(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気マニホールドと触媒ケースを摩擦圧接により接合する接合構造において、前記排気マニホールドまたは触媒ケースの一方側を、外側と内側の２つのテーパー面を有する凸状に形成し、他方側を、対応する外側と内側の２つのテーパー面を有する凹状に形成するとともに、前記外側のテーパー面の幅を、前記内側のテーパー面の幅の２倍以上に設定したことを特徴とする排気マニホールドと触媒ケースの接合構造。
【請求項２】
前記外側のテーパー面の傾斜角を、前記内側のテーパー面の傾斜角に対し、等しいかまたは小さく設定したことを特徴とする請求項１に記載の排気マニホールドと触媒ケースの接合構造。
【請求項３】
前記排気マニホールド及び触媒ケースの前記外側テーパー面の外側に、接合時に当接するストッパー面を凹状に形成するとともに、前記内側テーパー面の内側には、摩擦圧接により内側へ向かって発生する化合物の量の２倍以上の面積を確保し得るトラップ面を凹状に形成したことを特徴とする請求項２に記載の排気マニホールドと触媒ケースの接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、排気マニホールドと触媒ケースの接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
従来、図８に示すように、排気マニホールド１と、触媒を入れた触媒ケース２を接続するに際し、圧接面５１で摩擦圧接により接合する構造が、例えば特開平１０−２６６８３８号公報に開示されており、この摩擦圧接による接続方法は、フランジやボルトが不要で、スペースの有効利用ができ、また熱容量が小さくなって触媒昇温にメリットがあり、図９に示す摩擦圧接工程の圧力線図に従って、図１０の状態から、排気マニホールド１と触媒ケース２を圧接面５１において摩擦圧力Ｐ１により押し付けながらスピンドルで回転させ、摩擦熱により高温になったところで、アプセット圧力Ｐ２で寄り代Ｕの寸法分だけ酸化化合物１０ａ，１０ｂを押し出して図１１のように固体接合させるものである。
なお、押し出された酸化化合物１０ａ，１０ｂ（スケール）はセメンタイト組織であり、もろい組織であるため、エンジン運転中の温度変化により内部にクラックが入り、剥離しやすく、特に、圧接面５１の内側に押し出された酸化化合物１０ｂが運転中に脱落して、これが触媒の上部等で暴れて触媒を摩耗させたり、或いは触媒を破壊してしまうことがある。
しかし、内側に押し出された酸化化合物１０ｂを機械的に除去するには工具が入らず、手作業で除去しようとすると触媒自体を傷付けてしまい、内側へ押し出された酸化化合物１０ｂの除去が困難であるという問題点があった。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記従来の問題点に鑑み案出したものであって、摩擦圧接時に内側へ押し出された酸化化合物で触媒が傷付けられることのない排気マニホールドと触媒ケースの接合構造を提供せんことを目的とし、その第１の要旨は、排気マニホールドと触媒ケースを摩擦圧接により接合する接合構造において、前記排気マニホールドまたは触媒ケースの一方側を、外側と内側の２つのテーパー面を有する凸状に形成し、他方側を、対応する外側と内側の２つのテーパー面を有する凹状に形成するとともに、前記外側のテーパー面の幅を、前記内側のテーパー面の幅の２倍以上に設定したことである。
また第２の要旨は、前記外側のテーパー面の傾斜角を、前記内側のテーパー面の傾斜角に対し、等しいかまたは小さく設定したことである。
また第３の要旨は、前記排気マニホールド及び触媒ケースの前記外側テーパー面の外側に、接合時に当接するストッパー面を凹状に形成するとともに、前記内側テーパー面の内側には、摩擦圧接により内側へ向かって発生する化合物の量の２倍以上の面積を確保し得るトラップ面を凹状に形成したことである。
【０００４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、排気マニホールド１の下端と、触媒３を入れた触媒ケース２の上端とを接合面Ｐで摩擦圧接により接合した全体正面図であり、図２は、接合面Ｐの断面形状を示す要部分解図であり、図４は、図３の状態から両者を摩擦圧接で接合した接合後の断面構成図である。
