(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの複数の排気口へ排気集合管を取り付ける、取付フランジに形成された開口部の周縁からフランジ面に略垂直に突出した筒状の縦壁部を介して、前記取付フランジに溶接される前記排気集合管の溶接構造において、
前記排気集合管は、枝管と集合部により形成され、
前記排気下流側フランジ面には、前記縦壁部の立ち上がる隅部を囲むように、リング状の溝部が形成され、
前記取付フランジと前記排気集合管の前記枝管とを溶接する溶接部は、前記排気集合管の前記枝管の端部と前記縦壁部とを溶接するプレ溶接部と、このプレ溶接部の隅部側止端部と前記隅部と前記溝部とを覆うように溶接する増し溶接部とから形成され、
前記増し溶接部は、少なくとも、両外側に配置された前記開口部の周りに形成された溝部のうち、各々の外側半分の領域に属し、且つ、前記枝管が集まる前記集合部に近い側半分の領域に形成されている
ことを特徴とする排気集合管の溶接構造。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取付フランジを介してエンジンに取り付けられる排気集合管に係り、低コストにより取付フランジとの間の溶接部の疲労強度を向上させることのできる排気集合管の溶接構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、溶接部では部材の厚さが不連続になるので、応力が集中しやすい構造となる。特に、溶接止端部などは応力の集中が著しい。また、応力の集中により溶接金属部分や、その周辺の母材に疲労亀裂等が生ずる場合もあり、従来から問題となっている。
【０００３】
図４は、エンジンの排気口への取付に設けられる取付フランジ１００と、この取付フランジ１００に溶接された排気集合管１１０との溶接部１２０の周辺を示した断面図である。
【０００４】
取付フランジ１００には、エンジンからの排気が通過する開口部１００ｂの周縁から、フランジ面１００ａに対して略垂直方向に向かって突出するように筒状の縦壁部１００ｃが形成されている。図４では、この縦壁部１００ｃの先端の内側に、排気集合管１１０の一つの枝管１１０ａの先端が挿入された状態が示され、両者の接合部を覆うように溶接されているのが分かる。
【０００５】
一般に、エンジンの排気集合管１１０には、様々な振動が伝わる。そして、この排気集合管１１０の振動により、取付フランジ１００との溶接部１２０にストレスが生じる。また、エンジンの動作中は、常にエンジンからの断続的な排気により排気脈流が生じ、これに基づく振動が上記溶接部１２０にストレスを与える。さらに、排気熱による熱応力や熱疲労によるストレス、加熱冷却が繰り返されることによるヒートショックによるストレスなども上記溶接部１２０には加えられる。この結果、溶接止端部１２６などへの応力の集中により、溶接金属や、この溶接金属の周辺部に疲労亀裂を生じさせる場合がある。
【０００６】
そこで、従来から、溶接部を補強し、疲労強度を向上させる構造が考えられている。その一つとして、同一箇所に溶接ビードを盛り付ける増し溶接が知られている。
【０００７】
図５は、従来の増し溶接による施工方法について、各工程を断面図で示している。ここに示した施工方法によれば、図４の溶接止端部１２６の周辺のような、硬さ分布の著しい変化を緩和させる構造を形成することができる。すなわち、図４の溶接止端部１２６では、一般に溶接金属から母材へと急激に硬さ分布が変化するが、ここで図５に示す構成では、溶接ビード１２２ａ（溶接金属）の上に溶接止端部１２２ｃが形成されているので、少なくとも、溶接止端部１２２ｃの周辺における硬さ分布の変化は緩やかなものとなる。以下に、図５（ａ）〜（ｃ）を参照しながら施工方法について説明を行う。
【０００８】
