(57)【要約】【課題】パイプと被接合部材との接合強度を高めることができ、更に接合を容易に行うことができるパイプを被接合部材との接合方法を提供する。【解決手段】パイプ１及び被接合部材６はそれぞれアルミニウム製である。パイプ１と被接合部材６との接合方法は、被接合部材６に設けられた挿通孔７内に挿通された冷却状態のパイプ１を、その中空部２内に配置された拡管接合工具１０によって拡管加工することにより、パイプ１に被接合部材６を拡管接合する拡管接合工程を備える。拡管接合工程では、パイプ１を拡管加工する途中で又は拡管加工した後で、パイプ１の温度を上昇させることにより、パイプ１に被接合部材６を冷却嵌めする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通された冷却状態のアルミニウム製パイプを、その中空部内に配置された拡管接合工具によって拡管加工することにより、パイプに被接合部材を拡管接合する拡管接合工程を備え、
前記拡管接合工程では、パイプを拡管加工する途中で又は拡管加工した後で、パイプの温度を上昇させることにより、パイプに被接合部材を冷却嵌めすることを特徴とするパイプと被接合部材との接合方法。
【請求項２】
前記拡管接合工程では、パイプは該パイプを拡管加工する前は非冷却状態であり、パイプを拡管加工する途中で冷却状態の拡管接合工具がパイプの内周面に当接することにより、パイプを冷却状態にする請求項１記載のパイプと被接合部材との接合方法。
【請求項３】
前記拡管接合工程では、被接合部材はパイプを拡管加工する前は加熱状態であり、パイプを拡管加工する途中で又は拡管加工した後で、パイプの温度を上昇させるとともに被接合部材の温度を低下させることにより、パイプに被接合部材を冷却嵌め及び焼き嵌めする請求項１又は２記載のパイプと被接合部材との接合方法。
【請求項４】
加熱状態のアルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通されたアルミニウム製パイプを、その中空部内に配置された拡管接合工具によって拡管加工することにより、パイプに被接合部材を拡管接合する拡管接合工程を備え、
前記拡管接合工程では、パイプを拡管加工する途中で又は拡管加工した後で、被接合部材の温度を低下させることにより、パイプに被接合部材を焼き嵌めすることを特徴とする、パイプと被接合部材との接合方法。
【請求項５】
アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通されたアルミニウム製パイプの中空部内に配置されるとともに、パイプを拡管加工することによりパイプに被接合部材を拡管接合する拡管接合工具と、
パイプを冷却する冷却手段と、を備えていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合装置。
【請求項６】
前記冷却手段は、拡管接合工具を冷却する工具冷却部を有するとともに、該工具冷却部により冷却された拡管接合工具がパイプを拡管加工する途中でパイプの内周面に当接することにより、パイプを冷却するものである請求項５記載のパイプと被接合部材との接合装置。
【請求項７】
被接合部材を加熱する加熱手段を備えている請求項５又は６に記載のパイプと被接合部材との接合装置。
【請求項８】
アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通されたアルミニウム製パイプの中空部内に配置されるとともに、パイプを拡管加工することによりパイプに被接合部材を拡管接合する拡管接合工具と、
被接合部材を加熱する加熱手段と、を備えていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合装置。
【請求項９】
アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内にアルミニウム製パイプが挿通された状態で、パイプに被接合部材が拡管接合されるとともに冷却嵌めされていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合構造体。
【請求項１０】
パイプに被接合部材が更に焼き嵌めされている請求項９記載のパイプと被接合部材との接合構造体。
【請求項１１】
アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内にアルミニウム製パイプが挿通された状態で、パイプに被接合部材が拡管接合されるとともに焼き嵌めされていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用部品、配管材等を製造する際に用いられるパイプと被接合部材との接合方法、パイプと被接合部材との接合装置、及びパイプと被接合部材との接合構造体に関する。
【０００２】
なお本明細書及び特許請求の範囲では、「アルミニウム」の語は、特に示さない限り、純アルミニウムとアルミニウム合金との双方を含む意味で用いる。
【背景技術】
【０００３】
相互に重層され且つ接合された内パイプ及び外パイプからなる二重パイプを製造する方法として、特開昭５８−２５８１９号公報（特許文献１）、特開昭５８−１０７２２５号公報（特許文献２）に記載された方法が知られている。この方法を簡単に説明すると次のとおりである。
【０００４】
