(57)【要約】【課題】パイプ材の一端部がフランジ板等の支持部材にロウ付けされている構造において、加工上の困難を伴うことなく耐曲げ特性を格段に向上させる。【解決手段】ＥＧＲ上部管１１のうちフランジ板１２の取り付け穴１５に嵌まった嵌入部１６は、フランジ板１２にロウ１８で固定された固定部１６ａと、外周面の外側に隙間１９が空いて非固定部１６ｂとに分離している。固定部１６ａのうち非固定部１６ｂに寄った端には環状凹所２０が形成されて、環状凹所２０がロウ１８の溜まり部になっている。ＥＧＲ上部管１１に曲げ力が作用すると、応力は先ず非固定部１６ｂのうち固定部１６ａとの連接部に集中し、次いで、ＥＧＲ上部管１１が取り付け穴１５の開口縁１５ａに当たることにより、応力集中箇所が移行する。応力集中箇所を分散できることにより、耐曲げ特性を格段に向上できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製パイプ材の一端部を支持部材の取り付け穴に挿入された嵌入部と成し、前記パイプ材のうち嵌入部を除いた部分は少なくとも前記支持部材の表面の外側に露出している構成であって、
前記パイプ材の嵌入部は、当該嵌入部の一端と他端との間の境界を境にして、前記支持部材の裏面側に位置して前記取り付け穴の内面にロウ付けされた固定部と、支持部材の表面側に位置して自由状態になっている非固定部とに分かれており、前記非固定部と取り付け穴の内周面との間に、前記パイプ材が曲げ作用を受けたとき非固定部が弾性変形してから取り付け穴の開口縁に当たることを許容する隙間が空いている、
内燃機関のパイプ材接合構造。
【請求項２】
前記パイプ材と取り付け穴とのうちいずれか一方又は両方に、ロウ付け時に溶融したロウが前記非固定部の側に流れることを阻止するロウ止め部を設けている、
請求項１に記載した内燃機関のパイプ材接合構造。
【請求項３】
前記ロウ止め部は、前記パイプ材の嵌入部に形成した環状凹所である、
請求項２に記載した内燃機関のパイプ材接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関において、金属製パイプ材を板状等の支持部材に固定する構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関には多くの金属パイプ材が使用されており、このパイプ材の接合構造として、パイプ材の一端部を支持部材に開けた取り付け穴に挿入し、パイプ材をその全周に亙って支持部材にロウ付け又は溶接していることがある。
【０００３】
パイプ材を支持部材にロウ付けしたり溶接したりしたときの問題として、パイプ材に作用した曲げ力が支持部材への接合部に集中することが挙げられる。この点について従来は、パイプ材のうち支持部材への接合部やその周辺部の強度アップで対応している。
【０００４】
その例として特許文献１には、吸気マニホールドをフランジ等に接合するにおいて、吸気マニホールドの露出部のうちフランジに近接した部位に、外向きに突出したリブ（突部）を周方向に幾つか膨出形成して、各リブをフランジ等の表面に当接させることが記載されている。また、特許文献２には、同じく吸気マニホールドの接合構造として、パイプ材の一端部を厚肉部に形成して、厚肉部の半分ほどをフランジ等に挿入すると共に、厚肉部のうち露出部をフランジ等にロウ付けすることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３１０１６７号公報
【特許文献２】特開２００１−０２０８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
パイプ材をフランジ等の支持部材に接合した場合、接合部の周辺に応力が集中すること自体は避けることができない。そして、特許文献１，２は応力が集中する部分を補強しようとするものであるが、いずれにしても加工が非常に面倒であると共に、肉厚など適用条件が限られており、汎用性に欠けるという問題がある。
【０００７】
