(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空部材から成る第１部材と第２部材がその軸線を交差させて接合された構造であって、第１部材の上面には第２部材の断面形状に対応する形状の貫通孔を有し、前記貫通孔はその縁部に二つ一組の切欠を複数組有し、前記貫通孔の縁部のうち前記二つ一組の切欠に挟まれた部分が前記貫通孔中心方向に突出しつつ第１部材内部側に垂れ下がる下垂部を成し、残余の縁部は前記第２部材の外側面に接する形状を有し、前記第１部材上面の貫通孔に前記第２部材の端部を貫入させた後は、前記下垂部の先端が前記第２部材の外側面に噛合することにより両部材が固定されることを特徴とする中空部材の接合構造。
【請求項２】
前記第１部材の下面内側の前記貫通孔の軸線上に、前記第２部材の内側面の形状に対応する形状の凸部を有し、前記貫通孔に貫入した前記第２部材の端部が該凸部に嵌合することにより両部材が固定されることを特徴とする請求項１に記載の中空部材の接合構造。
【請求項３】
前記第１部材下面内側の前記貫通孔の軸線上に、前記第２部材の内側面の形状に対応する形状の孔を有し、該孔の縁部が前記貫通孔方向に垂直に立ち上がる周壁を有して成り、前記第２部材の端部の内側面が該周壁の外側面に嵌合することにより両部材が固定されることを特徴とする請求項１に記載の中空部材の接合構造。
【請求項４】
前記第２部材の側面外周上には、両部材が固定された時点において前記下垂部の先端が接触する位置に前記第２部材の軸線に対して垂直方向の固定用溝を設けて成り、該下垂部の先端が該固定用溝に噛合することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の中空部材の接合構造。
【請求項５】
前記第２部材の外側面に、その軸線方向に沿って直線状のガイド溝を少なくとも一つ設けるとともに、前記下垂部の先端に該ガイド溝に対応する突起を設け、該ガイド溝に該突起を沿わせつつ第２部材を前記貫通孔に貫入させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の中空部材の接合構造。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の構造により中空部材を接合するために用いる治具であって、前記第１部材を固定する固定部材と、貫入前の前記第２部材をその軸線が前記貫通孔の軸線と合致する位置に固定する位置決め部材とを有することを特徴とする治具。
【請求項７】
請求項３に記載の構造により中空部材を接合するために用いる治具であって、架台上に前記第２部材の内側面に対応する外側面を有する垂直突起を設けて成り、該垂直突起の先端を絞り込み形状としたことを特徴とする治具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、中空部材、主に角鋼管と円鋼管、又は角鋼管同士を、相互にそれぞれの軸線を交差させて接合する接合構造に関し、また、該接合構造により中空部材を接合する作業の際に使用する治具に関する。
【背景技術】
【０００２】
建築物や構造物、仮設物、あるいは各種の什器等の骨格や支持構造においては、軽量化と強度確保のために中空部材、特に角鋼管や円鋼管からなる部材を接合する構造が多用されている。かかる接合構造の形態としては、主に二つの部材の軸線を交差させ、部材の端部同士をＬ字型に接合する形態、又は、一方の部材の側面に他方の部材の端部をＴ字型に接合する形態とがあり、必要に応じてそれらの形態が組み合わされる。特にＴ字型は、幅広い接合箇所において用いられるため、簡易で確実なＴ字型接合構造を採用することは、コストダウンの上で有益である。
【０００３】
かかるＴ字型接合の構造として、部材となる中空部材が鋼管である場合は、主に溶接、又はボルトナット等による締結、あるいはそれらが併用されてきた。しかし、溶接作業は機材や技能工を必要とし、時間もかかるためコスト増の要因となり、またボルトナット等による締結も、接合方法にもよるが必然的に部品点数を増加させ、やはりコスト増となる。
【０００４】
一方、建築物や構造物の躯体など大きな荷重や応力に対する強度を要求される場合はともかく、床面や天井材、内装材の支承や仮設物・什器等の骨格等の接合部など、余り大きな強度が求められない接合箇所においては、二つの部材を直接嵌合させる構造も多用されている。
【０００５】
かかる二つの部材を直接嵌合させる接合構造としては、一方の部材の側面に貫通孔を設け、他方の部材の端部を該貫通孔に挿入して接合する構造が一般的であるが、この場合、そのままでは、挿入した部材の端部が貫通孔から抜けて脱落する可能性がある。特に、部材が中空部材、取り分け鋼管である場合は、管の肉厚は軽量化のために必要強度を満たす範囲で薄いものが用いられるが、接合時の両部材は前記貫通孔の肉厚断面のみで接触・支持される形となり、両部材間の摩擦も最小限となるため、外力を受けて接合部のズレや脱落が生じやすくなる。そのため、かかる嵌合構造を採用した場合であっても、最終的には接合部を溶接やボルトナット等を用いて締結する必要があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、溶接やボルトナット等の別途の締結手段を用いずに、単に嵌合するだけで両部材の接合を固定できる簡易な構造を採用できれば、部品点数の削減や部材接合作業を簡素化できるため、作業性や生産性が高まり、大きなコストダウンの効果が期待できる。
