(57)【要約】【課題】接合部にほぼ均一なカールを生成することができる管体接合構造を得る。【解決手段】管体接合構造１０は、軸方向一端側の端面１２Ｃを含む部分が扁平形状とされた一方の管体としてのパイプ材１２と、軸方向から見たパイプ材１２の端面の投影面が円形の端面内となる円筒状の他方の管体としてのストレート管２０と、を備えている。管体接合構造１０は、パイプ材１２の端面１２Ｃとストレート管２０の端面２０Ａとが摩擦圧接により接合された接合部２６を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸方向一端側の端面を含む部分が扁平形状とされた一方の管体と、
軸方向から見た前記一方の管体の端面の投影面が、円形の端面内となる円筒状の他方の管体と、
前記一方の管体の端面と前記他方の管体の端面とが摩擦圧接により接合された接合部と、
を有する管体接合構造。
【請求項２】
前記他方の管体の端面の外径が、前記一方の管体の端面の長径部の外径より大きい、又は等しい請求項１に記載の管体接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管体接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、一方の管体と他方の管体とを突き合わせて溶接することが行われている。
【０００３】
下記特許文献１には、円筒状に形成された一方の金属製管体の端面と、一方の金属製管体とほぼ同じサイズ（内径及び外径）に設定された円筒状の他方の金属製管体の端面とを突き合わせた状態で、溶接により一方の金属製管体の端面と他方の金属製管体の端面とを接合する方法が開示されている。その際、一方の金属製管体と他方の金属製管体の接合部には、外周側と内周側にカール（バリ）が発生している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１５５２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１に記載の管体溶接方法では、一方の金属製管体の端面を含む部分と、他方の金属製管体の端面を含む部分とが、ほぼ同じサイズ（内径及び外径）に設定されている。
【０００６】
これに対して、例えば、一方の金属製管体に曲げ加工を施すと、一方の金属製管体の端部側が扁平形状に変形している場合がある。この場合、ほぼ真円状に形成された他方の金属製管体の端面と、扁平形状に変形している一方の金属製管体の端面とを突き合わせて摩擦圧接を行うと、相手管体と接触しない部分が発生する可能性がある。このため、２つの管体の端面同士が所定の溶融温度に達する時間が遅くなり、或いは到達温度が低下し、均一なカールを生成することが困難である。
【０００７】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、接合部にほぼ均一なカールを生成することができる管体接合構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明に係る管体接合構造は、軸方向一端側の端面を含む部分が扁平形状とされた一方の管体と、軸方向から見た前記一方の管体の端面の投影面が、円形の端面内となる円筒状の他方の管体と、前記一方の管体の端面と前記他方の管体の端面とが摩擦圧接により接合された接合部と、を有する。
【０００９】
請求項１に記載の発明によれば、一方の管体は、軸方向一端側の端面を含む部分が扁平形状とされている。他方の管体は、円筒状であり、軸方向から見た一方の管体の端面の投影面が、他方の管体の円形の端面内となっている。一方の管体の端面と他方の管体の端面とは、摩擦圧接により接合されている。この構成では、軸方向から見た一方の管体の端面の投影面が、他方の管体の円形の端面内となるため、一方の管体の端面と他方の管体の端面とを摩擦圧接により接合する際に、端面を含む部分が扁平形状とされた一方の管体の端面のほぼ全体に他方の管体の端面を接触させることが可能である。このため、摩擦圧接時にほぼ均一な温度上昇、及びほぼ均一な到達温度により端面同士を溶融することが可能となり、一方の管体の端面と他方の管体の端面との接合部にほぼ均一なカールを生成することができる。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の管体接合構造において、前記他方の管体の端面の外径が、前記一方の管体の端面の長径部の外径より大きい、又は等しい。