また、特許文献１の場合はリブを形成することで亀裂の発生を招く可能性があり、新たな問題の発生が予想される。他方、特許文献２の場合は、厚肉部と薄肉部との境界に応力が集中するおそれがあり、応力集中箇所がずれるに過ぎなくなる可能性もあり得る。
【０００８】
本願発明はこのような現状を改善すべく成されたものであり、汎用性と耐曲げ特性とに優れたパイプ材接合構造を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明、金属製パイプ材の一端部を支持部材の取り付け穴に挿入された嵌入部と成し、前記パイプ材のうち嵌入部を除いた部分は少なくとも前記支持部材の表面の外側に露出している基本構成である（なお、本願発明では、パイプ材は支持部材の裏側にはみ出していても差し支えない。）。
【００１０】
そして、請求項１では、上記基本構成において、前記パイプ材の嵌入部は、当該嵌入部の一端と他端との間の境界を境にして、前記支持部材の裏面側に位置して前記取り付け穴の内面にロウ付けされた固定部と、支持部材の表面側に位置して自由状態になっている非固定部とに分かれており、前記非固定部と取り付け穴の内周面との間に、前記パイプ材が曲げ作用を受けたとき非固定部が弾性変形してから取り付け穴の開口縁に当たることを許容する隙間が空いている。
【００１１】
本願発明は様々に展開できる。その例として請求項２の発明では、請求項１において、前記パイプ材と取り付け穴とのうちいずれか一方又は両方に、ロウ付け時に溶融したロウが前記非固定部の側に流れることを阻止するロウ止め部を設けている。更に請求項３の発明は、請求項２の好適な展開例として、前記ロウ止め部が、前記パイプ材の嵌入部に形成した環状凹所になっている。
【発明の効果】
【００１２】
本願発明では、パイプ材の露出部に曲げ力が作用すると、応力は、まず、嵌入部における非固定部のうち固定部との境界部の箇所に集中し、嵌入部が曲がって取り付け穴の開口縁に当たると、次に、開口縁に当った部分に応力が集中する。そして、パイプ材が取り付け穴の開口縁に当たる状態では、嵌入部が変形していることでパイプ材に作用する曲げ力は既に大きく低減しているため、応力が集中するとは言いつつも大きさは著しく低くなっている。
【００１３】
つまり、本願発明では、応力集中箇所が２箇所に分散するのであり、これにより、パイプ材に大きな曲げ力が作用しても、特定箇所に過大な応力が集中することを防止して、高い耐曲げ特性を発揮する。見方を変えて述べると、補強によって対処するのではなく、パイプ材が持っている弾性変形機能を利用して荷重（負荷）をいなすのである。従って、パイプ材及び取り付け穴とも複雑な加工を施す必要はなく、このため、各種のパイプ材に広く適用可能で汎用性に優れている。
【００１４】
請求項２の発明を採用すると、ロウの端をロウ止め部で規制できるため、接合不良を防止できると共に、品質も安定化させることができる。
【００１５】
特に、ロウ止め部として請求項３のように嵌入部に環状凹所を形成すると、環状凹所がロウの溜まり部となって溶けたロウが表面張力によって環状凹所に保持されるため、ごく簡単な加工でありながら、ロウが非固定部の箇所にながれることを的確に阻止できる利点がある。また、環状凹所を設けたことで嵌入部の表面積が大きくなるため、接合強度のアップにも貢献できる。
【００１６】
更に、パイプ材の露出部に曲げ力が作用したとき、その曲げ力が環状凹所にも及ぶため、曲げ当初に応力が集中する部分の面積を広くすることができるのであり、これにより、耐曲げ特性を一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（Ａ）は第実施形態の実施形態の正面図である。
【図２】側面図である。
【図３】（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＣ−Ｃ視断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の部分拡大図である。
【図４】他の実施形態の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、構造を説明する。本実施形態は、車両用内燃機関におけるＥＧＲガス用パイプ材の接合構造に適用している。以下、説明する。
