(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の外径と内径を有するパイプ（１）の端面に、ボルト螺着用の穴（２５）またはボルト軸（２６）を有するパイプ端面固定体（２０）を固定するためのパイプ接続構造であって、
前記パイプ端面固定体は、前記パイプの端面側から一端側を内部に進入させ、他端側外周が前記パイプの内壁に接して該パイプと同心状態となる形状を有するベース部（２１）と、前記ベース部の他端側に同心に形成され、前記パイプの内径より小さい径を有するネック部（２２）と、外径が前記パイプの外径と内径の間に設定され、前記ネック部を挟んで前記ベース部と反対側に同心に形成されたフランジ部（２３）とを有し、該フランジ部と同心に前記ボルト螺着用の穴が貫通形成または前記ボルト軸が立設された構造を有し、
該パイプ端面固定体の前記ベース部および前記ネック部を前記パイプの内部に進入させ、前記フランジ部の前記ベース部側の面の外縁部を前記パイプの端面内縁に当接させた状態で前記パイプの長さ方向にプレスして、前記フランジ部の外縁部を前記パイプの端面に食い込ませ、前記パイプの端面内縁部の一部を前記ネック部方向に塑性変形させることで、前記パイプ端面固定体が前記パイプに固定されており、
さらに、前記パイプ端面固定体の前記フランジ部の前記ベース部側の面が、内側に向かう程前記ベース部から遠ざかるように形成され、且つ、前記フランジ部の外縁が、前記パイプの端面に食い込んだ状態で前記ボルト螺着用の穴またはボルト軸を中心とする回転が規制される形状に形成されたことを特徴とするパイプ接続構造。
【請求項２】
前記パイプ端面固定体の前記フランジ部の前記ベース部側の面が１５度の角度で傾斜していることを特徴とする請求項１記載のパイプ接続構造。
【請求項３】
前記フランジ部の外縁の形状が、多角形または楕円または円形の外周に凹凸を有する形状のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のパイプ接続構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パイプ接続構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、パイプを用いた各種構造体を構成する際に、パイプ端面に同心にボルト締結したい場合がある。
【０００３】
この場合、使用するボルトの径がパイプの内径に対応していれば、パイプの内壁にボルトに螺合のネジ溝を形成すればよいが、パイプの径が使用するボルトの径より大きい場合には、そのボルトに螺合するネジ穴を有するナット体をパイプの端面に固定しなければならない。また、逆の構造として、パイプの端面にボルト体を固定する場合も考えられる。
【０００４】
このように、パイプの端面にナット体やボルト体などの固定体を固定する場合、それに螺合するボルトやナットの締付けの際の強い回転力に対抗でき、且つ所定以上の引き抜き力に耐えるように、パイプと固定体との間に強力な固着力が要求される。
【０００５】
このような強い固着力を実現するために、従来ではバイプに固定体を溶接止めする方法や、パイプの内径より若干大きな外径を有する固定体をパイプの端面から圧入する方法等が採用されていた。
【０００６】
ところが、溶接止めは製造工数が多くかかりコスト高になり、溶接による表面の変形、変色が著しく、美観を損なうという問題がある。また、圧入方式は、パイプの内径のバラツキにより固定体との間の摩擦力が大きく変化してしまい、安定した固着力が得られないという問題がある。
【０００７】
これらの問題を解決する一つの技術として、固定対象物に対してそれより高硬度の固定体を強い圧力でプレスして固定対象物の一部を塑性変形させることで、固定対象物と固定体と間に必要な固着力を与える塑性変形型固着方式がある（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００８−５４４１６０公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のような塑性変形型固着方式の固定体は、従来から板状体の厚さ方向にプレスして固着させるものであり、パイプの端面に適した構造のものは実現されていなかった。