【０００７】
かかる中空部材の簡易な接合構造の例として、たとえば特許文献１（特開平７−１９７５４４号公報）に、溶接やボルトナット等を用いずに部材を接続する構造が開示されている。本先行技術は、一方の部材の側壁に複数の長孔を環状に形成し、他方の部材の端部に長孔に対応する係止部を先端に向けて広がる形に形成し、該係止部の先端には内向きの係合爪を設けて、長孔に係止部を挿入後、他方の部材に嵌め被せた筒状部材で係止部を緊縛することにより各係止部を内方へ押圧し、各係合爪が各長孔の内縁部にそれぞれ係止されることで両部材を固定するものである。
【特許文献１】特開平７−１９７５４４号公報
【０００８】
しかし、本先行技術でも、最終的な部材の固定にはやはり筒状部材という別途の部材を必要とし、他方の部材の全体形状によっては、かかる筒状部材を予め嵌め被せておくことが困難であって適用が制限される場合も考えられる。また、本先行技術によると、他方の部材は一方の部材の側壁の一部にのみ接合されるため、一方の部材に肉厚の薄い鋼管等を用いた場合に、他方の部材に曲げや捻じれの力が加わると、前記側壁が容易に歪み易く、ひいては両部材の接合構造自体にも歪みが生じるという強度上の問題が予想される。
【０００９】
ところで、本願出願人は、本願出願以前の出願（特願２０１０-２１６２５０号）にて、一方の部材（第１部材）に設けたホゾ孔に他方の部材（第２部材）のホゾ部を嵌合させ、両部材を貫通するボルトナットで締結することにより、溶接工程を不要とする中空角材の接合構造を提示し、特に、第２部材のホゾ部の形成に関して、効率的かつ効果的な構造を示した。当該接合構造は、簡易な構造の部材で強度の高い接合を実現するものであるが、それでも第２部材の端部にホゾ部を形成する加工工程とボルトナットという別個の部材を要するものであった。また、接合部に複雑な外力が加わる可能性が小さい接合箇所においては、かかる接合構造ほどの強度は必要とされないため、さらに簡易でコストダウン可能な接合構造が求められていた。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、かかる要求に応え、溶接工程も別個の締結部材等も一切必要とせず、接合前における部材の事前加工も最小限に抑えられる、簡易でローコストな中空部材の接合構造を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、中空部材から成る第１部材と第２部材がその軸線を交差させて接合された構造であって、第１部材の上面には第２部材の断面形状に対応する形状の貫通孔を有し、前記貫通孔はその縁部に二つ一組の切欠を複数組有し、前記貫通孔の縁部のうち前記二つ一組の切欠に挟まれた部分が前記貫通孔中心方向に突出しつつ第１部材内部側に垂れ下がる下垂部を成し、残余の縁部は前記第２部材の外側面に接する形状を有し、前記第１部材上面の貫通孔に前記第２部材の端部を貫入させた後は、前記下垂部の先端が前記第２部材の外側面に噛合することにより両部材が固定されることを特徴とする中空部材の接合構造である。
【００１２】
前述の通り、中空部材同士を直接嵌合させ、溶接工程も別個の締結部材も一切使用せずに部材の接合状態を固定するためには、両部材が直接接触する箇所に、部材が容易に脱落分離しないよう係止する係止構造を設ける必要がある。請求項１に記載の発明は、かかる係止構造として、第１部材の上面に設けた第２部材を貫通させる貫通孔の縁部に二つ一組で複数組の切欠を設けて下垂部を形成する。該下垂部は前記貫通孔の縁部において残余の縁部よりも貫通孔の中心向きに突出し、かつ、下垂部の先端において形成される貫通孔の内径は第２部材の外径を僅かに下回るため、貫通孔に挿入された第２部材の端部は、前記残余の縁部とは抵触しないものの下垂部の先端とは抵触し、さらに挿入されることにより下垂部の先端と摩擦を生じつつそれらを押し拡げながら第１部材の内部に貫入する。この際、下垂部はその素材の弾性による反発力により第１部材の外側面を周囲から押圧し、第２部材を第１部材から引き抜こうとする外力に対しては、下垂部の先端が第２部材の外側面に食い込む、いわゆる「返し」の作用を生じる。そのため、第２部材が一旦第１部材内部の所定の位置まで進入した後は、前記押圧による緊縛作用と前記「返し」の作用により、当該位置で固定されるのである。
【００１３】
なお、例えば後述の請求項６乃至請求項７に記載した治具を用いることにより、第２部材を第１部材に対して正確に垂直に位置決めした上で前記貫通孔に挿入することができるならば、前記下垂部は必ずしも事前に第１部材内部側に垂れ下がらせておく必要はない。前述の通り、前記貫通孔の縁部のうち前記二つ一組の切欠に挟まれた部分は前記貫通孔中心方向に突出しているため、第２部材を第１部材の貫通孔に当てがって挿入することにより、突出部分のみが第２部材の端部に押されて第１部材内部側に均等に垂れ下がるように変形し、下垂部が必然的に形成されるからである。この場合は、第１部材上面に貫通孔を形成した後に前記突出した縁部を折り曲げて下垂部を形成する工程が省略できる。