内パイプ及び外パイプを相互に重層した状態で、冷却された内パイプ内に充填された水を流過させることにより内パイプの温度を制御する。また、外パイプを加熱膨張させる。次いで、内外両パイプの温度差が所定の温度差に達したら、水の流過を停止する。そして、内パイプ内に水圧を印加することにより、内パイプを拡管し、これにより内パイプに外パイプを機械的に接合して二重パイプが製作される。
【０００５】
また、パイプにフランジ等の被接合部材を接合する方法として、例えば拡管接合工具を用いた拡管接合方法が知られている（例えば、特許文献３〜９参照）。この拡管接合方法を簡単に説明すると次のとおりである。
【０００６】
パイプを被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通するとともに、パイプの中空部内に拡管接合工具を配置する。拡管接合工具は、中心部に楔孔部を有するとともに楔孔部を中心に周方向に複数個のダイセグメントに分割されたダイと、ダイの各ダイセグメントを半径外方向に移動させる楔部を有するマンドレルとを備えている。次いで、マンドレルの楔部をダイの楔孔部内に差し込むことにより、ダイの各ダイセグメントをパイプの半径外方向に移動させて、各ダイセグメントでパイプをその半径外方向に押圧する。この際、各ダイセグメントによるパイプへの押圧はパイプが塑性変形されるまで行う。これにより、パイプを拡管加工する。その結果、パイプに被接合部材が機械的に固定状態に拡管接合される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−２５８１９号公報
【特許文献２】特開昭５８−１０７２２５号公報
【特許文献３】特開平４−８８１８号公報
【特許文献４】特開２００７−２９６５６９号公報
【特許文献５】特開２００７−２８３３２３号公報
【特許文献６】特開２００９−５０８７５号公報
【特許文献７】特開２００９−７２８２５号公報
【特許文献８】特開２００９−９０３１３号公報
【特許文献９】特開２００９−１０７００５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記２つの接合方法には次のような難点があった。
【０００９】
水圧で内パイプを拡管して接合を行う方法では、内パイプの接合予定部以外の部位が拡管されないように当該部位を拘束しなければならず、接合作業が面倒であった。さらに、この方法では、内パイプと外パイプとの接合強度が不足する虞があった。
【００１０】
拡管接合工具を用いて接合を行う方法では、パイプと被接合部材との接合強度が不足する虞があった。
【００１１】
本発明は、上述した技術背景に鑑みてなされたもので、その目的は、パイプと被接合部材との接合強度を高めることができ、更に接合を容易に行うことができるパイプを被接合部材との接合方法、該方法に用いられるパイプと被接合部材との接合装置、及び、パイプと被接合部材との接合構造体を提供するこにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は以下の手段を提供する。
【００１３】
［１］  アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通された冷却状態のアルミニウム製パイプを、その中空部内に配置された拡管接合工具によって拡管加工することにより、パイプに被接合部材を拡管接合する拡管接合工程を備え、
前記拡管接合工程では、パイプを拡管加工する途中で又は拡管加工した後で、パイプの温度を上昇させることにより、パイプに被接合部材を冷却嵌めすることを特徴とするパイプと被接合部材との接合方法。
【００１４】
［２］  前記拡管接合工程では、パイプは該パイプを拡管加工する前は非冷却状態であり、パイプを拡管加工する途中で冷却状態の拡管接合工具がパイプの内周面に当接することにより、パイプを冷却状態にする請求項１記載のパイプと被接合部材との接合方法。
【００１５】
［３］  前記拡管接合工程では、被接合部材はパイプを拡管加工する前は加熱状態であり、パイプを拡管加工する途中で又は拡管加工した後で、パイプの温度を上昇させるとともに被接合部材の温度を低下させることにより、パイプに被接合部材を冷却嵌め及び焼き嵌めする請求項１又は２記載のパイプと被接合部材との接合方法。
【００１６】
［４］  加熱状態のアルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通されたアルミニウム製パイプを、その中空部内に配置された拡管接合工具によって拡管加工することにより、パイプに被接合部材を拡管接合する拡管接合工程を備え、
前記拡管接合工程では、パイプを拡管加工する途中で又は拡管加工した後で、被接合部材の温度を低下させることにより、パイプに被接合部材を焼き嵌めすることを特徴とする、パイプと被接合部材との接合方法。
【００１７】
［５］  アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通されたアルミニウム製パイプの中空部内に配置されるとともに、パイプを拡管加工することによりパイプに被接合部材を拡管接合する拡管接合工具と、
パイプを冷却する冷却手段と、を備えていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合装置。
【００１８】
［６］  前記冷却手段は、拡管接合工具を冷却する工具冷却部を有するとともに、該工具冷却部により冷却された拡管接合工具がパイプを拡管加工する途中でパイプの内周面に当接することにより、パイプを冷却するものである請求項５記載のパイプと被接合部材との接合装置。
