材の内径よりも大径の外周面を有する拡管部が設けられ、
前記第1の部材の軸方向端部は、前記補助部材の拡管部と当接する、(1)に記載の管状部材の結合装置を用いた異材接合方法。
(3) 前記第1の材料は、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製と、鋼製と、非金属製とのいずれか一つであり、
前記第2及び第3の材料は、前記アルミニウム合金もしくは前記マグネシウム合金製と、前記鋼製とのいずれか一つである、(1)または(2)に記載の管状部材の結合装置を用いた異材接合方法。
前記内側部材の周囲に前記外側部材が配置される状態で、前記内側部材及び前記外側部材を保持するための基台と、
前記外側部材の周囲に、前記内側部材及び前記外側部材の径方向に移動可能に該基台に支持され、先端に突出部を有する複数の押圧部材と、
前記押圧部材の終端と当接して、前記押圧部材を径方向内側に加圧可能な加圧部材と、
前記押圧部材の移動方向と垂直な方向に、前記基台と前記加圧部材のいずれか一方を、他方に対して相対移動するように駆動する駆動機構と、を備え、
前記駆動機構によって前記基台と前記加圧部材のいずれか一方を駆動して、前記押圧部材を径方向内側に変位させることで、前記突出部によって前記外側部材の周壁の一部を径方向内側に膨出させて、前記内側部材と前記外側部材とをかしめ結合する、前記管状部材の結合装置を使用し、管状部材と、該管状部材の材料と異なる材料からなり、前記管状部材と嵌合する管状の補助部材と、を備える異材接合用補助部材付き管状部材の製造方法であって、
前記管状部材と前記補助部材のいずれか一方の前記内側部材の複数の貫通穴が形成された部分の周囲に、前記管状部材と前記補助部材のいずれか他方の前記外側部材を配置するように、前記内側部材と前記外側部材を前記基台にセットする工程と、
前記内側部材に形成された複数の貫通穴と対向する前記外側部材の周壁に向けて、前記押圧部材を径方向内側に変位させることで、前記外側部材の周壁の一部を径方向内側に膨出させて前記貫通穴に対して嵌入させ、前記内側部材と前記外側部材とをかしめ結合する工程と、
前記かしめ結合された前記内側部材と前記外側部材を前記基台から外す工程と、
を備える、管状部材の結合装置を用いた異材接合用補助部材付き管状部材の製造方法。
(5) 前記内側部材が前記補助部材で、前記外側部材が前記管状部材であり、
前記補助部材の軸方向端部には、前記管状部材の内径よりも大径の外周面を有する拡管部が設けられ、
前記管状部材の軸方向端部は、前記補助部材の拡管部と当接する、(4)に記載の管状部材の結合装置を用いた異材接合用補助部材付き管状部材の製造方法。
(6) 前記管状部材の材料は、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製と、鋼製と、非金属製とのいずれか一つであり、
前記補助部材の材料は、前記アルミニウム合金もしくは前記マグネシウム合金製と、前記鋼製とのいずれか一つである、(4)または(5)に記載の管状部材の結合装置を用いた異材接合用補助部材付き管状部材の製造方法。
また、第1の部材に対する補助部材の取り付け位置に応じて、第1の部材の任意の位置に、第2の部材を接合することができる。
さらに、管状の第1の部材と補助部材とを予め結合しておけば、補助部材と第2の部材とを一般的な溶接方法で容易に接合することができる。
また、管状の第1の部材と補助部材とのかしめ部位を多く設けることができるので、結合強度をより強くすることができる。
したがって、本発明は、異なる材料からなる部材を、低コストで簡便に、且つ確実に接合でき、広範囲な分野に適用できる。
また、管状部材に対する補助部材の取り付け位置に応じて、管状部材の任意の位置に、管状部材と異なる材料からなる部材を接合することができる。
また、管状の第1の部材と補助部材とのかしめ部位を多く設けることができるので、結合強度をより強くすることができる。
したがって、本発明は、異なる材料からなる部材を、低コストで簡便に、且つ確実に接合でき、広範囲な分野に適用できる。
なお、以下に示す第1~第3実施形態は、第1の部材であるパイプ1を本発明の内側部材とし、補助部材3を本発明の外側部材とする形態を示したものであり、第4~第7実施形態は、第1の部材であるパイプ1を本発明の外側部材とし、補助部材3を本発明の内側部材とする形態を示したものである。また、第1、2、4、5実施形態においては、内側部材に複数の貫通穴1a、3fが形成されており、第3、6実施形態においては、貫通穴が形成されていない。
