(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フランジの透孔に管の端部を接合させてなる管接合構造であって、
前記透孔の周囲に環状の段差部を形成するとともに、該段差部にさらに溝部を形成し、前記管を前記透孔に挿通させた状態で、該管の端部を外周側に折り曲げ、その先端部を前記溝部に係入させることで、前記管を前記フランジに対しかしめ固定し、さらに、環状の本体部及び該本体部から突出する突出部からなるキャップの前記突出部を、前記溝部に嵌め込むことで、前記折り曲げ部が前記本体部で覆われ、かつ、前記本体部及び前記フランジが面一となるようにしたことを特徴とする管接合構造。
【請求項２】
フランジの透孔に管の端部を接合させてなる管接合構造であって、
前記透孔の周囲に環状の段差部を形成するとともに、該段差部にさらに溝部を形成し、前記管を前記透孔に挿通させた状態で、該管の端部を外周側に折り曲げ、その先端部を前記溝部に係入させることで、前記管を前記フランジに対しかしめ固定し、さらに、環状の本体部及び該本体部から突出する突出部からなるキャップの前記突出部を、前記溝部及び前記溝部よりも外周側に設けられた溝部の少なくとも一方に嵌め込むことで、前記折り曲げ部が前記本体部で覆われ、かつ、前記本体部及び前記フランジが面一となるようにしたことを特徴とする管接合構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の管接合構造において、前記溝部は環状をなしており、該溝部に嵌め込まれる突出部も環状をなしていることを特徴とする管接合構造。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の管接合構造において、前記嵌め込みは圧入を伴うものであることを特徴とする管接合構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フランジの透孔に管の端部を接合させてなる管接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えばエンジンのシリンダヘッドに取着固定される排気マニホルドは、フランジ及び該フランジの透孔に接合された排気管よりなっている。一般に、排気管は、フランジに対し、溶接にて接合固定されている。近年、このような溶接による接合に代えて、「かしめ」技術を採用することで、管をフランジに接合する技術が開発されるようになってきている。この種の技術としては、例えば特開平５−３３８８９号公報（第１の従来技術）及び実開平５−５０２８１号（第２の従来技術）に開示されたものが知られている。
【０００３】
第１の従来技術は、例えば図１２に示すように、フランジ７１の透孔７２の周囲に環状の溝７３を形成するとともに、透孔７２に管７４を挿通せしめ、管７４の端部を外側に円弧形状に折り返すべくカーリング加工を施し、さらに、先端部が前記溝７３に嵌め込まれるようかしめ固定するものである。
【０００４】
また、第２の従来技術は、例えば図１４に示すように、フランジ８１の透孔８２に環状突出部８３を形成し、該環状突出部８３の外周に、排気管８４の先端部を挿通せしめ、外周側から応力を加えることで、排気管８４の先端部を前記環状突出部８３にかしめ固定するものである。
【０００５】
このように、「かしめ」技術を採用することで、溶接による接合を行う場合に比べて、作業性及び生産性の著しい向上が図られることとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記第１の従来技術では、図１３に示すように、相手部材７５に対し、シール部材（ガスケット等）７６を介して、フランジ７１をボルト等で締結固定しようとした場合、次のような不具合が起こりうる。すなわち、確実なシール性能を確保するためには、シール部材７６を、平坦な面に対し十分なシール幅を確保した上で当接させる必要がある。このため、上記技術では、同図に示すようにシール部材７６をフランジ７１の平坦面に配設せざるを得ない。つまり、シール面が、かしめ部分よりも外周側に位置せざるを得ない。このため、かしめ部分が管７４内を通過する流体（例えば排気マニホルドであれば排気ガス）に直接的にさらされることとなる。従って、前記流体が排気ガス等の高温である場合には、かしめ部分の温度が上昇してしまい、当該かしめ部分のヤング率の低下、ひいてはかしめ強度の低下を招いてしまうおそれがあった。
【０００７】
また、第２の従来技術では、図１５に示すように、例えばシリンダヘッド８５に対し、シール部材（ガスケット等）８６を介して、フランジ８１をボルト等で締結固定しようとした場合、透孔８２の近傍に十分なシール幅を有するシール部材８６を配設することはできるものの、次のような不具合が起こりうる。すなわち、フランジ８１は、シリンダヘッド８５と密接状態となっているため、該シリンダヘッド８５内を流れる冷却水により熱を奪われるのに対し、排気管８４は、排気ガスにさらされることにより温度が上昇する。換言すれば、フランジ８１の環状突出部８３の温度に比べ、排気管８４の温度が高いものとなるおそれがある。この場合、排気管８４が環状突出部８３よりも熱膨張を起こしやすくなって、かしめ部分において隙間が生じてしまうおそれがあった。
