JP2018136014A - 異径パイプの接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】材料に無駄がなく接合強度に優れた異径パイプの接合構造を提供する。【解決手段】接合構造は、直線部５、テーパ部６及びフランジ部７から構成されている。直線部５は大径パイプ３と小径パイプ８を結合する部分で、小径パイプ８の端部の外周面に大径パイプ３の内側面に挿入され、大径パイプ３と小径パイプ８の段部は溶接されている。テーパ部６は直線部５と大径パイプ３本体とを連続する部分であり、好ましい長さは直線部５の２倍以上である。フランジ部７はプレス成形の際の大径パイプ３の周長余肉を金型１、２間で扁平に成形したものである。【選択図】 図２

Description

本発明は、例えば大径パイプと小径パイプとを接合してなるステアリングハンガービームなどの金属製パイプの接合部の構造に関する。

自動車や自動二輪車のフレームには２本のパイプを接合することで、軽量化と強度維持を図ることが行われている。また、全体形状が複雑なパイプユニットを複数のパイプに分割して製造し、製造後に接合することも行われている。

例えば特許文献１には、２つの管体を連結する際に間に環状のアダプタを介在させ、このアダプタの両端部に形成した挿入部にそれぞれの管体の端部を挿入することで２つの管体を連結する構造になっている。

特許文献２には径の異なる２本のパイプを連結したインパネリインフォースメントが開示され、２本のパイプは小径パイプの外周面と大径パイプの内周面との間に円筒形の連結具を介在させ、この連結具を含め大径パイプ及び小径パイプにボルトを貫通して止着している。

特許文献３はパイプの接合に関するものではないが、公報の図１０（Ａ）にパイプの一端部を圧潰して扁平状とし、この扁平状とした部分に締め付け孔を形成することが開示されている。

特開２０００−１７０９６４号公報 特開２００１−２５３３６８号公報 特開平１０−３３５０６４号公報

特許文献１に開示される接合構造にあっては、部品点数が１つ増えてしまう不利があり、また接合部に負荷がかかりやすく強度的にも問題がある。
特許文献２に開示される接合構造にあっては、円筒形の連結具を間に挟んで、大径パイプと小径パイプをボルト止めするため、部品点数が多くなり且つ接合作業も面倒である。
特許文献３には、パイプを接合する構造は開示されていないため、パイプの端部を圧潰して扁平状にしてもこの扁平状部分と接合との関連性は何ら見出すことはできない。

また、異径パイプ同士の接合部にテーパ状部を形成した場合、テーパ状部と直線部との境界部に応力が集中しやすくなるが、この応力集中箇所についての改善については何れの特許文献も何ら提案していない。

上記の課題を解決するため、本発明に係る異径パイプの接合構造は、小径パイプの端部の外周面に大径パイプの内側面が挿入して重ねられる直線部と、この直線部と前記大径パイプ本体との間を繋ぐテーパ部と、前記直線部及びテーパ部をプレス成形する際に余肉となる部分を金型間で圧潰して成形されるフランジ部からなる。

大径パイプの本体部の形状を断面楕円形とし、この楕円形の長軸方向と前記フランジ部の面とが平行とすることで、楕円形の長軸方向から加えられる外力に対しての抗力が大きくなる。したがって、例えばステアリングハンガービームとして用いる場合には、楕円形の長軸方向が車体の前後方向となるように設計するのが好ましい。 尚、大径パイプ及び小径パイプの径寸法、断面形状については通常の円形パイプなど任意である。

本発明に係る異径パイプの接合構造によれば、プレス成形によってパイプを圧潰する際に生じる余肉を有効利用して、応力を分散することができる。
特に、衝突時に加わる外力の作用方向とフランジ部とが平行になるようにすることで、強度を大幅に高めることができる。

また、本発明に係る異径パイプの接合構造とすることで、１工程で達成することができ、大径パイプと小径パイプとの外径差が大きいほどコストダウンを図ることができる。

大径パイプのプレス成形工程を説明した図 （ａ）は成形後の大径パイプに小径パイプを挿入する前の状態を示す図、（ｂ）は小径パイプを挿入した後の状態を示す図 別実施例を説明した図で、（ａ）はプレス成形金型装置の型閉じ状態の断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）は別実施例を示す斜視図

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。実施例ではステアリングハンガービームの接合部を例にとって説明する。このステアリングハンガービームは運転席側の強度部材として用いる大径パイプと助手席側の小径パイプを接合している。

前記大径パイプとしては、例えば外径７０ｍｍ、厚さ１．０または２．０ｍｍのパイプを用い、前記小径パイプとしては、例えば外径３１．８ｍｍ、厚さ１．０ｍｍのパイプを用いる。

