(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスケットに接面するボスと排気管に溶接されるフランジとを有する球面ジョイント用フランジにおいて、バーリング加工してボスに対応するボス部とフランジに対応するフランジ部を形成した厚さ５mm乃至１０mmの鋼板を、前記ボス部のガスケットに接面する座面を含む外形と前記フランジ部の排気管に溶接される溶接部を含む外形とを拘束して冷間プレス加工を行って、前記座面の直角度，平坦度および面粗度の精度を確保したボスと前記溶接部を所定の形状に形成したフランジとを有し、且つ前記溶接部の形状が排気管と略直交する角状又は突起であることを特徴とする球面ジョイント用フランジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は自動車等に使用される排気管の球面ジョイント部に用いる球面ジョイント用フランジに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等においては排気ガスを排出するための排気管がエンジンに接続して設けられる。排気管は比較的長い全長を有するために動作時のエンジンの振動等が直接伝達されると破損するおそれがあり、これを防止するために排気管の途中に振動等による変位を吸収すると共に気密性を保持し得るように構成した球面ジョイントが設けられているのが一般である。
【０００３】
球面ジョイントの一例を図５に示す。排気管50と排気管51とはガスケット52を介して摺動自在に且つ気密性を保持して接合される。その構成は排気管50の端部に嵌合した球面形状を有するガスケット52を排気管50に溶接して固定した球面ジョイント用フランジ53のボス54に接面させ、ガスケット52の球面形状に対応する球面形状を有する球面フランジ55を排気管51に溶接して固定し、フランジ53，55に係合させた連結部材56によって排気管50，51を所定の押圧力で接合させ、振動による変位を吸収するように構成されている。
【０００４】
従来、球面ジョイント用フランジ53は熱間鍛造加工によって形成された後、切削加工によって必要な精度を得るように加工されるものである。即ち、フランジ53に要求される図５に示すＡ，Ｂ，Ｃの平坦性，排気管50の軸方向に対する直角度，ボス54の高さＤの寸法および座面（Ａで示す面）の面粗度の精度を切削加工によって確保してガスケット52とボス54の座面との気密性を確保している。また、フランジ面53ａの排気管50の表面に対応する位置には溶接ヒートマスを確保するための溶接用の突起Ｈが切削加工により形成され、該突起Ｈと排気管50の表面とを溶接して気密性を保持して固定される。Ｗｅは溶接ビードを示す。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
熱間鍛造加工のみによって球面ジョイント用フランジを形成した場合には、直角度，平坦度および面粗度において所定の精度が確保出来ないといった問題がある。即ち、球面ジョイント用フランジ53のボス54のガスケット52に接面する座面が直角度，平坦度および面粗度において十分な精度を確保できず、ボス54の座面とガスケット52の間の気密性が確保できないといった問題がある。
【０００６】
また熱間鍛造加工では熱を加えることにより球面ジョイント用フランジの表面に酸化スケールが発生するといった問題がある。即ち、球面ジョイント用フランジ53のフランジ面53ａに形成される溶接部の表面に酸化スケールが発生すると、該溶接部と排気管50との溶接時に酸化スケールが障害となって溶接品質が確保できず、溶接強度が低下すると共に、溶接部位の気密性が確保できないといった問題がある。また前記球面ジョイント用フランジ53のボス54のガスケット52に接面する座面に酸化スケールが発生すると、ボス54の座面とガスケット52の間の気密性が確保できないといった問題がある。
【０００７】
従って上記の課題を解決するためには熱間鍛造加工を行った後に、球面ジョイント用フランジに要求される直角度，平坦度および面粗度の精度を得ると共に酸化スケールを除去するために二次加工として切削加工が不可欠となり製造コストが増大するといった問題がある。
【０００８】
また熱間鍛造加工を実施するに当って特殊な設備（例えば加熱炉，熱間鍛造機等）が必要である上に製造作業環境が劣悪なため、近年では製造可能な企業が限定されてきており、製品の調達自由度を阻害する傾向にあるといった問題がある。
【０００９】
