JPH08303653A - 管体の接続方法とそれを用いた管体の接続部構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】金属管の接続作業において自動化・省力化を可
能とする、溶接接続に代わる新しい接続方法を提供する
こと。 【構成】管体の開口端部内周面に、管体の長手方向に延
びる溝を、塑性変形または、塑性変形と切削除去との組
み合わせによって形成し、それぞれの管体の内面に２本
の管体の開口端部間にわたる１本の筒状ジョイント管を
嵌入することによって、前記２本の管体を接続するこ
と。そして管体の開口端部内周面の長手方向に、幅方向
両側が管体の内周面よりも隆起した溝が設けられ、２本
の管体に亙ってその内面に筒状のジョイント管が嵌入さ
れることで、開口端部同士が突き合わされて前記２本の
管体が接続された構造とすること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ステンレス等の金属管
同士の接続に適した管体の接続方法と、それを用いた管
体の接続部構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】階段等に設置される金属手すりには、外
観が綺麗なことと高強度であることから、ステンレスの
使用が増加しつつある。このような金属手すりの例で
は、斜め方向若しくは水平方向の横棒に縦棒が取り付け
られた構造が一般的である。そしてこの手すりの施工時
における金属管の加工組み立ては、予め必要な部材を切
断加工しておき、工場若しくは工事現場において溶接加
工により一体的な構造物にと仕上げている。またこの溶
接の後、溶接部の外観を綺麗に仕上げる為、酸洗いと磨
きによる仕上げ工程を経る場合が一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】以上に説明した従来の
金属管を用いた組み立て加工においては、以下のような
問題点が有った。先ず作業性においては、以下の点が大
きな問題となっている。金属管を組み立てて一体的構造
物を得る為には、必ず金属管同士の接続が必要となる。
これは上述の手すりの例でも、その構造から明らかなこ
とである。そしてこの金属管同士の接続は溶接工法によ
るしか方法が無く、この工法の作業性では自動化や省力
化は到底不可能である。すなわち、例えばステンレス管
の場合、肉厚が薄い為に施工が難しく、かつ溶接加工に
要する時間も長くかかる為である。また溶接部の仕上げ
の為、別途酸洗いや磨きによる仕上げ工程が必要とな
り、多くの手間がかかってしまう為でもある。次に品質
面の問題として、以下の点が挙げられる。上述のよう
に、金属管の組み立て加工における接続作業はその殆ど
が溶接加工に頼っており、加工技術の良否が溶接部の材
料劣化による腐食の度合いや組み立て精度に大きく影響
する。すなわちステンレス管の場合には前述のように施
工が難しく、熟練者の勘と経験に依るところが大きいこ
とから、溶接部の品質ばらつきが大きくなってしまう。
加えて、昨今の現場作業者の不足からも熟練者の確保が
困難であり、この品質ばらつきの問題は大きな問題とし
て注目されつつある。

【０００４】このように金属管を用いた構造物の組み立
てにおいては、高品質でかつ作業性にも優れ、しかも省
力化を可能とする新しい接続工法が待ち望まれている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
し、金属管の接続作業において自動化・省力化を可能と
する、溶接に代わる新しい接続方法を提供することを目
的としている。このような本発明は、管体の開口端部内
周面に、管体の長手方向に延びる溝を、塑性変形また
は、塑性変形と切削除去との組み合わせによって形成
し、それぞれの管体の内面に２本の管体の開口端部間に
わたる１本の筒状ジョイント管を嵌入することによっ
て、前記２本の管体を接続する管体の接続方法によって
実現することができる。ここで上記方法にあっては、１
本の溝において、塑性変形と切削除去とを組み合わせた
り、塑性変形による溝と、切削除去による溝とを組み合
わせて形成したり、塑性変形と切削除去による溝と、切
削除去による溝とを組み合わせて形成したりすることが
できる。

