(57)【要約】【課題】排気管と継手フランジとの溶接部付近の破損を防止できると共に、排気管の軸方向の位置ズレを継手フランジで容易に吸収することができる排気管継手構造を提供する。【解決手段】排気管１の一方の端部に、末端に向かって拡径するテーパ部４と、テーパ部４から第２屈曲部５を介して連続する筒形の大径管部６とを設け、継手フランジ７の片面に形成されているスリーブ１０側から挿通穴１１に排気管１の大径管部６を嵌合し、継手フランジ７のスリーブ先端１０１を第２屈曲部５の近傍に配置して排気管１に溶接する排気管継手構造。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気管の一方の端部に、末端に向かって拡径するテーパ部と、テーパ部から屈曲部を介して連続する筒形の大径管部とを設け、継手フランジの挿通穴に排気管の大径管部を嵌合し、継手フランジの挿通穴の端を該テーパ部と大径管部の間に介在する屈曲部近傍に配置して排気管に溶接することを特徴とする排気管継手構造。
【請求項２】
前記継手フランジの片面にはスリーブが形成され、前記継手フランジの挿通穴の端が該スリーブの先端になっており、該スリーブの先端を前記屈曲部近傍に配置して排気管に溶接することを特徴とする請求項１記載の排気管継手構造。
【請求項３】
前記テーパ部の傾斜角度を２０度〜６０度とすることを特徴とする請求項１又は２記載の排気管継手構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車等に用いる排気管と継手フランジを溶接する排気管継手構造に係り、特に排気管と継手フランジとの溶接部付近に於ける排気管の破損の防止と排気管の軽量化を図ることができる排気管継手構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の排気管と継手フランジを溶接する構造に関し、特許文献１の構造がある。特許文献１には、継手フランジに設けたテーパ部と、排気管の端部に設けたテーパ部を嵌合し、テーパ部同士の嵌合内面側で一方のテーパ部端と他方のテーパ部を溶接して、継手フランジと排気管を結合する構造が開示され、排気管と継手フランジとの溶接部付近に於ける亀裂を防止できるとされている。
【０００３】
【特許文献１】実公平５−１３９４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、長い排気管や途中に曲げ加工など加工が施されている排気管は、加工のバラツキで排気管の長さに誤差を生ずる等により、一端を基準位置に配置して他の排気管と連結する際に、排気管端部の配置される位置に軸方向のズレを生じやすい。そのため、斯様な排気管の軸方向の位置ズレを、継手フランジによる連結箇所で吸収することが望まれる。
【０００５】
しかしながら、特許文献１のテーパ部を嵌合する構造では、排気管の軸方向の位置ズレがある場合、継手フランジのテーパ部と排気管のテーパ部とが離れて隙間ができてしまうか、或いは双方が担いだ状態になり、重なって組めなくなってしまい、軸方向の位置ズレを吸収することは困難である。更に、特許文献１の構造は、排気管端部と継手フランジの双方にテーパ加工を施す必要があることから、加工に労力を要し、且つ製造コストも上昇してしまう。そのため、斯様な課題を解消することができる構造が求められている。
【０００６】
本発明は上記課題を解消すべく提案するものであって、排気管と継手フランジとの溶接部付近に於ける排気管の破損を防止できると共に、排気管の軸方向の位置ズレを継手フランジで容易に吸収することができ、更には、少ない労力で低コストに製造することができる排気管継手構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の排気管継手構造は、排気管の一方の端部に、末端に向かって拡径するテーパ部と、テーパ部から屈曲部を介して連続する筒形の大径管部とを設け、継手フランジの挿通穴に排気管の大径管部を嵌合し、継手フランジの挿通穴の端を該テーパ部と大径管部の間に介在する屈曲部近傍に配置、或いはテーパ部の裾野に配置して排気管に溶接することを特徴とする。更に、前記継手フランジの片面にはスリーブが形成され、前記継手フランジの挿通穴の端が該スリーブの先端になっている場合に、該スリーブの先端を前記屈曲部近傍に配置して排気管に溶接することを特徴とする。また、前記テーパ部の傾斜角度は２０度〜６０度とすると、より効果的に応力を分散して強度を高めることが可能になるので好適である。
【０００８】
