JPH1094879A - パイプフレームの接合構造体およびその接合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パイプフレームの接合構造体およびその溶接
方法において、高能率かつ製品歩留まりが良好で健全な
接合構造体およびその接合方法を提供する。 【解決手段】 （１）ヘッドパイプに直交または斜交す
るメインパイプからなるフレームの接合構造体におい
て、ヘッドパイプとメインパイプとの接合部のメインパ
イフ内に嵌合され、かつヘッドパイプに接合された短尺
の補助パイプを有する。また、パイプ材料がチタンまた
はチタン合金である。（２）（１）のパイプフレームの
構造体の接合方法において、短尺でメインパイプの内径
より僅かに小さい外径の補助パイプを該補助パイプ内面
からアーク溶接でヘッドパイプに接合した後、メインパ
イプを補助パイプに外挿してヘッドパイプにメインパイ
プを当接して抵抗溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ヘッドパイプとメ
インパイプからなるフレームの接合構造体および接合方
法に係り、特に軽量で高強度が得られるチタン製フレー
ムの接合構造体および接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】パイプフレームの構造体は建築、遊具設
備、自転車等各種構造物の部品など平面的な三角形、四
角形が主または中心となる。また立体的な構造のものが
ある。これらは、ヘッドパイプといわれる構造体の主骨
格を構成するものに、各種の枝パイプであるメインパイ
プが接合されて一体の構造物を形作っている。平面的な
構造体の１つである自転車用のフレーム構造の例で説明
する。

【０００３】自転車用フレームは図３に示すように、主
にヘッドパイプ１と上下メインパイプ２，２′とにより
構成されている。これらの接合は、ろう付けして接着す
るかまたはアルゴンガス等の不活性シールドガスを用い
たアーク溶接を行う方法で施工されていたか、これらの
方法によると熟練工による手作業を前提とし、接合に長
時間を要する。また接合部が長時間にわたって高温にさ
らされることから接合部の近傍が酸化したり変色して表
面仕上げが必要であるとともに接合強度が低下するな
ど、作業能率および材質面で問題があった。

【０００４】最近は、例えば特開昭５９−１２７９８０
号公報や特公平２−５０８１３号公報にあるように短時
間で接合可能な抵抗溶接での施工が一般的になった。図
４はヘッドパイプに直交または斜交する枝パイプである
メインパイプを抵抗溶接する主要部を示す斜視図であ
る。メインパイプ２は導電性および熱伝導性の優れた銅
または銅合金製の下電極３により固定される。ヘッドパ
イプ１は中芯電極４を挿通し、中芯電極４を上電極５で
下降可能に固定して、メインパイプ２をヘッドパイプ１
の側面に突き合わせ、加圧しながら抵抗溶接する。メイ
ンパイプ２は下電極３でクランプされ、ヘッドパイプ１
の円周部に当接可能に上面を形成し、かつメインパイプ
２を支持する支持面上部に溶接金属受け溝６を有し、外
面のバリの形成を抑制している。また、メインパイプ２
内面には空気Ｇで内圧（約２〜６kgf/cm² ）をかけなが
ら溶接して、内面のバリの形成を減少させている。

【０００５】近年、軽くて強い、さらに耐食性の優れた
チタン材が各方面で使用されるようになり、ヤング率が
鋼の約半分で振動が吸収できるので自転車への適用が試
みられるようになった。しかし、前述のメインパイプ内
面に空気で内圧をかけながらチタン材のフレームのメイ
ンパイプとヘッドパイプを抵抗溶接すると、チタンは高
温において酸化および窒化しやすいので溶接金属、熱影
響部ともに酸化および窒化して硬化し脆くなる。空気に
代えて不活性ガスを用いた場合は内圧を高くし難く、内
面にバリが生じて接合強度が低くなる。