【００１４】
次に、請求項２に記載した発明は、前記第１部材の下面内側の前記貫通孔の軸線上に、前記第２部材の内側面の形状に対応する形状の凸部を有し、前記貫通孔に貫入した前記第２部材の端部が該凸部に嵌合することにより両部材が固定されることを特徴とする請求項１に記載の中空部材の接合構造である。
【００１５】
前述の請求項１の発明によれば、第１部材に貫入した第２部材は、前記貫通孔において、その外側面を前記下垂部に押圧、緊縛され、両部材の接合状態が一応は固定される。この状態でも、前記下垂部が発揮する「返し」の作用により、第１部材から第２部材を引き抜こうとする外力に対しては十分な結合強度を有するものの、第２部材の軸線に対して横方向の外力が加わった場合には、下垂部の先端と第２部材の外側部との接触点を支点として、第２部材がスリコギ状の揺動を生じる可能性があり、その場合、両部材の結合構造全体が歪みや撓み等の変形を起こすおそれがある。
【００１６】
これを防ぐためには、結合状態において、第２部材の端部も第１部材に固定されている必要がある。そこで、請求項２の発明では、第１部材の下面内側の、前記貫通孔の軸線上に、第２部材の内側面の形状に対応する形状の凸部を設け、貫通孔に貫入した第２部材の端部を該凸部に嵌合させる。これにより、第２部材の端部は該凸部に固定されるため、第２部材に軸線に対して横方向の外力が加わった場合でも、前記スリコギ状の揺動を生じることが防がれ、両部材の結合構造にも変形を生じない。なお、かかる凸部の形成方法としては、第１部材の下面を外部から所定の金型でプレス加工する方法が最も簡易である。
【００１７】
次に、請求項３に記載した発明は、前記第１部材下面内側の前記貫通孔の軸線上に、前記第２部材の内側面の形状に対応する形状の孔を有し、該孔の縁部が前記貫通孔方向に垂直に立ち上がる周壁を有して成り、前記第２部材の端部の内側面が該周壁の外側面に嵌合することにより両部材が固定されることを特徴とする請求項１に記載の中空部材の接合構造である。
【００１８】
前述の請求項２の発明によれば、第１部材内部において第２部材の貫入端部を固定する凸部をプレス加工で形成できるが、この場合、該凸部は、プレス加工の性質上どうしても頂部に丸みを生じざるを得ず、第２部材の端部の断面内側部との固定箇所において滑りを生じ易く、第２部材に大きな外力が加わった場合に固定が外れる可能性がある。特に、第１部材壁面の肉厚が厚過ぎる場合には、凸部の頂部の丸みが大きくなって前記滑りを起こし易くなり、一方、逆に肉厚が薄過ぎる場合には、第２部材端部の固定に必要十分な凸部の高さを確保しにくいという問題が生ずる。
【００１９】
そこで、請求項３の発明では、第１部材下面の前記貫通孔の軸線上に、第２部材の断面内側の形状に対応する形状の別途の孔を穿つと同時に、該孔の縁部を第１部材の内部に向けて第２部材の軸線方向に沿って前記貫通孔に向けて立ち上がる周壁を形成している。これにより、第１部材に貫入した第２部材の端部は、その内側面が該周壁の外側面にぴったり嵌合するため、より確実かつ強固に第２部材の端部を第１部材の内部で固定することができる。この場合、固定箇所において滑りが生じにくくなるだけでなく、第１部材壁面の肉厚の大小に関わらず、必要に応じて任意の高さの周壁を形成できるため、本発明の適用範囲が拡がる。
【００２０】
なお、第２部材の端部の固定方法としては、第１部材下面に、第２部材端部の外側面の形状に一致する単純な第二の貫通孔を設け、前記第１部材上面の貫通孔（記載の便宜上、ここではこれを第一の貫通孔と記す。）から貫入した第２部材の端部を、そのまま第二の貫通孔をも通過させて第１部材の下面外側まで突出させて固定する方法も考えられる。この場合、第２部材は、第一の貫通孔と第二の貫通孔の２箇所で第１部材に嵌合して支持され、さらに、第二の貫通孔にも第一の貫通孔と同様の下垂部を設ければ、前記の「返し」の効果による固定力も倍増するから、極めて強固かつ確実な接合構造とすることができる。
【００２１】
しかし、かかる接合構造自体は従来から公知の技術に過ぎず、また、この場合、第１部材の下面外側には多少とも第２部材の端部が突出することになる。そのため、たとえば、本発明を、第１部材を床面や設備機器を支える水平横桁とし、第２部材を該横桁を支える垂直支持柱とする支持構造体等の形成に適用する場合には、支持柱である第２部材の端部が横桁である第１部材の上面に突出することにより、横桁上に設置する床材や設備の下面と干渉するおそれを生じる点で不利である。その点、請求項３の発明によれば、第１部材の下面に孔を穿つと同時に周壁を立ち上げることは従来のプレス加工により容易に実現できるから、最小限の工程で確実に第２部材端部を固定する凸部を形成できるだけでなく、発明の適用範囲を狭める第２部材端部の突出も不要となる点において、より優位な接合構造といえる。
