JP7116140B2 - 排気管及び排気管の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、例えば内燃機関に用いられる排気管に関する。

従来、排気管を構成する２部品を接合するときに、１つの部材をもう１つの部材に圧入し、その上で溶接する技術が用いられている。特許文献１には、車両用消音器であって、筒状のアウタシェルにアウタプレートの筒状部を圧入し、その後、レーザ溶接する技術が開示されている。

特開２００３－１１３７１４号公報

圧入に必要な荷重は、圧入に係る２部品の僅かな寸法の差によって大きく変化する。２部品が設定された寸法公差を満たして製造されていても、外側の部品の寸法が小さく、内側の部品の寸法が大きい場合に、圧入に必要な荷重が大きくなってしまうことがある。圧入工程においてワークに加えられる荷重が大きくなると、変形や損傷が生じやすくなってしまう。

本開示の目的は、圧入部の密着性を確保しつつ排気管の変形や損傷を抑制する技術を提案することである。また本開示の別の目的は、排気管の製造を容易にする技術を提案することである。

本開示の一態様は、筒状の本体部と、本体部の開口に配置され、開口の一部又は全部を塞ぐ閉塞部と、を備える排気管であって、挿入部と、被挿入部と、を備える。挿入部は、本体部及び閉塞部のうちのいずれか１つである第１部分に備えられており、筒状の形状である。被挿入部は、本体部及び閉塞部のうちの上記第１部分とは異なる１つである第２部分に備えられており、筒状の形状であって、挿入部が挿入される。挿入部には、挿入部の径方向への変形を促進する変形構造が設けられている。

このような構成であれば、挿入部が変形構造を有するため、挿入部を被挿入部に挿入する際に、挿入部が内側に変形しやすくなる。そのため、挿入に必要な荷重が過剰に大きくなってしまうことが抑制される。その結果、挿入工程において、圧入部の密着性を確保するとともに、本体部及び閉塞部に加わる負荷が大きくなることに起因する、排気管の変形や損傷を抑制できる。

上述した排気管において、変形構造は、挿入部の挿入方向の端面に形成されたスリットを含んでもよい。このような構成であれば、スリットによって挿入部の挿入方向の端部の変形を促進できる。

また上述した排気管において、変形構造は、挿入部の筒状部分の一部が挿入部の内側に向かって突出する突出部を含んでもよい。このような構成であれば、突出部によって挿入部の変形を促進できる。なぜならば、突出部が形成されることで、筒状部分の一部が内側に入り込み、それにより筒状部分が中心側に変形するための空間が形成されるためである。

また上述した排気管において、挿入部及び被挿入部は溶接されていてもよい。変形構造は、溶接された部分よりも挿入部の挿入方向側に位置してもよい。このような構成であれば、変形構造の形状による制約を受けることなく本体部と閉塞部との重なり部分が溶接されるので、溶接による本体部と閉塞部との接合を好適に行うことができる。

本開示の別の一態様は、筒状の本体部と、本体部の開口に配置され、開口の一部又は全部を塞ぐ閉塞部と、を備える排気管の製造方法である。排気管は、挿入部と、被挿入部と、を備える。挿入部は、本体部及び閉塞部のうちのいずれか１つである第１部分に備えられており、筒状である。被挿入部は、本体部及び閉塞部のうちの上記第１部分とは異なる第２部分に備えられており、挿入部が挿入可能な筒状である。挿入部には、挿入部の径方向への変形を促進する変形構造が設けられている。そして上記製造方法では、挿入部を被挿入部に挿入することと、変形構造が設けられた位置よりも、挿入部の挿入方向とは反対方向の側において挿入部及び被挿入部を溶接することと、を含む。

このような製造方法であれば、挿入部が変形構造を有するため、挿入部を被挿入部に挿入する際に挿入部が内側に変形しやすくなる。そのため、挿入に必要な荷重が過剰に大きくなってしまうことが抑制され、排気管の製造を容易にすることができる。また、本体部と閉塞部との溶接を変形構造とは異なる位置で行うため、変形構造の形状による制約を受けることなく本体部と閉塞部との重なり部分を溶接でき、本体部と閉塞部との接合を好適に行うことができる。