【０００６】そしてこの接続方法による管体の接続部構
造としては、管体の開口端部内周面の長手方向に、幅方
向両側が管体の内周面よりも隆起した溝が設けられ、２
本の管体に亙ってその内面に筒状のジョイント管が嵌入
されることで、開口端部同士が突き合わされて前記２本
の管体が接続された構造とすればよい。ここで上記構造
にあっては、開口端とは反対側の溝終端部に、溝形成時
の加工屑が存在する構造とすることもできる。

【０００７】

【作用】本発明の管体の接続方法は、先ず接続すべき２
本の管体の内周面に、この内周面と同一形状の筒状部に
突条を形成した成形パンチと称する、バイト様の金具を
開口端部から差し込んで管体の内周面に溝を形成する。
この時、例えば１本の溝において塑性変形作用のみを
及ぼして溝を形成する場合、１本の溝において塑性変
形作用と切削変形作用の両方を及ぼして溝を形成する場
合、１本の管体の開口端部内周面に、塑性変形作用の
みを及ぼすことによって得られる溝と、切削除去作用の
みを及ぼすことによって得られる溝とを形成する場合、
１本の管体の開口端部内周面に、塑性変形作用と切削
変形作用の両方を及ぼすことによって得られる溝と、切
削除去作用のみを及ぼすことによって得られる溝とを形
成する場合、のいずれかの加工が施される。そして、こ
れら溝が形成された２本の管体開口端の間に、２本の管
体を突き合わせた時の溝長にほぼ相当する長さの筒状ジ
ョイント管を介在させた状態で、２本の管体と筒状ジョ
イント管を当接し、２本の管体を押しつけることで筒状
ジョイント管を、それぞれの管体内面の溝形成部に嵌入
し、管体の接続が完了する。この時、筒状ジョイント管
の端部は、２本の管体の開口端からそれぞれ同じ深さま
で嵌入させることが望ましい。

【０００８】次に、溝形成の作用について説明する。管
体の開口端部内周面に対して、塑性変形作用を及ぼすこ
とによって溝を形成すると、溝形成時に溝の部分の肉が
両側に押しやられ、溝の幅方向両側、すなわち溝の「土
手」の部分が管体の内周面に対して隆起する。このよう
な管体の内面に対して、本来の管体内径の公差範囲の外
径を有する筒状ジョイント管を嵌入すると、溝の隆起部
分の存在によって強嵌入、すなわち「むり嵌め」の状態
となり、筒状ジョイント管によって２本の管体が強固に
連結接続されることになる。

【０００９】ここで、塑性変形作用のみによって溝は形
成可能であるが、硬さなど管体の材質上の性状の違いに
よっては、溝が形成しにくくなったり、或いは隆起高さ
が高くなりすぎたりして筒状ジョイント管の嵌入が困難
になる場合もあるので、塑性変形作用とともに、若干の
切削除去作用を併せて働かせても良い。さらに、開口端
とは反対側の溝終端部に、溝形成時の加工屑を存在させ
ておくと、筒状ジョイント管の嵌入端が、管体の開口端
とは反対側の溝終端部より深く、すなわち溝形成部より
深く入り込むことを防止できる。この加工屑は、切削除
去作用によって発生する切り屑や、塑性変形作用によっ
て発生する溝終端部の隆起を利用すれば良い。

【００１０】

【実施例】以下本発明の詳細を、具体的実施例に基づい
て説明する。図１は、本発明の管体の接続方法を表す説
明図であり、先ず（イ）、（ロ）に示すように、管体
１，１の開口端部内周面１ａ，１ａに、管体１，１の内
周面１ａ，１ａと同一形状の成形環３に突条５を形成し
た成形パンチ７と称する、バイト様の金具を開口端部か
ら差し込んで、管体１，１の長手方向に延びる溝９を形
成する。この時には、後述する突条５の形状によって、
溝９に対して塑性変形力のみが作用するか、塑性変形力
と切削除去力とが同時に作用するかが決まる。次に、同
図（ハ）に示すように、それぞれの管体１，１の開口端
に筒状ジョイント管１１を当接し、（ニ）に示すように
２本の管体１，１を互いに押しつけることで、２本の管
体１，１内面にその開口端部間にわたる１本の筒状ジョ
イント管１１が嵌入され、２本の管体１，１同士が強固
に接続される。そして成形パンチ７を管体１の開口端部
から差し込む際（イ）には、管体１の開口端近傍の外周
部を適当なホルダーによって挟み込んで固定するが、こ
の時には、ホルダーによって挟み込まれる管体の外周部
に、プロテクト用のテープを巻くことが望ましい。すな
わち成形パンチ７を差し込むことにより、管体１におけ
る突条５の部分には管体１の肉を外側へ拡開変形させよ
うとする大きな力が働くので、プロテクト用のテープを
巻かないと、塑性変形によってホルダーの表面の微小凹
凸が管体１の外周部に転写され、その部分のみがざらつ
いた外観になる場合がある為である。プロテクト用のテ
ープを巻くことにより、このホルダーの表面の微小凹凸
の影響を無くすことが可能となる。