本発明は、従来の技術を根本的に改善した全く新規な球面ジョイント用フランジであって、冷間プレス加工によって成型したことで製造コストを低減させると共に、製品の調達自由度を増大することが出来る球面ジョイント用フランジを提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る球面ジョイント用フランジは、ガスケットに接面するボスと排気管に溶接されるフランジとを有する球面ジョイント用フランジにおいて、バーリング加工してボスに対応するボス部とフランジに対応するフランジ部を形成した厚さ５mm乃至１０mmの鋼板を、前記ボス部のガスケットに接面する座面を含む外形と前記フランジ部の排気管に溶接される溶接部を含む外形とを拘束して冷間プレス加工を行って、前記座面の直角度，平坦度および面粗度の精度を確保したボスと前記溶接部を所定の形状に形成したフランジとを有し、且つ前記溶接部の形状が排気管と略直交する角状又は突起であることを特徴とする球面ジョイント用フランジである。（尚、ここで『ボス』，『フランジ』は成形後の最終的なものを示し、『ボス部』，『フランジ部』は将来ボス，フランジに成形される部分を示すものとする。以下同様とする。）
【００１１】
【作用】
本発明に係る球面ジョイント用フランジは、冷間プレス加工によって成形したので切削加工を行わずとも直角度，平坦度および面粗度の精度が確保できる。また熱間加工ではないので酸化スケールが発生し難い。
【００１２】
即ち、冷間プレス加工によってバーリングを行ってボス部を立ち上げた際に生じるフランジ部とボス部との突き合わせ部のダレとスプリングバックを矯正するように、ガスケットに接面する座面を含むボス部の外形と、フランジ面に形成される溶接部を含むフランジ部の外形と、を拘束して更に冷間プレス加工を行うことによって座面の直角度，平坦度および面粗度の精度を確保すると同時に、前記溶接部を所定の形状に成形して溶接ヒートマスを確保することができる。また、ボス部の立ち上がり方向に対して往復の冷間プレス加工を行うことによってスプリングバックを矯正してフランジ部とボス部との直角度の精度を確保することが出来る。
【００１３】
従って、ボス部の座面とガスケットとの接面部位の気密性が確保できる。またフランジ面に角状或いは突起からなる溶接部（以下、『溶接用の突起』という）を設けることによって溶接ヒートマスが確保でき、フランジ面に形成される溶接部と排気管との間で良好な溶接品質が確保できる。
【００１４】
【実施例】
図により本発明に係る球面ジョイント用フランジの実施例を具体的に説明する。図１（ａ）〜（ｃ）は本発明の球面ジョイント用フランジの第１実施例〜第３実施例の形状を示す断面図および平面図、図２（ａ）〜（ｃ）は第１実施例〜第３実施例においてバーリング加工により形成されたダレ部を改善した部分拡大図、図３（ａ）〜（c3）は第１実施例〜第３実施例の球面ジョイント用フランジをプレス成型する際の加工工程を示す図、図４（ａ）〜（ｃ）は第１実施例〜第３実施例の球面ジョイント用フランジを設けた球面ジョイントを示す断面説明図である。
【００１５】
図１（ａ）に示す球面ジョイント用フランジは、冷間プレス加工によって成型された第１実施例であり、球面ジョイント用フランジ本体１のフランジ２のフランジ面２ａと、図４に示して後述する排気管15の外周面に対応する嵌合面４との突き合わせ部位を直角に形成したものである。これは図２（ａ）に示すようにボス部３を成型する際のバーリング加工によってボス部３に立てた肉をＦ方向からプレスしてフランジ面２ａと嵌合面４との突き合わせ部位を直角に形成して図中の鎖線で示したダレＥを改善し、溶接部となる溶接用の突起Ｈを形成したものである。
【００１６】
図１（ｂ），（ｃ）は同じく冷間プレス加工によって成型された第２実施例，第３実施例であり、球面ジョイント用フランジ本体１のフランジ面２ａの排気管15の外周面に対応する位置に溶接部となる溶接用の突起Ｈを溝５，段部６を夫々形成することによって設けたものである。これ等は図２（ｂ），（ｃ）に示すようにボス部３をＦ方向からプレスすると共にフランジ面２ａにＧ方向から溝５，段部６を夫々形成して図中の鎖線で示したダレＥを改善し、溶接部となる溶接用の突起Ｈを形成したものである。
【００１７】
一般に冷間プレス成形ではボス部３を立ち上げるバーリング加工を行った際に図２に示したダレＥが生じると共に、スプリングバックが働いてフランジ部２とボス部３との直角度の精度が低下する。また、ダレＥがある状態で排気管15に溶接しようとした場合には、溶接ヒートマスが十分確保出来ず、確実な溶接が出来ないといった問題が生じる。