ここに示した施工方法によれば、鋼板１３０に対して被溶接部材１４０を溶接する前に、予め溶接止端部１２２ｃの基礎となる溶接ビード１２２ａを配置するための溝加工が、図５（ａ）に示すように、鋼板１３０側に施される。そして、図５（ｂ）に示す工程では、図５（ａ）で形成された溝１３０ａに対して予備の溶接ビード１２２ａが配置される。続いて、図５（ｃ）に示す工程では、溶接ビード１２２ａの中央付近を含むように、すなわち、予備的に配置した溶接ビード１２２ａの中央付近に、本溶接（隅肉溶接）の止端部１２２ｃが形成されるように、鋼板１３０と被溶接部材１４０とが溶接される。これにより、溶接止端部１２２ｃ周辺の応力の集中が緩和される。このような施工方法により形成される溶接構造の例は、特許文献１に記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−１００６４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記の図５に示したような溶接構造によると、鋼板１３０と被溶接部材１４０とを溶接するための前処理として、予め鋼板１３０側に溝加工を施しておく工程が必要である。そして、さらに、この溝１３０ａに対して溶接ビード１２２ａを形成する工程が必要となる。このように、図５の構成では工数が増加し、施工コストが増大するとともに、生産性が著しく低下してしまう。
【００１１】
また、予備溶接ビード１２２ａを配置する際に、鋼板１３０に溶接変形が生じる可能性があり、このような変形が生じた場合には、本溶接における溶接精度が低下してしまう虞がある。
【００１２】
例えば、図４に示した構成において、排気集合管１１０を取付フランジ１００に溶接する前に、取付フランジ１００側に予備の溶接ビードを配置し、これが原因で溶接変形が生じてしまった場合、エンジンと取付フランジ１００との間に隙間が形成されてしまう場合もあり得る。その結果、形成された隙間から排気漏れが発生する虞も生じる。
【００１３】
そこで、上記の問題を解決するために、本発明では、溶接部の応力集中を緩和し、疲労強度を低コストで向上させることのできる排気集合管の溶接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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の排気集合管の溶接構造は、エンジンの複数の排気口に対して排気集合管を取り付ける取付フランジに形成された開口部の、排気下流側フランジ面の周縁から略垂直に突出した筒状の縦壁部を介して取付フランジに溶接される排気集合管の溶接構造において、排気集合管は、枝管と集合部により形成され、排気下流側フランジ面には、縦壁部の立ち上がる隅部を囲むように、リング状の溝部が形成され、取付フランジと排気集合管の枝管とを溶接する溶接部は、排気集合管の枝管の端部と縦壁部とを溶接するプレ溶接部と、このプレ溶接部の隅部側止端部と隅部と溝部とを覆うように溶接する増し溶接部とから形成され、増し溶接部は、少なくとも、両外側に配置された開口部の周りに形成された溝部のうち、各々の外側半分の領域に属し、且つ、枝管が集まる集合部に近い側半分の領域に形成されていることを特徴とする。
【００１５】
このように構成すると、少なくとも、両外側に配置された排気開口部の周縁に形成された溝部のうち、各々の外側半分の領域に属し、且つ、排気集合管の集合部に近い側半分の領域に属する溝部に生じた応力が分散される。すなわち、複数配置された排気集合管の溶接部のうち最も応力が集中しやすい領域にあるプレ溶接部の溶接止端部を覆う増し溶接部を介して、取付フランジの隅部及び溝部へ応力が分散される。また、逆に、溝部に生じる応力は、増し溶接部を介して隅部及びプレ溶接部へ分散される。
【００１６】
このように、応力の集中しやすい形状を有するプレ溶接部の止端部、溶接部のルート部である隅部、及び溝部同士が、増し溶接部により繋がるので、互いに応力の分散が可能となり、局所的に応力が集中することを緩和できる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明によれば、筒状の縦壁部に溶接される排気集合管の溶接部のうち、応力の集中しやすい両外側の枝管に対応する溝部に対して、それぞれの外側及び集合部側の領域に配置された増し溶接部により、プレ溶接部の止端部や、溶接部のルート部である隅部や、溝部に生じる応力が分散されやすくなる。これにより、互いに応力が緩和されやすい構造が形成されるので、溶接部を形成する溶接金属や、溶接部周辺の母材に対する疲労亀裂の発生を低減することが可能となる。