【００２２】
次に、請求項４に記載した発明は、第２部材の側面外周上の、両部材が固定された時点において前記下垂部の先端が接触する位置に、第２部材の軸線に対して垂直方向の固定用溝を設けて成り、該下垂部の先端が該固定用溝に噛合することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の中空部材の接合構造である。
【００２３】
請求項１乃至請求項３の発明においては、第１部材上面の貫通孔の縁部が形成する下垂部の先端が、第２部材の外側面に噛合することにより、押圧による緊縛作用と「返し」の作用により、両部材を固定する。請求項４の発明は、これらの発明に対し、さらに両部材が固定された時点において前記下垂部の先端が接触する位置に、第２部材の軸線に対して垂直方向の固定用溝を設けているため、第２部材が第１部材の内部の所定の位置まで貫入したところで、該下垂部の先端が該固定用溝に噛合するから、さらに緊密かつ確実な固定が行われる。また、両部材が鋼管等の不透明素材である場合、作業者にとっては第２部材が第１部材にどの程度の深さまで貫入しているかは外部から視認できないが、かかる固定用溝を設けることにより、該固定用溝と前記下垂部が噛み合った時点で所定の深さまで貫入が完了したことが容易に確認できる。これにより、第２部材の貫入が不足して固定が不十分となることや、逆に必要以上に深く貫入させ過ぎて第１部材の下面を変形させてしまうという作業上の失敗を防ぐことができ、非熟練の作業員でも的確に接合作業が行える。
【００２４】
次に、請求項５に記載した発明は、第２部材の外側面に、その軸線方向に沿って直線状のガイド溝を少なくとも一つ設けるとともに、前記下垂部の先端に該ガイド溝に対応する突起を設け、該ガイド溝に該突起を沿わせつつ第２部材を前記貫通孔に貫入させることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の中空部材の接合構造である。
【００２５】
第２部材が中空角材、例えば角鋼管とした場合では、第１部材へ貫入させる際の第２部材の断面の向きはおのずと固定されるが、中空の円筒、例えば円鋼管とした場合は、断面の向きは任意となる。ここで、第２部材の側面に、接合後にさらに他の部材を取り付けるための孔等を設ける必要がある場合には、該孔等が所定の向きとなるよう、第２部材の貫入断面の向きを正確に設定する必要が生じるが、円鋼管である第２部材の向き正確に設定することは作業上難しく、一旦両部材を接合してしまった後で、第２部材を回転させて微修正を行うことも困難である。
【００２６】
そこで、予め第２部材の表面に、その軸線方向に沿って少なくとも一つの直線状のガイド溝を設けるとともに、前記下垂部の先端に該ガイド溝に対応する突起を、該ガイド溝に該突起が嵌った状態において第２部材の貫入断面の向きが所望の方向となるよう設けておく。そうすれば、両部材の結合作業に当たり、該ガイド溝に該突起を沿わせてから第２部材を貫入することで、第２部材の貫入断面の向きがズレる失敗を防ぐことができる。
【００２７】
次に、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の発明に係る接合構造を適用して中空部材を接合するために用いる治具であって、第１部材を固定する固定部材と、挿入前の第２部材をその軸線が前記貫通孔の軸線と合致する位置に固定する位置決め部材とを有することを特徴とする。
【００２８】
前記の請求項１乃至請求項５に記載の発明の適用に当たっては、いずれも第２部材の外側面と下垂部の先端とが接した状態下で、摩擦を生じつつ第２部材を第１部材に貫入させていく作業となる。具体的には、ハンマー等で第２部材の他端を叩く、あるいは動力機器を用いて強制的に圧入する等の方法があるが、その際には、第２部材が傾かないように挿入する必要がある。たとえば鋼管等の金属部材を用いた場合に第２部材を傾いたまま貫入させると、下垂部に不均等な摩擦が生じ、ひいては貫入孔自体を変形させてしまうおそれがある。また、請求項２又は請求項３の発明においては、第２部材が傾いたままだと、当然、その端部が第１部材の凸部（あるいは周壁）に正確に嵌合せず、固定が不十分となる。しかも、本発明による接合構造は、一旦接合を完了した後は第２部材を容易には抜去し難い不可逆的な接合となるため、接合が不完全となった場合であっても、事後的に修正を施すことは難しい。そのため、本発明による接合作業に当たっては、第２部材を垂直に貫通孔に貫入させる作業を正確かつ容易に行うための治具が必要とされる。
【００２９】
請求項６の発明に係る治具は、上記の必要に応えるものであり、第１部材を固定する固定部材として、たとえば平面板状の架台上に、水平に寝かせた第１部材の側面を両側から挟みこんで固定する二本のレールを設置し、一方、貫入前の第２部材を正確に垂直を維持しつつ支承する位置決め部材として、垂直に立てた第２部材の外側面を挟みこんで固定するブロック部材を、第１部材を跨ぐ形で前記レール上の所定の位置に設置する。作業者は、第１部材を架台上のレールの間に寝かせて固定した上で、垂直に立てた第２部材を前記ブロック部材に当てがい、その状態でハンマー等を用いて第２部材の他端を上方から叩きこむことで、第２部材の端部を第１部材の貫通孔に正確かつ容易に貫入させることができるのである。