【０００６】したがって、図５に示すように、メインパ
イプ２のヘッドパイプ１との接合部となるメインパイプ
２の先端部７をバテット加工してパイプ肉厚を大きく、
即ち接合面積を大きくして接合する必要があった。この
バテット加工は加工に時間がかかるので作業能率が悪
く、また接合面積が大きくなるので溶接入熱量も大きく
しなけれぱならない。

【０００７】また、ヘッドパイプに接合するメインパイ
プの角度θは構造体の種類によって種々あるが、自転車
のフレームの場合は最小約５０°斜交し、かつ加圧され
て抵抗溶接されるので斜交接合の場合は抵抗溶接時の圧
接力によって接合部が目的とする場所からずれて接合さ
れる場合があり、製品歩留まりが悪くなる。

【０００８】

【発明が解決しょうとする課題】本発明は、上記実状に
鑑みてなされたものであって、パイプフレームの接合溝
造体およびその溶接方法において、高能率かつ製品歩留
まりが良好で健全な接合構造体およびその接合方法を提
供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは、（１）ヘッドパイプに直交または斜交するメイン
パイプからなるフレームの接合構造体において、ヘッド
パイプとメインパイプとの接合部のメインパイプ内に嵌
合され、かつヘッドパイプに接合された短尺の補助パイ
プを有することを特徴とするパイプフレームの接合構造
体。また、上記パイフ材料がチタンまたはチタン合金で
あることも特徴とするパイプフレームの接合構造体であ
り、（２）（１）のパイプフレームの接合構造体の接合
方法において、短尺でメインパイプの内径より僅かに小
さい外径の補助パイプを該補助パイプ内面から溶接でヘ
ッドパイプに接合した後、メインパイプを補助パイプに
外挿してヘッドパイプにメインパイプを当接して抵抗溶
接することを特徴とするパイプフレームの接合方法であ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明のパイプ構造体とその接合
方法例を自転車用フレームに適用した例で詳細に説明す
る。その自転車用フレームの接合構造例の断面図を図１
に、また図１Ａ部の拡大図を図２に示す。ヘッドパイプ
１に短尺の補助パイプ８，８′を、補助パイプ８，８′
の内面からＴｌＧ，プラズマ等のアーク溶接あるいはレ
ーザ溶接等で接合する。次いで、補助パイプ８，８′の
外径より僅かに大きい内径を有するメインパイプ２，
２′を外挿し、図４に示す装置で抵抗溶接する。

【００１１】補助パイプ８，８′の外径とメインパイプ
２，２′の内径との差は自転車用フレームの場合は０．
２〜１mmが好ましく、この差は構造体種類、パイプサイ
ズによって任意に決める。また、補助パイプ８，８′の
長さは構造体種類、パイプサイズによって任意に決めら
れるが、自転車のフレームの場合は２０〜５０mmが好ま
しい。

【００１２】図２に示すように、補助パイプ８にメイン
パイプ２を外挿してヘッドパイプ１に補助パイプととも
に短時間で抵抗溶接するので、溶接金属１０は、メイン
パイプ２の内面側でメインパイプ２の内径より僅かに小
さい外径を有する接合部の補強の役目を有する補助パイ
プ８に押さえられ、メインパイプ２の外面側ではメイン
パイプ２を図４に示す下電極３でクランプして支持する
支持面に溶接金属受６を有しているので、接合部の酸化
およびメインパイプ２の内外面側いずれもバリが生じる
ことはなく理想的な形状のビード外観となる。したがっ
て、溶接終了後表面仕上げの必要がなく、メインパイプ
２内面からの不活性ガスで内圧をかけてバリの形成を抑
制する必要もない。

【００１３】また、接合部の酸化、窒化やバリの発生が
なく、しかもヘッドパイプ１にメインパイプ２が補助パ
イプ８と一体に接合されて接合断面が大きいので、高い
接合強度が得られる。