【０００８】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、生産性、作業性の向上を図ることができるとともに、熱履歴に対し高い安定性を保持でき、かつ、相手部材に対する十分なシール性能を確保できる管接合構造を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明においては、フランジの透孔に管の端部を接合させてなる管接合構造であって、前記透孔の周囲に環状の段差部を形成するとともに、該段差部にさらに溝部を形成し、前記管を前記透孔に挿通させた状態で、該管の端部を外周側に折り曲げ、その先端部を前記溝部に係入させることで、前記管を前記フランジに対しかしめ固定し、さらに、環状の本体部及び該本体部から突出する突出部からなるキャップの前記突出部を、前記溝部に嵌め込むことで、前記折り曲げ部が前記本体部で覆われ、かつ、前記本体部及び前記フランジが面一となるようにしたことをその要旨としている。
【００１０】
上記請求項１に記載の発明によれば、管がフランジの透孔に挿通させられた状態で、該管の端部が外周側に折り曲げられ、その先端部が透孔の周囲の環状の段差部に形成された溝部に係入させられる。これにより、管がフランジに対しかしめ固定される。さらに、キャップの突出部が前記溝部に嵌め込まれることで、前記折り曲げ部がキャップの本体部で覆われ、かつ、本体部及びフランジが面一となる。このため、溶接により接合する場合と比較して、容易、かつ、短時間での接合が可能となる。また、キャップの存在により、管の端部のかしめ部分がより強固に保持されることとなり、かしめ状態の長期安定化が図られる。さらに、前記かしめ部分は、直接熱にさらされることなく、キャップで保護されることとなる。併せて、本体部及びフランジが面一であるため、フランジが、シール部材を介して相手部材に取着される場合には、シール部材の配置を任意に設定することが可能となるとともに、十分なシール幅を確保することが可能となる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明によれば、フランジの透孔に管の端部を接合させてなる管接合構造であって、前記透孔の周囲に環状の段差部を形成するとともに、該段差部にさらに溝部を形成し、前記管を前記透孔に挿通させた状態で、該管の端部を外周側に折り曲げ、その先端部を前記溝部に係入させることで、前記管を前記フランジに対しかしめ固定し、さらに、環状の本体部及び該本体部から突出する突出部からなるキャップの前記突出部を、前記溝部及び前記溝部よりも外周側に設けられた溝部の少なくとも一方に嵌め込むことで、前記折り曲げ部が前記本体部で覆われ、かつ、前記本体部及び前記フランジが面一となるようにしたことをその要旨としている。
【００１２】
上記請求項２に記載の発明によれば、キャップの突出部が前記管の先端部の係入された溝に嵌め込まれた場合には、上記請求項１に記載の発明と同等の作用が奏される。また、キャップの突出部が前記溝部よりも外周側に設けられた溝部に嵌め込まれた場合にも同等の作用が奏される。さらに、キャップの突出部が双方の溝に嵌め込まれた場合には、さらなるかしめ状態の安定化が図られる。
【００１３】
さらに、請求項３に記載の発明では、請求項１又は２に記載の管接合構造において、前記溝部は環状をなしており、該溝部に嵌め込まれる突出部も環状をなしていることをその要旨としている。
【００１４】
上記請求項３に記載の発明によれば、請求項１、２に記載の発明の作用に加えて、管の端部全周がかしめ固定されるとともに、該かしめ部分全周がキャップで強固に保持されることとなる。そのため、一層の安定化が図られる。
【００１５】
併せて、請求項４に記載の発明では、請求項１〜３のいずれかに記載の管接合構造において、前記嵌め込みは圧入を伴うものであることをその要旨としている。
【００１６】
上記請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３の各作用に加えて、キャップの突出部が溝に圧入されるため、キャップの位置ずれ等が回避され、管及びフランジ間の接合強度が一層高められることとなる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、管接合構造を排気マニホルドに具体化した一実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１に示すように、排気マニホルド１は周知のとおり、軟鉄製のフラットプレートよりなるフランジ２及び複数本よりなる（図では１本のみ示す）排気管３よりなっている。排気管３の端部は、フランジ２に形成された透孔４に対応して接合固定されている。