【００３０】
次に、請求項７の発明は、請求項３に記載の構造により中空部材を接合するために用いる治具であって、架台上に第２部材の内側面に対応する外側面を有する垂直突起を設けて成り、該垂直突起の先端を絞り込み形状としたことを特徴とする治具である。
【００３１】
本発明によれば、請求項３の発明に係る中空部材の接合構造による接合作業を行う場合、前記垂直突起が該孔に挿入されるよう第１部材を本治具に載せるだけで、第１部材が水平に固定される。一方、該垂直突起は第１部材の内側面に対応する外側面を有しているため、固定された第１部材の貫通孔に上方から第２部材の端部を挿入すると、該端部は前記垂直突起の先端に嵌め被さる形となり、さらに挿入を進めると第２部材は該垂直突起の外側部に沿って垂直下方に誘導され、最終的に前記周壁に嵌め被さることにより第１部材に固定される。
【００３２】
本治具は、請求項６に記載の治具に比べ構造が簡易であり、単に第１部材を本治具に載せるだけで直ちに第２部材の挿入準備が完了するだけでなく、挿入時に第２部材を厳密に垂直に保たなくても、第１部材への貫入が進む過程で垂直突起に沿って必然的に垂直が保たれ、周壁に嵌め被さる形に誘導される。また、垂直突起の先端を絞り込み形状としているため、たとえ貫入開始時点で第２部材が若干傾いて挿入されたとしても、その端部は前記絞り込み形状に沿って傾きが修正されて誘導されるため、作業者が非熟練の場合であっても失敗を少なくできる。
【００３３】
以上のように、請求項３の接合構造を適用する場合に限っては、本発明に係るより簡易な構造の治具を用いることで接合作業を容易化できるため、さらなるコストダウンが可能となる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明に係る中空部材の接合方法及び治具によれば、中空部材、特に角鋼管と円鋼管、又は角鋼管同士を、相互にそれぞれの軸線を交差させて接合する場合において、溶接工程も別個の締結部材等も一切必要とせず、接合前における部材の事前加工も最小限に抑えられるため、建築物や構造物、仮設物、あるいは各種の什器・設備等の骨格や支持構造を製作する工程において大幅にコストを削減できるという効果を奏する。また、簡易な構造の治具を用いて、非熟練の作業者でも容易かつ確実に接合作業を行えるため、従来の接合構造に比べて作業効率の向上と人件費抑制によるコスト削減の効果も奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下では、本発明に係る中空部材の接合構造及び治具の実施の形態について、図１乃至図１３に基づいて詳細に説明する。
【００３６】
図１及び図２は、本発明に係る接合構造の概略を示す斜視図である。図１は、第１部材１０として角鋼管を、第２部材２０として円鋼管を用いた場合であって、左図が接合前、右図が接合後の状態を示している。図２は、第２部材２０にも角鋼管を用いた場合を示している。
第１部材の上面には貫通孔３０が設けられ、下面の内部側には凸部４０が設けられており、第２部材２０は第１部材１０に対して軸線が直交する形に、上方から垂直にその端部を貫通孔３０に挿入し、最終的に端部が凸部４０に嵌め被さる形で固定される。
【００３７】
図３は、前記貫通孔３０の、下垂部３２を形成する前の段階として貫通孔３０を穿った直後の状態の拡大平面図である。貫通孔３０の外周には、二つ一組の切欠３１を、互いに向かい合う位置に二組づつ、合計四組設けている。また、貫通孔３０の円形縁部は内側円と外側円の二つの同心円から成るが、外側円の直径は第２部材２０の外側直径に一致し、内側円の直径は該外側直径より小さくなるよう設定する。また、前記一組の切欠３１に挟まれた縁部３３ａは前記内側円に、残余の縁部３３ｂは前記外側円に沿って形成する。そのため、縁部３３ａは縁部３３ｂに比べ貫通孔３０の中心方向に突出する形となり、本実施例では、これら縁部３３ａを下方に均一の角度で折り曲げることにより下垂部３２を形成する。下垂部３２の先端が形成する下垂後の内側円の直径は、第２部材２０の外側直径よりも小さくなるため、第２部材２０を貫通孔３０に挿入した際に、その該第２部材の外側部は、縁部３３ｂには干渉しないが、下垂部３２の先端には干渉して、摩擦を生じながら第１部材１０の内部へと貫入するのである。なお、前述の通り、第２部材２０を貫通孔３０に対して正確に垂直に挿入することができる場合には、必ずしも前記の縁部３３ａを事前に下方に折り曲げておく必要はなく、挿入する第２部材２０の端部に押されて均等に下垂することにより、必然的に下垂部３２が形成される。
【００３８】