排気管の一例である第１実施形態の消音器を示す分解斜視図である。 第１実施形態の消音器の断面図である。 第１実施形態の消音機の第１閉塞部と本体部の端部とを示す拡大図である。 第１実施形態の消音機の第１閉塞部と本体部の端部とを示す断面図である。 第１実施形態の変形例の消音器の断面図である。 第１実施形態の変形例の消音器の断面図である。 第２実施形態の消音器の分解斜視図である。

以下に本開示の実施形態を図面と共に説明する。
［１．第１実施形態］
［１－１．消音器の構成］
図１～図３に示される消音器１は、内燃機関の排気ガス流路を構成する排気システムに用いられる消音器である。この消音器１は、本体部１１、第１閉塞部１２、及び第２閉塞部１３を備える。消音器１は、インレットパイプ１４及びアウトレットパイプ１５（以下、これらを単にパイプとも記載する）を備えていてもよい。

本体部１１は、いわゆるアウタシェルであり、筒状形状である。図２に示す中心軸Ａは、本体部１１、第１閉塞部１２、及び第２閉塞部１３の中心軸Ａである。本開示において、中心軸とは、筒状形状を有する部分に関して、その断面における重心位置を通過する直線である。本体部１１の中心軸Ａと直交する平面による断面形状は正円ではなく、楕円形に近い形状である。この本体部１１は中心軸Ａの長さ方向の両端に開口が形成されている。２つ開口を形成する２つの開口端部１１ａは、本体部１１と同じく筒状の形状である。本体部１１の内部には、パイプを本体部１１の内部で固定するとともに、本体部１１の内部空間を仕切る２つの仕切り壁１６が設けられる。

第１閉塞部１２は、いわゆるアウタプレート又はエンドプレートである。第１閉塞部１２には、筒部２１が備えられている。また第１閉塞部１２には、プレート部２２及び挿入孔２３が備えられていてもよい。

筒部２１は、本体部１１の開口端部１１ａに挿入可能な筒状形状である。筒部２１は開口端部１１ａに圧入されている。すなわち、圧入前の筒部２１の外縁形状は、本体部１１の内周形状と略同等または内周形状よりも僅かに大きい。筒部２１における開口端部１１ａへの挿入方向の端部には、テーパ部２１ａが設けられている。テーパ部２１ａは、挿入方向の先端ほど中心側に位置するテーパ形状である。

筒部２１には、４つのスリット２４が周方向に間隔を開けて形成されている。４つのスリット２４は、筒部２１の挿入方向の端面から中心軸Ａの長さ方向に延びている。
プレート部２２は、筒部２１の上記挿入方向とは反対の方向の端部から拡がっており、本体部１１の開口を覆う。このプレート部２２には上述した挿入孔２３が形成されており、インレットパイプ１４は挿入孔２３を通過するように配置される。

第２閉塞部１３は、上述した第１閉塞部１２と同様の特徴を有している。すなわち、筒部３１、テーパ部３１ａ、プレート部３２、挿入孔３３、及び４つのスリット３４を有している。これらの構成は、筒部２１、テーパ部２１ａ、プレート部２２、挿入孔２３、及びスリット２４と同様である。

［１－２．消音器の製造方法］
消音器１の製造方法を説明する。まず２つの仕切り壁１６に対してインレットパイプ１４及びアウトレットパイプ１５を固定する。その後、組み付けたパイプ及び仕切り壁１６を、本体部１１に挿入する。

続いて、第１閉塞部１２を一対の開口端部１１ａの一方に挿入する。上述したように、第１閉塞部１２は開口端部１１ａに圧入される。この圧入は、圧入装置を用いて行われる。

続いて、本体部１１と第１閉塞部１２とを溶接する。図４に示されるように、本体部１１の端面１１ｂは筒部２１と重なるように配置されている。この端面１１ｂ付近、より好ましくは端面１１ｂからスリット２４までの間、より好ましくは端面１１ｂに沿って溶接が行われ、溶接ビードが形成される。つまり端面１１ｂに沿う位置または端面１１ｂに近い位置で溶接線が形成される。なおスリット２４の挿入方向と反対の先端は、端面１１ｂよりも挿入方向側に位置している。すなわち、本体部１１と第１閉塞部１２との溶接は、スリット２４よりも挿入方向と反対方向の側の位置にて行われる。