【００１９】
［７］  被接合部材を加熱する加熱手段を備えている請求項５又は６に記載のパイプと被接合部材との接合装置。
【００２０】
［８］  アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内に挿通されたアルミニウム製パイプの中空部内に配置されるとともに、パイプを拡管加工することによりパイプに被接合部材を拡管接合する拡管接合工具と、
被接合部材を加熱する加熱手段と、を備えていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合装置。
【００２１】
［９］  アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内にアルミニウム製パイプが挿通された状態で、パイプに被接合部材が拡管接合されるとともに冷却嵌めされていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合構造体。
【００２２】
［１０］  パイプに被接合部材が更に焼き嵌めされている請求項９記載のパイプと被接合部材との接合構造体。
【００２３】
［１１］  アルミニウム製被接合部材に設けられた挿通孔内にアルミニウム製パイプが挿通された状態で、パイプに被接合部材が拡管接合されるとともに焼き嵌めされていることを特徴とするパイプと被接合部材との接合構造体。
【発明の効果】
【００２４】
本発明は以下の効果を奏する。
【００２５】
［１］の発明によれば、拡管接合工程にてパイプに被接合部材が拡管接合されるとともに、更に、パイプに被接合部材が冷却嵌めされることから、パイプと被接合部材とは拡管加工による圧接力と更に冷却嵌めによる圧接力とで接合される。これにより、パイプと被接合部材との接合強度を高めることができる。
【００２６】
その上、パイプと被接合部材はいずれもアルミニウム製なので、冷却による脆化が生じない。そのため、パイプと被接合部材との接合強度を強固に維持することができる。
【００２７】
もとより、パイプの接合予定部以外の部位が拡管されないように当該部位を拘束する必要がないので、接合を容易に行うことができる。
【００２８】
さらに、従来の水圧を利用した接合方法では、パイプ内に水が充填されるまで拡管を行うことができないが、本発明ではそのような時間が不要であるため、接合時間を短縮することができる。
【００２９】
［２］の発明では、パイプを拡管加工する途中で冷却状態の拡管接合工具がパイプの内周面に当接することにより、パイプを冷却状態にするので、パイプの拡管加工予定部だけを局部的に冷却状態にすることができる。そのため、パイプ全体を冷却する必要がなく、冷却に要するコストや時間を低減することができる。
【００３０】
［３］の発明では、パイプに被接合部材を冷却嵌め及び焼き嵌めをするので、パイプと被接合部材とは拡管加工による圧接力と、冷却嵌めによる圧接力と、更に焼き嵌めによる圧接力とで接合される。これにより、パイプと被接合部材との接合強度を更に高めることができる。
【００３１】
［４］の発明によれば、拡管接合工程にてパイプに被接合部材が拡管接合されるとともに、更に、パイプに被接合部材が焼き嵌めされることから、パイプと被接合部材とは拡管加工による圧接力と更に焼き嵌めによる圧接力とで接合される。ここで、拡管接合工程では、パイプを拡管加工する途中で、拡管接合工具がパイプの内周面に当接するとともにパイプの外周面が被接合部材の挿通孔の内周面に当接するので、被接合部材の熱が被接合部材からパイプを伝導して拡管接合工具へ逃げる。そのため、パイプが高温になり難い。したがって、パイプに被接合部材を強固に焼き嵌めすることができる。
【００３２】
もとより、パイプの接合予定部以外の部位が拡管されないように当該部位を拘束する必要がないので、接合を容易に行うことができる。
【００３３】
さらに、従来の水圧を利用した接合方法では、パイプ内に水が充填されるまで拡管を行うことができないが、本発明ではそのような時間が不要であるため、接合時間を短縮することができる。
【００３４】
［５］〜［８］の発明によれは、それぞれ上記［１］〜［４］の発明に係るパイプと被接合部材との接合方法に好適に用いられるパイプと被接合部材との接合装置を提供できる。
【００３５】
［９］の発明によれば、接合強度が高いパイプと被接合部材との接合構造体を提供できる。
【００３６】
［１０］の発明によれば、接合強度が極めて高いパイプと被接合部材との接合構造体を提供できる。
【００３７】
［１１］の発明によれば、接合強度が高いパイプと被接合部材との接合構造体を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る接合方法により接合されて製作されたパイプと被接合部材との接合構造体の斜視図である。
【図２】図２は、同接合構造体の縦断面図である。
【図３】図３は、本発明の第１実施形態に係る接合装置を用いてパイプに被接合部材を接合する前の状態の縦断面図である。
【図４】図４は、図３中のＸ−Ｘ線横断面図である。
【図５】図５は、パイプを拡管加工する途中で同接合装置の拡管接合工具がパイプに当接した状態の半縦断面図である。
【図６】図６は、パイプを拡管加工した時の状態の半縦断面図である。
【図７】図７は、パイプの拡管加工を終了した時の状態の半縦断面図である。
【図８】図８は、本発明の第２実施形態に係る接合装置を用いてパイプに被接合部材を接合する前の状態の縦断面図である。