【００１４】さらに、ヘッドパイプ１に補助パイプ８を
接合した後に、メインパイプ２を補助パイプ８に外挿し
てヘッドパイプ１に接合するので、ヘッドパイプ１にメ
インパイプ２の斜交角度θが小さく、かつ加圧しながら
抵抗溶接しても溶接位置がずれることがない。

【００１５】また、前述のパイプフレームをチタンまた
はチタン合金とすることにより、軽くて強いので、必要
とされる強度を得るのに細径、薄肉のパイプとすること
ができ、さらに耐食性が優れて振動の吸収が大きい構造
とすることができる。

【００１６】

【実施例】ＪＩＳ Ｈ４６００ Ｇｒ３のチタンパイプ
（３８．４mm径×２．０mm厚）のヘッドパイプに、ＪＩ
Ｓ Ｈ４６００ Ｇｒ４のチタンパイプ（２８．６mm径
×０．９mm厚×３０mm長さ）の補助パイプを、目標とす
る角度θに補助パイプ内面からＴＩＧ溶接した。次い
で、ＪＩＳ Ｈ４６００ Ｇｒ４のチタンパイプ（３
１．８mm径×１．２mm厚）をメインパイプとして補助パ
イプに外挿し、図４に示す溶接装置で抵抗溶接した。こ
の場合、メインパイプと補助パイプの隙間は０．４mmで
ある。抵抗溶接条件は、電流２０００Ａ、加圧力４０kg
f で実施した。溶接後外観検査および切断して内部のバ
リ発生状況および硬さ試験を行った。それらの結果を表
１に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】表１から明らかなように、いずれの斜交角
度θにおいても、バリの発生や表面酸化がなく、また抵
抗溶接時のずれもない良好な外観が得られた。また、内
面へのバリ発生もなく、接合部の硬さもヘッドパイプお
よびメインパイプと大差なく許容される範囲内で極めて
満足な結果であった。

【００１９】

【発明の効果】本発明のパイプフレームの接合構造体お
よびその接合方法によれば、接合部の溶接仕上げ加工の
必要がなく外観が良好で、かつ接合部がずれたりバリの
発生がないなど、高強度で健全な接合構造体およびその
接合方法を高能率に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自転車用フレームを例とした接合構造
例の断面図である。

【図２】図１Ａ部の拡大図である。

【図３】自転車用フレームの構造例の斜視図である。

【図４】パイプフレームの抵抗溶接方法例の斜視図であ
る。

【図５】メインパイプのヘッドパイプとの接合先端部を
バッテット加工した断面図である。

【符号の説明】

１ ヘッドパイプ ２ メインパイプ ３ 下電極 ４ 中芯電極 ５ 上電極 ６ 溶接金属受け溝 ７ メインパイプ接合先端部 ８ 補助パイプ ９ アーク溶接による溶接金属 １０ 抵抗溶接による溶接金属

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 101:24 103:14 (72)発明者 地野 茂 東京都千代田区大手町２−６−３ 新日本 製鐵株式会社内 (72)発明者 西田 正太郎 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鍋谷 省三 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 岩田 正秋 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ヘッドパイプに直交または斜交するメイ
   ンパイプからなるフレームの接合構造体において、ヘッ
   ドパイプとメインパイプとの接合部のメインパイプ内に
   嵌合され、かつヘッドパイプに接合された短尺の補助パ
   イプを有することを特徴とするパイプフレームの接合構
   造体。
2. 【請求項２】 パイプ材料がチタンまたは千タン合金で
   あることを特徴とする請求項１記載のパイプフレームの
   接合構造体。
3. 【請求項３】 ヘッドパイプに直交または斜交するメイ
   ンパイプからなるフレームの接合方法において、短尺で
   メインパイプの内径より僅かに小さい外径の補助パイプ
   を該補助パイプ内面から溶接でヘッドパイプに接合した
   後、メインパイプを補助パイプに外挿してヘッドパイプ
   にメインパイプを当接して抵抗溶接することを特徴とす
   る請求項１および請求項２記載のパイプフレーム構造体
   の接合方法。