なお、切欠３１の組数やその配置、一組における二つの切欠３１の形状や間隔、外側円と内側円のそれぞれの直径、及び縁部３３ａを下垂部３２に形成するための折り曲げ角度等の諸元は、第１部材の素材や肉厚、第２部材の外側直径に応じて適宜設定するものとし、本実施例の構成に限定されるものではない。また、図２に示す如く、第２部材２０を角鋼管とした場合は、貫通孔３０もその断面形状に合わせ正方形又は長方形とするが、第２部材２０の断面形状に関わらず、切欠３１の配置、すなわち下垂部３２の配置については、貫通孔３０の縁部において偏りを生じると、第２部材２０が貫入の際に傾きを生じ易くなるため、可能な限り等間隔かつ互いに対面するように設定することが望ましい。
【００３９】
図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃは、第１部材の軸線方向の断面拡大図である。これらのうち図４Ａは、請求項１に記載の接合構造に係るものであるが、第１部材１０の上面に貫通孔３０を設け、縁部３３ａを下方に折り曲げて下垂部３２を形成し、残余は外側円に沿って縁部３３ｂを形成させ、第１部材の下面には凸部を設けていない。また、図４Ｂは、請求項２に記載の接合構造における第１部材の一例を示すものであるが、第１部材の下面内側にはプレス加工により貫通孔３０の軸線上に中心が一致するよう形成した凸部４０を設けており、該凸部４０の形状は、第２部材の端部が丁度嵌め被さる形とする。さらに、図４Ｃは、請求項３に記載の接合構造における第１部材の一例を示すものであるが、第１部材１０の下面には貫通孔３０の軸線上に中心が一致するよう孔４１を設け、該孔４１の縁部は貫通孔３０の軸線に沿って上方に立ち上がる周壁４２を有して成る。該周壁４２の形状は、やはり第２部材の挿入端部が丁度嵌め被さる形とする。
【００４０】
これら第１部材の３つの形状の選択は任意であるが、接合後の第２部材２０に、その軸線に対して垂直方向の外力が加わる可能性が小さい場合、言い換えれば、その軸線方向の外力のみを考慮すれば良い場合には、図４Ａに示した凸部の無い形状を採用しても事足りる。一方、前記軸線に対する垂直方向の外力が想定される場合には、図４Ｂ乃至図４Ｃに示した凸部４０又は周壁４２を有する形状を採用することが望ましい。特に、第１部材１０の肉厚が薄過ぎて、プレス加工によっても凸部４０の突出高さを十分に確保できないような場合や、逆に肉厚が厚過ぎて、凸部４０の頂部の丸みが大きくなるため第２部材２０との間で滑りを起こし易いような場合には、図４Ｃに示す周壁４２を有する形状を採用することがより望ましい。
【００４１】
図５は、図１の接合前、接合後の状態を側面方向から示す断面図であるが、本図における第１部材１０は、前記図４Ｃに示す形状を採用している。第１部材１０の上面に設けられた貫通孔３０の断面は、その縁部の一部が第１部材内部側に垂れ下がる下垂部３２を成しており、第２部材２０は、貫通孔３０に貫入した後、右図に示す如く、その端部が周壁４２に嵌め被さって固定される。また、第２部材２０の外側面には下垂部３２の先端が噛合している。接合後の状態にあっては、第２部材２０は貫通孔３０と周壁４２の二箇所で第１部材１０に固定されるため、第２部材２０にその軸線に垂直方向に外力が加わった場合でも揺動せず、接合構造に歪みや撓みを生じさせない。また、第２部材２０は下垂部３２を押し下げながら貫通孔３０に貫入するため、下垂部３２は素材の弾性による反発力により第２部材の外側部を周囲から押圧して緊縛するとともに、第２部材を第１部材から引き抜こうとする外力に対しては、下垂部３２の先端が第２部材の外側面に食い込む「返し」の作用を生じて抵抗するため、容易に抜脱することはない。
【００４２】
図６は、請求項４に記載の接合構造における、第２部材２０の拡大斜視図である。第２部材２０の側面外周上には、その軸線に対して垂直方向に固定用溝２１が設けられており、該固定用溝２１の位置は、第２部材２０が第１部材１０に貫入して完全に接合した時点において、前記下垂部３２の先端が丁度噛合する位置とする。これにより、下垂部３２の先端による第２部材２０の外側面への「返し」の作用がより強化されて、接合をさらに緊密化する効果を奏する。また、接合作業の際、作業者は、該固定用溝２１の第１部材１０に対する位置を目安としながら第２部材２０の挿入作業を進めることができ、さらに、固定用溝２１に下垂部３２が噛合した瞬間に音が発生するから、接合の完了を容易に確認できる。これにより、非熟練の作業員でも容易かつ確実に接合作業を行うことが可能となる。
【００４３】
図７は、請求項５に記載の接合構造における、第２部材２０の拡大斜視図である。第２部材２０の外側面には、その軸線方向に挿入端部から少なくとも貫通孔３０に至る長さの直線状のガイド溝２２を設けている。また、図８は、前記図３に示した貫通孔３０において、縁部３３ｂの一つの縁部に突起３４を設けた状態を示す平面図である。前記突起３４の形状は、前記ガイド溝２２に合致するものとし、突起３４を形成する位置は、第２部材２０の第１部材１０に対する所定の向きに対応して設定する。作業者が、前記突起３４を前記第２部材のガイド溝２２に合致させた上で挿入作業を行うことにより、挿入作業の間、第２部材２０はガイド溝２２と噛合した突起３４に回転を規制され続ける。
【００４４】