第２閉塞部１３は、第１閉塞部１２と同様に、開口端部１１ａに圧入され、その後、溶接される。なお、第１閉塞部１２の溶接が完了した後に第２閉塞部１３の圧入を行ってもよいし、第１閉塞部１２及び第２閉塞部１３の圧入の後に第１閉塞部１２及び第２閉塞部１３の溶接を行ってもよい。なお第２閉塞部１３の挿入方向は、第１閉塞部１２の挿入方向とは反対向きになる。

［１－３．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）本実施形態の消音器１では、第１閉塞部１２の筒部２１が４つのスリット２４を有するため、筒部２１を開口端部１１ａに挿入する際に、筒部２１が内側に変形しやすい。そのため、筒部２１と開口端部１１ａとの密着性を確保しつつも、筒部２１の挿入に必要な荷重が過剰に大きくなってしまうことが抑制される。その結果、挿入工程を容易に行うことができる。また、挿入工程において本体部１１及び第１閉塞部１２に加わる負荷が大きくなることに起因する、消音器１の変形や損傷を抑制できる。なお、第２閉塞部１３についても、第１閉塞部１２と同様の形状を有しているため、同様の効果を奏する。

（１ｂ）４つのスリット２４は、筒部２１の挿入方向の端面１１ｂから挿入部の中心軸Ａの長さ方向に延びる。このような構成であれば、スリット２４によって第１閉塞部１２の挿入方向の端部の変形を促進できる。なぜならば、スリット２４の存在により筒部２１の周囲の強度が低くなることに加え、筒部２１が中心側に変形するための周方向の隙間がスリット２４により形成されるためである。仮に周方向の隙間が存在しない場合、筒部２１の全周に中心軸Ａに向かう力が加えられたとしても、筒部２１が偏りなく変形するためには筒部２１が縮径するより他ない。しかしながら、金属材料ではそのような変形は困難である。その結果、加えられた力は筒部２１の周方向の応力に打ち消されてしまうこととなり、荷重を加えても筒部２１は中心軸Ａ方向に変形しにくい。しかしながら、スリット２４によって上記の問題が生じにくくなり、変形しやすくなる。

（１ｃ）上記消音器１において、本体部１１と第１閉塞部１２は、開口端部１１ａと第１閉塞部１２とを溶接することにより接合されている。本体部１１と第１閉塞部１２との溶接は、スリット２４よりも挿入方向と反対方向の位置にて行われる。すなわち、スリット２４は、溶接が為された部分よりも筒部２１の挿入方向側に位置している。そのため、スリット２４によって溶接が適切に行えなくなる危険が抑制されるので、溶接による本体部１１と第１閉塞部１２との接合を好適に行うことができる。

［１－４．対応関係］
第１実施形態において、消音器１が排気管の一例である。また、第１閉塞部１２及び第２閉塞部１３が閉塞部の一例である。また、筒部２１が挿入部の一例であり、開口端部１１ａが被挿入部の一例である。また、複数のスリット２４、３４が、変形構造の一例である。本第１実施形態では、第１閉塞部１２及び第２閉塞部１３が、挿入部を備える第１部分に対応し、本体部１１が、被挿入部を備える第２部分に対応する。

なお、挿入部の径方向への変形を促進する変形構造とは、以下のような構造である。挿入部に変形構造が設けられている場合と変形構造が設けられていない場合とを比較したときに、挿入部に対して中心軸に向かう荷重を加えると、変形構造が設けられている場合の方がより大きく挿入部が径方向内側に変形する。すなわち、挿入部を径方向内側の同じ位置まで変形させようとするとき、変形構造が設けられている場合の方が、小さい力で変形が実現できる。

［１－５．第１実施形態の変形例］
第１実施形態では、変形構造としてスリットを備える消音器を例示した。しかしながら、変形構造はスリットでなくてもよい。

図５及び図６に示す消音器１０１は、スリットに類似する機能を有する変形構造を有する消音器の例である。消音器１０１は、消音器１と比較して、スリット２４を有しておらず、スリット２４の変わりに４つの突出部１０３を備える。突出部１０３は、挿入部の筒状部分の一部が挿入部の中心軸に向かって突出するように押し出された形状である。突出部１０３は、筒部２１の挿入方向の端部から挿入方向とは反対側に向かって長さを有している。

このような構成であれば、突出部１０３によって筒部２１の弾性変形を促進できる。なぜならば、突出部１０３が形成されることで、その内部の空間が、上記（１ｂ）にて説明する「筒部２１が中心側に変形するための周方向の隙間」となるためである。また、突出部１０３は、筒部２１における突出部１０３の周囲の部分よりも屈曲しやすいため、それによっても変形を促進できる。