【図９】図９は、パイプの拡管加工を終了した時の状態の半縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
次に、本発明の幾つかの実施形態について図面を参照して以下に説明する。
【００４０】
図１〜図７は、本発明の第１実施形態について説明する図である。図３において、４０は、第１実施形態に係る接合装置である。
【００４１】
図１及び２において、５０は、第１実施形態の接合装置４０を用いてパイプ１に被接合部材６が接合されて製作された接合構造体である。
【００４２】
パイプ１は、例えば、自動車のステアリングサポートビーム、ステアリングコラムホルダ、マフラ、フレーム、プロペラシャフト、サスペンションアーム、その他の自動車部品に用いられるか、あるいは配管材に用いられるものである。
【００４３】
パイプ１は真直なものであり、その外周面１ａ及び内周面１ｂの断面形状はいずれも円形状である。さらに、パイプ１はその軸方向（即ち長さ方向）に延びた断面円形状の中空部２を有している。パイプ１の内径、外径及び肉厚は、いずれもパイプ１の軸方向において一定に設定されている。
【００４４】
パイプ１はアルミニウム製である。本発明では、アルミニウムは熱処理型合金と非熱処理型合金のいずれであっても良く、本実施形態では例えば熱処理型合金であるとする。さらに本発明では、パイプ１は、押出材、引抜材又は圧延材からなるものであっても良いし、その他の方法により製作されたものであっても良い。
【００４５】
被接合部材６は、例えば、他の部材（図示せず）に取り付けられるフランジとして又はブラケットとして用いられるものである。この被接合部材６は、比較的厚肉の板状であり、詳述すると円環板状である。被接合部材６の外周部には、他の部材に取り付けられる取付け部として、ボルト挿通孔等の締結具挿通孔９が設けられている。ただし本発明では、被接合部材６は、フランジやブラケットとして用いられるものであることに限定されるものではなく、その他に、例えば、ステイを有するものであっても良い。
【００４６】
被接合部材６はアルミニウム製である。本発明では、アルミニウムは熱処理型合金と非熱処理型合金のいずれであっても良く、本実施形態では例えば熱処理型合金であるとする。さらに本発明では、被接合部材６は、押出材、引抜材又は圧延材からなるものであっても良いし、その他の方法により製作されたものであっても良い。
【００４７】
被接合部材６の中央部には、パイプ１が挿通される挿通孔７が貫通して設けられている。この挿通孔７の断面形状は、パイプ１の外周面１ａの断面形状に対応した形状であり、即ち円形状である。
【００４８】
パイプ１の長さは例えば５０〜２０００ｍｍの範囲内に設定され、その内径は例えば２０〜４００ｍｍの範囲内に設定され、その肉厚は例えば０．５〜１５ｍｍの範囲内に設定されている。
【００４９】
ただし本発明では、パイプ１の各寸法は、上記の範囲内であることに限定されるものではなく、パイプ１の使用目的に応じて様々に設定されるものである。
【００５０】
被接合部材６の外径は例えば３０〜５００ｍｍの範囲内に設定されている。被接合部材６の挿通孔７の直径は、拡管加工される前の状態のパイプ１の外径よりも例えば０．１〜３ｍｍ大きく設定されている。これにより、パイプ１が挿通孔７内に遊挿状に挿通されうるものとなされている。被接合部材６の挿通孔７の内周面８のパイプ軸方向に沿う長さを、内周面８の幅とするとき、内周面８の幅は、例えば２〜５０ｍｍの範囲内に設定されている。
【００５１】
ただし本発明では、被接合部材６の各部位の各寸法は、上記の範囲内であることに限定されるものではなく、被接合部材６の使用目的に応じて様々に設定されるものである。
【００５２】
この接合構造体５０において、パイプ１が被接合部材６の挿通孔７内に挿通された状態で、パイプ１に被接合部材６が拡管接合されるとともに冷却嵌めされている。
【００５３】
この接合構造体５０の構成について詳述すると、次のとおりである。
【００５４】
図２に示すように、パイプ１の挿通孔７内への挿通部分３は、拡管加工されることで、挿通部分３の外周面が被接合部材６の挿通孔７の内周面８に圧接するようにパイプ１の半径外方向に膨出した状態に塑性変形されている。そして、この拡管加工時に蓄積された被接合部材６の弾性復元力によって、被接合部材６にはパイプ１の半径内方向の力が常時作用されている。さらに、パイプ１に被接合部材６が冷却嵌めされている。したがって、パイプ１に被接合部材６が非常に強固に接合されている。
【００５５】
さらに、パイプ１の全長さ領域のうちパイプ１の挿通部分３の軸方向両側近傍部分４、４は、拡管加工されることで、それぞれ、パイプ１の半径外方向に局部的に膨出した状態に塑性変形されている。そのため、各近傍部分４に断面円弧状の抜止め用膨出部Ｓがパイプ１の周方向に延びて形成されている。被接合部材６は、両膨出部Ｓ、Ｓの間にパイプ１の軸方向に挟まれた状態で、パイプ１に接合されている。したがって、両膨出部Ｓ、Ｓによって、パイプ１に対する被接合部材６の抜け強度が高められている。膨出部Ｓの膨出量は例えば０．５〜１０ｍｍである。膨出部Ｓの幅は例えば１〜３０ｍｍである。
【００５６】
なお本発明では、膨出部Ｓの断面形状は円弧状であることに限定されるものではなく、その他に、三角形状、四角形状などであっても良い。さらに、膨出部Ｓの膨出量及び幅は、上記の範囲内であることに限定されるものではない。
【００５７】
次に、第１実施形態の接合装置４０の構成について以下に説明する。
【００５８】