【００１０】
また、パイプの端面のように穴の径方向の余裕が少ない場合では、固定体をパイプの穴の深さ方向へプレスしたときの塑性変形部分がパイプ外径を大きく増加させてしまい、そのパイプの外周に別部材に取り付ける場合（例えば別のパイプの内側に差し込む等）に、その取り付けが著しく困難となることが考えられる。
【００１１】
本発明は、上記問題を解決し、美観を損なうことなく、パイプの内径のバラツキによる影響を受けにくく、安定した固着力が得られ、しかも、パイプの外径の増大を抑制できるパイプ接続構造を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１のパイプ接続構造は、
所定の外径と内径を有するパイプ（１）の端面に、ボルト螺着用の穴（２５）またはボルト軸（２６）を有するパイプ端面固定体（２０）を固定するためのパイプ接続構造であって、
前記パイプ端面固定体は、前記パイプの端面側から一端側を内部に進入させ、他端側外周が前記パイプの内壁に接して該パイプと同心状態となる形状を有するベース部（２１）と、前記ベース部の他端側に同心に形成され、前記パイプの内径より小さい径を有するネック部（２２）と、外径が前記パイプの外径と内径の間に設定され、前記ネック部を挟んで前記ベース部と反対側に同心に形成されたフランジ部（２３）とを有し、該フランジ部と同心に前記ボルト螺着用の穴が貫通形成または前記ボルト軸が立設された構造を有し、
該パイプ端面固定体の前記ベース部および前記ネック部を前記パイプの内部に進入させ、前記フランジ部の前記ベース部側の面の外縁部を前記パイプの端面内縁に当接させた状態で前記パイプの長さ方向にプレスして、前記フランジ部の外縁部を前記パイプの端面に食い込ませ、前記パイプの端面内縁部の一部を前記ネック部方向に塑性変形させることで、前記パイプ端面固定体が前記パイプに固定されており、
さらに、前記パイプ端面固定体の前記フランジ部の前記ベース部側の面が、内側に向かう程前記ベース部から遠ざかるように形成され、且つ、前記フランジ部の外縁が、前記パイプの端面に食い込んだ状態で前記ボルト螺着用の穴またはボルト軸を中心とする回転が規制される形状に形成されたことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の請求項２のパイプ接続構造は、請求項１記載のパイプ接続構造において、
前記パイプ端面固定体の前記フランジ部の前記ベース部側の面が１５度の角度で傾斜していることを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の請求項３のパイプ接続構造は、請求項１または請求項２記載のパイプ接続構造において、
前記フランジ部の外縁の形状が、多角形または楕円または円形の外周に凹凸を有する形状のいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
このように、本発明のパイプ接続構造は、所定の外径と内径を有するパイプの端面に、ボルト螺着用の穴またはボルト軸を有するパイプ端面固定体を固定するためのパイプ接続構造であって、パイプ端面固定体のベース部およびネック部をパイプの内部に進入させ、フランジ部のベース部側の面の外縁部をパイプの端面内縁に当接させた状態でパイプの長さ方向にプレスして、フランジ部の外縁部をパイプの端面に食い込ませ、パイプの端面内縁部の一部をネック部方向に塑性変形させることで、パイプに固定される構造であるから、美観を損なうことなく、パイプの内径のバラツキによる影響を受けにくく、安定した固着力が得られる。しかも、フランジ部のベース部側の面が、内側に向かう程ベース部から遠ざかるように形成されているので、プレスによって塑性変形される部分は、フランジ部のベース部側の面に案内されてネック部方向により移動しやすくなり、その分外周方向への移動分が減り、パイプと固定体の固着力が増すとともに、パイプの外径増加を抑えることができる。さらに、フランジ部の外縁が、パイプの端面に食い込んだ状態でフランジ部に同心に設けられたボルト螺着用の穴またはボルト軸を中心とする回転が規制される形状に形成されているから、パイプからの引抜き方向だけでなく、ボルト螺着用の穴あるいはボルト軸を介して他部材を連結する際の回転力に耐えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態の斜視図