【００１９】
このように構成されてなる排気マニホルド１は、図２に示すように、エンジンのシリンダヘッド５（相手部材）に対しボルト６で締結固定されている。また、フランジ２及びシリンダヘッド５間には、各気筒から排気管３下流に向かって流れる排気ガスの漏れ等を防ぐべく、シール部材としてのガスケット７が介設されている。
【００２０】
続いて、本実施の形態の特徴的部分である、フランジ２に対する排気管３の接合構造について説明する。図３に示すように、フランジ２の透孔４外周には、環状の段差部８が形成されている。また、該段差部８の外周部分には、さらに環状の溝部９が形成されている。そして、前記排気管３の端部が透孔４に挿通された状態で、その突出部分が前記段差部８に沿って外周側に折り曲げられ、さらにその先端部分が前記溝部９（の内側面）に係入されている。すなわち、排気管３がその端部において、フランジ２の段差部８及び溝部９にかしめ固定されている。
【００２１】
さらに、本実施の形態では、図４（ａ），（ｂ）に示すように、前記折り曲げ部を含むかしめ部分を覆うようにして、同じく軟鉄製のキャップ１１が圧入により嵌め込まれている。キャップ１１は、前記段差部８とほぼ同等の幅を有する環状の本体部１２と、該本体部１２から延びる環状の突出部１３とからなっている。突出部１３の厚みは、前記排気管３の先端部が溝部９に係入された状態における該溝部９の隙間とほぼ同等又は若干大きめに設定されているとともに、その先端部分は、圧入を容易ならしめるべくテーパ面となっている。そして、キャップ１１の突出部１３が前記溝部９の隙間に圧入された状態においては、前記折り曲げ部がキャップ１１の本体部１２で覆われるとともに、排気管３先端の係入部分は突出部１３で覆われ、かつ、本体部１２及びフランジ２が面一となっているのである。
【００２２】
次に、本実施の形態の作用及び効果について説明する。
【００２３】
上記のように構成されてなる排気マニホルド１を製造（フランジ２及び排気管３を接合）するに際しては、溶接により接合する場合と比較して、容易、かつ、短時間での接合が可能となる。その結果、作業性、生産性の飛躍的な向上を図ることができる。
【００２４】
また、排気管３は、その端部において、フランジ２の段差部８及び溝部９に単にかしめ固定されているだけではなく、さらにキャップ１１が設けられることで、排気管３の端部のかしめ部分がより強固に保持されることとなる。その結果、接合強度が著しく高いものとなるとともに、かしめ状態の長期安定化を図ることができる。
【００２５】
さらに、図２に示すように、排気マニホルド１をシリンダヘッド５に対し、ガスケット７を介してボルト６で締結固定し、使用に供しようとした場合、本体部１２及びフランジ２が面一となっているため、十分なシール幅を確保することが可能となる。また、ガスケット７をいずれの位置にセットしても、十分なシール性能を発揮せしめることができる。すなわち、ガスケット７の配置を任意に設定することが可能となる。
【００２６】
併せて、各気筒からシリンダヘッド５を介して排出される排気ガスは、排気管３の内部を通過するものの、本実施の形態では、キャップ１１の存在により、前記かしめ部分が、直接排気ガスにさらされることがない。つまり、かしめ部分が高温にさらされることがないため、かしめ強度が弱められてしまうといった事態を回避することができる。その結果、熱履歴に対し高い安定性を長期にわたって保持することができる。
【００２７】
尚、上記実施の形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施してもよい。
【００２８】
（ａ）上記実施の形態では、キャップ１１の突出部１３の先端をテーパ面としたが、図５に示すように、キャップ１５の突出部１４にテーパ面を設けない構成としてもよい。
【００２９】
また、溝部９に対し、突出部１３を圧入するのではなく、単に嵌め込むだけの構成、つまり、溝部９の隙間に突出部１３が容易に入るような構成となっていてもよい。これは、締結固定された後にキャップ１１が抜けるということは考えにくいためである。
【００３０】
（ｂ）上記実施の形態では、断面Ｌ字状のキャップ１１を採用したが、その形状については特に限定されるものではない。例えば、図６に示すように、断面略Ｔ字状のキャップ１７（外周側に延長部を有するもの）を採用してもよい。
【００３１】
また、図７に示すように、断面略コ字状のキャップ１８を採用してもよい。このようなキャップ１８を採用すると第２の突出部１９の存在により、かしめ部がより強固に固定され、熱履歴の影響を一層受けにくいものとすることができる。
【００３２】
さらに、図８に示すように、図６及び図７を組み合わせたような構成を有するキャップ２１を採用してもよい。
【００３３】