図３に示すように、この接合装置４０は、拡管接合工具１０、冷却手段２０などを備えている。
【００５９】
拡管接合工具１０は、ダイ１１、マンドレル１６等を備えている。
【００６０】
図３及び４に示すように、ダイ１１は、略円柱状のものである。したがって、ダイ１１の横断面形状は略円形状である。さらに、ダイ１１は例えば工具鋼や超硬合金製である。
【００６１】
ダイ１１の中心部には楔孔部１５がダイ１１の中心軸と同軸に且つダイ１１の軸方向に貫通して設けられている。楔孔部１５は、円錐状又は多角錐状であり、第１実施形態では多角錐状であり、詳述すると正四角錐状である。したがって、楔孔部１５の横断面形状は正四角形状である（図４参照）。
【００６２】
さらに、図４に示すように、ダイ１１は、楔孔部１５を中心に周方向に均等に複数個のダイセグメント１２に分割されている。第１実施形態では、ダイ１１の分割数は４個である。また、ダイ１１の各ダイセグメント１２は互いに同一構成である。
【００６３】
図３に示すように、マンドレル１６は、ダイ１１の楔孔部１５に対応する楔部１７を有している。楔部１７は、例えば工具鋼や超硬合金製であり、マンドレル１６の先端部に先細り状に一体形成されている。楔部１７は、円錐状又は多角錐状であり、第１実施形態では多角錐状であり、詳述すると正四角錐状である。したがって、楔部１７の横断面形状は正四角形状である。楔部１７のテーパ角は、ダイ１１の楔孔部１５のテーパ角と等しく設定されており、例えば１〜３０°の範囲内に設定されている。ただし本発明では、楔部１７及び楔孔部１５のテーパ角は上記の範囲内であることに限定されるものではない。
【００６４】
マンドレル１６の基端部には、楔部１７をダイ１１の楔孔部１５内に差し込む方向にマンドレル１６を移動させるマンドレル駆動部１９が接続されている。第１実施形態では、マンドレル駆動部１９は、マンドレル１６をその軸方向に押圧することで楔部１７を楔孔部１５に対して差込み方向に移動させるものであり、その駆動源として油圧シリンダ（図示せず）を有している。
【００６５】
マンドレル１６は、パイプ１の中空部２内に配置されたダイ１１の楔孔部１５内に楔部１７を差し込みことにより、ダイ１１の各ダイセグメント１２をパイプ１の半径外方向に移動させるものである。
【００６６】
マンドレル駆動部１９は、楔部１７の楔孔部１５内への差込み量、即ち油圧シリンダの駆動ロッドの押圧ストローク量を制御する制御部（図示せず）を有している。パイプ１の半径外方向へのダイセグメント１２の移動量は、マンドレル駆動部１９の制御部によって駆動ロッドの押圧ストローク量を制御することにより、調節される。
【００６７】
ダイ１１の各ダイセグメント１２は、マンドレル１６の楔部１７によってパイプ１の半径外方向に移動されることにより、パイプ１の挿通部分３及び両近傍部分４、４を半径外方向に押圧し、これによりこれらの部分３、４、４を塑性変形させて拡管加工するものである。
【００６８】
図３に示すように、ダイセグメント１２の押圧面（即ち、各ダイセグメント１２のパイプ内周面１ｂ側に向いた外面）には、ダイ１１の周方向に延びた２個の押圧凸部１３、１３が互いにダイ１１の軸方向に離間して形成されている。押圧凸部１３の断面形状は円弧状である。さらに、ダイセグメント１２の押圧面における両第１押圧凸部１３、１３の間に押圧部１４が形成されている。
【００６９】
両押圧凸部１３、１３は、拡管加工時にパイプ１の挿通部分３の両側近傍部分４、４をパイプ１の半径外方向に押圧するものであり、その形状及び寸法は互いに等しく設定されている。
【００７０】
押圧部１４は、拡管加工時にパイプ１の挿通部分３をパイプ１の半径外方向に押圧するものである。
【００７１】
冷却手段２０は、拡管接合工具１０のダイ１１の各ダイセグメント１２を冷却する工具冷却部２１を有している。そして、冷却手段２０は、工具冷却部２１によって各ダイセグメント１２を予め冷却しておき、パイプ１を拡管加工する途中で該冷却された各ダイセグメント１２がパイプ１の内周面１ｂに当接することで、パイプ１の熱を各ダイセグメント１２に伝導させて吸収し、これによりパイプ１を冷却するものである。すなわち、この冷却手段２０は、パイプ１を直接冷却する方式のものではなく、拡管接合工具１０の各ダイセグメント１２を介してパイプ１を冷却する方式のものである。ただし本発明では、冷却手段２０はパイプ１を直接冷却する方式のものを排除するものではない。
【００７２】
各ダイセグメント１２の内部には、ダイセグメント１２を冷却する冷却媒体が流通する冷却媒体流通路がＵ字状に延びて設けられている。図３〜６中の矢印Ｙは、冷却媒体の流れ方向を示している。
【００７３】
工具冷却部２１は、冷却媒体供給槽２２と冷却媒体回収槽２３を有している。冷却媒体供給槽２２と各ダイセグメント１２の冷却媒体流通路２８の入口部２８ａとは、冷却媒体供給管２４を介して連結されている。冷却媒体回収槽２３と各ダイセグメント１２の冷却媒体流通路２８の出口部２８ｂとは、冷却媒体排出管２５を介して連結されている。そして、この工具冷却部２１は、冷却媒体供給槽２２からの冷却媒体が供給管２４を通って冷却媒体流通路２８の入口部２８ａから冷却媒体流通路２８内に供給され、その後、冷却媒体流通路２８の出口部２８ｂから排出管２５を通って冷却媒体回収槽２３に回収されるように構成されている。このように冷却媒体を冷却媒体流通路２８内に流通させることにより、ダイセグメント１２が冷却される。冷却媒体供給管２４には開閉バルブ２６が介設されている。さらに、このバルブ２６は、冷却媒体の供給量を調節する機能も有しており、すなわち流量調節バルブとしても機能している。