これにより、第２部材２０が円鋼管である場合であっても、作業者は、その断面方向の向きを所定の方向に向けて確実に位置決めした上で挿入を開始できるし、作業中に第２部材２０が回転を起こして断面方向の向きがズレることを防げるため、非熟練の作業者であっても失敗なく確実に接合作業を完了できる。なお、かかるガイド溝２２と突起３４の組の数は任意であり、第２部材の断面直径方向に互いに向き合うように二組以上設ければ作業の確実性をより高められるが、一組でも最低限、所定の目的は達せられる。
【００４５】
図９は、請求項６に記載の、本発明に係る接合構造を適用して中空部材を接合するために用いる治具（以下「ブロック型治具６０」と記す。）の一実施例を示す斜視図である。本ブロック型治具６０は、第１部材の固定部材として、平面板状の架台６１の上に二本のガイドレール６２とストッパー６３を設置してあり、該ガイドレール６２の間に第１部材１０を水平に寝かせ、ストッパー６３に端部を当てがうことにより固定する。また、該ガイドレール６２上には、第１部材１０に密着して跨ぐブロック形状の位置決め部材６４を設置している。該位置決め部材６４は、第２部材２０を正確に垂直に保持する形状の凹部６５を有し、第２部材２０を該凹部６５に当てがった際に、第２部材の軸線が第１部材の貫通孔３０の軸線と正確に一致する位置で前記ガイドレール６２に取り付けられている。なお、挿入作業中に前記凹部６５に当てがった第２部材２０が凹部６５から離れないように、位置決め部材６４には第２部材２０を固定する留め具（図示せず）を設けてもよい。
【００４６】
本ブロック型治具治具６０を用いれば、第１部材１０と第２部材２０を本治具に固定するだけで両部材の位置決めが完了するから、後は第２部材２０の他端を垂直方向にハンマー等あるいは動力機器を用いて下方に挿入するだけで良いので、非熟練の作業者であっても極めて容易かつ確実に接合作業を完了することができる。
【００４７】
図１０は、請求項３の接合方法に係る第１部材１０を用いる場合にのみ使用する、請求項７に記載の治具（以下「突起型治具７０」と記す。）の一実施例を示す斜視図である。また、図１１は、本突起型治具７０を用いて第１部材１０を固定し、第２部材２０を接合を完了させた状態を側面から観た断面図である。本突起型治具７０は、架台となる平面板状の固定板７１の上面中心部に略円筒型の垂直突起７２を設けている。該垂直突起７２は、第２部材２０の内側面に対応する外側面を有し、また、その先端部は絞り込み形状としている。そして、第１部材１０を本突起型治具７０上に水平に載せた場合に、その下面の孔４１を通して第１部材１０の中に貫入し、それを固定する。その後、第２部材２０の端部を前記貫通孔３０の上方から第１部材１０の内部に垂直に貫入させると、該端部は、絞り込んだ先端部から垂直突起７２の外側部に沿って下方に進み、最終的に前記孔４１の縁に立ち上がるよう形成された周壁４２に嵌め被さることで第１部材１０の下面内側に固定される。この際、第２部材２０の挿入軸線が多少垂直からズレたとしても、前記絞り込み形状の垂直突起７２の先端部に接触した時点でこのズレは自動的に修正される。そのため、本治具は、前述のブロック型治具６０のように第１部材１０を固定するガイドレール６２やストッパー６３、垂直保持のための凹部６５を有する位置決め部材６４を必要とせず、極めて簡易な構造とすることができる。
【００４８】
ただ、上記の構成では、垂直突起７２の形状を略円筒型としているため、その外径を前記第１部材１０の下面の孔４１にぴったりと嵌合する大きさとした場合、第２部材２０の内側側面との間には前記周壁４２の肉厚分の隙間が生じざるを得ず、貫通孔３０から挿入された第２部材２０の軸線の垂直がブレるおそれがないとはいえない。
【００４９】
図１２は、かかる問題を解決する突起型治具７０の別形態の一実施例を示す斜視図である。また、図１３は、当該別形態の突出型治具７０に適応する孔４１及び周壁４２の拡大平面図である。本別形態の突起型治具７０は、前記略円筒型の垂直突起７２に代えて、略長方形の板材を上方から見て十字型に交差する形状に組み合わせて構成した垂直突起７３を平面板状の固定板７１の中心部に設置している。該垂直突起７３は、前記板材の外側辺がいずれも第２部材２０の内側面に一致するようその幅が設定されており、その頂部はやはり全体として絞り込み形状となるよう曲線状にカットしてある。このため、垂直突起７３は、嵌め被さる第２部材２０の内側面に前記板材の外側辺断面でのみ接触する形となるものの、略円筒型の垂直突起７２と同様に貫入してくる第２部材２０を垂直下方に誘導する機能を有する。一方、図１４に示す通り、本別形態の突起型治具７０に対応する孔４１は、前記垂直突起７３を構成する板材の外側辺に対応する縁部切欠４３を有し、さらに前記周壁４２にも前記縁部切欠４３に対応する位置に新たに周壁切欠４４を設けている。そのため、垂直突起７３の最大水平幅を第２部材２０の内側面に一致する幅としても、周壁４２の肉厚に干渉されることなく孔４１を通過して第１部材１０に嵌合することができる。これにより、図１５、図１６に示す通り、上方から挿入された第２部材２０の端部の内側面は、垂直突起７３の外側辺に密着しつつ下方に貫入し、最終的に正確に周壁４２に嵌め被さって第１部材１０の下面内側に固定されるのである。
【００５０】
