(57)【要約】【課題】接合作業の工数を低減しつつ、かつ精度よく円筒状のパイプ同士を接合できるパイプの接合構造を提供する。【解決手段】本開示の一態様は、車両に用いられる２つのパイプの接合構造である。一方のパイプは、他方のパイプの内部に挿入される円筒状の挿入部を先端に有する。他方のパイプは、挿入部が挿入されると共に、少なくとも中空部の中心軸と垂直な断面形状が円である筒状の受容部を先端に有する。受容部及び挿入部の重なる領域には、受容部及び挿入部を半径方向に貫通する少なくとも１つのネジ穴が設けられる。少なくとも１つのネジ穴には、ボルトが螺合される。【選択図】図２
2018112285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に用いられる２つのパイプの接合構造であって、
一方のパイプは、他方のパイプの内部に挿入される円筒状の挿入部を先端に有し、
他方のパイプは、前記挿入部が挿入されると共に、少なくとも中空部の中心軸と垂直な断面形状が円である筒状の受容部を先端に有し、
前記受容部及び前記挿入部の重なる領域には、前記受容部及び前記挿入部を半径方向に貫通する少なくとも１つのネジ穴が設けられ、
前記少なくとも１つのネジ穴には、ボルトが螺合される、パイプの接合構造。
【請求項２】
請求項１に記載のパイプの接合構造であって、
前記受容部の外周面のうち、前記ボルトの着座部分は平坦面である、パイプの接合構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のパイプの接合構造であって、
前記一方のパイプと、前記他方のパイプとは、材質が異なる、パイプの接合構造。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のパイプの接合構造であって、
前記一方のパイプから前記他方のパイプに向かって、接合したパイプの外径が大きくなる、パイプの接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、パイプの接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両において、例えばインパネリインフォースメントのように、複数のパイプを接合して構成された部材が使用される。このパイプ同士の接合には、一般に溶接が用いられている。具体的には、例えば一方のパイプの先端に溶接用のスリット（つまり開口）を設け、このパイプに別のパイプの先端を挿入し、スリットの縁とパイプの先端とをアーク溶接する接合方法が知られている。
【０００３】
しかし、この方法では、アーク溶接によってパイプに熱歪が発生するため、接合後の形状精度が低下する。また、スリットを切削する加工が必要となり、作業工数が比較的多くなる。
【０００４】
一方で、角筒状のパイプを重ね合わせ、溶接を用いずにボルトで締結する方法も知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−２３３２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記公報に開示される締結方法では、接合の対象となるパイプが角筒状に限定される。そのため、円筒状のパイプ同士を締結するには、２つのパイプそれぞれの先端部分を角筒状にする加工が必要となる。また、ボルトを固定する手段としてナットをパイプの内側に設ける必要がある。そのため、接合作業の工数が多くならざるを得ない。
【０００７】
本開示の一局面は、接合作業の工数を低減しつつ、かつ精度よく円筒状のパイプ同士を接合できるパイプの接合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】
【０００８】
本開示の一態様は、車両に用いられる２つのパイプの接合構造である。一方のパイプは、他方のパイプの内部に挿入される円筒状の挿入部を先端に有する。他方のパイプは、挿入部が挿入されると共に、少なくとも中空部の中心軸と垂直な断面形状が円である筒状の受容部を先端に有する。受容部及び挿入部の重なる領域には、受容部及び挿入部を半径方向に貫通する少なくとも１つのネジ穴が設けられる。そして、少なくとも１つのネジ穴には、ボルトが螺合される。
【０００９】
このような構成によれば、溶接を用いずにボルトで締結を行うので、精度よくパイプ同士を接合することができる。また、円筒状のパイプに対し、半径方向に貫通するネジ穴にボルトを螺合することによってパイプ同士を締結するので、接合する２つのパイプの先端部分を角筒状に加工する必要や、パイプ内にナットを設ける必要がない。そのため、接合作業の工数を低減できる。