【００１８】
そこで座面３ａを含むボス部３の外形と、フランジ面２ａに形成される溶接部を含むフランジ部２の外形と、を拘束して更に冷間プレス加工を行うことによって座面３ａの直角度，平坦度および面粗度の精度を確保すると同時に、前記溶接部に溶接用の突起Ｈを成形して溶接ヒートマスを確保することができる。また、ボス部３の立ち上がり方向に対して往復の冷間プレス加工を行うことによってスプリングバックを矯正してフランジ部２とボス部３との直角度の精度を確保することが出来る。
【００１９】
上述のようにフランジ面２ａと嵌合面４との突き合わせ部位を直角に形成した第１実施例の球面ジョイント用フランジ、或いはフランジ面２ａの排気管15の外周面に対応する位置に溝５，段部６を形成した第２実施例および第３実施例の球面ジョイント用フランジを成型するためには、図３（ａ）〜（c1,c2,c3）に示す順序で冷間プレス加工を行うことで上記球面ジョイント用フランジを得ることが出来る。
【００２０】
即ち、図３（ａ）に示す厚さ５ｍｍ乃至10ｍｍの鋼板からなる母材１に所定の径を穿孔するピアス加工の後、図３（ｂ）に示すように母材１をダイ７とパット11に挟持して固定した後、パンチ13によってピアスの周囲を立ち上げフランジ部２とボス部３を形成するバーリング加工を行う。この時フランジ面２ａと嵌合面４との突き合わせ部位にダレＥが形成された状態である。
【００２１】
次に図３（ｃ１）に示すようにフランジ面２ａに対応する面を平坦面で構成したダイ８とパット12とで母材１を挟持してパンチ14によって直角成型加工を行いボス部３の高さ寸法および平坦度、ボス部３の座面３ａと嵌合面４との直角度、フランジ部２の両面の平坦度およびフランジ部２の両面と嵌合面４との直角度等を正確に形成する。この時、フランジ面２ａと嵌合面４との突き合わせ部位を直角に形成したことで図３（ｂ）に示すダレＥが改善され、溶接用の突起Ｈを形成することが出来る。またボス部３の立ち上がり方向に対して往復の冷間プレス加工を行うことでスプリングバックを矯正することが出来る。
【００２２】
また前記直角成型加工の代わりに図３（ｃ２），（ｃ３）に夫々示すようにフランジ面２ａに対応する面に凸部を形成したダイ９または段部を形成したダイ10とパット12とで母材１を挟持してパンチ14によって溝５または段部６を形成する成型加工を行うことで上述と同様にボス部３の高さ寸法および平坦度、ボス部３の座面３ａと嵌合面４との直角度、フランジ部２の両面の平坦度およびフランジ部２の両面と嵌合面４との直角度等を正確に形成すると共に、フランジ面２ａの排気管15の外周面に対応する位置に溝５，段部６を形成することでダレＥが改善され、溶接用の突起Ｈを形成することが出来る。またこの時、ボス部３の立ち上がり方向に対して往復の冷間プレス加工を行うことでスプリングバックを矯正することが出来る。
【００２３】
次に上述の球面ジョイント用フランジを球面ジョイントに設けた場合の構成を図４（ａ）〜（ｃ）を用いて説明する。図４（ａ）はフランジ面２ａと嵌合面４との突き合わせ部位を直角に形成した第１実施例の球面ジョイント用フランジを用いたものである。
【００２４】
略等しい径を有して摺動自在に接続される排気管15，16は一方がエンジン側に連なり、他方が排気ガスを大気中に排気する排気口側に連なるように構成される。排気管15の外周端部には該排気管15の外径に対応する内径を有すると共に外形が球状面17ａを有し、更に軸方向に直交する当接面17ｂを有するガスケット17が嵌合されている。ガスケット17に隣接して排気管15の外周上には排気管15の外径に対応する径を有する嵌合面４を有する球面ジョイント用フランジ１が嵌合されている。
【００２５】
球面ジョイント用フランジ１はフランジ面２ａと嵌合面４との突き合わせ部位に形成した溶接用の突起Ｈと排気管15との間で溶接される。（Ｗｅは溶接ビードを示す。）この時、排気管15の軸方向にフランジ２が直交し、且つ気密性を保持した状態で固定される。フランジ面２ａと嵌合面４との突き合わせ部位のダレＥを改善して溶接用の突起Ｈを設けたことによって溶接ヒートマスの確保が出来、確実に溶接が出来る。
【００２６】
排気管16の外周端部にはガスケット17の球状面17ａに対応する形状を有する球面フランジ18が嵌合され排気管16に溶接することで気密性を保持して固定されている。球面フランジ18のフランジ18ａと球面ジョイント用フランジ１のフランジ２には夫々対応する所定の位置に孔が穿孔される。そして該孔にはスプリング19の弾性力によってフランジ２，18ａを所定の押圧力で押圧する機能を有するように構成した連結部材20が係合されている。