第1実施形態の異材接合方法は、アルミニウム合金又はマグネシウム合金(第1の材料)からなる円管状のパイプ(第1の部材、管状部材)1と、鋼製(第2の材料)からなる平板状の板材(第2の部材)2とを、鋼製(第3の材料)からなる円管状の補助部材3を用いて間接的に接合し、図1に示すような異材接合継手10を得るものである。このため、異材接合継手10では、以下詳述するように、補助部材3がパイプ1と強固に結合されていると共に、補助部材3と板材2とがアーク溶接等により接合されている。
なお、中子5は、凹部31aの底面に予め取り付けられておらず、パイプ1を基台31に配置した後に、パイプ1の上方から挿入するようにしてもよい。この場合、パイプ1は、基台31の中心軸と同心に配置される必要がある。
このため、ポンプ35は、複数の押し子8の突出部8aが補助部材3の周壁の一部を同時に変形させる強大な荷重を加圧部材34に付与することができ、加圧部材34は、押し子8の終端と当接して、押し子8を径方向内側に加圧可能である。
また、パイプ1が鋼製、板材2がアルミニウム合金又はマグネシウム合金である場合には、補助部材3は、パイプ1の材料と異なる材料であればよく、例えば、板材2と同じ材料であるアルミニウム合金又はマグネシウム合金としてもよい。
さらに、パイプ1は、金属材料でなく、炭素繊維強化樹脂などの樹脂材料を含む、非金属製であってもよい。その場合にも、板材2と補助部材3とは、金属材料であり、それぞれ鋼製であってもよいし、或いは、それぞれアルミニウム合金又はマグネシウム合金製であってもよい。
なお、押し子8も、パイプ1や補助部材3の断面形状に応じて、配置や数が変更されるが、それに応じて、加圧部材34の構成も適宜設計される。例えば、加圧部材34は、押し子8がかしめ結合できる構成であれば、分割して構成されてもよい。
これにより、管状の補助部材3が管状のパイプ1と強固に結合されると共に、該補助部材3と板材2とが溶接により接合されるので、異なる材料からなるパイプ1と板材2とを、補助部材3を介して間接的に接合することができる。
したがって、本実施形態は、異なる材料からなるパイプ1と板材2とを、低コストで簡便に、且つ確実に接合でき、広範囲な分野に適用できる。
これにより、管状の補助部材3がパイプ1と強固に結合されているので、パイプ1と、該パイプ1と異なる材料からなる板材2とを、補助部材3を介して間接的に接合することができる。
したがって、本実施形態は、異なる材料からなるパイプ1と板材2とを、低コストで簡便に、且つ確実に接合でき、広範囲な分野に適用できる。
また、押圧部材戻し機構として、図9A及び図9Bに示すように、押し子8と同じ位相に形成された加圧部材34の複数のスリット38内にそれぞれ設けられ、押し子8と加圧部材34との間を連結する紐や鎖などの連結部材39であってもよい。この場合も、連結部材39は、かしめ方向と反対方向に加圧部材34が移動した際に、押し子8を加圧部材側に引っ張るように長さが設定される。
さらに、押圧部材戻し機構として、図10A及び図10Bに示すように、エアサスペンション40が押し子8の先端に取り付けられてもよい。
次に、本発明の第2実施形態に係る異材接合方法について、図12~図15Eを参照して説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等部分については、説明を省略或いは簡略化する。
なお、本実施形態の結合装置は、中子5以外の構成において、第1実施形態のものと同様である。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
次に、本発明の第3実施形態に係る異材接合方法について、図16~図20Eを参照して説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等部分については、説明を省略或いは簡略化する。
その他の構成及び作用については、第1実施形態のものと同様である。
次に、本発明の第4実施形態に係る異材接合方法について、図21~図26Eを参照して説明する。なお、第1実施形態と同一又は同等部分については、説明を省略或いは簡略化する。