突出部１０３の形状は図６に示されるような半円形状でなくてもよい。例えば、突出した中心側の先端が尖った形であってもよい。また、筒部２１の周方向に長さを有していてもよい。

［２．第２実施形態］
［２－１．消音器の構成］
第２実施形態は、排気管の一例として、第１実施形態と異なる形状の排気管を例示する。

図７に示される触媒ケース２０１は、内燃機関の排気ガス流路を構成する排気システムに用いられる。この触媒ケース２０１は、本体部２１１、第１閉塞部２１２、及び第２閉塞部２１３を備える。

本体部２１１は、いわゆるアウタシェルであり、筒状形状である。本体部２１１は両端に開口が形成されている。２つ開口を形成する２つの開口端部２１１ａは、本体部２１１の全体と同じく筒状の形状である。

第１閉塞部２１２は、いわゆるアウタプレート又はエンドプレートである。第１閉塞部２１２には、筒部２２１が備えられている。また第１閉塞部２１２には、テーパ壁部２２２及び挿入口２２３が備えられていてもよい。

筒部２２１は、開口端部２１１ａに圧入可能な筒状形状である。筒部２２１には、筒部２２１の挿入方向の端面から中心軸の長さ方向に延びる４つのスリット２２４が、周方向に間隔を開けて形成されている。

第２閉塞部２１３は、上述した第１閉塞部２１２と同様の特徴を有している。すなわち、筒部２３１、テーパ壁部２３２、挿入口２３３、及び４つのスリット２３４を有している。これらの構成は、筒部２２１、テーパ壁部２２２、挿入口２２３、及びスリット２２４と同様である。

触媒ケース２０１の製造方法を説明する。第１閉塞部２１２を一対の開口端部２１１ａの一方に圧入する。そして、第１閉塞部２１２と本体部２１１を溶接する。本体部２１１と第１閉塞部２１２との溶接は、スリット２２４よりも挿入方向と反対方向の側の位置にて行われる。第２閉塞部２１３も第１閉塞部２１２と同様に、開口端部２１１ａに圧入され、その後、溶接される。

以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１ａ）～（１ｃ）と同等の効果を奏する。
［２－２．対応関係］
第２実施形態において、触媒ケース２０１が排気管の一例である。また、第１閉塞部２１２及び第２閉塞部２１３が閉塞部の一例である。また、筒部２２１が挿入部の一例であり、開口端部２１１ａが被挿入部の一例である。また、複数のスリット２２４、２３４が、変形構造の一例である。本第２実施形態では、第１閉塞部２１２及び第２閉塞部２１３が挿入部を備える第１部分に対応し、本体部２１１が被挿入部を備える第２部分に対応する。

［３．その他の実施形態］
以上本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。

（３ａ）上記各実施形態では、排気管の例として消音器及び触媒ケースを例示した。しかしながら、本開示の排気管は消音器及び触媒ケースに限定されるものではなく、排気管を構成する様々な部品において採用することができる。ここでいう排気管とは、たとえば、内燃機関の排気のために用いられる配管を広く意味する。

（３ｂ）上記各実施形態では、第１閉塞部及び第２閉塞部が、挿入部を備える第１部分に相当し、本体部が被挿入部を備える第２部分に相当する構成を例示した。しかしながら、第１閉塞部及び第２閉塞部が被挿入部であり、本体部が挿入部であってもよい。すなわち、本体部の端部の外縁形状が、第１閉塞部及び第２閉塞部よりも小さく構成されていてもよい。

（３ｃ）上記各実施形態では、変形構造の例として、スリット又は突出部を示した。しかしながら、変形を促進できる構成であれば、変形構造は、上述した構成以外であってもよい。例えば、変形構造は、周囲よりも肉薄に構成された部分や、周囲よりも柔軟性が高い材料で形成された部分であってもよい。また、変形構造は、スリット及び突出部の両方を有していてもよい。なお、挿入部に設けられる変形構造の数は特に限定されず、１つ～３つであってもよいし、５つ以上であってもよい。上記各実施形態では、スリットは端面に形成された、いわゆる切欠きである構成を例示した。しかしながら、スリットは、周囲が閉じられた隙間であってもよい。また、スリット及び突出部は、挿入部の周方向に長さを有していてもよい。