【００１１】
請求項２に記載の発明によれば、他方の管体の端面の外径が、前記一方の管体の端面の長径部の外径より大きい、又は等しい。このため、一方の管体の端面と他方の管体の端面とを摩擦圧接により接合する際に、一方の管体の端面のほぼ全体に他方の管体の端面をより確実に接触させることが可能である。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明の管体接合構造によれば、接合部にほぼ均一なカールを生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る管体接合構造を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る管体接合構造が適用される一方の管体の端面と、他方の管体の端面とを接合する前の状態を示す側面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る管体接合構造が適用される一方の管体の端面と、他方の管体の端面とを接合する状態を説明する側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る管体接合構造が適用される一方の管体の端面と他方の管体の端面との接合部を拡大して示す断面図である。
【図５】比較例の管体接合構造を示す断面図である。
【図６】比較例の管体接合構造が適用される一方の管体の端面と、他方の管体の端面とを接合する前の状態を示す側面図である。
【図７】比較例の管体接合構造が適用される一方の管体の端面と、他方の管体の端面とを接合する状態を説明する側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１には、本発明の一実施形態である管体接合構造１０を備えた一方の管体と他方の管体を示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態である管体接合構造１０を備えた一方の管体と他方の管体の接合前の状態を示す側面図である。図３は、本発明の一実施形態である管体接合構造１０を備えた一方の管体と他方の管体とを接合する状態を示す側面図である。
【００１６】
図１〜図３に示されるように、管体接合構造１０は、曲げ加工がされた一方の管体としてのパイプ材１２と、他方の管体としてのストレート管２０と、を備えている。
【００１７】
パイプ材１２は、ストレートに形成された円筒状の管体を曲げ加工することによって形成されている。本実施形態では、パイプ材１２は、曲げ部１２Ａが湾曲形状となるように略Ｌ字状に曲げ加工されており、軸方向一端側にほぼストレート状に延びたパイプ部１２Ｂを備えている。パイプ材１２は、ストレート管２０と摩擦圧接による接合が可能な材料により形成されている。本実施形態では、パイプ材１２は、例えば、ＯＳＴ−２（商品名）やＳＴＫＭ（商品名）などの油圧配管用炭素鋼鋼管などが用いられている。
【００１８】
パイプ材１２は、ストレートに形成された円筒状の管体の端部を把持した状態で円筒状の管体に曲げ加工を施すことで、パイプ部１２Ｂの軸方向一端側の端面１２Ｃを含む部分が僅かに扁平に変形した扁平形状とされている。これにより、図１に示されるように、パイプ材１２のパイプ部１２Ｂは、外周面の位置によって外径の大きさに偏りが生じている。
【００１９】
図１〜図３に示されるように、ストレート管２０は、円筒状に形成されている。ストレート管２０の内径は、曲げ加工が施される前のパイプ材１２（ストレートに形成された円筒状の管体）の内径とほぼ同じに設定されている。ストレート管２０は、端面２０Ａの外径（図１中のＡ）がパイプ材１２のパイプ部１２Ｂの端面１２Ｃの長径部の外径（端面１２Ｃの長軸方向の外径、図１中のＢ）とほぼ等しく設定された外周部２２を備えている（図１参照）。
【００２０】
なお、本実施形態では、ストレート管２０の端面２０Ａの外径がパイプ材１２のパイプ部１２Ｂの端面１２Ｃの長径部の外径とほぼ等しく設定されているが、ストレート管２０の端面２０Ａの外径がパイプ材１２のパイプ部１２Ｂの端面１２Ｃの長径部の外径より大きい構成としてもよい。
【００２１】