また、パイプ1が鋼製、板材2がアルミニウム合金又はマグネシウム合金である場合には、補助部材3は、パイプ1の材料と異なる材料であればよく、例えば、板材2と同じ材料であるアルミニウム合金又はマグネシウム合金としてもよい。
さらに、パイプ1は、金属材料でなく、炭素繊維強化樹脂などの樹脂材料を含む、非金属製であってもよい。その場合にも、板材2と補助部材3とは、金属材料であり、それぞれ鋼製であってもよいし、或いは、それぞれアルミニウム合金又はマグネシウム合金製であってもよい。
これにより、管状の補助部材3が管状のパイプ1と強固に結合されると共に、該補助部材3と板材2とが溶接により接合されるので、異なる材料からなるパイプ1と板材2とを、補助部材3を介して間接的に接合することができる。
したがって、本実施形態は、異なる材料からなるパイプ1と板材2とを、低コストで簡便に、且つ確実に接合でき、広範囲な分野に適用できる。
これにより、管状の補助部材3がパイプ1と強固に結合されているので、パイプ1と、該パイプ1と異なる材料からなる板材2とを、補助部材3を介して間接的に接合することができる。
したがって、本実施形態は、異なる材料からなるパイプ1と板材2とを、低コストで簡便に、且つ確実に接合でき、広範囲な分野に適用できる。
次に、本発明の第5実施形態に係る異材接合方法について、図27~図30Eを参照して説明する。なお、第4実施形態と同一又は同等部分については、説明を省略或いは簡略化する。
なお、本実施形態の結合装置は、中子5以外の構成において、第4実施形態のものと同様である。
その他の構成及び作用については、第4実施形態のものと同様である。
次に、本発明の第6実施形態に係る異材接合方法について、図31~図35Eを参照して説明する。なお、第4実施形態と同一又は同等部分については、説明を省略或いは簡略化する。
その他の構成及び作用については、第4実施形態のものと同様である。
次に、本発明の第7実施形態に係る異材接合方法について、図36及び図37を参照して説明する。なお、第4実施形態と同一又は同等部分については、説明を省略或いは簡略化する。
また、補助部材3には、拡管部3eを形成するための拡管工程が必要となるが、パイプ1の軸方向端部1gと板材2との間にくびれ部分がなくなり、異材接合継手10としての外観性を向上することができる。
その他の構成及び作用については、第4実施形態のものと同様である。なお、本実施形態の拡管部を有する構成は、第5及び第6実施形態の補助部材3にも適用可能である。
例えば、一対の補助部材3をパイプ1の両端部にかしめ結合することで、図38に示すような接合体4を構成してもよい。
例えば、補助部材3に設けられる複数の穴3fは、要求されるパイプ1との接合強度に応じて少なくとも2箇所あればよく、上記実施形態の4箇所に限定されるものでなく、例えば、図44に示すような8箇所であってもよい。
また、本発明の結合装置によって結合される内側の管状部材と外側の管状部材の少なくとも一方は、接合体の端部を覆うように、一端部が有底のものであってもよい。
1a 貫通穴(穴)
1f 嵌入部
2 板材(第2の部材)
3 補助部材
3a 嵌入部
3f 貫通穴(穴)
4 接合体(異材接合用補助部材付き管状部材)
5 中子
8 押し子(押圧部材)
8a 突出部
9 他のパイプ(第2の部材)
10 異材接合継手
30 管状部材の結合装置
31 基台
33 戻しゴム(押圧部材戻し機構)
34 加圧部材
35 ポンプ(駆動機構)
Claims (4)
- 管状の内側部材と、該内側部材の周囲に配置される管状の外側部材とを結合するための管状部材の結合装置であって、
前記内側部材の周囲に前記外側部材が配置される状態で、前記内側部材及び前記外側部材を保持するための基台と、
前記外側部材の周囲に、前記内側部材及び前記外側部材の径方向に移動可能に該基台に支持され、先端に突出部を有する複数の押圧部材と、
前記押圧部材の終端と当接して、前記押圧部材を径方向内側に加圧可能な加圧部材と、
前記押圧部材の移動方向と垂直な方向に、前記基台と前記加圧部材のいずれか一方を、他方に対して相対移動するように駆動する駆動機構と、を備え、
前記駆動機構によって前記基台と前記加圧部材のいずれか一方を駆動して、前記押圧部材を径方向内側に変位させることで、前記突出部によって前記外側部材の周壁の一部を径方向内側に膨出させて、前記内側部材と前記外側部材とをかしめ結合する、前記管状部材の結合装置を使用し、第1の材料からなる管状の第1の部材と、該第1の材料と異なる第2の材料からなる第2の部材とを接合してなる異材接合方法において、