【図２】本発明の実施形態の斜視図
【図３】本発明の実施形態の平面図
【図４】図３のＡ−Ａ線拡大断面図
【図５】実施形態の使用状態図
【図６】実施形態の使用状態図
【図７】実施形態の使用状態図
【図８】テーパの有無とパイプ径の増加の関係を示す図
【図９】固定体がボルト状の例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１〜４は、本発明を適用したパイプ端面固定体２０の実施形態を示している。
【００１８】
このパイプ端面固定体２０（以下、単に固定体２０という）は、ボルト締結可能なナット状のものであり、金属（例えば鉄、ステンレス）で一体に形成され、その硬度は固定対象のパイプより高く設定されている（この硬度の設定は、材質差あるいは焼き入れの程度による）。
【００１９】
固定体２２は、ベース部２１、ネック部２２およびフランジ部２３が同心状に重なって、固定対象の丸パイプに対応した概略円柱状に形成されている。
【００２０】
ベース部２１は外径φ１の円柱状で、パイプの端面から内側に先に進入する下端側は進入しやすいようにテーパ状に形成されている。上端側の径φ１は、固定対象のパイプの内径φａより僅かに小さく設定され、その外周２１ａはパイプ内に進入したときパイプ内壁にほぼ隙間のない状態で接して、この固定体２０をパイプに対して同心状態に保持する。
【００２１】
ネック部２２は概略円柱状でベース部２１の上端側に同心に形成され、その下部側はべース部２１から上方に向かって徐々に細くなり、その上端２２ａ側の外形φ２は、パイプの内径φａより小さく設定されている。このネック部２２の内径φ２や厚さは、固定対象のパイプに対するフランジ部２３の食い込み量（パイプの塑性変形量）に応じて設定されている。つまり、ネック部２２の外側で且つベース部２１の上部の外形より内側に形成される空間の体積が塑性変形量より僅かに大きくなるように設定されている。
【００２２】
フランジ部２３は、固定対象のパイプの端面形状（円形）と相似な円形で、その外径φ３が固定対象のパイプの外径φｂと内径φａの間に設定され、ネック部２２を挟んでベース部２１と反対側に同心に形成されている。なお、ここでは、フランジ部２３の外形が円形の場合の例を示すが、プレス後のボルト締結による回転力に耐える固着力を増すために、フランジ部２３の外形を回転規制可能な形状、例えば楕円や多角形にしたり、外周に凹凸を設けてもよい。
【００２３】
フランジ部２３の外縁のベース部２１側の面（下面）２３ｂは、内側に向かう程ベース部２１から遠ざかるように形成されている。ここでは、ベース部２１から遠ざかるように一定角度θ（例えば１０〜２０度程度）で傾斜しており、外周面２３ｃと下面２３ｃとのなす角が鋭角（例えば７０〜８０度）となっているが、ベース部２１から階段状にあるいは曲線的に遠ざかる構造でもよい。
【００２４】
固定体２０の中心にはボルト螺着用の穴２５が、ベース部２１の下面２１ｂ側からフランジ部２３の上面２３ａまで貫通するように形成されている。
【００２５】
このように構成された固定体２０は、図５に示すように、ベース部２１およびネック部２２をパイプ１の内部に進入させ、フランジ部２３のベース部側の面２３ｂの外縁部をパイプ１の端面１ａ内縁に当接させた状態にセットされ、プレス機５によりフランジ部２３がパイプ１の長さ方向にプレスされる。なお、図示しないがパイプ１の下端側はこのプレスの力に耐え得る力で固定されている。
【００２６】
このプレスにより、図６のように、フランジ部２３の外縁部がパイプ１の端面１ａに食い込んで、パイプの端面１ａの内縁部の一部が、傾斜した面２３ｂに沿ってネック部２２方向に塑性変形される。
【００２７】