また、本実施形態では、ストレート管２０の内径は、曲げ加工が施される前のパイプ材１２（ストレートに形成された円筒状の管体）の内径とほぼ同じに設定されているが、曲げ加工が施される前のパイプ材１２（ストレートに形成された円筒状の管体）の内径より小さく設定してもよい。すなわち、ストレート管２０の内径は、曲げ加工が施される前のパイプ材１２（ストレートに形成された円筒状の管体）の内径以下であればよい。
【００２２】
ストレート管２０は、パイプ材１２と摩擦圧接による接合が可能な材料により形成されている。本実施形態では、ストレート管２０は、例えば、Ｓ２０Ｃ（商品名）などの構造用炭素鋼鋼管などで形成されている。
【００２３】
図１に示されるように、軸方向から見たパイプ材１２の端面１２Ｃの投影面が、ストレート管２０の円形の端面１０Ａ内となるように構成されている。この状態で、図３に示されるように、ストレート管２０の軸方向一端側の端面２０Ａと、パイプ材１２のパイプ部１２Ｂの端面１２Ｃとを摩擦圧接により接合する。
【００２４】
これによって、図４に示されるように、ストレート管２０の端面２０Ａと、パイプ材１２のパイプ部１２Ｂの端面１２Ｃとが摩擦圧接により接合された接合部２６が形成されている。ストレート管２０の端面２０Ａと、パイプ材１２のパイプ部１２Ｂの端面１２Ｃとが摩擦圧接により接合されることで、接合部２６の外周面側と内周面側にカール（バリ）２８、３０が生成されている。ここで、摩擦圧接とは、接合する部材（たとえば金属や樹脂など）を高速で擦り合わせ、そのとき生じる摩擦熱によって部材を軟化させると同時に圧力を加えて接合する技術をいう。
【００２５】
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００２６】
図２に示されるように、ストレートに形成された円筒状の管体（図示省略）を曲げ加工することによって、湾曲形状の曲げ部１２Ａを備えたパイプ材１２を形成する。図１に示されるように、パイプ材１２は、ストレートに形成された円筒状の管体に曲げ加工を施すことで、軸方向一端側のパイプ部１２Ｂの端面１２Ｃを含む部分が僅かに扁平に変形した扁平形状とされている。なお、パイプ材１２の形成は、予め工場にて曲げ加工を行ってもよいし、現場にて曲げ加工を行ってもよい。
【００２７】
図１及び図２に示されるように、ストレート管２０は、円筒状に形成されており、ストレート管２０の内径は、曲げ加工が施される前のパイプ材１２（ストレートに形成された円筒状の管体）の内径とほぼ同じに設定されている。また、ストレート管２０の外周部２２の外径Ａが、パイプ材１２のパイプ部１２Ｂの扁平形状とされた端面１２Ｃの長径部の外径Ｂ（長軸方向の外径）とほぼ等しく設定されている。なお、ストレート管２０の外周部２２の外径Ａは、パイプ材１２のパイプ部１２Ｂの扁平形状とされた端面１２Ｃの長径部の外径Ｂ（長軸方向の外径）より大きく設定してもよい。すなわち、ストレート管２０の外周部２２の外径Ａは、パイプ材１２のパイプ部１２Ｂの端面１２Ｃの長径部の外径Ｂ以上であればよい（Ａ≧Ｂ）。
【００２８】
これにより、図１に示されるように、軸方向から見たパイプ材１２の端面１２Ｃの投影面が、ストレート管２０の円形の端面１０Ａ内となる。
【００２９】
図１及び図３に示されるように、ストレート管２０の軸方向一端側の端面２０Ａに、パイプ材１２のパイプ部１２Ｂの端面１２Ｃを接触させる。そして、ストレート管２０の端面２０Ａとパイプ材１２のパイプ部１２Ｂの端面１２Ｃとを摩擦圧接により接合する（図４参照）。
【００３０】
その際、図１に示されるように、軸方向から見たパイプ材１２の端面１２Ｃの投影面が、ストレート管２０の円形の端面１０Ａ内となるため、パイプ材１２の端面１２Ｃのほぼ全体にストレート管２０の端面２０Ａを接触させることができる。このため、ストレート管２０の端面２０Ａとパイプ材１２の端面１２Ｃとの摩擦圧接時に、ほぼ均一な温度上昇、及びほぼ均一な到達温度により端面２０Ａ、１２Ｃ同士を溶融することが可能となる。このため、ストレート管２０の端面２０Ａとパイプ材１２の端面１２Ｃとの接合部２６の外周面側と内周面側にほぼ均一なカール（ムラの無いカール）２８、３０を生成することができる。
【００３１】