（３ｄ）上記各実施形態では、スリット及び突出部よりも挿入方向と反対方向の位置にて溶接が為される構成を例示した。しかしながら、変形構造が設けられた位置において溶接が為されてもよい。また、挿入部と被挿入部の溶接をしない構成であってもよい。

（３ｅ）本体部、閉塞部、挿入部、及び被挿入部の具体的な形状は、上記各実施形態において開示した構成に限定されない。例えば、挿入部及び被挿入部の断面形状は、円形、楕円形、それらに近い円状形状、及び、多角形のような形状であってもよい。挿入部は、大きな加圧を行わない方法で被挿入部に挿入されてもよい。本体部は、長さ方向に関して断面形状が変化してもよい。閉塞部は１つのみが用いられてもよい。

なお、本開示における閉塞部は、本体部の開口の一部又は全部を塞ぐように構成されていればよい。ここでいう「開口の一部を塞ぐ」とは、上述した各実施形態のように、本体部の開口部分の断面積と、閉塞部の開口部分の断面積と、を比較したときに、閉塞部の開口部分の断面積が小さいことを意味する。閉塞部の開口部分とは、第１実施形態の消音器１における第１閉塞部１２の挿入孔２３及び第２閉塞部１３の挿入孔３３、並びに、第２実施形態の触媒ケース２０１における第１閉塞部２１２の挿入口２２３及び第２閉塞部２１３の挿入口２３３が該当する。また、閉塞部が開口の全部を塞ぐ場合、例えば本体部の筒状の壁面に貫通孔が形成されており、その孔を通って流体が流れるように構成されていてもよい。

（３ｆ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

１，１０１，２０１…消音器、１１，２１１…本体部、１１a…端部、１１ａ，２１１ａ…開口端部、１１ｂ…端面、１２，２１２…第１閉塞部、１３，２１３…第２閉塞部、１４…インレットパイプ、１５…アウトレットパイプ、１６…仕切り壁、２１，３１，２２１，２３１…筒部、２１ａ，３１ａ…テーパ部、２２，３２…プレート部、２３，３３…挿入孔、２４，３４，２２４，２３４…スリット、１０３…突出部、２２２，２３２…テーパ壁部、２２３，２３３…挿入口

Claims (4)

1. 筒状の本体部と、前記本体部の開口に配置され、該開口の一部又は全部を塞ぐ閉塞部と、を備える排気管であって、
   前記本体部及び前記閉塞部のうちのいずれか１つである第１部分に備えられる筒状の挿入部と、
   前記本体部及び前記閉塞部のうちの前記第１部分とは異なる１つである第２部分に分離不能に備えられ、筒状であって、前記挿入部が圧入により挿入された被挿入部と、を備え、
   前記挿入部には、該挿入部の径方向への変形を促進する変形構造が設けられており、
   前記挿入部及び前記被挿入部は、圧入され密着した部分が溶接により固定されており、
   前記変形構造は、前記溶接された部分よりも前記挿入部の挿入方向側に位置する、排気管。
2. 請求項１に記載の排気管であって、
   前記変形構造は、前記挿入部の挿入方向の端面に形成されたスリットを含む、排気管。
3. 請求項１に記載の排気管であって、
   前記変形構造は、前記挿入部の筒状部分の一部が前記挿入部の内側に向かって突出する突出部を含む、排気管。
4. 筒状の本体部と、前記本体部の開口に配置され、該開口の一部又は全部を塞ぐ閉塞部と、を備える排気管の製造方法であって、
   前記排気管は、前記本体部及び前記閉塞部のうちのいずれか１つである第１部分に備えられる筒状の挿入部と、前記本体部及び前記閉塞部のうちの前記第１部分とは異なる１つである第２部分に分離不能に備えられ、筒状であって、前記挿入部が挿入された被挿入部と、を備え、前記挿入部には該挿入部の径方向への変形を促進する変形構造が設けられており、さらに、前記挿入部及び前記被挿入部は溶接されており、前記変形構造は、前記溶接された部分よりも前記挿入部の挿入方向側に位置しており、
   前記挿入部を前記被挿入部に圧入により挿入することと、
   前記変形構造が設けられた位置よりも、前記挿入部の挿入方向とは反対方向の側において前記挿入部及び前記被挿入部における圧入されて密着した部分を溶接することと、を含む、排気管の製造方法。

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