前記第1の材料と異なる第3の材料からなる管状の補助部材と、前記第1の部材のいずれか一方の前記内側部材の複数の貫通穴が形成された部分の周囲に、前記補助部材と前記第1の部材のいずれか他方の前記外側部材を配置するように、前記内側部材と前記外側部材を前記基台にセットする工程と、
前記内側部材に形成された複数の貫通穴と対向する前記外側部材の周壁に向けて、前記押圧部材を径方向内側に変位させることで、前記外側部材の周壁の一部を径方向内側に膨出させて前記貫通穴に対して嵌入させ、前記内側部材と前記外側部材とをかしめ結合する工程と、
前記かしめ結合された前記内側部材と前記外側部材を前記基台から外す工程と、
前記補助部材と前記第2の部材とを溶接することで、前記補助部材を介して前記第1の部材と前記第2の部材とを接合する工程と、を有し、
前記内側部材が前記補助部材で、前記外側部材が前記第1の部材であり、
前記補助部材の軸方向端部には、前記第1の部材の内径よりも大径の外周面を有する拡管部が設けられ、
前記第1の部材の軸方向端部は、前記補助部材の拡管部と当接する、管状部材の結合装置を用いた異材接合方法。 - 前記第1の材料は、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製と、鋼製と、非金属製とのいずれか一つであり、
前記第2及び第3の材料は、前記アルミニウム合金もしくは前記マグネシウム合金製と、前記鋼製とのいずれか一つである請求項1に記載の管状部材の結合装置を用いた異材接合方法。 - 管状の内側部材と、該内側部材の周囲に配置される管状の外側部材とを結合するための管状部材の結合装置であって、
前記内側部材の周囲に前記外側部材が配置される状態で、前記内側部材及び前記外側部材を保持するための基台と、
前記外側部材の周囲に、前記内側部材及び前記外側部材の径方向に移動可能に該基台に支持され、先端に突出部を有する複数の押圧部材と、
前記押圧部材の終端と当接して、前記押圧部材を径方向内側に加圧可能な加圧部材と、
前記押圧部材の移動方向と垂直な方向に、前記基台と前記加圧部材のいずれか一方を、他方に対して相対移動するように駆動する駆動機構と、を備え、
前記駆動機構によって前記基台と前記加圧部材のいずれか一方を駆動して、前記押圧部材を径方向内側に変位させることで、前記突出部によって前記外側部材の周壁の一部を径方向内側に膨出させて、前記内側部材と前記外側部材とをかしめ結合する、前記管状部材の結合装置を使用し、管状部材と、該管状部材の材料と異なる材料からなり、前記管状部材と嵌合する管状の補助部材と、を備える異材接合用補助部材付き管状部材の製造方法であって、
前記管状部材と前記補助部材のいずれか一方の前記内側部材の複数の貫通穴が形成された部分の周囲に、前記管状部材と前記補助部材のいずれか他方の前記外側部材を配置するように、前記内側部材と前記外側部材を前記基台にセットする工程と、
前記内側部材に形成された複数の貫通穴と対向する前記外側部材の周壁に向けて、前記押圧部材を径方向内側に変位させることで、前記外側部材の周壁の一部を径方向内側に膨出させて前記貫通穴に対して嵌入させ、前記内側部材と前記外側部材とをかしめ結合する工程と、
前記かしめ結合された前記内側部材と前記外側部材を前記基台から外す工程と、
を備え、
前記内側部材が前記補助部材で、前記外側部材が前記管状部材であり、
前記補助部材の軸方向端部には、前記管状部材の内径よりも大径の外周面を有する拡管部が設けられ、
前記管状部材の軸方向端部は、前記補助部材の拡管部と当接する、管状部材の結合装置を用いた異材接合用補助部材付き管状部材の製造方法。 - 前記管状部材の材料は、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製と、鋼製と、非金属製とのいずれか一方であり、
前記補助部材の材料は、前記アルミニウム合金もしくは前記マグネシウム合金製と、前記鋼製とのいずれか他方である請求項3に記載の管状部材の結合装置を用いた異材接合用補助部材付き管状部材の製造方法。
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