本実施形成の管体接合構造１０では、ストレート管２０は、内径が曲げ加工が施される前のパイプ材１２（ストレートに形成された円筒状の管体）の内径とほぼ同じに設定されており、外周部２２の外径のみがパイプ材１２の長径部の外径以上に設定されている。これにより、パイプ材１２の長径部の端面１２Ｃの全体をストレート管２０の端面Ａに接触させることができ、ストレート管２０の端面２０Ａとパイプ材１２の端面１２Ｃとの摩擦圧接時に、ほぼ均一な温度上昇、及びほぼ均一な到達温度を達成することができる。
【００３２】
また、パイプ材１２を油圧配管用炭素鋼鋼管で形成し、ストレート管２０を構造用炭素鋼鋼管で形成し、パイプ材１２の端面１２Ｃとストレート管２０の端面２０Ａとを圧接した場合には、パイプ材１２がストレート管２０よりも溶けやすい。この場合、２つの管体の端面同士の非接触部分が発生すると、接合部の外観に与える影響が大きい。
【００３３】
本実施形態では、端面１２Ｃを含む部分が扁平形状とされたパイプ材１２とストレート管２０との接合部２６の外観を損なわないように、ストレート管２０の外径をパイプ材１２のパイプ部１２Ｂの外径よりも僅かに大きくしている。これにより、パイプ材１２の端面１２Ｃのほぼ全体にストレート管２０の端面２０Ａを接触させて摩擦圧接を行うことで、接合部２６の外観を向上させることができる。すなわち、本実施形態では、端面１２Ｃを含む部分が扁平形状とされたパイプ材１２の外周部２２がストレート管２０の半径方向外側にはみ出さないため、管体接合構造１０の接合部２６の外観へ与える影響を少なくすることができる。
【００３４】
図５〜図７には、比較例の管体接合構造１００が示されている。図５〜図７に示されるように、比較例の管体接合構造１００は、曲げ加工がされたパイプ材１０２と、一方の管体としてのストレート管１１０と、を備えている。
【００３５】
このような管体接合構造１００では、ストレート管１１０の内径及び外径が、曲げ加工が施される前のパイプ材１０２（ストレートに形成された円筒状の管体）の内径及び外径とほぼ同じに設定されている。図５に示されるように、円筒状の管体に曲げ加工を施したパイプ材１０２では、パイプ部１０２Ａの端面１０２Ｃを含む部分が扁平形状に変形している。このため、略真円状に形成されたストレート管１１０の端面１１０Ａと、パイプ材１０２の端面１０２Ｃとを摩擦圧接した場合、相手部品と接触しない部分が発生する。その結果、ストレート管１１０の端面１１０Ａと、パイプ材１０２の端面１０２Ｃとの圧接部で溶融温度に到達する時間が遅くなり、或いは到達温度が低いために、接合部１１４での均一なカールの生成が困難となる。
【００３６】
このような場合、ストレート管１１０の端面１１０Ａと、パイプ材１０２の端面１０２Ｃとの摩擦圧接時に多くのエネルギーを使用し、より多く溶かし込むことで不均一をならす必要がある。しかし、このような方法では、無駄なエネルギーを使用したり、トライ・アンド・エラーで部品寸法を調整する必要が生じる。
【００３７】
これに対して本実施形態の管体接合構造１０では、軸方向から見たパイプ材１２の端面１２Ｃの投影面が、ストレート管２０の円形の端面２０Ａ内となるため、パイプ材１２の端面１２Ｃのほぼ全体にストレート管２０の端面２０Ａを接触させることができる。このため、ストレート管２０の端面２０Ａとパイプ材１２の端面１２Ｃとの摩擦圧接時に圧接部をほぼ均一な温度上昇、及びほぼ均一な到達温度とすることができ、接合部２６にほぼ均一なカール２８、３０を生成することができる。
【００３８】
なお、ストレート管２０の外周部２２の外径と、パイプ材１２のパイプ部１２Ｂの外径は、図１の構成に限定されるものではない。ストレート管２０の端面２０Ａの外周部２２の外径は、パイプ材１２のパイプ部１２Ｂの端面１２Ｃの扁平形状とされた長径部の外径（長軸方向の外径）以上に設定されていれば、実際の寸法は変更可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１０   管体接合構造
１２   パイプ材
１２Ａ 曲げ部
１２Ｂ パイプ部
１２Ｃ 端面
２０   ストレート管
２０Ａ 端面
２２   外周部
２６   接合部
２８、３０    カール
【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】
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