【０００５】
接合面Ｐは図２に示すように、排気マニホールド１の下端に、外側のテーパー面５ａと内側のテーパー面５ｂからなる凹状の接合部が形成されており、一方、触媒ケース２の上端には、外側テーパー面４ａと内側テーパー面４ｂからなる凸状の接合面が形成されており、排気マニホールドの外側テーパー面５ａには触媒ケースの外側テーパー面４ａが整合され、また、排気マニホールドの内側テーパー面５ｂには触媒ケース２の内側テーパー面４ｂが整合されるように形成されている。
【０００６】
前記外側テーパー面５ａ，４ａの幅寸法はａに設定され、また、内側テーパー面５ｂ，４ｂの幅寸法はｂに設定されて、ａ寸法は、ｂ寸法の２倍以上となっており、また、外側テーパー面４ａの傾斜角αは、内側テーパー面４ｂの傾斜角βに対し、等しいか、または小さい傾斜角度に設定されている。
【０００７】
このような構造において、摩擦接合の際に、図３のように、外側テーパー面４ａと５ａを、かつ内側テーパー面４ｂと５ｂを当接させて、圧力を掛けて回転させ、摩擦力を発生させて、さらに高い圧力により摩擦接合すると、この摩擦接合時に摩擦熱により化合物が発生し、図４に示すように、外側テーパー面４ａ，５ａに沿って外側へ向けて化合物１０ａが押し出され、また、内側テーパー面４ｂ，５ｂに沿って内側へも化合物が押し出されるが、本例では、外側テーパー面４ａ，５ａの幅寸法ａが内側テーパー面４ｂ，５ｂの幅寸法ｂよりも大で、２倍以上の寸法に設定されており、かつ外側テーパー面４ａの傾斜角αが内側テーパー面４ｂの傾斜角βよりも小さく設定されているため、外側へ押し出される化合物１０ａの量が多くなり、内側へ押し出される化合物１０ｂの量はそれよりも少なくなり、内側へ向けて押し出される化合物１０ｂの量を減少させることができるものとなる。
【０００８】
次に、第２実施例を説明するが、図５は、接合面Ｐの断面形状を示す要部分解図であり、図７は、図６の状態から両者を摩擦圧接で接合した接合後の断面構成図である。
本例では、排気マニホールド１の外側テーパー面５ａの外側に、段状に凹ませてストッパー面６ｂが形成され、内側テーパー面５ｂの内側には、段状に凹ませてトラップ面７ｂが形成され、トラップ面７ｂは、ストッパー面６ｂよりｄ寸法上方に位置して、内側への突出寸法はｃとなっている。
一方の触媒ケース２側にも、外側テーパー面４ａの外側に、段状に凹ませてストッパー面６ａが、ストッパー面６ｂと対向状に形成されており、また、内側テーパー面４ｂの内側にも、段状に凹ませてトラップ面７ａが、トラップ面７ｂと対向状に形成されており、トラップ面７ａは、ストッパー面６ａよりｅ寸法下方に位置して、内側への突出寸法はｃとなっている。
【０００９】
なお、前記外側テーパー面５ａ，４ａの幅寸法はａに設定され、また、内側テーパー面５ｂ，４ｂの幅寸法はｂに設定されて、ａ寸法は、ｂ寸法の２倍以上となっており、また、外側テーパー面４ａの傾斜角αは、内側テーパー面４ｂの傾斜角βに対し、等しいか、または小さい傾斜角度に設定されている。
【００１０】
このような構造において、摩擦接合の際に、図６のように、外側テーパー面４ａと５ａを、かつ内側テーパー面４ｂと５ｂを当接させて、圧力を掛けて回転させ、摩擦力を発生させて、さらに高い圧力により摩擦接合すると、図７に示すように、排気マニホールド１のストッパー面６ｂと触媒ケース２のストッパー面６ａがほぼ当接状態となって、排気マニホールド１と触媒ケース２が接合される。
この摩擦接合時に摩擦熱により化合物が発生し、外側テーパー面４ａ，５ａに沿って外側へ向けて化合物１０ａが押し出され、また、内側テーパー面４ｂ，５ｂに沿って内側へも化合物１０ｂが押し出されるが、外側テーパー面４ａ，５ａの幅寸法ａが内側テーパー面４ｂ，５ｂの幅寸法ｂよりも大で、２倍以上の寸法に設定されており、かつ外側テーパー面４ａの傾斜角αが内側テーパー面４ｂの傾斜角βよりも小さく設定されているため、外側へ押し出される化合物１０ａの量が多くなり、内側へ押し出される化合物１０ｂの量はそれよりも少なくなる。
【００１１】