尚、テーパ部と大径管部との間に介在する屈曲部は後述する実施例の第２屈曲部に相当し、又、屈曲部近傍には、屈曲部、若しくは屈曲部近傍の大径管部、若しくは屈曲部近傍のテーパ部、若しくはこれらの適宜の組み合わせが含まれる。また、継手フランジは、排気管の安定した保持を確保すべく、スリーブを有するものとすると好適であるが、スリーブがないものとすることも可能である。更に、継手フランジの挿通穴の端には、前記挿通穴を構成するスリーブの先端以外の端が含まれ、例えば平板状のフランジ部に挿通穴が形成されている場合に、フランジ部の片面に於ける挿通穴の端等も含まれる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の排気管継手構造は、継手フランジの挿通穴に排気管の筒形の大径管部を嵌合するものであるから、加工誤差や設計誤差等による排気管の軸方向の位置ズレを、挿通穴へ大径管部が挿入される長さを適宜調整して容易に吸収することができる。
【００１０】
また、継手フランジの挿通穴の端、好適にはスリーブ先端を屈曲部近傍に配置して排気管に溶接することにより、排気管のテーパ部等で応力の分散を図ることが可能となり、排気管と継手フランジとの溶接部付近の強度を非常に高めて排気管の破損を防止することができる。更に、肉厚の薄い排気管でも非常に高い強度を得ることが可能であることから、排気管の大幅な軽量化を図ることができる。
【００１１】
また、排気管の端部だけにテーパ部等を設け、継手フランジにはテーパ部を設けないものであるから、加工作業に要する労力を低減することが可能であると共に、低コストで製造・供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の排気管継手構造について、図１及び図２に示す自動車用排気管と継手フランジによる排気管継手構造の実施例に基づき説明する。
【００１３】
本実施例に於ける自動車用の排気管１は、全体が略円筒形であり、円筒形の小径管部２から連なる排気管１の一方の端部には、排気管１の末端に向かって第１屈曲部３から立ち上げながら拡径するテーパ部４と、テーパ部４の終端から水平方向へ屈曲する第２屈曲部５と、テーパ部４から第２屈曲部５を介して連続し且つ排気管１の末端まで形成された円筒形の大径管部６とが設けられている。
【００１４】
本例の排気管１の板厚は１．０ｍｍ、テーパ部４の傾斜角度は約２０度、小径管部２の外径は４５ｍｍ、大径管部６の外径は４８．６ｍｍ、大径管部６の長さは１０ｍｍである。尚、第２屈曲部５或いは後述する溶接部１２と第１屈曲部３との距離は、第１屈曲部３に溶接の熱影響が出ない程度の距離とすると好適であり、例えば５ｍｍ〜３０ｍｍ程度等とすることが可能であり、又、テーパ部４の傾斜角度は２０度〜６０度とすると好適である。
【００１５】
継手フランジ７は、正面視略三角形のフランジ部８を有し、その三角形の各隅近傍に連結用のボルトが挿通されるボルト穴９が形成されている。フランジ部８の片面の中央には、周状の突条であるスリーブ１０が形成され、スリーブ１０の内側及びフランジ部８の前記スリーブ１０の内側に対応する位置に形成された穴は、後述の排気管１が挿通される挿通穴１１になっており、挿通穴１１の内径と大径管部６の外径は略同一となっている。
【００１６】
排気管１の大径管部６は、継手フランジ７の挿通穴１１にスリーブ１０側から挿通されており、継手フランジ７は、排気管１の大径管部６の外側にスリーブ１０が配置され、且つスリーブ１０の先端１０１が排気管１の第２屈曲部５の近傍に配置されるように、排気管１に嵌合されている。本例では、第２屈曲部５近傍として、スリーブ先端１０１を第２屈曲部５近傍の大径管部６上に配置しているが、スリーブ先端１０１を第２屈曲部５上に配置する、或いは第２屈曲部５近傍のテーパ部４上に配置することも可能である。
【００１７】
第２屈曲部５近傍の大径管部６上に周状に配置されたスリーブ先端１０１は、排気管１の外周面に周状に溶接され、排気管１の外周面に周状の溶接部１２が形成されている。本例の溶接部１２は、第２屈曲部５近傍の大径管部６から第２屈曲部５にかけて形成されているが、溶接部１２を第２屈曲部５近傍の大径管部６に形成する、或いは第２屈曲部５に形成する、或いは第２屈曲部５近傍のテーパ部４に形成する、或いは第２屈曲部５及びその近傍のテーパ部４と大径管部６に形成する構成とすることが可能である。
【００１８】
次に、上記実施例の排気管継手構造と比較例の排気管継手構造との強度比較試験について説明する。
【００１９】
前提として、図３に示す比較例の排気管継手構造は、排気管１ａの大径管部６ａが上記実施例の大径管部６よりも長く形成され、排気管１ａの大径管部６ａの外側に嵌合配置されるスリーブ１０ａの先端１０１ａが、第２屈曲部５ａから約９．５ｍｍ離れた位置の大径管部６ａ上に配置されていること、及び比較例の排気管１ａの板厚を１．２ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍの３種とすることで相違し、他の構成は上記実施例と同様である。尚、比較例で上記実施例と対応する構成部には同一符号にａを付して示す。
【００２０】