【００１１】続く図２、図３は、溝９を形成した後の管
体１の開口端側から見た側面図と、筒状ジョイント管１
１を嵌入した状態における断面図をそれぞれ示してい
る。図２に示すように、管体１の開口端部内周面１ａに
は、管体１の長手方向に延びる複数条の溝９・・が形成
されている。この溝９・・は、前述のように塑性変形作
用が付与されて形成されているため、溝９・・の両側の
「土手」に相当する部分が、溝９・・を形成する際に押
しやられた肉によって隆起した形状となっている。そし
て、この溝９・・が形成された管体１の内面に筒状ジョ
イント管１１が嵌入されることになるが、この時には図
３に示すように、溝９・・の両側には塑性変形によって
生じた隆起部９ａ，９ｂが存在するために「むり嵌め」
の状態となる。また図から明らかなように、嵌入される
筒状ジョイント管１１の外周部１３も若干の塑性変形を
受け、両者は強固に固着される。なお、この筒状ジョイ
ント管１１は、管体内径の公差範囲の外径を有するもの
を用いると良い。

【００１２】図４は、この溝９・・を形成するための成
形パンチ７の側面構造図を、また図５は同正面構造図を
それぞれ表している。この成形パンチ７は、管体１の内
面に押し込むことで塑性変形作用によってステンレス等
の金属材料に溝９・・を形成することから、工具鋼など
の超鋼材料が用いられ、切削加工で言う「バイト」様の
ものである。しかし、管体１に対して切削除去作用のみ
を与えるものではないので、ここでは成形パンチ７と称
している。図４の側面図に示すように、成形装置に取り
付ける為の取り付け穴１５を設けた直胴部１７の先端
に、先端が尖った成形用突条５・・を形成した成形環３
を設けた構造を有している。この成形パンチ７により、
成形用突条５・・とほぼ同一形状の溝９・・が、管体１
の内周面１ａに形成されるようになっている。図５はこ
の成形環３の側から見た正面図を示し、本例では成形用
突条５・・を、６カ所に設けた例である。成形用突条５
・・の先端角θ₁ は、７０°〜１２０°の範囲に設定す
ることが望ましい。この範囲から外れると、好ましい塑
性変形作用が得られなくなる。

【００１３】また本発明では、図３に示すように、通常
複数本の溝９・・が形成されるが、これらの溝９・・
は、１本の溝９において塑性変形作用のみを及ぼし、
同一条件で全ての溝９・・を形成する場合、１本の溝
９において塑性変形作用と切削変形作用の両方を及ぼし
て溝９・・を形成する場合、塑性変形作用のみを及ぼ
すことによって得られる溝９・・と、切削除去作用のみ
を及ぼすことによって得られる溝９・・とを形成する場
合、塑性変形作用と切削変形作用の両方を及ぼすこと
によって得られる溝９・・と、切削除去作用のみを及ぼ
すことによって得られる溝９・・とを形成する場合、の
４種類の形成態様が主として考えられる。以下、これら
異なる溝９・・を形成するための成形パンチ７の条件に
ついて、説明する。