【００７４】
冷却媒体は、冷却液や冷却ガス等が用いられ、具体的には、液体空気、液体窒素、冷却エアーからなる冷却媒体が用いられる。
【００７５】
なお本発明では、拡管接合工具１０のダイ１１の各ダイセグメント１２にノズルから冷却エアーを吹き付けることにより、各ダイセグメント１２を冷却しても良い。
【００７６】
次に、上記接合装置４０を用いたパイプ１と被接合部材６との接合方法について以下に説明する。なお、接合は常温の雰囲気下で行われるものとする。
【００７７】
図３に示すように、パイプ１を被接合部材６の挿通孔７内に挿通する。このときのパイプ１の温度と被接合部材６の温度はいずれも常温である。また、冷却手段２０の工具冷却部２１の開閉バルブ２６を開けることで冷却媒体供給槽２２から冷却媒体を拡管接合工具１０のダイ１１の各ダイセグメント１２に供給し（即ち、冷却媒体を冷却媒体流通路２８内に流通させ）、これにより各ダイセグメント１２を冷却する。冷却媒体によるダイセグメント１２の望ましい冷却温度は後述する。
【００７８】
そして、パイプ１の中空部２内における被接合部材６に対応する位置に、拡管接合工具１０のダイ１１を配置する。この状態において、ダイ１１は、その中心軸がパイプ１の中心軸Ｚと一致するように配置される。さらに、拡管接合工具１０のマンドレル１６を、その楔部１７の中心軸がパイプ１の中心軸Ｚと一致するように配置する。
【００７９】
次いで、マンドレル駆動部１９を動作させることでマンドレル１６の楔部１７をダイ１１の楔孔部１５内に差し込む。これにより、図５に示すように、ダイ１１の各ダイセグメント１２がパイプ１の半径外方向に移動されてパイプ１の内周面１ｂに当接する。すると、各ダイセグメント１２（詳述すると各ダイセグメント１２の押圧凸部１３）とパイプ１の内周面１ｂとの接触部からパイプ１の熱が各ダイセグメント１２に伝導吸収される。その結果、パイプ１が各ダイセグメント１２との接触部及びその近傍において局部的に冷却される。パイプ１が局部的に冷却される部位は、パイプ１の拡管加工予定部、即ち、挿通部分３及び両近傍部分４、４とほぼ一致する。パイプ１は、ダイセグメント１２の温度と略同じ温度に冷却される。パイプ１の望ましい冷却温度は後述する。こうしてパイプ１が冷却されることにより、パイプ１の外径が減少する。
【００８０】
このようにパイプ１を冷却した状態で、引き続きマンドレル１６の楔部１７を楔孔部１５内に差し込むことにより、パイプ１の挿通部分３の外周面が被接合部材６の挿通孔７の内周面８に圧接するようにダイ１１の各ダイセグメント１２でパイプ１を半径外方向に押圧する。押圧は、パイプ１の挿通部分３及び両近傍部分４、４が塑性変形されるまで行う。これにより、図６に示すように、パイプ１が拡管加工され、その結果、パイプ１に被接合部材６が拡管接合される［拡管接合工程］。
【００８１】
その後、パイプ１の拡管加工を終了するため、マンドレル１６の楔部１７をダイ１１の楔孔部１５内から抜出する。すると、図７に示すように、各ダイセグメント１２がパイプ１の内周面１ｂから離れてパイプ１の内周面１ｂに対して非接触になる。すなわち、パイプ１の拡管加工が終了すると同時にパイプ１の冷却が停止される。その後、開閉バルブ２６を閉じることにより、冷却媒体の供給を停止し、これにより各ダイセグメント１２の冷却を停止する。
【００８２】
すると、パイプ１の温度が常温になるように徐々に高くなり、これに伴いパイプ１の外径が徐々に増加する。これにより、パイプ１と被接合部材６との圧接力が増加する。そして、パイプ１の温度が常温に戻ることにより、パイプ１に被接合部材６がしっかりと冷却嵌めされる。なお本発明では、パイプ１の温度が常温に戻るのに要する時間を短縮するため、パイプ１の温度が常温になるように任意の加熱装置によりパイプ１を加熱しても良い。
【００８３】
この接合方法では、拡管加工時において、パイプ１の挿通部分３は、各ダイセグメント１２の押圧部１４によってパイプ１の半径外方向に膨出した状態に押圧されて塑性変形される。パイプ１の挿通部分３の両側近傍部分４、４は、各ダイセグメント１２の両押圧凸部１３、１３によってパイプ１の半径外方向に膨出した状態に押圧されて塑性変形される。これにより、当該各近傍部分４に断面円弧状の膨出部Ｓがパイプ１の周方向に延びて形成される。
【００８４】
この接合方法において、パイプ１と被接合部材６との温度差が１００℃以上になるように、パイプ１を冷却するのが望ましい。こうすることにより、冷却嵌めの締め代が約０．１ｍｍ以上になり、これにより冷却嵌めによる接合力の向上を確実に図ることができる。具体的にパイプ１の冷却温度を例示すると、パイプ１の冷却温度は−７０〜−２０℃の範囲内に設定される。また、ダイセグメント１２の冷却温度は、パイプ１の冷却温度と略同じ温度に設定される。
【００８５】
上記の接合方法では、パイプ１の拡管加工を終了するのと同時にパイプ１の冷却を停止している。しかるに本発明では、その他に、パイプ１を拡管加工する途中でパイプ１の冷却を停止しても良い。その冷却停止方法としては、ダイ１１の各ダイセグメント１２がパイプ１の内周面１ｂに当接した直後に冷却媒体のダイセグメント１２への供給を停止することで、パイプ１の冷却を停止することが例示される。
【００８６】
上記第１実施形態の接合方法には次の利点がある。
【００８７】