【００１０】
本開示の一態様では、受容部の外周面のうち、ボルトの着座部分は平坦面であってもよい。このような構成によれば、ボルトの位置精度が高められるので、接合後の形状精度及び接合強度を高めることができる。
【００１１】
本開示の一態様では、一方のパイプと、他方のパイプとは、材質が異なってもよい。アーク溶接は異種材料間に使用できないため接合するパイプの材質を揃える必要があるのに対し、本開示のパイプの接合構造では、２つのパイプの材質を異ならせることができる。このように接合する２つのパイプの材質を変えることで、本開示のパイプの接合構造を用いた部材のコストを低減したり、性能を高めたりすることができる。
【００１２】
本開示の一態様では、一方のパイプから他方のパイプに向かって、接合したパイプの外径が大きくなってもよい。このような構成によれば、大径部と小径部とを有する部材を低コストかつ高品質で得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施形態における接合構造の外観を示す模式的な斜視図である。
【図２】図２は、実施形態における接合構造のパイプの中心軸と垂直な面での模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．構成］
図１及び図２に示すパイプの接合構造（以下、「接合構造」ともいう。）１は、車両を構成する部材において、２つのパイプを接合する構造である。本実施形態における接合構造１は、インパネリインフォースメントに用いられる。
【００１５】
インパネリインフォースメントは、インストルメントパネル内において車両左右方向（つまり車両の前後方向と垂直な方向）に沿って、運転席側ピラーと助手席側ピラーとの間に配設される。また、インパネリインフォースメントは、ブラケット等の部材を介して、ステアリングコラムを支持する。
【００１６】
本実施形態における接合構造１は、インパネリインフォースメントを構成する小径パイプ２と大径パイプ３とを接合する構造である。小径パイプ２は、接合する２つのパイプの「一方のパイプ」に該当し、大径パイプ３は、「他方のパイプ」に該当する。
【００１７】
また、接合構造１は、図２に示すように、小径パイプ２と大径パイプ３とに対し、複数のボルト４を半径方向（つまり厚み方向）に貫通させることによって、これらのパイプを接合している。
【００１８】
＜小径パイプ＞
小径パイプ２は、内径及び外径が中心軸方向に沿って一定である円筒状の直管である。小径パイプ２の内径及び外径は、後述する大径パイプ３の受容部３Ａの内径及び外径よりも小さい。
【００１９】
図２に示すように、小径パイプ２は、大径パイプ３の受容部３Ａの内部に挿入される挿入部２Ａを先端に有する。挿入部２Ａは、小径パイプ２の挿入部２Ａ以外の部分と同じ内径及び外径を有する。挿入部２Ａは、中心軸同士が一致するように受容部３Ａ内に挿入されている。
【００２０】
＜大径パイプ＞
大径パイプ３は、内径及び外径の異なる３つの円筒状の部分を有する。すなわち、大径パイプ３は、小径パイプ２の挿入部２Ａが挿入される受容部３Ａと、受容部３Ａよりも内径及び外径の大きい本体部３Ｂと、受容部３Ａと本体部３Ｂとを連結するテーパ部３Ｃとを有する。したがって、接合構造１は、小径パイプ２から大径パイプ３に向かって、接合したパイプの内径及び外径が大きくなるように構成されている。
【００２１】
受容部３Ａは、中空部の中心軸と垂直な断面形状が円であり、かつ中心軸方向に沿って内径及び外径が一定である略円筒状の直管部分である。受容部３Ａの内径は、小径パイプ２の挿入部２Ａの外径と等しい。つまり、挿入部２Ａの外周面は、受容部３Ａの内周面と当接している。
【００２２】
また、受容部３Ａの外周面のうち、複数のボルト４の着座部分３Ｄはそれぞれ平坦面とされている。換言すれば、受容部３Ａの外周面のうち、複数のボルト４の着座部分３Ｄ以外は、円筒の外周面の一部を構成する湾曲面である。なお、「着座部分」とは、ボルト４の頭部が当接する部分を意味する。
【００２３】
本体部３Ｂは、内径及び外径が中心軸方向に沿って一定である円筒状の直管部分である。大径パイプ３の本体部３Ｂの内径及び外径は、小径パイプ２の内径及び外径よりも大きい。
【００２４】
テーパ部３Ｃは、径の異なる本体部３Ｂと受容部３Ａとを連結し、本体部３Ｂから受容部３Ａに向かって縮径している部分である。なお、本明細書における「テーパ」とは、中心軸方向に管体が縮径していることを意味し、中央断面における外縁が曲線であるものも含む概念である。
