(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドパイプに直交または斜交するメインパイプからなるフレームの接合方法において、短尺でメインパイプの内径より僅かに小さい外径の補助パイプを該補助パイプ内面から溶接でヘッドパイプに接合した後、メインパイプを補助パイプに外挿してヘッドパイプにメインパイプを当接して抵抗溶接することを特徴とするパイプフレーム構造体の接合方法。
【請求項２】
抵抗溶接は、ヘッドパイプに中芯電極を挿通すると共に、該中芯電極を上電極で下降可能に固定し、下電極でクランプされたメインパイプをヘッドパイプに接合された補助パイプに外挿して加圧しながら行うことを特徴とする請求項１記載のパイプフレーム構造体の接合方法。
【請求項３】
パイプ材料がチタンまたはチタン合金であることを特徴とする請求項１または２記載のパイプフレーム構造体の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ヘッドパイプとメインパイプからなるフレーム構造体の接合方法に係り、特に軽量で高強度が得られるチタン製フレームの構造体接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パイプフレームの構造体は建築、遊具設備、自転車等各種構造物の部品など平面的な三角形、四角形が主または中心となる。また立体的な構造のものがある。これらは、ヘッドパイプといわれる構造体の主骨格を構成するものに、各種の枝パイプであるメインパイプが接合されて一体の構造物を形作っている。平面的な構造体の１つである自転車用のフレーム構造の例で説明する。
【０００３】
自転車用フレームは図３に示すように、主にヘッドパイプ１と上下メインパイプ２，２′とにより構成されている。これらの接合は、ろう付けして接着するかまたはアルゴンガス等の不活性シールドガスを用いたアーク溶接を行う方法で施工されていたか、これらの方法によると熟練工による手作業を前提とし、接合に長時間を要する。また接合部が長時間にわたって高温にさらされることから接合部の近傍が酸化したり変色して表面仕上げが必要であるとともに接合強度が低下するなど、作業能率および材質面で問題があった。
【０００４】
最近は、例えば特開昭５９−１２７９８０号公報や特公平２−５０８１３号公報にあるように短時間で接合可能な抵抗溶接での施工が一般的になった。
図４はヘッドパイプに直交または斜交する枝パイプであるメインパイプを抵抗溶接する主要部を示す斜視図である。メインパイプ２は導電性および熱伝導性の優れた銅または銅合金製の下電極３により固定される。ヘッドパイプ１は中芯電極４を挿通し、中芯電極４を上電極５で下降可能に固定して、メインパイプ２をヘッドパイプ１の側面に突き合わせ、加圧しながら抵抗溶接する。メインパイプ２は下電極３でクランプされ、ヘッドパイプ１の円周部に当接可能に上面を形成し、かつメインパイプ２を支持する支持面上部に溶接金属受け溝６を有し、外面のバリの形成を抑制している。また、メインパイプ２内面には空気Ｇで内圧（約２〜６ｋｇｆ／ｃｍ２  ）をかけながら溶接して、内面のバリの形成を減少させている。
【０００５】
近年、軽くて強い、さらに耐食性の優れたチタン材が各方面で使用されるようになり、ヤング率が鋼の約半分で振動が吸収できるので自転車への適用が試みられるようになった。しかし、前述のメインパイプ内面に空気で内圧をかけながらチタン材のフレームのメインパイプとヘッドパイプを抵抗溶接すると、チタンは高温において酸化および窒化しやすいので溶接金属、熱影響部ともに酸化および窒化して硬化し脆くなる。空気に代えて不活性ガスを用いた場合は内圧を高くし難く、内面にバリが生じて接合強度が低くなる。
【０００６】
したがって、図５に示すように、メインパイプ２のヘッドパイプ１との接合部となるメインパイプ２の先端部７をバテット加工してパイプ肉厚を大きく、即ち接合面積を大きくして接合する必要があった。このバテット加工は加工に時間がかかるので作業能率が悪く、また接合面積が大きくなるので溶接入熱量も大きくしなけれぱならない。
【０００７】
また、ヘッドパイプに接合するメインパイプの角度θは構造体の種類によって種々あるが、自転車のフレームの場合は最小約５０°斜交し、かつ加圧されて抵抗溶接されるので斜交接合の場合は抵抗溶接時の圧接力によって接合部が目的とする場所からずれて接合される場合があり、製品歩留まりが悪くなる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであって、パイプフレームの接合構造体において、高能率かつ製品歩留まりが良好で健全な構造体の接合方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨とするところは、
（１）ヘッドパイプに直交または斜交するメインパイプからなるフレームの接合方法において、短尺でメインパイプの内径より僅かに小さい外径の補助パイプを該補助パイプ内面から溶接でヘッドパイプに接合した後、メインパイプを補助パイプに外挿してヘッドパイプにメインパイプを当接して抵抗溶接することを特徴とする。