（ｃ）また、上記実施の形態における突出部１３としては、環状の溝部９に対応させて環状のものを用いたが、例えば図９に示すように、所定間隔を隔てて複数の突出部２２が設けられてなるキャップ２３を用いてもよい。このような構成を採用することで、キャップ２３のフランジに対する相対回動が規制されることとなる。
【００３４】
（ｄ）上記実施の形態では、１つの環状の突出部１３を溝部９に嵌め込む構成となっていたが、図１０に示すように、さらにその外周側に第２の突出部２４を設けたキャップ２５を採用することもできる。この場合、フランジ２には溝部９の外周にさらに第２の溝部２６を形成し、該溝部２６に第２の突出部２４を嵌め込むこととなる。
【００３５】
（ｅ）また、図１１に示すように、溝部９には、排気管３の先端部のみを嵌め込む構成とし、該溝部９の外周に第２の溝部２７を形成し、かかる第２の溝部２７にキャップ２８の突出部２９を嵌め込むような構成となっていてもよい。
【００３６】
（ｆ）上記実施の形態では特に言及しなかったが、フランジ２及び本体部１２の面一状態をより確定的なものとするために、或いは、本体部１２の表面をよりフラットな面にするために、本体部１２の表面等に対し切削加工等を施すこととしてもよい。
【００３７】
（ｇ）上記実施の形態では、排気マニホルド１におけるフランジ２と排気管３との間での接合構造を具体化したが、吸気マニホルド等の自動車用各種パイプの接合構造をはじめ、他の管接合構造にも具体化することができる。もちろん、管内を流れる流体は、排気ガスに限定されるものではなく、空気、水蒸気等の気体、水、油、化学薬品等の液体であっても差し支えない。
【００３８】
（ｈ）フランジ、管、キャップ等を構成する素材は、軟鉄に限定されず、アルミニウム等の他の金属素材を用いてもよい。また、場合によっては樹脂材料を用いてもよい。
【００３９】
（ｉ）上記実施の形態では排気マニホルド１を締結するためにボルト６を用いたが、他の結合手段（例えば溶接）を用いて相手部材に結合するような構成となっていてもよい。
【００４０】
また、上記実施の形態から把握できるさらなる技術的思想の創作について記載する。
【００４１】
（１）請求項１〜４のいずれかにおいて、前記フランジは、シール部材を介して相手部材に連結固定されるものであることを特徴とする。
【００４２】
（２）請求項１〜４、上記付記（１）のいずれかにおいて、前記管は、内燃機関の排気管であることを特徴とする。
【００４３】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の管接合構造によれば、生産性、作業性の向上を図ることができるとともに、熱履歴に対し高い安定性を保持でき、かつ、相手部材に対する十分なシール性能を確保できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態における排気管のフランジに対する接合構造を示す部分断面図である。
【図２】排気マニホルドをシリンダヘッドに締結固定した状態を示す拡大断面図である。
【図３】接合時の一態様を示すフランジ及び排気管の部分断面図である。
【図４】（ａ）は接合時の一態様を示すフランジ、排気管及びキャップの部分断面図であり、（ｂ）はキャップの拡大断面図である。
【図５】別の実施の形態におけるキャップの部分断面図である。
【図６】別の実施の形態における管接合構造を示す部分断面図である。
【図７】別の実施の形態における管接合構造を示す部分断面図である。
【図８】別の実施の形態における管接合構造を示す部分断面図である。
【図９】別の実施の形態におけるキャップを示す斜視図である。
【図１０】別の実施の形態における管接合構造を示す部分断面図である。
【図１１】別の実施の形態における管接合構造を示す部分断面図である。
【図１２】第１の従来技術における管接合構造を示す部分断面図である。
【図１３】第１の従来技術における課題を説明するための部分断面図である。
【図１４】第２の従来技術における管接合構造を示す部分断面図である。
【図１５】第２の従来技術における課題を説明するための部分断面図である。
【符号の説明】
１…排気マニホルド、２…フランジ、３…排気管、４…透孔、５…相手部材としてのシリンダヘッド、７…ガスケット、８…段差部、９…溝部、１１，１５，１７，１８，２１，２３，２５，２８…キャップ、１２…本体部、１３，１６，１９，２２，２４，２９…突出部、２６，２７…第２の溝部。
【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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【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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