以上、本発明に係る中空部材の接合構造及び治具の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において改良又は変更が可能であり、それらは本発明の技術的範囲に属するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る中空部材の接合構造は、建築物や構造物、仮設物、あるいは各種の什器等の骨格や支持構造など幅広い分野に適用可能であり、溶接やボルトナット等の別個の締結部材を一切用いることなく、しかも部材の事前加工も最小限とできるため、部材の製作工場内・施工現場のいずれにおいても大幅なコストダウンの効果を奏する。また、本発明に係る治具を用いれば、非熟練の作業者でも容易かつ効率的に部材の正確な接合が可能となるので、人件費の面でもコストダウンに資する。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】第１部材１０を角鋼管、第２部材２０を円鋼管とした場合の、本発明に係る中空部材の接合構造の概略を示す斜視図である。
【図２】第１部材１０、第２部材２０とも角鋼管とした場合の、本発明に係る中空部材の接合構造の概略を示す斜視図である。
【図３】第１部材１０に設ける貫通孔３０の、下垂部３２を形成する前の段階として単に貫通孔を穿った状態の拡大平面図である。
【図４Ａ】凸部４０を設けない場合の、第１部材１０の軸線方向の断面拡大図である。
【図４Ｂ】凸部４０を設けた場合の、第１部材１０の軸線方向の断面拡大図である。
【図４Ｃ】凸部４０に代えて、孔４１とその縁部に周壁４２を形成した場合の、第１部材１０の軸線方向の断面拡大図である。
【図５】図１に示す中空部材の接合構造の、接合前・接合後のそれぞれの状態を側面方向から示す断面図である。
【図６】請求項４に記載の接合構造における、第２部材２０の拡大斜視図である。
【図７】請求項５に記載の接合構造における、第２部材２０の拡大斜視図である。
【図８】図３に示す貫通孔３０において、縁部３３ｂの一つの外縁部に突起３４を設けた状態を示す拡大平面図である。
【図９】請求項６に記載の本発明に係る接合構造を適用して中空部材を接合するために用いるブロック型治具６０の一実施例を示す斜視図である。
【図１０】請求項３に記載の接合方法に係る第１部材１０を用いる場合にのみ使用する、請求項７に記載の突出型治具７０の一実施例を示す斜視図である。
【図１１】図１０に示す突出型治具を用いて第１部材１０を固定し第２部材２０を接合させた状態を側面から観た断面図である。
【図１２】突出型治具７０の別形態の一実施例を示す斜視図である。
【図１３】図１２に示す別形態の突出型治具７０に適応する孔４1及び周壁４２の拡大平面図である。
【図１４】別形態の突出型治具７０に適応する孔４１及び収益４２の拡大斜視図である。
【図１５】別形態の突出型治具７０を適用して第１部材１０と第２部材２０を接合させた状態を示す斜視図である。
【図１６】別形態の突出型治具７０を適用して第１部材１０と第２部材２０を接合させた状態を側面から観た断面図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０    第１部材（角鋼管）
２０    第２部材（円鋼管）
２１    固定用溝
２２    ガイド溝
３０    貫通孔
３１    切欠
３２    下垂部
３３ａ  縁部（内側円側）
３３ｂ  縁部（外側円側）
３４    突起
４０    凸部
４１    孔
４２    周壁
４３    縁部切欠
４４    周壁切欠
５０    第２部材（角鋼管）
６０    ブロック型治具
６１    架台
６２    ガイドレール
６３    ストッパー
６４    位置決め部材
６５    凹部
７０    突起型治具
７１    固定板
７２    垂直突起（円筒型）
７３    垂直突起（板材型）
【要約】
【課題】
中空部材、主に角鋼管と円鋼管、又は角鋼管同士をＴ字型に接合する際に、溶接も締結部材も一切不要で、部材の事前加工も最小限で済む、簡易でローコストな接合構造、並びに、該接合構造により、非熟練の作業者でも容易かつ確実な接合作業を行える治具を提供する。
【解決手段】
中空部材から成る第１部材と第２部材の軸線を交差させてＴ字型に接合する構造であって、第１部材の状面には、第２部材の断面形状に対応する形状で、その縁部に二つ一組の切欠を複数組有する貫通孔を設け、前記一組の切欠に挟まれた縁部を第１部材内部側に垂れ下がる下垂部となし、第２部材を前記貫通孔に貫入させると、前記下垂部が第２部材の外側部に噛合する。また、第１部材下面内側には、前記貫通孔の軸線上に第２部材の内側面の形状に対応する形状の凸部又は周壁を有する孔を設け、貫入後の第２部材の端部を該凸部又は該周壁に嵌合させることにより両部材を固定する。
【選択図】  図１【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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