（２）また抵抗溶接は、ヘッドパイプに中芯電極を挿通すると共に、該中芯電極を上電極で下降可能に固定し、下電極でクランプされたメインパイプをヘッドパイプに接合された補助パイプに外挿して加圧しながら行うことを特徴とする。
（３）さらに、パイプ材料がチタンまたはチタン合金であることを特徴とするパイプフレーム構造体の接合方法にある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のパイプ構造体の接合方法例を自転車用フレームに適用した例で詳細に説明する。その自転車用フレームの接合構造例の断面図を図１に、また図１Ａ部の拡大図を図２に示す。
ヘッドパイプ１に短尺の補助パイプ８，８′を、補助パイプ８，８′の内面からＴＩＧ，プラズマ等のアーク溶接あるいはレーザ溶接等で接合する。次いで、補助パイプ８，８′の外径より僅かに大きい内径を有するメインパイプ２，２′を外挿し、図４に示す装置で抵抗溶接する。
【００１１】
補助パイプ８，８′の外径とメインパイプ２，２′の内径との差は自転車用フレームの場合は０．２〜１ｍｍが好ましく、この差は構造体種類、パイプサイズによって任意に決める。また、補助パイプ８，８′の長さは構造体種類、パイプサイズによって任意に決められるが、自転車のフレームの場合は２０〜５０ｍｍが好ましい。
【００１２】
図２に示すように、補助パイプ８にメインパイプ２を外挿してヘッドパイプ１に補助パイプとともに短時間で抵抗溶接するので、溶接金属１０は、メインパイプ２の内面側でメインパイプ２の内径より僅かに小さい外径を有する接合部の補強の役目を有する補助パイプ８に押さえられ、メインパイプ２の外面側ではメインパイプ２を図４に示す下電極３でクランプして支持する支持面に溶接金属受６を有しているので、接合部の酸化およびメインパイプ２の内外面側いずれもバリが生じることはなく理想的な形状のビード外観となる。したがって、溶接終了後表面仕上げの必要がなく、メインパイプ２内面からの不活性ガスで内圧をかけてバリの形成を抑制する必要もない。
【００１３】
また、接合部の酸化、窒化やバリの発生がなく、しかもヘッドパイプ１にメインパイプ２が補助パイプ８と一体に接合されて接合断面が大きいので、高い接合強度が得られる。
【００１４】
さらに、ヘッドパイプ１に補助パイプ８を接合した後に、メインパイプ２を補助パイプ８に外挿してヘッドパイプ１に接合するので、ヘッドパイプ１にメインパイプ２の斜交角度θが小さく、かつ加圧しながら抵抗溶接しても溶接位置がずれることがない。
【００１５】
また、前述のパイプフレームをチタンまたはチタン合金とすることにより、軽くて強いので、必要とされる強度を得るのに細径、薄肉のパイプとすることができ、さらに耐食性が優れて振動の吸収が大きい構造とすることができる。
【００１６】
【実施例】
ＪＩＳ  Ｈ４６００  Ｇｒ３のチタンパイプ（３８．４ｍｍ径×２．０ｍｍ厚）のヘッドパイプに、ＪＩＳ  Ｈ４６００  Ｇｒ４のチタンパイプ（２８．６ｍｍ径×０．９ｍｍ厚×３０ｍｍ長さ）の補助パイプを、目標とする角度θに補助パイプ内面からＴＩＧ溶接した。
次いで、ＪＩＳ  Ｈ４６００  Ｇｒ４のチタンパイプ（３１．８ｍｍ径×１．２ｍｍ厚）をメインパイプとして補助パイプに外挿し、図４に示す溶接装置で抵抗溶接した。この場合、メインパイプと補助パイプの隙間は０．４ｍｍである。
抵抗溶接条件は、電流２０００Ａ、加圧力４０ｋｇｆ  で実施した。
溶接後外観検査および切断して内部のバリ発生状況および硬さ試験を行った。それらの結果を表１に示す。
【００１７】
【表１】
0003583558.tif 000002
【００１８】
表１から明らかなように、いずれの斜交角度θにおいても、バリの発生や表面酸化がなく、また抵抗溶接時のずれもない良好な外観が得られた。また、内面へのバリ発生もなく、接合部の硬さもヘッドパイプおよびメインパイプと大差なく許容される範囲内で極めて満足な結果であった。
【００１９】
【発明の効果】
本発明のパイプフレーム構造体の接合方法によれば、接合部の溶接仕上げ加工の必要がなく外観が良好で、かつ接合部がずれたりバリの発生がないなど、高強度で健全な接合構造体を高能率に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自転車用フレームを例とした接合構造例の断面図である。
【図２】図１Ａ部の拡大図である。
【図３】自転車用フレームの構造例の斜視図である。
【図４】パイプフレームの抵抗溶接方法例の斜視図である。
【図５】メインパイプのヘッドパイプとの接合先端部をバッテット加工した断面図である。
【符号の説明】
１  ヘッドパイプ
２  メインパイプ
３  下電極
４  中芯電極
５  上電極
６  溶接金属受け溝
７  メインパイプ接合先端部
８  補助パイプ
９  アーク溶接による溶接金属
１０  抵抗溶接による溶接金属
【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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