本強度比較試験では、実施例の排気管１（板厚１．０ｍｍ）と比較例の排気管１ａ（板厚１．２ｍｍ、板厚１．５ｍｍ、板厚２．０ｍｍの３種）に於いて、図４に示すように、排気管１、１ａに固着された継手フランジ７、７ａのフランジ部８、８ａを、強度試験の荷重に耐え且つ強度試験結果に影響することのない専用の剛体固定治具２０に、ボルト穴９及び剛体固定治具２０側のボルト穴にボルトを螺合して固定し、又、継手フランジ７、７ａの固定側と反対側の排気管１、１ａの端に疲労試験装置３０の保持部３４を取り付けて疲労試験装置３０を連結し、保持部３４で排気管１、１ａの端を保持した。
【００２１】
前記疲労試験装置３０は、前後方向（図４のＡ方向）に連続して往復動する駆動ロッド３１と、駆動ロッド３１の先端に固設された取付部３２と、一端が取付部３２に回転可能に軸支された接続ロッド３３と、接続ロッド３３の他端に回転可能に軸支された排気管１、１ａの保持部３４とを有し、駆動ロッド３１の前後方向（Ａ方向）の往復動を、両端を軸支された接続ロッド３３を介して保持部３４に伝達することにより、保持部３４で保持された排気管１、１ａの端に、円弧方向（図４のＢ方向）の連続した往復動による荷重を安定して繰り返し負荷することができるものである。
【００２２】
そして、疲労試験装置３０で排気管１、１ａに負荷する繰り返し荷重を、低荷重から高荷重まで任意の条件で幾つか設定し、設定した各一定荷重毎に疲労試験装置３０を駆動して、円弧方向（図４のＢ方向）に排気管１、１ａ等の排気管継手構造に前記一定荷重で繰り返し負荷を与え、排気管１、１ａの何れかの部位が破損するまで負荷を繰り返した。尚、排気管１、１ａ等の排気管継手構造は、剛体固定治具２０に固定端で支持されていることから、継手フランジ７、７ａと排気管１、１ａを溶接接合した部位など固定箇所の近傍に応力集中を発生させることができる。
【００２３】
強度比較試験の結果検討として、実施例の排気管１等の排気管継手構造及び比較例の排気管１ａ等の排気管継手構造の破損部位と破損までの荷重負荷の繰り返し回数を比較し、実施例の強度的な優位性について確認した。
【００２４】
破損部位は、実施例の排気管継手構造及び比較例の排気管継手構造ともに排気管１、１ａの溶接部１２、１２ａの近傍であり、排気管１、１ａの双方とも溶接部１２、１２ａの強度が他の部位に比較して弱いことが判る。
【００２５】
また、破損までの荷重負荷の繰り返し回数を図５（試験結果の近似曲線）に示す。図５に於いて、縦軸は繰り返し負荷する荷重、横軸は排気管１、１ａが破損に至った際の荷重負荷の繰り返し回数である。図５から判るように、実施例の板厚１．０ｍｍの排気管１は、比較例の各排気管１ａの何れよりも、同一荷重の繰り返し負荷に対して破損に至る繰り返し回数が多い、或いは破損に至る同一繰り返し回数に対して必要な負荷荷重が大きく、比較例の最も厚い板厚２．０ｍｍの排気管１ａを超える強度を有していた。即ち、第２屈曲部５ａから離れた位置でスリーブ先端１０１ａが溶接される比較例の排気管１ａに対し、第２屈曲部５の近傍で溶接される実施例の排気管１は、排気管１ａの半分の板厚で排気管１ａと同等又はそれ以上の強度が得られる。換言すれば、同一強度を得る場合、排気管１は比較例の排気管１ａの半分程度の板厚で良いことになり、排気管の軽量化に絶大な効果を発揮できることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、例えば自動車等に用いる排気管と継手フランジを溶接する排気管継手構造として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】（ａ）は実施例の自動車用排気管と継手フランジを示す正面図、（ｂ）は同図（ａ）の一部縦断側面図。
【図２】図１（ｂ）の溶接部及びその周辺を示す拡大断面図。
【図３】比較例の自動車用排気管と継手フランジに於ける溶接部及びその周辺を示す拡大断面図。
【図４】排気管の強度試験方式の概略構成を示す説明図。
【図５】実施例と比較例の強度試験の結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２８】
１、１ａ  排気管
２、２ａ  小径管部
３、３ａ  第１屈曲部
４、４ａ  テーパ部
５、５ａ  第２屈曲部
６、６ａ  大径管部
７、７ａ  継手フランジ
８、８ａ  フランジ部
９  ボルト穴
１０、１０ａ  スリーブ
１０１、１０１ａ  スリーブ先端
１１、１１ａ  挿通穴
１２、１２ａ  溶接部
２０  剛体固定治具
３０  疲労試験装置
３１  駆動ロッド
３２  取付部
３３  接続ロッド
３４  保持部
【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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