そして、図７のように、フランジ部２３がパイプ端面１ａに対して所定深さ（ここでは端面１ａとフランジ部上面２３ａとが同一高さとなる深さ）まで食い込み、ネック部２２側に塑性変形した部分２が、フランジ２３の下面２３ｂに沿ってネック部２２の最も細い上端２２ａにほぼ接する位置まで到達すると、フランジ部２３の外周２３ｃとそれに接するパイプ１の端面１ａの食い込み部分との強い摩擦、フランジ部２３の下面２３ｂと塑性変形部分２との摩擦により、パイプ１に対する固定体２０の回転が十分な強さで規制される。
【００２８】
また、塑性変形部分２がベース部２１よりもパイプ１の内側へ移動しているため、パイプ１に対する抜け方向の移動も十分な強さで規制されることになり、その結果、固定体２０は、美観を損なうことなく、また、パイプ内径のバラツキの影響を受けにくく、パイプ１の端面１ａに対して必要十分な固着力をもって固着され、この固定体２０の穴２５にボルト（図示せず）を締結して所望の構造体を形成できる。
【００２９】
また、上記したように、フランジ部２３の下面２３ｂが内側に向かう程ベース部２１から遠ざかるように一定角度の傾斜を設けているから、プレスによる塑性変形成分の多くをネック部側へ誘導案内させることができ、外方向への移動によるパイプ径の増大を抑制できる。
【００３０】
図８は、公称外径φｂ＝２２．２ｍｍ、内径φａ＝１９．２ｍｍ、（公称肉厚１．６ｍｍ）の鉄製の円形パイプに対し、同じ鉄製で、φ１＝１９．１ｍｍ、φ２＝１８．１ｍｍ、φ３＝１９．９ｍｍ、ベース部２１の厚さ５．０ｍｍ、ネック部２２の厚さ１．３ｍｍ、フランジ部２３の最大厚さ１．０ｍｍの固定体２０を用いた場合におけるパイプ外径変化、パイプに固着した固定体２０の引き抜きおよび回転に要する力を測定した結果であり、図８の（ａ）は、θ＝１５度に設定した場合の測定結果、図８の（ｂ）は、θ＝０、即ち、傾斜を設けないときの測定結果である。
【００３１】
この図８の（ａ）、（ｂ）を比較して明らかなように、θ＝１５度にした場合、外径増加の割合は、θ＝０の場合のほぼ１／３と格段に小さく抑圧され、引き抜き力は大幅（２倍程度）に向上し、回転トルクも向上している。
【００３２】
なお、ここではフランジ部２３の下面２３ｂ側を一定角度で傾斜させていたが、塑性変形部分のより多くを内方へ誘導案内するという作用は、フランジ部２３の下面２３ｂが内側に向かう程、ベース部２１より遠ざかるようにすれば得られる筈であるから、１５度以外の角度であってもよく、また一定角度である必要はなく、階段状に距離変化させてもよく、曲線的に距離変化させることも可能である。
【００３３】
また、上記実施形態では、固定対象の円形パイプに合わせて、概略円柱形の固定体２０としていたが、固定対象が角パイプであれば、固定体２０もそれに対応した概略角柱状にすればよい。また、前記したように、パイプが円形の場合であっても、フランジ部２３の外形を、楕円や多角形状にしたり、円形の外周２３ｃの全体或いは一部に凹凸を設けて、プレス後の回転規制力を増すこともできる。ただし、フランジ部２３の外形を多角形や凹凸外周にしてパイプの端面形状と非相似なものにした場合であっても、パイプの端面の内縁部を塑性変形させるためにフランジ部２３全体としての最大径と最小径は固定対象のパイプの外径と内径の間に設定する。
【００３４】
また、上記実施形態は、中心部にボルト螺着用の穴２５を有するナット状の固定体２０であったが、図９に示すように、フランジ部２３の上にボルト軸２６が同心に突設されたボルト状の固定体２０′についても本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００３６】
１……パイプ、１ａ……端面、２……塑性変形部、５……プレス機、２０、２０′、２０″……パイプ端面固定体、２１……ベース部、２２……ネック部、２３……フランジ部、２３ａ……下面、２５……穴、２６……ボルト軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0005642434.tif 000008
【図８】
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【図９】
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