【００１８】
また、溝部の外郭を溶接の基準として利用できるので、生産効率が向上する。
【００１９】
さらに、溝部のうち、特に、応力の集中しやすい領域のみを対象として増し溶接部を形成しておけば良いので、施工コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１の実施の形態における排気集合管及び取付フランジからなる溶接構造を示す概略図である。
【図２】図１の溶接構造の一部拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面における施工方法説明図であり、（ａ）は溶接前の取付フランジと排気集合管との配置状態を示し、（ｂ）は取付フランジの縦壁部に排気集合管をプレ溶接した状態を示し、また、（ｃ）はプレ溶接後に増し溶接を施した状態を示した図である。
【図４】従来の排気集合管と取付フランジとの溶接構造を示した断面図である。
【図５】従来のプレビードを用いた隅肉溶接構造の施工方法を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施の形態）
以下に、本発明の第１の実施の形態における排気集合管の取付フランジに対する溶接構造について、図１から図３を用いて説明を行う。
【００２２】
先ず全体の構成を図１により示す。図１に示されるように、本実施の形態では、４つの排気口を有するエンジンに取り付けられる取付フランジ２及び排気集合管４を例として示している。排気集合管４は、４本の枝管４ａを有しており、それぞれ、取付フランジ２に接続されている。そしてこれら枝管４ａは、取付フランジ２のフランジ面２ａに対して略垂直方向（紙面手前方向）に延びつつ下方へ湾曲し、集合部４ｂにて集結している。この集合部４ｂよりも排気下流側の構成については、ここでは詳細な説明は省略する。
【００２３】
次に、取付フランジ２に対して排気集合管４が溶接される溶接部６の構成について、外形の説明から断面構成の説明へと進める。
【００２４】
先ず図２を参照して、この図では、図１の最も左側の枝管４ａの取付フランジ２に対する溶接部６の周辺が拡大して示されている。この図にて明らかなように、それぞれの枝管４ａは、プレ溶接部６ａにて取付フランジ２に溶接されている。しかし、最も外側の枝管４ａのみ、プレ溶接部６ａの外周に沿って増し溶接部６ｂが形成されている。ただし、この増し溶接部６ｂは、一点鎖線で示した垂直方向境界線８ａよりも外側の領域であり、且つ、水平方向境界線１０よりも下側の領域にのみ形成されている。  
【００２５】
また、プレ溶接部６ａは、図に表れていない取付フランジ２の開口部２ｂと枝管４ａの先端とを溶接しており、増し溶接部６ｂは、プレ溶接部６ａの外周とこのプレ溶接部６ａの周囲に形成された溝部２ｅとを覆うように溶接されている。
【００２６】
ここで、図３の断面図を参照して、これらプレ溶接部６ａと増し溶接部６ｂとの構成を説明する。
【００２７】
図３は、溶接部６の施工について、各工程を示した図である。先ず図３（ａ）は、取付フランジ２に対して排気集合管４の枝管４ａを配置した状態が示されている。この図に示されているように、取付フランジ２には、エンジンの排気口に繋がる開口部２ｂが形成されている。この図における排気の流れは、矢印３により示されている。開口部２ｂの周縁からは、排気下流側に向かって、フランジ面２ａに略垂直な方向に筒状の縦壁部２ｃが突出形成されている。ここで、本実施の形態における縦壁部２ｃは、しごき成形により形成されるものである。このため、縦壁部２ｃの周囲には、しごき成形の際に用いられる押さえ型による押さえ痕が溝部２ｅとして形成されている。このような形状の縦壁部２ｃに対して、排気集合管４の枝管４ａの先端が挿入配置される。
【００２８】