また、図５に示すように、排気マニホールド１側のトラップ面７ｂと触媒ケース２側のトラップ面７ａ間で形成されるトラップ部の面積Ｓ２は、内側へ押し出される化合物１０ｂの面積Ｓ１の２倍以上の面積となるように、このトラップ面７ａ，７ｂの凹み深さが予め設定されたものとなっている。即ち、Ｓ２＝ｃ×（ｄ＋ｅ）であり、Ｓ１＝ｂ×ｆとなるように設定されており、良好にトラップ面７ａ，７ｂ間に化合物１０ｂを収納させることができるものとなる。従って、内側へ押し出される化合物１０ｂは、このトラップ面７ａ，７ｂ間の空間Ｓ２内に収められて、触媒ケース２内に内装されている触媒３を傷付けて破損することを良好に防ぐことができるものとなる。また、外側へ大量に押し出された化合物１０ａは、外側から工具により容易に切削等して除去することができるものである。
また、本例では、外側テーパー面４ａ，５ａと内側テーパー面４ｂ，５ｂによる凹凸嵌合状態で摩擦接合されるものであるため、接合強度を大とすることができる。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は、排気マニホールドと触媒ケースを摩擦圧接により接合する接合構造において、前記排気マニホールドまたは触媒ケースの一方側を、外側と内側の２つのテーパー面を有する凸状に形成し、他方側を対応する外側と内側の２つのテーパー面を有する凹状に形成するとともに、前記外側のテーパー面の幅を前記内側のテーパー面の幅の２倍以上に設定したことにより、テーパー面による凹凸面の摩擦圧接により接合するため接合強度が大となり、また、外側テーパー面に沿って外側へ押し出される化合物の量が多く、内側へ押し出される化合物の量を減少させることができ、外側へ押し出された大量の化合物は容易に外側から工具等で除去することができ、内部への影響を少なくすることができるものとなる。
【００１３】
また、前記外側のテーパー面の傾斜角を、前記内側のテーパー面の傾斜角に対し等しいかまたは小さく設定したことにより、内側へ向かって押し出される化合物の量を減少させることができ、内部の触媒への影響を少なくすることができるものとなり、外部へ押し出される化合物の除去が容易なものとなる。
【００１４】
また、前記排気マニホールド及び触媒ケースの前記外側テーパー面の外側に、接合時に当接するストッパー面を凹状に形成するとともに、前記内側テーパー面の内側には、摩擦圧接により内側へ向かって発生する化合物の量の２倍以上の面積を確保し得るトラップ面を凹状に形成したことにより、外側のストッパー面が接合時に摩擦圧接荷重のストローク方向でのストッパーを兼用し、良好に外側へ化合物を押し出すことができ、また、内側に押し出された化合物はトラップ面とトラップ面で形成される空間内に収めることができ、内側へ押し出された化合物が内部の触媒に触れることがなく、触媒の破壊を確実に防止することができるものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】排気マニホールドと触媒ケースを接合した状態の正面構成図である。
【図２】接合前の要部を分解して示す断面構成図である。
【図３】接合前の要部断面構成図である。
【図４】接合後の要部の断面構成図である。
【図５】第２実施例の接合前の要部を分解して示す断面構成図である。
【図６】第２実施例の接合前の要部断面構成図である。
【図７】第２実施例の接合後の要部の断面構成図である。
【図８】従来の排気マニホールドの下端に触媒ケースを接合した外観斜視図である。
【図９】従来の摩擦圧接工程の圧力線図である。
【図１０】従来の接合前の要部断面構成図である。
【図１１】従来の接合後の要部の断面構成図である。
【符号の説明】
１  排気マニホールド
２  触媒ケース
３  触媒
４ａ，５ａ  外側テーパー面
４ｂ，５ｂ  内側テーパー面
６ａ，６ｂ  ストッパー面
７ａ，７ｂ  トラップ面
１０ａ，１０ｂ  化合物
Ｐ  接合面
Ｓ１  内側へ押し出された化合物の面積
Ｓ２  トラップ部面積
ａ  外側テーパー面の寸法
ｂ  内側テーパー面の寸法
α  外側テーパー面の傾斜角
β  内側テーパー面の傾斜角
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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