拡管接合工程にてパイプ１に被接合部材６が拡管接合されるとともに、更に、パイプ１に被接合部材６が冷却嵌めされることから、パイプ１と被接合部材６とは拡管加工による圧接力と更に冷却嵌めによる圧接力とで接合される。これにより、パイプ１と被接合部材６との接合強度を高めることができる。
【００８８】
その上、パイプ１と被接合部材６はいずれもアルミニウム製なので、冷却による脆化が生じない。そのため、パイプ１と被接合部材６との接合強度を強固に維持することができる。
【００８９】
もとより、パイプ１の接合予定部以外の部位が拡管されないように当該部位を拘束する必要がないので、接合を容易に行うことができる。
【００９０】
さらに、従来の水圧を利用した接合方法では、パイプ１内に水が充填されるまで拡管を行うことができないが、本発明ではそのような時間が不要であるため、接合時間を短縮することができる。
【００９１】
さらに、パイプ１を直接冷却しないで、パイプ１を拡管加工する途中で冷却状態の各ダイセグメント１２がパイプ１の内周面１ｂに当接することにより、パイプ１を冷却状態にするので、パイプ１の拡管加工予定部（３、４、４）だけを局部的に冷却状態にすることができる。そのため、パイプ全体を冷却する必要がなく、冷却に要するコストや時間を低減することができる。
【００９２】
ただし本発明は、パイプ１全体やパイプ１の拡管加工予定部を直接冷却することを排除するものではない。パイプ１全体やパイプ１の拡管加工予定部を直接冷却する方法としては、パイプ１全体やパイプ１の拡管加工予定部にノズルから冷却エアーを吹き付けて冷却する方法が例示される。
【００９３】
図８及び９は、本発明の第２実施形態について説明する図である。これらの図には、上記第１実施形態と同じ部分に同一の符号を付している。
【００９４】
第２実施形態では、接合装置４０は、拡管接合工具１０と、冷却手段２０と、更に被接合部材６を加熱する加熱手段３０とを備えている。
【００９５】
加熱手段３０は、発熱部３２と、該発熱部３２に発熱用電気を供給する電源３１とを備えている。発熱部３２は、被接合部材６に取り付けられるか又は被接合部材６の近傍に配置されるものであり、本実施形態では被接合部材６の外周部に取り付けられている。発熱部３２は、電気発熱線（図示せず）を内蔵している。加熱手段３０は、電源３１の電力を発熱部３２（即ち電気発熱線）に供給して該発熱部３２を発熱させることにより、被接合部材６を発熱部３２から加熱するように構成されている。
【００９６】
また、発熱部３２は電源３１に給電線３３を介して電気的に接続されている。この給電線３３には、電源３１から発熱部３２への通電をＯＮ又はＯＦＦにするＯＮ／ＯＦＦスイッチ３４が設けられている。電源３１は、発熱部３２への給電量を調節する調節機能（図示せず）を有している。
【００９７】
加熱手段３０により加熱される前の状態の被接合部材６の挿通孔７の内径は、拡管加工される前の状態のパイプ１の外径に対して例えば０．１〜０．５ｍｍ大きく設定されている。
【００９８】
次に、上記接合装置４０を用いたパイプ１と被接合部材６との接合方法について、上記第１実施形態とは異なる点を中心に以下に説明する。なお、接合は常温の雰囲気下で行われるものとする。
【００９９】
第２実施形態では、図８に示すように、パイプ１を拡管加工する前に、加熱手段３０の発熱部３２に電源３１から電気を供給することにより、被接合部材６を発熱部３２によって予め加熱した状態にしておく。これにより、被接合部材６の挿通孔７の内径が増大する。被接合部材６の望ましい加熱温度は後述する。
【０１００】
この状態で、上記第１実施形態の接合方法と同様にパイプ１を拡管加工する。
【０１０１】
その後、パイプ１の拡管加工を終了するため、マンドレル１６の楔部１７をダイ１１の楔孔部１５内から抜出する。すると、図９に示すように、各ダイセグメント１２がパイプ１の内周面１ｂから離れてパイプ１の内周面１ｂに対して非接触になる。すなわち、パイプ１の拡管加工が終了すると同時にパイプ１の冷却が停止される。その後、開閉バルブ２６を閉じることにより、冷却媒体の供給を停止し、これにより各ダイセグメント１２の冷却を停止する。
【０１０２】
すると、パイプ１の温度が常温になるように徐々に高くなり、これに伴いパイプ１の外径が徐々に増加する。これにより、パイプ１と被接合部材６との圧接力が増加する。そして、パイプ１の温度が常温に戻ることにより、パイプ１に被接合部材６がしっかりと冷却嵌めされる。
【０１０３】
さらに、パイプ１の拡管加工を終了するのと同時又はその後で加熱手段３０のスイッチ３４をＯＦＦにすることにより、発熱部３２への給電を停止し、これにより被接合部材６の加熱を停止する。
【０１０４】
すると、被接合部材６の温度が常温になるように徐々に低くなり、これに伴い被接合部材６の挿通孔７の直径が減少する。これにより、パイプ１と被接合部材６との圧接力が増加する。そして、被接合部材６の温度が常温に戻ることにより、パイプ１に被接合部材６がしっかりと焼き嵌めされる。
【０１０５】
この接合方法において、パイプ１と被接合部材６との温度差が１００℃以上になるように、パイプ１を冷却するとともに被接合部材６を加熱するのが望ましい。特に、被接合部材６が熱処理型アルミニウム合金製である場合には、被接合部材６の温度が熱処理型アルミニウム合金の熱処理温度未満になるように被接合部材６を加熱することが、被接合部材自体の強度を維持することができ、ひいてはパイプ１と被接合部材６との接合強度を維持できる点で望ましい。こうすることにより、冷却嵌めの締め代と焼き嵌めの締め代との合計量が約０．１ｍｍ以上になり、これにより、冷却嵌め及び焼き嵌めによる接合力の向上を確実に図ることができる。具体的に被接合部材６の加熱温度を例示すると、被接合部材６が熱処理型アルミニウム合金製である場合には、被接合部材６の加熱温度は１００〜２５０℃の範囲内に設定され、また、被接合部材６が非熱処理型アルミニウム合金製である場合には、被接合部材６の加熱温度は１００〜４００℃の範囲内に設定される。