【００１４】図６、図７には、図４にＡ部として表す成
形用突条５・・の先端形状を示している。図６は、先端
部を所定の角度θ₂ を有する直線状の稜線１９によって
構成したもの、そして図７は、先端部を所定の曲率半径
Ｒ₁ を有する曲線状の稜線２１によって構成したもので
ある。図６のように、直線状の稜線１９を有した構造で
は、尾根部２３と稜線部２１との境界部２５が尖った形
状となることから、主に切削除去作用が働き、この角度
θ₂ が大きくなるほど、境界部２５においてエッジが立
つ為、管体１に及ぼす切削除去作用が支配的となる。こ
の切削除去作用が支配的となる角度θ₂ は、管体１がス
テンレス鋼の場合、約３０°以上の範囲である。そし
て、この角度θ₂ が小さくなるほど、塑性変形作用が現
れるようになる。また図７のように、曲線状の稜線２１
を有する構造では、図６のような尾根部２３と稜線部２
１の明確な境界が存在せず、エッジが立たないことから
管体１に及ぼす塑性変形作用が支配的となる。この塑性
変形作用が支配的となる好ましい曲率半径Ｒ₁ は、内径
が３８ｍｍのステンレス鋼管に適用する場合、約１０ｍ
ｍ程度が適している。そして曲率半径Ｒ₁ が小さくなる
ほど、切削除去作用が現れるようになる。このように、
突条５・・の形状的要素の違いによって管体１に及ぼさ
れる加工作用が異なるが、さらに図８に示すように、突
条５・・の尾根部２３を、ある曲率半径Ｒ₂ で丸みのあ
る形状とすれば、より確実に塑性変形作用を支配的に付
与させることができる。すなわち、尾根部２３をこのよ
うな丸みを持たせた形状とすることにより、尾根部２３
による切削除去作用が抑制される為である。この曲率半
径Ｒ₂ は、内径が３８ｍｍのステンレス鋼管に適用する
場合、約０．３ｍｍ程度が適している。

【００１５】１本の溝９に対して塑性変形作用と切削除
去作用の両方を与える場合には、図６の形状で角度θ₂
を、図７の形状で曲率半径Ｒ₁ を、それぞれ管体１の材
質によって適当に設定すれば良いし、またこの他にも図
９のように、先端部を所定の曲率半径Ｒ₁ を有する曲線
状の稜線２１と、所定の角度θ₃ を有する直線状の稜線
１９とを組み合わせた構造としても良い。

【００１６】従って、成形パンチ７における複数の突条
５・・の形状を個々に適宜設定することにより、一回の
加工で上記〜の溝９・・が容易に形成できること
は、改めて説明するまでもなく容易に理解できる。

【００１７】次に、溝９・・の形成時に切削除去作用を
与える必要性について説明する。本発明は図１の（ハ）
および（ニ）に示すように、それぞれの管体１，１の開
口端に筒状ジョイント管１１を当接し、２本の管体１，
１を互いに押しつけることにより、２本の管体１，１の
内面にその開口端部間にわたる１本の筒状ジョイント管
１１を嵌入する。従って、２本の管体１，１の接続強度
の面からは、筒状ジョイント管１１の嵌入深さが管体
１，１それぞれで等しいことが最も望ましい。しかしな
がら、溝９・・の加工精度や管体１，１の内径公差等の
影響により、筒状ジョイント管１１の嵌入深さが、それ
ぞれの管体１，１で必ずしも等しくなるとは限らない。
そこで、図２に示すような複数本の溝９・・のうちの何
本かを切削除去によって形成し、図１０のような加工屑
２７、すなわち切削屑が溝９・・の終端部に発生するよ
うにしておくと、この加工屑２７が筒状ジョイント管１
１を嵌入させるときのストッパーとして働き、筒状ジョ
イント管１１の嵌入深さが、それぞれの管体１，１で等
しくなる。なおここでは、切削除去による加工屑２７の
形成について説明したが、塑性変形による溝９・・の形
成時においても、図示しないがその条件によっては溝９
・・の終端部に、加工屑として押しやられた肉による隆
起部を残すこともできる。