成形の手順としては、先ず図１に示すように、金型１、２間に大径パイプ３をセットする。金型１、２には半筒状凹部とテーパ状半筒状凹部とが連続した成形キャビティ１ａ、２ａが形成されている。

そして、大径パイプ３の先端側からポンチ４を挿入し、この状態で金型１、２の成形キャビティ１ａ、２ａ間で大径パイプ３をプレス成形する。プレス成形の結果、図２（ａ）に示すように、大径パイプの先端部には直線部５、テーパ部６及びフランジ部７が形成される。

図２（ｂ）に示すように、直線部５は大径パイプ３と小径パイプ８を結合する部分で、直線部５の内径は小径パイプ８の外径より若干大きくされ、挿入後に小径パイプ８の端部の外周面に直線部５の内側面が重なり更に大径パイプ３の先端部と小径パイプ８の外周面とで形成される段部は溶接することで大径パイプ３と小径パイプ８は接合される。

テーパ部６は直線部５と大径パイプ３本体とを連続する部分であり、好ましい長さは直線部５の２倍以上である。
フランジ部７はプレス成形の際の大径パイプ３の周長余肉を金型１、２間で扁平に成形したものであり、小径箇所ほどフランジ部７の幅寸法は大きくなる。

第３図（ａ）、（ｂ）は別実施例を示し、前記実施例では先ず大径パイプ３を成形した後に小径パイプ８を大径パイプ３の直線部５の内側に挿入するという２つの工程が必要であったが、別実施例では金型１、２間に位置させた大径パイプ３内に小径パイプ８の先端部を入れて臨ませ、更に大径パイプ３の他端側からポンチ４を挿入し、ポンチ４の先端を小径パイプ８の先端に嵌め込んだ状態で、金型１、２を閉じるようにしている。このようにすることで、ポンチを抜いてそのあとに小径パイプを挿入する２段階の工程が１回で済むようになる。

上記では、１回のプレス成形工程で直線部５、テーパ部６及びフランジ部７を形成しているが、パイプの材質、大径パイプの形状などに応じて複数回の工程で行うようにしてもよい。

図４（ａ）〜（ｄ）は別実施例を示し、このうち図４（ａ）に示す実施例は、直線部５の断面形状を楕円形状となるようにしている。楕円形状とした場合には楕円の長軸方向から作用する外力に対して変形しにくくなる。

図４（ｂ）に示す実施例は、直線部５の断面形状を角が丸くなった四角形としている。このように四角形とすることで車体の前後方向及び上下方向からから作用する外力にたいして変形しにくくなる。

図４（ｃ）に示す実施例は、直線部５の断面形状は円形であるが、大径パイプ自体を断面楕円形（長円を含む）とし、楕円の長軸方向に対する機械的強度の向上を図っている。また、この実施例では余肉を利用して形成されるフランジ部と楕円の長軸方向とが平行になるように成形しているため、長軸方向に対する機械的強度は更に向上している。また、直線部５の断面形状は楕円形状としても良い。

図４（ｄ）に示す実施例は、大径パイプに形成する直線部の位置を大径パイプの中心から偏芯させ、その結果フランジ部７を片側のみとし、且つフランジ部の面積を大きくしている。大径パイプと小径パイプとの外径差が大きい場合やレイアウトへの対応などにこの構造が有利に適用できる。

実施例では直線状のステアリングハンガービームを示したが、これに限らず、異径パイプを接合して１本のパイプ製品として使用される製品の接合部構造として本発明を利用することができる。

１、２…金型、１ａ、２ａ…成形キャビティ、３…大径パイプ、４…ポンチ、５…直線部、６…テーパ部、７…フランジ部、８…小径パイプ。

Claims (3)

1. 大径パイプと小径パイプとが連続的につながる異径パイプの接合構造であって、この接合構造は、小径パイプの端部の外周面に大径パイプの内側面に挿入され重ねられる直線部と、この直線部と前記大径パイプ本体との間を繋ぐテーパ部と、前記直線部及びテーパ部をプレス成形する際に余肉となる部分を金型間で圧潰して成形されるフランジ部とからなることを特徴とする異径パイプの接合構造。
2. 請求項１に記載の異径パイプの接合構造において、大径パイプは断面楕円形状をなし、この楕円形状の長軸方向と前記フランジ部の面とが平行であることを特徴とする異径パイプの接合構造。
3. 請求項１に記載の異径パイプの接合構造において、前記直線部の断面形状は楕円又は角の丸い四角形状であることを特徴とする異径パイプの接合構造。