【００１９】
本実施形態の内燃機関は、シリンダブロック１とその上面に固定されたシリンダヘッド２とを有する機関本体を備えており、機関本体は、クランク軸（図示せず）を左右長手の姿勢にした横向きで車両に搭載されている。本実施形態の内燃機関は３気筒であり、シリンダヘッド２の前面２ａに排気マニホールド３を固定し、排気マニホールド３における下向きの集合管に上下長手で円筒状の触媒ケース４が溶接されている。
【００２０】
触媒ケース４の下端部は下窄まりの下テーパ部４ａになっており、下テーパ部４ａに下向きの継手管５を溶接し、継手管５が、金属板製の支持ブラケット６及び支持ステー（図示せず）を介してシリンダブロック１に固定されている。継手管５には排気管７が下方から接続されている。
【００２１】
触媒ケース４の下テーパ部４ａには、ＥＧＲメインパイプ８を内蔵したＥＧＲクーラ９がＬ形パイプ９を介して接続されており、ＥＧＲメインパイプ８の上端には、シリンダヘッド２の方向に向いておおまかには前後方向に長く側面視では逆Ｌ型に曲がったＥＧＲ上部管１１が接続されており、ＥＧＲ上部管１１は、フランジ板１２を介してシリンダヘッド２の前面２ａに上下２本のボルト１３で固定されている。なお、ＥＧＲクーラ９には、冷却水の注水管１４ａと排出管１４ｂとが接続されている。
【００２２】
本実施形態では、ＥＧＲ上部管１１とフランジ板１２との接合構造に本願発明を適用しており、その詳細を図３（Ｂ）〜（Ｄ）に基づいて説明する。ＥＧＲ上部管１１はステンレス製丸パイプ材から成っており、図３（Ｃ）（Ｄ）のとおり、ＥＧＲ上部管１１の先端部（一端部）がフランジ板１２に設けた取り付け穴１５に嵌まっている。従って、ＥＧＲ上部管１１の大部分は、フランジ板１２の表面１２ａの外側にはみ出た露出部になっている。
【００２３】
従って、ＥＧＲ上部管１１の一端部は取り付け穴１５に挿入された嵌入部１６を有しているが、取り付け穴１５の内径Ｄ１は、ＥＧＲ上部管１１の外径Ｄ２よりも少し大径になっている。そして、嵌入部１６は、その一端と他端との間に位置した境界１７を境にして、フランジ板１２の裏面１２ｂの側に位置してフランジ板１２にロウ１８で固定された固定部１６ａと、フランジ板１２の表面１２ａの側に位置して取り付け穴１５の内周面との間には隙間１９が空いている非固定部１６ｂとに区分されている。なお、図３（Ｄ）では、判りやすさを優先して隙間１９は誇張して大きく表示している。
【００２４】
ＥＧＲ上部管１１に下向きの負荷がかかると嵌入部１６も下向きに曲がるが、弾性変形の範囲内でＥＧＲ上部管１１が取り付け穴１５の開口縁１５ａに当たるように、隙間１９の寸法と非固定部１６ｂの軸方向の幅寸法とを設定している。なお、隙間１９の寸法と非固定部１６ｂの幅寸法とは比例関係にあり、隙間１９の寸法が小さい場合は、非固定部１６ｂの幅寸法も小さくて足りる。
【００２５】
固定部１６ａのうち境界１７に隣接した部位には、請求項に記載したロウ止め部の一例として、半径外向きに開口した断面円弧状の環状凹所２０を形成しており、ロウ１８はこの環状凹所２０に充満している。嵌入部１６の外径Ｄ２はＥＧＲ上部管１１の素材径のままであり、従って、ロウ１８の厚さは環状凹所２０の箇所を除いて隙間１９の寸法と同じである。環状凹所２０は、外側からローラを押しつけることで簡単に加工できる（ＥＧＲ上部管１０を曲げ加工する前の状態で、環状凹所２０を形成したらよい。）。
【００２６】
(2).まとめ
以上の構成において、図２に黒抜き矢印で示すように、触媒ケース４は高温の排気ガスに晒されるため、機関の運転開始に伴って下向きに伸びるように大きく熱膨張する一方、ＥＧＲクーラ９への排気ガスの流入温度は低くなっていると共にＥＧＲクーラ９は冷却水で冷却されているため、ＥＧＲクーラ９は触媒ケース４程には熱膨張はせず、このため、機関の運転開始に伴って、ＥＧＲ上部管１１は図２に白抜き矢印で示すようにＥＧＲクーラ９を介して下向きに引っ張られる。すなわち、ＥＧＲ上部管１１には、機関の運転開始に伴って、フランジ板１２への接合部を支点とした下向きの曲げ力が作用する。
【００２７】