【００１８】このように本発明では、管体１の開口端部
内周面１ａに、管体の長手方向に延びる溝９・・を、管
体１の開口端部から成形パンチ７を差し込むことで設け
るので、成形パンチ７と管体１の中心線が一致した状態
で成形パンチ７が差し込まれないと、溝９・・の深さが
不揃いになってしまう。これを防止する為、本発明では
成形パンチ７の取り付け構造を工夫している。図１１
は、本発明における成形パンチ７の取り付け構造例を、
部分断面図として表している。図例は、取り付け筐体２
８に対して固定されたパンチホルダー７ａと、パンチホ
ルダー７ａに対して取り付けられたフローティングシャ
フト７ｂを有し、このフローティングシャフト７ｂの先
端部に成形パンチ７が取り付けられた構造を表してい
る。ここで、フローティングシャフト７ｂは、パンチホ
ルダー７ａへの装着部分に設けられた複数のＯリング溝
７ｃに嵌め込まれたＯリング７ｄを介してパンチホルダ
ー７ａの内周面７ｅと接し、またフローティングシャフ
ト７ｂの末端部にもＯリング７ｄが介装されている。従
って図示するように、パンチホルダー７ａとフローティ
ングシャフト７ｂとの間には隙間が設けられている。そ
して、成形パンチ７は六角ボルト７ｆによってフローテ
ィングシャフト７ｂに固定されている。このような構造
により、成形パンチ７を管体１の開口端部から差し込む
際に両者の中心線がずれていたとしても、成形パンチ７
の先端が管体１の開口端に押し当てられることにより、
Ｏリング７ｄの緩衝作用によってフローティングシャフ
ト７ｂが成形パンチ７と管体１の中心線が一致する位置
に移動し、常に成形パンチ７と管体１の中心線が一致し
た状態で溝９・・が形成されることになる。ここでパン
チホルダー７ａは、ボルト７ｇによって取り付け筐体２
８に固定され、フローティングシャフト７ｂは、末端部
の六角ボルト７ｈと鍔部７ｉによってパンチホルダー７
ａからの抜けが防止されるとともに、パンチホルダー７
ａに固定されたパイプ部材７ｊにより、パンチホルダー
７ａに対しての回転防止が図られている。従って、鍔部
７ｉのパイプ部材７ｊの挿通孔と、パイプ部材７ｊとの
間にも、緩衝用の隙間が設けられている。

【００１９】続いて、本発明の利用例を、図１２に基づ
いて説明する。図１２は、本発明の管体１，１の接続方
法を、階段等の手すり２９に応用した例を表している。
図例は、手すり２９の縦桟３１となるステンレス鋼製の
管体１ｂ，１ｃそれぞれの開口端部内周面１ａ，１ａの
長手方向に、幅方向両側が内周面１ａ，１ａよりも隆起
した溝９・・が設けられ、２本の管体１ｂ，１ｃに亙っ
てその内面に筒状ジョイント管１１が嵌入されること
で、開口端部同士が突き合わされて前記２本の管体１
ｂ，１ｃが接続された管体の接続部構造を表している。
上側に位置する管体１ｂの端部近傍には、予めネジ受け
板３３が溶接や他の公知の方法によって取り付けられて
おり、このネジ受け板３３と手すり２９の横桟３５の管
肉部との間をネジ３７によって固定することで、手すり
２９の横桟３５と縦桟３１とが連結固定されている。な
お、前記ネジ受け板３３は、直接外気（風雨）に晒され
ることがないので、溶接によって取り付けたとしても、
材料劣化による腐食を招くことは少なく、大きな問題に
はならない。上記ネジ受け板３３は、予め工場において
溶接等の公知の方法で取り付けておれば良いので、施工
現場においては、従来のように溶接作業を行うことな
く、手すり２９を組み立てることができる。