そして、図３（ｂ）に示す次の工程では、縦壁部２ｃの先端と枝管４ａの先端とがプレ溶接により溶接される。ここで、プレ溶接部６ａの下方の止端部６ｃの周辺では、溶接金属から母材へと材質が変わるとともに、プレ溶接部６ａにより部材の厚さも大きく変化している。そのため、止端部６ｃの周辺に応力が集中しやすい形状が形成されている。本実施の形態では、この応力の集中を緩和するために、次の工程において増し溶接が行われる。
【００２９】
図３（ｃ）に示す工程では、縦壁部２ｃ及びフランジ面２ａで構成された隅部２ｆと、溝部２ｅと、プレ溶接部６ａの隅部２ｆ側の止端部６ｃとが増し溶接部６ｂにより覆われる。これにより、プレ溶接部６ａの止端部６ｃは増し溶接部６ｂ内に埋没する。すなわち、元の隅部側止端部６ｃの周辺では、溶接金属の厚さがプレ溶接部６ａから増し溶接部６ｂへと緩やかに変化する構成になる。また、同一材質で連続面が形成されるので、硬さ分布も緩やかに変化している。これにより、プレ溶接部６ａの下側に生じる応力は、増し溶接部６ｂを介して隅部２ｆや溝部２ｅへ分散され、応力の集中が緩和される。したがって、溶接金属や、溶接部６の周辺の母材に生じる歪みも低減されるので、疲労亀裂等の発生を低減することが可能となる。
【００３０】
さらに、しごき成形により形成されていた溝部２eにおいては、部材の厚さ変化が著しく、止端部６ｃと同様に応力の集中しやすい形状となっていたが、こちらも同時に増し溶接が施されたことにより緩和される。
【００３１】
なお、図３（ｃ）の溶接部６のうち、左側の領域にのみ増し溶接が施されている。
【００３２】
次に、この理由について説明を行う。ここで、一旦図１に戻る。本実施の形態に示す排気集合管４は、取付フランジ２のフランジ面２ａから略垂直に延びた後、下方へ湾曲していることは上述した。一般に、エンジンには、排気脈流等を始めとする様々な振動が発生する。一方、排気系統は、集合部４ｂより下流側に触媒装置、マフラー及びテールパイプ等が一体的に接続され、広い範囲に亘って配管が引き回されている。このため、各部に発生した振動の影響を受けやすく、取付フランジ２と排気集合管４とを接続する溶接部６へもこれらの振動が伝達される。ここで、伝達されてくる振動は、一列に配列された枝管４ａのそれぞれに均等には現れない。本実施の形態に示したような構成の場合は、図１の垂直方向境界線８ａおよび８ｂのそれぞれの外側領域であり、且つ、水平方向境界線１０よりも下側の領域に最も大きく影響し、この領域に属する溶接部６の疲労耐久性が問題となる。そのため、本実施の形態では、これら応力の集中が最も生じやすい領域にのみ増し溶接を行い、プレ溶接部６ａを補強している。このように、補強箇所を必要最小限に抑えることにより、低コスト化を図ることができる。
【００３３】
なお、増し溶接は、少なくとも、上述のような最も応力の集中が予想される領域にのみ施工されていれば、その他の領域に施工されていても構わない。すなわち、中央の２本の枝管４ａに対して増し溶接が行われていても良い。
【００３４】
また、施工の際には、しごき成形により形成されてしまう溝部２ｅを逆に利用し、その外形を溶接範囲の基準とすることにより、生産性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の排気集合管の溶接構造は、内燃機関の排気集合管に対して利用できるのでガソリン車、ディーゼル車、ハイブリッド車等で利用することができる。
【符号の説明】
【００３６】
２      取付フランジ
２ａ      フランジ面
２ｂ      開口部
２ｃ      縦壁部
２ｄ      周縁
２ｅ      溝部
２ｆ      隅部
４      排気集合管
４ｂ      集合部
６      溶接部
６ａ      プレ溶接部
６ｂ      増し溶接部
６ｃ      止端部
８ａ、８ｂ      垂直方向境界線
１０      水平方向境界線
【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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