【００２５】
＜ボルト＞
複数のボルト４は、図２に示すように、受容部３Ａ及び挿入部２Ａの重なる部分に設けられた複数のネジ穴に挿通される。複数のボルト４及び複数のネジ穴は、受容部３Ａ及び挿入部２Ａを半径方向に貫通している。複数のネジ穴は、例えば棒状のドリルの回転摩擦により穿設した孔にネジ切り加工を行うことで形成される。
【００２６】
本実施形態では、複数のボルト４は、受容部３Ａ及び挿入部２Ａの中心軸を挟んで互いに対向するように挿通されている。なお、複数のボルト４は、受容部３Ａ及び挿入部２Ａの中心軸方向に並列するように、つまり中心軸方向に複数列に配置してもよい。
【００２７】
＜パイプの材質＞
接合構造１における小径パイプ２及び大径パイプ３の材質は特に限定されず、鉄、アルミニウムなどの金属、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）などの樹脂と繊維との複合材料等が使用できる。
【００２８】
ここで、接合構造１は溶接を使用しないので、異種の材料間の接合が可能である。したがって、小径パイプ２と大径パイプ３とは材質が同じでもよいし、異なってもよい。小径パイプ２と大径パイプ３との材質を異ならせることで、材料選択の幅を大きくできる。
【００２９】
一例を挙げると、小径パイプ２の材質を鉄、大径パイプ３の材質をアルミニウムとすることができる。これにより、大径パイプ３を軽量化してインパネリインフォースメント全体の重量を低減しつつ、小径パイプ２のコストを低減できる。つまり、インパネリインフォースメントの機能を維持しつつ、コストの低減を図ることができる。
【００３０】
なお、小径パイプ２と大径パイプ３との材質の組み合わせは制限されないが、融点の高い材質（例えば鉄とアルミニウムであれば鉄）を挿入する側のパイプ（本実施形態では小径パイプ２）に用いるとよい。融点の高い材質を内側（つまり挿入側）にするとネジ穴の形成時に下穴加工が必要となる場合があるが、融点の高い材質を外側とすることで下穴加工を省略できる。
【００３１】
＜その他の構成＞
接合強度を高める補助的な構成として、接合構造１は、小径パイプ２の挿入部２Ａが大径パイプ３の受容部３Ａに圧入されてもよい。
【００３２】
また、接合構造１は、小径パイプ２の挿入部２Ａと、大径パイプ３の受容部３Ａとの間に接着剤が積層されていてもよい。この接着剤としては、二液性や熱可塑性の公知のものが使用できる。
【００３３】
このような補助的な構成を用いることで、小径パイプ２と大径パイプ３との接合強度をより高めることができる。その結果、インパネリインフォースメントの品質を高めることができる。
【００３４】
［１−２．パイプの接合方法］
以下、接合構造１の製造方法、つまりパイプの接合方法について説明する。
当該接合方法は、大径パイプ３の受容部３Ａの外周面に複数の平坦面を形成する平坦化工程と、受容部３Ａに小径パイプ２の挿入部２Ａを挿入する挿入工程と、複数の平坦面に対し、受容部３Ａ及び挿入部２Ａを半径方向に貫通する少なくとも１つのネジ穴をそれぞれ形成するネジ穴形成工程と、複数のネジ穴にそれぞれ１つのボルト４を螺合する螺合工程と、を備える。
【００３５】
（平坦化工程）
本工程では、円筒状の受容部３Ａに対し、外周面のうちネジ穴を設ける領域を平坦化し、複数の平坦面を形成する。この平坦化には、公知の技術が使用でき、例えば受容部３Ａの外周面に複数に分割した成形型を半径方向から被せ、プレスにより受容部３Ａを成型する方法が使用できる。また、筒状の型を受容部３Ａの外周面に油圧により軸方向に押し込んで受容部３Ａをしごく方法も使用できる。
【００３６】
（挿入工程）
本工程では、受容部３Ａに挿入部２Ａを軸方向に挿入する。このとき、上述のように挿入部２Ａを圧入してもよい。また、挿入部２Ａの外周面、又は受容部３Ａの内周面に接着剤を塗布してから挿入を行ってもよい。なお、挿入部２Ａは、先端が受容部３Ａよりも奥まで、つまり大径パイプ３の半径方向から視てテーパ部３Ｃと重なる位置まで挿入されてもよい。
【００３７】
（ネジ穴形成工程）
本工程は、受容部３Ａ及び挿入部２Ａを貫通する少なくとも１つの貫通孔を複数の平坦面にそれぞれ穿設する工程と、穿設した複数の貫通孔にネジ切り加工を行う工程を含む。
【００３８】