そして、本願発明では、ＥＧＲ上部管１１が下向きに回動する（下向きに曲がる）最大角度をθ１とすると、下向き回動を開始してからある程度の角度θ１の範囲では、嵌入部１６のうち固定部１６ａと非固定部１６ｂとの連接部に応力が集中し、主として非固定部１６ｂのうち固定部１６ａへの連連接が変形することで、ＥＧＲ上部管１１の曲がりが許容される。θ２はθ１の半分程度に設定しておくのが好ましい。
【００２８】
次いで、ＥＧＲ上部管１１の下向き回動途中でＥＧＲ上部管１１のうち非固定部１６ｂと露出部との境界部が取り付け穴１５の開口縁１５ａに当接して、ＥＧＲ上部管１１は取り付け穴１５の開口縁開口縁１５ａを支点とした曲がりに移行する。すなわち、応力の集中箇所が、非固定部１６ｂのうち固定部１６ａに対する連接部から、非固定部１６ｂと露出部との境界部に移行する。
【００２９】
このように応力の集中箇所が２カ所に分散することにより、集中する応力を著しく低減できるため、曲げに対する破断強度を格段に向上できる。なお、ＥＧＲ上部管１１は全体としても撓み変形しており、応力集中箇所のみで曲がっているわけではない。実施形態のように嵌入部１６に環状凹所２０を形成すると、嵌入部１６の表面積が増えるため接合強度を向上できると共に、嵌入部１６が曲がり易いことにより、耐曲げ強度を更に向上できる利点がある。
【００３０】
また、ロウ付けの工程では、例えば、ペースト状のロウ材料を取り付け穴１５の内周面に塗布してからＥＧＲ上部管１１の嵌入部１６を取り付け穴１５に挿入する等して、嵌入部１６の固定部１６ａと取り付け穴１５との間の隙間にロウ材料を充満させ、次いで、全体を加熱してロウ材料を溶融してから固まらせるという手順が採用されるが、溶けたロウが表面張力によって環状凹所２０に溜まり込む現象が発赤するため、ロウが非固定部１６ｂの側に流れることを防止して、ロウ１８の位置を規制することができる。
【００３１】
なお、ロウ付け工程では、予め取り付け穴１５の内面又は固定部１６ａの外周面にロウ材料を塗布しておくことに代えて、溶けたロウを固定部１６ａと取り付け穴１５との間の隙間に浸入させてもよい。
【００３２】
(3).他の実施形態・その他
図４では、ロウの端を規制するロウ止め部の別例を示している。このうち（Ａ）に示す第２実施形態では、ＥＧＲ上部管１１における嵌入部１６のうち固定部１６ａと非固定部１６ｂとの境界部に外向き環状突起２１を形成している。
【００３３】
他方、（Ｂ）に示す第３実施形態では、取り付け穴１５の内周縁に内向き環状突起２２を形成している。環状突起２２に代えて、取り付け穴１５の内周面に内向き環状溝を形成することも可能である。
【００３４】
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば適用対象はＥＧＲ管に限らないのであり、オイルの送油管や吸気の送気管、燃料用配管類、ブローバイガス用配管類、部材支持用パイプ材など、各種のパイプ材の接合に適用できる。パイプ材のうち非固定部又は露出部若しくは双方に複数の環状凹所又は環状突起を複数形成して、非固定部又は露出部若しくは双方を蛇腹構造とすることも可能である。パイプ材が接合される支持部材もフランジ板のような板材である必要はなく、ロウ付けが可能であればどのような形態であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本願発明は、ＥＧＲ管路の接合などに具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３６】
２  シリンダヘッド
３  排気マニホールド
４  触媒ケース
９  ＥＧＲクーラ
１０  パイプ材の一例としてＥＧＲ上部管
１１  支持部材の一例としてのフランジ板
１５  取り付け穴
１６  嵌入部
１６ａ  固定部
１６ｂ  非固定部
１７  境界
１８  ロウ
１９  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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