【０１０６】
上記の接合方法では、パイプ１の拡管加工を終了するのと同時又はその後で被接合部材６の加熱を停止している。しかるに本発明では、その他に、パイプ１を拡管加工する途中で被接合部材６の加熱を停止しても良い。その加熱停止方法としては、ダイ１１の各ダイセグメント１２がパイプ１の内周面１ｂに当接した後で発熱部３２への給電を停止することで、被接合部材６の加熱を停止することが例示される。
【０１０７】
上記第２実施形態の接合方法により接合されて製作された接合構造体５０は、パイプ１に被接合部材６が拡管接合されるとともに冷却嵌め及び焼き嵌めされている。したがって、パイプ１と被接合部材６との接合強度は極めて高い。
【０１０８】
上記第２実施形態の接合方法には、上記第１実施形態の接合方法における利点の他に更に次の利点がある。
【０１０９】
パイプ１に被接合部材６を冷却嵌め及び焼き嵌めをするので、パイプ１と被接合部材６とは拡管加工による圧接力と、冷却嵌めによる圧接力と、更に焼き嵌めによる圧接力とで接合される。これにより、パイプ１と被接合部材６との接合強度を更に高めることができる。
【０１１０】
而して、本発明は、上記第１及び第２実施形態に限定されるものではなく、様々に変更可能である。
【０１１１】
例えば、上記第２実施形態では、パイプ１と被接合部材６は、拡管加工による圧接力と冷却嵌めによる圧接力と焼き嵌めとによる圧接力とによって接合されている。しかるに本発明では、パイプ１と被接合部材６は、冷却嵌めによる圧接力ではなく、拡管加工による圧接力と焼き嵌めによる圧接力とによって接合されていても良い。この場合におけるパイプ１と被接合部材６との接合は、次のように行われる。なお、以下の方法は上記第２実施形態の一変形例である。
【０１１２】
すなわち、パイプ１と被接合部材６との接合は、各ダイセグメント１２の冷却を行わないこと以外は上記第２実施形態の接合方法に従って行われる。
【０１１３】
この変形例によれば、拡管接合工程にてパイプ１に被接合部材６が拡管接合されるとともに、更に、パイプ１に被接合部材６が焼き嵌めされる。そのため、パイプ１と被接合部材６とは、拡管加工による圧接力と更に焼き嵌めによる圧接力とで接合される。ここで、拡管接合工程では、パイプ１を拡管加工する途中で、各ダイセグメント１２がパイプ１の内周面１ｂに当接するとともにパイプ１の外周面１ａが被接合部材６の挿通孔７の内周面８に当接するので、被接合部材６の熱が被接合部材６からパイプ１を伝導して各ダイセグメント１２へ逃げる。そのため、パイプ１が高温になり難い。したがって、パイプ１に被接合部材６を強固に焼き嵌めすることができる。そのため、パイプ１と被接合部材６との接合強度を高めることができる。
【０１１４】
またこの変形例では、各ダイセグメント１２の冷却を行わないので、接合装置４０は必ずしも冷却手段２０を備える必要はない。
【０１１５】
さらに、本発明は、上記第１及び第２実施形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々に変更可能である。
【０１１６】
また、上記実施形態では、パイプ１は断面円形状のものであるが、本発明ではパイプ１は断面四角形や六角形などの多角形状のものであっても良い。この場合には、パイプ１の周方向の荷重に対するパイプ１と被接合部材６との接合強度、即ちパイプ１と被接合部材６との捻り強度を高めることができる。
【０１１７】
さらに本発明では、パイプ１は、その中空部２内に該中空部を複数個の中空区画室に区画するパイプ軸方向に延びた仕切り壁部がパイプ１と一体に形成されたもの、即ち仕切り壁部付きパイプであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、例えば、自動車のステアリングサポートビーム、ステアリングコラムホルダ、マフラ、フレーム、プロペラシャフト、サスペンションアーム、カムシャフト、その他の自動車部品を製作する際に用いられ、あるいは、自動車以外の製品として、例えば配管材を製作する際に用いられる、パイプと被接合部材との接合方法、前記接合方法に用いられる接合装置、及び、パイプと被接合部材との接合構造体に利用可能である。
【符号の説明】
【０１１９】
１：パイプ
２：パイプの中空部
６：被接合部材
７：挿通孔
８：挿通孔の内周面
１０：拡管接合工具
１１：ダイ
１２：ダイセグメント
１６：マンドレル
２０：冷却手段
２１：工具冷却部
２８：冷却媒体流通路
３０：加熱手段
３２：発熱部
４０：接合工具
５０：接合構造体
Ｙ：冷却媒体の流れ方向
【図１】
2011016140.tif 000003
【図２】
2011016140.tif 000004
【図３】
2011016140.tif 000005
【図４】
2011016140.tif 000006
【図５】
2011016140.tif 000007
【図６】
2011016140.tif 000008
【図７】
2011016140.tif 000009
【図８】
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【図９】
2011016140.tif 000011