貫通孔の穿設は、以下の手順で行われる。まず、例えばボール盤の回転軸に、棒状のドリル（例えば「フロードリル（登録商標）」のような回転穿設工具）を装着する。次に、高速回転させたドリルの尖端部を受容部３Ａの平坦面に押し付ける。これにより、回転摩擦による熱が発生し、受容部３Ａが軟化し、孔が穿設される。その後、さらにドリルを押し込むことで、挿入部２Ａにも孔が穿設され、受容部３Ａ及び挿入部２Ａを貫通する貫通孔が形成される。
【００３９】
なお、ドリルによって、受容部３Ａ及び挿入部２Ａの軟化部分は塑性流動し、それぞれ貫通孔外側（つまり、受容部３Ａの半径方向外側及び挿入部２Ａの半径方向内側）に突出する突出部が形成される。この突出部のうち、少なくとも受容部３Ａの半径方向外側の突出部は切削等により除去されることが好ましい。また、穿設した貫通孔に対するネジ切り加工は、従来公知の方法が使用できる。
【００４０】
（螺合工程）
本工程では、形成した複数のネジ穴それぞれにボルト４を１つずつ螺合する。これにより、小径パイプ２と大径パイプ３とが締結される。
【００４１】
［１−３．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）溶接を用いずに、複数のボルト４で小径パイプ２と大径パイプ３との締結を行うので、精度よくパイプ同士を接合することができる。また、複数のボルト４は、半径方向に貫通するネジ穴に螺合するので、小径パイプ２及び大径パイプ３の先端部分を角筒状に加工する必要や、小径パイプ２の内部にナットを設ける必要がない。そのため、接合作業の工数を低減できる。
【００４２】
（１ｂ）複数のボルト４の着座部分３Ｄが平坦化されているので、ボルト４の位置精度が高い。そのため、小径パイプ２及び大径パイプ３の接合後の形状精度及び接合強度を高めることができる。
【００４３】
（１ｃ）小径パイプ２と大径パイプ３とを異材にすることができるので、インパネリインフォースメントに求められる機能や形状を維持しつつ、部材コストの低減を図ることができる。
【００４４】
［２．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００４５】
（２ａ）上記実施形態の接合構造１において、受容部３Ａの中心軸と垂直な断面における外形は、例えば六角形や八角形等の多角形状であってもよい。つまり、受容部３Ａの外周面は、複数の平坦面の組み合わせから構成され、湾曲面を有さないものであってもよい。なお、受容部３Ａの上記外形を多角形状とする場合、実際にはプレス等による平坦化の工程において、複数の平坦面の連結部分には、受容部３Ａの中心軸方向と平行な凸条部がそれぞれ形成される。
【００４６】
（２ｂ）また、上記実施形態の接合構造１において、複数のボルト４の着座部分３Ｄは必ずしも平坦面でなくてもよい。つまり、受容部３Ａは、中心軸と垂直な断面における外形と中空部の周縁とが共に円形である円筒体であってもよい。
【００４７】
（２ｃ）上記実施形態の接合構造１は、インパネリインフォースメントに用いるものとしたが、上記実施形態の接合構造の用途はインパネリインフォースメントに限定されるものでなく、車両における種々の部材に使用可能である。
【００４８】
（２ｄ）上記実施形態の接合構造１では、本体部分（つまり、挿入部及び受容部以外の部分）の内径及び外径が異なる小径パイプと大径パイプとを接合したが、上記実施形態の接合構造は、同径のパイプ同士の接合にも使用可能である。同径のパイプ同士を接合する場合は、一方のパイプの挿入部を他方のパイプの受容部よりも縮径するか、又は他方のパイプの受容部を一方のパイプの挿入部よりも拡径することで、上記実施形態の接合構造を適用することができる。
【００４９】
（２ｅ）上記実施形態の接合構造１において、ボルト４及びネジ穴の数は限定されない。受容部と挿入部とを締結できれば、ボルト４及びネジ穴の数は１であってもよい。ただし、接合強度の観点から、受容部３Ａ及び挿入部２Ａの中心軸を挟んで互いに対向するようにボルト４を挿通させることが好ましいので、ボルト４及びネジ穴の数としては偶数が好ましい。
【００５０】
（２ｆ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【００５１】
１…接合構造、２…小径パイプ、２Ａ…挿入部、３…大径パイプ、３Ａ…受容部、
３Ｂ…本体部、３Ｃ…テーパ部、３Ｄ…着座部分、４…ボルト。
【図１】
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【図２】
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