【００２０】そして、２本の管体１ｂ，１ｃの接続強度
のばらつきを無くすためには、前述したように、２本の
管体１ｂ，１ｃにおける筒状ジョイント管１１の嵌入深
さを等しくしておけば良い。このためには、形成される
溝９・・のうち何本かまたは全てを、開口端とは反対側
の溝終端部に、溝９・・形成時の加工屑２７が存在する
条件で形成すれば良い。また図１３のように、筒状ジョ
イント管１１の中央部全周に、管体１，１の外径と等し
い外径の鍔板３９を予め取り付けておけば、溝９・・の
終端部に加工屑２７を残す必要は無い。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の管体の接
続方法によれば、管体やそれを用いた構造物の組み立て
施工現場において、溶接工法や酸洗いを行う必要がなく
なり、極めて簡単な方法で管体の接続を行うことができ
る。従って、現場における作業性が大幅に改善され、ま
た２本の管体の接続までは装置による自動化も可能であ
り、従来不可能であった自動化や省力化が実現できる。
また、溶接作業が無いので、溶接構造で見られた接続部
の材料劣化による腐食や、組み立て精度のばらつきもな
く、品質が安定したものとなる。そして接続には特別な
熟練作業も要らず、熟練者の手に大きく依存することも
ない。このような種々の利点により、本発明の管体の接
続方法は、従来の接続方法の常識を一新し、省力化や自
動化が可能で低コストかつ高品質の接続を可能とする画
期的なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の管体の接続方法を表す説明図

【図２】溝を形成した後の管体の説明用側面図

【図３】筒状ジョイント管を嵌入した状態における説明
用断面図

【図４】溝を形成するための成形パンチの構造を表す説
明用側面図

【図５】溝を形成するための成形パンチの構造を表す説
明用正面図

【図６】成形用突条の形状を表す説明図

【図７】成形用突条の形状を表す説明図

【図８】成形用突条の形状を表す説明図

【図９】成形用突条の形状を表す説明図

【図１０】溝終端部に加工屑が残った場合の断面構造を
表す説明図

【図１１】成形パンチの取り付け構造例を表す説明図

【図１２】本発明の管体の接続方法を、階段等の手すり
に応用した例を表す説明図

【図１３】筒状ジョイント管の構造例を表す説明図

【符号の説明】

１，１ｂ，１ｃ 管体 １ａ 管体の内周面 ３ 成形環 ５ 突条 ７ 成形パンチ ７ａ パンチホルダー ７ｂ フローティングシャフト ７ｃ Ｏリング溝 ７ｄ Ｏリング ７ｅ パンチホルダーの内周面 ７ｆ，７ｈ 六角ボルト ７ｇ ボルト ７ｉ 鍔部 ７ｊ パイプ部材 ９ 溝 １１ 筒状ジョイント管 １３ 筒状ジョイント管の外周部 １５ 取り付け穴 １７ 直胴部 １９ 直線状の稜線 ２１ 曲線状の稜線 ２３ 尾根部 ２５ 境界部 ２７ 加工屑 ２８ 取り付け筐体 ２９ 手すり ３１ 縦桟 ３３ ネジ受け板 ３５ 横桟 ３７ ネジ ３９ 鍔板

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】管体の開口端部内周面に、管体の長手方向
   に延びる溝を、塑性変形または、塑性変形と切削除去と
   の組み合わせによって形成し、それぞれの管体の内面に
   ２本の管体の開口端部間にわたる１本の筒状ジョイント
   管を嵌入することによって、前記２本の管体を接続する
   管体の接続方法。
2. 【請求項２】１本の溝において、塑性変形と切削除去と
   を組み合わせる請求項１記載の管体の接続方法。
3. 【請求項３】塑性変形による溝と、切削除去による溝と
   を組み合わせて形成する請求項１記載の管体の接続方
   法。
4. 【請求項４】塑性変形と切削除去による溝と、切削除去
   による溝とを組み合わせて形成する請求項１記載の管体
   の接続方法。
5. 【請求項５】管体の開口端部内周面の長手方向に、幅方
   向両側が管体の内周面よりも隆起した溝が設けられ、２
   本の管体に亙ってその内面に筒状のジョイント管が嵌入
   されることで、開口端部同士が突き合わされて前記２本
   の管体が接続された管体の接続部構造。
6. 【請求項６】開口端とは反対側の溝終端部に、溝形成時
   の加工屑が存在する請求項５記載の管体の接続部構造。