【００２７】
連結部材20によって球面ジョイント用フランジ１のボス３の座面３ａとガスケット17の当接面17ｂとを密接に接面させると共に、ガスケット17の球状面17ａと球面フランジ18の当接面18ｂとを密接に接面させることで排気管15，16の接続部の気密性を保持することが出来る。また動作時のエンジンの振動等を連結部材20が吸収して排気管の破損を防止することが出来る。
【００２８】
図４（ｂ），（ｃ）はフランジ面２ａの排気管15の外周面に対応する位置に溝５，段部６を夫々形成することにより溶接用の突起Ｈを形成した第２実施例および第３実施例の球面ジョイント用フランジを用いて夫々球面ジョイントを構成したものである。これ等のような球面ジョイント用フランジにおいても夫々の溶接用の突起Ｈによって溶接ヒートマスの確保が出来ることで排気管15に対して確実に溶接が出来、上述と同様の効果を有するものである。
【００２９】
前記実施例の溶接用の突起Ｈを形成するための溝５は平面からなる溝で構成したが、曲面或いは曲面と平面からなる溝で構成することでも良い。
【００３０】
【発明の効果】
本発明に係る球面ジョイント用フランジは、上述の如き構成と作用とを有するので、冷間プレス加工によって球面ジョイント用フランジを成形したことで、従来の熱間鍛造加工によって形成した場合と異なり、切削加工を行わずとも直角度，平坦度および面粗度の精度が確保できる。また熱を加えないので酸化スケールが発生し難い。従って切削加工が不要であるため製造コストが低減できる。
【００３１】
冷間プレス加工によってバーリングを行ってボス部を立ち上げた際に生じるフランジ部とボス部との突き合わせ部のダレとスプリングバックとを矯正したことによって球面ジョイント用フランジを冷間プレス加工で成形出来るので有利である。
【００３２】
即ち、前記ダレが形成されたフランジ面の溶接部に溶接用の突起を成形したことで溶接ヒートマスが確保でき、フランジ面に形成される溶接部と排気管との間で良好な溶接品質が確保できる。従って溶接強度を確保できると共に、溶接部位の気密性が確保できる。
【００３３】
また、ボス部の立ち上がり方向に対して往復の冷間プレス加工を行うことによって前記戻り応力を開放してフランジ部とボス部との直角度の精度を確保することが出来る。またボスの座面のボスの軸に対する直角度，平坦度および面粗度の精度が確保できるので該座面とガスケットとが接面する部位の気密性が確保できる。
【００３４】
また熱間鍛造加工を行うような特殊な設備が不要であるので加工設備が低減できる上、製造作業環境が良好であるので比較的容易に製造出来る。従って製品の調達自由度が増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）〜（ｃ）は本発明の球面ジョイント用フランジの第１実施例〜第３実施例の形状を示す断面図および平面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は第１実施例〜第３実施例においてバーリング加工により形成されたダレ部を改善した部分拡大図である。
【図３】（ａ）〜（c3）は第１実施例〜第３実施例の球面ジョイント用フランジをプレス成型する際の加工工程を示す図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は第１実施例〜第３実施例の球面ジョイント用フランジを設けた球面ジョイントを示す断面説明図である。
【図５】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１…球面ジョイント用フランジ本体（母材）、２…フランジ，フランジ部、２ａ…フランジ面、３…ボス，ボス部、３ａ…座面、４…嵌合面、５…溝、６…段部、７〜10…ダイ、11，12…パット、13，14…パンチ、15，16…排気管、17…ガスケット、17ａ…球状面、17ｂ…当接面、18…球面フランジ、18ａ…フランジ、19…スプリング、20…連結部材、Ｅ…ダレ、Ｈ…突起、Ｗｅ…溶接ビード
【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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